JP4505256B2 - コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業用あるいは医療用のコンピュータ断層撮影装置に関する。

近年、小型電子部品等を高分解能で検査するために、高分解能型の産業用のコンピュータ断層撮影装置（以下、ＣＴスキャナ）が作られている。

例えば、特許文献１で記載される従来公知のＣＴスキャナでは、Ｘ線管から発生して被検体を透過したＸ線ビームを２次元のＸ線検出器で検出し、被検体の透過画像を収集している。断面像を撮影する場合、被検体を１回転させながら多数の透過画像を収集するスキャンを行う。このようなスキャンにより得られた多数の透過画像をデータ処理して被検体の断面像を得る。断面像の再構成は通常、フィルター補正逆投影法（ＦＢＰ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法）が用いられている。ＦＢＰ法で多数の断面像を得た場合、これを重ね合わせて３次元画像とすることができる。

格子点に画素値を配分した形式のボクセルデータとして得られた３次元画像は、点群データ、ポリゴンデータ及びＳＴＬ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｒｉａｎｇｌａｔｉｏｎ Ｌａｎｇｕａｇｅ）データ等の形式に変換することができる。また、変換されたデータは、デジタルエンジニアリングに応用することができる。

図１４に示すのは、一般的なＣＴスキャナ１００を説明する簡単な構成図である。図１４（ａ）は平面図であり、図１４（ｂ）は正面図である。このＣＴスキャナ１００は、Ｘ線管１０１、Ｘ線検出器１０２及び回転テーブル１０３を備える。Ｘ線管１０１から発生されるＸ線ビーム１０４は、回転自在な回転テーブル１０３に載置される被検体１０５を透過して、Ｘ線管１０１に対向するＸ線検出器１０２で検出される。

このＣＴスキャナ１００は、Ｘ線幾何が自由に設定でき、様々な被検体１０５の測定に対応可能である点を特徴とする。被検体１０５を配置して回転テーブル１０３及びＸ線検出器１０２は、ｘ方向について移動させることで、焦点Ｆを有するＸ線管１０１との距離を変更することが可能である。このように、撮影距離ＦＣＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）と検出距離ＦＤＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）とを、連続的に変更することができ、被検体１０５に応じて撮影倍率（拡大率）（＝ＦＤＤ／ＦＣＤ）を自由に変更することが可能になる。

また、ＣＴスキャナ１００は、回転テーブル１０３をｚ方向（上下方向）に移動させることができる。このように、上下方向に被検体１０５を移動することで、被検体１０５の撮影部位を自由に変更することができる。

図１４において、断面像視野であるスキャン領域Ａは回転面上でＸ線ビーム１０４に包含される回転中心Ｃを中心とする円であり、撮影倍率が大きい程小さな円となる。なお、Ｘ線ビーム１０４は測定されるＸ線であり、Ｘ線ビーム１０４の外には測定されないＸ線が放出されている。このスキャン領域Ａは無理なく再構成ができる十分なデータが収集される領域のことで、回転軸方向（ｚ軸方向）に厚みを持った体積である。この厚みは、Ｘ線ビーム１０４に包含される厚みである。

ここで、Ｘ線検出器１０２の測定領域１０６が測定する空間を測定視野と定義すると、測定視野はＸ線ビーム１０４と一致する。被検体１０５が測定視野からはみ出させた状態で撮影した場合、通常は断面像が劣化するが、測定視野外のデータを外挿して求めてから再構成することで、画像を高品質にすることができる。これは例えば、特許文献２乃至６等に記載されている。

また、測定視野からはみ出る被検体１０５に対して回転中心を連続的にずらしながら何回転もさせて測定視野に収まらない大きな範囲の３次元画像を得ることが、例えば特許文献７及び８に記載されている。

従来の、被検体１０５が測定領域１０６からはみ出した際のデータの外挿処理は、特に２次元検出器を用いる場合、計算時間が係るという問題がある。

また、従来の測定視野に収まらない大きな３次元画像を得るスキャン方法は、再構成が複雑である。また、回転中心を回転と同期して精度良く移動させることが難しい。その為、実施が困難である。

上述した従来の技術によれば、大きな被検体の場合、測定視野に収まる範囲あるいはその近傍や測定範囲に収まらない範囲の高品質な３次元画像を簡単な処理で得ることができない。上記の問題を解決することができれば、高拡大率のスキャンを可能にし、高分解能な３次元画像を得ることが可能となる。
特開２００２−６２２６８号公報 特表２００３−５３４８５６号公報 特開２００２−３３６２３９号公報 特開２００２−３３６２３８号公報 特開２０００−３０８６３７号公報 特開平９−６６０５１号公報 特開２００２−２１９１２７号公報 特開平９−１６４１３３号公報

本発明では、測定視野に収まらない大きな被検体の３次元画像を、簡単な処理で得ることのできるＣＴスキャナを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、放射線源から照射され被検体を透過した放射線ビームを検出する放射線検出器と、前記被検体を載置する載置台と前記放射線ビームとに相対回転を与える回転手段と、前記回転手段で与えられた所定角度の回転の間に多数の回転の位置において前記放射線検出器で検出した多数の透過データを収集するスキャンを実施するスキャン制御部と、前記スキャンにより収集された多数の透過データから前記被検体の前記スキャンのスキャン領域に対応する３次元画像を作成する再構成部とを有するコンピュータ断層撮影装置において、
前記載置台を前記相対回転の回転軸に対して該回転軸と直交する方向に相対変位させて前記被検体を前記スキャン領域に対して移動させる移動機構部と、
前記移動機構部で変位する変位の量を制御する機構制御部と、
前記機構制御部で制御された複数の変位の位置それぞれで前記スキャン制御部が前記スキャンを実施してそれぞれで前記再構成部が作成した複数の前記スキャン領域に対応する３次元画像を前記制御された変位の量に基づき互いに合成して１つの合成３次元画像を作る画像合成部とを有することを要旨とする。

上記構成の本発明によれば、測定視野からはみ出る被検体に対し、変位位置を変えて得た複数の３次元画像を、この変位の量だけずらして合成している。これにより、簡易な合成処理を行うのみで測定視野に収まらない大きな範囲の断面像を得ることができる。

上記請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記再構成部は、前記各透過データに対し前記回転の面に沿った一端側に該一端のデータ値を持つ領域を拡張するとともに他端側に該他端のデータ値を持つ領域を拡張した拡張透過データを作成するデータ外挿手段と、前記拡張透過データに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行うフィルタリング手段と、逆投影を行う逆投影手段とを有することを要旨とする。

上記構成の本発明によれば、測定視野をはみ出る被写体に対し、簡易な処理で３次元の周辺部の画質を高め、３次元画像を広げることができる。また、これにより、少ない合成枚数で広い範囲の３次元画像を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記画像合成部は、前記複数の３次元画像の重なり部分を、滑らかに変化するウエイトを掛けて平均して合成することを要旨とする。

上記構成の本発明によれば、重なり部に若干の差異がある場合でも滑らかに繋がった合成画像を得ることができる。

請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれか１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記画像合成部は前記複数の３次元画像の重なり部分の差異が最小になるよう互いにずらして合成することを要旨とする。

上記構成の本発明によれば、画像の繋がりが正確になされない場合でも、これが調整されて、正確に繋がる合成画像を得ることができる。

請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記スキャンとして、前記相対回転の回転軸を前記放射線ビームの中央からずらして設定してオフセットスキャンを行うことを要旨とする。

上記構成の本発明によれば、オフセットスキャン再構成により、３次元画像を大きくできる効果がある。これにより、少ない合成枚数で広い範囲の３次元画像を合成することができる。

請求項１における領域の拡張は、透過データを検出してからフィルタリングを行う前までの間に行うもので、フィルタリング前に行う他の処理との前後関係は任意に取ることができる。なお、以下の実施例でいう「透過画像」、「検出強度」及び「投影データ」は処理段階での名称であり、請求項における「透過データ」に含まれる。

以上、説明したように本発明によれば、測定視野に収まらない大きな被検体の３次元画像を簡易な処理で得ることのできるＣＴスキャナが可能になる。またこれにより、被検体をＸ線焦点Ｆに近づけて拡大率を上げ、高分解能な断面像を得ることが可能になる。

以下に、図面を用いて本発明について説明する。

［実施例１］
図１に示しているのは、本発明の実施例１に係るＣＴスキャナ１Ａを説明する構成図である。図１において（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。

本発明に係るＣＴスキャナ１Ａは、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３、支持フレーム４，５、支持台６、ＸＹ移動機構７、回転・昇降機構８、ｙ方向移動機構９、ｘ方向シフト機構１０、機構制御部１１、データ処理部１２Ａ、入出力部１３、Ｘ線制御部１４及び高電圧発生器１５を備えている。

Ｘ線管２は、Ｘ線ビーム２０を発生する機能を有し、発生するＸ線ビーム２０の焦点Ｆが数μｍのマイクロフォーカスＸ線管を用いている。Ｘ線検出器３には、２次元半導体光センサにシンチレータを接着したＸ線フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を用いて、Ｘ線管２から発生されたＸ線ビーム２０のＸ線強度を検出する機能を有している。Ｘ線管２及びＸ線検出器３は、対向してそれぞれ支持フレーム４，５により支持されている。

支持台６は、被検体２１を載置するものであり、Ｘ線管２から発生されるＸ線ビーム２０が支持台６上に載置される被検体２１を透過して、Ｘ線検出器３により検出される。支持台６はＸＹ移動機構７によりｘｙ方向に移動（水平面内移動）可能である。

被検体２１は回転・昇降機構８でＸ線ビーム２０内で、断面像の撮影面２２に沿って回転されるとともに、撮影面２２に直角にｚ方向に移動（昇降）される。ＸＹ移動機構７及び回転・昇降機構８によりＸＹｚ方向に移動させることで、回転中心Ｃと被検体２１との位置関係が調整される。

支持台６は、回転軸２３とともに、ｙ方向移動機構９の操作により、Ｘ線ビーム２０を横切るように、図１中のｙ方向に移動される。また、ｘ方向シフト機構１０によりＸ線管２とＸ線検出器３の間をｘ方向に移動され、これにより、撮影距離ＦＣＤが変更される。

機構制御部１１は、これらのＸＹ移動機構７、回転・昇降機構８、ｙ方向移動機構９及びｘ方向シフト機構１０に対する操作を制御している。回転中心Ｃは、ｙ方向の移動により、Ｘ線ビーム２０の中央になるように調整される。

ここで、スキャン領域Ａは、回転軸２３を中心とし、回転中に測定されるＸ線ビーム２０に包含される円筒領域であり、ＲＲ方式によるスキャンにおいて、無理なく再構成ができる十分なデータが収集される領域である。

データ処理部１２Ａは、Ｘ線検出器３で検出されたＸ線強度から、透過画像を構成するための処理を行う機能や、透過画像から３次元画像を再構成する機能を有し、また、スキャンのシーケンスや３次元画像（断面像）を再構成するソフトウェア等が記憶されている。このデータ処理部１２Ａからの操作指令により、機構制御部１１で操作が行われる。データ処理部１２Ａはソフトウェアの機能ブロックとして、スキャンを制御するスキャン制御部１２ａ、データ外挿を行うデータ外挿部１２ｂ、３次元画像（断面像）を作成する再構成部１２ｃを有している。

入出力部１３は、ＣＴスキャナ１Ａを操作するための様々な操作指示を入力する機能や、データ処理部１２Ａで処理された処理結果を出力する機能を有している。たとえば、マウスやキーボードにより入力が行われ、ディスプレイ等に対して出力される。

データ処理部１２Ａと入出力部１３は通常のコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ、ディスク、キーボード、インターフェース等で構成される。操作者は入出力部１３を用いて、メニュー選択や条件設定、機構部手動操作、スキャンの開始、装置のステータス読み取りなどを行う。また、入出力部１３では、操作により得られた３次元画像（断面像）の表示などを行う。

Ｘ線制御部１４は、高電圧を発生する高電圧発生器１５と接続され、Ｘ線管２の管電圧、管電流を制御する機能を有している。管電圧及び管電流は被検体２１に合わせて自在に変えることができる。また、図示は省略しているが、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３及び被検体２１を含む部分を収納するＸ線の遮蔽箱がある。

ｘ方向シフト機構１０、ｙ方向移動機構９等には、図示していないエンコーダが取付けられており、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、ｙ値等が読み取られ、それぞれ機構制御部１１を介してデータ処理部１２Ａに入力される。

本発明の実施例１に係るＣＴスキャナ１Ａにおける、被検体２１が測定視野に収まらない、所謂はみ出しスキャンの場合の断面像の再構成の処理について以下に説明する。ここでいうはみ出しは、Ｘ線ビーム２０の回転軸２３に近い縁からのはみ出しであり、スキャン領域Ａからのはみ出しと一致する。この再構成は再構成部１２ｃとデータ外挿部１２ｂで行われる。ここでは、３６０°の回転で、撮影面２２の断面像１枚を再構成する場合を考える。

＜再構成処理＞
図２に示すのは、実施例１に係る再構成の処理を説明するフローチャートである。図３に示すのは、本再構成処理におけるデータ外挿を説明する図である。

本発明の実施例１に係るＣＴスキャナ１Ａで撮影が開始される場合、撮影面２２上の３６０°に回転されて撮影されたデータすべてに通常のＣＴスキャナと同様に、前処理が行われる（Ｓ０１）。前処理は、対数変換や検出チャンネルごとの感度補正等である。具体的には、対数変換と感度補正は、下記の式（１）で行われる。

Ｐ＝Ｌｎ（Ｉ₀／Ｉ）・・・（１）
この式で検出強度Ｉから投影データＰが計算される。ここで、Ｉ₀は、被検体２１が載置されていない場合の検出強度である。

次に、データ外挿の処理がされる（Ｓ０２）。図３を参照して具体的にデータ外挿の処理を説明する。ここでは、測定領域３０を包含するように、予め設定された拡張領域３１にデータを外挿する。すなわち、前処理後の各回転角ごとの投影データＰそれぞれに対し、測定領域３０の右側に右端のデータ値を外挿し、左側に左端のデータ値を外挿した拡張データが作成される。

ステップＳ０２でデータ外挿がされると、拡張した各回転角の投影データＰに対し、通常のＣＴスキャナと同様に、それぞれ｜ω｜に略比例する高周波フィルタリングを行う（Ｓ０３）。フィルタリングはコンボリューションで行うか、あるいは、フーリエ変換、フィルター関数掛け及び逆フーリエ変換で行う。ここで行われているフィルタリングは従来からＣＴスキャナで一般的に行われている方法である。

ステップＳ０３でフィルタリングされると、これにより得られた各投影データを、通常のＣＴスキャナと同様に逆投影して撮影面２２の断面像を得る（Ｓ０４）。

上述した実施例１に係るＣＴスキャナによれば、被検体２１が測定視野からはみ出したスキャンを行っても測定視野の縁で段差ができないように投影データを端部のデータ値で左右に拡張している。このような拡張を行わない場合、端部に段差が生じ、フィルタリングでこの段差が強調され、逆投影した際にスキャン領域の周辺及びその外側が壊された断面像となる。

端部のデータ値で拡張することで、段差のない画像を得ることができる。また、スキャン領域の周辺及びその外側が高品質な画像を得ることができる。特に、スキャン領域の外側もデータが壊されず、データ方位の欠落による劣化のみとなる。その為、スキャン領域の境界から外に向けてなだらかに画質が低下するだけで、スキャン領域外でもある程度使用可能な断面像となる。よって、再構成領域をスキャン領域より広くすることもできる。また、端部のデータ値を代入するだけの簡単な処理で、このような効果が可能となる。

このように、本発明の実施例１に係るＣＴスキャナ１Ａによれば、はみ出しスキャンの場合でも、簡単な処理でスキャン領域の境界付近及び隣接した外側部分の画質を高めることができる。また、これをもって、被検体２１が測定視野からはみ出したスキャンを行うことができる為、被検体２１をＸ線焦点Ｆに近づけて拡大率を上げて高分解能な断面像を得ることが可能になる。

［変形例１］
上述した実施例１では、１断面のみの再構成を行う場合を説明した。しかしながら、１回のスキャンで多数の断面を得るコーンビームスキャンに対しても、この再構成の方法を応用できる。即ち、コーンビームスキャンの場合、２次元のＸ線検出器３で得たデータ行列に対し、撮影面２２から外れたデータにもそれぞれ撮影面２２に沿って測定領域の左右に同様にデータを拡張すればよい。なお、コーンビームスキャンの再構成は良く知られているため（Ｌ．Ａ．Ｆｅｌｄｋａｍｐ,Ｌ．Ｃ．Ｄａｖｉｓ ａｎｄ Ｊ．Ｗ．Ｋｒｅｓｓ，“Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｏｎｅ−ｂｅａｍ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ”，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｖｏｌ．１，Ｎｏ．６ ，ｐ．６１２−６１９，１９８４）、ここでは詳述しない。

上述した実施例１において、フィルタリングにフーリエ変換、フィルター関数掛け及び逆フーリエ変換を採用する場合、領域の拡張は様々な方法が考えられる。図４に示すのは、領域の拡張に関する変形例である。測定領域３０に対する拡張領域３１の設定は、図４（ａ）乃至図４（ｃ）で示す何れの方法で設定してもよい。拡張領域３１全体をフーリエ変換するとき、拡張領域３１は左端と右端とが繋がった輪環のデータとみなされるからである。また、図４（ｂ）及び図４（ｃ）では、段差が一箇所できるが、測定領域３０の端部から隔たっているので、影響は無視できる。

また、実施例１において、データ外挿を利用した領域拡張（Ｓ０２）はフィルタリング（Ｓ０３）の直前に行っている。しかしながら、このデータ外挿は、ステップＳ０１の前処理と一緒に、または、前処理の前に行っても良い。このようにした場合にも後のステップＳ０３フィルタリングの際には同じデータとなることは容易に理解できる。

実施例１におけるはみ出しスキャンの再構成は、通常スキャン（３６０°回転）でなくハーフスキャン（１８０°＋ファン角回転）の場合にも対応させることができる。一例としては、従来のハーフスキャンのＦＢＰ法再構成において、フィルタリング直前に前述の領域拡張（データ外挿）を行った後に、フィルタリングと逆投影を行えば、本発明のはみ出しスキャン再構成となる。そして、通常スキャン同様の効果をあげることができる。

実施例１に係るはみ出しスキャンの再構成は、通常のスキャンのみではなく、オフセットスキャンにも適応できる。ｙ方向移動機構９で回転中心Ｃをずらして設定してオフセットスキャンを行う。図５はオフセットスキャンを説明する図である。ここで、スキャン領域Ａは、回転軸２３を中心とした、Ｘ線ビーム２０の遠いほうの縁に接し、回転軸方向がＸ線ビーム２０に包含される円筒領域である。また、ここでいうはみ出しは、Ｘ線ビーム２０の回転軸より遠い縁からのはみ出しであり、スキャン領域Ａからのはみ出しと一致する。

オフセットスキャンは通常のスキャンと異なった再構成が必要である。具体的な再構成の方法については、例えば特開２０００−２９８１０５号公報や、特開２００４−４５２１２号公報などでも使用されている公知の技術であるので説明を省略する。この再構成に対し、例えばフィルタリング直前に前述のデータ外挿である領域拡張を追加すると、本発明のはみ出しに対応する再構成となる。

＜再構成処理＞
図６乃至図８を用いて変形例１に係るＣＴスキャナのオフセットスキャンの場合の再構成の一例について説明する。図６に示すのは、変形例１に係るＣＴスキャナのオフセットスキャンの場合の再構成を説明するフローチャートである。

変形例１に係るオフセットスキャンを行う際も、図２及び３において説明した実施例１の場合と同様に、始めに前処理が行われる（Ｓ１１）。前処理がされると、次に窓関数掛けがされる（Ｓ１２）。

窓関数掛けは、図７に示す方法で行われる。図７では、前処理のされたデータ（ａ）に、回転中心ｎcの左右で傾きが対象な０から１に変化する窓関数（ｂ）を掛けたデータ（ｃ）を求めることで行われる。なお、窓関数掛けに関する具体的な説明は、例えば上述した特開２０００−２９８１０５号公報でも記載される一般的な方法であるので省略する。

ステップＳ１２で窓関数掛けがされると、データ外挿がされる（Ｓ１３）。データ外挿については図８で示しているが、上述した実施例１の場合と同様に測定領域３０を包含する拡張領域３１に対し、測定領域３０の右側に右端のデータ値を外挿し、左側に左端のデータ値を外挿して行われる。

ステップＳ１３のデータ外挿に続いて、フィルタリングされ（Ｓ１４）、その後、逆投影される（Ｓ１５）ことで窓関数掛けが行われる。なお、ステップＳ１３からＳ１５のデータ外挿、フィルタリング及び逆投影は、図２及び図３で説明したステップＳ０２からＳ０４における処理と同様の方法である。

なお、特開２００４−４５２１２号公報で説明される方法で再構成を行う場合には、窓関数掛けの代わりに、リバース変換処理を行う。

オフセットスキャンの場合は、上述した実施例１と同様の効果を得ることができるとともに、スキャン領域Ａが広がるので、再構成領域を大きくできる効果がある。

実施例１におけるはみ出しスキャンの再構成は、回転とＺ移動を同時に行う、ヘリカルスキャンの場合にも適応できる。例えば、従来のヘリカルスキャンのＦＢＰ法再構成において、フィルタリング直前に前述のデータ外挿である領域拡張を行えば、本発明のはみ出しスキャン再構成となる。そして、通常のスキャンと同様の効果を得ることができる。

前述のハーフスキャン、オフセットスキャン、ヘリカルスキャンは、前述した通常のスキャンの変形と同様な変形が可能である。具体的には、多数の断面を一度で得るスキャンでも良く、データ外挿である領域拡張に任意性があり、領域拡張を行うステップの任意性がある。

［実施例２］
図９に示すのは実施例２に係るＣＴスキャナ１Ｂの構成を示す正面図である。実施例２に係るＣＴスキャナ１Ｂが実施例１に係るＣＴスキャナ１Ａと異なる点は、データ処理部１２Ｂにソフトウェアの機能ブロックである画像合成部１２ｄを有する点である。

実施例２に係るＣＴスキャナ１Ｂは、ＸＹ移動機構７により、被検体２１をスキャン領域Ａに対して複数位置に移動させ、各位置でスキャンを行い、複数の断面像を得て、それらを合成して、広範囲の断面像を得るものである。

図１０に示すのは、単一のスキャンによるスキャン領域Ａと再構成領域Ｒを示す一例である。再構成領域Ｒは任意に設定できるが、図１０では、スキャン領域Ａに外接する正方形を若干縮小した正方形を例にして説明している。再構成領域Ｒの一部は、スキャン領域Ａからはみ出ているが、再構成は実施例１で上述したはみ出し対応の再構成を用いるので、スキャン領域Ａの外でも近接した部分であれば十分な画質が保たれた画像を得ることができる。

図１１に示すのは、画像合成を説明する図である。被検体２１の大きさにより、４枚合成、６枚合成、９枚合成等の合成枚数を選択してスキャンを開始させると、図１１で示すように画像合成部１２ｄにより合成された断面像が作られる。合成枚数は、通常、被検体２１全体の断面像が得られるように設定するが、これに限られず、必要な範囲が入るように設定すればよい。

再構成領域Ｒの一辺の実空間での長さをＬとすると、ＬはＦＣＤ値及びＦＤＤ値から求められ、ＸＹ移動機構７の移動距離が決められる。４枚合成の場合、例えば、被検体２１の中央が回転軸２３に合う位置を基準に、（Ｘ，Ｙ）を順番に（−Ｌ／２，−Ｌ／２）、（Ｌ／２，−Ｌ／２）、（Ｌ／２，Ｌ／２）、（−Ｌ／２，Ｌ／２）と動かし、各位置でスキャンを行い、取得した各再構成領域の画像Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄を図１１（ａ）で示すように合成する。この画像合成は、ＸＹ送り量ピッチであるＬ分で中心をずらして重ね合わせることで行われる。

本発明の実施例２によれば、測定視野をはみ出る被検体２１に対し、複数スキャンで複数断面像を得て簡易な合成処理を行うのみで、測定視野に収まらない大きな範囲の断面像を得ることができる。また、測定視野に収まらない大きな範囲の断面像が得られるので、被検体２１をＸ線焦点Ｆに近づけて拡大率を上げて高分解能な断面像を得ることが可能になる。

また、はみ出しスキャンの場合でも、簡易なデータ外挿である領域拡張処理で、スキャン領域の境界付近及び隣接した外側部分の画質を高めることができ、再構成領域Ｒを広げることができるので、少ない合成枚数で広い範囲の断面像を得ることができる。すなわち、少ないスキャン回数で広い範囲の断面像を得ることができる。

［変形例２］
実施例２の単位スキャンに関わる変形は、上述した実施例１のすべての変形が適応できる。具体的には、多数の断面を一度で得るスキャンでも良く、データ外挿である領域拡張に任意性があり、領域拡張を行うステップの任意性がある。また、スキャンの方法は、ハーフスキャン、オフセットスキャン及びヘリカルスキャンの何れを利用しても良い。

上述した実施例２で、各ＸＹ移動位置を再構成領域Ｒ同士が接続部で重なり合うように設定しても良い。重なるように設定した場合、重なった部分でウエイトを掛けて平均して画像を得る。

図１２に示すのは、ウエイト掛けをした画像合成を説明する図である。重なり部で一方の画像Ｒ₁ は１から０に変化するウエイトＷ₁を掛け、他方の画像Ｒ₂ は０から１に変化するウエイトＷ₂ を掛ける。図１２に示す例では、ウエイトＷ₁，Ｗ₂ は直線状に変化しているが、これに限られず、滑らかに変化し、Ｗ₁＋Ｗ₂＝１であればよい。このようにウエイト掛けすることにより、重なり部に若干の差異がある場合でも、滑らかに繋がった合成画像が生成される。

また、図１２に示すような横方向合成だけでなく、縦横合成の場合も同様に、ウエイト掛け合成できる。すなわち、図１１（ｃ）の９枚の合成の場合、例えばまず始めに、横方向を帯状にウエイトがけ合成し、生成された３枚の帯状の画像を縦方向にウエイト掛け合成すればよい。また、これと等価な計算をＲ₁、Ｒ₂、…、Ｒ₈、Ｒ₉の順で合成することもできる。若しくは、任意の順番で合成することもできる。

さらに、ウエイト掛け合成する前に、重なり部の平均画素値を一致させるような係数を画像ごとに掛けて、その後、ウエイト掛け画像合成するとさらに滑らかに繋がる画像合成ができる。この係数は、画像毎に一定値でもよいが、より好ましくは、重なり部からその外に掛けてなだらかに変化するように設定する。

実施例２において、ＸＹ制御の位置決め停止精度が悪い場合、制御目標値でなく、実測の停止位置を用いて画像合成を行うようにしても良い。即ち、各画像の中心間の位置関係を、この実際に測定したＸＹ位置に合わせるようにして合成する。

実施例２で、各ＸＹ移動位置を再構成領域Ｒ同士が接続部で重なり合うように設定して、合成時、重なり部分の数値の差異が最も少なくなるように縦横方向を調整して合成しても良い。これは例えば、機構制御位置を中心に、重ね合わせをｘｙ方向にラスター状にステップ移動させ、重なり部の平均の絶対値の画素値差が、一番小さな移動位置を求めてこの位置で合成する。これにより、Ｌの数値等に誤差がある場合、この誤差が調整されて、正確に繋がる合成画像が生成される。また、Ｌの数値の誤差のみが予想される場合は、画素値差計算はラスター状でなく、画像中心を結ぶ方向にのみステップ移動させて行えばよい。

実施例２で被検体２１をｚ方向にも複数位置に移動させ、各位置でスキャンをしてｚ方向にも画像合成することが可能である。またこのとき、ｚ方向の再構成領域Ｒが重なるようにして、前述したウエイト掛け合成や移動調整合成を行うようにしても良い。

実施例２で、拡大率を変えた画像間の画像構成も可能である。図１３に示すのは、画像の拡大率を変えた画像の画像合成を説明する図である。

たとえば実施例２で上述したように、ＸＹ方向に被検体２１を移動させて各画像Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃及びＲ₄を得た後、さらに、被検体２１の注目部位が回転軸２３に合うように移動させ、ＦＣＤやＦＤＤを変えて拡大率を上げてスキャンを行う。このＸＹ移動位置を（Ｘ₅，Ｙ₅）とし、得られた断面像の一辺をＬ₅とすると、図のように、各画像中心位置を位置決めして画像合成を行う。

画像Ｒ₅の領域は、分解能の高いＲ₅を用いる。そして、全体の画素サイズ（被検体上での画素サイズ）は、最小の画像Ｒ₅の画素サイズで統一するように、再編成する。このように再編成することで、注目部位で分解能が高く、範囲が広い合成画像を短時間で作ることができる。また、この拡大率を変えた画像合成は、Ｌ₅を変えながら、Ｒ₅と他画像の重なり部の平均画素値差を計算して画素値差が最も小さなＬ₅を見つけて合成することで拡大率の誤差を補正した合成画像を得ることができる。ここで、注目部位は何箇所でも良く、拡大率もそれぞれ任意に設定できる。

実施例２で、画像合成は、ピクセルデータとして得られた２次元画像やボクセルデータとして得られた３次元画像で行っているが、ピクセルデータやボクセルデータを点群データ、ポリゴンデータ又はＳＴＬデータ等の形式に変換してから合成することもできる。

また、上述した構成を組み合わせて変形することもできる。

［変形例３］
上述した各実施例では、放射線としてＸ線を用いたが、これに限られることはなく、他の透過性放射線でもよい。

また、上述した各実施例では、２次元のＸ線検出器としてＦＰＤを用いたが、ＦＰＤに限られるものではない。なお、２次元の検出器ではなく、撮影面２２に配置した１次元の検出器を用いても良い。

さらに、機構動作は相対的に等価であれば、他の機構方法に対しても適応することができる。例えば、回転は被検体２１で行っているが、Ｘ線管２とＸ線検出器３を一体で回転させても同様である。この場合、ＸＹ移動についても、被検体２１を移動させても、Ｘ線管２とＸ線検出器３を回転軸ごと移動させてもよい。また、ｚ移動も同様である。

本発明によるＣＴスキャナは産業用であっても医療用また、他の用途であってもはみ出しスキャンの再構成を容易に可能とする。また、複数の３次元画像を得て簡単な合成処理を行うのみで、測定視野に収まらない大きな被検体または広い範囲の３次元画像を得ることができる。

本発明に係る実施例１のＣＴスキャナの構成図。 本発明に係る画像再構成処理の流れを説明する図。 本発明に係る画像再構成処理におけるデータ外挿を説明する図。 本発明の変形例１に係る画像再構成処理におけるデータ外挿を説明する図。 本発明の変形例１に係るオフセットスキャンを説明する図。 本発明の変形例１に係るオフセットスキャンの画像再構成処理の流れを説明する図。 本発明の変形例１に係るオフセットスキャンの画像再構成処理における窓関数掛けについて説明する図。 本発明の変形例１係るオフセットスキャンの画像再構成処理におけるデータ外挿を説明する図。 本発明に係る実施例２のＣＴスキャナの構成図。 本発明に係るスキャン領域Ａと再構成領域Ｒを示す図。 本発明に係る画像合成を説明する図。 本発明に係るウエイト掛け画像合成を説明する図。 本発明に係る拡大率の異なる画像による画像合成を説明する図。 一般的なＣＴスキャナの簡単な構成図。

符号の説明

Ａ…スキャン領域
Ｃ…回転中心
Ｆ…焦点
Ｐ…投影データ
Ｒ…再構成領域
１Ａ,１Ｂ…ＣＴスキャナ
２…Ｘ線管
３…Ｘ線検出器
４，５…支持フレーム
６…支持台
７…ＸＹ移動機構
８…回転・昇降機構
９…ｙ方向移動機構
１０…ｘ方向シフト機構
１１…機構制御部
１２Ａ,１２Ｂ…データ処理部
１２ａ…スキャン制御部
１２ｂ…データ外挿部
１２ｃ…再構成部
１２ｄ…画像合成部
１３…入出力部
１４…Ｘ線制御部
１５…高電圧発生器
２０…Ｘ線ビーム
２１…被検体
２２…撮影面
２３…回転軸
３０…測定領域
３１…拡張領域
１００…ＣＴスキャナ
１０１…Ｘ線管
１０２…Ｘ線検出器
１０３…回転テーブル
１０４…Ｘ線ビーム
１０５…被検体
１０６…測定領域

Claims (5)

1. 放射線源から照射され被検体を透過した放射線ビームを検出する放射線検出器と、前記被検体を載置する載置台と前記放射線ビームとに相対回転を与える回転手段と、前記回転手段で与えられた所定角度の回転の間に多数の回転の位置において前記放射線検出器で検出した多数の透過データを収集するスキャンを実施するスキャン制御部と、前記スキャンにより収集された多数の透過データから前記被検体の前記スキャンのスキャン領域に対応する３次元画像を作成する再構成部とを有するコンピュータ断層撮影装置において、
   前記載置台を前記相対回転の回転軸に対して該回転軸と直交する方向に相対変位させて前記被検体を前記スキャン領域に対して移動させる移動機構部と、
   前記移動機構部で変位する変位の量を制御する機構制御部と、
   前記機構制御部で制御された複数の変位の位置それぞれで前記スキャン制御部が前記スキャンを実施してそれぞれで前記再構成部が作成した複数の前記スキャン領域に対応する３次元画像を前記制御された変位の量に基づき互いに合成して１つの合成３次元画像を作る画像合成部と、
   を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
2. 請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
   前記再構成部は、前記各透過データに対し前記回転の面に沿った一端側に該一端のデータ値を持つ領域を拡張するとともに他端側に該他端のデータ値を持つ領域を拡張した拡張透過データを作成するデータ外挿手段と、前記拡張透過データに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行うフィルタリング手段と、逆投影を行う逆投影手段とを有する
   ことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
3. 請求項１又は２に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記画像合成部は、前記複数の３次元画像の重なり部分を、滑らかに変化するウエイトを掛けて平均して合成することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記画像合成部は前記複数の３次元画像の重なり部分の差異が最小になるよう互いにずらして合成することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１に記載のコンピュータ断層撮影装置において、前記スキャンとして、前記相対回転の回転軸を前記放射線ビームの中央からずらして設定してオフセットスキャンを行うことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。

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