JP6131606B2 - 放射線撮影装置およびそれにおける画像処理方法 - Google Patents
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Description
すなわち、この発明の放射線撮影装置は、対象物を載置するステージと、そのステージを間に挟んで互いに対向するように配置された放射線照射手段および放射線検出手段とを備え、前記放射線照射手段から照射されて前記対象物を透過した放射線を前記放射線検出手段で検出することにより得られた投影画像に基づいて放射線撮影を行う放射線撮影装置であって、校正用ファントムもしくは前記対象物を前記ステージに載置した状態で、前記放射線照射手段、前記ステージの少なくともいずれかを駆動する駆動手段と、複数の前記校正用ファントムの投影画像に基づいて、放射線照射手段、ステージ、放射線検出手段の幾何関係を表すパラメータを非線形最適化演算により算出するパラメータ算出手段と、複数の前記対象物の投影画像および前記パラメータに基づいて、対象物の断層画像を算出し、当該算出時に前記対象物を撮影したときの撮影条件に適した前記パラメータを利用して再構成する断層画像算出手段とを備え、前記パラメータ算出時に、前記校正用ファントムを撮影したときの撮影条件に基づいて、非線形最適化演算によって算出するパラメータの数を減らして限定するパラメータ数限定手段と、過去に算出されたパラメータを更新するパラメータ更新手段とを備え、当該パラメータ更新手段は、前記パラメータ数限定手段で限定されたパラメータのみを更新することを特徴とするものである。
図1は、実施例に係るX線検査装置の概略構成図であり、図2は、実施例に係るX線検査装置の概略斜視図であり、図3は、校正用ファントムによるキャリブレーション法を併記した実施例に係るX線検査装置の概略斜視図であり、図4は、各座標系を併記した実施例に係るX線検査装置の概略斜視図であり、図5は、実施例に係るX線検査装置のブロック図である。本実施例では、放射線撮影装置として、X線検査装置を例に採って説明する。
図3に示すように、校正用ファントムPhをステージ2上に載置し、放射線撮影を実施し、複数の校正用ファントムPhの断層画像を取得する。このときの走査軌道は、対象物O(図1、図2を参照)を断層撮影するときと同じ走査軌道で駆動すればよい。撮影フレーム数については、対象物Oを断層撮影するときのフレーム数以上取得するのが好ましい。
ステップS1で取得した校正用ファントムPhの投影画像から特徴点を抽出し、特徴点座標を算出する。特徴点抽出の方法については様々あり、特に限定されない。例えば、図6に示すように球形状のマーカを有する校正用ファントムPhを撮影した場合には、球の中心を特徴点として抽出することが考えられる。このときの球の中心としては、オープニング処理やエロージョン(erosion)処理などに代表されるモルフォロジー(morphology)演算を利用して球形状の中心位置を算出してもよいし、画素値(輝度値)の情報を利用して、例えば距離変換などにより距離画像の極大値座標を中心位置として算出してもよい。
ステップS2で算出された特徴点のフレーム間での対応付けを行う。対応付けの方法としては、時間的に連続するフレームでは対応する特徴点は画像上で近い位置に存在するという特徴を利用して、特徴点座標が互いに近い点を対応する特徴点とする方法などが考えられる。
ステップS3で対応付けされた特徴点座標からパラメータを算出する。このときのパラメータ算出は、上述したように、コンピュータビジョンの分野で知られているカメラキャリブレーションと同一の問題設定であり、算出アルゴリズムとしてBundle Adjustmentなどの方法が知られている。Bundle Adjustment法は、上述したように、非線形最適化演算により特徴点の3次元座標および撮影時の幾何学的なモデルのパラメータを算出する手法である。
対応付けされた特徴点(図9では「対応付け特徴点座標群」で表記)(pim)1,1…(pim)m,n、パラメータの初期値A^1P^1M^1…A^nP^nM^nから、特徴点の3次元座標を推定する。このステップT1では、全てのパラメータの初期値A^1P^1M^1…A^nP^nM^nが入力される。このステップT1は、特徴点3次元座標推定過程に相当する。上記(1)式中の変換行列をz^j=A^jP^jM^jで書き直して、nフレームの場合に拡張すると、下記(2)式のようになる。
ステップT1で推定した特徴点3次元座標p^Wを上記(2)式に代入することで、再投影座標(p^im)1,1…(p^im)m,nが求まる。このステップT2は、再投影座標計算過程に相当する。
ステップT2で算出した再投影座標(p^im)1,1…(p^im)m,n、対応付けされた特徴点(pim)1,1…(pim)m,nから、再投影二乗誤差Cを下記(4)式で算出する。このステップT3は、再投影二乗誤差計算過程に相当する。
ステップT3で算出した再投影二乗誤差Cの値が収束したか否かを判定する。このステップT4は、収束判定過程に相当する。再投影二乗誤差Cの値が十分に収束している場合には、そのときのパラメータを、最終的に数が限定されたパラメータであるとして一連のフローを終了する。
再投影二乗誤差Cの値が十分に収束していない場合には、Cの値が小さくなるようにパラメータを更新する。このステップT5は、パラメータ更新過程に相当する。パラメータ更新方法は、非線形最適化の分野で一般的に扱われている問題であり、レーベンバーグマーカート法など種々の方法がある。
3 … X線管
4 … X線検出器
7 … ステージ駆動機構
8 … パラメータ算出部
10 … 断層画像算出部
tx,ty,tz … 並進パラメータ
O … 対象物
Claims (6)
- 対象物を載置するステージと、
そのステージを間に挟んで互いに対向するように配置された放射線照射手段および放射線検出手段と
を備え、
前記放射線照射手段から照射されて前記対象物を透過した放射線を前記放射線検出手段で検出することにより得られた投影画像に基づいて放射線撮影を行う放射線撮影装置であって、
校正用ファントムもしくは前記対象物を前記ステージに載置した状態で、前記放射線照射手段、前記ステージの少なくともいずれかを駆動する駆動手段と、
複数の前記校正用ファントムの投影画像に基づいて、放射線照射手段、ステージ、放射線検出手段の幾何関係を表すパラメータを非線形最適化演算により算出するパラメータ算出手段と、
複数の前記対象物の投影画像および前記パラメータに基づいて、対象物の断層画像を算出し、当該算出時に前記対象物を撮影したときの撮影条件に適した前記パラメータを利用して再構成する断層画像算出手段と
を備え、
前記パラメータ算出時に、前記校正用ファントムを撮影したときの撮影条件に基づいて、非線形最適化演算によって算出するパラメータの数を減らして限定するパラメータ数限定手段と、
過去に算出されたパラメータを更新するパラメータ更新手段と
を備え、
当該パラメータ更新手段は、前記パラメータ数限定手段で限定されたパラメータのみを更新することを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1に記載の放射線撮影装置において、
前記パラメータ数限定手段は、撮影条件を変更したときに変更された当該撮影条件に基づいて、非線形最適化演算によって算出するパラメータの数を減らして限定することを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1または請求項2に記載の放射線撮影装置において、
前記パラメータ数限定手段は、非線形最適化演算によって算出するパラメータを、前記放射線照射手段と前記ステージとの座標位置関係を表す3つのパラメータに限定することを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項3に記載の放射線撮影装置において、
前記駆動手段は、前記ステージの面に直交する軸を回転軸としてステージを回転駆動し、
前記回転軸からラミノ角傾いた斜め方向で前記放射線照射手段から放射線を照射するプレナーCTを行うことを特徴とする放射線撮影装置。 - 対象物を載置するステージと、
そのステージを間に挟んで互いに対向するように配置された放射線照射手段および放射線検出手段と
を備え、
前記放射線照射手段から照射されて前記対象物を透過した放射線を前記放射線検出手段で検出することにより得られた投影画像に基づいて放射線撮影を行う放射線撮影装置における画像処理方法であって、
複数の校正用ファントムの投影画像に基づいて、放射線照射手段、ステージ、放射線検出手段の幾何関係を表すパラメータを非線形最適化演算により算出する際に、前記校正用ファントムを撮影したときの撮影条件に基づいて、非線形最適化演算によって算出するパラメータの数を減らして限定するパラメータ数限定過程と、
非線形最適化演算によって前記パラメータを算出するパラメータ算出過程と
を備え、
前記パラメータ算出過程は、
過去に算出されたパラメータを更新するパラメータ更新過程を備え、
当該パラメータ更新では、前記パラメータ数限定過程で限定されたパラメータのみを更新することを特徴とする放射線撮影装置における画像処理方法。 - 請求項5に記載の放射線撮影装置における画像処理方法において、
前記パラメータ算出過程は、
前記校正用ファントムの投影画像から抽出された特徴点、およびパラメータの初期値に基づいて、特徴点の3次元座標を推定する特徴点3次元座標推定過程と、
前記特徴点3次元座標推定過程で推定した特徴点3次元座標に基づいて、再投影座標を計算する再投影座標計算過程と、
前記再投影座標計算過程で算出した再投影座標、および前記特徴点に基づいて、再投影二乗誤差を算出する再投影二乗誤差計算過程と、
前記再投影二乗誤差計算過程で算出した再投影二乗誤差の収束判定を行う収束判定過程と、
を、さらに備え、
前記パラメータ更新過程では、前記再投影二乗誤差の値が収束していない場合には、前記再投影二乗誤差の値が小さくなるようにパラメータを更新することを特徴とする放射線撮影装置における画像処理方法。
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