JP2001330568A - コンピュータ断層撮影方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】撮影の高速化あるいは画像の高品質化に寄与す
ること。 【解決手段】放射線ビームを放射する放射線源1と、放
射線源1からの放射線ビーム2を２次元の空間分解能をも
って検出する放射線検出器3と、放射線ビーム2内で被検
体4を相対回転させる回転手段5,6と、回転手段5,6によ
る回転中に放射線検出器3で得られた被検体4の多方向か
らの２次元透過データを、それぞれ３次元像の各体積素
に回転面にほぼ平行な少なくとも一つの方向の計算ルー
プの内側に回転軸方向の計算ループをもって逆投影して
被検体4の３次元像を作成する再構成手段9とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非破壊検査装置の
うちのコンピュータ断層撮影方法および装置に係り、特
に撮影の高速化、あるいは画像の高品質化に寄与し得る
ようにしたコンピュータ断層撮影方法および装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型電子部品等を高分解能で検査
することを目的として、高分解能型の産業用のコンピュ
ータ断層撮影装置（以下、ＣＴスキャナ）が製作される
ようになってきている。

【０００３】図１３は、この種の従来の高分解能型ＣＴ
スキャナのシステム構成例を示す概要図であり、これは
透過像と断面像の両方が得られるものである。

【０００４】図１３において、Ｘ線管101と、このＸ線
管101から放射されるコーン状のＸ線ビーム102を２次元
の空間分解能をもって検出する検出器103が対向して配
置され、このＸ線ビーム102中の被検体104の透過像を得
るようになっている。

【０００５】透過像は、リアルタイムで動画像として表
示することもできれば、データ処理部109で加算してノ
イズを低減させて表示することもできる。

【０００６】回転テーブル105および回転昇降機構106
は、シフト機構107によりＸ線管101に近づけたり遠ざけ
たりされ、撮影距離が変更され、撮影距離を小さくした
場合、撮影倍率を上げることができる。

【０００７】断面像を撮影する場合には、回転テーブル
105上の被検体104を回転昇降機構106により回転させな
がら多数の透過像を得る。

【０００８】この多数の透過像をデータ処理部109で処
理して、回転軸112に直交する撮影面111を通る透過像か
ら、この撮影面111上の断面像を得る。

【０００９】その再構成法としては、主に例えば「ＣＴ
スキャナ」（岩井喜典編:コロナ社）等に示されている
フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ法）が用いられる。

【００１０】被検体104の断面像位置の変更は、被検体1
04を回転軸112方向に昇降させて行なうが、回転テーブ
ル105を同時に回転および昇降させるヘリカルスキャン
を行なって、１回の撮影で撮影面111にほぼ平行な複数
の断面像（３次元像）を得る方法もある。

【００１１】さらに、ヘリカルスキャンを行ない、なお
かつ撮影面111の外を通る透過像も使って撮影断層面111
にほぼ平行な複数の断面像を得る方法もある。

【００１２】この時の再構成法としては、ＦＢＰ法の応
用として、例えば次のような文献に記載されている。

【００１３】（文献１）「ＣＴ装置」（株）東芝 荒舘
博、南部 恭二郎、“特開平4-224736号公報” ここにある第１の再構成法は、撮影面111の外を通る透
過像面が撮影面111に対して傾斜するのを平行面と見な
して逆投影しているため、若干、回転軸112方向の分解
能が低下するのに対して、同文献にある第２の再構成法
は、傾斜に従って逆投影しているため、回転軸112方向
の分解能を上げることができる。

【００１４】この第２の再構成法は、下記の文献に記載
されている方法（フェルドカンプ法）をヘリカルスキャ
ンに対して適用したものと言える。

【００１５】（文献２）“Practica1 cone-beam algori
thm”L．A．Fe1dkamp, L．C.Davis,and J.W．Kress J.0
pt.Soc.Am./Vol.1,No.6,pp.612-619/June1984

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近では、
ＣＴスキャナを用いた検査に対する要求が強く、被検体
の種類や検査内容も拡大しつつある。このため、画質の
高品質化の要求や撮影の高速化の要求が、益々高くなる
傾向にある。

【００１７】しかしながら、上述した従来の高分解能型
ＣＴスキャナで、コーン状のＸ線ビーム102を用いて、
複数の断面像を一回のスキャンで得る場合、断面像の再
構成に要する時間が長く、撮影の高速化のネックになる
という問題がある。

【００１８】また、前述した文献１、文献２等には、コ
ーン状のＸ線ビーム102を用いた(また同時にヘリカルス
キャンした)場合の具体的な再構成の高速化の手法につ
いては記載されていない。

【００１９】一方、上述した従来の高分解能型ＣＴスキ
ャナでは、被検体104をＸ線の焦点に近づけることで、
高分解能の画像が得られる特徴を有しているが、他方フ
ァン状ではなくコーン状のＸ線ビーム102が被検体104に
照射されることから、被検体104で散乱されて検出器103
に入射する散乱Ｘ線が増加し、被検体104によっては断
面像が不鮮明になり、十分な検査が行なえないという問
題がある。

【００２０】また、被検体104により、柔らかく変形し
易い場合等があり、撮影中に動きが生じて断面像が不鮮
明になるという問題がある。

【００２１】さらに、任意に選択した撮影条件によって
は、再構成のフィルタ関数が不適当で、ノイズの大きい
画像になってしまうことがある。そして、このような場
合には、フィルタ関数を再度選択して再構成し直してい
る。

【００２２】本発明の目的は、撮影の高速化あるいは画
像の高品質化に寄与することが可能なコンピュータ断層
撮影方法および装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に対応する発明のコンピュータ断層撮影
装置は、放射線ビームを放射する放射線源と、放射線源
からの放射線ビームを２次元の空間分解能をもって検出
する放射線検出器と、放射線ビーム内で被検体を相対回
転させる回転手段と、回転手段による回転中に放射線検
出器で得られた被検体の多方向からの２次元透過データ
を、それぞれ３次元像の各体積素に回転面にほぼ平行な
少なくとも一つの方向の計算ループの内側に回転軸方向
の計算ループをもって逆投影して被検体の３次元像を作
成する再構成手段とを備えている。

【００２４】従って、請求項１に対応する発明のコンピ
ュータ断層撮影装置においては、回転面にほぼ平行な面
内での一つの体積素への逆投影係数が、その体積素を通
る回転軸にほぼ平行な線上の複数の体積素への逆投影に
共通に使用できるため、再構成を高速で行なうことがで
きる。

【００２５】また、請求項２に対応する発明のコンピュ
ータ断層撮影装置は、上記請求項１に対応する発明のコ
ンピュータ断層撮影装置において、再構成手段は、２次
元透過データを３次元像の体積素の回転軸にほぼ平行な
一つの面にほぼ平行なセンタリング面上に逆投影（２次
元センタリング）し、当該センタリング面上の値を当該
センタリング面にほぼ平行な体積素の集合毎に各体積素
に逆投影するようにしている。

【００２６】従って、請求項２に対応する発明のコンピ
ュータ断層撮影装置においては、第２の逆投影が平行面
間の逆投影となるため、逆投影係数の計算時間が短縮で
き、再構成を高速で行なうことができる。

【００２７】さらに、請求項３に対応する発明のコンピ
ュータ断層撮影装置は、上記請求項１または請求項２に
対応する発明のコンピュータ断層撮影装置において、放
射線ビーム内で被検体を回転の軸方向に相対移動（並
進）させる並進手段を付加し、回転手段による回転と並
進手段による並進とをほぼ同時に行ないながら透過デー
タを収集するようにしている。

【００２８】従って、請求項３に対応する発明のコンピ
ュータ断層撮影装置においては、被検体の回転軸方向の
広い領域にわたる３次元像を一度に得ることができる。

【００２９】さらにまた、請求項４に対応する発明で
は、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応す
る発明のコンピュータ断層撮影装置において、再構成手
段は、２次元透過データを回転の軸位置で０．５、当該
回転の軸に直交する左右側に傾きが対称な０から１まで
変化する傾斜部を有し、当該傾斜部の外は片側が０逆側
が１である窓関数を掛ける窓関数掛け部を有している。

【００３０】従って、請求項４に対応する発明のコンピ
ュータ断層撮影装置においては、大きな被検体を撮影す
る目的で、放射線検出器の検出する放射線ビームの端部
に回転中心を設定して、この端部側のビーム外に被検体
をはみ出させて透過データを得る(オフセットスキャン)
場合に、窓関数を掛けることで投影データの急激な変化
が避けられ、偽像(リング状)の少ない３次元像を得るこ
とができる。また、データ列を再編成(パラレルデータ
への変換等)することが不要となり、再構成を高速で行
なうことができる。

【００３１】一方、請求項５に対応する発明のコンピュ
ータ断層撮影装置は、放射線ビームを放射する放射線源
と、放射線源からの放射線ビームを２次元の空間分解能
をもって検出する放射線検出器と、放射線ビーム内で被
検体を相対回転させる回転手段と、回転手段による回転
中に放射線検出器で得られた被検体の多方向からの２次
元透過データから被検体の断面像を作成する再構成手段
と、放射線ビームを回転面に沿ったファンビームに制限
するコリメータと、コリメータにより遮られた通路の透
過データを用いて、遮られなかった透過データの散乱放
射線の補正を行なう散乱線補正手段とを備えている。

【００３２】従って、請求項５に対応する発明のコンピ
ュータ断層撮影装置においては、遮られた通路の透過デ
ータから散乱放射線のみの強度が得られ、遮られなかっ
た透過データからこの透過データの２次元位置に近い遮
られた通路の透過データを差し引くことで散乱線補正が
でき、高品質な断面像を得ることができる。

【００３３】一方、請求項６に対応する発明のコンピュ
ータ断層撮影方法は、放射線ビームを放射する放射線源
と、放射線源からの放射線ビームを２次元の空間分解能
をもって検出する放射線検出器と、放射線ビーム内で被
検体を回転させる回転手段と、回転手段による回転中に
放射線検出器で得られた被検体の多方向からの２次元透
過データから被検体の断面像を作成する再構成手段とを
備えたコンピュータ断層撮影装置を用いて、撮影前に被
検体に一定速度の回転を行なわせる工程と、一定速度の
回転を保ったまま２次元透過データを収集して３次元像
あるいは断面像の撮影を行なう工程とを備えている。

【００３４】従って、請求項６に対応する発明のコンピ
ュータ断層撮影方法においては、一定速度回転を続け
て、その後に回転速度を変えずに撮影するため、変形し
易い被検体でも動きを終息させて撮影でき、高品質な３
次元像を得ることができる。

【００３５】一方、請求項７に対応する発明のコンピュ
ータ断層撮影装置は、放射線ビームを放射する放射線源
と、放射線源からの放射線ビームを空間分解能をもって
検出する放射線検出器と、放射線ビーム内で被検体を回
転させる回転手段と、回転手段による回転中に放射線検
出器で得られた被検体の多方向からの透過データから被
検体の断面像を作成する再構成手段とを備え、再構成手
段は、透過データの信号ノイズ比に基づいてフィルタ関
数を選択しフィルタ補正逆投影して３次元像を作成する
ようにしている。

【００３６】従って、請求項７に対応する発明のコンピ
ュータ断層撮影装置においては、撮影倍率や管電圧、管
電流、スキャン時間等の撮影条件を任意に変更しても、
透過データの信号ノイズ比でフィルタ関数を選択するた
め、画像ノイズと空間分解能との関係が最適な断面像を
得ることができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３８】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態によるＣＴスキャナのシステム構成例を示す概要図で
ある。

【００３９】図１において、放射線源であるＸ線管1と
しては、放射するＸ線ビーム2の焦点Ｆが数ないし数十
μｍのマイクロフォーカスＸ線管を用い、放射線検出器
3にはフォトダイオードアレイにシンチレータを貼り付
けたＸ線平面固体検出器（またはＸ線l.l.（像増強管）
とテレビカメラのもの）を用いている。

【００４０】Ｘ線管1および放射線検出器3は対向して配
置され、フロアに図示しない支持部材で支持されてい
る。

【００４１】被検体4は、回転テーブル5上に載置され、
回転・昇降機構6でＸ線ビーム2内で撮影面11に沿って回
転されると共に、撮影面11に直角に昇降される。

【００４２】また、被検体4は、回転テーブル5と回転・
昇降機構6と共にフロアに支持されたシフト機構7によ
り、撮影面11に沿ってＸ線管1と放射線検出器3との間を
移動して、撮影倍率が変更される。

【００４３】なお、図示していないが、上記機構の部分
はＸ線遮蔽で囲われている。

【００４４】一方、構成要素として、他に、放射線検出
器3からの透過像を処理するデータ処理部9と、処理結果
等を表示する表示部10と、データ処理部9からの指令で
機構部を制御する機構制御部8と、Ｘ線管1の管電圧、管
電流を制御するＸ線制御部13等を備えている。

【００４５】データ処理部9および表示部10は通常のコ
ンピュータで、ＣＰＵ、メモリ、ディスク、キーボー
ド、インターフェース等からなり、断層撮影のシークェ
ンスやデータから３次元像を再構成するソフトウエア等
を記憶している。

【００４６】操作者は、データ処理部9および表示部10
を用いて、メニュー選択や条件設定、機構部手動操作、
断層撮影の開始、装置のステータス読取、３次元像の表
示、３次元像の解析等を行なう。

【００４７】データ処理部9は、放射線検出器3からのデ
ジタルデータを処理する空気補正部14と、ＬＯＧ変換部
15と、再構成部16とを備えてなり、さらに再構成部16
は、フィルタ掛け部16aと体積ＢＰ部16bとからなる。

【００４８】次に、以上のように構成した本実施の形態
によるＣＴスキャナの作用について説明する。

【００４９】図１において、透過像を得る場合には、操
作者は被検体4をテーブル5に載せ、管電圧と管電流を設
定してＸ線をONし、透過像を表示部10に表示させる。

【００５０】３次元像の場合には、回転・昇降機構6で
被検体4を昇降させ、検査位置中心を撮影面11に合わせ
る。

【００５１】これは、透過像を見ながら行なうこともで
きる。

【００５２】断層撮影を開始すると、回転テーブル5が
回転し、この間にデータ処理部9により透過像が収集さ
れ、360°方向で△φ間隔で得られた撮影面11近傍の透
過データから、この面近傍の３次元像が再構成され、表
示部10に表示される。

【００５３】まず、透過像は空気補正部14で、あらかじ
め収集してある被検体4のない場合のデータｄaとの比が
取られることで、チャンネル毎に利得補正がなされる。

【００５４】 ｈ＝（ｄ−doff）／（ｄa−doff） ・・・（１） ここで、doffはＸ線OFF時のデータである。

【００５５】次に、チャンネル毎にＬＯＧ変換部15で対
数変換され、吸収係数の線積分に相当する投影データｐ
に変換される。

【００５６】ｐ＝ＬＯＧ（１／ｈ） ・・・（２） 回転角φでのｎ，ｍチャンネルの投影データをｐφ
（ｎ，ｍ）と記載して、次にフィルタ掛け部16aで撮影
面11に沿ったｎ方向に高域強調のフィルタを掛ける。

【００５７】これは、ｎ方向にフーリエ変換して周波数
空間で周波数にほぼ比例するフィルタ関数を掛け、逆フ
ーリエ変換で戻すことで行なわれる。

【００５８】次に、体積ＢＰ部16bで、各体積素（ボク
セル）に逆投影される。

【００５９】この逆投影処理について、図２に示す幾何
図、および図３に示すフロー図を用いて説明する。

【００６０】なお、既出の符号および図より明らかな符
号の説明については省略する。

【００６１】図２（ａ）および（ｂ）は、被検体4に固
定した座標ｘ,ｙ,zで見たＸ線焦点Ｆと検出面17の位置
である。Ｆの回転角をφとする。

【００６２】再構成する体積の各ボクセルをi,j,kで番
号づけ、ボクセルサイズを△ｘ,△y,△zとする。

【００６３】ここで、△yは△ｘと等しく設定し、△zも
△ｘと等しくすることが好ましい。

【００６４】次に、図３において、ステップS1で360°
分のφループとなり、ステップS2でＦのｘ，ｙ座標ｘF,
ｙFが計算され、 ｘF＝ＦＣＤ・sinφ ・・・（３） ｙF＝ＦＣＤ・cosφ ・・・（４） ＦＣＤ:焦点、回転中心間距離ステップS3,S4でボクセル
j,iのループに入り、ステップS5でnij,△mij, Ｌ²を求
める。

【００６５】 ｎij,ｍijk:ボクセルi,j,kにＢＰされるチャンネル番号 △ｍij:kが１増加したときのｍijkの増分 １／Ｌ²:ＢＰウエイト ｘ＝（ｉ−ｉc）・△ｘ ・・・（５） ｙ＝（ｊc−j）・△y ・・・（６） △ｘ,△y,△z:ボクセルサイズ φ'＝arctan（（ｘF−ｘ）／（ｙF−y）） ・・・（７） θ=φ−φ' ・・・（８） ｎij＝ｎｃ＋ＦＤＤ・tanθ/ｄ ・・・（９） Ｌ²＝（（ｘF−ｘ）²＋（ｙF−y）²）／ＦＣＤ² ・・・（１０） △ｍij＝ＦＤＤ／（√（Ｌ²）・ＦＣＤ・cosθ）・△z/ｄ ・・・（11 ） ｄ:チャンネル間隔 ＦＤＤ:焦点、検出面間距離 ステップS5で、さらにｍijkの初期値を設定する。

【００６６】 ｍijk＝ｍｃ＋（ｋs−ｋc）・△ｍij ・・・（12） 次に、ステップS6でｋループに入り、ステップS7でボク
セルi,j,kへのたし込みを行なう。

【００６７】 ｐbp（i,j,k）＝ｐbp（i,j,k）＋ｐφ（ｎij,ｍiｊk） ／（Ｌ²＋（ｋc−ｋ）²・△z²／ＦＣＤ²） ≒ｐbp（i,j,k）＋ｐφ（ｎij,ｍijk）／Ｌ² ・・・（13） ここで、ｎijとｍijkは一般に整数とならないので、補
間計算を行なう。

【００６８】次に、ステップS8で、次のｋのためにｍij
kを更新する。

【００６９】ｍijk＝ｍijk+△ｍij ・・・（14） ステップS9,S10,S11でｋ,ｉ,ｊについて繰り返すことで
体積全体についてたし込み、ステップS12でφを繰り返
し一つの体積に逆投影をたし込んで逆投影処理が終わ
り、体積の３次元像ができる。

【００７０】以上の逆投影処理の説明では、説明をわか
り易くするため最速な計算式になっておらず、式はルー
プ外に出せる部分を多く含んでいる。

【００７１】上述したように、本実施の形態によるＣＴ
スキャナでは、回転軸12方向のボクセルのループ、すな
わちｋループを最内としているので、対応チャンネルｎ
ij,ｍijk（あるいは△ｍij）の計算をｋループ内で共通
にできるため、前述した従来のように、ｋループをi,j
ループの外側にする場合よりも計算に無駄が無くなる。

【００７２】また、データを収集した順に他のデータを
待つことなく再構成できるため、再構成速度を上げるこ
とが可能となる。

【００７３】さらに、撮影面11からの傾斜に従って逆投
影しているため、回転軸12方向の分解能を上げることが
可能となる。

【００７４】（第１の実施の形態の変形例）ＢＰウエイ
トは、１／Ｌ²以外にさらに図４で示すように、回転角
によるウエイトｗ(φ)を掛けるようにしてもよい。

【００７５】この場合、360°＋２αの回転の間、デー
タ収集を行なう。このウェイトを掛けると、360°の回
転の前後が平均されるため、撮影中に被検体4が回転テ
ーブル5上で微動しても偽像が生じ難くなる。

【００７６】ウェイトｗ(φ)は、傾斜部が曲線でもよ
い。すなわち、360°ずらしたものと加算した時１にな
るようになっていればよい。

【００７７】（第２の実施の形態）本実施の形態による
ＣＴスキャナのシステム構成は前記図１と同様であり、
体積ＢＰ部16bによる逆投影処理の方法のみが異なって
いる。

【００７８】従ってここでは、本実施の形態のＣＴスキ
ャナの逆投影処理（作用）について、図５および図６に
示す幾何図、および図７に示すフロー図を用いて説明す
る。

【００７９】なお、既出の符号および図より明らかな符
号の説明については省略する。

【００８０】図５は、被検体4に固定した座標ｘ,ｙ,zで
見たＸ線焦点Ｆと検出面17の位置である。Ｆの回転角を
φとする。

【００８１】図６も同様で、再構成する体積の各ボクセ
ルをi,j,kで番号づけ、ボクセルサイズを△ｘ,△y,△z
とする（△y=△ｘ）。

【００８２】次に、図７において、ステップS1で360°
分の投影データｐは90°分ずつのクオータに分けられ、
ステップS2で最初の90°分のφc（計算回転角）ループ
となり、ステップS3でデータ収集回転角φを計算する. φ=φｃ＋ｎｑ・π／２ ・・・（15） ｎｑ:クオータ番号 ステップS4で、φが収集中のφであるか判定して頭だ
し、あるいは終了を行なう。

【００８３】ステップS5で、Ｆのｘ，ｙ座標ｘF,ｙFが
計算される。

【００８４】 ｘF＝ＦＣＤ・sinφc ・・・（16） ｙF＝ＦＣＤ・cosφc ・・・（17） 次に、ステップS6〜ステップS11でセンタリングを行な
う。

【００８５】図５において、センタリングは検出面17上
のデータをｘｚ平面上のｐｑマトリックスに逆投影する
処理である。

【００８６】ステップS6でｐループに入り、ステップS7
でｎpを求める。

【００８７】 ｘo＝（ｐ−ｐc）・ｃp ・・・（18） ｘ1=ｘo・cosφc ・・・（19） ｍａｇ1＝ＦＤＤ／√（（ｘF−ｘo）²＋ｙF²−ｘ1²）） ・・・（20） ｎp＝ｎc＋ｘ1・ｍａｇ１／ｄ ・・・（21） ｎp，ｍpq:マトリックスp,qにBPされるチャンネル番号 ｃp，ｃq:センタリングピッチ 次に、ステップS8でｑループに入り、ステップS9でｍp
q、ステップS10でセンタリングデータｐc（p,q）を求め
る。

【００８８】 ｍpq＝ｍｃ＋（ｑ−ｑc）・ｃq・ｍａｇ１／ｄ ・・・（22） ｐc（p,q）＝ｐφ（ｎp，ｍpq） ・・・（23） ここで、ｎpとｍpqは一般に整数とならないので、補間
計算を行なう。

【００８９】次に、ステップS11で、次のｑ，ｐを繰り
返す。

【００９０】次に、ステップS12〜ステップS22でＢＰを
行なう。

【００９１】図６において、ステップS12でjループに入
り、ステップS13でｐoj、△ｐj、△ｑjを求める。

【００９２】 ｍａｇ２＝ｙF／（ｙF＋（ｊ−ｊc）・△ｙ） ・・・（24） ｐoj＝ｐｃ＋(ｘF−ｍａｇ２・（ｘF＋ｉc・△ｘ）)／ｃp ・・（25） △ｐj＝ｍａｇ２・△ｘ／ｃp ・・・（26） △ｑj＝ｍａｇ２・△ｙ／ｃp ・・・（27） ｐij,ｑjk:ボクセルi,j,kにＢＰされるマトリックス番
号 △ｐj:ｉが１増加したときのｐijの増分 △ｑj:ｋが１増加したときのｑjkの増分 ステップS13で、さらにｐijの初期値を設定する。

【００９３】ｐij＝ｐoj ・・・（28） 次に、Sステップ14でｉループに入り、ステップS15でＬ
²を計算する。

【００９４】 ｘ＝（ｉ−ｉc）・△ｘ ・・・（29） ｙ＝（ｊc−ｊ）・△ｙ ・・・（30） Ｌ²＝（（ｘF−ｘ）²＋（ｙF−ｙ）²）／ＦＣＤ² ・・・（31） ステップS15で、さらにｑjkの初期値を設定する。

【００９５】 ｑjk＝ｑｃ＋(ks−ｋc)・△ｑj ・・・（32） 次に、ステップS16でｋループに入り、ステップS17でボ
クセルi,j,kへのたし込みを行なう。

【００９６】 ｐbp（i,j,k）＝ｐbp（i,j,k）＋ｐc（ｐij,ｑｊk） ／（Ｌ²＋（ｋc−ｋ）²・△z²／ＦＣＤ²） ≒ｐbp（i,j,k）＋ｐc（ｐij,ｑjk）／Ｌ² ・・・（33） ここで、ｐijとｑjkは一般に整数とならないので、補間
計算を行なうか、最近傍ｐcを選択する。

【００９７】次に、ステップS18で、次のｋのためにｑj
kを更新する。

【００９８】ｑjk＝ｑjk＋△ｑj ・・・（34） ステップS19でｋループを繰り返し、ステップS20で次の
ｉのためにｐijを更新する。

【００９９】ｐij＝ｐij＋△Pj （35） ステップS21,S22でｉ,ｊについて繰り返すことで体積全
体についてたし込み、ステップS23でφcを繰り返し一つ
の体積に逆投影をだし込んで行く。

【０１００】ステップS24で画像を90度回転し、ステッ
プS25でクオータについて繰り返して逆投影処理が終わ
り、体積の３次元像ができる。

【０１０１】以上の逆投影処理の説明では、説明をわか
り易くするため最速な計算式になっておらず、式はルー
プ外に出せる部分を多く含んでいる。

【０１０２】上述したように、本実施の形態によるＣＴ
スキャナでは、まず、各回転位置φで検出面17上のデー
タをｘｚ平面に逆投影してセンタリングデータｐcを求
めると、ｐcはボクセルの一つの面ｉｋ平面に平行な面
上で等間隔で得られるため、ｉｋ面への逆投影計算（具
体的には、ｐij,ｑjkの計算）を著しく簡略化すること
ができ、再構成速度を上げることが可能となる。

【０１０３】また、前述した第１の実施の形態と同様
に、回転軸12方向のボクセルのループ、すなわちｋルー
プを最内としているので、対応チャンネルｐij,ｑjk
（あるいは△ｑj）の計算をｋループ内で共通にできる
ため、前述した従来のように、ｋループをi,jループの
外側にする場合よりも計算に無駄が無くなり、再構成速
度を上げることが可能となる。

【０１０４】さらに、データを収集した順に他のデータ
を待つことなく再構成できるため、再構成速度を上げる
ことが可能となる。

【０１０５】さらにまた、撮影面11からの傾斜に従って
逆投影しているため、回転軸12方向の分解能を上げるこ
とが可能となる。

【０１０６】（第２の実施の形態の変形例）前述した第
１の実施の形態の変形例と同様に、ＢＰウエイトは、１
／Ｌ²以外にさらに図４で示すように、回転角によるウ
エイトｗ(φ)を掛けるようにしてもよい。この場合に
も、同様の作用効果を得ることができる。

【０１０７】第２の実施の形態において、体積のｋ方向
がｉｊ方向と比較して同等のサイズの場合には、ｉルー
プをｋループの内側にするようにしてもよい。この場
合、式（33）は略計算でなく１行目の計算を行なう。

【０１０８】（第３の実施の形態）本実施の形態による
ＣＴスキャナのシステム構成は前記第２の実施の形態と
同様であり、透過像収集時の機構動作と体積ＢＰ部16b
による逆投影処理の方法のみが異なっている。

【０１０９】従ってここでは、本実施の形態のＣＴスキ
ャナの透過像収集時の作用と、逆投影処理（作用）につ
いて、図７に示すフロー図を用いて説明する。

【０１１０】本実施の形態の場合には、断層撮影を開始
すると、回転テーブル5が回転と同時に昇降され(ヘリカ
ルスキャン)、この間に透過像が収集され、360度以上の
方向の透過データから体積の３次元像が再構成され、表
示部10に表示される。

【０１１１】また、本実施の形態の体積ＢＰは、前述し
た第２の実施の形態の場合とほぼ同様であり、図７に示
すフロー図、および式（15）〜（35）を用いて説明す
る。

【０１１２】すなわち、前述した第２の実施の形態の場
合と異なる点は、ｋcが定数でなくφの関数であるこ
と、および式（33）が異なることである。

【０１１３】 ｋc=ｋc(φ)＝ｚp／△ｚ・（φ−φ0）／２π ・・・（36） ｐbp（i,j,k）＝ｐbp（i,j,k）＋ｗφ（ｋ）・ｐc（ｐij,ｑｊk） ／（Ｌ²＋（ｋc−ｋ）²・△z²／ＦＣＤ²） ≒ｐbp（i,j,k）＋ｗφ（ｋ）・ｐc（ｐij,ｑｊk）／Ｌ² ・・・（33’） ここで、図８（ａ）を参照して各式について説明する。

【０１１４】まず、式（36）でｋc(φ)は、回転角φの
時の撮影面11が横切るマトリックスのｋ位置である。

【０１１５】この式で、ｚpは１回転中に昇降する高さ
（ヘリカルビッチ）で、△ｚは高さ方向のボクセルサイ
ズ、φOはｋ＝０を横切る時の回転角である。

【０１１６】図８（ａ）で、ｗφ（ｚ）は回転角φの時
のｚ方向のボクセルのＢＰのウェイトで半値幅ｚpの台
形状となる。

【０１１７】この台形の斜面においては、360°異なる
φからのＢＰが合成される(点線)。

【０１１８】ｗφ(z)をｋ目盛に変更したウエイトがｗ
φ(k)で、図８（ｂ）に示す中心がｋc(φ)、半値幅ｚp
／△ｚの台形である。

【０１１９】ｋでのｚp／△zは回転角で、360°に相当
する。

【０１２０】ここで、斜面の半長ｋαは角度αと、 ｋα＝Ｚp／△z・α／２π ・・・（37） の関係があり、補間合成する角度半幅αを設定するとｋ
αが決まる。

【０１２１】式（33'）においては、ＢＰウェイトにｗ
φ（ｋ）を用いるため、ヘリカルスキャンを行なった場
合に、φについて連続してＢＰを行なっても、各ボクセ
ルに360°分のＢＰがなされる。

【０１２２】上述したように、本実施の形態によるＣＴ
スキャナでは、前述した第２の実施の形態と同様に、再
構成速度を上げること、および回転軸12方向の分解能を
上げることが可能となる。

【０１２３】また、ヘリカルスキャンで効率よく、かつ
撮影面11からのビームの傾斜を大きくせずに撮影できる
ため、回転軸12方向に広くかつ高品質の３次元像を得る
ことができる。

【０１２４】さらに、ヘリカルスキャンで回転、昇降を
一定速度で滑らかに広い範囲をスキャンできるため、被
検体4に加速度がかからず、動き易い被検体4でも高品質
の画像を得ることができる。

【０１２５】また、台形のウェイトｗφ(k)を掛けてＢ
Ｐしているので、360°の回転の前後が平均されるた
め、撮影中に被検体4が動いても偽像が生じ難くなる。

【０１２６】（第３の実施の形態の変形例）ウエイトｗ
φ(k)は、図８（ｃ）に示すように、傾斜部が曲線であ
ってもよい。すなわち、ｚp／△zずらしたもの(点線)と
加算した時に１になるようになっていればよい。

【０１２７】（第４の実施の形態）本実施の形態による
ＣＴスキャナのシステム構成は前記第３の実施の形態と
ほぼ同様であり、ＬＯＧ変換部15と再構成部16との間に
窓関数掛け部を備えている点、および回転中心が上から
見てＸ線ビーム2の中心からずれて設定されている点が
異なっている。

【０１２８】図９は、回転中心ＣとＸ線ビーム2との位
置関係を示す概要図である。

【０１２９】これは、回転テーブル5をずらして設定し
て、被検体4をＸ線ビーム2から片側にはみ出させて載置
し、大きな被検体4も撮影可能としたＣＴスキャナであ
り、この撮影法はオフセットスキャンと呼ばれる。

【０１３０】本実施の形態によるＣＴスキャナにおける
作用は、前記第３の実施の形態と同様であり、ＬＯＧ変
換後の投影データｐφ(ｎ,ｍ)に対して、図１０に示す
ような窓関数ｗ(ｎ)を掛ける点のみが異なっている。

【０１３１】窓関数ｗ(ｎ)は中心ｃｈ，ｎｃで、０．５
でここを中心に傾斜しており、傾斜領域の外側の一方は
０もう一方は１である。

【０１３２】再構成部16は、前記第３の実施の形態と同
様に再構成を行なう。

【０１３３】上述したように、本実施の形態によるＣＴ
スキャナでは、オフセットスキャンの場合でも、データ
列を再編成（パラレルデータヘの変換等）することが不
要となるため、高速で再構成することができ、さらに中
心ｃｈを挟んで滑らかなウエイトが掛かるため、投影デ
ータの急激な変化が避けられ、偽像（リング状）の少な
い３次元像を得ることができる。

【０１３４】さらに、ヘリカルスキャンを行ないながら
オフセットスキャンを実施することができ、前述した第
３の実施の形態と同様の効果を得ることができるのに加
えて、大きな被検体4に対応できるＣＴスキャナを実現
することが可能となる。

【０１３５】（第４の実施の形態の変形例）第４の実施
の形態によるオフセットスキャンは、前述した第１また
は第２の実施の形態に対して適用することもできる。

【０１３６】また、窓関数ｗ(ｎ)は傾斜部が曲線であっ
てもよい。すなわち、中心ｃｈで０．５、軸に直交する
左右側に傾きが対称な０から１まで変化する傾斜部を有
し、傾斜部の外は片側が０逆側が１であればよい。

【０１３７】（第５の実施の形態）図１１は、本実施の
形態によるＣＴスキャナのシステム構成例を示す概要図
で、前記第１の実施の形態とほぼ同様であり、空気補正
部14とＬＯＧ変換部15との間に散乱線補正部19を備えて
いる点、およびＸ線ビーム2を撮影面11を挟んだ薄厚コ
ーン状に制限する可動のコリメータ18を備えている点が
異なっている。

【０１３８】本実施の形態によるＣＴスキャナにおける
作用は、前記第１の実施の形態と同様であり、断層撮影
時にＸ線ビーム2を薄厚コーン状に制限する点と、空気
補正後のデータｈ（ｎ，ｍ）に対して散乱線補正を行な
う点が異なっている。

【０１３９】図１２は、散乱線補正の内容を説明するた
めの図である。

【０１４０】図１２は、検出面17上のデータｈ（ｎ，
ｍ）を示している。

【０１４１】Ｘ線ビーム2の照射部20以外はコリメータ1
8で遮られる部分で、被検体4等からの散乱線のみ検出し
ている。

【０１４２】照射部20内のデータｈ（ｎ，ｍ）に対し
て、散乱線補正 ｈ'（ｎ，ｍ）＝ｈ（ｎ，ｍ）−（（ｍ2−ｍ）・ｈ（ｎ，ｍ1） ＋（ｍ−ｎ1）・ｈ（ｎ，ｍ2））／（ｍ2−ｍ1） ・・・（38） を加える。

【０１４３】ここでは、ｈ（ｎ，ｍ）に近い上下の２チ
ャンネルを１次補間して散乱線を求め、減算している。

【０１４４】上述したように、本実施の形態によるＣＴ
スキャナでは、散乱線測定の専用の検出器を用いること
なく、２次元検出器のコリメータ18で遮られる部分のデ
ータを用いて散乱線補正をすることができる。

【０１４５】また、専用の検出器に対して、２次元検出
器は全チャンネルが一度に製造されるため、特性が均質
である。

【０１４６】さらに、測定点に近い位置で、同時にしか
も均質な条件で散乱線が測定できるため、正確に補正を
行なうことが可能となる。

【０１４７】（第５の実施の形態の変形例）第５の実施
の形態において、補正を行なうに当たっては、２チャン
ネルのデータでなく、もっと多数のチャンネルデータを
用いてもよく、１次補間でなくてもよい。

【０１４８】この多数のチャンネルデータを用いること
により、統計精度を上げることが可能となる。

【０１４９】第５の実施の形態における散乱線補正は、
前記第１の実施の形態に付加するだけでなく、前記第２
乃至第４の実施の形態に対しても付加することができ、
さらに単独で図13に示すような従来の２次元検出器を用
いるＣＴスキャナに対しても付加することができる. （第６の実施の形態）本実施の形態によるＣＴスキャナ
のシステム構成は前記第１の実施の形態とほぼ同様であ
り、やわらかな変形し易い被検体4の撮影に適用される
点が異なっている。

【０１５０】本実施の形態の場合、被検体4をテーブル5
に設定し、準備回転として、滑らかな一定速度の回転を
行なわせ、十分に被検体4を安定させた後に、断層撮影
を開始する。

【０１５１】装置は、そのまま同じ回転速度を保ったま
まＸ線をONさせ、透過像を収集して３次元像を作成す
る。

【０１５２】ヘリカルスキャンの場合は、同様に準備回
転を行なわせておき、断層撮影開始時に昇降を徐々に開
始させて透過像を収集開始する。

【０１５３】また、準備回転の時間が短くてよい場合に
は、準備昇降をいっしょに行なってもよい。

【０１５４】上述したように、本実施の形態によるＣＴ
スキャナでは、回転始動時に生じた被検体4の動きを一
定速度回転を続けて終息させ、その後に回転速度を変え
ずに撮影するため、変形し易い被検体4でも動きを終息
させて撮影でき、高品質な３次元像を得ることができ
る。

【０１５５】（第７の実施の形態）本実施の形態による
ＣＴスキャナのシステム構成は前記第１の実施の形態と
ほぼ同様であり、フィルタ関数の自動選択を行なう点が
異なっている。

【０１５６】すなわち、データ処理部9は、フィルタ掛
け前のデータ（ｐあるいはｈ）の信号ノイズ比(平均)を
計算して、フィルタ関数を自動選択する。

【０１５７】信号ノイズ比は、低周波数成分を信号、高
周波数成分をノイズとして、その比である信号／ノイズ
を求める。

【０１５８】信号ノイズ比の小さな場合、フィルタ関数
は低いカットオフ周波数のものを選択して、空間分解能
を少し低下させる代りに画像ノイズを少なくさせる。

【０１５９】上述したように、本実施の形態によるＣＴ
スキャナでは、撮影倍率や管電圧、管電流、スキャン時
間等の撮影条件を任意に変更しても、透過データの信号
ノイズ比でフィルタ関数を選択するため、画像ノイズと
空間分解能との関係が最適な断面像を得ることができ
る。

【０１６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコンピュ
ータ断層撮影方法および装置によれば、撮影の高速化あ
るいは画像の高品質化に寄与することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＣＴスキャナの第１の実施の形態
を示す概要図。

【図２】同第１の実施の形態のＣＴスキャナにおける作
用を説明するための幾何図。

【図３】同第１の実施の形態のＣＴスキャナにおける作
用を説明するためのフロー図。

【図４】本発明によるＣＴスキャナの第１の実施の形態
の変形例を示す図。

【図５】本発明の第２の実施の形態のＣＴスキャナにお
ける作用を説明するための幾何図。

【図６】本発明の第２の実施の形態のＣＴスキャナにお
ける作用を説明するための幾何図。

【図７】本発明の第２の実施の形態および第３の実施の
形態のＣＴスキャナにおける作用を説明するためのフロ
ー図。

【図８】本発明の第３の実施の形態およびその変形例の
ＣＴスキャナにおける作用を説明するための図。

【図９】本発明によるＣＴスキャナの第４の実施の形態
を示す部分概要図。

【図１０】同第４の実施の形態のＣＴスキャナにおける
作用を説明するための図。

【図１１】本発明によるＣＴスキャナの第５の実施の形
態を示す部分概要図。

【図１２】同第５の実施の形態のＣＴスキャナにおける
作用を説明するための図。

【図１３】従来の高分解能型ＣＴスキャナのシステム構
成例を示す概要図。

【符号の説明】

1…Ｘ線管 2…Ｘ線ビーム 3…放射線検出器 4…被検体 5…回転テーブル 6…回転・昇降機構 7…シフト機構 8…機構制御部 9…データ処理部 10…表示部 11…撮影面 12…回転軸 13…Ｘ線制御部 17…検出面 18…コリメータ 19…散乱線補正部 20…照射部。

フロントページの続き (72)発明者 宇山 喜一郎 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝エフエーシステムエンジニアリング株式 会社内 (72)発明者 山本 輝夫 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝エフエーシステムエンジニアリング株式 会社内 Ｆターム(参考） 2G001 AA01 BA11 CA01 DA09 FA01 FA06 FA08 GA05 GA08 GA13 HA13 JA02 JA07 LA11 PA11 PA12 PA14 SA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線ビームを放射する放射線源と、 前記放射線源からの放射線ビームを２次元の空間分解能
   をもって検出する放射線検出器と、 前記放射線ビーム内で被検体を相対回転させる回転手段
   と、 前記回転手段による回転中に前記放射線検出器で得られ
   た被検体の多方向からの２次元透過データを、それぞれ
   ３次元像の各体積素に回転面にほぼ平行な少なくとも一
   つの方向の計算ループの内側に回転軸方向の計算ループ
   をもって逆投影して前記被検体の３次元像を作成する再
   構成手段と、 を備えて成ることを特徴とするコンピュータ断層撮影装
   置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載のコンピュータ断層
   撮影装置において、 前記再構成手段は、前記２次元透過データを３次元像の
   体積素の回転軸にほぼ平行な一つの面にほぼ平行なセン
   タリング面上に逆投影（２次元センタリング）し、当該
   センタリング面上の値を当該センタリング面にほぼ平行
   な体積素の集合毎に各体積素に逆投影するようにしたこ
   とを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
3. 【請求項３】 前記請求項１または請求項２に記載のコ
   ンピュータ断層撮影装置において、 前記放射線ビーム内で被検体を前記回転の軸方向に相対
   移動（並進）させる並進手段を付加し、 前記回転手段による回転と前記並進手段による並進とを
   ほぼ同時に行ないながら透過データを収集するようにし
   たことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
4. 【請求項４】 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１
   項に記載のコンピュータ断層撮影装置において、 前記再構成手段は、前記２次元透過データを回転の軸位
   置で０．５、当該回転の軸に直交する左右側に傾きが対
   称な０から１まで変化する傾斜部を有し、当該傾斜部の
   外は片側が０逆側が１である窓関数を掛ける窓関数掛け
   部を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装
   置。
5. 【請求項５】 放射線ビームを放射する放射線源と、 前記放射線源からの放射線ビームを２次元の空間分解能
   をもって検出する放射線検出器と、 前記放射線ビーム内で被検体を相対回転させる回転手段
   と、 前記回転手段による回転中に前記放射線検出器で得られ
   た被検体の多方向からの２次元透過データから前記被検
   体の断面像を作成する再構成手段と、 前記放射線ビームを回転面に沿ったファンビームに制限
   するコリメータと、 前記コリメータにより遮られた通路の透過データを用い
   て、遮られなかった透過データの散乱放射線の補正を行
   なう散乱線補正手段と、 を備えて成ることを特徴とするコンピュータ断層撮影装
   置。
6. 【請求項６】 放射線ビームを放射する放射線源と、前
   記放射線源からの放射線ビームを２次元の空間分解能を
   もって検出する放射線検出器と、前記放射線ビーム内で
   被検体を回転させる回転手段と、前記回転手段による回
   転中に前記放射線検出器で得られた被検体の多方向から
   の２次元透過データから前記被検体の断面像を作成する
   再構成手段とを備えたコンピュータ断層撮影装置を用い
   て、撮影前に前記被検体に一定速度の前記回転を行なわ
   せる工程と、 前記一定速度の回転を保ったまま前記２次元透過データ
   を収集して３次元像あるいは断面像の撮影を行なう工程
   と、 を備えて成ることを特徴とするコンピュータ断層撮影方
   法。
7. 【請求項７】 放射線ビームを放射する放射線源と、 前記放射線源からの放射線ビームを空間分解能をもって
   検出する放射線検出器と、 前記放射線ビーム内で被検体を回転させる回転手段と、 前記回転手段による回転中に前記放射線検出器で得られ
   た被検体の多方向からの透過データから前記被検体の断
   面像を作成する再構成手段とを備え、 前記再構成手段は、前記透過データの信号ノイズ比に基
   づいてフィルタ関数を選択しフィルタ補正逆投影して３
   次元像を作成するようにしたことを特徴とするコンピュ
   ータ断層撮影装置。