(57)【要約】      （修正有）【課題】検出器において生じた飽和現象をおよび被写体のはみ出し現象を補正する。【解決手段】Ｘ線源とＸ線検出器を対向させて保持する保持装置と，検査対象に対するＸ線源およびＸ線検出器の相対位置を変化させる回転装置と，計測データの演算処理を行う制御処理装置とを有するＸ線計測装置において，被写体を設置せずに撮影した感度データと被写体の計測データの除算演算を行う手段と，除算データを対数変換処理する手段と，対数変換データにおいて飽和領域を判別する手段と，飽和領域における値を飽和領域の境界点から外挿した値に変換する手段と，被写体のはみ出し領域における値を対数変換データの端から外挿した値に変換する手段と，値を変換した後の対数変換データを用いて再構成演算を行い３次元像を得る手段を有することを特徴とするＸ線計測装置により実現される。【選択図】図１
2006320591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体にＸ線を照射するＸ線源と、このＸ線源に対向配置され前記被写体の透過Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを支持し前記被写体の周囲を回転させる回転装置と、前記回転により多数の角度の被写体の透過Ｘ線を計測データとして得て、各得られた計測データから３次元画像を再構成する画像再構成手段と、を備えたＸ線計測装置において、
前記被写体の各計測データから飽和領域を抽出する手段と、前記抽出された飽和領域について前記Ｘ線検出器の感度データを計測する感度データ計測手段と、前記計測された感度データのばらつきを補正する感度データ補正手段と、前記補正された感度データと前記計測データとの撮影強度ずれを補正する撮影強度ずれ補正手段と、前記撮影強度ずれが補正された計測データを対数変換して投影データを算出する投影データ算出手段と、前記算出された投影データにおいて飽和領域の値をその飽和領域の境界点から外挿した値に変換し、飽和補正データを得る飽和補正データ算出手段と、前記被写体が前記Ｘ線検出器の検出領域からはみ出している場合、前記飽和補正データ算出手段によって変換された外挿値を用いてはみ出し補正像を得るはみ出し補正像算出手段とを備え、前記画像再構成手段は、前記得られたはみ出し補正像を逆投影演算し、３次元画像を再構成することを特徴とするＸ線計測装置。
【請求項２】
前記飽和補正データの飽和領域において所定の一次元方向に不連続が見られる場合、当該飽和補正データをその一次元方向に平滑化し、平滑化像を得る平滑化像算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線計測装置。
【請求項３】
前記はみ出し補正像算出手段は、投影データにおいてはみ出し領域の境界点において画素値を求め、その境界点からはみ出し領域とは反対の方向に任意の数の画素の値を抽出して前記境界点における画素値の傾きを求め、前記回転装置の回転軸位置を中心としてはみ出しの境界点位置において前記境界点と実質的に同等の画素値と傾きを有する楕円関数を求め、その求められた楕円関数を用いて前記はみ出し領域において外挿値を算出し、はみ出し領域の画素値を外挿値に設定することにより、前記投影データにおいてはみだしを補正することを特徴とする請求項１に記載のＸ線計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，検出器において生じた飽和現象および被写体のはみ出し現象を補正し，値の均一性を向上した良好な３次元像を得ることが可能なＸ線計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃ字型の支柱（以下，Ｃアーム）の両端にＸ線源と２次元Ｘ線検出器を対向するように設置したＸ線計測装置がある。Ｃアームを天井から吊るす形状や，Ｃアームを床から支える形状がある。また，ガントリ上にＸ線源と２次元Ｘ線検出器を対向するように設置したＸ線計測装置がある。これらの装置において，Ｃアームあるいはガントリを移動させることにより，Ｘ線源と検出器を被写体の周囲で回転させながらＸ線計測を行うことが可能である。また，回転計測により得られた複数の計測データにそれぞれ補正処理を施して３次元再構成のための１組の投影データを得，得られた１組の投影データに対して３次元再構成アルゴリズムを用いて再構成処理を行い，３次元再構成像を得ることが可能である。
【０００３】
これらの３次元計測装置において，計測時に検出器に飽和が生じたり，被写体が検出器の視野からはみ出していると，３次元再構成像において値の不均一が生じ，画質が低下する。被写体の投影データにおいて，はみ出した領域のデータを楕円関数で外挿して補う手法が特許文献１に記載されている。また，被写体の投影データにおいて，はみ出した領域のデータを境界付近のデータを用いて近似した関数で外挿して補う手法が特許文献２に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平09-066051
【０００５】
【特許文献２】特開2004-121853
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示す従来技術では，被写体の投影データにおいて，検出器の視野からはみ出した領域のデータを回転軸の位置を中心とする楕円関数で外挿して補う。被写体が回転軸を中心線とする楕円形で近似される場合，投影データのプロファイルは楕円関数となり，この近似は妥当である。しかし，特許文献１では楕円関数を，回転軸の位置を中心とし，外挿領域の開始位置の値を通り，始点から予め定められた一律の距離の位置で０となる関数として求めている。即ち，被写体を回転軸を中心とし，回転軸に沿って予め予測した同じ断面形状を持つ楕円柱としている。そのため，回転軸に沿って断面形状の異なる被写体に対しては，はみ出しの補正が良好に行われないと言う課題があった。また，個体差の大きい被写体を計測する場合には予め予測した基本形との乖離を生じるため，補正が任意の被写体に対応できないと言う課題があった。
【０００７】
特許文献２に示す従来技術では，被写体の投影データにおいて，検出器の視野からはみ出した領域のデータをはみ出しの開始位置付近のデータを用いて近似した関数で外挿して補う。この方法では、開始位置付近のみのデータを用い，これらを円弧上の点と仮定することによって関数の傾きを求めるため，被写体形状を復元するとは限らない。そのため，補正を良好に行うためには，はみ出しのないデータを用いてはみ出し量をスケーリングし直す必要があると言う課題があった。
【０００８】
特許文献１および２に示す従来技術では，はみ出しの開始位置付近のデータが飽和を生じていると，良好な外挿関数を求めることができず，補正を良好に行うことができないと言う課題があった。
【０００９】
本発明の目的は，検出器において生じた飽和現象および被写体のはみ出し現象を補正することにより３次元再構成像の値の不均一性を補正し，良好な３次元像を得ることが可能なＸ線計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は，検査対象に照射するＸ線を発生するＸ線源と，検査対象に関する計測データを検出するＸ線検出器と，Ｘ線源とＸ線検出器を対向させて保持する保持装置と，検査対象に対するＸ線源およびＸ線検出器の相対位置を変化させる回転装置と，計測データの演算処理を行う制御処理装置とを有するＸ線計測装置において，被写体を設置せずに撮影した感度データと被写体の計測データの除算演算を行う手段と，除算データを対数変換処理する手段と，対数変換データにおいて飽和領域を判別する手段と，飽和領域における値を飽和領域の境界点から外挿した値に変換する手段と，被写体のはみ出し領域における値を対数変換データの端から外挿した値に変換する手段と，値を変換した後の対数変換データを用いて再構成演算を行い３次元像を得る手段を有することを特徴とするＸ線計測装置により達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，検出器において生じた飽和現象および被写体のはみ出し現象を補正し，値の均一性を向上した良好な３次元像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下，本発明の実施形態を説明する。
図２に，本発明に係るＸ線計測装置の側面図を示す。Ｘ線計測装置はＸ線源201，検出器202，支柱203，回転装置204，寝台205，制御処理装置206から成る。Ｘ線源201と検出器202は支柱203に設置されている。支柱203にはＣ字型のアームや，コ字型のアームや，ガントリ等が用いられる。図２では，Ｃ字型のアームを示す。支柱203を天井から吊るす形態や，支柱203を床から支える形態が考えられる。支柱203は回転装置204により，回転軸207を中心として寝台205上に横になった被写体208の周囲を回転する。図２では，最も一般的な形態として，回転軸207および寝台205が床に平行である場合を示した。支柱203および寝台205を移動させることにより，回転軸207を体軸に対して斜めに設定することも可能である。また，回転軸207が床に対して垂直であり，支柱203が椅子に座った被写体208の周囲を回転する形態も可能である。
【００１３】
検出器202には平面型Ｘ線検出器，Ｘ線イメージインテンシファイアとCCDカメラの組み合わせ，イメージングプレート，CCD検出器，固体検出器等が用いられる。平面型Ｘ線検出器としては，アモルファスシリコンフォトダイオードとＴＦＴを一対としてこれを正方マトリックス上に配置し，これと蛍光板を直接組み合わせたもの等がある。
【００１４】
Ｘ線源201から発生されたＸ線は被写体208を透過し，検出器202によりＸ線強度に応じた電気信号に変換され，制御処理装置206に計測データとして入力される。制御処理装置206は，Ｘ線源201におけるＸ線発生，検出器202におけるデータの取得，回転装置204における支柱203の回転を制御する。これにより，Ｘ線計測装置は，支柱203を回転しながらＸ線の発生と計測データの取得を行う回転計測が可能である。制御修理装置206は，計測データに対して，対数変換処理や再構成演算処理等を実行し，３次元データを取得することが可能である。
Ｘ線源201と検出器202の間にフィルタ210を設置することが可能である。フィルタ210はアルミニウム，銅，真鍮等の金属，セラミック，樹脂等から成る。フィルタ形状は任意であり、一般的には基本的な被写体形状に合わせたものが用いられる。
【００１５】
制御処理装置206は，飽和およびはみ出しを補正する処理を実行する。制御処理装置206は，内部に記憶手段209を有し，補正処理に必要な関数，パラメータ，条件等を記憶する。入力手段としては，キーボードからのキー入力，ファイルからの読み込み，記憶チップの交換が考えられる。制御処理手段206は操作メニューとして補正処理の実行の有無を入力するモード，あるいは，スイッチ等を有する。
【００１６】
図１に，本実施例における処理の手順を示す。回転計測を実施し，一連の計測像を得る（101）。一連の計測像から任意の像を選択する（102）。選択した計測像において，任意の１行のデータを選択する（103）。選択した計測データにおいて飽和領域を抽出し，任意の値に変換し，飽和抽出データを得る（104）。検出器において検出素子毎に感度のばらつきがある場合，飽和抽出データにおいて画素毎に検出器の感度のばらつきを補正し，感度補正データを得る（105）。感度データと計測データの間に，Ｘ線強度等の撮影強度のずれがある場合には強度のずれを補正し，撮影強度補正データを得る（105）。撮影強度補正データにおいて対数変換を行い，対数変換データ（以下，投影データ）を得る（106）。投影データにおいて，飽和領域における値を飽和領域の境界点から外挿した値に変換し，飽和補正データを得る（107）。選択した計測像上の全ての行において，飽和補正データを得る。飽和補正データの飽和領域において列方向に不連続が見られる場合，飽和補正データを列方向に平滑化し，平滑化像を得る（108）。被写体が検出器の検出領域からはみ出している場合，平滑化像においてデータの端から値を外挿し，はみ出し補正像を得る（109）。全ての計測像に対して，はみ出し補正像を得る。はみ出し補正像を逆投影演算し，再構成像を得る（110）。
【００１７】
感度補正処理および対数変換処理の手順を示す。被写体を設置しない状態でＸ線を照射して計測を行い，検出器の感度データを取得する。Ｘ線を照射しない状態で計測を行い，検出器のオフセットデータを取得する。被写体データからオフセットデータを減算し，オフセット補正後被写体データを得る。感度データからオフセットデータを減算し，オフセット補正後感度データを得る。オフセット補正後被写体データをオフセット補正後感度データで除算し，感度補正後被写体データを得る（感度補正処理）。感度補正後被写体データに対して対数変換処理を行い，−１倍し，投影データを得る（対数変換処理）。
【００１８】
計測データから飽和抽出データを得る手順について示す。任意の計測データにおいて，任意の画素を着目位置に設定する。着目位置の値がしきい値Ｓより小さく，かつ，その左側にしきい値Ｓより大きな値が連続してＮ点以上続く場合，着目位置を左側の境界点とする。左側の境界点より左側にあり，しきい値Ｓより大きな値を有する画素は飽和領域と判定し，特異的な数値，例えば-1000に置換する。同様に，着目位置の値がしきい値Ｓより小さく，かつ，その右側にしきい値Ｓより大きな値が連続してＮ点以上続く場合，着目位置を右側の境界点とする。右側の境界点より右側にあり，Ｓより大きな値を有する画素は飽和領域と判定し，特異的な数値，例えば-1000に置換する。
【００１９】
飽和領域の画素は特異的な数値，例えば-1000を有するため，対数変換時に判別が可能である。対数変換時に，値が-1000である画素は変換後の値を特異的な数値，例えば０に設定する。これにより，投影データにおいて飽和領域の画素が判定可能となる。投影データにおいて飽和領域の画素値を０に設定することにより，被写体が存在しない場合の値，即ち，基準値に設定することができる。
【００２０】
投影データから飽和補正データを得る手順について示す。飽和領域の境界点において画素値と，画素値の傾きを求める。画素値と傾きから外挿関数を決定する。画素値が特異数，例えば０の領域に対して外挿関数を用いて外挿値を算出し，画素値を外挿値に置換する。飽和領域の右側と左側の両方から外挿値を算出することが可能な場合，両者の外挿値の加算平均値を求め，画素値を加算平均値に置換する。
【００２１】
Ｘ線源と被写体の間に照射Ｘ線の強度を調整するフィルタが設置されている場合，フィルタの厚さが不均一であると，投影データにおける飽和値は位置に依存する。従って，飽和の検出を計測データ上において行う。一方，フィルタの厚さが均一の場合は，投影データにおいて飽和値は位置に依存しないで一定となるため，飽和の判定は対数変換後のデータを用いても可能となる。
【００２２】
図３に，フィルタの厚さが一定の場合のデータ例を示す。(a)に示すように，飽和を生じない条件で被写体を設置しないで計測した感度データにおいて、空気を透過した画素の値（以下、エア値）は一定となる。(b)に示すように，被写体の計測データにおいて飽和がある場合，エア値Atのように飽和値Soより大きな値は飽和値Soに張り付く。この場合，(c)に示すように，対数変換データでは飽和値Sは式1となる。
【００２３】
【数１】
2006320591.tif 000003
【００２４】
対数変換データにおいて，画素値が飽和値近傍であれば飽和領域と判定する。具体的には，飽和値Sをしきい値に設定し，しきい値より小さな値を持つ画素は飽和領域であると判定する。あるいは，飽和値に例えば係数1.05を乗算した値をしきい値に設定することにより，データのゆらぎの影響を受け難くすることができる。
【００２５】
図４に，フィルタの厚さが不均一な場合のデータ例を示す。(a)に示すように，フィルタの断面が凹面形であり，被写体の断面が円形であり，被写体の中心がフィルタの中心からずれている場合を示す。(b)に示すように，感度データは飽和のない状態でのフィルタの計測データであり，点線で表される。被写体の計測データは，飽和がないＸ線条件で計測された場合には実線で表される。被写体の計測において，照射するＸ線の強度を強くすると計測データの値が飽和値を超え，例えば位置ＡからＢの範囲が飽和領域となる。(c)に示すように，飽和領域では投影データが太線で表されるようになり，破線で表される真のデータから乖離する。
【００２６】
図５に，投影データの外挿を示す。被写体のＸ線吸収係数がμであり，被写体の断面が半径aの円形であり，中心が位置cにあると仮定する。投影データyは位置xに対して，式2の楕円関数で表される。
【００２７】
【数２】
2006320591.tif 000004
【００２８】
従って，中心より大きい位置にある投影データは式3，小さい位置にある投影データは式4で近似する。
【００２９】
【数３】
2006320591.tif 000005
【００３０】
【数４】
2006320591.tif 000006
【００３１】
具体的には，各投影データの各ライン毎に，外挿の開始点，即ち飽和領域の境界点である位置xoでの値yoと傾きy'(xo)からパラメータaとcを求め，楕円関数の式を決定する。この場合、式3の境界条件は式5、式6で表される。
【００３２】
【数５】
2006320591.tif 000007
【００３３】
【数６】
2006320591.tif 000008
【００３４】
従って，パラメータaとcは式7、式8で求められる。
【００３５】
【数７】
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【００３６】
【数８】
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【００３７】
式4の境界条件は式9、式10で表され、パラメータaとcは式3と同様にこれらの式を解くことによって求められる。
【００３８】
【数９】
2006320591.tif 000011
【００３９】
【数１０】
2006320591.tif 000012
【００４０】
外挿の開始点である位置xoにおける傾きの算出法を示す。投影データ上で開始点位置の画素値を求め，同様に外挿する方向と逆の方向に任意の画素だけ離れた位置の画素値を求める。この２点の値を結ぶ線分の傾きを求め，開始点の傾きとする。値を求める際に，外挿の開始点を中心にして任意の領域のデータを抽出し，加算平均値を求め，開始点の値とすることにより，データのゆらぎの影響を受け難くすることができる。具体的には，位置xoから外挿を行う方向と逆の方向に５画素，外挿方向と直交する方向に９画素のデータを抽出する。
【００４１】
外挿処理の後に，投影データに対して平滑化処理を行う。具体的には，行方向に外挿を行った投影データに対して，外挿の開始点を中心にして任意の領域のデータを抽出し，加算平均値を求め，開始点の画素値を置換する。例えば，行方向に５点，列方向に９点のデータを用いる。平滑化により，データのゆらぎの影響を受け難くし，特に列方向にデータ値の不連続が生じることを防ぐことができる。
平均値を求める際に、各データに重み付けを行う場合もある。例えば、外挿の開始点位置の画素値に対する重みを1.0とし、周囲の画素値に対する重みを0.5とすると、投影像の分解能の低下を防ぐことができる。
【００４２】
図６に，投影データにおいて，飽和とはみ出しの両方がある場合のデータ例を示す。位置ＤからＥの領域が計測された投影データとすると，位置ＣからＤおよび位置ＥからＦの領域がはみ出し領域となる。これらのはみ出し領域において，投影データを外挿する。外挿関数は飽和補正と同一とし，式(3)および(4)で求める。同一の関数を用いることにより，飽和とはみ出しの補正を一度に行うことができる。先に位置ＡからＢの飽和領域において飽和を補正し、その後、位置ＣからＤのはみ出し領域においてはみ出しを補正することも可能である。この場合、はみ出し補正用の外挿関数として、飽和補正用の外挿関数とは別の関数を用いることも可能である。
【００４３】
上記した実施形態による効果をまとめると、以下の通りである。（１）検出器において生じた飽和現象および被写体のはみ出し現象を補正し，値の均一性を向上した良好な３次元像を得ることができる。（２）計測データにおいて飽和領域を判別し，対数変換データにおいて飽和を補正することにより，フィルタの形状が不均一な場合にも，飽和現象を補正することができる。（３）飽和領域において，飽和領域の右側と左側の両方から外挿値を求め，両者の平均値に置換することにより，補正の精度を向上することができる。（４）飽和補正およびはみ出し補正に用いる外挿関数を同一とすることにより，飽和とはみ出しの補正を一度に行うことができ，高速化が可能となる。（５）外挿処理の後に，外挿を行う方向と直交する方向に平滑化を行うことにより，データのゆらぎの影響を受け難くし，特に列方向にデータ値の不連続が生じることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る補正手順の説明図である。
【図２】本発明に係る装置の側面図である。
【図３】本発明に係るデータ例である。
【図４】本発明に係るデータ例である。
【図５】本発明に係る外挿処理の説明図である。
【図６】本発明に係るデータ例である。
【符号の説明】
【００４５】
201：Ｘ線源，202：検出器，203：支柱，204：回転装置，205：寝台，206：制御処理装置，207：回転軸，208：被写体，209：記憶装置，210：フィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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