JP5600271B2

JP5600271B2 - 放射線撮影装置および方法並びにプログラム

Info

Publication number: JP5600271B2
Application number: JP2010149442A
Authority: JP
Inventors: 貞登赤堀
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012010891A

Description

本発明は、断層画像を生成するトモシンセシス撮影を行うための放射線撮影装置および方法並びにプログラムに関するものである。

近年、Ｘ線撮影装置において、患部をより詳しく観察するために、Ｘ線管を移動させて異なる角度から被写体にＸ線を照射して撮影を行い、これにより取得した画像を加算して所望の断層面を強調した画像を得ることができ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、撮影装置の特性や必要な断層画像に応じて、Ｘ線管をＸ線検出器と平行に移動させたり、円や楕円の弧を描くように移動させて、異なる照射角で被写体を撮影した複数の撮影画像を取得し、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撮影画像を再構成して断層画像を生成する。ここで、単純逆投影法は、各撮影画像を、被写体の再構成を所望する断層面上において、Ｘ線照射時の撮像系の幾何学的配置に応じた経路に逆投影し、逆投影した逆投影像を加算することにより、所望とする断面の断層画像を再構成する手法である。フィルタ逆投影法は、逆投影像のボケを防止するために撮影画像に対して高周波を強調するフィルタ補正を行い、フィルタ補正された撮影画像を逆投影して加算することにより、所望とする断面の断層画像を再構成する手法である。

このようなトモシンセシス撮影を行う場合には、撮影により取得した複数の撮影画像を再構成する際に、各撮影画像の位置合わせが必要となる。このため、トモシンセシス撮影時に、被写体あるいは被写体を載置する撮影台にマーカを付与し、被写体とともにマーカを撮影することにより、マーカ像が含まれる複数の撮影画像を取得することが行われている。このように被写体とともにマーカを撮影することにより、複数の撮影画像のそれぞれに含まれるマーカ像を基準として複数の撮影画像の位置合わせを行いつつ、断層画像を再構成することができる。

一方、複数のマーカを用いて撮影を行うことにより得た複数の撮影画像のそれぞれに含まれる複数のマーカ像に基づいて、Ｘ線源の位置およびＸ線検出器の位置を複数の撮影画像毎に算出し、算出したＸ線源の位置およびＸ線検出器の位置に基づいて、再構成を行う手法も提案されている（特許文献１，２参照）。

また、トモシンセシス撮影時においては、被写体を透過したＸ線を投影するＸ線検出器に対して様々な角度からＸ線が照射されるが、Ｘ線検出器に対して斜めの方向からＸ線が照射される場合、Ｘ線検出器上のＸ線が照射される領域内の位置によって、Ｘ線管からの距離が異なるものとなる。ここで、撮影画像の濃度はＸ線検出器により受光されたＸ線の線量に反比例するため、Ｘ線が照射された領域内の位置によって、到達するＸ線の線量が変わってしまい、画像上の濃度ムラを生じさせてしまう。このため、撮影画像の濃度分布、並びにＸ線管とＸ線検出器との距離および角度関係に基づいて撮影画像の濃度を補正して再構成を行う手法が提案されている（特許文献３参照）。

また、フィルタ逆投影法を用いた再構成時に、撮影画像を表すデータ（投影データ）上においてフィルタにより補正を行ってから再構成することにより、演算時間を短縮する手法が提案されている（特許文献４参照）。

特開２００５−２１３４５号公報特開２００５−２１６７５号公報特開２００９−１１６３９号公報特開２００７−１１７７４０号公報

ところで、トモシンセシス撮影時には、複数の線源位置のそれぞれにおいてＸ線管から被写体に放射線を照射することにより複数の撮影画像が取得されるが、その際、複数の線源位置が、所定の基準位置からＸ線管の移動範囲を定める角度（断層角度とする）を等分する位置にない、すなわち基準位置を基準とした各線源位置の角度間隔が等間隔でないと、複数の撮影画像を逆投影法等により逆投影した際の、断層画像における各撮影画像の情報量のバランスが均等でなくなる。具体的には、Ｘ線管の移動範囲を等分するように線源位置を設定した場合、各線源位置の角度範囲を等間隔となるようにした場合と比較して、Ｘ線検出器に対して斜めの方向からＸ線が照射される場合ほど角度間隔が小さくなるため、断層画像を再構成した際に、Ｘ線検出器に対して斜め方向からＸ線を照射することにより取得した撮影画像の情報量が密となる。このように撮影画像を取得したＸ線源の位置に応じて、断層画像における撮影画像の情報量に粗密が生じると、各撮影画像と線源位置との関係が正確であっても、断層画像に寄与する情報量の角度別のバランスが不均等になってアーチファクトが生じる。したがって、各線源位置は基準位置を基準として等角度間隔とすることが好ましい。

しかしながら、撮像系によっては等角度間隔となるように撮影するための制御が複雑となる場合が多い。例えば、Ｘ線管を直線軌道に沿って移動させる場合、線源位置を等角度間隔とするためには、Ｘ線管の移動速度を非線形に制御したり、撮影間隔を非線形に制御したりする必要がある。また、等角度間隔となるように制御しても、装置の機械的なズレにより、実際には線源位置が等角度間隔とはならない場合がある。

ここで、上記特許文献１，２に記載された手法は、Ｘ線源の位置およびＸ線検出器の位置を複数の撮影画像毎に算出し、算出したＸ線源の位置およびＸ線検出器の位置に基づいて再構成を行う手法であり、基準位置を基準とした線源位置の角度間隔を問題にするものではない。また、特許文献３に記載された手法は、１つの撮影画像内におけるＸ線管からの距離の相違による濃度ムラを補正するものであり、特許文献１，２と同様に基準位置を基準とした線源位置の角度間隔を問題にするものではない。また、特許文献４は、フィルタ逆投影法を用いた再構成時に、撮影画像を表すデータ上においてフィルタにより補正を行ってから再構成するものであり、同様に、基準位置を基準とした線源位置の角度間隔を問題にするものではない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、アーチファクトが低減された断層画像を簡易に取得できるようにすることを目的とする。

本発明による放射線撮影装置は、被写体に放射線を照射する放射線源と、
前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
断層画像を取得する範囲を定める基準面上の所定の基準点を基準とした所定断層角度に基づいて算出される移動範囲内において、前記放射線源を前記検出手段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前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段と、
前記被写体の所望とする断面に前記複数の撮影画像を逆投影し、該逆投影した撮影画像のそれぞれについて、該各撮影画像を取得した線源位置の、前記基準点を基準とした角度間隔が大きいほど重み付けを大きくして重み付け加算することにより、前記被写体の断層画像を生成する画像再構成手段とを備えたことを特徴とするものである。

「放射線源を検出手段に対して相対的に移動させる」とは、検出手段を固定して放射線源のみを移動させる場合、および検出手段と放射線源との双方を同期させて移動する場合の両方を含む。

「断層画像を取得する範囲を定める基準面」としては、例えば被写体を載置する撮影台の天板面、検出手段の検出面、関心領域を設定した場合における関心領域の検出手段に最も近い面、あるいは被写体における任意の断層面等を用いることができる。

「断層角度」とは、基準面上の基準点から放射線源の移動範囲を定める２つの端部を臨む角度である。

「基準点を基準とした角度」とは、基準点を通る基準面に平行な放射線源の移動方向に延びる軸と、基準点および線源位置を結ぶ直線とがなす角度であり、「基準点を基準とした角度間隔」は、ある線源位置に隣接する２つの線源位置についての基準点を基準とした角度の差分値として算出することができる。

なお、本発明による放射線撮影装置においては、前記角度間隔を取得する角度間隔取得手段をさらに備えるものとしてもよい。

この場合、前記撮影画像を取得した際の前記複数の線源位置の情報を取得する線源位置取得手段をさらに備えるものとし、
前記角度間隔取得手段を、前記取得した線源位置の情報に基づいて、前記角度間隔を取得する手段としてもよい。

本発明による放射線撮影方法は、被写体に放射線を照射する放射線源と、
前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
断層画像を取得する範囲を定める基準面上の所定の基準点を基準とした所定断層角度に基づいて算出される移動範囲内において、前記放射線源を前記検出手段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前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段とを備えた放射線撮影装置における放射線撮影方法であって、
前記被写体の所望とする断面に前記複数の撮影画像を逆投影し、該逆投影した撮影画像のそれぞれについて、該各撮影画像を取得した線源位置の、前記基準点を基準とした角度間隔が大きいほど重み付けを大きくして重み付け加算することにより、前記被写体の断層画像を生成することを特徴とするものである。

なお、本発明による放射線撮影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。

上述したように、基準点を基準とした各線源位置の角度間隔が等間隔でないと、複数の撮影画像を逆投影した際の断層画像において撮影画像の情報量のバランスが均等でなくなり、角度間隔が小さい線源位置において取得した撮影画像ほど情報量が密となって、断層画像において撮影画像の情報量の粗密が生じる。このように断層画像において撮影画像の情報量に粗密が生じると、各撮影画像と線源位置との関係が正確であっても、断層画像に寄与する情報量の角度別のバランスが不均等になってアーチファクトが生じる。この場合、基準点を基準として各線源位置を等角度間隔とすることが好ましいが、線源位置を等角度間隔となるようにするためには、放射線源を移動させる際の制御が複雑となる。

本発明によれば、被写体の所望とする断面に複数の撮影画像を逆投影し、逆投影した撮影画像のそれぞれについて、各撮影画像を取得した線源位置の、基準点を基準とした角度間隔が大きいほど重み付けを大きくして重み付け加算することにより、被写体の断層画像を生成するようにしたものである。このため、複数の線源位置の角度間隔が不均等であっても、断層画像に寄与する情報量の角度別のバランスが均等化され、これにより、アーチファクトの少ない高画質の断層画像を生成することができる。

また、撮影画像を取得した際の複数の線源位置の情報を取得し、取得した線源位置の情報に基づいて角度間隔を取得することにより、逆投影された撮影画像に対して、撮影時の実際の線源位置に応じた重み付けを行うことができるため、撮影時の位置ずれに起因する逆投影経路のずれを補正すると同時に、断層画像に寄与する情報量の角度別のバランスを補正することができ、これにより、アーチファクトの少ない高画質の断層画像を生成することができる。

本発明の第１の実施形態による放射線撮影装置を適用したＸ線撮影装置の概略図Ｘ線管の移動範囲の算出を説明するための図再構成部が行う処理を概略的に示す図第１の実施形態における重み係数の算出を説明するための図第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断層画像における情報量の粗密を説明するための図本発明の第２の実施形態による放射線撮影装置を適用したＸ線撮影装置の概略図第２の実施形態において使用されるマーカおよびマーカの配置位置を説明する撮影台の天板の平面図第２の実施形態における重み係数の算出を説明するための図第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、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による放射線撮影装置を適用したＸ線撮影装置の概略図である。図１に示すように、第１の実施形態によるＸ線撮影装置１０は、トモシンセシス撮影を行うためのものであり、Ｘ線管１２およびフラットパネルＸ線検出器（以下、単に検出器とする）１４を備える。Ｘ線管１２は移動機構１６により直線または円弧に沿って移動し、移動経路上の複数の位置において、撮影台天板４上の被写体２にＸ線を照射する。本実施形態においては直線軌道に沿って矢印Ａ方向にＸ線管１２を移動させるものとする。なお、被写体２へのＸ線照射量は後述する制御部により所定量となるように制御される。

また、Ｘ線管１２にはコリメータ（照射野絞り）６が接続されており、被写体２に照射されるＸ線の範囲（照射範囲）を操作者が設定できるようになっている。なお、コリメータ６を用いて照射範囲を設定する際には、Ｘ線に代えて可視光がコリメータ６を介して被写体２に照射される。なお、可視光はコリメータ６に設けられた照射野ランプ（不図示）から発せられる。これにより、操作者は被写体２に照射された可視光の範囲をコリメータ６を用いて調整することにより、Ｘ線の照射範囲を設定することができる。

検出器１４は、被写体２を透過したＸ線を検出するために、被写体２を載置する撮影台天板４を間に挟んでＸ線管１２と対向するように配置されている。検出器１４は、移動機構１８により必要に応じて直線または円弧に沿って移動し、移動経路上の複数の位置において被写体２を透過したＸ線を検出する。なお、本実施形態においては直線軌道に沿って矢印Ｂ方向に検出器１４を移動させるものとする。

また、Ｘ線撮影装置１０は、画像取得部２０および再構成部２２を備える。画像取得部２０は、直線に沿ってＸ線管１２を移動させ、Ｘ線管１２の移動による複数の線源位置において被写体２にＸ線を照射し、被写体２を透過したＸ線を検出器１４により検出して、移動中の複数の線源位置における複数の撮影画像を取得する。再構成部２２は、画像取得部２０が取得した複数の撮影画像を再構成することにより、被写体２の所望の断面を示す断層画像を生成する。本実施形態においては、再構成部２２は、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撮影画像を再構成して断層画像を生成するものとする。なお、本実施形態においては、フィルタ逆投影法を用いるものとする。

また、Ｘ線撮影装置１０は、操作部２４、表示部２６および記憶部２８を備える。操作部２４はキーボード、マウスあるいはタッチパネル方式の入力装置からなり、操作者によるＸ線撮影装置１０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、操作者が操作部２４から入力した情報に従って、Ｘ線撮影装置１０の各部が動作する。表示部２６は液晶モニタ等の表示装置であり、画像取得部２０が取得した撮影画像および再構成部２２が再構成した断層画像の他、操作に必要なメッセージ等を表示する。なお、表示部２６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。記憶部２８は、Ｘ線撮影装置１０を動作させるために必要な撮影条件を設定する各種パラメータ等を記憶している。なお、各種パラメータは、撮影部位に応じた標準値が記憶部２８に記憶されており、必要に応じて操作者が操作部２４から指示を行うことにより修正される。

撮影条件を設定するためのパラメータとしては、基準面、断層角度、線源距離、ショット数、ショット間隔、Ｘ線管１２の管電圧および管電流、並びにＸ線の曝射時間等が挙げられる。なお、これらのパラメータのうち、ショット数、ショット間隔、Ｘ線管１２の管電圧および管電流、並びにＸ線の曝射時間は、これらがそのまま撮影条件となりうるものである。

図２は各種パラメータを説明するための図である。基準面は、断層画像を取得する範囲を定める面であり、例えば撮影台天板４の天板面、検出器１４の検出面あるいは被写体２における任意の断層面等を用いることができる。図２においては、被写体２の厚さを２等分する面（以下中心面とする）を基準面として用いる。断層角度は、基準面上の基準点Ｂ０からＸ線管１２の移動範囲を定める２つの端部を臨む角度である。ここで、検出器１４の検出面とＸ線管１２の移動経路とは平行となっているため、Ｘ線管１２の移動経路上における検出器１４の検出面に最も近い距離を線源距離とする。なお、図２および以降の説明においては、Ｘ線管１２の移動経路に平行な方向をｘ方向、Ｘ線管１２の移動経路に垂直な方向をｚ方向、紙面に垂直な方向をｙ方向とする。

ショット数は、断層角度の範囲内においてＸ線管１２が端から端まで移動する間の撮影回数である。ショット間隔は、各ショット間の時間間隔である。

なお、図２および以降の説明においては、Ｘ線管１２の移動範囲をｓ０、Ｘ線管１２と検出器１４の検出面との距離（すなわち線源距離）をｓｚ、断層角度をθ、検出器１４の検出面と基準面（すなわち被写体２の中心面）との距離をｄ０、検出器１４の検出面と撮影台天板４の天板面までの距離をｍｚとする。また、基準面上の所定の基準点Ｂ０として、検出器１４の重心を通る垂線と基準面との交点を用いるものとする。

また、Ｘ線撮影装置１０は演算部３０を備える。演算部３０は、Ｘ線管１２の移動範囲等の撮影条件を記憶部２８に記憶されたパラメータにしたがって算出する。

ここで、図２に示す関係を参照すると、線源距離ｓｚ、距離ｄ０および断層角度θから、Ｘ線管１２の移動範囲ｓ０を算出することができる。すなわち、基準点Ｂ０を通る垂線とＸ線管１２の移動経路との交点を原点Ｏ１とすると、基準面とＸ線管１２との距離はｓｚ−ｄ０となるため、演算部３０は、Ｘ線管１２の移動範囲ｓ０を、-（ｓｚ−ｄ０）・ｔａｎ（θ／２）〜（ｓｚ−ｄ０）・ｔａｎ（θ／２）として算出する。なお、これにより、算出した移動範囲ｓ０の両端の位置が定まる。

また、演算部３０は、Ｘ線管１２の移動範囲ｓ０をショット数により等分することにより、各撮影におけるＸ線管１２の位置（以下線源位置とする）を算出する。これにより、移動範囲ｓ０を等分するようにＸ線管１２の線源位置Ｓ１〜Ｓｎを算出することができる。

また、演算部３０は、撮影時間および線源走行速度を撮影条件として算出する。撮影時間は、ショット数×ショット間隔により算出できる。線源走行速度は、移動範囲ｓ０／撮影時間により算出できる。

また、Ｘ線撮影装置１０は、複数の撮影画像を再構成する際に使用する重み係数を算出する重み算出部３２を備える。ここで、本実施形態においては、再構成部２２は、フィルタ逆投影法を用いて断層画像を再構成する。図３は再構成部２２が行う処理を概略的に示す図である。本実施形態においては、複数の線源位置Ｓ１〜Ｓｎにおいて被写体２を撮影することにより、複数の撮影画像Ｇ１〜Ｇｎが取得される。そして、複数の撮影画像Ｇ１〜Ｇｎのそれぞれに対して、１次元フィルタにより高周波を強調するフィルタ補正Ｆ１〜Ｆｎを行い、フィルタ補正された撮影画像Ｇ１′〜Ｇｎ′を、被写体２の再構成を所望する断層面上において、複数の線源位置により定められる経路に逆投影して加算することにより、所望とする断面の断層画像Ｄ０を再構成する。

この際、本実施形態においては、各撮影画像Ｇ１〜Ｇｎを取得した線源位置Ｓ１〜Ｓｎの、基準点Ｂ０を基準とした角度間隔が大きいほど重み付けを大きくして、フィルタ補正された撮影画像Ｇ１′〜Ｇｎ′を加算するものである。重み算出部３２は、フィルタ補正された撮影画像Ｇ１′〜Ｇｎ′を加算する際の重み係数Ｗ１〜Ｗｎを算出する。なお、重み算出部３２が本発明の角度間隔取得手段に相当する。

図４は重み係数の算出を説明するための図である。図４に示すように、重み算出部３２は、各線源位置Ｓ１〜Ｓｎを基準点Ｂ０を基準とする角度θ１〜θｎに換算する。具体的には、角度θ１〜θｎは、基準点Ｂ０を通る基準面に平行なｘ方向の軸と、基準点Ｂ０および線源位置Ｓ１〜Ｓｎを結ぶ直線とがなす角度である。ここで、線源位置Ｓ１〜Ｓｎの位置および基準点Ｂ０は既知であることから、角度θ１〜θｎは幾何学的に算出することができる。なお、線源位置Ｓ１〜Ｓ３についてみると、各線源位置は等間隔であることから、角度θ１〜θ３の関係はθ１＜θ２＜θ３となり、線源位置が原点Ｏ１に近づくほど大きくなる。

次いで、重み算出部３２は、各線源位置Ｓ１〜Ｓｎの角度間隔ｄθｉ（ｉ＝１〜ｎ）を下記の式（１）により算出する。

ｄθｉ＝（θ_i+1−θ_i-1）／２（１）
すなわち、対象とする線源位置Ｓｉについて、これに隣接する線源位置Ｓｉ＋１，Ｓｉ−１の角度θｉ＋１，θｉ−１を等分する値を、対象とする線源位置Ｓｉの角度間隔として算出する。なお、両端部の線源位置Ｓ１，Ｓｎの角度間隔ｄ１，ｄｎはそれぞれｄ２−ｄ１，ｄｎ−ｄ_n-1により算出する。重み算出部３２は、このようにして算出した角度間隔ｄθｉをフィルタ補正された撮影画像Ｇ１′〜Ｇｎ′に対する重み係数Ｗｉとして出力する。なお、下記の式（２）により、角度間隔ｄθｉを正規化した値を重み係数Ｗｉとしてもよい。

Ｗｉ＝ｄθｉ／（Σｄθｉ）（２）
さらに、Ｘ線撮影装置１０は、Ｘ線撮影装置１０の各部を制御するための制御部３４を備える。制御部３４は、操作部２４からの指示に応じてＸ線撮影装置１０の各部を制御する。また、制御部３４は、記憶部２８に記憶されたＸ線管１２の管電圧および管電流、並びにＸ線の曝射時間によりＸ線管１２に基づいて、被写体２へのＸ線照射量を制御する。

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５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、ここでは、Ｘ線管１２のみを移動し、検出器１４は移動させないでトモシンセシス撮影を行うものとして説明する。操作者による処理開始の指示を操作部２４が受け付けることにより制御部３４が処理を開始し、Ｘ線管１２を移動させつつトモシンセシス撮影を行い（ステップＳＴ１）、画像取得部２０が複数の撮影画像を取得する（ステップＳＴ２）。次いで、重み算出部３２が、複数の撮影画像に対する重み係数Ｗｉを算出する（ステップＳＴ３）。なお、重み係数Ｗｉはあらかじめ算出して記憶部２８に記憶しておくようにしてもよい。次いで、再構成部２２が、重み係数Ｗｉを用いてフィルタ逆投影法により複数の撮影画像を再構成して断層画像を生成し（ステップＳＴ４）、処理を終了する。すなわち、複数の撮影画像Ｇ１〜Ｇｎのそれぞれに対して、１次元フィルタにより高周波を強調するフィルタ補正Ｆ１〜Ｆｎを行い、フィルタ補正された撮影画像Ｇ１′〜Ｇｎ′を、被写体２の再構成を所望する断層面上において、複数の線源位置により定められる経路に逆投影し、逆投影された撮影画像Ｇ１′〜Ｇｎ′を重み係数Ｗｉにより重み付けて加算することにより、断層画像を再構成する。なお、生成された断層画像は、不図示のＨＤＤ等の記憶装置に記憶されるか、またはネットワークを介して外部のサーバに送信される。

ここで、基準点Ｂ０を基準とした各線源位置Ｓ１〜Ｓｎの角度間隔ｄθｉが等間隔でないと、複数の撮影画像Ｇ１〜Ｇｎを逆投影した際の断層画像における撮影画像Ｇ１〜Ｇｎの情報量のバランスが均等でなくなり、角度間隔が小さい線源位置において取得した撮影画像ほど情報量が密となって、断層画像において撮影画像Ｇ１〜Ｇｎの情報量の粗密が生じる。図６は断層画像における情報の粗密を説明するための図である。なお、図６は複数の撮影画像のそれぞれをフーリエ変換し、撮影画像の情報をフーリエ空間において表した図である。また、図６においては、線源位置が移動範囲ｓ０の原点Ｏ１にある場合の撮影画像の情報はｆｘ軸上に位置し、線源位置が原点Ｏ１から離れるほど、フーリエ空間上の原点を中心に撮影画像の情報が傾斜して表されることとなる。

ここで、図６（ａ）は線源位置Ｓ１〜Ｓｎの角度間隔が等間隔である場合の各撮影画像の情報を示すものである。図６（ａ）に示すように、線源位置Ｓ１〜Ｓｎの角度間隔が等間隔であると、フーリエ空間においては、撮影画像の情報は等角度間隔で並ぶこととなる。一方、Ｘ線管１２の移動範囲ｓ０を等分するように線源位置を決定すると、図６（ｂ）に示すように、検出器１４に対して斜めの方向からＸ線が照射される場合ほど、撮影画像の情報の角度間隔が小さくなる。ここで、逆投影された撮影画像を加算することは、フーリエ空間上において情報を積分することと等価である。このため、図６（ａ）に示すように、線源位置Ｓ１〜Ｓｎの角度間隔が等間隔であると、断層画像において各撮影画像の情報量の粗密は生じないが、図６（ｂ）に示すように、線源位置Ｓ１〜Ｓｎの角度間隔が等間隔でないと、断層画像において各撮影画像の情報量に粗密が生じる。これにより、断層画像において各撮影画像の情報量のバランスが均等でなくなり、角度間隔が小さいほど撮影画像に含まれる情報量が多くなる。このように断層画像における撮影画像の情報量に粗密が生じると、各撮影画像Ｇ１〜Ｇｎと線源位置Ｓ１〜Ｓｎとの関係が正確であっても、断層画像に寄与する情報量の角度別のバランスが不均等になってアーチファクトが生じる。この場合、基準点Ｂ０を基準として各線源位置Ｓ１〜Ｓｎを等角度間隔とすることが好ましいが、線源位置を等角度間隔となるようにするためには、Ｘ線管１２を移動させる際の制御が複雑となる。

本実施形態によれば、各撮影画像Ｇ１〜Ｇｎを取得した線源位置Ｓ１〜Ｓｎの、基準点Ｂ０を基準とした角度間隔ｄθｉが大きいほど重み付けを大きくして、逆投影された撮影画像Ｇ１〜Ｇｎを重み付け加算するようにしたため、角度間隔ｄθｉが不均等であっても、角度間隔ｄθｉの粗密に応じて、撮影画像Ｇ１〜Ｇｎの断層画像への寄与の角度別のバランスを均等にすることができ、その結果、アーチファクトの少ない高画質の断層画像を生成することができる。

次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は本発明の第２の実施形態による放射線撮影装置を適用したＸ線撮影装置の概略図である。なお、第２の実施形態において第１の実施形態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Ｘ線撮影装置１０Ａは、被写体２とともに複数のマーカを撮影し、撮影画像に含まれるマーカ像を用いてＸ線管１２の線源位置Ｓ１〜Ｓｎを算出する線源位置算出部３６をさらに備えた点が第１の実施形態と異なる。

図８は第２の実施形態において使用されるマーカおよびマーカの配置位置を説明する撮影台の天板の平面図である。図８に示すように、第２の実施形態においては、４つの円形のマーカＭ１〜Ｍ４を使用するものとし、Ｘ線の照射方向において、被写体２とマーカＭ１〜Ｍ４とが重なるように、操作者が撮影台天板４上に４つのマーカＭ１〜Ｍ４を配置する。なお、マーカＭ１〜Ｍ４は、Ｘ線吸収率が高い例えば鉛等の材料からなる。マーカＭ１〜Ｍ４の大きさは１ｃｍ程度であり、それぞれが固有の形状の孔が形成されてなる。これにより、撮影画像に含まれる４つのマーカＭ１〜Ｍ４はそれぞれが識別可能とされている。なお、図８においては、マーカＭ１〜Ｍ４の大きさは拡大して示している。また、マーカの形状は円形に限定されるものではなく、公知の任意の形状のものを使用できる。また、マーカの数も４つに限定されるものではなく、１以上の任意の数であればよい。

線源位置算出部３６は、トモシンセシス撮影により取得された複数の撮影画像のそれぞれからマーカＭ１〜Ｍ４のマーカ像を検出し、検出したマーカ像の位置（マーカ像の中心位置）を用いて線源位置を算出する。ここで、Ｘ線管１２、検出器１４、マーカＭ１〜Ｍ４およびマーカ像の位置の間には一定の関係が成立する。Ｘ線管１２、マーカＭ１〜Ｍ４およびマーカ像はともに点の位置であり、検出器１４の位置は平面の位置である。なお、マーカＭ１〜Ｍ４の位置は、撮影台天板４上に配置した際に取得しておく。線源位置算出部３６は、例えば特許文献２に記載された手法を用いることにより、マーカＭ１〜Ｍ４、マーカ像、Ｘ線管１２および検出器１４の各位置の関係に関する関係式を算出し、マーカＭ１〜Ｍ４の位置、マーカ像の位置の情報を関係式に代入して方程式を求める。この方程式をＸ線撮影装置の座標の成分（ｘ，ｙ，ｚ）毎に分解することにより、マーカ１個につき３個の方程式が求められることとなる。そして算出したＸ線管１２の位置（すなわち線源位置）および検出器１４の位置を未知の情報とし、４個のマーカＭ１〜Ｍ４から導かれる１２個の連立方程式を解くことにより、線源位置Ｓ１〜Ｓｎおよび検出器１４の位置を算出する。なお、検出器１４を移動させない場合には、検出器１４の位置は固定であることから、より簡単な方程式により線源位置を算出することができる。

なお、線源位置算出部３６は、上記特許文献１等、他の公知の手法を用いてマーカＭ１〜Ｍ４の位置、およびマーカ像の位置の情報に基づいて、線源位置を算出するようにしてもよい。ここで、特許文献１に記載された手法を用いた場合、線源位置算出部３６は、複数の撮影画像のそれぞれからマーカＭ１〜Ｍ４のマーカ像の位置の情報を取得し、マーカＭ１〜Ｍ４の位置が既知であるという前提の元、投影演算を行うことによりマーカＭ１〜Ｍ４の検出器１４上の投影位置を推定する。この投影位置の推定には、線源位置のパラメータ、検出器１４の原点の位置のパラメータ、検出面の向きを定めるベクトルが用いられる。したがって、推定された投影位置と、検出したマーカ像の位置との誤差が最小となるように、線源位置のパラメータ、検出器１４の原点の位置のパラメータ、検出面の向きを定めるベクトルを決定することにより、線源位置の情報を算出することができる。

図９は算出された線源位置Ｓ１〜Ｓｎを示す図である。図９に示すように、線源位置Ｓ１〜Ｓｎは本来であれば、図４に示すようにＸ線管１２の移動経路上に等間隔で並ぶはずであるが、機械的な誤差等により、実際には移動経路から外れたり、角度間隔が等しくないものとなっている。第２の実施形態においては、重み算出部３２は、算出された線源位置Ｓ１〜Ｓｎを用いて、各線源位置Ｓ１〜Ｓｎを基準点Ｂ０を通る平面を基準とする角度θ１〜θｎに換算する。そして、上記第１の実施形態と同様に、角度間隔ｄθｉすなわち重み係数Ｗｉを算出する。

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１０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、ここでは、Ｘ線管１２のみを移動し、検出器１４は移動させないでトモシンセシス撮影を行うものとして説明する。操作者による処理開始の指示を操作部２４が受け付けることにより制御部３４が処理を開始し、Ｘ線管１２を移動させつつトモシンセシス撮影を行い（ステップＳＴ１１）、画像取得部２０が複数の撮影画像を取得する（ステップＳＴ１２）。次いで、線源位置算出部３６が、マーカＭ１〜Ｍ４の位置およびマーカ像の位置に基づいて、線源位置を算出する（ステップＳＴ１３）。そして、重み算出部３２が、算出された線源位置に基づいて、複数の撮影画像に対する重み係数Ｗｉを算出する（ステップＳＴ１４）。さらに再構成部２２が、複数の撮影画像を再構成して断層画像を生成し（ステップＳＴ１５）、処理を終了する。

このように、第２の実施形態においては、撮影画像を取得した際の複数の線源位置を算出し、算出した線源位置に基づいて重み係数Ｗｉを算出するようにしたため、逆投影された撮影画像に対して、撮影時の実際の線源位置に応じた重み付けを行うことができ、その結果、撮影時の状態を反映させた高画質の断層画像を取得することができる。

なお、上記第１および第２の実施形態においては、フィルタ逆投影法を用いて断層画像を再構成しているが、単純逆投影法を用いて断層画像を再構成するようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態においては、Ｘ線管１２のみを移動させているが、Ｘ線管１２と検出器１４とを同期させて移動させるようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態においては、被写体を臥位にて撮影台に載置してトモシンセシス撮影を行っているが、立位の撮影台を用いてトモシンセシス撮影を行う場合にも本発明を適用できることはもちろんである。

また、上記第２の実施形態においては、マーカ像を用いてＸ線管１２の位置すなわち線源位置を算出しているが、線源位置を検出するセンサを設け、センサにより検出した線源位置を用いて重み係数Ｗｉを算出するようにしてもよい。

２被写体
４撮影台天板
６コリメータ
１０，１０ＡＸ線撮影装置
１２Ｘ線管
１４検出器
１６，１８移動機構
２０画像取得部
２２再構成部
２４操作部
２６表示部
２８記憶部
３０演算部
３２重み算出部
３４制御部
３６線源位置算出部

Claims

被写体に放射線を照射する放射線源と、
前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
断層画像を取得する範囲を定める基準面上の所定の基準点から前記放射線源の移動範囲を定める２つの端部を臨む所定断層角度に基づいて、前記基準点を基準とした移動範囲を算出し、該算出された移動範囲内において、前記放射線源を前記検出手段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前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段と、
前記被写体の所望とする断面に前記複数の撮影画像を逆投影し、該逆投影した撮影画像のそれぞれについて、該各撮影画像を取得した線源位置の、前記基準点を基準とした角度間隔が大きいほど重み付けを大きくして重み付け加算することにより、前記被写体の断層画像を生成する画像再構成手段とを備えたことを特徴とする放射線撮影装置。
前記角度間隔を取得する角度間隔取得手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
前記撮影画像を取得した際の前記複数の線源位置の情報を取得する線源位置取得手段をさらに備え、
前記角度間隔取得手段は、前記取得した線源位置の情報に基づいて、前記角度間隔を取得する手段であることを特徴とする請求項２記載の放射線撮影装置。
被写体に放射線を照射する放射線源と、
前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
断層画像を取得する範囲を定める基準面上の所定の基準点から前記放射線源の移動範囲を定める２つの端部を臨む所定断層角度に基づいて、前記基準点を基準とした移動範囲を算出し、該算出された移動範囲内において、前記放射線源を前記検出手段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前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段とを備えた放射線撮影装置における放射線撮影方法であって、
前記被写体の所望とする断面に前記複数の撮影画像を逆投影し、該逆投影した撮影画像のそれぞれについて、該各撮影画像を取得した線源位置の、前記基準点を基準とした角度間隔が大きいほど重み付けを大きくして重み付け加算することにより、前記被写体の断層画像を生成することを特徴とする放射線撮影方法。
被写体に放射線を照射する放射線源と、
前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
断層画像を取得する範囲を定める基準面上の所定の基準点から前記放射線源の移動範囲を定める２つの端部を臨む所定断層角度に基づいて、前記基準点を基準とした移動範囲を算出し、該算出された移動範囲内において、前記放射線源を前記検出手段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前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段とを備えた放射線撮影装置における放射線撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記被写体の所望とする断面に前記複数の撮影画像を逆投影し、該逆投影した撮影画像のそれぞれについて、該各撮影画像を取得した線源位置の、前記基準点を基準とした角度間隔が大きいほど重み付けを大きくして重み付け加算することにより、前記被写体の断層画像を生成する手順をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。