JP5858671B2 - 情報処理装置、放射線撮影システム、ｃアーム撮影装置及び入出力特性の取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮影に用いる検出器の補正情報を取得する情報処理装置、放射線撮影システム、Ｃアーム撮影装置、情報処理方法、入出力特性の取得方法、及びプログラムに関する。

近年、医療分野や非破壊検査などの放射線画像診断の領域において、固体撮像素子を二次元格子状に配置した検出器を用い、放射線情報を電荷に変換し放射線画像を得るデジタル撮影装置が用いられている。

一般に検出器では固体撮像素子の画素間で、Ｘ線に対する電気信号の強度（感度）が異なる。固体撮像素子の画素間の感度ばらつきを補正することをゲイン補正と呼ぶ。ゲイン補正を実施するには、被写体を撮影する前に、被写体の無い状態で固体撮像素子にＸ線を照射して画像（補正用画像）を撮影し、線量に対する検出器の出力の特性を示す情報（ゲイン補正情報）を取得する必要がある。特に固体撮像素子の線量に対する出力が非線形となる出力値域がある場合、特許文献１のように線量の異なる複数枚の画像を撮影することで非線形な出力に対応したゲイン補正情報が得られる。

特開２００３−１２５２０３号公報

しかしながら補正用画像を得る際に照射する放射線の線量幅を均等にした場合、線量―出力値の特性において特に線形に近似できない出力値域では、入出力特性の情報の精度がよくないという問題がある。

そこで本発明の実施形態に係る情報処理装置は、 検出器の入出力特性に応じて該検出器に照射する放射線の複数の線量値を決定する決定手段と、前記決定された複数の線量の放射線を順次照射して前記検出器から得られる複数の補正画像に基づき前記検出器のゲイン補正情報を取得する取得手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数の補正画像を得るための複数の線量値を予め得ておいた検出器の入出力特性に応じて決定するため、適切なゲイン補正情報を得ることができる。

本発明の実施形態に係る放射線撮影システム１０の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るキャリブレーションデータ生成処理の流れを示すフローチャートである。（ａ）は処理の概要を示すフローチャートである。（ｂ）は線量を決定する処理の流れを示すフローチャートである。（ｃ）は補正データの生成処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は画素値の平均値を計算するＲＯＩを示す図である。（ｂ）はＲＯＩ毎のＸ線検出部の入出力特性を示す図である。（ｃ）は選択されたＲＯＩにおける線量と画素値及びその微分値の関係を示す図である。 （ａ）は第１の実施形態での補正用ゲイン画像データ取得時のＸ線照射量決定式を示す図である。（ｂ）は係数Ｋと最大照射線量の関係を示す図である。 （ａ）は決定された線量により得られたデータを示すグラフである。（ｂ）は所定の１画素の入出力特性の逆関数を示す図である。 撮影処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る入出力特性を近似したグラフを示す図である。 第２の実施形態に係る線量を決定する処理の流れを示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る放射線撮影システム９０の構成を示す図である。 放射線撮影システム９０の一例であるＣアーム撮影システムの構成を示す図である。 第３の実施形態に係る放射線撮影システム９０の処理の流れを示すフローチャートである。 第３の実施形態に係るゲイン補正情報を取得する処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は第３の実施形態での補正用ゲイン画像データ取得時のＸ線照射量決定式を示す図である。（ｂ）は画素値と線量ステップとの関係を示す図である。 （ａ）は第３の実施形態に係る画像処理の流れを示すフローチャートである。（ｂ）はノイズ低減処理の流れを示すフローチャートである。 ノイズ低減処理の式を示す図である。 その他の実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

［第一の実施形態］
図１に基づいて第１の実施形態に係る放射線撮影システム１０の構成を説明する。図１は特に医療用として利用される第１の実施形態に係る放射線撮影システム１０の全体構成を示す図である。放射線撮影システム１０は情報処理装置１１と、Ｘ線検出器１２と、Ｘ線発生部１３と、表示部１１０と、操作部１１１とを有する。

図１において、Ｘ線発生部１３は被写体ＰにＸ線を照射する。Ｘ線検出器１２は被写体Ｐを透過したＸ線を検出し、Ｘ線画像データを生成する。Ｘ線発生部１３は、Ｘ線を発生するＸ線管１０１と、Ｘ線発生部において発生したＸ線のビーム広がり角を規定するコリメータと、不図示の線量計によって構成される。線量計は、被写体が無い状態での、Ｘ線検出器１２に入射するＸ線量の計測ができるものとする。Ｘ線検出器１２は、固体撮像素子が２次元に格子状に配置されたイメージセンサ１０２を有する。

イメージセンサ１０２は固体撮像素子の基板を複数枚貼り合わせて構成されている。固体撮像素子の基板には光電変換素子を有する画素が二次元的に配置されている。この画素は略均一な線量―出力値の応答を示す入出力特性を示すが、それぞれ微妙に異なっている。つまり感度ムラを有する。画素毎の特性を補正するゲイン補正により、この感度ムラを補正することができる。画素の入出力特性は一般に線形性を示すが、高線量域では線型性が崩れ、線量に対する出力値の応答が低線量域よりも小さくなる。また、所定の閾値以上に高い線量の放射線が照射されると、画素は飽和し、それ以上線量を増加させても出力値は変化しなくなる。

情報処理装置１１の線量制御部１０３と撮影制御部１０５の制御により、Ｘ線検出器１２および放射線発生部１３が制御され放射線撮影が実行される。線量制御部１０３は、Ｘ線発生部１３から照射されるＸ線の線量を制御する。撮影条件設定部１０４は、被写体に照射されるＸ線の線量、フレームレート、ビニング等の撮影条件を操作者の操作に応じて設定する。撮影制御部１０５は、補正線量決定部１０７、撮影条件設定部１０４からの信号を基にＸ線検出器１２、線量制御部１０３を制御する。

入出力特性取得部１０６は、ＲＯＩ平均値取得部１０６１と多項式近似部１０６２を有する。ＲＯＩ平均値取得部１０６１でＸ線検出器１２から得られた画像データの所定の部分領域またはＲＯＩ毎に代表画素値例えば平均値を算出する。多項式近似部１０６２では得られた代表画素値を多項式近似し入出力特性を得る。ここでいう入出力特性とは、Ｘ線検出器１２に対してＸ線発生部１３から照射された線量に対するＸ線検出器１２の出力値の関係を示す情報である。出力値の例としてＸ線検出器１２から得られる画像データの画素値を用いる。画像の画素値の値を示す入出力特性取得部１０６は、所定の部分領域の単位、例えば画素毎や画像の部分領域毎に入出力特性の情報を得ることができる。

補正線量決定部１０７は、ＲＯＩ選択部１０７１と微分算出部１０７２と係数決定部１０７３を有し、検出器の入出力特性に応じて、Ｘ線発生部１３からＸ線検出器１２に照射するＸ線の複数の線量値を決定する。ＲＯＩ選択部１０７１では最も特性のよくない部分領域を選択する。微分算出部１０７２でこの選択された領域における入出力特性の微分値を算出する。係数決定部１０７３では線量間隔を決めるための係数を決定する。決定された線量により補正用Ｘ線画像データが得られる。

補正情報取得部１０８は逆関数算出部１０８１を有し、決定された複数の線量の放射線を順次照射してＸ線検出器１２から得られる複数の補正画像に基づきゲイン補正情報を取得する。逆関数算出部１０８１はＸ線検出器１２で撮影された入射線量の異なる複数枚のＸ線画像データに基づき得られる入出力特性の逆関数を求め、補正情報取得部１０８はこの情報を用いてゲイン補正に用いるデータを生成する。画像補正部１０９は、補正情報取得部１０８で取得されたゲイン補正情報に基づいてＸ線検出器１２により得られたＸ線画像を補正する。

表示部１１０は情報処理装置１１の不図示の表示制御部の制御に応じて画像補正部１０９でゲイン補正されたＸ線画像データを出力する。

図２のフローチャートに従い、上述の放射線撮影システム１０により実行されるゲイン補正情報を取得する処理を説明する。図２（ａ）のフローチャートはゲイン補正情報を取得する処理の概要を示している。

ステップＳ２１で補正線量決定部１０７は任意の方法で得られたＸ線検出器１２の入出力特性に応じて補正用画像を撮影するためにＸ線検出器１２に複数回照射する放射線のそれぞれの線量値を最適化し、決定する。ステップＳ２２で補正情報取得部１０８は決定された複数の線量のＸ線を順次照射してＸ線検出器１２から得られる複数の補正画像に基づきＸ線検出器１２のゲイン補正情報を取得する。

これら処理では例えば、最適なゲイン補正データを生成するために、補正用Ｘ線画像データを２回取得する。１回目は均等な線量間隔で照射し、これにより得られた入出力特性（第一の入出力特性）に応じた線量で２回目の照射を行い、精度が向上された入出力特性（第二の入出力特性）を得る。

図２（ｂ）のフローチャートは補正用画像を撮影するための線量を最適化するステップＳ２１の処理の流れを示している。なお、被写体透過後にＸ線検出器１２に入射する１フレームあたりの線量がＸｍａｘ以下であることを想定している。またゲイン補正用Ｘ線画像データは１０枚取得することを想定している。

ステップＳ２１１では線量制御部１０３の制御に応じてＸ線発生部１３はＸ線検出器１２に向けてＸ線を照射し、撮影制御部１０５の制御に応じて駆動するＸ線検出器１２は１回目の補正用Ｘ線画像データ１０枚を取得する。線量制御部１０３及び撮影制御部１０５の制御によって、線量の照射及び検出器による電荷蓄積および読み出しの制御を同期させることで実行される。１回目の補正用Ｘ線画像データは、Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘまで等間隔で１０枚取得する。ここでＸｍｉｎはＸ線検出器１２の入出力特性曲線の線形領域内で、十分小さな値であればどのような値でもよい。

ステップＳ２１２で情報処理装置１１はＸ線検出器１２で得られた１０枚の画像データを取得する。取得した補正用Ｘ線画像データは、入出力特性取得部１０６、補正線量決定部１０７、補正情報取得部１０８に送信される。

ステップＳ２１３で入出力特性取得部１０６のＲＯＩ平均値取得部１０６１はＲＯＩ（部分領域）毎に画素値の平均値を計算する。

図３（ａ）、（ｂ）を用いて、ステップＳ２１３の平均値計算処理について説明する。

図３（ａ）に示すように、Ｘ線検出器１２が４００ｐｉｘｅｌｓ×８００ｐｉｘｅｌｓの固体撮像素子８枚を貼り合わせて構成されていることを想定している。

まず入出力特性取得部１０６は図３（ａ）に示すように１００ｐｉｘｅｌｓ×１００ｐｉｘｅｌｓの大きさの２５６個のＲＯＩ（部分領域）を画像データ全体に取る。なおこのＲＯＩの大きさは一例であり、ＲＯＩの大きさはＸ線検出器１２の入出力特性の最も悪い空間的局所領域を適切に抽出できるものであればいかなる大きさであってもよい。次いでＲＯＩ平均値取得部１０６１はステップＳ２１１で取得した１０枚の画像データ全てについてＲＯＩの画素値の平均値を計算する。計算結果のうち、図３（ａ）に示したＢ、Ｃの固体撮像素子それぞれの、ａ、ｂ、ｃのＲＯＩの結果を図３（ｂ）に示す。ここでは、固体撮像素子において周縁部に配置された画素の特性がばらつきやすいことを考慮して、隅の部分領域のみについて比較を行っている。図３（ｂ）に示すように、固体撮像素子は、各素子とも素子内に入出力特性のばらつきがあり、この例ではａに示す位置で入出力特性が悪い。

ステップＳ２１３では、固体撮像素子内で入出力特性の分布があることを仮定して、画素値を計算するＲＯＩを、固体撮像素子間を跨がないように設定している。このようにＲＯＩ平均値取得部１０６１はＸ線検出器１２が半導体基板上に実装された固体撮像素子を複数貼り合わせて構成された検出器である場合に、複数の固体撮像素子を含まないように設定された部分領域のそれぞれから出力値の代表値を取得している。この点でＲＯＩ平均値取得部１０６１は代表値取得部として機能している。これにより、固体撮像素子間の特性の違いの影響を受けず、精度良くゲイン補正情報を得ることができる。特に、略同一の工程で製造された同形の固体撮像素子を貼り合わせてイメージセンサ１０２を構成している場合、各固体撮像素子における同一の位置では特性が略同一となるか、類似すると考えられる。そこで、各固体撮像素子について同様にＲＯＩを設定することで、線量の入出力特性情報の量を貼り合わせ数に応じた分だけ減らすことができる。これにより、キャリブレーション処理の効率化を図ることができる。

図３（ｂ）のグラフに示すように、固体撮像素子Ｂ、ＣのそれぞれについてＲＯＩａ同士、ｂ同士、ｃ同士で特性が類似していることが分かる。

なおステップＳ２１３で算出するのは平均値に限らず、部分領域内の画素値を代表する値であれば中央値等平均値以外の値であってもよい。

ステップＳ２１４で多項式近似部１０６２は、ステップＳ２１３で求めた各ＲＯＩの入射線量と出力値を多項式近似する。ここで、多項式近似により３次関数に近似することとする。これにより入出力特性取得部１０６は、Ｘ線検出器１２に対して複数段階に線量を変えて放射線を照射し得られた複数の補正用画像に基づいて、照射した線量に対する画素値の関係を示す入出力特性（第一の入出力特性）を部分領域毎に取得する。

なおステップＳ２１４までの処理は工場出荷時や設置時に１度だけ実行しておけば良く、この場合には入出力特性取得部１０６はメモリに記憶された第一の入出力特性を取得する処理を実行すればよい。システム設置後、定期的に行われるキャリブレーション処理では、２回目以降の撮影のみを行う。

ステップＳ２１５で補正線量決定部１０７のＲＯＩ選択部１０７１は、ステップＳ２１４で多項式近似した後の各ＲＯＩのＸｍａｘでの平均値を比較し、平均値が最小のＲＯＩを選択する。つまり、複数のＲＯＩ（部分領域）のうち入力に対する出力値が最も小さい出力値域を有するＲＯＩ（部分領域）を入出力特性の最も悪いＲＯＩと判定する。そのＲＯＩの入出力特性を基準にして２回目の補正用Ｘ線画像データ取得時の、Ｘ線検出器１２への照射線量を決定する。このように判定しているのは、イメージセンサの画素では一般的に飽和に近づくにつれて線量に対する出力値の増分が小さくなるからである。この性質を利用し、出力値の増加率に応じて照射する線量幅を狭めることで入出力特性に適切に対応した補正画像を得る。

ステップＳ２１６で微分算出部１０７２は選択されたＲＯＩの微分係数を算出する。これを図３（ｃ）を用いて、説明する。図３（ｃ）にはステップＳ２１４の入出力特性の多項式近似と、ステップＳ２１６の微分の結果を示されている。ここでＲＯＩは図３（ａ）のＢ＿ａである。また図３（ｃ）では入出力特性を３次関数に近似している。

ステップＳ２１７で係数決定部１０７３は得られた入出力特性（第一の入出力特性）の微分係数に基づいて２回目の補正用Ｘ線画像データを取得するためにＸ線検出器１２に照射する放射線の複数の線量値を決定する。

図４（ａ）、（ｂ）を用いて、ステップＳ２１７の補正用Ｘ線画像データ取得時の入射線量決定処理について説明する。入射線量の決定式を図４（ａ）に示す。ここでＸは入射線量、Ｙは固体撮像素子の出力値であり、ＹはステップＳ２１４で多項式近似した後の値である。またＸｎは２回目の補正用Ｘ画像データ取得時のｎ枚目の画像データ取得時の入射線量である。ここでＸ１はＸ線検出器１２の入出力特性曲線の線形領域内で、十分小さな値であればどのような値でもよく、本実施例では１回目の補正用Ｘ線画像データ取得時同様Ｘｍｉｎとしている。

図４（ａ）の式を用いて、係数決定部１０７３は、複数のＲＯＩ（部分領域）のうち入力に対する出力値が最も小さい出力値域を有する部分領域に基づいて前記複数の線量値間における値の差を決定する。図４（ａ）に示すように、補正用Ｘ線画像の入射線量は入出力特性の微分関数に比例したステップで段階的に増やす。Ｋはその比例係数であり、Ｘ１０が被写体透過後の想定最大線量Ｘｍａｘとなるように、次の手順で決定する。まずＸ１をＸｍｉｎとし、Ｋを初期値０から段階的に十分小さな刻みで増加させ、各Ｋの値で図４（ａ）の式に従ってＸ１０を求める。Ｘ１０がＸｍａｘを超えるまでＫを増加させ、超えたときの値をＫの値として決定する。図４（ｂ）にＫを段階的に増加させた場合の、Ｘ１０の値を示す。図４（ｂ）から、Ｋの値はＫ１と定まる。次いでＸ１＝Ｘｍｉｎ、Ｋ＝Ｋ１としてＸ２〜Ｘ９を計算する。以上により、補正用Ｘ線画像の入射線量Ｘ１〜Ｘ１０が定まる。このように線量決定部１０７は、第一の入出力特性に基づき線量に対する画素値の増分が小さいほど線量の間隔が小さくなるように複数の線量値を決定する。

以上の処理によりステップＳ２１の線量の決定処理が終了する。

図２（ｃ）のフローチャートに従い、上述の処理で決定された線量情報を用いたゲイン補正データの生成処理について説明する。

ステップＳ２２１で線量制御部１０３の制御に応じてＸ線発生部１３はＸ線検出器１２に向けてＸ線を照射するとともに、撮影制御部１０５の制御に応じて駆動するＸ線検出器１２は１回目の補正用Ｘ線画像データ１０枚を撮影する。ここではＸ線の線量はステップＳ２１で決定された複数の線量Ｘ１〜Ｘ１０が順次照射される。

ステップＳ２２２で情報処理装置１１は撮影された２回目の補正用画像データを取得する。取得された補正用画像は、入出力特性取得部１０６および画像補正部１０９に送信される。

ステップＳ２２３で入出力特性取得部１０６は得られた２回目の補正用画像データの画素値を参照し、画素毎に入出力特性を得る。ＲＯＩ平均値取得部１０６１は処理を行わず、多項式近似部１０６２は画素毎の入出力特性値を３次関数に近似する。

図５（ａ）には、図３（ａ）のＢ＿ａのＲＯＩ上の１画素の入出力特性を示す。ここで図３（ｃ）と比較することにより、２回目に取得した補正用Ｘ線画像データは、１回目の場合と比較して高線量側で個数が多く、入出力特性の微分値が小さい線量域で多くの補正用Ｘ線画像データを取得できていることがわかる。

ステップＳ２２４で補正情報取得部１０８は、第二の入出力特性の逆関数を得ることによりゲイン補正情報を取得する。

図５（ｂ）を用いて、ステップＳ２２４の入出力特性曲線の逆関数計算について説明する。図５（ｂ）は図５（ａ）と同じ画素の、入出力特性曲線の逆関数の計算結果である。逆関数は補正情報取得部１０８において、Ｘ線検出器１２の出力値と入射線量の関係を多項式近似して計算する。但し、出力値と入射線量を一意に対応させるため、近似曲線は出力値０で入射線量が０となるように切片を０としている。そして計算された多項式近似の各項の係数情報を画像補正部１０９に送信する。出力値と入射線量を３次関数に近似する場合の例では、Ｘ＝ａＹ＾３＋ｂＹ＾２＋ｃＹとなり、ａ、ｂ、ｃの情報が１画素のゲイン補正情報である。このように画素毎にａ、ｂ、ｃの情報を生成し、得られたデータをゲイン補正情報として不図示のメモリに格納すると共に、画像補正部１０９に送信する。

以上によって、ステップＳ２２のゲイン補正データの生成処理は終了する。

図６のフローチャートに従い、被写体の撮影から画像表示までの処理を説明する。ステップＳ６０１では操作者が操作部１１１を操作し照射線量、Ｘ線発生部１３の管電圧といった被写体撮影時の撮影条件を入力する。入力された撮影条件は、撮影条件設定部１０４で設定され、撮影制御部１０５に送信される。ステップＳ６０２では、ステップＳ６０１で設定された撮影条件を基に、撮影制御部１０５が線量制御部１０３に線量制御信号を送信し、線量制御部１０３がその信号を基にＸ線発生部１３にＸ線照射信号を出力する。Ｘ線発生部１３はその信号を受けて、被写体にＸ線を照射する。同時に撮影制御部１０５は、Ｘ線検出器１２にＸ線画像データ取得信号を送信し、Ｘ線検出器１２はその信号を基に被写体透過後のＸ線画像データを取得する。取得されたＸ線画像データは、画像補正部１０９に送信される。

ステップＳ６０３で画像補正部１０９はゲイン補正情報に基づいて画像を補正する。

図４（ｄ）を用いて、ステップＳ６０３の画素値−線量変換方法について説明する。ステップＳ６０３では画像補正部１０９で、ステップＳ６０２で取得されたＸ線画像データを、Ｘ線検出器１２に入射した線量のデータに変換する。画素値−線量の変換は、ステップＳ２２３で計算された各画素の出力値−入射線量変換係数を用いて多項式により変換される。前記３次関数の例では、画像補正部１０９に送信されたａ、ｂ、ｃを用い、前記Ｘ＝ａＹ＾３＋ｂＹ＾２＋ｃＹの変換式によって変換される。図４（ｄ）に示す１画素の出力がＹａであった場合は、図４（ｄ）に示すように線量情報Ｘａに変換される。

ステップＳ６０４では画像補正部１０９で、ステップＳ６０３で線量情報に変換されたＸ線画像データに定数を掛けて、線量に比例した画素値に変換する。

ステップＳ６０５では、ステップＳ６０４で変換されたＸ線画像データを表示部１１０に画像として出力する。

ステップＳ５０６では、操作者が表示部１１０に表示された画像データを確認した後、画像撮影を継続するか否かの入力に応じて情報処理装置の撮影制御部１０５が撮影を継続させるかを判定する。継続か終了かの情報の入力は、操作者が操作部１１１に設置されている撮影継続、終了情報入力手段によって入力する。撮影継続が入力された場合、ステップＳ６０２〜Ｓ６０５が繰り返される。また撮影終了が入力された場合は、Ｘ線画像撮影が終了する。

以上説明した処理により、補正用Ｘ線画像データ取得時のＸ線検出器１２への入射線量を、Ｘ線検出器１２の入出力特性の最も悪い領域の入出力特性で最適化されたものにすることができる。これによって、Ｘ線検出器１２のゲイン補正を適切に実施することができ、ゲイン補正によって生じるアーチファクトを抑制することができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態ではＸ線検出器１２の入出力特性を３次関数で近似したが、入出力特性のモデル化はこれに限らない。例えば、低線量域では線形近似できることを利用して、高線領域でのみ２次関数等の非線形関数に近似することができる。装置の構成については第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。

図７に基づき入出力特性の近似方法について説明する。図７は補正線量決定部１０７で決定された線量の画像から得られた１画素の入出力特性を示している。図７に示すように低線量域では線形関数で近似し、所定の閾値以上では非線形関数で近似し、飽和している出力値域では定数で近似している。非線形関数は２次関数としている。そこで、非線形に近似された領域では、線形に近似された領域に比べて線量間隔を小さくし、より多くの補正画像データを取得することとしている。これにより、非線形な出力値域での入出力特性を精度良く近似することができ、ゲイン補正の誤差を抑制することができる。

図８のフローチャートに従い補正データの線量決定処理について説明する。なお、第一の実施形態のステップＳ２１１〜Ｓ２１６と同様の処理については説明を省略する。

ステップＳ８１１ではステップＳ２１１と同様に、Ｘ線検出器１２に対して複数段階に線量を変えて放射線を照射する。

ステップＳ８１４では、この得られた複数の画像に基づいて、照射した線量に対する画像の画素値の関係を示す第一の入出力特性を取得する。ここで多項式近似部１０６２はステップＳ８１３で得られたＲＯＩ毎の代表画素値に応じて線形領域と非線形領域に分けて近似する。近似は周知の関数フィッティングの技術を用いればよい。このように、ＲＯＩ毎に近似処理を行うことで入出力特性取得部１０６は第一の入出力特性を取得する。

ステップＳ８１５でＲＯＩ選択部１０７１はＲＯＩ毎の第一の入出力特性を参照して、非線形な領域が最も大きいＲＯＩを選択する。なお選択処理はこれに限らず、非線形領域における微分係数の平均値が最も小さいＲＯＩを選択することとしてもよい。

ステップＳ８１６で補正線量決定部１０７は、非線形に近似される出力値域では線形に近似される出力値域に比べて照射する線量の間隔が小さくなるように複数の線量値を決定する。これにより、非線形領域において多くの補正用画像データが得られることとなる。

その後、第一の実施形態におけるステップＳ２２の処理と同様に、Ｘ線発生部１３は決定された複数の線量値でＸ線を照射し、Ｘ線検出器１２は複数の画像を撮像する。入出力特性取得部１０６はこの画像に基づいて前記検出器の第二の入出力特性を取得する。

このように、非線形領域に対応する線量の間隔を小さくすることで、ゲイン補正に用いる補正用画像を非線形領域で多くすることができるため、精度のよいゲイン補正を行うことができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、ＣＴ撮影と通常のＸ線撮影の両方が可能な放射線撮影システムに本発明を適用した例である。また、第一の実施形態とは補正線量決定部１０７の機能が異なっている。

即ち、第１の実施形態では、まずゲイン補正データ取得時のＸ線検出器１２への入射線量を最適化し、次いで最適化された入射線量でＸ線画像データを取得し、ゲイン補正データを生成した。またＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｈｙ）、一般透視撮影といった撮影方法によらず、常に入射線量の最適化を行ってからＸ線画像データを取得し、ゲイン補正データを生成した。これに対し、第３の実施形態では、１回の撮影で最適な入射線量でのゲイン補正用Ｘ線画像データを取得できる。線量制御部１０３及び撮影制御部１０５は、線量を順次上昇させながら補正画像の撮影を実行させる。補正線量決定部１０７は、既に得られた補正用画像から入出力特性を算出し、入出力特性に基づいて前記線量の上昇幅を決定する。

これによりゲイン補正データ生成時間を短縮できる。さらに、第３の実施形態では、ＣＴのような高いダイナミックレンジが必要な撮影と、一般透視撮影のような高いダイナミックレンジが必要とされない撮影でゲイン補正データ生成方法を切り替えることができる。これにより高いダイナミックレンジが必要とされない撮影でのゲイン補正データ生成時間を短縮できる。

これらを実現するため、放射線撮影システム９０は、情報処理装置９１と、Ｃアーム撮影装置９０１とを有している。Ｃアーム撮影装置９０１はＸ線検出器９２とＸ線発生部９３と、Ｘ線検出器９２およびＸ線発生部９３を被検者Ｐに対して相対的に回転させる可動部９０２とを有している。可動部９０２は駆動制御部９０３により撮影処理と同期して制御される。

また操作部１１１にユーザが撮影方法を選択するボタンが実装されており、かかるボタンの押下に応じて撮影条件設定部１０４には撮影方法を選択する。判定部９０４は撮影方法によって、Ｘ線検出器９２の特性を非線形近似したゲイン補正情報と、Ｘ線検出器９２の特性を線形近似したゲイン補正情報のいずれを取得するかを判定する。

また補正線量決定部１０７には１回の補正用Ｘ線画像データ１セットの取得で、最適な線量での補正用Ｘ線画像データが得られる機能が実装されている。また補正情報取得部１０８には、高いダイナミックレンジが必要とされない場合でのゲイン補正データ生成手段が実装されている。また画像補正部１０９には高いダイナミックレンジが必要とされない場合でのゲイン補正手段が実装されている。

画像処理部９０５は補正された画像に階調処理やノイズ低減処理を施し、診断に供するための画像を生成する。

図１０に従い上述の放射線撮影システムの１例であるモバイルＣアーム撮影システムについて説明する。Ｃアーム撮影装置９０は撮影を行うＣアーム装置９０１と、表示部１１０を備えるモニタカート９１を有する。Ｃアーム装置９０１及びモニタカート９１は移動可能である。撮影台１００２上の被検者Ｐの撮影に適した位置まで移動させた後利用される。モニタカート９１の外部電源プラグ１００１から供給された電力により起動する。可動部９０２が被検者Ｐに対して相対的に回転することでＣＴ撮影が実行される。

次に図１１のフローチャートに従い、第３の実施形態の補正用Ｘ線画像取得から本撮影終了までのフローを説明する。ステップＳ１１０１では、操作者が操作部１１１に設置された撮影方法を選択するためのボタンを押下することに応じて、撮影条件設定部１０４が係る撮影条件の入力を受け取り、撮影方法を選択する。

ステップＳ１１０２で判定部９０４はステップＳ１１０１で入力された撮影方法を基にゲイン補正方法が高ダイナミックレンジ用か、低ダイナミックレンジ用かを判定する。

選択された撮影方法がＣＴ撮影やＤＳＡ（デジタルサブトラクションアンギオグラフィ）等である場合には、高線量が必要となるため、第１及び第２の実施形態と同様に非線形な出力値域まで考慮したゲイン補正情報を取得する。また、一般撮影や透視撮影など、線量が比較的少なく済む場合には第１及び第２の実施形態とは異なり入出力特性が線形であるとしてゲイン補正情報を取得する。

このように、決定された複数の線量の放射線を順次照射してＸ線検出器１２の入出力特性を非線形近似するゲイン補正情報と、Ｘ線検出器１２の入出力特性を線形近似するゲイン補正情報とのいずれを補正に用いるかを、撮影条件に応じて判定している。低線量である場合には入出力特性が非線形となる出力値が出力されることは少ないと考えられるため、非線形性を考慮せずに簡易にゲイン補正を行い、補正の精度を維持しつつ処理時間の短縮を図っている。

例えばステップＳ１１０１でＣＴが選択された場合は、ステップＳ１１０３に進み、ステップＳ１１０１で一般撮影または透視撮影が選択された場合は、ステップＳ１１０５に進む。

ステップＳ１１０３で入出力特性取得部１０６、補正線量決定部１０７および補正情報取得部は高ダイナミックレンジ用のゲイン補正データの生成を行う。本実施形態の処理では、一回の補正用Ｘ線画像データ撮影で、最適な線量での補正用Ｘ線画像データを取得しゲイン補正用データを生成する。この処理については図１２（ａ）フローチャートに従い後述する。ここでｎ、Ｘｎ、Ｙｎ、Ｋの定義は第１の実施形態と同様である。

ステップＳ１１０４で高ダイナミックレンジ用の本撮影を行う。この処理については第１の実施形態における図６のフローチャートに記載の処理と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ１１０５では入出力特性取得部１０６、補正線量決定部１０７および補正情報取得部は低ダイナミックレンジ用のゲイン補正データの生成を行う。この処理については図１２（ａ）フローチャートに従い後述する。

ステップＳ１１０６で低ダイナミックレンジ用の本撮影を行う。この処理については第１の実施形態における図６のフローチャートに記載の処理と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ１１０７で画像処理部９０５はゲイン補正がされた放射線画像にノイズ低減処理等の画像処理を施す。この処理については図１４のフローチャートに従い後述する。

図１２（ａ）のフローチャートに従い、高ダイナミックレンジ用のゲイン補正データを取得する処理を説明する。まずステップＳ１２０１とステップＳ１２０２で、線量制御部１０３及び撮影制御部１０５はＣアーム装置９０１を制御し既定の線量で補正用Ｘ線画像データを２枚撮影する制御を行う。ここで２枚の補正用Ｘ線画像データの入射線量は、Ｘ線検出器１２の入出力特性曲線で線形性のある線量域で、十分線量が低く、互いに異なる線量であればいかなる線量でもよい。次いでステップＳ１２０３で撮影制御部１０５は不図示のメモリに記憶された補正用Ｘ線画像撮影枚数ｎに初期値３を代入する。

ステップＳ１２０４で入出力特性取得部１０６のＲＯＩ平均値取得部１０６１は直前に撮影された２枚の補正用Ｘ線画像データの平均値を計算する。平均値を計算するＲＯＩは、Ｘ線検出器１２の画素のうち、入出力特性の最も悪い１００ｐｉｘｅｌｓ×１００ｐｉｘｅｌｓのＲＯＩである。ここで入出力特性の最も悪いＲＯＩは、固体撮像素子の特性などから既知であることとする。ＲＯＩ選択部１０７１は不図示のメモリに記憶されたＲＯＩの情報を読み出しＲＯＩを選択する。

ステップＳ１２０５で補正線量決定部１０７は図１３（ａ）に示す式で次の補正用Ｘ画像データ取得時の入射線量を決定する。図１３（ａ）では、次フレームの補正用Ｘ画像データ取得時の入射線量Ｘｎ＋１を、前フレームの補正用Ｘ線画像データ取得時の入射線量Ｘｎに、入出力特性の微分値（Ｙｎ−Ｙｎ−１）／（Ｘｎ−Ｘｎ−１）に比例した値を足すことにより決定する。これにより第３の実施形態では、次フレームの補正用Ｘ線画像データの入射線量を、前フレームと前々フレームの入出力特性のみから決定できる。よって、第１の実施形態のように、補正用Ｘ線画像データ取得を２回行う必要がなく、１回で最適な線量での補正用Ｘ線画像データの取得を行うことができる。図１３（ｂ）に各フレームでの補正用Ｘ線画像データの入射線量Ｘｎと、線量ステップＫ（Ｙｎ−Ｙｎ−１）／（Ｘｎ−Ｘｎ−１）を示す。

ステップＳ１２０６では補正情報取得部１０８はステップＳ１２０５で決定した補正用Ｘ線画像データの入射線量に基づいて、補正用Ｘ線画像データを取得する。次いでステップＳ１２０７で補正線量決定部１０７は、ステップＳ１２０６で決定した補正用Ｘ線画像データの入射線量が、既定の補正用Ｘ線画像データ撮影時の最大線量を超えているかを判定する。入射線量が既定値に達していない場合はステップＳ１２０８に進んで画像撮影枚数ｎを更新し、ステップＳ１２０４からステップＳ１２０７までを繰り返す。既定値に達している場合は補正用Ｘ線画像データの取得を終了し、ステップＳ１２０９に進む。

ステップＳ１２１０で逆関数算出部１０８１は入出力特性曲線の逆関数を計算する。その方法はステップＳ２２４と同様である。以上によって、高ダイナミックレンジ用のゲイン補正データを生成できる。

以上の通りＸ線を照射しながら次に照射するＸ線の線量値を決定する処理を行うことにより、第１または第２の実施形態に比べてＸ線の照射回数を減らし、Ｘ線照射に伴う時間を低減することができる。

次に図１２（ｂ）のフローチャートに従い、低ダイナミックレンジ用のゲイン補正データ生成方法について説明する。まずステップＳ１２１１で線量制御部１０３及び撮影制御部１０５はＣアーム装置９０１を制御し既定の線量で補正用Ｘ線画像データが１フレーム取得される。入射線量は、Ｘ線検出器１２の入出力特性曲線で線形領域内の線量であることとする。次いでステップＳ１２１２で入出力特性取得部１０６は、ステップＳ１２１１で撮影された補正用Ｘ線画像データと、その時計測されたＸ線検出器１２への入射線量から、ゲイン補正データを生成する。ステップＳ１２１２で補正情報取得部１０８はＸ線検出器１２の各画素について、出力値Ｙと入射線量Ｘの関係から、入出力特性を一次関数Ｙ＝ｄＸとし、ｅ＝１／ｄ＝Ｘ／Ｙを計算する。この出力値―入射線量変換係数ｅを画像補正部１０９に送信する。以上によって、低ダイナミックレンジ用のゲイン補正データを生成できる。

次にステップＳ１１０４とステップＳ１１０６の処理では、図６に示したフローと同様であるが、ステップＳ１１０６ではステップＳ６０３の線量―画素値変換式が、第一の実施形態とは異なりＸ＝ｅＹとなる。以上により、高ダイナミックレンジ撮影と低ダイナミック撮影のそれぞれで、操作者がゲイン補正後の被写体画像を確認することができる。

以上説明した処理により、補正の精度を維持しつつ第１または第２の実施形態より少ない時間でゲイン補正データを生成することができるため、キャリブレーションの手間を軽減することができる。

図１４（ａ）のフローチャートに従いステップＳ１１０７の画像処理を説明する。ステップＳ１４０１で画像処理部９０５は被写体透過後の線量情報（線量に比例した画素値）にＳ字カーブを掛けて、画像中の関心領域のコントラストを立てるように階調処理を行う。

ステップＳ１４０２で画像処理部９０５は原画像から生成された多数の平滑化処理後の差分画像を加算し、これを原画像から減算する。減算後の画像でＤＲ圧縮用の濃度変換処理を実施し、原画像に加算する。この処理により低濃度側、高濃度側でもコントラストを低下させずに、被写体画像のＤレンジを圧縮することができる。

ステップＳ１４０３で画像処理部９０５はノイズ低減処理を行う。

図１４（ｂ）のフローチャートに従いステップＳ１４０３のノイズ低減処理の詳細を説明する。ノイズ低減処理には、図１５に記載の式を用いる。ステップＳ１４３１で画像処理部９０５はＤレンジ圧縮後の画像（処理前画像）を平滑化処理する。ステップＳ１４３２で画像処理部９０５は平滑化処理された画像を処理前画像から減算することで差分を取る。ステップＳ１４３３で画像処理部９０５は差分画像からノイズ成分を抽出する処理を行う。ステップ１４３４で画像処理部９０５は抽出されたノイズ成分について周波数毎に周波数依存の係数を乗算する。ステップＳ１４３５で画像処理部９０５は係数が乗算されたノイズ周波数画像同士を加算する。ステップ１４３６で画像処理部９０５はゲイン情報を取得する際の部分領域（ＲＯＩ）情報を参照して、部分領域毎に異なる係数を乗算する。

高線量でリニアリティが悪いＲＯＩでは、リニアリティが悪化している高線量側では、ゲイン補正後にノイズが他のＲＯＩより低くなる。低線量側では他のＲＯＩとノイズ量は変わらない。そこで、ノイズ画像を減算する際に、ＲＯＩ別にノイズ画像に係数γを掛けてから減算する。この際リニアリティの悪いＲＯＩではγを小さくして、減算後にＲＯＩ間で、同じ線量が入力された際のノイズが一定となるようにする。但し、リニアリティが悪いＲＯＩと他のＲＯＩ間の、ノイズ低減処理前のノイズ量の関係には線量依存性があるため、γは線量レベルｋ（ＲＯＩごとに、前処理後の画素値から判断、例えば１０段階）に応じて変化させる。

このように、部分領域（ＲＯＩ）毎に得られたゲイン補正情報に応じて前記検出器により得られる放射線画像にノイズ低減処理を施すことで、画像におけるノイズを良好に提言させることができる。特に、入出力特性を示すゲイン補正情報が精度良く算出されているため、この情報を用いてノイズの低減処理を精度良く行うことができる。

［その他の実施形態］
上述の実施形態における情報処理装置の処理をハードウェアとプログラムコードにより実現することもできる。この場合の情報処理装置１６のハードウェア構成を図１６に示す。情報処理装置１６は、少なくとも１つのＣＰＵ１６０１と、ＲＡＭ１６０２と、ＲＯＭ１６０３と、外部記憶装置１６０７と、記憶媒体ドライブ１６０８と、Ｉ／Ｆ（インターフェース）１６０９とを有しそれらはバス１６１０により相互に接続されている。また、情報処理装置１６には表示部であるモニタ１６０６、操作部であるキーボード１６０４及びマウス１６０５が接続されている。ＲＯＭには上述の図２、６、８、１１、１２、１４のフローチャートに示す処理を実行するためのコンピュータ読み取り可能なプログラムコードが格納されている。これをＲＡＭ１６０２に展開しＣＰＵ１６０１がプログラムコードに示す指示を実行することで、上述の実施形態の処理を実現することができる。

この場合、当該プログラム自体及びプログラムを記憶した記録媒体は発明を構成する。なおここでいう記録媒体には、キャッシュメモリあるいは揮発メモリも含む一時的でないハードウェアメモリも含む。

その他、図１又は図９に示す各ブロックで実行する処理を複数の回路ブロックに分けて実装しても良いし、複数のブロックを１つの回路として実装しても良い。また、情報処理装置の機能を複数の装置に分散させて実行することとしてもよい。更には、放射線撮影システムの機能を１つの装置により実現することとしてもよい。

その他、上述の実施例では補正線量決定部１０７が線量値を決定し、自動的にキャリブレーション撮影を行うこととしていたが、これに限らず、不図示の表示制御部が表示部１１０に複数の線量値を表示させることとしてもよい。これにより、ユーザは表示部１１０に表示された線量値を確認し、手動で照射指示を行うことができる。

上述の本発明の各実施形態の説明では、本発明に係る放射線撮影装置として、放射線の一種であるＸ線を用いて被写体のＸ線画像データの撮影を行うＸ線撮影装置を適用した場合について説明を行う。また、本発明においては、このＸ線撮影装置に限らず、例えば、他の放射線（例えば、α線、β線、γ線等）を用いて被写体の放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置に適用することも可能である。

更には、可視光や狭帯域光を受光し撮影する眼底カメラ等の撮影装置のキャリブレーション処理について本発明を適用することとしても良い。その場合、上述の説明の線量値は光量あるいは光強度に置き換えられる。

上述した実施形態は一例であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

１０ 放射線撮影システム
１１ 情報処理装置
１２Ｘ 線検出器
１３Ｘ 線発生部
１０３ 線量制御部
１０５ 撮影制御部
１０６ 入出力特性取得部
１０７ 補正線量決定部
１０８ 補正情報取得部
１０９ 画像補正部

Claims (11)

1. 検出器に対して複数段階に線量を変えて放射線を照射し得られた複数の画像に基づいて、照射した線量に対する前記画像の画素値の関係を示す前記検出器の第一の入出力特性を取得する取得手段と、
   前記第一の入出力特性に基づき前記線量に対する画素値の増分が小さいほど線量の間隔が小さくなるように複数の線量を決定する決定手段とを有し、
   前記取得手段は、前記決定された複数の線量で放射線を照射し得られた複数の画像に基づいて、前記検出器の第二の入出力特性を取得することを特徴とする情報処理装置。
2. 検出器に対して複数段階に線量を変えて放射線を照射し得られた複数の画像に基づいて、照射した線量に対する前記画像の画素値の関係を示す前記検出器の第一の入出力特性を取得する取得手段と、
   前記第一の入出力特性が非線形に近似される線量域で、前記第一の入出力特性が線形に近似される領域よりも線量の間隔が小さくなるように複数の線量を決定する決定手段とを有し、
   前記取得手段は、前記決定された複数の線量で放射線を照射し得られた複数の画像に基づいて、前記検出器の第二の入出力特性を取得することを特徴とする情報処理装置。
3. 前記取得手段は、前記画像について複数の部分領域毎に前記検出器の第一の入出力特性を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
4. 前記検出器が半導体基板上に実装された撮像素子を複数貼り合わせて構成された検出器である場合に、複数の撮像素子を含まないように設定された部分領域のそれぞれから出力値の代表値を取得する代表値取得手段を更に有することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記部分領域毎に得られた前記第二の入出力特性に応じて前記検出器により得られる放射線画像にノイズ低減処理を施す画像処理手段を更に有することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
6. 前記第二の入出力特性に基づいて前記検出器により得られた放射線画像を補正する補正手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２項に記載の情報処理装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報処理装置と、
   前記検出器と、
   放射線発生手段と、
   前記検出器および前記放射線発生手段を制御し放射線撮影を実行する制御手段と、を有することを特徴とする放射線撮影システム。
8. 前記制御手段は、線量を順次上昇させながら補正画像の撮影を実行させ、前記決定手段は、既に得られた前記補正画像から入出力特性を算出し、前記入出力特性に基づいて前記線量の上昇幅を決定することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影システム。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報処理装置と、
   前記検出器と、
   放射線発生手段と、
   前記検出器および前記放射線発生手段を制御し放射線撮影を実行する制御手段と、
   前記放射線撮影により得られた画像を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とするモバイルＣアーム撮影装置。
10. 検出器に対して複数段階に線量を変えて放射線を照射し得られた複数の画像に基づいて、照射した線量に対する前記画像の画素値の関係を示す前記検出器の第一の入出力特性を取得するステップと、
    前記第一の入出力特性に基づき前記線量に対する画素値の増分が小さいほど線量の間隔が小さくなるように複数の線量値を決定するステップと、
    前記決定された複数の線量値が照射された前記検出器から複数の画像を得るステップと、
    前記複数の画像に基づいて、前記検出器の第二の入出力特性を取得するステップと、を有することを特徴とする入出力特性の取得方法。
11. 検出器に対して複数段階に線量を変えて放射線を照射し得られた複数の画像に基づいて、照射した線量に対する前記画像の画素値の関係を示す前記検出器の第一の入出力特性を取得するステップと、
    前記第一の入出力特性が非線形に近似される線量域で、前記第一の入出力特性が線形に近似される領域よりも線量の間隔が小さくなるように複数の線量値を決定するステップと、
    前記決定された複数の線量値が照射された前記検出器から複数の画像を得るステップと、
    前記複数の画像に基づいて、前記検出器の第二の入出力特性を取得するステップと、を有することを特徴とする入出力特性の取得方法。

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