JP2005241294A

JP2005241294A - 透視撮像方法および装置

Info

Publication number: JP2005241294A
Application number: JP2004048325A
Authority: JP
Inventors: Megumi Suno; 恵須能; Taro Takagi; 高木　　太郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】Ｘ線ＣＴ撮像に代表される透視撮像に関して、放射線の出射強度が小さいなどの理由からそのばらつきが大きい場合でも、対象物構成材料の密度推定を十分に高い精度でなせるようにする。
【解決手段】放射線を対象物Ｐに対して同一の経路で複数回照射し、この複数照射における対象物からの放射線の出射強度をＸ線センサＤ１〜Ｄｎで測定し、この出射強度から除算手段１１と対数演算手段１２にて対象物による放射線の減衰量を複数照射ごとに求めるとともにこの減衰量について平均値を求め、この平均減衰量に基づいて対象物の断面における密度分布を推定して透視像を作成する透視撮像方法について、繰返し照射における出射強度について平均値と偏差をばらつき測定手段１３にて求め、この平均値と偏差を用いて平均減衰量を補正するようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線の照射で対象物を透視して撮像する透視撮像方法とそれに用いる装置に関する。

Ｘ線が各種の物質を透過する性質を利用した透視撮像の代表的な例として、Ｘ線ＣＴ装置によるＣＴ撮像がある。Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線源から放射されるＸ線を対象物にその一方の側から照射するとともに、その反対側に設置のＸ線センサで対象物透過後のＸ線の強度を測定する。そして、この透過Ｘ線について対象物による減衰量を求め、この減衰量からＸ線減衰率（＝Ｘ線吸収係数：単位透過長さあたりの減衰量）を求める。

より具体的に説明すると、Ｘ線減衰量はLanbert-Beerの法則に基づいており、これを利用して減衰量から減衰率が求めることができる。すなわち、減衰率をα、入射強度をＩ_０、出射強度をＩ、透過長さをＬとすると、減衰量について次の（１）式の関係が成立し、この（１）式から減衰率αを求めることができる。

Ｘ線ＣＴ装置では対象物がターンテーブルに載せられており、ターンテーブルを回転させながらＸ線の照射と透過Ｘ線強度の測定が繰り返される。１８０度以上回転させることにより対象物の断面についてＸ線減衰率の分布を求めるのに充分な情報を集めることができ、対象物を構成する材料のＸ線減衰率がその材料の密度にほぼ比例することから、対象物の断面における密度分布が得られる。これらのＸ線ＣＴ装置における原理については、例えば「ASTM-E1441」に詳しく説明されている。

上記のようにＸ線ＣＴ装置では、対象物の断面内の該当する位置のＸ線減衰率をその位置の画素の値（以降、ＣＴ値と呼ぶ）とするＣＴ画像を作成する。これは対象物の断面内の密度分布を表わす。このとき、対象物が厚肉で光子数の統計的ばらつきが問題になるまで出射強度が弱くなった場合、またはセンサの雑音等による出射強度自体のノイズが真の出射強度に対して相対的に大きくなった場合に、Ｘ線の出射強度のばらつきが増加し、同一照射経路に対する１回の測定では減衰率の誤差が増大するという可能性がある。そこで、従来のＸ線ＣＴ装置では、対象物に対して同一の経路で複数回測定し、その時の減衰量の平均をとることでばらつきの影響を少なくして減衰量を真値に近づけるようにしている。なおＸ線ＣＴ装置などの放射線撮像装置における放射線検出信号のばらつきの補正などに関しては、例えば特許文献１〜特許文献３などに開示の例が知られている。

特開２００３−４７６０５号公報特開２００１−６６３６８号公報特開平１１−１２８２１２号公報

出射強度のばらつきに関して従来のＸ線ＣＴでは、上記のように、同一照射経路に対する測定を複数回行って減衰量の平均を求めることで対応している。しかしこの手法には以下のような問題がある。減衰量について平均を求める手法は、（１）式における対数演算をなした後に平均をとることになり、そのためＣＴ画像のＣＴ値、すなわち減衰率は対象物における減衰率の真値よりも小さな値になる。このことを図５に示す対数グラフに基づいて説明する。（１）式における対数の真数は、定義域が１より小さい範囲である。この対数の真数ａの値が±δの範囲でばらついたとする。このとき、真数ａに対する対数演算後の値Ｖａと真数ａ−δに対する対数演算後の値Ｖａ−δおよび真数ａ＋δに対する対数演算後の値Ｖａ＋δとの平均Ｖaveは、値Ｖａより小さくなる。これは対数演算の非線形性によるものであり、真数の値が１に近づくほど顕著になる。

以上のような問題から、減衰量の平均を求めることで出射強度のばらつきに対応する従来の手法では、減衰量に真値からのある程度の誤差が生じることを避けられず、出射強度のばらつきが大きくなるほどその誤差が大きくなる。

ところで、最近のＸ線ＣＴではＸ線センサの感度がますます高くなってきており、１回の測定における光子数が１０個程度でも検出することが可能となってきている。ただ、このように出射強度が非常に小さくなる場合には光子数に量子論的な効果が現れて出射強度のばらつきが大きくなる。その結果、上記のような従来の手法であると、減衰量の誤差が大きくなり過ぎ、対象物の構成材料の密度を十分な精度で推定することが困難になり、結果としＸ線センサの高感度化を有効に活かせなくなる。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、Ｘ線ＣＴ撮像に代表される透視撮像に関して、放射線の出射強度が小さいなどの理由からそのばらつきが大きい場合でも、対象物構成材料の密度推定を十分に高い精度でなせるようにすることを目的としている。

上記目的のために本発明では、放射線を対象物に対して同一の経路で複数回照射し、この複数照射における前記対象物からの放射線の出射強度を測定し、この出射強度から前記対象物による放射線の減衰量を前記複数照射ごとに求めるとともにこの減衰量について平均値を求めて透視像を作成する透視撮像方法において、前記複数照射における前記出射強度について平均値と偏差を求め、この出射強度についての平均値と偏差を用いて前記平均減衰量を補正するようにしたことを特徴としている。

また本発明では上記のような透視撮像方法で用いる透視撮像装置に前記出射強度の平均値と偏差を求める手段を備えさせるものとしている。

また本発明では上記目的のために、放射線を対象物に照射し、この照射で対象物を透過して出射する放射線の出射強度を測定し、この出射強度から前記対象物による放射線の減衰量を求めて透視像を作成する透視撮像方法において、前記対象物に対して同一の経路で前記放射線を透過させる測定を複数回なし、その複数測定における前記出射強度について平均値を求め、この平均出射強度を前記減衰量の算出に用いるようにしたことを特徴としている。

本発明では、出射強度について平均値と偏差を求め、この出射強度についての平均値と偏差を用いて平均減衰量を補正するか、または出射強度について平均値を求めこの平均出射強度を減衰量の算出に用いるようにしている。このため本発明によれば、センサが検出する光子数が少ないとき、またはセンサの雑音が大きくなったときにでも対象物をＸ線が透過する際の減衰量を高い精度で推定することが可能となる。

以下では本発明を実施する上で好ましい形態について説明する。図１に第１の実施形態による透視撮像装置であるＸ線ＣＴ装置の構成を示す。このＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源１、ターンテーブル２、アレイ検出器３、データ処理系４および表示手段５を備えている。アレイ検出器３は、ｎ＋１個のＸ線センサＤ０〜Ｄｎをアレイ状に配列した構成とされている。そしてＸ線センサＤ０は、上記式（１）における入射強度Ｉ_０を測定するためのＸ線センサとして、透視撮像の対象となる被検体Ｐを透過することのないＸ線だけを検出できるように配置されている。一方、Ｘ線センサＤ１〜Ｄｎは、被検体Ｐを透過したＸ線を検出できるように配置されている。

データ処理系４は、Ｘ線センサＤ０〜Ｄｎからのデータ信号つまり被検体ＰへのＸ線の入射強度と被検体ＰからのＸ線の出射強度を入力とし、これらのデータから被検体ＰによるＸ線の減衰量を上記（１）式により求め、その減衰量に基づいて被検体Ｐの減衰率としてＣＴ画像を作成し、それを表示手段５で表示する。そのためにデータ処理系４は、除算手段１１、対数演算手段１２、ばらつき測定手段１３、補正手段１４および画像作成手段１５を備えている。なお、これらの各手段は、コンピュータプログラムとして構成されるのが通常である。

ばらつき測定手段１３は、図２に示すように、Ｘ線センサＤ１〜Ｄｎからのデータ信号つまり被検体ＰからのＸ線の出射強度信号をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとでかつ後述する複数回測定における測定タイミングごとに蓄積できるように形成された記憶部２１、記憶部２１へのデータ信号の入力をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに制御するスイッチ部２２、および記憶部２１に蓄積されたデータから、後述する複数回測定におけるＸ線の同一透過経路についての出射強度の平均値と偏差をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに求める平均値／偏差算出部２３を備えている。

以下ではこのようなＸ線ＣＴ装置でなされＣＴ画像作成のための処理について説明する。Ｘ線源１から放射されたＸ線はターンテーブル２上の被検体Ｐに照射される。そして、被検体Ｐを透過することにより減衰を受けたＸ線の被検体Ｐからの出射強度がＸ線センサＤ１〜Ｄｎにて光子数として測定される。この間に、Ｘ線源１から放射されるＸ線の強度つまり被検体Ｐに対するＸ線の入射強度はＸ線センサＤ０により同じく光子数として測定されている。

このようなＸ線の照射とＸ線の被検体Ｐへの入射強度および被検体Ｐからの出射強度の測定は、ターンテーブル２を所定の角度で１８０度になるまで順次回転させながらその回転角度ごとに照射と測定を同期して行うものである。これを一つのセットと考える。前述の出射強度におけるばらつき問題への対応はこのセットを複数回、例えば１０回程度、被検体Ｐに対するＸ線の透過経路が同じになるようにして、繰り返すことで行われる。

このような測定の繰返しを通じて、一つの測定タイミングごとにＸ線センサＤ０〜Ｄｎからのデータ信号がデータ処理系４に送られて画像作成のためのデータ処理を受ける。具体的には、除算手段１１と対数演算手段１２により、上記（１）式から一つの測定タイミングごとの減衰量をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに求めるとともに、複数セットの測定（ｍ１〜ｍＮ）におけるＸ線の同一透過経路についての減衰量の平均値をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに求める。その一方でばらつき測定手段１３は、複数セットの測定におけるＸ線の同一透過経路について、Ｘ線センサＤ１〜Ｄｎごとのデータを記憶部２１に測定が終了するまで保存する。そして、測定が終了した時点でその保存データから、平均値／偏差算出部２３により、複数回測定におけるＸ線の同一透過経路についての出射強度の平均値をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに求めるとともに、任意の測定タイミングｍｊにおける偏差をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに求める。

ばらつき測定手段１３で求めた出射強度の平均値と偏差は補正手段１４に出力される。これを受けた補正手段１４は、その平均値と偏差から補正項を求め、これを除算手段１１と対数演算手段１２にて求めた減衰量の平均値にＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに加算する補正を行う。そしてこの補正がなされた減衰量に基づいて画像作成手段１５がＣＴ画像を作成し、それを表示手段５に表示する。

補正手段１４による補正項の算出は下記の式（２）と（３）によりなされる。そして式（３）における第２項（式（４）に示す）として補正項が得られる。

ここで、Ｖ_ｋはｋ番目のＸ線センサＤｋについて除算手段１１と対数演算手段１２により求められた減衰量の平均値、Ｉ_ｋｏｕｔはｋ番目のＸ線センサＤｋにおいて上記の測定タイミングｍｊで測定された出射強度、その上に「―」（バー）が付されているＩ_ｋｏｕｔはｋ番目のＸ線センサＤｋで測定された出射強度の平均値、Ｉ_ｉｎは被検体Ｐへの入射強度、δ_ｋはｋ番目のＸ線センサＤｋにおける偏差、Ｖ_{ｋｒｅａｌ}は補正手段１４にて補正された後の減衰量である。

以上のように本発明の一実施形態では、出射強度について平均値と偏差を求め、これから導かれる補正項を減衰量の平均値に加算することで補正するようにしている。このため、画像データのもととなる減衰量をより真値に近づけることができ、したがって出射強度のばらつきが大きい場合でも被検体の構成材料の密度を十分に高い精度で推定することが可能となる。

以上の実施形態は、既存のＸ線ＣＴ装置を前提に、それにおけるデータ処理プログラムに簡単な修正を施すだけで適用できるようにしたものである。本発明はこのような実施形態の他にも次に説明する実施形態とすることも可能である。

図３に第２の実施形態による透視撮像装置であるＸ線ＣＴ装置の構成を示す。このＸ線ＣＴ装置は、そのデータ処理系３０を除いて第１の実施形態におけるＸ線ＣＴ装置と同様である。したがって共通する部分には同一の符号を付し、それらについては上での説明を援用する。

データ処理系３０は、除算手段３１、対数演算手段３２、出射強度平均値算出手段３３、および画像作成手段３４を備えている。その出射強度平均値算出手段３３は、図４に示すように、Ｘ線センサＤ１〜Ｄｎからのデータ信号をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとでかつ第２段階の繰返し測定における測定タイミングごとに蓄積できるように形成された記憶部４１、記憶部４１へのデータ信号の入力をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに制御するスイッチ部４２、および記憶部４１に蓄積されたデータから、第２段階の繰返し測定におけるＸ線の同一透過経路についての出射強度の平均値をＸ線センサＤ１〜Ｄｎごとに求める平均値算出部４３を備えている。この出射強度平均値算出手段３３で求めた出射強度の平均値は上記の（１）式における出射強度Ｉとして用いられ、除算手段３１と対数演算手段３２により（１）式から減衰量が求められ、その減衰量に基づいて画像再構成手段１５がＣＴ画像を再構成し、それを表示手段５に表示する。

このように出射強度の平均を求め、これを直接用いて減衰量を求める形態にあっても第１の実施形態の場合と同様に、画像データのもととなる減衰量をより真値に近づけることができ、出射強度のばらつきが大きい場合でも被検体の構成材料の密度を十分に高い精度で推定することが可能となる。

本発明は、放射線を用いる透視撮像に関して、対象物からの放射線の出射強度に大きなばらつきがある場合でもの対象物の構成材料の密度を十分に高い精度で推定することを可能とする。したがって本発明は、Ｘ線ＣＴ装置などの透視撮像分野のさらなる高度化に大きく寄与できる。

第１の実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。ばらつき測定手段の構成を示す図である。第２の実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示す図である。出射強度平均値算出手段の構成を示す図である。減衰量の平均を求める場合の誤差の発生を説明するための図である。

符号の説明

１Ｘ線源
２ターンテーブル
１３ばらつき測定手段
２３平均値／偏差算出部
３３出射強度平均値算出手段
４３平均値算出部
Ｄ０〜ＤｎＸ線センサ
Ｐ被検体

Claims

放射線を対象物に対して同一の経路で複数回照射し、この複数照射における前記対象物からの放射線の出射強度を測定し、この出射強度から前記対象物による放射線の減衰量を前記複数照射ごとに求めるとともにこの減衰量について平均値を求めて透視像を作成する透視撮像方法において、前記複数照射における前記出射強度について平均値と偏差を求め、この出射強度についての平均値と偏差を用いて前記平均減衰量を補正するようにしたことを特徴とする透視撮像方法。
請求項１に記載の透視撮像方法で用いる透視撮像装置であって、前記出射強度の平均値と偏差を求める手段を備えてなる透視撮像装置。
放射線を対象物に照射し、この照射で対象物を透過して出射する放射線の出射強度を測定し、この出射強度から前記対象物による放射線の減衰量を求めて透視像を作成する透視撮像方法において、前記対象物に対して同一の経路で前記放射線を透過させる測定を複数回なし、その複数測定における前記出射強度について平均値を求め、この平均出射強度を前記減衰量の算出に用いるようにしたことを特徴とする透視撮像方法。
請求項３に記載の透視撮像方法で用いる透視撮像装置であって、前記出射強度の平均値を求める手段を備えてなる透視撮像装置。