JP2013250970A - 平面パネルｘ線画像検出器における幾何学的センサシフトを判定するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テスト装置を用いて平面パネルＸ線画像センサにおける幾何学シフトを測定するための方法を提供する。
【解決手段】２つの端部テスト装置を備えるテスト装置は、検出器の操作面上に配置される。テスト装置は、そのＸ線画像を取得するためにＸ線にさらされ、各テスト装置の端部に対応する画素座標を有するＲＯＩが認識される。画素座標は、目的関数の最小値を考慮しながらセンサの幾何学シフトを決定するために用いられる。技術的結果は、限定的な用途の技術手段の拡張、および十分な精度でセンサの幾何学的シフトを測定することの可能性を含む。
【選択図】図１

Description

発明の分野
本発明は、デジタルＸ線画像処理の領域に関し、特に、テスト装置を用いて平面パネルＸ線画像センサにおける幾何学的シフトを測定するための方法に関する。

先行技術
現在、医療機器のさまざまな製造業者が、数十センチまでのサイズの視野範囲を有する平面パネルＸ線画像検出器を開発している。そのような検出器のいくつかは、一般的な基板上に柔軟性なく固定されたいくつかのセンサを含む。たとえば、２００５年５月１７日に発行された米国特許第６，８９５，０７７号（特許文献１）においては、可能性のあるバージョンとして４個（２×２）または９個（３×３）のＣＣＤから成る検出器を備えたＸ線装置が記載されている。２０１０年２月１６日に発行された米国特許７，６６３，１１５号（特許文献２）においては、２０×３０ｃｍの視野を有する６つのＣＭＯＳから成る検出器が記載されている。そのような検出器の要素間の突き合わせ接合部（butt-joint）の領域において、そのような合成検出器によって取得されたＸ線画像内に、以下のような理由によって引き起こされ得るさまざまな影響（アーチファクト）の可能性がある。１）センサの光感度特性が互いに異なる。２）理想的な検出器においてセンサ間にギャップがあってはならず、各センサの行（列）は隣接センサの対応する行（列）に揃えられなければならない。実際の検出器においては、センサはその理想的な位置に対して幾何学的シフトを常に有することは明らかである。この事実は、画像品質にも悪影響を与える。

米国特許第６，８９５，０７７号 米国特許第７，６６３，１１５号 米国特許第８，０７３，１９１号 米国特許第６，６００，５６８号

これらのファクタは、修正を必要とする画像内に顕著なアーチファクトを生じさせる。正確な修正を行なうために、これらのアーチファクトの性質を理解すること、およびそのアーチファクトを特徴付けるいくつかの追加の測定を実行することが重要である。

さまざまな画像修正技術の中で、たとえば、多重仮説隠れマルコフモデルの使用に基づいた、Ｘ線画像における境界アーチファクトの修正のための方法がある（２０１１年１２月６日発行の米国特許第８，０７３，１９１号）。主張される技術的解法の記載においては、アーチファクト領域の幅は数画素を達成し得るが、そのようなアーチファクトの修正についての一般的な注意が払われることが示される。

平面パネル検出器は、センサ間のシフトの直接測定ができない一体の（all-of-a-piece）装置である。そのため、幾何学的シフトを測定するための２つの方法が可能である。センサシフトの直接測定を含む第１の方法は、検出器組立のステージにおける測定機器を使用する。たとえば、光学顕微鏡ガリレオＡＶ３５０（ガリレオＡＶ３５０マルチセンサビジョンシステム：Ｌ．Ｓ．スタレット社（L.S. Starrett Company））は、数ミクロンの距離の測定が可能である。第２の方法は、テスト装置のＸ線画像におけるセンサシフトの測定を含む。

センサシフトの直接測定の欠点は、１）組立てられた検出器におけるセンサ位置と機械的応力によって解体された（knocked-down）検出器におけるセンサ位置との間の差、２）組立てられた検出器の測定が必要である場合に、特別な室内において分解されなければならないことである。これらのいずれの理由も、製造地の外、たとえば病院内でのセンサシフトの測定の可能性を、実質的に排除する。

分解が望ましくない類似の状況においては、間接的な方法が用いられる。たとえば、テストチャートのＸ線画像におけるスキャナセンサの幾何学的シフト測定方法が知られている（２００３年７月２９日に発行された、米国特許第６，６００，５６８号）。この方法は、特別なオブジェクトの画像を有するテスト装置をスキャンすることを含み、そのスキャンにおいて、異なるセンサに対応するいくつかの領域が選択され、それらのシフトを用いてセンサシフトが計算される。

主張される技術的解法においては、テスト装置を用いて平面パネルＸ線画像センサにおける幾何学的センサシフトを測定するための方法が検討される。Ｘ線透過基板と「鋭い端部（sharp edge）」（以下、端部と称する。）テスト装置とを有するテスト装置を用いて幾何学的センサシフトを特定する可能性が実験的に示される。テスト装置画像内の関心領域（region of interest：ＲＯＩ）において、各テスト装置の端部に対応する画素が認識され、計算用のデータが生成され、その後、目的関数の最小値を考慮しながら幾何学的センサシフトが決定される。

主張されるセンサシフトの測定方法との類似のものは、最新技術からは著者には知られていない。

発明の概要
主張する発明が解決しようとする技術的解決法は、センサの幾何学的シフトを決定するための技術的手段の拡張にあり、より具体的には、平面パネルＸ線検出器における十分な精度でのセンサシフト測定を可能とする、テスト装置を用いたセンサ幾何学的シフトの新しい測定方法の開発である。

技術的結果は、平面パネルＸ線検出器におけるセンサ幾何学的シフトを決定するための技術的手段、および十分な精度でセンサ幾何学的シフトを測定する可能性の拡張を含む。

上記の技術的結果は、センサ間にギャップがあるセンサ突き合わせ部（sensor butt）に設けられた搭載パネル上に固定された少なくとも２つのセンサを有する平面パネルＸ線検出器におけるセンサの幾何学的シフトを決定するための方法において達成される。その方法は、上記のセンサ間のギャップに対応する少なくとも２つの端部テスト装置を検出器表面に配置することである。上記のテスト装置は、Ｘ線画像を得るためにＸ線にさらされ、取得された画像内において、各テスト装置の端部に対応する画素が認識される。これらの画素は、目的関数の最小値を考慮しながら、センサの幾何学的シフトを決定するために用いられる。

端部画像に対応する画素を認識するために画像勾配の大きさが計算され、所与のしきい値よりも高い画像勾配の大きさを有する画素が認識される。重み付け係数データおよび画素座標データが生成され、画素勾配の大きさが重み付け係数として用いられる。

目的関数として、幾何学的シフトについての制約付きの最小二乗法が用いられる。
Ｘ線透過基板として機能するテスト装置の表面は、センサ突き合わせ接合部に対応する線でマーキングされる。センサ数に応じて、１つ以上の接合部が存在する。上記のセグメントの各々について、隣接するテスト装置間の端部が互いに垂直になるように、少なくとも２つの端部テスト装置が配置される。各テスト装置の端部と適当なセグメントとの間の角度は、好ましくは４５°であり、端部は、上記のセグメントを本質的に等しい部分に分割する。

有機ガラスのテスト装置基板を製造することが妥当である。
上述した特徴の全体によって、要求される精度でセンサの幾何学的シフトを決定する技術的結果を達成することが可能となる。

平面パネル検出器における幾何学的センサシフトを決定するための方法の実行例は、以下の図面のによって説明される。

上記方法を実現するための配列を示す図である。 共通の基板上に固定されたセンサを示す図である。センサは互いに近接して接触しておらず、それらの間にはギャップが存在することがわかる。 センサ突き合わせ接合部におけるテスト装置画像（解像度目標）の拡大図である。楕円は、突き合わせ接合領域におけるアーチファクトが最も見えやすい点を示している。 テスト装置４の概略図である。テスト装置は、２つのセンサから成る検出器のセンサシフトを決定するために用いられる。 テスト装置４の概略図である。テスト装置は、４つ（２×２）のセンサから成る検出器のセンサシフトを決定するために用いられる。 端部テスト装置画像勾配の大きさを示す図である。 隣接センサの突き合わせ接合部を有するテスト装置画像の一部を示す図である。点は、センサシフトを計算するために用いられる画素を示す。画素は、横軸および縦軸に沿ってナンバリングされる。 一組の点に基づいた線の特定を説明するための図である。点は、パラメータ（ｐ，θ）を伴う上記線を構築するために用いられる一組のデータ（ｘ、ｙ）を表わす。 検出器ＭＴＦ（変調伝達関数（modulation transfer function））を示す図であり、横軸はｍｍ^-1で示した空間周波数を意味し、縦軸はＭＴＦ値を意味する。 ｘ軸シフト絶対誤差値のヒストグラムを示す図である。横軸は画素の絶対値誤差を意味し、縦軸はパーセントで示した対応する確率値を意味する。 ｙ軸シフト絶対誤差値のヒストグラムを示す図である。縦軸はパーセントで示した対応する確率値を意味する。

Ｘ線画像は、図１に示される配列によって取得される。配列は、Ｘ線管１を含む。Ｘ線２は、テスト装置４が配置される検出器３の視野に向けられる。検出器３は、検出器の活性面と光学的に結合されたシンチレーションスクリーン（図示せず）を含む。シンチレーションスクリーンはＸ線２を可視光に変換し、検出器センサがそれらをデジタル画像に変換する。主張される方法によれば、センサ間のギャップが存在するセンサ突き合わせ部に設けられた搭載プレート上に固定された少なくとも２つのセンサを備える検出器３の視野上に、テスト装置４（図４）が配置される。Ｘ線２は、検出器３の視野に向けられ、テスト装置のＸ線画像の取得が生じる。

テスト装置のＸ線画像を用いる平面パネル検出器における幾何学的センサシフトの決定方法について説明する。

線によって近似される端部の画像は、十分な精度を有しているものとする。本方法の本質は、以下のステージにある。

１）各ＲＯＩに対して、画素座標および端部画像に対応する重み付けファクタから成る一組のデータが生成される。適当な画素の勾配係数が、重み付けファクタとして用いられる。

２）重み付けされた二乗剰余の合計が、誤差または目的関数として用いられる。
各ＲＯＩに対するデータ生成のための方法について説明する（図４の位置７，８）。画像勾配の大きさを計算するために、半径ｒを有する一次元フィルタを用いる（ゴンザレスら（Gonzalez et al.）による「ＭＡＴＬＡＢを使用したデジタル画像処理（Digital image processing using MATLAB）」，p.384，プレンティスホール，２００４年）。

本発明の最良の実施形態

検出器全体の形状を決定するために、以下の目的関数を最小化するものとする。

（１）は第１のセンサを介した第２のセンサシフトのための制約であり、（２）は第１のセンサを介した第３のセンサシフトのための制約であり、（３）は第２のセンサを介した第４のセンサシフトのための制約であり、（４）は第３のセンサを介した第４のセンサシフトのための制約である。（５）は第１のセンサを介した第４センサシフトのための制約であり、（６）は第２のセンサを介した第３のセンサシフトのための制約である。このような問題を解くために、制約付き非線形タスクの数値最小化のための標準的な勾配法が用いられる。

上述したように、平面パネル検出器は、センサ間のシフトの直接測定をすることができない、一体の装置である。そのため、主張する方法の機能が、シミュレーション画像を用いてテストされた。既知のセンサシフトを有するようにシミュレートされた１６バイトのテスト装置画像を用い、以下のような画像の特徴を有する。

１）空気画像の信号／ノイズレベルは、それぞれ３００００ユニットおよび５０ユニットである。

２）タングステンプレートにおける信号／ノイズレベルは、それぞれ６５０ユニットおよび１５ユニットである。

３）シミュレーション画像のＭＴＦは、図９に示される実画像上で測定されたものに一致する。ＭＴＦ測定技術は、ＩＥＣ６２２２０−１、第１版，２００３年１０月に一致する。

テスト装置を用いたＸ線平面パネル検出器における幾何学的センサシフトを決定するための主張される方法の利用は、検出器の分解を回避しながら、単純で、効果的で、高精度な幾何学的センサシフトの推定を提供する。

提案された方法は、特定の用途の技術的手段の拡張を含む。

独立請求項において特徴付けられる本発明の上記説明は、上記の説明において示されたもの、ならびに公知のツールおよび技術の使用によるその実現化の可能性を含む。したがて、主張される方法は、産業上の利用可能性の基準に合致する。

提案された技術解法は、限定ではなく方法の例示と考えられる可能性のある実施例とともに、本説明において開示される。所与の説明に基づいて、能力の高い専門家は、特許請求の範囲内における他のバージョンを提案する可能性がある。

１ Ｘ線管、２ Ｘ線の流れ，３ Ｘ線画像検出器、４ テスト装置、５ 基板、６，１５ センサ突き合わせ接合部に対応するライン、７〜１４ 端部テスト装置および適当なＲＯＩ、Ｉ〜ＩＶ センサに対応する画像領域。

Claims (4)

1. 取付パネルに固定された少なくとも２つのセンサを有する平面パネルＸ線画像検出器における幾何学的センサシフトを決定するための方法であって、
   前記方法は、前記センサ間のギャップに対応する、少なくとも２つの端部テスト装置を検出器操作面上に配置するステップを含み、
   前記テスト装置は、Ｘ線画像を得るためにＸ線にさらされ、
   取得された画像内において、各テスト装置の端部に対応する画素が認識され、
   これらの画素は、目的関数の最小値を考慮しながら、センサの幾何学的シフトを決定するために用いられる、方法。
2. 端部画像に対応する画素を認識するために、画像勾配の大きさが計算され、
   所与のしきい値より高い前記画像勾配の大きさを有する画素が認識され、
   重み付け係数データおよび画素座標データが生成され、
   画素勾配の大きさは、重み付け係数として用いられる、請求項１に記載の方法。
3. 幾何学的シフトについての追加の制限を有する最小二乗法が目的関数として用いられる、請求項１に記載の方法。
4. 前記テスト装置として機能するＸ線透過基板の表面は、センサの突き合わせ接合部に対応する線の形態のマーキングによって覆われており、センサ数に応じて１つ以上の接合部が存在し、
   セグメントの各々において、隣接するテスト装置の端部が互いに垂直になるように、少なくとも２つの端部テスト装置が配置され、
   各テスト装置の端部と適当なセグメントとの間の角度は好ましくは４５°であり、
   端部は、前記セグメントを本質的に等しい部分に分割する、請求項１に記載の方法。