(57)【要約】【課題】  Ｘ線検出器の不良部位の存在にも拘らず、Ｘ線投影データの再構成演算により得られる断層像上に現れるリングアーチファクトを減少させることのできるＸ線断層像撮影装置を提供する。【解決手段】対象物ＷのＸ線投影データを得るＸ線ＣＴ撮影中に、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２、および対象物Ｗを回転させる回転機構（回転テーブル３）の回転軸Ｒの相対位置を、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２を結ぶ線に交差する方向に連続的もしくは断続的に移動させ、各Ｘ線投影データを、それぞれの収集時の相対位置に応じて補正したうえで再構成演算に供する。これにより、各Ｘ線投影データ上で、対象物Ｗの透視像とＸ線検出器２の異常部位との相対位置がそれぞれに相違するデータが得られ、これを再構成演算に供することで、得られる断層像にＸ線検出器２の異常部位に起因するリングアーチファクトが出現することを抑制する。【選択図】図１
2010181190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器の間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、上記Ｘ線発生装置からのＸ線を照射しながら上記回転機構を駆動し、一定角度の回転ごとに上記Ｘ線検出器の出力を取り込む撮影動作により収集した複数の角度でのＸ線投影データを記憶する投影データ記憶手段と、その投影データ記憶手段に記憶されている各Ｘ線投影データを用いた再構成演算により、対象物の断層像を構築するＸ線断層像撮影装置において、
上記撮影動作中に、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器および上記回転機構の回転軸の相対位置を、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を結ぶ線に交差する方向に連続的もしくは断続的に移動させる移動機構と、その移動機構を駆動しつつ収集したＸ線投影データを、当該移動機構による移動分だけ補正する補正手段と、上記再構成演算手段は、その補正後の各Ｘ線投影データを用いた再構成演算により対象物の断層像を構築することを特徴とするＸ線断層像撮影装置。
【請求項２】
上記移動機構は、上記Ｘ線検出器を移動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層像撮影装置。
【請求項３】
上記移動機構は、上記回転機構の回転中心軸を移動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層像撮影装置。
【請求項４】
上記移動機構は、上記Ｘ線発生装置を移動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用のＸ線断層像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線断層像撮影装置においては、一般に、Ｘ線発生装置とＸ線検出との間に、対象物を配置するための試料ステージを設け、Ｘ線発生装置とＸ線検出器との対と試料ステージとを相対的に微小角度ずつ回転させることにより、多数の方向からの対象物のＸ線投影データを収集し、そのデータにフィルタ処理等を施した後、再構成演算を行うこと、つまり逆投影を行うことで、対象物の断層像を得る（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
例えば図８（Ａ）に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、これらと結ぶ線に直交する鉛直の回転軸Ｒの回りに回転する回転テーブル３を配置して試料ステージとし、その回転テーブル３上に図示のような対象物Ｗを搭載してＸ線を照射すると、Ｘ線検出器２の出力、つまり対象物ＷのＸ線投影データは同図（Ｂ）に例示する通りとなる。鉛直の回転軸Ｒに直交する水平方向へのラインプロファイルは、鉛直方向中央部分を例にとれば同図（Ｃ）に示す通りとなる。
【０００４】
また、図９に示す例は、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転軸Ｒの回りに回転させる構造の装置を示すものであり、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に設けられて対象物Ｗを搭載する試料ステージ（図示略）は回転させずに固定し、その回りをＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転させる。このような装置構造でも、上記と同様のＸ線投影データが得られる。
【０００５】
以上の図８（Ａ）または図９に示す装置において、対象物Ｗに向けてＸ線を照射しながら、回転テーブル３を回転させるか、あるいはＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を微小角度ずつ回転させてＸ線投影データを取り込むことにより、さまざまな方向（投影角度）でのＸ線投影データを収集することができる。その各投影角度の投影データにおける回転軸Ｒ方向への一定の位置で、かつ、回転軸Ｒに直交する方向へのライン上のＸ線投影データを集めてグラフ化したものはサイノグラムと呼ばれ，その例を図１０に示す。このサイノグラムは、再構成演算を行う前のデータとなる。断層像の再構成演算は、サイノグラム（投影データ）を逆投影処理することで実現されている。すなわち、図１１に示すように、例えば図８（Ｃ）に示した中央部分のラインのサイノグラムで説明すると、該当する角度のラインプロファイルデータを用いて、言わばＸ線発生装置１の焦点に向けて塗りつぶしていく処理を、収集した角度分繰り返す処理を実行する。これにより、図１２に例示するような対象物の鉛直方向中央部分における断層像が再構成される。なお、実際には、投影データはフィルタリング処理などを行う必要があるが、ここでは省略する。
【０００６】
以上の例では、ライン上の投影データの処理について説明したが、同様な手法によりさまざまな投影角度で得た２次元投影データから、３次元の断層データ（３次元情報）を再構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３００４３８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、Ｘ線ＣＴにおいては、投影データを逆投影する再構成演算によりＣＴ画像（断層像）を得る。投影データは基本的にはあらかじめ設定されている軌道のもとにＸ線発生装置とＸ線検出器の対と対象物とが相対回転するという前提で収集し、適宜のフィルタ処理等を施し、その処理後の投影データを逆投影処理する。一般的なＣＴ画像には、Ｘ線検出器の不良やノイズ、感度ムラなどの原因によりリングアーチファクトと称されるノイズが現れる。
【０００９】
Ｘ線検出器のある部位が不良で、感度が低かったり、感度が高すぎるような場合にデータを収集すると、サイノグラム上では図１３（Ａ）に例示するように検出器の不良部位に対応して、直線状に異常なデータが並ぶことになる。このサイノグラムを逆投影すると、同図（Ｂ）に示すように、不良部位のデータが、当該不良部位のＸ線検出器の回転中心の投影位置からの距離応じた半径の円弧状のノイズとなってＣＴ画像（断層像）上に現れることにとなる。
【００１０】
本発明の課題は、Ｘ線検出器の不良部位の存在にも係わらず、Ｘ線投影データの再構成により得られる断層像上に現れるリングアーチファクトを減少させることのできるＸ線断層像撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線断層像撮影装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器の間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、上記Ｘ線発生装置からのＸ線を照射しながら上記回転機構を駆動し、一定角度の回転ごとに上記Ｘ線検出器の出力を取り込む撮影動作により収集した複数の角度でのＸ線投影データを記憶する投影データ記憶手段と、その投影データ記憶手段に記憶されている各Ｘ線投影データを用いた再構成演算により、対象物の断層像を構築するＸ線断層像撮影装置において、上記撮影動作中に、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器および上記回転機構の回転軸の相対位置を、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を結ぶ線に交差する方向に連続的もしくは断続的に移動させる移動機構と、その移動機構を駆動しつつ収集したＸ線投影データを、当該移動機構による移動分だけ補正する補正手段と、上記再構成演算手段は、その補正後の各Ｘ線投影データを用いた再構成演算により対象物の断層像を構築することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１２】
ここで、本発明においては、上記移動機構が、上記Ｘ線検出器を移動させる構成（請求項２）、あるいは上記移動機構が、上記回転機構の回転中心軸を移動させる構成（請求項３）、もしくは上記移動機構が、上記Ｘ線発生装置を移動させる構成（請求項４）のうちの任意の構成を採用することができる。
【００１３】
本発明は、Ｘ線検出器の不良部位に基づくＸ線投影データ上で異常値を示す部位を、投影角度ごとの投影データにおいて分散させることにより、課題を解決しようとするものである。
【００１４】
すなわち、前記したように、Ｘ線検出器の不良部位に基づく異常値は、全てのＸ線投影データ（対象物のＸ線透視像）上の同じ位置に現れ、これが逆投影により円弧状に現れるのであるが、本発明では、ＣＴ撮影中、つまりＸ線投影データの収集時に、Ｘ線発生装置とＸ線検出器、および、回転機構による相対回転軸の位置を相互に移動させる。これにより、相対回転角度の変化によりＸ線検出器上に投影される対象物の像が当該Ｘ線検出器上で移動する。一方、Ｘ線検出器の不良部位の位置は一定であるから、各投影角度でのＸ線投影データ上における対象物の像と不良部位に基づく異常値を示す部位の相対位置が変化する。再構成演算に際して、撮影時に移動させた分だけＸ線投影データの位置補正を行い、各Ｘ線投影データを相対回転軸を中心としたものとしたうえで再構成演算に供することで、再構成演算に供される各Ｘ線投影データには、Ｘ線検出器の不良に基づく異常値の位置が実質的に分散されることになり、得られる断層像へのリングアーチファクトの出現を抑制することができる。
【００１５】
Ｘ線発生装置とＸ線検出器、およびこれらと対象物との相対回転軸を移動させる具体的手法としては、Ｘ線検出器を移動させること（請求項２）、相対回転軸を移動させること（請求項３）およびＸ線発生装置を移動させること（請求項４）のいずれであってもよく，いずれもの構成を採っても、同等の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｘ線検出器に不良部位があっても、再構成演算により得られる断層像上にリングアーチファクトが出現することを抑制することができ、従来に比してより鮮明な断層像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と制御装置の機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の動作の例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態におけるＣＴ撮影中のＸ線検出器の移動の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＸ線検出器のＣＴ撮影中の移動のさせ方の例を示すグラフである。
【図５】回転テーブルを複数回にわたって回転させてＣＴ撮影を行う場合におけるＸ線検出器の移動のさせ方の例を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施の形態の説明図で、（Ａ）はＣＴ撮影中に回転テーブルを移動させる構成、（Ｂ）はＣＴ撮影中にＸ線発生装置を移動させる構成の説明図である。
【図７】本発明が適用可能な傾斜形ＣＴの構成例を示す模式図である。
【図８】Ｘ線断層像撮影装置の撮影系の説明図で、（Ａ）は回転テーブルを用いた撮影系の模式的構成図で、（Ｂ）は（Ａ）の状態で得られるＸ線投影データの例を示す図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の鉛直方向中央部におけるラインプロファイルを示す図である。
【図９】Ｘ線断層像撮影装置の撮影系の他の例を示すで、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる系の模式図である。
【図１０】図８（Ｃ）に示したラインプロファイルの位置におけるサイノグラムの例を示す図である。
【図１１】Ｘ線断層像撮影装置によりＸ線投影データから断層像を構築する再構成演算処理の説明図である。
【図１２】再構成演算演算処理によって得られる断層像の例を示す図である。
【図１３】Ｘ線検出器に異常部位が存在する場合のサイノグラムの例（Ａ）と、このようなデータを再構成演算して得られる断層像に現れるリングアーチファクトの例（Ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  Ｘ線発生装置
２  Ｘ線検出器
３  回転テーブル
１１  Ｘ線コントローラ
１２  軸制御部
１３  画像データ取り込み回路
１４  投影データ記憶部
１５  補正演算部
１６  補正後データ記憶部
１７  再構成演算部
１８  表示器
１９  システム制御部
２０  操作部
Ｒ  回転軸
Ｗ  対象物
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と制御装置の機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００２０】
Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸を水平方向に向くように配置され、このＸ線発生装置１に水平方向に対向してＸ線検出器２が配置されている。Ｘ線発生装置１には、Ｘ線コントローラ１１からの信号に応じた管電圧および管電流が供給され、Ｘ線焦点を頂点としたコーン状のＸ線ビームを発生する。また、Ｘ線検出器２は画素が２次元状に配列されてなる２次元Ｘ線検出器である。
【００２１】
Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間で対象物Ｗを配置するための試料ステージには、対象物Ｗを搭載して回転を与える回転テーブル３が配置されている。この回転テーブル３は、Ｘ線光軸に直交する鉛直方向（ｚ方向）に沿った回転軸Ｒを中心として回転する。また、この回転テーブル３は、テーブル移動機構４上に載せられており、このテーブル移動機構４の駆動により、回転テーブル３は少なくともＸ線光軸方向（ｘ方向）および鉛直のｚ方向に移動する。この移動機構４による回転テーブル３のこれらのｘ，ｚ方向への移動、並びに回転テーブル３の回転軸Ｒの回りの回転動作は、軸制御部１２から供給される駆動信号によって駆動制御される。
【００２２】
前記したＸ線検出器２は、検出器移動機構５に取り付けられており、この検出器移動機構５の駆動によってＸ線検出器２は上記したｘ，ｚ方向の双方に直交するｙ方向に移動する。この検出器移動機構５によるＸ線検出器２の移動は、軸制御部１２から供給される駆動信号によって駆動制御される。
【００２３】
対象物ＷのＸ線投影データの収集、つまりＣＴ撮影に際しては、回転テーブル３上に対象物Ｗを搭載して回転を与え、Ｘ線を照射しつつ、回転テーブル３が所定の微小角度だけ回転するごとに、Ｘ線検出器２の各画素出力を取り込むことによって行われる。具体的には、各回転角度でのＸ線検出器の各画素出力は、その角度でのＸ線投影データとして画像データ取り込み回路１３を介して投影データ記憶部１４に記憶されていく。そして、この実施の形態においては、後述するように、このＣＴ撮影時に、検出器移動機構５が軸制御部１２を通じて自動的に駆動制御され、Ｘ線検出器２がｙ方向に移動する。
【００２４】
データ記憶部１４に記憶された各角度におけるＸ線投影データは補正演算部１５に取り込まれ、ＣＴ撮影中におけるＸ線検出器２の移動に応じて位置が補正される。すなわち、Ｘ線検出器２が撮影開始当初からｙ方向にΔだけ移動した時点で取り込んだＸ線投影データは、補正演算部１５においてｙ方向に−Δだけ位置をずらせる補正を行い、補正後データ記憶部１６に格納される。
【００２５】
補正後データ記憶部１６に記憶された補正後のデータは、再構成演算部１７による再構成演算に供され、対象物Ｗの断層像（３次元像情報）が構築される。この断層像は表示器１８に表示される。
【００２６】
以上の画像データ取り込み回路１３、投影データ記憶部１４、補正演算部１５、補正後データ記憶部１６、再構成演算部１７および表示器１８は、前記したＸ線コントローラ１１、軸制御部１２、画像データ取り込み回路１３とともにシステム制御部１９の制御下に置かれている。システム制御部１９には、マウスやキーボード、ジョイスティック等からなる操作部２０が接続されており、この操作部２０の操作によって、回転ステージ３の位置決めを行ったり、各種指令を与えることができる。そして、これらは、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされているプログラムに従った機能を実現するのであるが、図１では説明の便宜上、その機能ごとのブロックによって表している。
【００２７】
次に、以上の構成からなる本発明の実施の形態の動作の例について、図２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２８】
まず、回転テーブル３上に対象物Ｗを搭載して回転を与えながらＸ線発生装置１からのＸ線を照射し、所定の微小角度ごとにＸ線検出器２の出力を投影データとして取り込むのであるが、このとき、システム制御部１９からの指令により、検出器移動機構５に対して軸制御部１２から自動的に駆動信号が供給され、Ｘ線検出器２をｙ方向に移動させる。すなわち、図３に装置要部を上から見た図を示すように、Ｘ線検出器２は、ＣＴ撮影の開始当初はＸ線発生装置１の焦点１ａと回転軸Ｒとを結ぶ線上にその中心が位置しているが、ＣＴ撮影の進行とともにｙ方向に移動する。このＸ線検出器２の移動のさせ方は特に限定されるものではないが、例えば図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、一定速度で連続的に移動させる方法、あるいは同図（Ｃ），（Ｄ）に示すように、例えば撮影の中間時点で所定距離だけ一挙に移動させる方法、更には同図（Ｅ）に示すように撮影中にランダムに移動させる方法などを採用することができる。
【００２９】
以上のようにＸ線検出器２を移動させて取り込んだＸ線投影データは、対象物Ｗの投影像がＸ線検出器２の検出面上で移動した状態となり、その投影像はＸ線検出器２の異常部位に対して相対的に移動した状態となる。このようにして収集された投影データは投影データ記憶部１４に記憶されていく。そしてこれらの投影データは、補正演算部１５により、撮影中のＸ線検出器２の移動に対応して補正が行われる。すなわち、Ｘ線検出器２がｙ方向にΔだけ移動した状態で収集されたＸ線投影データは、ｙ方向に−Δだけ位置が補正される。この補正により、各Ｘ線投影データは、見かけ上、回転軸Ｒの投影位置がＸ線検出器２の中心に位置する通常のデータとなって補正後データ記憶部１６に記憶されるが、これらの補正後のデータにおいては、Ｘ線検出器２上の異常部位による異常値は、撮影中のＸ線検出器２の移動により各Ｘ線投影データ上で異なる位置となり、実質的に分散した状態となって現れる。
【００３０】
このような補正を行ったデータは再構成演算部１７による再構成演算に供され、対象物Ｗの断層像が構築される。このようにして得られる断層像には、従って、Ｘ線検出器２の異常部位に起因するリングアーチファクトの発生が抑制される。
【００３１】
ここで、回転テーブル３を複数回転させてＣＴ撮影し、その各回の回転において得た各Ｘ線投影データを積算して再構成演算に供したり、あるいは各回の回転において互いに異なる回転角度でＸ線投影データを収集し、その全てのＸ線投影データを用いて再構成演算を行う装置においては、図５に例示するように、各回の回転時にＸ線検出器２の位置を移動させてデータ収集を行うように構成することで、上記と同様にリングアーチファクトの出現を抑制することができる。
【００３２】
また、以上の実施の形態においては、ＣＴ撮影中にＸ線発生装置１とＸ線検出器および回転テーブル３の回転軸Ｒを相対的に移動させるために、Ｘ線検出器２を移動させた例を示したが、図６（Ａ）に示すように、ＣＴ撮影中に回転テーブル３を移動機構４によって移動させてもよく、あるいは、同図（Ｂ）に示すように、ＣＴ撮影中にＸ線発生装置１（焦点１ａ）を移動させても（図において移動機構は図示略）、上記と同等の作用効果を奏することができる。
【００３３】
更に、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を固定し、その間に回転テーブル３を配置して対象物Ｗを回転させる例を示したが、対象物Ｗを固定し、その回りをＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転させる装置構成についても、本発明を等しく適用することができる。
【００３４】
更にまた、以上の実施の形態においては、回転軸Ｒに直交する方向にＸ線発生装置とＸ線検出器を配置した例を示したが、図７に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２を結ぶ線と、対象物を搭載する回転テーブル３の回転軸Ｒとが直交しない、いわゆる傾斜形ＣＴと呼ばれる装置であっても、本発明を等しく適用することができる。なお、傾斜形ＣＴにおいて、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる構造であってもよい。
【図１】
2010181190.tif 000003
【図２】
2010181190.tif 000004
【図３】
2010181190.tif 000005
【図４】
2010181190.tif 000006
【図５】
2010181190.tif 000007
【図６】
2010181190.tif 000008
【図７】
2010181190.tif 000009
【図８】
2010181190.tif 000010
【図９】
2010181190.tif 000011
【図１１】
2010181190.tif 000012
【図１０】
2010181190.tif 000013
【図１２】
2010181190.tif 000014
【図１３】
2010181190.tif 000015