(57)【要約】【課題】専用のファントム等を用いることなく、従ってそのファントムの製造精度に影響されることなく、常に正確に被検体の回転中心軸の投影位置を推定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】任意の被検体Ｗの３６０度分のＸ線透過データを用いて、回転軸の投影位置では１８０°相違するデータの一致度が高いことを利用し、被検体Ｗの回転軸ＲａのＸ線検出器２の受光面上への投影位置に相当する素子を求め、任意の物体を被検体とした３６０度分のＸ線透過データを用いて、安定して高精度に回転中心軸の投影位置の推定を可能とし、ファントム等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なくし、断層像の安定した高品質化を達成する。【選択図】　図１
2004037267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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線光軸に直交する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た被検体を当接するための試料台と、その試料台上の被検体が、上記Ｘ線光軸および上記素子に対して、当該Ｘ線光軸および素子の配列方向の双方に直交する回転軸を中心として相対回転するよう、上記試料台を回転させるか、もくしは上記Ｘ線源とＸ線検出器とを回転させる回転駆動手段と、その回転駆動手段を駆動しつつＸ線を照射して検出した透過Ｘ線データを用いて、上記回転軸に直交する面で被検体をスライスした断層像を再構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、
任意の被検体の３６０度分のＸ線透過データを用いて、回転中心軸に相当する素子では、回転角度が１８０度相違するデータどうしの一致度が高いことを利用した回転中心軸推定手段を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【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、被検体を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、少なくとも一方向に広がりを持つＸ線（ファンビームもしくはコーンビーム）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、被検体を搭載して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ている。
【０００３】
また、被検体を回転させる代わりに、静止した被検体の回りに、Ｘ線源とそれに対向するＸ線検出器とを一体的に回転させる構成もある。
【０００４】
そして、被検体を回転させつつ、あるいはＸ線源とＸ線検出器を回転させつつ、所定の微小角度ごとに被検体を透過したＸ線の強度データを３６０度分にわたってＸ線検出器の各素子出力から採取し、そのＸ線透過データを用いて、回転軸に直交する平面に沿った被検体の断層像を再構成演算を行う。
【０００５】
ここで、Ｘ線透過データを用いて断層像を再構成するに当たっては、被検体の回転中心軸のＸ線検出器の受光面上への投影位置（以下、回転中心軸投影位置と称する）を正確に推定しなければ、得られる断層像の高品質化を達成することはできない。
【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試料台上に搭載して回転を与え、あるいは静止した試料台上にそのファントムを搭載してＸ線源およびＸ線検出器を回転させ、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度分のＸ線透過データから、ワイヤが最も左に寄った点と右に寄った点を検出し、これらの２点間の中心点を回転軸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軸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すため、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、もしくはＸ線源とＸ線検出器を回転させて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、もってファントムの出来具合等によって断層像の品質が左右されるといった不具合を生じることなく、常に高品質の断層像を得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、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線光軸に直交する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た被検体を当接するための試料台と、その試料台上の被検体が、上記Ｘ線光軸および上記素子に対して、当該Ｘ線光軸および素子の配列方向の双方に直交する回転軸を中心として相対回転するよう、上記試料台を回転させるか、もくしは上記Ｘ線源とＸ線検出器とを回転させる回転駆動手段と、その回転駆動手段を駆動しつつＸ線を照射して検出した透過Ｘ線データを用いて、上記回転軸に直交する面で被検体をスライスした断層像を再構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、任意の被検体の３６０度分のＸ線透過データを用いて、回転中心軸に相当する素子では、回転角度が１８０度相違するデータどうしの一致度が高いことを利用した回転中心軸推定手段を有することによって特徴づけられる。
【００１０】
本発明は、被検体がＸ線源とＸ線検出器に対して相対的に１８０度回転したとき、被検体上の任意の位置にある点のＸ線検出器の受光面上での投影位置が、回転軸の投影位置を中心として回転前後で反対側に移動し、回転軸の投影位置に対応する素子についてのみ、１８０度相違するＸ線透視データどうしが完全に一致することを利用したものである。
【００１１】
すなわち、回転軸の投影位置から離れた位置にある素子には、被検体がＸ線源およびＸ線検出器に対して相対的に１８０度回転したとき、回転前に投影されていた被検体上の部位が移動して回転後には投影されなくなるのに対し、回転軸の投影位置に対応する素子には、被検体が相対的に１８０度回転したとき、回転前に投影されていた被検体上の部位がそのまま投影される（Ｘ線が回転前と反対側から透過するのみ）。
【００１２】
従って、各素子ごとに、被検体の回転角度が互いに１８０度相違するＸ線透過データどうしの一致度（つまりＸ線強度が一致している度合い）を算出し、その一致度が最大値ないしは極大値を呈する素子を求めることにより、回転軸の投影位置を正確に推定することができる。
【００１３】
そして、このような本発明の手法によると、回転中心軸投影位置を推定するために用いる被検体としては、専用のファントムなどを用いる必要がなく、従って任意の被検体を用いることができ、ファントムの製造誤差に起因する断層像の品質低下が生じることない。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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）に沿った回転軸Ｒａを中心として回転するターンテーブル３が配置されており、被検体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。
【００１７】
Ｘ線検出器２の各素子の出力は、ターンテーブル３により被検体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、被検体Ｗの３６０度分のＸ線透過データが取り込まれる。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線透過データを用いて断層像の再構成演算を行って表示器６等に出力する再構成演算部５２のほか、回転中心軸推定部５３を備えており、この回転中心軸推定部５３により、ターンテーブル３の回転軸ＲａのＸ線検出器２の受光面上への投影位置が推定演算され、その推定結果は再構成演算部５２における断層像の再構成演算に供される。
【００１８】
回転中心軸推定部５３では、Ｘ線検出器２の各素子からの３６０度分のＸ線透過データを用いた下記の演算により、回転軸ＲａのＸ線検出器２の受光面上への投影位置を推定する。
【００１９】
図２に例示するように、横軸にＸ線検出器２の各素子（以下、チャンネルと称する）ナンバーｉ（ｉ＝１〜ｎ）を取るとともに、縦軸にターンテーブル３の回転角φ（０°〜３６０°）を取って、全チャンネルの３６０度分の投影データＰを並べたサイノグラムを考える。図２は、前記したアクリルパイプ中にタングステン等のＸ線吸収率の高い素材のワイヤを通したような被検体の場合のサイノグラムを例示している。このようなサイノグラムにおいて、各チャンネルｉ＝１〜ｎについて、Ｐ［ｉ，φ］とＰ［ｎ，φ＋１８０°］の比（どちらか大きい方を分母として１．０を越えないようにする）をφ＝０°〜１８０°までの範囲で算出し、その平均値Ｑ［ｉ］を求める。
【００２０】
サイノグラムが図２に例示したものであれば、平均値Ｑ［ｉ］の計算結果は図３に示す通りとなる。これは、回転軸Ｒａが投影されるチャンネルに限り、１８０度相違するＸ線透過データは被検体Ｗを表と裏からＸ線が透過したものとなるが故にＱの値はほぼ１．０になるのに対し、その回転軸Ｒａの投影位置から離れるに従ってＱの値は１．０よりも次第に小さくなる。ただし、被検体Ｗの存在しない部位に対応する両端部のチャンネル群におけるＱの値は、ターンテーブル３が３６０°回転する間、常時空気のみを透過したＸ線が入射するため、一様に１．０に近い値となる。
【００２１】
従って、各チャンネルｉ＝１〜ｎについてＱ［ｉ］を算出して、一端側のチャンネルからＱが一旦下がった後極大値を迎えてもう一度下がる場所を検出すれば、Ｑの値が極大値を示したチャンネルが回転軸Ｒａが投影されているチャンネルであると認識することができる。また、サブピクセルオーダーまで回転中心軸投影位置を求める必要のある場合は、Ｑ［ｉ］の値を用いて補間計算を行うことも可能である。
【００２２】
以上の回転中心軸投影位置の推定手法によると、被検体Ｗとして上記のようなアクリルパイプ中にタングステンワイヤ等を通したファントムを用いた場合、その製造誤差が回転中心軸投影位置の推定結果に影響を及ぼすことがなく、更には被検体として任意の物体を用いても回転中心軸の投影位置を正確に推定することができ、例えば実際に断層像を得ようとする被検体のＸ線透過データを用いて回転中心軸の投影位置を推定することも可能となる。
【００２３】
再構成演算部５２では、以上のようにして回転中心軸推定部５３によって推定された回転中心軸投影位置を用いて再構成演算を行うため、常に正確な回転中心軸投影位置を基にした断層像を再構成するので、得られる断層像の品質は常に高いものとなる。
【００２４】
なお、以上の実施の形態においては、各チャンネルごとの１８０度相違するＸ線透過データどうしの一致度の計算のために、各チャンネルごとに１８０度相違するデータの比の平均値Ｑを用いたが、各比の標準偏差を用いたり、あるいは単に積算値を用いることも可能であることは勿論である。
【００２５】
また、以上の実施の形態では、Ｘ線検出器としてラインセンサを用い、ファン状のＸ線ビームを照射するタイプのＣＴ装置に本発明を適用した例を示したが、Ｘ線検出器として２次元センサを用いるとともに、コーン状のＸ線ビームを照射する、いわゆるコーンビームＣＴ装置にも本発明を応用することができる。
【００２６】
更に、以上の実施の形態においては、Ｘ線源１とＸ線検出器２を固定し、これの間に被検体を搭載するターンテーブル３を配置した例を示したが、被検体を固定された試料台上に載せるとともに、その試料台を挟んで両側に配置されるＸ線源とＸ線検出器を一体的に回転させるタイプのＣＴ装置にも本発明を等しく適用し得ることは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ｘ線検出器の各素子ごとに、被検体の３６０度分のＸ線透過データのうち、被検体のＸ線源並びにＸ線検出器に対する相対回転角度が互いに１８０度相違するデータどうしの一致度が高いことを利用して被検体の回転中心軸の投影位置に対応する素子として推定するので、任意の物体、例えば断層像を得ようとする被検体のＸ線透過データからその回転中心軸の投影位置を推定することも可能となり、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の推定誤差を生じる恐れがなくなり、常に安定して回転中心軸の推定位置を高精度に求めることが可能となり、ひいては断層像を安定して高品質なものとすることができる。
【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推定部５３で行う回転中心軸の投影位置の推定演算に用いるＸ線透視データの例を示すサイノグラムである。
【図３】同じく回転中心軸推定部５３で行う回転中心軸の投影位置の推定演算に用いる各チャンネルごとの１８０度相違データの一致度の計算結果の例を示すグラフである。
【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　再構成演算部
５３　回転中心軸推定部
６　表示器
Ｗ　被検体
【図１】
2004037267.tif 000003
【図２】
2004037267.tif 000004
【図３】
2004037267.tif 000005