JP2005106515A - X線ct装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 回転テーブルあるいはX線源とX線検出器の対の回転中心軸がずれても、断層像の画質を損なうことのないX線CT装置を提供する。
【解決手段】 回転テーブル30を所定角度回転させるごとに、その規定の回転中心軸Rのずれを検出する回転中心軸ずれ検出手段(画像処理部52)と、回転テーブル30を回転中心軸に直交する平面上で移動させる移動機構32を設けるとともに、回転中心軸のずれの検出結果に基づいて、規定の回転中心軸Rのずれをなくすべく移動機構32を駆動制御するテーブル位置補正手段53を設けることによって、回転テーブル30の回転中心軸がずれても、そのずれに対応して回転テーブル30が自動的に移動し、回転中心軸のずれがない場合と同等のX線透過データを取り込むことを可能とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、X線源とX線検出器の対と試料とを相対的に回転させ、所定の回転角度ごとにX線検出器からのX線透過データを取り込んで、その各X線透過データを用いて試料の断層像を再構成するX線CT装置に関する。
X線CT装置においては、一般に、互いに対向配置されたX線源とX線検出器の間に、測定に供すべき試料を配置し、その試料を回転テーブルによって回転を与えるか、あるいはX線源とX線検出器の対を試料の回りに回転させつつ試料にX線を照射し、所定の回転角度ごとに試料のX線透過データを取り込む。そして、そのX線透過データを用いた断層像再構成演算によって、回転中心軸に直交する面でスライスした試料の断層像を構築する(例えば特許文献1参照)。
ところで、このようなX線CT装置においては、回転テーブルあるいはX線源とX線検出器の対は、設計上定められた規定の回転中心軸の回りに正しく回転し、かつ、X線透過データを採取するための回転角度についても正しく定められた角度だけ回転することを前提として、採取したX線透過データを再構成演算して試料の断層像を構築している。
このようなことから、この種のX線CT装置による断層像の画質は、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の回転精度によって大きく左右される。しかしながら、例えばこの種の回転テーブルは、その上に試料を載せてX線を透過させる関係上、テーブルの中心に回転軸を設けることはできず、その周囲に環状の軸受などを配置して回転支持する等の構造を採るため、回転精度を高くすることは容易ではなく、回転時に移動しないはずの回転中心軸がブレるなどの不具合が発生する場合がある。また、X線透過データを採取すべく所定の回転角度だけ回転させた場合においても、実際の回転角度がその角度に対して誤差が生じる場合もある。
以上のような回転中心軸のブレや回転角度の誤差等が発生しない高精度の回転機構を構築するためには、高価なメカニズムが必要となるという問題がある。
特開2002−357567号公報
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、第1の目的は、回転テーブルないしはX線源とX線検出器の対の回転中心軸がずれても、断層像の画質を損なうことのないX線CT装置を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、回転角度の誤差があっても断層像の画質を損なうことのないX線CT装置を提供することにある。
上記した第1の目的を達成するため、本発明のX線CT装置は、X線源とX線検出器の間に回転テーブルを配置し、その回転テーブル上に試料を搭載した状態で規定の回転中心軸の回りに回転を与えつつX線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだX線透過データを用いて、上記回転中心軸に直交する平面でスライスした試料の断層像を再構成するX線CT装置において、上記回転テーブルを所定の回転角度だけ回転させるごとに、上記規定の回転中心軸のずれを検出する回転中心軸ずれ検出手段と、上記回転テーブルをその回転中心軸に直交する平面上で移動させる移動機構と、上記回転中心ずれ検出手段による検出結果に基づいて、上記規定の回転中心軸のずれをなくすべく上記移動機構を駆動制御するテーブル位置補正手段を備え、そのテーブル位置補正手段による回転テーブルの移動後に、断層像再構成演算のためのX線透過データを採取するように構成されていることによって特徴づけられる(請求項1)。
また、同じ目的を達成するため、請求項2に係る発明のX線CT装置は、X線源とX線検出器の間に試料を配置し、そのX線源とX線検出器の対を規定の回転中心軸の回りに回転させつつ試料にX線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだX線透過データを用いて、上記回転中心軸に直交する平面でスライスした試料の断層像を再構成するX線CT装置において、上記X線源とX線検出器の対を上記所定の回転角度だけ回転させるごとに、上記規定の回転中心軸のずれを検出する回転中心軸ずれ検出手段と、上記X線源とX線検出器の対をその回転中心軸に直交する平面上で移動させる移動機構と、上記回転中心ずれ検出手段による検出結果に基づいて、上記規定の回転中心軸のずれをなくすべく上記移動機構を駆動制御するX線源・X線検出器位置補正手段を備え、そのX線源・X線検出器位置補正手段によるX線源およびX線検出器の移動後に、断層像再構成演算のためのX線透過データを採取するように構成されていることによって特徴づけられる。
ここで、請求項1および2に係る発明における回転中心ずれ検出手段として、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の回転中心を検出する接触式もしくは非接触式のセンサを用いる構成(請求項3)、あるいは、各回転角度ごとに取り込まれるX線検出器の出力に基づく試料のX線透視画像を用いた画像処理により回転中心のずれを検出する手段を用いる構成(請求項4)のいずれをも採用することができる。
また、請求項1、2、3、または4に係る発明における回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の移動機構に代えて、上記回転中心ずれ検出手段による検出結果に基づいて、画像処理によって上記X線検出器によるX線透視画像の各画素位置を、上記規定の回転中心軸の回りに試料を回転させた場合と等しくなるように補正する補正手段を備え、その補正後のデータを断層像再構成演算に用いるように構成すること(請求項5)もできる。
一方、前記した第2の目的を達成するため、請求項6に係る発明は、請求項1、2、3、4または5に記載のX線CT装置において、上記回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対を上記所定の回転角度だけ回転させたときの実際の回転角度との差を検出する回転角度差検出手段を備え、その回転角度差検出手段による検出結果に基づいて、画像処理によって上記X線検出器によるX線透視画像の各画素位置を、上記所定の回転角度で回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対を回転させた場合と等しくなるように補正する回転角度補正手段を備え、その補正後のデータを断層像再構成演算に用いるように構成されていることによって特徴づけられる。
以上の請求項6に係る発明における回転角度差検出手段として、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の回転角度を検出する接触式もしくは非接触式のセンサとする構成(請求項7)、あるいは、各回転角度ごとに取り込まれるX線検出器の出力に基づく試料のX線透視画像を用いた画像処理により実際の回転角度と所定の回転角度との不一致を検出する手段とする構成(請求項8)のいずれをも採用することができる。
請求項1〜請求項4に係る発明によれば、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の回転中心軸がブレる等によってずれても、その回転中心軸のずれが検出され、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対がその検出結果に応じた方向並びに量だけ当該回転中心軸に直交する平面上で自動的に移動し、その移動後に断層像再構成演算のためのX線透過データを採取するので、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対が規定の回転中心軸の回りに回転したときと同等のX線透過データを得ることができ、画質の低下を防止することができる。
また、請求項5に係る発明によると、上記と同様にして回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の回転中心軸がずれても、その回転中心軸のずれが検出され、その検出結果に基づいて、画像処理によってX線検出器からの画素位置が補正されたうえで断層像の再構成演算に供されるので、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対が規定の回転中心軸の回りに回転したときと同等のX線透過データを得ることができ、画質の低下を防止することができる。
また、請求項6〜8に係る発明によると、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の回転角度が定められた角度に対して誤差があっても、その回転角度の誤差が検出され、その検出結果に基づいて、画像処理によりX線検出器からの画素位置が補正されたうえで断層像の再構成演算に供されるので、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対が定められた回転角度で回転した場合と同等のX線透過データを得ることができ、画質の低下を防止することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
X線源1はそのX線光軸が斜め上方に向かうように配置されており、そのX線源1に対向してX線検出器2が配置されている。そして、これらのX線源1とX線検出器の間に、試料Wを搭載するための試料ステージ3が配置されている。
試料ステージ3は、回転機構31によって回転が与えられる回転テーブル30を備え、その回転テーブル30は回転機構31ごと移動機構32によって水平面上で互いに直交するx,y軸方向に移動させることができる。回転テーブル30の回転中心軸Rは、設計上は、例えば移動機構32がx,y軸方向に原点に位置している状態でX線検出器2の視野中心に一致するように設定されている。この設計上の回転中心軸Rを、以後、規定の回転中心軸Rと称する。
X線検出器2は、例えばイメージインテンシファイアとCCDを組み合わせた公知のものであり、その各画素出力は、回転機構31により回転テーブル30をあらかじめ設定されている角度θだけ回転させるごとに、試料WのX線透過データとして画像取り込み回路4を介して演算装置5に取り込まれる。この演算装置5は、実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされているプログラムに従った機能を実現するのであるが、この図1では、説明の便宜上、機能ごとのブロック図で示している。
演算装置5は、画像取り込み回路4を介して取り込んだX線検出器2からの各画素出力を試料WのX線透視画像として一旦記憶する画像メモリ51、その画像メモリ51に記憶したX線透視画像を用いた画像処理により、規定の回転中心軸Rの画像上での当初位置からのずれの向きと量を検出する画像処理部52、その画像処理部52による検出結果に基づいて試料ステージ3の移動機構32に駆動制御信号を供給して回転テーブル30をx,y平面上で移動させる回転テーブル位置補正部53、試料Wの断層像を構築するためのX線透過データを蓄積していくX線透過データ記憶部54、そのX線透過データ記憶部54の内容を用いて試料Wの断層像を再構成する断層像再構成演算部55、およびこれら全体を制御するとともに、ある回転角度においてX線透過データ記憶部54にX線透過データを記憶するごとに、次の角度のデータを採取すべく回転機構31に対して所定の角度θだけ回転するように駆動制御信号を供給する制御部56を主体として構成されている。
なお、この演算装置5にはマウスやキーボード,あるいはジョイスティック等からなる操作部6が接続されており、この操作部6の手動操作によって回転テーブル30を任意のx,y位置に移動させ、あるいは回転させることができる。また、同じくこの演算装置5には表示器7が接続されており、断層像再構成演算部55により再構成された試料Wの断層像等を表示することができる。
次に、以上の実施の形態の動作について説明する。図2にその動作手順を表すフローチャートを示す。
回転テーブル3上に試料Wを載せてX線源1からのX線を照射してデータ採取指令を与えると、まず、1回目のデータ(i=1)としてX線検出器2の出力を画像メモリ51に取り込むと同時に、その出力をX線透過データとしてそのままX線透過データ記憶部54に記憶する。このとき、回転テーブル30の規定の回転中心軸R上に位置している画像を記憶する。なお、回転テーブル30の規定の回転中心軸Rは、前記したように移動機構32による回転テーブル30の原点位置においてX線検出器2の視野中心に位置するように設定されており、操作部6の操作により回転テーブル30を移動機構32によってx,y方向に移動させていたとしても、その移動方向と量からX線検出器2の視野上で規定の回転中心Rがどこに位置しているかを認識することができる。
次に回転テーブル30をあらかじめ設定されているθだけ回転させた後、2回目のデータ(i=2)としてX線検出器の出力を画像メモリ51に取り込む。そして、その画像データを画像処理部52に取り込んで、先に認識している規定の回転中心軸R上の画像が移動していないか否かを判別し、移動していない場合には回転中心軸Rのずれがなく、移動している場合には回転中心軸Rがずれていると判別する。
すなわち、試料Wが規定の回転中心軸Rの回りに回転したときには、図3(A)に模式的に示すように、θの回転前後におけるX線透視画像において、規定の回転中心軸R上の画像Pは移動しない。これに対し、試料Wの実際の回転中心軸R′が規定の回転中心軸Rに対して一致していない場合には、図3(B)に模式的に示すように、規定の回転中心軸R上の画像Pが移動する。画像処理部52ではこの画像Pのx,y方向への移動量xm,ymを検出し、その検出結果に応じて回転テーブル位置補正部53により試料ステージ3の移動機構32を自動的に駆動制御し、画像Pが当初の位置に戻るように回転テーブル30を移動させる。そして、その移動後のX線検出器2の出力を、X線透過データとして格納する。このようにして格納されたX線透過データは、実際の回転中心軸R′が規定の回転中心軸Rと一致していなくとも、試料Wが規定の回転中心軸Rの回りに回転した場合と同等となる。
以上の動作を全ての回転角度ごとに実行した後(i=n)、X線透過データ記憶部54に記憶されている各回転角度ごとのX線透過データを用いて、断層像再構成演算部55によって試料Wの断層像を構築し、表示器7に表示する。
このようにして得られた断層像は、常に試料Wが規定の回転中心軸Rの回りに回転した場合と同等の画像となり、実際の回転中心軸が規定の回転中心軸と一致していなくても、画質が低下することを防止することができる。
ここで、以上の実施の形態においては、回転中心軸のずれを各回転角度ごとに取り込んだ試料のX線透視画像から画像処理によって検出した例を示したが、接触式もしくは非接触式のセンサを用いて回転中心軸のずれを検出してもよい。
すなわち、例えば回転テーブル30の外周面を真円に仕上げるとともに、その外周面を1箇所において接触式もしくは非接触式のセンサで位置を検知すれば、回転テーブル30が規定の回転中心軸Rの回りに回転している場合には、センサ出力の変動がないのに対し、規定の回転中心軸Rと実際の回転中心軸が一致していない場合には、その不一致量と向きに応じてセンサ出力が変動する。従って、そのセンサ出力から回転中心軸のずれの量と向きを知ることができる。
また、以上の実施の形態においては、回転中心軸Rのずれに係るデータxm,ymに基づいて回転テーブル30を移動させたが、回転テーブル30を移動させることなく、X線検出器2からの画素出力をxm,ymに従って演算により補正してもよい。すなわち、実際のX線検出器2の各画素出力を、xm,ymに応じた量だけ平行移動させるように各画素出力のアドレスを変更することにより、回転中心軸Rの回りに試料Wが回転した場合と同等のX線透過データが得られる。
更に、以上の実施の形態においては、対向配置されたX線源1とX線検出器2の対の間に回転テーブル30を配置した構成のX線CT装置に本発明を適用したが、本発明は、試料ステージの回りにX線源とX線検出器の対が回転するタイプのX線CT装置にも適用することができる。
すなわち、図4に機械的構成を表す模式図を示すように、X線源1とX線検出器2を共通の支持体100によって支持するとともに、その支持体100を回転機構101によって規定の回転軸中心軸Rの回りに回転させ、これらの間に試料ステージ3を配置する。そして、X線源1とX線検出器2を支持する支持体100は、その回転機構101ごと移動機構102によって回転中心軸Rに直交するx,y軸方向に移動可能とし、その移動機構102を、先の実施の形態と同様に、X線源1とX線検出器2の対をθだけ回転させるごとに検出される回転中心軸のずれに応じて自動的に駆動制御することによって、規定の回転中心軸Rの回りに回転した場合と同等のX線透過データを取り込むことができる。
このタイプのX線CT装置においても、実際に支持体100を移動させるほか、X線検出器2の画素出力の位置を補正してX線透過データとしてもよいことは勿論であり、回転中心軸のずれを画像処理によって求めるほか、接触式もしくは非接触式のセンサを用いて、支持体100の回転中心軸のずれを検出してもよい。この場合、支持体100の回転機構101に対する支持部分の外周面を真円に仕上げ、その外周面を上記した例と同様に1箇所において位置検出すればよい。
更に、以上の各実施の形態においては、回転中心軸のずれのみを検出して回転テーブル30ないしは支持体100の位置を補正するか、あるいはX線検出器2の画素出力を補正した例を示したが、回転中心軸のずれの補正後、実際の回転角度が定められた角度θと一致しているか否かを検出して、不一致の場合には補正を行うこともできる。
回転角度の不一致の検出は、画像処理および機械的検出のいずれでも可能である。画像処理で行う場合は、当初のX線透視画像において、前記したように規定の回転中心軸R上の画像Pのほか、その画像Pから所定の距離だけ所定方向に離れた点の画像Qを認識しておく。そして、図5に模式的に示すように、試料にθの回転を与えた後、前記した手法によって回転中心軸のずれの補正を行い、その補正後のX線透視画像上でPとQを結ぶ線Lと、回転前の同じ線L′とのなす角度θ′を検出すればよい。このθ′とθとの差分だけ、X線検出器からの各画素出力の位置情報を回転させる補正を行い、その補正後の出力を断層像再構成用のX線透過データとして記憶すればよい。
また、回転角度の不一致の検出を機械的に行う場合には、回転テーブルないしはX線源とX線検出器の対を支持して回転が与えられる支持体の外周面を前記した各例と同様に真円に仕上げるとともに、その外周面に微小角度ごとの線等を付しておき、回転を与えるごとに、その線の移動量を接触式もしくは非接触式のセンサで検出すればよい。
本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と機能的構成表すブロック図とを併記して示す図である。 図1の実施の形態におけるX線透過データを採取する際の動作手順を表すフローチャートである。 図1の実施の形態における画像処理による回転中心軸のずれの検出方法の例の説明図である。 X線源とX線検出器の対を回転させるX線CTに本発明を適用した実施の形態の要部の機械的構成を示す模式図である。 本発明において回転角度の不一致の画像処理による検出方法の例の説明図である。
符号の説明
1 X線源
2 X線検出器
3 試料ステージ
30 回転テーブル
31 回転機構
32 移動機構
4 画像取り込み回路
5 演算装置
51 画像メモリ
52 画像処理部
53 回転テーブル位置補正部
54 X線透過データ記憶部
55 断層像再構成演算部
56 制御部
6 操作部
7 表示器
100 支持体
101 回転機構
102 移動機構
W 試料

Claims (8)

  1. X線源とX線検出器の間に回転テーブルを配置し、その回転テーブル上に試料を搭載した状態で規定の回転中心軸の回りに回転を与えつつX線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだX線透過データを用いて、上記回転中心軸に直交する平面でスライスした試料の断層像を再構成するX線CT装置において、
    上記回転テーブルを所定の回転角度だけ回転させるごとに、上記規定の回転中心軸のずれを検出する回転中心軸ずれ検出手段と、上記回転テーブルをその回転中心軸に直交する平面上で移動させる移動機構と、上記回転中心ずれ検出手段による検出結果に基づいて、上記規定の回転中心軸のずれをなくすべく上記移動機構を駆動制御するテーブル位置補正手段を備え、そのテーブル位置補正手段による回転テーブルの移動後に、断層像再構成演算のためのX線透過データを採取するように構成されていることを特徴とするX線CT装置。
  2. X線源とX線検出器の間に試料を配置し、そのX線源とX線検出器の対を規定の回転中心軸の回りに回転させつつ試料にX線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだX線透過データを用いて、上記回転中心軸に直交する平面でスライスした試料の断層像を再構成するX線CT装置において、
    上記X線源とX線検出器の対を上記所定の回転角度だけ回転させるごとに、上記規定の回転中心軸のずれを検出する回転中心軸ずれ検出手段と、上記X線源とX線検出器の対をその回転中心軸に直交する平面上で移動させる移動機構と、上記回転中心ずれ検出手段による検出結果に基づいて、上記規定の回転中心軸のずれをなくすべく上記移動機構を駆動制御するX線源・X線検出器位置補正手段を備え、そのX線源・X線検出器位置補正手段によるX線源およびX線検出器の移動後に、断層像再構成演算のためのX線透過データを採取するように構成されていることを特徴とするX線CT装置。
  3. 上記回転中心ずれ検出手段が、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の回転中心を検出する接触式もしくは非接触式のセンサであることを特徴とする請求項1または2に記載のX線CT装置。
  4. 上記回転中心ずれ検出手段が、各回転角度ごとに取り込まれるX線検出器の出力に基づく試料のX線透視画像を用いた画像処理により回転中心のずれを検出する手段であることを特徴とする請求項1または2に記載のX線CT装置。
  5. 上記回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の移動機構に代えて、上記回転中心ずれ検出手段による検出結果に基づいて、画像処理によって上記X線検出器によるX線透視画像の各画素位置を、上記規定の回転中心軸の回りに試料を回転させた場合と等しくなるように補正する補正手段を備え、その補正後のデータを断層像再構成演算に用いるように構成されていることを特徴とする請求項1、2、3または4に記載のX線CT装置。
  6. 請求項1、2、3、4または5に記載のX線CT装置において、上記回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対を上記所定の回転角度だけ回転させたときの実際の回転角度との差を検出する回転角度差検出手段を備え、その回転角度差検出手段による検出結果に基づいて、画像処理によって上記X線検出器によるX線透視画像の各画素位置を、上記所定の回転角度で回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対を回転させた場合と等しくなるように補正する回転角度補正手段を備え、その補正後のデータを断層像再構成演算に用いるように構成されていることを特徴とするX線CT装置。
  7. 上記回転角度差検出手段が、回転テーブルもしくはX線源とX線検出器の対の回転角度を検出する接触式もしくは非接触式のセンサであることを特徴とする請求項6に記載のX線CT装置。
  8. 上記回転角度差検出手段が、各回転角度ごとに取り込まれるX線検出器の出力に基づく試料のX線透視画像を用いた画像処理により実際の回転角度と所定の回転角度との不一致を検出する手段であることを特徴とする請求項6に記載のX線CT装置。
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