JPS6311013B2 - - Google Patents

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JPS6311013B2
JPS6311013B2 JP54151287A JP15128779A JPS6311013B2 JP S6311013 B2 JPS6311013 B2 JP S6311013B2 JP 54151287 A JP54151287 A JP 54151287A JP 15128779 A JP15128779 A JP 15128779A JP S6311013 B2 JPS6311013 B2 JP S6311013B2
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JP
Japan
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ray
tomographic image
projection type
image reconstruction
analog
Prior art date
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Application number
JP54151287A
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Japanese (ja)
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JPS5672853A (en
Inventor
Shoichiro Yamaguchi
Fujio Kobayashi
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TOKYO KOGYO DAIGAKUCHO
Original Assignee
TOKYO KOGYO DAIGAKUCHO
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Publication date
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Priority to US06/186,425 priority patent/US4418387A/en
Priority to DE19803034559 priority patent/DE3034559A1/en
Publication of JPS5672853A publication Critical patent/JPS5672853A/en
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 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.

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。
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.

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。
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°). Then, from this position, the X-ray beam flux is directed toward the X-ray inspection object b again to measure the X-ray projection distribution when moved by the angle α, and the same operation is repeated for a total of 60 to 360 times. After going around,
The data obtained from these large numbers of X-ray projection distributions are processed using the Fourier transform method and the convolution method, and then the tomographic image of the X-ray object b is reconstructed based on the processing results. It is.

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。
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) 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。
(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) 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。
(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) 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。
(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.

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。
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.

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M[>N(=m×n)]個のX
線濃度d1〜dM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M個のX線
濃度d1〜dMを複数の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、
上記の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とし以後X線
濃度dk^からX線濃度dk^-1(k^は2以上の自然数)を
減算することにより画素のX線吸収係数μk^を求
める手段と、X線吸収ベクトル〓を未知量として
X線濃度ベクトル〓、係数行列〓および非負の要
素よりなる残差ベクトル〓から決定される関係式
〓〓≦〓+〓,〓〓≧−〓+〓を求める手段とを
もつた演算装置と、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。
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. M [>N (=m×n)] X
an X-ray density measuring device E that measures linear densities d 1 to d M ;
and a data selection device DS that divides the M X-ray concentrations d 1 to d M obtained by the X-ray concentration measurement device E into a plurality of measurement value groups each consisting of a plurality of X-ray concentrations;
The virtual tomographic plane S is divided into a plurality of pixel groups consisting of a plurality of pixels based on the plurality of X-ray densities in each of the above measurement value groups, and the X-ray absorption coefficient μ of each pixel constituting each pixel group is calculated. Therefore, the X-ray density obtained by a unit X-ray beam passing only through basic pixel 1
Let d 1 be the X-ray absorption coefficient μ 1 of the same basic pixel 1, and then calculate the X-ray absorption of the pixel by subtracting the X-ray concentration d k ^ -1 (k^ is a natural number of 2 or more) from the X-ray concentration d k ^. A means for determining the coefficient μ k ^ and a relational expression determined from the X-ray concentration vector 〓, coefficient matrix 〓 and residual vector consisting of non-negative elements 〓〓≦〓+〓, 〓〓≧−〓+〓 A projective transformation device F is provided, which includes a calculation device having means for calculating 〓〓≧−〓+〓, and a storage device G capable of storing the calculated X-ray absorption coefficient. The tomographic image of the X-ray subject B is obtained by applying the X-ray absorption coefficients μ 1 to μ no to the positions of each of the N pixels 1 to mn constituting the virtual tomographic plane S. It is characterized by being provided with a reconstruction device H that performs reconstruction, and a display device J that displays a tomographic image of the X-ray subject B based on the output from the reconstruction device H.

ただし ここで 〓=(μi,μi+1,……,μi+u-1T 〓=(di,di+1,……,di+v-1T 〓=(ri,ri+1,……,ri+v-1T 〓はv×uの帯行列。 however Here 〓=(μ i , μ i+1 , ..., μ i+u-1 ) T 〓=(d i , d i+1 , ..., d i+v-1 ) T 〓=(r i , r i+1 , ..., r i+v-1 ) T 〓 is a band matrix of v×u.

また、i,u,vは自然数で、u,vは0<u
<v<mnを満足する。
Also, i, u, v are natural numbers, and u, v are 0<u
<v<mn is satisfied.

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線射影分布の測定手段を示す模式
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。
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.

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。
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. ).

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なる
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、また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。
As shown in FIG. 4, this X-ray generating device A has a virtual tomographic plane S (this plane S is the tomographic plane of the X-ray subject B), which has m pixels vertically and n pixels horizontally. ), 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.

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。
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生される
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。
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 reproduce 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.

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、半導体検出器やキ
セノンガス検出器等が用いられる。
Furthermore, as the X-ray detector C, an X-ray film, a scintillation detector, a semiconductor detector, a xenon gas detector, etc. are used.

ところで、X線検出器Cで得られた単一の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+m−1(=M)個の位置kにおける
各値dk(これらの計測値d1〜dMは、後述のデータ
選択装置DSによつて計測値d1〜d2n,dn+1〜d3n
……,dM-2n+1dMからそれぞれ成る第1〜nの計
測値群にわけられる。が計測されるようになつて
いる(第4図参照)。
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 + m- 1 (= M ) positions k separated by +1 ~d 3n ,
..., d M-2n+1 d M , respectively. is now being measured (see Figure 4).

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)上の複数組の値を計測し
うるマイクロデンシトメータが用いられる。
When the X-ray detector C is an X-ray film, the X-ray projection distribution measuring means E includes multiple sets 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 .

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。
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 d k 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 a number of scintillation detectors may be The arrangement may be performed over the entire width of the line projection distribution D.

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。
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.

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。
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.

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。
The signals obtained by the microdensitometer, scintillation detector, and semiconductor detector in this way are analog signals, so in order to input them to a digital computer, this signal is converted to an analog-to-digital converter E' ( (hereinafter referred to as "A/D converter"), converts it into a digital signal,
Thereafter, it is stored on a disk or the like.

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。
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.

データ選択装置DSは、M個のX線濃度d1〜dM
をn組の計測値群d1〜d2n,dn+1〜d3n,……,
dM-2n+1〜dMに分けるものである。すなわちデー
タ選択装置DSによつて、2m個ずつの計測値群が
n組選択される。
The data selection device DS selects M X-ray concentrations d 1 to d M
n sets of measurement value groups d 1 ~ d 2n , d n+1 ~ d 3n , ...,
It is divided into d M-2n+1 to d M. That is, n sets of 2m measurement value groups are selected by the data selection device DS.

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を経て入力された上記計測
値群ごとのデイジタルデータ出力(1次元デー
タ)に基づき、それぞれ上記計測値群における計
測値の個数2mよりも少ないm個の画素より成る
n組の画素群における各画素の各X線吸収係数
(2次元データ)を2m個(但し第n番目の画素群
については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として以後X線濃度dk^からX線濃度dk^-1(k^は
2以上の自然数)を減算することにより画素のX
線吸収係数μk^を求める手段と、X線吸収ベクトル
〓を未知量としてX線濃度ベクトル〓、係数行列
〓および非負の要素よりなる残差ベクトル〓から
決定される関係式〓〓≦〓+〓,〓〓≧〓+〓を
求める手段とをもつた演算装置と、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。
Further, the projective conversion device F converts the measured values in each of the measured value groups based on the digital data output (one-dimensional data) for each of the measured value groups inputted from the A/D converter via the data selection device DS. Sequentially calculate each X-ray absorption coefficient (two-dimensional data) of each pixel in n sets of pixel groups consisting of m pixels, which is less than 2m (however, m for the n-th pixel group). In order to output
The X-ray density d 1 obtained by a unit X-ray beam passing only through basic pixel 1 is assumed to be the X-ray absorption coefficient μ 1 of the same basic pixel 1. Hereafter, the X-ray density d k ^ is calculated from the X-ray density d k ^ -1 (k ^ is a natural number greater than or equal to 2).
A means for determining the linear absorption coefficient μ k ^ and a relational expression determined from the X-ray concentration vector 〓, the coefficient matrix 〓, and the residual vector consisting of non-negative elements 〓〓≦〓+, with the X-ray absorption vector 〓 as an unknown quantity. 〓、〓〓≧〓+〓
It consists of a storage device G for storing linear absorption coefficients (a three-dimensional internal structure storage device serves as this storage device as described later), and a specific example thereof is a digital computer containing a desired program.

次に、各画素のX線吸収係数を求める手法につ
いて説明する。
Next, a method for determining the X-ray absorption coefficient of each pixel will be explained.

最初に、単一のX線射影分布D上の2m個の各
値dk(1次元データ)から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
μt(2次元データ)を求める手法について説明す
る。
First, based on each measurement value group consisting of 2m values d k (one-dimensional data) on a single X-ray projection distribution D, a virtual tomographic plane including the tomographic plane of the X-ray subject B is A method for determining each X-ray absorption coefficient μ t (two-dimensional data) of mn pixels as constituent elements of S (this plane S consists of n groups of pixels) will be described.

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構
成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。
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. It is assumed that n groups of pixels are gathered together, and the center of the plane S is taken as the origin of the xy coordinates.

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Δ×Δの正方形とする。
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 Δ×Δ.

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。
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 smaller than that of each pixel. do.

まず、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を求めるのであるが、本実
施例ではm個よりも多いv1(=2m)個の射影濃度
d1〜d2nを採用する。このようにすれば次式が得
られる。
First, each pixel 1 to m in the first pixel group Q1
The purpose is to find the X-ray absorption coefficients μ 1 to μ n of
Adopt d 1 ~ d 2n . In this way, the following formula can be obtained.

Q1〓=〓Q1 ……(1) ただし、 なお 〓=(μ1,μ2,μ3,……,μ2nTQ1=(d1,d2,d3,……,d2nTQ1は2m×2mの正方行列である。Q1 〓=〓 Q1 ……(1) However, Note that 〓 = (μ 1 , μ 2 , μ 3 , ..., μ 2n ) TQ1 = (d 1 , d 2 , d 3 , ..., d 2n ) TQ1 is a 2m × 2m square matrix. be.

また、αは画素を透過するX線ビームの長さで
α=Δ√1+2であり、記号Tは転置を表わ
している。
Further, α is the length of the X-ray beam passing through the pixel, α=Δ√1+ 2 , and the symbol T represents transposition.

そして、式(1)を解くと、次のようになる。 Then, solving equation (1) yields the following.

ただし、 〓=(p1,p2,……,p2nT=〓Q1/α ここで、μ1,μk^,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α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〓Q1中にα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。この場合の解は次のとおりであ
る。
However, 〓=(p 1 , p 2 , ..., p 2n ) T = 〓 Q1 /α Here, in calculating μ 1 , μ k ^, μ k ^', Using the beam length α is
This is to obtain an accurate X-ray absorption coefficient for each pixel. Therefore, the two-dimensional data μ k can be obtained from the one-dimensional data d k without including α in the coefficient matrix Q1 . The solution in this case is as follows.

しかしながら、実際のX線被検査体Bにおいて
は、一般に測定誤差も含まれるため、式(1)で算出
される2次元データμ1〜μ2nがよい結果になるこ
とは期待しがたい。
However, since the actual X-ray inspection object B generally includes measurement errors, it is difficult to expect that the two-dimensional data μ 1 to μ 2n calculated by equation (1) will give good results.

そこで、数理計画法を用いて非負の補正値r1
r2,r3,……,r2n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。
Therefore, using mathematical programming, the non-negative correction value r 1 ,
Introduce r 2 , r 3 , ..., r 2n . 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.

ここで、p1=d1/α,p2=d2/α,……,p2n
=d2n/α さらに、非負のスラツク変数s1,s2,s3,……,
s3(2n)を導入すると、式(3)の連立一次不等式は次
式の連立一次方程式となる。
Here, p 1 = d 1 /α, p 2 = d 2 /α, ..., p 2n
= d 2n / α Furthermore, non-negative slack variables s 1 , s 2 , s 3 , ...,
When s 3(2n) is introduced, the simultaneous linear inequalities in equation (3) become the following simultaneous linear equations.

上式(4)の制約条件式のもとに目的関数 F=2nk=1 rk ……(5) 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〜μ2nが算出されるのである。
Using mathematical programming to find a solution that minimizes the objective function F= 2nk=1 r k ……(5) under the constraint equation (4) above, we get
After a finite number of calculations, the optimal 2
Dimensional data μ 1 to μ 2n are calculated.

上例では、制約条件式における補正値の絶対値
の総和を最小とする目的関数のもとに2次元デー
タμtを算出したが、それに対して次の式(6)の制約
条件式のもとに式(7)の目的関数を最小とする方法
もある。
In the above example, the two-dimensional data μ t was calculated based on the objective function that minimizes the sum of the absolute values of the correction values in the constraint condition expression, but on the other hand, the following constraint condition expression (6) is also calculated. There is also a method of minimizing the objective function in equation (7).

F=r ……(7) 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〜μ2nが算出されるのである。
F=r (7) By solving the above equation, the tomographic two-dimensional data μ 1 to μ 2n are calculated under the condition that the maximum correction value of the absolute value in the constraint condition equation is the minimum.

さらに、式(4)の制約条件式のもとに目的関数 F=2nk=1 rk 2 ……(8) を最小とする方法、あるいは、式(6)の制約条件式
のもとに目的関数 F=r2 ……(9) を最小とする方法によつて実施することも可能で
ある。
Furthermore, there is a method of minimizing the objective function F= 2nk=1 r k 2 ...(8) under the constraint expression of Equation (4), or a method of minimizing the objective function F= 2n 〓 k=1 r k 2 ...(8) under the constraint expression of Equation (6). It is also possible to implement the method by minimizing the objective function F=r 2 ...(9).

このようにして得られた2次元データμ1〜μ2n
の中で最初のm個だけすなわちμ1〜μnだけが3次
元内部構造記憶装置(メモリ)Gに転送される。
Two-dimensional data μ 1 ~ μ 2n obtained in this way
Among them, only the first m pieces, ie, μ 1 to μ n , are transferred to the three-dimensional internal structure storage device (memory) G.

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、v2
(=v1=2m)個の射影濃度dn+1〜d3n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、2m個のX線吸
収係数μn+1〜μ3nを求めることができる。
Next, each pixel m+1~ in the second pixel group Q2
To find the X-ray absorption coefficient μ n+1 ~ μ 2n for 2 m, v 2
(=v 1 = 2m) If we adopt the projected densities d n+1 to d 3n and the X-ray absorption coefficient we just found, we can calculate 2m Absorption coefficients μ n+1 to μ 3n can be determined.

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〜μ3n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〜μ3nのう
ちの最初のm個だけすなわちμn+1〜μ2nだけがメ
モリGへ転送される。
Furthermore, in the same way as when calculating the X-ray absorption coefficient of each pixel in the first pixel group Q 1 described above, the optimum X-ray absorption coefficient (cross-sectional two-dimensional data) μ n+ is calculated using appropriate mathematical programming. 1 to μ 3n are determined, and then only the first m of these two-dimensional data μ n+1 to μ 3n , that is, only μ n+1 to μ 2n are transferred to the memory G.

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、それぞれのうちの最初のm個の
2次元データだけがメモリGへ順次転送されるの
である。
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, and only the first m two-dimensional data of each are sequentially transferred to the memory G.

なお、最後の画素群Qoにおける各画素のX線
吸収係数μno-n+1〜μnoを求めるに際しては、X線
濃度データの方が求めるX線吸収係数の数よりも
多いから、前述の数理計画法によつてX線吸収係
数μno-n+1〜μnoの最適解を求めることが行なわれ
る。
In addition, when calculating the X-ray absorption coefficient μ no-n+1 ~ μ no of each pixel in the last pixel group Q o , since the number of X-ray density data is larger than the number of X-ray absorption coefficients to be calculated, Optimal solutions for the X-ray absorption coefficients μ no-n+1 to μ no are determined by mathematical programming.

すなわち、上記の数理計画法によれば、既述し
たことから明らかなように次の関係式が成立する
が、この関係式における残差ベクトル(補正値ベ
クトル)〓Qoの要素rno-n+1〜rMの自乗和Mi=mn-m+1 ri
[式(8)参照]または絶対値和Mi=mn-m+1 ri[式(5)参照]
を最小にするようなX線吸収係数μno-n+1〜μno
最適解が求められるのである。
That is, according to the above mathematical programming method, as is clear from what has been stated above, the following relational expression holds true, but in this relational expression, residual vector (correction value vector) 〓 Element of Qo r no-n+ 1 ~ r Sum of squares Mi=mn-m+1 r i
2 [See formula (8)] or absolute value sum Mi=mn-m+1 r i [See formula (5)]
An optimal solution for the X-ray absorption coefficient μ no-n+1 to μ no that minimizes is found.

ここで、関係式は、上記の式(3)から、 (〓Qo/α)〓Qo≦〓Qo} (9)′ (〓Qo/α)〓Qo≧−〓Qo+〓Qo すなわち 〓QoQo≦〓Qo+〓Qo} (9)″ 〓QoQo≧−〓Qo+〓Qo となる。 Here, the relational expression is obtained from the above equation (3): (〓 Qo /α)〓 Qo ≦〓 Qo } (9)′ (〓 Qo /α)〓 Qo ≧−〓 Qo +〓 Qo , that is, 〓 QoQo ≦〓 Qo +〓 Qo } (9)″ 〓 QoQo ≧−〓 Qo +〓 Qo .

そして、 〓Qo=(μno-n+1,……,μnoTQo=(rno-n+1,……,rMTQo=(pno-n+1,……,pMT =〓Qo/α 〓Qo=(dno-n+1,……,dMT また、〓Qoは(M−mn+m)×mの帯行列であ
る。
And 〓 Qo = (μ no-n+1 , ..., μ no ) TQo = (r no-n+1 , ..., r M ) TQo = (p no-n+1 , ... …, p M ) T =〓 Qo /α 〓 Qo = (d no-n+1 , …, d M ) T Also, 〓Qo is a (M-mn+m)×m band matrix.

ところで、係数行列〓Qoが式(9)″のようになる
のは、第4図において第n番目の画素群Qoを透
過する単位X線ビームの様子を見れば明らかであ
る。
By the way, it is clear from looking at the state of the unit X-ray beam that passes through the n - th pixel group Qo in FIG.

ところで、記憶装置を兼ねる3次元内部構造記
憶測置Gは、前述のごとく、射影変換装置Fから
のn個1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。
By the way, as mentioned above, the three-dimensional internal structure memory measurement device G, which also serves as a storage device, receives a set of n signals from the projective transformation device F and assembles each pixel group Q 1 to Q o according to 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.

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μt(t=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μt′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μt,μt′,μt″,……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。
By the way, from the projective transformation device F, m pieces are sequentially n
Two-dimensional data μ t (t=1, 2, 3,
..., mn) is for a certain cross section of the X-ray inspected object B, but by changing the measurement location with the X-ray projection distribution measuring means E, other X-ray projection distributions can be obtained.
D′, and from this, two-dimensional data μ t ′ for other cross sections can be easily obtained in almost the same way as in the previous case, so two-dimensional data μ t , μ t ′ for several different cross sections can be obtained. , μ t ″, ..., it becomes possible to memorize the three-dimensional internal structure of the X-ray inspection object B, but in order to construct a complete three-dimensional internal structure, Since interpolation between each section data is required, the memory G is also used as a memory device having a calculation function for this purpose.

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。
An arbitrary tomographic image constructing device (reconstruction device) H is connected to this memory G, and this arbitrary tomographic image constructing device H stores the three-dimensional internal structure of the This is an apparatus that selectively extracts two-dimensional data regarding a specified arbitrary cross section of the X-ray subject B from the data to construct a tomographic image.

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。
Note that the arbitrary cross section here refers to a cross section of the X-ray inspected object B in a horizontal, vertical, or diagonal direction.

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へ送つて仮想断層平面
Sを構成するN個の各画素1〜mnの位置にX線
吸収係数μ1〜μnoをあてはめて表示すれば、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下の要素も
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。
In this way, the two-dimensional data of an arbitrary tomographic image obtained by this arbitrary tomographic image constructing device H is consistently mathematically calculated based on the X-ray projection distribution obtained by the X-ray projection distribution measuring means E. Since it has been calculated without contradiction, it is sent to an arbitrary tomographic image display device J via an appropriate digital-to-analog converter F' (hereinafter referred to as "D/A converter") to obtain a virtual tomographic plane S. By applying the X-ray absorption coefficients μ 1 to μ no to the positions of each of the N pixels 1 to mn, it is possible to display a tomographic image of the X-ray subject B. Since this includes elements that degrade image quality such as noise and blur, there is no guarantee that a suitable image will be obtained.

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。
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.

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。
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.

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。
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'.

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
または白黒の陰極線管(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。
This arbitrary tomographic image display device J receives a signal sent from the arbitrary tomographic image quality improvement device I and displays an arbitrary tomographic image of the X-ray inspected object B on a color or monochrome cathode ray tube (braun tube) monitor. A device that displays images, and as mentioned above, cathode ray tubes are generally used.

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M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が求められる。
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, calculate each value d k at M positions k at equal mutual intervals w from one end of the X-ray projection distribution D to the other end of the X-ray projection distribution D. One-dimensional data d k is obtained by measuring until .

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、2m個1組の画素群
ごとに各画素のX線吸収係数を求め、更にこれら
のX線吸収係数のうち最初のm個だけをそれぞれ
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μ1〜μno
(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の記憶され
る。
Next, these one-dimensional data d k are suitably analog-digital converted and then sent to a projective conversion device F.
Then, using the method described above, find the X-ray absorption coefficient of each pixel for each 2m pixel group, and then transfer only the first m of these X-ray absorption coefficients to the memory G. By this, the virtual tomographic plane S
Each X-ray absorption coefficient μ 1 ~ μ no of mn pixels in
(two-dimensional data) are obtained, and these X-ray absorption coefficients are stored in the memory G in a predetermined order.

その後、これらの2次元データμ1〜μnoは、メ
モリG、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。
Thereafter, these two-dimensional data μ 1 to μ no are sent to an arbitrary tomographic image display device J via a memory G, an arbitrary tomographic image construction device H, an arbitrary tomographic image quality improvement device I, and a D/A converter F′. Then, it is reconstructed and displayed as a tomographic image of the X-ray subject B.

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。
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.

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。
In the case of this second embodiment, an X-ray generator A,
When the X-ray inspection object B is close to the object B, that is, when the X-ray beam is a Fan beam, in this case, the tomographic two-dimensional data should be composed of pixels with modified polar coordinates as shown in Figure 5. For example, equation (1) can be obtained and the above theory can be applied as is.

第5図において、X線源を原点O、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φ1,φ2,φ3,φ4を次式のよ
うに表わす。
In FIG. 5, the X-ray source is the origin O, 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 reference for angle. The radii R 1 , R 2 and angles φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 are expressed as follows.

いま、点(R1,φ1)と(R2,φ3)を通る直線
をL1,点(R1,φ2)と(R2,φ4)を通る直線を
L2とすれば、画素tは半径R1,R2と2直線L1
L2で囲まれる面積となる。
Now, let L 1 be the straight line passing through the points (R 1 , φ 1 ) and (R 2 , φ 3 ), and let L 1 be the straight line passing through the points (R 1 , φ 2 ) and (R 2 , φ 4 ).
If L 2 , pixel t has radii R 1 , R 2 and two straight lines L 1 ,
This is the area surrounded by L 2 .

ただし、θ′は極座標画素の内側(半径RI)のは
る頂角とする。
However, θ' is the apex angle far inside (radius R I ) of the polar coordinate pixel.

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2m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。
In this way, even when the X-ray beam is a Fan beam, two-dimensional data can be obtained for each row partial plane of the tomographic image from 2m pieces of one-dimensional data in the same way 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.

なお、前述の各実施例のごとく、m個の画素か
らなる各画素群で、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(m−1)
個の画素から成る画素群を適宜組合わせて、上記
断層像の列部分平面を構成するようにしてもよ
い。
Note that, instead of each pixel group consisting of m pixels forming a row partial plane of the tomographic image of the X-ray subject B as in each of the above-mentioned embodiments,
The column partial plane of the above-mentioned tomographic image may be constructed by appropriately combining pixel groups consisting of these pixels.

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。
In addition, in order for each of the above pixel groups to constitute a column partial plane of the above tomographic image, this pixel group is divided into m to m·(n-1).
This pixel group is composed of n ~ (m-1) pixels in order to construct the row partial plane of the above-mentioned tomographic image.
It may be composed of n pixels.

さらに、各画素群をm,nよりも少ない数の画
素で構成することもできる。
Furthermore, each pixel group can be made up of fewer pixels than m and n.

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。
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.

なお、1次元データとして2m個ずつの計測値
を用いる代わりに、m個よりも多い数の計測値で
あるならば、適宜の数の計測値を用いることも可
能である。
Note that instead of using 2m measured values each as one-dimensional data, it is also possible to use an appropriate number of measured values as long as the number is greater than m.

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。
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) 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。
(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) 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。
(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 object B to be inspected is a living body, there is no adverse effect.

(3) u個の画素から成る各画素群ごとに、u個よ
りも多い個数の計測値から成る計測値群に基づ
いて、上記u個の画素の各X線吸収係数を求め
ることができるので、1個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。
(3) For each pixel group consisting of u pixels, the X-ray absorption coefficient of each of the u pixels can be determined based on a measurement value group consisting of a larger number of measured values than u pixels. , the amount of data required for one process is significantly reduced, which greatly simplifies data processing, and in turn, it is possible to sufficiently reduce the size and cost of data processing equipment.

(4) X線被検査体Bを含んだ断層平面Sの部分平
面としての画素群を構成する画素の数uよりも
多い数の計測値に基づいて、X線断層像を再構
成することが行なわれるため、再生精度を大幅
に向上できる。
(4) It is possible to reconstruct an X-ray tomographic image based on a larger number of measured values than the number u of pixels constituting a pixel group as a partial plane of the tomographic plane S that includes the X-ray subject B. Therefore, the reproduction accuracy can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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〜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 inspection 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...projection 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 construction device (reconstruction device), I...Arbitrary tomographic image quality improvement device, J...Arbitrary Tomographic image display device, Q1 to Qo ...pixel group, S...virtual tomographic plane.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 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M[>N(=m×n)]個のX線濃度
d1〜dM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M個のX線濃度d1
〜dMを複数の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
の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
同基本画素1のX線吸収係数μ1とし以後X線濃度
dk^からX線濃度dk^-1(k^は2以上の自然数)を減算
することにより画素のX線吸収係数μk^を求める手
段と、X線吸収ベクトル〓を未知量としてX線濃
度ベクトル〓、係数行列〓および非負の要素より
なる残差ベクトル〓から決定される関係式〓〓≦
〓+〓,〓〓≧−〓+〓を求める手段とをもつた
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
μmnをあてはめて上記X線被検査体Bの断層像を
再構成する画構成装置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。 ただし ここで 〓=(μi,μi+1,……,μi+u-1T 〓=(di,di+1,……,di+v-1T 〓=(ri,ri+1,……,ri+v-1T 〓はv×uの帯行列。 また、i,u,vは自然数で、u,vは0<u
<v<mnを満足する。 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組の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. M [>N (=m×n)] X-ray densities from one end to the other end of the projection distribution D
An X-ray concentration measuring device E that measures d 1 to d M and the above-mentioned M X-ray concentrations d 1 obtained by the same X-ray concentration measuring device E.
~d is equipped with a data selection device DS that divides M into a plurality of measurement value groups consisting of a plurality of X-ray densities, and selects the virtual tomographic plane S from a plurality of pixels based on the plurality of X-ray densities in each of the measurement value groups. In order to 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 Assuming that the X-ray absorption coefficient μ of basic pixel 1 is 1 , the X-ray density is
A method for obtaining the X-ray absorption coefficient μ k ^ of a pixel by subtracting the X-ray concentration d k ^ -1 (k^ is a natural number of 2 or more) from d k ^, and an unknown quantity of the X-ray absorption vector 〓 The relational expression determined from the line density vector 〓, the coefficient matrix 〓, and the residual vector consisting of non-negative elements 〓〓≦
〓+〓, 〓〓≧-〓+〓 A projective transformation device F is provided, which includes a calculation device having means for calculating In response to the signal from the projective transformation device F, the X-ray absorption coefficient μ 1 to
An image composition device H that reconstructs a tomographic image of the X-ray subject B by applying μmn, and a display device that displays the tomographic image of the X-ray subject B based on the output from the reconstruction device H. 1. A single X-ray projection type tomographic image reconstruction device, characterized in that it is provided with: J. however Here 〓=(μ i , μ i+1 , ..., μ i+u-1 ) T 〓=(d i , d i+1 , ..., d i+v-1 ) T 〓=(r i , r i+1 , ..., r i+v-1 ) T 〓 is a band matrix of v×u. Also, i, u, v are natural numbers, and u, v are 0<u
<v<mn is satisfied. 2. The X-ray concentration measuring device E includes a microdensitometer capable of measuring multiple sets of 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. 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 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. 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 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. 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. 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. 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 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.
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US06/186,425 US4418387A (en) 1979-09-18 1980-09-12 Method of reconstructing a computed tomographic image from a single X-ray projection
DE19803034559 DE3034559A1 (en) 1979-09-18 1980-09-12 METHOD FOR RECONSTRUCTING A X-RAY TOMOGRAPHY

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS521274A (en) * 1975-06-24 1977-01-07 Ito Kikai Seisakusho:Kk Stroke device
JPS5248484A (en) * 1974-05-09 1977-04-18 Emi Ltd Radiation camera device

Patent Citations (2)

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