JP2015019991A - Detector module position measuring method, radiation tomography apparatus and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線断層撮影装置における放射線検出器を構成する各検出器モジュール(module)の位置を高精度に測定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for measuring the position of each detector module constituting a radiation detector in a radiation tomography apparatus with high accuracy.
従来、放射線断層撮影装置は、複数の検出素子が少なくともチャネル(channel)方向に配列された放射線検出器を備えている。また、放射線断層撮影装置が備える放射線検出器としては、複数の検出器モジュールをチャネル方向に配列して構成されるものが知られている(特許文献1,要約等参照)。このような放射線断層撮影装置において、検出器モジュールにチャネル方向の配置誤差、すなわち設計通りの理想的な配置からの位置ずれがあると、投影データ(data)はエラー(error)成分を含むことになり、再構成画像にアーチファクト(artifact)を生じさせる。
Conventionally, a radiation tomography apparatus includes a radiation detector in which a plurality of detection elements are arranged in at least a channel direction. As a radiation detector provided in the radiation tomography apparatus, one configured by arranging a plurality of detector modules in the channel direction is known (see
一方、検出器モジュールの配置誤差は、組み立て技術の向上により低減が図られているが、完全に失くすことは困難である。 On the other hand, the arrangement error of the detector module has been reduced by improving the assembly technique, but it is difficult to completely lose it.
そこで、各検出器モジュールの正確な位置を予め測定しておき、その測定結果を考慮して画像再構成することにより、アーチファクトを抑制する方法が考えられる。 Therefore, a method for suppressing artifacts by measuring the accurate position of each detector module in advance and reconstructing an image in consideration of the measurement result can be considered.
しかしながら、検出器モジュールの配置誤差は、一般的に数μm〜数十μmオーダー(order)と微小である。そのため、検出器モジュールの正確な位置を測定することは容易ではなく、製造工程やメンテナンス(maintenance)工程において実行可能な測定方法は、ほとんど確立されていない。 However, the arrangement error of the detector module is generally as small as an order of several μm to several tens of μm. Therefore, it is not easy to measure the exact position of the detector module, and there are few established measurement methods that can be performed in the manufacturing process and maintenance process.
このような事情により、放射線断層撮影装置における放射線検出器を構成する各検出器モジュールの正確な位置を、比較的容易に測定することができる技術が望まれている。 Under such circumstances, there is a demand for a technique that can relatively easily measure the accurate position of each detector module constituting the radiation detector in the radiation tomography apparatus.
第1の観点の発明は、
放射線源と、複数の検出器モジュールがチャネル方向に配列された放射線検出器とを備えており、前記放射線源および放射線検出器を、回転軸を挟んで回転させてスキャン(scan)する放射線断層撮影装置を用いて、前記回転軸から外れた位置に配置されており、撮像視野平面に対して垂直な方向に延びている柱状体をスキャンして、複数ビューの投影データを収集する第1のステップ(step)と、
前記複数ビューの各々について、該ビューの投影データプロファイルにおける前記柱状体の投影位置として、前記収集された投影データに基づく実測位置と、計算に基づく計算位置とを求め、前記実測位置と前記計算位置との差分を求める第2のステップと、を含む検出器モジュール位置測定方法を提供する。
The invention of the first aspect
Radiation tomography comprising a radiation source and a radiation detector in which a plurality of detector modules are arranged in a channel direction, wherein the radiation source and the radiation detector are scanned with a rotation axis interposed therebetween. A first step of collecting projection data of a plurality of views by scanning a columnar body that is arranged at a position off the rotation axis and extends in a direction perpendicular to an imaging field plane using an apparatus. (Step)
For each of the plurality of views, an actual measurement position based on the collected projection data and a calculation position based on the calculation are obtained as the projection position of the columnar body in the projection data profile of the view, and the actual measurement position and the calculation position are obtained. A detector module position measuring method comprising:
第2の観点の発明は、
放射線源と、複数の検出器モジュールがチャネル方向に配列された放射線検出器とを備えており、前記放射線源および放射線検出器を、回転軸を挟んで回転させてスキャンする放射線断層撮影装置であって、
前記回転軸から外れた位置に配置されており、撮像視野平面に対して垂直な方向に延びている柱状体のスキャンにより収集された複数ビュー(view)の投影データを用い、前記複数ビューの各々について、該ビューの投影データプロファイル(projection data profile)における前記柱状体の投影位置として、前記収集された投影データに基づく実測位置と、計算に基づく計算位置とを求め、さらに前記実測位置と前記計算位置との差分を求め、該差分に基づいて画像再構成に用いる補正データを生成する演算手段を備えた放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the second aspect is
A radiation tomography apparatus comprising a radiation source and a radiation detector in which a plurality of detector modules are arranged in a channel direction, wherein the radiation source and the radiation detector are rotated with a rotation axis interposed therebetween and scanned. And
Using projection data of a plurality of views (views) collected by scanning a columnar body that is arranged at a position off the rotation axis and extends in a direction perpendicular to the imaging field plane, each of the plurality of views As for the projection position of the columnar body in the projection data profile of the view, an actual measurement position based on the collected projection data and a calculation position based on the calculation are obtained, and the actual measurement position and the calculation Provided is a radiation tomography apparatus including a calculation unit that obtains a difference from a position and generates correction data used for image reconstruction based on the difference.
第3の観点の発明は、
被写体のスキャンにより得られた投影データと前記補正データとに基づいて、画像再構成を行う再構成手段をさらに備えた上記第2の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the third aspect is
A radiation tomography apparatus according to the second aspect, further comprising reconstruction means for performing image reconstruction based on projection data obtained by subject scanning and the correction data.
第4の観点の発明は、
前記演算手段が、前記複数ビューの各々における前記計算位置と前記差分との関係を表す曲線における高周波成分を抽出し、該高周波成分に基づいて前記補正データを生成する、上記第3の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the fourth aspect is
The radiation according to the third aspect, wherein the calculation means extracts a high-frequency component in a curve representing a relationship between the calculation position and the difference in each of the plurality of views, and generates the correction data based on the high-frequency component. A tomography apparatus is provided.
第5の観点の発明は、
前記補正手段が、前記曲線から該曲線の低周波成分を除去することにより前記高周波成分を抽出する、上記第4の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the fifth aspect is
The radiation tomography apparatus according to the fourth aspect, wherein the correction means extracts the high-frequency component by removing the low-frequency component of the curve from the curve.
第6の観点の発明は、
前記演算手段が、前記複数ビューの投影データに基づいて再構成された前記柱状体の画像に基づいて該柱状体の位置を求め、該柱状体の位置に基づいて前記計算位置を求める、上記第2の観点から第5の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the sixth aspect is
The computing means obtains the position of the columnar body based on the image of the columnar body reconstructed based on the projection data of the plurality of views, and obtains the calculated position based on the position of the columnar body; A radiation tomography apparatus according to any one of the second to fifth aspects is provided.
第7の観点の発明は、
前記演算手段が、ビューと該ビューの投影データプロファイルにおける前記柱状体の投影位置との関係を表すグラフ(graph)に対して曲線のフィッティング(fitting)を行い、フィッティングされた曲線上の位置を前記計算位置として求める、上記第2の観点または第3の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the seventh aspect
The calculation means performs a curve fitting on a graph representing a relationship between a view and a projection position of the columnar body in the projection data profile of the view, and the position on the fitted curve is determined as the position on the curve. A radiation tomography apparatus according to the second aspect or the third aspect obtained as a calculation position is provided.
第8の観点の発明は、
前記フィッティングが、最小二乗法、平滑化法、およびブートストラップ(boot strap)法のうちいずれかの方法による処理を含む、上記第6の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the eighth aspect
The radiation tomography apparatus according to the sixth aspect, wherein the fitting includes processing by any one of a least square method, a smoothing method, and a boot strap method.
第9の観点の発明は、
前記演算手段が、前記検出器モジュールごとに、前記計算位置と前記実測位置との差分の代表値を求め、該代表値に基づいて該検出器モジュールの位置ずれ量を求める処理を行う、上記第2の観点から第8の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the ninth aspect is
The calculation means performs a process of obtaining a representative value of a difference between the calculated position and the actually measured position for each detector module, and obtaining a displacement amount of the detector module based on the representative value. A radiation tomography apparatus according to any one of the eighth aspect to the eighth aspect is provided.
第10の観点の発明は、
前記代表値が、平均値である、上記第9の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the tenth aspect is
The radiation tomography apparatus according to the ninth aspect, wherein the representative value is an average value.
第11の観点の発明は、
前記柱状体が、前記撮像視野の外縁近傍に配置される、上記第2の観点から第10の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
The invention of the eleventh aspect is
The radiation tomography apparatus according to any one of the second to tenth aspects, wherein the columnar body is disposed in the vicinity of an outer edge of the imaging visual field.
第12の観点の発明は、
コンピュータ(computer)を、上記第2の観点から第11の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置における演算手段として機能させるためのプログラム(program)を提供する。
The invention of the twelfth aspect is
There is provided a program for causing a computer to function as computing means in the radiation tomography apparatus according to any one of the second to eleventh aspects.
上記観点の発明によれば、放射線断層撮影装置における放射線源及び放射線検出器の回転中心から外れた位置に柱状体を設置し、その柱状体をスキャンして複数ビューの投影データを収集し、複数ビューの投影データプロファイルにおける柱状体の投影位置として、収集された投影データに基づく実測位置と、計算に基づく計算位置とを求めるので、これら実測位置と計算位置との差分から各検出器モジュールの位置ずれ量を検出することができる。つまり、柱状体及び柱状体の設置手段以外の特別な道具を必要とせず、また、柱状体の投影位置は、投影データプロファイルにおける山形の信号強度分布から、検出素子の幅よりも細かい分解能で特定することができる。これにより、放射線断層撮影装置における放射線検出器を構成する各検出器モジュールの正確な位置を、比較的容易に測定することができる。 According to the above aspect, the columnar body is installed at a position deviated from the rotation center of the radiation source and the radiation detector in the radiation tomography apparatus, and the columnar body is scanned to collect projection data of a plurality of views. Since the measured position based on the collected projection data and the calculated position based on the calculation are obtained as the projection position of the columnar body in the projection data profile of the view, the position of each detector module is calculated from the difference between the measured position and the calculated position. The amount of deviation can be detected. In other words, no special tools other than the columnar body and the means for installing the columnar body are required, and the projection position of the columnar body is specified with a resolution finer than the width of the detection element from the signal intensity distribution of the mountain shape in the projection data profile. can do. Thereby, the exact position of each detector module which comprises the radiation detector in a radiation tomography apparatus can be measured comparatively easily.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Note that the present invention is not limited thereby.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るX線CT装置の要部構成を示すブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of the X-ray CT apparatus according to the first embodiment.
X線CT装置1は、X線管2、アパーチャ(aperture)3、およびX線検出器4を備えている。
The
X線管2は、X線焦点fから被写体20にX線21を照射する。
The
アパーチャ3は、X線管2と被写体20との間に設けられている。アパーチャ3は、X線管2から照射されたX線21を、所定のファン角で広がる扇形のファンビーム(fan-beam)またはコーンビーム(cone-beam)に成形する。
The aperture 3 is provided between the
X線検出器4は、被写体20を挟むようにX線管2と対向して配置されている。X線検出器4は、X線管2から照射され、被写体20を透過したX線を検出する。
The
図2は、X線検出器4の構成を示す図である。図2に示すように、X線検出器4は、複数の検出器モジュール41がチャネル方向(CHで表す)に沿って円弧状に配列された構造を有している。チャネル方向とは、X線管2から照射されるファンビームX線のファン角(広がり)方向である。検出器モジュール41は、例えば、チャネル方向に60個程度配列されている。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the
検出器モジュール41は、検出素子42がチャネル方向および列方向(zで表す)に2次元的に配列された構成を有している。なお、列方向は、被写体20の体軸方向、あるいは、X線管2から照射されるファンビームX線の厚み方向と一致しており、スライス方向とも言う。検出素子42は、例えば、X線を光子に変換するシンチレータ(scintillator)と、その光子を電気信号に変換するフォトダイオード(photodiode)とにより構成されている。
The
検出器モジュール41は、例えば、チャネル方向および列方向に16個×64個の検出素子42が配列されている。ただし、図2では簡略化のため、検出素子の個数を実際より少なくして描いてある。検出素子42のサイズ(size)は、例えば、チャネル方向および列方向に1mm×1mm程度であり、検出器モジュール41のサイズは、例えば、チャネル方向および列方向に16mm×64mm程度である。
In the
X線管2およびX線検出器4は、互いの位置関係を維持したまま回転することができるよう支持されている。X線管2およびX線検出器4の回転中心は、撮像視野FOVの中心となり、アイソセンタ(iso-center)ISOと呼ばれる。
The
X線CT装置1は、X線管2およびX線検出器4を回転させ、X線管2のX線焦点fからX線21を被写体20に照射し、X線検出器4で被写体20の透過X線を検出することにより、スキャンを実施する。
The
X線CT装置1は、さらに、DAS(Data Acquisition
System)5、記憶部6、および演算・制御部7を備えている。
The
System) 5, a
DAS5は、X線検出器4が検出したX線強度のアナログデータ(analog
data)をデジタルデータ(digital data)に変換して収集する。
The
data) is converted to digital data and collected.
記憶部6は、種々のデータやプログラムを記憶している。本例では、記憶部6は、スキャンによって得られた投影データや、この投影データの各種補正に用いる補正データなどを記憶している。
The
演算・制御部7は、X線管2およびX線検出器4を回転させながら、X線焦点fからX線を被写体20に照射し、被写体20の透過X線をX線検出器4で検出するスキャンを実施すべく、各部を制御する。DAS5では、このスキャンの実施により、複数ビューの投影データが収集される。
The calculation /
また、演算・制御部7は、DAS5が収集した投影データを受け取る。演算・制御部7は、受け取った投影データに基づいて、逆投影などの画像再構成の演算を行い、画像データを生成する。演算・制御部18は、画像再構成の際に、記憶部6にアクセス(access)し、読み出した補正データに基づいて、投影データや画像再構成アルゴリズムの各種補正を行う。各種補正には、感度補正、散乱線補正の他、検出器モジュール位置ずれ補正などを含む。そして、演算・制御部7は、補正された投影データに基づいて画像再構成を行い、画像データを生成する。本例では、演算・制御部18は、被写体20のスキャン前に、各部を制御して検出器モジュール位置ずれ測定を行う。そして、その測定結果を基に、検出器モジュール位置ずれ補正に用いる補正データを生成し、それを記憶部6に記憶させる。
Further, the calculation /
これより、第1実施形態に係るX線CT装置の処理の流れについて説明する。 Hereafter, the flow of processing of the X-ray CT apparatus according to the first embodiment will be described.
図3は、第1実施形態に係るX線CT装置の処理の流れを示すフローチャートである。なお、ステップS1〜S9は、検出器モジュール位置ずれ測定の工程であり、通常は、X線CT装置1のキャリブレーション(calibration)の一部として行われる。また、ステップS10〜S12は、被写体の撮影(スキャン)工程であり、投影データの検出器モジュール位置ずれ補正が行われる。
FIG. 3 is a flowchart showing a process flow of the X-ray CT apparatus according to the first embodiment. Steps S <b> 1 to S <b> 9 are detector module misalignment measurement steps, and are usually performed as part of the calibration of the
図4は、ピンの設置場所を説明するための図である。ステップ(step)S1では、図4に示すように、X線CT装置1の撮像視野FOV内において、柱状体であるピン9を設置する。本例では、ピン9は、列方向に延びる円柱形状を有している。また、ピン9は、アイソセンタISOから外れて大きく離れた、撮像視野FOVにおける外縁近傍に設置される。本例では、撮像視野平面すなわちスキャン面において、アイソセンタISOを通り鉛直方向に延びる仮想的な直線上にそのピン9が位置するよう、左右方向の位置合せを行って、ピンを撮影テーブル(table)のクレードル(cradle)(不図示)に固定する。また、そのピンがアイソセンタISOから真上に撮像視野FOVの半径と略同じ長さの距離だけずらした位置に配置されるよう、クレードルの高さ位置を調整する。これにより、ピン9をスキャンして得られる複数ビューの投影データプロファイルにおけるピン9の投影位置が、X線検出器4のチャネル方向における一端から他端までのほぼ全領域を移動するようになる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the installation location of the pins. In step S <b> 1, as shown in FIG. 4, a
なお、ピン9はタングステン(tungsten)やモリブデン(molybdenum)等、X線吸収率の高い重金属により構成されている。ピン9の直径は、投影データプロファイルにおけるピン9の投影位置が高コントラスト(contrast)かつ高分解能で検出できるよう、検出素子42のサイズや被写体20のX線検出器4における投影倍率等を考慮して決定される。標準的なX線CT装置の場合、ピン9の直径φは、検出素子42の幅の1倍〜10倍程度が適当である。例えば検出素子42のサイズが1mmの場合、ピン9の直径φは、1mm〜10mmの範囲内で決定されるが、経験的には1mm〜3mm程度が好適である。本例では、ピン9の直径φは、約2mmである。ピン9の位置は、例えば、撮像視野FOVの半径が20cmとして、アイソセンタISOから真上に20cm弱高い位置とする。
The
ステップS2では、ピン9のスキャンを1回または複数回実施して、複数ビューの投影データを収集する。本例では、アキシャルスキャン(axial scan)方式でX線管1回転分のフルスキャン(full scan)を1回行う。ビュー数は、X線管1回転分で1000程度とする。なお、ピン9は、アイソセンタISOから離れているので、X線検出器4におけるピン9のX線による投影位置は、ビュー角度に応じて変化する。
In step S2, scanning of the
ステップS3では、収集されたピン9の複数ビューの投影データに基づいて、ビューごとに、投影データプロファイルにおけるピン9の実測投影位置chpmを特定する。ピン9の実測投影位置chpmの特定は、例えば、以下のようにして行う。
In step S3, the measured projection position chpm of the
図5は、ピン9の実測投影位置chpmの特定方法を説明するための図である。まず、ピン9の複数ビューの投影データに対して、感度補正等の適正なコントラストを得るための補正を施す。次に、処理対象となる1ビュー分の投影データを選択し、図5に示すように、横軸に各検出素子42のチャネル方向の座標(以下、チャネル座標という)、縦軸に検出素子42の投影データ値を取ってグラフ化する。このグラフG0において、左右対称な山型の曲線を描く関数でカーブフィッティングを行う。フィッティングされた曲線すなわちフィッティングカーブFCの頂点に対応した位置を、ピン9の実測投影位置(実測位置)chpmと定める。このような処理を、複数ビューの各々について行う。結果として、ビューごとに、ピン9の実測投影位置chpmを、検出素子42のサイズよりも細かい高い分解能で特定することができる。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of specifying the actually measured projection position chpm of the
各ビューにおけるピン9の実測投影位置chpmが特定できたら、ビュー番号viewとそのビューの投影データプロファイルにおけるピン9の実測投影位置chpmとの関係を表すグラフ(以下、ピンの実測投影位置グラフという)G1を作成する。
When the actual projection position chpm of the
図6に、ピンの実測投影位置グラフG1の一例を示す。このグラフG1において、横軸はビュー番view、縦軸は投影データプロファイルにおけるピンの実測投影位置chpm(チャネル座標で表す)である。ビュー番号viewは、ビュー角度に対応する。ピン9はアイソセンタISOから外れて大きく離れた、撮像視野FOVの外縁近傍に設定されているので、ピン9の実測投影位置グラフG1は、大局的にはサインカーブに近い滑らかな曲線を描く。しかしながら、実際には、図6右上の拡大図に示すように、拡大すると微小な凹凸やバラツキなどの変化を含んでいることが分かる。この凹凸やバラツキなどの変化が起こる主な原因としては、X線検出器4を構成する検出器モジュール41の位置ずれのほか、X線管2におけるX線焦点fの位置の変化、X線管2及びX線検出器4を含むデータ収集系の歪み、スキャン時の振動等が考えられる。
FIG. 6 shows an example of the actually measured projection position graph G1 of the pin. In this graph G1, the horizontal axis represents the view number view, and the vertical axis represents the actually measured projection position chpm of the pin in the projection data profile (represented by channel coordinates). The view number view corresponds to the view angle. Since the
ステップS4では、収集されたピン9の複数ビューの投影データに基づいて画像再構成を行い、撮像視野FOVにおけるピン9を表す画像を得る。画像再構成には、例えば、フィルタ逆投影法、3次元画像再構成法などを用いる。
In step S4, image reconstruction is performed based on the collected projection data of the plurality of views of the
ステップS5では、ピン9の再構成画像に基づいて、実空間におけるピン9の正確な位置を特定する。実空間における撮像視野FOVの座標は予め求めることができる。したがって、ピン9の再構成画像を基に撮像視野FOVにおけるピン9の相対的な位置を調べることで、実空間におけるピン9の正確な位置を特定することができる。なお、ピン9の正確な位置は、他の方法を用いて特定してもよい。
In step S5, the exact position of the
ステップS6では、ピン9と、各ビューにおけるX線管2及びX線検出器4との幾何学的な位置関係に基づいて、ビューごとに、投影データプロファイルにおけるピン9の理想投影位置(計算位置)chpcを仮想的に算出する。このとき、X線管2、X線焦点f、X線検出器4、各検出器モジュール41などの位置を含むデータ収集系のジオメトリは、すべて設計通りであり、理想的な状態であるものと仮定する。そして、ビュー番号viewとそのビューの投影データプロファイルにおけるピン9の理想投影位置chpcとの関係を表すグラフ(以下、ピンの理想投影位置グラフという)G2を作成する。
In step S6, the ideal projection position (calculated position) of the
図7に、ピン9の理想投影位置グラフG2の一例を示す。このグラフG2は、図7右上の一部拡大図に示すように、拡大しても滑らかな曲線を描いている。
In FIG. 7, an example of the ideal projection position graph G2 of the
ステップS7では、ビューごとに、すなわち、チャネル単位で、実測投影位置グラフG1上でのピン9の実測投影位置chpmと、理想投影位置グラフG2上でのピン9の理想投影位置chpcとの差分(chpc−chpm)を求める。そして、ビューごとの、ピン9の理想投影位置chpcと、当該理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとの差分との関係を表すグラフ(以下、チャネル単位投影位置ずれグラフという)G3を作成する。
In step S7, for each view, that is, for each channel, the difference between the actual projection position chpm of the
図8に、チャネル単位投影位置ずれグラフG3の一例を示す。本例では、チャネル単位投影位置ずれグラフG3は、ピン9の理想投影位置chpc(チャネル座標で表す)を横軸とし、その理想投影位置chpcとこれに対応する実測投影位置chpmとの差分を縦軸として表したものである。
FIG. 8 shows an example of the channel unit projection position deviation graph G3. In this example, the channel unit projection position shift graph G3 has the ideal projection position chpc (represented by channel coordinates) of the
図9は、検出器モジュール41の位置ずれが投影データプロファイルにおけるピン9の投影位置に反映される様子を示す図である。ここで、検出器モジュール41がその理想的な位置41′から+CH方向にΔdだけずれて配置されていると仮定する。この場合、検出器モジュール41上でのピン9の投影像9Pは、図9に示すように、X線焦点fを起点としてピン9の中心を通る仮想的な直線を中心軸として広がり、ピン9の投影位置は、当該直線上の位置Cとなる。しかしながら、投影データプロファイルは、検出器モジュール41がその理想的な位置41′に配置されているものとして生成される。そのため、投影データプロファイルにおけるピン9の投影位置は、位置Cよりも−CH方向にΔdだけずれた位置Mとして認識される。したがって、検出器モジュール41に位置ずれがある場合、その位置ずれは、ピン9の理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとの差分として現れることになる。逆に、検出器モジュール41の位置ずれがない場合には、ピン9の理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとが一致し、その差分は現れないことになる。
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which the displacement of the
ステップS8では、作成されたチャネル単位投影位置ずれグラフG3において、ピン9の理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとの差分(chpc−chpm)を、対応する検出器モジュール41ごとにグループ分けし、検出モジュール41ごとに上記差分の代表値を求める。そして、検出器モジュール番号mと、その検出器モジュール41における上記代表値との関係を表すグラフ(モジュール単位投影位置ずれグラフという)G4を作成する。
In step S8, the difference (chpc−chpm) between the ideal projection position chpc and the actual measurement projection position chpm of the
図10に、モジュール単位投影位置ずれグラフG4の一例を示す。本例では、検出器モジュール41は、チャネル方向に16個の検出素子42が配列されている。したがって、図10のモジュール単位投影位置ずれグラフG4は、図9のチャネル単位投影位置ずれグラフG3において、チャネル座標が1〜16の領域を検出器モジュール番号m=1のグループ、チャネル座標が17〜32の領域を検出器モジュール番号m=2のグループ、・・・といった形でグループ分けし、それぞれのグループで理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとの差分(chpc−chpm)の代表値を求め、それらをプロット(plot)したものとなる。
FIG. 10 shows an example of the module unit projection position deviation graph G4. In this example, the
ところで、検出素子42は、それぞれ独立に配置されているのではなく、複数の検出素子42が一定間隔で精度よく並べられた検出器モジュール41を単位として配置されている。そのため、このようにピン9の理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとの差分(chpc−chpm)を検出器モジュール41ごとに分割することで、各検出器モジュール41の理想的な位置からのずれを推定することができる。
By the way, the
なお、チャネル単位で見たときのピン9の理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとの差分は、個々には高い精度が望めない場合も考えられるが、検出器モジュール41ごとに上記差分の代表値を求めることで、当該差分の誤差が抑えられ、計算精度を高めることができる。
It should be noted that the difference between the ideal projection position chpc of the
上記代表値としては、平均値が最も一般的であるが、中間値、中央値、最大値、最小値等であってもよい。本例では、代表値は平均値とする。また、本例では、モジュール単位投影位置ずれグラフG4は、検出器モジュール41のチャネル方向における中心位置を表す座標を横軸とし、その検出器モジュール41における上記差分の平均値を縦軸として表したものである。
The representative value is most commonly an average value, but may be an intermediate value, median value, maximum value, minimum value, or the like. In this example, the representative value is an average value. Further, in this example, the module unit projection position deviation graph G4 represents the coordinate representing the center position in the channel direction of the
ステップS9では、モジュール単位投影位置ずれグラフG4における高周波成分を表す高周波成分グラフG5を作成する。 In step S9, a high frequency component graph G5 representing a high frequency component in the module unit projection position deviation graph G4 is created.
上述したように、ピン9の理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとのずれは、検出器モジュール41の位置ずれだけでなく、X線管2におけるX線焦点fの位置の変化、データ収集系の歪み、振動等の不確定要素によっても変化する。しかしながら、モジュール単位投影位置ずれグラフG4において、理想投影位置chpcと実測投影位置chpmとのずれのうち、これら不確定要素に起因するずれは、検出器モジュール41の位置ずれに起因するずれと比較して、低周波成分として現れることが予想される。したがって、モジュール単位投影位置ずれグラフG4において、低周波成分を取り除き、高周波成分を抽出することで、検出器モジュール41の位置ずれを主要因とするロバストな位置ずれ情報を取得することができる。つまり、モジュール単位投影位置ずれグラフG4の高周波成分を表すグラフG5は、検出器モジュール41の理想位置からの位置ずれ量を表していると考えることができる。
As described above, the deviation between the ideal projection position chpc of the
なお、グラフ曲線における高周波成分を求める方法、翻って低周波成分を求める方法としては、移動平均、各種フィッティング、ローパスフィルタ(low pass filter)などを用いる方法が考えられる。本例では、モジュール単位投影位置ずれグラフG4において曲線のフィッティングにより低周波成分に相当する曲線を求め、これを元のモジュール単位投影位置ずれグラフG4から差し引いて、高周波成分を求める。曲線のフィッティングには、例えば、最小二乗法、平滑化法、ブートストラップ法などを用いることができる。 As a method for obtaining a high frequency component in a graph curve and a method for obtaining a low frequency component on the contrary, a method using a moving average, various fittings, a low pass filter, or the like can be considered. In this example, a curve corresponding to a low frequency component is obtained by fitting a curve in the module unit projection position deviation graph G4, and this is subtracted from the original module unit projection position deviation graph G4 to obtain a high frequency component. For example, a least square method, a smoothing method, or a bootstrap method can be used for curve fitting.
図11に、モジュール単位投影位置ずれグラフG4の高周波成分を表すグラフ(以下、投影位置ずれ高周波成分グラフという)G5の一例を示す。本例では、投影位置ずれ高周波成分グラフG5は、検出器モジュール41の位置を表すチャネル座標を横軸とし、その検出器モジュール41における上記差分の代表値から上記低周波成分を差し引いた値を縦軸として表したものである。ここで求められた検出器モジュール41ごとの理想位置からのずれ量は、記憶部6に記憶され、画像再構成を高精度に行うための補正データとして利用される。
FIG. 11 shows an example of a graph (hereinafter referred to as a projection position deviation high-frequency component graph) G5 representing a high-frequency component of the module unit projection position deviation graph G4. In this example, the projection position deviation high-frequency component graph G5 is obtained by subtracting the low-frequency component from the representative value of the difference in the
ステップS10では、被写体20のスキャンを行って複数ビューの投影データを収集する。 In step S10, the subject 20 is scanned to collect projection data for a plurality of views.
ステップS11では、記憶部6に記憶されている各検出器モジュール41の理想位置(設計上の位置)からの位置ずれ(ずれた向き及び量)に基づいて、被写体20の複数ビューの投影データを補正する。例えば、各ビューの投影データについて、検出器モジュール41ごとに、その検出器モジュールにおける各チャネルのデータ値を、その検出器モジュールの位置ずれに応じたエラー成分をキャンセルする方向にずらす補正を行う。また例えば、ファンパラ(fan-pala)変換など、画像再構成前の準備段階における処理において、隣接または近接する検出素子42の出力データ同士を補間して投影データを求める際に、補間に用いる重み係数を上記位置ずれに応じて調整し、上記位置ずれに応じたエラー成分をキャンセル(cancel)させる。なお、本例では、X線管の焦点から各検出素子までのX線のパス(path)は設計通りとし、そのパスに対応するデータを、上記ずれ量に基づいて補正するアプローチ(approach)を取る。別法として、対応するデータは変更せず、パスそのものを補正して画像再構成のアルゴリズム(algorithm)を修正するアプローチを取ってもよい。
In step S11, projection data of a plurality of views of the subject 20 is obtained on the basis of the positional deviation (shifted direction and amount) from the ideal position (designed position) of each
ステップS12では、補正された複数ビューの投影データに基づいて、画像再構成を行う。 In step S12, image reconstruction is performed based on the corrected projection data of a plurality of views.
(第2実施形態)
第2実施形態では、モジュール単位の投影位置ずれグラフにおける高周波成分を抽出する際に、ピンの再構成画像からピンの正確な位置を求めてピンの理想投影位置を求める処理等を行わずに、ピンの実測投影位置に基づくグラフから直接的に高周波成分を抽出する方法を用いる。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, when extracting a high-frequency component in the module-based projection position deviation graph, the pin pin reconstruction image is obtained from the pin reconstructed image and the pin ideal projection position is not obtained. A method of directly extracting a high frequency component from a graph based on the measured projection position of the pin is used.
図12は、第2実施形態に係るX線CT装置の処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 12 is a flowchart showing a process flow of the X-ray CT apparatus according to the second embodiment.
ステップ(step)T1では、X線CT装置1における撮像視野FOV内の外縁近傍にピンを設置する。
In step T1, a pin is placed near the outer edge in the imaging field of view FOV in the
ステップT2では、ピン9のスキャンを実施して、複数ビューの投影データを収集する。
In step T2, a scan of the
ステップT3では、収集されたピンの複数ビューの投影データにより、ピン9の実測投影位置グラフG1を作成する。
In step T3, an actually measured projection position graph G1 of the
ステップT4では、実測投影位置グラフG1において、曲線のフィッティングを行い、得られた曲線すなわち低周波成分を、各検出器モジュール41の位置ずれ以外の不確定要素による変化成分を表す理論投影位置グラフG6として求める。図13に、ピンの理論投影位置グラフG6の一例を示す。
In step T4, curve fitting is performed in the actually measured projection position graph G1, and the obtained curve, that is, the low frequency component is converted into a theoretical projection position graph G6 that represents a change component due to uncertain elements other than the positional deviation of each
ステップT5では、実測投影位置グラフG1および理論投影位置グラフG6に基づいて、ビューごとに、投影データプロファイルにおけるピンの投影位置について、理論投影位置(計算位置)chptとの実測投影位置と差分を求める。そして、ビューごとの、ピン9の理論投影位置chptと、その理論投影位置chptと実測投影位置chpmとの差分(chpt−chpm)との関係を表す第2の投影位置ずれグラフG7を作成する。図14に、第2のチャネル単位投影位置ずれグラフG7の一例を示す。本例では、第2の投影位置ずれグラフG7は、ピン9の理論投影位置chpt(チャネル座標で表す)を横軸とし、その理論投影位置chptとこれに対応する実測投影位置chpmとの差分(chpt−chpm)を縦軸として表したものである。
In step T5, based on the actual projection position graph G1 and the theoretical projection position graph G6, the difference between the actual projection position and the theoretical projection position (calculation position) chpt is obtained for each pin projection position in the projection data profile for each view. . Then, for each view, a second projection position deviation graph G7 representing the relationship between the theoretical projection position chpt of the
ステップT6では、作成された第2の投影位置ずれグラフG7において、検出器モジュール41ごとに、ピン9の理論投影位置chptと実測投影位置chpmとの差分(chpt−chpm)の代表値を求め、検出器モジュール41の位置とその代表値との関係を表す第2のモジュール単位投影位置ずれグラフG8を作成する。図15に、第2のモジュール単位投影位置ずれグラフG8の一例を示す。本例では、代表値は平均値である。ここで求められた検出器モジュール41ごとの理論位置からのずれ量は、記憶部6に記憶され、画像再構成を高精度に行うための補正データとして利用される。
In step T6, a representative value of the difference (chpt−chpm) between the theoretical projection position chpt of the
ステップT7では、被写体20のスキャンを行って、複数ビューの投影データを収集する。 In step T7, the subject 20 is scanned to collect projection data for a plurality of views.
ステップT8では、記憶部6に記憶されている各検出器モジュール41の理論位置からのずれ量に基づいて、被写体20の複数ビューの投影データを補正する。
In step T8, the projection data of a plurality of views of the subject 20 is corrected based on the amount of deviation from the theoretical position of each
ステップT9では、補正された複数ビューの投影データに基づいて、画像再構成を行う。 In step T9, image reconstruction is performed based on the corrected projection data of a plurality of views.
以上、上記の実施形態によれば、X線CT装置1におけるX線管2及びX線検出器4の回転中心から外れた位置にピン9を設置し、そのピン9をスキャンして複数ビューの投影データを収集し、複数ビューの投影データプロファイルにおけるピン9の投影位置として、収集された投影データに基づく実測位置と、計算に基づく計算位置とを求め、これら実測位置と計算位置との差分から各検出器モジュールの位置ずれ量を検出することができる。つまり、ピン及びピンの設置手段以外の特別な道具を必要とせず、また、ピンの投影位置は、投影データプロファイルにおける山形の信号強度分布から、検出素子の幅よりも細かい分解能で特定することができる。これにより、放射線断層撮影装置における放射線検出器を構成する各検出器モジュールの正確な位置を、比較的容易に測定することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, the
なお、発明は上記の実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の実施形態を採り得る。 The invention is not limited to the above-described embodiment, and various embodiments can be adopted without departing from the spirit of the invention.
なお、コンピュータに、上記のように、検出器モジュールの位置ずれを測定したり、さらには、その測定結果を基に当該位置ずれに起因する変動成分を除去するための補正を投影データに行ったりするためのプログラムもまた、発明の一実施形態である。 As described above, the computer measures the position deviation of the detector module, and further performs correction on the projection data to remove the fluctuation component due to the position deviation based on the measurement result. The program for doing this is also an embodiment of the invention.
1 X線CT装置(放射線断層撮影装置)
2 X線管(放射線源)
f X線焦点
3 アパーチャ
4 X線検出器(放射線検出器)
41 検出器モジュール
41′ 検出器モジュールの理想的な位置
42 検出素子
5 DAS
6 記憶部
7 演算・制御部(演算手段、再構成手段)
9 ピン(柱状体)
20 被写体
1 X-ray CT system (radiation tomography system)
2 X-ray tube (radiation source)
f X-ray focus 3
41
6
9 pins (columnar body)
20 subjects
Claims (12)
前記複数ビューの各々について、該ビューの投影データプロファイルにおける前記柱状体の投影位置として、前記収集された投影データに基づく実測位置と、計算に基づく計算位置とを求め、前記実測位置と前記計算位置との差分を求める第2のステップと、を含む検出器モジュール位置測定方法。 A radiation tomography apparatus that includes a radiation source and a radiation detector in which a plurality of detector modules are arranged in a channel direction, and scans by rotating the radiation source and the radiation detector with a rotation axis interposed therebetween. A first step of collecting projection data of a plurality of views by scanning a columnar body that is disposed at a position deviated from the rotation axis and extends in a direction perpendicular to the imaging field plane;
For each of the plurality of views, an actual measurement position based on the collected projection data and a calculation position based on the calculation are obtained as the projection position of the columnar body in the projection data profile of the view, and the actual measurement position and the calculation position are obtained. And a second step of obtaining a difference from the detector module position measuring method.
前記回転軸から外れた位置に配置されており、撮像視野平面に対して垂直な方向に延びている柱状体のスキャンにより収集された複数ビューの投影データを用い、前記複数ビューの各々について、該ビューの投影データプロファイルにおける前記柱状体の投影位置として、前記収集された投影データに基づく実測位置と、計算に基づく計算位置とを求め、さらに前記実測位置と前記計算位置との差分を求め、該差分に基づいて画像再構成に用いる補正データを生成する演算手段を備えた放射線断層撮影装置。 A radiation tomography apparatus comprising a radiation source and a radiation detector in which a plurality of detector modules are arranged in a channel direction, wherein the radiation source and the radiation detector are rotated with a rotation axis interposed therebetween and scanned. And
Using projection data of a plurality of views collected by scanning a columnar body that is arranged at a position off the rotation axis and extends in a direction perpendicular to the imaging field plane, for each of the plurality of views, As the projection position of the columnar body in the projection data profile of the view, an actual measurement position based on the collected projection data and a calculation position based on the calculation are obtained, and a difference between the actual measurement position and the calculation position is obtained, A radiation tomography apparatus comprising arithmetic means for generating correction data used for image reconstruction based on a difference.
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