WO2016051996A1

WO2016051996A1 - Ｘ線透視撮影装置およびマルチエネルギー撮影方法

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Publication number: WO2016051996A1
Application number: PCT/JP2015/073616
Authority: WO
Inventors: 馬場　理香; 明男米山
Original assignee: 株式会社日立メディコ
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2016-04-07
Also published as: JP2016067533A

Abstract

　簡易な構成でマルチエネルギー撮影を実現し、被写体を構成する元素成分の成分画像をリアルタイムに動画として表示することのできるＸ線透視撮影技術を提供する。　ピークの異なる複数のエネルギー帯域のＸ線を、１以上の所定のフレーム毎に切り替えて被写体に照射し、予め定めたフレームレートで透過したＸ線から透視像を生成する。複数のピークの異なるエネルギー帯域のＸ線から生成した透視像を用い、被写体を構成する元素成分の成分画像を生成し、前記フレームレートで表示装置に成分毎に表示する。ピークの異なる複数のエネルギー帯域のＸ線は、複数の異なる金属箔を組み合わせたフィルタを通過させることにより実現する。

Description

Ｘ線透視撮影装置およびマルチエネルギー撮影方法

　本発明は、Ｘ線画像を動画で表示するＸ線透視撮影技術に関する。特に、マルチエネルギー撮影技術に関する。

　医療診断や工業製品の不良検査のために、被写体内部を非破壊で可視化する方法として、Ｘ線を被写体に照射し、被写体を透過したＸ線を検出器で検出して画像を取得する手法がある。特に、１秒間に複数枚のＸ線画像を取得し、リアルタイムで動画として表示する技術は、Ｘ線透視技術として、手術中の医療診断に特に有効であるため、広く用いられている。このような透視は、Ｘ線源とＸ線検出器とを対向して配置し、両者の位置を固定して、あるいは、両者を相対的に移動させてＸ線撮像を行うＸ線透視撮影装置を用いて行われる。

　一方、被写体を装置に対して相対的に回転しながら、Ｘ線を被写体に照射し、被写体を透過したＸ線を検出して、検出した透過Ｘ線情報を再構成演算処理し、断面像を得るＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置がある。

　Ｘ線ＣＴ装置の分野では、Ｘ線管から所定のエネルギーのＸ線を照射してＣＴ画像を取得した後、異なるエネルギーのＸ線を照射して別のＣＴ画像を取得し、得られた複数のＣＴ画像から被写体の元素組成に関する情報を演算により求めるマルチエネルギー撮影技術がある。

　マルチエネルギー撮影技術では、元素のＸ線吸収係数のＸ線エネルギーに対する変化率が、元素によって異なることを利用する。異なるエネルギーのＸ線を照射するために、複数種類のＸ線管を予め搭載したＸ線ＣＴ装置や、一つのＸ線管の管電圧を変化させることにより、異なるエネルギー帯域のＸ線を照射するＸ線ＣＴ装置が知られている。

　特許文献１には、２枚の金属箔を用いて、２つないし３つのエネルギーピークを有するＸ線を照射可能なＸ線発生装置が開示されている。

特開２００６－１５５９２５号公報

　Ｘ線透視撮影装置において、被写体の元素組成に関する情報を画像化し、リアルタイムで動画表示することができれば、医療診断に有用である。しかしながら、リアルタイムで動画を表示するＸ線透視撮影装置に対し、リアルタイムで画像を表示しないＸ線ＣＴ装置の複数種類のエネルギー照射技術をそのまま適用することはできない。

　また、管電圧を変える手法では、エネルギー分布のピーク位置は移動するが、目的とするエネルギー以外のエネルギーを低減させることができず、エネルギー帯域を狭くすることはできない。マルチエネルギー撮影において、高精度に組成成分を弁別する場合、帯域幅の狭いエネルギーのＸ線を照射する必要がある。

　また、特許文献１には、複数のエネルギーピークを有するＸ線を照射できるＸ線発生装置は開示されているが、それをどのように検出するかは不明であり、被写体の元素組成の画像を動画としてリアルタイムに表示することはできない。

　本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成でマルチエネルギー撮影を実現し、被写体を構成する元素成分の成分画像をリアルタイムに動画として表示することのできるＸ線透視撮影技術を提供することを目的とする。

　本発明は、ピークの異なる複数のエネルギー帯域のＸ線を、１以上の所定のフレーム毎に切り替えて被写体に照射し、予め定めたフレームレートで透過したＸ線から透視像を生成する。複数のピークの異なるエネルギー帯域のＸ線から生成した透視像を用い、被写体を構成する元素成分の成分画像を生成し、前記フレームレートで表示装置に成分毎に表示する。ピークの異なる複数のエネルギー帯域のＸ線は、複数の異なる金属箔を組み合わせたフィルタを通過させることにより実現する。

　本発明によれば、Ｘ線透視撮影において、簡易な構成でマルチエネルギー撮影を実現し、被写体を構成する元素成分の成分画像をリアルタイムで動画として表示できる。

（ａ）～（ｃ）は、本発明の実施形態のＸ線透視撮影装置全体の概略構成図である。マルチエネルギー撮影の原理を説明するための説明図である。本発明の実施形態のＸ線透視撮影装置のＸ線発生装置、Ｘ線検出装置、演算装置の機能構成図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態のフィルタの一例を説明するための説明図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の単色Ｘ線を得る原理を説明するための説明図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の金属箔の組み合わせの一例を説明するための説明図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の金属箔の組み合わせの一例を説明するための説明図である。本発明の実施形態の演算装置の機能ブロック図である。本発明の実施形態の計測処理のタイミングチャートである。本発明の実施形態の計測処理のフローチャートである。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の表示画面例を説明するための説明図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態のフィルタの変形例を説明するための説明図である。本発明の実施形態のフィルタの変形例を説明するための説明図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態のフィルタの変形例を説明するための説明図であり、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）に示すフィルタを用いた場合の金属箔の組み合わせ例を説明するための説明図である。本発明の実施形態の計測処理の変形例のタイミングチャートである。本発明の実施形態の計測処理の変形例のフローチャートである。（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例の表示画面例を説明するための説明図である。

　以下、本発明の実施形態の一例を説明する。以下、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

　［Ｘ線透視撮影装置の全体構成］
　本実施形態のＸ線透視撮影装置全体の概略構成図を図１（ａ）～（ｃ）に例示する。本実施形態のＸ線透視撮影装置１００（１０１、１０２、１０３）は、被写体１５０にＸ線を照射するＸ線発生装置１１０と、被写体１５０を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と、各部の動作を制御するとともに検出したＸ線から画像を生成する演算装置１３０と、アーム１４１と、移動装置１４２と、を備える。図中、１４３は、被写体１５０を搭載する寝台である。Ｘ線発生装置１１０と、Ｘ線検出装置１２０とは、アーム１４１によって移動装置１４２に接続される。

　図１（ａ）および図１（ｃ）に示すＸ線透視撮影装置１０１、１０３では、アーム１４１はＣ字型の形状をしており、Ｘ線発生装置１１０とＸ線検出装置１２０とは紙面上の回転軸１４４を中心として円軌道上を回転移動する。なお、図１（ａ）および図１（ｃ）のＸ線透視撮影装置１０１および１０３において、アーム１４１の形状は、Ｃ字型に限られない。Ｕ字型、コ字型であってもよい。

　図１（ｂ）に示すＸ線透視撮影装置１０２では、Ｘ線発生装置１１０とＸ線検出装置１２０とは各々、別のアーム１４１に設置される。Ｘ線透視撮影装置１０２では、Ｘ線発生装置１１０とＸ線検出装置１２０とは、平行移動、回転移動、回転及び平行移動を行う。例えば、Ｘ線発生装置１１０とＸ線検出装置１２０とは、寝台１４３あるいは床面に平行に、紙面に垂直な方向に移動する。あるいは、紙面上の回転軸１４４を中心として円軌道上を移動する。あるいは、Ｘ線発生装置１１０は、寝台１４３あるいは床面に平行に紙面に垂直な方向に移動し、Ｘ線検出装置１２０は紙面上の回転軸１４４を中心として円軌道上を移動する。あるいは、Ｘ線発生装置１１０は紙面上の回転軸１４４を中心として円軌道上を移動し、Ｘ線検出装置１２０は寝台１４３あるいは床面に平行に紙面に垂直な方向に移動する。

　図１（ａ）および図１（ｂ）に示すＸ線透視撮影装置１０１および１０２では、被写体１５０は、その体軸が回転軸１４４に直交するよう配置される。このため、回転可能な角度範囲は１８０度より狭くなる。一方、図１（ｃ）に示すＸ線透視撮影装置１０３では、被写体１５０は、その体軸が回転軸１４４に平行に配置される。従って、回転可能な角度範囲が広がり、断面像の画質が向上する。また、被写体１５０の側面をＸ線発生装置１１０およびＸ線検出装置１２０が回転することが可能となり、被写体１５０の側面から見た透視像が得られるため、側面方向から見た良好な断面像を得ることができる。

　なお、被写体１５０の体軸と回転軸１４４との位置関係は様々に考えられる。また、寝台１４３とＸ線発生装置１１０およびＸ線検出装置１２０との距離も、図１（ａ）～図１（ｃ）に示す距離より近接させてもよい。また、Ｘ線発生装置１１０とＸ線検出装置１２０とは異なる円軌道を移動するよう構成してもよい。さらに、Ｘ線透視撮影装置の外形は、図１（ａ）～（ｃ）に示すものに限られない。また、Ｘ線発生装置１１０とＸ線検出装置１２０とは、回転、平行移動に限らず、どのような軌道上を移動してもよい。さらに、Ｘ線発生装置１１０とＸ線検出装置１２０とは、相対的に移動せず、固定であってもよい。

　Ｘ線検出装置１２０では、検出したＸ線を、強度に応じた電気信号に変換し、計測像を得、この計測像を出力する。Ｘ線検出装置１２０においてＸ線の検出に用いる検出器には、２次元検出器を用いる。本実施形態では、１次元検出器を並べて多列化したものも２次元検出器に含める。２次元検出器としては、平面型Ｘ線検出器、Ｘ線イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの組み合わせ、イメージングプレート、ＣＣＤ検出器、固体検出器等がある。平面型Ｘ線検出器としては、アモルファスシリコンフォトダイオードとＴＦＴを一対としてこれを正方マトリックス上に配置し、これと蛍光板を直接組み合わせたもの等がある。検出器にフィルムを用い、これをフィルムデジタイザーで読み出して計測像を得てもよい。

　各Ｘ線透視撮影装置１０１、１０２、１０３において、Ｘ線発生装置１１０におけるＸ線の発生や、Ｘ線検出装置１２０におけるＸ線の検出、Ｘ線発生装置１１０およびＸ線検出装置１２０の移動の制御は、演算装置１３０において行われる。例えば、演算装置１３０は、計測開始の指示を受け付けると、Ｘ線発生装置１１０からパルスＸ線を照射させる。同時に、Ｘ線検出装置１２０を制御し、パルスＸ線に同期してＸ線を検出させ、出力された計測像からＸ線画像（透視像）を得る。このとき、パルスＸ線の強度は、継続的に被写体１５０に照射しても害のない程度の低線量とする。本実施形態の演算装置１３０は、さらに、透視像に対する各種の処理（画像処理）を行う。

　なお、図１（ａ）～（ｃ）には示していないが、演算装置１３０には、表示装置、記憶装置、入力装置が接続される。

　本実施形態では、Ｘ線発生装置１１０とＸ線検出装置１２０とを制御することにより、Ｘ線検出装置１２０が検出したＸ線から、被写体１５０の透視像を、所定のフレームレートで生成し、当該透視像を表示装置に順次出力して動画として表示させる透視撮影を行う。このとき、フレーム毎に、ピークが異なり、かつ、エネルギー帯域の狭いＸ線を用いて被写体１５０を撮影し、マルチエネルギー撮影を行う。得られたフレーム毎の、異なるピークのエネルギー帯域のＸ線から生成した透視像から、被写体１５０を構成する元素成分を弁別した成分画像を得、同じフレームレートで各成分画像を表示する。

　以下、本実施形態におけるマルチエネルギー撮影を実現する構成について説明する。マルチエネルギー撮影を実現する各部の説明に先立ち、マルチエネルギー撮影を説明する。

　［マルチエネルギー撮影］
　マルチエネルギー撮影とは、異なるエネルギーを持つ複数のＸ線を用いて被写体１５０の撮影を行い、得られたエネルギー毎の画像から、被写体１５０を構成する成分を物質ごとに弁別した、物質ごとの成分画像を得る撮影である。エネルギーが２種類の場合には、デュアルエネルギー撮影と呼ばれる。

　上述のように、被写体１５０を構成する各元素の線吸収係数は、照射するＸ線のエネルギーの変化に対して、異なる変化率を示す。従って、単一のＸ線エネルギーによる撮影では、近い画素値を示し、物質の違いが弁別できない場合でも、異なるエネルギーのＸ線で撮影すれば、異なる画素値を示し、物質の違いを弁別できる。

　図２を用いて、マルチエネルギー撮影の原理を説明する。強度Ｉ₀の単一エネルギーのＸ線を被写体１５０に照射した場合、被写体１５０を透過したＸ線の強度Ｉは、以下の式（１）で表される。ここで、μはＸ線の線吸収係数（線減弱係数：ｃｍ^-1）、ｔはＸ線が被写体１５０を透過する距離（ｃｍ）である。

　式（１）は、その両辺の対数をとると、以下の式（２）で表される。式（２）の左辺は撮影画像をエア画像（被写体１５０無しで撮影した画像）で除算した結果であり、感度補正処理像である。

　式（２）の右辺は線吸収係数μと距離ｔとの乗算となり、距離の項が残るため、物質を弁別することができない。そこで、距離ｔの項を消去するために、２種類のエネルギーＥ₁とＥ₂で撮影を行い、両者の画像を除算する。感度補正処理像（式（２））は、エネルギーＥ₁の場合は、式（３）、エネルギーＥ₂の場合は、式（４）で表される。

式（３）を式（４）で除算した結果は、式（５）で表され、線吸収係数μの比となる。

　原子番号が異なる物質の線吸収係数μは、Ｘ線のエネルギーの変化により、その値、変化率が異なる。これを利用して、物質を特定する。被写体１５０が単一の成分から成る場合、エネルギーに応じた吸収係数μの値の変化態様により、物質を特定できる。

　被写体１５０に２種類の成分が含まれる場合、各々の成分（成分１および成分２）に対して、同様の式を作成する。式（６）は、成分１に、式（７）は、成分２に関する式である。なお、μ（１）_E1、μ（１）_E2は、成分１の、各エネルギーの線吸収係数であり、μ（２）_E1、μ（２）_E2は、成分２の、各エネルギーの線吸収係数である。これらは、既知の定数である。

　ところが、線吸収係数の、エネルギーに対する変化態様を示す式（６）と式（７）との値は、場合によって等しくなることが有り得る。そして、その場合は、成分１と成分２は分別できない。

　２種類の成分は、３種類のエネルギーを用いることにより弁別が可能である。３つ目のエネルギーＥ₃に関して、成分１に対しては式（８）、成分２に対しては式（９）が成り立つ。式（６）、式（７）、式（８）、式（９）から、成分１と成分２とは弁別が可能である。

なお、μ（１）_E3、μ（２）_E3は、それぞれ、成分１および成分２の、エネルギーＥ₃における線吸収係数である。

　このように、マルチエネルギー撮影では、ｐ－１個（ｐは２以上の整数）の未知の成分を確定し、弁別するためには、ｐ個の式が必要であり、これは、ｐ個の異なるエネルギーに基づく画像により得られる。そして、ｐ個のエネルギーに基づく画像を得るためには、ｐ種類のエネルギー分布での撮影が必要となる。

　なお、式（２）を－１倍して回転角度方向に積算した値が再構成像となるため、上記のマルチエネルギー撮影による弁別の原理はそのまま断面像に拡張される。

　［Ｘ線発生装置］
　本実施形態のＸ線発生装置１１０は、複数のエネルギー帯域のＸ線を、それぞれ独立して照射可能な構成を有する。Ｘ線発生装置１１０は、図３に示すように、被写体１５０にＸ線を照射するＸ線源１１２を有するＸ線管１１１と、Ｘ線源１１２から照射されるＸ線のエネルギー帯域を変化させるとともに狭帯域化するフィルタ１１３と、フィルタ１１３の動作を制御することにより、Ｘ線源１１２から照射されるＸ線のエネルギー帯域を切り替える切替器１１４を備える。

　Ｘ線源１１２は、マルチエネルギー演算に用いる複数のエネルギー帯域を含むエネルギー帯域のＸ線を出射する。Ｘ線源１１２から照射されるエネルギー幅の広いＸ線を、以後、多色Ｘ線と呼ぶ。

　フィルタ１１３は、Ｘ線源１１２から照射される多色Ｘ線を、フレーム毎に、複数の異なる狭いエネルギー幅のＸ線（以後、単色Ｘ線と呼ぶ）に変換する。本実施形態では、異なる２種の金属箔をＸ線の通過位置に配置することにより、単色Ｘ線を得る。また、金属箔の組み合わせを変えることにより、エネルギー帯域の異なる単色Ｘ線を得る。

　本実施形態のフィルタ１１３の一例を図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。本実施形態のフィルタ１１３は、Ｘ線源１１２から出射された多色Ｘ線から複数のエネルギー帯域のＸ線をそれぞれ選択的に透過させる複数種類の金属箔３１０と、複数種類の金属箔３１０を平面状に並べて保持する保持部３２０と、を備える。

　保持部３２０は、中心軸を同じくする２枚の円板３２１、３２２により構成され、中心軸回りに回転可能に保持される。なお、保持部３２０の形状、構成する板の枚数はこれに限定されない。

　各金属箔３１０は、照射野３３０の直径より大きな直径を有する円形とする。各金属箔３１０は、保持部３２０の各円板３２１、３２２上に、円板３２１、３２２の同心円上に、周方向に等間隔に並べて配置される。金属箔３１０の中心と円板３２１、３２２の中心との距離は、金属箔３１０がＸ線の通過位置上に配置された場合、照射野３３０を含む位置となるよう決定される。なお、各金属箔３１０の直径は、円板３２１、３２２に配置した際、隣接する金属箔３１０と重ならない大きさとする。

　各金属箔３１０は、それぞれ、異なる金属で形成する。例えば、アルミニウムＡｌ、銅Ｃｕ、チタンＴｉ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉ、銀Ａｇ、スズＳｎ、亜鉛Ｚｎ、ガドリニウムＧｄなどを用いる。図４（ａ）および図４（ｂ）では、各円板３２１、３２２がそれぞれ４種の金属箔３１０（Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）を保持する場合を例示する。しかしながら、保持する金属箔３１０の数は、これに限定されない。

　切替器１１４は、保持部３２０を移動させることにより、保持部３２０上の複数種類の金属箔３１０を、Ｘ線の通過位置に順番に配置する。本実施形態では、保持部３２０の各円板３２１、３２２を、中心軸回りに回転させ、照射野の位置に配置される金属箔３１０を切り替える。

　切り替えは、演算装置１３０からの指示に従って、フレームレートに同期して行われる。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）では、各円板３２１、３２２を同方向に回転させているが、回転方向は、これに限定されない。これにより、Ｘ線源１１２から照射された多色Ｘ線は、円板３２１上の金属箔３１１と、円板３２２上の金属箔３１２との２種の異なる金属箔３１０を通過し、エネルギー帯域の狭いＸ線となり、被写体１５０に照射される。

　［単色光を得る原理］
　ここで、複数の異なる金属箔３１０を通過させることにより、多色Ｘ線から単色Ｘ線が得られることを図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて説明する。

　各金属箔３１０は、Ｘ線源１１２から照射される多色Ｘ線から、異なるエネルギー帯域のＸ線をそれぞれ、選択的に透過させる。このとき、金属箔３１０を透過させることにより、照射される多色Ｘ線は、当該金属の特性Ｘ線である単色Ｘ線のピーク位置にピークを有する分布を示す。ここで、図５（ａ）に示すように、金属箔Ａを透過するＸ線の分布（金属箔Ａの分布）を４１１、金属箔Ｅを透過するＸ線の分布（金属箔Ｅの分布）を４１２とする。

　金属箔Ａと金属箔Ｅとの２枚が積層されたフィルタ１１３を通過するＸ線の分布（合成分布）４１３は、金属箔Ａの分布４１１と、金属箔Ｅの分布４１２とを掛け合わせたものとなる。本図に示すように、合成分布４１３は、金属箔Ａの分布４１１と金属箔Ｅの分布４１２との重複するエネルギー帯域幅を有するものとなり、金属箔Ａの分布４１１および金属箔Ｅの分布４１２により、さらにエネルギー帯域幅が狭くなる。

　従って、Ｘ線源１１２から照射される多色Ｘ線の分布を４２１とすると、図５（ｂ）に示すように、この多色Ｘ線は、フィルタ１１３を通過することにより、合成分布４１３と掛け合わされた分布４２２を有するＸ線となる。この分布４２２は、エネルギー帯域が、合成分布４１３と同等となり、狭いものとなる。

　このように、多色Ｘ線分布４２１を有する照射Ｘ線を、複数の異なる金属箔３１０を透過させることにより、幅の狭いエネルギー分布のＸ線である単色Ｘ線を得ることができる。すなわち、複数の種類の金属箔３１０を透過させることで、多色Ｘ線を単色化できる。

　［切り替え制御］
　切替器１１４は、上述のように、演算装置１３０からの指示に従って、各保持部（円板３２１、３２２）上の各金属箔３１０を、Ｘ線の通過位置に順番に配置する。このとき、Ｘ線透視撮影装置１０１が生成する透視像のフレームレートに同期させて切り替える。このとき、各円板３２１、３２２の回転速度、すなわち、１フレームあたりに回転させる中心角を制御することで、多様な組み合わせを得ることができる。

　図６（ａ）に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すフィルタ１１３の２つの円板３２１および３２２を、同じ速さで回転させる（金属箔３１０を、同じ頻度で切り替える）場合、すなわち、ともに、１フレーム毎に４５度回転させる場合の、金属箔３１０の組み合わせの例を示す。本図において、横軸は時間ｔである。この場合、円板３２１および３２２は、ともに、１フレーム毎に、隣接する金属箔３１０に切り替えられる。

　切替器１１４は、まず、円板３２１の金属箔Ａと、円板３２２の金属箔Ｅとが、照射野３３０において重なるよう２つの円板３２１、３２２を動作させる。その後、フレーム毎に、両円板３２１、３２２を４５度回転させる。これにより、１フレーム毎に、順に、金属箔ＢとＦ、ＣとＧ、ＤとＨが、それぞれ照射野３３０を含む位置で重なる。これを繰り返す。

　この場合、金属箔ＡとＥによるエネルギー分布、金属箔ＢとＦによるエネルギー分布、金属箔ＣとＧとによるエネルギー分布、金属箔ＤとＨとによるエネルギー分布の、４種類のエネルギー分布を実現できる。

　図６（ｂ）に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すフィルタ１１３において、円板３２１を、円板３２２の２倍の速度で回転させる（金属箔３１０を、２倍の頻度で切り替える）場合、すなわち、円板３２１を、１フレーム毎に４５度回転させ、円板３２２は、２フレーム毎に４５度回転させる場合の、金属箔３１０の組み合わせの例を示す。この場合、円板３２１は、１フレーム毎に隣接する金属箔３１０に切り替えられ、円板３２２は、２フレーム毎に隣接する金属箔３１０に切り替えられる。

　切替器１１４は、まず、円板３２１の金属箔Ａと、円板３２２の金属箔Ｅとが、照射野３３０において重なるよう２つの円板３２１、３２２を動作させる。その後、円板３２１は、１フレーム毎に、円板３２２は、２フレーム毎に、それぞれ、４５度回転させる。

　これにより、１フレーム毎に、順に、金属箔ＢとＥ、ＣとＦ、ＤとＦ、ＡとＧ、ＢとＧ、ＣとＨ、ＤとＨが、照射野３３０を含む位置で重なる。この場合、８種類の金属箔の組合せが得られ、これにより、８種のエネルギー分布（合成分布）を実現できる。

　図７（ａ）に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すフィルタ１１３において、円板３２１を、円板３２２の３倍の速度で回転させる（金属箔３１０を、３倍の頻度で切り替える）場合、すなわち、円板３２１を、１フレーム毎に４５度回転させ、円板３２２は、３フレーム毎に４５度回転させる場合の、金属箔３１０の組み合わせの例を示す。この場合、円板３２１は、１フレーム毎に隣接する金属箔３１０に切り替えられ、円板３２２は、３フレーム毎に隣接する金属箔３１０に切り替えられる。

　切替器１１４は、まず、円板３２１の金属箔Ａと、円板３２２の金属箔Ｅとが、照射野３３０において重なるよう２つの円板３２１、３２２を動作させる。その後、円板３２１は、１フレーム毎に、円板３２２は、３フレーム毎に、それぞれ、４５度回転させる。

　これにより、１フレーム毎に、順に、金属箔ＢとＥ、ＣとＥ、ＤとＦ、ＡとＦ、ＢとＦ、ＣとＧ、ＤとＧ、ＡとＧ、ＢとＨ、ＣとＨ、ＤとＨが、照射野３３０を含む位置で重なる。この場合、１２種類の金属箔の組合せが得られ、これにより、１２種のエネルギー分布（合成分布）（１２種のエネルギーの単色光）を実現できる。

　図７（ｂ）に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すフィルタ１１３において、円板３２１を、円板３２２の４倍の速度で回転させる（４倍の頻度で切り替える）場合、すなわち、円板３２１を、１フレーム毎に４５度回転させ、円板３２２は、４フレーム毎に４５度回転させる場合の、金属箔３１０の組み合わせの例を示す。この場合、円板３２１は、１フレーム毎に隣接する金属箔３１０に切り替えられ、円板３２２は、４フレーム毎に隣接する金属箔３１０に切り替えられる。

　切替器１１４は、まず、円板３２１の金属箔Ａと、円板３２２の金属箔Ｅとが、照射野３３０において重なるよう２つの円板３２１、３２２を動作させる。その後、円板３２１は、１フレーム毎に、円板３２２は、４フレーム毎に、それぞれ、４５度回転させる。

　これにより、１フレーム毎に、順に、金属箔ＢとＥ、ＣとＥ、ＤとＥ、ＡとＦ、ＢとＦ、ＣとＦ、ＤとＦ、ＡとＧ、ＢとＧ、ＣとＧ、ＤとＧ、ＡとＨ、ＢとＨ、ＣとＨ、ＤとＨが、照射野３３０を含む位置で重なる。この場合、１６種類の金属箔の組合せが得られ、これにより、１６種類のエネルギー分布（合成分布；１６種のエネルギーの単色光）を実現できる。

　このように、円板３２１と円板３２２とに、それぞれ異なるｎ種類の金属箔が設置され、円板３２１上の金属箔３１０を、円板３２２のｍ倍の頻度で切り替える場合、ｎ×ｍ種類のエネルギー分布が実現できる。

　［演算装置］
　本実施形態の演算装置１３０の処理について説明する。本実施形態の演算装置１３０は、Ｘ線発生装置１１０およびＸ線検出装置１２０の動作を制御することにより、Ｘ線検出装置１２０が検出したＸ線から被写体１５０のＸ線画像を所定のフレームレートで取得し、取得したＸ線画像を表示装置に順次出力して動画として表示させる。本実施形態では、表示装置に表示されるＸ線画像は、透視像および後述する成分画像である。

　本実施形態では、演算装置１３０は、１フレーム毎に異なるエネルギー帯域のＸ線が照射されるようＸ線発生装置１１０を制御し、マルチエネルギー撮影を行う。そして、得られた透視像から被写体１５０の元素組成に関する情報、すなわち、被写体１５０を構成する各元素の成分画像を得る。そして、得られた透視像および成分画像を、予め定めたフレームレートでリアルタイムに表示する。

　これを実現するため、本実施形態の演算装置１３０は、図８に示すように、計測制御部５１０と、透視像生成部５２０と、成分画像生成部５３０と、を備える。

　本実施形態の演算装置１３０は、ＣＰＵとメモリと記憶装置とを備える。そして、演算装置１３０が実現する各機能は、記憶装置に格納されたプログラムを、ＣＰＵがメモリにロードして実行することにより実現される。また、全部または一部の機能は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現してもよい。また、各機能の処理に用いる各種のデータ、処理中に生成される各種のデータは、記憶装置に格納される。

　［計測制御部］
　計測制御部５１０は、Ｘ線発生装置１１０の動作を制御し、複数のエネルギー帯域のＸ線を、１以上の所定枚数のフレームごとに順番に切り替えて照射させる。そして、被写体１５０を透過したＸ線をＸ線検出装置１２０で検出させ、電気信号（計測像）として出力させる。そして、透視像生成部５２０および成分画像生成部５３０にフレームレートに同期して透視像および成分画像を生成させ、表示させる。

　本実施形態では、計測制御部５１０は、ユーザからＸ線透視開始の指示を受け付けると、終了の指示を受け付けるまで、予め設定された管電圧による多色Ｘ線をＸ線源１１２からパルス状に照射するようＸ線発生装置１１０を制御する。上記パルス状のＸ線は、予め定めたフレームレートに同期して照射される。そして、パルス状のＸ線の照射に同期して、Ｘ線検出装置１２０において、Ｘ線を検出させる。

　さらに、本実施形態の計測制御部５１０は、上述のように切替器１１４に指示を行い、フレームレートに同期して照射されるＸ線のエネルギー帯域を、１以上のフレーム毎に順番に切り替える。

　［透視像生成部］
　透視像生成部５２０は、Ｘ線検出装置１２０から出力された、計測像から透視像を生成する。本実施形態では、フレーム毎に得られた計測像に感度補正等を施し、透視像を得る。そして、得られた透視像を、計測制御部５１０の指示に従って、予め定めたフレームレートに同期して、順次出力して表示装置１３１に表示する。

　なお、本実施形態では、フレーム毎に、異なるエネルギー帯のＸ線が照射されるため、得られる透視像も、異なるエネルギー帯のＸ線の照射による透視像となる。

　［成分画像生成部］
　成分画像生成部５３０は、複数のフレームそれぞれで得た透視像を用いて、前記被写体を構成する元素毎の成分画像を生成し、前記表示装置１３１に順次出力して動画として表示する。

　上述のように、本実施形態では、フレーム毎にフィルタ１１３が切り替えられ、Ｘ線発生装置１１０から異なるエネルギーのＸ線が照射される。従って、本実施形態の成分画像生成部５３０は、複数のフレームで得た、エネルギー帯の異なるＸ線照射により得た透視像を用いて、成分画像を生成する。

　すなわち、本実施形態では、３以上の異なるエネルギー帯域のＸ線が、Ｘ線発生装置１１０から照射される。本実施形態の成分画像生成部５３０は、この３以上のエネルギー帯域のＸ線によりそれぞれ得られる透視像を用いて、２以上の元素についてそれぞれ成分画像を生成する。

　成分画像は、異なるエネルギー帯のＸ線により得られた複数の透視像に対し、マルチエネルギー演算を施すことにより得る。

　［計測処理］
　本実施形態の計測制御部５１０による計測処理の概要を、図９のタイミングチャートを用いて説明する。ここでは、計測制御部５１０が、１フレーム毎に、Ｘ線発生装置１１０から照射するエネルギー帯域を切り替えるよう切替器１１４に指示を行い、成分画像生成部５３０が、生成した成分画像を、予め定めたフレームレートで表示装置１３１に順次出力して動画として表示させる。

　切替器１１４は、計測制御部５１０からの指示を受け、図９に示すように、円板３２１を１フレーム毎に金属箔３１０の種類が替わるよう、円板３２２を２フレーム毎に金属箔３１０の種類が替わるよう、それぞれ制御する。これにより、上述のように８種の異なるエネルギー帯のＸ線が得られる。

　透視像生成部５２０は、８種類の異なるエネルギー帯のＸ線による透視像を順次、フレーム毎に生成する。計測制御部５１０は、８種類の異なる透視像が得られると、成分画像生成部５３０に、これらを用いて成分画像を算出させ、順次、フレーム毎に表示装置１３１に表示させる。

　ここで、上述のように、８種類の異なるエネルギー帯のＸ線による透視像からは、７種類の成分画像が得られる。従って、８枚の透視像が取得された次のフレームから、７フレームに亘って、成分画像が表示される。

　ここで、８フレーム分の透視像を得て、７フレームの成分画像を表示させることを繰り返すと、８フレームの画像取得期間に対して、７フレームの表示となるため、１フレーム分は表示が更新されない。これを避けるため、本実施形態では、成分画像生成部５３０は、１回前のマルチフレーム演算に用いた最後のフレームの透視像を、現在のマルチフレーム演算にも用いる。

　すなわち、図９に示すように、第２回目のマルチフレーム演算（演算２）では、第１回目のマルチフレーム演算（演算１）に使用した最後のフレームの透視像を１フレーム目の透視像として用いる。この透視像から８フレーム分の透視像は、図９に示すように、全て照射Ｘ線のエネルギー帯域が異なるため、マルチエネルギー演算が可能である。

　従って、本実施形態の計測制御部５１０は、図９に示すように、最初（演算１）のみ８フレーム分の透視像を取得後、マルチエネルギー演算を行い、７フレーム分の成分画像を得るよう成分画像生成部５３０を制御する。そして、その後は、７フレーム分の透視像を取得する毎に、直前の８フレームの透視像を用い、マルチエネルギー演算を行い、成分画像を得るよう、成分画像生成部５３０を制御する。

　上記の計測制御部５１０により計測処理の流れを、図１０に示す処理フローに従って、説明する。なお、ｉおよびｊは、１以上の整数のカウンタである。また、ここでは、Ｋ種の異なるエネルギーのＸ線を順次照射可能とする。Ｋは１以上の整数である。

　まず、Ｘ線透視開始の指示を受け付けると、計測制御部５１０は、フレームをカウントするカウンタｉを初期化（ｉ＝１）する（ステップＳ１１０１）。

　そして、計測制御部５１０は、Ｘ線発生装置１１０およびＸ線検出装置１２０を制御し、透視像生成部５２０に、フレーム毎に透視像を生成させ、表示装置１３１に表示させる（ステップＳ１１０２）。計測制御部５１０は、透視像の生成を、Ｋ回繰り返す（ステップＳ１１０３、Ｓ１１０４）。以下、ｉ番目のフレームで生成した透視像をＦｒ（ｉ）と表す。

　このとき、計測制御部５１０は、上述のように、フレーム毎に、異なるエネルギー帯域のＸ線が照射されるよう、切替器１１４に指示を出す。

　Ｋフレーム分の透視像を生成すると、計測制御部５１０は、成分画像生成部５３０に、直前のＫ枚の透視像（Ｆｒ（ｉ－Ｋ＋１）からＦｒ（ｉ））を用いてマルチエネルギー演算をさせ（ステップＳ１１０５）、（Ｋ－１）種の成分画像を生成させる（ステップＳ１１０６）。以下、生成された成分画像を、所定の順にＤｃＩ（ｊ）と表す。

　計測制御部５１０は、カウンタｉを１インクリメントするとともに、成分画像をカウントするカウンタｊを初期化する（ステップＳ１１０７）。

　そして、計測制御部５１０は、次のフレームから、透視像Ｆｒ（ｉ）の生成、表示および生成した成分画像ＤｃＩ（ｊ）の表示を行う（ステップＳ１１０８）。成分画像ＤｃＩ（ｊ）は、フレーム毎に、予め定めた順に、表示する。

　透視像Ｆｒ（ｉ）の取得および成分画像ＤｃＩ（ｊ）の表示は、全種類（Ｋ－１枚）の成分画像を表示するまで繰り返す（ステップＳ１１１０、Ｓ１１１１）。そして、計測制御部５１０は、全種類の成分画像を表示すると、ステップＳ１１０５へ戻り、処理を繰り返す。

　一方、透視像Ｆｒ（ｉ）の取得および成分画像ＤｃＩ（ｊ）の表示中に、ユーザから終了の指示を受け付けると（ステップＳ１１０９）、計測制御部５１０は、処理を終了する。

　ここで、ステップＳ１１０２およびステップＳ１１０８の、透視像Ｆｒ（ｉ）および成分画像ＤｃＩ（ｊ）の表示の際の、表示画面例を説明する。図１１（ａ）は、表示画面６１０の一例である。

　本図に示すように、表示画面６１０は、透視像表示領域６２０と、成分画像表示領域６３０とを備える。透視像表示領域６２０には、フレーム毎に最新の透視像Ｆｒ（ｉ）が表示され、更新される。

　一方、成分画像表示領域６３０は、マルチエネルギー撮像で作成される成分画像の種類数の表示領域を備え、当該種類の成分画像が生成される毎に表示され、更新される。

　例えば、図９の例では、７種の成分画像を得る。従って、各成分画像に割り当てられた７つの表示領域を備え、当該成分画像が更新される毎に、当該領域に表示される。すなわち、成分画像表示領域６３０の各表示領域は、７フレーム毎に表示が更新される。

　なお、表示画面は、上記構成に限定されない。例えば、図１１（ｂ）に示す表示画面６１１のように、成分画像表示領域６３１も、１つの表示領域のみを備えるよう構成してもよい。この場合、成分画像表示領域６３１では、フレーム毎にＤｃＩ（１）からＤｃＩ（７）までの成分画像が、順次表示、更新される。

　以上説明したように、本実施形態のＸ線透視撮影装置１００は、被写体１５０にＸ線を照射するＸ線発生装置１１０と、前記被写体１５０を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置１２０と、前記Ｘ線発生装置１１０および前記Ｘ線検出装置１２０の動作を制御することにより、前記Ｘ線検出装置１２０が検出したＸ線から前記被写体１５０のＸ線画像を所定のフレームレートで取得し、当該Ｘ線画像を表示装置１３１に順次出力して動画として表示させる演算装置１３０と、を備え、前記Ｘ線発生装置１１０は、複数のエネルギー帯域のＸ線をそれぞれ独立して照射可能であり、前記演算装置１３０は、前記Ｘ線発生装置１１０から、前記複数のエネルギー帯域のＸ線を、１以上の所定枚数のフレームごとに順番に切り替えて照射させる計測制御部５１０と、複数のフレームそれぞれで得たＸ線画像を用いて、前記被写体を構成する元素毎の成分画像を生成し、前記表示装置に順次出力して動画として表示する成分画像生成部５３０と、を備える。

　前記Ｘ線発生装置１１０は、前記複数のエネルギー帯域を含むエネルギー帯域のＸ線を出射するＸ線源１１２と、前記Ｘ線源１１２から出射されたＸ線から前記複数のエネルギー帯域のＸ線をそれぞれ選択的に透過させる複数種類の金属箔３１０を備えるフィルタ１１３と、前記複数種類の金属箔３１０を前記Ｘ線の通過位置に順番に配置する切替器１１４と、を備えてもよい。

　前記フィルタ１１３は、前記複数種類の金属箔３１０を平面状に並べて保持する保持部３２０を備え、前記切替器１１４は、前記保持部３２０を移動させることにより、前記複数種類の金属箔３１０を前記Ｘ線の通過位置に順番に配置してもよい。
　また、前記保持部３２０は、前記金属箔３１０を円周方向に並べて保持する円板であり、前記切替器１１４は、前記円板を回転させることにより、前記複数種類の金属箔３１０を前記Ｘ線の通過位置に順番に配置してもよい。
　さらに、前記保持部３２０は、前記円板を２以上備え、２以上の前記円板に保持される前記金属箔３１０は、それぞれ種類が異なり、前記２以上の円板は、前記Ｘ線の通過位置にそれぞれ配置され、前記切替器１１４は、２以上の前記円板をそれぞれ独立して回転させてもよい。

　前記Ｘ線発生装置１１０から照射させるエネルギー帯域は、３以上であり、前記成分画像生成部５３０は、前記３以上のエネルギー帯域のＸ線によりそれぞれ得られる前記Ｘ線画像を用いて、２以上の元素についてそれぞれ前記成分画像を生成してもよい。
　また、前記計測制御部５１０は、１フレーム毎に、前記Ｘ線発生装置１１０から照射するエネルギー帯域を切り替え、前記成分画像生成部５３０は、前記生成した成分画像を前記フレームレートで前記表示装置１３１に順次出力して動画として表示させてもよい。

　このように、本実施形態によれば、Ｘ線透視撮影装置１００において、エネルギー幅の狭いＸ線を高速に異なるエネルギーで切り替えて被写体１５０に照射し、微小な密度変化が識別可能なＸ線像（成分画像）を得る。

　これを実現するため、本実施形態のＸ線透視撮影装置１００では、Ｘ線源１１２と被写体１５０との間に、複数の異なる種類の金属箔３１０を設置した円板を複数枚設置する。このとき、Ｘ線が複数の金属箔を透過するように円板を配置する。そして、円板を回転させながらＸ線を照射し、異なる金属箔３１０の組み合わせで複数枚のＸ線像（透視像）を取得する。そして、取得した透視像をマルチエネルギー処理し、得られた成分画像を表示装置にリアルタイムに表示する。

　このように、本実施形態のＸ線透視撮影装置１００は、フレームレートに同期して、フィルタ１１３を回転させることにより、フレーム毎に、複数の異なるエネルギー帯のＸ線を照射できる。本実施形態によれば、Ｘ線が通過する位置の金属箔を切り替えるだけであり、管電圧を変化させる手法に比べ、簡易な構成で、多数の異なるエネルギーピークを有するＸ線を得ることができる。

　また、照射されるＸ線は、２つの異なる金属箔３１０を通過したものとなり、いずれかの金属箔３１０のみを通過したＸ線のエネルギー帯よりもさらに狭い帯域のエネルギー分布となり、より、単色光に近いものとなる。このようなエネルギー分布のＸ線を用いて得られた画像からは、より、高精度に組成成分を弁別できる。従って、本実施形態によれば、良好な成分画像を得ることができる。

　また、Ｘ線が通過する位置の金属箔を切り替えるだけであるため、照射Ｘ線のエネルギー帯域の切り替えを、高速に実現できる。従って、本実施形態によれば、フレーム毎にエネルギー帯域を変更することができ、フレーム毎に異なるエネルギー帯のＸ線による透視像を得ることができる。

　そして、フレームの空きのないよう、成分画像を得るよう制御するため、フレーム毎に透視像とともに成分画像を、ほぼリアルタイムで表示できる。従って、医用診断に有用な表示を得ることができる。特に、手術中など、リアルタイムで透視像と成分画像とを動画で得ることができるため、有用である。

　すなわち、本実施形態によれば、医用診断に有用な表示を、簡易な構成で、高精度に得ることができる。

　また、本実施形態では、金属箔３１０を円形に形成している。円形の金属箔３１０は製作が容易である点で有利である。

　＜フィルタの変形例＞
　フィルタ１１３の構成は、上記実施形態で説明した構成に限定されない。例えば、図１２（ａ）に示すように、保持部３２０上に配置される金属箔３１０は、矩形であってもよい。

　矩形形状の金属箔３１０は、製作が容易である。また、コリメータ等で照射野３３０を矩形に絞る場合に適している。円形の金属箔３１０を用いる場合に比べ、矩形の金属箔３１０を用いる場合、照射野３３０を広く設定できる。

　また、例えば、図１２（ｂ）に示すように、フィルタ１１３は、金属箔３１０を、保持部３２０の円板３２１、３２２の中心角を等分した扇形状領域に貼り付けた構成であってもよい。

　円形の場合に比べ、金属箔３１０が扇形状の場合、照射野３３０を、回転中心に近い位置に配置することができる。このため、円板３２１、３２２の直径を小さくできる。その結果、円板３２１、３２２の回転が安定し、高速回転を行うことができる。また、円板３２１、３２２上で、金属箔３１０が貼られていない領域が少ない。このため、円板３２１、３２２を連続回転させて、フレーム毎に２枚の円板３２１、３２２による金属箔３１０の組み合わせを切り替えることができる。

　なお、各円板３２１、３２２上の金属箔３１０の形状、配置はこれに限定されない。円板３２１、３２２を回転させることで、異なる種類の金属箔３１０の組み合わせに切り替えられる配置であればよい。

　例えば、フィルタ１１３は、図１３に示すように、予め２枚の異なる種類の金属箔を積層した金属箔を作成し、それを、１枚の円形の保持部３２０上に、同心円上に周方向に等間隔に配置したものであってもよい。なお、図１３では、異なる種類の金属箔が積層していることを説明するため、積層する２種の金属箔の直径を異なるものとして示しているが、積層する金属箔の直径は同じであってもよい。

　さらに、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、保持部３２０は、２枚の長方形の板３２３、３２４であってもよい。この場合、複数の異なる金属箔３１０も同サイズの長方形とする。各金属箔３１０は、板３２３、３２４の長手方向に、例えば、隙間なく配置される。

　この場合、切替器１１４は、板３２３、３２４を、長手方向に往復直線移動させる。これにより、照射野３３０の位置の金属箔３１０を切り替える。

　この場合の金属箔３１０の組み合わせ例を、図１４（ｃ）に示す。本図には、板３２３を１フレーム毎に、隣接する金属箔３１０に切り替え、板３２４を、４フレーム毎に隣接する金属箔３１０に切り替える場合を例示する。

　本形態は、構造および移動制御が簡単である。なお、直線移動を連続移動とする場合、両端部の金属箔Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｈが照射野位置に配置された後、移動方向を反転させる。このため、これらの金属箔３１０が配置されるタイミングで移動の速度が減速し加速する。そのため、金属箔Ａ、Ｄ、Ｅ、Ｈの幅は、金属箔Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇよりも短くすることができる。

　また、フィルタ１１３は、照射野３３０より大きな領域であって、金属箔３１０が配置されず、多色Ｘ線を透過可能な領域を有するよう構成してもよい。あるいは、フィルタ１１３は、着脱自在としてもよい。このように構成することにより、多色Ｘ線の照射も可能となる。

　＜計測処理の変形例＞
　なお、上記実施形態では、Ｋ種の異なるエネルギー帯のＸ線による透視像から得られた（Ｋ－１）枚の成分画像を、それぞれ表示している。しかしながら、これに限定されない。例えば、得られた（Ｋ－１）枚の成分画像を加算して、１枚の加算画像を得るよう構成してもよい。各成分画像で元素が弁別されているため、これを重ねることで、軟組織から硬組織まで弁別でき、かつ、コントラストが強調された画像を得ることができる。

　さらに、通常の透視像の撮影で、成分画像およびコントラストが強調された画像を得ることができるため、これらの画像を得るためのさらなる撮影を行う必要がなく、被ばく量を抑えることができる。

　この場合の計測制御部５１０による計測処理の概要を、図１５のタイミングチャートを用いて説明する。ここでは、前記計測制御部５１０が、１フレーム毎に、Ｘ線発生装置１１０から照射するエネルギー帯域を切り替え、成分画像生成部５３０が、生成した成分画像を加算して加算画像を得、予め定めたフレームレートで当該加算画像を表示装置１３１に動画として表示させる。

　切替器１１４は、計測制御部５１０からの指示を受け、図１５に示すように、円板３２１を１フレーム毎に金属箔３１０の種類が替わるよう、円板３２２を２フレーム毎に金属箔３１０の種類が替わるよう、それぞれ制御する。これにより、上述のように８種の異なるエネルギー帯のＸ線が得られる。

　透視像生成部５２０は、８種類の異なるエネルギー帯のＸ線による透視像を順次、フレーム毎に生成する。計測制御部５１０は、８種類の異なる透視像が得られると、成分画像生成部５３０に、これらを用いて１枚の加算画像を算出させる。加算画像は８種の異なる透視像から７種の成分画像を算出し、これらの７種の成分画像を加算することにより得る。そして、算出した加算画像を、フレームレートに同期させて表示装置１３１に表示させる。

　ここで、８フレームの透視像から１枚の加算画像しか得られないため、８フレーム分の透視像を得て、１枚の加算画像を表示させることを繰り返すと、加算画像の表示は８フレームにつき１枚しか更新されない。これを避けるため、本実施形態では、１回前のマルチフレーム演算に用いた２フレーム目から８フレーム目までの７フレーム分の透視像を、現在のマルチフレーム演算にも用いる。

　すなわち、図１５に示すように、１回目のマルチフレーム演算（演算１）では、１フレーム目から８フレーム目までの透視像を用い、２回目のマルチフレーム演算（演算２）では、２フレーム目から９フレーム目までの透視像を用いる。第１回目のマルチフレーム演算（演算１）に使用した最後のフレームの透視像を１フレーム目の透視像として用いる。これらの８フレーム分の透視像は、図１５に示すように、全て照射Ｘ線のエネルギー帯域が異なるため、マルチエネルギー演算が可能である。

　従って、本実施形態の計測制御部５１０は、図１５に示すように、最初の演算（演算１）のみ８フレーム分の透視像を取得後、マルチエネルギー演算を行い、１フレーム分の加算画像を得るよう成分画像生成部５３０を制御する。そして、その後は、１フレーム分の透視像を取得する毎に、直前に取得した８フレームの透視像を用い、マルチエネルギー演算を行い、加算画像を得るよう成分画像生成部５３０を制御する。

　上記の計測制御部５１０により計測処理の流れを、図１６に示す処理フローに従って、説明する。なお、ｉは、１以上の整数のカウンタである。また、ここでは、Ｋ種の異なるエネルギーのＸ線を順次照射可能とする。Ｋは１以上の整数である。

　まず、Ｘ線透視開始の指示を受け付けると、計測制御部５１０は、フレームをカウントするカウンタｉを初期化（ｉ＝１）する（ステップＳ１２０１）。

　そして、計測制御部５１０は、Ｘ線発生装置１１０およびＸ線検出装置１２０を制御し、透視像生成部５２０に、フレーム毎に透視像を生成させ、表示装置１３１に表示させる（ステップＳ１２０２）。計測制御部５１０は、透視像の生成を、Ｋ回繰り返す（ステップＳ１２０３、Ｓ１２０４）。以下、ｉ番目のフレームで生成した透視像をＦｒ（ｉ）と表す。

　Ｋフレーム分の透視像Ｆｒ（ｉ）を生成すると、計測制御部５１０は、成分画像生成部５３０に、直前のＫ枚の透視像（Ｆｒ（ｉ－Ｋ＋１）からＦｒ（ｉ））を用いてマルチエネルギー演算をさせ（ステップＳ１２０５）、（Ｋ－１）種の成分画像ＤｃＩを生成させる（ステップＳ１２０６）。さらに、成分画像生成部５３０に、（Ｋ－１）種の成分画像ＤｃＩを加算して加算画像ＡＤｃＩを生成させる（ステップＳ１２０７）。

　計測制御部５１０は、カウンタｉを１インクリメントする（ステップＳ１２０８）。

　そして、計測制御部５１０は、次のフレームから、透視像Ｆｒ（ｉ）の生成、表示および生成した加算画像ＡＤｃＩの表示を行う（ステップＳ１２０９）。

　計測制御部５１０は、ユーザから終了の指示を受け付けるまで、ステップＳ１２０５に戻り、処理を繰り返す（ステップＳ１２１０）。終了の指示を受け付けると、処理を終了する。

　ここで、ステップＳ１２０２およびステップＳ１２０９の、透視像Ｆｒ（ｉ）および加算画像ＡＤｃＩの表示の際の、表示画面例を説明する。図１７（ａ）は、表示画面６１２の一例である。

　本図に示すように、表示画面６１２は、透視像表示領域６２０と、加算画像表示領域６４０とを備える。透視像表示領域６２０には、フレーム毎に最新の透視像Ｆｒ（ｉ）が表示され、更新される。加算画像表示領域６４０には、フレーム毎に最新の加算画像ＡＤｃＩが表示され、更新される。

　なお、フレーム毎に、得られた透視像と加算画像とを加算し、加算後の画像を表示するよう構成してもよい。この場合の表示画面６１３の例を、図１７（ｂ）に示す。この場合、１つの画像表示領域６５０に、フレーム毎に最新の加算後の画像が表示され、更新される。

　＜変形例＞
　なお、上記実施形態および変形例では、Ｘ線を２種の異なる金属箔を透過させ、マルチエネルギー撮影で透視像および成分画像を取得し、リアルタイムに表示する場合を例にあげて説明した。しかしながら、２種の異なる金属箔の組み合わせたフィルタを用いる撮影は、マルチエネルギー撮影に限定されない。

　通常のＸ線撮影に対して用いることで、単色Ｘ線撮影を実施する。単色Ｘ線撮影によれば、軟組織の識別が可能である。

　また、位相コントラスト撮影に用いることで、単色Ｘ線を用いた位相コントラスト撮影が可能である。これにより、軟組織の識別および元素弁別が可能である。

　さらに、上記フィルタ１１３は、透視、撮影、ＣＴ撮像、コーンビームＣＴ撮像、トモシンセシス撮像等の、他の種類の撮像にも適用可能である。さらに、本実施形態は、Ｘ線による計測にも限定されない。光、Ｘ線、放射線、等の計測であっても適用可能である。

　また、上記実施形態および各変形例では、パルスＸ線を用いる場合を例にあげて説明しているが、用いるＸ線はこれに限定されない。連続Ｘ線を用いてもよい。

　１００：Ｘ線透視撮影装置、１０１：Ｘ線透視撮影装置、１０２：Ｘ線透視撮影装置、１０３：Ｘ線透視撮影装置、１１０：Ｘ線発生装置、１１１：Ｘ線管、１１２：Ｘ線源、１１３：フィルタ、１１４：切替器、１２０：Ｘ線検出装置、１３０：演算装置、１３１：表示装置、１４１：アーム、１４２：移動装置、１４３：寝台、１４４：回転軸、１５０：被写体、３１０：金属箔、３２０：保持部、３２１：円板、３２２：円板、３２３：板、３２４：板、３３０：照射野、４１１：金属箔Ａによる分布、４１２：金属箔Ｅによる分布、４１３：合成分布、４２１：多色Ｘ線の分布、４２２：単色Ｘ線の分布、５１０：計測制御部、５２０：透視像生成部、５３０：成分画像生成部、６１０：表示画面、６１１：表示画面、６１２：表示画面、６１３：表示画面、６２０：透視像表示領域、６３０：成分画像表示領域、６３１：成分画像表示領域、６４０：加算画像表示領域、６５０：画像表示領域

Claims

　被写体にＸ線を照射するＸ線発生装置と、
　前記被写体を透過したＸ線を検出するＸ線検出装置と、
　前記Ｘ線発生装置および前記Ｘ線検出装置の動作を制御することにより、前記Ｘ線検出装置が検出したＸ線から前記被写体のＸ線画像を所定のフレームレートで取得し、当該Ｘ線画像を表示装置に順次出力して動画として表示させる演算装置と、を備え、
　前記Ｘ線発生装置は、複数のエネルギー帯域のＸ線をそれぞれ独立して照射可能であり、
　前記演算装置は、
　前記Ｘ線発生装置から、前記複数のエネルギー帯域のＸ線を、１以上の所定枚数のフレームごとに順番に切り替えて照射させる計測制御部と、
　複数のフレームそれぞれで得たＸ線画像を用いて、前記被写体を構成する元素毎の成分画像を生成し、前記表示装置に順次出力して動画として表示する成分画像生成部と、を備えること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　請求項１記載のＸ線透視撮影装置であって、
　前記Ｘ線発生装置から照射させるエネルギー帯域は、３以上であり、
　前記成分画像生成部は、前記３以上のエネルギー帯域のＸ線によりそれぞれ得られる前記Ｘ線画像を用いて、２以上の元素についてそれぞれ前記成分画像を生成すること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　請求項１記載のＸ線透視撮影装置であって、
　前記計測制御部は、１フレーム毎に、前記Ｘ線発生装置から照射するエネルギー帯域を切り替え、
　前記成分画像生成部は、前記生成した成分画像を前記フレームレートで前記表示装置に順次出力して動画として表示させること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　請求項１記載のＸ線透視撮影装置であって、
　前記計測制御部は、１フレーム毎に、前記Ｘ線発生装置から照射するエネルギー帯域を切り替え、
　前記成分画像生成部は、前記生成した成分画像を加算して加算画像を得、前記フレームレートで当該加算画像を前記表示装置に動画として表示させること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　請求項１記載のＸ線透視撮影装置であって、
　前記Ｘ線発生装置は、
　前記複数のエネルギー帯域を含むエネルギー帯域のＸ線を出射するＸ線源と、
　前記Ｘ線源から出射されたＸ線から前記複数のエネルギー帯域のＸ線をそれぞれ選択的に透過させる複数種類の金属箔を備えるフィルタと、
　前記複数種類の金属箔を前記Ｘ線の通過位置に順番に配置する切替器と、を備えること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　請求項５記載のＸ線透視撮影装置であって、
　前記フィルタは、前記複数種類の金属箔を平面状に並べて保持する保持部を備え、
　前記切替器は、前記保持部を移動させることにより、前記複数種類の金属箔を前記Ｘ線の通過位置に順番に配置すること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　請求項６記載のＸ線透視撮影装置であって、
　前記保持部は、前記金属箔を円周方向に並べて保持する円板であり、
　前記切替器は、前記円板を回転させることにより、前記複数種類の金属箔を前記Ｘ線の通過位置に順番に配置すること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　請求項７記載のＸ線透視撮影装置であって、
　前記保持部は、前記円板を２以上備え、
　２以上の前記円板に保持される前記金属箔は、それぞれ種類が異なり、
　２以上の前記円板は、前記Ｘ線の通過位置にそれぞれ配置され、
　前記切替器は、２以上の前記円板をそれぞれ独立して回転させること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　請求項６記載のＸ線透視撮影装置であって、
　前記金属箔は、２種類の異なる種類の金属箔を積層した構造であること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置。
　複数の異なるエネルギー帯域のＸ線を、１以上の所定のフレーム数毎に順番に切り替えて被写体に照射し、
　予め定めたフレームレートで、前記被写体を透過した前記Ｘ線から透視像を生成し、
　直前に取得した複数の異なるエネルギー帯域のＸ線から生成した各透視像から成分画像を生成し、当該生成した成分画像を前記フレームレートで表示すること
　を特徴とするＸ線透視撮影装置におけるマルチエネルギー撮影方法。