(57)【要約】【課題】専用のファントム等を用いることなく、任意の物体をターンテーブル上に搭載して回転させつつＸ線透過データを採取することにより、その回転中心軸のＸ線検出器上への投影位置を正確に推定することができ、断層画像の高品質化に大きく寄与することのできるコンピュータ断層撮影装置を提供する。【解決手段】Ｘ線検出器２により検出したＸ線透過データ列を、平行投影データ列に変換する際に用いる回転中心軸投影位置を複数に変化させ、その各回転中心軸投影位置を用いて変換した各データ列に基づいて回転中心軸投影位置を推定する回転中心軸投影位置推定手段５３を備え、その推定された回転中心軸投影位置を用いて変換されたデータ列により、断層像を再構成することにより、ファントムの製造誤差の影響を受けずに安定して高品質の断層像を得ることを可能とする。【選択図】　図１
2004061256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファン状に広がりを持つＸ線を出力するＸ線源と、そのＸ線源に対向配置され、当該Ｘ線源からのＸ線光軸に直交し、かつ、Ｘ線の広がり方向に複数の素子が配列されたＸ線検出器と、そのＸ線源とＸ線検出器の間に配置され、被写体を搭載して上記Ｘ線光軸および素子の配列方向の双方に直交する回転中心軸の回りを回転するターンテーブルと、上記ターンテーブルを駆動しつつ被写体にＸ線を照射して所定角度ごとに検出した透過Ｘ線データ列を、回転中心軸のＸ線検出器上への投影位置を用いて平行投影データ列に変換するデータ変換手段と、その変換後のデータを用いて、上記回転中心軸に直交する面で被写体をスライスした断層像生成する再構成演算手段を備えたコンピュータ断層撮影装置において、
上記データ変換手段で用いる回転中心軸投影位置を複数にわたって変化させ、その各回転中心軸投影位置を用いて変換した各データ列に基づいて回転中心軸投影位置を推定する回転中心軸投影位置推定手段を備え、上記再構成演算手段は、その推定手段により推定された回転中心軸投影位置を用いて変換した平行投影データから断層像を構成することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
上記回転中心軸投影位置推定手段は、複数に変化させた回転中心軸投影位置のそれぞれを用いて変換した複数の平行投影データ列による各サイノグラムについて、１８０°対向するデータどうしの対称性を評価し、対称性が最も高くなる平行投影データ列を得た回転中心軸投影位置を最適と推定することを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ断層像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ断層撮影装置に関し、更に詳しくは、被写体をＸ線源とＸ線検出器の間で回転させる方式のコンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば産業用の被破壊検査などに用いられるＸ線ＣＴ装置、つまりＸ線を用いたコンピュータ断層撮影装置においては、一般に、ファンビーム状のＸ線を発生するＸ線源と、そのＸ線源に対向して、Ｘ線の広がり方向に複数の素子が配列されたＸ線検出器を配置し、これらの間に、被写体を搭載してＸ線の光軸方向とＸ線検出器の素子の配列方向の双方に直交する回転軸の回りに回転させるターンテーブルを配置した構成が採用される。
【０００３】
そして、被写体を回転させつつ、所定の微小角度ごとに被写体を透過したＸ線強度の検出データを３６０°にわたってＸ線検出器の各素子出力から採取し、その各回転角度ごとの各素子による透過Ｘ線検出データをもとに、回転軸に直交する平面に沿った被写体の断層像を再構成する。
【０００４】
ここで、Ｘ線検出器には、各素子ごとの感度むらや歪みが存在し、また、Ｘ線検出器に入射する透過Ｘ線は、点状のＸ線源から出たファンビーム状のＸ線が被写体を透過したものであるため、Ｘ線検出器の各素子出力をそのまま用いては断層像を再構成することはできない。
【０００５】
そこで、従来、各素子出力を感度補正および歪み補正を行うとともに、ファン−パラ変換と称される変換によって、Ｘ線検出器の各素子による透過Ｘ線データ列を、平行投影データ列に変換した後のデータ列を用いて、断層像の再構成演算を行う。このデータの変換には、被写体の回転中心軸のＸ線検出器上への投影位置（以下、回転中心軸投影位置と称する）が正確に判っていなければ、正確なデータ変換を行うことができず、ひいては高品質の断層像を得ることができない。
【０００６】
回転中心軸投影位置を推定する手法として、従来、例えばアクリルパイプ内にタングステンなどのＸ線吸収率の高い材質からなるワイヤを通す等の構造を有する専用のファントムを用意し、そのファントムをターンテーブル上に搭載して回転を与え、そのファントムを透過したＸ線をＸ線検出器で検出して得た３６０°分のデータ列より、ワイヤが最も左に寄った点と右に寄った点を検出し、それら２点の中心点を回転中心軸投影位置として推定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の回転中心投影位置の推定手法によると、専用のファントムの製造誤差が、そのまま回転中心軸投影位置の推定結果に影響を及ぼし、その出来具合に応じて断層像の品質が左右されるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、専用のファントム等を用いることなく、任意の物体をターンテーブル上に搭載して回転を与えてＸ線透過データを採取することにより、回転中心軸投影位置を正確に推定することができ、コンピュータが断層画像の高品質化に大きく寄与することのできるコンピュータ断層撮影装置の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のコンピュータ断層撮影装置は、ファン状に広がりを持つＸ線を出力するＸ線源と、そのＸ線源に対向配置され、当該Ｘ線源からのＸ線光軸に直交し、かつ、Ｘ線の広がり方向に複数の素子が配列されたＸ線検出器と、そのＸ線源とＸ線検出器の間に配置され、被写体を搭載して上記Ｘ線光軸および素子の配列方向の双方に直交する回転中心軸の回りを回転するターンテーブルと、上記ターンテーブルを駆動しつつ被写体にＸ線を照射して所定角度ごとに検出した透過Ｘ線データ列を、回転中心軸のＸ線検出器上への投影位置を用いて平行投影データ列に変換するデータ変換手段と、その変換後のデータを用いて、上記回転中心軸に直交する面で被写体をスライスした断層像生成する再構成演算手段を備えたコンピュータ断層撮影装置において、上記データ変換手段で用いる回転中心軸投影位置を複数にわたって変化させ、その各回転中心軸投影位置を用いて変換した各データ列に基づいて回転中心軸投影位置を推定する回転中心軸投影位置推定手段を備え、上記再構成演算手段は、その推定手段により推定された回転中心軸投影位置を用いて変換した平行投影データから断層像を構成することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１０】
ここで、本発明における回転中心軸投影位置推定手段による最適の回転中心軸投影位置の決定手法の具体的で好適な手法としては、請求項２に係る発明のように、複数に変化させた回転中心軸投影位置のそれぞれを用いて変換した複数の平行投影データ列による各サイノグラムについて、１８０°対向するデータどうしの対称性を評価し、対称性が最も高くなる平行投影データ列を得た回転中心軸投影位置を最適と推定する手法を好適に採用することができる。
【００１１】
本発明は、被写体にファンビーム状のＸ線を照射してＸ線検出器により検出した被写体のＸ線透過データ列を、Ｘ線検出器の感度補正および歪み補正を行うとともに平行投影データ列に変換する際、回転中心軸投影位置を種々に変化させ、その各回転中心軸投影位置を用いて変換した平行投影データ列から、真の回転中心軸投影位置またはそれに最も近い回転中心軸投影位置を推定することにより、専用のファントムを用いることなく、任意の被写体を用いた透過Ｘ線データから、正確に回転中心軸投影位置を求めるものである。
【００１２】
具体的には、ファンビーム状のＸ線が被写体を透過したＸ線の検出データ列から、平行投影データ列に変換する際に用いる回転中心軸投影位置として、真の回転中心軸投影位置を用いた場合、変換後のデータ列においては、例えばそのサイノグラム中で１８０°対向するデータどうしが対称となるはずである。そこで、任意の被写体を３６０°回転させて得た透過Ｘ線のデータ列を、平行投影データ列に変換する際に用いる回転中心軸投影位置を種々に変化させ、それぞれの回転中心軸投影位置を用いて変換したデータ列について、それぞれのサイノグラムにおいて１８０°対向するデータどうしの対称性を評価することによって、最も対称性の高いデータ列が得られた回転中心軸投影位置が、真の回転中心軸投影位置もしくはそれに最も近い回転中心軸投影位置であると推定することができる。そして、このように推定された回転中心軸投影位置を用いて変換したデータ列を用いて断層像を再構成することにより、得られる断層像は常に高品質なものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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、要部の機械的構成を表す模式図と、電気的な機能構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００１４】
Ｘ線源１で発生したＸ線はコリメータ１１を介してファン状のビームＢとなり、対向配置されているＸ線検出器２側に向かう方向（ｘ方向）に照射される。Ｘ線検出器２は、Ｘ線の広がり方向（ｙ方向）に複数の素子が円弧状に配列された構造を有している。
【００１５】
Ｘ線源１とＸ線検出器２の間には、Ｘ線の光軸方向であるｘ方向とＸ線検出器２の素子の配列方向であるｙ方向の双方に直交する方向（ｚ方向）に沿った回転中心軸Ｒａの回りを回転するターンテーブル３が配置されており、被写体Ｗはこのターンテーブル３上に搭載されて回転が与えられる。なお、ターンテーブル３は、ｘ，ｙ，ｚ方向に移動可能なｘ−ｙ−ｚテーブル３１上に載せられている。
【００１６】
Ｘ線検出器２の各素子の出力は、ターンテーブル３により被写体Ｗが微小角度回転するごとに、データサンプリング回路４によりデジタル化されたうえで、演算装置５に取り込まれる。すなわち、演算装置５には、Ｘ線検出器２の各素子ごとに、被写体Ｗの３６０°分のＸ線透過データが取り込まれる。
【００１７】
演算装置５は、データサンプリング回路４からのＸ線透過データのガンマ補正、画像歪み補正、更には各素子の感度補正や、対数変換などを行う前処理部５１と、その前処理後のＸ線透過データ列を、ファン−パラ変換して平行投影データ列に変換するデータ変換部５２と、その変換に必要な、回転中心軸ＲａのＸ線検出器２上への投影位置、つまり回転中心軸投影位置を推定する回転中心軸投影位置推定部５３と、データ変換部５２による変換後のデータ列を用いて断層像を生成する断層像再構成演算部５４を備えている。そして、この断層像再構成演算部５４により生成された被写体Ｗの断層像は表示器６に表示される。
【００１８】
回転中心軸投影位置推定部５３では、データサンプリング回路４により取り込んだＸ線検出器２の各素子からの３６０°分のＸ線透過データを用いて、以下の手法により回転中心軸投影位置を推定する。
【００１９】
すなわち、回転中心軸投影位置を複数にわたって変化させ、その各回転中心軸投影位置を用いて、取り込んだデータ列を平行投影データ列に変換する。そして、変換後の各データ列によるサイノグラムについて、１８０°対向するデータどうしを比較し、その対称性を評価する。そして、最も対称性の高いデータ列を得た回転中心軸投影位置を、真の、あるいは最も真の位置に近い回転中心軸投影位置として推定する。
【００２０】
図２にサイノグラムを例示する。この例では、横軸を変換後のチャンネルナンバー（ｙ方向位置）、縦軸を回転角度φとして、３６０°分のデータを並べている。このようなサイノグラム中における１８０°対向するデータどうしの対称性の評価の具体的方法については、幾つかの方法を挙げることができ、それぞれの方法について説明する。
【００２１】
一つ目は、各サイノグラム中で、回転角度φ°のデータ列と（φ＋１８０）°のデータ列において、それぞれに対応する（図２に矢印で例示するように、ｙ方向位置中心を挟んで互いに対称の位置に存在する）チャンネルのデータの値（Ｘ線透過量、換言すれば明るさ）どうしの差分の分散値もしくは標準偏差値を求める。そして、この分散値もしくは標準偏差値が最も小さくなるサイノグラムを形成しているデータ列を算出するのに用いた回転中心軸投影位置を真の投影位置、あるいは最も真に近い投影位置と推定する。
【００２２】
二つ目は、サイノグラム中で回転角度φ°のデータ列と（φ＋１８０）°のデータ列において、上記と同様、それぞれに対応するチャンネルのデータの値の加算値の最大値と最小値の差を計算し、その値が最も大きくなるサイノグラムを形成しているデータ列を算出するのに用いた回転中心軸投影位置を真の投影位置、あるいは最も真に近い投影位置と推定する。
【００２３】
三つ目は、各サイノグラム中におけるφ°のデータ列と（φ＋１８０）°のデータ列のピーク検出処理を行い、ピーク位置およびそのピーク位置におけるデータ値（Ｘ線透過量）を求める。そして、φ°のデータ列におけるピーク位置並びにそのデータ値と、（φ＋１８０）°のデータ列におけるピーク位置並びにそのデータ値を比較し、互いのピーク位置とそのデータ値が最も一致するサイノグラムを形成しているデータ列を算出するのに用いた回転中心軸投影位置を真の投影位置、あるいは最も真に近い投影位置と推定する。
【００２４】
なお、以上の各方法において、φは任意の単一の角度であってもよいし、φの値を０〜１８０°まで変化させて、それぞれの評価結果の加算もしくは平均処理を行って最終的な評価を行ってもよい。
【００２５】
再構成演算部５４では、以上のようにして推定された回転中心軸投影位置を用いて変換された平行投影データ列を用いて被写体Ｗの断層像再構成する。
従って、以上の実施の形態によって得られる断層像は、常に正確な回転中心軸を用いて変換された平行投影データ列を用いて生成されるので、常に高い品質の像となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、任意の被写体のＸ線透過像データから回転中心軸投影位置を正確に推定するので、従来のように専用のファントムを用いる必要がなく、しかもそのファントムの製造誤差に起因する回転中心軸投影位置の推定誤差を生じる恐れがなくなり、常に安定して正確に回転中心軸投影位置を推定することが可能となって、得られる断層像は常に安定して高品質なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、要部の機械的構成を表す模式図と電気的な機能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における回転中心軸投影位置推定部５３で行う回転中心軸の投影位置の推定処理に用いるサイノグラムの例を示す図である。
【符号の説明】
１　Ｘ線源
２　Ｘ線検出器
３　ターンテーブル
４　データサンプリング回路
５　演算装置
５１　前処理部
５２　データ変換部
５３　回転中心軸投影位置推定部
５４　断層像再構成演算部
６　表示器
Ｒａ　回転中心軸
Ｗ　被写体
【図１】
2004061256.tif 000003
【図２】
2004061256.tif 000004