JP4609643B2

JP4609643B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4609643B2
Application number: JP2005027254A
Authority: JP
Inventors: 正之亀川; 武人岸; 修平大西
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: JP2006214841A

Description

本発明は、例えばプリント配線基板等に搭載されている電子部品等、工業製品の内部欠陥や内部構造等を非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、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に、Ｘ線光軸に直交する軸の回りに回転する回転ステージを配置し、その回転ステージ上に被写体を保持した状態でＸ線を照射しつつ、回転ステージを所定の微小角度ずつ回転させるごとにＸ線検出器からの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、回転ステージの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。

コーンビーム状のＸ線を用いるコーンＣＴ装置においては、１回のＣＴ撮影により、回転軸方向に連続するように多数枚の断層像を再構成することのできるＸ線透過データが得られるのであるが、そのなかから、実際に再構成演算を行いたい範囲、つまりスライス範囲を設定することにより、必要な枚数だけ再構成演算を実行して断層像を得る。そのスライス範囲の設定に際しては、従来、被写体のＸ線透視像を表示器に表示し、その表示画面上に、スライス範囲の境界に対応するカーソルを移動可能に設ける手法が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１８５６０１号公報

ところで、被写体のＸ線透視像上でスライス範囲を設定する従来の方法では、第一に、Ｘ線を照射しないとスライス範囲を設定することができないという問題がある。第二に、撮影倍率を大きくすべくＸ線源と被写体との距離を接近させた状態では、被写体のＸ線透視像は部分的なものとなり、被写体の全体像が得られず、被写体の種類によってはスライス範囲の設定が困難となる場合がある。第三に、図３に模式的な平面図を例示するように、Ｘ線源（焦点）３１とＸ線検出器３２の受光面中心を結ぶＸ線光軸Ｌに対して、被写体Ｗの回転軸中心軸Ｒをずらせた状態でＣＴ撮影する、オフセットスキャンと称される手法を採用する場合には、Ｘ線検出器３２には被写体Ｗを透過したＸ線の一部しか入射しないため、被写体ＷのＸ線透視像は部分的に欠落したものとなり、スライス範囲の設定が困難となる場合がある。

本発明はこのような従来のＸ線ＣＴ装置における諸問題点を一挙に解決することをその課題としている。

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線源とＸ線検出器の間に、被写体を保持してＸ線光軸に直交する回転軸を中心として回転する回転ステージが配置されているとともに、その回転ステージ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、上記回転ステージ上の被写体を上記回転軸に直交する方向から撮影する光学カメラと、上記回転ステージを回転させて複数の角度から上記光学カメラで撮影した被写体の複数の外観像をそれぞれ選択的に１枚もしくは複数枚表示する表示手段と、その表示手段により表示されている外観像のうちの任意の外観像上で、断層像の再構成の計算範囲を設定する設定手段を備え、上記再構成演算手段はその設定された範囲に相当する領域のみ断層像を計算す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、上記設定手段により設定された計算範囲が、１回のＣＴ撮影による撮影領域を越えている場合、その設定手段により設定された計算範囲に対応する領域のＸ線透過データを採取すべく、ＣＴ撮影に際して上記回転ステージを上記回転軸方向に自動的に移動させる制御手段を備えている構成（請求項２）を採用することもできる。

本発明は、回転ステージ上の被写体を、回転軸に直交する方向から光学カメラで撮影し、その撮影された被写体の外観像上でスライス範囲の設定を可能とすることによって、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、回転ステージ上の被写体を回転軸に直交する方向から撮影する光学カメラを設け、その光学カメラにより撮影された被写体の外観像を表示器に表示し、その外観像上で断層像の再構成の計算範囲、つまりスライス範囲を設定できるようにする。これにより、Ｘ線を照射することなくスライス範囲の設定が可能であり、また、Ｘ線源およびＸ線検出器とは無関係に被写体を撮影するが故に、Ｘ線による撮影倍率に影響されることなく被写体の全体像を撮影することができるとともに、オフセットスキャンの場合でも被写体の全体像を撮影することが可能となる。

また、回転ステージを回転させて複数の角度から撮影した被写体の複数の外観像を選択的に表示し、その任意の外観像上でスライス範囲設定可能なように構成しているので、オペレータはスライス範囲を設定するために最も適した外観像を用いてスライス範囲の設定が可能となる。

そして、請求項２は以上の本発明の構成に基づいて得られる情報を利用するものであって、被写体の外観像上で設定した計算領域が、１回のＣＴ撮影によりカバーできない場合に、その設定された計算領域に従ってＣＴ撮影時における回転ステージの回転軸方向への移動を自動的に行う。これは、コーンＣＴ、あるいはマルチスキャンのいずれの場合においても採用可能である。

本発明によれば、回転ステージ上の被写体を光学カメラにより回転軸に直交する方向から撮影し，その外観像上で断層像の計算範囲を設定するので、計算範囲の設定時に、従来のようにＸ線を照射する必要がなく、また、Ｘ線による撮影倍率を高くした状態あるいはオフセットスキャン時においても、従来のＸ線透視像上で設定する場合のように被写体像の一部が欠落することがなく、オペレータによる設定作業の容易化を達成することができる。

しかも、被写体を複数の方向から撮影した複数の外観像のうち任意のものを用いて計算範囲の設定を可能としているので、オペレータが計算範囲を設定するのに最も適した外観像上で設定を行うことが可能となり、その設定の作業性をより向上させることができる。

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を搭載するための回転ステージ３が配置されている。この回転ステージ３は、Ｘ線源１からのＸ線光軸Ｌ方向（ｘ軸方向）に直交するｚ軸方向に沿った回転軸Ｒを中心として回転が与えられるとともに、ステージ移動機構４によって互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動できるようになっている。

Ｘ線源１は高電圧発生装置１０から供給される管電圧、管電流に応じたコーンビーム状の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、回転ステージ３およびステージ駆動機構４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はコンピュータ５の制御下に置かれている。コンピュータ５には、装置に対して各種指令を与えるためのマウスやキーボード等からなる操作部５ｂと、後述する被写体Ｗの断層像や外観像を表示するための表示器５ａが接続されている。

ＣＴ撮影に際しては、被写体Ｗを回転ステージ３上に載せてＸ線を照射しつつ、ステージコントローラ１２からの駆動信号によって回転ステージ３に回転軸Ｒを中心とした回転を与え、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６に取り込む。ＣＴ画像再構成演算装置６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の断層像を再構成して、コンピュータ５を通じて表示器５ａに表示する。

さて、回転ステージ３の側方には、その回転ステージ３上の被写体Ｗを回転軸Ｒに直交する方向から撮影するためのＣＣＤを主体とする光学カメラ８が設けられている。この光学カメラ８は回転ステージ３の回転軸Ｒに対して常に一定の位置において被写体Ｗを撮影することができ、具体的には、回転ステージ３のｘ，ｙ，ｚ軸方向への移動に際してこれと一体に移動する連結部材に取り付けられるか、あるいは、装置フレーム等に取り付けられ、被写体Ｗの撮影を行う旨の指令を操作部５ｂを操作して与えたときに、自動的にステージコントローラ１２を駆動制御して回転ステージ３を光学カメラ８に対してあらかじめ設定されている一定の位置に移動させるように構成することもできる。

光学カメラ８による被写体Ｗの撮影は、操作部５ｂからの指令により行われる。この撮影指令を与えると、回転ステージ３をあらかじめ設定されている角度ずつ回転させ、複数の方向から被写体Ｗを撮影する。光学カメラ８からの被写体Ｗの映像信号はキャプチャーボード等の画像取込回路９を介してコンピュータ５に取り込まれる。コンピュータ５では、その各方向からの被写体Ｗの映像信号を記憶し、これらのうち、操作部５ｂで選択されたものを表示器５ａに表示する。そして、この表示器５ａに表示されている被写体Ｗの外観像上で、上下２本のカーソルを用いて、断層像の計算範囲を設定することができる。

図２に表示器５ａによる表示例を示す。この例では、表示器５ａの画面上に断層像を表示するための領域Ａｓと、外観像Ｐを表示するための領域Ａｐが設定されており、外観像Ｐに重畳させて、断層像の計算範囲の上下限に対応する２本のカーソルＣ１，Ｃ２を表示している。各カーソルＣ１，Ｃ２は操作部５ｂの操作によって任意に上下動させることができ、これらのカーソルＣ１，Ｃ２でｚ軸方向所要範囲を囲み、設定完了の旨の指令を操作部５ｂの操作により与えると、その設定内容がＣＴ画像再構成演算装置６に供給される。ＣＴ画像再構成演算装置６では、ＣＴ撮影により取り込んだ被写体ＷのＸ線透過データを用いて、カーソルＣ１，Ｃ２で囲まれた範囲に相当する領域についてのみ、断層像を再構成演算する。

このような断層像の計算範囲の設定方法によると、Ｘ線源１からＸ線を照射することなく設定が可能であり、また、既にＸ線を照射している状態において、ＣＴ撮影倍率を高くしている場合、あるいはオフセットスキャンによりＣＴ撮影を行う場合に、Ｘ線透視像では被写体Ｗの一部しか透視像が得られないのに対し、以上の実施の形態では、常に被写体Ｗの全体像を用いて設定でき、しかも、複数の方向から撮影した複数の被写体Ｗの外観像のなかから、オペレータが最も設定しやすい像を選択して設定できるので、断層像を得たい領域を直感的に把握して設定することができる。

なお、表示器５ａに表示されている被写体Ｗの外観像Ｐ上のｚ軸方向への距離と、実態の被写体Ｗ上でのｚ軸方向への距離（実寸法）、および、Ｘ線検出器２に入射した被写体ＷのＸ線透過データ上でのｚ軸方向への距離は、以下に示すように対応付けることができる。まず、外観像Ｐ上の寸法については、あらかじめスケールを用いたキャリブレーションを行うか、あるいは既知距離だけ回転ステージ３をｚ軸方向に移動させ、そのときの画面上での移動量を計測するキャリブレーションを行うことにより、外観像Ｐ上での距離と実寸法とを対応付けることができる。また、Ｘ線検出器２に入射した被写体ＷのＸ線透過データ上での距離については、Ｘ線源１の焦点位置に対する回転ステージ３およびＸ線検出器２の位置関係に基づく撮影倍率から実寸法との対応付けが可能であり、あるいは上記と同様に、回転ステージ３をｚ軸方向に既知距離だけ移動させたときのＸ線透視像上での移動量を計測するキャリブレーションによってもＸ線検出器２に入射したＸ線透過像データ上での距離と実寸法とを対応付けることができる。このようなキャリブレーションを前もって行っておくことにより、表示器５ａに表示されている被写体Ｗの外観像Ｐ上で断層像の計算範囲をカーソルＣ１，Ｃ２を用いて設定することにより、その範囲を正確にＸ線透過データ上で特定することができる。

また、光学カメラ８による被写体Ｗの外観像Ｐにおいては、奥行きが存在し、カーソルＣ１，Ｃ２を用いて計算範囲の上下限位置を指定する場合、オペレータにとってはどの位置を指定したのか判りにくい。そこで、光学カメラ８のピント面を例えば回転軸Ｒ上に固定し、カーソルＣ１，Ｃ２による指定位置は回転軸Ｒ上と決めておく。これにより、オペレータは外観像Ｐ上でピントが合っている位置において計算範囲を設定すべくカーソルＣ１，Ｃ２を位置決めすればよい。

ここで、以上の実施の形態において、カーソルＣ１，Ｃ２により設定した断層像の計算範囲が、１回のＣＴ撮影による撮影領域を越えている場合には、設定された範囲をカバーできるＸ線透過データを採取すべく、設定内容に従って自動的に回転ステージ３をｚ軸方向に移動させ、複数回にわたってＣＴ撮影を行うように構成することができる。この機能は、マルチスキャンタイプのＣＴ装置にも適用することができる。すなわち、マルチスキャンを行う場合においては、設定された断層像の計算範囲を過不足なくカバーするＸ線透過データを採取すべく、その設定内容に応じて回転ステージをｚ軸方向に移動させながらＣＴ撮影を行うのであるが、その設定に被写体の外観像を用いることができる。

なお、マルチスライスについて述べると、マルチスライスには実際には２通りの使い方がある。その一つは、１枚もしくは３枚などの少数の枚数の２次元断層像を積層して３次元画像を構築するマルチスキャンであり、この場合は、前記したＣ１とＣ２の間で一方の端部から順にスライス位置に対応する断面を図１に示す中央面（回転軸Ｒに垂直でかつＸ線光軸Ｌを通る平面）に重なるように、回転ステージ３のｚ軸位置を調整し、回転ステージ３を回転させ１枚もしくは３枚などの少数の枚数の２次元断層像を得て、この作業を複数回繰り返して、それぞれのスキャンで得られた断層像をｚ軸方向に重ねていくことによって３次元画像を構築する。

他の一つはコーンＣＴであって、ある程度まとまった枚数の断層像を１回のスキャンで得る。これは上記の方式に比べて撮影時間を大幅に短縮できるメリットがある。画像歪みが許容できる範囲になるようにあらかじめ決められた回転軸方向の範囲を越えて、Ｃ１からＣ２の値が設定されたとすると、Ｃ１からＣ２の範囲を整数で分割し、その分割さされた領域が上記の許容範囲を越えない最大の領域となるようにする。このようにして設定した後にそれぞれの領域をコーンＣＴ撮影し、撮影後全てのコーンＣＴ撮影により得られたＸ線透過データを結合してＣ１〜Ｃ２の全領域の３次元データを得る。

本発明の実施の形態の構成図で、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表示器５ａの表示例の説明図である。オフセットスキャンを行う場合に被写体のＸ線透過像が部分的にしか得られない理由の説明図である。

１Ｘ線源
２Ｘ線検出器
３回転ステージ
４ステージ移動機構
５コンピュータ
５ａ表示器
５ｂ操作部
６ＣＴ画像再構成演算装置
８光学カメラ
９画像データ取込回路
１２ステージコントローラ
ＬＸ線光軸
Ｒ回転軸
Ｗ被写体

Claims

互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に、被写体を保持してＸ線光軸に直交する回転軸を中心として回転する回転ステージが配置されているとともに、その回転ステージ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、
上記回転ステージ上の被写体を上記回転軸に直交する方向から撮影する光学カメラと、上記回転ステージを回転させて複数の角度から上記光学カメラで撮影した被写体の複数の外観像をそれぞれ選択的に１枚もしくは複数枚表示する表示手段と、その表示手段により表示されている外観像のうちの任意の外観像上で、断層像の再構成の計算範囲を設定する設定手段を備え、上記再構成演算手段はその設定された範囲に相当する領域のみ断層像を計算することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
上記設定手段により設定された計算範囲が、１回のＣＴ撮影による撮影領域を越えている場合、その設定手段により設定された計算範囲に対応する領域のＸ線透過データを採取すべく、ＣＴ撮影に際して上記回転ステージを上記回転軸方向に自動的に移動させる制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。