JP2012020023A - 放射線撮影装置および方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】トモシンセシス撮影等、複数の線源位置において複数の撮影画像を取得するに際し、撮影画像の位置合わせを精度良く行う。
【解決手段】画像取得部２０が、複数の線源位置のそれぞれにおいて、被写体２をマーカとともに撮影することにより、複数の撮影画像を取得する。線源位置算出部３４が、基準となる線源位置を基準とした、他の線源位置の相対的な位置情報を、複数の撮影画像に含まれるマーカ像の位置情報に基づいて算出する。再構成部２２が、基準線源位置を基準とした相対的な他の線源位置に基づいて、複数の画像を位置合わせを行いつつ再構成して、断層画像を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の線源位置のそれぞれにおいて複数の撮影画像を取得する、例えば断層画像を生成するトモシンセシス撮影等を行うための放射線撮影装置および方法並びにプログラムに関するものである。

近年、Ｘ線撮影装置において、患部をより詳しく観察するために、Ｘ線管を移動させて異なる角度から被写体にＸ線を照射して撮影を行い、これにより取得した画像を加算して所望の断層面を強調した画像を得ることができるトモシンセシス撮影が提案されている。トモシンセシス撮影では、撮影装置の特性や必要な断層画像に応じて、Ｘ線管をＸ線検出器と平行に移動させたり、円や楕円の弧を描くように移動させて、異なる照射角で被写体を撮影した複数の撮影画像を取得し、これらの撮影画像を再構成して断層画像を生成する。

このようなトモシンセシス撮影を行う場合には、撮影により取得した複数の撮影画像を再構成する際に、各撮影画像の位置合わせが必要となる。このため、Ｘ線管の移動範囲を撮影回数（ショット数）によって等分することにより、各撮影におけるＸ線管の位置（以下線源位置とする）を算出し、算出した線源位置の情報を用いて、複数の撮影画像を再構成する手法が提案されている。

しかしながら、この手法では、撮影時の振動あるいは機械的なずれ等の影響により、Ｘ線管を算出された通りの線源位置に正確に移動させることは困難であることから、撮影時の線源位置は算出された線源位置とずれることとなる。このずれの影響により、対象物の投影位置を精度よく位置合わせすることができず、その結果、断層画像の画質が劣化する。

このため、トモシンセシス撮影時に、被写体あるいは被写体を載置する撮影台にマーカを付与し、被写体とともにマーカを撮影することにより、マーカ像が含まれる複数の撮影画像を取得することが行われている（特許文献１〜３参照）。特許文献１〜３の手法によれば、マーカを含むファントムの位置情報を用いて、撮影画像毎に正確な線源位置を算出し、算出した線源位置を用いて撮影画像を再構成することにより、線源位置のズレの影響を解消することができる。また、複数のマーカを含む支持体の位置が変位することを考慮して、支持体位置の変位パラメータと撮影位置とを同時に推定する手法も提案されている（特許文献４参照）。

一方、複数の撮影画像間でのマーカ像位置のシフト量を用いることによって、マーカの位置情報を使用することなく、撮影画像の位置ずれを補正する手法が提案されている（特許文献５参照）。以下、特許文献５の手法について説明する。

図９は特許文献５の手法における位置合わせを説明するための図である。なお、図９においては、Ｘ線管の移動経路に平行な方向をｘ方向、Ｘ線管の移動経路に垂直な方向をｚ方向、紙面に垂直な方向をｙ方向とする。図９に示すようにＸ線管が、線源位置Ｓ１１から線源位置Ｓ１２にΔｘｓ移動すると、撮影台天板１０４上に配置されたマーカＭ０のマーカ像はΔｘｍ、被写体１０２内の再構成の対象となる対象物Ｔ０の投影位置はΔｘｔ移動する。ここで、Ｘ線管と検出器１１４の検出面との距離（すなわち線源距離）をｓｚ、検出器１１４の検出面と対象物Ｔ０が存在する面との距離をｔｚ、検出器１１４の検出面と撮影台天板１０４の天板面までの距離をｍｚとすると、線源位置の移動量Δｘｓは、マーカ像の移動量Δｘｍ、線源距離ｓｚ、距離ｍｚを用いて下記の式（１）により表される。

Δｘｓ＝Δｘｍ×（ｓｚ−ｍｚ）／ｍｚ （１）
また、対象物の投影位置の移動量Δｘｔは、線源位置の移動量Δｘｓ、線源距離ｓｚおよび距離ｔｚを用いて下記の式（２）により表される。

Δｘｔ＝Δｘｓ×ｔｚ／（ｓｚ−ｔｚ） （２）
式（１）、（２）より、対象物の投影位置の移動量Δｘｔは、マーカ像の移動量Δｘｍ、線源距離ｓｚ、距離ｍｚおよび距離ｔｚを用いて下記の式（３）により表される。

Δｘｔ＝Δｘｍ×（ｔｚ／ｍｚ）×（ｓｚ−ｍｚ）／（ｓｚ−ｔｚ） （３）
このように対象物の投影位置の移動量Δｘｔを算出することにより、各撮影画像における対象物の投影位置を位置合わせして、断層画像を再構成することができる。

特開２００５−２１３４５号公報 特開２００５−２１６７５号公報 特開平１０−２９５６８０号公報 特開２００３−２４３２１号公報 米国特許第６９６００２０号明細書

しかしながら、特許文献１〜３に記載された手法は、線源位置を算出する際に、複数のマーカの位置を既知の情報として使用しているため、線源位置を精度よく求めるためには、複数のマーカをあらかじめ定められた位置に正確に配置して、複数のマーカを含むファントムを精度よく作製する必要がある。なお、マーカを固定具に固定することにより精度の良いマーカの位置情報を得ることができるが、固定具はある程度の大きさを有するため、多様な被写体を撮影するのには不向きである。また、マーカ固定具を使用すると自由にマーカを配置できないため、照射野絞りを用いて撮影を行う場合に、照射野内にマーカを配置できなくなるおそれがある。一方、特許文献４に記載された手法は、支持体内における複数のマーカの相対位置を既知の情報として使用しているため、支持体内における複数のマーカの配置を精度よく行う必要がある。

さらに、特許文献５に記載された手法は、Ｘ線管の移動経路が検出器の検出面と常時平行であることを前提としているため、各撮影画像を取得する線源位置が、検出器の検出面と平行な移動経路上にない場合には、精度良く位置合わせを行うことができない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、トモシンセシス撮影等、複数の線源位置において複数の撮影画像を取得するに際し、撮影画像の位置合わせを精度良く行うことを目的とする。

本発明による放射線撮影装置は、少なくとも１つのマーカとともに被写体に放射線を照射する放射線源と、
前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
前記放射線源を前記検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段と、
前記複数の線源位置のうちの基準線源位置を基準とした、該基準線源位置とは異なる対象線源位置の相対的な位置情報を、前記基準線源位置において取得した基準撮影画像および前記対象線源位置において取得した対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像に基づいて取得する線源位置取得手段とを備えたことを特徴とするものである。

「放射線源を検出手段に対して相対的に移動させる」とは、検出手段を固定して放射線源のみを移動させる場合、および検出手段と放射線源との双方を同期させて移動する場合の両方を含む。

なお、本発明による放射線撮影装置においては、前記線源位置取得手段を、前記基準撮影画像および前記対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像の位置と、前記基準線源位置および前記対象線源位置との３次元的な位置関係に基づいて、前記対象線源位置の前記位置情報を取得する手段としてもよい。

また、本発明による放射線撮影装置においては、前記線源位置取得手段を、前記基準線源位置、前記対象線源位置および前記マーカの位置の関係から算出される、前記マーカ像の投影位置と、前記基準撮影画像および前記対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像の位置との誤差を最小化するように、前記対象線源位置の位置情報の最適解を決定することにより、前記対象線源位置の位置情報を取得する手段としてもよい。

この場合、前記線源位置取得手段を、前記対象線源位置の位置情報の最適化、および前記マーカの位置情報の最適化を繰り返すことにより、前記対象線源位置の位置情報の最適解を決定する手段としてもよい。

また、本発明による放射線撮影装置においては、前記基準線源位置および前記対象線源位置の位置情報を用いて、前記被写体の断層画像を生成する画像再構成手段をさらに備えるものとしてもよい。

本発明による放射線撮影方法は、少なくとも１つのマーカとともに被写体に放射線を照射する放射線源と、
前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
前記放射線源を前記検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段とを備えた放射線撮影装置における放射線撮影方法であって、
前記複数の線源位置のうちの基準線源位置を基準とした、該基準線源位置とは異なる対象線源位置の相対的な位置情報を、前記基準線源位置において取得した基準撮影画像および前記対象線源位置において取得した対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像に基づいて取得することを特徴とするものである。

なお、本発明による放射線撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。

本発明によれば、複数の線源位置のうちの基準線源位置を基準とした、基準線源位置とは異なる対象線源位置の相対的な位置情報を、基準線源位置において取得した基準撮影画像および対象線源位置において取得した対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像に基づいて取得するようにしたものである。このため、複数の線源位置が所定の移動経路上になくても、基準撮影位置を基準とした対象線源位置の相対的な位置情報を取得することができる。また、位置情報を算出する際には、少なくとも１つのマーカについての位置の情報は不要であり、とくに複数のマーカを用いる場合であってもマーカ間の相互関係に関する情報は不要であるため、撮影時にマーカを任意に配置することができ、その結果、撮影の自由度を向上させることができる。

また、基準撮影画像および対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像の位置と、基準線源位置および対象線源位置との３次元的な位置関係に基づいて、対象線源位置の位置情報を取得することにより、比較的容易な演算により、基準線源位置を基準とした対象線源位置の位置情報を取得することができる。

また、基準線源位置、対象線源位置およびマーカの位置の関係から算出されるマーカ像の投影位置と、基準撮影画像および対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像の位置との誤差を最小化するように、対象線源位置の位置情報の最適解を決定して、対象線源位置の位置情報を取得することにより、対象線源位置のみならず、マーカの位置情報をも取得することができる。したがって、マーカの誤検出あるいは未検出があっても、マーカの位置情報を比較的安定して取得することができる。また、とくに基準撮影画像と他の撮影画像との位置合わせを行う場合において、複数のマーカを使用する場合に、マーカが配置される高さが一定でなくても、位置合わせを行うことが可能となる。

また、対象線源位置の位置情報の最適化、およびマーカの位置情報の最適化を繰り返して、対象線源位置の位置情報の最適解を決定することにより、対象線源位置の位置座標を効率よく算出することができる。

また、基準線源位置を基準とした対象線源位置の位置情報を用いて被写体の断層画像を生成することにより、撮影時に生じる機械的なずれの影響を解消することができ、これにより、高画質の断層画像を取得することができる。

本発明の第１の実施形態による放射線撮影装置を適用したＸ線撮影装置の概略図 トモシンセシス撮影を説明するための図 各種パラメータを説明するための図 本実施形態において使用されるマーカおよびマーカの配置位置を説明する撮影台の天板の平面図 線源位置の算出を説明するための図 線源位置の算出を説明するための図 第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート 本発明の第２の実施形態による放射線撮影装置を適用したＸ線撮影装置の概略図 従来技術における位置合わせを説明するための図

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による放射線撮影装置を適用したＸ線撮影装置の概略図である。図１に示すように、第１の実施形態によるＸ線撮影装置１０は、トモシンセシス撮影を行うためのものであり、Ｘ線管１２およびフラットパネルＸ線検出器（以下、単に検出器とする）１４を備える。Ｘ線管１２は移動機構１６により直線または円弧に沿って移動し、移動経路上の複数の位置において、撮影台天板４上の被写体２にＸ線を照射する。本実施形態においては直線に沿って矢印Ａ方向にＸ線管１２を移動させるものとする。なお、被写体２へのＸ線照射量は後述する制御部により所定量となるように制御される。

また、Ｘ線管１２にはコリメータ（照射野絞り）６が接続されており、被写体２に照射されるＸ線の範囲（照射範囲）を操作者が設定できるようになっている。なお、コリメータ６を用いて照射範囲を設定する際には、Ｘ線に代えて可視光がコリメータ６を介して被写体２に照射される。なお、可視光はコリメータ６に設けられた照射野ランプ（不図示）から発せられる。これにより、操作者は被写体２に照射された可視光の範囲をコリメータ６を用いて調整することにより、Ｘ線の照射範囲を設定することができる。また、本実施形態においては、撮影台天板４に後述するようにマーカを配置し、複数の撮影画像に被写体２とともにマーカが含まれるように撮影を行うものである。

検出器１４は、被写体２を透過したＸ線を検出するために、被写体２を載置する撮影台天板４を間に挟んでＸ線管１２と対向するように配置されている。検出器１４は、移動機構１８により必要に応じて直線または円弧に沿って移動し、移動経路上の複数の位置において被写体２を透過したＸ線を検出する。なお、本実施形態においては直線に沿って矢印Ｂ方向に検出器１４を移動させるものとする。

また、Ｘ線撮影装置１０は、画像取得部２０および再構成部２２を備える。画像取得部２０は、直線に沿ってＸ線管１２を移動させ、Ｘ線管１２の移動による複数の線源位置において被写体２にＸ線を照射し、被写体２を透過したＸ線を検出器１４により検出して、移動中の複数の線源位置における複数の撮影画像を取得する。再構成部２２は、画像取得部２０が取得した複数の撮影画像を再構成することにより、被写体２の所望の断面を示す断層画像を生成する。以下に、断層画像を再構成する方法を説明する。

図２に示すように、Ｘ線管１２をＳ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎの各位置から異なる照射角で被写体２を撮影すると、それぞれ撮影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎが得られるものとする。そこで、例えば、線源位置Ｓ１から、異なる深さに存在する対象物（Ｔ１、Ｔ２）を投影すると、撮影画像Ｇ１上にはＰ１１、Ｐ１２の位置に投影され、線源位置Ｓ２から、対象物（Ｔ１、Ｔ２）を投影すると、撮影画像Ｇ２上にはＰ２１、Ｐ２２の位置に投影される。このように、繰り返し異なる線源位置Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎから投影を行うと、各線源位置に対応して対象物Ｔ１は、Ｐ１１、Ｐ２１、・・・、Ｐｎ１の位置に投影され、対象物Ｔ２は、Ｐ１２、Ｐ２２、・・・、Ｐｎ２の位置に投影される。

対象物Ｔ１の存在する断面を強調したい場合には、撮影画像Ｇ２を（Ｐ２１−Ｐ１１）分移動させ、撮影画像Ｇ３を（Ｐ３１−Ｐ１１）分移動させ、・・・、撮影画像Ｇｎを（Ｐｎ１−Ｐ１１）分移動させた画像を位置合わせして加算することにより、対象物Ｔ１の深さにある断面上の構造物を強調した断層画像が作成される。また、対象物Ｔ２の存在する断面を強調したい場合には、撮影画像Ｇ２を（Ｐ２２−Ｐ１２）分移動させ、撮影画像Ｇ３を（Ｐ３２−Ｐ１２）分移動させ、・・・、撮影画像Ｇｎを（Ｐｎ２−Ｐ１２）分移動させて位置合わせして加算する。このようにして、必要とする断層の位置に応じて各撮影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎを位置合わせして加算することにより、所望の位置における断層画像を強調した画像を取得することができる。なお、本実施形態においては、撮影台天板４にマーカを配置し、マーカが撮影されるように複数の撮影画像を取得するものであるため、撮影画像にはマーカ像が含まれる。したがって、各撮影画像Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎの位置合わせはマーカ像を用いて行われる。

また、Ｘ線撮影装置１０は、操作部２４、表示部２６および記憶部２８を備える。操作部２４はキーボード、マウスあるいはタッチパネル方式の入力装置からなり、操作者によるＸ線撮影装置１０の操作を受け付ける。また、トモシンセシス撮影を行うために必要な、撮影条件等の各種情報の入力および情報の修正の指示も受け付ける。本実施形態においては、操作者が操作部２４から入力した情報に従って、Ｘ線撮影装置１０の各部が動作する。表示部２６は液晶モニタ等の表示装置であり、画像取得部２０が取得した撮影画像および再構成部２２が再構成した断層画像の他、操作に必要なメッセージ等を表示する。なお、表示部２６は音声を出力するスピーカを内蔵するものであってもよい。記憶部２８は、Ｘ線撮影装置１０を動作させるために必要な撮影条件を設定する各種パラメータ等を記憶している。なお、各種パラメータは、撮影部位に応じた標準値が記憶部２８に記憶されており、必要に応じて操作者が操作部２４から指示を行うことにより修正される。

撮影条件を設定するためのパラメータとしては、基準面、断層角度、線源距離、ショット数、ショット間隔、並びにＸ線管１２の管電圧および管電流、並びにＸ線の曝射時間等が挙げられる。なお、これらのパラメータのうち、ショット数、ショット間隔、並びにＸ線管１２の管電圧および管電流、並びにＸ線の曝射時間は、これらがそのまま撮影条件となり得るものである。

図３は各種パラメータを説明するための図である。基準面は、断層画像を取得する範囲を定める面であり、例えば撮影台天板４の天板面、検出器１４の検出面あるいは被写体２における任意の断層面等を用いることができる。図３においては、被写体２の厚さを２等分する面（以下中心面とする）を基準面として用いる。断層角度は、基準面上の基準点Ｂ０からＸ線管１２の移動範囲を定める２つの端部を臨む角度である。ここで、検出器１４の検出面とＸ線管１２の移動経路とは平行となっているため、Ｘ線管１２の移動経路上における検出器１４の検出面に最も近い距離を線源距離とする。

ショット数は、断層角度の範囲内においてＸ線管１２が端から端まで移動する間の撮影回数である。ショット間隔は、各ショット間の時間間隔である。

なお、以降の説明においては、Ｘ線管１２の移動範囲をｓ０、断層角度をθ、検出器１４の検出面と基準面（すなわち被写体２の中心面）との距離をｄ０とする。また、基準面上の所定の基準点Ｂ０として、検出器１４の重心を通る垂線と基準面との交点を用いるものとする。

また、Ｘ線撮影装置１０は演算部３０を備える。演算部３０は、Ｘ線管１２の移動範囲等の撮影条件を記憶部２８に記憶されたパラメータにしたがって算出する。

ここで、図３に示す関係を参照すると、線源距離ｓｚ、距離ｄ０および断層角度θから、Ｘ線管１２の移動範囲ｓ０を算出することができる。すなわち、基準点Ｂ０を通る垂線とＸ線管１２の移動経路との交点を原点Ｏ１とすると、基準面とＸ線管１２との距離はｓｚ−ｄ０となるため、演算部３０は、Ｘ線管１２の移動範囲ｓ０を、-（ｓｚ−ｄ０）・ｔａｎ（θ／２）〜（ｓｚ−ｄ０）・ｔａｎ（θ／２）として算出する。なお、これにより、算出した移動範囲ｓ０の両端の位置が定まる。

また、演算部３０は、Ｘ線管１２の移動範囲ｓ０をショット数により等分することにより、各撮影におけるＸ線管１２の位置（以下線源位置とする）を算出する。これにより、図２に示すようにＸ線管１２の線源位置Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎを算出することができる。

また、演算部３０は、撮影時間および線源走行速度を撮影条件として算出する。撮影時間は、ショット数×ショット間隔により算出できる。線源走行速度は、移動範囲ｓ０／撮影時間により算出できる。

ここで、Ｘ線管１２は、実際には算出した移動経路に沿って、撮影台天板４に平行に移動するものではなく、機械的な誤差を持って移動する。この場合、線源位置も演算部３０が算出した線源位置とずれることとなる。被写体２内の対象物の投影位置の移動量を算出するための上記式（３）は、Ｘ線管１２が撮影台天板４に平行に移動し、演算部３０が算出した線源位置において撮影を行うことを前提としている。このため、Ｘ線管１２が撮影台天板４に平行に移動せず、演算部３０が算出した線源位置とずれた位置において撮影が行われた場合、式（３）を用いて算出した対象物の投影位置の移動量Δｘｔを用いたのでは、対象物の投影位置を精度良く位置合わせすることができない。この問題を解決するために、本実施形態によるＸ線撮影装置１０は、撮影画像に含まれるマーカ像を用いてＸ線管１２の実際の線源位置の位置座標を位置情報として算出する線源位置算出部３２を備える。

線源位置算出部３２は、複数の線源位置のうち、基準となる線源位置を基準線源位置に設定し、基準線源位置において取得した撮影画像を基準撮影画像に設定する。なお、基準線源位置は例えば１回目の撮影を行った線源位置とすればよい。そして、線源位置算出部３２は、トモシンセシス撮影により取得された複数の撮影画像のそれぞれからマーカＭ１〜Ｍ４のマーカ像を検出し、検出したマーカ像の位置情報（マーカ像の中心位置座標）を用いて、基準線源位置を基準とした、基準線源位置以外の他の線源位置の相対的な位置座標を位置情報として算出する。

図４は本実施形態において使用されるマーカおよびマーカの配置位置を説明する撮影台の天板の平面図である。図４に示すように、本実施形態においては、４つの円形のマーカＭ１〜Ｍ４を使用するものとし、Ｘ線の照射方向において、被写体２とマーカＭ１〜Ｍ４とが重なるように、操作者が撮影台天板４上に４つのマーカＭ１〜Ｍ４を配置する。なお、マーカＭ１〜Ｍ４は、Ｘ線吸収率が高い例えば鉛等の材料からなる。マーカＭ１〜Ｍ４の大きさは１ｃｍ程度であり、それぞれが固有の形状の孔が形成されてなる。これにより、撮影画像に含まれる４つのマーカＭ１〜Ｍ４はそれぞれが識別可能とされている。なお、図４においては、マーカＭ１〜Ｍ４の大きさは説明のために拡大して示している。また、マーカの形状は円形に限定されるものではなく、公知の任意の形状のものを使用できる。また、マーカの数も４つに限定されるものではなく、２以上の任意の数であればよい。また、異なる種類のマーカのみならず、同一種類のマーカを用いるようにしてもよい。

線源位置算出部３２は、基準撮影画像に対して公知のパターン認識処理を行うことによりマーカ像を検出し、マーカ像の位置情報（具体的にはマーカ像の位置座標）を取得する。さらに、基準撮影画像において検出したマーカ像をテンプレートとして、対象撮影画像からマーカ像を検出し、マーカ像の位置座標を取得する。本実施形態においては４つのマーカＭ１〜Ｍ４を使用しているが、そのそれぞれが固有の孔が形成されているため、４つのマーカＭ１〜Ｍ４のマーカ像をそれぞれ別個に認識することができる。この場合、対象撮影画像においては、基準撮影画像において検出したマーカ像の位置に対応する位置の近傍において、対応するマーカ像の位置を検出することにより、マーカ像検出のための演算時間を短縮できる。そして、線源位置算出部３２は、マーカ像の位置座標を用いて、線源位置を算出する。

図５および図６は線源位置の算出を説明するための図である。なお、図５および図６においては、基準線源位置の参照符号をＳｂ、基準線源位置Ｓｂの位置座標を（ｓｘ１，ｓｙ１，ｓｚ１）、位置算出の対象となる対象線源位置の参照符号をＳｏ、対象線源位置の位置座標を（ｓｘ２，ｓｙ２，ｓｚ２）とし、２つのマーカＭ１，Ｍ２を使用して撮影を行ったものとして説明する。また、図５に示すように、Ｘ線管１２が基準線源位置Ｓｂにある場合に撮影を行うことにより取得した撮影画像（基準撮影画像とする）におけるマーカＭ１，Ｍ２のマーカ像の中点Ｃ１の位置座標を（ｐｘ１，ｐｙ１）、マーカＭ１，Ｍ２のマーカ像の間隔をｄ１とする。また、図６に示すように、Ｘ線管１２が対象線源位置Ｓｏにある場合に撮影を行うことにより取得した撮影画像（対象撮影画像とする）におけるマーカＭ１，Ｍ２のマーカ像の中点Ｃ２の位置座標を（ｐｘ２，ｐｙ２）、マーカＭ１，Ｍ２のマーカ像の間隔をｄ２とする。

ここで、図６において、中点Ｃ２および対象線源位置Ｓｏを結ぶ線分と、ｚ＝ｓｚ１（すなわち基準線源位置Ｓｂを通りｚ軸に垂直な平面）との交点をＡ、交点Ａの位置座標を（ａｘ，ａｙ，ａｚ）とすると、交点Ａと基準線源位置Ｓｂとの関係は、中点Ｃ１，Ｃ２の位置座標（ｐｘ１，ｐｙ１）、（ｐｘ２，ｐｙ２）、および検出器１４の検出面と撮影台天板４の天板面までの距離をｍｚを用いて、下記の式（４）により表される。

ax=sx1-(px2-px1)×((sz1-mz)/mz)
ay=sy1-(py2-py1)×((sz1-mz)/mz) （４）
az=sz1
一方、交点Ａと対象線源位置Ｓｏとの関係は、中点Ｃ１，Ｃ２の位置座標（ｐｘ１，ｐｙ１）、（ｐｘ２，ｐｙ２）、および検出器１４の検出面と撮影台天板４の天板面までの距離をｍｚを用いて、下記の式（５）により表される。

sx2=px2+(ax-px2)×sz2/az
sy2=py2+(ay-py2)×sz2/az （５）
sz2=az×(1-(d2-d1)×(az-mz)/((d2-d1)×az+d1×mz))
したがって、式（５）に式（４）の（ａｘ，ａｙ，ａｚ）を代入することにより、対象線源位置Ｓｏの位置座標（ｓｘ２，ｓｙ２，ｓｚ２）を、基準線源位置Ｓｂの位置座標（ｓｘ１，ｓｙ１，ｓｚ１）を用いて表すことができる。線源位置算出部３２は、演算部３０が算出した線源位置Ｓ１、Ｓ２・・Ｓｎのうちのいずれかを基準線源位置Ｓｂとし、上記式（４）、（５）を用いて、基準線源位置Ｓｂを基準とした対象線源位置Ｓｏの相対的な位置座標（ｓｘ２，ｓｙ２，ｓｚ２）を算出することができる。

なお、式（４）、（５）においては、２つのマーカ像の間隔ｄ１，ｄ２および中点Ｃ１，Ｃ２の位置座標（ｐｘ１，ｐｙ１）、（ｐｘ２，ｐｙ２）を用いているが、１つのマーカ像の位置座標を、２つのマーカ像の中点の位置座標に代えて使用するようにしてもよい。また、１つのマーカ像の中心の位置座標およびその大きさを、２つのマーカの中点の位置座標および間隔に代えて使用するようにしてもよい。

再構成部２２は、線源位置算出部３２が算出した対象線源位置Ｓｏの位置座標を用いて、被写体２内の再構成を所望する断層面上の各点の各撮影画像上への投影位置を求め、投影位置の画素値を加算することにより再構成を行って断層画像を生成する。具体的には、断層面上の各点の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）、ｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目の撮影画像への各点の投影位置の座標を（ｔｉ，ｓｉ）、投影位置（ｔｉ，ｓｉ）の画素値をＰｉ（ｔｉ，ｓｉ）とすると、下記の式（６）を用いて、断層面上の各点の再構成像の信号値Ｔｚ（ｘ，ｙ）を算出することにより、断層画像を生成する。なお、式（６）において、（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）は、基準線源位置Ｓｂを基準とした、ｉ番目の撮影画像を取得した際の線源位置の位置座標である。

さらに、Ｘ線撮影装置１０は、Ｘ線撮影装置１０の各部を制御するための制御部３４を備える。制御部３４は、操作部２４からの指示に応じてＸ線撮影装置１０の各部を制御する。また、制御部３４は、記憶部２８に記憶されたＸ線管１２の管電圧および管電流、並びにＸ線の曝射時間によりＸ線管１２に基づいて、被写体２へのＸ線照射量を制御する。

次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図７は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、Ｘ線管１２のみを移動し、検出器１４は移動させないでトモシンセシス撮影を行うものとして説明する。操作者による処理開始の指示を操作部２４が受け付けることにより制御部３８が処理を開始し、Ｘ線管１２を移動させつつトモシンセシス撮影を行い（ステップＳＴ１）、画像取得部２０が複数の撮影画像を取得する（ステップＳＴ２）。次いで、線源位置算出部３２が、マーカＭ１〜Ｍ４の位置およびマーカ像の位置情報に基づいて、基準線源位置Ｓｂを基準とした対象線源位置（すなわち基準線源位置以外の他の線源位置）Ｓｏの相対的な位置情報を算出する（線源位置算出、ステップＳＴ３）。そして、再構成部２２が、基準線源位置Ｓｂを基準とした対象線源位置Ｓｏの相対的な位置情報に基づいて、被写体２内の対象物の位置合わせを行いつつ、複数の撮影画像を再構成して断層画像を生成し（ステップＳＴ４）、処理を終了する。なお、生成された断層画像は、不図示のＨＤＤ等の記憶装置に記憶されるか、またはネットワークを介して外部のサーバに送信される。

このように、本実施形態によれば、位置算出の対象となる対象線源位置Ｓｏについて、基準撮影画像を取得した基準線源位置Ｓｂを基準とした相対的な位置情報を、基準撮影画像および対象撮影画像にそれぞれ含まれる複数のマーカ像に基づいて取得するようにしたものである。このため、基準撮影位置Ｓｂの座標が未知であっても、基準撮影位置Ｓｂを基準とした対象線源位置Ｓｂの相対的な位置情報を取得することができる。また、位置合わせの際にはマーカの位置情報およびマーカの相互位置関係は不要であるため、撮影時にマーカを任意に配置することができ、その結果、撮影の自由度を向上させることができる。また、再構成時には、基準撮影位置Ｓｂにおいて取得した基準撮影画像を基準として、他の撮影画像の位置合わせを精度良く行うことができるため、高画質の断層画像を取得することができる。

次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は本発明の第２の実施形態による放射線撮影装置を適用したＸ線撮影装置の概略図である。なお、第２の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付与し、ここでは詳細な説明は省略する。第２の実施形態によるＸ線撮影装置１０Ａは、第１の実施形態とは異なる手法により基準線源位置Ｓｂに対する対象線源位置Ｓｏの相対的な位置を算出する線源位置算出部３６を備えてなる。

ここで、マーカを用いて撮影を行う場合、撮影画像からマーカ像を検出し、上記第１の実施形態のようにマーカ像を用いて撮影画像の位置合わせを行うが、実際にはマーカ像の誤検出あるいは未検出が発生し、検出したマーカ像の位置および大きさに誤差が生じる場合がある。上記第１の実施形態における線源位置の算出は、マーカを配置した撮影台天板４と検出器１４の検出面とが平行であることを前提としており、配置した複数のマーカの高さが異なると、上記式（４）、（５）を用いた対象線源位置の算出時に誤差が生じることとなる。

ここで、マーカの３次元位置座標を（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）、線源位置の位置座標を（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）としたとき、マーカ像の位置座標（ｐｘ，ｐｙ）は、下記の式（８）により表される。

ｐｘ＝（ｍｘ×ｓｚ−ｓｘ×ｍｚ）／（ｓｚ−ｍｚ）
ｐｙ＝（ｍｙ×ｓｚ−ｓｙ×ｍｚ）／（ｓｚ−ｍｚ） （８）
第２の実施形態においては、線源位置算出部３６は、上記式（８）により算出されるマーカ像の位置と、撮影画像から検出した実際のマーカ像の位置座標（ｐｘ′，ｐｙ′）との誤差Ｅ（以下、投影誤差とする）が最小となるように、複数の線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）（ｉ＝１〜ｎ）および複数のマーカの３次元位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）（ｊ＝１〜Ｊ、Ｊはマーカ数）を最適化することにより、基準線源位置Ｓｂを基準とした他の線源位置の相対的な位置情報およびマーカの位置情報を算出する。

なお、第２の実施形態においては、基準線源位置Ｓｂを１回目の撮影を行った線源位置（ｉ＝１）とし、演算部３０が算出した値を用いる。そして、線源位置算出部３６は、基準線源位置Ｓｂにおいて取得した基準撮影画像からマーカ像を検出し、マーカ像の位置および基準線源位置Ｓｂから、マーカの位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）をマーカ位置座標の初期値として算出する。そして、線源位置算出部３６は、上記投影誤差が最小となるように、基準線源位置Ｓｂ以外の他の線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）（ｉ＝２〜ｎ）、およびマーカの位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）（ｊ＝１〜Ｊ）を最適化する。なお、（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）は演算部３０が算出した値を初期値とする。

ここで、複数の線源位置についてのあるマーカのマーカ像の投影誤差Ｅは、下記の式（９）により表される。

Ｅ＝Σ（（ｐｘ−ｐｘ′）²＋（ｐｙ−ｐｙ′）²） （９）
式（９）において、式（８）より変数は線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）およびマーカの位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）となる。したがって、線源位置算出部３６は、例えば、最級降下法および共役勾配法等の公知の最適化手法を用いて式（８）を最適化し、基準線源位置Ｓｂを基準とした他の線源位置の相対的な位置座標およびマーカの位置座標を算出する。これにより、線源位置のみならず、マーカの位置座標をも取得することができるため、マーカの誤検出あるいは未検出があっても、マーカの位置座標を比較的安定して取得することができる。

なお、投影誤差を最小化するように先に線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）を算出し、次いで投影誤差を最小化するようにマーカの位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）を算出し、これらの算出を繰り返すことにより、基準線源位置Ｓｂを基準とした他の線源位置の相対的な位置座標およびマーカの位置座標を算出するようにしてもよい。また逆に、投影誤差を最小化するように先にマーカの位置座標（ｍｘｊ，ｍｙｊ，ｍｚｊ）を算出し、次いで投影誤差を最小化するように線源位置の位置座標（ｓｘｉ，ｓｙｉ，ｓｚｉ）を算出し、これらの算出を繰り返すことにより、基準線源位置Ｓｂを基準とした他の線源位置の相対的な位置座標およびマーカの位置座標を算出するようにしてもよい。

いずれの場合においても、繰り返し回数をあらかじめ設定しておき、設定した繰り返し回数となったときに処理を終了し、その時点での基準線源位置Ｓｂを基準とした他の線源位置の相対的な位置座標およびマーカの位置座標を出力するようにしてもよい。また、投影誤差が集束してしまい、それ以上最適化を繰り返し行っても投影誤差が小さくならない場合、あるいは投影誤差があらかじめ定められたしきい値以下となったときに処理を終了し、その時点での基準線源位置Ｓｂを基準とした他の線源位置の相対的な位置座標およびマーカの位置座標を出力するようにしてもよい。

一方、算出された線源位置については、必要に応じてスプライン補間演算等を用いてスムージング処理することが好ましい。

なお、上記第１および第２の実施形態においては、１回目の撮影を行った線源位置を基準線源位置Ｓｂとしているが、これに限定されるものではなく、例えば検出器１４に対して略正面に位置する線源位置を基準線源位置としてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態においては、Ｘ線管１２のみを移動させているが、Ｘ線管１２と検出器１４とを同期させて移動させるようにしてもよい。この場合、検出器１４の各線源位置に対応する位置情報を、検出したマーカ像の位置に反映させて、線源位置を算出する必要がある。

また、上記第１および第２の実施形態においては、被写体を臥位にて撮影台に載置してトモシンセシス撮影を行っているが、立位の撮影台を用いてトモシンセシス撮影を行う場合にも本発明を適用できることはもちろんである。

また、上記第１および第２の実施形態においては、トモシンセシス撮影を行う撮影装置において線源位置を算出しているが、複数の線源位置において被写体を撮影することにより複数の撮影画像を取得する任意の撮影装置に本発明を適用できる。例えば、造影剤を用いて透過撮影を行う透過撮影装置（例えばバリウムを用いた胃カメラの撮影装置）、マンモグラフィ撮影装置、または検出器およびＸ線管を移動しながら背骨等の長尺撮影を行う撮影装置等に本発明を適用できる。

また、上記第１および第２の実施形態においては、Ｘ線管１２および検出器１４の軌道は直線または円弧としているが、歳差軌道にも適用することができることはもちろんである。

２ 被写体
４ 撮影台天板
６ コリメータ
１０，１０Ａ Ｘ線撮影装置
１２ Ｘ線管
１４ 検出器
１６，１８ 移動機構
２０ 画像取得部
２２ 再構成部
２４ 操作部
２６ 表示部
２８ 記憶部
３０ 演算部
３２，３６ 線源位置算出部
３４ 制御部

Claims (7)

1. 少なくとも１つのマーカとともに被写体に放射線を照射する放射線源と、
   前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
   前記放射線源を前記検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段と、
   前記複数の線源位置のうちの基準線源位置を基準とした、該基準線源位置とは異なる対象線源位置の相対的な位置情報を、前記基準線源位置において取得した基準撮影画像および前記対象線源位置において取得した対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像に基づいて取得する線源位置取得手段とを備えたことを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記線源位置取得手段は、前記基準撮影画像および前記対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像の位置と、前記基準線源位置および前記対象線源位置との３次元的な位置関係に基づいて、前記対象線源位置の前記位置情報を取得する手段であることを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
3. 前記線源位置取得手段は、前記基準線源位置、前記対象線源位置および前記マーカの位置の関係から算出される、前記マーカ像の投影位置と、前記基準撮影画像および前記対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像の位置との誤差を最小化するように、前記対象線源位置の位置情報の最適解を決定することにより、前記対象線源位置の位置情報を取得する手段であることを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
4. 前記線源位置取得手段は、前記対象線源位置の位置情報の最適化、および前記マーカの位置情報の最適化を繰り返すことにより、前記対象線源位置の位置情報の最適解を決定する手段であることを特徴とする請求項３記載の放射線撮影装置。
5. 前記基準線源位置および前記対象線源位置の位置情報を用いて、前記被写体の断層画像を生成する画像再構成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の放射線撮影装置。
6. 少なくとも１つのマーカとともに被写体に放射線を照射する放射線源と、
   前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
   前記放射線源を前記検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段とを備えた放射線撮影装置における放射線撮影方法であって、
   前記複数の線源位置のうちの基準線源位置を基準とした、該基準線源位置とは異なる対象線源位置の相対的な位置情報を、前記基準線源位置において取得した基準撮影画像および前記対象線源位置において取得した対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像に基づいて取得することを特徴とする放射線撮影方法。
7. 少なくとも１つのマーカとともに被写体に放射線を照射する放射線源と、
   前記被写体を透過した放射線を検出する検出手段と、
   前記放射線源を前記検出手段に対して相対的に移動させ、前記放射線源の移動による複数の線源位置において前記被写体に前記放射線を照射して、前記複数の線源位置にそれぞれ対応する複数の撮影画像を取得する画像取得手段とを備えた放射線撮影装置における放射線撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   前記複数の線源位置のうちの基準線源位置を基準とした、該基準線源位置とは異なる対象線源位置の相対的な位置情報を、前記基準線源位置において取得した基準撮影画像および前記対象線源位置において取得した対象撮影画像にそれぞれ含まれる少なくとも１つのマーカ像に基づいて取得する手順をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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