JP2009011638A - 透過像撮影システム、および透過像撮影方法 - Google Patents

透過像撮影システム、および透過像撮影方法 Download PDF

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Abstract

【課題】撮影時における放射線発生部の位置や角度を正確に把握可能な技術を提案する。
【解決手段】検出部１０８に対する発生放射部１０１の相対的な位置関係および角度関係を変更させつつ、発生放射部１０１から放射され、所定部材（例えば、絞り）を介して検体を透過する放射線を検出部１０８で複数回検出することで複数の透過像を得る際に、発生放射部１０１から検出部１０８の検出面１０８ｓ上に対して放射線が照射される照射領域の外縁形状を認識するとともに、その照射領域の外縁形状と、所定部材の内縁形状とに基づき、検出部１０８に対する発生放射部１０１の相対的な位置関係および角度関係を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過像の撮影技術に関する。
医療現場では、Ｘ線などを用いて人体の透過像を撮影し、その透過像を読影することで診断が行われている。
このＸ線を用いた撮影により、検体に対して異なる方向からＸ線を照射して得られる複数の画像データを合成（再構成）することで、検体の断層面を任意の深さで観察することが可能ないわゆるトモシンセシス用のＸ線診断装置が提案されている。
この断層面の画像を生成するために複数の投影像を取得する際には、放射線を発生する部分（例えばＸ線管）などといった走査系の位置や角度が設定からずれ易く、このずれにより再構成された断層面の画像に歪みなどといったいわゆるアーチファクトが発生してしまう。このため、投影像を撮影する際における放射線を発生する部分（放射線発生部）の位置や角度を正しく把握することが非常に重要である。
このような問題に対して、２個の微小球からなる校正用チャートを配置して、撮影を行い、投影像における校正用チャートの位置に基づき、走査系の校正を行うことで、放射線発生部の位置や角度をより正確に把握して、より正確な再構成を実施する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００３−６１９４４号
しかしながら、特許文献１で提案されている技術では、撮影前に予め校正用チャートを用いて校正を行うため、撮影時に異なるずれが走査系に生じた場合には、撮影時における放射線発生部の位置や角度を正確に把握することができず、正確な再構成が困難になる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、撮影時における放射線発生部の位置や角度を正確に把握可能な技術を提案することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、透過像撮影システムであって、放射線を発生させる発生部と、前記放射線の放射経路を、内縁形状で規定する所定部材と、前記発生部から放射され、前記所定部材を介して検体を透過する放射線を検出する検出部と、前記検出部に対する前記発生部の相対的な位置関係および角度関係を変更させつつ、前記検出部によって、放射線を複数回検出することで、前記検体に係る複数の透過像を取得する取得手段と、前記発生部から前記検出部の検出面上に対して放射線が照射される照射領域の外縁形状と、前記所定部材の内縁形状とに基づき、前記相対的な位置関係および角度関係を求める演算手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の透過像撮影システムであって、前記所定部材が、前記発生部に対して設けられた絞りを含むことを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の透過像撮影システムであって、前記照射領域の外縁形状、および前記所定部材の内縁形状が、それぞれ４以上の頂点を有する形状であることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の透過像撮影システムであって、前記所定部材の内縁形状が、長方形を含み、前記照射領域の外縁形状が、台形を含むことを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の透過像撮影システムであって、各前記透過像から各前記照射領域の外縁形状を認識する認識手段、を備えることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の透過像撮影システムであって、前記発生部近傍に設けられた光源から発生された光線を、前記所定部材を介させ、前記放射経路と略同一の光路を経させて、前記検出面に照射する光線照射手段と、前記光線が照射された前記検出面を撮影して撮影画像を得る撮影手段と、前記撮影画像から前記照射領域の外縁形状を認識する認識手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の透過像撮影システムであって、各前記透過像に対応する、前記演算手段によって求められた各前記相対的な位置関係および角度関係を用いて、前記複数の透過像に基づき断層面画像を生成する生成手段を更に備えることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、検出部に対する発生部の相対的な位置関係および角度関係を変更させつつ、前記発生部から放射され、所定部材を介して検体を透過する放射線を前記検出部で複数回検出することで複数の透過像を得る透過像撮影方法であって、(a)前記発生部から前記検出部の検出面上に対して放射線が照射される照射領域の外縁形状を認識する形状認識ステップと、(b)前記照射領域の外縁形状と、前記所定部材の内縁形状とに基づき、前記相対的な位置関係および角度関係を求める演算ステップとを備えることを特徴とする。
請求項１から請求項７に記載のいずれの発明によっても、検出面上において放射線が照射される照射領域の外縁形状と、放射線の放射経路を規定する所定部材の内縁形状とに基づき、検出部に対する発生部の相対的な位置関係および角度関係が求められるため、撮影時における放射線発生部の位置や角度が正確に把握される。
また、請求項２に記載の発明によれば、放射線の放射経路を規定する特別な構成が付加されることなく、撮影時における放射線発生部の位置や角度が正確に把握される。
また、請求項５に記載の発明によれば、検出面上において放射線が照射される照射領域の外縁形状が透過像から認識されるため、特別な構成を付加しなくても、照射領域の外縁形状が認識される。
また、請求項７に記載の発明によれば、正確に把握された撮影時における発生部の位置や角度に係る情報を用いて、複数の透過像に基づき断層面画像が生成されるため、高品質の断層面画像が得られる。
また、請求項８に記載の発明によれば、請求項１と同様な効果が得られる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
＜撮影システムの概略構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮影システム１の概略構成を示す図である。この撮影システム１では、放射線（典型的には、Ｘ線）を用いて、検体１２０を透過する放射線の分布を検出し、画素値の分布（透過像）を得て、この透過像を用いた各種情報処理が可能となっている。つまり、撮影システム１は、透過像を撮影するシステム（透過像撮影システム）として機能する。
撮影システム１は、撮影装置１００と撮影制御処理装置２００とを備えて構成されている。なお、ここでは、撮影対象である検体１２０が、検査を受ける者（被検査者）の身体であるものとし、図中の楕円はこの被検査者の身体を模式的に示している。
撮影装置１００は、主に発生放射部１０１、ガイド部１０２、載置部１０４、連結部１０５、および検出部１０８を備えている。
発生放射部１０１は、電磁波の一種である放射線を発生させて放射する。ここでは、発生放射部１０１が、Ｘ線を発生させて放射するものとする。なお、図１および図１以降の図では、放射線が放射される経路の外縁に一点鎖線が付されている。
図２は、発生放射部１０１の構成を説明するための図である。なお、図２および図２以降の図では、方位関係を明確化するために、相互に直交するＸＹＺの３軸が適宜付されている。
図２(ａ)は、発生放射部１０１の構成を模式的に示した断面図であり、発生放射部１０１は、例えばＸ線管などによって構成され、発生部１０１ａと絞り部１０１ｃとを有する。なお、図２(ａ)では、放射線が通過する領域に砂地ハッチングが付されている。
発生部１０１ａは、放射線を発生させる部分であり、絞り部１０１ｃは、発生部１０１ａに対して設けられ、発生部１０１ａから検体１２０に向けて放射される放射線の経路（放射経路）、すなわち放射経路の形状を規定する所定の部材として機能する。そして、発生部１０１ａおよび絞り部１０１ｃの配置により、発生放射部１０１は、放射線の焦点（例えば、Ｘ線管の焦点）Ｆｐを形成する。
図２(ｂ)で示すように、絞り部１０１ｃ（図中斜線ハッチングが付された部分）は、例えば、一辺の長さが所定値である正方形の開口部１０１ｈ、すなわち内縁の形状（以下「内縁形状」とも称する）を有する。また、焦点Ｆｐから開口部１０１ｈまでの距離、すなわち焦点Ｆｐから開口部１０１ｈの中心点までの距離が所定距離となるように設定されている。
そして、この開口部１０１ｈの形状により、放射線の放射経路の外縁が正方形となり、更に、発生部１０１ａからの離隔距離に比例して、放射経路の外縁形状である正方形のサイズが大きくなるように構成されている。
図１に戻って説明を続ける。
ガイド部１０２は、略弧状に延設され、発生放射部１０１の位置および姿勢を変更可能とする。具体的には、発生放射部１０１は、ガイド部１０２に対して延設方向に沿って移動自在に結合されており、撮影制御処理装置２００からの制御に応じて、ガイド部１０２上を延設方向に沿って移動する。
載置部１０４は、検体１２０が静置される部分である。この載置部１０４は、連結部１０５によってガイド部１０２に接続された発生放射部１０１に対して予め定められた相対的配置条件を満足するように配置されており、発生放射部１０１から照射されるＸ線の照射範囲内で検体１２０が載置される。より詳細には、載置部１０４は、連結部１０５によって、ガイド部１０２が規定する円弧の焦点が位置する側で予め定められた位置に固定されている。
なお、載置部１０４は、Ｘ線の吸収が少ないことによってＸ線を実質的に透過する材質で形成されており、Ｘ線に対する減弱係数（吸収係数）は既知である。そして、この載置部１０４上に検体１２０が静置された状態で、発生放射部１０１がガイド部１０２に沿って適宜移動されつつ、Ｘ線が放射されることで、検体１２０に対して所望の方向からＸ線が照射される。
検出部１０８は、発生放射部１０１から照射され、載置部１０４に載置された検体１２０および載置部１０４を透過した放射線（ここではＸ線）を検出する。この検出部１０８では、例えば、検体１２０を透過したＸ線、および検体１２０の周辺の空間を通過したＸ線の双方を検出する。
また、検出部１０８のうち、発生放射部１０１側の面、すなわちＸ線を検出する面（検出面）１０８ｓは、例えば、矩形状の外形を有し、Ｘ線を検出する多数のセンサが２次元的（例えば格子状）に配列された略平面状の面を形成している。よって、検出部１０８により、発生放射部１０１から放射された放射線のうち、検体１２０と載置部１０４とを透過した放射線が検出され、放射線の検出値の分布（ここでは、格子状の２次元分布）が得られる。
ここで、発生放射部１０１、ガイド部１０２、載置部１０４、および検出部１０８は以下のような位置関係を満足している。すなわち、ガイド部１０２上のいずれの位置に発生放射部１０１が移動しても、発生放射部１０１から照射されるＸ線の照射範囲は載置部１０４を広範囲にわたってカバーしており、かつガイド部１０２上のいずれの位置から照射されるＸ線であっても検出部１０８によって検出される。
なお、図１においては、ガイド部１０２が略弧状に形成され、発生放射部１０１が、該弧の中心点へ向かう方向にＸ線を放射しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ガイド部１０２が略直線状に延設され、ガイド部１０２上のいずれの位置に発生放射部１０１が移動しても、ガイド部１０２の延設方向に対して略垂直方向にＸ線を放射するようにしても良い。いずれの場合も、検体１２０の所定の側（図１では上側）に対して複数の方向から放射線が順次に照射されて放射線の検出値の分布（以下「放射線検出値分布」とも称する）が得られる。
一方、撮影制御処理装置２００は、一般的なパーソナルコンピュータ（パソコン）と同様な構成を有し、主に、制御部２１０、表示部２２０、操作部２３０、および記憶部２４０を備えている。
制御部２１０は、ＣＰＵ２１０ａ、ＲＡＭ２１０ｂ、およびＲＯＭ２１０ｃを有し、撮影システム１の動作を統括制御する。この制御部２１０は、記憶部２４０に格納されるプログラムＰＧを読み込んで実行することで、各種機能や動作を実現する。
表示部２２０は、例えば、液晶ディスプレイなどを備えて構成され、制御部２１０の制御下で、各種画像が可視的に出力される。例えば、撮影装置１００による撮影で得られた透過像などが可視的に出力される。
より詳細には、平面的な画像（平面画像）や特定の方向から見た立体的な画像（立体画像）が可視的に出力される。具体的には、ＲＡＭ２１０ｂなどに記憶された透過像のデータ（透過像データ）によって表現される平面画像の他、画像生成部２１６（後述）によって生成された立体画像データによって表現される立体画像、およびその他の各種画像情報や数値情報や文字情報が表示される。なお、以下、特定の方向から見た立体画像を２次元画像として表示することを「立体画像の表示」と称する。
操作部２３０は、キーボードやマウスなどを備えて構成され、ユーザによる各種入力を受け付けて、制御部２１０に入力に応じた信号を送出する。
記憶部２４０は、ハードディスクなどを備えて構成され、例えば、撮影システム１の各種動作を制御するためのプログラムＰＧや各種データなどを格納する。
＜制御部における機能構成＞
図３は、制御部２１０でプログラムＰＧが実行されることで実現される機能構成を例示する図である。
図３で示すように、制御部２１０は、撮影制御部２１１、検出値取得部２１２、値変換部２１３、照射領域認識部２１４、位置・角度演算部２１５、および画像生成部２１６を機能として備える。
撮影制御部２１１は、撮影装置１００の動作を制御する。例えば、撮影制御部２１１は、発生放射部１０１のガイド部１０２上での位置を制御することで、発生放射部１０１およびガイド部１０２に対する載置部１０４、すなわち検体１２０の位置関係を制御し、これによって発生放射部１０１と載置部１０４との空間的な関係が相対的に変化する。このとき、発生放射部１０１と検出部１０８との距離、および発生放射部１０１と検出部１０８との角度関係とが適宜変更される。
なお、ここで言う「角度関係」は、発生放射部１０１から放射される放射線の中心線、すなわち放射線の進行方向と、検出部１０８のうち多数のセンサが配列された面（検出面）１０８ｓとの成す角度の関係を含む意味で使用されている。
検出値取得部２１２は、検出部１０８で検出された放射線の検出値の分布を受け付けて取得する。ここでは、検出面１０８ｓに２次元的に配置されるセンサで検出された検出値の分布、すなわち２次元的な検出値の分布（検出値の２次元分布）が取得される。なお、検出値取得部２１２で取得された検出値の分布は、ＲＡＭ２１０ｂまたは記憶部２４０に一時的に記憶される。
値変換部２１３は、検出値取得部２１２で取得された検出値の分布を、可視的な画像に対応する画素値の分布（以下「画素値分布」とも称する）、すなわち画像データに変換する。例えば、相対的に大きなＸ線の検出値が、低輝度（低い階調）の画素値に変換され、相対的に小さなＸ線の検出値が、高輝度（高い階調）の画素値に変換される。ここで得られた画像データ（透過像データ、「透過像」とも略称する）は、画素値の２次元的な分布（画素値の２次元分布）であり、ＲＡＭ２１０ｂまたは記憶部２４０に一時的に記憶される。
ここでは、撮影制御部２１１によって、検出部１０８に対する発生放射部１０１の相対的な位置関係および角度関係を変更させつつ、検出部１０８によって、放射線を複数回検出することにより、値変換部２１３によって、検体１２０に係る複数の透過像が取得される。
照射領域認識部２１４は、発生放射部１０１から検出面１０８ｓ上に対して放射線が照射される領域（以下「照射領域」「照射野」とも称する）の形状、具体的には、照射領域の外縁の形状（以下「外縁形状」とも称する）を認識する。この照射領域の外縁形状の認識方法については後述する。
位置・角度演算部２１５は、照射領域認識部２１５によって認識された照射領域の外縁形状と、絞り部１０１ｃの内縁形状とに基づき、発生放射部１０１と検出部１０８との相対的な位置関係および角度関係を演算によって求める。この相対的な位置関係および角度関係を求める演算方法については後述する。
画像生成部２１６は、値変換部２１３で得られた透過像を用いて、各種画像（例えば、断層面の画像）を生成する。
例えば、ガイド部１０２に沿って発生放射部１０１の位置を異ならせて、複数の画素値の分布、すなわち複数の透過像が得られた場合、画像生成部２１６は、複数の透過像と、各透過像に係る放射線を検出したときの検出部１０８に対する発生放射部１０１の相対的な位置関係および角度関係とに基づいて、検体１２０の断層面を示す画像（断層面画像）のデータを生成する。また、画像生成部２１６は、この断層面画像のデータに基づいて、３次元的な構造を有する検体１２０の立体的な画像（立体画像）のデータを生成する。
具体的には、例えば、画像生成部２１６は、一時的にデータを保持するＲＡＭ２１０ｂと連携して、透過像のデータを適宜ＲＡＭ２１０ｂに一時的に記憶させながら断層面画像のデータを生成する。さらに、この断層面画像のデータを適宜ＲＡＭ２１０ｂに一時的に記憶させながら立体画像（立体画像）のデータを生成する。なお、断層面画像のデータの生成方法については後述する。
＜照射領域の外縁形状の認識方法＞
図４および図５は、照射領域認識部２１４における照射領域の外縁形状の認識方法の原理を説明するための図である。
図４は、検体１２０を撮影する際の発生放射部１０１と検出部１０８と検体１２０とに着目した図である。図４では、発生放射部１０１の焦点Ｆｐが黒丸で示され、発生放射部１０１から検体１２０へ照射される放射線の外縁が一点鎖線で示され、発生放射部１０１から検体１２０へ照射される放射線の中心線（中心軸）Ｌｃが破線で示されている。なお、ここでは、発生放射部１０１から放射される放射線の外縁は、中心軸Ｌｃに対して所定角度αを成しているものとする。
また、図４では、発生放射部１０１から検体１２０に対する放射線の照射方向、すなわち放射線の進行方向が、検出面１０８ｓの法線に対して傾けられた状態が例示されている。このように、検出面１０８ｓに対して斜めの方向から放射線が照射されて行われる撮影を、以下「斜入撮影」とも称する。
図５は、図４で示すような斜入撮影時において得られる透過像Ｇを例示する図である。透過像Ｇでは、発生放射部１０１から検出面１０１ｓに対して照射される放射線のパターン（図中砂地ハッチングが付された台形の画像領域）ＰＡが現れる。この放射線のパターンＰＡは、検出面１０１ｓのうち、発生放射部１０１からの放射線が照射される領域（照射領域）に対応する。
なお、図５では、パターンＰＡの外縁は台形を示しているが、これに限られない。例えば、発生放射部１０１から検体１２０に対する放射線の照射方向が、検出面１０８ｓに対して略垂直となる状態で、発生放射部１０１から放射線が照射されて、検出部１０８が放射線を検出することで検出値の分布が得られる撮影（正対撮影）時には、パターンＰＡの外形は、開口部１０１ｈと相似形状である正方形を示す。
照射領域認識部２１４では、例えば、値変換部２１３で得られた透過像Ｇから放射線のパターンＰＡを認識し、その外縁形状を認識することで、発生放射部１０１から検出面１０１ｓに対する放射線の照射領域の外縁形状を認識する。具体的には、検出面１０８ｓのサイズと、投影像Ｇのサイズと、パターンＰＡのサイズとから、照射領域の外縁形状である台形の上底の長さ、下底の長さ、および高さを認識する。つまり、本明細書では、「照射領域の外縁形状」と言う文言は、その外縁形状のサイズを含む意味で使われ、「内縁形状」と言う文言は、その内縁形状のサイズを含む意味で使われている。
なお、ここでは、値変換部２１３で得られた透過像Ｇから、照射領域の外縁形状を認識したが、これに限られない。例えば、検出値取得部２１２で得られた検出値の分布から、照射領域の外縁形状を認識しても良い。
＜位置関係および角度関係の導出原理＞
図６〜図９は、位置・角度演算部２１５における発生放射部１０１と検出部１０８との相対的な位置関係および角度関係の導出原理を説明するための図である。
図６(ａ)は、発生放射部１０１と検出部１０８との位置関係に着目して、放射線の放射経路を側方から見た断面模式図であり、図６(ｂ)は、図６(ａ)で示す状態における照射領域の外縁形状を示す図である。
位置・角度演算部２１５は、図６(ａ)で示す、発生放射部１０１の焦点Ｆｐから検出面１０８ｓへの垂線の長さ、すなわち焦点Ｆｐと検出面１０８ｓとの距離ｈ、ならびに発生放射部１０１から放射される放射線の中心線Ｌｃと焦点Ｆｐから検出面１０８ｓへの垂線とが成す角度θを求める。
図７(ａ)は、図６(ａ)で示した放射経路に着目した図であり、図７(ｂ)は、図６(ｂ)で示した照射領域の外縁形状に着目した図である。
ここで、図７で示すように、焦点Ｆｐから開口部１０１ｈまでの距離をｄ、焦点Ｆｐから照射領域の外縁である台形の上底の中心点までの距離をｘ１、焦点Ｆｐから照射領域の外縁である台形の下底の中心点までの距離をｘ２、照射領域の外縁である台形の上底の長さをｍ、下底の長さをｎ、高さをｌとする。また、開口部１０１ｈの一辺の長さを所定値ａとする。更に、照射領域の外縁である台形の上底を一辺とし、且つ放射線の放射経路の中心線Ｌｃに対して直交する正方形の面（仮想面）Ｓｆを仮に設定し、検出面１０８ｓと仮想面Ｓｆとの成す角度をφとする。
この角度φは、角度θと同一角度であるため、角度φを求めれば、角度θが求まる。
以下、角度φ（すなわち角度θ）および距離ｈの算出方法について具体的に説明する。
まず、所定値ａ、距離ｄについては、発生放射部１０１の設計上既知であり、照射領域の外縁形状である台形の上底の長さｍ、下底の長さｎ、高さｌについては、照射領域認識部２１４によって認識される。また、仮想面Ｓｆのうちの照射領域である台形の下底側の一辺の中心点から照射領域である台形の下底の中心点までの距離は、計算により、ｘ２−ｘ１と算出される。
ここで、焦点Ｆｐを頂点とし且つ開口部１０１ｈを底面とする正四角錐と、焦点Ｆｐを頂点とし且つ仮想面Ｓｆを底面とする正四角錐とは相似形であるため、距離ｘ１は、下式（１）によって求められる。
Figure 2009011638
図８は、放射線の放射経路を斜めから見た斜視図である。図８を示すように、焦点Ｆｐを頂点とし且つ台形の上底を底辺とする２等辺三角形と、焦点Ｆｐを頂点とし且つ台形の下底を底辺とする２等辺三角形とは、相似形であり、そのサイズの比は、ｍ：ｎである。
よって、ｘ１：ｘ２＝ｍ：ｎの関係が成立するため、距離ｘ２は、下式（２）によって求められる。
Figure 2009011638
したがって、図７(ａ)で太線で描かれた三角形Ｔｒの三辺の長さ（ｌ，ｍ，ｘ２−ｘ１）が求まり、三角形Ｔｒを形成する三辺の長さから、三角形Ｔｒの３つの内角が一義的求まる。つまり、角度φ（すなわち角度θ）が求まる。
図９は、距離ｈの具体的な算出を説明するための図である。図９では、図７(ａ)と同様な形状が描かれており、図７(ａ)で太線で描かれた三角形Ｔｒが同様に太線で描かれている。
上述したように、三角形Ｔｒの三辺の長さ（ｌ，ｍ，ｘ２−ｘ１）が求まると、三角形Ｔｒを形成する三辺の長さから、三角形Ｔｒの内角のうち、照射領域である台形の上底側の内角ρも一義的に求まる。
そして、距離ｈは、下式（３）によって求められる。
Figure 2009011638
このようにして、距離ｈおよび角度θが求められると、発生放射部１０１と検出部１０８との相対的な位置関係および角度関係が一義的に求まる。例えば、検出面１０８ｓの所定点（例えば中心点）を原点とした発生放射部１０１の位置（ｘ，ｙ，ｚ）が求まる。
＜撮影動作フロー＞
図１０は、撮影システム１において、発生放射部１０１から検体１２０に対するＸ線の照射角度を多段的に変更しつつ、複数フレームの透過像を連続的に撮影する撮影動作フローを示すフローチャートである。本動作フローは、制御部２１０がプログラムＰＧを実行することで、主に撮影制御部２１１の制御下で実現される。なお、本動作フローは、載置部１０４上に検体１２０が載置されて、操作部２３０から所定の入力が行われると、開始する。
まず、ステップＳ１では、撮影制御部２１１の制御により、発生放射部１０１が初期位置に設定される。
ガイド部１０２上における発生放射部１０１の初期位置は、予め設定されており、ここでは、発生放射部１０１から検体１２０に対するＸ線の照射角度が最も寝るような位置に設定されるものとする。具体的には、例えば、ガイド部１０２の延設方向の一端（図１中の右方の端部）に発生放射部１０１が配置される。
ステップＳ２では、撮影制御部２１１の制御により、撮影処理が行われる。ここでは、発生放射部１０１から検体１２０に対して放射線が照射され、検出部１０８によって放射線が検出される撮影処理が行われる。
ステップＳ３では、検出値取得部２１２により、ステップＳ２で検出部１０８の各センサによって検出された放射線量の検出値に基づき、検出値の２次元分布が取得される。
ステップＳ４では、値変換部２１３により、ステップＳ３で得られた検出値の２次元分布が、画素値の２次元分布に変換されることで、透過像が生成される。
ステップＳ５では、照射領域認識部２１４により、ステップＳ４で得られた透過像から、検出面１０８ｓのうち放射線が照射される照射領域の外縁形状（具体的にはサイズ）が認識される。例えば、図５で示すような透過像Ｇから照射領域に対応するパターンＰＡが認識され、その外縁の形状およびそのサイズが認識される。
ステップＳ６では、位置・角度演算部２１５により、ステップＳ５で認識された照射領域の外縁形状と、絞り部１０１ｃの内縁形状とに基づき、発生放射部１０１と検出部１０８との相対的な位置関係および角度関係が算出される。ここでは、例えば、図６〜図９を示して上述したような手法により、距離ｈならびに角度θが算出され、距離ｈおよび角度θから一義的に発生放射部１０１と検出部１０８との相対的な位置関係および角度関係が算出される。
ステップＳ７では、撮影を終了するか否か判定される。ここでは、例えば、所定のパラメータが所定値に達していれば、撮影が終了されるものとして判定される。
具体的には、所定のパラメータが所定値に達するまで、ステップＳ８で発生放射部１０１をガイド部１０２上で移動させ、ステップＳ２に戻る。一方、所定のパラメータが所定値に達すれば、本動作フローが終了される。
このとき、予め設定された所定数の透過像が順次得られるとともに、各透過像に対応する各撮影処理時における発生放射部１０１と検出部１０８との相対的な位置関係および角度関係が算出される。そして、発生放射部１０１と検出部１０８との相対的な位置関係および角度関係を示す情報は、透過像データと関連付けられて、ＲＡＭ２１０ｂまたは記憶部２４０に記憶される。
ここで、所定のパラメータとしては、撮影回数、発生放射部１０１の移動距離、発生放射部１０１の移動角度などが挙げられ、例えば、撮影回数が所定数（例えば、１９）に達するまでは、ステップＳ２〜Ｓ８の処理が繰り返され、撮影回数が所定数（例えば、１９）に達すれば、本動作フローが終了される。
なお、ステップＳ８では、撮影制御部２１１の制御により、発生放射部１０１がガイド部１０２上で移動される。ここでは、ガイド部１０２上における発生放射部１０１の位置が、前回の撮影処理時における位置から次の位置へと変更される。例えば、発生放射部１０１が、ガイド部１０２の延設方向に沿った移動範囲を１８分割して、多段的に移動する場合には、このステップＳ８では、発生放射部１０１は、移動範囲の１／１８の距離を移動する。
＜断層面画像データの生成原理＞
上述したように、ガイド部１０２に沿って発生放射部１０１の位置が異ならされ、複数の透過像が時間順次に得られる場合には、例えば、画像生成部２１６により、検体１２０の断層面画像のデータ（断層面画像データ）が適宜生成される。
ここで、画像生成部２１６における断層面画像データの生成原理、すなわちトモシンセシスの原理について説明する。
図１１および図１２は、トモシンセシスの原理を示す模式図である。
トモシンセシスでは、検体１２０に対して、検体１２０を透過する放射線、具体的にはＸ線を、検体１２０の一方向の側の異なる角度から照射し、複数の透過像データを得て、それらを合成することによって断層面の画像を得る。ここでは、例えば、図１１で示すように、検体１２０の内部構造（具体的には人体組織や病変部など）を模式的に示すものとして星形要素（☆）１２１と丸形要素（○）１２２とが検出面１０８ｓに対して垂直方向に並んでいる場合を例にとって説明する。
図１１で示すように、放射線が異なる角度から検体１２０に対して照射されることで複数の透過像のデータが得られる。こうして得られる複数の透過像のデータで表現される透過像４１〜４３では、検出面１０８ｓからの距離（高さ）に応じて各要素の画像位置が異なる。この性質を利用しつつ、複数の画像を合成する公知の手法を用いて任意の断層面画像データが生成される。なお、トモシンセシスにおいて複数の画像を合成する公知の手法としては、シフト加算法がある。
シフト加算法では、複数の透過像４１〜４３と、各透過像４１〜４３に対応する放射線を検出したとき（すなわち撮影処理時）の発生放射部１０１の位置（ｘ，ｙ，ｚ）と角度とに基づいて、各透過像４１〜４３の相対位置を順次にシフトさせながら各透過像が順次に加算される処理が行われる。
例えば、図１２(ａ)で示すように、各透過像４１〜４３ではぼんやりと写っている星形要素１２１が強調された画像５１が得られ、図１２(ｂ)で示すように、各透過像４１〜４３ではぼんやりと写っている丸形要素１２２が強調された画像５２が得られる。ここで、画像５１は、検体１２０の内部構造のうち星形要素１２１が存在する高さの横断面が強調された断層面画像であり、画像５２は、検体１２０の内部構造のうち丸形要素１２２が存在する高さの横断面が強調された断層面画像である。
ここでは説明を簡単にするために、３つの透過像４１〜４３が加算合成されることによって画像５１，５２が生成される例を示したが、実際には更に多くの透過像が取得され、多数の透過像が合成されることになる。
以上のように、本発明の第１実施形態に係る撮影システム１では、検出面１０８ｓ上において放射線が照射される照射領域の外縁形状と、放射線の放射経路を規定する所定部材（例えば、絞り部１０１ｃ）の内縁形状とに基づき、検出部１０８に対する発生放射部１０１の相対的な位置関係および角度関係が求められる。つまり、実際の撮影時に、検出部１０８に対する発生放射部１０１の相対的な位置関係および角度関係が求められる。このため、撮影時における発生放射部１０１の位置や角度が正確に把握される。
また、検出面１０８ｓ上において放射線が照射される照射領域の外縁形状と、一般的に用いられる絞り部１０１ｃの内縁形状とに基づき、検出部１０８に対する発生放射部１０１の相対的な位置関係および角度関係が求められる。このため、放射線の放射経路を規定する特別な構成が付加されることなく、撮影時における発生放射部１０１の位置や角度が正確に把握される。
また、検出面１０８ｓ上において放射線が照射される照射領域の外縁形状が透過像から認識される。このため、特別な構成が付加されなくても、照射領域の外縁形状が認識される。
また、正確に把握された撮影時における発生放射部１０１の位置や角度を示す情報を用いて、複数の透過像に基づき断層面画像が生成される。このため、いわゆるアーチファクトの発生が抑制された高品質の断層面画像が得られる。
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態に係る撮影システム１では、透過像から照射領域の外縁形状を認識した。これに対して、第２実施形態に係る撮影システム１Ａでは、検出面１０８ｓ上の照射領域を照明によって照らし、その様子をカメラで撮影して、得られた撮影画像から照射領域の外縁形状を認識する。
以下、第２実施形態に係る撮影システム１Ａについて説明するが、第２実施形態に係る撮影システム１Ａは、第１実施形態に係る撮影システム１と比較して、照射領域の外縁形状を認識する構成は異なるが、その他の構成はほぼ同様な構成を有する。このため、同様な構成については、適宜同一の符号を付しつつ説明を省略し、主に、異なる構成について説明する。
図１３は、本発明の第２実施形態に係る撮影システム１Ａの概略構成を示す図である。
撮影システム１Ａは、第１実施形態に係る発生放射部１０１が、照明機構１０１ｐ（図１４）が付加された発生放射部１０１Ａに変更されるとともに、カメラ部１０６が付加された撮影装置１００Ａ、および第１実施形態に係る制御部２１０とは照射領域の外縁形状の認識に係る機能構成が変更された制御部２１０Ａを含んだ撮影制御処理装置２００Ａを備える。なお、記憶部２４０に格納されたプログラムＰＧもプログラムＰＧＡに変更されている。
図１４は、発生放射部１０１Ａの構成を模式的に示した断面図であり、発生放射部１０１Ａは、例えばＸ線管などによって構成され、発生部１０１ａと絞り部１０１ｃと照明機構１０１ｐ（図１４）とを備える。つまり、発生放射部１０１Ａは、第１実施形態に係る発生放射部１０１に対して照明機構１０１ｐが付加されたものである。
照明機構１０１ｐは、発生部１０１ａの近傍に設けられ、光源ＰＲ、第１反射ミラーＭ１、および第２反射ミラーＭ２を備えて構成されている。
光源ＰＲは、可視光線を発生させる装置を備えて構成され、例えば、所定色のレーザー光を発生させる。そして、第１反射ミラーＭ１は、光源ＰＲからの光を第２反射ミラーＭ２に向けて反射する。更に、第２反射ミラーＭ２は、第１反射ミラーＭ１からの光を反射して、絞り部１０１ｃの開口部１０１ｈから検出面１０８ｓに向けて光を射出させる。なお、図１４では、光源ＰＲからの光が辿る経路を太い破線の矢印で示している。
ここで、光源ＰＲから発生され、絞り部１０１ｃ（具体的には開口部１０１ｈ）を介して射出される光線の経路（光路）が、発生部１０１ａから絞り部１０１ｃ（具体的には開口部１０１ｈ）を介して放射される放射線の経路（放射経路）と、略同一となるように設定されている。つまり、照明機構１０１ｐは、光源ＰＲから発生された光線が、絞り部１０１ｃを介して、放射線の放射経路と略同一となる光路を経て、検出面１０８ｓに照射されるように構成されている。
但し、ここでは、載置部１０４によって光線が遮られないように、載置部１０４は、透明ガラスなどといった可視光線を透過させる素材で構成されている。更に、第２反射ミラーＭ２は、発生部１０１ａから絞り部１０１ｃ（具体的には開口部１０１ｈ）に至る放射経路上に設けられているため、放射線を透過し易い素材によって構成されている。
カメラ部１０６は、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を含むデジタルカメラによって構成されたセンサであり、載置部１０４の直上に設置される。具体的には、カメラ部１０６の撮影レンズの光軸が、検出面１０８ｓに対して略直交し、且つ検出面１０８ｓの略中央を通るように設定されている。すなわち、カメラ部１０６は、検出面１０８ｓに略正対するように設置されている。
より詳細には、図１３で示すように、カメラ部１０６は、例えば、ガイド部１０２の延設方向の略中央の近傍（例えば、図１３では、実線で記載された発生放射部１０１Ａの近傍）であって、発生放射部１０１Ａの移動、発生放射部１０１Ａから放射される放射線の放射経路、および照明機構１０１ｐから発せられる光線の光路を阻害しない位置に配置されている。
そして、カメラ部１０６は、放射線による撮影処理時に、照明機構１０１ｐからの光線が照射された検出面１０８ｓを直上から撮影することで、撮影画像を得て、制御部２１０Ａにこの撮影画像を送出する。
図１５は、検体１２０を撮影する際の発生放射部１０１Ａと検出部１０８と検体１２０とカメラ部１０６とに着目した図である。図１５で示すように、カメラ部１０６は、位置および撮影方向が固定されており、ガイド部１０２上における発生放射部１０１の位置に拘わらず、一定の位置から検出面１０８ｓを撮影する。
このカメラ部１０６で得られる撮影画像は、例えば、図１５で示すような斜入撮影時には、図５で示した透過像Ｇと同様なパターンを有するものとなる。詳細には、透過像Ｇの外縁に対応する検出面１０８ｓの外縁と、パターンＰＡに対応する照明機構１０１ｐからの光線が照射された領域（照明領域）とが捉えられたものとなる。
次に、制御部２１０Ａの機能構成について説明する。
図１６は、制御部２１０ＡでプログラムＰＧＡが実行されることで実現される機能構成を例示する図である。
図１６で示すように、制御部２１０Ａは、撮影制御部２１１、検出値取得部２１２、値変換部２１３、点灯制御部２１４ａ、カメラ制御部２１４ｂ、撮影画像取得部２１４ｃ、照射領域認識部２１４ｄ、位置・角度演算部２１５、および画像生成部２１６を機能として備える。
撮影制御部２１１、検出値取得部２１２、値変換部２１３、位置・角度演算部２１５、および画像生成部２１６は、第１実施形態と同様な構成である。
点灯制御部２１４ａは、照明機構１０１ｐの点灯、すなわち光源ＰＲからの光線の射出を制御する。
カメラ制御部２１４ｂは、カメラ部１０６の動作を制御する。例えば、放射線による撮影時に合わせて、点灯制御部２１４ａによって照明機構１０１ｐからの光線を照射領域に照射し、その状態をカメラ部１０６によって撮影して、撮影画像を得るように制御する。
撮影画像取得部２１４ｃは、カメラ部１０６で得られた撮影画像を受け付ける。なお、この撮影画像取得部２１４ｃでは、必要な画像処理を施すようにしても良い。
照射領域認識部２１４ｄは、第１実施形態に係る照射領域認識部２１４とは、認識方法が異なるが、第１実施形態に係る照射領域認識部２１４と同様に、発生放射部１０１Ａから検出面１０８ｓ上に対して放射線が照射される照射領域の外縁形状を認識する。
この照射領域認識部２１４ｄでは、撮影画像取得部２１４ｃで得られた撮影画像から照射領域の外縁形状を認識する。
詳細には、照射領域認識部２１４ｄは、撮影画像取得部２１４ｃで得られた撮影画像から、例えば、所定色や高輝度部分を検出することで、検出面１０８ｓのうち光線が照射された領域を認識するとともに、例えば、エッジ検出などによって、検出面１０８ｓの外縁を認識する。そして、検出面１０８ｓのサイズと、光線が照射された領域のサイズとから、照射領域の外縁形状である台形の上底の長さ、下底の長さ、および高さを認識する。
なお、位置・角度演算部２１５、および画像生成部２１６では、照射領域認識部２１４ｄの認識結果を用いて、第１実施形態と同様な処理が行われる。
図１７は、撮影システム１Ａにおいて、発生放射部１０１Ａから検体１２０に対するＸ線の照射角度を多段的に変更しつつ、複数フレームの透過像を連続的に撮影する撮影動作フローを示すフローチャートである。本動作フローは、制御部２１０ＡがプログラムＰＧＡを実行することで、主に撮影制御部２１１の制御下で実現される。なお、本動作フローは、載置部１０４上に検体１２０が載置されて、操作部２３０から所定の入力が行われると、開始する。
ステップＳＰ１〜ＳＰ４では、図１０のステップＳ１〜Ｓ４と同様な処理が行われる。
ステップＳＰ５では、点灯制御部２１４ａの制御により、照明機構１０１ｐによる検出面１０８ｓへの光線の照射（照明）が開始される。
ステップＳＰ６では、カメラ制御部２１４ｂの制御により、カメラ部１０６による撮影が行われ、撮影画像取得部２１４ｃにより、光線が照射された検出面１０８ｓを捉えた撮影画像が得られる。
ステップＳＰ７では、点灯制御部２１４ａの制御により、照明機構１０１ｐによる検出面１０８ｓへの光線の照射（照明）が終了される。
ステップＳＰ８では、照射領域認識部２１４ｄにより、ステップＳＰ６で得られた撮影画像から、検出面１０８ｓのうち放射線が照射される照射領域の外縁形状（具体的にはサイズ）が認識される。
ステップＳＰ９〜ＳＰ１１では、図１０のステップＳ６〜Ｓ８と同様な処理が行われる。
以上のように、本発明の第２実施形態に係る撮影システム１Ａでは、第１実施形態に係る撮影システム１と同様に、検出面１０８ｓ上において放射線が照射される照射領域の外縁形状と、放射線の放射経路を規定する所定部材（例えば、絞り部１０１ｃ）の内縁形状とに基づき、検出部１０８に対する発生放射部１０１の相対的な位置関係および角度関係が求められる。このため、撮影時における発生放射部１０１の位置や角度が正確に把握される。
＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
◎例えば、上記実施形態では、シフト加算法を用いて断層面画像の生成が行われたが、これに限られず、例えば、発生放射部１０１から検体１２０に対するＸ線の照射角度を多段的に変更しつつ、得られた複数の透過像を、ＣＴ(computed tomography)の撮影技術で得られる一部の透過像とみなして、ＣＴに係る技術として公知のフィルタ補正逆投影法（Filtered Back Projection Method；ＦＢＰＭ）などを用いて断層面画像の生成が行われても良い。
◎また、上記実施形態では、所定部材（例えば、絞り部１０１ｃ）の内縁形状が、正方形であり、照射領域の外縁形状が、台形または正方形であったが、これに限られず、所定部材（例えば、絞り部１０１ｃ）の内縁形状、および照射領域の外縁形状が、長方形や台形などといった４以上の頂点を有する形状であれば、上記実施形態と同様な演算手法により、距離ｈや角度θが求められる。
◎また、上記実施形態では、焦点Ｆｐから開口部１０１ｈまでの距離ｄについては、設計上決まるものとして説明したが、これに限られない。例えば、角度θ＝０である場合における距離ｈが既知である場合には、その時の照射領域（例えば、正方形）のサイズと、絞り部１０１ｃの内縁形状のサイズとから一義的に算出されるようにしても良い。
◎また、上記第２実施形態では、照明機構１０１ｐによって可視光線を検出面１０８ｓに照射し、カメラ部１０６で撮影して撮影画像を得たが、これに限られず、例えば、赤外線などといったその他の光線を検出面１０８ｓに照射し、赤外線カメラなどを用いて撮影して撮影画像を得るようにしても良い。但し、距離ｈおよび角度θの算出における誤差を低減するためには、光線は直進性がある程度高いものであることが好ましく、例えば、赤外線、および赤外線よりも短い波長の光線であることが望ましい。
第１実施形態に係る撮影システムの概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る発生放射部の構成を説明するための図である。 第１実施形態に係る制御部の機能構成を例示する図である。 照射領域の外縁形状の認識方法の原理を説明するための図である。 照射領域の外縁形状の認識方法の原理を説明するための図である。 発生放射部と検出部との位置関係および角度関係の導出原理を説明するための図である。 発生放射部と検出部との位置関係および角度関係の導出原理を説明するための図である。 発生放射部と検出部との位置関係および角度関係の導出原理を説明するための図である。 発生放射部と検出部との位置関係および角度関係の導出原理を説明するための図である。 第１実施形態に係る撮影動作フローを示すフローチャートである。 トモシンセシスの原理を示す模式図である。 トモシンセシスの原理を示す模式図である。 第２実施形態に係る撮影システムの概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る発生放射部の構成を説明するための図である。 照射領域の外縁形状の認識方法の原理を説明するための図である。 第２実施形態に係る制御部の機能構成を例示する図である。 第２実施形態に係る撮影動作フローを示すフローチャートである。
符号の説明
１，１Ａ 撮影システム
１００，１００Ａ 撮影装置
１０１，１０１Ａ 発生放射部
１０１ａ 発生部
１０１ｃ 絞り部
１０１ｈ 開口部
１０１ｐ 照明機構
１０２ ガイド部
１０８ 検出部
１０８ｓ 検出面
２００，２００Ａ 撮影制御処理装置
２１０，２１０Ａ 制御部
２１１ 撮影制御部
２１２ 検出値取得部
２１３ 値変換部
２１４，２１４ｄ 照射領域認識部
２１４ａ 点灯制御部
２１４ｂ カメラ制御部
２１４ｃ 撮影画像取得部
２１５ 位置・角度演算部
２１６ 画像生成部
Ｆｐ 焦点
Ｍ１ 第１反射ミラー
Ｍ２ 第２反射ミラー
ＰＲ 光源

Claims (8)

  1. 透過像撮影システムであって、
    放射線を発生させる発生部と、
    前記放射線の放射経路を、内縁形状で規定する所定部材と、
    前記発生部から放射され、前記所定部材を介して検体を透過する放射線を検出する検出部と、
    前記検出部に対する前記発生部の相対的な位置関係および角度関係を変更させつつ、前記検出部によって、放射線を複数回検出することで、前記検体に係る複数の透過像を取得する取得手段と、
    前記発生部から前記検出部の検出面上に対して放射線が照射される照射領域の外縁形状と、前記所定部材の内縁形状とに基づき、前記相対的な位置関係および角度関係を求める演算手段と、
    を備えることを特徴とする透過像撮影システム。
  2. 請求項１に記載の透過像撮影システムであって、
    前記所定部材が、
    前記発生部に対して設けられた絞りを含むことを特徴とする透過像撮影システム。
  3. 請求項１または請求項２に記載の透過像撮影システムであって、
    前記照射領域の外縁形状、および前記所定部材の内縁形状が、それぞれ４以上の頂点を有する形状であることを特徴とする透過像撮影システム。
  4. 請求項３に記載の透過像撮影システムであって、
    前記所定部材の内縁形状が、長方形を含み、
    前記照射領域の外縁形状が、台形を含むことを特徴とする透過像撮影システム。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の透過像撮影システムであって、
    各前記透過像から各前記照射領域の外縁形状を認識する認識手段、
    を備えることを特徴とする透過像撮影システム。
  6. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の透過像撮影システムであって、
    前記発生部近傍に設けられた光源から発生された光線を、前記所定部材を介させ、前記放射経路と略同一の光路を経させて、前記検出面に照射する光線照射手段と、
    前記光線が照射された前記検出面を撮影して撮影画像を得る撮影手段と、
    前記撮影画像から前記照射領域の外縁形状を認識する認識手段と、
    を備えることを特徴とする透過像撮影システム。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の透過像撮影システムであって、
    各前記透過像に対応する、前記演算手段によって求められた各前記相対的な位置関係および角度関係を用いて、前記複数の透過像に基づき断層面画像を生成する生成手段、
    を更に備えることを特徴とする透過像撮影システム。
  8. 検出部に対する発生部の相対的な位置関係および角度関係を変更させつつ、前記発生部から放射され、所定部材を介して検体を透過する放射線を前記検出部で複数回検出することで複数の透過像を得る透過像撮影方法であって、
    (a)前記発生部から前記検出部の検出面上に対して放射線が照射される照射領域の外縁形状を認識する形状認識ステップと、
    (b)前記照射領域の外縁形状と、前記所定部材の内縁形状とに基づき、前記相対的な位置関係および角度関係を求める演算ステップと、
    を備えることを特徴とする透過像撮影方法。
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