JP2005241575A - Ｘ線断層撮影装置および立体透視画像構成装置 - Google Patents

Ｘ線断層撮影装置および立体透視画像構成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高精度の可動機構などを設けることなく断層画像を得ることができ、かつ軟質の被検体の断層画像をも得ることが可能なＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線管１のＸ線発生源1bを移動させて被検体４にＸ線を放射する。Ｘ線による被検体４の複数の透過画像ＧをＸ線受像素子２で受像する。Ｘ線受像素子２で受像した透過画像Ｇをコンピュータ５の画像処理部で画像処理して断層画像Ｔを得る。Ｘ線発生器、Ｘ線受像素子、あるいは被検体を移動させる可動機構を設けることなく被検体４の断層画像Ｔを容易に得ることができるとともに、軟質の被検体などに対しても断層画像Ｔを確実に得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線を放射して受像した複数の透過画像を画像処理して断層画像を得るＸ線断層撮影装置およびこれを備えた立体透視画像構成装置に関する。
従来、例えば被検体を検査するＸ線断層撮影装置は、被検体にＸ線を放射するＸ線発生器を備えている。このＸ線発生器は、機械的な可動機構により、被検体の周囲を同一平面上で回転可能となっている。また、このＸ線断層撮影装置は、可動機構により回転されたＸ線発生器により放射されたＸ線による透過画像を受像するＸ線受像素子を備えている。このＸ線受像素子は、Ｘ線発生器の可動に対応して、機械的な可動機構により回転可能となっている。さらに、このＸ線受像素子には、このＸ線受像素子で受像した透過画像を画像処理して断層画像を得る画像処理装置が接続されている（例えば、特許文献１参照。）。
特表平２−５０１４１１号公報（第１２頁、第１図）
しかしながら、上述のＸ線断層撮影方法では、数μｍの空間分解能を維持するためには、Ｘ線発生器およびＸ線受像素子を可動させるために高精度の可動機構を使用しなければならないという問題を有している。
また、Ｘ線発生器およびＸ線受像素子を回転させる代わりに、被検体を回転および並進させる構成も考えられるが、被検体を回転させる可動機構を高精度にしなければならないとともに、例えば回転により変形するような軟質の被検体の検査には使用できないという問題もある。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、高精度の可動機構などを設けることなく断層画像を得ることができ、かつ軟質の被検体の断層画像をも得ることが可能なＸ線断層撮影装置およびこれを備えた立体透視画像構成装置を提供することを目的とする。
本発明は、焦点位置を移動させる機能を備え、被検体に対してＸ線を放射するＸ線発生器と、このＸ線発生器により焦点位置を移動させてそれぞれ放射されたＸ線による被検体の複数の透過画像をそれぞれ得るＸ線受像素子と、このＸ線受像素子で受像した被検体の複数の透過画像を画像処理して断層画像を得る画像処理部とを具備したものである。そして、Ｘ線発生器の焦点位置を移動させて被検体にＸ線を放射してこれらＸ線による被検体の複数の透過画像をＸ線受像素子で受像し、これら受像した透過画像を画像処理部で画像処理して断層画像を得ることにより、例えばＸ線発生器、Ｘ線受像素子、あるいは被検体を移動させる可動機構などを設けることなく被検体の断層画像を容易に得ることが可能になるとともに、例えば軟質の被検体などに対しても断層画像を確実に得ることが可能になる。
本発明によれば、Ｘ線発生器の焦点位置を移動させて被検体にＸ線を放射してこれらＸ線による被検体の複数の透過画像をＸ線受像素子で受像し、これら受像した透過画像を画像処理部で画像処理して断層画像を得ることにより、例えばＸ線発生器、Ｘ線受像素子、あるいは被検体を移動させる可動機構などを設けることなく被検体の断層画像を容易に得ることができるとともに、例えば軟質の被検体などに対しても断層画像を確実に得ることができる。
以下、本発明の一実施の形態の構成を図１ないし図９を参照して説明する。
図１は、Ｘ線断層撮影装置としてのＸ線ＣＴ(Computed Tomography)装置を有する立体透視画像構成装置を示し、１はＸ線発生器としてのＸ線管であり、このＸ線管１は、Ｘ線受像素子２に対向して配置され、このＸ線受像素子２は、画像処理装置３に接続されている。そして、この立体透視画像構成装置は、被検体４の非破壊検査などに用いられるものである。
Ｘ線管１は、略円柱状に形成され、中心軸ＯがＸ線受像素子２の中心部と略一致するように配設されている。また、このＸ線管１は、Ｘ線受像素子２に対して平行な放射面1aを有している。この放射面1aには、Ｘ線管１とＸ線受像素子２との間に配置された被検体４に向けてＸ線を発生する焦点としてのＸ線発生源1bが設けられている。このＸ線発生源1bは、Ｘ線管１の中心軸Ｏを中心として放射面1a上で所定の半径ｒの円周状に回転可能に設けられている。すなわち、Ｘ線管１は、Ｘ線発生源1bの位置Ａの移動機能を有している。また、このＸ線発生源1bは、中心軸Ｏに対して例えば１°刻みで、全周すなわち３６０°に亘って回転可能となっている。
Ｘ線受像素子２は、例えば四角形平面状の例えばイメージインテンシファイア、あるいは平面Ｘ線検出器などであり、Ｘ線管１のＸ線発生源1bから放射され被検体４を透過したＸ線像を画像信号である透過画像Ｇに変換して得て、画像処理装置３に送信するものである。
画像処理装置３は、処理演算部としてのコンピュータ５と、このコンピュータ５に接続された画像表示部としてのモニタ６を備えている。
被検体４は、図示しないＸ−Ｙ−Ｚテーブルなどの固定台により、Ｘ線管１とＸ線受像素子２との間で固定されている。
コンピュータ５は、Ｘ線受像素子２から送信された透過画像Ｇを画像処理するもので、画像処理部と立体透視画像構成部とを機能として有している。
そして、このコンピュータ５の画像処理部では、図２ないし図４に示すように、Ｘ線管１のＸ線発生源1bの各位置A0，A1，…，Ai，…，Anに対応した各透過画像G0，G1，…，Gi，…，Gnの中心から、Ｘ線管１の軸方向に交差し互いに異なる任意の断層面Ｓに対応した半径Ｒ上に位置した仮想中心を中心とする四角形状に切出画像CGを切り出し、これら切出画像CGを積算処理して構成した積算画像SGの各画素の輝度値Ｂを算出し、この輝度値Ｂが所定の上限閾値THおよびこの上限閾値THよりも小さい所定の下限閾値TLの間にある画素を抽出することで、各断層面Ｓに対応した被検体４のラミノグラフすなわち断層画像Ｔを構成する。ここで、半径ｒと半径Ｒとの比は、図２に示すように、Ｘ線管１の放射面1aから被検体４の断層面Ｓまでの距離fodと、この距離fodとＸ線管１の放射面1aからＸ線受像素子２までの距離fidとの差である距離Δfとの比として表される。すなわち、Ｒ＝ｒ×Δf／fodである。なお、上限閾値THおよび下限閾値TLは、積層画像SGの画素の輝度値Ｂに応じて予め設定されている。
また、このコンピュータ５の立体透視画像構成部では、Ｘ線管１の軸方向に交差し互いに異なる複数の断層面Ｓ毎に画像処理部で構成した断層画像Ｔの幾何拡大率Ｐをそれぞれ補正して合成し、３次元画像すなわち立体透視画像Ｄを構成する。ここで、幾何拡大率Ｐは、図２に示すＸ線管１の放射面1aから被検体４の断層面Ｓまでの距離fodと、Ｘ線管１の放射面1aからＸ線受像素子２までの距離fidとの比として表される。すなわち、Ｐ＝fid／fodである。
モニタ６は、コンピュータ５により構成された被検体４の断層画像Ｔと、立体透視画像Ｄとをそれぞれ表示するものである。
次に、上記一実施の形態によるＸ線断層撮影方法および立体透視画像構成方法を説明する。
まず、被検体４を固定台に固定し、この固定された被検体４の所定の断層面S1に焦点位置が来るようにＸ線管１のＸ線発生源1bの回転半径ｒを設定する。
次いで、図２に示すように、位置A0に位置したＸ線管１のＸ線発生源1bからＸ線を被検体４に放射しつつ、Ｘ線管１のＸ線発生源1bを放射面1a上で半径ｒの円周に沿って中心軸Ｏに対して例えば１°ずつ移動させ、位置Aiにそれぞれ対応した被検体４のＸ線像を透過画像Giに変換する。
このとき、Ｘ線受像素子２では、透過画像Ｇの中心OGを中心として、断層面S1の位置に対応する半径R1の仮想的な円周C1上に被検体４のＸ線像の中心OBが位置し、Ｘ線管１のＸ線発生源1bの移動により、透過画像Ｇの中心OGの周囲に被検体４のＸ線像が円周状に回転する。
この後、これら透過画像G0，G1，…，Gi，…，Gnを受信した画像処理装置３のコンピュータ５は、これら透過画像G0，G1，…，Gi，…，Gnの中心から半径R1の仮想円C1上に位置した中心OBを中心とする四角形状に切出画像CG10，CG11，…，CG1i，…，CG1nを切り出し、これら切出画像CG10，CG11，…，CG1i，…，CG1nを積算して、積算画像SG1を得る。
より具体的に、被検体４が例えば図５に示すような形状、すなわち球状の物体の内部の３箇所に空孔H1，H2，H3を有するような形状である場合では、被検体４の全体は、図８に示すように透過画像Ｇの中心OGを中心とする半径R1の円周C1上に中心が沿って移動するとともに、被検体４の中心を通る断層面S1以外の位置にある部分、例えば空孔H2の位置が、図６および図７に示すように、透過画像G0，G1，…，Gi，…，Gnでの切出画像CGの中心を中心とする円内でそれぞれ変化する。この結果、積算画像SGでは、各透過画像G0，G1，…，Gi，…，Gnで、空孔H2に対応する位置の画素の輝度値Ｂが互いに打ち消しあうため、図８に示すように、空孔H2に対応する位置の画素の輝度値Ｂが小さくなる。
そして、コンピュータ５は、積算画像SG1の各画素中から、輝度値Ｂが上限閾値THおよび下限閾値TLの間に位置した画素を抽出し、図３に示す断層画像T1を得て、この断層画像T1がモニタ６に送信されて表示される。
同様に、画像処理装置３のコンピュータ５は、透過画像G0，G1，…，Gi，…，Gnに対して、各半径Rmの各仮想円Cm上に位置した中心OBを中心とする四角形状に切出画像CGm0，CGm1，…，CGmi，…，CGmnをそれぞれ切り出し、これら切出画像CGm0，CGm1，…，CGmi，…，CGmnを積算してそれぞれの積算画像SGmを構成し、これら各積算画像SGmの画素から、輝度値Ｂが上限閾値THおよび下限閾値TLの間に位置する画素を抽出して各断層面Smに対応した断層画像Tmを得る。
この後、図９に示すように、コンピュータ５にて各断層面S1，S2，…，Si，…，Smに対応した各断層画像T1，T2，…，Ti，…，Tmの幾何拡大率P1，P2，…，Pi，…，Pmをそれぞれ補正し、すなわち、各断層画像T1，T2，…，Ti，…，Tmを幾何拡大率P1，P2，…，Pi，…，Pmで除算し、これら幾何拡大率P1，P2，…，Pi，…，Pmを補正した各断層画像T1，T2，…，Ti，…，Tmをコンピュータ５で合成して、立体透視画像Ｄを得る。
上述したように、上記一実施の形態では、Ｘ線管１のＸ線発生源1bの位置Ａを移動させて被検体４にＸ線を放射してこれらＸ線による被検体４の透過画像G0，G1，…，Gi，…，GnをＸ線受像素子２で受像し、これら受像した透過画像G0，G1，…，Gi，…，Gnをコンピュータ５の画像処理部で画像処理して断層画像Ｔを得る構成とした。
すなわち、Ｘ線管１のＸ線発生源1bを円周状に移動させ、このＸ線発生源1bの各位置に対応した被検体４の透過画像G0，G1，…，Gi，…，Gnを積算処理した積算画像SGを構成するとともに、この積算画像SGの輝度値Ｂが所定の上限閾値THと所定の下限閾値TLとの間にある画素を抽出して断層画像Ｔを得る構成とした。
この結果、Ｘ線管１、Ｘ線受像素子２、あるいは被検体４を移動させる可動機構などを設けることなく被検体４の断層画像Ｔを容易に得ることができるとともに、例えば軟質の被検体４などに対しても断層画像を確実に得ることができる。
したがって、従来からある一般的なＸ線透過検査装置であるＸ線ＣＴ装置に、Ｘ線管１のＸ線発生源1bの位置Ａを円周状に回転させる機能を付加するだけで、被検体４の断層画像Ｔを得ることが容易に可能になり、かつＸ線管、Ｘ線撮像素子、あるいは被検体の可動機構を設ける必要がないので、立体透視画像装置を容易に小型化および低コスト化できる。
さらに、Ｘ線発生源1bを円周状に１度回転させるだけで各断層面Ｓに対応した各断層画像Ｔを得ることができるので、Ｘ線管、あるいは被検体を回転および並進させる場合と比較して、被検体４の大きさに拘らず断層画像Ｔを得るのに必要な時間を短縮、すなわち断層画像Ｔの撮影を高速化できる。このため、例えば被検体４が被験者である場合などでも、断層画像Ｔの撮影の際の被験者の負担を低減できる。
そして、この断層画像Ｔの幾何拡大率Ｐを補正して合成することで立体透視画像Ｄを容易に得ることができる。
なお、上記一実施の形態において、被検体４の断層画像Ｔを確実に得ることができれば、Ｘ線発生源1bは、例えば平面視で８の字状など、円周状以外の他の様々な軌道に沿って移動させる断層撮影方法すなわちトモグラフィを用いることが可能である。
本発明の一実施の形態の立体透視画像構成装置を示す説明図である。 同上立体透視画像構成装置のＸ線断層撮影装置を示す説明図である。 同上Ｘ線断層撮影装置による透過画像の積算処理を示す説明図である。 同上Ｘ線断層撮影装置による他の透過画像の積算処理を示す説明図である。 同上Ｘ線断層撮影装置の被検体の一例を示す斜視図である。 同上Ｘ線断層撮影装置およびこのＸ線断層撮影装置による被検体の透過画像を示す説明図である。 同上透過画像を示し、(a)は焦点が開始位置であるときの平面図、(b)は焦点が開始位置に対して４５°回転した状態の平面図、(c)は焦点が開始位置に対して９０°回転した状態の平面図、(d)は焦点が開始位置に対して２５５°回転した状態の平面図である。 同上Ｘ線断層撮影装置による画像処理を示し、(a)は透過画像を示す平面図、(b)は積算画像を示す平面図、(c)は(b)に示す積算画像のａ−ａ断面の輝度プロファイル、(d)は断層画像を示す平面図である。 同上立体透視画像構成装置による断層画像の合成処理を示す説明図である。
符号の説明
１ Ｘ線発生器としてのＸ線管
1b 焦点としてのＸ線発生源
２ Ｘ線受像素子
４ 被検体
５ 画像処理部および立体透視画像構成部を機能として有するコンピュータ
Ｂ 輝度値
Ｄ 立体透視画像
Ｇ 透過画像
Ｐ 幾何拡大率
SG 積算画像
Ｔ 断層画像
TH 上限閾値
TL 下限閾値

Claims (4)

  1. 焦点位置を移動させる機能を備え、被検体に対してＸ線を放射するＸ線発生器と、
    このＸ線発生器により焦点位置を移動させてそれぞれ放射されたＸ線による被検体の複数の透過画像をそれぞれ得るＸ線受像素子と、
    このＸ線受像素子で受像した被検体の複数の透過画像を画像処理して断層画像を得る画像処理部と
    を具備したことを特徴とするＸ線断層撮影装置。
  2. Ｘ線発生器は、焦点位置を円周状に移動可能であり、
    画像処理部は、前記Ｘ線発生器の各焦点位置に対応した被検体の透過画像を積算処理した積算画像を構成するとともに、この積算画像の輝度値が所定の上限閾値と所定の下限閾値との間にある画素を抽出して断層画像を得る
    ことを特徴とする請求項１記載のＸ線断層撮影装置。
  3. 所定の方向に交差し互いに異なる複数の断層面毎に被検体の断層画像を得る請求項１または２記載のＸ線断層撮影装置と、
    このＸ線断層撮影装置により得られた複数の断層画像を画像処理して立体透視画像を得る立体透視画像構成部と
    を具備したことを特徴とする立体透視画像構成装置。
  4. 立体透視画像構成部は、Ｘ線断層撮影装置により得られた複数の断層画像の幾何拡大率をそれぞれ補正し、これら補正された断層画像を合成して立体透視画像を得る
    ことを特徴とする請求項３記載の立体透視画像構成装置。
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