JP5136002B2 - 放射線断層撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は放射線断層撮像装置に関し、更に詳しくは、産業用の放射線断層撮像装置に関する。

放射線断層撮像装置は、一般に、Ｘ線などの放射線を対象物に照射して得られる放射線投影データを、対象物の周囲３６０°の方向から所定の微小角度ごとに収集し、その投影データを再構成演算に処することにより、対象物の断層像を構築するための画素データを得る。

産業用の放射線断層撮像装置においては、通常、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器の間に、対象物を搭載して回転を与える回転テーブルを配置し、この回転テーブルを、放射線源と放射線検出器を結ぶ放射線光軸方向に直交する回転軸の回りに回転させる構成が多用される（例えば特許文献１参照）。この構成において回転テーブルを所定の微小角度ずつ回転させつつ、各回転位置で対象物の放射線投影データを収集し、その収集したデータを再構成演算することにより、回転テーブルの回転軸に直交する平面に沿った断層像を得る。

ここで、再構成演算処理は、通常、収集したＸ線投影データを浮動小数点フォーマットで演算して断層像を構成する各画素の濃淡データを求め、表示器に表示するに当たっては、これを整数フォーマットの各画素の輝度データに変換し、断層像を表示する。
再構成演算により得られた浮動小数点フォーマットの画素の濃淡データを、整数フォーマットの輝度データに変換する１次変換係数は、整数フォーマットの限られた輝度範囲をなるべく有効に利用するために、操作者が設定するのが通常である。従来、この１次変換係数については、あらかじめ用意された値（例えば０．１、１．０、１０．０、１００．０）から最適な値を操作者が選んで設定する方式が採用されている。
特開平１１−３４４４５３号公報

以上のような従来の１次変換係数の設定の方式によると、断層像の拡大倍率や対象物の材質などによって、最適な値は大きく影響されるため、１次変換係数の設定に際しては、装置の操作に熟練するまでは、試行錯誤を繰り返し行って最適値を探っていく必要があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、操作者の熟練度に頼ることなく、常に最適な１次変換係数を設定することのできる放射線断層撮像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像装置は、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器の間に、対象物を搭載するテーブルが配置され、そのテーブル上の対象物と、上記放射線源と放射線検出器の対とを、放射線光軸方向に直交する回転軸の回りに相対回転させる回転駆動手段と、対象物に放射線を照射しつつ、上記回転駆動手段の駆動により所定の角度ずつ対象物と上記対とを相対回転させるごとに取り込んだ放射線投影データを用いた再構成演算により、上記回転軸に直交する平面に沿った断層像を構成するための画素の濃淡データを算出する再構成演算手段と、その再構成演算により得られた各画素の濃淡データを、１次変換係数を用いて表示器に表示すべき各画素の輝度データに変換するデータ換算手段を備えた放射線断層撮像装置において、上記再構成演算により算出された浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データの集合から、その特徴値を抽出する特徴値抽出手段と、その抽出された特徴値を用いて、上記浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データをそれぞれ整数フォーマットの輝度データに変換する１次変換係数を自動的に算出する変換係数算出手段を備え、上記１次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算を、上記表示器に表示すべき断層像を構築するための実際の再構成演算に先立って行う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１次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算は、上記表示器に表示すべき断層像を構築するための実際の再構成演算に比して、スライス枚数を間引いた演算、および／または、各断層像を形成する画素を間引いた演算とする構成（請求項２）を採用することが望ましい。

また、本発明においては、上記特徴値を、上記浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データの集合の最大値と最小値とする構成（請求項３）を採用することができ、その場合、上記変換係数算出手段は、上記画素の濃淡データの最大値と最小値がそれぞれ、表示器に表示可能な最大輝度値と最小輝度値もしくはこれらの近傍となるように上記１次変換係数を算出する構成（請求項４）を好適に採用することができる。

本発明は、再構成演算により求められた画素の濃淡データの集合から、その特徴値を抽出し、その結果に基づいて最適な１次変換係数を算出して自動的に設定することで、課題を解決しようとするものである。

すなわち、再構成演算により求められた断層像を構築するための各画素の濃淡データから、例えば最大値や最小値などの特徴値を抽出し、これらの値がそれぞれ表示器に表示可能な最大輝度値や最小輝度値、あるいはこれらの近傍の値に変換されるように、１次変換係数を求める。このようにして求められた１次変換係数を用いることにより、表示器に表示される断層像は常に高階調の画像となる。

ここで、１次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算は、表示器に表示するための断層像を構築するための実際の再構成演算結果から行ってもよいが、容量の関係等から、特徴値の抽出のための再構成演算を前以って予備的に行う。その場合、請求項２に係る発明のように、再構成演算を行うスライス枚数を間引いたり、あるいは、各断層像を構成する画素を間引いた演算を行い、更にはこれらの双方を併せた演算を行うことにより、処理の高速化を実現できる。

本発明によれば、対象物の放射線撮影により得られた放射線投影データを用いた再構成演算により求められた浮動小数点フォーマットの画素の濃淡データを、表示器に表示する際の整数フォーマットからなる輝度データに変換する１次変換係数を、再構成演算で求められた画素の濃淡データの集合から特徴値を抽出し、その結果を用いて自動的に算出して設定するので、従来のように操作者の熟練度によっては試行錯誤を余儀なくされていた１次変換係数の設定が不要となり、操作者の熟練度に関係なく常に最適なコントラストの断層像を得ることが可能となる。ここで、１次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算は、表示器に表示するための断層像を構築するための実際の再構成演算結果から行ってもよいが、容量の関係等から、特徴値の抽出のための再構成演算を前以って予備的に行う。

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、機械的構成を表す模式図と機能的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はそのＸ線光軸が水平を向くように配置され、このＸ線源１に水平方向に対向してＸ線検出器２が配置されており、これらの間に鉛直の回転軸Ｒの回りに回転が与えられる回転テーブル３が配置されている。Ｘ線源１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は２次元検出器である。また、回転テーブル３は移動機構１５によってＸ線光軸Ｌの方向を含む互いに直交する３軸方向に移動可能となっている。

ＣＴ撮影に際しては、回転テーブル３上に対象物Ｗを搭載してＸ線を照射しつつ、回転軸Ｒの回りに回転を与え、微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力、つまり対象物Ｗを透過したＸ線投影データを画像取り込み回路４を介してデータ記憶部５に取り込んでいく。なお、図１では、回転軸ＲはＸ線光軸Ｌと直交した状態としているが、これらは互いに直交していなくてもＣＴ撮影は可能であり、必ずしも直交する必要はなく、ほぼ直交していればよい。

ＣＴ撮影後、つまり３６０°分のＸ線投影データがデータ記憶部５に揃った後、これらのデータは再構成演算部６による再構成演算に供される。この再構成演算部６では、３６０°のＸ線透過データを用いて、あらかじめ設定されているスライス幅のもとに、回転軸Ｒに直交する平面に沿った複数の断層像をそれぞれ構成する画素の濃淡データを算出する。この各断層像を構成する各画素の濃淡データ（ＣＴ値）は、画素データ変換部７において、表示装置１０に表示するための画素の輝度データに変換されたうえで、１枚の断層像ごとに断層像データ記憶部８に記憶されるとともに、表示装置１０に表示される。

画素データ変換部７において、再構成演算部６で算出された画素の濃淡データを輝度データに変換する際に用いる１次変換係数は、１次変換係数算出部９において自動的に算出されるが、その詳細については後述する。

以上の画像取り込み回路４、データ記憶部５、再構成演算部６、画素データ変換部７、表示装置１０、断層像データ記憶部８および１次変換係数算出部９は、制御部１１の制御下に置かれており、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、コンピュータにインストールされているプログラムに従って動作するのであるが、図１においては説明の便宜上、機能ごとのブロック図で示している。

制御部１１には、ジョイスティックやキーボード、マウス等からなる操作部１２が接続されており、この操作部１２を操作することにより、Ｘ線コントローラ１３を通じてＸ線源１のＯＮ／ＯＦＦや条件変更等を行うことができ、また、回転テーブル３に対する駆動指令、あるいは移動機構１５により回転テーブル３を移動させるための駆動指令を、ステージコントローラ１４を通じて与えることができる。

さて、この例における特徴は、画素データ変換部７において、再構成演算により求められた画素の濃淡データを表示装置１０に表示するための断層像の画素の輝度データに換算する１次変換係数を自動的に求める点であり、以下、その動作手順を図２を参照しつつ以下に説明する。

図２（Ａ）は１次変換係数を求める際の動作手順を示すフローチャートで、同図（Ｂ）は求められた１次変換係数を用いて画素データを輝度データに変換して断層像を構築する動作手順を示すフローチャートである。

ＣＴ撮影の完了後、まず、図２（Ａ）に示すように、収集したＸ線投影データを用いて、予備的な再構成演算を行う。この予備的な再構成演算は、操作部１２を通じて設定されているスライス幅ごとの全ての断層像を得るのではなく、その設定に対して例えば１０枚飛びの断層像を構築する画素の濃淡データを算出する。この演算は浮動小数点フォーマットで行われ、得られた各画素の濃淡データは、従って、全て浮動小数点値である。

所要枚数分の再構成演算を完了すると、その全ての画素の濃淡データの中から特徴点を抽出する。特徴値としては、最大値と最小値とを有効に採用することができる。このような特徴値の抽出を終えると、次いでその特徴値を基に最適な１次変換係数を算出する。その算出方法は、例えば、濃淡データの最大値を表示装置１０における最大輝度値もしくはその近傍の規定値に、濃淡データの最小値を同じく最小輝度値もしくはその近傍の規定値にそれぞれ当てはめ、２次元グラフ上でこれらの座標を直線で結んだ線の傾きを１次変換係数とする。

以上の手順で１次変換係数の算出を終えると、次いで図２（Ｂ）に示すように、既に収集して記憶しているＸ線投影データを読み出し、設定されているスライス幅ごとの断層像を構築すべく再構成演算を行う。これによって得られた浮動小数点フォーマットの画素の濃淡データを、先に算出した１次変換係数を用いて整数フォーマットの輝度データに変換し、断層像の構成する画素の輝度データとして断層像データ記憶部８に記憶する。

このようにして得られた画素の輝度データからなる断層像は、再構成演算により得られた全画素の濃淡データの最大値が、表示可能な最大輝度値もしくはその近傍値となり、濃淡データの最小値が最小輝度値もしくはその近傍値となって表示装置１０に表示される結果、図３に例示するように、十分なコントラストの断層像となる。ちなみに、１次変換係数として最適値よりも小さい係数に設定してしまった場合には、図４に例示するように、得られる断層像の階調は低くなり、見にくい画像となる。

以上の本発明の実施の形態によると、操作者が１次変換係数を設定することなく、従って操作者の熟練度に関わらず、表示装置１０に表示される断層像は常に高いコントラストの見やすい画像となる。

なお、以上の実施の形態では、放射線としてＸ線を用いた例を示したが、本発明は他の放射線、例えばガンマ線等を用いてもよく、また、Ｘ線源とＸ線検出器の対と対象物との相対回転の与え方として、Ｘ線源とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる方式であってもよい。

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機能的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の動作説明図で、（Ａ）は１次変換係数の算出プログラムの内容を表すフローチャート、（Ｂ）は再構成演算により求められた画素の濃淡データを輝度データに変換するプログラムの内容を表すフローチャートである。 本発明の実施の形態により得られる断層像の例を示す図である。 １次変換係数を最適値よりも小さく設定した場合に得られる断層像の例を示す図である。

符号の説明

１ Ｘ線源
２ Ｘ線検出器
３ 回転テーブル
４ 画像データ取り込み回路
５ データ記憶部
６ 再構成演算部
７ 画素データ変換部
８ 断層像データ記憶部
９ １次変換係数算出部
１０ 表示装置
１１ 制御部
１２ 操作部
１３ Ｘ線コントローラ
１４ ステージコントローラ
１５ 移動機構
Ｌ Ｘ線光軸
Ｒ 回転軸
Ｗ 対象物

Claims (4)

1. 互いに対向配置された放射線源と放射線検出器の間に、対象物を搭載するテーブルが配置され、そのテーブル上の対象物と、上記放射線源と放射線検出器の対とを、放射線光軸方向に直交する回転軸の回りに相対回転させる回転駆動手段と、対象物に放射線を照射しつつ、上記回転駆動手段の駆動により所定の角度ずつ対象物と上記対とを相対回転させるごとに取り込んだ放射線投影データを用いた再構成演算により、上記回転軸に直交する平面に沿った断層像を構成するための画素の濃淡データを算出する再構成演算手段と、その再構成演算により得られた各画素の濃淡データを、１次変換係数を用いて表示器に表示すべき各画素の輝度データに変換するデータ換算手段を備えた放射線断層撮像装置において、
   上記再構成演算により算出された浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データの集合から、その特徴値を抽出する特徴値抽出手段と、その抽出された特徴値を用いて、上記浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データをそれぞれ整数フォーマットの輝度データに変換する１次変換係数を自動的に算出する変換係数算出手段を備え、上記１次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算を、上記表示器に表示すべき断層像を構築するための実際の再構成演算に先立って行うことを特徴とする放射線断層撮像装置。
2. 上記１次変換係数を算出すべく特徴値を抽出するための再構成演算は、上記表示器に表示すべき断層像を構築するための実際の再構成演算に比して、スライス枚数を間引いた演算、および／または、各断層像を形成する画素を間引いた演算とすること特徴とする請求項１に記載の放射線断層撮像装置。
3. 上記特徴値は、上記浮動小数点フォーマットの各画素の濃淡データの集合の最大値と最小値であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線断層撮像装置。
4. 上記変換係数算出手段は、上記画素の濃淡データの最大値と最小値がそれぞれ、表示器に表示可能な最大輝度値と最小輝度値もしくはこれらの近傍となるように上記１次変換係数を算出することを特徴とする請求項３に記載の放射線断層撮像装置。

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