JP7080025B2 - 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム - Google Patents

情報処理装置、情報処理方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、情報処理装置、情報処理方法およびプログラムに関するものである。
放射線による医療画像診断に用いる撮影装置として、平面検出器（Flat Panel Detector、以下「ＦＰＤ」と略す）を用いた放射線撮像装置が普及している。ＦＰＤは、撮影画像をデジタル画像処理することができるため、様々なアプリケーションの開発が行われ実用化されている。
特許文献１には、一つのアプリケーションとして、２種類のエネルギーの放射線で撮影した画像を用いて、所望とする組織の陰影のみに選択的に周波数処理を施すことのできる画像処理技術が提案されている。
特開平０４－１５６６８９号公報
特許文献１には、所望とする組織の陰影のみに選択的に周波数処理を施す方法として、抽出画像の高周波成分を原画像に加算する方法が記載されている。しかし、抽出画像と原画像が異なる物理量を表す画像、例えば、原画像が
放射線画像であり、抽出画像が実効原子番号画像である場合は特許文献１の方法を用いることができない。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、物質特性画像における特定の領域の位置に基づいて、対応する放射線画像における特定の領域を強調または減衰する技術を提供することを目的とする。
本発明の一態様による情報処理装置は、被写体の放射線画像を取得する取得手段と、互いに異なるスペクトルの放射線により取得される複数の放射線画像に基づいて、前記被写体の内部を物質ごとの領域に抽出可能な物質特性画像を生成する生成手段と、前記放射線画像および前記物質特性画像を、それぞれ異なる周波数帯域に制限された複数の帯域制限画像および複数の低周波画像に分解する分解手段と、前記複数の低周波画像に分解された前記物質特性画像における特定の領域の位置に基づいて、前記放射線画像の前記複数の低周波画像および前記複数の帯域制限画像における特定の領域を強調又は減衰させる処理を行う画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、物質特性画像における特定の領域の位置に基づいて、対応する放射線画像における特定の領域を強調または減衰する技術させることが可能になる。
第１実施形態に係る放射線撮影システムの構成例を示す図。 領域強調減衰部の機能構成を例示する図。 第１実施形態の画像処理部における処理の流れを説明する図。 第１実施形態の実効原子番号画像の生成を説明する図。 物質の実効原子番号を例示する図。 周波数分解処理の概要を説明する図。 帯域制限画像の周波数特性の例を示す図。 （ａ）は放射線画像を例示する図であり、（ｂ）は物質特性画像を例示する図。 低周波物質特性画像に基づいたゲイン調整を説明する図。 放射線画像の再構成処理の概要を説明する図。 第１実施形態における画像処理部の処理結果を例示する図。 第２実施形態に係る放射線撮影システムの構成例を示す図。 第２実施形態の画像処理部における処理の流れを説明する図。 物質特性計算部の機能構成を例示する図。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
(第１実施形態)
図１は、本発明の第１実施形態に係る放射線撮影システム１００の構成例を示す図である。放射線撮影システム１００は、放射線発生装置１０４、放射線源１０１、ＦＰＤ１０２、情報処理装置１２０を有する。尚、放射線撮影システム１００の構成を単に放射線撮影装置ともいう。情報処理装置１２０は、被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する。
放射線発生装置１０４は曝射スイッチの押下により放射線源１０１に高電圧パルスを与え放射線を発生させ、放射線源１０１は被写体１０３に放射線を照射する。尚、放射線の種類は特に限定はしないが、一般的にはＸ線が用いられることが多い。
放射線源１０１から放射線が被写体１０３に照射されると、ＦＰＤ１０２は画像信号に基づく電荷の蓄積を行って放射線画像を取得する。ＦＰＤ１０２は、放射線画像を情報処理装置１２０に転送する。尚、ＦＰＤ１０２は、撮影毎に放射線画像を情報処理装置１２０に転送してもよいし、撮影した画像を、撮影毎に転送せずに、ＦＰＤ１０２の内部の画像記憶部に記憶しておき、所定のタイミングでＦＰＤ１０２から情報処理装置１２０に画像を、まとめて転送することが可能である。ＦＰＤ１０２と情報処理装置１２０との間の通信は、有線通信でもよいし、無線通信でもよい。
ＦＰＤ１０２は、放射線に応じた信号を生成するための画素アレイを備えた放射線検出部（不図示）を有する。放射線検出部は、被写体１０３を透過した放射線を画像信号として検出する。放射線検出部には、入射光に応じた信号を出力する画素がアレイ状（二次元の領域）に配置されている。各画素の光電変換素子は蛍光体により変換された光を電気信号である画像信号に変換し、画像信号にとして出力する。このように、放射線検出部は被写体１０３を透過した放射線を検出して、画像信号（放射線画像）を取得するように構成されている。ＦＰＤ１０２の駆動部（不図示）は、制御部１０５からの指示に従って読み出した画像信号（放射線画像）を制御部１０５に出力する。
制御部１０５は、ＦＰＤ１０２から取得した放射線画像を処理する画像処理部１０９と、画像処理の結果や各種プログラムを記憶する記憶部１０８とを有する。記憶部１０８は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。記憶部１０８は制御部１０５から出力された画像や画像処理部１０９で画像処理された画像、画像処理部１０９における計算結果を記憶することが可能である。記憶部１０８は、例えば、実効原子番号や面密度、実効原子番号と物質とを対応付けたデータベースを記憶することが可能である。
画像処理部１０９は、機能構成として、物質特性計算部１１０、領域強調減衰部１１１を有している。これらの機能構成は、例えば、一つ又は複数のＣＰＵ（central processing unit）、記憶部１０８から読み込んだプログラムを用いて、各部の機能が構成される。画像処理部１０９の各部の構成は、同様の機能を果たすのであれば、それらは集積回路などで構成してもよい。また、情報処理装置１２０の内部構成として、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のグラフィック制御部、ネットワークカード等の通信部、キーボード、ディスプレイ又はタッチパネル等の入出力制御部等を含む構成可能である。
モニタ１０６（表示部）は、制御部１０５がＦＰＤ１０２から受信した放射線画像（デジタル画像）や画像処理部１０９で画像処理された画像を表示する。表示制御部１１６は、モニタ１０６（表示部）の表示を制御することが可能である。操作部１０７は、画像処理部１０９やＦＰＤ１０２に対する指示を入力することができ、不図示のユーザーインターフェイスを介してＦＰＤ１０２に対する指示の入力を受け付ける。
画像処理部１０９は、機能構成として、物質特性計算部１１０、領域強調減衰部１１１を有しており、画像処理部１０９は、ＦＰＤ１０２で撮影された被写体の放射線画像における特定の領域を強調した領域強調画像、又は特定の領域を減衰した領域減衰画像を生成する。物質特性計算部１１０は、互いに異なるスペクトルの放射線により取得される複数の放射線画像に基づいて、被写体の内部を物質ごとの領域に抽出可能な物質特性画像を生成する生成部として機能する。物質特性計算部１１０（生成部）は、物質特性画像として、例えば、被写体を構成する物質の実効原子番号の分布を表す実効原子番号画像、または被写体を構成する物質を弁別した物質弁別画像といった物質特性画像を生成することが可能である。
領域強調減衰部１１１は、物質特性画像に基づき放射線画像を強調または減衰するための画像処理を行う。すなわち、画像処理部１０９の領域強調減衰部１１１は、物質特性画像における特定の領域の位置（位置情報）に基づいて、放射線画像における特定の領域を強調又は減衰させる処理を行う。領域強調減衰部１１１は機能構成として、図２に示すように、周波数分解部２１１、ゲイン調整部２１２、および周波数再構成部２１３を有する。周波数分解部２１１、ゲイン調整部２１２、および周波数再構成部２１３の具体的な処理については後に詳細に説明する。
次に、第１実施形態の画像処理部１０９における処理を、図３に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。制御部１０５は、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像を記憶部１０８に記憶するとともに、画像処理部１０９に放射線画像を転送する。
（Ｓ３０１：物質特性画像の生成）
ステップＳ３０１において、物質特性計算部１１０は、物質特性画像である物質弁別画像、又は実効原子番号画像を生成する。具体的には、物質特性計算部１１０は、ＦＰＤ１０２で撮影された、高エネルギー放射線画像ＸＨと低エネルギー放射線画像ＸＬから以下の（１）式、（２）式に基づいて物質弁別画像を生成する。
Figure 0007080025000001
Figure 0007080025000002
ここで、μは線減弱係数であり、ｄは物質の厚さである。添え字のＨとＬはそれぞれ、高エネルギーと低エネルギーを示し、添え字のＡとＩは、弁別する物質であり、それぞれ脂肪と造影剤を示す。なお、ここでは、弁別する物質例として、脂肪と造影剤を用いて説明しているが、この例に限定するものでなく、任意の物質を弁別することができる。物質特性計算部１１０は、（１）式と（２）式の連立方程式を解く演算処理を行うことにより、脂肪ｄＡと造影剤ｄＩとを弁別した物質弁別画像を得ることができる。
また、物質特性計算部１１０は、図４に示すように高エネルギー放射線画像ＸＨと低エネルギー放射線画像ＸＬとの比の対数（対数比）から、対応する実効原子番号Ｚを特定して、実効原子番号画像Ｚeffを生成することができる。図４に示す対数比と実効原子番号の関係は、予めテーブル化しておき、物質特性計算部１１０は、演算した対数比に対応する実効原子番号Ｚを、テーブルの参照により特定して、実効原子番号画像Ｚeffを生成することができる。図５は、物質の実効原子番号を例示する図である。例えば、脂肪の実効原子番号は５．９～６．５であり、筋肉の実効原子番号は７．４～７．６であり、骨の実効原子番号は１２．３～１３．８である。このように、脂肪、筋肉、骨など、人体（被写体）を構成する特定の領域を実効原子番号により特定することができる。
また、造影剤などに含まれるヨウ素の実効原子番号は５３であり、バリウムの実効原子番号は５６であり、カテーテルのガイドワイヤ等に用いられる部材としてステンレスの実効原子番号は２６である。また、ステントに用いられる部材として、チタンの実効原子番号は２２である。実効原子番号の情報を用いることにより、撮影手技に応じて人体（被写体）の内部に入っている物質を弁別することができる。
以下の処理において、領域強調減衰部１１１は、物質特性計算部１１０により生成された物質特性画像に基づき放射線画像を強調または減衰する画像処理を行う。すなわち、領域強調減衰部１１１は、物質弁別画像や実効原子番号に基づいて、放射線画像を選択的に強調、減衰する画像処理を行う。特に、実効原子番号画像は、被写体を構成する物質の実効原子番号の分布を表す画像であり、もとの放射線画像とは全く異なる物理量を表す。このため、画像成分を加算するような方法により放射線画像を選択、強調を行うことができないが、本実施形態の画像処理によれば、放射線画像の特定の領域（弁別された物質の領域、または、実効原子番号の分布領域）を選択的に強調、減衰することができる。
（Ｓ３０２：帯域制限画像の生成）
ステップＳ３０２において、周波数分解部２１１は、放射線画像および物質特性画像を周波数分解し、放射線画像および物質特性画像において、それぞれ異なる周波数帯域に制限された複数の帯域制限画像（高周波画像）を生成する。本ステップで、周波数分解部２１１は、放射線画像および物質特性画像を、それぞれ異なる周波数帯域に制限された複数の帯域制限画像および低周波画像に分解する。放射線画像および物質特性画像の両方を周波数分解することにより、両画像における領域の位置関係を維持することができる。
図６は、周波数分解処理の概要を説明する図であり、図６に示すように、周波数分解部２１１は、入力画像Lｎ（放射線画像および物質特性画像）をローパスフィルター（ＬＰＦ）でエイリアシング防止処理を行い、１／２にダウンサンプリング（↓）することで低周波数画像Lｎ＋１を取得する。
また、周波数分解部２１１は、低周波数画像Lｎ＋１を２倍にアップサンプリング（↑）する処理を行い、ローパスフィルター（ＬＰＦ）を用いてエイリアシング防止処理をして、入力画像Lｎから差分処理（－）を行うことで、帯域制限画像Ｈｎを取得する。周波数分解部２１１は、以上の処理を逐次的に行って、入力画像Lｎ（放射線画像、及び物質特性画像）を周波数分解したｎレベルの低周波画像Lｎ及び帯域制限画像Ｈｎを作成することができ、複数の帯域制限画像が生成される。
図７は、ステップＳ３０２の処理によって生成される帯域制限画像の周波数特性の例を示す図であり、横軸は規格化周波数を示し、縦軸は振幅を示す。以降の説明において、放射線画像を周波数分解したｎレベルの低周波放射線画像をＬＸｎ、帯域制限放射線画像をＨＸｎとし、物質特性画像を周波数分解したｎレベルの低周波物質特性画像をＬＭｎ、帯域制限物質特性画像をＨＭｎとする。
（Ｓ３０３：強調減衰画像の生成）
本ステップでは、画像処理部１０９のゲイン調整部２１２は、低周波画像に分解された物質特性画像における特定の領域の位置に基づいて、放射線画像の帯域制限画像および低周波画像における特定の領域を強調または減衰させるための調整係数（ゲイン）を設定する。
また、ゲイン調整部２１２は、低周波画像に分解された物質特性画像における特定の領域の位置に基づいて、特定の領域以外の領域を強調または減衰させるための調整係数（ゲイン）を設定する。ここで、ゲイン調整部２１２は、放射線画像の帯域制限画像および低周波画像における特定の領域に対して異なる調整係数（ゲイン）を設定することが可能であり、ゲイン調整部２１２は、特定の領域および特定の領域以外の領域に対して異なる調整係数（ゲイン）を設定することが可能である。
具体的には、ゲイン調整部２１２は、低周波物質特性画像ＬＭｎにおける特定の領域の位置に基づいて、帯域制限放射線画像ＨＸｎ及び低周波放射線画像ＬＸｎの特定の領域のゲインを調整する。図８（ａ）は放射線画像を例示する図であり、図８（ｂ）は物質特性画像を例示する図であり、それぞれ人体を模式的に描写したものである。図８（ａ）の放射線画像において、領域８０１は造影剤によって造影された血管を示す。物質弁別画像や実効原子番号画像のような物質特性画像は、造影剤（ヨウ素を含む）の部分に高い画素値や実効原子番号が表現されるため、閾値処理等により、図８（ｂ）の物質特性画像において、領域８０２のように造影剤部分を抽出することができる。
特許文献１により示される処理方法では、図８（ｂ）の領域８０２の部分に対して、高周波成分を取得する周波数分解処理を行い、図８（ａ）の放射線画像に高周波成分を加算するものであるが、画像成分を加算するような方法は、物質特性画像のうち物質弁別画像には適用できるが、実効原子番号画像のようにもとの放射線画像と異なる物理量を示す画像には使用できない。
また、物質弁別画像のように、もとの放射線画像と同じ物理量を持つ画像の場合でも、一般に異なる画像の所定の領域のみの高周波成分を強調して、加算すると他の領域との不整合によりアーチファクトを生じやすい。
そこで、本実施形態では図９に示すように、ゲイン調整部２１２は、放射線画像を各周波数帯域に分解した画像（帯域制限放射線画像ＨＸｎ及び低周波放射線画像ＬＸｎ）に対し、周波数分解レベルに対応する低周波物質特性画像ＬＭｎに基づいたゲイン調整を行う。
図９では、帯域制限放射線画像ＨＸ０に対応する低周波物質特性画像はＬＭ０である。また、帯域制限放射線画像ＨＸ１に対応する低周波物質特性画像はＬＭ１であり、帯域制限放射線画像ＨＸ２に対応する低周波物質特性画像はＬＭ２である。なお、図９の例では、説明の便宜上、分解レベルの次数を２（ｎ＝２）としたが、この例に限らず、分解レベルの次数は任意である。
画像処理部１０９は、物質特性画像における領域の位置を参照して、当該領域の位置に対応する放射線画像における特定の領域を強調又は減衰させる画像処理を行うことが可能である。また、画像処理部１０９は、物質特性画像における領域の位置を参照して、当該領域の位置に対応する放射線画像における特定の領域を除いた、特定の領域以外の領域を強調又は減衰させる画像処理を行うことが可能である。
ゲイン調整部２１２は、図９の低周波物質特性画像ＬＭｎ（ｎ＝０、１、２）において、造影剤領域９０１は低周波物質特性画像ＬＭｎにおける特定の領域の位置を示している。放射線画像の低周波画像および帯域制限画像（低周波放射線画像Lｎおよび帯域制限放射線画像Ｈｎ（ｎ＝０、１、２））において、係る造影剤領域９０１に対応する特定の領域もしくは特定の領域以外の領域に任意のゲインを乗じることにより、各領域を強調又は減衰させる画像処理を行う。
すなわち、画像処理部２０９は、物質特性画像における特定の領域の位置を参照して、放射線画像における特定の領域および特定の領域以外の領域をそれぞれ強調又は減衰させる画像処理を行う。具体的には、ゲイン調整部２１２は、物質特性画像における造影剤領域９０１に対応する放射線画像における特定の領域および特定の領域以外の両領域に、任意のゲインを乗じることにより、各領域を強調又は減衰させる画像処理を行う。例えば、ゲイン調整部２１２は、物質特性画像における特定の領域（造影剤領域９０１）の位置を参照して、放射線画像における特定の領域を強調し、または特定の領域以外の領域を減衰させる画像処理を行う。ここで、両領域に乗ずるゲインの値は、それぞれ異なるものであってもよく、ゲイン調整部２１２は、ゲインの値を各ＨＸｎ及びＬＸｎによって任意に変更することが可能である。以下、ゲイン調整された、放射線画像の帯域制限画像をＨＸＧｎ、放射線画像の低周波画像をＬＸＧｎとする。
ゲイン調整で用いるゲインの値を１より大きくすることで対応する帯域制限画像が強調され、ゲインの値を１より小さくすると帯域制限画像が減衰（抑制）される。ゲイン調整部２１２は、例えば、周波数分解レベル毎に異なるゲインの値を設定することで、様々な周波数強調あるいは抑制を行った画像を生成することができる。
設定したゲインに基づいて、放射線画像における特定の領域、または特定の領域以外の領域の画像特性を強調又は減衰することができる。
（Ｓ３０４：再構成処理）
ステップＳ３０４において、周波数再構成部２１３は、ステップＳ３０３でゲイン調整された放射線画像（帯域制限画像ＨＸＧｎ、低周波画像ＬＸＧｎ）を再構成する。具体的には、周波数再構成部２１３は、図１０に示すように、周波数分解された放射線画像のうち、低周波画像LＸＧｎ＋１をアップサンププリング（↑）し、ローパスフィルター（ＬＰＦ）でエイリアシング防止処理した拡大画像を生成する。また、周波数再構成部２１３は、生成した拡大画像に、放射線画像の帯域制限画像ＨＸＧｎを加算することで、放射線画像の低周波画像ＬＸＧｎを生成する。周波数分解レベルｎ＋１から周波数分解レベルｎである低周波画像ＬＸＧｎが生成される。
周波数再構成部２１３は、以上の処理を逐次的に行って、放射線画像における低周波画像ＬＸＧ０を生成する。低周波画像ＬＸＧ０はゲイン調整がされない場合、もとの放射線画像（図８（ａ））と一致する。ゲイン調整がされた場合は、図８（ａ）の放射線画像における領域８０１（特定領域）を強調もしくは減衰した画像、または、領域８０１（特定領域）以外の領域を強調もしくは減衰した画像が生成される。本処理により画像処理部１０９における処理は終了する。
図１１は、第１実施形態における画像処理部１０９の処理結果を例示する図である。図１１（ａ）は放射線画像であり、造影剤領域１１０１は図８の領域８０１に対応する領域である。画像処理部１０９の処理によれば、図１１（ａ）のように放射線画像の造影剤領域１１０１（図８（ａ）の領域８０１（特定領域）に対応する領域）が強調された画像を得ることができる。
また、画像処理部１０９は、造影剤領域１１０１以外の領域を減衰させることで、図１１（ｂ）のように造影剤領域１１０２を抽出した疑似ＤＳＡ（デジタル・サブトラクション・アンギオグラフィ）画像を生成することもできる。なお、図１１（ｂ）において、画像処理部１０９は、造影剤領域１１０２を強調しつつ、造影剤領域外を減衰させればより好適な疑似ＤＳＡ画像が生成できる。例えば、画像処理部１０９のゲイン調整部２１２は、図８（ａ）の放射線画像における領域８０１（特定領域）を強調するゲインを領域８０１（特定領域）に乗じ、かつ、領域８０１（特定領域）以外の領域を減衰させるゲインを特定領域以外の領域に乗じるゲイン調整を行い、周波数再構成部２１３が、ゲイン調整された放射線画像（帯域制限画像ＨＸＧｎ、低周波画像ＬＸＧｎ）を再構成することで、造影剤領域１１０２を強調しつつ、造影剤領域外を減衰させた疑似ＤＳＡ画像を生成することができる。
本実施形態によれば物質特性画像が実効原子番号画像のような、放射線画像と特性が異なる画像の場合でも、実効原子番号画像を用いて放射線画像を適切に強調減衰させることができる。また、特定の領域の高周波成分のみを強調するのではなく、帯域制限画像を連続的にゲイン調整することで、アーチファクトが生じにくい強調減衰処理が実現可能である。造影剤の領域を選択的に強調した画像は、より低量の造影剤での手技の実現につながる。また、造影剤以外の領域を選択的に減衰させた疑似的なＤＳＡ画像は、マスク画像を使用しないＤＳＡ画像（マスクレスＤＳＡ画像）の実現につながる。これにより低侵襲であり、利便性の高い医療技術の実現が可能になる。
(第２実施形態)
本実施形態では、放射線画像の画素値の分散値および平均値に基づき、物質特性画像を生成する情報処理装置の構成を説明する。以下の説明では、第１実施形態と同様の部分は説明を省略し、第２実施形態に特有な構成部分についてのみ説明を行う。本実施形態の構成は、互いに異なるスペクトルの放射線画像（例えば、第１実施形態で説明した、高エネルギー放射線画像ＸＨや低エネルギー放射線画像ＸＬ等）を取得できない場合においても物質特性画像を生成し、生成した物質特性画像を利用して放射線画像における所定の領域を強調又は減衰させることが可能である。
図１２は、本発明の第２実施形態に係る放射線撮影システム１００の構成例を示す図である。本実施形態では、画像処理部１２０９は、被写体を撮影した放射線画像の画素値の平均値を取得する平均値取得部１２０１、放射線画像の画素値の分散値を取得する分散値取得部１２０２、物質特性計算部１２０３および領域強調減衰部１１１を備える。ここで、物質特性計算部１２０３は、放射線画像の画素値とその分散に基づいて、被写体の内部を物質ごとの領域に抽出可能な物質特性画像を生成する。物質特性計算部１２０３は、機能構成として、図１４に示すように、積分処理部１４０１、更新処理部１４０２、判定部１４０３を有する。本実施形態では、画像処理部１２０９の構成として、平均値取得部１２０１、分散値取得部１２０２、および物質特性計算部１２０３を備える点で第１実施形態の画像処理部１０９の構成と異なる。領域強調減衰部１１１は、物質特性画像における特定の領域の位置に基づいて、放射線画像における特定の領域を強調又は減衰させる処理を行う。
次に、第２実施形態の画像処理部１２０９における処理を、図１３に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。制御部１０５は、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像を記憶部１０８に記憶するとともに、画像処理部１２０９に放射線画像を転送する。
（Ｓ１３０１：平均情報（平均値画像）の生成）
ステップＳ１３０１において、平均値取得部１２０１は、被写体を有する放射線画像の画素値を、被写体が無い放射線画像の画素値で除算した画素値の平均値（平均情報）を示す平均値画像を取得する。具体的には、平均値取得部１２０１は、ＦＰＤ１０２で撮影された、被写体を有する放射線画像Ｍ（ｘ，ｙ，ｔ）と、被写体が無い放射線画像Ｍ0（ｘ，ｙ，ｔ）と、を用いて平均値画像Ａ（ｘ，ｙ）を取得（生成）する（（３）式）。ここで、ｘとｙは画像の画素の座標、ｔは整数で時系列に撮影された画像のフレーム番号を表す。また、ブラケット「＜ ＞ｔ」は時間平均を表す。被写体が無い放射線画像Ｍ0の時間平均（平均情報）により、被写体を有する放射線画像Ｍの時間平均（平均情報）を除算することにより、ＦＰＤ１０２のゲイン特性のばらつきを補正することができる。被写体が無い放射線画像Ｍ0（ｘ，ｙ，ｔ）は、予め撮影されて記憶部１０８に記憶されている。平均値取得部１２０１は、平均値画像を取得する際に、記憶部１０８から被写体が無い放射線画像Ｍ0（ｘ，ｙ，ｔ）を読出して、（３）式の演算処理を行う。
Figure 0007080025000003
（Ｓ１３０２：分散情報（分散値画像）の生成）
ステップＳ１３０２において、分散値取得部１２０２は、被写体を有する放射線画像の画素値を、被写体が無い放射線画像の画素値で除算した画素値の分散値（分散情報）を示す分散値画像を取得する。具体的には、分散値取得部１２０２は、ＦＰＤ１０２で撮影された、被写体を有する複数の放射線画像Ｍ（ｘ，ｙ，ｔ）と、被写体が無い放射線画像Ｍ0（ｘ，ｙ，ｔ）と、を用いて分散値画像Ｖ（ｘ，ｙ）を取得（生成）する（（４）式）。ｘとｙは画像の画素の座標、ｔは整数で時系列に撮影された画像のフレーム番号を表す。また、ブラケット「＜ ＞ｔ」は時間平均を表す。被写体が無い放射線画像Ｍ0（ｘ，ｙ，ｔ）は、予め撮影されて記憶部１０８に記憶されている。分散値取得部１２０２は、分散値画像を取得する際に、記憶部１０８から被写体が無い放射線画像Ｍ0（ｘ，ｙ，ｔ）を読出して、（４）式の演算処理を行う。
Figure 0007080025000004
（Ｓ１３０３：演算処理に用いるパラメータの算出）
ステップＳ１３０３において、物質特性計算部１２０３の積分処理部１４０１は、被写体を構成する物質の実効原子番号および面密度を取得するための以下６つのパラメータを算出する。
ここで、（５）式のパラメータＡｃは理論的に計算される放射線画像の画素値であり平均値（平均情報）に相当する。（６）式のパラメータＶｃは理論的に計算される放射線画像の画素値であり分散値（分散情報）に相当する。すなわち、パラメータＡｃ（平均情報）はエネルギーの一次モーメント、パラメータＶｃ（分散情報）はエネルギーの二次のモーメントとなる。
（７）～（１０）式のパラメータは、（５）式および（６）式により取得したパラメータＡｃ、Ｖｃの導関数である。ステップＳ１３０３で取得したパラメータは、次のステップにおける演算処理（更新演算）で使用される。これらのパラメータは、ステップＳ１３０４における更新演算における反復計算で使用される。
Figure 0007080025000005
Figure 0007080025000006
Figure 0007080025000007
Figure 0007080025000008
Figure 0007080025000009
Figure 0007080025000010
ここでσeffは、物質の面密度[ｇ/ｃｍ2]、μは減弱係数[ｃｍ2/ｇ]、Ｚeffは物質の実効原番号、Ｅは放射線のエネルギー、Ｎ（Ｅ）は放射線のエネルギースペクトルを示す。
物質特性計算部１２０３の積分処理部１４０１は、画素平均値の変化率または画素分散値の変化率の取得において、放射線のエネルギーと、既知の元素の原子番号と当該原子番号に対応する減弱係数とを用いて、減弱係数を補間する補間情報を生成する。また、物質特性計算部１２０３の積分処理部１４０１は、画素平均値の変化率または画素分散値の変化率の取得において、補間情報に基づいて補間された減弱係数の単位原子番号あたりの変化率を取得する。
補間情報および補間された減弱係数の単位原子番号あたりの変化率は、放射線のエネルギー（Ｅ）と、既知の元素の原子番号（Ｚ）と原子番号（Ｚ）に対応する減弱係数とを用いて、以下の（１１）式、（１２）式のように表現することができる。
積分処理部１４０１は、既知の元素の原子番号と減弱係数を、例えば、記憶部１０８に記憶しておき、記憶部１０８の参照により、既知の元素の原子番号と減弱係数とを減弱係数μの補間に使用することが可能である。また、積分処理部１４１１は、単位実効原子番号の変化に対する減弱係数μの変化率を示す変化率情報（導関数）を生成する（（１２）式）。ここで、（１１）式、（１２）式において、（［ｘ］）の表記は、実数xに対してx以下の最大の整数を出力する床関数を示す。
Figure 0007080025000011
Figure 0007080025000012
（Ｓ１３０４：実効原子番号および面密度の更新演算）
ステップＳ１３０４では、物質特性計算部１２０３の更新処理部１４０２は、（１３）式に基づいて実効原子番号、面密度を取得する。
具体的には、物質特性計算部１２０３の更新処理部１４０２は、以下の（１３）式の計算により物質の実効原子番号（Ｚeff）と物質の面密度（σeff）を、反復演算により更新する。ここで、「（ ）」の表記は行列を表し、「－１」は逆行列を示す。また、添え字のｎは反復演算の回数を示している。
（１３）式の連立方程式において、パラメータＡｃ、Ｖｃの導関数は（７）式～（１０）式の演算により取得したパラメータである。また、Ａは（３）式の演算により取得した平均値画像の情報（放射線画像における画素値の平均情報）であり、Ａｃは、（５）式の理論的計算に基づく放射線画像の画素値の平均情報である。また、（１３）式において、Ｖは（４）式の演算により取得した分散値画像の情報（放射線画像における画素値の分散情報）であり、Ｖｃは、（６）式の理論的計算に基づく放射線画像の画素値の分散情報である。
更新処理部１４０２は、（１３）式の演算処理を反復して実行することにより、被写体を構成する物質の実効原子番号（Ｚeff）と面密度（σeff）を取得する。このとき、演算の初期値として、０値等、任意の値を設定することができる。
Figure 0007080025000013
本ステップでは、実効原子番号について、物質特性計算部１２０３は、実効原子番号に対する、被写体に照射した放射線のエネルギースペクトルと減弱係数とに基づいて取得される放射線画像の画素平均値の変化率と、面密度に対する画素平均値の変化率と、平均値と画素平均値との差分と、に基づいて、実効原子番号を算出する。
また、面密度について、物質特性計算部１２０３の更新処理部１４０２は、実効原子番号に対する、被写体に照射した放射線のエネルギースペクトルと減弱係数とに基づいて取得される放射線画像の画素分散値の変化率と、面密度に対する画素分散値の変化率と、分散値と画素分散値との差分と、に基づいて、面密度を算出する。
物質特性計算部１２０３の更新処理部１４０２は、画素平均値の変化率と、平均値と画素平均値との差分と、に基づく実効原子番号と、画素分散値の変化率と、分散値と画素分散値との差分と、に基づく面密度とを、連立方程式として解析し、解析の結果に基づく反復演算により実効原子番号および面密度を更新する。
（ステップＳ１３０５：収束判定）
ステップＳ１３０５において、物質特性計算部１２０３の判定部１４０３は、更新処理部１４０２により更新された実効原子番号および面密度の収束を判定する。判定部１４０３は、ステップＳ１３０４の反復演算により更新された物質の実効原子番号（Ｚeff）および物質の面密度（σeff）が収束したか判定する。収束判定方法としては種々の方法により判定することが可能である。判定部１４０３は、例えば、ｎ回目の更新演算結果と、ｎ＋１回目の更新演算結果との比較により、両者の差分が所定の閾値以下となった場合、所定の計算精度が得られたものとして、ｎ＋１回目の更新演算結果は収束したと判定することが可能である。あるいは、判定部１４０３は、更新処理部１４０２による更新演算の反復回数を取得して、所定の反復回数の更新演算が実行された場合に更新演算結果は収束したと判定することも可能である。
ステップＳ１３０５の収束判定で、判定部１４０３が収束していないと判定した場合（Ｓ１３０５－Ｎｏ）、処理はステップＳ１３０３に戻され、積分値の生成処理（演算処理に用いるパラメータの算出）を再び実行する。一方、ステップＳ１３０５の収束判定で、判定部１４０３が収束していると判定した場合（Ｓ１３０５－Ｙｅｓ）、物質特性計算部１２０３は、収束した実効原子番号または面密度を、被写体を構成する物質の実効原子番号または面密度として出力し、物質特性計算部１２０３は、収束した実効原子番号画像を物質特性画像として出力する。ステップＳ１３０１～Ｓ１３０５の処理により、物質特性計算部１２０３（生成部）は、物質特性画像として、放射線画像の画素値と画素値の分散に基づいて、被写体の内部を物質ごとの領域に抽出可能な実効原子番号画像を生成する。
以降の処理は第１実施形態のステップＳ３０２以降と同じである。領域強調減衰部１１１は、物質特性計算部１２０３により生成された物質特性画像に基づき放射線画像を強調または減衰する画像処理を行う。すなわち、領域強調減衰部１１１は、生成された物質特性画像に基づいて、放射線画像を選択的に強調、減衰する画像処理を行う。
最終的に図８（ａ）の放射線画像における領域８０１（特定領域）を強調もしくは減衰した画像、または、領域８０１（特定領域）以外の領域を強調もしくは減衰した画像が生成される。本処理により画像処理部１２０９における処理は終了する。
本実施形態の画像処理部１２０９の処理によれば、図１１（ａ）のように放射線画像の造影剤領域１１０１（図８（ａ）の領域８０１（特定領域）に対応する領域）が強調された画像を得ることができる。
また、本実施形態の画像処理部１２０９の処理によれば、造影剤領域１１０１以外の領域を減衰させることで、図１１（ｂ）のように造影剤領域１１０２を抽出した疑似ＤＳＡ（デジタル・サブトラクション・アンギオグラフィ）画像を生成することもできる。図１１（ｂ）において、画像処理部１０９は、造影剤領域１１０２を強調しつつ、造影剤領域外を減衰させればより好適な疑似ＤＳＡ画像が生成できる。
例えば、領域強調減衰部１１１のゲイン調整部２１２は、図８（ａ）の放射線画像における領域８０１（特定領域）を強調するゲインを領域８０１（特定領域）に乗じ、かつ、領域８０１（特定領域）以外の領域を減衰させるゲインを特定領域以外の領域に乗じるゲイン調整を行い、周波数再構成部２１３は、ゲイン調整された放射線画像（帯域制限画像ＨＸＧｎ、低周波画像ＬＸＧｎ）を再構成することで、造影剤領域１１０２の領域を強調しつつ、造影剤領域１１０２以外の領域を減衰させた疑似ＤＳＡ画像を生成することができる。
本実施形態によれば、互いに異なるスペクトルの放射線画像を取得できない場合においても物質特性画像を生成し、これを利用して放射線画像における所定の領域を強調又は減衰する際に有用である。
尚、本発明は、上記の実施形態に限定することなく、要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体等としての実施態様を採ることもできる。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
１００：放射線撮影システム、１０１：放射線源、１０２：ＦＰＤ、
１０４：放射線発生装置、１０５：制御部、１０６：モニタ、
１０７：操作部、１０８：記憶部、１０９：画像処理部、
１１０：物質特性計算部、１１１：領域強調減衰部、２１１：周波数分解部、
２１２：ゲイン調整部、２１３：周波数再構成部、１２０１：平均値取得部、
１２０２：分散値取得部、１２０３、物質特性計算部、
１４０１：積分処理部、１４０２：更新処理部、１４０３：判定部

Claims (10)

  1. 被写体の放射線画像を取得する取得手段と、
    互いに異なるスペクトルの放射線により取得される複数の放射線画像に基づいて、前記被写体の内部を物質ごとの領域に抽出可能な物質特性画像を生成する生成手段と、
    前記放射線画像および前記物質特性画像を、それぞれ異なる周波数帯域に制限された複数の帯域制限画像および複数の低周波画像に分解する分解手段と、
    前記複数の低周波画像に分解された前記物質特性画像における特定の領域の位置に基づいて、前記放射線画像の前記複数の低周波画像および前記複数の帯域制限画像における特定の領域を強調又は減衰させる処理を行う画像処理手段と、
    を備えることを特徴とする情報処理装置。
  2. 前記特定の領域を強調又は減衰させた画像を再構成する再構成手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
  3. 前記画像処理手段は、
    前記複数の低周波画像に分解された前記物質特性画像における前記特定の領域の位置に基づいて、前記放射線画像における前記特定の領域以外の領域を強調または減衰させるための調整係数を設定することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
  4. 前記画像処理手段は、
    前記放射線画像の帯域制限画像および低周波画像における特定の領域に対して異なる調整係数を設定することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
  5. 前記画像処理手段は、前記特定の領域および前記特定の領域以外の領域に対して異なる調整係数を設定することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
  6. 前記物質特性画像は、前記被写体を構成する物質の実効原子番号の分布を表す実効原子番号画像であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  7. 前記物質特性画像は、前記被写体を構成する物質を弁別した物質弁別画像であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
  8. 被写体の放射線画像を取得する取得手段と、
    互いに異なるスペクトルの放射線により取得される複数の放射線画像に基づいて、前記被写体の内部を物質ごとの領域に抽出可能な実効原子番号画像または物質弁別画像を生成する生成手段と、
    前記放射線画像、実効原子番号画像または物質弁別画像を、異なる周波数帯域に制限された複数の帯域制限画像および複数の低周波画像に分解する分解手段と、
    前記複数の低周波画像に分解された前記実効原子番号画像または物質弁別画像における特定の領域の位置に基づいて、前記放射線画像の前記複数の低周波画像および複数の帯域制限画像における前記特定の領域を強調または減衰させる処理を行う画像処理手段と、
    前記特定の領域を強調又は減衰させた画像を再構成する再構成手段と、
    を備えることを特徴とする情報処理装置。
  9. 被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理方法であって、
    前記被写体の放射線画像を取得する取得工程と、
    互いに異なるスペクトルの放射線により取得される複数の放射線画像に基づいて、前記被写体の内部を物質ごとの領域に抽出可能な物質特性画像を生成する生成工程と、
    前記放射線画像および前記物質特性画像を、それぞれ異なる周波数帯域に制限された複数の帯域制限画像および複数の低周波画像に分解する分解工程と、
    前記複数の低周波画像に分解された前記物質特性画像における特定の領域の位置に基づいて、前記放射線画像の前記複数の低周波画像および前記複数の帯域制限画像における特定の領域を強調又は減衰させる処理を行う画像処理工程と、
    を有することを特徴とする情報処理方法。
  10. 請求項９に記載の情報処理方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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