JP2010066157A

JP2010066157A - コーンビームｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2010066157A
Application number: JP2008233585A
Authority: JP
Inventors: Taketo Kishi; 武人岸
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】ＣＴ撮影から対象物の３次元画像情報を得るまでの所要時間を大幅に短縮化することのできるコーンビームＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】ＣＴ撮影により得られるＸ線投影データを収集して、そのデータを用いた逆投影処理によって、対象物Ｗの３次元画像情報を得るコンピュータを主体とする演算装置を備えたコーンビームＸ線ＣＴ装置において、演算装置のコンピュータを並列処理機能を有したものとし、Ｘ線検出器２からのＸ線投影データを記憶するデータ収集処理と、収集したＸ線投影データを用いた逆投影処理により対象物の３次元画像情報を得る数値計算処理とを並列に実行することにより、ＣＴ撮影の開始から断層像を得るまでの所要時間を大幅に短縮化する。
【選択図】図２

Description

本発明はコーンビーム状のＸ線を用いたＣＴ装置に関する。

コーンビーム状のＸ線を用いたＣＴ装置、いわゆるコーンビームＸ線ＣＴ装置においては、一般に、コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置に対向して、２次元Ｘ線検出器を配置し、その間に対象物を搭載するための試料ステージを設けるとともに、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と、試料ステージとを相対的に回転させる回転機構を備えた構造を採る。ＣＴ撮影に際しては、試料ステージ上の対象物にＸ線を照射しつつ、回転機構を駆動してその回転角度が所定の微小角度に達するごとに、Ｘ線検出器の出力をＸ線投影データとして逐次収集していく。

Ｘ線投影データが揃った後（通常は３６０°分のデータ）、これらのＸ線投影データに対して感度補正、歪み補正、重みづけ補正、およびフィルタ処理といった前処理を施した後、その前処理後のデータを用いた逆投影処理により、対象物の３次元画像情報が求められる（例えば特許文献１参照）。この３次元画像情報に基づき、対象物の任意の平面に沿った断層像を複数枚同時に表示したり（ＭＰＲ表示）、あるいは対象物の３次元表示（ＶＲ表示等）を行うことかできる。
特開２００６−８４４３３号公報

ところで、以上のような従来の装置によると、ＣＴ撮影、つまりＸ線投影データの収集と、その収集した投影データを用いた演算処理とをシリーズに行い、また、演算処理についても、感度補正や歪み補正、重みづけ補正、フィルタ処理等の前処理と、逆投影処理とをシリーズで行うため、コーンビーム状のＸ線と２次元Ｘ線検出器を用いたＣＴ装置ではそのデータ量が膨大なものとなることも相まって、ＣＴ撮影の開始から３次元画像情報が得られるまでの所要時間が長くなるという問題があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、ＣＴ撮影から対象物の３次元画像情報を得るまでの所要時間を、従来のこの種の装置に比して大幅に短縮化することのできるコーンビームＸ線ＣＴ装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のコーンビームＸ線ＣＴ装置は、コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置と、そのＸ線発生装置に対向配置された２次元Ｘ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器の間に設けられて対象物を搭載するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを相対回転させる回転機構を備えるとともに、上記Ｘ線発生装置からのＸ線を試料ステージ上の対象物に照射しつつ、上記回転機構を駆動して得られる複数の投影角度でのＸ線投影データを、コンピュータを主体とする演算装置に逐次収集して逆投影処理に供することにより、対象物の３次元画像情報を得るコーンビームＸ線ＣＴ装置において、上記演算装置のコンピュータは並列処理機能を有し、上記Ｘ線検出器からのＸ線投影データを記憶部に記憶するデータ収集処理と、収集したＸ線投影データを用いた逆投影処理を含む演算により対象物の３次元画像情報を得る数値計算処理とを、並列に実行することによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記演算装置のコンピュータは、上記数値計算処理を、あらかじめ設定された投影角度ごとに区分し、区分した各処理内で、複数の処理に分割し、その分割した処理を並列に実行する構成（請求項２）を採用することができる。

その場合、上記演算装置のコンピュータは、区分した各処理内で、感度補正、歪み補正、重みづけ補正、フィルタ処理を含む逆投影処理のための前処理と、逆投影処理とに分割し、その分割した各処理を並列に実行する構成（請求項３）を好適に採用することができる。

本発明は、ＨＰＣ（ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇ）技術を利用した並列処理機能を用いることで、同時に利用できるハードウエアリソースを増やし、Ｘ線投影データの収集処理と数値計算処理とを実質的に同時に進めることで、課題を解決しようとするものである。

すなわち、例えばＣＥＬＬ（商品名、ＩＢＭ／ＳＯＮＹ／ＴＯＳＨＩＢＡ製）やＣＵＤＡ（商品名、ＮＶＩＤＩＡ製）、あるいはＡＭＤやＩＮＴＥＬ製のマルチコアを用いたＨＰＣの機能を有するコンピュータを演算装置として用いることにより、ＣＴ撮影時におけるＸ線投影データの収集と、収集したＸ線投影データの数値計算処理とを並列に実行することができ、その分、所要時間を短縮化することができる。

また、請求項２に係る発明のように、数値計算処理についても、投影角度を区分し、その区分ごとに処理を複数に分割し、その分割された処理を並列に実行することで、数値計算処理自体をも短縮化することができる。

分割する数値計算は、請求項３に係る発明のように、逆投影処理を行うためのＸ線投影データの前処理と、逆投影処理とに分割し、それぞれの処理をベクトル型のＣＰＵと、ＧＰＵ（ＧｒａｐｈｉｃｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）とで分担する方法（請求項４）などを採用することができる。

本発明によれば、ＣＴ撮影により得られるＸ線投影データの収集処理と、そのＸ線投影データを用いた逆投影処理等の数値計算処理とを並列に実行するので、従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置に比して、ＣＴ撮影から断層像等を得るまでの所要時間を大幅に短縮化することができ、例えばＣＴ撮影直後から数百枚から数千枚の断層像を得ることが可能となる。

また、請求項２に係る発明のように、数値計算処理についても分割して並列処理することにより、数値計算処理自体をも短縮化することができ、ＣＴ撮影に要する時間との関連で、数値計算処理を適宜に分割することで、ＣＴ撮影直後に多数の断層像の表示が可能となる。

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ある。

Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸が水平方向を向くように配置され、そのＸ線発生装置１に水平方向に対向してＸ線検出器２が設けられている。そして、これらの間に、対象物Ｗを搭載するための試料ステージ３が設けられている。この例においては、試料ステージ３がＸ線光軸に直交する鉛直の回転軸Ｒを中心として回転する。また、この試料ステージ３は移動機構（図示略）の駆動によりＸ線光軸を含む互いに直交する３軸方向に移動させることができ、この移動により撮影倍率や撮影範囲等を設定することができる。また、Ｘ線発生装置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Ｘ線検出器である。

ＣＴ撮影は、Ｘ線発生装置１からのＸ線を対象物Ｗに向けて照射しつつ、試料ステージ３を回転させ、その微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力を収集することによって行われる。

すなわち、ＣＴ撮影中においては、試料ステージ３の微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力がコンピュータ４に取り込まれ、各投影角度でのＸ線投影データとしてメモリもしくはハードディスクに記憶されていく。

コンピュータ４は、以上のように収集した各角度でのＸ線投影データを、後述するような前処理を施すとともに、その前処理後のデータを逆投影処理することにより、対象物Ｗの３次元画像情報を求めるプログラムが書き込まれている。この演算プログラムの実行は、後述するタイミングで行われる。このようにして得られた対象物Ｗの３次元画像情報はコンピュータ４のメモリないしはハードディスクに記憶される。

コンピュータ４には、キーボード、マウス、ジョイスティック等からなる操作部５が接続されており、この操作部５を操作することにより、記憶している３次元画像情報に基づき、任意の平面に沿った断層像をＭＰＲ表示したり、あるいはＶＲ表示等によって３次元像として表示器６に表示することができる。

コンピュータ４は、また、Ｘ線発生装置１に対して供給すべき管電流や管電圧を制御するＸ線コントローラ７を制御下に置いているとともに、試料ステージ３の回転機構並びに移動機構についても、軸制御部８を介して制御する。このような制御に関する指令や設定等についても、前記した操作部５の操作で行うことができる。

さて、コンピュータ４はＨＰＣ技術を利用したものであり、複数のＣＰＵを備えたマルチコアＣＰＵとＧＰＵを搭載し、前記したＣＴ撮影によりＸ線投影データを収集するデータ収集処理と、その収集したデータを用いた数値計算により対象物Ｗの３次元画像情報を得る数値計算処理とを並列に実行する。図２にそのコンピュータ４の処理の仕方を模式的にブロック図で示す。

データ収集処理Ａは、前記したＣＴ撮影により得られる各ビュー（各投影角度）におけるＸ線検出器２からの出力を、キャプチャーボードＡ１を介してＤＭＡＣ（ＤｉｒｅｃｔＭｅｍｏｒｙＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌｅｒ）Ａ２を通じてＲＡＭ等のメモリもしくはハードディスクへの書き込み処理Ａ３を行う。

一方、数値計算処理Ｂにおいては、これを逆投影前処理Ｂａと逆投影処理Ｂｂに更に分割し、所定のビュー数ごとに並列に処理を実行する。すなわち、例えばＣＴ撮影のビュー数が６００であるとすると、ビュー数が１２に達するごとに、その１２ビュー分のＸ線投影データを読み出して逆投影前処理Ｂａに供し、その逆投影前処理を完了した１２ビュー分のデータを逆投影処理Ｂｂに供する。

逆投影前処理Ｂａにおいては、ＣＴ撮影により書き込まれたＸ線投影データのうち、１２ビュー分ずつメモリもしくはハードディスクから読み出し処理Ｂａ１を行い、これをメモリ（ワークアリア）Ｂａ２に記憶し、その記憶したデータに対して感度補正および歪み補正処理Ｂａ３を施した後、重みづけ処理Ｂａ４およびＦＦＴ等によるフィルタ処理Ｂａ５に付する。

逆投影処理Ｂｂにおいては、以上の逆投影前処理Ｂａを完了した１２ビュー分のデータについて、グラフィックメモリ（ＧＭＥＭ）へのコピー処理Ｂｂ１を施し、これをグラフィックメモリＢｂ２に格納し、逆投影処理演算Ｂｂ３に供する。この逆投影処理ＢｂはＧＰＵが担うとともに、上記した逆投影前処理はＣＰＵが担う。

以上の処理のデータの流れを図３に模式的に示す。この図３において数値はビューの順番を表し、横軸は時間を表している。

データ収集処理Ａにおいては、ＣＴ撮影により得られる各角度におけるＸ線投影データを１ビューごと収集していく。逆投影前処理Ｂａにおいては、１２ビュー分のＸ線投影データが揃うごとに、そのデータに対して逆投影のための前処理を施す。そして、逆投影処理Ｂｂにおいては、逆投影前処理を完了した１２ビュー分のデータに対して、逆投影処理演算を行う。

以上の本発明の実施の形態によると、ＣＴ撮影によるＸ線検出器２からの出力を収集する処理と、その収集したデータを用いて逆投影処理を行う数値計算処理とを並列に実行し、かつ、その数値計算処理においては、感度補正やフィルタ処理等の逆投影前処理と、逆投影処理演算とを並列に実行するので、従来のこれらの各処理をシリーズで行う従来のこの種の装置に比して、ＣＴ撮影から断層像が得られるまでに要する時間を大幅に短縮化することができ、ＣＴ撮影の完了後に直ちに数百〜数千枚の断層像を得ることが可能となる。

ここで、上記の実施の形態においては、数値計算処理内を逆投影前処理と逆投影処理に分割した例を示したが、要は、数値計算処理内の各処理に要する時間と、コンピュータ４に内蔵のＣＰＵのコア数やＧＰＵとの関連で、各コアおよびＧＰＵの負担がほぼ均等となり、かつ、各コアやＧＰＵによる処理時間に大きなばらつきが生じないように、バランスよく処理を分割すればよい。また、以上の実施の形態ではマルチコアのＣＰＵを使用したが、ＣＵＰのコア数は１であっても、ＧＰＵとの組み合わせだけでも、本発明の効果を奏することができる。

また、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対に対して試料ステージを回転させた例を示したが、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を試料ステージを中心として回転させる構成を採用し得ることは勿論である。

本発明の実施の形態の構成図である。本発明の実施の形態におけるコンピュータによる処理の仕方を模式的に示す図である。本発明の実施の形態におけるデータの流れを模式的に示す図である。

符号の説明

１Ｘ線発生装置
２Ｘ線検出器
３試料ステージ
４コンピュータ
５操作部
６表示器
７Ｘ線コントローラ
８軸制御部
Ｗ対象物

Claims

コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線発生装置と、そのＸ線発生装置に対向配置された２次元Ｘ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器の間に設けられて対象物を搭載するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを相対回転させる回転機構を備えるとともに、上記Ｘ線発生装置からのＸ線を試料ステージ上の対象物に照射しつつ、上記回転機構を駆動して得られる複数の投影角度でのＸ線投影データを、コンピュータを主体とする演算装置に逐次収集して逆投影処理に供することにより、対象物の３次元画像情報を得るコーンビームＸ線ＣＴ装置において、
上記演算装置のコンピュータは並列処理機能を有し、上記Ｘ線検出器からのＸ線投影データを記憶部に記憶するデータ収集処理と、収集したＸ線投影データを用いた逆投影処理を含む演算により対象物の３次元画像情報を得る数値計算処理とを、並列に実行することを特徴とするコーンビームＸ線ＣＴ装置。
上記演算装置のコンピュータは、上記数値計算処理を、あらかじめ設定された投影角度ごとに区分し、区分した各処理内で、複数の処理に分割し、その分割した処理を並列に実行することを特徴とする請求項１に記載のコーンビームＸ線ＣＴ装置。
上記演算装置のコンピュータは、区分した各処理内で、感度補正、歪み補正、重みづけ補正、フィルタ処理を含む逆投影処理のための前処理と、逆投影処理とに分割し、その分割した各処理を並列に実行することを特徴とする請求項２に記載のコーンビームＸ線ＣＴ装置。
上記感度補正、歪み補正、重み付け補正、フィルタ処理を含む逆投影処理のための前処理を上記コンピュータのＣＰＵが分担する一方、逆投影処理は当該コンピュータに搭載されているＧＰＵが分担することを特徴とする請求項３に記載のコーンビームＸ線ＣＴ装置。