JP5060862B2 - 断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体に対し放射線照射方向を円錐に沿って変化させる円形軌道タイプの断層撮影装置に関する。

断層撮影装置の一種に、放射線に対する円形軌道（円錐軌道）の制御を行いながら被検体の透過データ（断層画像）を得るトモシンセシス（Tomosynthesis）装置やラミノグラフ（Laminograph）等がある（以下、「円錐軌道タイプの断層撮影装置」）。

このような円錐軌道タイプの断層撮影装置では、放射線の光軸に対して傾斜した回転軸を中心に被検体を回転したり、放射線の光軸に対して傾斜した回転軸を中心に被検体ではなく放射線源と放射線検出器を回転したりして円形軌道（円錐軌道）の制御を行い、回転中に放射線検出器で得られた二次元の透過データから被検体の断層像や三次元データを再構成している。

上述のように円錐軌道タイプの断層撮影装置では回転（円形軌道）の制御が必要であり、この回転は不動の回転軸を中心とすることが要件であるが、回転中に生じる振れは、断層像や三次元データにボケ等の問題をもたらすことがある。

このような円錐軌道タイプの断層撮影装置で生じる回転振れの問題を解決するため、Ｘ線検出器で得られる被検体の画像から回転振れを測定し、測定した回転振れを用いて回転振れを打ち消す方向に回転機構を移動してから透過データを取得する断層撮影装置もある（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１では、回転振れの測定方法として、画像から回転振れを求めるほか、真円にした回転テーブルと回転テーブルの外周面を検知するセンサを用いて回転振れを求める技術が記載されている。

さらに、特許文献１では、回転振れの補正方法として、回転振れを打ち消す方向に回転機構を移動するほか、放射線検出器で得られた画像（透過データ）に振れの補正を施す技術が記載されている。
特開２００５−１０６５１５

特許文献１に記載されているように放射線検出器で検出された被検体の画像（透過データ）を用いて回転振れを測定する場合、回転によって被検体の透視方向が変わったとしても画像上の特徴点が常に被検体の一点に固定している必要がある。しかし、透過画像では特徴点が被検体上の一点に固定して現れるケースはまれであり、実際の透過画像では明瞭な特徴点が被検体に固定して現れることはまれであるため、従来の画像を用いた測定方法で正確な回転振れを測定することは困難である。

また、特許文献１に記載されているようにセンサを用いて回転振れを測定する場合、テーブルの外周面を真円に生成するのは困難であり、信頼性のない回転振れが測定されることがある。また、テーブルの外周面に生じた微小な傷、熱によるテーブルの変形またはテーブル上に被検体を載置した場合に生じる歪等によっても、測定される回転振れの精度は劣るため、センサを用いる測定方法で正確な回転振れを測定することは困難である。

上記課題に鑑み本発明は、回転振れの測定を確実にするとともに、測定した回転振れによって断層像撮影時に生じる回転振れを正確に補正することのできる断層撮影装置を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、請求項１記載の発明は、放射線源から発生してテーブルに載置される被検体を透過した放射線を放射線検出器で検出して得られた透過データから、前記被検体の断層画像を再構成する断層撮影装置であって、前記被検体と前記放射線とが、所定の回転軸に対して相対的な回転関係になるように、前記被検体、前記放射線源又は前記放射線検出器の少なくともいずれかを回転する回転手段と、前記放射線源及び前記放射線検出器を結ぶ光軸と、前記回転軸とで成すラミノ角を変更するように、前記放射線源又は前記放射線検出器の少なくともいずれかを移動するあるいは前記回転軸を傾ける可変手段と、前記ラミノ角が０°に設定されるとともに回転の振れ量の測定に用いる基準被検体が前記テーブルに載置された状態で、前記回転手段が一回転にわたる制御をするとき、所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出された透過データから、回転の振れ量を求める算出手段と、前記ラミノ角が０°以外に設定されて前記放射線検出器で前記被検体の透過データを検出する際、前記回転手段が回転の制御をすると、この回転の回転角度に応じて前記テーブルあるいは前記光軸に前記回転の振れ量を打ち消す移動を与えて回転の振れを補正する補正手段とを有することを要旨とする。

図１（ａ）に示すように、請求項１に係る断層撮影装置１ａでは、放射線源１０から照射された放射線３１は被検体３２を透過し、二次元分解能の放射線検出器１２で検出される。回転手段１５は、光軸Ｌからラミノ角α傾斜した回転軸ＲＡを中心に被検体３２を載置するテーブル１１を回転する。または、回転手段１５は、テーブル１１ではなく、放射線源１０と放射線検出器１２を一体で回転することで、被検体３２と放射線３１とを相対的に回転してもよい。可変手段１３は、光軸Ｌを傾けるか、あるいは回転軸ＲＡを傾けることでラミノ角αを変更する。

断層撮影装置１ａでは、まず断層撮影に先立ち、図１（ｂ）に示すようにラミノ角α＝０°に設定し、テーブル１１に載置した基準被検体３３を回転軸ＲＡの近傍に移動させて、一回転にわたって所定角度ステップおきの所定回転角度で透過データ（透過画像）を得る。算出手段１９は、得られた透過データから回転角度ごとの基準被検体３３の透過画像の像振れを算出し、像振れを拡大率で除算して回転の振れ量を求めて記憶する。ここで、回転角度はテーブルの原点からの回転角度（回転の位置）を意味し、ステップ角度のことではない。

また、断層撮影装置１ａでは、断層撮影時には、ラミノ角α≠０°に設定し、テーブル１１に被検体３２を載置して撮影する。このとき、補正手段１４は、回転角度ごとに、算出手段１９が算出した対応する回転角度の回転の振れ量を打ち消す移動を放射線３１と被検体３２に相対的に与える。すなわち、補正手段１４は、被検体３２を移動させるか光軸Ｌを移動させて回転の振れを打ち消すように補正する。再構成手段１８は、このように一回転にわたって複数の回転角度（回転の位置）で回転の振れを補正して得た透過データから被検体３２の断層像を生成する。

これにより、請求項１に係る断層撮影装置１ａでは、再現性のある回転振れに対し、振れを補正して良好な断層像を得ることができる。

また、請求項２に記載の発明は、放射線源から発生してテーブルに載置される被検体を透過した放射線を放射線検出器で検出して得られた透過データから、前記被検体の断層画像を再構成する断層撮影装置であって、前記被検体と前記放射線とが、所定の回転軸に対して相対的な回転関係になるように、前記被検体、前記放射線源又は前記放射線検出器の少なくともいずれかを回転する回転手段と、前記放射線源及び前記放射線検出器を結ぶ光軸と、前記回転軸とで成すラミノ角を変更するように、前記放射線源又は前記放射線検出器の少なくともいずれかを移動するあるいは前記回転軸を傾ける可変手段と、前記ラミノ角が０°に設定されるとともに回転の振れ量の測定に用いる基準被検体が前記テーブルに載置された状態で、前記回転手段が一回転にわたる制御をするとき、所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出された透過データから、回転の振れ量を求める算出手段と、前記ラミノ角が０°以外に設定されて前記放射線検出器で前記被検体の透過データを検出する際、前記回転手段が回転の制御をすると、透過データを検出する回転角度に応じて前記放射線検出器で検出された透過データに対し、前記回転の振れ量を打ち消す補正を施す補正手段とを有することを要旨とする。

図２（ａ）に示すように、請求項２に係る断層撮影装置１ｂは、図１で上述した請求項１に係る断層撮影装置１ａと比較して、補正手段１４に代えて補正手段２０を備えている点で異なるが、他の構成は同一である。

断層撮影装置１ｂでも、まず断層撮影に先立ち、図２（ｂ）に示すように断層撮影装置１ａの場合と同様に算出手段１９は基準被検体３３を用いて得られた透過データから回転角度ごとの回転の振れ量を求めて記憶する。

また、断層撮影装置１ｂでも、断層撮影時には、ラミノ角α≠０°に設定し、テーブル１１に被検体３２を載置し、被検体３２の透過データを得る。このとき、補正手段２０は、算出手段１９が算出した対応する回転角度の回転の振れ量によって、得られた透過データをずらすことで補正する。再構成手段１８は、このように一回転にわたって複数の回転角度で得られ、回転の振れが補正された透過データから被検体３２の断層像を生成する。

これにより、請求項２に係る断層撮影装置１ｂでは、再現性のある回転振れに対し、振れを補正して良好な断層像を得ることができる。

本発明によれば、再現性のある回転振れの測定を確実にするとともに、測定した回転振れによって断層像撮影時に生じる回転振れを正確に補正することができる。

以下で、図面を用いて本発明の各実施形態に係る断層撮影装置に付いて図面を用いて説明する。以下の説明において、同一部分には同一符号を用いて説明を省略し、類似部分については類似記号を用いて説明する。

〈第１の実施形態〉
図３を用いて説明する第１の実施形態に係る断層撮影装置２ａは、放射線としてＸ線を用いて被検体の断層像を撮影する断層撮影装置である。図３に示すように、断層撮影装置２ａは、Ｘ線管１０、テーブル１１、Ｘ線検出器１２、ＸＹ機構１４、回転機構１５、ｘｚ機構１６、検出器移動機構１３、機構制御部１７、再構成部１８及び算出部１９を備えている。

Ｘ線管１０は、Ｘ線ビーム３０を発生させる放射線源である。このＸ線管１０は透過型マイクロフォーカスＸ線管であって、１μｍ程度の微小なＸ線焦点Ｆを有する。Ｘ線管１０から発生したＸ線ビーム３０の一部（Ｘ線ビーム３１）はテーブル１１に載置される被検体３２を透過し、Ｘ線検出器１２で検出される。

Ｘ線検出器１２は、検出面１２ａで二次元分解能でＸ線を検出する放射線検出器であって、Ｘ線I.I.（Ｘ線イメージインテンシファイア）とテレビカメラを組み合わせたものや、ＦＰＤ（フラットパネル型検出器）等である。Ｘ線検出器１２は、検出器移動機構１３により、図３中の紙面で現される検出器傾動面Ｓ内で移動されて位置設定される。Ｘ線検出器１２は、検出器移動機構１３よりｘｄ方向に移動されるとともに、検出面１２ａが常にＸ線焦点Ｆに向くように首振り制御されている。なお、検出器移動機構１３は、Ｘ線検出器１２を直線的に移動させても、円弧状に移動させてもよい。

検出器移動機構（可変手段）１３により、Ｘ線検出器１２をＸ線ビーム３０の範囲内で移動することで、回転軸ＲＡとＸ線光軸Ｌの成す角度であるラミノ角αは、０°〜約７０°の範囲で可変される。このＸ線光軸Ｌは、Ｘ線源となるＸ線焦点Ｆと検出面１２ａの中心Ｄを結ぶ直線ＦＤである。ラミノ角αを変えたとき、ｘｚ機構１６により、被検体３２（及び回転軸ＲＡ）が移動され、Ｘ線光軸Ｌが回転軸ＲＡと被検体内の一点（Ｃ点）で交わるようにされる。

ＸＹ機構１４は、ｘｙ方向にテーブル１１を移動させる。ＸＹ機構１４は、テーブル１１をｘｙ方向に移動させることで、被検体３２の所望の検査領域を回転軸ＲＡ上に移動させることができる。また、断層撮影装置２ａでは、このＸＹ機構１４がテーブル１１をｘｙ方向に移動させることで、本発明で目的とする回転振れの補正を実現することができる。

回転機構１５は、回転軸ＲＡを中心として、テーブル１１を回転させる。回転機構１５は、透視を行う時にはテーブル１１を回転させることによって傾斜角（透視角度）αの傾斜方位を変更し、断層撮影の時は被検体３２の回転により円錐軌道スキャンを行う。

ｘｚ機構１６は、ｘｚ方向にテーブル１１を回転軸ＲＡとともに移動させる。ｘｚ機構１６は、テーブル１１をｘｚ方向に移動させることで、検査倍率（拡大率）を設定したり、傾斜角αが変化したりしたときに被検体３２の検査領域がＸ線光軸Ｌ上からずれないように視野ずれ補正をする。

機構制御部１７は、検出器移動機構１３、ＸＹ機構１４、回転機構１５及びｘｚ機構１６に電力を供給するとともに、各機構１３〜１６を制御する。

再構成部１８は、Ｘ線検出器１２によって検出した被検体３２の透過データを利用して、被検体３２の断層像を生成する。具体的には、再構成部１８は、ラミノ角α≠０°のとき、Ｘ線検出器１２で得られた回転軸ＲＡを中心とする一回転にわたる所定角度のステップごとに被検体３２の透過データ（透過画像）を入力し、この透過データから被検体３２の断層像を生成する。

算出部１９は、回転の振れを補正するために使用する回転の振れ量を算出する。具体的には、算出部１９は、ラミノ角α＝０°のとき、Ｘ線検出器１２で得られた基準被検体の透過データから一回転にわたる所定角度のステップごとの回転の振れ量を求め、予めメモリ（図示せず）に記憶させる。また、算出部１９は、メモリに記憶した回転角度ごとの回転の振れ量を機構制御部１７に出力する。

機構制御部１７は、断層撮影時に回転機構１５によってテーブル１１が回転されたとき、算出部１９から入力した各回転角度ごとの回転の振れ量を用いてＸＹ機構１４を制御してｘｙ方向にテーブル１１を移動させ、回転によって生じた回転振れを補正する。

断層撮影装置２ａでは、上述した構成の他、Ｘ線管１０、ｘｚ機構１６及び検出器移動機構１３等を固定するとともにＸ線を遮蔽するための筺体（図示せず）等の通常の断層撮影装置で必要な構成を備えている。

《振れ量の算出》
図４（ａ）は、算出部１９で回転振れを算出する際の断層撮影装置２ａの状態を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態で撮影された基準被検体３３の透過画像Ｐを示している。また、図５は、断層撮影装置２ａにおいて、基準被検体３３が図４（ａ）に示す状態にあるときの焦点ＦおよびＸ線検出器１２との関係を説明する図である。

断層撮影装置２ａでは、被検体３２の断層撮影に先立ち、図４（ａ）に示すようにラミノ角α＝０°に設定し、被検体３２の代わりに基準被検体３３を回転軸ＲＡの近傍（望ましくは回転軸ＲＡ上）に設置し、一回転すなわち、３６０°にわたって所定角度のステップでテーブル１１（基準被検体３３）を回転軸ＲＡを中心にして回転させて基準被検体３３の透過データ（透過画像）を得る。

基準被検体３３は、例えば図４（ａ）に示すように、Ｘ線を透過しやすい板３３ａ上にＸ線を透過しにくい金属ボール３３ｂを接着したものである。この金属ボール３３ｂが回転軸ＲＡに近くなるよう（望ましくは回転軸ＲＡ上）に載置し、また測定精度を上げるためにＸ線管１０に近づけて撮影の拡大率（ｆｄｄ/ｆｃｄ）を高くする。金属ボール３３ｂが回転軸ＲＡ上に位置するようにすることで、図４（ｂ）に示すように、検出面１２ａの中心Ｄで金属ボール３３ｂの透過画像が検出されることとなる。

算出部１９は、基準被検体３３の透過データから回転角度Φごとの基準被検体３３の透過画像の像振れを算出する。具体的には、算出部１９は、図４（ｂ）に示す透過画像Ｐに含まれる金属ボール３３ｂの重心Ｏ₁を求め、基準位置として設定される透過画像Ｐの中心Ｃ₁からの金属ボール３３ｂの重心Ｏ₁の像振れを求める。すなわち、回転振れがないときには検出面１２ａ上の中心Ｄで金属ボール３３ｂの透過画像が検出されることとなるため重心Ｏ₁は中心Ｃ₁にあるはずである。しかし、図５に示すように検出面１２ａの中心Ｄで金属ボール３３ｂの透過画像が検出されない。したがって、重心Ｏ₁が中心Ｃ₁にないとき、中心Ｃ₁から重心Ｏ₁までのずれが、回転振れによって生じる像振れとなる。

この像振れは、画素単位で得られるので、算出部１９は、求められる像振れに検出面１２ａ上での１画素のサイズ（ｍｍ/画素）を掛けることで、検出面１２ａ上での像振れΔｘ₀、Δｙ₀（ｍｍ）を求めることができる。その後、算出部１９は、像振れを拡大率（ｆｄｄ/ｆｃｄ）で除算して、回転角度Φごとの振れ量Δｘ（Φ）、Δｙ（Φ）を求め、回転振れ量を回転振れベクトルＳ（Φ）としてメモリに記憶させる。

《断層像の撮影》
断層撮影装置２ａでは、上述したように回転振れベクトルＳ（Φ）が求められた後に被検体３２の断層撮影が行われる。

断層撮影時には、まず、検出器移動機構１３によってラミノ角α≠０°に設定されるとともに被検体３２が載置されると、ＸＹ機構１４が被検体３２の検査領域を回転軸ＲＡ上に移動し、ｘｚ機構１６で拡大率の設定と視野合わせがされ、この後、回転機構１５でテーブル１１を回転させながら断層撮影が開始される。

機構制御部１７はこの断層像撮影時の各角度のステップ（回転角度Φ）ごとに、算出部１９から入力する回転の振れ量（回転振れベクトルＳ（Φ））を用いてＸＹ機構１４を制御し、角度を回転させるごとに対応する回転角度の回転振れベクトルＳ（Φ）と逆方向（−Ｓ（Φ））に被検体３２を移動させ、回転の振れを打ち消す。

断層撮影装置２ａでは、回転の振れを打ち消すように被検体３２が移動された後にＸ線検出器１２で検出された被検体３２の透過データを断層像の再構成に使用する透過画像とする。

《断層像の再構成》
断層撮影装置２ａでは、上述したように撮影された透過画像から断層像を再構成する方法として、FeldkampのコーンビームCT再構成アルゴリズム（L.A.Feldkamp,L.C.Davis and J.W.Kress, Practical cone-beam algorithm, J.Opt.Soc.Am.A/ Vol.1, No.6/ June 1984）等を用いる。

図６を参照して、FeldkampのコーンビームCT再構成アルゴリズムを利用して断層像を再構成する方法を簡単に説明する。

再構成部１８は、検出面１２ａ上で収集した多数の透過画像を回転角度Φごとに、対数変換して、この対数変換した透過画像Ｐ（Φ）それぞれに空間フィルタ処理をする。空間フィルタ処理は、検出器傾動面Ｓに沿った方向ｖにハイカット処理、直交方向ｕに高域強調処理（CTで利用されるRamachandran＆Lakshminarayananフィルタ処理等）を行う。

その後、再構成部１８は、図７（ａ）に示すように、空間フィルタ処理した透過画像Ｐ（Φ）を、Ｃ点を通るｘｙ平面上のマトリックス４０へＸ線焦点Ｆに向けて点Ａ1が点Ａ2へ、回転角度Φごとに三次元的に逆投影して透過画像Ｐｃ（Φ）（センタリング画像）を生成する。

このセンタリング画像の生成は、より詳しくは、二次元マトリックス４０上の全ての点に対し、一点（A2）ごとに検出面１２ａ上への射影点A1を求め、射影点A1の最近傍の４点のデータ点で補間した透過画像値Ｐ（Φ）を一点（A2）での投影画像Ｐｃ（Φ）の値とすることで行われる。なお、センタリング画像は、最終の断層像より小さなマトリックスサイズで作られる。

次に、再構成部１８は、図７（ｂ）に示すように、透過画像Ｐｃ（Φ）の記述座標をｘ，ｙからｘ’，ｙ’に角度Φ回転させる。すなわち、透過画像Ｐｃ（Φ）のデータ点を被検体３２に固定した座標ｘ’，ｙ’に沿ったマトリックス４１に変換して透過画像Ｐｒ（Φ）を生成する。さらに、透過画像Ｐｒ（Φ）を被検体３２に固定した座標ｘ’，ｙ’，ｚ’に沿った三次元のマトリックス４２へ、Ｘ線経路に沿って焦点Ｆに向けてあるいは離れる方向へ点Ａ2を点Ａ3へ三次元的に逆投影し、角度Φについて互いに積算することで被検体３２の断層像（三次元画像）を得る。

この逆投影は、より詳しくは、三次元マトリックス４２上の全ての点に対し、一点（A3）ごとに二次元マトリックス４１上への射影点（A2）を求め、射影点（A2）の最近傍の一点のデータ点の透過画像値Ｐｒ（Φ）（あるいは最近傍の四点の補間値）を一点（A3）へ積算することで行われる。また、逆投影するとき、Ｐｒ（Φ）に対し、逆投影密度の補正として、Ｆ−A3間距離をＲとして、１／Ｒ²のウェイトが掛けられる。

上述したように、本発明の第１の実施形態に係る断層撮影装置２ａでは、ラミノ角α＝０°で基準被検体の透過画像を回転角度ごとに撮影して回転振れ量を求め、これを記憶し、ラミノ角α≠０°で断層撮影時には、記憶した回転振れ量を用いて回転角度ごとに被検体を移動させて補正する。これによって、垂直透視で金属ボールの重心の振れを測定するので、断層撮影装置２ａでは、再現性のある回転振れの測定をより確実にし、正確な回転振れ補正を可能とした断層撮影装置を提供することができる。

また、第１の実施形態に係る断層撮影装置２ａでは、拡大率やラミノ角αによらず、断層撮影時には回転振れを測定することなく回転振れ補正が可能である。

〈第２の実施形態〉
図７を用いて、本発明の第２の実施形態に係る断層撮影装置２ｂについて説明する。第２の実施形態でも放射線としてＸ線を用いて被検体の断層像を撮影する断層撮影装置２ｂについて説明する。図７に示すように、断層撮影装置２ｂは、第１の実施形態で上述した断層撮影装置２ａが備える構成に加え、補正部２０を備えている点で異なる。

断層撮影装置２ｂでも断層撮影装置２ａと同様に、算出部１９が予め基準被検体３３を利用して所定角度のステップ（回転角度Φ）ごとの回転の振れ量（ベクトルＳ（Φ））を求め、予めメモリに記憶する。

この断層撮影装置２ｂでは、補正部２０は、所定角度のステップ（回転角度Φ）ごとに算出部１９から入力した対応する回転角度の回転の振れベクトルＳ（Φ）を用いて透過データ（透過画像）に対して補正を加える。具体的には、補正部２０は、図８に示すように、回転の振れベクトルＳ（Φ）をＸ線検出器１２の検出面１２ａに射影したベクトル（ベクトルＳg（Φ））を打ち消す方向（−Ｓｇ（Φ））に透過データをずらすことで透過データを補正する。

再構成部１８は、補正部２０によって補正された透過データから第１の実施形態で上述した方法で被検体３２の断層像を生成する。

すなわち、第１の実施形態に係る断層撮影装置２ａでは、透過データの取得前に物理的にテーブル１１をｘｙ方向に移動させて回転振れを補正していたが、第２の実施形態に係る断層撮影装置２ｂでは、テーブル１１を移動するのではなく、取得した透過データを補正することで回転振れを補正する。

上述した第２の実施形態に係る断層撮影装置２ｂによれば、拡大率やラミノ角αによらず、断層撮影時には回転振れを測定することなく回転振れ補正が可能である。

また、上述した第２の実施形態に係る断層撮影装置２ｂによれば、機械的な補正でなく、透過データをずらして補正するので、微小な回転振れも正確に補正することができる。

〈第１の変形例〉
上述した断層撮影装置２ａ，２ｂでは、透過画像上で回転振れを求める際、図４（ｂ）のように透過画像Ｐの中心Ｃ₁を基準位置として、画像の中心Ｃ₁からの像振れを求めた例で説明したが、基準位置は画像の中心Ｃ₁でなくてもよい。例えば、回転に同期して描かれる円（基準円軌道）上の点を基準点とすることができる。この基準円軌道は、例えば、所定半径の円軌道上からの振れの一回転分の軌道の二乗和が最小となる円軌道を最小二乗法で求め、選択することができる。これは、補正量を最小にすることができる理想的な方法である。

図９は、第１の変形例における最小化した回転振れ量である回転振れベクトルＳ₀’（Φ）を求める説明図である。軌道５１は透過画像Ｐ上の金属ボール３３ｂの重心の描く軌道である。軌道５１はまた、測定した画面の中心Ｃ₁を基準としたときの回転振れベクトルＳ₀（Φ）の描く軌道である。

基準円軌道５２は基準点（基準ベクトルＲ₀（Φ））の描く軌道であり、円中心座標（ｘｃ，ｙｃ）、半径（ｒ）、フェーズ（Φ₀）によって決まる軌道である。具体的には、基準円軌道５２であるベクトルＲ₀（Φ）は、式（１）及び式（２）に示すようにｘ成分とｙ成分とを分けて表わされる。

また、回転振れベクトルＳ₀’（Φ）は、式（１）、式（２）による基準ベクトルＲ₀（Φ）を用いて式（３）で表わされる。

ところで、基準ベクトルＲ₀（Φ）は回転振れベクトルＳ₀’（Φ）を最小化するように選ぶ必要がある。このため、回転振れベクトルＳ₀’（Φ）の絶対値の二乗の一回転分の和が最小となる基準円軌道Ｒ₀（Φ）を最小二乗法で選ぶ。具体的には、式（３）から、回転振れベクトルＳ₀’の絶対値の二乗和は、式（４）で表わされる。

この式（４）に式（１）と式（２）を代入すると回転振れベクトルＳ₀’の絶対値の二乗和はｘｃ，ｙｃ，ｒ，Φ₀の関数として表される。ここで、よく知られている最小二乗法の一般的な手法によって正規方程式を利用することで、回転振れベクトルＳ₀’の絶対値の二乗和を最小とするｘｃ，ｙｃ，ｒ，Φ₀を求めることができる。これで、Ｓ₀’（Φ）を最小化する基準円軌道５２であるＲ₀（Φ）が確定し、式（３）を用いて最小化した回転振れベクトルＳ₀’（Φ）を求めることができる。

このように所定の円軌道を基準として求める回転振れベクトルＳ₀’（Φ）を、画像の中心Ｃ₁を基準として求める回転振れベクトルＳ₀（Φ）の代わりに使用することで、ＸＹ機構１４又は補正部２０で補正する補正量を最小にすることができる。

なお、上述した説明では基準円軌道Ｒ₀（Φ）は、Ｓ₀’（Φ）の絶対値の二乗の一回転分の和が最小となるように選んだが、絶対値の二乗の一回転分を最小となるようにする方法に限られず、たとえば、Ｓ₀’（Φ）の絶対値の一乗の一回転分の和が最小となるように選んでもよい。この場合は、式（４）を変更するが、式（１）〜式（３）等の他の点では同一である。

〈第２の変形例〉
上述した断層撮影装置２ｂでは、補正手段２０は、再構成前の透過データに対して回転振れを補正したが、再構成途中の透過データに対して補正してもよい。

再構成途中の透過データを補正する場合、補正手段２０は、例えば、対数変換後又は空間フィルタ処理後の透過画像Ｐ（Φ）に対して補正を施す。この場合、再構成部１８は、処理途中の透過画像を補正部２０に出力し、補正部２０は、再構成前に補正する場合と同様に検出面１２ａ上で振れベクトルＳｇ（Φ）を打ち消すようにずらす補正をした後、再びデータを再構成部１８に出力する。再構成部１８は、この回転振れが補正された透過画像を使用して再構成処理を継続する。

また、補正手段２０は、処理途中の透過画像Ｐｃ（Φ）（センタリング画像）を補正してもよい。この場合、再構成部１８は、透過画像Ｐｃ（Φ）を補正部２０に出力する。補正部２０は、この処理途中の透過画像Ｐｃ（Φ）を算出部１９から入力した対応する回転角度の回転の振れベクトルＳ（Φ）を用いてｘｙ平面上で振れベクトルＳ（Φ）を打ち消すように（−Ｓ（Φ）だけ）ずらす補正をした後、再びデータを再構成部１８に出力する。再構成部１８は、この補正済みの透過画像を使って再構成処理を続ける。

〈第３の変形例〉
上述した断層撮影装置２ａ，２ｂでは、検出器移動機構１３がＸ線検出器１２を移動してラミノ角を可変とする構成であるが、ラミノ角可変は、Ｘ線検出器１２の移動に限られない。すなわち、特許請求の範囲で記載の可変手段は、Ｘ線焦点ＦとＸ線検出器１２のどちらか一方又は両方を移動させることでＸ線光軸Ｌを傾けることが可能であれば、回転軸ＲＡを傾けてラミノ角αを変化させることもできる。

また、上述した断層撮影装置２ａ，２ｂでは、画像撮影の際の所定の角度ごとのステップ回転を回転機構１４が回転テーブル１１（被検体３２）を回転することで行っているが、回転テーブル１１の回転に限られない。回転軸ＲＡに対し被検体３２とＸ線ビーム３１が相対的な回転関係となるように、被検体３２、Ｘ線管１０（Ｘ線焦点Ｆ）又はＸ線検出器１２の少なくともいずれかを回転して等価な透過データを得るようにすることもできる。例えば、回転テーブル１１を固定し、回転手段（図３、図７で図示せず）によって、回転軸ＲＡを中心にＸ線管１０（Ｘ線焦点Ｆ）とＸ線検出器１２とを回転させてもよい。この場合、相対的には放射線３１と被検体３２とが回転テーブル１１を回転した場合と同様な関係となるため、回転テーブル１１を回転した場合と同様の透過データを得ることができる。

さらに、上述した断層撮影装置２ａでは、回転機構１５の上に配置したＸＹ機構１４で被検体３２を算出部１９によって算出された回転振れ量を打ち消すように移動させ、ＸＹ移動のみで回転振れを補正しているが、ＸＹ機構１４による補正に限られない。例えば、回転機構１５の下に回転振れを補正する補正用の移動機構を配置して、この補正用の移動機構によって回転振れを補正してもよい。または、Ｘ線管１０とＸ線検出器１２のいずれかあるいは両方を移動することで、光軸Ｌを回転振れ量を打ち消すように移動させて補正してもよい。

〈第４の変形例〉
上述した断層撮影装置２ａ，２ｂにおいて、回転はステップ回転でも連続的な滑らかな回転でもよい。ただし、どちらの場合でも、所定角度のステップおきに透過データを収集する。

連続回転の場合の透過データ収集は、連続回転を続けながら回転機構のエンコーダーパルスのタイミングで透過データを収集する。また、連続回転の場合、補正手段１４は、連続回転を続けながら、テーブル１１に対して回転角度Φに応じて振れ量Ｓ（Φ）を打ち消す移動を連続的に与えて回転の振れを補正する。

また、透過データを収集する角度のステップは、振れ量算出時と断層撮影時で異なっていてもよい。この場合、断層撮影時の回転角度Φに最近傍の二つの回転角度での振れ量Ｓ（Φ₁），Ｓ（Φ₂）を補間してＳ（Φ）を得て補正に用いる。

また、透過データを収集する角度のステップは、厳密に一定角度でなくてもよい。

本発明の請求項１に係る断層撮影装置の概念図である。 本発明の請求項２に係る断層撮影装置の概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る断層撮影装置の概念図である。 図３の断層撮影装置における画像振れ量の算出について説明する図である。 図３の断層撮影装置における画像振れ量の算出について説明する他の図である。 図３の断層撮影装置における画像の再構成について説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る断層撮影装置の概念図である。 図７の断層撮影装置における画像振れの補正について説明する図である。 第１の変形例に係る断層撮影装置における画像振れの算出について説明する図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ…断層撮影装置
１０…Ｘ線管（放射線源）
１１…テーブル
１２…Ｘ線検出器（放射線検出器）
１２ａ…検出面
１３…検出器移動機構（可変手段）
１４…ＸＹ機構（補正手段）
１５…回転機構（回転手段）
１６…ｘｚ機構
１７…機構制御部
１８…再構成部（再構成手段）
１９…算出部（算出手段）
２０…補正部（補正手段）
３０…Ｘ線ビーム
３１…Ｘ線ビーム（放射線）
３２…被検体
３３…基準被検体
３３ａ…板
３３ｂ…金属ボール

Claims (4)

1. 放射線源から発生してテーブルに載置される被検体を透過した放射線を放射線検出器で検出して得られた透過データから、前記被検体の断層画像を再構成する断層撮影装置であって、
   前記被検体と前記放射線とが、所定の回転軸に対して相対的な回転関係になるように、前記被検体、前記放射線源又は前記放射線検出器の少なくともいずれかを回転する回転手段と、
   前記放射線源及び前記放射線検出器を結ぶ光軸と、前記回転軸とで成すラミノ角を変更するように、前記放射線源又は前記放射線検出器の少なくともいずれかを移動するあるいは前記回転軸を傾ける可変手段と、
   前記ラミノ角が０°に設定されるとともに回転の振れ量の測定に用いる基準被検体が前記テーブルに載置された状態で、前記回転手段が一回転にわたる制御をするとき、所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出された透過データから、回転の振れ量を求める算出手段と、
   前記ラミノ角が０°以外に設定されて前記放射線検出器で前記被検体の透過データを検出する際、前記回転手段が回転の制御をすると、この回転の回転角度に応じて前記テーブルあるいは前記光軸に前記回転の振れ量を打ち消す移動を与えて回転の振れを補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする断層撮影装置。
2. 放射線源から発生してテーブルに載置される被検体を透過した放射線を放射線検出器で検出して得られた透過データから、前記被検体の断層画像を再構成する断層撮影装置であって、
   前記被検体と前記放射線とが、所定の回転軸に対して相対的な回転関係になるように、前記被検体、前記放射線源又は前記放射線検出器の少なくともいずれかを回転する回転手段と、
   前記放射線源及び前記放射線検出器を結ぶ光軸と、前記回転軸とで成すラミノ角を変更するように、前記放射線源又は前記放射線検出器の少なくともいずれかを移動するあるいは前記回転軸を傾ける可変手段と、
   前記ラミノ角が０°に設定されるとともに回転の振れ量の測定に用いる基準被検体が前記テーブルに載置された状態で、前記回転手段が一回転にわたる制御をするとき、所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出された透過データから、回転の振れ量を求める算出手段と、
   前記ラミノ角が０°以外に設定されて前記放射線検出器で前記被検体の透過データを検出する際、前記回転手段が回転の制御をすると、透過データを検出する回転角度に応じて前記放射線検出器で検出された透過データに対し、前記回転の振れ量を打ち消す補正を施す補正手段と、
   を有することを特徴とする断層撮影装置。
3. 前記算出手段は、前記透過データ上で、中心から前記基準被検体までのベクトルを前記回転の振れ量として求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の断層撮影装置。
4. 前記算出手段は、前記透過データ上で、前記被検体の描く軌道との差を最小とするように描かれた円軌道上の一点から、前記基準被検体までのベクトルを前記回転の振れ量として求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の断層撮影装置。

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