(57)【要約】【課題】放射線撮像により得られた位相コントラスト画像と強度情報画像との比較を容易に行うことのできる画像情報処理方法、画像情報処理装置、並びに、画像情報処理プログラムを提供する。【解決手段】この画像情報処理方法は、複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成するステップ（ａ）と、複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成するステップ（ｂ）と、表示すべき画像における関心領域を設定するステップ（ｃ）と、関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布が所定の範囲内となるように、第２の画像データに画像処理を施すステップ（ｄ）とを具備する。【選択図】  図３
2005013572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理方法であって、
前記複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成するステップ（ａ）と、
前記複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成するステップ（ｂ）と、
表示すべき画像における関心領域を設定するステップ（ｃ）と、
前記関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布が所定の範囲内となるように、第２の画像データに画像処理を施すステップ（ｄ）と、
を具備する画像情報処理方法。
【請求項２】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理方法であって、
前記複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成するステップ（ａ）と、
前記複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成するステップ（ｂ）と、
表示すべき画像における関心領域を設定するステップ（ｃ）と、
前記関心領域において第１の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布と、前記関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布との関係が所定の範囲内となるように、第１の画像データ及び／又は第２の画像データに画像処理を施すステップ（ｄ）と、
を具備する画像情報処理方法。
【請求項３】
ステップ（ｂ）が、
前記複数の検出信号の差分を表す差分信号を求めるステップと、
前記複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号と前記差分信号とに基づいて、位相のラプラシアンを求めるステップと、
前記位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相情報を求めるステップと、
前記位相情報に基づいて第２の画像データを求めるステップと、
を含む、請求項１又は２記載の画像情報処理方法。
【請求項４】
第１の画像データによって表される画像と第２の画像データによって表される画像とを重ねて表示するために用いられる第３の画像データを生成するステップ（ｅ）をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の画像情報処理方法。
【請求項５】
第１の画像データによって表される画像の少なくとも一部を第２の画像データによって表される前記関心領域の画像に置き換えて表示するために用いられる第３の画像データを生成するステップ（ｅ）をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の画像情報処理方法。
【請求項６】
第１の画像データによって表される画像と第２の画像データによって表される画像とを並べて表示するために用いられる第３の画像データを生成するステップ（ｅ）をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の画像情報処理方法。
【請求項７】
第１の画像データによって表される画像と第２の画像データによって表される画像とを交互に表示するために用いられる第３の画像データを生成するステップ（ｅ）をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の画像情報処理方法。
【請求項８】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理装置であって、
前記複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成する第１の画像データ生成手段と、
前記複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成する第２の画像データ生成手段と、
設定された関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布が所定の範囲内となるように、第２の画像データに画像処理を施す画像処理手段と、
を具備する画像情報処理装置。
【請求項９】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理装置であって、
前記複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成する第１の画像データ生成手段と、
前記複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成する第２の画像データ生成手段と、
設定された関心領域において第１の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布と、前記関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布との関係が所定の範囲内となるように、第１の画像データ及び／又は第２の画像データに画像処理を施す画像処理手段と、
を具備する画像情報処理装置。
【請求項１０】
前記第２の画像データ生成手段が、
前記複数の検出信号の差分を表す差分信号を求める差分処理部と、
前記複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号と前記差分信号とに基づいて、位相のラプラシアンを求めるラプラシアン処理部と、
前記位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相情報を求める逆ラプラシアン処理部と、
前記位相情報に基づいて第２の画像データを求める位相画像データ生成部と、を含む、請求項８又は９記載の画像情報処理装置。
【請求項１１】
第１の画像データによって表される画像と第２の画像データによって表される画像とを重ねて表示するために用いられる第３の画像データを生成する表示用画像データ生成手段をさらに具備する請求項８〜１０のいずれか１項記載の画像情報処理装置。
【請求項１２】
第１の画像データによって表される画像の少なくとも一部を第２の画像データによって表される前記関心領域の画像に置き換えて表示するために用いられる第３の画像データを生成する表示用画像データ生成手段をさらに具備する請求項８〜１０のいずれか１項記載の画像情報処理装置。
【請求項１３】
第１の画像データによって表される画像と第２の画像データによって表される画像とを並べて表示するために用いられる第３の画像データを生成する表示用画像データ生成手段をさらに具備する請求項８〜１０のいずれか１項記載の画像情報処理装置。
【請求項１４】
第１の画像データによって表される画像と第２の画像データによって表される画像とを交互に表示するために用いられる第３の画像データを生成する表示用画像データ生成手段をさらに具備する請求項８〜１０のいずれか１項記載の画像情報処理装置。
【請求項１５】
前記画像処理手段が、自動的に又はオペレータの操作に従って、表示すべき画像における関心領域を設定する、請求項８〜１４のいずれか１項記載の画像情報処理装置。
【請求項１６】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理プログラムであって、
前記複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成する手順と、
前記複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成する手順と、
表示すべき画像における関心領域を設定する手順と、
前記関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布が所定の範囲内となるように、第２の画像データに画像処理を施す手順と、
をＣＰＵに実行させる画像情報処理プログラム。
【請求項１７】
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理プログラムであって、
前記複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成する手順と、
前記複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成する手順と、
表示すべき画像における関心領域を設定する手順と、
前記関心領域において第１の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布と、前記関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布との関係が所定の範囲内となるように、第１の画像データ及び／又は第２の画像データに画像処理を施す手順と、
をＣＰＵに実行させる画像情報処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像等により得られる検出信号に基づいて画像データを生成し、その画像データに対して画像処理を施す画像情報処理方法、画像情報処理装置、並びに、画像情報処理プログラムに関する。なお、本願において、放射線とはＸ線、α線、β線、γ線、紫外線等の一般的な放射線に加えて、電子線等の粒子線や電磁波を含む広義の放射線を指すものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｘ線等を用いた撮像方法は様々な分野で利用されており、特に医療分野においては、診断のための最も重要な手段の一つとなっている。最初のＸ線写真が実現されてから、Ｘ線写真法は数々の改良を重ねられ、現在では蛍光スクリーンとＸ線フィルムを組み合わせた方法が主流となっている。一方、近年においては、Ｘ線ＣＴや超音波、ＭＲＩ等の様々なディジタル化された装置が実用化されており、病院内での診断情報処理システム等の構築が進められようとしている。Ｘ線画像についても、撮像システムをディジタル化するための多くの研究がなされている。撮像システムをディジタル化することにより、画質の劣化を招くことなく、大量のデータを長期間保存することが可能であり、医療診断情報システムへの発展にも役立つものである。
【０００３】
ところで、このようにして得られる放射線画像は、被写体を透過した放射線の強度を画像の明度に換算することにより生成されたものである。例えば、骨部を含む領域を撮像する場合に、骨部を透過した放射線は大きく減衰し、骨部以外の部位、即ち、軟部を透過した放射線は僅かに減衰する。この場合には、異なる組織を透過した放射線の強度差が大きいので、高コントラストの放射線画像を得ることができる。
【０００４】
一方、例えば、乳房等の軟部領域を撮像する場合に、軟部においては全体的に放射線が透過しやすいので、軟部における組織の違いが透過放射線の強度差として現れ難い。このため、軟部領域を撮像する方法については、被写体を透過した放射線に含まれている位相情報を利用して画像を生成する位相コントラスト法が研究されている。位相コントラスト法は、Ｘ線等が被写体を透過することにより生じた位相差を画像の明度に変換する位相情報復元技術である。
【０００５】
位相コントラスト法には、干渉計やゾーンプレートを用いることにより生じた干渉光に基づいて位相差を求める手法や、回折光に基づいて位相差を求める手法がある。干渉光に基づいて位相差を求める干渉法は、次のような原理による。例えば、Ｘ線は、光と同様に波が進行することにより物質中を伝搬する。その伝搬する速度は、物質が有する屈折率によって異なる。そのため、位相を揃えて被写体に向けて照射されたＸ線の位相は、被写体における組織の違いにより相違が生じる。これにより透過Ｘ線と被写体を透過しない位相の揃った非透過Ｘ線とを干渉させることでＸ線画像に干渉縞が生じる。この干渉縞のパターンは、非透過Ｘ線の位相によって異なっている。従って、干渉縞パターンの異なる複数のＸ線画像を解析することにより、スクリーン又はセンサの位置において生じたＸ線の位相差を求めることができる。この位相差を明度に換算することにより、被写体における組織の違いが明確に現れたＸ線画像を得ることができる。
【０００６】
下記の特許文献１には、造影物質を血管中に注入しなくても、あるいは造影物質を血管中に注入するとしても重元素を含む造影物質を使用すること無く、画像中の血管をコントラストを持って表示させることができる血管観察法について述べられている。
【０００７】
この血管観察法によれば、干渉法において、位相板を用いて参照波の位相シフトを調整することによって得られる複数の干渉図形に基づいて、被写体による位相シフトを演算することが可能である。
【０００８】
一方、回折光に基づいて位相差を求める回折法は、次のような原理による。Ｘ線は、被写体により位相がシフトすると共に回折する。これにより被写体を透過するＸ線間においても干渉が発生するため、透過Ｘ線に基づいて得られたＸ線画像に回折縞が生じる。この回折縞のパターンは、Ｘ線を結像させるスクリーンと被写体との間の距離やＸ線の波長によって異なっている。従って、回折縞パターンの異なる２枚以上のＸ線画像を解析することにより、スクリーンの各位置において生じたＸ線の位相差を求めることができる。この位相差を明度に換算することにより、被写体における僅かな組織の違いが明確に現れたＸ線画像を得ることができる。このような位相コントラスト法を実用化するために、放射線撮像における撮像条件や、回折縞パターンから位相を復元する手法が検討されている。
【０００９】
下記の非特許文献１には、軟Ｘ線撮像を行うことによって得られた画像情報に基づいて位相復元を行い、Ｘ線画像を構成することが述べられている。この文献においては、位相復元の基本式であるＴＩＥ（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）が用いられている。
【数１】
2005013572.tif 000003
【００１０】
次に、位相復元の原理について、図１２を用いて説明する。図１２に示すように、波長λを有するＸ線は、図の左側から出射し、物体面１０１を透過し、物体面１０１から距離ｚだけ離れたスクリーン１０２に入射する。ここで、スクリーン１０２上の位置（ｘ，ｙ）におけるＸ線の強度をＩ（ｘ，ｙ）、位相をφ（ｘ，ｙ）とする。このとき、強度Ｉ（ｘ，ｙ）と位相φ（ｘ，ｙ）との間には、次式に示す関係が成り立つ。ここで、強度Ｉは、波の振幅の２乗である。
【数２】
2005013572.tif 000004
式（２）においてκ＝２π／λとおき、（ｘ，ｙ）成分をベクトルｒに書き換えると、式（１）に示すＴＩＥが導かれる。
【００１１】
しかしながら、このようなＴＩＥを解くことは困難であるため、ＴＩＥは、主に近似して用いられていた。下記の非特許文献２には、硬Ｘ線撮像によって得られた画像情報に基づいて位相復元を行い、Ｘ線画像を構成することが述べられている。この文献においては、式（１）に示すＴＩＥを次のように近似している。まず、式（１）を展開する。なお、以下において、上記文献におけるベクトルｒは（ｘ，ｙ）成分に書き換えられている。
【数３】
2005013572.tif 000005
【００１２】
式（３）の右辺第２項をゼロに近似すると、次式（４）に示す近似式が得られる。
【数４】
2005013572.tif 000006
式（４）においては、有限要素法等の解法により、Ｉ（ｘ，ｙ）からφ（ｘ，ｙ）を求めることができる。
【００１３】
しかしながら、位相コントラスト法は、人体のように厚みが変化しているものを被写体とする場合には、その厚みの変化に伴う位相差によって表示再現帯域外の部分が多くなり、その部分の輝度が白色又は黒色に飽和するので、画像全体をうまく表示することができない。そのため、位相コントラスト法を用いて撮影された画像（位相コントラスト画像）は、被写体を透過した放射線の強度情報を用いて撮影された画像（強度情報画像）と見比べて利用する必要がある。さらに、位相コントラスト画像は、従来から診断に用いられている画像ではないので、医師が診断する際には、強度情報画像と見比べて利用する必要がある。
【００１４】
関連する技術として、下記の特許文献２には、複数の撮影位置において得られた放射線画像を用いて位相コントラスト画像を取得すると共に、被写体を透過した放射線の強度情報を表す強度情報放射線画像をも取得する画像生成方法について述べられている。
【００１５】
この画像生成方法によれば、被写体に最も近い撮影位置において得られた画像データに輝度を、位相コントラスト画像を表す画像データに色をそれぞれ割り当てて、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間の合成画像データを生成できる。ここで、Ｌ＊は輝度を表し、ａ＊及びｂ＊は色度の直交２成分を表している。しかしながら、表示再現帯域外の部分が多くなる問題については述べられていない。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−２９３４０号公報  （第２〜４頁、図１）
【特許文献１】
特開２００２−３３６２３３号公報  （第１，５頁、図１）
【非特許文献１】
オールマン（Ｂ．  Ｅ．  Ａｌｌｍａｎ）等「軟Ｘ線非干渉量測定位相撮像法（Ｎｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ｐｈａｓｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｓｏｆｔ  ｘ  ｒａｙｓ）」米国光学協会誌Ａ（Ｊ．  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ａ），  Ｖｏｌ．  １７，  Ｎｏ．  １０  （Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０００）、ｐ．１７３２−１７４３
【非特許文献２】
グレイエフ（Ｔ．  Ｅ．  Ｇｕｒｅｙｅｖ）等「硬Ｘ線量測定非干渉位相差撮像法（Ｈａｒｄ  Ｘ−ｒａｙ  ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ｎｏｎ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｐｈａｓｅ−ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ）」光学写真法研究専門家誌（ＳＰＩＥ）  Ｖｏｌ．  ３６５９  （１９９９）、ｐ．３５６−３６４
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、放射線撮像により得られた位相コントラスト画像と強度情報画像との比較を容易に行うことのできる画像情報処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような画像情報処理方法を用いた画像情報処理装置、並びに、画像情報処理プログラムを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る画像情報処理方法は、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理方法であって、複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成するステップ（ａ）と、複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成するステップ（ｂ）と、表示すべき画像における関心領域を設定するステップ（ｃ）と、関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布が所定の範囲内となるように、第２の画像データに画像処理を施すステップ（ｄ）とを具備する。
【００１９】
また、本発明の第２の観点に係る画像情報処理方法は、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理方法であって、複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成するステップ（ａ）と、複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成するステップ（ｂ）と、表示すべき画像における関心領域を設定するステップ（ｃ）と、関心領域において第１の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布と、関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布との関係が所定の範囲内となるように、第１の画像データ及び／又は第２の画像データに画像処理を施すステップ（ｄ）とを具備する。
【００２０】
本発明の第１の観点に係る画像情報処理装置は、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理装置であって、複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成する第１の画像データ生成手段と、複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成する第２の画像データ生成手段と、設定された関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布が所定の範囲内となるように、第２の画像データに画像処理を施す画像処理手段とを具備する。
【００２１】
また、本発明の第２の観点に係る画像情報処理装置は、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理装置であって、複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成する第１の画像データ生成手段と、複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成する第２の画像データ生成手段と、設定された関心領域において第１の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布と、関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布との関係が所定の範囲内となるように、第１の画像データ及び／又は第２の画像データに画像処理を施す画像処理手段とを具備する。
【００２２】
本発明の第１の観点に係る画像情報処理プログラムは、光源より放射線を発生し、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理プログラムであって、複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成する手順と、複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成する手順と、表示すべき画像における関心領域を設定する手順と、関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布が所定の範囲内となるように、第２の画像データに画像処理を施す手順とをＣＰＵに実行させる。
【００２３】
また、本発明の第２の観点に係る画像情報処理プログラムは、光源より放射線を発生し、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られる複数の検出信号に基づいて画像データを生成し、該画像データに画像処理を施す画像情報処理プログラムであって、複数の検出信号の内のいずれか１つの検出信号に含まれている放射線の強度情報に基づいて、第１の画像データを生成する手順と、複数の検出信号に含まれている放射線の位相情報に基づいて、第２の画像データを生成する手順と、表示すべき画像における関心領域を設定する手順と、関心領域において第１の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布と、関心領域において第２の画像データによって表される画像の平均輝度及び／又は輝度分布との関係が所定の範囲内となるように、第１の画像データ及び／又は第２の画像データに画像処理を施す手順とをＣＰＵに実行させる。
【００２４】
本発明によれば、放射線撮像により得られた位相コントラスト画像と強度情報画像との比較を容易に行うことのできる画像情報処理方法、画像情報処理装置、並びに、画像情報処理プログラムを提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像情報処理装置を含むＸ線撮像システムを示す図である。このＸ線撮像システムは、被写体にＸ線を照射することにより被写体に関する画像情報を表す検出信号を出力する撮像部１と、検出信号に基づいて表示用の画像データを生成する画像情報処理装置２と、画像データに基づいて画像を表示する表示部３と、画像をフィルム等にプリント出力する出力部４とを有している。
【００２６】
図２は、図１に示す撮像部の構成を示す模式図である。Ｘ線源１１としては、コヒーレント性及び単色性が高い放射線ビームを発生するＸ線源を用いることが望ましい。ここで、単色性が高いビームとは、主に単一波長を有するビームのことをいう。このため、本実施形態においては、Ｘ線源１１として、Ｘ線を発生する放射光Ｘ線源を用いている。放射光とは、電子を加速したり、電子の進行方向を曲げることによって発生する光（電磁波）のことをいう。Ｘ線源１１から発生したＸ線は、被写体１０を透過し、センサ１２に入射する。
【００２７】
センサ１２は、入射したＸ線を検出する。センサ１２としては、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）等のように、照射されたＸ線の強度を電気信号に変換して出力する複数の検出素子を有する２次元センサが用いられる。センサ１２から出力された検出信号は、増幅器１５によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器１６によってディジタル信号（検出信号）に変換され、画像情報処理装置２に出力される。
【００２８】
センサ１２は、保持部１３によって保持されている。保持部１３は、レール１４上に移動可能な状態で支持されている。保持部１３の位置は、後述する画像情報処理装置２の制御部によって制御されており、この制御によって被写体１０とセンサ１２との距離が変更される。なお、以下において、被写体１０とセンサ１２との距離を、撮像距離という。
【００２９】
再び、図１を参照すると、画像情報処理装置２は、撮像部１から出力された検出信号を一時的に記憶する記憶部２１と、強度情報である検出信号に基づいて、強度情報画像を表す強度画像データを生成する強度画像データ生成部２２と、強度画像データに所定の画像処理を施す強度画像処理部２３とを有している。
【００３０】
また、画像情報処理装置２は、撮像距離の異なる検出信号の間における差分係数を求める差分処理部２４と、位相のラプラシアンに相当する値を算出するラプラシアン処理部２５と、位相復元を行うための逆ラプラシアン演算を行う逆ラプラシアン処理部２６と、復元された位相情報に基づいて、位相コントラスト画像を表す位相画像データを生成する位相画像データ生成部２７と、位相画像データに所定の画像処理を施す位相画像処理部２８とを有している。
【００３１】
さらに、画像情報処理装置２は、所定の処理を施された強度画像データ及び位相画像データに基づいて表示用の画像データを生成する表示用画像データ生成部２９と、上記の各部２１〜２９及び撮像部１における撮像距離を制御する制御部３０とを有している。
【００３２】
画像情報処理装置２は、ディジタル回路で構成しても良いし、ソフトウェアとＣＰＵで構成しても良い。画像情報処理装置２をソフトウェアとＣＰＵで構成する場合には、ＣＰＵを含む制御部３０が、記録媒体３１に記録された画像情報処理プログラムに基づいて検出信号を処理する。記録媒体３１としては、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭ等が該当する。
【００３３】
表示部３は、例えば、ＣＲＴ等のディスプレイ装置であり、画像情報処理装置２によって生成された画像データに基づいて画像を表示する。また、出力部４は、例えば、レーザプリンタであり、画像データに基づいて画像をフィルム等にプリント出力する。
【００３４】
本実施形態においては、差分処理部２４、ラプラシアン処理部２５、及び、逆ラプラシアン処理部２６が、被写体について得られた２枚の回折縞画像に基づいて、位相コントラスト法により位相情報を復元し、位相情報に基づく画像データを生成している。
【００３５】
次に、位相情報を復元する方法の原理について説明する。この方法においては、位相復元の基本式ＴＩＥ（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）を用いて位相情報を復元する。次式（５）に示すＴＩＥを変形することにより、式（６）が得られる。
【数５】
2005013572.tif 000007
【数６】
2005013572.tif 000008
ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は、被写体との距離ｚにある面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光強度を示す検出信号である。
【００３６】
式（６）において、右辺に含まれる第２項∇Ｉ（ｘ，ｙ）・∇φ（ｘ，ｙ）をゼロに近似すると、ＴＩＥ近似式（７）が得られる。
【数７】
2005013572.tif 000009
【００３７】
次に、図１〜図３を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る画像情報処理方法について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る画像情報処理方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、図２に示すように、撮像距離を変えて撮像された３枚の画像を表す検出信号を用いて可視画像を構成する。
【００３８】
まず、ステップＳ１０において、Ｘ線撮像を行う。即ち、図２に示すように、撮像距離が最も短いｚ１となる位置にセンサ１２を配置し、被写体１０にＸ線を照射することによりＸ線撮像を行う。撮影距離ｚ１をできる限り短くすることにより、回折縞の出現を抑制した画像を表す検出信号が得られる。次に、撮像距離が所定の距離以上のｚ２となる位置にセンサ１２を移動させ、Ｘ線撮像を行う。さらに、撮像距離がｚ３となる位置にセンサ１２を移動させ、Ｘ線撮像を行う。これにより、回折縞画像を表す検出信号が得られる。
【００３９】
ステップＳ１０におけるＸ線撮像により、検出信号Ｉ１（ｘ，ｙ）、Ｉ２（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ３（ｘ，ｙ）が、画像情報処理装置２に順次入力される。ここで、検出信号Ｉ１（ｘ，ｙ）は、撮像距離ｚ１面上の位置（ｘ，ｙ）における透過光の強度を表す。検出信号Ｉ２（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ３（ｘ，ｙ）は、撮像距離ｚ２、及び、ｚ３面上の位置（ｘ，ｙ）における回折が生じている透過光の強度をそれぞれ表す。これらの検出信号は、画像情報処理装置２の記憶部２１に順次記憶される。
【００４０】
次に、ステップＳ１１において、強度画像データ生成部２２が、記憶部２１に記憶されている強度情報を表す検出信号Ｉ１（ｘ，ｙ）に基づいて強度画像データを生成する。すなわち、強度画像データ生成部２２が、それぞれの画素における強度情報を、明度を表す強度画像データに変換する。ステップＳ１２において、強度画像処理部２３が、強度情報画像に対して、マーカーに基づく位置調節、階調処理、又は、補間処理等の必要な画像処理を施す。
【００４１】
次に、ステップＳ１３〜Ｓ１５において、画像情報処理装置２は、記憶部２１に記憶されている検出信号Ｉ２（ｘ，ｙ）及びＩ３（ｘ，ｙ）に基づいてセンサ位置における位相を復元する。
まず、ステップＳ１３において、差分処理部２４が、次式（８）を用いて検出信号Ｉ２と検出信号Ｉ３との差分係数を求める。
【数８】
2005013572.tif 000010
【００４２】
次に、ステップＳ１４において、ラプラシアン処理部２５が、ステップＳ１３において求められた差分係数と、記憶部２１に記憶されている検出信号とに基づいて、次式（９）を用いて、位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ）＝∇２φ（ｘ，ｙ）を求める。
【数９】
2005013572.tif 000011
ここで、式（９）においては、差分係数を撮像距離がｚ２の検出信号Ｉ２（ｘ，ｙ）で割っているが、撮像距離がｚ３の検出信号Ｉ３（ｘ，ｙ）で割っても良いし、差分係数を求めるときに利用した検出信号と異なる検出信号で割っても良い。また、ＬＰＦ（ｌｏｗ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ：ローパスフィルタ）処理された検出信号で割っても良い。
【００４３】
さらに、ステップＳ１５において、逆ラプラシアン処理部２６は、ステップＳ１４において求められた位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ）＝∇２φ（ｘ，ｙ）について逆ラプラシアン演算を行うことにより、位相φ（ｘ，ｙ）を得る。
ここで、逆ラプラシアン演算について、詳しく説明する。ｆ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換は、次式（１０）のように表される。
【数１０】
2005013572.tif 000012
ここで、ｕ、ｖは、ｘ、ｙに対応する空間周波数である。
【００４４】
これより、位相φ（ｘ，ｙ）は式（１１）のように表される。
【数１１】
2005013572.tif 000013
【００４５】
この式（１１）を利用することにより、逆ラプラシアン演算を行うことができる。即ち、ｆ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換し、｛−４π２（ｕ２＋ｖ２）｝−１を掛け、さらに、これを逆フーリエ変換することにより、復元された位相φ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００４６】
ここで、｜ｕ｜及び｜ｖ｜が所定の値以下となる範囲内で｛−４π２（ｕ２＋ｖ２）｝−１を予め算出しておき、式（１１）に示す演算を行う際にこれを利用しても良い。即ち、所定の値ｃｏｎｓｔを設定すると、｜ｕ｜，｜ｖ｜≦ｃｏｎｓｔの場合には、式（１１）において次式の値を用いる。
｛−４π２（ｕ２＋ｖ２）｝−１＝（予め算出された値）
また、｜ｕ｜，｜ｖ｜＞ｃｏｎｓｔの場合には、式（１１）において、次式の値を用いる。
｛−４π２（ｕ２＋ｖ２）｝−１＝０
これにより、逆ラプラシアン演算を高速に行うことができる。
【００４７】
次に、ステップＳ１６において、位相画像データ生成部２７は、位相φ（ｘ，ｙ）に基づいて位相画像データを生成する。すなわち、位相画像データ生成部２７は、それぞれの画素における位相φ（ｘ，ｙ）を、明度を表すデータに変換する。
【００４８】
次に、ステップＳ１７及びＳ１８において、位相コントラスト画像においてＲＯＩ（ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ：関心領域）を設定し、ＲＯＩにおける位相コントラスト画像の平均輝度及び／又は輝度分布が所定の範囲内となるように調節する。これにより、強度情報画像と位相コントラスト画像との目視比較を容易に行うことができる。
【００４９】
まず、ステップＳ１７において、位相画像処理部２８は、自動的にＲＯＩを設定する。図４は、撮影された位相コントラスト画像において設定されたＲＯＩを示す図である。本実施形態においては、位相画像処理部２８が、位相コントラスト画像４０の所定の領域をＲＯＩ４１として設定する。ここで、位相コントラスト画像４０の中心とＲＯＩの中心とを合わせるようにＲＯＩを設定しても良いし、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｉａｇｎｏｓｉｓ：コンピュータ支援診断）を用いてＲＯＩを設定しても良い。
【００５０】
ＣＡＤとは、コンピュータを用いて画像処理や画像解析を行うことによって、微小石灰化クラスタ、乳房腫瘤陰影、及び、結節状陰影等の病変部の自動検出や、検出された病変部の良性及び悪性の鑑別を行う方法である。図５は、撮影された位相コントラスト画像においてＣＡＤを用いて設定されたＲＯＩを示す図である。図５に示すように、ＣＡＤを用いて病変部４２を検出し、病変部４２を中心とした所定の領域をＲＯＩ４１として設定する。なお、ＲＯＩの設定は、マーカーに基づく位置調節の前に行っても良いし、マーカーに基づく位置調節の後に行っても良い。
【００５１】
次に、ステップＳ１８において、位相画像処理部２８は、位相コントラスト画像に対して、撮影の際に写し込んだ少なくとも１つのマーカーの画像に基づく位置調節、階調処理、又は、補間処理等の必要な画像処理を施す。なお、マーカーとしては、肺等の臓器を用いても良い。
【００５２】
さらに、本実施形態においては、例えば、位相画像データのダイナミックレンジ（輝度値の範囲）が０〜１０２３である場合に、位相画像処理部２８は、ＲＯＩ４１における平均輝度値が５１１（約５０％）となるように輝度値をシフトさせ、ＲＯＩ４１内の画素の輝度分布が２５６〜７６６（約２５％〜約７５％）の範囲に収まるように輝度分布を変更する。
【００５３】
図６は、ＲＯＩにおける位相コントラスト画像の輝度値のヒストグラムを示す図である。図６の（Ａ）は、画像処理前のヒストグラムを示し、図６の（Ｂ）は、画像処理後のヒストグラムを示している。図６の（Ａ）に示すように、画像処理前においては、低輝度域から高輝度域までの幅の広い輝度分布を有しており、平均輝度も５０％より低いが、図６の（Ｂ）に示すように、画像処理後においては、平均輝度値を５１１とし、輝度分布を２５６〜７６６の範囲に収めている。
【００５４】
再び図３を参照すると、ステップＳ１９において、表示用画像データ生成部２９は、強度画像データ及び位相画像データに基づいて、強度情報画像及び位相コントラスト画像を比較して表示するために用いられる表示用画像データを生成する。
【００５５】
例えば、表示用画像データ生成部２９は、強度情報画像と位相コントラスト画像とを重ねて表示するために用いられる表示用画像データを生成したり、強度情報画像の少なくとも一部を位相コントラスト画像のＲＯＩに置き換えて表示するために用いられる表示用画像データを生成する。あるいは、表示用画像データ生成部２９は、強度情報画像及び位相コントラスト画像を並べて表示するために用いられる表示用画像データを生成したり、強度情報画像及び位相コントラスト画像を交互に切り替えて表示するために用いられる表示用画像データを生成する。なお、強度情報画像及び位相コントラスト画像を重ねて表示する場合には、強度情報画像と位相コントラスト画像とを異なる色で表示することが望ましい。
【００５６】
ステップＳ２０において、表示部３及び出力部４は、このようにして生成された表示用画像データに基づいて、放射線画像を表示したり、フィルム等に出力する。ここで、表示又は出力された放射線画像に基づいて、オペレータが、手動操作によってＲＯＩを変更しても良い。
【００５７】
次に、本発明の第１の実施形態に係る画像情報処理装置を含むＸ線撮像システムの変形例について、図７を参照しながら説明する。図７に示すＸ撮像システムは、読取り部５及び撮像部６を有している。その他の構成については、図１に示すＸ線撮像システムと同様である。
【００５８】
撮像部６においては、画像情報を記録するために用いられるスクリーンとして、図２に示す撮像部１におけるセンサ１２の替わりに、輝尽性蛍光体シート（記録シート）が用いられる。
輝尽性蛍光体（蓄積性蛍光体）とは、放射線等を照射するとその放射線エネルギの一部が蓄積され、その後、可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネルギに応じて輝尽発光する物質である。この輝尽性蛍光体を塗布したシートに人体等の被写体の放射線画像を撮像記録し、この輝尽性蛍光体シートをレーザ光等の励起光で走査すると輝尽発光光が生じるので、この光を光電的に読み取ることにより検出信号を得ることができる。この検出信号を適切に処理した後、ＣＲＴ等のディスプレイに出力したり、レーザプリンタ等によりフィルムに印刷して、放射線画像を可視画像として表示することができる。
【００５９】
図８に示す読取り部５は、記録シートに記録された放射線画像を読み取るために用いられる。ここで、図８を参照しながら、読取り部５の構成及び動作について説明する。画像情報が記録された記録シート５０は、読取り部５の所定位置にセットされる。記録シート５０は、モータ５１により駆動されるシート搬送手段５２により、矢印Ｙ方向に搬送される。一方、レーザ光源５３より発振したビームＬ１は、モータ５４により駆動されて矢印方向に高速回転する回転多面鏡５５により反射偏向され、収束レンズ５６を通過する。その後、ビームＬ１は、ミラー５７により光路を変えて、記録シート５０を矢印Ｘ方向に走査する。この走査により、励起光Ｌ２が記録シート５０に照射され、照射された部分からは蓄積記録されている放射線画像情報に応じた光量の輝尽発光光Ｌ３が発散される。輝尽発光光Ｌ３は、光ガイド５８により導かれ、フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）５９により光電的に検出される。フォトマルチプライヤ５９から出力されたアナログ信号は、増幅器６０により増幅され、Ａ／Ｄ変換器６１によりディジタル化される。Ａ／Ｄ変換器６１から出力された検出信号は、画像情報処理装置２に入力される。
【００６０】
撮像部６において、撮像距離を変えて複数枚の記録シートを用いて放射線撮像を行い、読取り部５において、それぞれの記録シートから画像情報を読み取ることにより、異なる撮像距離において得られた複数の画像を表す画像情報が得られる。画像情報処理装置２は、この画像情報に基づいて画像データを生成する。画像情報処理装置２の動作については、図３を用いて説明したのと同様である。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る画像情報処理装置について説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係る画像情報処理装置を含むＸ線撮像システムを示す図である。このＸ線撮像システムにおいては、強度画像処理部２３と位相画像処理部２８との間で画像データの受渡しを行うことにより、一方の画像データを他方の画像データに合わせて変更することができる。その他の構成については、図１に示すＸ線撮像システムと同様である。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る画像情報処理方法について説明する。本実施形態においては、図３に示すステップＳ１８において、ＲＯＩにおける強度情報画像の平均輝度及び／又は輝度分布と、ＲＯＩにおける位相コントラスト画像の平均輝度及び／又は輝度分布との関係が、所定の範囲内となるように調節する。これにより、強度情報画像と位相コントラスト画像との目視比較を容易に行うことができる。その他の動作については、図３を用いて説明したものと同様である。
【００６３】
図１０は、ＲＯＩにおける強度情報画像及び位相コントラスト画像の輝度値のヒストグラムを示す図である。図１０の（Ａ）は、強度情報画像のヒストグラムを示し、図１０の（Ｂ）は、画像処理前後の位相コントラスト画像のヒストグラムを示している。本実施形態においては、図１０の（Ｂ）に示す位相コントラスト画像の平均輝度を、図１０の（Ａ）に示す強度情報画像の平均輝度に対して、例えば５％以内の誤差となるように変更し、位相コントラスト画像の輝度分布を、強度情報画像の輝度分布に対して２０％以内の誤差となるように変更する。なお、輝度分布の誤差の算出は、最小自乗法等により行う。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施形態に係る画像情報処理装置について説明する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る画像情報処理装置を含むＸ線撮像システムを示す図である。このＸ線撮像システムは、オペレータがＲＯＩを設定するために用いるマウスやキーボード等の入力部７を含んでいる。その他の構成については、図１に示すＸ線撮像システムと同様である。
【００６５】
次に、本発明の第３の実施形態に係る画像情報処理方法について説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態に係る画像情報処理方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、ステップＳ２１において、ステップＳ１２において画像処理が施された強度情報画像を、表示用画像データ生成部２９を介して表示部３に表示する。次にステップＳ１７において、オペレータが、入力部７を用いてＲＯＩを設定し、ステップＳ１８に移行する。その他の動作については、図３を用いて説明したものと同様である。
【００６６】
以上の実施形態においては、被写体を撮像する際に放射光Ｘ線源を用いているが、放射光ではないビームを発生する光源を用いても良い。例えば、立命館大学が開発した電子蓄積型高輝度硬Ｘ線発生装置は、卓上型でありながら放射光並みに輝度及び指向性の高いＸ線を発生することができる。この装置が発生するＸ線はコヒーレント性を有しており、また、単一波長ではないが、単色化結晶と組み合わせることにより単色化することが可能である。
【００６７】
また、技術研究組合フェムト秒テクノロジー研究機構（ＦＥＳＴＡ）が開発した線源は、逆コンプトン散乱の原理に基づいて極短パルス高輝度Ｘ線を発生する。この線源は、小型で持ち運びが可能であり、干渉性を有すると共に、指向性及び単色性の高いＸ線を発生することができる。なお、光源として点光源を用いる場合には、画像情報処理装置においてデータ処理を行う際に、拡大率を含めて補正することが望ましい。
【００６８】
なお、以上の実施形態においては、回折縞に基づいて位相情報を復元しているが、干渉縞に基づいて位相情報を復元しても良い。また、以上の実施形態においては、被写体を撮像するためにＸ線を用いているが、被写体を透過して情報画像を形成することができるビームであればＸ線に限らず用いることができる。そのようなビームとしては、例えば、電子線を含む粒子線等が挙げられる。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、放射線撮像により得られた位相コントラスト画像と強度情報画像との比較を容易に行うことのできる画像情報処理方法、画像情報処理装置、並びに、画像情報処理プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像情報処理装置を含むＸ線撮像システムを示す図である。
【図２】図１に示す撮像部の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る画像情報処理方法を示すフローチャートである。
【図４】撮影された位相コントラスト画像において設定されたＲＯＩを示す図である。
【図５】撮影された位相コントラスト画像においてＣＡＤを用いて設定されたＲＯＩを示す図である。
【図６】ＲＯＩにおける位相コントラスト画像の輝度値のヒストグラムを示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る画像情報処理装置を含むＸ線撮像システムの変形例を示す図である。
【図８】図７に示す読取り部の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る画像情報処理装置を含むＸ線撮像システムを示す図である。
【図１０】ＲＯＩにおける強度情報画像及び位相コントラスト画像の輝度値のヒストグラムを示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る画像情報処理装置を含むＸ線撮像システムを示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る画像情報処理方法を示すフローチャートである。
【図１３】位相復元の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１  撮像部
２  画像情報処理装置
３  表示部
４  出力部
５  読取り部
６  撮像部
７  入力部
１０  被写体
１１  Ｘ線源
１２  センサ
１３  保持台
１４  レール
１５  増幅器
１６  Ａ／Ｄ変換器
２１  記憶部
２２  強度画像データ生成部
２３  強度画像処理部
２４  差分処理部
２５  ラプラシアン処理部
２６  逆ラプラシアン処理部
２７  位相画像データ生成部
２８  位相画像処理部
２９  表示用画像データ生成部
３０  制御部
３１  記録媒体
４０  位相コントラスト画像
４１  ＲＯＩ
４２  病変部
５０  輝尽性蛍光体シート（記録シート）
５１  モータ
５２  シート搬送手段
５３  レーザ光源
５４  モータ
５５  回転多面鏡
５６  収束レンズ
５７  ミラー
５８  光ガイド
５９  フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）
６０  増幅器
６１  Ａ／Ｄ変換器
【図１】
2005013572.tif 000014
【図２】
2005013572.tif 000015
【図３】
2005013572.tif 000016
【図４】
2005013572.tif 000017
【図５】
2005013572.tif 000018
【図６】
2005013572.tif 000019
【図７】
2005013572.tif 000020
【図８】
2005013572.tif 000021
【図９】
2005013572.tif 000022
【図１０】
2005013572.tif 000023
【図１１】
2005013572.tif 000024
【図１２】
2005013572.tif 000025
【図１３】
2005013572.tif 000026