(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置されたＸ線発生装置およびＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器の間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、その回転機構を駆動制御して、互いに異なる複数の角度で対象物のＸ線透過データを収集してデータ記憶手段に記憶させる制御手段と、上記データ記憶手段に記憶されている複数の角度でのＸ線透過データを用いて対象物のＸ線透過像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線断層像撮影装置において、 
上記制御手段は、上記回転機構を複数回転にわたって回転駆動するとともに、その各回の回転ごとに、他の回転とは互いに異なる複数の角度でＸ線投影データを収集し、上記再構成演算手段は、上記回転機構が１回転するごとに、それまでに収集した全てのＸ線投影データを用いた再構成演算を行い断層像を構築することを特徴とするＸ線断層像撮影装置。
【請求項２】
上記再構成演算手段により断層像が構築されるごとに、その断層像の画質を判定する判定手段を有し、断層像の画質が一定のレベルに達した時点でＸ線投影データの収集を終了するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用のＸ線断層像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線断層像撮影装置においては、一般に、Ｘ線発生装置とＸ線検出との間に、対象物を配置するための試料ステージを設け、Ｘ線発生装置とＸ線検出器との対と試料ステージとを相対的に回転させ、その回転における互いに異なる複数の角度においてＸ線投影データを採取することによって、多数の方向からの対象物のＸ線投影データを収集し、そのデータにフィルタ処理等を施した後、逆投影を行うことで、対象物の断層像を得る（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
例えば図７（Ａ）に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、これらを結ぶ線に直交する鉛直の回転軸Ｒの回りに回転する回転テーブル３を配置して試料ステージとし、その回転テーブル３上に図示のような対象物Ｗを搭載してＸ線を照射すると、Ｘ線検出器２の出力、つまり対象物ＷのＸ線投影データは同図（Ｂ）に例示する通りとなる。鉛直の回転軸Ｒに直交する水平方向へのラインプロファイルは、鉛直方向中央部分を例にとれば同図（Ｃ）に示す通りとなる。
【０００４】
また、図８に示す例は、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転軸Ｒの回りに回転させる構造の装置を示すものであり、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に対象物を配置し、その対象物Ｗを搭載する試料ステージ（図示略）は回転させずに固定し、その回りをＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転させる。このような装置構造でも、上記と同様のＸ線投影データが得られる。
【０００５】
以上の図７（Ａ）または図８に示す装置において、対象物Ｗに向けてＸ線を照射しながら回転テーブル３を微小角度ずつ回転させるか、あるいはＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を微小角度ずつ回転させてＸ線投影データを取り込むことにより、さまざまな方向（投影角度）でのＸ線投影データを収集することができる。その各投影角度の投影データにおける回転軸Ｒ方向への一定の位置で、かつ、回転軸Ｒに直交する方向へのライン上のＸ線投影データを集めてグラフ化したものはサイノグラムと呼ばれ、その例を図９に示す。このサイノグラムは、再構成演算を行う前のデータとなる。断層像の再構成演算は、サイノグラム（投影データ）を逆投影処理することで実現されている。すなわち、図１０に示すように、例えば図７（Ｃ）に示した中央部分のラインのサイノグラムで説明すると、該当する角度のラインプロファイルデータを用いて、言わばＸ線発生装置１の焦点に向けて塗りつぶしていく処理を、収集した角度分繰り返し実行する。これにより、図１１に例示するような対象物の鉛直方向中央部分における断層像が得られる。なお、実際には、投影データはフィルタリング処理などを行う必要があるが、ここでは省略する。
【０００６】
以上の例では、ライン上の投影データの処理について説明したが、同様な手法によりさまざまな投影角度で得た２次元投影データから、３次元の断層データ（３次元画像情報）を再構成することができる。
【０００７】
このようなＸ線断層像撮影装置において、１周をどれだけ分割して投影データを収集するか、その分割数はプロジェクション数と称される。このプロジェクション数が多ければ多いほど、角度分解能が高くなり、再構成される断層像の分解能（解像度）も高くなる。  
【０００８】
また、各投影データを撮影する際の露光時間も画質に影響し、露光時間が長ければ長いほど、投影データのＳ／Ｎが向上し、再構成される断層像のＳ／Ｎも向上する。
【特許文献１】特開２００５−３００４３８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記したように、高い分解能の高画質の断層像を得るためには、プロジェクション数を上げることが必要となるが、データ収集時間（撮影時間）が長くなり、産業用の装置にあっては、データ収集が数十分から数時間にも及ぶ場合がある。しかも、プロジェクション数を上げると、データ収集後に実行される再構成演算もプロジェクション数に比例して長くなり、更に数十分から数時間を要することもある。一方で、断層像には、Ｘ線条件や対象物の位置決めなど、さまざまな条件を最適にする必要があり、それだけの時間をかけて得た断層像が、全く無駄になってしまう場合もある。
【００１０】
ここで、露光時間については、前記した特許文献２において、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と対象物とを複数回転にわたって相対回転させ、その各回転において収集するＸ線投影データの投影角度は互いに同じとし、同一の投影角度でのＸ線投影データを複数回にわたって繰り返し収集することにより、露光時間を次第に長くしていき、満足するＳ／Ｎの断層像が得られた時点でデータ収集を停止する技術が開示されている。しかし、この特許文献２の技術では、プロジェクション数については一定であり、断層像の分解能と撮影の所要時間については全く考慮されていない。
【００１１】
本発明の課題は、比較的短時間で断層像を確認することができ、これによって対象物の位置決めやＸ線条件などを変更すべき点があればいち早く適した条件に変更することができ、しかも必要とされる分解能に過不足のない断層像を、最短時間で得ることのできるＸ線断層像撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線断層像撮影装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置およびＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器の間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、その回転機構を駆動制御して、互いに異なる複数の角度で対象物のＸ線透過データを収集してデータ記憶手段に記憶させる制御手段と、上記データ記憶手段に記憶されている複数の角度でのＸ線透過データを用いて対象物のＸ線透過像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線断層像撮影装置において、上記制御手段は、上記回転機構を複数回転にわたって回転駆動するとともに、その各回の回転ごとに、他の回転とは互いに異なる複数の角度でＸ線投影データを収集し、上記再構成演算手段は、上記回転機構が１回転するごとに、それまでに収集した全てのＸ線投影データを用いた再構成演算を行い断層像を構築することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１３】
ここで、本発明においては、上記再構成演算手段により断層像が構築されるごとに、その断層像の画質を判定する判定手段を有し、断層像の画質が一定のレベルに達した時点でＸ線投影データの収集を終了するようにした構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１４】
本発明は、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージ（対象物）とを複数回転にわたって相対回転させ、その回転数を増やすことによってプロジェクション数を増大させ、所定回数の回転ごと、例えば毎回の回転ごとにそれまでに収集したＸ線投影データを用いた再構成演算によって断層像を構築することで、課題を解決しようとするものである。
【００１５】
すなわち、回転機構によるＸ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを、複数回転にわたって相対回転させ、その各回転時に、他の回転時とは異なる角度位置でＸ線投影データを収集する。これにより、回転数を増大させていくことによってプロジェクション数が増大する。再構成演算手段は、その回転数が所定回数（例えば毎回）に達するごとに断層像を構築する。これにより、得られる断層像の分解能は回転数が増えるごとに向上する。
【００１６】
初期段階における断層像から、対象物の位置決めやＸ線条件等、他の撮影条件を変更することが可能となり、また、所要の分解能が得られたことをオペレータが確認するか、あるいは請求項２に係る発明のように、断層像の画質の判定手段を設けて、一定の画質が得られた時点で撮影動作を終了することで、過不足のない分解能の断層像を無駄なデータを収集することなく得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と、対象物が配置される試料ステージとを相対的に複数回転にわたって回転させるとともに、その各回転においては他の回転とは異なる角度においてＸ線透過データを収集することで、回転数を増やすごとにプロジェクション数を増大させ、所定回数の回転を行うごとに、それまでに収集したＸ線投影データを用いた再構成演算によって断層像を構築するので、比較的早い段階で対象物の位置決めやＸ線条件等、他の条件の変更の必要性等を把握することができ、無駄な時間を費やすことを防止することができる。また、断層像に必要とされる分解能が得られた時点でデータ収集を終了することにより、必要とされている分解能に対して過不足のない分解能の断層像を、必要以上に無駄なデータを収集することなく得ることができ、撮影および再構成演算の所要時間を短縮化することができる。
【００１８】
また、請求項２に係る発明のように、断層像の画質の判定手段を設けて、自動的に所要の分解能の断層像が得られるように構成することにより、オペレータの負担を大幅に軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、機械的構成を表す模式図と制御装置の主要な機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００２０】
Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸を水平方向に向くように配置され、この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。Ｘ線発生装置１には、Ｘ線コントローラ１１からの信号に応じた管電圧および管電流が供給されてコーンビーム状のＸ線を発生する。また、Ｘ線検出器２は画素が２次元状に配列されてなる２次元Ｘ線検出器である。
【００２１】
Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、対象物Ｗを搭載するための回転ステージ３が配置されている。この回転ステージ３は、Ｘ線光軸に直交する鉛直方向に沿った回転軸Ｒを中心として回転する。また、この回転ステージ３は、Ｘ線光軸を含む互いに直交する３軸方向に移動可能となっており、これらの各軸方向への移動並びに回転軸Ｒの回りの回転動作は、軸制御部１２から供給される駆動制御信号によって制御される。
【００２２】
対象物ＷのＸ線投影データの収集、つまりＣＴ撮影に際しては、回転ステージ３上に対象物Ｗを搭載して、Ｘ線を照射しつつ、回転ステージ３を回転させ、その微小角度おきにＸ線検出器２の出力を取り込むことによって行われる。具体的には、各回転角度でのＸ線検出器２の各画素出力は、その角度でのＸ線投影データとして、画像データ取り込み回路１３を介してデータ記憶部１４に記憶されていく。
【００２３】
データ記憶部１４に記憶された各角度におけるＸ線投影データは、後述するタイミングのもとに再構成演算部１５による再構成演算に供され、対象物Ｗの断層像が構築される。その断層像は表示器１６に表示される。また、再構成演算部１５による再構成演算により構築された断層像は、同時に、後述するように解像度判定部１７による解像度の判定に供される。
【００２４】
以上の画像データ取り込み回路１３，データ記憶部１４、再構成演算部１５および表示器１６は、前記したＸ線コントローラ１１、軸制御部１２とともにシステム制御部１８の制御下に置かれている。システム制御部１８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１９が接続されており、この操作部１９の操作により、回転ステージ３の位置決めを行ったり、あるいは各種指令を与えることができる。そして、これらは実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされているプログラムに従った機能を実現するのであるが、図１では説明の便宜上、その主要な機能ごとのブロックによって表している。
【００２５】
次に、以上の構成からなる本発明の実施の形態の動作について、図２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
この実施の形態の最大の特徴は、回転ステージ３を複数回転にわたって回転させ、その各回転において複数の回転角度の位置でＸ線投影データを採取するとともに、各回の回転におけるＸ線投影データの採取位置（角度）を異ならしめる点であり、これにより、回転ステージ３の回転数を増やしていくことで、プロジェクション数が順次増えていくことになる。また、回転ステージ３を１回転させるごとに、それまでにデータ記憶部１４に記憶した全てのＸ線投影データを用いた再構成演算により、対象物Ｗの断層像を構築し、その断層像の解像度が一定のレベルに達した時点で、撮影動作を終了する。
【００２６】
すなわち、例えば１回転当たりＭ方向からのＸ線投影データを採取し、最大の回転数をＮとするとともに、１回転における投影データの採取位置をｉ（ｉ＝０，１，・・Ｍ−１）、各回の回転をｊ（ｊ＝０，１，・・Ｎ−１）で表すと、ｊ回転目においてｉ番目の位置（角度）に回転ステージ３を位置決めし、Ｘ線検出器２の出力をＸ線投影データとして採取する。やがてそのｊ回転目のＭ番目の位置でのＸ線投影データの採取を完了すると、次ぎにｊ＋１回転目のデータ採取に移行するが、ｊ回転目とｊ＋１回転目では、そのデータ採取位置をずらせる。そのずらせ方については幾つかの方法があるが、例えば以下の（１）式で表される位置で、各回転における投影データの採取位置を設定することができる。式（１）において、Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎは回転ステージ３のｊ回転目のｉ番目の投影位置の当初位置（０°）からの角度（デグリー）を表している。
【００２７】
【数１】
0005211880.tif 000002
【００２８】
この式（１）に示される投影データの採取位置（以下、投影位置と称する）は、図３に各回転での投影位置を模式的に示す通りとなる。この図３では、各回転における投影位置について線の種類を変えて表しており、実線が１回転目、破線が２回転目、一点鎖線が３回転目における投影位置を表している。この方法は、各回転では３６０°をＭ等分する位置でデータを採取するとともに、１回転目と２回転目、あるいは２回転目と３回転目では、初期位置を一定角度ずつずらすものであり、最大回転数Ｎを終了した時点では、３６０°をＭ×Ｎ等分した位置でのＸ線投影データが採取されることになる。
【００２９】
このように、回転ステージ３の回転を繰り返すごとに、各回転で互いに異なる方向からのＸ線投影データが収集される。再構成演算部では、回転ステージ３が１回転するごとに、それまでに収集した全てのＸ線投影データを用いた再構成演算を行い、断層像を構築して表示器１６に表示する。併せて、その断層像は解像度判定部１７において、その解像度があらかじめ設定されている解像度のレベルに達しているか否かが判別される。その判定の仕方については特に限定されるものではないが、例えば、断層像上で平坦な部位、つまり像が一様となる部位での像のざらつきを度合いが、あらかじめ設定されている度合い以下に収まっているか否かで判別することができる。この判別の対象となる部位は、対象物Ｗの内部構造上、一様となる部位が判っている場合にはその部位とすることができ、あるいは、対象物Ｗの断層像の外側の空気の部分の断層像を判別対象としてもよい。
【００３０】
そして、各回の回転ごとに構築される断層像の解像度が、予め設定されているレベルに達するまでは、次の回転に移行してＸ線投影データの収集を続け、断層像の解像度が予め設定されているレベルに達した時点で、撮影動作を終了する。
【００３１】
以上の実施の形態によると、回転ステージ３の回転数が少ない状態ではプロジェクション数の少ない、従って解像度の低い断層像が得られ、回転を繰り返すごとに断層像の解像度が次第に高くなり、やがて所要の解像度が得られた時点で自動的に撮影並びに演算を終了する。従って、例えば対象物Ｗの回転ステージ３上への搭載位置や、Ｘ線条件等の、他の撮影条件の設定が正しくない場合には、初期段階でその旨を知ることができ、無駄な時間を費やすことなく速やかに条件の設定変更が可能であり、しかも、最終的に得られる断層像は、所要の解像度を満足するものとなる。
【００３２】
ここで、本発明における回転ステージ３の各回の回転時における投影データの採取位置は、前記した（１）式で表されるもののほか、以下の手法によって設定することもできる。
その一つは、下記の（２）式で表される位置に回転ステージ３を位置決めしていく手法である。
【００３３】
【数２】
0005211880.tif 000003
【００３４】
この（２）式において、先の例と同様にＭは１回転当たりのプロジェクション数で、Ｎは最大の回転数である。また、この（２）式においては、ｉは各回転を通じて連続した数値で、ｉ＝０，１，２，・・Ｍ×Ｎ−１である。
【００３５】
この（２）式の手法では、各回転ごとにデータの収集位置をずらすことなく、一貫して一定の角度の回転ごとにデータを採取し、Ｎ回転したときにちょうど３６０°／（Ｍ×Ｎ）のプロジェクション間隔となる角度α°を設定する手法である。
【００３６】
すなわち、１ビュー分の角度（上記の一定の角度）をα°とし、Ｎ回転したときにちょうどα°だけ投影方向がずれるようにα°を決定すればよい。Ｎ回転後の総プロジェクション数はＭ×Ｎであり、そのときの回転角度はα×（Ｍ×Ｎ）で表される。一方、この総プロジェクション数を得るために、Ｎ回転とα°だけ回転しているので、
α°×（Ｍ×Ｎ）＝Ｎ×３６０°＋α°
が成り立つ。よって、
【００３７】
【数３】
0005211880.tif 000004
【００３８】
となり、（２）式を導きだすことができる。（２）式の手法では、図４に各回転での投影位置を模式的に示す通りとなる。この図４では、先の例と同様に、各回転における投影位置について線の種類を変えて表しており、実線が１回転目、破線が２回転目、一点鎖線が３回転目における投影位置を表している。
【００３９】
また、他の手法として、下記の（４），（５）式で表される位置に回転ステージ３を位置決めしていく手法を採用することもできる。
【００４０】
【数４】
0005211880.tif 000005
【００４１】
【数５】
0005211880.tif 000006
【００４２】
この式（４），（５）においては、最初の１回転でＭ方向からのデータを収集する場合、最大の回転数をＮとし、ｊ回転目（ｊ＝０，１，２，・・Ｎ−１）のｉ番目のデータ収集位置を表している。
【００４３】
この手法は、図５に示すように、１回転目は１周を等分した位置でデータを収集し、２回転目は１回転目のデータ収集位置の中間の位置でデータを収集し、更に次の３回転目では、１回転目と２回転目のデータ収集位置の中間でデータを収集する。この手法によると、全ての回転の終了時点において、データ収集位置は１周を等分した位置となる。
【００４４】
本発明におけるデータ収集位置は、以上の各手法のいずれの手法をも採用することができ、更には、これら以外の手法であってもよく、要は回転数を重ねるごとに互いに異なる方向からの投影データが収集され、プロジェクション数が増えていく手法であれば任意の手法を採用することができる。
【００４５】
ここで、以上の実施の形態においては、回転テーブル３を１回転させるごとに、それまでに得られているＸ線投影データを用いた再構成演算により断層像を構築したが、例えば２回転ごとに断層像を構築する等、定められた回転数に達するごとに断層像を構築してもよい。
【００４６】
また、以上の実施の形態においては、断層像が構築されるごとに、その断層像の解像度を自動的に判定した例を示したが、解像度の自動判定機能を有さず、構築した断層像を表示するにとどめ、オペレータの判断によって解像度の判定を行い、撮影終了の旨の指令を与えてもよい。
【００４７】
更に、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を固定し、その間に回転ステージ３を配置した装置構成について説明したが、対象物を搭載するステージを回転させず、その回りをＸ線発生装置とＸ線検出器の対を回転させる装置構成についても、本発明を等しく適用し得ることは勿論である。
【００４８】
また、以上の実施の形態では、回転軸Ｒに直交する方向にＸ線発生装置１とＸ線検出器２を配置した例を示したが、図６に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２を結ぶ線と、対象物Ｗを搭載する回転ステージ３の回転軸Ｒとが直交しない、いわゆる傾斜型ＣＴと称される装置であっても、本発発明を適用することができる。なお、傾斜型ＣＴにおいても、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と制御装置の主要な機能的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の動作の例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態におけるＸ線投影データの採取位置の模式的説明図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＸ線投影データの採取位置の他の例の模式的説明図である。
【図５】本発明の十字形態におけるＸ線投影データの採取位置の更に他の例の模式的説明図である。
【図６】本発明が適用可能な傾斜型ＣＴの構成例を示す模式図である。
【図７】Ｘ線断層像撮影装置の撮影系の説明図で、（Ａ）は回転テーブルを用いた撮影系の模式的構成図で、（Ｂ）は（Ａ）の状態で得られるＸ線投影データの例を示す図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の鉛直方向中央部におけるラインプロファイルを示す図である。
【図８】Ｘ線断層像撮影装置の撮影系の他の例を示す図で、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる系の模式図である。
【図９】図７（Ｃ）に示したラインプロファイルの位置におけるサイノグラムの例を示す図である。
【図１０】Ｘ線断層像撮影装置によりＸ線投影データから断層像を構築する再構成演算処理の説明図である。
【図１１】再構成演算処理によって得られる断層像の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  Ｘ線発生装置
２  Ｘ線検出器
３  回転ステージ
１１  Ｘ線コントローラ
１２  軸制御部
１３  画像データ取り込み回路
１４  データ記憶部
１５  再構成演算部
１６  表示器
１７  解像度判定部
１８  システム制御部
１９  操作部
Ｗ  対象物
【図１】
0005211880.tif 000007
【図２】
0005211880.tif 000008
【図３】
0005211880.tif 000009
【図４】
0005211880.tif 000010
【図５】
0005211880.tif 000011
【図６】
0005211880.tif 000012
【図７】
0005211880.tif 000013
【図８】
0005211880.tif 000014
【図１０】
0005211880.tif 000015
【図９】
0005211880.tif 000016
【図１１】
0005211880.tif 000017