JP4429709B2

JP4429709B2 - Ｘ線断層撮影装置

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Publication number: JP4429709B2
Application number: JP2003416179A
Authority: JP
Inventors: 大篠原
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2005021661A

Description

本発明は、円錐状にX線を照射するX線断層撮影装置に関し、可視光撮影装置とその撮影結果を利用するという新たな手法をもって撮影部位の位置決めを実現するものである。

図23に示されるようにX線断層撮影装置は2次元X線像(投影像)を撮影する計測装置と投影像を保存し断層像を再構成する画像処理装置と、画像を表示する画像表示装置と、文字等の情報を入力する外部入力装置から構成されている。

従来のX線断層撮影装置の処理を図を用いて説明する。図中、1はスキャナ、11はX線管、12は2次元検出器、19はスキャナ駆動手段、2はコリメータ、29はコリメータ駆動手段、3は椅子、31は椅子支持器、39は椅子駆動手段、4は画像処理部、41はI/F、42はメモリ、43はハードディスク、44はCPU、5は表示装置、6は外部入力装置、7は被検者をそれぞれ示す。

スキャナ1は、図に示すようにX線管11及び2次元検出器12が被検者7を挟んでお互いに対向するように配置されている。X線管11はX線焦点から円錐状のX線を被検者7に向け照射し、2次元検出器12は被検者7を透過したX線の強度を検出することで透視画像データを得るようになっている。X線管11及び2次元検出器12はほぼ被検者の体軸を回転の中心としてその周りを回転するように構成されている。X線管11及び2次元検出器12が微小角度回転する毎に、X線管11から円錐状のX線が照射され、被検者7を透過したX線の強度を2次元検出器12によって検出される。この動作が全周分繰り返されて、結果的に上記透視画像データとして百から数百の透過X線強度データが収集される。

2次元検出器で計測された透過X線強度データは、ディジタル信号に変換された後、画像処理部4に送られる。
計測部から送られてきた透過X線強度データ(以下投影像と記す)は図中のメモリ42に一旦格納され、その後ハードディスク43に保存される。このようにして投影像が保存される。

投影像を表示する場合は、ハードディスク43に保存された投影像をメモリ42に読み出し、読み出されたデータは表示装置5に表示される。
投影像を補正する場合は、ハードディスク43に保存された投影像をメモリ42に読み出し、CPU44によって検出器の感度ムラに起因する投影像の乱れを補正する。補正された投影像は再構成される。

フィルタリング処理では、CPU44内で周知のShepp−Logan filter等の補正フィルタ等を使用して投影像全体に対して補正処理を行う。
3次元再構成演算では、以上に示した処理を行って得られた投影像から被検者8を表示する領域中の3次元的なX線吸収係数分布をCPU44内で再構成演算し、3次元再構成画像を作成する。再構成演算の方法としては、周知のFeldkamp法によるコーンビーム再構成演算などが知られている。

3次元再構成画像は、ハードディスク43等に保存可能である。3次元再構成画像を表示する際は、上記ハードディスク43等に保存された3次元再構成画像をメモリ42に読み出し、メモリ42に読み出されたデータは表示装置5に表示する。再投影演算では、図1に示すハードディスク43に保存されている3次元再構成画像をメモリ42に読み出し、CPU44によって、例えば［特許文献1］に開示される再投影演算を行い、3次元再投影画像を作成する。
3次元再投影画像は、ハードディスク44に保存され、これを表示するには、ハードディスク44からメモリ42に読み出し表示装置5に表示する。

従来の技術では、上記のように再構成を行う前に、投影像等を用いて撮影範囲を計画する、いわゆるスキャン計画が一般に行われていた。スキャン計画には例えばX線管及び検出器を回転せずに任意の位置に固定し、ベッドを移動しながらX線を被検者に向け照射して投影像を得るスキャノグラムがある。
このような方法ではX線投影像が得られるため、被検者の体内にあって体外から確認が困難な部位についてスキャン計画を行うことができるメリットがある反面、X線による被曝を伴うという点でリスクを伴っていた。

また、従来技術のX線スキャン計画では、以下のような手順で撮影を行っている。つまり、まず被検者を椅子やベッド上に位置させ、検査者は多くの場合リモートで経験や勘に頼って粗い位置決めを行い透視する。透視した画像を確認しながら検査者は繰り返し微調整を行う。微調整は多くの場合、アームの回転角0°，90°，0°と3回セットで透視して上下前後左右の位置上、撮影範囲に所望の領域が含まれるか調整する。上記微調整で位置を正確に出すためには、検査者には経験や勘が必要な上被検者に被曝を強いていた。

また、［特許文献2］には、CTスキャナにおいて、ビデオカメラの2次元撮影結果を用いて寝台移動の制御を行うことが記載されている。しかし、CTスキャナの寝台送りの制御への利用であり、本発明のように撮影部位を可視光で撮影して3次元構成することでX線撮影部位を正確に特定する思想は開示していない。
また、3次元再構成演算では、X線撮影系の回転中心を正確に求める手法が、［特許文献3］と［特許文献4］に記載される。

特開平9-253079号公報特開平8-126638号公報特開平9-173330号公報特開2000-201918号公報

本発明の目的は、被検者のX線による被曝を防ぎつつ、経験や勘が豊富でなくても容易に正確なスキャン計画を実現可能とするX線断層撮影装置とX線断層撮影方法を提供することにある。
また上記装置を提供したとき可視光撮影系とX線撮影系との正確な幾何学的関係を把握することを実現するものである。

本願発明の第1の特徴によれば、X線源からX線を照射し、X線源に対向して配置された検出器によって被検者を撮影するX線撮影手段と、前記X線源と前記検出器を被検者の周囲に回転させるスキャナ回転手段と、被検者を移動可能な被検者移動手段と、X線の照射範囲を可変的に制限するコリメータ手段とを有し、前記X線撮影手段で撮影した投影像から再構成演算手段によってX線3次元再構成画像の生成を行う画像処理装置を有するX線断層診断装置において、前記回転手段に載置し前記被検者を撮影する可視光撮影手段をさらに有し、前記画像処理装置では上記可視光撮影手段の撮影結果から可視光3次元画像を再構成することを特徴とするX線断層撮影装置を提供する。なお、可視光撮影手段には前記被検者を照らす照明手段が付随するとより好ましい。

本願発明の第2の特徴によれば、前記可視光撮影手段は、スキャナ回転手段の回転角度と同期して、撮影を行うことを特徴とする本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第3の特徴によれば、前記画像処理装置は、前記可視光撮影手段と前記スキャナ回転手段を使用し、前記被検者が撮影範囲に存在しない時に撮影したマスク画像と、前記被検者が撮影範囲に存在する時に撮影したライブ画像とから、前記被検者の輪郭を抽出した回転撮影画像を生成し、さらにこの輪郭抽出回転撮影画像を基に前記可視光3次元再構成画像を生成することを特徴とする本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第4の特徴によれば、前記画像処理装置は、前記可視光3次元再構成画像を基に作成した可視光3次元投影画像に、X線3次元再構成画像の領域を重ねて表示することを特徴とする本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第5の特徴によれば、前記画像処理装置は、前記可視光3次元再構成画像を基に作成した可視光3次元投影画像に、骨格などの解剖学的モデルを重ねて表示することを特徴とする本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第6の特徴によれば、前記可視光撮影手段と前記X線源との間には視差がない、つまり前記可視光撮影手段の光軸は、前記コリメータ手段の光軸上に介在するように構成されることを特徴とする本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第7の特徴によれば、前記可視光撮影手段と前記スキャナ回転手段との組合せにより、前記X線源の光軸と前記可視光撮影手段の光軸との間の視差をなくすことを特徴とする本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置。

本願発明の第8の特徴によれば、椅子の位置を調整する椅子駆動手段と前記X線管と前記X線検出器を移動するスキャナ駆動手段を更に備え、これにより前記可視光撮影手段と前記被検者移動手段との相対的位置を調整して、前記X線源の光軸と前記可視光撮影手段の光軸との間の視差をなくすことを特徴とする本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第9の特徴によれば、前記被検者移動手段によりスキャナを回転しながら、前記可視光撮影手段により可視光によるスキャノグラム像を得るよう構成された本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第10の特徴によれば、前記画像処理装置は、前記可視光3次元画像と前記透視3次元画像を重ね合わせ表示可能なことを特徴とするX線断層撮影装置を提供する。
本願発明の第11の特徴によれば、X線撮影系及び可視光撮影系の回転中心の算出に用いる補正用ファントムと、補正用ファントムを回転撮影した軌跡からX線撮影系及び可視光撮影系の回転中心を算出する回転中心算出手段と、可視光撮影系の座標系上にX線撮影系の座標系を重ね合わせるための座標変換手段とを有す本願発明の第1の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第12の特徴によれば、前記補正用ファントムは、X線を吸収しないあるいはX線吸収係数が小さくかつ可視光の吸収が少ない透明な支持材と、X線吸収係数が大きくかつ可視光の吸収が大きく前記透明な支持材に対してコントラストが明確な少なくとも2個以上の基準点から構成され、ある基準点を他の基準点から識別可能である本願発明の第11の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第13の特徴によれば、前記支持材は透明アクリルなどのX線及び可視光の吸収が少ない素材であり、棒状で、前記基準点を支持材の軸方向に沿って取り付けられる本願発明の第11の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第14の特徴によれば、前記基準点は、タングステン、白金、或いは鉄−ニッケル−クロム合金等のX線吸収係数が大きい素材であり、前記透明な支持材に対して可視光でのコントラストが明確となるような黒、若しくは色認識を容易とする配色を施した球体からなる本願発明の第11の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第15の特徴によれば、前記回転中心算出手段は、可視光撮影系で補正用ファントムを回転撮影した複数枚の画像毎に前記基準点を抽出する可視光基準点抽出手段と、前記基準点を抽出した複数枚の画像を加算して1枚の加算画像を作成する画像加算手段と、前記加算画像に撮影される前記基準点が描く複数個の楕円を抽出する楕円軌跡抽出手段と、前記楕円軌跡の長軸と短軸との中心位置を計算する中心位置計算手段と、その中心位置の夫々を通る直線を最小二乗法により計算する直線計算手段と、前記直線手段により計算した前記楕円軌跡の中心を結ぶ直線と前記楕円との交点の座標値を計算し、座標値の点を結ぶ線分を夫々の楕円の短軸とみなし、前記短軸長が0となる前期直線上の位置を計算する本願発明の第11の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

本願発明の第16の特徴によれば、前記回転中心算出手段は、X線撮影系でも有効である本願発明の第11の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。
本願発明の第17の特徴によれば、前記座標変換手段は、前記補正用ファントム上のある基準点に対して、X線座標系と可視光撮影系とで基準点と回転中心軸との間の距離を計測し、可視光座標系に対するX線座標系の拡大率を計算し、可視光撮影系におけるX線撮影系回転中心座標を計算する本願発明の第11の特徴に記載のX線断層撮影装置を提供する。

スキャナ1に配置したカメラ8からの画像を用いて撮影位置やコリメータ2の設定ができるため、スキャン計画における被検者7のX線被曝を除去することができる。このようにX線被曝が無いため、撮影位置やコリメータの設定を繰り返し行い微調整することが抵抗無くできる。繰り返し微調整を行う場合にもリアルタイムの画像を用いているため、正確確実な位置決めを時間のロス無くに行うことができる。また、画像のサイズが小さくても広角カメラを使用し可視光3次元再投影画像を構築できるので、経験や勘に頼らず検査者の習熟度に大きく影響されずに撮影範囲を決定可能である。

本手法によりX線撮影系の座標と可視光撮影系の座標との変換処理パラメータを得ることができるため、カメラを用いた位置決めを可能にし、結果として、スキャン計画における被検者7のX線被曝を除去することができる。本方法によりX線撮影系と可視光撮影系の回転平面が全く異なる場合にも、カメラを用いた位置決めが可能である。このため、X線撮影系の画像のサイズが小さくても広角カメラを使用し可視光3次元再投影画像を構築できるので、経験や勘に頼らず検査者の習熟度に大きく影響されずに撮影範囲を決定可能である。

（実施例１）
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明のX線断層撮影装置のハードウェア構成の一例を示す。この例では、頭頚部の撮影のための座位型X線診断装置を示しているが、X線断層撮影装置はCアーム型装置、CT装置、被検者回転型装置などでもよい。

図中、1はスキャナ、11はX線を照射するX線管、13は照射されたX線を検出する検出器、17はスキャナ支持器、18はほぼ被検者の体軸と一致するスキャナ回転軸、19はスキャナ駆動手段、2は照射するX線範囲を限定するコリメータ、29はコリメータ駆動手段、3は椅子、31は椅子支持器、39は椅子駆動手段、4は画像処理部、41はX線投影像及び可視光撮影像の入出力及びスキャナ駆動手段19と椅子駆動手段39とコリメータ駆動手段29との通信を行うインターフェースI/F、42は画像データを格納するメモリ、43は演算処理に必要な画像データを保存するハードディスク、44は演算処理を行うCPU、5は表示装置、6は外部入力装置、7は被検者、8は可視光を撮影し被爆を生じさせないカメラ、9は照明をそれぞれ示す。計測装置はこれらによって構成されている。

図2は図1に示した計測装置の内、スキャナ1に対するカメラ8及び照明9の配置について示す図である。カメラ8はX線管11の焦点からほぼ被検者7の体軸と一致するスキャナ回転軸18を中心に角度ｔだけずらした位置に配置する。スキャナ1を角度ｔだけ回転すると、このカメラ8によりX線管11の焦点位置から見た画像と同一の回転角度からの可視光画像を得られる。また照明9をカメラ8側から照らすことにより、被検者7に対して陰影の少ない画像を常に得ることができる。ここで、上記で使用する照明9はカメラ8と別体であったが、陰影の少なくするためにカメラ8のレンズ周囲に装着するリング状の照明が望ましい。さらに陰影を少なくするためには、光源を複数使用してさまざまな方向から被検体を照らすことも可能である。また、リングライトと複数の光源を使用すれば一層陰影を少なくすることが可能である。
カメラ8はスキャナ1の回転角度に同期して撮影を行う。被検者7の周囲360°回転撮影を行い、複数枚の角度同期回転撮影画像を得る。

図3はカメラ8により得た回転撮影画像を基に3次元再構成画像を生成する過程を示す図である。被検者7が椅子に座っていない状態でカメラ8により回転撮影を行い複数枚のマスク画像を得る。このマスク画像撮影の際には、椅子3は所定位置まで移動しておく。この所定位置は、例えば子供と大人の体格の差や、頭部、歯顎部、頚部などの部位に応じて複数設定できる。
また、カメラ8による撮影範囲はX線投影像に比べて広角であり、X線投影像を含む広い視野範囲を撮影する。或いは状況に応じてカメラ8による撮影範囲を拡大縮小することもできる。

また、マスク画像は被検者7を撮影する前に毎回撮影する必要は無く、上記予め定められた位置に於いて撮影した回転画像を画像処理装置内のハードディスク43に保存しておき、必要に応じてメモリ42に展開し、画像処理に用いることができる。
被検者7を椅子に座らせ、被検者7の体格と部位に応じて、椅子3の位置を椅子駆動手段39により移動する。そして被検者7が椅子3に座った状態でカメラ8にてスキャナ支持器14を回転させながら撮影を行い、複数枚のライブ画像を得る。

次に、ライブ画像から被検者7を抽出するために、先ず複数枚のマスク画像とライブ画像とを各角度毎に差分して画像を作成する。ここで使用するマスク画像は、ライブ画像の椅子3の位置と同じ位置で撮影したものである。カメラ8により得た画像がカラーである場合には、差分を行う前にグレイスケールでマッピングし、モノクローム表示に変換する。また画像マトリクスは128×128ピクセル以下で十分であるため、大きな画像マトリクスが得られるカメラである場合には、画素を規則的に間引いて使用する。

マスク画像とライブ画像間では、被検者7以外の椅子3や検出器13などの背景が同一であるため、これらの差分画像では被検者以外の背景の画素値はほぼ0となる。このため、例えば画素値が±20以外の領域を被検者抽出領域として抽出する。この被検者抽出領域の画素値を1、被検者抽出領域以外の背景の画素値を0とする被検者抽出画像を生成する。
なお、ここで椅子3は被検者7の撮影部位の後方からの画像を十分に得るためには極力小さなことが好ましい。例えば歯顎部を撮影する場合には、ヘッドレストとそれを支える部分はできるだけ幅を狭くして上記被検者抽出画像を十分に生成できるようにすることが望ましい。さらに望ましくは、ヘッドレストとそれを支える部分を透明な材質で構成すればより完全な被検者抽出画像が得られる。

回転撮影により得た複数枚の被検者抽出画像を基に、周知のFeldkamp法によるコーンビーム再構成演算をCPU44内で実行し、可視光3次元再構成画像を作成する。可視光3次元再構成画像は図1に示すハードディスク43に保存する。

3次元再構成画像表示では、上記3次元再構成画像保存によってハードディスク43に保存された可視光3次元再構成画像を図1に示すメモリ42に読み出し、メモリ42に読み出されたデータを表示装置5に表示する。再投影演算では、ハードディスク43に保存されている可視光3次元再構成画像をメモリ42に読み出し、CPU44内で、例えば[特許文献1]に開示の再投影演算手段により再投影演算を行い、可視光3次元再投影画像を作成する。以下、基本的に再構成画像は被検者の断層像を意味し、再投影像は再構成画像を構築して3次元の像にしたものを示すものとする。

また、ライブ画像と被検者抽出画像を基にして、ライブ画像の被検者の背景をブルースクリーンなどに置き換えた被検者抽出ライブ画像を生成する。この複数枚の被検者抽出ライブ画像を3次元再投影画像の被検者表面にテクスチャーマッピングし、被検者のカラー3次元投影画像を得ることもできる。

図4と5は、前記可視光3次元投影画像に、X線による透視再構成画像領域を重ねて表示することを示す図である。可視光3次元再構成画像はカメラ画像上でのスキャナの回転中心軸の位置及び、カメラと回転中心軸との幾何学的距離、画素サイズなどを基にして生成したものであるため、可視光3次元再投影画像上でスキャナの回転中心軸や回転面、回転中心などスキャナ1とカメラ8による幾何学的位置を再現できる。

またこれらの幾何学的位置は、同一のスキャナ上に配置されているX線管11及び検出器13によって得られるX線によるX線3次元再構成画像並びに透視3次元再投影画像の有する幾何学的位置と照合できる。
X線管11及び検出器13の設置位置に対して、カメラ8の設置位置を機械的に調整したり若しくはソフトで補正することにより可視光3次元投影画像上でスキャナ1の回転中心軸、回転面、回転中心などの幾何学的位置を合わせることも可能である。

X線による透視3次元再投影画像領域は、検出器13の形状により異なる。検出器13がイメージインテンシファイアのように円形の場合には、透視3次元再投影画像領域は球形となる。また、検出器13がフラットパネルのように長方形の場合には、透視3次元再投影画像領域は円柱形となる。透視3次元投影画像領域はスキャナ上の幾何学的条件と再構成条件によって決まるものであるため、毎回撮影をしなくても、検出器の形状や大きさなどに応じた再構成領域情報をモデルとして保持している。

このようにして得た、カメラ画像を基に生成した被検者の可視光3次元再投影画像と、X線による透視3次元再投影画像領域モデルを、図4や図5のように重ね合わせて表示することにより、現在座っている被検者体7のどの領域を、X線により透視3次元再投影できるのかを、画像化して表現できる。操作者は図1の表示装置を用いて、これらの重ね合わせ画像を確認することができる。

図6はカメラ系座標系とX線計測系座標系の相対的な移動を示す図である。
X線による透視3次元再投影画像領域モデル内に被検者7の計測したい部位が含まれない場合には、図1の外部入力装置を操作して、X線による透視3次元再投影画像領域モデルと、カメラ画像を基に生成した被検者の可視光3次元再投影画像とを相対的に移動して調整する。図6ではカメラ計測計座標に対して、X線計測系座標系を被検者正面方向に移動することにより、被検者の歯顎部全体をX線による3次元再投影画像領域に含まれるように設定したことを示している。このカメラ計測系座標系に対するX線計測系座標系の移動量は、図1に示す椅子駆動手段39に反映して位置決めを行う。

図7は検出器の視野サイズの変更を示す図である。
X線による透視3次元再投影画像領域を変更する場合には、図1の外部入力装置を操作して、X線による透視3次元再投影画像領域モデルを変更してより適切な3次元再投影画像領域を指定する。図7では図5に比べて大きい領域モデルを選択した結果を示している。広い領域モデルを選択することにより、より広範囲の3次元再投影画像を得ることができる。また、小さい領域モデルを選択することにより、注目する部のみの画像を詳細に得ると共に、被検者の被曝を抑えることもできる。このX線による透視3次元再投影画像領域モデルの変更は、図1に示す検出器13の位置やサイズ変更に反映させる。

図8はコリメータ2による視野サイズの変更を示す図である。
X線による透視3次元再投影画像領域を変更する場合には、図1の外部入力装置6を操作して、コリメータ2の羽根の位置を変更して透視3次元再投影画像領域を指定する。図8ではコリメータ2により上下方向の視野を制限した結果を領域モデルに反映した結果を示している。コリメータ2により被検者7の被曝が制限される領域を確認しながら、コリメータ2の設定を行うことができる。
図5に比べて大きい領域モデルを選択した結果を示している。広い領域モデルを選択することにより、より広範囲の3次元再投影画像を得ることが出きる。
視野サイズの変更は、コリメータ駆動手段29を介してコリメータ2を動作させることで設定する。

図9は、前記可視光3次元投影画像に、骨格などの解剖学的モデルを重ねて表示することを示す図である。カメラ8による可視光3次元投影画像は、X線による透視3次元投影画像とは異なり、体内の情報を持っていない為、頭蓋骨や歯額部のモデルなどをカメラ8による3次元投影画像に対して画像融合することにより、前記再構成領域の調整におけるガイドとして利用することができる。
頭蓋骨や歯額部のモデルなどをカメラによる可視光3次元投影画像に対して画像融合するには、カメラによる可視光3次元投影画像に対して、頭部モデルをテンプレートマッチングする方法や、過去のX線による透視3次元投影画像をテンプレートマッチングする方法等がある。

図10は本発明による本実施の形態の計測装置を示す図であり、カメラ8の焦点とX線管11の焦点間に距離sだけの縦方向ずれがある場合を示している。
カメラ8の焦点はX線管11の焦点から回転軸18の伸長方向の上方向に距離sだけずらして配置する。椅子3を上方向に距離sだけ移動すると、このカメラによりX線管球の焦点位置から見た画像と同一の視差の可視光画像を得る。この際にスキャナ回転軸18回りの回転角度は同一のものとなる。
X線による撮影を行う際には、椅子3の位置を下方向に同じ距離sだけ移動する。
例えば可視光3次元投影画像上でX線撮影領域を設定する場合に、図4と6に示すようなX線撮影領域を上下左右前後に移動することができるが、この際上記距離s分の視差を考慮する必要があることになる。

図11と12は図1に示した計測装置の構成の内、X線管11、コリメータ2、カメラ8についての配置の一例を示す図である。X線はX線管11の焦点111から放射口112に向けて照射される。放射口112から照射されたX線はコリメータ2によって照射範囲を絞られる。この放射口112とコリメータ2の間にミラー113を配置し、カメラ8の焦点81をミラー面に対してX線管の焦点位置の鏡像対象となる位置に配置する。なお、ミラーはハーフミラーであってもよい。このようにカメラの光軸とX線管の焦点を合せて配置することも可能である。この場合には、カメラ8での撮像結果は鏡像となるためX線での撮影結果と整合するためにCPU4などにおいて画像反転させることが必要となる。図12の構成の場合は、カメラ8の光軸とX線の焦点111から放射口112に沿ったX線光軸の間で視差(パララックス)が生じないため、カメラにより撮影された画像をスキャン計画用に視差分補正する必要が無くなり、処理速度を向上しながらコストを下げることが可能となる。

なお、本実施例では、主に歯顎部の撮影を行う歯科用CTに関して説明してきたが、本発明は、CT装置、X線Cアーム装置、手術用X線Cアーム装置、モバイルX線Cアーム装置にも利用できることは言うまでも無い。この場合、特にCT装置とX線Cアーム装置では透明なベッドや椅子を使用することで本発明を有効に実施可能となる。

従来技術のX線スキャン計画では、被検者を椅子やベッド上に位置させ、検査者は多くの場合リモートで経験や勘に頼って粗い位置決めを行い、透視をする、透視した画像を確認しながら繰り返し微調整を行う。微調整は多くの場合、アームの回転角0°，90°，0°と3回セットで透視して上下前後左右の位置上、撮影範囲に所望の領域が含まれるか調整する。上記微調整で位置を正確に出すためには、検査者には経験や勘が必要な上、被検者に被曝を強いていた。これに対して本願では、上記従来技術中の粗い位置決めは不要となり、被検者の体格に合わせて、椅子の高さを3段階程度に切り替えすることで対応できる。これは可視光カメラの画角をX線透視範囲に比較してはるかに広くすることが可能なため実現できる。ここで、上記3段階の椅子の高さとは、例えば男性，女性，子供である。

上記従来例の透視と微調整は、本願では可視光による回転撮影、画像再構成、3次元再投影に置き換えでき、操作はリモートで可能で、回転撮影は通常一回転で5秒、再構成は60秒程度、三次元再投影は30秒前後であるため、従来のX線スキャン計画と同程度もしくは短い時間で実行可能である。従来は経験と勘でX線撮影範囲を微調整していたものが、CPUなどを用いてX線撮影範囲を可視光3次元投影像上で自動設定させることも可能となり、正確に確実に時間のロス無くX線撮影範囲を決定できる。

（実施例２）
以下実施例2を説明する。
実施例2の構成は実施例1と基本的に同じで図1のような構成をで有する。
特に断らない限り同じ参照符号は同一部をあらわす。
図2は本発明による本実施の形態の計測装置を示す図であり、カメラ8の焦点とX線管11の焦点間に距離sだけの縦方向ずれがある場合を示している。
カメラ8の焦点はX線管11の焦点から回転軸18の伸長方向の上方向に距離sだけずらして配置する。このような配置では、可視光撮影系とX線撮影系とは、回転角度位置を有する。また、同じスキャナに固定されているため、同じ回転中心軸を共有している。しかしながら、取り付け位置が高さ方向に異なるため、それぞれ異なる回転平面を有する。また、視野範囲及び画像マトリクスも異なる。

図13は可視光撮影系とX線撮影系との関係について説明した図である。図2においてカメラを上方に配置しており、この上方に位置した可視光撮影系を破線で示している。これに対し下方に位置したX線撮影系は実線で示している。ここでz及びz’はスキャナの回転中心軸であり、可視光撮影系とX線撮影系とで一致している。回転面は可視光撮影系とX線撮影系とで異なり、可視光撮影系はx’−y’平面で表され、X線撮影系はx−y平面で表される。また、回転面に垂直な回転中心軸の周りに回転する画像平面は、可視光撮影系はu’−v’平面で表され、X線撮影系はu−v平面で表される。また、この画像平面上への回転中心軸(Center axis)及び回転面(Mid plane)の写像は、画像平面上の座標として、可視光撮影系の回転中心は(c’，m’)で表し、X線撮影系の回転中心は(c，m)で表す。なお、補正用ファントムは回転中心からずらして配置し、可視光撮影系と、X線撮影系とで同一位置の補正用ファントムを撮影する。

図14は可視光撮影系での補正用ファントムの撮影を示す図である。図16は可視光撮影系で撮影した補正用ファントム画像を示す図である。支持材及び基準点が確認できる。
図15はX線撮影系での補正用ファントムの撮影を示す図である。図17はX線撮影系で撮影した補正用ファントム画像を示す図である。支持材及び基準点が確認できる。
図16及び図17は共に同じ角度方向から撮影した補正用ファントム画像であるが、図13から図15に示したように、補正用ファントムの周りを回転しながら撮影するため、全角度方向からの補正用ファントム画像を取得する。この全角度方向からの補正用ファントム画像を加算することにより、図18及び図19の画像が得られる。回転撮影による基準点の軌跡が楕円で表示される。この楕円の長軸の中点を結んだ線が回転中心軸であり、この回転中心軸上の各長軸との交点に短軸をプロットし、短軸が0となる座標が回転面であり、この回転中心軸と回転面の交点が求める回転中心(c’，m’)と(c，m)である。回転中心の詳細の求め方については、［特許文献3］に記載されている。

図20及び図21は可視光撮影系とX線撮影系で撮影した補正用ファントム画像に、前記算出した回転中心座標を示した概念図である。補正用ファントムの画像上で特定可能な任意の基準点の座標(p’，q’)と(p，q)を画素輝度の重心などから求める。この基準点の座標(p’，q’)と(p，q)から、回転中心軸に下ろした垂線の距離はそれぞれ|p’−c’|と|p −c|で与えられる。以上によりX線撮影系に対する可視光撮影系の拡大率｜p−c｜／|p’−c’|が得られる。

図22は可視光撮影系で撮影した補正用ファントム画像とX線撮影系で撮影した補正用ファントム画像とを重ね合わせて位置関係を示した概念図である。X線撮影系で撮影した補正用ファントム画像に前記拡大率を乗じ、前記特定可能な任意の基準点を基にして、実際に重ね合わせることも可能である。ここで、可視光撮影系におけるX線撮影系の回転中心のv'座標Mは次式で与えられる。M＝q’−(q−m)・|p−c|／｜p’−c’|。
したがって可視光撮影系におけるX線撮影系の回転中心の'座標は(c'，M)で与えられる。
なお、本実施例では、主に歯顎部の撮影を行う歯科用CTに関して説明してきたが、本発明は、CT装置、X線Cアーム装置、手術用X線Cアーム装置、モバイルX線Cアーム装置にも利用できることは言うまでも無い。この場合、特にCT装置とX線Cアーム装置では透明なベッドや椅子を使用することで本発明を有効に実施可能となる。
なお、複数の基準点を用いて統計処理を行うことにより変換処理パラメータの確度を向上することも可能である。

以上の座標系間の変換処理パラメータの算出により、可視光撮影系のカメラを用いてX線撮影系の位置決めを正確に行うことができる。またこの算出方法により、X線管とカメラの取り付けの機械精度に依存せずに正確な位置決めができる。また、補正用ファントムの配置も簡便であり、容易に補正用パラメータを算出することができる。

本発明の実施の一形態による計測装置のハードウェア構成を示す図。本発明の実施の一形態によるスキャナに対するカメラ及び照明の配置について示す図。本発明の実施の一形態によるカメラにより得た回転撮影画像を基に3次元再構成画像を生成する過程を示す図。本発明の実施の一形態によるX線による再構成画像領域を重ねて表示することを示す図。本発明の実施の一形態によるX線による再構成画像領域を重ねて表示することを示す図。本発明の実施の一形態によるカメラ座標系とX線計測系座標系の相対的な移動を示す図。本発明の実施の一形態による検出器の視野サイズの変更を示す図。本発明の実施の一形態によるコリメータによる視野サイズの変更を示す図。本発明の実施の一形態による骨格などの解剖学的モデルを重ねて表示することを示す図。本発明の実施の一形態による計測装置を示す図。本発明の実施の一形態による計測装置を示す図。本発明の実施の一形態による計測装置の構成中、X線管11、コリメータ2、カメラ8についての配置の一例。本発明の実施の一形態によるカメラによる可視光撮影系とX線撮影系との関係を示す図。本発明の実施の一形態による可視光撮影系における回転中心と回転面及び補正用ファントムと撮影画像の関係を示す図。本発明の実施の一形態によるX線撮影系における回転中心と回転面及び補正用ファントムと撮影画像の関係を示す図。本発明の実施の一形態による可視光撮影系における補正用ファントムの撮影画像を示す図。本発明の実施の一形態によるX線撮影系における補正用ファントムの撮影画像を示す図。本発明の実施の一形態による可視光撮影系における補正用ファントムの撮影画像の加算処理結果を示す図。本発明の実施の一形態によるX線撮影系における補正用ファントムの撮影画像の加算処理結果を示す図。本発明の実施の一形態による可視光撮影系における補正用ファントムの撮影画像と回転中心並びに回転面、さらに基準点との関係を示す図。本発明の実施の一形態によるX線撮影系における補正用ファントムの撮影画像と回転中心並びに回転面、さらに基準点との関係を示す図。本発明の実施の一形態による可視光撮影系とX線撮影系との関係を示す図。従来技術による計測装置を示す図。

符号の説明

1 スキャナ、2 コリメータ、3 椅子、4 画像処理部、5 表示装置、6 外部入力装置、7 被検者、8 可視光カメラ、9 照明、11 X線管、12，13 検出器、17 スキャナ支持器、18 スキャナ回転軸、19 スキャナ駆動手段、29 コリメータ駆動手段、31 椅子支持器、39 椅子駆動手段、41 インターフェースI/F、42 メモリ、43 ハードディスク、44 CPU、81 焦点、111 X線源中心、112 放射口、113 ミラー

Claims

Ｘ線源からＸ線を照射し、Ｘ線源に対向して配置された検出器によって被検者を撮影するＸ線撮影手段と、前記Ｘ線源と前記検出器を被検者の周囲に回転させるスキャナ回転手段と、被検者を移動可能な被検者移動手段と、Ｘ線の照射範囲を可変的に制限するコリメータ手段とを有し、前記Ｘ線撮影手段で撮影した投影像から再構成演算手段によってＸ線３次元再構成画像の生成を行う画像処理装置を有するＸ線断層診断装置において、前記回転手段に載置し前記被検者を撮影する可視光撮影手段をさらに有し、前記画像処理装置は、前記可視光撮影手段と前記スキャナ回転手段を使用し、前記被検者が撮影範囲に存在しない時に撮影したマスク画像と、前記被検者が撮影範囲に存在する時に撮影したライブ画像とから、前記被検者の輪郭を抽出した回転撮影画像を生成し、さらにこの輪郭抽出回転撮影画像を基に可視光３次元再構成画像を生成することを特徴とするＸ線断層撮影装置。
前記画像処理装置は、前記可視光３次元再構成画像を基に作成した可視光３次元投影画像に、Ｘ線３次元再構成画像の領域又は骨格を含む解剖学的モデルの一方を重ねて表示することを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。