JP2589613B2 - X線ctの画像化方法及びx線ct装置 - Google Patents
X線ctの画像化方法及びx線ct装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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- G—PHYSICS
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に、産業用X線CT
に好適なX線CTの画像化方法及びX線CT装置に関す
る。
に好適なX線CTの画像化方法及びX線CT装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】CT装置では、分解能の向上と撮影時間
の短縮が技術的な課題である。分解能を向上するために
は、再構成メッシュを細かくすることが必要であるが、
このためには、被検体の並進移動のピッチを細かくする
必要がある。しかしながら、現状では再構成メッシュの
サイズは1024×1024が最大であるので、大きな
被検体を高い分解能で撮影することはできない。例え
ば、大きさ1mの被検体を0.1mmの分解能で撮影す
ることはできない。なぜなら、この場合の再構成メッシ
ュの大きさは10000×10000となるからであ
る。また、CTの原理であるRadon変換に忠実に従
い分解能を高めると、撮影時間は分解能の2乗に比例し
て多くなる。例えば、分解能を2倍に高めると、撮影時
間は4倍となり、分解能を10倍に高めると、撮影時間
は100倍となる。すなわち、現在のCTでは大きな被
検体を高い分解能で断層撮影することはできないし、で
きたとしても撮影時間が多くなる。これらの問題点を解
決する1つの方法は、関心のある領域を透過するデータ
から、関心のある領域を再構成する方法である(Reg
ion of Interest;以下ROIと略記す
る)。 従来技術(1):第5回産業における画像センシング技
術シンポジウム講演論文集「X線CTにおける部分視野
再構成」に記載のように、CTでは原理からの要請によ
り、関心のある領域を透過したデータだけを収集し、関
心のある領域だけを再構成しても、その再構成画像は被
検体の線吸収係数分布(密度)を正しく再生しない。こ
れは、1つの透過データには関心領域の情報以外に領域
外の情報も持っているためである。この領域外の影響を
取り除くためには、何らかのかたちで領域外の情報を知
る必要がある。このため、従来のCTにおける関心領域
の像再構成問題は、従来技術(2):特開昭58−46
947「X線断層撮影装置」に記載のように、あらかじ
め被検体の全体を断層撮影し、その後に、関心領域の透
過データから関心領域の像を再構成するものであった。
この方法では1つの透過データに含まれる関心領域外の
情報をあらかじめ撮影してある全体像から求め、差し引
くので、線吸収係数分布(密度)を正しく再生する。こ
の従来技術の問題点は、1度は被検体の断面全体を撮影
する必要があるところである。
の短縮が技術的な課題である。分解能を向上するために
は、再構成メッシュを細かくすることが必要であるが、
このためには、被検体の並進移動のピッチを細かくする
必要がある。しかしながら、現状では再構成メッシュの
サイズは1024×1024が最大であるので、大きな
被検体を高い分解能で撮影することはできない。例え
ば、大きさ1mの被検体を0.1mmの分解能で撮影す
ることはできない。なぜなら、この場合の再構成メッシ
ュの大きさは10000×10000となるからであ
る。また、CTの原理であるRadon変換に忠実に従
い分解能を高めると、撮影時間は分解能の2乗に比例し
て多くなる。例えば、分解能を2倍に高めると、撮影時
間は4倍となり、分解能を10倍に高めると、撮影時間
は100倍となる。すなわち、現在のCTでは大きな被
検体を高い分解能で断層撮影することはできないし、で
きたとしても撮影時間が多くなる。これらの問題点を解
決する1つの方法は、関心のある領域を透過するデータ
から、関心のある領域を再構成する方法である(Reg
ion of Interest;以下ROIと略記す
る)。 従来技術(1):第5回産業における画像センシング技
術シンポジウム講演論文集「X線CTにおける部分視野
再構成」に記載のように、CTでは原理からの要請によ
り、関心のある領域を透過したデータだけを収集し、関
心のある領域だけを再構成しても、その再構成画像は被
検体の線吸収係数分布(密度)を正しく再生しない。こ
れは、1つの透過データには関心領域の情報以外に領域
外の情報も持っているためである。この領域外の影響を
取り除くためには、何らかのかたちで領域外の情報を知
る必要がある。このため、従来のCTにおける関心領域
の像再構成問題は、従来技術(2):特開昭58−46
947「X線断層撮影装置」に記載のように、あらかじ
め被検体の全体を断層撮影し、その後に、関心領域の透
過データから関心領域の像を再構成するものであった。
この方法では1つの透過データに含まれる関心領域外の
情報をあらかじめ撮影してある全体像から求め、差し引
くので、線吸収係数分布(密度)を正しく再生する。こ
の従来技術の問題点は、1度は被検体の断面全体を撮影
する必要があるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】関心領域を透過するデ
ータに基づき関心領域を再構成すると、再構成した画像
は、被検体を正しく再生せずに、線吸収係数分布(密
度)に歪が発生する(参考文献(1))。産業用CTで
は、欠陥部の検出及び寸法計測が主なニーズであるた
め、形状情報すなわち「密度の不連続点の軌跡」が重要
であり、密度の情報はあまり重要ではない。形状情報の
みを取りだすのであれば、上記従来技術の様にあらかじ
め被検体のある断面全体の断層撮影をする必要はなく、
関心領域を透過するデータを収集し、それに基づき関心
領域を再構成すれば良い。本発明の第1の目的は、関心
領域を透過したデータに基づき関心領域を再構成した画
像から形状情報を取り出すことにある。本発明の第2の
目的は、被検体の関心領域を含むある一部領域を透過す
るデータを短時間に収集するX線CT装置を提供するこ
とにある。本発明の第3の目的は、ROIの手法を用い
ることにより、被検体のある2点間の寸法計測の高精度
化及び欠陥部の検出の高細化を実現するX線CT装置を
提供することにある。
ータに基づき関心領域を再構成すると、再構成した画像
は、被検体を正しく再生せずに、線吸収係数分布(密
度)に歪が発生する(参考文献(1))。産業用CTで
は、欠陥部の検出及び寸法計測が主なニーズであるた
め、形状情報すなわち「密度の不連続点の軌跡」が重要
であり、密度の情報はあまり重要ではない。形状情報の
みを取りだすのであれば、上記従来技術の様にあらかじ
め被検体のある断面全体の断層撮影をする必要はなく、
関心領域を透過するデータを収集し、それに基づき関心
領域を再構成すれば良い。本発明の第1の目的は、関心
領域を透過したデータに基づき関心領域を再構成した画
像から形状情報を取り出すことにある。本発明の第2の
目的は、被検体の関心領域を含むある一部領域を透過す
るデータを短時間に収集するX線CT装置を提供するこ
とにある。本発明の第3の目的は、ROIの手法を用い
ることにより、被検体のある2点間の寸法計測の高精度
化及び欠陥部の検出の高細化を実現するX線CT装置を
提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の目的は、
線吸収係数分布(密度)に歪のある再構成画像に、被検
体の大きさに対する関心領域の大きさから求まるしきい
値関数を設け、そのしきい値関数により画像情報を2値
化ないしは3値化等をすることにより、達成できる。ま
たは、線吸収係数分布(密度)に歪のある再構成画像に
微分操作を施すことにより、線吸収係数分布(密度)が
ステップ状に変化している部分を取りだすことにより、
達成できる。本発明の第2の目的は、被検体の関心領域
の位置と大きさを設定する装置、線源−検出器に対する
被検体の相対的な回転角を認識する装置、及び、関心領
域の位置と大きさ及び線源−検出器に対する被検体の相
対的な回転角から、線源−検出器に対する被検体の相対
的な並進開始点と並進終了点を制御する装置を設けるこ
とにより、達成できる。または、被検体の関心領域の位
置と大きさを設定する装置及びその関心領域をターンテ
ーブル上の中心に移動するための装置を設けることによ
り、達成できる。本発明の第3の目的は、寸法計測をす
る2つの位置を指定し、その指定したそれぞれの位置を
ROIにより断層撮影し、このROIにより撮影した2
枚の断層像から寸法を計算することにより、また、欠陥
部分の位置を指定し、その指定した位置をROIにより
断層撮影し、このROIにより撮影した断層像により、
達成できる。
線吸収係数分布(密度)に歪のある再構成画像に、被検
体の大きさに対する関心領域の大きさから求まるしきい
値関数を設け、そのしきい値関数により画像情報を2値
化ないしは3値化等をすることにより、達成できる。ま
たは、線吸収係数分布(密度)に歪のある再構成画像に
微分操作を施すことにより、線吸収係数分布(密度)が
ステップ状に変化している部分を取りだすことにより、
達成できる。本発明の第2の目的は、被検体の関心領域
の位置と大きさを設定する装置、線源−検出器に対する
被検体の相対的な回転角を認識する装置、及び、関心領
域の位置と大きさ及び線源−検出器に対する被検体の相
対的な回転角から、線源−検出器に対する被検体の相対
的な並進開始点と並進終了点を制御する装置を設けるこ
とにより、達成できる。または、被検体の関心領域の位
置と大きさを設定する装置及びその関心領域をターンテ
ーブル上の中心に移動するための装置を設けることによ
り、達成できる。本発明の第3の目的は、寸法計測をす
る2つの位置を指定し、その指定したそれぞれの位置を
ROIにより断層撮影し、このROIにより撮影した2
枚の断層像から寸法を計算することにより、また、欠陥
部分の位置を指定し、その指定した位置をROIにより
断層撮影し、このROIにより撮影した断層像により、
達成できる。
【0005】
【作用】本発明の第1の目的を達成する手段についての
作用を述べる。関心領域を透過するデータは関心領域の
情報と領域外の情報が含まれている。このようなデータ
に基づいて、通常の像再構成演算(Filtered
Backprojection法あるいは重畳積分法)
を用いて、像再構成をすると、再構成画像には被検体の
線吸収係数分布(密度)に歪が発生する。しかしなが
ら、「密度の不連続点の軌跡」としての形状は正しく再
生する。したがって、ROIによる再構成画像から形状
情報に着目し、この形状情報を画像化することが重要に
なる。一方、ROIによる再構成画像において、線吸収
係数分布(密度)の歪の傾向は、領域外が大きければ大
きいほど顕著となる。そこで、この傾向に基づいて線吸
収係数分布(密度)にしきい値関数を設定し、線吸収係
数分布(密度)を2値化ないしは3値化等をして、形状
情報を取りだす。あるいは、ROIによる再構成画像
(線吸収係数分布(密度)に歪のある画像)に対して微
分操作を施すことにより、線吸収係数分布(密度)の情
報がステップ状に変化している部分すなわち形状情報を
取りだす。このように、本発明のCT装置では、ROI
による再構成画像から形状情報を画像化することが可能
である。本発明の第2の目的を達成する手段についての
作用について述べる。関心領域を透過するデータを収集
する際に問題となるのは、線源−検出器系を固定し、被
検体を並進回転操作をする場合、回転走査をする度に被
検体の関心領域の位置がターンテーブル上で変化するた
め、スキャナの並進開始位置と並進終了位置が変化する
ことである。そこで、本発明のCT装置では、被検体の
関心領域の位置と大きさ及びターンテーブルの回転角か
らスキャナの並進開始位置と並進終了位置を制御する。
すなわち、ターンテーブルの中心を被検体座標系の原点
とし並進方向をy軸とし、円形関心領域の中心を(XR
OI,YROI)、その半径をRROIとする。ターン
テーブルが初めの状態から角度θだけ回転したときの関
心領域の中心位置は(XROI’,YROI’)とな
る。ここで、XROI’、YROI’は次式により表現
できる。 XROI’=XROI・cosθ−YROI・sinθ YROI’=XROI・sinθ+YROI・cosθ ターンテーブルが回転する度に関心領域の中心と線源の
距離が変わり、X線のビーム形状が扇状であることを考
慮すると、並進走査の範囲は回転走査の度に変化する。
この並進範囲の大きさsは次式により表現できる。 s=2・{(L+XROI’)・tanφ+RROI/cosφ} ここで、φは扇状ビームの発散角の1/2である。以上
のことより、回転の度に並進位置を制御する制御装置を
設けることにより、関心領域を透過するデータを短時間
に不足なく収集することができる。また、線源−検出器
系を固定し被検体を並進回転操作をする場合、被検体の
並進回転走査をする前に、関心領域をターンテーブルの
中心部に移動し、関心領域の大きさから求まる並進範囲
を並進走査する。この場合、初めに被検体の関心領域を
ターンテーブルの中心部に移動することにより、ターン
テーブル回転の度に並進走査を制御する必要はない。本
発明の第3の目的を達成する手段についての作用につい
て述べる。被検体の2点間の寸法を測定する場合、測定
精度は再構成メッシュの大きさに依存する。例えば、再
構成メッシュの大きさがcmの単位であれば、2点間の
寸法もcmの精度である。より高精度に寸法を測定する
には、再構成メッシュを細かくすることが必要である。
そこで、寸法を測定するそれぞれの点を含む領域を関心
領域としてROI撮影を行う。このとき寸法を測定する
2つの領域の再構成メッシュの大きさは、例えば、mm
単位の精度である。なお、この点は、欠陥部分の画像表
示についても同様である。続いて、寸法計測の場合を述
べると、上述のようにして断層撮影した画像から次式に
より寸法を測定する。 寸法=|(R1+r1)−(R2+r2)| ここで、R1、R2は最初に設定した2点間の寸法を測
定する位置ベクトルであり、r1、r2は、ROI撮影
をした断層上の寸法を測定するベクトルであり、それぞ
れベクトルの始点はR1、R2である。
作用を述べる。関心領域を透過するデータは関心領域の
情報と領域外の情報が含まれている。このようなデータ
に基づいて、通常の像再構成演算(Filtered
Backprojection法あるいは重畳積分法)
を用いて、像再構成をすると、再構成画像には被検体の
線吸収係数分布(密度)に歪が発生する。しかしなが
ら、「密度の不連続点の軌跡」としての形状は正しく再
生する。したがって、ROIによる再構成画像から形状
情報に着目し、この形状情報を画像化することが重要に
なる。一方、ROIによる再構成画像において、線吸収
係数分布(密度)の歪の傾向は、領域外が大きければ大
きいほど顕著となる。そこで、この傾向に基づいて線吸
収係数分布(密度)にしきい値関数を設定し、線吸収係
数分布(密度)を2値化ないしは3値化等をして、形状
情報を取りだす。あるいは、ROIによる再構成画像
(線吸収係数分布(密度)に歪のある画像)に対して微
分操作を施すことにより、線吸収係数分布(密度)の情
報がステップ状に変化している部分すなわち形状情報を
取りだす。このように、本発明のCT装置では、ROI
による再構成画像から形状情報を画像化することが可能
である。本発明の第2の目的を達成する手段についての
作用について述べる。関心領域を透過するデータを収集
する際に問題となるのは、線源−検出器系を固定し、被
検体を並進回転操作をする場合、回転走査をする度に被
検体の関心領域の位置がターンテーブル上で変化するた
め、スキャナの並進開始位置と並進終了位置が変化する
ことである。そこで、本発明のCT装置では、被検体の
関心領域の位置と大きさ及びターンテーブルの回転角か
らスキャナの並進開始位置と並進終了位置を制御する。
すなわち、ターンテーブルの中心を被検体座標系の原点
とし並進方向をy軸とし、円形関心領域の中心を(XR
OI,YROI)、その半径をRROIとする。ターン
テーブルが初めの状態から角度θだけ回転したときの関
心領域の中心位置は(XROI’,YROI’)とな
る。ここで、XROI’、YROI’は次式により表現
できる。 XROI’=XROI・cosθ−YROI・sinθ YROI’=XROI・sinθ+YROI・cosθ ターンテーブルが回転する度に関心領域の中心と線源の
距離が変わり、X線のビーム形状が扇状であることを考
慮すると、並進走査の範囲は回転走査の度に変化する。
この並進範囲の大きさsは次式により表現できる。 s=2・{(L+XROI’)・tanφ+RROI/cosφ} ここで、φは扇状ビームの発散角の1/2である。以上
のことより、回転の度に並進位置を制御する制御装置を
設けることにより、関心領域を透過するデータを短時間
に不足なく収集することができる。また、線源−検出器
系を固定し被検体を並進回転操作をする場合、被検体の
並進回転走査をする前に、関心領域をターンテーブルの
中心部に移動し、関心領域の大きさから求まる並進範囲
を並進走査する。この場合、初めに被検体の関心領域を
ターンテーブルの中心部に移動することにより、ターン
テーブル回転の度に並進走査を制御する必要はない。本
発明の第3の目的を達成する手段についての作用につい
て述べる。被検体の2点間の寸法を測定する場合、測定
精度は再構成メッシュの大きさに依存する。例えば、再
構成メッシュの大きさがcmの単位であれば、2点間の
寸法もcmの精度である。より高精度に寸法を測定する
には、再構成メッシュを細かくすることが必要である。
そこで、寸法を測定するそれぞれの点を含む領域を関心
領域としてROI撮影を行う。このとき寸法を測定する
2つの領域の再構成メッシュの大きさは、例えば、mm
単位の精度である。なお、この点は、欠陥部分の画像表
示についても同様である。続いて、寸法計測の場合を述
べると、上述のようにして断層撮影した画像から次式に
より寸法を測定する。 寸法=|(R1+r1)−(R2+r2)| ここで、R1、R2は最初に設定した2点間の寸法を測
定する位置ベクトルであり、r1、r2は、ROI撮影
をした断層上の寸法を測定するベクトルであり、それぞ
れベクトルの始点はR1、R2である。
【0006】
【実施例】以下、本発明の詳細な説明を実施例を用いて
行う。まず、説明上、図3に被検体9(a)とその関心
領域10(a)の関係を示す。図中、被検体9(a)と
して密度一様な直径180mmの円板、関心領域10
(a)として直径10mmの空孔を有する円形部分を表
す。なお、数値は大きさの概念を示すための一例であ
る。ここで、透過データの情報について、関心領域10
(a)に注目すると、図から明らかなように、透過する
データは関心領域の情報と領域外の情報が含まれてい
る。すなわち、 (透過データの情報)=(関心領域の情報)+(関心領
域外の情報) となる。このようなデータに基づいて、通常の像再構成
演算(FilteredBackprojection
法あるいは重畳積分法)を用いて像を再構成すると、関
心領域外の情報がうまくキャンセルせずに、関心領域1
0(a)の中に残ってしまう。このために、再構成画像
には被検体9(a)の線吸収係数分布(密度)に歪が発
生する。この歪は、一般的に、被検体の大きさと密度及
び関心領域の大きさと関係がある。しかしながら、「密
度の不連続点の軌跡」としての形状は正しく再生する。
そこで、本発明のポイントは、ROIによる再構成画像
から形状情報に着目し、この形状情報を画像化すること
にある。一方、ROIによる再構成画像において、線吸
収係数分布(密度)の歪にはある傾向がある。この傾向
は、関心領域において、その外側に向かうにつれて線吸
収係数分布(密度)が急激に増大するということであ
る。この傾向は、関心領域外が大きければ大きいほど顕
著となる。
行う。まず、説明上、図3に被検体9(a)とその関心
領域10(a)の関係を示す。図中、被検体9(a)と
して密度一様な直径180mmの円板、関心領域10
(a)として直径10mmの空孔を有する円形部分を表
す。なお、数値は大きさの概念を示すための一例であ
る。ここで、透過データの情報について、関心領域10
(a)に注目すると、図から明らかなように、透過する
データは関心領域の情報と領域外の情報が含まれてい
る。すなわち、 (透過データの情報)=(関心領域の情報)+(関心領
域外の情報) となる。このようなデータに基づいて、通常の像再構成
演算(FilteredBackprojection
法あるいは重畳積分法)を用いて像を再構成すると、関
心領域外の情報がうまくキャンセルせずに、関心領域1
0(a)の中に残ってしまう。このために、再構成画像
には被検体9(a)の線吸収係数分布(密度)に歪が発
生する。この歪は、一般的に、被検体の大きさと密度及
び関心領域の大きさと関係がある。しかしながら、「密
度の不連続点の軌跡」としての形状は正しく再生する。
そこで、本発明のポイントは、ROIによる再構成画像
から形状情報に着目し、この形状情報を画像化すること
にある。一方、ROIによる再構成画像において、線吸
収係数分布(密度)の歪にはある傾向がある。この傾向
は、関心領域において、その外側に向かうにつれて線吸
収係数分布(密度)が急激に増大するということであ
る。この傾向は、関心領域外が大きければ大きいほど顕
著となる。
【0007】この様子を図4を用いて説明する。図4
(a)は、被検体9(a)のA−A’断面の本来の線吸
収系数分布(密度)であり、図4(b)は、被検体9
(a)の関心領域10(a)のみB−B’点を再構成し
た画像のA−A’断面の線吸収係数分布(密度)を示し
たものである。 関心領域10(a)を再構成すると、
図4(b)の実線のように、歪が発生する。この歪は、
関心領域の外側に向かうにつれ線吸収係数分布(密度)
は急激に増加し、また、本来の線吸収係数分布(密度)
を持たない空気層でも線吸収係数(密度)が発生する。
この歪方は一般的なものである。いずれにしても、関心
領域10(a)を再構成画像とすると、本来の線吸収係
数分布(密度)を再生することができない。そこで、本
発明では、一実施例として、この断層像に対して、図4
(b)の破線に示すように、線吸収系数分布(密度)に
しきい値関数を設定する。そして、図4(b)に示した
しきい値関数より画像データが大きいときは1、小さい
ときは0として画像を2値化し、図4(c)に示す形状
情報を取りだす。なお、線吸収係数分布(密度)を2値
化することに限らず、3値化等してもよい。あるいは、
他の実施例として、ROIによる再構成画像(線吸収係
数分布(密度)に歪のある画像)に対して、微分操作を
施すことにより、ステップ状に変化している部分すなわ
ち形状情報を取りだすことができる。
(a)は、被検体9(a)のA−A’断面の本来の線吸
収系数分布(密度)であり、図4(b)は、被検体9
(a)の関心領域10(a)のみB−B’点を再構成し
た画像のA−A’断面の線吸収係数分布(密度)を示し
たものである。 関心領域10(a)を再構成すると、
図4(b)の実線のように、歪が発生する。この歪は、
関心領域の外側に向かうにつれ線吸収係数分布(密度)
は急激に増加し、また、本来の線吸収係数分布(密度)
を持たない空気層でも線吸収係数(密度)が発生する。
この歪方は一般的なものである。いずれにしても、関心
領域10(a)を再構成画像とすると、本来の線吸収係
数分布(密度)を再生することができない。そこで、本
発明では、一実施例として、この断層像に対して、図4
(b)の破線に示すように、線吸収系数分布(密度)に
しきい値関数を設定する。そして、図4(b)に示した
しきい値関数より画像データが大きいときは1、小さい
ときは0として画像を2値化し、図4(c)に示す形状
情報を取りだす。なお、線吸収係数分布(密度)を2値
化することに限らず、3値化等してもよい。あるいは、
他の実施例として、ROIによる再構成画像(線吸収係
数分布(密度)に歪のある画像)に対して、微分操作を
施すことにより、ステップ状に変化している部分すなわ
ち形状情報を取りだすことができる。
【0008】以下、本発明のCT装置における動作原理
を説明する。図1は、本発明のCT装置における全体の
フローチャートを示す。まず、第1ステップとして、被
検体の関心領域を透過するデータを収集する(10
1)。従来のCT装置では、被検体全体をおおうデータ
収集が必要であるが、本発明では、被検体の関心領域を
透過するデータのみを収集するので、撮影時間の短縮が
図れる。第2ステップとして、収集したデータから関心
領域を像再構成する(102)。像再構成演算は、従来
から用いられているFiltered Backpro
jection法あるいは重畳積分法を用いる。第3ス
テップとして、第2ステップにおいて再構成した画像か
ら形状情報を取り出す(103)。最後に、第4ステッ
プとして、形状情報のみとなった断層像を画像出力装置
に出力する(104)。
を説明する。図1は、本発明のCT装置における全体の
フローチャートを示す。まず、第1ステップとして、被
検体の関心領域を透過するデータを収集する(10
1)。従来のCT装置では、被検体全体をおおうデータ
収集が必要であるが、本発明では、被検体の関心領域を
透過するデータのみを収集するので、撮影時間の短縮が
図れる。第2ステップとして、収集したデータから関心
領域を像再構成する(102)。像再構成演算は、従来
から用いられているFiltered Backpro
jection法あるいは重畳積分法を用いる。第3ス
テップとして、第2ステップにおいて再構成した画像か
ら形状情報を取り出す(103)。最後に、第4ステッ
プとして、形状情報のみとなった断層像を画像出力装置
に出力する(104)。
【0009】図2は、本発明の形状情報を取り出すため
のフローチャートを示す。第1ステップとして、被検体
の大きさと関心領域の大きさ及び関心領域の位置から、
しきい値関数を設定する(201)。このしきい値関数
は、画像内の位置の関数として設定する。すなわち、し
きい値関数をSとすると、Sは次のように表すことがで
きる。 S=S(x,y) ここで、x、yは画像内の位置座標を示す。2値化をす
るのであれば、しきい値関数を1つ決めればよい。3値
化等をする場合には、それに応じてしきい値関数をいく
つか決める。第2ステップとして、このしきい値関数に
基づいて、関心領域の再構成画像を2値化ないしは3値
化等をする(202)。この操作をすることにより、線
吸収系数分布(密度)に歪のある画像から形状情報を取
りだす。第3ステップとして、第2ステップにおいて得
られた画像を画像出力装置に出力する(203)。この
ように、本発明のCT装置では、ROIによる再構成画
像から形状情報を画像化することが可能となる。また、
この画像は、欠陥検出や寸法計測のように形状情報が重
要な応用分野に有益である。
のフローチャートを示す。第1ステップとして、被検体
の大きさと関心領域の大きさ及び関心領域の位置から、
しきい値関数を設定する(201)。このしきい値関数
は、画像内の位置の関数として設定する。すなわち、し
きい値関数をSとすると、Sは次のように表すことがで
きる。 S=S(x,y) ここで、x、yは画像内の位置座標を示す。2値化をす
るのであれば、しきい値関数を1つ決めればよい。3値
化等をする場合には、それに応じてしきい値関数をいく
つか決める。第2ステップとして、このしきい値関数に
基づいて、関心領域の再構成画像を2値化ないしは3値
化等をする(202)。この操作をすることにより、線
吸収系数分布(密度)に歪のある画像から形状情報を取
りだす。第3ステップとして、第2ステップにおいて得
られた画像を画像出力装置に出力する(203)。この
ように、本発明のCT装置では、ROIによる再構成画
像から形状情報を画像化することが可能となる。また、
この画像は、欠陥検出や寸法計測のように形状情報が重
要な応用分野に有益である。
【0010】つぎに、本発明の関心領域を透過するデー
タを収集するX線CT装置を説明する。図5は、その第
1の実施例である。1はX線源、2はプリコリメータ、
3はスキャナ、4はターンテーブル、5はファンビーム
状X線、6はアレイ配列状検出器、7は並進軸、8は並
進移動範囲、9は被検体、10は被検体の関心領域、1
3は信号処理回路、14は駆動制御装置、15は計算
機、16は画像表示装置、17は関心領域制御装置をそ
れぞれ示す。図6のフローチャートを用いて、本実施例
のデータ収集の動作を説明する。まず、被検体9の関心
領域10の位置と大きさを設定し(301)、駆動制御
装置14からターンテーブル4の回転角の情報を関心領
域制御装置17に与える(302)。これによりスキャ
ナ3の並進走査の位置と範囲8(図5の太線の部分)を
決定する(303)。つぎに、X線源1によりX線を発
生し、プリコリメータ2によりファンビーム状X線5と
し、ターンテーブル4上に固定された被検体9に放射す
る。被検体9を透過したX線は、アレイ状に配列した検
出器6により検出され、信号処理回路13を通して計算
機15内の記憶装置に蓄えられる。この際、駆動制御装
置14は、X線源1、スキャナ3及び信号処理回路13
を制御し、被検体9を並進走査する(304)。1回の
並進走査の後に、回転走査を駆動制御装置14の制御の
下に行い(305)、規定の回転数に達したかどうかを
判定する(306)。規定の回転数に達していない場合
は、駆動制御装置14からターンテーブル4の回転角の
情報を関心領域制御装置17に与え(302)、スキャ
ナ3の並進走査の位置と範囲8を決定し(303)、並
進走査をする(304)。この一連の操作を回転走査が
規定数に達するまで行う(307)。このようにして、
関心領域に関するデータが得られる。計算機15におい
て、この関心領域に関するデータとあらかじめ収集して
ある空気層のデータを用いて、関心領域のみの像再構成
演算を、Filtered Backprojecti
on法ないしは重畳積分法を用いて行い、上述した図1
及び図2の本発明の方法により、再構成した画像から形
状情報のみを抽出し、画像表示装置に出力する。
タを収集するX線CT装置を説明する。図5は、その第
1の実施例である。1はX線源、2はプリコリメータ、
3はスキャナ、4はターンテーブル、5はファンビーム
状X線、6はアレイ配列状検出器、7は並進軸、8は並
進移動範囲、9は被検体、10は被検体の関心領域、1
3は信号処理回路、14は駆動制御装置、15は計算
機、16は画像表示装置、17は関心領域制御装置をそ
れぞれ示す。図6のフローチャートを用いて、本実施例
のデータ収集の動作を説明する。まず、被検体9の関心
領域10の位置と大きさを設定し(301)、駆動制御
装置14からターンテーブル4の回転角の情報を関心領
域制御装置17に与える(302)。これによりスキャ
ナ3の並進走査の位置と範囲8(図5の太線の部分)を
決定する(303)。つぎに、X線源1によりX線を発
生し、プリコリメータ2によりファンビーム状X線5と
し、ターンテーブル4上に固定された被検体9に放射す
る。被検体9を透過したX線は、アレイ状に配列した検
出器6により検出され、信号処理回路13を通して計算
機15内の記憶装置に蓄えられる。この際、駆動制御装
置14は、X線源1、スキャナ3及び信号処理回路13
を制御し、被検体9を並進走査する(304)。1回の
並進走査の後に、回転走査を駆動制御装置14の制御の
下に行い(305)、規定の回転数に達したかどうかを
判定する(306)。規定の回転数に達していない場合
は、駆動制御装置14からターンテーブル4の回転角の
情報を関心領域制御装置17に与え(302)、スキャ
ナ3の並進走査の位置と範囲8を決定し(303)、並
進走査をする(304)。この一連の操作を回転走査が
規定数に達するまで行う(307)。このようにして、
関心領域に関するデータが得られる。計算機15におい
て、この関心領域に関するデータとあらかじめ収集して
ある空気層のデータを用いて、関心領域のみの像再構成
演算を、Filtered Backprojecti
on法ないしは重畳積分法を用いて行い、上述した図1
及び図2の本発明の方法により、再構成した画像から形
状情報のみを抽出し、画像表示装置に出力する。
【0011】図7は、図5の実施例を変形した第2の実
施例である。本実施例が図5のX線CT装置と相違する
ところは、被検体9をターンテーブル4上の中心部に移
動する関心領域中心移動テーブル11を設けることにあ
る。図8のフローチャートを用いて、本実施例のデータ
収集の動作を説明する。まず、被検体9の関心領域10
の位置と大きさを関心領域制御装置17に設定し、被検
体9の関心領域10を図示のようにターンテーブル4の
中心部に移動する(401)。また、被検体9の関心領
域10の大きさからスキャナ3の並進走査の位置と範囲
8(図7の太線の部分)を決定する(402)。つぎ
に、X線源1によりX線を発生し、プリコリメータ2に
よりファンビーム状X線5とし、ターンテーブル4上に
固定された被検体9に放射する。被検体9を透過したX
線は、アレイ状に配列した検出器6により検出し、信号
処理回路13を通して計算機15内の記憶装置に蓄えら
れる。この際、駆動制御装置14によりX線源1、スキ
ャナ3及び信号処理回路13を制御し、被検体9を並進
走査する(403)。1回の並進走査の後に、回転走査
を駆動制御装置14の制御の下に行い(404)、規定
の回転数に達したかどうかを判定する(405)。規定
の回転数に達していない場合は、並進走査を行う(40
3)。この一連の操作を回転走査が規定数に達するまで
行う(406)。この変形例では、被検体9の関心領域
10をターンテーブル4の中心部に移動するので、被検
体9の並進走査が終わる度に並進走査範囲8を制御する
必要はない。このようにして、関心領域に関するデータ
が得られ、計算機15において、像再構成演算を行い、
再構成した画像から形状情報のみを抽出し、画像表示装
置に出力することは、図5の実施例と同様である。
施例である。本実施例が図5のX線CT装置と相違する
ところは、被検体9をターンテーブル4上の中心部に移
動する関心領域中心移動テーブル11を設けることにあ
る。図8のフローチャートを用いて、本実施例のデータ
収集の動作を説明する。まず、被検体9の関心領域10
の位置と大きさを関心領域制御装置17に設定し、被検
体9の関心領域10を図示のようにターンテーブル4の
中心部に移動する(401)。また、被検体9の関心領
域10の大きさからスキャナ3の並進走査の位置と範囲
8(図7の太線の部分)を決定する(402)。つぎ
に、X線源1によりX線を発生し、プリコリメータ2に
よりファンビーム状X線5とし、ターンテーブル4上に
固定された被検体9に放射する。被検体9を透過したX
線は、アレイ状に配列した検出器6により検出し、信号
処理回路13を通して計算機15内の記憶装置に蓄えら
れる。この際、駆動制御装置14によりX線源1、スキ
ャナ3及び信号処理回路13を制御し、被検体9を並進
走査する(403)。1回の並進走査の後に、回転走査
を駆動制御装置14の制御の下に行い(404)、規定
の回転数に達したかどうかを判定する(405)。規定
の回転数に達していない場合は、並進走査を行う(40
3)。この一連の操作を回転走査が規定数に達するまで
行う(406)。この変形例では、被検体9の関心領域
10をターンテーブル4の中心部に移動するので、被検
体9の並進走査が終わる度に並進走査範囲8を制御する
必要はない。このようにして、関心領域に関するデータ
が得られ、計算機15において、像再構成演算を行い、
再構成した画像から形状情報のみを抽出し、画像表示装
置に出力することは、図5の実施例と同様である。
【0012】図9は、図5の実施例を変形した第3の実
施例である。本実施例が図5のX線CT装置と相違する
ところは、並進移動装置18(a)、(b)と回転移動
装置19を設け、被検体9を固定し、X線源1とアレイ
配列状検出器6を一体とし、駆動制御装置14が並進移
動装置18(a)、(b)と回転移動装置19を制御し
て、一体としたX線源1とアレイ配列状検出器6を並進
または回転し、被検体9を並進回転走査することにあ
る。そして、回転走査の度に並進移動の開始位置と終了
位置を制御する。
施例である。本実施例が図5のX線CT装置と相違する
ところは、並進移動装置18(a)、(b)と回転移動
装置19を設け、被検体9を固定し、X線源1とアレイ
配列状検出器6を一体とし、駆動制御装置14が並進移
動装置18(a)、(b)と回転移動装置19を制御し
て、一体としたX線源1とアレイ配列状検出器6を並進
または回転し、被検体9を並進回転走査することにあ
る。そして、回転走査の度に並進移動の開始位置と終了
位置を制御する。
【0013】図10は、図5の実施例を変形した第4の
実施例である。本実施例が図5のX線CT装置と相違す
るところは、スキャナ移動装置12を設け、ターンテー
ブル4の回転の度に被検体並進軸7をX線源1側ないし
はアレイ配列状検出器6側に移動することにより、関心
領域を透過するデータを収集する。本実施例では、並進
開始位置と並進終了位置を変えずに済む。以上、第1の
実施例ないし第4の実施例いずれも、関心領域を透過す
るデータを短時間に収集することができる。
実施例である。本実施例が図5のX線CT装置と相違す
るところは、スキャナ移動装置12を設け、ターンテー
ブル4の回転の度に被検体並進軸7をX線源1側ないし
はアレイ配列状検出器6側に移動することにより、関心
領域を透過するデータを収集する。本実施例では、並進
開始位置と並進終了位置を変えずに済む。以上、第1の
実施例ないし第4の実施例いずれも、関心領域を透過す
るデータを短時間に収集することができる。
【0014】次に、図11は、本発明を用いた応用例で
あり、被検体の2点間の寸法を測定する実施例である。
図中、9(a)は被検体、9(b)は画像上の被検体、
10(a)は被検体の関心領域、10(b)は画像上の
関心領域を示す。、スキャナ3、ターンテーブル4、関
心領域中心移動テーブル11、駆動制御装置14、画像
表示装置16、関心領域制御装置17はすでに述べたも
のである。いま、画像表示装置16に被検体9(a)の
ある断面全体の断層像9(b)を(イ)のように表示す
る。操作者は表示画像から寸法を測定したい点を、関心
領域制御装置17を用いて、指定する。指定した点が画
像上の関心領域10(b)の2点であるとする。この
際、断面の全体像の分解能はcmの精度であり、画像上
のある基準点0に対して、この指定した点をそれぞれベ
クトルR1、R2とする。このときのベクトルR1、R
2の精度はcmである。つぎに、この指定した2点に対
して、それぞれの点を含む領域を関心領域10(a)と
して、本発明のCT装置により、(ロ)、(ハ)のよう
に、断層撮影をする。この場合、関心領域10(a)を
再構成するので、このときの画像上の分解能は、全体の
断層像の分解能に比べて高いものとなる。例えば、mm
の精度となる。このようにしてできた2つの関心領域の
断層像(ロ)、(ハ)に対して、再度寸法を測定したい
点を指定し、これらをベクトルr1、r2とする。この
ときのベクトルr1、r2の精度はmmである。2点間
の寸法は、|(R1+r1)−(R2+r2)|から計
算できる。このように、本実施例では、本発明のCT装
置を用いることにより、2点間の寸法を、例えばcmの
単位からmmの単位に、高精度に測定できる。
あり、被検体の2点間の寸法を測定する実施例である。
図中、9(a)は被検体、9(b)は画像上の被検体、
10(a)は被検体の関心領域、10(b)は画像上の
関心領域を示す。、スキャナ3、ターンテーブル4、関
心領域中心移動テーブル11、駆動制御装置14、画像
表示装置16、関心領域制御装置17はすでに述べたも
のである。いま、画像表示装置16に被検体9(a)の
ある断面全体の断層像9(b)を(イ)のように表示す
る。操作者は表示画像から寸法を測定したい点を、関心
領域制御装置17を用いて、指定する。指定した点が画
像上の関心領域10(b)の2点であるとする。この
際、断面の全体像の分解能はcmの精度であり、画像上
のある基準点0に対して、この指定した点をそれぞれベ
クトルR1、R2とする。このときのベクトルR1、R
2の精度はcmである。つぎに、この指定した2点に対
して、それぞれの点を含む領域を関心領域10(a)と
して、本発明のCT装置により、(ロ)、(ハ)のよう
に、断層撮影をする。この場合、関心領域10(a)を
再構成するので、このときの画像上の分解能は、全体の
断層像の分解能に比べて高いものとなる。例えば、mm
の精度となる。このようにしてできた2つの関心領域の
断層像(ロ)、(ハ)に対して、再度寸法を測定したい
点を指定し、これらをベクトルr1、r2とする。この
ときのベクトルr1、r2の精度はmmである。2点間
の寸法は、|(R1+r1)−(R2+r2)|から計
算できる。このように、本実施例では、本発明のCT装
置を用いることにより、2点間の寸法を、例えばcmの
単位からmmの単位に、高精度に測定できる。
【0015】また、図12は、本発明を用いた応用例で
あり、被検体の欠陥部分の領域を再構成する実施例であ
る。図11と同一符号は同一構成を示す。いま、画像表
示装置16に被検体9(a)のある断面全体の断層像9
(b)を(イ)のように、粗い分解能により断層撮影を
する。その断層像9(b)において欠陥部分(太い矢
印)を見つける。操作者は、この欠陥部分について、よ
り高い分解能により観察したいのであれば、欠陥部分を
関心領域として関心領域制御装置17に指定する。つぎ
に、本発明のCT装置を用いて、この欠陥部分を関心領
域10(a)として、(ロ)のように、高い分解能によ
り断層撮影をする。このように、本実施例では、欠陥部
分を関心領域として指定し、本発明のCT装置を用いる
ことにより、欠陥部分を高い分解能の断層撮影をするこ
とができる。なお、本実施例では、被検体の欠陥部分を
操作者が指定しているが、例えば、欠陥部分と欠陥のな
い断層像を比較することにより、自動的に欠陥部分を抽
出することが可能である。
あり、被検体の欠陥部分の領域を再構成する実施例であ
る。図11と同一符号は同一構成を示す。いま、画像表
示装置16に被検体9(a)のある断面全体の断層像9
(b)を(イ)のように、粗い分解能により断層撮影を
する。その断層像9(b)において欠陥部分(太い矢
印)を見つける。操作者は、この欠陥部分について、よ
り高い分解能により観察したいのであれば、欠陥部分を
関心領域として関心領域制御装置17に指定する。つぎ
に、本発明のCT装置を用いて、この欠陥部分を関心領
域10(a)として、(ロ)のように、高い分解能によ
り断層撮影をする。このように、本実施例では、欠陥部
分を関心領域として指定し、本発明のCT装置を用いる
ことにより、欠陥部分を高い分解能の断層撮影をするこ
とができる。なお、本実施例では、被検体の欠陥部分を
操作者が指定しているが、例えば、欠陥部分と欠陥のな
い断層像を比較することにより、自動的に欠陥部分を抽
出することが可能である。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、被検体の関心領域を透
過したデータに基づき、関心領域を再構成した画像から
形状情報を取りだすので、被検体のある断面全体の断層
撮影をする必要はなく、撮影時間が短くかつ分解能が高
い断層撮影をすることができる。 また、被検体の関心
領域を透過したデータを収集するに際し、関心領域を回
転する度に並進位置を制御する装置を設けることによ
り、あるいは、初めに関心領域をターンテーブルの中心
部に移動することにより、関心領域を透過するデータを
短時間に不足なく収集することができる。また、被検体
の2点間の寸法測定あるいは被検体の欠陥部分を関心領
域として指定することにより、高い分解能で断層撮影す
ることができる。このように、本発明は、撮影時間が短
くかつ分解能が高い断層撮影をすることのできるCT装
置を実現する。
過したデータに基づき、関心領域を再構成した画像から
形状情報を取りだすので、被検体のある断面全体の断層
撮影をする必要はなく、撮影時間が短くかつ分解能が高
い断層撮影をすることができる。 また、被検体の関心
領域を透過したデータを収集するに際し、関心領域を回
転する度に並進位置を制御する装置を設けることによ
り、あるいは、初めに関心領域をターンテーブルの中心
部に移動することにより、関心領域を透過するデータを
短時間に不足なく収集することができる。また、被検体
の2点間の寸法測定あるいは被検体の欠陥部分を関心領
域として指定することにより、高い分解能で断層撮影す
ることができる。このように、本発明は、撮影時間が短
くかつ分解能が高い断層撮影をすることのできるCT装
置を実現する。
【図1】本発明の全体のフローチャート
【図2】本発明の形状情報を取り出すためのフローチャ
ート
ート
【図3】被検体の例とその関心領域を示す図
【図4】本発明における図3に示した被検体とその関心
領域の再構成画像から形状情報を取り出す図
領域の再構成画像から形状情報を取り出す図
【図5】本発明のX線CT装置の第1の実施例
【図6】第1の実施例のフローチャート
【図7】図5の変形例を示す第2の実施例
【図8】第2の実施例のフローチャート
【図9】図5の変形例を示す第3の実施例
【図10】図5の変形例を示す第4の実施例
【図11】本発明を応用した実施例
【図12】本発明を応用した実施例
1 X線源 2 プリコリメータ 3 スキャナ 4 ターンテーブル 5 ファンビーム状X線 6 アレイ配列状検出器 7 並進軸 8 並進移動範囲 9(a) 被検体 9(b) 画像上の被検体 10(a) 被検体の関心領域 10(b) 画像上での関心領域 11 関心領域中心移動テーブル 12 スキャナ移動装置 13 信号処理回路 14 駆動制御装置 15 計算機 16 画像表示装置 17 関心領域制御装置 18(a) 線源並進走査装置 18(b) 検出器並進走査装置 19 線源回転走査装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮井 裕史 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 北口 博司 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 近藤 正弘 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 綿引 誠之 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平3−209115(JP,A) 特開 平2−93350(JP,A) 特開 平3−209120(JP,A)
Claims (12)
- 【請求項1】 X線CTにおける被検体の関心領域を画
像化する方法において、被検体の透過データから関心領
域を含む一部領域を再構成し、その再構成画像から形状
情報のみを取りだすことを特徴とするX線CTの画像化
方法。 - 【請求項2】 X線CTにおける被検体の関心領域を画
像化する方法において、被検体の関心領域を透過するデ
ータを収集し、その関心領域のみを再構成し、その再構
成画像から形状情報を取りだすことを特徴とするX線C
Tの画像化方法。 - 【請求項3】 請求項1項または請求項2において、形
状情報は、線吸収係数分布(密度)に相当する再構成画
像の情報に分解能から求まるしきい値関数を設定し、こ
のしきい値関数に基づいて前記再構成画像を2値化ない
しは3値化等し、抽出することを特徴とするX線CTの
画像化方法。 - 【請求項4】 請求項1項または請求項2において、形
状情報は、線吸収係数分布(密度)に相当する再構成画
像の情報を微分して抽出し、線吸収係数分布(密度)が
ステップ状に変化している部分のみ画像化することを特
徴とするX線CTの画像化方法。 - 【請求項5】 被検体の関心領域を透過するデータを収
集するX線CT装置において、被検体の関心領域の位置
と大きさ及びターンテーブルの回転角に応じて、被検体
の並進走査の開始位置と終了位置を制御することを特徴
とするX線CT装置。 - 【請求項6】 被検体の関心領域を透過するデータを収
集するX線CT装置において、被検体を固定し、X線源
と検出器を一体にして並進走査と回転走査し、被検体の
関心領域の大きさと回転角度に応じて、並進走査の開始
位置と終了位置を制御することを特徴とするX線CT装
置。 - 【請求項7】 被検体の関心領域を透過するデータを収
集するX線CT装置において、被検体の関心領域をター
ンテーブルの中心部に移動する装置を備え、その関心領
域の大きさに応じて並進範囲を制御することを特徴とす
るX線CT装置。 - 【請求項8】 被検体の関心領域を透過するデータを収
集するX線CT装置において、ターンテーブルの並進軸
の位置を線源側ないしは検出器側に自由に移動できる装
置を備え、その関心領域の大きさと並進軸の位置に応じ
て並進範囲を制御することを特徴とするX線CT装置。 - 【請求項9】 被検体の関心領域を透過するデータを収
集するX線CT装置において、被検体の関心領域をター
ンテーブル上の任意の位置に移動する装置を備え、その
関心領域の大きさに応じて並進範囲を制御することを特
徴とするX線CT装置。 - 【請求項10】 被検体の2点の寸法を計測するX線C
T装置であって、CT断層像の寸法を計測する2点を指
定できる装置を備え、被検体の断面全体の断層像の2点
を指定し、その2点に対してそれぞれの点を含む領域を
関心領域として再構成し、それぞれの再構成画像から形
状情報を抽出して画像出力し、この2つの画像上で寸法
を計測したい2点を指定することにより、寸法計測する
ことを特徴とするX線CT装置。 - 【請求項11】 被検体の欠陥部分を画像表示するX線
CT装置であって、CT断層像の欠陥部分を指定できる
装置を備え、被検体の断面全体の断層像の欠陥部分を指
定し、その欠陥部分を領域を関心領域として再構成し、
この再構成画像から形状情報を抽出して画像化すること
を特徴とするX線CT装置。 - 【請求項12】 画像表示装置に表示したCT断層像に
おいて、被検体の関心領域をその画像表示装置上に指定
できる装置を備え、その関心領域を再構成し、この再構
成画像から形状情報を抽出して画像化することを特徴と
するX線CT装置。
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