コンピュータ断層撮影装置
【課題】 画像の高品質化に寄与し得るコンピュータ断層撮影装置を提供する。
【解決手段】
平面状の間隙を有するファントム２６と、間隙が前記回転の軸に直交するように設置されたファントム２６に対し当該軸の方向に相対的な変位を与えて、ファントム２６の平面状間隙について得られる透過像が最も明瞭となるときの当該間隙の中心の線に対応するデータ行列における線の位置を求める交差線設定手段とを有する。
【解決手段】
平面状の間隙を有するファントム２６と、間隙が前記回転の軸に直交するように設置されたファントム２６に対し当該軸の方向に相対的な変位を与えて、ファントム２６の平面状間隙について得られる透過像が最も明瞭となるときの当該間隙の中心の線に対応するデータ行列における線の位置を求める交差線設定手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊で被検体の断層画像を得るコンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４３に従来のコンピュータ断層撮影装置の一般的な構成を示す。Ｘ線管２０１で発生したＸ線は、コリメータ２０２で扇上のＸ線ビーム２０３となり、被検体２０４を透過して、円弧状に数百に及ぶ検出素子が焦点Ｆを中心として等角度に配置された検出器２０６で検出される。走査機構部２０５は、ファンビームが狭い広がりしか有しないときには、被検体をコリメータ２０２の出力面に平行な方向に直線動作（トランスレート）をさせて透過データを収集した後、一定角度回転（ローテート）させ、これを１８０°の角度にわたり繰り返すトランスレート・ローテート走査（以下「ＴＲ走査」という）を行う。また、ファンビームが撮影領域を覆う広がりを有するときには、被検体に回転動作のみを与えるローテート・ローテート走査（以下「ＲＲ走査」という）を行う。このように検出された透過データは、データ収集部２０７でデジタル信号に変換され、データ処理部２０８へ送られる。
【０００３】
データ処理部２０８では、まず、空気補正部２１２において検出素子ごとの利得の差異が補正され、ＬＯＧ（対数）変換部２１３において被検体２０４内のＸ線の吸収係数の線積分に相当する投影データが計算される。続いて再構成部２１５において投影データから主にフィルタ補正逆投影法（Filtered Back Projection法、以下「ＦＢＰ法」という）を用いて画像再構成の計算が行われ、ここで得られた画像は表示器２０９に表示される。透過データの補正は、空気補正の他にオフセット補正や線源強度補正等も行われるが、図では省略されている。なお、ＦＢＰ法については、「ＣＴスキャナ」（岩井喜典編：コロナ社,1979年初版） 等に記載がある。検出器の種類としては、同図に示すようにＸ線を一次元的に検出するものの他、２次元的にＸ線を検出するものとして、Ｘ線を可視像に変換するＸ線像蛍光増倍管（イメージインテンシファイア）とテレビカメラを組み合わせた検出器や、フォトダイオードアレイにシンチレータを貼り付けた平面固体検出器等がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ＣＴスキャナを用いた検査に対する要求が強く、また種々の被検体について断層画像を得ることの要求も多い。このため、画像の高品質化の要求が増々高くなる傾向にある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、画像の高品質化に寄与し得るコンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、対向配置された放射線源と検出器の組とその間に位置する被検体とに相対的な回転を与え、被検体を透過させた放射線源からの放射線を検出器の検出面により２次元的に検出して得たデータ行列を用いて被検体の断層撮影画像を得るコンピュータ断層撮影装置において、平面状の間隙を有するファントムと、前記間隙が前記回転の軸に直交するように設置された前記ファントムに対し当該軸の方向に相対的な変位を与えて、前記ファントムの平面状間隙について得られる透過像が最も明瞭となるときの当該間隙の中心の線に対応するデータ行列における線の位置を求める交差線設定手段と、を有することを要旨とする。
【０００７】
本発明にあっては、回転軸に直交する間隙の回転軸方向における位置を調整し、透過像上における間隙が最も明瞭となるときの間隙の中心の線の位置を求めて、撮影断層面が検出面に交差する交差線の位置を設定することで、撮影断層面が回転軸に対して正確に垂直となるようにしている。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置において、被写体を保持するための前記ファントムを取り付けた載置台を有することを要旨とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明にあっては、前記交差線を求めるためのファントムを予め設置して、交差線の位置の設定を自動的に行うようにしたことで、専用のファントムの設置を手動により行うことによる煩雑さを回避できるようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
以上、説明したように、高品質な断層画像を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置（以下、適宜「ＣＴスキャナ」という）を示す図である。同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図を示す。同図のＣＴスキャナは、コーン状にＸ線ビーム３を発生させるＸ線管１と、被検体４を乗せる回転テーブル５と、回転テーブル５に回転軸７２を中心として回転運動を与える回転機構１９と、回転テーブル５を上下に移動させて被検体４の所望の目的断層面をデータ収集される撮影断層面７３（理想的にはＸ線焦点を通り回転軸と直交する面）に合わせる断層面送り機構２０と、この撮影断層面７３に沿って可視光線２９を照射する投光器２８と、焦点Ｆからの回転軸７２までの距離（ＦＣＤ）を変更して撮影倍率を調整する焦点距離変更機構２１と、これら各機構の制御を行う機構制御部６と、被検体４を透過してきたＸ線を２次元的に検出して可視像に変換するＸ線蛍光増倍管（Ｘ線イメージインテンシファイア、以下「Ｘ線Ｉ.Ｉ.」という）２と、この可視像をデジタル信号に変換するテレビカメラ７と、テレビカメラ７から送られてきたデジタル信号に対して以下に示す種々の処理をおこない画像再構成の計算をするデータ処理部８と、再構成画像およびその他の処理結果および処理前の透過像を表示する表示器９とを有する構成である。Ｘ線Ｉ.Ｉ.２は検出素子を有するものではないが、Ｘ線を検出する面をマトリクス化した行列（以下「検出チャネル行列」という）に対応させることによりデジタル信号が得られる。データ処理部８は、通常の計算機であり、図示していない演算処理装置、必要なプログラム等を記憶している記憶装置、メモリ、インタフェース、キーボード等を有し、撮影断層面７３が検出チャネル行列に交差する線（以下、適宜「スライス線」という）上における補間値を抽出する処理を行うスライス抽出部１１と、空気を撮影したデータを用いて検出チャネルごとの利得の差異を補正する空気補正部１２と、検出されたデータ（以下、適宜「透過データ」という）を用いてＸ線の吸収係数の線積分に相当する投影データを計算するＬＯＧ変換部１３と、検出位置のずれに起因する歪みを補正する歪み補正部１４と、画像再構成を行う再構成部１５と、スライス線の位置を設定するスライス線設定部（図示せず）と、被検体の透過像に重ねてスライス線等を表示器９に表示させるスライス線表示部（図示せず）と、断層画像の倍率から再構成に用いるＦＣＤ値を修正するＦＣＤ校正部（図示せず）とを有する構成である。操作者はデータ処理部８を用いてパラメータの設定、メニューの選択、スキャンの起動、処理状態の監視、断層画像の表示、解析などを行う。（各手段に関する記載を削除しました。）
このようなＣＴスキャナにおいて、操作者は、被検体４を回転テーブル５上に載置し、焦点距離変更機構２１で倍率を設定し、断層面送り機構２０で被検体の目的断層面の位置を撮影断層面７３に合わせる。続いて、Ｘ線を照射して撮影を開始すると、回転テーブル５は一定の角度づつ又は連続的に３６０°回転し、Ｘ線Ｉ.Ｉ.２は回転の各位置で透過データを収集し、テレビカメラ７がこれをデジタルデータに変換してデータ処理部８へ送る。データ処理部８では、まず、スライス抽出部１１においてスライス線上における透過データｄ（ｉ）が補間により求められるが、この処理の詳細については後述する。
【００１３】
次に、空気補正部１２で、被検体が無い状態であらかじめ収集してある透過データ（空気データ）ｄaとの比を取ることで利得補正が行われる。検出チャネル の番号をｉ（ｉは自然数）とすると、透過データｄ（ｉ）の空気補正は、
【数１】
【００１４】
で表される。ここでｄoff（ｉ）はＸ線を照射しない状態でＸ線Ｉ.Ｉ.２に検出されるデータである。次に、ＬＯＧ変換部１３で対数変換され吸収係数の線積分に相当する投影データＰ（ｉ）に変換される。ＬＯＧ変換は、
【数２】
【００１５】
で表される。次に、歪み補正部１４で検出位置のずれに起因する断層画像の歪みが補正され、再構成部１５で上記各処理の施された３６０°分の投影データを用いて画像再構成の計算を行う。
【００１６】
検出位置のずれに起因する断層画像の歪みとは、Ｘ線Ｉ.Ｉ.２の光電面１０が球面状であるため（また内部の電子レンズの歪みにより）生じるものである。すなわち、Ｘ線が光電面１０に入射する位置が光電面１０の外側へいく程広がっていくため、Ｘ線Ｉ.Ｉ.２により検出された投影データＰ（ｉ）を用いて画像再構成をすると、画像上には外側へいくほど歪みが生じることとなるのである。そこで、検出すべき位置における検出チャネルに対応した投影データを補間により求めることが必要となる。
【００１７】
図２は、実際の検出位置における検出チャネルＮｏ．ｉと検出すべき位置におけるチャネルＮｏ．ｎ（ｎは自然数）との位置関係から求められる歪みの補正曲線を示す図である。補正曲線は、後述するように所定のファントムを用いて予め求めておく。この補正曲線により、チャネルｎに対応した検出チャネルの位置ｉ（ｎ）を求めることができ、このｉ（ｎ）における投影データＰ（ｉ（ｎ））（以下、「Ｐ'（ｎ）」と表す）を補間により求める方法について以下説明する。
【００１８】
図３は、歪み補正における補間関数の一例を示す図である。従来の線形補間では補間関数は点線に示すような三角形の形状を有する関数が用いられていたが、このような補間関数を用いた場合は次のような問題がある。すなわち、光電面１０の中心部においては、Ｘ線が入射する検出チャネルの位置ｉと本来検出すべきチャネルの位置ｎとが一致するのでＰ（ｉ）がそのままＰ'（ｎ）となるが 、光電面１０の外側においては、ｉとｎとが一致せずｉ（ｎ）におけるデータがｉ（ｎ）に隣接する２点の投影データから線形補間により求められるので、この２点におけるノイズがキャンセルされる場合がある。すなわち、Ｐ'（ｎ）は、 ノイズがそのまま残っているチャネルとノイズがキャンセルされたチャネルとが混在することとなるためノイズが不均質となり、また回転の各位置においても同様であるので、再構成画像にリング状の偽像が生じることがある。
【００１９】
そこで、本実施の形態に係る補間関数ｆI（Δｉ）は、
【数３】
【００２０】
で表されるものとする。これは、離散的なデータ間隔の３倍に相当する周期を有し、振幅が２／３で、−π〜πの範囲にある余弦の関数を縦軸の正方向に１／３移動させた関数である。
【００２１】
投影データＰ（ｉ）は、次式、
【数４】
【００２２】
により、投影データＰ'（ｎ）に変換される。
【００２３】
このような補間関数を用いれば、ｉ（ｎ）の位置に最も近接する３点の投影データの値を用いて変換することができ、全体としてノイズの増減を均質化することができる。
【００２４】
これは次のように証明される。補間フェーズをｘ（−１／２〜１／２）、補間前のデータのノイズをσとすると補間後のノイズσ'は、ウエイト付３点平均となり、
【数５】
【００２５】
で表されるが、ｆIに具体的に式（３）を代入して変形すると、右辺はｘによらず、σ／２1/2で一定になり、ノイズの増減ファクタは１／２1/2で一定である。
【００２６】
証明終わり。
【００２７】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の歪み補正によれば、データ間の所定の位置における補間値を、この位置に最も近接する３点のデータの値に基づいて求めるようにしたことで、ノイズの増減を均質化することができ、リング状の偽像が少ない断層画像を得ることができる。
【００２８】
なお、上記の補間関数は、厳密に余弦の関数を用いなくとも、正弦の関数若しくはこれに類似する関数であっても同様の効果を得ることができる。また、歪み補正に適用するだけではなく、等間隔で得られたデータ列を等角度間隔のデータ列へ変換する場合の補間や、断層画像の拡大率を変更するためにデータの間隔を変更する場合の補間にも適用することができる。
【００２９】
次に、スライス抽出部１１における処理について説明する。図４は、検出された透過データをそのまま透過像として表示したときの表示器９の画面を示す図である。横軸をｉ、縦軸をｊとする画素Ｎｏ.（ｉ，ｊ）は、検出チャネル行列の 位置に相当するものであり、透過データをｄ（ｉ，ｊ）で表すこととする。
【００３０】
検出チャネル行列に撮影断層面７３が交差するスライス線をｊｃとすると、高品質な画像を得るためにはスライス線ｊｃに対し、検出チャネルを縦軸方向に結ぶ線が交差する位置における透過データｄ（ｉ，ｊｃ（ｉ））（以下、適宜「スライスデータｄ'（ｉ）」という）を得る必要がある。しかし、同図に示すよう にスライス線ｊｃが検出チャネル行列に対して傾斜している場合には、スライス線ｊｃ上における透過データを検出することができず、画質劣化の要因となる。
【００３１】
そこで、以下に示すように透過データｄ（ｉ，ｊ）を補間することにより、スライスデータｄ'（ｉ）を求める。
【００３２】
補間は、スライス線ｊｃを中心とする一定の幅ＳＷj（以下、適宜「スライス幅」という）の中の透過データｄ（ｉ，ｊ）を用いて行う。ＳＷj は、補間に用いる透過データｄ（ｉ，ｊ）の縦軸方向のサンプル数を定めるものであり、予め設定しておくものとする。
【００３３】
図５は、補間関数の一例を示す図であり、点線の補間関数１と実線の補間関数２を示す。補間関数１は台形の形状を有する関数であり、傾斜部の幅は１、高さは１／ＳＷｊ、半値幅はＳＷjである。補間関数１、ｇI（Δｊ）は、
【数６】
【００３４】
で表される。ここで、ＳＷj を小さくしていき、ｗ1＝−ｗ1＝０のときＳＷｊ＝１であるので、ＳＷｊの下限は１とする。
【００３５】
実線で示す補間関数２、ｇI（Δｊ）は、補間関数１の傾斜部を幅が１.５となるように余弦の曲線で置き換えたものであり、
【数７】
【００３６】
で表される。ここで、ｗ1'＝−ｗ1'＝０のときＳＷｊ＝１.５であるので、ＳＷjの下限は１.５とする。また、このときは、図３記載の補間関数ｆI（Δｉ）に一致する。
【００３７】
透過データｄ（ｉ，ｊ）は、上記補間関数ｇI（Δｊ）を用いて次式、
【数８】
【００３８】
により、スライスデータｄ'（ｉ）に変換される。
【００３９】
補間関数１を用いた場合、計算速度が早い利点がある一方、ＳＷｊを下限値１に設定した場合には、関数の形状が三角形となり図３記載の従来の補間関数について説明したようにノイズの増減が不均質となる問題がある。
【００４０】
これに対し補間関数２を用いた場合は、スライス幅ＳＷj を１.５＋ｎ（ｎは ０，１，２，３…）と選べばノイズの増減が均質化される。
【００４１】
これは次のように証明される。補間フェーズをｘ（−１／２〜１／２）、補間前のデータのノイズをσとすると補間後のノイズσ'は、
【数９】
【００４２】
で表されるが、ｇIに具体的に式（７）を代入して変形すると、ＳＷj が１.５＋ｎの時、右辺の係数すなわちノイズの増減ファクタはｘによらず一定になる。
【００４３】
証明終わり。
【００４４】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置のスライス抽出によれば、撮影断層面が検出チャネル行列に交差するスライス線上における補間値を抽出するようにしたことで、検出チャネル行列が撮影断層面に対し傾斜している場合でも高品質な断層画像を得ることができる。
【００４５】
なお、補間関数２は傾斜部に余弦の曲線を用いることとしたが、厳密に余弦の曲線でなくとも、正弦の曲線もしくはこれに類似する曲線を用いるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、スライス線ｊｃに平行な複数の線を設けてそれぞれの線についてスライス抽出を行うこともできる。これにより１回の撮影で複数枚の断層画像を作ることができる。ただし、スライス線ｊｃから離れるほど画質が低下するので限度はある。
【００４７】
次に、回転機構１９で回転テーブル５を一定角度だけ回転させるとともに、断層面送り機構２０で回転テーブル５を回転軸７２の方向に上へ向かって一定間隔だけ直線移動させて透過データを収集し、これを繰り返し行う螺旋走査におけるスライス抽出部１１での処理について説明する。
【００４８】
図６は、螺旋走査における検出された透過像を表示したときの表示器９の画面を示す図である。検出チャネル行列に撮影断層面７３が交差するスライス線ｊｃを±１８０°の回転角に対応させて上下に平行に移動させたときの２本の線で囲まれた３６０°の回転角に対応する範囲を抽出範囲とし、この抽出範囲内においてスライス線に平行であって被検体の目的断層面の移動に追従していく線を追従スライス線２４とする。
【００４９】
図７は、螺旋走査におけるスライス抽出を示す図である。目的断層面［１］〜［５］の画像を得る場合について以下説明する。まず、回転角が進むにつれて上方向に移動していく目的断層面［１］が前記の抽出範囲内に入ってきたときに（便宜上、このときの回転角を０°とする）、目的断層面［１］に対応する追従スライス線を設定し、この追従スライス線上における透過データ（以下、「追従スライスデータ」という）を、各回転角の位置で前述したスライスデータの抽出と同様の処理により求めていく。
【００５０】
ここで、目的断層面間の距離（以下、「断面ピッチ」という）Ｓｐを、一回転中の直線動作により被検体４が上方向に移動する距離（以下、「螺旋ピッチ」という）Ｚｐの１／２に設定したとすると、回転角が１８０°となったところで、目的断面［２］が抽出範囲内に入ってくるので、新たな追従スライス線を設け、目的断層面［２］についての追従スライスデータの抽出も始める。回転角が３６０°となったときには、目的断層面［１］について３６０°分のスライスデータが得られているのでこれを空気補正部１２等を介して再構成部１５へ送り画像再構成を行う。目的断層面［３］〜［５］についても同様に追従スライス線を設けて追従スライスデータの抽出を行う。
【００５１】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の螺旋走査におけるスライス抽出によれば、複数の目的断層面のそれぞれについて、スライス線を中心とする±１８０°の回転角に対応した抽出範囲内において、スライス線に平行な線上における３６０°分の追従スライスデータを補間して求めるようにしたことで、各目的断層面について高品質な断層画像を得ることができる。
【００５２】
なお、断面ピッチＳｐは螺旋ピッチＺｐの１／２には限定されるものではなく、さらに細かい断面ピッチとした場合には、抽出範囲内にそれに対応した複数の追従スライス線を設けることで、上記と同様の処理により複数の追従スライスデータを抽出することができる。
【００５３】
また、抽出範囲は３６０°の範囲ではなく、１８０°＋ファン角（Ｘ線ビーム３の扇状の角度）で定まる範囲としてもよい。この場合、公知であるハーフスキャンの再構成を行なう。より狭い抽出範囲でデータを収集することができるので、相対的に螺旋ピッチを大きくすることができ、撮影の効率を向上させることができる。
【００５４】
以上の螺旋走査におけるスライス抽出を応用して、スキャノグラム像を撮影することができる。スキャノグラム像は透過像の一種であるが回転軸方向については平行なビームによる透過像である。この場合、回転は行わず断層面送りのみ行なって各追従スライス線について抽出範囲内で追従スライスデータの抽出を行ない、これを各追従スライス線ごとにそれぞれ平均して、目的断層面の順にならべることでスキャノグラム像を得る。
【００５５】
スキャノグラム像は正確に目的断層面に沿った方向の透過画像になるので、表示器９に表示されたこのスキャノグラム像上で撮影する目的断層面位置を複数枚指定しておき自動的にその断面を撮影する、いわゆる計画スキャンをするときに位置指定が正確にできる。データ処理部８はスキャノグラム像を撮影するとき、各目的断層面が撮影断層面に一致するときの断層面送り位置を記憶しておくので、指定された目的断層面を正確に撮影することができる。撮影は各送り位置で固定して１枚ずつ撮影するが、密に指定されている場合は螺旋走査を用いることもできる。
【００５６】
なお、スキャノグラム像の撮影の場合は、目的断層面の距離、Ｓｐは透過像の１画素に相当する長さに設定すると、作成したスキャノグラム像の縦横の倍率を合わせることができ、好ましい。また、抽出範囲の選択は自由であり、広くとると画像のノイズが減らせるが、広くしすぎると回転軸方向の分解能が低下する。
【００５７】
次に、スライス線の設定について説明する。回転軸に直交する撮影断層面に被検体の目的断層面の位置を合わせるためには、予め撮影断層面に対応するスライス線の位置を把握しておくことが必要である。
【００５８】
この点に関し、従来、特開平５−３３２９５３号公報では、平坦状の角棒の透過像を撮影し、角棒を回転軸の方向に上下に直線移動させ、検出器に対して手前と奥に平行に位置する角棒の上表面の２つの辺が一致して見える位置を見つけることで、撮影断層面の位置を把握しようとする。しかし、角棒の２つの辺の一致を目視するものであるため、撮影断層面を正確には決めにくい問題がある。
【００５９】
図８は、スライス線設定用のスライスファントム２６を示す図であり、図９は、スライスファントム２６を透過してきた透過データを表示器９に表示させたときの透過像を示す図である。スライスファントム２６は、円柱の部材２６が底面に平行な平面状のギャップ２６ｃを有し上部ａと下部ｂとがＸ線透過性のよいスペーサ２７を介して接着されている。スライスファントム２６は、スペーサ２７が回転軸７２に垂直となるように回転テーブル５の上に設置される。
【００６０】
図９（ａ）は、スペーサ２７の平面がＸ線焦点Ｆに合っていない状態を示したものである。断層面送り機構２０によりスライスファントム２６を上下方向に移動させると、スペーサ２７の平面がＸ線焦点Ｆに合った状態では同図（ｂ）のようにギャップ像が最も明瞭となり、このギャップ像の中心に位置する線は、回転軸に垂直な理想的な撮影断層面が検出チャネル行列に交差する線（スライス線）に一致するものであり、スライス線設定部では、このスライス線の座標位置を求めて記憶する。これによりスライス抽出する撮影断層面は正確に理想的な撮影断層面に一致する。記憶しておいたスライス線は、被検体を検査する際にスライス線表示部により同図（ｃ）に示すように被検体の透過像、スライス幅、スケール表示とともに表示器９に表示され、操作者は、被検体の目的断層面がこのスライス線に合うように被検体の位置の調整を断層面送り機構２０で行う。
【００６１】
ここで、スライス線は各請求項の交差線を構成する。
【００６２】
また、平面状の可視光線２９がギャップ２６ｃと平行でかつスライス線に一致するように投光器２８を調整しておけば、被検体の目的断層面の位置を可視光線２９が被検体に交差する線に一致するように調整することもできる。この際、スペーサ２７にアクリル樹脂等の可視光線を透過しやすい材料を用いれば、ギャップ２６ｃを可視光線が通りぬけるように投光器２８を調整することで、調整を簡単かつ精度よく行うことができる。
【００６３】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるスライス線設定によれば、撮影断層面に対応するスライス線の位置を正確に把握することができるとともに、スライス抽出する撮影断層面をＸ線焦点Ｆを通って回転軸７２に正確に垂直となるようにすることができ、高品質な断層画像を得ることができる。
【００６４】
なお、スペーサ２７には、部材２６ａ、２６ｂよりもＸ線透過性の低い物質を用いることとして、ギャップ像の濃淡を逆にしてもよい。
【００６５】
また、スペーサ２７は、ギャップ２６ｃ全体を埋めている必要は無く、部分的に数箇所挟むだけにしてもよい。
【００６６】
さらに、スライス線の表示は、点灯・消灯を切り替えられるようにしてもよく、点滅若しくは表示色を変えて表示するようにしてもよい。
【００６７】
なお、スライスファントムの形状が円柱である必要はなく、例えば、角柱や円錐の形状であってもよいことはいうまでもない。
【００６８】
次に、計算上の焦点Ｆと回転軸７２との距離の校正について説明する。
【００６９】
焦点Ｆと回転軸７２との距離（以下「ＦＣＤ」という）が、画像再構成の計算上で設定されている距離（以下「ＦＣＤＣ」という）に対応しない場合は、再構成画像の寸法にずれが生じる問題がある。例えば、図１０に示すようにＦＣＤＣの方がＦＣＤよりも長い場合は、被検体の断層画像の大きさがそれに比例して拡大されてしまう。この点に関し、従来はＦＣＤの固定位置を数箇所設け、それぞれの位置で予め寸法既知の物体を撮影し、各位置における断層画像の１画素当たりの寸法を得るようにしていたが、固定位置以外では寸法精度の良い断層画像を得ることは困難である。
【００７０】
まず、操作者は、焦点距離変更機構２１で任意のＦＣＤを設定し、物指などで測定した概略ＦＣＤ値をＦＣＤＣ値としてデータ処理部８に入力する。つぎに寸法既知の被検体の断層画像を撮影する。データ処理部８におけるＦＣＤ校正部では、被検体の寸法と断層画像上の寸法を比較し、ＦＣＤに対するＦＣＤＣの倍率ｋを求めて、ＦＣＤＣの値を１／ｋ倍した値におきかえる。以後、このＦＣＤＣ値で再構成が行われる。ＦＣＤを変更するたびに以上の校正を行なえば、いつも寸法精度のよい画像が得られる。
【００７１】
また、物指を用いるかわりに、図１１に示すようにＦＣＤ測定部３０を設けることもできる。ＦＣＤ測定部３０は、焦点距離変更機構２１の固定部に目盛板３１を付し、断層面送り機構２０に回転軸７２の位置を示す指標３２を付した構成である。
【００７２】
この場合は、寸法既知の被検体を撮影して得た１／ｋ倍されたＦＣＤＣ値が指示値になるように指標３２あるいは目盛板３１をずらしてＦＣＤ測定部３０を校正する。以後、ＦＣＤを変更してもＦＣＤ測定部３０により正しいＦＣＤ値が読み取れるので、この値をＦＣＤＣ値としてデータ処理部８に入力してやるだけで寸法精度のよい画像が得られる。
【００７３】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＦＣＤの校正によれば、ＦＣＤを任意に変更させた場合であっても、寸法精度の高い断層画像を容易に得ることができる。
【００７４】
なお、ＦＣＤの測定は、操作者による読み取りではなく、直接ＦＣＤの値がデータ処理部８へ送られるようにしてもよい。
【００７５】
また、一次元の検出チャネルを有する検出器を用いる場合にも適用できることはいうまでもない。
【００７６】
したがって、本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置によれば、検出位置のずれに起因する歪みを補正するためにデータを補間する歪み補正、撮影断層面が検出チャネル行列に傾斜して交差している場合のスライス線上のデータを補間するスライス抽出、螺旋走査およびスキャノ像撮影におけるデータの補間を行うスライス抽出、スライス線の位置の設定、ＦＣＤＣの校正、を総合的に行うようにしたことで、高品質な断層画像を得ることができる。
【００７７】
なお、本実施の形態においては、Ｘ線Ｉ.Ｉ.とテレビカメラを用いて検出を行うこととしたが、スライス抽出については、２次元のチャネル行列を有する他の検出器を用いてもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態においては、スライス抽出、空気補正、ＬＯＧ変換、歪み補正の順で処理を行うこととしたが、これらの順番は必要に応じて変更することもできる。
【００７９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００８０】
従来のＣＴスキャナにおいては、検出位置のずれに起因する歪みの校正用のファントムの設置、撮影断層面が検出器の検出面に交差する位置の校正、断層面送りや焦点距離の変更を行ったときにずれた回転軸の設置の角度の校正、焦点と回転軸との距離（ＦＣＤ）の校正、をそれぞれ手動により各機構を調整することにより行っていたが、これらは大変手間のかかることである。
【００８１】
図１２は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、スライス線の位置および回転軸の位置を求めるためのスライスファントム１０５を回転テーブル５として設置し、焦点距離変更機構２１が被検体を移動させた量を測定してデータ処理部７８へ送信する距離測定部１０１と、データ処理部７８の中にあって各種の校正の処理を行う校正部１００とを設けるとともに、図１３に示すように歪み校正用ファントム１１３をグリッド駆動部１１４によりＸ線Ｉ.Ｉ.２の前面に設置・離脱ができるようにして、歪み校正用ファントムの設置と歪みの校正、焦点Ｆを通り回転軸７２に直交する撮影断層面が検出チャネル行列に交差する線の位置を求めるスライス線の設定、放射線源の焦点を出発し回転軸７２を通る経路が入射する検出チャネル列上の位置を求める回転中心の求出、放射線源１と回転軸７２の計算上の距離の校正、が自動的に高精度で行われるようにしたことにある。
【００８２】
ここで、スライスファントム１０５は、請求項２記載の載置台を構成し、校正部１００は、歪み校正手段と、交差線設定手段と、ＦＣＤ校正手段とを構成する。なお、図１と同一物には同一の符号を付す。
【００８３】
歪み校正用ファントム１１３は、Ｘ線の吸収性の低い板状の物質に吸収性の高い円柱状の線材を等間隔で埋め込んだもの（グリッド）である。
【００８４】
図１８は、スライスファントム１０５を示す図である。図１９は、スライスファントム１０５の断面図を示す図であり、ピン駆動部１０９によりピン１０８を上部に突き出した状態を示している。ピン駆動部１０９は、その中にピン１０８を完全に収納することができ、スライスファントム１０５は、上部１０５ａと下部１０５ｂとの間のスペーサ１０４が回転軸７２に垂直となるように設置されている。
【００８５】
このようなＣＴスキャナにおいて、各校正は、操作者がデータ処理部７８のメニューを選択することにより行われていく。
【００８６】
まず、歪みの校正から説明する。図１４は、歪み校正用ファントム１１３を用いて透過データを収集したときのグリッドの透過画像を示す図であり、図１５は、グリッドの歪み補正曲線を示す図である。校正部１００では、縦線状の透過像がスライス線１１６と交差する点ｉkを求め、図１５に示すように横軸を検出チ ャネルＮｏ.ｉ、縦軸を検出すべき位置のチャネルＮｏ.ｎとする座標上に測定点（ｉk、ｎk）をプロットし、最小二乗法等を用いて歪み補正曲線を近似的に求めて記憶しておき、この歪み補正曲線を適宜歪み補正部１４での補間処理に提供する。
【００８７】
次に、スライス線の設定について説明する。断層面送り機構２０によりスライスファントム１０５を上下方向に移動させ、校正部１００では、透過像の濃度分布の中でスペーサ１０４に対応する直線状の像が最も明確となるときに、その像の中心に位置する線をスライス線として記憶する。
【００８８】
次に、回転中心の求出について説明する。スライスファントム１０５のピン１０８が上面に突き出され、ピン１０８について１８０°異なる２箇所の回転位置で透過データを収集し、校正部１００ではスライス線上のピンの中心の位置を平均して回転軸７２を通るＸ線が入射する検出チャネル（以下「中心チャネル」という）の位置を求めて記憶する。被検体を検査するときには、記憶しておいた中心チャネルの位置が計算上の回転の中心となるように透過データをシフトさせて再構成部１５で計算を行う。なお、透過データの収集は、１８０°対向する検出位置を一組とする複数の組について行うようにしてもよい。
【００８９】
次に、ＦＣＤの校正について説明する。校正部１００では、任意のＦＣＤ位置でスライスファントム１０５を撮影し、距離測定部１０１で測定したＦＣＤをＦＣＤＣ値として断層画像を再構成する。次に、スライスファントム１０５の寸法と、断層画像上の寸法を比較して真のＦＣＤに対するＦＣＤＣの倍率ｋを求めてＦＣＤＣの値を１／ｋ倍し、真のＦＣＤ値を決定しこのＦＣＤ値とＦＣＤＣとの差分を求め記憶する。以後、ＦＣＤを変更したときには、距離測定部１０１でＦＣＤを測定し、校正部１００でこのＦＣＤに記憶した差分を加算して、ＦＣＤＣの値を求めて再構成に用いる。
【００９０】
したがって、本実施の形態によれば、歪み校正用ファントムの設置・離脱と歪みの校正、スライス線の設定、回転中心の求出、ＦＣＤの校正が自動的に行われるようにしたことで、手動により検出位置のずれに起因する歪み校正用のファントムの設置、撮影断層面が検出面に交差する位置の校正、回転軸の設置の角度の校正、ＦＣＤの校正、を各機構を調整して行ったのと同様の効果を得ることができ、もって高品質な断層画像を容易に得ることができる。
【００９１】
なお、歪み校正用ファントムは、図１６（ａ）に示すようにＸ線の吸収性の高い物質を同心円状とした同心円ファントム１１８、同図（ｂ）に示すように小円柱を等間隔で直線上に並べたグリッド１１９を有するグリッドファントム１２０、同図（ｃ）に示すように一本のピン１２１を中心から離れた位置に有するサイドピンファントム１２２のいずれかを用いて、図１７（ａ）に示すように回転テーブル５の上に固定して透過像を撮影するようにしてもよい。ただし、サイドピンファントム１２２では、回転位置を変えた複数の透過像を用いて補正曲線を求めるようにする。また、図１７（ｂ）に示すようにこれらのファントムを回転機構１９の下側に設置するようにしてもよい。
【００９２】
また、スライスファントムは、図２０に示すようにピン１１１をファントムの中に埋め込むようにして構成してもよい。ただし、ギャップの幅が狭すぎるとピン１１１の透過データを得にくくなり中心校正の精度が落ちてしまうので断層面校正用とは別に幅の広いギャップを設けてもよい。また、設置位置は図２１に示すように回転機構１９の下側としてもよく、図２２に示すように回転機構１９の下側にピンを設けるようにしてもよい。
【００９３】
なお、上記実施の形態においては、Ｘ線Ｉ.Ｉ.２とテレビカメラ７を用いて検出を行うこととしたが、２次元の検出チャネル行列を有する他の検出器を用いてもよく、歪みの校正、回転中心の求出、ＦＣＤの校正については、１次元の検出チャネル列を有する検出器を用いても同様の効果を奏することができる。
【００９４】
また、スライスファントムは円柱形である必要はなく、例えば、角柱や円錐の形状であってもよいことはいうまでもない。
【００９５】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００９６】
上述した、放射線源の焦点を出発し回転軸を通る経路が入射する検出チャネル列上の位置を求める回転中心の求出は、被検体の撮影前に所定のファントムを用いて行うものであるが、所定のファントムを用いることなく回転中心を求めることができればさらに便宜である。この点に関し、特開平８−１１４５５８号公報では被検体の撮影中に透過像の輪郭を抽出し、回転中心を求めている。しかし、この方法では輪郭のはっきりしない被検体では誤差が大きくなるという問題がある。
【００９７】
図２３は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、Ｘ線管５１と、コリメータ５２と、Ｘ線ビーム５３と、被検体５４と、回転テーブル５５と、機構制御部５６と、データ収集部５７と、検出器６０と、表示器５９と、データ処理部５８の中に空気補正部６２と、ＬＯＧ変換部６３と、回転中心求出部６６と、再構成部６５とを有する構成である。その特徴としては、データ処理部５８に回転中心求出部６６を設けて、被検体の撮影中に検出された３６０°分の投影データを用いて回転中心に対応する中心チャネルの位置を求めるようにしたことにある。
【００９８】
以下、回転中心求出部６６における処理について説明する。図２４は、回転中心の求出を示す図である。横軸を検出チャネルＮｏ.ｎ、縦軸を回転角φとして ３６０°分の投影データＰを並べたサイノグラム上で各チャネルｎについて３６０°分のデータを平均して平均投影データＰｍを求める。Ｐｍは後述するように左右対称となり、その中心の位置ｎｃを求めて中心チャネルの位置とする。中心ｎｃは重心求出法を用いれば、次式、
【数１０】
【００９９】
で求められる。ここで、Ｐｍが大きい値と小さい値を含めて計算すると重心求出の精度が下がるので、これらの部分については重み付けを下げてもよい。例えば、上限値Ｌ２より大きい値を一定値に、下限値Ｌ１より小さい値を０に置き換えてから重心を求めるようにする。
【０１００】
また、中心ｎｃは、必ずしも平均データＰｍを求めなくとも得ることができる。例えば、次式、
【数１１】
【０１０１】
により、ｎｃを求めても式（10）と同じ結果となる。
【０１０２】
ここで、中心ｎｃが中心チャネルに一致する原理について説明する。図２５は、回転中心の求出の原理を示す図である。同図（ａ）のように中心Ｃを通る焦点Ｆからの経路が入射する中心チャネルに対して対称位置にある検出チャネル、ｎLとｎRは、同図（ｂ）のようにそれぞれ中心Ｃから一定の距離を通る３６０°にわたる同一の経路集合についてデータを収集するので、３６０°分加算した投影データは両者について同一の値となる。すなわち、同図（ｃ）のようにこれを平均した投影データＰｍは左右対称となり、この中心に位置するｎｃは中心チャネルに一致するのである。
【０１０３】
この原理を利用して中心ｎｃを求める方法は、上記の重心求出法に限られるものではない。図２６は回転中心の求出の他の例を示す図である。同図（ａ）のように、複数のレベルＬｉを選び、各レベルについてＬｉがＰｍを横切る左右対称の位置にある２点ｄｉ、ｕｉを一組としてこの位置を平均したｎｉを求め、平均ｎｉを全レベルＬｉについてさらに平均することでｎｃを求めることができる。
【０１０４】
レベルＬｉがＰｍを横切る位置が複数組できる場合は、いずれの組を選んでもよく、全ての組を用いてもよい。また、レベルＬｉを誤差の少ない中間レベルに高頻度に設定することでｎｃの算出の精度を向上させることができる。
【０１０５】
また、同図（ｂ）のように、仮の中心ｎ０（設計値等）を設定し、このｎ０を中心としてＰｍを折り返したＰｍ'を求め、Ｐｍの値とＰｍ'の値との差分の絶対値を全てのｎについて加算した結果を求めた後、ｎ０を変更して同様に加算結果を求めていき、加算結果が最小となるときのｎ０をｎｃとすることもできる。ここでは、ｎ０を実数値で変化させるため、Ｐ'ｍのデータ点がｎの整数位置から ずれているので一次補間を用いて差分をとる。また、加算はｎ０の左右どちらかでのみ行うようにしてもよい。
【０１０６】
さらに、同図（ｃ）では、後述するＣＴスキャナのように被検体の半分が撮影領域の外にある場合に、同図（ｂ）の回転中心求出を応用する例を示す。この場合、Ｐｍは撮影領域内になかった部分が欠落してしまうので、Ｐｍを仮の中心ｎ０で折り返してＰｍ'としたときにＰｍとＰｍ'とで重なる範囲が限定される。そこで、Ｐｍの値とＰｍ'の値との差分の絶対値をこの重なり範囲内にあるｎにつ いてのみ加算し、この加算結果が最小となるｎ０を求めてｎｃとする。ここで、同様に加算はｎ０の左右どちらかでのみ行なうようにしてもよい。
【０１０７】
したがって、本実施の形態によれば、あらゆる被検体について撮影中に回転中心の位置を求めることができ、所定のファントムを用いることや、回転軸がずれないように機構を調整することを不要とすることができ、もって高品質な断層画像を容易に得ることができる。
【０１０８】
なお、本実施の形態においては、回転中心の求出をＬＯＧ変換の後に行うこととしたが、ＬＯＧ変換前に行うこともできる。
【０１０９】
また、最初の撮影時のみ回転中心の求出を行なってｎｃを求め、２回目以降はこのｎｃを用いることで、処理時間を短縮することもできる。
【０１１０】
さらに、回転中心の求出を螺旋走査のＣＴスキャナに適応した場合、最初の目的断層面についてのみ回転中心を求め、後の断層面についてはこれを利用することで、処理時間を短縮することができる。ただし、これは断層面送りにより各断層面について回転軸がずれない場合にのみ適用することができる。
【０１１１】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【０１１２】
従来、焦点を微少に調整することのできる電子ビーム収束用コイルあるいは電極を有するマイクロフォーカスＸ線管、あるいは電子ビーム収束用コイルあるいは電極を有するＸ線蛍光増倍管と光学レンズを有するテレビカメラを用いたＣＴスキャナにおいては、分解能チャートやピンホールを被検体とする透過像を目視して焦点の調整をするため、その調整が調整者の技能に依存したり、手間がかかるため調整頻度が減り不適切な状態で撮影して画質が劣化する場合があった。
【０１１３】
図２７は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、フィラメント１３６から出力される電子線１３７を収束コイル１３８で収束させ、陽極ターゲット１３９に電子線１３７を衝突させてＸ線を発生させるマイクロフォーカスＸ線管１４６と、収束コイル１３８の電流を調整して陽極ターゲット１３９上の焦点Ｆの大きさを調整するＸ線フォーカス調整部１３３と、検出されたＸ線がＸ線・電子線変換膜１４０により変換されてなる電子線１４１を収束電極１４２によりＩ.Ｉ.出力面１４３に収束させるＸ線Ｉ.Ｉ.１４７と、収束電極１４２の電圧を調整してＩ.Ｉ.出力面１４３に投影される透過像の焦点を調整するＩ.Ｉ.フォーカス調整部１３４と、Ｘ線Ｉ.Ｉ.１４７に接触させた状態で設置されＩ.Ｉ.出力面１４３上の透過像を光学レンズ１４４を介してＣＣＤセンサ１４５へ投影するテレビカメラ１４８と、Ｉ.Ｉ.出力面１４３からの光学レンズ１４４とＣＣＤセンサ１４５の距離を調整するカメラフォーカス調整部１３５と、テレビカメラ１４８から送られてくる透過像の信号からシグナル値とコントラスト値を求めてＭＴＦ（Modulation Transfer Function）曲線を算出するフォーカス評価部１３０を有するデータ処理部１２８と、ＭＴＦ曲線等の演算結果を表示する表示器９と、焦点評価用のファントム１３１とを有する構成である。焦点評価ファントム１３１は、図２８（ａ）に示すように板状の物質にＸ線を透過しにくい鉛等をその幅と間隔を一定として繰り返し並べた矩形パターンを何種類か設けたものである。
【０１１４】
なお、その他図１と同一物には同一の符号を付す。
【０１１５】
操作者は、焦点評価ファントム１３１を図２７のＡ位置に設置し、一つの方向から透過データを収集する。透過データはデータ処理部１２８に送られ、フォーカス評価部１３０で、図２８（ｂ）に示すように強度分布の繰り返しパターンからコントラスト値Ｃとシグナル値Ｓとの比（以下、「Ｃ／Ｓ値」という）を求めて、Ｃ／Ｓ値を縦軸に、空間周波数ｆ（1/mm）を横軸としてＭＴＦ曲線を算出し、表示器９にこのＭＴＦ曲線及びＣ／Ｓ値を表示させる。操作者は、ＭＴＦ曲線のＣ／Ｓ値が最大となるようにＸ線Ｉ.Ｉ.１４７の焦点をＩ.Ｉ.フォーカス調整部１３4を用いて調整する。ＭＴＦ曲線はリアルタイムで随時変化していくので 簡単に焦点を調整することができる。つぎに、テレビカメラ１４８の焦点をカメラフォーカス調整部１３５を用いて同様に調整する。これを交互に繰り返すことでＸ線Ｉ.Ｉ.１４７の焦点とテレビカメラ１４８の焦点の両方を正確に合わせることができる。続いて、焦点評価ファントムを図２７のＢ位置に焦点距離変更機構（図示せず）を用いて設置し、同様にしてＭＴＦ曲線のＣ／Ｓ値が最大となるようにＸ線管１４６の焦点の調整をする。
【０１１６】
したがって、本実施の形態によれば、操作者の技能に依存せずにＸ線管、Ｘ線蛍光増倍管、テレビカメラの各焦点の調整を正確に行なうことができ、高品質な断層画像を容易に得ることができる。また、ＭＴＦ曲線を記録しておくことで、ＣＴスキャナの経年変化を知ることもできる。
【０１１７】
なお、本実施の形態において、テレビカメラはＣＣＤセンサのかわりに撮像管を用いることもできる。また、Ｘ線Ｉ.Ｉ.は蛍光板と（レンズと）光Ｉ.Ｉ.で置き換えることができる。また、検出器全体を蛍光板とカメラとするか、撮像管の入力面にＸ線・電子線変換膜をつけたＸ線撮像管とすることもできる。いずれの場合も同様に焦点調整を正確に行なうことができる。
【０１１８】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１１９】
従来、被検体のＸ線吸収性の高い部分を通る経路においては、検出されるＸ線量が減少するため相対的にノイズが増加し、画質が劣化する問題があった。
【０１２０】
図２９は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、空気補正部６２の後に定数加算部９１を設け、透過データに対して略一定値を加算するようにしたことにある。ここで、走査機構６４は、被検体６１をＴＲあるいはＲＲ走査させる機構である。なお、その他図２３と同一物には、同一の符号を付す。
【０１２１】
図３０は、定数加算を行う処理の流れを示す図である。これは円柱の被検体６１を撮影した場合を例とするものであるが、データ収集部５７で収集された透過データｄ（ｎ）は、Ｘ線が吸収される量が多い被検体の中心部では検出される量が減少し相対的にノイズが増加する。このため、同図（従来）に示すように、ＬＯＧ変換後の投影データの中心部のノイズが増幅されることとなる。
【０１２２】
そこで、本実施の形態においては、空気補正部６２で式（１）により利得補正のされた透過データｈ（ｎ）に対し、定数加算部８６で、次式、
【数１２】
【０１２３】
により定数ｈ０を加算する。例えば、ｈ０＝０.０５とすると、同図に示すように、ｈ'（ｎ）をＬＯＧ変換部６３で対数変換して得られた投影データＰ'（ｎ）における中心部のノイズが圧縮され、ｈ０の値を大きくするとさらに圧縮がかかるようになる。ｈ０は、信号ノイズ比が１となる信号レベルをｈNEPとしたとき に４・ｈNEP〜２０・ｈNEPの範囲に設定するとノイズ低減の効果が大きい。
【０１２４】
したがって、本実施の形態によれば、対数変換する前に透過データに一定値を加算することで、検出されるＸ線量が少ない程ノイズを大きく圧縮することができ、空間分解能を低下させることなくノイズの低減された断層画像を得ることができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態において、定数加算部９１で一定値ｈ０を加算することとしたが、厳密には一定値でなくてもよく、各チャネルｎでｈ０を急激に変化する値としなければ同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
また、定数の加算は空気補正の前で行ってもよく、検出器６０あるいはデータ収集部５７で透過データを略一定値増加させるようにしても同様な効果を得ることができる。
【０１２７】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
【０１２８】
図３１は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、ＬＯＧ変換部６３の後にノイズ圧縮部９２を設け、ノイズを圧縮する関数を作用させるようにしたことにある。なお、その他図２９と同一物には同一の符号を付す。
【０１２９】
図３２は、ノイズ圧縮を行う処理の流れを示す図である。ＬＯＧ変換部６３で対数変換により得られた投影データＰ（ｎ）は、ノイズ圧縮部９２でノイズ圧縮関数を作用させて、次式、
【数１３】
【０１３０】
により変換される。このノイズ圧縮関数は、入力値の増加に伴いその傾斜が緩くなる単調増加の関数であり、投影データの値が大きい程、すなわち、検出されたＸ線量が少ない程、大きな圧縮がかかるようになっている。また、ｈ０の値により傾斜の角度を調整することができ、ｈ０を増加させれば傾斜は緩くなる。
【０１３１】
したがって、本実施の形態によれば、対数変換により得られた投影データに対して上記のノイズ圧縮関数を作用させることで、空間分解能を低下させることなくノイズが低減された断層画像を得ることができる。
【０１３２】
なお、ノイズ圧縮関数は、式（15）に限られるものではなく、これに類似する形状を有する関数であれば、同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
例えば次式、
【数１４】
【０１３４】
を用いてもよい。ここでパラメータｍは１を超える実数で圧縮の曲率を決め、パラメータＰ０は実数で飽和点を決める。
【０１３５】
第５及び第６の実施の形態によるノイズ低減ないしノイズ圧縮は対数変換と同時に作用させることも可能である。この場合は、次式、
【数１５】
【０１３６】
で変換される。ｈ（ｎ）を入力すると右辺の関数は、ｈ（ｎ）が大きなときＬＯＧ関数に一致し、小さくなるほどＬＯＧ関数より小さな値に圧縮させる。この右辺の関数を入力値と出力値よりなるテーブルで作成しておけば、ノイズ圧縮をＬＯＧ変換と同時に行なわせることができる。このようなノイズ圧縮を含んだＬＯＧ変換は（17）式に限られず、これに類似する形状を有する関数であれば同様の効果を得ることができる。
【０１３７】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
【０１３８】
透過データは、放射線の強度変動の影響により検出時刻が変われば異なってくるものである。この点に関し、従来は、被検体を透過しないＸ線を検出することができる位置に専用の比較検出器を設置し、Ｘ線の強度変動を測定し、透過データに補正を加えていた。
【０１３９】
図３３は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、空気補正部６２の処理の後に空気領域識別部９３において被検体外のＸ線を検出した領域に対応する透過データ上の領域（以下「空気領域」という）を識別して空気領域におけるＸ線量の平均値を求め、ＲＥＦ補正部９４でこの平均値の逆数を透過データ全体に掛けることで放射線源の強度変動を補正するようにしたことにある。なお、図２９と同一物には、同一の符号を付す。
【０１４０】
図３４は、空気領域の識別および強度変動の補正を示す図である。まず、空気領域識別部９３で、同図（ａ）に示すように空気補正部６２での処理の後の同時刻に得られた透過データｈについて、値が１±ε（εは微少な値とする）の範囲にある仮の空気領域Ａ（ｎ＜ｎ１，ｎ２＜ｎで表されるｎの範囲）を求め、この領域を若干縮小して空気領域Ａ'（ｎ＜ｎ１'，ｎ２'＜ｎで表されるｎの範囲） を求め、この領域での透過データｈの平均値ｋを求めて１／ｋを補正倍数ｍとする。
【０１４１】
次に、ＲＥＦ補正部９４で透過データｈに補正倍数ｍを掛けると、空気領域における透過データの平均値は１となり、Ｘ線の強度変動による変動が補正される。続いて、ＬＯＧ変換部６３での対数変換を経て投影データＰが得られ、再構成部６５で３６０°分の投影データＰを用いて画像再構成が行われる。
【０１４２】
したがって、本実施の形態によれば、専用の比較検出器を用いることなく、放射線の強度変動の影響による変動を補正することができ、高品質な断層画像を得ることができる。
【０１４３】
なお、本実施の形態においては、空気領域識別およびＲＥＦ補正をＬＯＧ変換の前に行うこととしたが、ＬＯＧ変換の後で行うようにしてもよい。この場合は、図３４（ｂ）に示すように、ＬＯＧ変換後の投影データＰについて値が０±εの範囲にある仮空気領域Ａを求め、この領域を縮小した空気領域Ａ'における平均値Ｐａを求め、投影データに−Ｐａを加算するようにすれば数学的に等価となる。
【０１４４】
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
【０１４５】
従来、検出チャネル列を放射線源の焦点を出発し回転軸を通る放射線の経路に対し１／４チャネル分ずらして配置し、１８０°回転させたときに同一の検出チャネル群で１／２チャネル分ずれた経路上のＸ線が検出されるようにし、１８０°対向する投影データを組み合わせて一つの投影データとして、１８０°分の投影データについて見かけ上１／２チャネル毎にデータが得られるようにして分解能を向上させるＣＴスキャナが知られている。このＣＴスキャナは対向データを組み合せてから再構成処理するため、３６０°分データを収集してから再構成を始めるので、断層画像が出来るのに時間がかかる問題がある。これを解決するために、特開昭６２−２３１６２６号公報では、１８０°対向する投影データを組み合わせることをせずに、各データ間に０値を挿入することで３６０°分の投影データについて１／２チャネル毎にデータ値が得られるようにして、分解能が高く、かつ、データ収集と平行して再構成を行なえるようにしている。しかし、この方法では０値の挿入により隣接するデータ間で変化が激しくなるため断層画像上にリング状のアーチファクト（偽像）を生ずることがあるという問題がある。
【０１４６】
図３５（ａ）は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、同図（ｂ）は検出器６０の中心部分Ａの拡大図を示す図である。その特徴としては、検出器６０の検出チャネル８１の列の中心を焦点Ｆと回転軸とを結ぶ中心線７１に対し１／４チャネル分ずらして配置するとともに、データ処理部８４においてＬＯＧ変換部６３の後にデータ挿入部９５を設けて、投影データのデータ間に隣接する２点の値を補間する補間値を挿入するようにしたことにある。なお、その他図２３と同一物には、同一の符号を付す。
【０１４７】
図３６は、データ挿入の処理の流れを示す図である。検出された投影データ（図中黒丸で示す）に対し、隣接する２点を補間する補間値（図中白丸で示す）を線形補間により求め、この補間値をデータ間に挿入する。補間値を挿入した後の投影データのサンプル数は２倍となる。
【０１４８】
したがって、本実施の形態によれば、検出器を１／４チャネルずらして配置したＣＴスキャナにおいて、隣接する２点を補間する補間値をデータ間に挿入して投影データのサンプル数を実質的に２倍としたことで、再構成処理の分解能を２倍にすることができるので断層画像の分解能が向上するとともに、隣接データ間に無理がないのでリング状のアーチファクトの少ない断層画像を得ることができる。また、データ収集と平行して再構成処理が行なえるので短時間で断層画像を得ることができる。
【０１４９】
なお、本実施の形態においては、データ挿入をＬＯＧ変換の後に行うこととしたが、ＬＯＧ変換の前に行うようにしても同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。
【０１５１】
従来、回転軸の位置をずらして被検体の片側を撮影領域の外に出した状態で投影データを検出することで、大きな被検体の撮影を可能にしたＣＴスキャナが知られている（特開昭５８−１１６３４２号公報）。しかし、実際にデータ収集が行われた撮影領域とデータ収集が行われなかった非撮影領域とで投影データが急激に変化するため、このような投影データを用いて画像再構成を行うとリング状のアーチファクトが生じ易くなる問題がある。
【０１５２】
図３７は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、大きな被検体５４を乗せる回転テーブル１５０の回転軸を撮影領域内で外側に設置させるとともに、データ処理部８５に窓関数掛け部９６を設け、投影データに所定の窓関数をフィルタとして作用させて再構成画像を得るようにしたことにある。なお、その他図２３と同一物には、同一の符号を付す。
【０１５３】
図３８は、窓関数掛けの処理の流れを示す図である。窓関数ｗ（ｎ）は、横軸を検出チャネルＮｏ.ｎとし、焦点Ｆと回転軸とを結ぶ経路が入射する検出チャ ネル（ｎｃ）を中心とする０から１まで変化する傾斜部を有し、ｎｃにおける値は０．５としてある。窓関数掛けにおいては、各チャネルｎごとに投影データＰ（ｎ）と窓関数ｗ（ｎ）とを掛けることで新たな投影データＰ'（ｎ）が得られる。このＰ'（ｎ）を３６０°分、ＦＢＰ法で再構成処理することで断層画像が得られる。
【０１５４】
したがって、本実施の形態によれば、大きな被検体の片側を撮影領域外に出した状態で投影データを検出する際に、窓関数を作用させて投影データが撮影領域の検出値から非撮影領域の０値へ滑らかに変化していくようにしたことで、リング状のアーチファクトの少ない断層画像を得ることができる。
【０１５５】
なお、窓関数は、ｎｃにおける値が０．５であって、ｎｃの左右で傾きが対称な形状で０から１まで変化する傾斜部を有するもの、すなわち次の条件、
【数１６】
【０１５６】
を満たすものであればこれに類似する他の関数であってもよい。例えば、図３９に示すような傾斜部分を曲線で置き換えた窓関数を用いるようにしても、同様の効果を得ることができる。
【０１５７】
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。
【０１５８】
従来、等間隔に配置された検出チャネルを有する検出器を用いて画像再構成を行う場合、等間隔に検出された投影データを等角度間隔の投影データに変換してから画像再構成をしており、この変換の過程における誤差により画質が劣化する問題がある。
【０１５９】
図４０は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、Ｘ線管１から発生したＸ線ビーム３を平面上に等間隔で配置された検出チャネル行列を有する平面固体検出器１５１で検出し、スライス抽出部１１、空気補正部１２、ＬＯＧ変換部１３を経て投影データＰを求め、フィルタ部９８において通常のＦＢＰ法で行うフィルタを作用させた後、直線データ逆投影部９９において等間隔の投影データを等角度間隔の投影データに変換することなく再構成画像を計算するようにしたことにある。なお、その他図１と同一物には、同一の符号を付す。
【０１６０】
以下、直線データ逆投影部９９における処理について説明する。図４１は等間隔検出を示す図であり、図４２は直線データ逆投影の処理の流れを示す図である。図４１は、回転軸を原点とする被検体に固定した座標軸ｘ，ｙにおいて、回転角をφとしたときの焦点Ｆの座標（ｘF，ｙF）と平面固体検出器１５１の検出位置を示す測定線４５との関係を示すものであり、ｘ軸上の等間隔の各位置をセンタリング番号ｋで表す。図４２においては、まず、ステップ３００で３６０°分の投影データＰを−４５°〜４５°を一単位とする９０°分ずつの４つのクオータに分け、ステップ３１０で最初の９０°分の投影データについての演算ループに入り、一定角度φ毎にステップ３２０で焦点Ｆの座標（ｘF，ｙF）を計算し、ステップ３３０で測定線４５上で等間隔に得られた投影データＰをｘ軸上の等間隔のデータ列に変換する（以下「センタリング」という）。ステップ３３０におけるセンタリングでは、ステップ３４０で各センタリング番号ｋについての演算ループに入り、次式によりセンタリングデータＰｃ（ｋ）を求める。
【数１７】
【０１６１】
（ｎ'は実数なのでＰ（ｎ'）は線形補間により求める）
ただし、ｃｐ：センタリングピッチ、ｋｃ：中心ｋ、ｎｃ：センタチャネル、
ｄ：チャネルピッチ、ＦＤＤ：焦点と測定線の距離、
は既知とする。
【０１６２】
すなわち、センタリング番号ｋに対応する測定線４５上のｎ'の位置を幾何学的に求め、この位置における投影データＰ（ｎ'）を線形補間により求めてセンタリング番号ｋにおける投影データＰｃ（ｋ）とするものである。ステップ３７０では、このように得られたＰｃ（ｋ）を再構成画像の各画素へ逆投影する際に、特開昭５４−１５２４９０号公報等で知られている方法を用いる。続いてステップ３８０で角度φをインクリメントし、ステップ３１０へ戻って上記の処理を繰り返し行う。９０°分のデータについての上記処理が終了した後、ステップ３９０で画像を９０°回転し、ステップ４００で次のクオータに移ってステップ３００からの同様の処理を繰り返し、４つのクオータについて逆投影を行って最終的な断層画像を得る。
【０１６３】
したがって、本実施の形態によれば、等間隔に配置された検出チャネル行列で検出された投影データを等角度間隔に変換することなく逆投影することができ、等角度間隔に変換する際に生ずる誤差のない高品質な断層画像を得ることができる。
【０１６４】
なお、上記各実施の形態においては、被検体を載置する回転テーブルを回転させることとしたが、Ｘ線管と検出器を回転させるようにしてもよい。
【０１６５】
また、上記各実施の形態において、放射線源から照射される放射線はＸ線としたが、他の透過性の放射線を用いるようにしてもよい。
【０１６６】
さらに、第３及び第５乃至第９の実施の形態においては、検出器は１次元の検出器としたが、２次元的に検出する検出器であってもよく、第５乃至第７の実施の形態においては、走査方式は、ＲＲ走査やＴＲ走査に限られず、他の走査方式、例えば、被検体を囲むリング状の検出器を固定して設置し、Ｘ線管をその内周または外周で回転させるＳＲ（Stationary-Rotate）方式等としてもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２】歪みの補正曲線を示す図である。
【図３】歪み補正における補間関数の一例を示す図である。
【図４】透過データをそのまま透過像として表示したときの表示器９の画面を示す図である。
【図５】スライス抽出における補間関数の一例を示す図である。
【図６】螺旋走査における検出された透過像を表示したときの表示器９の画面を示す図である。
【図７】螺旋走査におけるスライス抽出を示す図である。
【図８】スライス線設定用のスライスファントム２６を示す図である。
【図９】スライスファントム２６を透過してきた透過データを表示器９に表示させたときの透過像を示す図である。
【図１０】ＦＣＤとＦＣＤＣの位置関係を示す図である。
【図１１】ＦＣＤ測定部３０を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図１３】歪み校正用ファントム１１３をＸ線Ｉ.Ｉ.２の前面に設置した状態を示す図である。
【図１４】グリッドの透過像を示す図である。
【図１５】グリッドの歪み補正曲線を示す図である。
【図１６】歪み校正用ファントムの他の例を示す図である。
【図１７】歪み校正用ファントムの設置位置の例を示す図である。
【図１８】スライスファントム１０５を示す図である。
【図１９】スライスファントム１０５の断面図を示す図である。
【図２０】スライスファントムファントムの他の例を示す図である。
【図２１】スライスファントムの設置位置の他の例を示す図である。
【図２２】ピンの設置位置の他の例を示す図である。
【図２３】本発明の第３の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２４】回転中心の求出を示す図である。
【図２５】回転中心の求出の原理を示す図である。
【図２６】回転中心の求出の他の例を示す図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２８】焦点評価ファントム、Ｃ／Ｓ値、ＭＴＦ曲線を示す図である。
【図２９】本発明の第５の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３０】定数加算を行う処理の流れを示す図である。
【図３１】本発明の第６の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３２】ノイズ圧縮を行う処理の流れを示す図である。
【図３３】本発明の第７の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３４】空気領域の識別および強度変動の補正を示す図である。
【図３５】本発明の第８の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３６】データ挿入の処理の流れを示す図である。
【図３７】本発明の第９の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３８】窓関数掛けの処理の流れを示す図である。
【図３９】窓関数の他の例を示す図である。
【図４０】本発明の第１０の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図４１】等間隔検出を示す図である。
【図４２】直線データ逆投影の処理の流れを示す図である。
【図４３】従来のコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１６８】
１…Ｘ線管
２…Ｘ線Ｉ.Ｉ.
３…Ｘ線ビーム
４…被検体
５…回転テーブル
６…機構制御部
７…テレビカメラ
８…データ処理部
９…表示器
１０…光電面
１１…スライス抽出部
１２…空気補正部
１３…ＬＯＧ変換部
１４…歪み補正部
１５…再構成部
１９…回転機構
２０…断層面送り機構
２１…焦点距離変更機構
２３…スライス線
２４…追従スライス線
２６…スライスファントム、２６ａ…上部、ｂ…下部、ｃ…ギャップ
２７…スペーサ
２８…投光器
２９…可視光線
３０…ＦＣＤ測定部
３１…目盛板
３２…指標
４５…測定線 ５１…Ｘ線管
５２…コリメータ
５３…Ｘ線ビーム
５４…被検体
５５…回転テーブル
５６…機構制御部
５７…データ収集部
５８…データ処理部
５９…表示器
６０…検出器
６１…被検体
６２…空気補正部
６３…ＬＯＧ変換部
６４…走査機構部
６５…再構成部
６６…回転中心検出部
６７…回転機構
６８…断層面送り機構
６９…焦点距離変更機構
７１…中心線
７２…回転軸
７３…撮影断層面
７８…データ処理部
８０、８２、８３、８４、８５、８６…データ処理部
８１…検出チャネル
９０…再構成部
９１…定数加算部
９２…ノイズ圧縮部
９３…空気領域識別部 ９４…ＲＥＦ補正部
９５…データ挿入部
９６…窓関数掛け部
９７…中心線
９８…フィルタ部
９９…直線データ逆投影部
１００…校正部
１０１…距離測定部
１０４…スペーサ
１０５…スライスファントム、１０５ａ…上部、１０５ｂ…下部、１０５ｃ…ギャップ
１０６…スペーサ
１０８…ピン
１０９…ピン駆動部
１１０…スライスファントム、１１０ａ…上部、１１０ｂ…下部、
１１０ｃ…ギャップ
１１１…ピン
１１２…ピン
１１３…歪み校正用ファントム
１１４…グリッド駆動部
１１５…透過像
１１６…スライス線
１１８…同心円ファントム
１１９…グリッド
１２０…グリッドファントム
１２１…ピン
１２２…サイドピンファントム
１２８…データ処理部
１３０…フォーカス評価部 １３１…焦点評価ファントム
１３３…Ｘ線フォーカス調整部
１３４…Ｉ.Ｉ.フォーカス調整部
１３５…カメラフォーカス調整部
１３６…フィラメント
１３７…電子線
１３８…収束コイル
１３９…ターゲット
１４０…Ｘ線・電子変換膜
１４１…電子線
１４２…収束電極
１４３…Ｉ.Ｉ.出力面
１４４…光学レンズ
１４５…ＣＣＤセンサ
１４６…マイクロフォーカスＸ線管
１４７…Ｘ線Ｉ.Ｉ.
１４８…テレビカメラ
１５０…回転テーブル
１５１…平面固体検出器
２０１…Ｘ線管
２０２…コリメータ
２０３…Ｘ線ビーム
２０４…被検体
２０５…走査機構
２０６…検出器
２０７…データ収集部
２０８…データ処理部
２０９…表示器
２１２…空気補正部 ２１３…ＬＯＧ変換部
２１５…再構成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊で被検体の断層画像を得るコンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４３に従来のコンピュータ断層撮影装置の一般的な構成を示す。Ｘ線管２０１で発生したＸ線は、コリメータ２０２で扇上のＸ線ビーム２０３となり、被検体２０４を透過して、円弧状に数百に及ぶ検出素子が焦点Ｆを中心として等角度に配置された検出器２０６で検出される。走査機構部２０５は、ファンビームが狭い広がりしか有しないときには、被検体をコリメータ２０２の出力面に平行な方向に直線動作（トランスレート）をさせて透過データを収集した後、一定角度回転（ローテート）させ、これを１８０°の角度にわたり繰り返すトランスレート・ローテート走査（以下「ＴＲ走査」という）を行う。また、ファンビームが撮影領域を覆う広がりを有するときには、被検体に回転動作のみを与えるローテート・ローテート走査（以下「ＲＲ走査」という）を行う。このように検出された透過データは、データ収集部２０７でデジタル信号に変換され、データ処理部２０８へ送られる。
【０００３】
データ処理部２０８では、まず、空気補正部２１２において検出素子ごとの利得の差異が補正され、ＬＯＧ（対数）変換部２１３において被検体２０４内のＸ線の吸収係数の線積分に相当する投影データが計算される。続いて再構成部２１５において投影データから主にフィルタ補正逆投影法（Filtered Back Projection法、以下「ＦＢＰ法」という）を用いて画像再構成の計算が行われ、ここで得られた画像は表示器２０９に表示される。透過データの補正は、空気補正の他にオフセット補正や線源強度補正等も行われるが、図では省略されている。なお、ＦＢＰ法については、「ＣＴスキャナ」（岩井喜典編：コロナ社,1979年初版） 等に記載がある。検出器の種類としては、同図に示すようにＸ線を一次元的に検出するものの他、２次元的にＸ線を検出するものとして、Ｘ線を可視像に変換するＸ線像蛍光増倍管（イメージインテンシファイア）とテレビカメラを組み合わせた検出器や、フォトダイオードアレイにシンチレータを貼り付けた平面固体検出器等がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ＣＴスキャナを用いた検査に対する要求が強く、また種々の被検体について断層画像を得ることの要求も多い。このため、画像の高品質化の要求が増々高くなる傾向にある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、画像の高品質化に寄与し得るコンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、対向配置された放射線源と検出器の組とその間に位置する被検体とに相対的な回転を与え、被検体を透過させた放射線源からの放射線を検出器の検出面により２次元的に検出して得たデータ行列を用いて被検体の断層撮影画像を得るコンピュータ断層撮影装置において、平面状の間隙を有するファントムと、前記間隙が前記回転の軸に直交するように設置された前記ファントムに対し当該軸の方向に相対的な変位を与えて、前記ファントムの平面状間隙について得られる透過像が最も明瞭となるときの当該間隙の中心の線に対応するデータ行列における線の位置を求める交差線設定手段と、を有することを要旨とする。
【０００７】
本発明にあっては、回転軸に直交する間隙の回転軸方向における位置を調整し、透過像上における間隙が最も明瞭となるときの間隙の中心の線の位置を求めて、撮影断層面が検出面に交差する交差線の位置を設定することで、撮影断層面が回転軸に対して正確に垂直となるようにしている。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置において、被写体を保持するための前記ファントムを取り付けた載置台を有することを要旨とする。
【０００９】
請求項２記載の本発明にあっては、前記交差線を求めるためのファントムを予め設置して、交差線の位置の設定を自動的に行うようにしたことで、専用のファントムの設置を手動により行うことによる煩雑さを回避できるようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
以上、説明したように、高品質な断層画像を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置（以下、適宜「ＣＴスキャナ」という）を示す図である。同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図を示す。同図のＣＴスキャナは、コーン状にＸ線ビーム３を発生させるＸ線管１と、被検体４を乗せる回転テーブル５と、回転テーブル５に回転軸７２を中心として回転運動を与える回転機構１９と、回転テーブル５を上下に移動させて被検体４の所望の目的断層面をデータ収集される撮影断層面７３（理想的にはＸ線焦点を通り回転軸と直交する面）に合わせる断層面送り機構２０と、この撮影断層面７３に沿って可視光線２９を照射する投光器２８と、焦点Ｆからの回転軸７２までの距離（ＦＣＤ）を変更して撮影倍率を調整する焦点距離変更機構２１と、これら各機構の制御を行う機構制御部６と、被検体４を透過してきたＸ線を２次元的に検出して可視像に変換するＸ線蛍光増倍管（Ｘ線イメージインテンシファイア、以下「Ｘ線Ｉ.Ｉ.」という）２と、この可視像をデジタル信号に変換するテレビカメラ７と、テレビカメラ７から送られてきたデジタル信号に対して以下に示す種々の処理をおこない画像再構成の計算をするデータ処理部８と、再構成画像およびその他の処理結果および処理前の透過像を表示する表示器９とを有する構成である。Ｘ線Ｉ.Ｉ.２は検出素子を有するものではないが、Ｘ線を検出する面をマトリクス化した行列（以下「検出チャネル行列」という）に対応させることによりデジタル信号が得られる。データ処理部８は、通常の計算機であり、図示していない演算処理装置、必要なプログラム等を記憶している記憶装置、メモリ、インタフェース、キーボード等を有し、撮影断層面７３が検出チャネル行列に交差する線（以下、適宜「スライス線」という）上における補間値を抽出する処理を行うスライス抽出部１１と、空気を撮影したデータを用いて検出チャネルごとの利得の差異を補正する空気補正部１２と、検出されたデータ（以下、適宜「透過データ」という）を用いてＸ線の吸収係数の線積分に相当する投影データを計算するＬＯＧ変換部１３と、検出位置のずれに起因する歪みを補正する歪み補正部１４と、画像再構成を行う再構成部１５と、スライス線の位置を設定するスライス線設定部（図示せず）と、被検体の透過像に重ねてスライス線等を表示器９に表示させるスライス線表示部（図示せず）と、断層画像の倍率から再構成に用いるＦＣＤ値を修正するＦＣＤ校正部（図示せず）とを有する構成である。操作者はデータ処理部８を用いてパラメータの設定、メニューの選択、スキャンの起動、処理状態の監視、断層画像の表示、解析などを行う。（各手段に関する記載を削除しました。）
このようなＣＴスキャナにおいて、操作者は、被検体４を回転テーブル５上に載置し、焦点距離変更機構２１で倍率を設定し、断層面送り機構２０で被検体の目的断層面の位置を撮影断層面７３に合わせる。続いて、Ｘ線を照射して撮影を開始すると、回転テーブル５は一定の角度づつ又は連続的に３６０°回転し、Ｘ線Ｉ.Ｉ.２は回転の各位置で透過データを収集し、テレビカメラ７がこれをデジタルデータに変換してデータ処理部８へ送る。データ処理部８では、まず、スライス抽出部１１においてスライス線上における透過データｄ（ｉ）が補間により求められるが、この処理の詳細については後述する。
【００１３】
次に、空気補正部１２で、被検体が無い状態であらかじめ収集してある透過データ（空気データ）ｄaとの比を取ることで利得補正が行われる。検出チャネル の番号をｉ（ｉは自然数）とすると、透過データｄ（ｉ）の空気補正は、
【数１】
【００１４】
で表される。ここでｄoff（ｉ）はＸ線を照射しない状態でＸ線Ｉ.Ｉ.２に検出されるデータである。次に、ＬＯＧ変換部１３で対数変換され吸収係数の線積分に相当する投影データＰ（ｉ）に変換される。ＬＯＧ変換は、
【数２】
【００１５】
で表される。次に、歪み補正部１４で検出位置のずれに起因する断層画像の歪みが補正され、再構成部１５で上記各処理の施された３６０°分の投影データを用いて画像再構成の計算を行う。
【００１６】
検出位置のずれに起因する断層画像の歪みとは、Ｘ線Ｉ.Ｉ.２の光電面１０が球面状であるため（また内部の電子レンズの歪みにより）生じるものである。すなわち、Ｘ線が光電面１０に入射する位置が光電面１０の外側へいく程広がっていくため、Ｘ線Ｉ.Ｉ.２により検出された投影データＰ（ｉ）を用いて画像再構成をすると、画像上には外側へいくほど歪みが生じることとなるのである。そこで、検出すべき位置における検出チャネルに対応した投影データを補間により求めることが必要となる。
【００１７】
図２は、実際の検出位置における検出チャネルＮｏ．ｉと検出すべき位置におけるチャネルＮｏ．ｎ（ｎは自然数）との位置関係から求められる歪みの補正曲線を示す図である。補正曲線は、後述するように所定のファントムを用いて予め求めておく。この補正曲線により、チャネルｎに対応した検出チャネルの位置ｉ（ｎ）を求めることができ、このｉ（ｎ）における投影データＰ（ｉ（ｎ））（以下、「Ｐ'（ｎ）」と表す）を補間により求める方法について以下説明する。
【００１８】
図３は、歪み補正における補間関数の一例を示す図である。従来の線形補間では補間関数は点線に示すような三角形の形状を有する関数が用いられていたが、このような補間関数を用いた場合は次のような問題がある。すなわち、光電面１０の中心部においては、Ｘ線が入射する検出チャネルの位置ｉと本来検出すべきチャネルの位置ｎとが一致するのでＰ（ｉ）がそのままＰ'（ｎ）となるが 、光電面１０の外側においては、ｉとｎとが一致せずｉ（ｎ）におけるデータがｉ（ｎ）に隣接する２点の投影データから線形補間により求められるので、この２点におけるノイズがキャンセルされる場合がある。すなわち、Ｐ'（ｎ）は、 ノイズがそのまま残っているチャネルとノイズがキャンセルされたチャネルとが混在することとなるためノイズが不均質となり、また回転の各位置においても同様であるので、再構成画像にリング状の偽像が生じることがある。
【００１９】
そこで、本実施の形態に係る補間関数ｆI（Δｉ）は、
【数３】
【００２０】
で表されるものとする。これは、離散的なデータ間隔の３倍に相当する周期を有し、振幅が２／３で、−π〜πの範囲にある余弦の関数を縦軸の正方向に１／３移動させた関数である。
【００２１】
投影データＰ（ｉ）は、次式、
【数４】
【００２２】
により、投影データＰ'（ｎ）に変換される。
【００２３】
このような補間関数を用いれば、ｉ（ｎ）の位置に最も近接する３点の投影データの値を用いて変換することができ、全体としてノイズの増減を均質化することができる。
【００２４】
これは次のように証明される。補間フェーズをｘ（−１／２〜１／２）、補間前のデータのノイズをσとすると補間後のノイズσ'は、ウエイト付３点平均となり、
【数５】
【００２５】
で表されるが、ｆIに具体的に式（３）を代入して変形すると、右辺はｘによらず、σ／２1/2で一定になり、ノイズの増減ファクタは１／２1/2で一定である。
【００２６】
証明終わり。
【００２７】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の歪み補正によれば、データ間の所定の位置における補間値を、この位置に最も近接する３点のデータの値に基づいて求めるようにしたことで、ノイズの増減を均質化することができ、リング状の偽像が少ない断層画像を得ることができる。
【００２８】
なお、上記の補間関数は、厳密に余弦の関数を用いなくとも、正弦の関数若しくはこれに類似する関数であっても同様の効果を得ることができる。また、歪み補正に適用するだけではなく、等間隔で得られたデータ列を等角度間隔のデータ列へ変換する場合の補間や、断層画像の拡大率を変更するためにデータの間隔を変更する場合の補間にも適用することができる。
【００２９】
次に、スライス抽出部１１における処理について説明する。図４は、検出された透過データをそのまま透過像として表示したときの表示器９の画面を示す図である。横軸をｉ、縦軸をｊとする画素Ｎｏ.（ｉ，ｊ）は、検出チャネル行列の 位置に相当するものであり、透過データをｄ（ｉ，ｊ）で表すこととする。
【００３０】
検出チャネル行列に撮影断層面７３が交差するスライス線をｊｃとすると、高品質な画像を得るためにはスライス線ｊｃに対し、検出チャネルを縦軸方向に結ぶ線が交差する位置における透過データｄ（ｉ，ｊｃ（ｉ））（以下、適宜「スライスデータｄ'（ｉ）」という）を得る必要がある。しかし、同図に示すよう にスライス線ｊｃが検出チャネル行列に対して傾斜している場合には、スライス線ｊｃ上における透過データを検出することができず、画質劣化の要因となる。
【００３１】
そこで、以下に示すように透過データｄ（ｉ，ｊ）を補間することにより、スライスデータｄ'（ｉ）を求める。
【００３２】
補間は、スライス線ｊｃを中心とする一定の幅ＳＷj（以下、適宜「スライス幅」という）の中の透過データｄ（ｉ，ｊ）を用いて行う。ＳＷj は、補間に用いる透過データｄ（ｉ，ｊ）の縦軸方向のサンプル数を定めるものであり、予め設定しておくものとする。
【００３３】
図５は、補間関数の一例を示す図であり、点線の補間関数１と実線の補間関数２を示す。補間関数１は台形の形状を有する関数であり、傾斜部の幅は１、高さは１／ＳＷｊ、半値幅はＳＷjである。補間関数１、ｇI（Δｊ）は、
【数６】
【００３４】
で表される。ここで、ＳＷj を小さくしていき、ｗ1＝−ｗ1＝０のときＳＷｊ＝１であるので、ＳＷｊの下限は１とする。
【００３５】
実線で示す補間関数２、ｇI（Δｊ）は、補間関数１の傾斜部を幅が１.５となるように余弦の曲線で置き換えたものであり、
【数７】
【００３６】
で表される。ここで、ｗ1'＝−ｗ1'＝０のときＳＷｊ＝１.５であるので、ＳＷjの下限は１.５とする。また、このときは、図３記載の補間関数ｆI（Δｉ）に一致する。
【００３７】
透過データｄ（ｉ，ｊ）は、上記補間関数ｇI（Δｊ）を用いて次式、
【数８】
【００３８】
により、スライスデータｄ'（ｉ）に変換される。
【００３９】
補間関数１を用いた場合、計算速度が早い利点がある一方、ＳＷｊを下限値１に設定した場合には、関数の形状が三角形となり図３記載の従来の補間関数について説明したようにノイズの増減が不均質となる問題がある。
【００４０】
これに対し補間関数２を用いた場合は、スライス幅ＳＷj を１.５＋ｎ（ｎは ０，１，２，３…）と選べばノイズの増減が均質化される。
【００４１】
これは次のように証明される。補間フェーズをｘ（−１／２〜１／２）、補間前のデータのノイズをσとすると補間後のノイズσ'は、
【数９】
【００４２】
で表されるが、ｇIに具体的に式（７）を代入して変形すると、ＳＷj が１.５＋ｎの時、右辺の係数すなわちノイズの増減ファクタはｘによらず一定になる。
【００４３】
証明終わり。
【００４４】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置のスライス抽出によれば、撮影断層面が検出チャネル行列に交差するスライス線上における補間値を抽出するようにしたことで、検出チャネル行列が撮影断層面に対し傾斜している場合でも高品質な断層画像を得ることができる。
【００４５】
なお、補間関数２は傾斜部に余弦の曲線を用いることとしたが、厳密に余弦の曲線でなくとも、正弦の曲線もしくはこれに類似する曲線を用いるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、スライス線ｊｃに平行な複数の線を設けてそれぞれの線についてスライス抽出を行うこともできる。これにより１回の撮影で複数枚の断層画像を作ることができる。ただし、スライス線ｊｃから離れるほど画質が低下するので限度はある。
【００４７】
次に、回転機構１９で回転テーブル５を一定角度だけ回転させるとともに、断層面送り機構２０で回転テーブル５を回転軸７２の方向に上へ向かって一定間隔だけ直線移動させて透過データを収集し、これを繰り返し行う螺旋走査におけるスライス抽出部１１での処理について説明する。
【００４８】
図６は、螺旋走査における検出された透過像を表示したときの表示器９の画面を示す図である。検出チャネル行列に撮影断層面７３が交差するスライス線ｊｃを±１８０°の回転角に対応させて上下に平行に移動させたときの２本の線で囲まれた３６０°の回転角に対応する範囲を抽出範囲とし、この抽出範囲内においてスライス線に平行であって被検体の目的断層面の移動に追従していく線を追従スライス線２４とする。
【００４９】
図７は、螺旋走査におけるスライス抽出を示す図である。目的断層面［１］〜［５］の画像を得る場合について以下説明する。まず、回転角が進むにつれて上方向に移動していく目的断層面［１］が前記の抽出範囲内に入ってきたときに（便宜上、このときの回転角を０°とする）、目的断層面［１］に対応する追従スライス線を設定し、この追従スライス線上における透過データ（以下、「追従スライスデータ」という）を、各回転角の位置で前述したスライスデータの抽出と同様の処理により求めていく。
【００５０】
ここで、目的断層面間の距離（以下、「断面ピッチ」という）Ｓｐを、一回転中の直線動作により被検体４が上方向に移動する距離（以下、「螺旋ピッチ」という）Ｚｐの１／２に設定したとすると、回転角が１８０°となったところで、目的断面［２］が抽出範囲内に入ってくるので、新たな追従スライス線を設け、目的断層面［２］についての追従スライスデータの抽出も始める。回転角が３６０°となったときには、目的断層面［１］について３６０°分のスライスデータが得られているのでこれを空気補正部１２等を介して再構成部１５へ送り画像再構成を行う。目的断層面［３］〜［５］についても同様に追従スライス線を設けて追従スライスデータの抽出を行う。
【００５１】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の螺旋走査におけるスライス抽出によれば、複数の目的断層面のそれぞれについて、スライス線を中心とする±１８０°の回転角に対応した抽出範囲内において、スライス線に平行な線上における３６０°分の追従スライスデータを補間して求めるようにしたことで、各目的断層面について高品質な断層画像を得ることができる。
【００５２】
なお、断面ピッチＳｐは螺旋ピッチＺｐの１／２には限定されるものではなく、さらに細かい断面ピッチとした場合には、抽出範囲内にそれに対応した複数の追従スライス線を設けることで、上記と同様の処理により複数の追従スライスデータを抽出することができる。
【００５３】
また、抽出範囲は３６０°の範囲ではなく、１８０°＋ファン角（Ｘ線ビーム３の扇状の角度）で定まる範囲としてもよい。この場合、公知であるハーフスキャンの再構成を行なう。より狭い抽出範囲でデータを収集することができるので、相対的に螺旋ピッチを大きくすることができ、撮影の効率を向上させることができる。
【００５４】
以上の螺旋走査におけるスライス抽出を応用して、スキャノグラム像を撮影することができる。スキャノグラム像は透過像の一種であるが回転軸方向については平行なビームによる透過像である。この場合、回転は行わず断層面送りのみ行なって各追従スライス線について抽出範囲内で追従スライスデータの抽出を行ない、これを各追従スライス線ごとにそれぞれ平均して、目的断層面の順にならべることでスキャノグラム像を得る。
【００５５】
スキャノグラム像は正確に目的断層面に沿った方向の透過画像になるので、表示器９に表示されたこのスキャノグラム像上で撮影する目的断層面位置を複数枚指定しておき自動的にその断面を撮影する、いわゆる計画スキャンをするときに位置指定が正確にできる。データ処理部８はスキャノグラム像を撮影するとき、各目的断層面が撮影断層面に一致するときの断層面送り位置を記憶しておくので、指定された目的断層面を正確に撮影することができる。撮影は各送り位置で固定して１枚ずつ撮影するが、密に指定されている場合は螺旋走査を用いることもできる。
【００５６】
なお、スキャノグラム像の撮影の場合は、目的断層面の距離、Ｓｐは透過像の１画素に相当する長さに設定すると、作成したスキャノグラム像の縦横の倍率を合わせることができ、好ましい。また、抽出範囲の選択は自由であり、広くとると画像のノイズが減らせるが、広くしすぎると回転軸方向の分解能が低下する。
【００５７】
次に、スライス線の設定について説明する。回転軸に直交する撮影断層面に被検体の目的断層面の位置を合わせるためには、予め撮影断層面に対応するスライス線の位置を把握しておくことが必要である。
【００５８】
この点に関し、従来、特開平５−３３２９５３号公報では、平坦状の角棒の透過像を撮影し、角棒を回転軸の方向に上下に直線移動させ、検出器に対して手前と奥に平行に位置する角棒の上表面の２つの辺が一致して見える位置を見つけることで、撮影断層面の位置を把握しようとする。しかし、角棒の２つの辺の一致を目視するものであるため、撮影断層面を正確には決めにくい問題がある。
【００５９】
図８は、スライス線設定用のスライスファントム２６を示す図であり、図９は、スライスファントム２６を透過してきた透過データを表示器９に表示させたときの透過像を示す図である。スライスファントム２６は、円柱の部材２６が底面に平行な平面状のギャップ２６ｃを有し上部ａと下部ｂとがＸ線透過性のよいスペーサ２７を介して接着されている。スライスファントム２６は、スペーサ２７が回転軸７２に垂直となるように回転テーブル５の上に設置される。
【００６０】
図９（ａ）は、スペーサ２７の平面がＸ線焦点Ｆに合っていない状態を示したものである。断層面送り機構２０によりスライスファントム２６を上下方向に移動させると、スペーサ２７の平面がＸ線焦点Ｆに合った状態では同図（ｂ）のようにギャップ像が最も明瞭となり、このギャップ像の中心に位置する線は、回転軸に垂直な理想的な撮影断層面が検出チャネル行列に交差する線（スライス線）に一致するものであり、スライス線設定部では、このスライス線の座標位置を求めて記憶する。これによりスライス抽出する撮影断層面は正確に理想的な撮影断層面に一致する。記憶しておいたスライス線は、被検体を検査する際にスライス線表示部により同図（ｃ）に示すように被検体の透過像、スライス幅、スケール表示とともに表示器９に表示され、操作者は、被検体の目的断層面がこのスライス線に合うように被検体の位置の調整を断層面送り機構２０で行う。
【００６１】
ここで、スライス線は各請求項の交差線を構成する。
【００６２】
また、平面状の可視光線２９がギャップ２６ｃと平行でかつスライス線に一致するように投光器２８を調整しておけば、被検体の目的断層面の位置を可視光線２９が被検体に交差する線に一致するように調整することもできる。この際、スペーサ２７にアクリル樹脂等の可視光線を透過しやすい材料を用いれば、ギャップ２６ｃを可視光線が通りぬけるように投光器２８を調整することで、調整を簡単かつ精度よく行うことができる。
【００６３】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるスライス線設定によれば、撮影断層面に対応するスライス線の位置を正確に把握することができるとともに、スライス抽出する撮影断層面をＸ線焦点Ｆを通って回転軸７２に正確に垂直となるようにすることができ、高品質な断層画像を得ることができる。
【００６４】
なお、スペーサ２７には、部材２６ａ、２６ｂよりもＸ線透過性の低い物質を用いることとして、ギャップ像の濃淡を逆にしてもよい。
【００６５】
また、スペーサ２７は、ギャップ２６ｃ全体を埋めている必要は無く、部分的に数箇所挟むだけにしてもよい。
【００６６】
さらに、スライス線の表示は、点灯・消灯を切り替えられるようにしてもよく、点滅若しくは表示色を変えて表示するようにしてもよい。
【００６７】
なお、スライスファントムの形状が円柱である必要はなく、例えば、角柱や円錐の形状であってもよいことはいうまでもない。
【００６８】
次に、計算上の焦点Ｆと回転軸７２との距離の校正について説明する。
【００６９】
焦点Ｆと回転軸７２との距離（以下「ＦＣＤ」という）が、画像再構成の計算上で設定されている距離（以下「ＦＣＤＣ」という）に対応しない場合は、再構成画像の寸法にずれが生じる問題がある。例えば、図１０に示すようにＦＣＤＣの方がＦＣＤよりも長い場合は、被検体の断層画像の大きさがそれに比例して拡大されてしまう。この点に関し、従来はＦＣＤの固定位置を数箇所設け、それぞれの位置で予め寸法既知の物体を撮影し、各位置における断層画像の１画素当たりの寸法を得るようにしていたが、固定位置以外では寸法精度の良い断層画像を得ることは困難である。
【００７０】
まず、操作者は、焦点距離変更機構２１で任意のＦＣＤを設定し、物指などで測定した概略ＦＣＤ値をＦＣＤＣ値としてデータ処理部８に入力する。つぎに寸法既知の被検体の断層画像を撮影する。データ処理部８におけるＦＣＤ校正部では、被検体の寸法と断層画像上の寸法を比較し、ＦＣＤに対するＦＣＤＣの倍率ｋを求めて、ＦＣＤＣの値を１／ｋ倍した値におきかえる。以後、このＦＣＤＣ値で再構成が行われる。ＦＣＤを変更するたびに以上の校正を行なえば、いつも寸法精度のよい画像が得られる。
【００７１】
また、物指を用いるかわりに、図１１に示すようにＦＣＤ測定部３０を設けることもできる。ＦＣＤ測定部３０は、焦点距離変更機構２１の固定部に目盛板３１を付し、断層面送り機構２０に回転軸７２の位置を示す指標３２を付した構成である。
【００７２】
この場合は、寸法既知の被検体を撮影して得た１／ｋ倍されたＦＣＤＣ値が指示値になるように指標３２あるいは目盛板３１をずらしてＦＣＤ測定部３０を校正する。以後、ＦＣＤを変更してもＦＣＤ測定部３０により正しいＦＣＤ値が読み取れるので、この値をＦＣＤＣ値としてデータ処理部８に入力してやるだけで寸法精度のよい画像が得られる。
【００７３】
したがって、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置におけるＦＣＤの校正によれば、ＦＣＤを任意に変更させた場合であっても、寸法精度の高い断層画像を容易に得ることができる。
【００７４】
なお、ＦＣＤの測定は、操作者による読み取りではなく、直接ＦＣＤの値がデータ処理部８へ送られるようにしてもよい。
【００７５】
また、一次元の検出チャネルを有する検出器を用いる場合にも適用できることはいうまでもない。
【００７６】
したがって、本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置によれば、検出位置のずれに起因する歪みを補正するためにデータを補間する歪み補正、撮影断層面が検出チャネル行列に傾斜して交差している場合のスライス線上のデータを補間するスライス抽出、螺旋走査およびスキャノ像撮影におけるデータの補間を行うスライス抽出、スライス線の位置の設定、ＦＣＤＣの校正、を総合的に行うようにしたことで、高品質な断層画像を得ることができる。
【００７７】
なお、本実施の形態においては、Ｘ線Ｉ.Ｉ.とテレビカメラを用いて検出を行うこととしたが、スライス抽出については、２次元のチャネル行列を有する他の検出器を用いてもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態においては、スライス抽出、空気補正、ＬＯＧ変換、歪み補正の順で処理を行うこととしたが、これらの順番は必要に応じて変更することもできる。
【００７９】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００８０】
従来のＣＴスキャナにおいては、検出位置のずれに起因する歪みの校正用のファントムの設置、撮影断層面が検出器の検出面に交差する位置の校正、断層面送りや焦点距離の変更を行ったときにずれた回転軸の設置の角度の校正、焦点と回転軸との距離（ＦＣＤ）の校正、をそれぞれ手動により各機構を調整することにより行っていたが、これらは大変手間のかかることである。
【００８１】
図１２は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、スライス線の位置および回転軸の位置を求めるためのスライスファントム１０５を回転テーブル５として設置し、焦点距離変更機構２１が被検体を移動させた量を測定してデータ処理部７８へ送信する距離測定部１０１と、データ処理部７８の中にあって各種の校正の処理を行う校正部１００とを設けるとともに、図１３に示すように歪み校正用ファントム１１３をグリッド駆動部１１４によりＸ線Ｉ.Ｉ.２の前面に設置・離脱ができるようにして、歪み校正用ファントムの設置と歪みの校正、焦点Ｆを通り回転軸７２に直交する撮影断層面が検出チャネル行列に交差する線の位置を求めるスライス線の設定、放射線源の焦点を出発し回転軸７２を通る経路が入射する検出チャネル列上の位置を求める回転中心の求出、放射線源１と回転軸７２の計算上の距離の校正、が自動的に高精度で行われるようにしたことにある。
【００８２】
ここで、スライスファントム１０５は、請求項２記載の載置台を構成し、校正部１００は、歪み校正手段と、交差線設定手段と、ＦＣＤ校正手段とを構成する。なお、図１と同一物には同一の符号を付す。
【００８３】
歪み校正用ファントム１１３は、Ｘ線の吸収性の低い板状の物質に吸収性の高い円柱状の線材を等間隔で埋め込んだもの（グリッド）である。
【００８４】
図１８は、スライスファントム１０５を示す図である。図１９は、スライスファントム１０５の断面図を示す図であり、ピン駆動部１０９によりピン１０８を上部に突き出した状態を示している。ピン駆動部１０９は、その中にピン１０８を完全に収納することができ、スライスファントム１０５は、上部１０５ａと下部１０５ｂとの間のスペーサ１０４が回転軸７２に垂直となるように設置されている。
【００８５】
このようなＣＴスキャナにおいて、各校正は、操作者がデータ処理部７８のメニューを選択することにより行われていく。
【００８６】
まず、歪みの校正から説明する。図１４は、歪み校正用ファントム１１３を用いて透過データを収集したときのグリッドの透過画像を示す図であり、図１５は、グリッドの歪み補正曲線を示す図である。校正部１００では、縦線状の透過像がスライス線１１６と交差する点ｉkを求め、図１５に示すように横軸を検出チ ャネルＮｏ.ｉ、縦軸を検出すべき位置のチャネルＮｏ.ｎとする座標上に測定点（ｉk、ｎk）をプロットし、最小二乗法等を用いて歪み補正曲線を近似的に求めて記憶しておき、この歪み補正曲線を適宜歪み補正部１４での補間処理に提供する。
【００８７】
次に、スライス線の設定について説明する。断層面送り機構２０によりスライスファントム１０５を上下方向に移動させ、校正部１００では、透過像の濃度分布の中でスペーサ１０４に対応する直線状の像が最も明確となるときに、その像の中心に位置する線をスライス線として記憶する。
【００８８】
次に、回転中心の求出について説明する。スライスファントム１０５のピン１０８が上面に突き出され、ピン１０８について１８０°異なる２箇所の回転位置で透過データを収集し、校正部１００ではスライス線上のピンの中心の位置を平均して回転軸７２を通るＸ線が入射する検出チャネル（以下「中心チャネル」という）の位置を求めて記憶する。被検体を検査するときには、記憶しておいた中心チャネルの位置が計算上の回転の中心となるように透過データをシフトさせて再構成部１５で計算を行う。なお、透過データの収集は、１８０°対向する検出位置を一組とする複数の組について行うようにしてもよい。
【００８９】
次に、ＦＣＤの校正について説明する。校正部１００では、任意のＦＣＤ位置でスライスファントム１０５を撮影し、距離測定部１０１で測定したＦＣＤをＦＣＤＣ値として断層画像を再構成する。次に、スライスファントム１０５の寸法と、断層画像上の寸法を比較して真のＦＣＤに対するＦＣＤＣの倍率ｋを求めてＦＣＤＣの値を１／ｋ倍し、真のＦＣＤ値を決定しこのＦＣＤ値とＦＣＤＣとの差分を求め記憶する。以後、ＦＣＤを変更したときには、距離測定部１０１でＦＣＤを測定し、校正部１００でこのＦＣＤに記憶した差分を加算して、ＦＣＤＣの値を求めて再構成に用いる。
【００９０】
したがって、本実施の形態によれば、歪み校正用ファントムの設置・離脱と歪みの校正、スライス線の設定、回転中心の求出、ＦＣＤの校正が自動的に行われるようにしたことで、手動により検出位置のずれに起因する歪み校正用のファントムの設置、撮影断層面が検出面に交差する位置の校正、回転軸の設置の角度の校正、ＦＣＤの校正、を各機構を調整して行ったのと同様の効果を得ることができ、もって高品質な断層画像を容易に得ることができる。
【００９１】
なお、歪み校正用ファントムは、図１６（ａ）に示すようにＸ線の吸収性の高い物質を同心円状とした同心円ファントム１１８、同図（ｂ）に示すように小円柱を等間隔で直線上に並べたグリッド１１９を有するグリッドファントム１２０、同図（ｃ）に示すように一本のピン１２１を中心から離れた位置に有するサイドピンファントム１２２のいずれかを用いて、図１７（ａ）に示すように回転テーブル５の上に固定して透過像を撮影するようにしてもよい。ただし、サイドピンファントム１２２では、回転位置を変えた複数の透過像を用いて補正曲線を求めるようにする。また、図１７（ｂ）に示すようにこれらのファントムを回転機構１９の下側に設置するようにしてもよい。
【００９２】
また、スライスファントムは、図２０に示すようにピン１１１をファントムの中に埋め込むようにして構成してもよい。ただし、ギャップの幅が狭すぎるとピン１１１の透過データを得にくくなり中心校正の精度が落ちてしまうので断層面校正用とは別に幅の広いギャップを設けてもよい。また、設置位置は図２１に示すように回転機構１９の下側としてもよく、図２２に示すように回転機構１９の下側にピンを設けるようにしてもよい。
【００９３】
なお、上記実施の形態においては、Ｘ線Ｉ.Ｉ.２とテレビカメラ７を用いて検出を行うこととしたが、２次元の検出チャネル行列を有する他の検出器を用いてもよく、歪みの校正、回転中心の求出、ＦＣＤの校正については、１次元の検出チャネル列を有する検出器を用いても同様の効果を奏することができる。
【００９４】
また、スライスファントムは円柱形である必要はなく、例えば、角柱や円錐の形状であってもよいことはいうまでもない。
【００９５】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００９６】
上述した、放射線源の焦点を出発し回転軸を通る経路が入射する検出チャネル列上の位置を求める回転中心の求出は、被検体の撮影前に所定のファントムを用いて行うものであるが、所定のファントムを用いることなく回転中心を求めることができればさらに便宜である。この点に関し、特開平８−１１４５５８号公報では被検体の撮影中に透過像の輪郭を抽出し、回転中心を求めている。しかし、この方法では輪郭のはっきりしない被検体では誤差が大きくなるという問題がある。
【００９７】
図２３は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、Ｘ線管５１と、コリメータ５２と、Ｘ線ビーム５３と、被検体５４と、回転テーブル５５と、機構制御部５６と、データ収集部５７と、検出器６０と、表示器５９と、データ処理部５８の中に空気補正部６２と、ＬＯＧ変換部６３と、回転中心求出部６６と、再構成部６５とを有する構成である。その特徴としては、データ処理部５８に回転中心求出部６６を設けて、被検体の撮影中に検出された３６０°分の投影データを用いて回転中心に対応する中心チャネルの位置を求めるようにしたことにある。
【００９８】
以下、回転中心求出部６６における処理について説明する。図２４は、回転中心の求出を示す図である。横軸を検出チャネルＮｏ.ｎ、縦軸を回転角φとして ３６０°分の投影データＰを並べたサイノグラム上で各チャネルｎについて３６０°分のデータを平均して平均投影データＰｍを求める。Ｐｍは後述するように左右対称となり、その中心の位置ｎｃを求めて中心チャネルの位置とする。中心ｎｃは重心求出法を用いれば、次式、
【数１０】
【００９９】
で求められる。ここで、Ｐｍが大きい値と小さい値を含めて計算すると重心求出の精度が下がるので、これらの部分については重み付けを下げてもよい。例えば、上限値Ｌ２より大きい値を一定値に、下限値Ｌ１より小さい値を０に置き換えてから重心を求めるようにする。
【０１００】
また、中心ｎｃは、必ずしも平均データＰｍを求めなくとも得ることができる。例えば、次式、
【数１１】
【０１０１】
により、ｎｃを求めても式（10）と同じ結果となる。
【０１０２】
ここで、中心ｎｃが中心チャネルに一致する原理について説明する。図２５は、回転中心の求出の原理を示す図である。同図（ａ）のように中心Ｃを通る焦点Ｆからの経路が入射する中心チャネルに対して対称位置にある検出チャネル、ｎLとｎRは、同図（ｂ）のようにそれぞれ中心Ｃから一定の距離を通る３６０°にわたる同一の経路集合についてデータを収集するので、３６０°分加算した投影データは両者について同一の値となる。すなわち、同図（ｃ）のようにこれを平均した投影データＰｍは左右対称となり、この中心に位置するｎｃは中心チャネルに一致するのである。
【０１０３】
この原理を利用して中心ｎｃを求める方法は、上記の重心求出法に限られるものではない。図２６は回転中心の求出の他の例を示す図である。同図（ａ）のように、複数のレベルＬｉを選び、各レベルについてＬｉがＰｍを横切る左右対称の位置にある２点ｄｉ、ｕｉを一組としてこの位置を平均したｎｉを求め、平均ｎｉを全レベルＬｉについてさらに平均することでｎｃを求めることができる。
【０１０４】
レベルＬｉがＰｍを横切る位置が複数組できる場合は、いずれの組を選んでもよく、全ての組を用いてもよい。また、レベルＬｉを誤差の少ない中間レベルに高頻度に設定することでｎｃの算出の精度を向上させることができる。
【０１０５】
また、同図（ｂ）のように、仮の中心ｎ０（設計値等）を設定し、このｎ０を中心としてＰｍを折り返したＰｍ'を求め、Ｐｍの値とＰｍ'の値との差分の絶対値を全てのｎについて加算した結果を求めた後、ｎ０を変更して同様に加算結果を求めていき、加算結果が最小となるときのｎ０をｎｃとすることもできる。ここでは、ｎ０を実数値で変化させるため、Ｐ'ｍのデータ点がｎの整数位置から ずれているので一次補間を用いて差分をとる。また、加算はｎ０の左右どちらかでのみ行うようにしてもよい。
【０１０６】
さらに、同図（ｃ）では、後述するＣＴスキャナのように被検体の半分が撮影領域の外にある場合に、同図（ｂ）の回転中心求出を応用する例を示す。この場合、Ｐｍは撮影領域内になかった部分が欠落してしまうので、Ｐｍを仮の中心ｎ０で折り返してＰｍ'としたときにＰｍとＰｍ'とで重なる範囲が限定される。そこで、Ｐｍの値とＰｍ'の値との差分の絶対値をこの重なり範囲内にあるｎにつ いてのみ加算し、この加算結果が最小となるｎ０を求めてｎｃとする。ここで、同様に加算はｎ０の左右どちらかでのみ行なうようにしてもよい。
【０１０７】
したがって、本実施の形態によれば、あらゆる被検体について撮影中に回転中心の位置を求めることができ、所定のファントムを用いることや、回転軸がずれないように機構を調整することを不要とすることができ、もって高品質な断層画像を容易に得ることができる。
【０１０８】
なお、本実施の形態においては、回転中心の求出をＬＯＧ変換の後に行うこととしたが、ＬＯＧ変換前に行うこともできる。
【０１０９】
また、最初の撮影時のみ回転中心の求出を行なってｎｃを求め、２回目以降はこのｎｃを用いることで、処理時間を短縮することもできる。
【０１１０】
さらに、回転中心の求出を螺旋走査のＣＴスキャナに適応した場合、最初の目的断層面についてのみ回転中心を求め、後の断層面についてはこれを利用することで、処理時間を短縮することができる。ただし、これは断層面送りにより各断層面について回転軸がずれない場合にのみ適用することができる。
【０１１１】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【０１１２】
従来、焦点を微少に調整することのできる電子ビーム収束用コイルあるいは電極を有するマイクロフォーカスＸ線管、あるいは電子ビーム収束用コイルあるいは電極を有するＸ線蛍光増倍管と光学レンズを有するテレビカメラを用いたＣＴスキャナにおいては、分解能チャートやピンホールを被検体とする透過像を目視して焦点の調整をするため、その調整が調整者の技能に依存したり、手間がかかるため調整頻度が減り不適切な状態で撮影して画質が劣化する場合があった。
【０１１３】
図２７は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、フィラメント１３６から出力される電子線１３７を収束コイル１３８で収束させ、陽極ターゲット１３９に電子線１３７を衝突させてＸ線を発生させるマイクロフォーカスＸ線管１４６と、収束コイル１３８の電流を調整して陽極ターゲット１３９上の焦点Ｆの大きさを調整するＸ線フォーカス調整部１３３と、検出されたＸ線がＸ線・電子線変換膜１４０により変換されてなる電子線１４１を収束電極１４２によりＩ.Ｉ.出力面１４３に収束させるＸ線Ｉ.Ｉ.１４７と、収束電極１４２の電圧を調整してＩ.Ｉ.出力面１４３に投影される透過像の焦点を調整するＩ.Ｉ.フォーカス調整部１３４と、Ｘ線Ｉ.Ｉ.１４７に接触させた状態で設置されＩ.Ｉ.出力面１４３上の透過像を光学レンズ１４４を介してＣＣＤセンサ１４５へ投影するテレビカメラ１４８と、Ｉ.Ｉ.出力面１４３からの光学レンズ１４４とＣＣＤセンサ１４５の距離を調整するカメラフォーカス調整部１３５と、テレビカメラ１４８から送られてくる透過像の信号からシグナル値とコントラスト値を求めてＭＴＦ（Modulation Transfer Function）曲線を算出するフォーカス評価部１３０を有するデータ処理部１２８と、ＭＴＦ曲線等の演算結果を表示する表示器９と、焦点評価用のファントム１３１とを有する構成である。焦点評価ファントム１３１は、図２８（ａ）に示すように板状の物質にＸ線を透過しにくい鉛等をその幅と間隔を一定として繰り返し並べた矩形パターンを何種類か設けたものである。
【０１１４】
なお、その他図１と同一物には同一の符号を付す。
【０１１５】
操作者は、焦点評価ファントム１３１を図２７のＡ位置に設置し、一つの方向から透過データを収集する。透過データはデータ処理部１２８に送られ、フォーカス評価部１３０で、図２８（ｂ）に示すように強度分布の繰り返しパターンからコントラスト値Ｃとシグナル値Ｓとの比（以下、「Ｃ／Ｓ値」という）を求めて、Ｃ／Ｓ値を縦軸に、空間周波数ｆ（1/mm）を横軸としてＭＴＦ曲線を算出し、表示器９にこのＭＴＦ曲線及びＣ／Ｓ値を表示させる。操作者は、ＭＴＦ曲線のＣ／Ｓ値が最大となるようにＸ線Ｉ.Ｉ.１４７の焦点をＩ.Ｉ.フォーカス調整部１３4を用いて調整する。ＭＴＦ曲線はリアルタイムで随時変化していくので 簡単に焦点を調整することができる。つぎに、テレビカメラ１４８の焦点をカメラフォーカス調整部１３５を用いて同様に調整する。これを交互に繰り返すことでＸ線Ｉ.Ｉ.１４７の焦点とテレビカメラ１４８の焦点の両方を正確に合わせることができる。続いて、焦点評価ファントムを図２７のＢ位置に焦点距離変更機構（図示せず）を用いて設置し、同様にしてＭＴＦ曲線のＣ／Ｓ値が最大となるようにＸ線管１４６の焦点の調整をする。
【０１１６】
したがって、本実施の形態によれば、操作者の技能に依存せずにＸ線管、Ｘ線蛍光増倍管、テレビカメラの各焦点の調整を正確に行なうことができ、高品質な断層画像を容易に得ることができる。また、ＭＴＦ曲線を記録しておくことで、ＣＴスキャナの経年変化を知ることもできる。
【０１１７】
なお、本実施の形態において、テレビカメラはＣＣＤセンサのかわりに撮像管を用いることもできる。また、Ｘ線Ｉ.Ｉ.は蛍光板と（レンズと）光Ｉ.Ｉ.で置き換えることができる。また、検出器全体を蛍光板とカメラとするか、撮像管の入力面にＸ線・電子線変換膜をつけたＸ線撮像管とすることもできる。いずれの場合も同様に焦点調整を正確に行なうことができる。
【０１１８】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１１９】
従来、被検体のＸ線吸収性の高い部分を通る経路においては、検出されるＸ線量が減少するため相対的にノイズが増加し、画質が劣化する問題があった。
【０１２０】
図２９は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、空気補正部６２の後に定数加算部９１を設け、透過データに対して略一定値を加算するようにしたことにある。ここで、走査機構６４は、被検体６１をＴＲあるいはＲＲ走査させる機構である。なお、その他図２３と同一物には、同一の符号を付す。
【０１２１】
図３０は、定数加算を行う処理の流れを示す図である。これは円柱の被検体６１を撮影した場合を例とするものであるが、データ収集部５７で収集された透過データｄ（ｎ）は、Ｘ線が吸収される量が多い被検体の中心部では検出される量が減少し相対的にノイズが増加する。このため、同図（従来）に示すように、ＬＯＧ変換後の投影データの中心部のノイズが増幅されることとなる。
【０１２２】
そこで、本実施の形態においては、空気補正部６２で式（１）により利得補正のされた透過データｈ（ｎ）に対し、定数加算部８６で、次式、
【数１２】
【０１２３】
により定数ｈ０を加算する。例えば、ｈ０＝０.０５とすると、同図に示すように、ｈ'（ｎ）をＬＯＧ変換部６３で対数変換して得られた投影データＰ'（ｎ）における中心部のノイズが圧縮され、ｈ０の値を大きくするとさらに圧縮がかかるようになる。ｈ０は、信号ノイズ比が１となる信号レベルをｈNEPとしたとき に４・ｈNEP〜２０・ｈNEPの範囲に設定するとノイズ低減の効果が大きい。
【０１２４】
したがって、本実施の形態によれば、対数変換する前に透過データに一定値を加算することで、検出されるＸ線量が少ない程ノイズを大きく圧縮することができ、空間分解能を低下させることなくノイズの低減された断層画像を得ることができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態において、定数加算部９１で一定値ｈ０を加算することとしたが、厳密には一定値でなくてもよく、各チャネルｎでｈ０を急激に変化する値としなければ同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
また、定数の加算は空気補正の前で行ってもよく、検出器６０あるいはデータ収集部５７で透過データを略一定値増加させるようにしても同様な効果を得ることができる。
【０１２７】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
【０１２８】
図３１は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、ＬＯＧ変換部６３の後にノイズ圧縮部９２を設け、ノイズを圧縮する関数を作用させるようにしたことにある。なお、その他図２９と同一物には同一の符号を付す。
【０１２９】
図３２は、ノイズ圧縮を行う処理の流れを示す図である。ＬＯＧ変換部６３で対数変換により得られた投影データＰ（ｎ）は、ノイズ圧縮部９２でノイズ圧縮関数を作用させて、次式、
【数１３】
【０１３０】
により変換される。このノイズ圧縮関数は、入力値の増加に伴いその傾斜が緩くなる単調増加の関数であり、投影データの値が大きい程、すなわち、検出されたＸ線量が少ない程、大きな圧縮がかかるようになっている。また、ｈ０の値により傾斜の角度を調整することができ、ｈ０を増加させれば傾斜は緩くなる。
【０１３１】
したがって、本実施の形態によれば、対数変換により得られた投影データに対して上記のノイズ圧縮関数を作用させることで、空間分解能を低下させることなくノイズが低減された断層画像を得ることができる。
【０１３２】
なお、ノイズ圧縮関数は、式（15）に限られるものではなく、これに類似する形状を有する関数であれば、同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
例えば次式、
【数１４】
【０１３４】
を用いてもよい。ここでパラメータｍは１を超える実数で圧縮の曲率を決め、パラメータＰ０は実数で飽和点を決める。
【０１３５】
第５及び第６の実施の形態によるノイズ低減ないしノイズ圧縮は対数変換と同時に作用させることも可能である。この場合は、次式、
【数１５】
【０１３６】
で変換される。ｈ（ｎ）を入力すると右辺の関数は、ｈ（ｎ）が大きなときＬＯＧ関数に一致し、小さくなるほどＬＯＧ関数より小さな値に圧縮させる。この右辺の関数を入力値と出力値よりなるテーブルで作成しておけば、ノイズ圧縮をＬＯＧ変換と同時に行なわせることができる。このようなノイズ圧縮を含んだＬＯＧ変換は（17）式に限られず、これに類似する形状を有する関数であれば同様の効果を得ることができる。
【０１３７】
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
【０１３８】
透過データは、放射線の強度変動の影響により検出時刻が変われば異なってくるものである。この点に関し、従来は、被検体を透過しないＸ線を検出することができる位置に専用の比較検出器を設置し、Ｘ線の強度変動を測定し、透過データに補正を加えていた。
【０１３９】
図３３は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、空気補正部６２の処理の後に空気領域識別部９３において被検体外のＸ線を検出した領域に対応する透過データ上の領域（以下「空気領域」という）を識別して空気領域におけるＸ線量の平均値を求め、ＲＥＦ補正部９４でこの平均値の逆数を透過データ全体に掛けることで放射線源の強度変動を補正するようにしたことにある。なお、図２９と同一物には、同一の符号を付す。
【０１４０】
図３４は、空気領域の識別および強度変動の補正を示す図である。まず、空気領域識別部９３で、同図（ａ）に示すように空気補正部６２での処理の後の同時刻に得られた透過データｈについて、値が１±ε（εは微少な値とする）の範囲にある仮の空気領域Ａ（ｎ＜ｎ１，ｎ２＜ｎで表されるｎの範囲）を求め、この領域を若干縮小して空気領域Ａ'（ｎ＜ｎ１'，ｎ２'＜ｎで表されるｎの範囲） を求め、この領域での透過データｈの平均値ｋを求めて１／ｋを補正倍数ｍとする。
【０１４１】
次に、ＲＥＦ補正部９４で透過データｈに補正倍数ｍを掛けると、空気領域における透過データの平均値は１となり、Ｘ線の強度変動による変動が補正される。続いて、ＬＯＧ変換部６３での対数変換を経て投影データＰが得られ、再構成部６５で３６０°分の投影データＰを用いて画像再構成が行われる。
【０１４２】
したがって、本実施の形態によれば、専用の比較検出器を用いることなく、放射線の強度変動の影響による変動を補正することができ、高品質な断層画像を得ることができる。
【０１４３】
なお、本実施の形態においては、空気領域識別およびＲＥＦ補正をＬＯＧ変換の前に行うこととしたが、ＬＯＧ変換の後で行うようにしてもよい。この場合は、図３４（ｂ）に示すように、ＬＯＧ変換後の投影データＰについて値が０±εの範囲にある仮空気領域Ａを求め、この領域を縮小した空気領域Ａ'における平均値Ｐａを求め、投影データに−Ｐａを加算するようにすれば数学的に等価となる。
【０１４４】
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。
【０１４５】
従来、検出チャネル列を放射線源の焦点を出発し回転軸を通る放射線の経路に対し１／４チャネル分ずらして配置し、１８０°回転させたときに同一の検出チャネル群で１／２チャネル分ずれた経路上のＸ線が検出されるようにし、１８０°対向する投影データを組み合わせて一つの投影データとして、１８０°分の投影データについて見かけ上１／２チャネル毎にデータが得られるようにして分解能を向上させるＣＴスキャナが知られている。このＣＴスキャナは対向データを組み合せてから再構成処理するため、３６０°分データを収集してから再構成を始めるので、断層画像が出来るのに時間がかかる問題がある。これを解決するために、特開昭６２−２３１６２６号公報では、１８０°対向する投影データを組み合わせることをせずに、各データ間に０値を挿入することで３６０°分の投影データについて１／２チャネル毎にデータ値が得られるようにして、分解能が高く、かつ、データ収集と平行して再構成を行なえるようにしている。しかし、この方法では０値の挿入により隣接するデータ間で変化が激しくなるため断層画像上にリング状のアーチファクト（偽像）を生ずることがあるという問題がある。
【０１４６】
図３５（ａ）は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、同図（ｂ）は検出器６０の中心部分Ａの拡大図を示す図である。その特徴としては、検出器６０の検出チャネル８１の列の中心を焦点Ｆと回転軸とを結ぶ中心線７１に対し１／４チャネル分ずらして配置するとともに、データ処理部８４においてＬＯＧ変換部６３の後にデータ挿入部９５を設けて、投影データのデータ間に隣接する２点の値を補間する補間値を挿入するようにしたことにある。なお、その他図２３と同一物には、同一の符号を付す。
【０１４７】
図３６は、データ挿入の処理の流れを示す図である。検出された投影データ（図中黒丸で示す）に対し、隣接する２点を補間する補間値（図中白丸で示す）を線形補間により求め、この補間値をデータ間に挿入する。補間値を挿入した後の投影データのサンプル数は２倍となる。
【０１４８】
したがって、本実施の形態によれば、検出器を１／４チャネルずらして配置したＣＴスキャナにおいて、隣接する２点を補間する補間値をデータ間に挿入して投影データのサンプル数を実質的に２倍としたことで、再構成処理の分解能を２倍にすることができるので断層画像の分解能が向上するとともに、隣接データ間に無理がないのでリング状のアーチファクトの少ない断層画像を得ることができる。また、データ収集と平行して再構成処理が行なえるので短時間で断層画像を得ることができる。
【０１４９】
なお、本実施の形態においては、データ挿入をＬＯＧ変換の後に行うこととしたが、ＬＯＧ変換の前に行うようにしても同様の効果を得ることができる。
【０１５０】
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。
【０１５１】
従来、回転軸の位置をずらして被検体の片側を撮影領域の外に出した状態で投影データを検出することで、大きな被検体の撮影を可能にしたＣＴスキャナが知られている（特開昭５８−１１６３４２号公報）。しかし、実際にデータ収集が行われた撮影領域とデータ収集が行われなかった非撮影領域とで投影データが急激に変化するため、このような投影データを用いて画像再構成を行うとリング状のアーチファクトが生じ易くなる問題がある。
【０１５２】
図３７は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、大きな被検体５４を乗せる回転テーブル１５０の回転軸を撮影領域内で外側に設置させるとともに、データ処理部８５に窓関数掛け部９６を設け、投影データに所定の窓関数をフィルタとして作用させて再構成画像を得るようにしたことにある。なお、その他図２３と同一物には、同一の符号を付す。
【０１５３】
図３８は、窓関数掛けの処理の流れを示す図である。窓関数ｗ（ｎ）は、横軸を検出チャネルＮｏ.ｎとし、焦点Ｆと回転軸とを結ぶ経路が入射する検出チャ ネル（ｎｃ）を中心とする０から１まで変化する傾斜部を有し、ｎｃにおける値は０．５としてある。窓関数掛けにおいては、各チャネルｎごとに投影データＰ（ｎ）と窓関数ｗ（ｎ）とを掛けることで新たな投影データＰ'（ｎ）が得られる。このＰ'（ｎ）を３６０°分、ＦＢＰ法で再構成処理することで断層画像が得られる。
【０１５４】
したがって、本実施の形態によれば、大きな被検体の片側を撮影領域外に出した状態で投影データを検出する際に、窓関数を作用させて投影データが撮影領域の検出値から非撮影領域の０値へ滑らかに変化していくようにしたことで、リング状のアーチファクトの少ない断層画像を得ることができる。
【０１５５】
なお、窓関数は、ｎｃにおける値が０．５であって、ｎｃの左右で傾きが対称な形状で０から１まで変化する傾斜部を有するもの、すなわち次の条件、
【数１６】
【０１５６】
を満たすものであればこれに類似する他の関数であってもよい。例えば、図３９に示すような傾斜部分を曲線で置き換えた窓関数を用いるようにしても、同様の効果を得ることができる。
【０１５７】
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。
【０１５８】
従来、等間隔に配置された検出チャネルを有する検出器を用いて画像再構成を行う場合、等間隔に検出された投影データを等角度間隔の投影データに変換してから画像再構成をしており、この変換の過程における誤差により画質が劣化する問題がある。
【０１５９】
図４０は、本実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図であり、その特徴としては、Ｘ線管１から発生したＸ線ビーム３を平面上に等間隔で配置された検出チャネル行列を有する平面固体検出器１５１で検出し、スライス抽出部１１、空気補正部１２、ＬＯＧ変換部１３を経て投影データＰを求め、フィルタ部９８において通常のＦＢＰ法で行うフィルタを作用させた後、直線データ逆投影部９９において等間隔の投影データを等角度間隔の投影データに変換することなく再構成画像を計算するようにしたことにある。なお、その他図１と同一物には、同一の符号を付す。
【０１６０】
以下、直線データ逆投影部９９における処理について説明する。図４１は等間隔検出を示す図であり、図４２は直線データ逆投影の処理の流れを示す図である。図４１は、回転軸を原点とする被検体に固定した座標軸ｘ，ｙにおいて、回転角をφとしたときの焦点Ｆの座標（ｘF，ｙF）と平面固体検出器１５１の検出位置を示す測定線４５との関係を示すものであり、ｘ軸上の等間隔の各位置をセンタリング番号ｋで表す。図４２においては、まず、ステップ３００で３６０°分の投影データＰを−４５°〜４５°を一単位とする９０°分ずつの４つのクオータに分け、ステップ３１０で最初の９０°分の投影データについての演算ループに入り、一定角度φ毎にステップ３２０で焦点Ｆの座標（ｘF，ｙF）を計算し、ステップ３３０で測定線４５上で等間隔に得られた投影データＰをｘ軸上の等間隔のデータ列に変換する（以下「センタリング」という）。ステップ３３０におけるセンタリングでは、ステップ３４０で各センタリング番号ｋについての演算ループに入り、次式によりセンタリングデータＰｃ（ｋ）を求める。
【数１７】
【０１６１】
（ｎ'は実数なのでＰ（ｎ'）は線形補間により求める）
ただし、ｃｐ：センタリングピッチ、ｋｃ：中心ｋ、ｎｃ：センタチャネル、
ｄ：チャネルピッチ、ＦＤＤ：焦点と測定線の距離、
は既知とする。
【０１６２】
すなわち、センタリング番号ｋに対応する測定線４５上のｎ'の位置を幾何学的に求め、この位置における投影データＰ（ｎ'）を線形補間により求めてセンタリング番号ｋにおける投影データＰｃ（ｋ）とするものである。ステップ３７０では、このように得られたＰｃ（ｋ）を再構成画像の各画素へ逆投影する際に、特開昭５４−１５２４９０号公報等で知られている方法を用いる。続いてステップ３８０で角度φをインクリメントし、ステップ３１０へ戻って上記の処理を繰り返し行う。９０°分のデータについての上記処理が終了した後、ステップ３９０で画像を９０°回転し、ステップ４００で次のクオータに移ってステップ３００からの同様の処理を繰り返し、４つのクオータについて逆投影を行って最終的な断層画像を得る。
【０１６３】
したがって、本実施の形態によれば、等間隔に配置された検出チャネル行列で検出された投影データを等角度間隔に変換することなく逆投影することができ、等角度間隔に変換する際に生ずる誤差のない高品質な断層画像を得ることができる。
【０１６４】
なお、上記各実施の形態においては、被検体を載置する回転テーブルを回転させることとしたが、Ｘ線管と検出器を回転させるようにしてもよい。
【０１６５】
また、上記各実施の形態において、放射線源から照射される放射線はＸ線としたが、他の透過性の放射線を用いるようにしてもよい。
【０１６６】
さらに、第３及び第５乃至第９の実施の形態においては、検出器は１次元の検出器としたが、２次元的に検出する検出器であってもよく、第５乃至第７の実施の形態においては、走査方式は、ＲＲ走査やＴＲ走査に限られず、他の走査方式、例えば、被検体を囲むリング状の検出器を固定して設置し、Ｘ線管をその内周または外周で回転させるＳＲ（Stationary-Rotate）方式等としてもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２】歪みの補正曲線を示す図である。
【図３】歪み補正における補間関数の一例を示す図である。
【図４】透過データをそのまま透過像として表示したときの表示器９の画面を示す図である。
【図５】スライス抽出における補間関数の一例を示す図である。
【図６】螺旋走査における検出された透過像を表示したときの表示器９の画面を示す図である。
【図７】螺旋走査におけるスライス抽出を示す図である。
【図８】スライス線設定用のスライスファントム２６を示す図である。
【図９】スライスファントム２６を透過してきた透過データを表示器９に表示させたときの透過像を示す図である。
【図１０】ＦＣＤとＦＣＤＣの位置関係を示す図である。
【図１１】ＦＣＤ測定部３０を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図１３】歪み校正用ファントム１１３をＸ線Ｉ.Ｉ.２の前面に設置した状態を示す図である。
【図１４】グリッドの透過像を示す図である。
【図１５】グリッドの歪み補正曲線を示す図である。
【図１６】歪み校正用ファントムの他の例を示す図である。
【図１７】歪み校正用ファントムの設置位置の例を示す図である。
【図１８】スライスファントム１０５を示す図である。
【図１９】スライスファントム１０５の断面図を示す図である。
【図２０】スライスファントムファントムの他の例を示す図である。
【図２１】スライスファントムの設置位置の他の例を示す図である。
【図２２】ピンの設置位置の他の例を示す図である。
【図２３】本発明の第３の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２４】回転中心の求出を示す図である。
【図２５】回転中心の求出の原理を示す図である。
【図２６】回転中心の求出の他の例を示す図である。
【図２７】本発明の第４の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図２８】焦点評価ファントム、Ｃ／Ｓ値、ＭＴＦ曲線を示す図である。
【図２９】本発明の第５の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３０】定数加算を行う処理の流れを示す図である。
【図３１】本発明の第６の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３２】ノイズ圧縮を行う処理の流れを示す図である。
【図３３】本発明の第７の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３４】空気領域の識別および強度変動の補正を示す図である。
【図３５】本発明の第８の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３６】データ挿入の処理の流れを示す図である。
【図３７】本発明の第９の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図３８】窓関数掛けの処理の流れを示す図である。
【図３９】窓関数の他の例を示す図である。
【図４０】本発明の第１０の実施の形態に係るコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【図４１】等間隔検出を示す図である。
【図４２】直線データ逆投影の処理の流れを示す図である。
【図４３】従来のコンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１６８】
１…Ｘ線管
２…Ｘ線Ｉ.Ｉ.
３…Ｘ線ビーム
４…被検体
５…回転テーブル
６…機構制御部
７…テレビカメラ
８…データ処理部
９…表示器
１０…光電面
１１…スライス抽出部
１２…空気補正部
１３…ＬＯＧ変換部
１４…歪み補正部
１５…再構成部
１９…回転機構
２０…断層面送り機構
２１…焦点距離変更機構
２３…スライス線
２４…追従スライス線
２６…スライスファントム、２６ａ…上部、ｂ…下部、ｃ…ギャップ
２７…スペーサ
２８…投光器
２９…可視光線
３０…ＦＣＤ測定部
３１…目盛板
３２…指標
４５…測定線 ５１…Ｘ線管
５２…コリメータ
５３…Ｘ線ビーム
５４…被検体
５５…回転テーブル
５６…機構制御部
５７…データ収集部
５８…データ処理部
５９…表示器
６０…検出器
６１…被検体
６２…空気補正部
６３…ＬＯＧ変換部
６４…走査機構部
６５…再構成部
６６…回転中心検出部
６７…回転機構
６８…断層面送り機構
６９…焦点距離変更機構
７１…中心線
７２…回転軸
７３…撮影断層面
７８…データ処理部
８０、８２、８３、８４、８５、８６…データ処理部
８１…検出チャネル
９０…再構成部
９１…定数加算部
９２…ノイズ圧縮部
９３…空気領域識別部 ９４…ＲＥＦ補正部
９５…データ挿入部
９６…窓関数掛け部
９７…中心線
９８…フィルタ部
９９…直線データ逆投影部
１００…校正部
１０１…距離測定部
１０４…スペーサ
１０５…スライスファントム、１０５ａ…上部、１０５ｂ…下部、１０５ｃ…ギャップ
１０６…スペーサ
１０８…ピン
１０９…ピン駆動部
１１０…スライスファントム、１１０ａ…上部、１１０ｂ…下部、
１１０ｃ…ギャップ
１１１…ピン
１１２…ピン
１１３…歪み校正用ファントム
１１４…グリッド駆動部
１１５…透過像
１１６…スライス線
１１８…同心円ファントム
１１９…グリッド
１２０…グリッドファントム
１２１…ピン
１２２…サイドピンファントム
１２８…データ処理部
１３０…フォーカス評価部 １３１…焦点評価ファントム
１３３…Ｘ線フォーカス調整部
１３４…Ｉ.Ｉ.フォーカス調整部
１３５…カメラフォーカス調整部
１３６…フィラメント
１３７…電子線
１３８…収束コイル
１３９…ターゲット
１４０…Ｘ線・電子変換膜
１４１…電子線
１４２…収束電極
１４３…Ｉ.Ｉ.出力面
１４４…光学レンズ
１４５…ＣＣＤセンサ
１４６…マイクロフォーカスＸ線管
１４７…Ｘ線Ｉ.Ｉ.
１４８…テレビカメラ
１５０…回転テーブル
１５１…平面固体検出器
２０１…Ｘ線管
２０２…コリメータ
２０３…Ｘ線ビーム
２０４…被検体
２０５…走査機構
２０６…検出器
２０７…データ収集部
２０８…データ処理部
２０９…表示器
２１２…空気補正部 ２１３…ＬＯＧ変換部
２１５…再構成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された放射線源と検出器の組とその間に位置する被検体とに相対的な回転を与え、被検体を透過させた放射線源からの放射線を検出器の検出面により２次元的に検出して得たデータ行列を用いて被検体の断層撮影画像を得るコンピュータ断層撮影装置において、
平面状の間隙を有するファントムと、
前記間隙が前記回転の軸に直交するように設置された前記ファントムに対し当該軸の方向に相対的な変位を与えて、前記ファントムの平面状間隙について得られる透過像が最も明瞭となるときの当該間隙の中心の線に対応するデータ行列における線の位置を求める交差線設定手段と、
を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置において、被写体を保持するための前記ファントムを取り付けた載置台、
を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項１】
対向配置された放射線源と検出器の組とその間に位置する被検体とに相対的な回転を与え、被検体を透過させた放射線源からの放射線を検出器の検出面により２次元的に検出して得たデータ行列を用いて被検体の断層撮影画像を得るコンピュータ断層撮影装置において、
平面状の間隙を有するファントムと、
前記間隙が前記回転の軸に直交するように設置された前記ファントムに対し当該軸の方向に相対的な変位を与えて、前記ファントムの平面状間隙について得られる透過像が最も明瞭となるときの当該間隙の中心の線に対応するデータ行列における線の位置を求める交差線設定手段と、
を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置において、被写体を保持するための前記ファントムを取り付けた載置台、
を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【公開番号】特開２００６−８４４８３（Ｐ２００６−８４４８３Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６０８５６（Ｐ２００５−３６０８５６）
【出願日】平成１７年１２月１４日（２００５．１２．１４）
【分割の表示】特願平１１−１０７２４８の分割
【原出願日】平成１１年４月１４日（１９９９．４．１４）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１４日（２００５．１２．１４）
【分割の表示】特願平１１−１０７２４８の分割
【原出願日】平成１１年４月１４日（１９９９．４．１４）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
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