(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物が挿入可能な空間を持つ回転体と、
この回転体の互いに対向する位置関係に取り付けた、対象物への高エネルギーＸ線曝射用の加速器及び対象物からの透過Ｘ線検出用のセンサと、
対象物を搭載して上記回転体の空間への出し入れ用テーブルと、
上記回転体の所定回転ピッチ間隔で定まる照射角度毎に、対象物の事前に定めた複数断面分の相当距離、上記テーブルを移動させる第１の制御手段と、
回転体の所定回転ピッチ間隔の照射角度毎に、上記テーブルの移動による上記全複数断面についてその該当する照射角度で上記加速器からＸ線を照射させる第２の制御手段と、
上記センサで検出された透過Ｘ線の検出データを、照射角度と全複数断面の各断面とにそれぞれ対応づけて蓄積する蓄積手段と、
全複数断面それぞれについて、その断層毎の全照射角度の検出データに基づいて再構成を行い、対象物の内部の物性値分布を断層面毎に算出する再構成手段と、
を備えた産業用Ｘ線ＣＴ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、複数の断面を撮像する産業用Ｘ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高エネルギのＸ線を使用する産業用Ｘ線ＣＴ装置は、対象物の表面形状だけでなく、内部形状もデータ化することができる３次元ディジタイザとして注目を集めるようになっている。産業用Ｘ線ＣＴ装置の原理は、本質的には医療用Ｘ線ＣＴ装置と同じであり、すなわちＸ線の吸収係数が媒質の密度に依存することを利用し、対象物にＸ線を照射してその透過割合を計測する。Ｘ線を照射する角度や位置を変化させると、対象物の内部の個々の点における密度を求めるために必要な情報を集めることができる。その後、再構成処理と呼ばれる一種の積分計算を行ない、断面に沿った対象物の密度分布を求める。この原理は、文献「非接触計測・認識技術デニタブック」（オプトロニクス社）などに詳しく記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の医療用のＸ線ＣＴ装置は、人体をベツドの上に水平に寝かせて保持しておき、Ｘ線管球などのＸ線照射装置とシンチレータなどのＸ線検出装置を人体の周りに回転させる方式を採っているのに対し、産業用Ｘ線ＣＴ装置では、高エネルギのＸ線を発生させるために管球よりも大型の線形加速器を使用し、また透過しやすい高エネルギのＸ線を正確に検出するため、重いコリメータを備えたセンサを使用している。また高精度の３次元ディジタイザとして使うため、非常に多くの断面を短時間で撮像する必要がある。そのため加速器とセンサを対象物の周りに回転させようとすると、装置の剛性および強度を確保するため、非常に大型の装置にならざるを得なくなる。そこで従来の産業用Ｘ線ＣＴ装置は、加速器およびセンサを固定しておき、対象物を水平に回転させる方法を採っているが、回転するテーブルに対象物をしっかり固定する必要があり、また細長い対象物はテーブルの上に立てて保持しなくてはならず、場合によっては据え付けのための治具が必要になることもあり不便であった。
【０００４】
本発明の目的は、重量物の高速回転を減らして高精度の３次元撮像を得られるようにした産業用Ｘ線ＣＴ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対象物が挿入可能な空間を持つ回転体と、
この回転体の互いに対向する位置関係に取り付けた、対象物への高エネルギーＸ線曝射用の加速器及び対象物からの透過Ｘ線検出用のセンサと、
対象物を搭載して上記回転体の空間への出し入れ用テーブルと、
上記回転体の所定回転ピッチ間隔で定まる照射角度毎に、対象物の事前に定めた複数断面分の相当距離、上記テーブルを移動させる第１の制御手段と、
回転体の所定回転ピッチ間隔の照射角度毎に、上記テーブルの移動による上記全複数断面についてその該当する照射角度で上記加速器からＸ線を照射させる第２の制御手段と、
上記センサで検出された透過Ｘ線の検出データを、照射角度と全複数断面の各断面とにそれぞれ対応づけて蓄積する蓄積手段と、
全複数断面それぞれについて、その断層毎の全照射角度の検出データに基づいて再構成を行い、対象物の内部の物性値分布を断層面毎に算出する再構成手段と、
を備えた産業用Ｘ線ＣＴ装置を開示する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による断層撮像装置（Ｘ線ＣＴ装置）の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による断層撮像装置としてのＸ線ＣＴ装置の概略構成を示す斜視図である。
Ｘ線ＣＴ装置は、対象物を載置するテーブル１と、このテーブル１を支持する機能を持ちその水平方向移動を案内するローラや直動ベアリングなどの水平移動ガイド２と、コンピュータ９によって制御されてテーブル１を水平方向に移動する水平移動モータ３と、内部で発生させた電子を電磁気力で加速してターゲットと呼ばれる板に衝突させ、この際に発生するＸ線を対象物に照射する加速器４などの放射線照射装置と、対象物を透過したＸ線の強度を電気信号に変換する放射線検出装置であるセンサ５と、加速器４とセンサ５を固定する基盤であるディスク６と、ディスク６を支持する機能を持つローラや回転ベアリングなどから成る垂直回転ガイド７と、コンピュータ９によって制御されてディスク６を移動させる垂直回転モータ８と、制御プログラム９Ａ、断面特微量蓄積メモリ９Ｂおよび一括再構成プログラム９Ｃを内蔵したコンピュータ９とを備えている。
【０００８】
加速器４は大型の対象物を透過するＸ線を照射するため、電子に１ＭｅＶ〜１２ＭｅＶの高いエネルギを持たせており、センサ５はその内部には数百個の半導体検出器が配列しており、それぞれの位置でＸ線の強度を測定してそれに応じた電流を出力するように構成され、各検出器の相互干渉を抑制し、高分解能の撮像を行なうためタングステンや銅など、Ｘ線を透過させない材質で作られたコリメータが検出器の前面に配置されている。ディスク６は、加速器４とセンサ５と一体になって垂直回転するように構成されており、加速器４とセンサ５の重量を合わせると７００ｋｇを超えるので、その回転にも耐えるように強固に製作されている。こうしてＸ線ＣＴ装置は、１ｍを超える大型の対象物の３次元撮像を行なうことができるように構成されている。
【０００９】
水平移動ガイド２およびコンピュータ９によって制御される水平移動モータ３は、対象物を放射線照射装置つまり加速器４からの放射線に対して交差する軸に沿わせ対象物の複数の断面へと相対的に移動させる走査手段を構成し、ディスク６と垂直回転ガイド７とコンピュータ９によって制御される垂直回転モータ８は、放射線照射装置つまり加速器４による対象物への照射角度を同一断面内で変更可能にする回転手段を構成している。
【００１０】
制御プログラム９Ａは、決められた動作シーケンスに従って水平移動モータ３、加速器４、センサ５および垂直回転モータ８を動作させる機能、水平移動モータ３と垂直回転モータ８に回転角および回転速度を指定する制御信号Ｘ１を送信してそれらを駆動する機能、加速器４に制御信号Ｘ２を送信してＸ線の照射を開始および停止させる機能、センサ５に制御信号Ｘ３を送信してＸ線の強度を測定させる機能、センサ５からのＸ線強度信号Ｘ４を取り込んで透過割合等の物性値分布を求めるために必要な断面特微量を取得して特微量蓄積メモリ９Ｂに蓄積する機能を有している。こうして加速器４、センサ５およびコンピュータ９によって対象物のある断面の物性値分布を求めるために必要な断面特微量を取得する断面特微量取得手段を構成している。
【００１１】
特微量蓄積メモリ９Ｂは、複数の断面における特微量を個別に蓄積して記憶する特微量蓄積手段、つまりＸ線の透過割合を計算して蓄積する放射線透過割合蓄積手段を構成している。一括再構成プログラム９Ａは、特微量蓄積メモリ９Ｂに記憶されている複数の断面での特微量あるいは透過割合に対して再構成処理を行ない、複数の断面に沿った対象物の内部の物性値分布を一括して求めるプログラムで一括再構成手段を構成している。再構成処理は一種の積分計算で、アルゴリズムにはバックプロジェクション法を使用することができる。
【００１２】
次に、上述したＸ線ＣＴ装置の動作を図２に示したフローチャートを用いて説明する。ここでＸ線ＣＴ装置は、１断面を撮像するためにディスク６と一体に構成した加速器４を垂直線に対する照射角度０°から３３０°まで３０°ずつずらして１２の方向からＸ線を照射するものとする。
【００１３】
先ず、ステップＳ１でテーブル１上に対象物を載置して固定し、対象物の最初の第一断面を撮像する位置にテーブル１を移動させる。このとき加速器４は対象物の真上に位置して垂直線に対する照射角度が０°である。続くステップＳ２では、断面特微量取得手段によって加速器４から対象物にＸ線を照射し透過した強度をセンサ５で測定し、ステップＳ３では特微量を求める。取得した特微量は特微量蓄積手段である特微量蓄積メモリ９Ｂに記憶させる。
【００１４】
次に、ステップＳ４で所定の数の層を撮影したかどうかを判断する。ここでは図５に示すように撮像断面数ｎに対して４つの撮像断面数を設定している。従って、ステップＳ４の判定ではまだ所定の撮像断面数に達していないので、ステップＳ５に進む。このステップＳ５では、加速器４の照射角度０°を保持しながらコンピュータ９からの制御信号Ｘ１によって水平移動モータ３を駆動してテーブル１を移動させ、対象物の第二断面に加速器４を対応させる。
【００１５】
続くステップＳ２では、加速器４から対象物にＸ線を照射し透過した強度をセンサ５で測定し、ステップＳ３で特微量を求めこれを個別に特微量蓄積メモリ９Ｂに記憶させる。この一連の工程を繰り返して図５に示した撮像断面数が所定数の４に達すると、特微量蓄積手段である特微量蓄積メモリ９Ｂは複数の断面の特微量を蓄積したことになり、ステップＳ４からステップＳ６に進む。このステップＳ６では全ての方向からＸ線を照射したかどうかを判断するが、この時点ではまだ照射角度が０°に対してだけ終了したに過ぎないので、ステップＳ７に進んでディスク６を回転して照射角度を３０°とする。これはコンピュータ９からの制御信号Ｘ１によって垂直回転モータ８を介してディスク６を３０°回転して行なう。
【００１６】
その後、ステップＳ２からステップＳ５を繰り返して照射角度を３０°においても撮像断面数が所定数の４に達すると、ステップＳ４からステップＳ６に進むことになる。このとき図５に示すように照射角度０°では最初の第一断面から初めて第四断面まで撮像するようにしたが、照射角度０°に続く照射角度３０°では第四断面から第一断面に向かって撮像するようにしても良い。その後、ステップＳ７ではさらに照射角度が切り替えられて照射角度６０°となる。これら一連の動作を繰り返して照射角度３３０°までの撮像が完了すると、特微量蓄積手段である特微量蓄積メモリ９Ｂは所定の複数の断面の特微量を全て蓄積したことになり、ステップＳ６からステップＳ８に進むことになる。このステップＳ８で、一括再構成手段は特微量蓄積メモリ９Ｂに記憶させた各断面毎の特微量から一括再構成処理を行ない、各断面毎に沿った対象物内部の物性分布を求める。
【００１７】
図３は、従来のＸ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャートである。
図２と同工程には同一符号を付けて示すように、先ずステップＳ６である断面において全ての照射角度による撮像を行なったかどうか、つまりディスク６を一回転させたかどうかを判定した後、ステップＳ８で断面毎に再構成処理を行ない、その後、ステップＳ４に進むようにしている。ステップＳ４およびステップＳ５では他の断面においても同様に全ての照射角度による撮像を行なったかどうかを判定して作業を終了するようにしている。
【００１８】
このような従来のＸ線ＣＴ装置方法では、図４に示すように１断面を撮像するごとにディスク６を３６０°回転させて再構成処理を行なっているため、撮像する断面の数とディスク６の回転数が同じにならざるを得ない。従って、３０００を超える数の断面を１日で撮像しようとすると、１断面を３０秒以内に撮像する必要がある。しかし合わせて７００ｋｇを超える加速器４やセンサ５が取り付けられたディスク６を高速で回転させようとすると、安全性を確保するために装置を頑丈に製作する必要が生じ、また回転に伴う振動の影響を避けて計測精度を確保するための工夫が必要になった。
【００１９】
しかしながら、上述したように図２および図５で説明したＸ線ＣＴ装置では、照射角度を切り替える前に、同じ照射角度で複数の断面を撮像しその特微量を個別に特微量蓄積メモリ９Ｂに記憶させるようにしたため、ディスク６を３６０°回転させるうちに複数の断面を撮像することができる。すなわち撮像する断面の数に対する重量物であるディスク６の高速回転を大幅に減らすことができるので、従来に比べて装置を著しく簡素化することができ、撮像に要する時間も短縮することができるようになる。
【００２０】
また図５に示すようにそれぞれの照射角度においてＸ線の照射を４断面に対して一括して行なっているので、ｎ断面の撮像に対してはディスク６をｎ／４回転しか回転させる必要がない。Ｘ線を一括して照射する断面の数は、特微量蓄積メモリ９Ｂの記憶容量に依存するので、極めて大きい容量の特微量蓄積メモリ９Ｂを利用することができる場合、一括して蓄積する断面の数を数千にまで増やすことができる。その場合、ある所定の照射角度において第一断面から第ｎ断面までを連続して行なうことができるようになり、全体としてのディスク６の回転数を１回転にまで減らすことができる。
【００２１】
図６〜図８は、本発明の他の実施の形態による断層撮像装置を示す斜視図であり、先の実施の形態との同等物には同一符号を付けている。
上述した実施の形態におけるＸ線ＣＴ装置は、水平に移動するテーブル１と、ディスク６と共に垂直に回転する加速器４およびセンサ５を備えたものとして説明したが、図６に示した断層撮像装置では、水平に回転するテーブル１と、垂直に移動する加速器４およびセンサ５を備えて構成している。また図７に示した断層撮像装置では、水平に回転すると共に垂直に移動するテーブル１を備えて構成している。さらに図８に示した断層撮像装置は、水平に移動すると共に垂直に回転するディスク６を備えている。
【００２２】
このような構成の断層撮像装置においても、照射角度を切り替える前に、同じ照射角度で複数の断面を撮像しその特微量を個別に特微量蓄積メモリ９Ｂに記憶させることにより、先の実施の形態の場合と同様にディスク６を３６０°回転させるうちに複数の断面を撮像することができ、撮像する断面の数に対する重量物であるディスク６の高速回転数を大幅に減らすことができるので、従来に比べて装置を著しく簡素化することができ、撮像に要する時間も短縮することができるようになる。
【００２３】
尚、上述した実施の形態における断層撮像装置は、産業用Ｘ線ＣＴ装置として説明したが、医療用Ｘ線ＣＴ装置にも適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の断層撮像装置によれば、同一の照射角度で複数の断面の撮像を行なってこれを特微量蓄積手段に蓄え、その後、一括再構成処理によって断面毎における対象物の内部の物性値分布を一括して求めることができ、重量物の高速回転数を減らして従来の比べて少ない回転で高精度の３次元撮像を高速で得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による断層撮像装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した断層撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】従来の断層撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図３に示した断層撮像装置の動作順序を示す平面図である。
【図５】図２に示した断層撮像装置の動作順序を示す平面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態による断層撮像装置を示す要部斜視図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態による断層撮像装置を示す要部斜視図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態による断層撮像装置を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１  テーブル
４  加速器
５  センサ
６  ディスク
９  コンピュータ
９Ａ  制御プログラム
９Ｂ  特微量蓄積メモリ
９Ｃ  一括再構成プログラム
【図１】
0003826011.tif 000002
【図２】
0003826011.tif 000003
【図３】
0003826011.tif 000004
【図４】
0003826011.tif 000005
【図５】
0003826011.tif 000006
【図６】
0003826011.tif 000007
【図７】
0003826011.tif 000008
【図８】
0003826011.tif 000009