JP6566887B2 - 放射線画像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

放射線画像処理装置、方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、互いに異なる撮影条件のトモシンセシス撮影により取得される断層画像からサブトラクション断層画像を生成する放射線画像処理装置、方法およびプログラムに関するものである。
近年、X線、ガンマ線等の放射線を用いた放射線画像撮影装置において、患部をより詳しく観察するために、放射線源を移動させて複数の線源位置から被写体に放射線を照射して撮影を行い、これにより取得した複数の投影画像から所望とする断層面を強調した断層画像を生成するトモシンセシス撮影が提案されている。トモシンセシス撮影では、撮影装置の特性や必要な断層画像に応じて、放射線源を放射線検出器と平行に移動させたり、円または楕円の弧を描くように移動させたりして、複数の線源位置において被写体を撮影することにより複数の投影画像を取得し、シフト加算法、単純逆投影法あるいはフィルタ逆投影法(FBP法;Filtered Back Projection法)等の再構成方法を用いてこれらの投影画像を再構成して断層画像を生成する。
ここで、FBP法は、トモシンセシス撮影の平行平面式断層走査をコーンビームCT走査の一部として捉え、フィルタ逆投影法を拡張した再構成手法である。投影画像を逆投影しただけでは、処理対象となる座標位置の周辺にノイズが生じるため、FBP法では投影画像にフィルタをかけた後に逆投影することにより放射線源の移動方向の流れ像を低減し、本来の対象に近い像を得るようにしている。
一方、トモシンセシス撮影は、撮影装置の機械的な誤差、および複数の線源位置のそれぞれにおける撮影の時間差に起因する被写体の体動等の影響により、再構成された断層画像がぼけてしまうという問題もある。このように断層画像がぼけてしまうと、とくに乳房が被写体である場合において、乳癌の早期発見に有用な、微小な石灰化等の病変を発見することが困難となる。このため、トモシンセシス撮影を行う場合には、単純撮影も行って、断層画像および2次元画像の双方を取得することが一般的に行われている。例えば、乳房を撮影するための放射線画像撮影装置(マンモグラフィと呼ばれる)において、乳房を圧迫した状態のまま、トモシンセシス撮影および単純撮影の双方を行う手法が提案されている(特許文献1,2参照)。
また、マンモグラフィにおいて、病変の識別を容易なものとするために、サブトラクション処理が行われている。ここで、サブトラクション処理とは、互いに異なる撮影条件で撮影された複数の放射線画像の差に対応する画像を得る処理をいい、具体的にはこれら複数の放射線画像の対応する画素毎に減算処理を施すことにより、放射線画像中の特定の被写体部分のみを強調または抽出した放射線画像、すなわちサブトラクション画像を得る処理をいう。
マンモグラフィにおけるサブトラクション処理には基本的には次の2つがある。すなわち、乳房に静脈から造影剤を注入して、乳房の血管が強調された放射線画像から造影剤が注入されていない放射線画像を引き算(サブトラクト)することによって、血管部分を抽出するいわゆる時間サブトラクションと、造影剤が互いに異なるエネルギーを有する放射線に対して異なる放射線吸収率を有することを利用して、造影剤の注入後に、乳房に対して互いに異なるエネルギーを有する放射線を照射してこれら互いに異なるエネルギーを有する各放射線による複数の放射線画像を得、これら複数の放射線画像を適当に重み付けしてその差を演算することによって、乳房の血管部分を抽出するいわゆるエネルギーサブトラクションとがある。また、造影剤の注入後に、乳房に対して時間間隔を空けて放射線を照射して複数の放射線画像を取得し、これら複数の放射線画像を適当に重み付けしてその差を演算することによって、乳房の血管部分における造影剤の広がり方を見る場合もある。
ここで、乳癌は、多くの場合、血管壁が脆弱であり、無秩序に周囲に広がる新生血管が増殖することで進行する。増殖した新生血管は透過性が増大し、蛇行性を有するため、正常の血管と異なる。したがって、サブトラクション画像を用いることにより、増殖した新生血管の部分を抽出することができるため、乳癌の発見が容易なものとなる。
このため、トモシンセシス撮影により断層画像を取得するとともに、サブトラクション処理のための2つの放射線画像を取得してサブトラクション画像を生成し、これらを表示するための手法が提案されている(特許文献1参照)。また、トモシンセシス撮影を行う際に、各線源位置においてサブトラクション処理のための放射線画像を取得する、CE−DBT(Contrast Enhanced Digital Breast Tomosynthesis)の手法も提案されている(特許文献2参照)。特許文献2に記載の手法によれば、トモシンセシス撮影を行いつつ、互いにエネルギーが異なる放射線を被写体に照射して複数の放射線画像を取得し、取得した複数の放射線画像から互いにエネルギーが異なる断層画像を生成し、断層画像間においてサブトラクション処理を行うことにより、断層画像のサブトラクション画像(以下サブトラクション断層画像)が取得される。
特表2014−507250号公報 特開2012−166026号公報
特許文献2に記載の手法においてトモシンセシス撮影を行う場合、各線源位置において線源を停止し、停止した位置において互いにエネルギーが異なる放射線を被写体に照射してその位置において複数の投影画像を取得している。そして、各線源位置において取得した投影画像間でサブトラクション処理を行ってサブトラクション投影画像を取得し、サブトラクション投影画像を再構成している。これにより、病変が抽出されたサブトラクション断層画像を生成することができる。しかしながら、複数の線源位置において線源を停止して2つの投影画像を取得するようにすると、撮影に長時間を要するものとなる。このように撮影に長時間を要すると、体動が生じたり、造影剤の広がり方が時間によって変化したりするため、所望とする断層画像を取得できなくなるおそれがある。このため、線源を移動しつつ、互いにエネルギーが異なる放射線を被写体に照射して投影画像を取得することにより、撮影時間を短縮することが考えられる。
しかしながら、線源を移動しつつ撮影を行うと、同一の撮影位置において取得すべき、エネルギーが異なる投影画像間において、撮影位置が異なるものとなる。このため、互いにエネルギーが異なる投影画像のそれぞれから互いにエネルギーが異なる断層画像を先に生成し、対応する断層面における互いにエネルギーが異なる断層画像間でサブトラクション処理を行う必要がある。
ここで、断層画像の再構成の処理であるFBP法の処理においては、線源の移動方向に流れ像が発生することを防止するために、投影画像に対してフィルタリングを行った後に逆投影を行っている。しかしながら、投影画像に対してフィルタリングを行うと、元の投影画像には含まれない成分が投影画像に含まれることとなる。その成分は、逆投影を行っても完全に除去することはできず、断層画像にアーチファクトとして現れてしまう。また、このようなアーチファクトはフィルタリング処理により現れるため、サブトラクション処理によっては除去することができない。このため、このようなアーチファクトが含まれる断層画像を用いてサブトラクション処理を行うと、被写体内に本来存在しない不要な成分が、アーチファクトとしてサブトラクション断層画像に現れてしまうおそれがある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、高画質のサブトラクション断層画像を取得できるようにすることを目的とする。
本発明による放射線画像処理装置は、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、放射線源の移動による複数の第1の線源位置において、第1の撮影条件により被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の第1の線源位置のそれぞれに対応する複数の第1の投影画像を取得する第1の画像取得手段と、
放射線源の移動による複数の第2の線源位置において、第2の撮影条件により被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の第2の線源位置のそれぞれに対応する複数の第2の投影画像を取得する第2の画像取得手段と、
複数の第1の投影画像および複数の第2の投影画像を、フィルタリング処理を含む再構成処理におけるフィルタリング処理以外の処理のみを用いて再構成することにより、被写体の複数の断層面のそれぞれにおける複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像を生成する再構成手段と、
対応する断層面における第1の断層画像および第2の断層画像に対してサブトラクション処理を行って、サブトラクション断層画像を生成するサブトラクション手段と、
サブトラクション断層画像に対してフィルタリング処理を行って処理済みサブトラクション断層画像を生成するフィルタリング手段とを備えたことを特徴とするものである。
「放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ」るとは、放射線源のみを移動する場合、検出手段のみを移動する場合、および放射線源と検出手段との双方を移動する場合のいずれをも含む。
「フィルタリング処理を含む再構成処理におけるフィルタリング処理以外の処理のみを用いて再構成する」とは、本来であればフィルタリング処理を行うべき再構成処理において、フィルタリング処理を行うことなく、再構成を行うことを意味する。例えば、上述したFBP法においては、フィルタリング処理を行った後に、投影画像を単純逆投影することにより再構成が行われて、断層画像が生成される。このため、フィルタリング処理を含む再構成処理が、FBP法を用いた再構成処理である場合、フィルタリング処理を行うことなく、逆投影の処理のみにより再構成が行われる。なお、「フィルタリング処理以外の処理」の方法としては、FBP法からフィルタリング処理を除いた単純逆投影法の他、シフト加算法等が挙げられる。
「対応する断層面」とは、第1の断層画像および第2の断層画像において、互いに対応する断層面、すなわち同一の断層面を意味する。
「サブトラクション処理」は、時間サブトラクションであってもよく、エネルギーサブトラクションであってもよい。時間サブトラクションの場合、第1の投影画像を造影剤を用いて撮影を行うことにより取得し、第2の投影画像を造影剤を用いることなく撮影を行うことにより取得すればよい。逆に、第1の投影画像を造影剤を用いることなく撮影を行うことにより取得し、第2のの投影画像を造影剤を用いて撮影を行うことにより取得してもよい。また、造影剤の時間の経過による広がりを見るために、第1の投影画像および第2の投影画像の双方を造影剤を用いて撮影を行うことにより取得してもよい。
なお、本発明による放射線画像処理装置においては、第1および第2の画像取得手段は、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させつつ、第1の撮影条件による被写体への放射線の照射および第2の撮影条件による被写体への放射線の照射を交互に行うことにより撮影された複数の第1の投影画像および複数の第2の投影画像をそれぞれ取得するものであってもよい。
また、本発明による放射線画像処理装置においては、フィルタリング手段は、サブトラクション断層画像における放射線源の移動方向に対して、強調フィルタによりフィルタリング処理を行うものであってもよい。
「強調フィルタ」とは、フィルタリングの対象となる画素について、その周囲の画素の透過を制限して、フィルタリングの対象となる画素を強調するフィルタである。
また、本発明による放射線画像処理装置においては、複数の断層面のそれぞれに対応する処理済みサブトラクション断層画像を合成して、合成サブトラクション断層画像を生成する画像合成手段をさらに備えるものとしてもよい。
また、本発明による放射線画像処理装置においては、第1の撮影条件および第2の撮影条件は、被写体に照射する放射線のエネルギーが異なるものであってもよい。この場合、サブトラクション処理により生成されるサブトラクション断層画像は、エネルギーサブトラクション断層画像となる。
また、本発明による放射線画像処理装置においては、処理済みサブトラクション断層画像を表示手段に表示する表示制御手段をさらに備えるものとしてもよい。
この場合、表示制御手段は、複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像の少なくとも一方を表示手段に表示するものであってもよい。
また、表示制御手段は、処理済みサブトラクション断層画像により特定される異常部位を強調して、複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像の少なくとも一方を表示するものであってもよい。
また、表示制御手段は、処理済みサブトラクション断層画像と、複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像の少なくとも一方とを重畳して表示するものであってもよい。
また、本発明による放射線画像処理装置においては、第1の投影画像および第2の投影画像の少なくとも一方は、造影剤を用いた撮影により取得されてなるものとしてもよい。
本発明による放射線画像処理方法は、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、放射線源の移動による複数の第1の線源位置において、第1の撮影条件により被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の第1の線源位置のそれぞれに対応する複数の第1の投影画像を取得し、
放射線源の移動による複数の第2の線源位置において、第2の撮影条件により被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の第2の線源位置のそれぞれに対応する複数の第2の投影画像を取得し、
複数の第1の投影画像および複数の第2の投影画像を、フィルタリング処理を含む再構成処理におけるフィルタリング処理以外の処理のみを用いて再構成することにより、被写体の複数の断層面のそれぞれにおける複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像を生成し、
対応する断層面における第1の断層画像および第2の断層画像に対してサブトラクション処理を行って、サブトラクション断層画像を生成し、
サブトラクション断層画像に対してフィルタリング処理を行って処理済みサブトラクション断層画像を生成することを特徴とするものである。
なお、本発明による放射線画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本発明によれば、第1の撮影条件による複数の第1の投影画像および第2の撮影条件による複数の第2の投影画像が取得され、これらがフィルタリング処理を含む再構成方法におけるフィルタリング処理以外の処理のみを用いてそれぞれ再構成されて、第1の断層画像および第2の断層画像が取得される。そして、対応する断層面における第1の断層画像および第2の断層画像に対してサブトラクション処理が行われて、サブトラクション断層画像が生成される。
ここで、第1の断層画像および第2の断層画像は、フィルタリング処理以外の処理のみを用いて再構成されているため、サブトラクション断層画像には、フィルタリング処理により生じるおそれがある、被写体内に本来存在しない成分、すなわちアーチファクトは含まれない。その一方で、フィルタリング処理が行われていないため、流れ像を含むものとなっている。
本発明においては、サブトラクション断層画像に対してフィルタリング処理が行われて処理済みサブトラクション断層画像が生成される。これにより、サブトラクション断層画像に含まれる流れ像が低減される。したがって、本発明によれば、アーチファクトおよび流れ像が低減された高画質のサブトラクション断層画像を取得することができる。
本発明の第1の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影装置の概略構成図 放射線画像撮影装置を図1の矢印A方向から見た図 第1の実施形態において、コンピュータに放射線画像処理プログラムをインストールすることにより実現された放射線画像処理装置の概略構成を示す図 投影画像の取得を説明するための図 撮影条件のテーブルを示す図 逆投影法を説明するための図 逆投影法を用いた画素値の算出を説明するための図 逆投影法を用いた画素値の算出を説明するための図 逆投影法を用いた画素値の算出を説明するための図 逆投影法を用いた画素値の算出を説明するための図 逆投影法を用いた画素値の算出を説明するための図 逆投影法を用いた画素値の算出を説明するための図 フィルタ逆投影法を用いた画素値の算出を説明するための図 第2の断層画像において異常部位に対応する部分に色を付与して表示した状態を示す図 第1の実施形態において行われる処理を示すフローチャート 第2の実施形態において、コンピュータに放射線画像処理プログラムをインストールすることにより実現された放射線画像処理装置の概略構成を示す図
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の第1の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影装置の概略構成図、図2は放射線画像撮影装置を図1の矢印A方向から見た図である。放射線画像撮影装置1は、乳房のトモシンセシス撮影を行って断層画像を生成するために、異なる撮影方向となる複数の線源位置から被写体である乳房Mを撮影して、複数の放射線画像、すなわち複数の投影画像を取得するマンモグラフィ撮影装置である。図1に示すように放射線画像撮影装置1は、撮影部10、撮影部10に接続されたコンピュータ2、並びにコンピュータ2に接続された表示部3および入力部4を備えている。なお、本実施形態による放射線画像撮影装置1は、乳房Mに造影剤を注入し、異なる第1および第2の撮影条件によりトモシンセシス撮影を行うものとする。
撮影部10は、不図示の基台に対して回転軸11により連結されたアーム部12を備えている。アーム部12の一方の端部には撮影台13が、その他方の端部には撮影台13と対向するように放射線照射部14が取り付けられている。アーム部12は、放射線照射部14が取り付けられた端部のみを回転することが可能に構成されており、これにより、撮影台13を固定して放射線照射部14のみを回転することが可能となっている。なお、アーム部12の回転は、コンピュータ2により制御される。
撮影台13の内部には、フラットパネルディテクタ等の放射線検出器15が備えられている。また、撮影台13の内部には、放射線検出器15から読み出された電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプ、チャージアンプから出力された電圧信号をサンプリングする相関2重サンプリング回路、および電圧信号をデジタル信号に変換するAD変換部等が設けられた回路基板等も設置されている。なお、放射線検出器15が検出手段に対応する。
放射線検出器15は、放射線画像の記録および読み出しを繰り返して行うことができるものであり、放射線の照射を直接受けて電荷を発生する、いわゆる直接型の放射線検出器を用いてもよいし、放射線を一旦可視光に変換し、その可視光を電荷信号に変換する、いわゆる間接型の放射線検出器を用いるようにしてもよい。また、放射線画像信号の読出方式としては、TFT(thin film transistor)スイッチをオンおよびオフすることによって放射線画像信号が読み出される、いわゆるTFT読出方式のものや、読取光を照射することによって放射線画像信号が読み出される、いわゆる光読出方式のものを用いることが望ましいが、これに限らずその他のものを用いるようにしてもよい。
放射線照射部14の内部には、放射線源であるX線源16が収納されている。X線源16から放射線であるX線を照射するタイミングおよびX線源16におけるX線発生条件、すなわち陽極およびフィルタの材質、管電圧並びに照射時間等の撮影条件は、コンピュータ2により制御される。
また、アーム部12には、撮影台13の上方に配置されて乳房Mを押さえつけて圧迫する圧迫板17、圧迫板17を支持する支持部18、および支持部18を図1、2の上下方向に移動させる移動機構19が設けられている。なお、圧迫板17と撮影台13との間隔、すなわち圧迫厚はコンピュータ2に入力される。
表示部3は、CRTまたは液晶モニタ等の表示装置であり、後述するように取得された投影画像、断層画像およびサブトラクション断層画像の他、操作に必要なメッセージ等を表示する。なお、表示部3は音声を出力するスピーカを内蔵するものであってもよい。
入力部4はキーボード、マウスまたはタッチパネル方式の入力装置からなり、操作者による放射線画像撮影装置1の操作を受け付ける。また、トモシンセシス撮影を行うために必要な、撮影条件等の各種情報の入力および情報の修正の指示も受け付ける。本実施形態においては、操作者が入力部4から入力した情報に従って、放射線画像撮影装置1の各部が動作する。
コンピュータ2には、放射線画像処理プログラムがインストールされている。本実施形態においては、コンピュータは、操作者が直接操作するワークステーションあるいはパソコンでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。放射線画像処理プログラムは、DVD(Digital Versatile Disc)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。もしくは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、あるいはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じてコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
図3はコンピュータ2に放射線画像処理プログラムをインストールすることにより実現された放射線画像処理装置の概略構成を示す図である。図3に示すように、放射線画像処理装置は、標準的なコンピュータの構成として、CPU(Central Processing Unit)21、メモリ22およびストレージ23を備えている。
ストレージ23は、ハードディスクまたはSSD(Solid State Drive)等のストレージデバイスからなり、放射線画像撮影装置1の各部を駆動するためのプログラムおよび放射線画像処理プログラムを含む各種情報が記憶されている。また、トモシンセシス撮影により取得された投影画像、および後述するように生成された断層画像およびサブトラクション断層画像も記憶される。また、ストレージ23には、後述する各種テーブルも記憶される。
メモリ22には、各種処理をCPU21に実行させるために、ストレージ23に記憶されたプログラム等が一時的に記憶される。放射線画像処理プログラムは、CPU21に実行させる処理として、X線源16を放射線検出器15に対して相対的に移動させ、X線源16の移動による複数の第1の線源位置において、第1の撮影条件により乳房MにX線を照射することにより撮影された、複数の第1の線源位置のそれぞれに対応する複数の第1の投影画像を取得する第1の画像取得処理、X線源16の移動による複数の第2の線源位置において、第2の撮影条件により乳房MにX線を照射することにより撮影された、複数の第2の線源位置のそれぞれに対応する複数の第2の投影画像を取得する第2の画像取得処理、複数の第1の投影画像および複数の第2の投影画像を、フィルタリング処理を含む再構成処理におけるフィルタリング処理以外の処理のみを用いて再構成することにより、乳房Mの複数の断層面のそれぞれにおける複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像を生成する再構成処理、対応する断層面における第1の断層画像および第2の断層画像に対してサブトラクション処理を行って、サブトラクション断層画像を生成するサブトラクション処理、サブトラクション断層画像に対してフィルタリング処理を行って処理済みサブトラクション断層画像を生成するフィルタリング処理、並びにサブトラクション断層画像および断層画像を表示部3に表示する表示制御処理を規定している。
そして、CPU21が放射線画像処理プログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータ2は、第1の画像取得部31、第2の画像取得部32、再構成部33、サブトラクション処理部34、フィルタリング処理部35および表示制御部36として機能する。なお、コンピュータ2は、第1の画像取得処理、第2の画像取得処理、再構成処理、サブトラクション処理、フィルタリング処理および表示制御処理をそれぞれ行うプロセッサを備えるものであってもよい。
第1の画像取得部31は、アーム部12を回転軸11の周りに回転させることによりX線源16を移動させ、X線源16の移動による複数の第1の線源位置において、第1の撮影条件により被写体である乳房MにX線を照射し、乳房Mを透過したX線を放射線検出器15により検出して、複数の第1の線源位置における複数の第1の投影画像G1−i(i=1〜n、nは線源位置の数)を取得する。図4は投影画像G1−iの取得を説明するための図である。図4に示すように、X線源16をS1−1、S1−2、・・・、S1−nの各線源位置に移動し、各線源位置においてX線源16を駆動して乳房MにX線を照射し、乳房Mを透過したX線を放射線検出器15により検出することにより、各線源位置S1−1〜S1−nに対応して、投影画像G1−1、G1−2、・・・、G1−nが取得される。取得された複数の第1の投影画像G1−iはストレージ23に保存される。なお、放射線画像処理プログラムとは別個のプログラムにより複数の第1の投影画像G1−iを取得してストレージ23に保存するようにしてもよい。この場合、第1の画像取得部31は、ストレージ23に保存された複数の投影画像G1−iを、再構成処理のためにストレージ23から読み出すものとなる。また、複数の第1の投影画像G1−iを取得するためのトモシンセシス撮影を第1のトモシンセシス撮影と称する。
第2の画像取得部32は、アーム部12を回転軸11の周りに回転させることによりX線源16を移動させ、X線源16の移動による複数の第2の線源位置において、第2の撮影条件により被写体である乳房MにX線を照射し、乳房Mを透過したX線を放射線検出器15により検出して、複数の第2の線源位置における複数の第2の投影画像G2−i(i=1〜n、nは線源位置の数)を取得する。取得された複数の第2の投影画像G2−iはストレージ23に保存される。なお、放射線画像処理プログラムとは別個のプログラムにより複数の第2の投影画像G2−iを取得してストレージ23に保存するようにしてもよい。この場合、第2の画像取得部32は、ストレージ23に保存された複数の投影画像G2−iを、再構成処理のためにストレージ23から読み出すものとなる。また、複数の第2の投影画像G2−iを取得するためのトモシンセシス撮影を第2のトモシンセシス撮影と称する。
ここで、本実施形態においては、X線源16を移動しつつ、第1の撮影条件による乳房MへのX線の照射、および第2の撮影条件による乳房MへのX線の照射を交互に繰り返すことにより、第1および第2のトモシンセシス撮影を行うものとする。これにより、第1および第2の画像取得部31,32によって、投影画像G1−1,G2−1,G1−2,G2−2…のように第1および第2の投影画像G1−i,G2−iが交互に取得される。この場合、対応する第1および第2の投影画像G1−i,G2−iは異なる線源位置において取得されることとなる。なお、同一の第1および第2の線源位置において、第1および第2のトモシンセシス撮影を行うようにしてもよい。この場合、各線源位置においてX線源16を停止させて、第1および第2のトモシンセシス撮影を行えばよい。この場合、対応する第1および第2の投影画像G1−i,G2−iは同一の線源位置において取得されることとなる。
次に、第1および第2の撮影条件について説明する。X線源16は、電子線を出力するフィラメント、電子線が衝突することでX線を発生させるターゲット、およびX線のエネルギスペクトルを調整するフィルタを備える。ターゲットは、複数の異なる陽極物質、例えば、Mo、RhおよびWを有し、これらが選択可能に配置されている。フィルタは、複数の異なる物質、例えば、Mo、Rh、WおよびAlを有し、これらが選択可能に配置されている。
撮影条件は、乳房Mに照射するX線のエネルギスペクトル(線質)を調整して適切な放射線画像を得るための条件であり、例えば、X線源16を構成するターゲットの種類、フィルタの種類、およびフィラメントとターゲットとの間に印加される管電圧からなるX線発生条件、並びにグリッド20の有無を表すグリッド条件を含む。なお、撮影条件として、mAs値(管電流×放射線照射時間)を含んでいてもよい。
本実施形態においては、第1および第2のトモシンセシス撮影のための第1および第2の撮影条件のテーブルがストレージ23に記憶されている。図5は撮影条件のテーブルを示す図である。図5に示すように撮影条件のテーブルLUT1は、複数の乳房厚さに対応する第1および第2のトモシンセシス撮影用の撮影条件を規定したものである。具体的には、ターゲットおよびフィルタの種類を示すT/F、並びに管電圧が設定されている。テーブルLUT1を参照することにより、例えば、乳房の厚さが45mmの場合、第1のトモシンセシス撮影時には、T/FはW/Rh(ターゲットがW、フィルタがRh)、管電圧は29kVが第1の撮影条件として設定される。また、第2のトモシンセシス撮影時には、T/FはW/Al(ターゲットがW、フィルタがAl)、管電圧は高圧の32kVが第2の撮影条件として設定される。なお、管電圧は、第2のトモシンセシス撮影の方が高いため、第2のトモシンセシス撮影時には乳房Mには第1のトモシンセシス撮影時よりも高エネルギーのX線が照射される。以降、第1のトモシンセシス撮影は低エネルギーのX線により行われ、第2のトモシンセシス撮影は高エネルギーのX線により行われるものとして説明する。設定された第1および第2の撮影条件は、ストレージ23に記憶される。
再構成部33は、フィルタリング処理を含む再構成処理におけるフィルタリング処理以外の処理のみを用いて第1および第2の投影画像G1−i,G2−iを再構成することにより、乳房Mの所望とする断層面を強調した第1および第2の断層画像を生成する。なお、第1および第2の投影画像G1−i,G2−iに対する再構成処理は同一であるため、ここでは第1の投影画像G1−iに対する再構成処理についてのみ説明する。
再構成部33は、単純逆投影法等の周知の逆投影法等を用いて、第1の投影画像G1−iを再構成して、複数の断層面Tjのそれぞれにおける第1の断層画像TG1−jを生成する。図6は逆投影法を説明するための図である。なお、ここでは4つの第1の投影画像G1−1,G1−2,G1−3,G1−4を用いた逆投影について説明する。また、図6においては紙面横方向にx軸を、紙面垂直方向にy軸を、紙面縦方向にz軸をそれぞれ設定するものとする。図6に示すように、乳房Mにおけるある断層面Tj上の座標位置P0(x0,y0)に、投影画像G1−1,G1−2,G1−3,G1−4における対応する座標位置の画素値を逆投影することにより、断層面z0の座標位置P0(x0,y0)における断層画像の画素値を算出して、第1の断層画像TG1−jが再構成される。
図7は逆投影法を用いた断層面における画素値の算出を説明するための図である。なお、ここでは説明を簡単なものとするために、乳房Mにおける算出の対象となる座標位置(以下、対象座標位置とする)を中心とした、xz平面上の3×3の範囲(以下、対象範囲とする)における逆投影について説明する。説明のため、対象範囲を画像で表した場合、図7のC0に示すように、乳房Mの対象座標位置は画素値1000を有し、xz平面におけるその周囲の8つの座標位置の画素値は0であるものとする。この場合、投影画像G1−1,G1−2,G1−3,G1−4における対象座標位置を中心としたx方向の3つの座標位置は、図7のC1に示すように(0,1000,0)の画素値を有するものとなる。また、投影画像G1−1,G1−2,G1−3,G1−4については、それぞれ乳房Mに対して右、右斜め下、下および左斜め下から対象となる座標位置に画素値を逆投影するものとする。
まず、逆投影の前は対象座標位置の画素値は未知である。そこに右側から投影画像G1−1を逆投影すると、対象範囲の上段および下段は0となり、中段の左端、中央および右端のいずれかが1000になるため、仮にその部位に1000の画素値を置く。この状態を図8に示す。次いで、斜め右下から同様に投影画像G1−2を逆投影すると、左斜め下、中央、および右斜め上のいずれかが1000の画素値なので、図8に示す画素値にこの画素値が加えられ、図9に示すものとなる。さらに、真下から投影画像G1−3を逆投影すると図10に示すものとなり、左斜め下から投影画像G1−4を逆投影すると図11に示すものとなる。このように4つの投影画像G1−1,G1−2,G1−3,G1−4を用いて逆投影を行った場合、対象範囲の各座標位置の画素値を4で除算する。これにより、図12に示すように、対象座標位置の画素値は1000となり、その周囲の座標位置の画素値は全て250の値となる。このため、単純逆投影法を用いた場合、断層画像において、対象座標位置の周囲に流れ像がボケとして含まれることとなる。
流れ像を低減するために、従来のFBP法では、投影画像に対して対象座標位置に対応する値を強調するためのフィルタリング処理を行った後に逆投影している。例えば、投影画像における対象座標位置を含む3つの座標位置の値(0,1000,0)を(−333,1000,−333)に強調する1次元の強調フィルタを用いて、投影画像G1−1,G1−2,G1−3,G1−4を、X線源16の移動方向に対してフィルタリングした後に逆投影する。これにより、対象範囲の画素値は図13に示すように、本来あるべき値に近い値となるように対象座標位置の値を算出することができる。
しかしながら、投影画像をフィルタリングすると、元の投影画像には含まれない成分が投影画像に含まれることとなる。その成分は、逆投影を行っても完全に除去することはできず、断層画像にアーチファクトとして残ってしまう。例えば、上述したように(−333,1000,−333)に強調するフィルタを用いて投影画像G1−1,G1−2,G1−3,G1−4をフィルタリングした後に逆投影した場合、対象座標位置の周囲の座標位置は、本来乳房Mには存在しない1/4の画素値を有するものとなる。このような画素値はアーチファクトとして断層画像に現れる。また、このようなアーチファクトはフィルタリング処理により現れるものであるため、サブトラクション処理によっては除去することができない。このため、このようなアーチファクトが含まれる断層画像を用いてサブトラクション処理を行うと、被写体内に本来存在しない不要な構造がサブトラクション断層画像に現れてしまうおそれがある。
本実施形態における再構成部33は、フィルタリング処理を行わず、単純逆投影法により第1および第2の断層画像TG1−j,TG2−jを生成するものである。なお、単純逆投影法に代えて、シフト加算法を用いてもよい。
サブトラクション処理部34は、対応する断層面Tjにおける第1および第2の断層画像TG1−j,TG2−jの相対応する画素間において重み付け差分値を算出することにより、乳房Mにおける異常部位が強調されたサブトラクション断層画像TGsubjを生成する。本実施形態においては、乳房Mに造影剤を注入することにより第1および第2のトモシンセシス撮影が行われている。また、第1の断層画像TG1−jは低エネルギーのX線により取得され、第2の断層画像TG2−jは高エネルギーのX線により取得されている。このため、第1の断層画像TG1−jと第2の断層画像TG2−jとの相対応する画素間において、適切に重み付けしてその差分値を演算することにより、乳房Mにおける正常な血管部分が除去され、乳癌に起因する新生血管の部分、すなわち異常部位が抽出されたサブトラクション断層画像TGsubjを生成することができる。この際、第1の断層画像TG1−jおよび第2の断層画像TG2−jに含まれる構造物のエッジ等の特徴点を用いて、第1の断層画像TG1−jと第2の断層画像TG2−jとの位置合わせを行うことにより、重み付け差分値の算出を容易に行うことができる。
フィルタリング処理部35は、サブトラクション断層画像TGsubjに対してフィルタリング処理を行う。具体的には、FBP法で使用する対象座標位置の画素値をその周囲の画素値よりも強調する1次元の強調フィルタにより、サブトラクション断層画像TGsubjにおけるX線源16の移動方向に対してフィルタリング処理を行い、処理済みサブトラクション断層画像TG0subjを取得する。これにより、サブトラクション断層画像TGsubjにおける対象座標位置の周囲の座標位置の画素値を低減することができるため、処理済みサブトラクション断層画像TG0subjに含まれる流れ像を低減することができる。
表示制御部36は、処理済みサブトラクション断層画像TG0subjおよび第2の断層画像TG2−jを表示部3に表示する。なお、本実施形態においては、高エネルギーのX線の撮影により取得した第2の投影画像G2−iを用いて生成された第2の断層画像TG2−jを表示するものとするが、低エネルギーのX線の撮影により取得した第1の断層画像TG1−jを表示してもよい。この際、表示された1つの断層画像TGjにおいて、対応する断面の処理済みサブトラクション断層画像TG0subjにおける異常部位に対応する部位を強調してもよい。例えば図14に示すように第2の断層画像TGj−2において、異常部位に対応する部分に色を付与してもよい。図14においては色を付与することを斜線を付与することにより示している。また、第2の断層画像TG2−jにおける異常部位に対応する部分を枠で囲んだり、矢印を付与したりして、異常部位に対応する部分を強調してもよい。また、対応する断面における第1または第2の断層画像TG1−j,TG2−jと処理済みサブトラクション断層画像TG0subjとを互いに位置合わせした上で、重畳して表示してもよい。また、処理済みサブトラクション断層画像TG0subjのみを表示してもよい。
次いで、第1の実施形態において行われる処理について説明する。図15は第1の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。操作者による処理開始の指示を入力部4が受け付けると、第1の撮影条件によりトモシンセシス撮影が行われて、第1の画像取得部31が複数の第1の投影画像G1−iを取得する(ステップST1)。次いで、第2の撮影条件によりトモシンセシス撮影が行われて、第2の画像取得部32が複数の第2の投影画像G2−iを取得する(ステップST2)。なお、第2の撮影条件によるトモシンセシス撮影を先に行って複数の第2の投影画像G2−iを先に取得してもよい。
そして、再構成部33が、フィルタリング処理を含む再構成処理におけるフィルタリング処理以外の処理のみを用いて、第1の投影画像G1−iおよび第2の投影画像G2−iをそれぞれ再構成して、第1の断層画像TG1−jおよび第2の断層画像TG2−jを取得する(フィルタリング処理を含まない再構成;ステップST3)。続いて、サブトラクション処理部34が、第1の断層画像TG1−jおよび第2の断層画像TG2−jに対してサブトラクション処理を行ってサブトラクション断層画像TGsubを生成する(ステップST4)。さらに、フィルタリング処理部35が、サブトラクション断層画像TGsubjに対してフィルタリング処理を行って処理済みサブトラクション断層画像TG0subjを生成する(ステップST5)。そして、表示制御部36が処理済みサブトラクション断層画像TG0subjにより特定される乳房Mの異常部位を強調して第2の断層画像TG2−jを表示部3に表示し(ステップST6)、処理を終了する。
このように、第1の実施形態においては、複数の第1の投影画像G1−iおよび第2の複数の第2の投影画像G2−iを、フィルタリング処理を含む再構成方法におけるフィルタリング処理以外の処理のみを用いてそれぞれ再構成することにより、第1の断層画像TG1−jおよび第2の断層画像TG2−jを取得し、第1の断層画像TG1−jおよび第2の断層画像TG2−jに対してサブトラクション処理を行って、サブトラクション断層画像TGsubjを取得するようにしたものである。
ここで、第1の断層画像TG1−jおよび第2の断層画像TG2−jは、フィルタリング処理以外の処理、具体的には逆投影の処理のみを用いて再構成されているため、サブトラクション断層画像TGsubjには、フィルタリング処理により生じるおそれがある、被写体である乳房M内に本来存在しない成分、すなわちアーチファクトは含まれないものとなっている。その一方で、フィルタリング処理が行われていないため、流れ像を含むものとなっている。
本実施形態においては、サブトラクション断層画像TGsubjに対してフィルタリング処理を行って、処理済みサブトラクション断層画像TG0subjが生成される。これにより、サブトラクション断層画像TGsubjに含まれる流れ像が低減される。したがって、本実施形態によれば、アーチファクトおよび流れ像が低減された高画質の処理済みサブトラクション断層画像TG0subjを取得することができる。
次いで、本発明の第2の実施形態について説明する。図16は第2の実施形態による断層画像生成装置の概略構成を示す図である。なお、図16において図3と同一の構成については同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。第2の実施形態による断層画像生成装置は、処理済みサブトラクション断層画像TG0subを合成して合成サブトラクション断層画像を生成する画像合成部37を備えた点が第1の実施形態と異なる。
画像合成部37は、複数の断層面Tjのそれぞれにおいて生成した複数の処理済みサブトラクション断層画像TG0subjを、対応する画素位置同士で加算することにより、合成断層画像を生成する。このようにして生成された合成断層画像は、通常のX線撮影により取得したサブトラクション画像と同一の、乳房Mの透過画像を擬似的に表すものとなる。
なお、画像合成部37においては、複数の第1の断層画像TG1−j、複数の第2の断層画像TG2−j、複数の第1の投影画像G1−iまたは複数の第2の投影画像G2−iを、対応する画素位置同士で加算することにより、合成された第1の断層画像、合成された第2の断層画像、合成された第1の投影画像または合成された第2の投影画像を生成してもよい。
また、画像合成部37においては、複数の処理済みサブトラクション断層画像、複数の第1および第2の断層画像、または複数の投影画像を加算することに代えて、これらの画像における対応する画素位置の最大値を取り出すMIP法により得られる最大値投影画像を合成画像として生成してもよい。また、これらの画像の最小値を取り出すminIP法により得られる最小値投影画像を合成画像として生成してもよい。
なお、上記各実施形態においては、乳房Mに造影剤を注入することにより第1および第2のトモシンセシス撮影を行っているが、造影剤を注入した乳房Mに対して、第1および第2のトモシンセシス撮影のいずれか一方のみを行うようにしてもよい。例えば、造影剤を注入する前の乳房Mに第1のトモシンセシス撮影を行い、造影剤を注入した後の乳房Mに第2のトモシンセシス撮影を行ってもよい。この場合、処理済みサブトラクション断層画像TG0subjはエネルギーサブトラクション画像ではなく、時間サブトラクション画像となる。また、造影剤を注入した乳房Mに第1および第2のトモシンセシス撮影行った場合、第1のトモシンセシス撮影と第2のトモシンセシス撮影とで時間差があるため、取得した処理済みサブトラクション断層画像TG0subjにより、造影剤の広がり方を観察することが可能である。
また、上記各実施形態においては、被写体を乳房Mとしているが、これに限定されるものではなく、人体の胸部、または腹部等、任意の部位を被写体としてもよいことはもちろんである。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
放射線源を検出手段に対して相対的に移動させつつ、第1の撮影条件による被写体への放射線の照射および第2の撮影条件による被写体への放射線の照射を交互に行うことにより撮影された複数の第1の投影画像および複数の第2の投影画像をそれぞれ取得することにより、複数の第1の投影画像および複数の第2の投影画像の取得のための撮影を迅速に行うことができる。
サブトラクション断層画像における放射線源の移動方向に対して、強調フィルタによりフィルタリング処理を行うことにより、サブトラクション断層画像に含まれる流れ像を確実に低減することができる。
複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像の少なくとも一方を表示するに際し、処理済みサブトラクション断層画像により特定される異常部位を強調することにより、第1および第2の断層画像における異常部位を正確に認識することができる。
複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像の少なくとも一方を表示するに際し、処理済みサブトラクション断層画像と複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像の少なくとも一方とを重畳することにより、第1および第2の断層画像における異常部位を正確に認識することができる。
1 放射線画像撮影装置
2 コンピュータ
3 表示部
4 入力部
10 撮影部
15 放射線検出器
16 X線源
17 圧迫板
21 CPU
22 メモリ
23 ストレージ
31 第1の画像取得部
32 第2の画像取得部
33 再構成部
34 サブトラクション処理部
35 フィルタリング処理部
36 表示制御部
37 画像合成部

Claims (11)

  1. 放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の第1の線源位置において、第1の撮影条件により被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の第1の線源位置のそれぞれに対応する複数の第1の投影画像を取得する第1の画像取得手段と、
    前記放射線源の移動による複数の第2の線源位置において、第2の撮影条件により前記被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の第2の線源位置のそれぞれに対応する複数の第2の投影画像を取得する第2の画像取得手段と、
    前記複数の第1の投影画像および前記複数の第2の投影画像を、逆投影法またはシフト加算法を用いて再構成することにより、前記被写体の複数の断層面のそれぞれにおける複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像を生成する再構成手段と、
    対応する前記断層面における前記第1の断層画像および前記第2の断層画像に対してサブトラクション処理を行って、サブトラクション断層画像を生成するサブトラクション手段と、
    前記サブトラクション断層画像における前記放射線源の移動方向に対して、強調フィルタによるフィルタリング処理を行って処理済みサブトラクション断層画像を生成するフィルタリング手段とを備えたことを特徴とする放射線画像処理装置。
  2. 前記第1および第2の画像取得手段は、前記放射線源を前記検出手段に対して相対的に移動させつつ、前記第1の撮影条件による前記被写体への前記放射線の照射および前記第2の撮影条件による前記被写体への前記放射線の照射を交互に行うことにより撮影された前記複数の第1の投影画像および前記複数の第2の投影画像をそれぞれ取得する請求項1記載の放射線画像処理装置。
  3. 前記複数の断層面のそれぞれに対応する前記処理済みサブトラクション断層画像を合成して、合成サブトラクション断層画像を生成する画像合成手段をさらに備えた請求項1または2記載の放射線画像処理装置。
  4. 前記第1の撮影条件および前記第2の撮影条件は、前記被写体に照射する前記放射線のエネルギーが異なる請求項1からのいずれか1項記載の放射線画像処理装置。
  5. 前記処理済みサブトラクション断層画像を表示手段に表示する表示制御手段をさらに備えた請求項1からのいずれか1項記載の放射線画像処理装置。
  6. 前記表示制御手段は、前記複数の第1の断層画像および前記複数の第2の断層画像の少なくとも一方を前記表示手段に表示する請求項記載の放射線画像処理装置。
  7. 前記表示制御手段は、前記処理済みサブトラクション断層画像により特定される異常部位を強調して、前記複数の第1の断層画像および前記複数の第2の断層画像の少なくとも一方を表示する請求項記載の放射線画像処理装置。
  8. 前記表示制御手段は、前記処理済みサブトラクション断層画像と、前記複数の第1の断層画像および前記複数の第2の断層画像の少なくとも一方とを重畳して表示する請求項または記載の放射線画像処理装置。
  9. 前記第1の投影画像および前記第2の投影画像の少なくとも一方は、造影剤を用いた撮影により取得されてなる請求項1からのいずれか1項記載の放射線画像処理装置。
  10. 放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の第1の線源位置において、第1の撮影条件により被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の第1の線源位置のそれぞれに対応する複数の第1の投影画像を取得し、
    前記放射線源の移動による複数の第2の線源位置において、第2の撮影条件により前記被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の第2の線源位置のそれぞれに対応する複数の第2の投影画像を取得し、
    前記複数の第1の投影画像および前記複数の第2の投影画像を、逆投影法またはシフト加算法を用いて再構成することにより、前記被写体の複数の断層面のそれぞれにおける複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像を生成し、
    対応する前記断層面における前記第1の断層画像および前記第2の断層画像に対してサブトラクション処理を行って、サブトラクション断層画像を生成し、
    前記サブトラクション断層画像における前記放射線源の移動方向に対して、強調フィルタによるフィルタリング処理を行って処理済みサブトラクション断層画像を生成することを特徴とする放射線画像処理方法。
  11. 放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の第1の線源位置において、第1の撮影条件により被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の第1の線源位置のそれぞれに対応する複数の第1の投影画像を取得する手順と、
    前記放射線源の移動による複数の第2の線源位置において、第2の撮影条件により前記被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の第2の線源位置のそれぞれに対応する複数の第2の投影画像を取得する手順と、
    前記複数の第1の投影画像および前記複数の第2の投影画像を、逆投影法またはシフト加算法を用いて再構成することにより、前記被写体の複数の断層面のそれぞれにおける複数の第1の断層画像および複数の第2の断層画像を生成する手順と、
    対応する前記断層面における前記第1の断層画像および前記第2の断層画像に対してサブトラクション処理を行って、サブトラクション断層画像を生成する手順と、
    前記サブトラクション断層画像における前記放射線源の移動方向に対して、強調フィルタによるフィルタリング処理を行って処理済みサブトラクション断層画像を生成する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする放射線画像処理プログラム。
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