(57)【要約】【課題】放射線画像から実効原子番号をより精度よく計算することを可能にする。【解決手段】画像処理装置は、被写体に対して放射線を照射することによって得られた、少なくとも３種類のエネルギーに対応する少なくとも３つの放射線画像を取得する。そして、画像処理装置は、所定の物質と被写体から当該所定の物質を除いた残りの物質とで表される、少なくとも３種類のエネルギーに対応した放射線減衰特性と、少なくとも３つの放射線画像とに基づいて、当該残りの物質の実効原子番号を計算する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に対して放射線を照射することによって得られた、少なくとも３種類のエネルギーに対応する少なくとも３つの放射線画像を取得する取得手段と、
所定の物質と前記被写体から前記所定の物質を除いた残りの物質とで表される前記少なくとも３種類のエネルギーの放射線に対応した放射線減衰特性と、前記少なくとも３つの放射線画像とに基づいて、前記残りの物質の実効原子番号を計算する計算手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記計算手段は、前記所定の物質の既知の減弱係数を用いて、前記所定の物質の厚さまたは面密度と、前記残りの物質の前記実効原子番号と、前記残りの物質の厚さまたは面密度と、を計算することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記計算手段は、前記少なくとも３種類のエネルギーに対応する放射線減衰特性と前記３つの放射線画像に基づいて得られる非線形連立方程式を解くことにより、前記所定の物質の厚さまたは面密度と、前記残りの物質の厚さまたは面密度と、前記残りの物質の実効原子番号とを計算することを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記計算手段は、逐次近似法により前記非線形連立方程式を解くことを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記計算手段は、前記少なくとも３種類のエネルギーをそれぞれ単色エネルギーに近似して前記非線形連立方程式を解くことを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記所定の物質は、骨または脂肪であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
骨および脂肪を含む複数の物質から前記所定の物質をユーザに選択させるユーザーインターフェイスを提供する提供手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記残りの物質の前記実効原子番号を画像化した画像データを生成する生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記画像データを表示手段に表示する表示制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記画像データは動画であることを特徴とする請求項８または９に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記画像データに基づいて、造影剤、医療デバイス、または病巣を抽出する抽出手段をさらに備えることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載された画像処理装置と、
前記少なくとも３つの放射線画像を撮影するための撮影手段と、を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項１３】
被写体に対して放射線を照射することによって得られた複数の放射線画像から、少なくとも３種類のエネルギー情報を取得する取得手段と、
少なくとも３種類のエネルギー情報から、所定の物質の厚さ又は面密度を計算する手段と、
前記所定の物質の厚さ又は面密度に基づいて、前記所定の物質を除外した実効原子番号を計算する手段と、を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項１４】
被写体に対して放射線を照射することによって得られた、少なくとも３種類のエネルギーに対応する少なくとも３つの放射線画像を取得する取得工程と、
所定の物質と前記被写体から前記所定の物質を除いた残りの物質とで表される前記少なくとも３種類のエネルギーの放射線に対応した放射線減衰特性と、前記少なくとも３つの放射線画像とに基づいて、前記残りの物質の実効原子番号を計算する計算工程と、を備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１５】
コンピュータを、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載された画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置、放射線撮影装置、および画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）を用いた放射線撮像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、様々なアプリケーションの開発が行われ実用化されている。
【０００３】
特許文献１には２つのエネルギー値の放射線を照射し、実効原子番号の異なる３つの物質で構成される被測定体に対して、複数の物質の同定と定量をする方法が開示されている。また、特許文献２には複数のエネルギー値の放射線を照射し、誤差を小さくして高精度に実効原子番号を求める方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２３７０８１号公報
【特許文献２】特開平０８−１７８８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被写体を透過する放射線が２種類以上の物質を透過した場合、例えば人体において脂肪等の軟物質、造影剤からなる場合、計算される造影剤の実効原子番号は脂肪等の軟物質により平均化される。この場合、特許文献２に記載された方法では、造影剤の実効原子番号を精度よく計算することができない場合が生じ得る。
【０００６】
本発明は、放射線画像から実効原子番号をより精度よく計算することを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による画像処理装置は以下の構成を備える。すなわち、
被写体に対して放射線を照射することによって得られた、少なくとも３種類のエネルギーに対応する少なくとも３つの放射線画像を取得する取得手段と、
所定の物質と前記被写体から前記所定の物質を除いた残りの物質とで表される前記少なくとも３種類のエネルギーの放射線に対応した放射線減衰特性と、前記少なくとも３つの放射線画像とに基づいて、前記残りの物質の実効原子番号を計算する計算手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放射線画像から実効原子番号をより精度よく計算することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態による放射線撮影システムの構成例を示す図。
【図２】第１実施形態の画像処理部による処理を示すフローチャート。
【図３】実効原子番号の画像化により得られる画像を例示する図。
【図４】第２実施形態の画像処理部による処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下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。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る放射線撮影システム１００の構成例を示すブロック図である。放射線撮影システム１００は、放射線発生装置１０４、放射線管１０１、ＦＰＤ１０２、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。
【００１２】
放射線発生装置１０４は、不図示の曝射スイッチへのユーザ操作（例えば、押下操作）により放射線管１０１に高電圧パルスを与えて放射線を発生させる。なお、放射線という用語は、Ｘ線の他、例えば、α線、β線、γ線粒子線、宇宙線などを含み得る。実施形態において放射線の種類は特に限定はしないが、医療用の画像診断には主にＸ線が用いられる。放射線管１０１から発生した放射線は被写体１０３を照射し、一部が被写体１０３を透過してＦＰＤ１０２に到達する。
【００１３】
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し、情報処理装置１２０に転送する。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、画像信号にとして出力する。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（不図示）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。
【００１４】
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。情報処理装置１２０は、制御部１０５、モニタ１０６、操作部１０７、記憶部１０８、画像処理部１０９、表示制御部１１６を有する。
【００１５】
制御部１０５は、不図示の１つまたは複数のプロセッサーを備え、記憶部１０８に記憶されているプログラムを実行することにより情報処理装置１２０の各種制御を実現する。記憶部１０８は、画像処理の結果や各種プログラムを記憶する。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。
【００１６】
画像処理部１０９は、ＦＰＤ１０２から取得した放射線画像を処理する。例えば、画像処理部１０９の一つの態様によれば、被写体に対して放射線を照射することによって得られた複数の放射線画像から、少なくとも３種類のエネルギー情報を取得する。そして、画像処理部１０９は、少なくとも３種類のエネルギー情報から、所定の物質の厚さ又は面密度を計算し、所定の物質の厚さ又は面密度に基づいて、所定の物質を除外した実効原子番号を計算する。
【００１７】
画像処理部１０９は、ＦＰＤ１０２から取得した放射線画像を処理する。画像処理部１０９は、機能構成として、物質特性計算部１１０、実効原子番号計算部１１１を有している。画像処理部１０９のこれらの機能構成の詳細については後述する。なお、これらの機能構成は、制御部１０５のプロセッサーが所定のプログラムを実行することで実現されてもよいし、画像処理部１０９が備える一つ又は複数のプロセッサーが記憶部１０８から読み込んだプログラムを用いて実現されてもよい。制御部１０５、画像処理部１０９のプロセッサーは、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）で構成される。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構成可能である。
【００１８】
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。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、不図示の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。
【００１９】
以上の構成において、放射線発生装置１０４は、被写体に複数回、放射線を照射し、ＦＰＤ１０２これらの放射線照射により放射線画像を生成する。本実施形態では、放射線発生装置１０４から高エネルギー、中エネルギー、低エネルギーの３種類の放射線を照射し、ＦＰＤ１０２が高エネルギーの放射線画像ＸＨ、中エネルギーの放射線画像ＸＭ、低エネルギーの放射線画像ＸＬを生成する。但し、３種類以上のエネルギーで放射線の照射が行われても良いし、生成される放射線画像の種類が３種類以上であってもよい。制御部１０５は、ＦＰＤ１０２から複数種類の放射線エネルギーによる画像を取得する。制御部１０５は、ＦＰＤ１０２から、高エネルギーの放射線画像ＸＨ、中エネルギーの放射線画像ＸＭ、低エネルギーの放射線画像ＸＬを取得する。
【００２０】
放射線管１０１が発生する放射線のエネルギーは、放射線発生装置１０４が放射線管１０１の管電圧を設定することにより変更され得る。例えば、高エネルギー照射時は１２０ｋＶ、中エネルギー照射時は１００ｋＶ，低エネルギー照射時は８０ｋＶが、放射線管１０１に設定される。これらのエネルギー差は大きいほど好ましいが、被写体の体厚や被曝量を考慮して適切なエネルギーを選択すればよい。
【００２１】
なお、ＦＰＤ１０２として１回の放射線照射により複数のエネルギーに対応した放射線画像を取得できるものが用いられてもよい。この種のＦＰＤ１０２では、放射線管１０１からの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。すなわち、ＦＰＤ１０２は、放射線管１０１の放射線照射の立上がり時や立下り時に瞬間的にサンプリングを行うことで１回の放射線照射で高エネルギー放射線画像ＸＨ、中エネルギー放射線画像をＸＭ、低エネルギー放射線画像ＸＬを得ることができる。このような撮影方法は心臓等の動きの激しい被写体でモーションアーチファクトを発生させないために有効である。
【００２２】
また、ＦＰＤ１０２が３段の積層構造になっているものを用いて、放射線管１０１からの１回の放射線照射から複数のエネルギーの放射線画像を取得するようにしても良い。この場合、放射線は下段になるほど、ビームハードニングが生じ、エネルギーが高くなる。よって、１回の放射線照射により、１段目のＦＰＤの出力で低エネルギー放射線画像ＸＬ、２段目のＦＰＤの出力で中エネルギー放射線画像ＸＭ、３段目のＦＰＤの出力で高エネルギー放射線画像ＸＨを得ることができる。このような撮影系は放射線管１０１の制御を特に行うことなく、１回の放射線照射で複数のエネルギーの放射線画像が得られる点で有効である。また、モーションアーチファクトの発生も抑制される。
【００２３】
物質特性計算部１１０は実効原子番号の計算から除外したい所定の物質（除外物質）の線減弱係数をμＡ（Ｅ）として取得し、当該物質の厚さｄＡを用いて除外物質による放射線減衰を計算する。なお、μＡ（Ｅ）として除外物質の質量減弱係数を取得し、ｄＡとして当該物質の面密度を用いてもよい。
【００２４】
実効原子番号計算部１１１は、除外物質を除外した残りの物質の実効原子番号とその実効原子番号に相当する物質の面密度または厚さを計算する。実効原子番号計算部１１１は、異なる放射線エネルギーによる複数の放射線画像と、物質特性計算部１１０が取得した除外物質の放射線減衰を用いてこの計算を行う。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、その原子番号の物質と同等の放射線の減弱をする定量指標である。
【００２５】
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。上述したように、放射線の複数種類のエネルギーに対応した放射線画像が転送される。画像処理部１０９は、例えば、被写体に対して放射線を照射することによって得られた、少なくとも３種類のエネルギーに対応する少なくとも３つの放射線画像を取得する。画像処理部１０９は、制御部１０５から取得したこれら少なくとも３つの放射線画像を用いて以下の処理を実行する。なお、以下では、３種類の放射線エネルギーに対応した３つの放射線画像が用いられる。
【００２６】
以下のステップＳ２０１〜Ｓ２０３において、画像処理部１０９は、所定の物質と、被写体１０３から当該所定の物質を除いた残りの物質とで表される少なくとも３種類のエネルギーの放射線に対応した放射線減衰と放射線画像とに基づいて、残りの物質の実効原子番号を計算する。本実施形態において、除外する所定の物質とは、実効原子番号が既知の物質である。まず、ステップＳ２０１において、物質特性計算部１１０は、実効原子番号の計算から除外する所定の物質（以下、除外物質）の、放射線に対する減弱係数（線減弱係数または質量減弱係数）を取得する。そして、物質特性計算部１１０は、取得した減弱係数を用いて以下の［数１］に示すように、除外物質による放射線減衰を計算する。
【数１】
2020075046.tif 000003
【００２７】
ここでμＡは除外物質の線減弱係数、ｄＡは除外物質の厚さである。なお、μＡとして除外物質の質量減弱係数が、ｄＡとして除外物質の面密度が用いられてもよい。ｄＡには、本処理の１回目では所定の初期値が用いられ、２回目以降では後述のステップＳ２０３による計算結果が用いられる。また、除外物質をユーザが任意に設定できるようにしてもよい。例えば造影剤、ステント、ガイドワイヤを正確に抽出したい場合は、腹部では厚い軟物質である脂肪を選択すれば良いし、頭や四肢では骨を選択すると良い。なお、画像処理部１０９は、例えば操作部１０７とモニタ１０６を用いて、骨および脂肪を含む複数の物質から除外物質をユーザに選択させるユーザーインターフェイスを提供するようにしてもよい。
【００２８】
次に、ステップＳ２０２において、実効原子番号計算部１１１は、Ｓ２０１で取得した除外物質の減弱係数を用いて、以下の［数２］、［数３］、［数４］により高エネルギー、中エネルギー、低エネルギーの放射線減衰特性を計算する。［数２］〜［数４］は、実効原子番号が既知である除外物質と被写体１０３から除外物質を除いた残りの物質とで表された、３種類のエネルギーの放射線に対応した放射線減衰の特性である。
【数２】
2020075046.tif 000004
【数３】
2020075046.tif 000005
【数４】
2020075046.tif 000006
【００２９】
ここで、ＩＨは高エネルギーの放射線減衰特性、ＩＭは中エネルギーの放射線減衰特性、ＩＬは低エネルギーの放射線減衰特性を示す。また、ｎＨ（Ｅ）は被写体に照射された高エネルギー放射線のエネルギースペクトル、ｎＭ（Ｅ）は被写体に照射された中エネルギー放射線のエネルギースペクトル、ｎＬ（Ｅ）は被写体に照射された低エネルギー放射線のエネルギースペクトルを示す。Ｅはエネルギーを表す変数である。また、μ（Ｚ，Ｅ）は実効原子番号Ｚの物質（除外物質を除外した残りの物質）の線減弱係数であり、σは当該物質の厚さである。あるいは、μ（Ｚ，Ｅ）として質量減弱係数が、σとして面密度が用いられてもよい。
【００３０】
なお、Ｚとσには、本処理の１回目では所定の初期値が用いられ、２回目以降では後述のステップＳ２０３による計算結果が用いられる。また、原子番号Ｚの物質の減弱係数は、例えばＮＩＳＴ（アメリカ国立標準技術研究所）のデータベース等に公開されているテーブルを用いることができる。但し、実効原子番号の計算では原子番号が小数点を取り得るので、原子番号間を補間したテーブルを用いるものとする。
【００３１】
ステップＳ２０３で、実効原子番号計算部１１１は、上述の３種類のエネルギーの放射線に対応した放射線減衰特性と、３種類のエネルギーの放射線に対応した放射線画像とに基づいて、被写体１０３から除外物質を除いた残りの物質の実効原子番号を計算する。本実施形態では、実効原子番号計算部１１１は、Ｓ２０２で計算した各エネルギーの放射線減衰特性ＩＨ、ＩＭ、ＩＬと、被写体の撮影で得られた各エネルギーの放射線画像ＸＨ，ＸＭ，ＸＬより、実効原子番号Ｚ、その実効原子番号に相当する物質の面密度σ、除外物質の厚さｄＡの計算を行う。本計算は３つ非線形連立方程式と解く必要がある。当該計算には任意の公知の技術を用いれば良いが、ここでは逐次近似法の一つであるニュートンラプソン法を用いる。具体的には、以下の［数５］による計算を反復してＺ、σ、ｄＡを逐次的に求めていく。ここでｋは反復回数を示す。
【数５】
2020075046.tif 000007
【００３２】
次に、ステップＳ２０４において、実効原子番号計算部１１１は、計算の終了判定を行う。終了の判定基準を満たさない間（ステップＳ２０４でＮＯ）、上述のステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理が反復して実行される。なお、判定基準としては、例えば、ステップＳ２０３で計算されたＺ、σ、ｄＡの各値が所定の精度に達したこと、反復計算による値の更新量が十分に小さくなったこと、反復回数が所定の回数に到達したことがあげられる。
【００３３】
以上の処理を各エネルギーの放射線画像ＸＨ，ＸＭ，ＸＬのすべての画素について行うことにより、各画素のＺ、σ、ｄＡが得られる。画像処理部１０９は、これらを用いて、実効原子番号画像、その実効原子番号に相当する物質の厚さ画像（または面密度画像）を生成することができる。すなわち、画像処理部１０９は、除外物質以外の残りの物質について得られた実効原子番号を画像化した画像データを生成する生成部を含むことができる。画像データは、表示制御部１１６によりモニタ１０６上に表示され得る。また、画像処理部１０９が、画像データに基づいて、造影剤、医療デバイス、または病巣を抽出する抽出部をさらに有していてもよい。図３（b）により後述されるように、除外物質を除いた実効原子番号の画像を用いることで、造影剤などの抽出がより正確かつ容易に行える。なお、上記処理により得られた実効原子番号Ｚとσは除外物質を除いた物質の実効原子番号とその厚さ／面密度を表す。なお、物質の密度が既知であれば、面密度に密度を乗ずることで厚さに変換することができ、面密度と厚さは相互に変換可能な量となる。
【００３４】
次に、図３を参照して、本実施形態により生成される画像の特徴（効果）を説明する。図３（ａ）は、２つのエネルギーの放射線画像を用いた一般的な処理により生成される実効原子番号画像の模式図である。図３（ｂ）は本実施形態による３つのエネルギーの放射線画像を用いた実効原子番号画像の模式図である。ここで、３０１及び３０４は骨、３０２及び３０５は造影剤、３０３及び３０６は軟組織を示している。
【００３５】
図３（ａ）の実効原子番号画像は、以下の［数６］〜［数８］を反復することで計算される。
【数６】
2020075046.tif 000008
【数７】
2020075046.tif 000009
【数８】
2020075046.tif 000010
【００３６】
造影剤はヨウ素としてシミュレーションしているため原子番号は５３に相当するが、図３（ａ）では、造影剤３０２の実効原子番号の値はおよそ７となっている。これは造影剤３０２に比較して人体の軟組織３０３が極めて厚いため、実効原子番号が平均化されているためである。同様に骨の実効原子番号は１２．３〜１３．８であるが、図３（ａ）では骨３０１の実効原子番号の値はおよそ６．７になってしまっている。
【００３７】
一方、図３（ｂ）における造影剤３０５の実効原子番号は、本来の値である、およそ５３の値が得られている。これは［数２］から［数５］で示される実効原子番号の計算において、軟組織（脂肪）が除外されているためである。同様に、図３（ｂ）における実効原子番号画像では、骨３０４も本来の実効原子番号の値である、およそ１２の値が得られている。
【００３８】
さらに造影剤を閾値処理等により抽出することにより、図３（ｂ）の画像から図３（ｃ）に示すような骨のみの画像と図３（ｄ）に示すような造影血管のみの画像を抽出することも容易になる。一方、図３（ａ）の実効原子番号画像では、骨、軟物質、造影剤の実効原子番号が近くなっており、骨の画像、造影血管の画像を分離することはより困難である。
【００３９】
以上のように、第１実施形態によれば、所定の物質を除外物質として除去することにより、除外物質以外の物質についての実効原子番号を精度よく計算することができる。例えば、軟組織を除外物質として除去することにより、除外対象外の物質である造影剤および骨の実効原子番号を精度よく計算することができる。これにより、狭窄血管等を正確に描出し、医師の診断、治療をより容易かつ正確にすることができる。したがって、造影剤量の低減、手術手技の迅速化を図ることができ、低侵襲、効率性の高い医療技術の実現が可能となる。
【００４０】
なお、造影剤に限らず、ステント、カテーテル、コイル等の医療デバイス、痛風の診断のための尿酸の検出等、病巣の識別も容易になる。さらに第１実施形態においては、骨、軟組織、造影剤の３物質が含まれている例を示したが、医療デバイス等が含まれ４物質以上になった場合も、物質の識別を容易に行うことができる。
【００４１】
＜第２実施形態＞
第２実施形態では、所定の物質を除外した残りの物質に関する実効原子番号の計算に、ニュートンラプソン法などの反復計算を用いた。第２実施形態では、複数種類のエネルギーをそれぞれ単色エネルギーに近似することで、反復計算を用いずに、簡易的に、所定の物質を除外した残りの物質に関する実効原子番号を取得する。なお、第２実施形態の放射線撮影システム１００の構成は第１実施形態（図１）と同様である。
【００４２】
第２実施形態の画像処理部１０９における処理を、図４の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。
【００４３】
ステップＳ４０１において、物質特性計算部１１０は、除外物質の減弱係数（線減弱係数または質量減弱係数）を取得する。より具体的には、物質特性計算部１１０は、ｎＨ（Ｅ）、ｎＭ（Ｅ）、ｎＬ（Ｅ）を単色エネルギーに近似したＥＨ、ＥＭ、ＥＬそれぞれにおける除外物質の減弱係数（μＡ（ＥＨ）、μＡ（ＥＭ）、μＡ（ＥＬ））を取得する。単色エネルギーへの近似についてはステップＳ４０２で詳述する。
【００４４】
ステップＳ４０２において、実効原子番号計算部１１１は、ステップＳ４０１で計算した除外物質の減弱係数を用いて、高エネルギー、中エネルギー、低エネルギーの放射線減衰特性を計算する。第２実施形態では、第１実施形態の［数２］、［数３］、［数４］における放射線のエネルギースペクトル、ｎＨ（Ｅ）、ｎＭ（Ｅ）、ｎＬ（Ｅ）を単色エネルギーすなわち、デルタ関数δ（ＥＨ）、δ（ＥＭ）、δ（ＥＬ）で近似する。ここでＥＨ、ＥＭ、ＥＬはエネルギースペクトルの代表値であり、例えば平均エネルギーやスペクトルのピーク位値を使用することができる。これにより第１実施形態の［数２］、［数３］、［数４］はそれぞれ以下の［数９］、［数１０］、［数１１］のようになる。
【００４５】
【数９】
2020075046.tif 000011
【数１０】
2020075046.tif 000012
【数１１】
2020075046.tif 000013
【００４６】
さらに［数９］〜［数１１］に対数変換を行うことにより、［数１２］〜［数１４］を得る。
【数１２】
2020075046.tif 000014
【数１３】
2020075046.tif 000015
【数１４】
2020075046.tif 000016
【００４７】
次に、ステップＳ４０３において、実効原子番号計算部１１１は［数１２］から［数１４］を用いて、除外物質を除いた物質の実効原子番号Ｚと面密度σ、および除外物質の厚さｄＡを計算する。具体的には［数１２］から［数１４］を整理してσ及びｄＡを消去すると、以下の［数１５］となる。［数１５］では未知変数はＺのみであるため、二分法等の公知の方法により［数１５］を解くことで実効原子番号Ｚを得ることができる。
【数１５】
2020075046.tif 000017
【００４８】
また、実効原子番号計算部１１１は、［数１５］の結果を用いて、以下の［数１６］によりσとｄＡを計算する。
【数１６】
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【００４９】
以上のように第２実施形態によれば、第１実施形態の［数２］から［数４］の数値積分及び［数５］の反復計算が不要になるため、第１実施形態よりも高速に除外物質（例えば軟組織）を除去した実効原子番号を計算することができる。この結果、画像処理部１０９は、除外物質以外の残り物質の実効原子番号の画像化において動画を生成することが可能になる。これにより、第２実施形態では、特に放射線の動画（透視撮影）においても狭窄血管等を正確に描出することができる。そのため、医師の診断、治療を容易にすると共に、造影剤量の低減、手術手技の迅速化を図ることができ、低侵襲、利便性の高い医療技術の実現が可能になる。
【００５０】
以上のように、上記各実施形態によれば、実効原子番号が既知（すなわち減弱係数が既知）である除外物質を除いた残りの物質について実効原子番号を計算することにより、除外物質（例えば脂肪）の影響が低減された、より正確な実効原子番号が得られる。したがって、各実施形態によれば、被写体を透過する放射線が２種類以上の物質を透過した場合でも、放射線画像から特定の物質を除外物質として除去することでエネルギー情報が平均化されずに実効原子番号を精度よく計算することが可能となる。
【００５１】
（その他の実施形態）
本発明は、上記の実施形態に限定することなく、要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体等としての実施態様を採ることもできる。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
１００：放射線撮影システム、１０１：放射線管、１０２：ＦＰＤ、１０３：被写体、１０４：放射線発生装置、１０５：制御部、１０６：モニタ、１０７：操作部、１０８：記憶部、１０９：画像処理部、１１０：物質特性計算部、１１１：実効原子番号計算部、１２０：情報処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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