(57)【要約】      （修正有）【課題】コーンビームＸ線ＣＴ装置について、回転軌道面を容易に求めることができるようにする。【解決手段】指標体を直線状に配列させて構成される回転軌道面算出用ファントムを用いることで、回転撮影における円軌道を含む面である回転軌道面７を算出する処理を行えるコーンビームＸ線ＣＴ装置について、その回転軌道面算出処理は、ファントムを回転中心軸から所定距離だけ離し、かつ指標体の直線状配列方向が回転中心軸に平行になるようにして配置した状態で当該ファントムのＸ線投影像を回転撮影して複数枚の投影像を収集するステップ、複数の投影像を重ね合わせて合成投影像を生成するステップ、合成投影像について当該合成投影像上で各指標体が描いている軌跡の中で互いに重なり合うことのない軌跡に関するギャップラインを抽出するステップ、および抽出したギャップラインを基に回転軌道面の投影像上での座標値を求めるステップを含むものとしている。【選択図】図１
2005237752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を照射するＸ線源とこのＸ線源に対向配置された２次元Ｘ線検出器を同一の円軌道上でともに回転させながら、上記Ｘ線源と上記２次元Ｘ線検出器間に配置された被検体に前記Ｘ線源からＸ線を照射しつつ、前記回転における所定回転角度単位で前記被検体のＸ線透過像を２次元Ｘ線検出器で撮影し、そしてこの撮影で得られた前記Ｘ線透過像を基に画像再構成演算を行って３次元的Ｘ線ＣＴ像を生成するコーンビームＸ線ＣＴ装置において、
前記回転軌道面算出処理は、金属球を直線状に配列して構成された回転軌道面算出用ファントムを前記回転中心軸から所定距離だけ離し、かつ前記ファントムの直線状配列方向が前記回転中心軸に平行に配置した状態で当該回転軌道面算出用ファントムのＸ線投影像を回転撮影して複数枚の投影像を収集するステップ、前記ステップで得られる複数の投影像を重ね合わせて合成投影像を生成するステップ、前記合成投影像について当該合成投影像上で前記各指標体が描いている軌跡の中で互いに重なり合うことのない軌跡に関するギャップラインを抽出するステップ、および前記ステップで抽出したギャップラインを基に前記回転軌道面の投影像上での座標値を求めるステップを含んでいることを特徴とするコーンビームＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記撮影における回転角度単位ごとの前記回転軌道面の移動量を前記回転軌道面算出処理で求めた前記座標値に相関させて求める回転軌道面移動量算出処理を行えるようにされており、前記回転軌道面移動量算出処理は、単一金属球で構成される回転軌道面移動量算出用ファントムを前記回転軌道面と前記回転中心軸の交点である回転中心に配置した状態で当該回転軌道面移動量算出用ファントムのＸ線投影像を前記回転角度単位ごとに撮影するステップ、および前記ステップで得られた前記投影像における前記指標体の投影領域を基に前記回転軌道面の移動量を算出するステップを含んでいる請求項１に記載のコーンビームＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーンビームＸ線ＣＴ装置に関し、特に画像再構成に必要な装置の幾何学パラメータをより容易に求めることを可能としたコーンビームＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コーンビームＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を円錐状に照射するＸ線源とこのＸ線源に対向配置された２次元Ｘ線検出器（これはＸ線イメージインテンシファイアとテレビカメラの組み合わせで構成されるのが通常である）を同一の円軌道上でともに回転移動させながら被検体のＸ線透過像の回転撮影を行う。この際、被検体は回転撮影における回転中心軸に位置するようにされる。そして２次元Ｘ線検出器で取得された２次元Ｘ線透過像を基に画像再構成演算を行うことで３次元的Ｘ線ＣＴ像を得る。このような２次元Ｘ線検出器を用いたコーンビームＸ線ＣＴ装置における画像再構成演算のアルゴリズムについては、フェルドカンプの方法が代表的なものとして知られている（例えば非特許文献１）。
【０００３】
Ｘ線ＣＴ装置における画像再構成では画像再構成のために座標を必要とする。その座標は、Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器がともに回転する円軌道を含む面である回転軌道面（ミッドプレーンとも呼ばれる）をＸ線透過像の投影面に仮想的に投影した回転軌道面投影に基づいてその横軸が与えられ、また回転の中心軸を同様に投影した回転中心軸投影に基づいてその縦軸が与えられる。そしてこれら回転軌道面投影と横軸の対応性、および回転中心軸投影と縦軸の対応性の精度が画像再構成の精度に大きく影響する。
【０００４】
そこで回転軌道面と回転中心軸（これらは画像再構成に必要なＸ線ＣＴ装置における幾何学パラメータとも呼ばれる）を高い精度で求める必要がある。原理的にいえばこれら回転軌道面と回転中心軸は、コーンビームＸ線ＣＴ装置の設計データから求めることができる。しかし実際上は製作誤差や装置の部材の変形などがあることから、実際の回転軌道面や回転中心軸は個々の装置ごとに設計データとは異なって現れることになる。このため、その実際の回転軌道面や回転中心軸を装置ごとに試験的な撮影をして求める必要がある。
【０００５】
そのような技術として特許文献１に開示の例が知られている。特許文献１の技術では、補正用のファントムを用いた試験撮影を行い、そこで得られたファントムについての画像データから回転軌道面投影と回転中心軸投影を求めるようにしている。より具体的には以下のとおりである。ファントムは、Ｘ線に対する吸収の大きな材料で形成の基準点としての球体をＸ線に対し相対的に吸収の小さな材料で形成の支持体に複数個直線状に配列・支持させて構成する。試験撮影は、このファントムを被検体の配置位置近辺で回転中心軸にほぼ平行になるように配置し、この状態でＸ線源と２次元Ｘ線検出器を通常の撮影の場合と同様に回転させながら一定の回転角度ごとにＸ線透過像を取得するようにして行う。この試験撮影で得られた各２次元Ｘ線透過像を合成すると、その合成画像上でファントムにおける各球体が特定の軌跡を描く。その軌跡は回転軌道面から離れている球体については楕円となる。そしてその楕円の短軸は球体の回転軌道面からの距離に相関し、回転軌道面上の球体については短軸が０となる。つまり回転軌道面上の球体についてはその軌跡が直線となる。このようなファントムにおける球体の楕円軌跡像について、各球体の軌跡楕円の中心を結ぶ線分を求めればそれが回転中心軸投影となり、また各楕円軌跡像の中から短軸が０である直線軌跡像を求めればそれが回転軌道面投影となる。
【０００６】
また回転中心軸について、それを求めるための他の手法も知られている（例えば特許文献２）。またコーンビームＸ線ＣＴ装置においては、２次元Ｘ線検出器を構成するＸ線イメージインテンシファイアにおけるＸ線入射面の非平面性に起因する像の歪みを補正する必要もあるが、そのような補正については例えば特許文献３に開示の手法が知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１７３３３０号公報
【特許文献２】特開２０００−２０１９１８号公報
【特許文献３】特開平８−２４２４８号公報
【非特許文献１】Practical Cone-Beam Algorithm;L.A.Feldkamp, et al.;J.Optical Society of America, A/Vol. 1(6),(1984), pp.612-619
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように特許文献１に開示の手法では、複数の球体を直線状に配列して形成したファントムを用い、このファントムの各球体が描く楕円軌跡を基に幾何学パラメータを求めるようにしている。この手法は、例えばガントリ回転型や被検体回転型のコーンビームＸ線ＣＴ装置のように３６０度の回転撮影データを取得でき、ファントムの球体の軌跡が閉じた楕円になる場合には有効である。しかしコーンビームＸ線ＣＴ装置には、例えばＣ型アーム構造のように３６０度の回転撮影データを取得できないものもあり、このようなコーンビームＸ線ＣＴ装置では特許文献１に開示の手法を適用することができない。
【０００９】
また幾何学パラメータの一つである回転軌道面については、所定の回転角度での撮影ごとにその回転軌道面がずれる可能性もあるが、特許文献１に開示の手法ではこのことが考慮されていない。
【００１０】
本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、コーンビームＸ線ＣＴ装置について、例えばＣ型アーム構造のように３６０度の回転撮影データを取得できない場合でも幾何学パラメータ、特に回転軌道面を容易に求めることができるようにすることを目的とし、また所定の回転角度での撮影ごとの回転軌道面のずれを求めることができるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、Ｘ線を照射するＸ線源とこのＸ線源に対向配置された２次元Ｘ線検出器を同一の円軌道上でともに回転させながら、上記Ｘ線源と上記２次元Ｘ線検出器間に配置された被検体に前記Ｘ線源からＸ線を照射しつつ、前記回転における所定回転角度単位で前記被検体のＸ線透過像を２次元Ｘ線検出器で撮影し、そしてこの撮影で得られた前記Ｘ線透過像を基に画像再構成演算を行って３次元的Ｘ線ＣＴ像を生成するコーンビームＸ線ＣＴ装置において、
前記回転軌道面算出処理は、金属球を直線状に配列して構成された回転軌道面算出用ファントムを前記回転中心軸から所定距離だけ離し、かつ前記ファントムの直線状配列方向が前記回転中心軸に平行に配置した状態で当該回転軌道面算出用ファントムのＸ線投影像を回転撮影して複数枚の投影像を収集するステップ、前記ステップで得られる複数の投影像を重ね合わせて合成投影像を生成するステップ、前記合成投影像について当該合成投影像上で前記各指標体が描いている軌跡の中で互いに重なり合うことのない軌跡に関するギャップラインを抽出するステップ、および前記ステップで抽出したギャップラインを基に前記回転軌道面の投影像上での座標値を求めるステップを含んでいることを特徴とするコーンビームＸ線ＣＴ装置を開示する。
【００１２】
更に本発明は、前記撮影における回転角度単位ごとの前記回転軌道面の移動量を前記回転軌道面算出処理で求めた前記座標値に相関させて求める回転軌道面移動量算出処理を行えるようにされており、前記回転軌道面移動量算出処理は、単一金属球で構成される回転軌道面移動量算出用ファントムを前記回転軌道面と前記回転中心軸の交点である回転中心に配置した状態で当該回転軌道面移動量算出用ファントムのＸ線投影像を前記回転角度単位ごとに撮影するステップ、および前記ステップで得られた前記投影像における前記指標体の投影領域を基に前記回転軌道面の移動量を算出するステップを含んでいるコーンビームＸ線ＣＴ装置を開示する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、回転軌道面算出用ファントムの合成投影像で各指標体が描く軌跡の中で互いに重なり合うことのない軌跡に関するギャップラインを利用して回転軌道面を求めるようにしている。このため、同様なファントムを用い、そのファントムにおける基準点（本発明における指標体に相当）の軌跡が楕円状に閉じた軌跡となること利用する特許文献１の手法に比べ、全回転角度が３６０度に満たない場合でも高い精度で回転軌道面を求めることができるという利点が得られ、また回転軌道面を算出するための処理をより簡易なものにすることができるという利点が得られる。
【００１４】
また本発明では、撮影における回転角度単位ごとの回転軌道面の移動量を求めることができるようにしているので、回転軌道面をより高い精度で決定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に本発明の一実施形態によるＣ型アーム方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置の概略構成を示す。図１に見られるようにコーンビームＸ線ＣＴ装置は、被検体３のＸ線透過像を撮影して計測データを得る計測部５０、計測部５０を制御する計測部制御手段１００、計測部５０で得られた計測データを基に３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成する３次元再構成手段２００、および計測部５０における後述の回転中心軸や回転軌道面などの幾何学パラメータを求めるための幾何学パラメータ計算手段３００を主な要素として備え、さらに計測部５０で得られたＸ線透過像を収集して記録する画像収集手段１１０および３次元再構成手段２００で得られた３次元的Ｘ線ＣＴ像を表示する画像表示手段２１０を備えている。以下ではこれらの各要素について、より具体的に説明する。
【００１６】
計測部５０は、被検体３を載せる寝台４、寝台４に載せられた被検体３にＸ線を照射するＸ線源１、Ｘ線源１からのＸ線による透過像を撮影する２次元Ｘ線検出器５、Ｘ線源１と２次元Ｘ線検出器５を機械的に接続するＣ型アーム１０、Ｃ型アーム１０を保持するＣ型アーム保持体１１、Ｃ型アーム保持体１１を天井に取り付ける天井支持体１２、および天井支持体１２を図１の状態で前後左右２次元方向に移動可能に支持する天井レール１３を備えている。またそのＸ線源１は、Ｘ線を発生するＸ線管１ｔおよびＸ線管１ｔからのＸ線の照射方向を円錐状に制御するコリメータ１ｃからなり、その２次元Ｘ線検出器５は、Ｘ線透過像を可視光像に変換するＸ線イメージインテンシファイア５ｉおよびＸ線イメージインテンシファイア５ｉによる可視光像を撮影するテレビカメラ５ｃからなっている。
【００１７】
この計測部５０におけるＸ線源１と２次元Ｘ線検出器５は、被検体３の撮影に際して、Ｃ型アーム１０の回転により、ともに同一の円軌道上で回転移動させられる。この回転移動については、画像再構成に際して用いられる幾何学パラメータが存在する。すなわちＣ型アーム１０の回転によるＸ線源１と２次元Ｘ線検出器５の回転における円軌道を含む面である回転軌道面（ミッドプレーン）７、Ｃ型アーム１０の回転における回転中心軸８、および回転中心軸８と回転軌道面７の交点である回転中心９である。これらは、上述のように、原理的には計測部５０の設計データから定まるものであるが、実際的には計測部５０の製作誤差や部材の変形などがあることから、個々の装置の計測部５０ごとに設計データとは異なって現れることになる。このため、実際の計測部５０における回転軌道面７や回転中心軸８を装置ごとに試験的な撮影をして求める必要がある。
【００１８】
計測部制御手段１００は、回転中心軸８で回転するＣ型アーム１０の回転（この回転はプロペラ回転と呼ばれる）を制御する撮影系回転制御手段１０１、天井支持体１２の天井レール１３上での位置を制御してＣ型アーム１０の被検体３の体軸方向に対する位置を２次元的に制御する撮影系位置制御手段１０２、Ｘ線管１ｔに流す管電流のＯＮ、ＯＦＦなどを制御するＸ線照射制御手段１０３、寝台４の位置を制御して被検体３の回転中心軸８に対する位置を制御する被検体位置制御手段１０４、および２次元Ｘ線検出器５によるＸ線透過像の撮影を制御する撮影系制御手段１０５を主な要素として備えている。
【００１９】
３次元再構成手段２００は、計測部制御手段１００による制御の下で計測部５０により撮影され、画像収集手段１１０で収集・記録されたＸ線透過像を基に画像再構成演算を行って３次元的Ｘ線ＣＴ像を得る。そのために３次元再構成手段２００は、前処理手段２０１、画像歪み補正手段２０２、フィルタリング手段２０３、および逆投影手段２０４を備えている。
【００２０】
前処理手段２０１は、画像収集手段１１０で収集・記録されたＸ線透過像をＸ線吸収係数の分布像に変換する手段である。この前処理手段２０１での処理には周知の手法を用いることができる。本実施形態では、まず被検体３と寝台４を撮影視野内に配置しない状態で空気のＸ線透過像を撮影し、そのＸ線透過像における各画素データに対して自然対数変換演算を施す。それから寝台４に載せた被検体３のＸ線透過像を撮影し、そのＸ線透過像における各画素データに対して自然対数変換演算を施す。そしてこれら自然対数変換演算が施された両画像の差分を取ることにより、被検体３および寝台４のＸ線吸収係数分布像を得る。
【００２１】
画像歪み補正手段２０２は、Ｘ線イメージインテンシファイア５ｉでＸ線透過像を可視光像に変換する際に、Ｘ線イメージインテンシファイア５ｉのＸ線入射面（検出面）が非平面であることに起因して画像に生じる歪みを補正する手段である。この画像歪み補正手段２０２での処理には、例えば上記特許文献３に記載の手法を用いることができる。その具体的内容については後述する。
【００２２】
フィルタリング手段２０３は、Ｘ線ＣＴ画像再構成におけるフィルタリング処理を行う周知の手段である。
【００２３】
逆投影手段２０４は、フィルタリング処理後の画像データに対して、上記非特許文献１のフェルドカンプ法を用いて逆投影演算を行う手段であり、３次元的Ｘ線ＣＴ像を生成する。生成した３次元的Ｘ線ＣＴ像は画像表示手段２１０に表示される。
【００２４】
幾何学パラメータ計算手段３００は、３次元再構成手段２００で画像再構成を行う際に必要となる計測部５０の幾何学パラメータを求める手段である。幾何学パラメータ計算手段３００が扱う幾何学パラメータには、図１における回転軌道面７と回転中心軸８、それにＸ線イメージインテンシファイア５ｉによる画像の歪みである。そのために幾何学パラメータ計算手段３００は、画像歪み補正テーブル生成手段３２０、画像歪み補正テーブル保管手段３３０、回転軌道面算出手段３５０、回転軌道面移動量算出手段３７０、および回転中心軸計算手段３９０を備えている。以下、幾何学パラメータ計算手段３００におけるこれらの各要素について具体的に説明する。
【００２５】
画像歪み補正テーブル生成手段３２０は、上述の画像歪み補正手段２０２で使用する画像歪み補正テーブルを生成する。その画像歪み補正テーブルの生成については上記特許文献３に詳しく説明されている。以下ではその概略について説明する。画像歪み補正テーブルの生成では、図２に示すようなホールチャート２０を用いる。ホールチャート２０は、Ｘ線に対する吸収の大きな材料で形成した板材に格子状配列で多数の小さなホール２０ｈを穿設して形成されている。画像歪み補正テーブルを生成するには、まず、Ｘ線イメージインテンシファイア５ｉの前面にホールチャート２０を固定し、このホールチャート２０のＸ線投影像をホールチャート歪み投影像として撮影する。次いで、この撮影で得られたホールチャート歪み投影像に前処理手段２０１による処理を施してから投影像の投影面におけるホール２０ｈの投影位置を検出する。それから、この検出したホール２０ｈの投影位置を、ホールチャート２０が歪みなく投影面に投影された場合を仮想したホール２０ｈの仮想投影位置に位置するように変換する計算をホール２０ｈごとに行って画像歪み補正テーブルを生成させる。
【００２６】
画像歪み補正テーブル保管手段３３０は、画像歪み補正テーブル生成手段３２０で生成した画像歪み補正テーブルを磁気ディスクなどに格納し、またその格納した画像歪み補正テーブルを、画像歪み補正手段２０２がＸ線透過像の歪みを補正する際に読み出す機能を負っている。
【００２７】
回転軌道面算出手段３５０は、計測部５０の回転軌道面７を求める手段である。ここで、回転軌道面７は、上述のように、Ｘ線源１と２次元Ｘ線検出器５の回転における円軌道を含む面と定義することができるが、以下のように定義することもできる。被検体上の点（ｘ、ｙ、ｚ）に着目する。回転によりＸ線源と点（ｘ、ｙ、ｚ）との距離が変化するために、２次元Ｘ線検出器の検出面（投影面）への投影点は、遠近法の原理から分るように、一般に上下方向に移動する。しかしＸ線源の焦点を含み回転中心軸に垂直な面では、回転でＸ線源と点（ｘ、ｙ、ｚ）との距離が変化しても２次元Ｘ線検出器の検出面での投影点の上下方向の移動は生じない。このようなＸ線源の焦点を含み回転中心軸に垂直な面は、すなわち回転軌道面であり、したがって回転軌道面は、Ｘ線源の焦点を含み回転中心軸に垂直な面と定義することもできる。
【００２８】
回転軌道面７を求めるには図３に示すような金属球を連結した形状の金属球配列ファントム３０を回転軌道面算出用ファントムとして用いる。金属球配列ファントム３０は、Ｘ線に対する吸収の大きな材料、具体的には例えばタングステン、白金、あるいは鉄−ニッケル−クロム合金などの金属材料で形成した指標体である金属球３０ｂを複数個、Ｘ線に対し相対的に吸収の小さな材料、具体的は例えばアクリル樹脂や塩化ビニル樹脂などの合成樹脂材料で棒状ないし線状、あるいはチェーン状に形成の支持体３０ｓに直線状に配列・支持させて構成される。
【００２９】
このような金属球配列ファントム３０を用いて回転軌道面７を求めるには、まず、回転中心軸８に対して所定の位置関係で配置した金属球配列ファントム３０のＸ線投影像を回転撮影する。その回転撮影はＸ線源１と２次元Ｘ線検出器５を計測部５０の全回転角度まで回転させながら所定回転角度単位（回転角度ピッチ）ごとに行う。金属球配列ファントム３０の回転中心軸８に対する位置関係は、各金属球３０ｂに後述するような軌跡を描かせるために、回転中心軸８に対して平行であり、回転中心軸８に対して適切な間隔Ｓだけ離れた位置である。
【００３０】
上記の条件で金属球配列ファントム３０の撮影を行うと一定枚数のＸ線投影像が得られるので、これを重ね合わせて合成投影像を作成する。本実施形態のＣ型アーム方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置では全回転角度が２００度であるが、仮に３６０度まで撮影を行ったとした場合の合成投影像の例を図４に示す。図４の投影像では横軸３１をｕ、縦軸３２をｖとしてある。図４に見られるように、投影像において各金属球３０ｂは軌跡３３を描く。なお、後に説明するように回転軌道面７は撮影角度ごとに移動を生じる。このため実際には軌跡３３は図のようなきれいな線分となるものでないが、ここでは理想化して描いてある。
【００３１】
軌跡３３は、上述の回転軌道面７の定義に関して説明した投影点の上下移動と同様の原理から楕円ないし楕円の一部となり、その短軸長は金属球３０ｂの回転軌道面７に対する位置関係に相関し、回転軌道面７上では０となる。つまり回転軌道面７上にある金属球３０ｂについては軌跡３３が直線となる。したがって軌跡３３は、金属球配列ファントム３０における金属球３０ｂの間隔を適切に設定すると、回転軌道面７の近辺を除いて互いに重なり合う状態にすることができる。すなわち回転軌道面７の近辺ではギャップライン（分離線）３４を生じて軌跡３３がこのギャップライン３４で互いに分離される状態になり、その他の部分では軌跡３３が互いに重なり合う状態にすることができる。本発明ではこのことを利用して回転軌道面７を求める。具体的には、図４の例のような投影像からギャップライン３４、３４を検出し、そのギャップライン３４、３４の間の中間線として回転軌道面７を求める。このような本発明の手法を可能とするには、上述のように金属球３０ｂの間隔を適切に設定する必要がある。その適切な間隔は、回転軌道面７の近辺でギャップライン３４が数本程度生じ、その他の部分では軌跡３３が互いに重なり合うことになるような間隔と規定することができ、後述するような本実施形態のコーンビームＸ線ＣＴ装置における仕様の場合には、例えば４ｍｍ程度が適切な間隔となる。
【００３２】
このような本発明における手法を上記の特許文献１における手法と比較すると以下のことがいえる。特許文献１の手法では、回転軌道面を求めるのに、本発明における金属球配列ファントム３０と同様なファントムを用いるが、そのファントムにおける基準点（本実施形態における金属球３０ｂに相当）の軌跡が楕円状に閉じた軌跡となること利用し、その楕円軌跡についてそれぞれ短軸長を算出し、それが０となる楕円軌跡を回転軌道面として求めるようにしている。このため基準点の軌跡が閉じた楕円となることを必要とし、本実施形態のＣ型アーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置のように全回転角度が３６０度に満たない場合には回転軌道面を高い精度で求めることができなくなる。また回転軌道面を求めるための計算処理が複雑になる。これに対して本発明における手法では、ギャップラインを利用するようにしているため、全回転角度が３６０度に満たない場合でも高い精度で回転軌道面を求めることができ、しかもその計算処理を特許文献１の手法におけるそれよりも簡易に済ませることができるようになる。
【００３３】
上記のようにして求める回転軌道面は、所定の回転角度ピッチごとに繰り返す撮影で得られる複数枚のＸ線投影像の合成を通して求められるもので、各撮影についての平均の回転軌道面であり、回転角度状態がそれぞれ異なる各撮影における回転軌道面は平均の回転軌道面に対して若干の移動（ずれ）を生じるのが実際である。このため、より高い精度で回転軌道面を求めるには回転撮影における回転角度ごとの回転軌道面の移動を測定し、それを反映させる必要がある。これに必要な処理を行うのが回転軌道面移動量算出手段３７０である。
【００３４】
回転軌道面移動量算出手段３７０による回転軌道面の移動量の算出では、回転軌道面移動量算出用ファントムを用いる。回転軌道面移動量算出用ファントムは、金属球配列ファントム３０における金属球３０ｂと同様な金属球（指標体）一つで構成される。このような１個の金属球による単一金属球ファントムを用いて回転軌道面の移動量を求めるには、図１における回転中心９にファントムである金属球を配置し、その回転撮影を行う。回転中心９に金属球を配置するのは撮影角度方向によってＸ線管１ｔと金属球との距離が変化することのないようにするためである。
【００３５】
図５に回転軌道面移動量の算出についての概念図を示す。投影画像４１は回転軌道面算出手段３５０で求まった平均回転軌道面に対して移動のない場合であり、金属球の投影像４０は平均の回転軌道面上にある。一方、投影画像４２は、平均回転軌道面に対して移動を生じている場合であり、金属球の投影像４３は移動量ｍｖだけ平均回転軌道面に対して移動している。このような比較により、移動量ｍｖを１投影ごとに算出することができる。なお各投影画像においては横方向ｕについても金属球の投影像の投影位置に移動を生じる場合もあるが、これは金属球の配置位置が実際の回転中心９からずれていることに起因するもので、回転軌道面の移動とは関係ないので考慮する必要はない。
【００３６】
回転中心軸計算手段３９０は、図１における回転中心軸８を求める。この回転中心軸計算手段３９０における手法には上記の特許文献２に記載の手法を好ましいものとして用いる。その概略は以下のとおりである。棒状の支持体にＸ線吸収係数の大きい１本の金属線を張って形成したワイヤーファントムを回転中心軸８に平行に配置して回転撮影を行い、その再構成画像における金属線の鮮明度を評価関数とし、その評価関数が最適となるようにすることで、回転中心軸８の投影面における投影座標値を求める。
【００３７】
ここで、本実施形態におけるＣ型アーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置の仕様例を挙げると以下のとおりである。Ｘ線管１ｔと回転中心軸８の距離は８００ｍｍ、回転中心軸８とＸ線イメージインテンシファイア５ｉのＸ線入射面の距離は４００ｍｍ、検出器面の大きさは４００ｍｍ、画像サイズは１０２４×１０２４（走査線数）、そして検出器ピッチは０．４ｍｍである。またＣ型アーム１０の回転角度は、最大で２００度である。すなわち図１の状態を被検体３に対して０度とし、回転の開始位置が被検体３に対して−１００度の位置にあり、回転の終了位置が被検体３に対して＋１００度となるようにされている。またＣ型アーム１０の回転速度は１秒当たり４０度で、したがって１スキャンの時間は５秒となる。
【００３８】
以下では本実施形態のＣ型アーム方式コーンビームＸ線ＣＴ装置による撮影における動作の概要について説明する。撮影に入ると、まず撮影系回転制御手段１０１はＣ型アーム１０の回転を開始する。回転加速期間を経た後、Ｘ線照射制御手段１０３がＸ線管１ｔにＸ線を発生させ、撮影系制御手段１０５がテレビカメラ５ｃによる可視光像の撮影を開始する。Ｘ線管１ｔから照射されたＸ線は被検体３を透過した後、Ｘ線イメージインテンシファイア５ｉへ入射する。Ｘ線透過像はＸ線イメージインテンシファイア５ｉで可視光像に変換され、テレビカメラ５ｃに取り込まれる。テレビカメラ５ｃはＸ線透過像をビデオ信号に変換し、そのビデオ信号がＡ／Ｄ変換を経た後、デジタル画像データとして画像収集手段１１０に記録される。テレビカメラ５ｃの標準走査モードは毎秒３０フレーム、走査線数１０２４である。Ｃ型アーム１０の回転角度ピッチは１．３３度で、５秒間に１５０枚のＸ線透過像を取得する。２００度の回転撮影が完了すると、Ｘ線照射制御手段１０３はＸ線管５ｔのＸ線発生を終了し、撮影系回転制御手段１０１はＣ型アーム１０の回転を停止する。
【００３９】
３次元再構成手段２００は、以上のような撮影に並行し、あるいは撮影が終了した後に、画像収集手段１１０からデジタル画像データを読み出し、後述する３次元再構成処理によって被検体３の３次元的Ｘ線ＣＴ像の再構成演算を行う。これで得られた３次元的Ｘ線ＣＴ像は画像表示手段２１０に表示される。なお画像表示手段２１０には、画像収集手段１１０に記録されたＸ線透過像を直接表示することも可能である。
【００４０】
次に、本発明において主要な特徴的事項である幾何学パラメータ計算手段３００における処理の内容をより具体的に説明する。図６に幾何学パラメータ計算手段３００における幾何学パラメータ計算処理の流れを示す。まず、ホールチャート２０をX線イメージインテンシファイア５ｉの前面に固定して回転撮影を行い、画像収集手段１１０により各撮影角度におけるホールチャート歪み投影像の収集を行う（ステップＳ３１０）。収集するホールチャート歪み投影像は、本実施形態の場合であれば上述のように１５０枚となる。
【００４１】
次いで、ステップＳ３１０で得られた１５０枚のホールチャート歪み投影像を基に、画像歪み補正テーブル生成手段３２０により画像歪み補正テーブルの計算を行い（ステップＳ３２０）、それを画像歪み補正テーブル保管手段３３０に保管する（ステップＳ３３０）。画像歪み補正テーブル保管手段３３０に保管された画像歪み補正テーブルは、画像歪み補正手段２０２によるＸ線透過像の画像歪みの補正に用いられる。
【００４２】
ステップＳ３４０では金属球配列ファントム３０を用いた回転撮影を行う。この回転撮影は、図３に示すように、金属球配列ファントム３０を回転中心軸８に対して平行で、回転中心軸８に対して適切な間隔Ｓだけ離れた位置に配置して行い、これで得られる金属球配列ファントム３０の投影像を画像収集手段１１０で収集する。適切な間隔Ｓは、幾何学系（Ｘ線管５ｔと回転中心軸８の距離、回転中心軸８と２次元Ｘ線検出器５の距離、および検出器面の大きさ）に依存するが、本実施形態の場合、回転中心軸８から７０〜１２０ｍｍとするのが適当である。
【００４３】
次いで、ステップＳ３４０で得られた金属球配列ファントムの投影像を基に、回転軌道面算出手段３５０により回転軌道面７の投影像上での座標値を決定する（ステップＳ３５０）。ここで求められた回転軌道面７の投影座標値は、逆投影手段２０４によりＸ線透過像から３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成する際に用いられる。
【００４４】
ステップＳ３６０では上述の単一金属球ファントムを用いた回転撮影を行う。この回転撮影は、単一金属球ファントムを図１における回転中心９に配置して行い、これで得られる単一金属球ファントムの投影像を画像収集手段１１０で収集する。それから、ステップＳ３６０で得られた単一金属球ファントムの投影像を基に、回転軌道面移動量算出手段３７０により、１投影ごとに回転軌道面７の移動量を算出する（ステップＳ３７０）。ここで求められた回転軌道面７の移動量は、ステップＳ３５０で求められた回転軌道面７の投影像上での平均値と併せて、逆投影手段２０４によりＸ線透過像から３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成する際に用いられる。
【００４５】
ステップＳ３８０では上述のワイヤーファントムを回転中心軸８に平行に配置しての回転撮影を行い、その投影像を画像収集手段１１０で収集する。それから、ステップＳ３８０で得られたワイヤーファントムの投影像を基に、回転中心軸計算手段３９０により、回転中心軸８の投影像上での座標値を決定する。ここで求められた回転中心軸８の投影座標値は、逆投影手段２０４によりＸ線透過像から３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成する際に用いられる。
【００４６】
以下では回転軌道面算出手段３５０と回転軌道面移動量算出手段３７０それぞれでの処置の内容についてさらに具体的に説明する。図７に、図６におけるステップＳ３５０で回転軌道面算出手段３５０によりなされる処理の詳細についての流れを示す。まずステップＳ３５１において、図６のステップＳ３４０で得られた金属球配列ファントムの投影像に前処理手段２０１にて前処理を施すことでＸ線吸収係数の分布像を生成する。それから、金属球配列ファントムの投影像に画像歪み補正手段２０２にて画像歪み補正を施す（ステップＳ３５２）。
【００４７】
ステップＳ３５３では、金属球配列ファントムについて収集された１５０枚の投影像を重ね合わせる。ここで、投影像を重ね合わせる方法としては、１５０枚の投影像の加算平均をとる方法があり、また金属球により暗くなっている画素を際立たせるために、対応画素ごとに１５０枚の投影像の最小値を入れていく方法がある。
【００４８】
ステップＳ３５４では、ステップＳ３５３で得られた金属球配列ファントムの投影重ね合わせ画像に閾値処理を施し、金属球の軌跡が重なり合っていない部分、つまり図４におけるギャップライン３４を抽出する。この抽出では、金属球配列ファントム３０における金属球３０ｂの配列間隔に応じた数（それは２本以上であるのが通常である）のギャップライン３４が抽出される。それから、抽出された複数のギャップライン３４におけるｖ座標の重心値を求め、これを回転軌道面７の投影像上での座標値として出力する（ステップＳ３５５）。
【００４９】
図８に、図６におけるステップＳ３７０で回転軌道面移動量算出手段３８０によりなされる処理の詳細についての流れを示す。まず、ステップＳ３７１において、図６におけるステップＳ３６０で得られた単一金属球ファントムの投影像に前処理手段２０１にて前処理を施すことでＸ線吸収係数の分布像を生成する。それから、単一金属球ファントムの投影像に画像歪み補正手段２０２にて画像歪み補正を施す（ステップＳ３７２）。
【００５０】
ステップＳ３７３では、ステップＳ３７２で得られた単一金属球ファントムの投影像に閾値処理を施し、金属球の投影領域を１投影ごとに抽出する。次いで、抽出した金属球の投影領域それぞれについてｖ座標の重心値を求める（ステップＳ３７４）。そして最後に、ステップＳ３７４で求めた１投影ごとの金属球投影領域のｖ座標重心値を、投影番号ごとの回転軌道面７の投影像上での座標値、あるいは回転軌道面７の投影像上での座標平均値からの移動量としてテーブルに保存する。
【００５１】
ここで、上記ステップＳ３７０での回転軌道面移動量算出処理において１投影ごとにｖ座標値を求めるからといって、上記ステップＳ３５０での回転軌道面算出処理が不要であることを意味しない。すなわち回転軌道面移動量算出処理で求めるのは回転軌道面算出処理で求められる回転軌道面７の平均値からの移動量であって、この移動量を精度よく求めるには、その基となる回転軌道面７の平均値を精度よく決定するための回転軌道面算出処理が必要となる。
【００５２】
本発明では、以上説明したようにして幾何学パラメータ計算手段３００により、装置の幾何学パラメータを、より容易に、しかも精度よく決定することができ、これを用いることで、より鮮明な３次元的Ｘ線ＣＴ像を生成させることが可能となる。また本実施形態における幾何学パラメータ計算手段３００あるいはこれに準じた手段を搭載することにより、本実施形態におけるＣ型アーム方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置のように、３６０度の回転撮影を行えない装置でも鮮明な３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成することができるようになる。これにより、例えば頭部、腹部等の造影撮影、あるいは歯顎、腰椎、四肢等の整形分野の診断性能を向上させることができる。
【００５３】
なお本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することができる。例えば、上記実施形態では２次元Ｘ線検出器をＸ線イメージインテンシファイアとテレビカメラの組み合わせで形成するようにしていたが、これに代えて、例えばＴＦＴ素子を用いて２次元Ｘ線検出器を構成するようにしてもよい。また本発明はＣ型アーム方式以外のコーンビームＸ線ＣＴ装置にも適用可能であるし、回転撮影の全角度は２００度以外の場合にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のコーンビームＸ線ＣＴ装置は、３６０度の回転撮影を行えない場合でも高い精度で、しかも容易に回転軌道面を決定することができ、したがってより鮮明な３次元的Ｘ線ＣＴ像を再構成することができる。このため、例えば頭部、腹部等の造影撮影、あるいは歯顎、腰椎、四肢等の整形分野の診断性能を向上させるのに寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】一実施形態によるＣ型アーム方式のコーンビームＸ線ＣＴ装置の概略構成を示す図である。
【図２】ホールチャートの例を示す図である。
【図３】金属球配列ファントムの例を回転中心軸に対する配置関係とともに示す図である。
【図４】金属球配列ファントムの合成投影像の例を示す図である。
【図５】回転軌道面移動量の算出についての概念図である。
【図６】幾何学パラメータ計算処理の流れを示す図である。
【図７】回転軌道面算出処理の流れを示す図である。
【図８】回転軌道面移動量算出処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    Ｘ線源
３    被検体
５    ２次元Ｘ線検出器
７    回転軌道面
８    回転中心軸
３０    回転軌道面算出用ファントム
３０ｂ    金属球（指標体）
３０ｓ    支持体
３３    軌跡
３４    ギャップライン
【図１】
2005237752.tif 000003
【図２】
2005237752.tif 000004
【図３】
2005237752.tif 000005
【図４】
2005237752.tif 000006
【図５】
2005237752.tif 000007
【図６】
2005237752.tif 000008
【図７】
2005237752.tif 000009
【図８】
2005237752.tif 000010