JP2018047192A - 放射線撮影装置、放射線撮影システム、放射線撮影方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明によれば、放射線の照射線量変動を考慮することにより、適切な平均エネルギーを算出することが可能となる。【解決手段】本発明の放射線撮影装置は、放射線検出器の所定の領域で検出された放射線に対応する画素値の時間変化に基づいて、前記放射線の照射線量変動を算出する変動算出手段と、前記放射線検出器の少なくとも１つの対象画素における前記放射線の平均エネルギーを、前記照射線量変動に基づいて算出するエネルギー算出手段と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線撮影装置、放射線撮影システム、放射線撮影方法、及びプログラムに関する。

放射線（Ｘ線）による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＦＰＤ）を用いた放射線撮像装置が知られている。このような放射線撮像装置は、例えば、医療画像診断において、静止画や動画などのデジタル撮像装置として用いられている。

ＦＰＤとしては、例えば、積分型のセンサおよびフォトンカウンティング型のセンサがある。積分型のセンサは、放射線の入射により発生した電荷の総量を計測する。フォトンカウンティング型のセンサは、入射した放射線のエネルギー（波長）を識別し、複数のエネルギーレベルの各々について放射線の検出回数をカウントする。フォトンカウンティング型のセンサは、エネルギー分解能を有するため、物質の弁別や仮想的に単一のエネルギーの放射線で撮影した場合の画像の生成や骨密度の測定などへの応用が期待できる。

特許文献１では、所定領域ごとに平均画素値情報と画素値の分散情報とを用いて、放射線量子の個数や平均エネルギーを推定することにより、エネルギー分解能を有する放射線撮像装置が提案されている。

特開２００９−２８５３５６号公報

特許文献１には、画素値の分散値と平均値から平均エネルギーを推定する方法が提案されているが、放射線発生装置で照射されるＸ線の照射線量は一定ではなく時間に応じて変動する場合がある。この照射線量の変動が、画素値の分散値に影響を与え、平均エネルギーを適切に求めることができない場合がある。

本発明の放射線撮影装置は、放射線検出器の所定の領域で検出された放射線に対応する画素値の時間変化に基づいて、前記放射線の照射線量変動を算出する変動算出手段と、前記放射線検出器の少なくとも１つの対象画素における前記放射線の平均エネルギーを、前記照射線量変動に基づいて算出するエネルギー算出手段と、を備える。

本発明によれば、放射線の照射線量変動を考慮することにより、適切な平均エネルギーを算出することが可能となる。

第１の実施形態の機能構成例を示す図である。 第１の実施形態の手順を示すフローチャートである。 関心領域の設定例を示した図である。 第１の実施形態の調整関数の例を示す図である。 第２の実施形態の機能構成例を示す図である。 第２の実施形態の手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態の調整関数の例を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、放射線は、例えば、Ｘ線であるが、α線、β線、及びγ線などであってもよい。

まず、図１及び図２を用いて、第１の実施形態の構成と処理フローを説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の機能構成例を示す図である。

放射線撮影システムは、放射線発生装置１０１、放射線検出器１０２、及び平均エネルギー推定部１０３を備える。放射線発生装置１０１は、放射線検出器１０２の放射線照射領域に放射線を照射する。放射線発生装置１０１は被写体に放射線を照射する。放射線検出器１０２は、被写体を通過した放射線を検出し蓄積画像を出力する。ここで、蓄積画像は、放射線量子のエネルギーと個数の積に比例した画素値を持つデジタル画像である。

放射線撮影装置である平均エネルギー推定部１０３は、蓄積画像及び放射線の照射線量から放射線検出器１０２に到達した放射線量子の平均エネルギーを推定する。また、平均エネルギー推定部１０３は、その構成として、変動算出部１１２及び平均エネルギー算出部（エネルギー算出部）１１３を備える。変動算出部１１２は、分散算出部１１０及び平均算出部１１１を備える。なお、平均エネルギー推定部１０３における処理は、画素（対象画素）ごとに行われる。

変動算出部１１２は、放射線検出器１０２の所定の領域（変動検出領域）で検出された放射線に対応する画素値の時間変化（例えば、時系列での分散値）に基づいて、放射線の照射線量変動を算出する。平均エネルギー算出部１１３は、放射線検出器１０２の少なくとも１つの対象画素における放射線の平均エネルギーを、照射線量変動に基づいて算出する。

次に、図２に示すフローチャートを用いて、第１の実施形態の処理の流れを詳細に説明する。

ステップＳ２０１にて、放射線発生装置１０１は、被写体に放射線を照射する。ステップＳ２０２にて、放射線検出器１０２は、放射線発生装置１０１からの放射線（例えば、放射線発生装置１０１から被写体を透過した放射線）を複数回検出し、複数の蓄積画像を生成し、平均エネルギー推定部１０３へ入力する。

ステップＳ２０３にて、平均エネルギー推定部１０３は、分散算出部１１０を用いて、入力された複数の蓄積画像の画素値Ｉ(ｔ）から式（１）に従い、各画素の画素値について時系列で分散を算出した分散画像Ｉ_ｖａｒを生成する。ここで、ｔは、整数で時系列に取得された画像のフレーム番号を表す。

ステップＳ２０４にて、平均算出部１１１は、式（２）に従い、各画素を時系列で平均したＩ_ａｖｅを生成する。

ステップＳ２０５にて、変動算出部１１２は、式（３）に従い、Ｒ_ｖａｒを生成する。

ここで、Ｉ_ａｖｅは、複数取得された画像を時系列で平均（以下、「時系列平均」という）した各画素（対象画素）の時系列平均画素値である。Ａ_{ｔｏｔａｌ}は、各画素の時系列平均画素値Ｉ_ａｖｅを空間で平均（以下、「空間平均」という）した総平均画素値である。

Ａ_ｖａｒは、複数取得された画像の画素値の空間平均について時系列で分散を算出した時系列分散（第１の分散値）である。変動算出部１１２は、変動検出領域の画素値の空間平均について時系列でＡ_ｖａｒ（第１の分散値）を算出することにより、照射線量変動を算出する。

なお、Ｉ_ａｖｅは、各画素の画素値の時系列平均画素値であってもよいし、各画素の周辺画素の画素値を空間平均した値を時系列で平均した時系列平均画素値であってもよい。この場合、対象画素の画素値Ｉ（ｔ）は、対象画素の画素値又は対象画素及び対象画素の周辺画素の画素値に基づいて算出される。また、Ａ_{ｔｏｔａｌ}は、複数取得された画像の空間平均を時系列平均した総平均画素値であってもよい。

このように、空間平均の時系列の変動を時系列分散Ａ_ｖａｒとして算出することで、放射線の照射線量の変動を取得することが可能となる。

また、各画素の放射線照射線量の変動による画素値の変動は、透過線量によって異なる。このため、各画素の時系列平均である時系列平均画素値Ｉ_ａｖｅと、放射線の照射線量の変動の算出に用いた総平均画素値Ａ_{ｔｏｔａｌ}との比を用いることによって、各画素の照射線量の変動による画素値の分散（照射線量変動Ｒ_ｖａｒ）を算出することができる。

変動算出部１１２は、対象画素の画素値Ｉ（ｔ）について時系列平均したＩ_ａｖｅ（第１の平均値）を算出し、変動検出領域の画素値について空間平均及び時系列平均したＡ_{ｔｏｔａｌ}（第２の平均値）を算出する。変動算出部１１２は、Ｉ_ａｖｅ（第１の平均値）とＡ_{ｔｏｔａｌ}（第２の平均値）との比により、照射線量変動Ｒ_ｖａｒを算出する。そして、式（３）に示すように、変動算出部１１２は、Ｉ_ａｖｅ（第１の平均値）とＡ_{ｔｏｔａｌ}（第２の平均値）との比にＡ_ｖａｒ（第１の分散値）を乗算することにより、照射線量変動Ｒ_ｖａｒを算出する。

ステップＳ２０６にて、平均エネルギー算出部１１３は、式（４）に従い、平均エネルギーＥ_ａｖｅを生成する。

このように、画素値の分散である分散画像Ｉ_ｖａｒから、照射線量の変動による画素値の分散である照射線量変動Ｒ_ｖａｒを差分することによって、照射線量の変動による平均エネルギーを補正して、適切な平均エネルギーを算出することが可能である。

平均エネルギー算出部１１３は、対象画素の画素値Ｉ（ｔ）について時系列でＩ_ｖａｒ（第２の分散値）を算出し、Ｉ_ｖａｒ（第２の分散値）を照射線量変動Ｒ_ｖａｒで補正することにより、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出する。平均エネルギー算出部１１３は、Ｉ_ｖａｒ（第２の分散値）から照射線量変動Ｒ_ｖａｒを減算した値を、対象画素の画素値Ｉ（ｔ）について時系列平均したＩ_ａｖｅ（第３の平均値）で除算することにより、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出する。

なお、αは、画素値及び分散から計算される値をエネルギーの単位に変換する係数であり、事前に既知のエネルギーのＸ線を撮影して、予め算出することが可能である。平均エネルギー算出部１１３は、Ｉ_ｖａｒ（第２の分散値）から照射線量変動Ｒ_ｖａｒを減算した値をＩ_ａｖｅ（第３の平均値）で除算した値に、所定の係数を乗算することにより、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出する。

以上、ステップＳ２０１からステップＳ２０６までの処理を行うことにより、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出することができ、照射線量の変動の影響を低減することができる。

また、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体などとしての実施態様を採ることもできる。具体的には、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、１つの機器から構成される装置に適用されてもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。本実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）が、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給される。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、及びＧＰＵなど）が、プログラムを読み出して本実施形態の機能を実行する。

（第１の実施形態の第１の変形例）
第１の実施形態では、変動検出領域の画素値を用いて照射線量変動Ｒ_ｖａｒを求める際に、時系列平均画像Ｉ_ａｖｅをフレーム全体で空間平均した総平均画素値Ａ_{ｔｏｔａｌ}と、フレーム全体の空間平均について時系列で分散を算出した時系列分散Ａ_ｖａｒとが算出された。しかし、変動検出領域として１フレーム全体を用いる代わりに、フレームの部分領域である関心領域（ＲＯＩ）が用いられてもよい。本変形例では、照射線量変動画像Ｒ_ｖａｒは、式（３）の代わりに、式（５）に従って算出される。

ここで、Ｉ_ａｖｅは、第１の実施形態と同様、各画素の時系列平均画素値である。ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}は、関心領域ＲＯＩの各画素の時系列平均画素値Ｉ_ａｖｅを関心領域ＲＯＩで空間平均した総平均画素値である。ＲＯＩ_ｖａｒは、複数取得された画像の関心領域ＲＯＩにおける画素値の空間平均について時系列で分散を算出した時系列分散である。なお、ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}は、複数取得された画像の関心領域ＲＯＩにおける画素値の空間平均を時系列平均した総平均画素値であってもよい。

関心領域ＲＯＩは、撮影部位ごとに予め設定された領域、被写体を透過していない放射線が検出される領域（放射線撮影領域のうち被写体が存在しない領域）などに設定されればよい。図３は、関心領域の設定例を示した図である。

図３のＲＯＩ３０１を用いれば、第１の実施形態と同様に、１フレーム全体を用いて、総平均画素値ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}と時系列分散ＲＯＩ_ｖａｒが算出される。ＲＯＩ３０２を用いれば、被写体内の所定の関心領域を用いて、総平均画素値ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}と時系列分散ＲＯＩ_ｖａｒが算出される。ＲＯＩ３０３を用いれば、被写体を透過していない放射線が検出される領域を用いて、総平均画素値ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}と時系列分散ＲＯＩ_ｖａｒが算出される。

このように、照射線量変動の解析に適した領域に関心領域ＲＯＩを設定することで、照射線量変動の解析が安定し、適切な平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出することができ、計算速度が高速化するなどの効果が期待できる。

なお、１フレーム全体又は一部における時系列分散Ａ_ｖａｒ，ＲＯＩ_ｖａｒ及び後述の照射線量分散Ｍ_ｖａｒを監視し、時系列分散Ａ_ｖａｒ，ＲＯＩ_ｖａｒ及び照射線量分散Ｍ_ｖａｒが所定の閾値以下となる領域にＲＯＩが自動的に設定されてもよい。

このように、変動検出領域は、放射線検出器１０２の放射線照射領域の全領域、放射線照射領域の被写体の所定の関心領域、及び放射線照射領域の被写体が存在しない領域の少なくとも１つの領域に設定される。

（第１の実施形態の第２の変形例）
第１の実施形態では、放射線画像データから時系列分散Ａ_ｖａｒを用いて照射線量変動Ｒ_ｖａｒを算出した。しかし、放射線画像データの代わりに、照射線量を測定する線量計やＡＥＣ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）画素などの測定結果を用いて、照射線量変動Ｒ_ｖａｒが算出されてもよい。この場合、照射線量変動Ｒ_ｖａｒは、式（３）の代わりに、式（６）に従って算出される。

変動算出部１１２は、放射線検出器１０２の所定の領域（変動検出領域）に照射された放射線の照射線量の時間変化に基づいて、放射線の照射線量変動を算出する。放射線の照射線量は、照射線量を測定する線量計の測定値、対象画素より高いフレームレートで放射線を検出する画素（ＡＥＣ画素）の画素値、及び放射線の照射条件の少なくとも１つに基づいて算出されてもよい。

ここで、Ｍ_ｖａｒは、時系列で照射線量の分散を算出した照射線量分散である。γは、照射線量分散Ｍ_ｖａｒを、式（５）における時系列分散ＲＯＩ_ｖａｒ相当の値に変換する係数である。

変動算出部１１２は、変動検出領域の照射線量について時系列でＭ_ｖａｒ（第３の分散値）を算出することにより、照射線量変動Ｒ_ｖａｒを算出する。変動算出部１１２は、対象画素の画素値について時系列平均したＩ_ａｖｅ（第１の平均値）を算出する。変動算出部１１２は、変動検出領域の画素値について空間平均及び時系列平均したＡ_{ｔｏｔａｌ}（第２の平均値）を算出する。変動算出部１１２は、Ｉ_ａｖｅ（第１の平均値）とＡ_{ｔｏｔａｌ}（第２の平均値）との比により、照射線量変動Ｒ_ｖａｒを算出する。

変動算出部１１２は、Ｉ_ａｖｅ（第１の平均値）とＡ_{ｔｏｔａｌ}（第２の平均値）との比にＭ_ｖａｒ（第３の分散値）を乗算することにより、照射線量変動Ｒ_ｖａｒを算出する

被写体を透過していない放射線が検出された領域に関心領域ＲＯＩ３０３が設定される場合、係数γ及び総平均画素値ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}を予め求めておくことが可能である。また、放射線発生装置１０１から放射線検出器１０２までの距離、管電圧、管電流、照射時間、及び撮影時間などの撮影条件が変更された場合、予め求められた係数γ及び総平均画素値ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}を撮影条件に応じて補正することが可能である。これにより、すべての条件で係数γ及び総平均画素値ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}を予め取得する必要がなくなる。

このように、線量計やＡＣＥ画素などの照射線量情報を用いることで、画素値を算出するために画像を解析する必要がなくなり、照射線量変動による平均エネルギーの補正を簡便に行うことが可能となる。

式（４）のように、平均エネルギー算出部１１３は、放射線検出器１０２の少なくとも１つの対象画素における放射線の平均エネルギーＥ_ａｖｅを、照射線量変動Ｒ_ｖａｒに基づいて算出する。

（第１の実施形態の第３の変形例）
第１の実施形態では、放射線画像データから時系列分散Ａ_ｖａｒを用いて、照射線量変動Ｒ_ｖａｒを算出したが、放射線画像データの代わりに、放射線の照射条件を用いて、照射線量変動Ｒ_ｖａｒが算出されてもよい。このとき、予め各照射条件にて、式（６）における照射線量分散Ｍ_ｖａｒ、係数γ、及び総平均画素値ＲＯＩ_{ｔｏｔａｌ}を照射条件に応じて予め求めておくことが可能である。放射線の照射条件は、放射線発生装置１０１から放射線検出器１０２までの距離、管電圧、管電流、パルス幅、及び照射時間などの少なくとも１つを含む。

また、被写体が撮影範囲に存在する状態で、所定の低線量で発生された放射線を検出することで、照射線量分散Ｍ_ｖａｒが取得され、被写体の撮影時の放射線の照射条件を用いて、照射線量変動Ｒ_ｖａｒが算出されてもよい。
このように、放射線の照射線量は、放射線の照射条件に基づいて算出されてもよい。

（第１の実施形態の第４の変形例）
第１の実施形態では、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出するときに、画素値の分散である分散画像Ｉ_ｖａｒから照射線量変動Ｒ_ｖａｒを減算することによって、照射線量の変動による平均エネルギーを補正するが、照射線量の変動の大きさに応じて、補正量を変更してもよい。この場合、平均エネルギーＥ_ａｖｅは、式（６）に従って算出される。平均エネルギー算出部１１３は、Ａ_ｖａｒ（第１の分散値）に関する関数β（Ａ_ｖａｒ）に基づいて、照射線量変動Ｒ_ｖａｒを調整する。

ここで、β（Ａ_ｖａｒ）は、補正量を調整する関数である。図４は、関数β（Ａ_ｖａｒ）の例を示す。図４の関数４０１は、少なくとも１つの閾値を有するステップ関数である。関数４０１では、時系列分散Ａ_ｖａｒが閾値ａ未満になるとβ（Ａ_ｖａｒ）が０となり、時系列分散Ａ_ｖａｒが閾値ａ以上になるとβ（Ａ_ｖａｒ）が１となる。関数４０１では、β（Ａ_ｖａｒ）が０である場合（つまり、時系列分散Ａ_ｖａｒが小さく、照射線量変動が小さい場合）は、照射線量の変動による平均エネルギーを補正しない。

また、関数４０２は、時系列分散Ａ_ｖａｒの複数の閾値の間でβ（Ａ_ｖａｒ）が変化する関数である。関数４０２では、時系列分散Ａ_ｖａｒが閾値ｂ未満になるとβ（Ａ_ｖａｒ）が０となり、時系列分散Ａ_ｖａｒが閾値ｃ以上になるとβ（Ａ_ｖａｒ）が１となり、閾値ｂと閾値ｃとの間でβ（Ａ_ｖａｒ）が０から１まで線形に増加する。

なお、関数β（Ａ_ｖａｒ）として、平均エネルギーの補正量を調整するために、シグモイド関数などの関数が用いられてもよい。

このように、平均エネルギーの補正量を照射線量変動に応じて変更することで、照射線量変動が少ない場合は補正量を抑制し、照射線量変動が大きい場合は補正量を促進し、照射線量変動に応じて平均エネルギーＥ_ａｖｅが算出される。また、平均エネルギーＥ_ａｖｅの算出において、照射線量変動に応じて補正量を変化させることによって、補正の必要性などに応じた適切な補正を行うことが可能となる。

なお、本変化例では、照射線量変動としてＡ_ｖａｒを用いたが、ＲＯＩ_ｖａｒを用いてもよいし、Ｍ_ｖａｒを用いてもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、放射線は、例えば、Ｘ線であるが、α線、β線、及びγ線などであってもよい。なお、上記の実施形態と同様の構成、機能、及び動作についての説明は省略し、主に本実施形態との差異について説明する。

本実施形態では、放射線量子の平均エネルギーを推定するに際して、画素値と当該画素値以外の画素値の差分の二乗を用いる。これは、平均エネルギーの推定する際に、画素の画素値を画素値の平均とみなし、画素値と当該画素値とは別の画素値の差分の二乗を画素値の標本分散とみなして、それぞれを近似するという概念に基づく。

例えば、画素値を時系列平均画素値Ｉ_ａｖｅとみなし、画素値を時系列で差分を算出し、差分の二乗を分散画像Ｉ_ｖａｒとみなして、平均エネルギーを算出する。本実施形態では、所定のフレーム（第１のフレーム）とその１つ前のフレーム（第２のフレーム）の同じ位置における画素値を用いて、平均エネルギーを算出する。本実施形態では、第１のフレームと第２のフレームは時系列で隣接しているが、隣接していなくてもよい。

まず、図５及び図６を用いて、本実施形態の構成と処理フローを説明する。図５は、本実施形態の機能構成例を示す図である。

放射線発生装置５０１は、被写体に放射線を照射する。放射線検出器５０２は、被写体を通過した放射線を検出し蓄積画像を出力する。ここで、蓄積画像とは放射線量子のエネルギーと個数の積に比例した画素値を持つデジタル画像である。

平均エネルギー推定部５０３は、蓄積画像から放射線検出器５０２に到達した放射線量子の平均エネルギーを推定する。また、平均エネルギー推定部５０３は、その構成として、ゲイン算出部（変動算出部）５１０及び平均エネルギー算出部（エネルギー算出部）５１２を備える。平均エネルギー算出部５１２は、フレーム平均エネルギー算出部５１１を備える。なお、平均エネルギー推定部５０３における処理は、画素（対象画素）ごとに行われる。

次に、図６に示すフローチャートを用いて、第２の実施形態の処理の流れを詳細に説明する。

ステップＳ６０１にて、放射線発生装置５０１は、被写体に放射線を照射する。ステップＳ６０２にて、放射線検出器５０２は、放射線発生装置１０１からの放射線（例えば、放射線発生装置１０１から被写体を透過した放射線）を複数回検出し、蓄積画像を生成し、平均エネルギー推定部５０３へ入力する。

ステップＳ６０３にて、平均エネルギー推定部５０３は、ゲイン算出部５１０を用いて、入力された蓄積画像とその１つ前のフレーム（以下、「前フレーム」という）の蓄積画像から式（８）に従い、ゲインＧを算出する。ここで、ｔは、整数で時系列に取得された画像のフレーム番号を表す。このように、ゲイン算出部（変動算出部）５１０は、変動検出領域の画素値について時系列で比を算出することにより、放射線の照射線量変動Ｇを算出する。

ここで、ＲＯＩ（ｔ）は、第１のフレームｔの蓄積画像における関心領域ＲＯＩの空間平均である。ＲＯＩ（ｔ−１）は、前フレーム（第２のフレームｔ−１）の蓄積画像における関心領域ＲＯＩの空間平均である。

ゲイン算出部（変動算出部）５１０は、放射線画像の第１のフレームｔにおける変動検出領域の画素値を空間平均したＲＯＩ（ｔ）（第４の平均値）を算出する。ゲイン算出部（変動算出部）５１０は、放射線画像の第２のフレームｔ−１における変動検出領域の画素値を空間平均したＲＯＩ（ｔ−１）（第５の平均値）を算出する。ゲイン算出部（変動算出部）５１０は、ＲＯＩ（ｔ）（第４の平均値）とＲＯＩ（ｔ−１）（第５の平均値）との比に基づいて、放射線の照射線量変動Ｇ（ｔ）を算出する。

ここで、第１の実施形態の第１の変形例と同様に、変動検出領域は、放射線検出器１０２の放射線照射領域の全領域、放射線照射領域の被写体の所定の関心領域、及び放射線照射領域の被写体が存在しない領域の少なくとも１つの領域に設定されてもよい。

次に、ステップＳ６０４にて、平均エネルギー推定部５０３は、フレーム平均エネルギー算出部５１１を用いて、蓄積画像とその前フレームの蓄積画像とゲインＧから式（９）に従い、フレーム平均エネルギーＥ（ｔ）を計算する。

このように、時系列で隣り合う２つのフレームの差分の二乗を分散とみなすことによって、フレームごとにフレーム平均エネルギーＥ（ｔ）を算出することが可能である。

平均エネルギー算出部５１２は、第１のフレームｔにおける対象画素の第１の画素値Ｉ（ｔ）と第２のフレームｔ−１における対象画素の第２の画素値Ｉ（ｔ−１）との差分を、照射線量変動Ｇ（ｔ）で補正することにより、後述の平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出する。平均エネルギー算出部５１２は、第２の画素値Ｉ（ｔ−１）に、照射線量変動Ｇ（ｔ）を乗算した値を、第１の画素値Ｉ（ｔ）から減算することにより差分を算出する。平均エネルギー算出部５１２は、差分の二乗を第１の画素値Ｉ（ｔ）で除算することにより、後述の平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出する。

また、平均エネルギー算出部５１２は、差分の二乗を第１の画素値Ｉ（ｔ）で除算した値に、所定の係数αを乗算することにより、後述のように平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出する。

照射線量変動Ｇ（ｔ）は、ＲＯＩ（ｔ）（第４の平均値）とＲＯＩ（ｔ−１）（第５の平均値）との比で表される。

関心領域ＲＯＩの空間平均は、照射線量変動に起因して時系列で変動するものとして、ステップＳ６０３で計算されたゲインＧを前フレームの画素値Ｉ（ｔ−１）に乗算することにより、照射線量変動による画素値Ｉの誤差を補正している。
αは、画素値から計算される値をエネルギーの単位に変換する係数であり、事前に既知のエネルギーのＸ線を撮影して、予め算出することが可能である。

式（９）では、第２のフレームの画素値Ｉ（ｔ−１）にゲインＧが乗算された値を第１のフレームの画素値Ｉ（ｔ）から減算し、減算された値が二乗される。二乗された値をフレームの画素値Ｉ（ｔ）で除算して、係数αを乗算することで、フレーム平均エネルギーＥ（ｔ）が算出される。

このように、ゲインＧを算出して、ゲインＧを用いて照射線量変動による画素値Ｉの誤差を補正することにより、照射線量変動による平均エネルギーの誤差を抑制することが可能となる。

次に、ステップＳ６０５にて、平均エネルギー推定部５０３は、平均エネルギー計算部５１２を用いて、複数のフレーム平均エネルギーから式（１０）に従い、平均エネルギーを算出する。平均エネルギー算出部５１２は、上記の差分の二乗を第１の画素値Ｉ（ｔ）で除算した値Ｅ（ｔ）について時系列平均することにより、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出する。

ここで、Ｔは、平均エネルギーを算出する際に取得したフレーム数である。したがって、Ｅ_ａｖｅは、算出されたフレーム平均エネルギーＥ（ｔ）の平均である。このように、複数のフレーム平均エネルギーＥ（ｔ）を平均して、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出することで、計算誤差を小さくすることが可能となる。

以上、ステップＳ６０１からステップＳ６０５までの処理を行うことにより、平均エネルギーＥ_ａｖｅの算出における照射線量変動の影響を低減することが可能である。

（第２の実施形態の第１の変形例）
第２の実施形態では、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出ときに、前フレームの画素値Ｉ（ｔ−１）にゲインＧが乗算された値をフレームの画素値Ｉ（ｔ）から減算することによって、照射線量の変動によるフレーム平均エネルギーＥ（ｔ）を補正する。しかし、照射線量の変動の大きさに応じて、補正量が変更されてもよい。この場合、フレーム平均エネルギーＥ（ｔ）は、式（１１）に従って算出される。

ここで、β(e^|lnG(t)|)｜）は、補正量を調整する関数である。図７は、関数β(e^|lnG(t)|)の例を示す。少なくとも１つの閾値を有するステップ関数である。関数７０１では、e^|lnG(t)|が閾値ｄ未満になるとβ(e^|lnG(t)|)が０となり、e^|lnG(t)|が閾値ｄ以上になるとβ(e^|lnG(t)|)が１となる。関数７０１では、e^|lnG(t)|が１である場合（つまり、、照射線量変動が小さい場合）は、照射線量の変動によるフレーム平均エネルギーＥ（ｔ）を補正しない。

また、関数７０２は、ゲインＧの複数の閾値の間でβ(e^|lnG(t)|)が変化する関数である。関数７０２では、ゲインＧが閾値ｅ未満になるとβ(e^|lnG(t)|)が０となり、ゲインＧが閾値ｆ以上になるとβ(e^|lnG(t)|)が１となり、閾値ｅと閾値ｆとの間でβ(e^|lnG(t)|)が０から１まで線形に増加する。

なお、関数β(e^|lnG(t)|)として、フレーム平均エネルギーＥ（ｔ）の補正量を調整するために、シグモイド関数などの関数が用いられてもよい。

このように、フレーム平均エネルギーの補正量を照射線量変動に応じて変更することで、照射線量変動が少ない場合は補正量を抑制し、照射線量変動が大きい場合は補正量を促進し、照射線量変動に応じて平均エネルギーＥ_ａｖｅが算出される。また、フレーム平均エネルギーＥ（ｔ）の算出において、照射線量変動に応じて補正量を変化させることによって、補正の必要性などに応じた適切な補正を行うことが可能となる。
平均エネルギー算出部５１２は、照射線量変動Ｇ（ｔ）に関する関数β(e^|lnG(t)|)）に基づいて、平均エネルギーＥ_ａｖｅを調整する。

（第２の実施形態の第２の変形例）
第２の実施形態では、関心領域ＲＯＩの空間平均を用いてゲインＧを算出したが、放射線画像データの代わりに、照射線量を測定する線量計やＡＥＣ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）画素などの測定結果を用いて、ゲインＧが算出されてもよい。この場合、ゲインＧは、式（８）の代わりに、式（１２）に従って算出される。

ゲイン算出部（変動算出部）５１０は、放射線画像の第１のフレームｔ及び第２のフレームｔ−１における照射線量の比に基づいて、放射線の照射線量変動を算出する。放射線の照射線量は、照射線量を測定する線量計の測定値、対象画素より高いフレームレートで放射線を検出する画素（ＡＥＣ画素）の画素値、及び放射線の照射条件の少なくとも１つに基づいて算出されてもよい。

ここで、Ｍ（ｔ）は、フレーム番号ｔの撮影時の照射線量である。Ｍ（ｔ−１）は、フレーム番号ｔ−１（前フレーム）の照射線量である。

このように、線量計やＡＣＥ画素などの照射線量情報を用いることで、画素値を算出するために画像を解析する必要がなくなり、照射線量変動による平均エネルギーの補正を簡便に行うことが可能となる。

第２の実施形態と同様に、平均エネルギー算出部５１２は、第１のフレームｔにおける対象画素の第１の画素値Ｉ（ｔ）と第２のフレームｔ−１における対象画素の第２の画素値Ｉ（ｔ−１）との差分を、照射線量変動Ｇ（ｔ）で補正する。これにより、平均エネルギー算出部５１２は、平均エネルギーＥ_ａｖｅを算出する。本実施形態では、照射線量変動Ｇ（ｔ）は、放射線画像の第１のフレームｔ及び第２のフレームｔ−１における照射線量の比で表される。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において変更・変形することが可能である。

本発明は、上記の実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）をネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、システム又は装置のコンピュータ（ＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出すことにより実行されてもよい。また、本発明は、システム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能であり、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０１，５０１ 放射線発生装置
１０２，５０２ 放射線検出器
１０３，５０３ 平均エネルギー推定部
１１０ 分散算出部
１１１ 平均算出部
１１２ 変動算出部
１１３，５１２ 平均エネルギー算出部（エネルギー算出部）
５１０ ゲイン算出部（変動算出部）
５１１ フレーム平均エネルギー算出部

Claims (26)

1. 放射線検出器の所定の領域で検出された放射線に対応する画素値の時間変化に基づいて、前記放射線の照射線量変動を算出する変動算出手段と、
   前記放射線検出器の少なくとも１つの対象画素における前記放射線の平均エネルギーを、前記照射線量変動に基づいて算出するエネルギー算出手段と、
   を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記変動算出手段は、前記領域の前記画素値の空間平均について時系列で第１の分散値を算出することにより、前記照射線量変動を算出する請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 前記変動算出手段は、前記対象画素の画素値について時系列平均した第１の平均値を算出し、前記領域の前記画素値について空間平均及び時系列平均した第２の平均値を算出し、前記第１の平均値と前記第２の平均値との比により、前記照射線量変動を算出する請求項２に記載の放射線撮影装置。
4. 前記変動算出手段は、前記第１の平均値と前記第２の平均値との比に前記第１の分散値を乗算することにより、前記照射線量変動を算出する請求項３に記載の放射線撮影装置。
5. 前記エネルギー算出手段は、前記対象画素の画素値について時系列で第２の分散値を算出し、前記第２の分散値を前記照射線量変動で補正することにより、前記平均エネルギーを算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
6. 前記エネルギー算出手段は、前記第２の分散値から前記照射線量変動を減算した値を、前記対象画素の画素値について時系列平均した第３の平均値で除算することにより、前記平均エネルギーを算出することを特徴とする請求項５に記載の放射線撮影装置。
7. 前記エネルギー算出手段は、前記第２の分散値から前記照射線量変動を減算した値を前記第３の平均値で除算した値に、所定の係数を乗算することにより、前記平均エネルギーを算出することを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
8. 前記対象画素の画素値は、前記対象画素の画素値又は前記対象画素の周辺画素の画素値に基づいて算出されることを特徴とする請求項３乃至７の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
9. 前記領域は、前記放射線検出器の放射線照射領域の全領域、前記放射線照射領域の被写体の所定の関心領域、及び前記放射線照射領域の被写体が存在しない領域の少なくとも１つの領域に設定されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
10. 前記エネルギー算出手段は、前記第１の分散値に関する関数に基づいて、前記照射線量変動を調整することを特徴とする請求項２乃至９の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
11. 放射線検出器の所定の領域に照射された放射線の照射線量の時間変化に基づいて、前記放射線の照射線量変動を算出する変動算出手段と、
    前記放射線検出器の少なくとも１つの対象画素における前記放射線の平均エネルギーを、前記照射線量変動に基づいて算出するエネルギー算出手段と、
    を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
12. 前記放射線の照射線量は、前記照射線量を測定する線量計の測定値、前記対象画素より高いフレームレートで前記放射線を検出する画素の画素値、及び前記放射線の照射条件の少なくとも１つに基づいて算出されることを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮影装置。
13. 前記変動算出手段は、前記領域の前記照射線量について時系列で第３の分散値を算出することにより、前記照射線量変動を算出する請求項１１又は１２に記載の放射線撮影装置。
14. 前記変動算出手段は、前記対象画素の画素値について時系列平均した第１の平均値を算出し、前記領域の前記画素値について空間平均及び時系列平均した第２の平均値を算出し、前記第１の平均値と前記第２の平均値との比により、前記照射線量変動を算出する請求項１３に記載の放射線撮影装置。
15. 前記変動算出手段は、前記第１の平均値と前記第２の平均値との比に前記第３の分散値を乗算することにより、前記照射線量変動を算出する請求項１４に記載の放射線撮影装置。
16. 前記変動算出手段は、前記領域の前記画素値について時系列で比を算出することにより、前記放射線の照射線量変動を算出することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
17. 前記変動算出手段は、放射線画像の第１のフレームにおける前記領域の前記画素値を空間平均した第４の平均値を算出し、前記放射線画像の第２のフレームにおける前記領域の前記画素値を空間平均した第５の平均値を算出し、前記第４の平均値と前記第５の平均値との比に基づいて、前記放射線の照射線量変動を算出することを特徴とする請求項１６に記載の放射線撮影装置。
18. 前記エネルギー算出手段は、前記第１のフレームにおける前記対象画素の第１の画素値と前記第２のフレームにおける前記対象画素の第２の画素値との差分を、前記第４の平均値と前記第５の平均値との比で補正することにより、前記平均エネルギーを算出することを特徴とする請求項１７に記載の放射線撮影装置。
19. 前記エネルギー算出手段は、前記第２の画素値に、前記第４の平均値と前記第５の平均値との比を乗算した値を、前記第１の画素値から減算することにより差分を算出し、前記差分の二乗を前記第１の画素値で除算することにより、前記平均エネルギーを算出することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の放射線撮影装置。
20. 前記エネルギー算出手段は、前記差分の二乗を前記第１の画素値で除算した値に、所定の係数を乗算することにより、前記平均エネルギーを算出することを特徴とする請求項１９に記載の放射線撮影装置。
21. 前記エネルギー算出手段は、前記差分の二乗を前記第１の画素値で除算した値について時系列平均することにより、前記平均エネルギーを算出することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の放射線撮影装置。
22. 前記エネルギー算出手段は、前記第４の平均値と前記第５の平均値との比に関する関数に基づいて、前記平均エネルギーを調整することを特徴とする請求項１７乃至２１の何れか１項に記載の放射線撮影装置。
23. 前記変動算出手段は、放射線画像の第１のフレーム及び第２のフレームにおける前記照射線量の比に基づいて、前記放射線の照射線量変動を算出することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の放射線撮影装置。
24. 放射線検出器に放射線を照射する放射線発生手段と、
    前記放射線検出器の所定の領域で検出された前記放射線に対応する画素値の時間変化に基づいて、前記放射線の照射線量変動を算出する変動算出手段と、
    前記放射線検出器の少なくとも１つの対象画素における前記放射線の平均エネルギーを、前記照射線量変動に基づいて算出するエネルギー算出手段と、
    を備えることを特徴とする放射線撮影システム。
25. 放射線検出器の所定の領域で検出された放射線に対応する画素値の時間変化に基づいて、前記放射線の照射線量変動を算出する工程と、
    前記放射線検出器の少なくとも１つの対象画素における前記放射線の平均エネルギーを、前記照射線量変動に基づいて算出する工程と、
    を備えることを特徴とする放射線撮影方法。
26. コンピュータを請求項１乃至２３の何れか１項に記載の放射線撮影装置の各手段として機能させるためのプログラム。