断層画像生成装置及び断層画像生成方法
【課題】表現可能な領域を拡張した断層画像を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、前記断層画像上におけるアーチファクトの発生を抑制可能な断層画像生成装置及び断層画像生成方法を提供する。
【解決手段】取得された各投影データ１２０に対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、断層画像１４２の生成の際に併せて用いる、放射線検出器４０の検出領域８０に属さない非検出領域９５、９６内の複数の画素１２６の値をそれぞれ決定する。
【解決手段】取得された各投影データ１２０に対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、断層画像１４２の生成の際に併せて用いる、放射線検出器４０の検出領域８０に属さない非検出領域９５、９６内の複数の画素１２６の値をそれぞれ決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、断層画像生成装置及び断層画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、医療分野において、患部をより詳しく観察するため、放射線源を移動させて異なる角度から被写体に放射線を照射して撮影を行い、得られた投影データを適宜処理して所望の断層画像を得ることができる装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、完全にサンプリングされている視野データを用いて、部分的にサンプリングされている視野データを増強することで、視野の外部領域における画像を再構成する方法及び装置が提案されている。これにより、断層画像として表現可能な範囲を拡張可能であり、診断上便宜である。
【０００４】
また、部分的にサンプリングされた視野データの演算方法を工夫することで、断層画像上におけるアーチファクト（偽画像）の発生を抑制する手法も種々提案されている。
【０００５】
特許文献２では、逆投影データのスライス位置毎（画素毎と等価である。）に一様でない係数を割り当て、取得された各投影データに対する積和演算により断層画像を生成する装置及び方法が提案されている。
【０００６】
特許文献３では、不完全結像領域（部分的にサンプリングされた視野データ）であると判定した画素の値を所定の一定値に置き換えて塗り潰す装置及び方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２１８５３号公報
【特許文献２】特開２００５−１５２６５８号公報
【特許文献３】特開２００８−２００２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３に示されたいずれの装置及び方法によっても、断層画像の生成に要するデータ処理量が増大し、その結果、撮影終了時点から診断開始時点までの待ち時間が長くなるという不都合があった。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、表現可能な領域を拡張した断層画像を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、前記断層画像上におけるアーチファクトの発生を抑制可能な断層画像生成装置及び断層画像生成方法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】
【００１０】
本発明に係る断層画像生成装置は、被写体に対して放射線を照射可能な放射線源と、前記被写体を透過した前記放射線を検出して投影データを取得する放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との相対的位置関係を遂次変化させながらの撮影により、前記放射線検出器を介してそれぞれ取得された複数の投影データを用いて、前記放射線源と前記放射線検出器との間に介在する関心領域内における断層画像の生成を行う断層画像生成手段とを備え、断層画像生成手段は、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、前記断層画像の生成の際に併せて用いる、前記放射線検出器の検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するデータ決定部を備えることを特徴とする。
【００１１】
このように、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理を実行することで、特別な演算処理を要することなく断層画像を生成できる。また、前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を併せて実行し、非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するようにしたので、外挿処理に起因して発生し得る、所定方向に延在する筋状の濃度むらの影響を低減可能である。これにより、表現可能な領域を拡張した断層画像を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、前記断層画像上におけるアーチファクトの発生を抑制できる。
【００１２】
また、前記所定方向は、前記検出領域を包摂する投影面上に投影される、前記放射線源の相対的な移動方向に対して平行な方向であることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記断層画像生成手段は、前記関心領域の位置と前記相対的位置関係に関する情報とに基づいて、前記放射線源から前記関心領域に向けた投影により形成される、前記投影面上の投影領域を決定する投影領域決定部をさらに備え、
前記データ決定部は、前記投影領域決定部により決定された前記投影領域に属し、且つ、前記検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定することが好ましい。
【００１４】
さらに、前記投影領域決定部は、前記相対的位置関係によらず同じサイズの前記投影領域を決定することが好ましい。
【００１５】
さらに、前記断層画像生成手段は、前記撮影に起因する幾何学的な不鋭性を有する各前記投影データに対し、空間周波数毎のスペクトル強度を補正するデータ補正部をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
さらに、前記データ補正部は、前記データ決定部により前記非検出領域内の複数の画素の値を決定する前に、各前記投影データを補正することが好ましい。
【００１７】
さらに、前記データ決定部は、前記検出領域と前記非検出領域との境界に隣接する画素の値の差分が所定範囲に収まるように、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することが好ましい。
【００１８】
さらに、前記データ決定部は、０次又は１次補外による前記外挿処理を実行し、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することが好ましい。
【００１９】
さらに、前記断層画像生成手段は、前記断層画像に対し、前記関心領域内の所定領域に属する複数の画素の各値を、所定の一定値に近づける黒化処理を実行することが好ましい。
【００２０】
さらに、前記データ決定部は、前記外挿処理に供される前記検出領域内の複数の画素に対し、前記垂直方向に沿った前記平滑化処理を実行して得た各値に基づいて、前記外挿処理を実行することで、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することが好ましい。
【００２１】
さらに、前記データ決定部は、前記外挿処理の実行後に、該外挿処理により各値が一時的に決定された前記非検出領域内の複数の画素に対して前記垂直方向に沿った前記平滑化処理を実行することで、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することが好ましい。
【００２２】
さらに、前記断層画像生成手段により生成された前記断層画像と併せて、該断層画像の生成の際に用いられた、各前記検出領域に属する画素の加算数の分布を表すマークを重ねて表示する表示部をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る断層画像生成方法は、被写体に対して放射線を照射可能な放射線源と、前記被写体を透過した前記放射線を検出して投影データを取得する放射線検出器とを用いて、前記放射線源と前記放射線検出器との相対的位置関係を遂次変化させながらの撮影により、前記被写体の断層画像を生成する方法であって、前記放射線検出器を介して複数の投影データを取得するステップと、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、前記断層画像の生成の際に併せて用いる、前記放射線検出器の検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る断層画像生成装置及び断層画像生成方法によれば、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理を実行することで、特別な演算処理を要することなく断層画像を生成できる。また、前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を併せて実行し、非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するようにしたので、外挿処理に起因して発生し得る、所定方向に延在する筋状の濃度むらの影響を低減可能である。これにより、表現可能な領域を拡張した断層画像を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、前記断層画像上におけるアーチファクトの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態に係る断層画像生成装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す放射線検出装置に内蔵される放射線検出器の構成を示す回路図である。
【図３】図３Ａは、放射線源を正面位置に移動させた状態下での放射線撮影を表す概略側面図である。図３Ｂは、放射線検出器の検出領域、及び投影面の概念を表す説明図である。
【図４】図４Ａは、トモシンセシス撮影の開始時点における状態を表す概略側面図である。図４Ｂは、トモシンセシス撮影の終了時点における状態を表す概略側面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、関心領域、投影領域、検出領域、及び非検出領域の概念を表す説明図である。
【図６】図１に示す画像再構成部の機能ブロック図である。
【図７】図１に示す断層画像生成装置の動作説明に供されるフローチャートである。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、ステップＳ７における平滑化処理の具体例を表す概略説明図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、ステップＳ８における外挿処理の具体例を表す概略説明図である。
【図１０】ステップＳ９における逆投影処理の具体例を表す概略説明図である。
【図１１】図１１Ａは、平滑化処理を施さずに得た断層画像を可視化した概略説明図である。図１１Ｂは、平滑化処理を施して得た断層画像を可視化した概略説明図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、ステップＳ１２における断層画像の表示の具体例を表す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る断層画像生成方法について、これを実施する断層画像生成装置との関係において好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態に係る断層画像生成装置１０は、放射線検出装置１２と、投影データ取得部１４と、画像再構成部１６（断層画像生成手段）と、これらを制御するコンソール１８とを基本的に備える。
【００２８】
投影データ取得部１４は、放射線検出装置１２に対向して設けられた放射線源２０と、放射線源２０を予め設定された複数の位置に移動させる移動機構２２と、放射線源２０が予め設定された複数の位置に到達した時点で、放射線源２０から放射線検出装置１２上の被写体２４に対して放射線２６を照射するように制御する放射線制御部２８と、放射線検出装置１２から順次送られてくる投影データを画像メモリ３０に記憶する画像記憶部３２とを有する。
【００２９】
画像再構成部１６は、画像メモリ３０に記憶された複数の投影データを再構成することで、被写体２４の所定領域（以下、指定領域３３という。）を含む断層画像を生成する。そして、出力表示のため、画像再構成部１６は、前記断層画像を表す画像データをモニタ３４（表示部）側に供給する。
【００３０】
図１及び図２に示すように、放射線検出装置１２は、筐体３６と、筐体３６内に収容されたバッテリ３８（図２参照）と、放射線検出器４０と、検出器制御部４２（図２参照）とを有する。
【００３１】
図２に示すように、放射線検出器４０は、放射線２６を感知して電荷を発生させるアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）等の物質からなる光電変換層５１を行列状の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）５２のアレイの上に配置した構造を有する。そして、放射線検出器４０は、発生した電荷を蓄積容量５３に蓄積した後、各行毎にＴＦＴ５２を順次オンにして、電荷を画像信号として読み出す。本図では、光電変換層５１及び蓄積容量５３からなる１つの画素５０と１つのＴＦＴ５２との接続関係のみを示し、その他の画素５０の構成については省略している。なお、アモルファスセレンは、高温になると構造が変化して機能が低下してしまうため、所定の温度範囲内で使用する必要がある。よって、筐体３６内に放射線検出器４０を冷却する手段を配設することが好ましい。
【００３２】
各画素５０に接続されるＴＦＴ５２には、行方向と平行に延びるゲート線５４と、列方向と平行に延びる信号線５６とが接続される。各ゲート線５４は、ライン走査駆動部５８に接続され、各信号線５６は、読取回路を構成するマルチプレクサ６６に接続される。
【００３３】
ゲート線５４には、行方向に配列されたＴＦＴ５２をオン・オフ制御する制御信号Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆがライン走査駆動部５８から供給される。この場合、ライン走査駆動部５８は、ゲート線５４を切り替える複数の第１スイッチＳＷ１と、第１スイッチＳＷ１の１つを選択する選択信号を出力する行アドレスデコーダ６０とを備える。行アドレスデコーダ６０には、検出器制御部４２からアドレス信号が供給される。
【００３４】
また、信号線５６には、列方向に配列されたＴＦＴ５２を介して各画素５０の蓄積容量５３に保持されている電荷が流出する。この電荷は、増幅器６２によって増幅される。増幅器６２には、サンプルホールド回路６４を介してマルチプレクサ６６が接続される。マルチプレクサ６６は、信号線５６を切り替える複数の第２スイッチＳＷ２と、第２スイッチＳＷ２の１つを選択する選択信号を出力する列アドレスデコーダ６８とを備える。列アドレスデコーダ６８には、検出器制御部４２からアドレス信号が供給される。マルチプレクサ６６には、Ａ／Ｄ変換器７０が接続されている。このＡ／Ｄ変換器７０により、画素５０毎に読み出された電荷は、デジタル信号（すなわち、投影データ）に変換される。そして、検出器制御部４２を介して出力された投影データは、画像メモリ３０（図１参照）に記憶される。つまり、断層画像生成装置１０において放射線撮影が行われる度に放射線検出装置１２から投影データが出力され、出力された投影データが画像メモリ３０に（例えば時系列で）記憶される。
【００３５】
このように、投影データ取得部１４は、放射線検出装置１２に対向して設けられた放射線源２０を複数の位置に移動しながら、各位置において放射線源２０から放射線検出装置１２上の被写体２４に対して異なる方向から放射線２６を照射することによって、放射線検出装置１２から複数の投影データを取得するように動作する。
【００３６】
本実施の形態に係る断層画像生成装置１０では、放射線源２０のみを移動可能に設けているが、これに限られない。すなわち、放射線源２０及び放射線検出器４０のうち少なくとも一方を移動することで、被写体２４を異なる角度から撮影することができる。また、図１例では、放射線源２０を異なる３つの位置にそれぞれ移動・配置させた状態を表記しているが、２つ、あるいは４つ以上の位置であってもよい。さらに、放射線源２０を移動させる軌道は、図１に例示するような直線状の他、曲線状（具体的には、円弧状）であってもよい。
【００３７】
続いて、本発明の理解のために必要な用語について、図３Ａ〜図５Ｂを参照しながら説明する。ここでは、放射線検出器４０の配設位置が常時固定された撮影を例に説明する。本明細書中における「撮影」は、放射線源２０が予め設定された複数の位置に到達した時点で行われる個々の撮影という概念と、これら個々の撮影全体を１つの撮影として捉える概念が存在する。そこで、個々の撮影を「放射線撮影」と表記するとともに、個々の撮影全体を１つの撮影として捉えた撮影を「トモシンセシス撮影」と表記する場合がある。
【００３８】
図３Ａは、放射線源２０を正面位置に移動させた状態下での放射線撮影（いわゆるスカウト撮影）を表している。本図例では、指定領域３３は、所定の高さ（Ｚ軸位置）における照射野ＲＦの断面領域に相当する。すなわち、指定領域３３は、放射線検出器４０の画素５０（図２参照）が存在する平面領域（以下、検出領域８０という。）に対して略平行な面状領域である。このように、被写体２４内のいずれかの位置に指定領域３３を設定することで、所望の断層画像を得ることができる。この場合、断層面８４（図４Ａ参照）の高さがＺ軸正方向に位置するにつれて、指定領域３３が次第に狭くなっている。なお、説明の便宜上、指定領域３３、及び後述する図５Ａの拡張領域９０、９２は、Ｚ軸方向の厚みを有するものとして表記している。
【００３９】
図３Ｂに示すように、断層画像の生成の際に用いられる各投影データに関し、共通する投影面８２を定義する。この投影面８２は、放射線検出器４０の検出領域８０を包摂する面として定義してもよい。すなわち、投影面８２は、各投影データが実際に投影される面であり、あるいは、投影されることが演算上望ましい面である。本図例では、検出領域８０は平面状であるので、検出領域８０を包摂する投影面８２も平面状である。なお、検出領域８０は曲面状であってもよく、この場合でも上記と同様に投影面８２を定義できることは言うまでもない。
【００４０】
ところで、図３Ａに示す正面以外の位置に放射線源２０を移動させて撮影を行う場合、当該撮影における照射野ＲＦ内に、指定領域３３のすべてが収まらない場合がある。換言すれば、指定領域３３内には、当該撮影により取得された投影データを用いたとしても、逆投影できない部分領域が存在する場合がある。そこで、投影データの不足分を適宜補って画像領域（すなわち、投影領域）を拡大することで、上記した逆投影できない部分領域についても逆投影データの算出が可能になる。このように、放射線検出器４０により実際に検出された投影データと、実際に検出されなかった仮想的な投影データとを併せて用いることで、断層画像を生成する対象領域である関心領域９４（図５Ａ参照）を実質的に拡大可能であり、ユーザ（医師又は放射線技師）にとって診断上便宜である。以下、サイズが最大となるように関心領域９４を決定する方法について、図４Ａ〜図５Ｂを参照しながら説明する。
【００４１】
図４Ａに示すように、トモシンセシス撮影の開始時点において、放射線源２０から検出領域８０に向けた投影（放射線２６の照射）により、照射野ＲＦ１が形成される。放射線源２０がＹ軸正方向側に配置されているので、照射野ＲＦ１は、正面位置における照射野ＲＦ（図３Ａ参照）と比べて、Ｙ軸正方向寄りに形成される。ここで、指定領域３３を包摂する断層面８４と、照射野ＲＦ１との交線を境界線８６とする。
【００４２】
図４Ｂに示すように、トモシンセシス撮影の終了時点において、放射線源２０から検出領域８０に向けた投影（放射線２６の照射）により、照射野ＲＦ２が形成される。放射線源２０がＹ軸負方向側に配置されているので、照射野ＲＦ２は、正面位置における照射野ＲＦ（図３Ａ参照）と比べて、Ｙ軸負方向寄りに形成される。ここで、指定領域３３を包摂する断層面８４と、照射野ＲＦ２との交線を境界線８８とする。なお、図４Ａに示す境界線８６及び図４Ｂに示す境界線８８は、いずれもＸ軸方向に延在する線分である。
【００４３】
ここで、放射線検出器４０により実際に検出された投影データを少なくとも１つ用いて断層画像を生成するためには、境界線８６、８８を対辺とする関心領域９４を設定すればよい。ここで、関心領域９４は、指定領域３３に対し、拡張領域９０、９２（ハッチングで図示する。）を付加した領域に相当する。
【００４４】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、拡張領域９０は、指定領域３３のＹ軸正方向側の一辺と境界線８６とを対辺とする面状の領域である。拡張領域９２は、指定領域３３のＹ軸負方向側の一辺と境界線８８とを対辺とする面状の領域である。また、放射線源２０から拡張領域９０、９２に向けた投影（仮想的な照射野ＶＲＦ）により、検出領域８０に属さない非検出領域９５、９６がそれぞれ形成される。すなわち、放射線源２０から関心領域９４に向けた投影により、投影面８２上に投影領域９８（検出領域８０、非検出領域９５、９６の合成領域）が形成される。
【００４５】
なお、指定領域３３を含む関心領域９４は投影面８２に平行するので、投影領域９８は、関心領域９４に相似する形状を有する。本図例では、関心領域９４は矩形状であるので、その投影領域９８も矩形状である。
【００４６】
図６は、図１に示す画像再構成部１６の詳細ブロック図である。
【００４７】
画像再構成部１６は、画像メモリ３０からの投影データ等を入力するデータ入力部１００と、コンソール１８から供給された撮影条件（例えば、指定領域３３、放射線源２０等の位置情報）に基づいて関心領域９４を決定する関心領域決定部１０２と、データ入力部１００により入力された投影データ及び関心領域決定部１０２により決定された関心領域９４の位置に基づいて、該関心領域９４における断層画像を生成する断層画像生成部１０４と、例えば指定領域３３の位置を表すマークの位置を決定するマーク位置決定部１０６とを備える。
【００４８】
断層画像生成部１０４は、放射線撮影毎（又はトモシンセシス撮影毎）に投影領域９８を決定する投影領域決定部１０８と、撮影に起因する幾何学的な不鋭性を有する投影データ（画像データ）に対して空間周波数毎のスペクトル強度を補正するデータ補正部１１０と、投影データに対して外挿処理及び平滑化処理を実行することで、非検出領域９６内の複数の画素の値をそれぞれ決定するデータ決定部１１２と、データ決定部１１２により外挿処理及び平滑化処理が実行された投影データ（以下、「拡張投影データ」という場合がある。）に対して逆投影処理を行う逆投影処理部１１４とを備える。
【００４９】
データ決定部１１２は、各投影データに対し、所定方向（例えば、Ｙ軸）の垂直方向（例えば、Ｘ軸）に沿った平滑化処理を実行する平滑化処理部１１６と、前記所定方向に沿った外挿処理を実行する外挿処理部１１８とを備える。
【００５０】
本実施の形態に係る断層画像生成装置１０は、以上のように構成される。続いて、断層画像生成装置１０の動作について、図７のフローチャート及び図１〜図６を適宜参照しながら詳細に説明する。
【００５１】
ステップＳ１において、コンソール１８は、ユーザ（医師又は放射線技師）の指示操作に応じて、トモシンセシス撮影における指定領域３３を決定する。例えば、ユーザは、既に行った放射線撮影、例えば図３Ａに示すスカウト撮影における放射線画像の読影結果に基づいて、指定領域３３の範囲（Ｘ−Ｙ軸方向の位置）及び／又は高さ（Ｚ軸方向の位置）を適宜決定する。
【００５２】
ステップＳ２において、関心領域決定部１０２は、断層画像を生成する対象領域である関心領域９４を決定する。先ず、関心領域決定部１０２は、指定領域３３、放射線源２０、放射線検出器４０等に関する位置情報をコンソール１８から取得する。そして、関心領域決定部１０２は、図４Ａ（Ｙ軸位置の最大値）及び図４Ｂ（Ｙ軸位置の最小値）に示す撮影条件に基づいて、拡張領域９０、９２を決定する。この撮影条件には、例えば、放射線源２０と被写体２４との距離、放射線源２０と筐体３６（放射線検出器４０）との距離、放射線検出器４０のサイズ等が含まれる。なお、図５Ａ例では、関心領域９４のサイズが最大になるように決定しているが、図示したサイズよりも小さくしてもよい。
【００５３】
その後、関心領域決定部１０２は、決定した関心領域９４に関する位置情報を断層画像生成部１０４側に供給する。
【００５４】
ステップＳ３において、断層画像生成装置１０は、トモシンセシス撮影を開始する。投影データ取得部１４は、放射線検出装置１２に対向して設けられた放射線源２０を複数の位置に移動しながら、各位置において放射線源２０から放射線検出装置１２上の被写体２４に対して異なる方向から放射線２６を照射することで複数の投影データを取得する。その後、投影データ取得部１４は、各投影データを出力し、画像メモリ３０に一時的に記憶させる。なお、投影データ取得部１４は、後述する逆投影処理（ステップＳ９）の実行時点に同期させて各投影データを取得してもよいし、同期させずに独立して取得してもよい。各処理を同期させることで、バッファメモリとしての画像メモリ３０の容量を節約できる。
【００５５】
ステップＳ４において、データ入力部１００は、現在の撮影により取得された投影データ１２０（図８Ａ等参照）を入力する。データ入力部１００は、トモシンセシス撮影における各投影データ１２０の取得順（撮影順）に入力してもよいし、複数の投影データ１２０を一時に入力する場合、撮影順に関連付けられた識別情報をも併せて入力してもよい。また、データ入力部１００は、投影データ１２０の他、該投影データ１２０が取得された際の放射線源２０と放射線検出器４０との相対的位置関係に関する情報（以下、撮影位置情報という。）を併せて入力する。
【００５６】
ステップＳ５において、投影領域決定部１０８は、ステップＳ２で決定された関心領域９４の位置情報、及び、ステップＳ４で入力された撮影位置情報に基づいて、現在の撮影に応じた投影領域９８を決定する。本実施の形態では、投影領域決定部１０８は、放射線源２０及び放射線検出器４０の位置によらず、同一のサイズである投影領域９８を決定する。なお、投影データ１２０を格納するメモリ容量を節約するため、投影領域決定部１０８は、後述する逆投影処理（ステップＳ９）の際に使用される最小サイズの投影領域を決定してもよい。
【００５７】
ステップＳ６において、データ補正部１１０は、ステップＳ４で入力された投影データ１２０を補正する。放射線源２０からの放射線２６により形成される投影データ１２０は、撮影に起因する幾何学的な不鋭性、いわゆる画像のボケを有している。不鋭性を有する各投影データ１２０をそのまま用いて逆投影処理を実行した場合、生成された断層画像は、高空間周波数帯域におけるスペクトル強度が著しく低下する傾向がある。そこで、データ補正部１１０は、各投影データ１２０に対し、空間周波数毎のスペクトル強度を補正する。撮影形態に応じて補正量は異なるが、データ補正部１１０は、一般的には、低空間周波数帯域を抑制するとともに、高空間周波数帯域を強調するように補正する。スペクトル強度の補正手法は、長さを単位とする実空間上における畳み込み演算（すなわち、マスク演算）であっても、長さの逆数を単位とするフーリエ空間上における乗算演算（すなわち、フィルタ演算）であってもよい。
【００５８】
なお、本ステップＳ６の処理を実行した後に逆投影処理を行う手法は、フィルタ逆投影法と呼ばれている。これに対し、シフト加算法を含む単純逆投影法を用いる場合、本処理は不要である。
【００５９】
ところで、上記した不鋭性は、図５Ｂに示すように、検出領域８０を包摂する投影面８２上に投影される、放射線源２０の投影像９９の相対的な移動方向（当該方向は、後述する外挿処理を実行する所定方向にも相当する。）に沿って発生する。本図例の場合、データ補正部１１０は、各投影データ１２０に対し、Ｙ軸に沿って画像列毎に（一次元的に）補正する。その結果、Ｘ軸方向に隣接する画素間の値の差分が相対的に大きくなり、Ｘ軸方向に沿ったグラデーション画像の滑らかさが損なわれる傾向があることに留意する。
【００６０】
ステップＳ７において、平滑化処理部１１６は、ステップＳ６で補正された投影データ１２０に対し、所定方向（Ｙ軸）の垂直方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理を実行する。以下、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら詳細に説明する。
【００６１】
図８Ａは、投影領域９８（図５Ｂ参照）内における拡張投影データ１２２を模式的に表した図である。拡張投影データ１２２の一部である投影データ１２０は、複数の画素１２４から構成される。すなわち、検出領域８０内には、複数の画素１２４が二次元的に配置されている。説明の便宜上、非検出領域９６内に存在する複数の画素の記載を省略している。
【００６２】
ここで、平滑化処理部１１６は、非検出領域９６に隣接する検出領域８０内の少なくとも１つの画像列に対して、矢印方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理を実行する。平滑化処理には公知の手法、例えば、移動平均、ガウシアンフィルタを含む畳み込み演算、メディアンフィルタ、最大値／最小値フィルタを含む統計的演算、モルフォロジ演算、あるいはエッジ保存型平滑化処理等を種々用いることができる。また、平滑化処理の演算範囲は、画像列単位であってもよいし、複数の画像列に及んでもよい。
【００６３】
図８Ｂは、図８Ａに示すＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿った画素値プロファイルである。実線のグラフは平滑化処理の実行前における画素値プロファイルであり、破線のグラフは平滑化処理の実行後における画素値プロファイルである。本図から諒解されるように、平滑化処理の前後にわたって、Ｘ軸に沿った画素値の変動量が低減される。
【００６４】
なお、本ステップＳ７の平滑化処理により算出された複数の画素１２４の各値は、現在の投影データに上書き更新することなく、一時データとして記憶しておく。検出領域８０に属する画素１２４に関し、実際に検出された値をそのままの状態で、断層画像の生成に用いることが好ましいからである。
【００６５】
ステップＳ８において、外挿処理部１１８は、ステップＳ７で平滑化された一時データを用いて、所定方向（Ｙ軸）に沿った外挿処理を実行する。以下、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら詳細に説明する。
【００６６】
図９Ａは、投影領域９８（図５Ｂ参照）内における拡張投影データ１２２を模式的に表した図である。拡張投影データ１２２、投影データ１２０及び検出領域８０に関し、図８Ａと同様であるので説明を省略する。また、非検出領域９６内には、複数の画素１２６が二次元的に配置されている。説明の便宜上、Ｙ軸に沿った１行分に限り各画素１２６を図示し、非検出領域９６内に存在するその他の画素の記載を省略している。
【００６７】
ここで、外挿処理部１１８は、非検出領域９６に属するすべての画素１２６に対して、矢印方向（Ｙ軸）に沿った外挿処理を実行することで、各画素１２６の値をそれぞれ決定する。外挿処理には公知の手法、例えば、多項式、非線形関数等の関数近似法、０次式（置換）、１次式（リニア）、３次式（キュービック）等の補外法を用いることができる。また、外挿処理に使用される画素１２４の範囲は、演算に用いる外挿方法に応じて変更してもよい。例えば、０次補外の場合は１つの画素であり、１次補外の場合は２つの画素である。
【００６８】
図９Ｂは、図９Ａに示すＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿った画素値プロファイルである。検出領域８０（右側）と非検出領域９６（左側）との境界線１２８を破線で示している。なお、本図は、０次補外により、非検出領域９６内の画素１２６の各値を決定した場合におけるグラフを表している。本図から諒解されるように、非検出領域９６内の画像列に属する画素１２６の各値は、すべて同じ値（ステップＳ７で算出された一時データの値）である。
【００６９】
なお、アーチファクトの発生防止の観点から、外挿処理部１１８は、非検出領域９６内（更には、同一の画像列）に存在する画素１２６の各値がなるべく均一になるように決定することが望ましい。そこで、低次数の補外方法、より具体的には０次補外又は１次補外を用いることが好ましい。同様の観点から、境界線１２８に隣接する画素１２４の値と、画素１２６の値との差分Δが所定の範囲内に収まるようにしてもよい。このように構成することで、被写体２４の体型、関心領域９４の部位、撮影条件等の種々の組合せによらず、好適な断層画像を生成できることを確認した。
【００７０】
ステップＳ９において、逆投影処理部１１４は、ステップＳ８で取得された拡張投影データ１２２から、撮影毎の逆投影データを作成する。以下、関心領域９４内に存在する画素１３０の値を決定する方法について、図１０を参照しながら説明する。
【００７１】
図１０に示すように、画素１３０に対応する座標をＡ１（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とし、放射線源２０の位置に対応する座標をＡ２（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）とする。また、投影面８２を、Ｘ−Ｙ平面に平行であるＺ＝Ｚｐ（既知の値）に設定したとする。
【００７２】
放射線源２０から画素１３０に向けて投影された投影領域９８上の位置｛座標Ａ３（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐ）｝のうち、既知でないＸｐ及びＹｐの値は、簡単な幾何学的考察により、次の（１）式及び（２）式で算出される。
Ｘｐ＝Ｘｔ＋（Ｘｓ−Ｘｔ）・（Ｚｐ−Ｚｔ）／（Ｚｓ−Ｚｔ） ‥（１）
Ｙｐ＝Ｙｔ＋（Ｙｓ−Ｙｔ）・（Ｚｐ−Ｚｔ）／（Ｚｓ−Ｚｔ） ‥（２）
【００７３】
ここで、座標Ａ３に対応する位置は、画素１３０及び放射線源２０の位置を結ぶ直線Ｌと、投影面８２との交点である。そして、逆投影処理部１１４は、現在の画素１３０の値に対し、座標Ａ３に対応する画素１２４、１２６の値（逆投影データの値）を加算する。なお、複数の画素１２４、１２６の位置の間に座標Ａ３が存在する場合、逆投影処理部１１４は、公知の補間演算を用いて逆投影データの値を算出してもよい。このようにして、関心領域９４上に存在するすべての画素１３０について同様の演算処理（逆投影処理）を実行する。非検出領域９５、９６内の画素１２６の値を予め決定しておいたので、逆投影処理以外の別異の演算（例えば、画素１２６毎の積和演算）が不要となる。
【００７４】
ステップＳ１０において、画像再構成部１６は、すべての拡張投影データ１２２を用いた画像の再構成が完了したか否かを判別する。完了していないと判別された場合、画像再構成部１６は、ステップＳ４に戻って、ステップＳ４〜Ｓ９を順次繰り返す。すなわち、放射線２６の照射位置（角度）を異ならせた逆投影データを遂次加算することで、完成形態としての断層画像１４２（図１１Ｂ〜図１２Ｂ参照）が徐々に生成される。一方、完了したと判別された場合、次のステップ（Ｓ１１）に進む。
【００７５】
以下、平滑化処理（ステップＳ７）の効果について、図１１Ａ及び図１１Ｂを対比しながら説明する。図１１Ａは、平滑化処理を施さずに得た断層画像１３６を可視化した概略説明図である。図１１Ｂは、平滑化処理を施して得た断層画像１４２を可視化した概略説明図である。なお、断層画像１４２を生成するにあたって、図８Ａ及び図９Ａにおいて図示を省略した非検出領域９５（図５Ｂ参照）に関しても、非検出領域９６と同様にステップＳ７及びＳ８を実行している。
【００７６】
図１１Ａに示すように、平滑化処理を施さずに得た断層画像１３６の画像領域１３８、１４０（非検出領域９５、９６にそれぞれ対応する。）には、Ｙ軸方向に延在する筋状の濃度むら、いわゆるアーチファクトが発生している。一方、図１１Ｂに示すように、平滑化処理を施して得た断層画像１４２のいずれの画像領域にも、上記したアーチファクトが発生しない。このように、非検出領域９５、９６内の各画素１２６に対して、所定方向（Ｙ軸）の垂直方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理を施すことで、各拡張投影データ１２２、及びこれらを加算して得た断層画像１４２におけるアーチファクトの発生を抑制できる。フィルタ逆投影法を用いて断層画像を生成する場合、特に効果的である。
【００７７】
ところで、本発明における外挿処理を用いることで、拡張領域９０、９２に被写体２４の部位が存在するか否かにかかわらず、非検出領域９５、９６内の画素１２６の各値が決定される。すなわち、指定領域３３に被写体２４の部位が存在し、且つ、拡張領域９０、９２に被写体２４の部位が存在しない場合、画像のエネルギー（放射線２６の減衰率）が一定に保たれない場合がある。これにより、断層画像１４２をネガ出力する際、拡張領域９０、９２内の素抜け領域に対応する濃度が相対的に低くなる場合がある。すなわち、被写体２４の辺縁部（輪郭線）周辺における濃度のエッジコントラストが鈍る傾向がある。ここで、素抜け領域とは、被写体２４を通過することなく放射線２６が実際に検出された、あるいは検出され得る画像領域を意味する。
【００７８】
これに対し、断層画像生成部１０４（例えば、データ補正部１１０）は、関心領域９４内に存在する所定領域、より具体的に、被写体２４の外部領域（素抜け領域）であるはずの拡張領域９０、９２内の所定領域に属する複数の画素１３０の各値を、所定の一定値に近づける黒化処理を施してもよい。例えば、セグメンテーション手法等の公知のアルゴリズムを用いて、素抜け領域に属する画像領域を特定することができる。
【００７９】
また、生成された断層画像１４２に対して施してもよいし、各拡張投影データ１２２に対して予め施してもよい。この場合、断層画像生成部１０４は、投影領域９８内に存在する所定領域、より具体的に、被写体２４の外部領域（素抜け領域）であるはずの非検出領域９５、９６内の所定領域に属する複数の画素１２６の各値を、所定の一定値に近づける黒化処理を施す。データ処理量を低減する観点から、可能な限り少数の画像、すなわち完成した１つの断層画像１４２に対して、黒化処理を施すことが一層好ましい。
【００８０】
さらに、上述したステップＳ７（平滑化処理）において、投影データ１２０に対してエッジ保存型平滑化処理を施してもよい。これにより、被写体２４の辺縁部（輪郭線）周辺における濃度のエッジコントラストが保存されるので、素抜け領域における画像濃度の低下が抑制される。
【００８１】
このように、黒化処理を施すことで、断層画像１４２を視認する際の防眩性が高まり、ひいては画像診断性が向上する。輝度のダイナミックレンジが広いマンモグラフィ（乳房撮影画像）を出力する際、特に効果的である。
【００８２】
ステップＳ１１において、マーク位置決定部１０６は、ステップＳ４〜Ｓ９で生成された断層画像１４２（図１２Ａ参照）と併せて表示するためのマーク１４４Ｒ、１４４Ｌ（同図参照）の位置を決定する。例えば、マーク位置決定部１０６は、関心領域決定部１０２から供給された関心領域９４に関する位置情報に基づいて、指定領域３３と拡張領域９０、９２との境界線の位置を算出・決定する。
【００８３】
ステップＳ１２において、断層画像生成装置１０は、診断画像としての断層画像１４２をモニタ３４に表示させる。
【００８４】
図１２Ａに示すように、モニタ３４には、被写体２４の胸部断面を表す断層画像１４２が表示されている。Ｙ軸方向に延在する筋むらのない拡張投影データ１２２を用いることで、図１１Ｂに示すような、アーチファクトが生じない断層画像１４２が得られる。
【００８５】
断層画像１４２の左方には、ブラケット（鉤括弧）の「ブラ」を表すマーク１４４Ｌが表示されている。断層画像１４２の右方には、ブラケットの「ケット」を表すマーク１４４Ｒが表示されている。マーク１４４Ｒ、１４４Ｌを組み合わせることにより、指定領域３３の所在をユーザに知らせることができる。
【００８６】
一方、図１２Ｂは、関心領域９４の断層面８４（図４Ａ参照）の高さを変更した場合における、断層画像１４６の表示結果を示す図である。図１２Ａと同様に、断層画像１４６の左方（又は右方）には、マーク１４８Ｌ（又はマーク１４８Ｒ）が表示されている。マーク１４８Ｒ、１４８Ｌが示す縦方向の範囲は、マーク１４４Ｒ、１４４Ｌよりも狭くなっている。つまり、断層画像１４６に応じた指定領域３３は、断層画像１４２に応じた指定領域３３よりも狭くなっている。これにより、断層画像１４６の断層面８４（図４Ａ参照）が、断層画像１４２の断層面８４と比べてＺ軸正方向側に位置する旨、ユーザが把握できる。
【００８７】
また、マーク１４４Ｒ、１４４Ｌは、断層画像１４２の生成の際に用いられた複数の拡張投影データ１２２のうち、検出領域８０に属する画素１２４の加算数の分布を表すマークであってもよい。
【００８８】
例えば、図１２Ａに示す断層画像１４２と併せて表示されるマーク１４４Ｒ、１４４Ｌは、すべての拡張投影データ１２２において（１００％の割合で）、検出領域８０に属する画素１２４の値、すなわち投影データ１２０の値が用いられた画像領域を識別可能にする。さらに、加算数の分布は２つのレベル（１００％か、それ以外か）のみならず、３つ以上のレベル（例えば、５０％未満、５０〜７５％、７５％以上）であってもよい。さらに、マークの形態は、文字、図形、模様、色彩等の任意の組み合わせであってもよい。
【００８９】
以上のように、取得された各投影データ１２０に対し、所定方向（Ｙ軸）に沿った外挿処理を実行することで、特別な演算処理を要することなく断層画像１４２を生成できる。また、所定方向の垂直方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理を併せて実行し、非検出領域９５、９６内の複数の画素１２６の値をそれぞれ決定するようにしたので、外挿処理に起因して発生し得る、所定方向（Ｙ軸）に延在する筋状の濃度むらの影響を低減可能である。これにより、表現可能な領域を拡張した断層画像１４２を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、断層画像１４２上におけるアーチファクトの発生を抑制できる。
【００９０】
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【００９１】
例えば、本実施の形態では、逆投影処理部１１４は撮影毎の逆投影データをデジタル的に加算する構成を採っているが、複数回の連続撮影によって放射線検出器４０内の蓄積容量５３に電荷を遂次蓄積（アナログ的に加算）するようにしてもよい。
【００９２】
また、画像再構成部１６は、本発明の作用効果が得られる範囲内において、各演算処理の順番又は方法を適宜変形してもよい。以下、具体例を示す。
【００９３】
［１］データ決定部１１２は、ステップＳ７及びＳ８（図７参照）の順番を逆にしてもよい。この場合、データ決定部１１４は、外挿処理（ステップＳ８）の実行後に、該外挿処理により各値が一時的に決定された非検出領域９５、９６内の複数の画素１２６に対して垂直方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理（ステップＳ７）を実行する。
【００９４】
［２］逆投影処理部１１４は、データ決定部１１２の機能を備えてもよい。この場合、逆投影処理部１１４は、拡張投影データ１２２ではなく投影データ１２０を用いて、逆投影データを遂次算出する。具体的には、図１０において、座標Ａ３が検出領域８０内に存在しない場合、逆投影処理部１１４は、データ決定部１１２による演算処理と等価な演算処理をその都度実行し、座標Ａ３に対応する画素１２６の値を決定する。これにより、非検出領域９５、９６に相当するメモリ容量を削減できる。
【００９５】
［３］断層画像生成部１０４は、ステップＳ６及びＳ７（図７参照）の順番を逆にしてもよい。この場合、データ補正部１１０は、平滑化処理（ステップＳ７）の実行後に、各投影データ１２０を補正する（ステップＳ６）。これにより、検出領域８０内における高空間周波数帯域のスペクトル強度が増加する前に、一時データを作成することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１０…断層画像生成装置 １２…放射線検出装置
１４…投影データ取得部 １６…画像再構成部
１８…コンソール ２０…放射線源
２２…移動機構 ２４…被写体
２６…放射線 ２８…放射線制御部
３０…画像メモリ ３２…画像記憶部
３３…指定領域 ３４…モニタ
３６…筐体 ４０…放射線検出器
８０…検出領域 ８２…投影面
９０、９２…拡張領域 ９４…関心領域
９６…非検出領域 ９８…投影領域
１０２…関心領域決定部 １０４…断層画像生成部
１０６…マーク位置決定部 １０８…投影領域決定部
１１０…データ補正部 １１２…データ決定部
１１４…逆投影処理部 １１６…平滑化処理部
１１８…外挿処理部 １２０…投影データ
１２２…拡張投影データ １２４、１２６、１３０…画素
１４２、１４６…断層画像 １４４Ｌ（Ｒ）、１４８Ｌ（Ｒ）…マーク
【技術分野】
【０００１】
この発明は、断層画像生成装置及び断層画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、医療分野において、患部をより詳しく観察するため、放射線源を移動させて異なる角度から被写体に放射線を照射して撮影を行い、得られた投影データを適宜処理して所望の断層画像を得ることができる装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、完全にサンプリングされている視野データを用いて、部分的にサンプリングされている視野データを増強することで、視野の外部領域における画像を再構成する方法及び装置が提案されている。これにより、断層画像として表現可能な範囲を拡張可能であり、診断上便宜である。
【０００４】
また、部分的にサンプリングされた視野データの演算方法を工夫することで、断層画像上におけるアーチファクト（偽画像）の発生を抑制する手法も種々提案されている。
【０００５】
特許文献２では、逆投影データのスライス位置毎（画素毎と等価である。）に一様でない係数を割り当て、取得された各投影データに対する積和演算により断層画像を生成する装置及び方法が提案されている。
【０００６】
特許文献３では、不完全結像領域（部分的にサンプリングされた視野データ）であると判定した画素の値を所定の一定値に置き換えて塗り潰す装置及び方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２１８５３号公報
【特許文献２】特開２００５−１５２６５８号公報
【特許文献３】特開２００８−２００２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３に示されたいずれの装置及び方法によっても、断層画像の生成に要するデータ処理量が増大し、その結果、撮影終了時点から診断開始時点までの待ち時間が長くなるという不都合があった。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、表現可能な領域を拡張した断層画像を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、前記断層画像上におけるアーチファクトの発生を抑制可能な断層画像生成装置及び断層画像生成方法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】
【００１０】
本発明に係る断層画像生成装置は、被写体に対して放射線を照射可能な放射線源と、前記被写体を透過した前記放射線を検出して投影データを取得する放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との相対的位置関係を遂次変化させながらの撮影により、前記放射線検出器を介してそれぞれ取得された複数の投影データを用いて、前記放射線源と前記放射線検出器との間に介在する関心領域内における断層画像の生成を行う断層画像生成手段とを備え、断層画像生成手段は、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、前記断層画像の生成の際に併せて用いる、前記放射線検出器の検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するデータ決定部を備えることを特徴とする。
【００１１】
このように、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理を実行することで、特別な演算処理を要することなく断層画像を生成できる。また、前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を併せて実行し、非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するようにしたので、外挿処理に起因して発生し得る、所定方向に延在する筋状の濃度むらの影響を低減可能である。これにより、表現可能な領域を拡張した断層画像を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、前記断層画像上におけるアーチファクトの発生を抑制できる。
【００１２】
また、前記所定方向は、前記検出領域を包摂する投影面上に投影される、前記放射線源の相対的な移動方向に対して平行な方向であることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記断層画像生成手段は、前記関心領域の位置と前記相対的位置関係に関する情報とに基づいて、前記放射線源から前記関心領域に向けた投影により形成される、前記投影面上の投影領域を決定する投影領域決定部をさらに備え、
前記データ決定部は、前記投影領域決定部により決定された前記投影領域に属し、且つ、前記検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定することが好ましい。
【００１４】
さらに、前記投影領域決定部は、前記相対的位置関係によらず同じサイズの前記投影領域を決定することが好ましい。
【００１５】
さらに、前記断層画像生成手段は、前記撮影に起因する幾何学的な不鋭性を有する各前記投影データに対し、空間周波数毎のスペクトル強度を補正するデータ補正部をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
さらに、前記データ補正部は、前記データ決定部により前記非検出領域内の複数の画素の値を決定する前に、各前記投影データを補正することが好ましい。
【００１７】
さらに、前記データ決定部は、前記検出領域と前記非検出領域との境界に隣接する画素の値の差分が所定範囲に収まるように、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することが好ましい。
【００１８】
さらに、前記データ決定部は、０次又は１次補外による前記外挿処理を実行し、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することが好ましい。
【００１９】
さらに、前記断層画像生成手段は、前記断層画像に対し、前記関心領域内の所定領域に属する複数の画素の各値を、所定の一定値に近づける黒化処理を実行することが好ましい。
【００２０】
さらに、前記データ決定部は、前記外挿処理に供される前記検出領域内の複数の画素に対し、前記垂直方向に沿った前記平滑化処理を実行して得た各値に基づいて、前記外挿処理を実行することで、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することが好ましい。
【００２１】
さらに、前記データ決定部は、前記外挿処理の実行後に、該外挿処理により各値が一時的に決定された前記非検出領域内の複数の画素に対して前記垂直方向に沿った前記平滑化処理を実行することで、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することが好ましい。
【００２２】
さらに、前記断層画像生成手段により生成された前記断層画像と併せて、該断層画像の生成の際に用いられた、各前記検出領域に属する画素の加算数の分布を表すマークを重ねて表示する表示部をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る断層画像生成方法は、被写体に対して放射線を照射可能な放射線源と、前記被写体を透過した前記放射線を検出して投影データを取得する放射線検出器とを用いて、前記放射線源と前記放射線検出器との相対的位置関係を遂次変化させながらの撮影により、前記被写体の断層画像を生成する方法であって、前記放射線検出器を介して複数の投影データを取得するステップと、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、前記断層画像の生成の際に併せて用いる、前記放射線検出器の検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る断層画像生成装置及び断層画像生成方法によれば、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理を実行することで、特別な演算処理を要することなく断層画像を生成できる。また、前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を併せて実行し、非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するようにしたので、外挿処理に起因して発生し得る、所定方向に延在する筋状の濃度むらの影響を低減可能である。これにより、表現可能な領域を拡張した断層画像を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、前記断層画像上におけるアーチファクトの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態に係る断層画像生成装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す放射線検出装置に内蔵される放射線検出器の構成を示す回路図である。
【図３】図３Ａは、放射線源を正面位置に移動させた状態下での放射線撮影を表す概略側面図である。図３Ｂは、放射線検出器の検出領域、及び投影面の概念を表す説明図である。
【図４】図４Ａは、トモシンセシス撮影の開始時点における状態を表す概略側面図である。図４Ｂは、トモシンセシス撮影の終了時点における状態を表す概略側面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、関心領域、投影領域、検出領域、及び非検出領域の概念を表す説明図である。
【図６】図１に示す画像再構成部の機能ブロック図である。
【図７】図１に示す断層画像生成装置の動作説明に供されるフローチャートである。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、ステップＳ７における平滑化処理の具体例を表す概略説明図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、ステップＳ８における外挿処理の具体例を表す概略説明図である。
【図１０】ステップＳ９における逆投影処理の具体例を表す概略説明図である。
【図１１】図１１Ａは、平滑化処理を施さずに得た断層画像を可視化した概略説明図である。図１１Ｂは、平滑化処理を施して得た断層画像を可視化した概略説明図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、ステップＳ１２における断層画像の表示の具体例を表す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る断層画像生成方法について、これを実施する断層画像生成装置との関係において好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態に係る断層画像生成装置１０は、放射線検出装置１２と、投影データ取得部１４と、画像再構成部１６（断層画像生成手段）と、これらを制御するコンソール１８とを基本的に備える。
【００２８】
投影データ取得部１４は、放射線検出装置１２に対向して設けられた放射線源２０と、放射線源２０を予め設定された複数の位置に移動させる移動機構２２と、放射線源２０が予め設定された複数の位置に到達した時点で、放射線源２０から放射線検出装置１２上の被写体２４に対して放射線２６を照射するように制御する放射線制御部２８と、放射線検出装置１２から順次送られてくる投影データを画像メモリ３０に記憶する画像記憶部３２とを有する。
【００２９】
画像再構成部１６は、画像メモリ３０に記憶された複数の投影データを再構成することで、被写体２４の所定領域（以下、指定領域３３という。）を含む断層画像を生成する。そして、出力表示のため、画像再構成部１６は、前記断層画像を表す画像データをモニタ３４（表示部）側に供給する。
【００３０】
図１及び図２に示すように、放射線検出装置１２は、筐体３６と、筐体３６内に収容されたバッテリ３８（図２参照）と、放射線検出器４０と、検出器制御部４２（図２参照）とを有する。
【００３１】
図２に示すように、放射線検出器４０は、放射線２６を感知して電荷を発生させるアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）等の物質からなる光電変換層５１を行列状の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）５２のアレイの上に配置した構造を有する。そして、放射線検出器４０は、発生した電荷を蓄積容量５３に蓄積した後、各行毎にＴＦＴ５２を順次オンにして、電荷を画像信号として読み出す。本図では、光電変換層５１及び蓄積容量５３からなる１つの画素５０と１つのＴＦＴ５２との接続関係のみを示し、その他の画素５０の構成については省略している。なお、アモルファスセレンは、高温になると構造が変化して機能が低下してしまうため、所定の温度範囲内で使用する必要がある。よって、筐体３６内に放射線検出器４０を冷却する手段を配設することが好ましい。
【００３２】
各画素５０に接続されるＴＦＴ５２には、行方向と平行に延びるゲート線５４と、列方向と平行に延びる信号線５６とが接続される。各ゲート線５４は、ライン走査駆動部５８に接続され、各信号線５６は、読取回路を構成するマルチプレクサ６６に接続される。
【００３３】
ゲート線５４には、行方向に配列されたＴＦＴ５２をオン・オフ制御する制御信号Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆがライン走査駆動部５８から供給される。この場合、ライン走査駆動部５８は、ゲート線５４を切り替える複数の第１スイッチＳＷ１と、第１スイッチＳＷ１の１つを選択する選択信号を出力する行アドレスデコーダ６０とを備える。行アドレスデコーダ６０には、検出器制御部４２からアドレス信号が供給される。
【００３４】
また、信号線５６には、列方向に配列されたＴＦＴ５２を介して各画素５０の蓄積容量５３に保持されている電荷が流出する。この電荷は、増幅器６２によって増幅される。増幅器６２には、サンプルホールド回路６４を介してマルチプレクサ６６が接続される。マルチプレクサ６６は、信号線５６を切り替える複数の第２スイッチＳＷ２と、第２スイッチＳＷ２の１つを選択する選択信号を出力する列アドレスデコーダ６８とを備える。列アドレスデコーダ６８には、検出器制御部４２からアドレス信号が供給される。マルチプレクサ６６には、Ａ／Ｄ変換器７０が接続されている。このＡ／Ｄ変換器７０により、画素５０毎に読み出された電荷は、デジタル信号（すなわち、投影データ）に変換される。そして、検出器制御部４２を介して出力された投影データは、画像メモリ３０（図１参照）に記憶される。つまり、断層画像生成装置１０において放射線撮影が行われる度に放射線検出装置１２から投影データが出力され、出力された投影データが画像メモリ３０に（例えば時系列で）記憶される。
【００３５】
このように、投影データ取得部１４は、放射線検出装置１２に対向して設けられた放射線源２０を複数の位置に移動しながら、各位置において放射線源２０から放射線検出装置１２上の被写体２４に対して異なる方向から放射線２６を照射することによって、放射線検出装置１２から複数の投影データを取得するように動作する。
【００３６】
本実施の形態に係る断層画像生成装置１０では、放射線源２０のみを移動可能に設けているが、これに限られない。すなわち、放射線源２０及び放射線検出器４０のうち少なくとも一方を移動することで、被写体２４を異なる角度から撮影することができる。また、図１例では、放射線源２０を異なる３つの位置にそれぞれ移動・配置させた状態を表記しているが、２つ、あるいは４つ以上の位置であってもよい。さらに、放射線源２０を移動させる軌道は、図１に例示するような直線状の他、曲線状（具体的には、円弧状）であってもよい。
【００３７】
続いて、本発明の理解のために必要な用語について、図３Ａ〜図５Ｂを参照しながら説明する。ここでは、放射線検出器４０の配設位置が常時固定された撮影を例に説明する。本明細書中における「撮影」は、放射線源２０が予め設定された複数の位置に到達した時点で行われる個々の撮影という概念と、これら個々の撮影全体を１つの撮影として捉える概念が存在する。そこで、個々の撮影を「放射線撮影」と表記するとともに、個々の撮影全体を１つの撮影として捉えた撮影を「トモシンセシス撮影」と表記する場合がある。
【００３８】
図３Ａは、放射線源２０を正面位置に移動させた状態下での放射線撮影（いわゆるスカウト撮影）を表している。本図例では、指定領域３３は、所定の高さ（Ｚ軸位置）における照射野ＲＦの断面領域に相当する。すなわち、指定領域３３は、放射線検出器４０の画素５０（図２参照）が存在する平面領域（以下、検出領域８０という。）に対して略平行な面状領域である。このように、被写体２４内のいずれかの位置に指定領域３３を設定することで、所望の断層画像を得ることができる。この場合、断層面８４（図４Ａ参照）の高さがＺ軸正方向に位置するにつれて、指定領域３３が次第に狭くなっている。なお、説明の便宜上、指定領域３３、及び後述する図５Ａの拡張領域９０、９２は、Ｚ軸方向の厚みを有するものとして表記している。
【００３９】
図３Ｂに示すように、断層画像の生成の際に用いられる各投影データに関し、共通する投影面８２を定義する。この投影面８２は、放射線検出器４０の検出領域８０を包摂する面として定義してもよい。すなわち、投影面８２は、各投影データが実際に投影される面であり、あるいは、投影されることが演算上望ましい面である。本図例では、検出領域８０は平面状であるので、検出領域８０を包摂する投影面８２も平面状である。なお、検出領域８０は曲面状であってもよく、この場合でも上記と同様に投影面８２を定義できることは言うまでもない。
【００４０】
ところで、図３Ａに示す正面以外の位置に放射線源２０を移動させて撮影を行う場合、当該撮影における照射野ＲＦ内に、指定領域３３のすべてが収まらない場合がある。換言すれば、指定領域３３内には、当該撮影により取得された投影データを用いたとしても、逆投影できない部分領域が存在する場合がある。そこで、投影データの不足分を適宜補って画像領域（すなわち、投影領域）を拡大することで、上記した逆投影できない部分領域についても逆投影データの算出が可能になる。このように、放射線検出器４０により実際に検出された投影データと、実際に検出されなかった仮想的な投影データとを併せて用いることで、断層画像を生成する対象領域である関心領域９４（図５Ａ参照）を実質的に拡大可能であり、ユーザ（医師又は放射線技師）にとって診断上便宜である。以下、サイズが最大となるように関心領域９４を決定する方法について、図４Ａ〜図５Ｂを参照しながら説明する。
【００４１】
図４Ａに示すように、トモシンセシス撮影の開始時点において、放射線源２０から検出領域８０に向けた投影（放射線２６の照射）により、照射野ＲＦ１が形成される。放射線源２０がＹ軸正方向側に配置されているので、照射野ＲＦ１は、正面位置における照射野ＲＦ（図３Ａ参照）と比べて、Ｙ軸正方向寄りに形成される。ここで、指定領域３３を包摂する断層面８４と、照射野ＲＦ１との交線を境界線８６とする。
【００４２】
図４Ｂに示すように、トモシンセシス撮影の終了時点において、放射線源２０から検出領域８０に向けた投影（放射線２６の照射）により、照射野ＲＦ２が形成される。放射線源２０がＹ軸負方向側に配置されているので、照射野ＲＦ２は、正面位置における照射野ＲＦ（図３Ａ参照）と比べて、Ｙ軸負方向寄りに形成される。ここで、指定領域３３を包摂する断層面８４と、照射野ＲＦ２との交線を境界線８８とする。なお、図４Ａに示す境界線８６及び図４Ｂに示す境界線８８は、いずれもＸ軸方向に延在する線分である。
【００４３】
ここで、放射線検出器４０により実際に検出された投影データを少なくとも１つ用いて断層画像を生成するためには、境界線８６、８８を対辺とする関心領域９４を設定すればよい。ここで、関心領域９４は、指定領域３３に対し、拡張領域９０、９２（ハッチングで図示する。）を付加した領域に相当する。
【００４４】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、拡張領域９０は、指定領域３３のＹ軸正方向側の一辺と境界線８６とを対辺とする面状の領域である。拡張領域９２は、指定領域３３のＹ軸負方向側の一辺と境界線８８とを対辺とする面状の領域である。また、放射線源２０から拡張領域９０、９２に向けた投影（仮想的な照射野ＶＲＦ）により、検出領域８０に属さない非検出領域９５、９６がそれぞれ形成される。すなわち、放射線源２０から関心領域９４に向けた投影により、投影面８２上に投影領域９８（検出領域８０、非検出領域９５、９６の合成領域）が形成される。
【００４５】
なお、指定領域３３を含む関心領域９４は投影面８２に平行するので、投影領域９８は、関心領域９４に相似する形状を有する。本図例では、関心領域９４は矩形状であるので、その投影領域９８も矩形状である。
【００４６】
図６は、図１に示す画像再構成部１６の詳細ブロック図である。
【００４７】
画像再構成部１６は、画像メモリ３０からの投影データ等を入力するデータ入力部１００と、コンソール１８から供給された撮影条件（例えば、指定領域３３、放射線源２０等の位置情報）に基づいて関心領域９４を決定する関心領域決定部１０２と、データ入力部１００により入力された投影データ及び関心領域決定部１０２により決定された関心領域９４の位置に基づいて、該関心領域９４における断層画像を生成する断層画像生成部１０４と、例えば指定領域３３の位置を表すマークの位置を決定するマーク位置決定部１０６とを備える。
【００４８】
断層画像生成部１０４は、放射線撮影毎（又はトモシンセシス撮影毎）に投影領域９８を決定する投影領域決定部１０８と、撮影に起因する幾何学的な不鋭性を有する投影データ（画像データ）に対して空間周波数毎のスペクトル強度を補正するデータ補正部１１０と、投影データに対して外挿処理及び平滑化処理を実行することで、非検出領域９６内の複数の画素の値をそれぞれ決定するデータ決定部１１２と、データ決定部１１２により外挿処理及び平滑化処理が実行された投影データ（以下、「拡張投影データ」という場合がある。）に対して逆投影処理を行う逆投影処理部１１４とを備える。
【００４９】
データ決定部１１２は、各投影データに対し、所定方向（例えば、Ｙ軸）の垂直方向（例えば、Ｘ軸）に沿った平滑化処理を実行する平滑化処理部１１６と、前記所定方向に沿った外挿処理を実行する外挿処理部１１８とを備える。
【００５０】
本実施の形態に係る断層画像生成装置１０は、以上のように構成される。続いて、断層画像生成装置１０の動作について、図７のフローチャート及び図１〜図６を適宜参照しながら詳細に説明する。
【００５１】
ステップＳ１において、コンソール１８は、ユーザ（医師又は放射線技師）の指示操作に応じて、トモシンセシス撮影における指定領域３３を決定する。例えば、ユーザは、既に行った放射線撮影、例えば図３Ａに示すスカウト撮影における放射線画像の読影結果に基づいて、指定領域３３の範囲（Ｘ−Ｙ軸方向の位置）及び／又は高さ（Ｚ軸方向の位置）を適宜決定する。
【００５２】
ステップＳ２において、関心領域決定部１０２は、断層画像を生成する対象領域である関心領域９４を決定する。先ず、関心領域決定部１０２は、指定領域３３、放射線源２０、放射線検出器４０等に関する位置情報をコンソール１８から取得する。そして、関心領域決定部１０２は、図４Ａ（Ｙ軸位置の最大値）及び図４Ｂ（Ｙ軸位置の最小値）に示す撮影条件に基づいて、拡張領域９０、９２を決定する。この撮影条件には、例えば、放射線源２０と被写体２４との距離、放射線源２０と筐体３６（放射線検出器４０）との距離、放射線検出器４０のサイズ等が含まれる。なお、図５Ａ例では、関心領域９４のサイズが最大になるように決定しているが、図示したサイズよりも小さくしてもよい。
【００５３】
その後、関心領域決定部１０２は、決定した関心領域９４に関する位置情報を断層画像生成部１０４側に供給する。
【００５４】
ステップＳ３において、断層画像生成装置１０は、トモシンセシス撮影を開始する。投影データ取得部１４は、放射線検出装置１２に対向して設けられた放射線源２０を複数の位置に移動しながら、各位置において放射線源２０から放射線検出装置１２上の被写体２４に対して異なる方向から放射線２６を照射することで複数の投影データを取得する。その後、投影データ取得部１４は、各投影データを出力し、画像メモリ３０に一時的に記憶させる。なお、投影データ取得部１４は、後述する逆投影処理（ステップＳ９）の実行時点に同期させて各投影データを取得してもよいし、同期させずに独立して取得してもよい。各処理を同期させることで、バッファメモリとしての画像メモリ３０の容量を節約できる。
【００５５】
ステップＳ４において、データ入力部１００は、現在の撮影により取得された投影データ１２０（図８Ａ等参照）を入力する。データ入力部１００は、トモシンセシス撮影における各投影データ１２０の取得順（撮影順）に入力してもよいし、複数の投影データ１２０を一時に入力する場合、撮影順に関連付けられた識別情報をも併せて入力してもよい。また、データ入力部１００は、投影データ１２０の他、該投影データ１２０が取得された際の放射線源２０と放射線検出器４０との相対的位置関係に関する情報（以下、撮影位置情報という。）を併せて入力する。
【００５６】
ステップＳ５において、投影領域決定部１０８は、ステップＳ２で決定された関心領域９４の位置情報、及び、ステップＳ４で入力された撮影位置情報に基づいて、現在の撮影に応じた投影領域９８を決定する。本実施の形態では、投影領域決定部１０８は、放射線源２０及び放射線検出器４０の位置によらず、同一のサイズである投影領域９８を決定する。なお、投影データ１２０を格納するメモリ容量を節約するため、投影領域決定部１０８は、後述する逆投影処理（ステップＳ９）の際に使用される最小サイズの投影領域を決定してもよい。
【００５７】
ステップＳ６において、データ補正部１１０は、ステップＳ４で入力された投影データ１２０を補正する。放射線源２０からの放射線２６により形成される投影データ１２０は、撮影に起因する幾何学的な不鋭性、いわゆる画像のボケを有している。不鋭性を有する各投影データ１２０をそのまま用いて逆投影処理を実行した場合、生成された断層画像は、高空間周波数帯域におけるスペクトル強度が著しく低下する傾向がある。そこで、データ補正部１１０は、各投影データ１２０に対し、空間周波数毎のスペクトル強度を補正する。撮影形態に応じて補正量は異なるが、データ補正部１１０は、一般的には、低空間周波数帯域を抑制するとともに、高空間周波数帯域を強調するように補正する。スペクトル強度の補正手法は、長さを単位とする実空間上における畳み込み演算（すなわち、マスク演算）であっても、長さの逆数を単位とするフーリエ空間上における乗算演算（すなわち、フィルタ演算）であってもよい。
【００５８】
なお、本ステップＳ６の処理を実行した後に逆投影処理を行う手法は、フィルタ逆投影法と呼ばれている。これに対し、シフト加算法を含む単純逆投影法を用いる場合、本処理は不要である。
【００５９】
ところで、上記した不鋭性は、図５Ｂに示すように、検出領域８０を包摂する投影面８２上に投影される、放射線源２０の投影像９９の相対的な移動方向（当該方向は、後述する外挿処理を実行する所定方向にも相当する。）に沿って発生する。本図例の場合、データ補正部１１０は、各投影データ１２０に対し、Ｙ軸に沿って画像列毎に（一次元的に）補正する。その結果、Ｘ軸方向に隣接する画素間の値の差分が相対的に大きくなり、Ｘ軸方向に沿ったグラデーション画像の滑らかさが損なわれる傾向があることに留意する。
【００６０】
ステップＳ７において、平滑化処理部１１６は、ステップＳ６で補正された投影データ１２０に対し、所定方向（Ｙ軸）の垂直方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理を実行する。以下、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら詳細に説明する。
【００６１】
図８Ａは、投影領域９８（図５Ｂ参照）内における拡張投影データ１２２を模式的に表した図である。拡張投影データ１２２の一部である投影データ１２０は、複数の画素１２４から構成される。すなわち、検出領域８０内には、複数の画素１２４が二次元的に配置されている。説明の便宜上、非検出領域９６内に存在する複数の画素の記載を省略している。
【００６２】
ここで、平滑化処理部１１６は、非検出領域９６に隣接する検出領域８０内の少なくとも１つの画像列に対して、矢印方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理を実行する。平滑化処理には公知の手法、例えば、移動平均、ガウシアンフィルタを含む畳み込み演算、メディアンフィルタ、最大値／最小値フィルタを含む統計的演算、モルフォロジ演算、あるいはエッジ保存型平滑化処理等を種々用いることができる。また、平滑化処理の演算範囲は、画像列単位であってもよいし、複数の画像列に及んでもよい。
【００６３】
図８Ｂは、図８Ａに示すＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿った画素値プロファイルである。実線のグラフは平滑化処理の実行前における画素値プロファイルであり、破線のグラフは平滑化処理の実行後における画素値プロファイルである。本図から諒解されるように、平滑化処理の前後にわたって、Ｘ軸に沿った画素値の変動量が低減される。
【００６４】
なお、本ステップＳ７の平滑化処理により算出された複数の画素１２４の各値は、現在の投影データに上書き更新することなく、一時データとして記憶しておく。検出領域８０に属する画素１２４に関し、実際に検出された値をそのままの状態で、断層画像の生成に用いることが好ましいからである。
【００６５】
ステップＳ８において、外挿処理部１１８は、ステップＳ７で平滑化された一時データを用いて、所定方向（Ｙ軸）に沿った外挿処理を実行する。以下、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら詳細に説明する。
【００６６】
図９Ａは、投影領域９８（図５Ｂ参照）内における拡張投影データ１２２を模式的に表した図である。拡張投影データ１２２、投影データ１２０及び検出領域８０に関し、図８Ａと同様であるので説明を省略する。また、非検出領域９６内には、複数の画素１２６が二次元的に配置されている。説明の便宜上、Ｙ軸に沿った１行分に限り各画素１２６を図示し、非検出領域９６内に存在するその他の画素の記載を省略している。
【００６７】
ここで、外挿処理部１１８は、非検出領域９６に属するすべての画素１２６に対して、矢印方向（Ｙ軸）に沿った外挿処理を実行することで、各画素１２６の値をそれぞれ決定する。外挿処理には公知の手法、例えば、多項式、非線形関数等の関数近似法、０次式（置換）、１次式（リニア）、３次式（キュービック）等の補外法を用いることができる。また、外挿処理に使用される画素１２４の範囲は、演算に用いる外挿方法に応じて変更してもよい。例えば、０次補外の場合は１つの画素であり、１次補外の場合は２つの画素である。
【００６８】
図９Ｂは、図９Ａに示すＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿った画素値プロファイルである。検出領域８０（右側）と非検出領域９６（左側）との境界線１２８を破線で示している。なお、本図は、０次補外により、非検出領域９６内の画素１２６の各値を決定した場合におけるグラフを表している。本図から諒解されるように、非検出領域９６内の画像列に属する画素１２６の各値は、すべて同じ値（ステップＳ７で算出された一時データの値）である。
【００６９】
なお、アーチファクトの発生防止の観点から、外挿処理部１１８は、非検出領域９６内（更には、同一の画像列）に存在する画素１２６の各値がなるべく均一になるように決定することが望ましい。そこで、低次数の補外方法、より具体的には０次補外又は１次補外を用いることが好ましい。同様の観点から、境界線１２８に隣接する画素１２４の値と、画素１２６の値との差分Δが所定の範囲内に収まるようにしてもよい。このように構成することで、被写体２４の体型、関心領域９４の部位、撮影条件等の種々の組合せによらず、好適な断層画像を生成できることを確認した。
【００７０】
ステップＳ９において、逆投影処理部１１４は、ステップＳ８で取得された拡張投影データ１２２から、撮影毎の逆投影データを作成する。以下、関心領域９４内に存在する画素１３０の値を決定する方法について、図１０を参照しながら説明する。
【００７１】
図１０に示すように、画素１３０に対応する座標をＡ１（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とし、放射線源２０の位置に対応する座標をＡ２（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）とする。また、投影面８２を、Ｘ−Ｙ平面に平行であるＺ＝Ｚｐ（既知の値）に設定したとする。
【００７２】
放射線源２０から画素１３０に向けて投影された投影領域９８上の位置｛座標Ａ３（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐ）｝のうち、既知でないＸｐ及びＹｐの値は、簡単な幾何学的考察により、次の（１）式及び（２）式で算出される。
Ｘｐ＝Ｘｔ＋（Ｘｓ−Ｘｔ）・（Ｚｐ−Ｚｔ）／（Ｚｓ−Ｚｔ） ‥（１）
Ｙｐ＝Ｙｔ＋（Ｙｓ−Ｙｔ）・（Ｚｐ−Ｚｔ）／（Ｚｓ−Ｚｔ） ‥（２）
【００７３】
ここで、座標Ａ３に対応する位置は、画素１３０及び放射線源２０の位置を結ぶ直線Ｌと、投影面８２との交点である。そして、逆投影処理部１１４は、現在の画素１３０の値に対し、座標Ａ３に対応する画素１２４、１２６の値（逆投影データの値）を加算する。なお、複数の画素１２４、１２６の位置の間に座標Ａ３が存在する場合、逆投影処理部１１４は、公知の補間演算を用いて逆投影データの値を算出してもよい。このようにして、関心領域９４上に存在するすべての画素１３０について同様の演算処理（逆投影処理）を実行する。非検出領域９５、９６内の画素１２６の値を予め決定しておいたので、逆投影処理以外の別異の演算（例えば、画素１２６毎の積和演算）が不要となる。
【００７４】
ステップＳ１０において、画像再構成部１６は、すべての拡張投影データ１２２を用いた画像の再構成が完了したか否かを判別する。完了していないと判別された場合、画像再構成部１６は、ステップＳ４に戻って、ステップＳ４〜Ｓ９を順次繰り返す。すなわち、放射線２６の照射位置（角度）を異ならせた逆投影データを遂次加算することで、完成形態としての断層画像１４２（図１１Ｂ〜図１２Ｂ参照）が徐々に生成される。一方、完了したと判別された場合、次のステップ（Ｓ１１）に進む。
【００７５】
以下、平滑化処理（ステップＳ７）の効果について、図１１Ａ及び図１１Ｂを対比しながら説明する。図１１Ａは、平滑化処理を施さずに得た断層画像１３６を可視化した概略説明図である。図１１Ｂは、平滑化処理を施して得た断層画像１４２を可視化した概略説明図である。なお、断層画像１４２を生成するにあたって、図８Ａ及び図９Ａにおいて図示を省略した非検出領域９５（図５Ｂ参照）に関しても、非検出領域９６と同様にステップＳ７及びＳ８を実行している。
【００７６】
図１１Ａに示すように、平滑化処理を施さずに得た断層画像１３６の画像領域１３８、１４０（非検出領域９５、９６にそれぞれ対応する。）には、Ｙ軸方向に延在する筋状の濃度むら、いわゆるアーチファクトが発生している。一方、図１１Ｂに示すように、平滑化処理を施して得た断層画像１４２のいずれの画像領域にも、上記したアーチファクトが発生しない。このように、非検出領域９５、９６内の各画素１２６に対して、所定方向（Ｙ軸）の垂直方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理を施すことで、各拡張投影データ１２２、及びこれらを加算して得た断層画像１４２におけるアーチファクトの発生を抑制できる。フィルタ逆投影法を用いて断層画像を生成する場合、特に効果的である。
【００７７】
ところで、本発明における外挿処理を用いることで、拡張領域９０、９２に被写体２４の部位が存在するか否かにかかわらず、非検出領域９５、９６内の画素１２６の各値が決定される。すなわち、指定領域３３に被写体２４の部位が存在し、且つ、拡張領域９０、９２に被写体２４の部位が存在しない場合、画像のエネルギー（放射線２６の減衰率）が一定に保たれない場合がある。これにより、断層画像１４２をネガ出力する際、拡張領域９０、９２内の素抜け領域に対応する濃度が相対的に低くなる場合がある。すなわち、被写体２４の辺縁部（輪郭線）周辺における濃度のエッジコントラストが鈍る傾向がある。ここで、素抜け領域とは、被写体２４を通過することなく放射線２６が実際に検出された、あるいは検出され得る画像領域を意味する。
【００７８】
これに対し、断層画像生成部１０４（例えば、データ補正部１１０）は、関心領域９４内に存在する所定領域、より具体的に、被写体２４の外部領域（素抜け領域）であるはずの拡張領域９０、９２内の所定領域に属する複数の画素１３０の各値を、所定の一定値に近づける黒化処理を施してもよい。例えば、セグメンテーション手法等の公知のアルゴリズムを用いて、素抜け領域に属する画像領域を特定することができる。
【００７９】
また、生成された断層画像１４２に対して施してもよいし、各拡張投影データ１２２に対して予め施してもよい。この場合、断層画像生成部１０４は、投影領域９８内に存在する所定領域、より具体的に、被写体２４の外部領域（素抜け領域）であるはずの非検出領域９５、９６内の所定領域に属する複数の画素１２６の各値を、所定の一定値に近づける黒化処理を施す。データ処理量を低減する観点から、可能な限り少数の画像、すなわち完成した１つの断層画像１４２に対して、黒化処理を施すことが一層好ましい。
【００８０】
さらに、上述したステップＳ７（平滑化処理）において、投影データ１２０に対してエッジ保存型平滑化処理を施してもよい。これにより、被写体２４の辺縁部（輪郭線）周辺における濃度のエッジコントラストが保存されるので、素抜け領域における画像濃度の低下が抑制される。
【００８１】
このように、黒化処理を施すことで、断層画像１４２を視認する際の防眩性が高まり、ひいては画像診断性が向上する。輝度のダイナミックレンジが広いマンモグラフィ（乳房撮影画像）を出力する際、特に効果的である。
【００８２】
ステップＳ１１において、マーク位置決定部１０６は、ステップＳ４〜Ｓ９で生成された断層画像１４２（図１２Ａ参照）と併せて表示するためのマーク１４４Ｒ、１４４Ｌ（同図参照）の位置を決定する。例えば、マーク位置決定部１０６は、関心領域決定部１０２から供給された関心領域９４に関する位置情報に基づいて、指定領域３３と拡張領域９０、９２との境界線の位置を算出・決定する。
【００８３】
ステップＳ１２において、断層画像生成装置１０は、診断画像としての断層画像１４２をモニタ３４に表示させる。
【００８４】
図１２Ａに示すように、モニタ３４には、被写体２４の胸部断面を表す断層画像１４２が表示されている。Ｙ軸方向に延在する筋むらのない拡張投影データ１２２を用いることで、図１１Ｂに示すような、アーチファクトが生じない断層画像１４２が得られる。
【００８５】
断層画像１４２の左方には、ブラケット（鉤括弧）の「ブラ」を表すマーク１４４Ｌが表示されている。断層画像１４２の右方には、ブラケットの「ケット」を表すマーク１４４Ｒが表示されている。マーク１４４Ｒ、１４４Ｌを組み合わせることにより、指定領域３３の所在をユーザに知らせることができる。
【００８６】
一方、図１２Ｂは、関心領域９４の断層面８４（図４Ａ参照）の高さを変更した場合における、断層画像１４６の表示結果を示す図である。図１２Ａと同様に、断層画像１４６の左方（又は右方）には、マーク１４８Ｌ（又はマーク１４８Ｒ）が表示されている。マーク１４８Ｒ、１４８Ｌが示す縦方向の範囲は、マーク１４４Ｒ、１４４Ｌよりも狭くなっている。つまり、断層画像１４６に応じた指定領域３３は、断層画像１４２に応じた指定領域３３よりも狭くなっている。これにより、断層画像１４６の断層面８４（図４Ａ参照）が、断層画像１４２の断層面８４と比べてＺ軸正方向側に位置する旨、ユーザが把握できる。
【００８７】
また、マーク１４４Ｒ、１４４Ｌは、断層画像１４２の生成の際に用いられた複数の拡張投影データ１２２のうち、検出領域８０に属する画素１２４の加算数の分布を表すマークであってもよい。
【００８８】
例えば、図１２Ａに示す断層画像１４２と併せて表示されるマーク１４４Ｒ、１４４Ｌは、すべての拡張投影データ１２２において（１００％の割合で）、検出領域８０に属する画素１２４の値、すなわち投影データ１２０の値が用いられた画像領域を識別可能にする。さらに、加算数の分布は２つのレベル（１００％か、それ以外か）のみならず、３つ以上のレベル（例えば、５０％未満、５０〜７５％、７５％以上）であってもよい。さらに、マークの形態は、文字、図形、模様、色彩等の任意の組み合わせであってもよい。
【００８９】
以上のように、取得された各投影データ１２０に対し、所定方向（Ｙ軸）に沿った外挿処理を実行することで、特別な演算処理を要することなく断層画像１４２を生成できる。また、所定方向の垂直方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理を併せて実行し、非検出領域９５、９６内の複数の画素１２６の値をそれぞれ決定するようにしたので、外挿処理に起因して発生し得る、所定方向（Ｙ軸）に延在する筋状の濃度むらの影響を低減可能である。これにより、表現可能な領域を拡張した断層画像１４２を生成する際、その生成に要するデータ処理量を低減しつつも、断層画像１４２上におけるアーチファクトの発生を抑制できる。
【００９０】
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【００９１】
例えば、本実施の形態では、逆投影処理部１１４は撮影毎の逆投影データをデジタル的に加算する構成を採っているが、複数回の連続撮影によって放射線検出器４０内の蓄積容量５３に電荷を遂次蓄積（アナログ的に加算）するようにしてもよい。
【００９２】
また、画像再構成部１６は、本発明の作用効果が得られる範囲内において、各演算処理の順番又は方法を適宜変形してもよい。以下、具体例を示す。
【００９３】
［１］データ決定部１１２は、ステップＳ７及びＳ８（図７参照）の順番を逆にしてもよい。この場合、データ決定部１１４は、外挿処理（ステップＳ８）の実行後に、該外挿処理により各値が一時的に決定された非検出領域９５、９６内の複数の画素１２６に対して垂直方向（Ｘ軸）に沿った平滑化処理（ステップＳ７）を実行する。
【００９４】
［２］逆投影処理部１１４は、データ決定部１１２の機能を備えてもよい。この場合、逆投影処理部１１４は、拡張投影データ１２２ではなく投影データ１２０を用いて、逆投影データを遂次算出する。具体的には、図１０において、座標Ａ３が検出領域８０内に存在しない場合、逆投影処理部１１４は、データ決定部１１２による演算処理と等価な演算処理をその都度実行し、座標Ａ３に対応する画素１２６の値を決定する。これにより、非検出領域９５、９６に相当するメモリ容量を削減できる。
【００９５】
［３］断層画像生成部１０４は、ステップＳ６及びＳ７（図７参照）の順番を逆にしてもよい。この場合、データ補正部１１０は、平滑化処理（ステップＳ７）の実行後に、各投影データ１２０を補正する（ステップＳ６）。これにより、検出領域８０内における高空間周波数帯域のスペクトル強度が増加する前に、一時データを作成することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１０…断層画像生成装置 １２…放射線検出装置
１４…投影データ取得部 １６…画像再構成部
１８…コンソール ２０…放射線源
２２…移動機構 ２４…被写体
２６…放射線 ２８…放射線制御部
３０…画像メモリ ３２…画像記憶部
３３…指定領域 ３４…モニタ
３６…筐体 ４０…放射線検出器
８０…検出領域 ８２…投影面
９０、９２…拡張領域 ９４…関心領域
９６…非検出領域 ９８…投影領域
１０２…関心領域決定部 １０４…断層画像生成部
１０６…マーク位置決定部 １０８…投影領域決定部
１１０…データ補正部 １１２…データ決定部
１１４…逆投影処理部 １１６…平滑化処理部
１１８…外挿処理部 １２０…投影データ
１２２…拡張投影データ １２４、１２６、１３０…画素
１４２、１４６…断層画像 １４４Ｌ（Ｒ）、１４８Ｌ（Ｒ）…マーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に対して放射線を照射可能な放射線源と、
前記被写体を透過した前記放射線を検出して投影データを取得する放射線検出器と、
前記放射線源と前記放射線検出器との相対的位置関係を遂次変化させながらの撮影により、前記放射線検出器を介してそれぞれ取得された複数の投影データを用いて、前記放射線源と前記放射線検出器との間に介在する関心領域内における断層画像の生成を行う断層画像生成手段と
を備え、
前記断層画像生成手段は、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、前記断層画像の生成の際に併せて用いる、前記放射線検出器の検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するデータ決定部を備える
ことを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記所定方向は、前記検出領域を包摂する投影面上に投影される、前記放射線源の相対的な移動方向に対して平行な方向であることを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記断層画像生成手段は、前記関心領域の位置と前記相対的位置関係に関する情報とに基づいて、前記放射線源から前記関心領域に向けた投影により形成される、前記投影面上の投影領域を決定する投影領域決定部をさらに備え、
前記データ決定部は、前記投影領域決定部により決定された前記投影領域に属し、且つ、前記検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定する
ことを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記投影領域決定部は、前記相対的位置関係によらず同じサイズの前記投影領域を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置において、
前記断層画像生成手段は、前記撮影に起因する幾何学的な不鋭性を有する各前記投影データに対し、空間周波数毎のスペクトル強度を補正するデータ補正部をさらに備えることを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記データ補正部は、前記データ決定部により前記非検出領域内の複数の画素の値を決定する前に、各前記投影データを補正することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置において、
前記データ決定部は、前記検出領域と前記非検出領域との境界に隣接する画素の値の差分が所定範囲に収まるように、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置において、
前記データ決定部は、０次又は１次補外による前記外挿処理を実行し、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置において、
前記断層画像生成手段は、前記断層画像に対し、前記関心領域内の所定領域に属する複数の画素の各値を、所定の一定値に近づける黒化処理を実行することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置において、
前記データ決定部は、前記外挿処理に供される前記検出領域内の複数の画素に対し、前記垂直方向に沿った前記平滑化処理を実行して得た各値に基づいて、前記外挿処理を実行することで、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置において、
前記データ決定部は、前記外挿処理の実行後に、該外挿処理により各値が一時的に決定された前記非検出領域内の複数の画素に対して前記垂直方向に沿った前記平滑化処理を実行することで、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置において、
前記断層画像生成手段により生成された前記断層画像と併せて、該断層画像の生成の際に用いられた、各前記検出領域に属する画素の加算数の分布を表すマークを重ねて表示する表示部をさらに備えることを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項１３】
被写体に対して放射線を照射可能な放射線源と、前記被写体を透過した前記放射線を検出して投影データを取得する放射線検出器とを用いて、前記放射線源と前記放射線検出器との相対的位置関係を遂次変化させながらの撮影により、前記被写体の断層画像を生成する方法であって、
前記放射線検出器を介して複数の投影データを取得するステップと、
取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、前記断層画像の生成の際に併せて用いる、前記放射線検出器の検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するステップと
を備えることを特徴とする断層画像生成方法。
【請求項１】
被写体に対して放射線を照射可能な放射線源と、
前記被写体を透過した前記放射線を検出して投影データを取得する放射線検出器と、
前記放射線源と前記放射線検出器との相対的位置関係を遂次変化させながらの撮影により、前記放射線検出器を介してそれぞれ取得された複数の投影データを用いて、前記放射線源と前記放射線検出器との間に介在する関心領域内における断層画像の生成を行う断層画像生成手段と
を備え、
前記断層画像生成手段は、取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、前記断層画像の生成の際に併せて用いる、前記放射線検出器の検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するデータ決定部を備える
ことを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記所定方向は、前記検出領域を包摂する投影面上に投影される、前記放射線源の相対的な移動方向に対して平行な方向であることを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記断層画像生成手段は、前記関心領域の位置と前記相対的位置関係に関する情報とに基づいて、前記放射線源から前記関心領域に向けた投影により形成される、前記投影面上の投影領域を決定する投影領域決定部をさらに備え、
前記データ決定部は、前記投影領域決定部により決定された前記投影領域に属し、且つ、前記検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定する
ことを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記投影領域決定部は、前記相対的位置関係によらず同じサイズの前記投影領域を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置において、
前記断層画像生成手段は、前記撮影に起因する幾何学的な不鋭性を有する各前記投影データに対し、空間周波数毎のスペクトル強度を補正するデータ補正部をさらに備えることを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記データ補正部は、前記データ決定部により前記非検出領域内の複数の画素の値を決定する前に、各前記投影データを補正することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置において、
前記データ決定部は、前記検出領域と前記非検出領域との境界に隣接する画素の値の差分が所定範囲に収まるように、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置において、
前記データ決定部は、０次又は１次補外による前記外挿処理を実行し、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置において、
前記断層画像生成手段は、前記断層画像に対し、前記関心領域内の所定領域に属する複数の画素の各値を、所定の一定値に近づける黒化処理を実行することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置において、
前記データ決定部は、前記外挿処理に供される前記検出領域内の複数の画素に対し、前記垂直方向に沿った前記平滑化処理を実行して得た各値に基づいて、前記外挿処理を実行することで、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置において、
前記データ決定部は、前記外挿処理の実行後に、該外挿処理により各値が一時的に決定された前記非検出領域内の複数の画素に対して前記垂直方向に沿った前記平滑化処理を実行することで、前記非検出領域内の複数の画素の値を決定することを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置において、
前記断層画像生成手段により生成された前記断層画像と併せて、該断層画像の生成の際に用いられた、各前記検出領域に属する画素の加算数の分布を表すマークを重ねて表示する表示部をさらに備えることを特徴とする断層画像生成装置。
【請求項１３】
被写体に対して放射線を照射可能な放射線源と、前記被写体を透過した前記放射線を検出して投影データを取得する放射線検出器とを用いて、前記放射線源と前記放射線検出器との相対的位置関係を遂次変化させながらの撮影により、前記被写体の断層画像を生成する方法であって、
前記放射線検出器を介して複数の投影データを取得するステップと、
取得された各前記投影データに対し、所定方向に沿った外挿処理及び前記所定方向の垂直方向に沿った平滑化処理を実行することで、前記断層画像の生成の際に併せて用いる、前記放射線検出器の検出領域に属さない非検出領域内の複数の画素の値をそれぞれ決定するステップと
を備えることを特徴とする断層画像生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５５９７１（Ｐ２０１３−５５９７１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４４６４（Ｐ２０１１−１９４４６４）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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