(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する画像取得手段と、
前記複数の投影画像のそれぞれを周波数分解して、該複数の投影画像のそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像を取得する周波数分解手段と、
前記周波数帯域毎に、前記複数の帯域投影画像を再構成して前記被写体の帯域断層画像を生成する再構成手段と、
前記帯域断層画像を周波数合成して、前記被写体の断層画像を生成する周波数合成手段とを備えたことを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項２】
前記周波数分解手段は、前記投影画像における特定の方向に対して、前記複数の投影画像のそれぞれを周波数分解する請求項１記載の断層画像生成装置。
【請求項３】
前記特定の方向は、前記放射線源を前記検出手段に対して相対的に移動させる方向である請求項２記載の断層画像生成装置。
【請求項４】
所望とする周波数帯域の前記帯域断層画像の強調度を変更する強調度変更手段をさらに備え、
前記周波数合成手段は、前記強調度が変更された帯域断層画像を含む、前記周波数帯毎の前記帯域断層画像を周波数合成して前記断層画像を生成する請求項１から３のいずれか１項記載の断層画像生成装置。
【請求項５】
前記強調度変更手段は、前記所望とする周波数帯域の前記帯域断層画像の強調度を、該所望とする周波数帯域以外の前記帯域断層画像の強調度よりも大きくする請求項４記載の断層画像生成装置。
【請求項６】
前記強調度変更手段は、前記所望とする周波数帯域の前記帯域断層画像の強調度を、該所望とする周波数帯域以外の前記帯域断層画像の強調度よりも小さくする請求項４記載の断層画像生成装置。
【請求項７】
前記再構成手段は、前記複数の帯域投影画像の画素値を保持しつつ、前記複数の帯域投影画像のそれぞれについての撮影時の前記線源位置と前記検出手段との位置関係に基づいて、前記複数の帯域投影画像の画素値を前記被写体の所望とする断層面上の座標位置に投影する画素値投影手段と、
前記断層面における注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された前記帯域投影画像の複数の画素値に基づいて、前記注目座標位置の画素値を算出することにより、前記断層面の前記帯域断層画像を生成する画素値算出手段とを備えた請求項１から６のいずれか１項記載の断層画像生成装置。
【請求項８】
前記画素値投影手段は、前記複数の線源位置のそれぞれにおいて、該各線源位置と前記断層面上の画素位置とを結ぶ直線と交差する前記対応する帯域投影画像の座標位置における画素値を、該直線上に位置する前記断層面上の画素位置の画素値に投影する請求項７記載の断層画像生成装置。
【請求項９】
前記画素値投影手段は、前記複数の線源位置のそれぞれにおいて、該各線源位置と前記対応する帯域投影画像上の画素位置とを結ぶ直線と交差する前記断層面上の座標位置に、前記直線上に位置する前記帯域投影画像の画素位置における画素値を投影する請求項７記載の断層画像生成装置。
【請求項１０】
前記断層面上の座標位置の間隔は、該断層面上の画素位置の間隔よりも小さい請求項９記載の断層画像生成装置。
【請求項１１】
前記画素値算出手段は、前記断層面に投影された前記帯域投影画像の画素値に対して回帰分析を行って、前記注目座標位置の画素値を算出する請求項７から１０のいずれか１項記載の断層画像生成装置。
【請求項１２】
前記画素値算出手段は、前記回帰分析を行って、前記断層面における帯域断層画像を表す回帰曲面を生成し、該回帰曲面を所望とするサンプリング間隔によりサンプリングして、前記断層面における画素位置の画素値を算出することにより前記帯域断層画像を生成する請求項１１記載の断層画像生成装置。
【請求項１３】
前記サンプリング間隔は、前記帯域投影画像のサンプリング間隔と異なる請求項１２記載の断層画像生成装置。
【請求項１４】
前記画素値算出手段は、表示された前記断層画像における注目領域のサイズの変更指示を受け付けた場合、前記回帰曲面における前記注目領域に対応する領域のサンプリング間隔を、前記変更指示に応じて変更して、該注目領域の断層画像を生成する請求項１２または１３記載の断層画像生成装置。
【請求項１５】
前記画素値算出手段は、前記回帰分析を行う際に、前記注目座標位置の画素値の鮮鋭度を変更する請求項１１から１４のいずれか１項記載の断層画像生成装置。
【請求項１６】
前記画素値算出手段は、前記撮影時の撮影条件および前記帯域投影画像に含まれる前記被写体の構造の少なくとも一方の情報に応じて、前記鮮鋭度の変更の程度を変更する請求項１５記載の断層画像生成装置。
【請求項１７】
前記画素値算出手段は、前記注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された前記帯域投影画像の複数の画素値のうち、外れ値となる画素値を除外して、あるいは該外れ値となる画素値の重み付けを小さくして、前記注目座標位置の画素値を算出する請求項７から１６のいずれか１項記載の断層画像生成装置。
【請求項１８】
前記画素値投影手段は、前記周波数帯域毎に、特定の線源位置に対応する前記帯域投影画像上の注目座標位置の２次元座標と、該帯域投影画像上の注目座標位置の画素値が投影される前記断層面上の座標位置の２次元座標とが一致するように、前記特定の線源位置と前記帯域投影画像上の注目座標位置との位置関係に基づいて、前記帯域投影画像上の注目座標位置の画素値が投影される前記断層面上の座標位置を補正して、前記複数の帯域投影画像の画素値を前記断層面上の補正された座標位置に投影する請求項７から１７のいずれか１項記載の断層画像生成装置。
【請求項１９】
前記画像取得手段は、前記特定の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射することにより撮影された、前記被写体の放射線画像を取得し、
前記画素値算出手段は、前記補正された座標位置に前記帯域投影画像の画素値が投影された前記断層面における前記注目座標位置の画素値を算出することにより前記帯域断層画像を生成し、
前記周波数合成手段は、該生成された帯域断層画像を周波数合成して前記断層画像を生成し、
前記放射線画像および前記断層画像を表示する表示手段をさらに備えた請求項１８記載の断層画像生成装置。
【請求項２０】
前記画素値算出手段は、前記注目座標位置の画素値と、該注目座標位置に対応する前記帯域投影画像の座標位置における画素値との差に基づく重み付け係数を算出し、前記帯域投影画像の前記複数の画素値および前記重み付け係数に基づいて、前記注目座標位置の画素値の算出を再度行って、前記注目座標位置の新たな画素値を算出する請求項７から１９のいずれか１項記載の断層画像生成装置。
【請求項２１】
前記画素値算出手段は、前記注目座標位置の前記新たな画素値を用いた新たな重み付け係数の算出、および前記投影画像の前記複数の画素値および前記新たな重み付け係数に基づく前記注目座標位置の新たな画素値の再度の算出を繰り返す請求項２０記載の断層画像生成装置。
【請求項２２】
前記周波数分解手段、前記再構成手段および前記周波数合成手段は、前記被写体の複数の断層面における断層画像を生成し、
前記複数の断層画像から擬似画像を生成する擬似画像生成手段をさらに備えた請求項１から２１のいずれか１項記載の断層画像生成装置。
【請求項２３】
放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得し、
前記複数の投影画像のそれぞれを周波数分解して、該複数の投影画像のそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像を取得し、
前記周波数帯域毎に、前記複数の帯域投影画像を再構成して前記被写体の帯域断層画像を生成し、
前記帯域断層画像を周波数合成して、前記被写体の断層画像を生成することを特徴とする断層画像生成方法。
【請求項２４】
放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において被写体に放射線を照射することにより撮影された、前記複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する手順と、
前記複数の投影画像のそれぞれを周波数分解して、該複数の投影画像のそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像を取得する手順と、
前記周波数帯域毎に、前記複数の帯域投影画像を再構成して前記被写体の帯域断層画像を生成する手順と、
前記帯域断層画像を周波数合成して、前記被写体の断層画像を生成する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする断層画像生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の線源位置のそれぞれにおいて被写体を撮影して複数の投影画像を取得し、複数の投影画像から断層画像を生成する断層画像生成装置、方法およびプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｘ線、ガンマ線等の放射線を用いた放射線画像撮影装置において、患部をより詳しく観察するために、放射線源を移動させて複数の線源位置から被写体に放射線を照射して撮影を行い、これにより取得した複数の投影画像から所望の断層面を強調した断層画像を生成するトモシンセシス撮影が提案されている。トモシンセシス撮影では、撮影装置の特性や必要な断層画像に応じて、放射線源を放射線検出器と平行に移動させたり、円または楕円の弧を描くように移動させたりして、複数の線源位置において被写体を撮影することにより複数の投影画像を取得し、シフト加算法、単純逆投影法あるいはフィルタ逆投影法等の逆投影法等を用いてこれらの投影画像を再構成して断層画像を生成する。
【０００３】
しかしながら、トモシンセシス撮影では、被写体に放射線を照射するときの角度が制限されているため、例えば、逆投影法により投影画像を重ね合せて断層画像を再構成した場合、本来は被写体内の構造物が存在しない領域に、構造物の虚像であるアーチファクトが写りこんでしまうことがある。より具体的には、逆投影によって、構造物が存在する断層面の断層画像とは異なる断層面の断層画像の、本来は構造物が存在しない領域にアーチファクトが写ってしまうことがある。アーチファクトが目立ちすぎると、病変等の診断に必要な構造物の確認がしにくくなる。
【０００４】
また、トモシンセシス撮影では、被写体に複数回放射線が照射されるため、被写体への被曝を低減するために、１回の撮影にはできるだけ低い線量が用いられる。しかしながら、線量が低いと、撮影により取得される投影画像に放射線の量子ノイズが多く含まれるため、断層画像のノイズが目立つものとなってしまう。
【０００５】
このようなアーチファクトまたはノイズを低減するための各種手法が提案されている。例えば特許文献１においては、１枚の投影画像を基準投影画像として、基準投影画像上の画素と、断層画像上の同一位置に累積加算される、各々の投影画像上の対応する画素との類似度を算出し、複数の投影画像の各画素について、類似度が高くなるほど大きくなる重み付け係数を算出し、複数の投影画像の画素の画素値とこれに対応する重み係数との乗算値を累積加算することにより、断層画像を再構成する手法が提案されている。
【０００６】
また、他にも代数的再構成法あるいは逐次近似再構成法と称される手法が提案されている。これらの手法は、再構成した断層画像を投影した画像が、実際に撮影された投影画像と一致するように断層画像を求める手法である。これらの手法は、再構成に様々な数学モデルを組み込むことができるため、アーチファクト補正およびノイズ低減等を考慮することができる。したがって、アーチファクトが抑制され、かつノイズが低減された断層画像を生成することができる。
【０００７】
また、投影画像から周波数応答特性が異なる複数の帯域制限画像を生成し、帯域制限画像が所定値を超える部分が小さくなるように帯域制限画像を非線形変換し、非線形変換された複数の帯域制限画像を積算して複数の変換画像を生成し、複数の変換画像から断層画像を再構成することにより、演算時間を低減しつつも、アーチファクトを低減させる手法が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−０００２６１号公報
【特許文献２】特開２０１３−０３１６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
トモシンセシス撮影を行う場合、放射線が放射線検出器に直交するように入射する場合と斜めに入射する場合とで、放射線検出器に到達する放射量が異なる。このため、投影画像において撮影時の線源位置毎に画質が異なる。具体的には、放射線が放射線検出器に対して直交するように入射した場合に取得される投影画像と、斜めに入射した場合に取得される投影画像とでは、後者の方が放射線検出器への到達線量が小さくなるため、投影画像の濃度が低くなり画質が白っぽくなる。このため、投影画像間において濃度の相違が発生する。また、とくに放射線が放射線検出器に対して斜めに入射する場合、放射線検出器上の場所により到達線量が異なるものとなるため、１つの投影画像上において濃度ムラが発生する。このように、到達線量の相違に基づく濃度の相違および濃度ムラがあると、とくに特許文献１の手法においては類似度を正確に算出することができなくなる。
【００１０】
また、被写体内部に含まれる、例えば乳房の石灰化のような小さな構造物のアーチファクトを低減することを考えた場合に、その構造物が存在する断層面以外の部分に大きな構造物が存在すると、その大きな構造物の影響を受けて、複数の投影画像のそれぞれに含まれる小さい構造物同士の類似度を正確に算出することができなくなる。
【００１１】
例えば、図２４に示すように、被写体内に小さい構造物５０および大きい構造物５１が存在する場合において、３つの線源位置Ｓ１〜Ｓ３から被写体に放射線を照射する場合を考える。線源位置Ｓ１，Ｓ２から放射線を照射した場合、小さい構造物５０を透過する放射線は、大きい構造物５１を透過しないため、投影画像Ｇ１，Ｇ２においては、小さい構造物５０は他の組織に邪魔されず明確に視認することができる。一方、線源位置Ｓ３から放射線を照射した場合、放射線は小さい構造物５０および大きい構造物５１の双方を透過するため、投影画像Ｇ３においては、小さい構造物５０と大きい構造物５１とが重なってしまい、小さい構造物５０を明確に視認することができない。このため、複数の投影画像のそれぞれに含まれる小さい構造物同士の類似度を正確に算出することができなくなる。その結果、断層画像の画質を十分に向上させることができなくなる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、トモシンセシス撮影等、複数の線源位置において撮影を行うことにより取得した複数の投影画像から断層画像を生成するに際し、断層画像の画質をより向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による断層画像生成装置は、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、放射線源の移動による複数の線源位置において被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得する画像取得手段と、
複数の投影画像のそれぞれを周波数分解して、複数の投影画像のそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像を取得する周波数分解手段と、
周波数帯域毎に、複数の帯域投影画像を再構成して被写体の帯域断層画像を生成する再構成手段と、
帯域断層画像を周波数合成して、被写体の断層画像を生成する周波数合成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
「放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ」るとは、放射線源のみを移動する場合、検出手段のみを移動する場合、および放射線源と検出手段との双方を移動する場合のいずれをも含む。
【００１５】
なお、本発明による断層画像生成装置においては、周波数分解手段を、投影画像における特定の方向に対して、複数の投影画像のそれぞれを周波数分解するものとしてもよい。
【００１６】
この場合、特定の方向を、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させる方向としてもよい。
【００１７】
また、本発明による断層画像生成装置においては、所望とする周波数帯域の帯域断層画像の強調度を変更する強調度変更手段をさらに備えるものとし、
周波数合成手段を、強調度が変更された帯域断層画像を含む、周波数帯毎の帯域断層画像を周波数合成して断層画像を生成するものとしてもよい。
【００１８】
「強調度を変更する」とは、所望とする帯域断層画像の強調度を、所望とする周波数帯域以外の帯域断層画像の強調度よりも大きくして、所望とする帯域断層画像の画素値を大きくすること、および所望とする帯域断層画像の強調度を、所望とする周波数帯域以外の帯域断層画像の強調度よりも小さくして、所望とする帯域断層画像の画素値を小さくすることの双方を含む。また、周波数帯域に応じて強調度を変更するようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明による断層画像生成装置においては、再構成手段を、複数の帯域投影画像の画素値を保持しつつ、複数の帯域投影画像のそれぞれについての撮影時の線源位置と検出手段との位置関係に基づいて、複数の帯域投影画像の画素値を被写体の所望とする断層面上の座標位置に投影する画素値投影手段と、
断層面における注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された帯域投影画像の複数の画素値に基づいて、注目座標位置の画素値を算出することにより、断層面の帯域断層画像を生成する画素値算出手段とを備えるものとしてもよい。
【００２０】
なお、帯域投影画像および帯域断層画像は、所定のサンプリング間隔にて２次元状に離散的に配置された複数の画素からなるものであり、所定のサンプリング間隔となる格子点に画素が配置される。本発明における「画素位置」とは、帯域投影画像および帯域断層画像において、画像として画素値が配置される格子点となる位置を意味する。一方、「座標位置」とは、画像として画素が配置される格子点、すなわち画素位置を含むが、格子点の間にある、画像として画素値が配置されない位置をも含む。したがって、「座標位置」とは、画素位置のみならず、画素位置の間の位置をも含む。
【００２１】
また、投影される複数の帯域投影画像は、取得した複数の帯域投影画像の全てであってもよく、複数の帯域投影画像のうちの２以上の一部の帯域投影画像であってもよい。
【００２２】
「所望とする断層面」とは、断層画像を生成する対象となる被写体の断層面を意味する。
【００２３】
「複数の帯域投影画像の画素値を保持しつつ」とは、帯域投影画像の画素値を変更しないことを意味する。なお、本発明においては、帯域投影画像の画素位置における画素値を断層面上の座標位置に投影できない場合がある。すなわち、線源位置と検出手段との位置関係によっては、断層面上の座標位置に対応する帯域投影画像の画素値が、帯域投影画像の画素位置に存在せず、画素位置の間の座標位置に存在することとなる場合がある。このような場合には、帯域投影画像において断層面上に投影される座標位置の画素値は、例えばその座標位置の周囲にある画素位置の画素値を補間することにより算出すればよい。このような場合においても、補間により算出された画素値は帯域投影画像の画素値であることから、補間により算出された帯域投影画像の画素値を保持しつつ、断層面上の座標位置に投影すればよい。
【００２４】
「断層面における注目座標位置」とは、断層面の帯域断層画像を生成するに際し、画素値を算出する対象となる座標位置を意味する。したがって、断層面における注目座標位置を逐次変更して注目座標位置における画素値を算出することにより、その断層面における帯域断層画像を生成することができる。
【００２５】
「注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲」とは、注目画素位置を含む、注目画素位置の周囲におけるあらかじめ定められた数の座標位置または画素位置を含む範囲を意味する。例えば、注目画素位置を中心とした３×３の数の座標位置または画素位置の範囲、５×５の数の座標位置または画素位置の範囲等を、注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲とすることができる。なお、あらかじめ定められた範囲の大きさは、固定された値であってもよく、操作者の入力により任意の値に変更できるものであってもよい。
【００２６】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値投影手段を、複数の線源位置のそれぞれにおいて、各線源位置と断層面上の画素位置とを結ぶ直線と交差する対応する帯域投影画像の座標位置における画素値を、直線上に位置する断層面上の画素位置の画素値に投影するものとしてもよい。
【００２７】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値投影手段を、複数の線源位置のそれぞれにおいて、各線源位置と対応する帯域投影画像上の画素位置とを結ぶ直線と交差する断層面上の座標位置に、直線上に位置する帯域投影画像の画素位置における画素値を投影する手段としてもよい。
【００２８】
この場合、断層面上の座標位置の間隔を、断層面上の画素位置の間隔よりも小さいものとしてもよい。
【００２９】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値算出手段を、断層面に投影された帯域投影画像の画素値に対して回帰分析を行って、注目座標位置の画素値を算出する手段としてもよい。
【００３０】
「回帰分析」とは、多変量の関係を解析する統計的な手法である。ここで、観測点上での観測値が、真の値に対してノイズが含まれて観測されたとする。回帰分析は、真の値をあらゆる観測点において求める逆問題を、最小二乗法、移動平均法およびカーネルを用いた回帰等で解く手法である。本発明においては、断層面上の帯域投影画像の画素値が投影された座標位置を観測点、観測点の画素値を観測値とし、注目座標位置における画素値を真の値として、注目座標位置における画素値を算出することとなる。
【００３１】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値算出手段を、回帰分析を行って、断層面における帯域断層画像を表す回帰曲面を生成し、回帰曲面を所望とするサンプリング間隔によりサンプリングして、断層面における画素位置の画素値を算出し、帯域断層画像を生成する手段としてもよい。
【００３２】
この場合、サンプリング間隔を、帯域投影画像のサンプリング間隔と異なるものとしてもよい。
【００３３】
ここで、回帰曲面のサンプリング間隔を変更することにより、帯域断層画像の解像度を変更することができる。例えば、サンプリング間隔が小さいほど、帯域断層画像の解像度は高くなる。「所望とするサンプリング間隔」とは、必要とされる解像度の帯域断層画像が得られる、画素の間隔を意味する。なお、所望とするサンプリング間隔は、固定された値であってもよく、操作者の入力により任意の値に変更できるものであってもよい。
【００３４】
「帯域投影画像のサンプリング間隔と異なる」とは、帯域投影画像のサンプリング間隔よりも大きい場合、および小さい場合の双方を含む。帯域投影画像のサンプリング間隔よりも大きい場合、帯域断層画像の解像度は帯域投影画像の解像度よりも低くなる。逆に、帯域投影画像のサンプリング間隔よりも小さい場合、帯域断層画像の解像度は帯域投影画像の解像度よりも高くなる。
【００３５】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値算出手段を、表示された帯域断層画像における注目領域のサイズの変更指示を受け付けた場合、回帰曲面における注目領域に対応する領域のサンプリング間隔を、変更指示に応じて変更して、注目領域の帯域断層画像を生成する手段としてもよい。
【００３６】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値算出手段を、回帰分析を行う際に、注目座標位置の画素値の鮮鋭度を変更する手段としてもよい。
【００３７】
「鮮鋭度を変更する」とは、生成される帯域断層画像に含まれるエッジを強調するように鮮鋭度を強調すること、および生成される帯域断層画像を平滑化してノイズを低減するように鮮鋭度を低下させることの双方を含む。
【００３８】
この場合、画素値算出手段を、撮影時の撮影条件および帯域投影画像に含まれる被写体の構造の少なくとも一方の情報に応じて、鮮鋭度の変更の程度を変更する手段としてもよい。
【００３９】
投影画像の撮影時には、検出器への到達線量が少ないほど投影画像のノイズは多くなる。また、放射線の線質が高圧であるか低圧であるか、検出手段を構成する材料の種類、あるいは撮影時における散乱線を除去するグリッドの有無によっても、帯域投影画像に含まれるノイズ量が異なったり、得られる画像の鮮鋭度が異なったりする。「撮影条件」とは、帯域投影画像のノイズ量および鮮鋭度に影響を与える各種条件を意味し、例えば、撮影時における検出器への到達線量、検出手段の種類、あるいはグリッドの有無を撮影条件として用いることができる。また、「被写体の構造」とは、被写体に含まれるエッジ等の構造である。
【００４０】
なお、帯域断層画像の鮮鋭度は画像を見る医師等のユーザの好みにも依存する。このため、ユーザの好みに応じて、鮮鋭度を変更できるようにしてもよい。
【００４１】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値算出手段を、注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された帯域投影画像の複数の画素値のうち、外れ値となる画素値を除外してあるいは外れ値となる画素値の重み付けを小さくして、注目座標位置の画素値を算出するものとしてもよい。
【００４２】
「外れ値」とは、注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された帯域投影画像の複数の画素値のうち、他の画素値とは値が大きく異なる画素値を意味する。ここで、「大きく異なる」とは、例えば注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された複数の画素値の平均値を算出し、その平均値から所定の閾値以上異なる値となることを意味する。
【００４３】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値投影手段を、周波数帯域毎に、特定の線源位置に対応する帯域投影画像上の注目座標位置の２次元座標と、この帯域投影画像上の注目座標位置の画素値が投影される断層面上の座標位置の２次元座標とが一致するように、特定の線源位置と帯域投影画像上の注目座標位置との位置関係に基づいて、この帯域投影画像上の注目座標位置の画素値が投影される断層面上の座標位置を補正して、複数の帯域投影画像の画素値を断層面上の補正された座標位置に投影する手段としてもよい。
【００４４】
この場合、画像取得手段を、特定の線源位置において被写体に放射線を照射することにより撮影された、被写体の放射線画像を取得するものとし、
画素値算出手段を、補正された座標位置に投影画像の画素値が投影された断層面における注目座標位置の画素値を算出することにより帯域断層画像を生成するものとし、
周波数合成手段を、生成された帯域断層画像を周波数合成して前記断層画像を生成するものとし、
放射線画像および断層画像を表示する表示手段をさらに備えるものとしてもよい。
【００４５】
「被写体の放射線画像」とは、線源位置を移動させることなく、特定の線源位置に固定して、被写体の透過画像を取得する撮影条件により撮影を行うことにより取得される、被写体に含まれる構造物が透過された像を含む画像である。
【００４６】
また、本発明による断層画像生成装置においては、画素値算出手段を、注目座標位置の画素値と、注目座標位置に対応する帯域投影画像の座標位置における画素値との差に基づく重み付け係数を算出し、帯域投影画像の複数の画素値および重み付け係数に基づいて、注目座標位置の画素値の算出を再度行って、座標位置の新たな画素値を算出する手段としてもよい。
【００４７】
この場合、画素値算出手段を、注目座標位置の新たな画素値を用いた新たな重み付け係数の算出、および帯域投影画像の複数の画素値および新たな重み付け係数に基づく注目座標位置の新たな画素値の再度の算出を繰り返す手段としてもよい。
【００４８】
「重み付け係数」としては、例えば注目座標位置に対応する帯域投影画像の座標位置における画素値との差が大きいほど、値が小さくなる係数を用いることができる。
【００４９】
注目座標位置の新たな画素値を用いた新たな重み付け係数の算出、および帯域投影画像の複数の画素値および新たな重み付け係数に基づく注目座標位置の新たな画素値の再度の算出を繰り返す回数は、あらかじめ定められたものであってもよく、注目座標位置の新たな画素値と、注目座標位置に対応する帯域投影画像の座標位置における画素値との差があらかじめ定められた閾値より小さくなる等の特定の収束条件を満足するまで繰り返すようにしてもよい。
【００５０】
また、本発明による断層画像生成装置においては、周波数分解手段、再構成手段および周波数合成手段を、被写体の複数の断層面における断層画像を生成するものとし、
複数の断層画像から擬似画像を生成する擬似画像生成手段をさらに備えるものとしてもよい。
【００５１】
擬似画像は、断層画像とは異なる種類の画像を擬似的に表したものであり、複数の断層画像における対応する画素位置の画素値を単純に加算することにより、通常の放射線撮影により取得した透過画像を擬似的に表した加算断層画像を例として挙げることができる。また、加算断層画像の他、複数の断層画像における対応する画素位置の最大値を取り出すＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）法により得られる、３次元画像を擬似的に表した最大値投影画像、および最小値を取り出すＭｉｎＩＰ（Minimum Intensity Projection）法により得られる、３次元画像を擬似的に表した最小値投影画像を擬似画像として用いることができる。
【００５２】
本発明による断層画像生成方法は、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させ、放射線源の移動による複数の線源位置において被写体に放射線を照射することにより撮影された、複数の線源位置のそれぞれに対応する複数の投影画像を取得し、
複数の投影画像のそれぞれを周波数分解して、複数の投影画像のそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像を取得し、
周波数帯域毎に、複数の帯域投影画像を再構成して被写体の帯域断層画像を生成し、
帯域断層画像を周波数合成して、被写体の断層画像を生成することを特徴とするものである。
【００５３】
なお、本発明による断層画像生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、複数の投影画像のそれぞれが周波数分解されて、複数の投影画像のそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像が取得される。そして、周波数帯域毎に、複数の帯域投影画像が再構成されて被写体の帯域断層画像が生成される。さらに、周波数帯毎に帯域断層画像が周波数合成されて、被写体の断層画像が生成される。ここで、被写体に含まれる小さい構造物は比較高い周波数帯域の帯域投影画像に含まれ、大きい構造物、並びに画像の濃度ムラおよび画像間の濃度の相違は、比較的低い周波数帯域の帯域投影画像に含まれる。本発明のように、周波数帯域毎に複数の帯域投影画像を再構成することにより、比較的高い周波数帯域においては、大きい構造物、並びに濃度ムラおよび濃度の相違に影響されることなく、被写体に含まれる小さい構造物を投影して、帯域断層画像を生成することができる。また、周波数帯域毎にアーチファクトを除去することができるため、被写体に含まれる構造物の大きさの相違、並びに濃度ムラおよび濃度の相違に起因するアーチファクトを低減することができる。したがって、本発明によれば、より高画質の断層画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態による断層画像生成装置を適用した放射線画像撮影装置の概略構成図
【図２】放射線画像撮影装置を図１の矢印Ａ方向から見た図
【図３】第１の実施形態において、コンピュータに断層画像生成プログラムをインストールすることにより実現された断層画像生成装置の概略構成を示す図
【図４】投影画像の取得を説明するための図
【図５】第１の実施形態における周波数分解を説明するための図
【図６】第１の実施形態における再構成の処理を説明するための図
【図７】第１の実施形態における画素値の投影を説明するための図
【図８】投影画像の画素値の補間を説明するための図
【図９】第１の実施形態において、断層面に投影された画素値を示す図
【図１０】外れ値を含めた回帰曲線（回帰曲面）の生成を説明するための図
【図１１】外れ値を除去した回帰曲線（回帰曲面）の生成を説明するための図
【図１２】第１の実施形態における周波数合成を説明するための図
【図１３】第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図１４】第２の実施形態における画素値の投影を説明するための図
【図１５】第２の実施形態において、断層面に投影された画素値を示す図
【図１６】断層面上の構造物の位置と、放射線検出器上に投影される構造物との位置関係を示す図
【図１７】断層画像と放射線画像とにおける構造物の位置の相違を示す図
【図１８】第４の実施形態における周波数分解を説明するための図
【図１９】第５の実施形態において、コンピュータに断層画像生成プログラムをインストールすることにより実現された断層画像生成装置の概略構成を示す図
【図２０】拡大された注目領域を表示部に表示した状態を示す図
【図２１】第６の実施形態において、コンピュータに断層画像生成プログラムをインストールすることにより実現された断層画像生成装置の概略構成を示す図
【図２２】位置ずれがない場合における複数の断層面投影画像を示す図
【図２３】位置ずれがある場合における複数の断層面投影画像を示す図
【図２４】線源位置の相違に起因する投影画像の相違を示す図
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による断層画像生成装置を適用した放射線画像撮影装置の概略構成図、図２は放射線画像撮影装置を図１の矢印Ａ方向から見た図である。放射線画像撮影装置１は、乳房のトモシンセシス撮影を行って断層画像を生成するために、異なる撮影方向となる複数の線源位置から乳房Ｍ（以下、被写体Ｍとする場合もあるものとする）を撮影して、複数の放射線画像、すなわち投影画像を取得するマンモグラフィ撮影装置である。図１に示すように放射線画像撮影装置１は、撮影部１０、撮影部１０に接続されたコンピュータ２、並びにコンピュータ２に接続された表示部３および入力部４を備えている。
【００５７】
撮影部１０は、不図示の基台に対して回転軸１１により連結されたアーム部１２を備えている。アーム部１２の一方の端部には撮影台１３が、その他方の端部には撮影台１３と対向するように放射線照射部１４が取り付けられている。アーム部１２は、放射線照射部１４が取り付けられた端部のみを回転することが可能なように構成されており、これにより、撮影台１３を固定して放射線照射部１４のみを回転することが可能となっている。なお、アーム部１２の回転は、コンピュータ２により制御される。
【００５８】
撮影台１３の内部には、フラットパネルディテクタ等の放射線検出器１５（検出手段）が備えられている。また、撮影台１３の内部には、放射線検出器１５から読み出された電荷信号を電圧信号に変換するチャージアンプ、チャージアンプから出力された電圧信号をサンプリングする相関２重サンプリング回路、電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部等が設けられた回路基板等も設置されている。
【００５９】
放射線検出器１５は、放射線画像の記録および読み出しを繰り返して行うことができるものであり、放射線の照射を直接受けて電荷を発生する、いわゆる直接型の放射線検出器を用いてもよいし、放射線を一旦可視光に変換し、その可視光を電荷信号に変換する、いわゆる間接型の放射線検出器を用いるようにしてもよい。また、放射線画像信号の読出方式としては、ＴＦＴ（thin film transistor）スイッチをオン・オフすることによって放射線画像信号が読み出される、いわゆるＴＦＴ読出方式のものや、読取光を照射することによって放射線画像信号が読み出される、いわゆる光読出方式のものを用いることが望ましいが、これに限らずその他のものを用いるようにしてもよい。
【００６０】
放射線照射部１４の内部には、放射線源であるＸ線源１６が収納されている。Ｘ線源１６からＸ線を照射するタイミング、およびＸ線源１６におけるＸ線発生条件、すなわち管電流、時間および管電流時間積等を含む撮影条件は、コンピュータ２により制御される。
【００６１】
また、アーム部１２には、撮影台１３の上方に配置されて乳房Ｍを押さえつけて圧迫する圧迫板１７、圧迫板１７を支持する支持部１８、および支持部１８を図１、２の上下方向に移動させる移動機構１９が設けられている。
【００６２】
表示部３は、ＣＲＴまたは液晶モニタ等の表示装置であり、後述するように取得された投影画像、および生成された断層画像の他、操作に必要なメッセージ等を表示する。なお、表示部３は音声を出力するスピーカを内蔵するものであってもよい。
【００６３】
入力部４はキーボード、マウスあるいはタッチパネル方式の入力装置からなり、操作者による放射線画像撮影装置１の操作を受け付ける。また、トモシンセシス撮影を行うために必要な、撮影条件等の各種情報の入力および情報の修正の指示も受け付ける。本実施形態においては、操作者が入力部４から入力した情報に従って、放射線画像撮影装置１の各部が動作する。
【００６４】
コンピュータ２には、断層画像生成プログラムがインストールされている。本実施形態においては、コンピュータは、操作者が直接操作するワークステーションあるいはパソコンでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。断層画像生成プログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、およびＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。もしくは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、あるいはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じてコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
【００６５】
図３はコンピュータ２に断層画像生成プログラムをインストールすることにより実現された断層画像生成装置の概略構成を示す図である。図３に示すように、断層画像生成装置は、標準的なコンピュータの構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、メモリ２２およびストレージ２３を備えている。
【００６６】
ストレージ２３は、ハードディスクやＳＳＤ（solid state drive）等のストレージデバイスからなり、放射線画像撮影装置１の各部を駆動するためのプログラムおよび断層画像生成プログラムを含む各種情報が記憶されている。また、トモシンセシス撮影により取得された投影画像および後述するように生成された断層画像も記憶される。
【００６７】
メモリ２２には、各種処理をＣＰＵ２１に実行させるために、ストレージ２３に記憶されたプログラム等が一時的に記憶される。断層画像生成プログラムは、ＣＰＵ２１に実行させる処理として、放射線画像撮影装置１にトモシンセシス撮影を行わせて、乳房Ｍの複数の投影画像を取得する画像取得処理、複数の投影画像のそれぞれを周波数分解して、複数の投影画像のそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像を取得する周波数分解処理、周波数帯域毎に、複数の帯域投影画像を再構成して被写体の帯域断層画像を生成する再構成処理、および帯域断層画像を周波数合成して、被写体の断層画像を生成する周波数合成処理を規定している。
【００６８】
また、本実施形態においては、再構成処理は、周波数帯域毎に、複数の帯域投影画像の画素値を保持しつつ、複数の帯域投影画像のそれぞれについての撮影時のＸ線源１６の位置と放射線検出器１５との位置関係に基づいて、複数の帯域投影画像の画素値を被写体である乳房Ｍの所望とする断層面上の座標位置に投影する画素値投影処理、および所望とする断層面における注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された帯域投影画像の複数の画素値に基づいて、注目座標位置の画素値を算出することにより帯域断層画像を生成する画素値算出処理を規定している。
【００６９】
そして、ＣＰＵ２１が断層画像生成プログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータ２は、画像取得部３１、周波数分解部３２、再構成部３３および周波数合成部３４として機能する。また、再構成部３３に関し、コンピュータ２は、画素値投影部３５および画素値算出部３６として機能する。なお、コンピュータ２は、画像取得処理、周波数分解処理、再構成処理および周波数合成処理、さらには画素値投影処理および画素値算出処理をそれぞれ行うプロセッサを備えるものであってもよい。
【００７０】
画像取得部３１は、アーム部１２を回転軸１１の周りに回転させることによりＸ線源１６を移動させ、Ｘ線源１６の移動による複数の線源位置において被写体である乳房ＭにＸ線を照射し、乳房Ｍを透過したＸ線を放射線検出器１５により検出して、複数の線源位置における複数の投影画像Ｇｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは線源位置の数）を取得する。図４は投影画像Ｇｉの取得を説明するための図である。図４に示すように、Ｘ線源１６をＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎの各線源位置に移動し、各線源位置においてＸ線源１６を駆動して乳房ＭにＸ線を照射し、乳房Ｍを透過したＸ線を放射線検出器１５により検出することにより、各線源位置Ｓ１〜Ｓｎに対応して、投影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎが取得される。取得された複数の投影画像Ｇｉはストレージ２３に保存される。なお、断層画像生成プログラムとは別個のプログラムにより複数の投影画像Ｇｉを取得してストレージ２３に保存するようにしてもよい。この場合、画像取得部３１は、ストレージ２３に保存された複数の投影画像Ｇｉを、周波数分解処理、再構成処理および周波数合成処理のためにストレージ２３から読み出すものとなる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、ストレージ２３に保存した複数の投影画像Ｇｉの全てを読み出して、周波数分解処理、再構成処理および周波数合成処理に用いてもよく、複数の投影画像Ｇｉのうちの、あらかじめ定められた２以上の数の投影画像Ｇｉを読み出して、周波数分解処理、再構成処理および周波数合成処理に用いてもよい。
【００７２】
周波数分解部３２は、複数の投影画像Ｇｉのそれぞれを周波数分解して、複数の投影画像Ｇｉのそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像を取得する。図５は周波数分解部３２が行う周波数分解を説明するための図である。まず、周波数分解部３２は、ある周波数帯域の投影画像Ｇｉに対して、例えばσ＝１のガウシアンフィルタによりフィルタリング処理を行って、投影画像Ｇｉを１／２に縮小してガウシアン成分である縮小画像Ｇｉ−１を生成する。縮小画像Ｇｉ−１は投影画像Ｇｉを１／２に縮小したものとなる。なお、以降の説明において、投影画像Ｇｉを便宜上投影画像Ｇｉ−０と称する場合があるものとする。次いで、周波数分解部４２は、例えば３次Ｂスプライン補間等の補間演算を行って、縮小画像Ｇｉ−１を投影画像Ｇｉ−０と同一サイズとなるように２倍に拡大し、拡大した縮小画像Ｇｉ−１を投影画像Ｇｉ−０から減算して、最高周波数帯域のラプラシアン成分である帯域投影画像Ｌｉ−０を生成する。なお、本実施形態では、最高周波数帯域を便宜上第０の周波数帯域と称する。
【００７３】
次いで、周波数分解部４２は、縮小画像Ｇｉ−１に対してσ＝１のガウシアンフィルタによりフィルタリング処理を行って、縮小画像Ｇｉ−１を１／２に縮小して縮小画像Ｇｉ−２を生成し、縮小画像Ｇｉ−２を縮小画像Ｇｉ−１と同一サイズとなるように２倍に拡大し、拡大した縮小画像Ｇｉ−２を縮小画像Ｇｉ−１から減算して、第１の周波数帯域の帯域投影画像Ｌｉ−１を生成する。さらに、所望とする周波数帯域の帯域投影画像が生成されるまで上記の処理を繰り返すことにより、複数の周波数帯域の帯域投影画像Ｌｉ−ｋ（ｋ＝０〜ａ：ａは帯域の数）を生成する。本実施形態においては、例えばａ＝１０とし、第１０の周波数帯域の帯域投影画像Ｌｉ−１０が得られるまで、上記の処理を繰り返す。
【００７４】
ここで、縮小画像の各画素の信号値はその画素の濃度を表し、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの各画素の信号値は、その画素におけるその周波数帯域の周波数成分の大きさを表すものとなる。なお、ウェーブレット変換等の他の多重解像度変換の手法を用いることにより、周波数帯域が異なる複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋを生成してもよい。
【００７５】
図６は再構成の処理を説明するための図である。図６に示すように、再構成部３３は、周波数帯域毎に複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋを再構成して、周波数帯域毎に被写体の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成する。本実施形態においては、画素値投影部３５および画素値算出部３６が再構成処理を行う。
【００７６】
画素値投影部３５は、周波数分解部３２が生成した複数の周波数帯域の帯域投影画像Ｌｉ−ｋに対して、各周波数帯域毎に帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を保持しつつ、乳房Ｍの所望とする断層面上の座標位置に、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を投影する。図７は第１の実施形態における画素値の投影を説明するための図である。なお、図７においては、線源位置Ｓｉにおいて取得された投影画像Ｇｉから取得された帯域投影画像Ｌｉ−ｋを、乳房Ｍの所望とする断層面Ｔｊ（ｊ＝１〜ｍ：ｍは断層面の数）に投影する場合について説明する。
【００７７】
ここで、帯域投影画像Ｌｉ−ｋおよび断層面Ｔｊにおいて後述するように生成される帯域断層画像ＴＬｊ−ｋは、所定のサンプリング間隔にて２次元状に離散的に配置された複数の画素からなるものであり、所定のサンプリング間隔となる格子点に画素が配置される。図７および後述する図１４においては、帯域投影画像Ｌｉ−ｋおよび断層面Ｔｊに直交する短い線分が、画素の区切り位置を示す。したがって、図７および後述する図１４においては、画素の区切り位置の中央の位置が格子点である画素位置となる。第１の実施形態においては、図７に示すように、線源位置Ｓｉと断層面Ｔｊ上の画素位置とを結ぶ直線と交差する帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を、対応する直線上に位置する断層面Ｔｊ上の画素位置の画素値に投影する。
【００７８】
ここで、線源位置Ｓｉの座標を（ｓｘｉ、ｓｙｉ、ｓｚｉ）、断層面Ｔｊにおける画素位置の座標をＴｊ（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）とすると、帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の座標位置Ｐｉの座標（ｐｘｉ，ｐｙｉ）は、下記の式（１）により表される。なお、本実施形態においては、放射線検出器１５の検出面に垂直な方向にｚ軸を、放射線検出器１５の検出面においてＸ線源１６が移動する方向と平行な方向にｙ軸を、ｙ軸に直交する方向にｘ軸をそれぞれ設定するものとする。
【００７９】
ｐｘｉ＝（ｔｘ×ｓｚｉ−ｓｘｉ×ｔｚ）／（ｓｚｉ−ｔｚ）
ｐｙｉ＝（ｔｙ×ｓｚｉ−ｓｙｉ×ｔｚ）／（ｓｚｉ−ｔｚ）      （１）
なお、帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の座標位置Ｐｉは、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素位置とならない場合がある。例えば、図８に示すように、帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の座標位置Ｐｉが、帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の４つの画素位置Ｏ１〜Ｏ４の間に位置する場合がある。この場合、図８に示すように、座標位置Ｐｉに最も近い位置にある帯域投影画像Ｌｉ−ｋの４つ画素位置Ｏ１〜Ｏ４における画素値を用いた補間演算を行い、座標位置Ｐｉの画素値を算出し、算出した画素値を断層面Ｔｊ上の画素位置Ｔｊ（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）に投影すればよい。なお、補間演算としては、座標位置Ｐｉと４つの画素位置との距離に応じて４つの画素位置の画素値に重み付けをする線形補間演算の他、座標位置Ｐｉの周囲におけるより多くの画素位置の画素値を用いた非線形のバイキュービック補間演算、およびＢ−スプライン補間演算等の任意の手法を用いることができる。また、補間演算の他、座標位置Ｐｉに最も近い画素位置の画素値を座標位置Ｐｉの画素値として用いるようにしてもよい。
【００８０】
画素値投影部３５は、全ての線源位置Ｓｉについて、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を断層面Ｔｊに投影する。これにより、図９に示すように、断層面Ｔｊ上の各画素位置には、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの数に対応するｎ個の画素値が投影されることとなる。なお、図９においては、各画素位置に５つの投影画像の画素値が投影された状態を示している。また、図９および後述する図１０，１１，１５，２２，２３においては、断層面Ｔｊに直交する短い線分が、画素の区切り位置を示し、画素の区切り位置の中央の位置が格子点である画素位置を示す。
【００８１】
画素値算出部３６は、断層面Ｔｊ上の各画素値を算出することにより、周波数帯域毎に断層面Ｔｊにおける帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成する。具体的には、画素値の算出の対象となる注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの複数の画素値に基づいて、注目座標位置の画素値を算出する。なお、注目座標位置は断層面Ｔｊ上の画素位置となる場合がある。第１の実施形態においては、断層面Ｔｊ上の画素位置に帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値が投影されているが、注目座標位置の画素値の算出に際しては、注目座標位置に投影された画素値を使用してもよく、使用しなくてもよい。以下、注目座標位置の画素値の算出について説明する。
【００８２】
画素値投影部３５が断層面Ｔｊに投影した帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値は、互いに近い位置にあるほど同じ値となる傾向がある。このため、画素値算出部３６は、断層面Ｔｊ上に投影した画素値が滑らかに連続するように、鮮鋭度を変更する処理を行う。本実施形態においては、断層面Ｔｊに投影した画素値に対して平滑化フィルタによるフィルタリング処理を行う。具体的には、注目座標位置を中心とする３×３あるいは５×５等のあらかじめ定められた範囲の画素位置の画素値に対して、例えばガウシアンフィルタによるフィルタリング処理を行う。これにより、注目座標位置およびその周囲の画素において、画素値が滑らかに連続するため、断層面Ｔｊ上に投影した画素値において、帯域投影画像Ｌｉ−ｋに含まれていた量子ノイズ等のノイズを抑制することができる。
【００８３】
なお、上記あらかじめ定められた範囲の大きさは、固定値としてストレージ２３に保存しておけばよい。また、操作者による入力部４からの入力により、任意の値に変更できるようにしてもよい。この場合、操作者による入力部４からの入力により、ストレージ２３に保存されたあらかじめ定められた範囲の大きさの値が書き換えられて、あらかじめ定められた範囲の大きさが変更されることとなる。
【００８４】
また、ガウシアンフィルタのフィルタサイズを変更することにより、平滑化の程度、すなわちノイズ抑制の程度を変更することができる。具体的には、フィルタサイズを大きくして注目座標位置を中心とするフィルタリングの範囲を大きくするほど、よりノイズを抑制することができる。ここで、投影画像Ｇｉを撮影する際、放射線検出器１５に到達するＸ線量が少ないほど投影画像Ｇｉに含まれるノイズが多くなり、その結果、断層面Ｔｊに投影される画素値のノイズが多くなる。また、Ｘ線の線質、すなわちＸ線が高圧であるか低圧であるかによっても、投影画像Ｇｉに含まれるノイズの量が変化する。また、撮影時に使用される放射線検出器１５の種類によっても、投影画像Ｇｉに含まれるノイズの量が変化する。さらに、投影画像Ｇｉの撮影時には被写体ＭにおけるＸ線の散乱線の影響を防止するために、放射線検出器１５と被写体Ｍの間に、散乱線除去グリッドを配置する場合がある。このような散乱線除去グリッドの種類、あるいは散乱線除去グリッドの有無によっても、投影画像Ｇｉに含まれるノイズの量が変化する。このように、投影画像Ｇｉに含まれるノイズの量が変化すると、帯域投影画像Ｌｉ−ｋに含まれるノイズの量も変化する。
【００８５】
したがって、本実施形態においては、放射線検出器１５への到達Ｘ線量、Ｘ線の線質、放射線検出器１５の種類、散乱線除去グリッドの種類、および散乱線除去グリッドの有無等の撮影条件に基づいて、平滑化フィルタの特性を変更する。例えば、投影画像Ｇｉに含まれるノイズが多くなる撮影条件の場合には、フィルタサイズを大きくして、ノイズがより抑制されるようにする。
【００８６】
また、フィルタリングを行う際には、ガウシアンフィルタを用いると、後述するように生成された断層画像に含まれる被写体Ｍの構造であるエッジがぼけてしまう可能性がある。このため、注目座標位置に隣接する画素について、画素間の距離に応じた重み付け、および画素値の差が大きいほど重み付けが小さくなるような正規分布を重み付けとするバイラテラルフィルタを用いてフィルタリングを行うようにしてもよい。また、断層面Ｔｊ上の注目座標位置と任意の画素それぞれの近傍領域の類似性に基づいて重み付けを行うNon-Local Means Filter（非局所平均化フィルタ）を用いて、フィルタリングを行うようにしてもよい。これにより、ノイズを抑制しつつも、エッジを保存することができるため、後述するように生成された断層画像において、鮮鋭度が低下してしまうことを防止できる。
【００８７】
また、断層面Ｔｊに投影された画素値に対して、例えば微分フィルタによるフィルタリングを行うことにより、画素値が所定の閾値を超えて急激に変化する被写体の構造であるエッジを検出し、エッジが存在する方向に沿って、フィルタリング処理を行うようにフィルタ特性を変更することにより、鮮鋭度を変更しもよい。また、エッジの境界にある画素値に対しては、エッジを超えた位置に存在する画素値を使用しないように、フィルタリング処理を行うようにしてもよい。これにより、エッジが平滑化されることがなくなるため、ノイズを抑制しつつも、断層面Ｔｊに投影された画素値の分布において鮮鋭度が低下してしまうことを防止できる。
【００８８】
なお、平滑化に代えて、あるいは平滑化に加えて、鮮鋭度を強調する処理を行ってエッジを強調するようにしてもよい。この場合、エッジが存在する方向に沿って、鮮鋭度を強調する処理を行うことが好ましい。
【００８９】
このようにしてフィルタリングが行われた後、画素値算出部３６は、断層面Ｔｊに投影された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値に対して回帰分析を行うことにより、断層面Ｔｊにおける帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを表す曲面を生成する。なお、説明を容易なものとするために、回帰曲面を回帰曲線と考える。回帰分析は、多変量の関係を解析する統計的な手法である。ここで、観測点上での観測値が、真の値に対してノイズが含まれて観測されたとする。回帰分析は、真の値をあらゆる観測点において求める逆問題を、最小二乗法、移動平均法およびカーネルを用いた回帰等で解く手法である。第１の実施形態においては、断層面Ｔｊ上の帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値が投影された座標位置を観測点ｕｋ、観測点ｕｋに投影された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を観測値ｑｋ、注目座標位置ｕｍにおいて算出する画素値を真の値ｒｍとし、回帰分析により注目座標位置ｕｍの画素値ｒｍを算出することとなる。
【００９０】
ここで、最小二乗法を用いる場合、真の値が、分布がγ個のパラメータａにより規定される関数にしたがっていると仮定する。すなわち、ｒ＝ｆ（ｕ｜ａ１，ａ２，・・・．ａγ）であると仮定する。そして、真の値と観測値との二乗誤差を最小にするパラメータａ１，ａ２，・・・．ａγを求めることによって関数ｆを決定することができる。具体的には、下記の式（２）により、観測点における観測値の誤差の総和が最小となるように関数ｆのパラメータを決定することによって、注目座標位置の画素値ｒｍを算出して回帰曲線（曲面）を生成する。なお、式（３）に示すように、観測点ｕｋ毎に重みｗｋを設定し、重み付け最小二乗法により注目座標位置ｕｍの画素値ｒｍを算出して回帰曲線（曲面）を生成するようにしてもよい。
【００９１】
【数１】
0006370280.tif 000002
また、移動平均を用いる場合、移動平均により注目座標位置の画素値を算出して、回帰曲面を生成する。具体的には、説明を簡単なものとするために、回帰曲面を回帰曲線と考えると、注目座標位置ｕｍの画素値について、注目座標位置ｕｍに隣接する３つの座標位置、すなわち例えば座標位置ｕｋ−１，ｕｋ，ｕｋ＋１に投影された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値の平均値である｛（ｑｋ−１）＋ｑｋ＋（ｑｋ＋１）｝／３を算出し、算出した平均値を注目座標位置ｕｍの画素値とする。なお、各画素値に対して重みを設定するようにしてもよい。例えば、注目座標位置ｕｍからの距離が大きくなるほど小さくなるように重みを設定するようにしてもよい。
【００９２】
カーネルを用いた回帰の手法を用いる場合、投影画像の画素値が投影された断層面Ｔｊ上の観測点ｕｋおよび注目座標位置ｕｍについて、下記の式（４）によりカーネルを決定することにより、回帰曲線（曲面）を算出する。なお、式（４）において、argminは右辺を最小にするｒ（ｕｍ）の値を算出することを表す。
【００９３】
【数２】
0006370280.tif 000003
なお、上述した平滑化のためのフィルタリングの処理を回帰分析に組み込むことも可能である。最小二乗法を用いる場合、関数ｆとして低次元の関数を使用することにより、生成される回帰曲面の平滑化の程度を強くすることができる。逆に高次元の関数を使用することにより、生成される回帰曲面の鮮鋭度を高くすることができる。移動平均を用いる場合は、平均を算出する画素の数を変更したり、重み付けの程度を変更することにより、平滑化の程度を変更することができる。すなわち、平均を算出する画素の数を多くすることにより、平滑化の程度を大きくすることができる。また、上述したように撮影条件に応じて重み付けの程度を変更して、平滑化の程度を変更するようにしてもよい。
【００９４】
カーネルを用いた回帰の手法においては、カーネルの設計に応じて、平滑化の程度を変更することができる。とくにカーネルを用いた回帰の手法においては、カーネルの設計に応じて、重み付け最小二乗法と同様の効果を得ることができたり、エッジを強調したりすることができる。例えば、カーネルとして下記の式（５）に示すものを用いると、注目座標位置ｕｍと観測点ｕｋとの距離が近いほど観測点ｕｋの観測値ｑｋに近くなるような画素値を算出するように回帰曲面を生成することとなる。このため、ガウシアンフィルタを用いた平滑化と同様の効果を得ることができる。なお、式（５）においてｈｘは帯域幅のパラメータである。
【００９５】
【数３】
0006370280.tif 000004
ところで、図９においては、断層面Ｔｊ上の一番右の画素位置に投影された５つの画素値のうち、２つの画素値が隣接する画素位置の画素値と比較して大きく異なっている。このように隣接する画素の画素値と大きく異なる画素値が存在すると、回帰曲面を生成した場合、図１０に示すように、外れ値を含む画素位置において、隣接する画素位置と値が大きく異なるものとなる。このため、算出した回帰曲面から後述するように断層画像を生成すると、外れ値となる画素位置においてアーチファクトが発生する。
【００９６】
このため、画素値算出部３６は、断層面Ｔｊに投影された画素値において、隣接する画素値と大きく異なる画素値を外れ値に決定し、外れ値となる画素値を除外して、注目座標位置の画素値を算出する。例えば、断層面Ｔｊ上において、注目座標位置に隣接する画素位置の画素値の平均値と、注目座標位置に投影された複数の画素値のそれぞれとの差分を算出し、差分が所定の閾値を超えた画素値を外れ値に決定し、回帰分析の際に外れ値となる画素値を除外すればよい。なお、外れ値を除外することに代えて、外れ値となる画素値の重み付けを小さくするようにしてもよい。
【００９７】
このように、外れ値を除外してあるいは外れ値の重み付けを小さくして回帰曲線（曲面）を算出すると、図１１に示すように、外れ値を含む画素位置においても、隣接する画素位置と値が大きく変わらないようになる。これにより、断層画像にアーチファクトが含まれることを防止することができる。
【００９８】
なお、回帰分析に外れ値を除去する処理を組み込むことも可能である。最小二乗法を用いる場合、上記式（３）に示した重み付け最小二乗法を使用し、外れ値となる画素値の重み付けを０とするあるいは小さくすればよい。移動平均を用いる場合、重み付け平均を求めるようにし、外れ値となる画素値の重み付けを０とするあるいは小さくすればよい。
【００９９】
画素値算出部３６は、回帰曲面が生成されると、回帰曲面を所望とするサンプリング間隔によりサンプリングして、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成する。なお、サンプリング間隔は、固定された値としてストレージ２３に保存しておけばよい。また、入力部４からの指示により、任意の値に変更できるようにしてもよい。例えば、サンプリング間隔を帯域投影画像Ｌｉ−ｋと同一とすれば、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋは帯域投影画像Ｌｉ−ｋと同一の解像度となり、サンプリング間隔を帯域投影画像Ｌｉ−ｋよりも小さくすれば、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋは帯域投影画像Ｌｉ−ｋよりも高解像度とすることができる。逆に、サンプリング間隔を帯域投影画像Ｌｉ−ｋよりも大きくすれば、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋは帯域投影画像Ｌｉ−ｋよりも低解像度とすることができる。この場合、操作者による入力部４からの入力により、ストレージ２３に保存されたサンプリング間隔の値が書き換えられて、サンプリング間隔が変更されることとなる。また、表示部３の解像度に応じて、サンプリング間隔を調整するようにしてもよい。
【０１００】
周波数合成部３４は、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを周波数合成して、断層面Ｔｊにおける被写体の断層画像ＴＧｊを生成する。本実施形態においては、所望とする周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋに対して重みＷを乗算することにより強調度を変更した後、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを周波数合成して、断層面Ｔｊにおける被写体の断層画像ＴＧｊを生成する。なお、本実施形態においては、全ての周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋに対して重みＷを乗算して強調度を変更するものとする。例えば、乳房Ｍに含まれる石灰化は比較的小さい構造物である。このような石灰化を断層画像において見やすくするために、比較的高い周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋに対して１より大きい重みＷを乗算することにより強調して、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋの画素値を大きくする。また、乳房Ｍに含まれる脂肪の塊等の比較的大きい構造物、画像における濃度ムラおよび画像間の濃度の相違は、比較的低い周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋに含まれる。このため、このような比較的大きい構造物、画像の濃度ムラ、および画像間の濃度の相違を目立たなくするためには、比較的低い周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋに対して１より小さい重みＷを乗算することにより抑制して、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋの画素値を小さくする。なお、重みＷを１とすれば、実質的に強調度を変更しないこととなる。また、低い周波数とは、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素位置の間隔により定められるナイキスト周波数の５０％以下において適宜設定される周波数とする。
【０１０１】
また、本実施形態においては、画素値投影部３５において平滑化処理を行っているため、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋにおいてノイズが抑制されているが、さらにノイズが多く含まれる周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋに対して、さらに１より小さい重みＷを乗算して抑制するようにしてもよい。
【０１０２】
これにより、後述するように生成された断層画像において、所望とする構造物をより強調し、かつノイズをより抑制することができる。
【０１０３】
図１２は周波数合成を説明するための図である。なお、本実施形態においては第１０の周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−１０まで生成されているが、ここでは説明を簡単なものとするために、第３の周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−３からの周波数合成を行うものとする。また、図１２において、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋは重みＷが乗算されているものとする。
【０１０４】
周波数合成部３４は、補間演算により第３の周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−３を２倍に拡大し、これと第２の周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−２と加算して断層画像ＴＧｊ−２を生成する。次いで断層画像ＴＧｊ−２を２倍に拡大し、これと第１の周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−１と加算して断層画像ＴＧｊ−１を生成する。さらに、断層画像ＴＧｊ−１を２倍に拡大し、これと第０の周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−０と加算して断層画像ＴＧｊ−０すなわち断層画像ＴＧｊを生成する。
【０１０５】
次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図１３は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。操作者による処理開始の指示を入力部４が受け付けるとトモシンセシス撮影が行われて、画像取得部３１が、複数の投影画像Ｇｉを取得する（ステップＳＴ１）。次いで、周波数分解部３２が、複数の投影画像Ｇｉのそれぞれを周波数分解して、複数の投影画像Ｇｉのそれぞれについての、複数の周波数帯域毎の周波数成分を表す複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋを取得する（ステップＳＴ２）。
【０１０６】
次いで、再構成部３３の画素値投影部３５が、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を保持しつつ、乳房Ｍの所望とする断層面Ｔｊ上の座標位置に、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を投影する（ステップＳＴ３）。
【０１０７】
そして、画素値算出部３６が、断層面Ｔｊに投影された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値に対して回帰分析を行い（ステップＳＴ４）、断層面Ｔｊにおける帯域断層画像を表す回帰曲面を生成する（ステップＳＴ５）。さらに画素値算出部３６が、回帰曲面を所定のサンプリング間隔によりサンプリングして帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成する（ステップＳＴ６）。そして、周波数合成部３４が、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを周波数合成して、断層面Ｔｊにおける断層画像ＴＧｊを生成し（ステップＳＴ７）、処理を終了する。なお、他の断層面において断層画像を生成する場合には、断層面の位置を変更して、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ７の処理を行えばよい。
【０１０８】
ここで、被写体に含まれる小さい構造物は比較高い周波数帯域の帯域投影画像に含まれ、大きい構造物、並びに画像の濃度ムラおよび画像間の濃度の相違は、比較的低い周波数帯域の帯域投影画像に含まれる。本実施形態のように、周波数帯域毎に複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋを再構成することにより、比較的高い周波数帯域においては、大きい構造物、並びに濃度ムラおよび濃度の相違に影響されることなく、被写体に含まれる小さい構造物を投影して、帯域断層画像を生成することができる。また、周波数帯域毎にアーチファクトを除去することができるため、被写体に含まれる構造物の大きさの相違、並びに濃度ムラおよび濃度の相違に起因するアーチファクトを低減することができる。したがって、本実施形態によれば、より高画質の断層画像を生成することができる。
【０１０９】
また、本実施形態においては、複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を保持しつつ、複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋのそれぞれについての撮影時のＸ線源１６の位置と放射線検出器１５との位置関係に基づいて、複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を被写体である乳房Ｍの所望とする断層面Ｔｊ上の座標位置に投影し、断層面Ｔｊにおける注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの複数の画素値に基づいて、例えば回帰分析による回帰曲面を生成することにより、注目座標位置の画素値を算出して、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成するようにしたものである。このため、注目座標位置に投影された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値のみを用いて注目座標位置の画素値を算出する従来の手法と比較して、注目座標位置の周囲の画素値の影響を考慮することができ、その結果、アーチファクトを低減してより高画質の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋ、さらには断層画像ＴＧｊを生成することができる。また、逐次近似再構成法のように、投影および再投影を繰り返す必要が無いため、演算時間を大幅に短縮することができる。
【０１１０】
また、回帰曲面を所望とするサンプリング間隔によりサンプリングして、注目座標位置の画素値を算出することにより、所望とする解像度の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋさらには断層画像ＴＧｊを生成することができる。
【０１１１】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態による断層画像生成装置の構成は上記第１の実施形態による断層画像生成装置の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは装置の詳細な説明は省略する。上記第１の実施形態においては、図７に示すように、線源位置と断層面Ｔｊ上の画素位置とを結ぶ直線と交差する帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を、この直線上に位置する断層面Ｔｊ上の画素位置の画素値に投影している。第２の実施形態においては、複数の線源位置Ｓｉのそれぞれにおいて、各線源位置Ｓｉと帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の画素位置とを結ぶ直線と交差する断層面Ｔｊ上の座標位置に、この直線上に位置する帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素位置における画素値を投影するようにした点が第１の実施形態と異なる。
【０１１２】
図１４は第２の実施形態における画素値の投影を説明するための図である。なお、図１４においては、線源位置Ｓｉにおいて取得された帯域投影画像Ｌｉ−ｋを、乳房Ｍにおける断層面のうちの所望とする断層面Ｔｊ（ｊ＝１〜ｍ：ｍは断層面の数）に投影する場合について説明する。第２の実施形態においては、図１４に示すように、線源位置Ｓｉと帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の画素位置とを結ぶ直線と、断層面Ｔｊとが交差する座標位置に、この直線上に位置する帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を投影する。ここで、線源位置Ｓｉにおける線源位置の座標（ｓｘｉ、ｓｙｉ、ｓｚｉ）、断層面Ｔｊにおける座標位置の座標Ｔｊ（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）、および帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の画素位置の座標Ｐｉ（ｐｘｉ，ｐｙｉ）の関係は、上記式（１）に示すものとなる。したがって、式（１）におけるｐｘｉ，ｐｙｉを帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素位置とし、式（１）をｔｘ，ｔｙについて解くことにより、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素位置の画素値が投影される断層面Ｔｊ上の座標位置を算出することができる。したがって、算出した断層面Ｔｊ上の座標位置に帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を投影すればよい。
【０１１３】
この場合、図１４に示すように、線源位置Ｓｉと帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の画素位置とを結ぶ直線と、断層面Ｔｊとの交点Ｔｊｘは、断層面Ｔｊ上の画素位置とならない場合がある。第２の実施形態においては、このような場合においても、画素位置の間にある座標位置に、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を投影するものとする。このため、第２の実施形態においては、断層面Ｔｊ上の画素位置以外の座標位置にも、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値が投影されることとなる。
【０１１４】
第２の実施形態においては、画素値投影部３５は、周波数帯域毎に、全ての線源位置Ｓｉについて、全ての帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を断層面Ｔｊに投影する。これにより、図１５に示すように、断層面Ｔｊ上の画素位置を含む座標位置には、全ての投影画像Ｇｉの画素数に対応する帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値が投影されることとなる。
【０１１５】
第２の実施形態においても、画素値算出部３６は、第１の実施形態と同様に、断層面Ｔｊ上に投影された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値に対してフィルタリング処理を行い、さらに回帰分析を行うことにより回帰曲面を生成する。なお、フィルタリング処理を行う際には、断層面上において画素値が投影されている座標位置を中心としてフィルタリングを行うようにすればよい。
【０１１６】
ここで、第２の実施形態においては、上述したように帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を断層面Ｔｊ上の座標位置に投影しているため、第１の実施形態のように帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を補間処理する必要がなくなる。したがって、第１の実施形態と比較して、投影時に帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画質が劣化することがなくなる。これにより、生成された帯域断層画像ＴＬｊ−ｋさらには断層画像ＴＧｊの画質をより高画質なものとすることができる。
【０１１７】
また、第２の実施形態においては、断層面Ｔｊ上において画素値が投影された座標位置の間隔は、断層面Ｔｊ上の画素位置の間隔よりも小さくなり、その結果、断層面Ｔｊ上における画素位置ではない座標位置に画素値を持つこととなる。このため、断層面Ｔｊの画素位置の間隔により定められるナイキスト周波数より高周波数の帯域においても、実際に取得された帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値に基づいて、精度が高い回帰曲面を生成することができる。したがって、第２の実施形態においては、回帰曲面のサンプリング間隔を小さくしても、帯域断層画像ＴＬｊ−ｋ画質の劣化を抑制することができるため、より高画質の断層画像ＴＧｊを生成することができる。
【０１１８】
次いで、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態による断層画像生成装置の構成は上記第１の実施形態による断層画像生成装置の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは装置の詳細な説明は省略する。第３の実施形態においては、画像取得部３１が、さらに通常のＸ線撮影により放射線画像を取得するようにし、画素値投影部３５が、断層面Ｔｊにおける帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値の投影位置を補正するようにした点が第１の実施形態と異なる。なお、通常のＸ線撮影とは、Ｘ線源１６を移動させることなく特定の線源位置に固定し、被写体の透過画像を取得するための撮影条件により被写体にＸ線を照射することにより行う撮影である。
【０１１９】
ここで、Ｘ線源１６から射出されるＸ線は、図１６に示すように、Ｘ線源１６から離れるほど広がるコーンビームとなっている。また、投影画像Ｇｉが取得される放射線検出器１５の表面は、断層面ＴｊよりもＸ線源１６から遠い位置にある。このため、複数の線源位置Ｓｉのうちの特定の線源位置において乳房Ｍを撮影した場合、乳房Ｍに含まれる乳腺および石灰化等の構造物Ｂ０の位置は、図１７に示すように、放射線検出器１５により検出される投影画像Ｇｉと断層面Ｔｊにおける断層画像ＴＧｊとにおいて異なるものとなる。
【０１２０】
通常のＸ線撮影により放射線画像を取得する場合、Ｘ線源１６の位置が特定の線源位置に固定され、乳房Ｍの透過画像を取得するための撮影条件により乳房Ｍの撮影が行われる。このため、特定の線源位置において取得される投影画像と放射線画像との幾何学的な位置関係は同一となる。したがって、放射線画像を取得し、放射線画像および断層画像を並べて診断を行う場合、放射線画像と断層画像とで、対応する構造物Ｂ０の位置が異なるものとなってしまう。このため、第３の実施形態においては、画素値投影部３５において、帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の注目座標位置と、この注目座標位置の画素値が投影される断層面Ｔｊ上の座標位置とが一致するように、投影画像Ｇｉの撮影時の線源位置Ｓｉと投影画像Ｇｉ上の注目座標位置との位置関係に基づいて、帯域投影画像Ｌｉ−ｋ上の注目座標位置の画素値が投影される断層面Ｔｊ上の座標位置を補正するようにしたものである。
【０１２１】
以下、投影位置の補正について説明する。なお、以下では、最高周波数帯域の帯域投影画像Ｌｉ−０の投影位置の補正について説明する。図１６に示すように、線源位置Ｓｉにおける線源位置の座標を（ｓｘｉ、ｓｙｉ、ｓｚｉ）、断層面Ｔｊにおける構造物Ｂ０の座標をＴｊ（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）とすると、放射線検出器１５上の構造物Ｂ０の投影位置の座標Ｐｉ（ｐｘｉ，ｐｙｉ）は、上記式（１）により表される。
【０１２２】
ここで、Ｐｉを注目座標位置とすると、座標位置の補正を行わない場合、帯域投影画像Ｌｉ−０の注目座標位置Ｐｉは断層面Ｔｊ上の画素位置Ｔｊ（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）に投影され、式（１）をｔｘ，ｔｙについて解くことにより、注目座標位置Ｐｉの画素値が投影される断層面Ｔｊ上の座標位置を算出することができる。
【０１２３】
一方、図１６に示すように、座標位置Ｐｉ（ｐｘｉ，ｐｙｉ）を通って放射線検出器１５の検出面に直交する線上にＸ線源１６が存在するとした場合、断層面Ｔｊの帯域断層画像において、断層面Ｔｊと線源位置Ｓｃと座標位置Ｐｉとを結ぶ直線との交点に、注目座標位置Ｐｉが投影される。これにより、断層面Ｔｊの帯域断層画像において、帯域投影画像Ｌｉ−０と同一の２次元座標に構造物Ｂ０が存在するようになり、その結果、構造物Ｂ０の位置は、線源位置Ｓｃに対応する帯域投影画像と断層面Ｔｊにおける帯域断層画像とにおいて一致する。したがって、帯域投影画像の画素値を断層面Ｔｊに投影する際の基準となる線源位置を、投影する画素値となる帯域投影画像上の座標位置に直交する直線上にある線源位置Ｓｃに変更することにより、注目座標位置の画素値が投影される断層面Ｔｊ上の座標位置を補正する。ここで、補正の基準となる線源位置Ｓｃの座標位置を（ｓｘｃ，ｓｙｃ，ｓｚｃ）とすると、補正後の注目座標位置Ｐｉと断層面Ｔｊ上の座標位置（ｔｘ，ｔｙ）との関係は下記の式（６）により表される。
【０１２４】
【数４】
0006370280.tif 000005
式（６）において、ｐｘｉ，ｐｙｉのそれぞれを表す式の第１項の（ｓｚｃ−ｔｚ）／ｓｚｃが、座標位置の拡大率を、第３項がｘ方向およびｙ方向の座標位置の移動量を表すものとなる。したがって、式（６）をｔｘ，ｔｙについて解くことにより、注目座標位置Ｐｉの画素値が投影される断層面Ｔｊ上の、補正された座標位置を算出することができる。
【０１２５】
なお、最高周波数帯域において算出した座標位置の移動量に基づいて、他の周波数帯域における座標位置の移動量を算出することにより、他の周波数帯域においても同様に補正された座標位置を算出することができる。
【０１２６】
このように、帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を投影する断層面Ｔｊ上の座標位置を補正することにより、最終的に生成される断層画像ＴＧｊに含まれる腫瘍等の構造物の位置と、投影画像、すなわち放射線画像に含まれる対応する構造物の位置を一致させることができる。したがって、放射線画像および断層画像を用いての診断をより正確に行うことができる。
【０１２７】
次いで、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、第４の実施形態による断層画像生成装置の構成は上記第１の実施形態による断層画像生成装置の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは装置の詳細な説明は省略する。第４の実施形態においては、周波数分解部３２において、投影画像ＧｉをＸ線源１６が移動する方向に対してのみ周波数分解するようにした点が第１の実施形態と異なる。
【０１２８】
図１８は第４の実施形態における周波数分解を説明するための図である。第４の実施形態においては、まず、周波数分解部３２は、ある周波数帯域の投影画像Ｇｉに対して、例えばσ＝１のガウシアンフィルタによりフィルタリング処理を行って、投影画像ＧｉをＸ線源１６の移動方向に対して１／２に縮小してガウシアン成分である縮小画像Ｇｓｉ−１を生成する。なお、Ｘ線源１６の移動方向は図１８の横方向である。縮小画像Ｇｓｉ−１は投影画像ＧｉをＸ線源１６の移動方向に１／２に縮小したものとなる。次いで、周波数分解部４２は、例えば３次Ｂスプライン補間等の補間演算を行って、縮小画像Ｇｓｉ−１をＸ線源１６の移動方向に対して投影画像Ｇｉと同一サイズとなるように２倍に拡大し、拡大した縮小画像Ｇｓｉ−１を投影画像Ｇｉから減算して、最高周波数帯域のラプラシアン成分である帯域投影画像Ｌｓｉ−０を生成する。
【０１２９】
次いで、周波数分解部４２は、縮小画像Ｇｓｉ−１に対してσ＝１のガウシアンフィルタによりＸ線源１６の移動方向にフィルタリング処理を行って、縮小画像Ｇｓｉ−１をＸ線源１６の移動方向に１／２に縮小して縮小画像Ｇｓｉ−２を生成し、縮小画像Ｇｓｉ−２をＸ線源１６の移動方向に縮小画像Ｇｓｉ−１と同一サイズとなるように２倍に拡大し、拡大した縮小画像Ｇｓｉ−２を縮小画像Ｇｓｉ−１から減算して、第１の周波数帯域の帯域投影画像Ｌｓｉ−１を生成する。さらに、所望とする周波数帯域の帯域投影画像が生成されるまで上記の処理を繰り返すことにより、複数の周波数帯域の帯域投影画像Ｌｓｉ−ｋ（ｋ＝０〜ａ：ａは帯域の数）を生成する。なお、ウェーブレット変換等の他の多重解像度変換の手法を用いることにより、周波数帯域が異なる複数の帯域投影画像Ｌｓｉ−ｋを生成してもよい。
【０１３０】
第４の実施形態においては、再構成部３３において行われる処理、および周波数合成部３４において行われる処理は、Ｘ線源１６の移動方向に対する周波数分解により生成された帯域投影画像Ｌｓｉ−ｋである点を除いて上記第１の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【０１３１】
このように、第４の実施形態においては、Ｘ線源１６の移動方向に対してのみ、複数の投影画像Ｇｉのそれぞれを周波数分解しているため、周波数分解および周波数合成のための演算量を低減できる。
【０１３２】
また、帯域投影画像Ｌｉ−ｋを再構成する際には、とくにフィルタ逆投影法を用いる場合、Ｘ線源１６の移動方向に対してボケが少なくなるように、Ｘ線源１６の移動方向に対して相対的に移動させる方向に対してフィルタリング処理が行われる。このため、Ｘ線源１６の移動方向に対して周波数分解を行うことにより、とくに所望とする周波数帯域の帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを強調する処理を行うような場合、再構成時のフィルタリングの処理を省略することができる。したがって、再構成の処理時間を短縮することができる。
【０１３３】
次いで、本発明の第５の実施形態について説明する。図１９は第５の実施形態による断層画像生成装置の概略構成を示す図である。なお、図１９において図３と同一の構成については同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。第５の実施形態による断層画像生成装置は、乳房Ｍの複数の断層面における複数の断層画像から擬似画像を生成する擬似画像生成部３７を備えた点が第１の実施形態と異なる。
【０１３４】
擬似画像生成部３７は、複数の断層面Ｔｊのそれぞれにおいて生成した複数の断層画像ＴＧｊを、対応する画素位置同士で加算することにより、加算断層画像を擬似画像として生成する。このようにして生成された加算断層画像は、通常のＸ線撮影により取得した放射線画像と同一の、被写体の透過画像を擬似的に表すものとなる。ここで、本実施形態においては、回帰曲面を生成する際に帯域投影画像のノイズを抑制し、さらに周波数合成の際にノイズを多く含む周波数帯域の帯域断層画像に対する強調度が小さくされているため、断層画像はノイズが低減された高画質のものとなっている。したがって、このような複数の断層画像を加算することにより、高画質の透過画像、すなわち擬似的な放射線画像を生成することができる。
【０１３５】
ここで、第５の実施形態においては、帯域投影画像の画素値を断層面の座標位置に投影する際に、第３の実施形態のように、断層面Ｔｊ上の座標位置の補正を行うことにより、対応する構造物の位置を断層画像間で一致させることができる。したがって、加算時の画素値の対応付けが容易となるため、より高画質の放射線画像を生成することができる。
【０１３６】
なお、擬似画像生成部３７においては、加算断層画像に代えて、複数の断層画像における対応する画素位置の最大値を取り出すＭＩＰ法により得られる最大値投影画像を擬似画像として生成してもよい。また、複数の断層画像の最小値を取り出すＭｉｎＩＰ法により得られる最小値投影画像を擬似画像として生成してもよい。
【０１３７】
また、上記各実施形態において、生成された断層画像を表示部３に表示し、断層画像上における注目領域のサイズの変更指示を受け付け、変更指示を受け付けた注目領域を拡大表示するようにしてもよい。この場合、回帰曲面において、サイズの変更指示を受け付けた注目領域に対応する領域を抽出し、抽出した領域のサンプリング間隔を帯域断層画像のサンプリング間隔よりも小さくしてサンプリングを行い、注目領域の帯域断層画像を生成する。そして、注目領域の帯域断層画像の再構成および周波数合成を行うことにより、図２０に示すように、断層画像ＴＧｊにおいて指定された注目領域Ａ１の拡大画像Ａ２を生成して表示することができる。ここで、サンプリング間隔は、表示部３の解像度により決定されるサンプリング間隔とすることが好ましい。なお、図２０においては拡大画像Ａ２は断層画像ＴＧｊに重畳させているが、断層画像ＴＧｊに代えて拡大画像Ａ２を表示してもよく、断層画像ＴＧｊと拡大画像Ａ２とを並べて表示してもよい。なお、逆に、注目領域を縮小する指示がなされた場合、回帰曲面において抽出された注目領域に対応する領域のサンプリング間隔を、断層画像のサンプリング間隔よりも大きくしてサンプリングを行えばよい。
【０１３８】
次いで、本発明の第６の実施形態について説明する。図２１は第６の実施形態による断層画像生成装置の概略構成を示す図である。なお、図２１において図３と同一の構成については同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。第６の実施形態による断層画像生成装置は、断層面Ｔｊに投影された複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋのそれぞれの画素値からなる画像を帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋと定義し、周波数帯域毎に、複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋ間の位置ずれを補正する位置ずれ補正部３８を備えた点が第１の実施形態と異なる。
【０１３９】
ここで、トモシンセシス撮影を行う場合、撮影時の振動あるいは機械的なずれ等の装置誤差の影響により、放射線源を算出された通りの線源位置に正確に移動させることは困難である。このため、撮影時の線源位置は算出された線源位置とずれることとなる。このずれの影響により、対象物の投影位置を精度よく位置合わせすることができず、その結果、断層画像の画質が劣化する。
【０１４０】
また、トモシンセシス撮影を行う場合、１回の撮影開始指示に基づいて、被写体の複数の画像を撮影することから、撮影開始から撮影終了までの撮影時間として数秒を要し、この撮影時間内に被写体が動いてしまう場合がある。このような被写体の動きである体動が発生すると、再構成時に対象物の投影位置を精度よく位置合わせすることができず、その結果、断層画像の画質が劣化する。
【０１４１】
しかも、装置誤差および体動の影響は、被写体内において３次元的にかつ非線形に発生するため、複数の帯域投影画像Ｌｉ−ｋをアフィン変換等により単純に平行移動、回転および拡大縮小するのみでは、断層画像から装置誤差および体動の影響を除去することは困難である。
【０１４２】
第６の実施形態においては、位置ずれ補正部３８が、周波数帯域毎に、複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋ間の位置ずれを補正する。ここで、Ｘ線源１６を複数の線源位置Ｓｉに移動しての撮影中において、装置誤差または乳房Ｍの体動が発生しなかった場合、複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋの画素値は、図２２に示すように略一致する。しかしながら、装置誤差または体動が発生すると、装置誤差または体動が発生した際に撮影された投影画像に対応する断層面投影画像は、図２３に示すように、他の断層面投影画像と対応する画素位置がずれることとなる。位置ずれ補正部３８は、複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋの位置が一致するように、複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋ間の位置ずれを周波数帯域毎に補正する。具体的には、位置ずれ補正部３８は、ＳＩＦＴ(Scale-Invariant Feature Transform)あるいはＳＵＲＦ(Speeded Up Robust Features)等のアルゴリズムを用いて、各帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋに含まれる、エッジ、エッジの交点およびエッジの角部等の特徴点を検出し、検出した特徴点を一致させるように、各帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋを変換することにより、位置ずれを補正する。これにより、複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋは、図２２に示すように位置ずれが補正されて、複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋにおける画素値の分布が略一致することとなる。
【０１４３】
ここで、ＳＩＦＴとは、特徴点において画像の回転およびスケール変化に対して不変な特徴量を記述し、記述した特徴量に基づいて、複数の画像の位置合わせを行う手法である。ＳＵＲＦとは、ＳＩＦＴにおいて行われる処理を近似処理に置き換えることにより、より高速に位置合わせを行う手法である。なお、本実施形態において行われる位置ずれ補正処理は、ＳＩＦＴまたはＳＵＲＦに限定されるものではなく、任意の手法を用いることができる。
【０１４４】
第６の実施形態においては、画素値算出部３６は、周波数帯域毎に、複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋの位置ずれを補正した後、上記各実施形態と同様に、断層面Ｔｊ上の各画素値を算出することにより、断層面Ｔｊにおける帯域断層画像ＤＬｊ−ｋを生成する。そして、帯域断層画像ＤＬｊ−ｋを周波数合成して、断層画像ＴＧｊを生成する。
【０１４５】
このように、第６の実施形態においては、断層面Ｔｊに投影されてなる複数の帯域断層面投影画像Ｇｔｉ−ｋの位置ずれを補正するようにしたため、３次元的に発生する装置誤差および体動の影響を、断層面Ｔｊ上の２次元的な位置ずれとしてのみ考慮すればよいこととなる。したがって、断層面Ｔｊにおいて装置誤差および体動に起因する位置ずれを効果的に除去することができ、その結果、帯域断層画像ＤＬｊ−ｋさらには断層画像ＴＧｊの画質をより向上させることができる。
【０１４６】
なお、隣接する断層面の帯域断層画像においては、対応する画素位置の画素値は同じ値となる傾向がある。このため、上記各実施形態において、周波数帯域毎に乳房Ｍにおける複数の断層面において回帰曲面を生成し、注目する断層面の回帰曲面について、隣接する断層面における回帰曲面を用いて平滑化するようにしてもよい。具体的には、断層面Ｔｊの回帰曲面について、隣接する３つの断層面Ｔｊ−１，Ｔｊ，Ｔｊ＋１の回帰曲面における対応する画素位置の画素値の相関を算出する。そして、相関が所定の閾値を超える場合にのみ、その画素位置について３つの断層面Ｔｊ−１，Ｔｊ，Ｔｊ＋１の画素値の平均を算出する等して、平滑化を行う。なお、相関は、例えば対応する画素位置の画素値の差分値の絶対値を用いることができる。これにより、隣接する断層面の画素値の影響を考慮することができるため、ノイズがより低減された高画質の帯域断層画像ＤＬｊ−ｋさらには断層画像を生成することができる。
【０１４７】
また、上記各実施形態において、回帰曲面を生成した後、断層面Ｔｊ上に投影された画素値と回帰曲面との対応する座標位置における差分値の絶対値を算出し、差分値の絶対値が所定の閾値を超えた画素値を外れ値に決定し、外れ値を除外する、あるいは外れ値の重み付けを小さくして、回帰曲面を修正するようにしてもよい。例えば、図１０に示すように、回帰曲線を生成した場合、断層面Ｔｊ上の一番右の画素位置に投影された５つの画素値について、この画素位置における回帰曲線の値との差分値の絶対値を算出する。この場合、値が大きい２つの画素値について差分値の絶対値が閾値より大きくなる。このため、値が大きい２つの画素を外れ値として除外して、あるいは外れ値となる画素値の重み付けを小さくして、回帰曲線を修正する。これにより、図１１に示すように、外れ値を含む画素位置においても、隣接する画素位置と値が大きく変わらないように回帰曲線を生成することができる。
【０１４８】
また、上記各実施形態において、各帯域の全ての帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値を断層面Ｔｊに投影した後に回帰曲面を生成しているが、帯域投影画像Ｌｉ−ｋ毎に回帰曲面を生成してもよい。この場合、帯域投影画像Ｌｉ−ｋ毎に算出した回帰曲面間において、対応する座標位置における相関を算出する。なお、相関としては差分値の絶対値を用いることができる。そして、相関が小さい、すなわち差分値の絶対値が所定の閾値を超える画素値を有する回帰曲面がある場合には、その回帰曲面における相関が小さい座標位置の画素値を、外れ値に決定する。そして、外れ値を除外する、あるいは外れ値の重み付けを小さくして、断層面Ｔｊ上の座標位置に投影された全ての帯域投影画像Ｌｉ−ｋの画素値に基づいて、回帰曲面を生成すればよい。
【０１４９】
また、上記各実施形態において、回帰曲面の生成を逐次的に繰り返してもよい。例えば、上述した重み付け最小二乗法を用いて回帰曲面を算出する手法において、回帰曲面を生成した後、各観測点ｕｋの重みｗｋを下記の式（７）により算出する。式（７）におけるｆ（ｕｋ）は、算出した回帰曲線における観測点ｕｋでの値である。
【０１５０】
【数５】
0006370280.tif 000006
式（７）により、観測値ｑｋと回帰曲線上の観測点ｕｋの値との差が大きいほど、重みｋの値は小さくなる。そして、算出された重みｗｋを用いて、上記式（３）により回帰曲線を生成すると、新たに生成された回帰曲線は、前回生成された回帰曲線から外れる値の影響がより小さくなるように生成される。とくに、外れ値が存在する場合には、外れ値の重み付けがより小さくなるため、帯域断層画像ＤＬｊ−ｋさらには断層画像ＴＧｊを生成した際に、外れ値となる画素位置に発生するアーチファクトを低減することができる。なお、回帰曲面の生成を繰り返す回数はあらかじめ設定しておいてもよく、あらかじめ定められた収束条件を満足するまで、繰り返すようにしてもよい。収束条件としては、例えば繰り返し演算による差分、すなわちｑｋ−ｆ（ｕｋ）の値があらかじめ定められた閾値以下となる条件を用いることができる。
【０１５１】
なお、移動平均あるいはカーネルを用いて回帰曲線を生成する場合にも、回帰曲面の生成を逐次的に繰り返してもよい。移動平均を用いる場合、観測点ｕｋに対する重みを、上記式（７）と同様に算出し、重み付け移動平均の算出を繰り返せばよい。カーネルを用いた手法の場合、カーネルを決定する式に、上記式（７）のように重みｗｋを算出する項を組み込み、カーネルを用いた手法を繰り返して回帰曲線を生成すればよい。
【０１５２】
また、上記各実施形態においては、画素値算出部３６において回帰曲面を生成して帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成しているが、回帰曲面を生成することなく、断層面Ｔｊ上の画素位置の画素値を、回帰分析により算出して帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成するようにしてもよい。この場合、生成される帯域断層画像ＴＬｊ−ｋのサンプリング間隔をあらかじめ設定しておき、そのサンプリング間隔となる座標位置を断層面Ｔｊ上の注目画素位置とし、この注目画素位置の画素値を回帰分析により算出するようにすればよい。
【０１５３】
また、上記実施形態においては、再構成部３３が画素値投影部３５および画素値算出部３６を備え、回帰曲面を生成して帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成しているが、各周波数帯域毎に、シフト加算法、単純逆投影法あるいはフィルタ逆投影法等の逆投影法、代数的再構成法、または逐次近似再構成法等の他の再構成方法を用いて、帯域投影画像Ｌｉ−ｋを再構成して帯域断層画像ＴＬｊ−ｋを生成するようにしてもよい。
【０１５４】
とくにフィルタ逆投影法を用いて再構成を行う場合、第４の実施形態のように、帯域投影画像Ｌｉ−ｋを生成すれば、Ｘ線源１６の移動方向に対して相対的に移動させる方向に対するフィルタリング処理を省略できる。このため、再構成の演算時間を短縮することができる。
【０１５５】
また、上記各実施形態においては、乳房Ｍを被写体としてトモシンセシス撮影を行っているが、乳房以外を被写体としてトモシンセシス撮影を行う場合にも本発明を適用できることはもちろんである。
【０１５６】
また、上記各実施形態においては、Ｘ線源１６のみを移動させているが、撮影装置によっては、Ｘ線源１６と放射線検出器１５とを同期させて移動させることが可能であるため、そのような場合にはＸ線源１６と放射線検出器１５とを同期させて移動するようにしてもよい。また、Ｘ線源１６を固定して、放射線検出器１５のみを移動させるようにしてもよい。
【０１５７】
また、上記各実施形態においては、トモシンセシス撮影を行う撮影装置に本発明を適用しているが、複数の線源位置において被写体を撮影することにより複数の投影画像を取得する任意の撮影装置に本発明を適用できる。例えば、放射線源と放射線検出器とを被検体を中心として対向させて配置し、これらの組を被検体を中心として周回させて、様々な角度から放射線を照射して複数の投影画像を取得するＣＴ撮影装置にも、本発明を適用することができる。
【０１５８】
また、上記各実施形態においては、Ｘ線源１６の軌道を円弧としているが直線としてもよい。
【０１５９】
以下、本発明の実施態様の効果について説明する。
【０１６０】
投影画像における特定の方向に対して、複数の投影画像のそれぞれを周波数分解することにより、周波数分解および周波数合成のための演算量を低減できる。
【０１６１】
帯域投影画像を再構成する際には、とくにフィルタ逆投影法を用いる場合、放射線源の移動方向に対してボケが少なくなるように、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させる方向に対してフィルタリング処理が行われる。このため、特定の方向を、放射線源を検出手段に対して相対的に移動させる方向とすることにより、とくにフィルタを用いて所望とする周波数帯域の帯域断層画像を強調する処理を行うような場合、再構成時のフィルタリングの処理を省略することができる。したがって、再構成の処理時間を短縮することができる。
【０１６２】
所望とする周波数帯域の帯域断層画像の強調度を変更することにより、所望とする周波数帯域の帯域断層画像を強調したり、抑制したりすることができる。所望とする周波数帯域の帯域断層画像を強調することにより、とくに観察したい構造物を強調した断層画像を生成することができる。また、所望とする周波数帯域の帯域断層画像を抑制することにより、とくにノイズと見なせるような周波数帯域の帯域断層画像を抑制することができ、これによりノイズの少ない高画質の断層画像を生成することができる。
【０１６３】
複数の帯域投影画像の画素値を保持しつつ、複数の帯域投影画像のそれぞれについての撮影時の線源位置と検出手段との位置関係に基づいて、複数の帯域投影画像の画素値を被写体の所望とする断層面上の座標位置に投影し、断層面における注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された投影画像の複数の画素値に基づいて、注目座標位置の画素値を算出して、帯域断層画像を生成し、帯域断層画像を周波数合成して断層画像を生成することにより、注目座標位置に投影された投影画像の画素値のみを用いて注目座標位置の画素値を算出する従来の手法と比較して、注目座標位置の周囲の画素値の影響を考慮することができ、その結果、アーチファクトを低減してより高画質の断層画像を生成することができる。また、逐次近似再構成法のように、投影および再投影を繰り返す必要が無いため、演算時間を大幅に短縮することができる。
【０１６４】
複数の線源位置のそれぞれにおいて、放射線源と帯域投影画像上の画素位置とを結ぶ直線と断層面とが交差する座標位置の画素値に、直線上に位置する帯域投影画像の画素位置における画素値を投影することにより、画素値の投影時に補間処理が行われないこととなる。このため、より高画質の帯域断層画像さらには断層画像を生成することができる。とくに、断層面上において、帯域断層画像の画素位置となるべき座標位置とは異なる位置にも画素値が投影されることとなるため、高解像度かつ高画質の帯域断層画像さらには断層画像を生成することができる。
【０１６５】
また、回帰分析を行って、断層面における帯域断層画像を表す回帰曲面を生成し、この回帰曲面を所望とするサンプリング間隔によりサンプリングして、断層面上の画素位置の画素値を算出することにより、所望とする解像度の帯域断層画像さらには断層画像を生成することができる。
【０１６６】
また、回帰分析を行う際に、注目座標位置の画素値の鮮鋭度を変更することにより、注目座標位置の画素値において鮮鋭度を強調したり、鮮鋭度を低減して平滑化を行うことによりノイズを抑制したりすることができる。このため、所望とする画質を有する断層画像を生成することができる。
【０１６７】
また、撮影時の撮影条件および投影画像に含まれる被写体の構造の少なくとも一方の情報に応じて、鮮鋭度の変更の程度を変更することにより、撮影条件および被写体の構造の少なくとも一方に応じた所望とする画質を有する断層画像を生成することができる。
【０１６８】
また、注目座標位置を基準とするあらかじめ定められた範囲に投影された帯域投影画像の画素値のうち、外れ値となる画素値を除外して、あるいは外れ値となる画素値の重み付けを小さくして、注目座標位置の画素値を算出することにより、アーチファクトとなる可能性が高い画素値の影響を低減することができ、これにより、より高画質の断層画像を生成することができる。
【０１６９】
また、放射線源から射出される放射線は、線源から離れるほど広がるコーンビームとなっている。ここで、投影画像が取得される検出手段の表面は、断層面よりも放射線源から遠い位置にあるため、被写体に含まれる構造物の２次元座標上の位置は、この構造物を含む断層面の断層画像と投影画像とにおいて異なるものとなる。
【０１７０】
このため、周波数帯域毎に、特定の線源位置から投影された投影画像から生成した帯域投影画像上の注目座標位置の２次元座標と、注目座標位置の画素値が投影される断層面上の座標位置の２次元座標とが一致するように、特定の線源位置と注目座標位置との位置関係に基づいて、注目座標位置の画素値が投影される断層面上の座標位置を補正して、複数の帯域投影画像の画素値を断層面上の補正された座標位置に投影することにより、断層画像と特定線源位置において取得される投影画像とにおいて、被写体に含まれる構造物の２次元座標の位置を一致させることができる。
【０１７１】
この場合、特定線源位置において被写体を撮影して放射線画像を取得し、補正された座標位置に帯域投影画像の画素値が投影された断層面における注目座標位置の画素値を算出することにより帯域断層画像さらには断層画像を生成し、放射線画像および断層画像を表示することにより、表示された放射線画像と断層画像とにおいて、被写体に含まれる構造物の２次元座標の位置が一致することとなる。したがって、診断をより適切に行うことができる。
【０１７２】
被写体の複数の断層面における断層画像を生成し、複数の断層画像から擬似画像を生成することにより、より高画質の擬似画像を生成することができる。
【符号の説明】
【０１７３】
１    放射線画像撮影装置
２    コンピュータ
３    表示部
４    入力部
１０    撮影部
１５    放射線検出器
１６    Ｘ線源
１７    圧迫板
２１    ＣＰＵ
２２    メモリ
２３    ストレージ
３１    画像取得部
３２    周波数分解部
３３    再構成部
３４    周波数合成部
３５    画素値投影部
３６    画素値算出部
３７    擬似画像生成部
３８    位置ずれ補正部
【図１】
0006370280.tif 000007
【図２】
0006370280.tif 000008
【図３】
0006370280.tif 000009
【図４】
0006370280.tif 000010
【図５】
0006370280.tif 000011
【図６】
0006370280.tif 000012
【図７】
0006370280.tif 000013
【図８】
0006370280.tif 000014
【図９】
0006370280.tif 000015
【図１０】
0006370280.tif 000016
【図１１】
0006370280.tif 000017
【図１２】
0006370280.tif 000018
【図１３】
0006370280.tif 000019
【図１４】
0006370280.tif 000020
【図１５】
0006370280.tif 000021
【図１６】
0006370280.tif 000022
【図１７】
0006370280.tif 000023
【図１８】
0006370280.tif 000024
【図１９】
0006370280.tif 000025
【図２０】
0006370280.tif 000026
【図２１】
0006370280.tif 000027
【図２２】
0006370280.tif 000028
【図２３】
0006370280.tif 000029
【図２４】
0006370280.tif 000030