JP2000070252A - Ｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 医師等の検者の負担を軽減させることが可能
なＸ線撮像装置を提供すること。 【解決手段】 Ｘ線源およびＸ線検出器からなる撮像系
を被検体の周囲に所定の撮像角度毎に回転させて撮像し
たＸ線像を再構成し表示させるＸ線撮像装置において、
異なる時期に撮像したＸ線像を表示させる場合、それぞ
れのＸ線像毎に、前記撮像角毎の投影値を撮像系の回転
中心軸と平行に積算し、その積算値の分布曲線を比較し
位相角を推定する位相手段と、前記投影角毎の投影値を
当該Ｘ線像の中心を通る直線上で積算し、その積算値の
分布曲線を比較し交差角を推定する交差手段とを具備
し、前記位相角および交差角に基づいて、それぞれのＸ
線像から再構成した表示画像の向きおよび傾きを補正し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線撮像装置に関
し、特に、時間をおいて撮像されたＸ線像の位置あわせ
に適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線撮像装置であるコーンビーム
Ｘ線断層撮像装置は、図７に示すように、計測すなわち
Ｘ線像の撮像を行なう計測部１と、計測されたデータを
処理するデータ処理部２とから構成されていた。計測部
１は、被検体６をはさんで互いに対向する位置に配置さ
れたＸ線源４と検出器５、および該Ｘ線源４と検出器５
とを被検体６の周囲に回転させる走査駆動部３で構成さ
れていた。Ｘ線源４はＸ線焦点７から被検体６に向けて
コーンビーム状（角錐あるいは円錐状）のＸ線８を照射
するＸ線源であった。検出器５はＸ線イメージ・インテ
ンシファイア−ＴＶカメラ系、あるいはＴＦＴマトリッ
クス等を利用し、二次元的に広がった検出能力を有する
二次元検出器であった。走査駆動部３はＸ線源４と検出
器５とからなる撮像系を回転中心軸９の周りに回転させ
ると共に、該回転中心軸９に沿って移動させる回転駆動
手段であった。したがって、従来のＸ線撮像装置では、
走査駆動部３がＸ線現４と検出器５とを微小角度回転さ
せるごとに、Ｘ線源４からのＸ線の投影と検出器５によ
る透過Ｘ線強度の計測を被検体の全周分繰り返し、百か
ら数百組の透過Ｘ線強度データ（Ｘ線像）を収集してい
た。なお、所定の投影における走査駆動部３の位置する
回転角（撮像角度）は、投影角と呼ばれている。

【０００３】一方、データ処理部２は、撮像されたＸ線
像のガンマ補正、画像歪み補正、対数変換および感度む
ら補正等の前処理を行う前処理部１０と、各投影角のＸ
線像から被検体６の視野領域内の三次元的なＸ線吸収係
数分布像を再構成する再構成演算手段１１と、ボリュー
ムレンダリング処理あるいは最大値投影処理等の画像化
処理を施し二次元画像として表示する画像化手段１２
と、操作者による計測指示および表示指示等の入力を行
う指示装置１３とから構成されていた。したがって、画
像処理部２においては、操作者の表示指示に基づいて、
前処理部１０が収集されたＸ線像の画質低下要因を補正
し、補正後のＸ線像から再構成演算手段１１が三次元的
なＸ線吸収計数分布像を再構成し、この再構成像を画像
化手段によって図示しない表示装置の表示可能な二次元
像に変換し表示させていた。ただし、表示位置および表
示条件等は、操作者が指示装置１３からキーボード、マ
ウス、トラック・ボール等を介して観察したい視点およ
び部位等のパラメータを入力し、画像化手段１２が所望
の画像を表示させていた。なお、再構成演算方法として
は、（L.A.Feldkampet al. Practical cone beam algor
ithm, J.Opt.Soc.Am.A, Vol.1,No.6,pp612-619, 1984）
（以下、「文献１」と記す）に記載のＦｅｌｄｋａｍｐ
によるコーンビーム再構成演算法等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。従来
のＸ線撮影装置を用いた診断では、医師の検者は撮像さ
れた三次元再構成画像を用いて診断を下すこととなる
が、治療計画をたてる場合や治療の経過観察を行う場合
には、異なる時間において撮像された同一被検体の複数
の三次元再構成画像を比較することが一般的であった。

【０００５】たとえば、被検体６を手術前後で比較する
場合や、その他、治療に対する経過の観察を行う場合、
および、術中においてリアルタイムに取得された投影
像、あるいは三次元再構成画像と、手術計画に利用した
三次元再構成画像との比較を行う場合等などである。こ
の場合、異なる時期に撮像された三次元再構成画像間の
位置合わせが必要となるが、一般に、コーンビームＸ線
断層撮影装置を用いた撮影において、異なる時期におけ
る撮像を行う場合、被検体６と計測部１との位置関係を
厳密に再現することは困難であった。このために、従来
では医師等の検者が頭の中でそれらの三次元再構成画像
の位置あわせを行わねばならず、この作業には習熟が必
要であり、正確な診断を行う際の負担となっていた。

【０００６】この問題を解決する方法として、被検体６
に位置あわせの基準となるようなマーカーを固定してお
き、マーカーに基づいて計測部１に被検体６を位置合わ
せする方法があった。しかしながら、この方法では被検
体６は、撮影が行われる可能性のある期間中ずっとマー
カーをつけていなくてはならず、被検体６に大きな負担
をかけてしまうという問題があった。

【０００７】他の方法として、画像認識技術を用いて三
次元再構成画像間の位置あわせを行う方法であった。こ
の方法は、三次元再構成画像同士を比較、あるいはその
特徴的な部位の位置関係を比較して、両者の位置関係を
割り出す方法があった。しかしながら、この方法では、
膨大な計算量が必要であり、このために、たとえば手術
に先立って取得し、手術計画に利用した三次元再構成画
像と、術中においてリアルタイムに取得された投影像、
あるいは三次元再構成画像との位置合わせを行い、両者
の比較を行うのは困難であった。

【０００８】本発明の目的は、医師等の検者の負担を軽
減させることが可能なＸ線撮像装置を提供することにあ
る。

【０００９】本発明の他の目的は、医師等の検者の診断
効率を向上させることが可能なＸ線撮像装置を提供する
ことにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１２】（１）Ｘ線源およびＸ線検出器からなる撮
像系を被検体の周囲に所定の撮像角度毎に回転させて撮
像したＸ線像を再構成し表示させるＸ線撮像装置におい
て、異なる時期に撮像したＸ線像を表示させる場合、そ
れぞれのＸ線像毎に、前記撮像角毎の投影値を撮像系の
回転中心軸と平行に積算し、その積算値の分布曲線を比
較し位相角を推定する位相手段と、前記投影角毎の投影
値を当該Ｘ線像の中心を通る直線上で積算し、その積算
値の分布曲線を比較し交差角を推定する交差手段とを具
備し、前記位相角および交差角に基づいて、それぞれの
Ｘ線像から再構成した表示画像の向きおよび傾きを補正
した。

【００１３】（２）前述した（１）に記載のＸ線撮像装
置において、前記Ｘ線源は円錐もしくは角錐状のＸ線ビ
ームを照射する手段であり、前記検出器は前記被検体の
投影像がその視野範囲内に収まる視野角を有する手段で
ある。

【００１４】（３）前述した（１）もしくは（２）に記
載のＸ線撮像装置において、前記位相手段は、各Ｘ線像
毎に撮像系の回転中心軸と平行に投影値を積算する第一
加算手段と、各Ｘ線像毎の積算値を比較し位相角の候補
を選択する第一比較手段と、該位相角の候補の同士の誤
差を計算し位相角を推定する第一誤差演算手段とからな
り、前記交差手段は、投影像の中心を通る直線上の投影
値を積算する第二積算手段と、各Ｘ線像毎の積算値を比
較し交差角の候補を選択する第二比較手段と、該交差角
の候補の同士の誤差を計算し交差角を推定する第二誤差
演算手段とからなる。

【００１５】（４）前述した（３）に記載のＸ線撮像装
置において、前記被検体のＸ線吸収係数分布をｆ（ｘ，
ｙ，ｚ）、投影面上での回転接線方向をｕ、回転中心軸
方向をｖ、撮像角度をＡ、このとき投影をＰ（Ａ，ｕ，
ｖ）としたときに、前記第一加算手段は撮像角度Ａおよ
び位置ｕに対し数１に従って値Ｐ０（Ａ，ｕ）を計算す
る手段からなる。

【００１６】（５）前述した（４）に記載のＸ線撮像装
置において、前記第一比較手段は、第一のＸ線像から得
た値Ｐ０（Ａ，ｕ）と第二のＸ線像から得た値Ｐ０’
（Ａ’，ｕ）とを比較し、所定の誤差範囲内でＰ０
（Ａ，ｕ）≒Ｐ０’（Ａ’，ｕ）となる第一の撮像角度
Ａと第二の撮像角度Ａ’との組み合わせを選択する手段
からなる。

【００１７】（６）前述した（５）に記載のＸ線撮像装
置において、前記第一比較手段は、第一のＸ線像から得
た値Ｐ０（Ａ，０）と第二のＸ線像から得た値Ｐ０’
（Ａ’，０）との両者を比較し、所定の誤差範囲内でＰ
０（Ａ，０）≒Ｐ０’（Ａ’，０）となる第一の撮像角
度Ａと第二の撮像角度Ａ’との１以上の組み合わせを求
める手段を有する。

【００１８】（７）前述した（５）もしくは（６）に記
載のＸ線撮像装置において、所定の重み関数をＷ
（ｕ）、第一のＸ線像から得た値Ｐ０（Ａ，ｕ）と第二
のＸ線像から得た値Ｐ０’（Ａ’，ｕ）との誤算をＥ
（Ａ，Ａ’）としたときに、前記第一誤差演算手段は、
数２に従って誤差Ｅ（Ａ，Ａ’）が最小となるＡ、Ａ’
の組み合わせを位相角とする手段からなる。

【００１９】（８）前述した（３）乃至（７）の内の何
れか１項に記載のＸ線撮像装置において、前記被検体の
Ｘ線吸収係数分布をｆ（ｘ，ｙ，ｚ）、投影面上での回
転接線方向をｕ、回転中心軸方向をｖ、投影面上に任意
に設定した点の回転中心軸からの距離をｒ、該任意に設
定した点と回転中心軸とを結ぶ直線とｕとのなす角度を
ｂ、撮像角度Ａの時の投影をＰｐ（Ａ，ｂ，ｒ）とした
ときに、前記第二加算手段は数３に従って投影Ｐｐ０
（ｂ）を計算する手段からなる。

【００２０】（９）前述した（３）乃至（８）の内の何
れか１項に記載のＸ線撮像装置において、前記第二比較
手段は、第一のＸ線像から得た値Ｐｐ０（０）と第二の
Ｘ線像から得た値Ｐｐ０’（ｂ’）とを比較し、所定の
誤差範囲内でＰｐ０（０）≒Ｐｐ０’（ｂ’）となる角
度ｂ’を選択する手段からなる。

【００２１】（１０）前述した（３）乃至（９）の内の
何れか１項に記載のＸ線撮像装置において、第一のＸ線
像から得た値Ｐｐ０（ｂ）と第二のＸ線像から得た値Ｐ
ｐ０’（ｂ’）との誤算をＥｂ（ｂ’）としたときに、
前記第二誤差演算手段は、数４に従って誤差Ｅｂ
（ｂ’）が最小となるｂを交差角とする手段からなる。

【００２２】（１１）前述した（１）乃至（１０）の内
の何れか１項に記載のＸ線撮像装置において、傾きおよ
び向きを補正した再構成像を同一表示画面上に表示させ
た。

【００２３】前述した（１）〜（１１）の手段によれ
ば、異なる時期に撮像したＸ線像を表示させる場合、位
相手段がそれぞれのＸ線像毎に撮像角毎の投影値を撮像
系の回転中心軸と平行に積算し、その積算値の分布曲線
を比較し位相角を推定することによって、後述する原理
に項に示すように、再構成後の表示画像の向きすなわち
それぞれのＸ線像の撮像時における撮像系の回転方向に
対する被検体のズレ量（第一ズレ量）を推定することが
できる。また、交差手段が投影角毎の投影値を当該Ｘ線
像の中心を通る直線上で積算し、その積算値の分布曲線
を比較し交差角を推定することによって、後述する原理
に項に示すように、再構成後の表示画像の傾きすなわち
それぞれのＸ線像の撮像時における撮像系の回転軸方向
に対する被検体のズレ量（第二ズレ量）を推定すること
ができるので、この第一ズレ量および第二ズレ量に基づ
いて、それぞれの再構成画像における被検体の向きおよ
び傾きを揃えた表示を行うことができる。

【００２４】従って、医師等の検者が各再構成画像の向
きや傾きを補正する必要がなくなるので、治療計画の立
案時における負担を軽減させることができる。その結
果、医師等の検者の診断効率を向上させることができ
る。

【００２５】（原理）図２に本願発明による２以上のＸ
線像および再構成像の位置合わせ原理を説明するための
図を示し、以下図２に基づいて、その位置合わせ原理を
説明する。ただし、図示しない被検体を基準とした三次
元的なＸ線吸収係数分布をｆ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。こ
のとき、ｘ，ｙ，ｚは議論を簡略にするために被検体に
固定した座標系とする。

【００２６】図２において、第一の円軌道Ｃは第一の撮
像時における検出器（Ｘ線検出器）の軌道であり、走査
駆動部（Ｘ線源および検出器）がｚ軸を回転中心軸９と
した円軌道を示し、ｘ軸に対する線源の投影角をＡとす
る。なお、このような仮定をしても以下の議論の一般性
を損なうことはない。検出器上に仮想される検出面にお
ける投影をＰ（Ａ，ｕ，ｖ）で示すこととし、軸ｕは円
軌道Ｃの接線方向、軸ｖは回転中心軸９すなわちｚ軸と
平行にとる。このときの円軌道Ｃと被検体との位置関係
を示したのが図３であり、点線で示す円軌道は第二の投
影像の撮像時における第二の円軌道Ｃ’である。

【００２７】第二の円軌道Ｃ’は、第二の撮像時におけ
る検出器の円軌道であり、走査駆動部の回転中心Ｏは第
一の円軌道Ｃと一致する。検出器上に仮想される検出面
における投影をＰ’（Ａ’，ｕ’，ｖ’）で示すことと
し、軸ｕ’は第二の円軌道Ｃ’の接線方向、軸ｖ’は
ｚ’軸と平行にとる。このときの第二の円軌道Ｃ’と被
検体との位置関係を示したのが図４であり、点線で示す
円軌道は第一の円軌道Ｃである。

【００２８】ただし、被検体の投影は第一の円軌道Ｃお
よび第二の円軌道Ｃ’上のどの投影角においても、検出
器の視野内に収まるものとする。第一の円軌道Ｃと第二
の円軌道Ｃ’とは点Ｑ，Ｑ’で交差し、その交差角をＢ
で示す。ただし、以下の説明では、交差角Ｂは−９０度
から＋９０度の範囲内とする。想定される利用法の範囲
内ではこの仮定は十分現実的である。

【００２９】また、図３中において、位置Ｒは第一の円
軌道Ｃに沿って点Ｑから９０度回転した位置（ＯＲ⊥Ｑ
Ｑ’）を示し、位置Ｒ’は第二の円軌道Ｃ’に沿って点
Ｑから９０度回転した位置（ＯＲ’⊥ＱＱ’）を示して
おり、この位置Ｒ，Ｒ’を用いることによって交差角Ｂ
は角ＲＯＲ’と表すことができる。交点Ｓは第一の円軌
道Ｃとｘ軸との交点を、交点Ｓ’は第二の円軌道Ｃ’と
ｘ’軸との交点を、投影角Ａ’は第二の撮影時の線源の
投影角をそれぞれ示す。また、ｘ軸と直線ＯＲとがなす
角度Ａｒは線源が位置Ｒにあるときの投影角を示し、
ｘ’軸と直線ＯＲ’とがなす角度Ａｒ’は線源が位置
Ｒ’にあるときの投影角を示す。

【００３０】次に、図２〜５に基づいて、本願発明にお
ける２以上のＸ線像の位置合わせ原理を説明すると、第
一の撮影によって得られた再構成画像と、第二の撮影に
よって得られた再構成画像との位置合わせとは、図２に
おける交差角Ｂおよび角度Ａｒおよび角度Ａｒ’を求め
ることに帰着することがわかる。

【００３１】まず、被検体におけるＸ線吸収係数分布ｆ
（ｘ，ｙ，ｚ）と、第一の撮影時すなわち第一の円軌道
Ｃ上における投影Ｐ（Ａ，ｕ，ｖ）との間には周知のご
とく、Ｘ線源と検出面上の点（ｕ，ｖ）とを結ぶＸ線ビ
ーム上の線積分（経路Ｓとする）によって、下記の数５
が成り立つ。同様に、第二の撮影時すなわち第二の円軌
道Ｃ’上における投影Ｐ’（Ａ’，ｕ’，ｖ’）の場合
にも同様の関係が成り立つ。

【００３２】

【数５】

【００３３】ここで、第一の円軌道Ｃ上の各投影角ごと
に、図５に示すように、Ｐ０（Ａ，ｕ）を求める。この
ときのＰ０（Ａ，ｕ）は下記の数６となる。

【００３４】

【数６】

【００３５】第二の円軌道Ｃ’上における投影Ｐ’
（Ａ’，ｕ’，ｖ’）に関しても同様に、Ｐ０’
（Ａ’，ｕ’）を求める。このときのＰ０’（Ａ’，
ｕ’）は下記の数７となる。

【００３６】

【数７】

【００３７】ここで、それぞれの円軌道Ｃ，Ｃ’上で、
Ｘ線源がそれぞれ位置Ｒおよび位置Ｒ’に到達したとき
の投影角をそれぞれＡｒ、Ａｒ’とすると、Ｐ０（Ａ
ｒ，０）＝Ｐ０’（Ａｒ’，０）が成立する。これは被
検体の平面ＲＯＲ’上のＸ線吸収係数の面積分に等しい
ことを示している。これに対して、同じＡｒ、Ａｒ’で
あってもｕ≠０のときは、一般にＰ０（Ａｒ，ｕ）≠Ｐ
０’（Ａｒ’，ｕ）である。しかしながら、Ｘ線源と検
出器と間の距離に比較して検出器の視野の広さが十分小
さければ、すなわち、コーンビーム状のＸ線の開き角が
十分小さければ、所定の誤差の範囲内で、Ｐ０（Ａｒ，
ｕ）≒Ｐ０’（Ａｒ’，ｕ）とみなすことができる。

【００３８】したがって、投影角ＡおよびＡ’において
（ただし、０≦Ａ，Ａ’＜２π）、Ｐ０（Ａ，０）およ
び、Ｐ０’（Ａ’，０）を求め、Ｐ０（Ａ１，０）＝Ｐ
０’（Ａ１’，０）を満たす投影角Ａ１および、Ａ１’
を求めることによって、この投影角Ａ１およびＡ１’
は、それぞれ投影角ＡｒおよびＡｒ’と等しいことがわ
かる。ただし、被検体のＸ線吸収係数分布ｆ（ｘ，ｙ，
ｚ）および円軌道ＣおよびＣ’の位置関係によっては、
Ｐ０（Ａ１，０）＝Ｐ０’（Ａ１’，０）を満たす投影
角Ａ１およびＡ１’が複数組存在することが有り得る。

【００３９】その場合には、いったん、それら複数組の
投影角Ａ１およびＡ１’を各々ＡｒおよびＡｒ’の候補
としておき、検出器の有効な幅の範囲内（ｕｍｉｎ≦ｕ
≦ｕｍａｘ）で、所定の誤差の範囲内で、Ｐ０（Ａ１，
ｕ）≒Ｐ０’（Ａ１’，ｕ）を満たすＡ１およびＡ１’
を絞り込むことによって、投影角ＡｒおよびＡｒ’を求
めることができる。検出器の有効な範囲内（ｕｍｉｎ≦
ｕ≦ｕｍａｘ）のｕにおいて、所定の誤差の範囲内でＰ
０（Ａ１，ｕ）≒Ｐ０’（Ａ１’，ｕ）となるＡ１およ
びＡ１’を求める方法は、下記の数８で求められる両曲
線間の誤差Ｅ（Ａ，Ａ’）を最小にする投影角Ａ１およ
びＡ１’を求めればよい。ここで、数８におけるｗ
（ｕ）は、所定の重み関数である。前述のごとく、ｕ＝
０のとき、Ｐ０（Ａ１，ｕ）とＰ０’（Ａ１’，ｕ）は
等しく、ｕがゼロからはなれるほど両者の差が大きくな
るので、誤差Ｅ（Ａ，Ａ’）を求める際にｕがゼロに近
いほど重みを大きくするように重み関数ｗ（ｕ）をかけ
てやることで、この性質を反映させた、より正確な判定
が可能となる。

【００４０】

【数８】

【００４１】次に、交差角Ｂを求める手順について説明
する。前記した手順によって、投影角ＡｒおよびＡｒ’
が求められているので、それぞれの円軌道Ｃ，Ｃ’上に
おける点ＱおよびＱ’の位置も定まる。よって、第一の
撮影すなわち円軌道Ｃ上における点Ｑの投影角をＡｑ、
第二の撮影すなわち円軌道Ｃ’上における点Ｑの投影角
をＡｑ’とすると、Ｘ線源がＱにあるときの第一の撮影
および第二の撮影における投影は、それぞれ極座標でＰ
ｐ（Ａｑ，ｂ，ｒ）およびＰｐ’（Ａｑ’，ｂ’，ｒ）
と表すことができる。ただし、ｂおよびｂ’は、それぞ
れの投影面上におけるｕおよびｕ’軸からの角度、ｒは
投影面上における原点からの距離を示す。その定義よ
り、Ｐｐ’（Ａｑ’，ｂ’，ｒ）はＰｐ（Ａｑ，ｂ，
ｒ）を交差角Ｂだけ回転させたものであり、Ｐｐ（Ａ
ｑ，ｂ，ｒ）＝Ｐｐ’（Ａｑ’，ｂ−Ｂ，ｒ）が成り立
つ。したがって、交差角Ｂを求めるには、投影Ｐｐ’
（Ａｑ’，ｂ’，ｒ）をどれだけの角度回転させたとき
に、投影Ｐｐ（Ａｑ，ｂ，ｒ）と一致するかを調べれば
よいことが明らかである。

【００４２】一致を調べるもっとも単純な方法は、投影
Ｐｐ’（Ａｑ’，ｂ’，ｒ）を少しずつ回転させ、それ
と、投影Ｐｐ（Ａｑ，ｂ，ｒ）との誤差が最小になる角
度を求める方法である。ただし、この方法では画像の回
転処理を多数行わなくてはならず処理に多大な時間を必
要としてしまう。

【００４３】他の方法として、より簡単に上記回転角を
求める方法を以下に説明する。ただし、Ｐｐ０（ｂ）お
よびＰｐ０’（ｂ’）を、図６および下記の数９並びに
数１０に示すように定義する。

【００４４】

【数９】

【００４５】

【数１０】

【００４６】まず、Ｐｐ０（０）を求め、−π／２≦
ｂ’＜π／２の範囲で、Ｐｐ０’（ｂ１’）＝Ｐｐ０
（０）となるｂ１’を求める。すると−ｂ１’が求める
交差角Ｂに等しい。ただし、一般にＰｐ０’（ｂ’ｉ）
＝Ｐｐ０（０）を満たすようなｂ’ｉ（ただしｉ＝０，
１，２…ｍ）は複数存在する。そこで、この複数のｂ’
ｉ（ただしｉ＝０，１，２…ｍ）を候補として、各ｂ’
ｉにおける、下記の数１１に従って、曲線Ｐｐ０（ｂ）
と曲線Ｐｐ０’（ｂ’ｉ＋ｂ）との誤差Ｅｂｉ＝Ｅｂ
（ｂ’ｉ）を求め、これを最小にするｂ’ｉをもって、
交差角Ｂとする。

【００４７】

【数１１】

【００４８】以上に説明した手順によって、投影角Ａ
ｒ，Ａｒ’および交差角Ｂを計算し、その値に基づい
て、第一あるいは第二の撮影によって得られた投影像
（Ｘ線像）の座標移動を行うことによって、２つのＸ線
像のズレを補正することが可能となる。

【００４９】ただし、以上の説明においては、簡便のた
めに投影角および計測データ等をすべて連続量であるか
のように扱ったが、現実の計測においては検出器から出
力されるＸ線像はデジタルの画像上に変換されているの
で、投影角および計測データ等は離散的に変化するもの
である。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、発明の実
施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明
する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。

【００５１】図１は本発明の一実施の形態のＸ線撮像装
置であるコーンビームＸ線断層撮影装置の概略構成を説
明するための図であり、１は計測部、２は画像処理部、
３は走査駆動部、４はＸ線源、５は検出器（Ｘ線検出
器）、６は被検体、７はＸ線焦点、８はＸ線、９は回転
中心軸、１０は前処理部、１１は再構成演算手段、１２
は画像化手段、１３は指示装置、１４は第一加算手段、
１５は第一比較手段、１６は第一誤差演算手段、１７は
第二加算手段、１８は第二比較手段、１９は第二誤差演
算手段を示す。なお、本実施の形態における計測部１
は、従来のＸ線撮像装置における計測部１と同じ構成と
なるので、その詳細な説明は省略する。ただし、本実施
の形態の計測部１は、Ｘ線源４、検出器５、および、対
向配置されたＸ線源４と検出器５とからなる撮像系を被
検体６の周囲に回転させる走査駆動部３から構成され
る。

【００５２】図１において、本実施の形態の画像処理部
２は、たとえば、周知の情報処理装置上で動作するプロ
グラムによって実現される前処理部１０、再構成演算手
段１１、画像化手段１２、第一加算手段１４、第一比較
手段１５、第一誤差演算手段１６、第二加算手段１７、
第二比較手段１８および第二誤差演算手段１９と、当該
情報処理装置の入力装置によって実現される指示装置１
３とから構成される。

【００５３】前処理部１０は、計測部１で撮像されたＸ
線像のガンマ補正、画像歪み補正、対数変換および感度
むら補正等の前処理を行う周知の前処理手段である。

【００５４】再構成演算手段１１は、各投影角のＸ線像
から被検体６の視野領域内の三次元的なＸ線吸収係数分
布像を再構成する周知の再構成手段である。

【００５５】画像化手段１２は、三次元的なＸ線吸収計
数分布像に対して、ボリュームレンダリング処理あるい
は最大値投影処理等の画像化処理を施すことにより、三
次元画像を二次元画像に変換する手段である。また、画
像化手段１２は、図示しない操作者が指示装置１３から
入力した表示指示に基づいて、二次元画像の表示角度を
指示された方向からの表示（向きおよび傾き）に移動さ
せると共に、第二誤差演算手段１９から入力された交差
角Ｂおよび位相角Ａｒ，Ａｒ’に基づいて、一方の二次
元画像の表示基準位置すなわち再構成像の向きおよび傾
きを移動させることによって、２つのＸ線像の位置合わ
せを行う。

【００５６】第一加算手段１４は、各投影角ごとに投影
像上で撮像系の回転中心軸９と平行な方向に投影値の和
を計算する手段であり、周知の加算手段によって実現可
能である。

【００５７】第一比較手段１５は、予め設定された誤差
範囲内で、第一加算手段１４が計算した２つの投影値の
和が等しくなる投影角の組を求める周知の手段である。

【００５８】第一誤差演算手段１６は、第一比較手段１
５が求めた投影角の組の内から、検出器５の有効な幅の
範囲内となる投影角を求める手段であり、たとえば投影
角の組の全てについて、検出器５の有効な幅を代入した
投影値の和を計算し、このときの投影値の和の内でもっ
とも和が近い投影角を選択する手段である。

【００５９】第二加算手段１７は、所定の投影角におけ
る、投影像の中心を通りその投影像上の任意の方向の直
線上にある投影値の和を計算する手段であり、周知の加
算手段によって実現可能である。

【００６０】第二比較手段１８は、予め設定された誤差
の範囲内で、第二加算手段１７が計算した２つの投影値
の和が等しくなる投影角の組を求める手段であり、周知
の比較手段によって実現可能である。

【００６１】第二誤差演算手段１９は、第二比較手段１
８が求めた投影角の組の内から、検出器５の有効な幅の
範囲内となる投影角を求める手段であり、たとえば投影
角の組の全てについて、検出器５の有効な幅を代入した
投影値の和を計算し、このときの投影値の和の内でもっ
とも和が近い投影角を選択し、その投影角を交差角Ｂと
する。

【００６２】次に、図１および原理の項に基づいて、本
実施の形態のＸ線撮像装置の動作を説明する。ただし、
以下の説明では、同一の被検体に対して異なる時期に撮
像されたＸ線像を同一画面上に表示させる場合について
説明する。

【００６３】図示しない操作者の画像表示指示に基づい
て、図示しない格納手段から２つのＸ線像（画像デー
タ）が読み出され、前処理部１０と第一加算手段１４に
入力される。

【００６４】前処理部１０では、読み出した投影角毎の
Ｘ線像に対してガンマ補正、画像歪み補正、対数変換お
よび感度むら補正等の前処理を行い、前処理後の画像デ
ータを再構成演算手段１１に出力する。再構成演算手段
１１は、補正後の各投影角毎の画像データから被検体６
の視野領域内の三次元的なＸ線吸収分布像を再構成し、
画像化手段１２に出力する。画像化手段１２は入力され
た三次元的なＸ線吸収分布像に対して、周知のボリュー
ムレンダリング処理あるいは最大値投影処理等の画像化
処理を行い三次元的な画像を二次元画像に変換し図示し
ない表示手段に出力し表示させる。このとき、画像化手
段１２は、第一誤差演算手段１６および第二誤差演算手
段１９から入力された２つのＸ線像の投影角Ａｒ，Ａ
ｒ’および交差角Ｂに基づいて、２つの二次元画像の基
準位置を補正し位置合わせを行う。

【００６５】《補正動作説明》次に、図１および前述し
た原理の項に示す処理手順に従って、第一加算手段１
４、第一比較手段１５、第一誤差演算手段１６、第二加
算手段１７、第二比較手段および第二誤差演算手段１９
における交差角Ｂおよび投影角Ａｒ，Ａｒ’の計算手順
を説明する。

【００６６】まず、投影角Ａｒ，Ａｒ’の計算手順を説
明するが、以下の説明では、前述した原理の項に示す測
定および計算誤差等によって必ずしもＰ０（Ａｒ，０）
＝Ｐ０’（Ａｒ’，０）になるとは限らない。よって、
本実施の形態においては、以下の手順（１）〜（４）を
各値を第一加算手段１４、第一比較手段１５および第一
誤差演算手段１６によって計算し、ＡｒおよびＡｒ’を
求める。

【００６７】（１）第一の円軌道Ｃおよび第二の円軌道
Ｃ’における投影角ＡおよびＡ’（ただし、０≦Ａ，
Ａ’＜２π）での、Ｐ０（Ａ，０）および、Ｐ０’
（Ａ’，０）を求める。

【００６８】（２）所定の誤差の範囲内でＰ０（Ａｉ，
０）≒Ｐ０’（Ａ’ｉ，０）（ただしｉ＝１，２，…
ｎ）となる投影角の組（Ａｉ，Ａ’ｉ）を求め、目的と
する投影角の組（Ａｒ，Ａｒ’）の候補とする。

【００６９】（３）各投影角の組の候補に対し、それぞ
れ、数８に従って誤差Ｅｉ＝Ｅ（Ａｉ，Ａ’ｉ）（ただ
し、ｉ＝１，２，…ｎ）を求める。

【００７０】（４）誤差Ｅｉが最小となる組（Ａｉ，
Ａ’ｉ）を、それぞれをＡｒおよびＡｒ’とする。

【００７１】まず、第一加算手段１４が、図示しない２
つのＸ線像に対してそれぞれ各投影角ごとに投影像上で
スキャナ（撮像系）の回転中心軸９と平行な方向に投影
値の和すなわちＰ０（Ａ，ｕ）およびＰ０’（Ａ’，
ｕ’）を計算する。ただし、Ｐ０（Ａ，ｕ）は一方の側
のＸ線像（第一のＸ線像）の投影値の和を示し、Ｐ０’
（Ａ’、ｕ’）は他方の側のＸ線像（第二のＸ線像）の
投影値の和を示す。

【００７２】次に、第一比較手段１５が、所定の誤差の
範囲内でＰ０（Ａｉ，０）≒Ｐ０’（Ａ’ｉ，０）（た
だしｉ＝１，２，…ｎ）となる投影角の組（Ａｉ，Ａ’
ｉ）を求め、各々ＡｒおよびＡｒ’の候補とする。ただ
し、第一比較手段１５における誤差の範囲は、被検体６
が人体の頭部等を撮像する場合のように、撮像対象部位
が検出器５の撮像範囲内に全て収まらないときの余裕度
を示すので、誤差範囲について、撮像対象部位ごとに予
め実験等を行いその結果に基づいて設定するものであ
る。

【００７３】次に、第一誤差演算手段１６が、数８に従
って、誤差Ｅｉ＝Ｅ（Ａｉ，Ａ’ｉ）（ただし、ｉ＝
１，２，…ｎ）を求め、この誤差Ｅｉが最小となる投影
角の組（Ａｉ，Ａ’ｉ）を求め、そのときの投影角の組
（Ａｉ，Ａ’ｉ）を入力された２つのＸ線像に対する
（Ａｒ，Ａｒ’）とし、画像化手段１２および第二加算
手段１７に出力する。

【００７４】次に、交差角Ｂの計算手順を説明するが、
前述の投影角の組（Ａｒ，Ａｒ’）と同様に、測定およ
び計算誤差等により必ずしもＰｐ０’（ｂ１’）＝Ｐｐ
０（０）となるｂ１’が存在するとは限らない。よっ
て、本実施の形態においては、以下の手順（５）〜
（８）によって、交差角Ｂを求める。

【００７５】（５）数９の定義にしたがって、Ｐｐ０
（０）を求める。

【００７６】（６）数１０の定義にしたがって求めたＰ
ｐ０’（ｂ’）より、所定の誤差の範囲内で、Ｐｐ０’
（ｂ’ｉ）≒Ｐｐ０（０）（ただし、０≦ｂ’ｉ＜π）
を満たすｂ’ｉ（ただし、ｉ＝０，１，２…ｍ）を交差
角Ｂの候補として求める。

【００７７】（７）各候補ｂ’ｉ（ただし、ｉ＝０，
１，２…ｍ）に対して、数１１に従って、曲線Ｐｐ０
（ｂ）と曲線Ｐｐ０’（ｂ’ｉ＋ｂ）との誤差Ｅｂｉ＝
Ｅｂ（ｂ’ｉ）を求める。

【００７８】（８）誤差Ｅｂｉ（ただし、ｉ＝１，２，
…ｍ）を最小にするｂ’ｉを求め、−ｂ’ｉを交差角Ｂ
とする。

【００７９】まず、第二加算手段１７が投影角Ａｑおよ
びＡｑ’のときの、投影像の中心を通り、投影像上の任
意の方向の直線上にある投影値の和Ｐｐ０（ｂ）、Ｐｐ
０’（ｂ’）を求める。ただし、Ｐｐ０（ｂ）は一方の
側のＸ線像（第一のＸ線像）の投影値の和を示し、Ｐｐ
０’（ｂ’）は他方の側のＸ線像（第二のＸ線像）の投
影値の和を示す。

【００８０】次に、第二比較手段１８が、所定の誤差の
範囲内でＰｐ０’（ｂ’ｉ）≒Ｐｐ０（０）（ただしｉ
＝１，２，…ｍ）となる投影角ｂ’ｉを求め、交差角Ｂ
の候補とする。ただし、この第二比較手段１８における
誤差の範囲も前述の第一比較手段１５における誤差の範
囲と同様に、被検体６が人体の頭部等を撮像する場合の
ように、撮像対象部位が検出器５の撮像範囲内に全て収
まらないときの余裕度を示すので、誤差範囲について、
撮像対象部位ごとに予め実験等を行い、その結果に基づ
いて設定する。

【００８１】次に、第二誤差演算手段１９が、数１１に
従って、誤差Ｅｂｉ＝Ｅｂ（ｂ’ｉ）（ただし、ｉ＝
１，２，…ｍ）を求める。次に、第二誤差演算手段１９
はこの誤差Ｅｂｉが最小となるｂ’ｉを求め、そのとき
の角度−ｂ’ｉを入力された２つのＸ線像の交差角Ｂと
し、画像化手段１２に出力する。

【００８２】以上説明したように、本実施の形態のＸ線
撮像装置では、まず、図示しない格納手段から読み出し
た異なる時期に撮像したＸ線像を表示させる場合におい
て、第一加算手段１４がそれぞれのＸ線像毎に撮像角毎
の投影値を撮像系の回転中心軸と平行に積算し、積算値
の分布曲線に基づいて、第一比較手段１５がそれぞれの
Ｘ線像に対して被検体に設定した基準座標からのズレ量
を示す位相角（Ａｒ，Ａｒ’）の組を求め、第一誤差演
算手段１６が数８に従って、誤差Ｅｉが最小となる投影
角の組（Ａｉ，Ａ’ｉ）を求め、そのときの投影角の組
を入力されたＸ線像に対する（Ａｒ，Ａｒ’）とする。

【００８３】次に、第二加算手段１７がそれぞれのＸ線
像毎に投影角毎の投影値を当該Ｘ線像の中心を通る直線
上で積算し、この積算値の分布曲線に基づいて、第二比
較手段１８がそれぞれのＸ線像を撮像した時の撮像系の
描く回転軌道上に設けたＲ点およびＲ’点と回転中心と
を結ぶ直線の角度の候補を複数求め、第二誤差演算手段
１９が、数１１に従って誤差Ｅｂｉが最小となるｂ’ｉ
を求め、そのときの角度−ｂ’ｉを入力されたＸ線像の
交差角Ｂとする。

【００８４】次に、画像化手段１２が投影角の組（Ａ
ｒ，Ａｒ’）および交差角Ｂに基づいて、再構成後の表
示画像の向きおよび傾きを補正した後に、図示しない表
示手段に表示させることによって、撮像時における被検
体と当該Ｘ線撮像装置の計測部１との位置関係によって
異なる再構成画像の表示時の向きおよび角度を補正する
ことができる。

【００８５】従って、医師等の検者が各再構成画像の向
きや傾きを補正する必要がなくなるので、治療計画の立
案時における負担を軽減させることができる。その結
果、医師等の検者の診断効率を向上させることができ
る。

【００８６】なお、本実施の形態のＸ線撮像装置におい
ては、検出器５で撮像されたＸ線像が直接前処理部１０
および第一加算手段１４に入力される構成としたが、こ
れに限定されることはなく、一旦、図示しない格納手段
に格納され、そのＸ線像を読み出す構成としても良いこ
とはいうまでもない。

【００８７】また、本実施の形態のＸ線撮像装置では、
格納手段から読み出した２つのＸ線像を表示させる場合
について説明したが、これに限定されることはなく、た
とえば、手術の前後での再構成像を比較する場合等のよ
うに、一方のＸ線像は格納手段から読み出したＸ線像で
あり、他方のＸ線像はリアルタイム計測によって撮像し
たＸ線の場合でも良いことはいうまでもない。

【００８８】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。

【００８９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。 （１）医師等の検者の負担を軽減させることができる。 （２）医師等の検者の診断効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のＸ線撮像装置であるコ
ーンビームＸ線断層撮影装置の概略構成を説明するため
の図である。

【図２】本願発明による２以上のＸ線像および再構成像
の位置合わせ原理を説明するための図である。

【図３】撮像系の円軌道と被検体との位置関係を説明す
るための図である。

【図４】第二のＸ線像の撮像時の円軌道と被検体との位
置関係を説明するための図である。

【図５】各投影角毎のＸ線像とｕ軸方向の投影値の分布
曲線との関係を説明するための図である。

【図６】各投影角毎のＸ線像と回転中心軸を通る直線上
における投影値の分布曲線との関係を説明するための図
である。

【図７】従来のＸ線撮像装置であるコーンビームＸ線断
層撮像装置の概略構成を説明するための図である。

【符号の説明】

１…計測部、２…画像処理部、３…走査駆動部、４…Ｘ
線源、５…検出器、６…被検体、７…Ｘ線焦点、８…Ｘ
線、９…回転中心軸、１０…前処理部、１１…再構成演
算手段、１２…画像化手段、１３…指示装置、１４…第
一加算手段、１５…第一比較手段、１６…第一誤差演算
手段、１７…第二加算手段、１８…第二比較手段、１９
…第二誤差演算手段。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線源およびＸ線検出器からなる撮像系
   を被検体の周囲に所定の撮像角度毎に回転させて撮像し
   たＸ線像を再構成し表示させるＸ線撮像装置において、 異なる時期に撮像したＸ線像を表示させる場合、それぞ
   れのＸ線像毎に、前記撮像角毎の投影値を撮像系の回転
   中心軸と平行に積算し、その積算値の分布曲線を比較し
   位相角を推定する位相手段と、前記投影角毎の投影値を
   当該Ｘ線像の中心を通る直線上で積算し、その積算値の
   分布曲線を比較し交差角を推定する交差手段とを具備
   し、前記位相角および交差角に基づいて、それぞれのＸ
   線像から再構成した表示画像の向きおよび傾きを補正し
   たことを特徴とするＸ線撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＸ線撮像装置におい
   て、 前記Ｘ線源は円錐もしくは角錐状のＸ線ビームを照射す
   る手段であり、前記検出器は前記被検体の投影像がその
   視野範囲内に収まる視野角を有する手段であることを特
   徴とするＸ線撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは２に記載のＸ線撮像装
   置において、 前記位相手段は、各Ｘ線像毎に撮像系の回転中心軸と平
   行に投影値を積算する第一加算手段と、各Ｘ線像毎の積
   算値を比較し位相角の候補を選択する第一比較手段と、
   該位相角の候補の同士の誤差を計算し位相角を推定する
   第一誤差演算手段とからなり、前記交差手段は、投影像
   の中心を通る直線上の投影値を積算する第二積算手段
   と、各Ｘ線像毎の積算値を比較し交差角の候補を選択す
   る第二比較手段と、該交差角の候補の同士の誤差を計算
   し交差角を推定する第二誤差演算手段とからなることを
   特徴とするＸ線撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のＸ線撮像装置におい
   て、 前記被検体のＸ線吸収係数分布をｆ（ｘ，ｙ，ｚ）、投
   影面上での回転接線方向をｕ、回転中心軸方向をｖ、撮
   像角度をＡ、このときの投影をＰ（ａ，ｕ，ｖ）とした
   ときに、前記第一加算手段は撮像角度Ａおよび位置ｕに
   対し数１に従って値Ｐ０（Ａ，ｕ）を計算する手段から
   なることを特徴とするＸ線撮像装置。 【数１】
5. 【請求項５】 請求項４に記載のＸ線撮像装置におい
   て、 前記第一比較手段は、第一のＸ線像から得た値Ｐ０
   （Ａ，ｕ）と第二のＸ線像から得た値Ｐ０’（Ａ’，
   ｕ）とを比較し、所定の誤差範囲内でＰ０（Ａ，ｕ）≒
   Ｐ０’（Ａ’，ｕ）となる第一の撮像角度Ａと第二の撮
   像角度Ａ’との組み合わせを選択する手段からなること
   を特徴とするＸ線撮像装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のＸ線撮像装置におい
   て、 前記第一比較手段は、第一のＸ線像から得た値Ｐ０
   （Ａ，０）と第二のＸ線像から得た値Ｐ０’（Ａ’，
   ０）との両者を比較し、所定の誤差範囲内でＰ０（Ａ，
   ０）≒Ｐ０’（Ａ’，０）となる第一の撮像角度Ａと第
   二の撮像角度Ａ’との１以上の組み合わせを求める手段
   を有することを特徴とするＸ線撮像装置。
7. 【請求項７】 請求項５もしくは６に記載のＸ線撮像装
   置において、 所定の重み関数をＷ（ｕ）、第一のＸ線像から得た値Ｐ
   ０（Ａ，ｕ）と第二のＸ線像から得た値Ｐ０’（Ａ’，
   ｕ）との誤算をＥ（Ａ，Ａ’）としたときに、前記第一
   誤差演算手段は、下記の数２に従って誤差Ｅ（Ａ，
   Ａ’）が最小となるＡ、Ａ’の組み合わせを位相角とす
   る手段からなることを特徴とするＸ線撮像装置。 【数２】
8. 【請求項８】 請求項３乃至７の内の何れか１項に記載
   のＸ線撮像装置において、 前記被検体のＸ線吸収係数分布をｆ（ｘ，ｙ，ｚ）、投
   影面上での回転接線方向をｕ、回転中心軸方向をｖ、投
   影面上に任意に設定した点の回転中心軸からの距離を
   ｒ、該任意に設定した点と回転中心軸とを結ぶ直線とｕ
   とのなす角度をｂ、撮像角度Ａの時の投影をＰｐ（Ａ，
   ｂ，ｒ）としたときに、前記第二加算手段は数３に従っ
   て投影Ｐｐ０（ｂ）を計算する手段からなることを特徴
   とするＸ線撮像装置。 【数３】
9. 【請求項９】 請求項３乃至８の内の何れか１項に記載
   のＸ線撮像装置において、 前記第二比較手段は、第一のＸ線像から得た値Ｐｐ０
   （０）と第二のＸ線像から得た値Ｐｐ０’（ｂ’）とを
   比較し、所定の誤差範囲内でＰｐ０（０）≒Ｐｐ０’
   （ｂ’）となる角度ｂ’を選択する手段からなることを
   特徴とするＸ線撮像装置。
10. 【請求項１０】 請求項３乃至９の内の何れか１項に記
    載のＸ線撮像装置において、 第一のＸ線像から得た値Ｐｐ０（ｂ）と第二のＸ線像か
    ら得た値Ｐｐ０’（ｂ’）との誤算をＥｂ（ｂ’）とし
    たときに、前記第二誤差演算手段は、下記の数４に従っ
    て誤差Ｅｂ（ｂ’）が最小となるｂ’を交差角とする手
    段からなることを特徴とするＸ線撮像装置。 【数４】
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０の内の何れか１項に
    記載のＸ線撮像装置において、 傾きおよび向きを補正した再構成像を同一表示画面上に
    表示させたことを特徴とするＸ線撮像装置。