WO2020003744A1 - 放射線撮影装置、放射線撮影方法およびプログラム - Google Patents

放射線撮影装置、放射線撮影方法およびプログラム Download PDF

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貴司 岩下
野田　剛司
晃介 照井
明 佃
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Definitions

  • the present invention relates to a radiation imaging apparatus, a radiation imaging method, and a program.
  • a radiation imaging apparatus using a flat panel detector (hereinafter, abbreviated as "FPD") has become widespread. Since the FPD can perform digital image processing on a captured image, for example, in medical image diagnosis, the FPD is used as a digital imaging device or a CT device for still image imaging such as general imaging or moving image imaging such as fluoroscopic imaging. I have.
  • Patent Document 1 a substance is identified by applying a technique called dual energy scan in which an object is photographed using two types of tube voltages in a CT apparatus, and a radiation image is formed using appropriate radiation energy for each substance.
  • a generating configuration is disclosed.
  • the present invention provides a radiographic technique capable of reconstructing a radiation image by setting different radiation energies for a plurality of substances.
  • a radiation imaging apparatus has the following configuration. That is, the radiation imaging apparatus is a generation unit that generates a material characteristic image for a plurality of substances included in a radiation image captured with different radiation energies, Reconstruction means to set different radiation energy for each of the plurality of substances, to generate a reconstructed image based on a monochromatic radiation image for each substance based on the different radiation energy, It is characterized by having.
  • a radiation imaging apparatus has the following configuration. That is, the radiation imaging apparatus obtains low-energy radiation distribution information and high-energy high-energy radiation distribution information from a plurality of radiation images obtained by a single radiation irradiation from the radiation generation unit.
  • a generation unit that generates a material characteristic image separated into a first substance and a second substance from the low energy radiation distribution information and the high energy radiation distribution information, Generating a reconstructed image based on a monochromatic radiation image based on a first radiation energy corresponding to the first substance and a monochromatic radiation image based on a second radiation energy corresponding to the second substance;
  • structural means is provided to obtains low-energy radiation distribution information and high-energy high-energy radiation distribution information from a plurality of radiation images obtained by a single radiation irradiation from the radiation generation unit.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a radiation imaging system according to a first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the flow of processing in an image processing unit according to the first embodiment.
  • 3a illustrates a high energy radiation image
  • 3b illustrates a low energy radiation image
  • 3c illustrates a substance separation image of fat
  • 3d illustrates a substance separation image of bone.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the first embodiment. The figure which illustrates the region of interest for which the analysis value of the first embodiment is obtained.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the first embodiment. The figure which illustrates the region of interest for which the analysis value of the first embodiment is obtained.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a radiation imaging system 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the radiation imaging system 100 includes a radiation generating device 104, a radiation source 101, an FPD 102 (radiation detecting device), and an information processing device 120. Note that the configuration of the radiation imaging system 100 is also simply referred to as a radiation imaging apparatus.
  • the information processing device 120 processes information based on a radiographic image of a subject.
  • the radiation generator 104 applies a high-voltage pulse to the radiation source 101 by pressing an irradiation switch to generate radiation, and the radiation source 101 irradiates the subject 103 with radiation.
  • the type of radiation is not particularly limited, but generally, X-rays can be used.
  • the FPD 102 When radiation is applied to the subject 103 from the radiation source 101, the FPD 102 accumulates electric charges based on the image signal and acquires a radiation image. The FPD 102 transfers the radiation image to the information processing device 120. The FPD 102 may transfer the radiographic image to the information processing apparatus 120 for each radiograph, or store the radiographed image in the image storage unit inside the FPD 102 without transmitting the radiograph for each radiograph. It is possible to transfer the images from the FPD 102 to the information processing apparatus 120 at the same time. Communication between the FPD 102 and the information processing device 120 may be wired communication or wireless communication.
  • the FPD 102 has a radiation detection unit (not shown) including a pixel array for generating a signal corresponding to radiation.
  • the radiation detection unit detects radiation transmitted through the subject 103 as an image signal.
  • pixels that output signals according to incident light are arranged in an array (two-dimensional area).
  • the photoelectric conversion element of each pixel converts the radiation converted into visible light by the phosphor into an electric signal and outputs the electric signal as an image signal.
  • the radiation detection unit is configured to detect the radiation transmitted through the subject 103 and acquire an image signal (radiation image).
  • the drive unit of the FPD 102 outputs an image signal (radiation image) read in accordance with an instruction from the control unit 105 to the control unit 105.
  • the image processing unit 109 has a generating unit 110, a reconfiguring unit 111, and an analyzing unit 112 as functional components.
  • the function of each unit is configured using one or more CPUs (central processing unit) and a program read from the storage unit 108.
  • the configuration of each unit of the image processing unit 109 may be configured by an integrated circuit or the like as long as they perform the same function.
  • the information processing device 120 may be configured to include a graphic control unit such as a GPU (Graphics Processing Unit), a communication unit such as a network card, an input / output control unit such as a keyboard, a display, or a touch panel. It is possible.
  • the monitor 106 displays the radiation image (digital image) received by the control unit 105 from the FPD 102 and the image processed by the image processing unit 109.
  • the display control unit 116 can control the display on the monitor 106 (display unit).
  • the operation unit 107 can input an instruction to the image processing unit 109 and the FPD 102, and receives an input of an instruction to the FPD 102 via a user interface.
  • the generation unit 110 generates material characteristic images for a plurality of substances included in radiation images captured with different radiation energies. That is, a material characteristic image such as a material identification image or a material separation image is generated from the radiation image captured by the FPD 102.
  • the substance identification image includes, for a plurality of substances included in the subject, an effective atomic number image indicating an effective atomic number distribution and an area density image indicating an area density distribution.
  • the substance separation image includes an image showing the distribution of the thickness or density of each substance when the subject is represented by two or more specific substances.
  • the control unit 105 divides low-energy radiation distribution information and high-energy radiation distribution information with a high energy level from a plurality of radiation images obtained by a single radiation irradiation from the radiation generator 104.
  • the generation unit 110 When acquired, the generation unit 110 generates a material characteristic image separated into a first substance and a second substance from the low-energy radiation distribution information and the high-energy radiation distribution information based on the acquisition result.
  • the generation unit 110 can generate an image indicating the distribution of the thickness or the surface density of a plurality of substances as the substance characteristic image.
  • the reconstruction unit 111 sets different radiation energies for a plurality of substances, and generates a reconstructed image based on a monochromatic radiation image for each substance based on the different radiation energies.
  • the reconstructing unit 111 obtains a monochromatic radiation image obtained by multiplying the thickness or area density of a substance by an attenuation coefficient (linear attenuation coefficient or mass attenuation coefficient) at different radiation energies, and adds up the multiplication results for each substance. Generate a reconstructed image.
  • the analysis unit 112 analyzes the reconstructed image generated by the processing of the reconstructing unit 111, and obtains evaluation information on the contrast of a plurality of substances.
  • step S201 the generation unit 110 generates a substance separation image as a substance characteristic image. Specifically, the generation unit 110 calculates the following [Equation 1] from the high-energy radiation image shown in FIG. 3A and the low-energy radiation image shown in FIG. A substance separation image is generated based on the equation (2).
  • ⁇ is the linear attenuation coefficient
  • d is the thickness of the substance
  • the subscripts H and L indicate high energy and low energy, respectively
  • the subscripts A and B indicate the substances to be separated (eg, fat and bone). means.
  • fat and bone are used as examples of the substance to be separated, but the substance is not particularly limited, and any substance can be used.
  • step S202 the reconstructing unit 111 generates a reconstructed radiation image ( Xproc ) from the material separation image, which is the material characteristic image generated in step S201, based on the following [Equation 3].
  • a reconstructed radiation image (X proc ) is generated based on the following [Equation 3].
  • the reconstructed radiation image ( Xproc ) is also referred to as a reconstructed image or a reconstructed radiation image.
  • Reconstruction unit 111 the thickness of the material, different monochromatic radiation image multiplied by the attenuation coefficient (linear attenuation coefficient) in the radiation energy ( ⁇ E1A d A, ⁇ E2B d B) acquires, the result of the multiplication of each substance A reconstructed image (X proc ) is generated by adding them up.
  • the contrast of an image increases, but the noise also increases.
  • the contrast of the image is reduced and the noise is reduced.
  • the substance for a substance (for example, bone) that one wants to see well, the substance is transmitted with low radiation energy so as to absorb more radiation and increase contrast, and the influence of noise in the fat portion around the bone is reduced.
  • the standard deviation SD Standard Deviation
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the preset range is changed, and while changing and changing the radiation energies E 1 and E 2 in the changed range, the radiation energy is changed.
  • E 1 and radiation energy E 2 may obtain an analysis value converges (optimum value).
  • step S204-Yes If the evaluation information (CNR value) has converged in the convergence determination in step S204 (S204-Yes), the process ends. On the other hand, when the convergence determination in step S204 indicates that the evaluation information has not converged (S204-No), the analysis unit 112 advances the processing to step S205.
  • step S205 change of the radiation energy E 1, E 2
  • the analysis unit 112 changes the radiation energy E 1, E 2.
  • the analysis unit 112 sets different radiation energies for each substance so that the evaluation information has the maximum value. For example, one radiation energy (for example, E 1 ) is fixed and the other radiation energy (for example, E 2 ) is changed to a larger single color so that the difference between both radiation energies (E 1 , E 2 ) becomes large. It may be changed to radiation energy.
  • the analyzing unit 112 returns the process to step S202.
  • step S202 the reconstruction unit 111 generates a reconstructed image ( Xproc ) based on different radiation energies whose settings have been changed. That is, the reconstruction unit 111 acquires the linear attenuation coefficient ⁇ corresponding to the changed radiation energies E 1 and E 2 , and generates a reconstructed image (Xproc) based on Expression 3. Then, in step S203, the analysis unit 112 analyzes the evaluation information based on the generated reconstructed image (Xproc), and the processing in steps 202 to 205 is repeated until it is determined in step S204 that convergence is sufficient. .
  • the analysis unit 112 determines whether the evaluation information obtained by the repetitive calculation has converged, and when the evaluation information has converged, the reconstruction unit 111 calculates, for each substance, the radiation energy used in the calculation of the converged evaluation information. Set as different radiation energies. When the analysis results of the evaluation information converge and the radiation energies E 1 and E 2 that are different for each separated substance are finally set, the reconstructing unit 111 sets the lines corresponding to the set radiation energies E 1 and E 2.
  • the attenuation coefficient ⁇ is obtained based on the attenuation characteristic information stored in the storage unit 108, a reconstructed image (Xproc) is generated using Expression 3, and is output to the monitor 106 (display unit). .
  • the present embodiment it is possible to reconstruct a radiation image by setting radiation energy for each of a plurality of substances without using a tomographic image even in general imaging or fluoroscopic imaging, and to enhance an image of a specific substance. Can be easily obtained.
  • the configuration in which the radiation energy is obtained by analysis has been described.
  • the values of the radiation energies E 1 and E 2 are stored in advance in a table or the like so as to deal with the separated substances.
  • a configuration for shortening the analysis time for determining the radiation energies E 1 and E 2 will be described.
  • FIG. 7 is a diagram exemplifying a configuration of a table holding the values of the radiation energies E 1 and E 2 , and the storage unit 108 holds a table in which information on a subject is associated with different radiation energies for each substance. ing.
  • the subject information includes information on the body thickness of the subject or information on the thickness of the substance.
  • the value of the radiation energy according to the body thickness of the subject is stored as the subject information. If the body thickness of the subject can be obtained, different radiation energies E 1 and E 2 corresponding to the body thickness of the subject can be obtained.
  • step S601 the generation unit 110 generates a substance separation image that is a substance characteristic image. This processing is similar to the processing of step S201 of the flowchart described in step S2 of FIG.
  • the reconstruction unit 111 sets different radiation energies E 1 and E 2 for each substance corresponding to the information on the subject to be imaged by referring to the table stored in the storage unit 108.
  • the body thickness of the subject may be obtained based on the photographing information, may be selected by a technician from the operation unit 107, or may be the thickness of each substance (for example, fat The thickness of the subject may be estimated from the thickness).
  • step S603 the reconstructing unit 111 generates a reconstructed image (Xproc) from the material separation image (fat and bone thickness image), which is the material characteristic image generated in step S601, based on [Equation 3].
  • the single radiation energies E 1 and E 2 used for generating the reconstructed image (Xproc) are the values set by referring to the table in step S602.
  • the display control unit 116 causes the monitor 106 (display unit) to display the reconstructed image (Xproc) generated by the reconstructing unit 111.
  • the display control unit 116 displays a reconstructed image (Xproc) and displays a scroll bar on the monitor 106 (display unit) as a user interface (UI) for continuously changing the settings of different radiation energies E 1 and E 2 . .
  • UI user interface
  • the reconstruction unit 111 acquires attenuation characteristic information corresponding to the radiation energies E 1 and E 2 changed by operating the user interface (scroll bar) with reference to FIG. 4 to generate a reconstructed image (Xproc). Can be.
  • the display control unit 116 causes the monitor 106 (display unit) to display a reconstructed image (Xproc) generated based on the changed radiation energy.
  • the display control unit 116 can display the value held in the table on the monitor 106 (display unit) as a recommended value.
  • the technician can change the value of the radiation energy from the operation unit 107 with reference to the value displayed on the monitor 106 (display unit) so as to emphasize a desired substance.
  • the reconstructing unit 111 acquires the line attenuation coefficients corresponding to the radiation energies E 1 and E 2 changed by the input from the operation unit 107 from FIG. 4, generates a reconstructed image (Xproc), and displays the reconstructed image (Xproc).
  • the present embodiment by storing the values of the radiation energies E 1 and E 2 in a table in advance, it is possible to generate a good reconstructed radiation image without executing the processing of the optimization method. It becomes.
  • a drawing speed of about 15 FPS is required, so that the processing of this embodiment can be applied to processing that requires real-time processing such as during fluoroscopic imaging.
  • the present embodiment it is possible to reconstruct a radiation image by setting radiation energy for each of a plurality of substances without using a tomographic image even in general imaging or fluoroscopic imaging, and to enhance an image of a specific substance. Can be easily obtained.
  • the third embodiment a configuration in which the values of the radiation energies E 1 and E 2 corresponding to the effective atomic numbers Z 1 and Z 2 are obtained by analysis will be described.
  • the configuration example of the radiation imaging system 100 according to the third embodiment of the present invention is the same as the radiation imaging system 100 of FIG. 1 described in the first embodiment, and the radiation imaging system 100 includes a radiation generation device 104 and a radiation source. 101, an FPD 102 (radiation detecting device), and an information processing device 120.
  • the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted, and different parts will be described.
  • the control unit 105 divides the low-energy radiation distribution information and the high-energy high-energy radiation distribution information from a plurality of radiation images obtained by a single radiation irradiation from the radiation generator 104.
  • the generation unit 110 When acquired, the generation unit 110 generates a material characteristic image for a plurality of substances included in the radiation image based on the obtained result.
  • the generation unit 110 generates an image (substance separated image) separated into a plurality of substances from the low-energy radiation distribution information and the high-energy radiation distribution information as a substance characteristic image.
  • the generation unit 110 can generate an image indicating the thickness or density distribution of a plurality of substances as a separated image (substance separated image).
  • the reconstruction unit 111 sets different radiation energies (monochromatic radiation energies) for the positions of a plurality of substances and generates a reconstructed image based on the different radiation energies.
  • the position of the substance includes a pixel or a region formed by a plurality of pixels in the radiation image. That is, the reconstruction unit 111 can set different radiation energy for each pixel as the position of the substance. Alternatively, the reconstruction unit 111 can set different radiation energies for each region constituted by a plurality of pixels as the position of the substance.
  • the reconstruction unit 111 generates, as a reconstructed image, a monochromatic radiation image obtained by multiplying an attenuation coefficient (mass attenuation coefficient) at radiation energy different for each position of a plurality of substances by a surface density of each pixel.
  • the attenuation coefficient is information of a plurality of substances and information associated with radiation energy
  • the information of the plurality of substances includes an effective atomic number of the substance or a substance separated into a plurality of substances.
  • Information (such as the thickness of the substance).
  • the analysis unit 112 creates an energy table that associates a plurality of substances with different radiation energies.
  • the analysis unit 112 creates an energy table that associates a single radiation energy with the effective atomic number Zeff i of each pixel as radiation energy (reconstruction energy) used when generating a reconstructed image.
  • the reconstruction unit 111 sets different radiation energies for each position of a plurality of substances with reference to the energy table.
  • the control unit 105 stores the radiation image captured by the FPD 102 in the storage unit 108 and transfers the radiation image to the image processing unit 109.
  • step S801 the generation unit 110 generates a substance separation image or a substance identification image as a substance characteristic image. Specifically, the generation unit 110 described in the first embodiment a high-energy radiation image as shown in FIG. 3A and a low-energy radiation image as shown in FIG. A substance separation image is generated based on Expression 1 and Expression 2.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the logarithmic ratio of the low-energy and high-energy radiation distribution information and the effective atomic number Z. As shown in FIG. 9, the relationship between the logarithmic ratio and the effective atomic number Z is tabulated in advance. And stored in the storage unit 108.
  • the generation unit 110 specifies the effective atomic number Z corresponding to the logarithmic ratio for each pixel (the position of a pixel or an area configured by a plurality of pixels) by referring to the table, thereby obtaining the effective atomic number image Z eff . Can be generated.
  • the generation unit 110 can generate an area density image D indicating the distribution of the area density of the substance corresponding to the effective atomic number, based on the effective atomic number image Z eff .
  • the generation unit 110 replaces the mass attenuation coefficient, the low-energy radiation distribution information ( XL ), and the high-energy radiation, instead of the equations [1] and [2] described in the first embodiment.
  • the effective atomic number image Z and the area density image D can be obtained.
  • step S802 the analysis unit 112 creates an energy table that associates a plurality of substances with different radiation energies.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an energy table that associates an effective atomic number with a single radiation energy.
  • the vertical axis indicates radiation energy (E)
  • the horizontal axis indicates effective atomic number (Z eff ).
  • the effective atomic numbers Z 1 and Z 2 are the effective atomic numbers corresponding to the first ratio (for example, the lower 5%) from the effective atomic numbers in the effective atomic number image, and the effective atomic numbers from the upper one.
  • An effective atomic number corresponding to the ratio of 2 (for example, the top 5%) can be used.
  • FIG. 13A is a diagram schematically illustrating the relationship between radiation energy and noise
  • 13a and 13b in FIG. 13A are diagrams illustrating Comparative Example 1 and Comparative Example 2
  • 13c is a diagram illustrating processing according to the present embodiment. is there.
  • first substance e.g., bone
  • second substance e.g., fat
  • CNR ratio of noise to relative contrast
  • the analyzing unit 112 sets the information (thickness or density) of each substance after the energy substance separation on the horizontal axis of the energy table, and sets a single radiation energy corresponding to the information of each substance on the vertical axis of the energy table. Should be set to.
  • the reconstruction unit 111 refers to the energy table, sets different radiation energies (monochromatic radiation energies) for the positions of the plurality of substances, and generates a reconstructed image based on the different radiation energies.
  • the reconstructing unit 111 generates a reconstructed radiation image (X proc ) from the effective atomic number image (Z eff ) and the surface density image (D) generated in step S801 based on the following equation (5).
  • the reconstructed radiation image ( Xproc ) is also referred to as a reconstructed image or a reconstructed radiation image.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating the effect of the third embodiment.
  • FIG. 13B shows the correspondence (attenuation characteristic information) between the radiation energy and the mass attenuation coefficient
  • a waveform 1301 is a waveform indicating an attenuation characteristic of a first substance (for example, bone)
  • a waveform 1302 is a waveform.
  • 6 is a waveform showing attenuation characteristics of a second substance (for example, fat).
  • the attenuation characteristic information differs for each of a plurality of substances (effective atomic numbers).
  • a reconstructed radiographic image may be crushed by black or white. Therefore, based on the effective atomic number of each substance, radiation energy is set for each pixel (the position of a pixel or an area constituted by a plurality of pixels) to reconstruct a radiation image. For example, a high energy is set for a pixel indicating an effective atomic number of a second substance (eg, fat), and a low energy is set for a pixel indicating an effective atomic number of a first substance (eg, bone). Is set to generate the reconstructed image (X proc ), it becomes possible to obtain a reconstructed radiographic image in which the first substance is emphasized and the influence of the second substance is reduced.
  • a high energy is set for a pixel indicating an effective atomic number of a second substance (eg, fat)
  • a low energy is set for a pixel indicating an effective atomic number of a first substance (eg, bone).
  • the monitor 106 can display a radiographic image (digital image) received by the control unit 105 from the FPD 102 or an image processed by the image processing unit 109.
  • the display control unit 116 causes the monitor 106 (display unit) to display the reconstructed image (X proc ) generated by the reconstructing unit 111.
  • the present embodiment it is possible to reconstruct a radiation image by setting different radiation energies for each of the positions of a plurality of substances without using a tomographic image even in general imaging or fluoroscopic imaging. Can be easily obtained.
  • the reconstruction unit 111 reconstructs the radiation image (X) based on [Equation 5] from the effective atomic number image (Z eff ) and the surface density image (D) generated in step S801. proc )), but is not limited to this example.
  • the reconstruction unit 111 performs the reconfiguration based on the result. It is also possible to generate a composed radiation image (X proc ).
  • the energy table 11 when creating the energy table of FIG. 11, the value of the radiation energy E 1, E 2 obtained from the storage unit 108, the energy table 11 based on the radiation energy E 1, E 2 obtained Will be described.
  • the configuration of the present embodiment has an advantageous effect when a reconstructed image is generated based on an energy spectrum that a technician wants to emphasize during still image capturing, rather than the real-time property required during fluoroscopic capturing.
  • the generation unit 110 generates a material identification image that is a material characteristic image.
  • the substance identification image includes, for a plurality of substances included in the subject, an effective atomic number image indicating an effective atomic number distribution and an area density image indicating an area density distribution.
  • the analysis unit 112 creates an energy table based on the radiation energies E 1 and E 2 set from the operation unit 107.
  • the analysis unit 112 can create an energy table based on radiation energy changed according to imaging information among a plurality of radiation energies set in advance from the operation unit 107.
  • the analysis unit 112 calculates the effective atomic numbers Z 1 , Z 2 and the radiation energies E 1 , E 2 based on the radiation energies E 1 , E 2 acquired by referring to the table changed according to the imaging conditions and the like, for example.
  • An associated energy table (FIG. 11) is created.
  • the reconstruction unit 111 uses the effective atomic number image (Z eff ) and the surface density image (D), which are the material identification images generated in step S801, based on the expression (3) to form the reconstruction image (X proc ).
  • the reconstructing unit 111 refers to the energy table (FIG. 11) created in step S802 and converts the effective atomic number Z eff i and the radiation energy E i in each pixel. Generate a reconstructed image (X proc ) based on the corresponding mass attenuation coefficient ⁇ i .
  • the effective atomic number of each pixel can be specified based on the effective atomic number image (Z eff )
  • the corresponding radiation energy can be set for each pixel position or for each region composed of a plurality of pixels. it can.
  • the mass attenuation coefficient ⁇ (Z, E) at the effective atomic number Z and the radiation energy E can be obtained with reference to the table in the storage unit 108.
  • the reconstructing unit 111 calculates information on the effective atomic number of the substance and the attenuation coefficient corresponding to the attenuation coefficient corresponding to the radiation energy (mass attenuation coefficient ⁇ (Z, E)) and a plurality of information.
  • a reconstructed image (X proc ) is generated based on the area density image D indicating the distribution of the area density of the substance.
  • the display control unit 116 causes the monitor 106 (display unit) to display the reconstructed image (X proc ) generated by the reconstructing unit 111.
  • the display control unit 116 displays a reconstructed image (X proc ) and also displays a scroll bar on the monitor 106 (display unit) as a user interface (UI) for continuously changing settings of different radiation energies E 1 and E 2. Let it.
  • the analysis unit 112 associates different effective atomic numbers Z 1 , Z 2 with the radiation energies E 1 , E 2 based on the radiation energies E 1 , E 2 changed by operating the user interface (scroll bar). (FIG. 11).
  • a reconstructed radiation image can be generated based on an energy spectrum that a technician wants to emphasize when capturing a still image.
  • the present embodiment it is possible to reconstruct a radiation image by setting different radiation energies for each of the positions of a plurality of substances without using a tomographic image even in general imaging or fluoroscopic imaging. Can be easily obtained.
  • 100 radiation imaging system
  • 101 radiation source
  • 102 FPD (radiation detection device)
  • 104 radiation generation device
  • 105 control unit
  • 106 monitor (display unit)
  • 107 operation unit
  • 108 storage unit
  • 109 Image processing unit
  • 110 generation unit
  • 112 analysis unit
  • 120 information processing device

Abstract

放射線撮影装置(100)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部(110)と、複数の物質ごとに異なる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た物質ごとの単色放射線画像に基づいて再構成画像を生成する再構成部(111)と、を備える。

Description

放射線撮影装置、放射線撮影方法およびプログラム
　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を提供する。
　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た物質ごとの単色放射線画像に基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、
　を備えることを特徴とする。
　本発明の他の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、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と、
　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第一の物質と第二の物質とに分離した物質特性画像を生成する生成手段と、
　前記第一の物質に対応する第一の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、前記第二の物質に対応する第二の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、に基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、複数の物質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。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
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。 ３ａは高エネルギー放射線画像を例示する図、３ｂは低エネルギー放射線画像を例示する図、３ｃは脂肪の物質分離画像を例示する図、３ｄは骨の物質分離画像を例示する図。 第１実施形態の効果を説明する図。 第１実施形態の解析値を求める関心領域を例示する図。 第２実施形態の画像処理部における処理の流れを説明する図。 第２実施形態の放射線エネルギーを決定するテーブルを例示する図。 第３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。 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３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、解析部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画像（例えば、骨画像および脂肪画像）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（ＸＬ）と放射線分布情報（ＸＬ＋ＸＨ）の読み出しを実施する。制御部１０５は、放射線分布情報（ＸＬ＋ＸＨ）から放射線分布情報（ＸＬ）を差し引くことで、放射線分布情報（ＸＨ）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（ＸＬ）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（ＸＨ）が高エネルギー放射線画像の基の画像になる。図３の３ａは高エネルギー放射線画像を例示する図であり、図３の３ｂは低エネルギー放射線画像を例示する図である。図３の３ｂの低エネルギー放射線画像の骨部３０２は、図３の３ａ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、解析部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複数の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。生成部１１０は、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像から、実効原子番号画像といった物質特性画像を生成することが可能である。
　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、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第一の物質と第二の物質とに分離した物質特性画像を生成する。
　生成部１１０は、物質特性画像として複数の物質の厚さ、または面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、再構成部１１１は、複数の物質ごとに異なる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た物質ごとの単色放射線画像に基づいて再構成画像を生成する。
　例えば、複数の物質として、第一の物質と第二の物質に分離された場合、再構成部１１１は、第一の物質に対応する第一の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、第二の物質に対応する第二の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、に基づいて再構成画像を生成する。
　再構成部１１１は、物質の厚さ又は面密度に、異なる放射線エネルギーにおける減弱係数（線減弱係数又は質量減弱係数）を乗じた単色放射線画像を取得し、物質ごとの乗算結果を足し合わせることにより再構成画像を生成する。
　解析部１１２は、再構成部１１１の処理により生成された再構成画像を解析し、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。
　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を生成する。具体的には、生成部１１０は、ＦＰＤ１０２で撮影された図３の３ａに示すような高エネルギー放射線画像と図３の３ｂ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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、ＸＬ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（ＸＬ）が低エネルギー放射線画像の基の画像になる。また、ＸＨ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（ＸＨ）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ＸＬ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ＸＨ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（ＸＬ、ＸＨ）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（ＸＬ、ＸＨ）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の３ｃは脂肪の厚さｄＡ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の３ｄは骨の厚さｄBに基づいて取得した物質分離画像を例示する図である。
　（Ｓ２０２：再構成画像の生成）
　ステップＳ２０２において、再構成部１１１は、ステップＳ２０１で生成した物質特性画像である物質分離画像から以下の[数３]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘproc）を生成する。例えば、分離した物質が、脂肪及び骨である場合、再構成部１１１は、脂肪の厚さｄＡに基づいて取得した物質分離画像、及び骨の厚さｄBに基づいて取得した物質分離画像から以下の[数３]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘproc）を生成する。以下、再構成した放射線画像（Ｘproc）を再構成画像、または再構成放射線画像ともいう。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、Ｅは再構成画像（Ｘproc）の生成に用いる単一の放射線エネルギーあり、Ｅ１とＥ２は異なる放射線エネルギーであることを示す。ｄは物質の厚さであり、添え字のＡとＢはそれぞれ分離した物質（脂肪と骨）を示す。μは線減弱係数であり、μＥ１Ａは放射線エネルギーＥ１Ａに対応した線減弱係数であり、μＥ2Bは放射線エネルギーＥ2Bに対応した線減弱係数である。再構成部１１１は、物質の厚さに、異なる放射線エネルギーにおける減弱係数（線減弱係数）を乗じた単色放射線画像（μＥ１ＡｄＡ、μＥ2BｄＢ）を取得し、物質ごとの乗算結果を足し合わせることにより再構成画像（Ｘproc）を生成する。
　図４は、第１実施形態の効果を説明する図である。図４には、放射線エネルギーと線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４０１は骨の減弱特性を示す波形であり、波形４０２は脂肪の減弱特性を示す波形である。記憶部１０８は、放射線エネルギーと減弱係数（線減弱係数、質量減弱係数）との対応関係を示す減弱特性情報を記憶する。複数の物質ごとに減弱特性情報は異なる。例えば、図４の波形４０１、４０２に示すように、複数の物質ごとに減弱特性情報は異なるものとなる。
　一般的に、低い放射線エネルギーで物質を透過させると、画像のコントラストは上がるが、ノイズも大きくなる。一方、より高い放射線エネルギーで物質を透過させると、画像のコントラストは下がり、ノイズも小さくなる。図４に示すように、よく見たい物質（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で物質を透過させ、骨の周りの脂肪部分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で物質を透過させることで、分離した画像間における相対的なコントラストを向上させることができる。
　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、本実施形態の処理により、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場合、例えば、脂肪に対する放射線エネルギーをＥ１＝１００ｋｅＶとし、骨に対する放射線エネルギーをＥ2＝３０ｋｅＶとした単色放射線で画像化（再構成）する場合、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２で示され、分離した脂肪と骨の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、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。すなわち、脂肪に対しては高エネルギーを設定し、骨に対しては低エネルギーを設定して再構成画像（Ｘproc）を生成することで、脂肪の厚さ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。
　例えば、コントラストの下限となる値（基準値）を設定した場合、再構成部１１１は、図４に示すような減弱特性情報に基づいて、複数の物質のコントラストが予め設定された基準値より大きくなるように、物質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。また、コントラストの上限となる値は、以下に説明する再構成放射線画像の解析に基づいた繰り返し計算によるシミュレーションにより、解析結果が収束したときの値となる。
　尚、本実施形態では、再構成部１１１は、ステップＳ２０１で生成した物質特性画像である物質分離画像から[数３]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘproc）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（Ｘproc）を生成することも可能である。
　（Ｓ２０３：再構成放射線画像の解析）
　ステップＳ２０３において、解析部１１２は、再構成した放射線画像を解析し評価情報を取得する。解析部１１２は、ステップＳ２０２で生成した再構成画像（Ｘproc）を解析する。ここで、再構成画像（Ｘproc）の解析のための評価情報として、以下の[数４]式に示す情報を用いることができる。評価情報として以下の[数４]式では、複数の物質の関心領域間のコントラストと、複数の物質のうちいずれか一方の物質の関心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)を用いるが、この他に標準偏差ＳＤ(Standard Deviation)や、分離した物質について、複数の物質の関心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（ＭＡ－ＭＢ）、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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ＣＮＲは、複数の物質の関心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（ＭＡ－ＭＢ）と、複数の物質のうちいずれか一方の物質の関心領域における画素値の標準偏差（ＳＤ値）と、の比として取得される。
　ここで、Ｍは図５に示す関心領域における画素値の平均値であり、ＳＤは関心領域における画素値の標準偏差（ＳＤ値）である。添え字Ａは脂肪の関心領域５０１の値を示し、ＭＡは脂肪の関心領域における画素値の平均値を示す。ＳＤＡは脂肪の関心領域における画素値の標準偏差を示す。また、添え字Ｂは骨の関心領域５０２の値を示し、ＭＢは骨の関心領域における画素値の平均値を示す。関心領域の設定方法は事前に指定しても良いし、解析処理の実行開始の際に技師が操作部１０７の操作により関心領域を設定することも可能である。
　（Ｓ２０４：解析値の収束判定）
　ステップＳ２０４において、解析部１１２は、ＣＮＲが収束した解析値（最適値）になっているかどうか判定する。再構成放射線画像を生成する[数３]式において、放射線エネルギーを示すＥ１、Ｅ２は未知の量であるため、初期値を定め微小変化させながら、分離した物質毎に任意の単一放射線エネルギーに基づいた再構成画像（Ｘproc）を[数３]式により生成し、[数４]式の評価関数に基づいて、ＣＮＲの最適値を求めることになる。
　解析値の収束判定処理として、解析部１１２は、最初の計算で取得した評価情報（ＣＮＲの値）を記憶部１０８に記憶する。そして、解析部１１２は、２回目以降の繰り返し計算で取得した評価情報（ＣＮＲの値）について収束判定を行う。解析部１１２は、例えば、ｎ＋１回目（ｎ≧１の整数）の繰り返し計算で取得した評価情報と、記憶部１０８に記憶しているｎ回目の計算に基づく評価情報とを比較する。具体的には、２回目の繰り返し計算で取得した評価情報と、記憶部１０８に記憶している１回目の計算に基づく評価情報とを比較する。あるいは、３回目の繰り返し計算で取得した評価情報と、記憶部１０８に記憶している２回目の計算に基づく評価情報とを比較する。
　最適化方法には、例えば、二分法、勾配法、ニュートン法等種々の非線形最適化手法を用いることができる。収束判定は所定の回数を設定してもよいし、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Ｅ１、Ｅ２を変化させながら、放射線エネルギーＥ１,Ｅ２の組み合わせの総当たりで評価情報を算出し、放射線エネルギーＥ１及び放射線エネルギーＥ２が収束する解析値（最適値）を取得しても良い。例えば、一般の放射線機器の場合、放射線エネルギーＥ１、Ｅ２の取りうる範囲は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Ｅ１、Ｅ２を変化させることが可能である。また、それ以外の範囲で再構成画像（Ｘproc）を生成することも可能であるため、プリセット範囲を変更し、変更後の範囲で放射線エネルギーＥ１、Ｅ２を変化させ変化させながら、放射線エネルギーＥ１及び放射線エネルギーＥ２が収束する解析値（最適値）を取得しても良い。
　あるいは、[数４]式の評価情報（ＣＮＲの値）が繰り返し計算により変動しなくなった時点を設定してもよい。例えば、比較結果により得られる評価情報の差分または評価情報の変化率が収束判定の基準値以下となる場合、解析部１１２は、評価情報が収束したと判定することが可能である。
　ステップＳ２０４の収束判定で、評価情報（ＣＮＲの値）が収束した場合（Ｓ２０４－Ｙｅｓ）、処理を終了する。一方、ステップＳ２０４の収束判定で、評価情報が収束していない場合（Ｓ２０４－Ｎｏ）、解析部１１２は、処理をステップＳ２０５に進める。
　（Ｓ２０５：放射線エネルギーＥ１、Ｅ２の変更）
　ステップＳ２０４で解析値の収束が十分でないと判定された場合、ステップＳ２０５において、解析部１１２は放射線エネルギーＥ１、Ｅ２を変更する。解析部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を設定する。例えば、両方の放射線エネルギー（Ｅ１、Ｅ２）の差分が大きくなるように、一方の放射線エネルギー（例えば、Ｅ１）を固定し、他方の放射線エネルギー（例えば、Ｅ２）を、より大きな単色放射線エネルギーに変更してもよい。解析部１１２は放射線エネルギーを変更した後、処理をステップＳ２０２に戻す。
　ステップＳ２０２において、再構成部１１１は、設定を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（Ｘproc）を生成する。すなわち、再構成部１１１は、変更された放射線エネルギーＥ１、Ｅ２に対応する線減弱係数μを取得し、[数３]式に基づいて、再構成画像（Ｘproc）を生成する。そして、ステップＳ２０３で、解析部１１２は、生成された再構成画像（Ｘproc）に基づいて評価情報を解析し、ステップＳ２０４で収束が十分と判定されるまでステップ２０２～ステップ２０５の処理が繰り返される。
　解析部１１２は、繰り返し計算により取得した評価情報が収束したか判定し、評価情報が収束した場合、再構成部１１１は、収束した評価情報の計算の際に用いた放射線エネルギーを、物質ごとに異なる放射線エネルギーとして設定する。評価情報の解析結果が収束し、分離した物質ごとに異なる放射線エネルギーＥ１、Ｅ２が最終的に設定されると、再構成部１１１は、設定した放射線エネルギーＥ１、Ｅ２に対応する線減弱係数μを、記憶部１０８に記憶されている減弱特性情報に基づいて取得し、[数３]式を用いて、再構成画像（Ｘproc）を生成し、モニタ１０６（表示部）に出力する。
　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（Ｘproc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。また、表示制御部１１６は、再構成画像（Ｘproc）と、物質特性画像である物質分離画像とを並べてモニタ１０６（表示部）に表示させるよう表示制御を行うことも可能である。また、表示制御部１１６は、モニタ１０６（表示部）に表示されている画像から技師により選択された少なくとも一つの画像を表示部に表示させるよう表示制御を行うことも可能である。
　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。
　（第２実施形態）
　第１実施形態では解析により放射線エネルギーを求める構成を説明したが、本実施形態では、放射線エネルギーＥ１、Ｅ２の値をテーブルなどで事前に保持しておくことで、分離した物質に対応する放射線エネルギーＥ１、Ｅ２を決定する解析時間を短縮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、透視撮影時などのリアルタイム性が要求される場合に有利な効果がある。
　図７は放射線エネルギーＥ１、Ｅ２の値を保持するテーブルの構成を例示する図であり、記憶部１０８は、被写体の情報と、物質ごとに異なる放射線エネルギーとを対応づけたテーブルを保持している。被写体の情報には、被写体の体厚の情報または物質の厚さの情報が含まれる。図７に示すテーブルには、被写体の情報として、被写体の体厚に応じて放射線エネルギーの値が保持されている。被写体の体厚を求めることができれば、被写体の体厚に対応した、異なる放射線エネルギーＥ１、Ｅ２を取得することができる。
　第２実施形態の画像処理部１０９における処理を、図６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。まず、ステップＳ６０１において、生成部１１０は、物質特性画像である物質分離画像を生成する。この処理は図２のステップＳ２で説明したフローチャートのステップＳ２０１の処理と同様の処理となる。
　ステップＳ６０２において、再構成部１１１は、記憶部１０８に記憶されているテーブルの参照により、撮影対象の被写体の情報に対応する、物質ごとに異なる放射線エネルギーＥ１、Ｅ２を設定する。被写体の体厚は、撮影情報に基づいて被写体の体厚を取得してもよいし、技師が操作部１０７から選択しても良いし、物質分離画像における各物質の厚さ（例えば、脂肪の厚さ）から被写体の体厚を推定してもよい。
　ステップＳ６０３において、再構成部１１１は、ステップＳ６０１で生成した物質特性画像である物質分離画像（脂肪と骨の厚み画像）から[数３]式に基づいて、再構成画像（Ｘproc）を生成する。ここで、再構成画像（Ｘproc）の生成に用いる単一の放射線エネルギーＥ１、Ｅ２はステップＳ６０２においてテーブルの参照により設定した値である。
　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（Ｘproc）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（Ｘproc）の表示とともに、異なる放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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Ｅ１、Ｅ２を連続的に変更することができる。再構成部１１１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Ｅ１、Ｅ２に対応する減弱特性情報を図４の参照により取得して再構成画像（Ｘproc）を生成することができる。表示制御部１１６は、変更された放射線エネルギーに基づいて生成された再構成画像（Ｘproc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。
　技師は、放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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（Ｘproc）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。
　また、ステップＳ６０２において、表示制御部１１６は、テーブルに保持されている値を推奨値としてモニタ１０６（表示部）に表示させることも可能である。技師はモニタ１０６（表示部）に表示された値を参照して、見たい物質を強調するように、放射線エネルギーの値を操作部１０７から変更することが可能である。再構成部１１１は、操作部１０７からの入力により変更された放射線エネルギーＥ１、Ｅ２に対応する線減弱係数を図４から取得して再構成画像（Ｘproc）を生成し、表示制御部１１６は、変更された放射線エネルギーに基づいて生成された再構成画像（Ｘproc）をモニタ１０６（表示部）に表示させる。
　本実施形態によれば、事前に放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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。透視撮影では、例えば、15ＦＰＳ程度の描画速度が求められるため、本実施形態の処理は透視撮影時などのリアルタイム性が要求される処理においても本実施形態の処理を適用することが可能である。
　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。
　（第３実施形態）
　第３実施形態では解析により、実効原子番号Ｚ１、Ｚ２に対応する放射線エネルギーＥ１、Ｅ２の値を求める構成を説明する。本発明の第３実施形態に係る放射線撮影システム１００の構成例は、第１実施形態で説明した図１の放射線撮影システム１００と同様であり、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。第１実施形態の構成と重複する部分については説明を省略し、相違する部分について説明する。
　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。
　解析部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。解析部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Ｚeff 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３実施形態の画像処理部１０９における処理を、図８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。
　（Ｓ８０１：物質特性画像の生成）
　ステップＳ８０１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の３ａに示すような高エネルギー放射線画像と図３の３ｂに示すような低エネルギー放射線画像から、第１実施形態で説明した[数１]式、[数２]式に基づいて物質分離画像を生成する。
　本実施形態において、生成部１１０は、低エネルギーの放射線分布情報（ＸＬ）と高エネルギーの放射線分布情報（ＸＨ）との対数比（ｌｎＸＬ/ｌｎＸＨ）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Ｚeffを生成する。図９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９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Ｚeffを生成することができる。生成部１１０は、実効原子番号画像Ｚeff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１０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、第１実施形態で説明した[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（ＸＬ）と、高エネルギーの放射線分布情報（ＸＨ）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。
　（Ｓ８０２：エネルギーテーブルの作成）
　ステップＳ８０２において、解析部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１１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１１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（Ｚeff）を示す。実効原子番号のＺ１、Ｚ２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１２は、放射線画像における関心領域を例示する図である。図１２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１２０１における実効原子番号の平均値をＺ１とし、第二の物質（例えば、骨）の関心領域１２０２における実効原子番号の平均値をＺ２としてもよい。
　実効原子番号Ｚ１、Ｚ２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１２０１、１２０２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１３Ａ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１３Ａの１３ａ、１３ｂは比較例１、比較例２を示す図であり、１３ｃは本実施形態の処理を示す図である。
　図１３Ａの１３ａ（比較例１）に示すように、一般的に、低い放射線エネルギーＥ２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、１３ｂ（比較例２）に示すように、より高い放射線エネルギーＥ１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１３Ａの１３ａ、１３ｂ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１３Ａの１３ｃ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Ｅ２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Ｅ１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、以下の[数５]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（Ｘproc）を[数５]式により順次生成し、解析部１１２は、再構成画像（Ｘproc）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。解析部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（Ｅ１、Ｅ２）を設定する。
　図１１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Ｚ１、Ｚ２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１１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Ｅ１（実効原子番号Ｚ１）と、放射線エネルギーＥ２（実効原子番号Ｚ２）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１１では、実効原子番号Ｚ１以下の値、実効原子番号Ｚ２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Ｚ１、Ｚ２に対応付ける放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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Ｅ１、Ｅ２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Ｅ１、Ｅ２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、第１実施形態で説明した［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、解析部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。
　（Ｓ８０３：再構成画像の生成）
　ステップＳ８０３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Ｓ８０１で生成した実効原子番号画像（Ｚeff）と面密度画像（Ｄ）から以下の[数５]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘproc）を生成する。以下、再構成した放射線画像（Ｘproc）を再構成画像、または再構成放射線画像ともいう。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、Ｅは再構成画像（Ｘproc）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。Ｄｉは各画素の面密度を示す。μｉは質量減弱係数であり、質量減弱係数μｉは各画素における実効原子番号Ｚeff iと、放射線エネルギーＥｉ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１１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（Ｚeff）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５］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（Ｘproc）を生成する。
　図１３Ｂは、第３実施形態の効果を説明する図である。図１３Ｂ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１３０１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１３０２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１３Ｂの波形１３０１、１３０２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（Ｘproc）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（Ｘproc）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Ｓ８０１で生成した実効原子番号画像（Ｚeff）と面密度画像（Ｄ）から[数５]式に基づいて、再構成した放射線画像（Ｘproc）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５］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（Ｘproc）を生成することも可能である。
　（第４実施形態）
　第３実施形態では解析により、実効原子番号Ｚ１、Ｚ２に対応する放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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Ｅ１、Ｅ２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１１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Ｅ１、Ｅ２の値を記憶部１０８から取得し、取得した放射線エネルギーＥ１、Ｅ２に基づいて図１１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３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４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４実施形態の画像処理部１０９における処理を、図８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Ｓ８０１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Ｓ８０２において、解析部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Ｅ１、Ｅ２を取得する。放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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Ｅ１、Ｅ２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。
　解析部１１２は、操作部１０７から設定された放射線エネルギーＥ１、Ｅ２に基づいて、エネルギーテーブルを作成する。また、解析部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。解析部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Ｅ１、Ｅ２に基づいて、実効原子番号Ｚ１、Ｚ２と放射線エネルギーＥ１、Ｅ２とを対応付けたエネルギーテーブル（図１１）を作成する。
　ステップＳ８０３において、再構成部１１１は、ステップＳ８０１で生成した物質識別画像である実効原子番号画像（Ｚeff）と面密度画像（Ｄ）から[数３]式に基づいて、再構成画像（Ｘproc）を生成する。再構成画像（Ｘproc）の生成において、再構成部１１１は、ステップＳ８０２で作成したエネルギーテーブル（図１１）を参照して、各画素における実効原子番号Ｚeff iと、放射線エネルギーＥｉとに対応する質量減弱係数μｉに基づいて、再構成画像（Ｘproc）を生成する。
　実効原子番号画像（Ｚeff）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（Ｘproc）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（Ｘproc）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（Ｘproc）の表示とともに、異なる放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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Ｅ１、Ｅ２を連続的に変更することができる。解析部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Ｅ１、Ｅ２に基づいて、異なる実効原子番号Ｚ１、Ｚ２と放射線エネルギーＥ１、Ｅ２とを対応付けるエネルギーテーブル（図１１）を作成する。
　再構成部１１１は、変更された放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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（Ｘproc）を生成することが可能である。
　技師は、放射線エネルギーＥ１、Ｅ２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（Ｘproc）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Ｅ１、Ｅ２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。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１８年６月２７日提出の日本国特許出願特願２０１８－１２２３５２及び特願２０１８－１２２３５４を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
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：解析部、１２０：情報処理装置

Claims (26)

  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た物質ごとの単色放射線画像に基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、
    　を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
  2. 　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と、
    　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第一の物質と第二の物質とに分離した物質特性画像を生成する生成手段と、
    　前記第一の物質に対応する第一の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、前記第二の物質に対応する第二の放射線エネルギーに基づく単色放射線画像と、に基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、
    　を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
  3. 　前記生成手段は、前記物質特性画像として前記複数の物質の厚さ、または面密度の分布を示す画像を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
  4. 　前記再構成手段は、前記物質の厚さ又は面密度に、異なる放射線エネルギーにおける減弱係数を乗じた単色放射線画像を取得し、物質ごとの乗算結果を足し合わせることにより前記再構成画像を生成することを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置。
  5. 　前記生成手段は、前記複数の放射線画像についてエネルギーサブトラクションを行った結果に基づいて前記複数の物質の物質特性画像を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  6. 　放射線エネルギーと減弱係数との対応関係を示す減弱特性情報を記憶する記憶手段を更に備え、前記複数の物質ごとに減弱特性情報は異なることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
  7. 　前記再構成手段は、前記減弱特性情報に基づいて、前記複数の物質のコントラストが設定された基準値より大きくなるように、前記物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定することを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
  8. 　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を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
  9. 　前記評価情報には、前記複数の物質の関心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ことを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
  10. 　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の関心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)が含まれることを特徴とする請求項９に記載の放射線撮影装置。
  11. 　前記解析手段は、前記評価情報が最大値となるように、前記物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  12. 　前記再構成手段は、設定を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生成し、前記解析手段は、前記再構成画像に基づいて前記評価情報を繰り返し計算することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  13. 　前記解析手段は、前記繰り返し計算により取得した前記評価情報が収束したか判定し、
    　前記評価情報が収束した場合、前記再構成手段は、当該収束した評価情報の計算の際に用いた放射線エネルギーを、前記物質ごとに異なる放射線エネルギーとして決定することを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮影装置。
  14. 　放射線発生手段からの単一の放射線照射によって放射線検出装置が撮影した複数の放射線画像を取得する取得手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
  15. 　前記取得手段は、前記放射線検出装置が撮影した複数の放射線画像を、前記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し、
    　前記生成手段は、前記取得手段が取得した複数の放射線画像に基づいて、前記複数の物質特性画像を生成することを特徴とする請求項１４に記載の放射線撮影装置。
  16. 　前記記憶手段は、被写体の情報と、物質ごとに異なる放射線エネルギーとを対応づけたテーブルを保持し、
    　前記再構成手段は、前記テーブルの参照により、撮影対象の前記被写体の情報に対応する、前記物質ごとに異なる放射線エネルギーを設定することを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
  17. 　前記被写体の情報には、前記被写体の体厚の情報または前記物質の厚さの情報が含まれることを特徴とする請求項１６に記載の放射線撮影装置。
  18. 　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た物質ごとの単色放射線画像に基づいて再構成画像を生成する再構成手段と、
    　を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
  19. 　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ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
  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、
    　を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
  21. 　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、
    　を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
  22. 　放射線撮影装置による放射線撮影方法であって、
    　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た物質ごとの単色放射線画像に基づいて再構成画像を生成する再構成工程と、
    　を有することを特徴とする放射線撮影方法。
  23. 　放射線撮影装置による放射線撮影方法であって、
    　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た物質ごとの単色放射線画像に基づいて再構成画像を生成する再構成工程と、
    　を有することを特徴とする放射線撮影方法。
  24. 　放射線撮影装置による放射線撮影方法であって、
    　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、
    　を有することを特徴とする放射線撮影方法。
  25. 　放射線撮影装置による放射線撮影方法であって、
    　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、
    　を有することを特徴とする放射線撮影方法。
  26. 　コンピュータに、請求項２２乃至２５のいずれか１項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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