阅读说明：本技术 放射线成像装置及其控制方法 (Radiation imaging apparatus and control method thereof ) 是由 髙﨑孝 于 2019-04-19 设计创作，主要内容包括：一种放射线照相装置,设置有：由多个检测区域构造的有效像素区域,在这些检测区域中的每一个中设置包括光电转换元件的第一像素和包括遮光元件的第二像素；被设置为对应于多个检测区域并且分别处理来自设置在检测区域中的每一个中的第一像素的输出信号和第二像素的输出信号的多个信号处理单元；以及,针对多个信号处理单元中的各信号处理单元通过使用经信号处理单元处理的来自第二像素的输出信号对经信号处理单元处理的来自第一像素的输出信号进行校正的校正单元。(A radiographic apparatus is provided with: an effective pixel region configured by a plurality of detection regions in each of which a first pixel including a photoelectric conversion element and a second pixel including a light shielding element are disposed; a plurality of signal processing units which are provided so as to correspond to the plurality of detection areas and respectively process an output signal from the first pixel and an output signal from the second pixel provided in each of the detection areas; and a correction unit that corrects the output signal from the first pixel processed by the signal processing unit by using the output signal from the second pixel processed by the signal processing unit for each of the plurality of signal processing units.)

放射线成像装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及通过利用放射线捕获被摄体的图像的放射线成像装置及其控制方法。

背景技术

作为用于通过使用诸如X射线的放射线执行医学诊断成像或无损检查的放射线成像装置，使用包括像素的矩阵基板的放射线成像装置投入实际使用，这些像素分别为诸如光电转换元件的转换元件和诸如TFT(薄膜晶体管)的开关元件的组合并且被矩阵状布置。在设置多个转换元件的该放射线成像装置中，由于诸如温度的环境的差异，根本不执行照射(零照射)时的输出(即偏移输出)的值在某种程度上在像素之间变化。为了获得干净图像质量的放射线图像，优选校正输出中的这种变化。

作为用于校正偏移输出的现有方法，例如，PTL 1描述了一种方法，在该方法中，除了用于获得放射线图像信号的转换元件之外，在有效像素区域中设置用于获得偏移信号的遮光光学黑区，并且利用其输出。具体地说，PTL 1公开了一种技术，在该技术中，从来自有效像素区域中的光学黑区的输出把握来自有效像素区域的偏移信号的遮蔽(shading)，并且从来自有效像素的信号减去所述遮蔽以抑制偏移信号的遮蔽。

引文列表

专利文献

PTL 1：日本专利公开No.2007-19820

发明内容

技术问题

根据PTL 1，对于由于例如温度分布引起的偏移信号的遮蔽，可以通过校正减少图像伪影的量。然而，利用在PTL 1中描述的技术，在例如将有效像素区域划分为多个检测区域并且设置用于放大来自相应检测区域中的有效像素的信号的多个信号处理单元(诸如放大器IC)的情况下，偏移信号的输出可能由于例如温度的分布而在信号处理单元之间不同。在例如设置分别包括放大器IC的多个信号处理单元的情况下，放大器IC之间的增益不同，由此可能出现偏移信号的逐段差异。即，利用现有技术，在通过多个信号处理单元处理来自有效像素区域的信号的情况下，存在放射线图像中出现基于信号处理单元之间的偏移信号的输出的差异的图像不均匀性的问题。

问题解决方案

根据本发明的放射线成像装置包括：包含多个检测区域的像素区域，在这些检测区域中的每一个中设置有检测放射线的第一像素和遮挡放射线的第二像素；多个信号处理单元，被设置为对应于多个检测区域，并且分别对于检测区域中的相应的一个处理来自设置在检测区域中的相应的一个中的第一像素的输出信号和第二像素的输出信号；以及，校正单元，针对各信号处理单元通过使用经信号处理单元处理的来自第二像素的输出信号对经信号处理单元处理的来自第一像素的输出信号进行校正。

并且，本发明包括用于上述的放射线成像装置的控制方法。

发明的有利效果

根据本发明，能够通过抑制由信号处理单元的处理引起的图像不均匀性来获得高图像质量的放射线图像。

本发明的其它特征和优点将从要参照附图阅读的下面的描述变得清晰。注意，在附图中，相同或类似的配置被赋予相同的附图标记。

附图说明

[图1]图1是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的示例性总体配置的示图。

[图2]图2是本发明的第一实施例的示图，并且示出图1所示的放射线检测单元的示例性内部配置。

[图3]图3是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的控制方法中的示例性处理过程的流程图。

[图4A]图4A是用于描述图3所示的步骤S106中的校正处理的细节的示图。

[图4B]图4B是用于描述图3所示的步骤S106中的校正处理的细节的示图。

[图5]图5是本发明的第二实施例的示图，并且示出图1所示的放射线检测单元的示例性内部配置。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的实施例。注意，在本发明的实施例的以下描述中，下面描述通过使用作为一种类型的放射线的X射线捕获被摄体的X射线图像的X射线成像装置被假设为本发明的放射线成像装置的情况。并且，本发明不仅适用于该X射线成像装置，而且适用于通过使用例如另一种类型的放射线(例如α射线、β射线或γ射线)捕获被摄体的放射线图像的放射线成像装置。

(第一实施例)

首先，描述本发明的第一实施例。

图1是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置100的示例性总体配置的示图。优选特别是在医疗护理中使用放射线成像装置100。

如图1所示，放射线成像装置100包括放射线发射单元110、放射线检测单元120、成像条件设定单元130、成像控制单元140、校正单元150和显示单元160。

放射线发射单元110是基于成像控制单元140的控制向被摄体P发射放射线(例如，X射线)的单元。本实施例假设被摄体P是人体且成像部位是人体的手。放射线发射单元110包括放射线产生单元111和准直器112，放射线产生单元111包括产生放射线(例如，X射线)的放射线管，准直器112限定在放射线产生单元111中产生的放射线束的发散角。

放射线检测单元120是检测入射放射线(包括通过被摄体P的放射线)并将放射线转换为作为电信号的放射线图像信号的单元。放射线检测单元120由例如FPD形成。下面参照图2描述本实施例中的放射线检测单元120的内部配置。

图2是本发明的第一实施例的示图，并且示出图1所示的放射线检测单元120的示例性内部配置。图2所示的第一实施例中的放射线检测单元120被称为“放射线检测单元120-1”。

如图2所示，放射线检测单元120-1包括有效像素区域121、行选择单元122和信号转换器123。

如图2所示，有效像素区域121是包括多个检测区域A(1211)到E(1215)的区域。有效像素区域121是例如在由500行和500列形成的二维矩阵中设置像素的区域。具体而言，在有效像素区域121中，在多个检测区域A(1211)到E(1215)中的每一个中，设置分别包括光电转换元件12101的多个第一像素和分别包括遮光元件12102的多个第二像素。图2仅示出有效像素区域121中的遮光元件12102的位置，并且光电转换元件12101以二维矩阵被布置在其它部分中。

本实施例假设，例如，将入射放射线转换为光的闪烁体(未示出)被设置在有效像素区域121和被摄体P之间，并且光电转换元件12101将在闪烁体处产生的光转换为电荷，该电荷是电信号。在本实施例中，分别包括光电转换元件12101的多个第一像素用作检测放射线的像素，并且检测到达放射线检测单元120-1的放射线的二维分布并产生放射线图像信号(放射线图像数据)。第一像素中的每一个还包括例如将在光电转换元件12101中累积的电荷(电信号)作为输出信号输出到信号转换器123的开关元件。

在本实施例中，分别包括遮光元件12102的多个第二像素用作遮挡放射线的像素，并且具体地是遮挡在上述的闪烁体处产生的光的像素。第二像素中的每一个检测包含于由多个第一像素产生的放射线图像信号中的偏移信号。此外，第二像素中的每一个还包括例如将检测到的偏移信号作为输出信号输出到信号转换器123的开关元件。在图2中，对于分别包括光电转换元件12101的第一像素的每八个列或九个列，包括遮光元件12102的第二像素被离散地布置在有效像素区域121的一个行中。

注意，在本实施例中，示出形成包括检测通过上述闪烁体的入射放射线的转换获得的光的光电转换元件12101的第一像素和包括遮挡光的遮光元件12102的第二像素的示例；然而，本发明不限于这种形式。例如，形成包括将入射放射线直接转换为作为电信号的电荷的转换元件而非上述的闪烁体和光电转换元件12101的像素作为检测放射线的第一像素的形式也适用于本发明。类似地，形成包括直接遮挡入射放射线的遮挡元件而非上述闪烁体和遮光元件12102的像素作为遮挡放射线的第二像素的形式也适用于本发明。

行选择单元122基于例如成像控制单元140的控制选择有效像素区域121的各行，并且在每行的基础上将来自分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素的模拟信号传送到信号转换器123。

信号转换器123包括多个信号处理单元1231～1235，信号处理单元1231～1235被设置为对应于多个检测区域A(1211)～E(1215)，并且分别对于检测区域中的相应的一个处理来自设置在检测区域中的分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素的输出信号。

具体而言，信号处理单元1231被设置为对应于检测区域A(1211)，并处理来自设置在检测区域A(1211)中的分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素的输出信号。信号处理单元1231包括放大从检测区域A(1211)中的第一像素和第二像素输出的模拟信号的放大器12311以及将由放大器12311放大的模拟信号转换为数字信号的AD转换器12312。

信号处理单元1232被设置为对应于检测区域B(1212)，并处理来自设置在检测区域B(1212)中的分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素的输出信号。信号处理单元1232包括放大从检测区域B(1212)中的第一像素和第二像素输出的模拟信号的放大器12321以及将由放大器12321放大的模拟信号转换为数字信号的AD转换器12322。

信号处理单元1233被设置为对应于检测区域C(1213)，并处理来自设置在检测区域C(1213)中的分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素的输出信号。信号处理单元1233包括放大从检测区域C(1213)中的第一像素和第二像素输出的模拟信号的放大器12331以及将由放大器12331放大的模拟信号转换为数字信号的AD转换器12332。

信号处理单元1234被设置为对应于检测区域D(1214)，并处理来自设置在检测区域D(1214)中的分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素的输出信号。信号处理单元1234包括放大从检测区域D(1214)中的第一像素和第二像素输出的模拟信号的放大器12341以及将由放大器12341放大的模拟信号转换为数字信号的AD转换器12342。

信号处理单元1235被设置为对应于检测区域E(1215)，并处理来自设置在检测区域E(1215)中的分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素的输出信号。信号处理单元1235包括放大从检测区域E(1215)中的第一像素和第二像素输出的模拟信号的放大器12351以及将由放大器12351放大的模拟信号转换为数字信号的AD转换器12352。

图2所示的放射线检测单元120-1将经信号处理单元1231～1235处理的信号(具体而言，经AD转换器12312～12352处理的数字信号)传送到校正单元150。

重新参考图1，进一步给出描述。

成像条件设定单元130包括供操作者输入包括要施加到放射线发射单元110的放射线产生单元(放射线管)111的电压、电流量和放射线发射持续时间的成像条件的成像条件输入手段，并且将由操作者输入的成像条件信息传送到成像控制单元140。

成像控制单元140基于从成像条件设定单元130传送的成像条件信息控制放射线发射单元110和放射线检测单元120。

校正单元150通过使用来自包括遮光元件12102的第二像素并且已经由信号处理单元处理的输出信号，针对多个信号处理单元1231～1235中的各信号处理单元，来校正来自包括光电转换元件12101的第一像素并且已经由信号处理单元处理的输出信号。具体而言，校正单元150通过使用通过处理来自第二像素的输出信号获得的数字信号，针对各信号处理单元来校正包含于通过处理来自第一像素的输出信号获得的数字信号中的偏移信号。此后，校正单元150将已针对各信号处理单元校正的第一像素的输出信号(数字信号)传送到显示单元160。

显示单元160在例如监视器上基于从校正单元150校正并传送的第一像素的输出信号(数字信号)来显示放射线图像。另外，显示单元160在必要时可以显示各种类型的信息，诸如从成像条件设定单元130传送的成像条件信息。

现在，描述根据本实施例的放射线成像装置100的控制方法。

图3是示出根据本发明第一实施例的放射线成像装置100的控制方法中的示例性处理过程的流程图。

首先，当给出用于开始被摄体P的成像的指令时，在步骤S101中，成像条件设定单元130设定由操作者输入的成像条件，成像条件包括放射线产生单元(放射线管)111中的管电压、管电流和发射持续时间。成像条件设定单元130将设定的成像条件信息传送到成像控制单元140。

随后，在步骤S102中，成像控制单元140基于从成像条件设定单元130接收的成像条件信息控制放射线发射单元110以向被摄体P发射放射线。

随后，在步骤S103中，放射线检测单元120根据成像控制单元140的控制，在分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素中累积电信号。

此后，在经过在步骤S101中设定的发射持续时间之后，成像控制单元140控制放射线发射单元110以停止放射线的发射。接着，成像控制单元140向放射线检测单元120传送信号的累积停止信号。

随后，在步骤S104中，当放射线检测单元120从成像控制单元140接收信号的累积停止信号时，行选择单元122逐个选择有效像素区域121的行，并将来自分别包括光电转换元件12101的第一像素和分别包括遮光元件12102的第二像素的模拟信号以每行为基础传送到信号转换器123。行选择单元122重复该动作，直到完成来自有效像素区域121中的所有行的模拟信号的传送。此时，来自检测区域A(1211)～E(1215)中的每一个中的第一像素和第二像素的模拟信号被传送到信号处理单元1231～1235中的相应的一个。

随后，在步骤S105中，在信号转换器123中，信号处理单元1231～1235的放大器12311～12351执行用于放大接收的第一像素和第二像素的模拟信号的处理。接着，在信号转换器123中，信号处理单元1231～1235的AD转换器12312～12352执行用于将由信号处理单元1231～1235的放大器12311～12351放大的模拟信号转换为数字信号的处理。接着，放射线检测单元120读取由信号转换器123处理的第一像素和第二像素的数字信号并将其传送到校正单元150。

随后，在步骤S106中，校正单元150基于从放射线检测单元120接收的包括光电转换元件12101的第一像素的数字信号和包括遮光元件12102的第二像素的数字信号来校正包含于第一像素的数字信号中的偏移信号。参照图4描述步骤S106中的该校正处理。

图4包括用于描述图3所示的步骤S106中的校正处理的细节的示图。在图4中，与图2所示的配置类似的配置被赋予相同的附图标记，并且省略了其详细描述。

图4A是以简化方式示出图2所示的放射线检测单元120-1的示图，并且省略图2所示的行选择单元122和信号转换器123。图4B示出在步骤S105中传送的分别包括光电转换元件12101的第一像素的数字信号中的、图4A所示的行a中的数字信号作为光电转换元件输出(减法处理前)401。

在图3的步骤S106中，首先，校正单元150针对各检测区域通过使用最小二乘法的二次函数对在步骤S105中接收的分别包括遮光元件12102(对每八列或每九列布置)的第二像素的数字信号执行近似以插值数字信号，由此为各个列制造信号。这些信号在图4B中示为遮光元件输出402。

接着，在图3的步骤S106中，对于多个信号处理单元1231～1235中的各信号处理单元，校正单元150进行从经信号处理单元处理的各行中的第一像素的数字信号减去在插值后获得的第二像素的数字信号的校正。在图4B中，在执行从光电转换元件输出(减法处理前)401减去遮光元件输出402的处理之后获得的数字信号被示为光电转换元件输出(减法处理后)403。

发现在图4B所示的光电转换元件输出(减法处理后)403中，存在于减法处理之前的光电转换元件输出(减法处理前)401中、在检测区域之间的各边界(图4B中的竖直点线部分)处的信号中的逐段差异以及各检测区域中的遮蔽通过减法处理被减少。注意，在图3的步骤S106中，校正单元150对所有的500行的分别包括光电转换元件12101的第一像素的数字信号执行减法处理。此后，校正单元150将在校正后获得的信号传送到显示单元160。

当上述图3中的步骤S106中的处理结束时，流程进行到步骤S107。

在步骤S107中，显示单元160基于从校正单元150校正并传送的第一像素的输出信号(数字信号)显示放射线图像。当步骤S107中的处理结束时，图3所示的流程图中的处理结束。

注意，在本实施例中，以下形式适用。

作为一种形式，例如，可以针对有效像素区域121的一行中的每个像素布置包括遮光元件12102的第二像素。在步骤S106中，可以针对数个相邻像素计算第二像素的数字信号的移动平均以减少随机噪声，由此制造一个列的信号。

作为另一种形式，例如，从步骤S102中的放射线发射到步骤S105中的读取的处理可以被重复多次，可以在步骤S106中计算多个帧的第二像素的数字信号的平均，然后，可以执行二次函数的插值和减法处理。即，在这种形式中，校正单元150计算在不同时间读取的来自第二像素的多个输出信号的平均并进行校正。

作为另一种形式，例如，可以采用在步骤S106的校正处理中校正单元150对来自多个第二像素的输出信号执行多项式近似作为插值处理并校正来自多个第一像素的输出信号的形式。此时，例如，校正单元150可以在对通过进一步分割对应于信号处理单元的检测区域A(1211)～E(1215)中的相应的一个获得的多个分割区域中的每一个改变上述多项式近似的阶数(order)的同时，对信号处理单元1231～1235中的各信号处理单元执行上述插值处理。在这种情况下，优选使用根据放射线成像装置100的热特性(例如，放射线检测单元120的发热特性)确定的阶数作为多项式近似的阶数。并且，在步骤S106中，在通过二次函数近似时，可以设定约束条件，使得来自彼此相邻的检测区域的邻近区域(neighborhood)中的包括遮光元件12102的第二像素的输出信号在插值前后保持不变。即，在上述多项式近似之前和之后，来自彼此相邻的检测区域之间的边界的邻近区域中的第二像素的输出信号保持不变。

如上所述，在第一实施例中，校正单元150针对被设置为对应于有效像素区域121中的多个检测区域A(1211)～E(1215)的信号处理单元1231～1235中的各信号处理单元，通过使用来自包括遮光元件12102的第二像素并且已经由信号处理单元处理的输出信号来校正来自包括光电转换元件12101的第一像素并且已经由信号处理单元处理的输出信号。

利用上述配置，能够通过抑制由信号处理单元的处理引起的图像不均匀性获得具有较低不舒适感的高图像质量的放射线图像。例如，即使在图4B所示的检测区域之间的各边界(图4B中的竖直点线部分)处存在偏移信号的逐段差异的情况下，通过校正单元150的上述校正，也能够获得具有较低不舒适感的高图像质量的放射线图像。此外，例如，即使在除了上述的逐段差异由于例如信号转换单元内的温度分布在各信号转换单元的偏移信号中出现遮蔽的情况下，通过校正单元150的上述校正，也能够获得具有较低不舒适感的高图像质量的放射线图像。

(第二实施例)

现在，描述本发明的第二实施例。注意，在下面对第二实施例的描述中，省略对上述第一实施例共同的事项的描述，并且给出与上述第一实施例不同的事项的描述。

根据第二实施例的放射线成像装置的总体配置与图1所示的根据第一实施例的放射线成像装置100的总体配置相似。

上面描述的第一实施例是这样一种形式，即，如图4所示，校正单元150使用来自包括遮光元件12102并且在像素被设置在二维矩阵中的有效像素区域121中的行方向上设置的第二像素的输出信号，以在行方向上校正来自包括光电转换元件12101的第一像素的输出信号。第二实施例是校正单元150通过使用来自包括遮光元件12102的第二像素的输出信号在行方向和列方向两者上校正来自包括光电转换元件12101的第一像素的输出信号(使用偏移信号执行减法处理)的形式。通过第二实施例，能够进一步提高例如在两个方向即行方向和列方向上出现的偏移信号中的遮蔽的校正精度，并且获得与上述的第一实施例相比具有更少不舒适感的更高图像质量的放射线图像。

图5是本发明的第二实施例的示图，并且示出图1所示的放射线检测单元120的示例性内部配置。图5所示的第二实施例中的放射线检测单元120被称为“放射线检测单元120-2”。此外，图5中与图2中所示的配置类似的配置被赋予相同的附图标记，并且省略了其详细描述。

如图5所示，放射线检测单元120-2包括有效像素区域221、行选择单元122和信号转换器123。这里，行选择单元122的配置和信号转换器123的配置类似于上面参考图2描述的行选择单元122的配置和信号转换器123的配置，因此，省略其详细描述。

如图5所示，有效像素区域221是包括多个检测区域A(2211)～E(2215)的区域。具体而言，在有效像素区域221中，在多个检测区域A(2211)～E(2215)中的每一个中，设置分别包括光电转换元件12101的多个第一像素和分别包括遮光元件12102的多个第二像素。图5仅示出有效像素区域221中的遮光元件12102的位置，并且光电转换元件12101以二维矩阵被布置在其它部分中。

更具体地，在图5所示的有效像素区域221中，在检测区域A(2211)、检测区域B(2212)、检测区域C(2213)、检测区域D(2214)和检测区域E(2215)之中的各检测区域中，包括遮光元件12102的第二像素被布置在检测区域的中心处、检测区域的四个角中、以及形成检测区域边界的四个边中的每一个的中心位置处。

在本实施例中，在图3的步骤S106中，校正单元150针对各信号处理单元在行方向和列方向上通过使用经信号处理单元处理的来自第二像素的输出信号来校正经信号处理单元处理的来自第一像素的输出信号。此时，校正单元150执行例如用于对二维平面方式中的各检测区域通过使用最小二乘法进行近似并且插值分别包括遮光元件12102的第二像素的数字信号的处理。在这种情况下，校正单元150进行从包括光电转换元件12101的第一像素的数字信号减去在插值后获得的并且对应于第一像素的位置的第二像素的数字信号的校正。在第二实施例中，在二维平面插值的情况下，可以设定约束条件，使得来自彼此相邻的检测区域的邻近区域中的分别包括遮光元件12102的六个第二像素的输出信号在插值前后保持不变。即，在上述二维平面近似之前和之后，来自彼此相邻的检测区域之间的边界的邻近区域中的第二像素的输出信号保持不变。

如上所述，通过第二实施例，能够获得具有较低不舒适感的更高图像质量的放射线图像。例如，通过第二实施例，即使在偏移信号在两个方向上发生遮蔽的情况下，也能够有效地校正来自包括光电转换元件12101的第一像素的输出信号的偏移信号。

注意，作为第二实施例的变更例，设置在图5所示的检测区域A(2211)～E(2215)中的每一个的上部和下部中的分别包括遮光元件12102的第二像素可以作为第三像素被布置在有效像素区域221外面。该变更例可以采用这样一种形式，即，校正单元150针对各信号处理单元，使用经信号处理单元处理的来自有效像素区域221中的第二像素的输出信号和经信号处理单元处理的来自有效像素区域221外面的第三像素的输出信号来进行上述校正。

(其它实施例)

本发明可以实现为这样一种处理，即，实现上述实施例中的一个或更多个功能的程序经由网络或存储介质被供给到系统或装置，并且系统或装置的计算机的一个或更多个处理器读取并且执行所述程序。可替代地，本发明可以实现为实现一个或更多个功能的电路(例如，ASIC)。

程序和存储程序的计算机可读存储介质也包含于本发明中。

注意，本发明的所有的上述实施例仅是用于实现本发明的示例，并且，不应以限制的方式通过实施例解释本发明的技术范围。即，在不脱离本发明的技术精神或其主要特征的情况下，可以以各种形式实现本发明。

本发明不限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。因此，为了公开本发明的范围，附上以下权利要求。

本申请要求在2018年5月11日提交的日本专利申请No.2018-092233的权益，这里通过引用并入其全部内容。