JP2015188604A - 放射線画像撮影装置および方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】トモシンセシス撮影等、複数の線源位置において複数の投影画像を取得するに際し、マーカを使用することなく、精度よく投影画像を再構成できるようにする。【解決手段】画像取得部２２が、複数の線源位置のそれぞれにおいて、被写体Ｍを撮影して複数の投影画像を取得する。再構成部２３が仮の断層画像を生成し、特徴点検出部２４が仮の断層画像から複数の解剖学的な特徴点を検出する。対応点決定部２５が各投影画像において特徴点に対応する対応点を決定し、推定部２６が、線源位置および投影画像の幾何学的対応関係を推定する。再構成部２３が推定された幾何学的対応関係を用いて、複数の投影画像を再構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、断層画像を生成するために複数の線源位置のそれぞれにおいて被写体を撮影して複数の投影画像を取得する、放射線画像撮影装置および方法並びにプログラムに関するものである。

近年、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異なる角度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を加算して所望の断層面を強調した断層画像を得ることができ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Ｘ線検出器と平行に移動させたり、円や楕円の弧を描くように移動させたりして、異なる照射角で被写体を撮影した複数の投影画像を取得し、これらの投影画像を再構成して断層画像を生成する。

このようなトモシンセシス撮影を行う場合には、撮影により取得した複数の投影画像を再構成する際に、各投影画像の位置合わせが必要となる。このため、放射線源の移動範囲を撮影回数（ショット数）によって等分したり、３次元座標が既知の物体を撮影してキャリブレーションを行ったりすることにより、各撮影における放射線源の位置（以下線源位置とする）を算出し、算出した線源位置の情報を用いて、複数の投影画像を再構成する手法が提案されている。

しかしながら、これらの手法では、撮影時の振動あるいは機械的なずれ等の影響により、放射線源を算出された通りの線源位置に正確に移動させることは困難であるため、撮影時の線源位置は算出された線源位置とずれることとなる。このずれの影響により、対象物の投影位置を精度よく位置合わせすることができず、その結果、断層画像の画質が劣化する。

このため、トモシンセシス撮影時に、被写体あるいは被写体を載置する撮影台にマーカを付与し、被写体とともにマーカを撮影することにより、マーカ像が含まれる複数の投影画像を取得することが行われている（特許文献１参照）。特許文献１の手法によれば、マーカの位置情報を用いて、投影画像毎に正確な線源位置およびマーカ位置を算出し、算出した線源位置およびマーカ位置を用いて投影画像を再構成することにより、線源位置のずれの影響を解消することができる。

一方、マーカを用いてずれを補正する場合、撮影に先だって、複数の投影画像にマーカ像が含まれるような適切な位置にマーカを配置する作業が必要となるため、操作者の作業の負担が大きい。この場合、マーカの位置を撮影台に固定することが考えられるが、マーカを固定すると被写体内の観察したい構造物とマーカとが重なってしまい、マーカが放射線画像を用いた診断の妨げとなるおそれもある。

このため、マーカを使用することなく、投影画像に含まれる特徴的な構造を用いて、正確な線源位置を算出して、投影画像の位置合わせを行う手法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載された手法は、あらかじめ定められた解剖学的な特徴（例えば、骨、石灰化、器官の参照点および血管分岐点等）の３次元モデルを用いて、投影画像から被写体である患者の解剖学的な特徴の位置を識別し、推定された撮影時の撮影装置の幾何学的構成の情報に基づいて投影画像における解剖学的な特徴の位置を推定し、推定された解剖学的な特徴の位置と識別された解剖学的な特徴の位置との差に基づいて、投影誤差を算出している。そしてこの投影誤差に基づいて正確な線源位置を算出して、投影画像を再構成している。

特開２０１３−０２００２３号公報 特開２００８−１８８４２６号公報

しかしながら、特許文献２に記載された手法においては、３次元モデルにより表される解剖学的な特徴が投影画像に含まれていない場合には、解剖学的な特徴点の位置を推定することができない。また、断層画像を生成するためには、複数の投影画像を取得する必要があるが、被写体への照射線量を低減するために、１回毎の撮影における照射線量は少ないものとなっている。このため、投影画像にはノイズが多く、解剖学的な特徴点を精度よく識別することは困難である。また、投影画像において無理に特徴点を識別することもできるが、非常に多数の特徴点が検出されるおそれがある。この場合、放射線の照射位置等を考慮して特徴点を絞り込むこともできるが、処理に長時間を要するものとなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、トモシンセシス撮影等、複数の線源位置において複数の投影画像を取得するに際し、マーカを使用することなく、精度よく投影画像を再構成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撮影装置は、被写体に放射線を照射する放射線源と、
被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
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線源位置において被写体に放射線を照射して、複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の投影画像を取得する画像取得手段と、
複数の投影画像を再構成して仮の断層画像を生成する再構成手段と、
仮の断層画像から複数の解剖学的な特徴点を検出する特徴点検出手段と、
複数の投影画像のそれぞれにおいて、複数の特徴点に対応する複数の対応点を決定する対応点決定手段と、
複数の対応点に基づいて、線源位置および投影画像の幾何学的対応関係を推定する推定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、検出手段を固定して放射線源のみを移動させる場合、および検出手段と放射線源との双方を同期させて移動する場合の両方を含む。

なお、本発明による放射線画像撮影装置においては、再構成手段を、推定された幾何学的対応関係に基づいて、被写体の断層画像を生成する手段としてもよい。

また、本発明による放射線画像撮影装置においては、再構成手段を、仮の線源位置の情報を用いて、仮の断層画像を生成する手段とし、
対応点決定手段を、仮の線源位置の情報を用いて、対応点を決定する手段としてもよい。

また、本発明による放射線画像撮影装置においては、対応点決定手段を、仮の線源位置の情報を用いて複数の投影画像から仮の対応点を算出し、各投影画像を解析することにより仮の対応点の位置を修正して対応点を決定する手段としてもよい。

この場合、対応点決定手段を、各投影画像における仮の対応点の位置に基づいて、各投影画像の解析範囲を決定し、解析範囲において各投影画像を解析する手段としてもよい。

また、本発明による放射線画像撮影装置においては、再構成手段を、被写体の所定の断層面において仮の断層画像を生成する手段としてもよい。

また、再構成手段は、被写体が乳房である場合、被写体の圧迫厚の情報を取得し、圧迫厚の情報に基づいて所定の断層面を決定する手段としてもよい。

また、本発明による放射線画像撮影装置においては、推定手段は、撮影時における線源位置の３次元座標を幾何学的対応関係として推定する手段としてもよい。

また、本発明による放射線画像撮影装置においては、推定手段を、複数の特徴点に対応する被写体内の物体の位置の３次元座標を幾何学的対応関係として推定する手段としてもよい。

本発明による放射線画像撮影方法は、被写体に放射線を照射する放射線源と、
被写体を透過した放射線を検出する検出手段とを備えた放射線画像撮影装置における放射線画像撮影方法であって、
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線源位置において被写体に放射線を照射して、複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の投影画像を取得し、
複数の投影画像を再構成して仮の断層画像を生成し、
仮の断層画像から複数の解剖学的な特徴点を検出し、
複数の投影画像のそれぞれにおいて、複数の特徴点に対応する複数の対応点を決定し、
複数の対応点に基づいて、線源位置および投影画像の幾何学的対応関係を推定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撮影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、投影画像を再構成することにより生成した仮の断層画像から解剖学的な特徴点を検出するようにしたものである。ここで仮の断層画像は複数の投影画像を再構成することにより取得されるものであるため、仮の断層画像に含まれる解剖学的な特徴点は、投影画像にも含まれている。また、再構成によって投影画像が加算されて仮の断層画像が取得されるため、仮の断層画像は投影画像と比較してノイズが少ない。このため、仮の断層画像からは精度よく特徴点を検出でき、その結果、投影画像からは特徴点に対応する対応点を精度よく検出することができる。したがって、対応点に基づいての、線源位置および投影画像の幾何学的対応関係を精度よく推定することができる。

また、推定された幾何学的対応関係に基づいて被写体の断層画像を生成することにより、位置ずれが補正されたボケのない高画質の断層画像を生成することができる。

本発明の実施形態による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 コンピュータの構成を示す概略ブロック図 トモシンセシス撮影を説明するための図 仮の対応点の決定を説明するための図 仮の断層画像における特徴点の検出を説明するための図 投影画像における対応点の決定を説明するための図 線源位置および特徴点に対応する物体位置のずれを説明するための図 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート

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は本発明の実施形態による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、異なる撮影方向から乳房Ｍ（以下、被写体Ｍとする場合もあるものとする）を撮影して、複数の放射線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に接続されたモニタ３および入力部４を備えている。

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なように構成されており、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、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。

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・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、Ｘ線源１６（放射線源）が収納されている。Ｘ線源１６からＸ線を照射するタイミングと、Ｘ線源１６におけるＸ線発生条件（管電流、時間、管電流時間積等）とは、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。

表示部３は，ＣＲＴ、液晶モニタ等の表示装置であり、後述するように画像取得部２２が取得した投影画像、および再構成部２３が再構成した断層画像の他、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、マウスあるい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は、中央処理装置（ＣＰＵ）および半導体メモリやハードディスクやＳＳＤ等のストレージデバイス等を備えており、これらのハードウェアによって、図３に示すような制御部２１、画像取得部２２、再構成部２３、特徴点検出部２４、対応点決定部２５、推定部２６、および記憶部２７が構成されている。

制御部２１は、放射線画像撮影装置１の各部を駆動する等、装置全体の制御を行うものである。

画像取得部２２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線源位置において被写体である乳房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、移動中の複数の線源位置における複数の投影画像Ｇｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは線源位置の数）を取得する。

再構成部２３は、画像取得部２２が取得した複数の投影画像を再構成することにより、被写体の所望の断層面を示す断層画像を生成する。以下に、断層画像を生成する方法を説明する。

図４に示すように、Ｘ線源１６をＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎの各位置から異なる照射角で被写体Ｍを撮影すると、それぞれ投影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎが得られるものとする。そこで、例えば、線源位置Ｓ１から、異なる深さに存在する対象物（Ｔ１、Ｔ２）を投影すると、投影画像Ｇ１上にはＰＴ１１、ＰＴ１２の位置に投影され、線源位置Ｓ２から、対象物（Ｔ１、Ｔ２）を投影すると、投影画像Ｇ２上にはＰＴ２１、ＰＴ２２の位置に投影される。このように、繰り返し異なる線源位置Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎから投影を行うと、各線源位置に対応して対象物Ｔ１は、ＰＴ１１、ＰＴ２１、・・・、ＰＴｎ１の位置に投影され、対象物Ｔ２は、ＰＴ１２、ＰＴ２２、・・・、ＰＴｎ２の位置に投影される。

対象物Ｔ１に対応する断層画像の画素値は、投影画像Ｇ１上のＰＴ１１の画素値、投影画像Ｇ２上のＰＴ２１の画素値、・・・、投影画像Ｇｎ上のＰＴｎ１の画素値を加算することにより算出できる。また、対象物Ｔ２に対応する断層画像の画素値は、投影画像Ｇ１上のＰＴ１２の画素値、投影画像Ｇ２上のＰＴ２２の画素値、・・・、投影画像Ｇｎ上のＰＴｎ２の画素値を加算することにより算出できる。このようにして、断層画像の各画素毎に、対応する投影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎの画素値を加算することにより、所望の位置における断層面を強調した断層画像を取得することができる。

なお、本実施形態においては、３次元座標が既知の被写体を撮影し、キャリブレーションを行うことにより、線源位置毎にその３次元の位置座標が算出され、記憶部２７に記憶されている。このため、再構成部２３は、記憶部２７に記憶された線源位置の３次元の位置座標を用いて、断層画像の各画素毎に、各投影画像の線源位置毎の対応する投影位置を算出し、対応する投影位置の画素値を加算することにより断層画像を取得する。

特徴点検出部２４は、再構成部２３が生成した断層画像から、複数の解剖学的な特徴点を検出する。なお、複数の特徴点を検出する断層画像は、被写体Ｍにおけるあらかじめ定められた断層面の断層画像である。この特徴点を検出するための断層画像は、診断に供する最終的な断層画像ではないため、仮の断層画像ＤＧ０と称するものとする。ここで、あらかじめ定められた断層面としては、操作者が入力部４から指示した断層面であってもよく、被写体Ｍの再構成範囲における中央の断層面等、装置１において設定された断層面であってもよい。また、とくに被写体が乳房Ｍである場合、図１，２に示すように、撮影時には乳房Ｍは圧迫板１７により圧迫され、この圧迫された乳房Ｍの厚さである圧迫厚の情報が取得される。このため、圧迫厚の１／２となる断層面の断層画像を、仮の断層画像ＤＧ０として取得してもよい。

解剖学的な特徴点を検出する手法としては、例えばＨａｒｒｉｓ法のように、仮の断層画像ＤＧ０の１階微分をガウス平滑化した値を要素とする２×２行列の固有値に基づいて、コーナーらしさを算出し、コーナーらしさに基づいてコーナーとなる点を特徴点として検出する手法、あるいはＫＬＴ法のように固有値が所定の条件を満たす点を特徴点として検出する手法等、任意の手法を用いることができる。このような手法を用いることにより、仮の断層画像ＤＧ０における構造物が交わる点、例えば被写体が乳房Ｍの場合は、乳腺の端部等が特徴点として検出される。

対応点決定部２５は、複数の投影画像Ｇｉのそれぞれから、特徴点検出部２４が検出した複数の特徴点のそれぞれに対応する複数の対応点を決定する。このために、対応点決定部２５は、複数の投影画像Ｇｉにおいて、特徴点に対応する仮の対応点を検出する。図５は仮の対応点の決定を説明するための図である。なお、断層画像を生成する場合と同様に、Ｘ線源１６をＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎの各線源位置から異なる照射角で被写体Ｍを撮影することにより、複数の投影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎが得られるものとする。

図５に示すように、例えば、線源位置Ｓ１から、断層面Ｄ０に存在する特徴点Ｃ１，Ｃ２を投影すると、投影画像Ｇ１上にはＰ１１、Ｐ１２の位置に投影され、線源位置Ｓ２から特徴点Ｃ１，Ｃ２を投影すると、投影画像Ｇ２上にはＰ２１、Ｐ２２の位置に投影される。このように、繰り返し異なる線源位置Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎから投影を行うと、各線源位置に対応して特徴点Ｃ１は、Ｐ１１、Ｐ２１、・・・、Ｐｎ１の位置に投影され、特徴点Ｃ２は、Ｐ１２、Ｐ２２、・・・、Ｐｎ２の位置に投影される。対応点決定部２５は、各投影画像Ｇｉにおける特徴点Ｃ１，Ｃ２の投影位置Ｐ１１、Ｐ２１、・・・、Ｐｎ１、Ｐ１２、Ｐ２２、・・・、Ｐｎ２を、特徴点Ｃ１，Ｃ２の仮の対応点に決定する。

ここで、各投影画像Ｇｉにおいて検出された仮の対応点の位置は、仮の断層画像ＤＧ０および投影画像Ｇｉの双方に含まれる構造物における同一の位置となるはずである。例えば、図６に示すように仮の断層画像ＤＧ０において特徴点Ｃ１，Ｃ２が構造物３０のコーナー部分において検出されている場合、投影画像Ｇｉにおける同一の構造物のコーナー部分において、対応点は検出されるはずである。

しかしながら、仮の対応点を投影した際の線源位置は、キャリブレーションを行うことにより算出されて記憶部２７に記憶されているものであり、投影画像を実際に取得した際の線源位置とはずれている。このため、図７に示すように、投影画像Ｇｉにおいて検出された仮の対応点Ｐｉ１，Ｐｉ２は、仮の断層画像ＤＧ０に含まれる構造物３０と同一の構造部３１の対応する位置に存在しなくなる場合がある。

このため、対応点決定部２５は、図７に示すように、仮の対応点を中心とした所定サイズの解析範囲３２，３３を投影画像Ｇｉに設定し、解析範囲３２，３３内において、特徴点Ｃ１，Ｃ２に対応する対応点を探索する。具体的には、仮の断層画像ＤＧ０から特徴点Ｃ１，Ｃ２を中心とする所定サイズの領域をテンプレートとして切り出し、切り出したテンプレートと解析領域３２，３３とのテンプレートマッチングを行って、特徴点Ｃ１，Ｃ２に対応する対応点を探索する。そして対応点決定部２５は、探索した対応点を最終的な対応点に決定する。ここで、図７に示すように投影画像Ｇｉにおいて検出された仮の対応点Ｐｉ１，Ｐｉ２は、仮の断層画像ＤＧ０に含まれる構造物３０と同一の構造部３１の対応する位置に存在しない。しかしながら、仮の対応点は実際の対応点ときわめて近い位置に存在する。このため、解析範囲３２，３３内おいてのみ探索を行うことにより、少ない演算時間により最終的な対応点を決定することができる。

ここで、Ｘ線源１６は、実際には算出した移動経路に沿って移動するものではなく、機械的な誤差を持って移動する。この場合、図８に示すように、撮影時における実際の線源位置（破線）は、キャリブレーションにより算出した線源位置（実線）からずれることとなる。一方、再構成時においては、キャリブレーションにより算出した線源位置において撮影を行うことを前提として、投影画像の位置合わせを行っている。このため、Ｘ線源１６がキャリブレーションにより算出した線源位置とずれた場合、対象物の投影位置を精度よく位置合わせすることができず、その結果、断層画像を精度よく生成することができない。

また、本実施形態においては、仮の断層画像ＤＧ０から複数の特徴点を検出し、複数の特徴点の位置を用いて投影画像の位置合わせを行うが、実際には投影画像Ｇｉ上の対応点と線源位置とを結んで得られる断層面Ｄ０上の物体の位置（実線）と、被写体Ｍ内の特徴点に対応する物体の実際の位置（破線）との間に誤差が生じる場合がある。この場合においても、対象物の投影位置を精度よく位置合わせすることができず、その結果、断層画像を精度よく生成することができない。

このため、推定部２６は、投影画像Ｇｉにおいて決定した対応点に基づいて、線源位置および投影画像の幾何学的関係を推定する。具体的には、線源位置の３次元の位置座標および仮の断層画像ＤＧ０において検出した特徴点に対応する被写体Ｍ内の物体の３次元の位置座標を推定する。

ここで、特徴点に対応する物体の３次元の位置座標を（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）、線源位置の３次元の位置座標を（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）としたとき、投影画像における対応点の位置座標（ｐｘ，ｐｙ）は、下記の式（１）により表される。なお、本実施形態においては、放射線検出器１５の検出面に垂直な方向にｚ軸を、放射線検出器１５の検出面においてＸ線源１６が移動する方向と平行な方向にｙ軸を、ｙ軸に直交する方向にｘ軸をそれぞれ設定するものとする。

ｐｘ＝（ｍｘ×ｓｚ−ｓｘ×ｍｚ）／（ｓｚ−ｍｚ）
ｐｙ＝（ｍｙ×ｓｚ−ｓｙ×ｍｚ）／（ｓｚ−ｍｚ） （１）
本実施形態においては、推定部２６は、上記式（１）により算出される対応点の位置と、投影画像において決定した実際の対応点の位置座標（ｐｘ′，ｐｙ′）との誤差Ｅ（以下、投影誤差とする）が最小となるように、複数の線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）（ｉ＝１〜ｎ）および複数の物体の位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）（ｊ＝１〜Ｊ、Ｊは物体（特徴点）の数）を最適化する。

ここで、複数の線源位置についての、被写体Ｍ内の物体の投影誤差Ｅは、下記の式（２）により表される。

Ｅ＝Σ（（ｐｘ−ｐｘ′）²＋（ｐｙ−ｐｙ′）²） （２）
式（２）において、変数は式（１）より線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）および物体の位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）となる。

推定部２６は、まず線源位置をキャリブレーションにより算出した初期値に固定し、投影誤差Ｅが最小となるように、例えば、最級降下法および共役勾配法等の公知の最適化手法を用いて式（２）を最適化し、物体の位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）を推定する。そして、推定した物体の位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）およびキャリブレーションにより算出した線源位置を初期値として、投影誤差Ｅが最小となるように式（２）を最適化し、線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）および物体の位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）を推定する。

なお、投影誤差を最小化するように先に線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）を推定し、次いで投影誤差を最小化するように物体の３次元位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）を推定し、これらの推定を繰り返すことにより、線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）および物体の位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）を交互に推定するようにしてもよい。また逆に、投影誤差を最小化するように先に物体の３次元位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）を推定し、次いで投影誤差を最小化するように線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）を推定し、これらの推定を繰り返すことにより、線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）および物体の位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）を交互に推定するようにしてもよい。

いずれの場合においても、繰り返し回数をあらかじめ設定しておき、設定した繰り返し回数となったときに処理を終了し、その時点での線源位置および物体の３次元の位置座標を推定結果として出力するようにしてもよい。また、投影誤差が集束してしまい、それ以上最適化を繰り返し行っても投影誤差が小さくならない場合、あるいは投影誤差があらかじめ定められたしきい値以下となったときに処理を終了し、その時点での線源位置および物体の位置座標を推定結果として出力するようにしてもよい。

なお、算出された線源位置の位置座標については、必要に応じてスプライン補間演算等を用いてスムージング処理することが好ましい。

なお、制御部２１、画像取得部２２、再構成部２３、特徴点検出部２４、対応点決定部２５、および推定部２６が行う処理は、記憶部２７に記憶されたコンピュータプログラムにより、中央処理装置が行う。各部のそれぞれの処理を行う複数の処理装置をコンピュータ２に設けるようにしてもよい。

次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図９は本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が受け付けることにより制御部２１が処理を開始し、Ｘ線源１６を移動させつつトモシンセシス撮影を行い（ステップＳＴ１）、画像取得部２２が複数の投影画像を取得する（ステップＳＴ２）。次いで、再構成部２３が、仮の断層画像ＤＧ０を生成し（ステップＳＴ３）、特徴点検出部２４が、仮の断層画像ＤＧ０から複数の特徴点を検出する（ステップＳＴ４）。そして、対応点決定部２５が、投影画像において特徴点に対応する対応点を決定し（ステップＳＴ５）、推定部２６が、線源位置の３次元座標および仮の断層画像ＤＧ０において検出した特徴点に対応する被写体Ｍ内の物体の３次元位置を推定する（幾何学的対応関係推定、ステップＳＴ６）。

そして、再構成部２３が、推定された線源位置の３次元座標および物体の３次元座標を用いて、複数の投影画像を再構成して断層画像を生成し（ステップＳＴ７）、処理を終了する。なお、生成された断層画像は、記憶部２７に記憶されるか、またはネットワークを介して外部のサーバに送信される。

このように、本実施形態によれば、仮の断層画像ＤＧ０から解剖学的な特徴点を検出するようにしたものである。ここで仮の断層画像ＤＧ０は、再構成部２３において複数の投影画像Ｇｉを再構成することにより取得されるものであるため、仮の断層画像ＤＧ０に含まれる解剖学的な特徴点は、投影画像Ｇｉにも含まれている。また、再構成によって投影画像Ｇｉが加算されて断層画像が取得されるため、断層画像は投影画像Ｇｉと比較してノイズが少ないものとなっている。このため、断層画像からは精度よく特徴点を検出でき、その結果、投影画像Ｇｉからは特徴点に対応する対応点を精度よく検出することができる。したがって、対応点に基づいての、線源位置および投影画像の幾何学的対応関係を精度よく推定することができる。

また、推定された幾何学的対応関係に基づいて投影画像を再構成して被写体Ｍの断層画像を生成することにより、位置ずれが補正されたボケのない高画質の断層画像を生成することができる。

なお、上記実施形態においては、マーカを使用することなく撮影を行って投影画像Ｇｉを取得しているが、マーカを使用して撮影を行って投影画像Ｇｉを取得するようにしてもよい。この場合、投影画像Ｇｉに含まれるマーカ像を用いて、投影画像Ｇｉの位置を合わせを行って仮の断層画像ＤＧ０を生成すればよい。このようにマーカを使用することにより、比較的精度よく投影画像の位置合わせを行うことができるため、特徴点の検出、対応点の決定、および線源位置および投影画像の幾何学的対応関係の推定を精度よく行うことができる。

また、上記実施形態においては、仮の断層画像ＤＧ０から検出した特徴点を用いて、最終的に線源位置および投影画像の幾何学的対応関係を推定しているため、撮影時に体動が生じた場合であっても、投影画像間において体動を補正することが可能である。すなわち、複数の線源位置のそれぞれにおける撮影の間に体動が生じた場合、各投影画像Ｇｉにおいて被写体像の位置がずれることとなるが、本実施形態において推定された線源位置の３次元座標および物体の３次元座標は、投影画像間における体動に基づく被写体の位置ずれが吸収されたものとなっている。このため、本実施形態により、撮影時の被写体の体動についても補正することができるため、より精度よく断層画像を取得することができる。

また、上記実施形態においては、仮の断層画像を１つのみ生成して特徴点の検出を行っているが、仮の断層画像を複数生成してもよい。この場合、仮の断層画像のそれぞれから解剖学的な特徴点を検出し、すべての断層画像から検出した特徴点に対応する投影画像Ｇｉにおける対応点を決定するようにすればよい。

また、上記実施形態においては、乳房Ｍを被写体としてトモシンセシス撮影を行っているが、乳房以外を被写体としてトモシンセシス撮影を行う場合にも本発明を適用できることはもちろんである。

また、上記実施形態においては、Ｘ線源１６のみを移動させているが、撮影装置によっては、Ｘ線源１６と放射線検出器１５とを同期させて移動させることが可能であるため、そのような場合にはＸ線源１６と放射線検出器１５とを同期させて移動するようにしてもよい。この場合、放射線検出器１５の各線源位置に対応する位置情報を、検出した特徴点に対応する被写体Ｍ内の物体の位置に反映させて、線源位置および投影画像の幾何学的対応関係を推定すればよい。

また、上記実施形態においては、トモシンセシス撮影を行う撮影装置において線源位置を算出しているが、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する任意の撮影装置に本発明を適用できる。例えば、造影剤を用いて透過撮影を行う透過撮影装置（例えばバリウムを用いた胃カメラの撮影装置）、または検出器およびＸ線源を移動しながら背骨等の長尺撮影を行う撮影装置等に本発明を適用できる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線源１６の軌道を円弧としているが直線としてもよい。また、歳差軌道にも適用することができることはもちろんである。

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 制御部
２２ 画像取得部
２３ 再構成部
２４ 特徴点検出部
２５ 対応点決定部
２６ 推定部
２７ 記憶部

Claims (11)

1. 被写体に放射線を照射する放射線源と、
   前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
   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、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の投影画像を取得する画像取得手段と、
   前記複数の投影画像を再構成して仮の断層画像を生成する再構成手段と、
   前記仮の断層画像から複数の解剖学的な特徴点を検出する特徴点検出手段と、
   前記複数の投影画像のそれぞれにおいて、前記複数の特徴点に対応する複数の対応点を決定する対応点決定手段と、
   前記複数の対応点に基づいて、前記線源位置および前記投影画像の幾何学的対応関係を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする放射線画像撮影装置。
2. 前記再構成手段は、前記推定された幾何学的対応関係に基づいて、前記被写体の断層画像を生成する手段であることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影装置。
3. 前記再構成手段は、仮の前記線源位置の情報を用いて、前記仮の断層画像を生成する手段であり、
   前記対応点決定手段は、前記仮の線源位置の情報を用いて、前記対応点を決定する手段であることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像撮影装置。
4. 前記対応点決定手段は、前記仮の線源位置の情報を用いて前記複数の投影画像から仮の対応点を算出し、前記各投影画像を解析することにより前記仮の対応点の位置を修正して前記対応点を決定する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
5. 前記対応点決定手段は、前記各投影画像における前記仮の対応点の位置に基づいて、前記各投影画像の解析範囲を決定し、該解析範囲において前記各投影画像を解析する手段であることを特徴とする請求項４記載の放射線画像撮影装置。
6. 前記再構成手段は、前記被写体の所定の断層面において前記仮の断層画像を生成する手段であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
7. 前記再構成手段は、前記被写体が乳房である場合、該被写体の圧迫厚の情報を取得し、該圧迫厚の情報に基づいて前記所定の断層面を決定する手段であることを特徴とする請求項６記載の放射線画像撮影装置。
8. 前記推定手段は、前記撮影時における前記線源位置の３次元座標を前記幾何学的対応関係として推定する手段であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
9. 前記推定手段は、前記複数の特徴点に対応する前記被写体内の物体の位置の３次元座標を前記幾何学的対応関係として推定する手段であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
10. 被写体に放射線を照射する放射線源と、
    前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段とを備えた放射線画像撮影装置における放射線画像撮影方法であって、
    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、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の投影画像を取得し、
    前記複数の投影画像を再構成して仮の断層画像を生成し、
    前記仮の断層画像から複数の解剖学的な特徴点を検出し、
    前記複数の投影画像のそれぞれにおいて、前記複数の特徴点に対応する複数の対応点を決定し、
    前記複数の対応点に基づいて、前記線源位置および前記投影画像の幾何学的対応関係を推定することを特徴とする放射線画像撮影方法。
11. 被写体に放射線を照射する放射線源と、
    前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段とを備えた放射線画像撮影装置における放射線画像撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    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、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の投影画像を取得する手順と、
    前記複数の投影画像を再構成して仮の断層画像を生成する手順と、
    前記仮の断層画像から複数の解剖学的な特徴点を検出する手順と、
    前記複数の投影画像のそれぞれにおいて、前記複数の特徴点に対応する複数の対応点を決定する手順と、
    前記複数の対応点に基づいて、前記線源位置および前記投影画像の幾何学的対応関係を推定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撮影プログラム。

Images