(57)【要約】【課題】  撮像手段の撮影領域内に製造工程の気泡などを原因とする解像度の分布が生じていても、平滑化処理（ノイズ除去）、先鋭化処理（エッジ強調）などの周波数処理を、分布に応じて適切に行うことが可能で、良好な診断能を有するＸ線撮影装置を提供することを目的とする。【解決手段】  上記課題を解決するために、本発明のＸ線撮影装置は、被写体のＸ線画像データを出力する撮像手段と、前記撮像手段からの画像データを記憶する第１のメモリと、前記撮像手段の解像度分布を検出する解像度検出手段と、前記解像度検出手段で検出された解像度分布を記憶する第２のメモリと、前記第１のメモリに記憶された画像データに対し、前記第２のメモリに記憶された解像度分布に対応させて異なる強度で周波数処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体のＸ線透過率の分布を画像データとして出力する撮像手段と、
前記撮像手段からの画像データを記憶する第１のメモリと、
前記撮像手段の解像度の高低分布を検出する解像度検出手段と、
前記解像度検出手段で検出された解像度分布を記憶する第２のメモリと、
前記第１のメモリに記憶された画像データに対し、前記第２のメモリに記憶された解像度分布に対応させて異なる強度で周波数処理を行う画像処理手段と、
を有することを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項２】
周波数処理とは平滑化処理（ノイズフィルター）、先鋭化処理（エッジ強調）、グリッド低減化処理のいずれかを含むことを特徴とする。
【請求項３】
解像度検出手段は一定のピッチでＸ線吸収の高低が分布した解像度チャートをＸ線撮影し、取得された画像データのコントラストに対し閾値を設けることにより解像度分布を判定することを特徴とする。
【請求項４】
複数の閾値を有し、複数のレベルで解像度分布を判定し、対応する複数のレベルで周波数処理の強度を変化させることを特徴とする。
【請求項５】
散乱Ｘ線除去のためのグリッドを解像度チャートとして用いることを特徴とする。
【請求項６】
撮像手段は画素を均一なピッチで二次元的に配置したエリアセンサを有するであることを特徴とする。
【請求項７】
解像度チャートのピッチはエリアセンサの画素ピッチの整数倍ではないことを特徴とする。
【請求項８】
オフセット補正手段、ゲイン補正手段を有し、
オフセット補正、ゲイン補正後の出力に対し解像度検出手段は解像度分布検出を行い、
オフセット補正、ゲイン補正後の出力に対して、分布に応じた異なる強度で画像処理（周波数処理）を行うことを特徴とする。
【請求項９】
エリアセンサ上に蛍光体を有していることを特徴とする。
【請求項１０】
撮像手段は光電変換素子の材料としてアモルファスシリコンを用いていることを特徴とする。
【請求項１１】
光電変換素子はＰＩＮ型フォトダイオードであることを特徴とする。
【請求項１２】
光電変換素子はＭＩＳ型センサであることを特徴とする。
【請求項１３】
撮像手段はＸ線を検知するＸ線撮影装置であることを特徴とする。
【請求項１４】
撮像手段は光電変換素子の材料として結晶シリコン、ガリウム砒素、アモルファスセレン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀などの半導体材料を用いており、Ｘ線を直接電荷へ変換する直接型センサであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエリアセンサを用いたＸ線撮影装置に関するものである。詳しくは平滑化処理（ノイズフィルター）や先鋭化処理（エッジ強調）などの周波数処理を行う機能を有するＸ線撮影装置に関するものである。
【０００２】
またエリアセンサの面内における解像度の異なる領域を検出可能なＸ線撮影装置に関するものである。さらには、検出した解像度の異なる領域に対して、異なる強度で周波数処理を行う機能を有するＸ線撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
以下で従来技術について図を用いて説明する。
【０００４】
図８は従来のＸ線撮影装置に用いられるエリアセンサの模式的回路図である。図９はエリアセンサの画素断面および２次元的配列の説明図である。
【０００５】
（ａ）は１画素の断面図、（ｂ）は複数画素の断面図、（ｃ）は２次元的な配列図である。
【０００６】
図１０は従来のＸ線撮影装置の動作・機能を説明する構成図である。
【０００７】
図１１は被写体および撮影画像のスペクトル分布図である。
【０００８】
（ａ）はグリッドなしの場合、（ｂ）はグリッドありの場合である。
【０００９】
図１０を用いて、従来のＸ線撮影装置の構成および動作について説明する。
【００１０】
ここで説明するＸ線撮影装置は医療用（画像診断用など）のＸ線画像を取得するための装置であり、以下の構成を有する。
【００１１】
（１）Ｘ線を被写体（ここでは人体）に対して照射するＸ線発生装置。
【００１２】
（２）被写体を透過したＸ線量の分布を検出し、デジタル信号を出力するエリアセンサ。
【００１３】
（３）Ｘ線発生装置とエリアセンサの動作を制御する制御手段。
【００１４】
（４）エリアセンサからのデジタル信号を撮影画像データとして一時、記憶するメモリ１。
【００１５】
（５）オフセット補正用データを記憶するメモリ２。
【００１６】
（６）メモリ１の撮影画像データに対し、メモリ２のオフセット補正用データを用いて演算処理（たとえば減算処理）しオフセット補正を行うオフセット補正手段。
【００１７】
（７）画素ごとのゲインばらつきを補正するためのゲイン補正用データを記憶するメモリ３。
【００１８】
（８）オフセット補正後データに対しメモリ３のゲイン補正用データを用いて演算処理（たとえば除算）し、ゲイン補正を行うゲイン補正手段。
【００１９】
（９）ゲイン補正後データを一時記憶するメモリ４。
【００２０】
（１０）メモリ４に記憶されたゲイン補正後データに対して、空間周波数処理などを行う画像処理手段。
【００２１】
（１１）画像処理後のデータをモニタ表示したり、フィルム印刷する出力手段。
【００２２】
続いて動作について同じ図１０を用いて説明する。
【００２３】
制御手段はＸ線発生装置とエリアセンサを同期させて駆動させる。
【００２４】
エリアセンサは被写体を透過したＸ線量の分布に対応する撮影画像データを出力し、出力された撮影画像データはメモリ１に一時記憶される。
【００２５】
メモリ１の撮影画像データはオフセット補正手段に入力され、ここで予めメモリ２に記憶されているオフセット補正用データを用いて演算処理（たとえば減算）され、オフセット補正後データとしてゲイン補正手段に入力される。一般的にメモリ２には予めＸ線を照射しない状態の撮影で取得された撮影画像データがオフセット補正用データとして記憶されている。
【００２６】
さらに、ゲイン補正手段に入力されたオフセット補正後データは、そこで予めメモリ３に記憶されているゲイン補正用データを用いて演算処理（たとえば除算）され、ゲイン補正後データとして画像処理手段に入力される。一般的にメモリ３には予め被写体のない状態でＸ線撮影を行い、これにより得られた撮影画像データにオフセット補正を行うことにより得られたゲイン補正用データが記憶されている。
【００２７】
画像処理手段は図示しない演算手段などを有し、ゲイン補正後データに対し、ノイズ除去を目的とする平滑化処理や関心部分のエッジ強調を目的とする先鋭化処理などの空間周波数処理を行う。また空間周波数処理だけではなく、階調変換や不要な部分のトリミングなどを行う場合もある。画像処理後信号はモニタやフィルムなどの出力手段に出力される。
【００２８】
次に従来のＸ線撮影装置に用いられるエリアセンサの構成について説明する。
【００２９】
図８に示すように、従来のＸ線撮影装置に用いられるエリアセンサはアモルファスシリコンのＰＩＮ型フォトダイオードと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなる画素を二次元に配列したセンサアレーを有し、マトリクス駆動を行っている。各画素のＰＩＮ型フォトダイオードの共通電極側には電源からバイアス電圧Ｖｓが印加されている。また各画素のＴＦＴのゲート電極は共通ゲートラインＶｇ１〜Ｎに接続されており、共通ゲートラインは図示しないシフトレジスタなどで構成されるゲートドライバに接続される。一方各ＴＦＴのソース電極は共通データラインＳｉｇ１〜Ｍに接続され、アンプ、アナログマルチプレクサ、Ａ／Ｄコンバーターなどで構成される読み出し装置で撮影画像データとして出力される。
【００３０】
次に図９を用いて従来のＸ線撮影装置に用いられるセンサアレーの断面構造、および二次元配列について説明する。図９（ａ）は１画素の断面図、（ｂ）は複数画素の断面図、（ｃ）は複数画素の二次元配列である。図９（ａ）に示すように、各画素のフォトダイオードはガラス基板上に、下電極層、アモルファスシリコンｐ層、アモルファスシリコン半導体層、アモルファスシリコンｎ層、上電極層が積層された構成である。またＴＦＴはゲート電極層（下電極）、絶縁層（アモルファスシリコン窒化膜）、アモルファスシリコン半導体層、アモルファスシリコンｎ層、ソースおよびドレイン電極層（上電極）が積層された構成である。
【００３１】
ガラス基板上に成膜、形成されているフォトダイオード、ＴＦＴ、および配線部上にはアモルファスシリコン窒化膜などの保護層が設けられ、全体を覆っている。一般的にアモルファスシリコンのフォトダイオードはＸ線に対する感度がほとんどない。このため保護層上には接着層を介して、Ｘ線を可視光に変換するための蛍光体層が接着されている。蛍光体層はガドリニウム系あるいはＣｓＩ（ヨウ化セシウム）などが用いられる。
【００３２】
被写体を透過した後、蛍光体層に入射したＸ線は可視光に変換され、フォトダイオードに入射する。可視光はフォトダイオードの半導体層で吸収され電荷を発生させる。発生した電荷はＴＦＴにより順次読み出し回路に転送され、読み出される。
【００３３】
図９（ｃ）の配列図に示すように、センサアレーの画素はピッチＰｘ＝Ｐｙで均等に二次元配列されている。Ｐｘ、Ｐｙの値としては、数１０ｕｍから数１００ｕｍが一般的である。
【００３４】
ここで従来のＸ線撮影装置に用いられるエリアセンサにおいて留意すべき点は、以下のとおりである。
【００３５】
・被写体を透過したＸ線を蛍光体層で可視光に変換して読み取っていること。
【００３６】
・蛍光体層が接着層を介して接着されていること。
【００３７】
・センサアレーの画素が特定の画素ピッチで均等に二次元配列していること、すなわち可視光は画素ピッチに相当する空間周波数でサンプリングされること。
である。
【００３８】
従来のＸ線撮影装置の画像処理手段の機能について説明する。
【００３９】
図１１（ａ）（ｂ）は従来のＸ線撮影装置の画像処理の機能説明図であり、横軸を空間周波数、縦軸をスペクトル強度としたスペクトル分布である。
【００４０】
図１１（ａ）において、
のカーブは被写体（ここでは人体）の透過Ｘ線のスペクトル分布である。
【００４１】
のカーブは実際にエリアセンサで読み取られた撮影画像データの空間スペクトル分布である。
【００４２】
被写体の透過Ｘ線の空間スペクトル分布に対して、実際にエリアセンサで読み取られる空間スペクトル分布は異なっている。
【００４３】
たとえば蛍光体層、接着層、保護層における光の散乱により（２）では中間周波数領域のパワーが低下している。すなわちこの領域では解像度が低下している。
【００４４】
またエリアセンサのランダムノイズなどにより、（２）では高周波の成分が大きくなっている。
【００４５】
一般に人体の診断においては、０．１ｌｐ／ｍｍ〜２．０ｌｐ／ｍｍ程度の空間周波数が有用な情報を含む場合が多いとされている。したがって画像処理手段上記を越える高周波のノイズ成分を除去したり、上記周波数領域の成分を強調することは診断能を向上させるために有効である。
【００４６】
また上述以外の場合として、
従来のＸ線撮影装置では散乱Ｘ線を除去する目的で、被写体とエリアセンサの間に図示しないグリッドを設ける場合がある。この場合は（ｂ）のようにグリッドの周期が読み取られた撮影画像データに表れてしまう。画像処理手段によりこのようなグリッドの周波数成分を除去する機能の詳細については、「特開２００２−３３０３４２」などに詳細に記されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４７】
前述したように、従来のＸ線撮影装置では、
エリアセンサなどの読み出し系で低下した周波数成分を強調したり、ノイズとして付加した高周波成分を除去したり、診断能を向上させる目的で、高周波領域に対する平滑化処理（ノイズ除去）、関心周波数領域に対する先鋭化処理（エッジ強調）、あるいはグリッドの周波数を低減する周波数処理を行っている。
【００４８】
しかしながら、ここで留意すべきは従来のＸ線撮影装置がエリアセンサの領域、すなわち撮影画像データの面内全域にわたって単一の画像処理を行っている点である。
【００４９】
図１２は従来のＸ線撮影装置の課題を説明する画素断面図および２次元的配列図である。
【００５０】
前述したように、従来のＸ線撮影装置に用いられるエリアセンサはセンサアレー上に蛍光体層を接着した構成を有している。エリアセンサの製造工程においては図１２に示すように、センサアレーと蛍光体層の間に気泡などによる、空隙が生じる場合がある。このように空隙が生じた領域は光の散乱が大きいため、解像力が低下する。すなわち正常な領域に対し、この領域では画像のボケが生じる。
【００５１】
図１３は従来のＸ線撮影装置の課題を説明するスペクトル分布図である。
【００５２】
は空隙がない＝正常な領域のスペクトル分布、
は空隙のある＝ボケた領域の分布、
をそれぞれ示している。
【００５３】
すなわち図１３に示すように正常領域とボケ領域では取得した撮影画像データの空間周波数特性が異なる。これらの異なる領域に対して、同じ強度で平滑化処理（ノイズ除去）や先鋭化処理（エッジ強調）などの周波数画像処理を施すと、
・エッジ強調が不十分となる場合がある。
【００５４】
・画像が必要以上にボケる場合がある。
【００５５】
さらにグリッド像の低減化処理などを施した場合、不自然が画像となる場合があった。
【００５６】
言い換えれば、上述したように、従来のＸ線撮影装置では、
撮影画像データの面内全域に対し、単一の強度で周波数処理を行うため、エリアセンサの製造工程で生じた気泡などの解像度の異なる領域が存在する場合、画像が不自然となる、あるいは目的の画像処理の効果が得られない、などの課題を有していた。
【００５７】
すなわち従来のＸ線撮影装置ではエリアセンサ面内に生じる解像度の分布に十分に対応できないという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【００５８】
上記課題を解決するために、本発明のＸ線撮影装置は、
被写体のＸ線画像データを出力する撮像手段と、
前記撮像手段からの画像データを記憶する第１のメモリと、
前記撮像手段の解像度分布を検出する解像度検出手段と、
前記解像度検出手段で検出された解像度分布を記憶する第２のメモリと、
前記第１のメモリに記憶された画像データに対し、前記第２のメモリに記憶された解像度分布に対応させて異なる強度で周波数処理を行う画像処理手段と、
を有することを特徴としている。
【００５９】
このように本発明の構成により、
撮像手段の撮影領域内に製造工程の気泡などを原因とする解像度の分布が生じていても、
平滑化処理（ノイズ除去）、先鋭化処理（エッジ強調）などの周波数処理を、分布に応じて適切に行うことが可能となり、良好な診断能を有するＸ線撮影装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明のＸ線撮影装置によれば、従来の以下の課題を解決することができる。
【００６１】
（１）撮影画像データの面内全域に対し、単一の強度で周波数処理を行うため、エリアセンサの製造工程で生じた気泡などの解像度の異なる領域が存在する場合、画像が不自然となる、あるいは目的の画像処理の効果が得られない。
【００６２】
（２）すなわち従来のＸ線撮影装置ではエリアセンサ面内に生じる解像度の分布に十分に対応できない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下で本発明の実施例について図を用いて詳しく説明する。
【実施例１】
【００６４】
図１に本発明の第１の実施例のＸ線撮影装置の構成を示す。
【００６５】
図１０の従来例と比較して、構成上および動作・機能上の主な特徴は以下の点である。
【００６６】
・構成上の特徴
図１０の従来のＸ線撮影装置に加えて、解像度検出手段およびメモリ５を有している。
【００６７】
解像度検出手段はメモリ４およびメモリ５に接続されている。また画像処理手段がメモリ５に接続されている。さらに制御手段がメモリ４、メモリ５、解像度検出手段、画像処理手段の動作を制御している。
【００６８】
・機能・動作上の特徴
制御手段が「解像度検出モード」と「撮影モード」の二つのモードを切り換え可能である。
【００６９】
解像度検出モードでは面内の解像度分布を判定し、メモリ５に記憶させる。
【００７０】
撮影モードでは「解像度検出モード」で判定・メモリ５に記憶された解像度分布に従い、メモリ４の撮影画像データに対する画像処理の強度を切り換える機能を有する。
【００７１】
以下でそれぞれのモードの動作について詳細に説明する。
【００７２】
はじめに「解像度検出モード」について説明する。
【００７３】
図２は本発明のＸ線撮影装置の「解像度検出モード」の動作を説明するブロック図である。また図３は「解像度検出モード」の原理を示す説明図、図４は解像度検出手段の動作を説明するフロー図である。
【００７４】
本モードにおいて、
解像度検出用チャート（またはグリッド）をＸ線撮影する。
【００７５】
このとき用いる解像度検出用チャートは周期的にＸ線吸収の大きい部分と吸収の小さい部分が配置されていることが望ましい。
【００７６】
検出チャートを撮影したデータに対し、従来例と同様のオフセット補正、ゲイン補正を行う。
【００７７】
補正後のデータに対して「解像度検出手段」は「正常領域」と「ボケ領域」の判定を行う。
【００７８】
「正常領域」と「ボケ領域」の判定は、ボケ領域で図３に示すように、解像度チャートのコントラストが低下するという性質を利用したものである。解像度検出手段は図４のフロー図に示すように、解像度チャートの撮影データのコントラストに対し、しきい値を設け判定を行う。
【００７９】
すなわち図３および図４に示すように、コントラストがしきい値よりも小さい領域を「ボケ領域」と判定し、メモリ５に記憶させる。メモリ５には図５に示すように、ボケ領域と正常領域のアドレスがマップとして記憶される。
【００８０】
ここでは判定のしきい値を１つだけ設け、ボケ領域と正常領域を２値判定したが、図５（ｂ）に示すように複数のしきい値を設けて、ボケの程度に応じて多値のマップをメモリに記憶しても良い。
【００８１】
あるいはボケ領域と正常領域の境界部に中間領域を設けてもよい。
【００８２】
また解像度分布の判定に用いる解像度チャートは、ピッチが画素のピッチの整数倍ではないことが必要である。また解像度チャートのピッチは画素ピッチより小さくてもよい。この場合、エリアシングの振幅に対ししきい値を設けて、解像度分布を判定してもよい。
【００８３】
次に撮影モードの動作について、図６（構成図）および図７（フロー図）を用いて説明する。
【００８４】
本モードにおいて、被写体（人体）にＸ線が撮影され、撮影画像データは従来例と同様にオフセット補正、ゲイン補正され、メモリ４に記憶される。
【００８５】
またメモリ５にはあらかじめ「解像度検出モード」で判定された「正常領域」と「ボケ領域」の分布アドレスが記憶されている。
【００８６】
フロー図（図７）に示すように、画像処理手段はメモリ４の撮影画像データをメモリ５の分布アドレスに従い領域分割する。
【００８７】
画像処理手段は分割されたそれぞれの領域に対し、異なる強度で平滑化処理や先鋭化処理などの画像処理を行う。解像度分布に応じて異なる強度で処理を行った後、合成手段で再び画像が合成される。
【００８８】
このような構成により、解像度に応じて最適な画像処理を施すことが可能となる。
【００８９】
本実施例では、周波数領域の画像処理として、
平滑化処理（ノイズフィルター）と先鋭化処理（エッジ強調）について説明したが、別の処理に対して適用しても良い。たとえばグリッド像のような周期的なスジを低減する周波数処理を行う際に、解像度分布により異なる強度で画像処理してもよい。
【００９０】
本実施例ではセンサアレー上に蛍光体層を配した間接型の撮影装置の解像度分布について説明したが、本発明の適用範囲は間接型にとどまらない。結晶シリコン、ガリウム砒素、アモルファスセレン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀などを用いた直接型の撮影装置の解像度分布に対しても本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明のＸ線撮影装置の構成図
【図２】解像度検出モードの説明図
【図３】解像度検出の原理説明図
【図４】解像度検出モードのフロー図
【図５】メモリ５の説明図
【図６】撮影モードの説明図
【図７】撮影モードのフロー図
【図８】エリアセンサの模式的回路図
【図９】エリアセンサの画素断面図および配列図
【図１０】従来のＸ線撮影装置の構成図
【図１１】スペクトル図
【図１２】従来のＸ線撮影装置の課題を説明する画素断面図および配列図
【図１３】正常領域とボケ領域のスペクトル図
【図１】
2005117219.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005117219.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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