JP4396796B2

JP4396796B2 - Ｘ線撮像装置における撮像倍率の較正方法

Info

Publication number: JP4396796B2
Application number: JP2000325720A
Authority: JP
Inventors: 武人岸; 修平大西
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: JP2002131246A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物（被写体）の内部形状の解析およぶ計測のために用いられる、Ｘ線透視装置やＸ線断層像撮像装置等のＸ線撮像装置において、撮像倍率を正確に求めるために行う、撮像倍率の較正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線透視装置やＸ線断層像撮像装置をはじめとするＸ線撮像装置においては、一般に、撮像倍率が正確に判らないと撮像した画像をもとにした厳密な解析や計測を行うことはできない。
【０００３】
従来のＸ線撮像装置においては、Ｘ線源の位置と測定対象物（以下、被写体と称する）との間の距離Ｄｏと、Ｘ線源の位置と受像部であるイメージ管等のＸ線検出手段の位置との間の距離Ｄｉを、それぞれサーボモータやエンコーダ、あるいはメジャー等で計測して、倍率ＲをＲ＝Ｄｉ／Ｄｏによって計算している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の撮像倍率の計算方法では、正確な撮像倍率求めることはできない。その理由は、上記した従来の計算方法で用いる距離ＤｏおよびＤｉを求めるための「Ｘ線源の位置」および「Ｘ線検出手段の位置」に、不確定要素を含んでいるためである。
【０００５】
すなわち、上記した計算において用いる「Ｘ線源の位置」とは、Ｘ線の焦点を指すものであり、このＸ線の焦点は、Ｘ線発生装置内部にあり、しかも実際の焦点がＸ線発生装置のＸ線照射口からどれだけ内部になるのかがＸ線発生装置の組立精度やＸ線発生条件といったさまざまな要因によって変化し得る。加えて、同じく上記した従来の計算において用いる「Ｘ線検出手段の位置」についても、その受光部（Ｘ線感応面）も凹面もしくは凹面状になっているため、どこをもってＸ線検出手段の位置にするかということが不確定である。
このようなことから、従来の方法により決定された撮像倍率は不正確であると言わざるを得ない。
【０００６】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたもので、Ｘ線透視装置やＸ線断層像撮像装置における撮像倍率を正確に求めることができ、もって撮像した画像をもとにした厳密な解析や計測を可能とする撮像倍率の較正方法の提供を目的としている。
【０００７】
【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Ｘ線撮像装置における撮像倍率の較正方法は、Ｘ線源と、そのＸ線源からのＸ線が入射するＸ線検出手段と、そのＸ線源とＸ線検出手段の間に設けられ、少なくともこれら両者を結ぶ方向への移動機構を備えた測定台と、その移動機構による測定台の移動距離を計測する測長手段と、上記Ｘ線検出手段の出力を用いて測定台上に載せられている被写体のＸ線透視像を構築する画像処理手段を備えたＸ線撮像装置における撮像倍率を較正する方法であって、上記測定台上に寸法既知の治具を載せた状態で、当該測定台をＸ線源とＸ線検出手段を結ぶ方向に移動させ、その移動前後における治具のＸ線透視像の撮像倍率ｋＲ１，ｋＲ２、もしくはＸ線検出手段上への結像倍率Ｒ１，Ｒ２と、測定台の移動距離Δｄを用いて、Ｘ線源の焦点とＸ線検出手段の受光面間の距離Ｄｉと、Ｘ線源の焦点と移動前の位置Ｐ１における測定台上の治具とのなす距離Ｄ１、もしくはＸ線源と移動後の位置Ｐ２における測定台上の治具とのなす距離Ｄ２を算出して、これらを測定台の任意位置における撮像倍率の演算のためのデータとして記憶もしくは記録することによって特徴づけられる。
【０００８】
本発明は、治具を用いた簡単な操作によって、撮像倍率を正確に求めることを可能とするものであって、Ｘ線源およびＸ線検出手段の位置を固定した状態で、それらの間の測定台上に寸法が既知の治具を載せ、Ｘ線源とＸ線検出手段を結ぶ方向に移動させ、その移動量Δｄと、移動前後の撮像倍率Ｒ１，Ｒ２を求めることによって、以下に示すようにＸ線源〜Ｘ線検出手段間の距離Ｄｉと、移動前の位置Ｐ１における測定台上の治具とＸ線源とのなす距離Ｄ１、もしくは移動後の位置Ｐ２における測定台上の治具とＸ線源とのなす距離Ｄ２を以下に示す簡単な幾何学演算によって算出することができ、その算出結果を用いることにより、Ｘ線源とＸ線検出手段の位置を大きく変化させたり、あるいは測定台を大きく移動させない限り、被写体の正確な撮像倍率を求めることができ、必要に応じてこの較正を実行することによって、常に正確な撮像倍率を求めることができる。
【０００９】
以下、本発明の原理を図１を参照しつに説明する。Ｘ線源１の焦点１ａとＸ線検出手段２の受光面２ａとの間の距離をＤｉ（未知）とし、その間に被写体Ｗを載せるための測定台３が配置されており、その測定台３は、Ｘ線源１とＸ線検出手段２とを結ぶ方向に移動可能であり、かつ、その移動距離については測長手段により正確に計測できるものとする。測定台３の当初の位置をＰ１とし、その位置Ｐ１とＸ線源１の焦点１ａとのなす距離をＤ１（未知）とする。また、その位置Ｐ１から測定台３をＸ線検出手段３の向きにΔｄだけ移動させたときの位置をＰ２とし、その位置Ｐ２とＸ線源１の焦点１ａとのなす距離をＤ２（未知）とする。
【００１０】
Ｘ線検出手段２の出力に基づいてモニタ画面上に形成される被写体ＷのＸ線透視画像は、Ｘ線検出手段２の受光面２ａに対して入射した被写体の像のｋ倍のもとに表示されるものとし、そのモニタ画面上での被写体ＷのＸ線透視画像の大きさと、実際の被写体Ｗの大きさとの比が撮像倍率となる。
【００１１】
さて、被写体Ｗとして寸法既知の治具を用い、Ｐ１に位置する測定台３上に載せてモニタ画面４上のＸ線透視画像を得たとき、その倍率がｋＲ１倍であったとすると、この状態においてはＸ線検出手段２の受光面２ａ上での像は被写体Ｗの実寸ＬのＲ１倍である。次に、その状態から測定台３をΔｄだけ移動させてＰ２に位置させたとき、その撮像倍率がｋＲ２となっていたとすると、Ｘ線検出手段２の受光面２ａ上での像は同じく治具の実寸ＬのＲ２倍である。
【００１２】
測定台３の移動量Δｄは、前記したように測長手段により正確に計測でき、また、各撮像倍率ｋＲ１，ｋＲ２についても、モニタ画面上のＸ線透視画像の大きさと治具の既知寸法Ｌとから容易に知ることができ、更に、ｋについても装置定数としてあらかじめ把握することができ、従ってＲ１，Ｒ２についても容易に知ることができる。そして、これらの既知の数値Δｄ、およびＲ１，Ｒ２を用いることにより、以下の計算によってＸ線源１の焦点１ａとＸ線検出手段２の受光面２ａとのなす距離Ｄｉ、および、同焦点１ａから位置Ｐ１並びにＰ２とのなす距離を算出することができる。
【００１３】
すなわち、図１において、
Ｄ１・Ｒ１＝Ｄｉ
Ｄ２・Ｒ２＝Ｄｉ
Ｄ２＝Ｄ１＋Δｄ
であるから、
【００１４】
Ｄ１＝Δｄ・Ｒ２／（Ｒ１−Ｒ２）・・・・（１）
Ｄ２＝Δｄ・Ｒ１／（Ｒ１−Ｒ２）・・・・（２）
Ｄｉ＝Δｄ・Ｒ１・Ｒ２（Ｒ１−Ｒ２）・・・・（３）
によって算出することができる。
【００１５】
以上のＤｉと、Ｄ１もしくはＤ２を用いることにより、撮像倍率を正確に計算することができる。
すなわち、例えば測定台３の位置をＰ２を基準として用いる場合、位置Ｐ２にある測定台３上に測定対象物を載せ、モニタ画面上で適当な大きさとなるように測定台３を移動させたとき、測長手段によって読み取った移動量がΔＤであったとすると、Ｘ線検出手段２の受光面２ａ上の像の測定対象物の実寸に対する倍率Ｒｘは、
Ｒｘ＝Ｄｉ／（Ｄ２＋ΔＤ）・・・・（４）
によって正確に求めることができ、モニタ画面上の測定対象物のＸ線透視画像の撮像倍率は、前記した比ｋを乗じてｋＲｘとして正確に求めることができる。また、Ｘ線源１とＸ線検出手段２とを相対的に移動可能とした装置、例えばＸ線検出手段２をＸ線源１に対して接近・離隔する向きに移動可能とした装置においては、測定台３と同様に、Ｘ線検出手段２の移動量については測長手段を設けることによって正確に計測することができるので、その移動量をＤｉに対して加算もしくは減算することによって、Ｘ線検出手段２を移動させても正確な撮像倍率を求めることができる。
【００１６】
また、上記のように測定台３上に被写体Ｗとして治具を配置するとともに、Ｘ線検出手段２の受光面に対して他の治具を密着配置した状態でＸ線透視像を観察し、測定台３上の治具と受光面に密着した治具のＸ線透視像の大きさの相違から、測定台３上の治具のＸ線検出手段の受光面上への結像倍率Ｒ１，Ｒ２を直接的に知ることができ、この手法を用いて求めたＲ１，Ｒ２を上記した（１）〜（３）式に代入しても、同等の作用効果を奏することができ、本発明はこの手法をも包含する。
【００１７】
また、以上のような撮像倍率の計算は、Ｘ線透視装置並びにＸ線断層像撮像装置の双方に等しく適用することができる。
【００１８】
【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述べる。
図２は本発明方法を適用するＸ線撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】
この例における装置はＸ線透視装置であって、Ｘ線源１１と、それに対向して配置された、例えばイメージインテンシファイアおよびＣＣＤからなるＸ線検出器１２、これらの間に配置された測定台１３、Ｘ線検出器２からの画素出力を用いて測定対象物のＸ線透視像を構築して表示装置１４に表示させる画像処理機能を備えた演算・制御装置１５を備えている。また、測定台１３は、駆動機構１３ａによってＸ線源１１とＸ線検出器１２を結ぶ方向に移動させることができ、その移動量はリニアエンコーダ１３ｂによって刻々と検出され、演算・制御装置１５に取り込まれる。更に、Ｘ線検出器１２についても、駆動機構１２ａによってＸ線源１１に対して接近・離隔する方向に移動させることができ、かつ、その移動量についてもリニアエンコーダ１２ｂにより刻々と検出され、演算・制御装置１５に取り込まれる。演算・制御装置１５では、これらのリニアエンコーダ１２ｂ，１３ｂの出力に基づき、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とのなす距離、および、Ｘ線源１１と測定台１３とのなす距離を表示装置１４に刻々と表示するように構成されている。
【００２０】
さて、以上の装置において、表示装置１４に表示されるＸ線源１１とＸ線検出器１２とのなす距離、および、Ｘ線源１１と測定台１３とのなす距離は、前記したようにＸ線源１１の焦点とＸ線検出器１２の受光面との距離、および同焦点と測定台１３とのなす距離を正確に表してはおらず、不確定要素を含み、これらをそのまま用いたのでは正確な撮像倍率を求めることはできない。そこで、以下の較正動作を実行する。
【００２１】
撮像倍率較正用として、図３に正面図を示すような治具２０を用意する。この治具２０は、例えばアクリル板２１に一定の間隔、例えば正確に１０ｍｍの間隔を開けて２本のマーク２２ａ，２２ｂを形成したものであり、各マーク２２ａ，２２ｂは、アクリル板２１に細く浅い溝を彫って、そこに鉛の粉を埋め込んだ状態で接着することによって形成されている。
【００２２】
較正動作においては、Ｘ線検出器１２の位置を固定するとともに、任意の位置における測定台１３上に、マーク２２ａ，２２ｂの広がり方向がＸ線の光軸に直交するように治具２０をセットしてそのＸ線透視画像を表示装置１４に表示させる。そのときのＸ線透視画像におけるマーク２２ａ，２２ｂ間の距離を測定することにより、その状態における撮像倍率ｋＲ１を計測する。次に、測定台３をＸ線源１１から遠ざかる向きに適当量だけ移動させる。リニアエンコーダ１３ｂの出力に基づいて表示装置１４に表示されている測定台１３のＸ線源１１からの距離の表示値は、正確にＸ線焦点からの距離を表すものではないが、測定台１３の移動量Δｄについては、移動前後の表示値の差から正確に知ることができる。そして、そのΔｄだけ移動させた後、その状態において表示装置１４に表示されている治具２０のＸ線透視画像におけるマーク２２ａ，２２ｂ間の距離を測定して、撮像倍率ｋＲ２を計測する。
【００２３】
次に、Ｘ線検出器１２の受光面への結像の大きさと、その像の表示装置１４の画面上での大きさとの比ｋ（既知）を用いて、移動前後における撮像倍率ｋＲ１およびｋＲ２から、測定台１３の移動前後におけるＸ線検出器１２の受光面上での倍率Ｒ１，Ｒ２を求める。
【００２４】
以上の動作により、Ｘ線源１１の焦点から移動前の測定台１３（治具２０）までの距離Ｄ１と、Ｘ線源１１の焦点からＸ線検出器１２の受光面までの距離Ｄ２、およびＸ線源１１の焦点からＸ線検出器１２の受光面までの距離Ｄｉを、前記した（１）〜（３）式を用いて正確に算出することができる。
【００２５】
このＤｉと、Ｄ１もしくはＤ２を記憶ないしは記録しておくことによって、測定台１３またはＸ線検出器１２を大きく移動させない限り、これらを任意の位置に移動させても、その移動量さえリニアエンコーダ１２ｂ，１３ｂにより正確に計測することによって、各部寸法が未知の測定対象物を測定台１３上に載せて、そのＸ線透視画像を表示装置１４に表示したときに、その正確な撮像倍率を求めることができる。具体的には、例えば較正動作を行った状態で、測定台１３のみをＸ線検出器１２側にΔＤだけ移動させた場合には、前記した（４）式および前記した比ｋから表示装置１４の画面上での撮像倍率を正確に求めることができる。また、較正動作の行った状態で測定台１３を移動させず、Ｘ線検出器１２をＸ線源１１から遠ざかる向きにΔＤ′だけ移動させ場合には、
Ｒｘ′＝（Ｄｉ＋ΔＤ′）／Ｄ２・・・・（５）
によりＸ線検出器１２の受光面上での倍率を求め、それにｋを乗じることによって表示装置１４の画面上での撮像倍率を求めることができる。
【００２６】
ここで、以上の説明においては、較正動作において、表示装置１４の画面上に表示された治具２０のＸ線透視画像の大きさを計測することによって治具２０の撮像倍率ｋＲ１，ｋＲ２を求めたが、以下の手法によっても治具２０の表示装置１４の画面上での像の倍率Ｒ１，Ｒ２を求めることができる。
【００２７】
すなわち、図３に示した治具２０に加えて、図４に正面図を示すような治具３０を用いる。この治具３０は、治具２０と同様にアクリル板３１を基体とし、その表面に複数本のマーク３２ａ，３２ｂ，３２ｃ・・・・を付したものであり、互いに隣接するマーク間のピッチは治具２０のマーク２２ａ，２２ｂ間のピッチと等しく、例えば１０ｍｍである。また、この治具３０の各マーク３２ａ，３２ｂ，３２ｃ・・・・は、治具２０のマーク２２ａ，２２ｂと同様に、アクリル板３１の表面に浅い溝を形成してその内部に鉛の粉を埋め込んで接着することによって形成しているのであるが、その幅はマーク２２ａ，２２ｂよりも太くしている。
【００２８】
この治具３０を用いることによって、表示装置１４の画面上において治具２０のＸ線透視画像の大きさを計測することなく、簡易にＸ線検出器１２の受光面上での治具２０の像の倍率Ｒ１，Ｒ２を求めることができる。
【００２９】
すなわち、較正動作においては、図５に示すように、先の例と同様に治具２０を測定台１３上に載せる一方、治具３０をＸ線検出器１２の受光面に密着させた状態で固定する。この状態においてＸ線源１１を駆動してＸ線を発生すると、測定台１３上の治具２０は、Ｘ線源１１の焦点とＸ線検出器１２の受光面との距離、およびＸ線源１１の焦点と治具２０間の距離に応じた倍率のもとにＸ線検出器１２の受光面上に結像する一方、Ｘ線検出器１２の受光面に密着配置された治具３０の像は、その受光面上に実物大で結像する。
【００３０】
そこで、治具２０および３０のＸ線透視画像を表示装置１４の画面上で観察しながら測定台１３を適宜に移動させ、まず、治具２０のＸ線検出器１２の受光面上での像の倍率が第１の規定の整数倍、例えば４倍になった位置で測定台１３を停止させる。結像倍率が整数倍になったことは、図６に表示装置１４の画面を例示するように、治具２０のマーク２２ａ，２２ｂの画像の双方が、治具３０のマーク３２ａ，３２ｂ，３２ｃ・・・・の画像のいずれかに重なり合うことによって知ることができ、図６（Ａ）は４倍を、同図（Ｂ）は３倍になった状態示している。
【００３１】
次に、測定台３をＸ線検出器１２側に移動させ、同様にして治具２０の結像の倍率が第２の規定の整数倍、例えば３倍、になった位置で測定台１３を停止させる。そして、その移動前後のリニアエンコーダ１３ｂの出力から、その移動量Δｄを正確に知り、前記した（１）〜（３）式において、第１の整数倍をＲ１，第の整数倍をＲ２としてＸ線源１１の焦点と移動前の測定台１３との間の距離Ｄ１、Ｘ線源１１と移動後の測定台１３との間の距離Ｄ２、およびＸ線源１１の焦点とＸ線検出器１２の検出面との間の距離Ｄｉを求める。これらを記憶もしくは記憶しておくことにより、測定対象物を測定台１３上に載せ、測定台１３もしくはＸ線検出器１２を任意に移動させたときの表示装置１４の画面上での撮像倍率を、（４）または（５）式を用いてＲｘないしはＲｘ′を求め、定数ｋを乗じることによって正確に求めることができる。
【００３２】
なお、以上の各較正動作の例において用いた治具２０あるいは３０の形状や構造については、特に限定されるものではなく、上記した各説明において明らかとなっている機能を有してさえいれば、任意の形状・構造のものを用い得ることは勿論である。
【００３３】
また、以上はＸ線透視装置に対して本発明を適用した例を示したが、Ｘ線断層像撮像装置（ＣＴ装置）についても、そのＸ線透視像の撮像機能を用いることによって、上記した各例と同等の較正動作のもとに正確にその撮像倍率を求めることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な治具を用いて測定台上に載せ、その測定台を２箇所に移動させてＸ線透視像を撮像することにより、Ｘ線源の焦点とＸ線検出手段の受光面とのなす距離、およびＸ線源の焦点と測定台とのなす距離を簡単な計算によって正確に求めることができ、以後、Ｘ線検出手段および／または測定台を適宜に移動させても、その移動量さえ正確に計測する機能を有してさえいれば、測定対象物の撮像倍率を正確に求めることができ、測定対象物のＸ線透視像もしくは断層像をもとにした厳密な解析ないしは計測を行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明方法を適用して撮像倍率の較正を行うことのできるＸ線撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明方法を適用した撮像倍率の較正動作の一例に用いる治具の構成例を示す正面図である。
【図４】本発明方法を適用した撮像倍率の較正動作の他の例において、図３の治具２０と併せて用いる治具の構成例を示す正面図である。
【図５】図３および図４の治具２０，３０を用いる撮像倍率の較正動作の説明図である。
【図６】図５の較正動作において表示装置１４の画面から、治具２０のＸ線検出器１２の受光面上で結像倍率を知る方法の説明図で、（Ａ）は４倍を、（Ｂ）は３倍になった状態を示す図である。
【符号の説明】
１１Ｘ線源
１２Ｘ線検出器
１２ａ駆動機構
１２ｂリニアエンコーダ
１３測定台
１３ａ駆動機構
１３ｂリニアエンコーダ
１４表示装置
１５演算・制御装置
２０治具
２１アクリル板
２２ａ，２２ｂマーク
３０治具
３１アクリル板
３２ａ，３２ｂ，３２ｃマーク

Claims

Ｘ線源と、そのＸ線源からのＸ線が入射するＸ線検出手段と、そのＸ線源とＸ線検出手段の間に設けられ、少なくともこれら両者を結ぶ方向への駆動機構を備えた測定台と、その駆動機構による測定台の移動距離を計測する測長手段と、上記Ｘ線検出手段の出力を用いて測定台上に載せられている被写体のＸ線透視像を構築する画像処理手段を備えたＸ線撮像装置における撮像倍率を較正する方法であって、
上記測定台上に寸法既知の治具を載せた状態で、当該測定台をＸ線源とＸ線検出手段を結ぶ方向に移動させ、その移動前後における治具のＸ線透視像の撮像倍率ｋＲ１，ｋＲ２、もしくはＸ線検出手段上への結像倍率Ｒ１，Ｒ２と、測定台の移動距離Δｄを用いて、Ｘ線源の焦点とＸ線検出手段の受光面間の距離Ｄｉと、Ｘ線源の焦点と移動前の位置Ｐ１における測定台上の治具とのなす距離Ｄ１、もしくはＸ線源と移動後の位置Ｐ２における測定台上の治具とのなす距離Ｄ２を算出して、これらを測定台の任意位置における撮像倍率の演算のためのデータとして記憶もしくは記録することを特徴とするＸ線撮像装置における撮像倍率の較正方法。