JP2005181091A - 産業用ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 断層画像のぼけを解消するとともに撮影効率を向上させることが可能な産業用Ｘ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】 ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データをロードする（Ｓ１）。ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データに対し、１８０°正対方向のＸ線透過データをロードする（Ｓ２）。ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データのプロファイルデータを作成する（Ｓ５）。ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データに対し、１８０°正対方向のＸ線透過データのプロファイルデータを作成する（Ｓ６）。Ｓ６のプロファイルデータを左右反転する（Ｓ７）。Ｓ７の波形に基づいて波形ｇ′（ｘ）を作成し、ａ〜ｂの範囲で非類似度ｐを求める（Ｓ８）。非類似度ｐが最小になるｇ′（ｘ）の位相変化量ｄを求め、その位相変化量ｄに基づいて、逆投影データに対する補正値を算出する（Ｓ９）。
【選択図】 図８

Description

本発明は、回転テーブル上に被写体を乗せて回転させながらＸ線を照射し、その被写体の断層画像を得る産業用Ｘ線ＣＴ装置に係り、特に、前記断層画像を得る際の補正技術に関する。

産業用Ｘ線ＣＴ装置は、機械、電機及び電子部品や生体から摘出した小サンプル、実験用小動物等の小型被写体の断層画像を作成するための装置であることが知られている。そして、その産業用Ｘ線ＣＴ装置を用いて上記小型被写体の断層画像を作成すれば、従来のＸ線透視検査では検出できなかった部品内部の破損や欠落等を検出することができるという利点を有している。また、被写体の三次元的構造の研究及び解析を行うことができるという利点を有している。

このような産業用Ｘ線ＣＴ装置は、下記特許文献１に記載されるように、管電圧及び管電流を調整可能なＸ線管装置と、回転中心軸を有し被写体を載置して回転させる回転テーブルと、Ｘ線管装置から被写体にＸ線を照射して得られるＸ線透過データを投影するＸ線検出器配列とを備えた産業用Ｘ線ＣＴ装置において、Ｘ線管装置の近傍にマーカを設置し、Ｘ線管装置に基準管電圧及び基準管電流を供給したときのＸ線検出器配列上に投影されるマーカ位置を基準に、Ｘ線検出器配列上に投影されたマーカ位置の移動量からＸ線焦点移動量を演算し、演算したＸ線焦点移動量からＸ線検出器配列に投影される被写体回転中心軸の座標を演算し、演算した被写体回転中心軸の座標に基づいて逆投影データの中心座標を自動的に演算して補正する。
特開２００２−３３３４０８号公報

ところで、上記従来技術にあっては、オペレータが逆投影データの中心座標の補正値を端末を用いて入力した後で、Ｘ線管電圧、管電流を変更して新規の撮影を行うと、又は、金属ワイヤが封入されたアクリルファントームをＣＴ撮影して得たサイノグラム画像からＸ線透過データの中心を求めて逆投影データの中心を補正した後で、Ｘ線管電圧、管電流を変更して新規の撮影を行うと、Ｘ線焦点の位置がその直前に撮影した時から変動し、再び断層画像にぼけが生じるという問題点を有している。そのため、再度オペレータが逆投影データの中心座標の補正値を端末装置で入力するか、ファントームのＣＴ撮影を行うことが必要になるという問題点を有している。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、断層画像のぼけを解消するとともに撮影効率を向上させることが可能な産業用Ｘ線ＣＴ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためなされた請求項１記載の本発明の産業用Ｘ線ＣＴ装置は、回転軸を中心にして回転する回転テーブル上にあって複数の回転角度から被写体へＸ線を照射し、そのＸ線照射された被写体のＸ線透過データをＸ線検出器を用いて検出し、その検出されたＸ線透過データに基づいて逆投影法を含む演算により前記被写体の断層画像を再構成するとともに、該再構成された断層画像を画像表示装置に表示する産業用Ｘ線ＣＴ装置であって、前記Ｘ線透過データから抽出したプロファイルデータと対向して得られるプロファイルデータに基づいて前記逆投影法によって得られたデータの中心座標に対する補正値を算出する補正値算出手段を備えたことを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の産業用Ｘ線ＣＴ装置は、請求項１に記載の産業用Ｘ線ＣＴ装置において、前記補正値算出手段は、前記Ｘ線透過データの総Ｖｉｅｗ数をＭ、前記被写体をある方向から見たＶｉｅｗ数をＮとすると、ＮＶｉｅｗ目のプロファイルデータと、（Ｎ＋Ｍ／２）Ｖｉｅｗ目のプロファイルデータを左右反転させたデータとを用いて、これら二つのプロファイルデータの非類似度が最小となる位相変化量を求め、該位相変化量に基づいて補正値を算出することを特徴としている。

また、請求項３記載の本発明の産業用Ｘ線ＣＴ装置は、請求項２に記載の産業用Ｘ線ＣＴ装置において、前記補正値算出手段は、前記ある方向とは別の一又は複数の他の方向の場合での位相変化量も同じく求め、複数の前記位相変化量に基づいて平均化された状態の補正値を算出することを特徴としている。

以上のような特徴を有する本発明によれば、ＣＴ撮影で得たＸ線透過データから抽出したプロファイルデータのうち、対になるプロファイルデータを用いて逆投影データの中心座標に対する補正値を算出する。具体的には、対になるプロファイルデータを用いる構成の補正値算出手段を備えて、その補正値算出手段により逆投影データの中心座標に対する補正値を算出する。対になるプロファイルデータは、被写体に対してある方向（Ｖｉｅｗ）となるＸ線透過データから抽出したプロファイルデータと、そのプロファイルデータに１８０°正対するプロファイルデータとがこれに相当するものである。対になるプロファイルデータは、理論的に互いに左右が反転したデータである。

プロファイルデータにおける被写体の回転中心座標が、完全にプロファイルデータの中心に存在する場合には、ある方向（Ｖｉｅｗ）となるＸ線透過データから抽出したプロファイルデータと、そのプロファイルデータに１８０°正対するプロファイルデータを左右反転させたデータとが一致する。これに対し、Ｘ線焦点位置の変動により、プロファイルデータにおける被写体の回転中心座標と、プロファイルデータの中心とがズレた場合には、ある方向（Ｖｉｅｗ）となるＸ線透過データから抽出したプロファイルデータと、そのプロファイルデータに１８０°正対するプロファイルデータを左右反転させたデータとが一致せず、ズレが生じる。そのズレは、上記ある方向（Ｖｉｅｗ）のプロファイルデータと上記左右反転させたデータとの位相変化量として現れる。位相変化量は、ある方向（Ｖｉｅｗ）のプロファイルデータと上記左右反転させたデータとの非類似度が最小となるズレにより求められる。位相変化量が求められることにより、被写体の回転中心座標とプロファイルデータの中心との位置ズレ量が補正値算出手段により算出される。位置ズレ量は、逆投影データの中心座標に対する補正値に相当する。

尚、複数の位相変化量（上記ある方向に対して例えば１０°ピッチや例えば１０〜２０Ｖｉｅｗごとにずらした他の方向のＸ線透過データから各々抽出したプロファイルデータと、その各プロファイルデータに１８０°正対するプロファイルデータとにより求められる複数の位相変化量）を求め、その複数の位相変化量に基づいて平均化された状態の補正値を算出すれば、補正値の精度向上が図られる。また、平滑化処理とシェーディング補正とを施せばプロファイルデータを用いる上でその波形を整えることが可能になる。

本発明によれば、Ｘ線焦点位置変動による画像ぼけを自動的に解消することができるという効果を奏する。また、オペレータによるＣＴ撮影以外の特別な操作を実施する必要性をなくすことができるという効果を奏する。従って、画質及び撮影効率を向上させることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の産業用Ｘ線ＣＴ装置の一実施の形態を示す構成図である。また、図２は被写体にＸ線を照射している状態を示す平面図である。

図１及び図２において、引用符号１は本発明の産業用Ｘ線ＣＴ装置を示している。その産業用Ｘ線ＣＴ装置１は、被写体２にＸ線を照射するためのＸ線管装置３を備えている。Ｘ線管装置３は、多様なＸ線吸収特性を有する被写体２に対応するために、照射するＸ線の強さを調整することができるように構成されている。すなわち、Ｘ線管装置３は、図示しないＸ線管に供給する管電圧及び管電流を広範囲に調整することができるように構成されている。このようなＸ線管装置３は、制御システム４により制御されるＸ線制御器５に接続されている。

Ｘ線制御器５は、Ｘ線管装置３に供給するための管電圧及び管電流を制御することができるように構成されている。Ｘ線制御器５が接続される制御システム４は、本発明の産業用Ｘ線ＣＴ装置１全体の制御が行えるように構成されている。Ｘ線管装置３から被写体２に向けて照射されるＸ線は、ファン（扇）状のＸ線ビームを形成するようになっている。被写体２を透過したＸ線は、被写体２の後方に配置されるＸ線検出器６により検出されるようになっている。Ｘ線検出器６は、被写体２のＸ線透過データを検出するためのものであって、複数の検出器がマトリックス状に配列されて構成されている。このようなＸ線検出器６は、Ｘ線管装置３に対して対向するように配置されている。

被写体２は、Ｘ線管装置３とＸ線検出器６との間に配置される回転テーブル７の上に載せられている。その回転テーブル７は、回転軸８を中心に回転する回転機構９に取り付けられている。回転テーブル７は、回転機構９の作動によって３６０°全周方向に回転するようになっている。回転機構９は、回転テーブル７の下方に配置されている。また、回転機構９は、上下方向移動機構１０に取り付けられている。上下方向移動機構１０は、回転機構９を上下方向に移動させるための機構として構成されている。上下方向移動機構１０は、回転機構９の下方に配置されており、拡大率調整機構１１に取り付けられている。

その拡大率調整機構１１は、上下方向移動機構１０をＸ線管装置３の図示しないＸ線焦点とＸ線検出器６の中心とを結ぶ直線に対して平行移動させるための機構として構成されている。拡大率調整機構１１は、上下方向移動機構１０の下方に配置されている。拡大率調整機構１１の作動によって被写体２は、Ｘ線管装置３側やＸ線検出器６側に移動するようになっている。被写体２のＸ線透過データは、Ｘ線検出器６に拡大投影されるようになっている。回転機構９、上下方向移動機構１０、及び拡大率調整機構１１は、制御システム４に接続されており、その制御システム４により制御されるようになっている。

Ｘ線検出器６には、ＤＡＳ（Data Acquisition System （データ取得システム））１２が接続されている。そのＤＡＳ１２には、Ｘ線検出器６からの検出信号が入力されるようになっている。ＤＡＳ１２により得られる画像信号は、制御システム４に接続されて制御される画像処理システム１３に取り込まれるようになっている。画像処理システム１３は、取り込んだ画像信号を画像処理するとともに、画像処理システム１３に接続される既知の画像表示装置１４に対して出力を行うように構成されている。ＤＡＳ１２、画像処理システム１３、及び画像表示装置１４は、Ｘ線検出器６に投影されたＸ線透過データを計測して画像処理するとともに処理画像を表示することができるように構成されている。

画像処理システム１３（又は、画像処理システム１３と制御システム４）は、その構成中に、逆投影データの中心座標の補正値を算出するための補正値算出手段を含んでいるものとする。補正値の算出に関しては後述する。

次に、上記構成に基づいて本発明の産業用Ｘ線ＣＴ装置１の作用及び逆投影データの中心座標の補正値算出に関する説明をする。

先ず、回転テーブル７の上に被写体２を載せる。この時、回転テーブル７及び被写体２の各回転中心が極力一致するように注意しながら被写体２を回転テーブル７の上に載せる。次に、制御システム４の制御に基づき回転機構９を作動させて回転テーブル７を回転させながら被写体２の全周方向のＸ線透過データを計測する。この時、Ｘ線管装置３には、所定の管電圧及び管電流が供給され、Ｘ線管装置３からは、管電圧及び管電流に応じたＸ線が放射される。Ｘ線は、ファン（扇）状のＸ線ビームとなり、そのビームが被写体２に対して照射される。被写体２を透過したＸ線は、Ｘ線検出器６により検出され、Ｘ線検出器６からの検出信号がＤＡＳ１２に入力される。ＤＡＳ１２からは、画像処理システム１３に向けて画像信号が出力される。Ｘ線透過データは、画像信号として画像処理システム１３内の図示しないＲＡＭに取り込まれる。

続いて、画像処理の他に上記補正値算出手段としても機能する画像処理システム１３での処理に移行する。ＲＡＭに取り込まれたＸ線透過データは、被写体２の全周方向にわたる量のデータであることから、取り込まれたＸ線透過データのうち、被写体２をある方向から見たＸ線透過データと、その１８０°正対方向のＸ線透過データを画像処理システム１３内の図示しないＲＡＭの未使用領域に取り出す。もう少し具体的に説明すると、例えば、Ｘ線透過データの総Ｖｉｅｗ数（投影データの総数）をＭ、被写体２をある方向から見たＶｉｅｗ数をＮとすると、ＮＶｉｅｗ目と、（Ｎ＋Ｍ／２）Ｖｉｅｗ目の各Ｘ線透過データをＲＡＭの未使用領域に取り出す。以下、ＣＴ撮影機能により得たＸ線透過データを画像化したデータから、その画像データ内の被写体２の回転中心座標を算出し、その算出結果を再構成する際の逆投影データの中心座標の補正値に適用する方法について説明する。

図３（ａ）はＸ線焦点位置の変動により、被写体２の回転中心がＸ線透過データの中心に存在しない場合のＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データを画像化した図を示している。また、図３（ｂ）は図３（ａ）の水平方向の中心ラインのプロファイルデータを示している。被写体２は、図１及び図２に示される如く、円柱形状のもの（一例である。ここでは説明を分かり易くするために簡素な形状を選んでいる）であり、より細い円柱形状のものが埋設されている（図中の色が濃い部分がこれに相当する）。被写体２が図２の位置でありその位置でのＸ線透過データをＮＶｉｅｗ目とすると、被写体２は上記形状であることから、ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データを画像化すると、図３（ａ）のような画像になる。また、プロファイルデータは図３（ｂ）のような波形になる。

図３（ｂ）のプロファイルデータの波形は、被写体２が上記形状であることから、左右両端側の波形が大きくなる（Ｘ線の透過する部分が小さいため）。また、波形は、被写体２の厚みに応じて小さくなる。より細い円柱形状のものが埋設された部分に対応する波形は、一番小さくなる。尚、Ｘ線透過データはメディアンフィルタを用いた平滑化処理が施されるものとする。また、シェーディング補正が施されるものとする。これはＸ線画像のランダムノイズの解消や検出器の感度ばらつきとＸ線強度が一様に分布しない場合の解消のためである。

図２に示される位置から図４に示される位置に被写体２が移動すると、（Ｎ＋Ｍ／２）Ｖｉｅｗ目のＸ線透過データの画像及びプロファイルデータが得られる。図５（ａ）はＸ線焦点位置の変動により被写体の回転中心がＸ線透過データの中心に存在しない場合の（Ｎ＋Ｍ／２）Ｖｉｅｗ目のＸ線透過データを画像化した図を示している。また、図５（ｂ）は図５（ａ）の水平方向の中心ラインのプロファイルデータを示している。

ここで、図３（ｂ）のプロファイルデータの波形をｆ（ｘ）、図５（ｂ）のプロファイルデータであってその波形を左右反転させたものをｇ（ｘ）とすると、Ｘ線透過データにおける被写体２の回転中心が完全にＸ線透過データの中心に存在する場合、ｆ（ｘ）とｇ（ｘ）の各波形同士は重ね合わせた状態で一致する。しかし、被写体２の回転中心がＸ線透過データの中心に存在しない場合には、ｆ（ｘ）とｇ（ｘ）の各波形がずれて位相の差が生じる（図６参照）。その位相の差の半分がＸ線焦点位置の変動によるＸ線透過データ内の被写体回転中心とＸ線透過データの中心との位置ズレ量に相当する。尚、位置ズレ量は、逆投影データの中心座標に対する補正値に相当する。

ｆ（ｘ）とｇ（ｘ）の位相の差は、ｇ（ｘ）の位相をある量だけずらした波形ｇ′（ｘ）を作成し、図７に示される如く、ｆ（ｘ）とｇ′（ｘ）のある範囲内ａ〜ｂにおけるｆ（ｘ）とｇ′（ｘ）の非類似度ｐを算出し、その非類似度ｐが最小になるようなｇ（ｘ）に対するｇ′（ｘ）の位相変化量ｄから求める。尚、ｆ（ｘ）とｇ′（ｘ）の非類似度ｐは、次のように定義される。非類似度ｐの式中の積分範囲ａ−ｂは、特に限定するものではないが、ＦＯＶ（Field of View （有効視野範囲））に等しいものとする。

図７（ａ）は図６（ａ）のｇ（ｘ）の波形をｄだけずらしてｇ′（ｘ）を作成し、ｆ（ｘ）の波形と共に上下に並べた図を示している。また、図７（ｂ）は非類似度ｐが最小になった状態の図を示している。図７から分かるように、ｇ′（ｘ）のｇ（ｘ）に対する位相変化量ｄがｆ（ｘ）とｇ（ｘ）の位相の差に相当し、上記の如く、ｆ（ｘ）とｇ（ｘ）の位相の差の半分がＸ線焦点位置の変動によるＸ線透過データ内の被写体回転中心とＸ線透過データの中心とのズレ量に相当することから、ｇ′（ｘ）のｇ（ｘ）に対する位相変化量ｄの半分の値、すなわちｄ／２がＸ線焦点位置の変動によるＸ線透過データ内の被写体回転中心とＸ線透過データの中心との位置ズレ量になる。言い換えれば、ｄ／２が逆投影データの中心座標に対する補正値になる。

従って、Ｘ線透過データの中心のＸ座標にｄ／２を加算した結果Ｘ′を逆投影データの中心として断層画像の再構成を行えば、Ｘ線焦点位置の変動が原因となる断層画像のぼけを人手を介さずに自動的に解消することができる。本発明の産業用Ｘ線ＣＴ装置１は、従来よりも画質及び撮影効率を向上させることができる。

図８を参照しながら上述の動作の要点を説明する。図８は動作説明用のフローチャートである。尚、ステップＳ１〜ステップＳ９まで順に実行がなされるものとする。

ステップＳ１では、ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データをロードする。ステップＳ２では、ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データに対し、１８０°正対方向のＸ線透過データをロードする。ステップＳ３では、Ｘ線透過データのシェーディング補正を施す。ステップＳ４では、メディアンフィルタを用いた平滑化処理を施す。ステップＳ５では、ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データのプロファイルデータを作成する（ｆ（ｘ））。ステップＳ６では、ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データに対し、１８０°正対方向のＸ線透過データのプロファイルデータを作成する。ステップＳ７では、ＮＶｉｅｗ目のＸ線透過データに対し、１８０°正対方向のＸ線透過データのプロファイルデータを左右反転する（ｇ（ｘ））。ステップＳ８では、ａ〜ｂの範囲で例えば０．５画素ずつ動かした波形ｇ′（ｘ）を作成し、非類似度（ｆ（ｘ）−ｇ′（ｘ）の絶対値の積分値）ｐを求める。ステップＳ９では、非類似度ｐが最小になるｇ′（ｘ）の位相変化量ｄを求め、検出器の中心座標＋（ｄ／２）を逆投影データの回転中心座標に適用する。

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

すなわち、上述ではある一つのＶｉｅｗについて回転中心位置の位置ズレ量を求めているが、これに限らず、例えば１０〜２０Ｖｉｅｗ毎に、又は、例えば１０°ピッチ毎に位置ズレ量を求めて、これら複数の位置ズレ量の平均値を補正値として適用することも当然に可能であるものとする（拡大率が大きくなる場合は位置ズレ量の平均値を補正値として適用することが効果的である）。

本発明による産業用Ｘ線ＣＴ装置の一実施の形態を示す構成図である。 被写体にＸ線を照射している状態を示す平面図である。 （ａ）はＸ線焦点位置の変動により被写体の回転中心がＸ線透過データの中心に存在しない場合の、ある方向（ここでは図２の位置に対応する）のＸ線透過データを画像化した図、（ｂ）は（ａ）の水平方向の中心ラインのプロファイルデータの図である。 図２に対して被写体が１８０°正対方向に位置する場合を示す平面図である。 （ａ）はＸ線焦点位置の変動により被写体の回転中心がＸ線透過データの中心に存在しない場合（ここでは図４の位置に対応する）のＸ線透過データを画像化した図、（ｂ）は（ａ）の水平方向の中心ラインのプロファイルデータの図である。 （ａ）は図３（ｂ）のプロファイルデータと、図５（ｂ）のプロファイルデータを左右反転させたデータとを検出器中心を合わせた状態で上下に並べた図、（ｂ）は検出器中心を合わせた状態で重ね合わせた図である。 （ａ）は図６（ａ）の左右反転させたデータをｄだけずらして上下に並べた図、（ｂ）は非類似度が最小になった状態を示す図である。 動作説明用のフローチャートである。

符号の説明

１ 産業用Ｘ線ＣＴ装置
２ 被写体
３ Ｘ線管装置
４ 制御システム
５ Ｘ線制御器
６ Ｘ線検出器
７ 回転テーブル
８ 回転軸
９ 回転機構
１０ 上下方向移動機構
１１ 拡大率調整機構
１２ ＤＡＳ
１３ 画像処理システム（補正値算出手段）
１４ 画像表示装置

Claims (3)

1. 回転軸を中心にして回転する回転テーブル上にあって複数の回転角度から被写体へＸ線を照射し、そのＸ線照射された被写体のＸ線透過データをＸ線検出器を用いて検出し、その検出されたＸ線透過データに基づいて逆投影法を含む演算により前記被写体の断層画像を再構成するとともに、該再構成された断層画像を画像表示装置に表示する産業用Ｘ線ＣＴ装置であって、
   前記Ｘ線透過データから抽出したプロファイルデータと対向して得られるプロファイルデータに基づいて前記逆投影法によって得られたデータの中心座標に対する補正値を算出する補正値算出手段を備えた
   ことを特徴とする産業用Ｘ線ＣＴ装置。
2. 請求項１に記載の産業用Ｘ線ＣＴ装置において、
   前記補正値算出手段は、前記Ｘ線透過データの総Ｖｉｅｗ数をＭ、前記被写体をある方向から見たＶｉｅｗ数をＮとすると、ＮＶｉｅｗ目のプロファイルデータと、（Ｎ＋Ｍ／２）Ｖｉｅｗ目のプロファイルデータを左右反転させたデータとを用いて、これら二つのプロファイルデータの非類似度が最小となる位相変化量を求め、該位相変化量に基づいて補正値を算出する
   ことを特徴とする産業用Ｘ線ＣＴ装置。
3. 請求項２に記載の産業用Ｘ線ＣＴ装置において、
   前記補正値算出手段は、前記ある方向とは別の一又は複数の他の方向の場合での位相変化量も同じく求め、複数の前記位相変化量に基づいて平均化された状態の補正値を算出する
   ことを特徴とする産業用Ｘ線ＣＴ装置。
   
   

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