JP2009115643A - Radiological tomographic device - Google Patents
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Description
本発明は放射線断層撮像装置に関し、更に詳しくは、産業用の放射線断層撮像装置に関する。 The present invention relates to a radiation tomographic imaging apparatus, and more particularly to an industrial radiation tomographic imaging apparatus.
放射線断層撮像装置は、一般に、X線などの放射線を対象物に照射して得られる放射線投影データを、対象物の周囲360°の方向から所定の微小角度ごとに収集し、その投影データを再構成演算に処することにより、対象物の断層像を構築するための画素データを得る。 A radiation tomography apparatus generally collects radiation projection data obtained by irradiating an object with radiation such as X-rays from the direction of 360 ° around the object at a predetermined minute angle, and the projection data is reproduced again. By performing the configuration calculation, pixel data for constructing a tomographic image of the object is obtained.
産業用の放射線断層撮像装置においては、通常、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器の間に、対象物を搭載して回転を与える回転テーブルを配置し、この回転テーブルを、放射線源と放射線検出器を結ぶ放射線光軸方向に直交する回転軸の回りに回転させる構成が多用される(例えば特許文献1参照)。この構成において回転テーブルを所定の微小角度ずつ回転させつつ、各回転位置で対象物の放射線投影データを収集し、その収集したデータを再構成演算することにより、回転テーブルの回転軸に直交する平面に沿った断層像を得る。 In an industrial radiation tomography apparatus, usually, a rotary table on which an object is mounted and rotated is arranged between a radiation source and a radiation detector arranged opposite to each other, and this rotary table is connected to the radiation source. A structure that rotates around a rotation axis orthogonal to the direction of the radiation optical axis connecting the radiation detectors is often used (see, for example, Patent Document 1). In this configuration, a plane orthogonal to the rotation axis of the rotary table is obtained by collecting radiation projection data of the object at each rotational position while rotating the rotary table by a predetermined minute angle, and reconstructing the collected data. A tomographic image along the line is obtained.
ここで、再構成演算処理は、通常、収集したX線投影データを浮動小数点フォーマットで演算して断層像を構成する各画素の濃淡データを求め、表示器に表示するに当たっては、これを整数フォーマットの各画素の輝度データに変換し、断層像を表示する。
再構成演算により得られた浮動小数点フォーマットの画素の濃淡データを、整数フォーマットの輝度データに変換する1次変換係数は、整数フォーマットの限られた輝度範囲をなるべく有効に利用するために、操作者が設定するのが通常である。従来、この1次変換係数については、あらかじめ用意された値(例えば0.1、1.0、10.0、100.0)から最適な値を操作者が選んで設定する方式が採用されている。
The primary conversion coefficient for converting the grayscale data of the pixels in the floating-point format obtained by the reconstruction operation into the luminance data in the integer format is used by the operator in order to effectively use the limited luminance range in the integer format as much as possible. Is normally set. Conventionally, for this primary conversion coefficient, a method in which an operator selects and sets an optimum value from values prepared in advance (for example, 0.1, 1.0, 10.0, 100.0) has been adopted. Yes.
以上のような従来の1次変換係数の設定の方式によると、断層像の拡大倍率や対象物の材質などによって、最適な値は大きく影響されるため、1次変換係数の設定に際しては、装置の操作に熟練するまでは、試行錯誤を繰り返し行って最適値を探っていく必要があった。 According to the conventional primary conversion coefficient setting method as described above, the optimum value is greatly influenced by the magnification of the tomographic image, the material of the object, and the like. Until it became proficient in this operation, it was necessary to repeatedly perform trial and error to find the optimum value.
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、操作者の熟練度に頼ることなく、常に最適な1次変換係数を設定することのできる放射線断層撮像装置の提供をその課題としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a radiation tomographic imaging apparatus capable of always setting an optimal primary conversion coefficient without depending on the skill level of an operator.
上記の課題を解決するため、本発明の放射線断層撮像装置は、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器の間に、対象物を搭載するテーブルが配置され、そのテーブル上の対象物と、上記放射線源と放射線検出器の対とを、放射線光軸方向に直交する回転軸の回りに相対回転させる回転駆動手段と、対象物に放射線を照射しつつ、上記回転駆動手段の駆動により所定の角度ずつ対象物と上記対とを相対回転させるごとに取り込んだ放射線投影データを用いた再構成演算により、上記回転軸に直交する平面に沿った断層像を構成するための画素の濃淡データを算出する再構成演算手段と、その再構成演算により得られた各画素の濃淡データを、1次変換係数を用いて表示器に表示すべき各画素の輝度データに変換するデータ換算手段を備えた放射線断層撮像装置において、上記再構成演算により算出された浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データの集合から、その特徴値を抽出する特徴値抽出手段と、その抽出された特徴値を用いて、上記浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データをそれぞれ整数フォーマットの輝度データに変換する1次変換係数を自動的に算出する変換係数算出手段を備えていることによって特徴づけられる(請求項1)。 In order to solve the above-described problem, the radiation tomography apparatus of the present invention has a table on which an object is mounted between a radiation source and a radiation detector arranged to face each other, the object on the table, Rotation drive means for relatively rotating the radiation source and radiation detector pair around a rotation axis orthogonal to the radiation optical axis direction, and irradiating the object with radiation while driving the rotation drive means. Pixel density data for constructing a tomographic image along a plane orthogonal to the rotation axis is calculated by reconstruction calculation using radiation projection data captured each time the object and the pair are rotated relative to each other at an angle. And a data conversion means for converting the grayscale data of each pixel obtained by the reconstruction calculation into luminance data of each pixel to be displayed on the display using a primary conversion coefficient. In the radiation tomography apparatus, using the feature value extraction means for extracting the feature value from the grayscale data set of each pixel in the floating-point format calculated by the reconstruction calculation, and using the extracted feature value, The present invention is characterized by comprising conversion coefficient calculation means for automatically calculating primary conversion coefficients for converting the grayscale data of each pixel in the floating-point format into luminance data in the integer format (claim 1).
ここで、本発明においては、上記特徴値を、上記浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データの集合の最大値と最小値とする構成(請求項2)を採用することができ、その場合、上記変換係数算出手段は、上記画素の濃淡データの最大値と最小値がそれぞれ、表示器に表示可能な最大輝度値と最小輝度値もしくはこれらの近傍となるように上記1次変換係数を算出する構成(請求項3)を好適に採用することができる。 Here, in the present invention, it is possible to adopt a configuration (claim 2) in which the characteristic value is the maximum value and the minimum value of the grayscale data set of each pixel in the floating-point format. The conversion coefficient calculation means is configured to calculate the primary conversion coefficient so that the maximum value and the minimum value of the grayscale data of the pixel are respectively the maximum luminance value and the minimum luminance value that can be displayed on the display device, or the vicinity thereof. (Claim 3) can be preferably employed.
また、本発明においては、上記1次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算を、上記表示器に表示すべき断層像を構築するための実際の再構成演算に先立って行う構成(請求項4)を採用することができ、この場合には、その1次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算は、上記表示器に表示すべき断層像を構築するための実際の再構成演算に比して、スライス枚数を間引いた演算、および/または、各断層像を形成する画素を間引いた演算とする構成(請求項5)を採用することが望ましい。 In the present invention, the reconstruction calculation for extracting the feature value to calculate the primary conversion coefficient is performed prior to the actual reconstruction calculation for constructing the tomographic image to be displayed on the display. In this case, the reconstruction calculation for extracting the characteristic value to calculate the primary conversion coefficient is performed by using the tomographic image to be displayed on the display. It is desirable to employ a configuration (Claim 5) that is a calculation that thins out the number of slices and / or a calculation that thins out pixels that form each tomographic image as compared with the actual reconstruction calculation for constructing. .
本発明は、再構成演算により求められた画素の濃淡データの集合から、その特徴値を抽出し、その結果に基づいて最適な1次変換係数を算出して自動的に設定することで、課題を解決しようとするものである。 The present invention extracts a feature value from a set of pixel grayscale data obtained by a reconstruction operation, calculates an optimal primary conversion coefficient based on the result, and automatically sets the feature value. Is to solve.
すなわち、再構成演算により求められた断層像を構築するための各画素の濃淡データから、例えば最大値や最小値などの特徴値を抽出し、これらの値がそれぞれ表示器に表示可能な最大輝度値や最小輝度値、あるいはこれらの近傍の値に変換されるように、1次変換係数を求める。このようにして求められた1次変換係数を用いることにより、表示器に表示される断層像は常に高階調の画像となる。 That is, for example, feature values such as maximum and minimum values are extracted from the grayscale data of each pixel for constructing a tomographic image obtained by reconstruction calculation, and these values are the maximum brightness that can be displayed on the display. A primary conversion coefficient is obtained so as to be converted into a value, a minimum luminance value, or a value in the vicinity thereof. By using the primary conversion coefficient obtained in this way, the tomographic image displayed on the display is always a high gradation image.
ここで、1次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算は、表示器に表示するための断層像を構築するための実際の再構成演算結果から行ってもよいが、容量の関係等から、請求項4に係る発明のように、特徴値の抽出のための再構成演算を前以って予備的に行ってもよい。その場合、請求項5に係る発明のように、再構成演算を行うスライス枚数を間引いたり、あるいは、各断層像を構成する画素を間引いた演算を行い、更にはこれらの双方を併せた演算を行うことにより、処理の高速化を実現できる。
Here, the reconstruction calculation for extracting the feature value to calculate the primary conversion coefficient may be performed from the actual reconstruction calculation result for constructing the tomographic image to be displayed on the display. From the relationship of capacity, etc., as in the invention according to
本発明によれば、対象物の放射線撮影により得られた放射線投影データを用いた再構成演算により求められた浮動小数点フォーマットの画素の濃淡データを、表示器に表示する際の整数フォーマットからなる輝度データに変換する1次変換係数を、再構成演算で求められた画素の濃淡データの集合から特徴値を抽出し、その結果を用いて自動的に算出して設定するので、従来のように操作者の熟練度によっては試行錯誤を余儀なくされていた1次変換係数の設定が不要となり、操作者の熟練度に関係なく常に最適なコントラストの断層像を得ることが可能となる。 According to the present invention, luminance comprising an integer format when displaying grayscale data of pixels in a floating-point format obtained by reconstruction calculation using radiation projection data obtained by radiography of an object on a display. The primary conversion coefficient to be converted into data is extracted from the set of pixel grayscale data obtained by the reconstruction operation, and is automatically calculated and set using the result. Depending on the skill level of the operator, the setting of the primary conversion coefficient, which has been forced to undergo trial and error, becomes unnecessary, and it becomes possible to always obtain a tomographic image having an optimum contrast regardless of the skill level of the operator.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a schematic diagram showing a mechanical configuration and a block diagram showing a functional configuration.
X線源1はそのX線光軸が水平を向くように配置され、このX線源1に水平方向に対向してX線検出器2が配置されており、これらの間に鉛直の回転軸Rの回りに回転が与えられる回転テーブル3が配置されている。X線源1はコーンビーム状のX線を発生し、X線検出器2は2次元検出器である。また、回転テーブル3は移動機構15によってX線光軸Lの方向を含む互いに直交する3軸方向に移動可能となっている。
The
CT撮影に際しては、回転テーブル3上に対象物Wを搭載してX線を照射しつつ、回転軸Rの回りに回転を与え、微小回転角度ごとにX線検出器2の出力、つまり対象物Wを透過したX線投影データを画像取り込み回路4を介してデータ記憶部5に取り込んでいく。なお、図1では、回転軸RはX線光軸Lと直交した状態としているが、これらは互いに直交していなくてもCT撮影は可能であり、必ずしも直交する必要はなく、ほぼ直交していればよい。
At the time of CT imaging, the object W is mounted on the rotary table 3 and irradiated with X-rays, while rotating around the rotation axis R, the output of the
CT撮影後、つまり360°分のX線投影データがデータ記憶部5に揃った後、これらのデータは再構成演算部6による再構成演算に供される。この再構成演算部6では、360°のX線透過データを用いて、あらかじめ設定されているスライス幅のもとに、回転軸Rに直交する平面に沿った複数の断層像をそれぞれ構成する画素の濃淡データを算出する。この各断層像を構成する各画素の濃淡データ(CT値)は、画素データ変換部7において、表示装置8に表示するための画素の輝度データに変換されたうえで、1枚の断層像ごとに断層像データ記憶部9に記憶されるとともに、表示装置8に表示される。
After CT imaging, that is, after the X-ray projection data for 360 ° has been prepared in the
画素データ変換部7において、再構成演算部6で算出された画素の濃淡データを輝度データに変換する際に用いる1次変換係数は、1次変換係数算出部10において自動的に算出されるが、その詳細については後述する。
In the pixel
以上の画像取り込み回路4、データ記憶部5、再構成演算部6、画素データ変換部7、表示装置8、断層像データ記憶部9および1次変換係数算出部10は、制御部11の制御下に置かれており、これらは、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、コンピュータにインストールされているプログラムに従って動作するのであるが、図1においては説明の便宜上、機能ごとのブロック図で示している。
The image capturing
制御部11には、ジョイスティックやキーボード、マウス等からなる操作部12が接続されており、この操作部12を操作することにより、X線コントローラ13を通じてX線源1のON/OFFや条件変更等を行うことができ、また、回転テーブル3に対する駆動指令、あるいは移動機構15により回転テーブル3を移動させるための駆動指令を、ステージコントローラ14を通じて与えることができる。
An
さて、この例における特徴は、画素データ変換部7において、再構成演算により求められた画素の濃淡データを表示装置10に表示するための断層像の画素の輝度データに換算する1次変換係数を自動的に求める点であり、以下、その動作手順を図2を参照しつつ以下に説明する。
The feature of this example is that the pixel
図2(A)は1次変換係数を求める際の動作手順を示すフローチャートで、同図(B)は求められた1次変換係数を用いて画素データを輝度データに変換して断層像を構築する動作手順を示すフローチャートである。 FIG. 2A is a flowchart showing an operation procedure for obtaining a primary conversion coefficient, and FIG. 2B shows a tomographic image by converting pixel data into luminance data using the obtained primary conversion coefficient. It is a flowchart which shows the operation | movement procedure to perform.
CT撮影の完了後、まず、図2(A)に示すように、収集したX線投影データを用いて、予備的な再構成演算を行う。この予備的な再構成演算は、操作部12を通じて設定されているスライス幅ごとの全ての断層像を得るのではなく、その設定に対して例えば10枚飛びの断層像を構築する画素の濃淡データを算出する。この演算は浮動小数点フォーマットで行われ、得られた各画素の濃淡データは、従って、全て浮動小数点値である。
After completion of CT imaging, first, as shown in FIG. 2A, preliminary reconstruction calculation is performed using the collected X-ray projection data. This preliminary reconstruction calculation does not obtain all the tomographic images for each slice width set through the
所要枚数分の再構成演算を完了すると、その全ての画素の濃淡データの中から特徴点を抽出する。特徴値としては、最大値と最小値とを有効に採用することができる。このような特徴値の抽出を終えると、次いでその特徴値を基に最適な1次変換係数を算出する。その算出方法は、例えば、濃淡データの最大値を表示装置10における最大輝度値もしくはその近傍の規定値に、濃淡データの最小値を同じく最小輝度値もしくはその近傍の規定値にそれぞれ当てはめ、2次元グラフ上でこれらの座標を直線で結んだ線の傾きを1次変換係数とする。
When the reconstruction calculation for the required number is completed, feature points are extracted from the grayscale data of all the pixels. As the feature value, a maximum value and a minimum value can be effectively employed. When extraction of such feature values is completed, an optimal primary conversion coefficient is calculated based on the feature values. In the calculation method, for example, the maximum value of the light and shade data is applied to the maximum luminance value in the
以上の手順で1次変換係数の算出を終えると、次いで図2(B)に示すように、既に収集して記憶しているX線投影データを読み出し、設定されているスライス幅ごとの断層像を構築すべく再構成演算を行う。これによって得られた浮動小数点フォーマットの画素の濃淡データを、先に算出した1次変換係数を用いて整数フォーマットの輝度データに変換し、断層像の構成する画素の輝度データとして断層像データ記憶部8に記憶する。 When the calculation of the primary conversion coefficient is completed by the above procedure, the X-ray projection data already collected and stored is read out as shown in FIG. 2B, and the tomographic image for each set slice width is read. Perform reconstruction operations to build The grayscale data of the pixels in the floating point format thus obtained is converted into luminance data in the integer format using the previously calculated primary conversion coefficient, and the tomographic image data storage unit is used as the luminance data of the pixels constituting the tomographic image. 8 is stored.
このようにして得られた画素の輝度データからなる断層像は、再構成演算により得られた全画素の濃淡データの最大値が、表示可能な最大輝度値もしくはその近傍値となり、濃淡データの最小値が最小輝度値もしくはその近傍値となって表示装置10に表示される結果、図3に例示するように、十分なコントラストの断層像となる。ちなみに、1次変換係数として最適値よりも小さい係数に設定してしまった場合には、図4に例示するように、得られる断層像の階調は低くなり、見にくい画像となる。
In the tomographic image composed of the luminance data of the pixels obtained in this way, the maximum value of the grayscale data of all the pixels obtained by the reconstruction calculation becomes the maximum luminance value that can be displayed or its neighboring value, and the minimum of the grayscale data. As a result of the value being displayed on the
以上の本発明の実施の形態によると、操作者が1次変換係数を設定することなく、従って操作者の熟練度に関わらず、表示装置10に表示される断層像は常に高いコントラストの見やすい画像となる。
According to the above embodiment of the present invention, the tomographic image displayed on the
なお、以上の実施の形態では、放射線としてX線を用いた例を示したが、本発明は他の放射線、例えばガンマ線等を用いてもよく、また、X線源とX線検出器の対と対象物との相対回転の与え方として、X線源とX線検出器の対を対象物の回りに回転させる方式であってもよい。 In the above embodiments, X-rays are used as radiation. However, the present invention may use other radiation, such as gamma rays, or a pair of an X-ray source and an X-ray detector. As a method of giving relative rotation between the object and the object, a method of rotating a pair of the X-ray source and the X-ray detector around the object may be used.
1 X線源
2 X線検出器
3 回転テーブル
4 画像データ取り込み回路
5 データ記憶部
6 再構成演算部
7 画素データ変換部
8 断層像データ記憶部
9 1次変換係数算出部
10 表示装置
11 制御部
12 操作部
13 X線コントローラ
14 ステージコントローラ
15 移動機構
L X線光軸
R 回転軸
W 対象物
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記再構成演算により算出された浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データの集合から、その特徴値を抽出する特徴値抽出手段と、その抽出された特徴値を用いて、上記浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データをそれぞれ整数フォーマットの輝度データに変換する1次変換係数を自動的に算出する変換係数算出手段を備えていることを特徴とする放射線断層撮像装置。 A table on which an object is mounted is disposed between the radiation source and the radiation detector that are arranged opposite to each other, and the object on the table and the pair of the radiation source and the radiation detector are arranged in the radiation optical axis direction. Rotation drive means for relatively rotating around orthogonal rotation axes, and radiation captured every time the object and the pair are rotated relative to each other by a predetermined angle by driving the rotation drive means while irradiating the object with radiation. Reconstruction calculation means for calculating grayscale data of pixels for constructing a tomographic image along a plane orthogonal to the rotation axis by reconstruction calculation using projection data, and each pixel obtained by the reconstruction calculation In the radiation tomography apparatus provided with data conversion means for converting the grayscale data into luminance data of each pixel to be displayed on the display using a primary conversion coefficient,
Feature value extraction means for extracting the feature value from the grayscale data set of each pixel in the floating point format calculated by the reconstruction operation, and each pixel in the floating point format using the extracted feature value A radiation tomography apparatus comprising conversion coefficient calculation means for automatically calculating a primary conversion coefficient for converting each grayscale data into luminance data in an integer format.
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