JP5725174B2 - 放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラム - Google Patents

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Description

この発明は、被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラムに係り、特に、被検体中の関心領域を構成する物質とは異質（例えば生体を構成する物質に比べて高密度な物質あるいは低密度な物質）の部分を含んだ被検体の断層画像を生成する技術に関する。
従来の放射線断層画像生成装置として、例えばＸ線断層撮影装置がある。このＸ線断層撮影装置は、図７に示すように、被検体Ｍを挟んでＸ線管１０１とＸ線検出器１０２とを対向配置して、Ｘ線管１０１を被検体Ｍの長手方向である体軸ｚ方向に沿って平行移動させるのに同期して、Ｘ線検出器１０２をＸ線管１０１の平行移動とは逆方向に平行移動させるように連動させる。また、被検体Ｍの特定の断層面（基準面）上の任意の点がＸ線検出器１０２上で常に同じ位置になるように、Ｘ線管１０１の被検体ＭへのＸ線照射角度を変えながら連続的に撮影を行っている。Ｘ線断層撮影装置では、このような平行移動（直線走査）以外にも、図８に示すようなＸ線管１０１・Ｘ線検出器１０２を保持するＣアーム（図示省略）の回転（体軸ｚと水平面に直交する短手方向の軸心周り）に伴う円弧移動（円走査）など各種の走査軌道が実現されている。
Ｘ線断層撮影装置は、「トモシンセシス」とも呼ばれている。Ｘ線断層撮影装置では、断層画像を生成するのに、被検体に対して互いに異なる方向（投影角度）からそれぞれ照射されたＸ線ビームによって取得された複数の投影データ（放射線画像）をそれぞれ適量ずらしながら加算演算処理を行う「シフト加算法」と呼ばれる再構成手法や、被検体の体軸の軸心周りにＸ線管やＸ線検出器を回転させて断層画像を生成するＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置と同様に、フィルタード・バックプロジェクション（FBP: Filtered Back Projection法）（「フィルタ補正逆投影法」とも呼ばれる）による再構成手法などがある（例えば、非特許文献１参照）。
被検体として人体を例に採って説明すると、被検体中の関心領域を構成する物質として生体を構成する物質がある。この生体を構成する物質に比べて高密度な物質として、金属製人工関節、創外固定器、歯の詰め物等があり、これら高密度な物質は金属などで形成されており、生体組織と比較すると高密度な物質では放射線を吸収する。この他に、生体を構成する物質に比べて低密度な物質を含む場合には、生体組織と比較すると低密度な物質では放射線を透過する。
塩見剛 「トモシンセシスの原理と応用 〜ＦＰＤが生み出した新技術〜」、 医用画像情報学会雑誌、Vol.24 No.2、22-27、2007.
しかしながら、このような金属等を有する被検体の断層撮影を行う場合には、次のような問題がある。すなわち、被検体が金属等の高密度な物質を含む場合には、再構成手法によっては、生成された断層画像の金属等近辺にアーティファクト（偽像）が発生するという問題がある。例えば、上述したフィルタード・バックプロジェクション（ＦＢＰ）法やLikelihood Expectation Maximization (ML-EM)法では金属等周辺のアーティファクトが発生する。金属等周辺のアーティファクトを抑制した再構成手法として上述したシフト加算法が挙げられるが、空間分解能が劣る。高密度な物質を例に採って説明したが、低密度な物質の場合にもアーティファクトが生じる。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラムを提供することを目的とする。
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明に係る放射線断層画像生成方法は、被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成方法であって、前記複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値を、その周辺領域の画素値に基づいて補間して、複数の補間画像を生成する領域補間工程と、前記複数の補間画像から断層画像を生成する第１断層画像生成工程とを備えるとともに、前記各放射線画像と、当該放射線画像に対応する前記補間画像との差分から、複数の異質投影データを生成する異質投影データ生成工程と、前記複数の異質投影データから断層画像を生成する第２断層画像生成工程と、前記第１断層画像生成工程で生成された前記断層画像と前記第２断層画像生成工程で生成された前記断層画像とを合成する断層画像合成工程とを備えることを特徴とするものである。
［作用・効果］この発明に係る放射線断層画像生成方法によれば、複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値を、領域補間工程では、その周辺領域の画素値に基づいて補間して、複数の補間画像を生成する。そして、第１断層画像生成工程では、複数の補間画像から断層画像を生成する。複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値が領域補間工程で補間されて、複数の補間画像が生成されるので、複数の補間画像から第１断層画像生成工程で断層画像を生成すれば、当該異質の物質（例えば金属）が投影された領域におけるアーティファクトが抑えられ、異質の物質が投影された領域付近での関心領域の観察が可能となる。その結果、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。
また、放射線画像が異質の部分を含んだデータであり、補間画像が異質の領域を補間したデータであることから、放射線画像と補間画像との差分から生成される投影データは、異質の領域のみの投影データ（すなわち異質投影データ）となる。したがって、第２断層画像生成工程で異質投影データから断層画像を生成すると、その生成された断層画像は異質の領域のみの断層画像となる。その結果、断層画像合成工程で第１／第２断層画像生成工程で生成された両方の断層画像を合成すると、アーティファクトを低減させつつ、関心領域内において異質の領域とそれ以外の領域との境界が明瞭となる。
上述の第２断層画像生成工程でＦＢＰ法により異質投影データから断層画像を生成すると、断層画像の画素値が負の値になる可能性がある。そこで、第２断層画像生成工程では、ＦＢＰ法により生成された断層画像の画素値が、設定された基準値（例えば画素値が“０”あるいは正の値）よりも低くなる領域の当該画素値を基準値に置き換えて断層画像を生成する。そして、断層画像合成工程では、第１断層画像生成工程で生成された断層画像と第２断層画像生成工程で基準値に置き換えられた断層画像とを合成する。その結果、第２断層画像生成工程でＦＢＰ法により異質投影データから断層画像を生成しても、断層画像の画素値が負の値になることなく、関心領域内において異質の領域とそれ以外の領域との境界が明瞭となりつつ自然な断層画像を生成することができる。
また、第２断層画像生成工程では、逐次近似法により断層画像を生成してもよい。この場合において、第１断層画像生成工程でＦＢＰ法と組み合わせてもよい。すなわち、第１断層画像生成工程では、ＦＢＰ法により断層画像を生成し、断層画像合成工程では、第１断層画像生成工程でＦＢＰ法により生成された断層画像と第２断層画像生成工程で逐次近似法により生成された断層画像とを合成する。
同様に、第１断層画像生成工程では、ＦＢＰ法により断層画像を生成してもよいし、逐次近似法により断層画像を生成してもよい。
上述の放射線画像の投影データに基づいて異質の物質が投影された投影データ（補間前投影データ）を生成して、当該投影データを上述の領域補間工程で補間してもよいし、放射線画像の投影データから断層画像を生成し、当該断層画像に基づいて異質の物質に対応する画素値を有した断層画像を生成して、当該異質の物質に対応する画素値を有した断層画像を順投影して投影データを生成することによって、異質の物質が投影された投影データ（補間前投影データ）を生成して、当該投影データを上述の領域補間工程で補間してもよい。
また、この発明に係る放射線断層画像生成プログラムは、被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成をコンピュータに実行させるための放射線断層画像生成プログラムであって、前記複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値を、その周辺領域の画素値に基づいて補間して、複数の補間画像を生成する領域補間工程と、前記複数の補間画像から断層画像を生成する第１断層画像生成工程とを備えるとともに、前記各放射線画像と、当該放射線画像に対応する前記補間画像との差分から、複数の異質投影データを生成する異質投影データ生成工程と、前記複数の異質投影データから断層画像を生成する第２断層画像生成工程と、前記第１断層画像生成工程で生成された前記断層画像と前記第２断層画像生成工程で生成された前記断層画像とを合成する断層画像合成工程とを備え、これらの工程での処理をコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
［作用・効果］この発明に係る放射線断層画像生成プログラムによれば、複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値が領域補間工程で補間されて、複数の補間画像が生成されるので、複数の補間画像から第１断層画像生成工程で断層画像を生成すれば、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。
この発明に係る放射線断層画像生成方法および放射線断層画像生成プログラムによれば、複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値が領域補間工程で補間されて、複数の補間画像が生成されるので、複数の補間画像から第１断層画像生成工程で断層画像を生成すれば、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。
実施例に係る断層撮影装置のブロック図である。 画像処理部による一連の放射線断層画像生成の流れを示したフローチャートである。 各画像や各データの流れを示した概略図である。 （ａ）〜（ｄ）は２値化データのラベリングの説明に供する概略図である。 変形例に係る画像処理部による一連の放射線断層画像生成の流れを示したフローチャートである。 変形例に係る各画像や各データの流れを示した概略図である。 従来の直線走査の断層撮影装置の概略構成を示した側面図である。 従来の円走査の断層撮影装置の概略構成を示した側面図である。
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係る断層撮影装置のブロック図である。本実施例では放射線としてＸ線を例に採って説明するとともに、被検体として人体を例に採って説明し、被検体中の関心領域を構成する物質として生体を構成する物質を例に採って説明し、異質の部分として、金属製人工関節、創外固定器、歯の詰め物等の高密度な物質を例に採って説明する。
断層撮影装置は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板１と、その被検体Ｍに向けてＸ線を照射するＸ線管２と、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、「ＦＰＤ」と略記する）３とを備えている。
断層撮影装置は、他に、天板１の昇降および水平移動を制御する天板制御部４や、ＦＰＤ３の走査を制御するＦＰＤ制御部５や、Ｘ線管２の管電圧や管電流を発生させる高電圧発生部６を有するＸ線管制御部７や、ＦＰＤ３から電荷信号であるＸ線検出信号をディジタル化して取り出すＡ／Ｄ変換器８や、Ａ／Ｄ変換器８から出力されたＸ線検出信号に基づいて種々の処理を行う画像処理部９や、これらの各構成部を統括するコントローラ１０や、処理された画像などを記憶するメモリ部１１や、オペレータが入力設定を行う入力部１２や、処理された画像などを表示するモニタ１３などを備えている。
天板制御部４は、天板１を水平移動させて被検体Ｍを撮像位置にまで収容したり、昇降、回転および水平移動させて被検体Ｍを所望の位置に設定したり、水平移動させながら撮像を行ったり、撮像終了後に水平移動させて撮像位置から退避させる制御などを行う。これらの制御は、モータやエンコーダ（図示省略）などからなる天板駆動機構（図示省略）を制御することで行う。
ＦＰＤ制御部５は、ＦＰＤ３を被検体Ｍの長手方向である体軸ｚ方向に沿って平行移動させる制御を行う。この制御は、ラックやピニオンやモータやエンコーダ（図示省略）などからなるＦＰＤ駆動機構（図示省略）を制御することで行う。
高電圧発生部６は、Ｘ線を照射させるための管電圧や管電流を発生してＸ線管２に与える。Ｘ線管制御部７は、Ｘ線管２をＦＰＤ３の平行移動とは逆方向に平行移動させる制御を行う。この制御は、支柱やネジ棒やモータやエンコーダ（図示省略）などからなるＸ線管駆動部（図示省略）を制御することで行う。
また、Ｘ線管制御部７は、Ｘ線管２側のコリメータ（図示省略）の照視野の設定の制御を行う。本実施例では、体軸ｚ方向に広がりを有するファンビーム状のＸ線を照射するようにコリメータを制御して照視野を設定する。
画像処理部９やコントローラ１０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されており、メモリ部１１は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体などで構成されている。また、入力部１２は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスで構成されている。
なお、各種の画像処理を行うためのプログラム等をＲＯＭなどに代表される記憶媒体に書き込んで記憶し、その記憶媒体からプログラム等を読み出して画像処理部９のＣＰＵが実行することでそのプログラムに応じた画像処理を行う。特に、領域補間や第１／第２断層画像生成や金属等投影データ生成や断層画像合成に関するプログラムを実行することで、そのプログラムに応じた領域補間や第１／第２断層画像生成や金属等投影データ生成や断層画像合成をそれぞれ行う。領域補間や第１／第２断層画像生成や金属等投影データ生成や断層画像合成に関するプログラムは、この発明における放射線断層画像生成プログラムに相当する。
メモリ部１１は、画像処理部９で処理された各々の画像を書き込んで記憶するように構成されている。ＦＰＤ制御部５やＸ線管制御部７も、画像処理部９やコントローラ１０と同様にＣＰＵなどで構成されている。
画像処理部９による放射線断層画像生成の流れについて、図２〜図４を参照して説明する。図２は、画像処理部による一連の放射線断層画像生成の流れを示したフローチャートであり、図３は、各画像や各データの流れを示した概略図であり、図４は、２値化データのラベリングの説明に供する概略図である。図２に示すステップＳ１〜Ｓ６の放射線断層画像生成については、上述したように、画像処理部９のＣＰＵがプログラムを実行することにより行う。
（ステップＳ１）補間前投影データ生成
図１に示すように、Ｘ線管２およびＦＰＤ３を互いに逆方向に平行移動させつつ、Ｘ線管２から体軸ｚ方向に広がりを有するファンビーム状のＸ線を照射することで、被検体Ｍに対して互いに異なる方向（投影角度）からそれぞれ照射されたＸ線ビームをＦＰＤ３が検出する。ＦＰＤ３が検出することによって、被検体Ｍに対して互いに異なる方向からそれぞれ照射されたＸ線ビームによる複数のＸ線画像を取得する。Ｘ線画像は、ＦＰＤ３の検出面に投影された投影データであり、図３に示すように投影データＰ１とする。
取得された投影データＰ１から高密度な物質（金属等）が投影された画像を生成する。金属等が投影された画像を生成する方法としては、例えば投影データＰ１の画素値に対して閾値処理を行い、閾値よりも高い画素値に対して“１”を付けて、閾値以下の画素値に対して“０”を付けて、２値化データを出力する方法が挙げられる（図４（ａ）の２値化データＤを参照）。この２値化データでは、“１”が付けられた画像の領域が、生成された金属等が投影された領域に一致し、“０”が付けられた画像の領域が生体組織に一致する（図４（ｂ）を参照）。この２値化データを、図３に示すように補間前投影データＰ２とする。
（Ａの方法）
このように、投影データＰ１の画素値に対して閾値処理を行って２値化データを出力することで、投影データＰ１に基づいて補間前投影データＰ２を生成する。なお、金属等が投影された画像の生成の手法については、閾値処理に限定されない。生体組織と金属との境界では画素値差によるエッジがあるのを利用して、画素値および画素値差に基づいて金属等が投影された画像を生成するグラフカット手法や、生体組織と金属との境界では空間周波数が高いのを利用して周波数帯域フィルタを用いて金属等が投影された画像を生成する手法や、レベルセット法などに例示されるように、複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質（本実施例では生体を構成する物質）とは異質の物質（本実施例では金属等の高密度な物質）が投影された画像（本実施例では補間前投影データＰ２）を生成する通常の生成の手法であれば、特に限定されない。
（Ｂの方法）
また、投影データＰ１に基づいて補間前投影データＰ２を直接的に生成する以外にも、投影データＰ１から再構成により断層画像を生成し、当該断層画像に基づいて異質の物質に対応する画素値を有した断層画像（すなわち補間前断層画像）を例えば閾値処理により生成して、当該補間前断層画像を順投影して投影データを生成することによって、その順投影されて生成された投影データを補間前投影データＰ２として生成してもよい。
また、上述のＡの方法とＢの方法とを組み合わせて行うことも可能である。例えば、Ａの方法で厚い金属が投影された画像を生成し、Ｂの方法で比較的薄い金属が投影された画像を生成するケースが考えられる。
再構成手法については、上述したフィルタード・バックプロジェクション（ＦＢＰ）法や、逐次近似法（例えば上述したLikelihood Expectation Maximization (ML-EM)法や上述したシフト加算法）などに例示されるように、投影データから断層画像を生成する通常の手法であれば、特に限定されない。
（ステップＳ２）領域補間
ステップＳ１で生成された補間前投影データＰ２の金属等の領域（すなわち金属等が投影された領域）の画素値をその周辺領域の画素値に基づいて補間して、補間画像を生成する。この補間画像を、図３に示すように補間後投影データＰ３とする。補間後投影データＰ３は、この発明における補間画像に相当する。
本実施例では、２値化データでもある補間前投影データＰ２に対してラベリングを先ず行う。図４では、説明の便宜上、“１”が付けられた画像の領域（すなわち金属等の領域）を、太枠で示された正方形状の領域で図示するが、もちろん画像の領域については正方形状の領域には限定されない。図４（ａ）に示すように、２値化データＤ（図３の補間前投影データＰ２）のうち、“１”が付けられた画像の領域Ｓを太枠で示された正方形状の領域とする。したがって、図４（ｂ）に示すように、領域Ｓ（図４（ａ）を参照）内では“１”が付けられ、領域Ｓ外では“０”が付けられる。
次に、図４（ｂ）において、“１”が付けられた画像の領域Ｓ（図４（ａ）を参照）で、領域Ｓ外方向に隣接する画素が“０”の場合には、“１”のラベルにして、領域Ｓ外方向に隣接する画素が“１”の場合には、“２”のラベルにする（図４（ｃ）を参照）。さらに、図４（ｃ）において、“１”が付けられた画像の領域Ｓで、領域Ｓ外方向に隣接する画素が“０”の場合には、“１”のラベルにして、領域Ｓ外方向に隣接する画素が“１”の場合には、“２”のラベルにして、領域Ｓ外方向に隣接する画素が“２”の場合には、“３”のラベルにする（図４（ｄ）を参照）。以下、同様の手順でラベリングを行うと、領域Ｓの中心側に向かうとラベルが高くなり、領域Ｓ外方向に向かうとラベルが低くなる。なお、ラベリングについては、図４に示す手法に限定されない。
このようにラベリングされたデータに基づいて、投影データＰ１中の周辺領域（周辺画素）から下記（１）式のような補間式を用いて補間する。
Figure 0005725174
なお、上記（１）式中のｎは補間の対象となる画素で、Ｉｎは対象となるｎ番目の画素における補間後の画素値で、ｋは対象となるｎ番目の画素のラベル未満（すなわちｎ番目の画素のラベルよりも若いラベル）の周辺画素の個数であり、ｍは周辺画素を順にｍ＝１，２，３…としたときの値であり、ｐｍはｍ番目の周辺画素の重み係数であり、Ｉｍはｍ番目の周辺画素における画素値（投影データＰ１中の画素値）である。ただし、ｍ番目の周辺画素のラベルをＬｍとし、対象となる画素のラベルをＬｎとしたときに、Ｌｍ＜Ｌｎのとき（すなわちｎ番目の画素のラベルよりもｍ番目の周辺画素のラベルの方が小さいとき）にｐｍをｐｍ＝１とし、Ｌｍ≧Ｌｎのとき（すなわちｎ番目の画素のラベルよりもｍ番目の周辺画素のラベルの方が大きいまたは同じとき）にｐｍをｐｍ＝０とする。したがって、上記（１）式は、Ｌｍ＜Ｌｎのときのみの周辺画素（すなわち対象となる金属等の領域よりも生体組織に近い画素）の画素値の総和を、Ｌｍ＜Ｌｎに該当する周辺画素の個数ｋで除算した加算平均（相加平均）の式となる。周辺画素の個数・範囲については任意に決定する。
補間の手法については、ラベリングを用いた上記（１）式以外にも、隣接する画素の画素値をそのまま用いて補間する、あるいは補間の対象となる画素と周辺画素との距離に応じて重み付け加算平均を行うことで補間するなど、通常の領域補間の手法であれば、特に限定されない。このステップＳ２は、この発明における領域補間に相当する。
（ステップＳ３）第１断層画像生成
ステップＳ２で金属等の領域が補間されて生成された補間後投影データＰ３から再構成により断層画像を生成する。この断層画像を、図３に示すように第１断層画像Ｐ４とする。再構成手法については、ステップＳ２でも述べたように、ＦＢＰ法や逐次近似法などに例示されるように、投影データから断層画像を生成する通常の手法であれば、特に限定されない。第１断層画像Ｐ４は、この発明における（第１断層画像生成工程で生成された）断層画像に相当する。このステップＳ３は、この発明における第１断層画像生成工程に相当する。
図２のフローチャートでは、ステップＳ３の後にステップＳ４、Ｓ５を行っているが、ステップＳ３を行う前でもステップＳ４、Ｓ５を行うことができる。したがって、図２のフローチャートに限定されず、ステップＳ４、Ｓ５の後にステップＳ３を行ってもよいし、ステップＳ３とステップＳ４、Ｓ５とを同時に並行して行ってもよい。
（ステップＳ４）金属等投影データ生成
一方、ＦＰＤ３の検出により取得された投影データＰ１とステップＳ２で補間されて生成された補間後投影データＰ３との差分から、図３に示すように金属等の投影データである金属等投影データＰ５を生成する。この金属等投影データＰ５は、この発明における異質投影データに相当する。このステップＳ４は、この発明における異質投影データ生成工程に相当する。
（ステップＳ５）第２断層画像生成
ステップＳ４で生成された金属等投影データＰ５から再構成により断層画像を生成する。この断層画像を、図３に示すように第２断層画像Ｐ６とする。第２断層画像Ｐ６は、この発明における（第２断層画像生成工程で生成された）断層画像に相当する。再構成手法については、ステップＳ２、Ｓ３でも述べたように、ＦＢＰ法や逐次近似法などに例示されるように、投影データから断層画像を生成する通常の手法であれば、特に限定されない。
ただし、ステップＳ３でＦＢＰ法により第１断層画像Ｐ４を生成したときには、ステップＳ５でＦＢＰ法のみで第２断層画像Ｐ６を生成し、後述するステップＳ６で断層画像Ｐ４、Ｐ６同士を単純に加算して合成した場合には、第２断層画像Ｐ６の基となる金属等投影データＰ５が、投影データＰ１と、第１断層画像Ｐ４の基となる補間後投影データＰ３との差分であることから、アーティファクトが除去されない元の断層画像になってしまう。したがって、ステップＳ３でＦＢＰ法により第１断層画像Ｐ４を生成したときには、ステップＳ５でＦＢＰ法および基準値への置き換えで第２断層画像Ｐ６を生成する。
ＦＢＰ法および基準値への置き換えで第２断層画像Ｐ６を生成する場合について説明する。ＦＢＰ法により金属等投影データＰ５から断層画像を生成すると、断層画像の画素値が負の値になる可能性がある。そこで、ＦＢＰ法により生成された断層画像の画素値が、設定された基準値よりも低くなる領域の当該画素値を基準値に置き換えて断層画像を生成して、その基準値に置き換えられた断層画像を第２断層画像Ｐ６とする。基準値については、基準値に置き換えられた画素値が負の値にさえならなければ、基準値の画素値を“０”に通常設定すればよいが、もちろん基準値の画素値を正の値に設定してもよい。
なお、ステップＳ３でＦＢＰ法により第１断層画像Ｐ４を生成したときには、ステップＳ５で逐次近似法により第２断層画像Ｐ６を生成し、後述するステップＳ６で断層画像Ｐ４、Ｐ６同士を単純に加算して合成したとしても、アーティファクトが低減した断層画像となるので、ステップＳ３でＦＢＰ法により第１断層画像Ｐ４を生成し、ステップＳ５で逐次近似法により第２断層画像Ｐ６を生成してもよい。また、ステップＳ３で逐次近似法を用いた場合であっても、ステップＳ５でＦＢＰ法を用いた場合には、第２断層画像Ｐ６に対して上述の基準値への置き換えを行う。このステップＳ５は、この発明における第２断層画像生成工程に相当する。
（ステップＳ６）断層画像合成
ステップＳ３で生成された第１断層画像Ｐ４とステップＳ５で生成された第２断層画像Ｐ６とを合成する。第１／第２断層画像Ｐ４、Ｐ６において同じ画素における両方の画素値を単純に加算することで、断層画像Ｐ４、Ｐ６同士を単純に加算して合成してもよいし、第２断層画像Ｐ６に対して閾値処理を行ったものを第１断層画像Ｐ４と加算して合成してもよい。また、必要に応じて各断層画像Ｐ４、Ｐ６の各画素値に係数を乗じて加算して合成してもよい。合成された断層画像を、図３に示すように合成断層画像Ｐ７とする。合成断層画像Ｐ７は、この発明における（断層画像合成工程で合成された）断層画像に相当する。このステップＳ６は、この発明における断層画像合成工程に相当する。
本実施例に係る放射線断層画像生成方法によれば、複数の放射線画像（本実施例ではＸ線画像）のそれぞれを、当該放射線画像（Ｘ線画像）中における、関心領域を構成する物質（本実施例では生体を構成する物質）とは異質の物質（本実施例では金属などの高密度な物質）が投影された領域の画素値（本実施例では補間前投影データＰ２の画素値）を、ステップＳ２の領域補間では、その周辺領域の画素値に基づいて補間して、複数の補間画像（本実施例では補間後投影データＰ３）を生成する。そして、ステップＳ３の第１断層画像生成では、複数の補間画像（補間後投影データＰ３）から断層画像（本実施例では第１断層画像Ｐ４）を生成する。複数の放射線画像（Ｘ線画像）のそれぞれを、当該放射線画像（Ｘ線画像）中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値（補間前投影データＰ２の画素値）がステップＳ２の領域補間で補間されて、複数の補間画像（本実施例では補間後投影データＰ３）が生成されるので、複数の補間画像（補間後投影データＰ３）からステップＳ３の第１断層画像生成で断層画像（第１断層画像Ｐ４）を生成すれば、当該異質の物質（本実施例では金属）が投影された領域におけるアーティファクトが抑えられ、異質の物質が投影された領域付近（金属等の領域付近）での関心領域（本実施例では生体組織）の観察が可能となる。その結果、高空間分解能を維持しつつ、アーティファクトを低減させることができる。
本実施例の放射線断層画像生成方法において、取得された放射線画像（Ｘ線画像の投影データＰ１）と補間画像（補間後投影データＰ３）との差分から異質の投影データである異質投影データ（本実施例では金属等投影データＰ５）を生成するステップＳ４の金属等投影データ生成と、そのステップＳ４の金属等投影データ生成で生成された異質投影データ（金属等投影データＰ５）から断層画像（本実施例では第２断層画像Ｐ６）を生成するステップＳ５の第２断層画像生成と、上述のステップＳ３の第１断層画像生成で生成された断層画像（第１断層画像Ｐ４）とステップＳ５の第２断層画像生成で生成された断層画像（第２断層画像Ｐ６）とを合成するステップＳ６の断層画像合成とを備えるのが好ましい。放射線画像（Ｘ線画像の投影データＰ１）が異質の部分（金属等）を含んだデータであり、補間画像（補間後投影データＰ３）が異質の領域（金属等の領域）を補間したデータであることから、放射線画像（Ｘ線画像の投影データＰ１）と補間画像（補間後投影データＰ３）との差分から生成される投影データは、異質の領域（金属等の領域）のみの投影データ（すなわち異質投影データ：本実施例では金属等投影データＰ５）となる。したがって、ステップＳ５の第２断層画像生成で異質投影データ（金属等投影データＰ５）から断層画像（第２断層画像Ｐ６）を生成すると、その生成された断層画像（第２断層画像Ｐ６）は異質の領域（金属等の領域）のみの断層画像となる。その結果、ステップＳ６の断層画像合成でステップＳ３、Ｓ５の第１／第２断層画像生成で生成された両方の断層画像（第１／第２断層画像Ｐ４、Ｐ６）を合成すると、アーティファクトを低減させつつ、関心領域内において異質の領域（金属等の領域）とそれ以外の領域（本実施例では生体組織）との境界が明瞭となる。
上述のステップＳ５の第２断層画像生成でＦＢＰ法により異質投影データ（金属等投影データＰ５）から断層画像（第２断層画像Ｐ６）を生成すると、断層画像（第２断層画像Ｐ６）の画素値が負の値になる可能性がある。そこで、ステップＳ５の第２断層画像生成では、ＦＢＰ法により生成された断層画像の画素値が、設定された基準値（例えば画素値が“０”あるいは正の値）よりも低くなる領域の当該画素値を基準値に置き換えて断層画像を第２断層画像Ｐ６として生成する。そして、ステップＳ６の断層画像合成では、ステップＳ３の第１断層画像生成で生成された断層画像（第１断層画像Ｐ４）とステップＳ５の第２断層画像生成で基準値に置き換えられた断層画像（第２断層画像Ｐ６）とを合成する。その結果、ステップＳ５の第２断層画像生成でＦＢＰ法により異質投影データ（金属等投影データＰ５）から断層画像（第２断層画像Ｐ６）を生成しても、断層画像（第２断層画像Ｐ６）の画素値が負の値になることなく、関心領域内において異質の領域（金属等の領域）とそれ以外の領域（生体組織）との境界が明瞭となりつつ自然な断層画像（本実施例では合成断層画像Ｐ７）を生成することができる。
図２のフローチャートでも述べたように、ステップＳ５の第２断層画像生成では、逐次近似法により断層画像（第２断層画像Ｐ６）を生成してもよい。この場合において、ステップＳ３の第１断層画像生成でＦＢＰ法と組み合わせてもよい。すなわち、ステップＳ３の第１断層画像生成では、ＦＢＰ法により断層画像（第１断層画像Ｐ４）を生成し、ステップＳ６の断層画像合成では、ステップＳ３の第１断層画像生成でＦＢＰ法により生成された断層画像（第１断層画像Ｐ４）とステップＳ５の第２断層画像生成で逐次近似法により生成された断層画像（第２断層画像Ｐ６）とを合成する。
同様に、ステップＳ３の第１断層画像生成では、ＦＢＰ法により断層画像（第１断層画像Ｐ４）を生成してもよいし、逐次近似法により断層画像（第１断層画像Ｐ４）を生成してもよい。
上述の放射線画像（Ｘ線画像）の投影データ（投影データＰ１）に基づいて異質の物質が投影された投影データ（補間前投影データＰ２）を生成して、当該投影データを上述のステップＳ２の領域補間で補間してもよいし、放射線画像（Ｘ線画像）の投影データ（投影データＰ１）から断層画像を生成し、当該断層画像に基づいて異質の物質に対応する画素値を有した断層画像（補間前断層画像）を生成して、当該異質の物質に対応する画素値を有した断層画像（補間前断層画像）を順投影して投影データを生成することによって、異質の物質が投影された投影データ（補間前投影データＰ２）を生成して、当該投影データを上述のステップＳ２の領域補間で補間してもよい。
本実施例に係る放射線断層画像生成プログラムは、被検体Ｍに対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビーム（本実施例ではＸ線ビーム）によって取得された複数の放射線画像（Ｘ線画像）に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成をコンピュータ（図１では画像処理部９のＣＰＵ）に実行させるための放射線断層画像生成プログラムであって、図２の各ステップＳ１〜Ｓ６での処理をコンピュータ（画像処理部９のＣＰＵ）に実行させている。
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
（１）上述した実施例では、放射線としてＸ線を例に採って説明したが、Ｘ線以外の放射線（例えばγ線など）に適用してもよい。したがって、核医学診断装置において放射性薬剤と同種の放射線を外部線源から被検体に対して照射して、トランスミッションデータを取得する場合においても適用することができる。
（２）上述した実施例では、図１や図７のように直線走査の断層撮影装置に用いたが、図８に示すような円操作の断層撮影装置に適用してもよい。
（３）上述した実施例では、被検体として人体を例に採って説明し、被検体中の関心領域を構成する物質として生体を構成する物質を例に採って説明し、異質の部分として、金属製人工関節、創外固定器、歯の詰め物等の高密度な物質を例に採って説明したが、低密度な物質を撮影する場合においても適用してもよい。また、被検体が人体以外の場合（例えば非破壊検査装置などに用いられる検査対象物が被検体の場合）には、複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された画像を生成する場合においても、高密度、低密度如何を問わずに適用することができる。
（４）上述した実施例では、図２のフローチャートでは、ステップＳ４（金属等投影データ生成）、ステップＳ５（第２断層画像生成）およびステップＳ６（断層画像合成）とステップＳ４〜Ｓ６を行い、図３では、金属等投影データＰ５および第２断層画像Ｐ６を生成して、第１／第２断層画像Ｐ４、Ｐ６を合成して合成断層画像Ｐ７を生成したが、関心領域内において異質の領域とそれ以外の領域（実施例では生体組織）との境界を確認する必要がなければ、必ずしもステップＳ４〜Ｓ６を行う必要はない。図５のフローチャートに示すように、ステップＳ１（補間前投影データ生成）、ステップＳ２（領域補間）およびステップＳ３（第１断層画像生成）を最低限に行い、図６において、補間前投影データＰ２、補間後投影データＰ３および第１断層画像Ｐ４のみを生成してもよい。図５の各ステップＳ１〜Ｓ３および図６の各画像や各データについては、上述した実施例の図２の各ステップＳ１〜Ｓ３および図３の各画像や各データと同じであるので、その説明を省略する。
９ … 画像処理部
Ｐ１ … 投影データ
Ｐ２ … 補間前投影データ
Ｐ３ … 補間後投影データ
Ｐ４ … 第１断層画像
Ｐ５ … 金属等投影データ
Ｐ６ … 第２断層画像
Ｐ７ … 合成断層画像

Claims (9)

  1. 被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成方法であって、
    前記複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値を、その周辺領域の画素値に基づいて補間して、複数の補間画像を生成する領域補間工程と、
    前記複数の補間画像から断層画像を生成する第１断層画像生成工程と
    を備えるとともに、
    前記各放射線画像と、当該放射線画像に対応する前記補間画像との差分から、複数の異質投影データを生成する異質投影データ生成工程と、
    前記複数の異質投影データから断層画像を生成する第２断層画像生成工程と、
    前記第１断層画像生成工程で生成された前記断層画像と前記第２断層画像生成工程で生成された前記断層画像とを合成する断層画像合成工程と
    を備えることを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  2. 請求項１に記載の放射線断層画像生成方法において、
    前記第２断層画像生成工程では、フィルタード・バックプロジェクション法により生成された断層画像の画素値が、設定された基準値よりも低くなる領域の当該画素値を前記基準値に置き換えて断層画像を生成し、
    前記断層画像合成工程では、前記第１断層画像生成工程で生成された前記断層画像と前記第２断層画像生成工程で前記基準値に置き換えられた前記断層画像とを合成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  3. 請求項１に記載の放射線断層画像生成方法において、
    前記第２断層画像生成工程では、逐次近似法により前記断層画像を生成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  4. 請求項３に記載の放射線断層画像生成方法において、
    前記第１断層画像生成工程では、フィルタード・バックプロジェクション法により前記断層画像を生成し、
    前記断層画像合成工程では、前記第１断層画像生成工程で前記フィルタード・バックプロジェクション法により生成された前記断層画像と前記第２断層画像生成工程で前記逐次近似法により生成された前記断層画像とを合成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射線断層画像生成方法において、
    前記第１断層画像生成工程では、フィルタード・バックプロジェクション法により前記断層画像を生成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  6. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射線断層画像生成方法において、
    前記第１断層画像生成工程では、逐次近似法により前記断層画像を生成することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の放射線断層画像生成方法において、
    前記放射線画像の投影データに基づいて前記異質の物質が投影された投影データを生成して、当該投影データを前記領域補間工程で補間することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の放射線断層画像生成方法において、
    前記放射線画像の投影データから断層画像を生成し、当該断層画像に基づいて前記異質の物質に対応する画素値を有した断層画像を生成して、当該異質の物質に対応する画素値を有した断層画像を順投影して投影データを生成することによって、前記異質の物質が投影された投影データを生成して、当該投影データを前記領域補間工程で補間することを特徴とする放射線断層画像生成方法。
  9. 被検体に対して互いに異なる方向からそれぞれ照射された放射線ビームによって取得された複数の放射線画像に基づいて断層画像を生成する放射線断層画像生成をコンピュータに実行させるための放射線断層画像生成プログラムであって、
    前記複数の放射線画像のそれぞれを、当該放射線画像中における、関心領域を構成する物質とは異質の物質が投影された領域の画素値を、その周辺領域の画素値に基づいて補間して、複数の補間画像を生成する領域補間工程と、
    前記複数の補間画像から断層画像を生成する第１断層画像生成工程と
    を備えるとともに、
    前記各放射線画像と、当該放射線画像に対応する前記補間画像との差分から、複数の異質投影データを生成する異質投影データ生成工程と、
    前記複数の異質投影データから断層画像を生成する第２断層画像生成工程と、
    前記第１断層画像生成工程で生成された前記断層画像と前記第２断層画像生成工程で生成された前記断層画像とを合成する断層画像合成工程と
    を備え、
    これらの工程での処理をコンピュータに実行させることを特徴とする放射線断層画像生成プログラム。
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