JP2022026929A - 放射線画像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

放射線画像処理装置、方法およびプログラム Download PDF

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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、低Ｓ／Ｎの放射線画像の粒状を適切に抑制する。【解決手段】プロセッサは、同一被写体を含むＳ／Ｎが異なる第１の放射線画像および第２の放射線画像を取得する。プロセッサは、第１の放射線画像および第２の放射線画像のうち、Ｓ／Ｎが高い第１の放射線画像に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出し、第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出する。プロセッサは、第２の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像に対して粒状抑制処理を行う。【選択図】図３

Description

本開示は、放射線画像処理装置、方法およびプログラムに関するものである。
従来より、被写体を構成する物質によって透過した放射線の減衰量が異なることを利用して、エネルギー分布が異なる２種類の放射線を被写体に照射して得られた２枚の放射線画像を用いたエネルギーサブトラクション処理が知られている。エネルギーサブトラクション処理とは、上記のようにして得られた２つの放射線画像の各画素を対応させて、画素間で適当な重み係数を乗算した上で減算（サブトラクト）を行って、特定の構造物を抽出した画像を取得する方法である。このようなエネルギーサブトラクション処理を行うことにより、例えば、胸部を撮影することにより取得した放射線画像から軟部を抽出した軟部画像を導出すれば、骨に邪魔されることなく軟部に現れた陰影を観察できる。逆に骨部を抽出した骨部画像を導出すれば、軟部に邪魔されることなく、骨部に現れた陰影を観察できる。
エネルギーサブトラクション処理を行うための撮影（以下、エネルギーサブトラクション撮影とする）の手法としては、１ショット法および２ショット法が知られている。１ショット法は、放射線を検出して放射線画像を取得するための２つの放射線検出器を、間に放射線エネルギー変換フィルタを介在させて重ね合わせ、被写体を透過した放射線を重ねられた２つの放射線検出器に同時に照射することによって、２つの放射線検出器に互いにエネルギー分布が異なる放射線を照射するようにした方法である。２ショット法は、エネルギー分布の異なる２種類の放射線を用いて撮影を２回行う方法である。
一方、放射線画像は、放射線量が少なく濃度が低い部分において、放射線の量子ノイズ（以下単にノイズとする）の影響により、粒状が悪化するという問題がある。このため、放射線画像に対する画像処理として、放射線画像に含まれる粒状を抑制する処理を施す方法が種々提案されている。例えば、放射線画像に含まれるノイズ量を推定し、ノイズ量を体厚情報に基づいて変換し、変換されたノイズ量に基づいて放射線画像のノイズを除去することにより粒状を抑制する手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
粒状抑制処理としては、ノイズに対応する周波数成分を除去する平滑化フィルタを用いた平滑化処理が周知である。例えば、特許文献２においては、放射線画像を周波数変換して、それぞれが異なる周波数帯域の周波数成分を表す帯域画像を作成し、帯域画像における処理の対象となる注目画素のエッジ方向を検出し、エッジ方向に沿って平滑化処理を行い、平滑化処理が行われた帯域画像を周波数合成して処理済みの放射線画像を取得する手法が提案されている。このような粒状抑制処理を行うことにより、放射線画像に含まれるエッジを保存しつつ、粒状を低減することができる。
特開２０１５－１６７６１３号公報 特開２００２－１３３４１０号公報
ところで、エネルギーサブトラクション撮影の１ショット法においては、被写体を透過した放射線は、間に放射線エネルギー変換フィルタを介在させて重ねられた２つの放射線検出器に同時に照射される。このため、放射線源から離れた側の放射線検出器は、放射線源に近い側の放射線検出器よりも照射される放射線量が小さくなる。また、２ショット法の場合にも、被写体への被曝量を低減するために、２回目の撮影の際には１回目の撮影よりも放射線量が低減される。このため、エネルギーサブトラクション処理により取得された２つの放射線画像のうち、一方の放射線画像は、他方の放射線画像と比較してノイズが多くなる（すなわち信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）が低くなる）。この場合、放射線画像に対して上述したようにエッジ方向に沿った平滑化を行うことにより、放射線画像に含まれるエッジを保存しつつ、粒状を抑制することができる。
しかしながら、ノイズが多い放射線画像（以下、低Ｓ／Ｎ放射線画像とする）においては、除去すべきノイズの信号値の振幅が、保存すべきエッジのコントラストよりも大きくなる場合がある。このため、低Ｓ／Ｎ放射線画像に対して粒状抑制処理を行うと、ノイズは抑制できるものの、エッジのコントラストが低下してしまう。その結果、ノイズの抑制とエッジの保存とを両立させることができないことから、エッジがノイズに埋もれてしまうため、放射線画像に含まれるエッジ等の構造を復元できなくなってしまう。
本開示は上記事情に鑑みなされたものであり、低Ｓ／Ｎの放射線画像の粒状を適切に抑制することを目的とする。
本開示による放射線画像処理装置は、少なくとも１つのプロセッサを備え、
プロセッサは、
同一被写体を含むＳ／Ｎが異なる第１の放射線画像および第２の放射線画像を取得し、
第１の放射線画像および第２の放射線画像のうち、Ｓ／Ｎが高い第１の放射線画像に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出し、
第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出し、
第２の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像に対して粒状抑制処理を行うように構成される。
なお、本開示による放射線画像処理装置においては、第２の放射線画像の各画素に対して行う第２の粒状抑制処理の処理内容は、第１の放射線画像の第２の放射線画像の各画素に対応する画素に対して行う第１の粒状抑制処理の処理内容と同一であってもよい。
また、本実施形態の放射線画像処理においては、プロセッサは、第１の放射線画像における、注目画素の画素値と注目画素の周囲の画素の画素値との差に基づいて、注目画素に対する第１の粒状抑制処理を行う処理領域を、第１の粒状抑制処理の処理内容として導出するように構成されるものであってもよい。
また、本実施形態の放射線画像処理においては、プロセッサは、差に基づいて、処理領域内の画素に対する重みを第１の粒状抑制処理の処理内容として導出するものであってもよい。
また、本実施形態の放射線画像処理においては、処理内容は、エッジ保存平滑化フィルタのフィルタ特性であってもよい。
また、本実施形態の放射線画像処理においては、プロセッサは、第１の放射線画像および第２の放射線画像の少なくとも一方に基づいて、被写体の物理量マップを導出し、
物理量マップに基づいて、第１の粒状抑制処理の処理内容を導出するように構成されるものであってもよい。
また、本実施形態の放射線画像処理においては、第１の放射線画像および第２の放射線画像は、エネルギーサブトラクション用の、エネルギー分布が異なる放射線に基づいて取得されるものであってもよい。
本開示による放射線画像処理方法は、同一被写体を含むＳ／Ｎが異なる第１の放射線画像および第２の放射線画像を取得し、
第１の放射線画像および第２の放射線画像のうち、Ｓ／Ｎが高い第１の放射線画像に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出し、
第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出し、
第２の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像に対して粒状抑制処理を行う。
なお、本開示による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として提供してもよい。
本開示によれば、低Ｓ／Ｎの放射線画像の粒状を適切に抑制することができる。
本開示の第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概略構成図 第１の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図 第１の実施形態による放射線画像処理装置の機能的な構成を示す図 第１の放射線画像に対するバイラテラルフィルタを示す図 図４に示す第１の放射線画像の局所領域に対応する第２の放射線画像の局所領域を示す図 第２の放射線画像に対するバイラテラルフィルタの例を示す図 軟部画像および骨部画像を示す図 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の実施形態による放射線画像処理装置の機能的な構成を示す図 物理量マップに対するバイラテラルフィルタの例を示す図 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
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は、撮影装置１と、本実施形態による放射線画像処理装置１０とを備える。
撮影装置１は、第１の放射線検出器５および第２の放射線検出器６に、放射線源３から発せられ、被写体Ｈを透過したＸ線等の放射線を、それぞれエネルギーを変えて照射するいわゆる１ショット法によるエネルギーサブトラクションを行うための撮影装置である。撮影時においては、図１に示すように、放射線源３に近い側から順に、第１の放射線検出器５、銅板等からなる放射線エネルギー変換フィルタ７、および第２の放射線検出器６を配置して、放射線源３を駆動させる。なお、第１および第２の放射線検出器５，６と放射線エネルギー変換フィルタ７とは密着されている。
これにより、第１の放射線検出器５においては、いわゆる軟線も含む低エネルギーの放射線による被写体Ｈの第１の放射線画像Ｇ１が取得される。また、第２の放射線検出器６においては、軟線が除かれた高エネルギーの放射線による被写体Ｈの第２の放射線画像Ｇ２が取得される。第１および第２の放射線画像は、放射線画像処理装置１０に入力される。第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像のいずれも、被写体Ｈの胸部および腹部を含む正面像である。
第１および第２の放射線検出器５，６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・オフさせ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、または読取り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。
次いで、本実施形態に係る放射線画像処理装置について説明する。まず、図２を参照して、本実施形態に係る放射線画像処理装置のハードウェア構成を説明する。図２に示すように、放射線画像処理装置１０は、ワークステーション、サーバコンピュータおよびパーソナルコンピュータ等のコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、不揮発性のストレージ１３、および一時記憶領域としてのメモリ１６を備える。また、放射線画像処理装置１０は、液晶ディスプレイ等のディスプレイ１４、キーボードおよびマウス等の入力デバイス１５、並びにネットワーク１８に接続されるネットワークＩ／Ｆ（InterFace）１７を備える。ＣＰＵ１１、ストレージ１３、ディスプレイ１４、入力デバイス１５、メモリ１６およびネットワークＩ／Ｆ１７は、バス１８に接続される。なお、ＣＰＵ１１は、本開示におけるプロセッサの一例である。
ストレージ１３は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、およびフラッシュメモリ等によって実現される。記憶媒体としてのストレージ１３には、放射線画像処理装置１０にインストールされた放射線画像処理プログラム１２が記憶される。ＣＰＵ１１は、ストレージ１３から放射線画像処理プログラム１２を読み出してメモリ１６に展開し、展開した放射線画像処理プログラム１２を実行する。
なお、放射線画像処理プログラム１２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、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じて放射線画像処理装置１０を構成するコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。または、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、その記録媒体から放射線画像処理装置１０を構成するコンピュータにインストールされる。
次いで、本実施形態による放射線画像処理装置の機能的な構成を説明する。図３は、本実施形態による放射線画像処理装置の機能的な構成を示す図である。図３に示すように、放射線画像処理装置１０は、画像取得部２０、処理内容導出部２１、粒状抑制処理部２２およびサブトラクション部２３を備える。そして、ＣＰＵ１１が、放射線画像処理プログラム１２を実行することにより、画像取得部２０、処理内容導出部２１、粒状抑制処理部２２、およびサブトラクション部２３として機能する。
画像取得部２０は、撮影装置１に被写体Ｈの撮影を行わせることにより、第１および第２の放射線検出器５，６から、被写体Ｈの正面像である第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２を取得する。第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２の取得に際しては、放射線の照射線量、管電圧およびＳＩＤ（Source-to-Image receptor Distance：Ｘ線管焦点受像面間距離）等の撮影条件が設定される。設定された撮影条件は、ストレージ１３に記憶される。
なお、本実施形態の放射線画像処理プログラムとは別個のプログラムにより第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得するようにしてもよい。この場合、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２はストレージ１３に保存され、画像取得部２０は、ストレージ１３に保存された第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を処理のためにストレージ１３から読み出すものとなる。
処理内容導出部２１は、第１の放射線画像Ｇ１に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出し、第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出する。
ここで、本実施形態においては、１ショット法による被写体Ｈを撮影している。１ショット法の場合、被写体Ｈを透過した放射線は、間に放射線エネルギー変換フィルタ７を介在させて重ねられた２つの放射線検出器５，６に照射される。このため、放射線源３から離れた側にある第２の放射線検出器６は、放射線源３に近い側にある第１の放射線検出器５よりも照射される線量が小さくなる。その結果、第２の放射線画像Ｇ２は第１の放射線画像Ｇ１よりも、放射線の量子ノイズが多く、Ｓ／Ｎが低いものとなる。このため、とくに第２の放射線画像Ｇ２に対しては、量子ノイズに起因する粒状を抑制するための粒状抑制処理を施す必要がある。
処理内容導出部２１は、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ１のうち、Ｓ／Ｎが高い第１の放射線画像Ｇ１に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出する。そして、処理内容導出部２１は、第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出する。以下、処理内容の導出について説明する。
粒状抑制処理としては、注目画素を中心とする３×３あるいは５×５等の予め定められたサイズを有する、ガウシアンフィルタ等の平滑化フィルタによるフィルタリング処理が挙げられる。しかしながら、ガウシアンフィルタを用いると、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２に含まれる構造物のエッジがぼけてしまう可能性がある。このため、本実施形態においては、エッジのぼけを防止しつつ粒状を抑制するエッジ保存平滑化フィルタを用いて、粒状抑制処理を行う。エッジ保存平滑化フィルタとしては、注目画素に隣接する画素について、注目画素から離れるほど重み付けが小さくなり、注目画素との画素値の差が大きいほど重みが小さくなるような正規分布を重み付けとするバイラテラルフィルタを用いる。
図４は第１の放射線画像Ｇ１に対するバイラテラルフィルタの例を示す図である。なお、図４は、第１の放射線画像Ｇ１に含まれるエッジ付近の５×５画素の局所領域Ａ１を２つ並べて示している。また、図４に示す２つの局所領域Ａ１は同一であるが、それぞれ注目画素の位置が異なる。図４の左側の局所領域Ａ１においては、エッジの境界に接する低濃度の画素が注目画素Ｐ１１となっている。バイラテラルフィルタは、上述したように、注目画素に隣接する画素について、注目画素から離れるほど重み付けが小さくなり、注目画素との画素値の差が大きいほど重みが小さくなるような正規分布を重み付けとするものである。
このため、処理内容導出部２１は、バイラテラルフィルタのフィルタサイズを、注目画素の画素値と注目画素の周囲の画素の画素値との差に基づいて決定する。例えば、注目画素の画素値と注目画素の周囲の画素値との差が小さいほど、フィルタサイズを大きくする。なお、バイラテラルフィルタのサイズが、本開示の処理領域の一例である。また、処理内容導出部２１は、バイラテラルフィルタの重みを、注目画素の画素値と注目画素の周囲の画素の画素の画素値との差に基づいて決定する。例えば、注目画素の画素値と注目画素の周囲の画素値との差が小さいほど、注目画素に近い画素に対する重みを、注目画素から離れた画素に対する重みよりも大きくする。
これにより、処理内容導出部２１は、図４の左側の局所領域Ａ１の注目画素Ｐ１１に対しては、図４の左側に示すような重みを有する３×３のバイラテラルフィルタＦ１１を、第１の粒状抑制処理の処理内容として導出する。
図４の右側の局所領域Ａ１においては、エッジの境界に接する高濃度の画素が注目画素Ｐ１２となっている。このため、処理内容導出部２１は、図４の右側の局所領域Ａ１の注目画素Ｐ１２に対しては、図４の右側に示すような重みを有する３×３のバイラテラルフィルタＦ１２を、第１の粒状抑制処理の処理内容として導出する。
図５は図４に示す第１の放射線画像の局所領域Ａ１に対応する第２の放射線画像の局所領域Ａ２を示す図である。なお、図５は、第２の放射線画像Ｇ２に含まれるエッジ付近の５×５画素の局所領域Ａ２を示す。局所領域Ａ２は、図４に示す第１の放射線画像Ｇ１における局所領域Ａ１と同一位置の領域である。図５に示す２つの局所領域Ａ２は同一であるが、それぞれ注目画素の位置が異なる。図５の左側の局所領域Ａ２においては、図４の左側の局所領域Ａ１に示す注目画素Ｐ１１に対応する画素が、注目画素Ｐ２１となっている。図５の右側の局所領域Ａ２においては、図４の右側の局所領域Ａ１に示す注目画素Ｐ１２に対応する画素が、注目画素Ｐ２２となっている。
ここで、第２の放射線画像Ｇ２が取得される第２の放射線検出器６には、第１の放射線画像Ｇ１が取得される第１の放射線検出器５よりも照射される放射線の線量が低い。このため、第２の放射線画像Ｇ２は、第１の放射線画像Ｇ１と比較して放射線の量子ノイズが多く、粒状が悪いため、エッジが明確に現れていない。また、量子ノイズの影響により、エッジ境界付近における高濃度の領域に低濃度の画素が含まれていたり、低濃度の領域に高濃度の画素が含まれていたりする。このため、第２の放射線画像Ｇ２からは、第１の放射線画像Ｇ１のように、エッジを保存しつつ粒状を抑制するバイラテラルフィルタを適切に決定することができない。
この場合、ガウシアンフィルタのような平滑化フィルタを用いることが考えられる。しかしながら、このような平滑化フィルタを用いると、ノイズの抑制とエッジの保存とを両立させることができず、その結果、エッジがノイズに埋もれてしまい、第２の放射線画像Ｇ２に含まれる構造物のエッジを復元できなくなってしまう。
このため、本実施形態においては、処理内容導出部２１は、第１の放射線画像Ｇ１に対する第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出する。すなわち、処理内容導出部２１は、第２の放射線画像Ｇ２の各画素に対して行う第２の粒状抑制処理の処理内容を、第１の放射線画像Ｇ１の第２の放射線画像Ｇ２の各画素に対応する画素に対して行う第１の粒状抑制処理の処理内容と同一となるように、第２の粒状抑制処理の処理内容を導出する。具体的には、処理内容導出部２１は、第１の放射線画像Ｇ１の各画素に対して決定されたバイラテラルフィルタと同一のサイズおよび同一の重みを有するバイラテラルフィルタを、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容として導出する。
図６は第２の放射線画像に対するバイラテラルフィルタの例を示す図である。なお、図６には、図５と同様に、第２の放射線画像Ｇ２に含まれるエッジ付近の５×５画素の局所領域Ａ２を示す。図６に示すように、処理内容導出部２１は、第２の放射線画像Ｇ２の局所領域Ａ２の注目画素Ｐ２１に対しては、第１の放射線画像Ｇ１の局所領域Ａ１の注目画素Ｐ１１に対して導出されたバイラテラルフィルタＦ１１と同一のサイズおよび同一の重みを有するバイラテラルフィルタＦ２１を、第２の粒状抑制処理の処理内容として導出する。
また、第２の放射線画像Ｇ２の局所領域Ａ２の注目画素Ｐ２２に対しては、処理内容導出部２１は、第１の放射線画像Ｇ１の局所領域Ａ１の注目画素Ｐ１２に対して導出されたバイラテラルフィルタＦ１２と同一のサイズおよび同一の重みを有するバイラテラルフィルタＦ２２を、第２の粒状抑制処理の処理内容として導出する。
なお、第２の粒状抑制処理の処理内容を導出するに際しては、第１の放射線画像Ｇ１と第２の放射線画像Ｇ２との画素位置を対応づける必要がある。このため、第１の放射線画像Ｇ１と第２の放射線画像Ｇ２との位置合わせを行うことが好ましい。
粒状抑制処理部２２は、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２に対して、粒状抑制処理を行う。すなわち、処理内容導出部２１が導出した処理内容に基づいて、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２に対して、粒状抑制処理を行う。具体的には、第１の放射線画像Ｇ１に対しては、第１の放射線画像Ｇ１について導出されたバイラテラルフィルタによるフィルタリング処理を行う。また、第２の放射線画像Ｇ２に対しては、第１の放射線画像Ｇ１に基づいて導出されたバイラテラルフィルタによるフィルタリング処理を行う。
サブトラクション部２３は、粒状抑制処理が行われた第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２に対して、下記の式（１）、（２）により、サブトラクション処理を行うことにより、被写体Ｈにおける軟部が抽出された軟部画像Ｇｓおよび骨部が抽出された骨部画像Ｇｂを導出する。式（１）、（２）において、αおよびβは重み係数である。
Ｇｓ（ｘ，ｙ）＝α・Ｇ２（ｘ，ｙ）－Ｇ１（ｘ，ｙ） （１）
Ｇｂ（ｘ，ｙ）＝β・Ｇ２（ｘ，ｙ）－Ｇ１（ｘ，ｙ） （２）
図７は軟部画像および骨部画像を示す図である。図７に示すように、軟部画像Ｇｓは、被写体Ｈ内の軟部が抽出されている。また、骨部画像Ｇｂは、被写体Ｈ内の骨部が抽出されている。なお、生成された軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂは、ストレージ１３に保存されたり、ディスプレイ１４に表示されたりする。
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８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。なお、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２は、撮影により取得されてストレージ１３に保存されているものとする。処理を開始する指示が入力デバイス１５から入力されると、画像取得部２０が、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２をストレージ１３から取得する（ステップＳＴ１）。次いで、処理内容導出部２１が、まず、第１の放射線画像Ｇ１に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出する（ステップＳＴ２）。そして、処理内容導出部２１は、第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出する（ステップＳＴ３）。
次いで、粒状抑制処理部２２が、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像に対して粒状抑制処理を行う（ステップＳＴ４）。そして、サブトラクション部２３が、上記式（１）、（２）によりサブトラクション処理を行う（ステップＳＴ５）。これにより、軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂが導出される。導出された軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂはストレージ１３に保存され（ステップＳＴ６）、処理を終了する。なお、軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂの保存に代えて、またはこれに加えて軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂをディスプレイ１４に表示するようにしてもよい。
このように、本実施形態においては、第１の放射線画像Ｇ１に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出し、第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出するようにした。ここで、第１の放射線画像Ｇ１は、第２の放射線画像Ｇ２と比較するとエッジのコントラストが高く、ノイズが少ない。このため、第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第１の放射線画像Ｇ１に対して粒状抑制処理を行えば、エッジを保存しつつ、粒状を抑制することができる。一方、第２の放射線画像Ｇ２がノイズが多く粒状がそれほどよいものではないが、第１の粒状抑制処理と同一の第２の粒状抑制処理の処理内容により粒状抑制処理を行えば、第１の放射線画像Ｇ１に対応するエッジを保存しつつ、エッジがノイズに埋もれないように、粒状を抑制することができる。したがって、低Ｓ／Ｎの放射線画像の粒状を適切に抑制することができる。
次いで、本開示の第２の実施形態について説明する。図９は、本開示の第２の実施形態による放射線画像処理装置の機能的な構成を示す図である。なお、図９において図３と同一の構成については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の実施形態による放射線画像処理装置１０Ａは、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２の少なくとも一方に基づいて、被写体Ｈの物理量マップを導出するマップ導出部２４をさらに備え、処理内容導出部２１において、物理量マップに基づいて、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出するようにした点が第１の実施形態と異なる。
マップ導出部２４は、被写体Ｈについての物理量を導出する。物理量としては、被写体Ｈの体厚および骨密度等が挙げられる。なお、体厚相当の物理量として、ＳＩＤを用いてもよい。ここで、物理量として体厚を導出する場合について説明する。マップ導出部２４は、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２の少なくとも１つに基づいて、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２の画素毎に被写体Ｈの体厚を導出する。体厚は第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２の画素毎に導出されるため、マップ導出部２４は、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２の少なくとも一方における体厚分布を導出することとなる。体厚の導出に際し、マップ導出部２４は、被写体Ｈに近い側の放射線検出器５により取得された第１の放射線画像Ｇ１を用いる。しかしながら、第２の放射線画像Ｇ２を用いてもよい。また、いずれの画像を用いる場合であっても、画像の低周波成分を表す低周波画像を導出し、低周波画像を用いて体厚を導出してもよい。
第２の実施形態においては、マップ導出部２４は、第１の放射線画像Ｇ１における輝度分布が被写体Ｈの体厚の分布と一致するものと仮定し、第１の放射線画像Ｇ１の画素値を、被写体Ｈの軟部における減弱係数を用いて厚さに変換することにより、被写体Ｈの体厚を導出する。これに代えて、撮影装置１にセンサを設け、センサを用いて被写体Ｈの厚さを計測するものであってもよい。また、マップ導出部２４は、立方体あるいは楕円柱等のモデルで被写体Ｈの体厚を近似することにより体厚を導出するものであってもよい。また、マップ導出部２４は、例えば特開２０１５－０４３９５９号公報に記載された手法等、任意の手法により、被写体Ｈの体厚を導出するものであってもよい。
また、物理量として骨塩量を導出する場合、マップ導出部２４は、例えば、特開２０１９－２０９０２７号公報に記載された手法を用いて、骨塩量を導出する。特開２０１９－２０９０２７号公報に記載された手法を用いる場合、マップ導出部２４は、上記式（２）を用いて、粒状抑制処理前の第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２から、骨部画像Ｇｂを導出する。そして、マップ導出部２４は、骨部画像Ｇｂの各画素を、基準撮影条件により取得した場合の骨部画像の画素値に変換することにより骨塩量を導出する。具体的には、マップ導出部２４は、予め定められた、骨部画像の画素値を骨塩量に変換するための補正係数を用いて、骨部画像Ｇｂの各画素値を補正することにより骨塩量を導出する。
ここで、粒状抑制処理の対象となる放射線画像は、撮影条件によって、画像に含まれる構造のコントラストが変動する。このため、バイラテラルフィルタを用いてエッジ保存平滑化処理を行う場合は、撮影条件に応じて、保存するエッジの強度をコントロールする必要がある。一方、被写体Ｈの体厚を表す体厚マップおよび骨塩量マップにおいては、マップ内に含まれる構造のコントラストは、撮影条件に依存しない厚さ(ｍｍ)あるいは骨塩量(g/cm2)により表される。
このため、第２の実施形態においては、処理内容導出部２１は、物理量マップに基づいて、第１の放射線画像Ｇ１に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出する。図１０は物理量マップに対するバイラテラルフィルタの例を示す図である。なお、図１０は、物理量マップに含まれるエッジ付近の５×５画素の局所領域Ａ３を２つ並べて示している。図１０に示す２つの局所領域Ａ３は同一であるが、それぞれ注目画素の位置が異なる。図１０の左側の局所領域Ａ３には、エッジ上の高濃度の画素が注目画素Ｐ３１となっている。このため、図１０の左側の局所領域Ａ３の注目画素Ｐ３１に対しては、図１０の左側に示すような重みを有する３×３のバイラテラルフィルタＦ３１が、第１の粒状抑制処理の処理内容として導出される。
図１０の右側の局所領域Ａ３には、エッジの境界に接する低濃度の画素が注目画素Ｐ３２となっている。このため、図１０の右側の局所領域Ａ３の注目画素Ｐ３２に対しては、図１０の右側に示すような重みを有する３×３のバイラテラルフィルタＦ３２が、第１の粒状抑制処理の処理内容として導出される。
第２の実施形態においても、処理内容導出部２１は、第１の放射線画像Ｇ１の各画素に対して決定されたバイラテラルフィルタと同一のバイラテラルフィルタを、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容として導出する。すなわち、第２の放射線画像Ｇ２において、第１の放射線画像Ｇ１の局所領域Ａ３と対応する局所領域においては、局所領域Ａ３の注目画素Ｐ３１に対応する画素に対して、バイラテラルフィルタＦ３１と同一のサイズおよび同一の重みを有するバイラテラルフィルタを、第２の粒状抑制処理の処理内容として導出する。また、第２の放射線画像Ｇ２において、第１の放射線画像Ｇ１の局所領域Ａ３の注目画素Ｐ３２に対応する画素に対して、バイラテラルフィルタＦ３２と同一のサイズおよび同一の重みを有するバイラテラルフィルタを、第２の粒状抑制処理の処理内容として導出する。
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１１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。なお、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２は、撮影により取得されてストレージ１３に保存されているものとする。処理を開始する指示が入力デバイス１５から入力されると、画像取得部２０が、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２をストレージ１３から取得する（ステップＳＴ１１）。次いで、マップ導出部２４が、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２の少なくとも一方に基づいて、被写体Ｈの物理量マップを導出する（ステップＳＴ１２）。
次いで、処理内容導出部２１が、まず、物理量マップに基づいて、第１の放射線画像Ｇ１に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出する（ステップＳＴ１３）。そして、処理内容導出部２１は、第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出する（ステップＳＴ１４）。
次いで、粒状抑制処理部２２が、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像に対して粒状抑制処理を行う（ステップＳＴ１５）。そして、サブトラクション部２３が、上記式（１）、（２）によりサブトラクション処理を行う（ステップＳＴ１６）。これにより、軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂが導出される。導出された軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂはストレージ１３に保存され（ステップＳＴ１７）、処理を終了する。なお、軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂの保存に代えて、またはこれに加えて軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂをディスプレイ１４に表示するようにしてもよい。
ここで、粒状抑制処理の対象となる第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２は、撮影条件によって、画像に含まれる構造のコントラストが変動する。このため、バイラテラルフィルタを用いてエッジ保存平滑化処理を行う場合において、平滑化せずに保存したい構造がある場合は、撮影条件に応じて、保存するエッジの強度を調整する必要がある。一方、被写体Ｈの体厚を表す体厚マップあるいは被写体Ｈの骨量を表す骨塩量マップにおいては、画素値は厚さ(ｍｍ)あるいは骨塩量(g/cm2)により表されるため、マップ内に含まれる構造のコントラストは、撮影条件によって変動しない。したがって、平滑化せずに保存したい構造がある場合、保存したい構造とその周辺の構造との体厚差あるいは骨密度差等の撮影条件に依存しない値に基づいて、保存するエッジ強度を設定できる。例えば、直径１ｍｍの血管構造の信号を残したい場合、体厚マップを用いるのであれば、周辺との体厚差が１ｍｍ以上の構造を保存するように、保存するエッジ強度を設定すればよい。
第２の実施形態においては、被写体Ｈの物理量マップを導出し、物理量マップにも基づいて、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出するようにした。このため、撮影条件の変動に伴う画像中の構造のコントラストの変化の影響を受けることなく、第１の粒状抑制処理さらには第２の粒状抑制処理の処理内容を導出することができる。
なお、上記各実施形態においては、エッジ保存平滑化フィルタとして、バイラテラルフィルタを用いているが、これに限定されるものではない。画像上の注目画素と任意の画素それぞれの近傍領域の類似性に基づいて重み付けを行うNon-Local Means Filter(非局所平均化フィルタ）を用いて粒状抑制処理を行うことによっても、エッジを保存しつつ粒状を抑制することができる。
また、上記各実施形態においては、粒状抑制処理としてエッジ保存平滑化フィルタを用いたフィルタリング処理を行っているが、これに限定されるものではない。第１の放射線画像Ｇ１において注目画素から予め定められた距離内にある、注目画素の画素値との差が予め定められたしきい値以上となる１以上の画素を特定し、注目画素および特定した画素に対する平滑化処理を、第１の粒状抑制処理の処理内容として導出してもよい。この場合第２の放射線画像Ｇ２において、注目画素と特定した画像とを平滑化するように、第２の粒状抑制処理の処理内容を導出してもよい。
また。上記各実施形態においては、粒状抑制処理をフィルタリング処理により行っているが、これに限定されるものではない。粒状抑制処理を行うための数式等の関数を、粒状抑制処理の処理内容として導出し、導出した関数を用いて、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２に対して粒状抑制処理を行うようにしてもよい。
また、上記各実施形態においては、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２に対して粒状抑制処理を行っているが、これに限定されるものではない。第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２に対して、ウェーブレット変換等の多重解像度変換を行うことにより、周波数帯域が異なる複数の帯域画像を生成し、各周波数帯域の帯域画像について、第１の粒状抑制処理の処理内容および第２の粒状抑制処理の処理内容を導出し、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２についての各周波数帯域の帯域画像に対して、それぞれ第１の粒状抑制処理および第２の粒状抑制処理を行い、処理後の帯域画像を周波数合成することにより、粒状抑制処理済みの第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を導出するようにしてもよい。
また、上記各実施形態においては、１ショット法により第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得しているが、撮影を２回行ういわゆる２ショット法により第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得してもよい。
２ショット法の場合、被写体Ｈへの被曝量を低減するために、２回目の撮影の際には１回目の撮影時により放射線量が低減される。このため、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２のうち、一方の放射線画像（ここでは第２の放射線画像Ｇ２とする）は、第１の放射線画像Ｇ１と比較してノイズが多くなる。このため、２ショット法により第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得する場合においても、上記実施形態と同様に、第２の放射線画像Ｇ２に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を、第１の放射線画像Ｇ１に対する第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて導出すればよい。
なお、２ショット法の場合、被写体Ｈの体動により、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２に含まれる被写体Ｈの位置がずれる可能性がある。このため、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２において、被写体の位置合わせを行った上で、本実施形態の処理を行うことが好ましい。位置合わせの処理としては、例えば特開２０１１－２５５０６０号公報に記載された手法を用いることができる。特開２０１１－２５５０６０号公報に記載された手法は、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２のそれぞれについての、周波数帯域が異なる構造物を表す複数の第１の帯域画像および複数の第２の帯域画像を生成し、対応する周波数帯域の第１の帯域画像および第２の帯域画像における、互いに対応する位置の位置ずれ量を取得し、位置ずれ量に基づいて第１の放射線画像Ｇ１と第２の放射線画像Ｇ２との位置合わせを行うようにしたものである。
また、上記実施形態においては、第１および第２の放射線検出器５，６を用いて被写体Ｈの放射線画像を撮影するシステムにおいて取得した放射線画像を用いてエネルギーサブトラクション処理を行っている。しかしながら、放射線検出器に代えて、蓄積性蛍光体シートを用いて第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得する場合にも、本開示を適用できることはもちろんである。この場合、２枚の蓄積性蛍光体シートを重ねて被写体Ｈを透過した放射線を照射して、被写体Ｈの放射線画像情報を各蓄積性蛍光体シートに蓄積記録し、各蓄積性蛍光体シートから放射線画像情報を光電的に読み取ることにより第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得すればよい。なお、蓄積性蛍光体シートを用いて第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得する場合にも、２ショット法を用いるようにしてもよい。
また、上記各実施形態における放射線は、とくに限定されるものではなく、Ｘ線の他、α線またはγ線等を適用することができる。
また、上記実施形態において、例えば、画像取得部２０、処理内容導出部２１、粒状抑制処理部２２、サブトラクション部２３およびマップ導出部２４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。
１ 撮影装置
３ 放射線源
５，６ 放射線検出器
７ 放射線エネルギー変換フィルタ
１０ 放射線画像処理装置
１１ ＣＰＵ
１２ 放射線画像処理プログラム
１３ ストレージ
１４ ディスプレイ
１５ 入力デバイス
１６ メモリ
１７ ネットワークＩ／Ｆ
１８ バス
２０ 画像取得部
２１ 処理内容導出部
２２ 粒状抑制処理部
２３ サブトラクション部
２４ マップ導出部
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 局所領域
Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ３１，Ｆ３２ バイラテラルフィルタ
Ｇ１ 第１の放射線画像
Ｇ２ 第２の放射線画像
Ｇｂ 骨部画像
Ｇｓ 軟部画像
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ３１，Ｐ３２ 注目画素

Claims (9)

  1. 少なくとも１つのプロセッサを備え、
    前記プロセッサは、
    同一被写体を含むＳ／Ｎが異なる第１の放射線画像および第２の放射線画像を取得し、
    前記第１の放射線画像および前記第２の放射線画像のうち、Ｓ／Ｎが高い前記第１の放射線画像に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出し、
    前記第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、前記第２の放射線画像に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出し、
    前記第２の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、前記第２の放射線画像に対して粒状抑制処理を行うように構成される放射線画像処理装置。
  2. 前記第２の放射線画像の各画素に対して行う前記第２の粒状抑制処理の処理内容は、前記第１の放射線画像の前記第２の放射線画像の各画素に対応する画素に対して行う前記第１の粒状抑制処理の処理内容と同一である請求項１に記載の放射線画像処理装置。
  3. 前記プロセッサは、前記第１の放射線画像における、注目画素の画素値と該注目画素の周囲の画素の画素値との差に基づいて、前記注目画素に対する前記第１の粒状抑制処理を行う処理領域を、前記第１の粒状抑制処理の処理内容として導出するように構成される請求項１または２に記載の放射線画像処理装置。
  4. 前記プロセッサは、前記差に基づいて、前記処理領域内の画素に対する重みを前記第１の粒状抑制処理の処理内容として導出する請求項３に記載の放射線画像処理装置。
  5. 前記処理内容は、エッジ保存平滑化フィルタのフィルタ特性である請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
  6. 前記プロセッサは、前記第１の放射線画像および前記第２の放射線画像の少なくとも一方に基づいて、前記被写体の物理量マップを導出し、
    前記物理量マップに基づいて、前記第１の粒状抑制処理の処理内容を導出するように構成される請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
  7. 前記第１の放射線画像および前記第２の放射線画像は、エネルギーサブトラクション用の、エネルギー分布が異なる放射線に基づいて取得される請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
  8. 同一被写体を含むＳ／Ｎが異なる第１の放射線画像および第２の放射線画像を取得し、
    前記第１の放射線画像および前記第２の放射線画像のうち、Ｓ／Ｎが高い前記第１の放射線画像に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出し、
    前記第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、前記第２の放射線画像に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出し、
    前記第２の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、前記第２の放射線画像に対して粒状抑制処理を行う放射線画像処理方法。
  9. 同一被写体を含むＳ／Ｎが異なる第１の放射線画像および第２の放射線画像を取得する手順と、
    前記第１の放射線画像および前記第２の放射線画像のうち、Ｓ／Ｎが高い前記第１の放射線画像に対する第１の粒状抑制処理の処理内容を導出する手順と、
    前記第１の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、前記第２の放射線画像に対する第２の粒状抑制処理の処理内容を導出する手順と、
    前記第２の粒状抑制処理の処理内容に基づいて、前記第２の放射線画像に対して粒状抑制処理を行う手順とをコンピュータに実行させる放射線画像処理プログラム。
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