JP2006204953A - 局所照射x線ct撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被写体Oの一部である歯列弓Sのパノラマ画像を得るために必要なオルソX線コーンビーム1aの軌跡を含むような仮想局所部位Qの中心位置に固定させて、旋回アーム3を、撮影条件に応じた角度範囲だけ旋回させながら、X線発生器1からその仮想局所部位Qのみを包含するX線コーンビーム1aを照射して、歯列弓SのX線投影画像を2次元X線イメージセンサ2上に順次生成し、この2次元X線イメージセンサ2上に順次生成される歯列弓SのX線投影画像のなかからオルソX線コーンビーム1bによって生成された部分X線投影画像のみを抽出し、画像演算処理することによって、歯列弓Sの3次元的なX線吸収係数分布情報を画像情報として取り出して、その歯列弓Sのパノラマ画像を生成する。
【選択図】図1
Description
ここで、撮影条件に応じた角度範囲とは、全顎を撮影する際は、180度から240度程度の角度範囲である。
このようにすると、被写体のX線被爆量が、X線コーンビームからオルソX線コーンビームになる分だけ、少なくなる。
局所照射X線CT撮影方法を用いる場合、局所部位のみのX線投影画像のみが得られればよいので、この装置では、2次元X線イメージセンサも小さくすることができ、また、得られるX線投影画像データも少なくなるので、その処理速度も速くなり、所定時間に検出することのできるX線投影画像データの枚数も多くなる。したがって、装置全体を小型化できると同時に、撮影速度も速くできる。
更に、被写体を少なくとも上下方向に位置設定可能とする被写体上下位置調節手段を備えていることを特徴とする。
この局所照射X線CT撮影装置では、旋回アームの回転中心の水平位置と上下位置を示す光ビーム照射手段を設けているので、被写体保持手段をその光ビームの指示に合わせて設定すれば、被写体の位置を、局所照射X線CT撮影方法を実施するために適切な位置に設定することができる。
ここに咬合モデルとは、一般には、歯科治療で用いるもので、歯の噛み合わせ状態を写しとったモデルをいい、被写体である患者ごとに作成されるものである。しかし、ここでは、これを含み、さらに広く、特定形状の物体の一部の外形を写しとったモデルをいい、この咬合モデルの位置決めをすると、それに嵌合させた特定形状の物体の内部点の位置を決めることができるものである。
この装置では、被写体の外部で位置決めするのではなく、このような咬合モデルで位置決めするので、より正確に、旋回アームの回転中心を被写体内部の局所部位の中心位置あるいは仮想局所部位の中心位置に固定することができる。
ここで、回転制御モータとは、サーボモータなどのように、その回転速度、回転位置を自由に制御することができるモータをいう。この装置では、直結駆動としているので、芯振れがなく、このような回転制御モータを用いているので、旋回アームを希望の速度で、正確に回転させ、また、希望の位置で停止させることができ、局所照射X線CT撮影方法を有効に実施することができる。
請求項1によれば、旋回アームの中心位置を歯列弓の撮影位置に応じて前後、左右に移動させながら周回させる機構が不要となるので、旋回アーム駆動制御手段の構造を簡易にできる。
また、歯列弓のX線投影画像を2次元X線イメージセンサに生成するので、従来のフィルム撮影に比べて感度がよく、X線の被爆量を抑制して、鮮明なパノラマ画像を得ることが出来る。また
2次元X線イメージセンサには、正投影画像の撮影に必要なオルソX線コーンビームのみが入射されるので、従来のX線パノラマ撮影と同様に、周りの不要な投影画像を撮影時の段階から除去できる。本発明の局所照射X線CT撮影によれば、設置占有面積の少ない装置としての小型化が可能であり、患者を立位または座位としてX線を水平方向に旋回照射する縦型の装置として構成できる。
Intensifier)カメラ、X線アモルファスセレンセンサ、X線CCD(Charge Coupled Device)センサ、増幅器付きX線CCDセンサ(XICCD)などを使用する。
したがって、この内接円Gの中心Gaを旋回アーム3の回転中心3aとして、その内接円Gを局所照射するように一定幅を有したX線コーンビーム1aを周囲から局所照射すれば、そのX線コーンビーム1aは、常時、歯列弓Sに直交するX線ビーム束を含んだものとなる。つまり、この例では、この内接円Gが、図5に示す通り、上述した仮想局所部位となり、符号Qで表す。また、ここでいう歯列弓Sに直交するX線ビーム束が、上述したオルソX線コーンビームであり、符号1bで表す。
[局所照射X線CT撮影方法の原理説明]
図26は局所照射X線CT撮影方法における投影データを説明する図、図27(a)、(b)、(c)は局所照射X線CT撮影方法に使用される条件関数の説明図、図28(a),(b)、図29(a),(b)は、本発明のパノラマ画像を生成するために用いる局所照射X線CT撮影方法の原理説明図、図30(a),(b)は、局所照射X線CT撮影方法のアーチファクト対策の説明図、図31は、従来のX線CTにおいて解析される投影データを説明する図、図32は、従来のX線CT撮影方法に用いられる条件式を表す図、図33は局所照射X線CT撮影方法に用いられる条件式を表す図、図34は、パノラマ画像を生成するために用いる局所照射X線CT撮影に用いられる条件式を表す図であり、これらによって、X線コーンビームを用いた局所照射X線CT撮影方法について検討する。
[従来のX線CT撮影方法]
今、被写体9をxy座標系に置いて、傾きθの角度から被写体9の全体にX線ビームを照射して、XY座標系に投影データを生成した場合(図31)を考えると、その場合の投影データは図32の(式1)、投影データを逆投影したデータは図32のコンボリューション法による(式2)で示される。このことは従来の解析方法からよく知られている。
[局所照射X線CT撮影方法]
局所照射X線CT撮影方法では、以上のような従来手法に対して、図26で示すように、被写体9の局所部位PのみにX線コーンビームを局所照射し、その放射ビーム幅を2rとし、図27で図示し、図33の(式5)で示したような条件関数を用いることを特徴とする。
[本発明のパノラマ画像生成に用いる局所照射X線CT撮影方法]
ついで、本発明のパノラマ画像生成に用いる局所照射X線CT撮影方法について検討する。
上述したように、局所照射X線CT撮影方法は、被写体のさらに局所部位にのみ、局所照射して、その局所部位の断層面画像を得ることを特徴とするが、この方法を巧みに利用して、歯科で多用されている歯列弓のパノラマ画像を生成しようとするのが、この方法である。
従来、パノラマ画像を生成する場合、歯列弓に対して、そのパノラマ画像の態様に合わせて、X線ビーム束が複雑な軌跡を描くように、X線ビーム束の旋回中心を撮影中に移動させながら照射しなければならなかった。
一方、局所照射X線CT撮影方法では、旋回中心を所定の位置に固定させたままで、X線コーンビームを旋回させる。したがって、このような旋回中心を固定した旋回のみを実現する装置をそのまま利用して、いかにして、パノラマ画像を得るかが、課題であった。
φ(x、y)から、照射を終了するときの角度ψ(x、y)までとなる。
[アーチファクト対策]
つぎに、fs(x、y)を演算処理する場合に発生するアーチファクト対策について述べる。このアーチファクトとは、偽像とも呼ばれ、画像処理において、特に、その条件式などの値が、急激に変化する部分で生じるデータの不整合のことをいい、これを除去するために、以下のアーチファクト対策を講じるとよい。
<アーチファクト対策1>
上述の条件関数rects(X)の端が、0→1に急激に変化することにより、特に、オルソX線コーンビームが照射を開始し、あるいは、終了する角度φ(x、y)、角度ψ(x、y)で、点(x,y)を通るビーム上にある点によるアーチファクトが生じ易いため、これを除くために、(式10)を計算するときに、rects(X)の代わりに、端において、よりスムーズに変化するフィルタ関数を用いると良い。
ハミング関数:Hamming(τ,X)= 0.54 - 0.46*cos(2π*X/2τ)
ハニング関数:Hanning(τ,X)= 0.5*((1.0 - cos(2π*X/2τ))
ブラックマン関数:Blackman(τ,X)=0.42 - 0.5*cos(2π*X/2τ) +0.08*cos(4π*X/2τ)このような関数を用いる意味は、図30(a)に示すような位置関係において、フィルタ関数を用いて、両端アーチファクトを除くことにある。
<アーチファクト対策2>
別のアーチファクトの要素として、図30(b)に示すような、X線コーンビームの照射開始時と終了時に発生するものが考えられる。これについても、上記、アーチファクト対策1と同様のフィルタ関数を用いることができる。
B X線ビーム幅制限手段
C 旋回アーム駆動制御手段
D 画像処理装置
G、G′、G′′ 内接円
L X線ビーム束
Lo 対称軸線
La 旋回アームの軌道包絡線
M 咬合モデル
O 被写体
P、P′ 局所部位
Pa、Pa′ 局所部位の中心位置
Q 仮想局所部位
S 歯列弓
1 X線発生器
1a X線コーンビーム
1b オルソX線コーンビーム
2 2次元X線イメージセンサ
3 旋回アーム
3a 旋回アームの回転中心
3b 中空部
33 回転制御モータ
4 被写体保持手段
4a チンレスト
4b イヤロッド
41 保持手段調整機構
42 被写体水平位置調節手段
43 被写体上下位置調節手段
5 アーム上下位置調整手段
6 光ビーム照射手段
8 出射制御スリット
8a スリット窓孔
8b X線ビームコントローラ
9 選択スイッチ
10 主フレーム
20 局所照射X線CT撮影装置
[0] 待機位置
Claims (17)
- X線発生器と2次元X線イメージセンサとを対向配置させた旋回アームを有したX線撮影手段と、
X線発生器が放射するX線コーンビームの少なくとも走査方向の広がりを制限させるX線ビーム幅制限手段と、
旋回アームを旋回駆動する旋回アーム駆動制御手段と、X線の投影データを演算処理して、X線が透過した物体内部の3次元的な吸収係数分布情報を画像情報として取り出す画像処理装置とを備え、
被写体の一部である歯列弓のパノラマ画像を得るために必要なオルソX線コーンビームの軌跡を含むような仮想局所部位の中心位置に固定させて、該旋回アームを、撮影条件に応じた角度範囲だけ旋回させながら、前記X線発生器からその仮想局所部位のみを包含するX線コーンビームを照射して、歯列弓のX線投影画像を2次元X線イメージセンサ上に順次生成し、この2次元X線イメージセンサ上に順次生成される歯列弓のX線投影画像のなかから前記オルソX線コーンビームによって生成された部分X線投影画像のみを抽出し、画像演算処理することによって、歯列弓の3次元的なX線吸収係数分布情報を画像情報として取り出して、その歯列弓のパノラマ画像を生成するようにしたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1において、前記画像処理装置は、
前記オルソX線コーンビームの旋回方向のビーム幅を2rとし、前記抽出した部分X線投影画像を演算処理して、歯列弓の3次元的なX線吸収係数分布情報を画像情報として取り出す場合に、以下の条件式に従って、その歯列弓のX線吸収係数の2次元分布情報fs(x、y)を算出する手法を含むことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置
条件式
- 請求項1において、
X線発生器は前記所定幅のX線コーンビームのうち、前記オルソX線コーンビームのみを、旋回アームの旋回動作に同期して選択的に照射させる出射制御スリットを備え、この出射制御スリットにより照射されたオルソX線コーンビームによって、2次元X線イメージセンサ上に歯列弓の前記部分X線投影画像を生成するようにしたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1において、
X線発生器は前記所定幅のX線コーンビームのうち、前記オルソX線コーンビームのみを、撮影中に旋回アームの旋回動作に同期してX線発生器前方でX線走査方向にスリットを移動させることにより選択的に照射させる出射制御スリットを備え、この出射制御スリットにより照射されたオルソX線コーンビームによって、2次元X線イメージセンサ上に歯列弓の前記部分X線投影画像を生成するようにしたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - X線発生器と2次元X線イメージセンサとを対向配置させた旋回アームを有したX線撮影手段と、
X線発生器が放射するX線コーンビームの少なくとも走査方向の広がりを制限させるX線ビーム幅制限手段と、
旋回アームの回転中心を撮影に先立って移動設定可能として、または被写体を撮影に先立って移動設定可能として、撮影中は、旋回アームの回転中心を固定した状態で旋回アームを旋回駆動する旋回アーム駆動制御手段と、
X線の投影データを演算処理して、X線が透過した物体内部の3次元的な吸収係数分布情報を画像情報として取り出す画像処理装置とを備えた局所照射X線CT撮影装置であって、
選択スイッチを備え、この選択スイッチを局所CT撮影モードに設定した場合には、局所部位の任意の断層面画像を生成するようにする一方、
この選択スイッチをパノラマ撮影モードに設定した場合には、被写体の一部である歯列弓のパノラマ画像を得るために必要なオルソX線コーンビームの軌跡を含むような仮想局所部位の中心位置に前記旋回アームの回転中心を固定させて、該旋回アームを、撮影条件に応じた角度範囲だけ旋回させながら、前記X線発生器からその仮想局所部位のみを包含するX線コーンビームを照射して、歯列弓のX線投影画像を2次元X線イメージセンサ上に順次生成し、この2次元X線イメージセンサ上に順次生成される部分X線投影画像のみを抽出し、再構成することによって、歯列弓の3次元的なX線吸収係数分布情報を画像情報として取り出し、その取り出した画像によってその歯列弓のパノラマ画像を生成するようにしたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - X線発生器と2次元X線イメージセンサとを対向配置させた旋回アームを有したX線撮影手段と、
X線発生器が放射するX線コーンビームの少なくとも走査方向の広がりを制限させるX線ビーム幅制限手段と、
旋回アームの回転中心を撮影に先立って移動設定可能として、または被写体を撮影に先立って移動設定可能として、撮影中は、旋回アームの回転中心を固定した状態で旋回アームを旋回駆動する旋回アーム駆動制御手段と、
X線の投影データを演算処理して、X線が透過した物体内部の3次元的な吸収係数分布情報を画像情報として取り出す画像処理装置とを備え、
更に、上記X線発生器は、前記所定幅のX線コーンビームのうち前記オルソX線コーンビームのみを旋回アームの旋回動作に同期して選択的に照射させる出射制御スリット、または、前記所定幅のX線コーンビームのうち、前記オルソX線コーンビームのみを、撮影中に旋回アームの旋回動作に同期してX線発生器前方でX線走査方向にスリットを移動させることにより選択的に照射させる出射制御スリットを備えた局所照射X線CT撮影装置であって、
選択スイッチを備え、この選択スイッチを局所CT撮影モードに設定した場合には、局所部位の任意の断層面画像を生成するようにする一方、
この選択スイッチをパノラマ撮影モードに設定した場合には、被写体の一部である歯列弓のパノラマ画像を得るために必要なオルソX線コーンビームの軌跡を含むような仮想局所部位の中心位置に前記旋回アームの回転中心を固定させて、該旋回アームを、撮影条件に応じた角度範囲だけ旋回させながら、前記X線発生器からその仮想局所部位のみを包含するX線コーンビームを照射して、歯列弓のX線投影画像を2次元X線イメージセンサ上に順次生成し、この2次元X線イメージセンサ上に順次生成される部分X線投影画像のみを抽出し、再構成することによって、歯列弓の3次元的なX線吸収係数分布情報を画像情報として取り出し、その取り出した画像によってその歯列弓のパノラマ画像を生成するようにしたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1〜6のいずれかにおいて、前記X線発生器からのX線コーンビームを前記2次元X線イメージセンサに向かって水平に照射し、前記旋回アームの旋回軸を鉛直方向にしたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。
- 請求項1〜7のいずれかにおいて、
前記2次元X線イメージセンサが、縦30センチメートル以下、横30センチメートル以下の検出面のサイズを有し、1秒間に30枚以上のX線投影画像データあるいは部分X線投影画像データを検出することを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1〜8のいずれかにおいて、
少なくとも前記旋回アームを回転支持するための主フレームが、前記旋回アームを上下方向に位置設定可能なアーム上下位置調整手段を有することを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1〜9のいずれかにおいて、
更に、被写体を保持する被写体保持手段が設けられ、この被写体保持手段には、被写体を少なくとも水平方向に位置設定可能とする被写体水平位置調節手段を備えていることを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項10において、
前記被写体保持手段には
更に、被写体を少なくとも上下方向に位置設定可能とする被写体上下位置調節手段を備えていることを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1〜11のいずれかにおいて、
更に、前記旋回アームの回転中心及びX線コーンビーム照射軸芯を光学的に指示する光ビームを照射する光ビーム照射手段を設けたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項12において、
前記被写体保持手段には、被写体から採取した咬合モデルを固定し、この咬合モデルにより想定される被写体の撮影すべき局所部位、あるいは仮想局所部位を、前記被写体水平位置調節手段、あるいは、被写体上下位置調節手段によって、前記光ビーム照射手段により指示された位置に移動させた後に、被写体をその咬合モデルに設定することによって、前記旋回アームの回転中心を局所部位の中心位置あるいは仮想局所部位の中心位置に固定するようにしたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1〜13のいずれかにおいて、
前記旋回アームの旋回駆動手段として、その回転中心上に設けられた直結駆動の回転制御モータを用いていることを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項14において、
前記旋回アームの回転中心に中空部を設けたことを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1〜15のいずれかにおいて、
前記2次元X線イメージセンサとして、TFT、MOS、CCD、XII、XICCDのいずれかを用いることを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。 - 請求項1〜16のいずれかにおいて、
前記旋回アームの待機位置は、被写体を局所照射X線CT撮影のために設定あるいは解除する時に、被写体の進入および退去の際、障害とならない位置に配置されることを特徴とする局所照射X線CT撮影装置。
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2006
- 2006-04-10 JP JP2006107497A patent/JP3966425B2/ja not_active Expired - Lifetime
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