JP6317511B1 - Ｘ線トモシンセシス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工数を過度に増加させることなく、高吸収体の領域を精度よく抽出することが可能なＸ線トモシンセシス装置を提供する。【解決手段】複数の前記投影角度ごとの前記測定投影データに含まれるＸ線の高吸収体の領域をそれぞれ抽出し、この領域の測定投影データ値を変換処理した後、トモシンセシス画像を生成する。高吸収体処理部は、投影角度ごとの測定投影データ上にそれぞれ設定された開始点を用いて、投影角ごとの測定投影データについてそれぞれ領域の抽出を行う。このとき、１つの投影角度の測定投影データに設定された開始点に基づいて、他の投影角度の測定投影データに開始点を設定することにより、操作者が投影角度ごとに開始点を設定する必要がない。【選択図】図４

Description

本発明は、Ｘ線トモシンセシス装置に係り、特にトモシンセシス画像の高吸収体から発生するアーチファクト成分を低減する信号処理ならびに再構成技術に関する。

Ｘ線トモシンセシス装置は、被写体を多方向から撮影して得た測定投影データから被写体内の各点のＸ線吸収係数を算出し、Ｘ線吸収係数分布画像を得る装置である。通常、Ｘ線吸収係数は、空気と水で規格化したＨｏｕｎｓｆｉｅｌｄ Ｕｎｉｔ値（空気を−１０００、水を０）に置き換えて診断に利用される。

Ｘ線トモシンセシス装置は、体軸方向と体の左右方向とを含む冠状面（Ｃｏｒｏｎａｌ面）に平行な複数の面について被写体の断層面を生成することができる。医療現場において、トモシンセシス画像の利用は、異なる位置の断層面をもとに即時に患者の病状を診断できるため、臨床上有用である。しかし、Ｘ線トモシンセシス装置は、撮影する投影角度範囲が２０度から４０度と小さいため、最低１８０度の投影角度範囲について撮影するＸ線ＣＴ装置と比較して、金属等のＸ線吸収係数の大きな高吸収体境界部のアーチファクト、および被写体が位置する断層面との隣接面に残像が発生する課題がある。本明細書では、これらを「高吸収体アーチファクト」と呼ぶ。高吸収体アーチファクトは、臨床上診断能を低下させる原因となる。

高吸収体アーチファクトの発生理由を詳細に説明する。Ｘ線トモシンセシス装置は、トモシンセシス画像を取得するために公知のＦｅｌｄｋａｍｐ法等のFiltered Back Projection（以下、ＦＢＰと呼ぶ）法をベースとする解析的な再構成法を用いる。このＦＢＰ法では、例えばＸ線吸収係数の大きな物質からなる微小球体等のように周辺組織との境界で測定投影データの急峻な立ち上がりや立下りを生じさせる被写体について、逆投影演算時にその形状および吸収値を復元できるようするため、測定投影データに高周波強調の再構成フィルタを適用する。再構成フィルタは、最低１８０度の撮影角度範囲で収集した測定投影データに対して逆投影演算を行った場合に再構成画像上で高周波情報が相殺されるように設計されている。そのため、Ｘ線トモシンセシス装置のように撮影角度範囲が小さい場合、高吸収体のように周辺組織との測定投影データ値の差が急峻になる被写体の形状や吸収値を完全に復元できず、ＦＢＰ法により強調された高周波成分によりアーチファクトが発生する。

このアーチファクトを低減するため、周辺組織の吸収値を用いて高吸収体領域の値を置換し周辺組織との差を小さくする方法や、測定投影データから高吸収体を分別する方法が提案されている。

特許文献１には、トモシンセシス撮影により取得された投影データから放射線の高吸収体領域を抽出し、抽出した高吸収体領域の大きさおよび／または形状の特徴量を算出する技術が開示されている。この技術は、算出した特徴量に基づいて、投影データにおける高吸収体領域の画素を補間する際の補間方法を決定する。決定した補間方法を用いて、投影データの高吸収体領域の補間を行う。高吸収体領域の抽出方法として、二値化処理やグラフカット処理を用いることが開示されている。

特開２０１６−１１２２４８号公報

特許文献１の技術は、抽出した高吸収体領域の大きさおよび／または形状の特徴量を算出し、投影データにおける高吸収体領域の画素を補間する際の補間方法を決定する。このため、高吸収体領域を精度よく抽出することが、アーチファクトが低減された画像を得るために重要である。

トモシンセシス画像のように１枚の画像における画素値の変化幅が大きい医用画像は、二値化処理のような閾値処理では領域の抽出が困難な場合もある。そのため、高吸収体領域を精度よく抽出するため、公知の領域拡張法等のように、領域抽出を開始する点や領域に基づいて、領域を拡張（または縮小）していくことにより領域を抽出する方法を用いることが考えられる。例えば、領域拡張法は、開始点の近傍の画素の画素値が所定の条件を満たす場合には、その領域に加えることにより領域を順次拡張していく手法である。このため、これらの領域抽出方法を用いるためには、領域抽出を開始する点や領域を設定する必要がある。トモシンセシス撮影により取得される投影角度ごとの測定投影データは少なくとも２０以上あり、領域拡張法等をそれぞれ実施するためには、測定投影データごとに開始点や開始領域を設定する必要があり、開始点や開始領域の設定に要する工数の増加が問題となる。開始点や開始領域の設定を操作者が行う構成とした場合には、操作者の負荷となる。

本発明は、工数を過度に増加させることなく、高吸収体の領域を精度よく抽出することが可能なＸ線トモシンセシス装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のＸ線トモシンセシス装置は、被写体にＸ線を照射するＸ線発生部、被写体を透過後のＸ線を検出して２次元の測定投影データを得るＸ線検出部、Ｘ線発生部及びＸ線検出部の少なくとも一方を被写体に対して相対的に移動させ、異なる複数の投影角度から被写体にＸ線照射させる機構部を有する撮像部と、複数の前記投影角度ごとの前記測定投影データに含まれるＸ線の高吸収体の領域をそれぞれ抽出し、前記領域の測定投影データ値を変換処理する高吸収体処理部と、前記高吸収体処理部が処理した後の複数の前記測定投影データに基づいてトモシンセシス画像を再構成する画像再構成部と、を備える。高吸収体処理部は、投影角度ごとの測定投影データ上にそれぞれ設定された開始点を用いて、投影角度ごとの測定投影データについてそれぞれ領域の抽出を行う。高吸収体処理部は、１つの投影角度の測定投影データに設定された開始点に基づいて、他の投影角度の測定投影データに開始点を設定する。

本発明によれば、工数を過度に増加させることなく、高吸収体の領域を精度よく抽出することができるＸ線トモシンセシス装置を提供できる。

実施例１における、Ｘ線トモシンセシス装置各部のハードウェアの構成を説明するブロック図である。 実施例１における、Ｘ線トモシンセシス装置の機能ブロック図である。 実施例１における、撮影条件受付画面を説明するための図である。 実施例１における、（ａ）高吸収体処理部の機能を説明する機能ブロック図、（ｂ）３次元微分処理部の処理結果を示す説明図、（ｃ）３次元領域拡張部１６３の処理結果を示す説明図、（ｄ）２次元微分処理部１６４の処理結果と開始点４３を示す説明図、（ｅ）２次元領域拡張部の処理結果を示す説明図。 実施例１における、高吸収体処理部の計算手順を説明するためのフローチャート図である。 実施例１における、Ｘ線トモシンセシス装置の処理した投影データとトモシンセシス画像を説明するための図である。 実施例１における、図６と異なる処理した投影データとトモシンセシス画像を説明するための図である。 実施例１における、図６および図７とは異なる処理を行った投影データとトモシンセシス画像を説明するための図である。 実施例１における、球状の水の内部に高吸収体を模擬したファントムシミュレーションを説明するための図である。 実施例１における、ファントムから測定投影データを作成した結果を説明するための図である。 実施例１における、金属アーチファクト補正無または有のＦＢＰ法の結果を説明するための図である。 実施例２における、高吸収体処理部の機能を説明する機能ブロック図である。 （ａ）および（ｂ）実施例２における、補間処理を実施し、連結有の測定投影データ作成を説明するための図である。 実施例３における、高吸収体処理部の機能を説明する機能ブロック図である。 （ａ）および（ｂ）実施例３における、パターン認識処理を実施し、連結有の測定投影データを作成することを説明するための図である。 実施例４における、高吸収体処理部の機能を説明する機能ブロック図である。 （ａ）は実施例４における、物質探索用パラメータの最適化を説明するための図であり、（ｂ）から（ｄ）は実施例４における吸収体の抽出結果が不適切である例を説明するための図である。 実施例５における、高吸収体処理部の機能を説明する機能ブロック図である。 （ａ)および（ｂ）は、実施例５における、Ｌｏｇ変換前後の測定投影データを説明するための図である。 実施例７における、画像再構成部の機能を説明する機能ブロック図である。 実施例７における、画像再構成部の計算手順を説明するためのフローチャート図である。

以下、図面に従い、本発明の各種の実施例について順次説明する。

図１に、実施例１に係るＸ線トモシンセシス装置のハードウェア構成を示す図を、図２に実施例１に係るＸ線トモシンセシス装置の機能を示す機能ブロック図を示す。本実施例は、図２に示すように、撮像部１０２と、高吸収体処理部１３６と、画像再構成部１３７とを少なくとも備えている。撮像部１０２は、図１に示すように、被写体３にＸ線を照射するＸ線発生部１、被写体３を透過後のＸ線を検出して２次元の測定投影データを得るＸ線検出部２、Ｘ線発生部及びＸ線検出部の少なくとも一方を被写体３に対して相対的に移動させ、異なる複数の投影角度から被写体３にＸ線照射させる機構部を有する。高吸収体処理部１３６は、複数の投影角度ごとの測定投影データに含まれるＸ線の高吸収体の領域をそれぞれ抽出し、領域の測定投影データ値を変換処理する。画像再構成部１３７は、高吸収体処理部１３６が処理した後の複数の測定投影データに基づいてトモシンセシス画像を再構成する。

ここで、高吸収体処理部１３６は、投影角度ごとの測定投影データ４０５（後述の図６参照）上にそれぞれ設定された開始点を用いて、投影角度ごとの測定投影データ４０５についてそれぞれ高吸収体の領域４０４の抽出を行う。

高吸収体処理部１３６は、１つの投影角度の測定投影データ４０５に設定された開始点に基づいて、他の投影角度の測定投影データに対して開始点を設定する。

このように本実施形態においては、高吸収体処理部１３６が、一つの投影角度の測定投影データ４０５に設定された開始点に基づいて、他の投影角度の測定投影データに対して開始点を設定するため、操作者は一つの開始点を設定するだけでよく、操作者の工数を増加させることなく高吸収体の領域を開始点に基づいて抽出することができる。

なお、ここでいう開始点とは、領域抽出を開始する点、または、領域抽出を開始する領域（形状）に含まれる点を言う。高吸収体処理部１３６は、この開始点または開始点を含む領域（形状）を拡張（または縮小）していくことにより領域を抽出する方法を用いて、高吸収体領域を抽出する。

例えば、高吸収体処理部１３６は、後述する図４（ａ）にさらに詳しい構成を示すが、３次元物質探索部１５１を備える構成とする。３次元物質探索部１５１は、図４（ｂ）に示すように、２次元（ｘ、ｙ）の測定投影データを投影角度方向（θ＝ｚ）に並べた３次元（ｘ、ｙ、ｚ）の測定投影データを３次元微分する。そして、３次元物質探索部１５１は、予め１つの投影角度の測定投影データに設定された開始点４１に対して、隣接するデータが所定の条件を満たすかどうかを微分値により判断する。微分値が所定の条件を満たす場合は、３次元物質探索部１５１は、開始点４１から隣接するデータの方向に高吸収体領域を順次広げる。３次元物質探索部１５１は、この処理を３次元方向に行うことにより、３次元の高吸収体領域を抽出する（領域拡張法、図４（ｃ）参照）。抽出した３次元の高吸収体領域が、他の投影角度の２次元の測定投影データにおいて占める範囲（図４（ｄ）参照）内の１以上の点を、３次元物質探索部１５１は、その投影角度の２次元の測定投影データにおける開始点として設定する。

また、高吸収体処理部１３６は、後述する図４（ｄ）及び図４（ｅ）に示す２次元物質探索部１５２をさらに備えていてもよい。２次元物質探索部１５２は、２次元の測定投影データを２次元微分する（図４（ｄ））。２次元物質探索部１５２は、３次元物質探索部が設定した開始点に対して、隣接するデータが所定の条件を満たすかどうかを２次元微分値により判断し、微分値が所定の条件を満たす場合は開始点から隣接するデータの方向に高吸収体領域を広げることにより、高吸収体領域を抽出する（領域拡張法、図４（ｅ））。

また、高吸収体処理部１３６は、抽出領域変換部１５３を備える。抽出領域変換部１５３は、周辺領域の値を用いることなく、高吸収体領域４０４の測定投影データ値を高吸収体よりもＸ線吸収率が低い場合の測定投影データ値に変換処理する（図６参照）。

そして、画像再構成部１３７が変換処理後の測定投影データを用いて画像再構成を行うことにより、ＦＢＰ法を用いた場合であっても、Ｘ線吸収率が低い場合の測定投影データ値に変換処理されているため、ＦＢＰ法により高周波成分が強調され過ぎるのを防止でき、高吸収体アーチファクトを抑制することができる。

本実施例において、アーチファクトの低減量は、例えば、下式（１）に示すように、ＦＢＰ法を用いて再構成したトモシンセシス画像（以下、補正無ＦＢＰ画像とする）のアーチファクト量を基準として、高吸収体の領域の測定投影データ値を変換後に再構成したトモシンセシス画像（以下、補正有ＦＢＰ画像とする）のアーチファクト量が低減した割合を百分率で示すことにより、数値として評価することができる。

なお、本実施例のＸ線トモシンセシス装置において、被写体とは撮影対象を意味し、被検体３と、被検体３を支える寝台４とを包含する。なお、被検体３は、人体に限らず、ファントムや機械等の検査対象の物体であってもよい。

以下、図面を参照して、実施例１のＸ線トモシンセシス装置についてさらに具体的に説明する。図１は、実施例１のＸ線トモシンセシス装置のハードウェア構成を示す図である。このＸ線トモシンセシス装置は、後述するように、画像生成部１０３の補正処理部１３５、高吸収体処理部１３６、画像再構成部１３７の機能をソフトウェアにより実現する。図２は、各種のソフトウェア等で実現されるＸ線トモシンセシス装置の機能ブロック図である。

先に概説したように、本実施例のＸ線トモシンセシス装置は、Ｘ線照射条件等の撮影条件や画像再構成の条件を入力する入力部１０１と、撮影の制御やＸ線の照射および検出を行い、測定投影データを出力する撮影部１０２と、検出した信号である測定投影データに対して補正処理、高吸収体処理や画像再構成を行い、画像を出力する画像生成部１０３とを備えて構成される。なお、入力部１０１および画像生成部１０３は、撮影部１０２を備える本体装置と必ずしも一体に構成する必要はなく、撮影部１０２とは離れた場所に配置し、ネットワークを介して接続してもよい。その場合、画像生成部１０３は、測定投影データを処理する処理装置として、独立した存在であるとすることができる。

入力部１０１は汎用のコンピュータが備えるハードウェア構成を有し、入出力部であるキーボード１１１やマウス１１２、記憶部であるメモリ１１３や、ＨＤＤ装置１１５、処理部である中央処理装置１１４等を備えている。また、画像生成部１０３は、データ収集システム（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、以下、ＤＡＳ）１１８、記憶部であるメモリ１１９、処理部である中央処理装置１２０、記憶部であるＨＤＤ装置１２１、表示部であるモニタ１２２等を備えている。入力部１０１と画像生成部１０３は、独立したハードウェアとしても良いし、これらのハードウェアを共用した構成としても良い。

図２に示すように、入力部１０１は、撮影条件を入力する撮影条件入力部１３１として機能する。撮影部１０２は、撮影条件入力部１３１で入力された撮影条件に基づき撮影を制御する撮影制御部１３２と、Ｘ線の照射および検出を行う撮影稼動部１３３として機能する。画像生成部１０３は、検出したＸ線信号をディジタル信号に変換する信号収集部１３４、ディジタル信号に対して補正する補正処理部１３５、補正した投影データに対して高吸収体の投影データ値を変換処理する高吸収体処理部１３６、投影データに対して画像再構成する画像再構成部１３７、および、再構成したトモシンセシス画像を出力する画像表示部１３８として機能する。もちろん、ＡＤ変換を行う信号収集部１３４は、撮影部１０２に設置し、撮影部１０２は、ディジタル信号としての測定投影データを出力することも可能であり、ネットワークを介して画像生成部１０３を接続する場合には、その様に構成すると好適である。

図１に示すように、入力部１０１は、撮影条件の入力等を行うために、キーボード１１１およびマウス１１２を備える。また、図示していないが、ペンタブレットやタッチパネル等の他の入力手段を備えていてもよい。さらに、入力部１０１は、中央処理装置（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１４と、メモリ１１３やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）装置１１５等の記憶部と、図示を省略したモニタとを備えている。各構成要素はデータバス１０１ａによって接続されている。

キーボード１１１等により入力されたデータは、処理部であるＣＰＵ１１４に受け渡される。ＣＰＵ１１４は、メモリ１１３、ＨＤＤ装置１１５等に予め格納されている所定のプログラムを展開・起動することにより、図２の撮影条件入力部１３１として機能する。また、ＣＰＵ１１４は、別のプログラムを展開・起動することにより、撮影部１０２に制御信号を送り、図２の撮影制御部１３２の一部としても機能する。

図１の撮影部１０２のＸ線発生部からなるＸ線発生部１とＸ線検出部２は、一般的なＸ線トモシンセシス装置と同様、被検体３へのＸ線の照射および検出を実現する。Ｘ線発生部１のＸ線発生点とＸ線検出部２のＸ線入力面との距離の代表例は１２００［ｍｍ］である。ここではＸ線発生部１が被写体３およびＸ線検出部２に対して移動する構成である。トモシンセシス撮影を行う際のＸ線発生部１のＸ線検出部２に対する角度を、投影角度と呼ぶ。Ｘ線発生部１とＸ線検出部２が正対する位置を０度とすると、投影角度の範囲の代表例は±２０度である。１回のトモシンセシス撮影において撮影部１０２が撮影する投影枚数の代表例は６０である。この場合、Ｘ線発生部１が０．６７度分移動する毎に１回の撮影が行われる。投影角度±２０度の範囲でのトモシンセシス撮影に要する時間の代表例は１０．０［ｓ］である。Ｘ線検出部２は、シンチレータ及びフォトダイオード等から構成される公知のＸ線検出素子を含み、複数の検出素子が、寝台４と平行な面内で２次元方向に配列されている。

例えば、Ｘ線検出部２内に２次元に配列されたＸ方向およびＹ方向のＸ線検出素子の数は、２０００×２０００個である。各Ｘ線検出素子のサイズの代表例は０．２［ｍｍ］である。なお、各仕様は、上記の値に限定されるものはなく、Ｘ線トモシンセシス装置の構成に応じて種々変更可能である。

画像生成部１０３は、ＤＡＳ１１８、ＣＰＵ１２０で構成される処理部、メモリ１１９やＨＤＤ装置１２１等の記憶部、モニタ１２２を備えて構成される。これらはデータバス１０３ａによって接続される。ＤＡＳ１１８は、図２の信号収集部１３４として機能する。

処理部であるＣＰＵ１２０は、メモリ１１９、ＨＤＤ装置１２１等に予め格納されている所定のプログラムを展開・起動することにより、図２の補正処理部１３５、高吸収体処理部１３６および画像再構成部１３７の機能をソフトウェアにより実現する。なお、本実施形態は、少なくとも高吸収体処理部１３６の一部または全部をハードウェアによって実現することも可能である。例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなカスタムＩＣや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルＩＣを用いて高吸収体処理部１３６を構成し、高吸収体処理部１３６の動作を実現するように回路設計を行えばよい。

モニタ１２２は、画像表示部１３８として機能する。

撮影部１０２のＸ線検出部２で検出された信号は、信号収集部１３４として機能するＤＡＳ１１８によって収集されて、ディジタル信号に変換され、ＣＰＵ１２０に受け渡される。ＣＰＵ１２０は、補正を行い、ＦＢＰ処理を用いて画像再構成を行う。また、ＨＤＤ装置１２１等にデータは保存され、必要に応じて、データは外部へ入出力される。画像再構成したトモシンセシス画像は、画像表示部１３８として機能する液晶ディスプレイやＣＲＴ等のモニタ１２２に表示される。上述のようにＣＰＵ１２０やメモリ１２１やモニタ１２２等は入力部１０１と共用できる。

次に、実施例１のＸ線トモシンセシス装置の撮影動作の流れを図２の機能ブロック図を中心に、図１のハードウェア構成および図３の画面例を用いて説明する。図３は、撮影条件入力部１３１のモニタ１２２に表示される撮影条件受付画面１４１の一例を示す図である。

図２の撮影条件入力部１３１は、図３の撮影条件受付画面１４１をモニタ１２２に表示し、操作者の入力を受け付ける。図３の撮影条件受付画面１４１は、照射するＸ線のエネルギー及び出力量に対応する管電圧、管電流時間積、および、１回のトモシンセシス撮影における投影枚数を操作者が設定するためのＸ線条件設定用領域１４２と、再構成画像の範囲を操作者が設定するための再構成範囲設定用領域１４３と、所望する高吸収体条件を操作者が選択する高吸収体設定用領域１４４と、撮影部位を操作者が設定するための撮影部位設定用領域１４５と、高吸収体の抽出方法を操作者が選択するための抽出方法設定用領域１４６を含む。

操作者は、撮影条件受付画面１４１を見ながら、マウス１１２やキーボード１１１等を操作して、Ｘ線条件をＸ線条件設定用領域１４２に、再構成範囲を再構成範囲設定用領域１４３に、所望する高吸収体条件を高吸収体設定用領域１４４に、撮影部位を撮影部位設定用領域１４５に、高吸収体の抽出方法を抽出方法設定用領域１４６にそれぞれ設定する。以下、本発明に係る撮影条件、再構成条件の設定について、図３を用い、さらに詳しく説明する。

図３では一例として、操作者によってＸ線条件設定用領域１４２に、管電圧値８０［ｋＶ］、管電流時間積２０［ｍＡｓ］、投影枚数６０が設定されている例を示している。なお、図３では、１種類のエネルギースペクトルを有するＸ線を用いる例について示しているが、２種類以上のＸ線を用いるマルチエネルギー撮影の場合には、操作者は、管電圧、管電流時間積、及び撮影回数の項目をＸ線条件設定用領域１４２に追加し、Ｘ線の種類ごとに同様に設定する。

また、図３の再構成範囲設定用領域１４３において、操作者は、画像再構成を行う領域である再構成範囲（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ、以下、ＦＯＶとする）を設定する。図３の再構成範囲設定用領域１４３は、操作者がＦＯＶの大きさと中心位置を設定することにより再構成範囲を設定する構成である。本実施例では一例として、ＦＯＶを正方形で定義する。図３の例では、ＦＯＶは一辺３００［ｍｍ］が設定され、ＦＯＶの中心位置は、Ｘ線発生部１の移動を円軌道と仮定したときの回転中心に等しい、Ｘ＝Ｙ＝Ｚ＝０［ｍｍ］に設定されている。ただし、ＦＯＶは、正方形に限ることはなく、円形、長方形、立方体、直方体、球等の任意の形状に設定することも可能である。この場合も本実施例の構成を適用できる。

図３の高吸収体設定用領域１４４において、操作者は、領域抽出の開始点４１を設定する。設定方法としては、操作者が測定投影データ値の閾値を入力し、入力された閾値以下の測定投影データの点を開始点４１として設定する方法と、取得した測定投影データ上１４７の高吸収体の領域内の点を操作者がポインタ１４８を選択する方法と、高吸収体の情報を操作者が選択する方法が図３の例では用意されている。

図３の例では、具体的には、測定投影データ値の閾値として１００以下が操作者によって設定されている。よって、この閾値１００以下の測定投影データを示す点が開始点４１として設定される。

また、図３の撮影部位設定用領域１４５では、撮像部位として、Ｘ線照射対象（頭部、胸部、肺野等の部位や組織）を操作者が選択する。図３の例では、頭部が選択されている。

本実施形態において、高吸収体の領域を抽出する方法としては、領域抽出を開始する点や領域から領域を拡張（または縮小）していくことにより領域を抽出する方法であればどのような方法を用いてもよい。上述した開始点から領域を拡張する領域拡張法の他、初期形状に基づいて領域を抽出するスネークス法や、初期値に基づいて領域を抽出するレベルセット法や、初期シード（seed)に基づいて領域を抽出するグラフカット法を用いることができる。図３の抽出方法設定用領域１４６では、公知の画像処理技術である領域拡張法、スネークス法、レベルセット法、グラフカット法等から領域の設定方法を操作者は選択する。なお、領域抽出法として、スネークス法のように、開始点ではなく開始領域（開始形状）から領域抽出を行う方法が選択された場合には、撮影条件入力部１３１は、上述の図３の高吸収体設定用領域１４４において、開始領域（開始形状）の入力を操作者から受け付けてもよい。また、撮像条件入力部１３１は、高吸収体設定用領域１４４において開始点４１の設定を操作者から受け付け、開始点４１を含むように所定形状の開始領域（開始形状）を設定してもよい。

なお、撮影条件受付画面１４１は、図３の画面構成に限定されるものではない。また、撮影条件受付画面１４１で設定を受け付けるＸ線条件、再構成範囲、高吸収体設定条件、撮影部位の設定条件、および抽出方法をＨＤＤ装置１１５に予め保存しておき、撮影条件入力部１３１がＨＤＤ装置１１５から設定条件等を読み出す構成にすることも可能である。この場合、毎回操作者が、Ｘ線条件等を入力する必要はない。また、上記設定条件の組み合わせを予め複数種類保存しておき、操作者が複数種類の中から選択する構成にすることも可能である。

次に、図２の撮影部１０２は、撮影条件入力部１３１が操作者から受け付けた撮影条件に応じたトモシンセシス撮影を行う。操作者がマウス１１２やキーボード１１１等を用いて撮影開始を指示すると、ＣＰＵ１１４は、撮影制御部１３２の検出器制御器１１６、Ｘ線制御器１１７に出力する。制御信号を受けて、Ｘ線発生部１を体軸方向に移動させる制御を行い、被検体３の撮影部位が、Ｘ線発生部１とＸ線検出部２の間のＸ線通過範囲、すなわち、撮影位置に一致した時点で、Ｘ線発生部１の移動を停止させる。これにより被検体３の撮影開始位置への配置が完了する。

また、Ｘ線制御器１１７は、ＣＰＵ１１４から撮影開始が指示されると同時に駆動モーターを介してＸ線発生部１の移動を開始させる。Ｘ線発生部１の移動が定速状態に入り、かつ、被検体３の撮影位置への配置が終了した時点で、ＣＰＵ１１４は、Ｘ線制御器１１７にＸ線発生部１のＸ線照射タイミング、及び、Ｘ線検出部２の撮影タイミングを指示する。Ｘ線制御器１１７は、この指示に従ってＸ線発生部１からＸ線を照射させ、Ｘ線検出部２は、Ｘ線を検出して撮影を開始する。また、Ｘ線制御器１１７は、例えば操作者が設定したＸ線発生部１の管電圧および管電流時間積により、照射するＸ線のエネルギースペクトルと出力量を決定する。

なお、ここでは１種類のエネルギースペクトルを有するＸ線を使用する例について説明したが、本実施例の構成はマルチエネルギー撮影のトモシンセシスにも適用できる。その場合には、例えば、１回の移動毎または１回の移動中に管電圧を高速に切り替えて２種類以上のエネルギースペクトルを有するＸ線を照射し、撮影データを取得するように制御する。

画像生成部１０３の信号収集部１３４は、Ｘ線検出部２の出力信号をディジタル信号に変換し、メモリ１１９に保存する。このデータに対し、補正処理部１３５では、Ｘ線の検出信号のゼロ値を較正するオフセット補正や、検出素子間の感度を補正する公知のエアキャリブレーション処理等の補正を行い、被検体３の測定投影データを取得する。測定投影データは、高吸収体処理部１３６、画像再構成部１３７に送られる。

図４に、本実施例の高吸収体処理部１３６のさらに詳しい機能構成を示す。上述したようにソフトウェア等で実現される高吸収体処理部１３６は、３次元物質探索部１５１と、２次元物質探索部１５２と、高吸収体の領域の測定投影データ値を変換する抽出領域変換部１５３を備えている。

３次元物質探索部１５１は、実際の撮影条件で受け付けた開始点４１を用いて、３次元の領域拡張法を用いて３次元領域を求め、投影角度ごとの２次元測定投影データに開始点を設定する。そのため、投影角度ごとの２次元の測定投影データを投影角度方向に並べた３次元の測定投影データに対して３次元微分処理を実施する３次元微分処理部１６１と、微分処理により取得した勾配画像に対して、閾値ａ_３Ｄ以上を境界と判定する３次元境界判定部１６２と、撮影条件受付画面１４１で受け付けた設定に基づき、境界内部を満たすよう領域を拡張する３次元領域拡張部１６３を備えている。

一方、２次元物質探索部１５２は、３次元物質探索部１５１が設定した開始点に基づいて、例えば境界抽出をベースとした２次元の領域拡張法を用いて、高吸収体領域を抽出する。そのため、２次元物質探索部１５２は、それぞれ投影角度の測定投影データに対して、２次元微分処理を実施する２次元微分処理部１６４と、微分処理後に取得した勾配画像に対して、閾値ａ_２Ｄ以上を境界と判定する２次元境界判定部１６５と、開始点から境界内部を満たすよう領域を拡張して領域を抽出する２次元領域拡張部１６６を備えている。

次に抽出領域変換部１５３は、抽出した領域の測定投影データを、アーチファクトを生じにくい値（高吸収体よりもＸ線吸収率が低い場合の測定投影データ値）に変換する機能を備えている。

これらの各機能ブロックは図５のフローチャートのように動作する。以下、詳細に説明する。始めに３次元微分処理部１６１を説明する。

３次元微分処理部１６１では、図５のステップ１７１において、Ｘ線検出部２が検出した横方向ｘおよび縦方向ｙの検出素子番号順に並んだ２次元測定投影データを、取得した投影角度ごとに投影角度方向θ＝ｚに並べた３次元測定投影データ（３次元サイノグラム）であるｆ（ｘ、ｙ、ｚ）に対して、下式（２）に示すように、例えば公知の画像処理技術である３次元方向の偏微分計算を施すことにより、勾配画像▽ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。

式（２）の▽ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）は、ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）の勾配を示す。ここで、第３項（ｕｚ）の前に係る係数αは、投影枚数（投影角度間隔）によって決まる係数であり、一般に投影角度間隔が大きいほど大きくなる。原点は、撮影開始後の１投影目における正面左上の検出器とする。ｕｘ、ｕｙは、横方向および縦方向における検出素子番号の単位ベクトルを示す。ｕｚは、投影角度方向の単位ベクトルを示す。式（２）は、３×３×３検出素子内の近傍６検出素子の値を用いて測定投影データの勾配画像を算出しているが、測定投影データのＳ／Ｎに応じて、例えばノイズが大きい場合は近傍１８検出素子の値を用いて勾配画像を算出してもよい。

次に３次元境界判定部１６２では、図５のステップ１７２において、偏微分計算後に取得した勾配画像▽ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）に対して、式（３）に示すように、予め定めた閾値ａ_３Ｄ以上を境界画素ｂ（ｘ、ｙ、ｚ）＝１、閾値ａ_３Ｄ未満を境界画素ｂ（ｘ、ｙ、ｚ）＝０とする。これにより、図４（ｂ）に示したように、高吸収体の測定投影データと周囲との境界の急峻に測定投影データが変化する位置（境界）の画素の画素値が１、高吸収体の内部の画素および高吸収体の外部の画素が０となる。

次に３次元領域拡張部１６３では、図５のステップ１７３において、操作者が設定した開始点４１は、高吸収体の内部に設定されているため、開始点４１を始点として、Ｘ線検出部２の横方向、縦方向、および投影角度方向に領域を拡張する。具体的には、開始点４１の画素ｂ（ｘ、ｙ、ｚ）＝０に対して、隣接する画素の値が０の場合のみ、高吸収体として判定し、ｂ（ｘ、ｙ、ｚ）＝２に変更する。つぎに、ｂ（ｘ、ｙ、ｚ）＝２に変更した高吸収体の画素にさらに隣接する画素について高吸収体かどうかを判定し、隣接する画素の値が０である場合は、ｂ（ｘ、ｙ、ｚ）＝２に変更する。これを判定対象の画素が無い条件に至るまで、３次元方向について処理を繰り返す（図４（ｃ））。これにより、高吸収体の境界よりも内部に位置する画素ｂ（ｘ、ｙ、ｚ）＝２の３次元領域４２を抽出できる。

３次元領域拡張部１６３は、抽出した３次元の領域４２が、開始点４１が設定された投影角度以外の他の投影角度の２次元の測定投影データにおいて占める範囲を求め、その範囲内の１以上の点を、その投影角度の前記２次元の測定投影データにおける開始点４３として設定する。

次に２次元物質探索部１５２では、３次元領域拡張部１６３に設定された開始点４３に基づいて、それぞれの投影角度の２次元測定投影データから高吸収体領域を抽出する。具体的には、２次元微分処理部１６４では、図５のステップ１７４において、下式（４）に示すように、ある投影角度ｚにおいて、横方向ｘおよび縦方向ｙの２次元測定投影データｇ（ｘ、ｙ、ｚ）に、例えば公知の画像処理技術である２次元方向の偏微分計算を施すことにより、勾配画像▽ｇ（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。

次に２次元境界判定部１６５では、図５のステップ１７５において、それぞれ投影角度の偏微分計算後に取得した勾配画像▽ｇ（ｘ、ｙ、ｚ）に対して、式（５）に示すように、予め定めた閾値ａ_２Ｄ以上を境界画像ｅ（ｘ、ｙ、ｚ）＝１、または閾値ａ_２Ｄ未満を境界画像ｅ（ｘ、ｙ、ｚ）＝０とする。

次に２次元領域拡張部１６６では、図５のステップ１７６において、３次元物質探索部１５１が設定した開始点４３に基づき、それぞれ投影角度の測定投影データ上でＸ線検出部２の横方向、縦方向に領域を拡張する。この時、開始点の画素ｅ（ｘ、ｙ、ｚ）＝０に対して、隣接する画素の値が０の場合のみ、高吸収体として判定し、ｅ（ｘ、ｙ、ｚ）＝２に変更する。同様にして、判定した高吸収体の画素と隣接する画素を判定し、判定対象の画素が無い条件に至るまで、処理を繰り返す。これら２次元物質探索部１５２の処理により、それぞれの投影角度において測定投影データの高吸収体領域４４を抽出できる。これにより、高吸収体の測定投影データと周囲との境界の内側である高吸収体領域４４を精度よく抽出することができる。

このように本実施形態では、３次元物質探索部１５１の処理と、２次元物質探索部１５２の処理とを段階的に実施する理由を説明する。本実施形態では、まず３次元物質探索部１５１の３次元微分処理において、ｘ、ｙ、ｚ方向の３方向の合計値（式（２））から勾配画像を算出することにより、３次元領域４２を抽出することできるため、一つの投影角度の測定投影データに設定された開始点４１から他の投影角度の測定角度データについても領域４２を設定できる。しかしながら、投影角度であるｚ方向に吸収値差が顕著に大きい場合、その画素は境界と判定される可能性が高い。この影響により、３次元物質探索部１５１の処理は、２次元物質探索部１５２の２次元微分処理と比較して、ｚ方向の吸収値差を含める分、高吸収体領域を小さく見積もることがある。従って、高吸収体領域を高精度に抽出するためには、３次元物質探索部で全体の投影角度の測定投影データから高吸収体領域を抽出した後、それぞれ投影角度で２次元物質探索部を実施することにより、精度よく領域４４を抽出することができる。

次に抽出領域変換部１５３では、図５のステップ１７７において、領域拡張して取得した抽出領域に対して、式（６）に示すように、代表的な高吸収体の測定投影データ値ｃに前記差（ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）−ｃ）のｄ倍分を加え、測定投影データｆ’（ｘ、ｙ、ｚ）へ変換する。変換に用いる係数ｄはアーチファクトの影響を十分小さくするため、ｄ＝１／１０とする。これにより、周辺領域の値を用いることなく、高吸収体の領域４４の測定投影データ値を高吸収体よりもＸ線吸収率が低い場合の測定投影データ値に変換処理することができる。

代表的な高吸収体の測定投影データ値ｃは、撮影条件や再構成条件、被写体の３次元空間の位置（ｘ、ｙ、ｚ）、大よその高吸収体の位置（ｘ、ｙ、ｚ）と大きさ等の情報を用いて、推定する方法が挙げられる。その他には、周辺領域の値から補間により推定する方法も挙げられるが、高吸収体のサイズが大きくなるほど、周辺領域との距離が大きくなるため、補間による値の精度が低下する課題がある。

特定値への変換処理について、図６を用いて詳細に説明する。図６は、投影データ４０１と、再構成したトモシンセシス画像４０２を示す。図６において、白色の領域は投影データ値が大きく、黒色の領域は投影データ値が小さく、その中間の領域はグレーの濃淡で表されたグレースケールで示されている。例えば、測定投影データ４０５は、球体４０３の内部に高吸収体４０４を挿入したファントムを撮影したものである。測定投影データ４０５に対して、３次元物質探索部１５１、および２次元物質探索部１５２の処理を施すことにより抽出された高吸収体４０４の投影データ４０６を示す。次に、高吸収体投影データ４０６に示される高吸収体４０４に対して、抽出領域変換部１５３により、特定値ｆ’（ｘ、ｙ、ｚ）へ変換すると、高吸収体変換投影データ４０７が得られる。最後に、高吸収体変換投影データ４０７に対して、公知であるＬｏｇ変換処理ならびに画像再構成を実施し、再構成画像４０９を取得する。この時、Ｌｏｇ変換処理により値の大小が反転する。特定値ｆ’（ｘ、ｙ、ｚ）への変換処理により値を圧縮することで、高吸収体４１０の値が低下し、アーチファクト成分が低減する。

実施例１を実現するための図６と別の構成として、図７の構成を説明する。図６では特定値への変換処理のみを行ったのに対して、図７では高吸収体投影データ４０６に対して公知であるＬｏｇ変換処理ならびに画像再構成を実施し、高吸収体再構成画像４１１を取得する。この時、高吸収体４１２から発生するライン状のアーチファクト４１３は、形状または画素値が異なる性質を利用することで、公知である閾値処理や特徴抽出アルゴリズム等により除去し、高吸収体４１２の画像のみを抽出する。次に、抽出した高吸収体４１２の領域のみを対象として、例えば特定値への変換処理に用いた係数ｄの逆数を乗算することで、再構成画像４０９に示す高吸収体４１４の値を高精度に復元する。この時、高吸収体再構成画像４１１の画素値を正確に求める必要はない。少なくとも高吸収体４１２の領域を抽出できれば、一律の係数ｄの逆数を乗算する事で、高吸収体４１４の値を復元可能である。これにより、領域を限定した効果による高吸収体再構成画像４１１のデータサイズ削減や、画素値の２値化等による表示バイトの縮小により、全領域を再構成して加算処理する方法等と比較して、低メモリ化を実現できる。

実施例１を実現するための図６および図７とはさらに異なる構成を、図８に示す。図８では特定値ｆ’（ｘ、ｙ、ｚ）の変換処理を実施せず、測定投影データ４０５から再構成画像４０９を再構成し、上述のライン状のアーチファクト４１３との差分をとることによりライン状のアーチファクト４１３を除去し、補正画像４１５を取得する。具体的には、高吸収体再構成画像４１１から、形状または画素値が異なる性質を利用して、公知である閾値処理や特徴抽出アルゴリズム等により、アーチファクト４１３のみを抽出する。次に、抽出したアーチファクト４１３のみを対象として、再構成画像４０９から差分をとる事で、補正画像４１５に示す高吸収体４１６の値を高精度に復元可能である。

以上、ある投影角度ｚ番目の測定投影データに含まれる高吸収体の投影データ値の変換を説明したが、他の投影角度の測定投影データについても、同様に変換処理を実施する。

画像再構成部１３７は、全体の投影角度の測定投影データに対して、ＦＢＰ法を用いた再構成を実施し、特定の吸収値変換により高吸収体から発生するアーチファクトを低減できる。

なお、上述に示した領域拡張法は一例であり、公知の画像処理技術であるグラフカット、レベルセット、スネークス法等、他の手法に適用しても構わない。

本実施例の有効性を検証するため、図９に示すように、直径１５０［ｍｍ］の球状の水の内部に高吸収体を模擬したファントムシミュレーションを実施した。図９の各断面はＣｏｒｏｎａｌ面１８１、Ｓａｇｉｔｔａｌ面１８２、Ａｘｉａｌ面１８３を表す。水と高吸収体のＸ線吸収係数の比率は１：３０とし、Ｃｏｒｏｎａｌ面１８１のＸ、Ｙ方向に、直径１０［ｍｍ］の球状の高吸収体をそれぞれ２５［ｍｍ］、５０［ｍｍ］離した位置に配置した。球ファントムは、Ｘ線発生部１の移動を円軌道と仮定したときの回転中心を０［ｍｍ］とし、Ｘ線検出部２からＸ線発生部１の方向に１００［ｍｍ］にずらした位置（Ｚ＝１００［ｍｍ］）に設定した。Ｚ＝０ｍｍは、Ｘ線検出部２の検出表面の位置とする。

図１０は、Ｘ線発生部１とＸ線検出部２の幾何学系を模擬し、図９に示すファントムから測定投影データを作成した結果を示す。Ｘ線はエネルギーを仮定せず，Ｘ線の量子ノイズや回路ノイズ，散乱線の影響を含めていない。図１０の各断面は、投影角度±２０度のうち、０度の投影角度のＸ線検出部２の測定投影データ１８４、Ｘ方向における投影角度方向の断面１８５、Ｙ方向における投影角度方向の断面１８６を表す。投影角度０度の測定投影データ１８４上において、各高吸収体の中心にポインタを設定し、図５に示すステップ１７１〜１７７により、全体の投影角度に高吸収体の領域を拡張した。

図１１（ａ）は、補正無ＦＢＰ画像を示し、図１１（ｂ）は、補正有ＦＢＰ画像を示す。図１１（ａ）、図１１（ｂ）の各断面はＣｏｒｏｎａｌ面１８１、Ｓａｇｉｔｔａｌ面１８２、Ａｘｉａｌ面１８３を表す。

補正有ＦＢＰ画像は、補正無ＦＢＰ画像と比較して、高吸収体周辺の黒色のアーチファクトを低減できた事がわかる。このように、本実施例の方式により、高吸収体のアーチファクト低減を達成したトモシンセシス画像を取得できることが示された。

本実施例では、抽出した高吸収体の画素値を、アーチファクトの影響が小さい特定値ｆ’（ｘ、ｙ、ｚ）に変換したが、測定投影データから高吸収体のみの測定投影データを分離した後、それぞれ画像再構成部１３７により画像再構成してもよい。この時、画像再構成部１３７では、高吸収体と高吸収体以外の再構成画像を加算する処理が必要となる。

本実施例では、固定位置のＸ線検出部２を用いたが、Ｘ線発生部１の移動と同期して、Ｘ線検出部２が移動しながら撮影する方式に対しても適用可能である。

本実施例では、１回のトモシンセシス撮影から取得した測定投影データを用いて、トモシンセシス画像を再構成したが、１回に限定することはなく、例えば２回以上の撮影による異なる時間の測定投影データを用いる再構成に対しても適用可能である。

更に本実施例では、一例として生体用のＸ線トモシンセシス装置を示したが、爆発物検査や製品検査等の非破壊検査を目的としたＸ線トモシンセシス装置またはラミノグラフィ装置に本実施例の構成を適用することももちろん可能である。

次に、実施例２を説明する。本実施例２のＸ線トモシンセシス装置は、図１２に示すように、基本的に実施例１のＸ線トモシンセシス装置と同様の構成を有し、さらに、隣接する投影角度の高吸収体１９５の領域が連結しているかどうかを判定する３次元補間判定部１６７と、連結していない場合、隣接する投影角度の測定投影データの高吸収体１９５の間を補間する３次元補間処理部１６８とを備えている。以下、本実施例２について、実施例１と異なる構成を中心に説明する。

図１３（ａ）、（ｂ）は、図１０と同様にＸ方向における投影角度方向の断面１８５を表し、背景１９３、空気１９４、高吸収体１９５を想定している。図１３（ａ）は、隣接する投影角度の高吸収体が連結していない状態を示す。３次元補間判定部１６７は、図１３（ａ）に示す高吸収体の領域の連結の有無を判定する。この例では、連結無と判定されるため、３次元補間処理部１６８は、図１３（ｂ）のように、周辺の測定投影データを用いて補間処理を実施する。

このように、本実施例２では、３次元の測定投影データｆ（ｘ、ｙ、ｚ）において、図１３（ａ）のように、ある投影角度の高吸収体１９５の領域が、隣接する投影角度の高吸収体１９５の領域と連結しているかどうかを判定し、連結していない場合、補間処理を行って仮想的に連結させる。これにより、隣接する投影角度間で高吸収体１９５の領域が離れ、３次元物質探索部１５１において３次元測定投影データにおける高吸収体の領域の探索ができない場合でも、補間後の測定投影データを用いることにより高吸収体の領域の探索が可能になる。

３次元補間判定部１６７は、撮影条件や被写体から高吸収体１９５の領域を推定して連結状態を判定する方法(1)、および、３次元物質探索部１５１が高吸収体の領域の抽出を行って判定する方法(2)のうちのいずれかを行う構成とする。

前者(1)の推定方法では、Ｘ線発生部１の投影角度やＸ線発生部１からＸ線検出部２のＸ線入力面の距離、大よその高吸収体の位置（ｘ、ｙ、ｚ）と大きさにより、投影角度方向における高吸収体の領域を求め、高吸収体の領域の連結の有無を幾何学的に推定する。連結とは測定投影データ上で、同一の高吸収体を示す画素の隣接関係を表す。

後者(2)の探索方法では、図１３に示すように、３次元物質探索部１５１が実施例１で説明したように高吸収体の領域を抽出し、抽出結果に基づいて投影角度方向の連結を判定する。連結とは測定投影データ上で、同一の高吸収体を示す画素が繋がる事を示す。判定基準は、抽出した高吸収体領域を参照し、投影角度方向に抽出した高吸収体領域が途中の投影角度で領域が途切れない等がある。

このとき、３次元補間判定部１６７が連結有と判定した場合、３次元補間処理部１６８の補間処理を行うことなく、実施例１の３次元物質探索部１５１の処理を実施する。

３次元補間判定部１６７が連結無と判定した場合、周辺の測定投影データを用いて補間処理を実施し、仮想的に連結有の測定投影データを図１３（ｂ）のように作成する。このとき補間処理は、例えば公知の技術である、前後の投影角度における同一検出素子の測定投影データの平均値を用いて補間領域を生成する方法を用いることができる。

図１３（ｂ）の補間後の高吸収体の領域は、投影角度方向に高吸収体の領域が連続していることから、３次元領域拡張部１６３において、投影角度方向に途切れずに高吸収体領域を抽出できる。３次元補間処理部１６８で補間した測定投影データは、２次元物質探索部１５２以降は、必ずしも使用しないため、データサイズ削減の観点で装置内のメモリから除外しても構わない。

次に、実施例３を説明する。実施例３では、実施例２で示した図１３（ａ）のように、隣接する投影角度の高吸収体の領域が連結されておらず、投影角度間の測定投影データの探索ができない場合、パターン認識を用いて、前後の投影角度の測定投影データから推定した位置情報に基づいて高吸収体の領域を抽出する。

本実施例のＸ線トモシンセシス装置は、基本的に実施例１のＸ線トモシンセシス装置と同様の構成を有し、さらに、図１４のように３次元パターン認識判定部１６９と、３次元パターン認識処理部１７０とを含む３次元パターン認識部１５５を備えている。

３次元パターン認識判定部１６７では、実施例２における３次元補間判定部１６７と同様の処理を用いて、投影角度の測定投影データの探索の可・不可を判定する。３次元パターン認識処理部１７０では、探索不可の場合、図１５（ａ）に示すように、代表的なｎ番目の投影角度の測定投影データにおける高吸収体の領域１９１の形状および画素値の少なくとも一方に基づいて、公知である類似度検索等のパターン認識の手法を用いて、図１５（ｂ）に示すように、ｎ＋１番目の投影角度の測定投影データの高吸収体の領域１９２を抽出する。このとき、３次元パターン認識処理部１７０は、撮影条件・再構成条件・被写体の３次元空間の位置（ｘ、ｙ、ｚ）等の先験情報を用いて、前後の投影角度の測定投影データから高吸収体の移動量を推定し、パターン認識の精度を高める事ができる。

次に、実施例４を説明する。本実施例４のＸ線トモシンセシス装置は、基本的に実施例１のＸ線トモシンセシス装置と同様の構成を有し、さらに、図１６に示したように、３次元物質探索部１５１に、高吸収体の抽出結果を判定し、３次元物質探索用のパラメータを最適化する３次元物質探索用パラメータ最適化部２０１が備えられている。また、２次元物質探索部１５２についても、高吸収体の抽出結果を判定し、２次元物質探索用のパラメータを最適化する２次元物質探索用パラメータ最適化部２０２が追加されている。以下、本実施例について、実施例１と異なる構成を中心に説明する。

図１６に従って、本実施例の３次元物質探索部１５１の３次元物質探索用パラメータ最適化部２０１を説明する。

３次元物質探索用パラメータ最適化部２０１では、図１７（ａ）に示すように、開始点２１１のパラメータ閾値ａ_３Ｄ２１２を用いて選択した高吸収体の領域の抽出結果が不適切である例として、図１７（ｂ）に示すように、高吸収体の領域の面積が大きすぎる抽出過多、図１７（ｃ）に示す高吸収体の領域の面積が小さ過ぎる検出過少、もしくは、図１７（ｄ）に示すように、投影角度間で、高吸収体の領域に連続性が無い場合の三種類が挙げられる。すなわち、図１７（ｂ）は、真の高吸収体の領域に対して、過多に高吸収体領域２２１を抽出した例である。判定基準となる真の領域の面積は、既知の形状の高吸収体の面積や体積から推定することができる。図１７（ｃ）は、真の高吸収体の領域に対して、過少に高吸収体領域２２２を抽出した例である。図１７（ｄ）は、真の高吸収体領域に対して、例えば投影角度Ｎ−２、Ｎ−１、Ｎ、Ｎ＋１の各領域の面積を計算した結果、一部の投影角度Ｎのみ過多に高吸収体領域２２１を抽出した結果である。

実施例４では、高吸収体の領域の総面積と推定した真値の絶対値差２２３（図１７（ａ）の縦軸）を求め、絶対値差２２３が、規定値２２４を超える場合、パラメータ閾値ａ_３Ｄ２１２を再設定する。再設定の方法は、例えば公知である２分法を用いて、閾値ａ_３Ｄ２１２の大小を大きく振った後、既定値に近いパラメータ閾値ａ_３Ｄを選択し、逐次的にパラメータを絞り込む方法を用いる。絶対値差２２３が規定値２２４を下回る値２２５を得た場合、図１６に示す３次元物質探索用パラメータ最適化部２０１の処理が終了する。

２次元物質探索用パラメータ最適化部２０２は、前述の３次元物質探索用パラメータ最適化部２０１と同様な処理を用いて、パラメータ閾値ａ_２Ｄを最適化する。

次に、実施例５を説明する。実施例１では、高吸収体処理部１３６は、測定投影データから高吸収体の抽出を実施する構成について説明した。測定投影データは、式（７）に示すように、照射Ｘ線に基づき被写体により吸収されたＸ線の計測値を示し、空気のみの測定投影データｆｉ（ｘ、ｙ、ｚ）と、は被写体が存在する空間の位置λ（ｊ）と、Ｘ線発生部１とＸ線検出部２を結ぶ経路長ｌとを用いて表される。

実施例５では、測定投影データ、および、撮影条件受付画面１４１の高吸収体設定用領域１４４に設定された条件に応じて、測定投影データ、またはＬｏｇ変換後の測定投影データのどちらか一方を選択し、選択した測定投影データを用いて３次元物質探索部１５１は高吸収体の領域を抽出する処理を実施する。

Ｌｏｇ変換後の測定投影データは、式（８）に示すように、空気のみの測定投影データｆｉ（ｘ、ｙ、ｚ）と、被写体透過後の測定投影データｆ（ｘ、ｙ、ｚ）との割合で表わされる。

本実施例５のＸ線トモシンセシス装置は、基本的に実施例１のＸ線トモシンセシス装置と同様の構成を有し、さらに、Ｌｏｇ変換の有無を判定する処理部２３１と、Ｌｏｇ変換有の判定の場合、測定投影データをＬｏｇ変換する処理部２３２とを含むＬｏｇ変換判定部１５６を備えている。以下、本実施例５について、実施例１と異なる構成を中心に説明する。

図１８に従って、本実施例５のＬｏｇ変換判定部１５６のＬｏｇ変換判定処理部２３１と、Ｌｏｇ変換処理部２３２を説明する。図１９では、横軸に各測定投影データにおける被写体の吸収値の積分値を示す。図１９（ａ）の縦軸は被写体透過後の測定投影データｆ（ｘ、ｙ、ｚ）を示し、図１９（ｂ）の縦軸はＬｏｇ変換後の測定投影データｙ（ｘ、ｙ、ｚ）を示す。図１９（ａ）では異なる吸収値を有する２種類の高吸収体２４１、２４２が存在する。２種類の吸収値における前後の範囲２４３に対して、各測定投影データｆ（ｘ、ｙ、ｚ）２４４、２４５は値が異なるため、両者には差△ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）が生じる。差△ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）が一定値Ｔｈ以上の場合、３次元物質探索部１５１の同一の閾値パラメータａ_３Ｄ２１２では処理が困難となる。

一方、図１９（ｂ）ではＬｏｇ変換後の測定投影データを示す。図１９（ｂ）では、異なる吸収値の高吸収体が２種類２４６、２４７存在する。２種類の吸収値における前後の範囲２４３に対して、各測定投影データｙ（ｘ、ｙ、ｚ）２４８、２４９の差は微小である為、同一の閾値パラメータａ_３Ｄ２１２を使用可能となる。
２次元物質探索部１５２においても、前述の３次元物質探索部１５１と同様にして、Ｌｏｇ変換の有無を判定および処理をしてもよい。

次に、実施例６を説明する。実施例５では、測定投影データ、および、Ｌｏｇ変換後の測定投影データのどちらか一方を選択して、物質探索部１５１が高吸収体の領域を抽出する構成であった。本実施例６では、実施例５の構成に加えて、３次元物質探索部１５１、２次元物質探索部１５２において、境界判定や領域拡張の処理に、照射Ｘ線および検出Ｘ線の信号対ノイズ量（以下ＳＮとする）が影響することに鑑み、ノイズ量を低減するためにさらにノイズ低減フィルタを適用する。

ノイズ低減フィルタとしては、測定投影データｆ（ｘ、ｙ、ｚ）を用いる場合には、信号の平方根√（ｆ（ｘ、ｙ、ｚ））がノイズとして近似できるため、各ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）に対して、公知である平均値フィルタの重みｗ＝１／（ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）／√（ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）））を適用する。ＳＮが低いほど、重みｗは大きくなり高強度の平均値フィルタを適用する。一方、Ｌｏｇ変換後の測定投影データｙ（ｘ、ｙ、ｚ）を用いる場合には、重みがＬｏｇ（ｗ）とすればよい。

次に、実施例７を説明する。実施例１では、画像再構成部１３７にてＦＢＰ法を用いて、再構成画像を生成する構成であったが、本実施例７では、画像再構成部１３７において、ＦＢＰ法により取得した再構成画像を初期値とし、逐次近似再構成を用いて、更新した画像を取得する。この時、空気以下の吸収値が存在しないと制約をつける非負条件を導入することで、再構成画像の画素値を真値に近づける。さらに本実施例では、更新回数毎に非負条件を変更し、一定の計算時間内における再構成画像の画質（空間分解能やコントラスト等）を維持したまま、収束速度を速める。

本実施例７のＸ線トモシンセシス装置は、基本的には実施例１のＸ線トモシンセシス装置と同様の構成を有し、さらに画像再構成部１３７に、ＦＢＰ法により取得した再構成画像を初期値とし、逐次近似再構成を用いて更新した画像を取得する処理部と、更新中に非負条件を変更する処理部が追加される。以下、本実施例７について、実施例１と異なる構成を中心に説明する。

図２０に示したように、画像再構成部１３７は、解析的再構成部３０１と、非負条件パラメータ保存部３０２と、順投影処理部３０３と、差分処理部３０４と、逆投影処理部３０５と、条件付き画像修正部３０６とを含む逐次近似再構成部２００を備えている。

画像再構成部１３７において、解析的再構成部３０１がＦＢＰ法によりトモシンセシス画像を再構成する。このトモシンセシス画像を初期画像とし、非負条件パラメータ保存部３０２は、初期画像から、例えば画素値の最小値を探索し、非負条件パラメータとして保存する。次に、順投影処理部３０３は、初期画像を順方向に投影計算（以下、順投影計算とする）することにより計算投影データを求める。差分処理部３０４は、求めた計算投影データと測定投影データの差分（修正投影データ）を求め、逆投影処理部３０５は、修正投影データを逆投影して修正画像を生成する。条件付き画像修正部３０６は、修正画像を用いて上記トモシンセシス画像の各画素を修正（更新）するのであるが、更新後の画素の値が、前述の非負条件パラメータ値より小さくなる場合、画素の値を更新しない。反対に非負条件パラメータより大きい場合、再構成アルゴリズムに従い、画素の値を更新する。これを所定の更新回数まで計算を繰り返す。繰返し回数は、予め定められる。

前述の更新回数毎の非負条件パラメータは、一例として最小値を用いたが、更新画像内の画素値や画素位置に応じた最適値を計算してもよい。

図２０の各部の動作を図２１のフローを用いてさらに詳しく説明する。

画像を修正するアルゴリズムには、公知の逐次再構成手法を用いることができる。ここでは一例として、ＳＰＳ(Separable-Paraboloidal-Surrogate)法を用いる場合について説明する。

解析的再構成部３０１は、公知のＦｅｌｄｋａｍｐ法等の解析的再構成手法を用いて、補正処理部１３５、高吸収体処理部１３６が補正した測定投影データｙ（ｉ）からトモシンセシス画像λ^ｋ＝０（ｊ）を得る（ステップ３１１）。なお、ｋは、逐次再構成の繰返し回数（更新回数）を示す０以上の整数であり、ｋ＝０は、初期画像を示す。また、ｊは画素番号で、λ^ｋ（ｊ）は、更新回数がｋ回の画像の画素ｊの画素値を示す。

次にトモシンセシス画像を探索し、例えば画素値の最小値を非負条件パラメータとして保存する（ステップ３１９）。非負条件パラメータを導入することで、非負条件無しの場合と比較し、本来空気以下のアーチファクトに対して、空気以上の画素値の制約を導入することで、画質の向上が見込まれる。一方、後述するように更新画像に合わせて非負条件パラメータを更新することで、従来一度に一定値に変換する方法と比較して、一定の計算時間内における再構成画像の画質（空間分解能やコントラスト等）を維持したまま、収束速度を速めることができる。この理由として、一定値の変換により、本来高周波成分の構造物が存在する領域においても、一定値または低周波成分の領域に変換される場合がある。本発明による更新中に非負条件を変更する事で、過度な周波数成分の低下を避け、逐次的に画素の値を真値に収束させる効果が挙げられる。

ＳＰＳ法では、修正回数が（ｋ＋１）回のトモシンセシス画像λ^ｋ＋１（ｊ）は、ｋ回のトモシンセシス画像λ^ｋ（ｊ）を用いて、以下の式（９）で表される。

なお、Ｌは、総画素数である。ｉは、検出素子の番号を示し、Ｉは、総検出素子数である。なお、この逐次再構成法は、一般的な２次元（ｘ、ｙ方向）の断層像だけでなく、１次元データ（ｘ方向）、体軸方向ｚに像を重ねあわせた３次元データ（ｘ、ｙ、ｚ方向）、また、さらに時間方向ｔを考慮した４次元データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｔ）にも適用可能である。

以下、式（９）による逐次再構成処理、すなわち、更新回数がｋ回のトモシンセシス画像λ^ｋ（ｊ）を修正し、修正回数が（ｋ＋１）回のトモシンセシス画像λ^ｋ＋１（ｊ）を算出する処理を行う。

条件付き画像修正部３０６は、繰返し回数（更新回数）が予め定めた回数になるまで、以下の処理を（ステップ３１２〜３１７、３１９）。

順投影処理部３０３は、トモシンセシス画像λ^ｋ（ｊ）の画素を順投影処理し、計算投影データＳ（ｉ）を求める（ステップ３１３）。計算投影データＳ（ｉ）は、以下の式（１０）を計算することにより、得られる。

式（１０）において、ｌは、修正対象の画素ｊとｉ番目の検出素子（検出素子ｉ）とを結ぶライン上にあるＬ個の画素の番号を表す。Ｃ（ｉ、ｌ）は、画素ｌが検出素子ｉに寄与する割合を表す。なお、Ｃ（ｉ、ｌ）の値は、検出素子の位置や順投影計算、または逆投影計算の手法によって異なる値が設定される。

差分処理部３０４は、以下の式（１１）に従って、測定投影データｙ（ｉ）から、計算投影データＳ（ｉ）を減算し、修正投影データΔｙ^ｋ（ｉ）を求める（ステップ３１４）。

逆投影処理部３０５は、式（１２）により、修正投影データΔｙ^ｋ（ｉ）を逆投影処理し、修正画像Δλ^ｋ（ｊ）を生成する（ステップ３１５）。

条件付き画像修正部３０６は、以下式（１３）を計算することにより、修正画像Δλ^ｋ（ｊ）の画素値をトモシンセシス画像λ^ｋ（ｊ）の画素値から差し引くことにより、修正したトモシンセシス画像λ^ｋ＋１（ｊ）を求め、繰返し回数（更新回数）（ｋ＋１）番目の画像を得る（ステップ３１６）。ただし、修正対象のトモシンセシス画像λ^ｋ（ｊ）の画素値が非負条件パラメータ保存部３０２で保存した非負条件パラメータ以下の場合、画素の値を更新しない。

条件付き画像修正部３０６は、繰返し回数（更新回数）（ｋ＋１）番目の画像を得ると、修正回数ｋを１インクリメントし（ステップ３１７）、ステップ３１９に戻って、更新画像に合わせて非負条件パラメータを更新する。このように非負条件パラメータを更新することにより、従来のように一度に一定値に変換する方法と比較して、一定の計算時間内における再構成画像の画質（空間分解能やコントラスト等）を維持したまま、収束速度を速めることができる。

つぎに、ステップ３１２へ移行し、インクリメント後の修正回数ｋが予め設定された修正回数Ｋと等しくなるまで、ステップ３１３〜３１７、３１９の処理を繰り返す。これにより、インクリメント後の修正回数ｋが予め設定された修正回数Ｋと等しくなるまで、上記各部による処理が繰り返し行われ、修正回数ｋがＫに達すると、画像表示部１３８が得られたトモシンセシス画像トモシンセシス画像λ^ｋ（ｊ）をモニタ１２２に表示する。

上述してきた実施例１〜７に記載されているトモシンセシス装置は、以下のように表すこともできる。

（１）設定した撮影の条件に応じてＸ線を発生するＸ線発生部と、被写体を透過後の前記Ｘ線を検出し、測定投影データを得るＸ線検出部と、前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを搭載して前記被写体の周囲を移動する機構を有する撮像部と、前記撮像部より測定投影データから特定のＸ線吸収係数をもつ物質を抽出する物質抽出部と、物質抽出後の測定投影データからトモシンセシス画像を生成する画像生成部を備え、
前記物質抽出部は、該当する一部投影角度の測定投影データに存在する抽出物質の情報を用いて、前記投影角度以外の投影データの同一相当の物質を抽出する、
ことを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。

（２）上述の（１）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、周辺領域の値を用いることなく物質抽出後の領域の画素値を特定値に変換する物質変換部を有する。

（３）上述の（２）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、物質抽出後の領域の画素値を特定の割合で圧縮するように変換する物質変換部を有する。

（４）上述の（３）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、画像生成部は、物質抽出部にて特定の割合で画素値を圧縮した分を、トモシンセシス画像上で復元する処理を行う。

（５）上述の（４）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、画像生成部は、物質抽出部にて物質抽出した領域から抽出物質画像を生成する抽出画像生成部を備え、抽出物質画像から識別した抽出物質の領域に対して、物質抽出部にて特定の割合で画素値を圧縮した分を、トモシンセシス画像上で復元する処理を行う。

（６）上述の（１）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、物質抽出した領域から抽出物質画像を生成する抽出画像生成部と、抽出物質画像上の抽出物質から発生したアーチファクト成分を検出するアーチファクト検出部とを有し、トモシンセシス画像からアーチファクト成分の差分をとる処理を行う。

（７）上述の（５）、（６）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、撮影条件・再構成条件・被写体・ユーザ設定等に応じて、抽出処理を切り替える。

（８）上述の（７）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、該当する一部投影角度の測定投影データに指定した抽出物質の情報を用いて、該当の投影角度の測定投影データ上における同一物質抽出を探索することに加えて、投影角度以外の測定投影データについても同一物質の抽出を実施する３次元物質抽出部を有する。

（９）上述の（８）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、撮影条件・再構成条件・被写体の３次元空間の位置（ｘ、ｙ、ｚ）に応じて、投影角度間の測定投影データの探索ができない場合、投影角度の間の測定投影データを補間する投影角度補間部を有する。

（１０）上述の（８）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、撮影条件・再構成条件・被写体の３次元空間の位置（ｘ、ｙ、ｚ）に応じて、投影角度間の測定投影データの探索ができない場合、前後の投影角度の測定投影データから推定した位置情報に基づいて物質を抽出する。

（１１）上述の（１０）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、被写体のパターン認識を用いて、前後の投影角度の測定投影データから推定した位置情報に基づいて物質を抽出する。
（１２）上述の（９）、（１１）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、３次元物質抽出部に加えて、３次元物質抽出後、それぞれの投影角度の測定投影データに対して、探索を実施する。
（１３）上述の（１２）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、エッジ抽出に伴う領域拡張法、グラフカット、レベルセット、スネークス法、機械学習等の画像処理技術を用いて領域抽出を行う。

（１４）上述の（１３）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、設定したパラメータ値に応じて抽出結果の合否を判定する抽出判定部と、判定結果に応じてパラメータ値を変更するパラメータ変更部を有する。
（１５）上述の（１４）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、合否判定の為の許容値を設定し、許容値に至るまで二分法等の最適化法により逐次的にパラメータを変更するパラメータ変更部を有する。
（１６）上述の（１５）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、被写体の面積または体積等から許容値を決定する。
（１７）上述の（１６）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、許容値より大きい場合を抽出過多、または許容値より小さい場合を抽出過小、または前後方向の投影角度の物質抽出量に基づく連続性を利用して合否を決定する。

（１８）上述の（１７）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、測定投影データと空気の測定投影データを用いてＬｏｇ変換する変換測定投影データ部を有し、撮影条件・再構成条件・被検体・ユーザ設定等に応じて、測定投影データまたは変換測定投影データの一方を選択する。
（１９）上述の（１８）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、物質抽出部は、選択した測定投影データに応じて、ノイズ低減するためのフィルタ処理を実施するフィルタ処理部を有する。
（２０）上述の（１９）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、画像生成部は、測定投影データからトモシンセシス画像を生成し、トモシンセシス画像から順投影計算で求めた計算投影データと測定投影データとが等しくなるように、前記トモシンセシス画像を逐次修正する逐次近似再構成部を有する。

（２１）上述の（２０）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、画像生成部は、トモシンセシス画像を逐次修正時、画素値が一定値以下の場合、一定値に変換する。
（２２）上述の（２１）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、画像生成部は、ｋ回目の逐次修正時を更新前画像とし、更新前画像における全領域または局所領域から特定値を検出し、ｋ＋１回目の更新後画像が特定値以上または以下の場合、特定値に変更する処理を行い、更新回数毎に特定値を変更する。
（２３）上述の（２２）に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、画像生成部は、ｋ回目の逐次修正時を更新前画像とし、更新前画像における全領域または局所領域の最小値を特定値と定め、ｋ＋１回目の更新後画像が特定値以下の場合、特定値に変更する処理を備え、更新回数毎に特定値を変更する。

１ Ｘ線発生部、２ Ｘ線検出部、３ 被検体、４ 寝台、
１０１ 入力部、１０２ 撮影部、１０３ 画像生成部、１０３ａ データバス、
１１１ キーボード、１１２ マウス、１１３ メモリ、１１４ 中央処理装置、１１５ ＨＤＤ装置、１１６ 検出器制御器、１１７ Ｘ線制御器、
１１８ ＤＡＳ、１１９ メモリ、１２０ 中央処理装置、１２１ ＨＤＤ装置、１２２ モニタ、
１３１ 撮影条件入力部、１３２ 撮影制御部、１３３ 撮影稼働部、１３４ 信号収集部、１３５ 補正処理部、１３６ 高吸収体処理部、１３７ 画像再構成部、１３８ 画像表示部、
１４１ 撮影条件受付画面、１４２ Ｘ線条件設定用領域、１４３ 再構成範囲設定用領域、１４４ 高吸収体設定用領域、１４５ 撮影部位設定用領域、１４６ 抽出方法設定用領域、１４７ 測定投影データ画面、１４８ ポインタ、
１５１ ３次元物質探索部、１５２ ２次元物質探索部、１５３ 抽出領域変換部、１５４ ３次元データ補間部、１５５ ３次元パターン認識部、１５６ Ｌｏｇ変換判定部、
１６１ ３次元微分処理部 １６２ ３次元境界判定部、１６３ ３次元領域拡張部、１６４ ２次元微分処理部、１６５ ２次元境界判定部、１６６ ２次元領域拡張部、１６７ ３次元補間判定部、１６８ ３次元補間処理部、１６９ ３次元パターン認識判定部、１７０ ３次元パターン認識処理部
１８１ Ｃｏｒｏｎａｌ面、１８２ Ｓａｇｉｔｔａｌ面、１８３ Ａｘｉａｌ面、１８４ 投影角度０度の測定投影データ、１８５ Ｘ方向における投影角度方向の断面、１８６ Ｙ方向における投影角度方向の断面、
１９１ ｎ投影角度目の高吸収体の領域、１９２ ｎ＋１投影角度目の高吸収体領域、
２０１ ３次元物質探索用パラメータ最適化部、２０２ ２次元物質探索用パラメータ最適化部、
２３１ Ｌｏｇ変換判定処理部、２３２ Ｌｏｇ変換処理部、
３０１ 解析的再構成部、３０２ 非負条件パラメータ保存部、３０３ 順投影処理部、３０４ 差分処理部、３０５ 逆投影処理部、３０６ 条件付き画像修正部

Claims (20)

1. 被写体にＸ線を照射するＸ線発生部、前記被写体を透過後の前記Ｘ線を検出して２次元の測定投影データを得るＸ線検出部、Ｘ線発生部及びＸ線検出部の少なくとも一方を前記被写体に対して相対的に移動させ、異なる複数の投影角度から前記被写体にＸ線照射させる機構部を有する撮像部と、複数の前記投影角度ごとの前記測定投影データに含まれるＸ線の高吸収体の領域をそれぞれ抽出し、前記領域の測定投影データ値を変換処理する高吸収体処理部と、前記高吸収体処理部が処理した後の複数の前記測定投影データに基づいてトモシンセシス画像を再構成する画像再構成部と、を備え、
   前記高吸収体処理部は、前記投影角度ごとの前記測定投影データ上にそれぞれ設定された開始点を用いて、前記投影角度ごとの前記測定投影データについてそれぞれ前記高吸収体の領域の抽出を行い、
   前記高吸収体処理部は、１つの投影角度の前記測定投影データに設定された開始点に基づいて、他の投影角度の前記測定投影データに前記開始点を設定することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
2. 請求項１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記高吸収体処理部は、３次元物質探索部を備え、
   前記３次元物質探索部は、前記２次元の測定投影データを前記投影角度方向に並べた３次元の測定投影データを３次元微分し、予め前記１つの投影角度の前記測定投影データに設定された前記開始点に対して、前記３次元の測定投影データにおいて隣接するデータが所定の条件を満たすかどうかを前記３次元微分により得た微分値により判断し、前記微分値が所定の条件を満たす場合は前記開始点から当該隣接するデータの方向に当該所定の条件を満たすデータの領域を順次広げる処理を３次元方向に行うことにより、前記３次元の測定投影データにおいて前記所定の条件を満たすデータの３次元の領域を抽出し、抽出した前記３次元の領域が、前記他の投影角度の２次元の前記測定投影データにおいて占める範囲内の１以上の点を、その投影角度の２次元の前記測定投影データにおける前記開始点として設定することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
3. 請求項２に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記高吸収体処理部は、２次元物質探索部をさらに備え、
   前記２次元物質探索部は、前記２次元の測定投影データを２次元微分し、前記３次元物質探索部が設定した前記開始点に対して、前記２次元の測定投影データにおいて隣接するデータが所定の２次元用条件を満たすかどうかを前記２次元微分により得た微分値により判断し、前記２次元微分の微分値が所定の条件を満たす場合は前記開始点から当該隣接するデータの方向に当該所定の２次元用条件を満たすデータの領域を広げることにより、前記２次元の測定投影データにおける前記所定の２次元用条件を満たすデータの２次元の領域を前記高吸収体の領域として抽出することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
4. 請求項１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記高吸収体処理部は、前記高吸収体の領域の前記測定投影データ値を前記高吸収体よりもＸ線吸収率が低い場合の測定投影データ値に変換処理する抽出領域変換部をさらに有することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
5. 請求項４に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、
   前記画像再構成部は、前記抽出領域変換部が変換処理した測定投影データ値を、前記トモシンセシス画像上で前記変換処理前の前記測定投影データ値に対応する画素値に復元する処理を行うことを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
6. 請求項５に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、
   前記画像再構成部は、抽出した前記高吸収体の領域から高吸収体画像を生成する抽出画像生成部と、前記高吸収体画像から前記高吸収体と前記高吸収体により発生したアーチファクト成分との領域を分別する高吸収体分別部と、前記トモシンセシス画像上で分別後の前記高吸収体の領域に対して、前記測定投影データ値に対応する画素値に復元する処理を行うことを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
7. 請求項１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、
   前記画像再構成部は、抽出した前記高吸収体の領域から高吸収体画像を生成する抽出画像生成部と、前記高吸収体画像から前記高吸収体により発生したアーチファクト成分を検出するアーチファクト検出部とを備え、前記トモシンセシス画像から前記アーチファクト成分の差分をとることを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
8. 請求項１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、
   前記高吸収体処理部は、ある投影角度の前記高吸収体の領域が、隣接する投影角度の高吸収体の領域と連結しているかどうかを判定する判定部と、連結していない場合、補間処理を行って仮想的に連結させる補間処理部とを有することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
9. 請求項８に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記判定部は、前記投影角度、前記Ｘ線発生部からＸ線検出部までの距離、高吸収体の位置および大きさのうちのいずれか１以上に基づいて、投影角度方向における高吸収体の領域を求め、隣接する投影角度の前記領域の連結の有無を幾何学的に推定することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
10. 請求項８に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記判定部は、前記高吸収体処理部が抽出した前記投影角度ごとの前記高吸収体の領域に基づいて、隣接する投影角度の前記領域の連結の有無を判定することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
11. 請求項１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、
    前記高吸収体処理部は、ある投影角度の前記高吸収体の領域が、隣接する投影角度の高吸収体の領域と連結しているかどうかを判定する判定部と、連結していない場合、パターン認識処理により、他の投影角度の前記高吸収体の領域の形状および画素値の少なくとも一方に基づいて前記ある投影角度の前記高吸収体の領域を求める３次元パターン認識処理部とを有することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
12. 請求項３に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記３次元物質探索部または前記２次元物質探索部は、抽出した前記３次元の領域または前記２次元の領域が基準値に対して許容範囲内の大きさまたは連続性を有するかどうかを判定し、前記許容範囲を外れている場合、前記微分値が所定の条件を満たすかどうかを判断する際に用いる当該所定の条件の値を変更するパラメータ変更部を有することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
13. 請求項１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記高吸収体処理部は、前記測定投影データと空気の測定投影データを用いて、測定投影データをＬｏｇ変換し変換測定投影データを生成する変換測定投影データ部を有し、撮影条件、再構成条件およびユーザが設定した条件のいずれかに応じて、前記測定投影データまたは前記変換測定投影データの一方を選択して、前記高吸収体の領域の抽出を行うことを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
14. 請求項１３に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記高吸収体処理部は、選択した前記測定投影データまたは前記変換測定投影データに対して、ノイズ低減フィルタを適用することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
15. 請求項１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、
    前記画像再構成部は、測定投影データからトモシンセシス画像を生成し、前記トモシンセシス画像から順投影計算で求めた計算投影データと前記測定投影データとが等しくなるように、かつ画素値が一定値以下の場合は修正せず、一定値に変換するように、前記トモシンセシス画像を逐次修正する逐次近似再構成部を有する、
    ことを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
16. 請求項２に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記３次元物質探索部は、前記３次元の測定投影データを３次元微分して得た前記微分値を画素の値とする３次元の勾配画像を算出し、前記開始点に対して前記３次元の測定投影データおいて隣接するデータが前記所定の条件を満たすかどうかを、前記３次元の勾配画像の画素の値により判断することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
17. 請求項３に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記２次元物質探索部は、前記２次元の測定投影データを２次元微分して得た前記微分値を画素の値とする２次元の勾配画像を算出し、前記開始点に対して前記２次元の測定投影データにおいて隣接するデータが前記所定の２次元用条件を満たすかどうかを、前記２次元の勾配画像の画素の値により判断することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
18. 請求項４に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記抽出領域変換部は、前記変換処理として、前記高吸収体の領域の前記測定投影データ値を特定の割合で圧縮することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
19. 請求項５に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記抽出領域変換部は、前記変換処理として、前記高吸収体の領域の前記測定投影データ値を特定の割合で圧縮し、
    前記画像再構成部は、前記復元する処理として、再構成した前記トモシンセシス画像の値を、前記特定の割合で復元することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
20. 請求項１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記高吸収体処理部は、前記測定投影データと空気の測定投影データを用いて、測定投影データをＬｏｇ変換して変換測定投影データを生成し、前記変換測定投影データから前記高吸収体の領域の抽出を行う変換測定投影データ部を有することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。

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