JP6345053B2

JP6345053B2 - 断層画像撮影システム

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Publication number: JP6345053B2
Application number: JP2014185802A
Authority: JP
Inventors: 和哉辻野; 辻井　修; 修辻井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: JP2016057240A

Description

本発明は、商品や荷物等の被検体の非破壊検査や、医療機関におけるＸ線断層撮影等に好適な断層画像撮影システムに関する。

Ｘ線断層撮影（ＣＴスキャン）装置は、互いに対向配置したＸ線発生装置とＸ線検出器との間に被検体を配置し、Ｘ線の光軸方向に直交する回転軸を中心に、被検体に対してＸ線発生装置とＸ線検出器とを一体で相対的に回転させる構成が一般的である。本装置では、被検体、もしくはＸ線発生装置とＸ線検出器とを回転機構で回転させながら、設定された回転角度ごとに被検体のＸ線撮影を行う。そして、Ｘ線検出器で検出された二次元（２Ｄ）撮像データを収集し、それらを再構成演算することで被検体の三次元（３Ｄ）構造データを構築する。

２Ｄ撮像データの撮影に際して、所定の撮影位置毎に回転を停止してＸ線撮影を行い、撮影終了後に次の撮影位置まで回転する動作を繰り返す方式と、一定速度で回転させながら規定の回転角度毎にＸ線撮影を繰り返す方式がある。前者に関しては、撮影時には被検体もＸ線発生装置及びＸ線検出器も静止しているため、ブレのない２Ｄ撮像データの取得が可能である。しかしながら、回転機構の加減速動作による振動や、機械的負荷等を低減するのに時間を要するため、後者に比べてトータルの撮影時間が長くなる。後者に関しては、回転機構の加減速動作がなく、トータルの撮影時間は前者よりも短くできるが、撮影時の回転により、Ｘ線の焦点と被検体との相対的な位置変化の影響を受け、２Ｄ撮像データにはブレが生じる。この影響を回避するためには、回転速度を遅くするか、撮影時の撮影時間を短くする必要があるが、回転速度を遅くすると撮影時間が長くなり、撮影時間を短くすると画像の明るさが不足するという問題がある。以上のことから、回転機構の加減速動作がない後者の方式において、回転によるＸ線の焦点と被検体との相対的な位置変化によるブレの少ない２Ｄ撮像データを得ることが望まれている。

この対策として、例えば特許文献１のような方法が提案されており、これは主に２つの特徴によって構成されている。第一に、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを含むシステムは回転機構を有し、Ｘ線発生装置は、その移動方向と反対方向にＸ線の焦点を移動させる焦点移動機構を有している。これにより、Ｘ線撮影時の回転移動に伴うＸ線の焦点の被検体に対する相対的な移動を抑制（理想的には静止）することが可能となり、焦点は被検体に対して静止した状態となる。

第二に、ＴＤＩ（ＴｉｍｅＤｅｌａｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）方式を用いたＸ線検出器を有している。ＴＤＩ方式のＸ線検出器では、Ｘ線検出器の移動方向に沿って複数配置された検出素子行において、任意の検出素子で検出したデータを隣接する検出素子に転送する。さらに、ＴＤＩ方式のＸ線検出器においては、一定速度で移動する被検体、もしくはＸ線検出器の移動速度や方向と、Ｘ線検出器が検出した任意の素子の検出データを、隣接する素子へ転送する転送速度や方向とを同期させてＸ線撮影を行う。例えば、Ｘ線検出器の動作速度をＶ（Ｘ方向）、Ｘ線検出器のＸ方向の素子ピッチをｐ、データの転送周波数をｆとした時、Ｖ＝ｐ×ｆとなるように調整する。これにより、撮像時間１／ｆにおけるＸ線検出器の移動量は、素子ピッチｐとなるため、Ｘ線検出器の移動速度と、検出データの隣接素子への転送速度が一致する。

ＴＤＩ方式では、焦点を移動させることで該焦点が被検体に対して静止している撮影期間において、Ｘ線検出器を移動させながら複数回、撮影を行う。任意の位置での撮像データは連続する複数個の検出素子で異なる撮影時間に取得されるが、隣接する検出素子にデータを転送して積算することで、位置が同じ撮像データが撮影した回数分積算されることになり、Ｘ線検出器の移動によるブレが抑制される。

上記に挙げた焦点移動機構とＴＤＩ方式のＸ線検出器によって、特許文献１では回転機構の加減速動作がなく、且つ、回転によるＸ線の焦点と被検体との相対的な位置変化によるブレの少ない２Ｄ撮像データを得ることが可能となる。

米国特許出願公開第２０１２／００１４５０３号明細書

しかしながら、特許文献１で使用されるＴＤＩ方式のＸ線検出器は、一般に高価であり、撮像領域も一般の非ＴＤＩ方式の２ＤのＸ線検出器と比較すると大きくはない。撮像領域を拡げるには一般のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）パネルのような２ＤのＸ線検出器を用いるのが良いが、特許文献１でも指摘されているように、読出し時間があまり速くない。そのため、通常のＣＴスキャンのような移動速度の速いものに対して、ブレの少ない２Ｄ撮像データを取得するには十分ではない。また、ＴＤＩ方式は先に述べたように、被検体、もしくはＸ線検出器の移動速度と、検出器のデータ転送速度とを同期させる必要があり、さまざまな速度に対応するには調整は手間である。そこで、上記のような同期をとる必要がなく、読み出し時間のあまり速くない非ＴＤＩ方式の２ＤのＸ線検出器でもブレを抑制し、高画質の２Ｄ撮像データを得る技術が要望されている。

本発明の課題は、非ＴＤＩ方式の２ＤのＸ線検出器を用いた断層画像撮影システムにおいて、Ｘ線検出器の移動による画像のブレを抑制し、より安価で調整が容易なシステムを提供することにある。

本発明は、被検体が配置されるステージと、前記被検体に対してＸ線を照射するＸ線発生装置と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器とを一体として前記被検体に対して相対的に移動させる装置移動手段と、を備え、
前記Ｘ線発生装置は、前記被検体から見た前記Ｘ線発生装置の移動方向及びその反対方向に前記Ｘ線の焦点を移動させる焦点移動手段を備え、
前記Ｘ線検出器は、前記被検体に対して相対的に移動する方向において複数の検出素子からなる検出素子行を備え、
前記Ｘ線発生装置において前記被検体から見た前記Ｘ線発生装置の移動方向とは反対方向で且つ前記Ｘ線発生装置の移動速度と等しい速度でＸ線の焦点を基準点から移動させる撮影期間に、前記Ｘ線検出器において、前記複数の検出素子のそれぞれが前記被検体に対して異なる角度で前記被検体を透過したＸ線を検出して撮像データを取得し、前記撮像データを再構成演算して前記被検体の断層画像を得る断層画像撮影システムであって、
前記Ｘ線検出器が、前記撮影期間中の前記検出素子行と前記被検体との相対的な位置情報に基づき、前記撮像データに含まれる並進ブレを補正する並進ブレ補正回路を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線検出器に並進ブレ補正回路を付設することにより、被検体、もしくはＸ線検出器とＸ線発生装置の移動による２Ｄ撮像データのブレが抑制され、より高画質の断層画像を得ることが可能となる。

本発明のＸ線断層撮影システムの第１の実施形態の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はＹＺ平面図、（ｂ）はＸＹ平面図である。本発明のＸ線断層撮影システムの第１の実施形態の説明図であり、（ａ）はＸ線発生装置とＸ線検出器とを移動させた前後の状態を示すＸＹ平面図であり、（ｂ）はＸ線撮影と焦点の偏向制御、及びＸ線検出器の撮像データ読み出しのタイミングチャートである。本発明のＸ線断層撮影システムの第１の実施形態の説明図であり、（ａ）は画角φに対するＸ方向のブレ量ｄｘを示す図、（ｂ）はＸ線の焦点からＸ線検出器を見た時の検出素子の配列を模式的に示す図である。本発明のＸ線断層撮影システムの第１の実施形態の説明図であり、（ａ）は撮像データ行列Ｆ_mと基本データ行列Ｐ_mとの関係式であり、（ｂ）は並進行列Ｔを模式的に示す図である。本発明のＸ線断層撮影システムの第１の実施形態のＸ線検出器の他の構成例を模式的に示す図である。本発明のＸ線断層撮影システムの第２の実施形態の並進ブレの補正量を示す図である。本発明のＸ線断層撮影システムの第３の実施形態の説明図であり、（ａ）は並進ブレの補正量を示す図であり、（ｂ）はＸ線の焦点からＸ線検出器を見た時の検出素子の配列と領域とを模式的に示す図である。本発明のＸ線断層撮影システムの第３の実施形態の撮像データ行列Ｆ_mと基本データ行列Ｐ_mとの関係式である。本発明のＸ線断層撮影システムの第３の実施形態において、Ｘ線検出器を複数に分割した構成を模式的に示す図である。本発明のＸ線断層撮影システムの第４の実施形態の構成を模式的に示すＸＹ平面図である。

本発明の断層画像撮影システムは、被検体に対して、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを相対的に移動させながら被検体にＸ線を照射し、該被検体を透過したＸ線を検出して得られた２Ｄ撮像データを再構成演算することで被検体の断層画像を構築するものである。そして本発明の特徴は、Ｘ線検出器が並進ブレ補正回路を備えていることにある。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

〔実施形態１〕
図１乃至図４を用いて、本発明の断層画像撮影システムの第１の実施形態について説明する。

本発明の断層画像撮影システムは、図１（ａ）に示すように、Ｘ線発生装置１０とＸ線検出器２０とを備え、該Ｘ線発生装置１０とＸ線検出器２０との間に、被検体７０が配置されるステージ４０を備えている。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、Ｘ線発生装置１０は、内部にＸ線発生管（不図示）を備え、被検体７０に向かってＸ線を照射する。１１はＸ線の焦点であり、コリメータ１２によって不要なＸ線を除去された後、被検体７０に照射され、該被検体７０を透過したＸ線がＸ線検出器２０で検出される。

Ｘ線検出器２０は、移動方向において複数の検出素子からなる検出素子行を備えている。本例においては、Ｘ線検出器２０には図１のＸ方向に平行に検出素子を複数配置してなる検出素子行が配置され、さらに、該検出素子行をＺ方向に複数列備えている。検出素子行における素子ピッチは、システムの構成によって異なるが、一般的には１０μｍ乃至５００μｍ程度である。

本例においては、Ｘ線発生装置１０とＸ線検出器２０とが連結部６０によって回転機構５０に接続されて一体化されている。回転機構５０の回転軸５１は、Ｘ線検出器２０の検出素子行に直交する方向に平行で且つ被検体７０を通っている。また、回転軸５１はＸ線発生装置２０から照射されるＸ線の光軸に直交している。Ｘ線発生装置１０とＸ線検出器２０とは、装置移動手段としての回転機構５０によって、回転軸５１を中心にＸＹ平面内で被検体７０に対して回転移動する。移動速度はシステムの構成によって異なるが、一般的には０．０１回転／ｓｅｃ乃至２回転／ｓｅｃである。本例では、被検体７０は静止している。

上記の構成により、Ｘ線発生装置１０とＸ線検出器２０とを一定速度で回転させながら、予め設定された撮影時間、撮影間隔で被検体７０に対して全周方向からＸ線撮影を行う。そして、Ｘ線検出器２０で取得された各撮影時間で取得された２Ｄの撮像データを再構成演算することによって、３Ｄの断層画像を得ることができる。

本発明のＸ線発生装置は、Ｘ線の焦点１１を移動させる焦点移動手段を備えている。本例においては、焦点移動手段として焦点位置偏向部１４と偏向制御部１３とを備えており、Ｘ線撮影開始後、Ｘ線発生装置１０の移動方向１６とは反対方向に、焦点１１を基準点から偏向させることができる。この時の偏向速度を、Ｘ線発生装置１０の移動速度に合わせることによって、撮影期間中、被検体７０に対してＸ線の焦点１１をほぼ静止させることができる。本例のＸ線発生装置は、電子線発生手段と電子線の照射によりＸ線を発生するターゲットとを備えている。よって、焦点位置偏向部１４は、例えば、電極による静電偏向か、電磁コイルを用いた磁場偏向により電子線を偏向させることで、焦点１１を移動させることができる。

図２（ａ）に示すように、撮影開始時のＸ線発生装置１０’が撮影終了時に１０の位置に移動する場合に、撮影開始時に基準点に位置していた焦点１１をＸ線発生装置１０の移動方向１６とは反対方向１５に向かって移動させる。その結果、撮影期間中に焦点１１は実質的に撮影開始時の基準点である図中の焦点１１’の位置に静止していることになる。本例では被検体７０は回転機構５０とは独立して静止しているため、Ｘ線撮影中は、焦点１１と被検体７０の位置関係は、ほぼ静止していることになる。尚、図２（ａ）においては、便宜上、並進ブレ補正回路２２を省略している。

図２（ｂ）に本例におけるＸ線撮影（Ａ）と偏向制御（Ｂ）、Ｘ線検出器読出し（Ｃ）のタイミングチャートを示す。図２（ｂ）において、ｔ₀からｔ₁が撮影期間、ｔ₁からｔ₂がリセット期間であり、ｔ₂以降はｔ₀からｔ₂の期間の繰り返しである。この繰り返しはＸ線発生装置１０とＸ線検出器２０とが被検体７０の周囲を１周回るごとに複数回繰り返される。そして、撮影期間は、十分に明るい画像が得られる長さに設定される。一般的には２ｍｓｅｃ乃至５００ｍｓｅｃである。

ｔ₀においてＸ線撮影開始と同時に、偏向制御部１３は、撮影期間中の被検体７０と焦点１１との位置関係が静止するよう、焦点１１を偏向制御する。また、偏向制御部１３は、撮影期間が終了したｔ₁から次の撮影を開始するｔ₂までのリセット期間に、焦点１１を偏向前の基準点に速やかに戻し、次の撮影開始と同時に、焦点１１の偏向制御を開始できるように設定する。即ち、偏向制御部１３及び焦点位置偏向部１４は、撮影期間において焦点１１を移動させる移動動作と、リセット期間において焦点１１を基準点に戻すリセット動作と、を交互に繰り返すことになる。

そして、Ｘ線検出器２０の各検出素子はそれぞれ、撮影期間中に被検体７０を透過したＸ線を検出して撮像データを取得し、リセット期間において、取得した撮像データの読出しを行い、次の撮影開始時に撮影を再開できるように設定されている。即ち、リセット期間は、直前の撮影期間においてＸ線検出器２０の各検出素子が取得した撮像データの読み出し時間以上に設定されている。リセット期間は２ｍｓｅｃ乃至５００ｍｓｅｃ程度である。これによって、次の撮影においても同様の焦点位置制御を繰り返すことが可能である。

ここで、撮影期間中、焦点１１と被検体７０とは相対的に静止しているが、Ｘ線検出器２０は回転し、図２（ａ）の２０’の位置から２０の位置に移動しているため、この時得られた撮像データはＸ線検出器２０の回転移動によるブレを有する。そこで本発明においては、図１（ｂ）に示すように、Ｘ線検出器２０に並進ブレ補正回路２２を付設し、回転移動による並進ブレを補正する。

被検体７０に対してＸ線検出器２０が回転移動することによる並進ブレ量は、本発明のシステムや撮影条件で設定される設定条件を用いて事前に算出することが可能である。以下に算出方法を説明する。

被検体７０に対して、Ｘ線の焦点１１は完全に静止しているものとする。この状態で、図２（ａ）に示すように、焦点１１とＸ線検出器２０との距離（ＳＩＤ）をＳ、Ｘ線発生装置１０の回転半径をＲ、Ｘ線検出器２０の回転半径をＳ−Ｒとする。また、図２（ｂ）に示したｔ₀からｔ₁の撮影期間に、Ｘ線発生装置１０及びＸ線検出器２０が回転移動する回転角度をθ、回転方向の画角をφとする。

撮影期間中、焦点１１は静止しているため、画角φが同じであれば、被検体７０中の位置に関係なく、Ｘ線検出器２０の回転によって生じる並進ブレ量は同一である。並進ブレ量のうち、撮影期間中の回転角度θによって生じる回転方向のブレ量をｄｘ（Ｘ線検出器２０の回転方向を正）、Ｙ方向のブレ量をｄｙ（焦点１１に近づく方向を正）とする。ｄｘ、ｄｙは、それぞれ、被検体７０の任意の位置を透過するＸ線が撮影開始時と撮影終了時にそれぞれＸ線検出器２０で検出される位置のずれを示している。

ここで、θ＜＜１（ｓｉｎθ≒θ、ｃｏｓθ≒１）とした場合、
ｄｘ≒−（Ｓ−Ｒ）・θ−Ｓ・ｔａｎ²φ・θ （１）
ｄｙ／Ｓ≒ｔａｎφ・θ （２）
と表わされる。

図３（ａ）にブレ量ｄｘについて模式的に示す。図３（ａ）中の湾曲線はｄｘを示し、画角φに依存している。ｄｘ₁はφが０の時のｄｘであり、ｄｘ₂は任意のφの時の画角依存成分であり、ｄｘ−ｄｘ₁である。

この近似式は、Ｘ線断層撮影システムとしては実用的な範囲であるθ＜１°（約１７ミリラジアン）では十分に成立する。（１）式で符号が負になっているのは、回転方向とは反対方向にブレが生じることを示している。（１）式右辺の第１項は、図３（ａ）中のｄｘ₁であり、Ｘ線検出器２０の回転移動のうちの直線移動（並進移動）による成分であり、画角φには依存しない。この成分を並進成分と定義する。（１）式右辺の第２項は、図３（ａ）中のｄｘ₂であり、Ｘ線検出器２０の回転移動から、第１項の並進成分を除いた成分であり、画角φに依存する。この成分を画角依存成分と定義する。この並進成分と画角依存成分の和であるブレ量ｄｘが、Ｘ線検出器２０の回転方向における検出素子ピッチに対して大きくなると、画質の劣化要因となる。

例として、Ｓ＝４００ｍｍ、Ｒ＝２５０ｍｍ、θ＝５ｍｒａｄ、φ＝−１０°乃至１０°とした場合、並進成分ｄｘ₁は０．７５ｍｍ、画角依存成分ｄｘ₂は最大で０．０６ｍｍとなり、ブレ量ｄｘは０．７５ｍｍ乃至０．８１ｍｍ程度となる。これは、Ｘ線検出器２０の回転方向の検出素子ピッチが０．１５ｍｍとすると、約５素子分に相当し、画質に対する影響が大きい。また、この例において、並進成分と画角依存成分とを比較すると、このブレ量ｄｘの殆どは並進成分ｄｘ₁に起因するものであり、画角依存成分ｄｘ₂は１素子分以下と、画質への影響は小さい。（２）式の左辺ｄｙ／ＳはＳの変化率であり、撮影対象物の拡大率に影響する量であるが、画角φが４５°、θ＝１°（約１７ｍｒａｄ）の場合でも２％以下であり、一般的な使用範囲での影響は小さい。

本例においては、この並進成分ｄｘ₁を主たる成分とするブレ量ｄｘを含んだ撮像データから、ブレの影響を抑制して画質を向上させるために、並進ブレ補正回路２２において、検出素子行と被検体７０との相対的な位置情報に基づき、並進成分ｄｘ₁を補正する。この並進ブレ補正回路２２の補正方法の一例を、図３（ｂ），図４を用いて説明する。

図３（ｂ）はＸ線検出器２０を焦点１１側から見た時の検出素子の配列図である。撮影期間中、Ｘ線検出器２０は図３（ｂ）の紙面右方向２１へ移動している。その移動方向２１とＸ線検出器２０の行方向（Ｘ方向）の検出素子配列は一致しているため、列方向（図Ｙ方向）にはブレは生じない。またＸ線撮影の条件は、先の並進ブレ量の算出で用いた例と同一とし、１回の撮影時間（図２（ｂ）の０からｔ₁）をｔとする。

撮影開始後０から０．２ｔの間にＸ線検出器２０の移動量は０．１５ｍｍ（１素子分）であり、この時点において、Ｘ線検出器２０のｍ行目の検出素子行が検出した複数データを基本データ行列Ｐ_mとし、図３（ｂ）のように行形式で表す。また、この時点において、Ｘ線検出器２０のｍ行ｎ列の検出素子で検出されたデータを、基本データＰ_m,nとすると、基本データＰ_m,nは、基本データ行列Ｐ_mのｎ番目に格納されているデータである。

次にＸ線撮影開始後０．２ｔから０．４ｔの間では、Ｘ線検出器２０は既に１素子分右方向２１に移動しているが、焦点１１と被検体７０は静止しているため、基本データＰ_m,nは、Ｘ線検出器２０のｍ行（ｎ−１）列の検出素子で検出される。同時に、Ｘ線検出器２０のｍ行ｎ列の検出素子では基本データＰ_m,n+1が検出される。以下同様に、Ｘ線検出器２０が、１素子分移動する時間が経過する度に、基本データＰ_m,nは、１素子ずつ左隣の検出素子で検出されるようになる。このため、Ｘ線検出器２０がｋ素子分移動した時点でＸ線検出器２０で取得されるデータ行は、基本データ行列Ｐ_mの基本データＰ_m,nの要素がｋだけ左にシフトしたデータ行となる。

結局のところ、１回の撮影時間ｔの間に、Ｘ線検出器２０のｍ行目の検出素子行が検出した撮像データ行Ｆ_mは、図４（ａ）に示すように、基本データ行列Ｐ_mと、基本データＰ_m,nが左に１つずつシフトしたデータ行の総和として検出される。そして、この特徴から撮像データ行Ｆ_mは、並進行列Ｔと、基本データ行列Ｐ_mとの積で表すことができる。

並進行列Ｔは、１回の撮影時間ｔ中にＸ線検出器がｋ素子分移動する場合、行列対角位置から右方向に１をｋ個並べ、その他の成分を０として作成すればよい。本例で挙げた条件における並進行列Ｔは、撮影時間ｔ中にＸ線検出器２０が５素子分移動することから、行列の対角位置から右方向に１を５個並べ、その他の成分は０とすればよい。但し並進行列Ｔの最下部から４行に関しては、１を５個は並べられないため、並進行列の右端まで１を並べる。これによって並進行列Ｔは図４（ｂ）のような形であらわされる。

この並進行列Ｔの逆行列Ｔ^-1と撮像データ行Ｆ_mとの積から基本データ行列Ｐ_mを算出することが可能である。基本データ行列Ｐ_mは、Ｘ線撮影中のＸ線検出器２０の移動量が１素子分以内の時間範囲に、Ｘ線検出器２０で検出されるデータ行列であることから、これによって撮像データ行列Ｆ_mから並進成分を除去したデータ行列を得たことになる。この補正方法を、Ｘ線検出器２０の全ての行の撮像データ行列に対して行うことにより、Ｘ線撮影で得られた２Ｄ撮像データの画質を向上させることが可能となる。尚、この例において、撮像データ行列Ｆ_mの最下部から４行分のデータは、Ｘ線検出器２０の右端の４列のデータに相当する。この例では、１回の撮影時間ｔの間にＸ線検出器２０は５素子分移動することから、撮像データ行列Ｆ_mの最下部から４行分のデータは、Ｘ線撮影中に撮影範囲外のデータを含むため、２Ｄ撮像データとして使用しなくてもよい。また、撮像データ行列Ｆ_mの最上部から４行分のデータは、Ｘ線検出器２０の左端の４列のデータに相当するが、これについても、Ｘ線撮影中のＸ線検出器２０の移動によって、撮影時間ｔに満たない時間の情報となるため、２Ｄ撮像データとして使用しなくてもよい。

また、本例では、Ｘ線検出器２０は平面としているが、画角依存成分を低減するために、図５（ａ）のように、Ｘ線検出器２０の回転半径にならった曲面を有するものであってもよい。また、図５（ｂ）のように、回転半径の曲率に合わせて平面のＸ線検出器を２０ａ，２０ｂ，２０ｃと分割して配置してもよい。また、本実施形態では、被検体７０が静止し、Ｘ線放出装置１０とＸ線検出器２０とが回転する例を示したが、被検体７０が回転し、Ｘ線放出装置１０とＸ線検出器２０が静止する形態であってもよい。この場合、Ｘ線撮影中の焦点１１は被検体７０の回転方向と同一方向に偏向させて、被検体７０と焦点１１の相対的な位置が静止するように制御すればよい。

〔実施形態２〕
実施形態１で示した例では、Ｘ線撮影中のブレ量ｄｘの殆どは並進成分ｄｘ₁に起因するものであり、画角依存成分ｄｘ₂の画質への影響は検出素子ピッチに比べて小さいため、補正方法には考慮しなかった。しかしながら、実施形態１で示した具体例において、画角φをφ＝−２０°乃至２０°に拡げた場合、画角依存成分ｄｘ₂は最大０．２６ｍｍ程度となり、Ｘ線検出器２０の回転方向の検出素子ピッチ０．１５ｍｍよりも大きく、画質への影響が懸念される。本例では、この影響を低減するために、図６のように並進ブレの補正量ｄｘ_Aを、並進成分ｄｘ₁＝０．７５ｍｍと、最大の画角依存成分ｄｘ₂を含む１．０１ｍｍの間に設定する。例えば、並進ブレの補正量ｄｘ_Aを０．９ｍｍとすることにより、補正残り量は画角φが０°の部分では＋０．１５ｍｍ、画角φが±２０°の部分では−０．１１ｍｍとなり、画角依存成分ｄｘ₂によるブレの影響を抑制することが可能である。この場合、１回の撮影時間ｔの間に検出素子は６素子分移動することになり、図４（ａ）に示した並進行列Ｔは、行列対角位置から右方向に１を６個並べ、その他の成分を０として作成すればよい。また、実施形態１と同様に、撮像データ行列Ｆ_mの最上部から５行分のデータ及び最下部から５行分のデータについては２Ｄ撮像データとして使用しなくてもよい。

〔実施形態３〕
実施形態１で示した具体例において、画角φをφ＝−２５°乃至２５°に拡げた場合、画角依存成分ｄｘ₂は最大０．４３ｍｍ程度となる。そのため、実施形態２を適用したとしても、Ｘ線検出器２０の回転方向の検出素子ピッチよりも大きい補正残り量があり、画質への影響が懸念される。本例では、この影響を低減するために、図７（ａ）に示すように、画角φに応じて並進ブレの補正量を調整する。図７（ａ）において、画角φが小さい領域８１においては、並進ブレの補正量を並進成分ｄｘ₈₁とし、画角φが最大の場合を含む領域８３においては、画角依存成分を考慮して並進ブレの補正量をｄｘ₈₃とする。そして、領域８１と８３との間の領域８２においては、並進ブレの補正量をｄｘ₈₁とｄｘ₈₃との間のｄｘ₈₂に設定する。

図７（ｂ）は、Ｘ線検出器２０を焦点１１側から見た時の検出素子の配列図である。Ｘ線撮影中、Ｘ線検出器２０は図の右方向２１へ移動している。本例では、例えば画角φをφ＝−２５°乃至２５°とし、他の条件は実施形態１と同様とした場合、例えば、Ｘ線検出器２０の検出領域を、Ｘ線検出器２０の移動方向２１において５分割する。そして図７（ｂ）に示すように、Ｘ線検出器２０の両端の領域８３を大補正領域、中央領域８１を小補正領域、それらの中間部の領域８２を中補正領域とする。

図７（ａ）に示した画角φにおけるブレ量ｄｘは、式（１）によって予め計算可能なため、撮影条件に応じて適切に各領域８１乃至８３の大きさを設定すればよい。小補正領域２０３では、画角依存成分が小さいため、並進成分に相当する補正量（５素子分）を適用する。大補正領域８３では、画角依存成分も大きいため、並進成分に画角依存成分を考慮した補正量（７素子分）を適用する。中補正領域８２では、小補正領域８１と大補正領域８３の中間部であるので、その中間である補正量（６素子分）を適用する。

並進行列Ｔは、実施形態１において説明したように、Ｘ線撮影中にＸ線検出器が移動する素子分だけ、行列対角位置から右方向に１を並べ、その他の成分は０とすることで作成した。これと同様にして、本例でも、図８に示すように、小補正領域８１には行列９１、中補正領域８２には行列９２、大補正領域８３には行列９３と、各々の補正量に相当するように並進行列Ｔを作成すればよい。

また、図９に示したように、各補正領域８１，８２，８３に対応するようにＸ線検出器を複数に分割して配置し、分割された各々の検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃから得られる２Ｄ撮像データを、並進ブレ補正回路２２にて補正してもよい。また、並進ブレ補正回路２２は、分割された各々のＸ線検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃにそれぞれ付設してもよい。

〔実施形態４〕
実施形態１乃至３においては、Ｘ線発生装置１０とＸ線検出器２０とを被検体７０に対して相対的に回転させる形態を示したが、本例では、直線移動させる形態を示す。

図１０に示すように、本例においても、Ｘ線発生装置１０とＸ線検出器２０とを被検体７０を挟んで配置する点は実施形態１乃至３と同様である。本例では、被検体７０をＸ線発生装置１０とＸ線検出器２０とに対して水平方向４１（Ｘ方向）に直線移動させる。従って、Ｘ線の焦点１１は、撮影期間に水平方向４１と同じ方向１５に直線移動させることで、焦点１１を被検体７０に対して静止した状態とする。

本例において、Ｘ線検出器２０で得られた撮像データには、被検体７０の移動速度Ｖと撮影時間ｔの積Ｖｔに相当する量の並進成分による並進ブレが含まれ、該並進ブレは並進ブレ補正回路２２によって補正される。尚、本例は直線移動であるため、実施形態１乃至３のような画角依存成分は含まれず、また、Ｙ方向に移動成分がないため、ｄｙも０となる。

よって、本例においては、並進ブレの補正量ｄｘを被検体７０の移動速度Ｖと撮影時間ｔの積Ｖｔとして、並進行列Ｔを作成し、この並進行列Ｔの逆行列Ｔ^-1と得られた撮像データ行Ｆ_mとの積から基本データ行列Ｐ_mを算出すればよい。

尚、本例では被検体７０を移動させる形態を示したが、被検体７０を静止させてＸ線放出装置１０とＸ線検出装置２０とを移動させてもよい。この場合、Ｘ線の焦点１１は、撮影期間に、Ｘ線放出装置１０とＸ線検出装置２０の移動方向とは逆方向に移動させる。また、移動速度Ｖはシステムの構成によって異なるが、一般的には１ｃｍ／ｓｅｃ乃至１００ｃｍ／ｓｅｃである。

上記実施形態１乃至４においては、並進行列Ｔの逆行列Ｔ^-1と撮像データ行列Ｆ_mの積によって画質を向上させる方法を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば２Ｄ撮像データをデコンボリューションする方法等、並進ブレを補正しうる方法であれば、適宜用いることができる。また、実施形態３では、各領域８１乃至８３に対して最適なデコンボリューションをする方法等、並進ブレを補正しうる他の方法を用いても良い。

１０：Ｘ線発生装置、１１，１１’：焦点、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：Ｘ線検出器、２２：並進ブレ補正回路、４０：ステージ、５０：回転機構、７０：被検体

Claims

被検体が配置されるステージと、前記被検体に対してＸ線を照射するＸ線発生装置と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器とを一体として前記被検体に対して相対的に移動させる装置移動手段と、を備え、
前記Ｘ線発生装置は、前記被検体から見た前記Ｘ線発生装置の移動方向及びその反対方向に前記Ｘ線の焦点を移動させる焦点移動手段を備え、
前記Ｘ線検出器は、前記被検体に対して相対的に移動する方向において複数の検出素子からなる検出素子行を備え、
前記Ｘ線発生装置において前記被検体から見た前記Ｘ線発生装置の移動方向とは反対方向で且つ前記Ｘ線発生装置の移動速度と等しい速度でＸ線の焦点を基準点から移動させる撮影期間に、前記Ｘ線検出器において、前記複数の検出素子のそれぞれが前記被検体に対して異なる角度で前記被検体を透過したＸ線を検出して撮像データを取得し、前記撮像データを再構成演算して前記被検体の断層画像を得る断層画像撮影システムであって、
前記Ｘ線検出器が、前記撮影期間中の前記検出素子行と前記被検体との相対的な位置情報に基づき、前記撮像データに含まれる並進ブレを補正する並進ブレ補正回路を備えていることを特徴とする断層画像撮影システム。
前記並進ブレ補正回路は、設定条件から事前に算出された前記検出素子の並進ブレ量に基づいて構成された並進行列を用いることにより、前記検出素子行で取得された撮像データに含まれる並進ブレを補正することを特徴とする請求項１に記載の断層画像撮影システム。
前記焦点移動手段は、前記撮影期間において焦点を移動させる移動動作と、前記撮影期間に続くリセット期間において焦点を前記基準点に戻すリセット動作と、を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の断層画像撮影システム。
前記リセット期間は、直前の前記撮影期間において前記Ｘ線検出器が取得した撮像データの読出し時間以上であることを特徴とする請求項３に記載の断層画像撮影システム。
前記Ｘ線放出装置が、電子線発生手段と電子線の照射によりＸ線を発生するターゲットとを備え、前記焦点移動手段は、電極による静電偏向、もしくは、電磁コイルによる磁場偏向により前記電子線を偏向させることにより、前記焦点を移動させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の断層画像撮影システム。
前記装置移動手段は、前記検出素子行に直交する方向に平行で且つ前記被検体を通る回転軸を中心に、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器とを前記被検体に対して相対的に回転させる回転機構であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の断層画像撮影システム。
前記Ｘ線検出器は、前記被検体から見た前記Ｘ線発生装置の移動方向に沿って複数に分割されて配置され、並進ブレ補正回路が、分割された各々のＸ線検出器が検出した撮像データに含まれる並進ブレを、該当するＸ線検出器の位置に応じて補正することを特徴とする請求項６に記載の断層画像撮影システム。
前記装置移動手段は、前記検出素子行と平行に前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器とを前記被検体に対して相対的に直線移動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の断層画像撮影システム。