JP6783702B2 - Ｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、複数のＸ線検出器を備えたＸ線断層撮影装置に関する。

近年、Ｘ線断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）は、１回のスキャンで広範囲の撮影が可能なコーンビーム方式が主流となっている。それを担う最も主要な構成要素は画素が二次元に配列されたＸ線検出器である。医療用ではライン状の画素配列を複数並べた多列と呼ばれるＸ線検出器が、産業用ではフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）と呼ばれるＸ線検出器が、それぞれ主として用いられている。このうち、ＦＰＤは最大でも４３０×４３０ｍｍ程度であり、撮影領域としてはオフセットスキャンを用いても４８０ｍｍ程度である。

例えば、両手を広げた木彫の仏像などを撮影する場合、１５００ｍｍ程度の撮影領域を必要とするが、二次元Ｘ線検出器には測定したＸ線量を変換したり外部へ転送したりする周辺回路部品を配置するために視野の外周に幅数十ｍｍ程度の額縁状の不感領域が必要であり、複数のＸ線検出器を、その視野が連続するように並べることができない。そのため、特許文献１〜４に示すように、ＣＴスキャンとＸ線検出器の平行移動を交互に繰り返して、複数回のスキャンをするなどの手法が考案されているが、これには長時間を要する。

特許第４５６１９９０号公報 特許第４５６９７６３号公報 特許第４７８８２７２号公報 特許第５１３８２７９号公報

特許文献１〜４においては、二次元配列の画素をもつＸ線検出器の位置を移動し複数の位置で停止させて、それぞれの位置で被検査物を回転させて複数の方向からの透視画像を収集する。この透視画像を対応する位置と角度ごとにつなぎ合わせることによって視野の大きなＸ線検出器と等価な投影データを収集する。

しかし、Ｘ線検出器の位置を移動し複数の位置で停止させてそれぞれの位置で被検査物を回転させるスキャンを要する。そのため、１回の回転スキャンに比べて長時間を要する。その間のＸ線検出器の画素ごとのオフセット値とゲイン値の経時変化、および、Ｘ線検出器の移動に伴う位置の誤差に起因して断層像が劣化する。

本実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本実施形態の第一の目的は、Ｘ線検出器の移動を伴わないので、１回の回転スキャンでデータ収集をすることができ、それによって、データ収集時間が短時間で済み、その間のＸ線検出器の画素ごとのオフセット値とゲイン値の経時変化、および、Ｘ線検出器の移動に伴う位置の誤差に起因する断層像の劣化を抑制することができるＸ線断層撮影装置を提供することにある。

本実施形態の第二の目的は、小型のＸ線検出器を複数個所に移動させて被検査物の全体像を撮影する場合であっても、Ｘ線検出器の不感領域の影響を考慮する必要が無く、しかも、少ない移動回数によって全体像を連続して撮影することができるＸ線断層撮影装置を提供することにある。

第一実施形態のＸ線断層撮影装置は、次のような構成を有する。
（１）空間的な広がりをもつＸ線を発生するＸ線発生器。
（２）前記Ｘ線の進路に設置される被検査物を、Ｘ線の光軸と直交する軸を中心として回転させる試料テーブル。
（３）隣接する他のＸ線検出器とは所定の間隔を保って配置された複数のＸ線検出器。
（４）前記複数のＸ線検出器のそれぞれに設けられた平面状の入力面。
（５）前記複数のＸ線検出器中の少なくとも一つであって、前記入力面がＸ線光軸に対して垂直な面内に設けられ、且つ、前記入力面の感度領域の端に近い部分にＸ線光軸が位置する第一のＸ線検出器。
（６）前記複数のＸ線検出器中の少なくとも一つであって、前記入力面が前記被検査物の撮影領域の周辺部の透過Ｘ線を捕えるように配置された第二のＸ線検出器。
（７）前記被検査物の撮影領域と前記試料テーブルの回転角度から構成されるサイノグラムであって、前記複数の入力面の受光データに基づいて複数組の順パス領域と逆パス領域を有するサイノグラムを生成するサイノグラム生成部。
（８）前記サイノグラムにおける前記複数の順パス領域間に形成された非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータを順パス領域のデータに変換することによって補間するデータ補間部。

第一実施形態において、次のような構成を採用すると良い。
（１）前記複数のＸ線検出器が３個以上設けられる。
（２）前記第二のＸ線検出器はその入力面の法線がＸ線焦点を向くように配置される。
（３）前記データ補間部が非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータによって補間する場合に、非受光部分の順パス領域のデータと補間する逆パス領域のデータとがその隣接部分でオーバラップする位置に、前記複数のＸ線検出器が配置される。
（４）前記データ補間部が非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータによって補間する場合に、非受光部分の順パス領域のデータと補間する逆パス領域のデータとがその隣接部分でオーバラップすることなく画素が隣接する位置に、前記複数のＸ線検出器が配置される。

他の実施形態のＸ線断層撮影装置は、次のような構成を有する。
（１）空間的な広がりをもつＸ線を発生するＸ線発生器。
（２）前記Ｘ線の進路に設置される被検査物を、Ｘ線の光軸と直交する軸を中心として回転させる試料テーブル。
（３）前記被検査物を透過したＸ線を受光する平面状の入力面を有するＸ線検出器。
（４）前記入力面がＸ線光軸に対して垂直な面内に設けられ、且つ、前記入力面の感度領域の端に近い部分にＸ線光軸が位置する第一の位置と、前記入力面が前記被検査物の撮影領域の周辺部の透過Ｘ線を捕えるように配置される第二の位置との間で、前記Ｘ線検出器を移動させる機構。
（５）前記被検査物の撮影領域と前記試料テーブルの回転角度とを基準とするサイノグラムであって、前記第一と第二の位置における入力面の受光データに基づいて複数組の順パス領域と逆パス領域を有するサイノグラムを生成するサイノグラム生成部。
（６）前記サイノグラムにおける前記複数の順パス領域間に形成された非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータを順パス領域のデータに変換することによって補間するデータ補間部。

第二実施形態において、次のような構成を採用すると良い。
（１）前記Ｘ線検出器の移動機構は、前記第一の位置及び第二の位置に加えて、より多くの位置に停止するように前記Ｘ線検出器を移動させるものであり、前記サイノグラム生成部とデータ補間部が、前記Ｘ線検出器の各停止位置においてサイノグラムの生成とデータ変換を実行する。
（２）前記Ｘ線検出器の移動機構は、前記Ｘ線検出器の各停止位置において、その入力面の法線がＸ線焦点を向くように前記Ｘ線検出器を移動させる。
（３）前記データ補間部が非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータによって補間する場合に、非受光部分の順パス領域のデータと補間する逆パス領域のデータとがその隣接部分でオーバラップする位置に、前記複数のＸ線検出器が配置される。
（４）前記データ補間部が非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータによって補間する場合に、非受光部分の順パス領域のデータと補間する逆パス領域のデータとがその隣接部分でオーバラップすることなく画素が隣接する位置に、前記複数のＸ線検出器が配置される。
（５）複数台の前記Ｘ線検出器と、これら複数台のＸ線検出器を被検査物の撮影領域の復数箇所において停止させるように移動する移動機構を備え、前記サイノグラム生成部とデータ補間部が、前記Ｘ線検出器の各停止位置においてサイノグラムの生成とデータ変換を実行する。

第一実施形態及び／または第二実施形態において、次のような構成を採用することができる。
（１）前記Ｘ線検出器によって得られた順パス領域と補間された非受光部分の順パス領域の接続部分におけるオーバラップする部分のデータを再配置後のサイノグラム上で正しく重なるように位置を合わせ、対応する画素同士の輝度値を平均化するオーバラップ処理部。
（２）前記Ｘ線検出器によって得られた順パス領域と補間された非受光部分の順パス領域の接続部分におけるデータの接続状態の適否を検出する検出部。
（３）前記接続状態を検出する検出部によって両領域のデータの接続状態に欠落が検出された場合に、その欠落を補間するデータ補間部。

第一実施形態のＸ線断層撮影装置を模式的に示す平面図。 パラレルビームのデータ収集体系における順パスと逆パスの例を示す図。 図２のパラレルビームのデータ収集体系によって取得されたデータに基づいて作成されたサイノグラム。 ファンビームのデータ収集体系における順パスと逆パスの例を示す図。 図４のファンビームのデータ収集体系によって取得されたデータに基づいて作成されたサイノグラム。 第一実施形態のサイノグラム生成部によって得られたサイノグラム。 第一実施形態のデータ補間部によって得られたサイノグラム。 回転角θ＝０のときの順パスの通過点が点Ａまたは点Ｂのファンビームのデータ収集体系を示す図。 回転角θ＝０のときの順パスの通過点が点Ｃのファンビームのデータ収集体系を示す図。 回転角θ＝０のときの順パスの通過点が点Ｐのファンビームのデータ収集体系を示す図。 図8から図１０のデータ収集体系で得られるサイノグラムと、そのサイノグラム中の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｐの軌跡を示す図。 第一実施形態の動作を示すフローチャート。 第二実施形態のＸ線断層撮影装置を模式的に示す平面図。 第三実施形態のＸ線断層撮影装置を模式的に示す平面図。 第四実施形態のＸ線断層撮影装置を模式的に示す平面図。 第五実施形態のＸ線断層撮影装置を模式的に示す平面図。 第六実施形態のＸ線断層撮影装置を模式的に示す平面図。 第七実施形態のＸ線断層撮影装置を模式的に示す平面図。

［１．第一実施形態］
［１−１．実施形態の構成］
以下、第一実施形態を、図面に従って具体的に説明する。第一実施形態は２台のＸ線検出器３１、３２を使用して被検査物Ｗの全体像の断層像を撮影するものである。

第一実施形態のＸ線断層撮影装置では、図１の平面図に示すように、放射線源であるＸ線発生器１と、被検査物Ｗを載せる試料テーブル２と、Ｘ線発生器１から放射されたＸ線ビームを受光する第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２が、Ｘ線の光軸に沿って所定の間隔を保って配置される。

Ｘ線発生器１は、その焦点から水平方向に円錐状のＸ線ビームを発するもので、Ｘ線ビームはテーブル２上に載置された被検査物Ｗを透過して、第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２に達する。試料テーブル２は、図示しない回転テーブルやＸＹＺ駆動機構によって、垂直方向の軸を中心として回転する。試料テーブル２は、それに載置する被検査物Ｗの寸法や撮影する際の拡大率に応じて、Ｘ線の光軸方向Ｘ及び光軸と直交する水平方向Ｙと垂直方向Ｚに移動する。

第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２のそれぞれは、Ｘ線ビームを２次元の空間分解能をもって検出する平面状の入力面を備える。第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２は、それらの入力面がＸ線の光軸と直交するように、所定の間隔を保って配置される。両者の間隔は、両者の入力面の感度領域のＸ線光軸と直交する方向の寸法（以下、感度領域の幅とも言う）と等しいか、感度領域の幅よりも１００画素程度小さい。第一のＸ線検出器は、入力面の感度領域の端に近い部分にＸ線光軸が位置するように配置される。第二のＸ線検出器は、入力面が被検査物Ｗの撮影領域の周辺部の透過Ｘ線を捕えるように配置される。

第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２は必ずしも同じ寸法の入力面を有する必要はない。しかし、両者の入力面の水平方向の合計幅は、被検査物Ｗを透過したＸ線の撮影領域の直径の１／２以上必要である。具体的には、第一のＸ線検出器３１の入力面と第二のＸ線検出器３２の入力面との間隔Ｌ１（すなわちＸ線を受光できない第一の欠落部分の幅）よりも、第一のＸ線検出器３１の入力面の幅Ｗ１が大きい。また、第一のＸ線検出器３１の入力面におけるＸ線光軸と反対側端部と被検査物Ｗの撮影領域における第二のＸ線検出器側の端部との間隔Ｌ２（すなわちＸ線を受光できない第二の欠落部分の幅）よりも、第二のＸ線検出器３２の入力面の幅Ｗ２が大きい。

入力面の高さ方向の寸法は、幅方向の寸法と同一でも良いし、被検査物Ｗの高さに応じた寸法でも良い。被検査物Ｗの高さに対して入力面の高さ方向の寸法が小さい場合には、第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２を垂直方向に移動させて、複数回のスキャンを行うこと、または、試料テーブル２（すなわち被検査物Ｗ）をＺ方向に移動させて複数回のスキャンを行うことで、被検査物Ｗ全体の撮影データを取得することができる。

Ｘ線断層撮影装置は、試料テーブル２を回転させながら被検査物ＷにＸ線を照射する。また、第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２を前記の位置に停止させる必要がある。そのため、Ｘ線断層撮影装置には、試料テーブル２及び第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２を所定の位置に移動させて停止させる移動機構４と、移動機構４による移動方向及び移動量を制御する制御部５が接続される。制御部５には、試料テーブル２及び第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２の移動位置や移動方向をユーザが予め設定するための入力部６が設けられる。入力部６は、図示しないキーボード、マウスなどの入力装置、ネットワークなどの外部装置などから構成される。

第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２の出力側には、各検出器で受光したＸ線量に基づいてサイノグラムを生成するサイノグラム生成部７が設けられる。サイノグラムとは、スキャン時に収集された各投影位置（projection）における検出器（channel）の出力データを示すもので、各検出器の１列分の出力データを必要に応じて適宜変換して各投影位置で並べたものである。サイノグラム生成部７の出力側には、得られたサイノグラム中のデータ欠落領域を補間するデータ補間部８が設けられる。データ補間部８の出力側には、公知のＦＤＫ法などを用いてＣＴ画像の再構成を行う画像再構成処理部９が接続される。

図２及び図３によりパラレルビームによって得られるサイノグラムを、また、図４及び図５によりファンビームによって得られるサイノグラムをそれぞれ説明する。

図２は、パラレルビームのデータ収集体系における順パスと逆パスの例を示す図である。図中、ＦＣＤはＸ線焦点から被検査物の回転中心までの距離、ＦＤＤはＸ線焦点からＸ線検出器の入力面までの距離である。ｘ＝０は被検査物Ｗの回転中心を通るＸ線の入力面における受光位置、＋ｘは入力面においてｘ＝０から＋側に離れた受光位置、−ｘは入力面においてｘ＝０から−側に離れた受光位置である。

例えば、被検査物の撮影領域中の点Ｐは、被検出物の回転中心からｒ、Ｘ線光軸からｘθ=0、Ｘ線光軸に対する角度θ0の位置に有る。試料テーブル２が０°から１８０°まで回転すると、点Ｐは回転角１８０°＋θ0の位置Ｐ´に移動するが、その間Ｘ線発生器１から投射されたＸ線が移動中の点Pを通過し、その透過像はＸ線検出器の入力面の画素上に順次入力される。このような点Ｐの起点（θ＝０°）からθ＝１８０°までのデータ収集を順パスという。試料テーブル２が１８０°を越えて３６０°まで回転すると、点Ｐは回転角１８０°＋θ0のＰ´位置から元の角度θ0のＰ位置に移動するが、この間、Ｘ線発生器１から投射されたＸ線が移動中の点Pを通過し、その透過像はＸ線検出器の入力面の画素上に順次入力される。このような点Ｐの１８０°から３６０°までのデータ収集を逆パスという。図２におけるＰ位置と位置Ｐ´位置から分かるように、順パスと逆パスとでは、被検出物を通過するＸ線の光路は方向が異なるだけで同一であり、入力面の画素の受光量は等しい。

図３のサイノグラムは、図２のパラレルビームによって得られた受光量のデータを試料テーブル２の回転角ごとに抽出して並べたもので、二次元の画素配列の入力面を持つＸ線検出器のＸ線光軸上に位置する水平な1列の画素配列だけを横軸に表示し、それを試料テーブル２の回転角ごとに縦軸方向に並べた図である。図３中の領域ａとｂが順パスのデータ、領域ｃとｄが逆パスのデータである。このサイノグラムにおいて、図２の点Ｐは、次の各点を通るサインカーブで表される。
(1) 入力面の位置ｘ＝ｘθ=0、回転角０°
(2) 入力面の位置ｘ＝０、回転角１８０°−θ0
(3) 入力面の位置ｘ＝−ｘθ=0、回転角１８０°
(4) 入力面の位置ｘ＝０、回転角３６０°−θ0
(5) 入力面の位置ｘ＝ｘθ=0、回転角３６０°

図４は、焦点から放射されたＸ線のファンビームのデータ収集体系における順パスと逆パスの例を示す図である。図中、ファン角αＦ、ｘは焦点を中心とした撮影領域の角度、αは焦点を中心としたＸ線光軸と点Ｐを通るＸ線ビームとの角度であり、Ｘ線光軸上で０°、図４における反時計回りを正の数、時計回りを負の数とする。試料テーブル２が角度θを起点０°として１８０°−２α回転すると点ＰはＰ´に移動し、その間に入力面が受光したデータが順パスである。試料テーブル２が１８０°−２αの角度から角度３６０°にまで１８０°＋２α回転し、点ＰがＰ´の位置から元の位置に戻り、その間に入力面が受光したデータが逆パスである。

ファンビームにおいては、逆パスが得られる試料テーブルの回転角度が順パスに対して必ずしも１８０°ではなく、θ＝０°のときのxの値であるｘθ=0によって変化する。その結果、ファンビームのサイノグラムにおいては、図５に示すように、順パスの領域ａと領域ｂとは異なった形状であり、同様に逆パスの領域ｃと領域ｄも異なった形状である。順パスの領域ａ、ｂと逆パスの領域ｃ、ｄとの境界は試料テーブル２の回転角度１８０°−αＦ、ｘ、１８０°、１８０°＋αＦ、ｘを通る曲線である。

前記のように、本実施形態では、第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２で受光したＸ線量に基づいてサイノグラムを生成するサイノグラム生成部７が設けられる。第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２の入力面は、図４のファンビームで示されたＸ線検出器のように被検査物Ｗの撮影領域全体を受光するものではなく、各検出器の入力面は間隔を保って配置され、撮影領域の一部のみを受光する。そのため、サイノグラム生成部７によって得られるサイノグラムは、図６に示すように、第一のＸ線検出器３１で得られた順パスの収集領域１−１と逆パスの収集領域１−２、第二のＸ線検出器３２で得られた順パスの収集領域２−１と逆パスの収集領域２−２、及びこれらの収集領域に隣接したデータ欠落領域を有する。

データ補間部８は、図６の順パスの収集領域１−１と順パスの収集領域２−１の間に形成されたデータ欠落領域３−１を、第一のＸ線検出器３１で得られた逆パスの収集領域１−２のデータで補間する。同様に、図６の順パスの収集領域１−１と入力面の−ｘ側の端部との間に形成されたデータ欠落領域４−１を、第二のＸ線検出器３１で得られた逆パスの収集領域２−２のデータで補間する。具体的には、回転角θ’、位置ｘ’を逆パスとしてそれを次の式にしたがって回転角θ、位置ｘの順パスに変換し、サイノグラム上でデータを並べ替える。

図８は、本実施形態において、Ｘ線光軸上の点Ａと、撮影領域のＸ線が通過する最も＋ｘ側の端部の点Ｂの順パスと逆バスを説明する図で、回転角θ＝０のときの順パスの通過点が点Ａまたは点Ｂの場合を示す。点Ａは、パラレルビームの場合と同様に、Ｘ線光軸上にあるため回転角θ＝０から１８０°の間が順パスであり、順パスの間に被検査物Ｗの中心を挟んでＸ線光軸上の反対側にある点Ａ´に移動する。点Ａの逆パスは、点Ａ´を起点として１８０°から３６０°まで回転して元の点Ａの位置に戻る間の移動である。点Ｂの順パスは、撮影領域のＸ線が通過する最も＋ｘ側の端部の点Ｂから、撮影領域のＸ線が通過する最も−ｘ側の端部の点Ｂ´まで試料テーブル２が回転する間であり、その角度θＢは、光軸と直交する直線からαＦ、ｘ／２の角度を起点として、光軸と直交する直線よりαＦ、ｘ／２手前の角度を終点とする範囲である。

図９は、本実施形態において、撮影領域のＸ線が通過する最も−ｘ側の端部の点Ｃの順パスと逆バスを説明する図で、回転角θ＝０のときの順パスの通過点が点Ｃの場合を示す。点Ｃの順パスは、撮影領域のＸ線が通過する最も−ｘ側の端部の点Ｃから、撮影領域のＸ線が通過する最も＋ｘ側の端部の点Ｃ´まで試料テーブル２が回転する間であり、その角度θＣは、光軸と直交する直線よりαＦ、ｘ／２手前の角度を起点として、光軸と直交する直線よりαＦ、ｘ／２大きい角度を終点とする範囲である。

図１０は、本実施形態において、被検査物Ｗの内部にある任意の点Ｐの順パスと逆パスを示す図である。この図１０の点Ｐは、図４で説明した点Ｐと同じものである。

図１１は、撮影領域全体を受光することができる＋ｘから−ｘの入力面を有するＸ線検出器によって得られたサイノグラムを示すもので、このサイノグラム中に、試料テーブルの回転角が０°のときの順パスの各通過点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｐが順パスと逆パスを通過して３６０°回転した場合の軌跡を示す。このサイノグラムから分かるように、各通過点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｐが、それぞれの逆パスが得られる位置Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｐ’に達する試料テーブル２の回転角θＡ、θＢ、θＣ、θＰは、それぞれ次のとおりである。
・Ａの逆パスの通過点Ａ’に達するための回転角θＡ＝１８０°
・Ｂの逆パスの通過点Ｂ’に達するための回転角θＢ＝１８０°−αＦ、ｘ・・・θが最小
・Ｃの逆パスの通過点Ｃ’に達するための回転角θＣ＝１８０°＋αＦ、ｘ・・・θが最大
・Ｐの逆パスの通過点Ｐ’に達するための回転角θＰ＝１８０°−２α
そして、反対にＰ’を順パス、Ｐを逆パスとすると回転角θＰ’＝１８０°＋２αとなる。

以上のことから、回転角θ、位置ｘの順パスに対する逆パスの回転角θ’、位置ｘ’は、
であり、
によって逆パスを順パスに置き換えることができる。

［１−２．実施形態の作用］
本実施形態の作用を図１２のフローチャートにより説明する。
まず、断層撮影装置のＸ線スキャン条件を設定する（ステップ１）。スキャン条件としては、通常設定するＸ線管、第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２の固定位置、試料テーブル２の回転に関する条件、および、ＦＣＤとＦＤＤなどに加えて、二台のＸ線検出器３１、３２のデータ間のオーバラップ量を設定する。撮影領域を最大化するときは、オーバラップ量を０または小さく、最大化を要しないときはオーバラップ量をできるかぎり大きく設定する。

次に、被検査物Ｗを試料テーブル２上に載置した状態で、試料テーブル２を３６０°回転させながらＸ線発生器１からＸ線をコーン状に放射して、各Ｘ線検出器３１、３２の入力面で透過Ｘ線を受光する（ステップ２）。

入力面で受光された透過Ｘ線の輝度に関するデータはサイノグラム生成部７に送られる。サイノグラム生成部７においては、図６に示すような各Ｘ線検出器３１、３２の受光データに基づいた順パス領域１−１、２−１と逆パス領域１−２、２−２と、データ欠落領域を有する３−１、３−２及び４−１、４−２とを有するサイノグラムが生成される（ステップ３）。

本実施形態においては、第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２は、その入力面において、被検査物Ｗが３６０°回転する間の一定の角度ごとに被検査物Ｗの透過データを同時に収集する。各Ｘ線検出器３１、３２によって得られた透過データに基づいて、サイノグラム生成部７は、図６に示すような、第一のＸ線検出器３１による順パスと逆パスの収集領域１−１、１−２と、第二のＸ線検出器３２による順パスと逆パスの収集領域２−１、２−２を有するサイノグラムを生成する。第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２は、全撮影領域の直径の略１／２の透過Ｘ線のみを受光する幅の入力面を持つことから、このサイノグラムにおいては、収集領域１−１、１−２、２−１、２−２の間にＸ線を受光できないデータ欠落領域３−１、３−２及び４−１、４−２が形成される。

一方、ファンビームのサイノグラムを図５に示すように領域ａ〜ｄの４つの領域に分けると、領域ｃのデータは領域ｂに、領域ｄのデータは領域ａにそれぞれ含まれている。これは、図１に示すファンビームのデータ収集体系の逆パスの透過データが順パスの透過データと等しいからである。領域ａとｂを順パスとすると、領域ｃとｄは逆パスである。この「データの対称性」については、図３に示すパラレルビームのサイノグラムで考えると明らかである。

このようにファンビーム型のＸ線断層撮影装置に最小限必要なデータは、サイノグラム中の領域aとbであり、試料テーブルの回転角θが０°から（１８０°−ファン角αＦ、ｘ）または（１８０°＋ファン角αＦ、ｘ）までの領域の透過データがあればＣＴ像を正しく再構成することができる。この必要な透過データのθ方向の範囲は、θ＝０のときのＸ線検出器上の位置ｘθ＝０によって、θ＝０°から下記までである。

データ補間部８によりデータ欠落領域のデータを補間するための演算は、Ｘ線焦点、試料テーブルの回転中心、第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２のそれぞれの配置を考慮して行う。そこで、データ補間部８は、図６に示すサイノグラムの各Ｘ線検出器３１、３２の逆パスの領域１−２と領域２−２を、データ欠落部分の順パスのデータとみなしてそれぞれ適宜並べ替えて再配置する演算を行う（ステップ４）。具体的には、データ補間部８は、図６のデータ欠落領域３−１を第一のＸ線検出器３１で得られた逆パスの収集領域１−２のデータで補間し、データ欠落領域４−１を第二のＸ線検出器３１で得られた逆パスの収集領域２−２のデータで補間する。その結果、図７に示すように、撮影領域の＋ｘから−ｘに至る全幅の順パスデータを有するサイノグラムが得られ、ＣＴ像の再構成に必要なデータを得られる。ここで図６に示す△、○などの記号はそれぞれの記号を付した画素付近の逆パスの透過データが順パスとして補間されるときに移動される箇所の対応を示す。

前記のようにして、データの欠落領域がなく、全ての順パス領域にデータが補間されたサイノグラムが得られた後は、データ補間部８の出力側に接続された画像再構成処理部９により、公知のＦＤＫ法などを用いてＣＴ画像の再構成を行うことで、被検査物Ｗの撮影領域全体のＣＴ画像を得る（ステップ５）。

［１−３．実施形態の効果］
本実施形態は、次のような効果を有する。
（１）第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２の入力面の合計が全撮影領域の直径の約１／２あれば、全撮影領域について順パスの透過データを得ることができるので、２台の小型のＸ線検出器を使用してより大きな被検査物Ｗの撮影領域全体のＸ線断層画像を得ることができる。
（２）従来技術の小型のＸ線検出器では、Ｘ線検出器を複数箇所に移動させることで大きな被検査物Ｗの透過データを撮影していたが、移動の都度、被検査物Ｗを３６０゜回転させる必要があるため、撮影に時間がかかる不都合があった。本実施形態では、２台のＸ線検出器３１、３２は固定したままで被検査物Ｗを１回転させるだけで全撮影領域のデータを得ることができるので、撮影時間が短縮できる。

（３）本実施形態においては、再配置後のサイノグラムにおける４つの領域の間は第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２の位置方向のデータがある一定の画素数（必ずしも画素の整数倍でなくても良い）だけオーバラップするように各Ｘ線検出器を固定する位置を決める。このオーバラップする領域のデータを利用してＸ線検出器を配置する位置の調整、および、補正を行う。その方法は、例えばこのオーバラップする領域に映っている被検査物Ｗの同一の部分をパターンマッチングによって抽出し、それが再配置後のサイノグラム上で重なるようにＸ線検出器を配置する位置の調整及び補正を行う。

一度この調整及び補正を行った後であっても、Ｘ線焦点や試料テーブル２、及び第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２の位置が、それぞれを支持する機構部も含めた熱的及び／または経時的な変動によって移動することがあるため、このオーバラップする領域のデータを利用して第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２を配置する位置の調整及び補正を適宜行う。このようにすると、熱的及び／または経時的な変動による移動の影響が軽減されたより良いＣＴ像を得ることができる。

［２．第二実施形態］
図１３に示す第二実施形態は、第二のＸ線検出器３２の構成が第一実施形態とは異なるもので、他の構成は第一実施形態と同様である。第一実施形態と同様な構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。第二実施形態では、第二のＸ線検出器３２はその入力面の法線がＸ線焦点を向くように配置される。二台のＸ線検出器３１、３２のそれぞれのＸ線入力面とＸ線焦点との距離は同じであることを基本とするが、それに限定するものではない。

第二実施形態においては、第一実施形態と共通する効果に加え、第二のＸ線検出器３２が収集するＸ線の領域が水平面方向に少し広がり、撮影領域を第一実施形態より広げることができる。また、第一実施形態と比較して、第二のＸ線検出器３２の撮影領域の周辺に近い部分の画素ほどＸ線焦点に近づくのでＸ線入射線量率が増し、さらに、水平方向の画素ごとのＸ線入射線量率が均等に近づき、断層像の画質が向上する。

［３．第三実施形態］
図１４に示す第三実施形態は、全撮影領域に比較してより幅の狭い入力面を有する三台のＸ線検出器３１〜３３を配置したもので、他の構成は第一実施形態と同様である。すなわち、間隔を開けて配置された複数のＸ線検出器によって被検査物Ｗの全撮影領域のデータを取得するためには、本発明のデータ補間を行ったとしても、全Ｘ線検出器の入力面の幅は全撮影領域の直径の１／２以上必要である。そのため、第一実施形態では、被検査物Ｗの全撮影領域がＸ線検出器３１、３２の入力面の幅の合計寸法の２倍を越える場合には欠落領域のデータを逆パスのデータで完全には補間することはできない。第三実施形態では、Ｘ線検出器の数を増やすことによって、全ての欠落領域を補間することのできるデータを三台のＸ線検出器３１〜３３から取得する。

三台のＸ線検出器３１〜３３中の二台は、第一実施形態と同様に、第一のＸ線検出器３１は入力面の感度領域の端に近い部分にＸ線光軸が位置するように配置され、第二のＸ線検出器３２は入力面が被検査物Ｗの撮影領域の周辺部の透過Ｘ線を捕えるように配置される。第三のＸ線検出器３３は、被検査物Ｗの全撮影領域における第一のＸ線検出器３１と第二のＸ線検出器３２の撮影領域の間の部分を透過するＸ線を受光する位置に配置される。各Ｘ線検出器の入力面の幅の合計寸法は、全撮影領域の直径の１/２以上である。第一実施形態と同様に、隣接するＸ線検出器の入力面が所定画素数分オーバラップするか、あるいはオーバラップすることなく隙間がないように配置される。

第三実施形態においては、第一実施形態と共通する効果に加え、次のような効果を有する。すなわち、全撮影領域に対してより小型の入力面を有する複数台のＸ線検出器によって得られた逆パスのデータを用いて、データの欠落領域を補間することができるため、第一実施形態と同一寸法のＸ線検出器を使用した場合には、より大きな被検査物Ｗを小型のＸ線検出器で、しかも、被検査物Ｗを一回転させるだけでその透視画像を取得できる。

第三実施形態では、三台のＸ線検出器３１〜３３により補間用の逆パスデータを取得するが、各Ｘ線検出器の入力面に比較して全撮影領域がより大きい場合には、Ｘ線検出器の数を四台以上としても良い。

［４．第四実施形態］
図１５に示す第四実施形態は、第三実施形態の変形例である。第四実施形態では、第二のＸ線検出器３２と第三のＸ線検出器３３はその入力面の法線がＸ線焦点を向くように配置される。三台のＸ線検出器３１〜３３のそれぞれのＸ線入力面とＸ線焦点との距離は同じであることを基本とするが、それに限定するものではない。

第四実施形態においては、第三実施形態と共通する効果に加え、第二のＸ線検出器３２と第三のＸ線検出器３３が収集するＸ線の領域が水平面方向に少し広がり、撮影領域を第一実施形態より広げることができる。また、第三実施形態と比較して、第二のＸ線検出器３２と第三のＸ線検出器３３の撮影領域の周辺に近い部分の画素ほどＸ線焦点に近づくのでＸ線入射線量率が増し、さらに、水平方向の画素ごとのＸ線入射線量率が均等に近づき、断層像の画質が向上する。

［５．第五実施形態］
図１６に示す第五実施形態は、一台のＸ線検出器３０と、そのＸ線検出器３０をＸ線光軸と直交する方向に移動させる移動機構４を有する。他の構成は、第１実施形態と同様である。

第五実施形態では、一台のＸ線検出器３０を第一実施形態又は第二実施形態に示す第一のＸ線検出器３１の位置３０ａに配置して試料テーブルを３６０°回転する第一のスキャンを行い、続いて、そのＸ線検出器３０を第一実施形態又は第二実施形態に示す第二のＸ線検出器３２の位置３０ｂに移動して試料テーブルを３６０°回転する第二のスキャンを行う。その後、第一実施形態と同様に、サイノクラム生成部７及びデータ補間部８を用いて欠落部のデータを補間する。

第五実施形態によれば、試料テーブル２はＸ線検出器３０が第一の位置３０ａと第二の位置３０ｂに停止した状態においてそれぞれ被検査物Ｗを３６０°回転させてデータを収集する必要はある。しかし、Ｘ線検出器は１台で済み、しかも、その入力面は全撮影領域の直径の１/２若しくはオーバラップ分を含めても１／２程度で済むので、被検査物Ｗに比較して小型のＸ線検出器によって透視画像を得ることができる。

［６．第六実施形態］
図１７に示す第六実施形態は第五実施形態の変形例で、一台のＸ線検出器３０を三ヵ所以上移動させて、その都度被検査物Ｗを３６０°回転させてデータを収集する。第六実施形態は、一台のＸ線検出器３０とその移動機構４を有し、そのＸ線検出器３０を第三実施形態又は第４実施形態に示す第一のＸ線検出器３１の位置３０ａに配置して被検査物Ｗを３６０°回転する第一のスキャンを行い、続いて、そのＸ線検出器３０を第三実施形態又は第４実施形態に示す第二のＸ線検出器３２の位置３０ｂに移動して被検査物Ｗを３６０°回転する第二のスキャンを行い、さらに、第三実施形態又は第４実施形態に示す第三のＸ線検出器３３の位置３０ｃに移動して被検査物Ｗを３６０°回転する第三のスキャンを行う。その後、サイノクラム生成部７及びデータ補間部８を用いて欠落部のデータを補間する。

この変形例によれば、一台の小型のＸ線検出器３０を使用してより大型の被検査物のＣＴ画像を得ることができる。

［７．第七実施形態］
図１８に示す第七実施形態は、二台のＸ線検出器３１、３２と、そのＸ線検出器３１、３２をＸ線光軸と直交する方向に移動させる移動機構４を有する。他の構成は、第五実施形態と同様である。すなわち、それぞれが独立して移動することができる機構を有する二つのＸ線検出器３１、３２のそれぞれが第一の位置３１ａ、３２ａに互いの感度領域が離れて配置され、その状態で被検査物Ｗを３６０°回転する第一のスキャンを行う。続いて、それぞれのＸ線検出器３１、３２を移動した位置３１ｂ、３２ｂにおいて被検査物Ｗを３６０°回転する第二のスキャンを行い、第一、第二のスキャンによって得られるサイノグラムを再配置する。

この場合、各Ｘ線検出器３１、３２の移動位置は、再配置後のサイノグラムにおける領域の間において隣接する領域のデータと１００画素程度オーバラップするデータが得られる位置でも良いし、オーバラップすることなく連続してデータが得られる位置でも良い。また、Ｘ線検出器の数は三つ以上であっても良い。再配置後のサイノグラムにおける領域の間においてＸ線検出器の位置方向のデータがオーバラップする部分は、パターンマッチングなどの手法を用いて、被検査物の同一の部分が再配置後のサイノグラム上で正しく重なるように位置を合わせ、対応する画素同士の輝度値を平均化することは、前記実施形態と同様である。

第七実施形態によれば、少ないＸ線検出器の数と２回のスキャンでより大きな撮影領域を得ることができる。

［８．他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。具体的には、次のような他の実施形態も包含する。

（１）各実施形態において、Ｘ線検出器のそれぞれの入力面は同一の平面上にあることを基本とするが、それに限定されるものではない。

（２）再配置後のサイノグラムにおける領域の間においてＸ線検出器の位置方向のデータがオーバラップせずに画素が隣接するようにＸ線検出器を固定する位置を決めることができる。この場合、各Ｘ線検出器の位置決めは、まず、前記オーバラップが予め定めた１００画素などの画素数になるようにＸ線検出器を配置する位置を調整・補正し、その後、前記オーバラップが０画素となるようにＸ線検出器を配置する位置を調整する。

（３）再配置後のサイノグラムにおける領域の間においてＸ線検出器の位置方向、および、試料テーブルの回転方向のデータが正しくつながっていることを、被検査物のサイノグラムの像が正弦波曲線を描くことを利用して検出する検出部を備え、そのつながりが正常でないと検出されたとき、そのことを警告することができる。すなわち、Ｘ線検出器によって得られた順パス領域と補間された非受光部分の順パス領域の接続部分におけるデータの接続状態の適否を検出する検出部を備え、この検出部の判定結果を外部の表示装置などに警報として表示させる。このようにすると、投影データのつながりが異常な場合、ＣＴ像を再構成する前に警告を発することができる。

（４）再配置後のサイノグラムにおける領域の間においてＸ線検出器の位置方向、および、試料テーブルの回転方向のデータが正しくつながっていることを、被検査物のサイノグラムの像が正弦波曲線を描くことを利用して検出するデータ補間部を備え、そのつながりに隙間があることが検出されたとき、その間を補間することも可能である。すなわち、図１１に示すように、サイノグラムにおける各点の軌跡は正弦波曲線を描く。そのため、各点の軌跡に欠落があった場合、その欠落部分は正弦波曲線状にあると推定することで、欠落部分のデータを補間することができる。このようにすると、投影データのつながりに隙間がある場合、それによるＣＴ像の影響を軽減することができる。

１…Ｘ線発生器
２…試料テーブル
３…Ｘ線検出器
４…移動機構
５…制御部
６…入力部
７…サイノグラム生成部
８…データ補間部
９…画像再構成処理部

Claims (14)

1. 空間的な広がりをもつＸ線を発生するＸ線発生器と、
   前記Ｘ線の進路に設置される被検査物を、Ｘ線の光軸と直交する軸を中心として回転させる試料テーブルと、
   隣接する他のＸ線検出器とは所定の間隔を保って配置された複数のＸ線検出器と、
   前記複数のＸ線検出器のそれぞれに設けられた平面状の入力面と、
   前記複数のＸ線検出器中の少なくとも一つであって、前記入力面がＸ線光軸に対して垂直な面内に設けられ、且つ、前記入力面の感度領域の端に近い部分にＸ線光軸が位置する第一のＸ線検出器と、
   前記複数のＸ線検出器中の少なくとも一つであって、前記入力面が前記被検査物の撮影領域の周辺部の透過Ｘ線を捕えるように配置された第二のＸ線検出器と、
   前記被検査物の撮影領域と前記試料テーブルの回転角度とを基準とするサイノグラムであって、前記複数の入力面の受光データに基づいて複数組の順パス領域と逆パス領域を有するサイノグラムを生成するサイノグラム生成部と、
   前記サイノグラムにおける前記複数の順パス領域間に形成された非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータを順パス領域のデータに変換することによって補間するデータ補間部と、
   を備えるＸ線断層撮影装置。
2. 前記複数のＸ線検出器が３個以上設けられる請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。
3. 前記第二のＸ線検出器はその入力面の法線がＸ線焦点を向くように配置される請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。
4. 前記データ補間部が非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータによって補間する場合に、非受光部分の順パス領域のデータと補間する逆パス領域のデータとがその隣接部分でオーバラップする位置に、前記複数のＸ線検出器が配置される請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。
5. 前記データ補間部が非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータによって補間する場合に、非受光部分の順パス領域のデータと補間する逆パス領域のデータとがその隣接部分でオーバラップすることなく画素が隣接する位置に、前記複数のＸ線検出器が配置される請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。
6. 空間的な広がりをもつＸ線を発生するＸ線発生器と、
   前記Ｘ線の進路に設置される被検査物を、Ｘ線の光軸と直交する軸を中心として回転させる試料テーブルと、
   前記被検査物を透過したＸ線を受光する平面状の入力面を有するＸ線検出器と、
   前記入力面がＸ線光軸に対して垂直な面内に設けられ、且つ、前記入力面の感度領域の端に近い部分にＸ線光軸が位置する第一の位置と、前記入力面が前記被検査物の撮影領域の周辺部の透過Ｘ線を捕えるように配置される第二の位置との間で、前記Ｘ線検出器を移動させる機構と、
   前記被検査物の撮影領域と前記試料テーブルの回転角度とを基準とするサイノグラムであって、前記第一と第二の位置における入力面の受光データに基づいて複数組の順パス領域と逆パス領域を有するサイノグラムを生成するサイノグラム生成部と、
   前記サイノグラムにおける前記複数の順パス領域間に形成された非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータを順パス領域のデータに変換することによって補間するデータ補間部と、
   を備えるＸ線断層撮影装置。
7. 前記Ｘ線検出器の移動機構は、前記第一の位置及び第二の位置に加えて、より多くの位置に停止するように前記Ｘ線検出器を移動させるものであり、前記サイノグラム生成部とデータ補間部が、前記Ｘ線検出器の各停止位置においてサイノグラムの生成とデータ変換を実行する請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。
8. 前記Ｘ線検出器の移動機構は、前記Ｘ線検出器の各停止位置において、その入力面の法線がＸ線焦点を向くように前記Ｘ線検出器を移動させる請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。
9. 前記データ補間部が非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータによって補間する場合に、非受光部分の順パス領域のデータと補間する逆パス領域のデータとがその隣接部分でオーバラップする位置に、前記複数のＸ線検出器が配置される請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。
10. 前記データ補間部が非受光部分の順パス領域のデータを、前記複数の逆パス領域のデータによって補間する場合に、非受光部分の順パス領域のデータと補間する逆パス領域のデータとがその隣接部分でオーバラップすることなく画素が隣接する位置に、前記複数のＸ線検出器が配置される請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。
11. 複数台の前記Ｘ線検出器と、これら複数台のＸ線検出器を被検査物の撮影領域の復数箇所において停止させるように移動する移動機構を備え、前記サイノグラム生成部とデータ補間部が、前記Ｘ線検出器の各停止位置においてサイノグラムの生成とデータ変換を実行する請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。
12. 前記Ｘ線検出器によって得られた順パス領域と補間された非受光部分の順パス領域の接続部分におけるオーバラップする部分のデータを再配置後のサイノグラム上で正しく重なるように位置を合わせし、対応する画素同士の輝度値を平均化するオーバラップ処理部を備える請求項１または請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。
13. 前記Ｘ線検出器によって得られた順パス領域と補間された非受光部分の順パス領域の接続部分におけるデータの接続状態の適否を検出する検出部を備える請求項１または請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。
14. 前記接続状態を検出する検出部によって両領域のデータの接続状態に欠落が検出された場合に、その欠落を補間するデータ補間部を備える請求項１または請求項６に記載のＸ線断層撮影装置。