JP7144987B2 - 放射線撮影装置、放射線撮影方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮影装置、放射線撮影方法およびプログラムに関するものである。

放射線による医療画像診断に用いる撮影装置として、平面検出器（Flat Panel Detector、以下「ＦＰＤ」と略す）を用いた放射線撮影装置が普及している。ＦＰＤは、撮影画像をデジタル画像処理することができるため、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮影装置やＣＴ装置として用いられている。

特許文献１には、ＣＴ装置において、２種類の管電圧を用いて被写体を撮影するデュアルエネルギースキャンという手法を適用して物質の同定を行い、物質ごとに適切な放射線エネルギーを用いて放射線画像を生成する構成が開示されている。

特開２０１４－６１２８６号公報

しかし、放射線エネルギーの減弱特性は物質ごとに異なるため、断層画像が得られない一般撮影や透視撮影では、放射線のビームライン上に存在している複数の物質ごとに放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することが必要とされる。

本発明は、複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することが可能な放射線撮影技術の提供を目的とする。

本発明の一態様による放射線撮影装置は以下の構成を備える。すなわち、放射線撮影装置は、異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する生成手段と、
前記複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいた物質ごとの単色放射線画像を足し合わせることにより再構成画像を生成する再構成手段と、
前記再構成画像を解析し、前記複数の物質ごとの関心領域における画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析手段と、を備える。

本発明の他の態様による放射線撮影装置は以下の構成を備える。すなわち、放射線撮影装置は、放射線発生手段からの単一の放射線照射によって得られた複数の放射線画像から低エネルギーの放射線分布情報と、エネルギーレベルの高い高エネルギーの放射線分布情報とを取得する取得手段と、
前記低エネルギーの放射線分布情報および前記高エネルギーの放射線分布情報から分離した複数の物質について物質特性画像を生成する生成手段と、
前記複数の物質のうち第一の物質に対応する第一の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、前記複数の物質のうち第二の物質に対応する第二の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、を足し合わせることにより再構成画像を生成する再構成手段と、
前記再構成画像を解析し、前記複数の物質ごとの関心領域における画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析手段と、を備える。

本発明によれば、複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することが可能になる。

第１実施形態に係る放射線撮影システムの構成例を示す図。 第１実施形態の画像処理部における処理の流れを説明する図。 （ａ）は高エネルギー放射線画像を例示する図、（ｂ）は低エネルギー放射線画像を例示する図、（ｃ）は脂肪の物質分離画像を例示する図、（ｄ）は骨の物質分離画像を例示する図。 第１実施形態の効果を説明する図。 第１実施形態の解析値を求める関心領域を例示する図。 第２実施形態の画像処理部における処理の流れを説明する図。 第２実施形態の放射線エネルギーを決定するテーブルを例示する図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

(第１実施形態)
図１は、本発明の第１実施形態に係る放射線撮影システム１００の構成例を示す図である。放射線撮影システム１００は、放射線発生装置１０４、放射線源１０１、ＦＰＤ１０２（放射線検出装置）、情報処理装置１２０を有する。尚、放射線撮影システム１００の構成を単に放射線撮影装置ともいう。情報処理装置１２０は、被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する。

放射線発生装置１０４は照射スイッチの押下により放射線源１０１に高電圧パルスを与え放射線を発生させ、放射線源１０１は被写体１０３に放射線を照射する。放射線の種類は特に限定はしないが、一般的にはＸ線を用いることが可能である。

放射線源１０１から放射線が被写体１０３に照射されると、ＦＰＤ１０２は画像信号に基づく電荷の蓄積を行って放射線画像を取得する。ＦＰＤ１０２は、放射線画像を情報処理装置１２０に転送する。尚、ＦＰＤ１０２は、撮影毎に放射線画像を情報処理装置１２０に転送してもよいし、撮影した画像を、撮影毎に転送せずに、ＦＰＤ１０２の内部の画像記憶部に記憶しておき、所定のタイミングでＦＰＤ１０２から情報処理装置１２０に画像を、まとめて転送することが可能である。ＦＰＤ１０２と情報処理装置１２０との間の通信は、有線通信でもよいし、無線通信でもよい。

ＦＰＤ１０２は、放射線に応じた信号を生成するための画素アレイを備えた放射線検出部（不図示）を有する。放射線検出部は、被写体１０３を透過した放射線を画像信号として検出する。放射線検出部には、入射光に応じた信号を出力する画素がアレイ状（二次元の領域）に配置されている。各画素の光電変換素子は蛍光体により可視光に変換された放射線を電気信号に変換し、画像信号として出力する。このように、放射線検出部は被写体１０３を透過した放射線を検出して、画像信号（放射線画像）を取得するように構成されている。ＦＰＤ１０２の駆動部は、制御部１０５からの指示に従って読み出した画像信号（放射線画像）を制御部１０５に出力する。

制御部１０５は、ＦＰＤ１０２から取得した放射線画像を処理する画像処理部１０９と、画像処理の結果や各種プログラムを記憶する記憶部１０８とを有する。記憶部１０８は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。記憶部１０８は制御部１０５から出力された画像や画像処理部１０９で画像処理された画像、画像処理部１０９における計算結果を記憶することが可能である。

画像処理部１０９は、機能構成として、生成部１１０、再構成部１１１、解析部１１２を有している。これらの機能構成は、例えば、一つ又は複数のＣＰＵ（central processing unit）、記憶部１０８から読み込んだプログラムを用いて、各部の機能が構成される。画像処理部１０９の各部の構成は、同様の機能を果たすのであれば、それらは集積回路などで構成してもよい。また、情報処理装置１２０の内部構成として、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のグラフィック制御部、ネットワークカード等の通信部、キーボード、ディスプレイ又はタッチパネル等の入出力制御部等を含むように構成することが可能である。

モニタ１０６（表示部）は、制御部１０５がＦＰＤ１０２から受信した放射線画像（デジタル画像）や画像処理部１０９で画像処理された画像を表示する。表示制御部１１６は、モニタ１０６（表示部）の表示を制御することが可能である。操作部１０７は、画像処理部１０９やＦＰＤ１０２に対する指示を入力することができ、ユーザーインターフェイスを介してＦＰＤ１０２に対する指示の入力を受け付ける。

制御部１０５は、被写体に照射する放射線のエネルギーが異なる複数の放射線画像を処理することによって新たな画像（例えば、骨画像および脂肪画像）を得るエネルギーサブトラクション法を用いた撮影制御を行うことが可能である。エネルギーサブトラクション法による撮影を実施する場合、１枚のサブトラクション画像を生成するために異なる放射線エネルギーで撮影された少なくとも２枚の放射線画像が必要となる。ＦＰＤ１０２は、１回の放射線照射に対して複数回のサンプリングを行う。これにより、ＦＰＤ１０２は、低エネルギーの放射線による画像（低エネルギー放射線画像）と高エネルギーの放射線による画像（高エネルギー放射線画像）を１回の放射線照射で取得できる。ＦＰＤ１０２による撮影は静止画撮影または動画撮影であってもよい。

ＦＰＤ１０２内に一時保存された放射線分布情報は、サンプリングホールド実施後、読み出し可能となり、制御部１０５は、ＦＰＤ１０２から異なるタイミングで、放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）と放射線分布情報（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｈ）の読み出しを実施する。制御部１０５は、放射線分布情報（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｈ）から放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）を差し引くことで、放射線分布情報（Ｘ_Ｈ）を得ることができる。ここで、低エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）が低エネルギー放射線画像の基の画像になり、高エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｈ）が高エネルギー放射線画像の基の画像になる。図３（ａ）は高エネルギー放射線画像を例示する図であり、図３（ｂ）は低エネルギー放射線画像を例示する図である。図３（ｂ）の低エネルギー放射線画像の骨部３０２は、図３（ａ）の高エネルギー放射線画像の骨部３０１に比べて、コントラストが明確に表示されている。

画像処理部１０９は、機能構成として、生成部１１０、再構成部１１１、解析部１１２を有している。生成部１１０は、異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質を抽出することが可能である。また、生成部１１０は、異なる放射線エネルギーによる複数の放射線画像を用いて複数の物質特性画像を生成することが可能である。

生成部１１０は、異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する。すなわち、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像から、物質識別画像や物質分離画像などの物質特性画像を生成する。物質識別画像には、被写体に含まれる複数の物質について、実効原子番号の分布を示す実効原子番号画像と、面密度の分布を示す面密度画像とが含まれる。また、物質分離画像には、被写体を特定の２以上の物質で表した場合に、各物質の厚さ又は密度の分布を示す画像が含まれる。

ここで、実効原子番号とは、元素、化合物、混合物の元素を平均的に見た場合に相当する原子番号を示し、その構成物質と同じ割合で光子の減弱をする仮想の元素の原子番号を示す定量指標である。実効原子番号画像とは画素を単位として、被写体を単一の構成物質で表した場合に相当する原子番号で構成された画像をいう。生成部１１０は、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像から、実効原子番号画像といった物質特性画像を生成することが可能である。

エネルギーサブトラクション法により、制御部１０５が、放射線発生装置１０４からの単一の放射線照射によって得られた複数の放射線画像から低エネルギーの放射線分布情報と、エネルギーレベルの高い高エネルギーの放射線分布情報とを取得すると、この取得結果に基づいて、生成部１１０は、低エネルギーの放射線分布情報および高エネルギーの放射線分布情報から第一の物質と第二の物質とに分離した物質特性画像を生成する。

生成部１１０は、物質特性画像として複数の物質の厚さ、または面密度の分布を示す画像を生成することが可能である。

また、再構成部１１１は、複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、異なる放射線エネルギーに基づいた物質ごとの単色放射線画像に基づいて再構成画像を生成する。

例えば、複数の物質として、第一の物質と第二の物質に分離された場合、再構成部１１１は、第一の物質に対応する第一の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、第二の物質に対応する第二の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、に基づいて再構成画像を生成する。

再構成部１１１は、物質の厚さ又は面密度に、異なる放射線エネルギーにおける減弱係数（線減弱係数又は質量減弱係数）を乗じた単色放射線画像を取得し、物質ごとの乗算結果を足し合わせることにより再構成画像を生成する。

解析部１１２は、再構成部１１１の処理により生成された再構成画像を解析し、複数の物質のコントラストに関する評価情報を取得する。

次に、第１実施形態の画像処理部１０９における処理を、図２に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。制御部１０５は、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像を記憶部１０８に記憶するとともに、画像処理部１０９に放射線画像を転送する。

（Ｓ２０１：物質特性画像の生成）
ステップＳ２０１において、生成部１１０は、物質特性画像として物質分離画像を生成する。具体的には、生成部１１０は、ＦＰＤ１０２で撮影された図３（ａ）に示すような高エネルギー放射線画像と図３（ｂ）に示すような低エネルギー放射線画像から以下の[数１]式、[数２]式に基づいて物質分離画像を生成する。

ここで、Ｘ_Ｌは低エネルギーの放射線分布情報であり、低エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）が低エネルギー放射線画像の基の画像になる。また、Ｘ_Ｈは高エネルギーの放射線分布情報であり、高エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｈ）が高エネルギー放射線画像の基の画像になる。以下、低エネルギー放射線画像を低エネルギー放射線画像Ｘ_Ｌとして表記し、高エネルギー放射線画像を高エネルギー放射線画像Ｘ_Ｈとして表記する。

μは線減弱係数、ｄは物質の厚さであり、添え字のＨとＬはそれぞれ高エネルギーと低エネルギーを示し、添え字のＡとＢはそれぞれ分離する物質（例えば、脂肪と骨）を意味する。なお、ここでは、分離する物質の例として、脂肪と骨を物質例として用いるが、特に限定するものでなく任意の物質を用いることができる。

本実施形態において、制御部１０５は、放射線源１０１からの単一の放射線照射によってＦＰＤ１０２（放射線検出装置）が撮影した複数の放射線画像（Ｘ_Ｌ、Ｘ_Ｈ）を取得する取得部として機能する。制御部１０５（取得部）は、ＦＰＤ１０２（放射線検出装置）が撮影した複数の放射線画像を、異なる放射線エネルギーによる複数の放射線画像として取得する。生成部１１０は、制御部１０５（取得部）が取得した複数の放射線画像（Ｘ_Ｌ、Ｘ_Ｈ）に基づいて、複数の物質特性画像を生成する。

生成部１１０は、[数１]式と[数２]式の連立方程式を解く演算処理を行うことにより、各物質に分離した物質分離画像を得ることができる。図３（ｃ）は脂肪の厚さｄ_Ａに基づいて取得した物質分離画像を例示する図であり、図３（ｄ）は骨の厚さｄ_Bに基づいて取得した物質分離画像を例示する図である。

（Ｓ２０２：再構成画像の生成）
ステップＳ２０２において、再構成部１１１は、ステップＳ２０１で生成した物質特性画像である物質分離画像から以下の[数３]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を生成する。例えば、分離した物質が、脂肪及び骨である場合、再構成部１１１は、脂肪の厚さｄ_Ａに基づいて取得した物質分離画像、及び骨の厚さｄ_Bに基づいて取得した物質分離画像から以下の[数３]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を生成する。以下、再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を再構成画像、または再構成放射線画像ともいう。

ここで、Ｅは再構成画像（Ｘproc）の生成に用いる単一の放射線エネルギーあり、Ｅ_１とＥ_２は異なる放射線エネルギーであることを示す。ｄは物質の厚さであり、添え字のＡとＢはそれぞれ分離した物質（脂肪と骨）を示す。μは線減弱係数であり、μ_Ｅ１Ａは放射線エネルギーＥ_１Ａに対応した線減弱係数であり、μ_Ｅ2Bは放射線エネルギーＥ_2Bに対応した線減弱係数である。再構成部１１１は、物質の厚さに、異なる放射線エネルギーにおける減弱係数（線減弱係数）を乗じた単色放射線画像（μ_Ｅ１Ａｄ_Ａ、μ_Ｅ2Bｄ_Ｂ）を取得し、物質ごとの乗算結果を足し合わせることにより再構成画像（Ｘ_proc）を生成する。

図４は、第１実施形態の効果を説明する図である。図４には、放射線エネルギーと線減弱係数との対応関係（減弱特性情報）が示されており、波形４０１は骨の減弱特性を示す波形であり、波形４０２は脂肪の減弱特性を示す波形である。記憶部１０８は、放射線エネルギーと減弱係数（線減弱係数、質量減弱係数）との対応関係を示す減弱特性情報を記憶する。複数の物質ごとに減弱特性情報は異なる。例えば、図４の波形４０１、４０２に示すように、複数の物質ごとに減弱特性情報は異なるものとなる。

一般的に、低い放射線エネルギーで物質を透過させると、画像のコントラストは上がるが、ノイズも大きくなる。一方、より高い放射線エネルギーで物質を透過させると、画像のコントラストは下がり、ノイズも小さくなる。図４に示すように、よく見たい物質（例えば、骨）については、より放射線を吸収してコントラストを上げるように低い放射線エネルギーで物質を透過させ、骨の周りの脂肪部分のノイズの影響を低減するように、より高い放射線エネルギーで物質を透過させることで、分離した画像間における相対的なコントラストを向上させることができる。

例えば、脂肪と骨を１００ｋｅＶの単色放射線で画像化（再構成）した場合、骨と脂肪との間の相対的なコントラストはコントラスト１で示される。一方、本実施形態の処理により、物質ごとに放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成する場合、例えば、脂肪に対する放射線エネルギーをＥ_１＝１００ｋｅＶとし、骨に対する放射線エネルギーをＥ₂＝３０ｋｅＶとした単色放射線で画像化（再構成）する場合、骨と脂肪との間の相対的なコントラストはコントラスト２で示され、分離した脂肪と骨のコントラストがつきやすくなる。

人体の大部分は脂肪で構成されているため、軟物質である脂肪の厚さが厚く、放射線吸収が強すぎると、再構成した放射線画像の黒潰れや白潰れを生じさせてしまう。そこで、物質ごとに放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成する。すなわち、脂肪に対しては高エネルギーを設定し、骨に対しては低エネルギーを設定して再構成画像（Ｘproc）を生成することで、脂肪の厚さの影響を低減した再構成放射線画を取得することが可能になる。

例えば、コントラストの下限となる値（基準値）を設定した場合、再構成部１１１は、図４に示すような減弱特性情報に基づいて、複数の物質のコントラストが予め設定された基準値より大きくなるように、物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定することが可能である。また、コントラストの上限となる値は、以下に説明する再構成放射線画像の解析に基づいた繰り返し計算によるシミュレーションにより、解析結果が収束したときの値となる。

尚、本実施形態では、再構成部１１１は、ステップＳ２０１で生成した物質特性画像である物質分離画像から[数３]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を生成しているが、この例に限定されない。例えば、生成部１１０が異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質を抽出し、抽出した物質の情報を［数３］式に適用した結果に基づいて、再構成部１１１は再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を生成することも可能である。

（Ｓ２０３：再構成放射線画像の解析）
ステップＳ２０３において、解析部１１２は、再構成した放射線画像を解析し評価情報を取得する。解析部１１２は、ステップＳ２０２で生成した再構成画像（Ｘproc）を解析する。ここで、再構成画像（Ｘproc）の解析のための評価情報として、以下の[数４]式に示す情報を用いることができる。評価情報として以下の[数４]式では、複数の物質の関心領域間のコントラストと、複数の物質のうちいずれか一方の物質の関心領域における画素値の標準偏差と、の比（コントラスト雑音比）として取得されるＣＮＲ(Contrast to Noise Ratio)を用いるが、この他に標準偏差ＳＤ(Standard Deviation)や、分離した物質について、複数の物質の関心領域における画素値の平均値を差分することにより取得されるコントラスト（Ｍ_Ａ－Ｍ_Ｂ）、ＳＮ比（ＳＮＲ：signal-to-noise ratio）等を評価情報として用いることも可能である。

ＣＮＲは、複数の物質の関心領域における画素値の平均値を差分することにより取得されるコントラスト（Ｍ_Ａ－Ｍ_Ｂ）と、複数の物質のうちいずれか一方の物質の関心領域における画素値の標準偏差（ＳＤ値）と、の比として取得される。

ここで、Ｍは図５に示す関心領域における画素値の平均値であり、ＳＤは関心領域における画素値の標準偏差（ＳＤ値）である。添え字Ａは脂肪の関心領域５０１の値を示し、Ｍ_Ａは脂肪の関心領域における画素値の平均値を示す。ＳＤ_Ａは脂肪の関心領域における画素値の標準偏差を示す。また、添え字Ｂは骨の関心領域５０２の値を示し、Ｍ_Ｂは骨の関心領域における画素値の平均値を示す。関心領域の設定方法は事前に指定しても良いし、解析処理の実行開始の際に技師が操作部１０７の操作により関心領域を設定することも可能である。

（Ｓ２０４：解析値の収束判定）
ステップＳ２０４において、解析部１１２は、ＣＮＲが収束した解析値（最適値）になっているかどうか判定する。再構成放射線画像を生成する[数３]式において、放射線エネルギーを示すＥ_１、Ｅ_２は未知の量であるため、初期値を定め微小変化させながら、分離した物質毎に任意の単一放射線エネルギーに基づいた再構成画像（Ｘproc）を[数３]式により生成し、[数４]式の評価関数に基づいて、ＣＮＲの最適値を求めることになる。

解析値の収束判定処理として、解析部１１２は、最初の計算で取得した評価情報（ＣＮＲの値）を記憶部１０８に記憶する。そして、解析部１１２は、２回目以降の繰り返し計算で取得した評価情報（ＣＮＲの値）について収束判定を行う。解析部１１２は、例えば、ｎ＋１回目（ｎ≧１の整数）の繰り返し計算で取得した評価情報と、記憶部１０８に記憶しているｎ回目の計算に基づく評価情報とを比較する。具体的には、２回目の繰り返し計算で取得した評価情報と、記憶部１０８に記憶している１回目の計算に基づく評価情報とを比較する。あるいは、３回目の繰り返し計算で取得した評価情報と、記憶部１０８に記憶している２回目の計算に基づく評価情報とを比較する。

最適化方法には、例えば、二分法、勾配法、ニュートン法等種々の非線形最適化手法を用いることができる。収束判定は所定の回数を設定してもよいし、放射線エネルギーの微小変化量ΔＥ刻みで、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を変化させながら、放射線エネルギーＥ_１,Ｅ_２の組み合わせの総当たりで評価情報を算出し、放射線エネルギーＥ_１及び放射線エネルギーＥ_２が収束する解析値（最適値）を取得しても良い。例えば、一般の放射線機器の場合、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の取りうる範囲は20keV～200keV程度となるため、プリセット範囲としてこの範囲で放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を変化させることが可能である。また、それ以外の範囲で再構成画像（Ｘproc）を生成することも可能であるため、プリセット範囲を変更し、変更後の範囲で放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を変化させ変化させながら、放射線エネルギーＥ_１及び放射線エネルギーＥ_２が収束する解析値（最適値）を取得しても良い。

あるいは、[数４]式の評価情報（ＣＮＲの値）が繰り返し計算により変動しなくなった時点を設定してもよい。例えば、比較結果により得られる評価情報の差分または評価情報の変化率が収束判定の基準値以下となる場合、解析部１１２は、評価情報が収束したと判定することが可能である。

ステップＳ２０４の収束判定で、評価情報（ＣＮＲの値）が収束した場合（Ｓ２０４－Ｙｅｓ）、処理を終了する。一方、ステップＳ２０４の収束判定で、評価情報が収束していない場合（Ｓ２０４－Ｎｏ）、解析部１１２は、処理をステップＳ２０５に進める。

（Ｓ２０５：放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の変更）
ステップＳ２０４で解析値の収束が十分でないと判定された場合、ステップＳ２０５において、解析部１１２は放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を変更する。解析部１１２は、評価情報が最大値となるように、物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定する。例えば、両方の放射線エネルギー（Ｅ_１、Ｅ_２）の差分が大きくなるように、一方の放射線エネルギー（例えば、Ｅ_１）を固定し、他方の放射線エネルギー（例えば、Ｅ_２）を、より大きな単色放射線エネルギーに変更してもよい。解析部１１２は放射線エネルギーを変更した後、処理をステップＳ２０２に戻す。

ステップＳ２０２において、再構成部１１１は、設定を変更した異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像（Ｘ_proc）を生成する。すなわち、再構成部１１１は、変更された放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に対応する線減弱係数μを取得し、[数３]式に基づいて、再構成画像（Ｘproc）を生成する。そして、ステップＳ２０３で、解析部１１２は、生成された再構成画像（Ｘproc）に基づいて評価情報を解析し、ステップＳ２０４で収束が十分と判定されるまでステップ２０２～ステップ２０５の処理が繰り返される。

解析部１１２は、繰り返し計算により取得した評価情報が収束したか判定し、評価情報が収束した場合、再構成部１１１は、収束した評価情報の計算の際に用いた放射線エネルギーを、物質ごとに異なる放射線エネルギーとして設定する。評価情報の解析結果が収束し、分離した物質ごとに異なる放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２が最終的に設定されると、再構成部１１１は、設定した放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に対応する線減弱係数μを、記憶部１０８に記憶されている減弱特性情報に基づいて取得し、[数３]式を用いて、再構成画像（Ｘproc）を生成し、モニタ１０６（表示部）に出力する。

モニタ１０６（表示部）は、制御部１０５がＦＰＤ１０２から受信した放射線画像（デジタル画像）や画像処理部１０９で画像処理された画像を表示することが可能である。表示制御部１１６は、再構成部１１１により生成された再構成画像（Ｘproc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。また、表示制御部１１６は、再構成画像（Ｘproc）と、物質特性画像である物質分離画像とを並べてモニタ１０６（表示部）に表示させるよう表示制御を行うことも可能である。また、表示制御部１１６は、モニタ１０６（表示部）に表示されている画像から技師により選択された少なくとも一つの画像を表示部に表示させるよう表示制御を行うことも可能である。

本実施形態によれば、一般撮影や透視撮影であっても、断層画像を用いることなく、複数の物質ごとに放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することができ、特定物質の強調画像を簡便に取得するが可能となる。

（第２実施形態）
第１実施形態では解析により放射線エネルギーを求める構成を説明したが、本実施形態では、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値をテーブルなどで事前に保持しておくことで、分離した物質に対応する放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を決定する解析時間を短縮する構成について説明する。

以下の説明では、第１実施形態と同様の部分は重複を避けるために説明を省略し、第２実施形態に特有な構成部分についてのみ説明を行う。本実施形態の構成は、透視撮影時などのリアルタイム性が要求される場合に有利な効果がある。

図７は放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値を保持するテーブルの構成を例示する図であり、記憶部１０８は、被写体の情報と、物質ごとに異なる放射線エネルギーとを対応づけたテーブルを保持している。被写体の情報には、被写体の体厚の情報または物質の厚さの情報が含まれる。図７に示すテーブルには、被写体の情報として、被写体の体厚に応じて放射線エネルギーの値が保持されている。被写体の体厚を求めることができれば、被写体の体厚に対応した、異なる放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を取得することができる。

第２実施形態の画像処理部１０９における処理を、図６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。まず、ステップＳ６０１において、生成部１１０は、物質特性画像である物質分離画像を生成する。この処理は図２のステップＳ２で説明したフローチャートのステップＳ２０１の処理と同様の処理となる。

ステップＳ６０２において、再構成部１１１は、記憶部１０８に記憶されているテーブルの参照により、撮影対象の被写体の情報に対応する、物質ごとに異なる放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を設定する。被写体の体厚は、撮影情報に基づいて被写体の体厚を取得してもよいし、技師が操作部１０７から選択しても良いし、物質分離画像における各物質の厚さ（例えば、脂肪の厚さ）から被写体の体厚を推定してもよい。

ステップＳ６０３において、再構成部１１１は、ステップＳ６０１で生成した物質特性画像である物質分離画像（脂肪と骨の厚み画像）から[数３]式に基づいて、再構成画像（Ｘproc）を生成する。ここで、再構成画像（Ｘproc）の生成に用いる単一の放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２はステップＳ６０２においてテーブルの参照により設定した値である。

表示制御部１１６は、再構成部１１１により生成された再構成画像（Ｘproc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。表示制御部１１６は、再構成画像（Ｘproc）の表示とともに、異なる放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の設定を連続的に変更するユーザインタフェース（ＵＩ）としてスクロールバーをモニタ１０６（表示部）に表示させる。スクロールバーを技師が操作することにより、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を連続的に変更することができる。再構成部１１１は、ユーザーインターフェイス（スクロールバー）の操作により変更された放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に対応する減弱特性情報を図４の参照により取得して再構成画像（Ｘproc）を生成することができる。表示制御部１１６は、変更された放射線エネルギーに基づいて生成された再構成画像（Ｘproc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。

技師は、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値を連続的に変化させながら、変化に対応して生成される再構成画像（Ｘproc）の変化を観察することができる。例えば、骨成分の減弱を強めていく場合（放射線エネルギーを低く設定する場合）に、強調される病変であれば、骨に関わる病変であることがわかる。これにより病変が脂肪成分に依存した病変であるのか骨成分に依存した病変であるのかを見分けることが可能になる。

また、ステップＳ６０２において、表示制御部１１６は、テーブルに保持されている値を推奨値としてモニタ１０６（表示部）に表示させることも可能である。技師はモニタ１０６（表示部）に表示された値を参照して、見たい物質を強調するように、放射線エネルギーの値を操作部１０７から変更することが可能である。再構成部１１１は、操作部１０７からの入力により変更された放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に対応する線減弱係数を図４から取得して再構成画像（Ｘproc）を生成し、表示制御部１１６は、変更された放射線エネルギーに基づいて生成された再構成画像（Ｘproc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。

本実施形態によれば、事前に放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値をテーブルに保持しておくことで、最適化手法の処理を実行することなく良好な再構成放射線画像を生成することが可能となる。透視撮影では、例えば、15ＦＰＳ程度の描画速度が求められるため、本実施形態の処理は透視撮影時などのリアルタイム性が要求される処理においても本実施形態の処理を適用することが可能である。

本実施形態によれば、一般撮影や透視撮影であっても、断層画像を用いることなく、複数の物質ごとに放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することができ、特定物質の強調画像を簡便に取得するが可能となる。

（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。

１００：放射線撮影システム、１０１：放射線源、１０２：ＦＰＤ（放射線検出装置）、１０４：放射線発生装置、１０５：制御部、１０６：モニタ（表示部）、１０７：操作部、１０８：記憶部、１０９：画像処理部、１１０：生成部、１１１ 再構成部、１１２：解析部、１２０ 情報処理装置

Claims (22)

1. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する生成手段と、
   前記複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいた物質ごとの単色放射線画像を足し合わせることにより再構成画像を生成する再構成手段と、
   前記再構成画像を解析し、前記複数の物質ごとの関心領域における画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析手段と、
   を備える放射線撮影装置。
2. 放射線発生手段からの単一の放射線照射によって放射線検出装置が撮影した複数の放射線画像を取得する取得手段を更に備える請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 前記取得手段は、前記放射線検出装置が撮影した複数の放射線画像を、前記異なる放射線エネルギーによる複数の放射線画像として取得し、
   前記生成手段は、前記取得手段が取得した複数の放射線画像に基づいて、前記物質特性画像を生成する請求項２に記載の放射線撮影装置。
4. 放射線発生手段からの単一の放射線照射によって得られた複数の放射線画像から低エネルギーの放射線分布情報と、エネルギーレベルの高い高エネルギーの放射線分布情報とを取得する取得手段と、
   前記低エネルギーの放射線分布情報および前記高エネルギーの放射線分布情報から分離した複数の物質について物質特性画像を生成する生成手段と、
   前記複数の物質のうち第一の物質に対応する第一の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、前記複数の物質のうち第二の物質に対応する第二の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、を足し合わせることにより再構成画像を生成する再構成手段と、
   前記再構成画像を解析し、前記複数の物質ごとの関心領域における画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析手段と、
   を備える放射線撮影装置。
5. 前記生成手段は、前記物質特性画像として複数の物質の厚さ、または面密度の分布を示す画像を生成する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
6. 前記再構成手段は、前記複数の物質の厚さ又は面密度に、異なる放射線エネルギーにおける減弱係数を乗じた単色放射線画像を取得し、物質ごとの乗算結果を足し合わせることにより前記再構成画像を生成する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
7. 前記生成手段は、複数の放射線画像についてエネルギーサブトラクションを行った結果に基づいて複数の物質の物質特性画像を生成する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
8. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質を抽出する抽出手段と、
   前記複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいた物質ごとの単色放射線画像を足し合わせることにより再構成画像を生成する再構成手段と、
   前記再構成画像を解析し、前記複数の物質ごとの関心領域における画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析手段と、
   を備える放射線撮影装置。
9. 放射線エネルギーと減弱係数との対応関係を示す減弱特性情報を記憶する記憶手段を更に備え、前記複数の物質ごとに減弱特性情報は異なる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
10. 前記記憶手段は、被写体の情報と、物質ごとに異なる放射線エネルギーとを対応づけたテーブルを保持し、
    前記再構成手段は、前記テーブルの参照により、撮影対象の前記被写体の情報に対応する、前記物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定する請求項９に記載の放射線撮影装置。
11. 前記被写体の情報には、前記被写体の体厚の情報または前記物質の厚さの情報が含まれる請求項１０に記載の放射線撮影装置。
12. 前記再構成手段は、前記減弱特性情報に基づいて、前記複数の物質のコントラストが設定された基準値より大きくなるように、前記物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定する請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
13. 前記解析手段は、前記再構成画像を解析し、前記複数の物質のコントラストに関する評価情報を取得する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
14. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する生成手段と、
    前記複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいた物質ごとの単色放射線画像を足し合わせることにより再構成画像を生成する再構成手段と、
    前記再構成画像を解析し、前記複数の物質のコントラストに関する評価情報を取得する解析手段と、を備え、
    前記評価情報には、前記複数の物質の関心領域における画素値に関する情報を差分することにより取得されるコントラストが含まれる放射線撮影装置。
15. 前記評価情報には、前記コントラストと、前記複数の物質のうちいずれか一方の物質の関心領域における画素値の標準偏差と、の比として取得されるＣＮＲ(Contrast to Noise Ratio)が含まれる請求項１３または１４に記載の放射線撮影装置。
16. 前記解析手段は、前記評価情報を用いて、前記物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定する請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
17. 前記再構成手段は、設定を変更した異なる放射線エネルギーに基づいて前記再構成画像を生成し、前記解析手段は、前記再構成画像に基づいて前記評価情報を繰り返し計算する請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
18. 前記解析手段は、前記繰り返し計算により取得した前記評価情報が収束したか判定し、
    前記評価情報が収束した場合、前記再構成手段は、当該収束した評価情報の計算の際に用いた放射線エネルギーを、前記物質ごとに異なる放射線エネルギーとして決定する請求項１７に記載の放射線撮影装置。
19. 前記再構成画像を表示手段に表示させる表示制御手段を更に備え、
    前記表示制御手段は、前記再構成画像の表示とともに、異なる放射線エネルギーの設定を連続的に変更するユーザーインターフェイスを前記表示手段に表示させる請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
20. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する生成工程と、
    前記複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいた物質ごとの単色放射線画像を足し合わせることにより再構成画像を生成する再構成工程と、
    前記再構成画像を解析し、前記複数の物質ごとの関心領域における画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析工程と、
    を有する放射線撮影方法。
21. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質を抽出する抽出工程と、
    前記複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいた物質ごとの単色放射線画像を足し合わせることにより再構成画像を生成する再構成工程と、
    前記再構成画像を解析し、前記複数の物質ごとの関心領域における画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析工程と、
    を有する放射線撮影方法。
22. コンピュータに、請求項２０または２１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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