JP4795723B2 - ディジタルｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の方向から撮影したディジタルＸ線画像から断層画像を生成するディジタルＸ線断層撮影装置に関する。

いくつかの方向から撮影したＸ線画像を使って立体画像を生成する技術としてdigital tomosynthesisがある（非特許文献１参照）。

この技術を使った断層画像の撮影方法がＸ線デジタル断層撮影である。デジタル断層撮影において、Ｘ線マーカを使って各Ｘ線画像撮影時のＸ線管と検出器の位置を算出し、それを用いて結像処理を行うことで結像画像の解像度を向上できることが知られており、上記非特許文献１にも Tuned aperture computed tomographyとして記載されている。ここではこの技術をスキャン軌道キャリブレーションと呼ぶことにする。

特許文献１には、脳外科手術の術中に高解像度の画像を得るためにスキャン軌道キャリブレーションを伴った断層撮影を行うための、脳外科用Ｘ線マーカフレームおよびそれを用いたスキャン軌道キャリブレーション方法が記載されている。ここでの術中Ｘ線断層画像撮影装置は、Ｘ線管側と検出器側の筐体に分離に構成され、使用時は撮影対象の位置に対しておのおの所定の位置に設置するといった構成がありえることが前提となっている。

マーカフレームの機能は患部とともにマーカをＸ線画像に写しこむことで、Ｘ線画像撮影時の焦点、検出器位置を測定し、位置補正を行い、結像処理の解像度を向上させることであり、マーカフレームの代表的な構成は下記のようなものである。

・患部に対しＸ線管側と検出器側にマーカが配置されたマーカパネルを設置。
・Ｘ線管側のマーカパネルには１．５φ程度の概鉛円柱（または鉛球）を格子状に数ｃｍ間隔で配置。
・検出器側のマーカパネルにはは２×６ｍｍ程度の概鉛直方体を格子状に数ｃｍ間隔で配置。
各マーカの機械的な位置関係が固定されており、それらの位置関係が高い精度でしられている。

また、特許文献１には、これらのマーカフレームを用いたスキャン軌道キャリブレーションの方法が記載されている。その概要は次のとおりである。装置の設置時、Ｘ線側筐体と検出器側筐体を所定の位置に設置する。この際、（例えば）レーザ投光器を用いた設置位置ガイド機構が備えられており、これを用いて所定の位置に設置する。この際の位置設置精度はおよそ１ｃｍ以内が想定される。その後、撮影を行うとＸ線管と検出器を移動させながら複数のＸ線画像が取得される。装置の所定設置位置、マーカの配置位置、Ｘ線管と検出器のスキャン軌道が既知であれば、Ｘ線画像のどの位置にマーカが撮影されるかを算出することができる。一方、取得されたＸ線画像からマーカ位置を検出すると、一般には算出されたマーカ位置と検出されたマーカ位置にはズレが存在する。これは、設置位置のずれや、装置の製作精度、検出器やＸ線管を支持・移動するアーム等の歪、検出器やＸ線管を動かす制御の誤差などが原因となっている。スキャン軌道（各撮影画像における焦点と検出器の位置）を修正して、もう一度ずれを算出すると、前回のずれとは異なった値となる。そこで、ずれがもっとも小さくなるようにスキャン軌道を修正していけば、実際にＸ線画像を撮影したときのスキャン軌道すなわち焦点と検出器の位置とを推定することができるはずである。

上記の説明中で、装置の設置精度として１ｃｍ程度以下が想定されることを述べたが、それは、上記のマーカパネルはマーカが等間隔に配置されており、そのパターンが周期的であるため、装置の設置位置が、所定位置から周期の半分に相当する以上ずれていると、一つ（またはそれ以上）ずれた周期の位置にスキャン軌道が推定されてしまい、かつ、推定が誤っていることを知る手段が無いために、そのキャリブレーション結果を用いて結像処理を実施することとなり、その結果あやまった画像が生成されてしまうという問題がある。

このように従来では、装置の設置時の位置合わせ（設置位置合わせ）は高い精度であることが要求されるが、反面、高い位置精度で設置位置を合わせることは、設置作業の手間およびその所要時間を増大し使いやすさを損なう結果となる。
James T Dobbins III and Devon J Godfrey: Digital x-ray tomosynthesis: current state of the art and clinical potential , PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY(Phys. Med. Biol.) 48 (2003) R65-R106 特開２００５−０２１３４５号公報

本発明の目的は、設置位置合わせの精度が比較的低くてもスキャン軌道キャリブレーションの精度を向上することにある。

本発明に係るディジタルＸ線断層撮影装置は、Ｘ線管を回転自在に収容するＸ線管装置と、Ｘ線検出器を回転自在に収容するＸ線検出器装置と、前記Ｘ線管装置の前面に取り付けられ、Ｘ線高吸収性を有する複数のＸ線管側マーカを有するＸ線管側マーカパネルと、前記Ｘ線検出器装置の前面に取り付けられ、Ｘ線高吸収性を有する複数のＸ線検出器側マーカを有するＸ線検出器側マーカパネルと、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とにより複数の撮影方向から撮影された複数のＸ線画像のデータを記憶する画像記憶部と、前記Ｘ線画像内の前記Ｘ線管側マーカの像に基づいて前記Ｘ線画像ごとに前記Ｘ線管の広域的な位置を計算し、前記Ｘ線画像内の前記Ｘ線検出器側マーカの像に基づいて前記Ｘ線画像ごとに前記Ｘ線検出器の広域的な位置を計算する広域的位置計算部と、前記Ｘ線管の広域的な位置と、前記Ｘ線検出器の広域的な位置と、前記Ｘ線画像内の前記Ｘ線管側マーカの像と、前記Ｘ線検出器側マーカの像とに基づいて前記Ｘ線画像ごとに前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器各々の局所的な位置を計算する局所的位置計算部と、前記計算された広域的な位置と局所的な位置とに基づいて前記複数のＸ線画像から断層画像を結像する結像部とを具備する。

本発明によれば、設置位置合わせの精度が比較的低くてもスキャン軌道キャリブレーションの精度を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施形態を説明する。
図１、図２、図３に示すように、本実施形態に係るディジタルＸ線断層撮影装置は、Ｘ線管装置３０とＸ線検出器装置４０とを有する。Ｘ線管装置３０とＸ線検出器装置４０は、互いに物理的に分離されそれぞれ別体として構成されている。Ｘ線管装置３０は、キャスター３２の付いたスタンド３１により可搬性を有している。スタンド３１には、Ｘ線管３３を収容する筐体３４が搭載される。Ｘ線管３３は、Ｘ線中心軸が撮影中心軸ＳＣに対して傾斜する状態で撮影中心軸ＳＣを中心として回転可能に図示しないＸ線管回転機構部に支持される。Ｘ線検出器装置４０はキャスター４２の付いたスタンド４１により可搬性を有している。スタンド４１には、Ｘ線検出器４３を収容する筐体４４が搭載される。Ｘ線検出器４３には、２次元状に配列された複数の固体検出素子を有するフラットパネルデテクタが採用される。Ｘ線検出器４３は、撮影中心軸ＳＣを中心として回転可能に図示しない検出器回転機構部に支持される。

Ｘ線管装置３０の筐体３４の前面には、Ｘ線管側マーカパネル５１が装着される。図４（ａ）に示すように、Ｘ線管側マーカパネル５１は、比較的高いＸ線透過性を有する例えばアクリル樹脂で円形状に形成された基板５３に、基板５３よりも高いＸ線吸収率を有する材料として典型的には鉛で、同一の所定形状として典型的には球形に形成された複数のマーカ（Ｘ線管側マーカ）５２が埋め込まれ又は貼り付けられている。マーカ５２はＸ線画像上で明らかに異なった陰影を持つため、後述の位置合わせ処理において、撮影した画像から閾値処理によりマーカ５２の像を容易に抽出することができる。

Ｘ線管側マーカ５２には、その配置の観点から、第１のＸ線管側マーカ５２−１と、第２のＸ線管側マーカ５２−２とに分類される。複数の第１のＸ線管側マーカ５２−１は、縦横に等間隔（間隔を４・ｄとする、ｄは単位距離）で規則的に配列される。複数、ここでは４つの第２のＸ線管側マーカ５２−２は、第１のＸ線管側マーカ５２−１の配列規則から外れた位置に配置される。具体的には、第２のＸ線管側マーカ５２−２の（Ａ）は、中心線ＳＣに対して右側に位置する第１のＸ線管側マーカ５２−１に対して距離ｄで右側に隣り合う位置に配置される。第２のＸ線管側マーカ５２−２の（Ｂ）は、中心線ＳＣに対して上側に位置する第１のＸ線管側マーカ５２−１に対して距離ｄで上側に隣り合う位置に配置される。第２のＸ線管側マーカ５２−２の（Ｃ）は、中心線ＳＣに対して左側に位置する第１のＸ線管側マーカ５２−１に対して距離ｄで左側に隣り合う位置に配置される。第２のＸ線管側マーカ５２−２の（Ｄ）は、中心線ＳＣに対して下側に位置する第１のＸ線管側マーカ５２−１に対して距離ｄで下側に隣り合う位置に配置される。このような複数の第２のＸ線管側マーカ５２−２の配置により、管球位置にかかわらずＸ線視野（Ｘ線束）内に４つの第２のＸ線管側マーカ５２−２の少なくとも一つが含まれ、その一つの第２のＸ線管側マーカ５２−２と、それに近傍する第１のＸ線管側マーカ５２−１との相対的な位置により、Ｘ線管側マーカパネル５１全体の中でのＸ線管３３の焦点位置が画像毎に特定され得る。

同様に、Ｘ線検出器装置４０の筐体４４の前面にも、Ｘ線検出器側マーカパネル６１が装着される。図４（ｂ）に示すように、Ｘ線検出器側マーカパネル６１は、比較的高いＸ線透過性を有する例えばアクリル樹脂で円形状に形成された基板６３に、基板６３よりも高いＸ線吸収率を有する材料として典型的には鉛で、Ｘ線管側マーカ５２とは相違する所定形状として典型的には円柱形に形成された複数のマーカ（Ｘ線管側マーカ）６２が埋め込まれ又は貼り付けられている。マーカ６２はＸ線画像上で明らかに異なった陰影を持つため、後述の位置合わせ処理において、撮影した画像から閾値処理によりマーカ６２の像を容易に抽出することができる。また、マーカ５２と６２とは互いに明らかに相違する形状を有するため、Ｘ線画像上で容易に区別することができる。

Ｘ線検出器側マーカ６２には、その配置の観点から、第１のＸ線検出器側マーカ６２−１と、第２のＸ線検出器側マーカ６２−２とに分類される。複数の第１のＸ線検出器側マーカ６２−１は、縦横に等間隔（間隔を４・ｇとする、ｇは単位距離）で規則的に配列される。複数、ここでは４つの第２のＸ線検出器側マーカ６２−２は、第１のＸ線検出器側マーカ６２−１の配列規則から外れた位置に配置される。具体的には、第２のＸ線検出器側マーカ６２−２の（Ａ）は、中心線ＳＣの右側に位置する第１のＸ線検出器側マーカ６２−１に対して右側に距離２・ｇであって、上側に距離ｇの位置で隣り合う。第２のＸ線管側マーカ６２−２の（Ｂ）は、中心線ＳＣの上側に位置する第１のＸ線検出器側マーカ６２−１に対して上側に距離２・ｇであって、左側に距離ｇの位置で隣り合う。第２のＸ線検出器側マーカ６２−２の（Ｃ）は、中心線ＳＣの左側に位置する第１のＸ線検出器側マーカ６２−１に対して左側に距離２・ｇであって、下側に距離ｇの位置で隣り合う。第２のＸ線検出器側マーカ６２−２の（Ｄ）は、中心線ＳＣの下側に位置する第１のＸ線検出器側マーカ６２−１に対して下側に距離２・ｇであって、右側に距離ｇの位置で隣り合う。つまり、このような複数の第２のＸ線検出器側マーカ６２−２の配置により、検出器４３の位置に関わらず検出器４３の検出面内に４つの第２のＸ線検出器側マーカ６２−２の少なくとも一つが含まれ、その一つの第２のＸ線検出器側マーカ６２−２と、それに近傍する第１のＸ線検出器側マーカ６２−１との相対的な位置により、Ｘ線検出器側マーカパネル６１全体の中での検出器４３の位置が画像毎に特定され得る。

図５に示すように、本実施形態のディジタルＸ線断層撮影装置は、制御部１を中心として、データ／制御バス２３に、制御部１、インタフェース３、画像記憶部５、対数演算部７、マーカ抽出部９、広域的位置計算部１３、局所的位置計算部１５、再構成部１７、画像処理部１９、表示部２１が接続されてなる計算機装置を有する。画像記憶部５には、Ｘ線検出器４３から出力され、そして対数演算部７で対数演算にかけられた複数のＸ線画像のデータが記憶される。複数のＸ線画像は相互に、撮影時におけるＸ線管３３の位置、Ｘ線検出器４３の位置、Ｘ線管３３の方向の少なくとも一つが相違する。なお、Ｘ線画像には、被検体の像と共に、複数のマーカ５２，６２の像が含まれる。マーカ抽出部９は、しきい値処理によりＸ線画像ごとにマーカ５２，６２の像領域を抽出する機能を備えている。広域的位置計算部１３は、第２のＸ線管側マーカ５２−２と、それに近傍する第１のＸ線管側マーカ５２−１との相対的な位置により、Ｘ線管側マーカパネル５１全体の中でのＸ線管３３の焦点の広域的位置を画像毎に特定する。つまり、画像に映っている第２のＸ線管側マーカ５２−２が、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれであるかを画像毎に特定する。また、広域的位置計算部１３は、第２のＸ線検出器側マーカ６２−２と、それに近傍する第１のＸ線検出器側マーカ６２−１との相対的な位置により、Ｘ線検出器側マーカパネル６１全体の中でのＸ線検出器４３の広域的位置を特定する。つまり、画像に映っている第２のＸ線検出器側マーカ６２−２が、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれであるかを特定する。局所的位置の計算処理についての詳細は後述する。

局所的位置計算部１５は、広域的位置計算部１３によるＸ線管３３の広域的位置及びＸ線検出器４３の広域的位置と、第１のＸ線管側マーカ５２の像と第１のＸ線検出器側マーカ６２の像とのズレとに基づいて、Ｘ線管３３の焦点の局所的位置とＸ線検出器４３の局所的位置とを画像毎に計算する。広域的位置の計算処理についての詳細は後述する。

再構成部１７は、位置計算部１３、１５でＸ線画像毎に計算されたＸ線管３３の焦点の局所位置、Ｘ線検出器４３の位置に基づいて、複数のＸ線画像から単一又は多段の断層画像のデータ（ボリュームデータ）を再構成する。画像処理部１９は、再構成された断層画像から、表示のための２次元画像、例えば任意断面の断層画像を生成する。生成された断層画像等は表示部２１のディスプレイに表示される。

以下に位置計算部１１による位置計算処理について説明する。例えばＸ線管３３側のマーカパネル５１に取り付けたマーカ５２のそれぞれの位置関係は、次のような表をあらかじめ作っておくことで計算機読み取り可能な形で記憶しておく。

第１のＸ線管側マーカ５２−１の配置表
マーカ＃１：x1 y1 z1
マーカ＃２：x2 y2 z3
マーカ＃３：x3 y3 z3
・・・
マーカ＃Ｎ：xN yN zN
第２のＸ線管側マーカ５２−２の配置表
マーカＡ：xA yA zA
マーカＢ：xB yB zB
マーカＣ：xC yC zC
マーカＤ：xD yD zD
(xi, yi, zi) (i=1..N)はi番目のマーカ５２−１の座標値である。これらの数値は設計図面の上で適当なわかりやすい位置（マーカパネル５１の中央など）に原点を取って読み取って作成する。同様に、検出器４３側のマーカ配置表も同様に作成しておく。

撮影に際しては、制御部１の制御のもとで、Ｘ線管３３が中心線ＳＣの回りを連続的又は断続的に回転しながらＸ線パルスの発生が繰り返される。制御部１の制御のもとで、Ｘ線検出器４３は、Ｘ線管３３の回転に同期して中心線ＳＣの回りを連続的又は断続的に回転しながら、Ｘ線パルスの発生に同期して電荷蓄積／信号読み出し／リセットが繰り返される。

撮影された画像各々からマーカ５２、６２の像がマーカ抽出部９で抽出される。Ｘ線画像に写った円形マーカおよび線分形マーカを図６に例示する。図６の画像において、矢印で示した位置には、等間隔でない配置の広域的位置情報を持つ第２のマーカ５２−２，６２−２が画像化されている。この画像に次の処理を適用することで２種のマーカ（円形のＸ線管側マーカ５２−２の像、長方形のＸ線検出器側マーカ６２−２）が区別され、画像中の各マーカ位置を求めることができる。

1. フィルタ処理
2. 閾値処理、連結領域ラベリング処理
3. 面積、円形度、縦横比、密度の算出
4. 算出した各値によるマーカ判別処理（この過程で円形マーカ５２−２と線分マーカ６２−２とが区別される）
5. マーカ位置算出処理（この結果、各マーカの位置情報が数値的に得られる）
まず、広域的位置情報の抽出処理について説明する。なお、ここでは円形マーカ（Ｘ線管側マーカ５２−２の像）だけを例に説明するが、線分マーカ（Ｘ線検出器側マーカ６２−２）の場合も同様である。

各マーカ５２の位置情報をもとに、まず、距離４・ｄで等間隔に規則的に配置されていない第２のマーカ５２−２を抽出する。そのためには、検出されたあるマーカ５２から他のマーカ５２までの距離を算出し、それが距離４・ｄ（実際の画像上での距離４・ｄに応じた距離であるが説明の便宜上、距離４・ｄとして説明する）の整数倍などマーカ配置からありえる距離であるかどうかを判定する。ここで、すべてのマーカ５２間の間隔が、間隔４・ｄであれば、すべてのマーカ５２が周期的に配置されていることになるが、規則的な位置に配置されないマーカ５２−２が存在する場合、そのマーカ５２−２から他のマーカ５２−１までの距離は距離４・ｄではなく、ｄであるはずである。そこで、他のマーカ５２に対して間隔４・ｄから外れているマーカ５２−２を選び、そのマーカ５２−２を除外して、マーカ間間隔による判定をやり直す。これらを繰り返せば、いずれ、すべてのマーカ５２−１が適切な間隔を持つようになる。この過程で、除外されたマーカ５２−２は等間隔の位置に無い第２のマーカ５２−２と判定される。

次に、図７に示すように、これら等間隔の位置に無いマーカ５２−２の各々に対して、近傍の他のマーカ５２に対する縦方向および横方向の間隔を調べる。図７では、単位距離ｄを省略している。マーカ５２−１の基準間隔を４・ｄとしたとき、マーカ５２−２の（Ａ）から、マーカ５２−１を対象とした横方向の距離は、3, 7, 11, -1, -5, -9, -13(・ｄ)の距離にあるはずである。Ｂ，Ｃ，Ｄから他の等間隔マーカ５２−１までの距離は、図７の通りになるはずである。等間隔に無いマーカ５２−２はすべて等間隔マーカ５２−１との縦方向または横方向間隔が異なったパターンになることに注意する。従って、表の間隔と算出した間隔を比較することで、各マーカ５２−２がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれかに該当するか、および、そのいずれであるかを判定でき、実際のマーカ配置の上で、マーカ５２−２がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれと対応するかを特定することができる。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれと対応するかを特定された抽出マーカ５２−２の像の位置は、広域的な位置情報を持つ。

上記において説明する広域的位置情報の抽出のためには、非等間隔のマーカ５２−２の配置は４つに限定されることは無く、また、その配置位置も上記のとおりでなくても良いことは容易に推察できるはずである。

次に局所位置計算について説明する。広域的な位置計算処理の説明に先立って、座標系およびそれらの関係について図８に定義する。
Xs座標系はＸ線管筐体３４のある点（設計上の焦点回転中心）を原点に取った座標系である。
fi座標系はXs座標系に対して平行移動した座標系であり、各プロジェクション毎（撮影毎）に異なる。
TfiXsはそれらの平行移動量を表すアフィン変換行列である。
r0fiは各プロジェクションにおけるfi座標系での焦点位置を表すベクトルである。
Xm座標系は円形マーカのマーカパネル基準点を原点とする座標系である。
TXsXmはマーカパネルがＸ線発生器筐体のどの位置に配置されるかを表すアフィン変換行列である。
G座標系は撮影領域内のある仮想的な基準点を原点とする座標系である。
TXmGはXm座標系とGとの間の位置関係を表すアフィン変換行列である。
Ds座標系は検出器筐体中の検出器回転中心を原点に取った座標系である。
Dm座標系は、線分マーカのマーカパネル基準点を原点とする座標系である。
TDmDsはDs座標系とDm座標系との位置関係を表すアフィン変換行列である。
Di座標系は、検出器中心位置を原点とする座標系であり、プロジェクション毎に異なる。

TDsDiはDs座標系とDi座標系の位置関係を表すアフィン変換行列である。

上記のアフィン変換行列TfiXs, TDsDi, TXsXm, TXmG, TGDm, TDmDsが決定すれば、マーカパネル５１に配置された非等間隔配置のＸ線マーカ５２−２が、各々検出器上のどこに投影されるか（設計上のマーカ座標Ｐ_ｋ）を算出することができる。

・設計上のマーカ座標 Ｐ_ｋ(ｋ＝１，２，・・・，Ｎ_ｍ）
Ｎ_ｍは配置されたＸ線マーカ５２の個数である。Ｐ_ｋはマーカフレーム座標系により表される（ここでは非等間隔配置のマーカ５２−２の座標を表す）。

一方、撮影したＸ線画像に写ったマーカ５２を画像処理により抽出しその位置を求める。
・抽出したマーカ座標ｑ^’ _ｉｋ(ｉ＝１，２，・・・，Ｎ_ｐ)
Ｎ_ｐはプロジェクション数。以降の説明では常に添え字ｉはプロジェクション番号を表す。(ｋ＝１，２，・・・Ｎ_ｅ(i))
Ｎ_ｅ(i)はプロジェクションｉの画像から抽出されたＸ線マーカの個数。
ｑ^’ _ｉｋは検出器座標系により表される（ここでは非等間隔配置の抽出マーカ座標を表す）。

仮に、実際に撮影したときの焦点と検出器４３の位置が設計上の位置と全く同じであると仮定すると、マーカパネル５１に取り付けられた位置Ｐ_ｋのマーカ５２は、プロジェクションｉにおいて検出面４３上の位置Ｐ^’ _ｉｋに投影され、抽出したマーカ位置ｑ^’ _ｉｋとの２乗誤差

（２乗誤差ｓは投影されたマーカ位置と検出されたマーカとの検出面上の距離の２乗平均値）は、０となる。Ｐ^’ _ｉｋおよびｑ^’ _ｉｋのｘ，ｙ座標が検出器４３上の横方向、縦方向の座標値であることに注意する。しかし、実際には焦点と検出器の位置には誤差があり、マーカ５２の配置にも製作誤差があるため、２乗誤差は平均的なずれ距離を反映した値として算出される。

広域的位置あわせでのフィッティング処理過程では、まず、TfiXs, TDsDi, TXsXm, TXmG, TGDm, TDmDsとして設計上の値を用いて、設計上のマーカ座標Ｐ_ｋを算出し、実際にマーカ５２を撮影した画像から抽出したマーカ位置ｑ^’ _ｉｋとの２乗誤差sを算出する。

次に、２乗誤差sがなるべく小さくなるように、TXsXm, TXmG, TGDm, TDmDsを修正していくフィッティング処理を行う。この処理には一般に知られている最適化手法を利用することができる。この過程で、TfiXs, TDsDiは定数である。最終的に得られたTXsXm, TXmG, TGDm, TDmDsと定数TfiXs, TDsDiは、焦点、および検出器が両マーカパネル５１に対してどの位置にあったか、およびＸ線管筐体３４と検出器筐体４４とがどの位置関係にあったかを表す。

次に局所的位置合わせ処理について説明する。局所的位置合わせの過程では、等間隔配置のマーカ５２−１のみ、あるいは非等間隔配置のマーカ５２−２を含んだマーカ５２の抽出結果を使って、各プロジェクションにおけるＸ線焦点および検出器４３の位置を推定する。ここでは、設計上のマーカ座標Ｐ_ｋおよび抽出したマーカ座標ｑ^’ _ｉｋは上記等間隔配置のマーカ５２−１あるいは非等間隔配置のマーカ５２−２を含んだマーカ５２の座標を表す。

局所的位置あわせでのフィッティングの過程では、まず、TfiXs, TDsDi, TXsXm, TXmG, TGDm, TDmDsとして広域的位置あわせで得られた値を用いて、マーカ座標Ｐ_ｋを算出し、実際にマーカ５２を撮影した画像から抽出したマーカ位置ｑ^’ _ｉｋとの2乗誤差sを算出する。

次に、２乗誤差sがなるべく小さくなるように、TfiXs, TDsDiを修正していくフィッティング処理を行う。この処理には一般に知られている最適化手法を利用することができる。この過程で、TXsXm, TXmG, TGDm, TDmDsは定数である。最終的に得られたTXsXm, TXmG, TGDm, TDmDsと定数TfiXs, TDsDiは、各プロジェクションにおいて、焦点および検出器４３がどの位置にあったかあったかを表す。

ここでは、誤検出されたマーカを無視して位置合わせ処理を行う。本位置合わせ過程は基本的に上述フィッティング過程と同一であるが、２乗誤差の算出の際、ｑ^’ _ｉｋとＰ^’ _ｉｋの距離がある距離Ｄより小さいときのみ２乗誤差の演算結果に両者の位置が反映されるような算出方法を用いる点のみが異なる。例えば、その算出式は次のようなものである。

Ｄとして大きな値を用いると実質的に、本フィッティング過程は前々節および前節のフィッティング過程と同一となる。本位置合わせ過程は、本発明において必須のものではないが、前々節および前節のフィッティングに加えて（あるいは差し替えて）、本節のフィッティングを実施すると、マーカ抽出の過程で過って抽出されたマーカが存在したとしても、それが全体に対して小さい割合である限り、そのようなマーカは上記の算出式の値に影響しない。従って、本方法によりマーカ抽出の過程での誤りに対して、フィッティング結果が悪影響を受けにくくなるという効果がある。

次に、結像処理では、Ｘ線画像に各種前処理を適用し、それらの処理の結果得られた画像と、算出・補正された各Ｘ線画像フレーム毎のＸ線管および検出器の位置・向きの情報、および結像領域を指定する範囲情報をもとに、結像画像を算出する。

上述では、広域的位置情報の抽出において、非等間隔のマーカ５２−２以外のマーカ５２−１の対応関係も特定し、これら特定されたすべてのマーカ５２を使って、広域的位置あわせを実施する。

まず、マーカ５２−２のA, B, C, Dのいずれかが抽出されているプロジェクションにおいて、それら対応が特定されているマーカ５２−２を既特定マーカとして登録する。次に、既特定マーカ５２−２以外のマーカ５２−１のうち、既特定マーカ５２−２から最も近いマーカ５２−１を選択し、そのマーカ５２−１と既特定マーカ５２−２との縦方向および横方向の距離が基準距離ｄのおよそ何倍であるをもとに、選択したマーカ５２と実際のマーカ５２との対応を特定する。特定されたマーカ５２は、以降、既特定マーカとして扱う。さらに、これら既特定マーカ５２から最も近い非既特定マーカ５２を選択し、同様の処理をすべてのマーカ５２の対応が特定されるまで繰り返す。

本実施例に拠れば、広域的位置合わせに用いるマーカの数が増えるので、位置合わせの精度を向上させることができる。もし、すべてのプロジェクションに対して、上のマーカ対応関係の特定処理を実施することができれば、広域的位置合わせ処理を省略し、特定された対応関係を利用して直接局所的位置合わせ処理を実施することもできる。

図９には、マーカパネル５１の他のマーカ配列例を示している。マーカパネル５１は、縦横に等間隔２・ｄに配列された所定数のマーカからなる複数、ここでは４つのサブセット５５を有する。４つのサブセット５５は、サブセット５５内のマーカ５２の間隔２・ｄと異なる間隔として典型的には１／ｎ（ｎは２以上の整数）の間隔、ここではｎ＝２として間隔ｄで縦横に配置される。

この図９のマーカ配置を持つマーカパネル５１を使用し、マーカ抽出を実施するに際して、広域的位置情報を求める。その際、次のようなルールによりマーカ５２の対応関係を特定する。隣のサブセット５５のマーカ５２と隣り合う領域A上のマーカ５２と他のマーカ５２との縦方向の距離は、基準距離ｄとの比がおよそ2, 4, 6,...および-1, -3, -5,...のいずれかである。隣のサブセット５５のマーカ５２と隣り合う領域B上のマーカ５２と他のマーカ５２との縦方向の距離は、基準距離との比がおよそ1, 3, 5,...および-2, -4, -6のいずれかである。隣のサブセット５５のマーカ５２と隣り合う領域C上のマーカ５２と他のマーカ５２との横方向の距離は、基準距離との比がおよそ2, 4, 6,...および-1, -3, -5,...のいずれかである。隣のサブセット５５のマーカ５２と隣り合う領域Dマーカ５２と他のマーカ５２との縦方向の距離は、基準距離との比がおよそ1, 3, 5,...および-2, -4, -6のいずれかである。

上記のルールを用いれば、マーカ５２からA, B, C, Dのマーカを抜き出すことができる。このようにして抜き出した（例えば）Aマーカは一般に複数である。これら複数のAマーカは、CまたはDマーカとの横方向の距離により、個別に実際のマーカとの対応を特定することができる。Bマーカも同様である。CおよびDマーカはAマーカおよびBマーカとの縦方以降の距離により、対応を特定できる。

本実施形態で例示したように、抽出マーカと実際のマーカとの対応関係を特定するためには、等間隔でない別のマーカを配置する方法だけでなく、マーカの配置の工夫によりその目的を達成することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態によるディジタルＸ線断層撮影装置の撮影機構の外観図。 図１のＸ線管装置と検出器装置各々のマーカパネルを示す図。 図１のＸ線管装置と検出器装置各々の内部略図。 図２のマーカパネルのマーカ配列を示す図。 本実施形態のディジタルＸ線断層撮影装置の信号処理装置の構成図。 図４の第２マーカの画像上での像を示す図。 図４の第２マーカを中心とした縦横の配列間隔を示す図。 図１の位置計算部による位置計算処理で用いる座標系を示す図。 図２のマーカパネルの他のマーカ配列を示す図。

符号の説明

３０…Ｘ線管装置、４０…Ｘ線検出器装置、３１…スタンド、３３…Ｘ線管、３４…筐体、４１…スタンド、４３…Ｘ線検出器、４４…筐体、５１…Ｘ線管側マーカパネル、５２…Ｘ線管側マーカ、６１…Ｘ線検出器側マーカパネル、６２…Ｘ線検出器側マーカ。

Claims (11)

1. Ｘ線管を回転自在に収容するＸ線管装置と、
   Ｘ線検出器を回転自在に収容するＸ線検出器装置と、
   前記Ｘ線管装置の前面に取り付けられ、Ｘ線高吸収性を有する複数のＸ線管側マーカを有するＸ線管側マーカパネルと、
   前記Ｘ線検出器装置の前面に取り付けられ、Ｘ線高吸収性を有する複数のＸ線検出器側マーカを有するＸ線検出器側マーカパネルと、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とにより複数の撮影方向から撮影された複数のＸ線画像のデータを記憶する画像記憶部と、
   前記Ｘ線画像内の前記Ｘ線管側マーカの像に基づいて前記Ｘ線画像ごとに前記Ｘ線管の広域的な位置を計算し、前記Ｘ線画像内の前記Ｘ線検出器側マーカの像に基づいて前記Ｘ線画像ごとに前記Ｘ線検出器の広域的な位置を計算する広域的位置計算部と、
   前記Ｘ線管の広域的な位置と、前記Ｘ線検出器の広域的な位置と、前記Ｘ線画像内の前記Ｘ線管側マーカの像と、前記Ｘ線検出器側マーカの像とに基づいて前記Ｘ線画像ごとに前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器各々の局所的な位置を計算する局所的位置計算部と、
   前記計算された広域的な位置と局所的な位置とに基づいて前記複数のＸ線画像から断層画像を結像する結像部とを具備することを特徴とするディジタルＸ線断層撮影装置。
2. 前記複数のＸ線管側マーカは、縦横に等間隔で配列される複数の第１のＸ線管側マーカと、前記第１のＸ線管側マーカから外れた位置に配置される複数の第２のＸ線管側マーカとからなることを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
3. 前記複数のＸ線管側マーカは、縦横に等間隔で配列される複数の第１のＸ線管側マーカと、近傍の第１のＸ線管側マーカに対する相対的な位置が個々に相違する複数の第２のＸ線管側マーカとからなることを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
4. 前記Ｘ線管側マーカは、近傍する複数のＸ線管側マーカどうしの位置関係から前記Ｘ線管側マーカパネル全体の中での広域的な位置が特定されるように配列されることを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
5. 前記Ｘ線管側マーカは、縦横に等間隔に配列された所定数のＸ線管側マーカからなる４つのサブセットに分けられ、前記４つのサブセットは、前記サブセット内のＸ線管側マーカの間隔の１／ｎ（ｎは２以上の整数）の間隔で配置されることを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
6. 前記複数のＸ線検出器側マーカは、縦横に等間隔で配列される複数の第１のＸ線検出器側マーカと、前記第１のＸ線検出器側マーカから外れた位置に配置される複数の第２のＸ線検出器側マーカとからなることを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
7. 前記複数のＸ線検出器側マーカは、縦横に等間隔で配列される複数の第１のＸ線検出器側マーカと、近傍の第１のＸ線検出器側マーカに対する相対的な位置が個々に相違する複数の第２のＸ線検出器側マーカとからなることを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
8. 前記Ｘ線検出器側マーカは、近傍する複数のＸ線検出器側マーカどうしの位置関係から前記Ｘ線検出器側マーカパネル全体の中での位置が特定されるように配列されることを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
9. 前記Ｘ線検出器側マーカは、縦横に等間隔に配列された所定数のＸ線検出器側マーカからなる４つのサブセットに分けられ、前記４つのサブセットは、前記サブセット内のＸ線検出器側マーカの間隔の１／ｎ（ｎは２以上の整数）の間隔で配置されることを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
10. 前記Ｘ線管側マーカは前記Ｘ線検出器側マーカと異なる形状を有することを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。
11. 前記Ｘ線管側マーカは球形状を有し、前記Ｘ線検出器側マーカは円柱形状を有することを特徴とする請求項１記載のディジタルＸ線断層撮影装置。

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