JP4793541B2 - コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は例えばＸ線等を用いた産業用の放射線断層撮影装置に関する。

産業用のＸ線ＣＴ装置等の放射線断層撮影装置においては、一般に、放射線源と放射線検出器の間に、被写体に回転を与えるための回転テーブルを配置した構成を採る。回転テーブルの回転中心軸は放射線の光軸に直交しており、被写体はその回転中心軸の回りに回転が与えられる。この構成において、放射線を照射しつつ、回転テーブルにより被写体を微小回転角度だけ回転させるごとに取り込んだ放射線透過データを用いた再構成演算により、回転軸に直交する平面に沿った被写体の断層像を得る（例えば特許文献１参照）。

このような断層撮影装置において、従来、断層像上の寸法と被写体の実寸法との関係、つまり画素等量長は、放射線源から被写体までの距離（ＳＯＤ）と、放射線源から放射線検出器までの距離（ＳＩＤ）との比とから算出している。ここで、ＳＯＤおよびＳＩＤは、回転テーブルの放射線光軸方向への位置情報や、放射線検出器の同方向への位置情報をそれぞれの駆動用モータからの情報ないしはエンコーダ等によって検出している。
特開２００１−２０１４６５号公報

ところで、放射線源の位置、つまり放射線発生装置から出力される放射線の焦点位置は、一般に放射線発生装置の内部に存在し、その正確な位置を知ることが困難であり、従って上記したＳＯＤやＳＩＤは厳密には正確ではない。そのため、従来の放射線断層撮影装置において求められる画素等量長は、常にある程度の誤差を含むものとなる。このことは、被写体の断層像から、例えば被写体の内部構造の特定部位の寸法を正確に知るうえでの阻害要因となっている。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、断層像の画素等量長を正確に求めることができ、もって断層像上で被写体各部の実寸法を正確に知ることのできる放射線断層撮影装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の放射線断層撮影装置は、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器と、これらの放射線源と放射線検出器の間に配置され、被写体に対して放射線の光軸方向に直交する方向に沿った回転軸の回りに回転を与える回転テーブルと、その回転テーブルにより被写体に回転を与えつつ、所定の回転角度ごとに取り込んだ被写体の放射線透過データを用いて、上記回転軸に直交する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放射線断層撮影装置において、上記回転テーブル上に、被写体を搭載して上記回転軸に直交する平面上に移動させる移動ステージを備えるとともに、その移動ステージにより被写体を既知距離だけ移動させる前後でそれぞれ上記回転軸の回りに回転させて取り込んだ放射線透過データを用いてそれぞれ再構成演算した各断層像の画像上での各位置情報を、それぞれの断層像の重心位置の算出により求め、その各位置情報と上記既知距離とから、１画素当たりの実寸法である画素等量長を算出する演算手段を備えていることによって特徴付けられる。

本発明は、回転テーブル上に移動ステージを配置し、その移動ステージにより被写体を回転テーブル上で既知距離だけ移動させ、その前後で同じ回転軸の回りに回転させて採取した放射線透過データを用いてそれぞれ再構成演算した各断層像の画面上での移動距離と、上記した既知距離とから画素等量長を算出することによって、課題を解決しようとするものである。

すなわち、回転テーブル上に配置した移動ステージにより、回転軸に対して被写体を既知距離だけ移動させ得るように構成し、放射線源、回転軸（回転テーブル）および放射線検出器の位置を固定して移動ステージにより被写体のみを移動させ、その移動前後で被写体を回転軸の回りに回転させてそれぞれ放射線透過データを採取する。そして、これらの各放射線透過データ群を用いてそれぞれの断層像を再構成演算すると、その各断層像は画面上で既知距離相当分だけ移動することになる。各断層像の位置情報から画面上での断層像の移動距離（画素数）を算出し、その算出結果と移動ステージによる被写体の既知の実移動距離とを比較することにより、画素等量長を算出することができる。高精度の移動ステージを用いることにより、被写体を数μｍオーダーの誤差のもとに移動させることが可能であるから、算出された画素等量長は、従来のＳＯＤとＳＩＤとから求めた値に比して極めて正確なものとなる。

ここで、画素等量長を算出する際に用いる被写体としては、断層像を観察すべき実際の試料そのものであってもよいし、あるいは適宜に選択されたファントムであってもよい。

そして、本発明において、各断層像の位置情報は、断層像の重心をもって位置情報とするので、放射線源の出力の経時的変動や２値化に際してのしきい値の設定値の影響を受けにくく、常に高い精度の位置情報が得られるという利点がある。

また、本発明において重心を求める対象としては、被写体の全体の断層像のほか、被写体の断層像上の特定の部位、例えば他の部位との関連において放射線が透過しにくい半田バンプ等や、逆に他の部位との関連において放射線が透過しやすい空洞部等、を対象としてその重心を求めてもよい。

本発明によれば、回転テーブル上に設けた移動ステージにより被写体を回転軸に直交する平面上で既知距離だけ移動させ、その移動前後においてそれぞれ回転軸の回りに被写体を回転させて取り込んだ放射線透過データを再構成演算することにより、移動前後の断層像を構築し、その各断層像の位置情報と移動ステージによる被写体の既知の移動距離とから画素等量長を算出するので、元来的に誤差が存在する従来のＳＯＤやＳＩＤを用いて算出する場合に比して、その算出精度を大幅に向上させることができる。

しかも、各断層像の位置情報を当該各断層像の重心位置とするので、放射線源の出力の変動や２値化のためのしきい値の設定に起因する誤差が生じにくく、常に正確に各断層像の位置情報を得ることができ、ひいては高精度の画素等量長を算出することができる。

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は本発明をＸ線ＣＴ装置に適用した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。

Ｘ線発生装置１に対向してＸ線検出器２が配置されており、これらの間に回転テーブル３が配置されている。回転テーブル３は、Ｘ線発生装置１からのＸ線光軸Ｌ（ｘ軸方向）に直交するｚ軸方向に沿った回転軸Ｒの回りに回転する。この回転テーブル３の上に、回転軸Ｒに直交するｘ−ｙ平面上で少なくとも１軸方向に移動可能な移動ステージ４が搭載されており、被写体Ｗはこの移動ステージ４上に載せられた状態で回転テーブル３の駆動により回転軸Ｒの回りに回転が与えられる。

回転テーブル３はテーブル駆動回路１１から供給される駆動信号によって駆動制御され、また、移動ステージ４はステージ駆動回路１２から供給される駆動信号によって駆動制御される。これらのテーブル駆動回路１１およびステージ駆動回路１２は、パーソナルコンピュータ１３の制御下に置かれている。

パーソナルコンピュータ１３には、断層像再構成演算装置１４が接続されているとともに、マウスやキーボード、あるいはジョイスティックなどからなる操作部１５と、断層像等を表示するための表示器１６が接続されている。ＣＴ撮影に際しては、回転テーブル３上の移動ステージ４の上に被写体Ｗを載せた状態で、Ｘ線発生装置１からのＸ線を照射しながら、パーソナルコンピュータ１３の制御のもとに回転テーブル３を微小角度ずつ回転させ、その各回転角度ごとにＸ線検出器２からのＸ線透過データを断層像再構成演算装置１４に取り込む。断層像再構成演算装置１４では、その取り込んだＸ線透過データを公知の手法により再構成することにより、操作部１５を通じて設定されるスライス面に沿った被写体Ｗの断層像を構築する。

さて、パーソナルコンピュータ１３には、以下に示す手法により画素等量長を算出するプログラムがインストールされている。
すなわち、このプログラムにおいては、図２（Ａ），（Ｂ）に移動ステージ４を真上から見た図を模式的に示すように、まず、被写体ＷがＸ線検出器２の視野に入る位置、好ましくは視野の端部近傍となる（Ａ）の位置に位置決めし、回転テーブル３を回転させてＣＴ撮影する。次に、（Ｂ）に示すように、被写体ＷがＸ線検出器２の視野から逸脱しない範囲で、移動ステージ４をＰ１からＰ２まで既知距離だけ移動させる。ここで、この移動量は、大きいほど後述する画素等量長の算出結果を正確なものとする。その状態で回転テーブル３を回転させてＣＴ撮影する。その移動距離（Ｐ２−Ｐ１）はコンピュータ１３に記憶される。また、この間、Ｘ線発生装置１、Ｘ線検出器２および回転テーブル３の回転軸Ｒの位置関係は不変とする。

以上のようにしてＣＴ撮影された２組のＸ線透過データをそれぞれ用いて、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように被写体Ｗの同一のスライス面での断層像Ｗ１，Ｗ２を再構成する。次に、これらの各断層像Ｗ１，Ｗ２について、それぞれ公知の手法によって重心Ｇ１，Ｇ２を求める。この各断層像Ｗ１，Ｗ２の画面上での位置は、移動ステージ４のＰ１からＰ２への移動距離に応じた量だけ移動しており、従って、同図（Ｃ）にこれらの各断層像Ｗ１，Ｗ２を１つの画面に仮想的に合成した図を示すように、各断層像Ｗ１，Ｗ２の重心Ｇ１，Ｇ２間の画素数Ｎは、実寸法（Ｐ２−Ｐ１）に相当する。パーソナルコンピュータ１３は、先に記憶している距離（Ｐ２−Ｐ１）を重心Ｇ１，Ｇ２間の画素数Ｎで除すことにより、１画素当たりの実寸法、つまり画素等量長を算出し、表示器１６に表示する。

以上のようにして算出された画素等量長は、Ｘ線焦点の位置が正確には不明であるが故に元来的に誤差を含むＳＯＤとＳＩＤとから画素等量長を求める従来の手法に比して、実質的に移動ステージ４による移動距離の誤差に起因する誤差しか含まず、この移動ステージ４として高精度のものを用いることにより、その誤差は数μｍ程度であって、移動距離（Ｐ２−Ｐ１）を可能な限り大きくすることによって、本発明の実施の形態により算出される画素等量長は極めて正確なものとなる。

なお、以上の実施の形態においては、被写体Ｗの全体の断層像の重心からその位置情報を得たが、被写体の断層像中で特徴的な部位の重心からその位置情報を得てもよい。

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より画素等量長を求める手順の説明図で、（Ａ）は移動前の状態を表す移動ステージ４の平面図、（Ｂ）は同じく移動後の状態を表す移動ステージ４の平面図である。 本発明の実施の形態により画素等量長を求める手順の説明図で、（Ａ）は図２（Ａ）の位置でＣＴ撮影して得たＸ線透過データをもとに再構成した断層像の表示例を示す図で、（Ｂ）は同じく図２（Ｂ）の位置でＣＴ撮影して得たＸ線透過データをもとに再構成した断層像の表示例を示す図であって、（Ｃ）は説明のためにこれらの断層像を１つの画面上に仮想的に合成した状態を示す図である。

１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 回転テーブル
４ 移動ステージ
１１ 回転テーブル駆動回路
１２ 移動ステージ駆動回路
１３ パーソナルコンピュータ
１４ 断層像再構成演算装置
１５ 操作部
１６ 表示器
Ｌ Ｘ線光軸
Ｒ 回転軸
Ｗ 被写体

Claims (1)

1. 互いに対向配置された放射線源と放射線検出器と、これらの放射線源と放射線検出器の間に配置され、被写体に対して放射線の光軸方向に直交する方向に沿った回転軸の回りに回転を与える回転テーブルと、その回転テーブルにより被写体に回転を与えつつ、所定の回転角度ごとに取り込んだ被写体の放射線透過データを用いて、上記回転軸に直交する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放射線断層撮影装置において、
   上記回転テーブル上に、被写体を搭載して上記回転軸に直交する平面上に移動させる移動ステージを備えるとともに、その移動ステージにより被写体を既知距離だけ移動させる前後でそれぞれ上記回転軸の回りに回転させて取り込んだ放射線透過データを用いてそれぞれ再構成演算した各断層像の画像上での各位置情報を、それぞれの断層像の重心位置の算出により求め、その各位置情報と上記既知距離とから、１画素当たりの実寸法である画素等量長を算出する演算手段を備えていることを特徴とする放射線断層撮影装置。

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