JP5798787B2 - 画像撮影装置、画像撮影方法 - Google Patents
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Description
なお、以下の実施形態では、本発明に係る画像撮影装置の一例としてX線CT装置1について説明するが、これに限定されない。本発明は、X線診断装置、透視撮影装置、X線コーンビームCT装置等の様々な医用画像撮影装置や、手荷物検査や非破壊検査用のX線CT装置やX線画像撮影装置に適用できる。
まず、図1を参照して、本発明に係るX線撮像装置の一実施の形態であるX線CT装置1の構成について説明する。
画像再構成部203は、演算部201から取得した投影データに対して画像再構成処理を施し、被検体33のX線吸収係数分布を示す再構成像を作成し、表示装置21へ出力する。
この欠陥素子補正処理において演算部201は、信号収集装置12が収集したX線検出器5の出力信号のうち正常な検出素子から得られた出力信号に基づいて欠陥素子の出力信号を推定する。また、推定された欠陥素子の出力信号と記憶部202に記憶された影響量パラメータ205とに基づいて、欠陥周辺素子から得られた出力信号を補正する。
このような欠陥素子補正処理を行うことによって、電荷が周辺の素子に流出し、故障や異常のない正常な周辺素子(欠陥周辺素子)に影響が及ぶ流出型欠陥のある素子の出力値を推定するだけなく、欠陥周辺素子の出力信号の誤りを補正することが可能となる。また、欠陥素子自体の出力信号は、欠陥周辺素子を除く周囲の正常素子の値を用いて推定するため高精度に補正できる。
このように、影響量パラメータ205を用いて欠陥周辺素子の出力値を補正することにより欠陥周辺素子の計測値を利用しつつ、補正を行うことができ、補正精度を向上できる。
補正処理において、演算部201は、X線検出器5のゼロレベルを修正するオフセット補正(ステップS21)、LOG変換(ステップS22)、X線検出器5の感度分布やX線の照射分布を補正するエア補正(ステップS23)、欠陥素子の出力値を推定する欠陥素子補正(ステップS24)を行う。ここで図3の補正処理の流れは一例であり、本発明はこれに限定されない。例えば、ステップS21〜ステップS24の各処理の順序はこれに限定されず、異なる順序としてもよい。また他の補正を加えてもよい。また、オフセット補正やエア補正が無い場合等も有り得る。
オフセット補正(S21)において、演算部201は、本撮影の事前に作成され記憶部202に保存されているオフセットデータ208を取得し、ローデータから差分する。オフセットデータ208はゼロレベルのデータであり、例えば、X線を照射せずに撮影を行ってローデータを取得し、ビューに対して加算平均処理を行うことにより作成される。
次に、演算部201はLOG変換を行う。LOG変換(S22)では、次式(1)に示す変換処理を行う。
欠陥素子補正(S24)では、演算部201は、本撮影の事前に予め作成されているディフェクトマップ206を参照する(図8の事前処理A;ディフェクトマップ作成処理)。ディフェクトマップ206とは、X線検出器5の各素子の配置と、欠陥であるか否か及び欠陥である場合は欠陥の種類を表したものである。図5に示すように、X線検出器5の全素子の並びと対応した配列に、素子の種類を例えば、「0;出力値正常」、「1;出力値異常(欠陥素子)」、「2(出力値異常;欠陥周辺素子)」のように表す。図5のディフェクトマップ206は、8×8素子からなるX線検出器5についてのディフェクトマップ206を例示しているが、素子数はこれに限定されない。
本実施の形態では、図5に示すディフェクトマップ206の(3,3)の画素が流出型欠陥素子に該当し、隣接する(3,2)、(2,3)、(4,3)、(3,4)の画素にその影響が及ぶ例について説明する。流出型欠陥とは、X線検出器5の読出回路に欠陥があるために、フォトダイオードが開放状態にあり、更にそのフォトダイオードで生じた電荷が読み出されることなく隣接する素子(周辺素子)へ流入して、隣接画素(周辺画素)にも出力異常が発生する欠陥である。すなわち、(3,2)、(2,3)、(4,3)、(3,4)にある素子には故障はなく、周辺の欠陥素子(流出型欠陥素子)からの影響によって出力値に異常が生じている。また、欠陥のある(3,3)の画素に該当する素子からは、発生した電荷が読み出せないため、出力値に異常が発生する。
なお、図5のディフェクトマップ206では、流出型欠陥素子のスライス方向及びチャネル方向に隣接する素子のみに電荷が流出している例を示しているが、電荷の流出範囲は隣接素子に限らず、より遠くの素子に及ぶことも考えられるため、「欠陥周辺素子」には、流出型欠陥素子から電荷流出の影響を受けたすべての素子が含まれる。
補間に用いる素子は、例えば、図6の斜線部に示すように、欠陥素子(3,3)を中心として対角に位置し(スライス方向及びチャネル方向を二分する方向に位置し)、かつ欠陥周辺素子でない素子(2,2)、(2,4)、(4,2)、(4,4)の出力値を用いることができる。補間演算に用いる数式はどのようなものでもよく、例えば、素子(2,2)、(2,4)、(4,2)、(4,4)の出力値の平均値等によって求めることができる。
次に、中央処理装置20の演算部201は欠陥周辺素子(3,2)、(2,3)、(4,3)、(3,4)の信号を、ステップS242で求めた欠陥素子(3,3)の推定値及び記憶部202に記憶されている影響量パラメータ205を用いて補正する(ステップS243)。影響量パラメータ205としては、信号流出関数f(x)146を用いる。信号流出関数f(x)146とは、欠陥素子が仮に正常に出力した場合の欠陥周辺素子の出力値に対する欠陥周辺素子への電荷の流出量の割合を表したものである。
ディフェクトマップ作成処理において、演算部201は、補正データとして保持している感度・X線分布データ207を用いて異常出力素子を決定する。すなわち、演算部201は、記憶部202から感度・X線分布データ207を読み出し(ステップS51)、感度・X線分布データ207に基づいて異常素子と判定する出力値範囲を決定し(ステップS52)、その出力値範囲に該当する出力値を示す素子を異常素子と判定する(ステップS53)。
例えば、所定強度のX線照射時における感度・X線分布データ207を用いて全素子の出力値の平均値及び標準偏差を算出し、平均値から標準偏差の例えば5倍以上離れた出力値範囲を異常出力範囲とする。そして、各素子について異常出力範囲であるか否かを判定し、異常出力範囲であれば「1」、異常出力範囲でなければ「0」をディフェクトマップ206の該当する画素位置に付与する。図9は、異常出力範囲であるか否かを示した状態のディフェクトマップ206Bを示している。画素(3,2)、(2,3)、(3,3)、(4,3)、(3,4)が出力値異常であり、その他の画素は出力値正常と判定されている。
更に、ステップS54の欠陥素子分別ステップでは、異常出力を示す素子がチャネル方向及びスライス方向に挟まれる素子を流出型欠陥素子と判別したが、このような分別方法に限定されず、例えば、異常素子にチャネル方向またはスライス方向の一方向のみに挟まれる素子を流出型欠陥素子と判別し、これに隣接する素子を欠陥周辺素子と判別してもよい。また出力値に基づいて欠陥素子、欠陥周辺素子を判別してもよい。この場合、例えば、流出型欠陥素子はフォトダイオードが開放状態にあり、欠陥周辺素子はその信号の一部が流入して増加しているので、感度・X線分布データのようなX線画像を用いて、一定レベル以下の出力の画素を流出型欠陥素子とし、一定レベル以上の出力の素子を欠陥周辺素子と判断するようにしてもよい。
影響量パラメータ算出処理は、本撮影の事前処理として行われる。
影響量パラメータ算出処理では、X線検出器5の前面にX線遮蔽物を設け、欠陥周辺素子に入射するX線量を調節(遮蔽)した状態で撮影を行い、ローデータを取得する(ステップS61,S62)。X線遮蔽物としては、例えば鉛板やタングステン板を用いる。X線遮蔽物は、欠陥周辺素子(図11の素子152)に対する入射X線を遮蔽し、流出型欠陥素子(図11の素子151)にはX線が入射するように配置される。
このように、欠陥周辺素子に入射するX線量を調整(遮蔽)した状態で、演算部201は信号収集装置6からローデータを取得し、このローデータに対して図3のフローチャートに示した補正処理のうち、欠陥素子補正処理とLOG変換を除く補正処理を行って投影データを作成する(ステップS63)。すなわち、オフセット補正(S631)、エア補正(S633)を行って、投影データを作成する。
図12において、点線155はX線遮蔽物の端部位置を表す。また、実線の丸は流出型欠陥素子151が含まれる3スライス目の出力を表す。また、点線の丸は流出型欠陥素子も欠陥周辺素子もない、例えば5スライス目の出力を表している。点線の丸153等は、曲線154上にある。
図12に示す151、152、153の符号は、図11の同一符号の素子の出力値を表すものとする。
一方、欠陥周辺素子152については、3スライス目と5スライス目とで異なる出力値を示すため、規格化後出力値は直線156(正常素子の規格化後出力値「1」)からずれ量157だけずれる。このずれ量157が、流出型欠陥素子151から欠陥周辺素子152への電荷の流入量である。欠陥周辺素子152が遮蔽されていなければ、X線の入力量は隣の素子153と同程度と考えられるため、遮蔽されない状態かつ正常素子であれば、図12に示す出力値158と同程度の出力を生じたと予想される。従って、上述のずれ量(電荷流入量)157と、欠陥周辺素子152が正常であった場合の出力値158とから、欠陥周辺素子152への信号流出の割合を求めることができる。
図15は、図1のX線CT装置1についての回転軸(スライス)方向断面の概略図である。
X線フィルタ111は、図15に示すように、X線管2とコリメータ3の間に挿入される。材質は、X線を完全に遮蔽せず、多少透過するものが好ましい。例えば、アルミニウム等の材質が用いられる。またX線フィルタ111の形状は、所望のX線照射分布に応じた形状をなし、例えば、スライス方向に照射分布の傾斜を設ける場合はスライス方向に厚みが変化するものとし、チャネル方向に照射分布の傾斜を設ける場合はチャネル方向に厚みが変化するものとする。図15では、スライス方向に傾斜を有する三角柱の形状を有するX線フィルタ111を例示している。X線フィルタ111は、X線フィルタ移動機構112にて、図15の矢印106方向に移動されて挿入される。X線フィルタ移動機構112は、駆動装置を備え、制御装置10により動作が制御される。
すなわち、X線フィルタ111とX線フィルタ移動機構112を更に備え、X線フィルタ移動機構112によってX線フィルタ111の位置を移動させながら、様々な照射量(X線検出器への入力量)でのローデータを取得すれば、信号流出関数f(x)146を容易かつ短時間に算出することができる。これにより、経時的に流出型欠陥素子が生じてしまい、予め信号流出関数f(x)146(影響量パラメータ)を記憶していない場合でも信号流出関数f(x)146(影響量パラメータ)を決定でき、欠陥素子補正処理を含む補正処理を迅速に行うことができる。
これにより、正常素子からの出力信号を用いて欠陥素子の出力値を補間により推定するため、相関のある素子の信号を用いた信頼性の高い補正を行える。また欠陥素子から信号が流入している素子(欠陥周辺素子「2」)の信号を用いないため、補間の精度を向上できる。更に、欠陥周辺素子の出力値の補正については、計測により得た欠陥周辺素子の出力値から、欠陥素子による影響を取り除くようにして補正値を求めるので、欠陥周辺素子に実際に入射したX線の検出信号(計測値)を利用することができる。そのため、単に隣接する素子から内挿や外挿で推定を行うよりも、高精度な補正が実現できる。
すなわち、図16に示すように、演算部201は、ステップS241〜S243によって欠陥素子及び欠陥周辺素子の補正値を求めた後に、更に、欠陥周辺素子の補正値を用いて流出型欠陥素子の補正値を算出し直す(ステップS244)。
再推定処理(S244)では、流出型欠陥素子の値を推定する際に、隣接する欠陥周辺素子の値を用いる。すなわち、ステップS242で利用した正常素子の値よりも距離の近い欠陥周辺素子の補正値を用いて補間する。補間は、例えば4つの欠陥周辺素子の補正値の平均値を算出すればよい。更に流出型欠陥素子の再推定の際に、補正後の欠陥周辺素子の値と、周囲の正常素子の値とを合わせて補間を行ってもよい。また例えば、同一チャネルの欠陥周辺素子と隣接する正常素子の値を用いて推定しても構わない。この場合は、例えば、図6の(3,3)の欠陥素子の値を、(1,3)の出力値、(2,3)の補正値、(4,3)の補正値、(5,3)の出力値を用いて算出する。同様に、同一スライスで再推定を行ってもよいし、更に、距離に応じた重みを付けて算出するようにしてもよい。
再推定処理を行うことにより、より近傍の素子の値を用いて欠陥素子の出力値を推定できるため、高精度な補正が実現できる。
次に、本発明の第2の実施の形態の画像撮影装置(X線CT装置)1について説明する。なお、第2の実施の形態の画像撮影装置(X線CT装置)1において、第1の実施の形態のX線CT装置1と同一の各部については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図17は、第2の実施の形態における欠陥素子補正処理(2)の流れを示すフローチャートである。
図17の欠陥素子補正処理(2)において、まず演算部201は、信号収集装置6からローデータを取得し(ステップS71)、各素子について出力値が正常であるか異常であるかを判定する(ステップS72)。出力値が正常であれば(ステップS72;Yes)、補正処理を行わず処理を終了し、次の素子について出力値が正常であるか否かを判定する。出力値が正常でない場合(ステップS72;No)、演算部201は、隣接素子への信号流入量を計測する(ステップS73)。信号流入量の計測は、図10のステップS64と同様に行うことができる。そして、流入量が所定の閾値より小さい場合は(ステップS74;Yes)、非流出型欠陥素子と判断し、ステップS75の補正処理へ移行する。
一方、流入量が上述の閾値以上である場合は(ステップS74;No)、流出型欠陥素子と判断し、第1の実施の形態と同様の補正処理(欠陥素子補正処理(1);図4)を行う(ステップS76)。
このように、欠陥の原因によって異なる補正処理を行えば、非流出型欠陥素子については周囲への電荷の流出がないため最も隣接する素子の出力値を用いた補間ができ、信頼性の高い補正を行える。
すなわち、欠陥素子補正処理では、欠陥素子の近くに位置する正常素子からの出力信号を用いて欠陥素子の出力値を補間により求めるため、相関のある信号を得やすく、信頼性の高い補正を行える。また欠陥素子から信号が流入している素子(欠陥周辺素子)の信号を用いないため、補間の精度を向上できる。更に、欠陥周辺素子の出力値の補正については、計測により得た欠陥周辺素子の出力値から、欠陥素子による影響を取り除くようにして補正値を求めるので、欠陥周辺素子に実際に入射したX線の検出信号(計測値)を利用することができるため、単に隣接する素子から内挿や外挿で推定を行うよりも、高精度な補正が実現できる。これにより流出型欠陥素子と欠陥周辺素子に起因するアーチファクトの発生を除去、抑制できる。
再推定処理によって、より近接し、相関の大きい配置にある欠陥周辺素子のデータを推定演算に利用できるため、高精度に補正できる。
このように、欠陥の種類に応じた補正処理を行うことにより、より高精度な補正を行える。
このように、欠陥素子から欠陥周辺素子への信号流出の割合を求め、補正に用いることで欠陥周辺素子の出力信号を高精度の補正できる。
2・・・・・X線管
3・・・・・コリメータ
5・・・・・X線検出器
7・・・・・回転体
8・・・・・回転軸方向(スライス方向、体軸方向)
9・・・・・回転方向(チャネル方向)
10・・・・・制御装置
12・・・・・信号収集装置
20・・・・・中央処理装置
201・・・・演算部
202・・・・記憶部
203・・・・画像再構成部
21・・・・・表示装置
22・・・・・入力装置
30・・・・・寝台
33・・・・・被検体
202・・・・記憶部
205・・・・・影響量パラメータ
146・・・・・信号流出関数f(x)
206・・・・・ディフェクトマップ
Claims (7)
- 光を検出して電荷に変換し、電荷量に応じた電気信号を出力する検出素子が複数配列された検出器と、前記検出器の各検出素子にて検出された電気信号を出力信号として収集する信号収集装置と、前記信号収集装置により収集した出力信号に対して所定の補正処理を行って画像データを生成する補正手段と、前記画像データに基づいて画像を生成する画像生成手段と、を備えた画像撮影装置であって、
前記検出器に含まれる欠陥素子の周辺にある欠陥周辺素子が前記欠陥素子から受ける影響を示す影響量パラメータを予め記憶する記憶手段を備え、
前記補正手段が行う補正処理には、
前記信号収集装置により収集した出力信号のうち正常な検出素子から得られた出力信号に基づいて前記欠陥素子の出力信号を推定するとともに、推定された前記欠陥素子の出力信号と前記記憶手段に記憶された影響量パラメータとに基づいて前記欠陥周辺素子から得られた出力信号を補正する欠陥素子補正処理が含まれ、
前記欠陥素子補正処理は、更に、
補正後の前記欠陥周辺素子の出力信号に基づいて前記欠陥素子の出力信号を推定する再推定処理を含むことを特徴とする画像撮影装置。 - 前記補正手段は、
前記信号収集装置により収集した出力信号に基づいて、前記欠陥素子が、周辺の素子に影響を及ぼす流出型欠陥素子であるか、周辺の素子に影響を及ぼさない非流出型欠陥素子であるかを判別する欠陥素子判別手段を更に備え、
前記欠陥素子判別手段によって流出型欠陥素子と判別された場合に、前記欠陥素子補正処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像撮影装置。 - 検出器の各素子について、欠陥素子、前記欠陥素子の影響を受けた欠陥周辺素子、正常素子のいずれに該当するかを分別し、分別結果を素子の配置データとともに表すディフェクトマップを生成するディフェクトマップ生成手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の画像撮影装置。
- 前記欠陥素子と前記欠陥周辺素子とで光の入射量を調節する調節手段と、
前記調節手段により光の入射量が調節された状態で各素子の出力信号を取得し、取得した出力信号に基づいて、欠陥素子から前記欠陥周辺素子への信号流出の割合を算出し、前記影響量パラメータとして利用する影響量パラメータ算出手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の画像撮影装置。 - 前記欠陥素子補正処理において、前記欠陥素子と同列にある正常素子の出力信号を用いて前記欠陥素子の出力信号を推定するとともに、推定された前記欠陥素子の出力信号と前記記憶手段に記憶された影響量パラメータとに基づいて前記欠陥周辺素子の出力信号を補正することを特徴とする請求項1に記載の画像撮影装置。
- 前記検出素子は2次元的に配列され、前記欠陥素子補正処理において、前記欠陥素子を中心として対角に位置する正常素子の出力信号を用いて前記欠陥素子の出力信号を推定するとともに、推定された前記欠陥素子の出力信号と前記記憶手段に記憶された影響量パラメータとに基づいて前記欠陥周辺素子の出力信号を補正することを特徴とする請求項1に記載の画像撮影装置。
- 光を検出して電荷に変換し、電荷量に応じた電気信号を出力する検出素子が複数配列された検出器と、前記検出器の各検出素子にて検出された電気信号を出力信号として収集する信号収集装置と、前記信号収集装置により収集した出力信号に対して所定の補正処理を行って画像データを生成する補正手段と、前記画像データに基づいて画像を生成する画像生成手段と、を備えた画像撮影装置による画像撮影方法であって、
前記検出器に含まれる欠陥素子の周辺にある欠陥周辺素子が前記欠陥素子から受ける影響を示す影響量パラメータを予め記憶し、
前記補正手段が行う補正処理には、
前記信号収集装置により収集した出力信号のうち正常な検出素子から得られた出力信号に基づいて前記欠陥素子の出力信号を推定するとともに、推定された前記欠陥素子の出力信号と前記記憶手段に記憶された影響量パラメータとに基づいて前記欠陥周辺素子から得られた出力信号を補正する欠陥素子補正処理が含まれ、
前記欠陥素子補正処理は、更に、
補正後の前記欠陥周辺素子の出力信号に基づいて前記欠陥素子の出力信号を推定する再推定処理を含むことを特徴とする画像撮影方法。
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