CN110621985A - X线计算机断层装置 - Google Patents

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CN110621985A CN201780090704.4A CN201780090704A CN110621985A CN 110621985 A CN110621985 A CN 110621985A CN 201780090704 A CN201780090704 A CN 201780090704A CN 110621985 A CN110621985 A CN 110621985A
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Abstract

在X线源与旋转台13之间，配置有包括形成有标记M的平板21以及支持平板21的支持部22的标记构件。平板21中的标记M的形成位置是设为以下位置：在X线检测器12的检测范围内，在任一标记M不与被摄体的投影像重叠的区域且即便X线焦点移动也一直包含于检测范围内的区域中，标记M彼此的距离最远的位置。另外，支持部22的长度调整为在投影像中，成为平板21及标记M不与被摄体W重叠的X线检测器的检测范围的侧端的位置的长度。

Description

X线计算机断层装置
技术领域
本发明涉及一种以非破坏方式进行各种制品的内部构造的观察及三维形状的测定的X线计算机断层(Computed Tomography，CT)装置。
背景技术
产业用的X线CT装置中，在彼此相向地配置的X线源与X线检测器之间配置载置工业制品等被摄体的旋转台，收集自被摄体的周围各方向的X线投影数据而重建断层图像，由此以三维方式观察所述被摄体的内部构造(参照专利文献1)。由于此种可捕捉被摄体的三维构造的性质，近年来X线CT装置不仅是用于观察用途，而且还用于三维形状测定。
断层图像是根据CT扫描时的X线焦点、被摄体、检测器的几何信息将投影像反投影而重建。因此，对于三维形状测定用的X线CT装置而言，几何信息中产生的误差会导致重建像中产生空间变形，使尺寸测定精度降低。尤其X线焦点在X线照射中因X线管的热膨胀或靶的劣化等而一直变动。例如，若假定X线焦点变动10μm，则在由X线检测器所检测的经放大至100倍的投影像中成为1mm的误差。为了无空间变形地重建被摄体的断层图像使得可以实现作为三维形状测定用的X线CT装置应满足的尺寸测定精度，必须以三维方式检测CT扫描中的X线焦点的位置，校正重建断层图像所必需的信息，或抑制X线焦点的变动。
在专利文献2、专利文献3及非专利文献1中，作为检测CT扫描中的X线焦点的位置的方法，记载有根据标记的投影像求出二维的焦点移动量的技术。另外，在专利文献4中，为了抑制由装置的温度变化影响所致的检测精度的降低，记载有将X线源收容于外壳(housing)内，并通过对外壳内供给温度经调节的气体而将含有X线源的外壳的热冷却的构造。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2005-351879号公报
专利文献2：国际公开2009/036983号
专利文献3：日本专利第3743594号
专利文献4：日本专利第5850059号
[非专利文献]
非专利文献1：菲德烈·窝吉勒尔(Frederik Vogeler)、卫斯理·弗希克(WesleyVerheecke)、安德雷·埃特(Andre Voet)、让-皮埃尔·克鲁斯(Jean-Pierre Kruth)、维姆·迪沃夫(Wim Dewulf)，二维X线计算机断层图像的位置稳定性(Positinal Stabilityof 2D X-ray Images for Computer Tomography)，数字工业放射学及计算机断层国际学术研讨会(International Symposium on Digital Industrial Radiology and ComputedTomography)-Mo.3.3
发明内容
[发明所要解决的问题]
专利文献2所记载的X线焦点的位置检测中，经由检测器所得的标记的投影像大，被摄体的拍摄视野(field of view)被标记所妨碍，故而无法同时拍摄被摄体与标记。因此，在扫描被摄体时，使标记避让。另外，在拍摄标记时，需要使标记在基准位置的配置再现以使标记与检测器的位置关系相同。因此，需要精度高的标记的定位机构，制作方面的负担变大。
非专利文献1所记载的X线焦点的位置检测中，在载置被摄体的旋转台的附近设置不妨碍被摄体的视野的标记，通过将标记与被摄体同时拍摄而可一直检测CT扫描中的X线焦点的位置。然而，所检测的X线焦点的位置仅为检测器面上的两个方向。
专利文献3所记载的X线焦点的位置检测中，通过将标记贴设于被摄体而可同时获得标记与被摄体的投影像，可一直检测CT扫描中的X线焦点的位置。然而，经由检测器所得的投影像中，标记重合于被摄体上，故而标记的检测精度降低，并且标记影响被摄体的断层图像。
另外，即便为了抑制X线焦点的变动而控制X线源侧的温度，也如专利文献4所记载那样，若采用将X线源收容于外壳内并固定，进而将所述外壳连接于冷却装置的构造，则装置的制作成本增高。
本发明是为了解决所述课题而成，其目的在于提供一种X线CT装置，所述X线CT装置可在被摄体的CT扫描中以三维方式检测变动的X线的焦点位置，无空间变形地重建断层图像。
[解决问题的技术手段]
权利要求1所记载的发明为一种X线CT装置，其根据自多个角度对被摄体照射X线所取得的投影数据而重建所述被摄体的断层图像，且所述X线CT装置的特征在于包括：X线源，产生X线；X线检测器，与所述X线源相向地配置，用于检测X线；旋转台，配置于所述X线源与所述X线检测器之间，用于载置所述被摄体；控制装置，根据所述X线检测器所检测出的所述被摄体的投影数据而执行运算处理；以及标记构件，由在至少两处设有标记的平板、及支持所述平板的支持部所构成，且所述标记构件配置于所述旋转台与所述X线源之间的位置，所述位置为在CT扫描的执行中所述标记包含于所述X线检测器的检测范围内的位置，且为所述平板不与所述被摄体的投影像重叠的位置；所述控制装置包括：标记特征点检测部，通过对所述标记的投影像进行图像处理而检测特征点，求出二维X线图像上的所述特征点的座标，所述特征点为通过所述X线源的焦点及所述标记的直线与所述X线检测器交叉的点；以及焦点移动量算出部，使用通过所述标记特征点检测部所求出的两个不同帧的所述特征点的座标，以三维方式算出所述X线源的焦点在获得所述两个不同帧之间移动的量；根据所述X线源的焦点移动量对重建所述被摄体的断层图像时的座标系进行修正。
权利要求2所记载的发明，在权利要求1所记载的X线CT装置中，所述标记构件是以所述平板相对于所述X线检测器的设置角度不变化的方式固定，所述焦点移动量算出部利用所述平板的设置角度信息，以三维方式算出所述X线源的焦点的移动量。
权利要求3所记载的发明，在权利要求1所记载的X线CT装置中，所述标记构件是使所述平板接近所述X线源的X线照射口而配置。
权利要求4所记载的发明，在权利要求1所记载的X线CT装置中，所述标记特征点检测部对所述标记的投影像进行图像处理而求出亮度重心点，将所述亮度重心点设为所述特征点的座标。
权利要求5所记载的发明，在权利要求1所记载的X线CT装置中，所述标记构件的所述平板是由使X线衰减的材料所构成。
权利要求6所记载的发明，在权利要求5所记载的X线CT装置中，所述标记为设于所述平板内的空隙、或形成于所述平板的贯通孔或凹部。
权利要求7所记载的发明，在权利要求5所记载的X线CT装置中，所述标记为配设于所述平板的表面且由使X线衰减的材料所构成的圆柱或圆锥台形状的构件。
[发明的效果]
根据权利要求1至权利要求7所记载的发明，包括具有平板的标记构件，所述平板在至少两处设有用以检测X线焦点位置的标记，在使至少两个标记不与被摄体的投影像重叠的情况下同时扫描，以三维方式检测CT扫描中的X线焦点位置，并根据X线源的焦点移动量对重建断层图像时的座标系进行校正，故而可无空间变形地重建断层图像。因此，可实现作为三维形状测定用的高尺寸测定精度。
根据权利要求2所记载的发明，通过固定平板相对于X线检测器的设置角度，并加入设置角度作为X线的焦点移动量的算出参数，可更准确地求出CT扫描中的X线焦点的位置。
根据权利要求3所记载的发明，标记构件是使平板接近X线源的X线照射口而配置，故而可增大投影像中的标记的放大率。由此，可减小设于平板的标记的大小。
根据权利要求4所记载的发明，通过对标记的投影像进行图像处理而将亮度重心点设为特征点的座标，故而即便在标记的投影像变形的情形时，也可准确地确定特征点的座标。
根据权利要求5至权利要求7所记载的发明，通过设置具有与平板的厚度不同的厚度的标记，可在投影像中在平板的板部分与标记部分使X线穿透强度产生明显的差，容易地进行利用图像处理的特征点的检测。
根据权利要求6所记载的发明，可在平板中容易地形成标记。
附图说明
图1为本发明的X线CT装置的概要图。
图2为对X线检测器12的检测面的标记M的位置进行说明的概要图。
图3为对本发明的X线CT装置的主要控制系统进行说明的区块图。
图4为表示自取得标记M的投影像至重建CT图像的处理的流程图。
具体实施方式
根据图式对本发明的实施方式进行说明。图1为本发明的X线计算机断层(Computed Tomography，CT)装置的概要图。图2为对X线检测器12的检测面的标记M的位置进行说明的概要图。图3为对本发明的X线CT装置的主要控制系统进行说明的区块图。
X线CT装置包括产生X线的X线源11、与X线源11相向地配置的X线检测器12、用以载置被摄体W的旋转台13、及进行X线CT装置总体的控制的控制装置30。控制装置30是由个人计算机40、X线控制器31及台控制器32所构成。
X线源11及X线检测器12通过省略图示的支持机构而固定于压板16。在X线源11与X线检测器12之间，配置有以旋转轴R为中心而旋转的旋转台13。旋转台13通过台移动机构15而在压板16上在沿着X线光轴的方向上移动。通过利用台移动机构15变更旋转台13与X线源11的距离，而变更由X线检测器12所检测的被摄体W的投影像的放大率。再者，此处在本说明书中，如图2所记载，X轴为沿着X线光轴的水平方向，Z轴为上下(铅垂)方向，Y轴为与X轴及Z轴正交的方向。
X线源11具有向X线检测器12以圆锥状照射X线的X线管。根据被摄体W的材质或X线穿透特性，通过X线控制器31而控制供给于X线管的管电压、管电流。X线控制器31处于个人计算机40的控制下。通过X线检测器12所检测的穿透X线像被取入至个人计算机40中。在个人计算机40中，根据投影数据通过CT图像重建部53(参照图3)而构筑以沿着与旋转轴R正交的X-Y平面的面切割的断层图像。
旋转台13及台移动机构15分别具有独立的驱动马达，这些驱动马达是通过自台控制器32供给的驱动信号所控制。台控制器32处于个人计算机40的控制下。
另外，在X线源11与旋转台13之间配置有标记构件20，所述标记构件20是由形成有标记M的平板21、及支持平板21的支持部22所构成。标记构件20配置于较旋转台13更接近X线源11的位置。
平板21是由具有在经支持部22支持的状态下不变形的厚度的薄板所制作。而且，在平板21中在两处设有标记M。在本实施方式中，标记M为在矩形状的平板21的左右对称的位置贯穿设置的贯通孔。再者，也可代替贯通孔，而在平板21的表面配设由与平板21的材料同样的使X线衰减的材料所制作的圆柱或圆锥台形状的构件作为标记M。另外，贯通孔的形状也不限于圆柱孔，也可为孔的内表面倾斜的锥孔。进而，也可不为贯通孔，而通过在平板21中形成凹部而制成标记M，取决于平板21的材质，也可通过在平板内设置空隙(孔隙)而制成标记M。即，标记M只要通过具有与平板21的厚度不同的厚度而可在投影像中获得与平板21的对比度即可，关于标记M的形状，只要在平板21的板部分与标记部分使X线穿透强度产生明显的差即可。另外，在本实施方式中，在两处设有标记M，但也可进一步增加标记M的个数。
平板21固定于支持部22，且使设置角度不变化。在自X线源11的焦点照射X线而取得被摄体W的投影数据时，如图2所示，以标记M包含于X线检测器12的检测范围内的方式，将标记构件20的位置固定于靠近X线源11的一侧。由此，将平板21固定于X线源11的X线照射口前的接近位置。再者，如图2所示，规定平板21的位置的支持部22的长度成为如下长度，即，成为平板21的投影像不与被摄体W的投影像重叠的X线检测器12的检测范围的位置的侧端的长度，所述平板21包含标记M。如此，通过经由支持部22将标记构件20配置于压板16，可与X线源11的框体相独立而将形成有标记M的平板21固定于固定位置。
关于平板21中的标记M的形成位置，在标记M均不与被摄体的投影像重叠的范围内使标记M彼此的远离距离变长，由此后述X线焦点的三维移动量的算出精度变良好。
自X线焦点以圆锥状照射并穿透平板21及旋转台13上的被摄体W的X线是由X线检测器12所检测，检测数据被输入至个人计算机40中。
个人计算机40包括：随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)等存储器41；执行各种运算处理的中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)等运算装置42；保存通过CT扫描所取得的投影数据的硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)等存储装置43；用以向X线控制器31或台控制器32发送控制信号的通信部44。存储器41、运算装置42、存储装置43及通信部44是通过可相互进行数据通信的内部总线61而连接。存储器41中，存储有使运算装置42运行而实现功能的程序。在图3中，将安装于个人计算机40的程序表示为功能区块。本实施方式中，包括标记特征点检测部51、焦点移动量算出部52及CT图像重建部53作为功能区块。另外，在个人计算机40上，经由通信部44而连接有显示通过运算装置42的运行而构筑的断层图像等的显示装置48、及用以对装置给予各种指令的鼠标或键盘等输入装置49。
继而，对在利用所述构成的X线CT装置执行CT扫描时检测扫描中的X线的焦点位置的顺序进行说明。断层图像是根据包含CT扫描时的X线焦点、被摄体W、检测器的位置关系的几何信息将投影像反投影而重建。因此，本发明中，对作为重建断层图像所必需的一个几何信息的X线的焦点位置的移动进行追踪，将移动量反映于断层图像的重建中。图4为表示自取得标记M的投影像至重建CT图像的处理的流程图。
首先，将形成有标记M的平板21配置于X线源11的X线照射口的附近，将标记构件20固定于压板16(步骤S11)。此时，以X线检测器12的检测面与平板21的板面成平行的方式固定标记构件20。由此，固定标记M的位置、平板21相对于X线检测器12的检测面的设置角度。继而，决定成为X线焦点的基准的X线焦点位置(基准焦点位置)(步骤S12)。再者，X线焦点位置为X线源11的X线管中热电子碰撞靶而产生X线的位置，且在本说明书中视作一个点。
取得基准焦点位置时的标记M的投影像(步骤S13)，根据所得的投影像检测标记M的特征点(步骤S14)。即，在开始对被摄体W进行CT扫描之前，取得X线管发生热变形之前的成为基准的X线焦点位置时的标记M的特征点(基准标记特征点)的位置。
标记M的特征点为通过X线焦点及标记M的直线与X线检测器12的检测面交叉的点。将对由X线检测器12所得的投影像进行图像处理而决定的标记M的投影像的亮度重心点设为特征点的座标。再者，标记M的投影像的亮度重心点为二维X线图像上的点，标记M的特征点的移动是以所述X线检测器12的检测面即u-v平面座标的矢量表示。另外，通过将标记M的特征点的座标设为亮度重心点，即便因与X线对标记M的入射角的关系而形成于平板21的圆形的标记M在投影像中变形为椭圆形，也可准确地求出标记M的特征点的座标。
继而，一面同时拍摄被摄体W与标记M一面进行扫描(步骤S15)。在CT扫描时，一面自X线源11照射X线，一面使载置被摄体W的旋转台13旋转，将每隔既定的旋转角度自X线检测器12输入至个人计算机40的投影像作为帧数据而存储于存储装置43中。再者，所谓帧数据，为投影像的一个画面的数据，依照获得时刻的顺序而存储于存储装置43中。
通过对所得的投影像进行图像处理，而检测标记M的特征点(步骤S16)。在CT扫描中，收集与所设定的扫描模式下设定的视图(view)数相应的取样间距(sampling pitch)所对应的投影数据。扫描中，自多个角度对被摄体W照射X线，但由于平板21相对于X线检测器12的位置被固定，故而自各帧获得标记M的投影像。若伴随着扫描的经过而X线焦点位置因X线管的热变形等而移动，则所述移动可作为X线检测器12的检测面的u-v平面座标上的标记M的特征点的移动而观察到。通过对帧数据执行图像处理，而检测不同两个帧的标记M的特征点(步骤S16)。再者，标记M的特征点的检测可对所有帧数据执行，也可对以既定间隔提取的帧数据进行。即，只要可在后述步骤S17中，计算标记M的特征点在两个不同的帧间以何种程度移动即可。
再者，步骤S14及步骤S16中的标记M的特征点的检测是通过运算装置42执行自存储器41的标记特征点检测部51读入的程序而实现。
根据步骤S14中所得的X线焦点位于基准位置时的标记M的特征点的矢量、及步骤S16中所得的CT扫描中的某一帧的标记M的特征点的矢量，求出特征点以何种程度向哪个方向移动(步骤S17)。即，根据经过某时间后的标记M的特征点的座标位置的变化，算出X线焦点在所述时间内以何种程度的量向哪个方向移动。所述X线焦点移动量的算出是通过运算装置42执行自存储器41的焦点移动量算出部52读入的程序而实现。
再者，在本实施方式中，也可求出两个标记M的特征点的位置，并根据两个标记M的位置关系与各标记M的特征点的移动量，计算X线焦点的沿着X线光轴的方向(X方向)的移动。如此，可使用至少两个标记M在两个不同的帧中检测出的特征点的座标，也包括移动方向而以三维方式算出X线的焦点在所述时间内移动的量。
所述X线CT装置中，相对于CT扫描中的X线检测器12的检测面而将平板21的板面大致平行地设置。因此，在算出X线焦点的移动量时，即便不特别将设置角度信息设定为参数，也可算出CT扫描中的X线焦点的移动量。
另一方面，在X线焦点的移动量的三维算出中，也可加入平板21相对于X线检测器12的检测面的设置角度作为参数。平板21相对于X线检测器12的检测面的设置角度越偏离平行，两个标记M各自与X线检测器12的检测面的距离越产生差，投射像中的两者的放大率越不同。在X线焦点的空间移动的检测中，通过利用作为已知参数而预先取得的设置角度信息，可进一步提高X线焦点移动的检测精度。
关于平板21相对于X线检测器12的检测面的设置角度，例如只要在将标记构件20固定于压板16时，使用激光位移计等而取得即可。再者，对于等同于如本X线CT装置那样将X线源11与X线检测器12的位置固定，将CT扫描中的标记构件20的位置固定于压板16的状态的装置而言，配置X线检测器12及标记构件20以后，在使用X线CT装置时其设置角度不变化，故而使用激光位移计等的设置角度信息的取得只要进行一次便可。
若求出X线的焦点移动量，则根据所述焦点移动量而修正CT图像重建的座标系(步骤S18)。X线的焦点位置为重建断层图像所必需的一个几何信息，通过根据焦点移动量来修正CT图像重建的座标系，而修正CT扫描中的几何信息的误差。然后，执行CT图像重建(步骤S19)，重建被摄体W的断层图像。再者，CT图像重建的座标系的修正(步骤S18)及CT图像重建的执行(步骤S19)是通过运算装置42执行自存储器41的CT图像重建部53读入的程序而实现。
如上文所述那样，本发明的X线CT装置中，一面将至少两个标记M与被摄体W同时拍摄一面进行CT扫描，以与被摄体W的投影数据相同的时间轴检测标记M的特征点，由此以三维方式检测CT扫描中的X线焦点位置。由此，可将CT扫描中的X线焦点的移动反映于断层图像的重建中，故而可无空间变形地重建断层图像。因此，也可将本发明的X线CT装置用于要求高尺寸测定精度的三维形状测定用。
[符号的说明]
11：X线源
12：X线检测器
13：旋转台
15：台移动机构
16：压板
20：标记构件
21：平板
22：支持部
30：控制装置
31：X线控制器
32：台控制器
40：个人计算机
41：存储器
42：运算装置
43：存储装置
44：通信部
48：显示装置
49：输入装置
51：标记特征点检测部
52：焦点移动量算出部
53：计算机断层图像重建部
M：标记
W：被摄体。

Claims (7)

1.一种X线计算机断层装置，根据自多个角度对被摄体照射X线所取得的投影数据而重建所述被摄体的断层图像，且所述X线计算机断层装置的特征在于包括：
X线源，产生X线；
X线检测器，与所述X线源相向地配置，用于检测X线；
旋转台，配置于所述X线源与所述X线检测器之间，用于载置所述被摄体；
控制装置，根据所述X线检测器所检测出的所述被摄体的投影数据而执行运算处理；以及
标记构件，由在至少两处设有标记的平板、及支持所述平板的支持部所构成，且所述标记构件配置于所述旋转台与所述X线源之间的位置，所述位置为在计算机断层扫描的执行中所述标记包含于所述X线检测器的检测范围内的位置，且为所述平板不与所述被摄体的投影像重叠的位置；
所述控制装置包括：
标记特征点检测部，通过对所述标记的投影像进行图像处理而检测特征点，求出二维X线图像上的所述特征点的座标，所述特征点为通过所述X线源的焦点及所述标记的直线与所述X线检测器交叉的点；以及
焦点移动量算出部，使用通过所述标记特征点检测部所求出的两个不同帧的所述特征点的座标，以三维方式算出所述X线源的焦点在获得所述两个不同帧之间移动的量；
根据所述X线源的焦点移动量对重建所述被摄体的断层图像时的座标系进行修正。
2.根据权利要求1所述的X线计算机断层装置，其中所述标记构件是以所述平板相对于所述X线检测器的设置角度不变化的方式固定，
所述焦点移动量算出部利用所述平板的设置角度信息，以三维方式算出所述X线源的焦点的移动量。
3.根据权利要求1所述的X线计算机断层装置，其中所述标记构件是使所述平板接近所述X线源的X线照射口而配置。
4.根据权利要求1所述的X线计算机断层装置，其中所述标记特征点检测部对所述标记的投影像进行图像处理而求出亮度重心点，将所述亮度重心点设为所述特征点的座标。
5.根据权利要求1所述的X线计算机断层装置，其中所述标记构件的所述平板是由使X线衰减的材料所构成。
6.根据权利要求5所述的X线计算机断层装置，其中所述标记为设于所述平板内的空隙、或形成于所述平板的贯通孔或凹部。
7.根据权利要求5所述的X线计算机断层装置，其中所述标记为配设于所述平板的表面且由使X线衰减的材料所构成的圆柱或圆锥台形状的构件。
CN201780090704.4A 2017-07-03 2017-07-03 X线计算机断层装置 Active CN110621985B (zh)

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