JP2003130818A - 断層撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度の３次元撮像を高速で行なうことがで
きるようにした断層撮像装置を提供する。 【解決手段】 加速器４による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、その後、一括再
構成処理を行なう。

Description

【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
する断層撮像装置に関する。

【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断層撮像
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】本発明は上記目的を達成
するために、対象物の複数の断面の物性値分布を求める
ために必要な断面特徴量を取得する断面特徴量取得手段
と、上記断面特徴量から上記断面に沿った対象物の内部
の物性値分布を求める再構成手段とを備えた断層撮像装
置において、上記複数の断面における上記断面特徴量を
蓄積する断面特徴量蓄積手段を設け、上記再構成手段
は、上記断面毎における対象物の内部の物性値分布を一
括して求めるように構成した。

【０００６】本発明による断層撮像装置は、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
の特微量を個別に断面特微量蓄積手段に記憶させるよう
にしたため、重量物の高速回転を減らし、例えばディス
クを一回転させるうちに複数の断面を撮像することがで
きるので、撮像する断面の数に対する重量物の高速回転
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。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による断層撮像装置
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Ｓ
６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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物の複数の断面の物性値分布を求め
   るために必要な断面特徴量を取得する断面特徴量取得手
   段と、上記断面特徴量から上記断面に沿った対象物の内
   部の物性値分布を求める再構成手段とを備えた断層撮像
   装置において、上記複数の断面における上記断面特徴量
   を蓄積する断面特徴量蓄積手段を設け、上記再構成手段
   は、上記断面毎における対象物の内部の物性値分布を一
   括して求めるように構成したことを特徴とする断層撮像
   装置。
2. 【請求項２】 対象物の複数の断面の物性値分布を求め
   るために必要な断面特徴量を取得する断面特徴量取得手
   段と、上記断面特徴量から上記断面に沿った対象物の内
   部の物性値分布を求める再構成手段とを備えた断層撮像
   装置において、上記複数の断面の断面特微量を個別に蓄
   積する断面特徴量蓄積手段と、上記再構成手段は、再構
   成のときに上記断面特徴量蓄積手段に蓄積した断面特微
   量からそれぞれの断面毎の物性値分布を求めるように構
   成したことを特徴とする断層撮像装置。
3. 【請求項３】 対象物を載置するテーブルと、対象物に
   放射線を照射する放射線照射装置と、対象物の複数の断
   面を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、対象
   物を上記放射線照射装置に対して上記断面と交差する軸
   に沿わせ上記複数の断面へ相対的に移動させる走査手段
   と、上記放射線照射装置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と、放射線の透過割
   合の分布から上記断面における対象物の内部の物性値分
   布を求める再構成手段とを有する断層撮像装置におい
   て、複数の上記断面における放射線の透過割合の分布を
   個別に蓄積する放射線透過割合蓄積手段を設け、上記再
   構成手段は、再構成のときに上記放射線透過割合蓄積手
   段に蓄積した透過割合の分布からそれぞれの断面毎の物
   性値分布を求めるように構成した有することを特徴とす
   る断層撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のものにおいて、上記放射
   線照射装置による対象物への照射角度を上記回転手段に
   よって保持した状態で上記走行手段を上記複数の断面へ
   と駆動し、上記放射線透過割合蓄積手段は、このときの
   上記複数の断面における放射線の透過割合の分布を個別
   に蓄積するようにしたことを特徴とする断層撮像装置。