WO2020183733A1 - Ｘ線撮影装置 - Google Patents

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WO2020183733A1
WO2020183733A1 PCT/JP2019/010708 JP2019010708W WO2020183733A1 WO 2020183733 A1 WO2020183733 A1 WO 2020183733A1 JP 2019010708 W JP2019010708 W JP 2019010708W WO 2020183733 A1 WO2020183733 A1 WO 2020183733A1
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WO
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image
region
resolution
processing unit
super
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Application number
PCT/JP2019/010708
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English (en)
French (fr)
Inventor
大輔 原田
拓真 新坂
Original Assignee
株式会社島津製作所
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Publication date
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Priority to JP2021505477A priority patent/JP7120442B2/ja
Priority to US17/436,866 priority patent/US11706379B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32—Transforming X-rays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computerised tomographs
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/50—Image enhancement or restoration by the use of more than one image, e.g. averaging, subtraction
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/48—Increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10116—X-ray image
    • G06T2207/10124—Digitally reconstructed radiograph [DRR]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20—Special algorithmic details
    • G06T2207/20212—Image combination

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray imaging device, and more particularly to an X-ray imaging device that generates a high-resolution image having a resolution higher than that of an acquired image by performing super-resolution processing that increases the resolution.
  • Patent Document 1 includes a data storage unit that stores a plurality of projection data (acquired images) relating to an acquired subject, and a reconstruction processing unit that generates a reconstruction image obtained by reconstructing a plurality of projection data.
  • the X-ray imaging apparatus is disclosed.
  • the X-ray imaging apparatus of Patent Document 1 is limited to an input device for the user to manually specify the range to which the super-resolution processing is applied on the reconstructed image and the specified range of the super-resolution processing. It is equipped with a super-resolution processing unit that performs super-resolution processing. Then, the image to which the super-resolution processing is manually performed is treated as one image (high resolution image) and displayed.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one object of the present invention is to suppress a long calculation time when generating a high-resolution image and to obtain one image. It is an object of the present invention to provide an X-ray imaging apparatus capable of generating a high-resolution image while suppressing a reduction in the range of an image treated as.
  • the X-ray imaging apparatus in one aspect of the present invention moves the X-ray source and the X-ray emitted from the X-ray source in parallel with each other by a movement amount smaller than one pixel.
  • a super-resolution that generates multiple acquired images based on the detectors that detect at multiple detection positions and the X-rays detected at each of the multiple detection positions, and increases the resolution based on the multiple acquired images.
  • An image processing unit that generates a high-resolution image having a resolution higher than that of a plurality of acquired images by performing resolution processing is provided, and the image processing unit relates to a first region in which a subject exists in the acquired image.
  • the first region increased by applying the super-resolution processing to the second region other than the first region in the acquired image by a processing simpler than the super-resolution processing. It is configured to increase the number of pixels as the resolution in the region increases.
  • the image processing unit applies super-resolution processing to the first region in which the subject exists in the acquired image, and at the same time, the acquired image has a first position.
  • the number of pixels is increased in accordance with the increase in resolution in the first region, which is increased by applying the super-resolution processing by a process simpler than the super-resolution processing for the second region other than the one region.
  • the resolution of the second region to which the super-resolution processing is not applied can be increased according to the increase in the resolution of the first region to which the super-resolution processing is applied, so that the super-resolution can be increased only in the first region.
  • the first region and the second region can be treated as one image. Further, since the image processing unit applies the super-resolution processing to the first region and increases the number of pixels by a simpler processing than the super-resolution processing for the second region, the entire acquired image is covered. On the other hand, the calculation time can be surely shortened as compared with the case where the super-resolution processing is performed. As a result, it is possible to generate a high-resolution image while suppressing a long calculation time when generating a high-resolution image and suppressing a small range of images treated as one image. ..
  • the image processing unit is in the first region by applying the super-resolution processing to the second region to which the super-resolution processing is not applied in the acquired image. It is configured to increase the number of pixels by an increase rate equal to the rate of increase in the number of pixels due to an increase in resolution. With this configuration, the pixel sizes of the first region and the second region are the same, so that an image including the first region and the second region after the super-resolution processing is easily performed. In addition, it can be treated as one image (high resolution image).
  • the image processing unit is configured to increase the number of pixels by the above-mentioned increase rate by performing pixel interpolation processing by image processing on the second region.
  • the image processing unit is configured to apply super-resolution processing using the successive approximation calculation to the first region.
  • the super-resolution processing using the successive approximation calculation has a particularly long calculation time in the super-resolution processing method. That is, even when performing super-resolution processing using successive approximation calculation that requires a relatively long calculation time, a high-resolution image can be generated by configuring the X-ray imaging apparatus according to the above one aspect. It is possible to generate a high-resolution image while suppressing the calculation time from becoming long and suppressing the range of the image treated as one image from becoming small.
  • the image processing unit is configured to acquire the first region by image processing based on the image data of the acquired image.
  • the image processing unit can automatically acquire the first area by image processing, so that the image processing unit can use the first area without manually setting the first area.
  • Super-resolution processing can be applied.
  • the image processing unit is configured to acquire the first region based on the magnitude of the luminance value or the magnitude of the spatial frequency in the acquired image.
  • the brightness value becomes larger (or smaller) than in the region where the subject does not exist.
  • the brightness value and the spatial frequency change significantly at the boundary between the region where the subject exists and the region where the subject does not exist in the image. Therefore, with the above configuration, the image processing unit can easily acquire the first region based on the image data of the acquired image.
  • the "spatial frequency" indicates the number of repetitions of the structure included in the unit length. For example, a high spatial frequency in an image means that a sudden change such as an edge has occurred.
  • the detector is configured to detect the X-ray emitted from the X-ray source from a plurality of directions while rotating about the rotation axis.
  • the image processing unit generates a plurality of two-dimensional acquired images based on X-rays detected from each of the plurality of directions, and creates a three-dimensional reconstructed image obtained by reconstructing the plurality of two-dimensional acquired images. It is configured to be generated, and the first region is set by the user based on the data of the three-dimensional reconstructed image.
  • the three-dimensional reconstructed image obtained by reconstructing a plurality of two-dimensional acquired images is configured as three-dimensional voxel data
  • an arbitrary cross section can be cut out from the three-dimensional reconstructed image. Therefore, with the above configuration, by setting regions for at least two images viewed from different directions obtained by cutting out an arbitrary cross section from the three-dimensional reconstructed image, the third dimension voxel data can be obtained. One area can be set. Then, by converting the three-dimensional voxel data into a plurality of two-dimensional pixel data, it is possible to set a first region for the plurality of two-dimensional pixel data.
  • the first region is used for many acquired images among the plurality of two-dimensional acquired images used for generating the three-dimensional reconstructed image. Can be set.
  • the user sets the first region as compared with the case where the first region is set one by one for many acquired images among the two-dimensional acquired images for generating the reconstructed image.
  • the work load can be suppressed.
  • many (for example, several hundred to several thousand) two-dimensional acquired images are used to generate a three-dimensional reconstructed image.
  • the image processing unit is a three-dimensional image corresponding to a region set by the user in at least two two-dimensional cross-sectional images viewed from different directions obtained by cutting out an arbitrary cross section from the three-dimensional reconstructed image.
  • the region in the reconstructed image of the above as the first region and converting the three-dimensional reconstructed image in which the first region is set into a plurality of two-dimensional acquired images, the plurality of two-dimensional acquired images can be obtained. It is configured to set the first area.
  • high resolution is suppressed while suppressing a long calculation time when generating a high resolution image and suppressing a small range of an image treated as one image. Images can be generated.
  • the X-ray imaging apparatus 100 includes an X-ray source 1, a detector 2, a rotating stage 3, a detector moving mechanism 4, a processing unit 5, and a display unit 6. There is.
  • the X-ray source 1, the rotating stage 3, and the detector 2 are arranged side by side in this order in the direction (Z direction) connecting the X-ray source 1 and the detector 2. ..
  • the direction from the X-ray source 1 to the detector 2 is the Z2 direction, and the opposite direction is the Z1 direction.
  • the direction in which the rotation stage 3 translates in the in-plane direction orthogonal to the Z direction is defined as the Y direction.
  • the direction orthogonal to the Z direction and the Y direction is defined as the X direction.
  • the X-ray source 1 is an X-ray generator capable of generating X-rays by applying a high voltage.
  • the X-ray source 1 is configured to irradiate the generated X-rays in the Z2 direction.
  • the detector 2 detects the X-rays emitted from the X-ray source 1 and converts the detected X-rays into an electric signal.
  • the detector 2 has a detection surface 2b including a plurality of detection elements 2a arranged side by side in a matrix in the X direction and the Y direction at a predetermined period L1.
  • the detector 2 is arranged so as to correspond to each of the plurality of detection elements 2a, and includes a plurality of conversion elements (not shown) that convert the detected X-rays into an electric signal.
  • the detector 2 is, for example, an FPD (Flat Panel Detector).
  • the detection signal (electric signal) converted by the detector 2 is sent to the image processing unit 5b (described later) included in the processing unit 5.
  • the rotating stage 3 has a mounting surface 3a (see FIG. 2) on which the subject S is mounted.
  • the rotation stage 3 is configured to be capable of rotating 360 degrees around a rotation axis 90 along the Y direction in the XZ plane. Further, as shown in FIG. 2, the rotation stage 3 is configured to be capable of translationally moving in the Y direction.
  • the detector 2 detects the X-rays emitted from the X-ray source 1 from a plurality of directions (in the XZ plane) while rotating with the Y direction as the rotation axis. , And parallel movement in the Y direction are alternately repeated, so that tomography can be performed. That is, the X-ray imaging apparatus 100 is an imaging apparatus capable of performing so-called non-helical scan type tomography.
  • the detector moving mechanism 4 is configured to be able to move the detector 2 in the X direction and the Y direction by a movement amount smaller than that of the detection element 2a, respectively.
  • the detector moving mechanism 4 moves the detector 2 between the first position P1, the second position P2, the third position P3, and the fourth position P4.
  • the second position P2 is a position translated from the first position P1 by a distance L2 in the X direction.
  • the third position P3 is a position translated from the first position P1 by a distance L3 in the Y direction.
  • the fourth position P4 is a position translated from the first position P1 by a distance L3 to the same side as the third position P3 in the Y direction.
  • the distance L2 and the distance L3 are distances smaller than the size (period in which the detection elements 2a are lined up) L1 corresponding to one of the detection elements 2a in the X direction and the Y direction, respectively. That is, in the X-ray imaging apparatus 100, the detector 2 translates the X-rays emitted from the X-ray source 1 by a movement amount smaller than that of one pixel Ea (E) (see FIG. 5). It is configured so that it can be detected at the detection position P of.
  • the processing unit 5 includes a control unit 5a and an image processing unit 5b.
  • the control unit 5a is configured to control the operation of the rotation stage 3 and the detector moving mechanism 4.
  • the control unit 5a includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.
  • the image processing unit 5b is configured to generate an X-ray fluoroscopic image Ia (see FIG. 4) based on the detection signal sent from the detector 2.
  • the image processing unit 5b includes, for example, a processor such as a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) configured for image processing.
  • the data of each pixel Ea (E) (see FIG. 5) in the fluoroscopic image Ia (see FIG. 4) corresponds to the X-ray dose detected by each detection element 2a of the detector 2.
  • the X-ray fluoroscopic image Ia is an example of the "acquired image" in the claims.
  • the image processing unit 5b generates a plurality of X-ray fluoroscopic images Ia based on the X-rays detected at each of the plurality of detection positions P, and a plurality of X-ray fluoroscopic images Ia based on the plurality of X-ray fluoroscopic images Ia. It is configured to generate a high-resolution image 50 (see FIG. 5) having a higher resolution than the X-ray fluoroscopic image Ia.
  • the image processing unit 5b is configured to generate a high-resolution image 50 by performing super-resolution processing that increases the resolution based on the plurality of X-ray fluoroscopic images Ia.
  • the image processing unit 5b has X-rays detected at the first position P1, the second position P2, the third position P3, and the fourth position P4, respectively.
  • X-ray fluoroscopic images 10, 20, 30 and 40 are generated as the fluoroscopic images Ia.
  • the X-ray fluoroscopic image 10 includes X-ray fluoroscopic images 11, 12, 13, 14, ... In which at least one of the imaging positions in the XZ plane and the imaging position in the Y direction is different from each other due to the rotation stage 3.
  • the X-ray fluoroscopic image 20 includes X-ray fluoroscopic images 21, 22, 23, 24, ..., In which at least one of the imaging positions in the XZ plane and the imaging position in the Y direction is different from each other due to the operation of the rotation stage 3.
  • the X-ray fluoroscopic image 30 includes X-ray fluoroscopic images 31, 32, 33, 34, ... In which at least one of the imaging positions in the XZ plane and the imaging position in the Y direction is different from each other due to the operation of the rotation stage 3.
  • the X-ray fluoroscopic image 40 includes X-ray fluoroscopic images 41, 42, 43, 44, ..., In which at least one of the imaging positions in the XZ plane and the imaging position in the Y direction is different from each other due to the operation of the rotation stage 3.
  • the image processing unit 5b performs super-resolution processing on the X-ray fluoroscopic images 10, 20, 30 and 40 to perform X-ray fluoroscopic images 10, 20, 30 and 40.
  • a high-resolution image 50 having a higher resolution than the above is generated.
  • the high-resolution image 50 subjected to the super-resolution processing has pixels Eb (E) smaller than the size of pixels Ea (E) of the X-ray fluoroscopic images 10, 20, 30 and 40.
  • the image processing unit 5b is configured to perform super-resolution processing by an optimization method using a successive approximation calculation.
  • the successive approximation operation is, for example, an IBP (Iterative Backward Projection) method.
  • the image processing unit 5b generates a three-dimensional reconstructed image 60 in which a plurality of two-dimensional high-resolution images 50 (51, 52, 53, 54, ...) Are reconstructed. It is configured as follows. High-resolution images 51, 52, 53, 54, ... Each have (two-dimensional) pixel data.
  • the high-resolution image 51 is generated by performing super-resolution processing on the X-ray fluoroscopic images 11, 21, 31 and 41.
  • the high-resolution image 52 is generated by performing super-resolution processing on the fluoroscopic images 12, 22, 32, and 42.
  • the high-resolution image 53 is generated by performing super-resolution processing on the fluoroscopic images 13, 23, 33, and 43.
  • the high-resolution image 54 is generated by performing super-resolution processing on the fluoroscopic images 14, 24, 34, and 44.
  • the reconstructed image 60 has (three-dimensional) voxel data.
  • many (for example, several hundred to several thousand) two-dimensional high-resolution images 50 are reconstructed to generate a three-dimensional reconstructed image 60.
  • the display unit 6 is configured to be able to display an image (X-ray fluoroscopic image Ia, high-resolution image 50, reconstructed image 60, etc.) generated by the image processing unit 5b.
  • the display unit 6 is, for example, a monitor such as a liquid crystal display.
  • the image processing unit 5b superimposes on the first region A1 (for example, a rectangular region) in which the subject S exists in the fluoroscopic image Ia. It is configured to apply resolution processing. Further, the image processing unit 5b super-resolutions the second region A2 (for example, a frame-shaped region) other than the first region A1 in the X-ray fluoroscopic image Ia by a process simpler than the super-resolution process. It is configured to increase the number of pixels according to the increase in the resolution in the first region A1 which is increased by applying the processing.
  • the first region A1 for example, a rectangular region
  • the image processing unit 5b super-resolutions the second region A2 (for example, a frame-shaped region) other than the first region A1 in the X-ray fluoroscopic image Ia by a process simpler than the super-resolution process. It is configured to increase the number of pixels according to the increase in the resolution in the first region A1 which is increased by applying the processing.
  • the image processing unit 5b increases the number of pixels for the second region A2 by an increase rate equal to the increase rate of the number of pixels due to the increase in the resolution in the first region A1 due to the application of the super-resolution processing. It is configured to increase. Further, the image processing unit 5b is configured to increase the number of pixels by the above-mentioned increase rate by performing interpolation processing of pixels E by image processing on the second region A2.
  • the X-ray imaging apparatus 100 applies super-resolution processing to the X-ray fluoroscopic image Ia displayed on the display unit 6 (see FIG. 1) by the user via an operation unit (not shown).
  • the first region A1 is selected.
  • the image processing unit 6b performs super-resolution processing on the first region A1 in the X-ray fluoroscopic image Ia selected by the user. Further, the image processing unit 6b increases the number of pixels of the second region A2 other than the first region A1 in the X-ray fluoroscopic image Ia by the amount increased in the first region A1 by the super-resolution processing.
  • the pixel E in the first region A1 is interpolated.
  • the pixel E is interpolated so that the number of pixels in the second region A2 is quadrupled.
  • the pixel E interpolation processing is preferably processing with a relatively low calculation load, such as nearest neighbor interpolation or bilinear interpolation.
  • the image processing unit 5b is configured to apply the super-resolution processing to the first region A1 in which the subject S exists in the X-ray fluoroscopic image Ia. Further, the image processing unit 5b is increased by applying the super-resolution processing to the second region A2 other than the first region A1 in the X-ray fluoroscopic image Ia by a processing simpler than the super-resolution processing. The number of pixels is increased as the resolution in the first region A1 is increased. As a result, the resolution of the second region A2 to which the super-resolution processing is not applied can be increased according to the increase in the resolution of the first region A1 to which the super-resolution processing is applied, so that only the first region A1 can be used.
  • the first region A1 and the second region A2 can be treated as one image. Further, since the image processing unit 5b applies the super-resolution processing to the first region A1 and increases the number of pixels by a simpler processing than the super-resolution processing for the second region A2, X-rays are used. The calculation time can be surely shortened as compared with the case where the super-resolution processing is performed on the entire fluoroscopic image Ia. As a result, the high-resolution image 50 is generated while suppressing the calculation time for generating the high-resolution image 50 from becoming long and suppressing the range of the images treated as one image from becoming small. Can be done.
  • the image processing unit 5b is subjected to the super-resolution processing to the second region A2 to which the super-resolution processing is not applied in the X-ray fluoroscopic image Ia.
  • the number of pixels is increased by an increase rate equal to the rate of increase in the number of pixels due to the increase in resolution in the first region A1.
  • the size of the pixel E in the first region A1 and the second region A2 becomes the same, so that the image including the first region A1 and the second region A2 after the super-resolution processing is performed can be displayed. It can be easily treated as one image (high resolution image 50).
  • the image processing unit 5b increases the number of pixels by the above-mentioned increase rate by performing the interpolation processing of the pixel E by the image processing on the second region A2. Constitute.
  • the pixel E can be easily interpolated between the pixels E by the pixel E interpolation processing, which is a simpler process than the super-resolution processing, so that the number of pixels can be easily increased by the above-mentioned increase rate. it can.
  • the image processing unit 5b is configured to apply the super-resolution processing using the successive approximation calculation to the first region A1.
  • the image processing unit 5b is configured to apply the super-resolution processing using the successive approximation calculation to the first region A1.
  • the X-ray imaging apparatus 200 includes a processing unit 205.
  • the processing unit 205 includes an image processing unit 205b.
  • the image processing unit 205b is configured to acquire the first region A21 by image processing based on the image data of the X-ray fluoroscopic image Ia. Specifically, the image processing unit 205b is configured to acquire the first region A21 based on the magnitude of the brightness value in the X-ray fluoroscopic image Ia.
  • the image processing unit 205b determines whether or not the subject S exists based on either the magnitude of the luminance value itself or the change in the magnitude of the luminance value in the fluoroscopic image Ia, and the second image processing unit 205b determines whether or not the subject S exists.
  • Acquire 1 area A21 That is, since the area in which the subject S exists has a larger luminance value than the area in which the subject S does not exist, the image processing unit 205b displays the pixel E having a relatively large luminance value by image processing in the X-ray fluoroscopic image Ia. By searching for a continuous area, it is determined whether or not the subject S exists.
  • the first region A21 is a region (that is, a region slightly larger than the subject S) that surrounds the subject S by pixels E separated from the edge of the subject S by several pixels E from the edge of the subject S.
  • the other configurations of the X-ray imaging apparatus 200 according to the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
  • the image processing unit 205b is configured to acquire the first region A21 by image processing based on the image data of the X-ray fluoroscopic image Ia.
  • the image processing unit 205b can automatically acquire the first area A21 by image processing, so that the image processing unit 205b can set the first area A21 in the first area A21 without the user manually setting the first area A21.
  • super-resolution processing can be applied.
  • the image processing unit 205b is configured to acquire the first region A21 based on the magnitude of the luminance value in the X-ray fluoroscopic image Ia. As a result, the image processing unit 205b can easily acquire the first region A21 based on the image data of the X-ray fluoroscopic image Ia.
  • a third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 9 to 11.
  • the display is performed by the user.
  • An example in which the first region A31 is selected based on the data of the reconstructed image 360 (see FIG. 9) displayed in the part 6 will be described.
  • the same reference numerals are given to the parts having the same configuration as that of the first embodiment.
  • the X-ray imaging apparatus 300 includes a processing unit 305.
  • the processing unit 305 includes an image processing unit 305b.
  • the image processing unit 305b has regions A31a (see FIG. 10) and A31b (see FIG. 10) set by the user based on the data of the three-dimensional reconstructed image 360.
  • the first region A31 (see FIG. 10) is set based on the above.
  • the image processing unit 305b covers areas A31a and A31b set by the user in two two-dimensional cross-sectional images 70 viewed from different directions obtained by cutting out an arbitrary cross section from the three-dimensional reconstructed image 360.
  • the region in the corresponding three-dimensional reconstructed image 360 is configured to be set as the first region A31.
  • the image processing unit 305b converts the three-dimensional reconstructed image 360 in which the first region A31 is set into a plurality of two-dimensional X-ray fluoroscopic images Ia, thereby converting the plurality of two-dimensional X-ray fluoroscopic images Ia. It is configured to set the first region A31 in.
  • FIG. 9 shows an example in which the subject S has a plate shape.
  • the image processing unit 305b generates a three-dimensional reconstructed image 360 in which a plurality of two-dimensional fluoroscopic images Ia are reconstructed before performing the super-resolution processing.
  • the plurality of two-dimensional fluoroscopic images Ia are, for example, a plurality of fluoroscopic images 10 (11, 12, 13, 14, ).
  • an arbitrary cross section is selected by the user in the reconstructed image 360 displayed on the display unit 6 (see FIG. 1) via the operation unit (not shown).
  • the image processing unit 305b generates a cross-sectional image 70 obtained by cutting out a cross-section selected by the user, and displays the generated cross-sectional image 70 on the display unit 6 (see FIG. 1).
  • FIG. 9 in the reconstructed image 360, as the cross-sectional image 70, a cross-sectional image 70a obtained by cutting out a cross section viewed from the A direction and a cross-sectional image 70b obtained by cutting out a cross section viewed from the B direction are shown.
  • the regions A31a and A31b are selected by the user in the cross-sectional images 70a and 70b displayed on the display unit 6 (see FIG. 1) via the operation unit (not shown), respectively.
  • the image processing unit 305b sets the first region A31 in the reconstructed image 360 based on the regions A31a and A31b selected in the cross-sectional images 70a and 70b.
  • the image processing unit 305b uses the first region A31 in the three-dimensional reconstructed image 360 for reconstructing the reconstructed image 360, and a plurality of two-dimensional two-dimensional X-ray fluoroscopic images Ia. (Convert 3D voxel data to multiple 2D pixel data). Further, the image processing unit 305b sets a region other than the first region A31 in the second region A32 in the X-ray fluoroscopic image Ia. As a result, the first region A31 and the second region A32 are set for the plurality of two-dimensional fluoroscopic images Ia.
  • the cross-sectional image 70a obtained by cutting out the cross section viewed from the A direction has a relatively large area of the subject S in the image
  • the cross-sectional image 70b obtained by cutting out the cross section viewed from the B direction is The area of the subject S in the image is relatively small.
  • the first region A31 can be appropriately set by changing the range in which the super-resolution processing is performed in the images viewed from various directions, so that the high-resolution image 50 can be effectively set. It is possible to shorten the calculation time when generating.
  • the other configurations of the X-ray imaging apparatus 300 according to the third embodiment are the same as those of the first embodiment.
  • the detector 2 is configured to detect the X-rays emitted from the X-ray source 1 from a plurality of directions while rotating around the rotation axis 90. Then, the image processing unit 305b generates a plurality of two-dimensional X-ray fluoroscopic images Ia based on the X-rays detected from each of the plurality of directions, and regenerates the plurality of two-dimensional X-ray fluoroscopic images Ia. It is configured to generate the constructed three-dimensional reconstructed image 360. Then, the image processing unit 305b is configured so that the first region A31 is set by the user based on the data of the three-dimensional reconstructed image 360.
  • the first region for the three-dimensional voxel data is set.
  • A31 can be set.
  • the first region A31 for the plurality of two-dimensional pixel data can be set. That is, by simply setting the regions A31a and A31b for at least two images, many X-ray fluoroscopic images in the plurality of two-dimensional X-ray fluoroscopic images Ia used for generating the three-dimensional reconstructed image 360 are obtained.
  • the first region A31 can be set for the image Ia.
  • the workload of the user setting the first area A31 can be suppressed.
  • the image processing unit 305b is viewed by the user in two two-dimensional cross-sectional images 70 viewed from different directions by cutting out arbitrary cross-sections from the three-dimensional reconstructed image 360.
  • the region in the three-dimensional reconstructed image 360 corresponding to the set regions A31a and A31b is set as the first region A31, and the three-dimensional reconstructed image 360 in which the first region A31 is set is set as a plurality of two-dimensional reconstruction images.
  • the region A31 in the plurality of two-dimensional X-ray fluoroscopic images Ia is set.
  • the first region A31 is surely set for many of the two-dimensional X-ray fluoroscopic images Ia. Therefore, the user sets the first region A31 as compared with the case where the first region A31 is set one by one for many X-ray fluoroscopic images Ia in the two-dimensional X-ray fluoroscopic image Ia. It is possible to surely suppress the work load to be performed.
  • the image processing unit 205b is configured to acquire the first region A21 based on the magnitude of the brightness value in the fluoroscopic image Ia.
  • the image processing unit may be configured to acquire the first region based on the magnitude of the spatial frequency in the fluoroscopic image. That is, when the spatial frequency (indicating the number of repetitions of the structure included in the unit length) is high in the image, it means that a sudden change such as an edge occurs. Therefore, the image processing unit uses image analysis to perform image analysis. The portion having a high spatial frequency may be determined as the first region.
  • the X-ray imaging apparatus 300 is viewed by the user in two two-dimensional cross-sectional images 70 obtained by cutting out arbitrary cross-sections from the three-dimensional reconstructed image 360 and viewed from different directions.
  • 31b are set to be set, but the present invention is not limited to this.
  • the X-ray imaging apparatus is configured so that a region is set by the user in three or more two-dimensional cross-sectional images viewed from different directions obtained by cutting out arbitrary cross-sections from a three-dimensional reconstructed image. You may.
  • the number of two-dimensional cross-sectional images viewed from different directions which is appropriate for setting the region in the fluoroscopic image as the first region, differs depending on the shape of the subject.
  • the image processing unit 305b is configured so that the first region A31 is set by the user based on the data of the three-dimensional reconstructed image 360.
  • the image processing unit may be configured to automatically set the first region based on the data of the three-dimensional reconstructed image. In that case, as in the second embodiment, the first region may be acquired by image processing.
  • the image processing unit 5b (205b, 305b) is configured to perform super-resolution processing by an optimization method using a successive approximation calculation.
  • the invention is not limited to this.
  • the image processing unit may be configured to perform super-resolution processing using a method other than the successive approximation calculation.
  • the image processing unit 5b (205b, 305b) is superposed with respect to the second region A2 (A22, A32) to which the super-resolution processing is not applied in the X-ray fluoroscopic image Ia.
  • An example is shown in which the number of pixels is increased by an increase rate equal to the increase rate of the number of pixels due to the increase in resolution in the first region A1 (A21, A31) due to the application of the resolution processing. Is not limited to this.
  • the number of pixels is increased by an increase rate different from the increase rate of the number of pixels due to the increase in resolution in the first region due to the application of super-resolution processing to the second region. May be good.
  • the image processing unit 5b (205b, 305b) is a high-resolution image based on four X-ray fluoroscopic images Ia (X-ray fluoroscopic images 10, 20, 30 and 40).
  • Ia X-ray fluoroscopic images 10, 20, 30 and 40.
  • the present invention is not limited to this.
  • the super-resolution image may be generated based on two or three X-ray fluoroscopic images, or a high-resolution image may be generated based on five or more X-ray fluoroscopic images. It may be configured as follows.
  • the X-ray imaging apparatus 100 200, 300 for performing non-helical scan type tomography is configured to generate a high resolution image 50.
  • the present invention is not limited to this.
  • the X-ray imaging apparatus that performs helical scan type tomography may be configured to generate a high-resolution image.
  • the X-ray imaging apparatus 100 (200, 300) for performing tomography is configured to generate a high-resolution image 50.
  • a high-resolution image may be generated in an X-ray imaging apparatus that does not perform tomography.
  • X-ray source 2 Detectors 5b, 205b, 305b Image processing unit 50 (51, 52, 53, 54) High-resolution image 60, 360 Reconstructed image 70 (70a, 70b), Cross-sectional image 90 Rotation axis 100, 200 , 300 X-ray equipment A1, A21, A31 1st region A2, A22, A32 2nd region E (Ea, Eb) Pixel Ic (10 (11, 12, 13, 14), 20 (21, 22, 23, 24), 30 (31, 32, 33, 34), 40 (41, 42, 43, 44)) X-ray fluoroscopic image (acquired image) P Detection position S Subject

Abstract

このＸ線撮影装置（１００）では、画像処理部（５ｂ）は、取得画像（Ｉａ）において被写体（Ｓ）が存在する第１領域（Ａ１）に対して、超解像処理を適用するとともに、取得画像において第１領域以外の第２領域（Ａ２）に対して、超解像処理よりも簡易な処理により、超解像処理が適用されることにより増加した第１領域における解像度の増加に応じて画素数を増加させるように構成されている。

Description

Ｘ線撮影装置
　本発明は、Ｘ線撮影装置に関し、特に、解像度を増加させる超解像処理を行うことにより、取得画像よりも解像度が高い高解像画像を生成するＸ線撮影装置に関する。
　従来、解像度を増加させる超解像処理を行うことにより取得画像よりも解像度が高い高解像画像を生成するＸ線撮影装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
　上記特許文献１には、取得した被検体に関する複数の投影データ（取得画像）を記憶するデータ記憶部と、複数の投影データを再構成した再構成画像を生成する再構成処理部と、を備えたＸ線撮影装置が開示されている。上記特許文献１のＸ線撮影装置は、再構成画像上において超解像処理を適用する範囲をユーザが手動で指定するための入力器と、指定された超解像処理の範囲に限定して超解像処理を行う超解像処理部と、を備えている。そして、手動により超解像処理が行われた画像が１つの画像（高解像度画像）として扱われて表示される。
特開２００５－９５３２８号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来のＸ線撮影装置では、超解像処理を適用する範囲を限定することにより、高解像画像を生成する時間を短くできるものの、１つの画像（高解像度画像）として扱われる範囲が超解像処理が行われた範囲に限定されるため、１つの画像（高解像度画像）として扱われる範囲が元の取得画像よりも小さくなるという問題点がある。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高解像画像を生成する際の計算時間が長くなるのを抑制するとともに１つの画像として扱われる画像の範囲が小さくなるのを抑制しながら高解像画像を生成することが可能なＸ線撮影装置を提供することである。
　上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるＸ線撮影装置は、Ｘ線源と、Ｘ線源から照射されたＸ線を、互いに１画素分よりも小さい移動量だけ平行移動させた複数の検出位置において検出する検出器と、複数の検出位置のそれぞれにおいて検出されたＸ線に基づいて、複数の取得画像を生成するとともに、複数の取得画像に基づいて、解像度を増加させる超解像処理を行うことにより、複数の取得画像よりも解像度が高い高解像画像を生成する画像処理部と、を備え、画像処理部は、取得画像において被写体が存在する第１領域に対して、超解像処理を適用するとともに、取得画像において第１領域以外の第２領域に対して、超解像処理よりも簡易な処理により、超解像処理が適用されることにより増加した第１領域における解像度の増加に応じて画素数を増加させるように構成されている。
　この発明の一の局面によるＸ線撮影装置では、上記のように、画像処理部は、取得画像において被写体が存在する第１領域に対して、超解像処理を適用するとともに、取得画像において第１領域以外の第２領域に対して、超解像処理よりも簡易な処理により、超解像処理が適用されることにより増加した第１領域における解像度の増加に応じて画素数を増加させる。これにより、超解像処理が適用されない第２領域の解像度を、超解像処理が適用される第１領域の解像度の増加に応じて増加させることができるので、第１領域のみに超解像処理が適用された場合でも、第１領域と第２領域とを１つの画像として扱うことができる。また、画像処理部は、第１領域に対して超解像処理を適用するとともに、第２領域に対して超解像処理よりも簡易な処理により画素数を増加させるので、取得画像の全体に対して超解像処理が行われる場合と比較して、計算時間を確実に短くすることができる。これらの結果、高解像画像を生成する際の計算時間が長くなるのを抑制するとともに１つの画像として扱われる画像の範囲が小さくなるのを抑制しながら高解像画像を生成することができる。
　上記一の局面によるＸ線撮影装置において、好ましくは、画像処理部は、取得画像において超解像処理が適用されない第２領域に対して、超解像処理が適用されることによる第１領域における解像度の増加による画素数の増加割合と等しい増加割合だけ画素数を増加させるように構成されている。このように構成すれば、第１領域と第２領域との画素の大きさが同じになるので、超解像処理が行われた後の第１領域と第２領域とを含む画像を、容易に、１つの画像（高解像画像）として扱うことができる。
　この場合、好ましくは、画像処理部は、第２領域に対して、画像処理による画素の補間処理を行うことにより上記増加割合だけ画素数を増加させるように構成されている。このように構成すれば、超解像処理と比べて簡易な処理である画素の補間処理により容易に画素間に画素を補間することができるので、容易に上記増加割合だけ画素数を増加させることができる。
　上記一の局面によるＸ線撮影装置において、好ましくは、画像処理部は、第１領域に対して、逐次近似演算を用いた超解像処理を適用するように構成されている。ここで、逐次近似演算を用いた超解像処理は、超解像処理の手法において特に演算時間が長い。すなわち、比較的長い演算時間を要する逐次近似演算を用いた超解像処理を行う場合でも、上記一の局面によるＸ線撮影装置のように構成することによって、高解像画像を生成する際の計算時間が長くなるのを抑制するとともに１つの画像として扱われる画像の範囲が小さくなるのを抑制しながら高解像画像を生成することができる。
　上記一の局面によるＸ線撮影装置において、好ましくは、画像処理部は、取得画像の画像データに基づいて、第１領域を画像処理により取得するように構成されている。このように構成すれば、画像処理部が画像処理により自動で第１領域を取得することができるので、画像処理部は、ユーザが手動で第１領域を設定することなく、第１領域に対して超解像処理を適用することができる。
　この場合、好ましくは、画像処理部は、取得画像における輝度値の大きさまたは空間周波数の大きさに基づいて、第１領域を取得するように構成されている。ここで、画像において被写体が存在する領域は、被写体が存在しない領域と比較して、輝度値が大きくなる（または、小さくなる）。また、画像において被写体が存在する領域と被写体が存在しない領域との境界部では、輝度値および空間周波数が大きく変化する。したがって、上記のように構成すれば、画像処理部は、取得画像の画像データに基づいて、容易に第１領域を取得することができる。なお、「空間周波数」とは、単位長に含まれる構造の繰り返しの多さを表す。たとえば、画像において空間周波数が高い場合、エッジなどの突然の変化が生じていることを意味する。
　上記一の局面によるＸ線撮影装置において、好ましくは、検出器は、Ｘ線源から照射されたＸ線を、回転軸を中心として回転しながら複数の方向から検出するように構成されており、画像処理部は、複数の方向のそれぞれから検出されたＸ線に基づいて、複数の２次元の取得画像を生成するとともに、複数の２次元の取得画像を再構成した３次元の再構成画像を生成するように構成されており、３次元の再構成画像のデータに基づいて、ユーザにより、第１領域が設定されるように構成されている。ここで、複数の２次元の取得画像を再構成した３次元の再構成画像は、３次元のボクセルデータとして構成されているので、３次元の再構成画像から任意の断面を切り出すことができる。したがって、上記のように構成すれば、３次元の再構成画像から任意の断面を切り出した互いに異なる方向から見た少なくとも２つの画像に対して領域を設定することにより、３次元のボクセルデータに対する第１領域を設定することができる。そして、３次元のボクセルデータを、複数の２次元のピクセルデータに変換することにより、複数の２次元のピクセルデータに対する第１領域を設定することができる。すなわち、少なくとも２つの画像に対して第１領域を設定するだけで、３次元の再構成画像の生成に用いられた複数の２次元の取得画像の内の多くの取得画像に対して第１領域を設定することができる。その結果、再構成画像を生成するための２次元の取得画像の内の多くの取得画像に対して、１つずつ第１領域を設定する場合と比較して、ユーザが第１領域を設定する作業負担を抑制することができる。なお、３次元の再構成画像の生成には、一般的に、多く（たとえば、数百～数千枚）の２次元の取得画像が用いられる。
　この場合、好ましくは、画像処理部は、３次元の再構成画像から任意の断面を切り出した互いに異なる方向から見た少なくとも２つの２次元の断面画像においてユーザにより設定された領域に対応する３次元の再構成画像における領域を第１領域として設定するとともに、第１領域が設定された３次元の再構成画像を複数の２次元の取得画像に変換することにより、複数の２次元の取得画像における第１領域を設定するように構成されている。このように構成すれば、少なくとも２つの画像に対して第１領域を設定するだけで、２次元の取得画像の内の多くの取得画像に対して確実に第１領域を設定することができるので、２次元の取得画像の内の多くの取得画像に対して、１つずつ第１領域を設定する場合と比較して、ユーザが第１領域を設定する作業負担を確実に抑制することができる。
　本発明によれば、上記のように、高解像画像を生成する際の計算時間が長くなるのを抑制するとともに１つの画像として扱われる画像の範囲が小さくなるのを抑制しながら高解像画像を生成することができる。
本発明の第１実施形態によるＸ線撮影装置の全体構成を示したＹ方向から見た図である。 本発明の第１実施形態によるＸ線撮影装置の全体構成を示したＸ方向から見た図である。 本発明の第１実施形態によるＸ線撮影装置におけるＸ線の検出位置を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるＸ線撮影装置により撮影されたＸ線透視画像を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるＸ線撮影装置における高解像画像の生成を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるＸ線撮影装置における再構成画像の生成を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるＸ線撮影装置における第１領域の設定を説明するための図である。 本発明の第２実施形態によるＸ線撮影装置における第１領域の設定を説明するための図である。 本発明の第３実施形態によるＸ線撮影装置における再構成画像から切り出した断面画像を説明するための図である。 本発明の第３実施形態によるＸ線撮影装置における第１領域の設定を説明するための図である。 本発明の第３実施形態によるＸ線撮影装置における第１領域が設定されたＸ線透視画像を説明するための図である。
　以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
　まず、図１～図７を参照して、本発明の第１実施形態によるＸ線撮影装置１００の構成について説明する。
　図１に示すように、Ｘ線撮影装置１００は、Ｘ線源１と、検出器２と、回転ステージ３と、検出器移動機構４と、処理ユニット５と、表示部６と、を備えている。
　Ｘ線撮影装置１００では、Ｘ線源１と、回転ステージ３と、検出器２とが、Ｘ線源１と検出器２とを結ぶ方向（Ｚ方向）に、この順に並んで配置されている。本明細書では、Ｘ線源１から検出器２に向かう方向をＺ２方向、その逆方向をＺ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内方向のうちの回転ステージ３が並進移動する方向をＹ方向とする。また、Ｚ方向およびＹ方向と直交する方向をＸ方向とする。
　Ｘ線源１は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させることが可能なＸ線発生装置である。Ｘ線源１は、発生させたＸ線をＺ２方向に照射するように構成されている。
　検出器２は、Ｘ線源１から照射されたＸ線を検出するとともに、検出されたＸ線を電気信号に変換する。検出器２は、マトリクス状にＸ方向およびＹ方向に所定の周期Ｌ１で並んで配列された複数の検出素子２ａを含む検出面２ｂを有する。検出器２は、複数の検出素子２ａのそれぞれに対応するように配置されるとともに、検出されたＸ線を電気信号に変換する複数の変換素子（図示せず）を含む。検出器２は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ　Ｐａｎｅｌ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器２で変換された検出信号（電気信号）は、処理ユニット５が備える画像処理部５ｂ（後述する）に送られる。
　回転ステージ３は、被写体Ｓを載置する載置面３ａ（図２参照）を有する。回転ステージ３は、ＸＺ平面内において、Ｙ方向に沿った回転軸９０周りに３６０度回転移動することが可能に構成されている。また、図２に示すように、回転ステージ３は、Ｙ方向に並進移動することが可能に構成されている。これにより、第１実施形態では、検出器２は、Ｘ線源１から照射されたＸ線を、Ｙ方向を回転軸として回転しながら（ＸＺ平面内の）複数の方向から検出する検出動作と、Ｙ方向への平行移動とを、交互に繰り返し行うことにより、断層撮影を行うことが可能に構成されている。すなわち、Ｘ線撮影装置１００は、いわゆるノンヘリカルスキャン型の断層撮影を行うことが可能な撮影装置である。
　図１および図２に示すように、検出器移動機構４は、検出器２を、検出素子２ａよりも小さい移動量だけＸ方向およびＹ方向にそれぞれ移動させることが可能に構成されている。これにより、図３に示すように、検出器移動機構４は、検出器２を、第１位置Ｐ１と、第２位置Ｐ２と、第３位置Ｐ３と、第４位置Ｐ４との間で移動させることが可能である。第２位置Ｐ２は、第１位置Ｐ１から距離Ｌ２だけＸ方向へ平行移動させた位置である。第３位置Ｐ３は、第１位置Ｐ１から距離Ｌ３だけＹ方向へ平行移動させた位置である。第４位置Ｐ４は、第１位置Ｐ１から距離Ｌ３だけＹ方向における第３位置Ｐ３と同じ側へ平行移動させた位置である。距離Ｌ２および距離Ｌ３は、それぞれ、Ｘ方向およびＹ方向において、検出素子２ａの１つ分の大きさ（検出素子２ａが並ぶ周期）Ｌ１よりも小さい距離である。すなわち、Ｘ線撮影装置１００では、検出器２は、Ｘ線源１から照射されたＸ線を、互いに１画素Ｅａ（Ｅ）（図５参照）分よりも小さい移動量だけ平行移動させた複数の検出位置Ｐにおいて検出することが可能に構成されている。
　処理ユニット５は、制御部５ａと、画像処理部５ｂと、を備えている。
　制御部５ａは、回転ステージ３および検出器移動機構４の動作を制御するように構成されている。制御部５ａは、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。
　画像処理部５ｂは、検出器２から送られた検出信号に基づいて、Ｘ線透視画像Ｉａ（図４参照）を生成するように構成されている。画像処理部５ｂは、たとえば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）や画像処理用に構成されたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）などのプロセッサを含む。なお、Ｘ線透視画像Ｉａ（図４参照）における各画素Ｅａ（Ｅ）（図５参照）のデータは、それぞれ、検出器２の各検出素子２ａで検出されたＸ線量に対応する。なお、Ｘ線透視画像Ｉａは、特許請求の範囲の「取得画像」の一例である。
　また、画像処理部５ｂは、複数の検出位置Ｐのそれぞれにおいて検出されたＸ線に基づいて、複数のＸ線透視画像Ｉａを生成するとともに、複数のＸ線透視画像Ｉａに基づいて、複数のＸ線透視画像Ｉａよりも解像度が高い高解像画像５０（図５参照）を生成するように構成されている。なお、画像処理部５ｂは、複数のＸ線透視画像Ｉａに基づいて、解像度を増加させる超解像処理を行うことにより、高解像画像５０を生成するように構成されている。
　具体的には、図４に示すように、画像処理部５ｂは、第１位置Ｐ１、第２位置Ｐ２、第３位置Ｐ３および第４位置Ｐ４において検出されたＸ線に基づいて、それぞれ、Ｘ線透視画像Ｉａとして、Ｘ線透視画像１０、２０、３０および４０を生成する。Ｘ線透視画像１０は、回転ステージ３によりＸＺ平面内の撮影方向およびＹ方向の撮影位置の少なくとも一方が互いに異なるＸ線透視画像１１、１２、１３、１４、…を含む。Ｘ線透視画像２０は、回転ステージ３の動作によりＸＺ平面内の撮影方向およびＹ方向の撮影位置の少なくとも一方が互いに異なるＸ線透視画像２１、２２、２３、２４、…を含む。Ｘ線透視画像３０は、回転ステージ３の動作によりＸＺ平面内の撮影方向およびＹ方向の撮影位置の少なくとも一方が互いに異なるＸ線透視画像３１、３２、３３、３４、…を含む。Ｘ線透視画像４０は、回転ステージ３の動作によりＸＺ平面内の撮影方向およびＹ方向の撮影位置の少なくとも一方が互いに異なるＸ線透視画像４１、４２、４３、４４、…を含む。
　そして、図５に示すように、画像処理部５ｂは、Ｘ線透視画像１０、２０、３０および４０に対して、超解像処理を行うことにより、Ｘ線透視画像１０、２０、３０および４０よりも解像度が高くなった高解像画像５０を生成する。超解像処理が行われた高解像画像５０は、Ｘ線透視画像１０、２０、３０および４０の画素Ｅａ（Ｅ）の大きさよりも小さい画素Ｅｂ（Ｅ）を有する。なお、Ｘ線撮影装置２００では、画像処理部５ｂは、逐次近似演算を用いた最適化手法により、超解像処理を行うように構成されている。逐次近似演算は、たとえば、ＩＢＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ　Ｂａｃｋｗａｒｄ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法である。
　また、図６に示すように、画像処理部５ｂは、複数の２次元の高解像画像５０（５１、５２、５３、５４、…）を再構成した３次元の再構成画像６０を生成するように構成されている。高解像画像５１、５２、５３、５４、…は、それぞれ、（２次元の）ピクセルデータを有する。高解像画像５１は、Ｘ線透視画像１１、２１、３１および４１に対して、超解像処理を行うことにより生成されている。高解像画像５２は、Ｘ線透視画像１２、２２、３２および４２に対して、超解像処理を行うことにより生成されている。高解像画像５３は、Ｘ線透視画像１３、２３、３３および４３に対して、超解像処理を行うことにより生成されている。高解像画像５４は、Ｘ線透視画像１４、２４、３４および４４に対して、超解像処理を行うことにより生成されている。再構成画像６０は、（３次元の）ボクセルデータを有する。なお、Ｘ線撮影装置１００では、多く（たとえば、数百～数千枚）の２次元の高解像画像５０を再構成して３次元の再構成画像６０が生成される。
　表示部６は、画像処理部５ｂにより生成された画像（Ｘ線透視画像Ｉａ、高解像画像５０、再構成画像６０、等）を表示することが可能に構成されている。表示部６は、たとえば、液晶ディスプレイなどのモニタである。
　ここで、図７に示すように、第１実施形態では、画像処理部５ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて被写体Ｓが存在する第１領域Ａ１（たとえば、四角形状の領域）に対して、超解像処理を適用するように構成されている。また、画像処理部５ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて第１領域Ａ１以外の第２領域Ａ２（たとえば、枠形状の領域）に対して、超解像処理よりも簡易な処理により、超解像処理が適用されることにより増加した第１領域Ａ１における解像度の増加に応じて画素数を増加させるように構成されている。
　詳細には、画像処理部５ｂは、第２領域Ａ２に対して、超解像処理が適用されることによる第１領域Ａ１における解像度の増加による画素数の増加割合と等しい増加割合だけ画素数を増加させるように構成されている。また、画像処理部５ｂは、第２領域Ａ２に対して、画像処理による画素Ｅの補間処理を行うことにより上記増加割合だけ画素数を増加させるように構成されている。
　具体的には、Ｘ線撮影装置１００では、ユーザにより、操作部（図示しない）を介して、表示部６（図１参照）に表示されたＸ線透視画像Ｉａにおいて超解像処理を適用する第１領域Ａ１が選択される。画像処理部６ｂは、ユーザにより選択されたＸ線透視画像Ｉａにおける第１領域Ａ１に対して超解像処理を行う。また、画像処理部６ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａにおける第１領域Ａ１以外の第２領域Ａ２に対して、超解像処理により第１領域Ａ１において増加した分だけ画素数を増加させるように、第１領域Ａ１における画素Ｅの補間処理を行う。たとえば、第１領域Ａ１において、画素数が４倍になった場合、第２領域Ａ２の画素数が４倍になるように画素Ｅの補間処理を行う。なお、画素Ｅの補間処理は、最近傍補間、双一次補間、などの比較的計算負荷の低い処理が好ましい。
　（第１実施形態の効果）
　第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　第１実施形態では、上記のように、画像処理部５ｂを、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて被写体Ｓが存在する第１領域Ａ１に対して、超解像処理を適用するように構成する。また、画像処理部５ｂを、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて第１領域Ａ１以外の第２領域Ａ２に対して、超解像処理よりも簡易な処理により、超解像処理が適用されることにより増加した第１領域Ａ１における解像度の増加に応じて画素数を増加させるように構成する。これにより、超解像処理が適用されない第２領域Ａ２の解像度を、超解像処理が適用される第１領域Ａ１の解像度の増加に応じて増加させることができるので、第１領域Ａ１のみに超解像処理が適用された場合でも、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを１つの画像として扱うことができる。また、画像処理部５ｂは、第１領域Ａ１に対して超解像処理を適用するとともに、第２領域Ａ２に対して超解像処理よりも簡易な処理により画素数を増加させるので、Ｘ線透視画像Ｉａの全体に対して超解像処理が行われる場合と比較して、計算時間を確実に短くすることができる。これらの結果、高解像画像５０を生成する際の計算時間が長くなるのを抑制するとともに１つの画像として扱われる画像の範囲が小さくなるのを抑制しながら高解像画像５０を生成することができる。
　また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５ｂを、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて超解像処理が適用されない第２領域Ａ２に対して、超解像処理が適用されることによる第１領域Ａ１における解像度の増加による画素数の増加割合と等しい増加割合だけ画素数を増加させるように構成する。これにより、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との画素Ｅの大きさが同じになるので、超解像処理が行われた後の第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを含む画像を、容易に、１つの画像（高解像画像５０）として扱うことができる。
　また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５ｂを、第２領域Ａ２に対して、画像処理による画素Ｅの補間処理を行うことにより上記増加割合だけ画素数を増加させるように構成する。これにより、超解像処理と比べて簡易な処理である画素Ｅの補間処理により容易に画素Ｅ間に画素Ｅを補間することができるので、容易に上記増加割合だけ画素数を増加させることができる。
　また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５ｂを、第１領域Ａ１に対して、逐次近似演算を用いた超解像処理を適用するように構成する。これにより、比較的長い演算時間を要する逐次近似演算を用いた超解像処理を行う場合でも、高解像画像５０を生成する際の計算時間が長くなるのを抑制するとともに１つの画像として扱われる画像の範囲が小さくなるのを抑制しながら高解像画像５０を生成することができる。
　［第２実施形態］
　図１および図８を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、ユーザにより超解像処理を適用する第１領域Ａ１が選択されるように構成された第１実施形態と異なり、画像処理部６ｂが第１領域Ａ１を自動で設定するように構成した例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成の部分には、同一の符号を付している。
　図１に示すように、本発明の第２実施形態によるＸ線撮影装置２００は、処理ユニット２０５を備えている。処理ユニット２０５は、画像処理部２０５ｂを備えている。
　図２に示すように、第２実施形態では、画像処理部２０５ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａの画像データに基づいて、第１領域Ａ２１を画像処理により取得するように構成されている。詳細には、画像処理部２０５ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａにおける輝度値の大きさに基づいて、第１領域Ａ２１を取得するように構成されている。
　具体的には、画像処理部２０５ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａにおける輝度値の大きさ自体または輝度値の大きさの変化のいずれかにより、被写体Ｓが存在するか否かを判断して、第１領域Ａ２１を取得する。すなわち、被写体Ｓが存在する領域は、被写体Ｓが存在しない領域よりも輝度値が大きくなるので、画像処理部２０５ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて、画像処理により比較的輝度値が大きい画素Ｅが連続している領域を探すことにより、被写体Ｓが存在するか否かを判断する。また、被写体Ｓが比較的鮮明に映り込んでいる場合には、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて被写体Ｓが存在する領域と被写体Ｓが存在しない領域との境界が、輝度値の大きさに比較的明瞭に表れる（輝度値の大きさの変化が大きい）ので、画像処理部２０５ｂは、画像処理によるエッジ検出により、被写体Ｓが存在するか否かを判断する。なお、第１領域Ａ２１は、被写体Ｓのエッジよりも数画素Ｅ分、被写体Ｓのエッジから離間した画素Ｅにより被写体Ｓを取り囲む領域（つまり、被写体Ｓよりも少し大きな領域）である。
　なお、第２実施形態によるＸ線撮影装置２００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
　（第２実施形態の効果）
　第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　第２実施形態では、上記のように、画像処理部２０５ｂを、Ｘ線透視画像Ｉａの画像データに基づいて、第１領域Ａ２１を画像処理により取得するように構成する。これにより、画像処理部２０５ｂが画像処理により自動で第１領域Ａ２１を取得することができるので、画像処理部２０５ｂは、ユーザが手動で第１領域Ａ２１を設定することなく、第１領域Ａ２１に対して超解像処理を適用することができる。
　また、第２実施形態では、上記のように、画像処理部２０５ｂを、Ｘ線透視画像Ｉａにおける輝度値の大きさに基づいて、第１領域Ａ２１を取得するように構成する。これにより、画像処理部２０５ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａの画像データに基づいて、容易に第１領域Ａ２１を取得することができる。
　なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
　［第３実施形態］
　図１、図９～図１１を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、ユーザにより表示部６（図１参照）に表示されたＸ線透視画像Ｉａにおいて第１領域Ａ１が選択されるように構成された第１実施形態と異なり、ユーザにより表示部６に表示された再構成画像３６０（図９参照）のデータに基づいて第１領域Ａ３１が選択されるように構成した例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成の部分には、同一の符号を付している。
　図１に示すように、本発明の第３実施形態によるＸ線撮影装置３００は、処理ユニット３０５を備えている。処理ユニット３０５は、画像処理部３０５ｂを備えている。
　図９に示すように、第３実施形態では、画像処理部３０５ｂは、３次元の再構成画像３６０のデータに基づいてユーザにより設定された領域Ａ３１ａ（図１０参照）、Ａ３１ｂ（図１０参照）に基づいて、第１領域Ａ３１（図１０参照）を設定するように構成されている。詳細には、画像処理部３０５ｂは、３次元の再構成画像３６０から任意の断面を切り出した互いに異なる方向から見た２つの２次元の断面画像７０において、ユーザにより設定された領域Ａ３１ａ、Ａ３１ｂに対応する３次元の再構成画像３６０における領域を第１領域Ａ３１として設定するように構成されている。そして、画像処理部３０５ｂは、第１領域Ａ３１が設定された３次元の再構成画像３６０を複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａに変換することにより、複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａにおける第１領域Ａ３１を設定するように構成されている。なお、図９では、被写体Ｓが板形状を有する例を示している。
　具体的には、画像処理部３０５ｂは、超解像処理を行う前に、複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａを再構成した３次元の再構成画像３６０を生成する。複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａは、たとえば、複数のＸ線透視画像１０（１１、１２、１３、１４、…）である。
　Ｘ線撮影装置３００では、ユーザにより、操作部（図示しない）を介して、表示部６（図１参照）に表示された再構成画像３６０において任意の断面が選択される。画像処理部３０５ｂは、ユーザにより選択された断面を切り出した断面画像７０を生成して、生成した断面画像７０を、表示部６（図１参照）に表示させる。なお、図９では、再構成画像３６０において、断面画像７０として、Ａ方向から見た断面を切り出した断面画像７０ａと、Ｂ方向から見た断面を切り出した断面画像７０ｂと、を示している。
　図１０に示すように、ユーザにより、操作部（図示しない）を介して、表示部６（図１参照）に表示された断面画像７０ａおよび７０ｂにおいて、それぞれ、領域Ａ３１ａおよびＡ３１ｂが選択される。画像処理部３０５ｂは、断面画像７０ａおよび７０ｂにおいて選択された領域Ａ３１ａおよびＡ３１ｂに基づいて、再構成画像３６０における第１領域Ａ３１を設定する。
　図１１に示すように、画像処理部３０５ｂは、３次元の再構成画像３６０における第１領域Ａ３１を、再構成画像３６０の再構成に用いた２次元の複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａに反映させる（３次元のボクセルデータを複数の２次元のピクセルデータに変換する）。また、画像処理部３０５ｂは、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて、第１領域Ａ３１以外の領域を第２領域Ａ３２に設定する。これにより、複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａに対して、第１領域Ａ３１および第２領域Ａ３２が設定される。
　なお、図９に示すように、Ａ方向から見た断面を切り出した断面画像７０ａは、画像中に占める被写体Ｓの面積が比較的大きく、Ｂ方向から見た断面を切り出した断面画像７０ｂは、画像中に占める被写体Ｓの面積が比較的小さい。このように、様々な方向から見た際の画像において超解像処理を行う範囲を異ならせることにより、第１領域Ａ３１を適切に設定することができるので、効果的に、高解像画像５０を生成する際の計算時間を短くすることが可能になる。
　なお、第３実施形態によるＸ線撮影装置３００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
　（第３実施形態の効果）
　第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　第３実施形態では、上記のように、検出器２を、Ｘ線源１から照射されたＸ線を、回転軸９０を中心として回転しながら複数の方向から検出するように構成する。そして、画像処理部３０５ｂを、複数の方向のそれぞれから検出されたＸ線に基づいて、複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａを生成するとともに、複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａを再構成した３次元の再構成画像３６０を生成するように構成する。そして、画像処理部３０５ｂを、３次元の再構成画像３６０のデータに基づいて、ユーザにより、第１領域Ａ３１が設定されるように構成する。これにより、３次元の再構成画像３６０から任意の断面を切り出した互いに異なる方向から見た少なくとも２つの画像に対してそれぞれ領域Ａ３１ａおよびＡ３１ｂを設定することにより、３次元のボクセルデータに対する第１領域Ａ３１を設定することができる。そして、３次元のボクセルデータを、複数の２次元のピクセルデータに変換することにより、複数の２次元のピクセルデータに対する第１領域Ａ３１を設定することができる。すなわち、少なくとも２つの画像に対して領域Ａ３１ａ、Ａ３１ｂを設定するだけで、３次元の再構成画像３６０の生成に用いられた複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａの内の多くのＸ線透視画像Ｉａに対して第１領域Ａ３１を設定することができる。その結果、再構成画像３６０を生成するための２次元のＸ線透視画像Ｉａの内の多くのＸ線透視画像Ｉａに対して、１つずつ第１領域Ａ３１を設定する場合と比較して、ユーザが第１領域Ａ３１を設定する作業負担を抑制することができる。
　また、第３実施形態では、上記のように、画像処理部３０５ｂを、３次元の再構成画像３６０から任意の断面を切り出した互いに異なる方向から見た２つの２次元の断面画像７０においてユーザにより設定された領域Ａ３１ａ、Ａ３１ｂに対応する３次元の再構成画像３６０における領域を第１領域Ａ３１として設定するとともに、第１領域Ａ３１が設定された３次元の再構成画像３６０を複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａに変換することにより、複数の２次元のＸ線透視画像Ｉａにおける領域Ａ３１を設定するように構成する。これにより、２つの画像に対して領域Ａ３１ａ、Ａ３１ｂを設定するだけで、２次元のＸ線透視画像Ｉａの内の多くのＸ線透視画像Ｉａに対して確実に第１領域Ａ３１を設定することができるので、２次元のＸ線透視画像Ｉａの内の多くのＸ線透視画像Ｉａに対して、１つずつ第１領域Ａ３１を設定する場合と比較して、ユーザが第１領域Ａ３１を設定する作業負担を確実に抑制することができる。
　なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
　［変形例］
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
　たとえば、上記第２実施形態では、画像処理部２０５ｂを、Ｘ線透視画像Ｉａにおける輝度値の大きさに基づいて、第１領域Ａ２１を取得するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像処理部を、Ｘ線透視画像における空間周波数の大きさに基づいて、第１領域を取得するように構成してもよい。すなわち、画像において（単位長に含まれる構造の繰り返しの多さを表す）空間周波数が高い場合、エッジなどの突然の変化が生じていることを意味するので、画像処理部は、画像解析により、空間周波数が高い部分を、第１領域と判断すればよい。
　また、上記第３実施形態では、Ｘ線撮影装置３００を、３次元の再構成画像３６０から任意の断面を切り出した互いに異なる方向から見た２つの２次元の断面画像７０において、ユーザにより領域３１ａ、３１ｂが設定されるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ｘ線撮影装置を、３次元の再構成画像から任意の断面を切り出した互いに異なる方向から見た３つ以上の２次元の断面画像において、ユーザにより領域が設定されるように構成してもよい。なお、Ｘ線透視画像における領域を第１領域として設定するために適切な互いに異なる方向から見た２次元の断面画像の枚数は、被写体の形状によって異なる。
　また、上記第３実施形態では、画像処理部３０５ｂを、３次元の再構成画像３６０のデータに基づいて、ユーザにより、第１領域Ａ３１が設定されるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像処理部を、３次元の再構成画像のデータに基づいて、自動で第１領域を設定するように構成してもよい。その場合、上記第２実施形態のように、第１領域を画像処理により取得するように構成すればよい。
　また、上記第１～第３実施形態では、画像処理部５ｂ（２０５ｂ、３０５ｂ）を、逐次近似演算を用いた最適化手法により超解像処理を行うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像処理部を、逐次近似演算以外の手法を用いた超解像処理を行うように構成してもよい。
　また、上記第１～第３実施形態では、画像処理部５ｂ（２０５ｂ、３０５ｂ）を、Ｘ線透視画像Ｉａにおいて超解像処理が適用されない第２領域Ａ２（Ａ２２、Ａ３２）に対して、超解像処理が適用されることによる第１領域Ａ１（Ａ２１、Ａ３１）における解像度の増加による画素数の増加割合と等しい増加割合だけ画素数を増加させるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２領域に対して、超解像処理が適用されることによる第１領域における解像度の増加による画素数の増加割合と異なる増加割合分、画素数を増加させるように構成してもよい。
　また、上記第１～第３実施形態では、画像処理部５ｂ（２０５ｂ、３０５ｂ）を、４つのＸ線透視画像Ｉａ（Ｘ線透視画像１０、２０、３０および４０）に基づいて高解像画像５０を生成するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、２つまたは３つのＸ線透視画像に基づいて超解像画像を生成するように構成してもよいし、５つ以上のＸ線透視画像に基づいて高解像画像を生成するように構成してもよい。
　また、上記第１～第３実施形態では、ノンヘリカルスキャン型の断層撮影を行うＸ線撮影装置１００（２００、３００）において、高解像画像５０を生成するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ヘリカルスキャン型の断層撮影を行うＸ線撮影装置において、高解像画像を生成するように構成してもよい。
　また、上記第１および第２実施形態では、断層撮影を行うＸ線撮影装置１００（２００、３００）において、高解像画像５０を生成するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、断層撮影を行わないＸ線撮影装置において、高解像画像を生成するように構成してもよい。
　１　Ｘ線源
　２　検出器
　５ｂ、２０５ｂ、３０５ｂ　画像処理部
　５０（５１、５２、５３、５４）　高解像画像
　６０、３６０　再構成画像
　７０（７０ａ、７０ｂ）、　断面画像
　９０　回転軸
　１００、２００、３００　Ｘ線撮影装置
　Ａ１、Ａ２１、Ａ３１　第１領域
　Ａ２、Ａ２２、Ａ３２　第２領域
　Ｅ（Ｅａ、Ｅｂ）　画素
　Ｉｃ（１０（１１、１２、１３、１４）、２０（２１、２２、２３、２４）、３０（３１、３２、３３、３４）、４０（４１、４２、４３、４４））　Ｘ線透視画像（取得画像）
　Ｐ　検出位置
　Ｓ　被写体

Claims (8)

  1. 　Ｘ線源と、
    　前記Ｘ線源から照射されたＸ線を、互いに１画素分よりも小さい移動量だけ平行移動させた複数の検出位置において検出する検出器と、
    　複数の前記検出位置のそれぞれにおいて検出されたＸ線に基づいて、複数の取得画像を生成するとともに、前記複数の取得画像に基づいて、解像度を増加させる超解像処理を行うことにより、前記複数の取得画像よりも解像度が高い高解像画像を生成する画像処理部と、
    を備え、
    　前記画像処理部は、前記取得画像において被写体が存在する第１領域に対して、前記超解像処理を適用するとともに、前記取得画像において前記第１領域以外の第２領域に対して、前記超解像処理よりも簡易な処理により、前記超解像処理が適用されることにより増加した前記第１領域における解像度の増加に応じて画素数を増加させるように構成されている、Ｘ線撮影装置。
  2. 　前記画像処理部は、前記取得画像において前記超解像処理が適用されない前記第２領域に対して、前記超解像処理が適用されることによる前記第１領域における解像度の増加による画素数の増加割合と等しい増加割合だけ画素数を増加させるように構成されている、請求項１に記載のＸ線撮影装置。
  3. 　前記画像処理部は、前記第２領域に対して、画像処理による画素の補間処理を行うことにより前記増加割合だけ画素数を増加させるように構成されている、請求項２に記載のＸ線撮影装置。
  4. 　前記画像処理部は、前記第１領域に対して、逐次近似演算を用いた前記超解像処理を適用するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
  5. 　前記画像処理部は、前記取得画像の画像データに基づいて、前記第１領域を画像処理により取得するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
  6. 　前記画像処理部は、前記取得画像における輝度値の大きさまたは空間周波数の大きさに基づいて、前記第１領域を取得するように構成されている、請求項５に記載のＸ線撮影装置。
  7. 　前記検出器は、前記Ｘ線源から照射されたＸ線を、回転軸を中心として回転しながら複数の方向から検出するように構成されており、
    　前記画像処理部は、複数の方向のそれぞれから検出されたＸ線に基づいて、複数の２次元の前記取得画像を生成するとともに、前記複数の２次元の取得画像を再構成した３次元の再構成画像を生成するように構成されており、
    　前記３次元の再構成画像のデータに基づいて、ユーザにより、前記第１領域が設定されるように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のＸ線撮影装置。
  8. 　前記画像処理部は、前記３次元の再構成画像から任意の断面を切り出した互いに異なる方向から見た少なくとも２つの２次元の断面画像においてユーザにより設定された領域に対応する前記３次元の再構成画像における領域を前記第１領域として設定するとともに、前記第１領域が設定された前記３次元の再構成画像を前記複数の２次元の取得画像に変換することにより、前記複数の２次元の取得画像における前記第１領域を設定するように構成されている、請求項７に記載のＸ線撮影装置。
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