JP4390060B2

JP4390060B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4390060B2
Application number: JP2004177295A
Authority: JP
Inventors: 正之亀川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006003122A

Description

本発明は、例えば電子部品などの工業製品の内部欠陥や内部構造等を被破壊のもとに調査すべく、その断層像を得るための産業用のＸ線ＣＴ装置に関する。

産業用のＸ線ＣＴ装置においては、一般に、図５（Ａ）に正面図、同図（Ｂ）に平面図を模式的に示すように、Ｘ線源５１とＸ線検出器５２の間に、Ｘ線光軸Ｌに直交する軸Ｒの回りに回転する回転テーブル５３を配置し、その回転テーブル５３上に被写体Ｗを保持した状態でＸ線を照射しつつ、回転テーブル５３を所定の微小角度ずつ回転させるごとにＸ線検出器５２からのＸ線透過データを取り込む。そして、その取り込んだＸ線透過データを用いて、回転テーブル５３の回転軸Ｒに直交する平面に沿った被写体Ｗの断層像を再構成する。そして、通常、回転テーブル５３は回転軸Ｒに沿った方向（ｚ軸方向）と、それに直交する２軸（ｘ，ｙ軸）方向に移動（並進）させる移動機構５５上に載せられる（例えば特許文献１参照）。

また、図示のように、回転テーブル５３上に、被写体Ｗを搭載して回転軸Ｒに直交する平面上で互いに直交する２軸（ｘ，ｙ軸）方向に移動する移動ステージ５４を設け、この移動ステージ５４によって被写体Ｗを位置決めするよう構成したものが知られている。
特開２００４−１１７０２４号公報

ところで、以上のようなＸ線ＣＴ装置においては、意図する断層像を得るためには、その断層像上の全ての点のＸ線透過データが必要なことは言うまでもない。そのため、Ｘ線透過データを得るときの撮像倍率を高くすること、つまり得られる断層像の分解能を高くすることと、その断層像に含まれる領域（視野）を広くすることとは両立させることはできない。

本発明の課題は、高い分解能のもとに広い視野の断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ装置を提供することにあり、加えて、そのＣＴ撮像動作を簡単に行うことのできるＸ線ＣＴ装置の提供を他の課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のＸ線ＣＴ装置は、互いに対向配置されたＸ線源およびＸ線検出器と、これらのＸ線源とＸ線検出器の間に配置され、被写体をＸ線光軸に直交する回転軸を中心として回転する回転テーブルと、その回転テーブル上に配置され、被写体を搭載して上記回転軸に直交する平面上で互いに直交する２軸方向に移動させる移動ステージと、上記回転テーブルを回転させつつ所定の角度ごとに取り込んだ被写体のＸ線透過データを用いて、上記回転軸に直交する平面に沿った被写体の断層像を再構成する再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、被写体の一部のみがＣＴ撮像可能領域内に位置するように上記移動ステージを位置決めした状態で回転テーブルを回転させつつＸ線透過データを採取する部分ＣＴ撮像動作を、上記移動ステージの位置を変更しつつ複数回にわたり行い、それぞれを再構成して得られる被写体の複数の部分断層像を繋ぎ合わせる断層像合成手段を備えるとともに、上記回転テーブルの回転軸上に配置され、上記移動ステージ上に保持されている被写体を撮影する光学カメラと、上記Ｘ線源とＸ線検出器および回転テーブルのＸ線光軸方向への位置関係並びにＸ線検出器の受光面の大きさに係る情報を用いて、上記回転軸を中心とするＣＴ撮像可能な領域を算出するＣＴ撮像領域演算手段と、上記回転軸に直交する平面上で互いに直交する２軸の各軸方向へのＣＴ撮像分割数を指定する指定手段と、その各軸方向への分割数に基づき、上記光学カメラにより撮影された被写体像に重畳して、回転軸を中心として各軸方向に分割数だけ上記ＣＴ撮像領域を互いに重複するように表示するとともに、その各ＣＴ撮像領域の中心座標を併せて表示する表示手段を備えてい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、上記各部分断層像を互いに重複部分を有するものとし、上記断層像合成手段は、その重複部分の画像情報を用いて各部分断層像を繋ぎ合わせる構成（請求項２）を採用することができる。

本発明は、意図する視野の断層像を一度のＣＴ撮像で行うのではなく、意図する視野を複数回に分けて高い撮像倍率のもとにＣＴ撮像（部分ＣＴ撮像）し、それぞれの部分ＣＴ撮像により得られるＸ線透過データを用いて再構成した部分的な断層像を、相互に繋ぐことにより意図する視野の断層像を得るとともに、各部分ＣＴ撮像動作におけるＣＴ撮像領域を、別途光学カメラで撮影した被写体の像上に重畳して表示することにより、部分ＣＴ撮影動作における移動ステージの位置決め操作を容易にすることで、課題を解決しようとするものである。

すなわち、本発明においては、被写体の一部のみをＣＴ撮像可能領域内に位置させた状態で、部分的なＣＴ撮像を行う動作（部分ＣＴ撮像動作）を複数回にわたって行い、それぞれのＸ線透過データから部分的な断層像を得る。そして、その各部分的な断層像を、相互に繋ぎ合わせることによって、意図する視野の断層像を得る。これにより、高い分解能と広い視野を両立させることができる。

しかも、本発明においては、回転テーブルの回転軸上に光学カメラを配置して被写体を撮影する。また、Ｘ線源とＸ線検出器および回転テーブル（回転軸）のＸ線光軸方向への位置関係とＸ線検出器の受光面の大きさから、回転軸を中心とするＣＴ撮像可能な領域を算出する。そして、部分ＣＴ撮像動作における、回転軸に直交する２軸方向への撮像分割数を指定する指定手段を設け、その指定に基づき、被写体の光学像に重畳して、回転軸を中心として各軸方向に指定された分割数ずつ、各部分ＣＴ撮像によりデータ採取可能な領域、つまりＣＴ撮像領域を互いに重複するように表示する。更に、各ＣＴ撮像領域の中心座標を併せて表示する。

この構成により、オペレータは、部分ＣＴ撮像を行う前に、各回の部分ＣＴ撮像のトータルで意図する領域のＸ線透過データが得られるか否かを直感的に把握することができるとともに、各回の部分ＣＴ撮像時に移動ステージをどのように位置決めすればよいのかを把握することができる。

また、請求項２に係る発明のように、各部分断層像が互いに重複する部分を持つように部分ＣＴ撮像動作における移動ステージの位置を設定し、その各部分断層像を繋ぎ合わせるに当たっては、互いに重複している部分の画像情報を用いて、例えばパターンマッチング等の手法により相互に繋ぎ合わせると、各部分断層像どうしの繋ぎ合わせをより正確で確実なものとすることができる。

本発明によれば、意図する視野の断層像を得るに当たり、その視野を複数に分割して高い撮像倍率のもとに部分的にＣＴ撮像を行い、その各部分ＣＴ撮像により採取したＸ線透過データを用いて部分断層像を得て、これらの各部分断層ぞを繋ぎ合わせることによって、最終的に意図する視野の断層像を得るので、高い分解能のもとに広い視野の断層像を得ることができる。

しかも、部分ＣＴ撮像を行うに当たって、回転軸に直交する２軸方向への分割数を指定することにより、被写体の光学像と各部分ＣＴ撮像においてそれぞれ撮像可能な領域を重畳させて表示し、併せてこれらの各ＣＴ撮像領域の中心座標を表示するので、オペレータは部分ＣＴ撮像前に、各部分ＣＴ撮像により意図する視野がカバーされているか否かを直感的に把握することができ、また、各部分ＣＴ撮像における移動ステージの座標を前もって知ることができ、試行錯誤的要素を伴うことなく、上記の高分解能で広い視野の断層像を容易に得ることができる。

また、請求項２に係る発明のように、各部分断層像を互いに重複する部分を持つように部分ＣＴ撮像時における視野を位置決めし、その重複部分の画像情報を用いてこれらの各部分断層像を繋ぎ合わせるように構成すれば、より正確かつ確実に各部分断層像の繋ぎ合わせが可能となる。

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り、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

Ｘ線源１に対向してＸ線検出器２が配置されており、これらの間に被写体Ｗに回転を与えるための回転テーブル３と、その回転テーブル３上で被写体Ｗを移動させるための移動ステージ４が配置されている。回転テーブル３は、Ｘ線源１からのＸ線光軸Ｌに沿ったｘ軸方向に直交するｚ軸方向の回転軸Ｒを中心として回転し、移動ステージ４は、その回転軸Ｒに直交する平面上で互いに直交するｘ，ｙ軸方向に移動可能となっている。更に、回転テーブル３は、その下側に設けられている移動機構５によって、ｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動させることができる。

Ｘ線源１は高電圧発生装置１０から供給される管電圧、管電流に応じたＸ線を発生し、この高電圧発生装置１０はＸ線コントローラ１１によって制御される。また、回転テーブル３および移動ステージ４、更には移動機構５は、ステージコントローラ１２から供給される駆動信号によって駆動制御される。これらのＸ線コントローラ１１およびステージコントローラ１２は、後述するＣＴ画像再構成演算装置１３の制御下に置かれている。

ＣＴ撮像に際しては、移動機構５によって回転テーブル３をｘ軸方向に位置決めすることにより撮像倍率を決定し、被写体Ｗを移動ステージ４上に載せて視野を決定すべく位置決めした状態で、Ｘ線を照射しつつ回転軸Ｒを中心として回転を与え、微小回転角度ごとにＸ線検出器２からのＸ線透過データをＣＴ画像再構成演算装置１３に取り込む。ＣＴ画像再構成演算装置１３では、このようにして取り込んだ３６０°分の被写体ＷのＸ線透過データを用いて、回転軸Ｒに直交するｘ−ｙ平面に沿った面でスライスした被写体Ｗの断層像を構築する。この断層像は表示器１４に表示することができる。

さて、回転テーブル６の上方には、その回転軸Ｒ上にＣＣＤカメラとレンズとからなる光学カメラ５が鉛直下方を向いた姿勢で配置されている。この光学カメラ５からの映像信号、従って回転テーブル３上の移動ステージ４の上に載せられている被写体Ｗの映像信号は、キャプチャーボード１５を介してデータ処理装置１６の画像合成部１６ａに取り込まれる。データ処理装置１６は、実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされているプログラムに基づく機能を実現するように動作するのであるが、図１では説明の便宜上、主たる機能ごとのブロック図で表している。データ処理装置１６には、他に、後述するようにＣＴ撮像領域演算部１６ｂおよび断層像合成部１６ｃを有している。

移動機構５による回転テーブル３（回転軸Ｒ）の位置情報はステージコントローラ１２を介してデータ処理装置１６のＣＴ撮像領域演算部１６ｂに取り込まれ、このＣＴ撮像領域演算部１６ｂでは、以下に示す手法によって、現撮像倍率において、回転軸Ｒを中心とするＣＴ撮像可能な領域を算出する。図２はその説明図である。

Ｘ線光軸Ｌ上に回転軸Ｒが位置している状態において、Ｘ線源１の焦点１ａと回転軸Ｒとのｘ軸方向への距離をＡ、同じくＸ線源１の焦点１ａとＸ線検出器２の受光面とのｘ軸方向への距離をＢ、Ｘ線検出器２のｙ軸方向への有効幅をＤとすると、ＣＴ撮像可能領域を表す円Ｃの直径Δは、
Δ＝Ｄ×Ａ／Ｂ・・（１）
で表すことができる。このようにして算出されたＣＴ撮像可能領域を表す円Ｃの直径Δは、画像合成部１６ａに供給される。

データ処理装置１６には、キーボードやマウス等の操作部１７が接続されており、この操作部１７により、部分ＣＴ撮像を行う場合におけるｘ軸方向およびｙ軸方向への撮像の分割数を指定することができる。この分割数の指定結果は画像合成部１６ａに取り込まれ、以下に示すように光学カメラ６による被写体像と各回の分割撮像時におけるＣＴ撮像可能領域を表す円Ｃとを重複させて表示器１４に表示する。

図３はその表示例を示す図である。この例は、ｘ軸方向およびｙ軸方向ともに分割数を２とした場合の例であり、光学カメラ６による被写体Ｗの像Ｗ′に重畳して、ｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ２個ずつＣＴ撮像可能領域を表す円Ｃ１〜Ｃ４が、互いに隣接するものどうしが重複するように表示されている。４つの円Ｃ１〜Ｃ４の中心は回転軸Ｒであり、各円Ｃ１〜Ｃ４の配置は、例えば、各円Ｃ１〜Ｃ４に内接する正方形Ｓの対向する辺どうしが重なるように各円Ｃ１〜Ｃ４を配置するものとし、これにより、隣接する円どうしに重複領域Ｄが生じる。そして、同時に、上記した被写体像Ｗ′等の表示エリアに隣接するエリアＰに、各円Ｃ１〜Ｃ４の中心座標が併せて表示される。

このような表示から、オペレータは、現時点における撮像倍率のもとに、ｘ軸方向に２分割、ｙ軸方向に２分割して部分ＣＴ撮像したときの全体としてのＣＴ撮像領域を知ることができる。そして、このような設定により意図する範囲がカバーされているならば、この設定のもとに部分ＣＴ撮像を行う。

部分ＣＴ撮像においては、移動ステージ４をｘ，ｙ軸方向に移動させて、各円Ｃ１〜Ｃ４の中心が回転軸Ｒ上に位置するように順次位置決めした状態で、それぞれ回転テーブル３を回転させつつＸ線を照射して被写体ＷのＸ線透過データを取り込む。

このようにして各部分ＣＴ撮像により取り込まれたＸ線透過データは、ＣＴ画像再構成演算装置１３に取り込まれて断層像に再構成される。このようにして得られる各断層像は、従って、円Ｃ１〜Ｃ４の領域内の断層像、言わば部分断層像である。

このようにして再構成された各部分断層像はデータ処理装置１６の断層像合成部１６ｃに取り込まれ、各部分断層像が相互につなぎ合わされて全体の断層像とされる。この各部分断層像の繋ぎ合わせ方について述べると、各部分断層像は上記したように円Ｃ１〜Ｃ４で示される領域のものであり、その符号をそのまま流用すると、図４に示すように、互いに隣接するものどうしに重複部分Ｄが生じている。断層像合成部１６ｃでは、各部分断層像Ｃ１〜Ｃ４のうち、互いに隣接する部分断層像、例えばＣ１とＣ２について、互いの重複部分Ｄのパターンマッチングを行うことによって、その重複部分Ｄが重なるように部分断層像Ｃ１とＣ２を繋ぎ合わせる。部分断層像Ｃ１とＣ４、Ｃ２とＣ３、およびＣ３とＣ４についても同じである。これにより、図４においてＨで表される方形の断層像が構築されることになる。

このようにして得られた合成後の断層像は、各部分断層像Ｃ１〜Ｃ４を得るべくＣＴ撮像をした高い倍率、従って高い分解能で、しかもこれらの各部分断層像Ｃ１〜Ｃ４を繋ぎ合わせた広い視野を持つ断層像となる。

なお、円Ｃ１〜Ｃ４の重複部分Ｄの設け方としては、上記した内接する正方形Ｓの辺どうしを重なり合わせるほか、例えば各円Ｃの直径Δのｘ，ｙ各軸方向に所定の率ずつ重複させるなど、他の手法を用いることができることは勿論である。

また、以上の実施の形態においては、互いに隣接する部分断層像が重複部分を備え、これらの各部分断層像を繋ぎ合わせるに当たっては、その重複部分の画像情報を用いて行うようにした例を示したが、各部分断層像を得るための各部分ＣＴ撮像時における移動機構のｘ，ｙ軸座標を用いて、各部分断層像が相対的に該当のｘ，ｙ座標に位置するように繋ぎ合わせることも可能である。

本発明の実施の形態の構成図であり、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。本発明の実施の形態におけるＣＴ撮像領域演算部１６ｂによるＣＴ撮像領域の計算法の例の説明図である。本発明の実施の形態におけるＣＴ撮像可能領域の表示例の説明図である。本発明の実施の形態における部分断層像の合成手法の例の説明図である。従来の産業用のＸ線ＣＴ装置の構成例を示す模式図で（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。

１Ｘ線源
１ａ焦点
２Ｘ線検出器
３回転テーブル
４移動ステージ
５移動機構
６光学カメラ
１０高電圧発生装置
１１Ｘ線コントローラ
１２ステージコントローラ
１３ＣＴ画像再構成演算装置
１４表示器
１６データ処理装置
１６ａ画像合成部
１６ｂＣＴ撮像領域演算部
１６ｃ断層像合成部
１７操作部
ＣＣＴ撮像可能領域を表す円
ＬＸ線光軸
Ｒ回転軸
Ｗ被写体

Claims

互いに対向配置されたＸ線源およびＸ線検出器と、これらのＸ線源とＸ線検出器の間に配置され、被写体をＸ線光軸に直交する回転軸を中心として回転する回転テーブルと、その回転テーブル上に配置され、被写体を搭載して上記回転軸に直交する平面上で互いに直交する２軸方向に移動させる移動ステージと、上記回転テーブルを回転させつつ所定の角度ごとに取り込んだ被写体のＸ線透過データを用いて、上記回転軸に直交する平面に沿った被写体の断層像を再構成する再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、
被写体の一部のみがＣＴ撮像可能領域内に位置するように上記移動ステージを位置決めした状態で回転テーブルを回転させつつＸ線透過データを採取する部分ＣＴ撮像動作を、上記移動ステージの位置を変更しつつ複数回にわたり行い、それぞれを再構成して得られる被写体の複数の部分断層像を繋ぎ合わせる断層像合成手段を備えるとともに、
上記回転テーブルの回転軸上に配置され、上記移動ステージ上に保持されている被写体を撮影する光学カメラと、上記Ｘ線源とＸ線検出器および回転テーブルのＸ線光軸方向への位置関係並びにＸ線検出器の受光面の大きさに係る情報を用いて、上記回転軸を中心とするＣＴ撮像可能な領域を算出するＣＴ撮像領域演算手段と、上記回転軸に直交する平面上で互いに直交する２軸の各軸方向へのＣＴ撮像分割数を指定する指定手段と、その各軸方向への分割数に基づき、上記光学カメラにより撮影された被写体像に重畳して、回転軸を中心として各軸方向に分割数だけ上記ＣＴ撮像領域を互いに重複するように表示するとともに、その各ＣＴ撮像領域の中心座標を併せて表示する表示手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
上記各部分断層像が互いに重複部分を有し、上記断層像合成手段は、その重複部分の画像情報を用いて当該各部分断層像を繋ぎ合わせることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。