(57)【要約】【課題】筋状のアーチファクトを低減し、Ａ／Ｄ変換器の変換特性の非直線性に起因する撮像画像の画質の劣化を抑制する技術を提供する。【解決手段】放射線を検出するための複数の画素と、信号処理部と、を含む放射線撮像装置であって、信号処理部は、第１のグループが第１の値のオフセット成分を含み、第２のグループが第２の値のオフセット成分を含むように、デジタル信号に変換する変換部と、デジタル信号を処理し画像信号を出力するデジタル信号処理部と、を備え、デジタル信号処理部は、第１のグループに含まれる画素のデジタル信号と、第２のグループに含まれる画素のデジタル信号と、を用いて補正値を算出し、補正値を用いて前記第１のグループに含まれるそれぞれの画素のデジタル信号におけるＡ／Ｄ変換器の変換特性に起因する影響を低減する補正を行うことによって画像信号を生成する。【選択図】図１
2016178533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出するための行列状に配された複数の画素と、それぞれの画素からアナログ信号を読み出し画像信号を出力する信号処理部と、を含む放射線撮像装置であって、
前記信号処理部は、
第１のグループに含まれる画素のデジタル信号が第１の値のオフセット成分を含み、第２のグループに含まれる画素のデジタル信号が前記第１の値とは異なる第２の値のオフセット成分を含むように、それぞれの画素からの前記アナログ信号をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号に変換する変換部と、
前記デジタル信号を処理し、前記画像信号を出力するデジタル信号処理部と、を備え、
前記デジタル信号処理部は、前記第１のグループに含まれる画素のデジタル信号と、前記第２のグループに含まれる画素のデジタル信号と、を用いて補正値を算出し、前記補正値を用いて前記第１のグループに含まれるそれぞれの画素のデジタル信号における前記Ａ／Ｄ変換器の変換特性に起因する影響を低減する補正を行うことによって前記画像信号を生成することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項２】
前記第１のグループは、前記複数の画素のうち、少なくとも１つの行又は列に含まれる画素によって構成され、
前記第２のグループは、前記複数の画素のうち、前記第１のグループとは異なる少なくとも１つの行又は列に含まれる画素によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項３】
前記補正値が、
前記第１のグループに含まれる１つ以上の画素のデジタル信号から算出される第１の代表値と、
前記第２のグループに含まれる１つ以上の画素のデジタル信号から算出される第２の代表値と、
に基づいて算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
【請求項４】
前記補正値が、
前記第１の代表値と、
前記第１の代表値と、前記第２の代表値と、の平均値と、
に基づいて算出されることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
前記補正値が、
前記第１の代表値と、前記平均値と、
の差分であることを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
【請求項６】
前記第１の代表値が、前記第１のグループに含まれる２つ以上の画素のデジタル信号の平均値であり、前記第２の代表値が、前記第２のグループに含まれる２つ以上の画素のデジタル信号の平均値であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
前記第１の代表値が、前記第１のグループに含まれる２つ以上の画素のデジタル信号の中央値であり、前記第２の代表値が、前記第２のグループに含まれる２つ以上の画素のデジタル信号の中央値であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項８】
前記複数の画素は、前記第１のグループ及び前記第２のグループとは異なる第３のグループを更に有し、
前記補正値が、前記第１の代表値と、前記第２の代表値と、前記第３のグループに含まれる１つ以上の画素のデジタル信号から算出される第３の代表値と、に基づいて算出されることを特徴とする請求項３乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項９】
前記第３のグループが、前記第２の値の前記オフセット成分を含むデジタル信号に変換されることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
【請求項１０】
前記第１のグループと、前記第２のグループと、前記第３のグループのうち、互いに隣接するグループが異なる値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換されることを特徴とする請求項８又は９に記載の放射線撮像装置。
【請求項１１】
前記第３のグループが、前記第１の値及び前記第２の値の何れとも異なる値の前記オフセット成分を含むデジタル信号に変換されることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の画素のうち、少なくとも１つの行又は列に含まれる画素によって構成された複数のグループであって、並んで配された前記複数のグループが、周期的に異なる値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換されることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１３】
前記デジタル信号処理部が、加減算処理によって前記補正を行うことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１４】
前記デジタル信号処理部は、前記補正を行う際の補正量に上限を有し、
前記第１のグループに含まれる画素のデジタル信号と、前記第２のグループに含まれる画素のデジタル信号と、を用いて算出した値が前記上限よりも大きい場合、前記上限の補正量を前記補正値とすることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１５】
前記放射線撮像装置は、前記複数の画素を走査する駆動回路と、前記変換部にバイアスを供給する電源部と、前記駆動回路、前記変換部及び前記電源部を制御する制御部と、を更に含み、
前記制御部が前記変換部に、アナログ信号にオフセット値を付加させることによって、前記オフセット成分を含むデジタル信号に変換することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１６】
前記制御部が前記電源部に、前記Ａ／Ｄ変換器に異なるバイアスを供給させることによって、異なる値の前記オフセット成分を含むデジタル信号に変換することを特徴とする請求項１５に記載の放射線撮像装置。
【請求項１７】
前記デジタル信号処理部が、前記第１のグループに含まれる画素のデジタル信号に含まれる第１の値のオフセット成分と、前記第２のグループに含まれる画素のデジタル信号に含まれる第２の値のオフセット成分と、を低減する補正を行った後、前記補正値の算出及び前記補正を行うことを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１８】
前記放射線撮像装置は、放射線を光に変換するシンチレータを有し、
前記画素が、当該光を前記アナログ信号に変換することを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項１９】
前記放射線撮像装置が、動画撮像用であることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか１項に記載の放射線撮像装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１９の何れか１項に記載の放射線撮像装置と、
放射線を発生するための放射線発生装置と、を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面型の検出器（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いた放射線撮像装置が実用化されている。このような放射線撮像装置には、検出器で生成されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が含まれる。しかしながら、Ａ／Ｄ変換器は、入力されるアナログ信号と出力されるデジタル信号との間の変換特性において、理想的な直線性を示さず非直線性を有する場合がある。特許文献１には、アナログ信号に対して列ごとに異なる変更処理を行ってからＡ／Ｄ変換器に入力する、又は列ごとにＡ／Ｄ変換器の変換特性を変更する処理を行いデジタル信号に変換する放射線撮像装置が開示されている。この処理によって行方向に出力されるデジタル信号に新たな出力差が生じ、Ａ／Ｄ変換器の変換特性に起因する出力差が目立ち難くなり、撮像画像への視覚的な影響が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４１７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示される構成では、列ごとに異なる処理を行うことによって、Ａ／Ｄ変換器の変換特性に起因する列ごとの新たな筋状のアーチファクトが発生する。
【０００５】
本発明は、この筋状のアーチファクトを低減し、Ａ／Ｄ変換器の変換特性の非直線性に起因する撮像画像の画質の劣化を抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置は、放射線を検出するための行列状に配された複数の画素と、それぞれの画素からアナログ信号を読出し画像信号を出力する信号処理部と、を含む放射線撮像装置であって、信号処理部は、第１のグループに含まれる画素のデジタル信号が第１の値のオフセット成分を含み、第２のグループに含まれる画素のデジタル信号が第１の値とは異なる第２の値のオフセット成分を含むように、それぞれの画素からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号に変換する変換部と、デジタル信号を処理し、画像信号を出力するデジタル信号処理部と、を備え、デジタル信号処理部は、第１のグループに含まれる画素のデジタル信号と、第２のグループに含まれる画素のデジタル信号と、を用いて補正値を算出し、補正値を用いて前記第１のグループに含まれるそれぞれの画素のデジタル信号におけるＡ／Ｄ変換器の変換特性に起因する影響を低減する補正を行うことによって画像信号を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記手段により、筋状のアーチファクトを低減し、Ａ／Ｄ変換器の変換特性の非直線性に起因する撮像画像の画質の劣化を抑制する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る放射線撮像装置のブロック図。
【図２】本発明に係る放射線撮像装置の等価回路図。
【図３】本発明に係る放射線撮像装置のＡ／Ｄ変換器の入出力特性を示す図。
【図４】本発明に係る放射線撮像装置のＡ／Ｄ変換器の入出力特性を示す図。
【図５】本発明に係る放射線撮像装置の駆動タイミング図。
【図６】本発明に係る放射線撮像装置の段差補正法を示す図。
【図７】本発明に係る放射線撮像装置の段差補正法を示す図。
【図８】本発明に係る放射線撮像装置の段差補正法を示す図。
【図９】本発明の放射線撮像装置を用いた放射線撮像システムの概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。なお、本発明における放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。
【００１０】
図１は、本実施形態における放射線撮像装置１００の構成を概念的に示すブロック図である。図１の放射線撮像装置１００は、検出部１０１、駆動回路１０２、信号処理部１０６、電源部１０７及び制御部１１０を含む。検出部１０１は、放射線又は光をアナログ信号に変換し、放射線を検知するための複数の画素を行列状に備える。図１では、横方向の並んだ画素を画素列と呼び、縦方向に並んだ画素を画素行と呼ぶ。駆動回路１０２は、検出部１０１に備えられた複数の画素を走査し、検出部１０１からアナログ信号を出力するために検出部１０１を駆動する。本実施形態において、説明の簡便化のために検出部１０１は、８行８列の画素を有する形態として、４画素列分を一組とする第１の画素群１０１ａ及び第２の画素群１０１ｂに分割されている。
【００１１】
検出部１０１から出力されたアナログ信号１１２は、信号処理部１０６に入力される。信号処理部１０６は、読出し回路１０３、Ａ／Ｄ変換器１０４を含む変換部３００及びデジタル信号処理部１０５を含む。第１の画素群１０１ａから出力されたアナログ信号１１２は、変換部３００に入力され、第１の読出し回路１０３ａによって読み出される。第１の読出し回路１０３ａから出力されたアナログ信号１１３は、第１のＡ／Ｄ変換器１０４ａに入力され、デジタル信号１１４に変換され変換部３００から出力される。同様に、第２の画素群１０１ｂから出力されたアナログ信号１１２は、第２の読出し回路１０３ｂによって読み出され、第２のＡ／Ｄ変換器１０４ｂに入力され、デジタル信号１１４に変換される。Ａ／Ｄ変換器１０４から出力されたデジタル信号１１４は、デジタル信号処理部１０５に入力される。デジタル信号処理部１０５は、入力したデジタル信号１１４に対してＡ／Ｄ変換器１０４の変換特性に起因する影響を低減するための補正値を算出する補正値算出部３０２及びその補正値を用いてデジタル信号を補正する補正部３０３を含む。またデジタル信号処理部１０５では、デジタルマルチプレックス処理やオフセット補正などの簡易なデジタル信号処理が行われ、画像信号１１５が生成され出力される。画像信号１１５が、放射線撮像装置１００から出力されることによって、撮影画像を外部のディスプレイ（不図示）などで観察できる。
【００１２】
電源部１０７は、信号処理部１０６に対して、信号処理部１０６の各回路に対応するバイアスとなる基準電圧を与える。電源部１０７は、読出し回路１０３に対して基準電圧を与える第１及び第２の電源部１０７ａ、ｂと、Ａ／Ｄ変換器１０４に基準電圧を与える第３の電源部１０７ｃとを含む。
【００１３】
制御部１１０は、制御回路１０８、記憶部１０９及びオフセット発生部３０１を含む。制御回路１０８は、駆動回路１０２、信号処理部１０６及び電源部１０７を制御し、撮像画像の読出し動作を行う。記憶部１０９は、Ａ／Ｄ変換器１０４に入力されるアナログ信号と、Ａ／Ｄ変換器１０４から出力されるデジタル信号との間の変換特性の非直線性に関する情報が記憶されている。オフセット発生部３０１は、信号処理部１０６及び電源部１０７の少なくとも一方を制御する。このときオフセット発生部３０１は、記憶部１０９の情報に基づき、信号処理部１０６及び電源部１０７の少なくとも一方を制御してもよい。また制御回路１０８とオフセット発生部３０１とは同期し、放射線撮像装置１００を制御してよい。制御部１１０は、第１、第２及び第３の電源部１０７ａ、ｂ、ｃに対して第１、第２及び第３の基準電圧調整信号１１８ａ、ｂ、ｃを、それぞれ供給する。また制御部１１０は、読出し回路１０３に対してゲイン調整信号１１６、サンプルホールド制御信号１２０、マルチプレクス制御信号１１７及びＤ／Ａ変換器の設定信号１２１を供給する。図１では、読出し回路１０３のうち、読み出し回路１０３ａに供給される各信号の参照符号に「ａ」を付加し、読み出し回路１０３ｂに供給される各信号の参照符号に「ｂ」を付加する。更に制御部１１０は、駆動回路１０２に駆動制御信号１１９を供給し、駆動回路１０２は、それに基づいて検出部１０１に駆動信号１１１を供給する。
【００１４】
図２は、本実施形態における放射線撮像装置１００の概念的な等価回路図を示す。検出部１０１は、行列状に配置された複数の画素２０１を有する。図２では、横方向の並んだ画素を画素行と呼び、縦方向に並んだ画素を画素列と呼ぶ。本実施形態において、８行８列に渡り８×８個の画素２０１が配置される。ｉ行ｊ列にある画素２０１は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子Ｓｉｊと、その電荷に応じた電気信号であるアナログ信号１１２を出力するスイッチ素子Ｔｉｊと、を含む。以下の説明では、変換素子Ｓｉｊを総称して変換素子Ｓと呼び、スイッチ素子Ｔｉｊを総称して変換素子Ｔと呼ぶ。光を電荷に変換する変換素子Ｓとしては、ガラス基板などの絶縁基板上に配され、アモルファスシリコンを主材料とするＰＩＮ型フォトダイオードなどの、光電変換素子が好適に用いられる。放射線を電荷に変換する変換素子としては、放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体を備えた間接型の変換素子や、放射線を直接電荷に変換する直接型の変換素子が好適に用いられる。スイッチ素子Ｔとしては、制御端子と２つの主端子を有するトランジスタが好適に用いられる。光電変換素子が絶縁性基板上の備えられる画素の場合には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が好適に用いられる。変換素子Ｓの一方の電極はスイッチ素子Ｔの２つの主端子の一方に電気的に接続され、他方の電極は共通の配線を介してバイアス電源Ｖｓと電気的に接続される。行方向の複数の画素２０１のスイッチ素子は、各行ごとに配される駆動配線Ｇ１〜Ｇ８を介して制御される。例えばＴ１１〜Ｔ１８は、それらの制御端子が１行目の駆動配線Ｇ１に共通に電気的に接続されており、駆動回路１０２からスイッチ素子の導通状態を制御する駆動信号が、駆動配線を介して行単位で与えられる。列方向の複数の画素２０１のスイッチ素子、例えばＴ１１〜Ｔ８１は、それらの他方の主端子が１列目の信号配線Ｓｉｇ１に電気的に接続されており、導通状態になっている間に、変換素子の電荷に応じた電気信号を、信号配線を介して読出し回路１０３に出力する。列方向に複数配列された信号配線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ８は、検出部１０１の複数の画素２０１から出力されたアナログ信号１１２を並列に読出し回路１０３に伝送する。本実施形態において、検出部１０１は４画素列分を一組とする第１の画素群１０１ａ及び第２の画素群１０１ｂに分割されている。第１の画素群１０１ａから出力された電気信号は、第１の読出し回路１０３ａによって並列に読み出され、第２の画素群１０１ｂから出力された電気信号は、第２の読出し回路１０３ｂによって並列に読み出される。
【００１５】
読出し回路１０３のそれぞれは、増幅回路部２０２、サンプルホールド回路部（以下、ＳＨ回路部と示す）２０３、マルチプレクサ２０４、出力バッファ２０７、可変増幅器２０５及びＤ／Ａ変換器２０６を含む。図２では、読出し回路１０３のうち、読み出し回路１０３ａに含まれる各構成要素の参照符号に「ａ」を付加し、読み出し回路１０３ｂに含まれる各構成要素の参照符号に「ｂ」を付加する。第１及び第２の画素群１０１ａ、ｂから並列に出力された電気信号は、第１及び第２の読出し回路１０３ａ、ｂに入力され、まず第１及び第２の増幅回路部２０２ａ、ｂで増幅される。第１及び第２の増幅回路部２０２ａ、ｂは、読み出された電気信号を増幅し出力する演算増幅器Ａ、積分容量群Ｃｆ、増幅率切り換えのためのスイッチ群ＳＷ、及び積分容量をリセットするためのリセットスイッチＲＣを含む増幅回路を、信号配線ごとに有する。演算増幅器Ａの反転入力端子には、検出部１０１から出力されたアナログ信号１１２が入力され、出力端子から増幅された電気信号が出力される。ここで本実施形態において、奇数列の増幅回路の正転入力端子には第１の電源部１０７ａから基準電圧Ｖｒｅｆ１ａが入力され、偶数列の増幅回路の正転入力端子には第１の電源部１０７ａから基準電圧Ｖｒｅｆ１ｂが入力される。基準電圧Ｖｒｅｆ１ａと基準電圧Ｖｒｅｆ１ｂとは同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。また、複数の積分容量が並列に備えられた積分容量群Ｃｆが演算増幅器Ａの反転入力端子と出力端子の間に配置される。
【００１６】
次いで第１及び第２の増幅回路部２０２ａ、ｂで増幅された電気信号は、電気信号をサンプルしホールドするための第１及び第２のＳＨ回路部２０３ａ、ｂに入力される。第１及び第２のＳＨ回路部２０３ａ、ｂは、ノイズ用サンプリングスイッチＳＨＮ及び信号用サンプリングスイッチＳＨＳと、ノイズ用サンプリング容量Ｃｈｎ及び信号用サンプリング容量Ｃｈｓとによって構成されるサンプルホールド回路を、増幅回路ごとに有する。ＳＨ回路部２０３の各スイッチは、制御部１１０からのサンプルホールド制御信号１２０によって制御される。次に第１及び第２のＳＨ回路部２０３ａ、ｂから並列に読み出された電気信号は、直列の電気信号として出力する第１及び第２のマルチプレクサ２０４ａ、ｂに入力される。第１及び第２のマルチプレクサ２０４ａ、ｂは、各信号配線に対してスイッチＭＳＮ１〜ＭＳＮ４、ＭＳＮ５〜ＭＳＮ８、ＭＳＳ１〜ＭＳＳ４、ＭＳＳ５〜ＭＳＳ８をそれぞれ備える。各スイッチＭＳＮ、ＭＳＳを制御部１１０からのマルチプレクス制御信号１１７によって順次選択することによって、並列信号を直列信号に変換する動作が行われる。直列に変換された電気信号は、直列の電気信号をインピーダンス変換して出力する第１及び第２の出力バッファ２０７ａ、ｂのＳＦＮ、ＳＦＳに入力される。また第１及び第２の出力バッファ２０７ａ、ｂのゲートには、スイッチＳＲＮ、ＳＲＳを介して第２の電源部１０７ｂから基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。スイッチＳＲＮ、ＳＲＳは、所定のタイミングで第１及び第２の可変増幅器２０５ａ、ｂの入力をリセットする。第１及び第２の出力バッファ２０７ａ、ｂから出力された電気信号は、第１及び第２の可変増幅器２０５ａ、ｂに入力される。第１及び第２のＤ／Ａ変換器２０６ａ、ｂは、第１及び第２の可変増幅器２０５ａ、ｂに対して任意のオフセットを付加する。
【００１７】
可変増幅器２０５から出力された電気信号は、読出し回路１０３から出力されたアナログ信号１１３としてＡ／Ｄ変換器１０４に入力される。第１の読出し回路１０３ａから出力されたアナログ信号１１３の入力する第１のＡ／Ｄ変換器１０４ａには、第３の電源部１０７ｃから基準電圧Ｖｒｅｆ３ａが入力される。また第２の読出し回路１０３ｂから出力されるアナログ信号１１３の入力する第２のＡ／Ｄ変換器１０４ｂには、第３の電源部１０７ｃから基準電圧Ｖｒｅｆ３ｂが入力される。基準電圧Ｖｒｅｆ３ａと基準電圧Ｖｒｅｆ３ｂとは同じ値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。
【００１８】
ここでＡ／Ｄ変換器の変換特性の有する非直線性について説明する。この非直線性は、実際のアナログ入力とデジタル出力との関係が理想直線からどれだけ外れているかを示す。具体的には微分非直線性誤差（ＤＮＬ）や積分非直線性誤差（ＩＮＬ）で示される。ＩＮＬとは、Ａ／Ｄ変換器の入出力特性全体を見渡したときの理想の入出力直線に対する実際の入出力特性のずれを意味する。ＤＮＬとは、入出力の各ステップを個別に見た場合の理想ステップとのずれを意味する。
【００１９】
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態において、信号処理部１０６に入力するアナログ信号１１２と出力される画像信号１１５との間の変換特性について説明し、本実施形態によるＩＮＬの補正の方法について説明する。まず図３を用いて、信号処理部１０６の有するＡ／Ｄ変換器１０４の変換特性の非直線性による影響について説明する。図３（ａ）にＡ／Ｄ変換器１０４の有する変換特性を示す。図３（ａ）において、横軸はＡ／Ｄ変換器１０４に入力される入力電圧、縦軸はＡ／Ｄ変換器１０４から出力されるデジタル値（コード）をそれぞれ示す。図３（ａ）では、０Ｖから０．９９Ｖまで０．０１Ｖ間隔の１００通りの入力電圧のそれぞれをＡ／Ｄ変換器１０４に入力した場合に得られる理想的なデジタル信号を四角で示し、同じ入力に対する実際のデジタル信号を黒丸で示す。なお図３（ａ）は、説明の簡略化のために分解能８ビットのＡ／Ｄ変換器を想定して示している。理想的なＡ／Ｄ変換器の線形な変換特性に対し、実際のＡ／Ｄ変換器１０４の変換特性は、理想的な特性からずれた非直線性を有する。
【００２０】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したＡ／Ｄ変換器１０４の変換特性の有する非直線性の、理想的な変換特性からの差分を示す。図３（ｂ）から、各入力電圧に対してＡ／Ｄ変換器１０４によって出力されるデジタル信号と、理想的な特性を有するＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号との間の差分は、約−５ＬＳＢ〜＋１５ＬＳＢであることが分かる。例えば高速処理のために複数のＡ／Ｄ変換器を使用し並列処理を行う場合、それぞれのＡ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号に基づいて生成された撮像画像に、変換特性の非直線性に起因する段差が発生する可能性がある。また例えば後述するオフセット成分に撮像画像の面内で分布が生じた場合、オフセット補正後に変換特性の非直線性に起因する部分的な段差が生じる可能性がある。このように、Ａ／Ｄ変換器１０４の有する非直線性の影響は、例えば放射線画像診断において、弊害を生じる可能性がある。
【００２１】
次いで図４を用いて、信号処理部１０６における補正の方法について説明する。図４は、Ａ／Ｄ変換器１０４の有する非直線性に対し、本実施形態の放射線撮像装置１００の構成を用いた非直線性に起因するＩＮＬの補正の方法及びその効果について説明する図である。制御部１１０は、オフセット発生部３０１からの制御によって、信号処理部１０６のうち変換部３００に入力するアナログ信号１１２に対して行ごとに異なるオフセット値を順次付加しＡ／Ｄ変換を行う。これらのオフセット値は例えば記憶部１０９に記憶されている。この結果、異なる値のオフセット成分を含むデジタル信号１１４を出力する。このとき出力されたデジタル信号１１４は、Ａ／Ｄ変換器の変換特性の非線形性に起因する段差を有する。図４（ａ）は、行ごとにオフセット値を付加しオフセット成分を変更したときの、Ａ／Ｄ変換器１０４の入出力特性を示す。横軸は、オフセット値を付加する前の入力電圧、縦軸は、Ａ／Ｄ変換したデジタル信号から、オフセット成分を低減するオフセット補正を行った後のデジタル信号のコードを示す。図４（ａ）では、オフセット補正によってオフセット成分を取り除いた場合を示す。例えば、偶数行には０．２Ｖのオフセット値、奇数行には０．２５Ｖのオフセット値を設定し、異なる値のオフセット成分を含むデジタル信号を出力する。図４（ａ）では、偶数行の画素から供給された様々な値の入力電圧に対するデジタル信号を黒丸で示し、奇数行の画素から供給された様々な値の入力電圧に対するデジタル信号を三角で示す。偶数行の画素から供給された入力電圧は、０．２Ｖのオフセット値が付加された後、Ａ／Ｄ変換器１０４に入力され、デジタル信号に変換される。従って、図４（ａ）の黒丸で表されるグラフは、図３（ａ）の四角で表されるグラフを、入力電圧が０．２Ｖの場合の点が原点に来るようにシフトすることで得られる。同様に、図４（ａ）の三角で表されるグラフは、図３（ａ）の四角で表されるグラフを、入力電圧が０．２５Ｖの場合の点が原点に来るようにシフトすることで得られる。このように、偶数行と奇数行で異なるオフセットを設定し、デジタル信号に含まれるオフセット成分の値を変更することによって、撮像画像上では、偶数行と奇数行とで異なる非直線性に起因する行ごとの横筋状の段差が発生する。一方で、Ａ／Ｄ変換器１０４の変換特性は、図４（ａ）に示すように、偶数行と奇数行とで異なる非直線性を有するようになる。
【００２２】
次に、オフセット成分を含み変換部３００から出力され、デジタル信号処理部１０５に入力したデジタル信号１１４に対してＡ／Ｄ変換器の変換特性に起因する影響を低減する処理を行う。補正値算出部３０２は、入力されたデジタル信号から、補正を行うための補正値を算出する。図４（ｂ）に、それぞれ異なるオフセット値を設定したアナログ信号の偶数行と奇数行との入出力特性の平均値を菱形で示す。図３（ａ）に示すＡ／Ｄ変換器１０４の入出力特性と比較して、行によって異なるオフセット値を設定し、オフセット値の異なる入出力特性の平均値を求めることによって、入出力特性が理想的な線形の入出力特性に近付いていることが分かる。次いで偶数行及び奇数行の各変換特性と、求めた平均値である平均的な変換特性との間の、各入力値に対する出力値の差分を算出し、この差分を補正値とする。図４（ｃ）に偶数行及び奇数行に対する、算出された補正値を示す。続いて、算出された補正値を用いて、補正部３０３によって、偶数行、奇数行の各出力値からから補正値を除去し補正する。図４（ｄ）は、本実施形態の構成によるＩＮＬの低減方法の効果を示す。図３（ｂ）及び図４（ｄ）の黒丸に示す補正前のＡ／Ｄ変換器１０４は、理想的な特性から約−５ＬＳＢ〜＋１５ＬＳＢのずれを生じていた。一方、本実施形態の構成を用いて補正することによって、図４（ｄ）の四角で示すように、補正後の変換特性と理想的な変換特性との間の差分は、約−５ＬＳＢ〜＋５ＬＳＢとなる。本実施形態の構成を用いた補正によって、Ａ／Ｄ変換器１０４の変換特性の非直線性に起因する影響が低減されていることが分かる。
【００２３】
本実施形態において、オフセット発生部３０１を用いた制御部１１０からの制御によって、行ごとに異なるオフセット値を設定し、行ごとに変換特性の非直線性に起因する段差をシフトさせ、行ごとに異なるＡ／Ｄ変換器１０４の非直線性を作り出す。次いで補正値算出部３０２によって、異なる値のオフセット値を付加することによって得られるＡ／Ｄ変換器１０４の平均的な変換特性を算出し、偶数行、奇数行それぞれ、Ａ／Ｄ変換器１０４の平均的な変換特性からの差分である補正値を算出する。続いて補正部３０３によって、補正値算出部３０２で算出された補正値を用いて出力されるデジタル信号を補正する。これによって、入力するアナログ信号１１２と出力される画像信号１１５との間の信号処理部１０６の変換特性の非直線性を改善させることが可能となる。
【００２４】
次に、上述した信号処理部１０６の変換特性の補正に対して、オフセット発生部３０１、補正値算出部３０２及び補正部３０３を用いた本実施形態における放射線撮像装置１００の各動作について、詳細な説明を行う。
【００２５】
まずオフセット発生部３０１の動作について説明する。制御部１１０のオフセット発生部３０１は、変換部３００に入力されるアナログ信号１１３に対して、行ごとに周期的に異なる値のオフセット成分を含むデジタル信号１１４を出力させる。本実施形態において、異なる値のオフセット値を含むデジタル信号を生成するために、オフセット発生部３０１は、以下に示す処理のうち少なくとも１つの処理を行う。
【００２６】
第１の処理として、第１及び第２のＡ／Ｄ変換器１０４ａ、ｂのＡ／Ｄ変換特性を、入力するアナログ信号１１３の値が、行ごとにシフトするように、オフセット発生部３０１が設定信号１２１によってＤ／Ａ変換器２０６ａ、２０６ｂを制御してもよい。具体的には、Ｄ／Ａ変換器２０６ａ、２０６ｂの出力が１行目のＡ／Ｄ変換動作時には０．２Ｖ設定、２行目のＡ／Ｄ変換動作時には０．２５Ｖ設定、３行目のＡ／Ｄ変換動作時には０．２Ｖ設定、のように偶数行と奇数行で順次、設定を変更する。これによって、入力されるアナログ信号に対して出力されるデジタル信号に行ごとに周期的に異なる値のオフセット成分が付加される。このときの駆動タイミング図を図５に示す。図５は上から順に、放射線の入射、行方向の駆動配線Ｇ、リセットスイッチＲＣ、ノイズ用サンプリングスイッチＳＨＮ、信号用サンプリングスイッチＳＨＳ及びマルチプレクサ２０４のスイッチＭＳＮ、ＭＳＳの制御信号、及びＤ／Ａ変換器２０６の設定電圧を示す。放射線は、Ｈｉレベルのとき入射する。また各制御信号は、Ｈｉレベルのとき導通状態（ＯＮ状態）になり、Ｌｏｗレベルのとき非導通状態（ＯＦＦ状態）になる。
【００２７】
図５のタイミング図の前半の処理によって、各画素への放射線に応じた成分を含むデジタル信号１１４がデジタル信号処理部１０５に供給される。以下、この処理によって得られる画像を放射線画像と呼ぶ。また、図５のタイミング図の後半の処理によって、各画素で発生したノイズに応じた成分を含むデジタル信号１１４がデジタル信号処理部１０５に供給される。以下、この処理によって得られる画像をノイズ画像と呼ぶ。制御部１１０は、放射線画像の取得とノイズ画像の取得とを同じ設定で行う。その結果、同じ画素についての２つのデジタル信号１１４は、同じ値のオフセット成分を有する。そこで、デジタル信号処理部１０５は、２つのデジタル信号１１４の差分を取ることによって、デジタル信号１１４からオフセット成分を取り除き、オフセット成分を低減する補正を行う。この動作によって、デジタル信号１１４にアナログ信号１１３から変換された成分と、Ａ／Ｄ変換器１０４の有する非直線性に起因するＩＮＬによる段差とを残すことが可能となる。ここでノイズ画像は、放射線画像を取得するごとに取得してもよい。また例えば、ノイズ画像をあらかじめ取得しておき、放射線撮像装置１００内に記憶しておいてもよい。
【００２８】
第２の処理としては、オフセット発生部３０１が可変増幅器２０５ａ、ｂのゲインを制御してもよい。１行目のＡ／Ｄ変換動作時にはゲイン＝１．００倍設定、２行目のＡ／Ｄ変換動作時にはゲイン＝１．０１倍設定、２行目のＡ／Ｄ変換動作時にはゲイン＝１．００倍設定、のように偶数行と奇数行とで順次、設定を変更する。
【００２９】
第３の処理としては、オフセット発生部３０１がゲイン調整信号１１６を調整することによって増幅回路部２０２ａ、ｂのゲインを制御してもよい。１行目のサンプルホールド動作時にはゲイン＝１．００倍設定、２行目のサンプルホールド動作時にはゲイン＝１．０１倍設定、３行目のサンプルホールド動作時にはゲイン＝１．００倍設定、のように偶数行と奇数行とで順次、設定を変更する。
【００３０】
第４の処理としては、オフセット発生部３０１が第３の基準電圧調整信号１１８ｃを調整することによって第３の電源部１０７ｃが供給する基準電圧Ｖｒｅｆ３ａ、ｂの値を制御してもよい。１行目のＡ／Ｄ変換動作時には１．００Ｖ設定、２行目のＡ／Ｄ変換動作時には１．０１Ｖ設定、３行目のＡ／Ｄ変換動作時には１．００Ｖ設定、のように偶数行と奇数行で順次、設定を変更する。
【００３１】
第２から第４の処理において、デジタル信号１１４から含まれるオフセット成分は、第１の処理と同様に、放射線画像の取得とノイズ画像の取得とを同じ設定で行うことによって低減することが可能である。また本実施形態において１行ごとに２種類の設定を交互に変更し順次、２つの値のオフセット成分を含むデジタル信号１１４を生成している。しかしながら、２行ごと以上にしてもよいし、また３種類以上の値のオフセット成分を周期的に含むデジタル信号１１４を生成してもよい。また本実施形態において、行ごとに含まれるオフセット成分の値を変更しているが、例えば列ごとに異なる値を含むようにしてもよい。
【００３２】
次いで、Ａ／Ｄ変換器の非直線性に起因するＩＮＬの段差に対する補正値を算出し、補正を行う補正値算出部３０２及び補正部３０３の動作について、図６を用いて説明を行う。先述したように、オフセット発生部３０１によって変換部３００に入力するアナログ信号１１３に対して、出力されるデジタル信号１１４が行ごとに異なる値のオフセット成分を周期的に含むように変換される。変換され出力されたデジタル信号１１４が、デジタル信号処理部１０５に入力する。
【００３３】
デジタル信号処理部１０５に入力したデジタル信号１１４に対して、まず、先述したオフセット成分を、オフセット補正によって低減する。オフセット補正後の出力信号によって生成される放射線照射による情報を含む画像を図６（ａ）に示す。ここで図６（ａ）に示す画像は、オフセット補正を行ったのみの画像であり、画像信号１１５によって生成される画像とは異なる。行ごとに異なる値のオフセットを含んでいても、オフセット補正を行うことによって、オフセット成分は取り除かれ、出力された信号にＡ／Ｄ変換器１０４の非直線性に起因するＩＮＬの段差だけが残る。行ごとに筋状に図６（ａ）に示す画像の奇数行が白く、偶数行が黒く残るのは、Ａ／Ｄ変換器１０４の変換特性が理想的な特性から、奇数行、偶数行ともにそれぞれ異なる非直線性を有するためである。
【００３４】
次に補正値算出部３０２によって補正値の算出を行う。ここで説明の簡便化のために、本実施形態において少なくとも１つの行又は列に含まれる画素によって構成されるグループを定義する。また１つのグループ内に含まれるそれぞれの画素から取得されたアナログ信号は、同じ値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換される。
【００３５】
補正値を算出するために、補正値算出部３０２は、まず第１の値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換された第１のグループである補正を行う行（本実施形態において３行目）に含まれる画素について取得した代表値を求める。本実施形態において、代表値として補正行である３行目の画素について取得されたそれぞれのデジタル信号の平均値Ｂを求める。なおオフセット成分は、先述の通り本実施形態では、すでにオフセット補正によって低減されている。また補正行の前後に近接し、補正行とは異なる第２の値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換された第２のグループ及び第３のグループである行の代表値を求める。本実施形態において、３行目の前後に隣接する２行目の平均値Ａと４行目の平均値Ｃとを求める。オフセット補正を行った出力信号に対し、行ごとの平均値を求めると、図６（ｂ）、（ｃ）のように、行ごとにＡ／Ｄ変換器の有する非直線性に起因する段差が発生する。次に、これらの得られた２〜４行目の代表値Ａ、Ｂ、Ｃを用いて（（Ａ＋Ｃ）／２）＋Ｂ）／２の計算を行う。これによって、２〜４行目の代表値の平均値（ＡＶＥ３）が算出される。ここで平均値は、相加平均だけでなく、本実施形態のように加重平均を用いてもよい。代表値及び代表値の平均値を算出した後、これらの値から補正値を算出する。具体的には、Ｂ−（ＡＶＥ３）＝Ｂ’を求め、補正行の段差の量を表す補正値Ｂ’が算出される。同様に、４行目が補正行である場合、（（（Ｂ＋Ｄ）／２）＋Ｃ）／２の計算を行い、補正行に隣接し異なる値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換された３〜５行目の代表値の平均値（ＡＶＥ４）を算出する。次にＣ−（ＡＶＥ４）＝Ｃ’を求め、４行目に対する補正値Ｃ’が算出される。
【００３６】
このように補正するグループの代表値と、補正するグループとは異なる値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換されるグループの代表値とを用いて、補正値の算出を行う。また本実施形態において、補正するグループに対し、補正するグループとオフセット成分の異なる前後に隣接する行を用いて補正値を算出することによって、撮像画像に被写体模様がある場合においても、正確にＩＮＬの段差を抽出することができる。
【００３７】
特に、間接変換型の放射線撮像装置の場合、シンチレータなどの波長変換体によって解像力が低下するため、互いに隣接する偶数行／奇数行で変化するような高周波成分が少ないことが考えられる。このため、Ａ／Ｄ変換器１０４の有する非線形に起因するＩＮＬの段差を高精度に抽出することができる。また、グループごとの代表値として平均値を求める際は、ランダムノイズの影響を受け難い画素数で平均化を行えばよく、グループ内全ての画素の平均でなくても良い。また例えば、複数種類のオフセット成分の付加を行う際は、代表値はグループごとの平均値ではなく、グループごとの中央値を使用してもよい。
【００３８】
次に、補正部３０３によって、補正値算出部３０２で算出された補正値を用い、補正行に含まれるそれぞれの画素について取得されたデジタル信号の補正を行う。補正は、デジタル信号の値に対して、補正値を用いて加減算処理を行う。本実施形態において、取得されたそれぞれの画素のデジタル信号の値から補正値を減算することによって補正を行う。補正の処理に複雑な計算処理ではなく簡便な加減算処理を用いることによって、読み出し速度を低下させることなく補正することが可能となる。
【００３９】
またＩＮＬの段差量は、使用されるＡ／Ｄ変換器１０４の特性として、あらかじめ上限が規定されていることが多い。そのため、補正を行う際の補正量は、この規定によって上限を有し、補正を掛け過ぎることを防止してもよい。例えば補正値算出部３０２で算出された値が補正量の上限よりも大きい場合、この補正量の上限の値を用いて、補正を行ってもよい。また本実施形態において、補正値の算出及び補正は、デジタル信号１１４からオフセット補正した画像に対して行ったが、例えばオフセット補正後にゲイン補正を行い、その後、補正値を算出し補正してもよい。また例えばオフセット補正前のデジタル信号１１４に対して、補正値を算出し補正を行っても良い。
【００４０】
図６では、デジタル信号１１４が、第１の値と第２の値との２種類のオフセット成分を含むデジタル信号に変換された場合の補正について説明した。図７は、３種類の値のオフセット成分含むデジタル信号を補正する場合について説明する。図６（ａ）〜（ｃ）と同様に、図７（ａ）はオフセット補正後の出力信号によって生成される画像、図７（ｂ）、（ｃ）は、グループごとの代表値として平均値を示すグラフである。３行目の補正値を算出する場合、各グループの代表値の平均値を（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／３＝（ＡＶＥ３）として求め、補正行である３行目の補正値をＢ−（ＡＶＥ３）＝Ｂ’として算出する。このようにオフセット成分の値を３種類にすることによって、２種類の場合と比較して、Ａ／Ｄ変換器１０４の有する非直線性の平均値の精度を向上させることが可能となる。これによって、Ａ／Ｄ変換器１０４の有する非直線性を、理想的なＡ／Ｄ変換器の特性に近づけることが可能となる。なお、オフセット成分の値の種類は、上述した２種類、３種類に限られるものではなく、４種類以上であってもよい。
【００４１】
図６及び図７は、１つのグループが１行で構成される場合について説明した。しかしながら、グループは隣接する同じ値のオフセット成分を含みデジタル信号に変換された２行以上の画素から構成されていてもよい。図８を用いて、２行ごとに２種類の値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換した場合の補正について説明する。図６、７（ａ）〜（ｃ）と同様に、図８（ａ）はオフセット補正後の出力信号によって生成される画像、図８（ｂ）、（ｃ）は、行ごとの代表値として平均値を示すグラフである。本実施形態において、互いに隣接するオフセット成分の同じ３行目と４行目を１つのグループとし、補正値を算出する。このとき、それぞれのグループの代表値の平均値を｛（Ｃ＋Ｄ）／２＋（Ａ＋Ｂ＋Ｅ＋Ｆ）／４｝／２＝（ＡＶＥ３４）として求める。次いで、第１のグループのうち３行目の補正値をＣ−（ＡＶＥ３４）＝Ｃ’、４行目の補正値をＤ−（ＡＶＥ３４）＝Ｄ’として算出する。被写体画像に高周波成分が多い場合、このようにオフセット成分の値の変更を例えば２行ごとの低周期に行ない、被写体画像に周期が被らないようにすれば、ＩＮＬの段差の補正をより正確に行うことが可能となる。また１つのグループを３行以上とし、３行以上ごとにオフセット成分の値を変更してもよい。図６〜８の説明において、行ごとにオフセット成分の設定を変更しているが、例えば列ごとに設定を変更してもよい。また例えば、複数の行の画素で構成されたグループが、３種類以上の値のオフセット成分を含むデジタル信号に変換されてもよい。
【００４２】
また、本実施形態は、簡易な構成及び簡便な処理によってＡ／Ｄ変換器の変換特性の有する非直線性に起因する画像の劣化に対して、補正を行うことが可能である。また複数のＡ／Ｄ変換器を用いた並列処理に適用することが可能である。このため、読み出し速度を落とさずに補正を実施することが可能なため、特に動画撮像用の放射線撮像装置に適している。
【００４３】
以下、図９を参照しながら本実施形態の放射線撮像装置１００を用いた移動可能な放射線撮像システムへの応用例を示す。図９（ａ）は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の放射線撮像装置１００を用いた放射線撮像システムの概念図である。図９（ａ）において、放射線撮像装置１００をＣ型アーム６０１から取り外し、Ｃ型アーム６０１に備えられた放射線発生装置７０１を用いて撮影を行う例を示している。ここで、Ｃ型アーム６０１は放射線発生装置７０１及び放射線撮像装置１００を保持するものである。６０２は、放射線撮像装置１００で得られた画像信号の表示が可能な表示部、６０３は、被検体６０４を載せるための寝台である。また６０５は、放射線発生装置７０１、放射線撮像装置１００、及びＣ型アーム６０１を移動可能にする台車、６０６は、それらを制御可能な構成を有する移動型の制御装置である。制御装置６０６は、放射線撮像装置１００で得られた画像信号を画像処理して表示装置６０２等に伝送することも可能である。また、制御装置６０６による画像処理によって生成された画像データは、電話回線等の伝送処理部によって遠隔地へ転送することができる。それによって、ドクタールームなどの別の場所でディスプレイに表示もしくは光ディスク等の記録媒体に保存することができ、遠隔地の医師が診断することも可能である。また、伝送された画像データをフィルムプロセッサによってフィルムとして記録することもできる。なお、本実施形態の制御回路１０８は、その構成の一部又は全部が放射線撮像装置１００に備えられていてもよく、また制御装置６０６内に備えられていてもよい。
【００４４】
図９（ｂ）は、透視撮影と静止画撮影が可能な可搬型の放射線撮像装置１００を用いた放射線撮像システムである。図９（ｂ）では、放射線撮像装置１００をＣ型アーム６０１から取り外し、Ｃ型アーム６０１に備えられた放射線発生装置７０１とは別の放射線発生装置６０７を用いて撮影を行う例を示している。なお、本実施形態の制御回路１０８は、放射線発生装置７０１だけでなく、別の放射線発生装置６０７も制御可能なことは言うまでもない。
【００４５】
なお、本発明の実施形態は、例えばコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、上記のプログラムも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。また、実施形態から容易に想像可能な組み合わせによる発明も本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１００  放射線撮像装置、１０１  検出部、１０４  Ａ／Ｄ変換器、１０５  デジタル信号処理部、１０６  信号処理部、１１２、１１３  アナログ信号、１１４  デジタル信号、１１５  画像信号、３００  変換部
【図１】
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【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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