JP5124363B2 - エネルギーサブトラクション処理装置、方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー分布の異なる複数の放射線による放射線画像を用いて画像中の特定の画像成分を分離するエネルギーサブトラクション処理を用いて被検体の骨部を表す成分画像を生成する技術に関するものである。

医用画像処理の分野において、同一の被写体に対して相異なるエネルギー分布を有する放射線を照射して２つの放射線画像を得、これら２つの放射線画像の各画素を対応させて、画像信号間で適当な重みづけ係数を乗算した上で減算（サブトラクト）を行って、特定の構造物の画像を表す差信号を得るエネルギーサブトラクション処理技術が知られており、この技術を用いれば、入力画像から骨成分を除去した軟部画像や、入力画像から軟部成分を除去した骨部画像を生成することができるので、診断対象ではない部分が除去された画像を読影することにより、診断対象部分の画像上での視認性が向上する。

ここで、被検体の放射線撮影の際、被検体の厚みが大きいほど放射線透過率が低下することや、低エネルギーの放射線ほど放射線透過率が低いため、放射線が被検体を透過するにしたがって放射線のエネルギー分布が全体として高エネルギー側に偏るビームハードニング現象が生じること、さらに、被検体内部における放射線の散乱が起きることにより、エネルギーサブトラクション処理によって生成される成分画像の画質が変化することが知られており、このような画質の変化を低減するため、被検体の体厚に応じてエネルギーサブトラクション処理の重みづけ係数を変更することが提案されている（特許文献１）。

また、放射線画像に対して周波数処理や階調処理、ダイナミックレンジ圧縮処理等の画像処理を行う場合に、被検体の体厚にかかわらず安定した処理結果を得るために、被検体中の所定の構造を表す領域を認識し、その領域の信号分布に基づいて被検体の体厚の個体差の指標を抽出し、抽出された指標に基づいて画像処理条件を変更することが提案されている（特許文献２および３）。
特開平１０−１１８０５６号公報 特開２０００−０２３９５０号公報 特開２００１−０８６４０９号公報

上記のとおり、散乱線やビームハードニング現象の影響により、被検体の体厚が大きいほどその被検体の放射線画像のコントラストが低下するのに対して、例えば整形分野では、被検体の体格によらず放射線画像中の骨のコントラストを一定にしたいというニーズがある。

しかしながら、特許文献１に記載のエネルギーサブトラクション処理では、各成分画像の分離性は向上するものの、生成される骨部画像のコントラストはもとの放射線画像と比較して改善されるわけではない。

また、特許文献２および３に記載の画像処理の対象は、成分画像ではなく、各成分を含むもとの放射線画像であるから、例えば、骨部以外の成分に対しても処理が行われるため、骨部に対するコントラストの改善効果は十分ではなかった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、放射線画像中の被検体の骨部のコントラストを適切に向上させることを可能にするエネルギーサブトラクション処理装置、方法およびプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明のエネルギーサブトラクション処理装置は、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所与の重みづけ係数を用いた重み付き加減算を行うことによって、前記被写体中の骨部を表す骨部画像を生成する成分画像生成手段を備えたエネルギーサブトラクション処理装置に、前記被検体の厚みを表す体厚情報を取得する体厚情報取得手段と、該体厚情報に基づいて、前記被検体の厚みが大きいほど前記骨部が強調されるように前記骨部画像に対して画像処理を行う骨部強調手段とを設けたことを特徴とするものである。

本発明のエネルギーサブトラクション処理方法は、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所与の重みづけ係数を用いた重み付き加減算を行うことによって、前記被写体中の骨部を表す骨部画像を生成する成分画像生成ステップを行うエネルギーサブトラクション処理方法において、前記被検体の厚みを表す体厚情報を取得する体厚情報取得ステップと、該体厚情報に基づいて、前記被検体の厚みが大きいほど前記骨部が強調されるように前記骨部画像に対して画像処理を行う骨部強調ステップとをさらに行うようにしたことを特徴とするものである。

本発明のエネルギーサブトラクション処理プログラムは、上記のエネルギーサブトラクション処理方法をコンピュータに実行させるものである。

以下、本発明の詳細について説明する。

本発明のエネルギーサブトラクション装置は、所与のエネルギー分布の放射線を被写体に曝射する放射線曝射手段と、曝射された放射線を検出する放射線検出手段と、検出された放射線をデジタル画像信号に変換し、前記被写体を表す放射線画像のデジタル画像データを生成する変換手段とをさらに備え、前記成分画像生成手段が、前記変換手段によって生成された放射線画像を入力として、前記骨部画像を生成するものであってもよい。

「体厚情報」とは、放射線の進行方向のおける被検体の厚みを表す情報であり、各個体の厚みを表す情報であってもよいし、一個体内の各位置における厚みを表す情報であってもよい。

「体厚情報」は厚みと相関を有していればよい。具体例としては、前記重みづけ係数から求められる前記被検体を構成する成分に対する放射線の減弱特性を表す減弱係数が挙げられる。この場合、重みづけ係数は、前記複数の放射線画像を入力とする独立成分分析を行うことによって求められる分離係数とすることが好ましい。他の具体例としては、前記放射線曝射手段の線源から前記被検体までの距離と前記線源から前記放射線検出手段の検出面までの距離との差、前記放射線検出手段に入射される放射線量が所与の値になるまでの時間（その時間が長いほど前記被検体の厚みが大きい）等が挙げられる。また、ユーザによって入力されたものであってもよい。

また、「体厚情報」は、上記のような骨部の強調度合の決定だけでなく、骨部画像の生成の際の重みづけ係数の決定にも用いてもよい。

骨部を強調する画像処理の具体例としては、前記被検体の厚みが大きいほど処理強度を強くした周波数強調処理や、前記被検体の厚みが大きいほど階調を立てた階調処理等が挙げられる。

さらに、骨部画像とともに、前記被検体の軟部を表す軟部画像をさらに生成するようにし、骨部を強調する画像処理済の骨部画像と前記軟部画像を合成するようにしてもよい。

なお、放射線検出手段の具体例としては、ＣＭＯＳ等を用いたフラットパネルディテクタ(ＦＰＤ)や、蓄積性蛍光体シート等が挙げられ、これらを撮影方法に応じて適宜選択して採用することができる。

また、「被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像」は、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線を用いて撮影を複数回行う複数ショット法で得られたものであってもよいし、エネルギー分離フィルタ等の付加フィルタを介して重ねられた複数の放射線検出手段に放射線を１度曝射することによって、１回の曝射で被検体を透過した放射線のエネルギー分布を変更させ、上記複数の放射線検出手段で互いにエネルギー分布の異なる放射線が検出されるようにした１ショット法で得られたものであってもよい。

本発明では、複数の放射線画像の相対応する画素毎に所与の重みづけ係数を用いた重み付き加減算を行って被検体の骨部画像を生成するエネルギーサブトラクション処理の際に、その被検体の体厚情報を取得し、その体厚情報に基づいて、その被検体の厚みが大きいほど骨部が強調されるように骨部画像に対して画像処理を行うようにしたので、被検体の軟部成分等の骨部以外の成分が強調されることなく、骨部のコントラストのみを被検体の厚みに応じて適切に向上させることが可能になる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態として、エネルギー分布の異なる２パターンのＸ線を人体の胸部に曝射することによって２枚のＸ線画像を生成し、これらの画像に対してエネルギーサブトラクション処理を行うことによって、骨部・軟部の各成分を分離した成分画像を生成し、診断用画像とともに表示するＸ線画像診断システムについて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態となるＸ線画像診断システムの構成を模式的に表したものである。図に示すように、このシステムは、Ｘ線発生装置１、Ｘ線検出器２、画像処理装置３、撮影制御装置４から構成されており、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２は、被検体Ｓを挟んで対向するように配置されている。また、撮影制御装置４は、Ｘ線発生装置１・Ｘ線検出器２・画像処理装置３６の各々と接続され、Ｘ線検出器２は画像処理装置３とも接続されている。

Ｘ線発生装置１は、Ｘ線を曝射するＸ線管１１と、Ｘ線管１１に管電圧を印加するＸ線高電圧発生器１２とからなり、撮影制御装置４からの制御により、エネルギー分布の異なるＸ線を複数回連続曝射することができる。ここで、エネルギー分布の異なるＸ線は、曝射毎に管電圧を変更して、Ｘ線のスペクトル分布上の最大値・ピーク値・平均値等を変化させることによって発生させることができるが、同一のエネルギー分布でＸ線を発生させ、曝射毎に、異なる特性をもつフィルタを透過させることによって発生させてもよい（特開昭60-225541号公報等参照）。また、曝射毎に管電流や曝射時間を変更して、Ｘ線の線量を変化させることも可能である。なお、管電圧や、管電流、曝射時間、曝射回数等の撮影条件の設定やそれに基づく動作の制御は撮影制御装置４により行われる。

Ｘ線検出器２は、フラットパネル型の検出器（Flat Panel Detector: FPD）である。図２に模式的に表したように、このＸ線検出器２は、Ｘ線を検出して電荷に変換して蓄積する複数の検出素子２１ａがアクティブマトリックス基板上に２次元的に配置された検出部２１と、検出部２１からの電荷の読出しのタイミングを制御する走査制御部２２と、検出部２１の各検出素子２１ａに蓄積された電荷を読み出し、対数的に増幅した後、デジタル画像データに変換する画像変換部２３と、デジタル画像データを画像処理装置３に送信する画像データ送信部２４とから構成されており、走査制御部２２と各検出素子２１ａとは、検出素子２１ａの行毎に共通の走査信号線２５によって接続され、画像変換部２３と各検出素子２１ａとは、検出素子２１ａの列毎に共通の画像信号線２６によって接続されている。

ここで、検出素子２１ａとしては、非晶質（アモルファス）セレニウム（ａ−Ｓｅ）等の変換層でＸ線を入射線量に応じた電荷に直接変換し、変換された電荷を変換層の下部の電極に接続されたコンデンサに蓄積し、ゲート側が走査信号線２５と、ソース側がコンデンサと、ドレイン側が画像信号線２６と各々接続されたＴＦＴスイッチが走査制御部２２からの制御信号に応じてＯＮにされると、コンデンサに蓄積された電荷によって表される画像信号を画像信号線２６に出力する直接変換方式のものを採用することができる。あるいは、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等の蛍光体（シンチレータ）でＸ線を一旦光に変換し、変換された光をフォトダイオードでさらに電荷に変換し、変換された電荷をコンデンサに蓄積し、上記直接変換方式と同様の接続形態のＴＦＴスイッチが走査制御部２２からの制御信号に応じてＯＮにされると、コンデンサに蓄積された電荷を画像信号線２６に出力する間接変換方式のものを採用してもよい。

走査制御部２２は、ゲート回路として構成されており、撮影制御装置４からの制御により、所定のタイミングで走査信号線２５の各々にパルス信号を送る。

画像変換部２３は、画像信号線２６に出力された画像信号を対数的に増幅する増幅器２３ａと、増幅された画像信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器２３ｂと、デジタル化された画像データを記憶する画像メモリ２３ｃとから構成されている。

画像処理装置３は、画像等の表示を行う高精細液晶ディスプレイと、ユーザからの入力を受け付けるキーボードやマウス等と、ＣＰＵやメモリ、ハードディスク、通信インターフェース等を備えた本体とを有するコンピュータであり、エネルギーサブトラクション処理によって成分画像を生成する機能を有している。

図３のブロック図に模式的に示したように、画像処理装置３によるエネルギーサブトラクション処理は、Ｘ線検出器２から送信された２枚の画像の画像データを受信する画像受信部３１と、受信した２枚の画像の画像データを入力として独立成分分析を行うことによって、骨部および軟部を分離するための分離係数（重みづけ係数）を求める重みづけ係数決定部３２と、受信した２枚の画像の相対応する画素毎に、重みづけ係数決定部３２で決定された重みづけ係数を用いた重み付き減算を行うことによって骨部・軟部を表す２つの成分画像を生成する成分画像生成部３３と、重みづけ係数決定部３２で決定された重みづけ係数からもとの２枚の画像中の骨部の減弱係数を体厚情報として算出する体厚情報算出部３４と、体厚情報算出部３４によって算出された体厚情報に基づいて、被検体の体厚が大きいほど骨部が強調されるように、骨部画像に対して周波数強調処理を行う骨部強調部３５と、強調処理後の骨部画像や、軟部画像、画像受信部３１で受信した診断用画像をディスプレイに表示する画像表示部３６とによって実現される。これらの処理は、画像処理装置３に格納されたプログラムを実行することによって実現される。このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体からインストールされたものであってもよいし、インターネット等のネットワーク経由で接続されたサーバからダウンロードされた後にインストールされたものであってもよい。

重みづけ係数決定部３２は、入力された２つの画像データを観測信号として独立成分分析を行い、画像中の骨部と軟部とを独立成分として分離するための分離係数を算出する。本実施形態では、不動点法を用いて負のエントロピーを最大化するように独立成分を推定するFast ICAアルゴリズムを用いた例を説明する。

入力された２つの画像データの相対応する画素の画素値をｘ₁，ｘ₂とし、分離対象の骨部と軟部を表す画像成分を各々ｙ₁、ｙ₂とし、各画像成分に対する混合係数（各画像成分の減弱係数に相当する）をａ₁₁，ａ₁₂，ａ₂₁，ａ₂₂とすると、ｘ₁，ｘ₂は、次式（１）（２）のように表すことができる。

式（１）（２）を

として整理すると、次式（３）のようになる。

したがって、行列Ａの逆行列をＷとすると、次式（４）のようになる。

このような前提の下で、まず、以下のようにして観測信号を無相関化する前処理を行う。

次に、分離係数を表す行列Ｗの成分を構成する２つの荷重ベクトルｗ₁、ｗ₂の適当な初期値を例えば乱数を用いて決定する。ここで、それぞれのノルムは1となるように規格化しておく。なお、Ｗ＝(ｗ₁,ｗ₂)^Tである。
さらに、次の（ａ）と（ｂ）を、収束するまで繰り返す。ここで、収束とは、ｗ₁、ｗ₂の各々について、更新前後のベクトルの方向がほぼ同じになる、すなわち、更新されるｗ_iの値の変化が十分に小さくなることを意味する。
（ａ）i=1,2について、次式（６）に従ってｗ_iを更新する。

（ｂ）次式（７）のように、Ｗの要素(ｗ₁,ｗ₂)が互いに直交するようにＷを更新する。

なお、上記の手順によって推定された行列Ｗを用いて、次式（８）により、独立成分Ｙが推定される。

以上の処理の詳細については、ビバリネン・アーポ〈Ｈｙｖ¨ａｒｉｎｅｎ，Ａａｐｏ〉、カルーネン・ユハ〈Ｋａｒｈｕｎｅｎ，Ｊｕｈａ〉、オヤ・エルキ〈Ｏｊａ，Ｅｒｋｋｉ〉著、根本 幾、川勝 真喜訳、「詳解 独立成分分析―信号解析の新しい世界」（原書名：Independent Component Analysis）、東京電機大学出版局、２００５年２月等に開示されている。

成分画像生成部３３は、入力された分離係数を重みづけ係数として用いて、入力された２つの画像の相対応する画素毎に重みづけ減算を行うことによって軟部成分、骨成分を表す２つの成分画像を生成する。

なお、画像間の相対応する画素については、各画像中のマーカーや胸郭等の構造物を検出し、検出された構造物を基準とする公知の線形・非線形の変換によって画像間の位置合わせを行うことによって特定してもよいし、被検者の呼吸のタイミングを指示する指示部を有するＸ線撮影装置（例えば、特開2005-012248号公報参照）を用いて撮影を行い、３つの画像における呼吸相を一致させることによって画像間の位置合わせを不要にし、単純に座標が一致する画素としてもよい。

体厚情報算出部３４は、上式（７）で求められた行列Ｗの逆行列を求めることによって、もとの２枚の画像中の骨部・軟部の減弱係数ａ₁₁，ａ₂₁，ａ₁₂，ａ₂₂を体厚情報として算出する。なお、体厚情報はこれら４つの減弱係数のうちの少なくとも１つ以上の値を用いることができる。例えば、１つの減弱係数ａ₁₁を用いる場合、減弱係数ａ₁₁について、標準的な体格の被検体から得られる基準値を予め求めておき、被検体の体厚が厚いほど見かけの減弱係数は小さくなることを利用し、減弱係数ａ₁₁をその基準値と比較して、減弱係数ａ₁₁が基準値より小さい場合は体厚が厚いと判定することができる。他の減弱係数（ａ₂₁，ａ₁₂，または、ａ₂₂）を用いた場合も同様である。また、減弱係数の比を表すａ₁₁/ａ₂₁を体厚情報として利用することもできる。上式（１）のｘ₁に対応する画像が上式（２）のｘ₂に対応する画像より低エネルギーのＸ線で撮影された画像である場合、ａ₁₁/ａ₂₁は１より大きい値となる。ここで、１つの減弱係数を用いる場合と同様に、減弱係数比ａ₁₁/ａ₂₁と標準的な体格の被検体から予め得た基準値との大小関係によって体厚の厚さを判定することができる。なお、減弱係数比ａ₁₂/ａ₂₂を用いた場合も同様である。

骨部強調部３５は、体厚情報算出部３４で算出された体厚情報（Ｔとする）に基づいて、被検体の体厚が大きいほど骨部が強調されるように、骨部画像に対して周波数強調処理を行う。この周波数強調処理は、次式（９）のように表すことができる。

Ｓ＝Ｓorg＋β(T)（Ｓorg−Ｓus） （９）
ここで、Ｓは処理済の骨部画像データ、Ｓorgは処理前の骨部画像データ、β(T)は強調係数、Ｓusは処理前の骨部画像データに対する非鮮鋭画像データである。撮影時の管電圧が同じ場合、被検体の体厚が大きいほど減弱係数は小さくなることから、β(T)は、体厚情報（減弱係数）Ｔの増加に伴って減少する関数である。

撮影制御装置４は、図４にその構成を模式的に示したように、画像診断のための撮影や画像生成を含む検査オーダーを発行するオーダリングシステムから検査オーダー情報を受信する検査オーダー受信部４１と、ユーザによる指示の入力を行うタッチパネル等の入力部４２と、検査オーダーや撮影条件等の各種情報を表示する表示部４３と、Ｘ線発生装置１・Ｘ線検出器２・画像処理装置３に対して撮影条件や動作を制御するための信号の送受信を行う通信部４４と、検査オーダー受信部４１で受信した検査オーダー情報や入力部４２から入力された情報に基づいて、前記各部の動作の制御を行う制御部４５とから構成されている。本実施形態における撮影時の管電圧の入力は入力部４２から行われる。

図５は、本発明の第１の実施形態となるＸ線画像診断システムで行われる処理の流れを表したフローチャートである。

まず、撮影準備段階として、以下のステップ#1、#2までを行う。すなわち、撮影制御装置４の検査オーダー受信部４２が、「２ショット法による胸部正面の一般撮影によって診断用画像・骨部画像・軟部画像を取得する。さらに骨部強調処理を行う。」という検査オーダーを受信し、制御部４５は、受信した検査オーダーの内容を表示部４３に表示させる(#1)。ユーザである放射線技師は、検査オーダーの内容に応じて、Ｘ線の曝射回数、各回の管電圧や管電流、曝射時間を決定し、撮影制御装置４の入力部４２から入力する。入力された管電圧や管電流、曝射時間の情報のうち、１回目の曝射に関する情報は、通信部４４経由でＸ線発生装置１、Ｘ線検出器２に送信され、各機器で撮影のための前処理が行われ、撮影準備が完了したら、撮影準備完了の旨の応答信号が、各機器から撮影制御装置４に送信される。撮影制御装置４の制御部４５は、各機器の撮影準備の完了を検知すると、表示部４３に撮影可能な旨のメッセージを表示させる(#2)。

放射線技師は、撮影可能になったことを確認すると、被検体Ｓの姿勢等を確認し、撮影開始の指示を入力部４２から行う(#3)。制御部４５は、撮影開始の指示を受け付けると、通信部４４経由で曝射信号をＯＮにしてＸ線発生装置１に送信し、Ｘ線発生装置１では、この信号を受信すると、Ｘ線高圧発生器１２がＸ線管１１にエネルギーを印加し、Ｘ線管１１から１回目のＸ線の曝射が開始される。撮影制御装置４では、制御部４５が、設定された曝射時間に達したかどうかを監視しており、その曝射時間に達したら、曝射信号をＯＦＦにしてＸ線発生装置１に送信する。Ｘ線発生装置１では、この信号を受信すると、Ｘ線高圧発生器１２がＸ線管１１にエネルギーの印加を終了し、Ｘ線管１１からの１回目のＸ線の曝射が終了する(#4)。撮影制御装置４では、制御部４５が、１回目の電荷の読出しを指示する情報をＸ線検出器２に送信し、Ｘ線検出器２では、この情報を受信すると、走査制御部２２が制御信号を走査信号線２５に送出し、検出素子２１ａに蓄積された電荷が順次読み出され、増幅、Ａ／Ｄ変換を経て画像メモリ２３ｃに格納され、すべての検出素子２１ａの電荷の読出しが終了したら、画像データ送信部２４が、画像メモリ２３ｃに格納された１回目の曝射による放射線画像の画像データを画像処理装置３に送信する(#5)。さらに、２回目の曝射によるＸ線の検出のための前処理を行った後、２回目の曝射の準備が完了した旨の応答を撮影制御装置４に送信する。

撮影制御装置４では、上記のＸ線検出器２への電荷の読み出しの指示と同時に、２回目の曝射における管電圧および管電流の情報を、通信部４４を経由してＸ線発生装置１に送信する。Ｘ線発生装置１では、これらの２回目の曝射における情報を受信し、２回目の曝射のための前処理を行った後、２回目の曝射の準備が完了した旨の応答を撮影制御装置４に送信する。

撮影制御装置４の制御部４５が、通信部４４を介してＸ線発生装置１およびＸ線検出器２からの応答を受信した後、ステップ#5と同様にして、２回目のＸ線の曝射が行われ(#6)、ステップ#6と同様にして、２回目の曝射によるＸ線画像が生成される(#7)。

画像処理装置３では、画像受信部３１にて各回の曝射による放射線画像の画像データＩ₁、Ｉ₂を受信し、画像毎に異なるメモリ領域に格納しており(#5,#7)、次に、重みづけ係数決定部３２が、画像データＩ₁、Ｉ₂を入力とする独立成分分析を行い、重みづけ係数Ｗを算出する(#8)。ここで、重みづけ係数Ｗは複数の係数からなる行列であり、骨部画像Ｉ_Bを生成する際の画像データＩ₁、Ｉ₂に対する重みづけ係数を、各々、ｗ_1B、ｗ_2B、軟部画像Ｉ_Sを生成する際の画像データＩ₁、Ｉ₂に対する重みづけ係数を、各々、ｗ_1S、ｗ_2Sとする。

成分画像生成部３３は、重み付き減算ｗ_1B・Ｉ₁−ｗ_2B・Ｉ₂により骨部画像Ｉ_Bを生成するとともに、重み付き減算ｗ_1S・Ｉ₁−ｗ_2S・Ｉ₂により軟部画像Ｉ_Sを生成する(#9)。

体厚情報算出部３４は、重みづけ係数行列Ｗの逆行列を求めることによって、体厚情報Ｔを算出する(#10)。

骨部強調部３５は、骨部画像Ｉ_Bに対して体厚情報Ｔに応じた処理強度による周波数強調処理を行い、強調処理済の骨部画像Ｉ_B´を出力する(#11)。

そして、画像表示部３６が、診断用の高エネルギー画像Ｉ₂、軟部画像Ｉ_s、強調処理済の骨部画像Ｉ_b´をディスプレイに表示する(#12)。

以上のように、本発明の第１の実施形態では、画像処理装置３において、重みづけ係数決定部３２が、複数の放射線画像を入力とする独立成分分析を行うことによって重みづけ係数を算出し、成分画像生成部３３が、算出された重みづけ係数複数の放射線画像の相対応する画素毎に、重みづけ係数決定部３２で算出された重みづけ係数を用いた重み付き加減算を行って被検体の骨部画像と軟部画像を生成するとともに、体厚情報算出部３４が、重みづけ係数決定部３２で算出された重みづけ係数からその被検体の体厚情報を算出し、骨部強調部３５が、その体厚情報に基づいて、その被検体の厚みが大きいほど骨部が強調されるように骨部画像に対して画像処理を行うようにしたので、被検体の軟部成分等の骨部以外の成分が強調されることなく、骨部のコントラストのみを被検体の厚みに応じて適切に向上させることが可能になる。

以下、第２から第４の実施形態について、先に述べた実施形態との相違点を中心に説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態となるＸ線画像診断システムの構成を模式的に表したものである。図に示すように、第１の実施形態の構成に、被検体Ｓに対して超音波を発信し、被検体Ｓに反射した超音波を受信する超音波送受信器５と、超音波送受信器５による超音波の送受信に要した時間に基づいて、超音波送受信器５から被検体Ｓまでの距離を算出する距離算出器６とからなる超音波距離測定装置を付加した構成となっている。また、超音波送受信器５と被検体Ｓとの間の距離が、Ｘ線管１１と被検体Ｓとの間の距離と同じになるように設置されており、この超音波距離測定装置による測定結果は、Ｘ線管１１と被検体Ｓとの間の距離を表す。さらに、測定結果は撮影制御装置４に送信され、体厚情報の算出に用いられる。なお、超音波の代わりにレーザー等を用いた光学式のものであってもよい。

図７は、本実施形態における画像処理装置３の構成を表すブロック図である。図に示したように、画像処理装置３によるエネルギーサブトラクション処理は、Ｘ線検出器２から送信された２枚の画像の画像データを受信する画像受信部３１と、撮影制御装置４から撮影条件情報（管電圧）を取得する撮影条件受信部３７と、撮影制御装置４から体厚情報を受信する体厚情報受信部３８と、撮影条件情報・体厚情報・分離対象の画像成分毎に重みづけ係数を定義した重みづけ係数テーブル３９と、受信した撮影条件情報・体厚情報に基づいて重みづけ係数テーブル３９を参照し、分離対象の成分毎の重みづけ係数を取得する重みづけ係数決定部３２´と、受信した２枚の画像の相対応する画素毎に、重みづけ係数決定部３２´で決定された重みづけ係数を用いた重み付き減算を行うことによって骨部・軟部を表す２つの成分画像を生成する成分画像生成部３３と、体厚情報受信部３８によって算出された体厚情報に基づいて、被検体の体厚が大きいほど骨部が強調されるように、骨部画像に対して周波数強調処理を行う骨部強調部３５と、強調処理後の骨部画像や、軟部画像、画像受信部３１で受信した診断用画像をディスプレイに表示する画像表示部３６とによって実現される。

本実施形態では、重みづけ係数テーブル３９には、２枚の放射線画像のうちのより低いエネルギーの放射線による撮影で得られた画像に対する重みづけ係数を1とした時の、より高いエネルギーの放射線による撮影で得られた画像に対する重みづけ係数の値が登録されているものとする。この重みづけ係数の値は、予め実験的・経験的に求められたものである。

図８は、本実施形態における撮影制御装置４の構成を表したものである。図に示したように、通信部４４が超音波距離測定装置５，６から測定結果を受信するように構成されており、制御部４５が、この装置のメモリ（図示なし）に予め格納されているＸ線管１１とＸ線検出器２の検出面との間の距離から超音波距離測定装置５，６の測定結果を減算することによって、被検体Ｓから検出面までの距離を体厚情報Ｔとして算出する点が、第１の実施形態とは異なっている。したがって、体厚情報Ｔが大きいほど、被検体Ｓの体厚が大きいという、第１の実施形態とは逆の関係になるので、画像処理装置３の骨部強調部３５では、上式（９）のβ(T)は、体厚情報Ｔの増加に伴って増加する関数となる。

図１０は、本発明の第２の実施形態となるＸ線画像診断システムで行われる処理の流れを表したフローチャートである。ステップ#21から#27までは、第１の実施形態のステップ#1から#7までの同じである。

２回目の曝射によるＸ線画像が生成された後(#27)、超音波距離測定装置５，６が、被検体Ｓまでの距離を測定し、測定結果を撮影制御装置４に送信すると、撮影制御装置４の制御部４５が、通信部４４経由で測定結果を受信し、体厚情報Ｔを算出する(#28)。

さらに、撮影制御装置４の制御部４５が、２回の撮影の撮影条件（管電圧）および体厚情報Ｔを、通信部４４経由で画像処理装置３に送信すると、画像処理装置３の撮影条件受信部３１が撮影条件Ｖ₁、Ｖ₂を受信するとともに、体厚情報受信部３８が体厚情報Ｔを受信する(#29)。

重みづけ係数決定部３２´は、受信した撮影条件Ｖ₁、Ｖ₂および体厚情報Ｔを検索キーとして、重みづけ係数テーブル３９を参照し、今回の撮影で生成された２枚の画像のうちより管電圧の高いＸ線による画像I₂に対する重みづけ係数ｗ_B、ｗ_Sを取得する(#30)。

成分画像生成部３３は、重み付き減算Ｉ₁−ｗ_B・Ｉ₂により骨部画像Ｉ_Bを生成するとともに、重み付き減算Ｉ₁−ｗ_S・Ｉ₂により軟部画像Ｉ_Sを生成する(#31)。

骨部強調部３５は、骨部画像Ｉ_Bに対して体厚情報Ｔに応じた処理強度による周波数強調処理を行い、強調処理済の骨部画像Ｉ_B´を出力する(#32)。

そして、画像表示部３６が、診断用の高エネルギー画像Ｉ₂、軟部画像Ｉ_s、強調処理済の骨部画像Ｉ_b´をディスプレイに表示する(#33)。

以上のように、本発明の第２の実施形態では、撮影制御装置４が、超音波距離測定装置５，６で測定されたＸ線管１１と被検体Ｓとの間の距離を、Ｘ線管１１と放射線検出器２の検出面との間の距離から差し引くことによって差を体厚情報を求め、画像処理装置３において、重みづけ係数決定部３２が、その体厚情報を重みづけ係数の決定に用いるようにしたので、成分画像生成部３３で生成される成分画像中の各成分の分離性が向上する。したがって、骨部強調部３５では、骨部がより好ましく分離された骨部画像に対して、体厚情報に基づいて、その被検体の厚みが大きいほど骨部が強調されるように骨部画像に対して画像処理を行うようにしたので、骨部のコントラストのみを被検体の厚みに応じてさらに適切に向上させることが可能になる。

図１０は、本発明の第３の実施形態となるＸ線画像診断システムの構成を模式的に表したものである。図に示すように、第１の実施形態の構成に、曝射された放射線量を検出する放射線量検出器７と、放射線量検出器７からの出力に基づいて曝射の停止のタイミングを制御するタイミング制御器８とからなるフォトタイマーを付加した構成となっている。フォトタイマーは、曝射された放射線の線量が予め撮影制御装置４で設定された値に達したかどうかを監視し、その値に達したら、撮影制御装置４にＸ線発生装置１でのＸ線の曝射を停止させるための信号を送信する。

画像処理装置３の構成は、第２の実施形態と同様である。

図１１は、本実施形態における撮影制御装置４の構成を表したものである。図に示したように、通信部４４がフォトタイマー７，８と通信可能に構成されており、撮影条件として入力された各回の曝射時の放射線量を制御部４５から通信部４４経由でフォトタイマー７，８に送信したり、フォトタイマー７，８からの曝射の停止のための信号を通信部４４経由で受信したりする。また、制御部４４は、曝射開始時の時刻と曝射停止のための信号の受信時刻とを取得し、その差、すなわち曝射時間を体厚情報Ｔとして算出する点が、第１、第２の実施形態とは異なっている。したがって、曝射時間が長いほど被検体の体厚は大きいという関係になるので、画像処理装置３の骨部強調部３５では、上式（９）のβ(T)は、体厚情報Ｔの増加に伴って増加する関数となる。

図１２は、本発明の第３の実施形態となるＸ線画像診断システムで行われる処理の流れを表したフローチャートである。ステップ#41から#47までは、第１の実施形態のステップ#1から#7までの同様であるが、ステップ#44、#46では、撮影制御装置４の制御部４５が曝射時間を監視するのではなく、フォトタイマー７，８が曝射線量が、撮影条件として設定された値に達したかどうかを監視し、その値に達した時に、Ｘ線発生装置１における曝射を停止させるための信号を撮影制御装置４に送信する。撮影制御装置４の制御部４５は、この信号を受信した時に、曝射時間に達したと判断し、第１の実施形態と同様の動作を行う。また、それと同時に、曝射信号をＯＮにしてからフォトタイマー７，８からの信号を受信するまでの経過時間（曝射時間）を体厚情報Ｔとして算出する。

２回目の曝射によるＸ線画像が生成された後(#47)は、撮影制御装置４の制御部４５が、２回の撮影の撮影条件（管電圧）および体厚情報Ｔを、通信部４４経由で画像処理装置３に送信すると、画像処理装置３の撮影条件受信部３１が撮影条件Ｖ₁、Ｖ₂を受信するとともに、体厚情報受信部３８が体厚情報Ｔを受信し(#48)、以下、第２の実施形態と同様の処理が行われる(#49から#52)。

以上のように、本発明の第３の実施形態として、体厚情報Ｔの取得にフォトタイマー７，８を用いた場合も、第２の実施形態と同様の効果が得られる。

本発明の第４の実施形態として、体厚情報Ｔをユーザが入力する形態が考えられる。この場合、Ｘ線画像診断システムの全体の構成は第１の実施形態と同様となり、画像処理装置３の構成は、第２、第３の実施形態と同様となる。撮影制御装置４は、第１の実施形態と同様であるが、入力部４２において、被検体Ｓの体厚を表す情報の入力を受け付けるように構成される。ここで入力される内容は、体厚の測定値でもよいし、体厚の大きさを多段階で評価した評価値であってもよい。

図１３は、本発明の第４の実施形態となるＸ線画像診断システムで行われる処理の流れを表したフローチャートである。本実施形態では、検査オーダーの受信後(#61)、撮影条件とともに被検体Ｓの体厚情報Ｔの入力を行う(#62)。以下、２回の曝射による画像を生成する処理(#63から#67）は、第１（#3から#7）、第２（#23から#27）の実施形態と同様であり、その後は、第３の実施形態（#68から#72）と同様である。

以上のように、本発明の第４の実施形態として、体厚情報Ｔをユーザが入力するようにした場合も、第２の実施形態と同様の効果が得られる。

上記の実施形態では、骨部強調部３５では周波数強調処理を行っているが、階調処理等の様々な強調処理を用いることが可能である。例えば、階調処理の場合、被検体Ｓの体厚が大きくなるほど階調を立てるように階調曲線（ＬＵＴ）を変更すればよい。

また、画像処理装置３に、骨部強調処理後の骨部画像Ｉ_B´と軟部画像Ｉ_Sを再度合成する画像合成部を付加してもよい。図１４は、第１の実施形態の画像処理装置に画像合成部４０を付加した例である。画像合成部４０で合成された画像Ｉ₃は、骨部と軟部の両方の成分を含み、かつ、骨部のコントラストが強調された画像となる。図に示したように、この画像Ｉ₃をもとの画像Ｉ₂と同時に画像表示部３６に表示するようにすれば、原画像Ｉ₂ともに、原画像中の骨部のみが強調された画像Ｉ₃を同時に読影することが可能になり、読影効率や精度の向上に資する。

上記の説明の他、各実施形態におけるシステム構成、参照テーブルの構成、処理フロー等に対して、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。また、上記の各実施形態はあくまでも例示であり、上記のすべての説明が本発明の技術的範囲を限定的に解釈するために利用されるべきものではない。

例えば、上記実施形態では２ショット法による撮影で得られたＸ線画像を用いたが、１ショット法で得られた画像に対しても同様に適用することができる。

また、Ｘ線検出器２としては、フラットパネル型の検出器を用いずにシート状の蓄積性蛍光体層を備えてなる蓄積性蛍光体シートを用いてもよい。この場合、被検体の放射線画像情報を蓄積性蛍光体シートに記録し、記録された蓄積性蛍光体シートにレーザ光等の励起光を走査して輝尽発光光を生じさせ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取ってアナログ画像信号を取得し、このアナログ画像信号を対数変換後、デジタル化してデジタル画像データを生成する。

さらに、上記の実施形態では、読み出された画像信号に対して増幅器２３ａが予め対数変換した後でデジタル画像データを生成することを前提としているため、成分画像生成部３３において成分画像を生成するプロセスを「重みづけ加減算」と表現しているが、対数変換していない画像から成分画像を分離する場合には、上記説明における「和」を「積」、「差」を「商」と読み替えれば、上記と同じ結果が得られることも明らかである。

本発明の第１、第４の実施形態におけるＸ線画像診断システムの構成を模式的に表した図 Ｘ線検出器の構成を模式的に表した図 本発明の第１の実施形態における画像処理装置におけるエネルギーサブトラクション処理を実現する構成を模式的に示したブロック図 本発明の第１、第４の実施形態における撮影制御装置の構成を模式的に表した図 本発明の第１の実施形態となる放射線画像診断システムで行われる処理の流れを表したフローチャート 本発明の第２の実施形態におけるＸ線画像診断システムの構成を模式的に表した図 本発明の第２、第３、第４の実施形態における画像処理装置におけるエネルギーサブトラクション処理を実現する構成を模式的に示したブロック図 本発明の第２の実施形態における撮影制御装置の構成を模式的に表した図 本発明の第２の実施形態となる放射線画像診断システムで行われる処理の流れを表したフローチャート 本発明の第３の実施形態におけるＸ線画像診断システムの構成を模式的に表した図 本発明の第３の実施形態における撮影制御装置の構成を模式的に表した図 本発明の第３の実施形態となる放射線画像診断システムで行われる処理の流れを表したフローチャート 本発明の第４の実施形態となる放射線画像診断システムで行われる処理の流れを表したフローチャート 本発明の第１の実施形態の変形例となる画像処理装置におけるエネルギーサブトラクション処理を実現する構成を模式的に示したブロック図

符号の説明

１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 画像処理装置
４ 撮影制御装置
５ 超音波送受信器
６ 距離算出器
７ 放射線量検出器
８ タイミング制御器
１１ Ｘ線管
１２ Ｘ線高電圧発生器
２１ 検出部
２１ａ 検出素子
２２ 走査制御部
２３ 画像変換部
２３ａ 増幅器
２３ｂ Ａ／Ｄ変換機
２３ｃ 画像メモリ
２４ 画像データ送信部
２５ 走査制御線
２６ 画像信号線
３１ 画像受信部
３２ 重みづけ係数決定部
３３ 成分画像生成部
３４ 体厚情報算出部
３５ 骨部強調部
３６ 画像表示部
３７ 撮影条件受信部
３８ 体厚情報受信部
３９ 重みづけ係数テーブル
４０ 画像合成部
４１ 検査オーダー受信部
４２ 入力部
４３ 表示部
４４ 通信部
４５ 制御部

Claims (6)

1. 被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所与の重みづけ係数を用いた重み付き加減算を行うことによって、前記被写体中の骨部を表す骨部画像を生成する成分画像生成手段を備えたエネルギーサブトラクション処理装置において、
   前記被検体の厚みを表す体厚情報を取得する体厚情報取得手段と、
   該体厚情報に基づいて、前記被検体の厚みが大きいほど前記骨部が強調されるように前記骨部画像に対して画像処理を行う骨部強調手段とをさらに備え、
   前記成分画像生成手段が、前記複数の放射線画像を入力とする独立成分分析を行うことによって、前記骨部画像を生成するための分離係数を求め、該分離係数を前記重みづけ係数として前記重み付き加減算を行うものであり、
   前記体厚情報取得手段が、前記重みづけ係数から前記被検体を構成する成分に対する放射線の減弱特性を表す減弱係数を求め、該減弱係数を前記体厚情報として取得するものであることを特徴とするエネルギーサブトラクション処理装置。
2. 前記骨部強調手段は、前記被検体の厚みが大きいほど処理強度を強くして周波数強調処理を行うものであることを特徴とする請求項１記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
3. 前記骨部強調手段は、前記被検体の厚みが大きいほど階調を立てて階調処理を行うものであることを特徴とする請求項１または２記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
4. 前記成分画像生成手段が、前記被検体の軟部を表す軟部画像をさらに生成するものであり、
   前記骨部強調手段による画像処理済の骨部画像と前記軟部画像を合成する画像合成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
5. 成分画像生成手段と、体厚情報取得手段と、骨部強調手段とを備えたエネルギーサブトラクション処理装置の動作方法において、
   前記成分画像生成手段により、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所与の重みづけ係数を用いた重み付き加減算を行うことによって、前記被写体中の骨部を表す骨部画像を生成する成分画像生成ステップと、
   前記体厚情報取得手段により、前記被検体の厚みを表す体厚情報を取得する体厚情報取得ステップと、
   前記骨部強調手段により、該体厚情報に基づいて、前記被検体の厚みが大きいほど前記骨部が強調されるように前記骨部画像に対して画像処理を行う骨部強調ステップとをさらに行うエネルギーサブトラクション処理装置の動作方法であって、
   前記成分画像生成ステップが、前記複数の放射線画像を入力とする独立成分分析を行うことによって、前記骨部画像を生成するための分離係数を求め、該分離係数を前記重みづけ係数として前記重み付き加減算を行うものであり、
   前記体厚情報取得ステップが、前記重みづけ係数から前記被検体を構成する成分に対する放射線の減弱特性を表す減弱係数を求め、該減弱係数を前記体厚情報として取得するものであることを特徴とするエネルギーサブトラクション処理装置の動作方法。
6. コンピュータに、被写体を透過した放射線によって形成される、エネルギー分布の異なる複数のパターンの放射線の各々の該被写体中の透過・減衰の程度を表す複数の放射線画像を入力とし、該複数の放射線画像の相対応する画素毎に所与の重みづけ係数を用いた重み付き加減算を行わせることによって、前記被写体中の骨部を表す骨部画像を生成する成分画像生成ステップを実行させるためのエネルギーサブトラクション処理プログラムにおいて、
   該コンピュータに、
   前記被検体の厚みを表す体厚情報を取得する体厚情報取得ステップと、
   該体厚情報に基づいて、前記被検体の厚みが大きいほど前記骨部が強調されるように前記骨部画像に対して画像処理を行う骨部強調ステップとをさらに実行させ、
   前記成分画像生成ステップが、前記複数の放射線画像を入力とする独立成分分析を行うことによって、前記骨部画像を生成するための分離係数を求め、該分離係数を前記重みづけ係数として前記重み付き加減算を行うものであり、
   前記体厚情報取得ステップが、前記重みづけ係数から前記被検体を構成する成分に対する放射線の減弱特性を表す減弱係数を求め、該減弱係数を前記体厚情報として取得するものであることを特徴とするエネルギーサブトラクション処理プログラム。

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