JP2006020680A

JP2006020680A - Ｘ線計測装置

Info

Publication number: JP2006020680A
Application number: JP2004198987A
Authority: JP
Inventors: Rika Baba; 理香馬場; Takeshi Ueda; 健植田
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-07-06
Also published as: JP4512187B2

Abstract

【課題】
フィルタによって生じる不均一性を補正し、良好な３次元像を得ることが可能なＸ線計測装置を提供する。
【解決手段】
検査対象１０８に照射するＸ線を発生するＸ線源１０１と、検査対象１０８に関する計測データを検出するＸ線検出器１０２と、Ｘ線源１０１とＸ線検出器１０２を対向させて保持する保持装置１０３と、検査対象１０８に対するＸ線源１０１およびＸ線検出器１０２の相対位置を変化させる回転装置１０４と、計測データの演算処理を行う制御処理装置１０６とを有し、凹型の円弧と凸型の円弧と直線を組み合わせた断面形状を持つフィルタ１１０をＸ線源１０１と検査対象１０８との間に設置し、回転装置１０４が回転を行う間にＸ線源１０１がＸ線を発生すると共にＸ線検出器１０２が計測データを収集することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線管とＸ線検出器を用いて被写体のＸ線計測を行うＸ線計測技術に関する。

Ｃ字型の支柱（以下、Ｃアーム）の両端にＸ線源と２次元Ｘ線検出器を対向するように設置したＸ線計測装置がある。Ｃアームを天井から吊るす形態のものや、Ｃアームを床から支える形態のものがある。また、ガントリ上にＸ線源と２次元Ｘ線検出器を対向するように設置したＸ線計測装置がある。これらの装置において、Ｃアームあるいはガントリを移動させることにより、Ｘ線源とＸ線検出器を被写体の周囲で回転させながらＸ線計測を行うことが可能である。

また、回転計測により得られた複数の計測データにそれぞれ補正処理を施して３次元再構成のための１組の投影データを得、得られた１組の投影データに対して３次元再構成アルゴリズムを用いて再構成処理を行い、３次元像を得ることが可能である（例えば、非特許文献１参照）。

「新医療、２００２年１０月」、Ｖｏｌ.２９Ｎｏ.１０、ｐｐ.１０２−１０５

従来装置において、厚い被写体（検査対象）を計測すると、被写体を透過して検出器に到達するＸ線量は少量となり、計測されるＸ線像の画質は劣化する。Ｘ線源から照射するＸ線量を増加するか、あるいは、Ｘ線源と検出器の距離を短くすることにより、検出器に到達するＸ線量を増加させると、被写体領域の画質を向上することができる。しかし一方、被写体の存在しない領域、あるいは被写体の薄い領域では、Ｘ線検出器に到達するＸ線量が増大し、Ｘ線量が検出限界を超えた検出素子では飽和現象が生じ、正しい値を示さなくなる。これらの飽和を含むＸ線像を用いて再構成処理を行うと、得られた３次元像は正しい値を示すことができないという問題を生じる。具体的には、例えば、水の詰まった円柱を計測すると、axial像において被写体の内部領域の値が下降し、被写体の外部領域の値が上昇する。

検出器の飽和を抑制するために、Ｘ線源と被写体の間に金属等からなるコリメータのようなフィルタを飽和領域にのみ入れるという考え方もあるが、フィルタのエッジがＸ線像上に生じ、３次元像上で回転中心を中心とする同心円状のアーチファクトを生じるという問題がある。また、フィルタを全体に入れると、フィルタの種類や厚さによって、被写体に入射するＸ線のエネルギー分布が変わり、その結果、得られた３次元像は正しい値を示すことができないという問題がある。具体的には、例えば、アルミニウム製のフィルタを設置して水の詰まった円柱を計測すると、axial像において、被写体中心部の値が周辺部に比較して上昇する。

本発明の目的は、フィルタによって生じる不均一性を補正し、良好な３次元像を得ることが可能なＸ線計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、下記に示すような特徴を有する。

（１）本発明のＸ線計測装置は、検査対象に照射するＸ線を発生するＸ線源と、前記検査対象に関する計測データを検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器を対向させて保持する保持装置と、前記検査対象に対する前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器の相対位置を変化させる回転装置と、前記検査対象に関する計測データの演算処理を行う制御処理装置とを有し、凹型の円弧と凸型の円弧と直線を組み合わせた断面形状を持つフィルタを、前記Ｘ線源と前記検査対象との間に設置し、前記回転装置が回転を行う間に前記Ｘ線源がＸ線を発生すると共に前記Ｘ線検出器が前記計測データを収集するよう構成したことを特徴とする。

（２）前記（１）のＸ線計測装置において、前記フィルタは、前記Ｘ線源の回転面に沿った断面形状が、凹型の円弧領域に隣接して凸型の円弧領域を有し、前記凸型の円弧領域に隣接して直線領域を有する構成をなし、かつ、前記凹型の円弧領域と前記凸型の円弧領域との交点における接線が同じ傾きを有し、前記凸型の円弧領域と前記直線領域との交点における接線が同じ傾きを有することを特徴とする。

（３）前記（１）のＸ線計測装置において、前記フィルタは、前記Ｘ線源の回転面に沿った断面形状が、凹型の円弧領域の一端部に隣接して第１の凸型の円弧領域を有し、前記第１の凸型の円弧領域に隣接して第１の直線領域を有し、凹型の円弧領域の他端部に隣接して第２の凸型の円弧領域を有し、前記第２の凸型の円弧領域に隣接して第２の直線領域を有する構成をなし、かつ、前記凹型の円弧領域と前記第１の凸型の円弧領域との交点における接線が同じ傾きを有し、前記凹型の円弧領域と前記第２の凸型の円弧領域との交点における接線が同じ傾きを有することを特徴とする。

（４）前記（３）のＸ線計測装置において、前記フィルタは、前記凹型の円弧領域と前記第１の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値と、前記凹型の円弧領域と前記第２の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値が同じであることを特徴とする。

（５）前記（３）のＸ線計測装置において、前記フィルタは、前記凹型の円弧領域と前記第１の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値と、前記凹型の円弧領域と前記第２の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値が異なることを特徴とする。

（６）前記構成のＸ線計測装置において、前記制御処理装置は、前記計測データを対数変換し、前記フィルタの断面形状に応じた補正係数を算出して、前記対数変換データに前記補正係数を乗算し、乗算したデータを前記対数変換データに加算し、加算したデータを用いて再構成演算処理を行うことにより、３次元像を得ることを特徴とする。

（７）前記（６）のＸ線計測装置において、前記制御処理装置は、前記フィルタを設置して前記検査対象がない状態で取得した第１の計測データを、前記フィルタを設置せず前記検査対象がない状態で取得した第２の計測データで除算して、前記フィルタの透過率を求め、前記フィルタにおける一方向のチャンネルと透過率との関係を多項式で近似することにより、チャンネル毎の補正係数を求める処理を行なうことを特徴とする。

本発明によれば、検出器の飽和を抑制する特殊な形状のフィルタを用い、フィルタによって生じる不均一性を補正し、良好な３次元像を得ることが可能なＸ線計測装置を実現できる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図１に、本発明の一実施例に係るＸ線計測装置の側面図を示す。Ｘ線計測装置は、Ｘ線源１０１、Ｘ線検出器１０２、支柱１０３、回転装置１０４、寝台１０５、制御処理装置１０６から成る。Ｘ線源１０１とＸ線検出器１０２は支柱１０３に設置されている。支柱１０３にはＣ字型のアームや、コ字型のアームや、ガントリ等が用いられる。図１では、Ｃ字型のアームの例を示す。支柱１０３を天井から吊るす形態や、支柱１０３を床から支える形態が考えられる。支柱１０３は回転装置１０４により、回転軸１０７を中心として寝台１０５上に横になった被写体（検査対象）１０８の周囲を回転する。図１では、最も一般的な形態として、回転軸１０７および寝台１０５が床に平行である場合を示した。支柱１０３および寝台１０５を移動させることにより、回転軸１０７を体軸に対して斜めに設定することも可能である。

Ｘ線検出器１０２には、平面型Ｘ線検出器、Ｘ線イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラの組み合わせ、イメージングプレート、ＣＣＤ検出器、固体検出器等が用いられる。平面型Ｘ線検出器としては、アモルファスシリコンフォトダイオードとＴＦＴを一対としてこれを正方マトリックス上に配置し、これと蛍光板を直接組み合わせたもの等がある。

Ｘ線源１０１から発生されたＸ線は、被写体１０８を透過し、検出器１０２によりＸ線強度に応じた電気信号に変換され、制御処理装置１０６に計測データとして入力される。制御処理装置１０６は、Ｘ線源１０１におけるＸ線発生、Ｘ線検出器１０２におけるデータの取得、回転装置１０４における支柱１０３の回転を制御する。これにより、Ｘ線計測装置は、支柱１０３を回転しながらＸ線の発生と計測データの取得を行う回転計測が可能である。制御処理装置１０６は、計測データに対して、対数変換処理や再構成演算処理等を実行し、３次元データを取得することが可能である。

本発明では、図１において、Ｘ線源１０１とＸ線検出器１０２の間にフィルタ１１０を設置する。フィルタ１１０は、アルミニウム、銅、真鍮等の金属、セラミック、樹脂等から成る。最も簡便には、プラスチックや樹脂等のケースに入れた液体で作成することも可能である。

制御処理装置１０６は、フィルタ１１０設置に伴う補正処理を実行する。制御処理装置１０６は、内部に記憶手段１０９を有し、補正処理に必要な補正係数等を記憶する。入力手段としては、キーボードからのキー入力、ファイルからの読み込み、記憶チップの交換が考えられる。制御処理手段１０６は、操作メニューとして補正処理の実行の有無を入力するモード、あるいは、スイッチ等を有する。

図２に、一例として、フィルタ１１０をＸ線源１０１の回転面に沿って切った断面図を示す。断面は、凹面から成る領域２０１と、凸面から成る第１の領域２０２と第２の領域２０３と、一定値から成る第１の領域２０４と第２の領域２０５から成る。領域２０１の上面は円２１１の円弧の一部であり、領域２０２の上面は円２１２の円弧の一部であり、領域２０３の上面は円２１３の円弧の一部であり、領域２０４の上面は矩形２１４の上辺であり、領域２０５の上面は矩形２１５の上辺である。円２１１と円２１２の接点を交点２２１、円２１１と円２１３の接点を交点２２２とすると、領域２０１の上面は交点２２１から交点２２２までの凹面状の円弧（凹型の円弧領域）となる。円２１２と矩形２１４の接点を交点２２３とすると、領域２０２の上面は交点２２１から交点２２３までの凸面状の円弧（第１の凸型の円弧領域）となる。円２１３と矩形２１５の接点を交点２２４とすると、領域２０３の上面は交点２２２から交点２２４までの凸面状の円弧（第２の凸型の円弧領域）となる。領域２０４の上面は交点２２３から辺の端までの線分（第１の直線領域）となる。領域２０５の上面は交点２２４から辺の端までの線分（第２の直線領域）となる。

円２１１と円２１２は、交点２２１において同じ傾きの接線を持つ。円２１１と円２１３は、交点２２２において同じ傾きの接線を持つ。円２１２と矩形２１４は、交点２２３において同じ傾きの接線を持つ。円２１３と矩形２１５は、交点２２４において同じ傾きの接線を持つ。これにより、フィルタの上面は滑らかで連続的なプロファイルを描くことができる。即ち、プロファイルを関数で示した場合に、その微分形が連続関数となる。

本例のフィルタは、凹型の円弧領域と第１の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値と、凹型の円弧領域と第２の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値が同じであり、左右が対称な形状になっている。

図３に、フィルタの別の例を示し、Ｘ線源の回転面に沿って切った断面図を示す。図２の例では、フィルタの断面形状が左右対称である場合について示したが、図３では、円２１２'の直径を円２１３より大きくすることにより、左右が非対称な形状になっている。すなわち、図２の例において、凹型の円弧領域と第１の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値と、凹型の円弧領域と第２の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値が異なり、左右が非対称な形状を有する。

円２１１と円２１２'は、交点２２１'において同じ傾きの接線を持ち、円２１２'と矩形２１４'は、交点２２３'において同じ傾きの接線を持つ。円２１２'の拡大に伴い、交点２２１'および２２３'の位置が移動する。これにより、フィルタの上面は滑らかで連続的なプロファイルを描くことができる。

なお、左右対称形状、左右非対称形状のフィルタの選択は、検査対象の部位に応じて使用することができる。

次に、フィルタを設置した場合における制御処理装置でのデータの補正方法を示す。

図４に、補正処理の手順を示す。フィルタを設置し(４０１)、被写体に対して回転計測を行う(４０２)。得られた計測データ（４０３）に対して対数変換処理を行う(４０４)。補正実施の場合(４０５)、対数変換データ（４０６）に対して補正係数（４０７）を乗算し(４０８)、補正データ（４０９）を得る。補正データ（４０９）を対数変換データ（４０６）に加算し(４１０)、補正後データ（４１１）を得る。全ての計測データに対して処理を終了したら(４１２)、再構成演算処理を行い(４１３)、３次元データ（４１４）を得る。

つぎに、補正係数の算出手順を示す。フィルタを設置せず、被写体がない状態で計測を行い(４２１)、計測データＰ（４２２）を得る。計測データＰの計測時と同じ条件で、フィルタを設置し(４２３)、被写体がない状態で計測を行い(４２４)、計測データＱ（４２５）を得る。計測データＰおよびＱを用いて、補正係数を求める(４２６)。Ｘ線検出器素子のチャンネルＩ番目における計測データをＰ(Ｉ)およびＱ(Ｉ)とすると、チャンネルＩにおけるフィルタのＸ線透過率Ｔ(Ｉ)は、式(１)で求められる。
Ｔ(Ｉ) ＝Ｑ(Ｉ)／Ｐ(Ｉ) ………式(１)
チャンネルＩと透過率Ｔ(Ｉ)の関係を多項式である式(２)でフィッティングし、補正係数Ｒ(Ｉ)を算出する。ここで、ｍはフィルタの中心チャネル、ｋは定数、ｎは２、３、…、の整数である。
Ｒ(Ｉ) ＝ｋ（Ｉ−ｍ）^ｎ ………式(２)
補正演算について説明する。チャンネルＩにおける対数変換後のデータをＶ(Ｉ)とすると、補正演算は、式(３)となる。データＶ(Ｉ)に補正係数Ｒ(Ｉ)を乗算し、データＶ(Ｉ)に加算し、補正後データＳ(Ｉ)を得る。あるいは、データＶ(Ｉ)に（１＋Ｒ(Ｉ)）を乗算し、補正後データＳ(Ｉ)を得る。
Ｓ(Ｉ) ＝Ｖ(Ｉ)＋Ｖ(Ｉ) Ｒ(Ｉ) ＝Ｖ(Ｉ) （１＋Ｒ(Ｉ)） ………式(３)
フィルタ形状を左右対称形状とすると、フィルタ中心に対して透過率Ｔも左右対称となり、透過率の算出演算量および記憶容量が半減できる。フィルタ形状を左右非対称とすると、回転中心軸に対して計測データが左右非対称な場合にＸ線検出器の飽和を抑制することが可能となり、補正精度が向上する。

図５は、本発明の効果の一例を示す。アルミニウム製のフィルタを設置して水の詰まった円柱を計測すると、（Ａ）に示すように、再構成像において被写体中心部の値が周辺部に比較して上昇し、不均一が生じる。これに対して、本発明の補正処理を実施すると、（Ｂ）に示すとおり、再構成像において被写体中心部の値と周辺部の値はほぼ一致し、不均一性は解消された。

以上のように、本発明によれば、Ｘ線源と検査対象との間に、凹型の円弧と凸型の円弧と直線を組み合わせた断面形状を持つフィルタを、Ｘ線源と検査対象との間に設置し、回転装置が回転を行う間にＸ線源がＸ線を発生すると共にＸ線検出器が計測データを収集するよう構成することにより、Ｘ線検出器の飽和を抑制し、値の均一性の高い良好なＸ線像を得ることが可能である。

また、本発明によれば、フィルタの断面形状が、凹型の円弧に隣接して凸型の円弧があり、その凸型の円弧に隣接して直線部がある構成をしており、凹型の円弧と凸型の円弧の交点における接線が同じ傾きであり、凸型の円弧と直線部の交点における接線が同じ傾きをしていることにより、フィルタは滑らかで連続的なプロファイルを描くことができ、段差のない良好なＸ線像を得ることができる。段差のないＸ線像を用いて再構成演算を行うことにより、回転中心を中心とした同心円上のアーチファクトの発生を防ぎ、良好な３次元像を得ることが可能である。

また、本発明によれば、制御処理装置が、計測データを対数変換し、フィルタの断面形状に応じた補正係数を算出し、対数変換データに補正係数を乗算し、乗算したデータを対数変換データに加算し、加算したデータを用いて再構成演算を行い、３次元像を得る処理を行なうことにより、値の均一性の高い良好な３次元像を得ることが可能である。

また、本発明によれば、フィルタを設置して検査対象がない状態で取得した計測データを、フィルタを設置せず被写体がない状態で取得した計測データで除算し、フィルタの透過率を求め、一方向のチャンネルと透過率との関係を多項式で近似し、チャンネル毎の補正係数を求めることにより、チャンネル毎に補正係数を得ることが可能となり、精度の高い補正が可能となる。その結果、値の均一性の高い良好な３次元像を得ることが可能である。

本発明の一実施例になるＸ線計測装置を説明する側面図。本発明によるフィルタの一例を示す断面図。本発明によるフィルタの別の例を示す断面図。本発明によるフィルタ設置に伴う補正処理の手順を説明する図。本発明による効果の一例を示す図。

符号の説明

１０１…Ｘ線源、１０２…検出器、１０３…支柱、１０４…回転装置、１０５…寝台、１０６…制御処理装置、１０７…回転軸、１０８…被写体（検査対象）、１０９…記憶装置、１１０…フィルタ、２０１…（凹型の円弧）領域、２０２、２０２’…（第１の凸型の円弧）領域、２０３…（第２の凸型の円弧）領域、２０４、２０４’…（第１の直線）領域、２０５…（第２の直線）領域、２１１、２１２、２１２’、２１３…円、２１４、２１４’、２１５…矩形辺、２２１、２２１’、２２２、２２３、２２３’、２２４…交点。

Claims

検査対象に照射するＸ線を発生するＸ線源と、前記検査対象に関する計測データを検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器を対向させて保持する保持装置と、前記検査対象に対する前記Ｘ線源および前記Ｘ線検出器の相対位置を変化させる回転装置と、前記検査対象に関する計測データの演算処理を行う制御処理装置とを有し、凹型の円弧と凸型の円弧と直線を組み合わせた断面形状を持つフィルタを、前記Ｘ線源と前記検査対象との間に設置し、前記回転装置が回転を行う間に前記Ｘ線源がＸ線を発生すると共に前記Ｘ線検出器が前記計測データを収集するよう構成したことを特徴とするＸ線計測装置。
前記フィルタは、前記Ｘ線源の回転面に沿った断面形状が、凹型の円弧領域に隣接して凸型の円弧領域を有し、前記凸型の円弧領域に隣接して直線領域を有する構成をなし、かつ、前記凹型の円弧領域と前記凸型の円弧領域との交点における接線が同じ傾きを有し、前記凸型の円弧領域と前記直線領域との交点における接線が同じ傾きを有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線計測装置。
前記フィルタは、前記Ｘ線源の回転面に沿った断面形状が、凹型の円弧領域の一端部に隣接して第１の凸型の円弧領域を有し、前記第１の凸型の円弧領域に隣接して第１の直線領域を有し、凹型の円弧領域の他端部に隣接して第２の凸型の円弧領域を有し、前記第２の凸型の円弧領域に隣接して第２の直線領域を有する構成をなし、かつ、前記凹型の円弧領域と前記第１の凸型の円弧領域との交点における接線が同じ傾きを有し、前記凹型の円弧領域と前記第２の凸型の円弧領域との交点における接線が同じ傾きを有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線計測装置。
前記フィルタは、前記凹型の円弧領域と前記第１の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値と、前記凹型の円弧領域と前記第２の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値が同じであることを特徴とする請求項３に記載のＸ線計測装置。
前記フィルタは、前記凹型の円弧領域と前記第１の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値と、前記凹型の円弧領域と前記第２の凸型の円弧領域との交点における接線の傾きの絶対値が異なることを特徴とする請求項３に記載のＸ線計測装置。
前記制御処理装置は、前記計測データを対数変換し、前記フィルタの断面形状に応じた補正係数を算出して、前記対数変換データに前記補正係数を乗算し、乗算したデータを前記対数変換データに加算し、加算したデータを用いて再構成演算処理を行うことにより、３次元像を得ることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のＸ線計測装置。
前記制御処理装置は、前記フィルタを設置して前記検査対象がない状態で取得した第１の計測データを、前記フィルタを設置せず前記検査対象がない状態で取得した第２の計測データで除算して、前記フィルタの透過率を求め、前記フィルタにおける一方向のチャンネルと透過率との関係を多項式で近似することにより、チャンネル毎の補正係数を求める処理を行なうことを特徴とする請求項６に記載のＸ線計測装置。