JP2011036399A - 乳房撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】プレ撮影により得られるＸ線画像の解析精度の向上を図る。
【解決手段】乳房撮影システムは、Ｘ線を照射するＸ線源と、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、本撮影時と本撮影に先立って行われるプレ撮影時の前記Ｘ線検出器による画像信号の読取条件を決定する制御部と、を備え、前記制御部は、プレ撮影時の画像信号の読取ゲインを、本撮影時よりも大きい読取ゲインに決定する（ステップＰ１）。
【選択図】図５

Description

本発明は、乳房撮影システムに関する。

乳房撮影を行う撮影装置にフィルムやＣＲプレートを内蔵するカセッテを用いる場合、一般的にカセッテの後方（Ｘ線が入射する面と反対側）にＡＥＣ（Automatic Exposure Control；自動露出制御装置）が設けられている。ＡＥＣによって照射するＸ線量を調整し、Ｘ線量過多による被写体の被曝量増加や、Ｘ線量不足によるＸ線画像の画質低下を防止する。

しかし、撮影にＸ線検出器としてＦＰＤ（Flat Panel Detector）を用いる場合、カセッテと違いＸ線が透過しないため、リアルタイムにＸ線照射量を検知するＡＥＣセンサを、ＦＰＤの他に別途設けることができない。そのため、Ｘ線照射量の制御をリアルタイムに行うことができない。
これに対し、本撮影の前にプレ撮影を行って、プレ撮影により得られたＸ線画像を解析しＸ線照射量を調整する方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特表昭６３−５００６２５号公報 特許第３７１１１６０号

被写体となる乳房は乳腺の領域が最もＸ線が透過しにくいため、この乳腺領域の信号値の解析が行われ、本撮影時のＸ線照射量が調整される。しかしながら、患者の被曝量を抑えるためにも、プレ撮影時のＸ線照射量は本撮影時よりも非常に少量のＸ線照射量に設定される。Ｘ線照射量が小さいため、プレ撮影によって得られるＸ線画像は全体的に低信号値であり、信号（濃度）分解能が低く、被写体によっては解析が困難になる場合がある。
プレ撮影によるＸ線画像の解析精度を上げるため、プレ撮影時のＸ線照射量を増やすことが考えられるが、プレ撮影による患者の被曝量増加は避けたい。

また、上記特許文献２によれば、プレ撮影により得られたＸ線画像を、本撮影により得られたＸ線画像に加算して合成し、信号値が大きいＸ線画像を得るようにしている。この方法の場合、プレ撮影時のＸ線画像の信号値が小さいと、合成したＸ線画像は信号成分の増加分よりノイズ成分の増加分が大きく、Ｓ／Ｎが劣化しムラが生じやすくなるという問題がある。

本発明の課題は、プレ撮影により得られるＸ線画像の解析精度の向上を図ることである。

請求項１に記載の発明によれば、
Ｘ線を照射するＸ線源と、
照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、
本撮影時と本撮影に先立って行われるプレ撮影時の前記Ｘ線検出器による画像信号の読取条件を決定する制御部と、を備え、
前記制御部は、プレ撮影時の画像信号の読取ゲインを、本撮影時よりも大きい読取ゲインに決定する乳房撮影システムが提供される。

請求項２に記載の発明によれば、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器間に設けられる被写体台を備え、
プレ撮影時は前記Ｘ線検出器を前記被写体台に密着させ、本撮影時は前記Ｘ線検出器と前記被写体台を離間させる請求項１に記載の乳房撮影システムが提供される。

本発明によれば、プレ撮影により得られたＸ線画像の濃度分解能を上げ、Ｘ線画像の解析精度を向上させることができる。

本実施の形態に係る乳房撮影システムを示す図である。 位相コントラスト撮影により得られるエッジの強調効果を説明する図である。 Ｘ線検出器の画像信号の読取に係る回路構成の一部を示す図である。 コントローラの機能的構成を示す図である。 Ｘ線撮影時の乳房撮影装置及びコントローラの処理の流れを示すフローチャートである。 Ｘ線画像の信号値のヒストグラムである。 Ｘ線画像に含まれる各領域を示す図である。 （ａ）小さい読取ゲインにより読み取られたＸ線画像例である。（ｂ）（ａ）のＸ線画像中に示す矩形領域内の信号値のヒストグラムである。 （ａ）大きい読取ゲインにより読み取られたＸ線画像例である。（ｂ）（ａ）のＸ線画像中に示す矩形領域内の信号値のヒストグラムである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る乳房撮影システムを示す。
乳房撮影システムは、乳房を対象としてＸ線撮影を行い、乳房を被写体とするＸ線画像を生成する。
図１に示すように、乳房撮影システムは、Ｘ線撮影を行う乳房撮影装置１と、Ｘ線撮影に係る制御及び得られたＸ線画像の処理を行うコントローラ３と、を備えて構成されている。

乳房撮影装置１は、撮影部１１、本体部１２を備えている。撮影部１１は回転軸を介して本体部１２に設けられた支柱１３に取り付けられ、支柱１３の長さ方向に沿って昇降可能であるとともに、回転軸を中心に回転可能である。撮影部１１はアーム２０とアーム２０の下部に設けられた支軸１７とからなり、アーム２０にＸ線源１４、圧迫板１５、被写体台１６を備えている。支軸１７には支軸１７に設けられたホルダ１９にＸ線検出器１８が取り付けられている。

乳房撮影装置１は、密着撮影と位相コントラスト撮影の何れも可能である。
密着撮影は、被写体とＸ線検出器１８を密着させた状態で撮影する方法である。密着撮影時、Ｘ線検出器１８は被写体台１６のすぐ下に密着するように配置される。

位相コントラスト撮影は、被写体とＸ線検出器１８間を離間させる拡大撮影の１種である。位相コントラスト撮影によれば、Ｘ線源１４から照射するＸ線の焦点径を所定の大きさとし、Ｘ線源１４と被写体間の距離Ｒ１（ｍ）、被写体とＸ線検出器１８間の距離Ｒ２（ｍ）を所定の距離とすることにより、Ｘ線画像において被写体のエッジが強調される効果を得ることができる。エッジの強調効果は、図２に示すように、Ｘ線が被写体を透過する際に被写体の辺縁付近でＸ線が屈折し、被写体の辺縁内側のＸ線密度が疎になり、被写体の辺縁外側は被写体を透過しないＸ線と重なってＸ線密度が密となることによる。

位相コントラスト撮影における撮影条件は、種々提案されている。例えば、特開２００１−９１４７９号公報にも記載されているように、焦点径Ｄ（μｍ）が３０〜５００μｍ程度の小焦点のＸ線管を用い、距離Ｒ１をＲ１≧（Ｄ−７）／２００とすることができる。位相コントラスト撮影時、Ｘ線検出器１８は被写体台１６と所定距離だけ離間するように配置される。詳細な撮影条件は、乳房撮影装置１で実際に使用できる焦点径や乳房撮影装置１の大きさ、所望の拡大率（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１等から適宜決定すればよい。

Ｘ線源１４はＸ線管によりＸ線を発生して照射する。Ｘ線源１４は焦点径が異なる少なくとも２つの焦点を持つＸ線管を備え、Ｘ線の照射条件の設定に従って異なる焦点径の焦点を切り替えて使用する。
焦点径が異なる焦点とは、例えば密着撮影用の焦点、密着撮影用よりも小さい焦点径を持つ位相コントラスト撮影用の焦点である。密着撮影用の焦点は一般に３００μｍ程度の焦点径のものが用いられ、位相コントラスト撮影用の焦点は一般に１００μｍ程度の小さい焦点径のものが用いられる。焦点径は、スリット法や点線源法のように規格化された測定方法によって求められる。規格としてはＪＩＳのＺ４１０２、Ｚ４７０４、ＩＥＣ６０３３６等が挙げられ、何れの規格によって測定してもよい。

Ｘ線源１４の照射口付近には、図示しないコリメータが設けられている。コリメータには、Ｘ線の照射野を調整する絞りが開閉自在に設けられている。
また、Ｘ線源１４は複数種類のフィルタを備え、撮影毎にフィルタを交換して用いることができる。

圧迫板１５は、被写体である乳房を上部から圧迫して位置を固定する。乳房の圧迫により、乳腺構造を広げ病変を見やすくするとともに、患者の被曝量を低減し、体動によるボケの発生を最小限に抑えることができる。圧迫板１５は、アーム２０の長さ方向に昇降自在に設けられ、高さ位置を調整することができる。
被写体台１６は、被写体である乳房を下部から保持する。被写体の乳房の位置に合わせてアーム２０を昇降することにより、被写体台１６の高さ位置を調整することができる。また、アーム２０を回転することにより、被写体台１６を回転させて、撮影方向を調整することができる。

Ｘ線検出器１８は、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取り、出力する。ホルダ１９は支軸１７の長さ方向に沿って昇降自在に支軸１７に設けられるので、ホルダ１９を昇降することにより、Ｘ線検出器１８の高さ位置を調整することができる。Ｘ線検出器１８の位置が密着撮影位置に設定された場合、ホルダ１９は支軸１７の上方向に移動され、Ｘ線検出器１８と被写体台１６とが密着する位置に設置される。また、位相コントラスト撮影位置に設定された場合、ホルダ１９は支軸１７の下方向に移動され、Ｘ線検出器１８と被写体台１６間が所定の距離となる位置に設置される。

Ｘ線検出器１８としてはＦＰＤを用いることができる。ＦＰＤには、アモルファスセレンにより検出されたＸ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型、シンチレータによって検出されたＸ線を光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型があるが、何れを用いてもよい。

直接変換型は、アモルファスセレンの熱蒸着により、１００〜１０００（μm）の膜圧のセレン膜がガラス上に形成されている。２次元上に配置された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がＸ線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、電極間の電圧信号がＴＦＴにより読み取られる。

間接変換型は、光電変換素子がＴＦＴとともに２次元状に配置されて各画素を構成する。光電変換素子が配置されたプレート上には、ＣｓＩやＧｄ_２Ｏ_２Ｓ等のシンチレータプレートが配置される。Ｘ線検出器１８に入射したＸ線はシンチレータプレートに吸収され、シンチレータプレートが発光する。この発光した光により、各光電変換素子に電荷が蓄積され、蓄積された電荷は電気信号として読み出される。

Ｘ線検出器１８は、Ｘ線画像の読取条件の設定に従って、画像信号を読み取る際の読取ゲインを変更することができる。
図３は画像信号の読み取りに係る回路構成の一部を示す図である。当該回路構成は間接変換型の一例である。Ｘ線検出器１８のシンチレータの下部に設けられた基板上には、図３に示すように、複数の走査線Ｌ１と複数の信号線Ｌ２とが互いに交差するように配設されている。当該走査線Ｌ１及び信号線Ｌ２によって区画された各小領域には、それぞれＴＦＴ５４と光電変換素子５３が設けられている。

各行の光電変換素子５３は、走査線Ｌ１と平行に各行に設けられたバイアス線Ｌ３に接続されている。各行のバイアス線Ｌ３は１本の結線Ｌ４に結束され、結線Ｌ４は電源５２に接続されている。電源５２はバイアス線Ｌ３、結線Ｌ４を介して光電変換素子５３に逆バイアス電圧を印加することができる。

ＴＦＴ５４のソースは光電変換素子５３に、ゲートは走査線Ｌ１に接続され、ドレインは信号線Ｌ２に接続されている。走査線Ｌ１は図示しない走査駆動回路に接続され、当該走査駆動回路により走査線Ｌ１に信号読み出し用の電圧が印加されると、ＴＦＴ５４のゲートが開く。当該電圧の印加が停止されると、ＴＦＴ５４のゲートが閉じる。

オペアンプ５５、コンデンサＣ１、Ｃ２、スイッチＢ１、Ｂ２は信号線Ｌ２に接続され、電気信号の増幅回路を構成する。オペアンプ５５と各コンデンサＣ１、Ｃ２は並列に接続され、オペアンプ５５はコンデンサＣ１、Ｃ２に蓄積された電荷量に応じた電圧値を出力する。スイッチＢ１はコンデンサＣ２に電荷を蓄積するか否かを切り替え、スイッチＢ２は各コンデンサＣ１、Ｃ２に蓄積した電荷をリセットするか否かを切り替える。コンデンサＣ１、Ｃ２は容量がそれぞれ０．５ｐＦ、２．０ｐＦであり、スイッチＢ１のＯＮ／ＯＦＦにより電荷を蓄積するコンデンサを、コンデンサＣ１のみとするか、或いはコンデンサＣ１及びＣ２とするかを切り替えることにより、読取ゲインを変更することができる。

ＣＤＳ（Correlated Double Sampling；相関二重サンプリング）５６は、Ｘ線の照射前にオペアンプ５５から出力される電圧値Ｖｉｎと、Ｘ線の照射後にオペアンプ５５から出力される電圧値Ｖｆｉの差Ｖｆｉ−Ｖｉｎを示す電気信号を出力する。
Ａ／Ｄ変換器５７は、ＣＤＳ５６から入力される電気信号をデジタル変換し、画像信号として制御手段５１に出力する。

制御手段５１は、画像信号の読み取りに係る各部を制御する。例えば、制御手段５１は電源５２による逆バイアス電圧の印加や走査駆動回路による信号読み出し用の電圧の印加、スイッチＢ１、Ｂ２のＯＮ／ＯＦＦ等を制御する。制御手段５１は、Ａ／Ｄ変換器５７から入力される画像信号を、図示しない通信手段を介して本体部１２に出力する。制御手段５１としては、例えばマイクロコンピュータや専用の制御回路を用いることができる。

上記回路構成による画像信号の読み取りの流れを説明する。
Ｘ線の照射前にオペレータによりリセットの指示がされると、制御手段５１の制御によってスイッチＢ１、Ｂ２がＯＮされ、走査線Ｌ１に信号読み出し用の電圧が印加されてＴＦＴ５４のゲートが開かれる。これにより、信号線Ｌ２やバイアス線Ｌ３、光電変換素子５３、コンデンサＣ１、Ｃ２等に蓄積されている電荷が放電され、初期状態にリセットされる。不要な電荷が取り除かれると、制御手段５１の制御によって信号読み出し用の電圧の印加が停止され、ＴＦＴ５４のゲートが閉じられる。その後、スイッチＢ１、Ｂ２がＯＦＦされ、ＣＤＳ５６にはオペアンプ５５から出力される電圧値Ｖｉｎが保持される。

Ｘ線源１４からＸ線が照射されると、Ｘ線の照射を受けてシンチレータから生じた光（電磁波）が光電変換素子５３に入射する。光電変換素子５３には、入射した光量に応じた電荷が蓄積される。ここで、読取ゲインを上げる設定がされている場合、制御手段５１によりスイッチＢ１がＯＦＦされ、読取ゲインを下げる設定がされている場合はスイッチＢ１がＯＮされる。Ｘ線の照射が終了すると、制御手段５１の制御により信号読み出し用の電圧が走査線Ｌ１上に印加される。これにより、ＴＦＴ５４のゲートが開かれ、光電変換素子５３に蓄積された電荷はＴＦＴ５４を介して信号線Ｌ２に出力される。電荷は信号線Ｌ２を介してコンデンサＣ１、Ｃ２に蓄積される。

コンデンサＣ１、Ｃ２に電荷が蓄積されると、制御手段５１により信号読み出し用の電圧の印加が停止され、ＴＦＴ５４のゲートが閉じられる。ＣＤＳ５６にはこのときオペアンプ５５から出力される電圧値Ｖｆｉが保持され、初期状態の電圧値Ｖｉｎとの差Ｖｆｉ−Ｖｉｎを示す電気信号がＡ／Ｄ変換器５７に出力される。電圧差Ｖｆｉ−Ｖｉｎの電気信号はＡ／Ｄ変換器５７によってデジタル変換され、画像信号として制御手段５１に出力される。その後、次のＸ線照射に備えて上述した初期状態へのリセットが行われる。

なお、本実施形態では、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２によって大小２つの読取ゲインに変更可能な例を示したが、コンデンサとそのスイッチを複数備え、変更できる読取ゲインを拡張してもよい。

本体部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ、操作部、表示部、Ｉ／Ｆを備え、Ｘ線撮影に係る各部の駆動を制御する。例えば、本体部１２は、ユーザの操作に従って、アーム２０や支軸２７、圧迫板１５、ホルダ１９の移動制御、アーム２０の回転制御を行う。また、本体部１２はコントローラ３から入力される制御情報に従って、Ｘ線源１４のＸ線の照射条件を設定し、Ｘ線検出器２３によるＸ線画像の読取条件を設定する。また、Ｘ線検出器２３により生成されたＸ線画像をコントローラ３に送信する。

図４は、コントローラ３の機能的構成を示す図である。
図４に示すように、コントローラ３は、制御部３１、操作部３２、表示部３３、Ｉ／Ｆ３４、記憶部３５、通信部３６を備えている。

制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、記憶部３５に記憶されたプログラムとの協働により各種処理を実行する。処理において、制御部３１は演算を行い、コントローラ３の各部を集中制御する。例えば、制御部３１はプレ撮影時及び本撮影時のＸ線の照射条件、Ｘ線画像のＸ線画像の読取条件を決定する。本撮影時のＸ線の照射条件を決定するにあたり、制御部３１はプレ撮影によって得られたＸ線画像を解析する。また、制御部３１は本撮影によって得られたＸ線画像に画像処理を施す。

操作部３２は、キーボードやマウス、或いはタッチパネルを備え、これらの操作に応じた操作信号を制御部３１に出力する。
表示部３３は、ディスプレイ上に操作画面やＸ線撮影により得られたＸ線画像を表示する。

Ｉ／Ｆ３４は、乳房撮影装置１の本体部１２に接続されたインターフェイスである。制御部３１によって決定されたＸ線の照射条件やＸ線画像の読取条件は、制御情報としてＩ／Ｆ３４を介して乳房撮影装置１の本体部１２に出力される。また、乳房撮影装置１により生成されたＸ線画像は、Ｉ／Ｆ３４を介してコントローラ３に入力される。

記憶部３５は、制御部３１により実行されるプログラムやプログラムの実行に必要なデータ、制御部３１による処理結果のデータを記憶する。また、記憶部３５は乳房撮影装置１から入力されたＸ線画像を記憶する。記憶部３５としては、例えばハードディスクを用いることができる。
通信部３６は、通信用のインターフェイスを備え、ネットワーク上の外部装置と通信する。例えば、通信部３６は本撮影によって得られたＸ線画像をサーバに送信する。

図５は、上記乳房撮影システムにおいてＸ線撮影を行うときの乳房撮影装置１、コントローラ３の処理の流れを示すフローチャートである。
撮影技師や医師の操作により、撮影方向や照射野が設定され、圧迫板１５や被写体台１６の位置が指示されると、当該操作に従って乳房撮影装置１の本体部１２は撮影部１１を回転させて撮影方向を調整し、アーム２０や圧迫板１５の高さ位置を調整する。また、本体部１２はＸ線源１４に設けられたコリメータを制御し、照射野を調整する（ステップＳ１）。次に、本体部１２はプレ撮影のため、Ｘ線検出器１８を密着撮影位置に移動させる（ステップＳ２）。

一方、コントローラ３の制御部３１は、プレ撮影時のＸ線の照射条件の１つとして、本撮影時よりも焦点径が大きい焦点を使用することを決定する。例えば、密着撮影用と位相コントラスト撮影用の焦点があるのであれば、密着撮影用の焦点を用いるように決定すればよい。さらに使用できる焦点が複数ある場合は、そのうち最大焦点径の焦点を選択してもよい。また、制御部３１はプレ撮影時のＸ線画像の読取条件の１つとして、本撮影時よりも読取ゲインを上げることを決定する（ステップＰ１）。一般にプレ撮影は本撮影時の１／４〜１／１００程度と非常に少ないＸ線照射量により撮影が行われることから、プレ撮影時の読取ゲインは本撮影時に比較して４〜１００倍上げることが好ましい。決定されたＸ線の照射条件及びＸ線画像の読取条件は、Ｉ／Ｆ３４を介して乳房撮影装置１に送信される。

Ｘ線の照射条件としては、他に撮影時間、管電流、管電圧、使用するフィルタ等が上げられるが、これらの条件は使用すると決定された大きい焦点径の焦点の特性に応じて決定される。上述のように、プレ撮影時のＸ線照射量は本撮影に比して非常に少量であることを考慮し、撮影時間は本撮影より短く決定される。また、管電流は、本撮影よりも大きい値が決定される。
また、Ｘ線画像の読取条件としては、前述の読取ゲインの他に、画像信号の読み取りを行う行数、列数、画素サイズ、画像信号に割り当てるビット数等が挙げられる。プレ撮影を密着撮影とする場合、行数や列数は本撮影時より小さく決定される。

乳房撮影装置１では、コントローラ３の決定に従い、本体部１２の制御により、プレ撮影時のＸ線の照射条件及びＸ線画像の読取条件が設定される（ステップＳ３）。設定により、Ｘ線源１４は使用する焦点を本撮影時より大きい焦点径の焦点に切り替える。

次いで、Ｘ線検出器１８はリセットを行って、前回のＸ線撮影によって残存する不要な電荷を取り除き、初期状態に戻す（ステップＳ４）。その後、Ｘ線画像の読取条件の設定に従って、Ｘ線検出器１８はスイッチＢ１をＯＦＦし、読取ゲインを上げる。

このようにして撮影準備が整うと、乳房撮影装置１はプレ撮影を行う（ステップＳ５）。プレ撮影では、上記焦点の切り替えにより、Ｘ線源１４は本撮影時より大きい焦点径の焦点を使用してＸ線を照射する。Ｘ線を照射後、Ｘ線検出器１８は本撮影時より大きい読取ゲインにより画像信号の読取を行う（ステップＳ６）。本体部１２は、Ｘ線検出器１８によって読み取られた画像信号を取得し、プレ撮影により得られたＸ線画像としてコントローラ３に送信する（ステップＳ７）。Ｘ線画像の送信後、次に行われる本撮影の準備のため、本体部１２の制御により、Ｘ線検出器１８が位相コントラスト撮影位置に移動される（ステップＳ８）。

コントローラ３の制御部３１は、乳房撮影装置１からプレ撮影により得られたＸ線画像が入力されると、当該Ｘ線画像を解析する（ステップＰ２）。本撮影時のＸ線の照射条件を決定するためである。
本撮影時のＸ線の照射条件は、被写体である乳房の中でも乳腺の領域の信号値を基準に決定される。乳腺はＸ線が透過しにくい組織であるとともに診察上重要な組織でもあり、当該乳腺を視認しやすいＸ線画像が求められるからである。従って、下記手順（１）〜（３）に従って解析が行われ、Ｘ線画像に含まれる乳腺領域が求められる。

（１）乳房領域の認識処理
制御部３１は、Ｘ線画像に含まれる乳房の領域を認識する。認識の方法としては、特開２００１−２３８８６８に開示された方法等、公知の方法を適用可能である。
まず、Ｘ線画像の各画素の信号値についてヒストグラムを作成する。図６は、作成されたヒストグラムの例を示す図である。次に、作成されたヒストグラムについて、乳房領域と乳房を透過せずに直接Ｘ線が照射された直接Ｘ線領域とを分離する閾値となる信号値を判別分析により求める。求めた閾値によりＸ線画像を乳房領域と直接Ｘ線領域とに分離することができる。図６に示すように、ヒストグラムにおいて閾値より低信号値側が乳房領域、高信号値側が直接Ｘ線領域である。

或いは、Ｘ線画像に対し、図７に示すようにｘ方向にPrewitt等の微分フィルタ処理を施し、乳頭ｇ６から胸壁ｇ５に向かってフィルタ処理後の信号値が所定の範囲内となる最初の画素を探索し、スキンライン候補点として抽出する。このスキンライン候補点の抽出をｙ方向に順次行い、抽出された各スキンライン候補点を結びスキンラインｇ１を得る。そして、スキンラインｇ１と胸壁ｇ５間の領域を乳房領域ｇ２として認識する。乳房領域ｇ２には乳腺領域ｇ４、胸筋領域ｇ３が含まれる。

（２）胸筋領域の認識処理
次に、制御部３１はＸ線画像に含まれる胸筋領域を認識する。
まず、前述のPrewittのフィルタ処理を用いる方法によって、図７に示すようにスキンラインｇ１を求める。フィルタ処理された画像のうち、スキンラインｇ１と胸壁ｇ５間の領域において、斜め方向に直線をなすエッジ列を検出し、胸筋ラインｇ７として抽出する。抽出された胸筋ラインｇ７と胸壁ｇ５間の領域を胸筋領域ｇ３として認識する。また、撮影方向がＣＣ（頭尾方向）の場合は、胸筋の写り込みが少ないため、胸筋領域認識処理を省いても良い。

（３）乳腺領域の認識処理
乳房領域、胸筋領域が認識されると、制御部３１は乳房領域に含まれる乳腺の領域を認識する。
例えば、図７に示すように乳房領域ｇ２内に局所領域ｇ８を設定し、当該局所領域ｇ８の信号値を用いて決定された閾値により、局所領域ｇ８の信号値を２値化する。閾値としては、局所領域ｇ８の信号値の平均値から一定値を差し引いた値、又は平均値に１未満の係数を乗算した値を用いればよい。このような２値化を、乳房領域ｇ２内を走査して繰り返し行い、２値化された画像から信号値が小さい方の領域を抽出する。当該抽出された領域は、乳腺領域ｇ４、胸筋領域ｇ３が含まれた低信号領域である。抽出された低信号領域から上記（２）の認識処理で認識された胸筋領域ｇ３を削除した残りの領域を乳腺領域ｇ４として認識する。

若しくは、次の方法により乳腺領域ｇ４及び胸筋領域ｇ３を含む低信号領域を抽出してもよい。乳房領域ｇ２に設定した局所領域ｇ８のヒストグラムが、複数のピークを含む多峰性である場合、局所領域ｇ８を４等分に分割する。この分割を、分割後の各領域のヒストグラムが１つのピークのみ含む単峰性を示すまで繰り返す。単峰性を示す各分割領域が得られたら、各分割領域とその隣接領域の信号値の平均値と分散を求め、当該平均値及び分散が所定値以下となる領域を統合する。統合を繰り返した結果、最終的に乳房領域ｇ２を、脂肪領域と、乳腺領域ｇ４及び胸筋領域ｇ３を含む低信号領域とに分離することができる。抽出された低信号領域から上記（２）の認識処理で認識された胸筋領域ｇ３を削除した残りの領域を乳腺領域ｇ４として認識する。

さらに精度良く乳腺領域を認識する場合、上記のように認識された乳腺領域を候補領域として、モルフォロジーのオープン操作（膨張−収縮処理）を行い、オープン操作後の各領域のサイズ（画素数）が所定の閾値以上となる領域を抽出する。抽出された各領域に対し、信号値の分散及び各領域の輪郭画素の勾配の平均値が所定範囲内となる領域のみを乳腺領域として抽出する。このように抽出された乳腺領域をさらに候補領域として、候補領域のサイズや周辺の勾配情報等の特徴量を所定閾値と比較することで乳腺領域を抽出すれば、インプラントや圧迫板等の異物の画像領域を取り除くことができ、より正確な乳腺領域の認識が可能である。

上記（１）〜（３）の一連の処理によって得られた乳房領域、胸筋領域、乳腺領域、脂肪領域、スキンライン等の解析結果のデータは、記憶部３５に記憶される。当該解析結果のデータは、本撮影によって得られたＸ線画像の画像処理に用いられる。

上記解析の対象となるＸ線画像の読取ゲインが小さいと、濃度分解能が低いＸ線画像となり、解析精度が低下する。例えば、図８（ａ）は小さい読取ゲインにより読み取られたＸ線画像を示し、図８（ｂ）は当該Ｘ線画像の乳房領域に設定された局所領域（図８（ａ）に示す矩形領域）内の各信号値のヒストグラムを示す。図９（ａ）は、図８（ａ）に示すＸ線画像よりも大きい読取ゲインにより読み取られたＸ線画像を示し、図９（ｂ）は図８（ａ）に示す局所領域と同じ位置の領域から求めたヒストグラムを示す。

図８（ｂ）と図９（ｂ）の２つのヒストグラムを比較して分かるように、読取ゲインが小さいと大きい場合に比べてヒストグラムの分解能が低い。図９（ｂ）に示すヒストグラムによれば、乳腺領域と脂肪領域のそれぞれのピークが判別でき、２つのピーク間を境に乳腺領域と脂肪領域を精度良く分離することができる。これに対し、図８（ｂ）に示すヒストグラムによれば、２つのピークが認められず、乳腺領域と脂肪領域の分離が困難である。

このように、解析精度の向上を図るため、解析に用いるＸ線画像はできるだけ大きい読取ゲインにより読み取ることが求められる。プレ撮影時のＸ線照射量は本撮影に比して非常に小さいため、プレ撮影時の読取ゲインを本撮影時と同じように設定するとＸ線画像の濃度分解能が低くなり、解析精度の低下を招き、ひいてはＸ線の照射条件を正確に決定することができなくなる。本実施形態によれば、プレ撮影時の読取ゲインを本撮影時よりも大きくすることにより、このような解析精度の低下をできるだけ回避するようにしている。

上記解析によって乳腺領域が求められると、制御部３１は解析結果に基づいて、本撮影時のＸ線の照射条件を決定する。また、制御部３１は本撮影時のＸ線画像の読取条件を決定する（ステップＰ３）。本撮影は位相コントラスト撮影であるので、Ｘ線の照射条件の１つとして、制御部３１は位相コントラスト撮影用の焦点径の小さい焦点を用いることを決定する。また、制御部３１は解析によって認識された乳腺領域の信号値のヒストグラムを作成し、ヒストグラムにおいて最小の信号値から累積度数が所定割合となるところの信号値を算出する。そして、制御部３１は算出された信号値、プレ撮影時の撮影時間（Ｘ線照射時間）から、所望の乳腺領域の信号値が得られる本撮影時の撮影時間を算出する。例えば、プレ撮影時の乳腺領域の信号値、撮影時間及び本撮影時に求められる乳腺領域の信号値を変数として本撮影時の撮影時間を出力する関数を用意しておき、当該関数によって本撮影時の撮影時間を求める。

算出された撮影時間が閾値より大きく、長すぎる場合、制御部３１はプレ撮影時よりも管電圧、管電流をより高くするようにＸ線の照射条件を決定する。或いは、制御部３１はプレ撮影時よりも高エネルギーなＸ線を透過するフィルタを選択したり、小さい焦点径の焦点の中でもより高エネルギー分布のＸ線を照射する陽極を選択したりして、本撮影時のＸ線の照射条件を決定する。このように、管電圧、管電流、フィルタ、焦点径の条件をプレ撮影時から変更した場合、変更された条件で所望の乳腺領域の信号値が得られる撮影時間を再度算出すればよい。

また、病変部の可能性が高い異常陰影の候補領域の有無によって、本撮影時のＸ線の照射条件を決定してもよい。
例えば、特開２００６−２３０９１０に開示されているように、プレ撮影によって得られたＸ線画像を解析し、異常陰影の候補領域が検出されれば、上記算出された本撮影時の撮影時間を所定割合だけ延長してもよい。撮影時間の延長によってＸ線照射量を増加させ、病変部の視認性が高いＸ線画像が得られるように図る。異常陰影の候補領域の検出方法としては、種々開示されているが、例えば腫瘤の検出方法としては、曲率フィルタにより濃度分布の曲面形状の曲率を画素毎に算出し、曲率が閾値以上となる領域を候補領域として求める方法が挙げられる。検出された候補領域の大きさ、円形度、コントラスト等の特徴量を所定閾値と比較することで、腫瘤の可能性が高い候補領域を判定する。

また、本撮影のＸ線画像の読取条件の１つとして、制御部３１はＸ線画像の読取ゲインを本撮影用に予め定められた読取ゲインに決定する。プレ撮影では、少ないＸ線照射量に合わせてダイナミックレンジを狭め、濃度分解能を向上させて解析精度向上を図るため、大きい読取ゲインが求められた。しかし、本撮影ではプレ撮影に比べ４〜１００倍のＸ線照射量で撮影されるため、本撮影時のＦＰＤの出力信号値が飽和しないようにプレ撮影に比べダイナミックレンジを広げる必要がある。プレ撮影時の読取ゲインは本撮影時よりも大きい読取ゲインに決定されているので、本撮影時の読取ゲインはプレ撮影時よりも下げるように決定される。
決定された本撮影時のＸ線の照射条件、Ｘ線画像の読取条件は、通信部３６を介して乳房撮影装置１の本体部１２に送信される。

乳房撮影装置１の本体部１２は、コントローラ３の決定に従い、本体部１２の制御により、本撮影時のＸ線の照射条件及びＸ線画像の読取条件が設定される（ステップＳ９）。設定により、Ｘ線源１４は使用する焦点を位相コントラスト撮影用の焦点径、つまりプレ撮影時より焦点径が小さい焦点に切り替える。
次いで、Ｘ線検出器１８はリセットを行って、前回のＸ線撮影によって残存する不要な電荷を取り除き、初期状態に戻す（ステップＳ１０）。その後、Ｘ線画像の読取条件の設定に従って、Ｘ線検出器１８はスイッチＢ１をＯＮし、読取ゲインを下げる。

撮影準備が整うと、乳房撮影装置１は本撮影を行う（ステップＳ１１）。本撮影では、Ｘ線源１４はプレ撮影時より焦点径が小さい焦点を使用してＸ線を照射する。Ｘ線を照射後、Ｘ線検出器１８はプレ撮影時より小さい読取ゲインにより画像信号の読取を行う（ステップＳ１２）。本体部１２は、Ｘ線検出器１８によって読み取られた画像信号を取得し、本撮影により得られたＸ線画像としてコントローラ３に送信する（ステップＳ１３）。

コントローラ３の制御部３１は、本撮影によって得られたＸ線画像を画像処理した後、撮影技師らがＸ線画像を確認できるように表示部３３に表示する（ステップＰ４）。画像処理としては、例えば所望の階調特性に階調変換する階調処理、特定の周波数域を強調する周波数強調処理、特定周波数領域の信号値のレンジ（ダイナミックレンジ）を圧縮するダイナミックレンジ圧縮処理等が挙げられる。

このとき、記憶部３５に記憶されたプレ撮影時のＸ線画像の解析結果のデータを用いて画像処理のパラメータを決定することができる。例えば、階調処理では、階調変換に用いる関数（階調変換曲線）の傾きがコントラストを調整するパラメータとなり、階調変換曲線の平行移動量が信号値のレンジを調整するパラメータとなる。そこで、乳腺領域の信号値を元に乳腺領域のコントラストが高くなるように階調変換曲線の傾きを決定したり、乳腺領域の信号値のレンジが予め定めた信号値のレンジに一致するように階調変換曲線の平行移動量を決定したりすることができる。また、周波数強調処理では、乳腺領域の信号範囲に対して所定の周波数成分を強調するように強調するパラメータを決定することができる。ダイナミックレンジ圧縮処理では、圧縮する濃度範囲の基準値として乳腺領域やスキンラインの信号値を用いることができる。
プレ撮影時の解析結果のデータを用いることにより、画像処理をする際のパラメータの決定が容易となり、処理時間の短縮を図ることができる。

以上のように、本実施形態の乳房撮影システムによれば、Ｘ線源１４はＸ線を照射する。Ｘ線検出器１８は、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取る。コントローラ３の制御部３１は本撮影時と本撮影に先立って行われるプレ撮影時の前記Ｘ線検出器による画像信号の読取条件を決定し、プレ撮影時の画像信号の読取ゲインを、本撮影時よりも大きい読取ゲインに決定する。
これにより、プレ撮影により得られたＸ線画像の濃度分解能を上げ、Ｘ線画像の解析精度を向上させることができる。プレ撮影時のＸ線照射量を増加させることなく、解析精度を向上させることができ、患者の被曝量増加を回避できる。

Ｘ線検出器１８は、プレ撮影時は密着撮影位置に移動され、本撮影時は位相コントラスト撮影位置に移動される。密着撮影により大焦点径での撮影によるＸ線画像のボケを抑えることができるため、プレ撮影により得られるＸ線画像は鮮鋭性が向上し、解析精度を向上させることができる。また、プレ撮影時、Ｘ線検出器１８へのＸ線照射範囲が本撮影時よりも小さくなるため、画像信号の読取範囲も小さくなり、画像信号の読み取りや、読み取られたＸ線画像の解析の処理時間を短縮することができる。本撮影時には位相コントラスト撮影によるエッジの強調効果を得ることができ、視認性の高いＸ線画像を提供することができる。

なお、上記実施形態は、本発明の好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、撮影位置を、プレ撮影時は密着撮影位置とし、本撮影時は位相コントラスト撮影位置としたが、プレ撮影時の撮影位置も位相コントラスト撮影位置とし、プレ撮影及び本撮影の撮影位置を固定することとしてもよい。この場合、撮影位置の変更に要する時間を省くことができるので、プレ撮影の後、本撮影に速やかに移行することができ、患者が本撮影を待機する負担を軽減することができる。

さらに、Ｘ線の照射条件として、プレ撮影時は被写体とＸ線検出器１８間にグリッドを配置し、本撮影時はグリッドを除去することとしてもよい。本撮影では被写体とＸ線検出器１８の間のエアギャップにより散乱線が除去されるが、プレ撮影では散乱線の影響が大きいため、グリッドの配置により散乱線をできるだけ除去してＸ線画像の解析精度の向上を図る。

また、コントローラ３の制御部３１により実行されるプログラムのコンピュータ読み取り可能な媒体としては、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、ＣＤ-ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、当該プログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ(搬送波)も本発明に適用される。

その他、乳房撮影システムの細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 乳房撮影装置
１１ 撮影部
１２ 本体部
１４ Ｘ線源
１５ 圧迫板
１６ 被写体台
１８ Ｘ線検出器
５１ 制御手段
５３ 光電変換素子
５４ ＴＦＴ
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｂ１、Ｂ２ スイッチ
３ コントローラ
３１ 制御部
３３ 表示部
３５ 記憶部
３６ 通信部

Claims (2)

1. Ｘ線を照射するＸ線源と、
   照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、
   本撮影時と本撮影に先立って行われるプレ撮影時の前記Ｘ線検出器による画像信号の読取条件を決定する制御部と、を備え、
   前記制御部は、プレ撮影時の画像信号の読取ゲインを、本撮影時よりも大きい読取ゲインに決定する乳房撮影システム。
2. 前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器間に設けられる被写体台を備え、
   プレ撮影時は前記Ｘ線検出器を前記被写体台に密着させ、本撮影時は前記Ｘ線検出器と前記被写体台を離間させる請求項１に記載の乳房撮影システム。