JP2017100022A - 放射線画像処理装置および方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線画像処理装置、方法およびプログラムにおいて、放射線の照射方向に遮蔽物によって放射線が遮蔽されて放射線撮影された遮蔽画像領域と非遮蔽画像領域とを有する被写体画像において、非遮蔽画像領域の散乱線の推定誤差を抑制して、非遮蔽画像領域の散乱線成分を好適に抑制する。【解決手段】被写体画像Ｉｋを取得し、被写体画像Ｉｋの非遮蔽画像領域ＲＡと遮蔽画像領域ＲＢとを特定する領域情報を取得し、被写体画像Ｉｋに散乱線除去グリッドの散乱線除去効果を仮想的に付与するために設定された仮想的なグリッドの散乱線透過率と一次線透過率とを表す仮想グリッド特性を取得し、被写体画像Ｉｋの散乱線含有率分布を取得し、領域情報と仮想グリッド特性と散乱線含有率分布とに基づいて、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を除去する。【選択図】図３

Description

本発明は、放射線画像に対して画像処理を施す放射線画像処理装置および方法並びに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に関する。

従来、被写体を透過した放射線により被写体の放射線画像を撮影する際、特に被写体の厚さが大きいと、被写体内において放射線が散乱し、この散乱放射線（以下散乱線とする）により、取得される放射線画像のコントラストが低下するという問題がある。

この問題に鑑み、被写体の放射線画像から散乱線成分を画像処理によって抑制する様々な手法が提案されている。例えば、特許文献１、２および非特許文献１には、被写体の体厚に対応する散乱線の強度分布関数を表す関係式に基づいて、被写体画像における各位置に到達する散乱線成分を算出し、算出された散乱線成分を被写体画像の対応する位置の画素値から低減することによって、散乱線成分を抑制する方法が提案されている。

特許第３４２３８２８号公報 特許第３５４０９１４号公報

加藤秀起、「ディジタルX線画像の後処理による散乱線成分除去法」, 日本放射線技術学会雑誌第62巻第9号, 2006年9月, p.1359-1368

ところで、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放射線検出器とを備えた撮影システムにおいて、放射線源からの照射範囲が照射野絞りなどの遮蔽物によって制限されることにより、被写体を放射線撮影して得られた被写体画像が、放射線源からの放射線の照射範囲の画像を表す非遮蔽画像領域と、放射線源からの放射線の照射範囲外の画像を表す遮蔽画像領域とを有する画像となる場合がある。もし、このような被写体画像に対して、特許文献１、２および非特許文献１に記載された手法を適用した場合には、放射線の照射方向に遮蔽物によって放射線が遮蔽された遮蔽被写体部分に対応する散乱線の強度分布を誤って推定することにより、被写体画像の非遮蔽画像領域に到達する散乱線を過剰に見積もってしまう可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、遮蔽画像領域と非遮蔽画像領域を有する被写体画像に対して、非遮蔽画像領域における散乱線成分の推定誤差を低減して、被写体画像の非遮蔽画像領域の散乱線成分を好適に抑制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、被写体に放射線を照射する放射線源と、被写体に照射された放射線を部分的に遮蔽する遮蔽物と、被写体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備えた撮影システムにより撮影された放射線画像であって、あらかじめ定められた撮影条件で、放射線源からの放射線の照射方向において遮蔽物によって放射線が遮蔽された検出器部分である遮蔽検出部と、検出器から遮蔽検出部を除いた検出器部分である非遮蔽検出部とによって検出された被写体画像を取得する画像取得部と、被写体画像のうち非遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す非遮蔽画像領域と、被写体画像のうち遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す遮蔽画像領域とを特定する情報である領域情報を取得する領域情報取得部と、撮影条件と領域情報とに基づいて、被写体画像において、放射線源からの放射線の照射方向に放射線が透過する被写体部分である非遮蔽被写体部において発生した散乱線の広がりを推定し、放射線源からの放射線の照射方向に遮蔽物によって放射線が遮蔽された被写体部分である遮蔽被写体部から非遮蔽画像領域へ広がる散乱線がないと推定して、推定された散乱線が非遮蔽画像領域の各位置に到達することによる非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を算出し、算出した散乱線成分に応じて非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を抑制する散乱線抑制部とを備えたことを特徴とする。

本発明による放射線画像処理方法は、被写体に放射線を照射する放射線源と、被写体に照射された放射線を部分的に遮蔽する遮蔽物と、被写体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備えた撮影システムにより撮影された放射線画像であって、あらかじめ定められた撮影条件で、放射線源からの放射線の照射方向において遮蔽物によって放射線が遮蔽された検出器部分である遮蔽検出部と、検出器から遮蔽検出部を除いた検出器部分である非遮蔽検出部とによって検出された被写体画像を取得する画像取得ステップと、被写体画像のうち非遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す非遮蔽画像領域と、被写体画像のうち遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す遮蔽画像領域とを特定する情報である領域情報を取得する領域情報取得ステップと、撮影条件と領域情報とに基づいて、被写体画像において、放射線源からの放射線の照射方向に放射線が透過する被写体部分である非遮蔽被写体部において発生した散乱線の広がりを推定し、放射線源からの放射線の照射方向に遮蔽物によって放射線が遮蔽された被写体部分である遮蔽被写体部から非遮蔽画像領域へ広がる散乱線がないと推定して、推定された散乱線が非遮蔽画像領域の各位置に到達することによる非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を算出し、算出した散乱線成分に応じて非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を抑制する散乱線抑制ステップとを有することを特徴とする。

本発明による放射線画像処理プログラムは、コンピュータを、被写体に放射線を照射する放射線源と、被写体に照射された放射線を部分的に遮蔽する遮蔽物と、被写体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備えた撮影システムにより撮影された放射線画像であって、あらかじめ定められた撮影条件で、放射線源からの放射線の照射方向において遮蔽物によって放射線が遮蔽された検出器部分である遮蔽検出部と、検出器から遮蔽検出部を除いた検出器部分である非遮蔽検出部とによって検出された被写体画像を取得する画像取得部と、被写体画像のうち非遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す非遮蔽画像領域と、被写体画像のうち遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す遮蔽画像領域とを特定する情報である領域情報を取得する領域情報取得部と、撮影条件と領域情報とに基づいて、被写体画像において、放射線源からの放射線の照射方向に放射線が透過する被写体部分である非遮蔽被写体部において発生した散乱線の広がりを推定し、放射線源からの放射線の照射方向に遮蔽物によって放射線が遮蔽された被写体部分である遮蔽被写体部から非遮蔽画像領域へ広がる散乱線がないと推定して、推定された散乱線が非遮蔽画像領域の各位置に到達することによる非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を算出し、算出した散乱線成分に応じて非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を抑制する散乱線抑制部として機能させることを特徴とする。

「被写体に照射された放射線を部分的に遮蔽する遮蔽物」とは、放射線源と被写体との間に位置し、放射線源から照射されて被写体画像の形成に寄与する放射線の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽物を意味する。遮蔽物としては、放射線源から被写体に照射される放射線を実質的に遮蔽することができるものであれば、任意の形状、構造および材質とを採用してよく、放射線源と被写体との間の任意の位置に配置してよい。遮蔽物は、例えば、照射野絞り（コリメータ）とすることができる。

「放射線源からの放射線の照射方向において遮蔽物によって放射線が遮蔽された検出器部分である遮蔽検出部」とは、検出器のうち、被写体画像の放射線撮影の際に照射された放射線の照射方向において放射線源と検出器との間に遮蔽物が位置した検出器部分を意味する。

「放射線源からの放射線の照射方向において遮蔽物によって放射線が遮蔽された被写体部分である遮蔽被写体部」とは、被写体のうち、被写体画像の放射線撮影の際に照射された被写体画像の形成に寄与する放射線の照射方向において放射線源と被写体との間に遮蔽物が位置した被写体部分を意味する。

「放射方向において放射線が透過する被写体部分である非遮蔽被写体部」とは、被写体のうち、被写体画像の放射線撮影の際に照射された被写体画像の形成に寄与する放射線の照射方向に放射線が透過した被写体部分を意味する。

上記「非遮蔽被写体部において発生した散乱線の広がりを推定」するとは、少なくとも非遮蔽被写体部において発生した散乱線の広がりを推定することを意味し、例えば、非遮蔽被写体部から発生した散乱線の広がりに加えて、被写体画像の放射線撮影の際に被写体画像の形成に寄与する放射線が透過した空気媒体などの他の要素から発生した散乱線の広がりをさらに推定する場合も含む。

「推定した散乱線成分に応じて非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を抑制する」とは、非遮蔽画像領域の各位置において推定した散乱線成分の量が大きくなるほど抑制される散乱線成分の量が大きくなるように、散乱線成分を低減することを意味する。

また、「遮蔽被写体部から非遮蔽画像領域へ広がる散乱線がないと推定し」とは、例えば、被写体画像の各位置における散乱線成分を推定する散乱線推定関数に対して、適宜パラメータや所要の処理の条件設定を行うことにより遮蔽被写体部から非遮蔽画像領域へ広がる散乱線がないという条件を反映することを意味する。

本発明による放射線画像処理装置において、散乱線抑制部は、被写体画像の各位置における一次線成分に応じた散乱線の広がりを表す広がり分布を推定し、推定した散乱線の広がり分布に基づいて、非遮蔽画像領域の各位置に対して、非遮蔽画像領域の位置に到達する散乱線の総和をかかる位置の散乱線成分として推定する散乱線推定関数を用いて、非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を算出することが好ましい。

上記の場合に、散乱線抑制部は、遮蔽被写体部からの散乱線の到達を打ち消す第１条件を散乱線推定関数に設定することにより、遮蔽被写体部から非遮蔽画像領域へ広がる散乱線がないと推定してもよい。あるいは、散乱線抑制部は、遮蔽画像領域の各位置における一次線成分が零であるという第２条件を散乱線推定関数に設定することにより、遮蔽被写体部から非遮蔽画像領域へ広がる散乱線がないと推定してもよい。

本発明による放射線画像処理装置において、散乱線抑制部は、非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を非遮蔽画像領域の対応する各位置の画素値から減算することにより、非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を抑制してもよい。

本発明による放射線画像処理装置において、散乱線抑制部は、非遮蔽画像領域の各位置の画素値を散乱線成分と一次線成分とに分離し、非遮蔽画像領域の各位置において、かかる位置の散乱線成分から第１の割合に対応する散乱線成分を低減し、かかる位置の一次線成分から第１の割合以下の第２の割合に対応する一次線成分を低減することにより、非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を抑制してもよい。

上記「第１の割合」は、非遮蔽画像領域中の各位置における、全散乱線成分の量に対する全散乱線成分の量から除去される散乱線成分の量の比を意味する。第１の割合は、非遮蔽画像領域中の１つの位置の全散乱線成分の量を１とすると、０より大きく１以下の値に設定される。また、「第２の割合」は、非遮蔽画像領域中の各位置における、全一次線成分の量に対する全一次線成分の量から除去される一次線成分の量の割合を意味する。また、第１および第２の割合は、一次線成分に対する散乱線成分の相対的な割合の要求に応じて適宜設定される。

本発明によれば、非遮蔽画像領域における散乱線成分の推定誤差を低減して、被写体画像の非遮蔽画像領域の散乱線成分を好適に抑制することができる。

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システムの構成を示す概略ブロック図 被写体画像を放射線撮影する際の撮影装置と被写体との位置関係を説明する図 被写体画像における遮蔽画像領域と非遮蔽画像領域を説明する図 第１の実施形態において放射線画像処理装置に行われる処理を示すフローチャート 第２の実施形態における散乱線抑制部の構成を示す概略ブロック図 第２の実施形態において放射線画像処理装置に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は本発明の一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システム１の構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、本実施形態による放射線画像撮影システム１は、撮影装置１０と、放射線画像撮影システム１を制御する制御装置２０と、放射線画像処理装置３０（以下、画像処理装置３０と記載する）とを備える。

撮影装置１０は被写体Ｋに放射線Ｘを照射する放射線源１２と、被写体Ｋを透過したＸ線を検出して被写体Ｋの放射線画像を取得する放射線検出器１４（以下、検出器１４と記載する）と照射野絞り１６とを備える。

なお、本実施形態においては、被写体Ｋと検出器１４との間には、被写体Ｋを透過した放射線Ｘのうち、被写体Ｋにより散乱した散乱線を除去するための散乱線除去グリッドは配置されない。

制御装置２０は、設定された撮影条件に従って放射線源１２を駆動制御する線源駆動制御部２２と、検出器１４を制御し、放射線画像を取得する検出器制御部２４と、照射野絞り１６の略矩形形状の開口の短辺と長辺の長さおよび検出器１４に対する相対角度を制御する照射野制御部２３を備える。照射野制御部２３は、照射野絞り１６の開口領域情報（略矩形形状の開口の短辺と長辺の長さおよび検出器１４に対する相対角度）を、要求に応じて後述の領域情報取得部３２に送信する。

画像処理装置３０は、画像処理装置３０に対する操作者の各種入力を受け付ける入力部４１と、表示部４２、中央処理装置（ＣＰＵ）、半導体メモリ、通信インターフェースおよびハードディスクやＳＳＤ等の記憶部３９を備えたコンピュータであり、画像処理装置３０には、各実施形態にかかる放射線画像処理プログラムがインストールされている。そして、かかる放射線画像処理プログラムの実行により、画像処理装置３０の中央処理装置およびメモリが協働して、被写体Ｋを放射線撮影して得られた被写体画像Ｉｋを取得する画像取得部３１と、領域情報取得部３２と、散乱線抑制部３３として機能する。なお、入力部３８は、キーボード、マウス、タッチパネル等から構成される。また、表示部４２は、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等からなり、撮影装置１０により取得された放射線画像の表示や各種その他の所望の処理に必要な情報の表示を行う。

画像取得部３１は、被写体Ｋを放射線撮影して得られた被写体画像Ｉｋを取得する。

被写体画像Ｉｋは、撮影装置１０において、放射線源１２からの放射線の照射方向において被写体Ｋに照射された放射線を部分的に遮蔽するように照射野絞り１６（遮蔽物）を位置決めした状態で、あらかじめ定められた撮影条件で撮影されたものである。

図２は、被写体画像Ｉｋの放射線撮影時の放射線源１２と被写体Ｋと検出器１４と照射野絞り１６との位置関係を説明する図であり、図３は、被写体画像Ｉｋと非遮蔽画像領域ＲＡと遮蔽画像領域ＲＢとの関係を説明するための図である。ここでは、略矩形形状の検出器１４の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向とすると、Ｘ方向に対して短辺がＸＹ平面内で傾き角度Ｅを有する略矩形状の開口を形成するように照射野絞り１６が位置決めされ、かかる位置決めされた開口に対応する照射領域に放射線Ｘが照射される。また、被写体Ｋの体軸がＹ軸方向に平行になるように被写体Ｋが位置決めされる。上記のように位置決めされた状態で放射線撮影が行われると、図２に示すように、放射線源１２からの放射線の照射方向において遮蔽物１６によって放射線が遮蔽された検出器部分である遮蔽検出部１４Ｂと、検出器１４から遮蔽検出部１４Ｂを除いた検出器部分である非遮蔽検出部１４Ａによって被写体Ｋを表す被写体画像Ｉｋが検出される。言い替えると、遮蔽検出部１４Ｂは放射線源１２における照射範囲外に位置する検出器部分であり、非遮蔽検出部１４Ａは放射線源１２における照射範囲内に位置する検出器部分である。

図３に示すように、図２のように位置決めされた状態で放射線撮影が行われて検出器１４に検出された被写体画像Ｉｋは、遮蔽検出部１４Ｂの各位置に対応する画素値を表す遮蔽画像領域ＲＢと、非遮蔽検出部１４Ａの各位置に対応する画素値を表す非遮蔽画像領域ＲＡとを有するものとなる。なお、図３における破線は、照射領域に対応する領域を示す。また、図２に示すように、照射野絞り１６によって、放射線Ｘの照射範囲が制限されているため、被写体Ｋのうち、放射線Ｘの照射範囲に位置する被写体部分である非遮蔽被写体部ＫＡには放射線Ｘが放射線の照射方向に直接入射して非遮蔽被写体部ＫＡを透過する。一方、放射線Ｘの照射範囲外に位置する被写体部分である遮蔽被写体部ＫＢには放射線Ｘが放射線の照射方向に照射野絞り１６によって遮蔽されているため、放射線が照射方向に直接入射しない。

なお、「被写体に照射された放射線を部分的に遮蔽する遮蔽物」とは、放射線源と被写体との間に位置し、放射線源から照射されて被写体画像の形成に寄与する放射線の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽物を意味する。遮蔽物としては、放射線源から被写体に照射される放射線を実質的に遮蔽することができるものであれば、任意の構造および材質とを採用してよく、放射線源と被写体との間の任意の位置に配置してよい。

領域情報取得部３２は、被写体画像Ｉｋのうち非遮蔽検出部１４Ａの各位置に対応する画素値を表す非遮蔽画像領域ＲＡと、被写体画像Ｉｋのうち遮蔽検出部１４Ｂの各位置に対応する画素値を表す遮蔽画像領域ＲＢとを特定する情報である領域情報を取得する。ここでは、検出器１４の大きさや検出器１４の照射野絞り１６に対する相対位置は既知である。領域情報取得部３２は、照射野制御部２３から、被写体画像の放射線撮影された際の開口領域情報と、検出器１４の大きさや検出器１４の照射野絞り１６に対する相対的な位置関係とに基づいて、非遮蔽画像領域ＲＡと遮蔽画像領域ＲＢとを特定することにより領域情報を取得する。

また、領域情報取得部３２は、非遮蔽画像領域ＲＡと遮蔽画像領域ＲＢを特定する任意の方法を採用可能であり、例えば、放射線画像内の照射領域を公知の画像解析技術により認識して（特開昭６３−２５９５３８号公報、特開平１０−２７５２１３号公報など参照）、認識された照射領域を非遮蔽画像領域ＲＡとし、放射線画像の非遮蔽画像領域を遮蔽画像領域ＲＢとしてもよく、照射野絞りの開口形状と放射線源と検出器の相対的な位置関係に基づいて放射線画像内の照射領域を特定し（特開２０１０−２００９４５号公報など参照）して、特定された照射領域を非遮蔽画像領域ＲＡとし、放射線画像の非照射領域を遮蔽画像領域ＲＢとしてもよい。

散乱線抑制部３３は、撮影条件と領域情報とに基づいて、非遮蔽被写体部ＫＡにおいて発生した散乱線の広がりを推定し、遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がる散乱線がないと推定して、推定された散乱線が非遮蔽画像領域ＲＡの各位置に到達することによる非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を算出し、算出した散乱線成分に応じて非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を抑制する。

ここで、特許文献１〜３に示されるように、被写体画像の各位置に到達する一次線成分に応じた散乱線の広がりを表す散乱線の強度分布をそれぞれ算出し、被写体画像中の１つの対象位置に対して、被写体画像の対象位置以外の各位置から散乱線の強度分布に従って広がって対象位置に到達する散乱線の総和を、かかる位置の散乱線成分の量であると推定する散乱線推定関数を用いて散乱線成分を抑制する技術が知られている。しかしながら、これらの技術を、遮蔽画像領域ＲＢと非遮蔽画像領域ＲＡとを有する被写体画像Ｉｋにそのまま適用した場合には、遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がる散乱線の強度分布が適用されて散乱線成分が推定され、非遮蔽画像領域ＲＡにおける対象位置において、散乱線が生じないはずの遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がった散乱線が誤って加算され、散乱線成分の量が過剰に見積もられてしまう可能性がある。特に、非遮蔽画像領域ＲＡ中の遮蔽画像領域ＲＢに近い部分ほど、この散乱線成分の誤差が大きくなると推定される。なお、一次線成分とは、放射線源から放射線の照射方向に検出器に入射する放射線成分を意味する。

上記問題に鑑み、本発明は、非遮蔽被写体部ＫＡにおいて発生した散乱線の広がりを推定し、遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がる散乱線がないと推定して、推定された散乱線が非遮蔽画像領域ＲＡの各位置に到達することによる非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を算出し、算出した散乱線成分に応じて非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を抑制することにより、非遮蔽画像領域ＲＡにおける散乱線成分の推定誤差を低減するものである。

詳細には、散乱線抑制部３３は、被写体画像Ｉｋの各位置における一次線成分に応じた散乱線の広がりを表す広がり分布を推定し、推定した散乱線の広がり分布に基づいて、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置に対して、非遮蔽画像領域ＲＡの位置に到達する散乱線の総和をかかる位置の散乱線成分として推定する散乱線推定関数を用いて、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を算出する。

ここでは、散乱線抑制部３３は、下記の式（１）で定義される散乱線推定関数を用いて、被写体画像Ｉｋの各位置の散乱線成分Ｉｓ（ｘ，ｙ）を表す散乱線画像Ｉｓを推定する。なお、式（１）におけるＩｐは、式（２）によって定義される。

ここで、（ｘ，ｙ）は被写体画像Ｉｋの位置の座標、Ｉｐ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）における一次線成分に対応する画素値、Ｉｓ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）における散乱線成分に対応する画素値、Ｉｏ（ｘ，ｙ）は被写体Ｋが存在しないと仮定した場合に位置（ｘ，ｙ）における検出器１４で検出される到達線量を表す画素値（位置（ｘ、ｙ）に対応する被写体表面の位置における入射線量を表す画素値）、μは被写体の線減弱係数、ＫＳ(ｘ，ｙ，Ｔｎ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’）)は画素位置（ｘ’，ｙ’）を中心とした点拡散関数(Point Spread Function)を表す（散乱線の広がり分布を表す）畳み込みカーネルである。また、かかる畳み込みカーネルＫＳは、位置（ｘ’，ｙ’）における被写体Ｋの体厚分布Ｔｋ（ｘ’，ｙ’）と、位置（ｘ’，ｙ’）におけるパラメータθ（ｘ’，ｙ’）とに応じて選択される。なお、Ｉｏ（ｘ，ｙ）は、放射線源１２と検出器１４の検出面との距離（ＳＩＤ）、管電圧および撮影線量に応じて変化する。なお、式（２）は公知の指数減弱則に基づく式であり、被写体画像Ｉｋの各位置について、位置（ｘ，ｙ）の一次線成分に対応する画素値Ｉｐ（ｘ，ｙ）を、かかる位置に対応する画素値Ｉｏと、被写体Ｋの体厚分布Ｔｋ（ｘ，ｙ）と、被写体Ｋの放射線吸収度合いを表す線源弱係数μによって定義するものである。

パラメータθ（ｘ’，ｙ’）は、位置（ｘ’，ｙ’）における畳み込みカーネルＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））を特定するパラメータである。ここでは、パラメータθ（ｘ’，ｙ’）は、撮影線量(管電流と照射時間の積)と管電圧とを表す撮影条件ごとに設けられた、撮影条件を表すパラメータである。記憶部３９は、予め作成された、被写体の体厚分布Ｔｋ（ｘ’，ｙ’）と、パラメータθ（ｘ’，ｙ’）と、畳み込みＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））とを対応づけたテーブルを記憶する。そして、散乱線抑制部３３は、式（１）において、位置（ｘ’，ｙ’）ごとに、このテーブルを参照して、被写体画像Ｉｋにおける被写体Ｋの体厚分布Ｔｋ（ｘ’，ｙ’）と放射線撮影時の撮影条件に対応するパラメータθ（ｘ’，ｙ’）とに対応する畳み込みカーネルＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））を用いる。

また、式（１）に示す散乱線推定関数において、散乱線成分Ｉｓ（ｘ，ｙ）を、一次線成分Ｉｐに対する点拡散関数（式（１）におけるＫＳ）の畳み込みにより近似する。また、式（１）に示す散乱線推定関数は、遮蔽画像領域ＲＢ内の各位置においては散乱線の広がり分布を打ち消し、非遮蔽画像領域ＲＡ内の各位置においては散乱線の広がり分布を維持するデルタ関数δ（ｘ’，ｙ’）を備える。具体的には、非遮蔽画像領域ＲＡ内の各位置（ｘ’，ｙ’）においては、δ（ｘ’，ｙ’）＝１として、各位置の一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）と畳み込みカーネルＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））との乗算結果を維持する。そして、遮蔽画像領域ＲＢ内の各位置（ｘ’，ｙ’）においては、δ（ｘ’，ｙ’）＝０として、遮蔽画像領域ＲＢ内の位置の一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）と畳み込みカーネルＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））との乗算結果を零とする（打ち消す）。このようにして、デルタ関数δにより、遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がる散乱線を打ち消す第１条件を散乱線推定関数に設定して反映する。

また、式（１）に示す散乱線推定関数において、各位置の一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）と畳み込みカーネルＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））とデルタ関数δ（ｘ’，ｙ’）との乗算結果に基づいて、被写体画像Ｉｋの各位置（ｘ’，ｙ’）から位置（ｘ，ｙ）に到達する散乱線の総和が位置（ｘ，ｙ）の散乱線成分に対応する画素値Ｉｓ（ｘ，ｙ）（散乱線成分の量）として定義される。

なお、各位置の散乱線の広がり分布は、被写体の体厚によって変化し、さらに、撮影条件、被写体の組成を表す情報、エアギャップ量、および放射線検出器の特性等の各種の変動要素によっても変化する。このため、式（１）に示すような散乱線推定関数において、点拡散関数を特定するパラメータθ（ｘ’，ｙ’）を、上記のような各種の変動要素から選択される１つ以上の要素の任意の組み合わせごとに設けて、パラメータθ（ｘ’，ｙ’）をかかる各組み合わせを表すパラメータとしてもよい。また、パラメータθ（ｘ’，ｙ’）に反映される撮影条件として、例えば、撮影時の撮影距離（ＳＩＤ）、撮影線量、管電圧、線源のターゲットおよびフィルタの材質、並びに撮影に使用される放射線検出器の種類等から選択された１つ以上の要素の任意の組み合わせを用いることができる。また、畳み込みカーネルＫＳは、被写体の体厚、被写体の組成を表す情報および撮影条件等に応じて実験的に求めることができる。

散乱線抑制部３３は、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を被写体画像Ｉｋにおける非遮蔽画像領域ＲＡの対応する各位置の画素値から減算することにより、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を抑制して、散乱線成分が抑制された散乱線抑制画像を取得する。また、散乱線抑制部３３は、散乱線抑制画像を記憶部３９に記憶する。

ここでは、散乱線抑制部３３は、式（１）によって被写体画像Ｉｋの各位置の一次線成分を算出して、被写体画像Ｉｋの各位置の一次線成分を表す画像を一次線画像Ｉｐも取得し、式（２）によって非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を算出して、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線の画素値Ｉｓ（ｘ，ｙ）を表す散乱線画像Ｉｓを取得する。なお、する。そして、被写体画像Ｉｋと散乱線画像Ｉｓの対応する位置を位置合わせして、非遮蔽画像領域ＲＡから散乱線画像Ｉｓを減算して散乱線成分が抑制された散乱線抑制画像を取得して、記憶部３９に記憶する。

また、散乱線抑制部３３は、散乱線推定関数として、被写体画像Ｉｋの各位置の散乱線の広がり分布を表すことができる任意の関数を採用してよく、散乱線推定関数において、遮蔽画像領域ＲＢに対して遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がる散乱線がないという条件を任意の方法で設定してよい。

例えば、散乱線抑制部３３は、式（２）に代えて式（３）を用いるようにしてもよい。式（３）に示す散乱線推定関数は、非遮蔽画像領域ＲＡ内の各位置において一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）を指数減弱則に基づいて推定し、遮蔽画像領域ＲＢ内の各位置において一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）を零とする一次線推定関数を備えるものである。なお、式（３）において、式（３）における畳み込みカーネルＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））は、式(２）における畳み込みカーネルＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））と共通である。式（３）における散乱線推定関数は、非遮蔽画像領域ＲＡ内の各位置においては一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）を式（１）によって定まる値とし、遮蔽画像領域ＲＢ内の各位置においては一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）を零の値とすることにより、遮蔽画像領域ＲＢの各位置における一次線成分が零であるという第２条件を散乱線推定関数に設定する。そして、また、式（３）に示す関数において、各位置の一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）と畳み込みカーネルＫＳ（ｘ，ｙ，Ｔｋ（ｘ’，ｙ’），θ（ｘ’，ｙ’））との乗算結果に基づいて、被写体画像Ｉｋの各位置（ｘ’，ｙ’）から位置（ｘ，ｙ）に到達する散乱線の総和が位置（ｘ，ｙ）の散乱線成分の画素値Ｉｓ（ｘ，ｙ）（散乱線成分の量）として定義される。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置３０によって行われる処理を示すフローチャートである。図４に従って、画像処理装置３０によって行われる処理の流れを説明する。

まず、画像取得部３１は、被写体画像Ｉｋを取得する（ＳＴ０１）。次いで、領域情報取得部３２は、被写体画像Ｉｋの領域情報を取得する（ＳＴ０２）。続いて、散乱線抑制部３３は、撮影条件と領域情報と条件式（１）、（２）に基づいて、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置における散乱線成分Ｉｓ（ｘ，ｙ）を算出し、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を表す散乱線画像Ｉｓを生成する（ＳＴ０３）。散乱線抑制部３３は、散乱線画像Ｉｓを非遮蔽画像領域ＲＡ（被写体画像Ｉｋのうち、非遮蔽検出部１４Ａによって検出された画像）から減算することにより、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を抑制して、散乱線成分が抑制された散乱線抑制画像を取得する（ＳＴ０４）。また、散乱線抑制部３３は、散乱線抑制画像を記憶部３９に記憶して処理を終了する。その後、画像処理装置３０は、必要に応じて、散乱線抑制画像に対して、ノイズ除去処理、階調処理および周波数処理等の所要の画像処理を行って処理後画像を取得し、処理後画像を記憶部３９に記憶する。また、画像処理装置３０は、ユーザーからの表示要求を受け付けると処理後画像を表示部４２に表示させる。

本実施形態によれば、非遮蔽被写体部ＫＡにおいて発生した散乱線の広がりを推定し、遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がる散乱線がないと推定して、推定された散乱線が非遮蔽画像領域ＲＡの各位置に到達することによる非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を算出し、算出した散乱線成分に応じて非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を抑制することにより、非遮蔽画像領域ＲＡにおける散乱線成分の推定誤差を低減して、非遮蔽画像領域ＲＡの散乱線成分を好適に抑制することができる。

また、散乱線抑制部３３が、被写体画像Ｉｋの各位置における一次線成分に応じた散乱線の広がりを表す広がり分布を推定し、推定した散乱線の広がり分布に基づいて、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置に対して、非遮蔽画像領域ＲＡの位置に到達する散乱線の総和をかかる位置の散乱線成分として推定する散乱線推定関数を用いて、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を算出することにより、非遮蔽画像領域ＲＡにおける各位置の散乱線成分を好適に推定することができる。

また、式（２）に例示するように、非遮蔽画像領域ＲＡに対して遮蔽被写体部ＫＢからの散乱線の到達を打ち消す第１条件を散乱線推定関数に設定して、遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がる散乱線がないという条件を反映した場合には、好適に非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分の推定誤差を抑制して、非遮蔽画像領域ＲＡから好適に散乱線成分を抑制することができる。また、式（２）に示すように、散乱線推定関数を、遮蔽画像領域ＲＢ内の各位置においては散乱線の広がり分布を打ち消し、非遮蔽画像領域ＲＡ内の各位置においては散乱線の広がり分布を維持する関数を備えるものとしたため、比較的簡易な方法で第１条件を散乱線推定関数に設定することができる。

また、式（３）に例示するように、遮蔽画像領域ＲＢの各位置における一次線成分が零であるという第２条件を散乱線推定関数に設定して、遮蔽被写体部ＫＢから非遮蔽画像領域ＲＡへ広がる散乱線がないという条件を反映した場合には、好適に非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分の推定誤差を抑制して、非遮蔽画像領域ＲＡから好適に散乱線成分を抑制することができる。また、式（３）に示すように、散乱線推定関数を、非遮蔽画像領域ＲＡ内の各位置において一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）を指数減弱則に基づいて推定し、遮蔽画像領域ＲＢ内の各位置において一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）を零とする一次線推定関数を備えたことにより、比較的簡易な方法で第２条件を散乱線推定関数に設定することができる。

また、散乱線抑制部３３が非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を非遮蔽画像領域ＲＡの対応する各位置の画素値から減算することにより、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を抑制するものであるため、比較的簡易な方法で好適に被写体画像Ｉｋの散乱線成分を低減した散乱線処理画像を提供することができる。このため、散乱線処理画像を、必要に応じてさらに所要の画像処理を行うなどして、表示部４２に表示した場合には、観察に適した高品質な画像を提供することができる。

また、散乱線抑制部３３は、散乱線推定関数において推定された非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を低減できる任意の手法を採用してよい。例えば、本発明の第２の実施形態に示すように、散乱線抑制部３３を、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の画素値を散乱線成分と一次線成分とに分離し、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置において、その位置の散乱線成分から第１の割合に対応する散乱線成分を低減し、必要に応じてその位置の一次線成分から第１の割合以下の第２の割合に対応する一次線成分を低減することにより、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を抑制するようにしてもよい。

図５、図６を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る散乱線抑制部３３の構成を示す概略ブロック図であり、図６は、本発明の第２の実施形態に係る放射線画像処理装置によって行われる処理を示すフローチャートである。

図５に示すように、第２の実施形態に係る画像処理装置３０は、グリッドを使用することなく撮影を行うことにより取得された被写体画像に対して、実際にグリッドを使用して撮影を行った場合と同様の散乱線を除去する効果を付与する散乱線抑制部３３を備える。第２の実施形態は、散乱線抑制部３３が、仮想的なグリッドの特性である仮想グリッド特性を取得する特性取得部３４と、散乱線情報として被写体画像Ｉｋに含まれる放射線の散乱線成分を表す散乱線情報を取得する散乱線情報取得部３５と、特性取得部３４に取得された仮想グリッド特性および散乱線情報取得部３５が取得した散乱線情報に基づいて、非遮蔽画像領域ＲＡの散乱線除去処理を行う除去処理部３６とを備えた点が上記各実施形態と異なる。なお、第２の実施形態においては、散乱線抑制部３３における処理が第１の実施形態の散乱線抑制部３３と異なるが、それ以外の構成や機能については第１の実施形態と共通するため、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明し、共通部分については同じ符号を付して適宜説明を省略する。

特性取得部３４は、操作者による入力部４１からの入力により仮想グリッド特性を取得する。第２の実施形態においては、仮想グリッド特性は、仮想グリッドについての散乱線透過率Ｔｓ、および被写体Ｋを透過して直接検出器１４に照射される一次線の透過率（一次線透過率）Ｔｐとする。なお、散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐは０〜１の間の値をとる。

特性取得部３４は、散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐの値の入力を直接受け付けることにより仮想グリッド特性を取得してもよいが、第２の実施形態においては、グリッドの種類を表すグリッド情報、被写体についての情報（被写体情報）、および被写体画像Ｉｋの取得時の撮影条件の少なくとも１つの指定を受け付けることにより、仮想グリッド特性、すなわち散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐを取得する。なお、以下、特性取得部３４に用いられる撮影条件を、特性取得用撮影条件と記載する。

ここで、グリッド情報とは、グリッド比、グリッド密度、収束型か平行型か、収束型の場合の集束距離、インタースペース素材（アルミニウム、ファイバー、ベークライト等）等の、グリッドの種類を特定する情報の少なくとも１つを含む。散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐはグリッドの種類に応じて異なるものとなる。このため、グリッド情報に関して、各種グリッド情報の少なくとも１つと仮想グリッド特性とを対応づけたテーブルが記憶部３９に記憶されている。

被写体情報は、胸部、腹部および頭部等の被写体の種類を表すものである。ここで、被写体画像Ｉｋの撮影時には、一般的に撮影部位に応じて使用するグリッドの種類が決められており、グリッドの種類に応じて散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐが異なるものとなる。このため、被写体情報に関して、各種被写体情報と仮想グリッド特性とを対応づけたテーブルが記憶部３９に記憶されている。なお、被写体情報は、被写体の種類に加えて、被写体の放射線画像上での位置、被写体の組成の分布、被写体の大きさおよび被写体の厚さ等に関する情報を含んでもよい。

特性取得用撮影条件は、撮影時の撮影距離（ＳＩＤ）、撮影線量、管電圧、線源のターゲットおよびフィルタの材質、並びに撮影に使用される放射線検出器の種類等のうちの少なくとも１つを含む。ここで、被写体画像Ｉｋの撮影時には、一般的に撮影条件に応じて使用するグリッドの種類が決められており、グリッドの種類に応じて散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐが異なるものとなる。このため、特性取得用撮影条件に関して、各種特性取得用撮影条件と仮想グリッド特性とを対応づけたテーブルが記憶部３９に記憶されている。なお、特性取得用撮影条件は、仮想グリッド特性の取得に必要なパラメータを含むものであれば、体厚分布の決定に用いる撮影条件（体厚分布決定用撮影条件）や後述の散乱線情報の取得に用いる散乱線情報取得用撮影条件と同じものであってもよく、異なるものであってもよい。

特性取得部３４は、記憶部３９に記憶されたテーブルを参照して、入力部４１から入力されたグリッド情報、被写体情報および特性取得用撮影条件の少なくとも１つに基づいて、仮想グリッド特性を取得する。なお、グリッド情報、被写体情報および特性取得用撮影条件は、入力部４１の直接の入力を受け付ければよいが、各種グリッド情報、各種被写体情報および各種特性取得用撮影条件のリストを表示部４２に表示し、リストからのグリッド情報、被写体情報および特性取得用撮影条件の少なくとも１つの選択を受け付けることにより、グリッド情報、被写体情報および特性取得用撮影条件の入力を行うようにしてもよい。

また、第２の実施形態においては，散乱線除去処理は、後述するように被写体画像Ｉｋを周波数分解することにより行われる。第２の実施形態においては、仮想グリッド特性は、周波数分解による得られる被写体画像Ｉｋの複数の周波数帯域のそれぞれについて取得される。このため、上記テーブルにおける仮想グリッド特性は、複数の周波数帯域のそれぞれに対応づけられたものとなっている。

また、グリッド情報、被写体情報および特性取得用撮影条件のすべてと仮想グリッド特性とを対応づけたテーブルを記憶部３９に記憶しておき、グリッド情報、被写体情報および特性取得用撮影条件のすべてに基づいて仮想グリッド特性を取得するようにしてもよい。この場合、テーブルは、各種グリッド情報、各種被写体情報および各種特性取得用撮影条件と、仮想グリッド特性とを対応づけた少なくとも４次元のテーブルとなる。

なお、グリッドを使用することによって増加する照射線量の増加率である露出倍数、グリッドを使用した場合と使用しない場合とのコントラストの比率であるコントラスト改善係数、および一次線透過率の散乱線透過率に対する比率である選択度は、グリッドの特性を表す特性値であり、これらの特性値から散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐを算出することができる。このため、特性取得部３４において、露出倍数、コントラスト改善係数および選択度の少なくとも１つの指定を受け付けることにより、仮想グリッド特性、すなわち散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐを算出して取得するようにしてもよい。

また、第２の実施形態において画像処理装置３０は、仮想グリッド特性のみならず、散乱線情報にも基づいて散乱線除去処理を行う。このため、散乱線情報取得部３５は散乱線情報としてさらに散乱線情報を取得する。第２の実施形態においては、散乱線情報は、例えば被写体Ｋが胸部であれば、縦隔が存在する被写体画像Ｉｋの中央部分ほど散乱線が多く、肺野が存在する周辺部ほど散乱線が少ないという、被写体画像Ｉｋにおける散乱線含有率分布とする。

散乱線情報取得部３５は、撮影により取得された被写体画像Ｉｋを解析することにより、散乱線情報すなわち散乱線含有率分布を取得する。

散乱線情報取得部３５は、被写体Ｋの体厚分布Ｔｋ（ｘ，ｙ）と被写体画像Ｉｋの放射線撮影時の撮影条件とから、第１の実施形態と同様に式（１）に従って各位置の一次線成分Ｉｐ（ｘ，ｙ）および散乱線成分Ｉｓ（ｘ，ｙ）を算出し、算出した一次線成分Ｉｐ（ｘ，ｙ）および散乱線成分Ｉｓ（ｘ，ｙ）から式（４）に基づいて、散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）を算出する。なお、散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）は０〜１の間の値をとる。なお、第２の実施形態においても、式（１）に代えて、式（３）を用いてもよい。すなわち、式（３）のように、散乱線推定関数を、非遮蔽画像領域ＲＡ内の各位置において一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）を指数減弱則に基づいて推定し、遮蔽画像領域ＲＢ内の各位置において一次線成分の画素値Ｉｐ（ｘ’，ｙ’）を零とする一次線推定関数を備えることにより、散乱線推定関数に遮蔽被写体部ＫＢからの散乱線がないことを表す条件を反映してもよい。
S(x,y) = Is(x,y)/(Is(x,y)+Ip(x,y)) （４）

なお、第２の実施形態においては上記式（２）において、被写体表面への入射線量Ｉｏ（ｘ，ｙ）は、どのような値を定義してもＳ（ｘ，ｙ）を算出する際に除算によってキャンセルされるため、例えば値を１とする等、任意の値としてもよい。

除去処理部３６は、仮想グリッド特性および散乱線情報に基づいて、被写体画像Ｉｋにおける散乱線と見なせる周波数帯域の周波数成分を低減させることにより、散乱線除去処理を行う。このため、除去処理部３６は、被写体画像Ｉｋを周波数分解して複数の周波数帯域毎の周波数成分を取得し、少なくとも１つの周波数成分のゲインを低減する処理を行い、処理済みの周波数成分およびこれ以外の周波数成分を合成して、散乱線除去処理済みの被写体画像Ｉｋを取得する。なお、周波数分解の手法としては、被写体画像Ｉｋを多重解像度変換する手法の他、ウェーブレット変換、フーリエ変換等、公知の任意の手法を用いることができる。

除去処理部３６は、仮想グリッド特性である散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐ、並びに散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）から、周波数成分を変換する変換係数Ｒ（ｘ，ｙ）を下記の式（５）により算出する。なお、散乱線透過率Ｔｓは、全散乱線成分を１とした場合の散乱線成分を透過する割合を表すものであるため、散乱線成分が低減される第１の割合は１−Ｔｓで表される。同様に、一次線透過率Ｔｐは、全一次線成分を１とした場合の一次線成分を透過する割合を表すものであるため、一次線成分が低減される第２の割合は１−Ｔｐで表される。第２の割合は第１の割合以下とされ、第１の割合と第２の割合との比率は、所望の散乱線抑制結果となるように適宜設定される。
R(x,y) = S(x,y)×Ts + (1-S(x,y))×Tp （５）

散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐ、並びに散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）は０〜１の間の値となるため、変換係数Ｒ（ｘ，ｙ）も０〜１の間の値となる。除去処理部３６は、変換係数Ｒ（ｘ，ｙ）を複数の周波数帯域のそれぞれについて算出する。

なお、以降の説明において、被写体画像Ｉｋの画素値をＩｋ（ｘ，ｙ）、周波数分解により得られる周波数成分画像をＩｋ（ｘ，ｙ，ｒ）、周波数合成をＩｋ（ｘ，ｙ）＝ΣｒＩｋ（ｘ，ｙ，ｒ）、周波数帯域毎の変換係数をＲ（ｘ，ｙ，ｒ）、周波数帯域毎の散乱線透過率および一次線透過率をＴｓ（ｒ）、Ｔｐ（ｒ）で表すものとする。なお、ｒは周波数帯域の階層を表し、ｒが大きいほど低周波であることを表すものとする。したがって、Ｉｋ（ｘ，ｙ，ｒ）は、ある周波数帯域の周波数成分画像となる。散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）は被写体画像Ｉｋについてのものをそのまま用いればよいが、散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐと同様に周波数帯域のそれぞれについて取得するようにしてもよい。

第２の実施形態においては、周波数成分毎に変換係数Ｒ（ｘ，ｙ，ｒ）を算出し、周波数成分画像Ｉｋ（ｘ，ｙ，ｒ）に対して対応する周波数帯域の変換係数Ｒ（ｘ，ｙ，ｒ）を乗算して、周波数成分画像Ｉｋ（ｘ，ｙ，ｒ）の画素値を変換し、変換係数Ｒ（ｘ，ｙ，ｒ）が乗算された周波数成分画像Ｉｋ（ｘ，ｙ，ｒ）（すなわち、Ｉｋ（ｘ，ｙ，ｒ）×Ｒ（ｘ，ｙ，ｒ））を周波数合成して処理済みの被写体画像Ｉｋ′（ｘ，ｙ）を取得する。したがって、除去処理部３６において行われる処理は、下記の式（６）により表される。なお、変換係数Ｒ（ｘ，ｙ，ｒ）は０〜１の間の値となるため、周波数成分Ｉｋ（ｘ，ｙ，ｒ）に対して対応する周波数帯域の変換係数Ｒ（ｘ，ｙ，ｒ）を乗算することにより、その周波数成分の画素位置（ｘ，ｙ）における画素値すなわちゲインが低減されることとなる。
Ik′(x,y)=Σr{Ik(x,y,r)×R(x,y,r)}
=Σr{Ik(x,y,r)×(S(x,y)×Ts(r)+(1-S(x,y))×Tp(r))} （６）

ここで、第２の実施形態においては、被写体画像Ｉｋを６つの周波数帯域に周波数分解するものとし、散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐは６つの周波数帯域について取得されるものとする。この場合、散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐは、例えば下記式（７）に示す値となる。なお、式（７）では右側ほど低周波数帯域の値を表すものとする。
Ts={0.7, 0.7, 0.7, 0.7, 0.3, 0.2}
Tp={0.7, 0.7, 0.7, 0.7, 0.7, 0.7} （７）

式（７）に示すように、散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐは、高周波数帯域（ｒ＝１〜４）では同一の値であるが、低周波数帯域（ｒ＝５〜６）においては、散乱線透過率Ｔｓの方が低い値となる。これは、グリッドは散乱線の周波数成分が支配的である低周波帯域ほどその除去率が高いが、一次線成分については除去率の周波数依存性が小さいからである。

例えば、胸部を放射線撮影して得られた被写体画像であれば、散乱線の含有率が高い縦隔部および肺野の周囲において、式（５）、（７）に基づいて算出した変換係数の値が小さくなり、より大きく画素値が低減されることとなる。したがって、このように算出した変換係数を用いて式（６）に示す処理を行うことにより取得された処理済みの散乱線抑制画像Ｉｋ′においては、使用が想定されるグリッドの種類に応じて散乱線成分が除去されたものとなる。

なお、除去処理部３６においては、下記のようにして被写体画像Ｉｋの散乱線を除去するようにしてもよい。まず、上記と同様に周波数合成をＩｋ（ｘ，ｙ）＝ΣｒＩｋ（ｘ，ｙ，ｒ）で表すとすると、除去処理部３６は、周波数成分画像Ｉｋ（ｘ，ｙ，ｒ）を、下記の式（８）により、散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）を用いて、散乱線成分Ｉｓ（ｘ，ｙ，ｒ）（散乱線成分に対応する画素値）と一次線成分Ｉｐ（ｘ，ｙ，ｒ）（一次線成分に対応する画素値）とに分解する。
Is(x,y,r)= S(x,y)×Ik(x,y,r)
Ip(x,y,r)=(1-S(x,y))×Ik(x,y,r) （８）

さらに除去処理部３６は、下記の式（９）により、散乱線成分Ｉｓ（ｘ，ｙ，ｒ）および一次線成分Ｉｐ（ｘ，ｙ，ｒ）のそれぞれに対して、仮想グリッド特性である散乱線透過率Ｔｓ（ｒ）および一次線透過率Ｔｐ（ｒ）を適用して画像変換し、変換された散乱線成分Ｉｓ′（ｘ，ｙ，ｒ）および一次線成分Ｉｐ′（ｘ，ｙ，ｒ）を算出する。
Is′(x,y,r)=Is(x,y,r)×Ts(r)=S(x,y)×Ik(x,y,r)×Ts(r)
Ip′(x,y,r)=Ip(x,y,r)×Tp(r)=(1-S(x,y))×Ik(x,y,r)×Tp(r) （９）

そして下記の式（１０）により、Ｉｓ′（ｘ，ｙ，ｒ）および一次線成分Ｉｐ′（ｘ，ｙ，ｒ）を周波数合成して、散乱線抑制処理済みの散乱線抑制画像Ｉｋ（ｘ，ｙ）′を算出する。
Ik′(x,y)=Σr{Is′(x,y,r)+Ip′(x,y,r)}
=Σr{S(x,y)×Ik(x,y,r)×Ts(r)+(1-S(x,y))×Ik(x,y,r)×Tp(r)}
=Σr{Ik(x,y,r)×(S(x,y)×Ts(r)+(1-S(x,y))×Tp(r))} （１０）

次いで、第２の実施形態において行われる処理について説明する。図６は第２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。撮影装置１０において取得された被写体画像Ｉｋが画像処理装置３０に入力されると、画像取得部３１は、被写体画像Ｉｋを取得する（ＳＴ２１）。次いで、領域情報取得部３２は、被写体画像Ｉｋに対応する領域情報を取得する（ＳＴ２２）。続いて、散乱線抑制部３３は、特性取得部３４がグリッド情報、被写体情報および撮影条件の少なくとも１つの入力部４１からの入力を受け付けて、仮想グリッド特性、すなわち散乱線透過率Ｔｓおよび一次線透過率Ｔｐを取得する（ＳＴ２３）。

また、散乱線情報取得部３５が撮影条件と領域情報と条件式（１）、（２）に基づいて、各位置における散乱線成分と一次線成分を推定し、推定された散乱線成分と一次線成分に基づいて散乱線成分情報、すなわち散乱線含有率分布Ｓ（ｘ，ｙ）を取得する（ＳＴ２４）。一方、除去処理部３６は、被写体画像Ｉｋを周波数分解する。なお、ＳＴ２３の処理とＳＴ２４の処理とＳＴ２５の処理とを、任意の順に実施してよく、並列して実施してもよい。

そして、除去処理部３６は、上記式（５）により周波数帯域毎の変換係数Ｒ（ｘ，ｙ，ｒ）を算出し（ＳＴ２５）、変換係数Ｒ（ｘ，ｙ，ｒ）により周波数成分画像Ｉｋ（ｘ，ｙ，ｒ）を変換することにより散乱線成分を抑制する（ＳＴ２６）。そして変換された周波数成分画像Ｉｋ′（ｘ，ｙ，ｒ）を周波数合成して散乱線抑制画像Ｉｋ′を生成する（ＳＴ２７）。その後、除去処理部３６は、散乱線抑制画像Ｉｋ′を記憶部３９に記憶して処理を終了する。その後、画像処理装置３０は、必要に応じて、散乱線抑制画像に対して、ノイズ除去処理、階調処理および周波数処理等の所要の画像処理を行って処理後画像を取得し、処理後画像を記憶部３９に記憶する。また、画像処理装置３０は、ユーザーからの表示要求を受け付けると処理後画像を表示部４２に表示させる。

第２の実施形態によれば、散乱線抑制部３３が、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の画素値を散乱線成分と一次線成分とに分離し、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置において、かかる位置の散乱線成分から第１の割合に対応する散乱線成分を低減し、かかる位置の一次線成分から第１の割合以下の第２の割合に対応する一次線成分を低減することにより、非遮蔽画像領域ＲＡの各位置の散乱線成分を抑制するものであるため、被写体画像の各位置の散乱線成分の推定誤差を抑制して、各位置の散乱線成分と一次線成分の割合を所望の割合になるように調整して被写体画像から好適に散乱線成分を抑制することができる。

第２の実施形態における散乱線抑制部３３は、被写体画像Ｉｋの撮影時に散乱線を除去するために使用が想定されるグリッドの特性である仮想グリッド特性を取得し、さらに散乱性成分情報を取得し、仮想グリッド特性および散乱線成分情報に基づいて、被写体画像Ｉｋの散乱線除去処理を行うようにしたものである。このため、グリッドを使用しないで撮影された被写体画像に対して、実際にグリッドを使用して撮影を行った場合と同様の散乱線を除去する効果を付与することができる。また、被写体画像Ｉｋの画質を、様々な種類の散乱線除去グリッドを使用して撮影を行うことにより取得した被写体画像の画質に近づけることができる。

また、収束型のグリッドを使用した場合、放射線の斜入により被写体画像Ｉｋに濃度ムラが発生するおそれがあるが、第２の実施形態においては、グリッドを使用しないで撮影された被写体画像に対して散乱線を除去する処理を実施することにより、放射線の斜入による濃度ムラが発生しなくなるため、より高画質の散乱線抑制画像Ｉｋ′を取得することができる。

また、上記の実施形態におけるシステム構成、ハードウェア構成、処理フロー、モジュール構成、ユーザインターフェースや具体的処理内容等に対して、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な改変を行ったものも、本発明の技術的範囲に含まれる。たとえば、画像解析装置の構成要素の一部または全部は、1台のワークステーションにより構成されたものであってもよく、ネットワークを介して接続された一台以上のワークステーション、サーバ、記憶装置によって構成されたものであってもよい。また、体厚分布を取得するために任意の方法を採用してよい。例えば、特願２０１３−２２９９４１号、特願２０１３−２２９９４２号などに記載された体厚分布取得方法を採用してよい。

また、上記実施形態においては、検出器１４を用いて被写体の放射線画像を撮影する撮影装置１０において取得した放射線画像を用いて散乱線除去処理を行っているが、特開平８−２６６５２９号公報、特開平９−２４０３９号公報等に示される放射線検出体としての蓄積性蛍光体シートに被写体の放射線画像情報を蓄積記録し、蓄積性蛍光体シートから光電的に読み取ることにより取得した放射線画像を用いた場合においても、本発明を適用できることはもちろんである。

１０ 撮影装置
１２ 放射線源
１４ 放射線検出器
２０ 制御装置
２２ 線源駆動制御部
２４ 検出器制御部
３０ 放射線画像処理装置
３１ 画像取得部
３２ 領域情報取得部
３３ 散乱線抑制部
３９ 記憶部
４１ 入力部
４２ 表示部
Ｋ 被写体
ＫＡ 非遮蔽被写体部
ＫＢ 遮蔽被写体部
１４Ａ 遮蔽検出部
１４Ｂ 非遮蔽検出部
Ｉｋ 被写体画像
ＲＡ 非遮蔽画像領域
ＲＢ 遮蔽画像領域

Claims (9)

1. 被写体に放射線を照射する放射線源と、
   前記被写体に照射された放射線を部分的に遮蔽する遮蔽物と、
   前記被写体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備えた撮影システムにより撮影された放射線画像であって、
   あらかじめ定められた撮影条件で、前記放射線源からの放射線の照射方向において前記遮蔽物によって放射線が遮蔽された検出器部分である遮蔽検出部と、
   前記検出器から前記遮蔽検出部を除いた検出器部分である非遮蔽検出部とによって検出された被写体画像を取得する画像取得部と、
   前記被写体画像のうち前記非遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す非遮蔽画像領域と、前記被写体画像のうち前記遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す遮蔽画像領域とを特定する情報である領域情報を取得する領域情報取得部と、
   前記被写体画像に散乱線除去グリッドの散乱線除去効果を仮想的に付与するために設定された仮想的なグリッドの散乱線透過率及び一次線透過率を表す仮想グリッド特性を取得する特性取得部と、前記被写体画像の散乱線含有率分布を表す散乱線情報を取得する散乱線情報取得部と、前記領域情報と前記仮想グリッド特性と前記散乱線情報とに基づいて、前記非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を除去する除去処理部と、を有する散乱線抑制部とを備えた放射線画像処理装置。
2. 前記特性取得部はグリッド情報を取得し、取得した前記グリッド情報に応じて前記仮想グリッド特性を取得する請求項１記載の放射線画像処理装置。
3. 前記グリッド情報は前記仮想的なグリッドのグリッド比である、請求項２記載の放射線画像処理装置。
4. 前記散乱線含有率分布は、前記撮影条件、前記被写体画像、前記被写体の体厚分布、前記被写体の線減弱係数の少なくとも１つに基づき算出された散乱線含有率分布である、請求項１から３のいずれか１項記載の放射線画像処理装置。
5. 前記除去処理部は、前記被写体画像を互いに異なる周波数帯域に周波数分解し、該周波数分解された各周波数成分を、前記散乱線含有率分布を用いて当該周波数成分の散乱線成分と当該周波数成分の一次線成分とに分解し、当該周波数成分の散乱線成分に前記仮想グリッド特性の散乱線透過率を乗じることにより変換された散乱線成分を算出し、当該周波数成分の一次線成分に前記仮想グリッド特性の一次線透過率を乗じることにより変換された一次線成分を算出し、前記変換された散乱線成分および前記変換された一次線成分を周波数合成することにより、前記被写体画像の散乱線成分を抑制する請求項１から４のいずれか１記載の放射線画像処理装置。
6. 前記散乱線情報取得部は、前記領域情報に対応する一次線推定関数を用いて、前記散乱線含有率分布を算出する、請求項１から５のいずれか１記載の放射線画像処理装置。
7. 前記一次線推定関数は、前記非遮蔽画像領域内の各位置においては一次線成分の画素値を前記被写体の指数減弱則に基づいて推定し、前記遮蔽画像領域内の各位置においては一次成分の画素値をゼロとして前記散乱線含有率分布を算出する、請求項６記載の放射線画像処理装置。
8. 放射線画像処理装置によって実行される放射線画像処理方法であって、
   被写体に放射線を照射する放射線源と、前記被写体に照射された放射線を部分的に遮蔽する遮蔽物と、前記被写体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備えた撮影システムにより撮影された放射線画像であって、あらかじめ定められた撮影条件で、前記放射線源からの放射線の照射方向において前記遮蔽物によって放射線が遮蔽された検出器部分である遮蔽検出部と、前記検出器から前記遮蔽検出部を除いた検出器部分である非遮蔽検出部とによって検出された被写体画像を取得する画像取得ステップと、
   前記被写体画像のうち前記非遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す非遮蔽画像領域と、前記被写体画像のうち前記遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す遮蔽画像領域とを特定する情報である領域情報を取得する領域情報取得ステップと、
   前記被写体画像に散乱線除去グリッドの散乱線除去効果を仮想的に付与するために設定された仮想的なグリッドの散乱線透過率及び一次線透過率を表す仮想グリッド特性を取得する特性取得ステップと、前記被写体画像の散乱線含有率分布を表す散乱線情報を取得する散乱線情報取得ステップと、前記領域情報と前記仮想グリッド特性と前記散乱線情報とに基づいて、前記非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を除去する除去処理ステップを有する散乱線抑制ステップとを有することを特徴とする放射線画像処理方法。
9. コンピュータを、
   被写体に放射線を照射する放射線源と、前記被写体に照射された放射線を部分的に遮蔽する遮蔽物と、前記被写体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備えた撮影システムにより撮影された放射線画像であって、あらかじめ定められた撮影条件で、前記放射線源からの放射線の照射方向において前記遮蔽物によって放射線が遮蔽された検出器部分である遮蔽検出部と、前記検出器から前記遮蔽検出部を除いた検出器部分である非遮蔽検出部とによって検出された被写体画像を取得する画像取得部と、
   前記被写体画像のうち前記非遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す非遮蔽画像領域と、前記被写体画像のうち前記遮蔽検出部の各位置に対応する画素値を表す遮蔽画像領域とを特定する情報である領域情報を取得する領域情報取得部と、
   前記被写体画像に散乱線除去グリッドの散乱線除去効果を仮想的に付与するために設定された仮想的なグリッドの散乱線透過率及び一次線透過率を表す仮想グリッド特性を取得する特性取得部と、前記被写体画像の散乱線含有率分布を表す散乱線情報を取得する散乱線情報取得部と、前記領域情報と前記仮想グリッド特性と前記散乱線情報とに基づいて、前記非遮蔽画像領域の各位置の散乱線成分を除去する除去処理部と、を有する散乱線抑制部として機能させることを特徴とする放射線画像処理プログラム。