JP2020048991A - 断層画像生成装置、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】断層画像生成装置、方法およびプログラムにおいて、体動の影響が適切に低減された高画質の断層画像を取得できるようにする。【解決手段】画像取得部３１が、トモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、トモシンセシス撮影時における複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する。位置ずれ量導出部３２が、複数の投影画像のうち、放射線源から出射される放射線の光軸が検出部の検出面に対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、被写体の体動に基づく複数の投影画像間の位置ずれ量を導出する。再構成部３３が、位置ずれ量を補正しつつ複数の投影画像を再構成することにより、被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する。【選択図】図３

Description

本開示は、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し、複数の投影画像から断層画像を生成する断層画像生成装置、方法およびプログラムに関するものである。

近年、Ｘ線、ガンマ線等の放射線を用いた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複数の線源位置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生成す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、撮影装置の特性および必要な断層画像に応じて、放射線源を放射線検出器と平行に移動させたり、円または楕円の弧を描くように移動させたりして、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し、単純逆投影法あるいはフィルタ逆投影法等の逆投影法等を用いてこれらの投影画像を再構成して断層画像を生成する。

このような断層画像を被写体における複数の断層面において生成することにより、断層面が並ぶ深さ方向に重なり合った構造を分離することができる。このため、従来の単純撮影により取得される２次元画像においては検出が困難であった病変を発見することが可能となる。なお、単純撮影とは、被写体に１回放射線を照射して、被写体の透過像である１枚の２次元画像を取得する撮影方法である。

一方、トモシンセシス撮影は、撮影装置の機械的な誤差、および複数の線源位置のそれぞれにおける撮影の時間差に起因する被写体の体動等の影響により、再構成された断層画像がぼけてしまうという問題もある。このように断層画像がぼけてしまうと、とくに乳房が被写体である場合において、乳癌の早期発見に有用な、微小な石灰化等の病変を発見することが困難となる。

このため、トモシンセシス撮影により取得した投影画像から断層画像を生成するに際し、体動を補正する手法が提案されている。例えば、特許文献１には、トモシンセシス撮影により取得した複数の投影画像の画素値を保持しつつ、複数の投影画像のそれぞれについての撮影時の線源位置と放射線検出器との位置関係に基づいて、複数の投影画像の画素値を被写体の所望とする断層面上の座標位置に投影して複数の断層面投影画像を取得し、複数の断層面投影画像間の位置ずれを補正し、位置ずれが補正された複数の断層面投影画像から断層画像を生成する手法が提案されている。

一方、トモシンセシス撮影により取得した断層画像を、被写体における断層面が並ぶ深さ方向に投影することにより、単純撮影により取得される放射線画像に相当する２次元画像（以下合成２次元画像とする）を生成する手法が提案されている。例えば特許文献２には、断層画像および投影画像から合成２次元画像を取得する手法が提案されている。

特開２０１６−６４１１９号公報 特開２０１４−１２８７１６号公報

特許文献１に記載されたように体動を補正する際には、いずれの投影画像を基準とするかが、生成される断層画像の画質を決定する上で重要である。しかしながら、特許文献１，２にはどのような画像を基準とすべきかについては記載がない。また、断層画像および合成２次元画像は、単純撮影により取得された２次元画像と併せて診断に使用されることが多い。このため、断層画像および合成２次元画像と、単純撮影により取得された２次元画像との位置の対応関係を取ることが診断上重要である。

本開示は上記事情に鑑みなされたものであり、体動の影響が適切に低減された高画質の断層画像を取得できるようにすることを目的とする。

本開示による断層画像生成装置は、放射線源を検出部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するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する画像取得部と、
複数の投影画像のうち、放射線源から出射される放射線の光軸が検出部の検出面に対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、被写体の体動に基づく複数の投影画像間の位置ずれ量を導出する位置ずれ量導出部と、
位置ずれ量を補正しつつ複数の投影画像を再構成することにより、被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する再構成部とを備える。

「放射線源を検出部に対して相対的に移動させる」とは、放射線源のみを移動する場合、検出部のみを移動する場合、および放射線源と検出部との双方を移動する場合のいずれをも含む。

「放射線の光軸が検出部の検出面に対して直交する」とは、放射線の光軸が検出部の検出面に対して９０度の角度で交わることを意味するが、これに限定されるものではなく、９０度に対してある程度の誤差を持って交わる場合も含む。例えば、９０度に対して±３度程度の誤差を持って放射線の光軸が検出部と交わる場合も、本開示における「放射線の光軸が検出部の検出面に対して直交する」に含まれる。

なお、本開示による断層画像生成装置においては、再構成部は、複数の投影画像を再構成して複数の仮の断層画像を生成し、
位置ずれ量導出部は、複数の仮の断層画像における複数の異なる特徴点を検出し、複数の異なる特徴点に対して、基準投影画像を基準とした複数の投影画像間の仮の位置ずれ量を導出し、複数の異なる特徴点に対して導出した仮の位置ずれ量を補間して、複数の仮の断層画像の各座標位置に対する複数の投影画像のそれぞれにおける各画素位置の位置ずれ量を導出するものであってもよい。

また、本開示による断層画像生成装置においては、位置ずれ量導出部は、複数の投影画像において少なくとも１つの対応点を検出し、複数の投影画像のそれぞれについての撮影時の線源位置と検出部との位置関係に基づいて、複数の投影画像における対応点を被写体の少なくとも１つの断層面に投影し、投影された対応点の位置関係に基づいて、位置ずれ量を導出するものであってもよい。

また、本開示による断層画像生成装置においては、複数の断層画像のうちの２以上の断層画像、または複数の断層画像の少なくとも１つと基準投影画像とを合成して、合成２次元画像を生成する合成部をさらに備えるものであってもよい。

また、本開示による断層画像生成装置においては、被写体が乳房であってもよい。

本開示による断層画像生成方法は、放射線源を検出部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するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得し、
複数の投影画像のうち、放射線源から出射される放射線の光軸が検出部の検出面に対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、被写体の体動に基づく複数の投影画像間の位置ずれ量を導出し、
位置ずれ量を補正しつつ複数の投影画像を再構成することにより、被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する。

本開示による断層画像生成プログラムは、放射線源を検出部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するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する手順と、
複数の投影画像のうち、放射線源から出射される放射線の光軸が検出部の検出面に対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、被写体の体動に基づく複数の投影画像間の位置ずれ量を導出する手順と、
位置ずれ量を補正しつつ複数の投影画像を再構成することにより、被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する手順とをコンピュータに実行させる。

本開示による他の断層画像生成装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、
放射線源を検出部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するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得し、
複数の投影画像のうち、放射線源から出射される放射線の光軸が検出部の検出面に対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、被写体の体動に基づく複数の投影画像間の位置ずれ量を導出し、
位置ずれ量を補正しつつ複数の投影画像を再構成することにより、被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する処理を実行する。

本開示によれば、体動の影響が適切に低減された、高画質の断層画像を取得することができる。また、体動が補正された断層画像または合成２次元画像と単純撮影により取得される２次元画像との位置の対応関係を容易に取ることができる。

本開示の第１の実施形態による断層画像生成を適用した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 第１の実施形態において、コンピュータに断層画像生成プログラムをインストールすることにより実現された撮影制御装置の概略構成を示す図 投影画像の取得を説明するための図 仮の断層画像からの特徴点の検出を説明するための図 特徴点の投影画像への投影位置の算出を説明するための図 関心領域の設定を説明するための図 体動が発生していない場合の３つの関心領域内の画像を示す図 体動が発生した場合の３つの関心領域内の画像を示す図 ３次元空間における特徴点を示す図 断層画像の表示画面を示す図 第１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 第２の実施形態において、コンピュータに断層画像生成プログラムをインストールすることにより実現された撮影制御装置の概略構成を示す図 第３の実施形態における位置ずれ量の導出のための投影画像の断層面への投影を説明するための図 第３の実施形態において体動が発生した場合における、位置ずれ量の導出のための投影画像の断層面への投影を説明するための図 基準投影画像の対応点の投影位置を含む関心領域を示す図 警告表示を示す図

以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。図１は本開示の第１の実施形態による断層画像生成装置を適用した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、複数の線源位置から被写体である乳房Ｍを撮影して、複数の放射線画像、すなわち複数の投影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に接続された表示部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。放射線検出器１５はＸ線等の放射線の検出面１５Ａを有する。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、および電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ(Analog Digital)変換部等が設けられた回路基板等も設置されている。なお、放射線検出器１５が検出部に対応する。また、本実施形態においては、検出部として放射線検出器１５を用いているが、放射線を検出して画像に変換することができれば、放射線検出器１５に限定されるものではない。

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、Ｘ線等の放射線を直接電荷に変換する、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）スイッチをオンおよび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、または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、放射線源であるＸ線源１６が収納されている。Ｘ線源１６から放射線であるＸ線を照射するタイミングおよびＸ線源１６におけるＸ線発生条件、すなわちターゲットおよびフィルタの材質の選択、管電圧並びに照射時間等は、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および図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。なお、圧迫板１７と撮影台１３との間隔、すなわち圧迫厚はコンピュータ２に入力される。

表示部３は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）または液晶モニタ等の表示装置であり、後述するように取得された投影画像および断層画像の他、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、マウスまたはタッチパネル等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には、本実施形態による断層画像生成プログラムがインストールされている。本実施形態においては、コンピュータは、操作者が直接操作するワークステーションあるいはパーソナルコンピュータでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。断層画像生成プログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。もしくは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、あるいはネットワークストレージに（以下、外部保存装置とする）、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じてコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。

図３はコンピュータ２に第１の実施形態による断層画像生成プログラムをインストールすることにより実現された断層画像生成装置の概略構成を示す図である。図３に示すように、断層画像生成装置は、標準的なコンピュータの構成として、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２１、メモリ２２およびストレージ２３を備えている。

ストレージ２３は、ハードディスクドライブまたはＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージデバイスからなり、放射線画像撮影装置１の各部を駆動するためのプログラムおよび断層画像生成プログラムを含む各種情報が記憶されている。また、トモシンセシス撮影により取得された投影画像、並びに後述するように生成された仮の断層画像および断層画像も記憶される。

メモリ２２には、各種処理をＣＰＵ２１に実行させるために、ストレージ２３に記憶されたプログラム等が一時的に記憶される。断層画像生成プログラムは、ＣＰＵ２１に実行させる処理として、放射線画像撮影装置１にトモシンセシス撮影を行わせて、複数の線源位置のそれぞれに対応する乳房Ｍの複数の投影画像を取得する画像取得処理、複数の投影画像のうち、Ｘ線源１６から出射されるＸ線の光軸が放射線検出器１５の検出面１５Ａに対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、乳房Ｍの体動に基づく複数の投影画像間の位置ずれ量を導出する位置ずれ量導出処理、位置ずれ量を補正しつつ、複数の投影画像を再構成することにより、被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する再構成処理、並びに断層画像等を表示部３に表示する表示制御処理を規定する。

そして、ＣＰＵ２１が断層画像生成プログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータ２は、画像取得部３１、位置ずれ量導出部３２、再構成部３３および表示制御部３４として機能する。

画像取得部３１は、画像取得処理を行うに際し、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、トモシンセシス撮影用の予め定められた撮影条件により被写体である乳房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、複数の線源位置における複数の投影画像Ｇｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは線源位置の数であり、例えばｎ＝１５）を取得する。

図４は投影画像Ｇｉの取得を説明するための図である。図４に示すように、Ｘ線源１６をＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎの各線源位置に移動し、各線源位置においてＸ線源１６を駆動して乳房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により検出することにより、各線源位置Ｓ１〜Ｓｎに対応して、投影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎが取得される。なお、各線源位置Ｓ１〜Ｓｎにおいては、同一の線量のＸ線が乳房Ｍに照射される。取得された複数の投影画像Ｇｉはストレージ２３に保存される。また、断層画像生成プログラムとは別個のプログラムにより複数の投影画像Ｇｉを取得してストレージ２３または外部保存装置に保存するようにしてもよい。この場合、画像取得部３１は、ストレージ２３または外部保存装置に保存された複数の投影画像Ｇｉを、再構成処理等のためにストレージ２３または外部保存装置から読み出すものとなる。

なお、図４において、線源位置Ｓｃは、Ｘ線源１６から出射されたＸ線の光軸Ｘ０が放射線検出器１５の検出面１５Ａと直交する線源位置である。線源位置Ｓｃを基準線源位置Ｓｃと称し、基準線源位置Ｓｃにおいて乳房ＭにＸ線を照射することにより取得される投影画像Ｇｃを基準投影画像Ｇｃと称するものとする。ここで、「Ｘ線の光軸Ｘ０が放射線検出器１５の検出面１５Ａと直交する」とは、Ｘ線の光軸Ｘ０が放射線検出器１５の検出面１５Ａに対して９０度の角度で交わることを意味するが、これに限定されるものではなく、９０度に対してある程度の誤差を持って交わる場合も含む。例えば、９０度に対して±３度程度の誤差を持ってＸ線の光軸が放射線検出器１５の検出面１５Ａと交わる場合も、本実施形態における「Ｘ線の光軸Ｘ０が放射線検出器１５の検出面１５Ａと直交する」に含まれる。

位置ずれ量導出部３２は、基準投影画像Ｇｃを基準とした、トモシンセシス撮影中の乳房Ｍの体動に基づく複数の投影画像Ｇｉ間の位置ずれ量を導出する。位置ずれ量導出部３２が行う位置ずれ量導出処理については後述する。

再構成部３３は、位置ずれ量導出部３２が導出した乳房Ｍの体動に基づく位置ずれ量を補正しつつ、投影画像Ｇｉを再構成することにより、乳房Ｍの所望とする断層面を強調した断層画像を生成する。具体的には、再構成部３３は、単純逆投影法あるいはフィルタ逆投影法等の周知の逆投影法等を用いて、体動に基づく位置ずれ量を補正しつつ投影画像Ｇｉを再構成して、乳房Ｍの複数の断層面のそれぞれにおける断層画像を生成する。この際、乳房Ｍを含む３次元空間における３次元の座標位置が設定され、設定された３次元の座標位置に対して、複数の投影画像Ｇｉの対応する画素位置の画素値が再構成されて、その座標位置の画素値が算出される。ここで、再構成に使用される投影画像Ｇｉが、体動が生じた状態で取得されたものである場合、位置ずれ量に基づいて対応する画素位置が補正され、その結果、すべての投影画像Ｇｉに含まれる対応する構造物は、３次元の同一の座標位置において再構成されることとなる。なお、本実施形態においては、再構成部３３は、まず位置ずれ量を補正することなく投影画像Ｇｉを再構成して仮の断層画像を生成するものとする。

以下、位置ずれ量導出処理について説明する。本実施形態においては、再構成部３３が、投影画像Ｇｉを再構成することにより複数の仮の断層画像Ｄｔｊ（ｊ＝１〜ｍ、ｍは仮の断層画像の数）を生成する。そして、位置ずれ量導出部３２は、複数の仮の断層画像Ｄｔｊから特徴点を検出する。

図５は仮の断層画像からの特徴点の検出を説明するための図である。なお、ここでは１つの仮の断層画像Ｄｔ０からの特徴点の検出について説明する。図５に示すように、仮の断層画像Ｄｔ０には、石灰化等の点状構造物Ｅ１〜Ｅ３および血管の交点等のエッジの交点Ｅ４，Ｅ５が含まれる。位置ずれ量導出部３２は、公知のコンピュータ支援画像診断（ＣＡＤ: Computer Aided Diagnosis、以下ＣＡＤと称する）のアルゴリズムを用いて、仮の断層画像Ｄｔｊから石灰化等の点状構造物を特徴点として検出する。また、Ｈａｒｒｉｓのコーナー検出法、ＳＩＦＴ(Scale-Invariant Feature Transform)、ＦＡＳＴ（Features from Accelerated Segment Test）あるいはＳＵＲＦ(Speeded Up Robust Features)等のアルゴリズムを用いて、仮の断層画像Ｄｔｊに含まれる、エッジ、エッジの交点およびエッジの角部等を特徴点として検出する。そして位置ずれ量導出部３２は、投影画像Ｇｉにおける特徴点の投影位置を算出する。なお、特徴点は仮の断層画像Ｄｔｊにおける１つの画素のみであってもよく、特徴となる構造の位置を表す複数の画素からなるものであってもよい。

図６は特徴点の投影画像への投影位置の算出を説明するための図である。なお、図６においては説明を簡単なものとするために、線源位置Ｓｋ１、基準線源位置Ｓｃおよび線源位置Ｓｋ２のそれぞれに対応する３つの投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２への投影位置の算出について説明する。また、図６においては、説明のため３つの投影画像が異なる平面に存在するように示しているが、実際には同一平面に存在する。また、図６においては、断層面Ｔ０における仮の断層画像Ｄｔ０において１つの特徴点Ｆ０が検出されているものとする。したがって、断層面Ｔ０には特徴点Ｆ０が含まれることとなる。なお、ここでは説明のために１つの特徴点Ｆ０のみを投影するものとするが、実際には複数の異なる特徴点が投影画像に投影される。

図６に示すように、撮影時においては、乳房Ｍの断層面Ｔ０に含まれる特徴点Ｆ０は、投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２のそれぞれにおける位置Ｐｋ１，Ｐｃ，Ｐｋ２に投影される。線源位置Ｓｋ１、基準線源位置Ｓｃ、線源位置Ｓｋ２および乳房Ｍ内の特徴点Ｆ０の３次元空間における位置は既知である。また、投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２が生成される放射線検出器１５の検出面１５Ａの３次元空間における位置も既知である。このため、位置ずれ量導出部３２は、線源位置Ｓｋ１、基準線源位置Ｓｃ、線源位置Ｓｋ２および乳房Ｍ内の特徴点Ｆ０の３次元空間における位置、並びに投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２が生成される放射線検出器１５の検出面の位置に基づいて、線源位置Ｓｋ１、基準線源位置Ｓｃおよび線源位置Ｓｋ２における特徴点Ｆ０の投影位置Ｐｋ１，Ｐｃ，Ｐｋ２を算出する。

続いて、位置ずれ量導出部３２は、図７に示すように、投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２において、投影位置Ｐｋ１，Ｐｃ，Ｐｋ２を中心とする予め定められた大きさの関心領域Ｒｋ１，Ｒｃ，Ｒｋ２を設定する。さらに、位置ずれ量導出部３２は、基準投影画像Ｇｃを基準として、関心領域Ｒｃに対する関心領域Ｒｋ１，Ｒｋ２の位置合せを行い、関心領域Ｒｃに対する関心領域Ｒｋ１，Ｒｋ２の移動方向および移動量を表すシフトベクトルを位置ずれ量として導出する。なお、位置合せは、関心領域Ｒｃに対する関心領域Ｒｋ１，Ｒｋ２の相関が最大となるように、関心領域Ｒｃに対する関心領域Ｒｋ１，Ｒｋ２の移動方向および移動量を求めることを意味する。ここで、相関としては正規化相互相関を用いればよい。なお、投影画像Ｇｉのうちの１つの基準投影画像Ｇｃを基準としているため、シフトベクトルは投影画像の数よりも１つ少ないものとなる。例えば投影画像の数が１５であれば、シフトベクトルの数は１４となり、投影画像の数が３であれば、シフトベクトルの数は２となる。

図８は、投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２を取得する間に体動が発生していない場合の３つの関心領域Ｒｋ１，Ｒｃ，Ｒｋ２内の画像を示す図である。なお、図８においては関心領域Ｒｋ１，Ｒｃ，Ｒｋ２に含まれる特徴点Ｆ０の像Ｆ１を投影位置Ｐｋ１，Ｐｃ，Ｐｋ２よりも大きい丸印により示している。図８に示すように、投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２を取得する間に体動が発生していない場合、３つの関心領域Ｒｋ１，Ｒｃ，Ｒｋ２のすべてにおいて、投影位置Ｐｋ１，Ｐｃ，Ｐｋ２と、関心領域Ｒｋ１，Ｒｃ，Ｒｋ２に含まれる特徴点の像Ｆ１の位置とが一致する。このため、関心領域Ｒｃに対する関心領域Ｒｋ１，Ｒｋ２のシフトベクトル、すなわち位置ずれ量はいずれも０となる。

図９は投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２のうち、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２を取得する間に体動が発生した場合の３つの関心領域Ｒｋ１，Ｒｃ，Ｒｋ２内の画像を示す図である。図９においては、投影画像Ｇｋ１および基準投影画像Ｇｃを取得する間には体動が発生していないため、関心領域Ｒｋ１，Ｒｃにおける投影位置Ｐｋ１，Ｐｃと、関心領域Ｒｋ１，Ｒｃに含まれる特徴点の像Ｆ１の位置とが一致する。このため、関心領域Ｒｃに対する関心領域Ｒｋ１の位置ずれ量は０となる。一方、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２を取得する間には体動が発生しているため、関心領域Ｒｋ２における投影位置Ｐｋ２と、関心領域Ｒｋ２に含まれる特徴点の像Ｆ１の位置とが一致しない。このため、関心領域Ｒｃに対する関心領域Ｒｋ２は移動量および移動方向が発生し、その結果、大きさおよび方向を有するシフトベクトルＶ１０が導出される。導出されたシフトベクトルＶ１０が位置ずれ量となる。

なお、上記では１つの仮の断層画像Ｄｔｊにおいて１つの特徴点Ｆ０を検出し、１つの特徴点Ｆ０についてのみ、基準投影画像Ｇｃに対する複数の投影画像の位置ずれ量を導出している。しかしながら、実際には、位置ずれ量導出部３２は、図１０に示すように、複数の仮の断層画像Ｄｔｊにより表される乳房Ｍ内の３次元空間において複数の異なる特徴点Ｆ（ここでは黒丸で表す１０個の特徴点）に関して位置ずれ量を導出する。これにより、体動が発生した状態で取得された投影画像については、複数の異なる特徴点Ｆに関する位置ずれ量が導出される。位置ずれ量導出部３２は、断層画像を生成する３次元空間のすべての座標位置に対して、複数の異なる特徴点Ｆについての位置ずれ量を補間する。これにより、位置ずれ量導出部３２は、体動が発生した状態で取得された投影画像について、断層画像を生成する３次元空間のすべての座標位置について、再構成を行う際の位置ずれ量を導出する。

表示制御部３４は、生成された断層画像を表示部３に表示する。図１１は断層画像の表示画面を示す図である。図１１に示すように、表示画面４０には、体動補正前の仮の断層画像Ｄｔｊおよび体動補正後の断層画像Ｄｊが表示される。仮の断層画像Ｄｔｊには体動補正されていないことが分かるように、「補正前」のラベル４１が付与されている。断層画像Ｄｊには体動補正されていることが分かるように、「補正後」のラベル４２が付与されている。なお、仮の断層画像Ｄｔｊに対してのみラベル４１を付与してもよく、断層画像Ｄｊに対してのみラベル４２を付与してもよい。なお、体動が補正された断層画像Ｄｊのみを表示してもよいことはもちろんである。

また、仮の断層画像Ｄｔｊおよび断層画像Ｄｊは同一の断層面を表示することが好ましい。また、入力部４からの指示より表示する断層面を切り替える際に、仮の断層画像Ｄｔｊおよび断層画像Ｄｊにおいて表示する断層面を連動させることが好ましい。また、仮の断層画像Ｄｔｊおよび断層画像Ｄｊに加えて、投影画像Ｇｉを表示してもよい。

操作者は、表示画面４０を見て、体動補正の成否の確認を行うことができる。また、体動が大きすぎる場合には、本実施形態のように位置ずれ量を補正しつつ再構成を行って断層画像を生成しても、体動を精度よく補正できず、体動補正に失敗する場合がある。このような場合は、断層画像Ｄｊよりも仮の断層画像Ｄｔｊの方が高画質となる場合がある。このため、入力部４において、仮の断層画像Ｄｔｊおよび断層画像Ｄｊのいずれを保存するかの指示を受け付け、指示された画像をストレージ２３または外部保存装置に保存するようにしてもよい。

次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図１２は第１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。操作者による処理開始の指示を入力部４が受け付けると、画像取得部３１は放射線画像撮影装置１にトモシンセシス撮影を行わせて複数の投影画像Ｇｉを取得する（ステップＳＴ１）。そして、位置ずれ量導出部３２が、基準投影画像Ｇｃを基準とした、複数の投影画像Ｇｉ間の位置ずれ量を導出する（ステップＳＴ２）。さらに、再構成部３３が、位置ずれ量を補正しつつ、複数の投影画像Ｇｉを再構成することにより断層画像を生成する（ステップＳＴ３）。そして、表示制御部３４が断層画像を表示部３に表示し（ステップＳＴ４）、処理を終了する。

このように、第１の実施形態によれば、トモシンセシス撮影による複数の投影画像Ｇｉが取得され、複数の投影画像Ｇｉのうち、Ｘ線源１６から出射されるＸ線の光軸Ｘ０が放射線検出器１５の検出面１５Ａに対して直交する線源位置Ｓｃにおいて生成された基準投影画像Ｇｃを基準とした、複数の投影画像間の位置ずれ量が導出される。そして、位置ずれ量を補正しつつ、複数の投影画像Ｇｉが再構成されて、乳房Ｍの少なくとも１つの断層面における断層画像Ｄｊが生成される。

第１の実施形態においては、このような基準投影画像Ｇｃを基準とすることにより、単純撮影された画像と一致させるように、複数の投影画像間の位置ずれ量を導出することができる。したがって、導出された位置ずれ量を補正しつつ投影画像を再構成することにより、体動の影響が適切に低減された、高画質の断層画像を取得することができる。また、体動が補正された断層画像と単純撮影により取得される２次元画像との位置の対応関係を容易に取ることができる。

次いで、本開示の第２の実施形態について説明する。図１３はコンピュータ２に第２の実施形態による断層画像生成プログラムをインストールすることにより実現された断層画像生成装置の概略構成を示す図である。なお、図１３において図３と同一の構成については図３と同一の参照番号を付与し、ここでは詳細な説明は省略する。第２の実施形態による断層画像生成装置は、複数の断層画像のうちの２以上の断層画像、または複数の断層画像の少なくとも１つと基準投影画像Ｇｃとを合成して、合成２次元画像を生成する合成部３５をさらに備えた点が第１の実施形態と異なる。

第２の実施形態においては、合成部３５は例えば上記特許文献２に記載された手法を用いて合成２次元画像を生成する。特許文献２に記載された手法は、複数の断層画像のうちの２以上の断層画像、または複数の断層画像の少なくとも１つと基準投影画像Ｇｃとを被写体における断層面が並ぶ深さ方向に投影することにより、合成２次元画像を生成する手法である。なお、合成２次元画像を生成する手法はこれに限定されるものではない。例えば、複数の断層画像のうちの２以上の断層画像、または複数の断層画像の少なくとも１つと基準投影画像Ｇｃとを、乳房Ｍにおける断層面が並ぶ深さ方向に相対応する画素位置の画素値を加算することにより合成２次元画像を生成してもよい。また、複数の断層画像のうちの２以上の断層画像、または複数の断層画像の少なくとも１つと基準投影画像Ｇｃとを乳房Ｍにおける断層面が並ぶ深さ方向において、最小値投影法を用いて投影することにより、合成２次元画像を生成してもよい。

第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に体動補正がなされた断層画像を用いて合成２次元画像を生成しているため、生成された合成２次元画像と単純撮影により取得される２次元画像との位置の対応関係を容易に取ることができる。

また、第２の実施形態においては、表示制御部２３は、断層画像と併せて合成２次元画像を表示部３に表示するようにしてもよい。

なお、上記各実施形態においては、位置ずれ量導出部３２が、仮の断層画像Ｄｔｊを用いて位置ずれ量を導出しているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の投影画像Ｇｉ間における少なくとも１つ、好ましくは複数の対応点を検出し、複数の投影画像Ｇｉのそれぞれについての撮影時の線源位置と放射線検出器１５との位置関係に基づいて、複数の投影画像Ｇｉにおける対応点を乳房Ｍの所望とする断層面に投影し、投影された対応点の位置関係に基づいて位置ずれ量を導出してもよい。以下、これを第３の実施形態として説明する。

図１４は第３の実施形態における位置ずれ量の導出のための投影画像の断層面への投影を説明するための図である。なお、図１４においては説明を簡単なものとするために、線源位置Ｓｋ１、基準線源位置Ｓｃおよび線源位置Ｓｋ２のそれぞれに対応する３つの投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２において検出した対応点の、乳房Ｍにおける断層面Ｔ１への投影について説明する。まず、位置ずれ量導出部３２は、３つの投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２における互いに対応する対応点Ｐｐ１，Ｐｐｃ，Ｐｐ２を検出する。対応点Ｐｐ１，Ｐｐｃ，Ｐｐ２の検出は、第１の実施形態における仮の断層画像Ｄｔｊからの特徴点の検出と同様に行えばよい。

ここで、投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２を取得する間に体動が発生していない場合、３つの投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２に含まれる対応点Ｐｐ１，Ｐｐｃ，Ｐｐ２の断層面Ｔ１への投影位置Ｐｔ１，Ｐｔｃ，Ｐｔ２は一致する。このため、投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２の間における位置ずれ量は０となる。

図１５は第３の実施形態において、投影画像Ｇｋ１、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２のうち、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２を取得する間に体動が発生した場合における、位置ずれ量の導出のための投影画像の断層面への投影を説明するための図である。図１５においては、投影画像Ｇｋ１および基準投影画像Ｇｃを取得する間には体動が発生していないため、対応点Ｐｐ１，Ｐｐｃの断層面Ｔ１への投影位置Ｐｔ１，Ｐｔｃは一致する。このため、基準投影画像Ｇｃに対する投影画像Ｇｋ１の位置ずれ量は０となる。

一方、基準投影画像Ｇｃおよび投影画像Ｇｋ２を取得する間には体動が発生しているため、対応点Ｐｐ２の断層面Ｔ１への投影位置Ｐｔ２は、基準投影画像Ｇｃにおける対応点Ｐｐｃの断層面Ｔ１上における投影位置Ｐｔｃと一致しない。

位置ずれ量導出部３２は、基準投影画像Ｇｃの対応点Ｐｐｃの投影位置を含む関心領域を、断層面Ｔ１に投影された画像から抽出する。図１６は基準投影画像Ｇｃの対応点Ｐｐｃの投影位置Ｐｔｃを含む関心領域を示す図である。図１６に示すように、関心領域Ｒ１０には、基準投影画像Ｇｃの対応点Ｐｐｃの投影位置Ｐｔｃおよび投影画像Ｇｋ２の対応点Ｐｐ２の投影位置Ｐｔ２が含まれる。位置ずれ量導出部３２は、関心領域Ｒ１０において、投影位置Ｐｔ２を投影位置Ｐｔｃに一致させるための移動量および移動方向を、シフトベクトルＶ１１、すなわち位置ずれ量として導出する。

なお、上記第３の実施形態においては、複数の投影画像Ｇｉにおいて１つの対応点を検出し、１つの対応点を１つの断層面Ｔ１に投影して、基準投影画像Ｇｃに対する複数の投影画像の位置ずれ量を導出している。しかしながら、実際には、位置ずれ量導出部３２は、投影画像Ｇｉ間における複数の対応点を検出し、複数の投影画像Ｇｉを複数の断層画像を生成するための複数の断層面に投影する。そして、複数の断層面における断層画像上において、基準投影画像Ｇｃを基準とした複数の投影画像Ｇｉにおける対応点の位置ずれ量を導出する。そして、各断層面の座標位置に対して、複数の対応点についての位置ずれ量を補間することにより、体動が発生した状態で取得された投影画像について、断層画像を生成する３次元空間のすべての座標位置について、再構成を行う際の位置ずれ量を導出する。

第３の実施形態のように位置ずれ量を導出することによっても、再構成部３３において、位置ずれ量を補正しつつ複数の投影画像を再構成することにより、体動の影響が低減された、高画質の断層画像を取得することができる。

なお、上記各実施形態においては、位置ずれ量導出部３２が導出した位置ずれ量を予め定められたしきい値と比較し、位置ずれ量がしきい値を超えた場合にのみ、位置ずれ量を補正しつつ、断層画像を再構成するようにしてもよい。この場合、図１７に示すように、体動がしきい値を超えたことを通知するための警告表示４５を表示部３に表示してもよい。なお、しきい値は、位置ずれ量を補正しなくても断層画像に体動の影響がないといえる程度の値に設定すればよい。操作者は警告表示４５において、ＹＥＳまたはＮＯのコマンドを選択することにより、体動補正を行うか否かの指示を行うことができる。

また、上記第１の実施形態においては、シフトベクトルの導出を容易に行うために、特徴点の投影位置に関心領域を設定し、関心領域の移動方向および移動量をシフトベクトル、すなわち位置ずれ量として導出しているが、これに限定されるものではない。関心領域を設定することなく、特徴点の投影位置の投影画像間における移動方向および移動量を位置ずれ量として導出してもよい。

また、上記第３の実施形態においては、シフトベクトルの導出を容易に行うために、対応点の断層面上への投影位置に関心領域を設定し、関心領域の移動方向および移動量をシフトベクトル、すなわち位置ずれ量として導出しているが、これに限定されるものではない。関心領域を設定することなく、対応点の投影位置の、基準投影画像Ｇｃの対応点の投影位置に対する移動方向および移動量を位置ずれ量として導出してもよい。

また、上記各実施形態においては、被写体を乳房Ｍとしているが、これに限定されるものではなく、人体の胸部、または腹部等、任意の部位を被写体としてもよいことはもちろんである。

また、上記各実施形態において、例えば、画像取得部３１、位置ずれ量導出部３２、再構成部３３、表示制御部３４および合成部３５といった各種の処理を実行する処理部（Processing Unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（Processor）を用いることができる。上記各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device :PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。

１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせまたはＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。

複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントおよびサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアとの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip:SoC）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。

さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）を用いることができる。

また、本開示は、プログラムに加えて、プログラムを記録した非一過性の記録媒体にも及ぶ。

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
１１ 回転軸
１２ アーム部
１３ 撮影台
１４ 放射線照射部
１５ 放射線検出器
１５Ａ 検出面
１６ Ｘ線源
１７ 圧迫板
１８ 支持部
１９ 移動機構
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２３ ストレージ
３１ 画像取得部
３２ 位置ずれ量導出部
３３ 再構成部
３４ 表示制御部
３５ 合成部
４０ 表示画面
４１，４２ ラベル
４５ 警告表示
Ｄｊ 断層画像
Ｄｔｊ，Ｄｔ０ 仮の断層画像
Ｅ１〜Ｅ３ 点状構造物
Ｅ４，Ｅ５ 交点
Ｆ０ 特徴点
Ｇｉ（ｉ＝１〜ｎ），Ｇｋ１，Ｇｋ２ 投影画像
Ｇｃ 基準投影画像
Ｍ 乳房
Ｐｋ１，Ｐｃ，Ｐｋ２ 特徴点の投影位置
Ｐｐ１，Ｐｐｃ，Ｐｐ２ 対応点
Ｐｔ１，Ｐｔｃ，Ｐｔ２ 対応点の投影位置
Ｒｋ１，Ｒｃ，Ｒｋ２，Ｒ１０ 関心領域
Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ） 線源位置
Ｓｃ 基準線源位置
Ｔ０，Ｔ１ 断層面
Ｖ１０，Ｖ１１ シフトベクトル（位置ずれ量）

Claims (7)

1. 放射線源を検出部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被写体に放射線を照射するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する画像取得部と、
   前記複数の投影画像のうち、前記放射線源から出射される前記放射線の光軸が前記検出部の検出面に対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、前記被写体の体動に基づく前記複数の投影画像間の位置ずれ量を導出する位置ずれ量導出部と、
   前記位置ずれ量を補正しつつ前記複数の投影画像を再構成することにより、前記被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する再構成部とを備えた断層画像生成装置。
2. 前記再構成部は、前記複数の投影画像を再構成して複数の仮の断層画像を生成し、
   前記位置ずれ量導出部は、前記複数の仮の断層画像における複数の異なる特徴点を検出し、該複数の異なる特徴点に対して、前記基準投影画像を基準とした前記複数の投影画像間の仮の位置ずれ量を導出し、前記複数の異なる特徴点に対して導出した仮の位置ずれ量を補間して、前記複数の仮の断層画像の各座標位置に対する前記複数の投影画像のそれぞれにおける各画素位置の位置ずれ量を導出する請求項１に記載の断層画像生成装置。
3. 前記位置ずれ量導出部は、前記複数の投影画像において少なくとも１つの対応点を検出し、前記複数の投影画像のそれぞれについての撮影時の前記線源位置と前記検出部との位置関係に基づいて、前記複数の投影画像における前記対応点を前記被写体の少なくとも１つの断層面に投影し、前記投影された対応点の位置関係に基づいて、前記位置ずれ量を導出する請求項１に記載の断層画像生成装置。
4. 前記複数の断層画像のうちの２以上の断層画像、または前記複数の断層画像の少なくとも１つと前記基準投影画像とを合成して、合成２次元画像を生成する合成部をさらに備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の断層画像生成装置。
5. 前記被写体が乳房である請求項１から４のいずれか１項に記載の断層画像生成装置。
6. 放射線源を検出部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被写体に放射線を照射するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得し、
   前記複数の投影画像のうち、前記放射線源から出射される前記放射線の光軸が前記検出部の検出面に対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、前記被写体の体動に基づく前記複数の投影画像間の位置ずれ量を導出し、
   前記位置ずれ量を補正しつつ前記複数の投影画像を再構成することにより、前記被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する断層画像生成方法。
7. 放射線源を検出部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被写体に放射線を照射するトモシンセシス撮影を撮影装置に行わせることにより生成された、前記複数の線源位置のそれぞれに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のうち、前記放射線源から出射される前記放射線の光軸が前記検出部の検出面に対して直交する線源位置において生成された基準投影画像を基準とした、前記被写体の体動に基づく前記複数の投影画像間の位置ずれ量を導出する手順と、
   前記位置ずれ量を補正しつつ前記複数の投影画像を再構成することにより、前記被写体の少なくとも１つの断層面における断層画像を生成する手順とをコンピュータに実行させる断層画像生成プログラム。