JP3846576B2 - コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ断層撮影装置に関し、更に詳しくは、被検体をX線源とX線検出器の間で回転させる方式のコンピュータ断層撮影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば産業用の被破壊検査などに用いられるX線CT装置、つまりX線を用いたコンピュータ断層撮影装置においては、一般に、少なくとも一方向に広がりを持つX線(ファンビームもしくはコーンビーム)を発生するX線源と、そのX線源に対向して、X線の広がり方向に複数の素子が配列されたX線検出器を配置し、これらの間に、被検体を搭載してX線の光軸方向とX線検出器の素子の配列方向の双方に直交する回転軸の回りに回転させるターンテーブルを配置した構成が採用されている。
【0003】
また、被検体を回転させる代わりに、静止した被検体の回りに、X線源とそれに対向するX線検出器とを一体的に回転させる構成もある。
【0004】
そして、被検体を回転させつつ、あるいはX線源とX線検出器を回転させつつ、所定の微小角度ごとに被検体を透過したX線の強度データを360度分にわたってX線検出器の各素子出力から採取し、そのX線透過データを用いて、回転軸に直交する平面に沿った被検体の断層像を再構成演算を行う。
【0005】
ここで、X線透過データを用いて断層像を再構成するに当たっては、被検体の回転中心軸のX線検出器の受光面上への投影位置(以下、回転中心軸投影位置と称する)を正確に推定しなければ、得られる断層像の高品質化を達成することはできない。
【0006】
回転中心軸投影位置を推定する手法として、従来、例えばアクリルパイプ内にタングステンなどのX線吸収率の高い材質からなるワイヤを通す等の構造を有する専用のファントムを用意し、そのファントムをターンテーブル試料台上に搭載して回転を与え、あるいは静止した試料台上にそのファントムを搭載してX線源およびX線検出器を回転させ、そのファントムを透過したX線をX線検出器で検出して得た360度分のX線透過データから、ワイヤが最も左に寄った点と右に寄った点を検出し、これらの2点間の中心点を回転軸中心軸投影位置として推定していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の回転中心軸投影位置の推定手法によると、専用のファントムの製造誤差が、そのまま回転中心軸投影位置の推定結果に影響を及ぼすため、その出来具合に応じて断層像の品質が左右されるという問題があった。
【0008】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、専用のファントム等を用いることなく、任意の物体をターンテーブル上に搭載して回転を与え、もしくはX線源とX線検出器を回転させてX線透過データを採取することにより、回転中心軸投影位置を正確に推定することができ、もってファントムの出来具合等によって断層像の品質が左右されるといった不具合を生じることなく、常に高品質の断層像を得ることのできるコンピュータ断層撮影装置の提供を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のコンピュータ断層撮影装置は、X線源と、そのX線源に対向配置され、当該X線源からのX線光軸に直交する方向に複数の素子が配列されたX線検出器と、そのX線源とX線検出器の間に配置された被検体を搭載するための試料台と、その試料台上の被検体が、上記X線光軸および上記素子に対して、当該X線光軸および素子の配列方向の双方に直交する回転軸を中心として相対回転するよう、上記試料台を回転させるか、もしくは上記X線源とX線検出器とを回転させる回転駆動手段と、その回転駆動手段を駆動しつつX線を照射して検出した透過X線データを用いて、上記回転軸に直交する面で被検体をスライスした断層像を再構成する再構成演算手段を備えたコンピュータ断層撮影装置において、任意の被検体の360度分のX線透過データを用いて、各素子について、回転角度が180度相違するデータどうしを各回転角度ごとに比較し、回転角度が180度相違するデータどうしの一致度が最も高い素子を回転中心軸に相当する素子と推定する回転中心軸推定手段を有することによって特徴づけられる。
【0010】
本発明は、被検体がX線源とX線検出器に対して相対的に180度回転したとき、被検体上の任意の位置にある点のX線検出器の受光面上での投影位置が、回転軸の投影位置を中心として回転前後で反対側に移動し、回転軸の投影位置に対応する素子についてのみ、180度相違するX線透視データどうしが完全に一致することを利用したものである。
【0011】
すなわち、回転軸の投影位置から離れた位置にある素子には、被検体がX線源およびX線検出器に対して相対的に180度回転したとき、回転前に投影されていた被検体上の部位が移動して回転後には投影されなくなるのに対し、回転軸の投影位置に対応する素子には、被検体が相対的に180度回転したとき、回転前に投影されていた被検体上の部位がそのまま投影される(X線が回転前と反対側から透過するのみ)。
【0012】
従って、各素子ごとに、被検体の回転角度が互いに180度相違するX線透過データどうしの一致度(つまりX線強度が一致している度合い)を算出し、その一致度が最大値ないしは極大値を呈する素子を求めることにより、回転軸の投影位置を正確に推定することができる。
【0013】
そして、このような本発明の手法によると、回転中心軸投影位置を推定するために用いる被検体としては、専用のファントムなどを用いる必要がなく、従って任意の被検体を用いることができ、ファントムの製造誤差に起因する断層像の品質低下が生じることない。
【0014】
【発明の実施の形態】
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、要部の機械的構成を表す模式図と、電気的な機能構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【0015】
X線源1で発生したX線はコリメータ11を介してファン状のビームBとなり、対向配置されているX線検出器2側に向かう方向(x方向)に照射される。X線検出器2は、X線の広がり方向(y方向)に複数の素子が円弧状に配列された構造を有している。
【0016】
X線源1とX線検出器2の間には、X線の光軸方向であるx方向とX線検出器2の素子の配列方向であるy方向の双方に直交する方向(z方向)に沿った回転軸Raを中心として回転するターンテーブル3が配置されており、被検体Wはこのターンテーブル3上に搭載されて回転が与えられる。なお、ターンテーブル3は、x,y,z方向に移動可能なx−y−zテーブル31上に載せられている。
【0017】
X線検出器2の各素子の出力は、ターンテーブル3により被検体Wが微小角度回転するごとに、データサンプリング回路4によりデジタル化されたうえで、演算装置5に取り込まれる。すなわち、演算装置5には、X線検出器2の各素子ごとに、被検体Wの360度分のX線透過データが取り込まれる。演算装置5は、データサンプリング回路4からのX線透過データのガンマ補正、画像歪み補正、更には各素子の感度補正や、対数変換などを行う前処理部51と、その前処理後のX線透過データを用いて断層像の再構成演算を行って表示器6等に出力する再構成演算部52のほか、回転中心軸推定部53を備えており、この回転中心軸推定部53により、ターンテーブル3の回転軸RaのX線検出器2の受光面上への投影位置が推定演算され、その推定結果は再構成演算部52における断層像の再構成演算に供される。
【0018】
回転中心軸推定部53では、X線検出器2の各素子からの360度分のX線透過データを用いた下記の演算により、回転軸RaのX線検出器2の受光面上への投影位置を推定する。
【0019】
図2に例示するように、横軸にX線検出器2の各素子(以下、チャンネルと称する)ナンバーi(i=1〜n)を取るとともに、縦軸にターンテーブル3の回転角φ(0°〜360°)を取って、全チャンネルの360度分の投影データPを並べたサイノグラムを考える。図2は、前記したアクリルパイプ中にタングステン等のX線吸収率の高い素材のワイヤを通したような被検体の場合のサイノグラムを例示している。このようなサイノグラムにおいて、各チャンネルi=1〜nについて、P[i,φ]とP[n,φ+180°]の比(どちらか大きい方を分母として1.0を越えないようにする)をφ=0°〜180°までの範囲で算出し、その平均値Q[i]を求める。
【0020】
サイノグラムが図2に例示したものであれば、平均値Q[i]の計算結果は図3に示す通りとなる。これは、回転軸Raが投影されるチャンネルに限り、180度相違するX線透過データは被検体Wを表と裏からX線が透過したものとなるが故にQの値はほぼ1.0になるのに対し、その回転軸Raの投影位置から離れるに従ってQの値は1.0よりも次第に小さくなる。ただし、被検体Wの存在しない部位に対応する両端部のチャンネル群におけるQの値は、ターンテーブル3が360°回転する間、常時空気のみを透過したX線が入射するため、一様に1.0に近い値となる。
【0021】
従って、各チャンネルi=1〜nについてQ[i]を算出して、一端側のチャンネルからQが一旦下がった後極大値を迎えてもう一度下がる場所を検出すれば、Qの値が極大値を示したチャンネルが回転軸Raが投影されているチャンネルであると認識することができる。また、サブピクセルオーダーまで回転中心軸投影位置を求める必要のある場合は、Q[i]の値を用いて補間計算を行うことも可能である。
【0022】
以上の回転中心軸投影位置の推定手法によると、被検体Wとして上記のようなアクリルパイプ中にタングステンワイヤ等を通したファントムを用いた場合、その製造誤差が回転中心軸投影位置の推定結果に影響を及ぼすことがなく、更には被検体として任意の物体を用いても回転中心軸の投影位置を正確に推定することができ、例えば実際に断層像を得ようとする被検体のX線透過データを用いて回転中心軸の投影位置を推定することも可能となる。
【0023】
再構成演算部52では、以上のようにして回転中心軸推定部53によって推定された回転中心軸投影位置を用いて再構成演算を行うため、常に正確な回転中心軸投影位置を基にした断層像を再構成するので、得られる断層像の品質は常に高いものとなる。
【0024】
なお、以上の実施の形態においては、各チャンネルごとの180度相違するX線透過データどうしの一致度の計算のために、各チャンネルごとに180度相違するデータの比の平均値Qを用いたが、各比の標準偏差を用いたり、あるいは単に積算値を用いることも可能であることは勿論である。
【0025】
また、以上の実施の形態では、X線検出器としてラインセンサを用い、ファン状のX線ビームを照射するタイプのCT装置に本発明を適用した例を示したが、X線検出器として2次元センサを用いるとともに、コーン状のX線ビームを照射する、いわゆるコーンビームCT装置にも本発明を応用することができる。
【0026】
更に、以上の実施の形態においては、X線源1とX線検出器2を固定し、これの間に被検体を搭載するターンテーブル3を配置した例を示したが、被検体を固定された試料台上に載せるとともに、その試料台を挟んで両側に配置されるX線源とX線検出器を一体的に回転させるタイプのCT装置にも本発明を等しく適用し得ることは勿論である。
【0027】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、X線検出器の各素子ごとに、被検体の360度分のX線透過データのうち、被検体のX線源並びにX線検出器に対する相対回転角度が互いに180度相違するデータどうしを各回転角度について比較し、その一致度が最も高い素子を回転中心軸に相当する素子と推定するので、任意の物体、例えば断層像を得ようとする被検体のX線透過データからその回転中心軸の投影位置を推定することも可能となり、従来のように専用のファントムを用いる必要がなく、しかもそのファントムの製造誤差に起因する回転中心軸の推定誤差を生じる恐れがなくなり、常に安定して回転中心軸の投影位置を高精度に求めることが可能となり、ひいては断層像を高品質なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の構成図で、要部の機械的構成を表す模式図と、電気的な機能構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図2】本発明の実施の形態における回転中心軸推定部53で行う回転中心軸の投影位置の推定演算に用いるX線透視データの例を示すサイノグラムである。
【図3】同じく回転中心軸推定部53で行う回転中心軸の投影位置の推定演算に用いる各チャンネルごとの180度相違データの一致度の計算結果の例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 X線源
2 X線検出器
3 ターンテーブル
4 データサンプリング回路
5 演算装置
51 前処理部
52 再構成演算部
53 回転中心軸推定部
6 表示器
W 被検体
Claims (1)
- X線源と、そのX線源に対向配置され、当該X線源からのX線光軸に直交する方向に複数の素子が配列されたX線検出器と、そのX線源とX線検出器の間に配置された被検体を搭載するための試料台と、その試料台上の被検体が、上記X線光軸および上記素子に対して、当該X線光軸および素子の配列方向の双方に直交する回転軸を中心として相対回転するよう、上記試料台を回転させるか、もしくは上記X線源とX線検出器とを回転させる回転駆動手段と、その回転駆動手段を駆動しつつX線を照射して検出した透過X線データを用いて、上記回転軸に直交する面で被検体をスライスした断層像を再構成する再構成演算手段を備えたコンピュータ断層撮影装置において、
任意の被検体の360度分のX線透過データを用いて、上記X線検出器の各素子について、回転角度が180度相違するデータどうしを各回転角度ごとに比較し、回転角度が180度相違するデータどうしの一致度が最も高い素子を回転中心軸に相当する素子と推定する回転中心軸推定手段を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
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JP2002195024A Expired - Lifetime JP3846576B2 (ja) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | コンピュータ断層撮影装置 |
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