JP3684010B2 - 放射線検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出装置に関し、特に、光電変換装置を用いたＸ線撮像装置等の放射線検出装置において画像校正手段を含む放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放射線検出装置は、医療用放射線撮影、工業用非破壊放射線撮影等の分野において使用されている。その使用形態を図７を用いて説明する。
【０００３】
図７は、従来の放射線検出装置の概略構成図である。図７において、放射線源１から放射された放射線を被写体２に照射すると放射線と被写体の相互作用（吸収、散乱等）により前記放射線は被写体の構造に応じて強度変調かつ散乱され、放射線像として蛍光体５に到達する。一般に蛍光体はＣａＷＯ4やＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂを支持体に塗布した増感紙またはＣｓＩなどの蛍光体結晶が用いられる。蛍光体は放射線照射量に比例した強度の蛍光を発する特性を有しているため、前記放射線像は蛍光体５において可視光像に変換される。受像手段１５は受光した光量に応じた画像を生成する手段であり、蛍光体で生じた可視光像は該受像手段１５でその光量に応じた画像となる。一般に、放射線検出装置において受像手段はフィルムであり、放射線像はほぼ蛍光量の対数に比例した写真濃度を与える潜像としてフィルムに記録され、現像処理後に可視画像として提示され診断、検査等に使用される。
【０００４】
また最近では、受像手段として微小な光電変換素子、スイッチング素子等からなる画素を格子状に配列した光電変換装置を使用しディジタル画像を取得する技術が開発されている。ＣＣＤまたはアモルファスシリコン２次元光電変換素子またはアモルファスセレン２次元光電変換素子上に蛍光体を積層した放射線検出装置として、米国特許第５，４１８，３７７号、米国特許第５，３９６，０７２号、米国特許第５，１３２，５３９号、等が開示されている。
【０００５】
光電変換装置を利用することの利点の一例として、以下の項目が挙げられる。まず、画像を直接にディジタルデータとして取得できるので、画像処理が容易になり不適切な撮影条件の補正や関心領域の画像強調などが容易に可能になる。またファクシミリ等の画像通信手段を使用することで、専門医師不在の遠隔地の患者に対する診断を大病院にいる専門医師が行うことが出来る。また画像ディジタルデータを光磁気ディスク等に保存すれば、フィルムを保存するのに比べて保存スペースを著しく減少することができる。また過去の画像を容易に検索することができるので、同じくフィルムを検索するのに比べて容易に参照画像を提示することが可能になる、等である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記光電変換装置を使用した従来の放射線検出装置には以下に説明する課題点がある。
【０００７】
第１の課題は、光電変換装置の複数の画素はそれぞれ光入出力特性が異なることである。もし画素毎の光入出力特性を補正しないと、光電変換装置に一様な光を入力してもその出力は画素毎に異なる値になるため、粒状性に劣る画像が取得される。特に診断に使用する放射線画像は、微細なコントラストを表現する必要があるが、このような粒状性は画質を低下させるため診断能力を低下させる原因になることがある。
【０００８】
第２の課題は、光電変換装置の特性が経時的に変化する可能性があることである。光電変換装置は、一般にシリコン単結晶やアモルファスシリコンなどに少量の物質をドープした半導体素子で形成されるが、該半導体素子の光入出力特性は温度に応じて変化することが知られている。また半導体素子に積算的に長時間電流を流すことで該半導体素子が確率的に劣化し光入出力特性が変化する可能性があることが知られている。これらもまた画質を低下させる要因となる。
【０００９】
上記第１および第２の課題に対する解決法として、黒レベル信号と白レベル信号から得られる光電変換装置の光入出力特性を使用して、所望の画像を校正する方法が考えられる。黒レベル信号とは光電変換装置に光を入力しないときの出力信号、すなわち暗出力であり、白レベル信号とは光電変換装置に既知の光量を入力したときの出力信号である。この黒レベル信号および白レベル信号の少なくとも一方を必要に応じて随時取得し、所望の画像を校正することは有効である。特に光電変換装置の光入出力特性を高精度に取得する場合は、黒および白レベル信号の両方の取得は必須である。
【００１０】
黒レベル信号および白レベル信号から光入出力特性を使用して所望の画像を校正する方法の一例として以下の方法が挙げられる。
【００１１】
先ず、各画素に対して入力画像信号、黒レベル信号及び既知の光量に対する白レベル信号を取得する。次に、画像信号及び白レベル信号から黒レベル信号を減算し、第２の画像信号及び第２の白レベル信号を得る。黒レベル信号は、画素毎のオフセットを表し、オフセットを減算するこの工程は、一般にオフセット補正と呼ばれる。
【００１２】
次に、既知の光量を第２の白レベル信号で除算し、画素毎のゲイン信号を得る。更に、第２の画像信号とゲイン信号を乗算することで、光電変換装置７の光入出力特性を校正した出力画像信号を得る。この工程は、一般にゲイン補正と呼ばれている。
【００１３】
黒レベル信号をｄ（ｘ，ｙ）、白レベル信号をｗ（ｘ，ｙ）、入力画像信号をｉ（ｘ，ｙ）、出力画像信号をｏ（ｘ，ｙ）、既知の光量分布をｋ（ｘ，ｙ）、ゲイン信号をｇ（ｘ，ｙ）とすると、上記の工程を二次元画像に対して行なう演算式は、次の通りである。
【００１４】
しかしながら、光電変換装置が放射線検出装置に使用されている場合は、光電変換装置は、該光電変換装置を遮光する筺体内に格納されているため、光電変換装置に光を入力して白レベル信号を取得するのは不可能である。この状態で白レベル信号を取得するためには、放射線検出装置に対して放射線を照射し、前記筺体内に格納されている蛍光体を発光させる必要がある。
【００１５】
［発明の目的］
本発明の第１の目的は、放射線検出装置に用いられる光電変換装置の複数の画素の入出力特性を補正することによって、粒状性に優れた画像を得ることにある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、放射線検出装置に用いられる光電変換装置の特性の経時変化を補正することによって画質を向上させることにある。本発明の第３の目的は、光電変換装置を使用した放射線検出装置において、実際に放射線を照射することなく、光電変換装置の入出力特性を検出し、この検出結果を用いて、実際の放射線画像を校正可能な放射線検出装置を実現することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の放射線検出装置は、放射線を電気信号に変換するための複数の画素で構成される光電変換手段と、放射線を前記光電変換手段が検出可能な光に変換する変換体と、前記光電変換手段を外光から遮光して格納する筺体と、前記複数の画素の入出力特性を校正するために前記複数の画素を照明するアレイ状発光体または面状発光体である照明手段とを有し、放射線入射方向に沿って、前記光変換体、前記光電変換手段、前記照明手段の順にそれぞれが配置され、前記光電変換手段は透明基板上に形成されているものである。
【００１８】
また、本発明の放射線検出装置は、更に、前記照明手段が前記複数の画素に照射する光の照度分布のデータに基づき前記複数の画素の入出力特性を校正する校正手段と、前記照明手段により照明された前記光電変換手段の出力に基づいて前記光電変換手段の入出力特性を取得する取得手段とを有し、前記校正手段は該取得手段で取得した入出力特性に基づき校正するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
図１は、本実施例の放射線検出装置を説明する模式的構成図である。
【００２２】
図１において、１は放射線を発生する放射線源、２は被写体、１０は放射線検出装置、３は放射線を通過する窓部を有しかつ内部に光が入らないよう遮光する筺体、４は被写体２から発生する不要な散乱放射線を除去するグリッド、５は放射線を光に変換する光変換体の一種である蛍光体、６はアモルファスシリコンよりなる光電変換装置であり、厚さ数ｍｍの両面研磨した透明ガラス基板の片側面６Ａに各種半導体層を積層して格子状に配列した複数の画素を形成している。７は照明手段である面状発光体であり、導光体および光拡散体より成り、光電変換装置６にほぼ一様な照度分布を与える光源である。８は光源９から発生した光を面状発光体に導光する光ファイバ、９は照明手段の光源、２１は特性変化が既知でかつ特性変化が微小な光検出器である。
【００２３】
まず、一般的な放射線撮影方法について簡単に説明する。放射線源１から発生した放射線は物体２において透過、吸収及び散乱される。該放射線は筺体３の放射線窓部を通過しグリッド４に至る。グリッド４は一般に鉛板とアルミニウム板を交互に積層した積層物を薄く切り出した板であり、それぞれほぼ並行に並ぶ鉛板を１次放射線進行方向と一致させることで被写体２から発生する不要な散乱放射線を除去し、該グリッドを透過する放射線画像のコントラストを改善するよう作用する。蛍光体５においてグリッド４を透過した放射線は蛍光に変換され、光電変換装置６で被写体２の情報を有する放射線画像アナログ信号として検出される。
【００２４】
後述する図２に示すように、この放射線画像アナログ信号はＡ／Ｄ変換器１１でディジタル信号に変換され制御装置１２に転送される。また記憶装置１３に転送され保存される。
【００２５】
次に、白レベル信号および黒レベル信号を取得し光入出力特性を得る工程を説明する。光源９を点灯し光ファイバ８を通じて面状発光体を７を発光させ、ガラス基板面６Ａに形成されている光電変換装置の画素を照明する。画素の照明方法は、画素がＩＴＯ膜より成る透明電極を有する場合はガラス基板面６Ｂ側から直接照明が可能である。また透明電極を有さない場合は隣接する画素間の間隙を通過した光が蛍光体で拡散反射することで、ガラス基板面６Ａ側から間接照明が可能である。もし面状発光体７の照度分布が十分に一様でない場合は、ガラス基板面６Ｂを拡散面にすることで照度分布を一様にすることも可能である。
【００２６】
この照明に応じて光電変換装置６が出力する信号を処理する方法を図２を用いて説明する。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施例の放射線検出装置の信号の流れを説明する図面である。図２において、１０は放射線検出装置、１１および２２はＡ／Ｄ変換器、１２は制御装置、１３は記憶装置である。放射線検出装置１０から出力されるアナログ信号はＡ／Ｄ変換器１１でディジタル信号に変換され制御装置１２に転送される。この信号は白レベル信号である。また光検出器２１の出力もディジタル信号に変換され制御装置１２に転送される。光検出器２１の出力は面状発光体７が光電変換装置６に与える照度を表し、白レベル信号を用いたゲイン補正に使用される。
【００２８】
続いて白レベル信号取得直後に光源９を消灯し、光電変換装置６が遮光された状態で同様に光電変換装置６が出力する信号を取得する。この信号は黒レベル信号である。黒レベル信号は光電変換装置の暗出力を表し、画像信号および白レベル信号のオフセット補正に使用される。以上の白レベルおよび黒レベル信号を取得する工程は随時行うことができる。
【００２９】
ここで放射線画像取得の際に実際に行われる工程について説明する。本発明の放射線検出装置は被写体撮影の直前もしくは直後に、好ましくは放射線発生装置のスタートボタンと連動させて、光源９を点灯し白レベル信号を取得する。次に光源９を消灯し同様に黒レベル信号を取得する。制御装置１２において白レベル信号、黒レベル信号、面状発光体７の照度分布データおよび必要があれば記憶装置１３にすでに記憶されている光電変換装置６の光入出力特性を比較して処理することで、新たな光入出力特性を取得する。新たな入出力特性を計算する方法はすでに述べたので省略する。以上の工程は長くても数分の１秒、すなわち放射線発生装置の準備時間内に終了するので、技師の操作時間は全く増加しない。
【００３０】
続いて放射線を発生させて被写体を撮影する。撮影方法および信号の流れはすでに説明した通りである。取得した放射線画像信号は記憶装置１３に保存されている各画素出力に対する入出力特性を用いて校正され、画質の優れる放射線画像が得られる。
【００３１】
本実施例では、白レベル信号、黒レベル信号、放射線画像信号の順にデータを取得したが、この順序は任意に変更が可能であり、放射線検出装置の特性に応じて最も画質が優れる組み合わせまたは最も操作性に優れる組み合わせを選択可能である。
【００３２】
また本実施例では、放射線発生装置のスタートボタンと連動させて白レベル信号および黒レベル信号を取得するが、白レベル信号と黒レベル信号の経時変化が小さい場合は白レベル信号と黒レベル信号の少なくとも片方を随時取得せずに記憶装置１３に記憶されているデータで代用可能である。この場合白レベル信号または黒レベル信号を取得するのは電源投入直後または一定時間間隔に自動的に行われるのが望ましい。
【００３３】
また本実施例では、照明手段として面状発光体を使用したが、照明手段はＬＥＤアレイのように点状発光体の集合体であっても良い。また本実施例では面状発光体７は光電変換装置６の全面を照明するが、光電変換装置６の経時変化がほぼ光電変換装置６の全画素において同一である場合或いは経時変化の画素間差が無視可能である場合は、少なくとも光電変換装置６の一部の領域が照明されれば本発明の目的は達成可能である。照明される光電変換装置の一部の領域とは例えば周辺の数列の画素または角部の数画素などが考えられる。
【００３４】
また本実施例では、光源９を筺体３に隣接して一体的に設けたが光源９を筺体３に着脱自在に設けることも可能である。特に放射線検出装置を軽量薄型にした可搬型の放射線検出装置においてはこのような構成が有用である。また光検出器２１も光源９と共に着脱自在にする構成も考えられる。
【００３５】
また本実施例では、面上発光体７が光電変換装置６に与える照度を検出する照度検出手段として光検出器２１を使用したが、これは本発明の照度検出手段の範囲を限定するものではない。照度検出手段は直接に照度を測定しなくても、間接的に照度に対応する値を測定する手段であれば、本発明の目的は達成可能である。例えば光源９がハロゲンランプであればハロゲンランプを点灯する電圧を検出する手段であってもよい。また光源９がＬＥＤであればＬＥＤを駆動する電流値を測定することで、間接的に光電変換装置６に与える照度を検出することが可能である。さらにこのような光源を一定電圧または電流で駆動する場合も、例え駆動中にその出力を検出しなくても一定電圧または電流と照度または照度分布が一対一対応であれば本発明の目的を達成可能である。さらにこのような光源を駆動する電圧または電流の点灯消灯のみを制御する場合も、これら点灯消灯制御手段は照度検出手段と等価である。
【００３６】
また本実施例においては、各画素に対応した黒レベル信号、白レベル信号および照度データを記憶する必要があるが、高精度に画像を校正する場合はこれらの値は１２ビット程度の分解能が必要となる。これらの値は情報量が多いので分解能を損なわない範囲で圧縮されて保存されることが望ましい。
【００３７】
このように、本実施例では、随時光電変換装置の入出力特性を取得するにもかかわらず、白レベル信号および黒レベル信号を取得する際に放射線を発生させる必要はない。また放射線発生装置のスタートボタンと連動させる或いは所定時間間隔で自動的に白レベル信号および黒レベル信号を取得するので、放射線技師の操作も増加しない。
【００３８】
上記では説明の簡単のため、面状発光体７の特性が既知であるとしたが、実際にはこの特性を予め正確に測定する必要がある。また光電変換装置６の初期光入出力特性が既知であるとさらに正確な光入出力特性取得が行える場合がある。以下にこれらの特性を測定する方法の一例を示す。
【００３９】
図３は、放射線検出装置の製造工程において光電変換装置の初期光入出力特性を取得する工程を説明する図面である。図３において、６は複数の画素を有する光電変換装置、２０は面状発光体、１４は予め測定した面状発光体２０が与える照度分布データである。
【００４０】
面状発光体２０を点灯して光電変換装置６を照明する。光電変換装置６が出力するアナログ信号はＡ／Ｄ変換器１１においてディジタル信号に変換され制御装置１２に転送される。このディジタル信号は白レベル信号である。白レベル信号取得直後に面状発光体２０を消灯し光電変換装置６が遮光された状態で同様にディジタル信号を取得する。このディジタル信号は黒レベル信号である。制御装置１２において白レベル信号、黒レベル信号および予め測定した照度分布データ１４を比較することで、光電変換装置６を構成する各画素出力に対するゲインおよびオフセットが決定される。該各画素出力に対するゲインおよびオフセットは光電変換装置６の初期光入出力特性であり、データ圧縮され記憶装置１３に記憶される。また必要があれば白レベル信号および黒レベル信号自体を記憶装置１３に記憶しても良い。
【００４１】
次に放射線検出装置１０に内蔵されている面状発光体７も校正する必要がある。詳細な校正方法は省略するが、予め特性が既知の光電変換装置や前記で校正した光電変換装置６を使用すれば同様に容易に校正可能である。
【００４２】
［第２の実施例］
本実施例は、照明光を変調し複数レベルの光量を光電変換装置に与えることで、高精度の光電変換装置校正および放射線検出装置校正を行うものである。
【００４３】
図４は、一般的な光電変換装置の光入出力特性を表す図面であり、横軸は光入力、縦軸は出力をそれぞれ対数で表示している。光電変換装置の出力から光入力を知るには図４における特性曲線を使用するため、この特性曲線を正確に把握する必要がある。特性曲線の傾きはガンマと呼ばれ一般の光電変換装置ではガンマは１になるよう設計される。しかし光電変換装置の製造誤差などでガンマが僅かに１から逸脱することがある。また一般に光入力が飽和に近づくに従ってガンマは大きく１から逸脱する。これらの特性を正確に知るには実際に照度が既知の照明を光電変換装置に入力しその出力を測定する必要がある。さらに正確に特性曲線を把握するには複数レベルの光量を光電変換装置に入力しそれぞれに対応する出力を測定する必要がある。
【００４４】
図５は、光電変換装置の光入出力特性を随時正確に把握する放射線検出装置の実施例を説明する図面であり、図１および図２と共通な部材には共通の符号を付与している。図５において、２３はＤ／Ａ変換器、２４は光源９の光量を制御する光源駆動装置である。図５において、制御装置１２の信号に基づいて光源９を消灯し放射線検出装置１０の出力信号を取得する。この信号は黒レベル信号である。次に同じく制御装置１２から信号を出力して光源９の光量を徐々に増加させながら放射線検出装置１０の出力信号を逐次取得する。これらの信号はレベルの異なる複数の白レベル信号である。また光源９の光量を正確に制御するために逐次光検出器２１でその光量を検出する。
【００４５】
以上で取得した黒レベル信号、レベルの異なる複数の白レベル信号および光検出器２１の信号を用いることで、図４に相当する光入出力特性を正確に把握することが可能になる。続いて放射線撮影を行うことで広い放射線レベルに対して蛍光光量を正確に知ることができるため、高精度の放射線画像を取得することが可能になる。
【００４６】
本実施例においては、時間的に変化する複数レベルの光量を光電変換装置に与えたが、各画素の光入出力特性または光入出力特性の変化量や画素間ばらつきが小さい場合には、空間的に変化する複数のレベルの光量を光電変換装置に与えることで、一回の読み取り動作のみで上記のような正確な光入出力特性を取得することが出来る。例えば、ＬＥＤアレイのように各ＬＥＤ毎に独立に光強度変調が可能な光源を使用する場合は、容易に空間的に変化する照明を与えることが可能である。また空間的に透過率が変化するフィルタを付加しても同じ効果を得ることが可能である。また予め照明手段が与える照度分布を測定しておけば、空間的に変化する照明を与えることと等価である。
【００４７】
［第３の実施例］
一般に、面状の蛍光体は面内の場所によって感度が異なる。これは蛍光体の構造モトルと呼ばれる感度ムラであり、画質を損ねる要因の一つとされている。またＣｓＩ等一部の蛍光体は湿度の影響を受けやすく、長期間高湿条件に放置された場合、感度の劣化が生じることがある。ディジタル放射線検出装置において白レベル信号を随時取得すると、この構造モトルおよび感度変化を校正した画像を取得することが可能になる。
【００４８】
以下に、蛍光体特性を含めた入出力特性取得が可能な放射線検出装置の実施例を示す。
【００４９】
図６は、本実施例の放射線検出装置を説明する図面であり、図１と同じ部材を使用している。図６と図１の相違点は面状発光体７の位置が光電変換装置６の後方からグリッド４と蛍光体５の間に移動したことである。光源９の波長は蛍光体５を励起し蛍光発光させる波長である。また光源９の波長は好ましくは光電変換装置では直接検出されない波長である。面状発光体７の発光波長を、懸かる波長にするために、光源９に、この分光特性を有するフィルタを付加しても良い。特に可視光を遮断し紫外光を透過させるフィルタが望ましい。
【００５０】
また面状発光体７は蛍光体５よりも放射線源側に設けられるので、患者被爆低減の観点から放射線を十分に透過させる性質を有することが望ましい。具体的にはガラス、プラスチックまたはアクリル等から成る光ファイバ、またはガラス、プラスチックまたはアクリル等から成る薄い導光板が好適である。
【００５１】
本実施例においては、光電変換装置６は面状発光体７の光で蛍光体５が励起された蛍光を検出するので、蛍光体の場所による感度ムラを校正することが可能になる。ここで面状発光体７の照度分布測定法はすでに述べた方法と同様であるので省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の放射線検出装置を説明するための模式構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例の放射線検出装置の信号の流れを説明する図面である。
【図３】本発明の放射線検出装置に使用する光電変換装置の光入出特性の取得方法を説明する図面である。
【図４】一般的な光電変換装置の光入出力特性を説明する図面である。
【図５】本発明の第２の実施例の放射線検出装置の信号の流れを説明する図面である。
【図６】本発明の第３の実施例の放射線検出装置を説明する図面である。
【図７】従来例の装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 放射線源
２ 被写体
３ 筺体
４ グリッド
５ 蛍光体
６ 光電変換装置
７ 面状発光体
８ 光ファイバ
９ 光源
１０ 放射線検出装置
１１，２２ Ａ／Ｄ変換器
１２ 制御装置
１３ 記憶装置
１４ 照度分布データ
１５ 受像手段
２１ 光検出器
２３ Ｄ／Ａ変換器
２４ 光源駆動装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出装置に関し、特に、光電変換装置を用いたＸ線撮像装置等の放射線検出装置において画像校正手段を含む放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放射線検出装置は、医療用放射線撮影、工業用非破壊放射線撮影等の分野において使用されている。その使用形態を図７を用いて説明する。
【０００３】
図７は、従来の放射線検出装置の概略構成図である。図７において、放射線源１から放射された放射線を被写体２に照射すると放射線と被写体の相互作用（吸収、散乱等）により前記放射線は被写体の構造に応じて強度変調かつ散乱され、放射線像として蛍光体５に到達する。一般に蛍光体はＣａＷＯ4やＧｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂを支持体に塗布した増感紙またはＣｓＩなどの蛍光体結晶が用いられる。蛍光体は放射線照射量に比例した強度の蛍光を発する特性を有しているため、前記放射線像は蛍光体５において可視光像に変換される。受像手段１５は受光した光量に応じた画像を生成する手段であり、蛍光体で生じた可視光像は該受像手段１５でその光量に応じた画像となる。一般に、放射線検出装置において受像手段はフィルムであり、放射線像はほぼ蛍光量の対数に比例した写真濃度を与える潜像としてフィルムに記録され、現像処理後に可視画像として提示され診断、検査等に使用される。
【０００４】
また最近では、受像手段として微小な光電変換素子、スイッチング素子等からなる画素を格子状に配列した光電変換装置を使用しディジタル画像を取得する技術が開発されている。ＣＣＤまたはアモルファスシリコン２次元光電変換素子またはアモルファスセレン２次元光電変換素子上に蛍光体を積層した放射線検出装置として、米国特許第５，４１８，３７７号、米国特許第５，３９６，０７２号、米国特許第５，１３２，５３９号、等が開示されている。
【０００５】
光電変換装置を利用することの利点の一例として、以下の項目が挙げられる。まず、画像を直接にディジタルデータとして取得できるので、画像処理が容易になり不適切な撮影条件の補正や関心領域の画像強調などが容易に可能になる。またファクシミリ等の画像通信手段を使用することで、専門医師不在の遠隔地の患者に対する診断を大病院にいる専門医師が行うことが出来る。また画像ディジタルデータを光磁気ディスク等に保存すれば、フィルムを保存するのに比べて保存スペースを著しく減少することができる。また過去の画像を容易に検索することができるので、同じくフィルムを検索するのに比べて容易に参照画像を提示することが可能になる、等である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記光電変換装置を使用した従来の放射線検出装置には以下に説明する課題点がある。
【０００７】
第１の課題は、光電変換装置の複数の画素はそれぞれ光入出力特性が異なることである。もし画素毎の光入出力特性を補正しないと、光電変換装置に一様な光を入力してもその出力は画素毎に異なる値になるため、粒状性に劣る画像が取得される。特に診断に使用する放射線画像は、微細なコントラストを表現する必要があるが、このような粒状性は画質を低下させるため診断能力を低下させる原因になることがある。
【０００８】
第２の課題は、光電変換装置の特性が経時的に変化する可能性があることである。光電変換装置は、一般にシリコン単結晶やアモルファスシリコンなどに少量の物質をドープした半導体素子で形成されるが、該半導体素子の光入出力特性は温度に応じて変化することが知られている。また半導体素子に積算的に長時間電流を流すことで該半導体素子が確率的に劣化し光入出力特性が変化する可能性があることが知られている。これらもまた画質を低下させる要因となる。
【０００９】
上記第１および第２の課題に対する解決法として、黒レベル信号と白レベル信号から得られる光電変換装置の光入出力特性を使用して、所望の画像を校正する方法が考えられる。黒レベル信号とは光電変換装置に光を入力しないときの出力信号、すなわち暗出力であり、白レベル信号とは光電変換装置に既知の光量を入力したときの出力信号である。この黒レベル信号および白レベル信号の少なくとも一方を必要に応じて随時取得し、所望の画像を校正することは有効である。特に光電変換装置の光入出力特性を高精度に取得する場合は、黒および白レベル信号の両方の取得は必須である。
【００１０】
黒レベル信号および白レベル信号から光入出力特性を使用して所望の画像を校正する方法の一例として以下の方法が挙げられる。
【００１１】
先ず、各画素に対して入力画像信号、黒レベル信号及び既知の光量に対する白レベル信号を取得する。次に、画像信号及び白レベル信号から黒レベル信号を減算し、第２の画像信号及び第２の白レベル信号を得る。黒レベル信号は、画素毎のオフセットを表し、オフセットを減算するこの工程は、一般にオフセット補正と呼ばれる。
【００１２】
次に、既知の光量を第２の白レベル信号で除算し、画素毎のゲイン信号を得る。更に、第２の画像信号とゲイン信号を乗算することで、光電変換装置７の光入出力特性を校正した出力画像信号を得る。この工程は、一般にゲイン補正と呼ばれている。
【００１３】
黒レベル信号をｄ（ｘ，ｙ）、白レベル信号をｗ（ｘ，ｙ）、入力画像信号をｉ（ｘ，ｙ）、出力画像信号をｏ（ｘ，ｙ）、既知の光量分布をｋ（ｘ，ｙ）、ゲイン信号をｇ（ｘ，ｙ）とすると、上記の工程を二次元画像に対して行なう演算式は、次の通りである。
【００１４】
【００１５】
［発明の目的］
本発明の第１の目的は、放射線検出装置に用いられる光電変換装置の複数の画素の入出力特性を補正することによって、粒状性に優れた画像を得ることにある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、放射線検出装置に用いられる光電変換装置の特性の経時変化を補正することによって画質を向上させることにある。本発明の第３の目的は、光電変換装置を使用した放射線検出装置において、実際に放射線を照射することなく、光電変換装置の入出力特性を検出し、この検出結果を用いて、実際の放射線画像を校正可能な放射線検出装置を実現することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の放射線検出装置は、放射線を電気信号に変換するための複数の画素で構成される光電変換手段と、放射線を前記光電変換手段が検出可能な光に変換する変換体と、前記光電変換手段を外光から遮光して格納する筺体と、前記複数の画素の入出力特性を校正するために前記複数の画素を照明するアレイ状発光体または面状発光体である照明手段とを有し、放射線入射方向に沿って、前記光変換体、前記光電変換手段、前記照明手段の順にそれぞれが配置され、前記光電変換手段は透明基板上に形成されているものである。
【００１８】
また、本発明の放射線検出装置は、更に、前記照明手段が前記複数の画素に照射する光の照度分布のデータに基づき前記複数の画素の入出力特性を校正する校正手段と、前記照明手段により照明された前記光電変換手段の出力に基づいて前記光電変換手段の入出力特性を取得する取得手段とを有し、前記校正手段は該取得手段で取得した入出力特性に基づき校正するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
図１は、本実施例の放射線検出装置を説明する模式的構成図である。
【００２２】
図１において、１は放射線を発生する放射線源、２は被写体、１０は放射線検出装置、３は放射線を通過する窓部を有しかつ内部に光が入らないよう遮光する筺体、４は被写体２から発生する不要な散乱放射線を除去するグリッド、５は放射線を光に変換する光変換体の一種である蛍光体、６はアモルファスシリコンよりなる光電変換装置であり、厚さ数ｍｍの両面研磨した透明ガラス基板の片側面６Ａに各種半導体層を積層して格子状に配列した複数の画素を形成している。７は照明手段である面状発光体であり、導光体および光拡散体より成り、光電変換装置６にほぼ一様な照度分布を与える光源である。８は光源９から発生した光を面状発光体に導光する光ファイバ、９は照明手段の光源、２１は特性変化が既知でかつ特性変化が微小な光検出器である。
【００２３】
まず、一般的な放射線撮影方法について簡単に説明する。放射線源１から発生した放射線は物体２において透過、吸収及び散乱される。該放射線は筺体３の放射線窓部を通過しグリッド４に至る。グリッド４は一般に鉛板とアルミニウム板を交互に積層した積層物を薄く切り出した板であり、それぞれほぼ並行に並ぶ鉛板を１次放射線進行方向と一致させることで被写体２から発生する不要な散乱放射線を除去し、該グリッドを透過する放射線画像のコントラストを改善するよう作用する。蛍光体５においてグリッド４を透過した放射線は蛍光に変換され、光電変換装置６で被写体２の情報を有する放射線画像アナログ信号として検出される。
【００２４】
後述する図２に示すように、この放射線画像アナログ信号はＡ／Ｄ変換器１１でディジタル信号に変換され制御装置１２に転送される。また記憶装置１３に転送され保存される。
【００２５】
次に、白レベル信号および黒レベル信号を取得し光入出力特性を得る工程を説明する。光源９を点灯し光ファイバ８を通じて面状発光体を７を発光させ、ガラス基板面６Ａに形成されている光電変換装置の画素を照明する。画素の照明方法は、画素がＩＴＯ膜より成る透明電極を有する場合はガラス基板面６Ｂ側から直接照明が可能である。また透明電極を有さない場合は隣接する画素間の間隙を通過した光が蛍光体で拡散反射することで、ガラス基板面６Ａ側から間接照明が可能である。もし面状発光体７の照度分布が十分に一様でない場合は、ガラス基板面６Ｂを拡散面にすることで照度分布を一様にすることも可能である。
【００２６】
この照明に応じて光電変換装置６が出力する信号を処理する方法を図２を用いて説明する。
【００２７】
図２は、本発明の第１の実施例の放射線検出装置の信号の流れを説明する図面である。図２において、１０は放射線検出装置、１１および２２はＡ／Ｄ変換器、１２は制御装置、１３は記憶装置である。放射線検出装置１０から出力されるアナログ信号はＡ／Ｄ変換器１１でディジタル信号に変換され制御装置１２に転送される。この信号は白レベル信号である。また光検出器２１の出力もディジタル信号に変換され制御装置１２に転送される。光検出器２１の出力は面状発光体７が光電変換装置６に与える照度を表し、白レベル信号を用いたゲイン補正に使用される。
【００２８】
続いて白レベル信号取得直後に光源９を消灯し、光電変換装置６が遮光された状態で同様に光電変換装置６が出力する信号を取得する。この信号は黒レベル信号である。黒レベル信号は光電変換装置の暗出力を表し、画像信号および白レベル信号のオフセット補正に使用される。以上の白レベルおよび黒レベル信号を取得する工程は随時行うことができる。
【００２９】
ここで放射線画像取得の際に実際に行われる工程について説明する。本発明の放射線検出装置は被写体撮影の直前もしくは直後に、好ましくは放射線発生装置のスタートボタンと連動させて、光源９を点灯し白レベル信号を取得する。次に光源９を消灯し同様に黒レベル信号を取得する。制御装置１２において白レベル信号、黒レベル信号、面状発光体７の照度分布データおよび必要があれば記憶装置１３にすでに記憶されている光電変換装置６の光入出力特性を比較して処理することで、新たな光入出力特性を取得する。新たな入出力特性を計算する方法はすでに述べたので省略する。以上の工程は長くても数分の１秒、すなわち放射線発生装置の準備時間内に終了するので、技師の操作時間は全く増加しない。
【００３０】
続いて放射線を発生させて被写体を撮影する。撮影方法および信号の流れはすでに説明した通りである。取得した放射線画像信号は記憶装置１３に保存されている各画素出力に対する入出力特性を用いて校正され、画質の優れる放射線画像が得られる。
【００３１】
本実施例では、白レベル信号、黒レベル信号、放射線画像信号の順にデータを取得したが、この順序は任意に変更が可能であり、放射線検出装置の特性に応じて最も画質が優れる組み合わせまたは最も操作性に優れる組み合わせを選択可能である。
【００３２】
また本実施例では、放射線発生装置のスタートボタンと連動させて白レベル信号および黒レベル信号を取得するが、白レベル信号と黒レベル信号の経時変化が小さい場合は白レベル信号と黒レベル信号の少なくとも片方を随時取得せずに記憶装置１３に記憶されているデータで代用可能である。この場合白レベル信号または黒レベル信号を取得するのは電源投入直後または一定時間間隔に自動的に行われるのが望ましい。
【００３３】
また本実施例では、照明手段として面状発光体を使用したが、照明手段はＬＥＤアレイのように点状発光体の集合体であっても良い。また本実施例では面状発光体７は光電変換装置６の全面を照明するが、光電変換装置６の経時変化がほぼ光電変換装置６の全画素において同一である場合或いは経時変化の画素間差が無視可能である場合は、少なくとも光電変換装置６の一部の領域が照明されれば本発明の目的は達成可能である。照明される光電変換装置の一部の領域とは例えば周辺の数列の画素または角部の数画素などが考えられる。
【００３４】
また本実施例では、光源９を筺体３に隣接して一体的に設けたが光源９を筺体３に着脱自在に設けることも可能である。特に放射線検出装置を軽量薄型にした可搬型の放射線検出装置においてはこのような構成が有用である。また光検出器２１も光源９と共に着脱自在にする構成も考えられる。
【００３５】
また本実施例では、面上発光体７が光電変換装置６に与える照度を検出する照度検出手段として光検出器２１を使用したが、これは本発明の照度検出手段の範囲を限定するものではない。照度検出手段は直接に照度を測定しなくても、間接的に照度に対応する値を測定する手段であれば、本発明の目的は達成可能である。例えば光源９がハロゲンランプであればハロゲンランプを点灯する電圧を検出する手段であってもよい。また光源９がＬＥＤであればＬＥＤを駆動する電流値を測定することで、間接的に光電変換装置６に与える照度を検出することが可能である。さらにこのような光源を一定電圧または電流で駆動する場合も、例え駆動中にその出力を検出しなくても一定電圧または電流と照度または照度分布が一対一対応であれば本発明の目的を達成可能である。さらにこのような光源を駆動する電圧または電流の点灯消灯のみを制御する場合も、これら点灯消灯制御手段は照度検出手段と等価である。
【００３６】
また本実施例においては、各画素に対応した黒レベル信号、白レベル信号および照度データを記憶する必要があるが、高精度に画像を校正する場合はこれらの値は１２ビット程度の分解能が必要となる。これらの値は情報量が多いので分解能を損なわない範囲で圧縮されて保存されることが望ましい。
【００３７】
このように、本実施例では、随時光電変換装置の入出力特性を取得するにもかかわらず、白レベル信号および黒レベル信号を取得する際に放射線を発生させる必要はない。また放射線発生装置のスタートボタンと連動させる或いは所定時間間隔で自動的に白レベル信号および黒レベル信号を取得するので、放射線技師の操作も増加しない。
【００３８】
上記では説明の簡単のため、面状発光体７の特性が既知であるとしたが、実際にはこの特性を予め正確に測定する必要がある。また光電変換装置６の初期光入出力特性が既知であるとさらに正確な光入出力特性取得が行える場合がある。以下にこれらの特性を測定する方法の一例を示す。
【００３９】
図３は、放射線検出装置の製造工程において光電変換装置の初期光入出力特性を取得する工程を説明する図面である。図３において、６は複数の画素を有する光電変換装置、２０は面状発光体、１４は予め測定した面状発光体２０が与える照度分布データである。
【００４０】
面状発光体２０を点灯して光電変換装置６を照明する。光電変換装置６が出力するアナログ信号はＡ／Ｄ変換器１１においてディジタル信号に変換され制御装置１２に転送される。このディジタル信号は白レベル信号である。白レベル信号取得直後に面状発光体２０を消灯し光電変換装置６が遮光された状態で同様にディジタル信号を取得する。このディジタル信号は黒レベル信号である。制御装置１２において白レベル信号、黒レベル信号および予め測定した照度分布データ１４を比較することで、光電変換装置６を構成する各画素出力に対するゲインおよびオフセットが決定される。該各画素出力に対するゲインおよびオフセットは光電変換装置６の初期光入出力特性であり、データ圧縮され記憶装置１３に記憶される。また必要があれば白レベル信号および黒レベル信号自体を記憶装置１３に記憶しても良い。
【００４１】
次に放射線検出装置１０に内蔵されている面状発光体７も校正する必要がある。詳細な校正方法は省略するが、予め特性が既知の光電変換装置や前記で校正した光電変換装置６を使用すれば同様に容易に校正可能である。
【００４２】
［第２の実施例］
本実施例は、照明光を変調し複数レベルの光量を光電変換装置に与えることで、高精度の光電変換装置校正および放射線検出装置校正を行うものである。
【００４３】
図４は、一般的な光電変換装置の光入出力特性を表す図面であり、横軸は光入力、縦軸は出力をそれぞれ対数で表示している。光電変換装置の出力から光入力を知るには図４における特性曲線を使用するため、この特性曲線を正確に把握する必要がある。特性曲線の傾きはガンマと呼ばれ一般の光電変換装置ではガンマは１になるよう設計される。しかし光電変換装置の製造誤差などでガンマが僅かに１から逸脱することがある。また一般に光入力が飽和に近づくに従ってガンマは大きく１から逸脱する。これらの特性を正確に知るには実際に照度が既知の照明を光電変換装置に入力しその出力を測定する必要がある。さらに正確に特性曲線を把握するには複数レベルの光量を光電変換装置に入力しそれぞれに対応する出力を測定する必要がある。
【００４４】
図５は、光電変換装置の光入出力特性を随時正確に把握する放射線検出装置の実施例を説明する図面であり、図１および図２と共通な部材には共通の符号を付与している。図５において、２３はＤ／Ａ変換器、２４は光源９の光量を制御する光源駆動装置である。図５において、制御装置１２の信号に基づいて光源９を消灯し放射線検出装置１０の出力信号を取得する。この信号は黒レベル信号である。次に同じく制御装置１２から信号を出力して光源９の光量を徐々に増加させながら放射線検出装置１０の出力信号を逐次取得する。これらの信号はレベルの異なる複数の白レベル信号である。また光源９の光量を正確に制御するために逐次光検出器２１でその光量を検出する。
【００４５】
以上で取得した黒レベル信号、レベルの異なる複数の白レベル信号および光検出器２１の信号を用いることで、図４に相当する光入出力特性を正確に把握することが可能になる。続いて放射線撮影を行うことで広い放射線レベルに対して蛍光光量を正確に知ることができるため、高精度の放射線画像を取得することが可能になる。
【００４６】
本実施例においては、時間的に変化する複数レベルの光量を光電変換装置に与えたが、各画素の光入出力特性または光入出力特性の変化量や画素間ばらつきが小さい場合には、空間的に変化する複数のレベルの光量を光電変換装置に与えることで、一回の読み取り動作のみで上記のような正確な光入出力特性を取得することが出来る。例えば、ＬＥＤアレイのように各ＬＥＤ毎に独立に光強度変調が可能な光源を使用する場合は、容易に空間的に変化する照明を与えることが可能である。また空間的に透過率が変化するフィルタを付加しても同じ効果を得ることが可能である。また予め照明手段が与える照度分布を測定しておけば、空間的に変化する照明を与えることと等価である。
【００４７】
［第３の実施例］
一般に、面状の蛍光体は面内の場所によって感度が異なる。これは蛍光体の構造モトルと呼ばれる感度ムラであり、画質を損ねる要因の一つとされている。またＣｓＩ等一部の蛍光体は湿度の影響を受けやすく、長期間高湿条件に放置された場合、感度の劣化が生じることがある。ディジタル放射線検出装置において白レベル信号を随時取得すると、この構造モトルおよび感度変化を校正した画像を取得することが可能になる。
【００４８】
以下に、蛍光体特性を含めた入出力特性取得が可能な放射線検出装置の実施例を示す。
【００４９】
図６は、本実施例の放射線検出装置を説明する図面であり、図１と同じ部材を使用している。図６と図１の相違点は面状発光体７の位置が光電変換装置６の後方からグリッド４と蛍光体５の間に移動したことである。光源９の波長は蛍光体５を励起し蛍光発光させる波長である。また光源９の波長は好ましくは光電変換装置では直接検出されない波長である。面状発光体７の発光波長を、懸かる波長にするために、光源９に、この分光特性を有するフィルタを付加しても良い。特に可視光を遮断し紫外光を透過させるフィルタが望ましい。
【００５０】
また面状発光体７は蛍光体５よりも放射線源側に設けられるので、患者被爆低減の観点から放射線を十分に透過させる性質を有することが望ましい。具体的にはガラス、プラスチックまたはアクリル等から成る光ファイバ、またはガラス、プラスチックまたはアクリル等から成る薄い導光板が好適である。
【００５１】
本実施例においては、光電変換装置６は面状発光体７の光で蛍光体５が励起された蛍光を検出するので、蛍光体の場所による感度ムラを校正することが可能になる。ここで面状発光体７の照度分布測定法はすでに述べた方法と同様であるので省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の放射線検出装置を説明するための模式構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例の放射線検出装置の信号の流れを説明する図面である。
【図３】本発明の放射線検出装置に使用する光電変換装置の光入出特性の取得方法を説明する図面である。
【図４】一般的な光電変換装置の光入出力特性を説明する図面である。
【図５】本発明の第２の実施例の放射線検出装置の信号の流れを説明する図面である。
【図６】本発明の第３の実施例の放射線検出装置を説明する図面である。
【図７】従来例の装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 放射線源
２ 被写体
３ 筺体
４ グリッド
５ 蛍光体
６ 光電変換装置
７ 面状発光体
８ 光ファイバ
９ 光源
１０ 放射線検出装置
１１，２２ Ａ／Ｄ変換器
１２ 制御装置
１３ 記憶装置
１４ 照度分布データ
１５ 受像手段
２１ 光検出器
２３ Ｄ／Ａ変換器
２４ 光源駆動装置
Claims (8)
- 放射線を電気信号に変換するための複数の画素で構成される光電変換手段と、
放射線を前記光電変換手段が検出可能な光に変換する変換体と、
前記光電変換手段を外光から遮光して格納する筺体と、
前記複数の画素の入出力特性を校正するために前記複数の画素を照明するアレイ状発光体または面状発光体である照明手段とを有し、
放射線入射方向に沿って、前記光変換体、前記光電変換手段、前記照明手段の順にそれぞれが配置され、前記光電変換手段は透明基板上に形成されていることを特徴とする放射線検出装置。 - 前記照明手段が前記複数の画素に照射する光の照度分布のデータに基づき前記複数の画素の入出力特性を校正する校正手段と、
前記照明手段により照明された前記光電変換手段の出力に基づいて前記光電変換手段の入出力特性を取得する取得手段とを有し、
前記校正手段は該取得手段で取得した入出力特性に基づき校正することを特徴
とする請求項１に記載の放射線検出装置。 - 前記入出力特性は前記光電変換手段の画素毎のゲイン情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
- 前記照明手段による前記光電変換手段への光入力を検出する検出手段を有することを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
- 前記照明手段による光の強度を時間的または空間的に変調可能な変調手段を有すると共に、前記取得手段は複数の光量レベルにおける前記入出力特性を取得することを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置。
- 前記照明手段の光源が前記筺体の外部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
- 前記照明手段の光源が前記筺体に着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
- 前記光変換体は蛍光体であることを特徴とする請求項１〜７に記載の放射線検出装置。
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