JP7177678B2 - Ｘ線トモシンセシス装置、および、画像生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トモシンセシス機能を搭載したＸ線撮影装置に係り、特に組織間の境界部で発生するアーチファクト成分を低減しつつ、被写体内の組織間のＸ線吸収度合いの差（以下、コントラストと呼ぶ）を表したトモシンセシス画像を取得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約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装置と比較していくつかの課題がある。例えば一つは、金属と骨、骨と筋肉との間のようにＸ線吸収係数の異なる組織間の境界部においてアーチファクトが発生するという課題であり、もう一つは、被写体が位置する断層面との隣接面に残像が発生するという課題である。本明細書では、これらのアーチファクトや残像を総称して「アーチファクト」と呼ぶ。アーチファクトは、臨床上の診断能を低下させる原因となる。

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、Ｘ線ＣＴ装置における画像再構成でも用いられる公知の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、逆投影演算時に被写体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、Ｘ線ＣＴ装置のように最低１８０度の撮影角度範囲で収集した測定投影データについ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、撮影角度範囲が小さいＸ線トモシンセシス装置の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と、例えば金属と骨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を原因とするアーチファクトが発生する。このアーチファクトは、トモシンセシス画像の３次元方向に存在する各組織に伝播するため、例えば骨、金属、筋肉等の組織間や空気とのコントラストを正確に表すことができない、という問題を生じる。

これまで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、アーチファクトの発生対象の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対象の領域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し、この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。

しかしながら、特許文献１に記載の高吸収体領域を抽出する方法は、高吸収体のＸ線吸収率が金属等のように大きく、かつ高吸収体の領域が限定されていることが前提となっている。そのため、骨と筋肉や、筋肉と空気との境界等のように、測定投影データ値の差が急峻になる組織の境界で生じるアーチファクトを特許文献１の方法で抑制しようとすると、骨や筋肉のように該当組織が膨大な領域を抽出する必要があり、処理時間がかかる。また、アーチファクトを抑制したい対象組織が増えるほど抽出結果の精度が課題となる。

本発明は、アーチファクトを低減し、組織間のコントラストを反映したトモシンセシス画像を生成することにある。

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線発生部と、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線検出部と、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所定の範囲で移動させる駆動部と、測定投影データを用いてトモシンセシス画像を生成する画像生成部とを有する。画像生成部は、第１再構成部と第２再構成部と画像合成部とを含む。第１再構成部は、測定投影データの高周波成分よりも低周波成分を大きな割合で低減する第１フィルタを測定投影データに適用した後、逆投影することにより第１トモシンセシス画像を再構成する。第２再構成部は、測定投影データの高周波成分に対して低周波成分を低減する割合が、第１フィルタよりも小さいか、もしくは、測定投影データの低周波成分よりも高周波成分を大きな割合で低減する第２フィルタを適用した測定投影データ、または、低周波成分と高周波成分の割合を変化させる処理を行っていない測定投影データ、を逆投影することにより、第２トモシンセシス画像を再構成する。画像合成部は、第１トモシンセシス画像と第２トモシンセシス画像を合成する。

本発明によれば、高吸収体の抽出の有無に関わらず、アーチファクトを低減し、被写体内の組織間のコントラストを反映したトモシンセシス画像を生成できる。

実施形態１のＸ線トモシンセシス装置各部の構成を説明するブロック図である。 （ａ）実施形態１のＸ線トモシンセシス装置で用いる第１フィルタの周波数空間における波形の一例を示すグラフ、（ｂ）第２フィルタの周波数空間における波形の一例を示すグラフ。 （ａ－１）実空間の測定投影データの一例を示すグラフ、（ａ－２）実空間における第１フィルタの波形の一例を示すグラフ、（ａ－３）第１フィルタを適用後の測定投影データの波形の一例を示すグラフ、（ｂ－１）実空間の測定投影データの一例を示すグラフ、（ｂ－２）実空間における第２フィルタの波形の一例を示すグラフ、（ｂ－３）第２フィルタを適用後の測定投影データの波形の一例を示すグラフ。 実施形態１の画像生成部１０３の画像再構成部１３６と画像合成部１３７の構成を示すブロック図。 実施形態１の画像生成部１０３の画像再構成部１３６と画像合成部１３７の別の構成を示すブロック図。 実施形態１の画像生成部１０３の画像再構成部１３６と画像合成部１３７のさらに別の構成を示すブロック図。 実施形態２の画像生成部１０３の構成を示すブロック図。 実施形態２の画像生成部１０３の具体的な構成例を示すブロック図。 （ａ）実施形態２のＸ線トモシンセシス装置で用いるフィルタの周波数空間における波形の一例を示すグラフ、（ｂ）実施形態２のフィルタの実空間における波形の一例を示すグラフ。 実施形態２の画像生成部１０３の別の構成例を示すブロック図。 実施形態３のＸ線トモシンセシス装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施形態３のＸ線トモシンセシス装置の機能ブロック図である。 実施形態３における、撮影条件受付画面を説明するための図である。 （ａ）比較例のトモシンセシス画像であり、（ｂ）実施形態３で得られたトモシンセシス画像である。 実施形態４の画像生成部１０３の画像再構成部１３６と画像合成部１３７の構成を示すブロック図である。 実施形態５の画像生成部１０３の画像再構成部１３６と画像合成部１３７の構成を示すブロック図である。 実施形態６のＸ線トモシンセシス装置の機能ブロック図である。 実施形態６における、撮影条件受付画面を説明するための図である。 実施形態６における、画像生成部１０３の処理手順と、処理で得られる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。 実施形態６の変形例１における、画像生成部１０３の処理手順と、処理で得られる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。 実施形態６の変形例２における、画像生成部１０３の処理手順と、処理で得られる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。 実施形態６の変形例３における、画像生成部１０３の処理手順と、処理で得られる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。

以下、図面に従い、本発明の複数の実施形態のＸ線トモシンセシス装置について順次説明する。

＜＜実施形態１＞＞
まず、本実施形態１に係るＸ線トモシンセシス装置の概要について説明する。

本実施形態１のＸ線トモシンセシス装置は、図１に示すように、撮影部１０２と画像生成部１０３とを備えて構成される。撮影部は、被写体３にＸ線を照射するＸ線発生部１と、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２と、駆動部５とを含む。駆動部５は、Ｘ線発生部１及びＸ線検出部２の少なくとも一方を被写体３に対して相対的に所定の範囲で移動させる。

画像生成部１０３は、図１に示すように、第１再構成部１５１と第２再構成部１５２を備えた画像再構成部１３６と、画像合成部１３７とを含み、画測定投影データを用いてトモシンセシス画像を生成する。
第１再構成部１５１は、測定投影データの高周波成分よりも低周波成分を大きな割合で低減する第１フィルタを測定投影データに適用した後、逆投影することにより第１トモシンセシス画像を再構成し、処理を行った後、逆投影することにより第１トモシンセシス画像を再構成する。

第１フィルタの一例を図２（ａ）に示す。図２（ａ）のフィルタは、公知のＲａｍｐフィルタであり、空間周波数が小さいほど（低周波であるほど）フィルタ通過強度が小さくなっており、低周波成分が低減される。

一方、第２再構成部１５２は、測定投影データの高周波成分に対して低周波成分を低減する割合が、第１フィルタよりも小さいか、もしくは、測定投影データの低周波成分よりも高周波成分を大きな割合で低減する第２フィルタを、測定投影データに適用した測定投影データを逆投影する。もしくは、第２再構成部１５２は、低周波成分と高周波成分の割合を変化させる処理を行っていない測定投影データを逆投影する。上記いずれかの逆投影により、第２再構成部１５２は、第２トモシンセシス画像を再構成する。

図２（ｂ）に第２フィルタの一例を示す。図２（ｂ）から、第２フィルタは、図２（ａ）の第１フィルタより、高周波成分に対して低周波成分の割合を低減する度合が小さいか、または、低周波成分に対して高周波成分を低減するフィルタであることがわかる。

画像合成部１３７は、前記第１トモシンセシス画像と第２トモシンセシス画像を合成することにより、トモシンセシス画像を得る。

図２（ａ）、（ｂ）は、第１および第２フィルタの信号通過強度分布を周波数空間で示している。これを逆フーリエ変換し、実空間で第１および第２フィルタの信号通過強度分布を示すと図３（ａ－２），（ｂ－２）のようになる。

第１および第２フィルタを、図３（ａ－１）および（ｂ－１）に示したような波形の測定投影データに対して適用（畳み込み演算）すると、図３（ａ－３），（ｂ－３）のような波形の測定投影データとなる。すなわち、第１フィルタを適用後の測定投影データは、図３（ａ－３）に示したように、ＦＢＰ法と同様に、波形の立ち上がりと立下りを急峻にすることができるが、第１フィルタを適用する前にはなかった負のデータが図３（ａ－３）のように生じ、しかも、正のピーク値が、処理前とは異なる値となっている。このため、図３（ａ－３）のデータを逆投影して得た第１トモシンセシス画像はした場合、被写体３の組織の境界の形状を精度よく復元できるが、組織の境界の近傍においてアーチファクトが生じやすく、しかも、組織内の画素値が、被写体の各組織のＸ線吸収係数に対応していないという現象が生じやすい。

これに対し、第２フィルタを適用後の測定投影データは、図３（ｂ－３）に示したように、波形の立ち上がりと立下りの急峻さはないが、データの値は処理前の測定投影データと近い値を維持することができる。よって、これを逆投影して得た第２トモシンセシス画像は、被写体内の組織の境界の形状の精度は第１トモシンセシス画像よりも低いが、組織の境界の近傍にアーチファクトは生じにくく、しかも、組織内の画素値は、被写体の各組織のＸ線吸収係数を、第１トモシンセシス画像よりも正確に表している。

したがって、画像合成部１３７が、第１トモシンセシス画像と第２トモシンセシス画像を合成することにより、トモシンセシス画像の組織境界で生じるアーチファクトを低減し、組織内の画素の画素値が被写体のＸ線吸収係数との対応精度を向上させることができる。

言い換えるならば、第１トモシンセシス画像は、骨梁等の高周波成分の構造を主に表している。一方、第２トモシンセシス画像は、低周波成分の構造を主と表しているため、画像の各組織内の画素値はその組織のＸ線吸収係数の平均値に相当し、しかも、アーチファクトが小さい。第１トモシンセシス画像に、第２トモシンセシス画像を合成することにより、第２トモシンセシス画像の画素値が表す各組織のＸ線吸収係数の平均値相当をバイアス成分として、第１トモシンセシス画像の画素値に加算することができ、被写体の形状と、被写体内の組織間のコントラストとを両立させたトモシンセシス画像を取得することができる。

第１再構成部１５１の構成例としては、図４に示すように、高周波成分を強調する第１フィルタを測定投影データに適用する第１フィルタ適用部１６１と、第１逆投影部１５２を有する構成とすることができる。

第２再構成部１５２の構成例としては、第２フィルタを測定投影データに適用する第２フィルタ適用部１６３と、第２逆投影部１６４を有する構成とすることができる。また、第２再構成部１５２の別の構成としては、図５に示すように、低周波成分と高周波成分の割合を変化させる処理を行っていない測定投影データを逆投影する第３逆投影部１６５を備える構成としてもよい。

図５の構成の場合には、第２再構成部１５２が画像再構成フィルタを用いずに、第３逆投影部１６５において単純逆投影法により第２トモシンセシス画像を生成する。このため、合成されたトモシンセシス画像は、アーチファクトを低減し、被写体内の組織間のコントラストを反映した画像であるという効果の他に、第２再構成部１５２が再構成フィルタの演算を必要とせず、計算時間を短縮可能であるというメリットがある。また、第２再構成部１５２が、単純逆投影法により生成した第２トモシンセシス画像は、高周波が強調されず、負のアーチファクトを全く生じないというメリットもある。

第１フィルタ適用部１６１および第１フィルタ適用部１６３は、図２に示したように周波数空間でフィルタ処理を行う場合は、乗算処理を実施すればよい。また、図３に示したように実空間でフィルタ処理を行う場合は、畳み込み演算処理を適用すればよい。また、第１逆投影部１６２と第１フィルタ適用部１６１、または第２フィルタ適用部１６３と第２逆投影部１６４の順番を逆転しても数学的に等価である。例えば、始めに第１逆投影部１６２において単純逆投影法により第１トモシンセシス画像を生成する。その後、前記第１トモシンセシス画像に対して、実空間の場合、第１フィルタ適用部１６１に用いる第１フィルタの信号通過強度分布を逆投影した結果を畳み込み演算処理する。同様にフーリエ空間の場合、フーリエ空間上の第１トモシンセシス画像に対して、第１フィルタの信号通過強度分布を逆投影した結果を乗算処理する。

画像合成部１３７は、第１および第２トモシンセシス画像を合成する合成処理部１６５を有し、合成処理部１６５は、第１および第２トモシンセシス画像をそれぞれ重み付けした後合成することが望ましい。ここでいう合成とは、重み付き加算（符号の反転による減算含む）、重み付き乗算（符号の反転による除算含む）、どちらか一方の画像の値で置換等、を含む。また、重み付けに用いる重みは、予め定めた値を用いてもよいし、操作者が選択した条件に応じて変更する構成としてもよいし、再構成された第１トモシンセシス画像および第２トモシンセス画像の少なくとも一方の画像に基づいて重みを計算により設定する構成としてもよい。

また、画像合成部１３７は、図６に示すように、画像上の組織間のコントラストを、操作者が指定した値に調整するダイナミックレンジ調整部１６６をさらに備えていてもよい。ダイナミックレンジ調整部１６６は、例えば、合成後の再構成画像に対して、公知のガンマ補正等の非線形処理を施すことにより組織間のコントラストを広げる等の調整を実施する。

なお、画像上の組織間のコントラストは、数値として評価することができる。例えば、公知のＦＢＰ法を用いて再構成したトモシンセシス画像（通常ＦＢＰ画像と呼ぶ）のコントラストを基準として、本実施形態の装置が生成したトモシンセシス画像（合成ＦＢＰ画像と呼ぶ）のコントラストを下式（１）に示すように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。

本実施形態の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。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。

＜＜実施形態２＞＞
実施形態２のＸ線トモシンセシス装置について説明する。

実施形態２のＸ線トモシンセシス装置は、実施形態１の装置と同様の構成の撮影部１０２と、画像生成部１０３とを備えている。画像生成部１０３は、図７の構成であり、実施形態１とは構成が異なる。図７のように、画像生成部１０３は、フィルタ設定部１７１と再構成部１７６とを含む。フィルタ設定部１７１は、フィルタを再構成部１７６に設定する。このフィルタは、測定投影データを周波数成分ごとに設定された割合で低減するフィルタであって、周波数成分ごとに低減する割合が、撮影条件によって異なるものである。再構成部１７６は、フィルタ適用部１７７と逆投影部１７８とを備えている。フィルタ適用部１７７は、フィルタ設定部１７１が設定したフィルタを測定投影データに適用し、逆投影部１７８は、フィルタ適用後の測定投影データを逆投影することによりトモシンセシス画像を再構成する。

撮影条件としては、トモシンセシス画像の所定の領域間のコントラストを少なくとも含むことが望ましい。この場合、再構成部１７６は、コントラストに応じて、フィルタを設定することにより、再構成する画像の所定の領域間のコントラストを所望のコントラスト値にすることができる。

また、フィルタは、測定投影データを周波数成分ごとに設定された割合で低減するフィルタであることから、周波数成分ごとの低減割合を適切に設定されたものを用いることにより、実施形態１と同様にアーチファクトを低減することが可能である。

以下、フィルタ設定部１７１が設定するフィルタについて説明する。

実施形態１では、第１フィルタと第２フィルタをそれぞれ測定投影データに適用して第１トモシンセシス画像と第２トモシンセシス画像を再構成した後、第１および第２トモシンセシス画像を合成する構成であったが、実施形態２では、フィルタ設定部１７１が実施形態１の第１フィルタと第２フィルタとを予め合成したフィルタを再構成部１７６に設定する。

例えば、図８に示すように、画像生成部１０３のフィルタ設定部１７１は、フィルタ格納部１７２と、フィルタ合成部１７３とを含む。フィルタ格納部１７２には、測定投影データを周波数成分ごとに設定された割合で低減するフィルタであって、周波数成分ごとに低減する割合の変化が相互に異なる２以上のフィルタが予め格納されている。フィルタ合成部１７３は、フィルタ合成部は、予め用意しておいた複数のフィルタから、撮影条件に応じて第１フィルタと第２フィルタとを選択し、選択した２以上のフィルタを合成することにより、周波数成分ごとに低減する割合が撮影条件によって異なる合成フィルタ合成フィルタを生成する。

第１フィルタと第２フィルタは、実施形態１の第１フィルタおよび第２フィルタと同様の周波数成分ごとの低減割合を有するものを撮影条件に応じて選択すればよい。具体的には、フィルタ合成部１７３は、第１フィルタとして、図２（ａ）のように、測定投影データの高周波成分よりも低周波成分を大きな割合で低減するフィルタを選択する。また、第２フィルタとして、図２（ｂ）に示したように、撮影条件（コントラスト）ごとに予め用意しておいた複数のフィルタから撮影条件に対応するものを選択する。第２フィルタは、測定投影データの高周波成分に対して低周波成分を低減する割合が、第１フィルタよりも小さいか、もしくは、測定投影データの低周波成分よりも高周波成分を大きな割合で低減するフィルタである。

フィルタ合成部１７３が、図２（ａ）の第１フィルタと図２（ｂ）の第２フィルタを合成した合成フィルタを図９（ａ）に示す。図９（ａ）のように、撮影条件（コントラスト）ごとに、合成フィルタが得られる。また、図９（ｂ）は図９（ａ）のフィルタを、逆フーリエ変換して得た実空間における波形を示す。

フィルタ合成部１７３は、設定されているコントラストごとに、図９（ａ）、（ｂ）のような合成フィルタを生成し、フィルタ適用部１７７に設定する。フィルタ適用部１７７は、これら合成フィルタを測定投影データに適用し、逆投影部１７８が逆投影することによりトモシンセシス画像を再構成する。

これにより、所定の組織間が所望のコントラストに設定され、組織境界でのアーチファクトが抑制されたトモシンセシス画像を生成することができる。

なお、図８の構成では、撮影条件に応じて、第１および第２フィルタをフィルタ合成部１７３が選択して合成する構成であったが、設定可能な撮影条件ごとに予め合成フィルタを生成してフィルタ設定部内の格納部に格納しておき、フィルタ設定部１７１が撮影条件に応じた合成フィルタを読み出して、再構成部１７６に設定する構成にしてもよい。

なお、画像生成部１０３は、操作者からコントラスト設定したい領域の位置と、コントラストの所望値を受け付けるコントラスト受付部を備える構成としてもよい。この場合、フィルタ設定部１７１は、コントラスト受付部が受け付けたコントラスト値に対応した、合成フィルタを選択して再構成部１７６に設定する。

また、図１０に示すように、実施形態２の画像生成部は、第２再構成部１８２と、画像合成部１８７とをさらに含む構成としてもよい。第３再構成部１８２は、第３フィルタ適用部１８３と第３逆投影部１８４とを備えている。第３フィルタ適用部１８３は、フィルタ設定部１７１が設定した合成フィルタが測定投影データの高周波成分に対して低周波成分を低減する割合とは異なる割合で、高周波成分に対して低周波成分を低減する第３フィルタ、または、低周波成分に対して高周波成分を低減させる第３フィルタを測定投影データに適用する。第３逆投影部は、第２フィルタが適用された測定投影データを逆投影して第３トモシンセス画像を生成する。なお、第３逆投影部１８４は、低周波成分と高周波成分の割合を変化させる処理を行っていない測定投影データ、を逆投影することにより、第３トモシンセシス画像を再構成してもよい。

画像合成部１８７は、合成フィルタを適用した測定投影データを逆投影部１７８が逆投影して再構成したトモシンセシス画像と、第３再構成部１８２が再構成した第３トモシンセシス画像を合成する。

図１０の構成によって得られる合成画像は、組織境界のアーチファクトが低減され、しかも、組織間のコントラストを反映することができる。

＜＜実施形態３＞＞
以下、実施形態３のトモシンセシス撮影装置について図１１および図１２等を用いて説明する。実施形態３のトモシンセシス撮影装置は、実施形態１と同様に、第１および第２トモシンセシス画像を生成してから合成する構成である。

図１１に、実施形態３に係るＸ線トモシンセシス装置のハードウェア構成を、図１２に実施形態３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。

このＸ線トモシンセシス装置は、実施形態１と同様に、撮影部１０２と、画像生成部１０３とを備え、さらに、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を備えている。

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、独立した構成にすることができる。

＜装置のハードウェア構成＞
まず、図１１を用いて、本実施形態のＸ線トモシンセシス装置のハードウェア構成について説明する。

本実施形態３では、入力部１０１は、汎用のコンピュータと同様のハードウェア構成であり、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(Hard Disk Drive)装置１１５、処理部である中央処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）１１４、図示を省略したモニタ等を備えている。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。各構成要素はデータバス１０１ａによって接続されている。

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。

撮影部１０２は、Ｘ線発生部１およびＸ線検出部２と、Ｘ線発生部１を移動させる駆動部５とを備えている。撮影部１０２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。

Ｘ線発生部１は、Ｘ線管を含む。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線検出素子を複数含む。複数のＸ線検出素子は、寝台４と平行な面内（Ｘ方向、Ｙ方向）に２次元方向に配列されている。例えば、Ｘ方向およびＹ方向に２０００×２０００個のＸ線検出素子を配列した構成とする。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。

駆動部５は、Ｘ線発生部１を、被写体３およびＸ線検出部２に対して移動させる。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。

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、液晶ディスプレイやＣＲＴ等のモニタ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。

＜各部の機能＞
図１２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。キーボード１１１等により入力されたデータは、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、撮影条件入力部１３１として機能を実現する。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１２の撮影制御部１３２の一部としても機能する。

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のＤＡＳ１１８は、撮影部１０２のＸ線検出部２で検出された信号を収集し、ディジタル信号に変換することにより、図１２の信号収集部１３４として機能する。

画像生成部１０３のＣＰＵ１２０は、メモリ１１９や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、ＤＡＳ１１８によって収集されたディジタル信号を補正する補正処理部１３５、ＦＢＰ処理を用いて画像再構成部１３６、画像合成部１３７の機能をソフトウエアにより実現する。

画像再構成部１３６は、実施形態１の図４、図５および図６のいずれかの構成と同様に第１再構成部１５１と第２再構成部１５２とを備えている。

画像生成部１０３の機能のうち、少なくとも画像再構成部１３６および画像合成部１３７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を用いて画像再構成部１３６および画像合成部１３７の一部または全部を構成し、画像再構成部１３６および画像合成部１３７の動作を実現するように回路設計を行えばよい。

なお、信号収集部１３４を撮影部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。

画像生成部１０３のモニタ１２２は、画像表示部１３８として機能する。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。

＜撮影動作の流れ＞
次に、実施形態３のＸ線トモシンセシス装置の撮影動作の流れを図１２の機能ブロック図を中心に、図１１のハードウェア構成および図１３の画面例を用いて説明する。図１３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。

（撮影条件の受け付け）
まず、図１２の撮影条件入力部１３１は、図１３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、対象組織設定用領域１４３と、コントラスト設定用領域１４４と、合成方法設定用領域１４５を含む。

対象組織設定用領域１４３は、トモシンセシス画像において精度よくコントラストを表したい２つの対象組織を操作者から受け付けるための画面領域である。コントラスト設定領域１４４は、対象組織設定用領域１４３で設定された２つの対象組織をトモシンセシス画像上でどれくらいのコントラストで表すか、目標とするコントラスト値を操作者から受け付ける画面領域である。合成方法設定用領域１４５は、複数の再構成画像を合成する際の加算方法や重み等の条件を設定するための画面領域である。

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等を操作して必要な撮影条件を設定する。具体的には、操作者は、Ｘ線条件設定用領域１４２にＸ線条件を設定し、対象組織設定用領域１４３においてコントラストを設定したい対象組織を設定し、コントラスト設定用領域１４４に被写体内の組織間の目標とするコントラストを設定し、合成方法設定用領域１４５に合成方法を設定する。

以下、Ｘ線条件、対象組織、コントラスト、合成方法の設定について、図１３を用いて、さらに詳しく説明する。

図１３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。なお、図１３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１３の対象組織設定用領域１４３には、撮影部位を選択する領域１４３ａと、撮影組織を選択する領域１４３ｂと、範囲を選択する領域１４３とが用意されている。操作者は、いずれかの領域に入力することにより、精度よくコントラストを設定したい２つの組織を設定する。

例えば、領域１４３ａにおいて、操作者が撮影部位（頭部、胸部、腹部、肺野等）のいずれかを選択した場合、選択された撮影部位ごとに予め定めておいた代表的な２つの組織（例えば、胸部であれば肺と骨等）を設定することができる。また、領域１４３ｂにおいて、操作者が撮影組織（骨、筋肉、金属、空気等）のうちの２つを選択することで組織を設定することができる。また、領域１４３ｃに表示された再構成画像上１４６で操作者が２つの範囲（例えば、正方形で囲った範囲１４７，１４８）を所望の位置に配置することにより、２種類の組織（図１３では、骨の組織：１４７、筋肉の組織：１４８）を設定することもできる。なお、範囲は、正方形に限られず、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。

また、操作者は、コントラスト設定用領域１４４において、対象組織設定領域１４３で設定した組織間を、トモシンセシス画像上でどれくらいのコントラスト値で表すかの目標コントラスト値として、５００が設定されている。これにより、５００の組織間のコントラストを達成されるように、画像合成部１３７によって合成処理が行われる。

また、図１３の例では、合成方法設定用領域１４５において、操作者は、加算方法として、重み値自動設定の重み加算または重み乗算、自動で行う置換、再構成フィルタの自動変更、重み値手動設定の重み加算または重み乗算、手動で行う置換、および、再構成フィルタの手動変更のいずれかを選択することができる。ここでいう重み加算または重み乗算は、２種類の再構成画像を重み付けして加算または乗算する方法である。置換は、２種類の再構成画像の一部を置換する方法である。再構成フィルタの変更は、実施形態１で説明した第１フィルタおよび第２フィルタを異なるフィルタに変更する方法である。また、自動は、対象組織設定用領域１４３やコントラスト設定用領域１４４で設定された２つの対象組織やコントラスト値に基づき、予め定めた数式に基づいて自動的に重み係数や再構成フィルタが算出される。手動は、設定された対象組織やコントラスト値によらず、操作者が手動で重み係数や再構成フィルタを決定する。

なお、撮影条件受付画面１４１は、図１３の画面構成に限定されるものではない。また、Ｘ線条件、対象組織、コントラスト、および合成方法の設定値の組み合わせを、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から設定値の組み合わせを読み出す構成にすることも可能である。この場合、操作者が、毎回Ｘ線条件等を入力する必要がない。また、上記設定値の組み合わせを、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。

（トモシンセシス撮影）
次に、図１２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。

具体的には、操作者は、被検体３の撮影開始位置への配置が完了すると、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。ＣＰＵ１１４は、撮影制御部１３２の検出器制御器１１６、Ｘ線制御器１１７に制御信号を出力する。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部５に、Ｘ線発生部１の体軸方向へ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、本実施形態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の出力信号を受け取って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、画像再構成部１３６、画像合成部１３７に送られる。

画像再構成部１３６および画像合成部１３７は、実施形態１の図４と同様の構成である。すなわち、画像再構成部１３６は、第１再構成部１５１と第２再構成部１５２とを備えている。第１再構成部１５１は、第１フィルタ適用部１６１および第１逆投影部１６２を備えて、第１トモシンセシス画像を再構成する。第２再構成部１５２は、第２フィルタ適用部１６３および第２逆投影部１６４を備え、第２トモシンセシス画像を再構成する。これらの再構成処理については、実施形態１で説明したので、ここでは説明を省略する。

画像合成部１３７の合成処理部１６５は、第１トモシンセシス画像Ｉ１と第２トモシンセシス画像Ｉ２を合成（例えば重み付け加算）する際の重み係数α、βをまず算出する。ここでは、図１３のように、受付画面の対象組織設定用領域１４３の領域１４３ｃに、コントラストを設定した範囲１４７、１４８としてＲｂ（骨：範囲１４７）、Ｒｍ（筋肉：範囲１４８）が設定され、コントラスト設定用領域１４４において、骨と筋肉間のコントラスト（Contrast）の値として５００が設定されている場合を例に説明する。

具体的には、まず、画像合成部１３７は、第１トモシンセシス画像Ｉ１と第２トモシンセシス画像Ｉ２に範囲１４７、１４８をそれぞれ設定し、第１トモシンセス画像の骨の範囲１４７の画素値の平均値Ｉ１Ｒｂおよび筋肉の範囲１４８の画素値の平均値Ｉ１Ｒｍ、ならびに、第２トモシンセシス画像の骨の範囲１４７の画素値の平均値Ｉ２Ｒｂおよび筋肉の範囲１４８の画素値の平均値Ｉ２Ｒｍをそれぞれ算出する。

次に、第１トモシンセシス画像および第２トモシンセシス画像の重み加算の係数をそれぞれα，βとすると、重み加算後の合成トモシンセシス画像における骨の範囲１４７と筋肉の範囲１４８との間のコントラスト値（Contrast)は、重み加算前の第１および第２トモシンセシス画像の範囲１４７，１４８の画素値の平均値Ｉ１Ｒｂ、Ｉ１Ｒｍ、Ｉ２Ｒｂ、Ｉ２Ｒｍを用いて式（２）により表される。ここで、第１トモシンセシス画像（ＦＢＰ画像）Ｉ１の周波数成分、特に高周波成分の振幅を維持するため、α＝１とすると、画像合成部１３７は、βを式（３）により算出できる。

なお、式（３）のΔＩ１およびΔＩ２は、式（４）に示すように、第１トモシンセシス画像における骨の範囲１４７の画素値の平均値Ｉ１Ｒｂと筋肉の範囲１４８の画素値の平均値Ｉ１Ｒｍとの差と、第２トモシンセシス画像の骨の範囲１４７の画素値の平均値Ｉ２Ｒｂおよび筋肉の範囲１４８の画素値の平均値Ｉ２Ｒｍとの差である。

画像合成部１３７の合成処理部１６５は、求めた重み係数α（＝１）とβの値により、第１トモシンセシス画像Ｉ１と第２トモシンセシス画像Ｉ２の画素値をそれぞれ重み付けした後加算することにより合成トモシンセシス画像を生成する。

画像合成部１３７は、画像表示部に合成トモシンセシス画像を出力し、表示させる。

これにより、実施形態１で説明したように、組織境界のアーチファクトが抑制され、しかも、所望の２つの組織のコントラストが所定値で表された合成トモシンセシス画像を生成し、操作者に表示することができるという効果を達成できる。

なお、合成処理部１６５は、重み付き加算法以外に、重み付き乗算法や置換処理等、他の手法で合成することももちろん可能である。その場合、式（２）を重み付き乗算法や置換処理等に対応した式に変更する。また、重みα、βを図１３の設定画面の領域１４５において操作者が設定した値を用いることも可能である。その場合、画像合成部１３７は、αとβは算出せず、操作者が設定したαおよびβの値を用いる。

また、画像生成部１０３の構成を、図５の構成にすることも可能である。この場合も、上記した効果を達成することができる。

＜ダイナミックレンジ調整部１６６を追加した例＞
画像合成部１３７の構成を実施形態１で説明した図６の構成にすることも可能である。図６の画像合成部１３７は、ダイナミックレンジ調整部１６６を備えている。ダイナミックレンズ調整部１６６は、合成処理部１６５が生成した合成トモシンセシス画像に対して公知のガンマ補正等の非線形処理を施し、操作者が指定した組織間のコントラストを広げる。

ダイナミックレンジ調整部１６６が非線形処理を施した後のトモシンセシス画像の所定の組織のコントラスト値（Contrast）は、式（５）に示すように、合成処理部１６５の生成した合成トモシンセシス画像のコントラスト値（Contrast’）に対して、ガンマ補正の係数γを乗算した値となる。

よって、合成処理部１６５は、第１トモシンセシス画像Ｉ１と第２トモシンセシス画像Ｉ２を合成する際の重み係数α、βを算出する際に、画像合成部１３７がダイナミックレンジ調整部１６６を備える図６の構成である場合、非線形処理により拡大したコントラスト値および係数γに基づいて、式（６）により重みα，βを算出する。

＜有効性の検証＞
本実施形態のＸ線トモシンセシス装置の有効性を検証するため、プラスチック製容器の内部に横方向に細長い形状をもつ動物の骨を挿入したものをファントムとして用い、トモシンセシス画像を撮影する実験を実施した。なお、プラスチック製容器は内外ともに空気で満たされている。撮影されたＣｏｒｏｎａｌ面のトモシンセシス画像（合成ＦＢＰ画像）１８２を図１４（ｂ）に示す。また、比較例として、通常のＸ線トモシンセシス装置において、公知のＦＢＰ法を用いて再構成したトモシンセシス画像（通常ＦＢＰ画像）１８１を図１４（ａ）に示す。

図１４（ｂ）を図１４（ａ）と比較すると明らかなように、本実施形態の合成ＦＢＰ画像１８２は、通常ＦＢＰ画像１８１よりも空気と空気以外の領域の画素値（Ｘ線吸収係数）の差が大きい。また、通常ＦＢＰ画像１８１は、空気の領域の画素値（Ｘ線吸収係数）が骨内部の領域の画素値より大きくなっており、空気が骨よりＸ線を吸収するという誤った撮影結果を表示している。これに対し、本実施形態の合成ＦＢＰ画像１８２では、被写体の組織間のコントラストを反映したトモシンセシス画像を撮影できることが示された。

＜実施形態３の変形例＞
本実施形態３のＸ線では、Ｘ線検出部２を移動させない構成を示したが、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することも可能である。

本実施形態では、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回に限定されるものではなく、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て再構成する場合であっても適用可能である。

更に本実施形態では、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形態の構成を適用することももちろん可能である。

＜＜実施形態４＞＞
次に、実施形態４を説明する。本実施形態４のＸ線トモシンセシス装置は、図１５に示すように、基本的に実施形態１および実施形態３のＸ線トモシンセシス装置の図６の構成と同様であるが、画像合成部１３７にさらにテーブル部１６８を備えている点で実施形態１、３とは異なっている。テーブル部１６８には、トモシンセシス装置に設定可能な、撮影条件、再構成条件、撮影部位および対象組織の組み合わせと、予め求めておいた、トモシンセシス画像の合成に用いる重みパラメータ（α、β）の適切な値との関係が、例えばテーブルの形式で予め格納されている。テーブル部１６８は、例えばＨＤＤ装置１１５に予め保存されている。以下、本実施形態について、実施形態１と異なる構成を中心に説明する。

合成処理部１６５は、実施形態３で説明したように、第１トモシンセシス画像Ｉ１と第２トモシンセシス画像Ｉ２を合成（例えば重み付け加算）する前に、重み係数α、βを算出する。このとき、実施形態３では、式（２）～（６）のように第１および第２トモシンセシス画像の一部の領域（範囲１４７，１４８）の画素値から、重み係数α、βを計算した。これに対し、本実施形態４では、図１３の受付画面において設定された撮影条件、再構成条件、撮影部位や対象組織に対応する重みパラメータを、テーブル部１６８のテーブルを参照することにより決定する。これにより、画素値から重み係数α、βを計算する必要がなく、演算時間を短縮することができる。

テーブルの内容について説明する。例えば、撮影条件において管電圧により組織の吸収値が異なる為、代表的な管電圧ごとに重みパラメータα、βがテーブルに保存されている。再構成条件においてトモシンセシス画像に適用する第１および第２フィルタに応じて、組織の吸収値が異なる為、設定可能なフィルタごとに重みパラメータα、βがテーブルに保存されている。撮影部位や対象組織については、部位を構成する組織に応じてＸ線吸収係数値が異なるため、代表的な組織ごとにそのＸ線吸収係数値に対応する重みパラメータα、βがテーブルに保存されている。

このように、本実施形態４では、図１５のように、第１再構成部１５１が再構成した第１トモシンセシス画像と、第２再構成部１５２が再構成した第２トモシンセシス画像とを、事前に作成したテーブル部を参照して求めた重みパラメータα、βを用いて合成することにより、少ない計算時間でアーチファクトを低減し、被写体内の組織間のコントラストを表す合成トモシンセシス画像を得ることができる。

なお、本実施形態４では、テーブル部には、撮影条件等と重み係数との関係がテーブルとして格納されている例を示したが、両者の対応関係がわかればよく、テーブル形式に限定されない。

＜＜実施形態５＞＞
次に、実施形態５のＸ線トモシンセシス装置について図１６を用いて説明する。実施形態５のＸ線トモシンセシス装置は、目標コントラスト値が得られるトモシンセス画像を生成するために、第１および第２のフィルタを設定する構成であり、設定された撮影条件、再構成条件、撮影部位や対象組織に基づいて、予め定められたテーブルを参照して第１および第２のフィルタの組み合わせを決定する。

具体的には、実施形態５の画像生成部１０３は、図１６に示したように、テーブル部１６９を備えている。テーブル部１６９には、設定可能な撮影条件、再構成条件、撮影部位および対象組織の組み合わせごとに、予め求めておいた適切な第１フィルタおよび第２フィルタの組み合わせを対応させたテーブルが格納されている。

画像生成部１０３は、図１３の受付画面において設定された撮影条件、再構成条件、撮影部位や対象組織の組み合わせに対応する重み第１および第２フィルタの組み合わせを、上記テーブル部１６９のテーブルを参照することにより決定する。

例えば、撮影条件において管電圧により組織の吸収値が異なる為、代表的な管電圧ごとに第１および第２フィルタの組合せが予め定められテーブル部１６９に保存されている。撮影部位や対象組織については、部位を構成する組織に応じてＸ線吸収係数値が異なるため、代表的な組織ごとにそのＸ線吸収係数値に対応する第１および第２フィルタの組合せが予め定められテーブル部１６９に保存されている。目標コントラスト値ごとに、第１および第２フィルタを予め定めてテーブル部１６９に保存してもよい。

本実施形態５のＸ線トモシンセシス装置は、撮影条件等に応じてテーブルを参照して第１および第２フィルタを設定することにより目標コントラストを取得できるため、短時間で適切な第１および第２フィルタを設定して、アーチファクトを低減でき、被写体内の組織間のコントラストを表すトモシンセシス画像を生成できるという効果が得られる。

なお、上述の実施形態５の説明では、第１フィルタおよび第２フィルタの両方を撮影条件等に応じてテーブルを参照して設定する構成について説明したが、一方のフィルタ（例えば第１フィルタ）は固定とし、他方のフィルタ（例えば第２フィルタ）のみを撮影条件等に応じてテーブルを参照して設定する構成としてもよい。

＜＜実施形態６＞＞
次に、実施形態６のＸ線トモシンセシス装置を説明する。本実施形態６のＸ線トモシンセシス装置は、図１７に機能ブロック図を示すように、基本的に実施形態３のＸ線トモシンセシス装置の図１２の構成と同様であるが、高吸収体処理部１３９をさらに備えている点で実施形態３とは異なっている。以下、本実施形態６について、実施形態３と異なる構成を中心に説明する。

高吸収体処理部１３９は、複数の投影角度ごとの測定投影データに含まれるＸ線高吸収体の領域をそれぞれ抽出し、Ｘ線高吸収体領域の測定投影データ値を変換処理する。例えば、高吸収体処理部１３９は、投影角度ごとの２次元の測定投影データ４０５（後述の図１９参照）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。

なお、ここでいう開始点とは、高吸収体の領域４０４の抽出を開始する点、または、領域４０４の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１３９は、この開始点または開始点を含む微小領域（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。

また、高吸収体処理部１３９は、抽出領域変換処理を実施する。抽出領域変換処理は、２次元の測定投影データ４０５の抽出した高吸収体領域４０４の測定投影データ値を高吸収体よりも低い値に変換処理する（図１９参照）。

そして、画像再構成部１３６は、変換処理後の測定投影データを用いて、実施形態１～５のいずれかの画像再構成部１３６と同様に、画像再構成を行う。本実施形態６では、高吸収体処理領域４０４のＸ線吸収率が低い値に変換処理されているため、第１および第２のフィルタ等によりフィルタ処理した場合であっても高周波成分が強調され過ぎるのを防止でき、高吸収体とその周囲組織との境界でアーチファクトが発生するのを抑制することができる。

以下、図面を参照して、実施形態６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。実施形態６のＸ線トモシンセシス装置では、実施形態３の図１１に示したようなＸ線トモシンセシス装置のハードウェア構成を有し、ソフトウェアにより高吸収体処理部１３９の機能を実現する。なお、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアにより高吸収体処理部１３９の機能の一部または全部を実現することができることもできる。

次に、実施形態６のＸ線トモシンセシス装置の撮影動作の流れを図１７の機能ブロック図を中心に、図１１のハードウェア構成および図１８の画面例を用いて説明する。図１８は、撮影条件入力部１３１がモニタ１２２に表示する撮影条件受付画面１９１の一例を示す図である。

図２の撮影条件入力部１３１は、図１８の撮影条件受付画面１９１と図１３の撮影条件受付画面１４１とをモニタ１２２に表示し、操作者の入力を受け付ける。図１１の撮影条件受付画面１９１は、図１３の撮影条件受付画面１４１で受け付ける撮影条件に加えて、どのような高吸収体を抽出するかを操作者が選択する高吸収体設定用領域２０１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２０２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２０３を含んでいる。

操作者は、撮影条件受付画面１９１を見ながら、マウス１１２やキーボード１１１等を操作して、抽出する高吸収体の条件を高吸収体設定用領域２０１に設定し、撮影部位を撮影部位設定用領域２０２に設定し、高吸収体の抽出方法を抽出方法設定用領域２０３に設定する。これをさらに詳しく説明する。

図１８の撮影条件受付画面１９１の高吸収体設定用領域２０１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、３種類用意されている。１番目は、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である。２番目は、取得した２次元の測定投影データ２０５を画面上に表示し、操作者が表示された測定投影データ２０５の中の高吸収体の所望の点をポインタ２０４で選択し、開始点４１として設定する方法である。３番目は、高吸収体の情報（例えば、ボルト、ねじ、プレート、Ｘ，Ｙ、Ｚ軸方向のサイズを指定した金属）を操作者が選択し、選択された情報に予め対応づけておいた形状や材質（高吸収体値）に基づいて、高吸収体処理部１３９が測定投影データ２０５内の高吸収体領域を探索し、その内部の点を開始点４１として設定する方法である。

図１８の例では、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１８の撮影部位設定用領域２０２では、撮影部位として、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１８の例では、頭部が選択されている。

抽出方法設定用領域２０３では、開始点４１から高吸収体の領域全体を抽出していく方法が操作者によって選択される。抽出方法は、開始点や微小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。図１８の抽出方法設定用領域２０３では、いずれも公知の、領域拡張法、初期形状に基づいて領域を抽出するスネークス法、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等から操作者が選択できる。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１８の高吸収体設定用領域２０１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、撮影条件入力部１３１は、高吸収体設定用領域２０１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。

高吸収体処理部１３９は、撮影条件受付画面１９１に設定された条件にしたがって、複数の投影角度ごとの測定投影データに含まれるＸ線高吸収体の領域をそれぞれ抽出する。

つぎに、高吸収体処理部１３９は、測定投影データ内で抽出した高吸収体領域のデータ値を特定値へ変換処理する。これを、図１９を用いて詳細に説明する。

図１９は、投影データ４０１と、再構成したトモシンセシス画像４０２を示している。図１９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ている。図１９の測定投影データ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て得たものである。

高吸収体処理部１３９は、測定投影データ４０５から高吸収体４０４の投影データの領域を抽出し、高吸収体４０４の投影データ４０６を得る。次に、高吸収体処理部１３９は、投影データ４０６に示される高吸収体４０４の投影データの値を特定値へ変換し、測定投影データ４０５の高吸収体４０４の領域の投影データと置換することにより高吸収体変換投影データ４０７を得る。

次に、画像再構成部１３６の第１再構成部１５１は、高吸収体変換投影データ４０７に対して、公知であるＬｏｇ変換処理した後、第１フィルタを適用し、画像再構成を実施することにより、第１トモシンセシス画像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。高吸収体４０４の領域の投影データの値を特定値への変換処理により値を圧縮しているため、第１トモシンセシス画像４０９は高吸収体４０４の領域の画素値が低下しており、アーチファクト成分が生じにくい。

また、画像再構成部１３６の第２再構成部１５２は、高吸収体変換投影データ４０７に対して、第２フィルタを適用し、画像再構成を実施することにより、第２トモシンセシス画像４１１を取得する。この時、高吸収体４０４の領域を含めて第２トモシンセシス画像４１１の各組織の画素値は、第１トモシンセシス画像４０９と比較して、被写体内の組織間のコントラストをよく表している。

画像合成部１３７は、これらの第１および第２トモシンセシス画像４０９、４１１を合成し、合成後のトモシンセシス画像４１３を取得する。合成後のトモシンセシス画像４１３は、アーチファクトを低減しつつ、被写体内の組織間のコントラストを表すことができる。

なお、高吸収体抽出のための撮影条件受付画面１９１は、図１８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１９１で設定を受け付ける高吸収体設定条件、撮影部位の設定条件、および抽出方法の組み合わせを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、上記設定条件等の組み合わせを予め複数種類ＨＤＤ装置１１５に保存しておき、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。

（実施形態６の変形例１）
また、画像再構成部１３６は、図２０に示した手順により、トモシンセシス画像を生成してもよい。図２０の手順では、画像生成部１０３は、高吸収体処理部１３９が変換処理した測定投影データ値から生成されたトモシンセシス画像上で、高吸収体の画素値を、変換処理前の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。本変形例１では、画像合成部１３７が、合成後のトモシンセシス画像上で、上記復元する処理を行う。

図２０の手順では、画像再構成部１３６は、高吸収体処理部１３９が抽出した高吸収体４０４の投影データ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４０４の再構成画像４１５を取得する。この時、高吸収体４０４の投影データ値が小さいため、高吸収体４０４の再構成画像４１５には、図２０に示したようなライン状のアーチファクト４１７が生じやすい。画像再構成部１３６は、形状または画素値が異なる性質を利用して、公知の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４１７を除去し、高吸収体４０４の再構成画像４１５のみを抽出する。

次に、画像再構成部１３６は、抽出した高吸収体４０４の再構成画像４１５の画素値に対して、高吸収体処理部１３９が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、高吸収体４０４の画素値を高精度に復元する。

一方、第１および第２の再構成部１５１、１５２は、変換投影データ４０７に対し、第１および第２トモシンセシス画像４０９、４１１を生成した後、画像合成部１３７が、これらを合成したトモシンセシス画像４１８を図１９の手順と同様に生成する。

画像再構成部１３６は、合成したトモシンセシス画像４１８の高吸収体４０４の画素値を、高吸収体４０４の再構成画像４１５であって画素値に係数ｄの逆数を乗算した再構成画像４１５の画素値で置き換える。

これにより、トモシンセシス画像４１８として、高吸収体４０４の領域を含めて被写体内の組織間のコントラストを精度よく表した画像を得ることができる。トモシンセシス画像４１８は、アーチファクトを低減することができる。

また、図２０の処理手順では、高吸収体４０４の領域を限定した再構成画像４１５により、アーチファクト４１７を除去し、さらに、画素値を復元しているため、高吸収体４０４の再構成画像４１５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することができる。よって、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。

（実施形態６の変形例２）
画像再構成部１３６および画像合成部１３７は、図２１に示した手順により、トモシンセシス画像を生成してもよい。図２１の手順は、変形例１と同様に、画像生成部１０３は、高吸収体処理部１３９が変換処理した測定投影データから生成されたトモシンセシス画像上で、高吸収体の画素値を、変換処理前の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が、本変形例２では、画像合成部１３７が、第１トモシンセシス画像上で、上記復元する処理を行う。

上述した図２０の手順では、画像再構成部１３６は、第１および第２トモシンセシス画像４０９、４１１を合成し、合成したトモシンセシス画像内の高吸収体４０４の画素値を、高吸収体４０４の再構成画像４１５であって画素値に係数ｄの逆数を乗算した再構成画像４１５の画素値で置き換えたのに対して、図２１の手順では、第１トモシンセシス画像４０９の高吸収体４０４の画素値を、高吸収体４０４の再構成画像４１５の画素値であって画素値に係数ｄの逆数を乗算した再構成画像４１５の画素値で置き換えた後、画像合成部１３７が第２トモシンセシス画像４１１を合成し、合成後のトモシンセシス画像４１８を生成する。この処理手順では、図２０の処理手順と比較して、組織間のコントラストが取得される合成処理の前に、高吸収体４０４の画素値を復元（置換）する処理を行うため、組織間のコントラスト処理（合成処理）に依存せず、復元（置換）処理を実施可能である。

（実施形態６の変形例３）
さらに別の変形例として、画像再構成部１３６および画像合成部１３７は、図２２に示した手順により、トモシンセシス画像を生成してもよい。図２２に示した手順では、第１再構成部１５１は、高吸収体処理部１３９が変換処理した後の測定投影データ値から第１トモシンセシス画像を生成する。一方、第２再構成部１５２は、高吸収体処理部１３９が変換処理する前の測定投影データから第２トモシンセシス画像を再構成する。画像再構成部１３６は、第１トモシンセシス画像上で、高吸収体の画素値を、変換処理前の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。画像合成部１３７は、復元処理された第１トモシンセシス画像と、第２トモシンセシス画像とを合成する。

具体的には、図２２の手順では、第２トモシンセシス画像を、測定投影データ４０５から生成する。第１トモシンセシス画像は、図２１と同様に高吸収体変換投影データ４０７から生成した後、係数ｄの逆数を乗算した再構成画像４１５によって置換して復元する。画像合成部１３７は、第１および第２トモシンセシス画像を合成して合成トモシンセシス画像を生成する。

これにより、図２１に示した手順と比較して、高吸収体復元後の第１トモシンセシス画像４０９および第２トモシンセシス画像４１１ともに高吸収体４０４の値（Ｘ線吸収係数）を精度よく反映している為、合成されたトモシンセシス画像４１８は、組織間のコントラストを高精度に表している。

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。

本実施形態６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１３６により画像再構成してもよい。この時、画像再構成部１３６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。

一般に、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。本実施形態６では、図１７に示したように、高吸収体処理部１３９を備えているため、高吸収体領域を特定値に置換し、周辺組織との差を小さくすることで、アーチファクトを低減し、被写体内の組織間のコントラストを表すことが可能になる。

１…Ｘ線発生部、２…Ｘ線検出部、３…被検体、４…寝台、５…駆動部、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…画像再構成部、１３７…画像合成部、１３８…画像表示部、１３９…高吸収体処理部、１４１…撮影条件受付画面、１４２…Ｘ線条件設定用領域、１４３…対象組織設定用領域、１４４…コントラスト設定用領域、１４５…合成方法設定用領域、１４６…再構成画像画面、１４７…指定骨領域、１４８…指定筋肉領域、１６１…第１フィルタ適用部、１６２…第２逆投影部、１６３…第２再構成フィルタ適用部、１６４…第２逆投影部、１６５…合成処理部、１６６…ダイナミックレンジ調整部、１６７…第３逆投影部、１６８…テーブル部、１８１…通常ＦＢＰ画像、１８２…合成ＦＢＰ画像、１９１…撮影条件受付画面、２０１…高吸収体設定用領域、２０２…撮影部位設定用領域、２０３…抽出方法設定用領域、２０４…測定投影データ画面、２０５…ポインタ

Claims (9)

1. 被写体にＸ線を照射するＸ線発生部と、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線検出部と、前記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所定の範囲で移動させる駆動部と、前記測定投影データを用いてトモシンセシス画像を生成する画像生成部とを有し、
   前記画像生成部は、第１再構成部と第２再構成部と画像合成部とを含み、
   前記第１再構成部は、前記測定投影データの高周波成分よりも低周波成分を大きな割合で低減する第１フィルタを前記測定投影データに適用した後、逆投影することにより第１トモシンセシス画像を再構成し、
   前記第２再構成部は、前記測定投影データの周波数成分の割合を変化させる処理を行っていない前記測定投影データ、を逆投影することにより、第２トモシンセシス画像を再構成し、
   前記画像合成部は、前記第１トモシンセシス画像と第２トモシンセシス画像を合成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、前記画像合成部は、前記Ｘ線発生部、前記Ｘ線検出部および前記駆動部の少なくとも一つに設定される撮影条件、前記画像生成部の画像の再構成条件、および、前記被写体の撮影部位および対象組織のうち少なくとも一つに設定された条件または値、のうちの少なくとも一つに応じて、第１トモシンセシス画像と第２トモシンセシス画像の合成に用いる重み付け係数を決定し、合成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、前記画像合成部は、第１および第２トモシンセシス画像にそれぞれ設定された範囲の画素値から、前記範囲のコントラストを算出し、算出したコントラストに応じて、前記第１および第２トモシンセシス画像の重み付けに用いる前記重み係数を決定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、前記画像生成部は、前記Ｘ線発生部、前記Ｘ線検出部および前記駆動部の少なくとも一つに設定される撮影条件、前記画像生成部の画像の再構成条件、および、前記被写体の撮影部位および対象組織のうち少なくとも一つに設定された条件または値、のうちの少なくとも一つに応じて、前記第１フィルタを変更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１に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、前記画像生成部は、高吸収体処理部をさらに有し、
   前記高吸収体処理部は、複数の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し、
   前記第１および第２再構成部は、前記高吸収体処理部が変換処理後の測定投影データから前記第１および第２トモシンセシス画像をそれぞれ再構成することを特徴とする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、
   前記画像生成部は、前記高吸収体処理部が変換処理した測定投影データを、前記トモシンセシス画像上で前記高吸収体処理部が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。
7. 請求項６に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、
   前記画像生成部は、前記画像合成部が合成後のトモシンセシス画像上で、前記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。
8. 請求項６に記載のＸ線トモシンセシス装置であって、
   前記第１再構成部は、前記高吸収体処理部が変換処理した後の前記測定投影データから第１トモシンセシス画像を生成し、
   前記第２再構成部は、前記高吸収体処理部が変換処理する前の前記測定投影データから前記第２トモシンセシス画像を再構成し、
   前記画像生成部は、前記第１トモシンセシス画像上で、前記復元する処理を行い、
   前記画像合成部は、前記復元する処理をされた第１トモシンセシス画像と、前記第２トモシンセシス画像とを合成することを特徴とするＸ線トモシンセシス装置。
9. 被写体にＸ線を照射し、前記被写体を透過後の前記Ｘ線を検出して得た２次元の測定投影データを受け取って、トモシンセシス画像を生成する画像生成装置であって、
   第１再構成部と第２再構成部と画像合成部とを含み、
   前記第１再構成部は、前記測定投影データの高周波成分よりも低周波成分を大きな割合で低減する第１フィルタを前記測定投影データに適用した後、逆投影することにより第１トモシンセシス画像を再構成し、
   前記第２再構成部は、前記測定投影データの周波数成分の割合を変化させる処理を行っていない前記測定投影データ、を逆投影することにより、第２トモシンセシス画像を再構成し、
   前記画像合成部は、前記第１トモシンセシス画像と第２トモシンセシス画像を合成することを特徴とする画像生成装置。

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