CN100552441C - X射线ct装置 - Google Patents

Abstract

用于拍摄固持在旋转台上的对象的光学相机设置在旋转台的旋转轴。计算机通过使用与X射线源、X射线检测器和旋转台在X射线光轴的位置关系相关的信息及与X射线检测器的光接收表面的大小相关的信息，计算围绕旋转轴CT成像为可能的区域。CT成像为可能的区域被叠加了由光学相机拍摄的对象的光学图像后在显示部件上显示，由此在该时间点的对象的位置可容易地与能获得X射线透射数据的区域对比。

Description

X射线CT装置

本申请要求基于2004年5月14日提交的日本专利申请No.2004-145320，以及2004年8月30日提交的日本专利申请No.2004-249821的外国优先权。其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及用于工业目的以获得工业产品如电子元件的断层X射线图像(tomograph)以便以无损方式检查该工业产品的内部缺陷、内部结构等的X射线CT(电子计算机断层成像)装置。

背景技术

按照用于工业目的的X射线CT装置，一般地，如正视图11A和平面图11B概略示出的，旋转台53，其绕与X射线光轴L垂直的旋转轴R转动，被设置于X射线源51与X射线检测器52之间。在对象保持在旋转台53的状态下，当向对象W辐射X射线，对旋转台53的每一预定的微小角度转动，可从X射线检测器52获得X射线透射数据。通过使用获得的X射线透射数据重建(reconstruct)对象W沿与旋转台53的旋转轴R垂直的平面的断层图像(例如，参考JP-A-2004-117024)。通常，移动机构54可以在X射线的光轴方向(x-轴方向)和垂直于该x-轴方向的y-轴和z-轴方向上移动旋转台53。

通过使用这样的X射线CT装置用于获得X射线透射数据以便获得对象的断层图像的每一方法，如图12中的平面示意图所示，有区域正常扫描方法和偏移扫描方法。在正常扫描方法中，对象W的旋转中心O_n定位于几乎在X射线的光轴L上。在偏移扫描方法中，对象W’的旋转中心O_o从X射线的光轴L偏移一预定距离(例如，参考JP-A-2004-11704)。虽然偏移扫描方法比起正常扫描方法来在SN(信噪)比上会变差，偏移扫描方法具有一个优势，即CT成像的场角可扩大并且能获得高解析度的断层图像。

在相关技术X射线CT装置中，一般地，看着对象的X射线透射图像完成对象的定位和放大率的改变。这就是说，当然，为了获得想要的断层图像，必须获得在断层图像上所有点的X射线透射数据。然而，为了获得对象在预定位置(高度)的完整的断层图像，例如，根据正常扫描方法，对象要求被定位于这样的位置使得当对象W转动一周时，对象W在该高度上被X射线完整地持续照射以获得断层图像，如图12中的对象W所示。根据偏移扫描方法，如图12中的对象W’所示，对象W’要求定位于这样的位置使得当对象转动一周时，在对象W’内没有不被X射线照射的区域。然而，会出现这样的情况，即取决于基于旋转台53及X射线检测器52相对于X射线源51在x-轴(X射线的光轴L)方向上的位置关系的图像放大，上述条件不能满足。

因而，在相关技术X射线CT装置中，在获得对象的X射线透射数据之前，要求将对象安放在旋转台53上并旋转对象一周同时辐射X射线到对象上。此外，要求确认对象是否安放在满足基于在各自时间点获得的X射线透射图像的上述条件的位置上。此外，当确定上述条件未被满足时，要求改变旋转台53的位置及/或X射线检测器52在x-轴方向上的位置。在这种方式中，相关技术X射线CT装置具有一个问题就是这样的确认步骤较麻烦。

发明内容

考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供X射线CT装置，其可不旋转安放在旋转台上的对象及不获得对象的X射线透射图像而直接计算出获得的X射线透射信息的区域，及此外在目前时间点上在对象的位置是否能获得想要的断层图像。

为实现上述目的，根据本发明的X射线CT装置是这样一个X射线CT装置，包括

用于辐射X射线到对象上的X射线源；

安排与X射线源相对，用于获得对象的X射线透射数据的X射线检测器；

其上保持对象并绕其与X射线光轴垂直的旋转轴旋转的旋转台，该旋转台设置在X射线源与X射线检测器之间；

通过使用当转动旋转台时在旋转台预定角度的每个旋转中获得的对象的X射线透射数据，用于获得对象沿垂直于旋转轴的平面的断层图像的图像重建计算部件；

用于从旋转台的旋转轴位置或邻近该旋转轴的位置拍摄安放在旋转台上的对象的光学相机；

基于与X射线源、X射线检测器和旋转台在X射线光轴的位置关系相关的信息及与X射线检测器的光接收表面的大小相关的信息，用于计算围绕旋转轴CT成像为可能的区域的CT成像区域计算部件；及

用于显示由CT成像区域计算部件计算出的被叠加由光学相机拍摄的对象的光学图像的区域的显示部件。

本发明可使用光学相机保持在旋转台上的结构。

优选地，本发明可使用这样的结构，即X射线CT装置还包括操作部件，其改变了所述显示区域的尺寸，并位于所述显示部件的屏幕上，及控制器，其相关于该操作部件的改变操作，自动地改变旋转台和X射线检测器至少之一的在X射线光轴上的位置，使得在屏幕上的区域和实际CT成像为可能的区域重合。

本发明可使用这样的结构，即X射线CT装置还包括移动台，其安放在旋转台上并其上安装对象，其在X射线光轴方向(x-轴方向)和一与X射线光轴方向垂直并也与旋转轴方向垂直的方向(y-轴方向)上移动，其中通过在显示部件屏幕上显示的对象的光学图像上指定旋转中心，或通过在屏幕上移动显示在显示部件屏幕上的区域来移动移动台，使得在光学图像上指定的旋转中心或移动后的区域的中心定位在旋转台的旋转轴上。

本发明目的在于通过完成基于X射线源在X射线的光轴方向上的相对旋转台和X射线检测器的位置关系的简单的几何计算，而获得具有以旋转台的旋转轴为中心的CT成像为可能的区域(圆)，及在显示部件上显示被叠加了在旋转台上的对象的光学图像的该区域来解决上述问题。

就是说，根据本发明，光学相机从旋转台的旋转轴位置或邻近其的位置拍摄安放在旋转台上的对象，由此在显示部件上显示这样拍摄的对象。接着，获得具有以旋转台的旋转轴为中心的CT成像为可能的区域被叠加到屏幕上。因而，不辐射X射线到旋转台的对象上从而显示对象的X射线透射图像，并也不转动旋转台，可能直接计算出是否能获得用于得到想要的断层图像的X射线透射数据，即是否在目前时间点对象的位置是合适的。

用于从旋转轴位置拍摄在旋转台上的对象的光学相机仅要求当对象被拍摄时其位于旋转轴位置。例如，光学相机可以被固定在一个任一位置如装置机架上而当对象被拍摄时旋转台可被放置在正好光学相机的下面。可选择的，光学相机可安排为可移动的并当对象被拍摄时可定位于旋转轴上。然而，根据本发明，当使用这样的安排，即光学相机被保持在旋转台使得一直设置为与旋转轴成一直线，当对象被拍摄时不是必须移动旋转台或光学相机。此外，根据本发明，旋转台的旋转轴不要求与光学相机的光轴完全对准，而光学相机仅要求与旋转轴几乎对准，即，与光学相机的场角相比，与旋转轴对准或在旋转轴附近。

此外，如上所述，在显示部件上显示的区域与实际CT成像可能的区域重合(即，当对象被光学相机拍摄时在该区域CT成像是可能的)。然而，根据本发明，显示在显示部件屏幕上的区域的大小可通过操作员任意改变，并相关于该改变操作，旋转台的位置及/或X射线检测器在X射线光轴方向上的位置可被自动改变，使得在屏幕上的区域和CT成像为可能的该实际区域重合。根据这样的结构，例如，当操作员在屏幕上确认了，例如对象的起始位置不合适并且没被设置在CT成像为可能的区域，仅要求操作以便改变显示在屏幕上的尺寸为覆盖该对象的尺寸，由此旋转台及/或X射线检测器区域根据该操作自动地移动。因而，可能使对象的定位操作(放大改变操作)显著地变得便利。

此外，对于在对象的注意区域获得CT图像的情况，该注意区域定位在旋转中心然后完成对象的CT成像或拍摄，由此能够获得围绕该注意区域的具有高放大率的断层图像。然而，根据本发明，旋转中心被指定在显示于显示部件的屏幕上的对象的光学图像上，或者，移动显示在显示部件上的CT成像为可能的区域。因此，设置在旋转台上的其上安装对象的移动台自动移动，从而该对象自动移动，使得指定在光学图像上的旋转中心或CT成像为可能的区域的移动中心被定位于旋转台的旋转中心上。依照这样的结构，对对象的该注意区域的CT成像步骤可变得便利并得到保证。

附图说明

图1是示出本发明实施例的结构的图示，其中既示出一个示出实施例的机械结构的示意图也示出一个示出实施例的系统结构的框图；

图2是示出在本发明实施例中CT成像为可能的一个区域的显示的例子的解释性图示；

图3是用于解释在本发明实施例中使用正常扫描方法情况下，代表CT成像为可能的区域的圆圈C的尺寸的计算方法的图示；

图4是用于解释在本发明实施例中使用偏移扫描方法情况下，代表CT成像为可能的区域的圆圈C的尺寸的计算方法的图示；

图5是示出本发明另一实施例的结构的图示，其中既示出一个示出实施例的机械结构的示意图也示出一个示出实施例的系统结构的框图；

图6是用于解释图5实施例中的操作的图示，并示出代表X射线源1、X射线检测器2、旋转台3及移动台30的起始安排的状态的示意性平面图；

图7是示出在图6状态中的显示部件14的显示的例子的解释性图示；

图8是用于解释图5实施例的操作的图示，并示出表现当通过在图7的显示部件14的屏幕上指定旋转中心移动移动台30后，各个部分的安排状态的示意性平面图；

图9是示出在图8状态中的显示部件14的显示的例子的解释性图示；

图10是示出当通过改变在图9的显示屏幕的圆圈C的直径，用台驱动机构4移动旋转台3后，各个部分的安排状态的示意性平面图。

图11A和图11B是示出用于工业目的的相关技术X射线CT装置的结构的例子的示意图，其中，图11A示出正视图，图11B示出该装置的平面图。

图12是用于解释在用于工业目的X射线CT装置中，根据正常扫描方法和偏移扫描方法的X射线透射数据的获得方法的图示。

具体实施方式

以下，参考附图解释本发明的一个实施例。

图1是示出本发明实施例的结构的图示，其中既示出一个示出实施例的机械结构的示意图也示出一个示出实施例的系统结构的框图。

X射线检测器2设置为相对X射线源1。用于其上安装对象W的旋转台3设置在X射线检测器2和X射线源1之间。旋转台3安排为绕在z-轴方向延伸的旋转轴R旋转，该z轴方向与沿从X射线源1辐射出的X射线的光轴L延伸的x-轴方向垂直。通过台驱动机构4，旋转台3还能在相互垂直的x-轴、y-轴和z-轴方向上移动。

X射线源1依照从高压产生部件10供应的管电压和管电流产生X射线。高压产生部件10被X射线控制器11控制。旋转台3和台驱动机构4分别地被从台控制器12供应的驱动信号驱动和控制。X射线控制器11和台控制器12在下面描述的CT图像重建计算部件13的控制下。

在CT成像或拍摄时，当X射线辐射到安放在旋转台3上的对象W时，旋转台绕旋转轴R旋转。然后，在旋转台的每一旋转中，CT图像重建计算部件13以微小旋转角度读取从X射线检测器2供给的X射线透射数据。CT图像重建计算部件13基于从X射线检测器供给的对象W的360度的X射线透射数据构建对象W的每个沿与旋转轴R垂直的x-y平面切片的断层图像，并在显示部件14上显示该断层图像。

在旋转台3上方，由CCD(电荷耦合器件)相机和镜头组成的光学相机5设置为沿旋转轴R指向垂直下方。光学相机5通过支柱(未示出)等被连接到台驱动机构4，由此光学相机按照旋转台3在x-轴、y-轴和z-轴方向上的移动而移动，这样光学相机5能总是定位在与旋转台3的旋转轴R对准。

从光学相机5来的图像信号，即旋转台3和安放在旋转台3上的对象W的图像信号被通过采集板(capture board)15a送到计算机15中，并作为图像显示在显示部件14上。计算机15连接CT图像重建计算部件13上。计算机15基于从CT图像重建计算部件13来的旋转台3的x-轴和y-轴的坐标计算出绕旋转轴R的CT成像为可能的区域，并在显示部件14上显示由此被算得的叠加了对象W的图像而该区域。图2示出这样的显示的一个例子。在图2中，这些符号分别代表相应的图像。在图中，显示了被叠加了旋转台3和其上的对象W的图像的代表CT成像为可能的区域的圆圈C。圆圈C的中心和旋转轴R重合。由键盘、鼠标等构成的操作部件16连接到计算机15。通过操作操作部件16可任意改变在显示部件14上显示的代表CT成像为可能的区域的圆圈C的直径。根据该直径的改变，计算机15如下所述自动移动台驱动机构4。

代表CT成像为可能的区域的圆圈C的大小可根据下述的几何计算而计算出来。图3是用于解释在正常扫描方法的情况中的计算方法的图示，而图4是用于解释在偏移扫描方法的情况中的计算方法的图示。

在正常扫描方法的情形中，如图3所示，旋转台3的旋转轴R设置为以便与X射线的光轴L对准。在这种情形中，假定在x-轴方向上X射线源1(以后称为焦点)和旋转轴R之间的距离为A，在x-轴方向上X射线源1和X射线检测器2的光接收表面之间的距离为B，X射线检测器2在y-轴方向上的有效宽度为D，代表CT成像为可能的区域的圆圈C的直径Δ可通过下面的表达式1表达。

表达式1

Δ＝D×A/B

另一方面，在偏移扫描方法的情形中，如图4所示，对象W设置为使得对象W的中心相对旋转轴R在y-轴方向上移位了值Y。偏移值Y如例如下面表达式2设定。

表达式2

Y＝0.8×(D/2)×(A/B)

在这种情形中，代表CT成像为可能的区域的圆圈C的直径Δ可通过下面的表达式3表达。

表达式3

Δ＝D×A/B+2Y

在正常扫描方法和偏移扫描方法中，当对象W的图像被定位在代表CT成像为可能的区域的圆圈C内时，能够获得在z-轴方向上任意位置切片的断层图像。因而，基于如在图2中示例性显示的在显示部件14上的图像，操作者能够直接计算出对象W在目前时间点的位置是否适于获得想要的断层图像。

然后，在对象W的图像没有在代表CT成像为可能的区域的圆圈C内因此不能够获得对象W的完整的断层图像的情形下，或尽管对象W的图像在圆圈C内但对象W的图像比起圆圈C的尺寸太小因此可确定断层图像的放大率较小的情形下，操作者操作操作部件16来改变圆圈C在显示部件上的直径。根据圆圈C的直径的改变，在这个时间点上实际的CT成像为可能的区域不与圆圈C包围的区域重合。然而，由于计算机15驱动台驱动机构14自动地在x-轴方向上相关于圆圈C的直径的改变操作来移动旋转台3，使得圆圈C包围的区域和实际的CT成像为可能的区域重合。旋转台的移动量可通过算得数值A计算出来，A可通过在表达式1和2中替代圆圈C的直径Δ为改变后的直径同时数值B为固定(设定为固定值)而算得。

根据实施例，操作者能够直接计算出在目前时间点上是否旋转台3的位置适于获得对象W的想要的断层图像。此外，仅通过完成改变在显示部件14的屏幕上显示的圆圈C的直径的操作，旋转台3可被自动移动，使得改变后的圆圈C和实际的CT成像为可能的区域重合。这样，能够相当容易地完成设置和改变操作。

虽然前述实施例示出当改变圆圈C的直径时，旋转台3在x-轴方向上移动的例子。甚至X射线检测器2在x-轴方向上移动或旋转台3和X射线检测器2都在x-轴方向上移动，也可获得与前述实施例的相似的效果。

此外，前述实施例以这样的方式构建，即光学相机5固定到台驱动机构4，由此光学相机5也按照台驱动机构4的移动来移动，这样光学相机5总是定位在旋转台3的旋转轴R的正上方。可选择地，光学相机5可固定到装置的例如机架上等等。在这种情况，在拍摄对象W以获得其光学图像时，台驱动机构4被驱动而定位旋转台3的旋转轴R以便其与光学相机5的光轴对准。然后对象W被拍摄以获得其光学图像，对象W的光学图像被储存在存储器中，通过驱动台驱动机构4旋转台3被移动并设置在能够拍摄CT图像的位置。显示部件14可仅显示存在存储器中的对象的图像。可选择地，本发明可这样配置，即提供用于驱动光学相机5在x-轴和y-轴方向上移动的机构，这样在拍摄对象W以获得其光学图像时，光学相机5被移动而与旋转台3的旋转轴R对准。此外，在前述实施例中，虽然光学相机5被设置以便与旋转轴R对准，光学相机5的视场的中心并不要求和旋转轴R完全重合，只要CCD相机的视场的中心几乎与旋转轴R重合就足够了。在这种情况，虽然旋转轴R偏离由光学相机5拍摄的图像的中心，当已知旋转轴R在图像上的位置，通过显示被叠加了光学相机5拍摄的图像的并以旋转轴R的位置为中心的圆圈C，能够获得与前述情况相似的效果。

下面，解释本发明的另一个实施例。图5是示出该实施例的结构的图示，其中既示出一个示出实施例的机械结构的示意图也示出一个示出实施例的系统结构的框图。

这个实施例的特征是提供在旋转台3上的，其上安装对象W并在x-轴和y-轴方向移动对象W的移动台30，以及提供用于自动驱动移动台30的移动台控制器31。除了这些特征这个实施例的其他结构与前述实施例相同，因此省略其详细的解释。

在旋转台3上的移动台30被从移动台控制器31来的驱动信号驱动和控制。移动台控制器31在计算机15的控制下。根据操作者对旋转中心的指定，计算机15如下所述通过移动台控制器31自动移动移动台30。

即，当X射线源1、X射线检测器2、旋转台3和移动台30如图6中的示意性平面图所示的设置时，如图7中即时所示的图像被显示在显示部件14上。在这种情况，当想要获得具有比在当前时间设定的更大的放大率的对象W的注意区域V的断层图像时，操作者操作操作部件16的鼠标等而在显示部件14的屏幕上点击注意区域V由此指定旋转中心。按照该指定，计算机15向移动台控制器31发出命令由此自动地移动移动台30，使得在屏幕上指定的位置被设置的与旋转台3的旋转轴R对准。这个状态如图8中所示。在此状态的显示部件14的屏幕在图9中示出。

接下来，基于代表CT成像为可能的区域的圆圈C的直径的改变，通过自动改变拍摄放大率，而改变该注意区域的拍摄放大率到想要的数值。在这种情况中，通过变小圆圈C的直径，计算机15通过台控制器12驱动并控制台驱动机构4，由此如图10即时所示在x-轴方向和接近X射线源的方向上移动旋转台3。当CT成像在这种状态下完成时，可获得围绕注意区域V的具有较大放大率的断层图像。因而，操作者仅在显示部件14的屏幕上感性地操作鼠标等，然后各个机构就被自动驱动和控制而达到最优的设定状态。

这个实施例示出当注意区域V被定位在与旋转轴R对准时，在显示部件14的屏幕上指定旋转中心的例子。可选的，在显示部件14上显示的代表CT成像为可能的区域的圆圈C可被鼠标等拖动，移动并定位在围绕注意区域V的区域。在这种情况中，计算机15发出命令到移动台控制器31以移动移动台30，使得移动后的圆圈C和旋转轴R重合，由此可获得与前述实施例基本相似的效果。

根据本发明，由于CT成像为可能的区域被叠加了由光学相机拍摄的对象的光学图像而显示，而能够容易并直接地计算出是否对象安放在能完成想要的CT成像或拍摄的位置。

此外，根据本发明，本发明可以以这样的方式构建，即相关于改变显示在屏幕上的CT成像为可能的区域的尺寸的操作，自动移动旋转台及/或X射线检测器，使得改变后的区域与实际的CT成像为可能的区域重合。因而可使对对象的定位操作变得明显便利。

此外，根据本发明，本发明可以以这样的方式构建，即通过指定在显示在屏幕上的对象的光学图像的旋转中心，或通过移动也显示在屏幕上的CT成像为可能的区域，移动台的位置被自动控制使得指定的旋转中心或移动后的CT成像为可能的区域的中心被定位的与实际的旋转台的旋转中心对准。按照这样的结构，可以直接并容易地完成对在对象内的任意注意区域的CT成像步骤。

显然，本领域技术人员可以不脱离本发明精神或范围对所述的本发明优选实施例做出各种修改和变化。因此，本发明被解释为覆盖所有与权利要求的范围及等同物一致的本发明的修改和变化。

Claims (8)

1.一种X射线CT装置，包括：

用于辐射X射线到一个对象上的X射线源；

安排与X射线源相对，用于获得对象的X射线透射数据的X射线检测器；

旋转台，其上保持该对象并绕其与X射线光轴垂直的旋转轴旋转，该旋转台设置在X射线源与X射线检测器之间；

通过使用当转动旋转台时在旋转台预定角度的每个旋转中获得的对象的X射线透射数据，用于获得对象沿垂直于旋转轴的平面的断层图像的图像重建计算部件；

用于从旋转台的旋转轴位置或邻近该旋转轴的位置拍摄安放在旋转台上的对象的光学相机；

基于与X射线源、X射线检测器和旋转台在X射线光轴方向的位置关系相关的信息及与X射线检测器的光接收表面的尺寸相关的信息，用于计算围绕旋转轴CT成像为可能的区域的CT成像区域计算部件；及

用于显示由CT成像区域计算部件计算出的并被叠加由光学相机拍摄的对象的光学图像的区域的显示部件。

2.如权利要求1所述的X射线CT装置，其中光学相机被保持在旋转台上。

3.如权利要求1所述的X射线CT装置，还包括：

操作部件，该操作部件改变了该显示区域的尺寸，且位于所述显示部件的屏幕上；及

控制器，其相关于该操作部件的改变操作，自动地改变旋转台和X射线检测器至少之一的在X射线光轴方向上的位置，使得在屏幕上的区域和实际CT成像为可能的区域重合。

4.如权利要求2所述的X射线CT装置，还包括：

操作部件，该操作部件改变了该显示区域的尺寸，且位于所述显示部件的屏幕上；及

控制器，其相关于该操作部件的改变操作，自动地改变旋转台和X射线检测器至少之一的在X射线光轴方向上的位置，使得在屏幕上的区域和实际CT成像为可能的区域重合。

5.如权利要求1所述的X射线CT装置，还包括：

移动台，其安放在旋转台上并其上安装对象，其在X射线光轴方向和一与X射线光轴方向垂直并也与旋转轴方向垂直的方向上移动，

其中通过在显示部件屏幕上显示的对象的光学图像上指定旋转中心或通过在屏幕上移动显示在显示部件屏幕上的区域来移动移动台，使得在光学图像上指定的旋转中心或移动后的区域的中心定位在旋转台的旋转轴上。

6.如权利要求2所述的X射线CT装置，还包括：

移动台，其安放在旋转台上并其上安装对象，其在X射线光轴方向和一与X射线光轴方向垂直并也与旋转轴方向垂直的方向上移动，

其中通过在显示部件屏幕上显示的对象的光学图像上指定旋转中心或通过在屏幕上移动显示在显示部件屏幕上的区域来移动移动台，使得在光学图像上指定的旋转中心或移动后的区域的中心定位在旋转台的旋转轴上。

7.如权利要求3所述的X射线CT装置，还包括：

移动台，其安放在旋转台上并其上安装对象，其在X射线光轴方向和一与X射线光轴方向垂直并也与旋转轴方向垂直的方向上移动，

其中通过在显示部件屏幕上显示的对象的光学图像上指定旋转中心或通过在屏幕上移动显示在显示部件屏幕上的区域来移动移动台，使得在光学图像上指定的旋转中心或移动后的区域的中心定位在旋转台的旋转轴上。

8如权利要求4所述的X射线CT装置，还包括：

移动台，其安放在旋转台上并其上安装对象，其在X射线光轴方向和一与X射线光轴方向垂直并也与旋转轴方向垂直的方向上移动，

其中通过在显示部件屏幕上显示的对象的光学图像上指定旋转中心或通过在屏幕上移动显示在显示部件屏幕上的区域来移动移动台，使得在光学图像上指定的旋转中心或移动后的区域的中心定位在旋转台的旋转轴上。

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