JP2013031641A - 放射線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演算時間を増大させることなく、断層画像のコントラストが大きい部分でもアーチファクトが発生することのないフィルタ補正処理を行うことができる放射線撮影装置を提供する。
【解決手段】放射線撮影装置は、トモシンセシス撮影により撮影された被検者の複数枚の投影画像から、被検者の所定断面における断層画像を再構成するものであって、投影画像に対応する投影画像信号から、それぞれ周波数応答特性が異なる複数の帯域制限画像信号を作成する周波数フィルタ処理部と、帯域制限画像信号が所定値を超える部分が小さくなるように、帯域制限画像信号を非線形変換する非線形変換処理部と、非線形変換処理部により非線形変換された複数の帯域制限画像信号を積算して変換画像信号を作成する積算処理部と、複数の投影画像に対応する複数の変換画像信号から、被検者の所定断面における断層画像を再構成する逆投影処理部とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、トモシンセシス撮影により複数枚の投影画像（放射線画像）を撮影し、撮影した複数枚の投影画像から、被検者の所定断面における断層画像を再構成する放射線撮影装置に関するものである。

トモシンセシス撮影では、例えば、放射線源を一方向に移動しながら被検者に異なる角度で放射線を照射し、被検者を透過した放射線を放射線検出器で検出することにより、撮影角度の異なる複数枚の投影画像を連続的に撮影する。そして、撮影した複数枚の投影画像を、注目構造物の位置が一致するようにシフトして対応する画素を重ね合わせることによって、被検者の所定断面における断層画像の再構成を行う。

トモシンセシス撮影では、撮影角度によって投影画像における構造物の重なり方が異なることを利用して、上記のように、投影画像を適切にずらしながら加算することによって、所望の断層面上の注目構造物が強調された画像（断層画像）を得る。

しかしながら、トモシンセシス撮影では、撮影角度の範囲が制限されることにより、奥行き方向の分離能力が制約され、再構成後の断層画像に注目構造物以外の構造物の影響によるアーチファクトが発生する場合があるという問題がある。

ここで、本発明に関連性のあると思われる先行技術文献として、特許文献１には、２枚の被写体の像からその動き量を測定するために、１枚の画像を４×６画素（ピクセル）毎の小領域に分割し、各小領域毎に２枚の画像の類似度を計算することが記載されている。また、特許文献２には、正規化相互相関法を用いて、テンプレート中の画像データとの類似性が高い探索領域中のサブ領域を決定することが記載されている。

また、再構成後の断層画像に対して、診断性能を向上させるために、高周波成分を強調する周波数強調処理や、断層画像に含まれる流れ像等の低周波成分を抑制する周波数抑制処理等の画像処理を施すことが提案されている（特許文献３参照）。

ここで、周波数強調処理は、断層画像の画像信号から、非鮮鋭マスク画像（断層画像の平均画像）の非鮮鋭マスク画像信号を減算して、高周波成分を含む周波数画像の画像信号を作成し、この周波数画像信号に強調係数を乗算して高周波成分を強調したものを、断層画像の画像信号に加算するものである（特許文献４，５参照）。これにより、断層画像における高周波数成分が強調される。

また、流れ像は、撮影対象とする焦点断面以外に存在する放射線透過線量の大きく変化した部分の像が、断層画像において放射線源の移動方向に沿って発生する障害陰影である（特許文献６参照）。周波数抑制処理は、例えば、再構成後の断層画像のうち、流れ像等に対応する低周波成分を除去することにより、流れ像等が除去された画像を生成するものである。

前述の周波数強調処理、周波数抑制処理等の画像処理を行うために、断層画像の再構成時に、フィルタ補正処理を行うフィルタ補正逆投影法（Filtered Back-Projection法）が知られている。このフィルタ補正処理では、図１７（Ａ）に示すような線形変換を行うフィルタ特性を有するランプフィルタや、このランプフィルタに、同図（Ｂ）に示すハニング窓等の窓関数を掛け合わせたものなどが一般的に使用されている。

フィルタ補正処理は、通常、高周波強調特性を有する線形フィルタで行われるが、高コントラスト信号の過強調により、金属等の周辺にオーバーシュートやアンダーシュートが生じたり、ノイズ成分が強調されたりして、断層画像にアーチファクトが発生するという問題がある。また、トモシンセシスの再構成の他の方法として代数的再構成法などの逐次近似法が知られているが、この方法は、演算時間が増大するという問題がある。

特開平５−４９６３１号公報 特開平７−３７０７４号公報 特許３８１６１５１号公報 特開昭５５−１６３４７２号公報 特開昭５５−８７９５３号公報 特開平３−２７６２６５号公報

本発明の第１の目的は、演算時間を増大させることなく、断層画像のコントラストが大きい部分でもアーチファクトが発生することのないフィルタ補正処理を行うことができる放射線撮影装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、再構成後の断層画像に注目構造物以外の構造物の影響によるアーチファクトが発生することを防止することができる放射線撮影装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、トモシンセシス撮影により撮影された被検者の複数枚の投影画像から、被検者の所定断面における断層画像を再構成する放射線撮影装置であって、
投影画像に対応する投影画像信号から、それぞれ周波数応答特性が異なる複数の帯域制限画像信号を作成する周波数フィルタ処理部と、
帯域制限画像信号が第１の所定値を超える部分の変換係数が、第１の所定値を超えない部分の変換係数よりも小さくなるような非線形変換特性に従って、帯域制限画像信号を非線形変換する非線形変換処理部と、
非線形変換処理部により非線形変換された複数の帯域制限画像信号を積算して変換画像信号を作成する積算処理部と、
複数の投影画像に対応する複数の変換画像信号から、被検者の所定断面における断層画像を再構成する逆投影処理部とを備えることを特徴とする放射線撮影装置を提供する。

ここで、非線形変換処理部は、さらに、投影画像信号の高周波側の成分よりも低周波側の成分になるほど、帯域制限画像信号が小さくなるように非線形変換するものであることが好ましい。

また、非線形変換処理部は、さらに、被検者の正面から撮影した投影画像よりも端部側で撮影した投影画像になるほど、帯域制限画像信号が小さくなるように非線形変換するものであることが好ましい。

また、非線形変換処理部は、さらに、投影画像信号が第２の所定値よりも小さい画素の帯域制限画像信号が小さくなるように非線形変換するものであることが好ましい。

また、周波数フィルタ処理部は、投影画像信号を、放射線源の移動方向に沿って１次元的に帯域制限することにより、複数の帯域制限画像信号を作成するものであることが好ましい。

さらに、１つの変換画像信号に対応する１枚の変換画像を基準変換画像として、断層画像上の同一位置に累積加算される、基準変換画像上の画素と各々の変換画像上の画素との間の類似度を算出する類似度算出部と、
複数枚の変換画像の各画素について、類似度が高くなるほど大きくなるように重み付け係数を算出する重み付け係数算出部とを備え、
逆投影処理部は、断層画像上の同一位置に累積加算される、複数枚の変換画像の画素の画素値とこれに対応する重み付け係数との乗算値を累積加算することにより、断層画像を再構成するものであることが好ましい。

ここで、類似度算出部は、断層画像上の同一位置に累積加算される、基準変換画像上の第１領域と各々の変換画像上の第２領域との間の類似度を算出するものであることが好ましい。

また、類似度算出部は、複数枚の変換画像のうち、被検者の真正面から撮影された変換画像を基準変換画像とするものであることが好ましい。

逆投影処理部は、複数枚の変換画像から断層画像を再構成するものであり、
さらに、断層画像上の同一位置に累積加算された複数枚の変換画像上の画素間の類似度を算出する類似度算出部と、
断層画像の各画素について、類似度が高くなるほど大きくなるように重み付け係数を算出する重み付け係数算出部と、
断層画像の各画素の画素値とこれに対応する重み付け係数とを乗算して乗算処理画像を作成する乗算処理部とを備えることが好ましい。

また、類似度算出部は、断層画像上の同一位置に累積加算された複数枚の変換画像上の所定の領域間の類似度を算出するものであることが好ましい。

また、類似度算出部は、正規化相互相関によって類似度を算出するものであることが好ましい。

また、重み付け係数算出部は、類似度を重み付け係数として使用するものであることが好ましい。

本発明によれば、演算時間を増大させることなく、断層画像において、金属等の元々コントラストが大きい部分が過強調されアーチファクトが発生したり、ノイズ成分が強調されることを低減することができる。

また、本発明によれば、投影画像間の類似度に応じて、画素値の重み付けを行うため、再構成後の断層画像において、注目構造物を強調するとともに、注目構造物以外の構造物の影響によるアーチファクトが発生することを防止することができる。

本発明の放射線撮影装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、トモシンセシス撮影による断層画像の再構成時の様子を表す一例の概念図である。 第１の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。 トモシンセシス撮影により撮影される構造物と投影画像における構造物との位置関係を表す一例の概念図である。 断層画像の再構成時の様子を表す一例の概念図である。 構造物の位置と放射線源の位置と投影画像上における投影位置との関係を表す一例の概念図である。 第２の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。 第３の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す第１実施形態のブロック図である。 非線形変換処理のフィルタ特性を表す一例のグラフである。 第３の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す第２の実施形態のブロック図である。 非線形変換処理のフィルタ特性を表す一例のグラフである。 第３の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す第３の実施形態のブロック図である。 非線形変換処理のフィルタ特性を表す一例のグラフである。 非線形変換処理のフィルタ特性を表す一例のグラフである。 非線形変換処理のフィルタ特性を表す一例のグラフである。 周波数フィルタ処理部の構成を表す一例のブロック図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、線形変換処理のフィルタ特性を表す一例のグラフである。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の放射線撮影装置を詳細に説明する。

図１は、本発明の放射線撮影装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。同図に示す放射線撮影装置１０は、被検者３４をトモシンセシス撮影して、撮影角度の異なる複数枚の投影画像（放射線画像）を撮影し、撮影した複数枚の投影画像から、被検者３４の所定高さの断面における断層画像を再構成するものである。放射線撮影装置１０は、撮影装置１２と、コンソール１４とによって構成されている。

撮影装置１２は、被検者３４をトモシンセシス撮影して、撮影角度の異なる複数枚の投影画像を撮影するものであり、放射線源１６と、放射線制御装置１８と、撮影台２０とを備えている。

放射線源１６は、放射線制御装置１８の制御により、被検者３４の投影画像の撮影時に、所定強度の放射線を所定の時間だけ照射する。つまり、所定の照射量（線量）の放射線を照射する。

放射線制御装置１８は、後述するコンソール１４の制御装置２６の制御により、撮影条件に応じて、放射線源１６の動作（放射線の照射、照射位置および照射角度等）を制御する。

図示例の撮影台２０は、臥位撮影台であって、投影画像の撮影時に、被検者３４を位置決めするための台である。なお、撮影台２０として、立位撮影台を使用することもできる。撮影台２０の下側には、放射線検出器２２が配置されている。

放射線検出器２２は、例えば、フラットパネル型のもの（ＦＰＤ：フラットパネルディテクタ）であって、放射線源１６から照射され、被検者３４を透過した放射線を検出することによって、被検者３４が撮影された投影画像の画像信号（画像データ）を出力する。

続いて、コンソール１４は、放射線撮影装置１０全体の動作を制御するものであって、入力装置２４と、制御装置２６と、画像処理装置２８と、記録装置３０と、表示装置３２とを備えている。

入力装置２４は、例えば、撮影指示等の各種の指示や、撮影条件等の各種の情報を入力するためのものであって、キーボード、マウス等を例示することができる。

制御装置２６は、入力装置２４を介して入力される各種の指示や各種の情報に基づいて、放射線制御装置１８、画像処理装置２８、記録装置３０、および、表示装置３２の動作を制御する。

画像処理装置２８は、制御装置２６の制御により、放射線検出器２２から入力される複数枚の投影画像（の画像信号）に、画像合成処理やフィルタ補正処理等を含む各種の画像処理を施し、被検者３４の所定高さの断面における断層画像（の画像信号）を再構成して出力する。

記録装置３０は、制御装置２６の制御により、画像処理装置２８から出力される断層画像（の画像信号）等を含む各種の情報を記録するものであって、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ−Ｒ、プリンタ等を例示することができる。

表示装置３２は、制御装置２６の制御により、画像処理装置２８から出力される断層画像等を含む各種の情報を表示するものであって、液晶ディスプレイ等を例示することができる。

次に、トモシンセシス撮影時の放射線撮影装置１０の動作を説明する。

放射線撮影装置１０において、トモシンセシス撮影を行う場合、被検者３４が、撮影台２０の撮影面上に位置決めされる。その後、入力装置２４から撮影開始の指示が与えられると、制御装置２６の制御によりトモシンセシス撮影が開始される。

撮影が開始されると、撮影装置１２では、放射線制御装置１８の制御により、放射線源１６を一方向に移動しながら、被検者３４の方向に放射線源１６の照射角度を変えて、異なる照射角度で放射線が被検者３４に照射され、１回の撮影操作で撮影角度の異なる複数枚の投影画像が順次撮影される。そして、被検者３４の投影画像の撮影が行われる度に、放射線検出器２２から、撮影された投影画像の画像信号が出力される。

この時、コンソール１４では、制御装置２６の制御により、撮影装置１２から入力される複数枚の投影画像の画像信号が記録装置３０に順次記憶される。

撮影が終了すると、制御装置２６の制御により、記録装置３０に記憶された撮影角度の異なる複数枚の投影画像の画像信号から、複数枚の投影画像を位置合わせして重ね合わせる画像合成処理やフィルタ補正処理等を含む各種の画像処理が施され、被検者３４の所定断面における断層画像が再構成される。そして、再構成された断層画像は、表示装置３２上に表示され、必要に応じてその画像信号が記録装置３０に記録される。

以下、断層画像再構成時の動作を説明する。

断層画像の再構成方法としては代表的にシフト加算法が利用される。シフト加算法は、それぞれの投影画像の撮影時における放射線源１６の位置に基づいて、注目構造物の位置が合うように、撮影した複数枚の投影画像の位置を順次シフトして対応する画素を加算するものである。

図２（Ａ）および（Ｂ）は、トモシンセシス撮影による断層画像の再構成時の様子を表す一例の概念図である。同図（Ａ）に示すように、トモシンセシス撮影時に、放射線源１６が位置Ｓ１からスタートしてＳ３まで移動し、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の各線源位置において被検者３４に放射線が照射され、それぞれ、被検者３４の放射線画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が得られるものとする。

ここで、同図（Ａ）に示すように、被検者３４の高さの異なる２つの位置に構造物Ａ，Ｂが存在するとする。各撮影位置（撮影時の放射線源１６の位置）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３において、放射線源１６から照射された放射線は、被検者３４を透過して放射線検出器２２に入射される。その結果、各撮影位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対応する投影画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３において、２つの構造物Ａ，Ｂは、それぞれ異なる位置関係で投影される。

例えば、投影画像Ｐ１の場合、放射線源１６の位置Ｓ１が、放射線源１６の移動方向に対して、構造物Ａ，Ｂよりも左側に位置するため、構造物Ａ，Ｂは、それぞれ、構造物Ａ，Ｂよりも右側にずれたＰ１Ａ，Ｐ１Ｂの位置に投影される。同様に、投影画像Ｐ２の場合には、ほぼ直下のＰ２Ａ，Ｐ２Ｂの位置に、投影画像Ｐ３の場合には、左側にずれたＰ３Ａ，Ｐ３Ｂの位置に投影される。

構造物Ａが存在する高さの断面における断層画像を再構成する場合、放射線源１６の位置に基づいて、注目構造物Ａの投影位置Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ３Ａが一致するように、例えば、同図（Ｂ）に示すように、投影画像Ｐ１を左へ、投影画像Ｐ３を右にシフトさせて対応する画素を合成する。これにより、注目構造物Ａが存在する高さの断層画像が再構成される。同様にして、任意高さの断面における断層画像を再構成することができる。

次に、画像処理装置２８における断層画像再構成時の画像処理について説明する。

図３は、第１の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。同図に示す画像処理装置２８Ａは、類似度算出部１３６と、重み付け係数算出部１３８と、逆投影処理部１４０とを備えている。

類似度算出部１３６は、トモシンセシス撮影により撮影された複数枚の投影画像のうちの１枚の投影画像、例えば、被検者の真正面から撮影された投影画像を基準投影画像として、断層画像上の同一位置に累積加算される、基準投影画像上の画素の近傍の所定領域（注目画素を含むその周辺のＭ×Ｎの画素領域）と各々の投影画像上の対応する画素の近傍の所定領域との間の類似度（もしくは、分散度）を正規化相互関数によって算出する。

重み付け係数算出部１３８は、複数枚の投影画像の各画素について、類似度が高くなるほど大きくなるように重み付け係数を算出する。なお、重み付け係数算出部１３８は、類似度そのものを重み付け係数として使用してもよい。

そして、逆投影処理部１４０は、断層画像上の同一位置に累積加算される、複数枚の投影画像上の画素の画素値とこれに対応する重み付け係数との乗算値を累積加算することにより、断層画像を再構成する。

画像処理装置２８Ａは、断層画像の再構成時に、断層画像上の同一位置に累積加算される、基準投影画像上の画素の近傍の所定領域と各々の投影画像上の対応する画素の近傍の所定領域との間の類似度（相関）に応じて、各々の投影画像の対応する画素の画素値を重み付けして加算することにより、焦点断面内の注目構造物を選択的に強調（焦点断面以外の構造物を抑制）する。

ここで、図４に示すように、トモシンセシス撮影により、注目構造物として、星状構造物および円状構造物を含む、被検者の複数枚（図４の例では３枚）の投影画像が撮影されたとする。

図６に示すように、被検者３４の所定断面における注目構造物の座標を（ｘ、ｙ、ｚ）、各々の投影画像の撮影時の放射線源の位置を（ｓｘｉ、ｓｙｉ、ｓｚｉ）、ｉ番目（ｉは、−Ｉ〜Ｉまでの整数、被検者３４の真正面から撮影された投影画像をＰ０とする）の投影画像Ｐｉ上における注目構造物の投影位置を（ｔｉ、ｓｉ、０）、投影画像Ｐｉの各画素の画素値をＰｉ（ｔｉ、ｓｉ）とすると、従来方法による再構成後の断層画像Ｔｚの各画素の画素値Ｔｚ（ｘ、ｙ）は、下記式で表される。

上記演算の結果、空間上の点（ｘ、ｙ、ｚ）を透過した各々の投影画像Ｐｉ上の画素情報が、断層画像Ｔｚ上の対応する画素の画素値Ｔｚ（ｘ，ｙ）に累積加算されることになるため、点（ｘ、ｙ、ｚ）の構造が強調された断層画像Ｔｚを得ることができる。例えば、点（ｘ、ｙ、ｚ）が図５に示す星状構造物上の１点であるとすれば、各々の投影画像Ｐｉの対応する画素の投影情報が重ね合わされるように作用するため、結果として、星状構造物が強調された断層画像Ｔｚを得ることができる。

これに対し、画像処理装置２８Ａでは、各々の投影画像Ｐｉの各画素（ｔｉ、ｓｉ）に対する重み付け係数をｗｉ（ｔｉ、ｓｉ）とすると、逆投影処理部１４０により再構成される断層画像Ｔｚの各画素の画素値Ｔｚ（ｘ、ｙ）は、下記式で表される。

ここで、画像処理装置２８Ａにおいて、重み付け係数ｗｉ（ｔｉ、ｓｉ）は、以下のようにして算出される。

まず、類似度算出部１３６により、複数枚の投影画像Ｐｉのうち、被検者３４の真正面から撮影された投影画像Ｐ０を基準投影画像Ｐ０として、断層画像Ｔｚ上の同一位置に累積加算される、基準投影画像Ｐ０上の画素の投影位置Ｐ０（ｔ０、ｓ０）の近傍矩形領域と、各々の投影画像Ｐｉ上の対応する画素の投影位置Ｐｉ（ｔｉ、ｓｉ）の近傍矩形領域との間の類似度が正規化相互相関によって算出される。

そして、重み付け係数算出部１３８により、複数枚の投影画像の各画素について、類似度が高くなるほど大きくなるように重み付け係数ｗｉ（ｔｉ、ｓｉ）が算出される。なお、基準投影画像Ｐ０の重み付け係数ｗ０（ｔ０、ｓ０）は、正規化自己相関となるため、“１”となる。

この重み付け係数ｗｉによる重み付けは、断層画像Ｔｚの各画素の画素値Ｔｚ（ｘ、ｙ）に累積加算される投影画像Ｐｉの対応する矩形領域間の類似度に応じて、画素値Ｔｚ（ｘ、ｙ）への寄与を変動させるように作用する。そのため、再構成後の断層画像Ｔｚにおいて、注目構造物を強調するとともに、注目構造物以外の構造物の影響によるアーチファクトが発生することを防止することができる。

なお、類似度算出部１３６は、所定領域ではなく、断層画像Ｔｚ上の同一位置に累積加算される、基準投影画像Ｐ０上の投影位置Ｐ０（ｔ０、ｓ０）の画素と、各々の投影画像Ｐｉ上の投影位置Ｐｉ（ｔｉ、ｓｉ）の画素との類似度を算出するようにしてもよい。また、被検者の真正面から撮影された投影画像を基準投影画像とすることは必須ではなく、複数枚の投影画像Ｐｉのうちの1枚の投影画像を基準投影画像としてもよい。

また、類似度算出部１３６は、正規化相互相関によって２つの投影画像の所定領域間ないし画素間の類似度を求めることも必須ではなく、各種のテンプレートマッチング（パターンマッチング）により両者の類似度を算出することができる。

また、画像処理装置２８Ａは、各々の投影画像の各画素を重み付けしてから断層画像を再構成しているが、これに限定されず、再構成後の断層画像の各画素を重み付けすることによっても同様の効果を得ることができる。以下、この場合について説明する。

図７は、第２の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す一実施形態のブロック図である。同図に示す画像処理装置２８Ｂは、逆投影処理部１４２と、類似度算出部１４４と、重み付け係数算出部１４６と、乗算処理部１４８とを備えている。

逆投影処理部１４２は、複数枚の投影画像から断層画像を再構成する。

類似度算出部１４４は、断層画像上の同一位置に累積加算された、複数枚の投影画像上の画素の近傍の所定領域（注目画素を含むその周辺のＭ×Ｎの画素領域）間の類似度を正規化相互相関によって算出する。

重み付け係数算出部１４６は、断層画像の各画素について、類似度が高くなるほど大きくなるように重み付け係数を算出する。

そして、乗算処理部１４８は、断層画像の各画素の画素値とこれに対応する重み付け係数とを乗算することにより、乗算処理後の乗算処理画像を作成する。この乗算処理画像が、表示装置３２上に表示される。

画像処理装置２８Ｂは、断層画像の再構成後に、断層画像上の同一位置に累積加算された、複数枚の投影画像上の画素の近傍の所定領域間の類似度に応じて、断層画像の対応する画素の画素値を重み付けすることにより、焦点断面内の注目構造物を選択的に強調（焦点断面以外の構造物を抑制）する。

画像処理装置２８Ｂでは、再構成後の断層画像Ｔｚの各画素Ｔｚ（ｘ、ｙ）に対する重み付け係数をｗｉ（ｘ、ｙ）とすると、再構成後の断層画像Ｔｚの各画素の画素値Ｔｚ（ｘ、ｙ）は、下記式で表される。

画像処理装置２８Ｂにおいて、重み付け係数ｗｉ（ｘ、ｙ）は、以下のようにして算出される。

まず、類似度算出部１４４により、断層画像Ｔｚ上の同一位置に累積加算された、複数枚の投影画像Ｐｉ上の画素の投影位置Ｐｉ（ｔｉ、ｓｉ）の近傍矩形領域間の類似度が、複数枚のうちの２画像間における正規化相互相関の平均値によって算出される。

そして、重み付け係数算出部１４６により、断層画像Ｔｚの各画素について、類似度が高くなるほど大きくなるように重み付け係数ｗｉ（ｘ、ｙ）が算出される。

この重み付け係数ｗｉによる重み付けは、断層画像Ｔｚの各画素の画素値Ｔｚ（ｘ、ｙ）に累積加算される投影画像Ｐｉの対応する矩形領域間の類似度に応じて、画素値Ｔｚ（ｘ、ｙ）の値を変動させるように作用する。そのため、より少ない計算量で、再構成後の断層画像Ｔｚにおいて、注目構造物を強調するとともに、注目構造物以外の構造物の影響によるアーチファクトが発生することを防止することができる。

同様に、類似度算出部１４４は、断層画像Ｔｚ上の同一位置に累積加算される、複数枚の投影画像Ｐｉ上の投影位置Ｐｉ（ｔｉ、ｓｉ）の画素間の類似度を算出するようにしてもよい。また、類似度算出部１４４は、正規化相互相関に限らず、各種のテンプレートマッチング（パターンマッチング）により、２つの投影画像の所定領域ないし画素間の類似度を算出することができる。

次に、本発明の第３の態様の放射線撮影装置について説明する。

本発明の第３の態様の放射線撮影装置の構成は、本発明の第１および第２の態様の放射線撮影装置と同じである。つまり、本発明の第３の態様の放射線撮影装置１０は、撮影装置１２と、コンソール１４とによって構成されている。また、トモシンセシス撮影時の第３の態様の放射線撮影装置１０の動作は、第１および第２の態様の放射線撮影装置１０と同じであるから、ここではその繰り返しの説明を省略する。

次に、画像処理装置２８における断層画像再構成時の画像処理について説明する。

図８は、第３の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す第１実施形態のブロック図である。同図に示す画像処理装置２８Ｃは、フィルタ処理部２３６と、非線形変換処理部２３８と、逆投影処理部２４０とを備えている。

フィルタ処理部２３６は、投影画像に対応する投影画像信号Ｓorgに対して、フィルタを用いて、周波数強調処理、周波数抑制処理等の画像処理を施して、フィルタ処理後のフィルタ処理画像に対応するフィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）を作成する。

非線形変換処理部２３８は、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）に対して、コントラスト依存および透過線量依存の非線形変換を行う。非線形変換処理部２３８からは、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）が非線形変換処理された後の変換画像に対応する変換画像信号Ｓprocが出力される。

既に説明したように、金属等の、元々コントラストが大きい部分に対応する画像信号は、上記の画像処理により過強調される場合がある。この場合、フィルタ処理画像の、金属等に対応するコントラストが大きい部分とその周辺部との画素間のフィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）にオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、その結果、再構成後の断層画像の対応する部分にアーチファクトが発生する場合がある。

コントラスト依存の非線形変換処理は、上記の画像処理により、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）が所定値を超える場合、つまり、フィルタ処理画像の、コントラストが大きい部分とその周辺部との画素間のフィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）にオーバーシュートやアンダーシュートが発生する場合、変換画像信号Ｓprocに含まれる、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）の所定値を超える成分が小さくなるように、つまり、オーバーシュートやアンダーシュートが発生しないように、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）を非線形変換するものである。

また、放射線撮影では、例えば、被検者３４の厚さが厚いと、放射線の透過線量が減少して投影画像信号Ｓorgが小さくなり、投影画像に含まれるノイズ成分が多くなる。逆に、被検者３４の厚さが薄いと、透過線量が増大して投影画像信号Ｓorgが大きくなり、投影画像に含まれるノイズ成分が少なくなる。言い換えると、被検者３４の厚さが同じ時、放射線量が少ないと透過線量が減少してノイズ成分が多くなり、放射線量が多いと透過線量が増大してノイズ成分が少なくなる。

透過線量依存の非線形変換処理は、投影画像の各画素に対応する透過線量が所定値よりも小さい場合、つまり、投影画像信号Ｓorgが小さく、投影画像の各画素に含まれるノイズ成分が多い場合、変換画像信号Ｓprocに含まれる、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）の成分が小さくなるように、つまり、変換画像の各画素に含まれるノイズ成分が少なくなるように、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）を非線形変換するものである。

上記のように、本実施形態の非線形変換処理部２３８は、コントラスト依存および透過線量依存の非線形変換を行う。非線形変換処理部２３８で行われる処理を下記式に示す。
Ｓproc＝β（Ｓorg）・ｆ（ｇ（Ｓorg））
ここで、ｇは、周波数強調処理、周波数抑制処理等の画像処理を行う関数、ｆは、コントラスト依存の非線形変換処理を行う関数であり、βは、透過線量依存の非線形変換処理を行う関数である。

なお、非線形変換処理部２３８が、透過線量依存の非線形変換を行うことは必須ではなく、コントラスト依存の非線形変換だけを行ってもよい。

フィルタ処理部２３６および非線形変換処理部２３８は、フィルタ補正処理を行うフィルタ補正処理部を構成する。つまり、フィルタ補正処理部は、フィルタ処理部２３６により、投影画像信号Ｓorgに対して画像処理を施してフィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）を作成し、非線形変換処理部２３８により、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）に対して非線形変換を施して変換画像信号Ｓprocを作成する、フィルタ補正処理を行う。

最後に、逆投影処理部２４０は、フィルタ補正処理が施された複数枚の投影画像に対応する複数枚の変換画像の変換画像信号Ｓprocから、被検者３４の所定高さの断面における断層画像を再構成する。

以下、画像処理装置２８Ｃの動作を説明する。

画像処理装置２８Ｃでは、フィルタ処理部２３６により、例えば、まず、投影画像信号Ｓorgがフーリエ変換されて、複数の周波数成分からなる周波数画像信号に変換される。続いて、周波数画像信号に対して、例えば、図１７（Ａ）のグラフに示すような高周波成分を強調するフィルタにより画像処理が施された後、逆フーリエ変換されて、フィルタ処理後のフィルタ処理画像に対応するフィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）が作成される。

なお、投影画像の高周波成分を強調するためのフィルタは、図１７（Ａ）に示すものに限らず、同様の機能を実現する各種のフィルタを利用することができる。また、フィルタ処理部２３６は、投影画像の低周波成分を抑制するものなどであってもよい。

続いて、非線形変換処理部２３８により、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）に対して、コントラスト依存および透過線量依存の非線形変換が施される。

例えば、図９のグラフに示すように、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）の絶対値が所定値Ｔｈ１を超えるとき、関数ｆにより、変換画像信号Ｓprocに含まれる、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）の所定値Ｔｈ１を超える成分の変換係数が、所定値Ｔｈ１を超えない部分の変換係数よりも小さくなるような非線形変換特性に従って、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）に対してコントラスト依存の非線形変換が施される。図９は、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）が±の値を持つ場合の例であって、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）が±の値を持つことは必須ではない。

また、投影画像の各画素に対応する透過線量が所定値よりも小さい場合、変換画像信号Ｓprocに含まれる、フィルタ処理画像信号ｇ（Ｓorg）の成分が小さくなるように非線形変換される。

上記のように、投影画像信号Ｓorgに対して、フィルタ処理部２３６による画像処理、および、非線形変換処理部２３８による非線形変換を合わせたフィルタ補正処理が施された結果、変換画像信号Ｓprocが作成される。

これにより、演算時間を増大させることなく、金属等の元々コントラストが大きい部分が過強調されたり、ノイズ成分が強調されたりして、再構成された断層画像上にアーチファクトが発生することを低減することができる。

上記のフィルタ補正処理は、全ての投影画像に対応する投影画像信号Ｓorgに対して順次行われ、記録装置３０に記録される。そして、全ての投影画像に対応する投影画像信号Ｓorgに対してフィルタ補正処理が行われ、変換画像信号Ｓprocが作成されると、逆投影処理部２４０により、フィルタ補正処理が施された複数枚の変換画像の変換画像信号Ｓprocから、被検者３４の所定高さの断面における断層画像が再構成され、表示装置３２上に表示される。

続いて、図１０は、第３の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す第２の実施形態のブロック図である。同図に示す画像処理装置２８Ｄは、周波数フィルタ処理部２４２と、非線形変換処理部２４４Ｂと、積算処理部２４６Ｂと、逆投影処理部２４８とによって構成されている。

周波数フィルタ処理部２４２は、投影画像に対応する投影画像信号Ｓorgから、それぞれ周波数応答特性が異なる、複数枚の帯域制限画像に対応する複数の帯域制限画像信号Ｓbi（ｉ＝１〜ｋ、ｋは２以上の整数）を作成する周波数フィルタ処理を行う。周波数フィルタ処理部２４２は、同図に示すように、非鮮鋭マスク画像信号作成部２５０と、帯域制限画像信号作成部２５２とを備えている。

非鮮鋭マスク画像信号作成部２５０は、投影画像信号Ｓorgから、投影画像の平均画像であり、それぞれ周波数応答特性が異なる、複数枚の非鮮鋭マスク画像に対応する複数の非鮮鋭マスク画像信号Ｓusi（i＝１〜ｋ、ｋは２以上の整数）を作成する。本実施形態の場合、非鮮鋭マスク画像信号Ｓus1が高周波側、非鮮鋭マスク画像信号Ｓuskが低周波側の非鮮鋭マスク画像である。

また、帯域制限画像信号作成部２５２は、投影画像信号Ｓorg、および、非鮮鋭マスク画像信号Ｓusiから、それぞれ周波数応答特性が異なる、複数枚の帯域制限画像に対応する複数の帯域制限画像信号Ｓbiを作成する。帯域制限画像は、投影画像および複数枚の非鮮鋭マスク画像のうち、周波数成分（周波数帯域）が隣接する２つの画像間の差分画像である。

なお、周波数フィルタ処理部２４２は、投影画像信号Ｓorgを、放射線源の移動方向に沿って１次元的に帯域制限することにより、複数の帯域制限画像信号Ｓbiを作成する。放射線源の移動方向に直交する方向を帯域制限する必要はないが、帯域制限してもよい。

続いて、非線形変換処理部２４４Ｂは、帯域制限画像信号Ｓbiに対して、コントラスト依存の非線形変換処理（ｆi（i＝１〜ｋ、ｋは２以上の整数））を施す。

コントラスト依存の非線形変換処理は、図１１に示すように、帯域制限画像信号Ｓbiが所定値を超える場合に、コントラストを抑制するような変換を各画素に対して行う。これにより、帯域制限画像信号Ｓbiが過度のコントラストをもつことを防ぎ、オーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑制する。

さらに、非線形変換処理部２４４Ｂは、コントラスト依存の非線形変換に加えて、投影画像信号Ｓorgに依存したゲインｇｉ（Ｓorg）を帯域制限画像信号Ｓbiごとに乗じる透過線量依存の非線形変換処理を施す（ｇi（i＝１〜ｋ、ｋは２以上の整数））。ｇｉは投影画像信号Ｓorgが所定値よりも小さい場合に、小さなゲイン値が適用されるような関数形状を有する。これにより、透過線量が少なくノイズ成分が多い画素に対して、ノイズ成分のコントラストを抑制する方向に作用させることができ、ノイズが悪化するのを防ぐことができる。また、金属などの高吸収体によるコントラストを抑制する方向に作用させることができる。

続いて、積算処理部２４６Ｂは、非線形変換処理部２４４Ｂから出力された複数の帯域制限画像信号Ｓbiを積算して変換画像信号Ｓprocを作成する。変換画像信号Ｓprocは下記式で表すことができる。
Ｓproc＝Σｇi（Ｓorg）・ｆi（Ｓbi）
ここで、ｇiは投影画像信号Ｓorgに依存したゲインを規定する非線形関数、ｆiはコントラスト依存の非線形変換処理を規定する関数である。

周波数フィルタ処理部２４２、非線形変換処理部２４４Ｂおよび積算処理部２４６Ｂは、フィルタ補正処理を行うフィルタ補正処理部を構成する。つまり、フィルタ補正処理部は、周波数フィルタ処理部２４２により、投影画像信号Ｓorgから帯域制限画像信号Ｓbiを作成し、非線形変換処理部２４４Ｂにより、帯域制限画像信号Ｓbiに対して非線形変換処理を施し、積算処理部２４６Ｂにより、非線形変換された帯域制限画像信号Ｓbiを積算して変換画像信号Ｓprocを作成する、フィルタ補正処理を行う。

逆投影処理部２４８は、フィルタ補正処理が施された複数枚の投影画像に対応する複数枚の変換画像の変換画像信号Ｓprocから、被検者３４の所定高さの断面における断層画像を再構成する。

以下、画像処理装置２８Ｄの動作を説明する。

画像処理装置２８Ｄでは、周波数フィルタ処理部２４２により、各々の投影画像に対応する投影画像信号Ｓorgに対して以下の周波数フィルタ処理が行われる。

まず、非鮮鋭マスク画像信号作成部２５０により、投影画像信号Ｓorgから、それぞれ周波数応答特性が異なる、複数枚の非鮮鋭マスク画像に対応する複数の非鮮鋭マスク画像信号Ｓusiが作成される。

非鮮鋭マスク画像信号作成部２５０は、例えば、投影画像を構成する全ての画素の投影画像信号Ｓorgについて、非鮮鋭マスクでフィルタ処理を施すことにより、非鮮鋭マスク画像信号Ｓus1を作成する。そして、このフィルタ処理をフィルタ処理後の非鮮鋭マスク画像信号Ｓusiに対して繰り返し施すことにより、それぞれ周波数応答特性が異なる、複数の非鮮鋭マスク画像信号Ｓus1、Ｓus2、Ｓus3、…、Ｓuskを作成する。

続いて、帯域制限画像信号作成部２５２により、投影画像信号Ｓorg、および、非鮮鋭マスク画像信号Ｓusiから、複数の周波数成分の帯域制限画像に対応する複数の帯域制限画像信号Ｓbiが作成される。

帯域制限画像信号作成部２５２は、例えば、減算器で投影画像信号Ｓorgから非鮮鋭マスク画像信号Ｓus1を減算することにより、帯域制限画像信号Ｓb1を作成する。以下同様に、隣接する周波数成分の非鮮鋭マスク画像同士の画像信号の減算Ｓus1-Ｓus2、Ｓus2-Ｓus3、Ｓus3-Ｓus4、…、Ｓus(k-1)-Ｓuskを行うことにより、複数の周波数成分の帯域制限画像に対応する複数の帯域制限画像信号Ｓb1、Ｓb2、Ｓb3、…、Ｓbkを作成する。

つまり、帯域制限画像信号Ｓbkは、それぞれ所定の周波数帯域に制限された帯域制限画像の周波数成分のみを含む信号となる。

続いて、非線形変換処理部２４４Ｂにより、帯域制限画像信号Ｓbiに対して、コントラスト依存の非線形変換処理が施される。

非線形変換処理部２４４Ｂでは、図１１のグラフに示すように、帯域制限画像信号Ｓbiの絶対値が所定値を超える場合に、関数ｆｉにより、変換画像信号Ｓprocに含まれる、帯域制限画像信号Ｓbiの所定値を超える成分が小さくなるように、帯域制限画像信号Ｓbiに対してコントラストを抑制するような変換が各画素に対して行われる。図１１は、帯域制限画像信号Ｓbiが±の値を持つ場合の例である。

さらに、非線形変換処理部２４４Ｂでは、コントラスト依存の非線形変換に加えて、関数ｇｉにより、変換画像信号Ｓprocに含まれる、投影画像信号が所定値よりも小さい画素の帯域制限画像信号が小さくなるように、投影画像信号Ｓorgに依存したゲインｇｉ（Ｓorg）が帯域制限画像信号Ｓbiごとに乗じられる。非線形変換処理部２４４Ｂからは、非線形変換された帯域制限画像信号Ｓbiが出力される。

続いて、積算処理部２４６Ｂにより、非線形変換処理部２４４Ｂから出力された複数の帯域制限画像信号Ｓbiが積算され、変換画像に対応する変換画像信号Ｓprocが作成される。

上記のように、周波数フィルタ処理部２４２により作成された帯域制限画像信号Ｓbiに対して、非線形変換処理部２４４Ｂによる非線形変換、ならびに、積算処理部２４６Ｂによる積算処理を合わせたフィルタ補正処理が施された結果、変換画像信号Ｓprocが作成される。

これにより、断層画像において、金属等の元々コントラストが大きい部分が過強調されアーチファクトが発生したり、ノイズ成分が強調されることを低減することができる。

上記のフィルタ補正処理は、全ての投影画像に対応する投影画像信号Ｓorgに対して順次行われ、記録装置３０に記録される。そして、全ての投影画像に対応する投影画像信号Ｓorgに対して上記のフィルタ補正処理が行われ、変換画像信号Ｓprocが作成されると、逆投影処理部２４８により、フィルタ補正処理が行われた複数枚の変換画像の変換画像信号Ｓprocから、被検者の所定高さの断面における断層画像が再構成され、表示装置３２上に表示される。

続いて、図１２は、第３の態様の放射線撮影装置の画像処理装置の構成を表す第３の実施形態のブロック図である。同図に示す画像処理装置２８Ｅは、図１０に示す画像処理装置２８Ｄと同様に、周波数フィルタ処理部２４２と、非線形変換処理部２４４Ｃと、積算処理部２４６Ｃと、逆投影処理部２４８とによって構成されている。画像処理装置２８Ｅと画像処理装置Ｄとの違いは、非線形変換処理部２４４Ｃおよび積算処理部２４６Ｃであるから、以下、これらを主として説明する。

非線形変換処理部２４４Ｃは、非線形変換処理部２４４Ｂと同様に、帯域制限画像信号Ｓbiに対して、コントラスト依存の非線形変換処理を施す。さらに、非線形変換処理部２４４Ｂは、コントラスト依存の非線形変換に加えて、投影画像信号Ｓorgに依存したゲインｇｉ（Ｓorg）を帯域制限画像信号Ｓbiごとに乗じる透過線量依存の非線形変換処理を施す。

非線形変換処理部２４４Ｃは、図１２に示すように、関数ｆusおよび関数ｇusにより、非鮮鋭マスク画像信号作成部２５０の最終段から出力される非鮮鋭マスク画像信号（最も低周波側の非鮮鋭マスク画像信号）Ｓuskに対してもフィルタ補正処理を施すが、これは必須ではない。

続いて、積算処理部２４６Ｃは、非線形変換処理部２４４Ｃから出力された複数の帯域制限画像信号Ｓbiを積算して、積算処理後の変換画像に対応する変換画像信号Ｓprocを作成する。変換画像信号Ｓprocは下記式で表すことができる。
Ｓproc＝Σｇi（Ｓorg）・ｆi（Ｓbi）
ここで、ｇiは投影画像信号Ｓorgに依存したゲインを規定する非線形関数、ｆiはコントラスト依存の非線形変換処理を規定する関数である。

同様に、周波数フィルタ処理部２４２、非線形変換処理部２４４Ｃおよび積算処理部２４６Ｃは、フィルタ補正処理を行うフィルタ補正処理部を構成する。つまり、フィルタ補正処理部は、周波数フィルタ処理部２４２により、投影画像信号Ｓorgから帯域制限画像信号Ｓbiを作成し、非線形変換処理部２４４Ｃにより、帯域制限画像信号Ｓbiに対して非線形変換処理を施し、積算処理部２４６Ｃにより、非線形変換された帯域制限画像信号Ｓbiを積算して変換画像信号Ｓprocを作成する、フィルタ補正処理を行う。

以下、画像処理装置２８Ｅの動作を説明する。

周波数フィルタ処理部２４２により、複数の周波数成分の帯域制限画像に対応する複数の帯域制限画像信号Ｓb1、Ｓb2、Ｓb3、…、Ｓbkが作成されるまでの動作は画像処理装置２８Ｄの場合と同様である。

続いて、非線形変換処理部２４４Ｃにより、帯域制限画像信号Ｓbiに対して、コントラスト依存の非線形変換処理、および、透過線量依存の非線形変換処理が施される。

非線形変換処理部２４４Ｃでは、図１３のグラフに示すように、関数ｇｉにより、投影画像信号Ｓorgが所定値よりも小さい画素、つまり、放射線の吸収が大きく明度の高い（濃度の低い）画素について、変換画像信号Ｓprocに含まれる、帯域制限画像信号Ｓbiの成分がより小さくなるように、投影画像信号Ｓorgに依存したゲインｇｉ（Ｓorg）を帯域制限画像信号Ｓbiごとに乗じる非線形変換が施される。特に、投影画像信号Ｓorgの高周波側の成分よりも低周波側の成分になるほど、投影画像信号Ｓorgが所定値よりも小さい画素について、変換画像信号Ｓprocに含まれる、帯域制限画像信号Ｓbiの成分がより小さくなるように非線形変換処理が施される。

このように、投影画像信号Ｓorgが所定値よりも小さい画素に対して、特に低周波成分を抑制する特性を持たせることによって、吸収が大きい金属などに起因するコントラストを抑制する方向に作用させ、再構成画像に生じるアーチファクトを低減できる。

また、図１４のグラフに示すように、関数ｇｉにより、被検者３４の正面から撮影した投影画像（撮影角度＝０度）よりも、端部側で撮影した投影画像（撮影角度が大きい投影画像）になるほど、投影画像信号Ｓorgが所定値よりも小さい画素について、変換画像信号Ｓprocに含まれる、帯域制限画像信号Ｓbiの成分がより小さくなるように、投影画像信号Ｓorgに依存したゲインｇｉ（Ｓorg）を帯域制限画像信号Ｓbiごとに乗じる非線形変換処理を施してもよい。

また、非線形変換処理部２４４Ｃでは、図１５のグラフに示すように、帯域制限画像信号Ｓbiの絶対値が所定値Ｔｈ１を超える場合、関数ｆｉにより、変換画像信号Ｓprocに含まれる、帯域制限画像信号Ｓbiの所定値Ｔｈ１を超える成分が小さくなるように、帯域制限画像信号Ｓbiに対してコントラストを抑制するような変換が各画素に対して行われる。図１５は、帯域制限画像信号Ｓbiが±の値を持つ場合の例である。非線形変換処理部２４４Ｃからは、非線形変換された帯域制限画像信号Ｓbiが出力される。

また、関数ｆｉにより、被検者３４の正面から撮影した投影画像よりも端部側で撮影した投影画像になるほど、帯域制限画像信号Ｓbiを非線形変換する関数ｆｉの変換曲線の勾配が緩やかになるように、つまり、帯域制限画像信号Ｓbiが小さくなるように非線形変換処理を施してもよい。

続いて、積算処理部２４６Ｃにより、非線形変換処理部２４４Ｂから出力された複数の帯域制限画像信号Ｓbiが積算され、変換画像に対応する変換画像信号Ｓprocが作成される。これ以降の動作は画像処理装置２８Ｄの場合と同様である。

上記のように、周波数フィルタ処理部２４２により作成された帯域制限画像信号Ｓbiに対して、非線形変換処理部２４４Ｃによる非線形変換、ならびに、積算処理部２４６Ｃによる積算処理を合わせたフィルタ補正処理が施された結果、変換画像信号Ｓprocが作成される。

これにより、再構成後の断層画像において、吸収が大きい金属等の元々コントラストが大きい部分を抑制することができるため、アーチファクトが発生したり、ノイズ成分が強調されることを低減することができる。

なお、特許文献３に記載されているように、投影画像の画素を順次間引き、それぞれ解像度の異なる複数枚の非鮮鋭マスク画像を作成することにより、それぞれ周波数応答特性が異なる、複数の非鮮鋭マスク画像信号Ｓusiを作成することもできる。

この方法では、図１６に示すように、非鮮鋭マスク画像信号作成部２５０Ｂにより、投影画像信号Ｓorgに対して非鮮鋭マスク画像処理を行うとともに、投影画像の図中縦方向（放射線源の移動方向）の画素を順次１／２に間引くことを繰り返し行って、サイズ（解像度）の異なる複数枚の非鮮鋭マスク画像（ガウシアンピラミッド）を作成する。これにより、縦方向のサイズが、投影画像の１／２、１／４、１／８、…であり、横方向のサイズが投影画像と同じ、複数枚の非鮮鋭マスク画像に対応する非鮮鋭マスク画像信号Ｓus1、Ｓus2、Ｓus3、…、Ｓuskが作成される。

同図に示すように、複数枚の非鮮鋭マスク画像は縦方向のサイズが異なる。このため、このままでは、続く帯域制限画像信号作成部２５２Ｂにより、投影画像の画像信号Ｓorgとこれに隣接する非鮮鋭マスク画像の画像信号Ｓus1、および、隣接する周波数成分の非鮮鋭マスク画像同士の画像信号の減算Ｓorg-Ｓus1、Ｓus1-Ｓus2、Ｓus2-Ｓus3、Ｓus3-Ｓus4、…、Ｓus(k-1)-Ｓuskを行うことができない。

そこで、帯域制限画像信号作成部２５２Ｂにより、各々の非鮮鋭マスク画像の縦方向のサイズを２倍にアップサンプリングして補間した後、投影画像の画像信号Ｓorgとこれに隣接する非鮮鋭マスク画像の画像信号Ｓus1、および、隣接する周波数成分の非鮮鋭マスク画像同士の画像信号の減算Ｓorg-Ｓus1、Ｓus1-Ｓus2、Ｓus2-Ｓus3、Ｓus3-Ｓus4、…、Ｓus(k-1)-Ｓuskを行って、複数の周波数成分の帯域制限画像に対応する複数の帯域制限画像信号Ｓb1、Ｓb2、Ｓb3、…、Ｓbkを作成する。

また、同図に示すように、減算処理後の帯域制限画像も縦方向のサイズが異なる。そのため、図１６では図示を省略しているが、帯域制限画像信号作成部２５２Ｂの場合と同様に、積算処理部２４６Ｂにより、帯域制限画像の縦方向のサイズを２倍にアップサンプリングして補間した後、複数の変換画像信号を積算して変換画像信号Ｓprocを作成する。

なお、画像の縦方向だけでなく、横方向の画素も同時に間引いて、それぞれ解像度の異なる複数の非鮮鋭マスク画像を作成してもよい。

上記実施形態の放射線撮影装置は、トモシンセシス撮影により、放射線源を直線状の軌道で移動して被検者の投影画像を撮影するものであるが、本発明はこれに限定されず、例えば、放射線源を、被検者を中心とする円弧状の軌道で移動して被検者の投影画像を撮影するものなど、放射線源を直線軌道以外の軌道で移動してトモシンセシス撮影を行う放射線撮影装置にも適用可能である。この場合、対応する画素を求める計算式を撮影の幾何学系に応じて変えれば本発明を適用することができる。

また、上記実施形態の放射線撮影装置は、シフト加算法により、被検者の所定断面における断層画像の再構成を行うものであるが、本発明はこれに限定されず、例えば、フィルタ逆投影法により対応する画素を累積加算して断層画像の再構成を行うものなど、シフト加算法以外の再構成法により断層画像の再構成を行う放射線撮影装置にも適用可能である。例えば、フィルタ逆投影法により断層画像の再構成を行う放射線撮影装置の場合、フィルタ処理後の投影画像を使って本発明を適用することができる。

また、第１または第２態様の放射線撮影装置と、第３態様の第１〜第３実施形態のいずれかの放射線撮影装置とを組み合わせて使用することも可能である。すなわち、第３態様の放射線撮影装置によって作成される複数枚の変換画像の各々に対応する複数の変換画像信号Ｓprocを、トモシンセシス撮影により撮影された複数枚の投影画像に対応する複数の投影画像信号の代わりに、第１または第２態様の放射線撮影装置に供給し、複数枚の変換画像から断層画像を再構成することができる。

この場合、第３態様の第１実施形態の放射線撮影装置の非線形変換処理部２３８によって作成される、非線形変換処理後の変換画像に対応する変換画像信号Ｓproc、ないし、第２実施形態の積算処理部２４６Ｂまたは第３実施形態の積算処理部２４６Ｃによって作成される、積算処理後の変換画像に対応する変換画像信号Ｓprocを、第１態様の放射線撮影装置の類似度算出部１３６、または、第２態様の放射線撮影装置の逆投影処理部１４２に供給する。

これにより、第３態様の放射線撮影装置の効果と、第１および第２態様の放射線撮影装置の効果の両方を得ることができる。つまり、再構成後の断層画像において、演算時間を増大させることなく、金属等の元々コントラストが大きい部分が過強調されてアーチファクトが発生したり、ノイズ成分が強調されたりすることを低減することができる。さらに、注目構造物を強調するとともに、注目構造物以外の構造物の影響によるアーチファクトが発生することを防止することができる。

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０ 放射線撮影装置
１２ 撮影装置
１４ コンソール
１６ 放射線源
１８ 放射線制御装置
２０ 撮影台
２４ 入力装置
２６ 制御装置
２８、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２８Ｅ 画像処理装置
３０ 記録装置
３２ 表示装置
３４ 被検者
１３６、１４４ 類似度算出部
１３８、１４６ 重み付け係数算出部
１４０、１４２ 逆投影処理部
１４８ 乗算処理部
２３６ フィルタ処理部
２３８、２４４Ｂ、２４４Ｃ 非線形変換処理部
２４０、２４８ 逆投影処理部
２４２ 周波数フィルタ処理部
２４６Ｂ、２４６Ｃ 積算処理部
２５０ 非鮮鋭マスク画像信号作成部
２５２ 帯域制限画像信号作成部

Claims (12)

1. トモシンセシス撮影により撮影された被検者の複数枚の投影画像から、被検者の所定断面における断層画像を再構成する放射線撮影装置であって、
   前記投影画像に対応する投影画像信号から、それぞれ周波数応答特性が異なる複数の帯域制限画像信号を作成する周波数フィルタ処理部と、
   前記帯域制限画像信号が第１の所定値を超える部分の変換係数が、該第１の所定値を超えない部分の変換係数よりも小さくなるような非線形変換特性に従って、該帯域制限画像信号を非線形変換する非線形変換処理部と、
   前記非線形変換処理部により非線形変換された複数の帯域制限画像信号を積算して変換画像信号を作成する積算処理部と、
   複数の前記投影画像に対応する複数の前記変換画像信号から、前記被検者の所定断面における断層画像を再構成する逆投影処理部とを備えることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記非線形変換処理部は、さらに、前記投影画像信号の高周波側の成分よりも低周波側の成分になるほど、前記帯域制限画像信号が小さくなるように非線形変換するものである請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 前記非線形変換処理部は、さらに、前記被検者の正面から撮影した投影画像よりも端部側で撮影した投影画像になるほど、前記帯域制限画像信号が小さくなるように非線形変換するものである請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
4. 前記非線形変換処理部は、さらに、前記投影画像信号が第２の所定値よりも小さい画素の帯域制限画像信号が小さくなるように非線形変換するものである請求項１〜３のいずれかに記載の放射線撮影装置。
5. 前記周波数フィルタ処理部は、前記投影画像信号を、放射線源の移動方向に沿って１次元的に帯域制限することにより、複数の前記帯域制限画像信号を作成するものである請求項１〜４のいずれかに記載の放射線撮影装置。
6. さらに、１つの変換画像信号に対応する１枚の変換画像を基準変換画像として、前記断層画像上の同一位置に累積加算される、前記基準変換画像上の画素と各々の前記変換画像上の画素との間の類似度を算出する類似度算出部と、
   複数枚の前記変換画像の各画素について、前記類似度が高くなるほど大きくなるように重み付け係数を算出する重み付け係数算出部とを備え、
   前記逆投影処理部は、前記断層画像上の同一位置に累積加算される、複数枚の前記変換画像の画素の画素値とこれに対応する重み付け係数との乗算値を累積加算することにより、前記断層画像を再構成するものである請求項１〜５のいずれかに記載の放射線撮影装置。
7. 前記類似度算出部は、前記断層画像上の同一位置に累積加算される、前記基準変換画像上の第１領域と各々の前記変換画像上の第２領域との間の類似度を算出するものである請求項６に記載の放射線撮影装置。
8. 前記類似度算出部は、複数枚の前記変換画像のうち、前記被検者の真正面から撮影された変換画像を前記基準変換画像とするものである請求項６または７に記載の放射線撮影装置。
9. 前記逆投影処理部は、複数枚の前記変換画像から前記断層画像を再構成するものであり、
   さらに、前記断層画像上の同一位置に累積加算された複数枚の前記変換画像上の画素間の類似度を算出する類似度算出部と、
   前記断層画像の各画素について、前記類似度が高くなるほど大きくなるように重み付け係数を算出する重み付け係数算出部と、
   前記断層画像の各画素の画素値とこれに対応する重み付け係数とを乗算して乗算処理画像を作成する乗算処理部とを備える請求項１〜５のいずれかに記載の放射線撮影装置。
10. 前記類似度算出部は、前記断層画像上の同一位置に累積加算された複数枚の前記変換画像上の所定の領域間の類似度を算出するものである請求項９に記載の放射線撮影装置。
11. 前記類似度算出部は、正規化相互相関によって前記類似度を算出するものである請求項６〜１０のいずれかに記載の放射線撮影装置。
12. 前記重み付け係数算出部は、前記類似度を前記重み付け係数として使用するものである請求項６〜１１のいずいれかに記載の放射線撮影装置。

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