JP5141832B2 - 放射線断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明の構成は放射線源と、ＦＰＤとを備えた放射線断層撮影装置に関し、特に、放射線源とＦＰＤとが互いに反対方向に同期移動しながら一連の透視画像を撮影し、これを基に被検体の断層画像を取得する放射線断層撮影装置に関する。

医療機関には、被検体の断層画像を取得する放射線撮影装置５１が配備されている。この様な放射線撮影装置５１には、放射線を照射する放射線源５３と、放射線を検出するＦＰＤ５４とが同期的に移動しながら一連の透視画像を連写し、一連の透視画像を重ね合わせることで断層画像を取得する構成となっているものがある（図１６参照）。この様な放射線撮影装置５１においては、一連の透視画像の撮影中、放射線源５３とＦＰＤ５４とが被検体の体軸方向に互いに近づくように移動し、放射線源５３とＦＰＤ５４との体軸方向における位置が一致した状態となったあと、放射線源５３とＦＰＤ５４とが体軸方向に互いに遠ざかるように移動する。この様な放射線撮影装置は、例えば引用文献１に記載されている（特許文献１参照）。

放射線源５３には、コリメータ５３ａが付設されており、コリメータ５３ａを調節することで放射線源５３から放射線が照射される範囲を制限することができる。被検体の関心部位にのみ放射線が当たるようにコリメータ５３ａを調節すれば、被検体の無用な被曝を抑制することができる（図１７参照）。

放射線撮影装置５１が上述のような断層画像を撮影する際の動作について説明する。まず、放射線源５３は、移動しながら間歇的に放射線を照射する。つまり一度の照射が終了する毎に放射線源５３は被検体の体軸方向に移動し、再び放射線の照射を行う。こうして７４枚の透視画像が取得され、これらが重ね合わせられる。完成した画像は、被検体をある裁断面で裁断したときの断層像が写りこんだ断層画像となっている。
特開２００２−２６３０９３号公報

しかしながら、上述のような従来構成には次のような問題点がある。
すなわち、従来構成の放射線撮影装置５１は、透視画像に写り込んだコリメータ５３ａの影が断層画像の取得に悪影響を与えてしまう。コリメータ５３ａを調節して、ＦＰＤ５４に向けて出射される放射線ビームＢの幅を狭めると、それに応じてＦＰＤ５４における放射線が入射する範囲は狭くなり、図１７に示すように、ＦＰＤ５４の周縁部には放射線は入射しなくなる。

取得された７４枚の透視画像は、ＦＰＤ５４の全域についての画像となっている。従って、放射線ビームＢが狭められた状態においても、透視画像は、ＦＰＤ５４の全域を写し込んだものとなっているので透視画像の周縁部は、放射線を検出しなかったＦＰＤ５４の周縁部を表示することになる。すると、放射線ビームＢが狭められた状態で取得された透視画像の周縁部には額縁状の暗部領域が現れる。この暗部領域は透視画像に写り込むコリメータ５３ａの影である。

額縁状の暗部領域を残したまま透視画像を重ね合わせて断層画像を取得しようとすると、コリメータ５３ａの影も断層画像に重畳してしまう。放射線撮影装置５１は、撮影方向を変更しながら複数の透視画像を撮影し、これらに形状を変えながら写り込んでいる被検体の投影像を基に断層画像を生成する。コリメータ５３ａの影は、被検体の構造とは無関係に表れるものである。したがって、透視画像を重ね合わせて断層画像を取得しようとすると、被検体の構造とは無関係な影が重ね合わせられながら被検体の像の再構成が行われることになる。

すると、断層画像がコリメータ５３ａの影に影響されて乱れる。この画像の乱れは、コリメータ５３ａの影と被検体の像との境界部において特に激しくなっている。より具体的には、図１８に示すように、断層画像ＤにおけるＦＰＤ５４と放射線源５３とが移動する方向（断層画像Ｄの縦方向）の両端において画像が顕著に乱れてしまう。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数枚の透視画像から断層画像を取得する放射線断層撮影装置において、コリメータを調節してＦＰＤの一部にしか放射線が照射されない場合であっても、透視画像に写り込むコリメータの影に影響されずに視認性に優れた断層画像を取得できる放射線断層撮影装置を提供することにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線断層撮影装置は、被検体に放射線を照射する放射線源と、放射線源から照射される放射線をコリメートするコリメータと、被検体に照射された放射線を検出する放射線検出手段と、放射線源と放射線検出手段とに挟まれる位置に配置される被検体を載置する天板と、放射線源と放射線検出手段とを天板に沿った移動方向に同期的かつ互いに反対方向に移動させる移動手段と、移動手段を制御する移動制御手段と、放射線検出手段が出力する検出信号を基に透視画像を生成する画像生成手段と、透視画像におけるコリメータの影が写り込んでいる影領域とコリメータの影が写り込んでいない非影領域との境界の位置を透視画像から特定する境界特定手段と、境界の位置を参照して透視画像における影領域を非影領域、または影領域の画素値よりも非影領域の画素値に近い画素値を示す補完値を用いて補完して補完画像を生成する画像補完手段と、放射線源と、放射線検出手段とが移動されながら連写された一連の透視画像から生成された一連の補完画像を重ね合わせて断層画像を生成する重ね合わせ手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明に係る放射線断層撮影装置は、放射線源から照射される放射線をコリメートするコリメータが備えられている。透視画像には、このコリメータの影が写り込んだ影領域が生じる。本発明によれば、透視画像における影領域と非影領域の境界を特定し、透視画像における影領域を非影領域、または影領域の画素値よりも非影領域の画素値に近い画素値を示す補完値を用いて補完して補完画像を生成する。そして、この補完画像を用いて断層画像を生成するようになっている。コリメータは、放射線照射の範囲を制限する目的で設けられているので、放射線を透過させない。従って、透視画像の影領域は、非影領域と比べて極端に暗いものとなり、断層画像の生成に邪魔である。本発明によれば、この極端に暗い領域の除去処理が行われてから断層画像が生成されるので、断層画像は、コリメータの影に乱されることなく視認性に優れたものとなる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、境界特定手段は、透視画像における移動方向と直交する直交方向に伸びるとともに透視画像の移動方向の端部に表れる境界の位置を特定し、画像補完手段は、透視画像の非影領域に属するとともに直交方向に横長の短冊状領域を取得し、短冊状領域を透視画像の影領域に移動方向に配列することで補完画像を生成すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、補完画像の生成についての具体的な構成を示すものである。すなわち、境界特定手段は、透視画像における直交方向に伸びるとともに透視画像の移動方向の端部に表れる境界の位置を特定する。そして、画像補完手段は、透視画像の非影領域に属するとともに直交方向に横長の短冊状領域を取得し、この短冊状領域を影領域に配列することで、影領域を補完する。この様にすれば、断層画像において特に画像の乱れの激しい移動方向の端部において、画像の視認性を向上させることができる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、境界特定手段は、透視画像における移動方向に縦長の判定用領域の一部の範囲について作用する画像フィルタを透視画像における移動方向に移動させながら次々と作用させることにより境界を特定すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、透視画像における影領域と、非影領域との境界を特定する具体的な構成を示すものである。すなわち、境界の特定は、透視画像の一部（判定用領域）について行われるので、動作が高速なものとなる。そして、判定用領域の一部に作用する画像フィルタを繰り返し作用させることで、この領域の全域に画像処理を行う。この様にすれば、単純な画像処理方法で容易に境界を特定することができる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、境界特定手段は、判定用領域における移動方向の１端部から判定用領域の中央部側に向けて画像フィルタを次々と作用させればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、画像フィルタの作用のさせ方についての具体的な構成を示すものである。すなわち、画像フィルタは、判定用領域における移動方向の１端部から判定用領域の中央部側に向けて作用される。コリメータの影は、透視画像の周縁部に表れるので、画像フィルタを透視画像の端部から作用させるようにすれば、より迅速に境界を特定することができる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、境界特定手段は、判定用領域における移動方向の１端部について境界を特定し終えると、今度は判定用領域における移動方向の他端部から判定用領域の中央部側に向けて画像フィルタを次々と作用させ判定用領域における移動方向の他端部について境界を特定し、画像補完手段は、特定された２つの境界の位置を参照し、透視画像における２カ所の影領域をそれぞれ補完すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、画像フィルタの作用のさせ方についてのさらに具体的な構成を示すものである。すなわち、画像フィルタは、判定用領域における１端部において境界を特定し終えると、今度は判定用領域における他端部から画像フィルタを作用させ、別の境界を特定する。コリメータの影は、一般には透視画像の両端部に表れることからすれば、この様な構成とすることで、２カ所の境界をいち早く特定することができる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、境界特定手段が用いる画像フィルタは、ｍ行ｎ列の行列を用いた微分フィルタであればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、画像フィルタの具体的な構成を示している。画像フィルタが微分フィルタであれば、影領域と非影領域との境界に見られる画素値の急峻な変化を見逃すことが無く、より確実に境界を特定することができる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、微分フィルタの行が並んでいる方向は透視画像における移動方向であり、画像補完手段は、透視画像の非影領域において境界からｍ画素だけ離れた位置から短冊状領域を取得すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、影領域の補完に用いる短冊状領域の取得について具体的な構成を示している。微分フィルタを用いても、影領域と非影領域との境目がどこに存しているかを正確に判別することは難しい。本発明によれば、短冊状領域を確実に非影領域に存在させる目的で、非影領域において境界からある程度離れた位置から短冊状領域を取得する。この時の短冊状領域と境界との距離は、微分フィルタの行数だけ離れれば十分である。

また、上述の放射線断層撮影装置において、境界特定手段は、直交方向に幅を有する判定用領域を直交方向に平均して、直交方向の画素の幅が１画素分となっているプロファイルを生成し、画像フィルタは、このプロファイルに作用すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、境界の特定において、より高速で動作する構成を示している。判定用領域を一度プロファイル化して作用させれば、画像フィルタを用いた処理がより高速となる。

実施例１に係るＸ線撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係るコリメータの構成を説明する斜視図である。 実施例１に係るＦＰＤの構成を説明する模式図である。 実施例１に係る断層撮影の原理について説明する模式図である。 実施例１に係るＸ線透視画像について説明する模式図である。 実施例１に係るコリメータの影により断層画像が乱れる原理を説明する模式図である。 実施例１に係るコリメータの影により断層画像が乱れる原理を説明する模式図である。 実施例１に係るコリメータの影により断層画像が乱れる原理を説明する模式図である。 実施例１に係る境界特定部の動作を説明するフローチャートである。 実施例１に係る境界特定部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る境界特定部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る境界特定部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る境界特定部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る画像補完部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る画像補完部の動作を説明する模式図である。 従来構成のＸ線撮影装置の構成を説明する模式図である。 従来構成のＸ線撮影装置の構成を説明する模式図である。 従来構成のＸ線撮影装置の構成を説明する模式図である。

ｂ 境界
Ｃ 補完画像
ｃｐ プロファイル
Ｄ 断層画像
Ｆ 微分フィルタ（画像フィルタ）
Ｊ 判定用領域
Ｐ Ｘ線透視画像（透視画像）
Ｒ１ 影領域
Ｒ２ 非影領域
ｔ 短冊状領域
３ Ｘ線管（放射線源）
３ａ コリメータ
４ ＦＰＤ（放射線検出手段）
７ 同期移動機構（移動手段）
８ 同期移動制御部（移動制御手段）
１１ 画像生成部（画像生成手段）
１２ 境界特定部（境界特定手段）
１３ 画像補完部（画像補完手段）
１４ 重ね合わせ部（重ね合わせ手段）

次に、本発明に係る放射線断層撮影装置の実施例を図面を参照しながら説明する。なお、実施例におけるＸ線は、本発明の構成の放射線に相当する。

図１は、実施例１に係る放射線断層撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。図１に示すように、実施例１に係るＸ線撮影装置１は、Ｘ線断層撮影の対象である被検体Ｍを載置する天板２と、天板２の上部（天板２の１面側）に設けられた被検体Ｍに対してコーン状のＸ線ビームを照射するＸ線管３と、天板２の下部（天板の他面側）に設けられ、被検体Ｍの透過Ｘ線像を検出するシート状のフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、ＦＰＤと略記）４と、コーン状のＸ線ビームの中心軸とＦＰＤ４の中心点とが常に一致する状態でＸ線管３とＦＰＤ４との各々を被検体Ｍの関心部位を挟んで互いに反対方向に同期移動させる同期移動機構７と、これを制御する同期移動制御部８と、ＦＰＤ４のＸ線を検出するＸ線検出面を覆うように設けられた散乱Ｘ線を吸収するＸ線グリッド５とを備えている。この様に、天板２は、Ｘ線管３とＦＰＤ４とに挟まれる位置に配置されている。Ｘ線管３は、本発明の放射線源に相当し、ＦＰＤ４は、本発明の放射線検出手段に相当する。また、同期移動制御部８は、本発明の移動制御手段に相当し、同期移動機構７は、本発明の移動手段に相当する。

Ｘ線管３は、Ｘ線管制御部６の制御にしたがってコーン状でパルス状のＸ線ビームを被検体Ｍに対して繰り返し照射する構成となっている。このＸ線管３には、Ｘ線ビームを角錐となっているコーン状にコリメートするコリメータ３ａが付属している。そして、このＸ線管３と、ＦＰＤ４はＸ線透視画像を撮像する撮像系３，４を生成している。

そして、さらに実施例１に係るＸ線撮影装置１は、各制御部６，８を統括的に制御する主制御部２５と、断層画像を表示する表示部２７とを備えている。この主制御部２５は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各制御部６，８，２２および後述の各部１１，１２，１３，１４を実現している。

同期移動機構７は、Ｘ線管３とＦＰＤ４とを同期させて移動させる構成となっている。この同期移動機構７は、同期移動制御部８の制御にしたがって被検体Ｍの体軸方向Ａに平行な直線軌道（天板２の長手方向）に沿ってＸ線管３を直進移動させる。このＸ線管３とＦＰＤ４との移動方向は、天板２の長手方向に一致してる。しかも、検査中、Ｘ線管３の照射するコーン状のＸ線ビームは、常に被検体Ｍの関心部位に向かって照射されるようになっており、このＸ線照射角度は、Ｘ線管３の角度を変更することによって、たとえば初期角度−２０°から最終角度２０°まで変更される。この様なＸ線照射角度の変更は、Ｘ線管傾斜機構９が行う。

また、同期移動機構７は、上述のＸ線管３の直進移動に同期して、天板２の下部に設けられたＦＰＤ４を被検体Ｍの体軸方向Ａ（天板２の長手方向）に直進移動させる。そして、その移動方向は、Ｘ線管３の移動方向と反対方向となっている。つまり、Ｘ線管３が移動することによって照射源位置と照射方向が変化するコーン状のＸ線ビームは、常にＦＰＤ４のＸ線検出面の全面で受光される構成となっている。このように、一度の検査において、ＦＰＤ４は、Ｘ線管３と互いに反対方向に同期して移動しながら、たとえば７４枚のＸ線透視画像Ｐを取得するようになっている。具体的には、撮像系３，４は、実線の位置を初期位置として、破線で示した位置を介して、図１に示した一点鎖線で示す位置まで対向移動する。すなわち、Ｘ線管３とＦＰＤ４の位置を変化させながら複数のＸ線透視画像が撮影されることになる。ところで、コーン状のＸ線ビームは常にＦＰＤ４のＸ線検出面の全面で受光されるので、撮影中コーン状のＸ線ビームの中心軸は、常にＦＰＤ４の中心点と一致している。また、撮影中、ＦＰＤ４の中心は、直進移動するが、この移動はＸ線管３の移動の反対方向となっている。つまり、体軸方向ＡにＸ線管３とＦＰＤ４とを同期的、かつ互いに反対方向に移動させる構成となっている。

Ｘ線撮影装置１に設けられるコリメータ３ａについて説明する。コリメータ３ａは、Ｘ線管３に付設されており、Ｘ線管３から照射されるＸ線をコリメートして、４角錐形状（コーン状）のＸ線ビームＢとするものである。

このコリメータ３ａの詳細について説明する。コリメータ３ａは、図２に示すように、中心軸Ｃを基準として鏡像対称に移動する１対のリーフ３ｂを有し、同じく中心軸Ｃを基準として鏡像対称に移動するもう１対のリーフ３ｂを備えている。このコリメータ３ａは、リーフ３ｂを移動させることで、ＦＰＤ４が有する検出面の全面にコーン状のＸ線ビームＢを照射させることもできれば、たとえば、ＦＰＤ４の中心部分だけにファン状のＸ線ビームＢを照射させることもできる。なお、中心軸Ｃは、Ｘ線ビームＢの中心を示す軸ともなっている。なお、リーフ３ｂの対の一方は、４角錐形状となっているＸ線ビームの被検体軸方向の広がりを調整するものであり、もう一方のリーフ３ｂの対は、Ｘ線ビームの被検体体側方向の広がりを調整するものである。コリメータ３ａの開度の変更は、コリメータ移動機構２１が行う。コリメータ制御部２２は、コリメータ移動機構２１を制御するものである。

ＦＰＤ４の構成について説明する。ＦＤＰ４のＸ線を検出する検出面には、図３に示すように、Ｘ線を検出するＸ線検出素子４ａが縦横に配列している。Ｘ線検出素子４ａは、被検体Ｍの体軸方向Ａに例えば１，０２４個、被検体Ｍの体側方向Ｓに例えば１，０２４個配列している。その配列ピッチは、体軸方向Ａ，体側方向Ｓ共に、３００μｍとなっている。後述の画像生成部１１が出力するＸ線透視画像Ｐは、各Ｘ線検出素子４ａが出力した検出信号を基に生成されたものであり、Ｘ線検出素子４ａと同様に画素が２次元的に配列されて構成されている。

また、ＦＰＤ４の後段には、そこから出力される検出信号を基にＸ線透視画像Ｐを生成する画像生成部１１が備えられており（図１参照）、この画像生成部１１の更に後段には、Ｘ線透視画像Ｐを用いて所定の画像解析を行う境界特定部１２と、Ｘ線透視画像Ｐの補完処理を行う画像補完部１３と、複数の画像を重ね合わせて断層画像Ｄを生成する重ね合わせ部１４とを備えている。重ね合わせ部１４は、本発明の重ね合わせ手段に相当し、境界特定部１２は、本発明の境界特定手段に相当する。また、画像補完部１３は、本発明の画像補完手段に相当し、画像生成部１１は、本発明の画像生成手段に相当する。

続いて、実施例１に係るＸ線撮影装置１の断層画像の取得原理について説明する。図４は、実施例１に係るＸ線撮影装置の断層画像の取得方法を説明する図である。例えば、天板２に平行な（鉛直方向に対して水平な）基準裁断面ＭＡについて説明すると、図４に示すように、基準裁断面ＭＡに位置する点Ｐ，Ｑが、常にＦＰＤ４のＸ線検出面の不動点ｐ，ｑのそれぞれに投影されるように、Ｘ線管３によるコーン状のＸ線ビームＢの照射方向に合わせてＦＰＤ４をＸ線管３の反対方向に同期移動させながら一連のＸ線透視画像Ｐが画像生成部１１にて生成される。一連のＸ線透視画像Ｐには、被検体Ｍの投影像が位置を変えながら写り込んでいる。そして、この一連のＸ線透視画像Ｐ（正確には、後述の補完処理を施した補完画像Ｃ）を重ね合わせ部１４にて重ね合わせれば、基準裁断面ＭＡに位置する像（たとえば、不動点ｐ，ｑ）が集積され、Ｘ線断層画像としてイメージングされることになる。一方、基準裁断面ＭＡに位置しない点Ｉは、ＦＰＤ４における投影位置を変化させながら一連の被検体画像に点ｉとして写り込んでいる。この様な点ｉは、不動点ｐ，ｑとは異なり、重ね合わせ部１４でＸ線透視画像を重ね合わせる段階で像を結ばずにボケる。このように、一連のＸ線透視画像Ｐ（補完画像Ｃ）の重ね合わせを行うことにより、被検体Ｍの基準裁断面ＭＡに位置する像のみが写り込んだＸ線断層画像が得られる。このように、Ｘ線透視画像を単純に重ね合わせると、基準裁断面ＭＡにおけるＸ線断層画像が得られる。基準裁断面ＭＡの鉛直方向の位置が本発明の基準裁断位置である。

さらに、重ね合わせ部１４の設定を変更することにより、基準裁断面ＭＡに水平な任意の裁断位置においても、同様な断層画像を得ることができる。撮影中、ＦＰＤ４において上記点ｉの投影位置は移動するが、投影前の点Ｉと基準裁断面ＭＡとの離間距離が大きくなるにしたがって、この移動速度は増加する。これを利用して、取得された一連の被検体画像を所定のピッチで体軸方向Ａにずらしながら、重ね合わせれば、基準裁断面ＭＡに平行な裁断位置におけるＸ線断層画像が得られる。このような一連の被検体画像の重ね合わせは、重ね合わせ部１４が行う。この様にして断層画像を取得する方法をフィルターバックプロジェクションと呼ぶ。

画像生成部１１が生成するＸ線透視画像Ｐの具体例について説明する。Ｘ線透視画像Ｐには、図５に示すように、Ｘ線透視画像Ｐを縁取るように額縁状の暗い領域が表れ、この暗い領域の内部に被検体Ｍの像が表れる。暗い領域は、コリメータ３ａのリーフ３ｂの影が写り込んでおり、被検体Ｍの像が写り込んでいない影領域Ｒ１である。影領域Ｒ１の内部の矩形の領域は、リーフ３ｂの影が写り込んでいない非影領域Ｒ２であり、被検体Ｍの像が写り込んでいる。リーフ３ｂは、Ｘ線を通さないので、影領域Ｒ１の画素値は、非影領域Ｒ２の画素値と比べて極端に暗い。

撮像系３，４を移動させながら撮影されたＸ線透視画像Ｐを比較すると、被検体Ｍの像が図５の縦方向（撮像系３，４の移動方向に相当する方向）にズレながらＸ線透視画像Ｐに写り込んでいる。これは、撮像系３，４の位置が移動方向に変化することによって、ＦＰＤ４に投影される被検体Ｍの投影の形状が変化していくことによる。一方、一連のＸ線透視画像Ｐに写り込んでいるリーフ３ｂの影は、被検体Ｍの像のズレに追従せず、どのＸ線透視画像Ｐにも同じように表れている。

もし仮に、Ｘ線透視画像Ｐをそのまま用いて断層画像Ｄを取得しようとすると、被検体Ｍの内部構造とは何ら関係のないリーフ３ｂの影も余計に足しあわされて断層画像Ｄが生成されることになり、特に断層画像Ｄの縦方向（撮像系３，４の移動方向に相当する方向）の両端部において、被検体Ｍの断層像が乱れる。

この断層像の乱れの原理について説明する。図６に示す被検体Ｍの内部の点ｐを含む裁断面ＭＢにおける被検体Ｍの断層画像を生成するものとする。図６を参照すれば、点ｐのＦＰＤ４に写り込む位置は、撮像系３，４の移動によって、次第にＦＰＤ４の端に移動していることが分かる。すなわち、撮像系３，４が実線の位置にあるときには、点ｐはＸ線ビームの中央部に位置しており、撮像系３，４が一点鎖線の位置まできたときには、点ｐはＸ線ビームの端部に位置するようになっている。

これを、７４枚のＸ線透視画像Ｐに点ｐがどのように写り込んでいるかを模式的に表せば図７のようになる。図中のＸ線透視画像Ｐ１は、１番目に撮影された画像を示しており、図６における撮像系３，４が実線の位置にあるとき取得された画像を表しており、図中のＸ線透視画像Ｐ３７は、３７番目に撮影された画像を示しており、図６における撮像系３，４が破線の位置にあるとき取得された画像を表している。また、図中のＸ線透視画像Ｐ７４は、７４番目に撮影された画像を示しており、図６における撮像系３，４が一点鎖線の位置にあるとき取得された画像を表している。各画像を比較すれば分かるように、Ｘ線透視画像Ｐを取得された順に比較すると、点ｐはＸ線透視画像Ｐの下端に向けて移動する。点ｐは、移動しながら全てのＸ線透視画像Ｐに写り込んでいる。

コリメータ３ａを有する実施例１の構成の場合、実際は、図８のように各Ｘ線透視画像Ｐに影領域Ｒ１が表れている。図８に示すように、Ｘ線透視画像Ｐのいずれにもコリメータ３ａのリーフ３ｂの影が写り込んでおり、各Ｘ線透視画像Ｐの周縁部に写り込むはずの被検体Ｍの像は、影領域Ｒ１によって隠されてしまう。点ｐの場合について言えば、Ｘ線透視画像Ｐを連写していくに従い、点ｐがＸ線透視画像Ｐの下端側に移動して、遂に影領域Ｒ１によって隠されてしまう。このように、点ｐは、全てのＸ線透視画像Ｐに写り込んでいない。

図８に示すようなＸ線透視画像Ｐを使って断層画像Ｄに点ｐを結像させようとすると、輝度が極端に暗い影領域Ｒ１も一緒に足し合わされてしまい、点ｐの画素値は、極端に暗いものとなる。この様な断層画像Ｄの乱れは、断層画像Ｄにおける撮像系３，４の移動方向に相当する方向を縦方向としたときの、上端部、下端部において特に顕著である。

実施例１の境界特定部１２，画像補完部１３は、この断層画像Ｄの画像の乱れを軽減する目的で設けられている。まずは、境界特定部１２の動作について説明する。境界特定部１２の動作は、図９に示すように、Ｘ線透視画像Ｐから判定用領域Ｊを取得し（判定用領域取得ステップＳ１）、この判定用領域Ｊからプロファイルｃｐを取得する（プロファイル取得ステップＳ２）。続いて、プロファイルｃｐにフィルタ処理を行い（フィルタステップＳ３）、その結果から図５で説明した影領域Ｒ１と非影領域Ｒ２との境界ｂを特定する（境界特定ステップＳ４）。以降、これらの各ステップについて順を追って説明する。

＜判定用領域取得ステップＳ１＞
まず、境界特定部１２は、Ｘ線透視画像Ｐを画像生成部１１より取得し、境界ｂを発見するための判定に用いる領域を設定する。図１０は、境界特定部１２が設定した判定用領域Ｊを示している。判定用領域Ｊは、Ｘ線透視画像Ｐの縦方向（移動方向）に沿って縦長の領域であり、Ｘ線透視画像Ｐの縦方向の両端を含んでいる。また、判定用領域Ｊは、Ｘ線透視画像Ｐの横方向（撮像系３，４の移動方向に直交する直交方向）に例えば６４〜１２８画素分の幅を有しており、Ｘ線透視画像Ｐの横方向の中央に位置している。

＜プロファイル取得ステップＳ２＞
次に、境界特定部１２は、判定用領域Ｊを基にプロファイルｃｐを取得する。図１１は、そのときの境界特定部１２の動作を示している。境界特定部１２は、判定用領域Ｊの横方向（直交方向）に配列した画素の画素値を平均して、平均値を算出する。境界特定部１２は、このような平均値を判定用領域Ｊの縦方向（移動方向）に次々と算出することで平均値が縦方向に配列したプロファイルｃｐを生成する。このプロファイルｃｐは、平均値が１列に配列した１次元データである。

＜フィルタステップＳ３＞
そして、境界特定部１２は、プロファイルｃｐにフィルタ処理を行う。具体的には、９行１列の行列で規定される微分フィルタＦをプロファイルｃｐの一部の範囲について作用させ、これを繰り返すことでプロファイルｃｐの全域について微分値の算出を行う。この様にすれば、微分フィルタＦを判定用領域Ｊの全域について簡単に作用させることができる。この具体的な様子は図１２に示されており、境界特定部１２は、まず始めにプロファイルｃｐの１端部における９画素分の幅を有する位置Ｇについて微分フィルタＦを作用させ［図１２（ａ）参照］、それから、微分フィルタＦの作用させる位置Ｇをプロファイルｃｐの１画素ずつずらしながら他端側に移動させ、次々とプロファイルｃｐの微分値を取得する［図１２（ｂ）参照］。この様に次々と微分値を求めていくと、やがて微分フィルタＦを用いたフィルタ処理は、コリメータ３ａのリーフ３ｂの影が写り込んだ暗い部分と、被検体Ｍが写り込んだ明るい部分の境目に到達する［図１２（ｃ）］。すると、フィルタ処理当初から０に近い値をとり続けていた微分値は、この部分で極端な値をとることになる。微分フィルタＦは、本発明の画像フィルタに相当する。

境界特定部１２は、Ｘ線透視画像Ｐの１端部について境界ｂを特定し終えると、今度はプロファイルｃｐの他端部（図１２に示されているプロファイルｃｐの端部とは反対側の端部）からプロファイルｃｐの中央部側に向けて微分フィルタＦを次々と作用させ、プロファイルｃｐの他端部について境界ｂを特定する。こうして、境界特定部１２は、Ｘ線透視画像Ｐの２カ所について境界ｂを特定する。

＜境界特定ステップＳ４＞
図１３は、プロファイルｃｐと微分値との相関を表している。微分値は、プロファイルｃｐの影領域Ｒ１に由来する部分と、非影領域Ｒ２に由来する部分との間で、極端に高い値をとなっている。境界特定部１２は、記憶部２３に記憶されている閾値を読み出して、この微分値のピークの絶対値が閾値以上となっている場合、この微分値のピークを影領域Ｒ１と非影領域Ｒ２との境界ｂであると特定し、境界ｂの位置データを画像補完部１３に送出する。これをもって、境界特定部１２の動作は終了となる。以上のように、境界特定部１２は、Ｘ線透視画像ＰにおけるＸ線透視画像Ｐの移動方向の端部（上端部、下端部）のそれぞれに表れる境界ｂの位置を特定する。

次に、画像補完部１３の動作について説明する。画像補完部１３には、画像生成部１１が生成したＸ線透視画像Ｐ，および上述の境界ｂの位置データが送られてきている。画像補完部１３は、境界ｂの位置を参照してＸ線透視画像Ｐにおける影領域Ｒ１を非影領域Ｒ２で補完して補完画像Ｃを生成する。具体的には、補完画像Ｃは次のように生成される。

まず、画像補完部１３は、Ｘ線透視画像Ｐの中から補完に用いる短冊状領域ｔを設定する。この設定方法としては、図１４に示すように、画像補完部１３はまず、Ｘ線透視画像Ｐにおける境界ｂの位置を取得し、そこから、非照射領域側に９画素だけ縦方向（撮像系３，４の移動方向に相当する方向）離れた位置を取得する。そして、画像補完部１３は画像補完部１３は、その位置における横方向（直交方向）に縦長の短冊状領域ｔを設定するのである。この短冊状領域ｔは、縦方向に１画素分の幅を有し、Ｘ線透視画像Ｐの横方向の両端を含んでいる。この様に、画像補完部１３は、Ｘ線透視画像Ｐの非影領域Ｒ２において境界ｂから９画素だけ離れた位置から短冊状領域ｔを取得する。

画像補完部１３が境界ｂから９画素だけ離れた位置を短冊状領域ｔとした意味について説明する。この９という離間の幅は、上述のフィルタステップＳ３で用いられた微分フィルタＦを規定する行列が有する縦方向の幅と一致させたものとなっている。微分フィルタＦは、プロファイルｃｐにおけるプロファイルｃｐの影領域Ｒ１に由来する部分と、非影領域Ｒ２に由来する部分とに跨って作用された時に極端な微分値を出力する。しかし、この時、影領域Ｒ１と非影領域Ｒ２との境目が微分フィルタＦが作用された９画素のうちのどこに存しているかを正確に判別することは難しい。そこで、影領域Ｒ１と非影領域Ｒ２との境目が微分フィルタＦの端部にあったとしても確実に短冊状領域ｔを確実に非影領域Ｒ２に存在させる目的で、画像補完部１３は、境界特定部１２が特定した境界ｂの位置からＸ線透視画像Ｐの中央部に向かう方向に９画素だけ離れた位置を短冊状領域ｔとする構成となっているのである。以上のように画像補完部１３は、Ｘ線透視画像Ｐの非影領域Ｒ２に属している横長の短冊状領域ｔを取得し、短冊状領域ｔをＸ線透視画像Ｐの影領域Ｒ１に縦方向に配列することで補完画像Ｃを生成する。

画像補完部１３は、図１５に示すように、境界ｂの位置からＸ線透視画像Ｐの下端側に向けて、短冊状領域ｔを縦方向に配列することで、Ｘ線透視画像Ｐの影領域Ｒ１を補完する。また、より確実にＸ線透視画像Ｐの影領域Ｒ１を消去する目的で、境界ｂの位置からＸ線透視画像Ｐの中央部に向かう方向に９画素だけ離れた位置を起点として補完を行ってもよい。

＜Ｘ線撮影装置の動作＞
次に、Ｘ線撮影装置１の動作について説明する。実施例１に係るＸ線撮影装置１を用いて断層画像Ｄを取得するには、まず天板２に被検体Ｍが載置される。そして術者が操作卓２６を通じて、Ｘ線透視画像Ｐの取得の指示を行うと、同期移動制御部８は、Ｘ線管３，およびＦＰＤ４を所定の初期位置までに移動させる。このときの撮像系３，４は、図１の実線に示すような配置となっている。すなわち、初期位置におけるＸ線管３は、体軸方向Ａ（天板２の長手方向）の前段に位置し、ＦＰＤ４は、体軸方向Ａの後段に位置している。このときＸ線管３は、初期角度−２０度まで傾斜されている。

Ｘ線管制御部６は、Ｘ線管３を制御し、Ｘ線管３は所定のパルス幅、管電圧、管電流でＸ線ビームをＦＰＤ４に向けて照射する。Ｘ線ビームは、天板２を透過した後、ＦＰＤ４に入射する。画像生成部１１は、ＦＰＤ４が出力した検出信号をＸ線透視画像Ｐに組み立てる。

以降、同期移動制御部８は、Ｘ線管３，およびＦＰＤ４を同期的かつ互いに反対方向に移動させる。Ｘ線管制御部６は、移動の最中にＸ線ビームを間歇的に照射し、画像生成部１１は、その度ごとにＸ線透視画像Ｐを生成する。こうして、一連のＸ線透視画像Ｐが生成される。このとき、同期移動制御部８は、Ｘ線管３を体軸方向Ａの後段側に移動させ、ＦＰＤ４を体軸方向Ａの前段側に移動させる。

そして、同期移動制御部８は、Ｘ線管３，およびＦＰＤ４を所定の最終位置までに移動させる。このときの撮像系３，４は、図１の一点鎖線に示すような配置となっている。すなわち、最終位置におけるＸ線管３は、体軸方向Ａ（天板２の長手方向）の後段に位置し、ＦＰＤ４は、体軸方向Ａの前段に位置している。このときＸ線管３は、最終角度２０度まで傾斜されている。この状態で最後のＸ線透視画像Ｐが取得され、一連のＸ線透視画像Ｐの取得は終了となる。Ｘ線透視画像Ｐは、実施例１においては７４枚取得される。

Ｘ線透視画像Ｐが生成される度に境界特定部１２は、境界ｂの位置を特定する。具体的には、境界特定部１２は、Ｘ線透視画像Ｐの１端側から境界ｂを検索し、境界ｂの位置が特定された後、Ｘ線透視画像Ｐの他端側から境界ｂを検索し、再び境界ｂの位置を特定する。これにより、Ｘ線透視画像Ｐの縦方向の両端に分かれて表れるコリメータ３ａのリーフ３ｂの影の位置を特定することができる。

境界ｂの位置が特定される度に画像補完部１３は、Ｘ線透視画像Ｐの縦方向の両端について影領域Ｒ１の補完を行う。こうして生成された補完画像Ｃは、重ね合わせ部１４に送出される。一連の補完画像Ｃは、重ね合わせ部１４に送出される。重ね合わせ部１４は、一連の補完画像Ｃを被検体Ｍの体軸方向にずらしながら重ね合わせ、所定の裁断面における被検体Ｍの断層像が写りこんだ断層画像Ｄを生成する。この断層画像Ｄは、影領域Ｒ１の影響を受けずに診断に好適な被検体Ｍの断層像を写し込んだものとなっている。断層画像Ｄが表示部２７に表示されて動作は終了となる。

以上のように、実施例１に係るＸ線断層撮影装置は、Ｘ線管３から照射されるＸ線をコリメートするコリメータ３ａが備えられている。Ｘ線透視画像Ｐには、このコリメータ３ａの影が写り込んだ影領域Ｒ１が生じる。実施例１によれば、Ｘ線透視画像Ｐにおける影領域Ｒ１と非影領域Ｒ２の境界を特定し、Ｘ線透視画像Ｐにおける影領域Ｒ１を非影領域Ｒ２で補完して補完画像Ｃを生成する。そして、この補完画像Ｃを用いて断層画像Ｄを生成するようになっている。コリメータ３ａは、Ｘ線照射の範囲を制限する目的で設けられているので、Ｘ線を透過させない。従って、Ｘ線透視画像Ｐの影領域Ｒ１は、非影領域Ｒ２と比べて極端に暗いものとなる。実施例１によれば、この極端に暗い領域の除去処理が行われてから断層画像Ｄが生成されるので、断層画像Ｄは、コリメータ３ａの影に乱されることなく視認性に優れたものとなる。

また、境界特定部１２は、Ｘ線透視画像Ｐにおける直交方向に伸びるとともにＸ線透視画像Ｐの移動方向の端部に表れる境界の位置を特定する。そして、画像補完部１３は、Ｘ線透視画像Ｐの非影領域Ｒ２に属するとともに直交方向に横長の短冊状領域ｔを取得し、この短冊状領域ｔを影領域Ｒ１に配列することで、影領域Ｒ１を補完する。この様にすれば、断層画像Ｄにおいて特に画像の乱れの激しい移動方向の端部において、画像の視認性を向上させることができる。

上述の構成における微分フィルタＦは、プロファイルｃｐにおける移動方向の１端部から判定用領域Ｊの中央部側に向けて作用される。コリメータ３ａの影は、Ｘ線透視画像Ｐの周縁部に表れるので、微分フィルタＦをＸ線透視画像Ｐの端部から作用させるようにすれば、より迅速に境界を特定することができる。

また、微分フィルタＦは、プロファイルｃｐにおける１端部において境界を特定し終えると、今度はプロファイルｃｐにおける他端部から微分フィルタＦを作用させ、別の境界を特定する。コリメータ３ａの影は、一般にはＸ線透視画像Ｐの両端部に表れることからすれば、この様な構成とすることで、２カ所の境界をいち早く特定することができる。

また、微分フィルタＦを用いる方法によれば、影領域Ｒ１と非影領域Ｒ２との境目がどこに存しているかを正確に判別することは難しい。そこで実施例１によれば、短冊状領域ｔを確実に非影領域Ｒ２に存在させる目的で、非影領域Ｒ２において境界からある程度離れた位置から短冊状領域ｔを取得する。この時の短冊状領域ｔと境界との距離は、微分フィルタの行数だけ離れれば十分である。

本発明は上述の実施例の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例は、医用の装置であったが、本発明は、工業用や、原子力用の装置に適用することもできる。

（２）上述した実施例のいうＸ線は、本発明における放射線の一例である。したがって、本発明は、Ｘ線以外の放射線にも適応できる。

（３）上述した実施例は、非影領域Ｒ２の一部の短冊状領域ｔを用いて影領域Ｒ１を補完していたが、本発明はこの構成に限られない。短冊状領域ｔを用いた動作の代わりに、影領域Ｒ１の画素値を非影領域Ｒ２の画素値の平均値に置き換えることで影領域Ｒ１を補完するようにしてもよい。この平均値が示す画素値は、影領域Ｒ１の画素値よりも非影領域Ｒ２の画素値に近い値となっている。平均値は、本発明の補完値の一例である。

（４）また、短冊状領域ｔを用いた動作の代わりに、影領域Ｒ１の画素値をＸ線撮影前に決められた所定の置換値（グレー値）に置き換えることで影領域Ｒ１を補完するようにしてもよい。置換値は、Ｘ線透視画像Ｐと同一の条件でＸ線透視撮影を行った結果決定される値で、記憶部２３に記憶されている。しかも、その置換値が示す画素値は、影領域Ｒ１の画素値よりも非影領域Ｒ２の画素値に近い値となっている。置換値は、本発明の補完値の一例である。

（５）また、短冊状領域ｔを用いた動作の代わりに、図１３における微分値のピークを除去するような画像処理を施すようにしてもよい。具体的には、境界ｂを跨ぐ領域において、Ｘ線透視画像Ｐの縦方向にスムージング処理を行うように構成してもよい。つまり、本変形例によれば、画像補完部１３は、画素値の置換ではなく、影領域Ｒ１の周辺に所定のフィルタ処理を施す。これにより、非影領域Ｒ２の画素値を参照して影領域Ｒ１の画素値が補完されることになる。

以上のように、本発明は医用の放射線撮影装置に適している。

Claims (8)

1. 被検体に放射線を照射する放射線源と、
   前記放射線源から照射される放射線をコリメートするコリメータと、
   被検体に照射された放射線を検出する放射線検出手段と、
   前記放射線源と前記放射線検出手段とに挟まれる位置に配置される被検体を載置する天板と、
   前記放射線源と前記放射線検出手段とを前記天板に沿った移動方向に同期的かつ互いに反対方向に移動させる移動手段と、
   前記移動手段を制御する移動制御手段と、
   前記放射線検出手段が出力する検出信号を基に透視画像を生成する画像生成手段と、
   透視画像における前記コリメータの影が写り込んでいる影領域と前記コリメータの影が写り込んでいない非影領域との境界の位置を透視画像から特定する境界特定手段と、
   前記境界の位置を参照して透視画像における前記影領域を前記非影領域、または前記影領域の画素値よりも前記非影領域の画素値に近い画素値を示す補完値を用いて補完して補完画像を生成する画像補完手段と、
   前記放射線源と、前記放射線検出手段とが移動されながら連写された一連の透視画像から生成された一連の前記補完画像を重ね合わせて断層画像を生成する重ね合わせ手段とを備えることを特徴とする放射線断層撮影装置。
2. 請求項１に記載の放射線断層撮影装置において、
   前記境界特定手段は、透視画像における移動方向と直交する直交方向に伸びるとともに透視画像の移動方向の端部に表れる前記境界の位置を特定し、
   前記画像補完手段は、透視画像の前記非影領域に属するとともに直交方向に横長の短冊状領域を取得し、前記短冊状領域を透視画像の前記影領域に移動方向に配列することで前記補完画像を生成することを特徴とする放射線断層撮影装置。
3. 請求項２に記載の放射線断層撮影装置において、
   前記境界特定手段は、透視画像における移動方向に縦長の判定用領域の一部の範囲について作用する画像フィルタを透視画像における移動方向に移動させながら次々と作用させることにより前記境界を特定することを特徴とする放射線断層撮影装置。
4. 請求項３に記載の放射線断層撮影装置において、
   前記境界特定手段は、前記判定用領域における移動方向の１端部から前記判定用領域の中央部側に向けて前記画像フィルタを次々と作用させることを特徴とする放射線断層撮影装置。
5. 請求項４に記載の放射線断層撮影装置において、
   前記境界特定手段は、前記判定用領域における移動方向の１端部について前記境界を特定し終えると、今度は前記判定用領域における移動方向の他端部から前記判定用領域の中央部側に向けて前記画像フィルタを次々と作用させ前記判定用領域における移動方向の他端部について前記境界を特定し、
   前記画像補完手段は、特定された２つの前記境界の位置を参照し、透視画像における２カ所の前記影領域をそれぞれ補完することを特徴とする放射線断層撮影装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の放射線断層撮影装置において、
   前記境界特定手段が用いる前記画像フィルタは、ｍ行ｎ列の行列を用いた微分フィルタであることを特徴とする放射線断層撮影装置。
7. 請求項６に記載の放射線断層撮影装置において、
   前記微分フィルタの行が並んでいる方向は透視画像における移動方向であり、
   前記画像補完手段は、透視画像の前記非影領域において前記境界からｍ画素だけ離れた位置から前記短冊状領域を取得することを特徴とする放射線断層撮影装置。
8. 請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の放射線断層撮影装置において、
   前記境界特定手段は、前記直交方向に幅を有する前記判定用領域を直交方向に平均して、直交方向の画素の幅が１画素分となっているプロファイルを生成し、前記画像フィルタは、この前記プロファイルに作用することを特徴とする放射線断層撮影装置。

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