WO2020066231A1 - 放射線撮影装置、放射線撮影方法及びプログラム - Google Patents

放射線撮影装置、放射線撮影方法及びプログラム Download PDF

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WO2020066231A1
WO2020066231A1 PCT/JP2019/027929 JP2019027929W WO2020066231A1 WO 2020066231 A1 WO2020066231 A1 WO 2020066231A1 JP 2019027929 W JP2019027929 W JP 2019027929W WO 2020066231 A1 WO2020066231 A1 WO 2020066231A1
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image
radiation
offset
light
correction
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PCT/JP2019/027929
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Inventor
渓 及川
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キヤノン株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors

Definitions

  • the present invention relates to a radiation imaging apparatus, a radiation imaging method, and a program.
  • a radiation imaging apparatus As a radiation imaging apparatus, a radiation imaging apparatus (FPD: Flat Panel Detector) using a matrix substrate having a pixel array in which a switch such as a TFT (thin film transistor) and a conversion element such as a photoelectric conversion element are combined has been put to practical use.
  • FPD Flat Panel Detector
  • the value of an image (hereinafter, referred to as an “offset signal”) acquired under conditions in which radiation is not applied may vary due to differences in environment such as temperature due to characteristics of the photoelectric conversion elements.
  • offset images a plurality of images (hereinafter, referred to as “offset images”) are acquired without irradiation before imaging, and an average value of the acquired images is used as an offset signal from a radiation image captured by irradiation.
  • offset images there is a time difference between the time when the offset signal is obtained and the time when the radiographic image is captured, so that the temperature in the apparatus changes during this time, and the area near the heating element and the area far from the heating element And a temperature distribution can occur.
  • the offset signal output from each pixel in the FPD changes due to this temperature distribution, the offset signal varies in the pixel array plane of the FPD, and the offset signal component that cannot be removed by the correction is superimposed on the radiation image as an artifact. .
  • Patent Document 1 discloses a radiation detection device that shields light with a conductive layer instead of lead in a part of the region, and performs offset correction using the output of the shielded photoelectric conversion element.
  • Patent Literature 1 does not consider the variation of the offset signal due to the change of the temperature distribution in the plane, and cannot correct the offset correction image based on the distribution of the offset signal in the pixel region.
  • the present invention in view of the above-described problems in the conventional technology, provides a radiation imaging technique capable of correcting an offset correction image based on a distribution of offset signals in a pixel region.
  • a radiation imaging apparatus employs detection means in which a plurality of imaging pixels having sensitivity to radiation and light-shielding pixels having no sensitivity to radiation are arranged in a pixel area.
  • a radiation imaging apparatus that captures a radiation image, Image acquisition means for acquiring an image for offset correction without irradiation with radiation, Difference acquisition means for acquiring a difference between a pixel value of the light-shielded pixel in the radiation image and the offset correction image acquired by irradiation of radiation, Correction means for correcting the image for offset correction based on a distribution of offset signals of the light-shielded pixels in the pixel region, obtained using the difference.
  • the present invention it is possible to correct the offset correction image based on the distribution of the offset signal in the pixel area.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a radiation imaging apparatus according to the first embodiment. The figure which shows the example of arrangement
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a flow of offset correction according to the first embodiment. The figure which shows the example of the setting of the model function of shading.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a flow of offset correction according to the second embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the radiation imaging apparatus according to the first embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a radiation imaging apparatus 200 according to the first embodiment of the present invention.
  • the radiation imaging apparatus 200 has a plurality of pixels arranged in an imaging region IR so as to form a plurality of rows and a plurality of columns.
  • the plurality of pixels include a plurality of imaging pixels 101 for acquiring a radiation image and a light-shielding pixel 121 used for detecting an offset signal.
  • the imaging pixel 101 is a pixel having sensitivity to radiation
  • the light-shielding pixel is a pixel having no sensitivity to radiation.
  • the plurality of pixels can be arranged in the imaging region IR of the support substrate.
  • the imaging pixel 101 includes a conversion element 102 that converts radiation into an electric signal, and a switch 103 disposed between the column signal line 106 and the conversion element 102.
  • the light-shielding pixel 121 includes a light-shielding conversion element 122 that converts radiation into an electric signal, and a switch 103 disposed between the column signal line 106 and the light-shielding conversion element 122.
  • the conversion element 102 and the light-shielding conversion element 122 can be configured by a scintillator that converts radiation into light and a photoelectric conversion element that converts light into an electric signal.
  • the scintillator is generally formed in a sheet shape so as to cover the imaging region IR, and can be shared by a plurality of pixels.
  • the conversion element 102 and the light-shielding conversion element 122 can be configured by conversion elements that directly convert radiation into light.
  • the switch 103 can include, for example, a thin film transistor (TFT) having an active region formed of a semiconductor such as amorphous silicon or polycrystalline silicon (preferably, polycrystalline silicon).
  • TFT thin film transistor
  • the radiation imaging apparatus 200 includes a plurality of column signal lines 106 and a plurality of drive lines 104.
  • Each column signal line 106 corresponds to one of a plurality of columns in the imaging region IR.
  • Each drive line 104 corresponds to one of a plurality of rows in the imaging region IR.
  • Each drive line 104 is driven by a drive unit 221.
  • the first electrode of the conversion element 102 is connected to the first main electrode of the switch 103, and the second electrode of the conversion element 102 is connected to the bias line 108.
  • one bias line 108 extends in the column direction, and is commonly connected to the second electrodes of the plurality of conversion elements 102 arranged in the column direction.
  • the bias line 108 receives the bias voltage Vs from the power supply circuit 226.
  • the second main electrodes of the switches 103 of the plurality of imaging pixels 101 forming one column are connected to one column signal line 106.
  • the control electrodes of the switches 103 of the plurality of photographing pixels 101 constituting one row are connected to one drive line 104.
  • the plurality of column signal lines 106 are connected to the reading unit 130.
  • the reading unit 130 may include a plurality of detection units 132, a multiplexer 134, and an analog-to-digital converter (hereinafter, AD converter) 136.
  • Each of the plurality of column signal lines 106 is connected to a corresponding one of the plurality of detecting units 132 of the reading unit 130.
  • one column signal line 106 corresponds to one detection unit 132.
  • the detection unit 132 includes, for example, a differential amplifier.
  • the multiplexer 134 selects the plurality of detection units 132 in a predetermined order, and supplies a signal from the selected detection unit 132 to the AD converter 136.
  • the AD converter 136 converts the supplied signal into a digital signal and outputs the digital signal.
  • the first electrodes of the conversion element 102 and the light-shielding conversion element 122 give a reference potential Vref via the switch 103, and the second electrode gives a bias potential Vs required for separation of electron-hole pairs generated by radiation or visible light. .
  • Vref reference potential
  • Vs bias potential
  • the electric signal corresponding to the electric charge is output to the column signal line 106 when the switch 103 (TFT) is turned on by a driving pulse applied from the driving unit 221 to the driving line 104, and is output to the digital data by the reading unit 130. Is read out to the outside. With this operation, the imaging pixel 101 can read an electric signal corresponding to the emitted light from the conversion element 102. In the light-shielded pixel 121, an offset signal that does not include a light signal can be read from the light-shielded conversion element 122 that is shielded.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an arrangement layout of the light-shielded pixels 121 having the light-shielded light conversion elements 122.
  • the light-shielded pixels 121 are arranged in the vicinity of the outer periphery 202 on four sides of the effective pixel region 201 and in the effective pixel region 201 so as to easily estimate the variation (offset shift) of the offset signal in the effective pixel region 201. Have been.
  • the imaging pixels 101 are arranged in the effective pixel region 201 at equal intervals without any gap so that each pixel is adjacent, and arranged so as to cover the entire effective pixel region 201. Is done.
  • the light-shielded pixels 121 are arranged such that each pixel is surrounded by the imaging pixels 101 in the effective pixel area 201, and are evenly arranged at equal intervals over the entire effective pixel area.
  • the light-shielded pixels 121 are arranged in the effective pixel area 201 at a lower density than the imaging pixels 101. As a result, the offset component of the entire effective pixel area 201 can be accurately acquired.
  • the light-shielded pixels 121 In order to improve the accuracy of the information of the light-shielded pixel 121, a large number of light-shielded pixels are arranged in the outer peripheral portion, and a small number of light-shielded pixels are set in the effective pixel area 201 in consideration of the fact that the light-shielded pixel is lost in the effective pixel area. It is also possible to arrange the light-shielded pixels so as to be dotted.
  • the arrangement of the light-shielding pixels 121 shown in FIG. 2 is an example, and any arrangement may be used.
  • the light-shielding pixels 121 arranged in the effective pixel area 201 may be located in the vicinity of the heating element in the radiation imaging apparatus 200. Even if they are arranged at a close interval (first interval) and at a position away from the heating element, they are arranged at an interval (second interval) that is coarser than the close interval (first interval). Good.
  • FIG. 3 is a diagram showing a flow of the offset correction of the first embodiment
  • FIG. 6 is a diagram showing a functional configuration of the radiation imaging apparatus 200.
  • the radiation imaging apparatus 200 includes a detection unit 100 having an imaging pixel 101 and a light shielding pixel 121, a dark image acquisition unit 601, a radiation image acquisition unit 602, a difference acquisition unit 603, an offset image correction unit 604, and image generation.
  • a unit 605 is provided.
  • the radiation imaging apparatus 200 captures a radiation image using the detection unit 100 in which a plurality of imaging pixels 101 having sensitivity to radiation and a plurality of light-shielding pixels 121 having no sensitivity to radiation are arranged in a pixel area. I do.
  • the dark image acquisition unit 601 acquires an offset correction image based on dark images acquired from the imaging pixels 101 and the light-shielded pixels 121 without irradiation with radiation. Further, the radiation image acquisition unit 602 acquires an offset correction image in a state where radiation is not irradiated. More specifically, the radiation image acquisition unit 602 acquires a radiation image based on signals acquired from the imaging pixels 101 and the light-shielded pixels 121 in a state where radiation is irradiated.
  • the difference acquisition unit 603 acquires the difference between the pixel value of the light-shielded pixel 121 between the radiation image acquired by the irradiation of radiation and the offset correction image. That is, the difference acquisition unit 603 acquires the difference between the pixel value of the light-shielded pixel 121 between the radiation image acquired based on the signals acquired from the imaging pixels 101 and 121 and the offset correction image in the state where the radiation is applied. I do.
  • the offset image correction unit 604 corrects the offset correction image based on the distribution of offset signals (offset of offset signals) of the light-shielded pixels in the pixel area, obtained using the difference. Concerning the distribution of the offset signal of the light-shielded pixel, the offset image correction unit 604 interpolates the offset signal of the light-shielded pixel based on the difference acquired by the difference acquisition unit 603, and acquires the distribution of the offset signal based on the interpolation. Here, in order to interpolate the offset signal, the offset image correction unit 604 acquires the distribution of the offset signal based on a function of interpolating the offset signal of the light-shielded pixel 121.
  • the image generation unit 605 generates an image in which an offset signal in a radiation image has been corrected, based on the corrected offset correction image.
  • step S301 the dark image acquisition unit 601 first captures a dark image without irradiating radiation before capturing a subject.
  • the dark image acquisition unit 601 acquires an offset signal from the imaging pixel 101 and the light-shielded pixel 121. That is, since no radiation is applied, the dark image acquisition unit 601 can read an offset signal that does not include a light signal from the conversion element 102 and the light-shielding conversion element 122.
  • the dark image acquisition unit 601 holds the acquired dark image as an image for correcting an offset signal included in a radiographic image at the time of capturing a subject.
  • This dark image is called an “offset correction image”.
  • the image acquisition unit may photograph a plurality of dark images and acquire an average image of the acquired plurality of dark images as an image for offset correction. By using an average image based on a plurality of dark images, a random noise component included in the offset correction image can be reduced.
  • the radiation imaging apparatus 200 irradiates radiation to start radiation imaging of the subject.
  • the radiation image acquisition unit 602 reads out signals from the imaging pixels 101 and the light-shielded pixels 121. At this time, the radiation image acquisition unit 602 reads a signal corresponding to the radiation (light) emitted from the conversion element 102, and includes a light signal from the light-shielded conversion element 122 as in the dark image capturing. No offset signal can be read.
  • step S303 the difference acquisition unit 603 acquires the difference between the pixel value (signal) of the light-shielded pixel 121 between the radiographic image of the subject acquired in step S302 at the time of imaging and the image for offset correction acquired in step S301.
  • the signal of the light-shielded pixel 121 of the image for offset correction is equal to the offset signal of the light-shielded pixel 121 that does not include the light signal at the time of photographing the subject, and the difference is 0.
  • the offset signal may change due to a change in the sensor temperature or the like in the radiation imaging apparatus 200. Therefore, a shading component occurs in the radiation image, and the difference acquisition is performed.
  • the offset signal has a difference value by the difference calculation by the unit 603.
  • an offset shift component which is a change of the offset signal, remains in the image, and an artifact due to non-uniformity (shading) in the image may occur.
  • the offset signal of the light-shielded pixel 121 in the pixel area obtained based on the difference between the signal of the light-shielded pixel 121 of the image for offset correction and the offset signal of the light-shielded pixel 121 that does not include the light signal at the time of shooting the subject.
  • the offset image correction unit 604 calculates the shading component of the radiation image based on the difference acquired in step S303, and corrects the offset correction image. That is, the offset image correction unit 604 calculates the distribution of offset signals (deviation of offset signals) indicating the variation of the offset signals generated in the effective pixel area 201 from the information on the difference between the offset signals due to the light-shielded pixels 121.
  • the offset shift component may correspond to the shading component of the radiation image.
  • the offset image correction unit 604 detects the offset signal shift at a position where the light-shielded pixels 121 are arranged at a predetermined pitch. On the basis of this, the arrangement position is interpolated by fitting to obtain an overall offset shift of the effective pixel area 201. That is, the difference between the pixel value of the light-shielded pixel between the offset correction image and the radiation image is obtained, and the distribution of the offset signal (shift of the offset signal) is interpolated based on the difference, so that the light-shielded pixel in the effective pixel area 201 is obtained. Approximate the distribution of the offset signal.
  • the low-frequency offset shift component F (x, y) between the time of shooting the subject and the time of obtaining the offset image can be approximated by a two-dimensional quadratic polynomial (Equation 1).
  • Equation 1 The polynomial (Equation 1) is set such that the curved surface F (x, y) represented by this equation and the actual low-frequency offset shift component F most match, that is, the difference (residual) between the actual data and the actual data becomes minimum. ) Can be obtained by solving the following equation (2).
  • a target approximate polynomial for approximating the offset shift component F (x, y) can be determined by Expressions 1 and 2.
  • the calculation content of the interpolation processing for obtaining the approximate polynomial is not limited to the above calculation content, and the offset shift component can be approximated using various functions.
  • the offset image correction unit 604 corrects the offset correction image based on the offset component approximated by the above calculation. If the offset correction image obtained in step S301 is D (x, y) and the low frequency offset shift component obtained by Equations 1 and 2 is F (x, y), the offset shift component is corrected.
  • the corrected image D ′ (x, y) for offset correction after the correction can be obtained by the following equation (3).
  • the offset image correction unit 604 can obtain the corrected offset correction image by subtracting the offset shift component from the offset correction image.
  • step S305 the image generation unit 605 performs offset correction of the radiation image using the offset correction image D '(x, y) corrected in the previous step S304. If the radiation image of the subject before the offset correction is X (x, y) and the radiation image of the subject after the offset correction is X ′ (x, y), the image generation unit 605 calculates the offset by the following equation (4). A corrected radiation image X '(x, y) can be generated.
  • the image generation unit 605 subtracts the offset-corrected image D ′ (x, y) from the radiographic image X (x, y) before the offset correction to obtain the radiographic image X ′ ( x, y) can be generated.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of setting of a shading model function.
  • a distribution characteristic 401 indicates a characteristic in which the distribution of the offset signal gradually changes from the upper part to the lower part of the effective pixel area 201.
  • the distribution characteristic 402 indicates a characteristic in which the distribution of the offset signal locally changes in the area inside the effective pixel area 201.
  • the distribution of shading includes a plurality of distribution characteristics 401 and 402, for example, when there are a plurality of factors that cause shading such as a plurality of heat sources in the FPD, A plurality of model functions may be set and corrected according to the heat source.
  • the local arrangement position of the heat source It is also possible to perform fitting multiple times according to the arrangement position of the heat source and the shape of the heat source, such as correcting using a two-dimensional quadratic function that makes the center position of the shape of the heat source as the vertex It is.
  • the offset image correction unit 604 can acquire the distribution of the offset signal based on a plurality of functions for interpolating the offset signal. For example, the offset image correction unit 604 sets a function (for example, the distribution characteristic 401 in FIG. 4) in which the distribution of the offset signal changes according to the distance from the arrangement position of the heat source included in the radiation imaging apparatus 200 (FPD). Then, the distribution of the offset signal can be obtained based on the set function. Further, the offset image correction unit 604 determines the position of the heat source included in the radiation imaging apparatus 200 or a function having a peak at the center of the shape of the heat source (for example, the distribution characteristic 402 in FIG. 4). It is also possible to obtain the distribution. And it is also possible to acquire the distribution of the offset signal by combining these different functions.
  • a function for example, the distribution characteristic 401 in FIG. 4
  • an approximation function for correcting the shading corresponding to the offset shift component of the distribution characteristic 401 is F 1 (x, y), and the approximation for correcting the shading corresponding to the offset shift component of the distribution characteristic 402 due to the local heat source.
  • the function is F 2 (x, y)
  • the corrected image D ′ (x, y) for offset correction after correcting the offset shift component can be obtained by the following equation (5).
  • the offset image correction unit 604 uses the offset correction image D (x, y) to obtain offset shift components (F 1 (x, y), F 2 (x, y) indicating a plurality of distribution characteristics included in shading. ) Can obtain the offset-corrected image for correction.
  • FIG. 4 illustrates a plurality of distribution characteristics 401 and 402 included in shading
  • the present invention is not limited to this example, and the same applies even when a plurality of distribution characteristics are included in shading.
  • the present embodiment it is possible to correct the offset correction image based on the distribution of the offset signal in the pixel area.
  • the shading correction of the offset correction image using the information of the arrangement position and the shape of the heat source based on the information of the offset signal of the light-shielded pixel 121, low-frequency shading generated due to a temperature change or the like is performed. Can be accurately corrected.
  • the difference between the pixel values of the light-shielded pixels between the offset correction image and the radiation image is obtained, and the offset shift component is approximated by interpolating (fitting) the offset shift component based on the difference.
  • the difference from the first embodiment is the same as that of the first embodiment, the present invention is characterized in that the result of the offset shift correction is reflected in the next and subsequent frames of the image from which the signal of the light-shielded pixel is read. The processing flow in this case will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a flow of offset correction according to the second embodiment of the present invention.
  • the image generation unit 605 generates a radiographic image after offset correction by subtracting from the radiographic image the corrected offset correction image obtained in a frame earlier than the frame from which the radiographic image was obtained. I do.
  • the offset correction for the N-th radiation image is performed by using the offset-correction image and the radiation image (500 in FIG. 5) acquired one N-th before the frame.
  • F N-1 is a result of approximating the distribution of the offset displacement component (x, y) is used.
  • the difference between the pixel value of the light-shielded pixel and the difference between the pixel value of the light-shielded pixel in the radiation correction image and the offset correction image acquired one frame before is obtained.
  • F N (x, y) which is the result of approximating the distribution of the offset shift component is used.
  • the corrected offset correction image D N ′ (x, y) on the N-th sheet in which the offset shift component has been corrected is obtained by setting the offset correction image acquired in step S301 to D (x, y), Assuming that a fitting image approximating the distribution of the offset shift component calculated based on the signal of the second light-shielded pixel 121 is F N (x, y), it can be obtained by the following equation (6).
  • the offset image correction unit 604 subtracts the N-th offset shift component F N (x, y) from the offset correction image D (x, y), thereby obtaining the N-th corrected offset correction image.
  • D N ′ (x, y) can be obtained.
  • the offset correction is performed on the radiographic image X (x, y) of the N-th subject
  • the offset correction is performed using the analysis result DN-1 '(x, y) of the N-1st offset-corrected image.
  • the image generation unit 605 calculates the offset by the following equation (7).
  • a corrected radiation image X '(x, y) can be generated.
  • the image generation unit 605 calculates the offset correction image D ′ N ⁇ after the (N ⁇ 1) -th correction image from the N-th radiographic image X N (x, y) before the offset correction (501 in FIG. 5). By subtracting 1 (x, y) (502 in FIG. 5), a radiographic image X ′ N (x, y) (503 in FIG. 5) of the N-th offset-corrected subject can be generated. .
  • the image generation unit 605 calculates the offset correction image D ′ N (x) of the N-th sheet from the radiographic image X N + 1 (x, y) before the offset correction (504 in FIG. 5). , y) (505 in FIG. 5), it is possible to generate a radiographic image X ′ N (x, y) (506 in FIG. 5) of the N-th subject after offset correction.
  • the offset shift component F (x, y) calculated based on the light-shielded pixels is used for correcting the image after one frame, but is not limited to this example. It can also be used for correcting an image two or more frames later.
  • the process of displaying the captured radiation image and the difference between the pixel values of the light-shielded pixels (S303 in FIG. 3) and the fitting and offset correction image correction processing (S304 in FIG. 3) for approximating the distribution of the offset shift component can be performed in parallel. It is possible to reduce the load of the calculation processing up to the display and to display the captured image in a shorter time.
  • Modification Instead of correcting the shading of the image for offset correction one by one from the information of the light-shielded pixels 121 of one image in moving image shooting, it may be performed based on a function that approximates the distribution of offset shift components in a plurality of frames.
  • a specific example of the case where the correction is performed using the information of a plurality of frames includes a recursive process.
  • the offset image correction unit 604 sets different recursive coefficients for the distributions of the offset signals acquired in a plurality of frames, and acquires the distribution of the offset signals based on the recursive processing that combines the distributions of the offset signals. It is possible.
  • N-1 th frame approximate functions F N-1 (x, y )
  • F N (x, y) of the N-th frame and can be obtained based on the following equation (8).
  • the merits of performing recursive processing include the following. For example, if an image is corrected using only the analysis result of one frame, the offset component and the low frequency component of the image may vary for each frame due to the variation of the analysis value, and a sense of discomfort such as flicker may occur. This can occur because the number of light-shielded pixels is generally small and the noise component is large. Variation can be reduced by increasing the number of light-shielded pixels 121, but since the light-shielded pixels can be defective on an image. In general, it is not possible to arrange more pixels than necessary. For example, in a radiographic apparatus, the number of defects is required to be at most about 1000 pixels.
  • the number of light-shielding pixels that can be arranged in each region is about 10 pixels.
  • a random noise component generated in the light-shielded pixel is ⁇ , (1 / ⁇ 10) ⁇ fluctuates, and thus the image may be visually recognized as being unnatural.
  • a random noise component can be suppressed.
  • the offset image correction unit 604 can set the recursive coefficient in a range larger than 0.0001 and smaller than 0.1, and can obtain the distribution of the offset signal.
  • the present embodiment it is possible to reduce the artifacts appearing in the image and improve the image quality by correcting the offset-corrected image using the light-shielded pixels.
  • the present invention is not limited to this, and general image correction, in particular, low-frequency image correction can be applied.
  • the timing of each image acquisition is not limited to the order described above, and can be changed as appropriate.
  • the present invention supplies a program for realizing one or more functions of the above-described embodiments to a system or an apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or the apparatus read and execute the program.
  • This processing can be realized. Further, it can also be realized by a circuit (for example, an ASIC) that realizes one or more functions.
  • 200 radiation imaging apparatus
  • 100 detection unit
  • 101 imaging pixel
  • 121 light-shielded pixel
  • 601 dark image acquisition unit (image acquisition unit)
  • 602 radiation image acquisition unit
  • 603 difference acquisition unit
  • 604 offset image Correction unit (correction unit)
  • 605 Image generation unit

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Abstract

放射線に対して感度を有する撮影画素と、放射線に対して感度を有さない遮光画素とが、画素領域に複数配置された検出部を用いて放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置は、放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する画像取得部と、放射線の照射により取得した放射線画像とオフセット補正用画像とにおける遮光画素の画素値の差分を取得する差分取得部と、差分を用いて取得した、画素領域における遮光画素のオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正する補正部と、を備える。

Description

放射線撮影装置、放射線撮影方法及びプログラム
　本発明は、放射線撮影装置、放射線撮影方法及びプログラムに関するものである。
　放射線撮影装置として、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチと光電変換素子等の変換素子とを組み合わせた画素アレイを有するマトリクス基板を用いた放射線撮影装置(ＦＰＤ：Flat Panel Detector)が実用化されている。光電変換素子を複数配置したＦＰＤにおいては光電変換素子の特性により、温度などの環境の違いによって、放射線を照射しない条件で取得した画像（以下、「オフセット信号」）の値にばらつきが生じることが知られている。
　オフセット信号の補正方法として、撮影前に放射線を照射しない状態で複数の画像（以下、「オフセット画像」）を取得し、取得した画像の平均値をオフセット信号として、放射線照射により撮影した放射線画像からの差分により補正を行う場合、オフセット信号の取得時と放射線画像の撮影時とで時間差が生じるため、この間に装置内の温度が変化し発熱体が配置されている近傍領域と発熱体から遠い領域とで温度分布が生じ得る。この温度分布によりＦＰＤ内の各画素から出力されるオフセット信号が変化すると、ＦＰＤにおける画素アレイ面内でオフセット信号がばらつくため、補正により除去できないオフセット信号成分はアーチファクトとして放射線画像に重畳することになる。
　特許文献１には、一部の領域に鉛の代わりに導電層で光を遮光し、遮光された光電変換素子の出力を用いてオフセット補正を行う放射線検出装置が開示されている。
特開２００２－１５８３４０号公報
　しかしながら、特許文献１では、面内の温度分布の変化に伴うオフセット信号のばらつきを考慮しておらず、画素領域におけるオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正することができない。
　本発明は、従来技術における上記の課題に鑑み、画素領域におけるオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正することが可能な放射線撮影技術を提供する。
　本発明の一態様に係る放射線撮影装置は、放射線に対して感度を有する撮影画素と、前記放射線に対して感度を有さない遮光画素とが、画素領域に複数配置された検出手段を用いて放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置であって、
　放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する画像取得手段と、
　放射線の照射により取得した放射線画像と前記オフセット補正用画像とにおける前記遮光画素の画素値の差分を取得する差分取得手段と、
　前記差分を用いて取得した、前記画素領域における前記遮光画素のオフセット信号の分布に基づいて、前記オフセット補正用画像を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、画素領域におけるオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正することが可能になる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
第１実施形態の放射線撮影装置の構成例を示す図。 遮光画素の配置の例を示す図。 第１実施形態のオフセット補正の流れを示す図。 シェーディングのモデル関数の設定の例を示す図。 第２実施形態のオフセット補正の流れを示す図。 第１実施形態および第２実施形態に係る放射線撮影装置の機能的な構成を示す図。
　以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。
　図１は、本発明の第１実施形態の放射線撮影装置２００の構成を例示する図である。放射線撮影装置２００は、複数の行および複数の列を構成するように撮影領域ＩＲに配列された複数の画素を有する。複数の画素は、放射線画像の取得のための複数の撮影画素１０１と、オフセット信号の検出のために用いられる遮光画素１２１とを含む。撮影画素１０１は放射線に対して感度を有する画素であり、遮光画素は放射線に対して感度を有さない画素である。
　複数の画素は、支持基板の撮影領域ＩＲに配列されうる。撮影画素１０１は、放射線を電気信号に変換する変換素子１０２と、列信号線１０６と変換素子１０２との間に配置されたスイッチ１０３とを含む。遮光画素１２１は、放射線を電気信号に変換する遮光変換素子１２２と、列信号線１０６と遮光変換素子１２２との間に配置されたスイッチ１０３とを含む。
　変換素子１０２および遮光変換素子１２２は、放射線を光に変換するシンチレータおよび光を電気信号に変換する光電変換素子とで構成されうる。シンチレータは、一般的には、撮影領域ＩＲを覆うようにシート状に形成され、複数の画素によって共有されうる。あるいは、変換素子１０２および遮光変換素子１２２は、放射線を直接に光に変換する変換素子で構成されうる。
　スイッチ１０３は、例えば、非晶質シリコンまたは多結晶シリコン（好ましくは多結晶シリコン）などの半導体で活性領域が構成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含みうる。
　放射線撮影装置２００は、複数の列信号線１０６および複数の駆動線１０４を有する。各列信号線１０６は、撮影領域ＩＲにおける複数の列のうちの１つに対応する。各駆動線１０４は、撮影領域ＩＲにおける複数の行のうちの１つに対応する。各駆動線１０４は、駆動部２２１によって駆動される。
　変換素子１０２の第１電極は、スイッチ１０３の第１主電極に接続され、変換素子１０２の第２電極は、バイアス線１０８に接続される。ここで、１つのバイアス線１０８は、列方向に延びていて、列方向に配列された複数の変換素子１０２の第２電極に共通に接続される。バイアス線１０８は、電源回路２２６からバイアス電圧Ｖｓを受ける。１つの列を構成する複数の撮影画素１０１のスイッチ１０３の第２主電極は、１つの列信号線１０６に接続される。１つの行を構成する複数の撮影画素１０１のスイッチ１０３の制御電極は、１つの駆動線１０４に接続される。
　複数の列信号線１０６は、読出部１３０に接続される。ここで、読出部１３０は、複数の検知部１３２と、マルチプレクサ１３４と、アナログデジタル変換器（以下、ＡＤ変換器）１３６とを含みうる。複数の列信号線１０６のそれぞれは、読出部１３０の複数の検知部１３２のうち対応する検知部１３２に接続される。ここで、１つの列信号線１０６は、１つの検知部１３２に対応する。検知部１３２は、例えば、差動増幅器を含む。マルチプレクサ１３４は、複数の検知部１３２を所定の順番で選択し、選択した検知部１３２からの信号をＡＤ変換器１３６に供給する。ＡＤ変換器１３６は、供給された信号をデジタル信号に変換して出力する。
　次に本実施形態の放射線撮影装置２００の動作について説明する。変換素子１０２および遮光変換素子１２２の第１電極はスイッチ１０３を介して基準電位Ｖｒｅｆを与え、第２電極には、放射線又は可視光によって発生した電子正孔対分離に必要なバイアス電位Ｖｓを与える。この状態で、被検体を透過した放射線又はそれに応じた可視光が変換素子１０２に入射し、電荷に変換され変換素子１０２に蓄積され、遮光変換素子１２２には遮光されている為、光入射による電荷は蓄積されず、ダーク電流相当の電荷が蓄積される。
　この電荷に応じた電気信号は、駆動部２２１から駆動線１０４に印加される駆動パルスによりスイッチ１０３（ＴＦＴ）が導通状態となることで、列信号線１０６に出力され、読出部１３０によりデジタルデータとして外部に読み出される。この動作により、撮影画素１０１においては、変換素子１０２から、照射された光に応じた電気信号を読み出すことができる。また、遮光画素１２１においては、遮光された遮光変換素子１２２から、光の信号を含まないオフセット信号を読み出すことができる。
　図２は、遮光された遮光変換素子１２２を有する遮光画素１２１の配置レイアウトの例を示す図である。遮光画素１２１は、有効画素領域２０１におけるオフセット信号のばらつき（オフセットずれ）を推定しやすいように、有効画素領域２０１の４辺の外周２０２の近傍、及び有効画素領域２０１内に点在して配置されている。撮影画素１０１は、図２においては不図示であるが、有効画素領域２０１において、各々の画素が隣接するように、等間隔に隙間なく配置され、かつ有効画素領域２０１全面をカバーするように配置される。一方、遮光画素１２１は、有効画素領域２０１において、各々の画素が周囲を撮影画素１０１に囲まれるように配置され、かつ等間隔に有効画素領域全面に均等に配置されている。遮光画素１２１は、撮影画素１０１より低密度で有効画素領域２０１に配置されている。これにより、有効画素領域２０１全面のオフセット成分を精度よく取得することができる。
　遮光画素１２１の情報の精度を上げるために、外周部には遮光画素を多数配置し、有効画素領域２０１の内部には遮光画素が有効画素領域内で欠損となることを考慮して、少数の遮光画素を点在するように配置することも可能である。ここで、図２に示す遮光画素１２１の配置は一例でありどのような配置でもよく、たとえば、有効画素領域２０１内に配置する遮光画素１２１を放射線撮影装置２００内における発熱体近傍の位置には密な間隔（第１の間隔）で配置し、発熱体から離れた位置では、密な間隔（第１の間隔）に比べて配置間隔が粗な間隔（第２の間隔）で配置してもよい。
　図３は第１実施形態のオフセット補正の流れを示す図であり、図６は、放射線撮影装置２００の機能的な構成を示す図である。図１に示すように放射線撮影装置２００は、撮影画素１０１及び遮光画素１２１を有する検出部１００、ダーク画像取得部６０１、放射線画像取得部６０２、差分取得部６０３、オフセット画像補正部６０４および画像生成部６０５を備える。放射線撮影装置２００は、放射線に対して感度を有する撮影画素１０１と、放射線に対して感度を有さない遮光画素１２１とが、画素領域に複数配置された検出部１００を用いて放射線画像の撮影を行う。
　ダーク画像取得部６０１は、放射線を照射しない状態で撮影画素１０１および遮光画素１２１から取得したダーク画像に基づいて、オフセット補正用画像を取得する。また、放射線画像取得部６０２は、放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する。より具体的には、放射線画像取得部６０２は、放射線を照射した状態で、撮影画素１０１および遮光画素１２１から取得した信号に基づいて放射線画像を取得する。
　差分取得部６０３は、放射線の照射により取得した放射線画像とオフセット補正用画像とにおける遮光画素１２１の画素値の差分を取得する。すなわち、差分取得部６０３は、放射線を照射した状態で、撮影画素１０１および１２１遮光画素から取得した信号に基づいて取得した放射線画像とオフセット補正用画像とにおける遮光画素１２１の画素値の差分を取得する。
　オフセット画像補正部６０４は、差分を用いて取得した、画素領域における遮光画素のオフセット信号の分布（オフセット信号のずれ）に基づいて、オフセット補正用画像を補正する。遮光画素のオフセット信号の分布に関し、オフセット画像補正部６０４は、差分取得部６０３で取得された差分に基づいて遮光画素のオフセット信号を補間し、補間に基づいてオフセット信号の分布を取得する。ここで、オフセット信号を補間するため、オフセット画像補正部６０４は、遮光画素１２１のオフセット信号を補間する関数に基づいて、オフセット信号の分布を取得する。
　画像生成部６０５は、補正したオフセット補正用画像に基づいて、放射線画像におけるオフセット信号を補正した画像を生成する。
　本発明の第１実施形態の放射線撮影装置２００におけるオフセット補正の処理の流れを図３及び図６を参照して説明する。
　ステップＳ３０１において、ダーク画像取得部６０１は、まず被写体の撮影を行う前に、放射線を照射していない状態でダーク画像の撮影を行う。本ステップでは、ダーク画像取得部６０１は、撮影画素１０１及び遮光画素１２１からオフセット信号を取得する。すなわち、放射線が照射されていないため、ダーク画像取得部６０１は、変換素子１０２及び遮光変換素子１２２から、光の信号を含まないオフセット信号を読み出すことができる。
　ダーク画像取得部６０１は、取得したダーク画像を被写体の撮影時における放射線画像に含まれるオフセット信号を補正するための画像として保持する。このダーク画像を、「オフセット補正用画像」と呼ぶ。この際、画像取得部は、複数枚のダーク画像の撮影を行って、取得した複数のダーク画像の平均画像をオフセット補正用画像として取得してもよい。複数のダーク画像に基づいた平均画像を用いることにより、オフセット補正用画像に含まれるランダムノイズ成分を低減させることができる。
　ステップＳ３０２において、放射線撮影装置２００は放射線を照射して被写体の放射線撮影を開始する。放射線画像取得部６０２は、撮影画素１０１及び遮光画素１２１から信号を読み出す。この時、放射線画像取得部６０２は、変換素子１０２から照射された放射線（光）に応じた信号を読み出し、遮光された遮光変換素子１２２からはダーク画像の撮影時と同様に光の信号を含まないオフセット信号を読み出すことができる。
　ステップＳ３０３において、差分取得部６０３は、ステップＳ３０２で取得した被写体の撮影時の放射線画像と、ステップＳ３０１で取得したオフセット補正用画像とにおける遮光画素１２１の画素値（信号）の差分を取得する。
　理想的にはオフセット補正用画像の遮光画素１２１の信号と、被写体の撮影時における光の信号を含まない遮光画素１２１のオフセット信号とは同等であり、その差分は０であるが、現実にはオフセット画像の取得時と被写体の撮影時とは時間がずれており、放射線撮影装置２００内におけるセンサ温度の変化等によってオフセット信号は変化し得るため、放射線画像にはシェーディング成分が発生し、差分取得部６０３による差分演算によりオフセット信号は差分値をもつ。
　上記の理由から、そのままオフセット補正用画像を用いてオフセット補正を行うと、オフセット信号の変化分であるオフセットずれの成分が画像に残り、画像における不均一性（シェーディング）によるアーチファクトが発生し得る。
　本発明では、オフセット補正用画像の遮光画素１２１の信号と、被写体撮影時の光の信号を含まない遮光画素１２１のオフセット信号の差分をもとに取得した、画素領域における遮光画素１２１のオフセット信号の分布（オフセット信号のずれ）に基づいて、オフセット補正用画像を補正し、上記の課題を解決する。
　ステップＳ３０４において、オフセット画像補正部６０４は、ステップＳ３０３で取得した差分に基づいて放射線画像のシェーディング成分を算出し、オフセット補正用画像を補正する。すなわち、オフセット画像補正部６０４は、遮光画素１２１によるオフセット信号の差分の情報から、有効画素領域２０１で発生しているオフセット信号のばらつきを示すオフセット信号の分布（オフセット信号のずれ）を算出する。ここで、オフセットずれ成分は放射線画像のシェーディング成分に対応し得る。
　遮光画素１２１は、図２に示すような有効画素領域２０１内に点在しているため、オフセット画像補正部６０４は、遮光画素１２１が所定ピッチで配置されている位置でのオフセット信号のずれに基づいて、配置位置間をフィッティングによって補間して、有効画素領域２０１の全体的なオフセットずれを取得する。すなわち、オフセット補正用画像と放射線画像とにおける、遮光画素の画素値の差分を求め、差分をもとにオフセット信号の分布（オフセット信号のずれ）を補間することにより、有効画素領域２０１における遮光画素のオフセット信号の分布を近似する。
　シェーディングのフィッティングをする際は、実際に発生しうるシェーディング形状に合わせてフィッティングの関数を決定することが可能である。例えば、画像全面に対して、二次元二次の多項式によってシェーディングをフィッティングする場合を具体例とすると、遮光画素１２１のデータと、オフセット画像のデータとの差が最も小さくなるように補正をする。
　被写体撮影時と、オフセット画像の取得時との低周波のオフセットずれ成分Ｆ(ｘ,ｙ)は二次元二次の多項式（数１）で近似することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　この式で表される曲面Ｆ（ｘ、ｙ）と、実際の低周波のオフセットずれ成分Ｆが最も一致する、つまり実際のデータとの差（残差）が最小になるように多項式（数１）の係数は、以下の数２式を解くことで得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　例えば、数１、数２式によってオフセットずれ成分Ｆ(ｘ,ｙ)を近似する目的の近似多項式を決定することができる。尚、近似多項式を求める補間処理の演算内容は上記の演算内容に限定されるものではなく、種々の関数を用いてオフセットずれ成分を近似することが可能である。
　オフセット画像補正部６０４は、以上の演算により近似したオフセットずれ成分に基づいて、オフセット補正用画像を補正する。ステップＳ３０１で取得したオフセット補正用画像をＤ(ｘ,ｙ)とし、数１式、数２式で取得した低周波のオフセットずれ成分をＦ(ｘ,ｙ)とおくと、オフセットずれ成分を補正した補正後のオフセット補正用画像Ｄ´(ｘ,ｙ)は以下の数３式で取得することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　すなわち、オフセット画像補正部６０４は、オフセット補正用画像からオフセットずれ成分を差分することにより、補正後のオフセット補正用画像を取得することができる。
　次に、ステップＳ３０５において、画像生成部６０５は、先のステップＳ３０４で補正されたオフセット補正用画像Ｄ´(ｘ,ｙ)を用いて、放射線画像のオフセット補正を行う。オフセット補正前の被写体の放射線画像をＸ(ｘ,ｙ)とし、オフセット補正後の被写体の放射線画像をＸ´(ｘ,ｙ)とおくと、画像生成部６０５は以下の数４式で、オフセット補正後の放射線画像Ｘ´(ｘ,ｙ)を生成することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　すなわち、画像生成部６０５は、オフセット補正前の放射線画像Ｘ(ｘ,ｙ)から補正後のオフセット補正用画像Ｄ´(ｘ,ｙ)を差分することにより、オフセット補正後の放射線画像Ｘ´(ｘ,ｙ)を生成することができる。
　（変形例）
　次に、遮光画素１２１を用いた低周波のオフセットずれ成分の分布をフィッティングする際の変化例を、図４を用いて説明する。図４はシェーディングのモデル関数の設定の例を示す図である。図４において、分布特性４０１は、有効画素領域２０１の上部から下部に向けてオフセット信号の分布が徐々に変化する特性を示している。また、分布特性４０２は、有効画素領域２０１の内部領域においてオフセット信号の分布が局所的に変化する特性を示している。
　図４に示すように、シェーディングの分布が複数の分布特性４０１、４０２を含む場合、例えば、ＦＰＤ内に複数の発熱源が存在する等、シェーディングの発生原因となる要因が複数ある場合は、その発熱源に応じて複数のモデル関数を設定し、補正してもよい。
　図４の例では、画像上下方向に、一次元方向にわたる分布特性４０１のシェーディングを補正した後に、局所的な発熱源による分布特性４０２のシェーディングを補正するために、局所的な発熱源の配置位置や発熱源の形状の中心位置を頂点とするような二次元の二次関数を用いて補正するなど、発熱源の配置位置や発熱源の形状に応じて複数回のフィッティングを実施することも可能である。
　オフセット画像補正部６０４は、オフセット信号を補間する複数の関数に基づいて、オフセット信号の分布を取得することが可能である。例えば、オフセット画像補正部６０４は、放射線撮影装置２００（ＦＰＤ）に含まれる発熱源の配置位置からの距離に応じてオフセット信号の分布が変化する関数（例えば、図４の分布特性４０１）を設定し、設定した関数に基づいてオフセット信号の分布を取得することが可能である。また、オフセット画像補正部６０４は、放射線撮影装置２００に含まれる発熱源の位置または発熱源の形状の中央部をピークとする関数（例えば、図４の分布特性４０２）に基づいて、オフセット信号の分布を取得することも可能である。そして、これらの異なる関数を組み合せてオフセット信号の分布を取得することも可能である。
　この場合、分布特性４０１のオフセットずれ成分に対応したシェーディングを補正する近似関数をＦ1(ｘ,ｙ)とし、局所的な発熱源による分布特性４０２のオフセットずれ成分に対応したシェーディングを補正する近似関数をＦ2(ｘ,ｙ)とおくと、オフセットずれ成分を補正した補正後のオフセット補正用画像Ｄ´(ｘ,ｙ)は以下の数５式で取得することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　すなわち、オフセット画像補正部６０４は、オフセット補正用画像Ｄ（ｘ、ｙ）から、シェーディングに含まれる複数の分布特性を示すオフセットずれ成分（Ｆ1(ｘ,ｙ)、Ｆ2(ｘ,ｙ)）を差分することにより、補正後のオフセット補正用画像を取得することができる。図４の例では、シェーディングに含まれる複数の分布特性４０１、４０２を例示しているが、この例に限られず、更に複数の分布特性がシェーディングに含まれる場合であっても同様である。
　本実施形態によれば、画素領域におけるオフセット信号の分布に基づいて、オフセット補正用画像を補正することが可能になる。このように、遮光画素１２１のオフセット信号の情報をもとに、発熱源の配置位置や形状の情報を用いてオフセット補正画像のシェーディング補正を行うことで、温度変化などによって発生する低周波のシェーディングを精度よく補正することが可能になる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態では、オフセット補正用画像と放射線画像とにおける、遮光画素の画素値の差分を求め、差分をもとにオフセットずれ成分を補間（フィッティング）することにより、オフセットずれ成分の分布を近似する点は第１実施形態と変わらないが、オフセットズレの補正の結果を、遮光画素の信号を読み出した画像の次以降のフレームに反映させることを特徴とする。この場合の処理フローを図５で説明する。
　図５は、本発明の第２実施形態のオフセット補正の流れを示す図である。本実施形態では、画像生成部６０５は、放射線画像から、放射線画像を取得したフレームよりも前のフレームで取得した補正後のオフセット補正用画像を差分することにより、オフセット補正後の放射線画像を生成する。例えば、Ｎ枚目の画像に着目し、Ｎ枚目の放射線画像に対するオフセット補正には、１フレーム前であるＮ-１枚目に取得したオフセット補正用画像と放射線画像（図５の５００）とにおける、遮光画素の画素値の差分間における画素値の差分を求め、差分をもとにオフセットずれ成分を補間（フィッティング）することにより、オフセットずれ成分の分布を近似した結果であるＦＮ－１(ｘ,ｙ)を用いる。
　同様にＮ＋１枚目の放射線画像に対するオフセット補正には、１フレーム前であるＮ枚目に取得したオフセット補正用画像と放射線画像とにおける、遮光画素の画素値の差分間における画素値の差分を求め、差分をもとにオフセットずれ成分を補間（フィッティング）することにより、オフセットずれ成分の分布を近似した結果であるＦＮ(ｘ,ｙ)を用いる。
　撮影開始後、オフセットずれ成分を補正したＮ枚目における補正後のオフセット補正用画像ＤN´(ｘ,ｙ)は、ステップＳ３０１で取得したオフセット補正用画像をＤ(ｘ,ｙ)とし、Ｎ枚目の遮光画素１２１の信号に基づいて計算されたオフセットずれ成分の分布を近似したフィッティング画像をＦN(ｘ,ｙ)とすると、以下の数６式で取得することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　オフセット画像補正部６０４は、オフセット補正用画像Ｄ(ｘ,ｙ)から、Ｎ枚目のオフセットずれ成分ＦN(ｘ,ｙ)を差分することにより、Ｎ枚目の補正後のオフセット補正用画像ＤN´(ｘ,ｙ)を取得することができる。
　Ｎ枚目に撮影した被写体の放射線画像Ｘ(ｘ,ｙ)をオフセット補正する際は、Ｎ-１枚目オフセット補正画像の解析結果ＤN-１´(ｘ,ｙ)を用いてオフセット補正を行う。オフセット補正前の被写体の放射線画像をＸ（ｘ,ｙ)とし、オフセット補正後の被写体の放射線画像をＸ´(ｘ,ｙ)とおくと、画像生成部６０５は以下の数７式で、オフセット補正後の放射線画像Ｘ´(ｘ,ｙ)を生成することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　すなわち、画像生成部６０５は、Ｎ枚目におけるオフセット補正前の放射線画像ＸＮ(ｘ,ｙ)（図５の５０１）から、Ｎ－１枚目における補正後のオフセット補正用画像Ｄ´Ｎ－１(ｘ,ｙ)（図５の５０２）を差分することにより、Ｎ枚目におけるオフセット補正後の被写体の放射線画像Ｘ´Ｎ(ｘ,ｙ)（図５の５０３）を生成することができる。
　同様に、画像生成部６０５は、Ｎ＋１枚目におけるオフセット補正前の放射線画像ＸＮ＋１(ｘ,ｙ)（図５の５０４）から、Ｎ枚目における補正後のオフセット補正用画像Ｄ´Ｎ(ｘ,ｙ)（図５の５０５）を差分することにより、Ｎ枚目におけるオフセット補正後の被写体の放射線画像Ｘ´Ｎ(ｘ,ｙ)（図５の５０６）を生成することができる。
　図５に示した例では、遮光画素をもとに計算したオフセットずれ成分Ｆ(ｘ,ｙ)を１フレーム後の画像の補正に用いた例を示しているが、この例に限定されず、２フレーム以上後の画像の補正に用いることも可能である。
　このようにすることで以下のようなメリットがある。すなわち、第１実施形態のように遮光画素の解析結果を用いて、同一フレームの被写体の放射線画像に対してオフセット補正を行う場合、被写体の放射線画像を取得してから画像を表示させるまでの期間に、オフセット補正画像の補正値を計算しなければならず計算コストが多くかかるため、動画撮影において高速処理の妨げになる可能性がある。
　一方で、本実施形態のように、１フレーム以上後の被写体の放射線画像に対しオフセット補正用画像に基づいた補正を適用すると、撮影した放射線画像を表示する処理と、遮光画素の画素値の差分を求める処理（図３のＳ３０３）及びオフセットずれ成分の分布を近似するフィッティング及びオフセット補正用画像の補正処理（図３のＳ３０４）の処理と、を並列して行うことができ、画像の取得から表示までの演算処理の負担を低減するとともに、より短時間で撮影した画像表示を行うことが可能になる。
　（変形例）
　動画撮影において一枚の画像の遮光画素１２１の情報から逐一オフセット補正用画像のシェーディングを補正するのではなく、複数フレームにおいてオフセットずれ成分の分布を近似した関数をもとに行ってもよい。複数フレームの情報を用いて補正する場合の具体例として、リカーシブ処理などがある。
　オフセット画像補正部６０４は、複数のフレームで取得したオフセット信号の分布に対して、それぞれ異なるリカーシブ係数を設定し、各オフセット信号の分布を組み合せたリカーシブ処理に基づいて、オフセット信号の分布を取得することが可能である。
　ここで、リカーシブ係数をαとすると、例えば、Ｎフレーム目におけるオフセットずれ成分に対応したシェーディングを補正する近似関数Ｆ´Ｎは、Ｎ－１フレーム目の近似関数ＦＮ－１(ｘ,ｙ)と、Ｎフレーム目の近似関数ＦＮ(ｘ,ｙ)とに基づいて、以下の数８式に基づいて取得することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　リカーシブ処理を行うことのメリットは以下のようなものがある。例えば、１フレームの解析結果のみで画像を補正すると、解析値のばらつきによって画像のオフセット成分や低周波成分が１フレームごとにばらつき、フリッカのような画像違和感が生じてしまう場合が生じ得る。これは遮光画素数が一般に少なくノイズ成分が大きいために生じ得るもので、遮光画素１２１の数を多くすることでばらつきを低減することが可能であるが、遮光画素は画像上の欠損となり得るので、必要以上に多くの画素を配置することは一般にはできない。たとえば、放射線撮影装置において、欠損数は多くても１０００画素程度以内が求められている。
　また、ある特定の領域毎に補正すると、例えば、１０画素ｘ１０画素の１００画素の分割領域を補正しようとすると、各領域に配置できる遮光画素数は１０画素程度となってしまう。このような少数の遮光画素の情報で解析すると、遮光画素に発生するランダムノイズ成分をσとすると、(１／√１０)σゆらぐため、画像違和感として視認されてしまう可能性がある。
　リカーシブ処理によればランダムノイズ成分を抑えることが可能で、例えば、リカーシブ係数αを０．１とすればノイズの大きさはおよそ１／４程度になり、フリッカを抑制することが可能になる。リカーシブ係数αをより小さくすると、さらにフリッカの影響を抑えることができるが、一方で、最新の情報の影響度が小さくなり、変動に対する追従ができなくなるため、温度変化に対して補正が追従できなくなり得る。温度の変動周期は空調管理された病室において１０ｍｉｎ周期程度で管理されていると仮定すると、このような温度変動に対し効果的となるリカーシブ係数αの下限はα＝0.0001程度であり、この値以上の範囲において、リカーシブフィルタは熱変動に追従し、有効となる。従って、これらのことからリカーシブ係数αは、0.0001＜α＜0.1の範囲でより効果的である。この場合、オフセット画像補正部６０４は、リカーシブ係数を、0.0001より大きく、0.1より小さい範囲で設定し、オフセット信号の分布を取得することができる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、遮光画素を用いたオフセット補正画像の補正を行うことで画像に現れるアーチファクトを低減し画質品位を高めることが可能となるが、上述の補正方法は一例で、これに限定されるものではなく、一般的な画像補正、特に低周波な画像補正であれば適用することは可能である。また、それぞれの画像取得のタイミングについても、以上に述べた順序に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
　（その他の実施形態）
　本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１８年９月２８日提出の日本国特許出願特願２０１８－１８４９８０を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
　２００：放射線撮影装置、１００：検出部、１０１：撮影画素、１２１：遮光画素、６０１：ダーク画像取得部（画像取得部）、６０２：放射線画像取得部、６０３：差分取得部、６０４：オフセット画像補正部（補正部）、６０５：画像生成部 

Claims (20)

  1. 　放射線に対して感度を有する撮影画素と、前記放射線に対して感度を有さない遮光画素とが、画素領域に複数配置された検出手段を用いて放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置であって、
    　放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する画像取得手段と、
    　放射線の照射により取得した放射線画像と前記オフセット補正用画像とにおける前記遮光画素の画素値の差分を取得する差分取得手段と、
    　前記差分を用いて取得した、前記画素領域における前記遮光画素のオフセット信号の分布に基づいて、前記オフセット補正用画像を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影装置。
  2. 　放射線を照射した状態で、前記撮影画素および前記遮光画素から取得した信号に基づいて前記放射線画像を取得する放射線画像取得手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
  3. 　前記補正したオフセット補正用画像に基づいて、前記放射線画像におけるオフセット信号を補正した画像を生成する画像生成手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
  4. 　前記画像取得手段は、取得した複数のダーク画像の平均画像をオフセット補正用画像として取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  5. 　前記差分取得手段は、前記放射線を照射した状態で、前記撮影画素および前記遮光画素から取得した信号に基づいて取得した放射線画像と前記オフセット補正用画像とにおける前記遮光画素の画素値の差分を取得する
    　ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  6. 　前記補正手段は、前記差分に基づいて前記遮光画素のオフセット信号を補間し、前記補間に基づいて前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  7. 　前記補正手段は、前記遮光画素のオフセット信号を補間する関数に基づいて、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
  8. 　前記補正手段は、前記オフセット信号を補間する複数の関数に基づいて、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項６または７に記載の放射線撮影装置。
  9. 　前記補正手段は、前記放射線撮影装置に含まれる発熱源の配置位置からの距離に応じて前記オフセット信号の分布が変化する関数を設定し、前記設定した関数に基づいて前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項７または８に記載の放射線撮影装置。
  10. 　前記補正手段は、前記放射線撮影装置に含まれる発熱源の位置または前記発熱源の形状の中央部をピークとする関数に基づいて、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項７または８に記載の放射線撮影装置。
  11. 　前記補正手段は、複数のフレームで取得した前記オフセット信号の分布に対して、それぞれ異なるリカーシブ係数を設定し、各オフセット信号の分布を組み合せたリカーシブ処理に基づいて、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  12. 　前記補正手段は、前記リカーシブ係数を、0.0001より大きく、0.1より小さい範囲で設定し、前記オフセット信号の分布を取得することを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮影装置。
  13. 　前記補正手段は、前記オフセット補正用画像から前記分布に基づいたオフセットずれ成分を差分することにより、補正後のオフセット補正用画像を取得することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  14. 　前記画像生成手段は、前記放射線画像から補正後のオフセット補正用画像を差分することにより、オフセット補正後の放射線画像を生成することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置。
  15. 　前記画像生成手段は、前記放射線画像から、前記放射線画像を取得したフレームよりも前のフレームで取得した補正後のオフセット補正用画像を差分することにより、オフセット補正後の放射線画像を生成することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置。
  16. 　前記撮影画素は、前記画素領域において、各々の画素が隣接するように、等間隔に隙間なく配置され、
    　前記遮光画素は、前記画素領域において、各々の画素が周囲を前記撮影画素に囲まれるように配置され、かつ等間隔に画素領域全面に均等に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  17. 　放射線に対して感度を有する撮影画素と、前記放射線に対して感度を有さない遮光画素とが、画素領域に複数配置された検出手段を用いて放射線画像の撮影を行う放射線撮影方法であって、
    　放射線を照射しない状態でオフセット補正用画像を取得する画像取得工程と、
    　放射線の照射により取得した放射線画像と前記オフセット補正用画像とにおける前記遮光画素の画素値の差分を取得する差分取得工程と、
    　前記差分を用いて取得した、前記画素領域における前記遮光画素のオフセット信号の分布に基づいて、前記オフセット補正用画像を補正する補正工程と、
    　を有することを特徴とする放射線撮影方法。
  18. 　放射線を照射した状態で、前記撮影画素および前記遮光画素から取得した信号に基づいて前記放射線画像を取得する放射線画像取得工程を更に有することを特徴とする請求項１７に記載の放射線撮影方法。
  19. 　前記補正したオフセット補正用画像に基づいて、前記放射線画像におけるオフセット信号を補正した画像を生成する画像生成工程を更に有することを特徴とする請求項１７または１８に記載の放射線撮影方法。
  20. 　コンピュータに、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の放射線撮影方法の各工程を実行させるためのプログラム。
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