JP5211880B2 - X-ray tomography system - Google Patents

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本発明は産業用のX線断層像撮影装置に関する。   The present invention relates to an industrial X-ray tomography apparatus.

X線断層像撮影装置においては、一般に、X線発生装置とX線検出との間に、対象物を配置するための試料ステージを設け、X線発生装置とX線検出器との対と試料ステージとを相対的に回転させ、その回転における互いに異なる複数の角度においてX線投影データを採取することによって、多数の方向からの対象物のX線投影データを収集し、そのデータにフィルタ処理等を施した後、逆投影を行うことで、対象物の断層像を得る(例えば特許文献1、2参照)。   In an X-ray tomography apparatus, generally, a sample stage for placing an object is provided between an X-ray generator and X-ray detection, and a pair of X-ray generator and X-ray detector and a sample are provided. By rotating the stage relatively and collecting X-ray projection data at a plurality of different angles in the rotation, the X-ray projection data of the object from many directions is collected, and the data is filtered. Then, back projection is performed to obtain a tomographic image of the object (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

例えば図7(A)に示すように、X線発生装置1とX線検出器2の間に、これらを結ぶ線に直交する鉛直の回転軸Rの回りに回転する回転テーブル3を配置して試料ステージとし、その回転テーブル3上に図示のような対象物Wを搭載してX線を照射すると、X線検出器2の出力、つまり対象物WのX線投影データは同図(B)に例示する通りとなる。鉛直の回転軸Rに直交する水平方向へのラインプロファイルは、鉛直方向中央部分を例にとれば同図(C)に示す通りとなる。   For example, as shown in FIG. 7 (A), between the X-ray generator 1 and the X-ray detector 2, a rotary table 3 that rotates around a vertical rotation axis R orthogonal to the line connecting them is arranged. When an object W as shown in the figure is mounted on the rotary table 3 and irradiated with X-rays, the output of the X-ray detector 2, that is, the X-ray projection data of the object W is shown in FIG. It will be as illustrated in The line profile in the horizontal direction perpendicular to the vertical rotation axis R is as shown in FIG. 4C when the vertical central portion is taken as an example.

また、図8に示す例は、X線発生装置1とX線検出器2の対を回転軸Rの回りに回転させる構造の装置を示すものであり、X線発生装置1とX線検出器2の間に対象物を配置し、その対象物Wを搭載する試料ステージ(図示略)は回転させずに固定し、その回りをX線発生装置1とX線検出器2の対を回転させる。このような装置構造でも、上記と同様のX線投影データが得られる。   The example shown in FIG. 8 shows an apparatus having a structure in which a pair of the X-ray generator 1 and the X-ray detector 2 is rotated about the rotation axis R. The X-ray generator 1 and the X-ray detector are shown in FIG. An object is placed between 2 and a sample stage (not shown) on which the object W is mounted is fixed without rotating, and a pair of the X-ray generator 1 and the X-ray detector 2 is rotated around the sample stage. . Even with such an apparatus structure, X-ray projection data similar to the above can be obtained.

以上の図7(A)または図8に示す装置において、対象物Wに向けてX線を照射しながら回転テーブル3を微小角度ずつ回転させるか、あるいはX線発生装置1とX線検出器2の対を微小角度ずつ回転させてX線投影データを取り込むことにより、さまざまな方向(投影角度)でのX線投影データを収集することができる。その各投影角度の投影データにおける回転軸R方向への一定の位置で、かつ、回転軸Rに直交する方向へのライン上のX線投影データを集めてグラフ化したものはサイノグラムと呼ばれ、その例を図9に示す。このサイノグラムは、再構成演算を行う前のデータとなる。断層像の再構成演算は、サイノグラム(投影データ)を逆投影処理することで実現されている。すなわち、図10に示すように、例えば図7(C)に示した中央部分のラインのサイノグラムで説明すると、該当する角度のラインプロファイルデータを用いて、言わばX線発生装置1の焦点に向けて塗りつぶしていく処理を、収集した角度分繰り返し実行する。これにより、図11に例示するような対象物の鉛直方向中央部分における断層像が得られる。なお、実際には、投影データはフィルタリング処理などを行う必要があるが、ここでは省略する。   In the apparatus shown in FIG. 7A or FIG. 8, the rotary table 3 is rotated by a minute angle while irradiating the object W with X-rays, or the X-ray generator 1 and the X-ray detector 2 are rotated. The X-ray projection data in various directions (projection angles) can be collected by rotating the pair of each by a minute angle and capturing the X-ray projection data. A graph obtained by collecting and graphing X-ray projection data on a line at a certain position in the direction of the rotation axis R in the projection data at each projection angle and in a direction orthogonal to the rotation axis R is called a sinogram. An example is shown in FIG. This sinogram becomes data before the reconstruction operation is performed. The tomographic reconstruction calculation is realized by back-projecting a sinogram (projection data). That is, as illustrated in FIG. 10, for example, with the sinogram of the center line illustrated in FIG. 7C, the line profile data of the corresponding angle is used, so to speak, toward the focal point of the X-ray generator 1. The process of painting is repeated for the collected angles. As a result, a tomographic image at the center in the vertical direction of the object as illustrated in FIG. 11 is obtained. Actually, it is necessary to perform a filtering process on the projection data, but this is omitted here.

以上の例では、ライン上の投影データの処理について説明したが、同様な手法によりさまざまな投影角度で得た2次元投影データから、3次元の断層データ(3次元画像情報)を再構成することができる。   In the above example, the processing of projection data on a line has been described. However, three-dimensional tomographic data (three-dimensional image information) is reconstructed from two-dimensional projection data obtained at various projection angles by a similar method. Can do.

このようなX線断層像撮影装置において、1周をどれだけ分割して投影データを収集するか、その分割数はプロジェクション数と称される。このプロジェクション数が多ければ多いほど、角度分解能が高くなり、再構成される断層像の分解能(解像度)も高くなる。   In such an X-ray tomographic imaging apparatus, the number of divisions for one round and the collection of projection data is referred to as the number of projections. The greater the number of projections, the higher the angular resolution and the higher the resolution (resolution) of the reconstructed tomographic image.

また、各投影データを撮影する際の露光時間も画質に影響し、露光時間が長ければ長いほど、投影データのS/Nが向上し、再構成される断層像のS/Nも向上する。
特開2005−300438号公報 特開2005−283180号公報
Further, the exposure time at the time of photographing each projection data also affects the image quality. The longer the exposure time, the higher the S / N of the projection data and the S / N of the tomographic image to be reconstructed.
JP 2005-300388 A JP-A-2005-283180

前記したように、高い分解能の高画質の断層像を得るためには、プロジェクション数を上げることが必要となるが、データ収集時間(撮影時間)が長くなり、産業用の装置にあっては、データ収集が数十分から数時間にも及ぶ場合がある。しかも、プロジェクション数を上げると、データ収集後に実行される再構成演算もプロジェクション数に比例して長くなり、更に数十分から数時間を要することもある。一方で、断層像には、X線条件や対象物の位置決めなど、さまざまな条件を最適にする必要があり、それだけの時間をかけて得た断層像が、全く無駄になってしまう場合もある。   As described above, in order to obtain a high-resolution, high-quality tomographic image, it is necessary to increase the number of projections, but the data collection time (imaging time) becomes long, and in industrial equipment, Data collection can range from tens of minutes to hours. Moreover, when the number of projections is increased, the reconstruction operation executed after data collection becomes longer in proportion to the number of projections, and it may take several tens of minutes to several hours. On the other hand, it is necessary to optimize various conditions, such as X-ray conditions and object positioning, and a tomogram obtained over such time may be completely wasted. .

ここで、露光時間については、前記した特許文献2において、X線発生装置とX線検出器の対と対象物とを複数回転にわたって相対回転させ、その各回転において収集するX線投影データの投影角度は互いに同じとし、同一の投影角度でのX線投影データを複数回にわたって繰り返し収集することにより、露光時間を次第に長くしていき、満足するS/Nの断層像が得られた時点でデータ収集を停止する技術が開示されている。しかし、この特許文献2の技術では、プロジェクション数については一定であり、断層像の分解能と撮影の所要時間については全く考慮されていない。   Here, with regard to the exposure time, in Patent Document 2 described above, the X-ray generation data and the X-ray detector pair and the object are relatively rotated over a plurality of rotations, and the X-ray projection data collected at each rotation is projected. The angle is the same, and X-ray projection data at the same projection angle is repeatedly collected multiple times, so that the exposure time is gradually increased and data is obtained when a satisfactory S / N tomographic image is obtained. A technique for stopping collection is disclosed. However, in the technique of Patent Document 2, the number of projections is constant, and the resolution of tomographic images and the time required for imaging are not considered at all.

本発明の課題は、比較的短時間で断層像を確認することができ、これによって対象物の位置決めやX線条件などを変更すべき点があればいち早く適した条件に変更することができ、しかも必要とされる分解能に過不足のない断層像を、最短時間で得ることのできるX線断層像撮影装置を提供することにある。   The problem of the present invention is that a tomographic image can be confirmed in a relatively short time, and if there is a point to be changed such as positioning of an object or X-ray conditions, it can be quickly changed to a suitable condition, In addition, it is an object of the present invention to provide an X-ray tomographic imaging apparatus that can obtain a tomographic image with a sufficient resolution in a shortest time.

上記の課題を解決するため、本発明のX線断層像撮影装置は、互いに対向配置されたX線発生装置およびX線検出器と、これらのX線発生装置とX線検出器の間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記X線発生装置とX線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、その回転機構を駆動制御して、互いに異なる複数の角度で対象物のX線透過データを収集してデータ記憶手段に記憶させる制御手段と、上記データ記憶手段に記憶されている複数の角度でのX線透過データを用いて対象物のX線透過像を構築する再構成演算手段を備えたX線断層像撮影装置において、上記制御手段は、上記回転機構を複数回転にわたって回転駆動するとともに、その各回の回転ごとに、他の回転とは互いに異なる複数の角度でX線投影データを収集し、上記再構成演算手段は、上記回転機構が1回転するごとに、それまでに収集した全てのX線投影データを用いた再構成演算を行い断層像を構築することによって特徴づけられる(請求項1)。 In order to solve the above-described problems, an X-ray tomography apparatus according to the present invention is provided between an X-ray generator and an X-ray detector arranged opposite to each other, and between these X-ray generator and X-ray detector. A sample stage for placing an object, a rotation mechanism for relatively rotating the pair of the X-ray generator and X-ray detector and the sample stage, and driving and controlling the rotation mechanism, Control means for collecting X-ray transmission data of an object at a plurality of different angles and storing it in a data storage means, and X-ray transmission data at a plurality of angles stored in the data storage means, In the X-ray tomography apparatus provided with the reconstruction calculation means for constructing an X-ray transmission image, the control means rotates the rotation mechanism over a plurality of rotations, and for each rotation, Are different from each other. Angle to collect X-ray projection data, the reconstruction operation unit, each time the rotating mechanism rotates once, a tomogram subjected to reconstruction operation using all the X-ray projection data collected so far It is characterized by constructing (claim 1).

ここで、本発明においては、上記再構成演算手段により断層像が構築されるごとに、その断層像の画質を判定する判定手段を有し、断層像の画質が一定のレベルに達した時点でX線投影データの収集を終了するようにした構成(請求項2)を好適に採用することができる。   Here, in the present invention, each time a tomographic image is constructed by the reconstruction calculation means, it has a determining unit that determines the image quality of the tomographic image, and when the tomographic image quality reaches a certain level. A configuration (claim 2) in which the collection of X-ray projection data is terminated can be suitably employed.

本発明は、X線発生装置とX線検出器の対と試料ステージ(対象物)とを複数回転にわたって相対回転させ、その回転数を増やすことによってプロジェクション数を増大させ、所定回数の回転ごと、例えば毎回の回転ごとにそれまでに収集したX線投影データを用いた再構成演算によって断層像を構築することで、課題を解決しようとするものである。   In the present invention, a pair of an X-ray generator and an X-ray detector and a sample stage (object) are relatively rotated over a plurality of rotations, and the number of projections is increased by increasing the number of rotations. For example, an object is to solve the problem by constructing a tomographic image by reconstruction calculation using X-ray projection data collected so far for each rotation.

すなわち、回転機構によるX線発生装置とX線検出器の対と試料ステージとを、複数回転にわたって相対回転させ、その各回転時に、他の回転時とは異なる角度位置でX線投影データを収集する。これにより、回転数を増大させていくことによってプロジェクション数が増大する。再構成演算手段は、その回転数が所定回数(例えば毎回)に達するごとに断層像を構築する。これにより、得られる断層像の分解能は回転数が増えるごとに向上する。   In other words, a pair of X-ray generator and X-ray detector by a rotating mechanism and a sample stage are rotated relative to each other over a plurality of rotations, and X-ray projection data is collected at each rotation at an angular position different from other rotations. To do. Thereby, the number of projections increases by increasing the number of rotations. The reconstruction calculation means constructs a tomographic image every time the rotation speed reaches a predetermined number of times (for example, every time). Thereby, the resolution of the obtained tomographic image is improved as the number of rotations increases.

初期段階における断層像から、対象物の位置決めやX線条件等、他の撮影条件を変更することが可能となり、また、所要の分解能が得られたことをオペレータが確認するか、あるいは請求項2に係る発明のように、断層像の画質の判定手段を設けて、一定の画質が得られた時点で撮影動作を終了することで、過不足のない分解能の断層像を無駄なデータを収集することなく得ることが可能となる。   It is possible to change other imaging conditions such as object positioning and X-ray conditions from the tomogram in the initial stage, and the operator confirms that the required resolution has been obtained, or claim 2 As in the invention according to the present invention, a means for determining the tomographic image quality is provided, and when a certain image quality is obtained, the photographing operation is terminated to collect useless data for a tomographic image with a sufficient resolution. It becomes possible to obtain without.

本発明によれば、X線発生装置とX線検出器の対と、対象物が配置される試料ステージとを相対的に複数回転にわたって回転させるとともに、その各回転においては他の回転とは異なる角度においてX線透過データを収集することで、回転数を増やすごとにプロジェクション数を増大させ、所定回数の回転を行うごとに、それまでに収集したX線投影データを用いた再構成演算によって断層像を構築するので、比較的早い段階で対象物の位置決めやX線条件等、他の条件の変更の必要性等を把握することができ、無駄な時間を費やすことを防止することができる。また、断層像に必要とされる分解能が得られた時点でデータ収集を終了することにより、必要とされている分解能に対して過不足のない分解能の断層像を、必要以上に無駄なデータを収集することなく得ることができ、撮影および再構成演算の所要時間を短縮化することができる。   According to the present invention, the pair of the X-ray generator and the X-ray detector and the sample stage on which the object is placed are relatively rotated over a plurality of rotations, and each rotation is different from the other rotations. By collecting X-ray transmission data at an angle, the number of projections is increased each time the number of rotations is increased, and each time rotation is performed a predetermined number of times, the tomography is performed by reconstruction calculation using the X-ray projection data collected so far. Since an image is constructed, it is possible to grasp the necessity of changing other conditions such as positioning of an object and X-ray conditions at a relatively early stage, and it is possible to prevent wasted time. In addition, when the required resolution of the tomographic image is obtained, the data collection is terminated, so that a tomographic image with a resolution that is not excessive or insufficient with respect to the required resolution can be obtained. It can be obtained without collecting, and the time required for imaging and reconstruction calculation can be shortened.

また、請求項2に係る発明のように、断層像の画質の判定手段を設けて、自動的に所要の分解能の断層像が得られるように構成することにより、オペレータの負担を大幅に軽減することができる。   Further, as in the invention according to claim 2, by providing the tomographic image quality judging means so that a tomographic image having a required resolution can be automatically obtained, the burden on the operator is greatly reduced. be able to.

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制御装置の主要な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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a schematic diagram showing a mechanical configuration and a block diagram showing a main functional configuration of a control device.

X線発生装置1はそのX線光軸を水平方向に向くように配置され、この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。X線発生装置1には、X線コントローラ11からの信号に応じた管電圧および管電流が供給されてコーンビーム状のX線を発生する。また、X線検出器2は画素が2次元状に配列されてなる2次元X線検出器である。 The X-ray generator 1 is arranged so that its X-ray optical axis is oriented in the horizontal direction, and the X-ray detector 2 is arranged facing the X-ray generator 1 in the horizontal direction. The X-ray generator 1 is supplied with a tube voltage and a tube current according to a signal from the X-ray controller 11 to generate cone beam X-rays. The X-ray detector 2 is a two-dimensional X-ray detector in which pixels are arranged two-dimensionally.

X線発生装置1とX線検出器2の間に、対象物Wを搭載するための回転ステージ3が配置されている。この回転ステージ3は、X線光軸に直交する鉛直方向に沿った回転軸Rを中心として回転する。また、この回転ステージ3は、X線光軸を含む互いに直交する3軸方向に移動可能となっており、これらの各軸方向への移動並びに回転軸Rの回りの回転動作は、軸制御部12から供給される駆動制御信号によって制御される。   Between the X-ray generator 1 and the X-ray detector 2, a rotary stage 3 for mounting the object W is disposed. The rotation stage 3 rotates around a rotation axis R along a vertical direction orthogonal to the X-ray optical axis. The rotary stage 3 is movable in three axial directions that are orthogonal to each other including the X-ray optical axis, and the movement in each axial direction and the rotational operation around the rotational axis R are performed by an axis control unit. 12 is controlled by a drive control signal supplied from 12.

対象物WのX線投影データの収集、つまりCT撮影に際しては、回転ステージ3上に対象物Wを搭載して、X線を照射しつつ、回転ステージ3を回転させ、その微小角度おきにX線検出器2の出力を取り込むことによって行われる。具体的には、各回転角度でのX線検出器2の各画素出力は、その角度でのX線投影データとして、画像データ取り込み回路13を介してデータ記憶部14に記憶されていく。   When collecting X-ray projection data of the object W, that is, CT imaging, the object W is mounted on the rotation stage 3, and the rotation stage 3 is rotated while irradiating X-rays, and X is set at every minute angle. This is done by taking the output of the line detector 2. Specifically, each pixel output of the X-ray detector 2 at each rotation angle is stored in the data storage unit 14 via the image data capturing circuit 13 as X-ray projection data at that angle.

データ記憶部14に記憶された各角度におけるX線投影データは、後述するタイミングのもとに再構成演算部15による再構成演算に供され、対象物Wの断層像が構築される。その断層像は表示器16に表示される。また、再構成演算部15による再構成演算により構築された断層像は、同時に、後述するように解像度判定部17による解像度の判定に供される。   The X-ray projection data at each angle stored in the data storage unit 14 is subjected to a reconstruction calculation by the reconstruction calculation unit 15 at a later-described timing, and a tomographic image of the object W is constructed. The tomographic image is displayed on the display 16. Further, the tomographic image constructed by the reconstruction calculation by the reconstruction calculation unit 15 is simultaneously subjected to resolution determination by the resolution determination unit 17 as described later.

以上の画像データ取り込み回路13,データ記憶部14、再構成演算部15および表示器16は、前記したX線コントローラ11、軸制御部12とともにシステム制御部18の制御下に置かれている。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19が接続されており、この操作部19の操作により、回転ステージ3の位置決めを行ったり、あるいは各種指令を与えることができる。そして、これらは実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされているプログラムに従った機能を実現するのであるが、図1では説明の便宜上、その主要な機能ごとのブロックによって表している。   The image data capturing circuit 13, the data storage unit 14, the reconstruction calculation unit 15, and the display unit 16 are placed under the control of the system control unit 18 together with the X-ray controller 11 and the axis control unit 12 described above. The system control unit 18 is connected to an operation unit 19 including a mouse, a keyboard, a joystick, and the like. By operating the operation unit 19, the rotary stage 3 can be positioned or various commands can be given. These are actually configured mainly by a computer and its peripheral devices, and realize functions according to installed programs. In FIG. 1, for convenience of explanation, these are represented by blocks for each major function. ing.

次に、以上の構成からなる本発明の実施の形態の動作について、図2に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
この実施の形態の最大の特徴は、回転ステージ3を複数回転にわたって回転させ、その各回転において複数の回転角度の位置でX線投影データを採取するとともに、各回の回転におけるX線投影データの採取位置(角度)を異ならしめる点であり、これにより、回転ステージ3の回転数を増やしていくことで、プロジェクション数が順次増えていくことになる。また、回転ステージ3を1回転させるごとに、それまでにデータ記憶部14に記憶した全てのX線投影データを用いた再構成演算により、対象物Wの断層像を構築し、その断層像の解像度が一定のレベルに達した時点で、撮影動作を終了する。
Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
The greatest feature of this embodiment is that the rotary stage 3 is rotated over a plurality of rotations, and X-ray projection data is acquired at a plurality of rotation angles at each rotation, and X-ray projection data is acquired at each rotation. This is to make the positions (angles) different. With this, the number of projections increases sequentially by increasing the number of rotations of the rotary stage 3. Further, each time the rotation stage 3 is rotated once, a tomographic image of the object W is constructed by reconstruction calculation using all X-ray projection data stored in the data storage unit 14 so far, and When the resolution reaches a certain level, the shooting operation is terminated.

すなわち、例えば1回転当たりM方向からのX線投影データを採取し、最大の回転数をNとするとともに、1回転における投影データの採取位置をi(i=0,1,・・M−1)、各回の回転をj(j=0,1,・・N−1)で表すと、j回転目においてi番目の位置(角度)に回転ステージ3を位置決めし、X線検出器2の出力をX線投影データとして採取する。やがてそのj回転目のM番目の位置でのX線投影データの採取を完了すると、次ぎにj+1回転目のデータ採取に移行するが、j回転目とj+1回転目では、そのデータ採取位置をずらせる。そのずらせ方については幾つかの方法があるが、例えば以下の(1)式で表される位置で、各回転における投影データの採取位置を設定することができる。式(1)において、Projectionは回転ステージ3のj回転目のi番目の投影位置の当初位置(0°)からの角度(デグリー)を表している。   That is, for example, X-ray projection data from the M direction per rotation is collected, the maximum number of rotations is N, and the projection data collection position at one rotation is i (i = 0, 1,... M−1). ), Where each rotation is represented by j (j = 0, 1,... N−1), the rotary stage 3 is positioned at the i-th position (angle) at the j-th rotation, and the output of the X-ray detector 2 Are collected as X-ray projection data. When the acquisition of the X-ray projection data at the M-th position of the j-th rotation is completed, the process proceeds to the data acquisition of the j + 1-th rotation, but the data acquisition position is shifted at the j-th rotation and the j + 1-th rotation. The There are several methods for the shifting. For example, the projection data collection position at each rotation can be set at the position represented by the following expression (1). In Expression (1), Projection represents the angle (degree) from the initial position (0 °) of the i-th projection position of the j-th rotation of the rotary stage 3.

この式(1)に示される投影データの採取位置(以下、投影位置と称する)は、図3に各回転での投影位置を模式的に示す通りとなる。この図3では、各回転における投影位置について線の種類を変えて表しており、実線が1回転目、破線が2回転目、一点鎖線が3回転目における投影位置を表している。この方法は、各回転では360°をM等分する位置でデータを採取するとともに、1回転目と2回転目、あるいは2回転目と3回転目では、初期位置を一定角度ずつずらすものであり、最大回転数Nを終了した時点では、360°をM×N等分した位置でのX線投影データが採取されることになる。   The projection data collection position (hereinafter referred to as the projection position) shown in the equation (1) is as schematically shown in FIG. 3 at each rotation. In FIG. 3, the projection position at each rotation is represented by changing the type of line, the solid line represents the projection position at the first rotation, the broken line represents the second rotation, and the alternate long and short dash line represents the projection position at the third rotation. In this method, data is collected at a position that divides 360 ° into M at each rotation, and the initial position is shifted by a certain angle at the first and second rotations or between the second and third rotations. When the maximum rotation speed N is finished, X-ray projection data at a position obtained by equally dividing 360 ° by M × N is collected.

このように、回転ステージ3の回転を繰り返すごとに、各回転で互いに異なる方向からのX線投影データが収集される。再構成演算部では、回転ステージ3が1回転するごとに、それまでに収集した全てのX線投影データを用いた再構成演算を行い、断層像を構築して表示器16に表示する。併せて、その断層像は解像度判定部17において、その解像度があらかじめ設定されている解像度のレベルに達しているか否かが判別される。その判定の仕方については特に限定されるものではないが、例えば、断層像上で平坦な部位、つまり像が一様となる部位での像のざらつきを度合いが、あらかじめ設定されている度合い以下に収まっているか否かで判別することができる。この判別の対象となる部位は、対象物Wの内部構造上、一様となる部位が判っている場合にはその部位とすることができ、あるいは、対象物Wの断層像の外側の空気の部分の断層像を判別対象としてもよい。   Thus, every time the rotation of the rotary stage 3 is repeated, X-ray projection data from different directions is collected for each rotation. Each time the rotation stage 3 makes one rotation, the reconstruction calculation unit performs a reconstruction calculation using all the X-ray projection data collected so far to construct a tomographic image and display it on the display 16. In addition, the resolution determination unit 17 determines whether or not the tomographic image has reached a preset resolution level. The method of the determination is not particularly limited. For example, the degree of roughness of the image in a flat part on the tomographic image, that is, a part where the image is uniform is less than a preset degree. It can be determined by whether or not it is within. The part to be discriminated can be the part when the uniform part is known in the internal structure of the object W, or the air outside the tomographic image of the object W can be used. A partial tomographic image may be a discrimination target.

そして、各回の回転ごとに構築される断層像の解像度が、予め設定されているレベルに達するまでは、次の回転に移行してX線投影データの収集を続け、断層像の解像度が予め設定されているレベルに達した時点で、撮影動作を終了する。   Then, until the resolution of the tomographic image constructed for each rotation reaches a preset level, the process proceeds to the next rotation to continue collecting X-ray projection data, and the resolution of the tomographic image is preset. When the level reached is reached, the shooting operation is terminated.

以上の実施の形態によると、回転ステージ3の回転数が少ない状態ではプロジェクション数の少ない、従って解像度の低い断層像が得られ、回転を繰り返すごとに断層像の解像度が次第に高くなり、やがて所要の解像度が得られた時点で自動的に撮影並びに演算を終了する。従って、例えば対象物Wの回転ステージ3上への搭載位置や、X線条件等の、他の撮影条件の設定が正しくない場合には、初期段階でその旨を知ることができ、無駄な時間を費やすことなく速やかに条件の設定変更が可能であり、しかも、最終的に得られる断層像は、所要の解像度を満足するものとなる。   According to the above embodiment, a tomographic image with a small number of projections and thus a low resolution is obtained in a state where the number of rotations of the rotary stage 3 is small, and the resolution of the tomographic image gradually increases as the rotation is repeated. When the resolution is obtained, the photographing and calculation are automatically terminated. Therefore, for example, when other imaging conditions such as the mounting position of the object W on the rotary stage 3 and the X-ray conditions are not set correctly, this can be known at an initial stage, and wasted time. It is possible to change the setting of the conditions quickly without spending time, and the tomographic image finally obtained satisfies the required resolution.

ここで、本発明における回転ステージ3の各回の回転時における投影データの採取位置は、前記した(1)式で表されるもののほか、以下の手法によって設定することもできる。
その一つは、下記の(2)式で表される位置に回転ステージ3を位置決めしていく手法である。
Here, the projection data collection position at each rotation of the rotary stage 3 in the present invention can be set by the following method in addition to the expression (1).
One of them is a method of positioning the rotary stage 3 at a position represented by the following equation (2).

この(2)式において、先の例と同様にMは1回転当たりのプロジェクション数で、Nは最大の回転数である。また、この(2)式においては、iは各回転を通じて連続した数値で、i=0,1,2,・・M×N−1である。   In this equation (2), M is the number of projections per revolution, and N is the maximum number of revolutions, as in the previous example. In the equation (2), i is a numerical value that is continuous through each rotation, and i = 0, 1, 2,... M × N−1.

この(2)式の手法では、各回転ごとにデータの収集位置をずらすことなく、一貫して一定の角度の回転ごとにデータを採取し、N回転したときにちょうど360°/(M×N)のプロジェクション間隔となる角度α°を設定する手法である。   In the method of the formula (2), data is collected at every rotation of a constant angle without shifting the data collection position for each rotation, and exactly 360 ° / (M × N ) Is a method of setting an angle α ° that is a projection interval.

すなわち、1ビュー分の角度(上記の一定の角度)をα°とし、N回転したときにちょうどα°だけ投影方向がずれるようにα°を決定すればよい。N回転後の総プロジェクション数はM×Nであり、そのときの回転角度はα×(M×N)で表される。一方、この総プロジェクション数を得るために、N回転とα°だけ回転しているので、
α°×(M×N)=N×360°+α°
が成り立つ。よって、
That is, the angle for one view (the above-mentioned constant angle) is α °, and α ° may be determined so that the projection direction is shifted by α ° when N rotations are performed. The total number of projections after N rotations is M × N, and the rotation angle at that time is represented by α × (M × N). On the other hand, in order to obtain this total number of projections, since it is rotated by N rotation and α °,
α ° × (M × N) = N × 360 ° + α °
Holds. Therefore,

となり、(2)式を導きだすことができる。(2)式の手法では、図4に各回転での投影位置を模式的に示す通りとなる。この図4では、先の例と同様に、各回転における投影位置について線の種類を変えて表しており、実線が1回転目、破線が2回転目、一点鎖線が3回転目における投影位置を表している。 Thus, equation (2) can be derived. In the method (2), the projection position at each rotation is schematically shown in FIG. In FIG. 4, similarly to the previous example, the projection position at each rotation is represented by changing the line type. The solid line represents the projection position at the first rotation, the broken line at the second rotation, and the alternate long and short dash line at the third rotation. Represents.

また、他の手法として、下記の(4),(5)式で表される位置に回転ステージ3を位置決めしていく手法を採用することもできる。   As another method, a method of positioning the rotary stage 3 at a position represented by the following formulas (4) and (5) may be employed.

この式(4),(5)においては、最初の1回転でM方向からのデータを収集する場合、最大の回転数をNとし、j回転目(j=0,1,2,・・N−1)のi番目のデータ収集位置を表している。   In the equations (4) and (5), when collecting data from the M direction in the first one rotation, the maximum number of rotations is N, and the jth rotation (j = 0, 1, 2,... N -1) represents the i-th data collection position.

この手法は、図5に示すように、1回転目は1周を等分した位置でデータを収集し、2回転目は1回転目のデータ収集位置の中間の位置でデータを収集し、更に次の3回転目では、1回転目と2回転目のデータ収集位置の中間でデータを収集する。この手法によると、全ての回転の終了時点において、データ収集位置は1周を等分した位置となる。   As shown in FIG. 5, this method collects data at the position where the first rotation is equally divided in the first rotation, collects data at the middle position of the data collection position of the first rotation, In the next third rotation, data is collected between the data collection positions of the first rotation and the second rotation. According to this method, at the end of all rotations, the data collection position is a position obtained by equally dividing one round.

本発明におけるデータ収集位置は、以上の各手法のいずれの手法をも採用することができ、更には、これら以外の手法であってもよく、要は回転数を重ねるごとに互いに異なる方向からの投影データが収集され、プロジェクション数が増えていく手法であれば任意の手法を採用することができる。   The data collection position in the present invention can employ any of the above-described methods, and may also be a method other than these methods. In short, each time the number of rotations is repeated, the data collection positions are from different directions. Any method can be employed as long as the projection data is collected and the number of projections increases.

ここで、以上の実施の形態においては、回転テーブル3を1回転させるごとに、それまでに得られているX線投影データを用いた再構成演算により断層像を構築したが、例えば2回転ごとに断層像を構築する等、定められた回転数に達するごとに断層像を構築してもよい。   Here, in the above embodiment, each time the turntable 3 is rotated, the tomographic image is constructed by the reconstruction calculation using the X-ray projection data obtained so far. For example, a tomographic image may be constructed every time a predetermined rotational speed is reached.

また、以上の実施の形態においては、断層像が構築されるごとに、その断層像の解像度を自動的に判定した例を示したが、解像度の自動判定機能を有さず、構築した断層像を表示するにとどめ、オペレータの判断によって解像度の判定を行い、撮影終了の旨の指令を与えてもよい。   In the above embodiment, an example in which the resolution of the tomographic image is automatically determined every time a tomographic image is constructed is shown. However, the tomographic image constructed without the automatic resolution determination function is provided. However, it is also possible to determine the resolution based on the operator's judgment and give a command to end the photographing.

更に、以上の実施の形態においては、X線発生装置1とX線検出器2の対を固定し、その間に回転ステージ3を配置した装置構成について説明したが、対象物を搭載するステージを回転させず、その回りをX線発生装置とX線検出器の対を回転させる装置構成についても、本発明を等しく適用し得ることは勿論である。   Further, in the above embodiment, the apparatus configuration in which the pair of the X-ray generator 1 and the X-ray detector 2 is fixed and the rotary stage 3 is disposed between them is described. However, the stage on which the object is mounted is rotated. Of course, the present invention can be equally applied to an apparatus configuration in which a pair of an X-ray generator and an X-ray detector is rotated around the X-ray generator.

また、以上の実施の形態では、回転軸Rに直交する方向にX線発生装置1とX線検出器2を配置した例を示したが、図6に示すように、X線発生装置1とX線検出器2を結ぶ線と、対象物Wを搭載する回転ステージ3の回転軸Rとが直交しない、いわゆる傾斜型CTと称される装置であっても、本発発明を適用することができる。なお、傾斜型CTにおいても、X線発生装置とX線検出器の対を対象物の回りに回転させる構造であってもよい。   In the above embodiment, the example in which the X-ray generator 1 and the X-ray detector 2 are arranged in the direction orthogonal to the rotation axis R is shown. However, as shown in FIG. The present invention can be applied even to an apparatus called a so-called tilted CT in which the line connecting the X-ray detector 2 and the rotation axis R of the rotary stage 3 on which the object W is mounted are not orthogonal to each other. it can. Note that the tilted CT may have a structure in which a pair of an X-ray generator and an X-ray detector is rotated around an object.

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制御装置の主要な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。In the configuration diagram of the embodiment of the present invention, a schematic diagram showing a mechanical configuration and a block diagram showing a main functional configuration of a control device are shown together. 本発明の実施の形態の動作の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of operation | movement of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるX線投影データの採取位置の模式的説明図である。It is a typical explanatory view of the collection position of X-ray projection data in an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態におけるX線投影データの採取位置の他の例の模式的説明図である。It is typical explanatory drawing of the other example of the collection position of the X-ray projection data in embodiment of this invention. 本発明の十字形態におけるX線投影データの採取位置の更に他の例の模式的説明図である。It is typical explanatory drawing of the further another example of the collection position of the X-ray projection data in the cross form of this invention. 本発明が適用可能な傾斜型CTの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of inclination type CT which can apply this invention. X線断層像撮影装置の撮影系の説明図で、(A)は回転テーブルを用いた撮影系の模式的構成図で、(B)は(A)の状態で得られるX線投影データの例を示す図であり、(C)は(B)の鉛直方向中央部におけるラインプロファイルを示す図である。It is explanatory drawing of the imaging system of an X-ray tomography apparatus, (A) is a typical block diagram of the imaging system using a rotary table, (B) is an example of the X-ray projection data obtained in the state of (A) (C) is a figure which shows the line profile in the vertical direction center part of (B). X線断層像撮影装置の撮影系の他の例を示す図で、X線発生装置とX線検出器の対を対象物の回りに回転させる系の模式図である。It is a figure which shows the other example of the imaging system of an X-ray tomography apparatus, and is a schematic diagram of the system which rotates the pair of an X-ray generator and an X-ray detector around an object. 図7(C)に示したラインプロファイルの位置におけるサイノグラムの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the sinogram in the position of the line profile shown in FIG.7 (C). X線断層像撮影装置によりX線投影データから断層像を構築する再構成演算処理の説明図である。It is explanatory drawing of the reconstruction calculation process which constructs | assembles a tomogram from X-ray projection data with an X-ray tomography apparatus. 再構成演算処理によって得られる断層像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the tomogram obtained by a reconstruction calculation process.

符号の説明Explanation of symbols

1 X線発生装置
2 X線検出器
3 回転ステージ
11 X線コントローラ
12 軸制御部
13 画像データ取り込み回路
14 データ記憶部
15 再構成演算部
16 表示器
17 解像度判定部
18 システム制御部
19 操作部
W 対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray generator 2 X-ray detector 3 Rotation stage 11 X-ray controller 12 Axis control part 13 Image data capture circuit 14 Data storage part 15 Reconstruction calculating part 16 Display 17 Resolution determination part 18 System control part 19 Operation part W Object

Claims (2)

互いに対向配置されたX線発生装置およびX線検出器と、これらのX線発生装置とX線検出器の間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記X線発生装置とX線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、その回転機構を駆動制御して、互いに異なる複数の角度で対象物のX線透過データを収集してデータ記憶手段に記憶させる制御手段と、上記データ記憶手段に記憶されている複数の角度でのX線透過データを用いて対象物のX線透過像を構築する再構成演算手段を備えたX線断層像撮影装置において、
上記制御手段は、上記回転機構を複数回転にわたって回転駆動するとともに、その各回の回転ごとに、他の回転とは互いに異なる複数の角度でX線投影データを収集し、上記再構成演算手段は、上記回転機構が1回転するごとに、それまでに収集した全てのX線投影データを用いた再構成演算を行い断層像を構築することを特徴とするX線断層像撮影装置。
An X-ray generator and an X-ray detector arranged opposite to each other, a sample stage provided between these X-ray generator and X-ray detector, for placing an object, and the X-ray generator A rotation mechanism for relatively rotating a pair of X-ray detectors and the sample stage, and driving and controlling the rotation mechanism to collect X-ray transmission data of the object at a plurality of different angles, thereby storing data. X-ray tomography having control means for storing the image and reconstruction calculation means for constructing an X-ray transmission image of the object using X-ray transmission data at a plurality of angles stored in the data storage means In the device
The control means rotationally drives the rotation mechanism over a plurality of rotations, collects X-ray projection data at a plurality of angles different from other rotations for each rotation, and the reconstruction calculation means An X-ray tomographic imaging apparatus that constructs a tomographic image by performing reconstruction calculation using all X-ray projection data collected so far each time the rotating mechanism makes one rotation .
上記再構成演算手段により断層像が構築されるごとに、その断層像の画質を判定する判定手段を有し、断層像の画質が一定のレベルに達した時点でX線投影データの収集を終了するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のX線断層像撮影装置。   Each time a tomographic image is constructed by the reconstruction calculation means, it has a determining means for determining the image quality of the tomographic image, and the collection of X-ray projection data is terminated when the image quality of the tomographic image reaches a certain level. The X-ray tomography apparatus according to claim 1, wherein the X-ray tomography apparatus is configured to
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