JP2022148638A - 画像処理装置、放射線画像撮影システム、画像処理方法、及び画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被写体の体動を精度良く補正することができる画像処理装置、放射線画像撮影システム、画像処理方法、及び画像処理プログラムを提供する。【解決手段】コンソール１２のＣＰＵ５０Ａは、複数の投影画像を取得し、パラメータとして、被写体Ｕが配置される三次元空間に仮想的に設定された複数のボクセル９１ｊを構成単位とする三次元モデル９０のボクセル９１ｊ毎に割り当てられた吸収係数μと、照射位置１９ｔから照射される放射線Ｒの経路Ｘｔｉが三次元モデル９０と交差するボクセル９１ｊ毎の交差長ｗｔｉｊと、被写体Ｕの体動量θｔと、を有した順投影モデル５３について、複数の照射位置１９ｔ毎に投影画像に基づいて最適化処理し、最適化処理をされたパラメータを用いて被写体Ｕの断層画像を生成する。【選択図】図１０

Description

本開示は、画像処理装置、放射線画像撮影システム、画像処理方法、及び画像処理プログラムに関する。

照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線を照射して照射位置が異なる複数枚の被写体の投影画像を撮影する、いわゆるトモシンセシス撮影が知られている。

トモシンセシス撮影では、複数枚の投影画像を撮影するため、被写体の体動等の影響により、投影画像間に位置ずれが生じることがある。位置ずれが生じている複数枚の投影画像を用いて生成された断層画像は、ぼけた画像となってしまうという問題があった。

そのため、投影画像間の位置ずれ、すなわち被写体の体動を補正する技術が知られている。例えば、特許文献１には、特徴点が検出された断層画像に対応する断層面において、特徴点を基準として複数の投影画像間の位置ずれ量を導出し、導出した位置ずれ量に応じて位置ずれを補正した投影画像を用いて断層画像を生成する技術が開示されている。

国際公開２０２０／０６７４７５号

ところで、投影画像は、放射線が照射される経路上に存在する複数の構造物が重畳的に投影される画像であり多くの情報を含む。上記従来の技術では、特徴点以外の構造物の情報の影響を受けて、被写体の体動が補正できない場合あった。

本開示は、以上の事情を鑑みて成されたものであり、被写体の体動を精度良く補正することができる画像処理装置、放射線画像撮影システム、画像処理方法、及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本開示の第１の態様の画像処理装置は、照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線をそれぞれ照射して得られた複数の投影画像を処理する画像処理装置であって、少なくとも１つのプロセッサを備え、プロセッサは、複数の投影画像を取得し、パラメータとして、被写体が配置される三次元空間に仮想的に設定された複数のボクセルを構成単位とする三次元モデルのボクセル毎に割り当てられた吸収係数と、照射位置から照射される放射線の経路が三次元モデルと交差するボクセル毎の交差長と、被写体の体動量と、を有した順投影モデルについて、複数の照射位置毎に投影画像に基づいて最適化処理し、最適化処理をされたパラメータを用いて被写体の断層画像を生成する。

本開示の第２の態様の画像処理装置は、第１の態様の画像処理装置において、プロセッサは、最適化処理をされた順投影モデルの吸収係数を用い断層画像を生成する。

本開示の第３の態様の画像処理装置は、第１の態様または第２の態様の画像処理装置において、プロセッサは、最適化処理として、複数の照射位置から擬似投影を行うことによって順投影モデルにより得られる複数の疑似投影画像の各画素値を、複数の投影画像の画素値に近づける。

本開示の第４の態様の画像処理装置は、第３の態様の画像処理装置において、プロセッサは、疑似投影画像の画素値を、複数の投影画像の画素値に近づける吸収係数と体動量を導出することで最適化処理を行う。

本開示の第５の態様の画像処理装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか１態様の画像処理装置において、プロセッサは、最適化処理をされた順投影モデルを用い、体動量を導出する。

本開示の第６の態様の画像処理装置は、第１の態様から第５の態様のいずれか１態様の画像処理装置において、プロセッサは、三次元モデルとして、被写体が配置される三次元空間のうち、被写体の特徴領域に対応する三次元空間に仮想的に設定された三次元モデルを用いた順投影モデルに基づいて体動量を導出し、導出した体動量と、被写体が配置される三次元空間に仮想的に設定された三次元モデルを用いた順投影モデルとを用いて断層画像を生成する。

本開示の第７の態様の画像処理装置は、第６の態様の画像処理装置において、特徴領域は、特徴量が閾値以上の構造物を含む領域である。

本開示の第８の態様の画像処理装置は、第７の態様の画像処理装置において、被写体は乳房であり、構造物は、石灰化及び乳腺の少なくとも一方である。

本開示の第９の態様の画像処理装置は、第１の態様から第８の態様のいずれか１態様の画像処理装置において、プロセッサは、第１の大きさのボクセルを用いた第１の順投影モデルについて最適化処理をし、最適化処理をされた第１の順投影モデルの吸収係数及び体動量を初期値として、第１の大きさよりも小さな第２の大きさのボクセルを用いた第２の順投影モデルについて最適化処理をする。

本開示の第１０の態様の画像処理装置は、第９の態様の画像処理装置において、プロセッサは、用いるボクセルの大きさを小さくし最適化処理を繰り返す。

本開示の第１１の態様の画像処理装置は、第１の態様から第１０の態様のいずれか１態様の画像処理装置において、プロセッサは、順投影モデルは、吸収係数、交差長、及び体動量によって定義されるエネルギ関数を用いて推定する。

また、上記目的を達成するために本開示の第１２の態様の放射線画像撮影システムは、放射線を発生する放射線源と、照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線を照射して照射位置毎に被写体の投影画像を撮影するトモシンセシス撮影を行う放射線画像撮影装置と、本開示の画像処理装置と、を備える。

また、上記目的を達成するために本開示の第１３の態様の画像処理方法は、照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線をそれぞれ照射して得られた複数の投影画像を処理する画像処理方法であって、複数の投影画像を取得し、パラメータとして、被写体が配置される三次元空間に仮想的に設定された複数のボクセルを構成単位とする三次元モデルのボクセル毎に割り当てられた吸収係数と、照射位置から照射される放射線の経路が三次元モデルと交差するボクセル毎の交差長と、被写体の体動量と、を有した順投影モデルについて、複数の照射位置毎に投影画像に基づいて最適化処理し、最適化処理をされたパラメータを用いて被写体の断層画像を生成する処理をコンピュータが実行する画像処理方法である。

また、上記目的を達成するために本開示の第１４の態様の画像処理プログラムは、照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線をそれぞれ照射して得られた複数の投影画像を処理する画像処理プログラムであって、少なくとも１つのプロセッサを備え、プロセッサは、複数の投影画像を取得し、パラメータとして、被写体が配置される三次元空間に仮想的に設定された複数のボクセルを構成単位とする三次元モデルのボクセル毎に割り当てられた吸収係数と、照射位置から照射される放射線の経路が三次元モデルと交差するボクセル毎の交差長と、被写体の体動量と、を有した順投影モデルについて、複数の照射位置毎に投影画像に基づいて最適化処理し、最適化処理をされたパラメータを用いて被写体の断層画像を生成する処理をコンピュータに実行させるためのものである。

本開示によれば、被写体の体動を精度良く補正することができる。

実施形態の放射線画像撮影システムにおける全体の構成の一例を概略的に表した構成図である。 トモシンセシス撮影の一例を説明するための図である。 実施形態のマンモグラフィ装置及びコンソールの構成の一例を表したブロック図である。 実施形態のコンソールの機能の一例を表す機能ブロック図である。 順投影モデルを説明するための図である。 ボクセル毎の体動量を説明するための図である。 ボクセル毎の体動量と交差長との関係を説明するための図である。 断層画像の生成方法について説明するための図である。 実施形態のコンソールによる画像処理の流れの一例を表したフローチャートである。 画像処理における最適化処理の流れの一例を表したフローチャートである。 変形例１の最適化処理を説明するための図である。 変形例１の最適化処理の流れの一例を表したフローチャートである。 変形例２の最適化処理を説明するための図である。 変形例２の最適化処理の流れの一例を表したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明を限定するものではない。

まず、本実施形態の放射線画像撮影システムにおける、全体の構成の一例について説明する。図１には、本実施形態の放射線画像撮影システム１における、全体の構成の一例を表す構成図が示されている。図１に示すように、本実施形態の放射線画像撮影システム１は、マンモグラフィ装置１０及びコンソール１２を備える。

まず、本実施形態のマンモグラフィ装置１０について説明する。図１には、本実施形態のマンモグラフィ装置１０の外観の一例を表す側面図が示されている。なお、図１は、被検者の左側からマンモグラフィ装置１０を見た場合の外観の一例を示している。

本実施形態のマンモグラフィ装置１０は、コンソール１２の制御に応じて動作し、被検者の乳房を被写体として、乳房に放射線Ｒ（例えば、Ｘ線）を照射して乳房の放射線画像を撮影する装置である。なお、マンモグラフィ装置１０は、被検者が起立している状態（立位状態）のみならず、被検者が椅子（車椅子を含む）等に座った状態（座位状態）において、被検者の乳房を撮影する装置であってもよい。

また、本実施形態のマンモグラフィ装置１０は、放射線源２９を放射線検出器２０の検出面２０Ａの法線方向に沿った照射位置として撮影を行う通常撮影と、放射線源２９を複数の照射位置の各々に移動させて撮影を行う、いわゆるトモシンセシス撮影とを行う機能を有している。

放射線検出器２０は、被写体である乳房を通過した放射線Ｒを検出する。詳細には、放射線検出器２０は、被検者の乳房及び撮影台２４内に進入して放射線検出器２０の検出面２０Ａに到達した放射線Ｒを検出し、検出した放射線Ｒに基づいて放射線画像を生成し、生成した放射線画像を表す画像データを出力する。以下では、放射線源２９から放射線Ｒを照射して、放射線検出器２０により放射線画像を生成する一連の動作を「撮影」という場合がある。本実施形態の放射線検出器２０の検出面２０Ａには、放射線検出器２０により生成される放射線画像に対応するｉ個の画素（図５の画素２１_ｉ（ｉ＝１、２、・・・、）参照）がマトリクス状に配置されている。本実施形態の放射線検出器２０の種類は、特に限定されず、例えば、放射線Ｒを光に変換し、変換した光を電荷に変換する間接変換方式の放射線検出器であってもよいし、放射線Ｒを直接電荷に変換する直接変換方式の放射線検出器であってもよい。

図１に示すように、放射線検出器２０は、撮影台２４の内部に配置されている。本実施形態のマンモグラフィ装置１０では、撮影を行う場合、撮影台２４の撮影面２４Ａ上には、被検者の乳房がユーザによってポジショニングされる。

撮影を行う際に乳房を圧迫するために用いられる圧迫板３８は、撮影台２４に設けられた圧迫ユニット３６に取り付けられる。詳細には、圧迫ユニット３６には、圧迫板３８を撮影台２４に近づく方向または離れる方向（以下、「上下方向」という）に移動する圧迫板駆動部（図示省略）が設けられている。圧迫板３８の支持部３９は、圧迫板駆動部に着脱可能に取り付けられ、圧迫板駆動部により上下方向に移動し、撮影台２４との間で被検者の乳房を圧迫する。本実施形態の圧迫板３８が、本開示の圧迫部材の一例である。

図１に示すように本実施形態のマンモグラフィ装置１０は、撮影台２４と、アーム部３３と、基台３４と、軸部３５と、を備えている。アーム部３３は、基台３４によって、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に保持される。また、軸部３５によりアーム部３３が基台３４に対して回転をすることが可能である。軸部３５は、基台３４に対して固定されており、軸部３５とアーム部３３とが一体となって回転する。

軸部３５及び撮影台２４の圧迫ユニット３６にそれぞれギアが設けられ、このギア同士の噛合状態と非噛合状態とを切替えることにより、撮影台２４の圧迫ユニット３６と軸部３５とが連結されて一体に回転する状態と、軸部３５が撮影台２４と分離されて空転する状態とに切り替えることができる。なお、軸部３５の動力の伝達・非伝達の切り替えは、上記ギアに限らず、種々の機械要素を用いることができる。

アーム部３３と撮影台２４は、軸部３５を回転軸として、別々に、基台３４に対して相対的に回転可能となっている。本実施形態では、基台３４、アーム部３３、及び撮影台２４の圧迫ユニット３６にそれぞれ係合部（図示省略）が設けられ、この係合部の状態を切替えることにより、アーム部３３、及び撮影台２４の圧迫ユニット３６の各々が基台３４に連結される。軸部３５に連結されたアーム部３３、及び撮影台２４の一方または両方が、軸部３５を中心に一体に回転する。

マンモグラフィ装置１０においてトモシンセシス撮影を行う場合、放射線照射部２８の放射線源２９は、アーム部３３の回転により順次、照射角度が異なる複数の照射位置の各々に移動される。放射線源２９は、放射線Ｒを発生する放射線管（図示省略）を有しており、放射線源２９の移動に応じて、放射線管が複数の照射位置の各々に移動される。図２には、トモシンセシス撮影の一例を説明するための図を示す。なお、図２では、圧迫板３８の図示を省略している。本実施形態では、図２に示すように放射線源２９は、予め定められた角度βずつ照射角度が異なる照射位置１９_ｔ（ｔ＝１、２、・・・、図２では最大値は７）、換言すると放射線検出器２０の検出面２０Ａに対する放射線Ｒの照射角度が異なる位置に移動される。各照射位置１９_ｔにおいて、コンソール１２の指示により放射線源２９から放射線Ｒが被写体Ｕに向けて照射され、放射線検出器２０により放射線画像が撮影される。放射線画像撮影システム１では、放射線源２９を照射位置１９_ｔの各々に移動させて、各照射位置１９_ｔで放射線画像の撮影を行うトモシンセシス撮影を行った場合、図２の例では７枚の放射線画像が得られる。なお、以下では、トモシンセシス撮影において、各照射位置１９において撮影された放射線画像を他の放射線画像と区別して述べる場合は「投影画像」という。また、投影画像及び後述する断層画像等の種類によらず放射線画像について総称する場合、単に「放射線画像」という。また、以下では各照射位置１９_ｔを総称する場合、各照射位置を区別するための符号ｔを省略して「照射位置１９」という。また、以下では、各照射位置１９_ｔで撮影された投影画像等、照射位置１９_ｔと対応する画像等については、各画像を表す符号に、照射位置１９_ｔを表す符号「ｔ」を付与して記載する。

なお、図２に示すように、放射線Ｒの照射角度とは、放射線検出器２０の検出面２０Ａの法線ＣＬと、放射線軸ＲＣとがなす角度αのことをいう。放射線軸ＲＣは、各照射位置１９における放射線源２９の焦点と検出面２０Ａの中心等予め設定された位置とを結ぶ軸をいう。また、ここでは、放射線検出器２０の検出面２０Ａは、撮影面２４Ａに略平行な面とする。

一方、マンモグラフィ装置１０において、通常撮影を行う場合、放射線照射部２８の放射線源２９は、照射角度αが０度である照射位置１９_ｔ（法線方向に沿った照射位置１９_ｔ、図２では照射位置１９_４）のままとされる。コンソール１２の指示により放射線源２９から放射線Ｒが照射され、放射線検出器２０により放射線画像が撮影される。

また、図３には、実施形態のマンモグラフィ装置及びコンソールの構成の一例を表したブロック図が示されている。図３に示すように本実施形態のマンモグラフィ装置１０は、制御部４０、記憶部４２、Ｉ／Ｆ（Interface)部４４、操作部４６、及び線源移動部４７をさらに備えている。制御部４０、記憶部４２、Ｉ／Ｆ部４４、操作部４６、及び線源移動部４７はシステムバスやコントロールバス等のバス４９を介して相互に各種情報の授受が可能に接続されている。

制御部４０は、コンソール１２の制御に応じて、マンモグラフィ装置１０の全体の動作を制御する。制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０Ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０Ｂ、及びＲＡＭ（Random Access Memory）４０Ｃを備える。ＲＯＭ４０Ｂには、ＣＰＵ４０Ａで実行される、放射線画像の撮影に関する制御を行うための撮影プログラム４１等を含む各種のプログラム等が予め記憶されている。ＲＡＭ４０Ｃは、各種データを一時的に記憶する。

記憶部４２には、放射線検出器２０により撮影された放射線画像の画像データや、その他の各種情報等が記憶される。記憶部４２の具体例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等が挙げられる。Ｉ／Ｆ部４４は、無線通信または有線通信により、コンソール１２との間で各種情報の通信を行う。マンモグラフィ装置１０で放射線検出器２０により撮影された放射線画像の画像データは、Ｉ／Ｆ部４４を介してコンソール１２に無線通信または有線通信によって送信される。

本実施形態の制御部４０、記憶部４２、及びＩ／Ｆ部４４の各々は撮影台２４内部に設けられている。

また、操作部４６は、例えば、マンモグラフィ装置１０の撮影台２４等に複数のスイッチとして設けられている。なお、操作部４６は、タッチパネル式のスイッチとして設けられていてもよいし、医師及び技師等のユーザが足で操作するフットスイッチとして設けられていてもよい。

線源移動部４７は、上述したようにトモシンセシス撮影を行う場合に、制御部４０の制御に応じて放射線源２９を複数の照射位置１９の各々に移動させる機能を有する。具体的には、線源移動部４７は、撮影台２４に対してアーム部３３を回転させることにより複数の照射位置１９の各々に放射線源２９を移動させる。本実施形態の線源移動部４７は、アーム部３３内部に設けられている。

一方、本実施形態のコンソール１２は、無線通信ＬＡＮ（Local Area Network）等を介してＲＩＳ（Radiology Information System）等から取得した撮影オーダ及び各種情報と、操作部５６等によりユーザにより行われた指示等とを用いて、マンモグラフィ装置１０の制御を行う機能を有している。

本実施形態のコンソール１２は、一例として、サーバーコンピュータである。図３に示すように、コンソール１２は、制御部５０、記憶部５２、Ｉ／Ｆ部５４、操作部５６、及び表示部５８を備えている。制御部５０、記憶部５２、Ｉ／Ｆ部５４、操作部５６、及び表示部５８はシステムバスやコントロールバス等のバス５９を介して相互に各種情報の授受が可能に接続されている。

本実施形態の制御部５０は、コンソール１２の全体の動作を制御する。制御部５０は、ＣＰＵ５０Ａ、ＲＯＭ５０Ｂ、及びＲＡＭ５０Ｃを備える。ＲＯＭ５０Ｂには、ＣＰＵ５０Ａで実行される画像生成プログラム５１を含む各種のプログラム等が予め記憶されている。ＲＡＭ５０Ｃは、各種データを一時的に記憶する。本実施形態ではＣＰＵ５０Ａが、本開示のプロセッサの一例であり、コンソール１２が、本開示の画像処理装置の一例である。また、本実施形態の画像生成プログラム５１が、本開示の画像処理プログラムの一例である。

記憶部５２には、マンモグラフィ装置１０で撮影された放射線画像の画像データや、その他の各種情報等が記憶される。また、記憶部５２には、詳細を後述する順投影モデル５３が記憶される。記憶部５２の具体例としては、ＨＤＤやＳＳＤ等が挙げられる。

操作部５６は、放射線Ｒの照射指示を含む放射線画像の撮影等に関する指示や各種情報等をユーザが入力するために用いられる。操作部５６は特に限定されるものではなく、例えば、各種スイッチ、タッチパネル、タッチペン、及びマウス等が挙げられる。表示部５８は、各種情報を表示する。なお、操作部５６と表示部５８とを一体化してタッチパネルディスプレイとしてもよい。

Ｉ／Ｆ部５４は、無線通信または有線通信により、マンモグラフィ装置１０、ＲＩＳ、及びＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication Systems）との間で各種情報の通信を行う。本実施形態の放射線画像撮影システム１では、マンモグラフィ装置１０で撮影された放射線画像の画像データは、コンソール１２が、Ｉ／Ｆ部５４を介して無線通信または有線通信によりマンモグラフィ装置１０から受信する。

本実施形態のコンソール１２は、トモシンセシス撮影における被写体の体動を補正する機能を有する。図４には、本実施形態のコンソール１２における、トモシンセシス撮影における被写体の体動を補正する機能に係る構成の一例の機能ブロック図が示されている。図４に示すようにコンソール１２は、画像取得部６０、最適化部６２、断層画像生成部６４、及び表示制御部６６を備える。一例として本実施形態のコンソール１２は、制御部５０のＣＰＵ５０ＡがＲＯＭ５０Ｂに記憶されている画像生成プログラム５１を実行することにより、ＣＰＵ５０Ａが画像取得部６０、最適化部６２、断層画像生成部６４、及び表示制御部６６として機能する。

画像取得部６０は、複数の投影画像を取得する機能を有する。具体的には本実施形態の画像取得部６０は、マンモグラフィ装置１０におけるトモシンセシス撮影により得られた複数の投影画像を表す画像データを取得する。画像取得部６０は、取得した複数の投影画像を表す画像データを最適化部６２に出力する。

最適化部６２は、順投影モデル５３について、複数の照射位置１９毎に投影画像に基づいて最適化処理をする機能を有する。

順投影モデル５３は、実空間である三次元空間から放射線検出器２０の検出面２０Ａにデータを投影する順投影を行うためのモデルである。図５を参照して、順投影モデル５３について説明する。

図５に示すように、被写体Ｕが配置される三次元空間には、複数のボクセル９１_ｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｊ）を構成単位とする三次元モデル９０が仮想的に設定される。なお、一例として本実施形態の最適化部６２が三次元モデル９０を設定する空間は、撮影台２４等に応じて被写体Ｕが存在すると予め仮定された空間としている。

図５には、照射位置１９_ｔに位置する放射線源２９から放射線検出器２０の画素２１_ｉに照射される放射線Ｒの経路Ｘ^ｔ _ｉが示されている。経路をＸ^ｔ _ｉと、三次元モデル９０の各ボクセル９１_ｊとが交差するボクセル９１_ｊ毎の交差長をｗ^ｔ _ｉｊとし、ボクセル９１_ｊ毎の吸収係数を

とすると、照射位置１９_ｔから放射線Ｒを照射した場合に、放射線検出器２０のｉ番目の画素で検出されたフォトン数ｐ^ｔ _ｉを表す順投影モデル５３は、下記（１）式で表される。

・・・（１）

ここで、上記（１）式の対数をとり、放射線検出器２０で計測されるフォトン数ｐ^ｔ _ｉの対数をｙ^ｔ _ｉとして、それぞれの変数をベクトル形式

で記述し、ここから、ボクセル９１_ｊと交差する交差長ｗ^ｔ _ｉｊを下記（２）式のように行列式で記述する。

・・・（２）

投影過程は、下記（３）式の行列式で表すことができる。

・・・（３）

上記（３）式を、照射位置１９_ｔ毎に得られたＴ枚の投影画像毎に定式化する。このとき、吸収係数μは、下記（４）式の連立方程式を解くことにより導出することができる。

・・・（４）

しかしながら、上記（２）式で表した交差長ｗ^ｔ _ｉｊを表す行列式のサイズが大きいため、上記（４）式の連立方程式を解くことは容易ではない。また、一般的にトモシンセシス撮影により得られる投影画像の数Ｔが比較的少ないため、上記（４）について方程式の数が足りないという不良設定問題が生じる。そこで、一例として本実施形態では、順投影モデル５３の上記（１）式を満たすパラメータμを最適化することとし、その最適化のために下記（５）式を最小化することとした。具体的な方法としては、勾配法等を用いて下記（５）式を最小化すればよい。なお、μの推定の一例として下記（５）式を紹介するが、μに対する条件を加える等他の表現も十分に考えられ、エネルギ関数が最小化されればよく、本開示はこの式に限定されるものでないことは言うまでもない。また、「最適化する」及び「最小化する」とは、それぞれ「最適化処理を実行する」及び「最小化処理を実行する」ということであり、必ずしも、他のいかなる方法であってもそれよりも良い状態の解が見つからないという状態でなくても構わない。

・・・（５）

経路Ｘ^ｔ _ｉと、三次元モデル９０の各ボクセル９１_ｊとが交差するボクセル９１_ｊ毎の交差長ｗ^ｔ _ｉｊは、被写体Ｕの体動に応じて変化する。図６に示すように、被写体Ｕの体動量をベクトルθ^ｔと定義する。体動量θ^ｔは、例えば、位置が変化する前のボクセル９１_ｊの重心から、位置が変化した後のボクセル９１_ｊの重心へと向かうベクトルとして定義することができる。なお、画素２１_ｉ毎に異なる体動量θ^ｔが生じているとし、体動量θ^ｔを画素２１_ｉ毎の変数として、θ^ｔ＝（θ^ｔ _１，θ^ｔ _２，・・・，θ^ｔ _Ｊ）と定義してもよい。図７には、被写体Ｕの体動による交差長ｗ^ｔ _ｉｊの変化が示されている。三次元モデル９０は被写体Ｕが配置される三次元空間に対応しているため、被写体Ｕの体動に連動して三次元モデル９０の位置が変化する。換言すると、三次元モデル９０のボクセル９１_ｊは、被写体Ｕの体動に応じた位置となる。図７に示すように、ボクセル９１_ｊの位置が変化しても、放射線Ｒの経路Ｘ^ｔ _ｉは変化しないため、ボクセル９１_ｊに交差する経路Ｘ^ｔ _ｉの交差長ｗ^ｔ _ｉｊは、被写体Ｕの体動に応じて変化する。

被写体Ｕに体動が生じた場合の順投影モデル５３は、下記（６）式のエネルギ関数を用いて表すことができる。なお、下記（６）式を解くことは、吸収係数μ及び体動量θ^ｔの２つの変数の同時最適化が必要となるが、μの最適化とθの最適化を逐次的に繰り返すことで解を導出することができる。

・・・（６）

このように被写体Ｕに体動が生じた場合の順投影モデル５３は、三次元モデル９０のボクセル９１_ｊ毎に割り当てられた吸収係数μと、ボクセル９１_ｊ毎の交差長ｗ^ｔ _ｉｊと、被写体Ｕの体動量θ^ｔと、により定義される。なお、交差長ｗ^ｔ _ｉｊとの導出方法は特に限定されず、幾何的手法を適用してもよいし、また、近似計算により導出する形態としてもよい。

被写体Ｕに体動が生じた場合の順投影モデル５３を用いて照射位置１９_ｔから疑似投影を行うことにより、被写体Ｕに体動が生じた場合の疑似投影画像が得られる。順投影モデル５３について最適化処理とは、順投影モデル５３を用いて得られる疑似投影画像をトモシンセシス撮影により実際に得られた投影画像に近づけることにより、順投影モデル５３を実際にトモシンセシス撮影が行われた際の体動を含む被写体Ｕの配置状態に近づけることをいう。最適化処理をされた順投影モデル５３における吸収係数μ及び体動量θ^ｔは、トモシンセシス撮影により投影画像が実際に撮影された際の被写体Ｕの配置状態及び体動に対応する。

最適化部６２は、上述したように順投影モデル５３について最適化処理を行う機能を有する。具体的には、最適化部６２は、被写体Ｕが配置される三次元空間に、複数のボクセル９１_ｊを構成単位とする三次元モデル９０を仮想的に設定する。また、最適化部６２は、トモシンセシス撮影により実際に撮影された複数の投影画像と、それらが撮影された複数の照射位置１９_ｔとを取得する。最適化部６２は、これらを用い上記（６）式のエネルギ関数を解くことにより順投影モデル５３について最適化処理をする。最適化部６２は、最適化処理をした順投影モデル５３により得られた吸収係数μ及び体動量θ^ｔを、断層画像生成部６４に出力する。なお、上記（６）のエネルギ関数を解く場合、疑似投影を行うことにより順投影モデル５３により得られる疑似投影画像の画素毎に画素値を、対応する投影画像の画素の画素値に近づける処理を行うため、複数の疑似投影画像となるＴ枚の画像そのものを得てはいない。

断層画像生成部６４は、被写体Ｕである乳房の断層画像を生成する機能を有する。具体的には、被写体Ｕの複数の断層面の各々における複数の断層画像を生成する。図８を参照して、本実施形態の断層画像生成部６４における断層画像の生成方法の一例について説明する。図８に示した例では、ボクセル９１_ｊの大きさに応じた断層画像を生成する形態について示されている。断層画像を生成する断層面９２_１～９２_６は、撮影台２４の撮影面２４Ａに略平行な面であり、断層面９２の間隔ｈである断層画像のスライス厚は、照射位置１９_ｔの大きさにより定まる。また、断層画像の高さＨは、撮影台２４の撮影面２４Ａから断層画像に対応する断層面までの高さをいい、図８には、断層面９２_２までの高さＨが示されている。

断層画像生成部６４は、断層面９２_２における断層画像を生成する場合、断層面９２_２に上面が接する複数のボクセル９１_ｊ各々の吸収係数μを用い、断層画像を生成する。図８に示した例では、断層画像生成部６４は、点線Ｄで囲まれた領域内に存在するボクセル９１_ｊ各々の吸収係数μを用い、断層画像を生成する。

なお、通常撮影により得られる放射線画像は、放射線検出器２０で検出されたフォトン数を、対数変換して表示した値、またはＬＵＴ（Look Up Table）変換したりした値等を用いて放射線画像として表示している。そのため、吸収係数μについても、同様に対数変換またはＬＵＴ変換等により得られた値を用いて断層画像として表示してもよい。このように、順投影モデル５３を用いて生成した断層画像の表示形態を、通常撮影の表示形態と同様にすることにより、画像の見かけが同様の形態となるためユーザによる読影を行い易くすることができる。

なお、本実施形態では断層画像生成部６４が生成する断層画像の断層面９２の間隔ｈをボクセル９１_ｊの大きさと同様としているが、断層面９２の間隔ｈは本形態に限定されない。例えば、ユーザにより指定された間隔ｈであってもよい。この場合、断層画像生成部６４は、指定された間隔ｈに応じた断層面９２に対応するボクセル９１_ｊの吸収係数μや、その周囲のボクセル９１_ｊの吸収係数μを用いて断層画像を生成すればよい。

断層画像生成部６４は、生成した複数の断層画像を表す画像データを表示制御部６６に出力する。

表示制御部６６は、断層画像生成部６４が生成した複数の断層画像を表示部５８に表示させる機能を有する。なお、断層画像の表示先は、表示部５８に限定されない。例えば、放射線画像撮影システム１の外部の読影装置等が表示先であってもよい。

次に、トモシンセシス撮影におけるコンソール１２の作用について図面を参照して説明する。マンモグラフィ装置１０によるトモシンセシス撮影が行われた後、コンソール１２は、トモシンセシス撮影により得られた複数の投影画像を用いて断層画像を生成し、表示部５８等に表示させる。

一例として本実施形態のマンモグラフィ装置１０は、トモシンセシス撮影が終了すると、撮影された複数の投影画像８０の画像データをコンソール１２に出力する。コンソール１２は、マンモグラフィ装置１０から入力された複数の投影画像８０の画像データを記憶部５２に記憶させる。

記憶部５２に複数の投影画像８０の画像データを記憶させた後、コンソール１２は、図９に示した画像処理を実行する。図９には、本実施形態のコンソール１２による画像処理の流れの一例を表したフローチャートが示されている。本実施形態のコンソール１２は、一例として、制御部５０のＣＰＵ５０Ａが、ＲＯＭ５０Ｂに記憶されている画像生成プログラム５１を実行することにより、図９に一例を示した画像処理を実行する。

図９のステップＳ１００で、画像取得部６０は、複数の投影画像を取得する。上述したように本実施形態の画像取得部６０は、記憶部５２から複数の投影画像の画像データを取得する。

次のステップＳ１０２で最適化部６２は、上記ステップＳ１００で取得した投影画像を撮影した際の放射線源２９の照射位置１９である複数の照射位置１９_ｔを取得する。上述したように、最適化部６２は、順投影モデル５３を、複数の照射位置１９_ｔ毎に投影画像に基づいて画素毎に最適化処理をするため、本ステップにおいて各投影画像に対応する照射位置１９_ｔを表す情報を取得する。なお、最適化部６２が投影画像に対応する照射位置１９ｔを取得する方法は特に限定されない。例えば、最適化部６２が、マンモグラフィ装置１０から照射位置１９_ｔを表す情報を取得する形態としてもよい。また例えば、投影画像に撮影情報として照射位置１９_ｔを表す情報が付与されている場合、取得した投影画像に付与されている撮影情報から照射位置１９_ｔを表す情報を取得する形態としてもよい。

次のステップＳ１０４で最適化部６２は、詳細を後述する最適化処理を行い、上述したように順投影モデル５３について最適化処理を行う。最適化部６２による順投影モデル５３について最適化処理し、吸収係数μ及び体動量θ^ｔを導出する。

次のステップＳ１０６で断層画像生成部６４は、被写体Ｕである乳房の断層画像を生成する。上述したように断層画像生成部６４は、上記ステップＳ１０４で最適化処理をした順投影モデル５３により得られた吸収係数μを用いて複数の断層画像を生成する。

次のステップＳ１０８で表示制御部６６は、上記ステップＳ１０６で生成した断層画像を表示部５８に表示させる。ステップＳ１０８の処理が終了すると、図９に示した画像処理が終了する。なお、本形態では、ステップＳ１０６で断層画像を生成し、ステップＳ１０８で生成した断層画像を表示させる形態について説明したが、生成する放射線画像は断層画像に限定されず、また、表示させる放射線画像も断層画像に限定されない。

例えば、断層画像生成部６４は、生成した複数の断層画像のうちの少なくとも一部を合成した合成２次元画像をさらに生成してもよい。なお、断層画像生成部６４が合成２次元画像を生成する方法は特に限定されず、米国特許第８９８３１５６号明細書に記載の手法または特開２０１４－１２８７１６号公報に記載の手法等、公知の手法を用いることができる。

さらに、画像処理のステップＳ１０４による最適化処理の詳細について説明する。図１０には、最適化処理の流れの一例を表したフローチャートが示されている。

図１０のステップＳ１３０で最適化部６２は、三次元モデル９０を三次元空間に設定する。図５を参照して上述したように最適化部６２は、撮影台２４に応じて被写体Ｕが存在すると予め仮定された三次元空間に、予め定められた大きさのボクセル９１_ｊを構成単位とする三次元モデル９０を設定する。ボクセル９１_ｊの予め定められた大きさは、特に限定されないが、被写体Ｕの大きさや、順投影モデル５３の最適化処理にかかる処理負荷等を考慮して定めてもよい。

次のステップＳ１３２で最適化部６２は、所定の吸収係数μ及び体動量θ^ｔを順投影モデル５３の初期値として設定した後、ステップＳ１３４へ移行する。なお、所定の吸収係数μ及び体動量θ^ｔは、特に限定されない。所定の吸収係数μ及び体動量θ^ｔは、例えば、実験的に得られている平均的な吸収係数μ及び体動量θ^ｔを適用してもよい。

次のステップＳ１３４で最適化部６２は、順投影モデル５３のエネルギ関数を解くことで順投影モデル５３について最適化処理をし、吸収係数μ及び体動量θ^ｔを導出する。上述したように、順投影モデル５３は、上記（６）式のエネルギ関数を用いて表すことができる。そのため、最適化部６２は、上記（６）式を解くことで順投影モデル５３について最適化処理をし、最適化処理をされた順投影モデル５３における吸収係数μ及び体動量θ^ｔを導出する。ステップＳ１３４が終了すると、図１０に示した最適化処理が終了し、図９に示した画像処理のステップＳ１０６へ移行する。

なお、画像処理のステップＳ１０４における最適化部６２による最適化処理は、上記形態に限定されない。以下、最適化処理の変形例について説明する。

（最適化処理の変形例１）
図１１を参照して本変形例の最適化処理について説明する。図１１に示した例では、１回目の最適化において最適化部６２は、第１の大きさのボクセル９１＿１_ｊを構成単位とする第１の三次元モデル９０＿１を設定する。最適化部６２は、第１の三次元モデル９０＿１を用い、かつ所定の吸収係数μ及び体動量θ^ｔを初期値とした第１の順投影モデル５３＿１について最適化処理をして吸収係数μ＿１及び体動量θ＿１^ｔを導出する。

２回目の最適化において最適化部６２は、第１のボクセル９１＿１_ｊよりも大きさが小さい第２の大きさのボクセル９１＿２_ｊを構成単位とする第２の三次元モデル９０＿２を設定する。最適化部６２は、第２の三次元モデル９０＿２を用い、かつ第１の順投影モデル５３＿１により導出された吸収係数μ＿１及び体動量θ＿１^ｔを初期値とした第２の順投影モデル５３＿２について最適化処理をして吸収係数μ＿２及び体動量θ＿２^ｔを導出する。

このように本変形例の最適化部６２は、最適化処理として、三次元モデル９０を構成するボクセル９１_ｊの大きさを小さくしながら順投影モデル５３について最適化処理を繰り返す。なお、各回の最適化処理において用いる三次元モデル９０を構成するボクセル９１_ｊの大きさは、任意の大きさとすることができる。例えば、順投影モデル５３についての最後の最適化処理の際のボクセル９１_ｊの大きさを、所望とする解像度に応じて定めておき、最適化処理を繰り返す回数、及び最適化処理にかかる処理負荷等から各回の最適化処理におけるボクセル９１_ｊの大きさを定めてもよい。

図１２には、本変形例における最適化処理の流れの一例を表したフローチャートが示されている。図１２に示した最適化処理は、順投影モデル５３について複数回の最適化処理を含む。

図１２のステップＳ１５０で最適化部６２は、最適化処理の回数を表す変数ｎを「１」に設定する。

次のステップＳ１５２で最適化部６２は、第ｎの大きさのボクセル９１＿ｎ_ｊを構成単位とする第ｎの三次元モデル９０＿ｎを、被写体Ｕが存在すると予め仮定された三次元空間に仮想的に設定する。例えば、１回目の最適化処理の場合、ｎ＝１であり、図１１に示したように第１の大きさのボクセル９１＿１_ｊを構成単位とする第１の三次元モデル９０＿１を設定する。

次のステップＳ１５４で最適化部６２は、変数ｎが「１」であるか否かを判定する。換言すると、上記ステップＳ１５２で行った最適化処理が１回目であるか否かを判定する。変数ｎが「１」である場合、ステップＳ１５４の判定が肯定判定となり、ステップＳ１５６へ移行する。ステップＳ１５６で最適化部６２は、所定の吸収係数μ及び体動量θ^ｔを、第ｎの順投影モデル５３＿ｎの初期値として設定した後、ステップＳ１６０へ移行する。具体的には、上述したように最適化部６２は、第１の順投影モデル５３＿１の初期値として所定の吸収係数μ及び体動量θ^ｔを設定する。

一方、ステップＳ１５４において、変数ｎが１ではない場合、否定判定となり、ステップＳ１５８へ移行する。換言すると、上記ステップＳ１５２で行った最適化が２回目以降である場合、ステップＳ１５８へ移行する。ステップＳ１５８で最適化部６２は、第ｎ－１の順投影モデル５３ｎ－１により得られた吸収係数μ＿ｎ－１及び体動量θ^ｔ＿ｎ－１を、第ｎの順投影モデル５３の初期値として設定した後、ステップＳ１６０へ移行する。具体的には、２回目の最適化処理の場合、変数ｎが「２」であり、上述したように最適化部６２は、第２の順投影モデル５３＿２の初期値として吸収係数μ＿１及び体動量θ＿１^ｔを設定する。

ステップＳ１６０で最適化部６２は、第ｎの順投影モデル５３＿ｎのエネルギ関数を解くことで順投影モデル５３＿ｎについて最適化処理をし、吸収係数μ＿ｎ及び体動量θ＿ｎ^ｔを導出する。上述したように、第ｎの順投影モデル５３＿ｎは、上記（６）式のエネルギ関数を用いて表すことができる。そのため、最適化部６２は、上記（６）式を解くことで第ｎの順投影モデル５３＿ｎについて最適化処理をし、最適化処理をされた順投影モデル５３＿ｎにおける吸収係数μ＿ｎ及び体動量θ＿ｎ^ｔを導出する。

次のステップＳ１６２で最適化部６２は、図１２に示した最適化処理を終了するか否かを判定する。本実施形態では、ボクセル９１_ｊの大きさを小さくしながら最適化処理を繰り返す回数が予め定められている。換言すると最適箇所における変数ｎの最大値が予め定められている。そこで、最適化部６２は、現在設定されている変数ｎが、予め定められている最大値であるか否かにより最適化処理を終了するか否かを判定する。最適化処理を終了しない場合、ステップＳ１６２の判定が否定判定となり、ステップＳ１６４へ移行する。

ステップＳ１６４で最適化部６２は、変数ｎに１を加算（ｎ＝ｎ＋１）した後、ステップＳ１５２に戻り、ステップＳ１５２～Ｓ１６２の処理を繰り返す。

一方、最適化処理を終了する場合、ステップＳ１６２の判定が肯定判定となり、図１２に示した最適化処理を終了し、図９に示した画像処理のステップＳ１０６へ移行する。

このように本変形例のコンソール１２によれば、最適化処理として、三次元モデル９０を構成するボクセル９１_ｊの大きさを小さくしながら順投影モデル５３＿ｎの最適化を繰り返す。換言すると、低解像度の順投影モデル５３＿ｎについて最適化処理を行った後、高解像度の順投影モデル５３＿ｎについて最適化処理を行う。ボクセル９１_ｊの大きさを大きくすることにより、三次元モデル９０を構成するボクセル９１_ｊの数を少なくすることができる。ボクセル９１_ｊの数を少なくして順投影モデル５３について最適化処理を行うことにより、最適化処理にかかる処理時間や処理負荷を抑制することができる。また、低解像度の順投影モデル５３＿ｎについて最適化処理により得られた吸収係数μ及び体動量θ^ｔを初期値として高解像度の順投影モデル５３＿ｎについて最適化処理を行うため、高解像度の順投影モデル５３＿ｎについて最適化処理にかかる処理時間や処理負荷を抑制することができる。また本変形例によれば、体動量θ^ｔの導出精度を向上させることができる。

（最適化処理の変形例２）
図１３を参照して本変形例の最適化処理について説明する。本変形例の最適化部６２は、被写体Ｕが配置される三次元空間のうち、被写体Ｕの特徴領域９４に対応する三次元空間に仮想的に設定された三次元モデル９０を用いた順投影モデル５３について最適化処理を行う。

すなわち、本変形例の最適化部６２は、被写体Ｕが配置される三次元空間のうちの一部の空間に三次元モデル９０を設定する。このように、本変形例において三次元モデル９０を設ける特徴領域９４は上記形態において三次元モデル９０が設けられる領域に比べて小さい。そのため、特徴領域９４としては、特徴的な構造物９６を含む領域であることが好ましい。特徴的な構造物９６としては、例えば、被写体Ｕを表す放射線画像における特徴点を含む構造物であってもよい。また特徴的な構造物９６としては、例えば、構造物を表す画像の特徴量が閾値以上である構造物であってもよい。このような特徴的な構造物９６の具体例としては、被写体Ｕが乳房の場合、乳腺及び石灰化の少なくとも一方が挙げられる。

本変形例の最適化部６２は、特徴領域９４に対して設定された三次元モデル９０を用いた順投影モデル５３について最適化処理をすることにより体動量θ^ｔを導出する。さらに、最適化部６２は、導出された体動量θ^ｔを、被写体Ｕ全体の体動量θ^ｔとし、被写体Ｕ全体が存在する三次元空間に仮想的に設定された三次元モデル９０を用いた順投影モデル５３について最適化処理を行い、吸収係数μを導出する。

このように本変形例の最適化部６２は、被写体Ｕが配置される三次元空間のうちの一部の領域である、特徴的な構造物９６を含む特徴領域９４に仮想的に設定された三次元モデル９０を用いた順投影モデル５３について最適化処理を行う。

図１４には、本変形例の最適化処理の流れの一例を表したフローチャートが示されている。図１４に示した最適化処理は、図１０に示した上述の最適化処理に比べて、ステップＳ１３０の代わりにステップＳ１３０Ａ及びＳ１３０Ｂの処理を含み、ステップＳ１３４の処理の後にステップＳ１３６及びＳ１３８の処理を含む点が異なっている。

図１４のステップＳ１３０Ａで最適化部６２は、三次元モデル９０を配置する特徴領域９４を導出する。一例として本変形例では、画像処理のステップＳ１００（図９参照）で取得した投影画像をＦＢＰ（Filter Back Projection）法や逐次近似再構成法等の逆投影法により再構成して得られた、体動の影響が補正されていない断層画像に対して、画像解析やコンピュータ支援画像診断（ＣＡＤ: Computer Aided Diagnosis、以下ＣＡＤという）のアルゴリズムを適用して、画像の特徴量が閾値以上の特徴的な構造物９６を特定し、特定した特徴的な構造物９６を含む所定の大きさの領域を特徴領域９４として導出する。なお、最適化部６２が特徴領域９４を導出する方法は特に限定されない。例えば、上記のように投影画像を再構成して得られた断層画像を表示部５８に表示し、表示された断層画像に対してユーザが操作部５６を用いて指示した特徴的な構造物９６を取得する形態としてもよい。

次のステップＳ１３０Ｂで最適化部６２は、上述したように特徴領域９４に対して、予め定められた大きさのボクセル９１_ｊを構成単位とする三次元モデル９０を設定する。

次のステップＳ１３２で最適化部６２は、上述したように所定の吸収係数μ及び体動量θ^ｔを順投影モデル５３の初期値として設定した後、ステップＳ１３４へ移行する。

次のステップＳ１３４で最適化部６２は、上述したように上記（６）式のエネルギが関数を解くことで順投影モデル５３について最適化処理をし、最適化処理をされた順投影モデル５３における吸収係数μ及び体動量θ^ｔを導出する。

次のステップＳ１３６で最適化部６２は、予め定められた大きさのボクセル９１_ｊを構成単位とする三次元モデル９０を、被写体Ｕが存在する領域を含む三次元空間に再設定する。

次のステップＳ１３８で最適化部６２は、上記ステップＳ１３４において導出された体動量θ^ｔを設定した順投影モデル５３について最適化処理をする。具体的には最適化部６２は、体動量をθ^ｔとし、吸収係数μをパラメータとして上記（６）式のエネルギ関数を解くことで順投影モデル５３について最適化処理をし、最適化処理をされた順投影モデル５３における吸収係数μ及び体動量θ^ｔを導出する。なお、ここで導出される体動量θ^ｔは、上記ステップＳ１３４で導出されるθ^ｔと同一である。また、上記特徴領域９４における吸収係数μは、上記ステップS１３４において導出された吸収係数μを適用してもよい。ステップＳ１３８が終了すると、図１４に示した最適化処理が終了し、図９に示した画像処理のステップＳ１０６へ移行する。

このように本変形例のコンソール１２によれば、被写体Ｕが配置される三次元空間のうちの一部の領域である特徴領域９４に設定された三次元モデル９０を用いた順投影モデル５３について最適化処理をすることにより得られた体動量θ^ｔを用いて、被写体Ｕ全体を含む三次元空間に設定された三次元モデル９０を用いた順投影モデル５３について最適化処理をする。被写体Ｕが配置される三次元空間のうちの一部の領域に三次元モデル９０を設定することにより、三次元モデル９０を構成するボクセル９１_ｊの数を少なくすることができる。ボクセル９１_ｊの数を少なくして順投影モデル５３について最適化処理を行うことにより、最適化処理にかかる処理時間や処理負荷を抑制することができる。

以上、説明したように、上記各形態のコンソール１２は、照射角度αが異なる複数の照射位置１９^ｔの各々から放射線源２９により被写体Ｕに向けて放射線Ｒをそれぞれ照射して得られた複数の投影画像を処理する。コンソール１２は、ＣＰＵ５０Ａを備える。ＣＰＵ５０Ａは、複数の投影画像を取得し、パラメータとして、被写体Ｕが配置される三次元空間に仮想的に設定された複数のボクセル９１_ｊを構成単位とする三次元モデル９０のボクセル９１_ｊ毎に割り当てられた吸収係数μと、照射位置１９^ｔから照射される放射線Ｒの経路Ｘ^ｔ _ｉが三次元モデル９０と交差するボクセル９１_ｊ毎の交差長ｗ^ｔ _ｉｊと、被写体Ｕの体動量θ^ｔと、を有した順投影モデル５３について、複数の照射位置１９^ｔ毎に投影画像に基づいて最適化処理し、最適化処理をされたパラメータを用いて被写体Ｕの断層画像を生成する。

上記構成により上記各形態のコンソール１２によれば、順投影モデル５３を用いることにより体動量θ^ｔの補正に用いる構造物以外の構造物の影響を抑制することができるため、被写体Ｕの体動を精度良く補正することができる。これにより、上記各形態のコンソール１２によれば、精度よく高画質の断層画像を得ることができる。

なお、上記各形態では、最適化部６２は、順投影モデル５３について最適化処理として、順投影モデル５３により得られる疑似投影画像となるＴ枚の画像そのものを得ることなく、疑似投影画像の画素毎に画素値を対応する投影画像の画素の画素値に近づける処理を行う形態について説明したが順投影モデル５３について最適化処理の方法は本形態に限定されない。順投影モデル５３について最適化処理として、順投影モデル５３によりＴ枚の疑似投影画像を順次取得し、取得したＴ枚の疑似投影画像の各々を対応するＴ枚の投影画像と近づける処理を行う形態としてもよい。

なお、体動量θ^ｔが比較的大きい場合、順投影モデル５３について最適化処理が不十分であったり、順投影モデル５３を用いて生成される断層画像の画質が低下したりする場合がある。例えば、トモシンセシス撮影中に被検者が大きく動いてしまった場合等、被写体である乳房の体動量θ^ｔが大きくなる場合がある。このような場合、例えば、投影画像の再撮影を行うことが好ましい。そのため、順投影モデル５３について最適化処理をすることにより導出された体動量θ^ｔが予め設定された閾値を超えた場合、警告を報知する形態としてもよい。

なお、上記形態では、コンソール１２が本開示の画像処理装置の一例である形態について説明したが、コンソール１２以外の装置が本開示の画像処理装置の機能を備えていてもよい。換言すると、画像取得部６０、最適化部６２、断層画像生成部６４、及び表示制御部６６の機能の一部または全部をコンソール１２以外の、例えばマンモグラフィ装置１０や、外部の装置等が備えていてもよい。また、複数の装置により本開示の画像処理装置を構成してもよい。例えば、画像処理装置の機能の一部をコンソール１２以外の装置が備えていてもよい。

また、上記形態では、本開示の被写体の一例として乳房を適用し、本開示の放射線画像撮影装置の一例として、マンモグラフィ装置１０を適用した形態について説明したが、被写体は乳房に限定されず、また放射線画像撮影装置はマンモグラフィ装置に限定されない。例えば、被写体は胸部や腹部等であってもよいし、放射線画像撮影装置はマンモグラフィ装置以外の放射線画像撮影装置を適用する形態であってもよい。

また、上記形態において、例えば、画像取得部６０、最適化部６２、断層画像生成部６４、及び表示制御部６６といった各種の処理を実行する処理部（processing unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（processor）を用いることができる。上記各種のプロセッサには、前述したように、ソフトウェア（プログラム）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。

１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせや、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。

複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアント及びサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip：SoC）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。

更に、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）を用いることができる。

また、上記各形態では、撮影プログラム４１がＲＯＭ４０Ｂに予め記憶（インストール）されており、また画像生成プログラム５１がＲＯＭ５０Ｂに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。撮影プログラム４１及び画像生成プログラム５１の各々は、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、撮影プログラム４１及び画像生成プログラム５１の各々は、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

１ 放射線画像撮影システム
１０ マンモグラフィ装置
１２ コンソール
１９_１～１９_７、１９_ｔ 照射位置
２０ 放射線検出器、２０Ａ 検出面
２１_ｉ 画素
２４ 撮影台、２４Ａ 撮影面
２８ 放射線照射部
２９ 放射線源
３３ アーム部
３４ 基台
３５ 軸部
３６ 圧迫ユニット
３８ 圧迫板
３９ 支持部
４０Ａ、５０Ａ ＣＰＵ、４０Ｂ、５０Ｂ ＲＯＭ、４０Ｃ、５０Ｃ ＲＡＭ
４１ 撮影プログラム
４２、５２ 記憶部
４４、５４ Ｉ／Ｆ部
４６、５６ 操作部
４７ 線源移動部
４９、５９ バス
５１ 画像生成プログラム
５３ 順投影モデル、５３＿１ 第１の順投影モデル、５３＿２ 第２の順投影モデル
５８ 表示部
６０ 画像取得部
６２ 最適化部
６４ 断層画像生成部
６６ 表示制御部
９０ 三次元モデル、９０＿１ 第１の三次元モデル、９０＿２ 第２の三次元モデル
９１_１、９１_ｊ ボクセル、９１＿１_ｊ第１のボクセル、９１＿２_ｊ 第２のボクセル
９２_１～９２_６ 断層面
９４ 特徴領域
９６ 特徴的な構造物
ＣＬ 法線
Ｄ 点線
Ｈ 高さ
ｈ 間隔
Ｒ 放射線、ＲＣ 放射線軸
Ｕ 被写体
ｗ^ｔ _ｉｊ 交差長
Ｘ^ｔ _ｉ 経路
α、β 角度
μ、μ＿１、μ＿２ 吸収係数
θ^ｔ、θ＿１^ｔ、θ＿２^ｔ 体動量

Claims (14)

1. 照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線をそれぞれ照射して得られた複数の投影画像を処理する画像処理装置であって、
   少なくとも１つのプロセッサを備え、
   前記プロセッサは、
   前記複数の投影画像を取得し、
   パラメータとして、前記被写体が配置される三次元空間に仮想的に設定された複数のボクセルを構成単位とする三次元モデルの前記ボクセル毎に割り当てられた吸収係数と、照射位置から照射される放射線の経路が前記三次元モデルと交差する前記ボクセル毎の交差長と、前記被写体の体動量と、を有した順投影モデルについて、前記複数の照射位置毎に前記投影画像に基づいて最適化処理し、
   最適化処理をされた前記パラメータを用いて前記被写体の断層画像を生成する
   画像処理装置。
2. 前記プロセッサは、
   最適化処理をされた前記順投影モデルの前記吸収係数を用い前記断層画像を生成する
   請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記プロセッサは、
   前記最適化処理として、前記複数の照射位置から擬似投影を行うことによって前記順投影モデルにより得られる複数の疑似投影画像の各画素値を、前記複数の投影画像の画素値に近づける
   請求項１または請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記プロセッサは、
   前記疑似投影画像の画素値を、前記複数の投影画像の画素値に近づける前記吸収係数と前記体動量を導出することで前記最適化処理を行う
   請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記プロセッサは、
   最適化処理をされた前記順投影モデルを用い、前記体動量を導出する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
6. 前記プロセッサは、
   前記三次元モデルとして、前記被写体が配置される三次元空間のうち、前記被写体の特徴領域に対応する三次元空間に仮想的に設定された三次元モデルを用いた順投影モデルに基づいて前記体動量を導出し、
   導出した前記体動量と、前記被写体が配置される三次元空間に仮想的に設定された三次元モデルを用いた順投影モデルとを用いて前記断層画像を生成する
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
7. 前記特徴領域は、特徴量が閾値以上の構造物を含む領域である
   請求項６に記載の画像処理装置。
8. 前記被写体は乳房であり、
   前記構造物は、石灰化及び乳腺の少なくとも一方である
   請求項７に記載の画像処理装置。
9. 前記プロセッサは、
   第１の大きさのボクセルを用いた第１の順投影モデルについて最適化処理をし、
   最適化処理をされた前記第１の順投影モデルの前記吸収係数及び前記体動量を初期値として、前記第１の大きさよりも小さな第２の大きさのボクセルを用いた第２の順投影モデルについて最適化処理をする
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の画像処理装置。
10. 前記プロセッサは、
    用いるボクセルの大きさを小さくし最適化処理を繰り返す
    請求項９に記載の画像処理装置。
11. 前記プロセッサは、
    前記順投影モデルは、前記吸収係数、前記交差長、及び前記体動量によって定義されるエネルギ関数を用いて推定する
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
12. 放射線を発生する放射線源と、
    照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線を照射して前記照射位置毎に前記被写体の投影画像を撮影するトモシンセシス撮影を行う放射線画像撮影装置と、
    請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の画像処理装置と、
    を備えた放射線画像撮影システム。
13. 照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線をそれぞれ照射して得られた複数の投影画像を処理する画像処理方法であって、
    前記複数の投影画像を取得し、
    パラメータとして、前記被写体が配置される三次元空間に仮想的に設定された複数のボクセルを構成単位とする三次元モデルの前記ボクセル毎に割り当てられた吸収係数と、照射位置から照射される放射線の経路が前記三次元モデルと交差する前記ボクセル毎の交差長と、前記被写体の体動量と、を有した順投影モデルについて、前記複数の照射位置毎に前記投影画像に基づいて最適化処理し、
    最適化処理をされた前記パラメータを用いて前記被写体の断層画像を生成する
    処理をコンピュータが実行する画像処理方法。
14. 照射角度が異なる複数の照射位置の各々から放射線源により被写体に向けて放射線をそれぞれ照射して得られた複数の投影画像を処理する画像処理プログラムであって、
    少なくとも１つのプロセッサを備え、
    前記プロセッサは、
    前記複数の投影画像を取得し、
    パラメータとして、前記被写体が配置される三次元空間に仮想的に設定された複数のボクセルを構成単位とする三次元モデルの前記ボクセル毎に割り当てられた吸収係数と、照射位置から照射される放射線の経路が前記三次元モデルと交差する前記ボクセル毎の交差長と、前記被写体の体動量と、を有した順投影モデルについて、前記複数の照射位置毎に前記投影画像に基づいて最適化処理し、
    最適化処理をされた前記パラメータを用いて前記被写体の断層画像を生成する
    処理をコンピュータに実行させるための画像処理プログラム。

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