(57)【要約】【課題】断層像の座標変換を伴うことなくリングアーチファクトを除去することを可能とし、断層像の精度を低下させることなく確実にリングアーチファクトを除去した断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置を提供する。【解決手段】互いに対向配置されたＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対と、これらの間に配置された試料ステージ３とを相対回転させることにより、複数の角度での対象物ＷのＸ線投影データを収集し、その投影データを用いて回転軸Ｒに直交する面に沿った断層像を構築するＸ線ＣＴ装置において、断層像を構成する各画素について、当該断層像上で回転軸Ｒに相当する位置を中心とした扇形状のコンボリューションフィルタカーネルを用いてフィルタ処理を施すことにより、断層像に現れるリングアーチファクトを抽出し、その抽出した画像をフィルタ処理を施す前の画像から減算することにより、リングアーチファクトを実空間において除去または低減することを可能とし、当初の断層像の精度を維持したままリングアーチファクトの除去を実現する。【選択図】図１
2010008278.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線検出器の間に、対象物を搭載するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを回転機構により相対的に回転させて収集した複数の角度でのＸ線投影データを再構成することにより、上記回転機構の回転軸に直交する面に沿った断層像を構築するＸ線ＣＴ装置において、  上記断層像を構成する各画素の画素値を、当該断層像上で上記回転機構の回転中心に相当する位置を中心とする扇形状のコンボリューションフィルタカーネルを用いてフィルタ処理を施すことにより、当該断層像に現れるリングアーチファクトを抽出した画像を生成するフィルタ処理手段と、そのフィルタ処理手段により生成された画像を上記断層像から差し引く減算手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線ＣＴ装置に関し、更に詳しくは、断層像に現れるリングアーチファクトを除去することのできるＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置においては、一般に、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを対向配置し、これらの間に対象物を載せるための試料ステージを配置するとともに、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを相対回転させる回転機構を備えた構造を採る。
【０００３】
ＣＴ撮影に際しては、Ｘ線発生装置からのＸ線を試料ステージ上の対象物に照射しながら回転機構を駆動し、一定の微小回転刻みでＸ線検出器の出力、つまり対象物のＸ線投影データを取り込む。そして、このようにして収集された互いに異なる複数の角度でのＸ線投影データを用いた再構成演算により、回転機構の回転中心軸に直交する平面に沿った断層像を構築する。
【０００４】
このようなＸ線ＣＴ装置においては、素子の特性のばらつき等に起因して、再構成演算された断層像上にリング状や円弧状の誤差、いわゆるリングアーチファクトが現れることがある。
【０００５】
このようなリングアーチファクトを除去する方法として、従来、断層像上のリングアーチファクトが、ＣＴ撮影時の回転中心に相当する位置（アイソセンタ）を中心としたリング状ないしは円弧状に現れることを利用し、断層像をｘ−ｙ座標からｒ−θ座標（原点は回転中心軸の位置とする）に座標変換することにより、原画像のリングアーチファクトを変換後のｒ−θ画像で直線状に現れるようにし、そのｒ−θ画像に２次元もしくは１次元のフィルタ処理を施すことによってアーチファクトを抽出し、その抽出した像を変換前の原画像から差し引く方法が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００１−９５７９３号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、以上の各提案のうち、特許文献１に記載の提案では、ｘ−ｙ座標系の断層像をｒ−θ座標系に変換し、そのｒ−θ座標系の画像上で直線に現れるアーチファクトを抽出した後、その抽出画像をｘ−ｙ座標系に変換したうえで、原画像から減算するため、アーチファクトの抽出時の座標系と、その抽出されたアーチファクトを除去するときの座標系とが互いに異なるために、正確にアーチファクトを除去しきれないという問題がある。  
【０００７】
一方、特許文献２に記載の提案では、ｘ−ｙ座標系の断層像をｒ−θ座標系に変換し（これを中間画像と称している）、そのｒ−θ座標系の中間画像上で直線に現れるアーチファクトを抽出するとともに、その抽出画像を、ｒ−θ座標系の中間画像から減算してアーチファクトを除去した後、ｘ−ｙ座標系に変換しており、アーチファクトの抽出時の座標系とこれを除去する時の座標系とを同一として、上記の問題を解決できるとしている。
【０００８】
しかしながら、この特許文献２に記載の技術においても、ｘ−ｙ座標系からｒ−θ座標系、ｒ−θ座標系からｘ−座標系と、２度の座標変換を行うため、画像の精度が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、座標変換を伴うことなくリングアーチファクトを除去することができ、もって断層像の精度を低下させることなく、確実にリングアーチファクトを除去した断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線ＣＴ装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器の間に、対象物を搭載するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを回転機構により相対的に回転させて収集した複数の角度でのＸ線投影データを再構成することにより、上記回転機構の回転軸に直交する面に沿った断層像を構築するＸ線ＣＴ装置において、上記断層像を構成する各画素の画素値を、当該断層像上で上記回転機構の回転中心に相当する位置を中心とする扇形状のコンボリューションフィルタカーネルを用いてフィルタ処理を施すことにより、当該断層像に現れるリングアーチファクトを抽出した画像を生成するフィルタ処理手段と、そのフィルタ処理手段により生成された画像を上記断層像から差し引く減算手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１１】
本発明は、コンボリューションフィルタカーネルを扇形とすることにより、座標変換することなく、リング状ないしは円弧状のアーチファクトを抽出して原画像から除去することで、課題を解決しようとするものである。
【００１２】
すなわち、断層像に現れるリングアーチファクトは、前記したようにＣＴ撮影時の回転中心に相当する位置を中心とするリング状ないしは円弧状であり、特許文献１、２ではこれを直線状にするために座標変換し、１次元もしくは２次元のマトリクス状のカーネルを用いたフィルタ処理を施して直線状になったアーチファクトを抽出しているが、本発明では、リングアーチファクトをリング状ないしは円弧状のまま、ＣＴ撮影時の回転中心を中心とする扇形のコンボリューションフィルタカーネルを用いることで、そのリング状ないしは円弧状のアーチファクトのみを残した画像を得ること、つまりアーチファクトの抽出を可能としている。
【００１３】
そして、このようにして得られたアーチファクトの抽出画像を、抽出前の元の断層像から減算することで、リングアーチファクトのない断層像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、再構成演算により得られた断層像を構成する各画素の画素値を、ＣＴ撮影時における回転中心に相当する位置を中心とする扇形状のコンボリューションフィルタカーネルを用いてフィルタ処理を行うことによって、ＣＴ撮影時における回転中心の位置を中心として現れるリングアーチファクトを抽出し、その抽出したリングアーチファクトを、フィルタ処理を行う前の断層像から減算することによって、断層像からリングアーチファクトを除去するため、従来の２度の座標変換を行ってリングアーチファクトを除去した断層像を得る手法に比して、座標変換に伴う画像の精度低下を防止することができ、元の断層像の解像度を維持したまま、確実にリングアーチファクトの除去ないしは低減を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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ある。
【００１６】
Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸が水平方向に向くように配置され、その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。そして、これらの間に、対象物Ｗを搭載するための試料ステージ３が設けられている。この例においては、試料ステージ３がＸ線光軸に直交する鉛直の回転軸Ｒを中心として回転する。また、この試料ステージ３は移動機構（図示略）の駆動によりＸ線光軸を含む互いに直交する３軸方向に移動させることができ、この移動により撮影倍率や撮影範囲を設定することができる。また、Ｘ線発生装置１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は２次元Ｘ線検出器である。
【００１７】
ＣＴ撮影は、Ｘ線発生装置１からのＸ線を対象物Ｗに向けて照射しつつ、試料ステージ３を回転させ、その微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力を収集することによって行われる。
【００１８】
すなわち、ＣＴ撮影中においては、試料ステージ３の微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力が画像データ取り込み回路１０を介してデータ記憶部１１に取り込まれ、各投影角度でのＸ線投影データとして記憶される。
【００１９】
ＣＴ撮影の終了後、すなわち例えば３６０°分のＸ線投影データがデータ記憶部１１に記憶された時点で、そのＸ線投影データは再構成演算部１２による再構成演算に供される。再構成演算部１２では、公知の手法によってＸ線投影データを再構成することにより、試料ステージ３の回転軸Ｒに直交する任意のスライス面に沿った断層像を構築する。構築された各断層像は、断層像記憶部１３に記憶される。
【００２０】
断層像記憶部１３に記憶された断層像は、フィルタ処理部１４で後述するフィルタ処理に供されることにより、断層像に現れるリングアーチファクトが抽出された画像とされ、そのリングアーチファクト抽出画像は、フィルタ処理部１４によるフィルタ処理に供される前の断層像（以下、元画像と称する）とともに減算部１５に送られる。減算部１５では元画像からリングアーチファクト抽出画像を減算することにより、元画像に現れているリングアーチファクトを除去ないしは低減した画像、つまり補正画像を得る。その補正画像は表示器１６に表示される。
【００２１】
上記した画像データ取り込み回路１０、データ記憶部１１、再構成演算部１２、断層像記憶部１３、フィルタ処理部１４、減算部１５および表示器１６は、システム制御部１７の制御下に置かれている。ここで、これらは実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされているプログラムに基づく機能を実現するのであるが、図１では説明の便宜上、その主だった機能ごとのブロックで表している。また、システム制御部１７は、前記したＸ線発生装置１に対して供給すべき管電流および管電圧を制御するＸ線コントローラ１８も制御下においているとともに、試料ステージ３の回転機構並びに移動機構についても、軸制御部１９を介して制御する。更に、システム制御部１７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の操作によって試料ステージ３を移動させたりＸ線条件を変更するなど、装置に対する各種指令を与えることができる。
【００２２】
次に、フィルタ処理部１４におけるフィルタ処理について説明する。このフィルタ処理部１４では、断層像を構成する各画素の画素値（濃度値）について、当該断層像上の回転軸Ｒに相当する位置を中心とする扇形状のカーネルを用いたコンボリューションフィルタを用いてフィルタ処理を施す。フィルタカーネルは、図２に模式的に示すように、断層像上で回転軸Ｒに相当する位置Ｒを中心とした一定角度θの広がりを持ち、かつ、その位置Ｒから遠ざかる方向への距離ｒが一定の扇形状のものとし、フィルタ処理すべき全ての画素について、例えば該当の画素ｐ１，ｐ２を中心とするフィルタカーネルＦＣ１，ＦＣ２を当てはめて処理をする。
【００２３】
この扇形状のフィルタカーネルを用いた処理は、例えば前記した特許文献１において、断層像をｘ−ｙ座標系からｒ−θ座標系に変換し、その変換後の画像の各画素について矩形のマトリクス状のフィルタカーネルを用いて処理をするのと数学的には等価であり、引用文献１では変換により直線化されたアーチファクトを抽出するのに対し、この実施の形態ではリング状ないしは円弧状のまま抽出することができる。
【００２４】
このようにしてリングアーチファクトを抽出した画像は、減算部１５において元の画像から減算する処理に供され、これによってリングアーチファクトを除去ないしは低減した、いわば補正された画像を得る。
【００２５】
図３にその過程を模式的に示す。Ｐｏは元画像であり、この元画像ＰｏにおいてＷｐは対象物Ｗの断層像、Ａｐはリングアーチファクトを表し、この元画像Ｐｏの各画素について、コンボリューションフィルタカーネルＦＣを用いたフィルタ処理を施すことによって、リングアーチファクトＡｐのみを抽出した抽出画像Ｐｐを得る。その抽出画像Ｐｐを元画像Ｐｏから減算することにより、元画像Ｐｏに現れていたリングアーチファクトＡｐが除去ないしは低減され、補正画像Ｐｃを得ることができる。
【００２６】
以上の実施の形態において特に注目すべき点は、元画像である断層像を座標変換することなく、実空間上でフィルタ処理を施してリングアーチファクトを抽出し、その抽出した画像をそのまま元画像から減算することによって、リングアーチファクトが除去ないしは低減された画像を得る点であり、これにより、従来の手法に比べて座標変換に伴う画像の精度劣化をなくすることができる。
【００２７】
なお、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対に対して試料ステージを回転させた例を示したが、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を試料ステージを中心として回転させてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態で用いるフィルタカーネルの模式的説明図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるリングアーチファクトの抽出と、その抽出されたリングアーチファクトを除去する過程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  Ｘ線発生装置
２  Ｘ線検出器
３  試料ステージ
１０  画像データ取り込み回路
１１  データ記憶部
１２  再構成演算部
１３  断層像記憶部
１４  フィルタ処理部
１５  減算部
１６  表示器
１７  システム制御部
１８  Ｘ線コントローラ
１９  軸制御部
２０  操作部
Ｗ  対象物
【図１】
2010008278.tif 000003
【図２】
2010008278.tif 000004
【図３】
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