JP5056630B2 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明はＸ線ＣＴ装置に関し、更に詳しくは、断層像に現れるリングアーチファクトを除去ないしは低減することのできるＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置においては、一般に、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを対向配置し、これらの間に対象物を載せるための試料ステージを配置するとともに、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを相対的に回転させる回転機構を備えた構造を採る。

ＣＴ撮影に際しては、Ｘ線発生装置からのＸ線を試料ステージ上の対象物に照射しながら回転機構を駆動し、一定の微小角度刻みでＸ線検出器の出力、つまり対象物のＸ線投影データを取り込む。そして、このようにして収集された互いに異なる複数の角度でのＸ線投影データを用いた再構成演算により、回転機構の回転中心軸に直交する平面に沿った断層像を構築する。

このようなＸ線ＣＴ装置においては、素子の特性のばらつき等に起因して、再構成演算された断層像上にリング状や円弧状の誤差、いわゆるリングアーチファクトが現れることがある。

このようなリングアーチファクトを除去する方法として、従来、断層像上のリングアーチファクトが、ＣＴ撮影時のＸ線発生装置とＸ線検出器の対と対象物との相対回転中心に相当する位置を中心としたリング状ないしは円弧状に現れることを利用し、断層像をｘ−ｙ座標系からｒ−θ座標系（原点は撮影時における回転中心の位置）に座標変換することにより、原画像のリングアーチファクトが変換後のｒ−θ画像では直線状に現れるようにし、そのｒ−θ画像に２次元もしくは１次元フィルタ処理を施すことによってアーチファクトを抽出し、その抽出した像を変換前の原画像から差し引く方法が提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
特開２００１−９５７９３号公報 特開２００６−２６３９０号公報

ところで、以上の各提案のうち、特許文献１に記載の提案では、ｘ−ｙ座標系の断層像をｒ−θ座標系に変換し、そのｒ−θ座標系の画像上で直線に現れるアーチファクトを抽出した後、その抽出画像をｘ−ｙ座標系に変換したうえで、原画像から減算するため、アーチファクトの抽出時の座標系と、その抽出されたアーチファクトを除去するときの座標系とが互いに異なるために、正確にアーチファクトを除去しきれないという問題がある。

一方、特許文献２に記載の提案では、ｘ−ｙ座標系の断層像をｒ−θ座標系に変換し（これを中間画像と称している）、そのｒ−θ座標系の中間画像上で直線に現れるアーチファクトを抽出するとともに、その抽出画像を、ｒ−θ座標系の中間画像から減算してアーチファクトを除去した後、ｘ−ｙ座標系に変換しており、アーチファクトの抽出時の座標系とこれを除去することの座標系とを同一とすることで、上記の問題を解決できるとしている。

しかしながら、この特許文献２に記載の提案においても、ｘ−ｙ座標系からｒ−θ座標系、ｒ−θ座標系からｘ−ｙ座標系と、２度の座標変換を行うため、画像の精度が低下してしまうという問題がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、座標変換を伴うことなくリングアーチファクトを除去することができ、もって断層像の精度を低下させることなく、確実にリングアーチファクトを除去した断層像を得ることのできるＸ線ＣＴ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Ｘ線ＣＴ装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器の間に、対象物を搭載するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを回転機構により相対的に回転させて収集した複数の回転角度でのＸ線投影データを再構成することにより、上記回転機構の回転軸に直交する面に沿った断層像を構築するＸ線ＣＴ装置において、上記断層像を、当該断層像上で上記回転機構の回転中心に相当する位置を中心に所定角度だけ回転させて各画素値を加算平均する回転加算平均化手段と、その回転加算平均された画像を構成する各画素について、当該画素と上記回転中心とを結ぶ線に沿う１次元もしくは２次元フィルタ処理を施すことにより、当該断層像上に存在するリングアーチファクトを抽出した画像を生成するフィルタ処理手段と、そのフィルタ処理手段により生成された画像を当該断層像から差し引く減算手段を備えていることによって特徴づけられる。

本発明は、断層像を座標変換することなく、そこからリング状ないしは弧状のままリングアーチファクトを抽出することを可能とし、これによって座標変換を伴うことなくリングアーチファクトの除去ないしは低減を実現するものである。

すなわち、リングアーチファクトがＣＴ撮影時の回転中心を中心として生じることを利用し、構築された断層像を当該断層像上でその回転中心に相当する位置を中心として所定の角度にわたって回転加算平均することにより、回転中心に相当する位置を中心とするリングアーチファクトは残り、他の像は平均化されてぼやける。その回転加算平均化された画像を構成する各画素について、当該画素と回転中心に相当する位置を結ぶ線に沿った、つまり直径方向に沿う１次元もしくは２次元フィルタを用いて平均化すると、リングアーチファクト以外の像はほぼ消滅し、リングアーチファクトのみが残った像、つまりリングアーチファクトの抽出画像となる。この抽出画像を元の断層像から減じることにより、リングアーチファクトが除去もしくは低減された断層像が得られる。

本発明によれば、再構成演算により得られた断層像を、ＣＴ撮影時における回転中心に相当する位置を中心として回転加算平均し、さらにその回転加算平均化された画像を構成する各画素について、当該画素と上記回転中心とを結ぶ線に沿った１次元もしくは２次元フィルタ処理を施すことによって、断層像上に存在するリングアーチファクトのみを抽出した画像を生成し、その抽出画像を元の断層像から減算することによって、リングアーチファクトが除去もしくは低減された断層像を得るので、従来の２度の座標変換を行ってリングアーチファクトを除去する手法に比して、座標変換に伴う画像の精度低下を防止することができ、元の断層像の解像度を維持したまま、確実にリングアーチファクトの除去ないしは低減を実現することができる。

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は本発明の実施の形態の構成図である。

Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸が水平方向を向くように配置され、そのＸ線発生装置１に水平方向に対向してＸ線検出器２が配置されている。そして、これらの間に、対象物Ｗを搭載するための試料ステージ３が設けられている。この例においては、試料ステージ３がＸ線光軸に直交する鉛直の回転軸Ｒを中心として回転する。また、この試料ステージ３は移動機構（図示略）の駆動によりＸ線光軸を含む互いに直交する３軸方向に移動させることができ、この移動により撮影倍率や撮影範囲等を設定することができる。Ｘ線発生装置１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は２次元Ｘ線検出器である。

ＣＴ撮影は、Ｘ線発生装置１からのＸ線を対象物Ｗに向けて照射しつつ、試料ステージ３を回転させ、その微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力を収集することによって行われる。

すなわち、ＣＴ撮影中においては、試料ステージ３の微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力が画像データ取り込み回路１０を介してデータ記憶部１１に取り込まれ、各投影角度でのＸ線投影データとして記憶される。

ＣＴ撮影の終了後、すなわち例えば３６０°分のＸ線投影データがデータ記憶部１１に記憶された時点で、そのＸ線投影データは再構成演算部１２による再構成演算に供される。再構成演算部１２では、公知の手法によってＸ線投影データを再構成することにより、試料ステージ３の回転軸Ｒに直交する任意のスライス面に沿った断層像を構築する。構築された各断層像は、断層像記憶部１３に記憶される。

断層像記憶部１３に記憶された断層像は、回転加算平均化処理部１４による処理に供された後、フィルタ処理部１５によるフィルタ処理に供されることにより、後述するように断層像に現れているリングアーチファクトが抽出された画像とされ、そのリングアーチファクト抽出画像は、回転平均化処理部１４による処理に供される前の断層像（以下、元画像と称する）とともに減算部１６に送られる。減算部１５では、元画像からリングアーチファクト抽出画像を減算することにより、元画像に現れているリングアーチファクトを除去ないしは低減した画像、つまり補正画像を得る。その補正画像は表示器１７に表示される。

上記した画像データ取り込み回路１０、データ記憶部１１、再構成演算部１２、断層像記憶部１３、回転加算平均化処理部１４、フィルタ処理部１５、減算部１６および表示器１７は、システム制御部１８の制御下に置かれている。ここで、これらは実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされているプログラムに基づく機能を実現するのであるが、図１では説明の便宜上、その主だった機能ごとのブロックで表している。また、システム制御部１８は、前記したＸ線発生装置１に対して供給すべき管電流および管電圧を制御するＸ線コントローラ１９をも制御下においているとともに、試料ステージ３の回転機構並びに移動機構についても、軸制御部２０を介して制御する。更に、システム制御部１８には、マウスやキーボード、ジョイスティック等からなる操作部２１が接続されており、この操作部２１の操作によって試料ステージ３を移動させたりＸ線条件を変更するなど、装置に対する各種指令を与えることができる。

次に、回転加算平均化処理部１４およびフィルタ処理部１５における処理について説明する。回転加算平均化処理部１４では、再構成演算部１２により再構成されて構築された断層像について、その断層像上で試料ステージ３の回転軸Ｒに相当する位置（アイソセンタ）を中心として、当該断層像を回転加算平均する。その回転量は特に限定されるものではないが、３０°〜１８０°程度の回転加算平均とする。この回転加算平均化処理によって、回転軸Ｒに相当する位置を中心とするリング状ないしは円弧状のリングアーチファクトは殆ど変化することはないが、それ以外の対象物の断層像は平均化によりぼやけた状態となる。

その回転加算平均化画像は、フィルタ処理部１５において直径方向への平均化処理が施される。すなわち、フィルタ処理部１５では、回転加算平均化画像を構成する各画素について、当該画素と上記のアイソセンタとを結ぶ線に沿った１次元もしくは２次元のフィルタを用いて平均化する。例えば１次元フィルタを用いる場合、直径方向への画素数は５〜２０画素程度として平均化する。２次元フィルタとする場合には、その両側に数画素程度の同じ画素列を設けたフィルタとする。ここで、画素の配列は互いに直交する２軸方向であり、任意の画素とアイソセンタとを結ぶ線の方向とは殆どの画素について一致しないことになるが、補間計算によって当該画素とアイソセンタとを結ぶ線に沿った画素列を求めてフィルタ処理に供することができる。このフィルタ処理部１５による、いわば直径方向への平均化処理により、回転加算平均化画像から対象物の断層像はほぼ消滅した状態となり、リングアーチファクトのみが抽出された画像となる。

このようにしてリングアーチファクトを抽出した画像は、減算部１６において元の断層像から減算する処理に供され、これによってリンクアーチファクトを除去ないしは低減した画像が得られる。

以上の過程を図２に模式的に示す。Ｐｏは元の断層像（元画像）であり、この元画像ＰｏにおいてＷｐは対象物Ｗの断層像、Ａｐはリングアーチファクトを表し、この元画像Ｐｏを所定角度だけ回転加算平均することにより、リングアーチファクトＡｐが残り、対象物Ｗの断層像Ｗｐがぼやけた回転加算平均化画像Ｐａを得る。この回転加算平均化画像Ｐａをフィルタ処理部１５における直径方向への平均化処理に供することにより、リングアーチファクトＡｐのみを抽出した抽出画像Ｐｐを得る。その抽出画像Ｐｐを元画像Ｐｏから減算することにより、元画像Ｐｏに現れていたリングアーチファクトＡｐが除去ないしは低減され、対象物Ｗの断層像のみが残った補正画像Ｐｃが得られる。

以上の実施の形態において特に注目すべき点は、元画像である断層像を座標変換することなく、実空間上で回転加算平均とフィルタ処理を施すことによって、リングアーチファクトが除去ないしは低減された画像が得られる点であり、これにより、従来の手法に比して座標変換に伴う画像の精度劣化を生じることがなく、しかも確実にリングアーチファクトを除去ないしは低減することができる。

なお、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対に対して試料ステージを回転させた例を示したが、Ｘ線発生装置おＸ線検出器の対を試料ステージを中心として回転させる構成を採ってもよいことは勿論である。

本発明の実施の形態の構成図である。 本発明の実施の形態におけるリングアーチファクトの抽出とその抽出されたリングアーチファクトを除去する過程を示す模式図である。

符号の説明

１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 試料ステージ
１０ 画像データ取り込み回路
１１ データ記憶部
１２ 再構成演算部
１３ 断層像記憶部
１４ 回転加算平均化処理部
１５ フィルタ処理部
１６ 減算部
１７ 表示器
１８ システム制御部
１９ Ｘ線コントローラ
２０ 軸制御部
２１ 操作部
Ｗ 対象物

Claims (1)

1. 互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器の間に、対象物を搭載するための試料ステージが設けられ、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを回転機構により相対的に回転させて収集した複数の回転角度でのＸ線投影データを再構成することにより、上記回転機構の回転軸に直交する面に沿った断層像を構築するＸ線ＣＴ装置において、
   上記断層像を、当該断層像上で上記回転機構の回転中心に相当する位置を中心に所定角度だけ回転させて各画素値を加算平均する回転加算平均化手段と、その回転加算平均された画像を構成する各画素について、当該画素と上記回転中心とを結ぶ線に沿う１次元もしくは２次元フィルタ処理を施すことにより、当該断層像上に存在するリングアーチファクトを抽出した画像を生成するフィルタ処理手段と、そのフィルタ処理手段により生成された画像を当該断層像から差し引く減算手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

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