JP6667462B2 - 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

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 Download PDF

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Description

本発明は、２つの放射線画像を重み付け減算して、放射線画像に含まれる被写体の特定の構造物を抽出したサブトラクション画像を生成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。この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骨部を除去した軟部画像を生成すれば、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。逆に軟部を除去した骨部画像を生成すれば、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。
また、乳房を撮影するための放射線画像撮影装置（マンモグラフィと呼ばれる）において、乳房の放射線画像に対するエネルギーサブトラクション処理も知られている。乳房は主に乳腺組織と脂肪組織とからなり、乳腺組織に隠れた病変を発見することが診断の上で重要となっている。このため、乳房における乳腺組織が抽出されたサブトラクション画像を生成することにより、乳腺組織に隠れた病変を発見することが可能となる。
マンモグラフィにおけるエネルギーサブトラクション処理は、以下のようにして行われる。すなわち、乳房を構成する乳腺および脂肪が互いに異なるエネルギーを有する放射線に対して異なる放射線吸収率を有することを利用して、乳房に対して互いに異なるエネルギーを有する放射線を照射して、２つの放射線画像を得る。そして、２つの放射線画像に重み係数を乗算した上で減算することによって、脂肪組織が除去され、かつ乳腺組織が抽出されたエネルギーサブトラクション画像を取得する。
ここで、乳房内における乳腺の割合を乳腺含有率と呼ぶ。この乳腺含有率は、乳房の性状を正確に知る上で非常に有用であり、医学的に必要不可欠な情報となっている。例えば、乳腺含有率と発癌のリスクとの間には相関関係があることが研究によって示唆されている。このため、乳腺含有率を求めるための各種手法が提案されている。例えば特許文献１においては、マンモグラフィにより取得される乳房画像から、乳房の乳腺組織が全て脂肪組織に置き換わった場合の画素値を持つ画像である脂肪画像を作成し、乳房画像と脂肪画像との関係に基づいて乳腺含有率を算出する手法が提案されている。
ところで、乳腺組織が抽出されたサブトラクション画像を生成するに際しては、低エネルギーの放射線による撮影（以下低圧撮影とする）を行う際の乳腺および脂肪における放射線の吸収係数と、高エネルギーの放射線による撮影（以下高圧撮影とする）を行う際の乳腺および脂肪についての放射線の吸収係数との差分の比によって決定される重み係数を用いて、低圧撮影により取得された画像（以下低圧画像とする）と高圧撮影により取得された画像（以下高圧画像とする）とを重み付けた減算が行われる。
特開２０１０−２５３２４５号公報
物質は放射線のエネルギーに依存した放射線の吸収係数を有する。また、被写体に照射された放射線が単色ではなく、あるエネルギー範囲に分布している場合、検出される（例えば検出器に照射される）放射線のエネルギー分布が、被写体に含まれる物質（乳房における乳腺および脂肪）の厚さに依存して変化するビームハードニングという現象が生じる。このため、被写体の厚さおよび組成に依存して、吸収係数は変化する。ここで、吸収係数を適切に算出しないと、エネルギーサブトラクション処理を行っても、被写体に含まれる構造物を精度よく抽出することができないため、サブトラクション画像にアーチファクトが含まれることとなる。したがって、サブトラクション画像において、目的とする構造物を精度よく抽出するためには、被写体を構成する物質の厚さまたは組成を考慮して、吸収係数を決定する必要がある。
ここで、特許文献１に記載された手法を用いることにより、乳腺含有率を算出することはできる。しかしながら、特許文献１の手法は、サブトラクション処理を行う際に必要な、物質の吸収係数を取得するものではない。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、エネルギーサブトラクション処理を行うに際し、被写体に適した吸収係数を取得して、高画質のサブトラクション画像を生成することを目的とする。
本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置は、被写体を透過したそれぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線により取得された２つの放射線画像を取得する画像取得手段と、
２つの放射線画像の少なくとも一方に基づいて、被写体の厚さ情報を含む被写体情報を取得する被写体情報取得手段と、
エネルギー分布および被写体を構成する物質に応じて予め算出された、被写体の厚さと放射線の吸収係数との関係を参照して、被写体情報に応じた吸収係数を取得する吸収係数取得手段と、
２つの放射線画像に対して相対応する画素間で重み付け減算を行う際の重み係数を、取得された吸収係数に基づいて算出する重み係数算出手段と、
２つの放射線画像に対して、重み係数を用いて相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより、被写体の特定の構造物を抽出したサブトラクション画像を生成するサブトラクション手段とを備えたことを特徴とするものである。
なお、本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置においては、被写体情報取得手段は、２つの放射線画像の少なくとも一方を解析して、被写体情報を取得するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置においては、被写体情報取得手段は、２つの放射線画像のうちの低いエネルギー分布の放射線により取得された放射線画像に基づいて、被写体情報を取得するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置においては、被写体情報取得手段は、さらに被写体の組成情報を被写体情報として取得するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置においては、被写体は乳房であり、厚さ情報は乳房の厚さであり、組成情報は乳腺含有率であってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置においては、被写体情報取得手段は、２つの放射線画像、撮影時の管電圧および被写体の厚さと放射線の吸収係数との関係に基づいて、厚さ情報および組成情報を算出するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置においては、被写体情報取得手段および吸収係数取得手段は、厚さ情報および組成情報の初期値に基づいて、被写体に含まれる物質に応じた吸収係数を取得し、取得した吸収係数に基づいて、新たな厚さ情報および組成情報を算出し、新たな厚さ情報および組成情報に基づいて、新たな吸収係数を取得し、新たな吸収係数に基づくさらに新たな厚さ情報および組成情報の算出、および新たな厚さ情報および組成情報に基づくさらに新たな吸収係数の取得を繰り返すことにより、厚さ情報および組成情報を算出し、かつ吸収係数を取得するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置においては、被写体情報取得手段は、被写体が造影剤を含む場合、２つの放射線画像における造影剤の領域を補正して、被写体情報を算出するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理装置においては、サブトラクション画像を厚さ情報を用いて補正する補正手段をさらに備えるものであってもよい。
本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法は、被写体を透過したそれぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線により取得された２つの放射線画像を取得し、
２つの放射線画像の少なくとも一方に基づいて、被写体の厚さ情報を含む被写体情報を取得し、
エネルギー分布および被写体を構成する物質に応じて予め算出された、被写体の厚さと放射線の吸収係数との関係を参照して、被写体情報に応じた吸収係数を取得し、
２つの放射線画像に対して相対応する画素間で重み付け減算を行う際の重み係数を、取得された吸収係数に基づいて算出し、
２つの放射線画像に対して、重み係数を用いて相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより、被写体の特定の構造物を抽出したサブトラクション画像を生成することを特徴とするものである。
なお、本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法においては、２つの放射線画像の少なくとも一方を解析して、被写体情報を取得するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法においては、２つの放射線画像のうちの低いエネルギー分布の放射線により取得された放射線画像に基づいて、被写体情報を取得するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法においては、さらに被写体の組成情報を被写体情報として取得するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法においては、被写体は乳房であり、厚さ情報は乳房の厚さであり、組成情報は乳腺含有率であってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法においては、２つの放射線画像、撮影時の管電圧および被写体の厚さと放射線の吸収係数との関係に基づいて、厚さ情報および組成情報を算出するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法においては、厚さ情報および組成情報の初期値に基づいて、被写体に含まれる物質に応じた吸収係数を取得し、取得した吸収係数に基づいて、新たな厚さ情報および組成情報を算出し、新たな厚さ情報および組成情報に基づいて、新たな吸収係数を取得し、新たな吸収係数に基づくさらに新たな厚さ情報および組成情報の算出、および新たな厚さ情報および組成情報に基づくさらに新たな吸収係数の取得を繰り返すことにより、厚さ情報および組成情報を算出し、かつ吸収係数を取得するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法においては、被写体が造影剤を含む場合、２つの放射線画像における造影剤の領域を補正して、被写体情報を算出するものであってもよい。
また、本発明によるエネルギーサブトラクション処理方法においては、サブトラクション画像を厚さ情報を用いて補正する補正手段をさらに備えるものであってもよい。
なお、本発明による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ためのプログラムとして提供してもよい。
本発明によれば、被写体の厚さ情報を含む被写体情報が取得され、エネルギー分布および被写体を構成する物質に応じて予め算出された、被写体の厚さと放射線の吸収係数との関係が参照されて、被写体情報に応じた吸収係数が取得される。そして、２つの放射線画像に対して相対応する画素間で重み付け減算を行う際の重み係数が、取得された吸収係数に基づいて算出され、２つの放射線画像に対して、重み係数を用いて相対応する画素間で重み付け減算が行われてサブトラクション画像が取得される。このように、エネルギー分布および被写体を構成する物質に応じて算出された、被写体の厚さと放射線の吸収係数との関係を参照することにより、被写体情報に応じた適切な吸収係数を取得して、重み係数を精度よく算出することができる。したがって、サブトラクション画像において被写体の特定の構造物を精度よく抽出することができ、その結果、アーチファクトのない高画質のサブトラクション画像を生成することができる。
本発明の第１の実施形態によるエネルギーサブトラクション処理装置を適用した放射線画像撮影装置の概略構成図 放射線画像撮影装置を図１の矢印Ａ方向から見た図 第１の実施形態によるエネルギーサブトラクション処理装置の概略構成を示す図 乳房の領域の検出を説明するための図 圧迫板と撮影台との間に挟まれた乳房を示す図 乳房を構成する物質に応じて予め算出された、乳房の厚さとＸ線の吸収係数との関係を示す図（低エネルギー） 乳房を構成する物質に応じて予め算出された、乳房の厚さとＸ線の吸収係数との関係を示す図（高エネルギー） 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 圧迫された乳房の断面を示す図 第３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 造影剤を用いた場合に算出される厚さを説明するための図 第４の実施形態によるエネルギーサブトラクション処理装置の概略構成を示す図
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の実施形態によるエネルギーサブトラクション処理装置を適用した放射線画像撮影装置の概略構成図、図２は放射線画像撮影装置を図１の矢印Ａ方向から見た図である。放射線画像撮影装置１は、被写体である乳房Ｍの撮影を行うマンモグラフィ装置である。なお、本実施形態においては、乳房Ｍのエネルギーサブトラクション撮影を行ってエネルギーサブトラクション画像（以下、単にサブトラクション画像とする）を生成するために、異なるエネルギーの放射線を被写体である乳房Ｍに照射して、低エネルギーの放射線による低圧画像および高エネルギーの放射線による高圧画像を取得する。図１に示すように放射線画像撮影装置１は、撮影部１０、撮影部１０に接続されたコンピュータ２、並びにコンピュータ２に接続された表示部３および入力部４を備えている。
撮影部１０は、アーム部１２を備えている。アーム部１２の一方の端部には撮影台１３が、その他方の端部には撮影台１３と対向するように放射線照射部１４が取り付けられている。
撮影台１３の内部には、フラットパネルディテクタ等の放射線検出器１５が備えられている。また、撮影台１３の内部には、放射線検出器１５から読み出された電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプ、チャージアンプから出力された電圧信号をサンプリングする相関２重サンプリング回路、および電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部等が設けられた回路基板等も設置されている。
放射線検出器１５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）スイッチをオンおよびオフ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ＴＦＴ読出方式のものや、読取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。
放射線照射部１４の内部には、放射線源であるＸ線源１６が収納されている。Ｘ線源１６から放射線であるＸ線を照射するタイミングおよびＸ線源１６におけるＸ線発生条件、すなわち管電圧および照射時間等の撮影条件は、コンピュータ２により制御される。
また、アーム部１２には、撮影台１３の上方に配置されて乳房Ｍを押さえつけて圧迫する圧迫板１７、圧迫板１７を支持する支持部１８、および支持部１８を図１および図２の上下方向に移動させる移動機構１９が設けられている。なお、圧迫板１７と撮影台１３との間隔、すなわち圧迫板１７の高さの情報はコンピュータ２に入力される。
表示部３は、ＣＲＴ(Cathod Ray Tube)または液晶モニタ等の表示装置であり、後述するように取得されたサブトラクション画像の他、操作に必要なメッセージ等を表示する。なお、表示部３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。
入力部４はキーボード、マウスまたはタッチパネル方式の入力装置からなり、操作者による放射線画像撮影装置１の操作を受け付ける。また、エネルギーサブトラクション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、操作者が入力部４から入力した情報に従って、放射線画像撮影装置１の各部が動作する。
コンピュータ２には、エネルギーサブトラクション処理プログラムがインストールされている。本実施形態においては、コンピュータは、操作者が直接操作するワークステーションあるいはパソコンでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。エネルギーサブトラクション処理プログラムは、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、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。もしくは、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、要求に応じてコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
図３はコンピュータ２にエネルギーサブトラクション処理プログラムをインストールすることにより実現されたエネルギーサブトラクション処理装置の概略構成を示す図である。図３に示すように、エネルギーサブトラクション処理装置は、標準的なコンピュータの構成として、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２１、メモリ２２およびストレージ２３を備えている。
ストレージ２３は、ハードディスクまたはＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージデバイスからなり、放射線画像撮影装置１の各部を駆動するためのプログラムおよびエネルギーサブトラクション処理プログラムを含む各種情報が記憶されている。また、エネルギーサブトラクション撮影により取得された低圧画像、高圧画像および後述するように生成されたサブトラクション画像も記憶される。また、ストレージ２３には、後述する各種テーブルも記憶される。
メモリ２２には、各種処理をＣＰＵ２１に実行させるために、ストレージ２３に記憶されたプログラム等が一時的に記憶される。エネルギーサブトラクション処理プログラムは、ＣＰＵ２１に実行させる処理として、放射線画像撮影装置１にエネルギーサブトラクション撮影を行わせて、低圧画像および高圧画像の２つの放射線画像を取得する画像取得処理、低圧画像および高圧画像の少なくとも一方に基づいて、被写体である乳房Ｍの厚さ情報を含む被写体情報を取得する被写体情報取得処理、乳房Ｍを構成する物質に応じて予め算出された、低圧画像および高圧画像を取得する際のＸ線のエネルギー分布および乳房Ｍの厚さとＸ線の吸収係数との関係を参照して、被写体情報に応じた吸収係数を取得する吸収係数取得処理、低圧画像および高圧画像に対して相対応する画素間で重み付け減算を行う際の重み係数を、取得した吸収係数に基づいて算出する重み係数算出処理、並びに２つの放射線画像に対して、重み係数を用いて相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより、乳房Ｍの特定の構造物を抽出したサブトラクション画像を生成するサブトラクション処理を規定している。
そして、ＣＰＵ２１がエネルギーサブトラクション処理プログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータ２は、画像取得部３１、被写体情報取得部３２、吸収係数取得部３３、重み係数算出部３４、およびサブトラクション部３５として機能する。なお、コンピュータ２は、画像取得処理、被写体情報取得処理、吸収係数取得処理、重み係数算出処理およびサブトラクション処理をそれぞれ行うプロセッサまたは処理回路を備えるものであってもよい。
画像取得部３１は、エネルギー分布が異なる２種類の放射線を出射するように放射線照射部１４を制御して、いわゆる２ショット法により、エネルギーサブトラクション撮影を行う。具体的には、比較的低エネルギーのＸ線を用いた低圧撮影、および比較的高エネルギーのＸ線を用いた高圧撮影を行う。低圧撮影においては、例えばＸ線源１６の管電圧を２６ｋＶに設定する等、比較的低エネルギーのＸ線を出射する撮影条件によりＸ線源１６を駆動して乳房ＭにＸ線を照射し、乳房Ｍを透過したＸ線を放射線検出器１５により検出して、低圧画像ＧＬを取得する。高圧撮影においては、例えばＸ線源１６の管電圧を４５ｋＶに設定する等、比較的高エネルギーのＸ線を出射する撮影条件によりＸ線源１６を駆動して乳房ＭにＸ線を照射し、乳房Ｍを透過したＸ線を放射線検出器１５により検出して、高圧画像ＧＨを取得する。なお、撮影台１３の内部に２枚の放射線検出器１５を重ねて配置し、乳房Ｍを透過したＸ線を重ねられた２枚の放射線検出器１５に同時に照射することによって、２つの放射線検出器１５に互いにエネルギー分布が異なるＸ線を同時に照射する１ショット法により、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨを取得してもよい。
被写体情報取得部３２は、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨの少なくとも一方に基づいて、乳房Ｍの厚さ情報を含む被写体情報を取得する。本実施形態においては、低圧画像ＧＬに基づいて、乳房Ｍの厚さ情報および乳房Ｍにおける乳腺含有率を被写体情報として取得する。なお、乳腺含有率が被写体の組成情報に対応する。まず、乳房Ｍの厚さ情報の取得について説明する。被写体情報取得部３２は、まず低圧画像ＧＬから乳房Ｍの領域を検出する。図４は乳房Ｍの領域の検出を説明するための図である。図４に示すように低圧画像ＧＬは、乳房Ｍの領域Ａ１と放射線検出器１５にＸ線が直接照射した領域である素抜け領域Ａ２とを含む。ここで素抜け領域Ａ２は乳房の領域Ａ１よりも高濃度となっている。このため、低圧画像ＧＬに対してしきい値処理を行うことにより、乳房Ｍの領域Ａ１を検出することができる。
ここで、乳房Ｍは撮影時には図５に示すように撮影台１３と圧迫板１７との間に挟まれている。このため、撮影により取得された画像における乳房の領域Ａ１と素抜け領域Ａ２との境界付近（以下、境界をスキンラインとする）においては、乳房Ｍは撮影台１３にも圧迫板１７にも接触していない。被写体情報取得部３２は、撮影部１０から圧迫板１７の高さの情報を取得する。ここで、乳房Ｍのスキンライン付近においては、乳房Ｍの形状が断面半円状になっているものと仮定する。圧迫板１７の高さをｈとすると、低圧画像ＧＬから取得した乳房Ｍの領域Ａ１において、スキンラインからｈ／２を超えた領域においては、圧迫板１７の高さｈを乳房Ｍの厚さ情報として取得する。なお、図４にスキンラインから距離ｈ／２となる位置を破線で示す。一方、スキンラインから距離ｈ／２迄の領域においては、スキンラインからの距離をｘとし、下記の式（１）により厚さＲを算出することにより、乳房Ｍの厚さ情報を取得する。
次いで、組成情報である乳腺含有率の取得について説明する。本実施形態においては、被写体情報取得部３２は、例えば特開２０１０−２５３２４５号公報に記載された手法を用いて、低圧画像ＧＬから乳腺含有率を算出する。特開２０１０−２５３２４５号公報に記載された手法は、以下のようにして低圧画像ＧＬから乳腺含有率を算出する。まず、低圧画像ＧＬにおいて、乳房Ｍの乳腺組織が全て脂肪組織に置き換わった場合の画素値を持つ画像である脂肪画像を生成する。そして、低圧画像ＧＬ、脂肪画像、低圧画像ＧＬにおける素抜け領域Ａ２の画素値、およびストレージ２３に記憶された乳腺と脂肪との平均減弱係数の比率に基づいて、低圧画像ＧＬの各画素毎に乳腺含有率を算出する。
吸収係数取得部３３は、エネルギー分布および乳房Ｍを構成する物質に応じて予め算出された、乳房Ｍの厚さとＸ線の吸収係数との関係を参照して、被写体情報に応じた吸収係数を取得する。本実施形態においては、エネルギー分布および乳房Ｍを構成する物質に応じて予め算出された、乳房Ｍ体の厚さとＸ線の吸収係数との関係がストレージ２３に記憶されている。図６および図７は乳房Ｍを構成する物質に応じて予め算出された、乳房Ｍの厚さとＸ線の吸収係数との関係を示す図である。なお、図６はエネルギー分布として低エネルギーのＸ線に対する吸収係数を示し、図７はエネルギー分布として高エネルギーのＸ線に対する吸収係数を示す。図６および図７に示すように、ストレージ２３には、乳房Ｍの厚さと吸収係数との関係が乳房Ｍを構成する脂肪および乳腺毎に記憶されている。ここで、物質の吸収係数は、Ｘ線のエネルギーに依存して決まる。但し、Ｘ線が被写体を透過する過程において、Ｘ線の低エネルギー成分が被写体に吸収され、Ｘ線が高エネルギー化するビームハードニングが生じる。このため、図６，７に示すように乳房Ｍの厚さが大きいほど、吸収係数は小さくなる。また、ビームハードニングは被写体の組成により異なる。被写体が乳房Ｍの場合、図６および図７に示すように、乳腺含有率が大きいほど吸収係数は小さくなる。また、Ｘ線のエネルギーが高いほど吸収係数は小さくなる。
吸収係数取得部３３は、図６，７に示す関係および被写体情報取得部３２が取得した被写体情報に基づいて、Ｘ線のエネルギー、乳房Ｍの厚さおよび乳腺含有率に応じた、脂肪および乳腺の吸収係数を取得する。詳細には、低エネルギーのＸ線についての乳腺の吸収係数μg Lおよび脂肪の吸収係数μa L、並びに高エネルギーのＸ線についての乳腺の吸収係数μg Hおよび脂肪の吸収係数μa Hを取得する。
なお、図６，７には、乳腺含有率が０％、５０％、１００％の場合の厚さと吸収係数との関係を示しているが、乳腺含有率がこれらの中間の値である場合には、補間演算により吸収係数を算出することにより取得すればよい。
重み係数算出部３４は、エネルギーサブトラクション処理を行う際の重み係数を、吸収係数取得部３３が取得した吸収係数に基づいて算出する。
サブトラクション部３５は、重み係数算出部３４が算出した重み係数を用いて低圧画像ＧＬと高圧画像ＧＨとの相対応する画素間で重み付け減算処理を行うことにより、乳房Ｍの乳腺を抽出したサブトラクション画像（サブトラクション画像）を生成する。
ここで、サブトラクション部３５が、下記の式（２）によりサブトラクション画像Ｇｓを算出する場合、重み係数算出部３４は下記の式（３）により重み係数αを算出する。サブトラクション部３５は下記の式（３）によりサブトラクション画像Ｇｓを生成する。
Ｇｓ＝α・ＧＨ−ＧＬ （２）
α＝（μg L −μ a L ）／（μg H −μ a H ） （３）
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。操作者による処理開始の指示を入力部４が受け付けると、エネルギーサブトラクション撮影が行われて、画像取得部３１が低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨを取得する（ステップＳＴ１）。次いで、被写体情報取得部３２が、低圧画像ＧＬに基づいて、乳房Ｍの厚さ情報および乳腺含有率を被写体情報として取得する（ステップＳＴ２）。そして、吸収係数取得部３３が、エネルギー分布および乳房Ｍを構成する物質に応じて予め算出された、乳房Ｍの厚さとＸ線の吸収係数との関係を参照して、被写体情報に応じた吸収係数を取得する（ステップＳＴ３）。
さらに、重み係数算出部３４が、エネルギーサブトラクション処理を行う際の重み係数を、吸収係数取得部３３が取得した吸収係数に基づいて算出する（ステップＳＴ４）。そして、サブトラクション部３５が、重み係数算出部３４が算出した重み係数を用いて低圧画像ＧＬと高圧画像ＧＨとの相対応する画素間で重み付け減算処理を行うことにより、乳房Ｍの乳腺を抽出したサブトラクション画像Ｇｓを生成し（ステップＳＴ５）、処理を終了する。なお、サブトラクション画像Ｇｓは、表示部３に表示される。
このように、第１の実施形態においては、乳房Ｍの厚さ情報および乳腺含有率を含む被写体情報が取得され、エネルギー分布および被写体を構成する物質に応じて予め算出された、被写体の厚さとＸ線の吸収係数との関係が参照されて、被写体情報に応じた吸収係数が取得される。そして、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨに対して相対応する画素間で重み付け減算を行う際の重み係数が、取得された吸収係数に基づいて算出され、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨに対して、重み係数を用いて相対応する画素間で重み付け減算が行われてサブトラクション画像Ｇｓが取得される。このように、エネルギー分布および被写体を構成する物質に応じて予め算出された、乳房Ｍの厚さとＸ線の吸収係数との関係を参照することにより、被写体情報に適した吸収係数を取得して、重み係数を精度よく算出することができる。したがって、サブトラクション画像Ｇｓにおいて乳房Ｍの乳腺を精度よく抽出することができ、その結果、高画質のサブトラクション画像Ｇｓを生成することができる。
また、低圧画像ＧＬは、高圧画像ＧＨよりもコントラストが高い。このため、低圧画像ＧＬに基づいて被写体情報を取得することにより、被写体情報を精度よく取得することができる。
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態によるエネルギーサブトラクション処理装置の構成は、第１の実施形態によるエネルギーサブトラクション処理装置の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは詳細な説明は省略する。第２の実施形態によるエネルギーサブトラクション処理装置は、被写体情報取得部３２が、低圧画像ＧＬの各画素値、高圧画像ＧＨの各画素値、撮影時の管電圧および吸収係数の関係に基づいて、乳房Ｍの厚さ情報および乳腺含有率を算出するようにした点が第１の実施形態と異なる。
図９は第２の実施形態の処理を説明するための概念図である。なお、図９は圧迫板１７により圧迫された状態の乳房Ｍの断面を示す概念図である。また、図９においては、乳房Ｍに脂肪Ｍａおよび乳腺Ｍｇが含まれる状態を模式的に示している。また、図９のＲは乳房Ｍの厚さを示す。図９に示すように脂肪Ｍａおよび乳腺Ｍｇが含まれる乳房Ｍにおいては、放射線検出器１５に到達する線量は、下記の式（４）により表される。
但し、
Ｎ：放射線画像の取得時の線量
φ0：線量と放射線検出器との感度を示す関数
Ｅ0：Ｘ線源１６の管電圧
ｒa：脂肪の厚さ
ｒg：乳腺の厚さ
μa：脂肪についてのＸ線の吸収係数
μg：乳腺についてのＸ線の吸収係数
低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨを取得する際のＸ線源１６の管電圧をそれぞれＥL、ＥH、放射線検出器１５に到達する線量をそれぞれＮL、ＮHとして、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨのそれぞれについて式（４）により線量ＮL、ＮHを算出し、その結果をログ変換すると、下記の式（５）、（６）が得られる。なお、Ｃ1，Ｃ2は定数である。
但し、
ＮL：低圧画像ＧＬの取得時の線量
ＮH：高圧画像ＧＨの取得時の線量
ＥL：低圧撮影時のＸ線源１６の管電圧
ＥH：高圧撮影時のＸ線源１６の管電圧
μa L：低エネルギーのＸ線についての脂肪の吸収係数
μg L：低エネルギーのＸ線についての乳腺の吸収係数
μa H：高エネルギーのＸ線についての脂肪の吸収係数
μg H：高エネルギーのＸ線についての乳腺の吸収係数
このとき、乳房Ｍの厚さＲ＝ｒa＋ｒgであるため、厚さＲは下記の式（７）により算出される。なお、なお、Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3は、撮影条件および放射線検出器１５の感度によって決定される定数である。
第２の実施形態においては、被写体情報取得部３２は、まず圧迫板１７の高さを乳房Ｍの厚さと見なし、第１の実施形態で用いた図６，７に示す関係を参照して、低エネルギーのＸ線についての乳腺の吸収係数μg Lおよび脂肪の吸収係数μa L、並びに高エネルギーのＸ線についての乳腺の吸収係数μg Hおよび脂肪の吸収係数μa Hを取得する。なお、吸収係数を取得する際の乳腺含有率は５０％を用いる。また、被写体情報取得部３２は、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨの各画素位置の信号値に基づいて、低圧画像ＧＬの取得時の線量ＮLおよび高圧画像ＧＨの取得時の線量ＮHを取得する。なお、線量は各画素位置について取得される。そして、式（５）、（６）に取得した吸収係数および線量を代入する。そして、式（５）、（６）をｒa，ｒgについて解くことにより、脂肪の厚さｒaおよび乳腺の厚さｒgを各画素位置について算出する。そして算出した、脂肪の厚さｒaおよび乳腺の厚さｒgを式（７）に代入して、各画素位置における乳房Ｍの厚さＲを算出する。
ここで、乳房Ｍの厚さＲ＝ｒa＋ｒgであるため、ｒg＝Ｒ−ｒaとなる。このため、乳腺の厚さｒgは、算出した乳房Ｍの厚さＲを用いて、式（６）から下記の式（８）により算出することができる。
したがって、乳腺含有率は、ｒg／Ｒにより算出することができる。以上のようにして、第２の実施形態においては、被写体情報取得部３２が乳房Ｍの厚さＲおよび乳腺含有率を算出することにより被写体情報を取得する。
ここで、第２の実施形態における吸収係数の取得、重み係数の算出およびサブトラクション処理は、第１の実施形態と同様に行われる。
なお、上記第２の実施形態においては、被写体に適したより精度のよい乳房Ｍの厚さＲおよび乳腺含有率を取得するために、繰り返し演算を行うようにしてもよい。以下、これを第３の実施形態として説明する。図１０は、第３の実施形態における繰り返し演算のフローチャートである。
第３の実施形態においては、被写体情報取得部３２は、まず、上記第２の実施形態と同様に、厚さＲの初期値を圧迫板１７の高さ、乳腺含有率の初期値を５０％として吸収係数を取得する（初期値による吸収係数取得：ステップＳＴ１１）。そして、第２の実施形態と同様に、乳房Ｍの厚さＲおよび乳腺含有率を被写体情報として算出する（ステップＳＴ１２）。第３の実施形態においては、算出した厚さＲおよび乳腺含有率を用いて、図６，７に示す関係を参照して、吸収係数を取得する（ステップＳＴ１３）。そして、被写体情報取得部３２は、ステップＳＴ１３において取得した吸収係数とその前の処理において取得した吸収係数との差分値がしきい値Ｔｈ１未満となったか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。なお、１回目の処理においては、差分値はステップＳＴ１３において取得した吸収係数と、厚さＲおよび乳腺含有率の初期値を用いて取得した吸収係数との差となる。
ここで、吸収係数としては、低エネルギーのＸ線についての脂肪の吸収係数μa L、低エネルギーのＸ線についての乳腺の吸収係数μg L、高エネルギーのＸ線についての脂肪の吸収係数μa Hおよび高エネルギーのＸ線についての乳腺の吸収係数μg Hが取得される。このため、ステップＳＴ１３の処理は、４つの全ての吸収係数についての差分値がしきい値Ｔｈ１未満となったか否かを判定する。なお、しきい値Ｔｈ１は吸収係数毎に設定してもよい。なお、ここでは、４つの全ての差分値がしきい値Ｔｈ１未満となった場合にステップＳＴ１４が肯定されるものとする。
ステップＳＴ１４が否定されると、被写体情報取得部３２は、ステップＳＴ１２において算出した厚さＲおよび乳腺含有率、並びにステップＳＴ１３において取得した吸収係数を用いて、新たな厚さＲおよび乳腺含有率を算出し、かつ新たな吸収係数を取得すべく、ステップＳＴ１２に戻る。そして、ステップＳＴ１４が肯定されるまで、ステップＳＴ１２，ＳＴ１３の処理を繰り返す。ステップＳＴ１４が肯定されると、重み係数算出部３４が、吸収係数取得部３３が取得した吸収係数から重み係数を算出し（ステップＳＴ１５）、サブトラクション部３５が、重み係数算出部３４が算出した重み係数を用いて低圧画像ＧＬと高圧画像ＧＨとの相対応する画素間で重み付け減算処理を行うことにより、乳房Ｍの乳腺を抽出したサブトラクション画像Ｇｓを生成し（ステップＳＴ１６）、処理を終了する。なお、サブトラクション画像Ｇｓは、表示部３に表示される。
このように，第３の実施形態においては、繰り返し演算により厚さＲおよび乳腺含有率を算出し、かつ吸収係数を取得するようにしたため、被写体により適した吸収係数を取得することができる。したがって、取得した吸収係数を用いて重み係数を算出することにより、乳腺が精度よく抽出された、より高画質のサブトラクション画像Ｇｓを生成することができる。
なお、マンモグラフィにおいては、造影剤を用いて乳腺における血管の部分を抽出したサブトラクション画像を生成する場合がある。造影剤は低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨにおいては、高濃度（低輝度）の領域として現れる。このため、上記第２および第３の実施形態のようにして乳房Ｍの厚さＲを算出して取得した場合、図１１に示すように、造影剤Ｍｚの部分の厚さが他の部分よりも大きくなってしまう。このため、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨにおける造影剤の領域を補正することが好ましい。
具体的には、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨにおける乳房Ｍの領域を検出し、乳房Ｍの領域内おいて高濃度となる領域を造影剤領域として検出する。そして造影剤領域内の画素値をその周囲の画素値により置換することにより、低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨを補正する。このように低圧画像ＧＬおよび高圧画像ＧＨを補正した上で、被写体情報を取得する。これにより、造影剤に影響されることなく、吸収係数を取得して、重み係数を算出することができるため、サブトラクション画像Ｇｓを精度よく算出することができる。
また、乳房Ｍの撮影時においては、図５に示すように、スキンライン付近が撮影台１３に密着していない。このため、図４における破線とスキンラインとの間の領域において、乳房Ｍの厚さＲが小さくなる。したがって、サブトラクション画像Ｇｓにおいては、乳房Ｍのスキンライン付近において、濃度が高くなってしまう。このため、上記式（７）により算出された乳房Ｍの厚さＲを用いて、サブトラクション画像Ｇｓの濃度を補正してもよい。以下、これを第４の実施形態として説明する。
図１２は第４の実施形態によるエネルギーサブトラクション処理装置の概略構成を示す図である。なお、図１２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４の実施形態においては、サブトラクション画像Ｇｓを厚さ情報を用いて補正する補正部３６をさらに備えた点が第１の実施形態と異なる。
補正部３６は、被写体情報取得部３２が、式（７）により算出した厚さをサブトラクション画像Ｇｓの各画素毎に比較する。そして、厚さが他の画素より小さい画素においては、画素値の濃度が他の画素の濃度に近い値となるように補正する。これにより、補正されたサブトラクション画像Ｇｓにおいては、スキンライン付近の濃度を他の領域の濃度と同一にできるため、より高画質のサブトラクション画像Ｇｓを生成することができる。
なお、上記実施形態においては、被写体として乳房Ｍを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば胸部を被写体としてもよい。この場合、胸部における軟部組織および骨部組織に応じた被写体の厚さとＸ線の吸収係数との関係を用意しておくことにより、サブトラクション処理を行う際の重み係数を精度よく算出することができるため、サブトラクション画像において、軟部組織または骨部組織を精度よく抽出することができる。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
エネルギー分布が互いに異なる放射線により取得された２つの放射線画像のうち、低エネルギーの放射線により取得された放射線画像は、高エネルギーの放射線により取得された放射線画像よりもコントラストが高い。このため、２つの放射線画像のうちの低いエネルギー分布の放射線により取得された放射線画像に基づいて被写体情報を取得することにより、被写体情報を精度よく取得することができる。
さらに被写体の組成情報を被写体情報として取得することにより、被写体の厚さ情報および組成情報に応じて、被写体により適した吸収係数を取得して、重み係数をより精度よく算出することができる。したがって、目的とする構造物が精度よく抽出された、より高画質のサブトラクション画像を生成することができる。
被写体が造影剤を含む場合、２つの放射線画像における造影剤の領域を補正して被写体情報を算出することにより、造影剤の影響を除外して被写体情報を算出することができる。したがって、造影剤に影響されることなく、吸収係数を取得して、重み係数を算出することができるため、より高画質のサブトラクション画像を生成することができる。
厚さ情報を用いてサブトラクション画像を補正することにより、より高画質のサブトラクション画像を生成することができる。
１ 放射線画像撮影装置
２ コンピュータ
３ 表示部
４ 入力部
１０ 撮影部
１２ アーム部
１３ 撮影台
１４ 放射線照射部
１５ 放射線検出器
１６ Ｘ線源
１７ 圧迫板
１８ 支持部
１９ 移動機構
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２３ ストレージ
３１ 画像取得部
３２ 被写体情報取得部
３３ 吸収係数取得部
３４ 重み係数算出部
３５ サブトラクション部
３６ 補正部
Ａ１ 乳房の領域
Ａ２ 素抜け領域
Ｍ 乳房
Ｍａ 脂肪
Ｍｇ 乳腺
Ｒ 圧迫板の高さ
ＧＬ 低圧画像
ＧＨ 高圧画像
Ｇｓ サブトラクション画像

Claims (19)

  1. 被写体を透過したそれぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線により取得された２つの放射線画像を取得する画像取得手段と、
    前記２つの放射線画像の少なくとも一方に基づいて、前記被写体の厚さ情報を含む被写体情報を取得する被写体情報取得手段と、
    前記エネルギー分布および前記被写体を構成する物質に応じて予め算出された、前記被写体の厚さと前記放射線の吸収係数との関係を参照して、前記被写体情報に応じた吸収係数を取得する吸収係数取得手段と、
    前記２つの放射線画像に対して相対応する画素間で重み付け減算を行う際の重み係数を、前記取得された吸収係数に基づいて算出する重み係数算出手段と、
    前記２つの放射線画像に対して、前記重み係数を用いて相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより、前記被写体の特定の構造物を抽出したサブトラクション画像を生成するサブトラクション手段とを備えた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. 前記被写体情報取得手段は、前記２つの放射線画像の少なくとも一方を解析して、前記被写体情報を取得する請求項１記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
  3. 前記被写体情報取得手段は、前記２つの放射線画像のうちの低いエネルギー分布の放射線により取得された放射線画像に基づいて、前記被写体情報を取得する請求項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. 前記被写体情報取得手段は、さらに前記被写体の組成情報を前記被写体情報として取得する請求項１から３のいずれか１項記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
  5. 前記被写体は乳房であり、前記厚さ情報は前記乳房の厚さであり、前記組成情報は乳腺含有率である請求項４記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
  6. 前記被写体情報取得手段は、前記２つの放射線画像、撮影時の管電圧および前記被写体の厚さと前記放射線の吸収係数との関係に基づいて、前記厚さ情報および前記組成情報を算出する請求項４または５記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
  7. 前記被写体情報取得手段および前記吸収係数取得手段は、前記厚さ情報および前記組成情報の初期値に基づいて、前記被写体に含まれる物質に応じた吸収係数を取得し、該取得した吸収係数に基づいて、新たな前記厚さ情報および前記組成情報を算出し、該新たな厚さ情報および前記組成情報に基づいて、新たな前記吸収係数を取得し、該新たな吸収係数に基づくさらに新たな前記厚さ情報および前記組成情報の算出、および該新たな厚さ情報および前記組成情報に基づくさらに新たな前記吸収係数の取得を繰り返すことにより、前記厚さ情報および前記組成情報を算出し、かつ前記吸収係数を取得する請求項６記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
  8. 前記被写体情報取得手段は、前記被写体が造影剤を含む場合、前記２つの放射線画像における前記造影剤の領域を補正して、前記被写体情報を算出する請求項４から７のいずれか１項記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
  9. 前記サブトラクション画像を前記厚さ情報を用いて補正する補正手段をさらに備えた請求項１から８のいずれか１項記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
  10. 被写体を透過したそれぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線により取得された２つの放射線画像を取得し、
    前記２つの放射線画像の少なくとも一方に基づいて、前記被写体の厚さ情報を含む被写体情報を取得し、
    前記エネルギー分布および前記被写体を構成する物質に応じて予め算出された、前記被写体の厚さと前記放射線の吸収係数との関係を参照して、前記被写体情報に応じた吸収係数を取得し、
    前記２つの放射線画像に対して相対応する画素間で重み付け減算を行う際の重み係数を、前記取得された吸収係数に基づいて算出し、
    前記２つの放射線画像に対して、前記重み係数を用いて相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより、前記被写体の特定の構造物を抽出したサブトラクション画像を生成することを特徴とするエネルギーサブトラクション処理方法。
  11. 前記２つの放射線画像の少なくとも一方を解析して、前記被写体情報を取得する請求項１０記載のエネルギーサブトラクション処理方法。
  12. 前記２つの放射線画像のうちの低いエネルギー分布の放射線により取得された放射線画像に基づいて、前記被写体情報を取得する請求項１０または１１記載のエネルギーサブトラクション処理方法。
  13. さらに前記被写体の組成情報を前記被写体情報として取得する請求項１０から１２のいずれか１項記載のエネルギーサブトラクション処理方法。
  14. 前記被写体は乳房であり、前記厚さ情報は前記乳房の厚さであり、前記組成情報は乳腺含有率である請求項１３記載のエネルギーサブトラクション処理方法。
  15. 前記２つの放射線画像、撮影時の管電圧および前記被写体の厚さと前記放射線の吸収係数との関係に基づいて、前記厚さ情報および前記組成情報を算出する請求項１３または１４記載のエネルギーサブトラクション処理方法。
  16. 前記厚さ情報および前記組成情報の初期値に基づいて、前記被写体に含まれる物質に応じた吸収係数を取得し、該取得した吸収係数に基づいて、新たな前記厚さ情報および前記組成情報を算出し、該新たな厚さ情報および前記組成情報に基づいて、新たな前記吸収係数を取得し、該新たな吸収係数に基づくさらに新たな前記厚さ情報および前記組成情報の算出、および該新たな厚さ情報および前記組成情報に基づくさらに新たな前記吸収係数の取得を繰り返すことにより、前記厚さ情報および前記組成情報を算出し、かつ前記吸収係数を取得する請求項１５記載のエネルギーサブトラクション処理方法。
  17. 前記被写体が造影剤を含む場合、前記２つの放射線画像における前記造影剤の領域を補正して、前記被写体情報を算出する請求項１３から１６のいずれか１項記載のエネルギーサブトラクション処理方法。
  18. 前記サブトラクション画像を前記厚さ情報を用いて補正する請求項１０から１７のいずれか１項記載のエネルギーサブトラクション処理方法。
  19. 被写体を透過したそれぞれエネルギー分布が互いに異なる放射線により取得された２つの放射線画像を取得する手順と、
    前記２つの放射線画像の少なくとも一方に基づいて、前記被写体の厚さ情報を含む被写体情報を取得する手順と、
    前記エネルギー分布および前記被写体を構成する物質に応じて予め算出された、前記被写体の厚さと前記放射線の吸収係数との関係を参照して、前記被写体情報に応じた吸収係数を取得する手順と、
    前記２つの放射線画像に対して相対応する画素間で重み付け減算を行う際の重み係数を、前記取得された吸収係数に基づいて算出する手順と、
    前記２つの放射線画像に対して、前記重み係数を用いて相対応する画素間で重み付け減算を行うことにより、前記被写体の特定の構造物を抽出したサブトラクション画像を生成する手順とをコンピュータに実行させ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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