JP2009291271A - エネルギーサブトラクション処理装置および方法ならびにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】２回曝射法によるエネルギーサブトラクション処理において、ビームハードニングや放射線散乱等によるサブトラクション画像の画質劣化を低減する
【解決手段】２回曝射法により取得した高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとを用いてエネルギーサブトラクション処理を行う前処理として、高エネルギー画像ＨＰまたは低エネルギー画像ＬＰに対し階調調整処理が行われる。このとき、高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域ＬＣＨに対しコントラストが大きくなるような階調調整が行われる。一方、低エネルギー画像ＬＰの低濃度領域ＬＣＬに対しコントラストが小さくなるような階調調整が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２回曝射法により取得された低エネルギー画像と高エネルギー画像とを用いて行われるエネルギーサブトラクション処理装置および方法ならびにプログラムに関するものである。

従来からエネルギーの異なる２枚の放射線画像を用いてサブトラクション処理を行い、骨陰影を表した骨部画像と軟部組織を表した軟部画像とを生成することが行われている。エネルギーの異なる２枚の放射線画像を取得する方法として、銅板を２枚の放射線検出器で挟み込み、１回の曝射によりエネルギーの異なる２枚の放射線画像を取得する１回曝射法（たとえば特許文献１−３参照）と、高いエネルギーＸ線で撮影した高エネルギー画像と低いエネルギーＸ線で撮影した低エネルギー画像とを取得する２回曝射法とが提案されている（たとえば特許文献４参照）。

特に、特許文献１−４には、エネルギーサブトラクション処理におけるパラメータ（荷重減算係数）の様々な設定・調整手法や画像の前処理方法が開示されている。具体的には、特許文献１には、１回曝射法において、高エネルギー画像および低エネルギー画に対して前処理する際に、ビームハードニングの影響を考慮し、高エネルギー画像の低濃度領域に対してコントラストが小さくなるような濃度調整を行い、低エネルギー画像の低濃度領域に対してコントラストが大きくなるような階調調整処理を行うことが開示されている。特許文献２には、１回曝射法において被写体の厚さに応じてパラメータを変更する方法が開示されている。特許文献３には、高エネルギー画像のヒストグラム（信号分布）の幅に基づいてパラメータを変更することが開示されている。

一方、特許文献４には、２曝射法の高エネルギー画像と低エネルギー画像との撮影管電圧の組み合わせによって、予め用意しておいた管電圧組み合わせテーブルに対応するエネルギーサブトラクション係数を仮決定し、仮係数を用いてエネルギーサブトラクションを行い、軟部画像のエッジ強度が最小となるようにパラメータの最適化される方法が開示されている。
特開平６−２２２１９号公報 特開平１０−１１８０５６号公報 特開２００２−３５９７８１号公報 特開２００３−３７７７８号公報

ところで、上述した１回曝射法の特許文献１−３に記載されているビームハードニングは２回曝射法においても生じる現象である。そこで、特許文献４に示す２回曝射法によるエネルギーサブトラクション処理を行う際に、前処理として特許文献１に開示されたような階調調整を行うことが考えられる。しかし、ビームハードニングによる影響は１回曝射法と２曝射法とにおいて全く異なるものになり、特許文献１−３に示す１回曝射法のパラメータの最適化をそのまま２回曝射法に適用しても、骨部と軟部との成分分離に失敗するという問題がある。

そこで、本発明は、２回曝射法においてビームハードニングや放射線散乱等によるサブトラクション画像の画質劣化を低減することができるエネルギーサブトラクション処理装置および方法ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明のエネルギーサブトラクション装置は、放射線源から異なるエネルギーの放射線を被写体に照射し撮影したときの高エネルギー画像と低エネルギー画像とを取得する画像取得手段と、画像取得手段において取得された高エネルギー画像および／または低エネルギー画像に対し濃度値の調整を行う階調処理手段と、階調処理手段により調整された高エネルギー画像および／または低エネルギー画像を用いてエネルギーサブトラクション処理を行うサブトラクション処理手段とを備え、階調処理手段が、高エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を大きくするおよび／または低エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を小さくする階調処理を行うものであることを特徴とするものである。

本発明のエネルギーサブトラクション処理方法は、放射線源から異なるエネルギーの放射線を被写体に照射し撮影したときの高エネルギー画像と低エネルギー画像とを取得し、取得した高エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を小さくする、および／または低エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を大きくする階調処理を行い、調整した高エネルギー画像と低エネルギー画像とを用いてエネルギーサブトラクション処理を行うことを特徴とするものである。

本発明のエネルギーサブトラクション処理プログラムは、コンピュータに、放射線源から異なるエネルギーの放射線を被写体に照射し撮影したときの高エネルギー画像と低エネルギー画像とを取得し、取得した高エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を大きくする、および／または低エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を小さくする階調処理を行い、調整した高エネルギー画像と低エネルギー画像とを用いてエネルギーサブトラクション処理を行うことを実行させることを特徴とするものである。

ここで、濃度値が高いもしくは低いとは各画像内の濃度値が高いもしくは低いことを意味するが、被写体の局所的な厚みが小さいときには濃度値が高くなり、被写体の局所的な厚みが大きいときには濃度値が低くなる。このため、濃度値が高いもしくは低いとは、被写体の局所的な厚みが小さいもしくは大きいことを意味する。

また、高エネルギー画像について「低濃度領域に対し濃度勾配を大きくする」とは、中高濃度領域に比べて低濃度領域の濃度勾配を大きくすることであって、非線形な階調変換特性を有することを意味する。同様に、低エネルギー画像について「低濃度領域に対し濃度勾配を大きくする」とは、中高濃度領域に比べて低濃度領域の濃度勾配を小さくすることであって、非線形な階調変換特性を有することを意味する。さらに、「濃度勾配を大きくする」とはコントラストを大きくすることであり、「濃度勾配を小さくする」とはコントラストを小さくすることを意味する。

なお、エネルギーサブトラクション処理装置は、被写体の厚みを検出する厚み検出手段をさらに備えたものであってもよい。このとき、階調処理手段は、厚み検出手段により検出された被写体の厚みが大きくなればなるほど、高エネルギー画像に対する濃度勾配をより大きくするおよび／または低エネルギー画像に対する濃度勾配をより小さくする調整を行う。なお、濃度勾配をより大きくするおよび／またはより小さくするとは、予め設定された濃度勾配よりも大きくするおよび／または小さくするとの意味である。

また、厚み検出手段は、被写体の厚みを検出するものであればどのような方法であっても良く、たとえば高エネルギー画像または低エネルギー画像の信号分布の幅を用いて被写体の厚みを検出するものであってもよい。

さらに、エネルギーサブトラクション処理装置は、低エネルギー画像の取得時に放射線源に印加される管電圧を検出する管電圧検出手段をさらに有するものであってもよい。このとき、階調処理手段は、低エネルギー画像の取得時の管電圧毎に、管電圧が大きくなればなるほど濃度勾配が大きい複数の第１濃度変換テーブルおよび／または管電圧が大きくなればなるほど濃度勾配が小さい複数の第２濃度変換テーブルを有するものであり、管電圧検出手段により検出された管電圧に基づいて、複数の第１濃度変換テーブルおよび／または複数の第２濃度変換テーブルのうちいずれかの第１濃度変換テーブルおよび／または第２濃度変換テーブルを選択し、選択した第１濃度変換テーブルおよび／または第２濃度変換テーブルを用いて濃度値の調整を行うものであってもよい。

本発明のエネルギーサブトラクション処理装置および方法ならびにプログラムによれば、放射線源から異なるエネルギーの放射線を被写体に照射し撮影したときの高エネルギー画像と低エネルギー画像とを取得し、取得した高エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を大きくする、および／または低エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を小さくする階調処理を行い、調整した高エネルギー画像と低エネルギー画像とを用いてエネルギーサブトラクション処理を行うことにより、被写体の局所的な厚みの相違によりビームハードニングの影響度が異なる場合であっても、エネルギーサブトラクション処理の前処理としてビームハードニングの影響を考慮した階調調整を行うことができるため、ビームハードニングの影響によるサブトラクション画像の画質の劣化を低減することができる。

なお、被写体の厚みを検出する厚み検出手段をさらに備え、階調処理手段が、厚み検出手段により検出された被写体の厚みが大きくなればなるほど、高エネルギー画像に対する濃度勾配をより大きくするおよび／または低エネルギー画像に対する濃度勾配をより小さくする調整を行うものであるとき、被写体の厚み（体格）によりビームハードニングの影響度が被写体毎に異なる場合であっても、ビームハードニングの影響度に応じた前処理を施して安定したエネルギーサブトラクション結果を得ることができる。

さらに、低エネルギー画像の取得時に放射線源に印加される管電圧を検出する管電圧検出手段をさらに有し、階調処理手段が、低エネルギー画像の取得時の管電圧毎に、管電圧が大きくなればなるほど濃度勾配が大きい複数の第１濃度変換テーブルおよび／または管電圧が大きくなればなるほど濃度勾配が小さい複数の第２濃度変換テーブルを有するものであり、管電圧検出手段により検出された管電圧に基づいて、複数の第１濃度変換テーブルおよび／または複数の第２濃度変換テーブルのうちいずれかの第１濃度変換テーブルおよび／または第２濃度変換テーブルを選択するものであれば、低エネルギー画像の取得時における管電圧（放射線エネルギー）の変化によりビームハードニングの影響度が撮影毎に異なる場合であって信号分布の幅の比では適正な調整を行うことができない場合であっても、ビームハードニングの影響度に応じた前処理を施して安定したエネルギーサブトラクション結果が得ることができる。

以下、図面を参照して本発明のエネルギーサブトラクション処理装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のエネルギーサブトラクション処理装置の好ましい実施の形態を示すブロック図である。なお、図１のようなエネルギーサブトラクション処理装置１の構成は、補助記憶装置に読み込まれたエネルギーサブトラクション処理プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。このとき、このエネルギーサブトラクション処理プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。

エネルギーサブトラクション処理装置１は、画像取得手段１０、位置合わせ手段２０、サブトラクション処理手段３０、画像調整手段４０等を備えている。画像取得手段１０は、放射線検出器により検出された放射線画像を取得するものであって、特に、異なるエネルギーを有する放射線を用いて撮影したときの高エネルギー画像（診断画像）ＨＰと低エネルギー画像（参照画像）ＳＰとを取得するものである。たとえば胸部正面撮影において高エネルギー画像ＨＰは放射線源に管電圧が100〜140kVp程度印加されたときに撮影された画像であり、低エネルギー画像ＬＰは放射線源に管電圧が50〜80kVp程度印加されたときに撮影された画像である。

階調処理手段１５は、高エネルギー画像ＨＰおよび低エネルギー画像ＬＰに対し前処理として濃度値の階調補正を行うものである。ここで、図２Ａは高エネルギー画像ＨＰの所定の階調変換特性（入力−出力特性）を有する第１濃度変換テーブルの一例を示すグラフ、図２Ｂは低エネルギー画像ＬＰの階調変換特性（入力−出力特性）を有する第２濃度変換テーブルの一例を示すグラフである。図２Ａに示すように高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域ＬＣＨに対し濃度調整する際の濃度勾配が大きくなっており、階調処理手段１５は高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域ＬＣＨに対しコントラストが大きくなるように調整する。一方、図２Ｂに示すように、低エネルギー画像ＬＰの低濃度領域ＬＣＬに対し濃度調整する際の濃度勾配が小さくなっており、階調処理手段１５は低エネルギー画像ＬＰの低濃度領域ＬＣＬに対しコントラストが小さくなるように調整する。

位置合わせ手段２０は、低エネルギー画像ＬＰを非線形に歪曲変形させる等の公知の位置合わせ手法を用いて高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとの位置合わせを行うものである。これによりエネルギーサブトラクション処理により軟部組織と骨との分離性能を向上させることができる。

サブトラクション処理手段３０は、位置合わせ手段２０により位置合わせ処理が施された高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとを用いてエネルギーサブトラクション処理を行うものである。サブトラクション処理手段３０は、高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとを用いて、骨を除去した被写体の軟部を示す軟部画像ＳＰと被写体の骨部を示す骨部画像ＢＰとを生成する機能を有している。一般的に、サブトラクション画像Ｐｓｕｂは、第１荷重減算係数Ｋａを積算した高エネルギー画像ＨＰと第２荷重減算係数Ｋｂを積算した低エネルギー画像ＬＰとの差分により表される。

Ｐｓｕｂ＝Ｋａ・ＨＰ−Ｋｂ・ＬＰ＋Ｋｃ ・・・（１）
なお、式（１）中のＫａは第１荷重減算係数、Ｋｂは第２荷重減算係数、Ｋｃは所定のオフセット値である。そして、サブトラクション処理手段３０は、所定の係数Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃを用いて式（１）を算出することにより軟部画像ＳＰをサブトラクション画像Ｐｓｕｂとして生成する。その後、サブトラクション処理手段３０は高エネルギー画像ＨＰから軟部画像ＳＰを減算処理することにより骨部画像ＢＰを取得する（ＢＰ＝ＨＰ−ＳＰ）。

このように、エネルギーサブトラクション処理の前処理として、高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域に対し濃度勾配が大きくなるように階調調整され、あるいは低エネルギー画像ＬＰの低濃度領域に対し濃度勾配が小さくなるように階調調整されることにより、ビームハードニングの影響によるコントラストの低下を防止し、サブトラクション画像Ｐｓｕｂ（軟部画像ＳＰおよび骨部画像ＢＰ）の画質劣化を低減することができる。具体的には、２回曝射法の場合、ビームハードニングの影響により被写体の厚みが大きい部分ほど高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとのコントラスト比は大きくなる。すなわち、放射線が物質を透過するときには放射線の光子数（線量）は減弱するものであり、放射線は低エネルギーなほど減弱係数が大きく、エネルギーが高くなるにつれて減弱係数が小さくなり透過性が増す。放射線の低エネルギー成分の方が高エネルギー成分よりも大きく減弱するため、放射線は物質を透過するほど低エネルギー成分が減弱されて、高エネルギー成分の割合が多くなる（平均エネルギーが高くなる）。この現象はビームハードニングと呼ばれる。図３は骨部と軟部とにおいても放射線のエネルギー（管電圧）が大きくなればなるほど減弱係数が小さくなることを示している。

また、物質の原子番号が大きいほどさらには密度が高いほど、放射線の減弱係数は大きくなる。つまり、放射線の通過経路上に存在する物質の割合に応じてビームハードニングの程度も異なり、同一被写体であっても局所的な厚みが大きい領域ほど強くビームハードニングの影響を受ける。具体的には、図４に示すように、被写体に照射される放射線のエネルギースペクトルに対し、ビームハードニングの影響が大きいときには減弱する割合が大きく、影響が小さいときには減弱する割合が少ない。

上述したビームハードニングが生じる要因として光電効果とコンプトン効果（コンプトン散乱または非干渉性散乱）とが上げられる。光電効果は、原子核との結合の強い内殻電子を自由電子（光電子）として飛び出させる現象である。このとき、入射した放射線光子はその全エネルギーを失って消滅し、空席ができた内殻電子軌道にはその外側の軌道電子が遷移する。そのため、その前後のエネルギー準位間の差のエネルギーをもった特性X線が二次X線として放射される（蛍光放射線として知られる）。図５に示すように、光電効果は光子エネルギーの比較的低い放射線（およそ50keV以下）で顕著に現れ、物質の密度や原子番号が大きいほど大きくなる。

コンプトン効果は放射線の粒子としての性質が現れた現象であって、入射した放射線光子が自由電子または原子核との結合の弱い外殻電子に衝突したとき、その電子にエネルギーの一部を与えて反跳電子として軌道外に跳ね飛ばし、自分はその分だけエネルギーの小さい、波長の長い放射線になって方向を変える現象である。コンプトン効果は、光子エネルギーと物質の密度に支配される現象（密度が大きいほど強い）であり、図５に示すように、比較的高エネルギーの放射線領域（50keV程度以上）では、原子番号の特に高い物質（重金属やヨウ素など）を除き、光電効果よりも強く現れる。コンプトン散乱によって画像のコントラストは低下する。

図６は２回曝射法において、低エネルギー画像ＬＰを60kVp、高エネルギー画像ＨＰを120kVpで撮影し取得したときに、被写体の局所的な厚さが小さい領域（図６Ａ）と被写体の局所的な厚さが大きい領域（図６Ｂ）とについてのグラフである。図６Ａの被写体の局所的な厚さが小さい場合において、低エネルギー画像ＬＰと高エネルギー画像ＨＰのエネルギースペクトルは近くなる。たとえば低エネルギー画像ＬＰの平均エネルギーが３３．９ｋｅＶであるのに対し、高エネルギー画像ＨＰの平均エネルギーは４５．９ｋｅＶになり、平均エネルギーの差は小さい。従って、高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰのコントラスト比は小さくなる。

一方、図６Ｂの被写体の局所的な厚さが大きい場合において、被写体でのビームハードニングが強く起こり、高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとのエネルギースペクトルは離れる。このとき、低エネルギー画像ＬＰの平均エネルギーがたとえば４２．９ｋｅＶであるのに対し、高エネルギー画像ＨＰの平均エネルギーは６３．４ｋｅＶになり、平均エネルギーの差が大きいことがわかる。従って、高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰのコントラスト比は大きくなる。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、被写体の局所的な厚みが小さい部分ではビームハードニングの影響はそれほど起こらないが、被写体の局所的な厚みが大きい部分では強くビームハードニングを起こすことがわかる。つまり、被写体の局所的な厚みが増すにつれて高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰのエネルギースペクトルは離れていき、高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰのコントラスト比は大きくなる。

ところで、被写体の局所的な厚みが大きいときには各エネルギー画像ＬＰ、ＨＰ内の濃度値は低くなり、被写体の局所的な厚みが小さいときには濃度値が高くなる。したがって、上述した厚みによるビームハードニングの影響度は画素濃度値の高低によって判別することができる。そこで、図２Ａに示すように階調処理手段１５は高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域ＬＣＨにおいて、コントラストが大きくなるように濃度勾配を大きくする。一方、図２Ｂに示すように階調処理手段１５は低エネルギー画像ＬＰの低濃度領域ＬＣＬに対してはコントラストが小さくなるように濃度勾配を小さくする。すると、高エネルギー画像ＨＰは局所的な厚みの大きい低濃度領域ＬＣＬが局所的な厚みの小さい中高濃度領域に比べてよりコントラストが大きくなるように調整される。これにより、ビームハードニングの影響によりサブトラクション画像のコントラストの劣化を防止することができる。

なお、この関係は１回曝射法とは逆になるものであり、従来１回曝射法において適用された非線形テーブルを用いても成分分離をうまく行うことができない。具体的には、図７は横軸に高エネルギー画像ＨＰの濃度値、縦軸に低エネルギー画像ＬＰの濃度値を取り、その頻度をグラフ化したジョイントヒストグラムであって、図７Ａが２回曝射法（２ショット法）によるもの、図７Ｂが１回曝射法（１ショット法）によるものを示している。なお、濃度は0〜127に正規化されているものであって、高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰのコントラスト比に対応してビームハードニングの影響がない場合は直線になる。

図７Ａの２回曝射法の場合、低エネルギー画像ＬＰと高エネルギー画像ＨＰとのコントラスト比はビームハードニングの影響により濃度値が小さい領域において直線の下側にずれた非線形なものになる。一方、図７Ｂの１回曝射法の場合、低エネルギー画像ＬＰと高エネルギー画像ＨＰとのコントラスト比はビームハードニングの影響により濃度値が小さい領域において直線の上側にずれた非線形なものになる。このように、1回曝射法と２回曝射法では特性が逆となっていることがわかる。したがって、従来１回曝射法において適用されている非線形テーブルを用いても成分分離をうまく行うことができないことがわかる。

図８は本発明のエネルギーサブトラクション処理方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図８を参照してエネルギーサブトラクション処理方法について説明する。まず、画像取得手段１０において高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとが取得される（ステップＳＴ１）。その後、階調処理手段１５により高エネルギー画像ＨＰおよび低エネルギー画像ＬＰの階調が調整される（ステップＳＴ２、図２Ａ、図２Ｂ参照）。このとき、階調処理手段１５において、高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域ＬＣＨの濃度勾配が大きくなるように調整され、もしくは低エネルギー画像ＬＰの低濃度領域ＬＣＬの濃度勾配が小さくなるような調整が行われる。

さらに、位置合わせ手段２０により低エネルギー画像ＬＰが非線形に歪曲変形することにより、高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとの位置合わせが行われる（ステップＳＴ３）。その後、サブトラクション処理手段３０において上記式（１）に基づいて軟部画像ＳＰが生成される（ステップＳＴ４）。その後、サブトラクション処理手段３０により高エネルギー画像ＨＰから軟部画像ＳＰを減算することにより骨部画像ＢＰが生成される（ステップＳＴ５）。その後、画像調整手段４０により平滑化によるノイズ除去処理等が施され（ステップＳＴ６）、軟部画像ＳＰおよび骨部画像ＢＰが表示装置等に表示され、もしくはハードディスク装置等の記憶手段に記憶される。

このように、エネルギーサブトラクション処理の前処理として、高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域に対し濃度勾配が大きくなるように階調調整され、あるいは低エネルギー画像ＬＰの低濃度領域に対し濃度勾配が小さくなるように階調調整されることにより、ビームハードニングの影響によるコントラストの低下を防止し、サブトラクション画像Ｐｓｕｂ（軟部画像ＳＰおよび骨部画像ＢＰ）の画質劣化を低減することができる。図９は本発明のエネルギーサブトラクション処理装置の第２の実施形態を示すブロック図であり、図９を参照してエネルギーサブトラクション処理装置１００について説明する。なお、図９のエネルギーサブトラクション処理装置１００において図１のエネルギーサブトラクション処理装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図９のエネルギーサブトラクション処理装置１００が図１のエネルギーサブトラクション処理装置１と異なる点は、被写体の厚み（体格）に基づいて階調処理手段における濃度変換特性が調整される点である。

図９のエネルギーサブトラクション処理装置１００は、被写体の厚みを検出する厚み検出手段１４０を有している。この厚み検出手段１４０は被写体の厚みを検出するものであり、特に、高エネルギー画像ＨＰのスケールファクター（ヒストグラム幅の逆数）ＧｐＨ値および低エネルギー画像ＬＰのスケールファクター（ヒストグラム幅の逆数）ＧｐＬ値の比ＧｐＨ／ＧｐＬを厚み情報として検出する機能を有している。

以下に、比ＧｐＨ／ＧｐＬが厚み情報を示すことについて説明する。図１０Ａは厚みが小さい（体格が小さい）被写体を撮影したときに取得された低エネルギー画像ＬＰと高エネルギー画像ＨＰのヒストグラムを示すグラフ、図１０Ｂは厚みが大きい（体格が大きい）被写体を撮影したときに取得された低エネルギー画像ＬＰと高エネルギー画像ＨＰのヒストグラムを示すグラフである。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、ヒストグラムの幅の変化に着目すると、高エネルギー画像ＨＰは体格の大小に対する変動が小さいが、低エネルギー画像ＬＰは体格の大小に対する変動が大きい。これは被写体の厚みが大きい場合は厚みが薄い場合に比べて放射線検出器へ露光される被写体を透過したＸ線の放射線量が減少するからである。

つまり、高エネルギー画像ＨＰのスケールファクター値ＧｐＨは被写体の厚さにほとんど依存しないものであるが、低エネルギー画像ＬＰのスケールファクター値ＧｐＬは被写体の厚さに依存して大きく変化する。つまり、被写体の厚さが大きいほどヒストグラムの幅が大きくなりその逆数であるＧｐＬ値が小さくなりＧｐ値の比ＧｐＨ／ＧｐＬは大きくなる。従って、Ｇｐ値の比ＧｐＨ／ＧｐＬは被写体の厚さを示す厚さ情報として用いることができる。

なお、スケールファクターＧｐ値の比ＧｐＨ／ＧｐＬにより体格を推定する場合に限らず、たとえば患者の身長、体重あるいはBMI（Body Mass Index）を用いてもよいし、超音波距離計を用いてX線源と患者の距離を測定することで、被写体の厚みを直接測定するようにしてもよいし、患者の体格を撮影者（医師、あるいは放射線技師）が手入力してもよい。厚み検出手段１４０がスケールファクターＧｐ値の比ＧｐＨ／ＧｐＬ以外の方法で厚み情報を検出したとき、たとえば体格が大きい人、標準的な人、小さい人というように厚みを検出したとき、それぞれ体格に合わせて対応付けされた複数の調整値（ＧｐＨ／ＧｐＬ値）を有しており、入力された体格情報によって調整値を選択するようにしてもよい。

そして、階調処理手段１１５は、厚み検出手段１４０により検出された厚み情報に基づいて階調調整する際の濃度勾配を調整する機能を有している。具体的には、図１１Ａに示すように、階調処理手段１１５は、たとえば予め設定されている濃度勾配（図２Ａ参照）にＧｐＨ／ＧｐＬ値を乗算して、高エネルギー画像ＨＰに対する濃度変換特性の全領域について濃度勾配を厚みの大きさに比例してより大きくするように調整する。つまり、被写体の厚みが大きい場合には勾配が大きくなり、被写体の厚みが小さい場合には勾配が小さくなる。

同様に、図１１Ｂに示すように、階調処理手段１１５は、たとえば予め設定されている濃度勾配（図２Ｂ参照）にＧｐＨ／ＧｐＬ値を乗算して、低エネルギー画像ＬＰに対する濃度変換特性の全領域の勾配を厚みの大きさに比例してより小さくするように調整する。つまり、被写体の厚みが大きい場合には勾配が小さくなり、被写体の厚みが小さい場合には勾配が大きくなる。

このように、被写体の厚み（体格）に応じて低濃度領域側の濃度勾配を調整することにより、体格差によりビームハードニングによる影響の大小が生じることによるサブトラクション画像のコントラストの低下を低減することができる。

図１２は本発明のエネルギーサブトラクション処理装置の第３の実施形態を示すブロック図であり、図１２を参照してエネルギーサブトラクション処理装置について説明する。なお、図１２のエネルギーサブトラクション処理装置２００において図９のエネルギーサブトラクション処理装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１２のエネルギーサブトラクション処理装置２００が図９のエネルギーサブトラクション処理装置１００と異なる点は、放射線源に印加された管電圧値に応じて異なる濃度変換テーブルを用いる点である。

図１２のエネルギーサブトラクション処理装置２００は、管電圧を検出する管電圧検出手段２４０を備えている。管電圧検出手段２４０は、たとえば放射線源を制御する図示しない放射線制御部から放射線源に印加した管電圧値を取得するものである。

一方、テーブルデータベースには異なる管電圧毎に複数の第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３、複数の第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３が記憶されており、階調処理手段２１５は、管電圧検出手段２４０により検出された低エネルギー画像ＬＰの取得時における管電圧値に基づいて、いずれかの第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３および／または第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３を選択する。そして、階調処理手段２１５は、選択した各濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３、ＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３を用いて階調調整を行う。

具体的には、高エネルギー画像ＨＰに対し、図１３Ａ〜Ｃに示すようにたとえば６０、７０、８０kVpに対応して３つの第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３が記憶されている。３つの第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３において、曲線の勾配はほぼ同一のものであるが、低エネルギー画像の取得時の管電圧が高い第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３ほど濃度勾配が大きくなるように設定される。

一方、低エネルギー画像ＬＰに対し、図１４Ａ〜Ｃに示すようにたとえば６０、７０、８０kVpに対応して３つの第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３が記憶されている。３つの第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３において、曲線の勾配はほぼ同一のものであるが、低エネルギー画像の取得時の管電圧が高い第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３ほど濃度勾配が小さくなるように設定される。

そして、階調処理手段２１５は、低エネルギー画像ＬＰの管電圧によって第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３もしくは第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３のいずれを使用するかを決定する。その後、階調処理手段２１５は決定したいずれかの第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３もしくは第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３を用いて濃度調整処理を行う。さらに、階調処理手段２１５は、厚み検出手段１４０により検出した厚みを用いて、選択した各濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３、ＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３の濃度勾配を調整し、調整した各濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３、ＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３を用いて階調の調整を行う（図９〜図１１参照）。

このように、低エネルギー画像ＬＰの取得時における管電圧により複数の第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３もしくは複数の第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３から選択して階調調整を行うことにより、低エネルギー画像ＬＰにおけるビームハードニングの影響によるサブトラクション画像の画質劣化を低減することができる。

以下に、複数の濃度変換テーブルを用意した理由について説明する。はじめに、高エネルギー画像ＨＰは患者の体格や撮影目的に応じて管電圧を変更して撮影されるものであって、管電圧が高くなると透過性の高いエネルギ―成分の割合が増える。このため、メインヒストグラムの対数露光量は増加するとともにヒストグラム幅は狭くなり、高エネルギー画像ＨＰのコントラストは小さくなる。つまりヒストグラム幅の逆数であるスケールファクターGp値は大きくなる。

図１５は高エネルギー画像ＨＰを取得する際の管電圧を100〜140kVpに変化させて同一被写体を撮影した場合のヒストグラムを示すグラフである。図１５に示すように、管電圧が高くなるほど高エネルギー成分のX線の増加によって透過性が増す。このため、放射線画像のヒストグラムのうち直接X線が照射された領域（素抜け部分）のヒストグラムの山と被写体を透過した部分のメインヒストグラムの山が近づく。よって、ヒストグラムの幅が小さくなりスケールファクターGp値は大きくなる。

ここで、低エネルギー画像ＬＰを取得する際の管電圧を60kVpに固定させた場合、Gp値の比GpH/GpLは、高エネルギー画像ＨＰの管電圧が高いほど大きくなる。但し、この場合には上述したようにＧｐ値の比GpH/GpLにより調整することにより、管電圧変化による分離性能の劣化を低減することができる（図９〜図１１参照）。つまり、高エネルギー画像ＨＰの管電圧変化に対しては、高エネルギー画像ＨＰのGp値の比GpH/GpLを用いて調整することができる。

ところで、低エネルギー画像ＬＰにおいても高エネルギー画像ＨＰにおいて散乱線の影響が生じるのと同様に散乱線の影響が生じる。具体的には、低エネルギー画像ＬＰも管電圧が高くなるほどヒストグラム幅が狭くなり、GpL値が大きくなる。つまり、管電圧が大きくなると低エネルギー画像ＬＰのコントラストが小さくなるため、その分高エネルギー画像ＨＰのコントラスト（特に低濃度領域ＬＣＨ）を小さく調整する必要がある。このとき、低エネルギー画像ＬＰの管電圧の変化についても上述したGp値の比GpH/GpLで調整することが考えられる。

しかし、低エネルギー画像ＬＰの管電圧の変化をGp値の比GpH/GpLで調整した場合、軟部画像に骨が残ってしまって軟部と骨部との分離が十分ではなく、さらに低エネルギー画像ＬＰの管電圧が大きくなればなる程その傾向が顕著に表れることがわかった。

ここで、図１６は低エネルギー画像ＬＰを取得する際の管電圧を60〜80kVpに変化させて同一被写体を撮影した場合のエネルギースペクトルを示すグラフである。図１６に示すように、低エネルギー画像ＬＰの管電圧を上昇させた場合、50keV以上のエネルギー成分が含まれる割合は、60kVpで9%, 70kVpで22%,80kVpでは32%になる。これは、上述のビームハードニングの要因である光電効果およびコンプトン効果のうち、低エネルギー画像ＬＰの管電圧上昇に応じて光電効果の影響よりもコンプトン散乱の影響がより強くなるためである。言い換えれば、低エネルギー画像ＬＰの取得時に用いる管電圧値は、光電効果とコンプトン効果との双方が混在し管電圧値によって双方の影響度が異なるため（図３参照）、ＧｐＬ値を用いただけでは適正な補正を行うことができないことがわかった。

そこで、低エネルギー画像ＬＰの管電圧変化による係数の調整をＧｐ値の比ＧｐＨ／ＧｐＬによる調整ではなく（図１３参照）、別途複数の第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３、第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３から各管電圧に対応した適切な濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＬＰＴ１３、ＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３を選択して階調調整が行われる。これにより、確実にサブトラクション画像の画質劣化を低減することができる。

なお、従来、高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰの管電圧に応じてパラメータ（画像内で一様のスカラー量）を、ルックアップテーブルを用いて選択しているが、胸部正面撮影において高エネルギー画像ＨＰは診断画像であり、そのコントラストが大きく変動する要因は、管電圧よりもむしろ個人の体格変動によるものであると考えられ、上記図１２〜１６とは異なるものである。

また、図１２において厚み検出手段１４０が設けられている場合について例示しているが、厚みに基づいた調整を行うことなく、低エネルギー画像ＬＰの取得時の管電圧により各濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３、ＬＰＴ１１〜ＨＰＴ１３を選択して、第１の実施形態に示すような階調調整を行うようにしてもよい（図１参照）。

上記各実施の形態によれば、放射線源から異なるエネルギーの放射線を被写体に照射し撮影したときの高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像とを取得し、取得した高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域ＬＣＨに対し濃度勾配を大きくする、および／または低エネルギー画像の低濃度領域ＬＣＬに対し濃度勾配を小さくする階調処理を行い、調整した高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとを用いてエネルギーサブトラクション処理を行うことにより、被写体の局所的な厚みの相違によりビームハードニングの影響度が異なる場合であっても、エネルギーサブトラクション処理の前処理としてビームハードニングの影響を考慮した階調調整を行うことができるため、ビームハードニングの影響によるサブトラクション画像の画質の劣化を低減することができる。

また、図９に示すように、被写体の厚みを検出する厚み検出手段１４０をさらに備え、階調処理手段１１５が、厚み検出手段１４０により検出された被写体の厚みが大きくなればなるほど、高エネルギー画像ＨＰの低濃度領域ＬＣＨに対する濃度勾配をより大きくするおよび／または低エネルギー画像ＬＰの低濃度領域ＬＣＬに対する濃度勾配をより小さくする調整を行うものであるとき、被写体の厚み（体格）によりビームハードニングの影響度が被写体毎に異なる場合であっても、ビームハードニングの影響度に応じた前処理を施して安定したエネルギーサブトラクション結果を得ることができる。

さらに、図１２に示すように、低エネルギー画像ＬＰの取得時に放射線源に印加される管電圧を検出する管電圧検出手段２４０をさらに有し、階調処理手段２１５が、低エネルギー画像ＬＰの取得時の管電圧毎に、管電圧が大きくなればなるほど濃度勾配が大きい複数の第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜１３および／または管電圧が大きくなればなるほど濃度勾配が小さい複数の第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜１３を有するものであり、管電圧検出手段２４０により検出された管電圧に基づいて、複数の第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜１３および／または複数の第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜１３のうちいずれかの第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜１３および／または第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜１３を選択し、選択した第１濃度変換テーブルＨＰＴ１１〜１３および／または第２濃度変換テーブルＬＰＴ１１〜１３を用いて濃度値を調整するものであれば、低エネルギー画像ＬＰの取得時における管電圧（放射線エネルギー）の変化によりビームハードニングの影響度が撮影毎に異なる場合であって信号分布の幅の比では適正な調整を行うことができない場合であっても、ビームハードニングの影響度に応じた前処理を施して安定したエネルギーサブトラクション結果が得ることができる。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。たとえば、FPDを用いた撮影コンソールに搭載される画像処理について例示しているが、撮影システムにネットワークを介して接続された画像処理ワークステーションや、画像保管通信システム（PACS：Picture Archiving and Communication System）などに転送された画像データに対してのエネルギーサブトラクション処理にも適用することが可能である。

また、撮影モダリティもFPDに限定されず、CRシステムを用いた2ショットエネサブにも適用可能である。また、撮影コンソールにCRとFPDが同時に接続されているような、CR-DR混在環境の下である場合、CR（1ショット法）用のエネサブ係数パラメータセットと、DR（2ショット）用のエネサブ係数パラメータセットを撮影されたモダリティに応じて切り替えてもよい。

さらに、サブトラクション処理により生成された軟部画像ＳＰの平滑化を行い、ノイズが抑制された軟部画像ＳＰを高エネルギー画像ＨＰから減算することで、ノイズが抑制された骨部画像ＢＰを得ることもできる。また、ノイズが抑制された骨部画像ＢＰを高エネルギー画像ＨＰもしくは高エネルギー画像ＨＰと低エネルギー画像ＬＰとを加算した加算画像から減算することにより、ノイズが抑制された軟部画像ＳＰを得ることができ、ノイズ抑制処理と診断画像からの減算処理を繰り返すことで、段階的にノイズ抑制することも可能である。

また、上記実施の形態において、サブトラクション処理手段３０は胸部撮影したときの軟部画像ＳＰと骨部画像ＢＰとをサブトラクション画像Ｐｓｕｂとして生成する場合について例示しているが、マンモグラフィ装置により撮影した人体の乳房を被写体とした場合の乳腺が強調された画像と悪性腫瘍が強調された画像をサブトラクション画像Ｐｓｕｂとして生成するものであってもよい。

本発明のエネルギーサブトラクション処理装置の好ましい実施形態を示すブロック図 図１の階調処理手段における第１濃度変換テーブルの一例を示すグラフ 図１の階調処理手段における第２濃度変換テーブルの一例を示すグラフ 被写体である骨もしくは軟部において放射線が減弱される様子を示すグラフ ビームハードニングにより放射線エネルギーが減弱された状態を示すグラフ 放射線エネルギーの強度に対するビームハードニングにおける光電効果とコンプトン効果との影響度を示すグラフ 被写体の厚さが局所的に小さい領域に低エネルギーの放射線と高エネルギーの放射線を照射したときのエネルギースペクトルの一例を示すグラフ 被写体の厚さが局所的に大きい領域に低エネルギーの放射線と高エネルギーの放射線を照射したときのエネルギースペクトルを示すグラフ ２回曝射法における低エネルギー画像と高エネルギー画像とのジョイントヒストグラムの一例を示すグラフ １回曝射法における低エネルギー画像と高エネルギー画像とのジョイントヒストグラムの一例を示すグラフ 本発明のエネルギーサブトラクション処理方法の好ましい実施形態を示すフローチャート 本発明のエネルギーサブトラクション処理装置の第２の実施形態を示すブロック図 厚みが大きい被写体を撮影したときの低エネルギー画像と高エネルギー画像とのヒストグラムの一例を示すグラフ 厚みが小さい被写体を撮影したときの低エネルギー画像と高エネルギー画像とのヒストグラムの一例を示すグラフ 図９の階調処理手段において第１濃度変換テーブルが調整される様子を示すグラフ 図９の階調処理手段において第２濃度変換テーブルが調整される様子を示すグラフ 本発明のエネルギーサブトラクション処理装置の第３の実施形態を示すブロック図 図１２の階調処理手段が有する低エネルギー画像の取得時における管電圧＝６０ｋｅＶであるときの第１濃度変換テーブルの一例を示すグラフ 図１２の階調処理手段が有する低エネルギー画像の取得時における管電圧＝７０ｋｅＶであるときの第１濃度変換テーブルの一例を示すグラフ 図１２の階調処理手段が有する低エネルギー画像の取得時における管電圧＝８０ｋｅＶであるときの第１濃度変換テーブルの一例を示すグラフ 図１２の階調処理手段が有する低エネルギー画像の取得時における管電圧＝６０ｋｅＶであるときの第２濃度変換テーブルの一例を示すグラフ 図１２の階調処理手段が有する低エネルギー画像の取得時における管電圧＝７０ｋｅＶであるときの第２濃度変換テーブルの一例を示すグラフ 図１２の階調処理手段が有する低エネルギー画像の取得時における管電圧＝８０ｋｅＶであるときの第２濃度変換テーブルの一例を示すグラフ 高エネルギー画像を取得する際の管電圧値変化に対するエネルギースペクトルの変化を示すグラフ 低エネルギー画像を取得する際の管電圧値変化に対するエネルギースペクトルの変化を示すグラフ

符号の説明

１、１００、２００ エネルギーサブトラクション処理装置
１０ 画像取得手段
１５、１１５、２１５ 階調処理手段
２０ 位置合わせ手段
３０ サブトラクション処理手段
４０ 画像調整手段
１４０ 厚み検出手段
ＢＰ 骨部画像
ＳＰ 軟部画像
ＧｐＨ 高エネルギー画像のスケールファクター値
ＧｐＬ 低エネルギー画像のスケールファクター値
ＨＰ 高エネルギー画像
ＬＰ 低エネルギー画像
Ｋａ 第１荷重減算係数
Ｋｂ 第２荷重減算係数
ＨＰＴ１、ＨＰＴ１１〜ＨＰＴ１３ 第１濃度変換テーブル
ＬＰＴ１１〜ＬＰＴ１３ 第２濃度変換テーブル

Claims (6)

1. 放射線源から異なるエネルギーの放射線を被写体に照射し撮影したときの高エネルギー画像と低エネルギー画像とを取得する画像取得手段と、
   該画像取得手段において取得された前記高エネルギー画像および／または前記低エネルギー画像に対し濃度値の調整を行う階調処理手段と、
   該階調処理手段により調整された前記高エネルギー画像および／または前記低エネルギー画像を用いてエネルギーサブトラクション処理を行うサブトラクション処理手段と
   を備え、
   前記階調処理手段が、前記高エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を大きくするおよび／または前記低エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を小さくするような濃度値の調整を行うものであることを特徴とするエネルギーサブトラクション処理装置。
2. 前記被写体の厚みを検出する厚み検出手段をさらに備え、
   前記階調処理手段が、前記厚み検出手段により検出された前記被写体の厚みが大きくなればなるほど、前記高エネルギー画像に対する濃度勾配をより大きくするおよび／または前記低エネルギー画像に対する濃度勾配をより小さくする調整を行うものであることを特徴とする請求項１記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
3. 前記厚み検出手段が、前記高エネルギー画像または前記低エネルギー画像の信号分布の幅を用いて前記被写体の厚みを検出するものであることを特徴とする請求項１または２記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
4. 前記低エネルギー画像の取得時に前記放射線源に印加される管電圧を検出する管電圧検出手段をさらに有し、
   前記階調処理手段が、前記低エネルギー画像の取得時の管電圧毎に、該管電圧が大きくなればなるほど前記濃度勾配が大きく設定されている複数の前記第１濃度変換テーブルおよび／または前記管電圧が大きくなればなるほど前記濃度勾配が小さく設定されている複数の前記第２濃度変換テーブルを有するものであり、前記管電圧検出手段により検出された前記管電圧に基づいて、前記複数の第１濃度変換テーブルおよび／または前記複数の第２濃度変換テーブルのうちいずれかの前記第１濃度変換テーブルおよび／または前記第２濃度変換テーブルを選択し、選択した前記第１濃度変換テーブルおよび／または前記第２濃度変換テーブルを用いて濃度値の調整を行うものであることを特徴とする請求項１記載のエネルギーサブトラクション処理装置。
5. 放射線源から異なるエネルギーの放射線を被写体に照射し撮影したときの高エネルギー画像と低エネルギー画像とを取得し、
   取得した前記高エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を大きくするおよび／または前記低エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を小さくする階調処理を行い、
   調整した前記高エネルギー画像と前記低エネルギー画像とを用いてエネルギーサブトラクション処理を行う
   ことを特徴とするエネルギーサブトラクション処理方法。
6. コンピュータに、
   放射線源から異なるエネルギーの放射線を被写体に照射し撮影したときの高エネルギー画像と低エネルギー画像とを取得し、
   取得した前記高エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を大きくする、および／または前記低エネルギー画像の低濃度領域に対し濃度勾配を小さくする階調処理を行い、
   調整した前記高エネルギー画像と前記低エネルギー画像とを用いてエネルギーサブトラクション処理を行う
   ことを実行させるためのエネルギーサブトラクション処理プログラム。

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