JP2018110794A - 情報処理装置、放射線撮像装置、情報処理方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】放射線画像における平均値と分散値とから、被写体を構成する物質の実効原子番号および面密度を取得すること。【解決手段】被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置、放射線画像の画素値の平均値を取得する平均値取得手段と、放射線画像の画素値の分散値を取得する分散値取得手段と、平均値と分散値とに基づいて、被写体を構成する物質の実効原子番号、または面密度を算出する演算処理手段とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、情報処理装置、放射線撮像装置、情報処理方法およびプログラムに関するものである。

放射線による医療画像診断に用いる撮影装置として、平面検出器（Flat Panel Detector、以下「ＦＰＤ」と略す）を用いた放射線撮像装置が普及している。ＦＰＤは、撮影画像をデジタル画像処理することができるため、様々なアプリケーションの開発が行われ実用化されている。

特許文献１には、一つのアプリケーション技術として、２種類のエネルギーの放射線で撮影した画像を用いて、実効原子番号を取得する方法が提案されている。実効原子番号とはコンパウンド（化合物）を同程度の放射線減弱係数をもつ単一の元素として見立てたものであり、被写体がどのような物質で構成されているかが不明でも、実効原子番号を取得することで、凡その構成物質を知ることができる。

特開平０８−１７８８７３号公報

特許文献１には複数回の放射線撮影（２種類のエネルギーの放射線による撮影）で撮影した画像から実効原子番号を算出する方法が記載されているが、複数回の放射線撮影の間に被写体が動くことによりモーションアーティファクトが発生すると測定精度が低下し、被検体の被曝量が増加し得る。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、１回の放射線撮影で取得した放射線画像における平均値と分散値とから、被写体を構成する物質の実効原子番号または面密度を取得することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様による情報処理装置は、被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置であって、
前記放射線画像の画素値の平均値を取得する平均値取得手段と、
前記放射線画像の画素値の分散値を取得する分散値取得手段と、
前記平均値と分散値とに基づいて、前記被写体を構成する物質の実効原子番号、または面密度を算出する演算処理手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、放射線画像における平均値と分散値とから、被写体を構成する物質の実効原子番号および面密度を取得することが可能になる。

第１実施形態に係る放射線撮影システムの構成例を示す図。 演算処理部の機能構成を例示する図。 第１実施形態の画像処理部における処理の流れを説明する図。 第２実施形態に係る放射線撮影システムの構成例を示す図。 第２実施形態の画像処理部における処理の流れを説明する図。 第２実施形態の画像処理部における処理の流れを説明する図。 第２実施形態のテーブルを模式的に説明する図。 実効原子番号を例示する図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

(第１実施形態)
図１は、本発明の第１実施形態に係る放射線撮影システム１００の構成例を示す図である。放射線撮影システム１００は、放射線発生装置１０４、放射線管１０１、ＦＰＤ１０２、情報処理装置１２０を有する。尚、放射線撮影システム１００の構成を単に放射線撮影装置ともいう。情報処理装置１２０は、被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する。

放射線発生装置１０４は曝射スイッチの押下により放射線管１０１に高電圧パルスを与え放射線を発生させ、放射線管１０１は被写体１０３に放射線を照射する。

放射線管１０１から放射線が被写体１０３に照射されると、ＦＰＤ１０２は画像信号に基づく電荷の蓄積を行って放射線画像を取得する。ＦＰＤ１０２は、撮影毎に放射線画像を情報処理装置１２０に転送してもよいし、撮影した画像を、撮影毎に転送せずに、ＦＰＤ１０２の内部の画像記憶部に記憶しておき、所定のタイミングでＦＰＤ１０２から情報処理装置１２０に画像を、まとめて転送することが可能である。ＦＰＤ１０２と情報処理装置１２０との間の通信は、有線通信でもよいし、無線通信でもよい。

ＦＰＤ１０２は、放射線に応じた信号を生成するための画素アレイを備えた放射線検出部（不図示）を有する。放射線検出部は、被写体１０３を透過した放射線を画像信号として検出する。放射線検出部には、入射光に応じた信号を出力する画素がアレイ状（二次元の領域）に配置されている。各画素の光電変換素子は蛍光体により変換された光を電気信号である画像信号に変換し、各画素のキャパシタが蓄積を行う。このように、放射線検出部は被写体１０３を透過した放射線を検出して、画像信号（放射線画像）を取得するように構成されている。ＦＰＤ１０２の駆動部（不図示）は、制御部１０５からの指示に従って読み出した画像信号（放射線画像）を、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部を介して、制御部１０５に出力する。

制御部１０５は、ＦＰＤ１０２から取得した放射線画像を処理する画像処理部１０９と、画像処理の結果や各種プログラムを記憶する記憶部１０８とを有する。記憶部１０８は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。記憶部１０８は制御部１０５から出力された画像や画像処理部１０９で画像処理された画像、画像処理部１０９における計算結果（例えば、実効原子番号や面密度）、実効原子番号と物質とを対応付けたデータベース（図８）を記憶することが可能である。

画像処理部１０９は、機能構成として、分散値取得部１１０、平均値取得部１１１、演算処理部１１２を有しており、これらの機能構成は、例えば、一つ又は複数のＣＰＵ（central processing unit）、記憶部１０８から読み込んだプログラムを用いて、各部の機能が構成される。画像処理部１０９の各部の構成は、同様の機能を果たすのであれば、それらは集積回路などで構成してもよい。また、情報処理装置１２０の内部構成として、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のグラフィック制御部、ネットワークカード等の通信部、キーボード、ディスプレイ又はタッチパネル等の入出力部を制御する入出力制御部等を含むように構成することも可能である。

モニタ１０６（表示部）は、制御部１０５がＦＰＤ１０２から受信した放射線画像（デジタル画像）や画像処理部１０９で画像処理された画像を表示する。表示制御部１１６は、モニタ１０６（表示部）の表示を制御することが可能である。操作部１０７は、画像処理部１０９やＦＰＤ１０２に対する指示を入力することができ、不図示のユーザーインターフェイスを介してＦＰＤ１０２に対する指示の入力を受け付ける。

画像処理部１０９は、機能構成として、分散値取得部１１０、平均値取得部１１１、演算処理部１１２を有しており、画像処理部１０９は、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像から、平均値画像及び分散値画像を生成する。また、演算処理部１１２は、平均値と分散値とに基づいて、被写体を構成する物質の実効原子番号、または面密度を算出する。演算処理部１１２は、機能構成として、図２に示すように、実効原子番号の算出処理における積分処理を実行する積分処理部２１１、更新処理部２１２、および判定部２１３を有する。

次に、第１実施形態の画像処理部１０９における処理を、図３に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。制御部１０５は、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像を記憶部１０８に記憶するとともに、画像処理部１０９に放射線画像を転送する。

（Ｓ３０１：平均情報（平均値画像）の生成）
ステップＳ３０１において、平均値取得部１１１は、被写体を有する放射線画像の画素値を、被写体が無い放射線画像の画素値で除算した画素値の平均値（平均情報）を示す平均値画像を取得する。具体的には、平均値取得部１１１は、ＦＰＤ１０２で撮影された、被写体を有する放射線画像Ｍ（ｘ，ｙ，ｔ）と、被写体が無い放射線画像Ｍ₀（ｘ，ｙ，ｔ）と、を用いて平均値画像Ａ（ｘ，ｙ）を取得（生成）する（（１）式）。ここで、ｘとｙは画像の画素の座標、ｔは整数で時系列に撮影された画像のフレーム番号を表す。また、ブラケット「＜ ＞ｔ」は時間平均を表す。被写体が無い放射線画像Ｍ₀の時間平均（平均情報）により、被写体を有する放射線画像Ｍの時間平均（平均情報）を除算することにより、ＦＰＤ１０２のゲイン特性のばらつきを補正することができる。被写体が無い放射線画像Ｍ₀（ｘ，ｙ，ｔ）は、予め撮影されて記憶部１０８に記憶されている。平均値取得部１１１は、平均値画像を取得する際に、記憶部１０８から被写体が無い放射線画像Ｍ₀（ｘ，ｙ，ｔ）を読出して、（１）式の演算処理を行う。

（Ｓ３０２：分散情報（分散値画像）の生成）
ステップＳ３０２において、分散値取得部１１０は、被写体を有する放射線画像の画素値を、被写体が無い放射線画像の画素値で除算した画素値の分散値（分散情報）を示す分散値画像を取得する。具体的には、分散値取得部１１０は、ＦＰＤ１０２で撮影された、被写体を有する複数の放射線画像Ｍ（ｘ，ｙ，ｔ）と、被写体が無い放射線画像Ｍ₀（ｘ，ｙ，ｔ）と、を用いて分散値画像Ｖ（ｘ，ｙ）を取得（生成）する（（２）式）。ｘとｙは画像の画素の座標、ｔは整数で時系列に撮影された画像のフレーム番号を表す。また、ブラケット「＜ ＞ｔ」は時間平均を表す。被写体が無い放射線画像Ｍ₀（ｘ，ｙ，ｔ）は、予め撮影されて記憶部１０８に記憶されている。分散値取得部１１０は、分散値画像を取得する際に、記憶部１０８から被写体が無い放射線画像Ｍ₀（ｘ，ｙ，ｔ）を読出して、（２）式の演算処理を行う。

（Ｓ３０３：演算処理に用いるパラメータの算出）
ステップＳ３０３において、演算処理部１１２は、被写体を構成する物質の実効原子番号および面密度を取得するための演算処理に用いるパラメータを算出する。演算処理部１１２の積分処理部２１１は、本ステップにおいて、被写体を構成する物質の面密度（σ_eff）[ｇ/ｃｍ²]、減弱係数（μ）[ｃｍ²/ｇ]、被写体を構成する物質の実効原子番号（Ｚ_eff）、放射線のエネルギー（Ｅ）、放射線のエネルギースペクトル（Ｎ(Ｅ)）を用いて、以下の６つの積分値（積分情報）を生成する（（３）〜（８）式）。

ここで、（３）式のパラメータＡｃは理論的に計算される放射線画像の画素値であり平均値（平均情報）に相当する。（４）式のパラメータＶｃは理論的に計算される放射線画像の画素値であり分散値（分散情報）に相当する。すなわち、パラメータＡｃ（平均情報）はエネルギーの一次モーメント、パラメータＶｃ（分散情報）はエネルギーの二次のモーメントとなる。

（５）〜（８）式のパラメータは、（３）および（４）式により取得したパラメータＡｃ、Ｖｃの導関数である。ステップＳ３０３で取得したパラメータは、次のステップにおける演算処理（更新演算）で使用される。これらのパラメータは、ステップＳ３０４における更新演算における反復計算で使用される。

積分処理部２１１が（３）式〜（８）式の演算処理で使用するσ_effは、被写体を構成する物質の面密度[ｇ/ｃｍ²]、μは減弱係数[ｃｍ²/ｇ]、Ｚ_effは被写体を構成する物質の、Ｅは放射線のエネルギー、Ｎ(Ｅ)は放射線のエネルギースペクトルを示す。

演算処理部１１２の積分処理部２１１は、画素平均値の変化率または画素分散値の変化率の取得において、放射線のエネルギーと、既知の元素の原子番号と当該原子番号に対応する減弱係数とを用いて、減弱係数を補間する補間情報を生成する。また、演算処理部１１２の積分処理部２１１は、画素平均値の変化率または画素分散値の変化率の取得において、補間情報に基づいて補間された減弱係数の単位原子番号あたりの変化率を取得する。

補間情報および補間された減弱係数の単位原子番号あたりの変化率は、放射線のエネルギー（Ｅ）と、既知の元素の原子番号（Ｚ）と原子番号（Ｚ）に対応する減弱係数とを用いて、以下の（９）、（１０）式のように表現することができる。

積分処理部２１１は、既知の元素の原子番号と減弱係数を、例えば、記憶部１０８に記憶しておき、記憶部１０８の参照により、既知の元素の原子番号と減弱係数とを減弱係数μの補間に使用することが可能である。また、積分処理部２１１は、単位実効原子番号の変化に対する減弱係数μの変化率を示す変化率情報（導関数）を生成する（（１０）式）。ここで、（９）式、（１０）式において、（［ｘ］）の表記は、実数xに対してx以下の最大の整数を出力する床関数を示す。

（Ｓ３０４：実効原子番号および面密度の更新演算）
ステップＳ３０４では、演算処理部１１２の更新処理部２１２は、（１１）式に基づいて実効原子番号、面密度を取得する。実効原子番号について、演算処理部１１２は、実効原子番号に対する、被写体に照射した放射線のエネルギースペクトルと減弱係数とに基づいて取得される放射線画像の画素平均値の変化率と、面密度に対する画素平均値の変化率と、平均値と画素平均値との差分と、に基づいて、実効原子番号を算出する。

また、面密度について、演算処理部１１２の更新処理部２１２は、実効原子番号に対する、被写体に照射した放射線のエネルギースペクトルと減弱係数とに基づいて取得される放射線画像の画素分散値の変化率と、面密度に対する画素分散値の変化率と、分散値と画素分散値との差分と、に基づいて、面密度を算出する。

演算処理部１１２の更新処理部２１２は、画素平均値の変化率と、平均値と画素平均値との差分と、に基づく実効原子番号と、画素分散値の変化率と、分散値と画素分散値との差分と、に基づく面密度とを、連立方程式として解析し、解析の結果に基づく反復演算により実効原子番号および面密度を更新する。

具体的には、演算処理部１１２の更新処理部２１２は、以下の（１１）式の計算により物質の実効原子番号（Ｚ_eff）と物質の面密度（σ_eff）を、反復演算により更新する。ここで、「（ ）」の表記は行列を表し、「−１」は逆行列を示す。また、添え字のｎは反復演算の回数を示している。

（１１）式の連立方程式において、パラメータＡｃ、Ｖｃの導関数は（５）式〜（８）式の演算により取得したパラメータである。また、Ａは（１）式の演算により取得した平均値画像の情報（放射線画像における画素値の平均情報）であり、Ａｃは、（３）式の理論的計算に基づく放射線画像の画素値の平均情報である。また、（１１）式において、Ｖは（２）式の演算により取得した分散値画像の情報（放射線画像における画素値の分散情報）であり、Ｖｃは、（４）式の理論的計算に基づく放射線画像の画素値の分散情報である。

更新処理部２１２は、例えば、ニュートンラプソン法による反復計算により、（１１）式の演算処理を反復して実行することにより、被写体を構成する物質の実効原子番号（Ｚ_eff）と面密度（σ_eff）を取得する。このとき、演算の初期値として、０値等、任意の値を設定することができる。

（ステップＳ３０５：収束判定）
ステップＳ３０５において、演算処理部１１２の判定部２１３は、更新処理部２１２により更新された実効原子番号および面密度の収束を判定する。判定部２１３は、ステップＳ３０４の反復演算により更新された物質の実効原子番号（Ｚ_eff）および物質の面密度（σ_eff）が収束したか判定する。収束判定方法としては種々の方法により判定することが可能である。判定部２１３は、例えば、ｎ回目の更新演算結果と、ｎ＋１回目の更新演算結果との比較により、両者の差分が所定の閾値以下となった場合、所定の計算精度が得られたものとして、ｎ＋１回目の更新演算結果は収束したと判定することが可能である。あるいは、判定部２１３は、更新処理部２１２による更新演算の反復回数を取得して、所定の反復回数の更新演算が実行された場合に更新演算結果は収束したと判定することも可能である。

ステップＳ３０５の収束判定で、判定部２１３が収束していないと判定した場合（Ｓ３０５−Ｎｏ）、処理はステップＳ３０３に戻され、積分値の生成処理（演算処理に用いるパラメータの算出）を再び実行する。一方、ステップＳ３０５の収束判定で、判定部２１３が収束していると判定した場合（Ｓ３０５−Ｙｅｓ）、演算処理部１１２は、収束した実効原子番号または面密度を、被写体を構成する物質の実効原子番号または面密度として出力し、画像処理部１０９における処理は終了する。

本実施形態によれば、放射線画像における平均値（平均情報）と分散値（分散情報）とから、被写体を構成する物質の実効原子番号および面密度を取得することができる。

画像処理部１０９は、画像処理の結果（実効原子番号および面密度のうち少なくともいずれか一方の計算結果）と画像とを関連付けた画像（組み合わせた画像）を生成することが可能である。表示制御部１１６は、例えば、画像処理の結果として、実効原子番号または面密度と、放射線画像とを関連付けて（組み合わせて）モニタ１０６（表示部）に表示させることが可能である。

このような表示制御を行うことにより、放射線画像において、被写体を構成する物質の実効原子番号（その物質同等の減弱係数を有する元素の原子番号）と、放射線画像との対応関係を可視化表示することが可能になる。例えば、記憶部１０８には、図８に示すような実効原子番号と物質とを対応付けたデータベースが記憶しておき、算出された実効原子番号から、放射線画像の被写体の各部位を構成する要素をモニタ１０６に表示することができる。これにより、手術後の器具の置忘れの確認や病変の組織、造影剤の視認性の向上を図り、医師の診断や放射線技師の撮影を支援に資することができる。

(第２実施形態)
本実施形態では、放射線画像の画素値の分散値および平均値と、被写体を構成する物質の実効原子番号との関係を示すテーブル（実効原子番号の２次元テーブル）の参照に基づいて実効原子番号を取得する構成を説明する。また、放射線画像の画素値の分散値および平均値と、被写体を構成する物質の面密度との関係を示すテーブル（面密度の２次元テーブル）の参照に基づいて、面密度を取得する構成を説明する。

以下の説明では、第１実施形態と同様の部分は説明を省略し、第２実施形態に特有な構成部分についてのみ説明を行う。本実施形態の構成は、放射線画像から平均値画像および分散値画像を取得して、解析的に実効原子番号および面密度を取得する構成に比べて、実装上高速化が可能であり、本実施形態の構成は、動画撮影において実効原子番号や面密度を算出する際に有用である。

図４は、本発明の第２実施形態に係る放射線撮影システム１００の構成例を示す図である。本実施形態では、画像処理部４００がテーブル保持部４０１とデータ適用部４０２を有するところが、第１実施形態と異なる。

次に、第２実施形態の画像処理部４００における処理を、図５に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。制御部１０５は、ＦＰＤ１０２で撮影された放射線画像を記憶部１０８に記憶するとともに、画像処理部４００に放射線画像を転送する。

（Ｓ５０１：平均値２次元テーブルの生成）
ステップＳ５０１において、本実施形態では実際の撮影を開始する前に、演算処理部１１２の積分処理部２１１は、平均値２次元テーブルを生成する。平均値２次元テーブルは、例えば、図７（ａ）のように、Ｘ軸（横軸）が分散値であり、Ｙ軸（縦軸）が平均値である２次元のマトリクス状のテーブルとして生成される。積分処理部２１１は、平均値２次元テーブルを、（３）式の平均値Ａｃ（理論値）が取りうる０．０〜１．０の範囲と、（４）式の分散値Ｖｃ（理論値）が取りうる０．０〜１．０の範囲とで生成する。すなわち、図７（ａ）の平均値２次元テーブルのマトリクス要素には、Ｙ軸（縦軸）方向において、平均値Ａｃが０．０〜１．０まで埋め込まれ、Ｘ軸（横軸）方向には、平均値Ａｃに対応して一定の分散値Ｖｃの値を取るテーブルが生成される。例えば、分散値Ｖｃ＝０．０に対応して、平均値Ａｃ（理論値）が取りうる０．０〜１．０がマトリクス要素として配置される。同様に、分散値Ｖｃ＝１．０に対応して、平均値Ａｃ（理論値）が取りうる０．０〜１．０がマトリクス要素として配置される。

尚、積分処理部２１１は、平均値２次元テーブルを、分散値Ｖｃと平均値Ａｃとを対応付ける１次元の平均値テーブルとして生成することも可能である。この場合、積分処理部２１１は、後述する、２次元の実効原子番号テーブルおよび２次元の面密度テーブルの各行列要素に合わせて、１次元の平均値テーブルを適宜対応付ければよい。

（Ｓ５０２：分散値２次元テーブルの生成）
ステップＳ５０２において、積分処理部２１１は、分散値２次元テーブルを生成する。分散値２次元テーブルは、例えば、図７（ｂ）のように、Ｘ軸（横軸）が分散値であり、Ｙ軸（縦軸）が平均値である２次元のマトリクス状のテーブルとして生成される。積分処理部２１１は、分散値２次元テーブルを、（３）式の平均値Ａｃ（理論値）が取りうる０．０〜１．０の範囲と、（４）式の分散値Ｖｃ（理論値）が取りうる０．０〜１．０の範囲とで生成する。すなわち、図７（ｂ）の分散値２次元テーブルのマトリクス要素には、Ｘ軸（横軸）方向において、分散値Ｖｃが０．０〜１．０まで埋め込まれ、Ｙ軸（縦軸）方向には、分散値Ｖｃに対応して一定の平均値Ａｃの値を取るテーブルが生成される。例えば、平均値Ａｃ＝０．０に対応して、分散値Ｖｃ（理論値）が取りうる０．０〜１．０がマトリクス要素として配置される。同様に、平均値Ａｃ＝１．０に対応して、分散値Ｖｃ（理論値）が取りうる０．０〜１．０がマトリクス要素として配置される。

尚、積分処理部２１１は、分散値２次元テーブルを、分散値Ｖｃと平均値Ａｃとを対応付ける１次元の分散値テーブルとして生成することも可能である。この場合、積分処理部２１１は、後述する、２次元の実効原子番号テーブルおよび２次元の面密度テーブルの各行列要素に合わせて、１次元の分散値テーブルを適宜対応付ければよい。

（Ｓ５０３〜Ｓ５０５：積分値の生成、更新演算、収束判定）
ステップＳ５０３の処理は、ステップＳ３０３における演算処理に用いるパラメータの算出（積分値の生成）処理に対応する。また、ステップＳ５０３の処理は、ステップＳ３０４における実効原子番号および面密度の更新演算処理に対応する。そして、ステップＳ５０５の処理は、ステップＳ３０５における収束判定処理に対応する。

ここで、（１１）式の演算において、放射線画像における画素値の平均情報を示す平均値画像Ａの情報は、ステップＳ５０１生成した平均値２次元テーブル（図７（ａ））の情報を使用する。また、放射線画像における画素値の分散情報を示す分散値画像Ｖの情報は、ステップＳ５０２で生成した分散値２次元テーブル（図７（ｂ））の情報を使用する。

（Ｓ５０６：２次元テーブルの取得）
ステップＳ５０６において、更新処理部２１２は、反復計算により、（１１）式の演算処理を反復して実行することにより、被写体を構成する物質の実効原子番号（Ｚ_eff）と面密度（σ_eff）を取得する。更新処理部２１２は、反復演算の結果、実効原子番号（Ｚ_eff）を分散値（σ_eff）および平均値に対応付けた、実効原子番号の２次元テーブル（図７（ｃ））として取得する。また、更新処理部２１２は、反復演算の結果、面密度を分散値および平均値に対応付けた、面密度の２次元テーブル（図７（ｄ））として取得する。

実効原子番号の２次元テーブル（図７（ｃ））は、Ｘ軸（横軸）が分散値であり、Ｙ軸（縦軸）が平均値である２次元のマトリクス状のテーブルとして生成され、分散値および平均値が求まれば、対応する実効原子番号を取得することができる。同様に、面密度の２次元テーブル（図７（ｄ））は、Ｘ軸（横軸）が分散値であり、Ｙ軸（縦軸）が平均値である２次元のマトリクス状のテーブルとして生成され、分散値および平均値が求まれば、対応する面密度を取得することができる。テーブル保持部４０１は、生成された実効原子番号の２次元テーブル（図７（ｃ））および面密度の２次元テーブル（図７（ｄ））を保存する。

ここまでが、実際の撮影を開始するための前準備となる。次に実際の撮影における処理の流れを図６に示すフローチャートを用いて説明する。

（Ｓ６０１：平均情報（平均値画像）の生成）
ステップＳ６０１において、平均値取得部１１１は、放射線画像の画素値の平均値（平均情報）を示す平均値画像を取得する。この処理は、図３のステップＳ３０１の処理と同様の処理であり、平均値取得部１１１は、ＦＰＤ１０２で撮影された、被写体を有する放射線画像Ｍ（ｘ，ｙ，ｔ）と、被写体が無い放射線画像Ｍ₀（ｘ，ｙ，ｔ）と、を用いて平均値画像Ａ（ｘ，ｙ）を取得（生成）する（（１）式）。

（Ｓ６０２：分散情報（分散値画像）の生成）
ステップＳ６０２において、分散値取得部１１０は、放射線画像の画素値の分散値（分散情報）を示す分散値画像を取得する。この処理は、図３のステップＳ３０２の処理と同様の処理であり、分散値取得部１１０は、ＦＰＤ１０２で撮影された、被写体を有する複数の放射線画像Ｍ（ｘ，ｙ，ｔ）と、被写体が無い放射線画像Ｍ₀（ｘ，ｙ，ｔ）と、を用いて分散値画像Ｖ（ｘ，ｙ）を取得（生成）する（（２）式）。

（ステップＳ６０３：２次元テーブルの参照）
ステップＳ６０３において、演算処理部１１２は、テーブル保持部４０１に保存された実効原子番号の２次元テーブル（図７（ｃ））および面密度の２次元テーブル（図７（ｄ））を参照して、平均値画像Ａ（ｘ，ｙ）の画素値（平均情報）、および分散値画像Ｖ（ｘ，ｙ）の画素値（分散情報）に対応する、実効原子番号の分布を示す実効原子番号画像と、面密度の分布を示す面密度画像を生成する。実効原子番号画像の画素値は実効原子番号を示し、面密度画像の画素値は面密度を示す。尚、演算処理部１１２が、実効原子番号の２次元テーブル（図７（ｃ））および面密度の２次元テーブル（図７（ｄ））を参照する際に、対応する平均値と分散値が２次元テーブル軸上に存在するとは限らない。このような場合、演算処理部１１２は、２次元テーブルに保存されている既知の平均値と分散値の値を用いた補間演算により、実効原子番号および面密度を取得して、出力することが可能である。例えば、演算処理部１１２は、以下に示すようなバイリニア補間（（１２）、（１３）式）を用いて、テーブルを参照すれば良い。尚、補間演算の手法は、バイリニア補間に限定されるものではなく、例えば、最近傍補間（ニアレストネイバー）、スプライン補間、バイキュービック補間等を用いることが可能である。

Ｚ_ＯＵＴ＝ｗ_ＡＰｗ_ＶＺ（[Ａ]＋１，[Ｖ]）
＋ｗ_Ａｗ_ＶＺ（[Ａ]，[Ｖ]）
＋ｗ_Ａｗ_ＶＰＺ（[Ａ]，[Ｖ]＋１）
＋ｗ_ＡＰｗ_ＶＰＺ（[Ａ]＋１，[Ｖ]＋１）・・・（１２）
Ｄ_ＯＵＴ＝ｗ_ＡＰｗ_ＶＤ（[Ａ]＋１，[Ｖ]）
＋ｗ_Ａｗ_ＶＤ（[Ａ]，[Ｖ]）
＋ｗ_Ａｗ_ＶＰＤ（[Ａ]，[Ｖ]＋１）
＋ｗ_ＡＰｗ_ＶＰＤ（[Ａ]＋１，[Ｖ]＋１）・・・（１３）
ここで、（１２）式、および（１３）式において、補間処理における重み係数は以下のとおりである。
ｗ_ＡＰ＝Ａ−[Ａ]
ｗ_Ａ ＝１−ｗ_ＡＰ
ｗ_ＶＰ＝Ｖ−[Ｖ]
ｗ_Ｖ ＝１−ｗ_ＶＰ
（１２）式のＺ_ＯＵＴは、補間処理により求められる実効原子番号の分布を示す実効原子番号画像の画素値（実効原子番号）であり、Ｄ_ＯＵＴは補間処理により求められる面密度の分布を示す面密度画像の画素値（面密度）である。Ａは対応する平均値２次元テーブルの値であり、Ｖは対応する分散値２次元テーブルの値であり、（１２）式および（１３）式において、（［ｘ］）の表記は、実数xに対してx以下の最大の整数を出力する床関数を示す。

本実施形態によれば、放射線画像における平均情報と分散情報とから、被写体を構成する物質の実効原子番号および面密度を取得することができる。本実施形態の処理によれば、第１実施形態の（３）式〜（８）式のような積分演算と、（１１）式のような反復演算を撮影画像の画素毎に行う必要が無く、２次元テーブル（図７（ａ）〜図７（ｄ））の参照に基づいて、実効原子番号の分布を示す実効原子番号画像と、面密度の分布を示す面密度画像を生成することができる。（３）式〜（８）式のような積分演算および（１１）式のような反復演算に要する演算負荷を低減することができるため、第１実施形態の処理に比べて高速に実効原子番号の分布を示す実効原子番号画像と、面密度の分布を示す面密度画像を生成することが可能になる。特に放射線による透視撮影（動画像撮影）等リアルタイムに処理を行う場合に極めて有用な実施形態である。

第１実施形態および第２実施形態では、統計情報として、平均値および分散値を用いる構成を説明したが、この例に限定されず、３次モーメントや４次モーメントに関する統計情報を用いることが可能である。例えば、平均値まわりの３次モーメントを標準偏差で正規化した統計情報（歪度）や、平均値まわりの４次モーメントを標準偏差で正規化した統計情報（尖度）を用いることが可能である。被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置は、放射線画像の画素値の異なる複数の統計情報を取得する取得部と、複数の統計情報に基づいて、被写体を構成する物質の実効原子番号、または面密度を算出する演算処理部とを備える。

尚、本発明は、上記の実施形態に限定することなく、要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体等としての実施態様を採ることもできる。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００：放射線撮影システム、１０１：放射線管、１０２：ＦＰＤ、
１０４：放射線発生装置、１０５：制御部、１０６：モニタ、
１０７：操作部、１０８：記憶部、１０９：画像処理部、
１１０：分散値取得部、１１１：平均値取得部、１１２：演算処理部、
２１１：積分処理部、２１２：更新処理部、２１３：判定部

Claims (16)

1. 被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置であって、
   前記放射線画像の画素値の平均値を取得する平均値取得手段と、
   前記放射線画像の画素値の分散値を取得する分散値取得手段と、
   前記平均値と分散値とに基づいて、前記被写体を構成する物質の実効原子番号、または面密度を算出する演算処理手段と
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
2. 前記演算処理手段は、
   実効原子番号に対する、前記被写体に照射した放射線のエネルギースペクトルと減弱係数とに基づいて取得される放射線画像の画素平均値の変化率と、面密度に対する前記画素平均値の変化率と、前記平均値と前記画素平均値との差分と、に基づいて、前記実効原子番号を算出することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記演算処理手段は、
   実効原子番号に対する、前記被写体に照射した放射線のエネルギースペクトルと減弱係数とに基づいて取得される放射線画像の画素分散値の変化率と、面密度に対する前記画素分散値の変化率と、前記分散値と前記画素分散値との差分と、に基づいて、前記面密度を算出することを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
4. 前記演算処理手段は、前記画素平均値の変化率または前記画素分散値の変化率の取得において、前記放射線のエネルギーと、既知の元素の原子番号と当該原子番号に対応する減弱係数とを用いて、前記減弱係数を補間する補間情報を生成することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記演算処理手段は、前記画素平均値の変化率または前記画素分散値の変化率の取得において、前記補間情報に基づいて補間された減弱係数の単位原子番号あたりの変化率を取得することを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
6. 前記演算処理手段は、
   前記画素平均値の変化率と、前記平均値と前記画素平均値との差分と、に基づく前記実効原子番号と、
   前記画素分散値の変化率と、前記分散値と前記画素分散値との差分と、に基づく前記面密度とを、連立方程式として解析し、前記解析の結果に基づく反復演算により前記実効原子番号および前記面密度を更新することを特徴とする請求項４または５に記載の情報処理装置。
7. 前記更新された実効原子番号および面密度の収束を判定する判定手段を更に備え、
   前記演算処理手段は、前記収束した実効原子番号または面密度を、前記被写体を構成する物質の実効原子番号または面密度として出力することを特徴とする請求項６に記載の情報処理装置。
8. 被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置であって、
   前記放射線画像の画素値の分散値および平均値と、前記被写体を構成する物質の実効原子番号との関係を示すテーブルを記憶する記憶手段と、
   前記放射線画像の画素値の平均値を取得する平均値取得手段と、
   前記放射線画像の画素値の分散値を取得する分散値取得手段と、
   前記平均値と分散値とに基づいて、前記実効原子番号を前記テーブルから取得する演算処理手段と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
9. 被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置であって、
   前記放射線画像の画素値の分散値および平均値と、前記被写体を構成する物質の面密度との関係を示すテーブルを記憶する記憶手段と、
   前記放射線画像の画素値の平均値を取得する平均値取得手段と、
   前記放射線画像の画素値の分散値を取得する分散値取得手段と、
   前記平均値と分散値とに基づいて、前記面密度を前記テーブルから取得する演算処理手段と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
10. 前記平均値取得手段は、前記被写体を有する放射線画像の画素値を、前記被写体が無い放射線画像の画素値で除算した画素値の平均情報を示す平均値画像を取得することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
11. 前記分散値取得手段は、前記被写体を有する放射線画像の画素値を、前記被写体が無い放射線画像の画素値で除算した画素値の分散情報を示す分散値画像を取得することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
12. 前記実効原子番号または面密度と、前記放射線画像とを関連付けて表示手段に表示させる表示制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の情報処理装置。
13. 被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置であって、
    前記放射線画像の画素値の異なる複数の統計情報を取得する手段と、
    前記複数の統計情報に基づいて、前記被写体を構成する物質の実効原子番号、または面密度を算出する演算処理手段と
    を備えることを特徴とする情報処理装置。
14. 放射線画像を撮影する撮影手段と、
    前記撮影手段により被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置と、を有する放射線撮影装置であって、
    前記情報処理装置が、
    前記放射線画像の画素値の平均値を取得する平均値取得手段と、
    前記放射線画像の画素値の分散値を取得する分散値取得手段と、
    前記平均値と分散値とに基づいて、前記被写体を構成する物質の実効原子番号、または面密度を算出する演算処理手段と
    を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
15. 被写体を撮影した放射線画像に基づく情報を処理する情報処理装置の情報処理方法であって、
    平均値取得手段が、前記放射線画像の画素値の平均値を取得する工程と、
    分散値取得手段が、前記放射線画像の画素値の分散値を取得する工程と、
    演算処理手段が、前記平均値と分散値とに基づいて、前記被写体を構成する物質の実効原子番号、または面密度を算出する工程と
    を有することを特徴とする情報処理方法。
16. コンピュータを、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の情報処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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