CN101578513A - X射线透视装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X射线透视装置，无须输入从载台表面到透视目标体的观察点为止的距离，并且，无须事先进行用于求取该距离的校准操作，通过观察作业内的简单的操作，而能够高精度进行倾动跟踪或转动跟踪。在通过采用从载台2的表面到观察点V为止的距离d和从载台2的表面到X射线焦点1a为止的距离z的合计的距离h进行计算，从而求得进行倾动或转动跟踪所需的载台2的移动量使之移动的具有跟踪功能的X射线透视装置中，采用规定值或任意输入值作为距离h的初始值，通过在跟踪后的画面上指定观察点V，从而使用通过跟踪而产生的观察点V的偏移量，来对上述距离h进行更新，从而逐渐提高倾动(转动)跟踪精度。

Description

X射线透视装置

技术领域

本发明涉及X射线透视装置，更具体地，涉及将透视目标体的透视像显示于监视器画面上，或者也可适用于摄像的装置或由该透视像构建CT图像的X射线CT装置的X射线透视装置。

背景技术

在以产业用X射线透视装置为首的X射线透视装置中，通常与X射线源相对向来配置X射线照照相机(2维X射线检测器)，对放置在它们之间的样品等透视目标体成的X射线透视像进行显示或者摄像。

在以产业用X射线透视装置为首的X射线透视装置中，还有这样的结构，即，与X射线源相对向来配置影像增强器和CCD照相机的组合、由FPD(平板检测器)形成的2维X射线检测器(该说明书中它们统称为X射线照相机)，对放置在它们之间的样品等透视目标体的X射线透视像用X射线照相机进行摄像。

在这种X射线透视装置中，通常在X射线源和X射线照相机之间，配置用于定位透视目标体的XY载台，以使透视目标体上的任意的观察点(视点)能够进入X射线照相机的视野内。

另外，在该种X射线透视装置中，还配置有倾动机构，用于使X射线照相机相对X射线源的光轴中心倾动，进一步，在实际应用中，还配置转动机构，以使X射线照相机和XY载台绕着与XY载台正交的轴做相对转动。

然而，在具有倾动机构的X射线透视装置中，通过驱动XY载台将透视目标体所期望的观察点纳入X射线照相机的视野内的状态下，为了能够从不同的角度透视该观察点，通过倾动机构使X射线照相机倾动，这样，观察点就有可能超出X射线照相机的视野之外，由此需要手动操作XY载台以对其进行跟踪。尤其是在以高放大率进行作业时，通过手动操作XY载台跟踪观察点非常困难。另外，在具有转动机构的X射线透视装置中，观察点由于转动而将描绘出圆弧，也有可能超出X射线照相机的视野之外，通过手动操作XY载台对其实现跟踪也很难。

作为解决这样的问题的技术，提案有一种具有倾动跟踪部件的X射线透视装置(参照专利文献1)，在倾动时对应其每个瞬时的倾动角度，通过计算而求得将观察点维持在X射线照相机的视野中心所需要的XY载台的移动量，根据该计算结果自动移动XY载台。

专利文献1：日本特许JP第3613121号公报

然而，根据上述提案技术，尽管透视目标体上的观察点不随倾动机构的驱动而移动，能够在X射线照相机的透视画面上维持例如中央的位置，但是，为此而需要获取透视目标体上的观察点、X射线源(焦点)和该观察点的距离等信息。即，如图3所示意，在例如X射线照相机I的倾动角度为0的状态下，在将透视目标体W的观察点V定位在X射线照相机I的视野中央时，如果X射线照相机I仅倾动θ，为了将观察点V维持在视野中心，将观察点V和X射线源(焦点)S的z方向距离记为h，则需要XY载台T在x方向刚好移动：

a＝h*tanθ    ...(1)

另外，为了防止驱动转动机构时透视目标体W的观察点V描绘圆弧而移动，在画面上指定观察点V的位置时，为了使该画面上的位置和画面的中心(X射线源S的X射线光轴L上的点)反映出实际的观察点V和X射线光轴L的距离，需要知道上述的距离h。

其中，距离h为X射线源(焦点)S和用于载置透视目标体W的载台T的表面的距离z、与载台T的表面和观察点V的距离d的和，其中，距离z为已知量，而距离d通常为未知。

因此，在上述提案中，在载台表面和观察点的距离d为已知的场合中，输入该数值，在未知的场合下，通过如下所示的校准(calibration)来算出X射线源S和观察点V的距离h，使用该计算结果进行跟踪操作。即，在倾动角度为0的状态下，将观察点定位在X射线照相机的视野中心并输入该设置之后，使X射线照相机倾动任意角度，通过手动来移动XY载台T，使观察点V在该倾动状态下重新定位在X射线照相机I的视野中心，并输入该设置。通过操作员如此手动操作，装置一侧计算出透视目标体W的观察点V和X射线源I的距离h，之后，使用该距离h和X射线照相机I的瞬时的倾动角度θ进行计算，自动驱动XY载台T，追踪观察点V以使之时刻维持在X射线照相机I的视野中心。

但是，对于上述的距离的输入操作，或者要求操作员进行用于校准操作而言，存在妨碍平稳观察作业的问题。

发明内容

本发明鉴于上述客观情况而提出，目的在于提供一种X射线透视装置，无须输入载台和透视目标体的观察点所成的距离(观察点高度)，并且，无须进行如上的用于校准操作，而能够正确进行倾动或转动时的跟踪操作。

用于解决课题的手段

为解决上述课题，技术方案1涉及的发明的X射线透视装置，具有：X射线源、配置于由该X射线源射出的X射线入射的位置上的X射线照相机、设于这些X射线源和X射线照相机之间、用于定位载置于其上的透视目标体的XY载台，还具有使上述X射线照相机相对上述XY载台倾动的倾动机构，其特征在于，还具有倾动跟踪部件，该倾动跟踪部件通过利用在上述X射线照相机相对上述XY载台相对倾动时，每一时刻的倾动角度；与上述X射线源和透视目标体的观察点间的距离h而进行的计算，从而计算出为维持观察点位于上述X射线照相机的视野内的状态而需要的XY载台的移动量，以自动移动该XY载台而跟踪上述观察点，还具有跟踪用数据更新部件，该跟踪用数据更新部件对该倾动跟踪部件计算中使用的上述X射线源和透视目标体间的距离h采用规定值或任意的输入值作为其初始值，并且采用在跟踪后的图像上指定观察点而得到的观察点的偏移量，对上述倾动跟踪部件所用的上述距离h进行更新。

其中，在技术方案1涉及的发明中，使X射线照相机相对于上述XY载台倾动，指的是，可以是使X射线照相机在从X射线源射出的X射线的照射范围内倾动的结构、使XY载台在X射线源和X射线照相机之间倾动的结构和使配置成夹持XY载台的X射线源和X射线照相机的对倾动的结构中的任何一种结构。

技术方案2涉及的发明的X射线透视装置，具有X射线源，配置于由该X射线源射出的X射线入射的位置上的X射线照相机、设于这些X射线源和X射线照相机之间、用于定位载置于其上的透视目标体的XY载台，还具有使上述X射线照相机和上述XY载台以与该XY载台正交的轴为中心转动的转动机构，其特征在于，还具有转动跟踪部件，该转动跟踪部件通过采用在上述X射线源和XY载台相对转动时，该每一此刻的转动角度；与上述X射线源与透视目标体的观察点间的距离h而进行的计算，从而计算出为维持观察点位于上述X射线照相机的视野内的状态而需要的XY载台的移动量，以自动移动该XY载台而跟踪上述观察点，还具有跟踪用数据更新部件，该跟踪用数据更新部件对该转动跟踪部件计算中使用的上述X射线源和透视目标体间的距离h采用规定值或任意的输入值作为其初始值的同时，采用在跟踪后的图像上指定观察点而得到的观察点的偏移量，对上述转动跟踪部件所用的上述距离h进行更新。

另外，在技术方案2涉及的发明中，使上述X射线照相机和上述XY载台以与该XY载台正交的轴为中心转动来转动，指的是，可以是使X射线照相机一侧相对于XY载台绕与该XY载台的透视目标体的载置面正交的轴(例如铅直轴)转动的结构、不使X射线照相机转动，而使XY载台整体绕上述轴转动的结构、及进一步，相同地不使该X射线照相机转动，使载置于XY载台上的转动载台转动的结构的任何一种结构。

本发明通过观察动作中的简单的操作而逐渐提高X射线源和透视目标体的观察点的距离h的精度，从而解决了上述课题。

即，在倾动跟踪动作、或者转动跟踪动作中，在XY载台的移动量的计算中需要X射线源和观察点的距离h的场合，采用规定值(实质上为默认值)或任意的输入值(实际上为粗略值)作为该距离的初始值。另外，通过在跟踪动作中得到的图像上指定观察点，从而能够检测跟踪前后观察点的偏移量，通过利用该偏移量，能够计算出该跟踪动作用距离h和相对实际距离的误差，基于该计算结果对跟踪动作中使用的距离h进行更新，从而能够在观察动作中以简单操作进行高精度的自动跟踪。

附图说明

图1为本发明实施方式结构图，为示出机械结构的示意图和示出系统结构的方块图的合起来的图。

图2为示出对本发明实施方式中的跟踪用观察点和X射线源的焦点的距离自动进行更新的程序的内容的流程图。

图3为倾动跟踪用载台的移动量的计算法的例子的说明图。

图4为表示本发明其他实施方式的机械结构的示意图。

图5为用于说明图4的实施方式倾动时观察点高度的误差的计算式的几何示意图。

图6为表示本发明还一个实施方式的机械结构的示意图。

图7为用于说明图6的实施方式倾动时观察点高度误差的计算式的几何示意图。

图8为用于说明图6的实施方式转动时观察点高度的误差的计算式的几何示意图。

符号说明

1  X射线源

1a 焦点

2  XY载台

2a x轴马达

2b y轴马达

3  X射线照相机

4  倾动机构

4a θ轴马达

5  转动机构

5a

轴马达

6  Z轴移动机构

6a z轴马达

10 计算机

10a键盘

10b鼠标

11 显示器

12 控制装置

100支持臂

101柱

W  透视目标体

V  观察点

具体实施方式

下面参照附图对本发明实施方式进行说明。

图1为本发明实施方式结构图，为示出机械结构的示意图和示出系统结构的方块图的合起来的图。

X射线源1配置成X射线光轴L朝向铅直上方，在该上方沿着水平面设置XY载台2。在XY载台2的更上方，相隔期望距离设置X射线照相机3。透视目标体W在载置于XY载台2上的状态下从其下方被照射X射线，透过透视目标体W的X射线入射到X射线照相机3上。X射线照相机3例如采用FPD，将该即时输出读入计算机10中。在计算机10中安装有利用来自X射线照相机3的输出来构筑图像的图像处理程序，将通过该程序构筑的透视目标体W的X射线透视像显示于显示器11上。

X射线照相机3能够通过倾动机构4而对X射线源1的光轴L倾动任意角度。该倾动机构4以用于支持X射线照相机3、以X射线源1的焦点1a为中心呈圆弧状的导向部4a；和使被支持于该圆弧状的导向部4a的X射线照相机3沿着该圆弧状的导向部4a移动的θ轴马达4b为主体而构成。将XY载台2的X轴和Y轴分别取为x轴和y轴，将与它们正交的铅直轴取为z轴，则在倾动机构4的驱动下，X射线照相机3在x-z平面上相对于X射线光轴L正好倾动任意的角度θ。

倾动机构4的圆弧状的导向部4a其自身相对于框架等绕X射线光轴L和位于该轴上的轴被可转动地支持，通过

轴马达5a的驱动，圆弧状导向部4a在支持X射线照相机3的状态下以X射线光轴L为中心转动任意的角度

，这些构成转动机构5。

上述的XY载台2通过x轴马达2a和y轴驱动用马达2b的驱动分别在x轴方向和y轴方向移动，另外，该XY载台2的整体通过z轴移动机构6的z轴马达6a的驱动而能够沿着铅直方向即在相对X射线源1接近/离开的方向上移动。

XY载台2的各轴驱动用马达2a，2b和Z轴移动机构6的z轴马达6a，上述的倾动机构4的θ轴马达4a和转动机构5的

轴马达5b在计算机10的控制下通过控制装置12的驱动信号而运行。

在计算机10中安装有，上述提案等中公知的、基于例如上述(1)式进行计算，在X射线照相机3的倾动时跟踪观察点V的倾动跟踪程序；或者在上述提案等中公知的、在X射线照相机3的转动时为了使观察点V不描画圆弧而静止，使其位于X射线照相机3的视野中心，或者在X射线照相机3转动时与观察点V的圆弧状的轨迹对应而时刻移动XY载台2，防止在图像上的观察点V的移动的转动跟踪程序。在该计算机10连接有，用于操作员输入观察点V的高度(XY载台2的表面和观察点V所成距离)d的键盘10a，和如后述用于在画面上指定观察点V的鼠标10b。

另外，在该计算机10中，如下所示，通过观察作业中的简单的操作，读入对在倾动跟踪和转动跟踪中对所要的X射线源1的焦点1a和透视目标体W上的观察点V的距离h自动进行更新的程序。图2为示出该程序内容的流程图。

在该程序中，事先设定透视目标体W上的观察点V和XY载台2的表面所成的距离d为默认值(例如为0)，在操作员上没有输入该距离d的场合中，作为该距离d的初始值采用该默认值。另外，如果输入d则采用该值。另外，每当有程序的开始时刻、载台的状态变更即XY载台2的移动(含Z轴移动机构6)和X射线照相机3的倾动或转动，均存储载台信息(XY载台2的x，y，z轴的位置信息，X射线照相机3的倾动角度，转动角度)。

另外，在有X射线照相机3的倾动或转动的场合，进行和上述提案相同的跟踪动作，但是，该场合中，XY载台2的移动量的计算中使用的X射线源1和观察点V的距离h为上述观察点V和XY载台2的表面的距离d的初始值和该时刻的XY载台2表面和X射线源1的焦点1a的距离z的和(h＝z+d)。

在该跟踪后的画面上，通过鼠标10b双击观察点V，根据点击位置和画面中心间的距离(轨迹误差)，和来自倾动或转动前存储的载台信息、和X射线照相机3的倾动量/转动量来求取XY载台2的表面和观察点V的距离d的此时使用的值的误差，以更新该距离d。

如果对该计算例进行说明，在有转动操作的场合(有无倾动操作均可)，在取图1所示的坐标轴时，根据在画面上的双击位置来求取观察点V的画面横方向的移动量，考虑显示倍率，换算成X射线照相机3上的移动量Δx。取转动角变化量为

，取XY载台2的高度(X射线源1的焦点1a和XY载台2的表面所成的距离)为z，现在的观察点高度，即从XY载台2的表面到观察点V为止的距离取为d，则观察点高度d的误差δx为

[公式1]

新的观察点高度d为

[公式2]

d←d-δx    ··(3)

利用该更新后的观察点高度d和转动前的载台信息再执行转动跟踪动作。这样，观察点V来到了画面的中央。另外，在下一次的倾动或转动跟踪时也可以使用更新后的距离d。

在无转动操作而仅进行倾动操作的场合，根据画面上的双击位置求取向观察点V的画面纵方向的移动量，相同地考虑显示倍率，换算成X射线照相机3上的移动量Δy。取倾动角的变化量为Δθ，XY载台2的高度为z，现在的观察点高度为d，则观察点高度d的误差δy为

[公式3]

$\mathrm{\δy}=\frac{z+d}{\mathrm{SID}\·\frac{\sin \mathrm{\Δ\θ}}{\mathrm{\Δy}}+\cos \mathrm{\Δ\θ}}..\left(4\right)$

新的观察点高度d因此为

[公式4]

d←d-δy    ··(5)

利用该更新后的观察点高度d和转动前的载台信息再执行倾动跟踪动作。另外，和上述一样，在下一次的倾动或转动跟踪时也可以使用更新后的距离d。

如上所述，即使不全部输入观察点高度d，即使不进行用于求取距离d的校准操作，即使输入d该值也和实际的值不同，只要通过在跟踪后的画面上双击等指定观察点V的位置，d的值就自动更新为正确的值，就能够进行高精度的自动跟踪。

另外，在以上的实施方式中，尽管叙述的是使X射线照相机3转动的转动操作类型的X射线透视装置，但是，使透视目标体W一侧转动的结构，即在XY载台2之上或之下具备转动载台的结构自然也等同适用本发明。

另外，在X射线照相机3倾动时，X射线焦点1a和X射线照相机3的距离SID不变，与此相对，随着X射线焦点1a和观察点V的距离SOD变化而导致透视倍率变化，但是为了将该倍率保持为一定，对应倾动角度来使XY载台2的z方向位置自动发生变化，该功能在上述提案等中已然公知，对于用于该倍率维持的动作也需要上述的距离d，在该距离d更新时，用于透视倍率维持的计算也采用新的距离d的结构当然也是可以的。

这里，本发明就用于载置X射线源和透视目标体的载台和X射线照相机的配置及用于倾动透视的倾动机构而言，并非仅限于上述的实施方式中，也可适用各种类型的装置中。下面针对几个变形例进行说明。另外，在上述的说明中所述的观察点高度的更新用的计算是应用于图1实施方式结构的X射线透视装置的计算，如果对该结构进行变化，则基于同样的考虑，采用对应该结构的计算式即可，针对该计算式进行说明。

在图4示意图示出的例子为X射线源1和X射线照相机3在相对向配置的状态下不移动，设于它们之间的XY载台2倾动的类型的装置。即，X射线照相机3在中心位于X射线源1的X射线光轴L上的状态下不移动，而x轴马达2a和y轴马达2b使之在x轴方向和y轴方向上移动，并且，该XY载台2和前例一样同样被支持于Z轴移动机构6，通过z轴马达6a的驱动而在z轴方向上移动。另外，在该例中，XY载台2通过作为驱动源的倾动机构40使Z轴移动机构6上所支持的θ轴马达40a倾动，使透视目标体W的观察点V能够倾动透视。

在该图4的例子中，针对在使XY载台2倾动时的观察点高度的误差量δ的计算方法，例如可以参照图5的几何学示意图(正面图)，下面将对其进行说明。

取XY载台2的倾动角度的变化量如图所示为Δθ，取此时使用的观察点V和X射线焦点1a所成的距离为SOD(相当于与上述例子中的h)，取到从X射线焦点1a到X射线照相机3的检测面为止的距离为SID，取从XY载台2的表面到观察点V的真实距离为d(真实的观察点高度)，取Δθ倾动前后的观察点V的在X射线照相机3的检测面上的移动量为Δy，则观察点高度d的误差δ可以由下述的(6)式求得。

[公式5]

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{SOD}}{\frac{\mathrm{SID}}{\mathrm{\Δy}}\·\sin \mathrm{\Δ\θ}+\cos \mathrm{\Δ\θ}}..\left(6\right)$

下面针对图6外观图示出的例子进行说明。该例属于这样一种类型的装置，即，X射线源1和X射线照相机3在相互对向的状态下由共同的支持臂100支持，并且，该支持臂100相对柱101以水平轴为中心倾动，从而使X射线源1和X射线照相机3的对相对于透视目标体倾动，由此实现倾动透视。

在该例中，支持臂100相对柱101在z轴方向上移动，同时，在x，y轴方向移动的XY载台2上配置有转动载台20，在该转动载台20上配置有透视目标体。

在该图6的例子中，针对在使支持臂100倾动时的观察点高度的误差量δ的计算方法，例如可以参照图7的几何学示意图(平面图)，下面将对其进行说明。

取支持臂100的倾动中心为O，倾动角度θ如图所示，该倾动角度的变化量设为Δθ。另外，取在倾动角度变化前的时刻设定的观察点V的位置为P，真实的观察点V的位置用Q表示，向观察点V的X射线照相机3的投影位置用Y(PQ)表示。观察点高度的误差δ如图所示。在使倾动角度变化之后，设定的观察点V的位置成为P’，真实的观察点V的位置用Q’表示。在该倾动角度变化之后的观察点V的投影位置成为Y(Q)，相对倾动角度变化前的投影位置Y(PQ)，该位置移动了Δy。和上述一样，该时刻所用的观察点V的设定位置P和X射线焦点21a的距离设为SOD，X射线焦点1a和X射线照相机3的检测面的距离设为SID，则观察点高度的误差δ可以由下述的(8)式求得。

[公式6]

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{SOD}}{\frac{\mathrm{SID}}{\mathrm{\Δy}}\·\sin \mathrm{\Δ\θ}+\cos \mathrm{\Δ\θ}}..\left(7\right)$

接着，针对在该图6所示的装置中，对于使转动载台20转动时的观察点高度的误差δ的计算方法，例如可以参照图8的几何学示意图(平面图)，下面将对其进行说明。

在图8中，在使转动载台20转动前的时刻，将观察点V的设定位置记为P，将观察点V的真实的位置记为Q，将使转动载台20转动

后的观察点V的位置取为Q1。另外，将设定的观察点V的位置和X射线焦点1a的距离取为SOD，X射线焦点和X射线照相机3的检测面的距离取为SID。在使转动载台20转动

时，在观察点V的X射线照相机3的检测面上的移动量取为Δx，则观察点高度的误差δ可以由下述的(8)式求得。

[公式7]

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{SOD}}{\frac{\mathrm{SID}}{\mathrm{\Δx}}\·\sin \mathrm{\Δ\φ}+\cos \mathrm{\Δ\φ}}..\left(8\right)$

[产业上的利用可能性]

例如在通过使用本发明的X射线透视装置，对各种工业产品的内部是否存在缺陷等进行检查中，在透视目标体的透视像上从多个方向透视要关注的观察点的场合，针对倾动跟踪或转动跟踪所需的X射线源和透视目标体的观察点的距离，无须像现有技术的具有跟踪功能的X射线透视装置那样，进行正确的输入，或者进行事先校准等的用于使跟踪功能有效的特别的操作，由于上述的距离通过观察中的简单的操作而能够达到逐渐的高精度化，所以，可平稳地进行观察作业中，能够实现观察作业的效率化。

Claims (2)

1.一种X射线透视装置，具有：X射线源；配置于来自该X射线源的X射线所入射的位置上的X射线照相机；设于这些X射线源和X射线照相机之间、用于定位载置于其上的透视目标体的XY载台；

还具有使上述X射线照相机相对于上述XY载台相对倾动的倾动机构，

还具有倾动跟踪部件，该倾动跟踪部件通过利用在上述X射线照相机相对于上述XY载台相对倾动时每一时刻的倾动角度、与上述X射线源和透视目标体的观察点间的距离(h)而进行的计算，从而计算出为了维持观察点位于上述X射线照相机的视野内的状态所需要的XY载台的移动量，并自动移动该XY载台来跟踪上述观察点，

还具有跟踪用数据更新部件，该跟踪用数据更新部件对由该倾动跟踪部件进行的计算中使用的上述X射线源和透视目标体间的距离(h)采用规定值或任意的输入值作为其初始值，并且利用在跟踪后的图像上指定观察点而得到的观察点的偏移量，对上述倾动跟踪部件所用的上述距离(h)进行更新。

2.一种X射线透视装置，具有：X射线源；配置于来自该X射线源的X射线所入射的位置上的X射线照相机；设于这些X射线源和X射线照相机之间、用于定位载置于其上的透视目标体的XY载台；

还具有使上述X射线照相机和上述XY载台以与该XY载台正交的轴为中心相对转动的转动机构，

还具有转动跟踪部件，该转动跟踪部件通过利用在上述X射线源和XY载台相对转动时每一时刻的转动角度、与上述X射线源与透视目标体的观察点间的距离(h)而进行的计算，从而计算出为了维持观察点位于上述X射线照相机的视野内的状态所需要的XY载台的移动量，并自动移动该XY载台来跟踪上述观察点，

还具有跟踪用数据更新部件，该跟踪用数据更新部件对由该转动跟踪部件进行的计算中使用的上述X射线源和透视目标体间的距离(h)采用规定值或任意的输入值作为其初始值，并且利用在跟踪后的图像上指定观察点而得到的观察点的偏移量，对上述转动跟踪部件所用的上述距离(h)进行更新。

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