JPS6147535B2 - - Google Patents
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- JPS6147535B2 JPS6147535B2 JP15021879A JP15021879A JPS6147535B2 JP S6147535 B2 JPS6147535 B2 JP S6147535B2 JP 15021879 A JP15021879 A JP 15021879A JP 15021879 A JP15021879 A JP 15021879A JP S6147535 B2 JPS6147535 B2 JP S6147535B2
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Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
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- Medical Treatment And Welfare Office Work (AREA)
Description
本発明は、X線断層像を再構成するための装置
に関し、特に所望のデータ処理を施すことにより
X線断層像を再構成できるようにした装置に関す
る。
一般に、工業および医療界において、製品や人
体の内部構造を知るために、X線による検査が広
く行なわれているが、このように製品や人体の内
部構造を知ることのできる装置として従来からX
線コンピユータ断層撮影装置(これを略して
「CT」という。)の開発が盛んである。
ところで、この種の従来のX線コンピユータ断
層撮影装置では、まず第1図に実線で示すごと
く、X線発生装置aからX線被検査体bへ向けて
X線ビーム束を照射することにより、X線検出器
cにてそのX線射影分布を計測し、ついで第1図
に鎖線で示すごとく、X線発生装置aおよびX線
検出器cを所定の角度α(例えば1゜)だけ回転
移動させてこの位置から再度X線ビーム束をX線
被検査体bへ向けて照射することにより、角度α
だけ移動させた場合のX線射影分布を計測し、以
下同様の操作を合計60ないし360回行なつたのち
に、これら多数のX線射影分布から得られたデー
タを、フーリエ変換法や重畳積分法を用いて演算
処理し、その後この処理結果に基づきX線被検査
体bの断層像を再構成することが行なわれてい
る。
しかしながら、このような従来のX線コンピユ
ータ断層撮影装置では、被検査体bの断層像を再
構成するために、多数のX線射影分布を必要と
し、これにより次のような問題点がある。
(1) データ採取に多大の時間を必要とする(数秒
から数分)ため、動く被検査体bについては、
その断層像を再構成することができない。
(2) X線被曝量が多くなるため、被検査体bが人
体のごとき生体の場合には、この生体に悪影響
を与えるおそれがある。
(3) 処理に必要なデータが非常に多いため、デー
タ処理が非常に複雑になり、これを処理するた
めの装置も大型で高価なものとなる。
本発明は、これらの問題点を解決しようとする
もので、被検査体の断層像を再構成するためのデ
ータとして単一のX線射影分布を使用するだけ
で、精度のよい再構成像を得ることができるよう
にした、単一X線射影式断層像再構成装置を提供
することを目的とする。
このため、本発明の単一X線射影式断層像再構
成装置は、X線被検査体Bの断層面を含み且つ縦
にm個横にn個の画素をそなえてなる仮想断層平
面Sについて単位X線ビームが各画素1〜mnの
コーナー部を少なくとも1個所は通過するように
上記X線被検査体Bへ向けて所定方向から複数の
単位X線ビームを照射するX線発生装置Aと、同
X線発生装置Aから上記X線被検査体Bへ向けて
上記の複数の単位X線ビームを照射することによ
り得られた単一のX線射影分布Dについてその一
端から他端へ向けてN(=m×n)個のX線濃度
d1〜dnoを計測するX線濃度計測装置Eと、同X
線濃度計測装置Eで得られた上記N個のX線濃度
d1〜dnoを複数個のX線濃度よりなる複数組の計
測値群に分けるデータ選択装置DSとをそなえ、
上記各計測値群における複数のX線濃度に基づき
上記仮想断層平面Sを複数の画素よりなる複数の
画素群に区分し、各画素群を構成する各画素のX
線吸収係数μを演算すべく、基本画素1だけを通
過する単位X線ビームにより得られるX線濃度d1
を同基本画素1のX線吸収係数μ1としmn番目
までの画素についてはX線濃度d^kからX線濃度
d^k−1(k^=2,3,……mn)を減算することに
より上記各画素のX線吸収係数μ^kを順次求める
演算装置と、演算された上記X線吸収係数を記憶
しうる記憶装置Gとから成る射影変換装置Fが設
けられるとともに、同射影変換装置Fからの信号
を受けて上記仮想断層平面Sを構成する上記N個
の各画素1〜mnの位置に上記X線吸収係数μ1
〜μnoをあてはめて上記X線被検査体Bの断層像
を再構成する再構成装置Hと、同再構成装置Hか
らの出力に基づいて上記X線被検査体Bの断層像
を表示する表示装置Jとが設けられたことを特徴
としている。
以下、図面により本発明の実施例について説明
すると、第2〜4図はその第1実施例としての単
一X線射影式断層像再構成装置を示すもので、第
2図はそのX線射影分布の計測手段を示す模式
図、第3図はそのシステム構成図、第4図はその
作用を説明するための模式図である。
第3図(特許請求の範囲に対応する図)に示す
ごとく、X線発生装置AとX線検出器Cとの間
に、X線被検査体Bが位置するようになつてい
て、これによりこのX線被検査体Bへ所定方向か
らX線を照射することができ、その結果X線被検
査体Bを透過してきたX線によつて、単一のX線
射影分布D(第4図参照)を得ることができるよ
うになつている。
なお、このX線発生装置Aは、第4図に示すご
とく、縦にm個、横にn個の画素をそなえて成る
仮想断層平面S(この平面SはX線被検査体Bの
断層面を含む)について、単位X線ビームが各画
素1〜mnの左下コーナー部を少なくとも1個所
は通過するようにX線被検査体Bへ向けて所定方
向θから複数の単位X線ビームを照射するもの
で、検査の対象となるX線被検査体Bに適合する
線質(透過力)と線量とを有するX線を発生でき
るようになつており、その発生X線の波長は印加
される電圧に比例し、又X線の線質はその波長に
よつて決まるようになつている。
そして、印加電圧は、適用用途によつて異な
り、医学診断に用いるときは5万ボルトから12万
ボルトの範囲で、非破壊検査に用いるときは10万
ボルトから30万ボルトの範囲でそれぞれ使用され
る。
X線被検査体Bとは、X線の照射を受け、その
透過線量分布(X線射影分布)を測定されること
によつて、所望の断層面における像を再構成され
るべきものをいい、例えば医学診断の場合は人体
(一般には生体)であり、非破壊検査の場合はい
わゆる工業製品である。
さらに、X線検出器Cとしては、X線フイル
ム、シンチレーシヨン検出器、半導体検出器がキ
セノンガス検出器等が用いられる。
ところで、X線検出器Cで得られる単一のX線
射影分布データDは、X線射影分布測定手段(X
線濃度計測装置)Eにより、上記X線射影分布D
の一端から他端へ至るまで、相互に等しい間隔w
をあけたmn個の位置kにおける各値dk(これら
の計測値d1〜dnoは、m個の計測値を1つの計測
値群とすれば、n組の計測値群にわけることがで
きる。)が計測されるようになつている(第4図
参照)。
このX線射影分布測定手段Eとしては、X線検
出器CがX線フイルムの場合は、このフイルム上
に黒化度の濃淡として得られたX線濃度分布(い
わゆるレントゲン写真)上の複数個の値を計測し
うるマイクロデンシトメータが用いられる。
このようにX線射影分布Dの一端から他端へ至
るまで、相互に等しい間隔wをあけた複数位置k
における各値dkを計測する手段として、上述の
例の他に、X線検出器CがX線被検査体Bを透過
してくるX線を受けてX線濃度に対応する信号を
出力するシンチレーシヨン検出器の場合は、1台
のシンチレーシヨン検出器とこれを上記X線射影
分布Dの一端から他端へ至るまで移動させうる機
構とを組合わせたり、多数のシンチレーシヨン検
出器をX線射影分布Dの全幅に亘つて配置したり
することが行なわれる。
またX線検出器Cが、同じくX線被検査体Bを
透過してくるX線を受けてX線濃度に対応する信
号を出力する半導体検出器の場合は、上記手段と
して上述のシンチレーシヨン検出器の場合と同様
に、1台の半導体検出器とこれを移動させうる機
構とを組合わせたり、多数の半導体検出器を配設
したりすることが行なわれる。
さらにX線検出器Cがキセノンガス検出器の場
合は、上記手段として上述のシンチレーシヨン検
出器や半導体検出器の場合と同様に、1台のキセ
ノンガス検出器とこれを移動させうる機構とを組
合わせたり、多数のキセノンガス検出器を配設し
たりすることが行なわれる。
このようにしてマイクロデンシトメータ、シン
チレーシヨン検出器や半導体検出器により得られ
た信号は、アナログ信号であるので、これをデイ
ジタルコンピユータへ入力するためにこの信号を
アナログ−デイジタル変換器E′(以下、「A/D
変換器」という。)にてデイジタル信号に変換し
て、その後デイスク等に記憶することが行なわれ
る。
つぎに、このA/D変換器からのデータ出力
(デイジタル信号)は、データ選択装置DSを経て
射影変換装置Fへ順次入力されるようになつてい
る。
データ選択装置DSは、N(=mn)個のX線濃
度についてm個のX線濃度よりなる計測値群をn
組選択するものである。
また、射影変換装置Fは、上記A/D変換器か
らデータ選択装置DSを経て入力されたデイジタ
ルデータ出力(1次元データ)に基づき、仮想断
層平面Sをm個の画素より成るn個の画素群
Q1,Q2,……,Qoに区分し、各画素群を構成す
る各画素の2次元データとしての各X線吸収係数
μk(すなわちμ1,μ^k)をm個ずつ順次算出し
て出力すべく、基本画素1だけを通過する単位X
線ビームにより得られるX線濃度d1を同基本画素
1のX線吸収係数μ1としmn番目までの画素に
ついてはX線濃度d^kからX線濃度d^k−1(k^
=
2,3,……,mn)を減算することにより上記
各画素のX線吸収係数μ^kを順次求める演算装置
と、演算されたX線吸収係数を記憶する記憶装置
G(後述のごとく3次元内部構造記憶装置がこの
記憶装置をかねている。)とから成り、その具体
例としては、所望のプログラムを内蔵したデイジ
タルコンピユータが挙げられる。
ここで、単一のX線射影分布D上の1次元デー
タとしてのm個ずつの計測値dk(k=1,2,
……mn)より成る各計測値群に基づいて、X線
被検査体Bの断層面を含んだ仮想断層平面S(こ
の平面Sはn組の画素群から成る。)の構成要素
としてのmn個の画素の各X線吸収係数μk(2次
元データ)を求める手法について説明する。
第4図に示すごとく、単位X線ビームがmn本
あると仮定して、第1番目の単位X線ビームが第
1番目の画素の左下コーナー部を通つてX線検出
器Cへ到達し、以下同様に第m番目の単位X線ビ
ームに至るまで、順次それぞれ第m番目の画素の
左下コーナー部を通つてX線検出器Cへ到達する
ように各画素の位置を決めることによつて、第1
の画素群Q1を決定する。
ついで、第m+1〜2m番目の単位X線ビーム
が第m+1〜2m番目の画素の左下コーナー部を
それぞれ通つてX線検出器Cへ到達するように各
画素の位置を決めることによつて、第2の画素群
Q2を決定する。
以下、同様にm個の各単位X線ビームがm個の
各画素の左下コーナー部をそれぞれ通つてX線検
出器Cへ到達するように各画素の位置を決めるこ
とによつて、第3〜第nの画素群Q3〜Qoを決定
する。
このように各画素群Q1〜Qoを決めることによ
つて、仮想断層平面Sも決定される。この場合、
各単位X線ビームの相互間隔wが等しくなるよう
に単位X線ビームを想定している。
このように第1番目の単位X線ビームは第1番
目の画素1(この画素1を基本画素という)だけ
を通過するため、この第1番目の単位X線ビーム
によつて得られるX線濃度d1と第1番目の画素1
のX線吸収係数μ1との関係がわかつていれば、
このX線吸収係数μ1を演算装置で一義的に求め
ることができる。
さらに、第2番目の単位X線ビームは第1,2
番目の画素だけを通過するため、この第2番目の
単位X線ビームによつて得られるX線濃度d2は第
1,2番目の画素の各X線吸収係数μ1,μ2の
両情報を有しているが、上述のごとく、第1番目
の画素におけるX線吸収係数μ1は既にわかつて
いるので、同様に演算装置により、第2番目の画
素におけるX線吸収係数μ2もわかるのである。
以下、順次ほぼ同様の操作を繰り返えしてゆく
ことにより、第m番目の画素におけるX線吸収係
数まで求めてゆくことができ、これによりm個の
画素より成る第1の画素群Q1における各画素1
〜mのX線吸収係数μ1〜μnを求めることがで
きる。このように演算によつて得られたX線吸収
係数μ1〜μnは後述する記憶装置としてのメモ
リGへ転送される。このとき演算に必要なm個の
X線濃度はデータ選択装置DSによつて選択され
るようになつている。
さらに、m+1番目の単位X線ビームは第2〜
m+1番目の画素だけを通過するため、この第m
+1番目の単位X線ビームによつて得られるX線
濃度dn+1は、第2+m〜1番目の画素の各X
線吸収係数μ2〜μn+1の各情報を有している
が、上述のごとく、第2+m〜1番目の画素のX
線吸収係数μ2〜μnは第1の画素群Q1における
各画素1〜mのX線吸収係数μ1〜μnを求める
ことにより既にわかつているので、メモリGに記
憶されているX線吸収係数μ1〜μnの情報を適
宜呼び出すことにより第2の画素群Q2を構成す
る画素m+1のX線吸収係数μn+1を求めること
ができるのである。
以下、ほぼ同様にして、適宜メモリGからの情
報を呼び出すことにより、第2の画素群Q2を構
成する画素m+2〜2mにおけるX線吸収係数μn
+2〜μ2nを求めることができる。
さらに、以下順次ほぼ同様にして、m個の画素
より成る後続の第3〜第nの画素群Q3〜Qoにお
ける各画素のX線吸収係数μ2n+1〜μnoを求める
ことができる。
その際、X線吸収係数がm個求まれば、その都
度これらの情報をメモリGへ転送することが行な
われている。
このようにして画素群ごとにX線吸収係数を順
次求めてゆくことができるが、上述の射影変換に
ついての定性的な説明に加えて、数式等を用い定
量的にこの射影変換手法について詳述すると、次
のようになる。
まず、X線被検査体Bの断層像再構成面として
の仮想断層平面Sを、第4図に示すごとく、小さ
く区分されたm個の画素からなる上記断層像再生
面の列部分平面としての画素群が、n組集まつた
ものと考え、また平面Sの中心をx−.y座標の
原点にとる。
なお、1つの画素内は同一のX線吸収係数をも
つものと仮定し、説明の都合上、m,nは偶数と
し、1画素の大きさは△×△の正方形とする。
また、この仮想平面Sを通過するX線ビームは
θ=tan-1mを満足する方向θから平行に照射す
るものとし、各単位X線ビームのビーム径は各画
素に比べ十分に小さいものとする。
いま、第1の画素群Q1における各画素1〜m
のX線吸収係数μ1〜μnを求めるためのm個の
射影濃度d1〜dnを採用すると、次式が得られ
る。
〓〓=〓Q1 ……(1)
ただし
〓=(μ1,μ2,μ3……,μn)T
〓Q1=(d1,d2,d3……,dn)T
ここでLはm×mの正方行列であり、aは画素
を透過するX線ビームの長さで、a=△√1+
cot2θ
であつて、記号Tは転置を表わしている。
この式(1)を解くと、次式のようになる。
μ1=p1
}…(3) μk=pk−pk-1(k=2,3,…
…,m)
ただし、
p=(p1,p2,p3,……pn)T=〓Q1/a
である。
ここで、μ1,μkを求めるに当つて1画素を
透過するX線ビームの長さaを用いるのは、各画
素の正確なX線吸収係数を求めるためであり、し
たがつて係数行列L中にaを含ませなくても、1
次元データdkから2次元データμkを求めること
ができる。この場合に解は次のようになる。
μ1=d1
} ……(3)′
μk=dk−dk-1(k=2,3,……,m)
ところで、上述のごとく、1画素内の吸収係数
が一定であるという仮定が成立し、測定誤差が存
在しない場合には、式(3)から第1の画素群Q1に
おける各画素1〜mのX線吸収係数μ1〜μnが
算出されるが、実際のX線被検査体Bにおいて
は、その仮定が成立することは困難であり、また
一般にへ測定誤差も含まれるため、上記の仮定が
僅かに崩れたときおよび測定誤差が少し混入した
ときにおいてもなお、式(3)で算出される2次元デ
ータμ1〜μnがよい結果になることは期待しが
たい。
そこで、数理計画法を用いて非負の補正値r1,
r2,r3……,rnを導入する。また、物体を透過
するX線ビームの吸収係数は一般には、非負でか
つある正の上限値Uを超えないので、それらの制
約条件を付加して式(1)を次のように表わす。
The present invention relates to an apparatus for reconstructing an X-ray tomographic image, and more particularly to an apparatus capable of reconstructing an X-ray tomographic image by performing desired data processing. In general, in the industrial and medical world, X-ray inspections are widely used to determine the internal structure of products and the human body.
Linear computerized tomography equipment (abbreviated as "CT") is being actively developed. By the way, in this type of conventional X-ray computerized tomography apparatus, first, as shown by the solid line in FIG. The X-ray projection distribution is measured by the X-ray detector c, and then, as shown by the chain line in FIG. 1, the X-ray generator a and the X-ray detector c are rotated by a predetermined angle α (for example, 1°). By irradiating the X-ray beam toward the X-ray inspection object b again from this position, the angle α is
After measuring the X-ray projection distribution when the distribution is moved by Computation processing is performed using the method, and then a tomographic image of the X-ray object b is reconstructed based on the processing results. However, such a conventional X-ray computer tomography apparatus requires a large number of X-ray projection distributions in order to reconstruct a tomographic image of the subject b, which causes the following problems. (1) Since it takes a long time to collect data (several seconds to several minutes), for moving object b,
The tomographic image cannot be reconstructed. (2) Since the amount of X-ray exposure increases, if the subject b is a living body such as a human body, there is a risk of adverse effects on the living body. (3) Since a large amount of data is required for processing, data processing becomes extremely complicated, and the equipment for processing this data is also large and expensive. The present invention aims to solve these problems, and allows highly accurate reconstructed images by simply using a single X-ray projection distribution as data for reconstructing a tomographic image of a subject. It is an object of the present invention to provide a single X-ray projection type tomographic image reconstruction device that can obtain a single X-ray projection type tomographic image reconstruction device. For this reason, the single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus of the present invention uses a virtual tomographic plane S that includes the tomographic plane of the X-ray subject B and has m pixels vertically and n pixels horizontally. and , from one end to the other end of a single X-ray projection distribution D obtained by irradiating the plurality of unit X-ray beams from the X-ray generator A toward the X-ray inspection object B. N (=m×n) X-ray densities
X-ray concentration measuring device E that measures d 1 to d no .
The above N X-ray densities obtained by the linear densitometer E
Equipped with a data selection device DS that divides d 1 to d no into a plurality of measurement value groups consisting of a plurality of X-ray densities,
The virtual tomographic plane S is divided into a plurality of pixel groups consisting of a plurality of pixels based on a plurality of X-ray densities in each of the measurement value groups, and the
In order to calculate the linear absorption coefficient μ, the X-ray density d 1 obtained by the unit X-ray beam passing only through basic pixel 1
Assuming that the X-ray absorption coefficient μ of the same basic pixel 1 is 1 , for the pixels up to mnth, subtract the X-ray density d^ k-1 (k^ = 2, 3, ... mn) from the X-ray density d^ k . Accordingly, a projective transformation device F is provided, which includes an arithmetic device that sequentially calculates the X-ray absorption coefficient μ^ k of each pixel, and a storage device G that can store the calculated X-ray absorption coefficient, and also performs the same projective transformation. In response to a signal from the device F, the X-ray absorption coefficient μ 1 is applied to each of the N pixels 1 to mn constituting the virtual tomographic plane S.
A reconstruction device H that reconstructs the tomographic image of the X-ray subject B by applying ~μ no , and displays the tomographic image of the X-ray subject B based on the output from the reconstruction device H. It is characterized by being provided with a display device J. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 2 to 4 show a single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus as the first embodiment, and FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing the distribution measuring means, FIG. 3 is a system configuration diagram thereof, and FIG. 4 is a schematic diagram for explaining its operation. As shown in FIG. 3 (a diagram corresponding to the claims), an X-ray inspection object B is positioned between an X-ray generator A and an X-ray detector C. This X-ray inspection object B can be irradiated with X-rays from a predetermined direction, and as a result, the X-rays that have passed through the X-ray inspection object B form a single X-ray projection distribution D (Fig. ). Note that, as shown in FIG. ), a plurality of unit X-ray beams are irradiated toward the X-ray inspection object B from a predetermined direction θ so that the unit X-ray beams pass through at least one lower left corner of each pixel 1 to mn. It is designed to generate X-rays with radiation quality (penetrating power) and dose that are compatible with the X-ray inspection object B, which is the object of inspection, and the wavelength of the generated X-rays depends on the applied voltage. In addition, the quality of X-rays is determined by their wavelength. The applied voltage varies depending on the application, ranging from 50,000 volts to 120,000 volts when used for medical diagnosis, and from 100,000 volts to 300,000 volts when used for non-destructive testing. Ru. X-ray inspection object B refers to an object that is irradiated with X-rays and whose transmitted dose distribution (X-ray projection distribution) is measured to reconstruct an image in a desired tomographic plane. For example, in the case of medical diagnosis, it is a human body (generally a living body), and in the case of non-destructive testing, it is a so-called industrial product. Further, as the X-ray detector C, an X-ray film, a scintillation detector, a semiconductor detector, a xenon gas detector, or the like is used. By the way, the single X-ray projection distribution data D obtained by the X-ray detector C is measured by an X-ray projection distribution measuring means (X
The above X-ray projection distribution D is measured by the line density measuring device) E.
Equal intervals w from one end to the other
Each value dk at mn positions k separated by (these measured values d 1 to d no can be divided into n sets of measured value groups, if m measured values are one measured value group) ) is now being measured (see Figure 4). When the X-ray detector C is an X-ray film, the X-ray projection distribution measuring means E may be used to measure a plurality of X-ray density distributions (so-called X-ray photographs) obtained as shading of the degree of blackening on the film. A microdensitometer is used that can measure the value of . In this way, from one end of the X-ray projection distribution D to the other end, there are multiple positions k spaced at equal intervals w.
In addition to the above-mentioned example, as a means for measuring each value dk in In the case of a scintillation detector, one scintillation detector may be combined with a mechanism that can move it from one end of the X-ray projection distribution D to the other, or multiple scintillation detectors may be combined to The arrangement may be performed over the entire width of the projection distribution D. In addition, if the X-ray detector C is a semiconductor detector that also receives X-rays transmitted through the X-ray inspection object B and outputs a signal corresponding to the X-ray concentration, the above-mentioned scintillation detection can be used as the above-mentioned means. As in the case of detectors, one semiconductor detector and a mechanism for moving it may be combined, or a large number of semiconductor detectors may be arranged. Furthermore, when the X-ray detector C is a xenon gas detector, the above means includes one xenon gas detector and a mechanism for moving it, as in the case of the scintillation detector or semiconductor detector described above. Combinations and the arrangement of multiple xenon gas detectors may be used. The signals obtained in this way by the microdensitometer, scintillation detector, and semiconductor detector are analog signals, so in order to input them to a digital computer, this signal is converted to an analog-to-digital converter E' ( Below, “A/D
called a converter. ) is converted into a digital signal and then stored on a disk or the like. Next, the data output (digital signal) from this A/D converter is sequentially input to the projective conversion device F via the data selection device DS. The data selection device DS selects n measurement value groups consisting of m X-ray densities for N (=mn) X-ray densities.
A group is selected. Further, the projective conversion device F converts the virtual tomographic plane S into n pixels consisting of m pixels based on the digital data output (one-dimensional data) inputted from the A/D converter via the data selection device DS. group
Q 1 , Q 2 , . Unit X that passes only through basic pixel 1 to calculate and output
Assuming that the X-ray density d 1 obtained by the ray beam is the X-ray absorption coefficient μ 1 of the same basic pixel 1, for the pixels up to mnth, the X-ray density d^ k to the X-ray density d^ k-1 (k^
=
2, 3, ..., mn) for sequentially calculating the X-ray absorption coefficient μ^ k of each pixel, and a storage device G for storing the calculated X-ray absorption coefficient (as will be described later). A dimensional internal structure storage device serves as this storage device.) A specific example thereof is a digital computer containing a desired program. Here, m measured values d k (k=1, 2,
...mn) as a component of a virtual tomographic plane S (this plane S consists of n groups of pixels) including the tomographic plane of the X-ray subject B. A method for determining each X-ray absorption coefficient μ k (two-dimensional data) of each pixel will be explained. As shown in FIG. 4, assuming that there are mn unit X-ray beams, the first unit X-ray beam reaches the X-ray detector C through the lower left corner of the first pixel, Similarly, by determining the position of each pixel so that the beam reaches the X-ray detector C through the lower left corner of the m-th pixel, until the m-th unit X-ray beam is reached. 1st
Determine the pixel group Q 1 of . Next, the position of each pixel is determined so that the m+1 to 2m-th unit X-ray beams reach the X-ray detector C through the lower left corners of the m+1 to 2m-th pixels, respectively. 2 pixel group
Determine Q 2 . Similarly, by determining the position of each pixel so that m unit X-ray beams pass through the lower left corner of each m pixel and reach the X-ray detector C, Determine the n-th pixel group Q 3 to Q o . By determining each pixel group Q 1 to Q o in this manner, the virtual tomographic plane S is also determined. in this case,
The unit X-ray beams are assumed to have the same mutual spacing w. In this way, the first unit X-ray beam passes only through the first pixel 1 (this pixel 1 is called the basic pixel), so the X-ray density obtained by this first unit X-ray beam is d 1 and 1st pixel 1
If the relationship with the X-ray absorption coefficient μ 1 is known,
This X-ray absorption coefficient μ1 can be uniquely determined by a calculation device. Furthermore, the second unit X-ray beam is
Since the second unit X-ray beam passes through only the second pixel, the X-ray density d 2 obtained by this second unit X-ray beam is based on both the X-ray absorption coefficients μ 1 and μ 2 of the first and second pixels. However, as mentioned above, since the X-ray absorption coefficient μ 1 in the first pixel is already known, the X-ray absorption coefficient μ 2 in the second pixel is also found by the calculation device. It is. By repeating almost the same operations one after another, it is possible to obtain up to the X-ray absorption coefficient of the m-th pixel, and thereby the first pixel group Q 1 consisting of m pixels is obtained. Each pixel 1 in
The X-ray absorption coefficients μ 1 to μ n of ~m can be determined. The X-ray absorption coefficients μ 1 to μ n obtained by calculation in this manner are transferred to a memory G as a storage device, which will be described later. At this time, the m X-ray densities necessary for the calculation are selected by the data selection device DS. Furthermore, the m+1th unit X-ray beam is
Since only the m+1th pixel is passed through, this
The X-ray density d n + 1 obtained by the +1st unit X-ray beam is
It has each information of linear absorption coefficient μ 2 to μ n+1 , but as mentioned above, X of the 2nd+m to 1st pixel
Since the linear absorption coefficients μ 2 to μ n are already known by calculating the X-ray absorption coefficients μ 1 to μ n of each pixel 1 to m in the first pixel group Q 1 , the X-ray absorption coefficients μ 2 to μ n stored in the memory G By appropriately calling the information on the linear absorption coefficients μ 1 to μ n , the X-ray absorption coefficient μ n+ 1 of the pixel m+1 constituting the second pixel group Q 2 can be determined. Thereafter, by calling up information from the memory G as appropriate in substantially the same manner, the X-ray absorption coefficient μ n of pixels m+2 to 2m constituting the second pixel group Q 2
+2 to μ 2n can be obtained. Furthermore, the X-ray absorption coefficients μ 2n+1 to μ no of each pixel in the subsequent third to nth pixel groups Q 3 to Q o consisting of m pixels can be determined in substantially the same manner. . At this time, this information is transferred to the memory G each time m X-ray absorption coefficients are determined. In this way, the X-ray absorption coefficient can be found sequentially for each pixel group, but in addition to the qualitative explanation of the projective transformation described above, we will explain this projective transformation method in detail quantitatively using mathematical formulas, etc. Then, it becomes as follows. First, a virtual tomographic plane S as a tomographic image reconstruction plane of the X-ray subject B is defined as a column partial plane of the tomographic image reconstruction plane consisting of m pixels divided into small sections, as shown in FIG. Consider n groups of pixels, and let the center of the plane S be x-. Take it as the origin of the y coordinate. Note that it is assumed that each pixel has the same X-ray absorption coefficient, and for convenience of explanation, m and n are assumed to be even numbers, and the size of one pixel is assumed to be a square of △×△. In addition, the X-ray beam passing through this virtual plane S shall be irradiated in parallel from the direction θ that satisfies θ = tan -1 m, and the beam diameter of each unit X-ray beam shall be sufficiently small compared to each pixel. do. Now, each pixel 1 to m in the first pixel group Q1
If m projected densities d 1 to d n are used to determine the X-ray absorption coefficients μ 1 to μ n of , the following equation is obtained. 〓〓=〓 Q1 ……(1) However 〓=(μ 1 , μ 2 , μ 3 ..., μ n ) T 〓 Q1 = (d 1 , d 2 , d 3 ..., d n ) T where L is an m×m square matrix, a is the length of the X-ray beam passing through the pixel, a=△√1+
cot 2 θ, where the symbol T represents transposition. Solving this equation (1) yields the following equation. μ 1 = p 1 }…(3) μ k = p k −p k-1 (k=2, 3,…
..., m) However, p = (p 1 , p 2 , p 3 , ... p n ) T = 〓 Q1 /a. Here, the reason why the length a of the X-ray beam that passes through one pixel is used to determine μ 1 and μ k is to determine the accurate X-ray absorption coefficient of each pixel, and therefore the coefficient matrix Even if a is not included in L, 1
Two-dimensional data μ k can be obtained from dimensional data d k . In this case, the solution is as follows. μ 1 = d 1 } …(3)′ μ k = d k −d k-1 (k=2, 3,…, m) By the way, as mentioned above, the absorption coefficient within one pixel is constant. If this assumption is established and there is no measurement error, the X-ray absorption coefficients μ 1 to μ n of each pixel 1 to m in the first pixel group Q 1 are calculated from equation (3), but in reality It is difficult for this assumption to hold true for the X-ray inspection object B, and measurement errors are generally included, so even when the above assumption slightly collapses or a small amount of measurement error is introduced, Note that it is difficult to expect that the two-dimensional data μ 1 to μ n calculated using equation (3) will give good results. Therefore, using mathematical programming, the non-negative correction value r 1 ,
Introduce r 2 , r 3 ..., r n . Furthermore, since the absorption coefficient of an X-ray beam transmitted through an object is generally non-negative and does not exceed a certain positive upper limit U, equation (1) can be expressed as follows by adding these constraints.
【表】
さらに、非負スラツク変数s1,s2,s3,……,
s3nを導入すると、式(4)の連立一次不等式は次式
の連立一次方程式となる。[Table] Furthermore, the non-negative slack variables s 1 , s 2 , s 3 , ...,
When s 3n is introduced, the simultaneous linear inequalities in equation (4) become the simultaneous linear equations in the following equation.
【表】
上式(5)の制約条件式のもとに目的関数
を最小とする解を数理計画法によつて求めると、
有限回の計算後には循環することなく、最適な2
次元データμ1〜μnが算出されるのである。
上例では、制約条件式における補正値の絶対値
の総和を最小にする目的関数のもとに2次元デー
タμ1〜μnを算出したが、それに対して次の式
の制約条件式のもとに式(8)に目的関数を最小とす
る方法もある。[Table] Objective function based on the constraint condition equation (5) above. Using mathematical programming, we find a solution that minimizes
After a finite number of calculations, the optimal 2
Dimensional data μ 1 to μ n are calculated. In the above example, the two-dimensional data μ 1 to μ n were calculated based on the objective function that minimizes the sum of the absolute values of the correction values in the constraint condition expression. There is also a method of minimizing the objective function in equation (8).
【表】
上式を解けば、制約条件式における絶対値の最
大補正値が最小となる条件のもとに、断層2次元
データμ1〜μnが算出されるのである。
さらに、式(5)の制約条件式のもとに目的関数
を最小とする方法、あるいは、式(7)の制約条件式
のもとに目的関数
F=r2 ……(10)
を最小とする方法によつて実施することも可能で
ある。
このようにして得られた2次元データμ1〜μ
nは、3次元内部構造記憶装置(メモリ)Gに転
送される。
次に第2の画素群Q2における各画素m+1〜
2mのX線吸収係数μn+1〜μ2nを求めるため
に、m個の射影濃度dn+1〜d2nと、今求めたX
線吸収係数とを採用すると、上述の手法とほぼ同
様にして、演算装置により、式(11)のようにm個の
X線吸収係数μn+1〜μ2nを求めることができ
る。
μk=pk−pk-1+μk-n ……(11)
(k=m+1,m+2,……2m)
ただし、〓=(pn+1,pn+2,pn+3,……p2n)T
=〓Q2/a
この場合もμkを求めるに当つて1画素を透過
するX線ビームの長さaの情報を含ませなくても
よく、そうするとこの場合の解は次のようにな
る。
μk=dk−dk-1+μk-n ……(11)′
さらに、前述の第1の画素群Q1における各画
素のX線吸収係数を求めた場合と同様にして、適
宜数理計画法を用いて最適なX線吸収係数(断層
2次元データ)μn+1〜μ2nを求めることが行な
われ、その後これらの2次元データμn+1〜μ2n
はメモリGへ転送される。
以下ほぼ同様の操作を繰り返して、後続の第3
〜nの画素群Q3〜Qoにおける各画素のX線吸収
係数が求められるのである。
ここで、2m+1番目以降の画素についてのμk
も次のようにあらわすことができる。
μk=pk−pk-1+μk-n ……(11)″
または、
μk=dk−dk-1+μk-n ……(11)″
ところで、記憶装置を兼ねる3次元内部構造記
憶装置Gは、前述のごとく、射影変換装置Fから
のm個一組の信号を受けて各画素群Q1〜Qoをそ
れらの相互順序に従い組立てる、すなわち第1〜
第nの画素群を左からその序数順に組立てるべ
く、射影変換装置Fからの信号を記憶しうるメモ
リをいい、さらにX線被検査体Bの3次元内部構
造データを算出するメモリをいう。
ところで、射影変換装置Fからm個ずつ順次n
組送られてくる2次元データμk(k=1,2,
3,……,mn)は、X線被検査体Bのある断面
についてのものであるが、X線射影分布測定手段
Eで測定個所を変えることによつて他のX線射影
分布D′を得、これにより他の断面についての2
次元データμk′を前述の場合とほぼ同様にして容
易に得られるから、異なつたいくつかの断面につ
いての2次元データμk,μ′k,μ″k,……を集
積することによつてX線被検査体Bの3次元的な
内部構造を記憶させることが可能になるが、完全
な3次元内部構造を構成するためには、各断面デ
ータ間の補間等が必要になるので、そのための算
出機能を保有したメモリ装置としても、本メモリ
Gが使用されるのである。
このメモリGには、任意断層像構成装置(再構
成装置)Hが接続されており、この任意断層像構
成装置Hは、メモリGに記憶されているX線被検
査体Bの3次元内部構造データからこのX線被検
査体Bの指定された任意断面についての2次元デ
ータを選択抽出して断層像を構成する装置であ
る。
なお、ここでいう任意断面とは、X線被検査体
Bの水平、垂直あるいは斜め方向等の断面を指す
ものである。
このようにしてこの任意断層像構成装置Hによ
つて得られる任意断層像の2次元データは、X線
射影分布測定手段Eで求めたX線射影分布をもと
にして一貫して数学的に矛盾なく算出されてきた
ものであるから、これを適宜のデイジタル−アナ
ログ変換器F′(以下「D/A変換器」という。)
を介し任意断層像表示装置Jへ送つて表示すれ
ば、X線被検査体Bの断層像を表示することが可
能となるが、この像では雑音やボケ等の画質劣化
の要素も含まれているので、好適な画像が得られ
るという保証はない。
したがつて、この任意断層像構成装置Hからの
データを修正するため、このデータは任意断層像
画質改善装置Iへ送られる。
この任意断層像画質改善装置Iは、任意断層像
構成装置Hから送られてきた任意断層像データに
ついての雑音の除去、平滑化および尖鋭度の強調
等を施して画像の質を向上させるもので、雑音の
除去用としてはデイジタルフイルタが用いられ、
平滑化用としては平滑化回路が用いられ、尖鋭度
の強調用としては微分回路が用いられる。
このようにして画質を改善された信号はD/A
変換器F′を介して上記任意断層像表示装置Jへ
送られる。
この任意断層像表示装置Jは、任意断層像画質
改善装置Iから送られてくる信号を受けてカラー
または黒白陰極線管(ブラウン管)モニタ上にX
線被検査体Bの任意断層像を可視像として表示す
る装置をいい、一般的には上述のごとくブラウン
管が使用される。
上述の構成により、X線被検査体Bの断層像を
再構成するには、まずX線発生装置AよりX線被
検査体Bへ所定方向からX線を照射することによ
りX線検出器Cで得られた単一のX線射影分布D
について、X線射影分布測定手段Eを用いて、上
記X線射影分布Dの一端から等しい相互間隔wを
あけたmn個の位置kでの各値dkを上記X線射影
分布Dの他端へ至るまで計測することにより、1
次元データdkがめられる。
ついで、これらの1次元データdkは適宜アナ
ログ−デイジタル変換されてから、射影変換装置
Fにて、前述の手法を用いて、m一個の画素群ご
とに各画素のX線吸収係数を求め、更にこれらの
画素群ごとのX線吸収係数を順次メモリGに転送
することにより、仮想断層平面Sにおけるmn個
の画素の各X線吸収係数μk(2次元データ)が
求められ、これらのX線吸収係数が所定の順序に
従つてメモリGに記憶される。
その後、これらの2次元データμkは、メモリ
Gから任意断層像構成装置H、任意断層像画質改
善装置IおよびD/A変換器F′を経由して、任
意断層像表示装置Jで、X線被検査体Bの断層像
として再構成表示されるのである。
第5図は本発明の第2実施例としての単一X線
射影式断層像再構成装置の作用を説明するための
模式図である。
この第2実施例の場合は、X線発生装置AとX
線被検査体Bとが接近している場合で、すなわち
X線ビームがフアンビームの場合であるが、この
場合は第5図のような変形極座標をした画素で断
層2次元データを構成すれば、式(1)が得られ上述
の理論がそのまま適用できる。
第5図において、X線源を原点0、極座標画素
の内側の半径をRI、外側の半径をROとし、画素
はm×nで構成する。画素には第5図に示すよう
な番号をつけ、OO′を通る直線を角度の基準とす
る。
半径R1,R2と角1,2,3,4を次
式のように表わす。[Table] By solving the above equation, tomographic two-dimensional data μ 1 to μ n are calculated under the condition that the maximum correction value of the absolute value in the constraint condition equation is the minimum. Furthermore, the objective function is It is also possible to carry out the method by minimizing the objective function F=r 2 . . . (10) under the constraint expression (7). Two-dimensional data μ 1 ~μ obtained in this way
n is transferred to a three-dimensional internal structure storage device (memory) G. Next, each pixel m+1~ in the second pixel group Q2
In order to find the X-ray absorption coefficient μ n+1 ~ μ 2n of 2m, m projected densities d n+1 ~ d 2n and the X
If the linear absorption coefficients are employed, m X-ray absorption coefficients μ n+1 to μ 2n can be determined as shown in equation (11) using an arithmetic device in substantially the same manner as the above-mentioned method. μ k = p k −p k-1 + μ kn …(11) (k=m+1, m+2, …2m) However, 〓=(p n+1 , p n+2 , p n+3 , … p 2n ) T = 〓 Q2 /a In this case as well, when calculating μ k , it is not necessary to include the information about the length a of the X-ray beam that passes through one pixel, and the solution in this case is as follows. become. μ k = d k −d k-1 + μ kn ……(11)′ Furthermore, in the same manner as when calculating the X-ray absorption coefficient of each pixel in the first pixel group Q 1 described above, mathematical programming is applied as appropriate. The optimal X-ray absorption coefficient (two-dimensional tomographic data) μ n+1 ~ μ 2n is determined using
is transferred to memory G. After that, repeat almost the same operation to create the subsequent third
The X-ray absorption coefficient of each pixel in the ~n pixel groups Q3 to Qo is determined. Here, μ k for 2m+1st and subsequent pixels
can also be expressed as follows. μ k = p k − p k-1 + μ kn ……(11)″ Or μ k = d k − d k-1 + μ kn ……(11)″ By the way, a three-dimensional internal structure storage device that also serves as a storage device As described above, G receives a set of m signals from the projective transformation device F and assembles each pixel group Q 1 to Q o in accordance with their mutual order, that is, the first to
This refers to a memory that can store signals from the projective transformation device F in order to assemble the n-th pixel group from the left in their ordinal order, and further refers to a memory that calculates three-dimensional internal structure data of the X-ray inspection object B. By the way, from the projective transformation device F, m pieces are sequentially n
Two-dimensional data μ k (k=1, 2,
3, . 2 for other cross sections.
Since dimensional data μ k ′ can be easily obtained almost in the same way as in the previous case, it is possible to obtain two-dimensional data μ k , μ′ k , μ″ k , etc. for several different cross sections. This makes it possible to store the three-dimensional internal structure of the X-ray inspected object B, but in order to construct a complete three-dimensional internal structure, interpolation between each cross-sectional data is required. This memory G is also used as a memory device that has a calculation function for this purpose.An arbitrary tomographic image construction device (reconstruction device) H is connected to this memory G, and an arbitrary tomographic image construction device (reconstruction device) H is connected to this memory G. The apparatus H selects and extracts two-dimensional data regarding a specified arbitrary cross section of the X-ray subject B from the three-dimensional internal structure data of the X-ray subject B stored in the memory G, and generates a tomographic image. Note that the arbitrary cross section here refers to a horizontal, vertical, or diagonal cross section of the X-ray subject B. In this way, this arbitrary tomographic image constructing apparatus H The two-dimensional data of any tomographic image thus obtained has been consistently calculated mathematically and without contradiction based on the X-ray projection distribution obtained by the X-ray projection distribution measuring means E. is a suitable digital-to-analog converter F' (hereinafter referred to as "D/A converter").
If the tomographic image is sent to an arbitrary tomographic image display device J for display via the Therefore, there is no guarantee that a suitable image will be obtained. Therefore, in order to correct the data from this optional tomographic image construction device H, this data is sent to the optional tomographic image quality improvement device I. This arbitrary tomographic image quality improvement device I improves the image quality by removing noise, smoothing, and emphasizing the sharpness of arbitrary tomographic image data sent from the arbitrary tomographic image construction device H. , a digital filter is used to remove noise,
A smoothing circuit is used for smoothing, and a differentiation circuit is used for emphasizing sharpness. The signal whose image quality has been improved in this way is D/A
It is sent to the arbitrary tomographic image display device J via the converter F'. This optional tomographic image display device J receives the signal sent from the optional tomographic image quality improvement device I and displays X on a color or black and white cathode ray tube (braun tube) monitor.
A device that displays an arbitrary tomographic image of the object B to be inspected as a visible image, and generally a cathode ray tube is used as described above. With the above configuration, in order to reconstruct a tomographic image of the X-ray subject B, first the X-ray generator A irradiates the X-ray subject B with X-rays from a predetermined direction, and then the X-ray detector C Single X-ray projection distribution D obtained with
Using the X-ray projection distribution measuring means E, each value d k at mn positions k spaced at equal mutual intervals w from one end of the X-ray projection distribution D is calculated from the other end of the X-ray projection distribution D. By measuring until 1
Dimensional data d k can be seen. Next, these one-dimensional data dk are appropriately analog-digital converted, and then the X-ray absorption coefficient of each pixel is determined for each m pixel group using the method described above in the projective conversion device F. Furthermore, by sequentially transferring the X-ray absorption coefficients for each pixel group to the memory G, each X-ray absorption coefficient μ k (two-dimensional data) of mn pixels on the virtual tomographic plane S is obtained, and these X Linear absorption coefficients are stored in memory G according to a predetermined order. Thereafter, these two-dimensional data μ k are transmitted from the memory G to an arbitrary tomographic image constructing device H, an arbitrary tomographic image quality improvement device I, and a D/A converter F′, and then to an arbitrary tomographic image display device J. The line is reconstructed and displayed as a tomographic image of the object B to be inspected. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of a single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus as a second embodiment of the present invention. In the case of this second embodiment, the X-ray generator A and
In the case where the object B to be inspected is close to the X-ray beam, that is, the X-ray beam is a Fan beam, in this case, if the tomographic two-dimensional data is composed of pixels with modified polar coordinates as shown in Fig. 5. , Equation (1) is obtained, and the above theory can be applied as is. In FIG. 5, the X-ray source is the origin 0, the inner radius of the polar coordinate pixel is R I , the outer radius R O , and the pixels are composed of m×n. The pixels are numbered as shown in FIG. 5, and a straight line passing through OO' is used as the standard for angle. The radii R 1 , R 2 and angles 1 , 2 , 3 , and 4 are expressed as follows.
【表】
いま、点R1,1とR2,3を通る直線を
L1、点R1,2とR2,4を通る直線をL2とす
れば、画素kは半径R1,R2と2直線L1,L2で囲
まれる面積となる。
ただし、θ′は極座標画素の内側(半径R1)の
はる頂角とする。
このようにX線ビームがフアンビームの場合で
も、前述の第1実施例のごとく平行ビームの場合
と同様にしてm個ずつの1次元データから断層像
の列部分平面ごとに2次元データを求めてゆくこ
とができ、これにより単一のX線射影分布Dから
X線被検査体Bの断層像を再構成できるのであ
る。
なお、前述の各実施例のごとく、m個の画素か
ら成る各画素群で、X線被検査体Bの断層像の列
部分平面を構成する代わりに、2m〜m(n−
1)個の画素から成る画素群を適宜組合せて、上
記断層像の列部分平面を構成するようにしてもよ
い。
また、上記の各画素群が上記断層像の列部分平
面を構成すべく、この画素群をm−m(n−1)
個の画素で構成するほか、上記断層像の行部分平
面を構成すべく、この画素群をn〜(m−1)n
個の画素で構成してもよい。
さらに、各画素群m,nよりも少ない数の画素
で構成することもできる。
すなわち1つの画素群は、mn個よりも少ない
数であるならば、いくらの数の画素ででも構成す
ることができるが、1つの画素群を構成する画素
の数は、データ処理のための処理装置の容量とデ
ータ処理時間とから最適な数に決めることが望ま
しい。
以上詳述したように、本発明の単一X線射影式
断層像再構成装置によれば、次のような効果ない
し利点が得られる。
(1) 単一のX線射影分布DからX線被検査体Bの
断層像を再構成することができるので、データ
採取の時間が非常に短くてすみ(30ミリ秒以
下)、これにより動くX線被検査体B(例えば
心臓)についても、その断層像を鮮明に再構成
することができる。
(2) また、X線被曝量が非常に少ない(従来の手
段に比べ数十分の1ないし数百分の1)ため、
X線被検査体Bが生体の場合でも、悪影響を与
えることがない。
(3) N個よりも少ない複数個ずつの計測値から成
る計測値群から各画素群ごとにその各画素のX
線吸収係数を求めることができるので、1回の
処理に必要なデータが大幅に減少し、これによ
りデータ処理の大幅な簡素化をもたらすことが
でき、ひいてはデータ処理装置の小型化および
低廉化を十分に達成できる。[Table] Now, let us draw a straight line passing through points R 1 , 1 and R 2 , 3 .
If L 2 is a straight line passing through L 1 , points R 1 , 2 and R 2 , 4 , pixel k has an area surrounded by radii R 1 , R 2 and two straight lines L 1 , L 2 . However, θ' is the apex angle far inside (radius R 1 ) of the polar coordinate pixel. In this way, even when the X-ray beam is a Fan beam, two-dimensional data is obtained for each column partial plane of the tomographic image from m one-dimensional data in the same manner as in the case of a parallel beam as in the first embodiment. As a result, a tomographic image of the X-ray object B can be reconstructed from a single X-ray projection distribution D. Note that, instead of each pixel group consisting of m pixels forming a column partial plane of the tomographic image of the X-ray subject B as in each of the above-mentioned embodiments,
1) A pixel group consisting of 1) pixels may be appropriately combined to constitute a column partial plane of the tomographic image. In addition, in order for each of the above pixel groups to constitute a row partial plane of the above tomographic image, this pixel group is divided into m−m(n−1).
In addition to the pixel group consisting of n to (m-1)n pixels, in order to constitute the row partial plane of the above tomographic image,
It may also be composed of a single pixel. Furthermore, it can also be configured with fewer pixels than each pixel group m, n. In other words, one pixel group can be made up of any number of pixels as long as it is less than mn, but the number of pixels that make up one pixel group depends on the processing for data processing. It is desirable to determine the optimal number based on the capacity of the device and the data processing time. As described in detail above, the single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus of the present invention provides the following effects and advantages. (1) Since the tomographic image of the X-ray subject B can be reconstructed from a single X-ray projection distribution D, the data collection time is extremely short (30 milliseconds or less), and this makes it possible to The tomographic image of the X-ray object B (for example, the heart) can also be clearly reconstructed. (2) Also, since the amount of X-ray exposure is extremely small (several tenths to hundreds of times compared to conventional methods),
Even when the X-ray inspection subject B is a living body, there is no adverse effect. (3) For each pixel group, calculate the
Since the linear absorption coefficient can be determined, the amount of data required for one processing is greatly reduced, which greatly simplifies data processing, which in turn leads to the miniaturization and cost reduction of data processing equipment. Fully achievable.
第1図は従来のX線断層像の再構成手段を説明
するための模式図であり、第2〜4図は本発明の
第1実施例としての単一X線射影式断層像再構成
装置を示すもので、第2図はそのX線射影分布の
計測手段を示す模式図、第3図はそのシステム構
成図、第4図はその作用を説明するための模式図
であり、第5図は本発明の第2実施例としての単
一X線射影式断層像再構成装置の作用を説明する
ための模式図である。
A……X線発生装置、B……X線被検査体、C
……X線検出器、D……X線射影分布、DS……
データ選択装置、E……X線射影分布測定手段
(X線濃度計測装置)、E′……A/D変換器、F
……射影変換装置、F′……D/A変換器、G…
…記憶装置を兼ねる3次元内部構造記憶装置(メ
モリ)、H……任意断層像構成装置(再構成装
置)、I……任意断層像画質改善装置、J……任
意断層像表示装置、Q1,Q2,Q3,Qo……画素
群、S……仮想断層平面。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a conventional X-ray tomographic image reconstruction means, and FIGS. 2 to 4 are a single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus as a first embodiment of the present invention. Fig. 2 is a schematic diagram showing the means for measuring the X-ray projection distribution, Fig. 3 is a system configuration diagram, Fig. 4 is a schematic diagram for explaining its operation, and Fig. 5 is a schematic diagram showing the means for measuring the X-ray projection distribution. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of a single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus as a second embodiment of the present invention. A...X-ray generator, B...X-ray inspected object, C
...X-ray detector, D...X-ray projection distribution, DS...
Data selection device, E...X-ray projection distribution measuring means (X-ray density measurement device), E'...A/D converter, F
...Projective conversion device, F'...D/A converter, G...
...Three-dimensional internal structure storage device (memory) that also serves as a storage device, H...Arbitrary tomographic image composition device (reconstruction device), I...Arbitrary tomographic image quality improvement device, J...Arbitrary tomographic image display device, Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q o ... Pixel group, S ... Virtual tomographic plane.
Claims (1)
横にn個の画素をそなえてなる仮想断層平面Sに
ついて単位X線ビームが各画素1〜mnのコーナ
ー部を少なくとも1個所は通過するように上記X
線被検査体Bへ向けて所定方向から複数の単位X
線ビームを照射するX線発生装置Aと、同X線発
生装置Aから上記X線被検査体Bへ向けて上記の
複数の単位X線ビームを照射することにより得ら
れた単一のX線射影分布Dについてその一端から
他端へ向けてN(=m×n)個のX線濃度d1〜d
noを計測するX線濃度計測装置Eと、同X線濃度
計測装置Eで得られた上記N個のX線濃度d1〜d
noを複数個のX線濃度よりなる複数組の計測値群
に分けるデータ選択装置DSとをそなえ、上記各
計測値群における複数のX線濃度に基づき上記仮
想断層平面Sを複数の画素よりなる複数の画素群
に区分し、各画素群を構成する各画素のX線吸収
係数μを演算すべく、基本画素1だけを通過する
単位X線ビームにより得られるX線濃度d1を同基
本画素1のX線吸収係数μ1としmn番目までの
画素についてはX線濃度dkからX線濃度dk-1
(k=2,3,……mn)を減算することにより上
記各画素のX線吸収係数μkを順次求める演算装
置と、演算された上記X線吸収係数を記憶しうる
記憶装置Gとから成る射影変換装置Fが設けられ
るとともに、同射影変換装置Fからの信号を受け
て上記仮想断層平面Sを構成する上記N個の各画
素1〜mnの位置に上記X線吸収係数μ1〜μno
をあてはめて上記X線被検査体Bの断層像を再構
成する再構成装置Hと、同再構成装置Hからの出
力に基づいて上記X線被検査体Bの断層像を表示
する表示装置Jとが設けられたことを特徴とす
る、単一X線射影式断層像再構成装置。 2 上記X線濃度計測装置Eが、X線フイルム上
に得られたX線濃度分布上の複数個のX線濃度の
値を計測しうるマイクロデンシトメータと、この
マイクロデンシトメータからのアナログ信号をデ
イジタル信号に変換しうるアナログ−デイジタル
変換器とで構成された特許請求の範囲第1項に記
載の単一X線射影式断層像再構成装置。 3 上記X線濃度計測装置Eが、上記X線被検査
体Bを透過してくるX線を受けてX線濃度に対応
する信号を出力する移動機構付きシンチレーシヨ
ン検出器と、同シンチレーシヨン検出器からのア
ナログ信号をデイジタル信号に変換しうるアナロ
グ−デイジタル変換器とで構成された特許請求の
範囲第1項に記載の単一X線射影式断層像再構成
装置。 4 上記X線濃度計測装置Eが、上記X線被検査
体Bを透過してくるX線を受けてX線濃度に対応
する信号を出力する多数のシンチレーシヨン検出
器と、これらのシンチレーシヨン検出器からのア
ナログ信号をデイジタル信号に変換しうるアナロ
グ−デイジタル変換器とで構成された特許請求の
範囲第1項に記載の単一X線射影式断層像再構成
装置。 5 上記X線濃度計測装置Eが、上記X線被検査
体Bを透過してくるX線を受けてX線濃度に対応
する信号を出力する移動機構付き半導体検出器
と、同半導体検出器からのアナログ信号をデイジ
タル信号に変換しうるアナログ−デイジタル変換
器とで構成された特許請求の範囲第1項に記載の
単一X線射影式断層像再構成装置。 6 上記X線濃度計測装置Eが、上記X線被検査
体Bを透過してくるX線を受けてX線濃度に対応
する信号を出力する多数の半導体検出器と、これ
らの半導体検出器からのアナログ信号をデイジタ
ル信号に変換しうるアナログ−デイジタル変換器
とで構成された特許請求の範囲第1項に記載の単
一X線射影式断層像再構成装置。 7 上記X線濃度計測装置Eが、上記X線被検査
体Bを透過してくるX線を受けてX線濃度に対応
する信号を出力する移動機構付きキセノンガス検
出器と、同キセノンガス検出器からのアナログ信
号をデイジタル信号に変換しうるアナログ−デイ
ジタル変換器とで構成された特許請求の範囲第1
項に記載の単一X線射影式断層像再構成装置。 8 上記X線濃度計測装置Eが、上記X線被検査
体Bを透過してくるX線を受けてX線濃度に対応
する信号を出力する多数のキセノンガス検出器
と、これらのキセノンガス検出器からのアナログ
信号をデイジタル信号に変換しうるアナログ−デ
イジタル変換器とで構成された特許請求の範囲第
1項に記載の単一X線射影式断層像再構成装置。 9 上記射影変換装置Fが、上記の計測値群ごと
のデータ出力に基づき上記の各画素のX線吸収係
数に対応するデイジタル信号を演算して出力する
デイジタルコンピユータを含んで構成された特許
請求の範囲第1項ないし第8項のいずれかに記載
の単一X線射影式断層像再構成装置。 10 上記記憶装置Gが、上記X線被検査体Bに
おける複数の断層部分について、各々の断層部分
における断層像情報を記憶して上記表示装置Jで
任意の断層像を表示しうるメモリを兼ねている特
許請求の範囲第1項ないし第9項のいずれかに記
載の単一X線射影式断層像再構成装置。 11 上記の再構成装置Hと表示装置Jとの間
に、上記表示装置Jで表示される画像の質を向上
させるべく、デイジタルフイルタが介装された特
許請求の範囲第1項ないし第10項のいずれかに
記載の単一X線射影式断層像再構成装置。 12 上記の再構成装置Hと表示装置Jとの間
に、上記表示装置Jで表示される画像の質を向上
させるべく、平滑化回路が介装された特許請求の
範囲第1項ないし第10項のいずれかに記載の単
一X線射影式断層像再構成装置。 13 上記の再構成装置Hと表示装置Jとの間
に、上記表示装置Jで表示される画像の質を向上
させるべく、微分回路が介装された特許請求の範
囲第1項ないし第10項のいずれかに記載の単一
X線射影式断層像再構成装置。[Claims] 1. Regarding a virtual tomographic plane S that includes the tomographic plane of the X-ray inspected object B and has m pixels vertically and n pixels horizontally, the unit X-ray beam is located at the corner of each pixel 1 to mn. The above X should pass through at least one part of the
A plurality of units X from a predetermined direction toward the object B to be inspected
An X-ray generator A that irradiates a ray beam, and a single X-ray obtained by irradiating the plurality of unit X-ray beams from the X-ray generator A toward the X-ray inspection object B. N (=m×n) X-ray densities d 1 to d from one end to the other end of the projection distribution D
X-ray concentration measuring device E that measures no .
a data selection device DS that divides the no . In order to divide into multiple pixel groups and calculate the X-ray absorption coefficient μ of each pixel constituting each pixel group, the X-ray density d 1 obtained by a unit X-ray beam passing only through basic pixel 1 is calculated from the same basic pixel. The X-ray absorption coefficient μ of 1 is 1 , and for the mnth pixels, the X-ray density d k to the X-ray density d k-1
(k = 2, 3, ... mn) from an arithmetic device that sequentially calculates the X-ray absorption coefficient μ k of each pixel, and a storage device G that can store the calculated X-ray absorption coefficient. A projective transformation device F is provided, and upon receiving a signal from the projection transformation device F, the X-ray absorption coefficients μ 1 to μ are placed at the positions of each of the N pixels 1 to mn constituting the virtual tomographic plane S. no
a reconstruction device H that reconstructs a tomographic image of the X-ray subject B by applying the above, and a display device J that displays the tomographic image of the X-ray subject B based on the output from the reconstruction device H. A single X-ray projection type tomographic image reconstruction device, characterized in that: 2. The X-ray concentration measuring device E includes a microdensitometer capable of measuring multiple X-ray concentration values on the X-ray concentration distribution obtained on the X-ray film, and an analogue from this microdensitometer. A single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus according to claim 1, comprising an analog-to-digital converter capable of converting a signal into a digital signal. 3. The X-ray concentration measuring device E includes a scintillation detector with a moving mechanism that receives X-rays passing through the X-ray inspection object B and outputs a signal corresponding to the X-ray concentration, and scintillation detection of the same. 2. The single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus according to claim 1, comprising an analog-to-digital converter capable of converting an analog signal from a device into a digital signal. 4 The X-ray concentration measuring device E includes a number of scintillation detectors that receive X-rays transmitted through the X-ray inspection object B and output signals corresponding to the X-ray concentration, and these scintillation detectors. 2. The single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus according to claim 1, comprising an analog-to-digital converter capable of converting an analog signal from a device into a digital signal. 5 The X-ray concentration measuring device E includes a semiconductor detector with a moving mechanism that receives X-rays passing through the X-ray inspection object B and outputs a signal corresponding to the X-ray concentration, and a semiconductor detector from the semiconductor detector. 2. A single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus according to claim 1, comprising an analog-to-digital converter capable of converting an analog signal into a digital signal. 6 The X-ray concentration measuring device E includes a large number of semiconductor detectors that receive X-rays transmitted through the X-ray inspection object B and outputs signals corresponding to the X-ray concentration, and from these semiconductor detectors. 2. A single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus according to claim 1, comprising an analog-to-digital converter capable of converting an analog signal into a digital signal. 7 The X-ray concentration measuring device E includes a xenon gas detector with a moving mechanism that receives X-rays passing through the X-ray inspection object B and outputs a signal corresponding to the X-ray concentration, and a xenon gas detector. Claim 1 comprising an analog-to-digital converter capable of converting an analog signal from a device into a digital signal.
The single X-ray projection type tomographic image reconstruction device described in 2. 8 The X-ray concentration measuring device E includes a large number of xenon gas detectors that receive X-rays passing through the X-ray inspection object B and output signals corresponding to the X-ray concentration, and these xenon gas detectors. 2. The single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus according to claim 1, comprising an analog-to-digital converter capable of converting an analog signal from a device into a digital signal. 9 The projective transformation device F includes a digital computer that calculates and outputs a digital signal corresponding to the X-ray absorption coefficient of each pixel based on the data output for each group of measured values. A single X-ray projection type tomographic image reconstruction device according to any one of items 1 to 8. 10 The storage device G also serves as a memory capable of storing tomographic image information for each tomographic portion of the plurality of tomographic portions in the X-ray subject B and displaying any tomographic image on the display device J. A single X-ray projection type tomographic image reconstruction apparatus according to any one of claims 1 to 9. 11 Claims 1 to 10, wherein a digital filter is interposed between the reconstruction device H and the display device J in order to improve the quality of the image displayed on the display device J. The single X-ray projection type tomographic image reconstruction device according to any one of the above. 12 Claims 1 to 10, wherein a smoothing circuit is interposed between the reconstruction device H and the display device J in order to improve the quality of the image displayed on the display device J. The single X-ray projection type tomographic image reconstruction device according to any one of the items. 13 Claims 1 to 10, wherein a differentiation circuit is interposed between the reconstruction device H and the display device J in order to improve the quality of the image displayed on the display device J. The single X-ray projection type tomographic image reconstruction device according to any one of the above.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15021879A JPS5672850A (en) | 1979-11-20 | 1979-11-20 | Method of regenerating tomographing image and its regenerating device |
DE19803034559 DE3034559A1 (en) | 1979-09-18 | 1980-09-12 | METHOD FOR RECONSTRUCTING A X-RAY TOMOGRAPHY |
US06/186,425 US4418387A (en) | 1979-09-18 | 1980-09-12 | Method of reconstructing a computed tomographic image from a single X-ray projection |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15021879A JPS5672850A (en) | 1979-11-20 | 1979-11-20 | Method of regenerating tomographing image and its regenerating device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5672850A JPS5672850A (en) | 1981-06-17 |
JPS6147535B2 true JPS6147535B2 (en) | 1986-10-20 |
Family
ID=15492111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15021879A Granted JPS5672850A (en) | 1979-09-18 | 1979-11-20 | Method of regenerating tomographing image and its regenerating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5672850A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS521274A (en) * | 1975-06-24 | 1977-01-07 | Ito Kikai Seisakusho:Kk | Stroke device |
-
1979
- 1979-11-20 JP JP15021879A patent/JPS5672850A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS521274A (en) * | 1975-06-24 | 1977-01-07 | Ito Kikai Seisakusho:Kk | Stroke device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5672850A (en) | 1981-06-17 |
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