JP5152346B2 - 放射線撮像装置 - Google Patents
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Description
すなわち、この発明の放射線撮像装置は、放射線画像を得る放射線撮像装置であって、放射線を照射する放射線照射手段と、散乱放射線を除去する散乱放射線除去手段と、放射線を検出する複数の検出素子が行列状に構成された放射線検出手段とを備え、前記散乱放射線を吸収する吸収層の配置方向が前記検出素子の行方向、列方向の少なくとも1つの方向に対して平行であり、かつ各々の前記吸収層を前記放射線検出手段の検出面に対して平行に配置して前記散乱放射線除去手段を構成し、前記装置は、前記散乱放射線除去手段を前記吸収層の配置方向に平行に移動させる移動手段と、前記散乱放射線除去手段による透過後の放射線を前記放射線検出手段で検出したことに基づいて放射線強度に関する物理量を求める物理量算出手段と、前記移動手段による移動方向とは逆方向に前記放射線照射手段を所定距離分だけ移動させたと仮想したときにおける物理量を、前記移動手段で前記散乱放射線除去手段が前記所定距離分だけ移動した状態で前記放射線照射手段から放射線を照射して前記物理量算出手段で求められた前記物理量として補正する補正手段とを備えることを特徴とするものである。
すなわち、この発明の放射線撮像装置によれば、散乱放射線を吸収する吸収層の配置方向が検出素子の行方向、列方向の少なくとも1つの方向に対して平行であり、かつ各々の吸収層を放射線検出手段の検出面に対して平行に配置して散乱放射線除去手段を構成する。移動手段は、散乱放射線除去手段を吸収層の配置方向に平行に移動させる。したがって、移動手段が散乱放射線除去手段を所定距離分だけ移動させて放射線照射手段から放射線を照射すると、移動手段で散乱放射線除去手段が上述した所定距離分だけ移動した状態で放射線照射手段から放射線を照射して物理量算出手段で求められた物理量が得られる。一方、移動手段による移動方向とは逆方向に放射線照射手段を所定距離分だけ移動させたと仮想すると、その仮想で得られるはずの物理量は、移動手段で散乱放射線除去手段が上述した所定距離分だけ移動した状態で放射線照射手段から放射線を照射して物理量算出手段で求められた物理量と同じと見なすことができる。したがって、補正手段は、その仮想で得られるはずの物理量を、移動手段で散乱放射線除去手段が上述した所定距離分だけ移動した状態で放射線照射手段から放射線を照射して物理量算出手段で求められた物理量として補正することで、放射線照射手段を移動させることなく、散乱放射線除去手段のみを移動させることができる。したがって、放射線照射手段を移動させたときに得られるはずの物理量と同等の物理量が、散乱放射線除去手段を移動させることで得られ、位置ズレを低減させることができる。
3 … フラットパネル型X線検出器(FPD)
d … 検出素子
6 … グリッド
6a … 吸収箔
44 … 補正部
52 … 透過率算出部
53 … 透過率補間部
56 … 変化率算出部
57 … 変化率補間部
60 … 移動機構
60y … Y方向調整ネジ
Wd … 画素ピッチ
Cp … 直接線透過率
Rcs … 変化率
M … 被検体
被検体のない状態でX線撮像を行う。図11に示すように、X線管2とグリッド6との間に被検体を介在させずに、X線管2からX線をグリッド6およびFPD3に向けて照射することで、被検体のない状態でX線撮像を行って被検体のない状態での実測を行う。すなわち、X線管2は、被検体のない状態でX線を照射して、グリッド6を介してFPD3に入射させることで、被検体のない状態での実測データが得られる。具体的には、被検体のない状態でのX線をFPD3の検出素子d(図3を参照)は電気信号に変換して読み出して、電気信号に応じた画素値に変換する。
その画素値は、被検体のない状態での実測により求められたグリッド6を透過した後の強度と同等である。一方、グリッド6を透過する前の強度は既知であるので、グリッド6を透過する前(透過前)およびグリッド6を透過した後(透過後)の透過率である直接線透過率Cpは、グリッド6を透過する前の強度とグリッド6を透過した後の強度(すなわちFPD3で検出された画素値)との比率で表される。
次に、被検体Mのある状態でX線撮像を行う。図13に示すように、直接線の透過厚さが一定、すなわち各画素での推定直接線強度Pが全て同じ値とみなせるアクリル平板のファントムPhを被検体Mとして用いる。なお、水円柱をファントムPhとして用いてもよい。
その画素値は、ファントムPhのある状態での実測でのグリッド6を透過した後の強度である実測強度Gと同等である。一方、画素特定部51は、上述したように隣接する3つの画素(n−1),n,(n+1)を3つの画素の組み合わせとして特定する。そして、透過率算出部52で求められた直接線透過率Cp,透過率補間部53で補間された直接線透過率Cpと、FPD3から画素値と同等である実測強度Gとに基づいて、画素特定部51で特定された隣接する3つの画素(n−1),n,(n+1)での透過散乱線強度Scや推定直接線強度Pを第2強度推定部54は推定する。
透過散乱線強度Scの補間方法については、直接線透過率Cpの補間でも述べたのと同様で、例えばラグランジェ補間を用いてもよく、通常において用いられる補間であれば特に上記(1)式に限定されない。
Gn=Pn・Cpn+Scn …(3)
Gn−1=Pn−1・Cpn−1+Scn−1 …(4)
Scn+1=Gn+1−Pn+1・Cpn+1 …(7)
Scn=Gn−Pn・Cpn …(8)
Scn−1=Gn−1−Pn−1・Cpn−1 …(9)
上記(6)〜(9)式では、先ず上記(6)式で既知である実測強度Gn−1,Gn,Gn+1と既知である直接線透過率Cpn−1,Cpn,Cpn+1と用いて推定直接線強度Pを求めて、推定直接線強度Pを既知とした後に、その既知となった推定直接線強度Pn(=Pn+1=Pn−1)も用いて上記(7)〜(9)式で透過散乱線強度Scn−1,Scn,Scn+1をそれぞれ求めている。
Scn=Gn−P^・Cpn …(11)
Scn−1=Gn−1−P^・Cpn−1 …(12)
このように上記(10)〜(12)式で透過散乱線強度Scn−1,Scn,Scn+1をそれぞれ求めることで第2強度推定部54は推定する。第2強度推定部54で推定された透過散乱線強度Scn−1,Scn,Scn+1を強度補間部55や変化率算出部56や表示部5などに送り込む。
第2強度推定部54で推定された透過散乱線強度Sc(Scn−1,Scn,Scn+1)を用いて変化率算出部56は変化率Rcsを求める。具体的には、透過散乱線強度Scの基準強度として、全ての画素についてのその値に対する各画素の変化率Rcsを求めるために平均値Sc^またはスムージング・補間計算により求められる各画素の値Sc〜を求める。各画素の透過散乱線強度Scnと平均値Sc^または各画素の値Sc〜との比率を変化率Rcsとして、各画素の変化率RcsをRcsnとすると、下記(13)式で表される。
または Rcsn=Scn/Sc〜 …(13)
透過散乱線の変化率を求める時に、分母に置く基準推定散乱強度については、散乱線強度は箔に歪などがなく、設置条件に拠らない理想的なグリッドの場合の散乱線強度に相当する。
1)簡便に散乱線強度分布を二次元的に一定と近似して平均値を用いる
2)用いたファントムの形状やグリッドの周辺部など設置条件などによる散乱線強度変化を厳密に考慮して、各画素の推定された散乱線強度を二次元的にスムージング・補間して得られる値を用いる方法があり、1)の平均値はスムージング・補間計算の最も簡略な方法とも言える。
被検体がない状態でマーカ用の吸収体7を吸収箔6aの配置方向(Y方向)に沿って逐次に移動させるために、グリッド6全体を移動させる。ここではY方向に平行な図4(c)中のB方向にグリッド6全体を移動させる。なお、X線管2およびFPD3については固定したままである。画素列cに着目すると、画素列cに陰影33がかかる前の位置を起点として、グリッド6全体をB方向に移動させて、陰影33が画素列cにかかり、画素列cに陰影33が全てかかる(すなわち覆う)位置にまでグリッド6全体をB方向に移動させる。このグリッド6の移動中に、X線管2の焦点FからFPD3へ垂線PLを下ろした基準位置をマーカ用の吸収体7が通過することになる。図13では、基準位置を“0”とした場合に、基準位置から−74μmの位置から、基準位置から+150μmの位置まで0.0125mm(=12.5μm)毎にグリッド6を移動させる。グリッド6をY方向に沿って移動させる際において、微小距離分だけ移動させる場合には上述した図7に示す移動機構60のY方向調整ネジ60yによって移動させればよいし、Y方向調整ネジ60yによる移動距離(微小距離)よりも長い場合には移動機構60とは別の移動手段を用いて移動させればよい。
ステップT1でグリッド6を所定ピッチ(ここでは0.0125mm)毎に移動させて、その移動位置で被検体のない状態でX線撮像を行う。ステップS1と同様に、X線管2は、被検体のない状態でX線を照射して、グリッド6を介してFPD3に入射させることで、被検体のない状態での実測データが得られる。具体的には、被検体のない状態でのX線をFPD3の検出素子d(図3を参照)は電気信号に変換して読み出して、電気信号に応じた画素値に変換する。
ステップT1で画素列cに陰影33が全てかかる位置にまでグリッド6全体が移動したら、図14に示すような関係(グラフ)が完成したとして、図10の一連のフローを終了する。一方、ステップT1で画素列cに陰影33が全てかかる位置にまでグリッド6全体が移動していない場合には、図14に示すような関係(グラフ)が完成していないとして、ステップT1に戻って、ステップT1〜T3を繰り返す。
次に、ステップS3〜S5で用いられた被検体M(ここではファントムPh)とは別の被検体Mのある状態でX線撮像を行う。図1に示すように、実際のX線撮像に用いられる被検体Mを用いる。X線管2とグリッド6との間に実際の被検体Mを介在させて、X線管2からX線をグリッド6およびFPD3に向けて照射することで、実際の被検体Mのある状態でX線撮像を行って実際の被検体Mのある状態の実測を行う。すなわち、X線管2は、実際の被検体M(実際のX線撮像に用いられる被検体M)のある状態でX線を照射して、グリッド6を介してFPD3に入射させることで、被検体Mのある状態での実測でのグリッド6を透過した後の強度である実測強度Gが、ステップS3と同様に得られる。具体的には、被検体Mのある状態でのX線をFPD3の検出素子d(図3を参照)は電気信号に変換して読み出して、電気信号に応じた画素値に変換する。
ステップS6で求められた画素列a,b,f,gのX線強度(ここでは平均強度)Ia0,Ib0,If0,Ig0に基づいて、同じくステップS6で求められた陰影33が少なくとも一部にかかっている画素列c,d,eのX線強度(ここでは平均強度)Ic,Id,Ieを補間することで第1強度推定部41はX線強度Ic0´,Id0´,Ie0´を推定する。すなわち、画素列c,d,eに陰影33がかからないと仮定した場合での被検体Mのある状態でのX線強度Ic0´,Id0´,Ie0´を推定する。
ステップS6で求められた画素列cのX線強度Ic(すなわち実測強度Ic)、第1強度推定部41で推定された強度Ic0´,Id0´,Ie0´、ステップT1〜T3で求められた被検体がない状態での陰影33が少なくとも一部にかかっている画素列c,d,eのX線強度および陰影位置の関係(図14を参照)に基づいて、被検体Mがある状態での陰影位置を陰影位置算出部42は求める。
陰影位置算出部42で求められた被検体Mがある状態での陰影位置xg(ここでは後述するx0 L´,x0 R´)、吸収箔6a・FPD3間の距離d、被検体がない状態でのX線管2の焦点FからFPD3へ垂線PLを下ろした基準位置に対する陰影位置xg(ここでは後述するx0 L,x0 R)に基づいて、被検体Mがある状態でのX線管2に対するFPD3の焦点位置Xfを焦点位置算出部43は求める。
Xf=(x0 L´−x0 L)・(L−d−h)/(d+h) …(15)
グリッド6中心から左上部吸収体71の左端までの距離WgL,吸収箔6a・FPD3間の距離d,吸収箔6aの高さhが既知である。X線撮像時である被検体Mがある状態でのSID(L)も装置のハード情報などから既知の場合には、上記(14)式から被検体がない状態での左上部吸収体71による陰影位置x0 Lを求め、その求められた被検体がない状態での左上部吸収体71による陰影位置x0 L´と、ステップS8で陰影位置算出部42で求められた被検体Mがある状態での左上部吸収体71による陰影位置x0 L´とを上記(15)式に代入して、被検体Mがある状態でのX線管2に対するFPD3の焦点位置Xfを求める。
Xf=(x0 R´−x0 R)・(L−d−h)/(d+h) …(17)
上記(14)〜(17)式から、x0 L,x0 Rを消去して、下記(18)式が得られる。
{(x0 L´−WgL)・d−(x0 R´−WgR)・(d+h)} …(18)
グリッド6中心から右下部吸収体72の右端までの距離WgRは既知であり、その既知である距離距離WgRを上記(18)式に代入するとともに、ステップS8で陰影位置算出部42で求められた被検体Mがある状態での右下部吸収体72による陰影位置x0 R´を代入して、被検体Mがある状態でのSID(L)を求める。すなわち、ステップS8で被検体Mがある状態での陰影位置xg(x0 L´,x0 R´)が求められているので、求められた陰影位置xgと既知である距離WgL,WgRや吸収箔6a・FPD3間の距離d,吸収箔6aの高さhを上記(18)式に代入することで、被検体Mがある状態でのSID(L)を求める。求められたSID(L)を上記(14)、(15)式あるいは上記(16)、(17)式に代入して、焦点位置Xfを求めることができる。
X線撮像の前に予め求められた物理量である直接線透過率Cpおよび(透過散乱線強度Scに関する)変化率Rcsおよびそれに対応づけられたFPD3に対するX線管2の焦点位置Xfの関係、および焦点位置算出部43で求められた被検体Mがある状態での焦点位置Xfに基づいて、直接線透過率Cpおよび変化率Rcsを校正する。
ステップS4でも述べたように、ステップS6で得られた画素値は、被検体Mのある状態での実測でのグリッド6を透過した後の強度である実測強度Gと同等である。同様に、画素特定部51は、隣接する3つの画素(n−1),n,(n+1)を3つの画素の組み合わせとして特定する。そして、変化率算出部56で求められた変化率Rcs、変化率補間部57で補間された変化率Rcsまたはパラメータ校正部45で校正された変化率Rcsと、透過率算出部52で求められた直接線透過率Cp、透過率補間部43で補間された直接線透過率Cpまたはパラメータ校正部45で校正された直接線透過率Cpとに基づいて、画素特定部51で特定された隣接する3つの画素(n−1),n,(n+1)での透過散乱線強度Scや推定直接線強度Pを第2強度推定部54は再度に推定する。
Gn=Pn・Cpn+Scn・Rcsn …(3)´´
Gn−1=Pn−1・Cpn−1+Scn−1・Rcsn−1 …(4)´´
推定直接線強度Pの補間方法については、直接線透過率Cpの補間やステップS4の透過散乱線強度Scの補間でも述べたのと同様で、例えばラグランジェ補間を用いてもよく、通常において用いられる補間であれば特に上記(5)´´式に限定されない。
・Gn+1+2Cpn−1・Rcsn+1・Gn−Cpn・Rcsn+1・
Gn−1}/(Cpn+1・Cpn・Rcsn+1・Rcsn−1−2Cpn+1
・Cpn−1・Rcsn+1・Rcsn+Cpn・Cpn−1
・Rcsn+1 2) …(6)´´
Pn−1={(Cpn・Rcsn−1−2Cpn−1・Rcsn)・Gn+1+2Cpn−1
・Rcsn+1・Gn−Cpn・Rcsn+1・Gn−1}/(Cpn+1・
Cpn・Rcsn−1−2Cpn+1・Cpn−1・Rcsn+Cpn・
Cpn−1・Rcsn+1) …(7)´´
Pn=Gn/Cpn−Rcsn・[Gn+1/Rcsn+1−{(Cpn・Rcsn−1−
2Cpn−1・Rcsn)・Gn+1+2Cpn−1・Rcsn+1・Gn−Cpn・
Rcsn+1・Gn−1}/(Cpn+1・Cpn・Rcsn+1・Rcsn−1−
2Cpn+1・Cpn−1・Rcsn+1・Rcsn+Cpn・Cpn−1・
Rcsn+1 2)] …(8)´´
Pn+1=Gn+1/Cpn+1−Rcsn−1・[{(Cpn・Rcsn−1−
2Cpn−1・Rcsn)・Gn+1+2Cpn−1・Rcsn+1・Gn−Cpn・
Rcsn+1・Gn−1}/(Cpn+1・Cpn・Rcsn+1・Rcsn−1−
2Cpn+1・Cpn−1・Rcsn+1・Rcsn+Cpn・Cpn−1・
Rcsn+1 2)] …(9)´´
上記(6)´´〜(9)´´式を用いて求められた推定直接線強度Pn−1,Pn,Pn+1、透過散乱線強度Scn(=Scn+1=Scn−1)は、上記(1)´´〜(5)´´式の連立方程式の解に含まれる分母が“0”でないときに求められる値である。
Claims (6)
- 放射線画像を得る放射線撮像装置であって、放射線を照射する放射線照射手段と、散乱放射線を除去する散乱放射線除去手段と、放射線を検出する複数の検出素子が行列状に構成された放射線検出手段とを備え、前記散乱放射線を吸収する吸収層の配置方向が前記検出素子の行方向、列方向の少なくとも1つの方向に対して平行であり、かつ各々の前記吸収層を前記放射線検出手段の検出面に対して平行に配置して前記散乱放射線除去手段を構成し、前記装置は、前記散乱放射線除去手段を前記吸収層の配置方向に平行に移動させる移動手段と、前記散乱放射線除去手段による透過後の放射線を前記放射線検出手段で検出したことに基づいて放射線強度に関する物理量を求める物理量算出手段と、前記移動手段による移動方向とは逆方向に前記放射線照射手段を所定距離分だけ移動させたと仮想したときにおける物理量を、前記移動手段で前記散乱放射線除去手段が前記所定距離分だけ移動した状態で前記放射線照射手段から放射線を照射して前記物理量算出手段で求められた前記物理量として補正する補正手段とを備えることを特徴とする放射線撮像装置。
- 請求項1に記載の放射線撮像装置において、前記移動手段は、前記放射線画像を構成する各々の画素の間隔の整数倍分だけ、前記散乱放射線除去手段を前記吸収層の配置方向に平行に移動可能に構成され、前記移動手段による移動方向とは逆方向に前記放射線照射手段を前記整数の画素分だけ移動させたと仮想したときにおける物理量を、前記移動手段で前記散乱放射線除去手段が前記整数の画素分だけ移動した状態で前記放射線照射手段から放射線を照射して前記物理量算出手段で求められた前記物理量として前記補正手段は補正することを特徴とする放射線撮像装置。
- 請求項1または請求項2に記載の放射線撮像装置において、前記物理量は、被検体のない状態での実測により求められた前記散乱放射線除去手段による直接放射線の透過前および透過後の透過率である直接線透過率であり、前記物理量算出手段は前記直接線透過率を求め、前記移動手段による移動方向とは逆方向に前記放射線照射手段を前記所定距離分だけ移動させたと仮想したときにおける直接線透過率を、前記移動手段で前記散乱放射線除去手段が前記所定距離分だけ移動した状態で前記放射線照射手段から放射線を照射して前記物理量算出手段で求められた前記直接線透過率として前記補正手段は補正することを特徴とする放射線撮像装置。
- 請求項1または請求項2に記載の放射線撮像装置において、前記物理量は、前記散乱放射線除去手段を透過した後の散乱放射線強度である透過散乱線強度に関する変化率であり、前記物理量算出手段は前記変化率を求め、前記移動手段による移動方向とは逆方向に前記放射線照射手段を前記所定距離分だけ移動させたと仮想したときにおける変化率を、前記移動手段で前記散乱放射線除去手段が前記所定距離分だけ移動した状態で前記放射線照射手段から放射線を照射して前記物理量算出手段で求められた前記変化率として前記補正手段は補正することを特徴とする放射線撮像装置。
- 請求項1または請求項2に記載の放射線撮像装置において、前記物理量は、被検体のない状態での実測により求められた前記散乱放射線除去手段による直接放射線の透過前および透過後の透過率である直接線透過率、および被検体のある状態での実測により求められた前記散乱放射線除去手段を透過した後の散乱放射線強度である透過散乱線強度に関する変化率であり、前記物理量算出手段は前記直接線透過率および前記変化率を求め、前記移動手段による移動方向とは逆方向に前記放射線照射手段を前記所定距離分だけ移動させたと仮想したときにおける直接線透過率および変化率を、前記移動手段で前記散乱放射線除去手段が前記所定距離分だけ移動した状態で前記放射線照射手段から放射線を照射して前記物理量算出手段で求められた前記直接線透過率および前記変化率として前記補正手段は補正することを特徴とする放射線撮像装置。
- 請求項1または請求項2に記載の放射線撮像装置において、前記物理量は、前記放射線画像を構成する各々の画素に割り当てられ、前記放射線検出手段で検出された放射線強度に応じた画素値であり、前記物理量算出手段は前記画素値を求め、前記移動手段による移動方向とは逆方向に前記放射線照射手段を前記所定距離に相当する画素分だけ移動させたと仮想したときにおける画素値を、前記移動手段で前記散乱放射線除去手段が所定距離に相当する画素分だけ移動した状態で前記放射線照射手段から放射線を照射して前記物理量算出手段で求められた前記画素値として前記補正手段は補正することを特徴とする放射線撮像装置。
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