Ｘ線断層像撮影装置
【課題】回転テーブルの実際の回転中心、あるいはＸ線発生装置とＸ線検出器の対の実際の回転中心の、設定されている回転軸からのずれが断層像に与える影響をなくするか、少なくすることのできるＸ線断層像撮影装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線検出器２により収集した各投影方向へのＸ線投影データを用いた再構成演算によって得られた断層像を、投影方向と同じ方向に順投影し、その順投影データと収集した投影データとのずれを求め、そのずれに基づいて収集した投影データを補正して新たに再構成演算を行うことにより、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対と対象物Ｗとの相対回転の不正確さに係わらず、その影響の少ない鮮明な断層像の修得を可能とする。
【解決手段】Ｘ線検出器２により収集した各投影方向へのＸ線投影データを用いた再構成演算によって得られた断層像を、投影方向と同じ方向に順投影し、その順投影データと収集した投影データとのずれを求め、そのずれに基づいて収集した投影データを補正して新たに再構成演算を行うことにより、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対と対象物Ｗとの相対回転の不正確さに係わらず、その影響の少ない鮮明な断層像の修得を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用のＸ線断層像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線断層像撮影装置においては、一般に、Ｘ線発生装置とＸ線検出との間に、対象物を配置するための試料ステージを設け、Ｘ線発生装置とＸ線検出器との対と試料ステージとを相対的に微小角度ずつ回転させることにより、多数の方向からの対象物のＸ線投影データを収集し、そのデータにフィルタ処理等を施した後、再構成演算を行うこと、つまり逆投影を行うことで、対象物の断層像を得る（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
例えば図８（Ａ）に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、これらと結ぶ線に直交する鉛直の回転軸Ｒの回りに回転する回転テーブル３を配置して試料ステージとし、その回転テーブル３上に図示のような対象物Ｗを搭載してＸ線を照射すると、Ｘ線検出器２の出力、つまり対象物ＷのＸ線投影データは同図（Ｂ）に例示する通りとなる。鉛直の回転軸Ｒに直交する水平方向へのラインプロファイルは、鉛直方向中央部分を例にとれば同図（Ｃ）に示す通りとなる。
【０００４】
また、図９に示す例は、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転軸Ｒの回りに回転させる構造の装置を示すものであり、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に設けられて対象物Ｗを搭載する試料ステージ（図示略）は回転させずに固定し、その回りをＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転させる。このような装置構造でも、上記と同様のＸ線投影データが得られる。
【０００５】
以上の図８（Ａ）または図９に示す装置において、対象物Ｗに向けてＸ線を照射しながら、回転テーブル３を回転させるか、あるいはＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を微小角度ずつ回転させてＸ線投影データを取り込むことにより、さまざまな方向（投影角度）でのＸ線投影データを収集することができる。その各投影角度の投影データにおける回転軸Ｒ方向への一定の位置で、かつ、回転軸Ｒに直交する方向へのライン上のＸ線投影データを集めてグラフ化したものはサイノグラムと呼ばれ，その例を図１０に示す。このサイノグラムは、再構成演算を行う前のデータとなる。断層像の再構成演算は、サイノグラム（投影データ）を逆投影処理することで実現されている。すなわち、図１１に示すように、例えば図８（Ｃ）に示した中央部分のラインのサイノグラムで説明すると、該当する角度のラインプロファイルデータを用いて、言わばＸ線発生装置１の焦点に向けて塗りつぶしていく処理を、収集した角度分繰り返す処理を実行する。これにより、図１２に例示するような対象物の鉛直方向中央部分における断層像が再構成される。なお、実際には、投影データはフィルタリング処理などを行う必要があるが、ここでは省略する。
【０００６】
以上の例では、ライン上の投影データの処理について説明したが、同様な手法によりさまざまな投影角度で得た２次元投影データから、３次元の断層データ（３次元情報）を再構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３００４３８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、Ｘ線投影データの再構成演算により対象物の断層像を得るには、上記したようにＸ線投影データを逆投影する。この逆投影においては、基本的に、Ｘ線発生装置の焦点とＸ線検出器の対が、対象物に対してあらかじめ設定されている軌道のもとに相対回転するという前提のもとにＸ線投影データを収集し、その前提の軌道をもとにして、収集したＸ線投影データを逆投影処理する。
【０００９】
従って、実際の装置が、設定されている軌道と異なる軌道で相対回転したとすると、再構成演算により得られる断層像の画質に悪影響を及ぼす。すなわち、像が２重になったり、虚像（アーチファクト）の発生の原因となる。特に、回転中心の位置ずれ、つまり撮影時における実際の相対回転軸が想定されている回転軸Ｒに対してずれている場合には、断層像の画質に重大な影響を及ぼす。
【００１０】
相対回転の軌道が設定された軌道と異なる軌道となる原因、つまり回転テーブルの実際の回転中心、あるいはＸ線発生装置とＸ線検出器の対の実際の回転中心が、設定されている回転軸Ｒからずれて一致しなくなる原因としては、機器の強度不足、温度変化などによる部材の変形、Ｘ線発生装置から発生するＸ線の位置（焦点位置）の移動などが考えられる。その結果、図１３に概念的に示すように、Ｘ線発生装置の焦点１ａの回転中心Ｒに対する設定相対回転軌道Ｔ１と、Ｘ線検出器２の回転中心Ｒに対する設定相対回転軌道Ｔ２に対し、実際の軌道がそれぞれＴ１′およびＴ２′のように逸脱する。
【００１１】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、回転テーブルの実際の回転中心、あるいはＸ線発生装置とＸ線検出器の対の実際の回転中心の、設定されている回転軸からのずれが断層像に与える影響をなくするか、あるいは少なくすることのできるＸ線断層像撮影装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線断層像撮影装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置およびＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器との間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、上記Ｘ線発生装置からのＸ線を照射しながら、上記回転機構を一定角度回転駆動するごとに上記Ｘ線検出器の出力を取り込むことにより、複数の投影方向からの対象物のＸ線投影データを順次記憶していく投影データ記憶手段と、その投影データ記憶手段に記憶された複数の方向からのＸ線投影データを用いた再構成演算により、対象物の断層像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線断層像撮影装置において、上記再構成演算手段により構築された断層像を、上記各Ｘ線投影データの投影方向と同じ方向に順投影した複数のデータを作成する順投影演算手段と、上記投影データ記憶手段に記憶されている各Ｘ線投影データと、上記順投影演算手段により順投影した各データとを、同じ投影方向のものどうしで比較し、Ｘ線投影データの順投影したデータに対するずれを求め、そのずれに基づいて上記投影データ記憶手段に記憶されているデータを補正するか、再構成演算に用いる座標を補正する補正手段を有し、上記再構成演算手段は、その補正後のＸ線投影データもしくは座標を用いて、改めて再構成演算を行って対象物の断層像を構築することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１３】
ここで、本発明においては、上記補正手段による補正後のＸ線投影データもしくは座標を用いた再構成演算と、その再構成演算により得られた断層像の順投影と当該再構成演算に用いたデータとのずれに基づく補正とを、繰り返し行う構成（請求項２）を採用することもできる。
【００１４】
本発明は、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対とを相対回転させて収集したＸ線投影データを用いて、通常の装置と同様に再構成演算（逆投影）を行うことにより、対象物の断層像を一旦構築した後、得られた断層像を順投影したデータを作成し、逆投影前のＸ線投影データ（収集データ）と同じ投影方向のものどうしを比較する。順投影は逆投影の逆向きの演算であるため、Ｘ線投影データを収集する際に、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と対象物との相対回転の軌跡があらかじめ設定された軌跡どおりであれば、Ｘ線投影データと順投影したデータとが一致するはずである。これらが相互にずれていれば、相対回転の軌跡はあらかじめ設定された軌跡から逸脱していることになる。
【００１５】
そこで、同じ方向のＸ線投影データと順投影したデータどのずれを求め、そのずれに基づいて収集したＸ線投影データを補正するか、あるいは再構成演算に用いる座標を補正し、補正後のデータもしくは座標を用いた再構成演算により、対象物の断層像を改めて構築する。これにより、投影データの収集時に装置の機械的要因等により相対回転の軌跡が設定された軌跡から逸脱していても、像が２重になったり虚像の発生を抑制した断層像を得ることができる。
【００１６】
ここで、順投影により得られたデータは、数値誤差等も含んでぼけた画像となるが、その誤差は、通常、均等に現れると考えられるので、本来あるべき位置を中心としてぼけた状態となっている。従って、この順投影データと収集データとができるだけ一致するように、収集データの位置のずれ（平行移動、回転、拡大、縮小など）を検出する。このような検出を、収集した全てのデータ（全ての投影角度のデータ）に対して行い、検出したずれに応じて収集した各データを補正し、その後、その補正後のデータ用いた再構成演算により再び断層像を構築することにより、データ収集時の相対回転の軌跡の逸脱に起因して像が２重になったり虚像が現れることを抑制することができる。
【００１７】
ここで、上記のずれに基づく補正は、収集データの位置を補正してもよいし、あるいは再び行う再構成演算時の座標を補正しても同じ結果となる。
【００１８】
また、請求項２に係る発明のように、再構成演算に用いたデータと、その再構成演算により得られた断層像を順投影したデータとのずれに基づく補正を行って、再び再構成演算を行う動作を、繰り返し行うことにより、ずれの補正の精度はより向上し、得られる断層像もより良好なものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、試料を搭載して回転を与える回転テーブルの実際の回転中心、もしくはＸ線発生装置とＸ線検出器の対が、設定されている回転軸からずれて、収集したＸ線投影データの画像が本来あるべき画像に対してずれても、そのずれが補正されて断層像が構築されるため、得られる断層像が２重になったり虚像が生じるといった不具合をなくするか、あるいは少なくすることができる。
【００２０】
このようなことから、Ｘ線検発生装置とＸ線検出器の対と対象物との相対回転機構に高価な機構を用いることなく、虚像等のないきれいな断層像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と制御装置の機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の動作の例を示すフローチャートである。
【図３】順投影により得られるデータと実際に収集した投影データとの、ラインプロファイルを用いた概念的な説明図である。
【図４】順投影により得られるデータと、本来あるべき投影データ、および実際に収集した投影データとを、ラインプロファイルを用いて概念的に説明する図である。
【図５】順投影により得られるデータと実際に収集した投影データとを、投影画像（２次元画像）を用いて概念的に示す図である。
【図６】順投影により得られたデータと実際に収集した投影データとのずれの求め方の例の説明図である。
【図７】本発明が適用可能な傾斜形ＣＴの構成例を示す模式図である。
【図８】Ｘ線断層像撮影装置の撮影系の説明図で、（Ａ）は回転テーブルを用いた撮影系の模式的構成図で、（Ｂ）は（Ａ）の状態で得られるＸ線投影データの例を示す図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の鉛直方向中央部におけるラインプロファイルを示す図である。
【図９】Ｘ線断層像撮影装置の撮影系の他の例を示すで、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる系の模式図である。
【図１０】図８（Ｃ）に示したラインプロファイルの位置におけるサイノグラムの例を示す図である。
【図１１】Ｘ線断層像撮影装置によりＸ線投影データから断層像を構築する再構成演算処理の説明図である。
【図１２】再構成演算演算処理によって得られる断層像の例を示す図である。
【図１３】Ｘ線発生装置の焦点およびＸ線検出器の、回転中心に対する軌道のずれの説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 回転ステージ
１１ Ｘ線コントローラ
１２ 軸制御部
１３ 画像データ取り込み回路
１４ 投影データ記憶部
１５ 再構成演算部
１６ 順投影演算部
１７ ずれ演算部
１８ 補正演算部
１９ 補正後データ記憶部
２０ 表示器
２１ システム制御部
２２ 操作部
Ｗ 対象物
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と制御装置の主要な機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００２４】
Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸を水平方向に向くように配置され、このＸ線発生装置１に水平方向に対向してＸ線検出器２が配置されている。Ｘ線発生装置１には、Ｘ線コントローラ１１からの信号に応じた管電圧および管電流が供給され、Ｘ線焦点を頂点としたコーン状のＸ線ビームを発生する。また、Ｘ線検出器２は画素が２次元状に配列されてなる２次元Ｘ線検出器である。
【００２５】
Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、対象物Ｗを搭載するための回転テーブル３が配置されている。この回転テーブル３は、Ｘ線光軸に直交する鉛直方向に沿った回転軸Ｒを中心として回転する。また、この回転テーブル３は、少なくともＸ線光軸方向および鉛直方向に移動可能となっており、これらの各軸方向への移動並びに回転軸Ｒの回りの回転動作は、軸制御部１２から供給される駆動制御信号によって制御される。
【００２６】
対象物ＷのＸ線投影データの収集、つまりＣＴ撮影に際しては、回転テーブル３上に対象物Ｗを搭載して回転を与え、Ｘ線を照射しつつ、回転テーブル３が所定の微小角度だけ回転するごとに、Ｘ線検出器２の各画素出力を取り込むことによって行われる。具体的には、各回転角度でのＸ線検出器の各画素出力は、その角度でのＸ線投影データとして画像データ取り込み回路１３を介して投影データ記憶部１４に記憶されていく。
【００２７】
データ記憶部１４に記憶された各角度におけるＸ線投影データは、再構成演算部１５による再構成演算に供され、Ｘ線投影データの逆投影によって対象物Ｗの断層像、実質的には３次元像情報が構築される。この収集した投影データを用いた再構成演算による断層像は、順投影演算部１６による順投影演算に供される。この順投影演算においては、ＣＴ撮影時における複数の投影方向と同じ方向への順投影演算が行われ、従って、この順投影によって収集したＸ線投影データと同じ数の順投影データが算出される。
【００２８】
順投影演算部１６により求められた各方向への順投影データは、ずれ演算部１７に取り込まれ、このずれ演算部１７では、後述するように、順投影されたデータと、投影データ記憶部１４に記憶されている投影データとを、同じ投影方向のものどうしで比較し、両者のずれを算出する。
【００２９】
ずれ演算部１７で求められた投影角度のＸ線投影データの順投影データに対するずれは、補正演算部１８に取り込まれる。補正演算部１８では、投影データ記憶部１４に記憶されている各投影角度のＸ線投影データについて、順投影データに対するずれが最も少なくなるように位置を補正する。この補正後の投影データは補正後データ記憶部１９に記憶される。そして、前記した再構成演算部１５は、この補正後データ記憶部１９に記憶された補正後の投影データを用いて再び再構成演算を行って対象物Ｗの断層像を構築する。この補正されたデータを用いて構築された断層像が、対象物Ｗの断層像として表示器２０に表示される。
【００３０】
以上の画像データ取り込み回路１３、投影データ記憶部１４、再構成演算部１５、順投影演算部１６、ずれ演算部１７、補正演算部１８、補正後データ記憶部１９および表示器２０は、前記したＸ線コントローラ１１、軸制御部１２、画像データ取り込み回路１３とともにシステム制御部２１の制御下に置かれている。システム制御部２１には、マウスやキーボード、ジョイスティック等からなる操作部２２が接続されており、この操作部２２の操作によって、回転ステージ３の位置決めを行ったり、各種指令を与えることができる。そして、これらは、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされているプログラムに従った機能を実現するのであるが、図１では説明の便宜上、その機能ごとのブロックによって表している。
【００３１】
次に、以上の構成からなる本発明の実施の形態の動作の例について、図２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、回転テーブル３上に対象物Ｗを搭載して回転を与えながらＸ線発生装置１からのＸ線を照射し、所定の微小角度ごとにＸ線検出器２の出力を投影データとして投影データ記憶部１３に記憶していく。３６０°分の投影データが揃った後、これらの投影データを用いた再構成演算により、対象物Ｗの断層像（３次元像情報）を構築する。
【００３２】
次に、得られた断層像について、ＣＴ撮影時において投影データを収集した複数の方向とそれぞれ同じ向き、換言すれば投影データの再構成に際して逆投影する方向で、かつ、その逆の向き，に順投影し、順投影データを作成する。
【００３３】
順投影により得られるデータは、基本的にはＣＴ撮影により収集された各方向の投影データと同等のＸ線透視像となるが、図３にある断層箇所におけるラインプロファイルを用いて概念的に示すように、順投影は断層像ＣＩをＸ線焦点１ａからＸ線検出器２に向けて投影するものであり、この順投影で得られた画像は数値化誤差も含んでぼけた画像となり、ラインプロファイルで表すと図中Ｐ１のようになり、対象物にＸ線を照射して収集した投影データのラインプロファイルＰ２とは異なるものとなるが、そこに現れる誤差は均等であると考えられるので、本来あるべき位置を中心としてぼけているものと見なすことができる。従って、ある投影角度におけるＸ線投影データの収集時に、回転テーブル３の回転がＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対に対して正しく設定された軌跡上にある場合には、図４に概念的に示すように、本来あるべき投影データとなっており、これをラインプロファイルで表すとＰ３のようになり、順投影データＰ１に対して位置ずれが生じないはずである。しかしながら、前記したように回転テーブル３の回転精度やその他の種々の要因により、実際に収集した投影データは設定されている回転軌跡からずれた位置での投影データＰ２となることが多い。これを投影画像の形（２次元画像）で表すと図５に概念的に示す通りとなる。この投影データの画像のずれは、断層像を同じ方向に順投影して得られる順投影データとの比較により、図６に示すように検知することができる。
【００３４】
すなわち、投影データ記憶部１４に記憶されている全ての投影データについて、該当する順投影データと比較し、ずれの方向と量を求める。この比較に際しては、順投影データは前記したようにぼけた画像となっているため、例えば画像の水平方向並びに鉛直方向への各ずれ量や、倍率、回転角度などをパラメータとして設定しておき、これらの各パラメータを少しずつ変化させながら、両データの相関関係を計算し、相関が最も高いパラメータδｘ，δｙ等を探す等の手順を採用することができる。
【００３５】
以上のように各投影データごとに、対応する順投影データに対するずれを求めた後、そのずれに基づいて投影データの位置を補正したデータは、補正後データ記憶部１９に記憶されていく。
【００３６】
すべての投影データの補正が完了した後、再構成演算部１５において補正後データ記憶部１９のデータを用いた再構成演算が実行され、改めて対象物Ｗの断層像が構築される。このようにして得られた断層像は、撮影により収集した投影データを用いて得た最初の断層像に比して、投影データの位置ずれの補正が行われている分、より鮮明なものとなり、また、虚像等の発生も抑制することができる。
【００３７】
ここで、以上のような補正により補正後データ記憶部１９に記憶された投影データを用いて構築した断層像について、再び順投影を行い、その順投影データと補正後データ記憶部１９内のデータとの比較により両者のずれを求め、そのずれに基づいて補正後データ記憶部１９内のデータを再度補正する、という行為を更に１回もしくは複数回繰り返してもよく、その場合、最終的なデータを用いた再構成演算により得られる断層像は更に鮮明なものとなる。
【００３８】
また、以上の実施の形態においては、順投影データとのずれにより投影データの位置を補正して再構成演算に供した例を示したが、ずれに基づく補正の仕方としては、収集した投影データをそのまま用いるとともに、逆投影による再構成演算時の座標を、ずれを考慮した補正を行ってもよい。
【００３９】
更に、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を固定し、その間に回転テーブル３を配置して対象物Ｗを回転させる例を示したが、対象物Ｗを固定し、その回りをＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転させる装置構成についても、本発明を等しく適用することができる。
【００４０】
更にまた、以上の実施の形態においては、回転軸Ｒに直交する方向にＸ線発生装置とＸ線検出器を配置した例を示したが、図７に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２を結ぶ線と、対象物を搭載する回転テーブル３の回転軸Ｒとが直交しない、いわゆる傾斜形ＣＴと呼ばれる装置であっても、本発明を等しく適用することができる。なお、傾斜形ＣＴにおいて、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる構造であってもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用のＸ線断層像撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線断層像撮影装置においては、一般に、Ｘ線発生装置とＸ線検出との間に、対象物を配置するための試料ステージを設け、Ｘ線発生装置とＸ線検出器との対と試料ステージとを相対的に微小角度ずつ回転させることにより、多数の方向からの対象物のＸ線投影データを収集し、そのデータにフィルタ処理等を施した後、再構成演算を行うこと、つまり逆投影を行うことで、対象物の断層像を得る（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
例えば図８（Ａ）に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、これらと結ぶ線に直交する鉛直の回転軸Ｒの回りに回転する回転テーブル３を配置して試料ステージとし、その回転テーブル３上に図示のような対象物Ｗを搭載してＸ線を照射すると、Ｘ線検出器２の出力、つまり対象物ＷのＸ線投影データは同図（Ｂ）に例示する通りとなる。鉛直の回転軸Ｒに直交する水平方向へのラインプロファイルは、鉛直方向中央部分を例にとれば同図（Ｃ）に示す通りとなる。
【０００４】
また、図９に示す例は、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転軸Ｒの回りに回転させる構造の装置を示すものであり、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に設けられて対象物Ｗを搭載する試料ステージ（図示略）は回転させずに固定し、その回りをＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転させる。このような装置構造でも、上記と同様のＸ線投影データが得られる。
【０００５】
以上の図８（Ａ）または図９に示す装置において、対象物Ｗに向けてＸ線を照射しながら、回転テーブル３を回転させるか、あるいはＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を微小角度ずつ回転させてＸ線投影データを取り込むことにより、さまざまな方向（投影角度）でのＸ線投影データを収集することができる。その各投影角度の投影データにおける回転軸Ｒ方向への一定の位置で、かつ、回転軸Ｒに直交する方向へのライン上のＸ線投影データを集めてグラフ化したものはサイノグラムと呼ばれ，その例を図１０に示す。このサイノグラムは、再構成演算を行う前のデータとなる。断層像の再構成演算は、サイノグラム（投影データ）を逆投影処理することで実現されている。すなわち、図１１に示すように、例えば図８（Ｃ）に示した中央部分のラインのサイノグラムで説明すると、該当する角度のラインプロファイルデータを用いて、言わばＸ線発生装置１の焦点に向けて塗りつぶしていく処理を、収集した角度分繰り返す処理を実行する。これにより、図１２に例示するような対象物の鉛直方向中央部分における断層像が再構成される。なお、実際には、投影データはフィルタリング処理などを行う必要があるが、ここでは省略する。
【０００６】
以上の例では、ライン上の投影データの処理について説明したが、同様な手法によりさまざまな投影角度で得た２次元投影データから、３次元の断層データ（３次元情報）を再構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３００４３８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、Ｘ線投影データの再構成演算により対象物の断層像を得るには、上記したようにＸ線投影データを逆投影する。この逆投影においては、基本的に、Ｘ線発生装置の焦点とＸ線検出器の対が、対象物に対してあらかじめ設定されている軌道のもとに相対回転するという前提のもとにＸ線投影データを収集し、その前提の軌道をもとにして、収集したＸ線投影データを逆投影処理する。
【０００９】
従って、実際の装置が、設定されている軌道と異なる軌道で相対回転したとすると、再構成演算により得られる断層像の画質に悪影響を及ぼす。すなわち、像が２重になったり、虚像（アーチファクト）の発生の原因となる。特に、回転中心の位置ずれ、つまり撮影時における実際の相対回転軸が想定されている回転軸Ｒに対してずれている場合には、断層像の画質に重大な影響を及ぼす。
【００１０】
相対回転の軌道が設定された軌道と異なる軌道となる原因、つまり回転テーブルの実際の回転中心、あるいはＸ線発生装置とＸ線検出器の対の実際の回転中心が、設定されている回転軸Ｒからずれて一致しなくなる原因としては、機器の強度不足、温度変化などによる部材の変形、Ｘ線発生装置から発生するＸ線の位置（焦点位置）の移動などが考えられる。その結果、図１３に概念的に示すように、Ｘ線発生装置の焦点１ａの回転中心Ｒに対する設定相対回転軌道Ｔ１と、Ｘ線検出器２の回転中心Ｒに対する設定相対回転軌道Ｔ２に対し、実際の軌道がそれぞれＴ１′およびＴ２′のように逸脱する。
【００１１】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、回転テーブルの実際の回転中心、あるいはＸ線発生装置とＸ線検出器の対の実際の回転中心の、設定されている回転軸からのずれが断層像に与える影響をなくするか、あるいは少なくすることのできるＸ線断層像撮影装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線断層像撮影装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置およびＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器との間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、上記Ｘ線発生装置からのＸ線を照射しながら、上記回転機構を一定角度回転駆動するごとに上記Ｘ線検出器の出力を取り込むことにより、複数の投影方向からの対象物のＸ線投影データを順次記憶していく投影データ記憶手段と、その投影データ記憶手段に記憶された複数の方向からのＸ線投影データを用いた再構成演算により、対象物の断層像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線断層像撮影装置において、上記再構成演算手段により構築された断層像を、上記各Ｘ線投影データの投影方向と同じ方向に順投影した複数のデータを作成する順投影演算手段と、上記投影データ記憶手段に記憶されている各Ｘ線投影データと、上記順投影演算手段により順投影した各データとを、同じ投影方向のものどうしで比較し、Ｘ線投影データの順投影したデータに対するずれを求め、そのずれに基づいて上記投影データ記憶手段に記憶されているデータを補正するか、再構成演算に用いる座標を補正する補正手段を有し、上記再構成演算手段は、その補正後のＸ線投影データもしくは座標を用いて、改めて再構成演算を行って対象物の断層像を構築することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１３】
ここで、本発明においては、上記補正手段による補正後のＸ線投影データもしくは座標を用いた再構成演算と、その再構成演算により得られた断層像の順投影と当該再構成演算に用いたデータとのずれに基づく補正とを、繰り返し行う構成（請求項２）を採用することもできる。
【００１４】
本発明は、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対とを相対回転させて収集したＸ線投影データを用いて、通常の装置と同様に再構成演算（逆投影）を行うことにより、対象物の断層像を一旦構築した後、得られた断層像を順投影したデータを作成し、逆投影前のＸ線投影データ（収集データ）と同じ投影方向のものどうしを比較する。順投影は逆投影の逆向きの演算であるため、Ｘ線投影データを収集する際に、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と対象物との相対回転の軌跡があらかじめ設定された軌跡どおりであれば、Ｘ線投影データと順投影したデータとが一致するはずである。これらが相互にずれていれば、相対回転の軌跡はあらかじめ設定された軌跡から逸脱していることになる。
【００１５】
そこで、同じ方向のＸ線投影データと順投影したデータどのずれを求め、そのずれに基づいて収集したＸ線投影データを補正するか、あるいは再構成演算に用いる座標を補正し、補正後のデータもしくは座標を用いた再構成演算により、対象物の断層像を改めて構築する。これにより、投影データの収集時に装置の機械的要因等により相対回転の軌跡が設定された軌跡から逸脱していても、像が２重になったり虚像の発生を抑制した断層像を得ることができる。
【００１６】
ここで、順投影により得られたデータは、数値誤差等も含んでぼけた画像となるが、その誤差は、通常、均等に現れると考えられるので、本来あるべき位置を中心としてぼけた状態となっている。従って、この順投影データと収集データとができるだけ一致するように、収集データの位置のずれ（平行移動、回転、拡大、縮小など）を検出する。このような検出を、収集した全てのデータ（全ての投影角度のデータ）に対して行い、検出したずれに応じて収集した各データを補正し、その後、その補正後のデータ用いた再構成演算により再び断層像を構築することにより、データ収集時の相対回転の軌跡の逸脱に起因して像が２重になったり虚像が現れることを抑制することができる。
【００１７】
ここで、上記のずれに基づく補正は、収集データの位置を補正してもよいし、あるいは再び行う再構成演算時の座標を補正しても同じ結果となる。
【００１８】
また、請求項２に係る発明のように、再構成演算に用いたデータと、その再構成演算により得られた断層像を順投影したデータとのずれに基づく補正を行って、再び再構成演算を行う動作を、繰り返し行うことにより、ずれの補正の精度はより向上し、得られる断層像もより良好なものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、試料を搭載して回転を与える回転テーブルの実際の回転中心、もしくはＸ線発生装置とＸ線検出器の対が、設定されている回転軸からずれて、収集したＸ線投影データの画像が本来あるべき画像に対してずれても、そのずれが補正されて断層像が構築されるため、得られる断層像が２重になったり虚像が生じるといった不具合をなくするか、あるいは少なくすることができる。
【００２０】
このようなことから、Ｘ線検発生装置とＸ線検出器の対と対象物との相対回転機構に高価な機構を用いることなく、虚像等のないきれいな断層像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と制御装置の機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の動作の例を示すフローチャートである。
【図３】順投影により得られるデータと実際に収集した投影データとの、ラインプロファイルを用いた概念的な説明図である。
【図４】順投影により得られるデータと、本来あるべき投影データ、および実際に収集した投影データとを、ラインプロファイルを用いて概念的に説明する図である。
【図５】順投影により得られるデータと実際に収集した投影データとを、投影画像（２次元画像）を用いて概念的に示す図である。
【図６】順投影により得られたデータと実際に収集した投影データとのずれの求め方の例の説明図である。
【図７】本発明が適用可能な傾斜形ＣＴの構成例を示す模式図である。
【図８】Ｘ線断層像撮影装置の撮影系の説明図で、（Ａ）は回転テーブルを用いた撮影系の模式的構成図で、（Ｂ）は（Ａ）の状態で得られるＸ線投影データの例を示す図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の鉛直方向中央部におけるラインプロファイルを示す図である。
【図９】Ｘ線断層像撮影装置の撮影系の他の例を示すで、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる系の模式図である。
【図１０】図８（Ｃ）に示したラインプロファイルの位置におけるサイノグラムの例を示す図である。
【図１１】Ｘ線断層像撮影装置によりＸ線投影データから断層像を構築する再構成演算処理の説明図である。
【図１２】再構成演算演算処理によって得られる断層像の例を示す図である。
【図１３】Ｘ線発生装置の焦点およびＸ線検出器の、回転中心に対する軌道のずれの説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 回転ステージ
１１ Ｘ線コントローラ
１２ 軸制御部
１３ 画像データ取り込み回路
１４ 投影データ記憶部
１５ 再構成演算部
１６ 順投影演算部
１７ ずれ演算部
１８ 補正演算部
１９ 補正後データ記憶部
２０ 表示器
２１ システム制御部
２２ 操作部
Ｗ 対象物
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と制御装置の主要な機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００２４】
Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸を水平方向に向くように配置され、このＸ線発生装置１に水平方向に対向してＸ線検出器２が配置されている。Ｘ線発生装置１には、Ｘ線コントローラ１１からの信号に応じた管電圧および管電流が供給され、Ｘ線焦点を頂点としたコーン状のＸ線ビームを発生する。また、Ｘ線検出器２は画素が２次元状に配列されてなる２次元Ｘ線検出器である。
【００２５】
Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、対象物Ｗを搭載するための回転テーブル３が配置されている。この回転テーブル３は、Ｘ線光軸に直交する鉛直方向に沿った回転軸Ｒを中心として回転する。また、この回転テーブル３は、少なくともＸ線光軸方向および鉛直方向に移動可能となっており、これらの各軸方向への移動並びに回転軸Ｒの回りの回転動作は、軸制御部１２から供給される駆動制御信号によって制御される。
【００２６】
対象物ＷのＸ線投影データの収集、つまりＣＴ撮影に際しては、回転テーブル３上に対象物Ｗを搭載して回転を与え、Ｘ線を照射しつつ、回転テーブル３が所定の微小角度だけ回転するごとに、Ｘ線検出器２の各画素出力を取り込むことによって行われる。具体的には、各回転角度でのＸ線検出器の各画素出力は、その角度でのＸ線投影データとして画像データ取り込み回路１３を介して投影データ記憶部１４に記憶されていく。
【００２７】
データ記憶部１４に記憶された各角度におけるＸ線投影データは、再構成演算部１５による再構成演算に供され、Ｘ線投影データの逆投影によって対象物Ｗの断層像、実質的には３次元像情報が構築される。この収集した投影データを用いた再構成演算による断層像は、順投影演算部１６による順投影演算に供される。この順投影演算においては、ＣＴ撮影時における複数の投影方向と同じ方向への順投影演算が行われ、従って、この順投影によって収集したＸ線投影データと同じ数の順投影データが算出される。
【００２８】
順投影演算部１６により求められた各方向への順投影データは、ずれ演算部１７に取り込まれ、このずれ演算部１７では、後述するように、順投影されたデータと、投影データ記憶部１４に記憶されている投影データとを、同じ投影方向のものどうしで比較し、両者のずれを算出する。
【００２９】
ずれ演算部１７で求められた投影角度のＸ線投影データの順投影データに対するずれは、補正演算部１８に取り込まれる。補正演算部１８では、投影データ記憶部１４に記憶されている各投影角度のＸ線投影データについて、順投影データに対するずれが最も少なくなるように位置を補正する。この補正後の投影データは補正後データ記憶部１９に記憶される。そして、前記した再構成演算部１５は、この補正後データ記憶部１９に記憶された補正後の投影データを用いて再び再構成演算を行って対象物Ｗの断層像を構築する。この補正されたデータを用いて構築された断層像が、対象物Ｗの断層像として表示器２０に表示される。
【００３０】
以上の画像データ取り込み回路１３、投影データ記憶部１４、再構成演算部１５、順投影演算部１６、ずれ演算部１７、補正演算部１８、補正後データ記憶部１９および表示器２０は、前記したＸ線コントローラ１１、軸制御部１２、画像データ取り込み回路１３とともにシステム制御部２１の制御下に置かれている。システム制御部２１には、マウスやキーボード、ジョイスティック等からなる操作部２２が接続されており、この操作部２２の操作によって、回転ステージ３の位置決めを行ったり、各種指令を与えることができる。そして、これらは、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされているプログラムに従った機能を実現するのであるが、図１では説明の便宜上、その機能ごとのブロックによって表している。
【００３１】
次に、以上の構成からなる本発明の実施の形態の動作の例について、図２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、回転テーブル３上に対象物Ｗを搭載して回転を与えながらＸ線発生装置１からのＸ線を照射し、所定の微小角度ごとにＸ線検出器２の出力を投影データとして投影データ記憶部１３に記憶していく。３６０°分の投影データが揃った後、これらの投影データを用いた再構成演算により、対象物Ｗの断層像（３次元像情報）を構築する。
【００３２】
次に、得られた断層像について、ＣＴ撮影時において投影データを収集した複数の方向とそれぞれ同じ向き、換言すれば投影データの再構成に際して逆投影する方向で、かつ、その逆の向き，に順投影し、順投影データを作成する。
【００３３】
順投影により得られるデータは、基本的にはＣＴ撮影により収集された各方向の投影データと同等のＸ線透視像となるが、図３にある断層箇所におけるラインプロファイルを用いて概念的に示すように、順投影は断層像ＣＩをＸ線焦点１ａからＸ線検出器２に向けて投影するものであり、この順投影で得られた画像は数値化誤差も含んでぼけた画像となり、ラインプロファイルで表すと図中Ｐ１のようになり、対象物にＸ線を照射して収集した投影データのラインプロファイルＰ２とは異なるものとなるが、そこに現れる誤差は均等であると考えられるので、本来あるべき位置を中心としてぼけているものと見なすことができる。従って、ある投影角度におけるＸ線投影データの収集時に、回転テーブル３の回転がＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対に対して正しく設定された軌跡上にある場合には、図４に概念的に示すように、本来あるべき投影データとなっており、これをラインプロファイルで表すとＰ３のようになり、順投影データＰ１に対して位置ずれが生じないはずである。しかしながら、前記したように回転テーブル３の回転精度やその他の種々の要因により、実際に収集した投影データは設定されている回転軌跡からずれた位置での投影データＰ２となることが多い。これを投影画像の形（２次元画像）で表すと図５に概念的に示す通りとなる。この投影データの画像のずれは、断層像を同じ方向に順投影して得られる順投影データとの比較により、図６に示すように検知することができる。
【００３４】
すなわち、投影データ記憶部１４に記憶されている全ての投影データについて、該当する順投影データと比較し、ずれの方向と量を求める。この比較に際しては、順投影データは前記したようにぼけた画像となっているため、例えば画像の水平方向並びに鉛直方向への各ずれ量や、倍率、回転角度などをパラメータとして設定しておき、これらの各パラメータを少しずつ変化させながら、両データの相関関係を計算し、相関が最も高いパラメータδｘ，δｙ等を探す等の手順を採用することができる。
【００３５】
以上のように各投影データごとに、対応する順投影データに対するずれを求めた後、そのずれに基づいて投影データの位置を補正したデータは、補正後データ記憶部１９に記憶されていく。
【００３６】
すべての投影データの補正が完了した後、再構成演算部１５において補正後データ記憶部１９のデータを用いた再構成演算が実行され、改めて対象物Ｗの断層像が構築される。このようにして得られた断層像は、撮影により収集した投影データを用いて得た最初の断層像に比して、投影データの位置ずれの補正が行われている分、より鮮明なものとなり、また、虚像等の発生も抑制することができる。
【００３７】
ここで、以上のような補正により補正後データ記憶部１９に記憶された投影データを用いて構築した断層像について、再び順投影を行い、その順投影データと補正後データ記憶部１９内のデータとの比較により両者のずれを求め、そのずれに基づいて補正後データ記憶部１９内のデータを再度補正する、という行為を更に１回もしくは複数回繰り返してもよく、その場合、最終的なデータを用いた再構成演算により得られる断層像は更に鮮明なものとなる。
【００３８】
また、以上の実施の形態においては、順投影データとのずれにより投影データの位置を補正して再構成演算に供した例を示したが、ずれに基づく補正の仕方としては、収集した投影データをそのまま用いるとともに、逆投影による再構成演算時の座標を、ずれを考慮した補正を行ってもよい。
【００３９】
更に、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を固定し、その間に回転テーブル３を配置して対象物Ｗを回転させる例を示したが、対象物Ｗを固定し、その回りをＸ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転させる装置構成についても、本発明を等しく適用することができる。
【００４０】
更にまた、以上の実施の形態においては、回転軸Ｒに直交する方向にＸ線発生装置とＸ線検出器を配置した例を示したが、図７に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２を結ぶ線と、対象物を搭載する回転テーブル３の回転軸Ｒとが直交しない、いわゆる傾斜形ＣＴと呼ばれる装置であっても、本発明を等しく適用することができる。なお、傾斜形ＣＴにおいて、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を対象物の回りに回転させる構造であってもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置されたＸ線発生装置およびＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器との間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、上記Ｘ線発生装置からのＸ線を照射しながら、上記回転機構を一定角度回転駆動するごとに上記Ｘ線検出器の出力を取り込むことにより、複数の投影方向からの対象物のＸ線投影データを順次記憶していく投影データ記憶手段と、その投影データ記憶手段に記憶された複数の方向からのＸ線投影データを用いた再構成演算により、対象物の断層像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線断層像撮影装置において、
上記再構成演算手段により構築された断層像を、上記各Ｘ線投影データの投影方向と同じ方向に順投影した複数のデータを作成する順投影演算手段と、上記投影データ記憶手段に記憶されている各Ｘ線投影データと、上記順投影演算手段により順投影した各データとを、同じ投影方向のものどうしで比較し、Ｘ線投影データの順投影したデータに対するずれを求め、そのずれに基づいて上記投影データ記憶手段に記憶されているデータを補正するか、再構成演算に用いる座標を補正する補正手段を有し、上記再構成演算手段は、その補正後のＸ線投影データもしくは座標を用いて、改めて再構成演算を行って対象物の断層像を構築することを特徴とするＸ線断層像撮影装置。
【請求項２】
上記補正手段による補正後のＸ線投影データもしくは座標を用いた再構成演算と、その再構成演算により得られた断層像の順投影と当該再構成演算に用いたデータとのずれに基づく補正とを、繰り返し行うことを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層像撮影装置。
【請求項１】
互いに対向配置されたＸ線発生装置およびＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器との間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構と、上記Ｘ線発生装置からのＸ線を照射しながら、上記回転機構を一定角度回転駆動するごとに上記Ｘ線検出器の出力を取り込むことにより、複数の投影方向からの対象物のＸ線投影データを順次記憶していく投影データ記憶手段と、その投影データ記憶手段に記憶された複数の方向からのＸ線投影データを用いた再構成演算により、対象物の断層像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線断層像撮影装置において、
上記再構成演算手段により構築された断層像を、上記各Ｘ線投影データの投影方向と同じ方向に順投影した複数のデータを作成する順投影演算手段と、上記投影データ記憶手段に記憶されている各Ｘ線投影データと、上記順投影演算手段により順投影した各データとを、同じ投影方向のものどうしで比較し、Ｘ線投影データの順投影したデータに対するずれを求め、そのずれに基づいて上記投影データ記憶手段に記憶されているデータを補正するか、再構成演算に用いる座標を補正する補正手段を有し、上記再構成演算手段は、その補正後のＸ線投影データもしくは座標を用いて、改めて再構成演算を行って対象物の断層像を構築することを特徴とするＸ線断層像撮影装置。
【請求項２】
上記補正手段による補正後のＸ線投影データもしくは座標を用いた再構成演算と、その再構成演算により得られた断層像の順投影と当該再構成演算に用いたデータとのずれに基づく補正とを、繰り返し行うことを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層像撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図５】
【図１０】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図５】
【図１０】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１８１１５３（Ｐ２０１０−１８１１５３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２１９８（Ｐ２００９−２２１９８）
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月３日（２００９．２．３）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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