(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被検体に対して透過性を有する電磁波を末広がりビーム形状にして被検体に照射する照射源と、
（ｂ）被検体を挟んで前記照射源に対向配置され、被検体を透過した電磁波を検出する面検出器と、
（ｃ）前記照射源と前記面検出器のいずれか一方を第１方向に直線移動させるのと同期して、他方を前記第１方向とは反対方向である第２方向に被検体の撮影すべき断層面を挟んで平行直線移動させる直線走査を行う走査手段と、
（ｄ）走査各位置で検出された投影データから、被検体の関心領域の３次元断層画像を演算により生成するための画像再構成を行う画像処理部とを備えた断層撮影装置であって、
（ｅ）前記画像処理部は、前記照射源からのビームの広がりの影響を補正するための第１の重み付け処理、コンボリューション処理、照射源からのビームの広がりの影響を補正するための第２の重み付け処理、および逆投影処理からなるフェルドカンプ法による処理を行い、
（f）前記フェルドカンプ法における逆投影処理に際しては、撮影すべき被検体の関心領域の断層面に直交する断層軸と走査各位置における前記照射源と前記面検出器の中心とを結ぶ直線とのなす角度に応じてそれらの各位置の投影データを座標補正してから３次元格子群の所定の格子点に逆投影するようにしたことを特徴とする断層撮影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の断層撮影装置において、前記面検出器はフラットパネル型検出器またはイメージインテンシファイアであることを特徴とする断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療分野、工業分野などに用いられる、被検体の断層撮影を行なう非ＣＴタイプの断層撮影装置に係り、特に、被検体の関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成する技術に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の断層撮影装置としては、例えばＸ線断層撮影装置がある。このＸ線断層撮影装置は、被検体を挟んでＸ線管とイメージインテンシファイア（以下、「Ｉ．Ｉ管」と言う）とが対向配置され、Ｘ線管を第１方向に直線移動させるのと同期して、Ｉ．Ｉ管を前記第１方向とは反対方向である第２方向に平行直線移動させるように連動移動させるとともに、被検体の特定の断層面上の任意の点がＩ．Ｉ管の検出面上で常に同じ位置になるように、Ｘ線管の被検体へのＸ線照射角度を変えながら断続的な撮影を行なっている。そして、各角度からの撮影により得られた複数枚の投影像を重ね合わせるような検出信号の加算演算処理を行なうだけで、被検体の特定の断層面の画像情報と、特定の断層面の前後にある近傍断層面の画像情報とを算出している。
【０００３】
このように、上述のＸ線断層撮影装置は、近年進歩の著しいＸ線ＣＴ（Ｘ線コンピュータ・トモグラフィ）タイプの断層撮影方式ではない非ＣＴタイプの断層撮影方式のものである。すなわち、Ｘ線ＣＴタイプの断層撮影方式は、被検体を挟んで対向配置されたＸ線管とＩ．Ｉ管とを被検体の体軸周りに１回転（少なくとも半回転）させながら撮影することで、被検体の体軸周り１回転分（少なくとも半回転分）の透過像を取得し、これらの透過像に基づいて画像再構成を行ない、被検体の体軸方向から見た断層画像が得れるものであるが、非ＣＴタイプの断層撮影方式は、上述のＸ線断層撮影装置のように、Ｘ線管とＩ．Ｉ管とを被検体の体軸周りに半回転以上させることなく、被検体の体軸方向の断層画像が得れるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。すなわち、非ＣＴタイプの断層撮影装置では、被検体の関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成することができないという問題がある。
【０００５】
具体的には、従来例の非ＣＴタイプの断層撮影装置は、１回の断層撮影で、被検体の関心領域の特定の断層面画像と、この特定の断層面の前後にある近傍の断層面画像としか得られず、被検体の関心領域についての２次元断層画像しか得られないものである。したがって、被検体の関心領域についての３次元ボリュームデータ（３次元断層画像）を生成したい場合には、複数回にわたって断層撮影を繰り返して、撮影毎に得られた２次元断層画像を逐次に積み重ねていくようにして３次元断層画像を生成していかなければならないので、被検体に対する曝射回数が増加し被検体にとって負担となるばかりでなく、３次元ボリュームデータを生成するのに非常に時間がかかることになる。
【０００６】
例えば、被検体の関心領域についてＩ．Ｉ管の検出面と平行でなく傾いた断層画像（傾斜断層画像）を取得したい場合にも、複数回にわたって断層撮影を行なうことで、撮影毎に得られた２次元断層画像を逐次に積み重ねていくようにして３次元断層画像を生成し、この３次元断層画像から所望の傾斜断層画像を演算により算出しているので、上述の問題が生じることになる。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、被検体の関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成できる断層撮影装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、請求項１に記載の断層撮影装置は、（ａ）被検体に対して透過性を有する電磁波を末広がりビーム形状にして被検体に照射する照射源と、（ｂ）被検体を挟んで前記照射源に対向配置され、被検体を透過した電磁波を検出する面検出器と、（ｃ）前記照射源と前記面検出器のいずれか一方を第１方向に直線移動させるのと同期して、他方を前記第１方向とは反対方向である第２方向に被検体の撮影すべき断層面を挟んで平行直線移動させる直線走査を行う走査手段と、（ｄ）走査各位置で検出された投影データから、被検体の関心領域の３次元断層画像を演算により生成するための画像再構成を行う画像処理部とを備える。
【０００９】
そして特に（ｅ）前記画像処理部は、前記照射源からのビームの広がりの影響を補正するための第１の重み付け処理、コンボリューション処理、照射源からのビームの広がりの影響を補正するための第２の重み付け処理、および逆投影処理からなるフェルドカンプ法により処理を行うものであって、（f）前記フェルドカンプ法における逆投影処理に際しては、被検体の関心領域のほぼ中心を通るとともに撮影すべき断層面に直交する軸を仮想回転中心軸とし、走査各位置における前記照射源と前記面検出器の中心とを結ぶ直線とこの仮想回転中心軸とのなす角度に応じてそれらの各位置の投影データを座標補正してから３次元格子群の所定の格子点に逆投影するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の断層撮影装置は、請求項１に記載の断層撮影装置において、前記面検出器はフラットパネル型検出器またはイメージインテンシファイアであることを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
この発明の作用は次の通りである。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、照射源Ｒは、被検体Ｍに対して透過性を有する電磁波を末広がりビーム形状にして被検体Ｍに照射する。面検出器Ｄは、被検体Ｍを挟んで照射源Ｒに対向配置され、被検体Ｍを透過した電磁波を検出する。走査手段３０は、照射源Ｒと面検出器Ｄのいずれか一方を第１方向に直線移動させるのと同期して、他方を前記第１方向とは反対方向である第２方向に被検体の撮影すべき断層面を挟んで平行直線移動させる直線走査を行う。走査各位置で検出された投影データは、画像処理部５１において、被検体Ｍの関心領域の３次元断層画像を得るために演算処理されて画像が再構成されるが、この画像再構成のための演算処理に、コーンビームＣＴの再構成手法であるフェルドカンプ法を採用しているため、従来手法である各角度からの撮影により得られた複数枚の投影像（走査各位置の投影像）を単一面上に重ね合わせるような検出信号の加算演算処理を用いることなく、被検体Ｍの関心領域の３次元断層画像を迅速に生成することができる。
【００１２】
なお、一般には照射源Ｒと面検出器Ｄとを平行直線走査する場合には、検出平面への入射角度が走査位置毎に異なってしまうために前記フェルドカンプ法を利用することはできないが、本願発明では、フェルドカンプ法における逆投影処理に際して、被検体の関心領域のほぼ中心を通るとともに撮影すべき断層面に直交する軸を仮想回転中心軸とし、走査各位置における前記照射源と前記面検出器の中心とを結ぶ直線とこの仮想回転中心軸とのなす角度に応じてそれらの各位置の投影データを座標補正することによって、平行直線走査におけるフェルドカンプ法の利用を可能としたことに特徴とするものである。この座標補正により、照射源Ｒと面検出器Ｄとを平行直線走査した場合であっても、投影データ（元画像データ）を面変換するなどの手を加える必要がなく、この投影データ（元画像データ）を直接に再構成処理を行うことができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明によれば、面検出器としてフラットパネル型検出器またはイメージインテンシファイアを用いた場合であっても、被検体の関心領域についての３次元断層画像が迅速に生成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の断層撮影装置に係る一実施例としての非ＣＴタイプのＸ線断層撮影装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、この発明のＸ線断層撮影装置の実施例に係るブロック図である。
【００１５】
この実施例のＸ線ＣＴ装置は、種々の情報および命令を入力する操作部１０と、これら入力された情報および命令に基づいてＸ線撮影を制御する撮影制御部２０と、この撮影制御部２０により制御されながら撮像部４０を動作させる駆動部３０と、被検体Ｍの関心領域を撮影する撮像部４０と、この撮像部４０から検出された画像情報に基づいて被検体Ｍの関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行ない、その生成した３次元ボリュームデータを記憶するデータ処理部５０と、このデータ処理部５０に記憶された画像情報を出力表示するモニタ６０とを備えている。
【００１６】
以下、各部の構成および機能について詳細に説明する。本願発明に係るＸ線断層撮影装置は直線平行走査を行うものであるが、まずは円弧軌道をとる場合について説明する。図２に示すように、被検体Ｍの周りの円周軌道上に被検体Ｍを挟んで２つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上にＸ線管Ｒを移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上にフラットパネル型Ｘ線検出器ＤをＸ線管Ｒとの間隔が一定になるように移動させる円弧走査を行うとともに、Ｘ線管Ｒの被検体ＭへのＸ線照射角度θを変えながら断続的な撮影を行う。なお、Ｘ線照射角度θは、任意の角度範囲内に設定できるが、ここでは例えば、＋θmax （＋３０°）〜−θmax （−３０°）の範囲内とする。そして、操作部１０からは、被検体Ｍの関心領域を撮影する前に、図２に示すＸ線管Ｒからフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄまでの距離や、Ｘ線管Ｒおよびフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを円弧移動させる間にどの程度のピッチで撮影を行うかというビュー数（所望の枚数に設定できるが、ここでは例えば５０枚とする）などが予め設定入力される。なお、この操作部１０としては、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置が用いられる。上述したＸ線管Ｒは照射源に相当する。
【００１７】
撮影制御部２０には、操作部１０と、駆動部３０およびデータ処理部５０とが接続されている。撮影制御部２０は、操作部１０より設定入力された各情報に基づいて、駆動部３０とデータ処理部５０とをそれぞれ制御している。制御内容については、各部にて後述する。
【００１８】
駆動部３０は、図２に示すように、被検体Ｍの周りの円周軌道上に被検体Ｍを挟んで２つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上にＸ線管Ｒを移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上にフラットパネル型Ｘ線検出器ＤをＸ線管Ｒとの間隔が一定になるように移動させる円弧走査を行うものである。また、このとき、被検体Ｍに向けてＸ線管Ｒから照射されるコーンビーム状のＸ線の中心が、常に、回転中心軸Ｃ上の特定の点でもある被検体Ｍの特定断層面の中心点Ｏ（図２（ｂ）参照）を透過して、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出面の中心点に垂直に入射されるように、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを対向させている。上述した駆動部３０は走査手段に相当する。
【００１９】
撮像部４０は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板Ｔと、被検体Ｍに向けてコーンビーム状のＸ線を照射するＸ線管Ｒと、被検体Ｍを透過したＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを備えている。
【００２０】
フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、Ｘ線管ＲによるＸ線照射によって生じる被検体ＭのＸ線透視像を検出してＸ線検出信号としての電気信号に変換して出力するという構成のＸ線検出器であって、図３に示すように、多数の検出素子Ｄｕが縦横に配列されている所謂２次元状マトリックス状のＸ線検出器である。実施例のフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄにおける検出素子Ｄｕの配列は、例えば横（ｉ行）方向１０２４，縦（ｊ列）方向１０２４の正方形マトリックスであるが、説明の便宜上、横（ｉ）方向１０００，縦（ｊ）方向１０００の正方形マトリックスであるものとし、図３には、縦３×横３マトリックス構成で合計９個分のマトリックス構成のみを示している。矩形の平面形状を有するフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、検出面が円形に限られるイメージインテンシファイアと違って、胸部や腹部など大きな部位を撮影するのに適した方形の検出面が可能な点でも、有用なＸ線検出器である。
【００２１】
フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、図４に示すように、入射Ｘ線を電荷あるいは光に変換するＸ線変換層１２と、このＸ線変換層１２で生じた電荷あるいは光を検出する素子が縦横にマトリックス状に配置形成されている検出アレイ層１３との積層構造となっている。このフラットパネル型Ｘ線検出器ＤのＸ線変換層１２の平面寸法としては、例えば縦横約３０ｃｍが挙げられる。
【００２２】
このフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄには、図５（ａ）に示す直接変換タイプのものと、図５（ｂ）に示す間接変換タイプのものがある。前者の直接変換タイプの場合、Ｘ線変換層１２が入射Ｘ線を直に電荷に変換するセレン層やＣｄＺｎＴｅ層などからなり、検出アレイ層１３の表面に電荷検出素子１４として表面電極１５に対向形成された電荷収集電極群でもって電荷の検出を行いコンデンサＣｓに蓄電する構成となっていて、各電荷検出素子１４とその上のＸ線変換層１２の一部分とで１個の検出素子Ｄｕが形成されることになる。後者の間接変換タイプの場合、Ｘ線変換層１２が入射Ｘ線を光に変換するシンチレータ層からなり、検出アレイ層１３の表面に光検出素子１６として形成されたフォトダイオード群でもって光の検出を行いコンデンサＣｓに蓄電する構成となっていて、各光検出素子１６とその上のＸ線変換層１２の一部分とで１個の検出素子Ｄｕが形成されることになる。
【００２３】
フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、図３に示すように、Ｘ線変換層１２と検出アレイ層１３とが形成されたＸ線検出基板４１と、Ｘ線検出基板４１のキャリア収集電極（電荷収集電極）を介して収集キャリア（収集電荷）を溜めるコンデンサＣｓと、コンデンサＣｓに蓄積された電荷を取り出すための通常時オフ（遮断）の電荷の電荷取り出し用スイッチ素子４２である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、Ｘ、Ｙ方向の読み出し回路のマルチプレクサ４５と、ゲートドライバ４７とを備えている。
【００２４】
また、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄは、図３に示すように、検出素子Ｄｕのスイッチ素子４２用の薄膜トランジスタのソースがｉ方向に配列した縦の読み出し配線４３に接続され、ゲートがｊ方向に配列した横の読み出し配線４６に接続されている。読み出し配線４３は電荷−電圧変換器群（プリアンプ群）４４を介してマルチプレクサ４５に接続されているとともに、読み出し配線４６はゲートドライバ４７に接続されている。なお、電荷−電圧変換器群４４では、１本の読み出し配線４３に対して、図示しないが、電荷−電圧変換器群４４が１個それぞれ接続されている。
【００２５】
そして、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの場合、マルチプレクサ４５およびゲートドライバ４７へ信号取り出し用の走査信号が送り込まれることになる。検出部１０の各検出素子Ｄｕの特定は、ｉ方向・ｊ方向の配列に沿って各検出素子Ｄｕへ順番に割り付けられているアドレス（検出素子Ｄｕが１０００個としているので０〜９９９、検出素子Ｄｕが１０２４個である場合は０〜１０２３）に基づいて行なわれるので、取り出し用の走査信号は、それぞれｉ方向アドレスまたはｊ方向アドレスを指定する信号となる。
【００２６】
ｊ方向の走査信号に従ってゲートドライバ４７からｊ方向の読み出し配線４６に対し取り出し用の電圧が印加されるのに伴い、各検出素子Ｄｕが列単位で選択される。そして、ｉ方向の走査信号に従ってマルチプレクサ４５が切り替えられることにより、選択された列の検出素子ＤｕのコンデンサＣｓに蓄積された電荷が、電荷−電圧変化器群４４およびマルチプレクサ４５の順に経て外部に送りだされることになる。このように、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄで検出された検出信号は、逐次、データ処理部５０にリアルタイムに出力される。上述したフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄはこの発明における面検出器に相当する。
【００２７】
次に、データ処理部５０の構成および機能について説明する。図１に示すように、データ処理部５０は、撮像部４０において走査各位置で検出された投影データ（検出信号）に基づいて、関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行なう画像処理部５１と、この画像処理部５１で画像再構成された関心領域の３次元ボリュームデータを記憶する画像情報記憶部５２とを備えている。以下に、画像処理部５１と画像情報記憶部５２の具体的な機能について説明する。なお、この画像処理部５１は、コーンビームＣＴ再構成手法であるフェルドカンプ（Feldkamp）法、すなわち、コーンビーム状Ｘ線を照射するＸ線管Ｒと、被検体を透過したＸ線を面検出するフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを、被検体の体軸周りに１回転（少なくとも半回転）させて被検体の透過像を撮影し、被検体の体軸周り１回転分の透過像に基づいて、関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行うというＣＴタイプの画像再構成手法を、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを被検体の体軸周りに半回転以上させない、所謂非ＣＴタイプの画像再構成手法に適用可能としたものである。
【００２８】
ここで、非ＣＴタイプの画像再構成手法に適用可能にしたフェルドカンプ（Feldkamp）法による、関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成の一連の処理手順について、図１，図２を参照しながら概説する。まず、図２に示すように、被検体Ｍの関心領域のほぼ中心に設定される回転中心軸Ｃ周りの円周軌道上に被検体Ｍを挟んで２つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上にＸ線管Ｒを移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上にフラットパネル型Ｘ線検出器ＤをＸ線管Ｒとの間隔が一定になるように移動させる円弧走査を行うことで、被検体Ｍの関心領域についての撮影を行ない、走査各位置で検出された、被検体Ｍの関心領域についての一群の投影データを取得する。次に、この一群の投影データを個別に、後述する所定の第１の重み付け処理を行なう。次に、第１の重み付け処理後の各投影データに対して、後述する所定のコンボリューション処理を施す。次に、コンボリューション処理後の各投影データに対して、後述する所定の第２の重み付け処理を行なう。次に、第２の重み付け処理した後の投影データを個別に、後述する所定の逆投影（バックプロジェクション：ＢＰ）処理してＢＰ像（３次元ボリュームデータ）を生成する。このようにして、関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成が行なわれる。なお、オペレータは、この３次元ボリュームデータから任意の断層面の画像を選択することで、選択した断層画像（Ｘ軸方向から見た断層画像）が見られる。
【００２９】
また、上述のフェルドカンプ（Feldkamp）のアルゴリズムは、次に示す式（１）〜式（３）として表される。異なる角度からの複数の投影データＰΦ に基づいて、立方体ｆ（ｒ）を再構成するのである（図６参照）。
【００３０】
【数１】
0003926574.tif 000002
【００３１】
ただし、ｆ（ｒ）は、再構成される立方体（三次元ボリュームデータ）の位置ｒでの画素データである。Ｙ（ｖｒ），Ｚ（ｖｒ）は、位置ｒの画素がフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出面上に投影される点の座標であり、前記の小文字のｖは「ベクトル」を意味しており、以下、適宜に小文字の「ｖ」でもってベクトルを表すものとする。ＰΦ は、投影角度Φでのフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出面上の投影データである。ｇy は、Filtered Back Projectionのフィルタ関数と呼ばれ、後述する｜ω｜（絶対値オメガ）フィルタ関数である。Ｗ1 ，Ｗ2 は、ビームの広がりの影響を補正するための係数であり、Ｗ1 は、後述する第１の重み付け処理に関する係数であり、Ｗ2 は、後述する第２の重み付け処理に関する係数である。
【００３２】
画像処理部５１は、図１に示すように、撮影により得られた一群の投影データを個別に所定の第１の重み付け処理を行なう第１の重み付け処理部５３と、この第１の重み付け処理後の各投影データに対して所定のコンボリューション処理を施すコンボリューション処理部５４と、このコンボリューション処理後の各投影データに対して所定の第２の重み付け処理を行なう第２の重み付け処理部５５と、この第２の重み付け処理した後の投影データを個別に所定の逆投影（バックプロジェクション：ＢＰ）処理してＢＰ像（３次元ボリュームデータ）を生成する逆投影処理部５６とを備えている。
【００３３】
第１の重み付け処理部５３は、撮影により得られた一群の投影データを個別に所定の第１の重み付け処理を行なう。具体的には、図７に示すように、走査各位置でフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄで検出された各投影データに対して、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの各画素行ｉごとにビュー方向の画素検出レベル変動を補正する。なお、図７に示すように、被検体Ｍに向けてＸ線管Ｒから照射されるコーンビーム状のＸ線の中心点が、常に、被検体Ｍの特定断層面の中心点Ｏ（回転中心軸Ｃ上の点でもある）を透過して、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出面の中心点に垂直に入射されるようになっている。
【００３４】
続いて、第１の重み付け処理部５３は、図７に示すように、投影データに対して、次に示す式（４）に基づく重み付け処理を行なう。
cos θ＝ＳＩＤ／（ＳＩＤ2 ＋Ｙj2 ＋Ｚj2 ）1/2  ……  （４）
つまり、各画素に式（４）のcos θをかけて重み付け処理を行なう。例えば、画素Ｄijは、Ｙj ・cos θとすることで、重み付け処理後の画素値が求められる。これはビューによらず一定であるので、重み付け処理として予め作られている。このようにして、第１の重み付け処理後の投影データを算出する（図８には、「第１の重み付け処理後投影像：ＳＣ（ｉ，ｊ）」として図示している）。
【００３５】
コンボリューション処理部５４は、第１の重み付け処理後の各投影データ、すなわち、第１の重み付け処理後投影像：ＳＣ（ｉ，ｊ）に対して所定のコンボリューション処理を施す。実空間で行なうコンボリューション処理は、フーリエ空間で行なうフィルタリング処理と同等であるので、ここでは説明の便宜上、上述の所定コンボリューション処理を、フーリエ空間で行なうフィルタリング処理（図８に示す｜ω｜（絶対値オメガ）フィルタリング処理）として説明するものとする。なお、以下にコンボリューション処理部５４での｜ω｜フィルタリング処理について説明する。
【００３６】
コンボリューション処理部５４は、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄのｉ行ごとに横方向に１次元フーリエ変換を行ない、フーリエ面像ＳＣＦ（ｉ，ω）を生成する１次元フーリエ変換部と、１次元フーリエ変換したフーリエ面像ＳＣＦ（ｉ，ω）に対して｜ω｜フィルタリングを施すフィルタリング部と、このフィルタリング部でフィルタリングした後のフーリエ面像ＳＣＦ´（ｉ，ω）を１次元逆フーリエ変換して実空間データに戻す１次元逆フーリエ変換部とを備えている。
【００３７】
フィルタリング部は、図８に示すように、１次元フーリエ変換したフーリエ面像ＳＣＦ（ｉ，ω）のｉ行方向に等方的に高周波領域を低減して高周波ノイズ分を抑制するフィルタとデータ収集走査形態に依存するフィルタとにより構成される｜ω｜フィルタリング部を備えている。なお、上述のデータ収集走査形態に依存するフィルタは、フィルタリング後のフーリエ面像ＳＣＦ´（ｉ，ω）を１次元逆フーリエ変換する際に、直流成分が強調されて生成されるのを抑制しており、直流成分が強調されることに起因する偽像を低減しているのである。
【００３８】
ここで、１次元フーリエ空間でフィルタリング処理を行なうことの意味合いについて説明する。１次元フーリエ空間でフィルタリング処理を行なうことは、数学的には次に示す式（５）で示される。なお、ＳＣＦ´（ｉ，ω）はフィルタリング処理された後の１次元フーリエ面像であり、Ｍ（ωi ）は上述したフィルタリング部のフィルタ特性を示す関数である。
ＳＣＦ´（ｉ，ω）＝ＳＣＦ（ｉ，ω）×Ｍ（ωi ）  …  （５）
【００３９】
なお、Ｍ（ωi ）は、前述の２個のフィルタ特性を表す関数の積として次に示す式（６）のように表される。
Ｍ（ωi ）＝Ｍｉ（ωi ）・Ｍω（ωｉ）  …  （６）
式（６）に示した各フィルタ関数系の典型例について、以下に示す。
【００４０】
Ｍｉ（ωi ）は、図９（ａ）に示すようなフィルタ特性を有しており、次に示す式（７）〜（９）で表される。
0003926574.tif 000003
ただし、高周波成分が図９（ａ）に示すように滑らかに減衰する正弦波状関数型にした。ＣＦＲはカットオフ周波数であり、ＷＦＲはフィルタ強度の遷移全周波数幅である（図９（ａ）参照）。このＭｉ（ωi ）は、１次元フーリエ空間での高周波成分を削除するものである。
【００４１】
Ｍω（ωｉ）は、図９（ｂ）に示すようなフィルタ特性を有しており、次に示す式（10）で表される。
Ｍω（ωｉ）＝｜ωｉ｜    …  （10）
【００４２】
なお、図９（ａ），（ｂ）には、横軸のプラス方向の特性のみを図示しているが、横軸のマイナス方向の特性は、縦軸を中心に横軸のプラス方向の特性を線対称させたものと同じであるので、図示省略している。
【００４３】
図８に戻って、１次元逆フーリエ変換部は、｜ω｜フィルタリング部で｜ω｜フィルタリングした後のフーリエ面像ＳＣＦ´（ｉ，ω）を１次元逆フーリエ変換して実空間データに戻して、コンボリューション後の投影像ＳＣ´（ｉ，ｊ）を生成する。
【００４４】
第２の重み付け処理部５５は、走査各位置におけるコンボリューション処理後の投影データＳＣ´（ｉ，ｊ）に対して所定の第２の重み付け処理を行なう。具体的には、次に示す式（11）に従って、被検体固定座標系での３次元画素ポイント：Ｐ（ｌ，ｍ，ｎ）の重み関数Ｗ（ｌ，ｍ，ｎ）を計算する（図１０参照）。ただし、Ｈは、画素ポイントＰ（ｌ，ｍ，ｎ）からＸ軸に下ろした垂線の位置である。
Ｗ（ｌ，ｍ，ｎ）＝ＲＯ2 ／（ＲＯ＋ＯＨ）2     …  （11）
【００４５】
続いて、第２の重み付け処理部５５は、図１１に示すように、３次元画素ポイント：Ｐ（ｌ，ｍ，ｎ）の投影像ＳＣ´（ｉ，ｊ）上での座標（Ｉ，Ｊ）と重み用の仮数（ａz ，ａy ）とを求める。このようにして、第２の重み付け処理を行なう。
【００４６】
次に、逆投影処理部５６は、第２の重み付け処理後の投影データを個別に所定の逆投影（バックプロジェクション：ＢＰ）処理してＢＰ像（３次元ボリュームデータ）を生成する。具体的には、図１１に示すように、走査各位置で検出された、被検体Ｍの関心領域についての一群の第２の重み付け処理後の投影データを、撮影された被検体Ｍの関心領域に仮想的に設定される３次元格子群Ｋの所定の格子点に逆投影して、関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行う。
【００４７】
具体的には、次に示す式（12）に従って、線型補間演算とバックプロジェクションとを行なう。なお、バックプロジェクション蓄積量をＩn （ｌ，ｍ，ｎ）とし、前回までのバックプロジェクション蓄積量をＩn-1 （ｌ，ｍ，ｎ）とする。
0003926574.tif 000004
【００４８】
なお、投影像の画素間隔を１に規格化して、次に示す式（13）〜（16）のような乗算重み付け方式の場合の重み関数を示す。
Ｗ11＝（１−ａz ）・（１−ａy ）  …（13）
Ｗ12＝（１−ａz ）・ａy           …（14）
Ｗ21＝ａz ・（１−ａy ）          …（15）
Ｗ22＝ａz ・ａy                   …（16）
【００４９】
３次元格子群Ｋの残りの所定の格子点についても、前記と同様にして逆投影を行ない、さらに、走査各位置ごと、すなわち、＋θmax （＋３０°）〜−θmax （−３０°）の範囲にわたって、これと同様の逆投影を行なうことで、ＢＰ像（３次元ボリュームデータ）が生成される。
【００５０】
画像情報記憶部５２は、逆投影処理部５６で生成された３次元ボリュームデータを記憶しており、操作部１０から任意の断層面の画像情報が選択されると、その断層面の画像情報をモニタ６０に出力する。
【００５１】
モニタ６０は、画像情報記憶部５２に蓄積された所定の画像情報を出力表示するものである。
【００５２】
以上のように、駆動部３０は、被検体Ｍの周りの円周軌道上に被検体Ｍを挟んで２つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上にＸ線管Ｒを移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上にフラットパネル型Ｘ線検出器ＤをＸ線管Ｒとの間隔が一定になるように移動させる円弧走査を行う。コンボリューション処理部５４は、走査各位置で検出された投影データに対してコンボリューション処理を施す。逆投影処理部５６は、コンボリューション処理部５４でコンボリューション処理された投影データを、撮影された被検体の関心領域に仮想的に設定される３次元格子群Ｋの所定の格子点に逆投影して、関心領域の３次元ボリュームデータを生成するというコーンビームＣＴ再構成手法であるフェルドカンプ（Feldkamp）法により画像再構成を行えば、各角度からの撮影により得られた複数枚の投影像（走査各位置の投影像）を単一面上に重ね合わせるような検出信号の加算演算処理を行って２次元断層画像データを生成するという従来手法を用いないので、複数回にわたって断層撮影することなく関心領域の３次元ボリュームデータを生成でき、被検体の関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成できる。
【００５３】
次に、上記フェルドカンプ（Feldkamp）法による画像再構成を、Ｘ線管Ｒと検出器Ｄとを対向して平行直線走査する場合に適用する場合の本発明実施例を示す。
【００５４】
（１）上述の説明では、駆動部３０は、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを円弧移動させて走査（円弧走査）しているが、本願発明では、この円弧走査に替えて、図１２（ａ）に示すように、被検体Ｍを挟んでＸ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとが対向配置され、Ｘ線管Ｒを第１方向に直線移動させるのと同期して、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを前記第１方向とは反対方向である第２方向に平行直線移動させるように連動移動させる、所謂、平行直線走査を行う。以下に、この平行直線走査を行う場合について説明する。
【００５５】
コーンビームＣＴ再構成手法であるフェルドカンプ（Feldkamp）法では、Ｘ線管Ｒから回転中心軸Ｃに下ろした垂線がフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面と直交しており、ジオメトリの各種情報（Ｘ線管Ｒからフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄ間の距離や、回転中心軸Ｃが検出平面上ではどこに現れるか、等の条件）をパラメータとして与え再構成処理を行っている。上述の円弧走査では、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとの関係が、常に、前述の条件を満たしているので、固定したパラメータで再構成を行っている。
【００５６】
しかし、平行直線走査では、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、被検体Ｍに向けてＸ線管Ｒから照射されるコーンビーム状Ｘ線のビーム中心は、被検体Ｍの特定断層面の中心点Ｏを透過し、常に、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面の中心点に垂直に入射されるようになっていない、つまり、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面の中心点への入射角度が各ビュー毎に異なる角度となっているので、このままでは直接フェルドカンプ（Feldkamp）法を適用できない。
【００５７】
そこで、図１２（ｂ）に示すように、被検体Ｍに向けてＸ線管Ｒから照射されるコーンビーム状Ｘ線のビーム中心がフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面の中心点に垂直に入射される直線に直交するとともに、Ｘ線管Ｒおよびフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの移動方向に直交するものであって、被検体の関心領域のほぼ中心の断層面内を通過する軸を、仮想回転中心軸ＶＣとし、Ｘ線管Ｒからフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面の中心点に垂直に下ろされる第１垂線長さＳＩＤとし、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面中心とを結ぶ直線と、被検体の関心領域の断層面に直交する断層軸とのなす角度をψとすると、各ビューにおける、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面の中心点から第１垂線に下ろした第２垂線の長さＹＡは、ＹＡ＝ＳＩＤtan ψで表される。このように、仮想回転中心軸ＶＣは、回転中心軸Ｃと平行で、回転中心軸ＣとＸ軸座標は等しくなっているが、ビュー毎に異なる位置となっている。つまり、図１２（ｂ）に示すように、Ｂ´では、仮想回転中心軸ＶＣは回転中心軸Ｃと同一点上にあり一致しているが、Ａ´、Ｃ´では、仮想回転中心軸ＶＣは回転中心軸Ｃと同一点上になく、ずれた位置にある。
【００５８】
したがって、各ビューの逆投影を行なう際に、その都度この仮想回転中心軸ＶＣに合わせてパラメータ（前述の式（１）におけるＹ（ｖｒ）をＹＡ＝ＳＩＤ・tan ψに応じて変えて再構成処理を行なうことで、元画像データに手を加えずに（例えば、元画像データを面変換するなどの手を加えないで）フェルドカンプ（Feldkamp）法をそのまま適用できる。なお、前述の式（１）の説明においても定義しておいたように、小文字の「ｖ」はベクトルを表しており、以下においても同様とする。
【００５９】
上述のパラメータＹ（ｖｒ）の変更について具体的に説明する。なお、図１２（ｂ）に示すように、Ｂ´にてｖｒ（ｒベクトルと呼ぶ）で示される点と、Ｃ´にてｖｒｃ（ｒｃベクトルと呼ぶ）で示される点とは、３次元格子群Ｋの同一の点であるとする。仮想回転中心軸ＶＣを基準に考えると、上述の２点のそれぞれのＹ座標の関係は、次に示す式（17）で表される。ただし、図１２（ｂ）のＣ´に示すように、ＳＯＤは、Ｘ線管Ｒから仮想回転中心軸ＶＣまでの距離であり、ｒｃy は、仮想回転中心軸ＶＣからｖｒｃで示される点までのＹ軸上の距離であり、図１２（ｂ）のＢ´に示すように、ｒy は、仮想回転中心軸ＶＣからｖｒで示される点までのＹ軸上の距離である。なお、被検体Ｍの特定断層面の中心点Ｏは、仮想回転中心軸ＶＣ上にある。
ｒｃy ＝ｒy ＋ＳＯＤ・tan ψ        …（17）
【００６０】
そして、Ｘ線管Ｒからｖｒｃを通ったＸ線がフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面上に投影される点のＹ座標をＹｃ（ｖｒ）とする。実際のフラットパネル型Ｘ線検出器ＤはＹＡ＝ＳＩＤ・tan ψだけ、シフトして考えているので、実際のフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄの検出平面上での座標は、次に示す式（18）で表される。
Ｙ（ｖｒ）＝Ｙｃ（ｖｒ）−ＳＩＤ・tan ψ       …（18）
ただし、Ｙｃ（ｖｒ）＝ＳＩＤ・ｒｃy ／ＳＯＤである。
【００６１】
このように、各ビューの逆投影を行なう際に、前述の式（１）のパラメータＹ（ｖｒ）を前述の式（18）に基づいて変えて（座標補正を行なって）各画素についての再構成処理を行なうだけでよく、元画像データに手を加えずに（例えば、元画像データを面変換するなどの手を加えないで）フェルドカンプ（Feldkamp）法をそのまま適用できる。
【００６２】
このように、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを平行直線移動させた場合には、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄとを被検体Ｍを挟んで平行直線走査して、被検体Ｍの関心領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行うための非ＣＴタイプの断層撮影を行うことができる。
【００６５】
また、Ｘ線管Ｒおよびフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを移動させるようにして走査しているが、例えば、Ｘ線管Ｒを固定としフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄと被検体Ｍとを移動させて走査したり、フラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを固定としＸ線管Ｒと被検体Ｍとを移動させて走査したりするなど、Ｘ線管Ｒとフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄと被検体Ｍとのうちのいずれか２つを移動させるようにして走査してもよい。
【００６６】
（２）上述の各実施例では、面検出器としてフラットパネル型Ｘ線検出器Ｄを採用しているが、Ｘ線ＣＣＤカメラやＩ．Ｉ管やイメージングプレートなど各種の２次元面検出器を採用することもできる。
【００６７】
（３）上述の各実施例の断層撮影装置は、被検体Ｍを人体などとして医療用に用いることもできるし、被検体ＭをＢＧＡ（Ball Grid Array）基板やプリント配線基板など各種の電子部品などとして非破壊検査用に用いることもできる。
【００６８】
（４）上述の各実施例では、Ｘ線管ＲによってＸ線を被検体Ｍに照射しているが、Ｘ線に限らず、被検体Ｍに対して透過性を有する例えば、ガンマ線、光などの電磁波を用いた場合であっても、同様の効果を有する。したがって、この発明の断層撮影装置は、Ｘ線断層撮影装置に限定されるものではなく、Ｘ線以外で被検体Ｍに対して透過性を有する電磁波を用いて断層撮影を行う断層撮影装置にも適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、請求項１に記載の平行直線走査型の断層撮影装置によれば、検出器を被検体の周囲に周回させない、いわゆる非ＣＴタイプの断層撮影装置であっても、ＣＴタイプの再構成手法であるフェルドカンプ（Feldkamp）法による画像再構成手法を適用することができ、従来のように複数回にわたって断層撮影することもなく被検体の関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成することができる。
【００７０】
そして、照射源と面検出器とを平行直線走査した場合であっても、投影データ（元画像データ）を面変換するなどの手を加える必要がなく、パラメータを変化させるだけでこの投影データ（元画像データ）を直接に再構成処理を行うことができる。
【００７１】
また、請求項２に記載の発明によれば、面検出器としてフラットパネル型検出器またはイメージインテンシファイアを用いた場合であっても、被検体の関心領域についての３次元断層画像を迅速に生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に係るＸ線ＣＴ装置のブロック図である。
【図２】（ａ）は非ＣＴタイプのＸ線断層撮影装置におけるＸ線管とフラットパネル型Ｘ線検出器との一走査形態を示す概略側面図であり、（ｂ）は（ａ）の概略斜視図である。
【図３】フラットパネル型Ｘ線検出器の構成図である。
【図４】フラットパネル型Ｘ線検出器の概略構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はフラットパネル型Ｘ線検出器の層構造を示す断面図である。
【図６】実施例に係るフェルドカンプ（Feldkamp）アルゴリズムを説明するための模式図である。
【図７】実施例の第１の重み付け処理部による余弦補正を説明するための模式図である。
【図８】実施例のコンボリューション部での一連の処理を説明するための模式図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は実施例のフィルタリング部の各フィルタ関数を示す特性図である。
【図１０】コンボリューション処理後の投影データを仮想の３次元格子群に逆投影処理することを説明するための模式図である。
【図１１】コンボリューション処理後の投影データを仮想の３次元格子群に逆投影処理することを説明するための模式図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は非ＣＴタイプのＸ線断層撮影装置で平行直線走査する場合におけるフェルドカンプ（Feldkamp）適用方法を説明するための様式図である。
【符号の説明】
３０  …  駆動部
５１  …  画像処理部
５４  …  コンボリューション処理部
５６  …  逆投影処理部
Ｄ    …  フラットパネル型Ｘ線検出器
Ｍ    …  被検体
Ｒ    …  Ｘ線管
【図１】
0003926574.tif 000005
【図２】
0003926574.tif 000006
【図３】
0003926574.tif 000007
【図４】
0003926574.tif 000008
【図５】
0003926574.tif 000009
【図６】
0003926574.tif 000010
【図７】
0003926574.tif 000011
【図８】
0003926574.tif 000012
【図９】
0003926574.tif 000013
【図１０】
0003926574.tif 000014
【図１１】
0003926574.tif 000015
【図１２】
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