JP2018117993A - 情報処理装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトンカウンティング技術などにより得られる統計画像を動画の形態で提供可能にする。【解決手段】情報処理装置は、放射線を検出して画像を出力する二次元検出器により得られた情報に基づいて画像を時系列に取得する取得部と、取得部により取得された時系列に並ぶ所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて、各画素に照射されたフォトンの平均エネルギーを推定する推定部と、推定部が推定した各画素の平均エネルギーを用いて統計画像を生成する生成部とを備える。生成部は、所定数の画像を逐次更新し、更新された所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて統計画像を生成する。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、フォトンカウンティング技術を用いた放射線画像の生成に関する。

医療用の放射線撮像装置及び放射線撮像システムは、医療診断における一般撮影を含む静止画撮影、透視撮影を含む動画撮影などに用いられる。放射線撮像には、低線量で高画質が得られるフォトンカウンティング技術が知られている。フォトンカウンティング技術には、計数型フォトンカウンティング技術と統計型フォトンカウンティング技術がある。計数型フォトンカウンティング技術では、放射線照射源からの発光量を調整し、各センサに光子が単体で入射した場合の蛍光体の発光量を基に入射した光子のエネルギーを推定する。また、統計型フォトンカウンティング技術では、同一被写体の複数の画像の平均値と分散から入光した光子の平均エネルギーを推定する。

平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）で用いられる放射線の検出方式としては、入射した放射線フォトンにより発生した電荷の総量を計測する、エネルギー積分型のセンサが一般的である。特許文献１では、このようなＦＰＤを用いた統計型のフォトンカウンティング技術として、所定領域ごとに平均画像濃度情報と画像濃度の分散情報を算出し、放射線フォトンの個数や平均エネルギーを推定する方法が提案されている。

また、入射した放射線フォトンの個数を計測する、フォトンカウンティング型のセンサが存在する。フォトンカウンティング型のセンサでは、放射線フォトンのエネルギー（波長）を識別して、それぞれのエネルギーの放射線フォトンの個数を数えることができる。

特開２００９−２８５３５６号公報

フォトンカウンティング技術により得られた統計画像はその解析に複数の画像を使用することから、複数枚の画像を蓄積後、計算処理され静止画として表示される。そのため、統計画像は、動画としてリアルタイムに画像を表示させるような用途、たとえば撮影方向を随時変更しながら観察する用途や造影剤を注入して時間的変化を観察する用途には適さない。特許文献１では、１枚の画像から所定領域ごとに放射線フォトンの個数や平均エネルギーを推定する。そのため、画像を生成するのに多くの計算時間が必要となり、動画として実用的なフレームレートを得ることが難しい。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、フォトンカウンティング技術などにより得られる統計画像を動画の形態で提供可能にすることを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の一態様による情報処理装置は以下の構成を備える。すなわち、
放射線を検出して画像を出力する二次元検出器により得られた情報に基づいて画像を時系列に取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された時系列に並ぶ所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて、各画素に照射されたフォトンの平均エネルギーを推定する推定手段と、
前記推定手段が推定した各画素の平均エネルギーを用いて統計画像を生成する生成手段と、を備え、
前記生成手段は、前記所定数の画像を逐次更新し、更新された前記所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて統計画像を生成する。

本発明によれば、フォトンカウンティング技術などにより得られる統計画像を動画の形態で提供することが可能になる。

実施形態による放射線撮像システムの構成を示す図。 実施形態による制御用コンピュータのハードウェア構成例を示すブロック図。 二次元検出器の画素の等価回路を示す図。 放射線撮像システムにおける撮像動作のタイミングチャート。 放射線フォトンのエネルギーとセンサ出力の関係を説明する図。 量子ノイズを説明する図。 実施形態によるエネルギー推定の原理を説明する図。 動画像表示のタイミングを説明する図。 被写体の動きを検知した場合の動画像表示のタイミングを説明する図。 制御用コンピュータ１０３の機能構成例を示すブロック図。 制御用コンピュータ１０３による画像の生成処理を示すフローチャート。

（第１実施形態）
図１Ａは第１実施形態に係る放射線撮像システムの構成例を示すブロック図である。第１実施形態の放射線撮像システムは、放射線発生装置１０１、放射線制御装置１０２、制御用コンピュータ１０３、放射線撮像装置１０４を備える。放射線発生装置１０１は、放射線制御装置１０２の制御下で放射線を曝射する。制御用コンピュータ１０３は画像情報の取得、フォトンカウンティング技術による統計画像の生成、及び各種の制御を行う。放射線撮像装置１０４は、放射線を可視光に変換する蛍光体１０５と、可視光を検出する二次元検出器１０６を備える。二次元検出器１０６は、放射線フォトンを検出する画素２０をＸ列×Ｙ行のアレイ状に配置したセンサであり、画像情報を出力する。

図１Ｂは、制御用コンピュータ１０３のハードウェア構成例を示すブロック図である。ＣＰＵ１１は、読み取り専用のメモリであるＲＯＭ１２または随時に読み書きが可能なメモリであるＲＡＭ１３に記憶されているプログラムを実行することにより、各種処理を実現する。インターフェース１４は、放射線制御装置１０２および放射線撮像装置１０４を制御用コンピュータ１０３に通信可能に接続する。入力部１５は、ユーザによる各種指示を受け付ける。表示部１６は、ＣＰＵ１１の制御下で各種表示を行う。格納部１７は、たとえば、ハードディスクなどの大容量の記憶装置である。制御用コンピュータ１０３は、放射線撮像装置１０４から取得される画像情報に基づいて、各画素に照射された放射線フォトンのエネルギーを推定し、フォトンカウンティング技術による画像（統計画像）を生成する情報処理装置として動作する。

次に、放射線撮像装置１０４が有する二次元検出器１０６を構成する画素２０について説明する。図２に、第１実施形態に係る画素２０の等価回路図を示す。画素２０は、光電変換素子２０１と、出力回路部２０２とを含む。光電変換素子２０１は、典型的にはフォトダイオードでありうる。出力回路部２０２は、増幅回路部２０４、クランプ回路部２０６、サンプルホールド回路部２０７、選択回路部２０８を含む。

光電変換素子２０１は、電荷蓄積部を含む。この電荷蓄積部は、増幅回路部２０４のＭＯＳトランジスタ２０４ａのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ａのソースは、ＭＯＳトランジスタ２０４ｂを介して電流源２０４ｃに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ａと電流源２０４ｃとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ｂは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮがアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。

図２に示す例では、光電変換素子２０１の電荷蓄積部およびＭＯＳトランジスタ２０４ａのゲートが共通のノードを構成している。このノードは、該電荷蓄積部に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として機能する。即ち、電荷電圧変換部には、電荷蓄積部に蓄積された電荷Ｑと電荷電圧変換部が有する容量値Ｃとによって定まる電圧Ｖ（＝Ｑ／Ｃ）が現れる。電荷電圧変換部は、リセットスイッチ２０３を介してリセット電位Ｖｒｅｓに接続されている。リセット信号ＰＲＥＳがアクティブレベルになると、リセットスイッチ２０３がオンして、電荷電圧変換部の電位がリセット電位Ｖｒｅｓにリセットされる。

クランプ回路部２０６は、リセットした電荷電圧変換部の電位に応じて増幅回路部２０４によって出力されるノイズをクランプ容量２０６ａによってクランプする。つまり、クランプ回路部２０６は、光電変換素子２０１で光電変換により発生した電荷に応じてソースフォロア回路から出力された信号から、このノイズをキャンセルするための回路である。このノイズはリセット時のｋＴＣノイズを含む。クランプは、クランプ信号ＰＣＬをアクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオン状態にした後に、クランプ信号ＰＣＬを非アクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオフ状態にすることによってなされる。クランプ容量２０６ａの出力側は、ＭＯＳトランジスタ２０６ｃのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｃのソースは、ＭＯＳトランジスタ２０６ｄを介して電流源２０６ｅに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｃと電流源２０６ｅとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｄは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ_０がアクティブレベルになるとオンしてソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。

光電変換素子２０１で光電変換により発生した電荷に応じてクランプ回路部２０６から出力される信号は光信号である。この光信号は、光信号サンプリング信号ＴＳがアクティブレベルになることによって、スイッチ２０７Ｓａを介して容量２０７Ｓｂに書き込まれる。電荷電圧変換部の電位をリセットした直後にＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオン状態とした際にクランプ回路部２０６から出力される信号（クランプ電圧）は、ノイズ信号である。このノイズ信号は、ノイズサンプリング信号ＴＮがアクティブレベルになることによってスイッチ２０７Ｎａを介して容量２０７Ｎｂに書き込まれる。このノイズ信号には、クランプ回路部２０６のオフセット成分が含まれる。スイッチ２０７Ｓａと容量２０７Ｓｂによって信号サンプルホールド回路２０７Ｓが構成される。また、スイッチ２０７Ｎａと容量２０７Ｎｂによってノイズサンプルホールド回路２０７Ｎが構成される。以上のように、サンプルホールド回路部２０７は、信号サンプルホールド回路２０７Ｓとノイズサンプルホールド回路２０７Ｎとを含む。

駆動回路部（不図示）が行選択信号をアクティブレベルに駆動すると、容量２０７Ｓｂに保持された信号（光信号）がＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａおよび行選択スイッチ２０８Ｓｂを介して信号線２５Ｓに出力される。また、同時に、容量２０７Ｎｂに保持された信号（ノイズ）がＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａおよび行選択スイッチ２０８Ｎｂを介して信号線２５Ｎに出力される。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａは、信号線２５Ｓに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。同様に、ＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａは、信号線２５Ｎに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａと行選択スイッチ２０８Ｓｂによって信号用選択回路部２０８Ｓが構成される。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａと行選択スイッチ２０８Ｎｂによってノイズ用選択回路部２０８Ｎが構成される。選択回路部２０８は、信号用選択回路部２０８Ｓとノイズ用選択回路部２０８Ｎとを含む。

また、画素２０には、加算スイッチ２０９Ｓと加算スイッチ２０９Ｎを有する加算部２０９が設けられている。加算スイッチＳ２０９Ｓは、隣接する複数の画素２０の光信号を加算するためのスイッチである。加算モード時には、加算モード信号ＡＤＤがアクティブレベルになり、加算スイッチ２０９Ｓがオン状態になる。これにより、隣接する画素２０の容量２０７Ｓｂが加算スイッチ２０９Ｓによって相互に接続されて、光信号が平均化される。加算スイッチ２０９Ｎは、隣接する複数の画素２０のノイズを加算するためのスイッチである。加算スイッチ２０９Ｎがオン状態になると、隣接する画素２０の容量２０７Ｎｂが加算スイッチ２０９Ｎによって相互に接続され、ノイズ信号が平均化される。

さらに、画素２０は、感度を変更するための感度変更部２０５を有する。感度変更部２０５は、例えば、第１感度変更スイッチ２０５ａおよび第２感度変更スイッチ２０５'ａ、並びにそれらに付随する回路素子を含みうる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになると、第１感度変更スイッチ２０５ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第１付加容量２０５ｂの容量値が追加される。これによって画素２０の感度が低下する。第２変更信号ＷＩＤＥ２がアクティブレベルになると、第２感度変更スイッチ２０５'ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第２付加容量２０５'ｂの容量値が追加される。これによって画素２０の感度が更に低下する。このように画素２０の感度を低下させる機能を追加することによって、より大きな光量を受光することが可能となり、ダイナミックレンジを広げることができる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになる場合には、イネーブル信号ＥＮ_ｎをアクティブレベルにして、ＭＯＳトランジスタ２０４ａに変えてＭＯＳトランジスタ２０４'ａをソースフォロア動作させてもよい。

放射線撮像装置１０４は、以上のような画素２０の出力を読み出し、不図示のＡＤ変換器でデジタル値に変換することにより得られた画像情報を制御用コンピュータ１０３に転送する。

次に、以上のような構成を備えた本実施形態の放射線撮像システムの動作について説明する。図３は、本実施形態に係る二次元検出器１０６の駆動タイミングを示す図である。図３では、放射線の照射の期間とデータ読み出しの期間を表しており、横軸は時間を表している。放射線撮像システムは、放射線照射期間（ＸＷ）、放射線読み出し期間（ＸＲ）、放射線非照射期間（ＦＷ）、オフセット読み出し期間（ＦＲ）を１フレームとして、静止画あるいは動画を取得する。放射線読み出し期間では、放射線照射期間における放射線の照射によって画素２０に蓄積された電荷に基づく信号が読み出される。読み出された信号に基づいて生成された画像情報は、制御用コンピュータ１０３に順次転送される。オフセット読み出し期間では、放射線の照射を行わずに画素２０に蓄積された電荷に基づく信号が読み出される。読み出された信号に基づいて生成されたオフセット画像情報は、制御用コンピュータ１０３に順次転送される。制御用コンピュータ１０３は、放射線読み出し期間（ＸＲ）で取得された画像情報からオフセット読み出し期間（ＦＲ）で取得されたオフセット画像情報を差し引くことでオフセットを補正する。

次に、本実施形態の放射線撮像システムにおいて、放射線フォトンの個数や平均エネルギーを推定する方法について説明する。

図４に、本実施形態に係る放射線フォトンのエネルギーとセンサ出力の関係を示す。放射線撮像装置１０４は、放射線を可視光フォトンに変換するシンチレータ（蛍光体１０５）、可視光フォトンを電荷に変換する光電変換層（光電変換素子２０１）、その電荷を電圧に変換し、デジタル値にする回路部分（出力回路部２０２）を含む。放射線フォトンが蛍光体１０５に吸収されると、蛍光体１０５内で可視光フォトンが発生する。このとき生じる可視光フォトンの数は吸収された放射線フォトンのエネルギーによって変化する。具体的には、放射線フォトンのエネルギーが大きいほど蛍光体１０５で可視光フォトンが多く発生する。また、光電変換層で生じる電荷の数は可視光フォトンの数によって決まる。回路部分から最終的に出力されるデジタル値は、この電荷量を電圧に変換し、デジタル値にしたものである。なお、ＬＳＢとは、回路部分が有するＡ／Ｄコンバータの最小単位である。

次に、図５、図６の参照により、本実施形態における放射線フォトンの平均エネルギーを推定する方法について説明する。上述の特許文献１では、所定領域ごとに平均画像濃度情報と画像濃度の分散情報とを用いて、１枚の画像から放射線フォトンの個数や平均エネルギーを推定するセンサが提案されている。本実施形態では、時系列に並ぶ複数の所定数の画像から各画素の放射線フォトンの個数や平均エネルギーを推定する。

図５は、量子ノイズについて説明する図である。制御用コンピュータ１０３は、放射線撮像装置１０４に放射線を照射することにより複数枚の画像を取得する（図５（ａ））。ただし、この撮像の間、被写体は動かさないものとする。図５（ｂ）は、取得された複数枚の画像の各々から任意の同位置の一画素を選択し、選択された画素の画素値を時系列に並べた様子を示している。理想的にはこれらの画素値は一定となるはずだが、実際には図５（ｂ）に示されるようにバラツキが生じる。このバラツキには、電子回路のノイズ（システムノイズ）と量子ノイズが含まれる。なお、以降では、説明を簡略化するため、システムノイズを無視する。

次に、画素に入射した放射線フォトンのエネルギー推定の原理について図６を参照して説明する。量子ノイズは、単位時間当たりの放射線フォトンの数がばらつくことによって生じる。この放射線フォトンの数のバラつきは、パラメータλのポアソン分布に従う。例えば、単位時間当たりに一つの画素に到達する放射線フォトンの数の期待値が１０個であるとき、実際に到達する放射線フォトンの数は、１２個、５個、１３個、１１個・・・といったように、バラつく。従って、一個の放射線フォトンのエネルギーをデジタル値に変換したとき３０ＬＳＢであったとすると、画素値は、３６０ＬＳＢ、１５０ＬＳＢ、３９０ＬＳＢ、３３０ＬＳＢ・・・といったようにバラつく。サンプル数を無限に増やすと、画素値の期待値は３００ＬＳＢに、分散は９０００ＬＳＢになる（図６（ａ））。

一方、単位時間当たりに一つの画素に到達する放射線フォトン数の期待値が３個であり、一個の放射線フォトンのエネルギーをデジタル値に変換したとき１００ＬＳＢであったとする。この場合、サンプル数を無限に増やすと、画素値の期待値は３００ＬＳＢに、分散は３００００ＬＳＢになる（図６（ｂ））。図６（ａ）（ｂ）に示されるように、画素値の平均値が同じであっても、エネルギーが大きい放射線フォトンで形成された画像のほうが、画素値の分散が大きくなる。本実施形態では、このことを利用して、放射線フォトンのエネルギーを推定する。

まず、連続撮影してＴ枚の画像を取得したものとする。ｔ枚目の一の画素の画素値をＩ（ｔ）とし、Ｔ枚の画像の当該一の画素に到達した放射線フォトンの数の合計をＮ個、放射線フォトンのエネルギーをＥとすると、以下の（１）式が成り立つ。

よって、当該一の画素の画像一枚あたりの放射線フォトン数の相加平均Ａｖｅは、以下の（２）式で表される。

また、当該一の画素の画像意一枚あたりの放射線フォトン数の標本分散Ｖａｒは、以下の（３）式で表される。

ポアソン分布では、期待値および分散がパラメータλに等しい。また、サンプル数が大きくなるほど、相加平均Ａｖｅは期待値に近づき、標本分散Ｖａｒは分散に近づく。そこで、相加平均Ａｖｅと標本分散Ｖａｒが等しいものと近似すると、以下の（４）式が導かれる。

（４）式を整理すると、以下の（５）式が導かれる。

このようにして、時系列に並ぶＴ個の画像から一の画素に関して得られるＴ個の画素値Ｉ（ｔ）に基づいて放射線フォトンのエネルギーＥを計算することができる。また、上記の一の画素の画素値の相加平均Ａｖｅ'と画素値の標本分散をＶａｒ'は、それぞれ以下の式（６）、式（７）で表される。

従って、一の画素に入射した放射線フォトンのエネルギーＥは、以下の式（８）でも表される。

実際には、二次元検出器１０６に到達する放射線フォトンのエネルギーは単一ではない。一般的に、たとえば放射線発生装置１０１で管電圧を１００ｋＶに設定して放射線を照射すると、１００ｋｅＶ以下の様々なエネルギーの放射線フォトンが生じる。このような放射線であっても、（５）式が成り立つものと近似することで、放射線フォトンの平均エネルギーを推定できる。また、（１）式によって、放射線フォトンの平均エネルギーと画素値から、一の画素に入射した放射線フォトンの数を推定できる。

本実施形態では、各画素での放射線フォトンのエネルギーＥを推定する際に、二次元検出器１０６から連続して収集される複数の画像の最終画像をｔ、平均エネルギーＥの計算に用いる画像の枚数をＴとしたとき、（５）式より（９）式が求められる。

この時、図７に示すように最終画像ｔは（９）式の計算と並行して順次更新され、画面に表示される。放射線フォトンのエネルギーＥの画像の計算は、新たに画像が１枚撮影されるごとに行われてもよいし、計算時間および／または動画像表示の要求から一定数の画像が新たに撮像されるごとに行われてもよい。

（９）式を用いることで、Ｔ枚の画像が逐次更新される際には、新たに加わる画像の画素値と除外される古い画像の画素値との差分およびそれら画素値の二乗の差分を用いるだけでよくなる。すなわち、所定数の画像のうち最も古い画像における各画素の値と、所定数の画像に新たに加わる画像における各画素の値とを用いて、更新後の所定数の画像を対象とした各画素の推定された平均エネルギーが算出される。よって、（３）式のような分散値の再計算を行う必要がなくなり、計算にかかるコストが大きく削減される。そのため信号の精度を上げるためＴの枚数を増やしても計算時間はほとんど変わることがない。

このようにして画素毎にエネルギーＥが算出されたら、直前に表示していたエネルギーＥの値を更新し、画像を作成し表示することにより観察者に動画を提示する。また、画像のノイズを低減させるため、リカーシブルフィルター等の動画処理を行うことも可能である。

なお、本実施形態では、放射線撮像装置１０４は蛍光体を用いた間接型の放射線センサとした。しかしながら本発明はこのような形態に限定されない。ＣｄＴｅ等の直接変換材料を用いた直接型の放射線センサを用いてもよい。この場合、パラメータＡは直接変換材料における信号の拡散を示すパラメータとなる。

図９は、制御用コンピュータ１０３の、フォトンカウンティング技術による画像生成のための機能構成例を示すブロック図である。画像取得部５１は、放射線を検出して画像を出力する二次元検出器１０６により得られた情報に基づいてエネルギー積分型の画像を取得する。なお、画像取得部５１では、図３の放射線読み出し期間（ＸＲ）で読み出された画像からオフセット読み出し期間（ＦＲ）で読み出された画像を差し引いたオフセット補正後の画像が取得される。推定部５２は、画像取得部５１により取得された時系列に並ぶ所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて、各画素に照射された放射線フォトンの平均エネルギーを推定する。本実施形態では、推定部５２は、所定数の画像として、画像取得部５１が取得した画像のうちの時系列に並ぶＴ個の画像を用いて各画素の放射線フォトンのエネルギー値を推定する。生成部５３は、推定部５２が推定した各画素の平均エネルギーを用いてフォトンカウンティング型の画像である統計画像を生成する。

生成部５３は、所定数の画像の古い順に新たなエネルギー積分型の画像で入れ替えることにより更新された所定数の画像を対象として推定部５２が推定した各画素の平均エネルギーを用いることにより、時系列にフォトンカウンティング型の画像を生成する。すなわち、推定部５２は、たとえば、上述の（９）式を用いて、所定数（Ｔ）の画像のうち最も古い画像を新たな画像で更新して得られる新たな所定数の画像を対象として各画素における放射線フォトンの平均エネルギーを新たに推定する。そして、生成部５３は、各画素の平均エネルギーを用いてフォトンカウンティング型の画像を生成する。出力部５４は、生成部５３により生成された画像を表示部１６や格納部１７に出力する。例えば、出力部５４は、表示部１６に、生成部５３により時系列に生成されたフォトンカウンティング型の画像を動画として表示させる。

図１０は、制御用コンピュータ１０３による、放射線フォトンの平均エネルギーによる画像の生成処理を説明するフローチャートである。ステップＳ１０１において、画像取得部５１は、放射線撮像装置１０４から取得される画像情報の数をカウントするためのカウンタｋを０にリセットする。また、推定部５２は、画素ごとに設けられた変数Ａ、Ｂをゼロにセットする。ステップＳ１０２、ステップＳ１０３において、画像取得部５１は、カウンタｋを１つ増加するとともに、放射線撮像装置１０４から画像情報を取得する。

ステップＳ１０４において、推定部５２は、カウンタｋの値がＴより大きいか否かを判定する。カウンタｋがＴ以下の場合（ステップＳ１０４でＮＯ）、推定部５２は、ステップＳ１０５において、現在のＡの値に取得された画像情報の画素値を二乗した値（I(k)²）を加算することによりＡを更新する。また、推定部５２は、現在のＢの値に取得された画像情報の画素値（I(k)）を加算することによりＢを更新する。

他方、ステップＳ１０４においてｋがＴより大きい場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ），処理はステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６において、推定部５２は、Ｔ個の画像群に新たに加わる最新の画像の画素値（I(k)）と、Ｔ個の画像群で最も古い画像（Ｔ個の画像群から除外されることになる画像）の画素値（I(k-1)）とを用いて変数Ａ、Ｂを更新する。具体的には、推定部５２は、Ａの現在値に、I(k)²−I(k-T)²を加算し、Ｂの現在値にI(k)−I(k-T)を加算する。

ステップＳ１０７において、推定部５２は、ｋ≧Ｔか否かを判定する。ｋ＜Ｔの場合（ステップＳ１０７ＮＯ）は、上述したステップＳ１０２以降の動作が繰り返される。ｋ≧Ｔの場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０８において推定部５２は、画像（ｋ）における各画素の放射線フォトンのエネルギー値を推定する。より具体的には、ステップＳ１０５、Ｓ１０６で更新されたＡ，Ｂを用いて、Ｅ＝Ａ／Ｂ−Ｂ／Ｔを計算する。この計算により、上記（９）式と同等の演算が実行され、エネルギーＥが求まる。

ステップＳ１０９において、生成部５３は、推定部５２により推定された各画素のエネルギー値を用いて画像を生成する。出力部５４は、生成された画像をたとえば表示部１６に出力して表示するとともに、格納部１７に格納する。

以上のように、第１実施形態によれば、更新後の所定数（Ｔ個）の画像を用いて平均エネルギーを推定する際に、更新前の所定数の画像のうち最も古い画像における各画素の値と、所定数の画像に新たに加わる画像における各画素の値とが用いられる。すなわち、（９）式によりエネルギーの推定を行うことにより、少ない計算量でエネルギーを推定することができ、フォトンカウント技術による動画表示を実現することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、二次元検出器１０６として、入射した放射線フォトンにより発生した電荷の総量を計測する、積分型のセンサを用いたがこれに限られるものではなく、フォトンカウンティング型のセンサが用いられてもよい。フォトンカウンティング型のセンサでは、放射線フォトンが一個吸収されるたびに読み出しを行い、センサ出力から放射線フォトンのエネルギーを得ることが可能である。フォトンカウンティング型のセンサは、放射線フォトンのエネルギー（波長）を識別し、それぞれのエネルギーの放射線フォトンの個数を数えている。よって、フォトンカウンティング型のセンサにより得られる画像情報は、各画素における放射線フォトンの数とそのエネルギーの情報を含む。

したがって、フォトンカウンティング型のセンサにより得られる所定数の画像を用いて各画素でのエネルギーの積算値を計算することで、各画素における放射線フォトンの平均エネルギーを取得することができる。所定数の画像情報は、新たな画像情報が取得されると、最も古い画像情報が破棄される。エネルギーの積算値は、新たに加わる画像情報により示されるエネルギー値と、破棄される画像情報により示されるエネルギー値との差分を用いて更新され得る。なお、上記の所定数は任意に変更できる。

例えば、図９の機能ブロックにおいて、画像取得部５１は、各画素について放射線フォトンのエネルギーと個数の情報を有する画像を時系列に取得する。推定部５２は、画像取得部５１により取得された、時系列に並ぶ所定数の画像から得られる各画素の情報に基づいて、各画素に照射された放射線フォトンの平均エネルギーを算出する。生成部５３は、推定部５２により算出された各画素の平均エネルギーを用いてフォトンカウンティング型の画像を生成する。ここで、生成部５３は、所定数の画像の古い順に新たな画像で入れ替えることにより更新された所定数の画像を対象として、推定部５２が算出した各画素の平均エネルギーを用いることにより、時系列にフォトンカウンティング型の画像を生成する。

以上のように、第２実施形態によれば、フォトンカウンティング型のセンサにより画像を得る場合にも、複数の画像から得られる各画素における放射線フォトンの平均エネルギーを算出することができる。また、差分値を用いて平均エネルギーが更新されるので、計算量が少なく、高いフレームレートで動画を提示することが可能である。

（第３実施形態）
第１実施形態では被験者もしくは被検体の動きがあった時に、被写体の構造により放射線の信号値が大きく変化することが予測される。そのため（７）式のＶａｒ'が大きく変化し算出される放射線フォトンのエネルギーＥ値が実際の値よりも大きくなってしまう可能性がある。第３実施形態ではこのような課題に対処する。

第３実施形態では、推定部５２が、各画素のエネルギーＥの値を時系列的に評価することにより被検体の動きを検知する検知部（不図示）をさらに有する。すなわち、検知部は、推定部５２により推定された平均エネルギーの変化に基づいて被写体の動きを検知する。検知部によって被検体の動きが検知された場合には、たとえば、図１０のフローチャートにおいて処理をＳ１０１まで戻すことにより、それまでのＴ個の画像情報に関わる情報を破棄する。こうして、推定部５２は、検知部が被検体の動きを検知した場合に所定数の画像を破棄し、その後に、画像取得部５１により取得された時系列に並ぶ所定数の画像を用いて推定を再開する。

検知部による被検体の動きの検知は、たとえば、新たな画像情報の加入後に算出されたある画素の平均エネルギーと、少なくとも直前に算出された当該画素の平均エネルギーの値との差を用いて変動を評価することにより行われる。できれば直前の複数の画像を用いて放射線フォトンのエネルギーの変化を確認することにより被写体の動きを検知するが望ましい。たとえば生成部５３が生成した最新の画像を加えた複数の所定枚数の画像のある画素に注目し、放射線フォトンの平均エネルギーＥの値の分散値がある閾値を超えた場合に注目点としてカウントする。このような注目画素を画像中に複数個設定しておき、カウント数が画像全体で一定の値を上回った場合に被検体に動きがあったと認識する。なお、画像中の全画素がそのような注目画素として用いられてもよいし、画像中の選択された画素が注目画素として用いられてもよい。また、注目画素をユーザが設定できるようにしてもよい。また、画像中の任意の領域をしていることにより、その領域内の画素が注目画素として用いられるようにしてもよい。このように注目画素の領域をユーザが設定できるようにすれば、局所的に被検体の移動（変化）を検知することができる。

以上のようにして被検体の動きが検知されると、図８に示すように放射線フォトンのエネルギーＥの画像表示を停止させる。その後の連続画像が計算に必要なＴ枚蓄積されるのを待って放射線フォトンのエネルギーＥの計算を実行し、画像の表示を再開させる。また、推定部５２が所定数の（Ｔ個の）画像を破棄してから推定を再開するまでの間は、平均エネルギーを用いた画像（フォトンカウンティング型の画像）の表示が停止される。なお、放射線フォトンのエネルギーＥの画像の表示を停止する場合には、
・生成部５３によって最後に生成された画像を提示し続ける、
・画像の表示を消す、
・通常の放射線画像（画像取得部５１により得られるエネルギー積分型の画像）を表示する、等の処置を選択することができる。

これにより血管内の造影剤などの局所変化による一時的な放射線フォトンのエネルギーＥの変化などに過敏に反応せず放射線フォトンのエネルギーＥの画像を連続して表示できる。

（第４実施形態）
第３実施形態では、検知部が、フォトンカウンティング型の画像におけるエネルギー値に基づいて被写体の動きを検知するようにしたがこれに限られるものではない。たとえば、検知部が、放射線フォトンのエネルギーＥの計算のために取得されたエネルギー積分型の画像において被写体の存在しない領域を認識し、その形状がある一定範囲以上で変化した場合に被写体の動きがあったと判断するようにしてもよい。被写体の動きが検知されると、第３実施形態と同様に、それまでのＴ個の画像情報に関する情報は破棄される。また、放射線フォトンのエネルギーＥの表示は停止される。なお、フォトンカウンティング型の画像の表示が停止される期間の表示形態は第３実施形態で述べたとおりである。その後、エネルギーの計算に必要なＴ個の画像情報に関連する情報が蓄積されるのを待ってエネルギーＥ値の計算が実行され、画像の表示が再開される。これにより画像の巣抜け部が多い場合に被検体の動きが過小評価されることを防ぐことができる。

（第５実施形態）
放射線フォトンのエネルギーＥの値を算出する際に被検体の構造の変化が激しい場所ではわずかな位置移動が大きなＥ値の変化として現れる。そのため、近傍の複数の画素のエネルギーＥの値の平均値等を用いて解像度を落としたフォトンカウンティング型の画像（低解像度の画像）を生成し、これを通常の画像（エネルギー積分型の画像）と重ね合わせて表示するようにしてもよい。このような構成によれば、エネルギー値の変化による構造の把握と、通常の放射線画像による詳細な構造の把握が可能となり、ユーザの観察が容易になる。

（第６実施形態）
上記の放射線フォトンのエネルギーＥの値を算出する際に周辺の値との平均値を求めて表示させる等、高解像度が不要な場合には（９）式を求める際に、周辺の画素の平均値を使用してもよい。このように、所定数（Ｔ個）の画像の各々において、隣接する複数の画素の画素値を平均して一つの画素として用いることにより、（９）式による計算量を低減させることができる。

なお、上述した処理は、好適にはプログラムを用いて処理されることが望ましいが、処理の全て、あるいは一部を、回路を用いて実施してもよい。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、その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る。また、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：放射線発生装置、１０２：放射線制御装置、１０３：制御用コンピュータ、１０４：放射線撮像装置、１０５：蛍光体、１０６：二次元検出器、５１：画像取得部、５２：推定部、５３：生成部、５４：出力部

Claims (15)

1. 放射線を検出して画像を出力する二次元検出器により得られた情報に基づいて画像を時系列に取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された時系列に並ぶ所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて、各画素に照射されたフォトンの平均エネルギーを推定する推定手段と、
   前記推定手段が推定した各画素の平均エネルギーを用いて統計画像を生成する生成手段と、を備え、
   前記生成手段は、前記所定数の画像を逐次更新し、更新された前記所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて統計画像を生成することを特徴とする情報処理装置。
2. 前記生成手段により時系列に生成された統計画像を動画として表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記所定数の画像において被検体の動きが発生したことを検知する検知手段をさらに備え、
   前記推定手段は、前記検知手段が前記被検体の動きを検知した場合に前記所定数の画像を破棄し、その後に、前記取得手段により取得された時系列に並ぶ所定数の画像を用いて前記推定を再開することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
4. 前記検知手段は、前記推定手段により推定された平均エネルギーの変化に基づいて被写体の動きを検知することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記検知手段は、前記生成手段により生成された複数の画像から各画素のエネルギーの分散値を算出し、算出された分散値が所定の閾値を超えた画素の数に基づいて前記被検体の動きが発生したことを検知することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
6. 前記検知手段は、選択された画素についてエネルギーの分散値を算出することを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。
7. 前記検知手段は、前記取得手段により取得された画像から被写体の存在しない領域を認識し、前記領域の形状の変化に基づいて前記被検体の動きが発生したことを検知することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
8. 前記生成手段により時系列に生成された統計画像を動画として表示する表示手段をさらに備え、
   前記表示手段は、前記推定手段が前記所定数の画像を破棄してから前記推定を再開することにより得られた統計画像を表示するまでの間は、
   前記生成手段により最後に生成された統計画像を表示する、
   画像の表示を消す、
   前記取得手段により取得された画像を表示する、
   のいずれかを行うことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の情報処理装置。
9. 前記生成手段は、近傍の複数の画素について得られた平均エネルギーの平均値を用いて低解像度の統計画像を生成し、前記低解像度の統計画像を前記取得手段により取得された画像に重ねることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の情報処理装置。
10. 前記推定手段は、前記所定数の画像の各々において隣接する複数の画素の画素値を平均して一つの画素として用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
11. 前記推定手段は、前記所定数の画像のうち最も古い画像における各画素の値と、前記所定数の画像に新たに加わる画像における各画素の値とを用いて、更新後の前記所定数の画像を対象とした各画素の推定された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１０のいずれか１項に記載の情報処理装置。
12. 各画素についてフォトンのエネルギーと個数の情報を有する画像を時系列に取得する取得手段と、
    前記取得手段により取得された時系列に並ぶ所定数の画像から得られる各画素の情報に基づいて、各画素に照射されたフォトンの平均エネルギーを算出する算出手段と、
    前記算出手段により算出された各画素の平均エネルギーを用いて統計画像を生成する生成手段と、を備え、
    前記生成手段は、前記所定数の画像を逐次更新し、更新された前記所定数の画像から得られる各画素の情報に基づいて統計画像を生成する、ことを特徴とする情報処理装置。
13. 放射線を検出して画像を出力する二次元検出器により得られた情報に基づいて画像を時系列に取得する取得工程と、
    前記取得工程で取得された時系列に並ぶ所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて、各画素に照射されたフォトンの平均エネルギーを推定する推定工程と、
    前記推定工程で推定された各画素の平均エネルギーを用いて統計画像を生成する生成工程と、を有し、
    前記生成工程では、前記所定数の画像を逐次更新し、更新された前記所定数の画像から得られる各画素の複数の画素値に基づいて統計画像を生成する、ことを特徴とする情報処理装置の制御方法。
14. 各画素についてフォトンのエネルギーと個数の情報を有する画像を時系列に取得する取得工程と、
    前記取得工程で取得された時系列に並ぶ所定数の画像から得られる各画素の情報に基づいて、各画素に照射されたフォトンの平均エネルギーを算出する算出工程と、
    前記算出工程で算出された各画素の平均エネルギーを用いて統計画像を生成する生成工程と、を有し、
    前記生成工程では、前記所定数の画像を逐次更新し、更新された前記所定数の画像から得られる各画素の情報に基づいて統計画像を生成する、ことを特徴とする情報処理装置の制御方法。
15. 請求項１２または１３に記載された情報処理装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。