(57)【要約】【課題】複数のエネルギーの放射線を利用して生成される画像の画質を向上するための技術を提供する。【解決手段】画像処理装置は、被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対してリカ―シブフィルタ処理を行うフィルタ部と、リカ―シブフィルタ処理された第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する生成部とを備える。第１信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数と、第２信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数とが互いに異なる。【選択図】図７
2019068952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対してリカ―シブフィルタ処理を行うフィルタ手段と、
リカ―シブフィルタ処理された第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する生成手段とを備え、
前記第１信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数と、前記第２信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数とが互いに異なることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対して空間方向のフィルタ処理を行うフィルタ手段と、
前記フィルタ処理が行われた第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する生成手段とを備え、
前記第１信号成分に対する前記フィルタ処理のフィルタ係数と、前記第２信号成分に対する前記フィルタ処理のフィルタ係数とが互いに異なることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
前記第１信号成分の時間方向の変化に基づいて前記第２信号成分に対する前記フィルタ係数を決定する決定手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記決定手段は、前記第１信号成分の時間方向の変化に基づいて前記第１信号成分に対する前記フィルタ係数を決定する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】
前記第１信号成分の空間方向の変化に基づいて前記第２信号成分に対する前記フィルタ係数を決定する決定手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記決定手段は、前記第１信号成分の空間方向の変化に基づいて前記第１信号成分に対する前記フィルタ係数を決定することを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記第１信号成分は面密度を表し、
前記第２信号成分は実効原子番号を表すことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記第１信号成分は、あるエネルギーにおける減弱率に基づく値を表し、
前記第２信号成分は実効原子番号を表すことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記第１信号成分は第１物質の厚さを表し、
前記第２信号成分は第２物質の厚さを表すことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
１回の放射線照射によって前記複数のエネルギーの放射線が照射されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対してフィルタ処理を行うフィルタ手段と、
前記フィルタ処理が行われた第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する生成手段とを備え、
前記第２信号成分に対する前記フィルタ処理におけるフィルタ係数は、前記第１信号成分の空間方向又は時間方向の変化に基づいて決定されることを特徴とする画像処理装置。
【請求項１２】
フィルタ手段が、被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対してリカ―シブフィルタ処理を行うフィルタ工程と、
生成手段が、リカ―シブフィルタ処理された第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する生成工程とを有し、
前記第１信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数と、前記第２信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数とが互いに異なることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１３】
フィルタ手段が、被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対して空間方向のフィルタ処理を行うフィルタ工程と、
生成手段が、前記フィルタ処理が行われた第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する生成工程とを有し、
前記第１信号成分に対する前記フィルタ処理のフィルタ係数と、前記第２信号成分に対する前記フィルタ処理のフィルタ係数とが互いに異なることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１４】
フィルタ手段が、被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対してフィルタ処理を行うフィルタ工程と、
生成手段が、前記フィルタ処理が行われた第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する生成工程とを有し、
前記第２信号成分に対する前記フィルタ処理におけるフィルタ係数は、前記第１信号成分の空間方向又は時間方向の変化に基づいて決定され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の何れか１項に記載の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、画像処理方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線などの放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮影装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（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を用いた撮影方法の１つに、エネルギーサブトラクションがある。エネルギーサブトラクションでは、例えば管電圧の異なる放射線を複数回照射することによって、エネルギーが互いに異なる放射線で形成された複数の画像が取得される。それらを演算することで、例えば被写体の画像を骨画像と軟部組織画像とに分離する処理を行うことができる。特許文献１は、画像信号の周波数特性を変化させる画像処理を施すことによって骨画像や軟部組織画像のノイズを低減する技術を提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−７６３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＦＰＤを用いてカテーテル手術などを行う場合、透視撮影が行われる。透視撮影では、低い線量の放射線を用いることで被曝量を低減している。しかし、放射線の線量を低減すると放射線の量子ノイズが増加し、被写体の画像が分離された後の画像のノイズが大きくなる。特許文献１の技術では、当該ノイズを低減することについて言及されていないため、それに対する種々の対策が望まれていた。本発明では、複数のエネルギーの放射線を利用して生成される画像の画質を向上するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて、被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対してリカ―シブフィルタ処理を行うフィルタ手段と、リカ―シブフィルタ処理された第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する生成手段とを備え、前記第１信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数と、前記第２信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数とが互いに異なることを特徴とする画像処理装置
が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段により、複数のエネルギーの放射線を利用して生成される画像の画質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】各実施形態の放射線撮像システムの構成例を説明する図。
【図２】各実施形態の画素の構成例を説明する図。
【図３】各実施形態のフレーム動作を説明する図。
【図４】各実施形態の制御装置の動作の一部を説明する図。
【図５】第１実施形態の制御装置の動作の一部を説明する図。
【図６】第１実施形態の制御装置の動作の一部を説明する図。
【図７】第１実施形態の制御装置の動作の一部を説明する図。
【図８】第２実施形態の制御装置の動作の一部を説明する図。
【図９】第２実施形態の制御装置の動作の一部を説明する図。
【図１０】第２実施形態の制御装置の動作の一部を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。以下の説明における放射線は、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含む。
【０００９】
＜第１実施形態＞
図１に本実施形態に係る放射線撮像システムのブロック図を示す。放射線撮像システムは、例えば医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に用いられる。放射線撮像システムは、放射線発生装置１０１と、放射線発生制御装置１０２と、制御装置１０３と、放射線撮像装置１０４とで構成される。
【００１０】
放射線発生制御装置１０２は、放射線撮像装置１０４に向けて放射線を照射するように放射線発生装置１０１を制御する。放射線撮像装置１０４は、放射線を可視光に変換するシンチレータ１０５と、可視光を検出する二次元検出器１０６とで構成される。二次元検出器２０６は、放射線量子を検出する画素ＰをＸ列Ｙ行のアレイ状に配置したセンサであり、画像情報を出力する。
【００１１】
制御装置１０３は、放射線撮像システム内の他の装置の制御を行う。さらに、制御装置１０３は、以下に詳細に説明するように、同一の被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた複数の入力動画像に基づいて出力動画像を生成する画像処理を行う。そのため、制御装置１０３は、画像処理装置としても機能する。これに代えて、制御装置１０３のうち画像処理の関する機能が別個の画像処理装置として構成されてもよい。例えば、制御装置１０３が取得した画像を医療用のＰＡＣＳを介して別の画像処理装置に転送し、この画像処理装置がエネルギーサブトラクション処理を行ってから表示する構成が用いられてもよい。
【００１２】
制御装置１０３は、プロセッサ１０７とメモリ１０８とを備えるコンピュータである。プロセッサ１０７は例えばＣＰＵなので構成され、メモリ１０８は例えばＲＯＭやＲＡＭで構成される。メモリ１０８に読み出されたプログラムをプロセッサ１０７が実行することによって、制御装置１０３による処理が実行される。これに代えて、制御装置１０３の処理は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの専用回路で構成されてもよい。
【００１３】
制御装置１０３には入力装置１０９と表示装置１１０とが接続されている。入力装置１０９は放射線撮像システムのユーザから入力を受け取るための装置であり、例えばキーボード、マウス、タッチパッドなどによって構成される。表示装置１１０は放射線撮像システムのユーザへ情報を表示するための装置であり、例えばディスプレイなどで構成される。入力装置１０９と表示装置１１０とはタッチスクリーンとして一体に構成されてもよい。
【００１４】
図２に、図１の画素Ｐの等価回路図を示す。画素Ｐは、光電変換素子２０１と、出力回路部２０２とを含む。光電変換素子２０１は、典型的にはフォトダイオードでありうる。出力回路部２０２は、増幅回路部２０４と、クランプ回路部２０６と、サンプルホールド回路部２０７と、選択回路部２０８とを含む。
【００１５】
光電変換素子２０１は、電荷蓄積部を含む。電荷蓄積部は、増幅回路部２０４のＭＯＳトランジスタ２０４ａのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ａのソースは、ＭＯＳトランジスタ２０４ｂを介して電流源２０４ｃに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ａと電流源２０４ｃとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２０４ｂは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮがアクティブレベルになるとオンになりソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
【００１６】
図２に示す例では、光電変換素子２０１の電荷蓄積部およびＭＯＳトランジスタ２０４ａのゲートが共通のノードを構成している。このノードは、電荷蓄積部に蓄積された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として機能する。即ち、電荷電圧変換部には、電荷蓄積部に蓄積された電荷Ｑと電荷電圧変換部が有する容量値Ｃとによって定まる電圧Ｖ（＝Ｑ／Ｃ）が現れる。電荷電圧変換部は、リセットスイッチ２０３を介してリセット電位Ｖｒｅｓに接続されている。リセット信号ＰＲＥＳがアクティブレベルになると、リセットスイッチ２０３がオンになり、電荷電圧変換部の電位がリセット電位Ｖｒｅｓにリセットされる。
【００１７】
クランプ回路部２０６は、リセットした電荷電圧変換部の電位に応じて増幅回路部２０４によって出力されるノイズをクランプ容量２０６ａによってクランプする。つまり、クランプ回路部２０６は、光電変換素子２０１で光電変換により発生した電荷に応じてソースフォロア回路から出力された信号から、このノイズをキャンセルするための回路である。このノイズはリセット時のｋＴＣノイズを含む。クランプは、クランプ信号ＰＣＬをアクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオン状態にした後に、クランプ信号ＰＣＬを非アクティブレベルにしてＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオフ状態にすることによってなされる。クランプ容量２０６ａの出力側は、ＭＯＳトランジスタ２０６ｃのゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｃのソースは、ＭＯＳトランジスタ２０６ｄを介して電流源２０６ｅに接続されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｃと電流源２０６ｅとによってソースフォロア回路が構成されている。ＭＯＳトランジスタ２０６ｄは、そのゲートに供給されるイネーブル信号ＥＮ０がアクティブレベルになるとオンになりソースフォロア回路を動作状態にするイネーブルスイッチである。
【００１８】
光電変換素子２０１で光電変換により発生した電荷に応じてクランプ回路部２０６から出力される信号は、光信号として、光信号サンプリング信号ＴＳがアクティブレベルになることによってスイッチ２０７Ｓａを介して容量２０７Ｓｂに書き込まれる。電荷電圧変換部の電位をリセットした直後にＭＯＳトランジスタ２０６ｂをオン状態とした際にクランプ回路部２０６から出力される信号は、クランプ電圧である。このノイズ信号は、ノイズサンプリング信号ＴＮがアクティブレベルになることによってスイッチ２０７Ｎａを介して容量２０７Ｎｂに書き込まれる。このノイズ信号には、クランプ回路部２０６のオフセット成分が含まれる。スイッチ２０７Ｓａと容量２０７Ｓｂによって信号サンプルホールド回路２０７Ｓが構成され、スイッチ２０７Ｎａと容量２０７Ｎｂによってノイズサンプルホールド回路２０７Ｎが構成される。サンプルホールド回路部２０７は、信号サンプルホールド回路２０７Ｓとノイズサンプルホールド回路２０７Ｎとを含む。
【００１９】
駆動回路部が行選択信号をアクティブレベルに駆動すると、容量２０７Ｓｂに保持された信号（光信号）がＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａおよび行選択スイッチ２０８Ｓｂを介して信号線２１Ｓに出力される。また、同時に、容量２０７Ｎｂに保持された信号（ノイズ）がＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａおよび行選択スイッチ２０８Ｎｂを介して信号線２１Ｎに出力される。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａは、信号線２１Ｓに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。同様に、ＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａは、信号線２１Ｎに設けられた不図示の定電流源とソースフォロア回路を構成する。信号線２１Ｓと信号線２１Ｎとをまとめて信号線２１と呼ぶ。ＭＯＳトランジスタ２０８Ｓａと行選択スイッチ２０８Ｓｂによって信号用選択回路部２０８Ｓが構成され、ＭＯＳトランジスタ２０８Ｎａと行選択スイッチ２０８Ｎｂによってノイズ用選択回路部２０８Ｎが構成される。選択回路部２０８は、信号用選択回路部２０８Ｓとノイズ用選択回路部２０８Ｎとを含む。
【００２０】
画素Ｐは、隣接する複数の画素Ｐの光信号を加算する加算スイッチ２０９Ｓを有してもよい。加算モード時には、加算モード信号ＡＤＤがアクティブレベルになり、加算スイッチ２０９Ｓがオン状態になる。これにより、隣接する画素Ｐの容量２０７Ｓｂが加算スイッチ２０９Ｓによって相互に接続されて、光信号が平均化される。同様に、画素Ｐは、隣接する複数の画素Ｐのノイズを加算する加算スイッチ２０９Ｎを有してもよい。加算スイッチ２０９Ｎがオン状態になると、隣接する画素Ｐの容量２０７Ｎｂが加算スイッチ２０９Ｎによって相互に接続されて、ノイズが平均化される。加算部２０９は、加算スイッチ２０９Ｓと加算スイッチ２０９Ｎを含む。
【００２１】
画素Ｐは、感度を変更するための感度変更部２０５を有してもよい。画素Ｐは、例えば、第１感度変更スイッチ２０５ａおよび第２感度変更スイッチ２０５’ａ、並びにそれらに付随する回路素子を含みうる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになると、第１感度変更スイッチ２０５ａがオンになり、電荷電圧変換部の容量値に第１付加容量２０５ｂの容量値が追加される。これによって画素Ｐの感度が低下する。第２変更信号ＷＩＤＥ２がアクティブレベルになると、第２感度変更スイッチ２０５’ａがオンして、電荷電圧変換部の容量値に第２付加容量２０５’ｂの容量値が追加される。これによって画素Ｐ１の感度が更に低下する。このように画素Ｐの感度を低下させる機能を追加することによって、より大きな光量を受光することが可能となり、ダイナミックレンジが広がる。第１変更信号ＷＩＤＥがアクティブレベルになる場合には、イネーブル信号ＥＮｗをアクティブレベルにすることによって、ＭＯＳトランジスタ２０４ａに変えてＭＯＳトランジスタ２０４’ａをソースフォロア動作させてもよい。ＭＯＳトランジスタ２０４’ａは、ＭＯＳトランジスタ２０４’ｂを介してクランプ容量２０６ａに接続されている。
【００２２】
放射線撮像装置１０４は、以上のような画素Ｐの出力を読み出し、不図示のＡＤ変換器でデジタル値に変換した後、制御装置１０３に画像を転送する。放射線撮像システムが動画撮影を行う場合に、放射線撮像装置１０４から画像がフレームとして周期的に制御装置１０３へ転送される。すなわち、放射線撮像装置１０４から制御装置１０３へ動画像が転送される。本実施形態において、動画像とは画像の時系列のことをいう。
【００２３】
図３を参照して、本実施形態の放射線撮像システムにおいてエネルギーサブトラクションを行うための駆動タイミングについて説明する。「放射線」は放射線撮像装置１０４に照射される放射線の線量を示す。「同期信号」は制御装置１０３が放射線撮像装置１０４に供給する信号である。「ＰＲＥＳ」は図２で説明したリセット信号である。「ＴＳ」は図２で説明した光信号サンプリング信号ＴＳである。「ＴＮ」は図２で説明したノイズサンプリング信号ＴＮである。
【００２４】
制御装置１０３は、時刻ｔ１で光電変換素子２０１のリセットを行う。制御装置１０３は、時刻ｔ２で放射線の曝射を開始する。放射線の管電圧は理想的には矩形波となるが、管電圧の立ち上がりと立下りには有限の時間がかかる。特に、パルス放射線で曝射時間が短い場合に、管電圧は矩形波とはみなせず、図３に示すような波形となる。すなわち、放射線の立ち上がり期（時刻ｔ２〜ｔ３）と、安定期（時刻ｔ３〜ｔ４）と、立下り期（時刻ｔ４〜ｔ５）とで放射線のエネルギーが異なる。このように、本実施形態では、１回の放射線照射によって複数のエネルギーの放射線が照射される。
【００２５】
制御装置１０３は、時刻ｔ３（放射線の立ち上がり期の終了時点）で、ノイズサンプルホールド回路２０７Ｎを用いてサンプリングを行う。これによってノイズサンプルホールド回路２０７Ｎに、立ち上がり期の放射線によって得られた信号Ｒが保持される。制御装置１０３は、時刻ｔ４（放射線の安定期の終了時点）で、信号サンプルホールド回路２０７Ｓを用いてサンプリングを行う。これによって信号サンプルホールド回路２０７Ｓに、信号Ｒと、安定期の放射線によって得られた信号Ｓとの和が保持される。時刻ｔ５で、放射線撮像装置１０４の読出し回路（不図示）は、信号線２１Ｎから読み出した信号と信号線２１Ｓから読み出した信号との差分を画像として制御装置１０３に送信する。ノイズサンプルホールド回路２０７Ｎに信号Ｒが保持され、信号サンプルホールド回路２０７Ｓに信号Ｒと信号Ｓとの和が保持されているので、読出し回路は信号Ｓを出力する。
【００２６】
制御装置１０３は、放射線の曝射と信号Ｓの読出しとが終了した後、時刻ｔ６で、再び信号サンプルホールド回路２０７Ｓを用いてサンプリングを行う。これによって信号サンプルホールド回路２０７Ｓに、信号Ｒと、信号Ｓと、立下り期の放射線によって得られた信号Ｆとの和が保持される。制御装置１０３は、時刻ｔ７で光電変換素子２０１のリセットを行う。制御装置１０３は、時刻ｔ７で、再びノイズサンプルホールド回路２０７Ｎを用いてサンプリングを行う。これによって信号サンプルホールド回路２０７Ｓに、リセット時の信号（ここでは０とする）が保持される。時刻ｔ９で、放射線撮像装置１０４の読出し回路は、信号線２１Ｎから読み出した信号と信号線２１Ｓから読み出した信号との差分を画像として制御装置１０３に送信する。ノイズサンプルホールド回路２０７Ｎに０が保持され、信号サンプルホールド回路２０７Ｓに信号Ｒと信号Ｓと信号Ｆの和が保持されているので、読出し回路は信号Ｒと信号Ｓと信号Ｆの和を出力する。制御装置１０３は、２回の送信で得られた画像の差をとることによって、立上がり期の放射線によって得られた信号Ｒと立下り期の放射線によって得られた信号Ｆとの和を算出できる。信号Ｓが表す画像と、信号Ｒと信号Ｆとの和が表す画像は、互いに異なるエネルギーの放射線によって得られた画像に相当する。そのため、制御装置１０３は、画像間で演算を行うことでエネルギーサブトラクションを行うことができる。
【００２７】
サンプルホールド回路２０７及び光電変換素子２０１のリセットを行うタイミングは、放射線発生装置１０１から放射線の曝射が開始されたことを示す同期信号３０７を用いて決定される。放射線の曝射開始を検出する方法として、放射線発生装置１０１の管電流を測定し、電流値が予め設定された閾値を上回るか否かを判定する構成が用いられてもよい。これに代えて、光電変換素子２０１のリセットが完了した後、画素Ｐから信号を繰り返して読み出し、画素値が予め設定された閾値を上回るか否かを判定する構成が用いられてもよい。さらに、放射線撮像装置１０４に二次元検出器２０６とは異なる放射線検出器を内蔵し、その測定値が予め設定された閾値を上回るか否かを判定する構成が用いられてもよい。何れの方式の場合も、放射線撮像装置１０４は、同期信号３０７の入力から予め指定した時間が経過した後に、信号サンプルホールド回路２０７Ｓによるサンプリング、ノイズサンプルホールド回路２０７Ｎによるサンプリング、光電変換素子２０１のリセットを行う。
【００２８】
続いて、エネルギーサブトラクションの方法について説明する。本実施形態におけるエネルギーサブトラクションは、補正、信号処理及び画像処理の３段階に分かれている。図４を参照して、本実施形態のエネルギーサブトラクション処理における補正方法について説明する。制御装置１０３は、放射線撮像装置１０４に放射線を曝射せずに撮像を行うことによって、図３で説明した２枚の画像を取得する。信号Ｓが表す画像をＦ＿Ｏｄｄと表し、信号Ｒと信号Ｓと信号Ｆとの和が表す画像をＦ＿Ｅｖｅｎと表す。これらの画像は放射線撮像装置１０４の固定パターンノイズ（ＦＰＮ）に対応する画像である。
【００２９】
次に、制御装置１０３は、被写体１１１が配置されていない状態で放射線撮像装置１０４に放射線を曝射して撮像を行うことによって、図３で説明した２枚の画像を取得する。信号Ｓが表す画像をＷ＿Ｏｄｄと表し、信号Ｒと信号Ｓと信号Ｆとの和が表す画像をＷ＿Ｅｖｅｎと表す。これらの画像は放射線撮像装置１０４の固定パターンノイズ（ＦＰＮ）と放射線による信号との和に対応する画像である。Ｗ＿ＯｄｄからＦ＿Ｏｄｄを減算し、Ｗ＿ＯｄｄからＦ＿Ｏｄｄを減算することによって、ＦＰＮが除去されたＷＦ＿Ｏｄｄ、ＷＦ＿Ｅｖｅｎがそれぞれ得られる。
【００３０】
ＷＦ＿Ｏｄｄは安定期の放射線によって得られた信号Ｓが表す画像であり、ＷＦ＿Ｅｖｅｎは立ち上がり期、安定期及び立下り期のそれぞれの放射線によって得られた信号Ｒ、信号Ｓ及び信号Ｆの和が表す画像である。安定期の放射線のエネルギーは立ち上がり期及び立下り期の放射線のエネルギーよりも高い。そこで、制御装置１０３は、ＷＦ＿Ｏｄｄを被写体１１１がない場合の高エネルギー画像Ｗ＿Ｈｉｇｈとし、ＷＦ＿ＥｖｅｎからＷＦ＿Ｏｄｄを減じて得られる画像（信号Ｒと信号Ｆとの和が表す画像）を被写体１１１がない場合の低エネルギー画像Ｗ＿Ｌｏｗとする。
【００３１】
次に、制御装置１０３は、被写体１１１が配置された状態で放射線撮像装置１０４に放射線を曝射して動画撮像を行うことによって、フレーム周期ごとに、図３で説明した２枚の画像を取得する。このようにして、制御装置１０３は、同一の被写体１１１に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた複数の入力動画像を得る。信号Ｓが表す画像をＸ＿Ｏｄｄと表し、信号Ｒと信号Ｓと信号Ｆとの和が表す画像をＸ＿Ｅｖｅｎと表す。これらの画像は放射線撮像装置１０４の固定パターンノイズ（ＦＰＮ）と放射線による信号との和に対応する画像である。Ｘ＿ＯｄｄからＦ＿Ｏｄｄを減算し、Ｘ＿ＯｄｄからＦ＿Ｏｄｄを減算することによって、ＦＰＮが除去されたＸＦ＿Ｏｄｄ、ＸＦ＿Ｅｖｅｎがそれぞれ得られる。その後、被写体１１１がない場合と同様にして、制御装置１０３は、ＸＦ＿Ｏｄｄを被写体１１１がある場合の高エネルギー画像Ｘ＿Ｈｉｇｈとする。また、制御装置１０３は、ＸＦ＿ＥｖｅｎからＸＦ＿Ｏｄｄを減じて得られる画像（信号Ｒと信号Ｆとの和が表す画像）を被写体１１１がある場合の低エネルギー画像Ｘ＿Ｌｏｗとする。
【００３２】
被写体１１１の厚さをｄ、被写体１１１の線減弱係数をμ、被写体１１１がない場合の画素値をＩ0、被写体１１１がある場合の画素値をＩとすると、以下の式が成り立つ。
【００３３】
【数１】
2019068952.tif 000003
【００３４】
式（１）を変形すると、以下の式が得られる。
【００３５】
【数２】
2019068952.tif 000004
【００３６】
式（２）の右辺は被写体１１１の減弱率を示す。被写体１１１の減弱率は０〜１の間の実数である。そこで、制御装置１０３は、被写体１１１がある場合の低エネルギー画像Ｘ＿Ｌｏｗを、被写体１１１がない場合の低エネルギー画像Ｗ＿Ｌｏｗで除算することによって、低エネルギーにおける減弱率の画像Ｌを算出する。同様に、制御装置１０３は、被写体１１１がある場合の高エネルギー画像Ｘ＿Ｈｉｇｈを、被写体１１１がない場合の高エネルギー画像Ｗ＿Ｈｉｇｈで除算することによって、高エネルギーにおける減弱率の画像Ｈを算出する。
【００３７】
続いて、図５を参照して、本実施形態のエネルギーサブトラクションにおける信号処理方法について説明する。制御装置１０３は、図４に示した処理で得られた画像Ｌ及び画像Ｈから、実効原子番号Ｚを表す画像及び面密度Ｄを表す画像を算出する。画像Ｌ及び画像Ｈは、制御装置１０３が放射線撮像装置１０４から取得した複数の入力動画像に基づくので、制御装置１０３は、この複数の入力動画像を用いて、実効原子番号Ｚを表す画像及び面密度Ｄを表す第２画像を生成する。実効原子番号Ｚとは混合物の等価的な原子番号のことである。面密度Ｄとは、被写体１１１の密度［ｇ／ｃｍ３］と被写体１１１の厚さ［ｃｍ］の積であり、次元は［ｇ／ｃｍ２］である。
【００３８】
まず、放射線フォトンのエネルギーをＥ、エネルギーＥにおけるフォトン数をＮ（Ｅ）、実効原子番号をＺ、面密度をＤ、実効原子番号ＺかつエネルギーＥおける質量減弱係数をμ（Ｚ，Ｅ）、減弱率をＩ／Ｉ0とすると、以下の式が成り立つ。
【００３９】
【数３】
2019068952.tif 000005
【００４０】
エネルギーＥにおけるフォトン数Ｎ（Ｅ）は、放射線のスペクトルである。放射線のスペクトルは、シミュレーション又は実測により得られる。また、実効原子番号ＺかつエネルギーＥおける質量減弱係数μ（Ｚ，Ｅ）は、ＮＩＳＴ（アメリカ国立標準技術研究所）などのデータベースから得られる。すなわち、任意の実効原子番号Ｚ、面密度Ｄ、放射線のスペクトルＮ（Ｅ）における減弱率Ｉ／Ｉ0が算出可能である。
【００４１】
立ち上がり期及び立ち下がり期の放射線のスペクトルをＮL（Ｅ）とし、安定期の放射線のスペクトルをＨH（Ｅ）とすると、以下の２つの式が成り立つ。
【００４２】
【数４】
2019068952.tif 000006
【００４３】
式（４）は非線形の連立方程式である。制御装置１０３は、これをニュートンラフソン法などで解くことによって、低エネルギーにおける減弱率の画像Ｌと高エネルギーにおける減弱率の画像Ｈとから、実効原子番号Ｚを表す画像と面密度Ｄを表す画像とを算出できる。
【００４４】
図６を参照して、本実施形態のエネルギーサブトラクション処理における画像処理方法について説明する。本実施形態における画像処理で、制御装置１０３は、実効原子番号Ｚの画像及び面密度Ｄの画像に基づいて、フレームを構成する２つのパラメータの値を決定する。フレームを構成する残りの１つのパラメータの値として規定値が用いられる。
【００４５】
本実施形態において、出力動画像はカラーの動画像であり、３つのパラメータはそれぞれ色空間の成分である。例えば、色空間はＨＬＳ色空間又はＨＳＶ色空間である。以下では色空間がＨＬＳ色空間である例について説明する。ＨＬＳ色空間とは、色相、彩度、輝度の３つの成分からなる色空間のことである。制御装置１０３は、上述の複数の入力動画像に基づいて色相及び輝度を決定し、規定値に基づいて彩度を決定する。
【００４６】
例えば、制御装置１０３は、実効原子番号Ｚを表す画像に基づいて色相の値を決定し、面密度Ｄを表す画像に基づいて輝度の値を決定する。具体的に、制御装置１０３は、実効原子番号Ｚの最小値・最大値が色相の最小値・最大値にそれぞれ写像される関数（例えば線形関数）を用いて実効原子番号Ｚを色相に変換する。輝度の決定についても同様である。さらに、制御装置１０３は、彩度として規定値を用いる。彩度の規定値は例えば制御装置１０３の製造時にメモリ１０８に格納されてもよい。
【００４７】
制御装置１０３は、このようにして決定された色相、彩度及び輝度を用いてフレームを生成し、表示装置１１０に表示させる。制御装置１０３は、フレームの生成・表示を周期的に行うことによって、出力動画像の生成・表示を行う。
【００４８】
上述の例で、色相の値及び輝度の値が入力動画像のフレームに基づいて決定され、彩度の値が規定値であった。これに代えて、彩度の値及び輝度の値が入力動画像のフレームに基づいて決定され、色相の値が規定値であってもよい。さらに、色相の値及び彩度の値が入力動画像のフレームに基づいて決定され、輝度の値が規定値であってもよい。また、フレームの生成にＨＳＶ色空間が用いられる場合に、色相、彩度、明度のうちの何れの値が規定値であってもよい。
【００４９】
続いて、図７を参照して、本実施形態のフィルタ処理について説明する。制御装置１０３は、色相及び輝度のノイズを減らすために、実効原子番号Ｚを表す動画像及び面密度Ｄを表す動画像のそれぞれに対してフィルタ処理を行う。これらの動画像は、同一の被写体１１１に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた２つの動画像といえる。制御装置１０３は、これらの動画像に基づいて出力動画像を生成する。制御装置１０３が行うフィルタ処理は、時間方向のフィルタ処理を含んでもよいし、空間方向のフィルタ処理を含んでもよいし、これらの両方を含んでもよい。制御装置１０３は、フィルタ処理を行った後の２つの動画像に基づいて上述の出力動画像を生成する。
【００５０】
まず、制御装置１０３が、実効原子番号Ｚを表す動画像及び面密度Ｄを表す動画像のそれぞれに対して時間方向のフィルタ処理を行う場合について説明する。時間方向のフィルタ処理の一例として、リカーシブフィルタを用いた処理について説明する。ｔ番目のフレームにおける実効原子番号をＺ［ｔ］、ｔ−１番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の実効原子番号をＺ’［ｔ−１］、実効原子番号のリカーシブフィルタの係数をαZとする。制御装置１０３は、ｔ番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の実効原子番号Ｚ’［ｔ］を、以下の式により算出する。
【００５１】
【数５】
2019068952.tif 000007
【００５２】
同様に、ｔ番目のフレームにおける面密度をＤ［ｔ］、ｔ−１番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の面密度をＤ’［ｔ−１］、面密度のリカーシブフィルタの係数をαDとする。制御装置１０３は、ｔ番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の面密度Ｄ’［ｔ］を、以下の式により算出する。
【００５３】
【数６】
2019068952.tif 000008
【００５４】
このように、制御装置１０３のフィルタ部は、被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対してリカ―シブフィルタ処理を行う。その後、制御装置１０３の生成部は、リカ―シブフィルタ処理された第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する。リカーシブフィルタの係数αZ及びαDは、０〜１の間の実数である。フィルタ係数を大きくするほど、過去に遡って画素値が平均化されるため、ノイズが低減される。しかし、フィルタ係数を大きくしすぎると、被写体が動いた部分に残像が生じてしまう。
【００５５】
ある種の被写体では、実効原子番号Ｚを表す動画像の時間方向の変化が、面密度Ｄを表す動画像の時間方向の変化よりも小さい。そこで、実効原子番号Ｚに対するリカーシブフィルタの係数αZを面密度Ｄに対するリカーシブフィルタの係数αDよりも大きくすることによって、色相のノイズを低減しつつ、残像を抑制することが可能となる。その結果、動画像の視認性を向上できる。別の種類の被写体では、実効原子番号Ｚに対するリカーシブフィルタの係数αZを面密度Ｄに対するリカーシブフィルタの係数αDよりも小さくすることによって、動画像の視認性を向上できる。このように、実効原子番号Ｚを表す動画像に対するフィルタ処理におけるフィルタ係数と、面密度Ｄを表す動画像に対するフィルタ処理におけるフィルタ係数と、が互いに異なるようにフィルタ係数を個別に設定することによって、動画像の視認性を向上できる。このように、本実施形態では、第１信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数と、第２信号成分に対するリカ―シブフィルタ処理のフィルタ係数とが互いに異なる。
【００５６】
続いて、フィルタ係数αZ、αDの決定方法について説明する。リカーシブフィルタの係数が大きいと、被写体１１１が動いた部分に残像が生じやすい。そこで、制御装置１０３は、被写体１１１の動きを検出してリカーシブフィルタ係数を小さくする。例えば、制御装置１０３は、現在のフレームと１フレーム前の画素値の差分の絶対値が、予め定められた閾値を超えた場合に、被写体１１１が動いたと判定する。
【００５７】
ある種の被写体では、実効原子番号Ｚを表す動画像の時間方向のノイズが、面密度Ｄを表す動画像の時間方向のノイズよりも大きい。そのため、ｔ番目のフレームにおける実効原子番号のリカーシブフィルタの係数αZ［ｔ］を決定する場合に、実効原子番号Ｚを表す動画像を用いて被写体１１１の動きを検出すると、ノイズによる誤判定を起こす可能性が高くなる。そこで、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像を用いて被写体１１１の動きを検出する。例えば、ｔ番目のフレームにおける面密度をＤ［ｔ］、ｔ−１番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の面密度をＤ’［ｔ−１］とする。また、ｔ番目のフレームにおける実効原子番号のリカーシブフィルタの係数をαZ［ｔ］、ｔ番目のフレームにおける面密度のリカーシブフィルタの係数をαD［ｔ］、予め定めた閾値をＴとする。制御装置１０３は、以下の式でリカーシブフィルタの係数を決定する。
【００５８】
【数７】
2019068952.tif 000009
【００５９】
この式によれば、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の時間方向の変化に基づいて、実効原子番号Ｚを表す動画像に対するフィルタ係数αZ［ｔ］を決定する。すなわち、制御装置１０３の決定部は、第１信号成分の時間方向の変化に基づいて第２信号成分に対するフィルタ係数を決定する。この例で、第１信号成分は面密度Ｄを表し、第２信号成分は実効原子番号Ｚを表す。さらに、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の時間方向の変化に基づいて、面密度Ｄを表す動画像に対するフィルタ係数αD［ｔ］を決定する。すなわち、制御装置１０３の決定部は、第１信号成分の時間方向の変化に基づいて第１信号成分に対するフィルタ係数を決定する。このような処理により、被写体１１１が動いた場合の残像が抑制されるため、より大きなフィルタ係数を適用して実効原子番号Ｚを表す動画像のノイズを低減できる。
【００６０】
上述の例ではリカーシブフィルタを用いてフィルタ処理が行われたが、時間方向のフィルタ処理として、過去Ｎフレーム分の画素値を平均化するフィルタ処理が行われてもよい。このフィルタ処理では、平均化されるフィルタ数Ｎがフィルタ係数となる。
【００６１】
上述の例では、被写体の画像の時間方向の変化に基づいてフィルタ係数の変更が行われた。これに代えて、制御装置１０３は、被写体の画像の空間方向の変化に基づいてフィルタ係数の変更を行ってもよい。空間方向の変化は、例えば被写体のエッジや空間周波数などに基づいて判定される。例えば、座標ｘ、ｙにおけるｔ番目のフレームの面密度をＤ［ｘ，ｙ，ｔ］とすると、制御装置１０３は、以下の式でリカーシブフィルタの係数を決定する。
【００６２】
【数８】
2019068952.tif 000010
【００６３】
この式によれば、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の空間方向の変化に基づいて、実効原子番号Ｚを表す動画像に対するフィルタ係数αZ［ｘ，ｙ，ｔ］を決定する。すなわち、制御装置１０３の決定部は、第１信号成分の空間方向の変化に基づいて第２信号成分に対するフィルタ係数を決定する。さらに、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の空間方向の変化に基づいて、面密度Ｄを表す動画像に対するフィルタ係数αD［ｘ，ｙ，ｔ］を決定する。すなわち、制御装置１０３の決定部は、第１信号成分の空間方向の変化に基づいて第１信号成分に対するフィルタ係数を決定する。
【００６４】
次に、制御装置１０３が、実効原子番号Ｚを表す動画像及び面密度Ｄを表す動画像のそれぞれに対して空間方向のフィルタ処理を行う場合について説明する。例えば、面密度の空間方向のフィルタ係数をβD、実効原子番号の空間方向のフィルタ係数をβZ、座標ｘ、ｙにおけるｔ番目のフレームの面密度をＤ［ｘ，ｙ，ｔ］、座標ｘ、ｙにおけるｔ番目のフレームの実効原子番号をＺ［ｘ，ｙ，ｔ］とする。また、座標ｘ、ｙにおけるｔ番目のフレームの空間フィルタ適用後の面密度をＤ’［ｘ，ｙ，ｔ］、座標ｘ、ｙにおけるｔ番目のフレームの空間フィルタ適用後の実効原子番号をＺ’［ｘ，ｙ，ｔ］とする。制御装置１０３は、以下の式で空間方向のフィルタ処理のフィルタ係数を決定し、フィルタ処理を行う。すなわち、制御装置１０３のフィルタ部は、被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対して空間方向のフィルタ処理を行う。その後、制御装置１０３の生成部は、フィルタ処理が行われた第１信号成分及び第２信号成分に基づいて動画像を生成する。
【００６５】
【数９】
2019068952.tif 000011
【００６６】
この式によれば、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の時間方向の変化に基づいて、実効原子番号Ｚを表す動画像に対するフィルタ係数βZ［ｔ］を決定する。さらに、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の時間方向の変化に基づいて、面密度Ｄを表す動画像に対するフィルタ係数βD［ｔ］を決定する。これに代えて、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の空間方向の変化に基づいて、実効原子番号Ｚを表す動画像に対するフィルタ係数βZ［ｔ］を決定してもよい。さらに、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の空間方向の変化に基づいて、面密度Ｄを表す動画像に対するフィルタ係数βD［ｔ］を決定してもよい。
【００６７】
次に、制御装置１０３が、実効原子番号Ｚを表す動画像及び面密度Ｄを表す動画像のそれぞれに対して時間方向のフィルタ処理と空間方向のフィルタ処理との両方を行う場合について説明する。制御装置１０３は、例えば、被写体１１１に動きがあった場合に、リカーシブフィルタの係数を大きくせずに、空間方向のフィルタの係数を大きくしてノイズを低減する。具体的に、上述の式の定義を利用して、制御装置１０３は、以下の式で空間方向のフィルタ処理のフィルタ係数を決定し、フィルタ処理を行う。
【００６８】
【数１０】
2019068952.tif 000012
【００６９】
この式によれば、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の時間方向の変化に基づいて、実効原子番号Ｚを表す動画像に対するフィルタ係数αZ［ｔ］及びβZ［ｔ］を決定する。さらに、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の時間方向の変化に基づいて、面密度Ｄを表す動画像に対するフィルタ係数αD［ｔ］及びβD［ｔ］を決定する。これに代えて、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の空間方向の変化に基づいて、実効原子番号Ｚを表す動画像に対するフィルタ係数αZ［ｔ］及びβZ［ｔ］を決定してもよい。さらに、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像における被写体１１１の画像の空間方向の変化に基づいて、面密度Ｄを表す動画像に対するフィルタ係数αD［ｔ］及びβD［ｔ］を決定してもよい。
なお、制御装置１０３は、面密度Ｄを表す動画像と実効原子番号Ｚを表す動画像から出力動画像を生成していたが、ノイズを低減するために、面密度Ｄに代えて低エネルギーにおける減弱率の画像Ｌや、高エネルギーにおける減弱率の画像Ｈを用いてもよい。さらには、低エネルギーにおける減弱率の画像Ｌと高エネルギーにおける減弱率の画像Ｈの平均値を用いてもよい。また、低エネルギーにおける減弱率の画像Ｌの対数や、高エネルギーにおける減弱率の画像Ｈの対数を用いてもよい。この例では、上述の第１信号成分が、あるエネルギーにおける減弱率に基づく値（減弱率自身や、平均値、対数）を表し、上述の第２信号成分が実効原子番号を表す。
【００７０】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る放射線撮像システムについて説明する。放射線撮像システムの構成（図１、図２）は第１実施形態と同様である。放射線撮像装置１０４から制御装置１０３が複数の入力動画像を取得する動作（図３）と、低エネルギーにおける減弱率の画像Ｌ及び高エネルギーにおける減弱率の画像Ｈを算出する動作（図４）とも第１実施形態と同様である。
【００７１】
図８を参照して、本実施形態のエネルギーサブトラクションにおける信号処理方法について説明する。制御装置１０３は、図４に示した処理で得られた画像Ｌ及び画像Ｈから、骨の厚さを表す画像Ｂと軟部組織の厚さを表す画像Ｓを算出する。画像Ｌ及び画像Ｈは、制御装置１０３が放射線撮像装置１０４から取得した複数の入力動画像に基づくので、制御装置１０３は、この複数の入力動画像を用いて、骨の厚さを表す画像Ｂと軟部組織の厚さを表す画像Ｓを生成する。
【００７２】
まず、放射線フォトンのエネルギーをＥ、エネルギーＥにおけるフォトン数をＮ（Ｅ）、骨の厚さをＢ、軟部組織の厚さをＳとする。また、エネルギーＥおける骨の線減弱係数をμB（Ｅ）、エネルギーＥおける軟部組織の線減弱係数をμS（Ｅ）、減弱率をＩ／Ｉ0とする。このとき、以下の式が成り立つ。
【００７３】
【数１１】
2019068952.tif 000013
【００７４】
エネルギーＥにおけるフォトン数Ｎ（Ｅ）は、放射線のスペクトルである。放射線のスペクトルは、シミュレーション又は実測により得られる。また、エネルギーＥおける骨の線減弱係数μB（Ｅ）とエネルギーＥおける軟部組織の線減弱係数μS（Ｅ）は、ＮＩＳＴなどのデータベースから得られる。すなわち、任意の骨の厚さＢ、軟部組織の厚さＳ、放射線のスペクトルＮ（Ｅ）における減弱率Ｉ／Ｉ0が算出可能である。
【００７５】
立ち上がり期及び立ち下がり期の放射線のスペクトルをＮL（Ｅ）とし、安定期の放射線のスペクトルをＨH（Ｅ）とすると、以下の２つの式が成り立つ。
【００７６】
【数１２】
2019068952.tif 000014
【００７７】
式（４）は非線形の連立方程式である。制御装置１０３は、これをニュートンラフソン法などで解くことによって、低エネルギーにおける減弱率の画像Ｌと高エネルギーにおける減弱率の画像Ｈとから、骨の厚さＢを表す画像と軟部組織の厚さＳを表す画像とを算出できる。
【００７８】
本実施形態で、制御装置１０３は、骨の厚さＢを表す画像及び軟部組織の厚さＳを表す画像を算出したが、一般に、ある物質の厚さを表す画像と、別の物質の厚さを表す画像とを算出してもよい。制御装置１０３は、例えば、造影剤の厚さＩを表す画像と軟部組織の厚さＳを表す画像を算出してもよい。
【００７９】
図９を参照して、本実施形態のエネルギーサブトラクション処理における画像処理方法について説明する。本実施形態における画像処理で、制御装置１０３は、骨の厚さＢを表す画像及び軟部組織の厚さＳを表す画像に基づいて、フレームを構成する２つのパラメータの値を決定し、フレームを構成する１つのパラメータの値を規定値とする。上述のように、骨の厚さＢを表す画像及び軟部組織の厚さＳを表す画像は複数の入力動画像のフレームに基づいて生成される。したがって、制御装置１０３は、同一の被写体１１１に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた複数の入力動画像のフレームに基づいて、２つのパラメータの値を決定する。そして、制御装置１０３は、出力動画像の少なくとも一部のフレームを、これらの３つのパラメータの値を用いて生成する。
【００８０】
本実施形態において、出力動画像は単色の動画像であり、複数の入力動画像のフレームに基づいて決定されるパラメータは骨の厚さＢ及び軟部組織の厚さＳである。出力動画像の各フレームは仮想単色放射線画像である。例えば、仮想単色放射線のエネルギーをＥVとしたとき、仮想単色放射線画像Ｖは以下の式で求められる。このＶの値をフレームのＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれに設定することによって、単色のフレームが生成される。
【００８１】
【数１３】
2019068952.tif 000015
【００８２】
続いて、図１０を参照して、本実施形態のフィルタ処理について説明する。制御装置１０３は、仮想単色放射線画像のノイズを減らすために、骨の厚さＢを表す動画像及び軟部組織の厚さＳを表す動画像のそれぞれに対してフィルタ処理を行う。これらの動画像は、同一の被写体１１１に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた２つの動画像といえる。制御装置１０３は、これらの動画像に基づいて出力動画像を生成する。制御装置１０３が行うフィルタ処理は、時間方向のフィルタ処理を含んでもよいし、空間方向のフィルタ処理を含んでもよいし、これらの両方を含んでもよい。制御装置１０３は、フィルタ処理を行った後の２つの動画像に基づいて上述の出力動画像を生成する。この例でも、制御装置１０３のフィルタ部は、被写体に対して複数のエネルギーの放射線を照射することによって得られた第１信号成分及び第２信号成分のそれぞれに対してフィルタ処理を行う。第１信号成分は第１物質の厚さを表し、第２信号成分は第２物質の厚さを表す。
【００８３】
制御装置１０３が、骨の厚さＢを表す動画像及び軟部組織の厚さＳを表す動画像のそれぞれに対して時間方向のフィルタ処理を行う場合について説明する。第１実施形態と同様にして、これらの動画像のそれぞれに対して空間方向のフィルタ処理が行われてもよいし、時間方向のフィルタ処理と空間方向のフィルタ処理との両方が行われてもよい。時間方向のフィルタ処理の一例として、リカーシブフィルタを用いた処理について説明する。ｔ番目のフレームにおける骨の厚さをＢ［ｔ］、ｔ−１番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の骨の厚さをＢ’［ｔ−１］、骨の厚さのリカーシブフィルタの係数をαBとする。制御装置１０３は、ｔ番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の骨の厚さＢ’［ｔ］を、以下の式により算出する。
【００８４】
【数１４】
2019068952.tif 000016
【００８５】
同様に、ｔ番目のフレームにおける軟部組織の厚さをＳ［ｔ］、ｔ−１番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の軟部組織の厚さをＳ’［ｔ−１］、軟部組織の厚さのリカーシブフィルタの係数をαSとする。制御装置１０３は、ｔ番目のフレームにおけるリカーシブフィルタ適用後の軟部組織の厚さＳ’［ｔ］を、以下の式により算出する。
【００８６】
【数１５】
2019068952.tif 000017
【００８７】
リカーシブフィルタの係数αZ及びαDは、０〜１の間の実数である。フィルタ係数を大きくするほど、過去に遡って画素値が平均化されるため、ノイズが低減される。しかし、フィルタ係数を大きくしすぎると、被写体が動いた部分に残像が生じてしまう。
【００８８】
ある種の被写体では、骨の厚さＢを表す動画像の時間方向の変化が、軟部組織の厚さＳを表す動画像の時間方向の変化よりも小さい。そこで、骨の厚さＢに対するリカーシブフィルタの係数αBを軟部組織の厚さＳに対するリカーシブフィルタの係数αSよりも大きくすることによって、仮想単色放射線画像のノイズを低減しつつ、残像を抑制することが可能となる。その結果、動画像の視認性を向上できる。別の種類の被写体では、骨の厚さＢに対するリカーシブフィルタの係数αBを軟部組織の厚さＳに対するリカーシブフィルタの係数αSよりも小さくすることによって、動画像の視認性を向上できる。このように、骨の厚さＢを表す動画像に対するフィルタ処理におけるフィルタ係数と、軟部組織の厚さＳを表す動画像に対するフィルタ処理におけるフィルタ係数と、が互いに異なるようにフィルタ係数を個別に設定することによって、動画像の視認性を向上できる。
【００８９】
本実施形態でも第１実施形態と同様に、制御装置１０３は、軟部組織の厚さＳを表す動画像における被写体１１１の画像の時間方向又は空間方向の変化に基づいて、骨の厚さＢを表す動画像に対する時間方向又は空間方向フィルタ係数を決定してもよい。制御装置１０３は、軟部組織の厚さＳを表す動画像における被写体１１１の画像の時間方向又は空間方向の変化に基づいて、軟部組織の厚さＳを表す動画像に対する時間方向又は空間方向のフィルタ係数を決定してもよい。
【００９０】
本実施形態で、制御装置１０３は、骨の厚さＢを表す動画像及び軟部組織の厚さＳを表す動画像のそれぞれに対してフィルタ処理を行った。一般に、制御装置１０３は、ある物質の厚さを表す動画像と、別の物質の厚さを表す動画像とのそれぞれにフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の動画像に基づいて出力動画像を生成してもよい。制御装置１０３は、例えば、造影剤の厚さＩを表す動画像と軟部組織の厚さＳを表す動画像とのそれぞれに対してフィルタ処理を行ってもよい。
【００９１】
上述の例で、制御装置１０３は、骨の厚さＢ及び軟部組織の厚さＳから仮想単色放射線画像を生成した。これに代えて、制御装置１０３は、第１実施形態のように実効原子番号Ｚ及び面密度Ｄを算出し、これらを用いて仮想単色放射線画像を生成してもよい。この場合に、制御装置１０３は、実効原子番号Ｚを表す動画像及び面密度Ｄを表す動画像のそれぞれにフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の動画像に基づいて出力動画像を生成する。また、制御装置１０３は、複数のエネルギーＥVで生成した複数の仮想単色放射線画像を合成することによって、合成放射線画像を生成してもよい。合成放射線画像とは、任意のスペクトルの放射線を照射した場合に得られることが想定される画像のことである。
【００９２】
＜変形例＞
第１実施形態及び第２実施形態において、放射線撮像装置１０４はシンチレータを用いた間接型の放射線センサであった。これに代えて、放射線撮像装置１０４は、例えばＣｄＴｅ等の直接変換材料を用いた直接型の放射線センサであってもよい。
【００９３】
また、放射線発生装置１０１は受動的な管電圧変化を利用していた。これに代えて、放射線発生装置１０１は能動的に管電圧を変化させてもよい。また、放射線発生装置１０１のフィルタを時間的に切り替えるなどして、放射線撮像装置１０４に曝射される放射線のエネルギーを変化させてもよい。
【００９４】
さらに、上述の例では、放射線撮像装置１０４に照射される放射線のエネルギーを変化させることによって、エネルギーサブトラクションが行われた。これに代えて、例えば２枚のセンサを積層することによって、前面のセンサと背面のセンサで検出する放射線のスペクトルを変化させる方式が用いられてもよい。また、放射線量子の個数をエネルギー別にカウントするフォトンカウンティング方式のセンサを用いることで、互いにエネルギーが異なる複数の画像が取得されてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１０３  制御装置、１０４  放射線撮像装置、１０９  入力装置、１１０  表示装置
【図１】
2019068952.tif 000018
【図２】
2019068952.tif 000019
【図３】
2019068952.tif 000020
【図４】
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【図５】
2019068952.tif 000022
【図６】
2019068952.tif 000023
【図７】
2019068952.tif 000024
【図８】
2019068952.tif 000025
【図９】
2019068952.tif 000026
【図１０】
2019068952.tif 000027