コンピュータ断層撮影装置
【課題】３次元的にスキャン領域を広げて被検体の３次元画像を再構成する。
【解決手段】 放射線源１と、被検体２を透過してくる放射線ビームを検出する放射線検出器４と、放射線ビームと端部付近で交差する回転軸に対し、被検体を、前記放射線ビームに対して相対的に回転させ、かつ、回転軸の方向に相対移動させるヘリカルスキャン手段５，７と、このヘリカルスキャンの間に検出された多数の透過画像から、回転軸を中心として片側が放射線ビームに包含される半径の円柱領域をスキャン領域とし、当該スキャン領域内の被検体の３次元画像を再構成処理する再構成処理手段８ｅとを設けたコンピュータ断層撮影装置である。
【解決手段】 放射線源１と、被検体２を透過してくる放射線ビームを検出する放射線検出器４と、放射線ビームと端部付近で交差する回転軸に対し、被検体を、前記放射線ビームに対して相対的に回転させ、かつ、回転軸の方向に相対移動させるヘリカルスキャン手段５，７と、このヘリカルスキャンの間に検出された多数の透過画像から、回転軸を中心として片側が放射線ビームに包含される半径の円柱領域をスキャン領域とし、当該スキャン領域内の被検体の３次元画像を再構成処理する再構成処理手段８ｅとを設けたコンピュータ断層撮影装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャン領域を広げて被検体の３次元画像を再構成するコンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型電子部品等を高分解能で検査する産業用の高分解能型コンピュータ断層撮影装置（以下、ＣＴスキャナと呼ぶ）が開発されてきている。
【０００３】
この高分解能型ＣＴスキャナは、Ｘ線源と２次元的なＸ線検出器との間に被検体を配置し、Ｘ線源から被検体に向けてＸ線ビームを放射しつつ当該被検体を１回転させることにより、被検体の多方向から透過してくるＸ線ビームをＸ線検出器で検出し、被検体の多数の透過画像（透過データ）を収集する（スキャンという）。そして、収集された多数の透過画像を再構成処理し、被検体の３次元画像（多数の断面像）を生成している（特許文献１）。
【０００４】
この３次元画像の再構成は、フェルドカンプ デイビス アンド クレス（Feldkamp，Davis and Kress） １９８４（非特許文献１）に記載されている再構成方法が用いられる。この再構成方法は、フィルター補正逆投影法（ＦＢＰ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法）の一種である。
【０００５】
この高分解能型ＣＴスキャナは、Ｘ線源と２次元のＸ線検出器との間に被検体を載置した回転テーブルが配置され、Ｘ線源（Ｘ線焦点）に対し、回転テーブル及びＸ線検出器をＸ線光軸方向（ｘ方向）に近づけたり、遠ざけたりすることにより、撮影距離ＦＣＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）及び検出距離ＦＤＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）等の幾何的な配置を連続的に変更することができる。これにより、被検体の大きさに応じて、撮影倍率（拡大率）（＝ＦＤＤ／ＦＣＤ）を変えることができる。
【０００６】
ところで、この高分解能型ＣＴスキャナにおいては、回転テーブルの回転軸をＸ線ビームと端部付近で交差するようにずらして配置しスキャンする，いわゆるオフセットスキャンが行われている（特許文献１の図３７参照）。このオフセットスキャンによれば、撮影倍率を保ったまま、回転軸に対し半径方向にスキャン領域を広げることが可能である。
【０００７】
図２０は従来の通常スキャンとオフセットスキャンにおけるスキャン領域（２面図）を説明する図である。同図において、１０１はＸ線源、１０２はＸ線ビーム、１０３は２次元のＸ線検出器、ＦはＸ線焦点、ＲＡｎ，ＲＡｏは回転軸、Ａｎは通常スキャンのスキャン領域、Ａｏはオフセットスキャンのスキャン領域である。
【０００８】
この図から明らかなように、通常スキャンのスキャン領域Ａｎは、回転軸ＲＡｎを中心とし、回転軸の回転中に被検体を透過して測定されるＸ線ビーム１０２に包含される円柱領域（ｚ軸方向に厚みを有する）と定義される。一方、オフセットスキャンのスキャン領域Ａｏは、回転軸ＲＡｏを中心とし、そのうち回転軸ＲＡｏよりｙ方向となる片側が回転中に被検体を透過して測定されるＸ線ビーム１０２に包含される円柱領域（ｚ軸方向に厚みを有する）と定義される。
【０００９】
これらスキャン領域Ａｎ，Ａｏは、何れも無理なく再構成するに十分な透過画像を収集できる領域であるが、スキャン領域が異なる。つまり、オフセットスキャンは、通常スキャンに較べて２倍近い大きな直径のスキャン領域となる。
【００１０】
また、この高分解能型ＣＴスキャナは、被検体を載置する回転テーブルが一定速度で下降あるいは上昇させながらスキャンすることが可能である（特許文献１の図７参照）。この点において、医療機関で一般的に使用される医療用ＣＴスキャナとして機能するヘリカルスキャンの性格をもっている。
【００１１】
図２１は従来のヘリカルスキャンによるスキャン領域（２面図）を説明する図である。
【００１２】
このヘリカルスキャンのスキャン領域Ａｈは、回転軸ＲＡｈを中心とし、回転中に被検体を透過して測定されるＸ線ビーム１０２に包含される円柱領域（ｚ軸方向に厚みを有する）であって、通常スキャンのスキャン領域Ａｎを回転軸方向（ｚ方向）に広げたものであり、無理なく再構成するに十分な透過画像を収集できる領域である。このヘリカルスキャンを用いれば、細長い被検体が一度で撮影することが可能である。
【特許文献１】特開２０００−２９８１０５号公報
【非特許文献１】L．A．Feldkamp，L．C．Davis and J．W．Kress，Practical cone-beam algorithm， J．Opt．Soc．Am．A/Vol．１，No．６/June １９８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した従来のヘリカルスキャンは、回転軸方向にスキャン領域を広げることが可能であるが、スキャン領域の直径が通常スキャンと同じ大きさとなる。
【００１４】
その結果、このヘリカルスキャンは、撮影倍率（分解能）を保った状態では、通常スキャンと同様にＸ線検出器１０３の大きさに制限される。このようなとき、回転テーブルをＸ線検出器に近づけることによりスキャン領域の直径を大きくできるが、撮影倍率（分解能）が低下し、また、Ｘ線検出器１０３の有効幅を超えることができない。
【００１５】
他方、従来のオフセットスキャンは、撮影倍率（分解能）を保った状態でスキャン領域の直径を大きくできるが、回転軸方向（ｚ方向）には３６０°にわたって１回だけスキャンする方式であるので、スキャン領域を広げられない。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、回転軸方向及び回転軸半径方向を含んで３次元的にスキャン領域を広げながら被検体を透過してくる透過画像を収集し、拡大されたスキャン領域内の被検体の３次元画像を再構成可能とするコンピュータ断層撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は、テーブル上に載置される被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過してくる放射線ビームを透過画像として検出する２次元の放射線検出器と、前記検出される放射線ビームと端部付近で交差する回転軸に対し、前記被検体を前記放射線ビームに対して、相対的に回転させつつ前記回転軸の方向に相対移動させるヘリカルスキャンを実施するヘリカルスキャン手段と、このヘリカルスキャンの間に前記放射線検出器で検出される多数の透過画像から前記回転軸を中心として片側が前記放射線ビームに包含される半径の円柱領域をスキャン領域とし、当該スキャン領域内の前記被検体の３次元画像を再構成処理する再構成処理手段とを備えた構成である。
【００１８】
なお、前記再構成処理手段としては、前記ヘリカルスキャンの実施によって得られた透過画像に対して、前記回転軸の方向と直交する前記放射線検出器の検出面の方向に依存する重み係数であって、当該検出面における回転軸投影位置ｎｃを境とし、その片側一端の重み係数「０」、他の側の重み係数「１」との間で傾きが回転軸投影位置ｎｃに対して対称、かつ、重み係数が「０」から「１」に滑らかに変化する傾斜部を成すようなオフセット重み係数を用いて乗算するオフセット重み係数乗算手段と、前記ヘリカルスキャンの実施によって得られた透過画像に対して、前記回転軸の回転角度に依存する重み係数であって、平坦部の重み係数を「１」、当該平坦部両端から滑らかに落ちて重み係数「０」となるような傾斜部を成し、当該各傾斜部における前記回転角度の幅がそれぞれ２α（αは任意の角度）とし、前記平坦部の前記回転角度の幅が２π−２αとなるヘリカル重み係数を用いて乗算するヘリカル重み係数乗算手段と、前記オフセット重み係数と前記ヘリカル重み係数をとを乗算して得られる透過画像を、前記被検体に固定し設定された仮想マトリックスに逆投影し、前記被検体の３次元画像を再構成する手段とを備えたものである。
【００１９】
また、本発明は、前述するコンピュータ断層撮影装置において、前記放射線検出器を、当該放射線検出器の検出面に沿う方向または当該検出面の中央の方線が前記放射線源の放射線焦点に正対するように円弧状に移動させつつ複数の検出器位置に位置決め設定する検出器移動手段を設け、前記被検体を透過してくる連続した放射線ビームを、各検出器位置に位置決め設定された前記放射線検出器で分割して検出してもよい。
【００２０】
また、本発明は、前述するコンピュータ断層撮影装置において、前記回転軸を前記被検体とともに、前記放射線源の放射線焦点の周りを回転移動させ、または前記放射線検出器の検出面に沿う方向に移動させて、複数の回転軸位置に位置決め設定する回転軸移動手段を設け、各回転軸位置にて前記被検体を透過してくる連続した放射線ビームを前記放射線検出器で分割して検出してもよい。
【００２１】
前記各検出器位置または前記各回転軸位置にてヘリカルスキャン手段を実施する場合、各検出器位置ごとまたは前記各回転軸位置ごとにそれぞれ同一の軌道を通るヘリカルスキャンを実施するものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、回転軸方向及び回転軸半径方向を含んで３次元的にスキャン領域を広げながら被検体を透過してくる透過画像を収集でき、拡大されたスキャン領域内の被検体の３次元画像を再構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係るコンピュータ断層撮影装置の実施の形態１を示す構成図である。なお、同図（ａ）は装置の平面図、同図（ｂ）は装置の正面図である。
【００２４】
このコンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線源１と、このＸ線源１より放射されて被検体２から透過してくるＸ線ビーム３を透過画像（透過データ）として検出する２次元のＸ線検出器４と、Ｘ線源１からＸ線検出器４の検出面４ａに直交するように降ろしたｘ方向の垂線（以下、Ｘ線光軸Ｌと称する。）の方向に直交する回転軸ＲＡ（ｚ方向）に対して回転させるテーブル５と、検出器移動機構６と、オフセットヘリカルスキャン機構（ヘリカルスキャン手段）７と、制御処理部８とで構成される。
【００２５】
Ｘ線源１は、Ｘ線ビーム３を発生する焦点Ｆが１μｍ程度のマイクロフォーカスＸ線管、制御処理部８からの設定制御指令に基づいて管電圧、管電流等を制御する制御回路と、この制御回路の出力制御に基づいて所望の管電圧、管電流をＸ線管に印加する電気回路とで構成され、Ｘ線放射の中心がＸ線光軸Ｌの方向に向くようにベース９に支持される。ここで、Ｘ線ビーム３とは、実際に測定されるＸ線であり、Ｘ線ビーム３の外側の領域にはみ出して放射される測定されないＸ線を含まない。
【００２６】
Ｘ線検出器４は、複数のＸ線検出素子を２次元マトリックス的に配列した例えばＸ線フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）が用いられ、ベース９に設置された検出器移動機構６に支持される。Ｘ線検出器４は、検出器移動機構６により、検出面４ａに沿って回転軸Ｃと直交する方向（ｙ方向）に移動されて、所定位置（以下、検出器位置と称する）に位置決めされる。
【００２７】
検出器移動機構６は、少なくともｘ軸方向へ移動位置決め可能にベース９に係合され、制御処理部８から送られてくる移動位置決め指令を受けてＸ線検出器４と共にｘ軸方向に移動する。よって、検出器移動機構６のｘ軸方向の移動に伴い、Ｘ線焦点ＦとＸ線検出器４との間の検出距離ＦＤＤが変更できる。
【００２８】
オフセットヘリカルスキャン機構７は、制御処理部８からの移動指令に従って基台となるベース９上をｘ−ｙ軸方向に移動するｘ−ｙテーブル機能を有し、かつ、上面部に被係合部（図示せず）を備えたオフセット配置設定機能をもった回転軸移動機構７ａと、この回転軸移動機構７ａの被係合部に係合され、テーブル５を介して被検体２をＸ線ビーム３内において回転軸ＲＡに対して回転させるとともに、回転軸ＲＡの方向（ｚ方向）に昇降させるヘリカル回転機能をもった回転昇降機構７ｂとが設けられている。
【００２９】
従って、回転軸移動機構７ａにより回転軸ＲＡをｘ方向の任意の位置に変更でき、これにより撮影距離ＦＣＤを変更でき、被検体２の大きさに応じて撮影倍率（拡大率）（＝ＦＤＤ／ＦＣＤ）を変えることができる。また、回転軸移動機構７ａにより回転軸ＲＡをｘ方向と直交するｙ方向の任意の位置に変更でき、これによりＸ線光軸Ｌからずらすことが可能である。
【００３０】
なお、以上のような装置において、回転軸ＲＡと直交し、かつ、Ｘ線焦点Ｆを通る面をスライス面１１と定義し、当該スライス面１１と回転軸ＲＡとの交点を回転中心Ｃと定義する。回転中心Ｃは回転軸上でＸ線光軸Ｌに一番近い点と定義してもよい。
【００３１】
また、本発明装置におけるオフセットヘリカルスキャンのスキャン領域１２は、回転軸ＲＡを中心とした円柱領域のうち、その半径は片側がＸ線ビーム３に包含される領域であり、かつ、高さがヘリカルスキャンによるｚ方向移動範囲に依存する。
【００３２】
制御処理部８としては、例えば通常のコンピュータが用いられ、構成的には、ＣＰＵ、主メモリ、ディスク、キーボードやマウス等の入力部８ｂ、表示部８ａ、機構制御ボード及びインターフェース等よりなる。
【００３３】
ＣＰＵによる処理は、機能的には、予め決められた撮影条件等の初期設定の他、回転軸ＲＡをＸ線検出器４により検出されるＸ線ビーム３の端部付近に位置決め配置するオフセット配置制御部８ｃ、予め設定されるスキャンシーケンスプログラムに従って制御指令を送出し、回転昇降機構７ｂを介してオフセットヘリカルスキャンを実施するヘリカルスキャン制御部８ｄ及びオフセットヘリカルスキャンによって収集された多数の透過画像を用い、所望の再構成用プログラムに従って被検体２の３次元画像を作成する再構成処理部８ｅが設けられている。
【００３４】
前記初期設定としては、操作者の操作指示に従って入力部８ｂから検出器位置、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、ｙ値（回転軸のＸ線光軸Ｌからのずれ量）、テーブル５の高さ等の設定データが入力されると、制御処理部８は、これら設定データをディスク又は主メモリに格納し、適宜なタイミングで設定データに基づいて機構制御ボード及びインターフェースを経て検出器移動機構６、回転軸移動機構７ａ及び回転昇降機構７ｂに移動指令を送出し、撮影条件等に関する位置決めがなされる。なお、初期設定に先立ち、予めＸ線源１に対する管電圧・管電流等が決められている。
【００３５】
なお、検出器移動機構６、回転軸移動機構７ａ、回転昇降機構７ｂにはそれぞれエンコーダ（図示せず）が取り付けられ、前述した検出器位置、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、ｙ値、テーブル５の高さ等の検出データが読取られて制御処理部８に送られ、表示部８ａに表示される。
【００３６】
次に、以上のように構成されたコンピュータ断層撮影装置の動作について図面を参照して説明する。
【００３７】
先ず、操作者は、テーブル５に被検体２を載置した後、入力部８ｂから検出器設定位置、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、ｙ値（回転軸のＸ線光軸Ｌからのずれ量）、回転テーブル５の高さ等の設定データを入力すると、ディスク又は主メモリに格納される。
【００３８】
制御処理部８は、検出器設定位置、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値等の設定データに基づき、機構制御ボード及びインターフェースを介して検出器移動機構６及び回転軸移動機構７ａを駆動し、所望とする撮影倍率となるように位置決めした後、オフセット配置制御部８ｃを実行する。
【００３９】
ここで、オフセット配置制御部８ｃは、設定データの一部であるｙ値などに従って駆動制御指令を送出し、回転軸移動機構７ａをｙ方向へｙ値に相当する分だけ移動させることにより、回転軸ＲＡをＸ線ビーム３と端部付近で交差する位置，いわゆるオフセット位置に位置決め配置し、スキャン開始可能な状態に設定する。
【００４０】
この状態において、入力部８ｂからスキャン開始指示を入力すると、制御処理部８は、Ｘ線源１から被検体２に向けてＸ線ビーム３を放射させつつ、ヘリカルスキャン制御部８ｄを実行する。ヘリカルスキャン制御部８ｄは、スキャンシーケンスプログラムに基づき、回転昇降機構７ｂに駆動制御指令を送出する。これにより、回転昇降機構７ｂは、駆動制御指令を受けて、テーブル５を回転させつつその回転角に比例して昇降させ、オフセットヘリカルスキャンを実施する。
【００４１】
このとき、Ｘ線検出器４は、テーブル５を回転させつつ一定回転角度毎に被検体２から透過してくるＸ線ビーム３である多数の透過画像を検出し、ディジタル化された透過画像データとして制御処理部８に送り、ディスクに順次記憶していく。そして、テーブル５が所定の高さ位置となるまでオフセットヘリカルスキャンを続行し、ディスクに多数の透過画像データを格納する。
【００４２】
制御処理部８は、オフセットヘリカルスキャンの終了後、或いは開始前に、適宜なタイミングで再構成処理に必要な各種の条件，例えばマトリックスサイズ、マトリックス数などを設定し、再構成処理部８ｅを実行する。再構成処理部８ｅは、所定の再構成用プログラムに基づき、ディスクに保存される多数の透過画像データから被検体２のスキャン領域の３次元画像を作成する。
【００４３】
以下、オフセットヘリカルスキャンによる再構成処理を具体的に説明するに先立ち、再構成処理に必要な幾何配置と重み係数とについて説明する。
【００４４】
図２は再構成処理における定式化のための幾何学的な配置例図である（３面図）。同図において、ｚｔはテーブル面５ａから測ったＸ線焦点Ｆ（回転中心Ｃまたはスライス面１１）の高さ、φはテーブル５の回転角度である。従って、ｚｔとφはテーブル５の駆動量を表す要素である。ｎ，ｍは検出面４ａ（透過画像）上のデータ点となるマトリックス番号であって、ｎは回転軸ＲＡ方向と直交する方向（スライス面１１に沿った方向）のチャンネル番号、ｍはｎと直交する方向（回転軸ＲＡの射影方向）の列番号である。よって、チャンネル番号ｎと列番号ｍとでデータ点の位置が特定される。ｎｃは検出面４ａ上における回転軸ＲＡの射影位置である。
【００４５】
図３はオフセットヘリカルスキャンの軌道を表した図である。
今、テーブル５の駆動量を表す１つの要素φを横軸、もう１つの要素ｚｔを縦軸とし、オフセットヘリカルスキャンを実行すると、φ，ｚｔ空間におけるオフセットヘリカルスキャンの軌道２０は図３で示すように直線で表すことができる。ここで、回転角度φは、ｚｔ＝０（テーブル面５ａとスライス面１１とが一致）における回転位置を基準（０°）とする。ｈｐは１回転（２π）で進むｚｔの量（ヘリカルスピッチ）である。この軌道２０は、テーブル５が下降回転することにより、テーブル面５ａからスライス面１１までの高さｚｔが大きくなる。よって、軌道２０は、下記する式、
ｚｔ＝ｈｐ（φ／２π） …… （１）
で表せる。
【００４６】
図４はオフセットヘリカルスキャンの軌道を表した別の図（鳥瞰図）である。
同図において、２１は図３と同じオフセットヘリカルスキャンの軌道である。この軌道２１は、被検体２に固定した実空間におけるＸ線焦点Ｆの軌道として表されており、螺旋形の軌道となる。この軌道２１は、軌道２０と同じく式（１）で表される。
【００４７】
ところで、被検体２の再構成対象面２２の高さをｚｒとし、かつ、Ｘ線焦点Ｆ（回転中心Ｃまたはスライス面１１）が高さｚｒに到達したときの回転角をφｒとすれば、再構成対象面２２の再構成処理には、当該回転角φｒの前後１８０°＋αの回転範囲で収集された透過画像が使用される（詳細は後記する）。
【００４８】
従って、このオフセットヘリカルスキャンにおいては、前述した軌道２０，２１を通るスキャン中に所定ピッチ（所定回転角度）Δφごとに被検体２を通ってくる透過画像をＸ線検出器４で順次撮影する。そこで、以下、これら透過画像をＰ（ｎ，ｍ，φ）とする。
【００４９】
図５は再構成処理時に透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）に乗算するためのオフセット重み係数を説明する図である。
【００５０】
同図において、Ｎｄはチャンネル総数であり、ｎ方向へのデータ検出範囲は０〜Ｎｄ-1である。オフセット重み係数Ｗｏｆ（ｎ）はチャンネル番号に依存する重み係数となっている。すなわち、図示するように、オフセット重み係数Ｗｏｆ（ｎ）は、ｎ方向のデータ検出範囲内において、検出面４ａ上における回転軸ＲＡの投影位置ｎｃの図示片側（左側）一端部で「０」、反対側（右側）の所定のデータ検出範囲を超えたときに「１」となる。そして、回転軸ＲＡの投影位置ｎｃ付近（Ｘ線ビーム３の端部付近）では、「０」から「１」に滑らかに変化する傾斜部を有し、その傾斜部では回転軸ＲＡの投影位置ｎｃに対し対称な傾きとなっている。ここで、傾斜部のｎ方向幅を２βとすると、βは０＜β≦ｎｃの関係にある。
【００５１】
傾斜部の傾きが回転軸ＲＡの投影位置ｎｃに対して対称となっていることは、すなわち、傾斜部におけるｎｃを境とする両側の等しい任意の位置Δｎに対し、図５に示すＷｏｆ（ｎ）の分布式としては、
Ｗｏｆ（ｎｃ−Δｎ）＋Ｗｏｆ（ｎｃ＋Δｎ）＝１ …… （２）
が成立する。つまり、傾斜部内において、ｎｃを境とし、その両側の等しい変位位置のオフセット重み係数Ｗｏｆをプラスすると、全て「１」となることを意味する。
【００５２】
図６は再構成処理時に透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）に乗算するためのヘリカル重み係数を説明する図である。
【００５３】
ヘリカル重み係数Ｗｈ（φ）は、回転角度φに依存する重み係数であって、図示するように平坦部の重み係数を「１」とし、その平坦部両側から滑らかに「０」へ落ちて行く重み係数となる傾斜部を有し、両側傾斜部の外側は「０」となる。
【００５４】
再構成処理を行う場合、前述（図４参照）したように０（φｒ）を境とし、その前後１８０°＋αの回転範囲で収集された透過画像を使用することから、全体のデータ検出範囲２π＋２αに対し、平坦部のφ方向幅は２π−２αであり、両側傾斜部のφ方向幅はそれぞれ２αとなる。ここで、αは任意の角度で、１°ないし３０°程度の範囲で定めた値である。
【００５５】
傾斜部の形は直線的な傾きでも曲線的な傾きでもよいが、図示左側の傾斜部の任意のφにおける重み係数と図示右側の傾斜部のφ＋２πにおける重み係数との間には、
Ｗｈ（φ）＋Ｗｈ（φ＋２π）＝１ …… （３）
が成立するようにヘリカル重み係数の分布の形を設定する。また、φ方向全幅の中央をφ＝０とするが、これは厳密でなくてもよい。
【００５６】
次に、オフセットヘリカルスキャンによって得られた透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）から３次元画像再構成する具体例について図７ないし図１２を参照して説明する。
再構成処理する方法は、FeldkampのコーンビームＣＴ再構成アルゴリズム（非特許文献１）を基本とし、これに前述したオフセット重み係数とヘリカル重み係数とを乗算する方法である。
【００５７】
図７は再構成処理における前半の処理フロー図であり、図８は再構成処理における後半の処理フロー図である。なお、フローは、分かり易くするためにバッチ処理とし、処理の高速化対策その他の詳細な処理は省いている。
【００５８】
図７に示す再構成処理における前半の処理は、収集されたすべての透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）に対してフィルタ処理を行うまでの処理となる。
【００５９】
先ず、再構成処理の開始に伴い、テーブル５の駆動量を表す１つの要素であるテーブル５の回転角度φのループに入ると（Ｓ１）、前処理を実行する（Ｓ２）。ここで、前処理とは、Ｘ線放射時のＸ線検出器４の検出出力からＸ線源１からのＸ線放射無しのときのＸ線検出器４の出力を引算するオフセット補正、Ｘ線検出器４を構成する各検出素子のゲイン調整するエアー補正、及び対数変換などの処理である。
【００６０】
ある回転角度φの前処理を行った後、透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）に対してオフセット重み係数掛けを実行する（Ｓ３）。ここでは、透過画像の全ての画素ｎ，ｍについて、オフセット重み係数Ｗｏｆ（ｎ）を掛けてＰ１（ｎ，ｍ，φ）を得る。
【００６１】
Ｐ１（ｎ，ｍ，φ）＝Ｐ（ｎ，ｍ，φ）・Ｗｏｆ（ｎ） …… （４）
しかる後、ステップＳ４に移行し、透過画像Ｐ１（ｎ，ｍ，φ）に対してフィルタ処理を行う。このフィルタ処理は、ｎ方向に高域強調処理（ＣＴでいうRamachandran & Lakshminarayanan フィルタ処理等）を行う。高域強調処理は、透過画像Ｐ１（ｎ，ｍ，φ）に対してｎ方向にフーリェ変換して周波数空間値を求めた後、周波数が高くなるほど大きな係数を掛けて、逆フーリェ変換により元に戻す処理である。
【００６２】
このフィルタ処理後、次の回転角度φ有りかを判断し(Ｓ５)、有りの場合にはステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返し実行することにより、全ての回転角度φについてフィルタ処理まで行い、透過画像Ｐ２（ｎ，ｍ，φ）を取得する。
【００６３】
次に、図８及び図９を用いて、再構成処理における後半処理を説明する。この後半処理は、フィルタ処理まで行った透過画像Ｐ２（ｎ，ｍ，φ）を用いて、３次元画像を作成する。図９は逆投影の説明図である。
【００６４】
後半処理の開始に伴い、操作者に再構成領域２３の入力設定を促すことにより、表示部８ａに表示される被検体２に対して入力部８ｂから再構成領域２３を定めるデータが設定され、制御処理部８はその設定データをディスクまたは主メモリに格納する（Ｓ６）。再構成領域２３とは、被検体２に固定した仮想の３次元マトリックス（格子）２４であって、例えば直方体の３辺の寸法、位置及びマトリックス個数（またはボクセルサイズ）などの設定データが設定される（図９参照）。
【００６５】
再構成領域２３に関する設定データを格納した後、ｚｒループに入り（Ｓ７）、ここで再構成対象面２２（２次元マトリックス２４ａ）の高さｚｒを設定する。なお、高さｚｒの範囲及び１ステップの長さは３次元マトリックス２４で決まる。
【００６６】
しかる後、Ｘ線焦点Ｆが高さｚｒに到達するときの回転角度φｒを下式により計算する。
【００６７】
φｒ＝２π・（ｚｒ／ｈｐ） …… （５）
そして、ステップＳ９に移行し、ここでテーブル５の回転角度φを設定する。この回転角度φとしては、（φｒ−π−α）から（φｒ＋π＋α）の範囲を少し越える範囲とし、この回転角度範囲内にてΔφのステップでφを設定し、ステップＳ１０に移る。
【００６８】
ステップＳ１０においては、回転角度φにおける透過画像Ｐ２（ｎ，ｍ，φ）のすべての画素ｎ，ｍについてヘリカル重み係数Ｗｈ（φ−φｒ）を掛けることにより、Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）を求める。
【００６９】
Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）＝Ｐ２（ｎ，ｍ，φ）・Ｗｈ（φ−φｒ）…… （６）
さらに、求めたに透過画像Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）について、図９に示すように高さｚｒの面である再構成対象面２２（２次元マトリックス２４ａ）へ逆投影する（Ｓ１１）。
【００７０】
この逆投影は、検出面４ａ上の点Ａ１からＸ線焦点Ｆに向けて３次元的に、高さｚｒの再構成対象面２２上の点Ａ２に透過画像Ｐ３の値を積算することにより行われる。より詳しくは、２次元マトリックス２４ａ上のすべての点に対し、一点Ａ２ごとに検出面４ａ上の射影点Ａ１を求め、この求めた射影点Ａ１の最近傍の４点のデータ点で補間した透過画像Ｐ３の値を一点Ａ２にて積算する。また、逆投影する際、透過画像Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）に対し、逆投影密度の補正が行われる。逆投影密度の補正は、例えばＦ−Ａ２間距離をＲとすると、１／Ｒ2の重み係数が掛けられる。
【００７１】
引き続き、次のφ有りかを判断し（Ｓ１２）、有りと判断されたとき、ステップＳ９に戻り、φをΔφずらして同様の処理を繰り返し実行する（Ｓ９〜Ｓ１１）。
【００７２】
以上のようにしてφｒ＝０の前後の約１８０度＋αの範囲の透過画像Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）を逆投影することにより、再構成対象面２２（２次元マトリックス２４ａ）上の断面像を再構成する。
【００７３】
次に、ステップＳ１３に移り、１ステップだけ高さｚｒを更新し、ステップＳ７に戻ることにより、すべての高さｚｒについて断面像を再構成することにより、再構成領域２３（３次元マトリックス２４）についての３次元画像を作成する。
【００７４】
なお、再構成領域２３は、スキャン領域１２を超えて設定できるが、スキャン領域１２から離れるほど得られるデータが不完全となるために画像が劣化する。オフセットヘリカルスキャンのスキャン領域１２は、回転軸ＲＡを中心とした円柱で、その半径は片側がＸ線ビーム３に包含される領域であって、その高さはヘリカルスキャンのｚ方向移動範囲に依存する。スキャン領域高さは、詳しくは、ｚ方向移動範囲がｚ１からｚ２（ｚ２＞ｚ１）のとき、｛ｚ１＋ｈｐ・（π＋α）／２π｝から｛ｚ２−ｈｐ・（π＋α）／２π｝となる。
【００７５】
次に、図１０ないし図１２を参照して再構成の効果について説明する。
図１０は逆投影範囲（α＝０、β＝０）における回転軸ＲＡ方向から軌道２１を見たときの平面図である。
【００７６】
まず、α＝０、β＝０における点Ａ２への逆投影を考えてみる。ここで、α＝０であるので、図６から明らかなようにφループはφｒの前後πである。焦点位置Ｆ１はφｒ−π、Ｆ４はφｒ＋πの点である。また、Ｆ２とＦ３は回転軸ＲＡと逆投影点Ａ２が連なる面と軌道２１との交点である。
【００７７】
焦点位置Ｆ１からＦ２の間は、逆投影が行われる（図１０（ａ）参照）。次に、焦点位置Ｆ２を少し越えたＦ２′からＦ３の少し手前のＦ３′までの間は、点Ａ２が外れているので、逆投影が行われない（図１０（ｂ）参照）。さらに、焦点位置Ｆ３からＦ４の間は、逆投影が行われる（図１０（ｃ）参照）。これにより、点Ａ２にはＦ１〜Ｆ２とＦ３〜Ｆ４とを合わせたφ方向１８０度分の逆投影は行われていることがわかる。これは、点Ａ２の選び方によらず、再構成対象面２２におけるスキャン領域１２内の全ての点について成り立つ。このことにより、スキャン領域１２内において、φ方向に対してすべての方向から逆投影が行われるので、正常な再構成処理を行うことができる。
【００７８】
次に、α＝０、β＝０とすることによる難点について、図１１を参照して説明する。図１１は逆投影範囲（α＝０、β＝０）を示す図である。
【００７９】
同図（ａ）は逆投影範囲（α＝０、β＝０）における回転軸ＲＡ方向から軌道２１をみたときの逆投影の状態を示す平面図である。再構成対象面２２上の点Ａ２に対する逆投影は、前述した焦点位置Ｆ１からＦ２への逆投影範囲２５ａと、焦点位置Ｆ３からＦ４への逆投影範囲２５ｂとを合わせた範囲であって、１８０度の範囲となる。２６は逆投影ラインを示す。
【００８０】
ここで、境界面Ｌ１と境界面Ｌ２は逆投影範囲２５ａと逆投影範囲２５ｂの回転軸ＲＡ方向に沿った境界面である。これら境界面Ｌ１、Ｌ２は逆投影のφ方向の継ぎ目である。
【００８１】
図１１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ境界面Ｌ１、Ｌ２に沿った逆投影ライン２６の方向を表す断面図である。この図１１（ｂ）から明らかなように、境界面Ｌ１面上における逆投影方向を断面してみると、Ｆ１方向への逆投影ライン２６ａとＦ４方向への逆投影ライン２６ｂとが大きく食い違っていることがわかる。同様に、同図（ｃ）に示すように、Ｆ２方向への逆投影ライン２６ｃとＦ３方向への逆投影ライン２６ｄとが大きく食い違っていることがわかる。
【００８２】
すなわち、Ｆ３からＦ４に向けて逆投影ライン２６はなだらかに変化し、またＦ１からＦ２に向けて逆投影ライン２６はなだらかに変化するのに対し、Ｆ４とＦ１間（Ｌ１面）とＦ２とＦ３間（Ｌ２面）で逆投影ライン２６に段差が生じる。このことは、α＝０、β＝０の場合には、逆投影方向の段差のために断面像が劣化するので、特に後述するようにヘリカル重み係数掛けが重要になってくる。
【００８３】
次に、α≠０、β≠０とすることによる難点解消について、図１２を参照して説明する。図１２は逆投影範囲（α≠０、β≠０）における回転軸ＲＡ方向から軌道２１をみたときの逆投影の状態を示す平面図である。同図において、２５ａ′と２５ｂ′は逆投影範囲である。
【００８４】
今、α≠０とすることにより、境界面Ｌ１を境とし、逆投影重複部分α，αができるので、この重複部分を滑らかな傾斜部を有するようにヘリカル重み係数を掛けて逆投影することで、データをなだらかにつないで逆投影ライン２６の段差を解消する。
【００８５】
同様に、β≠０とすることにより、境界面Ｌ２を境とし、同様に逆投影重複部分（β），（β）｛βは角度でないので、（ ）をつけておく｝ができるが、この重複部分にて滑らかな傾斜部を有するようなオフセット重み係数を掛けて逆投影することで、データをなだらかにつないで逆投影ライン２６の段差を解消する。
【００８６】
従って、以上のような実施の形態によれば、テーブル５及び回転昇降機構７ｂが載置される回転軸移動機構７ａを介して回転軸ＲＡをＸ線ビーム３内の端部付近となるオフセット配置に設定した後、オフセットヘリカルスキャンを行うことにより、回転軸方向及び回転半径方向の両方に対して、スキャン領域を広げることができる。
【００８７】
また、オフセットヘリカルスキャンによる再構成処理においては、スキャン領域内のすべての点で１８０度方向の逆投影を行い、かつ、透過画像に滑らかな傾斜部となるようなオフセット重み係数及びヘリカル重み係数を掛けて逆投影することで、データをなだらかにつなぐことにより、逆投影ラインの段差を解消することができ、良好な３次元画像を作成することができる。
【００８８】
（実施の形態１の変形例）
上記実施の形態では、オフセット配置制御部８ｃは、回転軸移動機構７ａを用いて、回転軸ＲＡを移動させ、Ｘ線ビーム３の端部付近のオフセット位置に位置決め配置させているが、回転軸ＲＡは移動させず、かわりにＸ線検出器４を移動させてオフセット位置に位置決め配置させてもよい。
【００８９】
この場合、オフセット配置制御部８ｃは、回転軸ＲＡを移動させずＸ線光軸Ｌに交わるよう固定配置とし、かわりに検出器移動機構６により、Ｘ線検出器１２をｙ方向に移動し、回転軸ＲＡがＸ線ビーム３の端部付近のオフセット位置になるように位置決め配置させればよい。
【００９０】
また、上記実施の形態におけるオフセット重み係数Ｗｏｆ（ｎ）は、検出器検出面４ａへの回転軸ＲＡの投影位置ｎｃの図示片側（左側）一端で「０」、反対側（右側）の所定データ検出範囲を超えたときに「１」とし、回転軸付近の「０」から「１」との間を曲線的に変化する傾斜部を有する重み係数としたが、図５に示すような重み係数の分布式の形に限らない。例えば、図１３（ａ）に示すように、回転軸ＲＡの投影位置ｎｃ付近で傾斜を緩やかにし、両端側で少し傾きを大きくした傾斜部としてもよく、あるいは図１３（ｂ）に示すように、回転軸ＲＡの投影位置ｎｃ付近では平坦部とし、その平坦部の両側から急に変化させた傾斜部であってもよい。特に、傾斜部となる重複部２βが大きい場合には図１３（ａ）或いは図１３（ｂ）に示す分布の形が有効である。
【００９１】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１とその基本的な構成が全く同じである。この実施の形態２において、特に異なるところは、Ｘ線検出器４を２つの検出器位置に移動位置決め設定することにより、被検体２から透過してくる広いＸ線ビームを分割して検出するダブルオフセットヘリカルスキャンに適用した例である。
【００９２】
図１４はダブルオフセットヘリカルスキャン時の各構成部分の幾何的な配置例を示す図である。
以下、ダブルオフセットヘリカルスキャンについて、図１及び図１４を参照して説明する。
【００９３】
ダブルオフセットヘリカルスキャンでは、ヘリカルスキャン制御部８ｄが検出器移動機構６を介してＸ線検出器４を、検出面４ａに沿って回転軸ＲＡと直交する方向（ｙ方向）に移動させて、かつ、隣接する検出面４ａ，４ａ′端部が一部重なるように２つの所定位置（以下、検出器位置１，２と呼ぶ）に位置決め設定する。なお、このとき、回転軸ＲＡは、連続したＸ線ビーム３１全体の一端部付近に当該Ｘ線ビーム３１と交差するように設定する。
【００９４】
なお、具体的には、Ｘ線検出器４の検出器位置と回転軸ＲＡの位置については、図１４（ａ）〜（ｃ）のいずれでもよく、あるいは検出器位置全体をｙ方向にずらした図１４（ａ）〜（ｃ）の中間位置であってもよい。
【００９５】
図１４（ａ）は、Ｘ線検出器４を、当該Ｘ線検出器４の検出面４ａ中央部がＸ線光軸Ｌと交差するような検出器位置１と、検出面４ａに沿ってｙ方向に移動させて、かつ、検出面４ａ′の端部が検出器位置１の検出面４ａ端部と一部重なるような検出器位置２とにそれぞれ位置決め設定し、各検出器位置１，２ごとにそれぞれスキャンを実施し、被検体２から透過してくる連続したＸ線ビーム３１の透過画像を検出する方法である。
【００９６】
図１４（ｂ）は、Ｘ線検出器４を、当該Ｘ線検出器４の検出面４ａに沿ってｙ方向に移動させて、２つの検出器位置での検出面４ａ，４ａ′の端部がＸ線光軸Ｌ上で互いに重なり合うような検出器位置１と検出器位置２とにそれぞれ位置決め設定し、各検出器位置１，２ごとにそれぞれスキャンを実施し、被検体２から透過してくる連続したＸ線ビーム３１の透過画像を検出する方法である。
【００９７】
このように検出器４を位置決め設定することにより、検出面４ａに対するＸ線ビーム３１の入射が全体的に斜めにならず、分解能を落とさずにスキャン領域１２′の全体の画質を上げることができる。
【００９８】
図１４（ｃ）は、回転軸ＲＡをＸ線光軸Ｌ上に配置し、かつ、Ｘ線ビーム３１のほぼ全体が当該Ｘ線光軸Ｌの片側に放射するように配置する。そして、Ｘ線検出器４を、当該Ｘ線検出器４の検出面４ａ端部がＸ線光軸Ｌと交差するような検出器位置1と、検出面４ａに沿ってｙ方向に移動させて、かつ、検出面４ａ′の端部が検出器位置１の検出面４ａのＸ線光軸Ｌから遠い側の端部と一部重なるような検出器位置２とにそれぞれ位置決め設定し、各検出器位置１，２ごとにそれぞれスキャンを実施し、被検体２から透過してくる連続したＸ線ビーム３１の透過画像を検出する方法である。
【００９９】
このように検出器４を位置決め設定することにより、スキャン領域１２′の中央部の画質を上げることができる。すなわち、この配置は、中央部を重視しながら周辺部の画質を保つことにある。
【０１００】
次に、前述したダブルオフセットヘリカルスキャンによる処理手順を簡単に説明する。
先ず、操作者は、テーブル５に被検体２を載置した後、制御処理部８を通して回転軸移動機構７ａ及び検出器移動機構６に駆動制御指令を送出し、所要とする撮影距離ＦＣＤ及び検出距離ＦＤＤとなるように設定する。また、制御処理部８のオフセット配置制御部８ｃを通して回転軸移動機構７ａを駆動制御し、回転中心Ｃをｙ方向に移動させることにより、Ｘ線ビーム３１内の端部に近いオフセット位置に設定する。
【０１０１】
しかる後、引き続き、検出器移動機構６を通してＸ線検出器４を検出器位置１に設定した後、入力部８ｂからスキャン開始指令を入力すると、制御処理部８のヘリカルスキャン制御部８ｄから回転昇降機構７ｂに駆動制御指令を送出し、所定のスキャン軌道を正向きに通るようにテーブル５を回転させつつ回転角に比例して昇降させてスキャンしていく。
【０１０２】
この昇降回転するスキャンの間に一定回転角度ごとに被検体２を透過してくるＸ線ビーム３１の透過画像ＰａをＸ線検出器４で検出し、ディジタルデータとして制御処理部８に送信し、ディスクに記憶させる。
【０１０３】
次に、検出器移動機構６を通してＸ線検出器４を検出器位置２に設定した後、入力部８ｂからスキャン開始指令を入力すると、制御処理部８のヘリカルスキャン制御部８ｄから回転昇降機構７ｂに駆動制御指令を送出し、検出器位置１と同じスキャン軌道を正向きあるいは逆向きに通るようにテーブル５を回転させつつ回転角に比例して昇降させてスキャンしていく。
【０１０４】
この昇降回転するスキャンの間に一定回転角度ごとに被検体２を透過してくるＸ線ビーム３１の透過画像ＰｂをＸ線検出器４で検出し、ディジタルデータとして制御処理部８に送信し、ディスクに記憶させる。
【０１０５】
制御処理部８の再構成処理部８ｅは、Ｘ線検出器４で検出された透過画像Ｐａ，Ｐｂからスキャン領域１２′の３次元画像を再構成する。
【０１０６】
再構成は前述した「オフセットヘリカルスキャンの再構成処理」と同様に行われる。すなわち、各検出器位置１，２で得られる透過画像Ｐａ（ｎ，ｍ，φ）とＰｂ（ｎ，ｍ，φ）をφごとに合成し、各φで一つに繋がった透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）を作成し、この作成された透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）から前述したオフセットヘリカルスキャンの再構成を行うものである。
【０１０７】
なお、合成するときの繋ぎ位置は、検出器移動機構６で移動させた検出器位置１，２が分るので、容易に合成できる。また、このつなぎ位置の決定については、当該重複部分の透過画像の濃淡を位置合わせして繋ぐようにすると、移動の位置決め誤差が補正されることになり、好ましい結果となる。
【０１０８】
図１５は検出器位置１の状態で収集記憶した透過画像Ｐａ（ｎ，ｍ，φ）と検出器位置２の状態で収集記憶した透過画像Ｐｂ（ｎ，ｍ，φ）とをつないで合成するための説明図である
合成処理としては、例えば検出器位置１の透過画像Ｐａ（ｎ，ｍ，φ）の重み係数をＷ１（ｙ）、検出器位置２の透過画像Ｐｂ（ｎ，ｍ，φ）の重み係数をＷ２（ｙ）とする。重み係数Ｗ１（ｙ）とＷ２（ｙ）は重複部分以外では「１」で、重複部分ではＷ１（ｙ）は「１」から「０」に滑らかに変化し、Ｗ２（ｙ）は「０」から「１」に滑らかに変化し、かつ、「Ｗ１（ｙ）＋Ｗ２（ｙ）＝「１」なる関係があればよく、予め定めた計算式を記憶しておく。重み係数Ｗ１（ｙ）、Ｗ２（ｙ）を求めた後、これら重み係数Ｗ１（ｙ）、Ｗ２（ｙ）をそれぞれ検出器位置１の透過画像Ｐａ（ｎ，ｍ，φ）と検出器位置２の透過画像Ｐｂ（ｎ，ｍ，φ）とに掛けた後、互いに加算すれば合成できる。ここで、ｙは透過画像上の検出器移動方向（＝ｎ方向）である。
【０１０９】
ダブルオフセットヘリカルスキャンのスキャン領域１２′は、回転軸ＲＡを中心とした円柱で、その半径は片側がＸ線ビーム３１に包含される領域であり、高さはオフセットヘリカルスキャンと同じである。つまり、スキャン領域１２′は、無理なく再構成できる十分なデータが収集される領域である。
【０１１０】
従って、以上のようなダブルオフセットヘリカルスキャンによれば、Ｘ線検出器４を移動させて、被検体２から透過してくるＸ線ビームを分割して検出するので、Ｘ線検出器４の検出面４ａの寸法で決まるＸ線ビーム３を超えた広い連続したＸ線ビーム３１を検出でき、Ｘ線検出器４を移動させない場合に比べて、スキャン領域を広げることができる。このダブルオフセットヘリカルスキャンでは、オフセットヘリカルスキャンの２倍近い直径のスキャン領域１２′となるので、オフセットヘリカルスキャンよりも大きな被検体２を当該オフセットヘリカルスキャンと同じ拡大率で撮影できる。
【０１１１】
また、Ｘ線検出器４を、検出面に沿った回転軸ＲＡの方向と直交する方向ｎに直線的に移動するので、検出された透過画像を容易に合成でき、合成透過画像を使って被検体２の３次元画像が得られる。
【０１１２】
（実施の形態２の変形例）
この実施の形態２の変形例においては、実施の形態１とその基本的な構成が全く同じである。
【０１１３】
（変形例１）
実施の形態２におけるダブルオフセットヘリカルスキャンを適用した例では、検出器位置１の透過画像と検出器位置２の透過画像とにそれぞれ重み係数を掛けた後、互いに加算して合成するようにしたが、画像の合成は再構成処理のどの段階で行ってもよい。例えば、Ｘ線検出器４で検出し記憶した透過画像を合成してもよく、対数変換などの前処理を行った後に合成してもよい。
【０１１４】
また、逆投影の段階で合成してもよい。例えば、それぞれ重み係数を掛けた検出器位置１の透過画像と検出器位置２の透過画像とを加算せずにそれぞれ別々に逆投影し、検出器位置１の部分３次元画像と検出器位置２の部分３次元画像とを作成し、これら部分３次元画像を加算して最終的な３次元画像を得るようにしてもよい。また、検出器位置１の部分３次元画像の上に、検出器位置２の部分３次元画像を続けて逆投影して合成してもよい。
【０１１５】
（変形例２）
この変形例２は、実施の形態２の拡張形であって、Ｘ線検出器４を３つの検出器位置に位置決め設定することにより、被検体から透過してくる広いＸ線ビームを分割して検出するトリプルオフセットヘリカルスキャンに適用してもよい。
【０１１６】
図１６はトリプルオフセットヘリカルスキャン時の各構成部分の幾何的な配置例を示す図である。
ヘリカルスキャン制御部８ｄは、検出器移動機構６を介してＸ線検出器４を移動させるが、このときＸ線検出器４としては、検出面４ａに沿う方向（ｙ方向）に検出面４ａ，４ａ′，４ａ″の端部が一部重なり、かつ、連続したＸ線ビーム３１′全体を検出するように、３つの検出器位置１，２，３に位置決め設定する。また、オフセット配置制御部８ｃは、回転軸移動機構７ａを介して回転軸ＲＡの位置決めを行うが、この回転軸ＲＡとしては、Ｘ線光軸Ｌと直交し、かつ、連続したＸ線ビーム３１′全体内の端部付近で当該Ｘ線３１´と交差するように設定する。
【０１１７】
具体的に、検出器位置と回転軸ＲＡの位置は、図１６（ａ）〜（ｃ）の何れか１つ、あるいは検出器位置全体をｙ方向にずらした図１６（ａ）〜（ｃ）の中間位置であってもよい。すなわち、トリプルオフセットヘリカルスキャンにおけるＸ線検出器４の検出器位置と回転軸ＲＡの位置にあっては、図１５（ａ）〜（ｃ）と同じ要領で設定される。
【０１１８】
ヘリカルスキャン制御においては、検出器位置１，２，３について、回転昇降機構７ｂを介して同一軌道を通るように回転昇降させるようにヘリカルスキャン（例えば正向き・逆向き交互）を行い、それぞれの検出器位置１，２，３にてＸ線検出器４から得られた透過画像Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃをそれぞれ所定回転角度ごとに合成し、合成画像Ｐを取得する。そして、取得された合成画像Ｐを用いて、同様に３次元画像を再構成する。ここで、透過画像の合成は、前述したように再構成途中か、逆投影時に行ってもよい。
【０１１９】
このトリプルオフセットヘリカルスキャンによれば、ダブルフセットヘリカルスキャンの３／２倍近い直径のスキャン領域１２″となる。
【０１２０】
なお、この変形例においては、３つの検出器位置１，２，３でスキャンを行ったが、多数の検出器位置でスキャンを行う、いわゆる多重オフセットヘリカルスキャンを行ってもよい。
【０１２１】
（変形例３）
前述した実施の形態２では、Ｘ線検出器４は検出器検出面４ａに沿って回転軸ＲＡと直交する方向（ｙ方向）に移動させて複数の検出器位置に位置決めしたが、例えばＸ線検出器４を、自転させながら、Ｘ線検出器４の検出面がＸ線ビーム３１を真正面から検出できるように回転軸ＲＡと直交する方向へ円弧状に移動させて、複数の検出器位置に位置決めさせてもよい。具体的には、Ｘ線検出器４を円弧状レールに沿ってＸ線焦点Ｆの周りを移動させて、当該Ｘ線検出器４の検出面４ａの中央の法線が各検出器位置にてＸ線焦点Ｆに向くように設定する。
【０１２２】
図１７は多重オフセットヘリカルスキャンにおける各構成体の幾何的な配置例図である。この多重オフセットヘリカルスキャンは、Ｘ線検出器４を、例えば検出器移動機構６上に敷設した円弧状レール上を、Ｘ線検出器４の検出面がＸ線ビーム３１を真正面から検出できるように自転させながら円弧状に移動させて、かつ、隣接する検出面が一部重なり合うように複数の検出器位置１，２または複数の検出器位置１，２，３に位置決めし、連続した広いＸ線ビーム３１を複数の検出位置１，２（図７（ａ）参照）または複数の検出位置１，２，３（図７（ｂ）参照）に位置決めされたＸ線検出器４で分割して検出するスキャンである。このとき、回転軸ＲＡは連続したＸ線ビーム３１全体の端部付近で当該Ｘ線ビーム３１と交差するように設定する。
【０１２３】
スキャン制御は、Ｘ線検出器４を複数の検出器位置１，２または複数の検出器位置１，２，３に位置決めし、同一の軌道２１のヘリカルスキャンを行う。このとき、例えば検出器位置１にて正向き、検出器位置２にて逆向きとするごとく、交互にスキャンの向きを変えてもよい。そして、各検出器位置で得られた透過画像を同様にφごとに合成し、得られた合成画像Ｐから同様に３次元画像を再構成する。なお、透過画像の合成は、前述したように再構成途中か、逆投影時に行ってもよい。
【０１２４】
また、画像の合成や逆投影としては、透過画像を回転軸ＲＡに平行な面上のデータ、あるいは回転軸かＸ線焦点Ｆを通って回転軸に平行な軸に対する円筒面上のデータに置き換えて処理できるが、置き換えることなく各検出面上のデータのまま処理することもできる。
【０１２５】
この変形例３によれば、Ｘ線ビーム３１が検出面４ａ，４ａ′，４ａ″にほぼ垂直に入射されるので、良好な透過画像が検出でき、ひいては良好な３次元画像を再構成できる。
【０１２６】
（変形例４）
実施の形態２の変形例３では、Ｘ線検出器４が円弧状レールに沿ってＸ線焦点Ｆの周りを移動させ、これにより検出面４ａ，４ａ′，４ａ″の中央の法線が各検出器位置１，２，３においてＸ線焦点Ｆに向くように設定したが、例えばＸ線検出器４を移動させず、その代わりに被検体２（テーブル５と回転軸ＲＡが一体）を等価的に移動させる構成であってもよい。
【０１２７】
図１８は多重オフセットヘリカルスキャンにおける各構成体の幾何的な配置例である。
この多重オフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例は、Ｘ線検出器４を移動させる代わりに、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、回転軸ＲＡをＸ線焦点Ｆの周りを当該回転軸ＲＡと直交する面に沿って移動させ、Ｘ線検出器４を移動させたのと等価なデータを得るようにしてもよい。なお、テーブル５及び被検体２は回転軸ＲＡの移動と共に一体に移動する。つまり、図１８（ａ），（ｂ）は、被検体２を基準とした座標でみれば、図１７（ａ），（ｂ）と同じになる。
【０１２８】
この変形例４による多重オフセットヘリカルスキャンは、回転軸ＲＡをＸ線焦点Ｆの周りを回転軸位置ＲＡからＲＡ′，ＲＡ″に回転移動させることにより、当該回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″に追従して被検体２がＸ線ビーム３を横切る結果、Ｘ線検出器４が広い連続したＸ線ビーム３を分割して検出するスキャンである。
【０１２９】
このスキャン制御は、回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″ごとに同一の軌道２１のヘリカルスキャンを行う。このとき、例えば回転軸位置ＲＡにて正向き、回転軸位置ＲＡ′にて逆向きとするごとく、交互にスキャンの向きを変えてもよい。そして、各回転軸位置で得られた透過画像を同様にφごとに合成し、得られた合成画像Ｐから同様に３次元画像を再構成する。なお、透過画像の合成は、前述したように再構成途中か、逆投影時に行ってもよい。
【０１３０】
なお、この変形例４においては、回転軸ＲＡをＸ線焦点Ｆの周りを複数の回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″と回転位置決めしたが、例えば図１８（ｃ）に示すように、回転軸ＲＡを検出面４ａに沿ったｙ方向に回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″と移動させて、回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″ごとに同一の軌道２１のヘリカルスキャンを行うようにしてもよい。
【０１３１】
このように回転軸をｙ方向に移動させてヘリカルスキャンを行った場合には、透過画像の合成は精度を上げるために逆投影時に行うのが好ましい。その理由は、ｙ方向にのみに移動させた場合、回転軸位置ごとにＸ線焦点Ｆと回転軸ＲＡとの間の距離が変化し、被検体２を基準とした逆投影のＦ点（図９）が若干異なってしまう為である。つまり、厳密には同一の軌道２１でなくなるので、回転軸位置ごとにそれぞれのＦ点に逆投影して精度を上げる必要があるからである。
【０１３２】
この変形例４によれば、被検体２を回転軸ＲＡと共に移動させ、Ｘ線検出器４がＸ線ビーム３を分割して検出することから、Ｘ線検出器４の検出面４ａの寸法を越える大きさのＸ線ビーム３を検出でき、回転軸ＲＡを移動させない場合に比べてスキャン領域を広げることができる。また、Ｘ線ビーム３が検出面４ａにほぼ垂直に入射するので、良好な透過画像を検出でき、良好な３次元画像を作成できる。
【０１３３】
なお、実施の形態２及び前述した各変形例では、回転軸ＲＡを連続したＸ線ビーム３１内の端部付近に設定し、多重オフセットヘリカルスキャンを行っているが、例えば回転軸ＲＡをＸ線ビーム３１の中央に設定し、通常の多重ヘリカルスキャンを行うようにしてもよい。ただし、この通常の多重ヘリカルスキャンによって得られた透過画像については、オフセット重み係数掛けを省いた状態で再構成処理を行うことになる。
【０１３４】
（その他、実施の形態１，２に関する変形）
（１） 上記実施の形態１，２においては、回転軸ＲＡをＸ線光軸Ｌの方向と直交させているが、必ずしも直交させる必要はない。
【０１３５】
図１９は回転軸ＲＡがＸ線光軸Ｌに直交しない場合の幾何的な配置例図（２面図）である。同図（ｂ）に示すように、Ｘ線ビーム３が回転軸ＲＡに対して斜め方向で被検体２に入射している場合であっても、前述した実施の形態１，２及び各変形例がそのまま適用できるものである。ただし、再構成処理において、前述した各実施の形態では、Ｘ線焦点Ｆが再構成対象面２２の高さｚｒに到達したときの回転角をφｒとしたが（図４参照）、代わりに、図１９（ｂ）に示すように回転軸ＲＡ上でＸ線光軸Ｌに一番近い点Ｃが再構成対象面２２の高さｚｒに到達したときの回転角をφｒとする。また、この場合における画像の合成や逆投影は、透過画像を回転軸ＲＡに平行な面上、あるいは垂直な面上のデータ、あるいは回転軸かＸ線焦点Ｆを通って回転軸に平行な軸に対する円筒面上のデータに置き換えて処理できるが、置き換えることなく各検出面上のデータのまま処理することもできる。
【０１３６】
（２） 上記各実施の形態においては、マイクロフォーカスＸ線管を用いたが、これに限られないことは勿論である。また、放射線源として、Ｘ線を用いたが、これら限られることなく、他の透過性放射線でもよいものである。
【０１３７】
また、上記各実施の形態では、回転軸ＲＡを介して被検体２を回転させているが、代わりに、Ｘ線源１とＸ線検出器４とを回転させてもよい。また、被検体２の昇降についても、被検体２ではなく、Ｘ線源１とＸ線検出器４とを昇降させる構成であってもよい。
【０１３８】
さらに、２次元のＸ線検出器４としては、前述するようにＦＰＤを用いたが、当該ＦＰＤに限られず、同様の機能を持つ各種の検出器を用いてもよいことは言うまでもない。
【０１３９】
また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決するための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置の実施の形態１を示す構成図。
【図２】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置の再構成処理における定式化のための幾何的な配置例図。
【図３】オフセットヘリカルスキャンの軌道を表した図。
【図４】オフセットヘリカルスキャンの軌道を表した別の図（鳥瞰図）。
【図５】再構成処理時に透過画像に乗算するためのオフセット重み係数を説明する図。
【図６】再構成処理時に透過画像に乗算するためのヘリカル重み係数を説明する図。
【図７】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理の前半処理フロー図。
【図８】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理の後半処理フロー図。
【図９】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理時の逆投影の説明図（鳥瞰図）。
【図１０】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理時の逆投影範囲（α＝０，β＝０）を示す平面図。
【図１１】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理時の逆投影範囲（α＝０，β＝０）の詳細説明図。
【図１２】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理時の逆投影範囲（α≠０，β≠０）を示す平面図。
【図１３】図５に示すオフセット重み係数の他の例を説明する図。
【図１４】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置の実施の形態２を説明するダブルオフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例図。
【図１５】実施の形態２における透過画像の合成を説明する図。
【図１６】実施の形態２における変形例であるトリプルオフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例図。
【図１７】実施の形態２における変形例である多重オフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例図。
【図１８】実施の形態２における変形例である多重オフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例図。
【図１９】実施の形態２における変形例を説明するものであって、回転軸がＸ線光軸に直交しない場合の幾何的な配置例図。
【図２０】従来の通常スキャンとオフセットスキャンとのスキャン領域の説明図。
【図２１】従来のヘリカルスキャンのスキャン領域の説明図。
【符号の説明】
【０１４１】
１…Ｘ線源、２…被検体、３…Ｘ線ビーム、４…Ｘ線検出器、４ａ，４ａ′，４ａ″…検出面、５…テーブル、６…検出器移動機構，７…オフセットヘリカルスキャン機構、７ａ…回転軸移動機構、７ｂ…回転昇降機構、８…制御処理部、８ａ…表示部、８ｂ…入力部、８ｃ…オフセット配置設定部、８ｄ…ヘリカルスキャン制御部、８ｅ…再構成処理部、１１…スライス面、１２，１２′，１２″…スキャン領域、２０，２１…軌道、２２…再構成対象面、２３…再構成領域、２４…仮想３次元マトリックス、２５ａ，２５ａ′，２５ｂ，２５ｂ′…逆投影範囲、２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…逆投影ライン、３１，３１′…Ｘ線ビーム、ＲＡ…回転軸、Ｌ…Ｘ線光軸、Ｃ…回転中心。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャン領域を広げて被検体の３次元画像を再構成するコンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型電子部品等を高分解能で検査する産業用の高分解能型コンピュータ断層撮影装置（以下、ＣＴスキャナと呼ぶ）が開発されてきている。
【０００３】
この高分解能型ＣＴスキャナは、Ｘ線源と２次元的なＸ線検出器との間に被検体を配置し、Ｘ線源から被検体に向けてＸ線ビームを放射しつつ当該被検体を１回転させることにより、被検体の多方向から透過してくるＸ線ビームをＸ線検出器で検出し、被検体の多数の透過画像（透過データ）を収集する（スキャンという）。そして、収集された多数の透過画像を再構成処理し、被検体の３次元画像（多数の断面像）を生成している（特許文献１）。
【０００４】
この３次元画像の再構成は、フェルドカンプ デイビス アンド クレス（Feldkamp，Davis and Kress） １９８４（非特許文献１）に記載されている再構成方法が用いられる。この再構成方法は、フィルター補正逆投影法（ＦＢＰ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｂａｃｋ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法）の一種である。
【０００５】
この高分解能型ＣＴスキャナは、Ｘ線源と２次元のＸ線検出器との間に被検体を載置した回転テーブルが配置され、Ｘ線源（Ｘ線焦点）に対し、回転テーブル及びＸ線検出器をＸ線光軸方向（ｘ方向）に近づけたり、遠ざけたりすることにより、撮影距離ＦＣＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）及び検出距離ＦＤＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）等の幾何的な配置を連続的に変更することができる。これにより、被検体の大きさに応じて、撮影倍率（拡大率）（＝ＦＤＤ／ＦＣＤ）を変えることができる。
【０００６】
ところで、この高分解能型ＣＴスキャナにおいては、回転テーブルの回転軸をＸ線ビームと端部付近で交差するようにずらして配置しスキャンする，いわゆるオフセットスキャンが行われている（特許文献１の図３７参照）。このオフセットスキャンによれば、撮影倍率を保ったまま、回転軸に対し半径方向にスキャン領域を広げることが可能である。
【０００７】
図２０は従来の通常スキャンとオフセットスキャンにおけるスキャン領域（２面図）を説明する図である。同図において、１０１はＸ線源、１０２はＸ線ビーム、１０３は２次元のＸ線検出器、ＦはＸ線焦点、ＲＡｎ，ＲＡｏは回転軸、Ａｎは通常スキャンのスキャン領域、Ａｏはオフセットスキャンのスキャン領域である。
【０００８】
この図から明らかなように、通常スキャンのスキャン領域Ａｎは、回転軸ＲＡｎを中心とし、回転軸の回転中に被検体を透過して測定されるＸ線ビーム１０２に包含される円柱領域（ｚ軸方向に厚みを有する）と定義される。一方、オフセットスキャンのスキャン領域Ａｏは、回転軸ＲＡｏを中心とし、そのうち回転軸ＲＡｏよりｙ方向となる片側が回転中に被検体を透過して測定されるＸ線ビーム１０２に包含される円柱領域（ｚ軸方向に厚みを有する）と定義される。
【０００９】
これらスキャン領域Ａｎ，Ａｏは、何れも無理なく再構成するに十分な透過画像を収集できる領域であるが、スキャン領域が異なる。つまり、オフセットスキャンは、通常スキャンに較べて２倍近い大きな直径のスキャン領域となる。
【００１０】
また、この高分解能型ＣＴスキャナは、被検体を載置する回転テーブルが一定速度で下降あるいは上昇させながらスキャンすることが可能である（特許文献１の図７参照）。この点において、医療機関で一般的に使用される医療用ＣＴスキャナとして機能するヘリカルスキャンの性格をもっている。
【００１１】
図２１は従来のヘリカルスキャンによるスキャン領域（２面図）を説明する図である。
【００１２】
このヘリカルスキャンのスキャン領域Ａｈは、回転軸ＲＡｈを中心とし、回転中に被検体を透過して測定されるＸ線ビーム１０２に包含される円柱領域（ｚ軸方向に厚みを有する）であって、通常スキャンのスキャン領域Ａｎを回転軸方向（ｚ方向）に広げたものであり、無理なく再構成するに十分な透過画像を収集できる領域である。このヘリカルスキャンを用いれば、細長い被検体が一度で撮影することが可能である。
【特許文献１】特開２０００−２９８１０５号公報
【非特許文献１】L．A．Feldkamp，L．C．Davis and J．W．Kress，Practical cone-beam algorithm， J．Opt．Soc．Am．A/Vol．１，No．６/June １９８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した従来のヘリカルスキャンは、回転軸方向にスキャン領域を広げることが可能であるが、スキャン領域の直径が通常スキャンと同じ大きさとなる。
【００１４】
その結果、このヘリカルスキャンは、撮影倍率（分解能）を保った状態では、通常スキャンと同様にＸ線検出器１０３の大きさに制限される。このようなとき、回転テーブルをＸ線検出器に近づけることによりスキャン領域の直径を大きくできるが、撮影倍率（分解能）が低下し、また、Ｘ線検出器１０３の有効幅を超えることができない。
【００１５】
他方、従来のオフセットスキャンは、撮影倍率（分解能）を保った状態でスキャン領域の直径を大きくできるが、回転軸方向（ｚ方向）には３６０°にわたって１回だけスキャンする方式であるので、スキャン領域を広げられない。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、回転軸方向及び回転軸半径方向を含んで３次元的にスキャン領域を広げながら被検体を透過してくる透過画像を収集し、拡大されたスキャン領域内の被検体の３次元画像を再構成可能とするコンピュータ断層撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明は、テーブル上に載置される被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過してくる放射線ビームを透過画像として検出する２次元の放射線検出器と、前記検出される放射線ビームと端部付近で交差する回転軸に対し、前記被検体を前記放射線ビームに対して、相対的に回転させつつ前記回転軸の方向に相対移動させるヘリカルスキャンを実施するヘリカルスキャン手段と、このヘリカルスキャンの間に前記放射線検出器で検出される多数の透過画像から前記回転軸を中心として片側が前記放射線ビームに包含される半径の円柱領域をスキャン領域とし、当該スキャン領域内の前記被検体の３次元画像を再構成処理する再構成処理手段とを備えた構成である。
【００１８】
なお、前記再構成処理手段としては、前記ヘリカルスキャンの実施によって得られた透過画像に対して、前記回転軸の方向と直交する前記放射線検出器の検出面の方向に依存する重み係数であって、当該検出面における回転軸投影位置ｎｃを境とし、その片側一端の重み係数「０」、他の側の重み係数「１」との間で傾きが回転軸投影位置ｎｃに対して対称、かつ、重み係数が「０」から「１」に滑らかに変化する傾斜部を成すようなオフセット重み係数を用いて乗算するオフセット重み係数乗算手段と、前記ヘリカルスキャンの実施によって得られた透過画像に対して、前記回転軸の回転角度に依存する重み係数であって、平坦部の重み係数を「１」、当該平坦部両端から滑らかに落ちて重み係数「０」となるような傾斜部を成し、当該各傾斜部における前記回転角度の幅がそれぞれ２α（αは任意の角度）とし、前記平坦部の前記回転角度の幅が２π−２αとなるヘリカル重み係数を用いて乗算するヘリカル重み係数乗算手段と、前記オフセット重み係数と前記ヘリカル重み係数をとを乗算して得られる透過画像を、前記被検体に固定し設定された仮想マトリックスに逆投影し、前記被検体の３次元画像を再構成する手段とを備えたものである。
【００１９】
また、本発明は、前述するコンピュータ断層撮影装置において、前記放射線検出器を、当該放射線検出器の検出面に沿う方向または当該検出面の中央の方線が前記放射線源の放射線焦点に正対するように円弧状に移動させつつ複数の検出器位置に位置決め設定する検出器移動手段を設け、前記被検体を透過してくる連続した放射線ビームを、各検出器位置に位置決め設定された前記放射線検出器で分割して検出してもよい。
【００２０】
また、本発明は、前述するコンピュータ断層撮影装置において、前記回転軸を前記被検体とともに、前記放射線源の放射線焦点の周りを回転移動させ、または前記放射線検出器の検出面に沿う方向に移動させて、複数の回転軸位置に位置決め設定する回転軸移動手段を設け、各回転軸位置にて前記被検体を透過してくる連続した放射線ビームを前記放射線検出器で分割して検出してもよい。
【００２１】
前記各検出器位置または前記各回転軸位置にてヘリカルスキャン手段を実施する場合、各検出器位置ごとまたは前記各回転軸位置ごとにそれぞれ同一の軌道を通るヘリカルスキャンを実施するものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、回転軸方向及び回転軸半径方向を含んで３次元的にスキャン領域を広げながら被検体を透過してくる透過画像を収集でき、拡大されたスキャン領域内の被検体の３次元画像を再構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係るコンピュータ断層撮影装置の実施の形態１を示す構成図である。なお、同図（ａ）は装置の平面図、同図（ｂ）は装置の正面図である。
【００２４】
このコンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線源１と、このＸ線源１より放射されて被検体２から透過してくるＸ線ビーム３を透過画像（透過データ）として検出する２次元のＸ線検出器４と、Ｘ線源１からＸ線検出器４の検出面４ａに直交するように降ろしたｘ方向の垂線（以下、Ｘ線光軸Ｌと称する。）の方向に直交する回転軸ＲＡ（ｚ方向）に対して回転させるテーブル５と、検出器移動機構６と、オフセットヘリカルスキャン機構（ヘリカルスキャン手段）７と、制御処理部８とで構成される。
【００２５】
Ｘ線源１は、Ｘ線ビーム３を発生する焦点Ｆが１μｍ程度のマイクロフォーカスＸ線管、制御処理部８からの設定制御指令に基づいて管電圧、管電流等を制御する制御回路と、この制御回路の出力制御に基づいて所望の管電圧、管電流をＸ線管に印加する電気回路とで構成され、Ｘ線放射の中心がＸ線光軸Ｌの方向に向くようにベース９に支持される。ここで、Ｘ線ビーム３とは、実際に測定されるＸ線であり、Ｘ線ビーム３の外側の領域にはみ出して放射される測定されないＸ線を含まない。
【００２６】
Ｘ線検出器４は、複数のＸ線検出素子を２次元マトリックス的に配列した例えばＸ線フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）が用いられ、ベース９に設置された検出器移動機構６に支持される。Ｘ線検出器４は、検出器移動機構６により、検出面４ａに沿って回転軸Ｃと直交する方向（ｙ方向）に移動されて、所定位置（以下、検出器位置と称する）に位置決めされる。
【００２７】
検出器移動機構６は、少なくともｘ軸方向へ移動位置決め可能にベース９に係合され、制御処理部８から送られてくる移動位置決め指令を受けてＸ線検出器４と共にｘ軸方向に移動する。よって、検出器移動機構６のｘ軸方向の移動に伴い、Ｘ線焦点ＦとＸ線検出器４との間の検出距離ＦＤＤが変更できる。
【００２８】
オフセットヘリカルスキャン機構７は、制御処理部８からの移動指令に従って基台となるベース９上をｘ−ｙ軸方向に移動するｘ−ｙテーブル機能を有し、かつ、上面部に被係合部（図示せず）を備えたオフセット配置設定機能をもった回転軸移動機構７ａと、この回転軸移動機構７ａの被係合部に係合され、テーブル５を介して被検体２をＸ線ビーム３内において回転軸ＲＡに対して回転させるとともに、回転軸ＲＡの方向（ｚ方向）に昇降させるヘリカル回転機能をもった回転昇降機構７ｂとが設けられている。
【００２９】
従って、回転軸移動機構７ａにより回転軸ＲＡをｘ方向の任意の位置に変更でき、これにより撮影距離ＦＣＤを変更でき、被検体２の大きさに応じて撮影倍率（拡大率）（＝ＦＤＤ／ＦＣＤ）を変えることができる。また、回転軸移動機構７ａにより回転軸ＲＡをｘ方向と直交するｙ方向の任意の位置に変更でき、これによりＸ線光軸Ｌからずらすことが可能である。
【００３０】
なお、以上のような装置において、回転軸ＲＡと直交し、かつ、Ｘ線焦点Ｆを通る面をスライス面１１と定義し、当該スライス面１１と回転軸ＲＡとの交点を回転中心Ｃと定義する。回転中心Ｃは回転軸上でＸ線光軸Ｌに一番近い点と定義してもよい。
【００３１】
また、本発明装置におけるオフセットヘリカルスキャンのスキャン領域１２は、回転軸ＲＡを中心とした円柱領域のうち、その半径は片側がＸ線ビーム３に包含される領域であり、かつ、高さがヘリカルスキャンによるｚ方向移動範囲に依存する。
【００３２】
制御処理部８としては、例えば通常のコンピュータが用いられ、構成的には、ＣＰＵ、主メモリ、ディスク、キーボードやマウス等の入力部８ｂ、表示部８ａ、機構制御ボード及びインターフェース等よりなる。
【００３３】
ＣＰＵによる処理は、機能的には、予め決められた撮影条件等の初期設定の他、回転軸ＲＡをＸ線検出器４により検出されるＸ線ビーム３の端部付近に位置決め配置するオフセット配置制御部８ｃ、予め設定されるスキャンシーケンスプログラムに従って制御指令を送出し、回転昇降機構７ｂを介してオフセットヘリカルスキャンを実施するヘリカルスキャン制御部８ｄ及びオフセットヘリカルスキャンによって収集された多数の透過画像を用い、所望の再構成用プログラムに従って被検体２の３次元画像を作成する再構成処理部８ｅが設けられている。
【００３４】
前記初期設定としては、操作者の操作指示に従って入力部８ｂから検出器位置、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、ｙ値（回転軸のＸ線光軸Ｌからのずれ量）、テーブル５の高さ等の設定データが入力されると、制御処理部８は、これら設定データをディスク又は主メモリに格納し、適宜なタイミングで設定データに基づいて機構制御ボード及びインターフェースを経て検出器移動機構６、回転軸移動機構７ａ及び回転昇降機構７ｂに移動指令を送出し、撮影条件等に関する位置決めがなされる。なお、初期設定に先立ち、予めＸ線源１に対する管電圧・管電流等が決められている。
【００３５】
なお、検出器移動機構６、回転軸移動機構７ａ、回転昇降機構７ｂにはそれぞれエンコーダ（図示せず）が取り付けられ、前述した検出器位置、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、ｙ値、テーブル５の高さ等の検出データが読取られて制御処理部８に送られ、表示部８ａに表示される。
【００３６】
次に、以上のように構成されたコンピュータ断層撮影装置の動作について図面を参照して説明する。
【００３７】
先ず、操作者は、テーブル５に被検体２を載置した後、入力部８ｂから検出器設定位置、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、ｙ値（回転軸のＸ線光軸Ｌからのずれ量）、回転テーブル５の高さ等の設定データを入力すると、ディスク又は主メモリに格納される。
【００３８】
制御処理部８は、検出器設定位置、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値等の設定データに基づき、機構制御ボード及びインターフェースを介して検出器移動機構６及び回転軸移動機構７ａを駆動し、所望とする撮影倍率となるように位置決めした後、オフセット配置制御部８ｃを実行する。
【００３９】
ここで、オフセット配置制御部８ｃは、設定データの一部であるｙ値などに従って駆動制御指令を送出し、回転軸移動機構７ａをｙ方向へｙ値に相当する分だけ移動させることにより、回転軸ＲＡをＸ線ビーム３と端部付近で交差する位置，いわゆるオフセット位置に位置決め配置し、スキャン開始可能な状態に設定する。
【００４０】
この状態において、入力部８ｂからスキャン開始指示を入力すると、制御処理部８は、Ｘ線源１から被検体２に向けてＸ線ビーム３を放射させつつ、ヘリカルスキャン制御部８ｄを実行する。ヘリカルスキャン制御部８ｄは、スキャンシーケンスプログラムに基づき、回転昇降機構７ｂに駆動制御指令を送出する。これにより、回転昇降機構７ｂは、駆動制御指令を受けて、テーブル５を回転させつつその回転角に比例して昇降させ、オフセットヘリカルスキャンを実施する。
【００４１】
このとき、Ｘ線検出器４は、テーブル５を回転させつつ一定回転角度毎に被検体２から透過してくるＸ線ビーム３である多数の透過画像を検出し、ディジタル化された透過画像データとして制御処理部８に送り、ディスクに順次記憶していく。そして、テーブル５が所定の高さ位置となるまでオフセットヘリカルスキャンを続行し、ディスクに多数の透過画像データを格納する。
【００４２】
制御処理部８は、オフセットヘリカルスキャンの終了後、或いは開始前に、適宜なタイミングで再構成処理に必要な各種の条件，例えばマトリックスサイズ、マトリックス数などを設定し、再構成処理部８ｅを実行する。再構成処理部８ｅは、所定の再構成用プログラムに基づき、ディスクに保存される多数の透過画像データから被検体２のスキャン領域の３次元画像を作成する。
【００４３】
以下、オフセットヘリカルスキャンによる再構成処理を具体的に説明するに先立ち、再構成処理に必要な幾何配置と重み係数とについて説明する。
【００４４】
図２は再構成処理における定式化のための幾何学的な配置例図である（３面図）。同図において、ｚｔはテーブル面５ａから測ったＸ線焦点Ｆ（回転中心Ｃまたはスライス面１１）の高さ、φはテーブル５の回転角度である。従って、ｚｔとφはテーブル５の駆動量を表す要素である。ｎ，ｍは検出面４ａ（透過画像）上のデータ点となるマトリックス番号であって、ｎは回転軸ＲＡ方向と直交する方向（スライス面１１に沿った方向）のチャンネル番号、ｍはｎと直交する方向（回転軸ＲＡの射影方向）の列番号である。よって、チャンネル番号ｎと列番号ｍとでデータ点の位置が特定される。ｎｃは検出面４ａ上における回転軸ＲＡの射影位置である。
【００４５】
図３はオフセットヘリカルスキャンの軌道を表した図である。
今、テーブル５の駆動量を表す１つの要素φを横軸、もう１つの要素ｚｔを縦軸とし、オフセットヘリカルスキャンを実行すると、φ，ｚｔ空間におけるオフセットヘリカルスキャンの軌道２０は図３で示すように直線で表すことができる。ここで、回転角度φは、ｚｔ＝０（テーブル面５ａとスライス面１１とが一致）における回転位置を基準（０°）とする。ｈｐは１回転（２π）で進むｚｔの量（ヘリカルスピッチ）である。この軌道２０は、テーブル５が下降回転することにより、テーブル面５ａからスライス面１１までの高さｚｔが大きくなる。よって、軌道２０は、下記する式、
ｚｔ＝ｈｐ（φ／２π） …… （１）
で表せる。
【００４６】
図４はオフセットヘリカルスキャンの軌道を表した別の図（鳥瞰図）である。
同図において、２１は図３と同じオフセットヘリカルスキャンの軌道である。この軌道２１は、被検体２に固定した実空間におけるＸ線焦点Ｆの軌道として表されており、螺旋形の軌道となる。この軌道２１は、軌道２０と同じく式（１）で表される。
【００４７】
ところで、被検体２の再構成対象面２２の高さをｚｒとし、かつ、Ｘ線焦点Ｆ（回転中心Ｃまたはスライス面１１）が高さｚｒに到達したときの回転角をφｒとすれば、再構成対象面２２の再構成処理には、当該回転角φｒの前後１８０°＋αの回転範囲で収集された透過画像が使用される（詳細は後記する）。
【００４８】
従って、このオフセットヘリカルスキャンにおいては、前述した軌道２０，２１を通るスキャン中に所定ピッチ（所定回転角度）Δφごとに被検体２を通ってくる透過画像をＸ線検出器４で順次撮影する。そこで、以下、これら透過画像をＰ（ｎ，ｍ，φ）とする。
【００４９】
図５は再構成処理時に透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）に乗算するためのオフセット重み係数を説明する図である。
【００５０】
同図において、Ｎｄはチャンネル総数であり、ｎ方向へのデータ検出範囲は０〜Ｎｄ-1である。オフセット重み係数Ｗｏｆ（ｎ）はチャンネル番号に依存する重み係数となっている。すなわち、図示するように、オフセット重み係数Ｗｏｆ（ｎ）は、ｎ方向のデータ検出範囲内において、検出面４ａ上における回転軸ＲＡの投影位置ｎｃの図示片側（左側）一端部で「０」、反対側（右側）の所定のデータ検出範囲を超えたときに「１」となる。そして、回転軸ＲＡの投影位置ｎｃ付近（Ｘ線ビーム３の端部付近）では、「０」から「１」に滑らかに変化する傾斜部を有し、その傾斜部では回転軸ＲＡの投影位置ｎｃに対し対称な傾きとなっている。ここで、傾斜部のｎ方向幅を２βとすると、βは０＜β≦ｎｃの関係にある。
【００５１】
傾斜部の傾きが回転軸ＲＡの投影位置ｎｃに対して対称となっていることは、すなわち、傾斜部におけるｎｃを境とする両側の等しい任意の位置Δｎに対し、図５に示すＷｏｆ（ｎ）の分布式としては、
Ｗｏｆ（ｎｃ−Δｎ）＋Ｗｏｆ（ｎｃ＋Δｎ）＝１ …… （２）
が成立する。つまり、傾斜部内において、ｎｃを境とし、その両側の等しい変位位置のオフセット重み係数Ｗｏｆをプラスすると、全て「１」となることを意味する。
【００５２】
図６は再構成処理時に透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）に乗算するためのヘリカル重み係数を説明する図である。
【００５３】
ヘリカル重み係数Ｗｈ（φ）は、回転角度φに依存する重み係数であって、図示するように平坦部の重み係数を「１」とし、その平坦部両側から滑らかに「０」へ落ちて行く重み係数となる傾斜部を有し、両側傾斜部の外側は「０」となる。
【００５４】
再構成処理を行う場合、前述（図４参照）したように０（φｒ）を境とし、その前後１８０°＋αの回転範囲で収集された透過画像を使用することから、全体のデータ検出範囲２π＋２αに対し、平坦部のφ方向幅は２π−２αであり、両側傾斜部のφ方向幅はそれぞれ２αとなる。ここで、αは任意の角度で、１°ないし３０°程度の範囲で定めた値である。
【００５５】
傾斜部の形は直線的な傾きでも曲線的な傾きでもよいが、図示左側の傾斜部の任意のφにおける重み係数と図示右側の傾斜部のφ＋２πにおける重み係数との間には、
Ｗｈ（φ）＋Ｗｈ（φ＋２π）＝１ …… （３）
が成立するようにヘリカル重み係数の分布の形を設定する。また、φ方向全幅の中央をφ＝０とするが、これは厳密でなくてもよい。
【００５６】
次に、オフセットヘリカルスキャンによって得られた透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）から３次元画像再構成する具体例について図７ないし図１２を参照して説明する。
再構成処理する方法は、FeldkampのコーンビームＣＴ再構成アルゴリズム（非特許文献１）を基本とし、これに前述したオフセット重み係数とヘリカル重み係数とを乗算する方法である。
【００５７】
図７は再構成処理における前半の処理フロー図であり、図８は再構成処理における後半の処理フロー図である。なお、フローは、分かり易くするためにバッチ処理とし、処理の高速化対策その他の詳細な処理は省いている。
【００５８】
図７に示す再構成処理における前半の処理は、収集されたすべての透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）に対してフィルタ処理を行うまでの処理となる。
【００５９】
先ず、再構成処理の開始に伴い、テーブル５の駆動量を表す１つの要素であるテーブル５の回転角度φのループに入ると（Ｓ１）、前処理を実行する（Ｓ２）。ここで、前処理とは、Ｘ線放射時のＸ線検出器４の検出出力からＸ線源１からのＸ線放射無しのときのＸ線検出器４の出力を引算するオフセット補正、Ｘ線検出器４を構成する各検出素子のゲイン調整するエアー補正、及び対数変換などの処理である。
【００６０】
ある回転角度φの前処理を行った後、透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）に対してオフセット重み係数掛けを実行する（Ｓ３）。ここでは、透過画像の全ての画素ｎ，ｍについて、オフセット重み係数Ｗｏｆ（ｎ）を掛けてＰ１（ｎ，ｍ，φ）を得る。
【００６１】
Ｐ１（ｎ，ｍ，φ）＝Ｐ（ｎ，ｍ，φ）・Ｗｏｆ（ｎ） …… （４）
しかる後、ステップＳ４に移行し、透過画像Ｐ１（ｎ，ｍ，φ）に対してフィルタ処理を行う。このフィルタ処理は、ｎ方向に高域強調処理（ＣＴでいうRamachandran & Lakshminarayanan フィルタ処理等）を行う。高域強調処理は、透過画像Ｐ１（ｎ，ｍ，φ）に対してｎ方向にフーリェ変換して周波数空間値を求めた後、周波数が高くなるほど大きな係数を掛けて、逆フーリェ変換により元に戻す処理である。
【００６２】
このフィルタ処理後、次の回転角度φ有りかを判断し(Ｓ５)、有りの場合にはステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返し実行することにより、全ての回転角度φについてフィルタ処理まで行い、透過画像Ｐ２（ｎ，ｍ，φ）を取得する。
【００６３】
次に、図８及び図９を用いて、再構成処理における後半処理を説明する。この後半処理は、フィルタ処理まで行った透過画像Ｐ２（ｎ，ｍ，φ）を用いて、３次元画像を作成する。図９は逆投影の説明図である。
【００６４】
後半処理の開始に伴い、操作者に再構成領域２３の入力設定を促すことにより、表示部８ａに表示される被検体２に対して入力部８ｂから再構成領域２３を定めるデータが設定され、制御処理部８はその設定データをディスクまたは主メモリに格納する（Ｓ６）。再構成領域２３とは、被検体２に固定した仮想の３次元マトリックス（格子）２４であって、例えば直方体の３辺の寸法、位置及びマトリックス個数（またはボクセルサイズ）などの設定データが設定される（図９参照）。
【００６５】
再構成領域２３に関する設定データを格納した後、ｚｒループに入り（Ｓ７）、ここで再構成対象面２２（２次元マトリックス２４ａ）の高さｚｒを設定する。なお、高さｚｒの範囲及び１ステップの長さは３次元マトリックス２４で決まる。
【００６６】
しかる後、Ｘ線焦点Ｆが高さｚｒに到達するときの回転角度φｒを下式により計算する。
【００６７】
φｒ＝２π・（ｚｒ／ｈｐ） …… （５）
そして、ステップＳ９に移行し、ここでテーブル５の回転角度φを設定する。この回転角度φとしては、（φｒ−π−α）から（φｒ＋π＋α）の範囲を少し越える範囲とし、この回転角度範囲内にてΔφのステップでφを設定し、ステップＳ１０に移る。
【００６８】
ステップＳ１０においては、回転角度φにおける透過画像Ｐ２（ｎ，ｍ，φ）のすべての画素ｎ，ｍについてヘリカル重み係数Ｗｈ（φ−φｒ）を掛けることにより、Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）を求める。
【００６９】
Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）＝Ｐ２（ｎ，ｍ，φ）・Ｗｈ（φ−φｒ）…… （６）
さらに、求めたに透過画像Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）について、図９に示すように高さｚｒの面である再構成対象面２２（２次元マトリックス２４ａ）へ逆投影する（Ｓ１１）。
【００７０】
この逆投影は、検出面４ａ上の点Ａ１からＸ線焦点Ｆに向けて３次元的に、高さｚｒの再構成対象面２２上の点Ａ２に透過画像Ｐ３の値を積算することにより行われる。より詳しくは、２次元マトリックス２４ａ上のすべての点に対し、一点Ａ２ごとに検出面４ａ上の射影点Ａ１を求め、この求めた射影点Ａ１の最近傍の４点のデータ点で補間した透過画像Ｐ３の値を一点Ａ２にて積算する。また、逆投影する際、透過画像Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）に対し、逆投影密度の補正が行われる。逆投影密度の補正は、例えばＦ−Ａ２間距離をＲとすると、１／Ｒ2の重み係数が掛けられる。
【００７１】
引き続き、次のφ有りかを判断し（Ｓ１２）、有りと判断されたとき、ステップＳ９に戻り、φをΔφずらして同様の処理を繰り返し実行する（Ｓ９〜Ｓ１１）。
【００７２】
以上のようにしてφｒ＝０の前後の約１８０度＋αの範囲の透過画像Ｐ３（ｎ，ｍ，φ）を逆投影することにより、再構成対象面２２（２次元マトリックス２４ａ）上の断面像を再構成する。
【００７３】
次に、ステップＳ１３に移り、１ステップだけ高さｚｒを更新し、ステップＳ７に戻ることにより、すべての高さｚｒについて断面像を再構成することにより、再構成領域２３（３次元マトリックス２４）についての３次元画像を作成する。
【００７４】
なお、再構成領域２３は、スキャン領域１２を超えて設定できるが、スキャン領域１２から離れるほど得られるデータが不完全となるために画像が劣化する。オフセットヘリカルスキャンのスキャン領域１２は、回転軸ＲＡを中心とした円柱で、その半径は片側がＸ線ビーム３に包含される領域であって、その高さはヘリカルスキャンのｚ方向移動範囲に依存する。スキャン領域高さは、詳しくは、ｚ方向移動範囲がｚ１からｚ２（ｚ２＞ｚ１）のとき、｛ｚ１＋ｈｐ・（π＋α）／２π｝から｛ｚ２−ｈｐ・（π＋α）／２π｝となる。
【００７５】
次に、図１０ないし図１２を参照して再構成の効果について説明する。
図１０は逆投影範囲（α＝０、β＝０）における回転軸ＲＡ方向から軌道２１を見たときの平面図である。
【００７６】
まず、α＝０、β＝０における点Ａ２への逆投影を考えてみる。ここで、α＝０であるので、図６から明らかなようにφループはφｒの前後πである。焦点位置Ｆ１はφｒ−π、Ｆ４はφｒ＋πの点である。また、Ｆ２とＦ３は回転軸ＲＡと逆投影点Ａ２が連なる面と軌道２１との交点である。
【００７７】
焦点位置Ｆ１からＦ２の間は、逆投影が行われる（図１０（ａ）参照）。次に、焦点位置Ｆ２を少し越えたＦ２′からＦ３の少し手前のＦ３′までの間は、点Ａ２が外れているので、逆投影が行われない（図１０（ｂ）参照）。さらに、焦点位置Ｆ３からＦ４の間は、逆投影が行われる（図１０（ｃ）参照）。これにより、点Ａ２にはＦ１〜Ｆ２とＦ３〜Ｆ４とを合わせたφ方向１８０度分の逆投影は行われていることがわかる。これは、点Ａ２の選び方によらず、再構成対象面２２におけるスキャン領域１２内の全ての点について成り立つ。このことにより、スキャン領域１２内において、φ方向に対してすべての方向から逆投影が行われるので、正常な再構成処理を行うことができる。
【００７８】
次に、α＝０、β＝０とすることによる難点について、図１１を参照して説明する。図１１は逆投影範囲（α＝０、β＝０）を示す図である。
【００７９】
同図（ａ）は逆投影範囲（α＝０、β＝０）における回転軸ＲＡ方向から軌道２１をみたときの逆投影の状態を示す平面図である。再構成対象面２２上の点Ａ２に対する逆投影は、前述した焦点位置Ｆ１からＦ２への逆投影範囲２５ａと、焦点位置Ｆ３からＦ４への逆投影範囲２５ｂとを合わせた範囲であって、１８０度の範囲となる。２６は逆投影ラインを示す。
【００８０】
ここで、境界面Ｌ１と境界面Ｌ２は逆投影範囲２５ａと逆投影範囲２５ｂの回転軸ＲＡ方向に沿った境界面である。これら境界面Ｌ１、Ｌ２は逆投影のφ方向の継ぎ目である。
【００８１】
図１１（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ境界面Ｌ１、Ｌ２に沿った逆投影ライン２６の方向を表す断面図である。この図１１（ｂ）から明らかなように、境界面Ｌ１面上における逆投影方向を断面してみると、Ｆ１方向への逆投影ライン２６ａとＦ４方向への逆投影ライン２６ｂとが大きく食い違っていることがわかる。同様に、同図（ｃ）に示すように、Ｆ２方向への逆投影ライン２６ｃとＦ３方向への逆投影ライン２６ｄとが大きく食い違っていることがわかる。
【００８２】
すなわち、Ｆ３からＦ４に向けて逆投影ライン２６はなだらかに変化し、またＦ１からＦ２に向けて逆投影ライン２６はなだらかに変化するのに対し、Ｆ４とＦ１間（Ｌ１面）とＦ２とＦ３間（Ｌ２面）で逆投影ライン２６に段差が生じる。このことは、α＝０、β＝０の場合には、逆投影方向の段差のために断面像が劣化するので、特に後述するようにヘリカル重み係数掛けが重要になってくる。
【００８３】
次に、α≠０、β≠０とすることによる難点解消について、図１２を参照して説明する。図１２は逆投影範囲（α≠０、β≠０）における回転軸ＲＡ方向から軌道２１をみたときの逆投影の状態を示す平面図である。同図において、２５ａ′と２５ｂ′は逆投影範囲である。
【００８４】
今、α≠０とすることにより、境界面Ｌ１を境とし、逆投影重複部分α，αができるので、この重複部分を滑らかな傾斜部を有するようにヘリカル重み係数を掛けて逆投影することで、データをなだらかにつないで逆投影ライン２６の段差を解消する。
【００８５】
同様に、β≠０とすることにより、境界面Ｌ２を境とし、同様に逆投影重複部分（β），（β）｛βは角度でないので、（ ）をつけておく｝ができるが、この重複部分にて滑らかな傾斜部を有するようなオフセット重み係数を掛けて逆投影することで、データをなだらかにつないで逆投影ライン２６の段差を解消する。
【００８６】
従って、以上のような実施の形態によれば、テーブル５及び回転昇降機構７ｂが載置される回転軸移動機構７ａを介して回転軸ＲＡをＸ線ビーム３内の端部付近となるオフセット配置に設定した後、オフセットヘリカルスキャンを行うことにより、回転軸方向及び回転半径方向の両方に対して、スキャン領域を広げることができる。
【００８７】
また、オフセットヘリカルスキャンによる再構成処理においては、スキャン領域内のすべての点で１８０度方向の逆投影を行い、かつ、透過画像に滑らかな傾斜部となるようなオフセット重み係数及びヘリカル重み係数を掛けて逆投影することで、データをなだらかにつなぐことにより、逆投影ラインの段差を解消することができ、良好な３次元画像を作成することができる。
【００８８】
（実施の形態１の変形例）
上記実施の形態では、オフセット配置制御部８ｃは、回転軸移動機構７ａを用いて、回転軸ＲＡを移動させ、Ｘ線ビーム３の端部付近のオフセット位置に位置決め配置させているが、回転軸ＲＡは移動させず、かわりにＸ線検出器４を移動させてオフセット位置に位置決め配置させてもよい。
【００８９】
この場合、オフセット配置制御部８ｃは、回転軸ＲＡを移動させずＸ線光軸Ｌに交わるよう固定配置とし、かわりに検出器移動機構６により、Ｘ線検出器１２をｙ方向に移動し、回転軸ＲＡがＸ線ビーム３の端部付近のオフセット位置になるように位置決め配置させればよい。
【００９０】
また、上記実施の形態におけるオフセット重み係数Ｗｏｆ（ｎ）は、検出器検出面４ａへの回転軸ＲＡの投影位置ｎｃの図示片側（左側）一端で「０」、反対側（右側）の所定データ検出範囲を超えたときに「１」とし、回転軸付近の「０」から「１」との間を曲線的に変化する傾斜部を有する重み係数としたが、図５に示すような重み係数の分布式の形に限らない。例えば、図１３（ａ）に示すように、回転軸ＲＡの投影位置ｎｃ付近で傾斜を緩やかにし、両端側で少し傾きを大きくした傾斜部としてもよく、あるいは図１３（ｂ）に示すように、回転軸ＲＡの投影位置ｎｃ付近では平坦部とし、その平坦部の両側から急に変化させた傾斜部であってもよい。特に、傾斜部となる重複部２βが大きい場合には図１３（ａ）或いは図１３（ｂ）に示す分布の形が有効である。
【００９１】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１とその基本的な構成が全く同じである。この実施の形態２において、特に異なるところは、Ｘ線検出器４を２つの検出器位置に移動位置決め設定することにより、被検体２から透過してくる広いＸ線ビームを分割して検出するダブルオフセットヘリカルスキャンに適用した例である。
【００９２】
図１４はダブルオフセットヘリカルスキャン時の各構成部分の幾何的な配置例を示す図である。
以下、ダブルオフセットヘリカルスキャンについて、図１及び図１４を参照して説明する。
【００９３】
ダブルオフセットヘリカルスキャンでは、ヘリカルスキャン制御部８ｄが検出器移動機構６を介してＸ線検出器４を、検出面４ａに沿って回転軸ＲＡと直交する方向（ｙ方向）に移動させて、かつ、隣接する検出面４ａ，４ａ′端部が一部重なるように２つの所定位置（以下、検出器位置１，２と呼ぶ）に位置決め設定する。なお、このとき、回転軸ＲＡは、連続したＸ線ビーム３１全体の一端部付近に当該Ｘ線ビーム３１と交差するように設定する。
【００９４】
なお、具体的には、Ｘ線検出器４の検出器位置と回転軸ＲＡの位置については、図１４（ａ）〜（ｃ）のいずれでもよく、あるいは検出器位置全体をｙ方向にずらした図１４（ａ）〜（ｃ）の中間位置であってもよい。
【００９５】
図１４（ａ）は、Ｘ線検出器４を、当該Ｘ線検出器４の検出面４ａ中央部がＸ線光軸Ｌと交差するような検出器位置１と、検出面４ａに沿ってｙ方向に移動させて、かつ、検出面４ａ′の端部が検出器位置１の検出面４ａ端部と一部重なるような検出器位置２とにそれぞれ位置決め設定し、各検出器位置１，２ごとにそれぞれスキャンを実施し、被検体２から透過してくる連続したＸ線ビーム３１の透過画像を検出する方法である。
【００９６】
図１４（ｂ）は、Ｘ線検出器４を、当該Ｘ線検出器４の検出面４ａに沿ってｙ方向に移動させて、２つの検出器位置での検出面４ａ，４ａ′の端部がＸ線光軸Ｌ上で互いに重なり合うような検出器位置１と検出器位置２とにそれぞれ位置決め設定し、各検出器位置１，２ごとにそれぞれスキャンを実施し、被検体２から透過してくる連続したＸ線ビーム３１の透過画像を検出する方法である。
【００９７】
このように検出器４を位置決め設定することにより、検出面４ａに対するＸ線ビーム３１の入射が全体的に斜めにならず、分解能を落とさずにスキャン領域１２′の全体の画質を上げることができる。
【００９８】
図１４（ｃ）は、回転軸ＲＡをＸ線光軸Ｌ上に配置し、かつ、Ｘ線ビーム３１のほぼ全体が当該Ｘ線光軸Ｌの片側に放射するように配置する。そして、Ｘ線検出器４を、当該Ｘ線検出器４の検出面４ａ端部がＸ線光軸Ｌと交差するような検出器位置1と、検出面４ａに沿ってｙ方向に移動させて、かつ、検出面４ａ′の端部が検出器位置１の検出面４ａのＸ線光軸Ｌから遠い側の端部と一部重なるような検出器位置２とにそれぞれ位置決め設定し、各検出器位置１，２ごとにそれぞれスキャンを実施し、被検体２から透過してくる連続したＸ線ビーム３１の透過画像を検出する方法である。
【００９９】
このように検出器４を位置決め設定することにより、スキャン領域１２′の中央部の画質を上げることができる。すなわち、この配置は、中央部を重視しながら周辺部の画質を保つことにある。
【０１００】
次に、前述したダブルオフセットヘリカルスキャンによる処理手順を簡単に説明する。
先ず、操作者は、テーブル５に被検体２を載置した後、制御処理部８を通して回転軸移動機構７ａ及び検出器移動機構６に駆動制御指令を送出し、所要とする撮影距離ＦＣＤ及び検出距離ＦＤＤとなるように設定する。また、制御処理部８のオフセット配置制御部８ｃを通して回転軸移動機構７ａを駆動制御し、回転中心Ｃをｙ方向に移動させることにより、Ｘ線ビーム３１内の端部に近いオフセット位置に設定する。
【０１０１】
しかる後、引き続き、検出器移動機構６を通してＸ線検出器４を検出器位置１に設定した後、入力部８ｂからスキャン開始指令を入力すると、制御処理部８のヘリカルスキャン制御部８ｄから回転昇降機構７ｂに駆動制御指令を送出し、所定のスキャン軌道を正向きに通るようにテーブル５を回転させつつ回転角に比例して昇降させてスキャンしていく。
【０１０２】
この昇降回転するスキャンの間に一定回転角度ごとに被検体２を透過してくるＸ線ビーム３１の透過画像ＰａをＸ線検出器４で検出し、ディジタルデータとして制御処理部８に送信し、ディスクに記憶させる。
【０１０３】
次に、検出器移動機構６を通してＸ線検出器４を検出器位置２に設定した後、入力部８ｂからスキャン開始指令を入力すると、制御処理部８のヘリカルスキャン制御部８ｄから回転昇降機構７ｂに駆動制御指令を送出し、検出器位置１と同じスキャン軌道を正向きあるいは逆向きに通るようにテーブル５を回転させつつ回転角に比例して昇降させてスキャンしていく。
【０１０４】
この昇降回転するスキャンの間に一定回転角度ごとに被検体２を透過してくるＸ線ビーム３１の透過画像ＰｂをＸ線検出器４で検出し、ディジタルデータとして制御処理部８に送信し、ディスクに記憶させる。
【０１０５】
制御処理部８の再構成処理部８ｅは、Ｘ線検出器４で検出された透過画像Ｐａ，Ｐｂからスキャン領域１２′の３次元画像を再構成する。
【０１０６】
再構成は前述した「オフセットヘリカルスキャンの再構成処理」と同様に行われる。すなわち、各検出器位置１，２で得られる透過画像Ｐａ（ｎ，ｍ，φ）とＰｂ（ｎ，ｍ，φ）をφごとに合成し、各φで一つに繋がった透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）を作成し、この作成された透過画像Ｐ（ｎ，ｍ，φ）から前述したオフセットヘリカルスキャンの再構成を行うものである。
【０１０７】
なお、合成するときの繋ぎ位置は、検出器移動機構６で移動させた検出器位置１，２が分るので、容易に合成できる。また、このつなぎ位置の決定については、当該重複部分の透過画像の濃淡を位置合わせして繋ぐようにすると、移動の位置決め誤差が補正されることになり、好ましい結果となる。
【０１０８】
図１５は検出器位置１の状態で収集記憶した透過画像Ｐａ（ｎ，ｍ，φ）と検出器位置２の状態で収集記憶した透過画像Ｐｂ（ｎ，ｍ，φ）とをつないで合成するための説明図である
合成処理としては、例えば検出器位置１の透過画像Ｐａ（ｎ，ｍ，φ）の重み係数をＷ１（ｙ）、検出器位置２の透過画像Ｐｂ（ｎ，ｍ，φ）の重み係数をＷ２（ｙ）とする。重み係数Ｗ１（ｙ）とＷ２（ｙ）は重複部分以外では「１」で、重複部分ではＷ１（ｙ）は「１」から「０」に滑らかに変化し、Ｗ２（ｙ）は「０」から「１」に滑らかに変化し、かつ、「Ｗ１（ｙ）＋Ｗ２（ｙ）＝「１」なる関係があればよく、予め定めた計算式を記憶しておく。重み係数Ｗ１（ｙ）、Ｗ２（ｙ）を求めた後、これら重み係数Ｗ１（ｙ）、Ｗ２（ｙ）をそれぞれ検出器位置１の透過画像Ｐａ（ｎ，ｍ，φ）と検出器位置２の透過画像Ｐｂ（ｎ，ｍ，φ）とに掛けた後、互いに加算すれば合成できる。ここで、ｙは透過画像上の検出器移動方向（＝ｎ方向）である。
【０１０９】
ダブルオフセットヘリカルスキャンのスキャン領域１２′は、回転軸ＲＡを中心とした円柱で、その半径は片側がＸ線ビーム３１に包含される領域であり、高さはオフセットヘリカルスキャンと同じである。つまり、スキャン領域１２′は、無理なく再構成できる十分なデータが収集される領域である。
【０１１０】
従って、以上のようなダブルオフセットヘリカルスキャンによれば、Ｘ線検出器４を移動させて、被検体２から透過してくるＸ線ビームを分割して検出するので、Ｘ線検出器４の検出面４ａの寸法で決まるＸ線ビーム３を超えた広い連続したＸ線ビーム３１を検出でき、Ｘ線検出器４を移動させない場合に比べて、スキャン領域を広げることができる。このダブルオフセットヘリカルスキャンでは、オフセットヘリカルスキャンの２倍近い直径のスキャン領域１２′となるので、オフセットヘリカルスキャンよりも大きな被検体２を当該オフセットヘリカルスキャンと同じ拡大率で撮影できる。
【０１１１】
また、Ｘ線検出器４を、検出面に沿った回転軸ＲＡの方向と直交する方向ｎに直線的に移動するので、検出された透過画像を容易に合成でき、合成透過画像を使って被検体２の３次元画像が得られる。
【０１１２】
（実施の形態２の変形例）
この実施の形態２の変形例においては、実施の形態１とその基本的な構成が全く同じである。
【０１１３】
（変形例１）
実施の形態２におけるダブルオフセットヘリカルスキャンを適用した例では、検出器位置１の透過画像と検出器位置２の透過画像とにそれぞれ重み係数を掛けた後、互いに加算して合成するようにしたが、画像の合成は再構成処理のどの段階で行ってもよい。例えば、Ｘ線検出器４で検出し記憶した透過画像を合成してもよく、対数変換などの前処理を行った後に合成してもよい。
【０１１４】
また、逆投影の段階で合成してもよい。例えば、それぞれ重み係数を掛けた検出器位置１の透過画像と検出器位置２の透過画像とを加算せずにそれぞれ別々に逆投影し、検出器位置１の部分３次元画像と検出器位置２の部分３次元画像とを作成し、これら部分３次元画像を加算して最終的な３次元画像を得るようにしてもよい。また、検出器位置１の部分３次元画像の上に、検出器位置２の部分３次元画像を続けて逆投影して合成してもよい。
【０１１５】
（変形例２）
この変形例２は、実施の形態２の拡張形であって、Ｘ線検出器４を３つの検出器位置に位置決め設定することにより、被検体から透過してくる広いＸ線ビームを分割して検出するトリプルオフセットヘリカルスキャンに適用してもよい。
【０１１６】
図１６はトリプルオフセットヘリカルスキャン時の各構成部分の幾何的な配置例を示す図である。
ヘリカルスキャン制御部８ｄは、検出器移動機構６を介してＸ線検出器４を移動させるが、このときＸ線検出器４としては、検出面４ａに沿う方向（ｙ方向）に検出面４ａ，４ａ′，４ａ″の端部が一部重なり、かつ、連続したＸ線ビーム３１′全体を検出するように、３つの検出器位置１，２，３に位置決め設定する。また、オフセット配置制御部８ｃは、回転軸移動機構７ａを介して回転軸ＲＡの位置決めを行うが、この回転軸ＲＡとしては、Ｘ線光軸Ｌと直交し、かつ、連続したＸ線ビーム３１′全体内の端部付近で当該Ｘ線３１´と交差するように設定する。
【０１１７】
具体的に、検出器位置と回転軸ＲＡの位置は、図１６（ａ）〜（ｃ）の何れか１つ、あるいは検出器位置全体をｙ方向にずらした図１６（ａ）〜（ｃ）の中間位置であってもよい。すなわち、トリプルオフセットヘリカルスキャンにおけるＸ線検出器４の検出器位置と回転軸ＲＡの位置にあっては、図１５（ａ）〜（ｃ）と同じ要領で設定される。
【０１１８】
ヘリカルスキャン制御においては、検出器位置１，２，３について、回転昇降機構７ｂを介して同一軌道を通るように回転昇降させるようにヘリカルスキャン（例えば正向き・逆向き交互）を行い、それぞれの検出器位置１，２，３にてＸ線検出器４から得られた透過画像Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃをそれぞれ所定回転角度ごとに合成し、合成画像Ｐを取得する。そして、取得された合成画像Ｐを用いて、同様に３次元画像を再構成する。ここで、透過画像の合成は、前述したように再構成途中か、逆投影時に行ってもよい。
【０１１９】
このトリプルオフセットヘリカルスキャンによれば、ダブルフセットヘリカルスキャンの３／２倍近い直径のスキャン領域１２″となる。
【０１２０】
なお、この変形例においては、３つの検出器位置１，２，３でスキャンを行ったが、多数の検出器位置でスキャンを行う、いわゆる多重オフセットヘリカルスキャンを行ってもよい。
【０１２１】
（変形例３）
前述した実施の形態２では、Ｘ線検出器４は検出器検出面４ａに沿って回転軸ＲＡと直交する方向（ｙ方向）に移動させて複数の検出器位置に位置決めしたが、例えばＸ線検出器４を、自転させながら、Ｘ線検出器４の検出面がＸ線ビーム３１を真正面から検出できるように回転軸ＲＡと直交する方向へ円弧状に移動させて、複数の検出器位置に位置決めさせてもよい。具体的には、Ｘ線検出器４を円弧状レールに沿ってＸ線焦点Ｆの周りを移動させて、当該Ｘ線検出器４の検出面４ａの中央の法線が各検出器位置にてＸ線焦点Ｆに向くように設定する。
【０１２２】
図１７は多重オフセットヘリカルスキャンにおける各構成体の幾何的な配置例図である。この多重オフセットヘリカルスキャンは、Ｘ線検出器４を、例えば検出器移動機構６上に敷設した円弧状レール上を、Ｘ線検出器４の検出面がＸ線ビーム３１を真正面から検出できるように自転させながら円弧状に移動させて、かつ、隣接する検出面が一部重なり合うように複数の検出器位置１，２または複数の検出器位置１，２，３に位置決めし、連続した広いＸ線ビーム３１を複数の検出位置１，２（図７（ａ）参照）または複数の検出位置１，２，３（図７（ｂ）参照）に位置決めされたＸ線検出器４で分割して検出するスキャンである。このとき、回転軸ＲＡは連続したＸ線ビーム３１全体の端部付近で当該Ｘ線ビーム３１と交差するように設定する。
【０１２３】
スキャン制御は、Ｘ線検出器４を複数の検出器位置１，２または複数の検出器位置１，２，３に位置決めし、同一の軌道２１のヘリカルスキャンを行う。このとき、例えば検出器位置１にて正向き、検出器位置２にて逆向きとするごとく、交互にスキャンの向きを変えてもよい。そして、各検出器位置で得られた透過画像を同様にφごとに合成し、得られた合成画像Ｐから同様に３次元画像を再構成する。なお、透過画像の合成は、前述したように再構成途中か、逆投影時に行ってもよい。
【０１２４】
また、画像の合成や逆投影としては、透過画像を回転軸ＲＡに平行な面上のデータ、あるいは回転軸かＸ線焦点Ｆを通って回転軸に平行な軸に対する円筒面上のデータに置き換えて処理できるが、置き換えることなく各検出面上のデータのまま処理することもできる。
【０１２５】
この変形例３によれば、Ｘ線ビーム３１が検出面４ａ，４ａ′，４ａ″にほぼ垂直に入射されるので、良好な透過画像が検出でき、ひいては良好な３次元画像を再構成できる。
【０１２６】
（変形例４）
実施の形態２の変形例３では、Ｘ線検出器４が円弧状レールに沿ってＸ線焦点Ｆの周りを移動させ、これにより検出面４ａ，４ａ′，４ａ″の中央の法線が各検出器位置１，２，３においてＸ線焦点Ｆに向くように設定したが、例えばＸ線検出器４を移動させず、その代わりに被検体２（テーブル５と回転軸ＲＡが一体）を等価的に移動させる構成であってもよい。
【０１２７】
図１８は多重オフセットヘリカルスキャンにおける各構成体の幾何的な配置例である。
この多重オフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例は、Ｘ線検出器４を移動させる代わりに、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、回転軸ＲＡをＸ線焦点Ｆの周りを当該回転軸ＲＡと直交する面に沿って移動させ、Ｘ線検出器４を移動させたのと等価なデータを得るようにしてもよい。なお、テーブル５及び被検体２は回転軸ＲＡの移動と共に一体に移動する。つまり、図１８（ａ），（ｂ）は、被検体２を基準とした座標でみれば、図１７（ａ），（ｂ）と同じになる。
【０１２８】
この変形例４による多重オフセットヘリカルスキャンは、回転軸ＲＡをＸ線焦点Ｆの周りを回転軸位置ＲＡからＲＡ′，ＲＡ″に回転移動させることにより、当該回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″に追従して被検体２がＸ線ビーム３を横切る結果、Ｘ線検出器４が広い連続したＸ線ビーム３を分割して検出するスキャンである。
【０１２９】
このスキャン制御は、回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″ごとに同一の軌道２１のヘリカルスキャンを行う。このとき、例えば回転軸位置ＲＡにて正向き、回転軸位置ＲＡ′にて逆向きとするごとく、交互にスキャンの向きを変えてもよい。そして、各回転軸位置で得られた透過画像を同様にφごとに合成し、得られた合成画像Ｐから同様に３次元画像を再構成する。なお、透過画像の合成は、前述したように再構成途中か、逆投影時に行ってもよい。
【０１３０】
なお、この変形例４においては、回転軸ＲＡをＸ線焦点Ｆの周りを複数の回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″と回転位置決めしたが、例えば図１８（ｃ）に示すように、回転軸ＲＡを検出面４ａに沿ったｙ方向に回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″と移動させて、回転軸位置ＲＡ，ＲＡ′，ＲＡ″ごとに同一の軌道２１のヘリカルスキャンを行うようにしてもよい。
【０１３１】
このように回転軸をｙ方向に移動させてヘリカルスキャンを行った場合には、透過画像の合成は精度を上げるために逆投影時に行うのが好ましい。その理由は、ｙ方向にのみに移動させた場合、回転軸位置ごとにＸ線焦点Ｆと回転軸ＲＡとの間の距離が変化し、被検体２を基準とした逆投影のＦ点（図９）が若干異なってしまう為である。つまり、厳密には同一の軌道２１でなくなるので、回転軸位置ごとにそれぞれのＦ点に逆投影して精度を上げる必要があるからである。
【０１３２】
この変形例４によれば、被検体２を回転軸ＲＡと共に移動させ、Ｘ線検出器４がＸ線ビーム３を分割して検出することから、Ｘ線検出器４の検出面４ａの寸法を越える大きさのＸ線ビーム３を検出でき、回転軸ＲＡを移動させない場合に比べてスキャン領域を広げることができる。また、Ｘ線ビーム３が検出面４ａにほぼ垂直に入射するので、良好な透過画像を検出でき、良好な３次元画像を作成できる。
【０１３３】
なお、実施の形態２及び前述した各変形例では、回転軸ＲＡを連続したＸ線ビーム３１内の端部付近に設定し、多重オフセットヘリカルスキャンを行っているが、例えば回転軸ＲＡをＸ線ビーム３１の中央に設定し、通常の多重ヘリカルスキャンを行うようにしてもよい。ただし、この通常の多重ヘリカルスキャンによって得られた透過画像については、オフセット重み係数掛けを省いた状態で再構成処理を行うことになる。
【０１３４】
（その他、実施の形態１，２に関する変形）
（１） 上記実施の形態１，２においては、回転軸ＲＡをＸ線光軸Ｌの方向と直交させているが、必ずしも直交させる必要はない。
【０１３５】
図１９は回転軸ＲＡがＸ線光軸Ｌに直交しない場合の幾何的な配置例図（２面図）である。同図（ｂ）に示すように、Ｘ線ビーム３が回転軸ＲＡに対して斜め方向で被検体２に入射している場合であっても、前述した実施の形態１，２及び各変形例がそのまま適用できるものである。ただし、再構成処理において、前述した各実施の形態では、Ｘ線焦点Ｆが再構成対象面２２の高さｚｒに到達したときの回転角をφｒとしたが（図４参照）、代わりに、図１９（ｂ）に示すように回転軸ＲＡ上でＸ線光軸Ｌに一番近い点Ｃが再構成対象面２２の高さｚｒに到達したときの回転角をφｒとする。また、この場合における画像の合成や逆投影は、透過画像を回転軸ＲＡに平行な面上、あるいは垂直な面上のデータ、あるいは回転軸かＸ線焦点Ｆを通って回転軸に平行な軸に対する円筒面上のデータに置き換えて処理できるが、置き換えることなく各検出面上のデータのまま処理することもできる。
【０１３６】
（２） 上記各実施の形態においては、マイクロフォーカスＸ線管を用いたが、これに限られないことは勿論である。また、放射線源として、Ｘ線を用いたが、これら限られることなく、他の透過性放射線でもよいものである。
【０１３７】
また、上記各実施の形態では、回転軸ＲＡを介して被検体２を回転させているが、代わりに、Ｘ線源１とＸ線検出器４とを回転させてもよい。また、被検体２の昇降についても、被検体２ではなく、Ｘ線源１とＸ線検出器４とを昇降させる構成であってもよい。
【０１３８】
さらに、２次元のＸ線検出器４としては、前述するようにＦＰＤを用いたが、当該ＦＰＤに限られず、同様の機能を持つ各種の検出器を用いてもよいことは言うまでもない。
【０１３９】
また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決するための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置の実施の形態１を示す構成図。
【図２】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置の再構成処理における定式化のための幾何的な配置例図。
【図３】オフセットヘリカルスキャンの軌道を表した図。
【図４】オフセットヘリカルスキャンの軌道を表した別の図（鳥瞰図）。
【図５】再構成処理時に透過画像に乗算するためのオフセット重み係数を説明する図。
【図６】再構成処理時に透過画像に乗算するためのヘリカル重み係数を説明する図。
【図７】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理の前半処理フロー図。
【図８】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理の後半処理フロー図。
【図９】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理時の逆投影の説明図（鳥瞰図）。
【図１０】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理時の逆投影範囲（α＝０，β＝０）を示す平面図。
【図１１】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理時の逆投影範囲（α＝０，β＝０）の詳細説明図。
【図１２】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置における再構成処理時の逆投影範囲（α≠０，β≠０）を示す平面図。
【図１３】図５に示すオフセット重み係数の他の例を説明する図。
【図１４】本発明に係るコンピュータ断層撮影装置の実施の形態２を説明するダブルオフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例図。
【図１５】実施の形態２における透過画像の合成を説明する図。
【図１６】実施の形態２における変形例であるトリプルオフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例図。
【図１７】実施の形態２における変形例である多重オフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例図。
【図１８】実施の形態２における変形例である多重オフセットヘリカルスキャンの幾何的な配置例図。
【図１９】実施の形態２における変形例を説明するものであって、回転軸がＸ線光軸に直交しない場合の幾何的な配置例図。
【図２０】従来の通常スキャンとオフセットスキャンとのスキャン領域の説明図。
【図２１】従来のヘリカルスキャンのスキャン領域の説明図。
【符号の説明】
【０１４１】
１…Ｘ線源、２…被検体、３…Ｘ線ビーム、４…Ｘ線検出器、４ａ，４ａ′，４ａ″…検出面、５…テーブル、６…検出器移動機構，７…オフセットヘリカルスキャン機構、７ａ…回転軸移動機構、７ｂ…回転昇降機構、８…制御処理部、８ａ…表示部、８ｂ…入力部、８ｃ…オフセット配置設定部、８ｄ…ヘリカルスキャン制御部、８ｅ…再構成処理部、１１…スライス面、１２，１２′，１２″…スキャン領域、２０，２１…軌道、２２…再構成対象面、２３…再構成領域、２４…仮想３次元マトリックス、２５ａ，２５ａ′，２５ｂ，２５ｂ′…逆投影範囲、２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…逆投影ライン、３１，３１′…Ｘ線ビーム、ＲＡ…回転軸、Ｌ…Ｘ線光軸、Ｃ…回転中心。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブル上に載置される被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過してくる放射線ビームを透過画像として検出する２次元の放射線検出器と、前記検出される放射線ビームと端部付近で交差する回転軸に対し、前記被検体を前記放射線ビームに対して、相対的に回転させつつ前記回転軸の方向に相対移動させるヘリカルスキャンを実施するヘリカルスキャン手段と、このヘリカルスキャンの間に前記放射線検出器で検出される多数の透過画像から前記回転軸を中心として片側が前記放射線ビームに包含される半径の円柱領域をスキャン領域とし、当該スキャン領域内の前記被検体の３次元画像を再構成処理する再構成処理手段とを備えた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に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
前記再構成処理手段は、
前記ヘリカルスキャンの実施によって得られた透過画像に対して、前記回転軸の方向と直交する前記放射線検出器の検出面の方向に依存する重み係数であって、当該検出面における回転軸投影位置ｎｃを境とし、その片側一端の重み係数「０」、他の側の重み係数「１」との間で傾きが回転軸投影位置ｎｃに対して対称、かつ、重み係数が「０」から「１」に滑らかに変化する傾斜部を成すようなオフセット重み係数を用いて乗算するオフセット重み係数乗算手段と、
前記ヘリカルスキャンの実施によって得られた透過画像に対して、前記回転軸の回転角度に依存する重み係数であって、平坦部の重み係数を「１」、当該平坦部両端から滑らかに落ちて重み係数「０」となるような傾斜部を成し、当該各傾斜部における前記回転角度の幅がそれぞれ２α（αは任意の角度）とし、前記平坦部の前記回転角度の幅が２π−２αとなるヘリカル重み係数を用いて乗算するヘリカル重み係数乗算手段と、
前記オフセット重み係数と前記ヘリカル重み係数とを乗算して得られる透過画像を、前記被検体に固定し設定された仮想マトリックスに逆投影し、前記被検体の３次元画像を再構成する手段とを備えたことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するコンピュータ断層撮影装置において、
前記放射線検出器を、当該放射線検出器の検出面に沿う方向または当該検出面の中央の法線が前記放射線源の放射線焦点に正対するように円弧状に移動させて複数の検出器位置に位置決め設定する検出器移動手段を設け、
前記被検体を透過してくる連続した放射線ビームを、各検出器位置に位置決め設定された前記放射線検出器で分割して検出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４】
請求項１または請求項２に記載するコンピュータ断層撮影装置において、
前記回転軸を前記被検体とともに、前記放射線源の放射線焦点の周りを回転移動させ、または前記放射線検出器の検出面に沿う方向に移動させて、複数の回転軸位置に位置決め設定する回転軸移動手段を設け、
各回転軸位置にて前記被検体を透過してくる連続した放射線ビームを前記放射線検出器で分割して検出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５】
請求項３または請求項４に記載するコンピュータ断層撮影装置において、
前記ヘリカルスキャン手段は、前記各検出器位置または前記各回転軸位置にて、それぞれ同一の軌道を通るヘリカルスキャンを実施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】
テーブル上に載置される被検体に向けて放射線を放射する放射線源と、前記被検体を透過してくる放射線ビームを透過画像として検出する２次元の放射線検出器と、前記検出される放射線ビームと端部付近で交差する回転軸に対し、前記被検体を前記放射線ビームに対して、相対的に回転させつつ前記回転軸の方向に相対移動させるヘリカルスキャンを実施するヘリカルスキャン手段と、このヘリカルスキャンの間に前記放射線検出器で検出される多数の透過画像から前記回転軸を中心として片側が前記放射線ビームに包含される半径の円柱領域をスキャン領域とし、当該スキャン領域内の前記被検体の３次元画像を再構成処理する再構成処理手段とを備えた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に記載のコンピュータ断層撮影装置において、
前記再構成処理手段は、
前記ヘリカルスキャンの実施によって得られた透過画像に対して、前記回転軸の方向と直交する前記放射線検出器の検出面の方向に依存する重み係数であって、当該検出面における回転軸投影位置ｎｃを境とし、その片側一端の重み係数「０」、他の側の重み係数「１」との間で傾きが回転軸投影位置ｎｃに対して対称、かつ、重み係数が「０」から「１」に滑らかに変化する傾斜部を成すようなオフセット重み係数を用いて乗算するオフセット重み係数乗算手段と、
前記ヘリカルスキャンの実施によって得られた透過画像に対して、前記回転軸の回転角度に依存する重み係数であって、平坦部の重み係数を「１」、当該平坦部両端から滑らかに落ちて重み係数「０」となるような傾斜部を成し、当該各傾斜部における前記回転角度の幅がそれぞれ２α（αは任意の角度）とし、前記平坦部の前記回転角度の幅が２π−２αとなるヘリカル重み係数を用いて乗算するヘリカル重み係数乗算手段と、
前記オフセット重み係数と前記ヘリカル重み係数とを乗算して得られる透過画像を、前記被検体に固定し設定された仮想マトリックスに逆投影し、前記被検体の３次元画像を再構成する手段とを備えたことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するコンピュータ断層撮影装置において、
前記放射線検出器を、当該放射線検出器の検出面に沿う方向または当該検出面の中央の法線が前記放射線源の放射線焦点に正対するように円弧状に移動させて複数の検出器位置に位置決め設定する検出器移動手段を設け、
前記被検体を透過してくる連続した放射線ビームを、各検出器位置に位置決め設定された前記放射線検出器で分割して検出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４】
請求項１または請求項２に記載するコンピュータ断層撮影装置において、
前記回転軸を前記被検体とともに、前記放射線源の放射線焦点の周りを回転移動させ、または前記放射線検出器の検出面に沿う方向に移動させて、複数の回転軸位置に位置決め設定する回転軸移動手段を設け、
各回転軸位置にて前記被検体を透過してくる連続した放射線ビームを前記放射線検出器で分割して検出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５】
請求項３または請求項４に記載するコンピュータ断層撮影装置において、
前記ヘリカルスキャン手段は、前記各検出器位置または前記各回転軸位置にて、それぞれ同一の軌道を通るヘリカルスキャンを実施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】
【公開番号】特開２００９−４７６４４（Ｐ２００９−４７６４４Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１６０９５（Ｐ２００７−２１６０９５）
【出願日】平成１９年８月２２日（２００７．８．２２）
【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２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２２日（２００７．８．２２）
【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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