JP7144988B2 - 放射線撮影装置、放射線撮影方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮影装置、放射線撮影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）を用いた放射線撮影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、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影のデジタル撮影装置やＣＴ装置として用いられている。

特許文献１には、ＣＴ装置において、２種類の管電圧を用いて被写体を撮影するデュアルエネルギースキャンという手法を適用して物質の同定を行い、物質ごとに適切な放射線エネルギーを用いて放射線画像を生成する構成が開示されている。

特開２０１４－６１２８６号公報

しかし、放射線エネルギーの減弱特性は物質ごとに異なるため、断層画像が得られない一般撮影や透視撮影では、放射線のビームライン上に存在している複数の物質ごとに放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することが必要とされる。

本発明は、複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することが可能な放射線撮影技術の提供を目的とする。

本発明の一態様による放射線撮影装置は以下の構成を備える。すなわち、放射線撮影装置は、異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する生成手段と、
前記複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、
前記再構成画像を解析し、前記複数の物質の位置ごとにおける画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析手段と、
を備える。

本発明によれば、複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成す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。 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。 （ａ）は高エネルギー放射線画像を例示する図、（ｂ）は低エネルギー放射線画像を例示する図、（ｃ）は脂肪の物質分離画像を例示する図、（ｄ）は骨の物質分離画像を例示する図。 低エネルギー及び高エネルギーの放射線分布情報の対数比と、実効原子番号Ｚの関係を示す図。 物質の実効原子番号を例示する図。 実効原子番号と単一の放射線エネルギーとを対応付けるエネルギーテーブルを例示する図。 放射線画像における関心領域を例示する図。 放射線エネルギーとノイズの関係を模式的に示す図。 第１実施形態の効果を説明する図である。

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（放射線検出装置）、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は照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。放射線の種類は特に限定はしないが、一般的にはＸ線を用いることが可能である。

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可視光に変換された放射線を電気信号に変換し、画像信号として出力する。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。

画像処理部１０９は、機能構成として、生成部１１０、再構成部１１１、作成部１１２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ように構成することが可能である。

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、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。

制御部１０５は、被写体に照射する放射線のエネルギーが異なる複数の放射線画像を処理することによって新たな物質特性画像（例えば、骨画像および脂肪画像など）を得るエネルギーサブトラクション法を用いた撮影制御を行うことが可能である。エネルギーサブトラクション法による撮影を実施する場合、１枚のサブトラクション画像を生成するために異なる放射線エネルギーで撮影された少なくとも２枚の放射線画像が必要となる。ＦＰＤ１０２は、１回の放射線照射に対して複数回のサンプリングを行う。これにより、ＦＰＤ１０２は、低エネルギーの放射線による画像（低エネルギー放射線画像）と高エネルギーの放射線による画像（高エネルギー放射線画像）を１回の放射線照射で取得できる。ＦＰＤ１０２による撮影は静止画撮影または動画撮影であってもよい。

ＦＰＤ１０２内に一時保存された放射線分布情報は、サンプリングホールド実施後、読み出し可能となり、制御部１０５は、ＦＰＤ１０２から異なるタイミングで、放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）と放射線分布情報（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｈ）の読み出しを実施する。制御部１０５は、放射線分布情報（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｈ）から放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）を差し引くことで、放射線分布情報（Ｘ_Ｈ）を得ることができる。ここで、低エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）が低エネルギー放射線画像の基の画像になり、高エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｈ）が高エネルギー放射線画像の基の画像になる。図３（ａ）は高エネルギー放射線画像を例示する図であり、図３（ｂ）は低エネルギー放射線画像を例示する図である。例えば、図３（ｂ）の低エネルギー放射線画像の骨部３０２は、図３（ａ）の高エネルギー放射線画像の骨部３０１に比べて、コントラストが明確に表示されている。

画像処理部１０９は、機能構成として、生成部１１０、再構成部１１１、作成部１１２を有している。生成部１１０は、異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質を抽出することが可能である。また、生成部１１０は、異なる放射線エネルギーによる複数の放射線画像を用いて物質特性画像を生成することが可能である。

生成部１１０は、異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する。すなわち、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像から、物質識別画像や物質分離画像などの物質特性画像を生成する。物質識別画像には、被写体に含まれる複数の物質について、実効原子番号の分布を示す実効原子番号画像と、面密度の分布を示す面密度画像とが含まれる。また、物質分離画像には、被写体を特定の２以上の物質で表した場合に、各物質の厚さ又は密度の分布を示す画像が含まれる。

ここで、実効原子番号とは、元素、化合物、混合物の元素を平均的に見た場合に相当する原子番号を示し、その構成物質と同じ割合で光子の減弱をする仮想の元素の原子番号を示す定量指標である。実効原子番号画像とは画素を単位として、被写体を単一の構成物質で表した場合に相当する原子番号で構成された画像をいう。

エネルギーサブトラクション法により、制御部１０５が、放射線発生装置１０４からの単一の放射線照射によって得られた複数の放射線画像から低エネルギーの放射線分布情報と、エネルギーレベルの高い高エネルギーの放射線分布情報とを取得すると、この取得結果に基づいて、生成部１１０は、放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する。生成部１１０は、低エネルギーの放射線分布情報および高エネルギーの放射線分布情報から複数の物質に分離した画像（物質分離画像）を物質特性画像として生成する。生成部１１０は、分離した画像（物質分離画像）として複数の物質の厚さ、または密度の分布を示す画像を生成することが可能である。

また、生成部１１０は、低エネルギーの放射線分布情報および前記高エネルギーの放射線分布情報から複数の物質の分布を示す画像（物質識別画像）を物質特性画像として生成する。生成部１１０は、複数の物質の分布を示す画像（物質識別画像）として複数の物質の実効原子番号の分布を示す画像、または物質の面密度の分布を示す面密度画像を生成することが可能である。

また、再構成部１１１は、複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギー（単色の放射線エネルギー）を設定し、異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像を生成する。ここで、物質の位置としては、放射線画像における画素または複数の画素により構成される領域が含まれる。すなわち、再構成部１１１は、物質の位置として画素ごとに、異なる放射線エネルギーを設定することが可能である。あるいは、再構成部１１１は、物質の位置として複数の画素により構成される領域ごとに、異なる放射線エネルギーを設定することが可能である。

具体的な処理として、再構成部１１１は、複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーにおける減弱係数（質量減弱係数）に各画素の面密度を乗じた単色放射線画像を再構成画像として生成する。ここで、減弱係数（質量減弱係数）は、複数の物質の情報及び放射線エネルギーに対応づけられた情報であり、複数の物質の情報には、物質の実効原子番号又は複数の物質に分離した物質の情報（物質の厚さ等）が含まれる。

作成部１１２は、複数の物質と異なる放射線エネルギーとを対応付けるエネルギーテーブルを作成する。作成部１１２は、再構成画像を生成する際に使用する放射線エネルギー（再構成エネルギー）として、各画素の実効原子番号Ｚ_{eff i}に対する単一の放射線エネルギーを対応付けたエネルギーテーブルを作成する。再構成部１１１は、エネルギーテーブルを参照して、複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定する。

次に、第１実施形態の画像処理部１０９における処理を、図２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。

（Ｓ２０１：物質特性画像の生成）
ステップＳ２０１において、生成部１１０は、物質特性画像として物質分離画像、または物質識別画像を生成する。具体的には、生成部１１０は、ＦＰＤ１０２で撮影された図３（ａ）に示すような高エネルギー放射線画像と図３（ｂ）に示すような低エネルギー放射線画像から以下の[数１]式、[数２]式に基づいて物質分離画像を生成する。

ここで、Ｘ_Ｌは低エネルギーの放射線分布情報であり、低エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）が低エネルギー放射線画像の基の画像になる。また、Ｘ_Ｈは高エネルギーの放射線分布情報であり、高エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｈ）が高エネルギー放射線画像の基の画像になる。以下、低エネルギー放射線画像を低エネルギー放射線画像Ｘ_Ｌとして表記し、高エネルギー放射線画像を高エネルギー放射線画像Ｘ_Ｈとして表記する。

μは線減弱係数、ｄは物質の厚さであり、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Ｂはそれぞれ分離する物質（例えば、脂肪と骨）を意味する。なお、ここでは、分離する物質の例として、脂肪と骨を物質例として用いるが、特に限定するものでなく任意の物質を用いることができる。

本実施形態において、制御部１０５は、放射線源１０１からの単一の放射線照射によってＦＰＤ１０２（放射線検出装置）が撮影した複数の放射線画像（Ｘ_Ｌ、Ｘ_Ｈ）を取得する取得部として機能する。制御部１０５（取得部）は、ＦＰＤ１０２（放射線検出装置）が撮影した複数の放射線画像を、異なる放射線エネルギーによる複数の放射線画像として取得する。生成部１１０は、制御部１０５（取得部）が取得した複数の放射線画像（Ｘ_Ｌ、Ｘ_Ｈ）に基づいて、複数の物質特性画像を生成する。

生成部１１０は、[数１]式と[数２]式の連立方程式を解く演算処理を行うことにより、各物質に分離した物質分離画像を得ることができる。図３（ｃ）は脂肪の厚さｄ_Ａに基づいて取得した物質分離画像を例示する図であり、図３（ｄ）は骨の厚さｄ_Bに基づいて取得した物質分離画像を例示する図である。

生成部１１０は、低エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）と高エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｈ）との対数比（ｌｎＸ_Ｌ/ｌｎＸ_Ｈ）を取得して、取得した対数比に基づいて、実効原子番号画像Ｚ_effを生成する。図４は低エネルギー及び高エネルギーの放射線分布情報の対数比と、実効原子番号Ｚの関係を示す図であり、予め図４に示すような、対数比と実効原子番号Ｚの関係をテーブル化しておき、記憶部１０８に記憶しておく。生成部１１０は、テーブルの参照により、対数比に対応する実効原子番号Ｚを、画素（画素の位置、または複数の画素により構成される領域）ごとに特定することにより実効原子番号画像Ｚ_effを生成することができる。生成部１１０は、実効原子番号画像Ｚ_effに基づいて、実効原子番号に対応する物質の面密度の分布を示す面密度画像Ｄ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、水の実効原子番号は７．４である。また、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、水、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。

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識別することができる。

尚、生成部１１０は、[数１]式及び[数２]式の代わりに、質量減弱係数と、低エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｌ）と、高エネルギーの放射線分布情報（Ｘ_Ｈ）とに基づいた連立方程式を解くことにより実効原子番号画像Ｚ及び面密度画像Ｄを取得することも可能である。

（Ｓ２０２：エネルギーテーブルの作成）
ステップＳ２０２において、作成部１１２は、複数の物質と異なる放射線エネルギーとを対応付けるエネルギーテーブルを作成する。

図６は、実効原子番号と単一の放射線エネルギーとを対応付けるエネルギーテーブルを例示する図である。図６において、縦軸は放射線エネルギー（Ｅ）を示し、横軸は実効原子番号（Ｚ_eff）を示す。実効原子番号のＺ_１、Ｚ_２はヒストグラム解析を用いて、実効原子番号画像における実効原子番号のうち、下位から第１の割合（例えば、下位５％）に相当する実効原子番号、上位から第２の割合（例えば、上位５％）に相当する実効原子番号とすることができる。

図７は、放射線画像における関心領域を例示する図である。図７に示すように、放射線画像に対する画像処理により部位認識を行い、第一の物質（例えば、脂肪）や第二の物質（例えば、骨）や第三の物質（例えば、カテーテルやステントなどの医療デバイス）を抽出し、対応する物質の実効原子番号の値を、エネルギーテーブルにおける実効原子番号としてもよい。例えば、第一の物質（例えば、脂肪）の関心領域７０１における実効原子番号の平均値をＺ_１とし、第二の物質（例えば、骨）の関心領域７０２における実効原子番号の平均値をＺ_２としてもよい。

実効原子番号Ｚ_１、Ｚ_２に対応付ける放射線エネルギーは、複数の物質に対応する画素の実効原子番号や複数の物質に対応する関心領域７０１、７０２における実効原子番号の平均値を用いて最適化して求めてもよい。図８Ａは、放射線エネルギーとノイズの関係を模式的に示す図であり、図８Ａの８ａ、８ｂは比較例１、比較例２を示す図であり、８ｃは本実施形態の処理を示す図である。

図８Ａの８ａ（比較例１）に示すように、一般的に、低い放射線エネルギーＥ_２で第一の物質及び第二の物質を透過させると、第一の物質及び第二の物質の画像のコントラストは全体的に上がるが、ノイズも全体的に大きくなる。一方、８ｂ（比較例２）に示すように、より高い放射線エネルギーＥ_１で第一の物質及び第二の物質の画像を透過させると、第一の物質及び第二の物質の画像のコントラストは下がり、ノイズも小さくなる。図８Ａの８ａ、８ｂに示すように、画像間のコントラストに対するノイズの割合（ＣＮＲ）は、ほぼ一定となる。

本実施形態では、図８Ａの８ｃに示すように、よく見たい第一の物質（例えば、骨）については、より放射線を吸収してコントラストを上げるように低い放射線エネルギーＥ_２で物質を透過させ、骨の周りの第二の物質（例えば、脂肪）のノイズの影響を低減するように、より高い放射線エネルギーＥ_１で物質を透過させることで、異なる物質の画素、または、異なる物質の領域ごとに異なる放射線エネルギーを設定することで、第一の物質の画像及び第二の物質の画像間における相対的なコントラストに対するノイズの割合（ＣＮＲ）を向上させるものである。

再構成放射線画像を生成する[数３]式において、実効原子番号に対応する放射線エネルギーは未知の量であるため、各放射線エネルギーの初期値を定め、放射線エネルギーの微小変化量ΔＥ刻みで、放射線エネルギーを変化させながら、再構成部１１１は、設定を段階的に変更した異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像（Ｘ_proc）を[数３]式により順次生成し、作成部１１２は、再構成画像（Ｘ_proc）を解析し、複数の物質のコントラストに関する評価情報を取得する。

評価情報には、複数の物質に対応する各領域における画素値の平均値を差分することにより取得されるコントラストが含まれる。また、評価情報には、複数の物質に対応する領域間におけるコントラストと、複数の物質のうちいずれか一方の物質に対応する領域における画素値の標準偏差と、の比（コントラスト雑音比）として取得されるＣＮＲ(Contrast to Noise Ratio)が含まれる。また、標準偏差ＳＤ(Standard Deviation)や、ＳＮ比（ＳＮＲ：signal-to-noise ratio）等を評価情報として用いることも可能である。作成部１１２は、評価情報が最大値となるように、物質ごとに異なる放射線エネルギー（Ｅ_１、Ｅ_２）を設定する。

図６に示すエネルギーテーブルの作成において、実効原子番号の設定Ｚ_１、Ｚ_２を既知の情報に基づいて予め設定しておくことも可能である。例えば、脂肪の実効原子番号や骨の実効原子番号は、既知であるので、これらの実効原子番号をプリセットとしてもよい。

また、図６に示すエネルギーテーブルの作成において、放射線エネルギーＥ_１（実効原子番号Ｚ_１）と、放射線エネルギーＥ_２（実効原子番号Ｚ_２）との間を線形補間しているが、対数補間やシグモイド関数で補間してもよい。更に、図６では、実効原子番号Ｚ_１以下の値、実効原子番号Ｚ_２以上の値はアーチファクト防止のため一定値としているが、線形補間等で外挿してもよい。

実効原子番号Ｚ_１、Ｚ_２に対応付ける放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２は、一般的な放射線撮影装置の場合、20keV～200keV程度となるため、プリセット範囲としてこの範囲で放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を設定することが可能である。また、それ以外の範囲で放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を設定することも可能である。ここでは、実効原子番号画像を例に用いて説明したが、［数１］式、［数２］式に基づいて取得した物質分離後の各物質の情報（厚さまたは密度）と、再構成する時の単一の放射線エネルギーとを対応付けることで同様の処理を行うことも可能である。この場合、作成部１１２は、エネルギー物質分離後の各物質の情報（厚さまたは密度）をエネルギーテーブルの横軸に設定し、各物質の情報に対応付ける単一の放射線エネルギーをエネルギーテーブルの縦軸に設定すればよい。

（Ｓ２０３：再構成画像の生成）
ステップＳ２０３において、再構成部１１１は、エネルギーテーブルを参照して、複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギー（単色の放射線エネルギー）を設定し、異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像を生成する。再構成部１１１は、ステップＳ２０１で生成した実効原子番号画像（Ｚ_eff）と面密度画像（Ｄ）から以下の[数３]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を生成する。以下、再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を再構成画像、または再構成放射線画像ともいう。

ここで、Ｅは再構成画像（Ｘ_proc）の生成に用いる単一の放射線エネルギーあり、添え字iは画素を示す。Ｄ_ｉは各画素の面密度を示す。μ_ｉは質量減弱係数であり、質量減弱係数μ_ｉは各画素における実効原子番号Ｚ_{eff i}と、放射線エネルギーＥ_ｉとに対応する。各画素の実効原子番号と、放射線エネルギーとの対応関係は、例えば、図６のようなエネルギーテーブルにより対応付けられており、実効原子番号画像（Ｚ_eff）に基づいて、各画素の実効原子番号を特定することができれば、対応する放射線エネルギーを画素の位置、または複数の画素により構成される領域ごとに設定することができる。

記憶部１０８には、物質の実効原子番号及び放射線エネルギーに対応する減弱係数の情報（質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ））を保持するテーブルが記憶されている。実効原子番号Ｚ及び放射線エネルギーＥにおける質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ）をテーブル化して記憶部１０８に記憶しておくことにより、再構成部１１１は、テーブルの参照により、質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ）を取得することができる。

［数３］式に基づいて、再構成部１１１は、物質の実効原子番号及び放射線エネルギーに対応する減弱係数に対応する減弱係数の情報（質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ））と、複数の物質の面密度の分布を示す面密度画像Ｄとに基づいて、再構成画像（Ｘ_proc）を生成する。

図８Ｂは、第１実施形態の効果を説明する図である。図８Ｂには、放射線エネルギーと質量減弱係数との対応関係（減弱特性情報）が示されており、波形８０１は第一の物質（例えば、骨）の減弱特性を示す波形であり、波形８０２は第二の物質（例えば、脂肪）の減弱特性を示す波形である。図８Ｂの波形８０１、８０２に示すように、複数の物質（実効原子番号）ごとに減弱特性情報は異なるものとなる。

例えば、脂肪と骨を１００ｋｅＶの単色放射線で画像化（再構成）した場合、骨と脂肪との間の相対的なコントラストはコントラスト１で示される。一方、物質の位置（画素、または領域）ごとに放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成する場合、例えば、第二の物質（例えば、脂肪）の画素に対する放射線エネルギーを１００ｋｅＶとし、第一の物質（例えば、骨）の画素に対する放射線エネルギーを３０ｋｅＶとした単色放射線で画像化（再構成）する場合、骨の画素と脂肪の画素との間の相対的なコントラストはコントラスト２で示され、脂肪と骨の画素間でコントラストがつきやすくなる。

人体の大部分は脂肪で構成されているため、軟物質である脂肪の厚さが厚く、放射線吸収が強すぎると、再構成した放射線画像の黒潰れや白潰れを生じさせてしまう。そこで、各物質の実効原子番号に基づいて、画素（画素の位置、または複数の画素により構成される領域）ごとに放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成する。例えば、第二の物質（例えば、脂肪）の実効原子番号を示す画素に対しては高エネルギーを設定し、第一の物質（例えば、骨）の実効原子番号を示す画素に対しては低エネルギーを設定して再構成画像（Ｘ_proc）を生成することで、第一の物質を強調し、第二の物質の影響を低減した再構成放射線画を取得することが可能になる。

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ことが可能である。表示制御部１１６は、再構成部１１１により生成された再構成画像（Ｘ_proc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。

本実施形態によれば、一般撮影や透視撮影であっても、断層画像を用いることなく、複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することができ、特定物質の強調画像を簡便に取得するが可能となる。

尚、本実施形態では、再構成部１１１は、ステップＳ２０１で生成した実効原子番号画像（Ｚ_eff）と面密度画像（Ｄ）から[数３]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を生成しているが、この例に限定されない。例えば、生成部１１０が異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質を抽出し、抽出した物質の情報を［数３］式に適用した結果に基づいて、再構成部１１１は再構成した放射線画像（Ｘ_proc）を生成することも可能である。

（第２実施形態）
第１実施形態では解析により、実効原子番号Ｚ_１、Ｚ_２に対応する放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値を求める構成を説明したが、本実施形態では、技師が操作部１０７を操作して放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値を設定したエネルギーテーブルを事前に記憶部１０８に保持しておく構成について説明する。

本実施形態では、図６のエネルギーテーブルを作成する際に、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値を記憶部１０８から取得し、取得した放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に基づいて図６のエネルギーテーブルを作成する構成について説明する。

以下の説明では、第１実施形態と同様の部分は重複を避けるために説明を省略し、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、透視撮影時に要求されるリアルタイム性よりも、静止画撮影時に技師が強調したいエネルギースペクトルに基づいて再構成画像を生成する場合に有利な効果がある。

第２実施形態の画像処理部１０９における処理を、図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。まず、ステップＳ２０１において、生成部１１０は、物質特性画像である物質識別画像を生成する。ここで、物質識別画像には、被写体に含まれる複数の物質について、実効原子番号の分布を示す実効原子番号画像と、面密度の分布を示す面密度画像とが含まれる。

ステップＳ２０２において、作成部１１２は、記憶部１０８に記憶されているテーブルの参照により、設定されている放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を取得する。放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値は技師が操作部１０７から任意に設定することが可能であり、例えば、被写体の撮影部位や被写体の体格などの撮影情報に応じて、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を保持した複数種類のテーブルを記憶部１０８に記憶しておくことが可能である。

作成部１１２は、操作部１０７から設定された放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に基づいて、エネルギーテーブルを作成する。また、作成部１１２は、操作部１０７から予め設定された複数の放射線エネルギーのうち撮影情報に応じて変更した放射線エネルギーに基づいて、エネルギーテーブルを作成することが可能である。作成部１１２は、例えば、撮影条件等に応じて変更したテーブルの参照により取得した放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に基づいて、実効原子番号Ｚ_１、Ｚ_２と放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２とを対応付けたエネルギーテーブル（図６）を作成する。

ステップＳ２０３において、再構成部１１１は、ステップＳ２０１で生成した物質識別画像である実効原子番号画像（Ｚ_eff）と面密度画像（Ｄ）から[数３]式に基づいて、再構成画像（Ｘ_proc）を生成する。再構成画像（Ｘ_proc）の生成において、再構成部１１１は、ステップＳ２０２で作成したエネルギーテーブル（図６）を参照して、各画素における実効原子番号Ｚ_{eff i}と、放射線エネルギーＥ_ｉとに対応する質量減弱係数μ_ｉに基づいて、再構成画像（Ｘ_proc）を生成する。

実効原子番号画像（Ｚ_eff）に基づいて、各画素の実効原子番号を特定することができれば、対応する放射線エネルギーを、画素の位置、または複数の画素により構成される領域ごとに設定することができる。

実効原子番号Ｚ及び放射線エネルギーＥが決まれば、記憶部１０８のテーブルを参照して、実効原子番号Ｚ及び放射線エネルギーＥにおける質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ）を取得することができる。

［数３］式に基づいて、再構成部１１１は、物質の実効原子番号及び放射線エネルギーに対応する減弱係数に対応する減弱係数の情報（質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ））と、複数の物質の面密度の分布を示す面密度画像Ｄとに基づいて、再構成画像（Ｘ_proc）を生成する。

表示制御部１１６は、再構成部１１１により生成された再構成画像（Ｘ_proc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。表示制御部１１６は、再構成画像（Ｘ_proc）の表示とともに、異なる放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の設定を連続的に変更するユーザインタフェース（ＵＩ）としてスクロールバーをモニタ１０６（表示部）に表示させる。

スクロールバーを技師が操作することにより、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２を連続的に変更することができる。作成部１１２は、ユーザーインターフェイス（スクロールバー）の操作により変更された放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に基づいて、異なる実効原子番号Ｚ_１、Ｚ_２と放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２とを対応付けるエネルギーテーブル（図６）を作成する。

再構成部１１１は、変更された放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２に基づいて生成されたエネルギーテーブルの参照により、質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ）を取得することができ、再構成部１１１は、取得した質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ）と、複数の物質の面密度の分布を示す面密度画像Ｄとに基づいて、再構成画像（Ｘ_proc）を生成することが可能である。

技師は、放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値を連続的に変化させながら、変化に対応して生成される再構成画像（Ｘ_proc）の変化を観察することができる。例えば、骨成分の減弱を強めていく場合（放射線エネルギーを低く設定する場合）に、強調される病変であれば、骨に関わる病変であることがわかる。これにより病変が脂肪成分に依存した病変であるのか骨成分に依存した病変であるのかを見分けることが可能になる。

本実施形態によれば、事前に放射線エネルギーＥ_１、Ｅ_２の値をテーブルに保持しておくことで、最適化手法の処理を実行することなく良好な再構成放射線画像を生成することが可能となる。例えば、静止画撮影時に技師が強調したいエネルギースペクトルに基づいて再構成放射線画像を生成することができる。

本実施形態によれば、一般撮影や透視撮影であっても、断層画像を用いることなく、複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定して放射線画像を再構成することができ、特定物質の強調画像を簡便に取得するが可能となる。

（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（放射線検出装置）、１０４：放射線発生装置、１０５：制御部、１０６：モニタ（表示部）、１０７：操作部、１０８：記憶部、１０９：画像処理部、１１０：生成部、１１１：再構成部、１１２：作成部、１２０ 情報処理装置

Claims (21)

1. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する生成手段と、
   前記複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、
   前記再構成画像を解析し、前記複数の物質の位置ごとにおける画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析手段と、
   を備える放射線撮影装置。
2. 前記再構成手段は、前記複数の物質の位置として前記放射線画像における画素ごとに、前記異なる放射線エネルギーを設定する請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 前記再構成手段は、前記複数の物質の位置として複数の画素により構成される領域ごとに、前記異なる放射線エネルギーを設定する請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
4. 放射線発生手段からの単一の放射線照射によって得られた複数の放射線画像から低エネルギーの放射線分布情報と、エネルギーレベルの高い高エネルギーの放射線分布情報とを取得する取得手段を更に備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
5. 前記生成手段は、前記低エネルギーの放射線分布情報および前記高エネルギーの放射線分布情報から前記複数の物質に分離した画像を前記物質特性画像として生成する請求項４に記載の放射線撮影装置。
6. 前記生成手段は、前記分離した画像として前記複数の物質の厚さ、または密度の分布を示す画像を生成する請求項５に記載の放射線撮影装置。
7. 前記生成手段は、前記低エネルギーの放射線分布情報および前記高エネルギーの放射線分布情報から前記複数の物質の分布を示す画像を前記物質特性画像として生成する請求項４乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
8. 前記生成手段は、前記分布を示す画像として前記複数の物質の実効原子番号の分布を示す画像、または前記複数の物質の面密度の分布を示す面密度画像を生成する請求項６または７に記載の放射線撮影装置。
9. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質を抽出する抽出手段と、
   前記複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、
   前記再構成画像を解析し、前記複数の物質の位置ごとにおける画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析手段と、
   を備える放射線撮影装置。
10. 前記複数の物質と前記異なる放射線エネルギーとを対応付けるエネルギーテーブルを作成する作成手段を更に備え、
    前記再構成手段は、前記エネルギーテーブルを参照して、前記複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
11. 前記作成手段は、操作手段から設定された放射線エネルギーに基づいて、前記エネルギーテーブルを作成する請求項１０に記載の放射線撮影装置。
12. 前記作成手段は、前記操作手段から予め設定された複数の放射線エネルギーのうち撮影情報に応じて変更した放射線エネルギーに基づいて、前記エネルギーテーブルを作成する請求項１１に記載の放射線撮影装置。
13. 前記再構成手段は、設定を段階的に変更した異なる放射線エネルギーに基づいて前記再構成画像を順次生成し、
    前記解析手段は、前記再構成画像を解析し、前記複数の物質のコントラストに関する評価情報を取得する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
14. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する生成手段と、
    前記複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、
    前記再構成画像を解析し、前記複数の物質のコントラストに関する評価情報を取得する解析手段と、を備え、
    前記評価情報には、前記複数の物質に対応する各領域における画素値に関する情報を差分することにより取得されるコントラストが含まれる放射線撮影装置。
15. 前記評価情報には、前記コントラストと、前記複数の物質のうちいずれか一方の物質に対応する領域における画素値の標準偏差と、の比として取得されるＣＮＲ(Contrast to Noise Ratio)が含まれる請求項１３または１４に記載の放射線撮影装置。
16. 前記解析手段は、前記評価情報を用いて、前記複数の物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定する請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
17. 前記複数の物質の実効原子番号及び前記放射線エネルギーに対応する減弱係数の情報を保持するテーブルを記憶する記憶手段を更に備え、
    前記再構成手段は、前記複数の物質の実効原子番号及び前記放射線エネルギーに対応する減弱係数に対応する減弱係数の情報と、前記複数の物質の面密度の分布を示す面密度画像とに基づいて、前記再構成画像を生成する請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
18. 前記再構成画像を表示手段に表示させる表示制御手段を更に備え、
    前記表示制御手段は、前記再構成画像の表示とともに、異なる放射線エネルギーの設定を連続的に変更するユーザーインターフェイスを前記表示手段に表示させる請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
19. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質について物質特性画像を生成する生成工程と、
    前記複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像を生成する再構成工程と、
    前記再構成画像を解析し、前記複数の物質の位置ごとにおける画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析工程と、
    を有する放射線撮影方法。
20. 異なる放射線のエネルギーで撮影した放射線画像に含まれる複数の物質を抽出する抽出工程と、
    前記複数の物質の位置ごとに異なる放射線エネルギーを設定し、前記異なる放射線エネルギーに基づいて再構成画像を生成する再構成工程と、
    前記再構成画像を解析し、前記複数の物質の位置ごとにおける画素値に関する情報を互いに比較することにより評価情報を取得する解析工程と、
    を有する放射線撮影方法。
21. コンピュータに、請求項１９または２０に記載の放射線撮影方法の各工程を実行させるためのプログラム。

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