JP3992389B2 - Ｘ線ｃｔ装置及びファントム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に関し、特に、コーンビームＸ線ＣＴ装置における撮影系の走査機構（スキャナ）の回転中心軸の位置決めに適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置の一般的な構成を示す図である。従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置は、計測を行なう計測部１と、計測された画像データを処理するデータ処理部２とに分かれていた。全体制御部３は、計測部１およびデータ処理部２に対する全体の制御を行っていた。
【０００３】
計測部１は、被写体を介してＸ線源５と二次元検出器６とが対向配置されていた。Ｘ線源５と二次元検出器６とは、回転中心軸９を回転中心として被写体７のまわりを回転する走査機構であるスキャナ４に配置されていた。スキャナ４は、予め決められた角度毎に回転し、その回転角毎に二次元検出器６が被写体７を透過したＸ線の透過Ｘ線強度の計測を行うことによって、被写体７の透過Ｘ線強度画像の撮影を行っていた。二次元検出器６で撮影された透過Ｘ線強度画像はデジタルの画像データに変換され、データ処理部２に出力されていた。ただし、以下の説明では、スキャナ４の回転角を投影角ａと記す。
【０００４】
データ処理部２では、まず、前処理手段１０においてガンマ補正、画像歪み補正、対数変換及び二次元検出器６の感度むら補正等の前処理を行っていた。次に、再構成演算手段１１が、前処理後の全ての透過Ｘ線強度画像（全投影像）をもとに、被写体７の視野領域内の三次元的なＸ線吸収係数分布である三次元再構成画像を再構成していた。この再構成演算方法としては、（L.A.Feldkamp etal. Practical cone beam algorithm,J.Opt.Soc.Am.A, Vol.1,No.6,pp612-619,1984）（以下、「文献１」と記す）に記載のＦｅｌｄｋａｍｐによるコーンビーム再構成演算法等が知られている。
【０００５】
最終的には、三次元再構成画像に対し、画像化手段１２がボリュームレンダリング処理あるいは最大値投影処理等の画像処理を施し、画像表示手段１３上に二次元画像として表示していた。このとき、キーボード、マウス及びトラック・ボール等の図示しない指示装置を介して入力された観察したい視点及び部位等のパラメータに基づいて、画像化手段１２が画像処理を行っていた。
【０００６】
このように、従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線源５と二次元検出器６とからなる撮影系をスキャナ４を回転させ、被写体７の全周方向からの透過Ｘ線強度画像を撮影し、再構成演算手段１１が装置本体に固定された静止座標系に置かれる被写体７の三次元的なＸ線吸収係数分布を求めていた。静止座標系は、撮影系すなわちスキャナ４の回転中心軸９であるＺ軸と、Ｘ線源５のＸ線焦点１４の回転軌道の載っている平面（以下、「ミッドプレーン」と記す）上の直交座標であるＸ軸及びＹ軸とによって規定されていた。
【０００７】
二次元検出器７の各検出素子で計測されるＸ線ビーム８の位置は、Ｘ線焦点１４からＸＹＺ座標系の原点を通り二次元検出器６に至る直線とＸ軸とがなす角度（投影角）ａと、回転中心軸９が二次元検出器６の入射面においた仮想的な平面（投影面）に投影された回転中心軸投影と、ミッドプレーンと投影面との交点が描く直線であるミッドプレーン投影とによって特定されていた。すなわち、被写体７の三次元的なＸ線吸収係数分布の再構成を行う場合の基準となる座標軸は、投影面上の回転中心軸投影とミッドプレーン投影であった。現実の透過Ｘ線強度画像の計測は、連続的なアナログ計測ではなく離散的なデジタル計測を行うこととなるので、再構成演算を行うにあたっては、投影面上におけるサンプリングピッチＤＰも必要であった。さらには、Ｘ線焦点１４から回転中心軸９に至る距離ＳＯＤと、Ｘ線焦点１４から回転中心軸投影１７に至る距離ＳＩＤとが必要であった。ただし、以下の説明では、Ｘ線焦点１４と二次元検出器６と回転中心軸９との相対的な位置関係を計測系のジオメトリと称す。具体的には、計測系のジオメトリは、Ｘ線焦点１４から回転中心軸９及び回転中心軸投影１７までの距離ＳＯＤ，ＳＩＤ、投影面上の回転中心軸投影、及びミッドプレーン投影によって定義される。
【０００８】
計測系のジオメトリを決定するパラメータの内で、回転中心軸投影、ミッドプレーン投影及びサンプリングピッチＤＰは、Ｘ線焦点１４から回転中心軸９及び回転中心軸投影１７までの距離ＳＯＤ，ＳＩＤに比較して高い精度が必要とされることが周知である。たとえば、二次元検出器６の有効開口幅が３０ｃｍ、解像度が５１２×５１２画素の場合、回転中心軸投影及びミッドプレーン投影並びにサンプリングピッチＤＰの精度は、０．１画素すなわち０．０５ミリ程度が要求であった。これは、回転中心軸投影及びミッドプレーン投影の位置並びにサンプリングピッチＤＰに微少な誤差があっても、再構成画像に画質低下をもたらすためであった。回転中心軸投影及びミッドプレーン投影の位置並びにサンプリングピッチＤＰの内でも特に回転中心軸投影は重要であり、微少な誤差であっても再構成画像に著しい偽像を発生させることが知られている。
【０００９】
一方、回転中心軸投影及びミッドプレーン投影の位置並びにサンプリングピッチＤＰを直接計測することは困難であった。回転中心軸投影及びミッドプレーン投影の位置並びにサンプリングピッチＤＰの値が、二次元検出器６の特性や装置の据え付け状態に依存しているためであった。
【００１０】
計測系のジオメトリを精度よく設定する方法として、たとえば、同一出願による特開平９−１７３３３０号公報（以下、「文献２」と記す）に記載の「Ｘ線断層撮影装置」があった。文献２に記載のＸ線断層撮影装置では、まず、図７に示す支持材２０と小球状高吸収材２１とからなる被写体（ファントム）を、回転中心軸９の近傍（３〜数センチ離れた位置）に配置し全周方向から透過Ｘ線強度画像を撮影する。ただし、以下の説明では、図７に示すような、計測系のジオメトリを補正するための専用のファントムを「ジオメトリ推定ファントム」と記す。
【００１１】
画像歪み補正や感度むら補正等の必要な前処理を行った後に、全周分の透過Ｘ線強度画像を加算すると、たとえば、図８に示すように、ジオメトリ推定ファントム１９上の各小球状高吸収材２１が、加算画像２２上では楕円状の軌跡２３を描くこととなっていた。
【００１２】
ジオメトリ推定ファントム１９の撮影条件より、楕円状軌跡２３の中心を繋いだ直線が回転中心軸投影１７となるので、回転中心軸投影位置ＣＰが特定できていた。一方、ミッドプレーン投影位置ＭＰは、回転中心軸方向の径（楕円状軌跡２３の短径）の長さの変化から求めていた。すなわち、計測された複数の楕円状軌跡２３の短径の長さと、その回転中心軸方向の位置とをグラフ化等し、短径の長さががゼロとなる位置を推定することにより、ミッドプレーン投影位置ＭＰを求めていた。
【００１３】
サンプリングピッチＤＰは、まず、二次元検出器６の受光面すなわち投影面１５に所定の長さの薄い物体として、たとえば、等間隔の穴（ピンホール）をあけた金属板すなわちホールチャート等を貼り付け、一枚分の透過Ｘ線強度画像を撮影する。この透過Ｘ線強度画像に対し、画像歪み補正及び感度むら補正等の必要な前処理を加えた後に、薄い物体の像のサイズあるいはホール部分が何画素分に相当するか、実際のサイズと付き合わせて投影面上のサンプリングピッチＤＰを求めていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来のＸ線ＣＴ装置では、前述するように、計測系のジオメトリの推定には多くの人手や時間を要する作業であった。特に、回転中心軸投影位置ＣＰに関しては高い精度が要求されるにも関わらず、従来のジオメトリ推定方法では、操作者による操作を要し、操作者に負担をかけるという問題があった。また、従来のジオメトリの推定方法で得られる精度は、人間である操作者の感覚に依存する部分が大きく、操作者によって十分な精度を得られないという問題があった。さらには、楕円状軌跡２３の中心位置の特定等の作業が必要となるので、計測系のジオメトリの推定に多くの時間がかかることとなり、診断効率が低下して示すという問題があった。
【００１５】
この問題を解決する方法として、画像認識処理等を行うことによって、文献２に記載のジオメトリ推定を自動的に行うことも可能である。しかし、高精度な推定を行うためには複雑な画像処理を行う必要があるので、装置の製造コストが上昇してしまうという問題があった。
【００１６】
本発明の目的は、再構成像の高画質化に大きく寄与する回転中心軸投影位置を高精度に求めることが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、操作者の感覚に依存せず計測系のジオメトリを定義するパラメータを推定することが可能な技術を提供することにある。
【００１７】
本発明のその他の目的は、自動的に計測系のジオメトリを定義するパラメータを推定することが可能な技術を提供することにある。
本発明のその他の目的は、診断効率を向上させることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
放射状のＸ線を被写体に照射するＸ線源と該Ｘ線源に対向配置され被写体を透過したＸ線の透過Ｘ線強度画像を撮影する撮像手段とを備える撮影系と、該撮影系を前記被写体の周囲に回転させる回転手段と、前記透過Ｘ線強度画像から前記被写体の再構成像を再構成する再構成手段と、前記透過Ｘ線強度画像上に投影される撮影系の回転中心軸位置を変化させる回転中心軸投影手段とを具備し、前記回転軸投影手段が投影された回転中心軸位置を変化させて再構成した三次元Ｘ線分布像のコントラストに基づいて、撮影系の回転中心軸位置を推定し、推定された回転中心軸位置を利用して再構成された再構成像から前記被写体のＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を生成し表示する。
【００１９】
前述した手段によれば、投影された回転中心軸の位置がずれた状態で再構成演算を行うと、得られる再構成画像には円弧上の偽像が生じるために、コントラストが低下するという性質を利用し、再構成像のコントラストが最大となる回転中心軸投影位置を、正しい回転中心軸投影位置とする。その結果、再構成像のコントラストという操作者の感覚に依存しない値を用いて計測系のジオメトリを定義するパラメータである回転中心軸投影位置を推定できる。従って、再構成像の高画質化に大きく寄与する回転中心軸投影位置を高精度に求めることができる。
【００２０】
また、再構成像のコントラストを計測系のジオメトリを定義するパラメータとすることによって、投影された回転中心軸を変数とする再構成像のコントラストの関数を定義することが可能となるので、自動的に計測系のジオメトリを定義するパラメータである投影された回転中心軸位置を推定することができる。その結果、計測系のジオメトリの推定に要する時間、すなわち、Ｘ線ＣＴ装置の調整に要する時間を短縮することが可能となり、診断効率を向上できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のＸ線ＣＴ装置であるコーンビームＸ線ＣＴ装置の概略構成を示す図である。
実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置は、被写体７の全周方向からの透過Ｘ線強度画像の撮影を行う計測部１、撮影されたＸ線強度画像から画像再構成を行うデータ処理部２、及び、計測系のジオメトリを推定するジオメトリ推定部（推定手段、回転中心軸投影位置設定手段）２４から構成される。また、計測部１、データ処理部２及びジオメトリ推定部２４の全体制御を行う全体制御部３を有する。ただし、計測部１は、従来と同じ構成であり、コーンビーム状にＸ線を照射するＸ線源５、回転中心軸９付近に設定された被計測物体を透過した透過Ｘ線強度画像を計測する二次元Ｘ線検出器（撮像手段）６、及び、対向配置されたＸ線源５と二次元Ｘ線検出器６とからなる撮影系を回転中心軸９の周囲に回転させるスキャナ（回転手段）４から構成される。
【００２３】
次に、図１に基づいて、各構成手段において行われる処理、及び、各構成手段間でやり取りされるデータの流れに関して説明する。ただし、個々の処理の詳細については、後述する。
【００２４】
データ処理部２は、前処理手段１０、再構成演算手段（再構成手段）１１、画像化手段１２及び画像表示手段１３から構成される。ただし、前処理手段１０を除く再構成演算手段１１、画像化手段１２及び画像表示手段１３は、従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置と同様の構成となるので、詳細な説明は省略する。
【００２５】
前処理手段１０は、通常の再構成時には、従来の前処理手段と同様、計測画像データに対するガンマ補正、画像歪み補正、対数変換及び感度むら補正等の必要な前処理を加える。一方、計測系のジオメトリ推定時には、予め指定された領域のみに、計測画像データに対するガンマ補正、画像歪み補正、対数変換及び感度むら補正等前の処理を加える。予め指定された領域としては、たとえば、ミッドプレーン投影１８にあたる投影像を生成するために必要な最小限の範囲（以下、「ミッドプレーン領域」と記す）に設定することによって、計測系のジオメトリの推定に要する時間を短縮することが可能となる。なお、その詳細については後述する。
【００２６】
実施の形態１の前処理手段１０は、通常の再構成時には、計測画像データの全範囲に渡って前処理を加える第一の前処理手段と、回転中心軸投影位置の自動推定時には、計測画像データのミッドプレーン領域のみに前処理を加えるための第二の前処理手段とによって構成可能である。
【００２７】
ジオメトリ推定部２４は、回転中心軸投影位置初期値設定手段（初期値格納手段）２５、ミッドプレーン再構成手段（部分再構成手段）２６、評価対象領域設定手段２７、評価関数演算手段２８、及び、最適化手段２９から構成され、計測系のジオメトリの内で、特に回転中心軸投影位置ＣＰの推定を行う。
【００２８】
回転中心軸投影位置初期値設定手段２５は、回転中心軸投影位置ＣＰの初期値ＣＰ０を求める手段である。実施の形態１の回転中心軸投影位置初期値設定手段２５は、初期値ＣＰ０として、投影像の回転接線方向の幅の中心の座標値、すなわち、検出器６の開口幅の中心の座標値を出力する。回転中心軸投影位置初期値設定手段２５は、求めた初期値ＣＰ０を最適化手段２９に出力する。
【００２９】
ミッドプレーン再構成手段２６は、最適化手段２９で指定された回転中心軸投影位置ＣＰの推定値を用いて再構成演算を行い、ミッドプレーン投影１６上の断層像（以下、「ミッドプレーン断面像」と記す）を求める演算手段である。実施の形態１では、ミッドプレーン再構成手段２６は、単にミッドプレーン全面を再構成するのでなく、予め設定された領域あるいは評価対象領域設定手段２７が定めた評価対象領域のみを再構成する。評価対象領域設定手段２７による評価対象領域の設定手順については、後述する。
【００３０】
実施の形態１では、ミッドプレーン再構成手段２６が、ミッドプレーン断面像を求める構成としたが、これに限定されることはなく、たとえば、通常の再構成演算を行う再構成手段１１をミッドプレーン再構成手段２６として用いてもよいことは言うまでもない。再構成手段１１をミッドプレーン再構成手段２６として用いる場合、再構成手段１１は、通常の再構成を行う際には操作者の指定する再構成領域全域を再構成し、ジオメトリ推定処理を行う際にはミッドプレーン断面像、予め設定された領域あるいは評価対象領域設定手段２７が定めた評価対象領域のみを再構成する。
【００３１】
評価対象領域設定手段２７は、回転中心軸投影位置ＣＰの推定処理を行う際、評価関数の評価の対象になる評価対象領域を設定する手段である。実施の形態１では、操作者の負担を減らし、回転中心軸位置の自動推定を安定に行うために、評価対象領域設定手段２７が評価対象領域の自動設定を行う。ただし、評価対象領域は、予め設定しておいてもよいし、初期再構成画像をもとに操作者が指定してもよい。
【００３２】
回転中心軸投影位置推定ファントム３１を利用する時には、回転中心軸投影位置推定ファントム３１のＸ線の吸収の高い物質の再構成像が存在する部位周辺のみを評価対象領域にできる。そこで、回転中心軸投影位置の初期値ＣＰ０をもとに、ミッドプレーン断面全域、あるいはミッドプレーン断面上で回転中心軸投影位置推定ファントム３１のＸ線の吸収の高いインサート３２の再構成像が確実に存在することが保証される範囲内の領域を再構成する。この段階では初期値ＣＰ０は正しい回転中心軸投影位置ではないので、ミッドプレーン再構成像には偽像が含まれ、全体にコントラストは低い。しかし、再構成画像中で最大値を示す部位は、回転中心軸投影位置推定ファントム３１のＸ線の吸収の高いインサート３２の再構成像がある部位の近傍であると仮定しても実際上問題はない。なお、コントラストとしては、再構成像のＣＴ値の最大値を用いることができる。
【００３３】
従って、実施の形態１では、初期値ＣＰ０を用いて再構成したミッドプレーン断面像のうち、最大値を取る点を含む、あるいは該最大値を取る点を中心とする所定の範囲を評価対象領域として、以降の最適化演算をすすめることができる。
【００３４】
評価関数演算手段２８は、評価対象領域にあるミッドプレーン断層像を評価し、評価関数値Ｅ（ＣＰ）を求める手段である。評価関数演算手段２８は、求めた評価関数値Ｅ（ＣＰ）を最適化手段２９に渡す。ただし、評価関数値Ｅ（ＣＰ）については、後述する。
【００３５】
最適化手段２９は、回転中心軸投影位置ＣＰ推定処理の流れを制御する手段である。最適化手段２９は、回転中心軸投影位置ＣＰの推定値の設定と更新を行い、回転中心軸投影位置ＣＰの推定値をミッドプレーン再構成手段２６に渡す。また、最適化手段２９は、評価関数演算手段２８が求めた回転中心軸投影位置ＣＰの推定値に対する評価関数値Ｅ（ＣＰ）を受け取る。最適化手段２９は回転中心軸投影位置ＣＰの推定値変化に対する評価関数値Ｅ（ＣＰ）の変化を記録し、評価関数値Ｅ（ＣＰ）の変化の動向を元に、回転中心軸投影位置ＣＰの推定値を更新し回転中心軸投影位置ＣＰ推定処理を継続するか、あるいは、回転中心軸投影位置ＣＰ推定処理を終了させるかを判断する。最終的に評価関数値Ｅ（ＣＰ）を所定の誤差の範囲内で最大にする回転中心軸投影位置ＣＰを最適値ＣＰｆとして出力し、データ処理部２に渡す。この段階で回転中心軸投影位置ＣＰ推定処理は終了である。データ処理部２では以降、この回転中心軸投影位置ＣＰの最適値ＣＰｆを用いて再構成処理を行う。
【００３６】
図２は実施の形態１のファントムであり、特に、回転中心軸投影位置ＣＰの自動推定に適した専用のファントム（以下、「回転中心軸投影位置推定ファントム」と記す）である。図２において、２０は支持材、３２はインサート、３１は回転中心軸投影位置推定ファントムの本体を示す。ただし、回転中心軸投影位置推定ファントム３１も本発明の請求するところである。
【００３７】
回転中心軸投影位置推定ファントム３１は、Ｘ線の吸収の低い支持材２０のなかにＸ線の吸収の高い物質からなるインサート３２が埋め込まれた構成である。
【００３８】
支持材２０は、Ｘ線吸収係数の小さい、たとえば、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリカーボネート等のプラスチック材料・高分子樹脂、あるいは、木材に代表されるＸ線を透過すると共に、機械的破壊に対する強度が強い材料で棒状に形成される。
【００３９】
インサート３２は、タングステン、白金、あるいは、鉄−ニッケル−クロム合金等のＸ線吸収係数の大きな材料からなる所定の長さを持った柱状体であり、針金状あるいは棒状に形成される。
【００４０】
回転中心軸投影位置推定ファントム３１としては、たとえば、直径１ｃｍ程度の棒状の支持材２０の軸方向に、インサート３２として、直径が０．５〜１ｍｍ程度の棒状に成形された鉄−ニッケル−クロム合金を埋め込んだものがよい。また、インサート３２は、回転中心軸投影位置推定ファントム３１を回転中心軸９付近に設置する際に、ミッドプレーンを横切るように設定する必要があるので、インサート３２の長さは、肉眼で設定できる程度以上の長さが必要である。ただし、支持材２０及びインサート３２の素材に関しては、所望のコントラストを得られるならば、上記以外の素材でもよいことは言うまでもない。さらには、支持材２１はインサート３２の変形等を防止する、あるいは、回転中心軸投影位置推定ファントム３１の所定位置への設置を容易にするために設けたものである。従って、回転中心軸投影位置推定ファントム３１としては、インサート３２のみでもよいことはいうまでもない。
【００４１】
実施の形態１の回転中心軸投影位置推定ファントム３１は、Ｘ線の吸収の高いインサート３２が針金状あるいは棒状に形成されているので、ミッドプレーン断面で再構成したとき、その再構成像は点になり、コントラストの評価が容易になる。また、回転中心軸投影位置推定ファントム３１は、所定位置に設定したときに、回転中心軸９とほぼ平行な方向に所定の長さを持って延びることとなるので、計測の際に、回転中心軸投影位置推定ファントム３１が回転中心軸方向に多少ずれて設置されていたとしても、ずれが再構成像に影響を与えない。すなわち、回転中心軸投影位置推定ファントム３１が前記素材より成り、前記形状をしているので、計測およびコントラストの評価が容易となる。
【００４２】
また、実施の形態１の回転中心軸投影位置推定ファントム３１を利用すれば、評価対象領域をさらに限定することができる。すなわち、再構成演算の可能なミッドプレーン断面全域を再構成する必要はなく、ミッドプレーン断面上で回転中心軸投影位置推定ファントム３１のＸ線の吸収の高いインサート３２の再構成像が存在する部位周辺のみを再構成すれば十分である。再構成する領域が最小限で済むため、回転中心軸投影位置推定ファントム３１を構成する部分のうちコントラストの評価に不都合な部位の影響を受けずに済む。不都合な部位とは、たとえば、回転中心軸投影位置推定ファントム３１を支持するための治具やネジ等である。また、評価対象領域を限定すれば再構成演算量も必要最小限でよいことになる。結果として、コントラストの評価をより安定した条件のもとに行うことができる。
【００４３】
以上説明したように、計測系のジオメトリの推定時に、回転中心軸投影位置推定ファントム３１を利用することによって、再構成像上でコントラストの評価が容易になる。
【００４４】
次に、図３にＸ線焦点１４、二次元検出器６及び回転中心軸９間の相対的な位置関係すなわち計測系のジオメトリを説明するための図を示し、以下、図３に基づいて、計測系のジオメトリについて説明する。ただし、以下の説明では、計測系の構成要素を抽象化し、二次元検出器６の位置に仮想的な平面を置き、これを投影面１５と記す。
【００４５】
Ｘ線焦点１４の回転軌道の載っている平面がミッドプレーン１６であり、回転中心軸９が投影面１５上に投影されて作る直線が回転中心軸投影１７である。
【００４６】
ミッドプレーンが投影面１５上に投影されてつくる直線、すなわち、ミッドプレーン１６と投影面１５の交線がミッドプレーン投影１８である。
【００４７】
計測系のジオメトリは、Ｘ線焦点１４と投影面１５との距離ＳＩＤ、Ｘ線焦点１４と回転中心軸９との距離ＳＯＤ、投影面１５上の回転中心軸投影位置ＣＰとミッドプレーン投影位置ＭＰとによって定義される。また、現実の計測では離散的な計測を行うことになるので、再構成演算を行うにあたっては、投影面１５上のサンプリングピッチＤＰも必要となる。
【００４８】
前述するように、ジオメトリを決定するパラメータのなかで、Ｘ線焦点１４と投影面１５との距離ＳＩＤ、及び、Ｘ線焦点１４と回転中心軸９との距離ＳＯＤに関しては、多少誤差を含んでいたとしても最終的に得られる再構成画像の画質を著しく低下させることはない。よって、装置の組み立て後に直接計測できる。あるいは、設計段階で指定した機械誤差の範囲内で組み立てることによって、距離ＳＩＤ，ＳＯＤを決定できる。
【００４９】
一方、回転中心軸投影位置ＣＰ、ミッドプレーン投影位置ＭＰ及びサンプリングピッチＤＰに関しては、距離ＳＩＤ，ＳＯＤに比べて高い精度が要求される。たとえば、検出器６の有効開口幅を３０ｃｍ、解像度を５１２×５１２画素とすると、ＣＰ、ＭＰ、ＤＰは０．１画素、すなわち０．０５ミリ程度の精度が要求される。これは、回転中心軸投影位置ＣＰ、ミッドプレーン投影位置ＭＰおよびサンプリングピッチＤＰに微少な誤差があっても、再構成画像に画質低下をもたらすためである。
【００５０】
計測系のジオメトリの内で、特に回転中心軸投影位置ＣＰは重要であり、微少な誤差があっても再構成画像に著しい偽像を発生させる。しかしながら、これらの値を直接計測することは困難である。これは、回転中心軸投影位置ＣＰ、ミッドプレーン投影位置ＭＰおよびサンプリングピッチＤＰの値が、検出器６の特性や、装置の据え付け状態に依存しているためである。
【００５１】
次に、図４に実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置による計測系のジオメトリの推定手順を説明するためのフローを示す。以下、図４に示すフローに基づいて、実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置による計測系のジオメトリの自動推定動作を説明する。ただし、ミッドプレーン１６及びミッドプレーン投影１８について、従来と同様となるので、詳細な説明は省略する。
【００５２】
まず、回転中心軸投影位置推定ファントム３１を所定の位置に設置し、コーンビーム計測を行い、全周分の透過Ｘ線強度画像（計測画像データ）を収集する（ステップ４０１）。
【００５３】
次に、全周分の計測画像データに対し、前処理手段１０がガンマ補正や画像歪み補正、対数変換、感度むら補正等必要な前処理を加え、投影像を生成する（ステップ４０２）。このとき、前処理を加えるのはミッドプレーン投影位置上の投影像を生成するのに必要な範囲内だけでよい。
【００５４】
回転中心軸投影位置初期値設定手段２５が、回転中心軸投影位置ＣＰの初期値ＣＰ０を定める（ステップ４０３）。初期値ＣＰ０としては、たとえば、検出器６の開口幅の中心の座標位置とする。
【００５５】
初期値ＣＰ０を利用して、ミッドプレーン再構成手段２６が、ミッドプレーン断層像あるいはミッドプレーン上の所定領域を再構成する（ステップ４０４）。
【００５６】
評価対象領域設定手段２７が、ステップ４０４で求めたミッドプレーン断層像上で最大値を示す画素位置を検出し、その位置を含むあるいはその位置を中心とする所定の範囲内を評価対象領域と設定する（ステップ４０５）。
【００５７】
評価対象領域の再構成、評価関数の計算を繰り返し、所定の誤差ｅの範囲内で最適化を行い、回転中心軸投影位置ＣＰを推定する（ステップ４０６）。ただし、最適化とは、前記評価関数Ｅ（ＣＰ）を最大にする回転中心軸投影位置ＣＰ、すなわち、最適値ＣＰｆを求めることである。より詳しく説明すると最適化は次のように行われる。
【００５８】
推定値ＣＰｋを回転中心軸投影位置としてミッドプレーン上の評価対象領域を再構成し、ミッドプレーン断層像を得る（ステップ４０７）。
ステップ４０７で得たミッドプレーン断層像に対し、評価関数Ｅｋ＝Ｅ（ＣＰｋ）を求める（ステップ４０８）。
Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２，…Ｅｋの系列から、評価関数Ｅ（ＣＰ）を最大にする回転中心軸投影位置ＣＰを推定し、ＣＰ｛ｋ＋１｝とする（ステップ４０９）。
【００５９】
｜ＣＰｋ−ＣＰ｛ｋ＋１｝｜＞ｅ（ただし、ｅは予め設定した誤差である）であれば、推定値ＣＰ｛ｋ＋１｝を用いて、ｋをｋ＋１として、ステップ４０７から繰り返す（ステップ４１０）。一方、｜ＣＰｋ − ＣＰ｛ｋ＋１｝｜≦ｅであれば、次のステップ４１１へ進む。
ステップ４１１では、ＣＰ｛ｋ＋１｝を最適値ＣＰｆとして出力する。
【００６０】
以上が、本発明の典型的な実施例である実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置を利用した回転中心軸投影位置ＣＰの自動推定の処理の流れである。
【００６１】
実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置では、ステップ４０１〜４１１で示す推定処理によって推定した回転中心軸投影位置ＣＰの最適値ＣＰｆを用いて、再構成演算部１１で再構成演算を行う。
【００６２】
実施の形態１のＸ線ＣＴ装置における回転中心軸投影の推定手順は、以下のようになる。
ステップ４０１の透過Ｘ線強度画像である計測画像データを収集する工程と、ステップ４０２の計測画像データに前処理補正を行う工程と、ステップ４０３の回転中心軸投影位置初期値設定手段２５が、回転中心軸投影位置ＣＰの初期値ＣＰ０を定める工程と、ステップ４０４の回転中心軸投影位置初期値設定手段２５によって予め設定された回転中心軸位置に基づいて、ミッドプレーン再構成手段２６が計測画像データから被写体のミッドプレーン断層像を再構成する工程と、前記ミッドプレーン断層像のコントラストが大きくなる位置を透過Ｘ線強度画像上に投影される前記撮影系の回転中心軸位置に指定する工程と、ステップ４０５の評価対象領域設定手段２７が最大値画素位置を含むあるいは最大値画素位置を中心とする範囲内を評価対象領域と設定する工程と、ステップ４０６の評価対象領域の再構成、評価関数の計算を繰り返し、所定の誤差ｅの範囲内で最適化を行い、回転中心軸投影位置ＣＰを推定する工程と、推定された回転中心軸投影位置ＣＰを用いて再構成した再構成像からＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を生成する工程と、生成されたＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を表示する工程とからなる。
【００６３】
また、実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置の計測部１では、被写体７が図示しない寝台に固定され、Ｘ線源５と検出器６を有するスキャナ４がその周りを回転する構成を取っていたが、これ以外の構成を持った計測部１であってもよい。たとえば、Ｘ線源５と二次元検出器６とが、図示しない支持アーム等によって固定されており、計測時には被写体７が回転するような構成の計測部１を有するコーンビームＸ線ＣＴ装置が考えられる。この場合、計測系のジオメトリを容易に変更することが可能になるため、本発明による回転中心軸投影位置の自動推定はより効果的である。
【００６４】
（回転中心軸投影位置ＣＰの推定演算）
次に、実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置に用いる回転中心軸投影位置ＣＰの推定演算について説明する。
まず、はじめに、本願発明によって実現される回転中心軸位置ＣＰの自動推定の基本原理を説明する。
【００６５】
一般に、回転中心軸投影位置ＣＰがずれた状態で再構成演算を行うと、得られる再構成画像には円弧上の偽像が生じ、またコントラストが低下することが知られている。すなわち、正しい回転中心軸投影位置ＣＰｐを用いて再構成演算を行った場合には、再構成画像のコントラストは最大になる。従って、本願発明では、再構成画像のコントラストが最大となる回転中心軸投影位置ＣＰを求めることによって、正しい回転中心軸投影位置ＣＰｐを計算する。具体的には、回転中心軸位置ＣＰを変数とし、回転中心軸位置ＣＰを用いて所定の関心領域内の再構成断層像を再構成する。再構成断層像のコントラストを評価する評価関数Ｅ（ＣＰ）を考えると、ＣＰを変数としたとき、評価関数Ｅ（ＣＰ）を最大にするＣＰが正しい回転中心軸位置ＣＰｐとなる。
【００６６】
所定の関数を最大（あるいは場合によっては最小）にする変数を求める方法は、数値計算の分野で「最適化」と称され、周知である。従って、回転中心軸投影位置ＣＰの自動推定とは、評価関数Ｅ（ＣＰ）の最適化の問題に帰着する。ただし、一般的には、有限の演算によって誤差のまったくない最適化を行うことができないということが知られている。一方、Ｘ線撮影では、最適化のもととなる計測画像データ自体に誤差が含まれていることから、本願発明では、予め設定された所定の誤差ｅの範囲内で最適値ＣＰｆ≒ＣＰｐを求める。
【００６７】
以上の定式化を行うと、つぎに問題となるのは最適化の方法と評価関数Ｅ（ＣＰ）の計算方法とである。最適化の方法としては、数値計算の分野で既に様々な方法が提案されている。従って、以下の説明では、周知の最適化方法及び評価関数を本願発明に適用させる方法について説明する。
【００６８】
最も単純な最適化方法は、回転中心軸投影位置ＣＰを初期値ＣＰ０から微少量の変化量ｄＣＰずつ変化させながら順次再構成演算を行い、得られた再構成画像に対する評価関数Ｅ（ＣＰ）を計算し、その値が最大となる回転中心軸投影位置ＣＰを最適値ＣＰｆとする方法である。
【００６９】
すなわち、任意の回転中心軸投影位置をＣＰｉとし、その評価関数をＥｉとすると、任意の回転中心軸投影位置をＣＰｉは、ＣＰｉ＝ＣＰ０＋ｉ＊ｄＣＰ（ただし、ｉ＝０，１，…ｎとする）となる。従って、各ｉ＝０，１，…ｎに対する評価関数Ｅｉ＝Ｅ（ＣＰｉ）を求め、Ｅｉが最大となるＣＰｉを求めることによって、回転中心軸投影位置の最適値ＣＰｆとなる。
【００７０】
この場合、変化量ｄＣＰより高い精度で回転中心軸投影位置ＣＰを推定することができない。そこで、一旦、上記の手順で変化量ｄＣＰに対する回転中心軸投影位置の最適値ＣＰｆを推定する。次に、あらたに回転中心軸投影位置ＣＰの変化量をｄＣＰ’＝ｄＣＰ／ｎとし、初期値をＣＰ０’＝ＣＰｉ−ｄＣＰ’×ｎ／２とする。この後に、前述の過程と同様にして、回転中心軸投影位置ＣＰを初期値ＣＰ０’から微少量の変化量ｄＣＰ’ずつ変化させていき（すなわち、ＣＰｉ’＝ＣＰ０’＋ｉ＊ｄＣＰ’）、評価関数Ｅ（ＣＰｉ’）が最大になる回転中心軸投影位置ＣＰｉ’を求め、得られた回転中心軸投影位置ＣＰｉ’を新しい最適値ＣＰｆ’とする。回転中心軸投影位置ＣＰの微少変化量が所望の誤差内に収まる程度まで同様の処理を繰り返すことによって、所望の精度の回転中心軸投影位置の最適値ＣＰｆを求めることができる。ただし、一般的には、再構成演算は計算コストが高く、すなわち、演算に相当の時間を要することとなるので、再構成演算を行う回数は少ない方がよい。従って、実験等によって、再構成演算を行う回数の最適を見つける必要がある。
【００７１】
（評価関数）
次に評価関数Ｅ（ＣＰ）の計算方法について説明する。前述のように回転中心軸投影位置ＣＰがずれている場合、再構成画像には円弧上の偽像が発生し、コントラストが低下するという影響が現れる。この性質を利用して、回転中心軸投影位置ＣＰが正しい値になったときに最大値（あるいは最小値）をとるような評価関数Ｅ（ＣＰ）を設定することができる。
【００７２】
実用的には単に評価関数Ｅ（ＣＰ）を設定するだけでなく、評価関数Ｅ（ＣＰ）の計算が容易になるように、撮影条件、撮影対象、及び再構成する関心領域を適切に整えることによって、計測系のジオメトリの推定に要する時間を短縮することが可能となる。ただし、以下の説明では、再構成し、評価を行う対象となる関心領域を、特に、「評価対象領域」と記す。また、本願発明では、特定の回転中心軸投影位置ＣＰに対して、再構成によって得られる評価対象領域中の最大値を評価関数Ｅ（ＣＰ）とする。
【００７３】
一般にコントラストが高い再構成画像では、再構成画像中の最大値がより大きくなる。従って、評価対象領域の最大値を評価関数Ｅ（ＣＰ）とすれば、それはコントラストの高低を反映した値を示すこととなる。ただし、本願発明の請求する範囲内においては、評価対象領域の標準偏差、平均値、最小値、それらに基づいて計算される値、あるいは最適値ＣＰｆにおいて、最大値あるいは最小値を持ついかなる関数を評価関数Ｅ（ＣＰ）としてよいことはいうまでもない。また、画像認識による偽像の検出等を行い、該検出結果に基づいて、評価関数Ｅ（ＣＰ）を求めてもよいことはいうまでもない。
【００７４】
評価関数Ｅ（ＣＰ）すなわち再構成画像のコントラストを計算するためには、再構成演算の可能な全領域を再構成する必要はなく、後述する条件を満たす特定の領域のみを再構成するだけで十分である。従って、本願発明では再構成演算の可能な全領域を評価対象領域とせず、ミッドプレーン断面のみを評価対象領域とする。評価関数Ｅ（ＣＰ）すなわち再構成画像のコントラストを計算するためには、再構成演算の可能な全領域を再構成する必要はなく、特定の領域のみを再構成するだけで十分である。このとき、ミッドプレーン断面のみの再構成演算で済ませば、Ｆｅｌｄｋａｍｐによるコーンビーム再構成演算の性質上、再構成演算に要する演算量が最小限で済む。また、必要な投影像も、ミッドプレーン投影上の投影像だけで済むため、ガンマ補正や画像歪み補正、対数変換、感度むら補正等必要な前処理も最小限で済むこととなるので、計測系のジオメトリの推定に要する時間を大きく低減させることが可能となり、その結果、診断効率を向上させることが可能となる。
【００７５】
（回転中心軸投影位置ＣＰの他の推定演算）
より効率よく最適な回転中心軸投影位置ＣＰを求める最適化方法として、周知の「Ｂｒｅｎｔの方法」と称される演算法を用いることができる。「Ｂｒｅｎｔの方法」は、「黄金分割法」と称される演算法と、「放物線補間法」と称される演算法とを組み合わせたもので、少ない演算量で最適値、すなわち評価関数Ｅ（ＣＰ）を最大にするＣＰを求めることができる最適化法である。
【００７６】
黄金分割法は、最適値の存在が推定される範囲を順次確実に絞り込んでいく方法である。一方、放物線補間法は、与えられた３点に放物線をあてはめ、その放物線の頂点を求め、得られた頂点と与えられた３点との内の２点を用いて、さらに放物線をあてはめるという作業を繰り返しおこない、高速に最適値を求める方法である。放物線補間法は、黄金分割法よりすみやかに最適値を探し出すことができるが、条件によっては適用できないことがある。
【００７７】
Ｂｒｅｎｔの方法は両者を組み合わせた実用的な方法である。Ｂｒｅｎｔの方法に関する詳細は、たとえば Ｗｉｌｌｉａｍ Ｈ．Ｐｒｅｓｓ ｅｔａｌ． ｀｀Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｒｅｃｉｐｅｓ ｉｎ Ｃ’’， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， １９８８（日本語訳「ニューメリカルレシピ・イン・シー」技術評論社，１９９３）等を参照されたい。
もちろん、最適値ＣＰｆを求めるために、前述した以外の最適化法を利用できることは言うまでもない。
【００７８】
（三次元Ｘ線吸収係数分布像の再構成手順）
次に、以上のようにして推定された回転中心軸投影位置ＣＰを利用して、Ｘ線吸収係数分布像すなわち再構成像を得る手順を説明する。
【００７９】
まず、この段階で必要な前処理、すなわち計測画像データに対するガンマ補正、画像歪み補正、対数変換及び感度むら補正は行われ、全ての投影像が得られるものとする。この全投影像をもとに再構成演算を行い、再構成象を得る。この再構成演算処理としては、文献１に記載のＦｅｌｄｋａｍｐによるコーンビーム再構成演算方が知られている。
【００８０】
以下、図３に示す計測系のジオメトリを元に説明する。文献１に記載の再構成演算においては、投影角ａと投影面上の座標（ｕ，ｖ）、及び再構成空間中の座標（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて演算を行うが、これら座標と実際に計測された計測画像データから求めた投影像との対応関係が明かでなければならない。なぜなら、実際に求まる上記投影像は離散的にサンプリングされたデータだからである。
【００８１】
理想的な投影像を投影角ａ、投影面上の位置ｕ，ｖを用いてＰ（ａ，ｕ，ｖ）と表す。一方、実際に得られた投影像をＰｒ（ｉ，ｊ，ｋ）とする。後者の投影像は、離散的にサンプリングされているので、インデックスｉ，ｊ，ｋは、それぞれｉ＝０，１，…Ｎ−１、ｊ＝０，１，…Ｍ−１、ｋ＝０，１，…Ｌ−１という整数値をとる。また、Ｎは投影数、Ｍ，Ｎはそれぞれｕ，ｖ方向の解像度を意味する。この投影像は、実際には、インデックスｉ，ｊ，ｋで指定されるメモリ上の特定位置に保存されるデータに対応している。このとき、Ｐ（ａ，ｕ，ｖ）とＰｒ（ｉ，ｊ，ｋ）との間には、下記の数１の関係が成立する。ただし、数１におけるＩｎｔ（ｘ）とは、ｘの小数点以下を切り捨てる関数である。
【００８２】
【数１】
Ｐ（ａ，ｕ，ｖ）＝Ｐｒ（Ｉｎｔ（ａ／ｄＡ），Ｉｎｔ（（ｕ＋ＣＰ）／ｄＵ，Ｉｎｔ（（ｖ＋ＭＰ）／ｄＶ）） …（１）
この数１により、再構成演算に用いる座標と、実際の計測画像データから得られた離散的サンプリングされた投影像との対応関係がついた。再構成演算は、数１に基づいて離散的サンプリングされた投影像を利用すればよい。
【００８３】
もちろん、投影像からの再構成演算方は、文献１に記載のＦｅｌｄｋａｍｐの再構成演算方のみに限定されることはない。しかし、どのような再構成演算方を用いるにせよ、計測系のジオメトリは演算の根幹であり、数１によって実際の計測画像データから得られた投影像と、再構成演算における座標との対応関係がつくことに変わりはない。
【００８４】
以上説明したように、実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置では、投影面１５に投影された回転中心軸投影１７の位置がずれた状態で再構成演算を行うと、得られる再構成画像には円弧上の偽像が生じるために、コントラストが低下するということを利用する。
【００８５】
すなわち、回転中心軸投影位置初期値設定手段２５によって設定された値を回転中心軸投影位置の初期値として、まず、ミッドプレーン再構成手段２６が再構成像の再構成を行い、評価関数演算手段２８が再構成像のコントラストに対応する評価関数値Ｅ（ＣＰ０）を計算する。次に、最適化手段２９が回転中心軸投影位置の初期値を更新し、ミッドプレーン再構成手段２６が更新された回転中心軸投影位置に基づいた再構成像の再構成を行い、評価関数演算手段２８が更新された回転中心軸投影位置での再構成像のコントラストに対応する評価関数値Ｅ（ＣＰ１）を計算し、最適化手段が評価関数値Ｅ（ＣＰ０）とＥ（ＣＰ１）との比較を行うという動作を繰り返すことによって、コントラストが最大となる回転中心軸投影１７の位置を計算することによって、正しい回転中心軸投影位置ＣＰｐを求めることができる。その結果、再構成像のコントラストという操作者の感覚に依存しない値を用いて計測系のジオメトリを定義するパラメータである回転中心軸投影１７を操作者の感覚に依存せず自動的に推定できる。従って、計測系のジオメトリの推定に要する時間、すなわち、Ｘ線ＣＴ装置の調整に要する時間を短縮することが可能となり、診断効率を向上できる。
【００８６】
また、操作者の感覚に依存せずに計測系のジオメトリを定義するパラメータ自動的に推定できるので、再構成像の高画質化に大きく寄与する回転中心軸投影位置を高精度に求めることができる。
【００８７】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２のコーンビームＸ線ＣＴ装置における計測系のジオメトリの推定に用いる回転中心軸投影位置推定ファントムの概略構成を説明するための図である。図２に示す回転中心軸投影位置推定ファントム３１を用いた実施の形態１では、ミッドプレーン投影位置の推定のための撮影と、回転中心軸投影位置の推定のための撮影とを別々に行わなければならなかった。これに対して、実施の形態２は、ミッドプレーン投影位置の推定のための撮影と、回転中心軸投影位置の推定のための撮影とを１回で済ませるためのファントムに関するものである。
【００８８】
図５において、２０は支持材、２１は小球状高吸収材、３２はインサート、３１は回転中心軸投影位置推定ファントムの本体を示す。
【００８９】
図５に示すように、実施の形態２の回転中心軸投影位置推定ファントム３１は、Ｘ線の吸収の低い支持材２０のなかにＸ線の吸収の高い物質からなるインサート３２が埋め込まれた図２に示すファントム（以下、「第一のファントム」と記す）と、Ｘ線の吸収の低い支持材２０のなかに、該支持材２０の軸方向にＸ線の吸収の高い物質からなる直径が１〜２ｍｍ程度の小球状高吸収材２１を２ｃｍ程度の間隔で埋め込んだ図７に示すファントム（以下、「第二のファントム」と記す）とを第二の支持材２２で固定したものである。ただし、図５に示す回転中心軸投影位置推定ファントム３１も本発明の請求するところである。
【００９０】
支持材２０は、Ｘ線吸収係数の小さい、たとえば、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリカーボネート等のプラスチック材料・高分子樹脂、あるいは、木材に代表されるＸ線を透過すると共に、機械的破壊に対する強度が強い材料で棒状に形成される。
【００９１】
小球状高吸収材２１は、Ｘ線吸収係数の大きい、たとえば、タングステン、白金、あるいは、鉄−ニッケル−クロム合金等で形成される。小球状高吸収材２１の個数は、たとえば、２個以上必要である。また、小球状高吸収材２１の位置は、支持材２０の軸方向であれば任意であるが、少なくともインサート３２がミッドプレーン１６を横切るように回転中心軸投影位置推定ファントム３１を設置したときに、少なくとも２個の小球状高吸収材２１がミッドプレーン１６を挟むように配置されるように、小球状高吸収材２１を配置することによって、全周方向からの１回の透過Ｘ線強度画像の撮影で計測系のジオメトリの推定を行うことが可能となる。
【００９２】
インサート３２は、タングステン、白金、あるいは、鉄−ニッケル−クロム合金等のＸ線吸収係数の大きな材料から構成される所定の長さを持った柱状体であり、針金状あるいは棒状に形成される。
【００９３】
第二の支持材２２は、支持材２０と同様に、Ｘ線吸収係数の小さい、たとえば、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリカーボネート等のプラスチック材料・高分子樹脂、あるいは、木材に代表されるＸ線を透過すると共に、機械的破壊に対する強度が強い材料で棒状に形成される。
【００９４】
実施の形態２におけるコーンビームＸ線ＣＴ装置においては、前述する第２のファントムを用いることにより、ミッドプレーン投影位置ＭＰの推定と、回転中心軸投影位置ＣＰの推定とを連続して、１回の撮影による計測データから行うことができる。ミッドプレーン投影位置ＭＰの推定は、従来法に示したとおりである。
【００９５】
以上説明したように、実施の形態２のコーンビームＸ線装置では、図５に示す回転中心軸補正ファントム３１を用いた全周方向からの透過Ｘ線強度画像を撮影することによって、１回の同一のファントムの撮影による計測データからミッドプレーン投影位置ＭＰの推定に続けて、回転中心軸投影位置ＣＰの推定を行うことができるという効果がある。
【００９６】
実施の形態１，２のＸ線ＣＴ装置において、前処理手段１０によって処理を加えられた一部の投影像をジオメトリ推定処理の間保管しておくための記憶手段（一時保持手段）として、ミッドプレーン投影記憶手段３０を有していてもよい。ジオメトリ推定に必要な投影像はミッドプレーン投影１８にあたる部分だけでよいので、投影像全体を記憶しておく記憶手段とは別に高速なデータ読み出しが可能な記憶手段として、たとえば、周知の半導体記憶装置を用いた記憶手段をミッドプレーン投影記憶手段３０として用意することによって、ミッドプレーン再構成を高速に行うことができる。その結果、計測系のジオメトリの推定に要する時間をさらに低減できる。
【００９７】
二次元検出器６としては、Ｘ線イメージ・インテンシファイア−ＴＶカメラ系、あるいはフォトダイオードとＴＦＴスイッチ等とを二次元的に配置した二次元Ｘ線検出器である。
【００９８】
また、本願発明は、被写体として人体を撮影対象とする医療用のＸ線ＣＴ装置に適用して特にその効果を得ることができる。この場合には、得られるＸ線断層像又は／及び三次元Ｘ線像を高画質化できるので、早期癌等の比較的小さい腫瘍等の発見も容易となり、診断効率のみならず診断精度も向上させることが可能となる。ただし、荷物に代表されるように、人体以外を被写体とした場合であっても、本願発明を適用可能なことはいうまでもない。
【００９９】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【０１００】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）三次元Ｘ線吸収係数分布像の高画質化に大きく寄与する回転中心軸投影位置を高精度に求めることができる。
（２）操作者の感覚に依存せず計測系のジオメトリを定義するパラメータを推定することができる。
（３）自動的に計測系のジオメトリを定義するパラメータを推定することができる。
（４）診断効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のＸ線ＣＴ装置であるコーンビームＸ線ＣＴ装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１のファントムの概略構成を説明するための図である。
【図３】Ｘ線焦点、二次元検出器及び回転中心軸間の相対的な位置関係である計測系のジオメトリを説明するための図である。
【図４】実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置による計測系のジオメトリの推定手順を説明するためのフローである。
【図５】本発明の実施の形態２のコーンビームＸ線ＣＴ装置における計測系のジオメトリの推定に用いる回転中心軸投影位置推定ファントムの概略構成を説明するための図である。
【図６】従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来のファントムの概略構成を説明するための図である。
【図８】従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置による計測系のジオメトリの推定手順を説明するための図である。
【符号の説明】
１…計測部、２…データ処理部、３…全体制御部、４…スキャナ、５…Ｘ線源、６…二次元検出器、８…Ｘ線ビーム、９…回転中心軸、１０…前処理手段、１１…再構成演算手段、１２…画像化手段、１３…画像表示手段、１４…Ｘ線焦点、１５…投影面、１６…ミッドプレーン、１７…回転中心軸投影、１８…ミッドプレーン投影、１９…ジオメトリ推定ファントム、２０…支持体、２１…小球状高吸収材、２２…第二の支持材、２３…楕円状の軌跡、２４…ジオメトリ推定部、２５…回転中心軸投影位置初期値設定手段、２６…ミッドプレーン再構成演算手段、２７…評価対象領域設定手段、２８…評価関数演算手段、２９…最適化手段、３０…ミッドプレーン投影記憶手段、３１…回転中心軸投影位置推定ファントム、３２…インサート。

Claims (12)

1. 放射状のＸ線を被写体に照射するＸ線源と該Ｘ線源に対向配置され被写体を透過したＸ線の透過Ｘ線強度画像を撮影する撮像手段とを備える撮影系と、該撮影系を前記被写体の周囲に回転させる回転手段と、前記透過Ｘ線強度画像から前記被写体の三次元Ｘ線吸収係数分布像を再構成する再構成手段と、撮影系の回転中心軸を前記透過Ｘ線強度画像上に投影した位置である回転中心軸投影位置を変化させる回転中心軸投影位置設定手段とを具備し、
   前記回転中心軸投影位置設定手段が設定した回転中心軸投影位置を用いて再構成したＸ線吸収係数分布像のコントラストに基づいて、撮影系の回転中心軸投影位置を求め、該求められた回転中心軸投影位置で再構成された三次元Ｘ線吸収係数分布像から前記被写体のＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を生成し表示することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
2. 請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
   前記透過Ｘ線強度画像は、ファントムを撮影系の回転中心軸近傍に設置して撮影した画像であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
3. 放射状のＸ線を被写体に照射するＸ線源と、被写体を透過したＸ線の透過Ｘ線強度画像を撮影する撮像手段とを備える撮影系と、該撮影系を前記被写体の周囲に回転させる回転手段と、前記透過Ｘ線強度画像から前記被写体の三次元Ｘ線吸収係数分布像を再構成する再構成手段とを有するＸ線ＣＴ装置において
   前記透過Ｘ線強度画像上に投影される回転中心軸投影位置を変化させて再構成したＸ線吸収係数分布像に基づいて、回転中心軸投影位置を求める手段を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
4. 請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置において、
   前記回転中心軸投影位置を求める手段は、回転中心軸投影位置の初期値を格納する初期値格納手段と、該初期値格納手段が格納する回転中心軸投影位置に基づいて、Ｘ線吸収係数分布像の一部を再構成する部分再構成手段と、該部分再構成手段が再構成したＸ線吸収係数分布像の最大値または最大値と最小値の差を評価関数とする評価関数演算手段と、前記回転中心軸投影位置を変化させ、得られた評価関数値に基づいて、回転中心軸投影位置を求める最適化手段とからなることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
5. 請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置において、
   前記初期値格納手段は、撮影系の回転接線方向となる前記撮像手段の開口方向の中心位置を初期値として格納する手段であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
6. 請求項４に記載のＣＴ装置において、
   前記部分再構成手段は、前記Ｘ線源の回転軌道面上にあたる透視Ｘ線強度画像からＸ線吸収係数分布像を再構成する手段であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
7. 請求項４乃至６の内の何れか１項に記載のＸ線ＣＴ装置において、
   前記評価関数が最も大きくなる回転中心軸投影位置で再構成した三次元Ｘ線吸収係数分布像から前記被写体のＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を生成し表示することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
8. 請求項４乃至７の内の何れか１項に記載のＸ線ＣＴ装置において、
   前記部分再構成手段が再構成したＸ線吸収係数分布像におけるＣＴ値が最大値となる画素位置を特定する評価対象領域設定手段を具備し、前記最適化手段は、前記画素位置を含む領域から回転中心軸投影位置を求めることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
9. 請求項３乃至８の内の何れか１項に記載のＸ線ＣＴ装置において、
   前記Ｘ線源の回転軌道面上にあたる部分の透過Ｘ線強度画像に対して、必要な前処理を行う前処理手段と、前処理後の透過Ｘ線強度画像を回転中心軸投影位置を求める期間中保持する一時保持手段とを具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
10. 透過Ｘ線強度画像を収集する手段と、予め設定された回転中心軸投影位置に基づいて、前記透過Ｘ線強度画像から被写体のＸ線吸収係数分布像を再構成する手段と、前記Ｘ線吸収係数分布像のコントラストが最大となる回転中心軸投影位置を透過Ｘ線強度画像上の前記回転中心軸投影位置に指定する手段と、前記指定された回転中心軸投影位置に基づいて、前記透過Ｘ線強度画像から被写体の三次元Ｘ線吸収係数分布像を再構成する手段と、前記三次元Ｘ線吸収係数分布像からＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を生成する手段と、前記Ｘ線断層像又は／及びＸ線３次元像を表示する手段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
11. 透過Ｘ線強度画像を収集する手段と、予め設定された撮影系の回転中心軸を前記透過Ｘ線強度画像上に投影した位置である回転中心軸投影位置に基づいて、前記透過Ｘ線強度画像から被写体のＸ線吸収係数分布像を再構成する手段と、前記Ｘ線吸収係数分布像から回転中心軸投影位置を求める手段と、前記求められた回転中心軸投影位置に基づいて、前記透過Ｘ線強度画像から被写体の三次元Ｘ線吸収係数分布像を再構成する手段と、前記三次元Ｘ線吸収係数分布像からＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を生成する手段と、前記Ｘ線断層像又は／及びＸ線３次元像を表示する手段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
12. Ｘ線を吸収しないあるいはＸ線吸収係数の小さい支持部材と、該支持部材よりもＸ線吸収係数が大きい柱状体とからなり、前記支持部材は柱状形に形成されており、撮影系の回転中心軸方向と前記柱状体の軸方向とがほぼ同じ方向に形成されていることを特徴とするファントム。

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