JP2020186913A

JP2020186913A - Ｘ線ｃｔ装置、及びｃｔ画像再構成方法

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Publication number: JP2020186913A
Application number: JP2019089244A
Authority: JP
Inventors: 幸寛原; Yukihiro Hara
Original assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2020-11-19

Abstract

【課題】Ｘ線源の位置の変動が補正されるＸ線ＣＴ装置、及びＣＴ画像再構成方法を提供する。【解決手段】試料１００を支持する支持台１３と、Ｘ線源１１と、Ｘ線検出器１５と、その透過画像を第２検出領域にてＸ線検出器１５が検出する、１又は複数のＸ線マーカと、Ｘ線源１１、Ｘ線検出器１５、及び１又は複数のＸ線マーカと、支持台１３と、の相対的角度配置を異ならせるよう回転する、回転駆動系１４と、Ｘ線検出器１５が検出する試料の透過画像及び１又は複数のＸ線マーカの透過画像を取得する、透過画像取得部と、１又は複数のＸ線マーカの透過画像に基づいて試料の透過画像の位置ずれ補正を施し試料の補正透過画像を生成する、位置ずれ補正画像生成部と、位置ずれ補正画像生成部が生成する複数の補正透過画像に基づいてＣＴ画像を再構成する、画像再構成部３と、を備える、Ｘ線ＣＴ装置。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置、及びＣＴ画像再構成方法に関し、特に、Ｘ線源の位置変動の影響を抑制する技術に関する。

従来、Ｘ線コンピュータ断層撮影（Computed Tomography：以下、ＣＴと記す）装置は、非破壊内部測定が可能であり、人体、実験用動物などの生物のみならず、無生物である製品一般の内部構造の検査に用いられる。

Ｘ線ＣＴ装置はＸ線源（例えば、Ｘ線管）を備える。測定において複数の角度配置それぞれにおいて透過画像が撮影される。かかる測定において、Ｘ線源の位置の変動は、透過画像に変動を発生させ、再構成されるＣＴ画像の画像品質を劣化させてしまう。

Ｘ線源の位置の変動を抑制するために、Ｘ線源を測定前の準備段階で十分にエージングを実施しＸ線源を安定的な状態とすることが考えられる。しかしながら、かかる準備段階を設けることにより全体の測定時間が長くなるとの問題が生じる。また、Ｘ線源の寿命を早めてしまうという問題も生じる。

特許文献１に、被写体を乗せて回転軸を中心に回転する回転テーブルと、上端が尖鋭な形状のマーカ（Ｘ線透過物）と、Ｘ線検出器と、を備える産業用Ｘ線ＣＴ装置が開示されている。マーカは、Ｘ線管装置と回転テーブルとの間に設けられ、必要に応じて上下動をすることが出来る。Ｘ線管装置のＸ線管に供給する管電圧及び管電流を変化させる度に、回転テーブルに被写体を載置していない状態とし、マーカの先端が回転テーブルの上に突出する位置にまでマーカを上昇させ、Ｘ線検出器上にマーカの先端を投影し、かかる投影位置を検出する。これにより、逆投影データの中心座標とＸ線検出器配列に投影された被写体回転中心軸座標の不一致を補正している。

特許文献２に、主Ｘ線検出器７に加えてプロファイル検出器９を備えるＸ線ＣＴ装置１が開示されている。Ｘ線管球３とスリット５がさらに備えられており、スリット５には、Ｘ線管球３が出射するＸ線からプロファイル検出器９へ到達するＸ線ビームＸＰを通過させる間隙が設けられている。Ｘ線ビームＸＰの断面を正方形とし、プロファイル検出器９の検出面を２×２に配置される４個の素子で構成する。正方形のＸ線ビームＸＰの検出面における照射面積に比例して４個の素子が検出するＸ線強度の違いにより、Ｘ線管球３のＸ線源のミスアライメントを補正している。

特開２００２−３３３４０８号公報特開２００５−２２４６３７号公報

Ｘ線源の位置の変動は測定中も発生し得るので、Ｘ線透過画像の撮影とともに補正をすることができるのが望ましい。特許文献１に開示の技術では、測定前又は測定を中断してマーカの投影位置を検出する必要があり、Ｘ線透過画像の撮影とともにマーカの投影位置を検出することができない。また、特許文献２に開示の技術では、Ｘ線源の位置の変動を検出するための検出器を測定用の検出器に加えて設ける必要があり、装置規模の増大と測定コストの増大とを招いてしまう。簡便な構成でＸ線源の位置の変動を補正することが望まれる。

Ｘ線ＣＴ装置に備えられる検出器が、Ｘ線透過画像を撮影する。検出器は検出領域を有するが、検出領域すべてがＣＴ画像化に用いられるとは限らず、一部の検出領域がＣＴ画像化に用いられる場合がある。発明者らは鋭意検討の結果、ＣＴ画像化には用いない検出領域をＸ線源の位置の変動の検出に用いることが出来るとの知見を得ることとなり、本願発明に想到するに至った。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、簡便な構成でＸ線源の位置の変動が補正されるＸ線ＣＴ装置、及びＣＴ画像再構成方法の提供とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係るＸ線ＣＴ装置は、試料を支持する支持台と、前記試料へＸ線を照射するＸ線源と、ＣＴ画像化に用いる第１検出領域、及び前記ＣＴ画像化には用いない第２検出領域、を有するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記支持台との間に配置され、その透過画像を前記第２検出領域にて前記Ｘ線検出器が検出する、１又は複数のＸ線マーカと、前記Ｘ線源、前記Ｘ線検出器、及び前記１又は複数のＸ線マーカと、前記支持台と、の相対的角度配置を異ならせるよう回転する、回転駆動系と、前記Ｘ線検出器が検出する前記試料の透過画像及び前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像を取得する、透過画像取得部と、前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像に基づいて、前記試料の透過画像の位置ずれ補正を施し、前記試料の補正透過画像を生成する、位置ずれ補正画像生成部と、前記位置ずれ補正画像生成部が生成する複数の前記補正透過画像に基づいて、ＣＴ画像を再構成する、画像再構成部と、を備える。

（２）上記（１）に記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記Ｘ線源と前記支持台との間に配置される、フィルタを、さらに備え、前記１又は複数のＸ線マーカは、前記フィルタと一体となって構成されていてもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記１又は複数のＸ線マーカは、ピンホール、金属片、金属球からなる群より選択される１つであってもよい。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＸ線ＣＴ装置であって、前記第２検出領域は、有効視野領域を透過するＸ線が検出面に到達する領域以外であってもよい。

（５）本発明に係るＣＴ画像再構成方法は、試料を支持する支持台と、前記試料へＸ線を照射するＸ線源と、ＣＴ画像化に用いる第１検出領域、及び前記ＣＴ画像化には用いない第２検出領域、を有するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記支持台との間に配置され、その透過画像を前記第２検出領域にて前記Ｘ線検出器が検出する、１又は複数のＸ線マーカと、前記Ｘ線源、前記Ｘ線検出器、及び前記１又は複数のＸ線マーカと、前記支持台と、の相対的角度配置を異ならせるよう回転する、回転駆動系と、を備える、Ｘ線ＣＴ装置を用いるＣＴ画像再構成方法であって、前記Ｘ線検出器が、前記試料の透過画像及び前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像を検出する、透過画像検出ステップと、前記Ｘ線検出器が検出する前記試料の透過画像及び前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像を取得する、透過画像取得ステップと、前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像に基づいて、前記試料の透過画像の位置ずれ補正を施し、前記試料の補正透過画像を生成する、位置ずれ補正画像生成ステップと、前記位置ずれ補正画像生成部が生成する複数の前記補正透過画像に基づいて、ＣＴ画像を再構成する、画像再構成ステップと、を備えていてもよい。

本発明により、簡便な構成でＸ線源の位置の変動が補正されるＸ線ＣＴ装置、及びＣＴ画像再構成方法が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置の構造を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係るフィルタの構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るＣＴ撮影部の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る２次元Ｘ線検出器の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る２次元Ｘ線検出器の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る当該実施形態に係るＣＴ撮影部の有効視野を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る複数のＣＴ画像化領域を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る２次元Ｘ線検出器の構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る画像リコンＰＣのブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置が生成するＸ線ＣＴ画像の一例を示す図である。従来技術にかかる３次元Ｘ線ＣＴ装置が生成するＸ線ＣＴ画像の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係るフィルタの構成を示す図である。本発明の第４の実施形態に係るＸ線検出器の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、寸法、形状等について模式的に表す場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、工業製品のＣＴ画像を撮影するための３次元Ｘ線ＣＴ装置であり、試料を支持する支持台と、試料へＸ線を照射するＸ線源と、Ｘ線検出器と、Ｘ線源と支持台との間に配置される１又は複数のＸ線マーカと、フィルタと、回転駆動系と、Ｘ線検出器が検出する試料の透過画像及び１又は複数のＸ線マーカの透過画像を取得する透過画像取得部と、１又は複数のＸ線マーカの透過画像に基づいて試料の透過画像の位置ずれ補正を施し試料の補正透過画像を生成する位置ずれ補正画像生成部と、位置ずれ補正画像生成部が生成する複数の補正透過画像に基づいてＣＴ画像を再構成する画像再構成部と、を備えている。ここで、１又は複数のＸ線マーカはフィルタと一体となって構成されているのが望ましい。
（３次元Ｘ線ＣＴ装置の構成）

図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置１の構造を示す模式図である。図１に示す通り、当該実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置１は、ＣＴ撮影部２と、画像リコンＰＣ３と、入力部４と、表示部５を、備えている。ＣＴ撮影部２は、Ｘ線管１１と、フィルタ１２と、支持台１３（試料ステージ）と、回転駆動系１４と、２次元Ｘ線検出器１５と、を備えている。支持台１３は試料１００を支持しており、回転駆動系１４の上に搭載されている。試料１００（の中心）を回転軸に回転駆動系１４は試料１００を支持する支持台１３を回転させる。当該実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置１の主な特徴はフィルタ１２の構造にあるが、これについては後述する。

当該実施形態では、試料１００の複数の透過画像を撮影する間、Ｘ線管１１、フィルタ１２、及び２次元Ｘ線検出器１５は固定されており、回転駆動系１４が支持台１３を回転させながら試料１００の複数の透過画像を連続的に撮影する。Ｘ線管１１、フィルタ１２、及び２次元Ｘ線検出器１５を含めて測定系とすると、回転駆動系１４は、測定系と支持台１３との相対的角度配置を異ならせるよう回転している。当該実施形態では、測定系が固定され回転駆動系１４が支持台１３を回転させているが、これに限定されることはなく、支持台１３が固定され回転駆動系１４が測定系を回転させてもよい。

図２は、当該実施形態に係るフィルタ１２の構成を示す図である。当該実施形態に係るフィルタ１２は、照射Ｘ線フィルタ部１２Ａと、１又は複数（ここでは４個）のＸ線マーカ１２Ｂと、を含む。すなわち、１又は複数のＸ線マーカ１２Ｂはフィルタ（照射Ｘ線フィルタ部１２Ａ）と一体となって構成されている。照射Ｘ線フィルタ部１２Ａは、試料に照射するＸ線から低エネルギー成分を低減させるためのものであり、Ｘ線ＣＴ装置において通常に用いられるフィルタの機能を有している。Ｘ線マーカ１２Ｂはピンホールであり、フィルタ１２のうちＸ線マーカ１２Ｂが形成される領域は、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成されない領域（照射Ｘ線フィルタ部１２Ａが形成される領域）より、Ｘ線透過率が高い。

ここでは、フィルタ１２は矩形状を有しており、矩形状の四隅の近傍にそれぞれＸ線マーカ１２Ｂを配置している。なお、図２に示す通り、フィルタ１２の矩形状の平面をｘｙ平面として、横方向をｘ軸方向と、縦方向をｙ軸方向と、それぞれ定義する。

フィルタ１２は、１枚のフィルタ板により構成されてもよく、その場合、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成される領域には、Ｘ線透過率が高い部材又はＸ線をカットしない部材で構成される。これに対して、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成されない領域（照射Ｘ線フィルタ部１２Ａが形成される領域）には、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成される領域に配置される部材のＸ線透過率より低い部材（通常のフィルタのために用いられる金属など）で構成される。なお、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成される領域には何ら部材が配置されない単なる穴（ピンホール）であってもよい。また、フィルタ１２は、２枚のフィルタ板を貼り合わせて構成されてもよい。その場合、一方のフィルタ板は一様にＸ線をカットするフィルタの機能を有する部材で構成され、他方のフィルタ板は、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成される領域にはＸ線透過率が高い部材、Ｘ線をカットしない部材、又は何ら部材が配置されない単なる穴のいずれかで構成され、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成されない領域（照射Ｘ線フィルタ部１２Ａが形成される領域）には、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成される領域に配置される部材のＸ線透過率より低い部材で構成される。他方のフィルタ板のＸ線マーカ１２Ｂが形成される領域に単なる穴が配置される場合は、Ｘ線マーカ１２Ｂが形成されない領域には金属などＸ線の透過を低下させる部材（空気などの外環境よりＸ線透過率が高い部材）が配置されていればよい。２枚のフィルタ板を貼り合わせることにより、照射Ｘ線フィルタ部１２Ａが形成される領域は、所望のＸ線透過率（所望のＸ線透過特性）となっていればよい。なお、Ｘ線マーカ１２Ｂそれぞれは、その位置を特定するのに適切な形状を有しているのが望ましい。例えば円形状が望ましいが、正方形など多角形であってもよい。

図３は、当該実施形態に係るＣＴ撮影部２の構成を示す図である。構成をより明確に理解できるよう、図１と異なり図３には、主要部品のみが示されている。Ｘ線管１１では、電子線をターゲット（陽極）に照射してＸ線が発生し、発生したＸ線を所望の方向へ取り出している。Ｘ線管１１は、実質的に点源１１Ａ（マイクロフォーカス）とみなすことが出来るビームソースを有しており、図３には点源１１Ａとして示されている。図３に示す通り、点源１１Ａより＋ｚ軸方向へ出射されるコーンビームのＸ線が示されている。点源１１Ａより出射されるＸ線は、フィルタ１２を通過して試料１００に照射され、試料１００を透過するＸ線が２次元Ｘ線検出器１５の検出面へ到達し、２次元Ｘ線検出器１５が試料１００のＸ線透過画像を検出する。図３に示す通り、点源１１Ａとフィルタ１２との距離をＬ_１と、フィルタ１２と２次元Ｘ線検出器１５との距離をＬ_２と、それぞれ定義する。また、点源１１Ａと試料１００（の中心、すなわち回転軸）との距離をＬ_３と、試料１００（の中心、すなわち回転軸）と２次元Ｘ線検出器１５との距離をＬ_４と、それぞれ定義する。

Ｘ線管１１を駆動させて、電子線をターゲットに照射することを続けると、ターゲットは熱膨張をすることに起因して、点源１１Ａの位置が移動してしまう。図３は、点源１１Ａが理想的な位置Ａにある場合と、点源１１Ａが理想的な位置Ａから移動して位置Ｂにある場合とを、示している。ｘ軸方向の位置Ｂの位置Ａからの変位はΔＦであり、かかる変位ΔＦのｘ成分はΔＦ_ｘであり、ｙ成分はΔＦ_ｙである。

点源１１Ａが位置Ａにある場合に、点源１１Ａより出射されるＸ線のコーンビームは、試料１００の中心を通過して２次元Ｘ線検出器１５の検出面へ到達する。試料１００の当該部分の透過画像の位置を位置ＰＡとする。点源１１Ａが位置Ａから位置ＢへΔＦ変位する場合に、試料１００の当該部分の透過画像の位置を位置ＰＢとする。

図４Ａ及び図４Ｂは、当該実施形態に係る２次元Ｘ線検出器１５の構成を示す図である。図４Ａは、点源１１Ａが位置Ａにある場合の２次元Ｘ線検出器１５の検出面の状態を模式的に示しており、図４Ｂは、点源１１Ａが位置Ｂにある場合の２次元Ｘ線検出器１５の検出面の状態を模式的に示している。図４Ａ及び図４Ｂは２次元Ｘ線検出器１５の検出面（ｘｙ平面）を示しており、図２に示すフィルタ１２のｘｙ平面に対応している。図４Ａ及び図４Ｂに示す通り、２次元Ｘ線検出器１５は検出面を有し、かかる検出面は、ＣＴ画像化に用いる第１検出領域Ｒ１と、ＣＴ画像化には用いない第２検出領域Ｒ２と、を有する。ここでは、図４Ａに示す通り、第１検出領域Ｒ１に試料１００の透過画像Ｔが含まれている。これに対して、例えば試料１００の透過画像が第１検出領域Ｒ１と第２検出領域Ｒ２との境界を越えて、その一部の透過画像が第２検出領域Ｒ２に含まれる場合であっても、かかる一部の透過画像は、ＣＴ画像再構成には用いられるが、ＣＴ画像化されない。すなわち、第２検出領域Ｒ２はＣＴ画像化には用いない検出領域である。第２検出領域Ｒ２に４個のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が含まれている。２次元Ｘ線検出器１５が４個のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を検出しても、第２検出領域Ｒ２は試料１００のＣＴ画像化には用いない検出領域なので、透過画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、ＣＴ画像化には影響しない。２次元Ｘ線検出器１５が、試料１００の透過画像及び１又は複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像を検出する（透過画像検出ステップ）。

点源１１Ａの位置の変動の検出は、１個のＸ線マーカ１２Ｂによっても可能であるが、当該実施形態に係るフィルタ１２は、４個のＸ線マーカ１２Ｂを備えている。フィルタ１２が複数のＸ線マーカ１２Ｂを備えることにより、試料１００の透過画像の一部が第２検出領域Ｒ２に含まれる場合であっても、複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像のうち少なくとも一部のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像が試料１００の透過画像と重ならない可能性は上昇する。それゆえ、試料１００の透過画像と重なっていない一部のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像を用いて、点源１１Ａの位置の変動を検出することが出来る。

また、回転駆動系１４が支持台１３を回転させていて、一部の角度範囲において複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像すべてが試料１００の透過画像と重なる場合であっても、フィルタ１２が複数のＸ線マーカ１２Ｂを備えることにより、複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像すべてが試料１００の透過画像と重なる角度範囲を、フィルタ１２に１のＸ線マーカ１２Ｂのみが配置される場合と比べて狭くすることができる。かかる角度範囲にある点源１１Ａの位置の変動は、その角度範囲の両外側における角度位置（又は角度範囲）で検出される点源１１Ａの位置の変動より内挿することで推測することができる。

図４Ｂに示す通り、点源１１Ａが位置Ａから位置ＢへΔＦ移動すると、それに伴って、４個のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像はΔｆ移動する。ここで、そのｘ成分はΔｆ_ｘであり、ｙ成分はΔｆ_ｙである。これに対して、試料１００の透過画像Ｔは透過画像ＴＤへ移動する。

図５は、当該実施形態に係るＣＴ撮影部２の有効視野を示す模式図である。図５は、当該実施形態に係るＣＴ撮影部２の構造を模式的に示したものであり、理解を容易くするために、点源１１Ａと２次元Ｘ線検出器１５の検出面のみが示されている。回転駆動系１４が支持台１３を回転させることにより、支持台１３に対する点源１１Ａと２次元Ｘ線検出器１５の相対的な位置が異なるが、図５は、支持台１３に対して、互いに対向する位置にある２つの点源１１Ａを点源１１Ａａ，１１Ａｂとして示している。例えば、点源１１Ａａの角度配置をθ＝０とすると、点源１１Ａｂの角度配置はθ＝１８０°である。２つの点源１１Ａそれぞれに対応する２つの２次元Ｘ線検出器１５を２次元Ｘ線検出器１５ａ，１５ｂとして示している。また、点源１１Ａから発生するコーンビームのＸ線のうち、ＣＴ画像再構成に用いる透過画像に透過するコーンビームの立体角は小さいが、理解を容易くするために、ｙ軸方向に対して誇張した記載となっている。

ＣＴ画像再構成を施すためには、３６０°画像再構成の場合、３６０°すべての（実際には不連続であるが）角度配置にある点源１１Ａから発生するコーンビームのＸ線（の一部）が対象となる部分を透過している必要があり、そのために、３６０°すべての角度配置にある点源１１Ａから発生するコーンビームが２次元Ｘ線検出器１５に到達される領域は限定される。かかる領域は有効視野領域（Field of View：ＦｏＶ）と呼ばれており、図５にＦｏＶとして示されている。ＦｏＶは、図に示すような駒形状の回転体である。図５には、かかる回転体の一部が破線の円で囲われており、右下に破線の円で囲われる領域が別途示されており、かかる回転体の回転断面が記載されている。かかる回転断面は、横辺ａ１及び縦辺ａ２である長方形と、該長方形の横辺ａ１を底辺として回転軸方向を縦辺a３とする直角三角形が該長方形の上下にそれぞれ配置される図形であり、かかる回転体は該図形を回転軸に対して回転させた回転体である。

図６Ａは、当該実施形態に係る複数のＣＴ画像化領域Ｆを示す模式図である。ＣＴ画像再構成の計算を容易にする目的で、ＣＴ画像化する領域（以下、ＣＴ画像化領域Ｆと称する）は、ＦｏＶに含まれるとともに回転軸を共有する円柱領域をユーザが選択することにより決定される。図６Ａは、ユーザによって決定される３つのＣＴ画像化領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を示しており、３つのＣＴ画像化領域ＦはいずれもＦｏＶに含まれており、ＦｏＶと回転軸を共有している。ｙ軸方向に垂直なｘｙ平面の面積を大きくしようとするとｙ軸方向の長さが短くなり、その例がＣＴ画像化領域Ｆ１である。反対に、ｙ軸方向の長さを長くしようとするとｘｙ平面の面積が小さくなり、その例がＣＴ画像化領域Ｆ３である。そして、その間となっているのが、ＣＴ画像化領域Ｆ２である。

図６Ｂは、当該実施形態に係る２次元Ｘ線検出器１５の構成を示す模式図である。図６Ａに示す３つのＣＴ画像化領域Ｆを透過するＸ線が２次元Ｘ線検出器１５の検出面に到達する検出領域をそれぞれ示しており、すなわち、第１検出領域Ｒ１である。ＣＴ画像化領域Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３に対応する第１検出領域Ｒ１がそれぞれＦ１，Ｆ２，Ｆ３に対応するＲ１として示されている。ＣＴ画像化領域Ｆをどのように決定しても、ＦｏＶを透過するＸ線が検出面に到達する領域（図に、ＦｏＶに対応する領域と記載）に含まれている。あるＣＴ画像化領域Ｆを決定すると、それに対応する第１検出領域Ｒ１が決定され、第２検出領域Ｒ２を２次元Ｘ線検出器１５の検出面のうち第１検出領域Ｒ１以外の領域とするならば、かかるＣＴ画像化領域Ｆに対して本発明を適用することができ、その場合、第２検出領域Ｒ２のいずれに透過画像が投影される位置に１又は複数のＸ線マーカ１２Ｂをフィルタ１２に配置することができる。

ＣＴ画像化領域ＦはＦｏＶに含まれる範囲でユーザが自由に決定することができる。よって、第２検出領域Ｒ２を、あらゆるＣＴ画像化領域Ｆが設定されてもＣＴ画像化には用いない領域とするのが望ましい。言い換えれば、有効視野領域（ＦｏＶ）を透過するＸ線が検出面に到達する領域（ＦｏＶに対応する領域）以外であるのが望ましい。第２検出領域Ｒ２をかかる領域に限定することにより、ユーザがどのようにＣＴ画像化領域Ｆを設定しても本発明を適用することができ、格別の効果を奏することとなる。
（画像リコンＰＣ）

図７は、当該実施形態に係る画像リコンＰＣ３のブロック図である。画像リコンＰＣ３は、ＣＴ撮影部２が撮影する複数の透過画像に基づいて３次元ＣＴ画像を再構成（リコン）するためのコンピュータであり、画像再構成部である。画像リコンＰＣ３は、透過画像取得部２１と、位置ずれ補正画像生成部２２と、画像再構成部２３と、記憶部２４と、を備えている。画像リコンＰＣ３は、以下に説明する各ステップを実行する手段をそれぞれ備えている。また、当該実施形態に係るプログラムは、コンピュータを、各手段として機能させるためのプログラムである。

透過画像取得部２１は、２次元Ｘ線検出器１５が検出する試料１００の透過画像及び１又は複数（ここでは、４個）のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像をＣＴ撮影部２より取得する（透過画像取得ステップ）。記憶部２４は、透過画像取得部２１が取得する試料１００の透過画像及び１又は複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像を記憶する。

位置ずれ補正画像生成部２２は、１又は複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像に基づいて、試料１００の透過画像の位置ずれ補正を施し、試料１００の補正透過画像を生成する（位置ずれ補正画像生成ステップ）。まず、１又は複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像の変位Δｆより、点源１１Ａの変位ΔＦを算出する。図３に示すＬ１及びＬ２より第１拡大率ＭをＭ＝（Ｌ_１＋Ｌ_２）／Ｌ_１とする。点源１１Ａの変位ΔＦのｘ成分ΔＦ_ｘ及びｙ成分ΔＦ_ｙは、それぞれ下記に示す第（１）式及び第（２）式で表すことができる。

ΔＦ_ｘ＝−Δｆ_ｘ／Ｍ・・・（１）

ΔＦ_ｙ＝−Δｆ_ｙ／Ｍ・・・（２）

次に、透過画像の位置ずれΔＴを算出する。図３に示すＬ_３及びＬ_４より第２拡大率ｍをｍ＝（Ｌ_３＋Ｌ_４）／Ｌ_３とする。位置ずれΔＴのｘ成分ΔＴ_ｘ及びｙ成分ΔＴ_ｙは、それぞれ下記に示す第（３）式及び第（４）式で表すことができる。

ΔＴ_ｘ＝−ｍ×ΔＦ_ｘ・・・（３）

ΔＴ_ｙ＝−ｍ×ΔＦ_ｙ・・・（４）

透過画像の位置ずれΔＴより、透過画像の位置ずれ補正ΔＣを算出する。位置ずれ補正の補正量ΔＣのｘ成分ΔＣｘ及びｙ成分ΔＣｙは、それぞれ下記に示す第（５）式及び第（６）式で表すことができる。

ΔＣ_ｘ＝Ｃ_０ｘ−ΔＴ_ｘ・・・（５）

ΔＣ_ｙ＝Ｃ_０ｙ−ΔＴ_ｙ・・・（６）

ここで、Ｃ_０ｘ及びＣ_０ｙは、それぞれ点源１１Ａの位置Ａにおけるｘ方向及びｙ方向の補正量である。第（５）式及び第（６）式を用いて、試料１００の補正透過画像を生成する。

記憶部２４は、位置ずれ補正画像生成部２２が生成する試料１００の補正透過画像を記憶してもよい。ＣＴ撮影部２において、回転駆動系１４は支持台１３を回転させながら、２次元Ｘ線検出器１５は試料１００の透過画像及び１又は複数のＸ線マーカ１２の透過画像を連続的に撮影する。例えば、角度配置θを、θ＝０°から角度間隔Δθ＝３°間隔で順に撮影すると、θ＝３（ｎ−１）（ｎ＝１，２，・・・１２０）となる角度配置において、ＣＴ撮影部２が透過画像（合計１２０枚）を撮影する。そして、透過画像取得部２１は順に１２０回、試料１００の透過画像及び１又は複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像を取得し、位置ずれ補正画像生成部２２は順に１２０回、試料１００の補正透過画像を生成する。

画像再構成部２３は、位置ずれ補正画像生成部２２が生成する複数（例えば１２０枚）の補正透過画像に基づいて、ＣＴ画像を再構成する（画像再構成ステップ）。画像再構成部２３は、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）であり、グラフィクス処理を高速化するためのプロセッサである。画像再構成部２３は、例えばＦｅｌｄｋａｍｐ法を用いて、複数の補正透過画像に再構成処理して３次元ＣＴ画像を生成し、記憶部２４及び表示部５へ出力する。ここで、試料１００がＣＴ画像化領域Ｆより外側に広がっている場合は、生成される３次元ＣＴ画像は、試料１００のうちＣＴ画像化領域Ｆに含まれる部分に限定されることとなる。記憶部２４は３次元ＣＴ画像を記憶し、表示部５は３次元ＣＴ画像を表示する。

入力部４は、キーボードやマウスを有しており、利用者が入力部４に測定の設定事項などを入力する。表示部５は、ディスプレイを有しており、ＣＴ撮影測定の設定事項を表示するとともに、画像リコンＰＣ３の画像再構成部２３又は記憶部２４より入力される３次元ＣＴ画像を表示する。

図８Ａは、当該実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置１が生成するＸ線ＣＴ画像の一例を示す図である。点源１１Ａの位置の変動による補正が施されており、鮮明なＸ１線ＣＴ画像が得られている。図８Ｂは、従来技術にかかる３次元Ｘ線ＣＴ装置が生成するＸ線ＣＴ画像の一例を示す図である。Ｘ線源の位置の変動による補正が施されておらず、試料の透過画像にＸ線源の位置の変動によるブレが発生しており、生成されるＸ線ＣＴ画像に鮮明さが欠けている。

当該実施形態に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置１は、複数（ここでは４個）のＸ線マーカ１２Ｂを備えることにより、試料１００がＣＴ画像化領域Ｆの外側へ広がっていて、複数のＸ線マーカ１２Ｂのうち一部のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像と試料１００の透過画像とが重なってしまった場合であっても、重なっていない他のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像を用いて、点源１１Ａの位置の変動を検知することができるという格別の効果を奏する。前述の通り、ある角度範囲において、複数のＸ線マーカ１２Ｂの透過画像すべてが試料１００の透過画像と重なってしまう場合であっても、３次元Ｘ線ＣＴ装置１が複数のＸ線マーカ１２Ｂを備えることにより、かかる角度範囲を狭くすることができており、かかる角度範囲においてもより精度高く点源１１Ａの位置の変動を推測することができるという著名な効果をさらに奏することとなる。

なお、２次元Ｘ線検出器１５の検出面で精度よく点源１１Ａの位置の変動を検出するとの観点から、当該実施形態に係る１又は複数のＸ線マーカ１２Ｂは点源１１Ａの近傍に配置されるのが望ましく、同じく点源１１Ａの近傍に配置されるフィルタ１２と一体となって構成されているのが望ましい。しかし、これに限定されることはなく、１又は複数のＸ線マーカはフィルタと別体として構成されてもよいことは言うまでもない。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、フィルタ１２の構造が第１の実施形態と異なっているが、それ以外のは同じ構成を有している。図９は、当該実施形態に係るフィルタ１２の構成を示す図である。第１の実施形態と異なり、当該実施形態に係る複数のＸ線マーカ１２Ｂは、フィルタ１２の四隅それぞれに配置される４個の金属片である。Ｘ線マーカ１２ＢのＸ線透過率が照射Ｘ線フィルタ部１２ＡのＸ線透過率より低いことにより、２次元Ｘ線検出器１５が検出するＸ線マーカ１２Ｂの透過画像により、点源１１Ａの位置の変動を検出することができる。Ｘ線マーカ１２Ｂが金属片となる当該実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、フィルタ１２の構造が第１及び第２の実施形態と異なっているが、それ以外のは同じ構成を有している。第１及び第２の実施形態と異なり、当該実施形態に係る複数のＸ線マーカ１２Ｂは、フィルタ１２の四隅それぞれに配置される４個の金属球である。Ｘ線マーカ１２ＢのＸ線透過率が照射Ｘ線フィルタ部１２ＡのＸ線透過率より低いことにより、２次元Ｘ線検出器１５が検出するＸ線マーカ１２Ｂの透過画像により、点源１１Ａの位置の変動を検出することができる。当該実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様の効果を奏する。

［第４の実施形態］
第1乃至第３の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源がコーンビームのＸ線を出射する３次元Ｘ線ＣＴ装置１としたが、これに限定されることはなく、ノンヘリカル型やヘリカル型の２次元Ｘ線ＣＴ装置であってもよい。本発明の第４の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、ノンヘリカル型やヘリカル型の２次元Ｘ線ＣＴ装置である。

図１０は、当該実施形態に係るＸ線検出器の構成を示す図である。当該実施形態に係るＸ線検出器は１次元Ｘ線検出器である。１次元Ｘ線検出器であっても、図１０に示す通り、ＣＴ画像化に用いる第１検出領域Ｒ１に加えて、ＣＴ画像化には用いない第２検出領域Ｒ２を１次元検出器が有することはあり得る。かかる場合に、第２検出領域Ｒ２においてＸ線マーカの透過画像を検出することにより、Ｘ線源の位置の変動を検出し補正することができる。

以上、本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置及びＣＴ画像再構成方法について説明した。本発明に係るＸ線ＣＴ装置及びＣＴ画像再構成方法は、上記実施形態に限定されることなく、広く適用することができる。上記実施形態では、Ｘ線マーカは、ピンホール、金属片、金属球からなる群より選択される１つであるが、これに限定されることなく、Ｘ線透過率を異ならせるものから適切に選択さればよい。

上記実施形態に係るＸ線ＣＴ装置では、例えば図３に示す通り、試料１００から距離Ｌ４にＸ線検出器が配置されている。かかる配置において、１又は複数のＸ線マーカの透過画像がＸ線検出器の第２検出領域Ｒ２にて検出される。しかしながら、Ｘ線検出器を移動させて（距離Ｌ_４の値を変えて）、Ｘ線検出器を配置する場合は、１又は複数のＸ線マーカの透過画像がＸ線検出器の第２検出領域Ｒ２の外部へ移動してしまうことが考えられる。かかる場合は、かかる場合において、１又は複数のＸ線マーカの透過画像がＸ線検出器の第２検出領域Ｒ２に到達するよう、適切なフィルタを配置すればよい。

本発明に係る３次元Ｘ線ＣＴ装置は、工業製品のＣＴ画像を撮影する装置であるとしたが、これに限定されることはなく、小動物や人体のＣＴ画像を撮影する装置であってもよい。また、本発明に係る２次元Ｘ線ＣＴ装置も、それぞれの目的に応じて対象物のＣＴ画像を撮影する装置であってもよい。

１３次元Ｘ線ＣＴ装置、２ＣＴ撮影部、３画像リコンＰＣ、４入力部４、５表示部、１１Ｘ線管、１１Ａ，１１Ａａ，１１Ａｂ点源、１２フィルタ、１２Ａ照射Ｘ線フィルタ部、１２ＢＸ線マーカ、１３支持台、１４回転駆動系、１５，１５ａ，１５ｂ２次元Ｘ線検出器、２１透過画像取得部、２２位置ずれ補正画像生成部、２３画像再構成部、２４記憶部、１００試料。

Claims

試料を支持する支持台と、
前記試料へＸ線を照射するＸ線源と、
ＣＴ画像化に用いる第１検出領域と、前記ＣＴ画像化には用いない第２検出領域と、を有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記支持台との間に配置され、その透過画像を前記第２検出領域にて前記Ｘ線検出器が検出する、１又は複数のＸ線マーカと、
前記Ｘ線源、前記Ｘ線検出器、及び前記１又は複数のＸ線マーカと、前記支持台と、の相対的角度配置を異ならせるよう回転する、回転駆動系と、
前記Ｘ線検出器が検出する前記試料の透過画像及び前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像を取得する、透過画像取得部と、
前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像に基づいて、前記試料の透過画像の位置ずれ補正を施し、前記試料の補正透過画像を生成する、位置ずれ補正画像生成部と、
前記位置ずれ補正画像生成部が生成する複数の前記補正透過画像に基づいて、ＣＴ画像を再構成する、画像再構成部と、
を備える、Ｘ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線源と前記支持台との間に配置される、フィルタを、さらに備え、
前記１又は複数のＸ線マーカは、前記フィルタと一体となって構成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記１又は複数のＸ線マーカは、ピンホール、金属片、金属球からなる群より選択される１つである、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。
前記第２検出領域は、有効視野領域を透過するＸ線が検出面に到達する領域以外である、
ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線ＣＴ装置。
試料を支持する支持台と、
前記試料へＸ線を照射するＸ線源と、
ＣＴ画像化に用いる第１検出領域と、前記ＣＴ画像化には用いない第２検出領域と、を有するＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記支持台との間に配置され、その透過画像を前記第２検出領域にて前記Ｘ線検出器が検出する、１又は複数のＸ線マーカと、
前記Ｘ線源、前記Ｘ線検出器、及び前記１又は複数のＸ線マーカと、前記支持台と、の相対的角度配置を異ならせるよう回転する、回転駆動系と、
を備える、Ｘ線ＣＴ装置を用いるＣＴ画像再構成方法であって、
前記Ｘ線検出器が、前記試料の透過画像及び前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像を検出する、透過画像検出ステップと、
前記Ｘ線検出器が検出する前記試料の透過画像及び前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像を取得する、透過画像取得ステップと、
前記１又は複数のＸ線マーカの透過画像に基づいて、前記試料の透過画像の位置ずれ補正を施し、前記試料の補正透過画像を生成する、位置ずれ補正画像生成ステップと、
前記位置ずれ補正画像生成部が生成する複数の前記補正透過画像に基づいて、ＣＴ画像を再構成する、画像再構成ステップと、
を備える、ＣＴ画像再構成方法。