円錐軌道断層撮影装置
【課題】拡大率を満足させつつ、高分解能高品位で広い範囲の3次元画像を得る。
【解決手段】X線ビーム2を照射するX線源3と、被検体1からの透過X線ビームを検出するX線検出器4と、X線ビームが90度より小なるラミノ角で交差する回転軸RAに対して、被検体を支持する支持台5とX線ビームとを相対回転させる回転手段7と、X線検出器から収集した透過像から3次元画像を得る制御処理部12と、回転軸に直交する面内で、支持台またはX線源,X線検出器及び回転軸を一体に移動する移動機構6とを有し、前記制御処理部12は、所定の送り量で移動機構6を移動制御させてスキャン位置を設定する設定手段と、各スキャン位置のもとにスキャンを実施し、透過像を収集するスキャン制御部12aと、各スキャン位置の透過像から3次元画像を再構成する再構成部12cと、各3次元画像を合成する画像合成部12dとを備えた円錐軌道断層撮影装置である。
【解決手段】X線ビーム2を照射するX線源3と、被検体1からの透過X線ビームを検出するX線検出器4と、X線ビームが90度より小なるラミノ角で交差する回転軸RAに対して、被検体を支持する支持台5とX線ビームとを相対回転させる回転手段7と、X線検出器から収集した透過像から3次元画像を得る制御処理部12と、回転軸に直交する面内で、支持台またはX線源,X線検出器及び回転軸を一体に移動する移動機構6とを有し、前記制御処理部12は、所定の送り量で移動機構6を移動制御させてスキャン位置を設定する設定手段と、各スキャン位置のもとにスキャンを実施し、透過像を収集するスキャン制御部12aと、各スキャン位置の透過像から3次元画像を再構成する再構成部12cと、各3次元画像を合成する画像合成部12dとを備えた円錐軌道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、被検体に対する放射線の照射方向を円錐に沿って変化させる円錐軌道断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【0002】
円錐軌道の断層撮影装置は、円形トモシンセシス(Tomosynthesis)装置、あるいは円形ラミノグラフ(Laminograph)、あるいは傾斜型CT(Computer Tomograpy)装置とも呼ばれている。
【0003】
円錐軌道の断層撮影装置は、放射線源から発生する放射線を被検体に照射し、当該被検体から透過してくる放射線を2次元分解能の放射線検出器で検出し、相対的に、被検体に対する放射線照射方向を円錐に沿って変化させ、この変化の各位置で得られる放射線検出器の出力から被検体の3次元画像を作成するものである。
【0004】
図17は従来の円錐軌道断層撮影装置の一例を示す模式図(正面図)である(特許文献1)。
この断層撮影装置は、X線焦点FからX線ビーム101を照射するX線管102と、被検体103から透過してくるX線ビーム101を検出しデジタル透過像として出力する2次元のX線検出器104と、テーブル105と、回転機構106とで構成される。
【0005】
被検体103は、テーブル105に載置され、X線管102から照射されるX線ビーム101内で、回転機構106により、X線光軸L(X線ビーム101の中央線)に対し90度より小さなラミノ角αLを成す回転軸RAに対して回転される。
【0006】
すなわち、断層撮影装置は、回転機構106によって被検体103を1回転させる間に所定の回転角度ごとにX線検出器104で多数の透過像を撮影し(スキャンと言う)、これら多数の透過像を再構成処理して被検体103の3次元画像(多数の断面像)を作成する。
【0007】
再構成方法はフェルドカンプ等(非特許文献1)による方法などが用いられる。この再構成方法は、透過像のフィルタリングと逆投影による方法である。
【0008】
この再構成方法で得られるボクセルデータ(各格子点に画素値を配分した形式)としての3次元画像は、点群データ、ポリゴンデータ(立体物の表面を多数の多角形平面の集まりとして表わしたデータ)、STL(Standard Triangulation Language)データなどの形式に変換でき、またデジタルエンジニアリング技術で行う各種の解析にも応用することができる。
【0009】
ところで、以上のような円錐軌道断層撮影装置は、板状をなす被検体の検査に効果を発揮する。その理由は、例えばラミノ角αLが90度である通常のCT装置では、X線光軸Lが被検体103の長手方向と平行になるため、被検体103によるX線吸収が大きくなって断面像が劣化するが、ラミノ角αLが90度より小さくなるように傾ければ、回転中に常に被検体103の板面に対して斜めに交差し、良好な断面像が得られるためである。
【0010】
従って、円錐軌道断層撮影装置では、以上のような理由から電子部品が実装された電子回路基板などの板状の被検体の内部検査,例えば半田ボールを接合端子として用いるBGA(Ball Grid Array)接合の検査などに好適である。
【0011】
また、従来の円錐軌道断層撮影装置は、X線幾何条件が自由に設定でき、色々な対象物に対応できる特徴を持っている。つまり、X線管101(X線焦点F)に対して、テーブル105(回転軸RA)あるいはX線検出器104を近づけたり遠ざけたりすることで、撮影距離FCD(Focus to rotation Center Distance)と検出距離FDD(Focus to Detector Distance)が連続的に変更でき、被検体103に応じて撮影倍率(拡大率)=FDD/FCDを容易に変えられ、また、ミラノ角αLも可変できる。
【0012】
図18は従来の円錐軌道断層撮影装置のスキャン領域を示す2面図であって、同図(a)は平面図、同図(b)は正面図である。
【0013】
この図18から明らかなように、スキャン領域An(斜線部)は、回転軸RAを中心とし、1回転中に測定されるX線ビーム101に包含される円筒領域である。スキャン領域Anは無理なく再構成するのに十分なデータを収集できる領域である。
【0014】
従って、このような円錐軌道断層撮影装置では、被検体103の検査領域をスキャン領域Anに収め、かつ、できる限り拡大率を大きくして撮影すれば、高分解能断面像を得ることができる。
【0015】
さらに、従来の円錐軌道断層撮影装置では、拡大率を上げるためにX線管102のX線焦点Fと被検体103との撮影距離FCDを小さくするが、その結果、被検体103がX線ビーム101(測定視野)からはみ出した状態で断層撮影を行うことになる。
【0016】
しかし、被検体103がX線ビーム101からはみ出した場合、3次元画像のスキャン領域外縁から外に向けて急速に画像が劣化する。その理由は、図19(a)に示す空気補正と対数変換後の透過像プロファイルを参照して、撮影した透過像の縁が空気でなく、被検体103の構造物の影響を受けるために0にならず、段差111となって現れ、この段差111がフィルタリング処理で強調されるためにひげ状のノイズ112が生じ、図19(b)に示す3次元画像を参照して、このノイズ112が逆投影によりスキャン領域Anの外側113の直線状アーチファクトとなり、3次元画像を壊してしまうためである。
【特許文献1】特開2003−329616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/June1984。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
近年、電子機器の小型化とともに、機器筐体内に実装される電子回路基板が益々細密化しており、それに伴って断層撮影装置においても高分解能高品位の3次元画像が望まれている。
【0018】
このため、円錐軌道断層撮影装置としては、分解能を上げるためにX線管102のX線焦点Fを被検体103に近づけて拡大率を上げ、狭いスキャン領域Anを選択して検査する場合が多い。その結果、被検体103がX線ビーム101からはみ出すことは避けられない。
【0019】
従って、円錐軌道断層撮影装置では、X線検出器104の分解能を上げない限り、分解能の低下を伴わずにスキャン領域Anを広げることができない問題がある。
【0020】
他方、X線検出器104の分解能を上げない限り、前述したように「はみ出し」の影響により、スキャン領域Anの外側113の3次元画像を壊してしまうので、分解能の低下を伴わずにスキャン領域Anより広い範囲の3次元画像を得ることができない。
【0021】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望とする拡大率を満足させつつ、高分解能高品位で広い範囲の3次元画像を得る円錐軌道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】
【0022】
上記課題を解決するために、請求項1に対応する発明は、被検体に向けて放射線ビームを照射する放射線源と、前記被検体から透過してくる放射線ビームを検出する2次元の放射線検出器と、この放射線検出器により検出される放射線ビームの中心線の方向に対し90度より小さなラミノ角で交差する回転軸に対して、被検体を支持する支持台と前記放射線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、この回転手段によって回転を行いつつ所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出した前記被検体の透過像を収集し、当該被検体の3次元画像を作成する制御処理部とを有する円錐軌道断層撮影装置において、
前記回転軸に直交する面内で、前記支持台または所定の位置関係を保ったまま前記放射線源,前記放射線検出器及び前記回転軸を一体的に移動する移動機構と、
前記制御処理部は、前記移動機構を移動制御させて複数のスキャン位置を設定するスキャン位置設定手段と、このスキャン位置設定手段で設定された各スキャン位置で定まるスキャン領域のもとにスキャン制御を実施し、前記放射線検出器から前記被検体の透過像を収集するスキャン制御手段と、このスキャン制御手段で収集された各スキャン位置毎の前記被検体の透過像からそれぞれ3次元画像を再構成する再構成手段と、この再構成手段で再構成された各3次元画像を前記スキャン位置に基づいて合成して1つの合成3次元画像を作成する画像合成手段とを備えた円錐軌道断層撮影装置である。
【0023】
従って、本発明は、以上のような手段を講じたことにより、測定視野からはみ出る被検体に対し、所望の送り量に従ってスキャン位置を移動させつつスキャン制御によって得られる被検体の透過像からそれぞれ3次元画像を取得し、当該スキャン位置の移動量だけずらして合成処理を行うので、測定視野に収まらない大きな範囲の断面像を得ることができる。
【0024】
請求項2に対応する発明は、被検体に向けて放射線ビームを照射する放射線源と、前記被検体から透過してくる放射線ビームを検出する2次元の放射線検出器と、この放射線検出器により検出される放射線ビームの中心線の方向に対し90度より小さなラミノ角で交差する回転軸に対して、被検体を支持する支持台と前記放射線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、この回転手段によって回転を行いつつ所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出した前記被検体の透過像を収集し、当該被検体の3次元画像を作成する制御処理部とを有する円錐軌道断層撮影装置において、前記制御処理部は、前記放射線検出器から収集した前記被検体の多数の透過像それぞれを前記回転の面に沿った左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、この拡張された透過像それぞれに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行い、当該高周波強調フィルタリング後の前記拡張透過像それぞれを逆投影して前記被検体の3次元画像を作成する再構成手段を設けた円錐軌道断層撮影装置である。
【0025】
この発明は、以上のような手段を講じたことにより、被検体が透過放射線ビームである透過像からはみ出すスキャン制御を実施しても、透過像の縁で段差ができないように、透過像の左・右端部になだらかにデータ値を付加して拡張し、外に向けて段差を追いやることで、フィルタリング及び逆投影したときにスキャン領域外縁から外の画像が壊れることがなくなる。よって、簡易なデータ外挿処理により、3次元画像のスキャン領域外縁から外に向けての画質を高めることができ、3次元画像を広げることができる。
【0026】
請求項3に対応する発明は、前記請求項1に対応する発明の構成要素である前記再構成手段として、前記スキャン制御手段で収集された各スキャン位置毎の前記被検体の透過像それぞれを前記回転の面に沿った左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、この拡張された透過像それぞれに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行い、当該高周波強調フィルタリング後の前記拡張透過像それぞれを逆投影して前記被検体の3次元画像を作成する構成である。
【0027】
このような手段を講じたことにより、測定視野からはみ出る被検体に対して、移動機構を移動制御させながらスキャン位置を変えてスキャン制御を実施し、各スキャン位置毎の透過像の左・右両端部になだらかにデータ値を付加して拡張し、得られた各拡張した透過像から3次元画像を作成した後、これら複数の3次元画像を、移動量だけずらしつつ合成処理を行うに際して、各3次元画像のスキャン領域外縁から外にかけての画質を高めることができ、また3次元画像をスキャン領域より広げられので、同じ合成枚数でより広い範囲の断面像を得ることができる。
【0028】
請求項4に対応する発明は、請求項1または請求項3に対応する発明において、前記画像合成手段としては、前記再構成手段で作成された複数の3次元画像の接続部で重なり部分を有する場合、その重なり部分の3次元画像間の平均値を用いてなだらかに接続した合成3次元画像を作成する構成である。
【0029】
以上のような手段を講じることにより、複数の3次元画像の重なり部分に若干の差異がある場合でも、滑らかに繋がった合成画像を得ることができる。
【0030】
また、請求項5に対応する発明は、請求項1、請求項3、請求項4の何れかに対応する発明において、前記画像合成手段としては、前記再構成手段で作成された複数の3次元画像の接続部で重なり部分を有する場合、その3次元画像の重なり部分の差異が最小となるように互いにずらして合成3次元画像を作成する構成である。
【0031】
本発明は、以上のような手段を講じたことにより、画像の繋がりに狂いがある場合でも、その狂いを調整して正確に繋がった合成画像を得ることができる。
【0032】
さらに、請求項6に対応する発明は、請求項1ないし請求項5の何れかに対応する発明において、透過像中の回転軸の位置を前記放射線ビームの中心から一方の縁部近くに設定してオフセットスキャンを実施するものである。
【0033】
本発明は、以上のような手段とすることにより、オフセットスキャンにより得られた透過像を再構成するので、3次元画像を大きくできる効果がある。これにより、少ない合成枚数の3次元画像を合成し、広い範囲の断層像を得ることができる。
【発明の効果】
【0034】
本発明によれば、所望とする拡大率を確保しつつ、スキャン位置の移動ないし透過像の外挿データの拡張により、高分解能高品位で広い範囲の3次元画像を得ることができる円錐軌道断層撮影装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0035】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明に係る円錐軌道断層撮影装置の第1の実施形態を示す構成図であって、同図(a)は正面図、同図(b)は平面図である。なお、ここでは放射線としてX線を用いて説明する。
【0036】
円錐軌道断層撮影装置は、被検体1に向けてX線ビーム2を照射するX線源3と、被検体1から透過してくるX線ビーム2を透過像(透過データ)として検出する2次元X線検出器4と、被検体1を支持する支持台5と、この支持台5をXY方向に水平移動させるXY機構(移動機構)6と、このXY機構6を回転軸RAに対して回転させると共に回転軸RAに沿って昇降させる回転・昇降機構(回転手段)7と、XY機構6及び回転・昇降機構7を制御すると共に回転スキャン時に所定の回転角度ごとに2次元X線検出器4で検出された透過像を収集し、この収集した透過像から被検体1の3次元画像を再構成する制御処理本体部8とで構成される。制御処理本体部8以外はX線の遮蔽箱(図示せず)に収納されている。4aは検出面である。
【0037】
回転軸RAは、X線ビーム2の中心線L(ほぼX線源3のX線焦点FとX線検出器4の中心Dとを結ぶ線であって、以下、X線光軸Lと称する)の方向に対し90度より小さなラミノ角αLで交差している。回転軸RAは、X線光軸Lとラミノ角αLで交差しているのでなく、X線光軸Lの方向とラミノ角αLで交差している。すなわち、回転軸RAとX線光軸Lが交わっている必要はない。なお、ラミノ角αLは概略40度から80度の範囲に設定される。
【0038】
X線源3は、照射するX線ビーム2の発散点であるX線焦点Fが1μm程度のマイクロフォーカスX線管、制御処理本体部8からの設定制御指令に従って管電圧、管電流等を制御する制御回路及び制御回路の制御指令に応じた所望の管電圧、管電流をX線管に印加する電気回路からなり、例えば基台上のアーム(図示せず)などに支持されている。ここで、X線ビーム2は、放射されるX線のうち実際にX線検出器4で検出されるX線を指す。
【0039】
X線検出器4は、検出面4aに沿って多数のX線検出素子が2次元のマトリックス(n,m)状に配列されたX線フラットパネルディテクタ(FPD)等が用いられ、X線源3からのX線ビーム2の照射のもとに被検体1内部を透過してくるX線透過像を2次元分解能で検出し、制御処理本体部8へ送信して、制御処理本体部8がそのデジタル透過像を取り込む。
【0040】
被検体1は、前述したように支持台5に支持され、制御処理本体部8からのXY移動制御指令に従い、XY機構6が回転軸RAと直交する面内で回転軸RAに対して支持台5を移動することで所望位置に位置決めされる。
【0041】
また、被検体1は、制御処理本体部8からの回転・昇降制御指令に従い、回転・昇降機構7により支持台5及びXY機構6と共に回転軸RAの方向(z方向)に昇降されて位置決めされ、かつ、X線ビーム2内で回転軸RAに対して回転される。この回転の際、XY機構6の移動方向X,Yも被検体1と一緒に回転する。
【0042】
なお、X線源3,X線検出器4及び回転・昇降機構7は図示していない機構で互いに位置決めされる。
【0043】
支持台5は、プラスチックやカーボンなどで作られ、X線の吸収を少なくするために支持台内部が中空に形成されている。支持台5は、被検体1にあわせて交換でき、例えば大きな被検体1の場合には大きなものが用いられる。
【0044】
スキャン領域10は、回転軸RAを中心とし、1回転中に測定されるX線ビーム2に包含される半径の円筒領域(正確には、円筒の上下に円錐を付けた領域)である。回転軸RAは、図1(b)に示すように、通常、機構誤差のためにX線光軸Lから少しずれているので、スキャン領域10の半径は回転軸RAに近いX線ビーム2の縁で決まる。スキャン領域10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。
【0045】
なお、XY機構6及び回転・昇降機構7には図示されていないがエンコーダが取り付けられ、支持台5のX,Y位置、高さ及び回転角度などを読み取って制御処理本体部8に送出する。
【0046】
制御処理本体部8は、通常のコンピュータが用いられ、ハードウェア的な構成としては、キーボード11a、マウス11bなどの入力部11と、CPU等で構成される制御処理部12と、磁気ディスクまたは光ディスクなどの記憶装置13と、表示部14が設けられ、その他にX線検出器4との間でデータのやり取りを行うインタフェース(図示せず)やXY機構6,回転・昇降機構7との間でXY移動制御や回転制御に関するデータのやり取りを行う中継機能の役割を果す機構制御ボード(図示せず)などが設けられている。
【0047】
制御処理部12は、機能的には、個別のプログラムデータに基づいて、スキャン制御を実施するとともに、X線検出器4からデジタル透過像を収集し、記憶装置13に記憶するスキャン制御部12aと、このスキャン制御部12aにより収集された透過像の前処理を行う前処理部12bと、再構成処理を行って被検体1の3次元画像(多数の断面像)を作成し、表示部14に表示する再構成部12cと、再構成部12cで得られた複数の3次元画像を合成し、広い範囲の3次元画像を得る画像合成部12dとが設けられている。
【0048】
制御処理部12としては、入力部11からの指示のもとにX線源3に対し管電圧、管電流等の設定制御指令を送出し、所望の管電圧、管電流等に設定するとともに、X線の放射、停止指令も送出する。なお、管電圧、管電流は被検体1の大きさに合わせて変えることができる。
【0049】
すなわち、制御処理部12は、入力部11及び表示部14を用いて、操作者による操作のもとにメニュー選択、管電圧、管電流等を含む撮影条件の設定、必要な機構部分の手動操作、スキャンの開始、ステータスの読取り、3次元画像の表示などを行う。
【0050】
なお、制御処理本体部8は、前述したように汎用のコンピュータが用いられるが、例えば構成部分1〜7と一体化したCPU内蔵の専用断層撮影装置を用いて、実現しても構わない。
【0051】
次に、以上のような円錐軌道断層撮影装置の第1の実施形態における作用を説明する。
【0052】
この実施の形態は、制御処理本体部8から送出されるXY移動制御指令に基づき、回転・昇降機構7上のXY機構6により、被検体1に対して相対的にスキャン領域10を移動させて複数のスキャン位置を設定し、各スキャン位置ごとにスキャン制御により得られる透過像からそれぞれ断面像を取得し、これら断面像を合成し、広範囲の断面像を得るものである。
【0053】
図2は被検体1に対して2つのスキャン領域を設けた例を説明する図である。
スキャン位置を変えて第1のスキャン領域10aと第2のスキャン領域10bを設定し、これら論理和した広い範囲の領域をスキャン領域とする。従って、論理和したスキャン領域10a,10bは無理なく再構成できる領域となる。
【0054】
すなわち、この断層撮影装置は、第1のスキャン位置で定まる第1のスキャン領域10aに略内接する正方形の3次元画像R1を再構成し、同じく第2のスキャン位置で定まる第2のスキャン領域10bに略内接する正方形の3次元画像R2を再構成した後、3次元画像R1と3次元画像R2とを合成する。
【0055】
図3はスキャン位置決め制御とデータ処理全体の流れを示す図である。
ステップS1では、被検体1の透過像を撮影するスキャン制御を実施するための第1のスキャン位置を設定する。操作者は、被検体1を支持台5に載置した後、制御処理本体部8から昇降制御指令を送出し、回転・昇降機構7により支持台5を所定の高さになるように昇降制御する。
【0056】
次に、制御処理本体部8からXY移動制御指令を送出し、XY機構6により支持台5をXY方向に移動させ、第1のスキャン位置を設定する。
【0057】
引き続き、操作者は、入力部11からスキャン開始指示を入力すると、X線源3から被検体1に向けてX線ビーム2を照射させた状態で、スキャン制御部12aがスキャン制御用プログラムに基づいてスキャン制御を実施する(ステップS2)。
【0058】
ステップS2では、スキャン制御部12aが機構制御ボードを介して回転制御指令を回転・昇降機構7に与えると共に撮影指令をX線検出器4に与えてスキャン制御を実施する。回転・昇降機構7は、回転制御指令に従ってXY機構6とともに支持台5を回転させ、この回転の間、所定の回転角度ごとに、X線検出器4が被検体1から透過されてくる透過像を撮影し、デジタル透過像として制御処理本体部8に送出し、制御処理本体部8はそのデジタル透過像を収集し、記憶装置13に記憶する。
【0059】
従って、支持台5が一回転するスキャンの間に記憶装置13には、X線検出器4から収集された多数のデジタル透過像が回転の順kに並べられて、3次元のサイノグラムP(n,m,k)が記憶される。
【0060】
ステップS3では、制御処理部12が前処理部12bを実行する。
前処理部12bは、記憶装置13に記憶された全部の透過像に対して、予め定める前処理用プログラムに基づいて前処理を行う。ここで、前処理とは例えばオフセット補正、感度補正(空気補正)、対数変換などである。これらオフセット補正、感度補正(空気補正)、対数変換などの前処理は画像処理で一般的に行われている手法を用いて処理する。前処理の一例としては、概略,
前処理後の値P=LOG(空気画像PA/前処理前の値P0) ……(1)
なる演算式に基づき、前処理後の値Pを求める。ここで、空気画像PAは被検体1が無いときの画素値であって、予めX線検出器4で検出して記憶装置13等に記憶されている値を用いる。
【0061】
次に、制御処理部12の再構成部12cが再構成用プログラムに従って再構成処理を実行する(ステップS4)。
すなわち、ステップS4では、第1のスキャン位置で定まる第1のスキャン領域10a内でスキャンして得られた前処理後の各回転角度の透過像Pに対し、それぞれ回転の面に沿った方向(n方向)(正確には透過像上の回転軸の投影と直交する方向)に|ω|に略比例する高周波強調フィルタリング(CTで言うRamachandran & Lakshminarayanan フィルタリング等)を行う。フィルタリングは、例えばコンボリューションで行うか、あるいはフーリエ変換+フィルタ関数掛け+逆フーリエ変換等によって行う。
【0062】
次に、フィルタリング後の透過像をそれぞれ被検体1の位置に仮想設定した3次元再構成グリッド上へX線経路に沿って逆投影(加算)する。すべての透過像についてフィルタリングと逆投影とを終えると、例えば第1のスキャン領域10aに略内接する正方形の3次元画像R1が生成される。ここで、3次元画像の実空間でのサイズは、自ら再構成グリッドを設定していることから既知である。
【0063】
ステップS5では、全スキャン位置における一連の処理が完了したか否かを判断し、終了していない場合にはステップS6に移行する。
【0064】
ステップS6では、次のスキャン位置,図2の例では第2のスキャン位置を設定する。具体的には、自動あるいは手動操作に基づき、XY機構6により被検体1を−X方向に移動させつつ、例えば前述した第1のスキャン位置と繋がる位置まで移動させて、次のスキャン位置を設定する。つまり、被検体1を−X方向に{(3次元画像R1の実空間での横サイズ+3次元画像R2の実空間での横サイズ)/2}なる距離だけ移動させ、次(例えば第2)のスキャン位置を設定する。
【0065】
以上のようにして次のスキャン位置を設定した後、ステップS2に戻り、前述と同様の処理(S2〜S5)を繰り返し実行し、全スキャン位置における一連の処理が完了したとき、ステップS7に移行し、画像合成処理を行う。
【0066】
ステップS7では、画像合成部12dにより、各スキャン位置で得られた3次元画像を合成する。すなわち、図2に示す第1のスキャン位置で得られるスキャン領域10aに略内接する3次元画像R1と第2のスキャン位置で得られるスキャン領域10bに略内接する3次元画像R2とを繋ぎ合わせて広い範囲の3次元画像を作成する。
【0067】
従って、以上のような実施の形態によれば、円錐軌道断層撮影装置において、スキャン領域からはみ出る被検体1に対し、複数のスキャン位置を設定し、それぞれのスキャン領域内の3次元画像を再構成した後、これら複数の3次元画像を合成するので、従来のスキャン領域を越える広い範囲のスキャン領域により高品位な3次元画像を作成することができる。
【0068】
(第1の実施の形態の変形例)
(変形例1)
第1の実施の形態では、図2に示すように2つのスキャン位置の設定例を説明したが、スキャン位置の設定数は限定しない。
【0069】
図4は被検体1に対してスキャン領域の3つの設定例を示す図である。
同図(a)は、4つのスキャン領域A1〜A4の設定例である。具体的には、スキャン制御部12aは、自動的にXY機構6を制御し、3次元画像が繋がるように4つのスキャン位置を設定し、各スキャン位置のもとにそれぞれスキャン制御を実施し、被検体1からの透過像をX線検出器4で撮影する。再構成部12cは、X線検出器4で得られた透過像のうち、各スキャン領域A1〜A4にそれぞれ略内接する正方形の透過像を再構成し、3次元画像R1〜R4を作成する。画像合成部12dは、4つの3次元画像R1〜R4を繋ぎ合わせて合成し、広いスキャン領域の断面像を作成する。
【0070】
同図(b)、(c)は、同様に6つ、9つのスキャン位置を設定し、各スキャン位置のもとにスキャン制御を実施し、被検体1からの透過像をX線検出器4で撮影する。そして、X線検出器4で得られた透過像のうち、各スキャン領域A1〜A6、A1〜A9にそれぞれ略内接する正方形の透過像を再構成し、3次元画像R1〜R6、R1〜R9を作成する。画像合成部12dは、各3次元画像R1〜R6、R1〜R9を合成し、さらに広いスキャン領域の断面像を作成する。
【0071】
なお、3次元画像の一辺の実空間の長さをGとすると、スキャン制御部12aはスキャン位置の位置決め時、XY機構6による送り量を容易に決定できる。4つの3次元画像R1〜R4を合成する場合、例えば、合成する各3次元画像の中央がC点の基準位置に設定するように、XY機構6による(X,Y)方向の送り量を順番に、(−G/2,−G/2)、(G/2,−G/2)、(G/2,G/2)、(−G/2,G/2)と移動させつつ、4つのスキャン位置を設定し、各スキャン位置でスキャン制御を実施する。そして、X線検出器4で得られた透過像のうち、各スキャン領域A1〜A4にそれぞれ略内接する正方形の透過像を再構成し、3次元画像R1〜R4を作成し、図4(a)に示すように合成する。この画像合成は、XY送り量ピッチであるGだけ中心をずらして重ね合わせることで合成できる。
【0072】
(変形例2)
第1の実施の形態の変形例1では、1つのスキャン位置で得る3次元画像のサイズ(幅
)Gに合せるように、複数のスキャン位置の間隔(X,Y送り量ピッチ)を設定しているが、逆に、複数スキャン位置の間隔(X,Y送り量ピッチ)Gを設定し、これに合せて再構成する3次元画像のサイズを設定するようにしてもよい。
【0073】
例えば、被検体1として電子回路基板のBGAを撮影する場合、BGAの半田ボールは基板面に沿ってます目状に例えば等間隔Hでならんでいる。この場合、スキャン領域がiを自然数としてi×i個の半田ボールを包含するとして、i×i個ずつスキャンする。すなわち、各スキャン位置をスキャン領域中心がi×i個の半田ボールの中央になるように、また、スキャン位置の間隔GがHのi倍になるように設定し、各3次元画像のサイズはスキャン位置の間隔Gと同じサイズにする。これにより、各スキャン位置で得た3次元画像を中心間をGだけ離して繋ぎ合せるように合成すると、繋ぎ目に半田ボールがかからないように合成画像を得ることができる。
【0074】
ここで、あるいは、各3次元画像のサイズはi×i個の半田ボールを含むサイズであればよく、スキャン位置の間隔Gとは異なるサイズG´に設定することもできる。このとき、合成画像は各スキャン位置に基づいて、各画像の中心間の間隔をスキャン位置の間隔Gだけ離して配置するように合成する。あるいは、合成画像は、各画像の中心間の間隔を画像サイズ(幅)G´だけ離して配置するように、つまり各画像を繋ぎ合せて敷き詰めるように合成する。このようにすると、合成画像上で半田ボール間に画像として欠落部分あるいは重複部分が生じるが、この欠落部分あるいは重複部分に検査対象の半田ボールがかからないように合成画像ができるので問題はない。
【0075】
以上により、半田ボール間の位置関係を把握しつつ個々の半田ボールの状態をよく観察できる3次元合成画像が得られる。
【0076】
(変形例3)
3次元画像の形状は回転軸RA方向から見たときに正方形に限らない。例えば、長方形でも円形であってもよい。3次元画像の大きさも任意であり、また、必要に応じてスキャン領域から多少はみ出した形状であってもよい。さらに、3次元画像のボクセルの縦横高さは同じ寸法でも、あるいは同じ寸法でなくてもよい。
【0077】
(変形例4)
第1の実施の形態における処理の流れとしては図3に示す通りであるが、簡単のために、ステップS2、S3、S4の各処理がそれぞれサイノグラム全体(全n,m,k)について行うように説明しているが、図3に示す処理の流れに限定されない。
【0078】
例えば、ステップS2のスキャン制御が完結する前に収集した画像から順にステップS3の前処理を開始させてもよいし、ステップS3で前処理が完結する前に前処理が済んだ画像から順にステップS4の再構成処理を行ってもよい。
【0079】
(変形例5)
第1の実施の形態では、幾何条件の変更については説明を省略しているが、実際には幾何条件を変更する幾何条件変更機構を備えていてもよい。例えば、図1に示すラミノ角αLの可変機構、回転軸RAがX線光軸Lと再接近する点をCとした上でX線焦点FとCの間の距離(FCD)、X線焦点Fと検出面4a中心Dの間の距離(FDD)、またCとDの間の距離(CDD)を相対的に変更させつつ透過像の拡大率を変更する機構、また回転軸RAとX線光軸Lを相対的に隔てる方向(紙面と直交方向)に相対的に平行移動させるオフセット機構(オフセットスキャン用)などを追加してもよい。
【0080】
なお、幾何条件変更機構を用いて、拡大率(FDD/FCD)を変更する場合、被検体1をX線焦点Fに近づけて拡大率を上げ、かつ、複数のスキャン位置でスキャンすることにより、高分解能な3次元画像を得ることが可能になる。
【0081】
(変形例6)
第1の実施の形態では、回転・昇降機構7による回転等の動きについては相対的であればよい。例えば、回転軸RAに対する支持台5とX線ビーム2との回転や支持台5の回転の面に沿った回転軸RAに対する移動(XY移動)は相対的でよい。すなわち、被検体1を回転軸RAに対して回転させる代わりに、X線源3とX線検出器4とを互いの位置を保ったまま一体的に回転軸RAに対して回転させるとか、支持台5を回転軸RAに対して移動させる代わりに、X線源3とX線検出器4と回転軸RAとを一体で支持台5に対して移動させてもよい。
【0082】
(変形例7)(請求項4対応)
第1の実施の形態では、各3次元画像が互いに重ならずに繋がるように複数のスキャン位置を設定したが、3次元画像同士が接続部分で互いに重なり合うように設定してもよい。例えば、3次元画像の重なり部分は重なった3次元画像間の平均により得るようにしてもよい。平均としては、例えば、重み付け平均を用いる。
【0083】
図5は重み付け平均による画像合成を説明する図である。3次元画像R1のX方向一方である図示右側の重なり部分は1から0に変化するウエイトW1(X)を掛け、他方の3次元画像R2のX方向一方である図示左側の重なり部分は0から1に変化するウエイトW2(X)を掛けることで平均化する。
【0084】
図5ではウエイトを直線状に変化させているが、これに限定されることなく、要はW1(X)+W2(X)=1となるように滑らかに変化させればよい。これにより、重なり部分に若干の差異がある場合でも滑らかに繋がった1つの合成3次元画像を得ることができる。
【0085】
なお、図5は横方向の合成であるが、縦横方向の合成の場合も同様に重み付け平均の画像合成ができることは容易に分かる。すなわち、図4(c)に示すように、9枚の3次元画像の合成の場合、まず横方向を帯状にウエイト掛けして合成し、出来上がった3つの帯を、縦方向にウエイト掛けして合成すればよい。また、これと等価な計算をR1,R2,…,R9の順で、または任意の順で、合成しても構わない。
【0086】
さらに、重み付け平均の3次元画像を合成する前に、各画像における重なり部分からその外にかけての各画素に対して、重なり部分において各画像の平均画素値を互いに一致させるような係数であり、重なり部分からその外にかけてなだらかに数値1まで収束するような係数を各画像ごとに掛けた後、ウエイト掛けの3次元画像を合成すれば、さらに滑らかに繋がる合成画像を得ることができる。
【0087】
(変形例8)
第1の実施の形態においては、XY移動制御の位置決め停止精度が悪い場合、制御目標値ではなく、実測の停止位置(動き始めて次の停止位置までの移動量)を用いて、画像合成を行うようにしてもよい。すなわち、各画像の中心間の位置関係を、実測したXY移動位置に合わせるようにして合成してもよい。
【0088】
(変形例9)(請求項5対応)
第1の実施の形態では、各3次元画像が互いに重ならずに繋がるように複数のスキャン位置を設定したが、3次元画像同士が接続部で重なり合うように、XY移動位置(各スキャン位置)を設定し、合成時に重なり部分の画素値の差異が最小になるように互いの画像をずらして合成してもよい。これは、例えば、各3次元画像の重ね合せをX,Y(,Z)方向に少しずらして探索し、各ずらし位置でそれぞれ重なり部分の平均の画素値差(絶対値)を計算し、相互の画素値差が最も小さくなるときのずらし位置を決定し、この決定された位置に従って合成してもよい。
【0089】
これにより、Gの数値等に狂いがあっても、その狂いを調整し、正確に繋がる合成画像を得ることができる。Gの数値の狂いのみが予想される場合は、画素値差の計算は画像中心間を結ぶ方向にのみずらし移動させて行ってもよい。
【0090】
(変形例10)
第1の実施の形態では、被検体1を回転軸RA方向(上下方向)に複数位置に移動させてスキャン制御を実施し、各位置における被検体1からの透過像から得られる3次元画像については、回転軸RA方向にも画像合成することが可能である。また、このとき、回転軸RA方向の3次元画像が重なるようにして、前述した平均を行う合成(変形例7)や移動調整する合成(変形例9)を行うようにしてもよい。
【0091】
(変形例11)
前記変形例5においては、拡大率を変更する機構の追加例について説明したが、このような拡大率を変更したときの画像間の合成も可能である。
【0092】
図6は拡大率を変えた場合の画像合成の説明図である。
XY機構6を用いて、被検体1をXY方向に移動させて各スキャン位置を設定した後にスキャン制御を実施し、被検体1の透過像から3次元画像R1,R2,R3,R4を得るようにした後、さらに追加的に被検体1の注目部位が回転軸RA上に位置するようにX,Y(X5,Y5)に移動させ、拡大率を上げた状態でスキャン制御を実施する。そして、このスキャン制御で収集された透過像に基づいて得られる3次元画像R5を作成する。
【0093】
しかる後、3次元画像R5の一辺をG5とすると、図6に示すように3次元画像R5における被検体1の注目部位に相当する位置と、例えば3次元画像R1の対応する位置とを位置合わせし、画像合成を行う。
【0094】
ここで、3次元画像R5の領域は分解能の高い3次元画像となっている。そこで、各3次元画像R1,R2,R3,R4の全体の画素サイズについては、最小の3次元画像R5の画素サイズに統一するように再編成する。つまり、各3次元画像R1,R2,R3,R4を被検体1の注目部位をもつ3次元画像R5に合わせる。
【0095】
以上のようにすることにより、注目部位の分解能を高める一方、非常に広い範囲の合成画像を短時間に作ることができる。
【0096】
また、拡大率を変えた画像合成は、R5の位置及びG5を変えながら、R5と他の画像R1,R4の重なり部分の平均の画素値差を計算し、画素値差が最も小さなR5の位置及びG5を見つけて合成することで、移動位置及び拡大率の誤差を補正した合成画像を得ることができる。ここで、注目部位は何箇所であってもよく、拡大率もそれぞれ任意に設定できる。また、低拡大率の画像は複数枚でなく1枚とすることもできる。
【0097】
(変形例12)
第1の実施の形態では、1つの3次元画像として考えているが、1枚の断面像であってもよい。すなわち、3次元画像としてはその特殊形として2次元画像も含めて考えることができる。
【0098】
(変形例13)
第1の実施の形態では、画像合成はボクセルデータ(ピクセルデータを含む)として得られる3次元画像(2次元画像を含む)で行っているが、当該ボクセルデータを点群データ、ポリゴンデータ、STLデータ等の形式に変換した後に合成することもできる。
【0099】
(変形例14)
第1の実施の形態では、1回転する通常のスキャンについて説明したが、円錐軌道断層撮影装置における他のスキャン方式の場合でも同様に画像合成を行うことができる。例えば、180°+ファン角回転させてスキャンするハーフスキャン、モーションアーチファクトを除去するために1回転以上回転させてスキャンするオーバスキャン、回転軸RA投影位置を検出面中心Dからずらして1回転させてスキャンするオフセットスキャン、回転軸RA方向に被検体1を相対的に移動させながら何回も回転させてスキャンするヘリカルスキャンなどでも、前述した第1の実施の形態で説明した画像合成処理を適用することができる。
【0100】
すなわち、XY機構6により、回転軸RAに対して被検体1をXY方向に移動させて複数のスキャン位置を設定し、各スキャン位置でそれぞれ各スキャン方式を実施し、得られた透過像から3次元画像を作成する。そして、各スキャン位置でのスキャンで得られた各3次元画像の位置関係が分かるので、第1の実施の形態と同様の要領で画像合成できる。
【0101】
(変形例15)
第1の実施の形態では、X線検出器4としてFPDを用いたが、2次元分解能を有するものであれば、他の検出器を用いてもよい。
【0102】
(変形例16)
第1の実施の形態では、放射線源としては、マイクロフォーカスX線管を有するX線源3を用いたが、他のX線源でもよく、またγ線、マイクロ波等の放射線源を用いてもよい。
【0103】
(変形例17)
さらに、前述したように多数の変形例を説明したが、これら2つ以上の変形例を多重的に組み合わせた変形例も同様に含むものである。
【0104】
(第2の実施の形態)
本発明に係る円錐軌道断層撮影装置における第2の実施の形態の構成は、第1の実施の形態の構成と同じであるので、以下、図1の構成を参照して説明する。
第2の実施の形態は、第1の実施の形態と比較して特に異なるところは再構成部12cによる再構成処理を改良したものである。
【0105】
以下、第2の実施の形態の作用について、図7を参照して説明する。
図7は再構成部12cによる再構成処理の流れを示す図であって、新たにデータ外挿処理が追加された。
【0106】
まず、ステップS41では、再構成部12cによりデータ外挿を行う。図8は前処理後透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図である。
【0107】
データ外挿は拡張前の透過像20の左右端部に対して、回転の面に沿った(n方向)右側に右端のデータ値を持つ領域に拡張し、左側に左端のデータ値を持つ領域に拡張し、拡張した全透過像21を作成する処理である。すなわち、データ外挿は、前処理後の全透過像Pをデータ外挿により拡張したサイノグラムを作る。
【0108】
ステップS42では、拡張した各回転角の透過像Pに対し、それぞれ回転の面に沿った方向(n方向)に|ω|に略比例する高周波強調フィルタリング(CTで言うRamachandran & Lakshminarayanan フィルタリング等)を行う。フィルタリングは、例えばコンボリューションで行うか、あるいはフーリエ変換+フィルタ関数掛け+逆フーリエ変換等によって行う。フィルタリングの際に、拡張した透過像21のn方向長さが処理を行う長さとなる。
【0109】
次に、ステップS43では、フィルタリング後の透過像をそれぞれ被検体1の位置に仮想設定した3次元再構成グリッド上へX線経路に沿って逆投影(加算)する。すべてのフィルタリング後の透過像について逆投影を終えると、3次元画像が生成する。
【0110】
従って、以上のような実施の形態によれば、次のような効果を有する。
通常、図17に示す従来装置では、被検体103がX線ビーム101からはみ出した状態でスキャンした場合、その被検体103から透過してくる透過像の縁が空気画像PAでないために、図19で示すように前処理後の透過像プロファイルには段差111が生じる。そのため、段差111をフィルタリングしたとき、段差111が強調され、逆投影したときにスキャン領域の外側113の3次元画像を壊してしまう。
【0111】
その点、第2の実施の形態によれば、拡張前の透過像n方向の縁にできる段差を解消するために、当該透過像の左・右端部にそれぞれ対応する端部のデータ値で付加して拡張すれば、簡易なデータ外挿により段差部分を外側に追いやることができ、スキャン領域の外縁から外にかけての画質を高めることができる。
【0112】
スキャン領域の外側が段差で壊されることが無く、データ方位の欠落による劣化のみとなるため、スキャン領域の外縁から外に向けてなだらかに画質が低下するが、ある程度使用可能な3次元画像となる。よって、3次元画像の再構成領域をスキャン領域より広くすることができる。
【0113】
また、スキャン領域よりも3次元画像が広げられるので、同じ合成枚数でより広い範囲の断面像が得られる。
【0114】
図9は第2の実施の形態における被検体1に対するスキャン領域の他の設定例を示す効果の説明図である。この例は、XY機構6によるXY移動によって設定した第1のスキャン位置のもとにスキャン領域10a´からはみ出した正方形の透過像を再構成して3次元画像R1´を作成し、同様に第2のスキャン位置のもとにスキャン領域10b´からはみ出した正方形の透過像を再構成して3次元画像R2´を作成する。そして、それぞれ再構成によって得られた3次元画像R1´とR2´とを繋ぎ合わせて合成する。
【0115】
従って、以上のように3次元画像の角をスキャン領域10a´,10b´からはみ出して設定することで、隣接する互いのスキャン領域を離すことができ、画像合成により高分解能高品位を保って画像の範囲を効率よく広げることができる。
【0116】
(第2の実施の形態の変形例)
(変形例1)(請求項3対応)
第2の実施の形態では、データ外挿(S41)によって、拡張前の透過像20を回転の面に沿った(n方向)右側に右端のデータ値を持った領域を拡張し、左側に左端のデータ値を持った領域を拡張したが、データ領域の拡張は図8で説明した拡張方法に限らない。
【0117】
図10は前処理後透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図である。つまり、データの外挿は透過像の端部をなだらかにするために、端部データ値を用いて拡張するほか、例えば傾斜線でも曲線でもなだらかに繋がっていればよい。すなわち、拡張前の透過像20の両端部に対して、回転の面に沿った右側及び右側になだらかなにデータ値を拡張し、拡張した透過像21を作成すればよい。
【0118】
図10(a)のデータ外挿の例では、拡張前の透過像20の左端部の左端値をPL、右端部の右端値をPRとしたとき、左端部側にはPLから(PL+PR)/2までなだらかに直線で外挿させ、右端部側にはPRから(PL+PR)/2までなだらかに直線で外挿させたものである。
【0119】
図10(b)のデータ外挿例は、左端部の左端値PLから零値までなだらかに外挿させ、右端部の右端値PRから零値までなだらかに外挿させたものである。
【0120】
ここでいう、なだらかとはプロファイルが段差なく連続的であることを言う。さらに、プロファイルの拡張部分の傾斜についても急激な変化が無いほうが好ましい。
【0121】
この変形例1によれば、拡張前の透過像n方向の縁にできる段差を、透過像の左右端部になだらかな値を外挿して拡張することにより、段差を外側に追いやり、或いは無くすことができ、第2の実施の形態と同様の効果を上げることができる。
【0122】
(変形例2)(請求項2対応)
第2の実施の形態では、画像合成する3次元画像枚数が2枚以上でなく、例えば1枚、すなわち、画像合成無しとしても、高分解能高品位で広い範囲の3次元画像を得る効果がある。
【0123】
すなわち、被検体1が透過放射線ビーム2である透過像からはみ出すスキャン制御を実施しても、透過像の左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、外に向けて段差を追いやるようにすれば、フィルタリング及び逆投影したときにスキャン領域外縁から外の画像が壊れることがなくなる。よって、簡易なデータ外挿処理により、3次元画像のスキャン領域外縁から外に向けての画質を高めることができ、3次元画像を広げることができる。
【0124】
(変形例3)
第2の実施の形態における再構成処理の流れは、簡単のために、図7に示すステップS41、S42、S43の各処理がそれぞれサイノグラム全体(全n,m,k)について行う例について説明しているが、図7に示す処理の流れに限定されない。例えば、透過像単位でステップS41、S42、S43を続けて行ってもよい。
【0125】
(変形例4)
第2の実施の形態では、フィルタリングに、フーリエ変換+フィルタ関数掛け+逆フーリエ変換を採用する場合、種々のデータ外挿方法が考えられる。
【0126】
図11は変形例4における前処理後透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図である。
【0127】
図11(a)、(b)、(c)はそれぞれ別のデータ外挿で拡張した透過像21を示しているが、データとして等価であり、同じ結果が得られる。拡張した透過像21全体をフーリエ変換する時、透過像21は左端と右端が繋がった輪環のデータと見なせるためである。すなわち、透過像の左・右端部への拡張は透過像の右と左が繋がっているとしてとらえることができる。その結果、段差が一箇所できるが、拡張前の透過像20のn方向縁から隔てて外側に追いやる結果、画質の影響は無視できる。
【0128】
(変形例5)
第2の実施の形態では、領域を拡張するデータ外挿(S41)はフィルタリング直前に行ったが、前処理(S3)時あるいは前処理前に行ってもよい。フィルタリング前には同じデータとなることは容易に理解できる。
【0129】
(変形例6)(請求項6)
第2の実施の形態では、スキャンは1回転する通常のスキャンを想定して説明したが、円錐軌道断層撮影装置における他のスキャン方式の場合も同様にデータ外挿を適用することができる。例えば、180°+ファン角で回転するハーフスキャン、モーションアーチファクト除去のために1回転以上回転するオーバースキャン、回転軸RA投影位置を検出器中心Dからずらして1回転させるオフセットスキャン、回転軸RA方向に被検体1を相対的に移動させながら何回転も回転させるヘリカルスキャンなどにも、第2の実施の形態のデータ外挿を適用し、拡張できる。
【0130】
何れのスキャンにおいても、フィルタリングの直前、またはそれと等価になるステップの段階で、透過像に対してデータ外挿を行った後、フィルタリングと逆投影を行うことで、拡張前の透過像n方向の縁にできる段差を、当該透過像の左右端部の端部値で左右に拡張させていく簡易なデータ外挿で繋げることで、当該段差を外側に追いやることができ、スキャン領域外縁から外にかけての画質を高めることができる。
【0131】
次に、オフセットスキャンの再構成について図12を参照して詳しく説明する。図12はオフセットスキャンの幾何図である。ここで、スキャン領域A0は、回転軸RAを中心としてその片側がX線ビーム2に包含される円筒領域と定義できる。また、スキャン領域A0は、回転軸RAを中心として、X線ビーム2の遠いほうの縁に接し、回転軸RA方向がX線ビーム2に包含される円筒領域と言うこともできる。スキャン領域A0は無理なく再構成できる十分なデータが収集できる領域である。ここでいうはみ出しは、X線ビーム2の回転軸RAより遠い縁からのはみ出しであり、スキャン領域A0からのはみ出しと一致する。
【0132】
図13はオフセットスキャンの再構成処理の流れ図である。この再構成処理は、データ外挿(S41)の前段に新たに重み関数掛け(S40)を追加したことにある。
【0133】
ステップS40では、前処理後のサイノグラムPに対し、重み関数掛けを行う。図14は重み関数掛けの説明図である。
【0134】
図14(a)は前処理後の透過像Pのn方向プロファイル、図14(b)は重み関数23、図14(c)は重み関数掛け後の透過像Pのn方向プロファイルである。ここで、naは回転軸RAの投影位置である。ここでは、全透過像P(サイノグラム)に対し重み関数掛けを行う。
【0135】
オフセットスキャン用の重み関数23は、回転の面に沿ったn方向に依存する関数であって、透過像範囲内において回転軸RAの投影位置naの片側で0、他の側で1とし、na附近で0から1に滑らかに変化し、その傾きがnaを中心として対称な傾きの傾斜部となる関数である(図14(b)参照)。
【0136】
このステップS41では、重み関数掛け後のサイノグラムPに対して、第2の実施の形態と同様にデータ外挿を行う。図15はデータ外挿の説明図である。拡張前の透過像20の左端部が0となっているので、左端部には0が外挿される。
【0137】
ステップS42では、データ外挿後のサイノグラムPに対して、第2の実施の形態と同様に逆投影を行って3次元画像を作成する。
【0138】
このオフセットスキャンにおいては、スキャン領域の半径が2倍近く大きくなり(図1と図12の比較)、さらに、第1の実施の形態と同様にスキャン領域外縁から外にかけて画質を高めることができることから、高分解能高品位を保って画像の範囲を効率よく広げることができる。
【0139】
なお、再構成処理においては、オフセットスキャン用重み関数の代わりに、ハーフスキャン用重み関数、オーバースキャン用重み関数、あるいはヘリカルスキャン用重み関数を用いることで、各スキャンに対応した再構成が可能である。
【0140】
図16はオーバースキャン用重み関数を説明する図である。重み関数W0Vは回転方向kの関数で数値1の平坦部の両端で滑らかに0に落ちる傾斜を有する関数であって、傾斜部はφを回転角として、
W0V(φ)+W0V(φ+2π)=1 ……(2)
の関係がある関数が用いられる。
【0141】
(変形例7)
上記第2の実施の形態では、第1の実施の形態における各変形例がすべて適用できるものである。また、1つ以上の変形例を多重的に組み合わせた変形例も可能であることは、第1の実施の形態の変形例で述べた通りである。
【0142】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0143】
【図1】本発明に係る断層撮影装置の第1の実施形態を示す構成図であって、同図(a)は正面図、同図(b)は平面図。
【図2】第1の実施形態における被検体に対して設定したスキャン領域の一例図。
【図3】第1の実施形態における制御処理部のスキャン位置決め制御とデータ処理全体の流れを示す図。
【図4】第1の実施の形態の変形例1における被検体に対して設定したスキャン領域の一例図。
【図5】第1の実施の形態の変形例7における重み付け平均による画像合成の説明図。
【図6】第1の実施の形態の変形例11における拡大率を変えた画像合成の説明図。
【図7】本発明に係る断層撮影装置の第2の実施の形態における再構成処理の流れ図。
【図8】第2の実施の形態における透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図。
【図9】第2の実施形態における被検体に対して設定したスキャン領域の一例図。
【図10】第2の実施の形態の変形例1における透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図。
【図11】第2の実施の形態の変形例4における透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図。
【図12】第2の実施の形態の変形例6におけるオフセットスキャンの幾何図。
【図13】第2の実施の形態の変形例6におけるオフセットスキャンの再構成処理の流れ図。
【図14】第2の実施の形態の変形例6におけるオフセットスキャンの再構成処理の重み関数掛けの説明図。
【図15】第2の実施の形態の変形例6におけるオフセットスキャンのデータ外挿の説明図。
【図16】第2の実施の形態の変形例6におけるオーバースキャン用重み関数を示す図。
【図17】従来の円錐軌道断層撮影装置の一例を示す模式的な構成図。
【図18】従来の円錐軌道断層撮影装置のスキャン領域を示す平面図及び正面図。
【図19】従来の円錐軌道断層撮影装置におけるスキャン領域外縁から外側の画像劣化状態を説明する図。
【符号の説明】
【0144】
1…被検体、2…X線ビーム、3…X線源、4…X線検出器、4a…検出面、5…支持台、6…XY機構(移動機構)、7…回転・昇降機構(回転手段)、8…制御処理本体部、10(10a,10b,10a´,10b´)…スキャン領域、11…入力部、12…制御処理部、12a…スキャン制御部、12b…前処理部、12c…再構成部、12d…画像合成部、13…記憶装置、20…拡張前透過像、21…拡張した透過像、RA…回転軸、L…X線光軸、αL…ラミノ角。
【技術分野】
【0001】
本発明は、被検体に対する放射線の照射方向を円錐に沿って変化させる円錐軌道断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【0002】
円錐軌道の断層撮影装置は、円形トモシンセシス(Tomosynthesis)装置、あるいは円形ラミノグラフ(Laminograph)、あるいは傾斜型CT(Computer Tomograpy)装置とも呼ばれている。
【0003】
円錐軌道の断層撮影装置は、放射線源から発生する放射線を被検体に照射し、当該被検体から透過してくる放射線を2次元分解能の放射線検出器で検出し、相対的に、被検体に対する放射線照射方向を円錐に沿って変化させ、この変化の各位置で得られる放射線検出器の出力から被検体の3次元画像を作成するものである。
【0004】
図17は従来の円錐軌道断層撮影装置の一例を示す模式図(正面図)である(特許文献1)。
この断層撮影装置は、X線焦点FからX線ビーム101を照射するX線管102と、被検体103から透過してくるX線ビーム101を検出しデジタル透過像として出力する2次元のX線検出器104と、テーブル105と、回転機構106とで構成される。
【0005】
被検体103は、テーブル105に載置され、X線管102から照射されるX線ビーム101内で、回転機構106により、X線光軸L(X線ビーム101の中央線)に対し90度より小さなラミノ角αLを成す回転軸RAに対して回転される。
【0006】
すなわち、断層撮影装置は、回転機構106によって被検体103を1回転させる間に所定の回転角度ごとにX線検出器104で多数の透過像を撮影し(スキャンと言う)、これら多数の透過像を再構成処理して被検体103の3次元画像(多数の断面像)を作成する。
【0007】
再構成方法はフェルドカンプ等(非特許文献1)による方法などが用いられる。この再構成方法は、透過像のフィルタリングと逆投影による方法である。
【0008】
この再構成方法で得られるボクセルデータ(各格子点に画素値を配分した形式)としての3次元画像は、点群データ、ポリゴンデータ(立体物の表面を多数の多角形平面の集まりとして表わしたデータ)、STL(Standard Triangulation Language)データなどの形式に変換でき、またデジタルエンジニアリング技術で行う各種の解析にも応用することができる。
【0009】
ところで、以上のような円錐軌道断層撮影装置は、板状をなす被検体の検査に効果を発揮する。その理由は、例えばラミノ角αLが90度である通常のCT装置では、X線光軸Lが被検体103の長手方向と平行になるため、被検体103によるX線吸収が大きくなって断面像が劣化するが、ラミノ角αLが90度より小さくなるように傾ければ、回転中に常に被検体103の板面に対して斜めに交差し、良好な断面像が得られるためである。
【0010】
従って、円錐軌道断層撮影装置では、以上のような理由から電子部品が実装された電子回路基板などの板状の被検体の内部検査,例えば半田ボールを接合端子として用いるBGA(Ball Grid Array)接合の検査などに好適である。
【0011】
また、従来の円錐軌道断層撮影装置は、X線幾何条件が自由に設定でき、色々な対象物に対応できる特徴を持っている。つまり、X線管101(X線焦点F)に対して、テーブル105(回転軸RA)あるいはX線検出器104を近づけたり遠ざけたりすることで、撮影距離FCD(Focus to rotation Center Distance)と検出距離FDD(Focus to Detector Distance)が連続的に変更でき、被検体103に応じて撮影倍率(拡大率)=FDD/FCDを容易に変えられ、また、ミラノ角αLも可変できる。
【0012】
図18は従来の円錐軌道断層撮影装置のスキャン領域を示す2面図であって、同図(a)は平面図、同図(b)は正面図である。
【0013】
この図18から明らかなように、スキャン領域An(斜線部)は、回転軸RAを中心とし、1回転中に測定されるX線ビーム101に包含される円筒領域である。スキャン領域Anは無理なく再構成するのに十分なデータを収集できる領域である。
【0014】
従って、このような円錐軌道断層撮影装置では、被検体103の検査領域をスキャン領域Anに収め、かつ、できる限り拡大率を大きくして撮影すれば、高分解能断面像を得ることができる。
【0015】
さらに、従来の円錐軌道断層撮影装置では、拡大率を上げるためにX線管102のX線焦点Fと被検体103との撮影距離FCDを小さくするが、その結果、被検体103がX線ビーム101(測定視野)からはみ出した状態で断層撮影を行うことになる。
【0016】
しかし、被検体103がX線ビーム101からはみ出した場合、3次元画像のスキャン領域外縁から外に向けて急速に画像が劣化する。その理由は、図19(a)に示す空気補正と対数変換後の透過像プロファイルを参照して、撮影した透過像の縁が空気でなく、被検体103の構造物の影響を受けるために0にならず、段差111となって現れ、この段差111がフィルタリング処理で強調されるためにひげ状のノイズ112が生じ、図19(b)に示す3次元画像を参照して、このノイズ112が逆投影によりスキャン領域Anの外側113の直線状アーチファクトとなり、3次元画像を壊してしまうためである。
【特許文献1】特開2003−329616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/June1984。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
近年、電子機器の小型化とともに、機器筐体内に実装される電子回路基板が益々細密化しており、それに伴って断層撮影装置においても高分解能高品位の3次元画像が望まれている。
【0018】
このため、円錐軌道断層撮影装置としては、分解能を上げるためにX線管102のX線焦点Fを被検体103に近づけて拡大率を上げ、狭いスキャン領域Anを選択して検査する場合が多い。その結果、被検体103がX線ビーム101からはみ出すことは避けられない。
【0019】
従って、円錐軌道断層撮影装置では、X線検出器104の分解能を上げない限り、分解能の低下を伴わずにスキャン領域Anを広げることができない問題がある。
【0020】
他方、X線検出器104の分解能を上げない限り、前述したように「はみ出し」の影響により、スキャン領域Anの外側113の3次元画像を壊してしまうので、分解能の低下を伴わずにスキャン領域Anより広い範囲の3次元画像を得ることができない。
【0021】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望とする拡大率を満足させつつ、高分解能高品位で広い範囲の3次元画像を得る円錐軌道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】
【0022】
上記課題を解決するために、請求項1に対応する発明は、被検体に向けて放射線ビームを照射する放射線源と、前記被検体から透過してくる放射線ビームを検出する2次元の放射線検出器と、この放射線検出器により検出される放射線ビームの中心線の方向に対し90度より小さなラミノ角で交差する回転軸に対して、被検体を支持する支持台と前記放射線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、この回転手段によって回転を行いつつ所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出した前記被検体の透過像を収集し、当該被検体の3次元画像を作成する制御処理部とを有する円錐軌道断層撮影装置において、
前記回転軸に直交する面内で、前記支持台または所定の位置関係を保ったまま前記放射線源,前記放射線検出器及び前記回転軸を一体的に移動する移動機構と、
前記制御処理部は、前記移動機構を移動制御させて複数のスキャン位置を設定するスキャン位置設定手段と、このスキャン位置設定手段で設定された各スキャン位置で定まるスキャン領域のもとにスキャン制御を実施し、前記放射線検出器から前記被検体の透過像を収集するスキャン制御手段と、このスキャン制御手段で収集された各スキャン位置毎の前記被検体の透過像からそれぞれ3次元画像を再構成する再構成手段と、この再構成手段で再構成された各3次元画像を前記スキャン位置に基づいて合成して1つの合成3次元画像を作成する画像合成手段とを備えた円錐軌道断層撮影装置である。
【0023】
従って、本発明は、以上のような手段を講じたことにより、測定視野からはみ出る被検体に対し、所望の送り量に従ってスキャン位置を移動させつつスキャン制御によって得られる被検体の透過像からそれぞれ3次元画像を取得し、当該スキャン位置の移動量だけずらして合成処理を行うので、測定視野に収まらない大きな範囲の断面像を得ることができる。
【0024】
請求項2に対応する発明は、被検体に向けて放射線ビームを照射する放射線源と、前記被検体から透過してくる放射線ビームを検出する2次元の放射線検出器と、この放射線検出器により検出される放射線ビームの中心線の方向に対し90度より小さなラミノ角で交差する回転軸に対して、被検体を支持する支持台と前記放射線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、この回転手段によって回転を行いつつ所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出した前記被検体の透過像を収集し、当該被検体の3次元画像を作成する制御処理部とを有する円錐軌道断層撮影装置において、前記制御処理部は、前記放射線検出器から収集した前記被検体の多数の透過像それぞれを前記回転の面に沿った左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、この拡張された透過像それぞれに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行い、当該高周波強調フィルタリング後の前記拡張透過像それぞれを逆投影して前記被検体の3次元画像を作成する再構成手段を設けた円錐軌道断層撮影装置である。
【0025】
この発明は、以上のような手段を講じたことにより、被検体が透過放射線ビームである透過像からはみ出すスキャン制御を実施しても、透過像の縁で段差ができないように、透過像の左・右端部になだらかにデータ値を付加して拡張し、外に向けて段差を追いやることで、フィルタリング及び逆投影したときにスキャン領域外縁から外の画像が壊れることがなくなる。よって、簡易なデータ外挿処理により、3次元画像のスキャン領域外縁から外に向けての画質を高めることができ、3次元画像を広げることができる。
【0026】
請求項3に対応する発明は、前記請求項1に対応する発明の構成要素である前記再構成手段として、前記スキャン制御手段で収集された各スキャン位置毎の前記被検体の透過像それぞれを前記回転の面に沿った左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、この拡張された透過像それぞれに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行い、当該高周波強調フィルタリング後の前記拡張透過像それぞれを逆投影して前記被検体の3次元画像を作成する構成である。
【0027】
このような手段を講じたことにより、測定視野からはみ出る被検体に対して、移動機構を移動制御させながらスキャン位置を変えてスキャン制御を実施し、各スキャン位置毎の透過像の左・右両端部になだらかにデータ値を付加して拡張し、得られた各拡張した透過像から3次元画像を作成した後、これら複数の3次元画像を、移動量だけずらしつつ合成処理を行うに際して、各3次元画像のスキャン領域外縁から外にかけての画質を高めることができ、また3次元画像をスキャン領域より広げられので、同じ合成枚数でより広い範囲の断面像を得ることができる。
【0028】
請求項4に対応する発明は、請求項1または請求項3に対応する発明において、前記画像合成手段としては、前記再構成手段で作成された複数の3次元画像の接続部で重なり部分を有する場合、その重なり部分の3次元画像間の平均値を用いてなだらかに接続した合成3次元画像を作成する構成である。
【0029】
以上のような手段を講じることにより、複数の3次元画像の重なり部分に若干の差異がある場合でも、滑らかに繋がった合成画像を得ることができる。
【0030】
また、請求項5に対応する発明は、請求項1、請求項3、請求項4の何れかに対応する発明において、前記画像合成手段としては、前記再構成手段で作成された複数の3次元画像の接続部で重なり部分を有する場合、その3次元画像の重なり部分の差異が最小となるように互いにずらして合成3次元画像を作成する構成である。
【0031】
本発明は、以上のような手段を講じたことにより、画像の繋がりに狂いがある場合でも、その狂いを調整して正確に繋がった合成画像を得ることができる。
【0032】
さらに、請求項6に対応する発明は、請求項1ないし請求項5の何れかに対応する発明において、透過像中の回転軸の位置を前記放射線ビームの中心から一方の縁部近くに設定してオフセットスキャンを実施するものである。
【0033】
本発明は、以上のような手段とすることにより、オフセットスキャンにより得られた透過像を再構成するので、3次元画像を大きくできる効果がある。これにより、少ない合成枚数の3次元画像を合成し、広い範囲の断層像を得ることができる。
【発明の効果】
【0034】
本発明によれば、所望とする拡大率を確保しつつ、スキャン位置の移動ないし透過像の外挿データの拡張により、高分解能高品位で広い範囲の3次元画像を得ることができる円錐軌道断層撮影装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0035】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明に係る円錐軌道断層撮影装置の第1の実施形態を示す構成図であって、同図(a)は正面図、同図(b)は平面図である。なお、ここでは放射線としてX線を用いて説明する。
【0036】
円錐軌道断層撮影装置は、被検体1に向けてX線ビーム2を照射するX線源3と、被検体1から透過してくるX線ビーム2を透過像(透過データ)として検出する2次元X線検出器4と、被検体1を支持する支持台5と、この支持台5をXY方向に水平移動させるXY機構(移動機構)6と、このXY機構6を回転軸RAに対して回転させると共に回転軸RAに沿って昇降させる回転・昇降機構(回転手段)7と、XY機構6及び回転・昇降機構7を制御すると共に回転スキャン時に所定の回転角度ごとに2次元X線検出器4で検出された透過像を収集し、この収集した透過像から被検体1の3次元画像を再構成する制御処理本体部8とで構成される。制御処理本体部8以外はX線の遮蔽箱(図示せず)に収納されている。4aは検出面である。
【0037】
回転軸RAは、X線ビーム2の中心線L(ほぼX線源3のX線焦点FとX線検出器4の中心Dとを結ぶ線であって、以下、X線光軸Lと称する)の方向に対し90度より小さなラミノ角αLで交差している。回転軸RAは、X線光軸Lとラミノ角αLで交差しているのでなく、X線光軸Lの方向とラミノ角αLで交差している。すなわち、回転軸RAとX線光軸Lが交わっている必要はない。なお、ラミノ角αLは概略40度から80度の範囲に設定される。
【0038】
X線源3は、照射するX線ビーム2の発散点であるX線焦点Fが1μm程度のマイクロフォーカスX線管、制御処理本体部8からの設定制御指令に従って管電圧、管電流等を制御する制御回路及び制御回路の制御指令に応じた所望の管電圧、管電流をX線管に印加する電気回路からなり、例えば基台上のアーム(図示せず)などに支持されている。ここで、X線ビーム2は、放射されるX線のうち実際にX線検出器4で検出されるX線を指す。
【0039】
X線検出器4は、検出面4aに沿って多数のX線検出素子が2次元のマトリックス(n,m)状に配列されたX線フラットパネルディテクタ(FPD)等が用いられ、X線源3からのX線ビーム2の照射のもとに被検体1内部を透過してくるX線透過像を2次元分解能で検出し、制御処理本体部8へ送信して、制御処理本体部8がそのデジタル透過像を取り込む。
【0040】
被検体1は、前述したように支持台5に支持され、制御処理本体部8からのXY移動制御指令に従い、XY機構6が回転軸RAと直交する面内で回転軸RAに対して支持台5を移動することで所望位置に位置決めされる。
【0041】
また、被検体1は、制御処理本体部8からの回転・昇降制御指令に従い、回転・昇降機構7により支持台5及びXY機構6と共に回転軸RAの方向(z方向)に昇降されて位置決めされ、かつ、X線ビーム2内で回転軸RAに対して回転される。この回転の際、XY機構6の移動方向X,Yも被検体1と一緒に回転する。
【0042】
なお、X線源3,X線検出器4及び回転・昇降機構7は図示していない機構で互いに位置決めされる。
【0043】
支持台5は、プラスチックやカーボンなどで作られ、X線の吸収を少なくするために支持台内部が中空に形成されている。支持台5は、被検体1にあわせて交換でき、例えば大きな被検体1の場合には大きなものが用いられる。
【0044】
スキャン領域10は、回転軸RAを中心とし、1回転中に測定されるX線ビーム2に包含される半径の円筒領域(正確には、円筒の上下に円錐を付けた領域)である。回転軸RAは、図1(b)に示すように、通常、機構誤差のためにX線光軸Lから少しずれているので、スキャン領域10の半径は回転軸RAに近いX線ビーム2の縁で決まる。スキャン領域10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。
【0045】
なお、XY機構6及び回転・昇降機構7には図示されていないがエンコーダが取り付けられ、支持台5のX,Y位置、高さ及び回転角度などを読み取って制御処理本体部8に送出する。
【0046】
制御処理本体部8は、通常のコンピュータが用いられ、ハードウェア的な構成としては、キーボード11a、マウス11bなどの入力部11と、CPU等で構成される制御処理部12と、磁気ディスクまたは光ディスクなどの記憶装置13と、表示部14が設けられ、その他にX線検出器4との間でデータのやり取りを行うインタフェース(図示せず)やXY機構6,回転・昇降機構7との間でXY移動制御や回転制御に関するデータのやり取りを行う中継機能の役割を果す機構制御ボード(図示せず)などが設けられている。
【0047】
制御処理部12は、機能的には、個別のプログラムデータに基づいて、スキャン制御を実施するとともに、X線検出器4からデジタル透過像を収集し、記憶装置13に記憶するスキャン制御部12aと、このスキャン制御部12aにより収集された透過像の前処理を行う前処理部12bと、再構成処理を行って被検体1の3次元画像(多数の断面像)を作成し、表示部14に表示する再構成部12cと、再構成部12cで得られた複数の3次元画像を合成し、広い範囲の3次元画像を得る画像合成部12dとが設けられている。
【0048】
制御処理部12としては、入力部11からの指示のもとにX線源3に対し管電圧、管電流等の設定制御指令を送出し、所望の管電圧、管電流等に設定するとともに、X線の放射、停止指令も送出する。なお、管電圧、管電流は被検体1の大きさに合わせて変えることができる。
【0049】
すなわち、制御処理部12は、入力部11及び表示部14を用いて、操作者による操作のもとにメニュー選択、管電圧、管電流等を含む撮影条件の設定、必要な機構部分の手動操作、スキャンの開始、ステータスの読取り、3次元画像の表示などを行う。
【0050】
なお、制御処理本体部8は、前述したように汎用のコンピュータが用いられるが、例えば構成部分1〜7と一体化したCPU内蔵の専用断層撮影装置を用いて、実現しても構わない。
【0051】
次に、以上のような円錐軌道断層撮影装置の第1の実施形態における作用を説明する。
【0052】
この実施の形態は、制御処理本体部8から送出されるXY移動制御指令に基づき、回転・昇降機構7上のXY機構6により、被検体1に対して相対的にスキャン領域10を移動させて複数のスキャン位置を設定し、各スキャン位置ごとにスキャン制御により得られる透過像からそれぞれ断面像を取得し、これら断面像を合成し、広範囲の断面像を得るものである。
【0053】
図2は被検体1に対して2つのスキャン領域を設けた例を説明する図である。
スキャン位置を変えて第1のスキャン領域10aと第2のスキャン領域10bを設定し、これら論理和した広い範囲の領域をスキャン領域とする。従って、論理和したスキャン領域10a,10bは無理なく再構成できる領域となる。
【0054】
すなわち、この断層撮影装置は、第1のスキャン位置で定まる第1のスキャン領域10aに略内接する正方形の3次元画像R1を再構成し、同じく第2のスキャン位置で定まる第2のスキャン領域10bに略内接する正方形の3次元画像R2を再構成した後、3次元画像R1と3次元画像R2とを合成する。
【0055】
図3はスキャン位置決め制御とデータ処理全体の流れを示す図である。
ステップS1では、被検体1の透過像を撮影するスキャン制御を実施するための第1のスキャン位置を設定する。操作者は、被検体1を支持台5に載置した後、制御処理本体部8から昇降制御指令を送出し、回転・昇降機構7により支持台5を所定の高さになるように昇降制御する。
【0056】
次に、制御処理本体部8からXY移動制御指令を送出し、XY機構6により支持台5をXY方向に移動させ、第1のスキャン位置を設定する。
【0057】
引き続き、操作者は、入力部11からスキャン開始指示を入力すると、X線源3から被検体1に向けてX線ビーム2を照射させた状態で、スキャン制御部12aがスキャン制御用プログラムに基づいてスキャン制御を実施する(ステップS2)。
【0058】
ステップS2では、スキャン制御部12aが機構制御ボードを介して回転制御指令を回転・昇降機構7に与えると共に撮影指令をX線検出器4に与えてスキャン制御を実施する。回転・昇降機構7は、回転制御指令に従ってXY機構6とともに支持台5を回転させ、この回転の間、所定の回転角度ごとに、X線検出器4が被検体1から透過されてくる透過像を撮影し、デジタル透過像として制御処理本体部8に送出し、制御処理本体部8はそのデジタル透過像を収集し、記憶装置13に記憶する。
【0059】
従って、支持台5が一回転するスキャンの間に記憶装置13には、X線検出器4から収集された多数のデジタル透過像が回転の順kに並べられて、3次元のサイノグラムP(n,m,k)が記憶される。
【0060】
ステップS3では、制御処理部12が前処理部12bを実行する。
前処理部12bは、記憶装置13に記憶された全部の透過像に対して、予め定める前処理用プログラムに基づいて前処理を行う。ここで、前処理とは例えばオフセット補正、感度補正(空気補正)、対数変換などである。これらオフセット補正、感度補正(空気補正)、対数変換などの前処理は画像処理で一般的に行われている手法を用いて処理する。前処理の一例としては、概略,
前処理後の値P=LOG(空気画像PA/前処理前の値P0) ……(1)
なる演算式に基づき、前処理後の値Pを求める。ここで、空気画像PAは被検体1が無いときの画素値であって、予めX線検出器4で検出して記憶装置13等に記憶されている値を用いる。
【0061】
次に、制御処理部12の再構成部12cが再構成用プログラムに従って再構成処理を実行する(ステップS4)。
すなわち、ステップS4では、第1のスキャン位置で定まる第1のスキャン領域10a内でスキャンして得られた前処理後の各回転角度の透過像Pに対し、それぞれ回転の面に沿った方向(n方向)(正確には透過像上の回転軸の投影と直交する方向)に|ω|に略比例する高周波強調フィルタリング(CTで言うRamachandran & Lakshminarayanan フィルタリング等)を行う。フィルタリングは、例えばコンボリューションで行うか、あるいはフーリエ変換+フィルタ関数掛け+逆フーリエ変換等によって行う。
【0062】
次に、フィルタリング後の透過像をそれぞれ被検体1の位置に仮想設定した3次元再構成グリッド上へX線経路に沿って逆投影(加算)する。すべての透過像についてフィルタリングと逆投影とを終えると、例えば第1のスキャン領域10aに略内接する正方形の3次元画像R1が生成される。ここで、3次元画像の実空間でのサイズは、自ら再構成グリッドを設定していることから既知である。
【0063】
ステップS5では、全スキャン位置における一連の処理が完了したか否かを判断し、終了していない場合にはステップS6に移行する。
【0064】
ステップS6では、次のスキャン位置,図2の例では第2のスキャン位置を設定する。具体的には、自動あるいは手動操作に基づき、XY機構6により被検体1を−X方向に移動させつつ、例えば前述した第1のスキャン位置と繋がる位置まで移動させて、次のスキャン位置を設定する。つまり、被検体1を−X方向に{(3次元画像R1の実空間での横サイズ+3次元画像R2の実空間での横サイズ)/2}なる距離だけ移動させ、次(例えば第2)のスキャン位置を設定する。
【0065】
以上のようにして次のスキャン位置を設定した後、ステップS2に戻り、前述と同様の処理(S2〜S5)を繰り返し実行し、全スキャン位置における一連の処理が完了したとき、ステップS7に移行し、画像合成処理を行う。
【0066】
ステップS7では、画像合成部12dにより、各スキャン位置で得られた3次元画像を合成する。すなわち、図2に示す第1のスキャン位置で得られるスキャン領域10aに略内接する3次元画像R1と第2のスキャン位置で得られるスキャン領域10bに略内接する3次元画像R2とを繋ぎ合わせて広い範囲の3次元画像を作成する。
【0067】
従って、以上のような実施の形態によれば、円錐軌道断層撮影装置において、スキャン領域からはみ出る被検体1に対し、複数のスキャン位置を設定し、それぞれのスキャン領域内の3次元画像を再構成した後、これら複数の3次元画像を合成するので、従来のスキャン領域を越える広い範囲のスキャン領域により高品位な3次元画像を作成することができる。
【0068】
(第1の実施の形態の変形例)
(変形例1)
第1の実施の形態では、図2に示すように2つのスキャン位置の設定例を説明したが、スキャン位置の設定数は限定しない。
【0069】
図4は被検体1に対してスキャン領域の3つの設定例を示す図である。
同図(a)は、4つのスキャン領域A1〜A4の設定例である。具体的には、スキャン制御部12aは、自動的にXY機構6を制御し、3次元画像が繋がるように4つのスキャン位置を設定し、各スキャン位置のもとにそれぞれスキャン制御を実施し、被検体1からの透過像をX線検出器4で撮影する。再構成部12cは、X線検出器4で得られた透過像のうち、各スキャン領域A1〜A4にそれぞれ略内接する正方形の透過像を再構成し、3次元画像R1〜R4を作成する。画像合成部12dは、4つの3次元画像R1〜R4を繋ぎ合わせて合成し、広いスキャン領域の断面像を作成する。
【0070】
同図(b)、(c)は、同様に6つ、9つのスキャン位置を設定し、各スキャン位置のもとにスキャン制御を実施し、被検体1からの透過像をX線検出器4で撮影する。そして、X線検出器4で得られた透過像のうち、各スキャン領域A1〜A6、A1〜A9にそれぞれ略内接する正方形の透過像を再構成し、3次元画像R1〜R6、R1〜R9を作成する。画像合成部12dは、各3次元画像R1〜R6、R1〜R9を合成し、さらに広いスキャン領域の断面像を作成する。
【0071】
なお、3次元画像の一辺の実空間の長さをGとすると、スキャン制御部12aはスキャン位置の位置決め時、XY機構6による送り量を容易に決定できる。4つの3次元画像R1〜R4を合成する場合、例えば、合成する各3次元画像の中央がC点の基準位置に設定するように、XY機構6による(X,Y)方向の送り量を順番に、(−G/2,−G/2)、(G/2,−G/2)、(G/2,G/2)、(−G/2,G/2)と移動させつつ、4つのスキャン位置を設定し、各スキャン位置でスキャン制御を実施する。そして、X線検出器4で得られた透過像のうち、各スキャン領域A1〜A4にそれぞれ略内接する正方形の透過像を再構成し、3次元画像R1〜R4を作成し、図4(a)に示すように合成する。この画像合成は、XY送り量ピッチであるGだけ中心をずらして重ね合わせることで合成できる。
【0072】
(変形例2)
第1の実施の形態の変形例1では、1つのスキャン位置で得る3次元画像のサイズ(幅
)Gに合せるように、複数のスキャン位置の間隔(X,Y送り量ピッチ)を設定しているが、逆に、複数スキャン位置の間隔(X,Y送り量ピッチ)Gを設定し、これに合せて再構成する3次元画像のサイズを設定するようにしてもよい。
【0073】
例えば、被検体1として電子回路基板のBGAを撮影する場合、BGAの半田ボールは基板面に沿ってます目状に例えば等間隔Hでならんでいる。この場合、スキャン領域がiを自然数としてi×i個の半田ボールを包含するとして、i×i個ずつスキャンする。すなわち、各スキャン位置をスキャン領域中心がi×i個の半田ボールの中央になるように、また、スキャン位置の間隔GがHのi倍になるように設定し、各3次元画像のサイズはスキャン位置の間隔Gと同じサイズにする。これにより、各スキャン位置で得た3次元画像を中心間をGだけ離して繋ぎ合せるように合成すると、繋ぎ目に半田ボールがかからないように合成画像を得ることができる。
【0074】
ここで、あるいは、各3次元画像のサイズはi×i個の半田ボールを含むサイズであればよく、スキャン位置の間隔Gとは異なるサイズG´に設定することもできる。このとき、合成画像は各スキャン位置に基づいて、各画像の中心間の間隔をスキャン位置の間隔Gだけ離して配置するように合成する。あるいは、合成画像は、各画像の中心間の間隔を画像サイズ(幅)G´だけ離して配置するように、つまり各画像を繋ぎ合せて敷き詰めるように合成する。このようにすると、合成画像上で半田ボール間に画像として欠落部分あるいは重複部分が生じるが、この欠落部分あるいは重複部分に検査対象の半田ボールがかからないように合成画像ができるので問題はない。
【0075】
以上により、半田ボール間の位置関係を把握しつつ個々の半田ボールの状態をよく観察できる3次元合成画像が得られる。
【0076】
(変形例3)
3次元画像の形状は回転軸RA方向から見たときに正方形に限らない。例えば、長方形でも円形であってもよい。3次元画像の大きさも任意であり、また、必要に応じてスキャン領域から多少はみ出した形状であってもよい。さらに、3次元画像のボクセルの縦横高さは同じ寸法でも、あるいは同じ寸法でなくてもよい。
【0077】
(変形例4)
第1の実施の形態における処理の流れとしては図3に示す通りであるが、簡単のために、ステップS2、S3、S4の各処理がそれぞれサイノグラム全体(全n,m,k)について行うように説明しているが、図3に示す処理の流れに限定されない。
【0078】
例えば、ステップS2のスキャン制御が完結する前に収集した画像から順にステップS3の前処理を開始させてもよいし、ステップS3で前処理が完結する前に前処理が済んだ画像から順にステップS4の再構成処理を行ってもよい。
【0079】
(変形例5)
第1の実施の形態では、幾何条件の変更については説明を省略しているが、実際には幾何条件を変更する幾何条件変更機構を備えていてもよい。例えば、図1に示すラミノ角αLの可変機構、回転軸RAがX線光軸Lと再接近する点をCとした上でX線焦点FとCの間の距離(FCD)、X線焦点Fと検出面4a中心Dの間の距離(FDD)、またCとDの間の距離(CDD)を相対的に変更させつつ透過像の拡大率を変更する機構、また回転軸RAとX線光軸Lを相対的に隔てる方向(紙面と直交方向)に相対的に平行移動させるオフセット機構(オフセットスキャン用)などを追加してもよい。
【0080】
なお、幾何条件変更機構を用いて、拡大率(FDD/FCD)を変更する場合、被検体1をX線焦点Fに近づけて拡大率を上げ、かつ、複数のスキャン位置でスキャンすることにより、高分解能な3次元画像を得ることが可能になる。
【0081】
(変形例6)
第1の実施の形態では、回転・昇降機構7による回転等の動きについては相対的であればよい。例えば、回転軸RAに対する支持台5とX線ビーム2との回転や支持台5の回転の面に沿った回転軸RAに対する移動(XY移動)は相対的でよい。すなわち、被検体1を回転軸RAに対して回転させる代わりに、X線源3とX線検出器4とを互いの位置を保ったまま一体的に回転軸RAに対して回転させるとか、支持台5を回転軸RAに対して移動させる代わりに、X線源3とX線検出器4と回転軸RAとを一体で支持台5に対して移動させてもよい。
【0082】
(変形例7)(請求項4対応)
第1の実施の形態では、各3次元画像が互いに重ならずに繋がるように複数のスキャン位置を設定したが、3次元画像同士が接続部分で互いに重なり合うように設定してもよい。例えば、3次元画像の重なり部分は重なった3次元画像間の平均により得るようにしてもよい。平均としては、例えば、重み付け平均を用いる。
【0083】
図5は重み付け平均による画像合成を説明する図である。3次元画像R1のX方向一方である図示右側の重なり部分は1から0に変化するウエイトW1(X)を掛け、他方の3次元画像R2のX方向一方である図示左側の重なり部分は0から1に変化するウエイトW2(X)を掛けることで平均化する。
【0084】
図5ではウエイトを直線状に変化させているが、これに限定されることなく、要はW1(X)+W2(X)=1となるように滑らかに変化させればよい。これにより、重なり部分に若干の差異がある場合でも滑らかに繋がった1つの合成3次元画像を得ることができる。
【0085】
なお、図5は横方向の合成であるが、縦横方向の合成の場合も同様に重み付け平均の画像合成ができることは容易に分かる。すなわち、図4(c)に示すように、9枚の3次元画像の合成の場合、まず横方向を帯状にウエイト掛けして合成し、出来上がった3つの帯を、縦方向にウエイト掛けして合成すればよい。また、これと等価な計算をR1,R2,…,R9の順で、または任意の順で、合成しても構わない。
【0086】
さらに、重み付け平均の3次元画像を合成する前に、各画像における重なり部分からその外にかけての各画素に対して、重なり部分において各画像の平均画素値を互いに一致させるような係数であり、重なり部分からその外にかけてなだらかに数値1まで収束するような係数を各画像ごとに掛けた後、ウエイト掛けの3次元画像を合成すれば、さらに滑らかに繋がる合成画像を得ることができる。
【0087】
(変形例8)
第1の実施の形態においては、XY移動制御の位置決め停止精度が悪い場合、制御目標値ではなく、実測の停止位置(動き始めて次の停止位置までの移動量)を用いて、画像合成を行うようにしてもよい。すなわち、各画像の中心間の位置関係を、実測したXY移動位置に合わせるようにして合成してもよい。
【0088】
(変形例9)(請求項5対応)
第1の実施の形態では、各3次元画像が互いに重ならずに繋がるように複数のスキャン位置を設定したが、3次元画像同士が接続部で重なり合うように、XY移動位置(各スキャン位置)を設定し、合成時に重なり部分の画素値の差異が最小になるように互いの画像をずらして合成してもよい。これは、例えば、各3次元画像の重ね合せをX,Y(,Z)方向に少しずらして探索し、各ずらし位置でそれぞれ重なり部分の平均の画素値差(絶対値)を計算し、相互の画素値差が最も小さくなるときのずらし位置を決定し、この決定された位置に従って合成してもよい。
【0089】
これにより、Gの数値等に狂いがあっても、その狂いを調整し、正確に繋がる合成画像を得ることができる。Gの数値の狂いのみが予想される場合は、画素値差の計算は画像中心間を結ぶ方向にのみずらし移動させて行ってもよい。
【0090】
(変形例10)
第1の実施の形態では、被検体1を回転軸RA方向(上下方向)に複数位置に移動させてスキャン制御を実施し、各位置における被検体1からの透過像から得られる3次元画像については、回転軸RA方向にも画像合成することが可能である。また、このとき、回転軸RA方向の3次元画像が重なるようにして、前述した平均を行う合成(変形例7)や移動調整する合成(変形例9)を行うようにしてもよい。
【0091】
(変形例11)
前記変形例5においては、拡大率を変更する機構の追加例について説明したが、このような拡大率を変更したときの画像間の合成も可能である。
【0092】
図6は拡大率を変えた場合の画像合成の説明図である。
XY機構6を用いて、被検体1をXY方向に移動させて各スキャン位置を設定した後にスキャン制御を実施し、被検体1の透過像から3次元画像R1,R2,R3,R4を得るようにした後、さらに追加的に被検体1の注目部位が回転軸RA上に位置するようにX,Y(X5,Y5)に移動させ、拡大率を上げた状態でスキャン制御を実施する。そして、このスキャン制御で収集された透過像に基づいて得られる3次元画像R5を作成する。
【0093】
しかる後、3次元画像R5の一辺をG5とすると、図6に示すように3次元画像R5における被検体1の注目部位に相当する位置と、例えば3次元画像R1の対応する位置とを位置合わせし、画像合成を行う。
【0094】
ここで、3次元画像R5の領域は分解能の高い3次元画像となっている。そこで、各3次元画像R1,R2,R3,R4の全体の画素サイズについては、最小の3次元画像R5の画素サイズに統一するように再編成する。つまり、各3次元画像R1,R2,R3,R4を被検体1の注目部位をもつ3次元画像R5に合わせる。
【0095】
以上のようにすることにより、注目部位の分解能を高める一方、非常に広い範囲の合成画像を短時間に作ることができる。
【0096】
また、拡大率を変えた画像合成は、R5の位置及びG5を変えながら、R5と他の画像R1,R4の重なり部分の平均の画素値差を計算し、画素値差が最も小さなR5の位置及びG5を見つけて合成することで、移動位置及び拡大率の誤差を補正した合成画像を得ることができる。ここで、注目部位は何箇所であってもよく、拡大率もそれぞれ任意に設定できる。また、低拡大率の画像は複数枚でなく1枚とすることもできる。
【0097】
(変形例12)
第1の実施の形態では、1つの3次元画像として考えているが、1枚の断面像であってもよい。すなわち、3次元画像としてはその特殊形として2次元画像も含めて考えることができる。
【0098】
(変形例13)
第1の実施の形態では、画像合成はボクセルデータ(ピクセルデータを含む)として得られる3次元画像(2次元画像を含む)で行っているが、当該ボクセルデータを点群データ、ポリゴンデータ、STLデータ等の形式に変換した後に合成することもできる。
【0099】
(変形例14)
第1の実施の形態では、1回転する通常のスキャンについて説明したが、円錐軌道断層撮影装置における他のスキャン方式の場合でも同様に画像合成を行うことができる。例えば、180°+ファン角回転させてスキャンするハーフスキャン、モーションアーチファクトを除去するために1回転以上回転させてスキャンするオーバスキャン、回転軸RA投影位置を検出面中心Dからずらして1回転させてスキャンするオフセットスキャン、回転軸RA方向に被検体1を相対的に移動させながら何回も回転させてスキャンするヘリカルスキャンなどでも、前述した第1の実施の形態で説明した画像合成処理を適用することができる。
【0100】
すなわち、XY機構6により、回転軸RAに対して被検体1をXY方向に移動させて複数のスキャン位置を設定し、各スキャン位置でそれぞれ各スキャン方式を実施し、得られた透過像から3次元画像を作成する。そして、各スキャン位置でのスキャンで得られた各3次元画像の位置関係が分かるので、第1の実施の形態と同様の要領で画像合成できる。
【0101】
(変形例15)
第1の実施の形態では、X線検出器4としてFPDを用いたが、2次元分解能を有するものであれば、他の検出器を用いてもよい。
【0102】
(変形例16)
第1の実施の形態では、放射線源としては、マイクロフォーカスX線管を有するX線源3を用いたが、他のX線源でもよく、またγ線、マイクロ波等の放射線源を用いてもよい。
【0103】
(変形例17)
さらに、前述したように多数の変形例を説明したが、これら2つ以上の変形例を多重的に組み合わせた変形例も同様に含むものである。
【0104】
(第2の実施の形態)
本発明に係る円錐軌道断層撮影装置における第2の実施の形態の構成は、第1の実施の形態の構成と同じであるので、以下、図1の構成を参照して説明する。
第2の実施の形態は、第1の実施の形態と比較して特に異なるところは再構成部12cによる再構成処理を改良したものである。
【0105】
以下、第2の実施の形態の作用について、図7を参照して説明する。
図7は再構成部12cによる再構成処理の流れを示す図であって、新たにデータ外挿処理が追加された。
【0106】
まず、ステップS41では、再構成部12cによりデータ外挿を行う。図8は前処理後透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図である。
【0107】
データ外挿は拡張前の透過像20の左右端部に対して、回転の面に沿った(n方向)右側に右端のデータ値を持つ領域に拡張し、左側に左端のデータ値を持つ領域に拡張し、拡張した全透過像21を作成する処理である。すなわち、データ外挿は、前処理後の全透過像Pをデータ外挿により拡張したサイノグラムを作る。
【0108】
ステップS42では、拡張した各回転角の透過像Pに対し、それぞれ回転の面に沿った方向(n方向)に|ω|に略比例する高周波強調フィルタリング(CTで言うRamachandran & Lakshminarayanan フィルタリング等)を行う。フィルタリングは、例えばコンボリューションで行うか、あるいはフーリエ変換+フィルタ関数掛け+逆フーリエ変換等によって行う。フィルタリングの際に、拡張した透過像21のn方向長さが処理を行う長さとなる。
【0109】
次に、ステップS43では、フィルタリング後の透過像をそれぞれ被検体1の位置に仮想設定した3次元再構成グリッド上へX線経路に沿って逆投影(加算)する。すべてのフィルタリング後の透過像について逆投影を終えると、3次元画像が生成する。
【0110】
従って、以上のような実施の形態によれば、次のような効果を有する。
通常、図17に示す従来装置では、被検体103がX線ビーム101からはみ出した状態でスキャンした場合、その被検体103から透過してくる透過像の縁が空気画像PAでないために、図19で示すように前処理後の透過像プロファイルには段差111が生じる。そのため、段差111をフィルタリングしたとき、段差111が強調され、逆投影したときにスキャン領域の外側113の3次元画像を壊してしまう。
【0111】
その点、第2の実施の形態によれば、拡張前の透過像n方向の縁にできる段差を解消するために、当該透過像の左・右端部にそれぞれ対応する端部のデータ値で付加して拡張すれば、簡易なデータ外挿により段差部分を外側に追いやることができ、スキャン領域の外縁から外にかけての画質を高めることができる。
【0112】
スキャン領域の外側が段差で壊されることが無く、データ方位の欠落による劣化のみとなるため、スキャン領域の外縁から外に向けてなだらかに画質が低下するが、ある程度使用可能な3次元画像となる。よって、3次元画像の再構成領域をスキャン領域より広くすることができる。
【0113】
また、スキャン領域よりも3次元画像が広げられるので、同じ合成枚数でより広い範囲の断面像が得られる。
【0114】
図9は第2の実施の形態における被検体1に対するスキャン領域の他の設定例を示す効果の説明図である。この例は、XY機構6によるXY移動によって設定した第1のスキャン位置のもとにスキャン領域10a´からはみ出した正方形の透過像を再構成して3次元画像R1´を作成し、同様に第2のスキャン位置のもとにスキャン領域10b´からはみ出した正方形の透過像を再構成して3次元画像R2´を作成する。そして、それぞれ再構成によって得られた3次元画像R1´とR2´とを繋ぎ合わせて合成する。
【0115】
従って、以上のように3次元画像の角をスキャン領域10a´,10b´からはみ出して設定することで、隣接する互いのスキャン領域を離すことができ、画像合成により高分解能高品位を保って画像の範囲を効率よく広げることができる。
【0116】
(第2の実施の形態の変形例)
(変形例1)(請求項3対応)
第2の実施の形態では、データ外挿(S41)によって、拡張前の透過像20を回転の面に沿った(n方向)右側に右端のデータ値を持った領域を拡張し、左側に左端のデータ値を持った領域を拡張したが、データ領域の拡張は図8で説明した拡張方法に限らない。
【0117】
図10は前処理後透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図である。つまり、データの外挿は透過像の端部をなだらかにするために、端部データ値を用いて拡張するほか、例えば傾斜線でも曲線でもなだらかに繋がっていればよい。すなわち、拡張前の透過像20の両端部に対して、回転の面に沿った右側及び右側になだらかなにデータ値を拡張し、拡張した透過像21を作成すればよい。
【0118】
図10(a)のデータ外挿の例では、拡張前の透過像20の左端部の左端値をPL、右端部の右端値をPRとしたとき、左端部側にはPLから(PL+PR)/2までなだらかに直線で外挿させ、右端部側にはPRから(PL+PR)/2までなだらかに直線で外挿させたものである。
【0119】
図10(b)のデータ外挿例は、左端部の左端値PLから零値までなだらかに外挿させ、右端部の右端値PRから零値までなだらかに外挿させたものである。
【0120】
ここでいう、なだらかとはプロファイルが段差なく連続的であることを言う。さらに、プロファイルの拡張部分の傾斜についても急激な変化が無いほうが好ましい。
【0121】
この変形例1によれば、拡張前の透過像n方向の縁にできる段差を、透過像の左右端部になだらかな値を外挿して拡張することにより、段差を外側に追いやり、或いは無くすことができ、第2の実施の形態と同様の効果を上げることができる。
【0122】
(変形例2)(請求項2対応)
第2の実施の形態では、画像合成する3次元画像枚数が2枚以上でなく、例えば1枚、すなわち、画像合成無しとしても、高分解能高品位で広い範囲の3次元画像を得る効果がある。
【0123】
すなわち、被検体1が透過放射線ビーム2である透過像からはみ出すスキャン制御を実施しても、透過像の左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、外に向けて段差を追いやるようにすれば、フィルタリング及び逆投影したときにスキャン領域外縁から外の画像が壊れることがなくなる。よって、簡易なデータ外挿処理により、3次元画像のスキャン領域外縁から外に向けての画質を高めることができ、3次元画像を広げることができる。
【0124】
(変形例3)
第2の実施の形態における再構成処理の流れは、簡単のために、図7に示すステップS41、S42、S43の各処理がそれぞれサイノグラム全体(全n,m,k)について行う例について説明しているが、図7に示す処理の流れに限定されない。例えば、透過像単位でステップS41、S42、S43を続けて行ってもよい。
【0125】
(変形例4)
第2の実施の形態では、フィルタリングに、フーリエ変換+フィルタ関数掛け+逆フーリエ変換を採用する場合、種々のデータ外挿方法が考えられる。
【0126】
図11は変形例4における前処理後透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図である。
【0127】
図11(a)、(b)、(c)はそれぞれ別のデータ外挿で拡張した透過像21を示しているが、データとして等価であり、同じ結果が得られる。拡張した透過像21全体をフーリエ変換する時、透過像21は左端と右端が繋がった輪環のデータと見なせるためである。すなわち、透過像の左・右端部への拡張は透過像の右と左が繋がっているとしてとらえることができる。その結果、段差が一箇所できるが、拡張前の透過像20のn方向縁から隔てて外側に追いやる結果、画質の影響は無視できる。
【0128】
(変形例5)
第2の実施の形態では、領域を拡張するデータ外挿(S41)はフィルタリング直前に行ったが、前処理(S3)時あるいは前処理前に行ってもよい。フィルタリング前には同じデータとなることは容易に理解できる。
【0129】
(変形例6)(請求項6)
第2の実施の形態では、スキャンは1回転する通常のスキャンを想定して説明したが、円錐軌道断層撮影装置における他のスキャン方式の場合も同様にデータ外挿を適用することができる。例えば、180°+ファン角で回転するハーフスキャン、モーションアーチファクト除去のために1回転以上回転するオーバースキャン、回転軸RA投影位置を検出器中心Dからずらして1回転させるオフセットスキャン、回転軸RA方向に被検体1を相対的に移動させながら何回転も回転させるヘリカルスキャンなどにも、第2の実施の形態のデータ外挿を適用し、拡張できる。
【0130】
何れのスキャンにおいても、フィルタリングの直前、またはそれと等価になるステップの段階で、透過像に対してデータ外挿を行った後、フィルタリングと逆投影を行うことで、拡張前の透過像n方向の縁にできる段差を、当該透過像の左右端部の端部値で左右に拡張させていく簡易なデータ外挿で繋げることで、当該段差を外側に追いやることができ、スキャン領域外縁から外にかけての画質を高めることができる。
【0131】
次に、オフセットスキャンの再構成について図12を参照して詳しく説明する。図12はオフセットスキャンの幾何図である。ここで、スキャン領域A0は、回転軸RAを中心としてその片側がX線ビーム2に包含される円筒領域と定義できる。また、スキャン領域A0は、回転軸RAを中心として、X線ビーム2の遠いほうの縁に接し、回転軸RA方向がX線ビーム2に包含される円筒領域と言うこともできる。スキャン領域A0は無理なく再構成できる十分なデータが収集できる領域である。ここでいうはみ出しは、X線ビーム2の回転軸RAより遠い縁からのはみ出しであり、スキャン領域A0からのはみ出しと一致する。
【0132】
図13はオフセットスキャンの再構成処理の流れ図である。この再構成処理は、データ外挿(S41)の前段に新たに重み関数掛け(S40)を追加したことにある。
【0133】
ステップS40では、前処理後のサイノグラムPに対し、重み関数掛けを行う。図14は重み関数掛けの説明図である。
【0134】
図14(a)は前処理後の透過像Pのn方向プロファイル、図14(b)は重み関数23、図14(c)は重み関数掛け後の透過像Pのn方向プロファイルである。ここで、naは回転軸RAの投影位置である。ここでは、全透過像P(サイノグラム)に対し重み関数掛けを行う。
【0135】
オフセットスキャン用の重み関数23は、回転の面に沿ったn方向に依存する関数であって、透過像範囲内において回転軸RAの投影位置naの片側で0、他の側で1とし、na附近で0から1に滑らかに変化し、その傾きがnaを中心として対称な傾きの傾斜部となる関数である(図14(b)参照)。
【0136】
このステップS41では、重み関数掛け後のサイノグラムPに対して、第2の実施の形態と同様にデータ外挿を行う。図15はデータ外挿の説明図である。拡張前の透過像20の左端部が0となっているので、左端部には0が外挿される。
【0137】
ステップS42では、データ外挿後のサイノグラムPに対して、第2の実施の形態と同様に逆投影を行って3次元画像を作成する。
【0138】
このオフセットスキャンにおいては、スキャン領域の半径が2倍近く大きくなり(図1と図12の比較)、さらに、第1の実施の形態と同様にスキャン領域外縁から外にかけて画質を高めることができることから、高分解能高品位を保って画像の範囲を効率よく広げることができる。
【0139】
なお、再構成処理においては、オフセットスキャン用重み関数の代わりに、ハーフスキャン用重み関数、オーバースキャン用重み関数、あるいはヘリカルスキャン用重み関数を用いることで、各スキャンに対応した再構成が可能である。
【0140】
図16はオーバースキャン用重み関数を説明する図である。重み関数W0Vは回転方向kの関数で数値1の平坦部の両端で滑らかに0に落ちる傾斜を有する関数であって、傾斜部はφを回転角として、
W0V(φ)+W0V(φ+2π)=1 ……(2)
の関係がある関数が用いられる。
【0141】
(変形例7)
上記第2の実施の形態では、第1の実施の形態における各変形例がすべて適用できるものである。また、1つ以上の変形例を多重的に組み合わせた変形例も可能であることは、第1の実施の形態の変形例で述べた通りである。
【0142】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0143】
【図1】本発明に係る断層撮影装置の第1の実施形態を示す構成図であって、同図(a)は正面図、同図(b)は平面図。
【図2】第1の実施形態における被検体に対して設定したスキャン領域の一例図。
【図3】第1の実施形態における制御処理部のスキャン位置決め制御とデータ処理全体の流れを示す図。
【図4】第1の実施の形態の変形例1における被検体に対して設定したスキャン領域の一例図。
【図5】第1の実施の形態の変形例7における重み付け平均による画像合成の説明図。
【図6】第1の実施の形態の変形例11における拡大率を変えた画像合成の説明図。
【図7】本発明に係る断層撮影装置の第2の実施の形態における再構成処理の流れ図。
【図8】第2の実施の形態における透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図。
【図9】第2の実施形態における被検体に対して設定したスキャン領域の一例図。
【図10】第2の実施の形態の変形例1における透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図。
【図11】第2の実施の形態の変形例4における透過像のn方向プロファイルを示すデータ外挿の説明図。
【図12】第2の実施の形態の変形例6におけるオフセットスキャンの幾何図。
【図13】第2の実施の形態の変形例6におけるオフセットスキャンの再構成処理の流れ図。
【図14】第2の実施の形態の変形例6におけるオフセットスキャンの再構成処理の重み関数掛けの説明図。
【図15】第2の実施の形態の変形例6におけるオフセットスキャンのデータ外挿の説明図。
【図16】第2の実施の形態の変形例6におけるオーバースキャン用重み関数を示す図。
【図17】従来の円錐軌道断層撮影装置の一例を示す模式的な構成図。
【図18】従来の円錐軌道断層撮影装置のスキャン領域を示す平面図及び正面図。
【図19】従来の円錐軌道断層撮影装置におけるスキャン領域外縁から外側の画像劣化状態を説明する図。
【符号の説明】
【0144】
1…被検体、2…X線ビーム、3…X線源、4…X線検出器、4a…検出面、5…支持台、6…XY機構(移動機構)、7…回転・昇降機構(回転手段)、8…制御処理本体部、10(10a,10b,10a´,10b´)…スキャン領域、11…入力部、12…制御処理部、12a…スキャン制御部、12b…前処理部、12c…再構成部、12d…画像合成部、13…記憶装置、20…拡張前透過像、21…拡張した透過像、RA…回転軸、L…X線光軸、αL…ラミノ角。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検体に向けて放射線ビームを照射する放射線源と、前記被検体から透過してくる放射線ビームを検出する2次元の放射線検出器と、この放射線検出器により検出される放射線ビームの中心線の方向に対し90度より小さなラミノ角で交差する回転軸に対して、被検体を支持する支持台と前記放射線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、この回転手段によって回転を行いつつ所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出した前記被検体の透過像を収集し、当該被検体の3次元画像を作成する制御処理部とを有する円錐軌道断層撮影装置において、
前記回転軸に直交する面内で、前記支持台または所定の位置関係を保ったまま前記放射線源,前記放射線検出器及び前記回転軸を一体的に移動する移動機構と、
前記制御処理部は、前記移動機構を移動制御させて複数のスキャン位置を設定するスキャン位置設定手段と、このスキャン位置設定手段で設定された各スキャン位置で定まるスキャン領域のもとにスキャン制御を実施し、前記放射線検出器から前記被検体の透過像を収集するスキャン制御手段と、このスキャン制御手段で収集された各スキャン位置毎の前記被検体の透過像からそれぞれ3次元画像を再構成する再構成手段と、この再構成手段で再構成された各3次元画像を前記スキャン位置に基づいて合成して1つの合成3次元画像を作成する画像合成手段とを備えたことを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項2】
被検体に向けて放射線ビームを照射する放射線源と、前記被検体から透過してくる放射線ビームを検出する2次元の放射線検出器と、この放射線検出器により検出される放射線ビームの中心線の方向に対し90度より小さなラミノ角で交差する回転軸に対して、被検体を支持する支持台と前記放射線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、この回転手段によって回転を行いつつ所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出した前記被検体の透過像を収集し、当該被検体の3次元画像を作成する制御処理部とを有する円錐軌道断層撮影装置において、
前記制御処理部は、前記放射線検出器から収集した前記被検体の多数の透過像それぞれを前記回転の面に沿った左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、この拡張された透過像それぞれに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行い、当該高周波強調フィルタリング後の前記拡張透過像それぞれを逆投影して前記被検体の3次元画像を作成する再構成手段を設けたことを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項3】
請求項1に記載の円錐軌道断層撮影装置において、
前記再構成手段は、前記スキャン制御手段で収集された各スキャン位置毎の前記被検体の透過像それぞれを前記回転の面に沿った左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、この拡張された透過像それぞれに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行い、当該高周波強調フィルタリング後の前記拡張透過像それぞれを逆投影して前記被検体の3次元画像を作成することを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項4】
請求項1または請求項3に記載の円錐軌道断層撮影装置において、
前記画像合成手段は、前記再構成手段で作成された複数の3次元画像の接続部で重なり部分を有する場合、その重なり部分の3次元画像間の平均値を用いてなだらかに接続した合成3次元画像を作成することを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項5】
請求項1、請求項3、請求項4の何れか一項に記載の円錐軌道断層撮影装置において、
前記画像合成手段は、前記再構成手段で作成された複数の3次元画像の接続部で重なり部分を有する場合、その3次元画像の重なり部分の差異が最小となるように互いにずらして合成3次元画像を作成することを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項6】
請求項1ないし請求項5の何れか一項に記載の円錐軌道断層撮影装置において、
透過像中の回転軸の位置を前記放射線ビームの中心から一方の縁部近くに設定してオフセットスキャンを実施することを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項1】
被検体に向けて放射線ビームを照射する放射線源と、前記被検体から透過してくる放射線ビームを検出する2次元の放射線検出器と、この放射線検出器により検出される放射線ビームの中心線の方向に対し90度より小さなラミノ角で交差する回転軸に対して、被検体を支持する支持台と前記放射線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、この回転手段によって回転を行いつつ所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出した前記被検体の透過像を収集し、当該被検体の3次元画像を作成する制御処理部とを有する円錐軌道断層撮影装置において、
前記回転軸に直交する面内で、前記支持台または所定の位置関係を保ったまま前記放射線源,前記放射線検出器及び前記回転軸を一体的に移動する移動機構と、
前記制御処理部は、前記移動機構を移動制御させて複数のスキャン位置を設定するスキャン位置設定手段と、このスキャン位置設定手段で設定された各スキャン位置で定まるスキャン領域のもとにスキャン制御を実施し、前記放射線検出器から前記被検体の透過像を収集するスキャン制御手段と、このスキャン制御手段で収集された各スキャン位置毎の前記被検体の透過像からそれぞれ3次元画像を再構成する再構成手段と、この再構成手段で再構成された各3次元画像を前記スキャン位置に基づいて合成して1つの合成3次元画像を作成する画像合成手段とを備えたことを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項2】
被検体に向けて放射線ビームを照射する放射線源と、前記被検体から透過してくる放射線ビームを検出する2次元の放射線検出器と、この放射線検出器により検出される放射線ビームの中心線の方向に対し90度より小さなラミノ角で交差する回転軸に対して、被検体を支持する支持台と前記放射線ビームとを相対的に回転させる回転手段と、この回転手段によって回転を行いつつ所定の回転角度ごとに前記放射線検出器で検出した前記被検体の透過像を収集し、当該被検体の3次元画像を作成する制御処理部とを有する円錐軌道断層撮影装置において、
前記制御処理部は、前記放射線検出器から収集した前記被検体の多数の透過像それぞれを前記回転の面に沿った左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、この拡張された透過像それぞれに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行い、当該高周波強調フィルタリング後の前記拡張透過像それぞれを逆投影して前記被検体の3次元画像を作成する再構成手段を設けたことを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項3】
請求項1に記載の円錐軌道断層撮影装置において、
前記再構成手段は、前記スキャン制御手段で収集された各スキャン位置毎の前記被検体の透過像それぞれを前記回転の面に沿った左・右端部になだらかにデータ値を拡張し、この拡張された透過像それぞれに対し前記回転の面に沿った高周波強調フィルタリングを行い、当該高周波強調フィルタリング後の前記拡張透過像それぞれを逆投影して前記被検体の3次元画像を作成することを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項4】
請求項1または請求項3に記載の円錐軌道断層撮影装置において、
前記画像合成手段は、前記再構成手段で作成された複数の3次元画像の接続部で重なり部分を有する場合、その重なり部分の3次元画像間の平均値を用いてなだらかに接続した合成3次元画像を作成することを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項5】
請求項1、請求項3、請求項4の何れか一項に記載の円錐軌道断層撮影装置において、
前記画像合成手段は、前記再構成手段で作成された複数の3次元画像の接続部で重なり部分を有する場合、その3次元画像の重なり部分の差異が最小となるように互いにずらして合成3次元画像を作成することを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【請求項6】
請求項1ないし請求項5の何れか一項に記載の円錐軌道断層撮影装置において、
透過像中の回転軸の位置を前記放射線ビームの中心から一方の縁部近くに設定してオフセットスキャンを実施することを特徴とする円錐軌道断層撮影装置。
【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】
【公開番号】特開2010−60324(P2010−60324A)
【公開日】平成22年3月18日(2010.3.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−223759(P2008−223759)
【出願日】平成20年9月1日(2008.9.1)
【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22年3月18日(2010.3.18)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年9月1日(2008.9.1)
【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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