JP7254963B2 - 放射線画像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

Description

本開示は、放射線画像に含まれる散乱線成分を除去する放射線画像処理装置、方法およびプログラムに関する。

従来、被写体を透過した放射線により被写体の放射線画像を撮影する際、とくに被写体の厚さが大きいと、被写体内において放射線が散乱して散乱線が発生し、この散乱線により、取得される放射線画像のコントラストが低下するという問題がある。このため、放射線画像の撮影時には、放射線を検出して放射線画像を取得するための放射線検出器に散乱線が照射されないように、被写体と放射線検出器との間に散乱線除去グリッド（以下単にグリッドとする）を配置して撮影を行うことがある。グリッドを用いて撮影を行うと被写体により散乱された放射線が放射線検出器に照射されにくくなるため、放射線画像のコントラストを向上させることができる。

また、グリッドを使用することなく放射線画像の撮影を行い、グリッドによる散乱線の除去による画質改善の効果を、画像処理により放射線画像に対して付与することが行われている（特開２０１５－０４３９５９号公報参照）。特開２０１５－０４３９５９号公報の手法は、被写体の体厚分布を推定し、推定した体厚分布を用いて散乱線成分を推定して、散乱線除去処理を行う手法である。また、散乱線を除去するための散乱線除去信号を算出する際に、グリッドを使用した場合における放射線の選択度およびコントラスト改善度を、実際のグリッドを撮影することにより予め較正しておくことにより、放射線画像を実際にグリッドを使用した場合の画質に近づける手法も提案されている（特開２０１５－２３３４９２号公報参照）。

また、被写体と放射線検出器との間のエアギャップを考慮して放射線画像から散乱線成分を除去するために、放射線画像の取得時の撮影条件を取得し、被写体と放射線検出器との間のエアギャップを含む距離を表す距離情報を取得し、撮影条件に基づいて、放射線画像に含まれる放射線の散乱線成分を表す散乱線成分情報を取得し、被写体の推定体厚分布および距離情報に応じた、放射線検出器に到達する散乱線量の割合を取得し、取得した割合に基づいて散乱線成分情報を補正し、補正された散乱線成分情報に基づいて、放射線画像の散乱線除去処理を行う手法も提案されている（特開２０１７－２２５５２５号公報参照）。

ところで、実際に被写体の放射線撮影を行う場合、被写体と放射線検出器との間にグリッドが使用されたり、撮影台または撮影台の天板等の物体が介在されたりする場合がある。このような物体は固有の放射線特性を有しているため、物体を透過することにより一次線成分および散乱線成分の線質が、物体の放射線特性に応じて変化する。このため、被写体と放射線検出器との間に介在する物体の放射線特性を考慮しないと、被写体の体厚を精度よく推定したり、散乱線成分を精度よく除去したりすることができない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、被写体と放射線検出器との間に介在する物体を考慮して、散乱線成分が精度よく除去された放射線画像を取得することを目的とする。

本開示による放射線画像処理装置は、少なくとも１つのプロセッサを備え、
プロセッサは、
被写体と放射線検出器との間に物体を介在させた状態で、被写体を透過した放射線を放射線検出器により検出することにより、被写体の放射線画像を取得した際の撮影条件を取得し、
放射線画像および撮影条件に基づいて、被写体の体厚分布を導出し、
体厚分布に応じた物体の放射線特性を取得し、
撮影条件、体厚分布および物体の放射線特性を用いて、放射線検出器により検出される放射線の一次線分布および散乱線分布を導出し、
一次線分布および散乱線分布の和と、放射線画像の各位置における画素値との誤差を導出し、誤差が予め定められたしきい値未満となるように体厚分布を更新し、更新した体厚分布に基づく放射線特性の導出、並びに一次線分布および散乱線分布の導出を繰り返すように構成される。

なお、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、誤差がしきい値未満となる被写体の体厚分布に基づいて導出された一次線分布を画素値とする処理済み放射線画像を出力するように構成されるものであってもよい。

また、本開示による放射線画像処理装置においては、放射線画像を取得するための撮影系を用いて予め計測された放射線特性を記憶する記憶部をさらに備え、
プロセッサは、記憶部に記憶された放射線特性を取得するように構成されるものであってもよい。

また、本開示による放射線画像処理装置においては、物体は、被写体を載置する撮影台、天板、散乱線除去グリッドおよび空気層の少なくとも１つであってもよい。

また、本開示による放射線画像処理装置においては、放射線特性は、一次線透過率および散乱線透過率であってもよい。

また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、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基づく２つの放射線画像のそれぞれについての処理済み放射線画像を取得し、
２つの処理済み放射線画像の相対応する画素間において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導出するように構成されるものであってもよい。

また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、骨部および軟部を含む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基づく２つの放射線画像のそれぞれについての処理済み放射線画像を取得し、
２つの処理済み放射線画像の相対応する画素間において重み付け減算を行うことにより、被写体の骨部を抽出した骨部画像を導出し、
撮影条件、体厚分布および骨部画像における骨部領域の画素値に基づいて、骨部領域の画素毎に骨部領域における骨塩量を表す骨塩情報を導出するように構成されるものであってもよい。

また、本開示による放射線画像処理装置においては、プロセッサは、複数の投影角度から被写体に放射線を照射し、複数の投影角度のそれぞれに対応する複数の放射線画像のそれぞれについての処理済み放射線画像を取得し、
複数の処理済み放射線画像を再構成して、被写体の断層画像を生成するように構成されるものであってもよい。

本開示による放射線画像処理方法は、被写体と放射線検出器との間に物体を介在させた状態で、被写体を透過した放射線を放射線検出器により検出することにより、被写体の放射線画像を取得した際の撮影条件を取得し、
放射線画像および撮影条件に基づいて、被写体の体厚分布を導出し、
体厚分布に応じた物体の放射線特性を取得し、
撮影条件、体厚分布および物体の放射線特性を用いて、放射線検出器により検出される放射線の一次線分布および散乱線分布を導出し、
一次線分布および散乱線分布の和と、放射線画像の各位置における画素値との誤差を導出し、誤差が予め定められたしきい値未満となるように体厚分布を更新し、更新した体厚分布に基づく放射線特性の導出、並びに一次線分布および散乱線分布の導出を繰り返す。

なお、本開示による放射線画像処理方法を、コンピュータに実行させる放射線画像処理プログラムとして提供してもよい。

本開示によれば、被写体と放射線検出器との間に介在する物体を考慮して、散乱線成分が精度よく除去された放射線画像を取得することができる。

本開示の第１の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図 第１の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図 被写体の体厚に応じた散乱線透過率の計測を説明するための図 被写体の体厚に応じた散乱線透過率の計測を説明するための図 被写体の体厚分布と、被写体および放射線検出器の間に介在する物体の散乱線透過率との関係を表すテーブル 被写体の体厚に応じた一次線透過率の計測を説明するための図 被写体の体厚に応じた一次線透過率の計測を説明するための図 被写体の体厚分布と、被写体および放射線検出器の間に介在する物体の一次線透過率との関係を表すテーブル 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 繰り返し演算処理のフローチャート 天板とグリッドとの間に空気層が介在する状態を示す図 本開示の第２の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図 第２の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図 第２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 第３の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図 体厚に対する骨部と軟部とのコントラストの関係を示す図 補正係数を取得するためのルックアップテーブルを示す図 合成画像を示す図 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 本開示の第４の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図 第４の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図 第４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

以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。図１は本開示の第１の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、第１の実施形態による放射線画像撮影システムは、散乱線除去グリッドを用いて被写体を撮影し、これにより取得された放射線画像に含まれる、被写体を透過した放射線の散乱線成分を除去するためものであり、撮影装置１と、本実施形態による放射線画像処理装置を内包するコンソール２とを備える。

撮影装置１は、Ｘ線源等の放射線源４から発せられ、被写体Ｈを透過した放射線を放射線検出器５に照射することにより、撮影台３に仰臥した被写体Ｈの放射線画像Ｇ０を取得するための撮影装置である。なお、放射線源４には不図示のコリメータ（照射野絞り）が設けられている。これにより、被写体Ｈに照射される放射線の範囲が規定される。放射線画像Ｇ０は、放射線画像処理装置であるコンソール２に入力される。ここで、本実施形態においては、撮影台３の天板３Ａと放射線検出器５との間に、被写体Ｈを透過した放射線のうち、被写体Ｈにより散乱された散乱線成分を除去するための散乱線除去グリッド（以下単にグリッドとする）６が配置される。

グリッド６は、放射線を透過しない鉛等と、放射線を透過しやすいアルミニウムやファイバー等のインタースペース素材とが、例えば４．０本／ｍｍ程度の細かなグリッド密度で交互に配置されて構成されている。

グリッド６を使用することにより、被写体Ｈを透過した放射線の散乱線成分を除去することができるが、完全には除去することができない。このため、放射線検出器５により取得される放射線画像Ｇ０には、被写体Ｈを透過した放射線の一次線成分のみならず、散乱線成分も含まれる。

放射線検出器５は、放射線画像の記録と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。また、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／オフさせ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、または読取り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。

また、放射線検出器５は、可搬型の放射線検出器であり、撮影台３の天板３Ａの下面に設けられた取付部３Ｂにより、グリッド６ともに撮影台３に取り外し可能に取り付けられている。なお、放射線検出器５は、撮影台３に固定されたものであってもよい。

コンソール２には表示部８および入力部９が接続されている。表示部８は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）あるいは液晶ディスプレイ等からなり、撮影により取得された放射線画像等を表示したり、コンソール２において行われる処理に必要な各種入力の補助を行ったりする。

入力部９は、キーボード、マウスまたはタッチパネル方式等の入力装置からなり、操作者による撮影装置１の操作の指示を受け付ける。また、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９から入力した情報に従って、撮影装置１の各部が動作する。

コンソール２には、第１の実施形態による放射線画像処理プログラムがインストールされている。コンソール２が第１の実施形態による放射線画像処理装置に対応する。第１の実施形態においては、コンソール２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ーソナルコンピュータでもよいし、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。放射線画像処理プログラムは、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。または、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。

図２はコンソール２を構成するコンピュータに、第１の実施形態による放射線画像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る第１の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、第１の実施形態による放射線画像処理装置は、標準的なコンピュータの構成として、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１１、メモリ１２、ストレージ１３および通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）１４を備える。

ストレージ１３は、ハードディスクドライブまたはＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージデバイスからなり、撮影装置１の各部を駆動するためのプログラムおよび放射線画像処理プログラムを含む各種情報が記憶されている。また、撮影により取得された放射線画像も記憶される。

通信Ｉ／Ｆ１４は、不図示のネットワークを介した外部装置とコンソール２との各種情報の伝送制御を行うネットワークインターフェースである。

メモリ１２には、各種処理をＣＰＵ１１に実行させるために、ストレージ１３に記憶されたプログラム等が一時的に記憶される。放射線画像処理プログラムは、ＣＰＵ１１に実行させる処理として、撮影装置１に撮影を行わせて放射線画像Ｇ０を取得する画像取得処理、被写体Ｈを撮影した際の撮影条件を取得する撮影条件取得処理、放射線画像Ｇ０および撮影条件に基づいて、被写体Ｈの体厚分布を導出する体厚導出処理、撮影装置１における被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の、体厚分布に応じた放射線特性を取得する特性取得処理、撮影条件、体厚分布および物体の放射線特性を用いて、放射線検出器５により検出される放射線の一次線分布および散乱線分布を導出する線分布導出処理、一次線分布および散乱線分布の和と、放射線画像の各位置における画素値との誤差を導出し、誤差が予め定められたしきい値未満となるように、体厚分布を更新し、更新された体厚分布に基づく放射線特性の導出と、一次線分布および散乱線分布の導出とを繰り返し、誤差が予め定められたしきい値未満となる被写体Ｈの体厚分布に基づいて導出された一次線分布を画素値とする処理済み放射線画像Ｇｍを出力する演算処理、並びに処理済み放射線画像Ｇｍを表示部８に表示する表示制御処理を規定する。

そして、ＣＰＵ１１が放射線画像処理プログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンソール２は、画像取得部２１、撮影条件取得部２２、体厚導出部２３、特性取得部２４、線分布導出部２５、演算部２６および表示制御部２７として機能する。

画像取得部２１は、放射線源４を駆動して被写体Ｈに放射線を照射し、被写体Ｈを透過した放射線を放射線検出器５により検出して、被写体Ｈの放射線画像Ｇ０を取得する。本実施形態においては、被写体Ｈと放射線検出器５との間には、撮影台３の天板３Ａおよびグリッド６が介在している。このため、被写体Ｈを透過した放射線は、天板３Ａおよびグリッド６を透過して放射線検出器５に照射されることとなる。

なお、被写体Ｈの撮影に際しては、撮影条件が設定される。撮影条件としては、放射線の線質、線量および撮影時の撮影距離（線源受像面間距離（Source-to-Image receptor Distance、ＳＩＤとする））が使用される。線質は、放射線源４における放射線発生器の管電圧［ｋＶ］、総ろ過量［ｍｍＡｌ当量］および半価層［ｍｍＡｌ］のうちの１つ以上を用いて規定される。管電圧は発生される放射線エネルギー分布の最大値を意味する。総ろ過量は放射線源４における放射線発生器およびコリメータ等の撮影装置１を構成する各構成部品が持つろ過量を、アルミニウムの厚さに換算したものである。総ろ過量は、大きいほど撮影装置１でのビームハードニングの影響が大きく、放射線の波長分布における高エネルギー成分が多いものとなる。半価層は発生された放射線エネルギー分布に対して、線量を半分に減衰させるために要するアルミニウムの厚さにより定義される。半価層のアルミニウムが厚いほど、放射線の波長分布における高エネルギー成分が多いものとなる。

線量は、放射線源４における放射線発生器の管電流時間積［ｍＡｓ］および照射線量［ｍＲ］のいずれかを用いて規定される。また、ＳＩＤは放射線源４と放射線検出器５の検出器との間の距離［ｃｍ］である。

なお、被写体Ｈの撮影時においては、撮影手技に応じて撮影条件が定められている。このため、本実施形態においては、各種撮影手技と撮影条件とを対応付けたテーブルを、予めストレージ１３に記憶しておくものとする。撮影時においては、操作者が入力部９から撮影手技を指定すると、ストレージ１３に保存されたテーブルが参照されて、撮影手技に応じた撮影条件がテーブルから読み出され、読み出された撮影条件に従って、被写体Ｈの撮影が行われることとなる。撮影時に使用した撮影条件はメモリ１２またはストレージ１３に一時的に保存される。なお、撮影条件は、撮影手技に応じたものに限定されるものではなく、操作者が入力部９を用いて入力することにより指定されたものであってもよい。

撮影条件取得部２２は、被写体Ｈの撮影時に使用した撮影条件をメモリ１２またはストレージ１３から読み出すことにより取得する。

体厚導出部２３は、放射線画像Ｇ０および撮影条件に基づいて、被写体Ｈの体厚分布を導出する。以下、体厚導出部２３が導出する体厚分布を初期体厚分布ｔ０と称する。以下、初期体厚分布ｔ０の導出について説明する。

まず、被写体Ｈが存在しない状態において、放射線源４を駆動して放射線検出器５に放射線を照射した場合、放射線源４から発せられた放射線の放射線検出器５への到達線量Ｉ０（ｘ，ｙ）は、下記の式（１）により表される。式（１）において、撮影条件に含まれるｍＡｓは管電流時間積、ｋＶは管電圧である。なお、半価層も考慮した場合、到達線量Ｉ０（ｘ，ｙ）は、下記の式（１－１）により表される。ここで、Ｆは基準となるＳＩＤ（例えば１００ｃｍ）にて、基準となる線量（例えば１ｍＡｓ）を被写体Ｈがない状態で放射線検出器５に照射した場合に、放射線検出器５に到達する放射線量を表す非線形の関数である。Ｆは、管電圧毎または管電圧および半価層に依存して変化する。また、到達線量Ｉ０は、放射線検出器５により取得される放射線画像Ｇ０の画素毎に導出されるため、（ｘ，ｙ）は各画素の画素位置を表す。また、以降の説明においては、半価層を考慮する場合と考慮しない場合との双方を含めるため、下記の式（１－２）に示すように、各式における括弧内にｍｍＡｌを含めることにより表すものとする。
I0(x,y)=mAs×F(kV)/SID² （１）
I0(x,y)=mAs×F(kV,mmAl)/SID² （１－１）
I0(x,y)=mAs×F(kV(,mmAl))/SID² （１－２）

また、初期体厚分布をｔ０、初期体厚分布ｔ０を有する場合の被写体Ｈの減弱係数をμ（ｔ０）、散乱線の広がりを考慮しない場合における、初期体厚分布ｔ０を有する被写体Ｈを透過後の放射線に含まれる散乱線量と一次線量との比であるScatter-to-Primary RatioをＳＴＰＲ（ｔ０）とすると、被写体Ｈを透過後の線量Ｉ１は、下記の式（２）により表される。なお、式（２）においては、初期体厚分布ｔ０、到達線量Ｉ０、および線量Ｉ１は、放射線画像Ｇ０の画素毎に導出されるが、（ｘ，ｙ）を省略している。また、ＳＴＰＲは体厚のみならず、管電圧［ｋＶ］および半価層［ｍｍＡｌ］にも依存する非線形関数であるが、式（２）においては、ｋＶ、ｍｍＡｌ表記を省略している。
I1=I0×exp{-μ(t0)×t0}×{1+STPR(t0)} （２）

式（２）において、線量Ｉ１は放射線画像Ｇ０の各画素における画素値であり、到達線量Ｉ０は上記式（１）、（１－１）により導出される。その一方で、ＦおよびＳＴＰＲは非線形な関数であるため、式（２）をｔ０について代数的に解くことはできない。このため、体厚導出部２３は、下記の式（３）または式（３－１）に示すエラー関数Ｅ１を定義する。そして、エラー関数Ｅ１を最小とするか、またはエラー関数Ｅ１が予め定められたしきい値Ｔｈ１未満となるｔ０を初期体厚分布として導出する。この際、体厚導出部２３は、最急降下法および共役勾配法等の最適化アルゴリズムを用いて、初期体厚分布ｔ０を導出する。
E1=[I1-I0×exp{-μ(t0)×t0}×{1+STPR(t0)}]² （３）
E1=|I1-I0×exp{-μ(t0)×t0}×{1+STPR(t0)}| （３－１）

特性取得部２４は、撮影時に被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性を取得する。ここで、被写体Ｈを透過した後の放射線が、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体を透過する際には、被写体Ｈを透過した後の放射線の線質に応じて放射線の透過率が変化する。また、被写体Ｈを透過した後の放射線に含まれる一次線と散乱線とでは、放射線の進行方向および線質の相違により、透過率がそれぞれ異なるものとなる。このため、本実施形態においては、物体の放射線特性として、物体の一次線透過率および散乱線透過率を用いるものとする。

なお、上述したように、被写体Ｈを透過した後の放射線が、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体を透過する際には、被写体Ｈを透過した後の放射線の線質に応じて放射線の透過率が変化する。また、被写体Ｈを透過した後の放射線の線質は、被写体Ｈの体厚分布ｔに依存する。このため、一次線透過率および散乱線透過率は、被写体Ｈの体厚分布ｔの関数としてそれぞれＴｐ（ｔ）、Ｔｓ（ｔ）と表すことができる。

なお、被写体Ｈを透過した後の放射線の線質は、撮影条件に含まれる放射線源４の線質にも依存している。線質は管電圧および半価層に依存している。このため、一次線透過率および散乱線透過率は、厳密にはそれぞれＴｐ（ｋＶ（，ｍｍＡｌ），ｔ）、Ｔｓ（ｋＶ（，ｍｍＡｌ），ｔ）と表される。なお、以降の説明においては、一次線透過率および散乱線透過率として、単にＴｐ、Ｔｓと表す場合があるものとする。

ここで、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓは、上述したように被写体Ｈの体厚分布ｔに依存する。このため、本実施形態においては、被写体の体厚分布ｔを模した各種厚さを有するファントムを用いて、被写体Ｈの体厚分布ｔに応じた、物体の一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓを計測し、計測結果に基づいて被写体Ｈの体厚分布ｔと物体の一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓとの関係を規定するテーブルを生成し、ストレージ１３に記憶しておくものとする。以下、被写体Ｈの体厚分布ｔに応じた、物体の一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓの計測について説明する。

まず、散乱線透過率Ｔｓの算出について説明する。図３および図４は被写体Ｈの体厚に応じた散乱線透過率Ｔｓの計測を説明するための図である。図３に示すように、まず放射線検出器５の表面に人体を模したファントム４１を載置し、さらにファントム４１の上に鉛板４２を載置する。ここで、ファントム４１は５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ等の各種厚さを有し、例えば水と同様の放射線透過率を有するアクリル等の材料からなる。この状態において、放射線源４を駆動して放射線検出器５に放射線を照射することにより、特性取得部２４は、計測用の放射線画像Ｋ０を取得する。放射線画像Ｋ０の信号値は、放射線検出器５における放射線が直接照射される領域において値が大きく、ファントム４１の領域および鉛板４２の領域の順に信号値が小さくなる。

なお、鉛板４２は放射線を透過しないため、放射線画像Ｋ０における鉛板４２の領域においては信号値は０となるはずである。しかしながら、放射線検出器５の鉛板４２に対応する領域には、ファントム４１により散乱された放射線が到達する。このため、放射線画像Ｋ０における鉛板４２の領域は、ファントム４１による散乱線成分に対応する信号値Ｓ０を有するものとなる。

次に、図４に示すように、撮影装置１の天板３Ａ上にファントム４１を載置し、さらにファントム４１の上に鉛板４２を載置する。そして、被写体Ｈを撮影する場合と同様に、天板３Ａの下方に放射線検出器５およびグリッド６を配置した状態で、放射線源４を駆動して放射線検出器５に放射線を照射することにより、特性取得部２４は、計測用の放射線画像Ｋ１を取得する。放射線画像Ｋ１の信号値は、放射線画像Ｋ０と同様に、放射線検出器５における放射線が直接照射される領域において値が大きく、ファントム４１の領域および鉛板４２の領域の順に信号値が小さくなる。ここで、図４に示すように、ファントム４１と放射線検出器５との間に、天板３Ａおよびグリッド６を介在させた状態で撮影を行った場合、放射線検出器５の鉛板４２に対応する領域には、ファントム４１により散乱された放射線のみならず、天板３Ａおよびグリッド６により散乱された放射線も到達する。このため、放射線画像Ｋ１における鉛板４２の領域は、ファントム４１と天板３Ａおよびグリッド６とによる散乱線成分に対応する信号値Ｓ１を有するものとなる。

なお、信号値Ｓ１は天板３Ａおよびグリッド６による散乱線成分を含むため、図３に示す信号値Ｓ０より大きい値となる。したがって、厚さがｔのファントム４１を撮影した場合における、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体、すなわち天板３Ａおよびグリッド６の散乱線透過率Ｔｓは、Ｓ１／Ｓ０により算出することができる。

本実施形態においては、特性取得部２４は、厚さが異なる少なくとも２種類のファントムを用いて、図３および図４に示すようにして各厚さに対応する散乱線透過率Ｔｓを算出する。また、特性取得部２４は、ファントム４１にない厚さの散乱線透過率Ｔｓについては、計測した複数の厚さについての散乱線透過率Ｔｓを補間することにより導出する。そしてこれにより、特性取得部２４は、各厚さの間の厚さについての散乱線透過率を補間することにより、図５に示すように、被写体Ｈの体厚分布ｔと、被写体Ｈおよび放射線検出器５の間に介在する物体の散乱線透過率Ｔｓとの関係を表すテーブルＬＵＴ１を生成する。

次に、一次線透過率の算出について説明する。図６および図７は被写体Ｈの体厚に応じた一次線透過率Ｔｐの計測を説明するための図である。図６に示すように，まず放射線検出器５の表面に人体を模したファントム４１を載置する。ここで、ファントム４１は散乱線透過率Ｔｓを導出した場合と同様のものを用いる。そしてこの状態において、放射線源４を駆動して放射線検出器５に放射線を照射することにより、特性取得部２４は、計測用の放射線画像Ｋ２を取得する。放射線画像Ｋ２におけるファントム４１に対応する領域の信号値Ｓ２は、ファントム４１を透過した放射線の一次線成分および散乱線成分の双方を含む。ここで、ファントム４１を透過した放射線の散乱線成分は、上記図３に示す手法により求めた放射線画像Ｋ０における信号値Ｓ０である。このため、ファントム４１を透過した放射線の一次線成分は、Ｓ２－Ｓ０により導出される。

次に、図７に示すように、撮影装置１の天板３Ａ上にファントム４１を載置し、被写体Ｈを撮影する場合と同様に、天板３Ａの下方に放射線検出器５およびグリッド６を配置した状態で、放射線源４を駆動して放射線検出器５に放射線を照射することにより、特性取得部２４は、計測用の放射線画像Ｋ３を取得する。放射線画像Ｋ３のファントム４１に対応する領域の信号値Ｓ３は、ファントム４１並びに天板３Ａおよびグリッド６を透過した放射線の一次線成分および散乱線成分の双方を含む。ここで、ファントム４１並びに天板３Ａおよびグリッド６を透過した放射線の散乱線成分は、上記図４に示す手法により求めた放射線画像Ｋ１における信号値Ｓ１である。このため、ファントム４１と天板３Ａおよびグリッド６とを透過した放射線の一次線成分は、Ｓ３－Ｓ１により導出される。

したがって、ファントム４１を撮影した場合における、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する天板３Ａおよびグリッド６の一次線透過率Ｔｐは、（Ｓ３－Ｓ１）／（Ｓ０－Ｓ２）により算出することができる。そして、本実施形態においては、特性取得部２４は、厚さが異なる少なくとも２種類のファントムを用いて、図６および図７に示すようにして各厚さに対応する一次線透過率Ｔｐを算出する。また、特性取得部２４は、ファントム４１にない厚さの一次線透過率Ｔｐについては、計測した複数の厚さについての一次線透過率Ｔｐを補間することにより導出する。そしてこれにより、特性取得部２４は、図８に示すように、被写体Ｈの体厚分布ｔと、被写体Ｈおよび放射線検出器５の間に介在する物体の一次線透過率Ｔｐとの関係を表すテーブルＬＵＴ２を生成する。

上記のように生成されたテーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２は、ストレージ１３に保存される。なお、テーブルは、各種撮影条件（すなわち、線質、線量および線源距離）、さらには使用するグリッド６の種類に応じて生成されて、ストレージ１３に保存されるものとする。

特性取得部２４は、撮影条件取得部２２が取得した撮影条件に応じて、ストレージ１３に保存されたテーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２を参照して、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体についての、初期体厚分布ｔ０に対応する一次線透過率Ｔｐ（ｔ０）および散乱線透過率Ｔｓ（ｔ０）を取得する。なお、一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓは線質にも依存するため、一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率ＴｓはそれぞれＴｐ（ｋＶ（，ｍｍＡｌ），ｔ０）、Ｔｓ（ｋＶ（，ｍｍＡｌ），ｔ０）と表すことができる。

線分布導出部２５は、撮影条件、体厚分布および被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性を用いて、放射線検出器５により検出される放射線の一次線分布および散乱線分布を導出する。ここで、被写体Ｈを透過した後の放射線の一次線分布Ｉｐ０および散乱線分布Ｉｓ０は、体厚分布をｔとした場合、下記の式（４）、（５）により表される。式（５）におけるＰＳＦは、１つの画素から広がる散乱線の分布を表す点拡散関数（Point Spread Function)であり、線質および体厚に応じて定義される。また、＊は畳み込み演算を示す。一次線分布Ｉｐ０および散乱線分布Ｉｓ０は、放射線画像Ｇ０の画素毎に導出されるが、式（４）、（５）においては、（ｘ，ｙ）は省略している。また、第１の実施形態においては、後述するように体厚分布と一次線分布Ｉｐ０および散乱線分布Ｉｓ０の導出を繰り返し行うものであるが、１回目の一次線分布Ｉｐ０および散乱線分布Ｉｓ０の導出に際しては、体厚分布ｔは初期体厚分布ｔ０が使用される。
Ip0=I0×exp{-μ(t)×t} （４）
Is0=Ip0×STPR(kV(,mmAl),t)＊PSF(kV(,mmAl),t) （５）

さらに、線分布導出部２５は、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓを用いて、下記の式（６）、（７）により、放射線検出器５に到達する一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１を導出する。さらに、下記の式（８）により、一次線分布Ｉｐ１と散乱線分布Ｉｓ１との総和Ｉｗ１を導出する。式（６）、（７）においても、１回目の一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１の導出に際しては、体厚分布ｔは初期体厚分布ｔ０が使用される。
Ip1=Ip0×Tp(kV(,mmAl),t) （６）
Is1=Is0×Ts(kV(,mmAl),t) （７）
Iw1=Ip1＋Is1 （８）

演算部２６は、一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１の総和Ｉｗ１と、放射線画像Ｇ０の各画素位置における線量、すなわち画素値Ｉ１との誤差Ｅ２を導出する。誤差Ｅ２の導出は、下記の式（９）または式（９－１）により行う。式（９）および式（９－１）において、Ｎは放射線画像Ｇ０の画素数、Σは放射線画像Ｇ０の全画素における和を表す。なお、式（９－１）は、ｌｏｇ内においてＩ１／Ｉｗ１の演算を行っているため、被写体Ｈに照射される線量すなわち到達線量Ｉ０に依存することなく、誤差Ｅ２を導出することができる。
E2=(1/N)×Σ{I1-Iw1}² （９）
E2=(1/N)×Σ|log{I1/Iw1}| （９－１）

そして、演算部２６は、誤差Ｅ２を最小とするか、または誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満となるように体厚分布ｔを更新する。そして、演算部２６は、更新した体厚分布に基づく、一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓの取得、並びに一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１の導出を繰り返す。ここで、演算部２６が行う演算を繰り返し演算と称するものとする。また、本実施形態においては、演算部２６は、誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満となるように、繰り返し演算を行うものとする。そして、演算部２６は、誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満となる被写体Ｈの体厚分布ｔｍに基づいて導出された一次線分布Ｉｐｍを画素値とする処理済み放射線画像Ｇｍを出力する。

なお、一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓの繰り返しの取得、並びに一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１の繰り返しの導出は、それぞれ特性取得部２４および線分布導出部２５が行う。演算部２６が行う繰り返し処理については後述する。

表示制御部２７は、処理済み放射線画像Ｇｍを表示部８に表示する。

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９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。なお、放射線画像Ｇ０は、撮影により取得されてストレージ１３に保存されているものとする。処理を開始する指示が入力部９から入力されると、画像取得部２１が、放射線画像Ｇ０をストレージ１３から取得する（ステップＳＴ１）。次いで、撮影条件取得部２２が、撮影装置１における被写体Ｈを撮影した際の撮影条件を取得する（ステップＳＴ２）。次に、体厚導出部２３が、放射線画像Ｇ０および撮影条件に基づいて、初期体厚分布ｔ０を導出する（ステップＳＴ３）。さらに、特性取得部２４が、撮影時において被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性、すなわち、一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓを取得する（ステップＳＴ４）。続いて、線分布導出部２５が、撮影条件、体厚分布および被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性を用いて、放射線検出器５により検出される放射線の一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１を導出する（ステップＳＴ５）。以上、ステップＳＴ３～ステップＳＴ５の処理は、初期体厚分布ｔ０に基づいて行われる。

次いで、演算部２６が、繰り返し演算処理を行う（ステップＳＴ６）。図１０は繰り返し演算処理のフローチャートである。まず、演算部２６は、一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１の総和Ｉｗ１と、放射線画像Ｇ０の各位置における画素値Ｉ１との誤差Ｅ２を導出する（ステップＳＴ１１）。そして、演算部２６は、誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。ステップＳＴ１２が否定されると、誤差Ｅ２が小さくなるように体厚分布ｔを更新する（ステップＳＴ１３）。そして、特性取得部２４が、更新された体厚分布ｔに基づいて、新たな放射線特性、すなわち一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓを取得する（ステップＳＴ１４）。また、線分布導出部２５が、新たな一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１を導出する（ステップＳＴ１５）。そして、演算部２６は、ステップＳＴ１１の処理に戻り、ステップＳＴ１１～ステップＳＴ１５の処理を繰り返す。ステップＳＴ１２が肯定されると、繰り返し演算処理を終了する。

図９に戻り、繰り返し演算処理が終了すると、演算部２６は、誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満となる被写体Ｈの体厚分布ｔｍに基づいて導出された一次線分布Ｉｐｍを画素値とする処理済み放射線画像Ｇｍを出力する（ステップＳＴ７）。そして，表示制御部２７が、処理済み放射線画像Ｇｍを表示部８に表示し（ステップＳＴ８）、処理を終了する。

このように、第１の実施形態においては、放射線画像Ｇ０および撮影条件に基づいて、被写体Ｈの体厚分布を導出し、撮影条件、体厚分布ｔおよび物体の放射線特性を用いて、放射線検出器５により検出される放射線の一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１を導出する。そして、一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１の総和Ｉｗ１と、放射線画像Ｇ０の各位置における画素値との誤差Ｅ２を導出し、誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満となるように体厚分布を更新し、更新した体厚分布に基づく、放射線特性の取得、並びに一次線分布および散乱線分布の導出を繰り返すようにした。このため、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性を考慮して、一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１を導出することができる。このように導出された一次線分布Ｉｐ１は、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性を考慮したものであるため、散乱線成分は精度よく除去されたものとなっている。したがって、第１の実施形態によれば、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体を考慮して、散乱線成分が精度よく除去された処理済み放射線画像Ｇｍを取得することができる。

なお、上記第１の実施形態においては、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体として、撮影台３の天板３Ａおよびグリッド６を用いているが、図１１に示すように、天板３Ａとグリッド６との間に空気層１０が介在する場合がある。このような場合は、線分布導出部２５においては、空気層１０も被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体に含めて、一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１を導出することが好ましい。この場合、一次線分布Ｉｐ１および散乱線分布Ｉｓ１は、下記の式（６－１）、（７－１）に示すように、上記式（６）、（７）に対して、空気層１０の厚さｔairに応じた点拡散関数ＰＳＦair（ｋＶ（，ｍｍＡｌ），ｔair）を畳み込み演算することにより導出すればよい。なお、空気層１０の厚さｔairは、天板３Ａの下面とグリッド６の被写体Ｈ側の面との距離となる。
Ip1=Ip0×Tp(kV(,mmAl),t)＊PSF_air(kV(,mmAl),t_air) （６－１）
Is1=Is0×Ts(kV(,mmAl),t)＊PSF_air(kV(,mmAl),t_air) （７－１）

次いで、本開示の第２の実施形態について説明する。図１２は本開示の第２の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図である。なお、図１２において図１と同一の構成には同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。図１２に示すように、第２の実施形態による放射線画像撮影システムは、エネルギー分布が異なる２つの放射線画像を撮影し、２つの放射線画像を用いてエネルギーサブトラクション処理を行うためのものであり、撮影装置１Ａと、第２の実施形態による放射線画像処理装置を内包するコンソール２Ａとを備える。撮影装置１Ａは、第１の放射線検出器５Ａおよび第２の放射線検出器５Ｂを備える。

第２の実施形態における撮影装置１Ａは、第１の放射線検出器５Ａおよび第２の放射線検出器５Ｂに、放射線源４から発せられ、被写体Ｈを透過した放射線を、それぞれエネルギーを変えて照射するいわゆる１ショットエネルギーサブトラクションを行うための撮影装置である。撮影時においては、図１２に示すように、放射線源４に近い側から順に、第１の放射線検出器５Ａ、銅板等からなる放射線エネルギー変換フィルタ７、および第２の放射線検出器５Ｂを配置して、放射線源４を駆動させる。なお、第１および第２の放射線検出器５Ａ，５Ｂと放射線エネルギー変換フィルタ７とは密着されている。なお、第１の放射線検出器５Ａの被写体Ｈ側には、第１の実施形態と同様にグリッド６が配置されている。

これにより、第１の放射線検出器５Ａにおいては、いわゆる軟線も含む低エネルギーの放射線による被写体Ｈの第１の放射線画像Ｇ１が取得される。また、第２の放射線検出器５Ｂにおいては、軟線が除かれた高エネルギーの放射線による被写体Ｈの第２の放射線画像Ｇ２が取得される。第１および第２の放射線画像は、コンソール２Ａに入力される。

図１３はコンソール２Ａを構成するコンピュータに、第２の実施形態による放射線画像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る第２の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図である。なお、図１３において図２と同一の構成には同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。図１３に示すように、第２の実施形態による放射線画像処理装置は、サブトラクション部２８を備えた点が第１の実施形態と異なる。

サブトラクション部２８は、下記の式（１０）、（１１）に示すように、後述するように散乱線成分が除去された第１および第２の放射線画像Ｇｍ１，Ｇｍ２を相対応する画素間で重み付け減算するサブトラクション処理を行うことにより、被写体Ｈにおける軟部が強調された軟部画像Ｇｓおよび骨部が強調された骨部画像Ｇｂを導出する。式（１０）、（１１）におけるαおよびβは重み係数である。
Ｇｓ＝α・Ｇｍ２－Ｇｍ１ （１０）
Ｇｂ＝β・Ｇｍ２－Ｇｍ１ （１１）

次いで、第２の実施形態において行われる処理について説明する。図１４は第２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。なお、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２は、撮影により取得されてストレージ１３に保存されているものとする。処理を開始する指示が入力部９から入力されると、画像取得部２１が、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２をストレージ１３から取得する（ステップＳＴ２１）。次いで、撮影条件取得部２２が、撮影装置１における被写体Ｈを撮影した際の撮影条件を取得する（ステップＳＴ２２）。次に、体厚導出部２３が、第１または第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２および撮影条件に基づいて、初期体厚分布ｔ０を導出する（ステップＳＴ２３）。さらに、特性取得部２４が、撮影時において被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性、すなわち、一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓを取得する（ステップＳＴ２４）。続いて、線分布導出部２５が、撮影条件、体厚分布および被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性を用いて、第１および第２の放射線検出器５Ａ，５Ｂのそれぞれにより検出される放射線の一次線分布Ｉｐ１－１，Ｉｐ１－２および散乱線分布Ｉｓ１－１，Ｉｐ１－２を導出する（ステップＳＴ２５）。以上、ステップＳＴ２３～ステップＳＴ２５の処理は、初期体厚分布ｔ０に基づいて行われる。

次いで、演算部２６が、繰り返し演算処理を行う（ステップＳＴ２６）。第２の実施形態においては、繰り返し演算は、第１の放射線検出器５Ａにより検出される一次線分布Ｉｐ１－１および散乱線分布Ｉｓ１－１、並びに第２の放射線検出器５Ｂにより検出される一次線分布Ｉｐ１－２および散乱線分布Ｉｓ１－２のそれぞれを用いて行われる。すなわち、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２のそれぞれについて、誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満となる被写体Ｈの体厚分布ｔｍに基づいて、一次線分布Ｉｐｍ－１および一次線分布Ｉｐｍ－２が導出される。

繰り返し演算処理が終了すると、演算部２６は、誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満となる被写体Ｈの体厚分布ｔｍに基づいて導出された一次線分布Ｉｐｍ－１および一次線分布Ｉｐｍ－２をそれぞれ画素値とする第１の処理済み放射線画像Ｇｍ１および第２の処理済み放射線画像Ｇｍ２を出力する（ステップＳＴ２７）。そして、サブトラクション部２８が、サブトラクション処理を行う（ステップＳＴ２８）。これにより、軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂが導出される。そして，表示制御部２７が、軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂを表示部８に表示し（ステップＳＴ２９）、処理を終了する。

このように、第２の実施形態においては、散乱線成分が精度よく除去された第１および第２の処理済み放射線画像Ｇｍ１，Ｇｍ２を用いてサブトラクション処理を行うようにした。このため、散乱線成分が除去された高画質の軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂを導出することができる。

次いで、本開示の第３の実施形態について説明する。図１５はコンソール２Ｂを構成するコンピュータに、第３の実施形態による放射線画像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る第３の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図である。なお、図１５において図１３と同一の構成には同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。図１５に示すように、第３の実施形態による放射線画像処理装置は、第２の実施形態における放射線画像処理装置のサブトラクション部２８に加えて、骨塩情報導出部２９および関連情報導出部３０を備えた点が第２の実施形態と異なる。

骨塩情報導出部２９は、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２に含まれる骨部領域の画素毎に、骨部領域における骨塩量を表す骨塩情報を取得する。第３実施形態においては、骨塩情報導出部２９は、骨部領域の画素値を、基準撮影条件により取得された骨部画像の画素値に変換することにより、骨塩情報を導出する。

ここで、放射線源４に印加される管電圧が高く、放射線が高エネルギーであるほど、取得される放射線画像における軟部と骨部とのコントラストが小さくなる。また、放射線が被写体Ｈを透過する過程において、放射線の低エネルギー成分が被写体Ｈ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。ビームハードニングによるＸ線の高エネルギー化は、被写体Ｈの体厚が大きいほど大きくなる。図１６は体厚に対する骨部と軟部とのコントラストの関係を示す図である。なお、図１６においては、８０ｋＶ、９０ｋＶおよび１００ｋＶの３つの管電圧における、体厚に対する骨部と軟部とのコントラストの関係を示している。図１６に示すように、管電圧が高いほどコントラストは低くなる。また、体厚がある値を超えると、体厚が大きいほどコントラストは低くなる。なお、骨部画像Ｇｂにおける骨部領域の画素値が大きいほど、骨部と軟部とのコントラストは大きくなる。このため、図１６に示す関係は、サブトラクション処理により導出される骨部画像Ｇｂにおける骨部領域の画素値が大きいほど、高コントラスト側にシフトすることとなる。

第３の実施形態においては、基準撮影条件を、例えば管電圧９０ｋＶに設定したルックアップテーブルを用意する。ルックアップテーブルは、撮影時の管電圧に応じたコントラストの相違、およびビームハードニングの影響によるコントラストの低下を補正するための補正係数を取得するためのものとなる。なお、ルックアップテーブルはストレージ１３に記憶されている。図１７は補正係数を取得するためのルックアップテーブルを示す図である。図１７に示すようにルックアップテーブルＬＵＴ３は、管電圧が大きいほど、かつ体厚が大きいほど、補正係数の値が大きいものとなっている。なお、第３の実施形態においては、基準撮影条件が管電圧９０ｋＶであるため、管電圧が９０ｋＶで厚さが０の場合に、補正係数が１となっている。また、図１７にはルックアップテーブルＬＵＴ３を２次元で示しているが、補正係数は骨部領域の画素値に応じて異なる。このため、ルックアップテーブルＬＵＴ３は、実際には骨部領域の画素値を表す軸が加わった３次元のテーブルとなる。

骨塩情報導出部２９は、撮影条件および誤差Ｅ２がしきい値Ｔｈ２未満となる体厚分布ｔｍに応じた画素毎の補正係数Ｃ０をルックアップテーブルＬＵＴ３を参照して取得する。補正係数Ｃ０は骨部画像Ｇｂの画素毎に取得される。そして、下記の式（１２）に示すように、骨部画像Ｇｂにおける骨部領域の各画素の画素値Ｇｂ（ｘ，ｙ）に対して、補正係数Ｃ０（ｘ，ｙ）を乗算することにより、骨部領域の画素毎に骨塩情報Ｂ０（ｘ，ｙ）を導出する。このように導出された骨塩情報Ｂ０（ｘ，ｙ）は、基準撮影条件である９０ｋＶの管電圧により被写体を撮影することにより取得され、かつビームハードニングの影響が除去された放射線画像に含まれる骨部領域の骨部の画素値を表すものとなる。
Ｂ０（ｘ，ｙ）＝Ｃ０（ｘ，ｙ）×Ｇｂ（ｘ，ｙ） （１２）

関連情報導出部３０は、骨塩情報に関連する関連情報を導出する。第３の実施形態においては、関連情報導出部３０は、サブトラクション部２８が生成した軟部画像Ｇｓに骨塩情報Ｂ０を重畳した合成画像Ｇｃを関連情報として導出する。なお、第３の実施形態においては、骨部画像Ｇｂに対して骨塩情報Ｂ０を重畳して合成画像Ｇｃを導出してもよく、第１または第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２のいずれかに対して骨塩情報Ｂ０を重畳して合成画像Ｇｃを導出してもよい。

第３の実施形態においては、表示制御部２７は、関連情報を表示部８に表示する。図１８は表示部８に表示された関連情報を示す図である。図１８に示すように、関連情報は上述した合成画像Ｇｃである。

次いで、第３の実施形態において行われる処理について説明する。図１９は第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である。なお、第３の実施形態においては、サブトラクション部２８が行うまでの処理は、図１４に示す第２の実施形態におけるステップＳＴ２１～ステップＳＴ２８の処理と同一であるため、図１９においては、図１４におけるステップＳＴ２８以降の処理について説明する。ステップＳＴ２８の処理において、軟部画像Ｇｓおよび骨部画像Ｇｂが生成されると、骨塩情報導出部２９が、撮影条件、体厚分布および骨部画像Ｇｂにおける骨部領域の画素値に基づいて、骨部領域の画素毎に骨部領域における骨塩量を表す骨塩情報を導出する（ステップＳＴ３１）。さらに、関連情報導出部３０が、骨塩情報に関連する関連情報を導出し（ステップＳＴ３２）、表示制御部２７が、関連情報を表示部８に表示し（ステップＳＴ３３）、処理を終了する。

このように、第３の実施形態においては、散乱線成分が精度よく除去された第１および第２の処理済み放射線画像Ｇｍ１，Ｇｍ２を用いてサブトラクション処理を行うことにより取得された骨部画像Ｇｂを用いて、骨塩情報および関連情報を導出するようにした。このため、散乱線成分により影響されることなく、精度よく骨塩情報および関連情報を取得することができる。

次いで、本開示による第４の実施形態について説明する。図２０は本開示の第４の実施形態による放射線画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図である。なお、図２０において図１と同一の構成には同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。図２０に示すように、第４の実施形態による放射線画像撮影システムは、撮影装置１Ｂと、第４の実施形態による放射線画像処理装置を内包するコンソール２Ｃとを備える。撮影装置１Ｂは、例えば特開２０００－１３９９０１号公報等に記載されたコーンビームＣＴ等の三次元画像を生成することができる撮影装置１Ｂである。

撮影装置１Ｂは、放射線源４と放射線検出器５およびグリッド６とが、撮影台３の天板３Ａ上の被写体Ｈを挟んで互いに対向する位置に配置されている。放射線源４と放射線検出器５およびグリッド６とは、不図示の駆動部により天板３Ａにおける回転中心Ｏ１の周りに一体に回転可能とされている。撮影装置１Ｂは、放射線源４と放射線検出器５およびグリッド６とにおける回転軌道上の複数の投影位置において被写体Ｈの撮影を行い、各位置に対応する複数の放射線画像を投影画像Ｐｋ（ｋ＝１～ｎ：ｎは投影画像の数）として取得する。第３の実施形態においては、取得された複数の投影画像Ｐｋは、コンソール２Ｃに入力される。

図２１はコンソール２Ｃを構成するコンピュータに、第４の実施形態による放射線画像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る第４の実施形態による放射線画像処理装置の概略構成を示す図である。なお、図２１において図２と同一の構成には同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。図２１に示すように、第４の実施形態による放射線画像処理装置は、複数の投影画像を再構成して被写体Ｈの断層画像を生成する再構成部３１を備えた点が第１の実施形態と異なる。

再構成部３１は、後述するように散乱線成分が除去された複数の投影画像Ｐｋを再構成して、被写体Ｈの複数の断層面のそれぞれを表す複数の断層画像Ｄｊ（ｊ＝１～ｍ：ｍは断層画像の数）を生成する。再構成の手法としては、Ｆｅｌｄｋａｍｐ法およびＧｒａｎｇｅａｔ法等、任意の手法を用いることができる。

なお、第４の実施形態において、体厚導出部２３が導出する初期体厚分布ｔ０は、放射線源４が被写体Ｈと正対する位置、すなわち図２１に示す状態において被写体Ｈを撮影することにより取得した投影画像に基づいて導出される。

次いで、第４の実施形態において行われる処理について説明する。図２２は第４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。なお、複数の投影画像Ｐｋは、撮影により取得されてストレージ１３に保存されているものとする。処理を開始する指示が入力部９から入力されると、画像取得部２１が、複数の投影画像Ｐｋをストレージ１３から取得する（ステップＳＴ４１）。次いで、撮影条件取得部２２が、撮影装置１における被写体Ｈを撮影した際の撮影条件を取得する（ステップＳＴ４２）。次に、体厚導出部２３が、放射線源４が被写体Ｈと正対する位置において取得した投影画像および撮影条件に基づいて、初期体厚分布ｔ０を導出する（ステップＳＴ４３）。さらに、特性取得部２４が、撮影時において被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性、すなわち、一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓを取得する（ステップＳＴ４４）。

なお、第４の実施形態においては、被写体Ｈと放射線検出器５との間にはグリッド６の他、比較的広い空気層が存在する。このため、ストレージ１３には、撮影装置１Ｂにおける空気層の厚さに応じた、体厚ｔと一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓとの関係を表すテーブルが保存されている。特性取得部２４は、このテーブルを参照して、一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓを取得する。

続いて、線分布導出部２５が、撮影条件、体厚分布および被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体の放射線特性を用いて、複数の投影画像Ｐｋのそれぞれにより検出される放射線の一次線分布Ｉｐ１－ｋおよび散乱線分布Ｉｓ１－ｋを導出する（ステップＳＴ４５）。以上、ステップＳＴ４３～ステップＳＴ４５の処理は、初期体厚分布ｔ０に基づいて行われる。

次いで、演算部２６が、繰り返し演算処理を行う（ステップＳＴ４６）。第４の実施形態においては、繰り返し演算は、複数の投影画像Ｐｋのそれぞれについての一次線分布Ｉｐ１－ｋおよび散乱線分布Ｉｓ１－ｋについて行われる。

繰り返し演算処理が終了すると、演算部２６は、誤差Ｅ２が予め定められたしきい値Ｔｈ２未満となる被写体Ｈの体厚分布ｔｍに基づいて導出された一次線分布Ｉｐｍ－ｋを画素値とする処理済み投影画像Ｐｍｋを出力する（ステップＳＴ４７）。そして、再構成部３１が、複数の処理済み投影画像Ｐｍｋを再構成する（ステップＳＴ４８）。これにより、被写体Ｈの複数の断層面のそれぞれについての断層画像Ｄｊが導出される。そして，表示制御部２７が、断層画像Ｄｊを表示部８に表示し（ステップＳＴ４９）、処理を終了する。

このように、第４の実施形態においては、散乱線成分が精度よく除去された複数の処理済み投影画像Ｐｍｋを用いて再構成処理を行って、複数の断層画像Ｄｊを生成するようにした。このため、散乱線成分が除去された高画質の断層画像Ｄｊを導出することができる。

なお、上記第２および第３の実施形態においては、１ショット法により第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得しているが、撮影を２回行ういわゆる２ショット法により第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得してもよい。この場合、撮影条件取得部２２は、第１の放射線画像Ｇ１を取得した際の撮影条件および第２の放射線画像Ｇ２を取得した際の撮影条件の双方を取得する。そして、第１の放射線画像Ｇ１を取得した際の撮影条件に基づいて、第１の処理済み放射線画像Ｇｍ１が取得され、第２の放射線画像Ｇ２を取得した際の撮影条件に基づいて、第２の処理済み放射線画像Ｇｍ２が取得される。

また、２ショット法の場合、被写体Ｈの体動により、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２に含まれる被写体Ｈの位置がずれる可能性がある。このため、第１の放射線画像Ｇ１および第２の放射線画像Ｇ２において、被写体の位置合わせを行った上で、本実施形態の処理を行うことが好ましい。位置合わせの処理としては、例えば特開２０１１－２５５０６０号公報に記載された手法を用いることができる。特開２０１１－２５５０６０号公報に記載された手法は、第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２のそれぞれについての、周波数帯域が異なる構造物を表す複数の第１の帯域画像および複数の第２の帯域画像を生成し、対応する周波数帯域の第１の帯域画像および第２の帯域画像における、互いに対応する位置の位置ずれ量を取得し、位置ずれ量に基づいて第１の放射線画像Ｇ１と第２の放射線画像Ｇ２との位置合わせを行うようにしたものである。

また、上記第４の実施形態においては、コーンビームＣＴ等の撮影装置１Ｂを用いて、断層画像を生成するための複数の投影画像の散乱線成分を除去しているが、断層画像の生成はコーンビームＣＴに限定されるものではない。例えば、放射線源を放射線検出器と平行に移動させて、複数の線源位置において被写体を撮影することにより複数の投影画像を取得し、単純逆投影法若しくはフィルタ逆投影法等の逆投影法、または逐次再構成法等を用いてこれらの投影画像を再構成して断層画像を生成するトモシンセシス撮影を行う場合にも本開示の技術を適用することができる。この場合、取得した投影画像に対して、第４の実施形態と同様に散乱線成分を除去する処理を行うようにすればよい。

また、上記各実施形態においては、グリッド６を用いて撮影を行っているが、これに限定されるものではない。グリッド６を使用することなく、撮影を行う場合にも本開示の技術を適用することができる。この場合、被写体Ｈと放射線検出器５との間に介在する物体は、グリッド６またはグリッド６と空気層となる。このため、被写体Ｈの体厚分布と一次線透過率Ｔｐおよび散乱線透過率Ｔｓとの関係を規定するテーブルは、グリッド６を使用しない状況で上記各実施形態と同様に取得して、ストレージ１３に保存しておけばよい。

また、上記各実施形態においては、放射線検出器５、並びに第１および第２の放射線検出器５Ａ，５Ｂを用いて被写体Ｈの放射線画像を撮影するシステムにおいて取得した放射線画像を用いて画像処理を行っているが、蓄積性蛍光体シートを用いて放射線画像Ｇ０並びに第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得する場合にも、本開示を適用できることはもちろんである。この場合、第２および第３の実施形態においては、２枚の蓄積性蛍光体シートを重ねて被写体Ｈを透過した放射線を照射して、被写体Ｈの放射線画像情報を各蓄積性蛍光体シートに蓄積記録し、各蓄積性蛍光体シートから放射線画像情報を光電的に読み取ることにより第１および第２の放射線画像Ｇ１，Ｇ２を取得すればよい。

また、上記各実施形態における放射線は、とくに限定されるものではなく、Ｘ線の他、α線またはγ線等を適用することができる。

また、上記実施形態において、例えば、放射線画像処理装置であるコンソール２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃの画像取得部２１、撮影条件取得部２２、体厚導出部２３、特性取得部２４、線分布導出部２５、演算部２６、表示制御部２７、サブトラクション部２８、骨塩情報導出部２９、関連情報導出部３０および再構成部３１といった各種の処理を実行する処理部（Processing Unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（Processor）を用いることができる。上記各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device :PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。

１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせまたはＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。

複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントおよびサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアとの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip:SoC）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。

さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（Circuitry）を用いることができる。

１，１Ａ，１Ｂ 撮影装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ コンソール
３ 撮影台
３Ａ 天板
３Ｂ 取付部
４ 放射線源
５，５Ａ，５Ｂ 放射線検出器
６ 散乱線除去グリッド
７ 放射線エネルギー変換フィルタ
８ 表示部
９ 入力部
１０ 空気層
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ストレージ
１４ 通信Ｉ／Ｆ
２１ 画像取得部
２２ 撮影条件取得部
２３ 体厚導出部
２４ 特性取得部
２５ 線分布導出部
２６ 演算部
２７ 表示制御部
２８ サブトラクション部
２９ 骨塩情報導出部
３０ 関連情報導出部
３１ 再構成部
４１ ファントム
４２ 鉛板
Ｇ１ 第１の放射線画像
Ｇ２ 第２の放射線画像
Ｇｂ 骨部画像
Ｇｃ 合成画像
Ｈ 被写体
Ｋ０～Ｋ３ 計測用の放射線画像
ＬＵＴ１～ＬＵＴ３ テーブル
Ｏ１ 回転中心
Ｓ０～Ｓ４ 信号値

Claims (10)

1. 少なくとも１つのプロセッサを備え、
   前記プロセッサは、
   被写体と放射線検出器との間に物体を介在させた状態で、前記被写体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出することにより、前記被写体の放射線画像を取得した際の撮影条件を取得し、
   前記放射線画像および前記撮影条件に基づいて、前記被写体の体厚分布を導出し、
   前記体厚分布に応じた前記物体の放射線特性を取得し、
   前記撮影条件、前記体厚分布および前記物体の放射線特性を用いて、前記放射線検出器により検出される前記放射線の一次線分布および散乱線分布を導出し、
   前記一次線分布および前記散乱線分布の和と、前記放射線画像の各位置における画素値との誤差を導出し、該誤差が予め定められたしきい値未満となるように前記体厚分布を更新し、更新した体厚分布に基づく前記放射線特性の導出、並びに前記一次線分布および前記散乱線分布の導出を繰り返すように構成される、放射線画像処理装置。
2. 前記プロセッサは、前記誤差が前記しきい値未満となる前記被写体の体厚分布に基づいて導出された前記一次線分布を画素値とする処理済み放射線画像を出力するように構成される請求項１に記載の放射線画像処理装置。
3. 前記放射線画像を取得するための撮影系を用いて予め計測された前記放射線特性を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記プロセッサは、前記記憶部に記憶された前記放射線特性を取得するように構成される請求項１または２に記載の放射線画像処理装置。
4. 前記物体は、前記被写体を載置する撮影台、天板、散乱線除去グリッドおよび空気層の少なくとも１つである請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
5. 前記放射線特性は、一次線透過率および散乱線透過率である請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
6. 前記プロセッサは、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基づく２つの放射線画像のそれぞれについての処理済み放射線画像を取得し、
   前記２つの処理済み放射線画像の相対応する画素間において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導出するように構成される請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
7. 前記プロセッサは、骨部および軟部を含む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基づく２つの放射線画像のそれぞれについての処理済み放射線画像を取得し、
   前記２つの処理済み放射線画像の相対応する画素間において重み付け減算を行うことにより、前記被写体の骨部を抽出した骨部画像を導出し、
   前記撮影条件、前記体厚分布および前記骨部画像における骨部領域の画素値に基づいて、前記骨部領域の画素毎に該骨部領域における骨塩量を表す骨塩情報を導出するように構成される請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
8. 前記プロセッサは、複数の投影角度から被写体に前記放射線を照射し、前記複数の投影角度のそれぞれに対応する複数の放射線画像のそれぞれについての処理済み放射線画像を取得し、
   前記複数の処理済み放射線画像を再構成して、前記被写体の断層画像を生成するように構成される請求項１から５のいずれか１項に記載の放射線画像処理装置。
9. 被写体と放射線検出器との間に物体を介在させた状態で、前記被写体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出することにより、前記被写体の放射線画像を取得した際の撮影条件を取得し、
   前記放射線画像および前記撮影条件に基づいて、前記被写体の体厚分布を導出し、
   前記体厚分布に応じた前記物体の放射線特性を取得し、
   前記撮影条件、前記体厚分布および前記物体の放射線特性を用いて、前記放射線検出器により検出される前記放射線の一次線分布および散乱線分布を導出し、
   前記一次線分布および前記散乱線分布の和と、前記放射線画像の各位置における画素値との誤差を導出し、該誤差が予め定められたしきい値未満となるように前記体厚分布を更新し、更新した体厚分布に基づく前記放射線特性の導出、並びに前記一次線分布および前記散乱線分布の導出を繰り返す、放射線画像処理方法。
10. 被写体と放射線検出器との間に物体を介在させた状態で、前記被写体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出することにより、前記被写体の放射線画像を取得した際の撮影条件を取得する手順と、
    前記放射線画像および前記撮影条件に基づいて、前記被写体の体厚分布を導出する手順と、
    前記体厚分布に応じた前記物体の放射線特性を取得する手順と、
    前記撮影条件、前記体厚分布および前記物体の放射線特性を用いて、前記放射線検出器により検出される前記放射線の一次線分布および散乱線分布を導出する手順と、
    前記一次線分布および前記散乱線分布の和と、前記放射線画像の各位置における画素値との誤差を導出し、該誤差が予め定められたしきい値未満となるように前記体厚分布を更新し、更新した体厚分布に基づく前記放射線特性の導出、並びに前記一次線分布および前記散乱線分布の導出を繰り返す処理手順とをコンピュータに実行させる放射線画像処理プログラム。
    

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