KR101819257B1 - X선 단층상 촬영 장치 - Google Patents

Abstract

X선 단층상 촬영 장치(1)는, X선관(31) 및 직접 변환형의 검출기(32)를 구비한다. X선관 및 검출기는, 지지 수단(21, 311, 312)에 의해, 곡선 형상의 궤도를 따라 서로 독립하여 회전 가능하게 지지를 받는다. 컴퓨터(11)의 지시 하에서 스캔 및 화상 재구성이 실행된다. 촬상 대상의 소망한 단면에 X선이 항상 소망 각도로 투과하도록 X선관 및 검출기를 궤도를 따라 서로 독립하여 이동시킨다. 프레임 데이터를 이용하여 단면의 파노라마 화상이 생성되고, 프레임 데이터와 파노라마 화상을 이용하고, 촬상 대상으로 있는 구조체의 초점이 최적화되고 한편 X선 패스의 각도의 차이에 인한 왜곡을 억제한 단층상이 생성된다. 본 장치는 치과용을 포함한 의료용, 파괴 검사용 등의 기기로서 실시 가능. 또 CT 촬영의 기능을 가지는 것도 가능.

Description

X선 단층상 촬영 장치{X-RAY TOMOGRAM IMAGING DEVICE}

본 발명은, X선을 이용하여 대상물의 단층상을 촬영하는 X선 단층상 촬영 장치와 관련되고, 특히 토모신세시스법에 근거하여 대상물의 3차원의 파노라마 화상 등의 단층상을 촬영하는 X선 단층상 촬영 장치에 관한 것이다.

근년, 토모신세시스법(tomosynthesis)에 의해 피검체의 단층촬영법이 활발히 행해지게 되어 있다. 이 토모신세시스법의 원리는 극히 이전부터 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1을 참조). 근래에는, 그 토모신세시스법에 의해 화상 재구성의 간편함을 향수하려고 하는 단층촬영법도 제안되고 있다(예를 들면 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3을 참조). 또, 치과용 및 맘모그라피(mammography)로 그 예가 다수 볼 수 있게 되어 있다(예를 들면 특허 문헌 4, 특허 문헌 5, 특허 문헌 6, 및 특허 문헌 7을 참조).

종래, 이 토모신세시스법을 자주 적용한 방사선 촬상 장치 중 하나로, X선을 이용한 치과용의 파노라마 촬상 장치가 있다. 이 파노라마 촬상 장치는, X선 검출기(이하, 검출기라고 부른다)의 움직임에 제약이 있기 때문에, 촬상 공간에 기계적으로 설정되는 궤도에 따른 단층면(기준 단층면이라고 부른다)에 초점이 맞추도록 되어 있다. 또한, 촬상 공간이란, 피검체의 악부의 주위를 회전하는 X선관 및 검출기의 사이에 위치하는, X선 패스가 이동하는 공간을 말한다.

이 때문에, 촬상 공간에 있어 치열이 기준 단층면을 따라 위치하고 있을 때에만, 화상의 초점은 최적화된다. 그러나, 치열이 기준 단층면으로부터 어긋나 있는 경우, 화상은 최적한 초점을 잃어, 흐릿하게 된다. 따라서, 불선명한 부분을 정밀도 좋게 보고 싶은 경우에는, 흐린 부위가 선명하게 보이도록 피검체의 위치 결정을 다시 수행하여 데이터의 재수집을 실시하거나, 흐린 부분의 구내 촬영을 실시하여, 보다 선명한 화상을 얻고 있었다.

그 한편으로, 근년, 특허 문헌 8과 같이, X선의 검출 데이터를 고속(예를 들면 300 fps)으로 수집할 수 있는 검출기를 사용하여, 그 검출 데이터를 모두 컴퓨터로 독출하고, 토모신세시스법을 실행하는 X선 파노라마 촬상 장치가 개발되고 있다. 이 장치의 경우, 검출 데이터를 토모신세시스법으로 처리하여 단층면의 파노라마 화상을 생성함과 함께, 그 단층면의 위치를 그 면의 전후방향으로 변경하고, 그 변경한 단층면의 파노라마 화상을 생성할 수 있다. 이 화상 생성을 실시하기 위해서, 미리, 검출기의 검출면(즉, X선의 입사면)에 평행한 복수의 단층면의 거리의 정보(쉬프트, 앤드, 애드량 또는 게인으로 불린다)를, 팬텀을 이용하여 구하거나, 이론 계산으로 구한다. 촬상시에는, X선관 및 검출기의 쌍을 피검체의 악부의 주위로 회전시키면서 데이터 수집을 실시한다. 이 때의 회전 중심의 위치는, 치열에 대해서 접근하거나 떨어지거나 한다. 수집된 데이터는, 상술의 거리의 정보를 이용한 토모신세시스법을 소프트웨어 처리하는 것으로, 흐림이 적은 화상이 작성된다.

또한, 특허 문헌 9에 나타내듯이, 같은 1대의 장치면서, 파노라마 촬영과 X선 CT 촬영을 선택적으로 실행할 수 있는 장치도 알려져 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 소 57-203430 특허 문헌 2 : 일본특허공개 평 6-88790 특허 문헌 3 : 일본특허공개 평 10-295680 특허 문헌 4 : 일본특허공개 평 4-144548 특허 문헌 5 : 미국 특허 제5,428,660 특허 문헌 6 : 일본특허공개 2008-11098 특허 문헌 7 : 미국 특허 공개 US2006/0203959 A1 특허 문헌 8 : 일본특허공개 2007-136163 특허 문헌 9 : 일본특허공개 평 11-318816

하지만, 상술한 방사선 촬상 장치로서의 파노라마 촬상 장치는 X선 피폭 선량의 문제로부터 여전히 사용하기 어려운 면이 있다. 일반적으로, 파노라마 촬상 장치는, X선 구내 촬영 장치나 치과용 CT장치와 비교하면, X선 피폭 선량이 적다. 하지만, X선 구내 촬영 장치로 대체가 되는 만큼, 분해능은 좋지 않다. 이러한 이유이기 때문에, X선 구내 촬영 장치나 CT장치에 의한 치열의 정밀한 조사는 여전히 주류가 되어 있는 것이 현상이다. 게다가 종래의 파노라마 촬상 장치의 경우, 그 방사선의 선량(線量)당양이 「3개월에 1.3mSｖ」를 넘는다. 이 때문에, 파노라마 촬상 장치는, X선 구내 촬영 장치나 CT장치 등과 같이, 어디까지나 방사선의 관리 구역 내에 설치할 필요가 있다.

따라서, 환자는 치료 의자가 있는 진찰실로부터, 방사선 관리 구역인 촬영실로 이동하여 파노라마 촬상을 행하는 것을 피할 수 없게 되어 있다. 이 때문에, 예를 들면 리머(rimer)를 이용한 치근 선단(先端)의 검출을 하는 경우, 환자는 그 치아에 리머를 삽입된 상태로 진료실로부터 촬영실로 이동하고, 파노라마 촬상, 구내 촬영, 혹은 CT 촬영을 실시할 필요가 있다. 이 환자의 이동은, 환자 자신에 있어서도, 또 치과의사에 있어서도 번거로운 것이다. 예를 들면, 리머를 이용한 치근 선단의 위치를, 환자를 치료 의자에 앉게 한(재운) 상태에서 X선 화상을 이용하여 확인할 수 있는 것 같은 치료법을 채용할 수 없다. 이러한 이유에서, 치과용 파노라마 촬상 장치는 유용한 것이지만, 이상적인 사용 기대에 비해 사용하기 편리하지 않다고 하는 지적이 있다.

또, 전용실로서의 X선 촬영실을 준비해야 하기 때문에, 시설도 그 만큼, 대대적이게 되어, 보다 공간절약으로 간단하게 X선 촬영을 하고 싶다고 하는 요망에는 따르지 않은 현상이 있다.

게다가 종래의 각종 타입의 파노라마 촬상 장치는, 상술한 것과 같이, X선 피폭 선량의 저감화는 도모하고 있지만, X선 구내 촬영 장치를 대신할 정도의 분해능이 높은 화상을 제공 할 수 없다고 하는 상황에도 직면하고 있다.

본 발명은, 상술의 종래의 상황을 고려한 것으로, 방사선 관리 구역을 보다 좁은 범위로 멈추고, 작업중이라도 재구성된 단층상을 관찰할 수 있는 등, 사용하기 편함이 뛰어나고, 한편, 높은 분해능의 단층상을 제공할 수 있는 X선 단층상 촬영 장치를 제공하는, 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 그 주된 모양으로서, 공급되는 전류의 값에 따른 양의 X선을 조사하는 X선관과, 상기 X선에 응답하는 복수의 화소를 2차원에 배열하여 해당 X선을 입사시키는 입사면을 가지고, 해당 X선의 입사에 따라 상기 복수의 화소로부터 디지털 전기량의 데이터를 프레임마다 출력하는 검출기와, 곡선 형상의 궤도를 제공하는 것과 동시에, 상기 X선관 및 상기 검출기를 해당 궤도를 따라 서로 독립하여 이동 가능한 상태로 해당 X선관 및 해당 검출기를 지지하는 지지 수단을 구비한 데이터 수집기와, 상기 데이터 수집기가 제공하는 상기 궤도의 내측에 놓여지는 촬상 대상에 대해서 해당 촬상 대상의 소망의 단면의 스캔 방향의 각 위치에서 상기 X선이 항상 소망의 각도로 투과하도록, 상기 X선관 및 상기 검출기를 상기 궤도를 따라 서로 독립하여 이동시키는 이동 수단과, 상기 데이터 수집기에 의해 수집된 상기 데이터를 이용하여 상기 단면의 파노라마 화상을 토모신세시스법에 의해 생성하는 파노라마 화상 생성 수단과, 상기 데이터 수집기에 의해 수집된 상기 데이터와 상기 파노라마 화상 생성 수단에 의해 생성된 상기 파노라마 화상을 이용하여, 상기 촬상 대상으로 있는 구조체의 초점이 최적화되고 한편 상기 X선의 패스의 방향의 각도의 상이함에 기인한 왜곡을 억제한 단층상을 생성하는 단층상 생성 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치를 제공한다.

또, 매우 적합한 실시 형태로서 해당 X선 단층상 촬영 장치는, 상기 검출기에 의해 수집된 프레임 데이터를 이용하여 CT(Computed Tomography) 법에 근거하여 단층상의 재구성하는 CT 화상 재구성 수단을 가지고, 상기 이동 수단은, 상기 X선관과 상기 검출기를 서로 정대시킨 상태에서 상기 궤도상을 이동시키는 수단이며, 상기 토모신세시스법으로 대신하여 CT 촬영을 실시하고 싶을 때에 상기 검출기의 자세를 새로 바꾸는 전환 수단을 가지고 있어도 무방하다.

본 발명과 관련되는 X선 단층상 촬영 장치에 의하면, 방사선 관리 구역을 보다 좁은 범위로 멈추고, 작업중이라도 재구성한 단층상을 관찰할 수 있는 등, 쓰기 편함이 우수하고 한편, 높은 분해능의 단층상을 제공할 수 있다.

특히, 이 X선 단층상 촬영 장치를 치과용의 X선 구외 촬영 장치에 적용하면, 방사선 관리 구역으로서 대대적인 X선 촬영실을 필요로 하지 않고, 환자를 치료 의자에 앉게 한(재운) 상태로, 치료중에 그 치열의 파노라마 화상을 촬영할 수 있는 등, 쓰기 편함이 우수하고 한편, X선 구내 촬영 장치를 대신하는, 높은 분해능의 파노라마 화상을 제공할 수 있다. 게다가 파노라마 촬영 뿐만 아니라, CT 촬영도 선택적으로 실시할 수 있고, 1대 2역의 촬영기능을 가지므로, 범용성이 지극히 높다.

첨부 도면에 있어,
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태와 관련되는 X선 단층상 촬영 장치로서의 X선 구외 촬영 장치의 전체 구성의 개략을 나타내는 도.
도 2는, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치의 전기적인 개략 구성을 나타내는 블록도.
도 3은, X선 구외 촬영 장치에서 채용하고 있는 직교 촬영법을 원리적으로 설명하는 도.
도 4는, 확대율을 설명하는 도.
도 5는, 실시 형태와 관련되는 직교 촬영법에서 채용하고 있는, X선관과 검출기의 회전 속도와 관전류의 제어를 설명하는 도.
도 6은, 도 5에서 설명한 제어의 예를 설명하는 그래프.
도 7은, 도 5의 제어를 보다 일반화하여 설명하기 위한, X선관과 검출기의 회전이동을 설명하는 도.
도 8은, 도 5의 제어를 보다 일반화하여 설명하기 위한, 회전 각도와 제어량과의 관계를 예시하는 그래프.
도 9는, 도 5의 제어를 보다 일반화하여 설명하기 위한, 회전 각도와 제어량과의 관계를 예시하는 다른 그래프.
도 10은, 도 5의 제어를 보다 일반화하여 설명하기 위한, 회전 각도와 제어량과의 관계를 예시하는 또 다른 그래프.
도 11(A), (B)는, X선관에 대한 콜리메이터의 독립한 제어를 설명하는 도.
도 12(A), (B)는, 회전 각도와 X선관 및 검출기의 회전의 각속도와의 제어예를 나타내는 그래프.
도 13은, 프리스캔의 개요를 설명하는 플로우차트.
도 14는, 프리스캔의 개요를 설명하는 플로우차트.
도 15(A)~(F)는, 스캔 중의 X선관과 검출기의 회전이동의 모습을 설명하는 도.
도 16은, 팬텀의 일례를 나타내는 일부 파단한 사시도.
도 17은, 팬텀의 베이스에서의, 마커를 가지는 지주의 식설(植設) 위치와 캘리브레이션에 이용하는 단층면의 위치와의 관계를 설명하는 도.
도 18은, 기준 단층면의 위치에 식설하는 지주의 일례를 설명하는 사시도.
도 19는, 외측 단층면의 위치에 식설하는 지주의 일례를 설명하는 사시도.
도 20(A), (B)는, 기준면 파노라마 화상에 비치는 마커의 위치와 검출기와 마커의 위치 관계를 설명하는 도.
도 21(A), (B)는, 본 발명과 관련되는 파노라마 화상의 재구성의 원리를 설명하기 위한 도.
도 22(A), (B)는, 도 21(A), (B)에서의 기하학적인 위치 관계를 수치화하여 설명하는 도.
도 23은, 콘트롤러 및 화상 프로세서에 의해 협동하여 실행되는, 촬상 공간의 구조 해석 및 캘리브레이션의 순서의 개략을 설명하는 플로우차트.
도 24(A)~(C)는, X선의 조사(투영) 각도의 어긋남을 측정하기 위한 순서를 설명하는 도.
도 25는, X선의 조사 각도의 어긋남을 설명하는 도.
도 26은, 각속도 곡선의 일례와 그것을 X선의 실제의 조사 각도의 어긋남에 따라 보정하는 모습을 설명하는 도.
도 27은, X선 조사 각도 θ=0도에서의 마커와 그 결상 위치와의 위치 관계를 설명하는 도.
도 28은, X선 조사 각도 θ=0도 이외의 각도에서의 마커와 그 결상 위치와의 위치 관계를 설명하는 도.
도 29는, 본 실시 형태에서의 종방향의 확대율의 보정을 가미한, X선관의 위치를 주시 방향의 3차원 투영의 개념을 설명하는 도.
도 30은, 파노라마 촬상 장치의 콘트롤러 및 화상 프로세서가 협동하여 실행하는 촬상을 위한 처리의 개요를 나타내는 플로우차트.
도 31은, 프레임 데이터와 파노라마 화상의 사상 위치와의 관계를 설명하는 그래프.
도 32는, 기준면 파노라마 화상의 일례를 모식적으로 나타내는 도.
도 33(A), (B)는, 파노라마 화상의 종방향의 확대율의 서로 다름을 보정하는 처리를 설명하는 도.
도 34는, 기준면 파노라마 화상에 ROI를 설정했을 때의 화상의 일례를 모식적으로 나타내는 도.
도 35는, 화상 프로세서가 실행하는 치아의 실재하는 위치, 형상을 분류하는 처리의 개요를 설명하는 플로우차트.
도 36은, X선관과 검출기의 쌍의 회전 중심의 변화에 수반하는, 3D 파노라마 화상상의 Z축 방향의 동일 위치로부터 X선관으로의 투영 각도의 어긋남을 설명하는 도.
도 37은, 3D 기준 화상의 일례를 모식적으로 나타내는 도.
도 38은, 3D 기준 단층면에 부가하는 복수의 평행한 단층면을 설명하는 사시도.
도 39는, X선관과 검출기의 쌍의 회전 중심의 변화에 수반하는, 3D 파노라마 화상상의 Z축 방향의 동일 위치로부터 X선관에 투영했을 때의 복수의 단층면상의 위치의 어긋남을 설명하는 도.
도 40(a)은, 그 (A)~(D)의 순서로, 3D 기준 화상상의 위치마다 최적 초점의 단층면을 특정하는 처리를 설명하는 도.
도 40(b)은, 그 (E)~(H)의 순서로, 3D 기준 화상상의 위치마다 최적 초점의 단층면을 특정하는 처리를 설명하는 도.
도 41은, 최적 초점 위치의 특정 처리에서의 주파수 해석의 결과를 예시하는 그래프.
도 42는, 최적 초점 위치의 특정 처리에서의 최적 초점의 단층면의 위치의 일례를 나타내는 그래프.
도 43은, 단층면 위치에 따라 변화는 주파수 특성 패턴을 예시하는 그래프.
도 44는, 치아의 실재하는 위치가 3D 기준 단층면으로부터 어긋나 있는 상태를 설명하는 도.
도 45(A), (B)는, 치아를 3D 기준 단층면의 위치로부터 그 실재하는 위치에 쉬프트 시키는 상태를 확대율의 대소에 따라 설명하는 도.
도 46(A), (B)는, 치아를 3D 기준 단층면의 위치로부터 그 실재하는 위치에 쉬프트 시키는 상태를 확대율의 대소에 따라 설명하는 도.
도 47은, 치아를 3D 기준 단층면의 위치로부터 그 실재하는 위치에 쉬프트 시키는 상태를 확대율의 대소에 따라 설명하는 도.
도 48은, 위치 분류 처리를 위해서 3D 기준 화상상의 처리점을 이동시키는 처리를 설명하는 사시도.
도 49는, 처리점 마다 특정되는 최적 초점의 단층면 위치의 분류와, 그 이상(異常)한 분류를 설명하는 사시도.
도 50은, 최적 초점의 단층면 위치의 분류와 스무딩에 의해 작성된 3D 오토 포커스 화상을 모식적으로 나타내는 도.
도 51은, 3D 오토 포커스 화상을 3D 기준 단층면에 투영하는 처리의 개념을 설명하는 도.
도 52는, 3D 기준 단층면에 투영된 화상과 거기로 설정된 ROI를 모식적으로 설명하는 모식도.
도 53은, 3D 오토 포커스 화상을 기준 파노라마 화상의 2차원의 면에 투영하는 처리의 개념을 설명하는 도.
도 54는, 2D 참조 화상과 거기에 설정된 ROI를 모식적으로 설명하는 도.
도 55는, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치의 장착의 일례를 설명하는 도.
도 56은, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치의 장착의 다른 일례를 설명하는 도.
도 57은, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치의 장착의 또 다른 일례를 설명하는 도.
도 58은, 본 발명의 제2 실시 형태와 관련되는 X선 단층상 촬영 장치를 설명하는 외관도이다.
도 59는, 제2 실시 형태에서의 X선관과 검출기와의 다른 궤도를 설명하는 도이다.
도 60(a), (b)는, 제2 실시 형태에서 사용하는 검출기의 평면도 및 측면도를 나타낸다.
도 61은, 제2 실시 형태에서 사용하는 검출기의 파노라마 촬영 모드에 유효 시야를 설명하는 도이다.
도 62는, 제2 실시 형태에서 사용하는 검출기의 CT 촬영 모드에 유효 시야를 설명하는 도이다.
도 63은, 제2 실시 형태에서 파노라마 촬영 모드로부터 CT 촬영 모드로 이행시킬 때의 검출기의 회전 및 높이 방향의 이동을 설명하는 도이다.
도 64는, 파노라마 촬영에서의 X선관과 그 조사 범위의 각도를 설명하는 도이다.
도 65는, 제2 실시 형태에서 콘트롤러에 의해 실행되는 파노라마 촬영 모드로부터 CT 촬영 모드로의 이행 제어를 설명하는 플로우차트이다.
도 66은, 제2 실시 형태에서 콘트롤러에 의해 실행되는 스캔 및 데이터 수집을 설명하는 플로우차트이다.
도 67(a), (b)는, 치열의 전역(全域)을 CT 촬영할 때의 X선관 및 검출기의 체축 방향의 이동과 촬영 영역을 설명하는 도이다.
도 68(a), (b)는, 치열의 일부를 CT 촬영할 때의 X선관 및 검출기의 체축 방향의 이동과 촬영 영역을 설명하는 도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

(제1 실시 형태)

도 1~54를 참조하여, 본 발명과 관련되는 X선 단층상 촬영 장치로서의 치과용 X선 구외 촬영 장치의 제1 실시 형태를 설명한다.

이 X선 구외 촬영 장치는, 피검체 P의 악부의 촬상 대상(치열 등)을 악부의 외부로부터 X선으로 스캔하고, 이 스캔으로 수집한 데이터를 토모신세시스법으로 처리하여, 그 촬상 대상의 단층상을 생성하는 모달리티(modality)이다. 이 때문에, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치는, 기존의 치과 치료로 이용되고 있는 파노라마 촬상 장치의 기능은 물론, 종래의 파노라마 촬상 장치에서는 얻을 수 없었다. 소형, 경량화, 고분해능인 화상의 제공, 방사선 관리 구역으로서 촬상실을 마련하지 않으면 안 된다고 하는 불편함에 유래하는 워크플로우의 개선 등, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

＜기본 구성＞

이 실시 형태에서는, 최초로, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치의 기본 구성을 설명한다. 그 후로, 이 X선 구외 촬영 장치의 설치의 여러가지 구체적인 예를 변형예로서 설명한다.

도 1에, 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치(1)의 기본 구성을 나타낸다. 이 X선 구외 촬영 장치(1)는, 피검체 P(환자)의 구외(口外)로부터, 그 피검체 P의 치열을 포함한 악부의 내부 구조를 나타내는 파노라마 화상, 및, 이 파노라마 화상을 이용하여 3차원(3D) 단층상을 제공하는 모달리티이다.

이 X선 구외 촬영 장치(1)는, 그 기본 요소로서 악부에 대해서 X선에 의한 스캔을 실시하여 X선 투과 데이터를 수집하는 스캔 장치(10)와, 이 스캔 장치(10)의 스캔 동작에 관련되는 구동을 제어함과 함께, 스캔 장치(10)가 수집한 X선 투과 데이터를 받아 화상을 재구성하는 컴퓨터(11)와, 스캔 장치(10)에 고전압을 공급하는 고전압 발생 장치(12)를 구비한다. 또한, 본 실시 형태로 말하는 스캔이란, 피검체 P의 촬상 부위에 대해서 미리 정한 복수의 패스 각각에 따라 X선(X선빔 XB)을 조사하고, 화상 재구성에 필요한 분의 X선 투과 데이터 세트를 수집하는 일련의 동작이다.

스캔 장치(10)는, 후술의 변형예로 설명하듯이 여러가지 설치 방법에 따라 피검체 P의 악부(촬상 부위)의 주위에 근접하여, 그 악부를 둘러싸도록 배치된다. 구체적으로는, 스캔 장치(10)는, 도 1 및 도 3으로부터 알 수 있듯이, 원상의 궤도 OB를 제공하는 원형의 링체(21)를 가진다. 궤도 OB는, 링체(21)의 외측면을 이루는 원주면을 따라 가상적으로 창생(創生)되는 원궤도이다.

스캔시에는, 이 링체(21)가 피검체 P의 악부의 주위에 배치된다. 이 배치의 방법은 여러가지이다. 예를 들면 후술의 변형예로 설명하듯이, 링체(21)를 치과용의 치료 의자의 헤드 레스트(headrest)에 고정적으로 또는 착탈 자재로 설치해도 무방하다. 또, 치료 의자와는 별체의 C형상의 암을 준비하고, 이 암에 링체(21)를 지지시켜도 무방하다. 게다가 피검체 P의 견부 및/또는 두부에 실린 홀더에, 이 링체(21)를 지지시키도록 해도 무방하다. 요컨대, 스캔시에 링체(21)를 피검체 P의 악부의 주위에 위치시킬 수 있고, 한편, 스캔에 필요한 X선의 양을 줄이기 위해서, 링체(21)의 지름을 극력히 작게 하여, 소형화하는 것이 바람직하다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 링체(21)에 대해서, 이 링체(21)가 제공하는 궤도 OB에 따른 2차원면을 XY면으로 하는 X축, Y축, 및 Z축으로 구성되는 직교좌표를 설정하고, 필요에 따라서, 이러한 좌표축을 이용하여 설명한다.

이 링체(21)는, 전술과 같이, 이 외주면에 따른 가상적인 원형의 궤도 OB를 제공한다. 동시에, 이 링체(21)는, 스캔을 실시하기 위해, X선관(31)을 구비하는 X선관 유니트(31U)와 검출기(32)를 구비하는 검출기 유니트(32U)를 그 궤도 OB에 따라 이동 가능하게 지지하고 있다. 링체(21)의 외주면에는, 그 주위 방향에 따라, 예를 들면 베어링(도시하지 않음)이 형성되고 있다.

X선관 유니트(31U)은, X선관(31) 이외에, 이 유니트(31U)를 궤도 OB에 따라 이동시키는 웜 기어 등의 이동 기구(41)와, 이 이동 기구(41)를 이동시키는 전동 모터(42)를 구비한다. 게다가 본 실시 형태에서는, 이 X선관 유니트(31U)에, 콜리메이터(33)와 이 콜리메이터(33)를 X선관(31)에 대해서 상대적으로 이동 가능한 초음파 모터, 나사 기구 등의 구동부(34)를 구비한다.

또한, X선관(31) 및 검출기(32)가 회전하면서 X선에 의한 스캔이 실행되므로, 링체(21)가 제공하는 원형 궤도 OB에 의해 둘러싸이는 내부의 공간은 촬상 공간 IS를 형성하고 있다.

X선관(31)은, 예를 들면 회전 양극형의 진공관형의 X선관, 또는, 전계 방사형 카본 나노 튜브 캐소드를 이용한 펄스 점등형의 X선관으로 구성되어 있고, 그 타겟(양극)으로부터 X선을 검출기(22)를 향하여 방사상에 방사시킨다. 이 타겟으로 충돌시키는 전자선의 초점(이른바 X선관 초점)의 지름은 0. 25mm 이하로 작고, 따라서, 이 X선관(31)은 점형상의 X선원으로서 기능한다.

X선관(31)의 전면측의 소정 위치에는, 슬릿 형상의 개구를 가지는 콜리메이터(33)가 위치장착되고 있다. X선관(31)으로부터 폭사된 X선은, 이 콜리메이터(33)의 개구를 통과한다. 이 때문에, 검출기(32)에 입사시키는 X선을, 그 검출면(즉 실제의 수집용의 창(예를 들면 5.0mm 폭의 창))으로 좁힐 수 있다. 콜리메이터(33)는, 이동 기구(41)에 의해 그 위치 및 자세, 또는, 위치만이 이동 가능하게 형성되고 있다. 콜리메이터(33) 및 이동 기구(41)는, X선관 유니트(31U)의 내부에 설치되어 있기 때문에, X선관(31)과 함께 이동한다.

X선관 유니트(31U)와 동일하게, 검출기 유니트(32U)는, X선을 검출하는 검출기(32) 외에, 이 유니트(32U)를 궤도 OB에 따라 이동시키는 웜 기어 등의 이동 기구(51)와 이 이동 기구(51)를 이동시키는 전동 모터(52)를 구비한다.

한편, 검출기(32)는, 방사선 검출 수단으로서 기능하는 디바이스이며, X선 검출 소자를 2차원 형상(예를 들면, 64×1500의 매트릭스 형상)으로 배치한 검출면을 가지는 디지털형 X선 검출기이다. 이 검출기(32)는, 그 검출면에 입사하는 X선을 검출한다. 이 검출기(32)는, 일례로서 CdTe로 만들어진, 종장형의 검출면(예를 들면, 횡 6.4mm×세로 150mm)를 가지고 있다. 또한 본 실시 형태는 화상 재구성법으로서 토모신세시스법을 채용하고 있기 때문에, 검출기(32)는 그 가로(폭) 방향에도 복수의 X선 검출 소자를 가지는 것이 필수이다.

이 검출기(32)는, 그 종방향을 Z축 방향으로 일치시켜 종방향으로 배치된다. 이 검출기(32)의 검출시의 횡방향(XY면에 따른 방향)의 유효폭은, 전술한 콜리메이터(33)에 의해 예를 들면 약 5.0mm로 설정된다. 이 검출기(32)는, 예를 들면 300fps의 고속의 프레임 레이트(1 프레임은, 예를 들면, 64×1500 화소)로 입사 X선을, 해당 X선의 양에 따른 디지털량의 전기신호에 직접 변환할 수 있고, 그 전기신호를 프레임 마다 화상 데이터로서 수집할 수 있다. 이하, 이 수집 데이터를 「프레임 데이터」라고 부른다.

또한, 전동 모터(42, 52) 및 구동부(34)는, 컴퓨터(11)으로부터 송신되어 오는 구동 신호에 따라, 서로 독립하여 구동 가능하게 되어 있다. 이 때문에, X선관 유니트(31U) 및 검출기 유니트(32U)는, 궤도 OB에 따라 서로 독립하여 이동 가능하고, 또, X선관 유니트(31U)의 내부에서, 콜리메이터(33)는 X선관(31)에 대해서 독립하여 상대적으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 필요에 따라서, 콜리메이터(33)를 사용하지 않는 구성도 가능하다. 또, 콜리메이터(33)으로부터 전동 모터(42, 52) 및 구동부(34)로의 구동 신호는, 유선에 의해 송신해도 무방하고, 무선에 의해 송신해도 무방하다.

또한, 본 발명과 관련되는 X선 단층상 촬영 장치는, 반드시 치과용 X선 구외 촬영 장치에 실시하는 것으로 한정되지 않고, 토모신세시스법을 이용하여 대상물의 실체 형상(위치)를 3차원적으로 파악하는 장치에도 실시할 수 있다. 예를 들면 의료용에서는 이하와 같은 장치로 본 발명을 실시할 수 있다.

(1) 팔, 다리 등의 골의 스캔 촬영 장치 : 팔, 다리를 회전체에 넣는 것으로 촬영 가능, 또 검출기를 포톤카운팅(photon counting)형 검출기나, 2개의 에너지의 X선을 조사하는 것으로, 이미징(imaging)과 골염정량을 동시에 실시하는 시스템. 링체로서의 원형 돔체를 종방향으로 이동하는 구조를 채용하는 것으로, 스캔 영역을 변경하는 것도 가능한 시스템.

(2) 폐암 검진 장치 : 링체로서의 원형 돔체에 흉부를 삽입하여, 흉부를 커버하는 검출기로, 스캔하여 단번에 다층 단층면을 재구성하는 것 같은 시스템.

(3) 맘모스캐너 : 링체로서의 원형 돔에 유방을 설정하여, 스캔하여 단번에 다층 단층면을 재구성하는 시스템.

(4) 두개골 외형 파악용 스캐너 : 두부를, 링체로서의 원형 돔체에 넣어, 두개골 표층을 3차원적으로 파악하는 시스템.

(5) 세팔로메트리(cephalometric) 장치 : 두부를, 링체로서의 원형 돔체에 넣어, 세팔로메트리에 상당하는 면에서 재구성을 실시하여, 확대율에 의한 왜곡이 없는 화상을 제공하는 장치. 또 정형외과, 미용 정형 등의 심미적인 진단 장치.

(6) 시체 감정용 장치 : 경량인 가동 구조로 하고, 시체의 치열 촬영이 가능한 구조로 하는 것으로, 시체의 개인 판정에 이용하는 시스템. 3차원 구조와 정밀한 치열 구조를 표현할 수 있기 때문에, 정밀도가 높은 감정을 기대할 수 있다.

(7) 동물(애완동물) 검사 X선 장치 : 동물의 X선 검사를, 돔형의 검사 장치. 이것에 의해, 촬영 영역을 자재로 선택할 수 있기 때문에, 대부분의 검사에 대응할 수 있다.

또한, 가정으로 반입할 수 있는 장치로서 상술한 (1), (3)항, 및, 본 실시 형태에서 일례로서 후술하는 X선 구외 촬영 장치를, 경량인 가동 구조로 하는 것으로 가정으로 반입 가능한 장치로 전개할 수 있다. 물론 소형차에 차재하여 치과 진료소가 없는 지방에 치과 진료를 제공할 수 있다.

한편, 비파괴 검사용으로서는, 이하와 같은 장치에 본 발명을 적용할 수 있다.

(8) 내부 구조 검사 장치 : 소형 곤포물, 금속 내부 구조, 식품, 플렉서블(flexible) 실장 기판, IC 등의 내부 구조 검사 장치. 검사 돔 내의 3차원의 임의면에서 재구성이 가능하기 때문에, 3차원 구조가, 비검사물의 성질에 따라서는 검사할 수 있다. 또 검출기를 포톤카운팅형 검출기나, 2개의 에너지의 X선을 조사하는 것으로, 물질을 분류하는 것도 가능하다.

(9) 공항에서의 수화물 검사 장치 : 검사 돔 내를 수화물을 스텝 와이즈(stepwise)로 보내 스캔하는 것으로, CT 보다 저선량 또한 고속 염가로 검사할 수 있다.

(10) 어셈블물의 검사 장치 : 입체적으로 배치되는 어셈블물의 구조를 3차원적으로 검사하는 장치, 재구성면을 자재로 지정하는 것으로, 표준화 한 구조체의 특정 부위의 내부 검사가 가능하게 된다.

(11) 회화의 X선 검사 장치 : 요철이 있는 회화의 내부를 분석할 때의 검사 장치. 어느 정도 큰 돔을 구성하는 것으로 가능하게 된다.

이러한 다양한 용도로 전개할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, X선 구외 촬영 장치에 대해 설명하고 있다.

다음으로, 도 2로 되돌아와, 이 X선 구외 촬영 장치(1)의 제어 및 처리를 위한 전기적인 블록도를 나타낸다.

동 도에 도시한 바와 같이, X선관(31)은 고전압 발생 장치(12)에 전기적으로 접속되고, 이것에 의해 X선관(31)은 X선 폭사를 위한 고전압의 공급을 받는다. 또, X선관(31)을 이동시키는 전동 모터(42)는 제어 라인(45)을 통해 드라이버(46A)에 접속되고, 이 드라이버(46A)가 컴퓨터(11)에 접속되고 있다. 검출기(32)는 수집 라인(47)을 통해 컴퓨터(11)에 접속되고 있다. 검출기(32)를 이동시키는 전동 모터(52)는 제어 라인(48)을 통해 드라이버(46B)에 접속되고, 이 드라이버(46B)가 컴퓨터(11)에 접속되고 있다. 게다가 콜리메이터(33)를 이동시키는 구동부(34)도 제어 라인(49)을 통해 드라이버(46C)에 접속되고, 이 드라이버(46C)가 컴퓨터(11)에 접속되고 있다. 고전압 발생 장치(12)는, 컴퓨터(11)으로부터 주어지는 제어 신호에 의해, X선관(31)에 대한 관전류 및 관전압 등의 X선 폭사 조건, 및, 폭사 타이밍의 스케줄에 따라 제어한다.

컴퓨터(11)는, 수집한 프레임 데이터를 포함한 대량의 화상 데이터를 취급하기 때문에, 대용량의 화상 데이터를 격납 가능한, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터로 구성된다. 즉, 컴퓨터(11)는, 그 주요한 구성요소로 하여, 내부 버스(50)를 통해 서로 통신 가능하게 접속된 인터페이스(51), 버퍼 메모리(52), 화상 메모리(53), 화상 프로세서(54), 콘트롤러로서의 CPU(55), ROM(56), RAM(57), 및 프레임 메모리(58)를 구비한다. 또, 컴퓨터(11)는 다른 인터페이스(59)를 구비하고, 이 인터페이스(59)를 통해, 모니터(60) 및 조작기(61)에 접속되고 있다. 또한, 인터페이스(51)에는, 파노라마 형상 등의 화상이나 의사에게 설명되는 화상 등을 볼 수 있는 환자용 모니터(62)에도 접속되고 있다.

버퍼 메모리(52)는, 인터페이스(51)를 통해 수신한, 검출기(32)로부터의 디지털량의 프레임 데이터를 일시적으로 기억한다.

또, 화상 프로세서(54)는, CPU(55)의 제어 하에 놓여져 있고, 후술하는 3D 기준 단층면 SS의 파노라마 화상의 작성, 및 그 파노라마 화상의 후이용을 위한 처리를 조작자와의 사이에 인터렉티브로 실행하는 기능을 가진다. 이 기능을 실현하기 위한 프로그램은 ROM(56)에 미리 격납되고 있다. 이 ROM(56)은 프로그램을 격납하는 기록 매체로서 기능한다. 또, ROM(56)에는 LUT(룩업테이블)가 확보되고, 이 LUT에 후술하는 관전류 I의 보정 특성, 및, X선관(31) 및 검출기(32)의 회전 각도 θ를 연산하기 위한 참조 함수가 미리 격납되고 있다. 또한, 이 프로그램은 미리 ROM(56)에 격납해 두어도 무방하지만, 경우에 따라서는, 외부 시스템으로부터, 통신 회선 또는 운반해 가능한 메모리를 사용하여, RAM(57)를 통해 콘트롤러(55)의 워크 에리어에 인스톨하도록 해도 무방하다.

화상 프로세서(54)에 의해 처리되는 또는 처리 도중의 프레임 데이터, 화상 데이터 등의 데이터는, 화상 메모리(53)에 읽어 기록 가능하게 격납된다. 화상 메모리(53)에는, 예를 들면 하드 디스크 등의 대용량의 기록 매체(불휘발성 한편 읽어 기록 가능)가 사용된다. 또, 프레임 메모리(58)는, 재구성된 파노라마 화상 데이터, 후처리되는 파노라마 화상 데이터 등을 표시하기 위해서 사용된다. 프레임 메모리(58)에 기억되는 화상 데이터는, 소정 주기에 모니터(60)의 화면에 표시된다.

콘트롤러(CPU)(55)는, ROM(56)에 미리 격납되고 있는 제어 및 처리의 전체를 담당하는 프로그램에 따라, 장치의 구성요소의 전체의 동작을 제어한다. 이러한 프로그램은, 조작자로부터 각각 제어 항목에 대해 인터렉티브로 조작 정보를 받아들이도록 설정되어 있다. 이 때문에, 콘트롤러(55)는, 후술 하듯이, 프레임 데이터의 수집(스캔) 등을 실행 가능하게 구성되어 있다.

이 때문에, 환자 P의 악부는, 도 1에 나타내듯이, 스캔 유니트(10)의 내측, 즉 촬상 공간 IS에, 움직이지 않는 상태로 위치 결정된다. 이 위치 결정 상태로 스캔이 개시되면, X선관(31) 및 콜리메이터(33), 및, 검출기(32)가 링체(21)에 따라, 즉 궤도 OB에 따라 회전한다.

이 회전 동안에, 콘트롤러(55)로부터의 제어의 소스로, 고전압 발생 장치(12)가 소정 주기의 플러스모드로 폭사용의 고전압(지정된 관전압 및 관전류)을 X선관(31)에 공급시켜, X선관(31)을 플러스모드로 구동시킨다. 이것에 의해, X선관(31)으로부터 소정 주기에 펄스상의 X선이 폭사된다. 이 펄스 구동에는, 반파 정류한 구동 신호를 사용하는 경우도 있고, 인버터 회로를 이용한 DC 구동 방식의 구동 신호를 사용하는 경우도 있다. 이 X선은, 촬영 위치에 위치하는 환자의 악부(치열 부분)를 투과하여 검출기(32)에 입사한다. 검출기(32)는, 전술한 것처럼, 입사 X선을 직접 검출하여, 대응하는 디지털 전기량의 2차원의 프레임 데이터(예를 들면 64×1500 화소)를 매우 고속의 프레임 레이트(예를 들면 300 fps)로 순찬 출력한다. 이 프레임 데이터는, 통신 라인(47)을 통해 컴퓨터(11)로 보내져 그 인터페이스(51)를 통해 버퍼 메모리(52)에 일시적으로 보관된다. 이 일시 보관된 프레임 데이터는, 그 후, 화상 메모리(53)로 전송되어 보관된다. 이 프레임 데이터를 이용하여, 종래부터 자주 진료에 사용되는 2차원의 파노라마 화상이나, 악부를 그 윤곽에 따라 재구성한 의사 3차원의 파노라마 화상(투과상)이 토모신세시스법을 응용하여 재구성된다.

＜획기적인 구성, 스캔 제어, 화상 처리의 특징＞

촬영시에는, 링체(21)의 내측의 촬상 공간 IS에 피검체 P의 악부가 위치 결정된다. 따라서, X선관(31)으로부터 폭사된 X선은 콜리메이터(33)에 의해 콜리메이트 되고 X선빔 XB가 되어 피검체 P로 향해 조사된다. 이 X선빔 XB는 피검체 P의 악부를 투과하여 검출기(32)의 검출면에 입사하고, 검출면에 나란한 X선 검출 소자에 의해 디지털량의 전기 신호에 화소마다 직접 변환된다. 이 결과, 전술한 것처럼 검출기(22)로부터 프레임 데이터가 고속의 프레임 레이트로 출력된다.

이 프레임 데이터는, X선관(31)(및 콜리메이터(33)) 및 검출기(32)가 궤도 OB에 따라 이동하면서, 소정 간격마다 간헐적(예를 들면 300 fps마다)으로 수집된다.

이 간헐적인 수집 동안에, X선관(31) 및 검출기(32)는, 피검체 P의 액부를 사이에 두어 서로 비스듬히 대향한 위치 또는 서로 정대하여 위치를 잡으면서 악부의 주위를 회전하는 것을 특징으로 한다. 「X선관(31) 및 검출기(32)가 서로 정대하여」란, X선관(31)으로부터 조사된 X선빔 XB의 중심축(X선빔을 XY면에 투영했을 때의 빔 확대의 중심축)이 검출기(32)의 검출면에 직교하는 상태를 말한다. 또, 「X선관(31) 및 검출기(32)가 서로 비스듬히 대향한」이란, 상기 X선빔의 중심축이 검출기(32)의 검출면에 90도 이외의 각도(0도＜각도＜90도)로 입사하는 상태를 말한다.

여기서, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치에서 채용되고 있는, 종래에는 없는, 획기적인 구성상의 특징을 설명한다.

＜원형 궤도＞

치과용의 파노라마 촬상 장치에서도, 다른 의료용의 모달리티와 동일하게, 고분해능인 화상의 제공과 함께, 전력 절약화나 소형, 경량화가 요구되고 있다.

때문에, 본 X선 구외 촬영 장치는, 우선, 소형, 경량화를 도모하기 위해서, 스캔부, 즉, 본 실시 형태에서 스캔 장치(10)에서의 X선관(31) 및 검출기(32)의 이동하는 궤도를 원형으로 한다. 즉, 링체(11)로 원형 궤도 OB를 만든다. 게다가, 이 링체(11)의 지름은 극력히 작게 한다. 링체(11)는, 촬상 대상이 악부, 또 치열인 것으로부터, 피검체의 두부가 들어가는 정도의 크기이면 무방하다. 이 때문에, 링체(11)는, 예를 들면 240mm 정도의 내경이며, 270mm 정도의 외경을 가지는 정도로 만든다. 즉, 궤도 OB의 지름은, 일례로서 약 270mm 이다. 이와 같이 작은 지름의 궤도 OB를 설정하는 것으로, 이 궤도 OB 상을 회전 이동하는 X선관(31) 및 검출기(32)는, 종래의 파노라마 촬상 장치의 스캔부에 비해, 서로 매우 가까운 거리로 접근하게 된다. 이것에 의해, 스캔 장치(10)는 종래의 그것에 비교하여 소형화 및 경량화를 도모 할 수 있다.

또한, X선관(31) 및 검출기(32)는 동일한 원형 궤도 OB상을 회전하므로, 그 원형 궤도 OB의 중심, 즉 회전 중심 O로부터 X선관(31)까지의 거리 및 회전 중심 O로부터 검출기(32)까지의 거리는 동일하다. 하지만, 본 발명과 관련되는 궤도는 반드시 이것으로 한정되지 않고, 회전 중심 O로부터 X선관까지의 거리와 회전 중심 O로부터 검출기까지의 거리는 서로 차이가 나도 무방하다. 즉, X선관과 검출기가 서로 지름이 다른 2개의 원형 궤도를 따라 독자적으로 회전하도록 할 수 있다. 이 때의 2개의 원형 궤도는 동축인 편이 설계상, 용이하다.

또, X선관(31) 및 검출기(32)의 사이의 거리가 작아지는 것으로, 같은 X선량을 상정한다면, X선관(31)이 조사하는 X선의 강도를 내릴 수 있다. 즉, X선 강도 그 자신은 거리의 2승에 비례하여 감쇠하고, 같은 검출기의 폭과 화소 사이즈이면 거리의 3승 상당한 감쇠가 되므로, 얼마 안되는 거리의 단축화이라도, 요구되는 X선 강도를 내릴 수 있다.

이와 같이, X선관(31)과 검출기(32)와의 사이에 거리는, 종래의 파노라마 촬상 장치의 경우 보다 작은 값으로 설계되고 있어, X선관(31)에 흘리는 전류 I를 750μA 정도의 값으로 억제될 수 있다. 이 전류 I의 값은, 종래의 약 1/10 이하의 값이 된다. 이 때문에, 종래의 파노라마 촬상 장치의 경우에는 필요한 방사선 관리 구역으로서의 별실(방사선 촬영실)은 불필요해지고, 방사선 관리 구역을 X선관(31)과 검출기(32)가 회전하는 촬상 공간 IS에 멈출 수 있다.

즉, 치료 중의 환자 P에 스캔 장치(10)을 장착할 수 있으면, 치료를 하면서(환자 P를 이동시키지 않고 치료용 의자에 앉게 한 채로), 치열의 단층상을 취득할 수 있다. 물론, X선관 전류 I가 적은 쪽, 피폭량도 적게 되므로, 숙련을 필요로 하지 않고 전체를 대략적으로 프리스캔을 실시하고, 헤드 레스트를 제어하는 것으로 턱의 각도를 최적하게 위치 결정을 하여 치료 부위를 적확하게 스캔하는 등, 다양한 촬영을 실시할 수도 있는 것이다.

＜관초점, 검출기＞

또, X선관 전류 I를 줄이는 것 만으로는, 화상의 분해능이 떨어지므로, 사용에 견딜 수 있는 고정밀 단층상을 생성할 수 없다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, X선관 초점을 0.25mm 이하의 작은 값으로 설정하는 것, 검출기(32)로서 직접 변환형의 디지털형 검출기를 이용하여 고속으로 프레임 데이터를 수집하는 것도 필요하다.

＜직교 촬영과 독립 구동＞

그 한편, 이 X선 구외 촬영 장치(1)는, 피검체의 악부의 말굽 모양을 이루는 치열에 따른 단층면의 화상을 토모신세시스법으로 재구성한다. 도 3에 나타내듯이, 치열 TR의 위치는 스캔 장치(10)의 XY면에서의 기하학적 중심 O에는 위치하지 않고, 악부의 전측으로 모이고 있다. 더불어, 치열 TR의 후방에는 스캔시의 장애물로서의 경추 CS가 위치한다. 치열 TR 그 자체를 극히 치아와 치아의 중첩이 있다. 이 때문에, 그 중첩이 극력 사입되지 않게, 한편, 극력, 경추 CS를 피해 치열을 통과하도록 X선빔 XB의 패스가 X선 조사 각도 θ마다 선택되고 있다. 이와 같이 패스를 선택하면, 각 조사 각도 θ에서 패스는 치열 TR에 직교 또는 직교에 가까운 값을 채용한다(또한 「직교」란, 「X선빔이 치아와 치아의 사이를 빠져 나가도록 하고 싶다」라는 의미이며, 반드시 90도를 의미하는 것은 아니다). 이 때문에, 이러한 패스에 따른 스캔은, 소위, 직교 촬영으로 불린다. 이러한 관점을 가미하여, X선빔 XB의 패스는 예를 들면 도 3에 나타내듯이 설정된다.

이 도 3은, 본 실시 형태에서 채용한 X선관(31), 검출기(32), 피검체 P의 악부의 치열 TR, 및, 이 치열 TR에 따른 3D(3차원) 기준 단층면 SS와, X선빔 XB의 패스와의 X선 조사 각도(스캔 각도) θ 마다의 위치 관계를 XY면에 투영하여 도시한다. 3D 기준 단층면 SS란, 기준면으로서 채용하는 단층면이 단순한 평면은 아니고, 3차원적인 공간의 확대를 가지고 있으므로, 의사적인 3차원이라고 하는 의미로, 그와 같이 지칭하고 있다. 또, 「X선빔」이란, X선관(31)으로부터 폭사되고 한편 콜리메이터(33)로 콜리메이트 된 X선이다. X선빔의(패스의) 방향(즉 X선 조사 각도)은, X선관(31)의 X선 초점과 검출기(32)의 검출면에 입사하는 X선의 중심 위치(도 3에서 XY면에 투영한 중심 위치)를 연결하는 라인의 방향을 말한다. X선빔의 패스의 위치 및 방향은, 치열 TR에 따른 각 위치에 의해 바뀌도록 설정되어 있다.

이 치열 TR를 XY면에 대한 투영했을 때의 윤곽(형상)은 개인차가 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 통계적으로 표준적인 윤곽을 채용하고 있다. 이 표준적인 윤곽은, 대략 말굽 모양을 이루어서 , 예를 들면 문헌 「R. Molteni, "A universal test phantom for dental panoramic radiography" MedicaMudi, vol. 36, no.3, 1991」에 의해서도 알려져 있다. 이 윤곽에 따라 3D 기준 단층면 SS가 설정되어 있다. 이 3D 기준 단층면 SS는, 도시한 위치로부터 Z축 방향에 따라 일어서는 의사적인 3차원인 확대를 가지는 단면(가상면)이다. 이 3D 기준 단층면 SS는, 본 실시 형태에서는, 장치측에서 미리 준비되어 있는 것이다. 또한, 3D 기준 단층면 SS는, 장치측에서 미리 준비된 복수의 단층면으로부터 촬영 전에 선택하도록 해도 무방하다. 즉, 3D 기준 단층면 SS로서의 고정한 단면인 것에는 변화는 없지만, 이러한 선택 동작에 의해, 3D 기준 단층면 SS의 위치를, 치열의 깊이(전후) 방향의 일정 범위에서 변경 가능하게 해도 무방하다.

이러한 통계적으로 표준적인 치열 TR를 채용하고, 도 3에 나타내듯이, 치열 TR의 어느 위치를 취해도 X선빔 XB의 패스가 극력, 그 윤곽에 직교하도록, 한편, X선빔 XB의 패스가 극력, 경추를 피해 통과하도록, 각 X선 조사 각도 θ에서의 패스의 방향(즉 X선 조사 방향)이 설정된다. 본 실시 형태는, 그러한 치아의 중첩이거나 노이즈 성분으로서의 경추의 영향을 회피하는 것을 우선한 X선빔 XB의 패스를 설정해 있다. 이 X선 조사 각도 θ는, X선관 유니트(31U) 및 검출기 유니트(32U)로부터 보면, 회전 각도에 상당한다. 이 때문에, 이 각도 θ는, 회전 각도이기도 하고, X선 조사 각도이기도 하고, 또 스캔 각도이기도 하다. 이하, 필요에 따라, 이 각도 θ를 사용하여 구한다.

또한, 이 도 3에 나타내는 직교 촬영을 중시한 X선빔 XB의 패스의 설정법은, 소망한 패스 위치의 설정이라고 하는 것의 대표이며, 반드시, 치열의 각 위치에서 X선빔 XB의 패스가 정확하게 치열에 직교한다고 하는 의미는 아니고, 또, 상술의 직교 촬영 이외의 촬영에 대한 패스의 설정을 배제한다고 하는 의미는 아니다.

상술한 바와 같이 직교 촬영을 소망하여 X선빔 XB의 패스를 설정하면, 도 3으로부터 알 수 있듯이, 치열 TR의 전치부의 중심 위치에서는 X선관(31)(콜리메이터(33))과 검출기(32)는 서로 정대하고 있다. 즉, X선빔 XB의 패스는 링체(21)의 기하학적인 중심 O를 통과한다. 그러나, 전치의 중심의 위치에서 좌우의 어금니부의 방향으로 X선빔 XB의 패스가 이동하는 것에 따라, 그 패스는 기하학적 중심 O로부터 벗어나는 궤도를 지난다. 게다가 어금니부의 안쪽으로 나아가는 것에 따라, 그 패스는 중심 O에 접근하도록 이동한다. 그리고, 본 실시 형태의 경우, 이 패스는 다시 중심 O를 통과한다. X선빔 XB의 패스가 어느 정도까지 이동할지는, 스캔 범위 Φ(예를 들면, Φ=190~210도=±85도~±105도)의 설정에 의한다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, X선빔 XB의 패스를, 기하학적인 중심 O 보다 촬영 대상인 치열 TR의 형상을 우선시켜, 「직교 촬영」을 할 수 있도록 설정되어 있는 것에도 특징이 있다. 이것을 실현하기 위한 조치로서 X선관(31)(및 콜리메이터(33)) 및 검출기(32)를 서로 원궤도 OB에 따라 서로 독립하여 회전 가능하게 하고, 한편, 콜리메이터(33)을 X선관(31)에 대해서 이동 가능하게 구성하고 있다.

＜농도 얼룩(uneven density) 대책＞

하지만, 상술의 구성을 실시하면, X선 강도가 낮기 때문에, 검출기(32)에 입사하는 단위시간 당의 포톤수가 적게 된다. 이 때문에, 기존의 토모신세시스법으로 화상을 재구성하면, 화소 농도가 낮은 것으로부터, 노이즈의 영향도 크고, 또 농도 얼룩도 크다.

- 독자적인 화상 재구성

때문에, 본 실시 형태에서는, 조사하는 X선 강도를 내렸을 경우에서도, 내노이즈성도 높고, 구조물의 실제의 크기나 형상을 반영한 고정밀한 3차원적 확대를 가지는 화상(3차원적 화상)을 제공 가능한 화상 재구성법도 병행하여 채용한다. 이 화상 재구성법을 실시한 처리는 후술 된다.

- 확대율의 변화에 대한 대책

한편, 치열 TR이 링체(21)의 기하학적 중심 O에 위치하고 있지 않는 것, X선관(31) 및 검출기(32)를 원형 궤도 OB에 따라 이동하고, 한편, 직교 촬영의 촬영을 우선하고 있는 것에 의해, X선 조사 각도 θ의 값 마다, 치열 TR과 X선관(31)과의 사이의 거리가 크게 변화한다. 즉, 치열을 스캔 했을 때의 확대율이 X선 조사 각도 θ 마다 바뀐다. 확대율이란, 치아의 실제의 크기와 그 치아의 음영이 검출기(32)의 검출면에 만드는 투영상의 크기와의 비이다. 이것을, 도 4를 사용하여 설명한다. 이 때문에, 상술한 화상 처리법은, 이 확대율의 영향을 배제 또는 저감하는 처리도 포함한다. 이것은, 화상 재구성의 전체 처리와 함께 후술된다.

- 관전류의 조정

게다가 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치에서는, X선관(31) 및 검출기(32)는 기하학적인 중심 O(고정)를 가지는 원형 궤도 OB에 따라 서로 독립하여 회전(이동)하지만, 전술한 것처럼 직교 촬영에 중점을 두고 있는 것으로부터, 회전 각도 θ의 각각의 위치에서의 X선빔 XB의 패스는 반드시 기하학 중심 O를 통과하고 있지 않다. 기하학적 중심 O를 통과하고 있지 않다고 하는 것보다도, 직교 촬영을 우선하고, 기하학 중심 O에 붙잡히지 않고 X선빔 XB의 패스를 설정하고 있다, 라고 말할 수 있다. 기하학 중심 O를 통과하고 있는 X선빔 XB의 패스는 1회의 스캔의 사이에 전치의 중심부의 1점을 통과하는 패스와, 좌우 각각의 어금니부의 1점을 통과하는, 합계 3개소에 지나지 않는다(도 3 참조).

이러한 스캔을 실현하기 위해서, 궤도 OB를 이동하는 검출기(32)의 회전 각속도 Vθ가 궤도 OB 상의 위치에 따라 제어된다. 이 때문에, 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같이, 검출기(32)가 있는 각도 범위 A(어금니부의 일부)를 통과할 때의 회전 각속도 Vθ_A는, 다른 각도 범위 B(전치부의 일부)를 통과하는 회전 각속도 Vθ_B 보다 크다. 이 검출기(32)의 이동 중에, X선빔 XB는 일정 간격으로 입사한다. 이것은, 검출기(32)에 입사하는 X선의 포톤수가 궤도 OB의 위치에 따라 변화하는 것을 의미한다. 포톤수가 변화하면, 재구성되는 파노라마 화상의 화소치에 얼룩(농도 얼룩)이 생겨 화질이 저하한다. 때문에, 이 화소치의 얼룩을 배제 또는 억제하기 위해서, 검출기(32)의 궤도 OB 상의 회전 위치, 즉, 그 상대방의 X선관(31)의 궤도 OB상의 회전 위치에 따라, 그 관전류 I를 조정하는 것이다. 도 5의 예로 말하면, 궤도 OB 상의 각도 범위 A에 대향하는 각도 범위 A′를 이동할 때의 X선관(31)의 관전류 I_A를, 다른 각도 범위 B에 대향하는 각도 범위 B′를 이동하는 관전류 I_B 보다 상대적으로 내린다. 이것을 X선관(31)의 회전 각도 θ의 전체로 전개하면, 회전 각도 θ 대 관전류 I의 특성은 일반적으로는 도 6과 같이 나타내진다. 즉, 좌우의 어금니부를 스캔 할 경우에는, 전치부를 스캔 할 때 보다, 관전류 I의 값을 올린다. 또한 관전류 I의 최대치는, 전술한 별실(방사선 촬영실)을 요구하지 않는 값으로 설정되어 있다. 이 도 8에 나타내는 관전류 I의 보정 특성이 미리, 후술하는 ROM의 룩업테이블에 미리 격납되고 있다. 이 관전류 I의 X선 조사 각도 마다의 제어도 실시된다.

또한, 도 3에 나타내듯이, 극력, 경추를 피하면서, 한편, 소망한 스캔 각도 θ를 채용하는 촬영이 되도록 X선빔 XB의 패스를 설정하고 있지만, 경추를 완전하게 피해 패스를 설정하는 것은 곤란하다. 아무래도, 경추를 통과하는 X선빔 XB의 패스가 포함되어 버린다. 때문에, 경추를 통과하는 패스에 따라 X선빔이 조사될 때는, 그 만큼, X선 강도를 올리도록 관전류 I를 제어해도 무방하다.

또한, 상술한 것 같은 관전류를 조정하는 방법으로 바꾸어, 또는, 함께, X선관(31)에 인가하는 관전압을 조정해도 무방하다. 관전압을 올리면, X선의 포톤수가 증가해 한편, 그것을 내리면, 포톤수가 내리므로, 관전류의 상하와 같은 조정 기능을 발휘할 수 있다.

- 데이터 수집 시간의 조정

더불어, 이 관전류 I의 제어에 대신하여 또는 함께, X선 투과 데이터의 수집 시간을 제어해도 무방하다. 이 개념을, 도 7~10을 이용하여 설명한다.

본 실시 형태의 경우, 도 7에 나타내듯이, 소정 시간 Ti의 경과를 상정하면, 이 시간의 사이에, X선관(31)은 궤도 OB에 따라 xi의 거리를 이동하고, 검출기(32)는 동일하게 궤도 OB에 따라 di의 거리만 이동한다. 이 때문에, 데이터 수집 시간의 조정으로서, 이 소정 시간 Ti의 값을, 검출기(32)에서의 포톤수의 카운트가 대개 동일하게 되도록 결정하면 무방하다.

만일, 경추 등의 장해 음영이 없다고 하면, 단순하게, X선관(31)과 검출기(32)의 이동(회전)에 수반하는 치열 TR에 따른 이동거리 Si에 반비례 한 속도로 양자를 이동시켜,

ΣC/Si=ΣTi=전체의 수집 시간(여기서, C는 정수)

이 되도록 X선관(31) 및 검출기(32)의 이동을 제어하면 무방하다. 이 모습을 도 8에 나타낸다.

하지만, 실제로는, 도 9에 예시되는, 경추나 반대측의 턱뼈로 흡수되는 팩터 Ai(1 이하의 정수)를 고려할 필요가 있다. 그 때문에,

ΣC/(Si*Ai)=ΣTi=전체의 수집 시간

이 되도록, X선관(31)과 검출기(32)의 이동(회전)을 제어한다. 이 제어의 일례를 도 10에 나타낸다. 이것에 의해, 파노라마 화상의 횡방향(즉, X선빔 XB를 스캔시킬 방향)의 농도가 일정치에 가까워진다. 또한, 이 농도 얼룩의 조정과 함께, 전술한 것처럼, 파노라마 화상의 종방향에서의 확대율의 보정을 시행하는 것이 바람직하다.

또한, 화상의 농도 얼룩을 개선하는 수법으로서, 관전류를 바꾼다, 관전압을 바꾼다, 및, 데이터 수집 시간을 바꾼다,라고 하는 3개의 수법을 설명했지만, 이러한 3개의 수법은 적당하게 조합하여(예를 들면 3개의 수법, 2개의 수법) 실시하여도 무방하고, 어느 쪽이나 1개를 단독으로 실시하여도 무방하다.

＜콜리메이터의 독립 제어＞

본 실시 형태에서는, 게다가 콜리메이터(33)의 위치 및 자세가 제어되는 것도 하나의 특징이다. 이 취지를 이하에 설명한다.

본 실시 형태에서는, 콜리메이터(33)의 위치 및 자세도, 전술한 것처럼 X선관(31)과 검출기(32)를 연결하는 라인, 즉 X선 조사 방향에 따라 제어된다. 콜리메이터(33)의 위치란, 도 11(A)에 모식적으로 나타내듯이, 콜리메이터(33)의 X선관(31)에 대한, X선빔 XB의 방향에 직교하는, XY면을 따른 방향의 위치를 말한다. 또, 콜리메이터(33)의 자세란, 동 도(B)에 모식적으로 나타내듯이, X선빔 XB에 대한 회전한 자세를 말한다.

이와 같이 콜리메이터(33)의 위치 및 자세를 제어하는 이유는, 본 실시 형태에서의 스캔법이 전술한 파노라마 촬영을 원형 궤도에서 실현되는 것에 기초를 두어 검출기와 X선관의 위치가 반드시 항상 대향 위치에는 없는 것에 근거한다. 본 실시 형태에서의 스캔법이 전술한 직교 촬영에 기초하는 것에 근거한다. X선관(31)과 검출기(32)가 항상 정면으로 맞서고 있으면, 콜리메이터(33)의 위치 및 자세는 고정 상태로 무방하다. 하지만, 도 3으로부터 알 수 있듯이, 치열 TR의 전치부의 중심 및 좌우의 어금니부측의 각 일점을 제외하고, 대부분의 회전 각도 θ의 위치에서, 검출기(32)가 X선관(31)에 대해서 기울기의 방향으로 위치 결정된다. 즉 X선관(31)의 정면 방향 P로부터 쉬프트 한 위치에 검출기(22)가 이동하기 위해, 이 검출기(32)의 검출면에 정확하게 X선빔 XB를 입사 시키려면, 콜리메이터(33)의 위치 및/또는 자세를 적당하게 제어할 필요가 있다.

또한, 콜리메이터(33)는 그 위치 및 자세의 일방만을, 편의적으로, X선관(31)의 회전 각도 θ에 따라 제어하도록 해도 무방하다.

＜그 외＞

게다가 본 실시 형태와 관련되는 스캔 장치(10)에는, X선관(31) 및 검출기(32)의 회전 위치를 검출하는 회전 센서(36, 37), 및, 피검체 P의 악부가 스캔으로 움직인 것을 검지하는 움직임 센서(38)을 갖추고 있다. 회전 센서(36, 37)는, 콘트롤러가 지령하는 모터 구동용의 펄스 신호의 펄스수로부터 연산에 의해 구하도록 해도 무방하다.

게다가 후술하는 ROM(56)의 LUT에는, 도 12(A), (B)에 나타내듯이, 횡축을 회전 각도 θ로 하고 한편 종축을 회전 각속도 V_θ로 하는 회전 제어 패턴이 참조 함수로서 미리 격납되고 있다. 이 회전 제어 패턴은, 전술한 도 3에 나타내듯이, 소위 「직교 촬영」을 달성하고 한편 파노라마 화상의 횡방향의 농도 얼룩을 저감 하는데 있어서 필요한, X선관(31), 검출기(32), 및 피검체 P의 악부의 치열 TR의 위치 관계를 회전 각도 θ마다 규정하는 참조 함수이다. 이 참조 함수는, 따라서, 직교 촬영에 필요한 속도 제어 팩터에 더해, 전술한 농도 얼룩 대책 중에서의 , 관전류의 조정 팩터 및 데이터 수집 시간의 조정 팩터 중 적어도 어느 일방의 팩터에 기초하여 미리 규정되고 있다.

도 12(A)는, X선관(31)이 채용해야 할 회전 각도 θ마다의 회전 각속도 V_θ를 정하고 있다. 이 회전 각도 θ-회전 각속도 V_θ를 규정하는 그래프에 의하면, 회전 각도 θ=0도의 위치에서 회전 각속도 V_θ가 높고, 회전 각도 θ=0도로부터 좌우에 각도가 증가하는 것에 따라 회전 각속도 V_θ가 내리도록 설정되어 있다. 또한 회전 각도 θ=0도의 위치는 기준 위치로서 전술한 도 3으로부터 알 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 원형 궤도 OB내에 위치하는 치열 TR에 따라 3D 기준 단층면 SS(도 3에서는 Z축 방향으로부터 보고 있다)를 설정하고 있다. 이 3D 기준 단층면 SS에 대해서 치열 TR의 전치부의 중심을 X선빔 XB가 통과할 때, 그 X선빔 XB는 원형 궤도 OB의 기하학적 중심 O를 통과하도록 설정되어 있다. 때문에, 전치부의 중심 및 기하학적 중심 O를 통과하는 라인의 회전 각도 θ를 θ=0도로 정하고 있다.

이것에 대해, 도 12(B)는, 검출기(32)가 채용해야 할 회전 각도 θ마다의 회전 각속도 V_θ를 정하고 있다. 이 회전 각도 θ-회전 각속도 V_θ를 규정하는 그래프는, 그 대소의 관계가 상술한 동 도(A)의 것과는 반대 또는 거기에 가까운 궤적을 그리도록 설정되어 있다.

＜스캔＞

게다가, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치(1)에 대해 실시되는, 턱의 각도를 체크하기 위한 프리스캔, 및, 데이터 수집을 위한 메인 스캔에 대해 설명한다.

- 프리스캔

이 X선 구외 촬영 장치(1)에서는, 1회의 스캔에 수반하는 환자에 대한 X선 방사능 노출의 양이 적기 때문에, 실제의 진료를 위한 화상 데이터(프레임 데이터)를 수집하는 메인 스캔에 앞서 프리스캔을 실시한다. 프리스캔을 실시했을 경우에서도, 환자의 X선 피폭량을 낮게 억제할 수 있다. 프리스캔은, 화소 사이즈를 개략적으로 하여, 전류를 내리고 한편 고속으로 데이터 수집을 실시하는 것이다.

이 프리스캔의 순서를 도 13에 나타낸다.

환자의 얼굴, 즉 악부의 주위에 스캔 장치(10)를 세트 한다. 이것에 의해, 환자의 턱의 주위에 근접하는 것 같은 상태로 링체(11)가 위치 결정된다. 이 상태에서, 콘트롤러(55)에 의한 제어가 개시된다.

이 프리스캔이 개시되면, 콘트롤러(55)는 우선, 스텝 S1에서, 위치 검출기(36 및 37)로부터 위치 정보를 읽어들여, X선관(31) 및 검출기(32)의 궤도 OB 상의 위치를 연산한다. 다음으로, 콘트롤러(55)는, 스텝 S2에서, 이 연산한 위치가 초기 위치인지를 판단하고, 초기 위치가 아니면, 그 처리를 스텝 S3로 이행 시킨다. 스텝 S3에서, 모터(42 및 52)를 회전시켜 X선관(31) 및 검출기(32)를 궤도 OB상의 미리 설정되어 있는 초기 위치에 복귀시킨다. 또한, 이 경우, 콜리메이터(33)의 X선관(31)에 대한 위치 및 자세는 소정 위치에서 고정되고 있다.

한편, 스텝 S2의 판단에서 X선관(31) 및 검출기(32)가 이미 궤도 OB 상의 초기 위치에 있는 경우, 콘트롤러(55)는, 스텝 4에서 조작기(61)로부터 송신되어 오는 오퍼레이터의 조작 신호를 감시하면서, 프리스캔을 개시하는지를 판단하면서 대기한다.

이 스텝 S4의 판단이 YES, 즉 오퍼레이터가 스캔의 개시를 지령했을 경우, 콘트롤러(55)는, 그 처리를 스텝 S5로 이행시켜, 프리스캔 조건을 ROM(56)의 LUT로부터 읽어내고, 프리스캔을 실행시킨다. 이 프리스캔 조건에는, X선관(31)의 폭사 조건(관전압, 관전류), 스캔 속도(X선관(31), 검출기(32)의 회전 속도), 및, 화상 처리에서의 화소의 묶음수가 포함된다. 예를 들면, 후술하는 메인 스캔에 비해, 관전류를 1/2로, 스캔 속도를 2배로, 화소의 묶음수=4로 하는 프린스캔 조건이 읽어내진다.

또한, 프리스캔의 경우, 그 목적으로 고려하면, 독영(讀影) 가능한 엉성한 화소의 2차원 파노라마 화상 또는 3차원의 단층상(3차원 파노라마 화상)의 생성이 허용된다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 프리스캔 조건으로서는, 상술한 것처럼 스캔 속도를 올리고, 한편, 관전류를 내리는 것 이외의 조건은, 후술하는 메인 스캔과 같게 실행한다. 즉, 후술하듯이, 관전류의 보정, 콜리메이터의 자세, 위치 제어, 및, 스캔 범위(회전 각도 θ의 범위)=예를 들면 210도, 실재 위치를 고려한 자동 초점화의 3차원 화상 처리법(후술한다)을 설정하고 있다.

하지만, 프리스캔 조건은 반드시 메인 스캔의 스캔 조건과 같지 않아도 무방하고, 종래 공지의 여러 가지의 파노라마 화상의 처리법을 설정하도록 해도 무방하다.

콘트롤러(55)는, 스텝 S6에서, 다시, 위치 검출기(36 및 37)로부터 회전 위치 정보를 읽어들여, X선관(31) 및 검출기(32)의 궤도 OB 상에 따른 현재의 회전 위치를 연산한다. 다음으로, 콘트롤러(55)는, 스텝 S7에서, 이 회전 위치에 근거하여, 스캔이 종료한지를 판단한다. 즉, X선관(31) 및 검출기(32)가 모두 궤도 OB 상을 따라, 설정한 회전 각도(예를 들면 210도)의 사이를 이동하면서 스캔을 수행하고, 미리 정한 회전 위치의 종점까지 도달한지를 판단한다.

이 스텝 S7의 판단이 YES, 즉 종점 도달을 나타내는 경우, 콘트롤러(55)는, 전술한 것과 동일하게 스텝 S8, S9에서 X선관(31) 및 검출기(32)를, 이들 궤도 OB상의 초기 위치로 되돌려, 스캔 제어를 끝마친다.

이것에 대해서, 스텝 S7에서 NO, 즉 X선관(31) 및 검출기(32)가 아직도 이들 종점 위치에 도달하고 있지 않는 경우, 그 처리를 스텝 S6에 되돌려 반복한다.

화상 프로세서(54)는, 이와 같이 수집된 프리스캔의 프레임 데이터에, 후술하는 메인 스캔시의 토모신세시스법을 적용한다. 이것에 의해, 후술하지만, 메인 스캔시와 같게, 대상물의 공간적인 실재 위치를 고려해, 항상 X선관의 초점을 주시 방향에 따라 자동적으로 최적 초점화한 3차원(의사적 3차원)의 파노라마 화상을 재구성한다. 이 재구성된 3차원 파노라마 화상은, 화상상의 각각의 위치에서, 인접하는 4개의 화소를 1개로 묶어 파노라마 화상이 형성된다. 이 파노라마 화상의 사이즈는 축소되고 있어, 엉성한 화질이지만, 치열 TR 등의 위치확인용으로서는 충분하다. X선량은, 스캔 속도를 2배로 하고, 관전류는 1/2로 하므로, 토탈(total)로 X선량은 1/4가 된다. 이것에 의해, X선 피폭량도 적게 된다.

오퍼레이터는, 이 재구성된 3차원의 파노라마 화상을 관찰하여, 치열 TR을 적확하게 파악하고 있는지, 턱(목)의 각도가 적확한지 등의 확인을 실시한다. 필요하면, 악부의 위치 결정을 수정한다. 또, 이 파노라마 화상에는 경추 CS가 비쳐 들어오기 때문에, 배후로 돌렸을 때의 X선관(31)으로부터의 X선빔이 가능한 한 경추 CS의 사이를 통과해 양호한 화상이 되도록, 턱(목)의 각도도 수정한다.

또한, 재구성된 3차원 화상의 위치를 보아, 소망한 3차원 위치에 턱이 설정되어 있는지를 해석하여, 턱의 위치를 자동적으로 바꾸도록 틴레스트의 각도를 제어할 수도 있다. 또한 종래의 재구성법에 따라 파노라마 화상을 재구성했을 경우도, 오퍼레이터가, 그 화상으로부터 악부의 위치를 판단해, 위치의 수정을 도모할 수 있다.

- 메인 스캔

다음으로, 도 14를 참조하여, 콘트롤러(55)의 제어하에서 실행되는 메인 스캔의 제어를 설명한다.

콘트롤러(55)는, 미리 ROM(56)에 격납되고 있던 스캔 제어를 위한 프로그램을 그 워크 에리어로 읽어내, 이 프로그램을 순차 실행한다.

이 프로그램이 개시되면, 콘트롤러(55)는 우선, 스텝 S11에서, 위치 검출기(36 및 37)로부터 위치 정보를 읽어들여, X선관(31) 및 검출기(32)의 궤도 OB 상의 위치를 연산한다. 그 다음으로, 콘트롤러(55)는, 스텝 S12에서, 이 연산한 위치가 초기 위치인지를 판단하여, 초기 위치가 아니면, 그 처리를 스텝 S13으로 이행시킨다. 스텝 S13에서, 모터(42 및 52)를 회전시켜 X선관(31) 및 검출기(32)를 궤도 OB 상의 미리 설정되어 있는 초기 위치로 복귀시킨다.

한편, 스텝 S12의 판단에 있어 X선관(31) 및 검출기(32)가 이미 궤도 OB 상의 초기 위치에 있는 경우, 콘트롤러(55)는, 스텝 14에서 조작기(61)로부터 송신되어 오는 오퍼레이터의 조작 신호를 감시하면서, 메인 스캔을 개시하는지를 판단하면서 대기한다.

이 스텝 S14의 판단이 YES, 즉 오퍼레이터가 메인 스캔의 개시를 지령했을 경우, 콘트롤러(55)는, 그 처리를 스텝 S15에 이행시켜, X선관(31) 및 검출기(32) 각각의 참조 함수(회전 패턴)를 ROM(56)의 LUT로부터 읽어내, 그 참조 함수에 근거하여 메인 스캔을 개시시킨다. 이 참조 함수는, 도 12(A), (B)에 나타내듯이, 횡축을 회전 위치 θ로 하고 한편 종축을 회전 각속도 V_θ로 한다.

콘트롤러(55)는, 스텝 S16에서, 다시, 위치 검출기(36 및 37)로부터 회전 위치 정보를 읽어들여, X선관(31) 및 검출기(32)의 궤도 OB 상에 따른 현재의 회전 위치를 연산한다. 다음으로, 콘트롤러(55)는, 스텝 S17에서, 이 회전 위치에 근거해, 스캔이 종료한지를 판단한다. 즉, X선관(31) 및 검출기(32)가 모두 궤도 OB 상을 따라, 설정한 회전 각도(예를 들면 210о)의 사이를 이동하면서 스캔을 수행해, 미리 정한 회전 위치의 종점까지 도달한지를 판단한다.

이 스텝 S17의 판단이 YES, 즉 종점 도달을 나타내는 경우, 콘트롤러(55)는, 전술한 것과 동일하게 스텝 S18, S19에서 X선관(31) 및 검출기(32)를, 이들 궤도 OB 상의 초기 위치에 되돌려, 스캔 제어를 종료한다.

이것에 대해서, 스텝 S17에서 NO, 즉 X선관(31) 및 검출기(32)가 아직도 이들 종점 위치에 도달하고 있지 않는 경우, 콘트롤러(55)는 스텝 S20의 처리로 이행한다. 이 처리에 의해, 스텝 S16에서 검출한 X선관(31) 및 검출기(32)의 현재의 회전 위치 θ에 따른 회전 각속도 Vθ가 연산된다. 즉, 콘트롤러(55)는 ROM(56)의 LUT를 참조해, 도 12(A), (B)에 나타내는 함수에 현재의 회전 위치 θ를 적용하는 것으로, 현재 지령해야 할 회전 각속도 V_θ를 결정할 수 있다.

다음으로, 콘트롤러(55)는, 스텝 S21에서, X선관(31)에 공급하는 관전류 I를 현재의 회전 위치 θ에 따라 연산한다. 이 연산의 의도는, 전술한 것처럼, 검출기(22)가 검출하는 X선의 포톤수의 차이를 보정하는 것이다. 또한 전술한 것처럼 데이터 수집 시간에 충분히 농도 얼룩의 변화를 억제할 수 있는 경우에는, 이 관전류 I의 조정 처리는 실행하지 않아도 무방하다.

게다가 콘트롤러(55)는, 그 스텝 S22에서, 전술한 스텝 S20에서 구한 X선관(31) 및 검출기(32)의 회전 각도 θ를 이용해, 콜리메이터(33)의 위치/자세를 제어하는 지령치를 연산한다. 이 지령치는, 콜리메이터(33)를 구동하는 구동부(34)의 구동 신호로서 연산된다.

이와 같이 X선관(31) 및 검출기(32)의 회전 속도 V, X선관(31)의 관전류 I, 및, 콜리메이터(33)의 위치/자세의 지령치가 구해지므로, 콘트롤러(55)는 스텝 S22에서, 이들 값을 모터(42, 52, 34) 및 고전압 발생 장치(12)에 지령한다. 이것에 의해, X선관(31)은 고전압 발생 장치(12)로부터 소정 관전압 V 및 연산한 관전류 I에 따라 펄스 구동 신호를 받아 이 구동 신호에 따른 강도 및 포톤수의 X선을 발생시킨다. 또, 모터(42, 52)의 예를 들면 펄스 구동에 의해 X선관(31) 및 검출기(32)가 서로 독립한 회전 속도로 궤도 OB에 따라 이동(회전)한다. 게다가 X선관(31) 및 검출기(32)의 각 회전위치에서, X선관(31)으로부터 조사된 X선빔이 콜리메이터(33)에 의해 검출기(32)의 검출면을 정확하게 방향 결정할 수 있도록 콜리메이트 된다. 이 결과, X선빔 XB는 항상 검출기(32)의 검출면에 확실하게 입사 할 수 있다.

그 후, 콘트롤러(55)의 처리는 스텝 S16으로 되돌려져 전술한 스텝 S16~S23이 스캔 종료 및 초기 위치로의 복귀까지 반복된다.

따라서, 도 15(A)에 나타내듯이 초기 위치에 있는 X선관(31) 및 검출기(32)(및 콜리메이터(33))는, 그 회전 구동의 개시에 수반해 원형 궤도 OB를 이동하기 시작한다(도 15(B)). 이 이동을 수행하면서, X선관(31)으로부터 일정 간격으로 X선이 조사된다. 이 X선빔 XB의 패스는 미리 정한 직교 촬영 등에 전념한 패스가 되어, 극히, 치열 TR에 직교 하도록 설정되어 있다. X선관(31) 및 검출기(32)의 이동에 수반해, 피검체 P의 악부의 전측을 돌도록 이동한다(도 15(C), (D)). 이 이동중에도 물론, 일정 간격의 X선 스캔이 실행된다. 이윽고, X선관(31) 및 검출기(32)는 이들 회전의 종점(즉, 210도의 스캔 종료의 위치)까지 도달하면(도 15(E)), 스캔을 종료시켜, 원래의 초기 위치까지 돌아온다(도 15(F)).

또한, 콘트롤러(55)는, 또 움직임 센서(38)의 신호를 상시 감시하고 있어, 피검체 P의 움직임을 검출했을 경우, 조작기(61) 또는 별도의 도시하지 않는 비상용 스위치로부터의 지시에 따라, 스캔을 중지함과 함께, 그 취지를 경고한다. 이것에 의해, 피검체 P가 스캔에 놀라 움직였을 때, 예상치 않게 움직여 화질을 담보할 수 없을 때 등에, 재촬상을 실시할 수 있다.

＜3D 재구성＞

한편, 환자의 악부의 촬상을 실시하는 경우는, 후술하도록, 촬상 공간 IS에서의 치열의 실체 위치를 정확하게 파악한 3D 재구성이 실행된다. 이것은, 도 29에 개설하도록, 3D 기준 단층면 SS로부터, X선관(31)을 주시하는 X선의 기울기의 조사 방향에 따라 투영이 실행되고, 치열 등의 촬상 대상(실체물)의 3차원 위치가 고정밀도로 분류된다. 이하, 이 위치 분류의 처리를 포함한 촬상을 설명한다.

- 촬상 공간을 규정하는 파라미터의 캘리브레이션

촬상을 설명하기 전에, 팬텀을 사용한, 촬상 공간에서의 기준 단층면에 대한 촬상계의 3차원 구조를 나타내는 기하학적인 파라미터의 값이나 변화량을 추정하는 처리, 즉 캘리브레이션을 설명한다. 이 캘리브레이션의 결과는, 화상 재구성에 반영되는 것과 동시에, 필요에 따라서, 촬상 공간의 구조 해석이나 설계에 이용된다.

이 캘리브레이션에 수반하는 처리는, 콘트롤러(57) 및 화상 프로세서(56)가 협동하여 실행된다. 캘리브레이션 전용의 프로세서를 설치해도 무방하다. 이 캘리브레이션에는, 본 실시 형태에서는, 피검체 P의 치열을 본뜬 팬텀을 이용하는 것을 특징으로 한다.

(팬텀)

도 16에, 이 팬텀(팬텀 장치)(101)의 일부 파단한 외관을 나타낸다. 이 팬텀(101)은, 이러한 캘리브레이션에 필요한 파라미터의 측정을 1개로 맞출 수 있는 만능형 팬텀이다. 또한 본 발명과 관련되는 팬텀은, 반드시, 이 만능형 팬텀으로 한정되는 것은 아니고, 후술하듯이 3D 화상 재구성에 필요한 파라미터의 캘리브레이션을 실시할 수 있는 것이면, 그 형태는 여러가지로 변형 가능한 것은 물론이다. 이 변형예의 몇 개가 이후에 설명된다.

이 만능형 팬텀(101)은, 투명한 수지제의 판 모양의 베이스(111) 및 천판(112)과, 이 베이스(111) 및 천판(112)에 협지된 복수의 지주(113)을 갖춘다. 이러한 지주(113)(113′)에는, 후술하듯이 X선 투과율이 수지재와는 다른 금속제의 마커를 갖추고 있다. 또한, 수지의 종류는 예를 들면 아크릴 수지이지만, X선 투과율이 마커의 그것과 다른 것이면 무방하다. 또, 수지가 투명으로 한 것은, 마커가 보기 쉽기 때문이다.

지주(113)(113′)의 각각은, 게다가 하단이 베이스(111) 및 천판(112)에 삽입되어 고정되고 있다. 이하, 이것을 상세히 서술한다.

베이스(111)은, 도 16, 17에 나타내듯이, 사각 판 모양을 이루고, 투명한 수지 부재로 제조된다. 이 베이스(111)의 표면에는, 3차원의 기준 단층면 SS를 XY면에 투영했을 때의 기준면 궤도 ORs와, 이 기준면 궤도 Ors 보다 소정 거리 DS, 예를 들면 20 mm 외측에 해당 기준면 궤도 ORs에 예를 들면 평행으로 이어지는 외측면 궤도 ORouter가 설정되어 있다. 이러한 궤도 ORs, ORouter는, 오퍼레이터에게 알기 쉽게, 베이스(111)의 면상에 실제로 선으로서 묘출해도 무방하고, 가상적인 것이라도 무방하다.

이 베이스(111)의 상면에는, 이러한 양쪽 모두의 궤도 ORs, ORouter와 기준 단층면 SS에 초점이 맞도록 X선관(31) 및 검출기(32)를 회전 이동시킬 때의 X선 조사 각도 θ 각각과의 교점에 사각 식설혈(植設穴)(111A)이 형성된다. 또한, 상기 양궤도 ORs, ORouter 간의 거리 DS는 반드시 20 mm로 설정할 필요는 없고, 한정된 사이즈 관계 안에서 후술하는 파라미터를 보다 정밀도 좋게 연산할 수 있는 값이면 무방하다.

복수의 지주(113)은, 각각, 도 18, 19에 나타내듯이, 아크릴 등의 수지제의 각주로서 형성되고 있다. 각 지주(113)는, 일정 길이의 각주 모양의 지주 본체(113A)와, 게다가 하단 각각 일체로 돌설된 사각주 모양의 돌기(113B)를 갖춘다. 지주 본체(113A)는, 그 긴 방향에 직교하는 단면 사이즈가 예를 들면 5 mm × 5 mm이며, 그 길이가 92 mm 이다. 각 돌기(113B)의 사이즈는, 지주 본체(113A)의 그것보다 작은 단면에서 만나며, 예를 들면 높이 5 mm 정도의 길이로 되어 있다.

각 지주 본체(113A)의 일면에는, 캘리브레이션용의 제1, 제2, 및 제3 마커(114, 115, 및 116)가 배설되고 있다. 이러한 마커(114, 115, 및 116)는 모두, 알루미늄제 또는 황동제의 소경의 라드이며, 그 지름은 예를 들면 0.6 mm 이다. 이 중, 제1 및 제2 마커(114, 115)는, 지주 본체(113A)의 상단, 하단으로부터 각각 소정 거리, 예를 들면 10 mm, 15 mm 만 멀어진 위치에 횡방향으로 배설되고 있다. 지주 본체(113A)의 표면에 예를 들면 지름 0.6 mm의 단면 반원 모양의 깎기를 넣을 수 있고, 그 깎기 부분에 소경 라드로서의 제1 및 제2 마커(114, 115)를 고정 설치한다.

게다가 도 18에 나타내듯이, 제3 마커(116)는, 지주 본체(113A)의 상단으로부터 예를 들면 30 mm 떨어진 위치를 중심으로 종방향에 따라 고정 설치되고 있다. 이 제3 마커(116)는 일정한 길이를 가져, 그 길이는 예를 들면 20 mm 이다. 이 제3 마커(116)는, 상술한 제1 및 제2 마커(114, 115)와 같은 방법으로 식설되고 있다.

또한, 상술한 지주(113) 및 마커 위치의 치수는 어디까지나 예시이며, 그 외의 적당한 치수로 설계할 수 있다.

이상, 기준면 궤도 ORs에 따라 배설되는 팬텀(113)을 도 16에 대해 설명하였다.

한편, 외측면 궤도 ORouter에 따라 배설되는 팬텀(113)′은, 도 19에 나타낸 것처럼 구성되어 있다. 여기서 흥미로운 특징은, 도 18에 나타낸 팬텀(113)을 상하 역상으로 한 것이 도 19의 팬텀(113)′으로 되어 있다고 하는 것이다. 이 때문에, 각 팬텀(113)′에도 제2, 제1 마커(115, 114)가 상하단 집합으로 횡방향에 위치하고, 한편 제3 마커(116)가 제1 마커(114) 집합의 위치에서 종방향에 위치하고 있다. 마커의 식설 방법도 완전히 동일하기 때문에, 팬텀(101)을 조립할 때, 기준면 궤도 ORs와 외측면 궤도 ORouter와의 사이에 역상으로 방향을 바꾸면 무방하고, 파츠의 공통화를 도모하고, 제조 코스트를 내릴 수 있다. 물론, 서로의 역상의 방향을 혼동하지 않도록 X선 투과에 영향을 주지 않는 상하단의 표적을 붙이거나 식설용의 돌기(113B) 및 식설형(111A)의 형상을, 상하의 베이스(111) 및 천판(112)의 사이에 달리하는 등의 변형을 시행해도 무방하다.

상술한 바와 같이, 제1 및 제2 마커(114, 115)와, 제3 마커(116)의 식설 방향 및 길이는 서로 다르다. 그 이유는, 캘리브레이션에서 다른 파라미터의 측정이 필요하고, 그 파라미터의 속성에 맞춘 형상이 다른 종류의 마커가 필요하다는 것에 의한다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 1개의 팬텀(101)에 모든 필요한 종류의 마커를 공간적으로 효율적으로 배치한 것도 특징 중 하나이다. 이러한 이유로, 파라미터의 종류에 맞춘 복수의 팬텀을 사용하지 않아도 무방하다고 하는 효과가 있다.

제1 및 제2 마커(114, 115)는, 후술 하지만, 촬상 공간에 존재하는 X선관(31), 검출기(32), 회전 중심 RC, 및 3D 기준 단층면 SS의 사이의 거리 관계의 정보 및 X선관(31)의 검출기(32)에 대한 높이 위치의 정보를 얻기 위한 마커이다. 이것에 대해, 제3 마커(116)는, 후술하는 게인으로 불리는 양(=ΔX/Fi), 및, X선 조사 각도 θ 각각 대하는 실제의 투영 각도를 측정하기 위한 마커이다.

즉, 기준면 궤도 ORs 및 외측면 궤도 ORouter에 있는 제1, 제2, 및 제3 마커(114, 115, 및 116)가 기준면 파노라마 화상 및 외측면 파노라마 화상에 비쳐 들어온다. 이것을 예를 들면 X선 조사 각도 θ=75도에 대해 보았을 경우, 예를 들면 기준면 파노라마 화상에는 도 20(A)에 나타내듯이 묘출된다. 즉, 도 20(B)에 나타내는 기하학적 관계로부터, 기준면 파노라마 화상에는, 위로부터, 기준면 궤도 ORs에 있는 제1 마커(114)(ORs), 외측면 궤도 ORouter에 있는 제2 마커(115)(ORouter), 기준면 궤도 ORs에 있는 제3 마커(116)(ORs), 외측면 궤도 ORouter에 있는 제3 마커(116)(ORouter), 기준면 궤도 ORs에 있는 제2 마커(115)(ORs), 및, 외측면 궤도 ORouter에 있는 제1 마커(114)(ORouter)의 순서로 나란해져 검게 묘출된다.

반대로 말하면, 이러한 나란히 묘출되도록, 외측면 궤도 ORouter의 기준면 궤도 ORs에 대한 이간 거리 및 각 마커의 종방향의 위치를 설정해 둔다. 다만, 외측면 궤도 ORouter에 있는 마커(114(ORouter), 115(ORouter), 116(ORouter))의 화상은, 기준면 궤도 ORs에 있는 이들 화상보다는 흐릿하다. 또한, 쉬프트, 앤드, 애드량을 변경하여 외측 단층면에 초점을 맞추어 파노라마 화상을 재구성하면, 그 흐림의 정도, 즉, 최적 초점의 화상인지의 관계는 역으로 된다.

파노라마 화상상에서는, 4개의 마커(114(ORs), 115(ORouter), 115(ORs), 및 114(ORouter))의 화상은 횡방향의 흑선으로서 묘출되어 X선관(31), 검출기(32), 회전 중심 RC, 및 기준 단층면 SS의 사이의 거리 관계의 파라미터, 및, X선관(31)의 검출기(32)에 대한 높이 위치의 파라미터를 측정하기 위해서 사용된다. 또, 2개의 마커(116(ORs) 및 116(ORouter))의 화상은, 종방향의 흑선으로서 묘출되고, 후술하는 게인으로 불리는 양(=ΔX/Fi), 및, X선 조사 각도 θ 각각 대하는 실제의 투영 각도를 측정하기 위해서 사용된다. X선의 조사 각도가 설계치 또는 상정치로부터 어긋나 있는 경우, 실제의 투영 각도도 이들의 값으로부터 어긋나므로, 2개의 마커(116(ORs) 및 116(ORouter))의 종방향의 흑선의 위치는 일치하지 않고, 횡향 방향에 어긋나게 묘출된다. 이 어긋나는 양을 연산하는 것으로 실제의 투영 각도의 어긋남을 측정할 수 있다.

이와 같이, 팬텀(101)은, 촬상 공간에서의 촬상계의 거리 및 높이에 관해서 한 번의 스캔으로 필요 충분한 위치 정보를 줄 수 있다. 이 때문에, 이 팬텀(101)은 다른 종류의 파라미터를 단독으로 측정 가능한 범용성을 발휘한다.

또한, 천판(112)는 반드시 마련하지 않아도 무방하다. 그러나, 베이스(111)에 식설한 복수의 지주(113)에는, 그 마커(114, 115, 116)의 고정밀의 공간 위치를 유지하는 것이 요구된다. 이 때문에, 설치나 보관 시에, 지주(113)가 기울거나 어긋나거나 손상하거나 하는 것을 방지하기 위해서는, 천판(112)은 설치하는 편이 좋다. 천판(112)과 베이스(111)와의 사이에, 양판을 지지하기 위해서 만의 수지성의 지주를 설치해도 무방하다.

- 재구성의 원리

여기서, X선 구외 촬영 장치(1)에서의 재구성의 기본 원리를 수식적으로 설명한다.

이 재구성에서는, X선관(31)과 검출기(32)의 쌍의 회전 중심 RC가, 거의, 회전 각도 θ=0도 때의 기하학 중심 O를 통과하는 직선에 따라 이동한다(도 3 참조). 이 때문에, 이 회전 중심 RC의 이동분을 고려한 재구성을 실시하는 것이 특징이다. 또한, 이 항의 설명에서는, 이 회전 중심 RC의 이동을 일반화하고, 즉, 반드시 상술한 직선에 따라 이동하는 경우에 한정하지 않고, 어떻게 이동했을 경우에도 대응할 수 있도록 일반화하여 설명한다.

도 21(A)은, 대략 말굽 모양의 치열의 주위를, 서로 정대하고 한편 각각 다른 곡선 궤도 T_S, T_D에 따라 회전(이동)하는 X선관(31) 및 검출기(32)의 모습을 나타낸다. X선관(31)이 일방의 궤도 T_S에 따라 회전하고, 검출기(32)가 타방의 궤도 T_D에 따라 회전한다. 즉, X선관(31) 및 검출기(32)는 쌍이 되어 회전하지만, 그 쌍의 회전의 중심(회전 중심) RC도 이동한다. 동 도(A)의 예는, 회전 중심 RC가 이동하는 상태를 대표적으로 나타내고 있다.

지금, 도 21(A)에 나타내듯이, X선관(31) 및 검출기(32)의 쌍의 회전 중심 RC가 위치 O에 있고, X선관(31)의 초점 위치를 S₁, 검출기(32)의 폭방향의 중심 위치를 C₁, X선관(31)의 회전 반경(이하, X선관-회전 중심 거리)을 R_S, 검출기(32)의 회전 반경(이하, 검출기-회전 중심 거리)을 R_D, 회전 중심 RC의 위치 O로부터 치열이 있는 점 Q까지의 거리(이하, 회전 중심-기준 단층면 거리)를 D, 및, 회전 중심 RC가 그리는 궤도를 T_O로 한다. 이 거리 Rs와 Rd는 고정치이다.

게다가 도 21(B)은, X선관(31)의 초점 위치 S가 S₁로부터 S₂로 회전 이동할 때 상태를 나타낸 것으로, 이 이동에 의해, 회전 중심 RC의 궤도 T_O는 반경 α의 원상을 각속도 ω로 움직이고, 회전 중심 RC가 O(S₁)로부터 O(S₂)로 이동하는 것으로 한다. 이 경우, 그 회전 중심 RC의 2개의 위치 O(S₁), O(S₂)가 양방의 초점 위치 S인 S₁, S₂ 사이에서 만드는 각도 θ₁은 θ₁=ωt(t : 시간)가 된다. 한편, 이러한 회전 이동에 의해, 치열의 점 Q의 검출기(32)로의 투영점은 그것까지의 P_A(S₁)로부터 P_A(S₂)로 변화한다. 이 때, 검출기(32)의 폭방향의 중심 위치는 각각 C₁, C₂이다.

이 도 21(B)의 기하학적 관계를, 회전 중심 RC의 위치가 O(S₁)로부터 O(S₂)로의 이동과 그 궤도 T_O와의 관계에 주목하여 발출(拔出)하면, 도 22(A)와 같이 나타내진다. 이 양위치 O(S₁), O(S₂) 간의 거리는 미소한 것으로부터, 각도 θ₁과 반경 α을 사용하여 θ₁α으로 나타낼 수 있다. 이 결과, 회전 중심 위치 O(S₁), O(S₂), X선 초점 위치 S₂, 및 재구성 위치 Q는 모두 거리의 관계로 나타낼 수 있고, 도 22(B)에 나타내게 된다. 즉, X선관위치 S₂와 회전 중심 위치 O(S₂)와의 사이의 거리가 X선관-회전 중심간 거리 Rs, 및, 회전 중심 위치 O(S₂)와 검출기 중심 위치 C2와의 사이의 거리가 검출기-회전 중심간 거리 Rd이기 때문에, 회전 중심 위치 O(S₁)와 O(S₂)의 사이의 거리가αθ₁, 회전 중심 위치 O(S₂)와 재구성 위치 Q와의 사이의 거리가 D-αθ₁, 재구성 위치 Q로부터 선분 O(S₂)-C₂에 수직으로 내린 선분이(D-αθ₁) sinθ₁, 게다가 그 수선의 교점 B와 회전 중심 위치 O(S₂)와의 사이의 거리가(D-αθ₁) cosθ₁이 된다.

본 실시 능태에서는, 촬상 공간에서의 촬상계의 기하학적인 위치 관계의 해석(구조 해석)이나, 촬상 공간에서의 치열의 실체 위치의 추출을 실시하는 3D 화상 재구성(오토 포커스라고 부른다)에 필요한 파라미터를 캘리브레이션하기 위한 연산에 「회전 중심 위치 O(S1), O(S2) 간의 거리α」를 고려하는 점이 포인트이다.

- 게인의 연산

상술한 도 22(B)에 나타내는 거리 관계를 이용해 게인으로 불리는 양(=ΔX/Fi)을 구한다.

도 22(B)에 나타내는 기하학적 관계로부터,

x=[(Rs+Rd)/{Rs+(D-αθ₁)}]*(D-αθ₁) sinθ₁　…　(1)

의 관계가 성립된다. αθ₁을 보정항M(=αθ₁)라고 파악하면, θ₁및 x는 미소하기 때문에, 근사식으로서

　Δx/Δθ={(Rs+Rd)/(Rs+(D-M))}(D-M)　… (2)

가 성립된다.

검출기(32)가 출력하는 프레임 데이터를 Fi와 두면,

Δx/Δθ=(Δx/ΔFi)(ΔFi/Δθ) … (3)

이기 때문에,

Δx/ΔFi=(Δθ/ΔFi){(Rs+Rd)/(Rs+(D-M))}(D-M) … (4)

가 된다.

이 (4)식의 좌변 Δx/Fi는 게인(쉬프트, 앤드, 애드량의 변화율)으로 불린다. 이 게인 ΔX/Fi는, 복수의 프레임 데이터를 서로 쉬프트하여 가산하는 토모신세시스법(즉, 쉬프트, 앤드, 애드 연산)에서의 쉬프트, 앤드, 애드량의 변화율을 나타내고 있다.

또, (4)식의 우변 중의 RS+RD는, 검출기와 X선관과의 사이의 거리(검출기-X선관간 거리)를 나타내고, RS+(D-M)는 「회전 중심 위치 O(S₁), O(S₂) 간의 이동거리 αθ₁」의 분만큼 보정된, X선관과 초점과의 사이의 거리(초점 위치-X선관간 거리)를 나타내고 있다. 또, (D-M)은, 이러한 이동거리 αθ의 분만큼 공제한, 새로운 회전 중심의 위치와 재구성점 Q와의 사이의 거리를 나타내고 있다.

이 결과, 게인 ΔX/Fi의 곡선(이하, 단순히 「게인 곡선」이라고 한다)은, 검출기-X선관간 거리 RS+RD, 초점 위치-X선관간 거리 RS+(D-M), 회전 중심-재구성점간 거리(D-M), 및, 프레임 데이터 Fi와 회전 각도 θ와의 관계를 나타내는 각속도 곡선Δθ/ΔFi(도 27 참조)에 근거하여 연산할 수 있다. 이 게인 곡선을 적분하고, 전치의 중심 위치를 화상의 중심 위치가 되도록 하면, 회전 각도의 각각으로, 회전 중심 RC로부터 거리 D의 위치에서 초점이 맞은 파노라마 화상을 재구성 할 수 있다.

또한, 일본특허공개 2007-136163에 나타나고 있듯이, 상술한 게인 ΔX/Fi의 대소는 통상의 전기 회로 등의 그것과는 개념이 상이하고, 게인 ΔX/Fi가 큰 만큼, 프레임 데이터끼리를 서로 가산할 때의 프레임 데이터의 중합시킨 양(쉬프트량)은 작아진다. 반대로, 게인 ΔX/Fi가 작아질수록, 그 중합시킨 양은 커진다.

본 실시 형태에서는, 촬상 공간의 구조 해석이나 캘리브레이션에 필요한 파라미터를 상술한 (4)식의 게인식에 근거하고, 한편, 캘리브레이션 팬텀을 사용하여 구한다. 이 때문에, 먼저 캘리브레이션 팬텀의 구성 및 기능을 설명한다.

- 파라미터의 연산

다음으로, 도 23에 근거하여, 촬상 공간의 구조 해석이나 캘리브레이션에 필요한 파라미터를 측정하기 위한 연산에 대해 설명한다. 즉, 여기서 예시드는 파라미터로서는,

- 구조 해석에서, X선관-회전 중심 거리 R_S, 검출기-회전 중심 거리 Rd, X선관(31)의 검출기(32)에 대한 Z축 방향의 높이 B1, 및,

- 캘리브레이션에서, 게인 Δx/Fi, X선 조사 각도 θ, 각속도 곡선 Δθ/ΔFi, 회전 중심-기준 단층면 거리 D, 보정항 M, 이동하는 회전 중심 RC의 XY 면상의 좌표(CX, CY)

이다.

이 중, 캘리브레이션용의 파라미터 「Δx/Fi, θ, Δθ/ΔFi, D, M, (CX, CY)」는, 입력치 Fi의 룩업테이블 LUT로서 기억 갱신된다.

이러한 파라미터를 연산하기 위한 처리로서

처리 1(팬텀의 설치와 캘리브레이션용의 X선 촬영(스캔)),

처리 2(게인 Δx/Fi의 프로파일의 연산),

처리 3(X선 조사 각도 θ의 어긋남(실제의 투영 각도 θ′)의 연산)

처리 4(각속도 곡선 θ=f(Fi) : Δθ/ΔFi의 연산),

처리 5(파라미터 Rs, Rd, B1의 연산),

처리 6(파라미터 Δx/Fi, θ, Δθ/ΔFi, D, M, (CX, CY)의 연산, 갱신 : 즉 캘리브레이션)

및,

처리 7(치열의 실체 위치를 추출한 3D 재구성)

을 예시할 수 있다. 이것의 처리는, 콘트롤러(55)와 화상 프로세서(54)가 협동하여 실행하는, 도 23에 나타내는 플로우차트 중에서 실행된다. 이 플로우차트에 따라 설명한다.

(처리 1)

콘트롤러(55)는 오퍼레이터에게 팬텀(101)을, X선 구외 촬영 장치(1)의 촬상 공간 IS의 소정 위치에 설치하도록 화면이나 음성으로 지시한다(스텝 S31). 이 소정 위치란, 촬상시에 환자 P가 턱을 놓는 친레스트(25)의 위치이다.

다음으로, 콘트롤러(55)은 캘리브레이션용 스캔의 실행을 조작기(58)로 지시한다(스텝 S32). 이 지시에 응답하여, 콘트롤러(55)는 ROM(61)에 미리 격납하고 있는 캘리브레이션용 스캔의 프로그램을 그 워크메모리에 읽어낸다. 콘트롤러(55)는, 이 프로그램을 실행하는 것으로, 콜리메이터(33)가 장착된 X선관(31)과 검출기(32)를 팬텀의 주위를 회전시킨다. 이 회전 동안에, X선관(31)의 점 형상의 X선 초점으로부터 예를 들면 펄스 X선이 폭사된다. 이 펄스 X선은 콜리메이터(33)에 의해 콜리메이트 되어 팬 형상의 X선빔이 된다. 이 X선빔이 팬텀을 투과하여, 검출기(32)의 검출면에 입사한다. 이것에 의해, 검출기(32)는 팬텀을 투과하여 X선을 검출하고, 거기에 대응하는 디지털 전기량의 프레임 데이터를 일정 시간 마다(예를 들면 300 fps)에 출력한다.

X선관(31)과 검출기(32)는, 단순히 팬텀의 주위를 도는 것이 아니라, 그 양자를 연결하는 선분상의 회전 중심 RC의 위치가 팬텀의 전측에 접근한 후, 떨어지는 궤도를 추종 하도록 회전한다. 즉, 실제의 스캔시에는, 치열의 전치 부근으로 나아가는 만큼, 회전 중심 RC가 치열에 접근하고, 회전 중심 RC의 위치가 어긋나 간다. 이 이동을 허용하도록, X선관(31) 및 검출기(32)의 회전 위치, 각속도가 각각 개별적으로 제어된다.

검출기(32)로부터 출력된 프레임 데이터는 버퍼 메모리(53)에 일시 보관된다. 화상 프로세서(54)은, 그 프레임 데이터를 이용하여 토모신세시스법의 바탕으로 기준 단층면 SS의 기준면 파노라마 화상을 재구성 한다(스텝 S33).

(처리 2)

다음으로, 화상 프로세서(54)는 게인 ΔX/Fi를 구한다(스텝 S34).

우선, 재구성된 기준면 파노라마 화상 상에서, 기준 단층면 SS에 따른 궤도를 더듬는 기준면 위치에 X선 조사 각도 θ 마다 배치된, 팬텀(101)의 지주의 마커가 중심으로 묘출되고 있는 프레임 데이터의 번호 Fi₀를 결정한다. 이 결정은, 오퍼레이터가 기준면 파노라마 화상을 보면서 결정하면 무방하다. 또한, 이 기준면 파노라마 화상에는, 기준 단층면 SS 보다 20 mm 외측의 단층면의 궤도를 따라가는 외측면 위치에 X선 조사 각도 θ 마다 배치한 지주의 팬텀도 당연하게 비쳐 들어온다.

다음으로, 기준면 위치의 지주 각각의 팬텀에 대해서, 제일 초점이 맞는 프레임 데이터 Fi의 중합시킨 양(쉬프트, 앤드, 애드량) X를 구한다. 이것도 오퍼레이터가 기준면 파노라마 화상을 관찰하면서 조작기(58)을 조작하고, 중심 프레임 데이터 Fi₀의 양사이드에 있는 프레임 데이터 Fi를 겹쳐 그 화상의 흐릿함을 관찰하는 방법을 시행 착오로 반복해 결정한다. 이 결과, 기준 단층면 SS에 따른 각 지주의 마커에 대응한 중심 프레임 데이터 Fi₀와 그 최적한 중합시킨 양 X가 정해졌으므로, 그러한 데이터를 매끄럽게 연결시켜 중합시킨 양의 프로파일 Px를 구한다. 이 프로파일 Px로부터 X선 조사 각도 θ의 설정치 마다의 게인 ΔX/Fi를 구한다.

또한, 중합시킨 양을 횡축으로 취하고, 마커 형상의 엣지 통계량(예를 들면 반치폭)을 종축으로 취한 그래프를 생성하고, 이 그래프의 엣지 통계량이 피크가 되는 점을 추정하도록 해도 무방하다. 이 추정치로부터 최적한 중합시킨 양을 연산하면 무방하다. 이것에 의하면, 기준면 파노라마 화상상에서, 찍혀 들어온 마커 형상의 위치를 점 ROI 등으로 지정하면, 그 지정 위치에서의 최적한 중합시킨 양을 거의 자동적으로 연산할 수 있다.

다음으로, 화상 프로세서(54)는, 콘트롤러(55)로부터의 지시에 근거하여 캘리브레이션의 정도의 지시를 받는다. 본 실시 형태에서는, X선 조사 각도 θ에 대해 캘리브레이션을 실시하지 않고, 시스템이 미리 가지고 있는 X선 조사 각도 θ의 설계치를 그대로 채용하는 간이형의 캘리브레이션과 팬텀(101)을 스캔하여 얻은 파노라마 화상으로부터 X선 조사 각도 θ도 캘리브레이션 하는 상세형의 캘리브레이션이 미리 준비되어 있다. 이 때문에, 콘트롤러(55)는, 예를 들면 모니터(60)로의 화상 표시를 통해서, 간이형 캘리브레이션을 실시하거나, 상세형 캘리브레이션을 실시하거나, 오퍼레이터로부터 사전에 정보를 얻는다. 따라서, 화상 프로세서(54)는 콘트롤러(55)로부터의 지시를 받아, 캘리브레이션이 간이형인지 상세형인지를 판단한다(스텝 S35).

화상 프로세서(54)가 간이형 캘리브레이션을 실시한다고 판단했을 경우, 예를 들면 미리 정해져 있는 조사 각도 θ=0도, ±15도, ±30도, … 의 값을 그대로 읽어내 설정한다(스텝 S36). 이것에 대해, 상세형 캘리브레이션을 실시한다고 판단했을 경우, 파노라마 화상으로부터 X선 조사 각도 θ의 어긋남, 즉 실제의 조사 각도 θ′를 연산한다.

(처리 3)

다음으로, X선 조사 각도 θ에 대한 실제의 조사 각도(투영 각도) θ′의 편차량 θshift를 연산한다(스텝 S37).

이 연산에는, 재구성된 기준면 파노라마 화상상에서, 기준 단층면 SS 보다 20 mm 외측의 단층면을 따른, 외측면 위치를 따라 X선 조사 각도 θ 마다 배치된 지주의 마커에 대해, 스텝 S34와 동일하게, X선 조사 각도 θ 마다의 게인 ΔX/Fi, 및, 그 게인 ΔX/Fi의 프로파일을 생성한다. 이 프로파일의 데이터를 이용하여, 기준 단층면 SS 보다 20 mm 외측의 단면의 외측면 파노라마 화상을 재구성 한다. 이 외측면 파노라마 화상에서, 이러한 외측면 위치에 있는 지주(113′) 각각의 팬텀의 횡방향(2차원 기준면 파노라마 화상상에서의 횡방향)의 물리적인 중심 위치를 결정한다. 이 결정도 오퍼레이터가 파노라마 화상을 보면서 실시한다.

스텝 S34에서 기준면 위치에 있는 지주 각각의 마커가 사용하고 있는 중심 프레임 데이터의 번호 Fi₀는 이미 결정하고 있다. 거기서, 해당 중심 프레임 데이터에 대한 외측면 파노라마 화상에서의 마커의 횡방향(2차원 기준면 파노라마 화상상에서의 횡방향)의 위치(도 24(A) 참조), 및, 외측면 위치에 있는 마커(116)의 외측면 파노라마 화상에서의 횡방향의 위치(도 24(B) 참조)로부터, 양자 사이의 화상상의 편차량 Pshift를 연산한다. 이 편차량 Pshift를 실제 길이의 편차량 L로 변환한다(도 24(C) 참조). 이 편차량 L와 양 궤도 ORs, ORouter 간의 이미 알고 있는 거리 DS(실시 형태에서는 20 mm)를 이용하여,

실제의 조사 각도 θ′의 편차량 θshift=arctan(L/DS)

의 연산을 각도 θ(=0도, ±15도, ±30도, …) 마다 실시한다. 이것에 의해, 소정치 씩의 X선 조사 각도 θ 각각에 대하는 실제의 조사 각도 θ′의 편차량 θshift를 구할 수 있다. 이 편차량 θshift의 예를 도 25에 나타낸다.

(처리 4)

다음으로, 화상 프로세서(54)는, 투영각 곡선 θ=f(Fi), 즉 각속도 곡선 Δθ/ΔFi를 연산한다(스텝 S38).

상세형 캘리브레이션의 경우, 이미, 각 X선 조사 각도 θ로부터의 실제의 조사 각도 θ′의 편차량 θshift가 구해지고 있다. 이 때문에, 이 편차량 θshift로부터 기준 단층면 SS에 있는 마커의 조사 각도 θ′를 각각 구한다. 간이형 캘리브레이션의 경우는, 간편적으로 채용한 설계치 θ가 그대로 사용된다.

한편, 전술한 스텝 S34에 대해, 기준 단층면 SS에 있는, X선 조사 각도 θ 마다의 마커의 중심 프레임 데이터 Fi₀의 번호는 구해지고 있다. 따라서, 조사 각도의 실제치 θ′ 또는 조사 각도의 설계치 θ의 각각의 프레임 데이터 Fi를 연결해 맞추어 스무딩을 거는 것으로, 투영각 곡선θ=f(Fi)를 구한다. 이 투영각 곡선 θ=f(Fi)의 일례를 도 26에 나타낸다. 동 도에 있어, 투영각 곡선 θ′=f(Fi)는, 원의 투영각 곡선θ=f(Fi)로부터, 실제의 조사 각도 θ′의 분만큼 보정된 곡선을 나타낸다.

(처리 5 : X선 조사 각도 θ=0도의 위치에서의 정수 파라미터의 연산)

다음으로, 화상 프로세서(54)는, X선빔의 조사 각도 θ=0도 시의 X선관-회전 중심간 거리 R_S, 검출기-회전 중심간 거리 Rd, 및, X선관의 초점 위치의 높이 정보 B1를 정수 파라미터로서 파노라마 화상으로부터 연산한다(스텝 S39).

도 27에 나타내듯이, X선관(31) 및 검출기(32)가 대향하여 배치되고 있고, 그 사이에, 회전 중심 RC 및 기준 단층면 SS가 위치하고 있다. 기준 단층면 SS의 위치에 상하에 67 mm, 서로 이간한 2개의 마커(114, 115)가 존재하고 있다. X선관(31)의 X선 초점은 점광원으로 간주할 수 있을 만큼 작은 초점(예를 들면 0.5 mm의 지름)이다. 또, X선의 조사 각도 θ는 0도라고 한다. 즉, 콜리메이터(33)로 좁혀진 X선빔은 기준 단층면 SS에 존재한다고 가정되는 치열의 전치의 중심부에 조사된다. 이 X선빔은, 2개의 마커(114, 115)를 오블리크에 투과하여 검출기(32)의 검출면의 높이 B2, B3의 위치에 이들의 투영점을 만든다. 즉, 마커(114, 115)까지의 높이는 종방향(Z축 방향)으로 확대되어 화상으로서 투영점 B2, B3를 만든다. 또한 검출기(32)의 검출면의 최하한의 위치를 좌표 0의 원점으로서 설정하고 있어, 이 점을 통과하는 수평면(XY 좌표면)으로부터 기산하여 X선 초점 위치의 높이를 B1로 하고 있다. 따라서, 검출기(32)의 검출면에 따라, 좌표 0의 원점, X선 초점 높이 B1, 및, 마커(114, 115)의 투영 높이 B2, B3가 아래로부터 순서대로 나열한다.

이 도 27에 모식적으로 나타내는 X선 조사 각도 θ=0도에서의 기하학 관계에, 상기 게인의 식(4) : Δx/ΔFi=(Δθ/ΔFi){(Rs+Rd)/(Rs+(D-M))}(D-M)를 적용한다. X선 조사 각도 θ=0도의 때는, 도 22(A), (B)로부터 알 수 있듯이, 보정항 M=0으로 간주할 수 있다. 이 때문에, (4) 식은,

Δx/ΔFi=(Δθ/ΔFi){(Rs+Rd)/(Rs+D)}D … (5)

라고 나타낼 수 있다. 마커(114, 115)에 대한 화상의 확대율의 계산으로부터

(Rs+Rd)/(Rs+D)=(B3(D)-B2(D))/67=K(D) … (6)

이 성립된다. 여기서, 확대율 K(D)는, 검출기(32)에 의해, 기준 단층면의 위치인 X선 조사 각도 θ=0도의 위치에 있는 마커(114, 115)의 투영점 B2, B3의 위치를 검출하면 알 수 있으므로, 이미 알고 있는 값이다.

동일하게,

(Rs+Rd)/(Rs+D+20)=(B3_(D+20)-B2_(D+20))/67=K_(D+20) … (7)

가 성립되고, 확대율 K(D+20)는, 검출기(32)에 의해, 기준 단층면 보다 20 mm 외측의 위치인 X선 조사 각도 θ=0도의 위치에 있는 팬텀의 투영점 B2, B3의 위치를 검출하면 알 수 있으므로, 이미 알고 있는 값이다.

이 때문에, 상기 (6), (7) 식

(Rs+Rd)/(Rs+D)=K_(D) … (8)

(Rs+Rd)/(Rs+D+20)=K_(D+20) … (9)

로 하고,

X=Rs+Rd, Y=Rs+D … (10)

라 하면,

X/Y=K_(D) … (11)

X/(Y+20)=K_(D+20) … (12)

가 되고, 이 2개의 식으로부터 X, Y의 값을 구해 둔다.

한편, 상기 (5) 식은, (8) 식을 사용하면,

Δx/ΔFi=(Δθ/ΔFi)*K(D)*D … (13)

로 고쳐 쓸 수 있다. 이 (13) 식에서, 회전 중심-기준 단층면간 거리 D 이외의 항은 이미 알고 있고 있으므로, (13) 식으로부터 X선 조사 각도 θ=0도에서의 회전 중심-기준 단층면간 거리 D를 알 수 있다. 거리 D가 이미 알고 있는 것이 되면, X, Y의 값이 이미 알고 있으므로, (10) 식을 사용하여, X선 조사 각도 θ=0도에서의 X선관-회전 중심간 거리 R_S, 및, 검출기-회전 중심간 거리 Rd가 각각 구할 수 있다.

이 거리 D, Rs, Rd가 구해질 수 있으면, 도 27에서 기하학적으로 성립하는,

(B2_(D+20)-B1)/H=K_(D+20) … (14)

(B2_(D)-B1)/H=K_(D) … (15)

의 2식을 푸는 것으로, X선관(31)의 상하 방향(Z축 방향)의 위치 B1, 및, 하측의 팬텀의 X선관(31)으로부터의 높이 H를 구한다.

(처리 6 : X선 조사 각도 θ=0도 이외의 각도 위치에서의, 프레임 데이터 Fi를 입력으로 하는 함수 파라미터의 연산)

이 때에는, 조사 각도 θ 마다의 X선관(31), 검출기(32), 회전 중심 RC, 및 팬텀(마커)의 기하학적인 위치 관계는, 도 28과 같이 나타내진다.

X선 조사 각도 θ가 0도 이외의 각도이라도, 전술한 식(6) 및 (8)은 성립하고 있다. 이 때문에, 이러한 식에 근거하여, 각 각도 θ에서의 마커(114, 115)가 위치 B2, B3으로 만드는 투영상B3_(D), B2_(D)의 위치를 구하는 것으로, 각 조사 각도 θ에서의 회전 중심-기준 단층면 거리 D가 연산된다(스텝 S40). 이 거리 D를 알 수 있으면, 이미 알고 있는 X선 조사 각도 θ 또는 그 실제치 θ′를 이용하여 회전 중심 RC의 위치 좌표(CX, CY)도 연산된다(스텝 S41).

더욱이 X선 조사 각도 θ가 0도 이외의 각도일 때에는, 도 22(A), (B)로부터 알 수 있듯이, 보정항 M(10)의 고려가 필요하다. 이 때문에, (4) 식 :

Δx/ΔFi=(Δθ/ΔFi){(Rs+Rd)/(Rs+(D-M))}(D-M)

을 이용할 필요가 있다. 이미, 각 X선 조사 각도 θ에서의 보정항 M 이외의 항은 연산되고 있으므로, 그들을 (4) 식에 적용시켜 보정항 M이 연산된다(스텝 S42). 이와 같이 스텝 S40~S42를 통해, 함수 파라미터 Δx/ΔFi, θ, Δθ/ΔFi, D, M, (CX, CY)가 연산된다.

다음으로, 화상 프로세서(54)는, 화상 메모리(53)에 기입되고 있는, 이들 함수 파라미터를 이번에 구한 새로운 값으로 갱신한다(스텝 S43). 이것에 의해, 3D 화상 재구성에 필요한 파라미터가 캘리브레이션되게 된다.

이상의 구조 해석 및 캘리브레이션을 위한 연산이 끝나면, 화상 프로세서(54)는, 연산한 정수 파라미터 Rd, Rs, B1 및 함수 파라미터 Δx/ΔFi, θ, Δθ/ΔFi, D, M, (CX, CY)를 인쇄하거나 표시하거나 출력하는지를, 오퍼레이터의 조작 정보로부터 판단한다(스텝 S44). 이들 출력이 필요한 경우, 화상 프로세서(54)가 이들 값을 인쇄 또는 표시한다(스텝 S45).

게다가 이러한 파라미터의 출력이 끝나거나, 또는, 이들 출력이 불필요한 경우, 처리는 콘트롤러(55)에게 넘겨져 컴퓨터(11)가 오퍼레이터와의 사이에서, 인터렉티브로 환자의 촬상을 실시하는지를 판단한다(스텝 S46). 촬상이 불필요한 경우는, 일련의 처리를 종료한다. 이것에 의해, 촬상 공간의 구조 해석 및 간이형 또는 상세형의 캘리브레이션이 완료한다.

한편, 환자의 악부의 촬상을 실시하는 경우는, 후술하듯이, 촬상 공간에서의 치열의 실체 위치를 정확하게 파악한 3D 재구성이 실행된다. 이것은, 도 29에 개념 설명하듯이, 3D 기준 단층면 SS로부터, X선관(31)을 주시하는 X선의 기울기의 조사 방향에 따라 투영을 실시하고, 치열 등의 촬상 대상(실체물)의 3차원 위치가 고정밀도로 분류된다. 이하, 이 위치 분류의 처리를 포함한 촬상을 설명한다.

＜화상 재구성＞

다음으로, 도 30을 이용하여, 콘트롤러(55) 및 화상 프로세서(54)가 협동하여 실행되는 촬상을 위한 처리를 설명한다. 이 처리에는, 상술한 것처럼, 스캔에 의해 데이터 수집, 프레(pre) 처리로서의 기준면 파노라마 화상의 재구성, 및, 메인의 처리로서의 3차원 오토 포커스 화상(3차원 표면 화상)의 작성 및 그 3차원 오토 포커스 화상을 이용한 각종 능태에 따른 표시나 계측 등이 포함된다.

(데이터 수집 및 기준면 파노라마 화상의 재구성)

우선, 콘트롤러(55)는, 피검체 P의 위치 결정 등 촬영의 준비가 끝나면, 조작기(58)을 통해 주어지는 조작자의 지시에 응답하여, 데이터 수집을 위한 스캔을 지령한다(도 30, 스텝 S51). 이것에 의해, 회전 구동 기구(30A), 이동 기구(30B), 및, 고전압 발생기(41)가 미리 설정되어 있는 제어 시퀀스에 따라 구동하도록 지령된다. 이 때문에, X선관(31) 및 검출기(32)의 쌍을 피검체 P의 악부의 주위에 회전시키면서, 그 회전 동작의 사이에, X선관(31)에 펄스 형상 또는 연속파의 X선을 소정 주기에 또는 연속적으로 폭사시킨다. 이 때, X선관(31) 및 검출기(32)의 쌍은, 전술한 것처럼 캘리브레이션 된 3D 기준 단층면 SS를 초점화하도록 미리 설정되어 있는 구동 조건에 근거하여 회전 구동된다. 이 결과, X선관(31)으로부터 폭사된 X선은 피검체 P를 투과하여 검출기(32)에 의해 검출된다. 따라서, 전술한 것처럼, 검출기(32)로부터 예를 들면 300 fps의 레이트로 X선 투과량을 반영한 디지털량의 프레임 데이터(화소 데이터)가 출력된다. 이 프레임 데이터는 버퍼 메모리(53)에 일시 보관된다.

이 스캔의 지령이 끝나면, 처리의 지시는 화상 프로세서(54)에게 건네진다. 화상 프로세서(54)는, X선 조사 방향의 프레임 번호 Fi 마다, 룩업테이블 LUT로부터 조사 각도, 각속도, 회전 중심-기준 단층면간 거리 D, 및 보정항 M의 최신치를 읽어내, 3D 기준 단층면 SS를 보정한다. 이것에 의해, 이 단층면 SS가 부분적으로 그 전후방향으로 위치 변경되어 스무딩 된다(스텝 S52A). 다음으로, 이 보정된 3D 기준 단층면 SS의 공간 위치에 대응한 토모신세시스법에 근거하는 쉬프트＆애드에 근거한 기준면 파노라마 화상 PIst를 재구성함과 함께, 그 재구성한 화상의 각 화소치를 기억한다(스텝 S52B).

또한, 이 재구성 처리에서, 종래와 동일하게, 전치부의 중심에서 종횡의 확대율이 같게 되도록 중량 계수를 곱하는 처리도 실행된다.

이 재구성의 방법은 공지이지만, 약간 설명해 둔다. 이 재구성에 사용하는 프레임 데이터 세트는, 예를 들면 도 31에 나타내는 파노라마 화상의 횡방향의 사상 위치와 그 사상 위치의 화상을 작성하기 위해서 상호 가산하는 프레임 데이터 세트와의 관계를 나타내는 사상 특성으로부터 구한다. 이 사상 특성을 나타내는 곡선은, 프레임 데이터 방향(횡축)에 대해 양사이드의 어금니부에 따라 경사가 급한 양곡선 부분과 전치부에 따라 경사가 어금니부의 그것보다 완만한 곡선 부분으로 구성되어 있다. 이 투영 특성상에서, 도시한 같이, 파노라마 화상의 횡방향에서의 소망한 사상 위치를 지정한다. 이것에 따라, 그 사상 위치의 화상을 작성하기 위해서 사용하는 프레임 데이터 세트와 그 쉬프트량(중합시킨 정도 : 즉 경사도)이 구해진다. 때문에, 이들 프레임 데이터(화소치)를 그 지정한 쉬프트량으로 쉬프트 시키면서 서로 가산하여, 지정한 사상 위치의 종방향의 화상 데이터를 구한다. 파노라마 화상의 횡방향의 전범위에 걸쳐, 상기 사상 위치의 지정과 쉬프트＆애드를 실시하는 것에 의해, 3D 기준 단층면 SS에 초점을 맞혔을 때의 기준면 파노라마 화상 PIst가 재구성된다.

화상 프로세서(54)는 다음으로, 이 기준면 파노라마 화상 PIst를 모니터(60)에 표시시킨다(스텝 S53). 이 기준면 파노라마 화상 PIst의 예를 도 32에 모식적으로 나타낸다.

이 기준면 파노라마 화상 PIst는, 프레임 데이터를 쉬프트 시키면서 서로 가산한 화상이므로, 구형 모양의 2차원 화상이다. 확대율에 대해 말하면, 전치부의 중심으로 종횡의 확대율이 같게 되도록 계수를 곱하는 처리를 실시하고 있으므로, 종래와 같게, 확대율에 인한 전치부의 종횡의 화상 왜곡은 어느 정도 개선되고 있다. 그러나, 어금니부로 진행하는 것에 따라 치아의 종횡비는 무너진다. 즉, 어금니부의 치아는 실치수 보다 줄어들어 묘출된다.

더욱이, 본 실시 형태의 경우, X선관(31) 및 검출기(32)가 모두 물리적으로 동일한 원형 궤도 OB에 따라 회전하고 있는 것으로부터, 재구성된 기준 파노라마 화상 PIst의 종방향의 확대율의 변화에 기인한 왜곡은 크다. 즉, 도 33(A)에 예시하듯이, 기준 파노라마 화상 PIst의 횡방향의 각 위치 결정 확대율 K(K1, K2, …, Kn)는 전부 다르다.

때문에, 화상 프로세서(54)는, 이미 구하고 있는 회전 각도 θ 마다의 확대율 K의 값을 이용해, 이 확대율 K가 화상 횡방향의 각 위치에서 거의 같은 값이 되도록 계수 1/K(1/K1, 1/K2, …, 1/Kn)을 횡방향 각 위치에서의 각 열의 화소열을 곱한다(스텝 S53A). 이 결과, 도 33(B)에 나타내듯이, 표시되는 기준 파노라마 화상 PIst의 윤곽 자체는 구형 모양의 것으로부터 다소 물결치는 것으로 바뀌지만, 표시되는 치열 TR의 종방향의 크기나 형상은 화상 횡방향의 각 위치에서 거의 동일하게 된다. 이 확대율의 상위(相違)로 인한 종방향의 왜곡이 보정된 기준 파노라마 화상 PIst의 화소치는 다시 화상 메모리(53)에 격납되고, 그 후의 표시 처리나 3D 재구성 처리에 사용된다.

또한, 이 확대율 K는, 미리 장치측에서 준비하고 있는 값을 사용하여 상기 보정을 수행해도 무방하다.

(기준면 파노라마 화상상에서의 ROI 설정)

다음으로, 화상 프로세서(54)는 조작자가 조작기(58)을 사용하여 기준면 파노라마 화상 PIst에 ROI(관심 영역)를 설정하는지를 판단한다(스텝 S54). 여기서 설정하는 ROI는, 독영자(讀影者)가 특별히 관심을 기울이는 예를 들면 구형 모양의 부분 영역이다. 물론, ROI는 반드시 구형이 아니어도 무방하다. 또한, 이 ROI는, 후술하는 오토 포커스에 의해 작성한 파노라마 화상에 대해 설정하여도 무방하고, 이 처리도 후술 된다.

이 스텝 S54의 판단이 YES가 되면, 화상 프로세서(54)는 조작자의 조작 정보에 근거하여 기준면 파노라마 화상 PIst에 ROI를 설정한다(스텝 S55). 다음으로, ROI에 의해 설정된 부분 영역의 부분 화상을 절출하고, 그 부분 화상을 예를 들면 확대하여 표시한다(스텝 S56). 이 부분 화상은, 예를 들면 도 34에 나타내듯이, 원의 기준면 파노라마 화상 PIst에 중첩하여 표시된다. 또, 이 1개 이상의 부분 화상을 윗니, 아랫니의 치열의 모식적으로 나타내듯이 블록을 소정 순서로 나열한, 이른바 템플릿에 수집되도록 표시하여도 무방하다.

다음으로, 화상 프로세서(54)는 처리를 종료시키는지를 판단한다. 이 판단은 조작자로부터의 소정의 조작 정보가 있는지에 따른다(스텝 S57). 아직 처리를 종료시키지 않는다고 판단했을 경우(스텝 S57, NO), 스텝 S54까지 돌아와 상술한 처리를 반복한다. 한편, 처리 종료의 판단을 할 수 있었을 경우, 도 31에 나타내는 처리를 종료시킨다.

한편, 화상 프로세서(54)는, 스텝 S54의 판단으로 NO가 되는 경우, 즉 ROI를 설정하지 않는다고 판단했을 경우, 다음의 판단으로 이행한다. 즉, 메인의 처리로서의 3D 오토 포커스 화상을 작성하는지를, 조작자의 조작 정보로부터 판단한다(스텝 S58). 이 작성도 실시하지 않는다고 판단했을 경우(스텝 S58, NO), 스텝 S57에 돌아와 처리 종료인가를 전술과 같게 판단한다.

(최적 초점의 단면 위치의 특정)

이것에 대해서, 3D 오토 포커스 화상을 작성한다고 판단했을 경우(스텝 S58, YES), 스텝 S59의 서브루틴 처리로 이행한다. 이 스텝 S59로 실행되는 처리는, 본 발명의 특징 중 하나를 이루는 것으로, 회전 중심 RC의 위치 변화를 고려해, 한편, 각 화소로부터 항상 X선관(31)의 X선 초점을 응시한 블리크인 투영 방향 DRx에 따라, 치열의 종방향의 일그러짐을 보정하면서 수행하는, 자동적인 치열의 실존 위치-형상의 분류 처리이다.

이 실재 위치-형상의 분류를 위한 서브루틴 처리를 도 35에 나타낸다.

우선, 화상 프로세서(54)는, 기준면 파노라마 화상 PIst(구형)를 3D 기준 단층면 SS(만곡면)에 평행한 만곡면으로 좌표 변화하여 3D 파노라마 화상을 한 번, 작성한다. 그리고, 룩업테이블 LUT로부터 프레임 번호 Fi 마다의 조사 각도 θ 및 회전 중심의 위치 좌표(CX, CY)의 최신치를 읽어내, 이 위치 좌표(CX, CY)로부터 X선관-회전 중심간 거리 R_S만 방향을 연장하며, X선 조사 각도 θ마다 X선관(31)의 위치를 연산한다. 그리고, 작성한 3D 파노라마 화상의 화소 각각으로부터 항상 X선관(31)의 X선 초점을 응시한 오블리크인 투영 방향 DRx를 결정한다. 그 위에, 각 투영 방향 DRx에 따라 3D 기준 단층면 SS에, 단층면 변경의 연산에 의해 프레임 데이터를 구하고 이것을 좌표 변화 하는 것으로, 투영하며, 그 만곡한 3D 기준 단층면 SS의 투영 화상을 작성한다(스텝 S151). 이 투영상의 화소치는 화상 메모리(53)에 보관된다.

여기서 행해지는 투영은, 도 36에 설명하듯이, 회전 중심 RC(RC1, RC2)의 위치, 즉 X선관(31)의 위치로 향한 오블리크인 투영 방향 DRx에 따라 수행된다. 도 36의 예로 말하면, 3D 파노라마 화상상의 높이 방향(Z축 방향)에서의 같은 위치 Pn의 화소이라도, X선관(31)의 위치의 차이에 따라 3D 기준 단층면 SS의 화상상이 다른 위치 SS1, SS2에 투영된다.

이 투영 처리에 의해 작성되는 투영 화상을 3D 기준 화상 PIref라고 부르기로 한다. 이 3D 기준 화상 PIref는, 기준면 파노라마 화상 PIst의 부위마다, 전술한 종방향의 확대율을 고려한 경사 방향의 투영에 의해 작성되고 있다. 전치부의 치아의 확대율이 대(大)인 것이, 그 확대는 상술의 투영에 의해 실제 사이즈로 시정되고, 한편, 어금니부의 치아의 확대율이 소(小)인 것이, 그 확대도 상술의 투영보다 실제 사이즈로 시정된다. 이 때문에, 3D 기준 화상 PIref는 치아의 실치수로 표시된 화상이며, 스캔 중에 회전 중심 RC가 이동하는 것에 의한 확대율의 대소에 의한 왜곡이 제거된 화상이다. 다만, 이 3D 기준 화상 PIref는 치열이 3D 기준 단층면 SS에 따라 존재한다고 가정했을 때의 화상이기도 하다. 피검체 P의 실제의 치아는 3D 기준 단층면 SS에 따르고 있는 것은 드물기 때문에, 후술하는 한층 더 실재 위치의 분류 처리가 필요하게 된다.

화상 프로세서(54)는, 그 3D 기준 화상 PIref를 모니터(60)에 표시시켜, 조작자의 참조로 제공한다(스텝 S152). 이 모습을 도 37에 나타낸다.

이 후, 화상 프로세서(54)는, 3D 기준 단층면 SS에, 그 면에 평행한 복수의 만곡한 단층면을 부가한다(스텝 S153). 이 모습을 도 38에 나타낸다. 동 도에는, 3D 기준 단층면 SS의 투영 방향 DRx(치열의 깊이 방향)의 전후 각각 복수의 단층면이 부가되고 있다. 이 복수의 단층면의 각각도, 3D 기준 단층면 SS가 회전 중심-기준 단층면간 거리 D 및 보정항 M으로 보정된 만큼만, 그 면의 전후방향의 위치가 부분적으로 보정된 단층면이다.

일례로서 3D 기준 단층면 SS의 전측에 복수의 단층면 SFm~SF1를 간격 D1(예를 들면 0.5 mm)로 설정하고, 그 후측으로 복수의 단층면 SR1~SRn를 간격 D2(예를 들면 0.5 mm)로 설정하고 있다. 간격 D1, D2는 동일해도, 서로 상위하고 있어도 무방하다. 또, 부가하는 단층면은, 3D 기준 단층면 SS의 전후에 1매씩(m, n=1)이라도 무방하고, 전후의 어느 쪽에 1매 또는 복수 매이라도 무방하다.

또한, 이 가상적으로 부가하는 단층면 SFm~SF1, SR1~SRn의 위치 데이터는, 3D 기준 단층면 SS의 위치 데이터와 함께 미리 ROM(61)에 격납되고 있으므로, 이것을 화상 프로세서(54)의 워크 에리어에 읽어내는 것으로, 이러한 부가가 실행된다. 단층면 SFm~SF1, SS, SR1~SRn의 높이는 투영 방향 DRx의 최대의 기울기와 치열의 높이를 고려하여 적당하게 설정되어 있다. 또, 분류 처리의 때 마다, 부가하는 단층면의 위치(간격 D1, D2) 및 매수를 인터렉티브로 변경하도록 해도 무방하다.

다음으로, 화상 프로세서(54)는, 스텝 S151에서 수행한 것과 동일하게, 회전 중심 RC의 위치 좌표(CX, CY)의 변화에 따라 투영 방향 DRx를 구하고, 그 투영 방향 DRX에 따라, 기준면 파노라마 화상 PIst를, 부가한 단층면 SFm~SF1, SR1~SRn 각각, 단층면 변경의 연산에 의해 프레임 데이터를 구하고, 이것을 좌표 변화 하는 것으로, 투영 한다(스텝 S154). 이 결과, 부가 단층면 SFm~SF1, SR1~SRn 각각의 투영 화상이 작성된다. 이러한 투영상의 화소치는 화상 메모리(53)에 보관된다.

여기서 작성되는 투영 화상을 3D 부가 화상 PIsfm …, PIsf1, PIsr1, …, PIsrn라고 부른다. 이러한 3D부가 화상 PIsfm, …, PIsf1, PIsr1, …, PIsrn도, 각각, 기준면 파노라마 화상 PIst의 위치마다, 전술한 종방향의 확대율을 고려한 경사 방향의 투영에 의해 작성되고 있다. 이것을 도 39의 예로 말하면, 3D 파노라마 화상상의 높이 방향(Z축 방향)에서의 같은 위치 Pn의 화소이라도, X선관(31)의 위치의 차이에 따라 3D부가 화상 PIsfm, …, PIsf1, PIsr1, …, PIsrn 각각의 상에서 다른 위치로 투영 된다.

이 때문에, 이러한 3D부가 화상 PIsfm, …, PIsf1, PIsr1, …, PIsrn도 치아의 실치수로 표시된 화상이며, 스캔 중에 회전 중심 RC가 이동하는 것에 의한 확대율의 대소에 의한 왜곡이 제거된 화상이다. 다만, 이러한 3D 부가 화상 PIsfm, …, PIsf1, PIsr1, …, PIsrn은 치열이 각각의 부가 단층면 SFm~SF1, SR1~SRn에 따라 존재한다고 가정했을 때의 화상이기도 하다.

또한, 이 작성된 복수 매의 3D 부가 화상 PIsfm, …, PIsf1, PIsr1, …, PIsrn은 그대로 3차원 화상으로서 또는, 좌표 변화한 다음 직사각형 모양의 2차원 화상으로서 모니터(60)에 표시시키도록 하여도 무방하다.

이 후, 화상 프로세서(54)는 3D 기준 화상 PIref, 즉 3D 기준 단층면 SS에서의 초기 위치 P(x, y, z)=P(0,0,0)를 지정한다(스텝 S155 : 도 40(A) 참조). 이것이 끝나면, 3D 기준 화상 PIref에서, 지정한 위치 P(x, y, z)를 중심으로 하는 일정 길이의 선분 Lc를 지정한다(스텝 S156 : 도 40(B) 참조). 이 선분 Lc는 2ⁿ개(n=1, 2, 3, …；예를 들면 128) 분의 화소에 상당하는 길이를 가진다. 도한, 선분 Lc는 만곡하는 3D 기준 단층면 SS의 일부를 따라 만곡하고 있어도 무방하고, 직선으로 간주할 수 있는 범위에서 설정해도 무방하다.

다음으로, 화상 프로세서(54)는, 지정된 선분 Lc(x, y, z)의 화상상의 상하에 복수 개의 동일 길이의 선분 Ladd를 가상적으로 부가한다(스텝 S157 : 도 40(C) 참조).

게다가 상술한 선분 Lc 및 복수의 선분 Ladd의 각각을 구성하는 2ⁿ개 분의 화소 각각의 화소치 P_ij를 화상 메모리(53)으로부터 읽어내, 이것을 각 선분에 할당한다(스텝 S158). 이 화소치 P_ij는, 전술한 스텝 S151, S154에서 이미 취득하여 보관하고 있던 값이다.

다음으로, 복수의 선분 Lc 및 Ladd의 대응하는 화소의 화소치 P_ij 끼리를 가산하고, 선분 Lc(x, y, z)를 구성하는 주파수 해석용의 2ⁿ개의 화소치 P_ij*를 구한다(스텝 S159 : 도 40(D) 참조). 이 가산에서, 선분 L(x, y, z)의 원의 화소치에 통계적 노이즈가 혼입해 있는 경우에서도, 그 화소치의 변화에 대해 후술하는 주파수 해석을 수행할 때의 통계적 노이즈를 저감 시킬 수가 있다.

다음으로, 화상 프로세서(54)는, 부가한 3D 부가 화상 PIsfm, …, PIsf1, PIsr1, …, PIsrn의 각각에 있어, 상술의 3D 기준 화상 PIref 상에서 현재 지정되고 있는 선분 Lc(x, y, z)가, 현재 지정되고 있는 위치 P(x, y, z)를 통과하는 투영 방향 DRx에 대해 대향하는 선분 Lfm~Lf1, Lr1~Lrn의 위치를 특정한다(스텝 S160 : 도 40(E) 참조). 이 때, 선분 Lc의 현재의 중심 위치 P(x, y, z) 및 그 길이, 및, 스캔중의 X선관(31)의 회전 위치를 알 수 있기 때문에, 선분 Lc의 양단과 X선관(31)을 연결할 수 있는, Z축 방향으로부터 보았을 때에 부채 모양이 되는 X선 조사 범위 RA를 연산할 수 있다. 이 때문에, 위치 P(x, y, z)가 지정되면, 그 X선 조사 범위 RA에 위치하는 선분 Lfm~Lf1, Lr1~Lrn의 위치를 특정할 수 있다.

또한, 3D 기준 화상 PIref 상에 위치 P(x, y, z)를 지정하는 스텝 S160의 처리는 전부(全部)의 위치 지정이 끝날 때까지 반복된다. 이 때문에, 실효적으로는, 가상한 단층면 SFm~SF1, SS, SR1~SRn를, 위치가 원근하는 X선관(31)으로부터 조사된 X선은 범위 H1~H2(Z축 방향의 범위)로 부채형으로 투과하게 된다(도 40(F)). 이 때문에, 단층면 SFm~SF1, SS, SR1~SRn 그 자체를, 그 높이가 스캔 방향마다 바뀌는 한편 서로 평행한 대략 말굽형의 단면으로서 설정해도 무방하다.

상술한 바와 같이 선분 Lfm~Lf1, Lr1~Lrn가 정해지면, 화상 프로세서(54)는, 그러한 선분의 화소치 P_ij*를 화상 메모리(53)으로부터 읽어낸다(스텝 S161).

도 40(E)에 나타내듯이, X선관(31)은 점원(点源)이기 때문에, X선 조사 범위 RA는 부채 모양(Z축 방향으로부터 보았을 때에)으로 되어 있다. 이 때문에, 선분 Lfm~Lf1, Lr1~Lrn 각각의 화소수는 2ⁿ개로부터 어긋나 버리고 있다. 때문에, 화상 프로세서(54)는, 부가한 선분 Lfm~Lf1, Lr1~Lrn의 화소수가 기준이 되는 선분 Lc(x, y, z)의 화소수 2ⁿ개와 같게 되도록, 선분 Lfm~Lf1, Lr1~Lrn 각각의 화소수에 간격 D1, D2에 따른 계수를 곱한다(스텝 S162). 따라서, 도 40(G)에 모식적으로 나타내듯이, 모든 선분 Lfm~Lf1, Lc, Lr1~Lrn는 서로 평행으로 한편 동일한 2ⁿ개의 화소로부터 구성된다.

이 후, 화상 프로세서(54)는, 준비된 모두 선분 Lf1~Lfm, Lc, Lr1~Lrn의 화소의 값의 변화를 주파수 해석한다(스텝 S163). 이 결과, 선분 Lf1~Lfm, Lc, Lr1~Lrn 각각에 대해, 도 40(H)에 나타내듯이, 횡축에 주파수 및 종축에 푸리에 계수(진폭치)로 하는 해석 결과를 얻을 수 있다.

또한, 이 주파수 해석에는 고속 푸리에 변환(FFT)을 이용하고 있지만, 웨이블릿(wavelet) 변환을 이용해도 무방하다. 또, 그러한 주파수 해석법으로 대신하여, 엣지 묘출을 위한 일차 미분 연산을 실시하는 소벨 필터를 이용하여 등가인 처리를 실시해도 무방하다. 이 필터를 사용하는 경우, 엣지의 최대가 되는 단층면의 위치를 최적 초점 위치라고 간주할 수 있다.

다음으로, 모든 선분 Lf1~Lfm, Lc, Lr1~Lrn에 대한 주파수 해석의 결과로부터 노이즈를 제거한다(스텝 S164). 도 41에는, 1개의 선분에 대한 주파수 해석 특성을 예시한다. 해석한 최고 주파수측의 일정 범위의 영역의 주파수 성분의 계수는 제외하고, 그 나머지의 고주파수 성분의 계수를 채용한다. 그 이유는, 최고 주파수측의 일정 범위의 영역의 주파수 성분은, 노이즈 성분이기 때문이다.

게다가 화상 프로세서(54)는, 각각의 선분에 대한 주파수 해석 특성의 계수를 2승 가산함과 함께, 그 2승 가산치를 종축으로 해, 한편, 초기 위치 P(x, y, z)=P(0,0,0)를 투영 방향 DRx에 관철하는 복수의 단층면 SFm~SF1, SS, SR1~SRn의 위치를 횡축으로 하여 프로파일로서 연산한다(스텝 S165). 이 프로파일의 일례를 도 42에 나타낸다. 동 도에서 단면 위치란, 복수의 단층면 SF1~SFm, SS, FR1~FRn의 투영 방향 DRx(치열의 깊이 방향)의 위치이다.

도 43에는, 물질이 에나멜질, 해면골, 공기, 바이트 블록인 경우의 복수 종류의 프로파일 PR1, PR2, PR3, PR4의 전형적인 패턴이 예시되고 있다. 만일, 현재 지정하고 있는 위치 P(x, y, z)를 통과하는 투영 방향 DRx 중 어느 하나의 위치에 에나멜질의 물질, 즉 치아가 존재하고 있는 경우, 그 프로파일 PR1은 샤프한 피크를 가진다. 또, 이러한 투영 방향 DRx에 해면골이 존재하고 있는 경우, 그 프로파일 PR2는 완만한 철곡선(凸曲線)이 된다. 동일하게 이러한 투영 방향 DRx에 공기 밖에 존재하고 있는 경우, 그 프로파일 PR3는 특정의 피크를 가지지 않는 경향을 나타내는 곡선이 된다. 게다가 이러한 투영 방향 DRx에 바이트 블록이 존재하고 있는 경우, 그 프로파일 PR4는, 2개의 샤프한 피크를 가진다. 이 중, 투영 방향 DRx의 내측(X선관의 옆)에 상당하는 피크가 에나멜질의 물질에 대한 피크를 나타내고, 외측(검출기의 옆)에 상당하는 피크가 바이트 블록에 대한 피크를 나타낸다. 도 43에 나타내는 프로파일 PR1~PR4의 패턴을 나타내는 데이터는, 참조 프로파일로서 예를 들면 ROM(61)에 참조 테이블로서 미리 기억되고 있다.

때문에, 화상 프로세서(54)는, 이러한 참조 테이블을 이용하여, 현재 지정하고 있는 위치 P(x, y, z)를 통과하는 투영 방향 DRx에서의, 치아에 대한 최적 초점의 위치를 특정한다(스텝 S166).

즉, 이전의 스텝 S165로 구한 프로파일이 참조 프로파일 PR1~PR4 중 어느 하나에 해당하는지, 패턴 인식의 수법으로 판단한다.

우선, 구한 프로파일이 참조 프로파일 PR2, PR4인 경우에는 처리의 대상에서 제외한다. 한편, 구한 프로파일이 참조 프로파일 PR1(에나멜질)에 해당하는 경우, 그 피크를 나타내는 단면 위치, 즉, 복수의 단층면 SF1~SFm, SS, FR1~FRn 중 어느 하나의 위치가 최적 초점인 것으로 특정한다. 게다가 구한 프로파일이 참조 프로파일 PR4에 해당하는 경우, 그 내측(X선관의 옆)에 피크를 나타내는 단면 위치(에나멜질의 위치), 즉, 복수의 단층면 SFm~SF1, SS, FR1~FRn 중에서 어느 하나의 위치가 최적 초점으로서 특정한다.

이러한 위치의 특정 처리에 의해, 지금 지정하고 있는 위치 P(x, y, z)에 묘출되어 있는 치아의 부분이, 실제로는, 깊이 방향의 어느 위치에 있을까를 결정한 것이 된다. 즉, 3D 기준 단층면 SS 상에 따른 3D 기준 화상 PIref에 묘출된 치아의 부분은 실제로는, 그 단층면 SS의 전측에 있을지도 모르고, 후측에 있을지도 모른다. 이 실재 위치가 상술의 특정 처리에 의해 정확하게 결정된다. 다른 말로 하면, 3D 기준 단층면 SS상에 있다고 가정하여 묘출된 3D 기준 화상 PIref의 치아의 부분이, 상술의 특정 처리에 의해, 실재하는 위치에 쉬프트 된다고 말할 수 있다.

이 결과, 도 44~도 47에 나타내듯이, 위치 P(x, y, z)의 1회의 지정마다, 3D 기준 단층면 SS(3D 기준 화상 PIref)에서의 위치 P1가 P1real(또는 P2가 P2real)로 쉬프트 된다. 특히, 복수의 부가 단층면 SFm~SF1, FR1~FRn로 설정하는 선분 Lfm~Lf1, Lr1~Lrn의 위치가 투영 방향 DRx의 오블리크 각도 θ를 고려하여 설정되어 있다. 이 때문에, 쉬프트 되는 위치 P1real는, 오블리크 각도 θ가 작은 경우(45(A), 도 46(A) 참조) 보다 큰 경우(도 45(B), 도 46(B) 참조)가 낮아진다. 따라서, 이 쉬프트 위치 P1real은, 오블리크인 X선 조사 각도 θ, 즉 확대율의 대소에 의한 일그러짐이 보상되고 있다. 또한, 도 47에 나타내듯이, 치아가 3D 기준 단층면 SS에 따라 실재하는 경우, P1=P1real이 되어, 치아가 위치하는 것으로 가정하고 있던 3D 기준 단층면 SS가 실재 위치로서 정해진다. 이 경우는 쉬프트량=0의 쉬프트가 실행된 것이 된다.

화상 프로세서(54)는, 스텝 S165에서, 이러한 특정한, 치아의 실재 위치를 나타내는 데이터를 위치 P(x, y, z) 마다, 그 워크 에리어에 기억한다.

이와 같이 하여, 3D 기준 화상 PIref(즉 3D 기준 단층면 SS)로 현재 지정되고 있는 위치 P(x, y, z), 즉, 현재의 경우, 최초로 지정한 초기 위치 P(0,0,0)를 통과하는 깊이 방향에서 치아의 일부분(에나멜질)이 존재하고 있는지의 특정(필터링)하고, 및, 그러한 치아의 일부분이 존재하고 있는 경우에, 그 깊이 방향에서의 최적 초점 위치의 특정이 완료한다.

이것이 끝나면, 화상 프로세서(54)는, 예를 들면 도 48에 도시한 바와 같이, 3D 기준 화상 PIref 상에 미리 설정한 모든 판단 위치 P에 대해 상술한 특정 처리가 완료한지를 판단한다(스텝 S167). 이 판단은, 현재 처리하고 있는 위치 P(x, y, z)가 최종의 위치 P(p, q, r)가 아닌지를 판정하는 것으로 실시한다. 이 판단이 NO가 되고, 모든 판단 위치 P에 대해 특정 처리가 완료하고 있지 않는 경우, 화상 프로세서(54)는, 그 판단 위치 P(x, y, z)를 1개분 쉬프트 시키고(스텝 S168), 그 처리를 전술한 스텝 S155로 되돌리고, 상술한 일련의 특정 처리를 반복한다.

또한, 도 48에 나타내듯이, 복수의 판단 위치 P는 3D 기준 화상 PIref(즉 3D 기준 단층면 SS)에 따라 소정 간격으로 2차원적으로 미리 배치되고 있다. 동 도의 예에서는, 3D 기준 화상 PIref의 종축 방향 i 및 횡축 방향 j에 따라 종횡 동일한 소정 간격 d를 비워 배치되고 있다. 다만, 이 소정 간격 d는 종축 방향 i 및 횡축 방향 j 각각에서 서로 상위시켜도 무방하다. 스텝 S168의 처리에서의 쉬프트의 방향은, 3D 기준 화상 PIref에 따른 세로, 가로, 및 기울기 중 어느 하나의 방향이라도 무방하다. 도 48에 나타내듯이, 3D 기준 화상 PIref의 종축 방향 i에 따라 쉬프트 시킨 후, 횡축 방향 j로 쉬프트하고 또 종축 방향 i에 따라 쉬프트 시키는 것을 규칙적으로 반복해도 무방하다(도의 부호 SC를 참조). 그 반대로, 횡축 방향 j에 쉬프트 시킨 후, 종축 방향 i에 쉬프트 시키는 것을 반복하여도 무방하다. 게다가 경사 방향으로 쉬프트 시켜도 무방하다.

한편, 복수의 판단 위치 P의 모두에서 상술한 일련의 판단이 종료하면 상술한 반복 판단 중에서 전술한 스텝 S167에서의 판단이 YES가 된다. 즉, 3D 기준 단층면 SS의 깊이 방향에서의 판단 위치 P 마다 최적 초점의 단면 위치의 검출(최적 초점 위치의 유무의 판단을 포함한다)의 처리가 완료한 것이 된다. 이 경우, 최적 초점의 단면 위치의 결합 처리로 이행한다.

(최적 초점의 단면 위치를 결합하는 처리)

상술한 스텝 S167의 판단이 YES가 되면, 화상 프로세서(54)는 스텝 S165에서 특정하여 기억하고 있던 최적 초점의 단면 위치를 나타내는 데이터를 읽어낸다(스텝 S169). 이 단면 위치의 데이터는, 각각의 판단 위치 P(x, y, z)를 통과하는 투영 방향 DRx의 위치이다. 이 모습을 도 49에 모식적으로 나타낸다. 동 도에서, 검은 동그라미는 3D 기준 화상 PIref(3D 기준 단층면 SS)의 판단 위치 P(x, y, z)를 나타낸다. 여기서, 만곡한 3D 기준 화상 PIref의 종방향 및 횡방향을 (i, j)로 나타낸다. 도 49에서, 흰 동그라미로 도시한 바와 같이, 예를 들면, i, j=0, 0의 판단 위치 P(x₀₀, y₀₀, z₀₀)에 대한 최적 초점 단면 위치는 내측(X선관의 옆)에 1개에 따른 단층면 SR1의 위치이며, 그 근처의 i, j=0, 1의 판단 위치 P(x₀₁, y₀₁, z₀₁)에 대한 최적 초점 단면 위치도 내측에 1개에 따른 단층면 SR1의 위치이며, 그 근처의 i, j=0, 2의 판단 위치 P(x₀₂, y₀₂, z₀₂)에 대한 최적 초점 단면 위치는 내측에 2개에 따른 단층면 SR2의 위치라고 하는 것과 같은 정도가 된다. 또한, 도 49는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해, Z축 방향(종방향) 중 하나의 위치에서의 스텝 S168을 나타내고 있지만, 이 Z축 방향의 다른 위치 각각에 대해서도 스텝 S168의 처리가 실행된다.

다음으로, 화상 프로세서(54)는 노이즈의 제거를 실시한다(스텝 S170). 도 49의 예로 예를 들면, 화상의 종횡방향의 위치 i, j=0, 5의 판단 위치 P(x₀₅, y₀₅, z₀₅)에 대한 최적 초점 단면 위치가 외측(검출기의 옆)에 m개에 의한 단층면 SFm의 위치이다. 이러한 경우, 화상 프로세서(54)는, 단면 위치끼리의 차분을 예를 들면 임계치 판단에 걸리는 노이즈이며 이상(異常)이라고 간주한다. 이 경우, 인접하는 단면끼리의 위치의 데이터를 매끄럽게 연결하도록 예를 들면 평활화하고, 그 평활화 한 새로운 위치 데이터로 치환하고, 또는, 선택적으로 검출기의 외측에 가까운 데이터를 우선시키는, 등의 처리를 실시한다. 또한, 이러한 치환에 의한 보상을 실시하지 않고, 단지, 이상 데이터를 처리 대상에서 제외하도록 해도 무방하다. 이 이상 데이터의 배제에 Z축 방향의 데이터의 이상을 가미하는 것도 당연 가능하다.

이 후, 화상 프로세서(54)는, 노이즈 제거한 위치(즉 에나멜질의 위치)를 결합하고, 이 결합한 위치의 데이터를 3차원적으로 스무딩하고, 에나멜질의 부분의 형상을 트레이스(trace) 한 표면 화상을 작성한다(스텝 S171). 게다가 이 화상 프로세서(54)는, 이 표면 화상을, 그 부위 모두가 자동적으로 최적 초점 처리에 첨부된 3차원 파노라마 화상, 즉 3D 오토 포커스 화상 PIfocus로서 모니터(60)에 소정의 뷰 각도로 표시시킨다(스텝 S172).

이것에 의해, 도 50에 나타내듯이, 소정의 뷰 각도로 본, 피검체 P의 구강부의 치열의 구조체가 가장 명료하게 보이는 윤곽에 따라 할 수 있는 3D 오토 포커스 화상 PIfocus를 제공할 수 있다. 동 도에서, 만곡하고 있는 말굽 모양의 범위는, 3D 오토 포커스 화상 PIfocus를 표시하기 위한 범위이며, 실선 부분이 치열의 실제의 위치 및 형상을 나타내고 있다. A-A′선 및 B-B′선으로 도시한 바와 같이, 잇몸(치조골)의 부분이나 하악동(下顎洞), 악관절(顎關節), 경동맥 등은, 치아(주로 에나멜질)의 단부로부터 일정 거리로 한 단층 거리를 키프(keep)하여, 단층면을 만들어 3D단층면 투영하는 방법도 가능하다. 이 경우는, 이러한 부위가 최적 초점이 되어 있는 것은 보증할 수 없지만, 3D의 파노라마 화상으로서는, 위화감을 기억하지 않는 화상으로서 재구성 가능하다. 물론, 이러한 부위도 최적 초점면의 계산에 궁리를 가해, 그대로 계산하여 이용하는 방법도, 진단의 목적에 따라서는 있을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이와 같이, 3D 오토 포커스 화상 PIfocus는, 치열에 따라 만곡하면서도, 그 표면은 울퉁불퉁하고 있어, 이 「울퉁불퉁」에 의해 각각의 치아의 실제의 위치 및 그 형상(윤곽)을 화소치의 농담으로 나타내고 있다. 그 외의 부분도 위화감이 없는 화상으로서 표현할 수 있다.

이와 같이 각각의 피검체 P의 치열의 실재 위치-형상을 나타내는 3D 오토 포커스 화상 PIfocus가 작성된다.

(여러 가지의 표시 처리)

이 후, 화상 프로세서(54)는, 그 3D 오토 포커스 화상 PIfocus를 다른 모양으로 관찰할 기회를 조작자에게 준다. 즉, 화상 프로세서(54)는, 조작자로부터 조작 정보에 근거하여, 그 3D 오토 포커스 화상 PIfocus를 다른 모양으로 인터렉티브로 표시하는지를 판단한다.

그 일례로서 화상 프로세서(54)는, 3D 오토 포커스 화상(3차원 파노라마 화상) PIfocus의 부분 영역을 관찰하는지를 판단한다(도 31, 스텝 S60). 이 스텝 S60의 판단이 YES가 되면, 게다가 그 부분 영역의 관찰을 3D 기준 단층면 SS로 실시하는지, 또는, 기준면 파노라마 화상의 구형면(2차원)에서 실시하는지, 조작자로부터의 정보를 기초로 하여 판단한다(스텝 S61). 이 스텝 S61에서 3D 기준 단층면 SS를 사용한다고 판단되면, 화상 프로세서(54)는, 3D 오토 포커스 화상 PIfocus를 3D 기준 단층면 SS에, 그 각각의 화소를 통과하는 투영 방향 DRx에 따라 재투영 한다(스텝 S62). 이 재투영의 모습을 도 51에 나타낸다. 이 재투영은 예를 들면 3D 기준 단층면의 일 화소를, 대응하는 3차원의 화소를 서브 픽셀로 단락지어 재투영하는 서브 픽셀법에 의해 실행된다.

이 3D 기준 단층면 SS로의 재투영상은, 3D 참조 화상 PI_{proj -3D}로서 모니터(60)에 표시된다(스텝 S63). 이 3D 참조 화상 PI_{proj -3D}의 일례를 도 52에 나타낸다.

한편, 스텝 S61에서 기준면 파노라마 화상 PIst의 구형면을 사용한다고 판단되면, 화상 프로세서(54)는 3D 오토 포커스 화상 PIfocus를 그 구형면, 즉 기준면 파노라마 화상의 면에 재투영한다(스텝 S64). 이 재투영도, 표준 파노라마 화상면의 일 화소를, 대응하는 3차원의 화소를 서브 픽셀로 단락지어 재투영하는 이른바 서브 픽셀법에 의해 실행되는 것은 말할 필요도 없다. 이 재투영의 개념을 도 53에 나타낸다. 이 재투영상은, 2D 참조 화상 PI_{proj -2D}로서 모니터(60)에 표시된다(스텝 S65). 이 2D 참조 화상 PI_{proj -2D}의 일례를 도 54에 나타낸다.

거기서, 조작자는, 이 3D 참조 화상 PI_{proj -3D} 또는 2D 참조 화상 PI_{proj -2D}에 소망한, 예를 들면 구형의 ROI(관심 영역)를 설정한다(스텝 S66 : 도 52 및 도 54를 참조). 이 ROI에 의해 지정된 부분 영역의 화상은 예를 들면 확대되어, 예를 들면 현재 표시되고 있는 3D 참조 화상 PI_{proj -3D} 또는 2D 참조 화상 PI_{proj -2D}에 중첩 표시된다(스텝 S67). 물론, 이 표시는, 파노라마 화상과는 별개의 단독 화상이라도 무방하고, 동 파노라마 화상과의 분할 표시이라도 무방하고, 치열을 모방한 복수의 블록으로 구성되는 템플릿의 하나로 얻은 표시이라도 무방하다.

이 후, 화상 프로세서(54)는 이러한 일련의 처리를 종료하는지를 조작 정보로부터 판단하고(스텝 S68), 이 판단이 YES의 경우는 처리를 전술한 스텝 S57로 되돌린다. 이것에 대해, NO의 경우는 처리를 스텝 S60에 되돌려 상술한 처리를 반복한다.

그 한편, 전술한 스텝 S60에서 부분 화상의 관찰을 하지 않는다고 판단하는 경우, 화상 프로세서(54)는, 현재 표시되고 있는 3D 오토 포커스 화상 PIfocus를 회전, 이동, 및/또는 확대-축소하여 표시하는지를 인터렉티브로 판단한다(스텝 S59). 이 판단이 YES가 되는 경우, 지령 정보에 따라 3D 오토 포커스 화상 PIfocus를 회전, 이동, 및/또는 확대-축소하고, 그 화상을 표시한다(스텝 S70, S71). 이 후, 처리는 스텝 S68에 옮겨져 전술과 같은 처리를 반복한다.

물론, 표시 모양의 종류는 상술한 것으로 한정되지 않고, 예를 들면 컬러화 등, 그 외의 여러가지 모양을 채용할 수 있다.

조작자가 처리의 종료를 지시하고 있는 경우, 화상 프로세서(56)는 스텝 S68, S57를 거쳐, 이러한 처리를 종료시킨다.

또한, 상술한 스텝 S66의 설정 처리를 실시한 후, 스텝 S67의 표시 처리를 실시하지 않고, 스텝 S69의 처리로 이행하도록 해도 무방하다. 그 경우, 설정한 ROI는, 회전, 이동, 확대-축소한 화상과 함께 스텝 S71에서 표시된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 파노라마 촬상 공간의 구조를 3차원적으로 파악하는 것으로, 투영 방향이 3차원적으로 표현할 수 있다. 따라서, 파노라마 화상의 초점이 맞고 있는 한은, 3차원 표현된 화상에 왜곡이 생기지 않고, 정확한 파노라마 촬영 화상을 구축할 수 있다. 이것에 의해, 파노라마 화상을 보다, 위치 결정의 종고 나쁨에 관계없이 안정적으로 표시할 수 있고, 한편 파노라마 화상 전체로 선명한 화상을 만드는 것 같은 것도 할 수 있다.

본 X선 구외 촬영 장치(1)의 스캔은 이상과 같이 실행된다. 이 때문에, X선관(31) 및 검출기(22)는, 피검체에 접근한 궤도 OB에 따라 이동하면서, X선빔 XB로 치열 TR를 스캔 할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 치열 TR의 전치부의 중심부의 위치와 검출기(22)의 사이의 거리는 일례로서 54 mm로 접근하고 있다. 게다가 X선관(31)과 검출기(22)와의 사이의 거리는, 궤도 OB의 기하학적인 중심 O를 통과하는 X선빔 XB의 패스이라도 300 mm이며, 그 외의 X선빔의 패스의 길이는 그것보다 작다. 이 때문에, X선관(31)의 관전류를 500 μA 정도의 값으로 해도 충분히 촬상 가능하다. 이 관전류는 종래의 1/10 이하의 값이다. 이 때문에, 피검체 P에게 주는 X선 방사능 노출의 양은 현저히 작아진다. 방사선 관리 구역은 스캔 장치(10)가 형성하는 촬상 공간의 내부로 한정된다. 즉, 스캔 장치(10), 구체적으로는, 궤도체(12)의 외측은 방사선 관리 구역의 규정으로부터 벗어나기 때문에, 치과의는 스캔 장치(10)의 옆에 선 채로 촬상을 실시할 수 있다. 즉, 방사선 관리 구역이 보다 좁은 범위에서 끝난다.

이와 같이, 방사선 관리 구역을, 종래와는 완전히 달리, 스캔 장치(10)의 내측인 매우 좁은 범위로 정지하여 공간절약으로 컴팩트하게 형성하는 것이 가능하다. 그리고, 환자를 치료 의자에 앉힌 상태로, 치료 중에 그 치열의 파노라마 화상을 촬영할 수 있다. 이 때문에, 치과의사에게 있어 쓰기가 매우 뛰어나다. 게다가 전술한 본원 독자적인, 대상물의 실재 위치, 형상을 3차원적으로 보다 고정밀도로 검출하는 처리에 근거하여, 종래의 X선 구내 촬영 장치와 동등 혹은 그 이상의 높은 분해능의 파노라마 화상을 제공할 수 있다.

물론, 만약을 위해, 촬상시에는 스캔 장치(10)를 X선 쉴드판으로 가릴 수도 있지만, 이것은 필수는 아니다.

이상과 같이, 종래 보다 적은 X선량으로 촬상할 수 있으므로, 여러 차례 스캔을 실행하는 경우에서도, X선 방사능 노출의 허용량까지 여유를 가질 수 있다. 따라서, 프리스캔을 실시해 사전에 관심 부위를 서치하고, 그 후로, 그 관심 부위를 부분적으로 상세하게 스캔 할 수 있다. 이 모습을 환자도 환자용 모니터로 볼 수 있고, 의사가 환자용 모니터를 사용해 설명하면서 치료할 수도 있다.

이와 같이, 방사선 관리 구역을 스캔 장치라고 하는 좁은 공간에 정지하여 공간절약화를 도모하고, 환자를 치료 의자에 앉게 한(재운) 상태에서, 치료 중에 그 치열의 파노라마 화상을 촬영할 수 있다. 이 때문에, 쓰기가 뛰어나고 한편, X선 구내 촬영 장치를 대신할 수 있을 정도의, 높은 분해능의 3차원 파노라마 화상을 제공할 수 있다.

(장착예)

이상 설명한 X선 구외 촬영 장치(1)는, 구체적으로는, 여러가지 모양으로 설치할 수 있다. 예를 들면, 도 55에 나타내듯이, 스캔 장치(10)를 치료 의자의 키로 늘어트린 암(201)을 통해 고정 설치 또는 착탈 자재로 부착하고, 환자는 치료 의자에 앉은 상태로, 위로부터 메단 스캔 장치(10)의 장착을 받도록 해도 무방하다. 이 도 55의 장착예에서는, 더욱 스캔 장치(10)를, 환자 P의 어깨에 둔 어깨 패드(202)에 의해도 지지하도록 하고 있다. 이것에 의해, 환자 P의 악부의 위치 결정도 보다 용이하게 된다. 암(201)은 캐스터 첨부의 폴(202)에 장착되어 있고, 이 폴(202)에는, 컴퓨터(11) 및 터치 패널식의 모니터(60) 및 조작기(61)가 장착되고 있다. 이 도 55의 장착예의 변형으로서는, 스캔 장치(10) 자체를 환자의 어깨 또는 두부에 어깨 패드 또는 두부 패트를 통해 단독으로 설치한 상태로 촬상하도록 해도 무방하다.

게다가, 도 56에 나타내듯이, 스캔 장치(10)를 치과용의 치료 의자의 헤드 레스트 부분에 고정적으로 또는 착탈 자재로 장착하는 것이 가능하다.

게다가, 미국 특허 제5,428,660호에서 보고 있듯이, 별체로서의 암 장치(204)의 선단에 스캔 장치(10)를 장착하고, 촬상시에, 치료 의자에 앉아 있는 환자 P의 두부의 주변에 그 스캔 장치(10)를 위치 결정 가능하게 구성할 수 있다. 이 예를 도 57에 나타낸다.

한편, 본 실시 형태에서는 원형의 링체(21)를 이용하여 원형 궤도 OB를 창출하는 스캔 장치(10)를 예시했지만, 궤도 OB를 제공하는 부재의 형상은 반드시 원형일 필요는 없다. 예를 들면, 타원형이라도 무방하고, 곡선의 일부를 가지는 여러가지 형상이라도 무방하다. 게다가 스캔의 각도 범위를 고려하면, 링체(21)의 일부가 연결되지 않고, 개방되고 있어도 무방하다. 그러한 개방구로부터 전원이나 제어에 필요한 코드를 내부의 회로에 접속할 수 있다.

또, 화상의 농도 얼룩을 개선하는 수법으로서, 화상을 재구성한 후의 처리에서 실시할 수 있다. 예를 들면, 원활한 중량 계수를 기준 파노라마 화상 PIst의 횡방향의 각 화소열에 따라 곱하도록 해도 무방하다.

또, 본 실시 형태와 관련되는 팬텀을 이용하여 촬상 공간의 구조 해석 및 3D 화상 재구성에 필요한 확대율 등의 각종의 파라미터를 캘리브레이션 할 수 있다. 그 한편, 팬텀을 이용하지 않고, 필요한 파라미터로서 미리 설계한 설계치를 그대로 간편적으로 이용해도 무방하다.

그런데, 본 발명과 관련되는 방사선 촬상 장치는, 전술한 것처럼, 치과용의 X선 구외 촬영 장치에 실시하는 것에 한정되지 않고, 토모신세시스법을 이용하여 대상물의 실체 형상(위치)을 3차원적으로 파악하는 장치로서도 실시할 수 있다.

(제2 실시 형태)

계속되어, 도 58~도 68을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태와 관련되는 X선 단층상 촬영 장치를 설명한다.

또한, 본 실시 형태와 관련되는 X선 단층상 촬영 장치의 구성 요소 중, 전술한 제1 실시 형태와 동일 또는 동등의 구성 요소에는 동일 부호를 교부하고, 그 설명을 간단화 또는 생략한다.

본 실시 형태와 관련되는 X선 단층상 촬영 장치는, 토모신세시스법에 근거하는 단층상 촬영(파노라마 촬영)을 위한 구성을 가지고, 한편, 그 구성을 유지한 채로, 기술자로부터의 요구에 따라, CT(Computed Tomography) 법에 근거하는 단층상 촬영(X선 CT 촬영)으로 새로 바꾸어, 그 X선 CT 촬영을 실시하는 기능을 가진다. 즉, 1대 2역의 기능을 담당한 복합 시스템이 제공된다.

도 58에 나타내듯이, 이 X선 단층상 촬영 장치(300)는, 스캔 장치(301)와, 본체 캐비닛(302)을 구비한다. 스캔 장치(301)는, 서로 독립하여 회전 가능한 제1, 제2의 2개의 암(311, 312)을 구비한다. 이 제1, 제2 암(311, 312)의 선단부에, 동 암에 교차하도록 X선관 유니트(31U) 및 검출기 유니트(32U)가 각각 장착되고 있다. 이 때문에, 제1, 제2 암(311, 312), X선관 유니트(31U), 및 검출기 유니트(32U)에 의해 도시한 바와 같이 L자 모양을 이루는 2개의 암부가 회전 중심 O를 통과하는 중심축 CA의 주위에 회전 가능하게 되어 있다. 이 회전에 의해 2개의 암부의 사이에 형성되는 공간은 촬상 공간 IS로서 제공된다. 이 촬상 공간 IS에 배트나 치과용 의자에 잔 상태의 피검체 P(환자)의 악부를 위치 결정한다.

또한, 중심축 CA의 방향을 직교 좌표계의 Z 축으로 하고, 이 Z축에 따라 피검체 P의 두부를 위치 시키므로, 이 Z축을 체축 방향이라고 부르기로 한다.

X선관 유니트(31U)와 검출기 유니트(32U)은 모두, 피검체 P의 악부를 사이로 하여 서로 정대하고 또는 비스듬히 대향한다. X선관 유니트(31U)에는, 제1 실시 형태와 동일하게, X선관(31) 및 콜리메이터(33)가 설치되고 있다. 또, 검출기 유니트(32U)에는, 제1 실시 형태와 동일하게, X선 검출기(32A)가 설치되고 있다.

제1 및 제2 암(311, 312) 각각의 타단은 동일한 지지부(320)에 회전 가능하게 지지되고 한편, 모두 중심축 CA의 주위로 회전 가능하다. 이 지지부(320)는, 캐스터 부착의 본체 캐비넷(302)에 장착되고 있다. 본체 캐비넷(302)은, 전술한 컴퓨터(11) 및 고전압 발생 장치(12)를 그 내부에 구비하고, 또 기술자와의 인터랙티브(interactive)한 대화를 위해서, 그 외부에 모니터(60) 및 조작기(61)을 구비한다.

게다가, X선관 유니트(31U)에는 X선관(31)과 콜리메이터(33)가 내장되어, 검출기 유니트(32U)에는 검출기(32A)가 내장되고 있다. 이 때문에, X선관(31)으로부터 폭사된 X선은 콜리메이터(33)로 그 조사 범위들이 좁혀져, 피검체 P의 악부를 투과한다. 이 투과 X선이 검출기(32A)로 검출된다. 따라서, 파노라마 촬영 모드 및 CT 촬영 모드 중 어느 하나에서도, X선관(31) 및 검출기(32A)가 쌍이 되어 피검체 P의 악부의 주위를 회전하면서(단, X선관(31) 및 검출기(32A)의 회전은 서로 독립하여 제어된다), X선에 의해 악부를 스캔 할 수 있다. 즉, 동일한 스캔 장치(301)에 의해, 파노라마 모드 및 CT모드의 촬영을 실시할 수 있다.

다만, 파노라마 촬영 모드와 CT 촬영 모드를 동일한 스캔 장치(301)에 의해, 한편, 그 지오메트리(회전 중심 O로부터 X선관(31)(의 X선관 초점) 및 검출기(32A)(의 검출 소자)까지의 각각의 거리)를 바꾸지 않고 실행하기 위해서, 회전 중심 O로부터 X선관(31)까지의 거리를 조금 길게 취하고 있다. 즉, 회전 중심 O로부터 검출기(32A)까지의 거리 r1은 예를 들면 15 cm이지만, 회전 중심 O로부터 X선관(31)(의 X선관 초점)까지의 거리 r2는 예를 들면 21.5 cm 이다. 이 결과, 도 59에 모식적으로 나타내듯이, 회전 중심 O의 주위에, 제1 원궤도 OB1에 따라 검출기(32A)가 회전하고, 또 지름이 제1 원궤도 OB1 보다 큰 제2 원궤도 OB2에 따라 X선관(31)이 회전한다. 이와 같이 2개의 원궤도 OB1, OB2를 가지는 것은, X선관(31) 및 검출기(32)가 모두 동일한 원궤도 OB 상을 회전하는 제1 실시 형태와는 다르다. 또한, 이러한 2개의 지름이 다른 원궤도 OB1, OB2를 이용하는 스캔 장치의 구성을 전술한 제1 실시 형태로 설명한 X선 구외 촬영 장치에 적용할 수 있다.

게다가 동일한 스캔 장치(301)로 파노라마 촬영 모드와 CT 촬영 모드를 양립시키기 위해서, 콜리메이터(33)에 의한 조사 범위의 제어, 검출기(32A)의 자세 변경, X선관(31)과 검출기(32A)의 피검체 P의 체축 방향 Z로의 이동, 스캔 장치(301) 자체의 피검체 악부에 대한 위치 변경을 실시한다. 이러한 특징 사항은 후술하는 동작 설명에 관련시켜 적당하게 설명한다.

X선관(31)에 대한 관전압은 예를 들면 70 kV, 관전류는 예를 들면 900 μA~1.3 mA로 설정하고, 제1 실시 형태와 동일하게, 방사선 관리 구역은 스캔 장치(301)이 형성하는 촬상 공간 IS의 내부로 한정되게 되어 있다.

여기서, 검출기(32A)에 대해 설명한다. 검출기(32A)는, 제1 실시 형태와 동일하게, X선을 디지털 전기량에 직접 변환하는 반도체 검출기로서 구성된다. 본 실시 형태에서는, 이 반도체 검출기를 모듈화하고, 복수 개(17개×4개)의 모듈 MJ를 2차원 형상으로 배열하는 것으로, 도 60(a)(b)에 나타내듯이, 종장의 구형 모양의 유효 시야(X선이 입사하는 유효 영역)를 갖게 하고 있다. 예를 들면, 도 60(a)에서의 종방향(제1 방향) LON=14.2 cm, 횡방향(제2 방향) LAT=3.2 cm의 유효 시야 F32가 제공된다. 복수의 모듈 MJ는 상자 모양의 케이스(32b)로 획득할 수 있다.

이 검출기(32A)에 대해서, 콜리메이터(33)의 개구 제어 및 모듈 MJ의 마스크 처리가 촬영 모드 마다 실행된다. 파노라마 촬영 모드 시에는, 상기 마스크 처리와 콜리메이터(33)의 개구의 조임에 의해, 도 61에 나타내듯이, 예를 들면 가는 슬릿 형상의 유효 시야 Fpano가 설정된다. 이 유효 시야 Fpano는 종방향 LON=10 cm, 횡방향 LAT=0.6 cm 이다. 또한, 도 61의 가상선 KS로 나타내듯이, 콜리메이터(33)에 의해 종방향 LAT의 사이즈를 보다 짧게 한 유효 시야 Fpano-s를 설정할 수 있다. 이 짧은 유효 시야 Fpano-s는 악부의 상하의 치열을 주로 촬영하고 싶은 경우에 적용된다.

한편, CT 촬영 모드 때에는, 검출기(32A)는, 파노라마 촬영 모드 시에 비해, 횡으로 거의 90도 넘어서(회전시켜) 사용된다. 즉, 횡장(橫長)의 검출기(32A)로서 사용된다. 이 때에도, 상기 마스크 처리와 콜리메이터(33)의 개구의 조임에 의해, 도 62에 나타내듯이, 예를 들면 슬릿 형상의 2종류의 유효 시야 Fct-f와 Fct-p가 설정된다. 한편의 유효 시야 Fct-f는 악부의 치열 전체를 CT 촬영하는 경우에 적절하고, 횡방향(도 62 중의 종방향 LON)으로 14.2 cm, 종방향(동도 안에서 횡방향 LAT)으로 3.2 cm의 사이즈를 가진다. 또 한편의 유효 시야 Fct-p는, 치열의 일부(예를 들면 전치부, 좌어금니부, 또는, 우어금니부 등) CT 촬영하는 경우에 적절하고, 횡방향(종방향 LON)으로 7.1 cm, 종방향(횡방향 LAT)으로 3.2 cm의 사이즈를 가진다.

또한, CT 촬영 모드 때에 검출기(32A)를 넘는(회전시킨) 각도는, 반드시 90도 또는 거의 90도의 각도가 아니어도 무방하고, 검출기의 유효 시야의 형상을 고려하여, 파노라마 촬영 모드 때의 검출기의 긴 방향에 대해서 비스듬하게 교차하도록 넘어서도 무방하다. 중요하게는, CT 촬영 모드 때에, 조사 범위를 넓게 하여 스캔의 효율을 올리기 때문에, 체축 방향으로 일정폭 이상의 시야(화소 영역)를 확보하도록 할 수 있으면 무방하다.

이 검출기(32A)는, 파노라마 촬영 모드와 CT 촬영 모드에 겸용된다. 이 때문에, 파노라마 촬영 모드로부터 CT 촬영 모드로 이행하는 경우, 검출기(32A)를 약 90도 회전시킬 필요가 있다. 이 모습을 도 63에 나타낸다. 이 때문에, 검출기(32A)의 케이스(32b)에는 X선 입사면의 반대 측에 회전축(32c)이 설치되고, 이 회전축(32b)를 중심으로 수동으로 또는 모드 변경의 지시에 따라 자동적으로 회전 가능하게 되어 있다. 회전축(32c)은 검출기(32A)의 긴 방향의 중심에 위치하고 있다.

또, 치과용 CT 촬영은, 단지, 검출기(32A)를 90도 넘는(회전) 것 만으로는 불충분하다. 즉, i) X선관(31) 및 검출기(32A)의 체축 방향 Z의 이동, ii) 검출기(32A)를 90도 넘음(회전), iii) 검출기(32A)의 체축 방향 Z로의 슬라이드, iv) 스캔 장치(301)의 체축 방향 Z의 이동, 및, v) 스캔 장치(301)의 체축 방향 Z에 직교하는 면을 따라 좌측 또는 우측으로의 쉬프트, 등의 위치 조정이 필요하다.

이러한 위치 변경은, 치열의 파노라마 촬영에서의 지오메트리의 특수성, 및, X선 CT 촬영에 필요한 위치 결정에 기인하고 있다.

치열의 파노라마 촬영에서는, 이것은 제1 실시 형태에서는 특별히 언급하고 있지 않지만, 수부(首部)에 경추 CS가 존재하고 있는 것을 항상 의식한 X선 패스의 설정을 실시할 필요가 있다(도 64 참조). X선이 가능한 한 경추 CS의 뼈와 뼈의 사이를 투과하여 치열 TR에 입사하도록, 이들 뼈의 사이의 틈새의 기울기를 고려하고 있다. 이 때문에, X선관으로부터 조사된 X선의 패스는 조금 위쪽 눈금 사용이 되도록, X선관의 치열에 대한 자리 결정 및 콜리메이터의 개구 제어가 이루어지고 있다. 이 모습을 도 64에 모식적으로 나타낸다.

따라서, CT 촬영으로 이행했을 경우, 이 검출기(32A)를 단순하게 약 90도 회전시킨 것 만으로는, 체축 방향 Z에서 회전 중심 O의 위치와 치열 TR의 위치가 어긋나 버린다. 이 때문에, CT 촬영으로 이행하면, 체축 방향 Z에서 X선관(31)과 검출기(32A)의 쌍의 위치를 소정 거리 H1(예를 들면 5 cm) 만큼 올리는, 즉, 두부 측에 소정 거리 H1 만큼 쉬프트 시킨다. 이것에 의해, 치열 TH와 회전 중심 O와의 체축 방향 Z에서의 높이가 거의 일치한다.

CT 촬영에서는, 다음으로, 검출기(32A)의 회전축(32c)을 중심으로 검출기(32A)를 약 90도 넘어(회전시켜), 종횡의 관계를 반대로 한다. 이 후, 검출기(32A) 만을 소정 거리 H2(예를 들면 4.3 cm) 만큼 체축 방향 Z에서 내리는, 즉, 두부로부터 멀어질 방향으로 소정 거리 H2 만큼 쉬프트 시킨다. 이것에 의해, CT 촬영에 대한, 스캔 장치(301)에서의 검출기(32A)의 초기 위치가 정해진다.

또, CT 촬영에서는, 스캔 장치(301)의 체축 방향 Z의 이동, 및, 스캔 장치(301)의 체축 방향 Z에 직교하는 면을 따라 좌측 또는 우측으로의 쉬프트도 필요하게 된다. 이러한 이동은, 피검체 P의 치열의 부분을 촬영할 경우에 유효한 위치의 미조정이다. 본 실시 형태에서는, 부분 치열의 CT 촬영으로서 전치부 촬영 모드, 좌어금니부 촬영 모드, 및, 우어금니부 촬영 모드가 준비되어 있다. 전치부 촬영 모드 때에, 스캔 장치(301) 자체를 체축 방향 Z의 두부측에 소정 거리 H3(예를 들면 3 cm) 이동시킨다. 또, 좌어금니부 촬영 모드 때에는, 스캔 장치(301) 자체를 피검체 P로부터 보아 좌측으로 소정 거리 H4(예를 들면 3 cm) 만큼 평행이동 시킨다. 반대로, 우어금니부 촬영 모드 때에는, 스캔 장치(301) 자체를 피검체 P로부터 보아 우측으로 소정 거리 H4(예를 들면 3 cm) 만큼 평행이동 시킨다. 이 좌어금니부, 우어금니부의 촬영 모드에서는 따라서, 동일 면이면서, 회전 중심 O의 위치도 좌측, 또는, 우측으로 소정 거리 만큼 H4 만큼 평행으로 이동한다. 이 이동에 의해 좌어금니부 또는 우어금니부의 위치가 회전 중심 O에 의해 근접하게 된다.

또한, 스캔 장치(301)를 이동한다고 하는 것은, 문자 그대로, 본체 캐비넷(302)에 지지를 받고 있는 스캔 장치(301)를 이동시키는 구성이라도 무방하고, 스캔 장치(301)의 지지부(320)가 지지하고 있는 제1 및 제2 암(311, 312) 만큼을 이동시키도록 해도 무방하다.

상술한 스캔 장치(301)의 체축 방향 Z 및 그것에 직교하는 면에 따른 이동, X선관(31) 및 검출기(32A)의 체축 방향으로의 이동, 검출기(32A)의 회전축(32b)의 주위로의 회전, 및, 검출기(32A)의 체축 방향 Z의 이동은, 회전 이동 기구에 의해 이루어진다. 이 회전 이동 기구로서는, 지지부(320)를 상하 방향 및 수평면 내의 종횡방향으로 이동 가능한 기구 M1, 및, 지지부(320)에 있어 제1, 제2 암(311, 312)을 중심축 CA의 주위에 서로 독립하여 회전 가능한 기구 M2를 포함한다. 게다가 상기 회전 이동 기구는, 제1 암(311)의 내부에 있어 X선관 유니트(31U)를 중심축 CA의 방향으로 이동 가능함과 동시에, 중심축 CA에 평행한 축의 주위에 자전시키는 것이 가능한 기구 M3, 및, 제2 암(312)의 내부에 있어 검출기 유니트(32U)를 중심축 CA의 방향으로 이동 가능함과 동시에, 중심축 CA에 평행한 축의 주위에 자전시키는 것이 가능한 기구 M4를 포함한다. 이러한 기구 M1~M4는, 도시하지 않는 드라이버를 통해 콘트롤러(55)의 제어 아래에서 구동하게 되어 있다.

계속해서, 도 65~도 66을 참조하여, 콘트롤러(55)에 의해 실행되는, 파노라마 촬영으로부터 CT 촬영으로의 이행에 관련되는 처리를 설명한다.

또한, 이 처리는, 파노라마 촬영 상태로부터 오퍼레이터의 희망에 응답하여 CT 촬영으로 이행시키는 것이다. 이 X선 단층상 촬영 장치(300)는, 파노라마 촬영 및 CT 촬영의 양 기능을 가지면서도, 파노라마 촬영의 기능을 기본으로 하고, 이것에 CT 촬영의 기능을 부가적으로 갖게 한다고 하는 설계 사상을 채용하고 있다. 이 때문에, 파노라마 촬영으로부터 CT 촬영으로의 이행에 관련되는 처리를 설명하는 것이 적당하다. 하지만, 파노라마 촬영과 CT 촬영과의 양 기능을 대등하게 하지고, 유저가 X선 단층상 촬영 장치(300)를 기동시킨 시점에서 양촬영 모드의 어느 하나를 선택하도록 해도 무방하다. 또한 CT 촬영 모드로부터 파노라마 촬영 모드에 돌아오는 경우, 콘트롤러(55)의 지령 아래에 도 65에서 설명하는 순서와는 역의 순서로 X선관(31) 및 검출기(32A)가 파노라마 촬영의 초기 위치로 돌아가면 무방하다.

도 65에서, 콘트롤러(55)는, 스텝 S201에서, 오퍼레이터로부터 조작기(61)을 통해 지령 정보에 근거하여 CT 촬영 모드가 지령되고 있는지를 판단한다. 이 판단이 YES이면, 치열 전역 CT 촬영 모드 또는 부분 치열 CT 촬영 모드 중 어느 하나가 지시되고 있게 되므로, 스텝 S202~S204의 공통 처리가 먼저 실행된다.

우선, 콘트롤러(55)는, X선관(31) 및 검출기(32A)의 쌍을 체축 방향 Z에 따라 소정 거리 H1(예를 들면 5 cm) 만큼 두부 방향으로 이동시킨다(스텝 S202). 다음으로, 콘트롤러(55)는, 검출기(32A)를 90도, 회전시켜 횡방향으로 한다(스텝 S203). 다음으로, 검출기(32A)를 체축 방향 Z에 따라 소정 거리 H2(예를 들면 4.3 cm) 만큼 체축 방향 Z로 내린다(스텝 S204). 또한 도 64의 가상선은 도 66(d) 상태를 나타내고 있다.

다음으로, 콘트롤러(55)는, 스텝 S205에서, 오퍼레이터로부터의 조작 정보에 근거하여 CT 촬영 모드가 치열 전역 CT 촬영 모드인지를 판단한다. 이 판단이 YES, 즉 치열 전역 CT 촬영 모드 때에는, 스텝 S206에서, 콜리메이터(33)의 개구를 조정하고, X선의 조사 범위를 검출기(32A)의 X선 입사면의 유효 시야 Fct-f에 일치시킨다. 다음으로, 콘트롤러(55)는, 스텝 S206에서, 오퍼레이터로부터의 조작 정보에 근거하여, 스캔 장치(301)의 체축 방향 Z의 위치를 최종적으로 미세 조정하여, 촬영 위치를 정한다. 이 조정은 수동이라도 자동적으로 수행해져도 무방하다.

게다가 스텝 S208에서, X선관(31)에게 주는 CT 촬영용의 관전압 및 관전류를 설정하고, 스텝 S209로 이행한다. 여기에서는, 스캔이 지령되어 데이터 수집된다. 이 스텝 S209의 처리는 아래에서 상세히 서술한다.

전술한 스텝 S205에서 NO의 판단 때에는, 부분 치열 CT 촬영 모드가 지령되고 있다. 따라서, 콘트롤러(55)는, 오퍼레이터로부터의 조작 정보에 따라, 전치부 CT 촬영 모드가 지령되고 있는지(스텝 S210), 우어금니부 CT 촬영 모드가 지령되고 있는지(스텝 S211로 YES), 또는, 좌어금니부 CT 촬영 모드가 지령되고 있는지(스텝 S211로 NO)가 판단된다.

전치부 CT 촬영 모드가 지령되고 있는 경우, 스텝 S212에서, 스캔 장치(301)를 체축 방향 Z의 두부측에 소정 거리 H3(예를 들면 3 cm) 이동시킨다. 우어금니부 CT 촬영 모드가 지령되고 있는 경우, 스텝 S213로 이행하여, 스캔 장치(301) 자체를 피검체 P로부터 보아 우측으로 소정 거리 H4(예를 들면 3 cm) 만큼 평행이동 시킨다. 반대로, 좌어금니부 CT 촬영 모드가 지령되고 있는 경우, 스텝 S214로 이행하고, 스캔 장치(301) 자체를 피검체 P로부터 보아 좌측으로 소정 거리 H4(예를 들면 3 cm) 만큼 평행이동 시킨다.

이들 부분 CT 촬영에 대한 스캔 장치(301)의 위치적인 미조정이 끝나면, 콘트롤러(55)는 그 처리를 스텝 S215로 진행하고, 콜리메이터(33)의 개구를 조정하고, X선의 조사 범위가 검출기(32A)의 X선 입사면에 가상적으로 설정한 부분적인 유효 시야 Fct-p에 일치시킨다. 이 후, 전술한 스텝 S208, S209가 실행된다.

또한, 상술한 처리 중, 스텝 S202, S203, S204, S212, S213, 및 S214로 실행되면 동등의 조작을, 오퍼레이터가 수동으로 실시하도록 구성해도 무방하다.

또, 상술한 거리 H1, H2, H3, H4는 피검체의 체격, 특히 이마부(額部)(치열을 포함한다)의 통계적인 사이즈에 근거하는 미조정의 양이고, 그때마다, 오퍼레이터가 피검체의 체격에 고려하여 이들의 양을 증감시킬 수 있다.

다음으로, 도 66을 참조하여, CT 촬영 모드에서의 데이터 수집을 설명한다. 콘트롤러(55)는 우선, 스텝 S251에서, X선관(31) 및 검출기(32A)의 쌍을 초기 위치에서 서로 정대하도록 위치 결정한다. 이 위치 결정이 완료하면, 스텝 S252, S253의 처리를 통해서, 제1 및 제2 암(311, 312)을 중심축 CA의 우회전(또는 좌회전)으로 예를 들면 소정 각도 범위 θct(+210도 또는 -210도) 회전시키는 것과 동시에, 이 회전 동안, 검출기(32A)가 검출한 투과 X선의 소정 주기 마다의 프레임 데이터를 수집하고, 이 프레임 데이터를 버퍼 메모리(52)에 일시 보관한다.

다음으로, 제1 및 제2 암(311, 312)이 미리 소정 각도 범위 θct의 종점 위치까지 도달하면, 콘트롤러(55)는, 스텝 S254에서, 이들의 회전을 정지시킨다. 다음으로, 스텝 S255에서, X선관(31) 및 검출기(32A)의 쌍, 즉 제1 및 제2 암(311, 312)을 체축 방향 Z에서 소정 거리 H5(예를 들면 19 mm) 만큼 흉부 측으로 이동시킨다.

이 후, 스텝 S256, S257의 처리를 통해서, 제1 및 제2 암(311, 312)을 중심축 CA의 우회전(또는 좌회전)으로, 전술한 종점 위치로부터 초기 위치로 향해 소정 각도 범위 θct(-210도 또는+210도) 회전시키는 것과 동시에, 이 회전 동안, 검출기(32A)가 검출한 투과 X선의 소정 주기 마다의 프레임 데이터를 수집하여, 이 프레임 데이터를 버퍼 메모리(52)에 일시 보관한다.

이와 같이 하여 소정 각도 θct의 왕로(往路) 스캔, 소정 거리 H5의 체축 방향의 이동, 및 소정 각도 θct의 왕로 스캔이 실행된다. 이 일련의 스캔이 끝나면, 제1 및 제2 암(311, 312)의 회전이 정지된다(스텝 S258).

이상의 데이터 수집에 의해, 치열 전역 CT 촬영 모드 때에는, 도 67(a), (b)에 나타내듯이, 회전 중심 O의 주위에, 치열 전역을 커버하는 소정 영역 B1(예를 들면 85 mmφ × 38 mm의 높이)의 촬영 영역을 확보할 수 있다. 또, 부분 치열 CT 촬영 모드 때에는, 도 68(a), (b)에 나타내듯이, 적어도 전치부, 우어금니부, 또는 좌어금니부를 커버하는 소정 영역 B2(예를 들면 45 mmφ × 38 mm의 높이)의 촬영 영역을 확보할 수 있다.

스캔이 끝나면, 이들 하나의 3차원 영역 B1 또는 B2의 투과 데이터가 수집되고 있으므로, 화상 프로세서(54)는, 이 수집 데이터에 소망한 알고리즘을 적용하여 3차원의 CT 데이터를 재구성 할 수 있다. 이 3차원의 재구성 데이터에 적당한 단면 변환 처리를 실시해, 예를 들면 치열 전역에 따른 단면이나 치열의 부분적인 단면에 따른 단층상을 절출할 수 있다.

상술한 구성요소 이외의 구성요소는, 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일 또는 동등하게 구성되어 있다.

이 때문에, 본 실시 형태와 관련되는 X선 구외 촬영 장치는, 파노라마 촬영을 실시할 수 있는 한편으로, 같은 장치로, X선 CT 촬영도 간단하게 실시할 수 있다. 스캔 장치를 교환하거나 할 필요도 없기 때문에, 사용하기 편리하고, 범용성이 높다. 물론, 전술한 제1 실시 형태의 작용 효과도 아울러 향수할 수 있다.

또한, 상술한 제2 실시 형태와 관련되는 X선 단층상 촬영 장치를, 맘모그라피를 실시하는 CT 장치에 적용해도 무방하다. 예를 들면, 배트 상에 엎드려서 잔 환자의 유방부를 배트에 열린 구멍으로부터 직하시켜, 통상의 맘모그라피로 사용되는 X선 흡수가 적은 유방 프레스판 때 보다 약한 프레스력으로 유방부를 사이에 둔다. 이것에 의해 고정된 유방부의 주위를, 전술한 스캔 장치(301)의 제1 및 제2 암(311, 312), 즉 X선관(31) 및 검출기(32A)에 전술과 동일하게 소정 각도 범위의 회전(왕로), 체축 방향으로의 이동, 및 소정 각도 범위의 회전(복로)을 실행시킨다. 이것에 의해, 유방의 토모신세시스용 혹은 X선 CT 단층용의 X선 투과 데이터를 수집할 수 있어, 맘모그라피를 위한 단층상을 생성할 수 있다.

또, 환자가 앉은 상태로, 두부 대신에 유방부를 위치 결정하고, 그 유방부를 통상의 맘모그라피로 사용되는 X선 흡수가 적은 유방 프레스판 때 보다 약한 프레스력으로 사이에 두고, 그 상태로 상술과 동일하게 유방부를 스캔한다. 이것에 의해, 상기와 같은 맘모그라피가 가능하게 된다.

그 때, 검출기는 일렬은 아니고, 다열, 예를 들면 3열 이산적으로 배치 혹은 평면 검출기의 일부를 사용하는 것으로, 토모신세시스에 의한 수집의 투영각이 광각(廣角)이 된다. 이것에 의해, 더욱 단층상으로서 선명도가 향상하고, 환자의 X선 피폭이 적은 화상을 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 발명과 관련되는 X선 단층 촬영 장치가 구비하는 검출기의 수는 반드시 1개로 한정되는 것은 아니다. 복수 개의 검출기 또는 그것과 동등의 평면 검출기도 본 발명과 관련되는 검출기의 개념에 포함된다.

또 맘모그라피에 적용하는 검출기에서는, 유방 측에 둘 수 있는 검출기 시야와 검출기 단면과의 사이의 거리를 수 mm 레벨까지 작게 하고, 그 단면 때까지 검사 영역을 확보하는 것은 토모신세시스법 및 X선 CT 단층법 모두 중요하다.

따라서, 이러한 장치의 경우도, 제2 실시 형태로 설명한 이점을 향수할 수 있다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명과 관련되는 X선 단층상 촬영 장치에 의하면, 예를 들면, 이것을 치과용의 파노라마 촬영 장치에 적용할 수 있다. 이 경우, 방사선 관리 구역을 스캐너 부분인 스캔 장치에 멈추는 것으로 소형화를 도모할 수 있고, 환자를 치료 의자에 앉게 한(재운) 상태로, 치료 중에 그 치열의 파노라마 화상을 촬영할 수 있는 등, 쓰기가 뛰어나고, 한편, X선 구내 촬영 장치를 대신할 정도의, 높은 분해능의 파노라마 화상을 제공할 수 있다. 또, 이 X선 단층상 촬영 장치는, 파노라마 촬영에 더해, X선 CT 촬영도 실시하는 것이 가능하기 때문에, 의료 현장에서의 범용성이 높다. 게다가 이 X선 단층상 촬영 장치는, 치과용으로 한정하지 않고, 치과 이외의 의료용의 장치, 및, 비파괴 검사용의 장치에도 적용할 수 있어, 상술과 같은 이용 가능성을 발휘할 수 있다.

1 : X선 구외 촬영 장치(X선 단층상 촬영 장치)
10, 301 : 스캔 장치
11 : 컴퓨터
21 : 링체
31　: X선관
31U : X선관 유니트
32, 32A : 검출기
32U : 검출기 유니트
33 : 콜리메이터
54 : 화상 프로세서
55 : 콘트롤러(CPU)
300 : X선 단층상 촬영장치
302 : 본체 캐비넷
311 : 제1 암
312 : 제2 암
320: 지지부
P : 피검체
OB, OB1, OB2 : 궤도
TR : 치열
IS : 촬상 공간
O : 회전 중심
CA : 중심축

Claims (24)

1. 공급되는 전류의 값에 따른 양의 X선을 조사하는 X선관과,
   상기 X선에 응답하는 복수의 화소를 2차원으로 배열하여 해당 X선을 입사시키는 입사면을 가지고, 해당 X선의 입사에 따라 상기 복수의 화소로부터 디지털 전기량의 데이터를 프레임 마다 출력하는 검출기와,
   곡선 형상의 궤도를 제공하는 것과 동시에, 상기 X선관 및 상기 검출기를 해당 궤도를 따라 서로 독립하여 이동 가능한 상태로 해당 X선관 및 해당 검출기를 지지하는 지지 수단을 구비한 데이터 수집기와,
   상기 데이터 수집기가 제공하는 상기 궤도의 내측에 놓여지는 촬상 대상에 대해서 해당 촬상 대상의 소망한 단면의 스캔 방향의 각 위치에서 상기 X선이 항상 소망한 각도로 투과하도록, 상기 X선관 및 상기 검출기를 상기 궤도를 따라 서로 독립하여 이동시키는 것과 동시에, 상기 X선관과 상기 검출기를 서로 정대시킨 상태로 상기 궤도상을 이동시키는 이동 수단과,
   상기 데이터 수집기에 의해 수집된 상기 데이터를 이용하여 상기 단면의 파노라마 화상을 토모신세시스법에 의해 생성하는 파노라마 화상 생성 수단과,
   상기 데이터 수집기에 의해 수집된 상기 데이터와 상기 파노라마 화상 생성 수단에 의해 생성된 상기 파노라마 화상을 이용하여, 상기 촬상 대상 중에 있는 구조체에 초점을 맞추고 한편 상기 X선관으로부터 조사되는 상기 X선의 패스의 각도의 차이로 기인한 왜곡을 억제한 단층상을 생성하는 단층상 생성 수단과,
   상기 검출기에 의해 수집된 프레임 데이터를 이용하여 CT(Computed Tomography)법에 근거하여 상기 단층상을 재구성하는 CT 화상 재구성 수단과,
   상기 토모신세시스법에 대신하여 CT 촬영을 실시하고 싶을 때에 상기 검출기의 공간상의 자세를 전환하는 전환 수단
   을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 이동 수단이 상기 X선관 및 상기 검출기를 이동시키고 있는 동안에, 상기 X선의 단위시간 당에 조사되는 X선량이 상기 각 위치에서 균일화되도록 해당 X선량을 조정하는 X선량 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 X선량 조정 수단은, 상기 각 위치에 따라 상기 X선관에 공급하는 상기 전류의 값을 조정하는 관전류 조정 수단, 상기 각 위치에 따라 상기 X선관에 인가하는 관전압을 조정하는 관전압 조정 수단, 및, 상기 각 위치에 따라 상기 검출기에 의한 상기 데이터의 수집 시간을 조정하는 수집 시간 조정 수단 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 촬상 대상은, 피검사자의 악부의 치열이며,
   상기 관전류 조정 수단은, 상기 X선의 패스가 상기 치열의 스캔에 의해 음영 장해가 되는 경추를 통과하는 패스일 때, 상기 전류의 값을 다른 패스를 통과할 때의 그것보다 크게 하는 수단인 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 촬상 대상은, 피검사자의 악부의 치열이며,
   상기 수집 시간 조정 수단은, 상기 X선의 패스가 상기 치열의 스캔에 의해 음영 장해가 되는 경추를 통과하는 패스일 때, 상기 수집 시간을 다른 패스를 통과할 때의 그것보다 길게 하는 수단인 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 파노라마 화상 생성 수단에 의해 생성된 상기 파노라마 화상의 상기 스캔 방향에 직교하는 높이 방향의 일그러짐을, 해당 높이 방향에서의 상기 X선의 상기 단면에 대한 확대율의, 상기 스캔 방향의 위치 간의 격차에 근거하여 보정하는 확대율 보정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 데이터 수집기는, 상기 X선관으로부터 조사되는 상기 X선을 콜리메이트 하는 콜리메이터를 해당 X선관에 대해서 독립하여 이동 가능하게 구비하고,
   상기 이동 수단은, 상기 스캔 방향의 각 위치에서의 상기 X선의 상기 단면에 대한 투과 각도에 따라, 상기 콜리메이터를 상기 X선관에 대해서 이동시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 콜리메이터는, 상기 X선의 조사 방향으로 직교하는 방향으로 이동 가능하게, 또는, 해당 조사 방향에 대해서 회전 가능하게 구비되고 있는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 궤도는, 원형 또는 타원형의 궤도인 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 궤도는, 상기 촬상 대상을 포함한, 피검자의 부위를 내재시키는 것이 가능한 원형인 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 궤도는, 원형인 궤도체의 일부가 개방되어 제공되는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X선관은 0.3 mm 이하의 지름의 X선 초점을 가지고, 상기 지지 수단은 상기 X선관의 초점 위치와 상기 검출기의 입사면과의 사이의 거리는 40 cm 이하가 되도록 상기 X선관 및 상기 검출기를 지지하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 데이터 수집기는, 적어도 상기 데이터의 수집시에는 상기 지지 수단의 외측을 상기 X선에 대해서 차단하는 X선 차단 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단층상 생성 수단은,
    상기 데이터 수집기에 의해 수집된 상기 데이터를 이용하여 상기 촬상 대상의 상기 소망한 단면의 투영 화상을 기준면 화상으로서 재구성하는 기준면 화상 재구성 수단과,
    상기 기준면 화상의 데이터와 상기 검출기가 출력한 데이터를 이용하여 3차원의 상기 화상을 작성하는 초점 화상 작성 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 소망한 단면은, 상기 X선관과 상기 검출기와의 사이의 공간에서 만곡한 구형 모양의 3차원(3D) 기준 단층면이며,
    상기 촬상 대상은, 피검체의 치열이며,
    상기 기준면 화상 재구성 수단은, 상기 치열의 파노라마 화상을 재구성하는 수단인 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 화상 작성 수단은,
    상기 3D 기준 단층면을 따르는 복수의 단층면을, 해당 3D 기준 단층면에 대향한 방향으로 설정하는 단층면 설정 수단과,
    상기 복수의 단층면의 각각의 화소치를 연산하는 화소치 연산 수단과,
    상기 3D 기준 단층면과 상기 화소치 연산 수단에 의해 화소치가 부여된 상기 복수의 단층면과의 화상 데이터를 이용하여 상기 촬상 대상의 초점화 된 샘플 위치를 분류하는 위치 분류 수단과,
    상기 위치 분류 수단에 의해 분류된 샘플 위치에, 상기 X선관으로부터 해당 각 샘플 위치를 통해 상기 검출기를 접하는 시선 상에 존재하고 한편 상기 파노라마 화상의 대응하는 샘플점의 화소치에 근거하는 화소를 부여하는 화소치 부여 수단과,
    상기 화소치 부여 수단에 의해 화소치가 부여된 상기 샘플 위치에서의 상기 3D 기준 단층면 및 상기 복수의 단층면이 가지는 화소치가 나타내는 특성을 패턴 인식하는 것에 의해 상기 치열을 결정하는 치열 결정 수단과,
    상기 치열 결정 수단에 의해 결정된 상기 치열의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 노이즈 제거 수단은, 상기 샘플점의 각각에 둘 수 있는 주파수 특성에 근거하여 동종의 특성을 나타내는 물질 마다 분류하는 분류 수단과, 이 분류 수단에 의해 분류된 물질마다 해당 각 물질을 원활하게 연결하는 스무딩 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
18. 삭제
19. 제1항에 있어서,
    상기 전환 수단은,
    상기 X선관과 상기 검출기를 상기 촬상 대상으로서의 피검체의 체축 방향 보다 정해진 거리 만큼 이동시키는 위치 변경 수단과,
    상기 검출기를, 상기 피검체의 악부에 상기 토모신세시스법을 실시할 때의 제1 자세로부터, 상기 피검체의 악부에 상기 CT법을 실시할 때의 제2 자세로 바뀌도록 해당 검출기의 각도를 변경하는 각도 변경 수단
    을 구비하는 X선 단층상 촬영 장치.
20. 제19항에 있어서,
    상기 검출기의 상기 입사면은 서로 직교하는 제1 변 및 제2 변을 가지고,
    제1 변의 방향으로 나란한 상기 화소의 수는 상기 제2 변의 방향으로 나란한 상기 화소의 수보다 적고,
    상기 각도 변경 수단은, 상기 검출기를, 상기 촬상 대상으로 한 피검체의 악부에 상기 토모신세시스법을 실시할 때에 상기 제1 변의 방향이 횡방향이 되는 제1 자세로부터, 상기 피검체의 악부에 상기 CT법을 실시할 때에 상기 제2 변의 방향이 횡방향이 되는 제2 자세로 바뀌도록 해당 검출기의 각도를 변경하도록 구성된 수단인, X선 단층상 촬영 장치.
21. 제19항에 있어서,
    상기 데이터 수집기는, 상기 X선 검출기의 상기 입사면에 입사하는 X선의 영역을 변경하기 위한 변경 가능한 개구를 가지는 콜리메이터와,
    상기 제1 자세 및 상기 제2 자세에 따라 상기 콜리메이터의 개구의 면적을 제어하는 제1 개구 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
22. 제1항에 있어서,
    상기 궤도는, 상기 X선관과 상기 검출기가 상기 촬상 대상으로서의 피검체의 악부의 주위에 회전할 때의 회전 중심으로부터의 지름이 정해진 길이의 제1 궤도와, 해당 회전 중심으로부터의 지름이 제1 궤도의 그것보다 긴 제2 궤도를 포함하고,
    상기 지지 수단은,
    상기 X선관을 상기 제2 궤도를 따라 이동 가능하게 지지하는 제1 암과,
    상기 검출기를 상기 제1 궤도를 따라 이동 가능하게 지지하는 제2 암
    을 구비한 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.
23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 암은, 상기 X선관을 상기 검출기에 정대시킨 상태로 지지하고 한편 해당 X선관을 상기 제2 궤도를 따라 이동 가능하게 지지하고,
    상기 제2 암은, 상기 검출기를 상기 X선관에 정대시킨 상태로 지지하고 한편 해당 검출기를 상기 제1 궤도를 따라 이동 가능하게 지지하는,
    것과 같이 구성한 X선 단층상 촬영 장치.
24. 제20항에 있어서,
    개구 면적을 변경 가능한 콜리메이트와
    상기 CT 촬영을 실시할 때, 상기 악부의 치열의 전역을 CT 촬영하거나 또는 해당 치열의 부분을 CT 촬영하거나를 오퍼레이터와의 사이에 인터렉티브로 결정하는 CT 촬영 모드 결정 수단과,
    이 CT 촬영 모드 결정 수단에 의해 결정된 CT 촬영의 모양에 따라 상기 콜리메이터의 개구의 면적을 제어하는 제2 개구 제어 수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 단층상 촬영 장치.

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