JP2691406B2 - 画像再構成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、断層撮影装置などに利用され、Ｘ線，ガン
マ線，中性子線，光などを被写体に各方向から照射し、
このときに得られる各方向ごとの透過データすなわち投
影データに基づき被写体の内部情報を再構成画像として
再構成する画像再構成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、画像再構成装置として第７図に示すようなもの
が知られている。

第７図の画像再構成装置では、線源80からのＸ線など
を被写体81に照射し、被写体81を透過したＸ線などの線
量を測定器82で検出する。検出された線量は、被写体の
内部情報を照射方向に沿って加算し投影した投影データ
となっている。投影データは、A/D変換器83によってデ
ジタル値に変換され、比較器84に加わる。一方、画像メ
モリ85は、再構成画像を格納するものである。再構成画
像は、被写体の内部情報の個数に対応した個数の画素を
有しており、各画素の情報ｆ（i,j）は、被写体81の照
射方向と同じ方向に沿って総和がとられ、比較器84に加
わるようになっている。なお、各画素の情報ｆ（i,j）
は、当初、適当な初期値となっている。比較器84におい
ては、投影データと、各画素の情報ｆ（i,j）の照射方
向に沿って得られた総和とが比較されその差分値をコン
ピュータシステム86に送る。コンピュータシステム86で
は差分値にデジタル的な所定の演算を施して補正データ
とし、この補正データを各画素の情報に重ね合わせ、被
写体81の内部情報との差がなくなるような方向に各画素
の情報ｆ（i,j）を修正する。

次いで線源80あるいは被写体81のいずれかを所定角度
ωだけ回転し、照射方向を変えて得られた投影データ
と、再構成画像とに基づいて上述したと同じ処理を繰返
す。このようにして、再構成画像は、逐次更新され、被
写体81の内部情報との差が所定の閾値以下になるで処理
が繰返し続けられる。

なお上述のような画像再構成処理は、1983年３月10日
発行の文献〔岩波講座 情報科学−21「パターン認識と
図形処理」第192頁乃至第195頁〕に記載されている逐次
近似法として画像処理の分野で良く知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来の逐次近似法を用いた画像再構成装
置では、画像処理は電気的に行なわれ、投影データと再
構成画像とを比較する処理、比較処理において得られた
差分値に対し所定の演算を施し補正データを求める処
理、補正データを再構成画像に重ね合せ再構成画像を修
正する処理がデジタル的に行なわれていた。

しかしながら、デジタル的な処理による場合には再構
成画像の精度，解像度を向上させるのに再構成画像の画
素数をより多くしなければならず、各処理，例えば加減
演算処理に非常に時間がかかるという問題があった。ま
た、照射方向を変えるごとに再構成画像と補正データと
に対して回転演算処理を施さねばならないが、大きな画
素マトリックスに対して回転演算処理をデジタル的に行
なうのはメモリ容量および処理時間の点で非常に難かし
く、実時間処理には適しないという問題があった。

本発明は、精度，解像度の高い再構成画像を短時間で
かつ容易に得ることの可能な実時間処理に適した画像再
構成装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の画像再構成装置のシステム構成図で
ある。本発明の画像再構成装置は、Ｘ線などで被写体を
照射しその照射方向に沿った被写体の内部情報の投影を
投影データPDとして検出する投影手段１と、再構成画像
を蓄積する画像蓄積手段２と、画像蓄積手段２に蓄積さ
れた再構成画像を光学的に読出す光読出手段３と、読出
された再構成画像を投影手段１の照射方向と同じ方向に
沿って積算し総和データRDとして出力する総和手段４
と、投影データPDと総和データRDとを比較して再構成画
像修正用の補正データADを作成する比較補正手段５と、
補正データADに基づき補正関数像を作成し、これを画像
蓄積手段２に光学的に書込む光書込手段６とを備えてい
る。

なお、光読出手段３で読出された再構成画像を表示手
段７で表示したり、判定終了手段８を設けて、画像再構
成処理を終了させるようにしても良い。

〔作用〕

本発明の画像再構成装置では、投影手段１において所
定の照射方向の投影データPDを検出する。また光読出手
段３によって光学的に読出された再構成画像は、総和手
段４において投影手段１の照射方向と同じ方向に総和が
とられ総和データRDとなる。所定の照射方向における投
影データPDと総和データRDとは比較補正手段５において
比較され、例えば差がとられその差を例えば線源，測定
器間の長さで割って規格化し、補正データADとして出力
する。光書込手段６では、補正データADを光学的な補正
関数像に変換する。

この変換に際して、光書込手段６は補正関数像が照射
方向と同じ方向になるよう回転処理を施して、しかる後
この補正関数像を画像蓄積手段２に光学的に書込み、画
像蓄積手段２にすでに蓄積されている再構成画像上に重
ね合せて再構成画像を修正する。これにより再構成画像
と被写体の内部情報との差異を小さくする。次いで、投
影手段１において照射方向を少しずらし、またこれに連
動して総和手段４の総和をとる方向もずらして、補正デ
ータAD,補正関数像を作成し再構成画像を修正する。こ
の際補正関数像も、光書込手段６により照射方向のずれ
と同じ角度だけ光学的に回転したものとなっている。こ
のようにして照射方向を徐々にずらしながら、画像蓄積
手段２に蓄積された再構成画像を光学的に逐次修正し、
被写体の内部情報を近似したものとすることができる。

また表示手段７を設ければ、再構成画像の状態を知る
ことができ、さらに、判定終了手段８を設ければ、再構
成画像が被写体の内部情報を良好に近似するものとなっ
たか否かが判定され、良好に近似するものと判断された
ときには、再構成処理を終了させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例では前述のような逐次近似法による画像再構
成処理を空間光変調器などの光学的手段を用いてアナロ
グ的に行なうようになっている。

第２図は本発明に係る画像再構成装置の一実施例の構
成図である。

第２図の画像再構成装置では、主制御装置10によっ
て、画像再構成処理の全体制御がなされており、前述し
た第１図の画像蓄積手段２として、再構成画像を蓄積す
る空間光変調器11が用いられ、また、光読出手段３とし
て光源12,検光子13が用いられ、総和手段４として光強
度検出装置14,駆動部15が用いられ、比較補正手段５と
して比較器16,補正関数発生器17が用いられる。さら
に、第１図の光書込手段６には、主制御装置10,駆動部1
8,19,光空間分布制御装置20,空間光変調器21,光源12,検
光子22が用いられている。

第２図において、投影手段１は、第３図に示すよう
に、Ｘ線，ガンマ線などの線源80と測定器82とが所定の
間隔ｌを隔てて配置され、被写体81を透過した線源80か
らの線量を測定器82で検出し、被写体81の内部情報を照
射方向に沿って投影し撮影データPDとして出力するよう
になっている。この投影データPDは、アナログ値で比較
器16に入力する。なお投影データPDは、電気信号であっ
ても良いし、光信号であっても良い。

主制御装置10には、投影開始信号PSSが入力し、この
信号PSSの入力により、画像再構成処理を開始したり、
どの照射方向の投影データが入力されるのか判断するよ
うになっている。

すなわち投影開始信号PSSにより、投影データPDの入
力と同期した演算処理がなされ、実時間で画像再構成が
行なわれるようになっている。

空間光変調器11は、第４図のように、光電面30,集束
電極31,マイクロチャンネルプレート32,メッシュ電極3
3,電気光学結晶34により構成されており、例えば浜松ホ
トニクス社製MSLM（Micro channel plate spatial modu
lator）が用いられる。空間光変調器11には、後述する
空間光変調器21,検光子22からの補正関数像が書込画像W
Bとして光電面30に入射し、そこで光電変換され、集束
電極31,マイクロチャンネルプレート32,メッシュ電極32
を介し電気光学結晶34に入射し電気光学結晶34上に電荷
の形ですでに蓄積されている再構成画像と重ね合せこれ
を修正するようになっている。この重ね合せの際、メッ
シュ電極32の電位Ｖにより書込画像WBとすでに蓄積され
ている再構成画像との加減演算が並列的にかつアナログ
的に行なわれる。電気光学結晶34は、電荷の形で蓄積さ
れた再構成画像によって屈折率が変化するので、所定の
偏光成分をもつ読出光RBを電気光学結晶34に入射して反
射光として取出すときに読出光RBは電気光学結晶34の屈
折率変化に応じてその偏光状態が変化する。

この読出光RBから所定の偏光成分の光強度を検光子13
により抽出すると、再構成画像は光強度の形で出力され
る。

光源12には、例えば直線偏光光を出力するH_e−H_eレー
ザが用いられる。直線偏光光は、ハーフミラー36で分岐
され、一部がミラー37,38,ハーフミラー39を介して読出
光RBとして空間光変調器11に入射し、他の一部は、空間
光変調器11への補正関数像を作るのに用いられる。

光強度検出装置14は、図示しないが、可動スリットと
光強度検出器（例えば光電子増倍管）との組合せであっ
ても良いし、あるいは、アレイ検出器（例えば浜松ホト
ニクス社製シリコンストリップ検出器S2458）と積分器
との組合せであっても良い。駆動部15は、例えばモータ
制御部とモータとからなり、投影開始信号PSSに基づく
主制御装置10からの角度情報ωにより光強度検出装置14
の回転角を制御するようになっている。すなわち駆動部
15は、光強度検出装置14として可動スリットと光強度検
出器との組合せを用いる場合には、投影手段１の照射方
向と同じ方向に光強度の総和をとるため、可動スリット
を照射方向と同じ方向に回転し、光強度検出器において
可動スリット全体からの透過光を全て検出するようにな
っている。また、第３図に示すようなアレイ検出器70と
積分器71との組合せを用いる場合には、駆動部15はアレ
イ検出器70を照射方向と同じ方向に回転し、積分器71に
おいて、アレイ検出器70からの電荷の形での出力を照射
方向に一次元的に積算するようになっている。

比較器16は、被写体からの投影データPDと光強度検出
装置14からの総和データRDとを比較しその差分値（RD−
PD）を求め、補正関数発生器17は、比較器16からの差分
値（RD−PD）を投影手段１の線源80と測定器82との間の
距離ｌで割った値を補正関数すなわち補正データADとし
て発生するようになっている。

主制御装置10は、補正データADをその絶対値情報ABS
と、正負の符号情報SBとに分離し、これらを評価して光
書込手段６としての駆動部18,19,光空間分布制御装置20
に指令をだす。なお主制御装置10は、投影開始信号PSS
に基づく照射方向の角度情報ωの指令を前述のように駆
動部15に出すとともに光空間分布制御装置20にも出す。

駆動部18には、補正データADの正負の符号情報SBに基
づいて画像和，画像差のいずれを行なうかの指令が主制
御装置10から送られ、駆動部18は、この指令により、メ
ッシュ電極33の電位を調整し再構成画像に対する補正関
数像の加算，減算の制御を行なうようになっている。

光空間分布制御装置20には、補正データADの絶対値情
報ABSと、角度情報ωとが送られ、光空間分布制御装置2
0は、これらの情報に基づいて補正関数像を作成し空間
光変調器21上に書込む。すなわちこの補正関数像の作成
は、光源12からの直線偏光光をハーフミラー36,40,ミラ
ー41,42,43を介し光空間分布制御装置20に入射させ、光
空間分布制御装置20でこの直線偏光光を走査し変調する
ことによってなされる。

空間光変調器21は、空間光変調器11と同様の構成をし
ているが、光空間分布制御装置20からの補正関数像を一
時的に記憶するバッファとしての機能を有し、画像の質
を向上させるのに用いられる。従って画像の質が差程要
求されない場合には、設けずとも良く、光空間分布制御
装置20からの補正関数像を空間光変調器11に直接書込ん
でも良い。

また第２図において表示手段７は、検光子13からハー
フミラー44を介し送られた再構成画像を表示するのに用
いられ、再構成画像を単に記憶する画像メモリ（例えば
電気メモリ，写真，ホログラム）であっても良いし、実
際に可視画像として表示するスクリーン，ディスプレ
イ，プリンタ等でも良い。さらに判定終了手段８には、
検光子13,ハーフミラー45,ミラー46からの再構成画像が
送られ、再構成画像が被写体の内部情報を良好に近似す
るものとなったか否かを判定し、良好に近似するものと
なったときには、再構成処理を終了させるようになって
いる。

第５図は、光読出手段3,光書込手段6,判定終了手段８
のより具体的な構成例を示す図である。

第５図において、光源12からの直線偏光光は、ハーフ
ミラー50により分岐され、一部がミラー41,55と多角形
ミラー56とを介して空間光変調器21に補正関数像として
入射する。ミラー55は、主制御装置10からの指令に基づ
き制御部57により回転するようになっており、ミラー41
からの直線偏光光を走査するのに用いられる。また多角
形ミラー56は、主制御装置10からの指令によりモータ制
御部58でモータ59を制御することにより回転速度並びに
角度が制御されるようになっており、絶対値情報ABSの
指令で回転速度を制御することにより光量の制御がなさ
れ、また角度情報ωの指令で角を制御することにより照
射方向に対応した走査方向の制御がなされる。このよう
に、ミラー55,制御部57と多角形ミラー56,モータ59,モ
ータ制御部58とから構成される光空間分布制御装置20に
よって、補正関数発生器17からの補正データに応じた光
空間分布を補正関数像として作成し、空間光変調器21に
入射させることができる。

またハーフミラー50で分岐された直線偏光光の他の一
部は、レンズ51,53,開口部材52により直径20mm程度の平
行コヒーレント光となる。平行コヒーレント光は、ハー
フミラー54で分岐され、一部が空間光変調器21の読出
光，空間光変調器11の書込光となり、他の一部の平行コ
ヒーレント光はさらに、ハーフミラー60で分岐され、そ
れぞれ空間光変調器11の読出光，後述する判定終了手段
８の空間光変調器61の読出光となる。

平行コヒーレント光は直径20mm程度の大面積のもので
あるので、空間光変調器21から直径20mm程度の範囲の補
正関数像を読出し、空間光変調器11にこの範囲の補正関
数像を書込むことができる。

またこの平行コヒーレント光は空間光変調器11の読出
光となるので、この読出光も直径20mm程度のものとな
り、光強度検出装置14にこの範囲で入射する。第３図に
は、光強度検出装置14にアレイ検出器70を用いられたと
きにアレイ検出器70に入射する読出光の範囲AR並びに再
構成画像RCが示されている。

また第５図を参照すると、判定終了手段８は、空間光
変調器61,駆動制御部62,ハーフミラー68,検光子64,光電
子増倍管65,増幅器66,弁別器67,リレー68で構成されて
いる。

空間光変調器61は、空間光変調器11,21と同様の構成
をしているが、検光子13からの再構成画像がハーフミラ
ー45,ミラー46を介して入射し、これを蓄積すると同時
に、駆動制御部62からの制御によりいま書込まれた再構
成画像とすでに書込まれている再構成画像との差分をと
るようになっている。この差分画像はハーフミラー60,6
3からの読出光によって読出されるようになっている。
読出された差分画像は、ハーフミラー63,検光子64を介
して光電子増倍管65,増幅器66で検出され弁別器67にお
いて所定の閾値以下になったか否かが判定される。所定
の閾値以下になったときには、再構成画像が被写体の内
部情報を良好に近似したものとなったと判断されるの
で、リレー68を駆動して主制御装置10の動作を停止し、
画像再構成処理を終了する。

このような構成の画像再構成装置の処理流れを第６図
のタイムチャートを用いて説明する。

先づ、初期条件として、空間光変調器11には任意の初
期値を書込み（例えば何も書込まれていない状態にして
おく）、空間光変調器61には例えば最大光量値を書込ん
でおく。次いで投影データPDの入力開始に伴ない、第６
図（ａ）に示すように投影開始信号PSSが入力される。
これにより、第６図（ｂ）に示すように空間光変調器11
からはこれに蓄積された再構成画像が読出されると同時
に、第６図（ｅ）に示すように判定終了手段８の空間光
変調器61では、空間光変調器11からいま読出された再構
成画像と空間光変調器61内はすでに書込まれている再構
成画像との差分演算を行なう。

空間光変調器11から読出された再構成画像はまた、光
強度検出装置14に入射し、そこで投影手段１の照射方向
と同じ方向の一次元増が切出されその光強度の総和が求
められて総和データRDとして比較器16に加わる。なお光
強度検出装置14は、投影開始信号PSSに基づく主制御装
置10からの角度情報ωにより照射方向と同じ方向の切出
しが行なわれるよう設定されている。また空間光変調器
11の最初の読出しでは、予め設定された任意の初期値か
らなる再構成画像が読出される。

比較器16は、総和データRDが出力されかつ投影データ
PDが出力されたときに第６図（ｆ）に示すタイミングで
動作し、投影データPDと総和データRDとの比較を行な
い、その差分値（RD−PD）を求めて補正関数発生器17に
送り、補正データADを発生させる。

この補正データADは、主制御装置10に送られ、その絶
対値情報ABSと正負符号情報SBとが分離評価される。正
負符号情報SBは駆動部18,19に送られ、絶対値情報ABSは
光空間分布制御装置20に送られる。また主制御装置10
は、投影開始信号PSSに基づく照射方向の角度情報ωを
光空間分布制御装置20に送る。これにより光空間分布制
御装置20は、第６図（ｃ）に示すタイミングで光源12か
らの光を補正データADの絶対値情報ABSと照射方向の角
度情報ωとに基づき走査，変調して補正関数像を作り、
これを第６図（ｄ）に示すように、空間光変調器21に書
込む。この際、補正関数像は、再構成画像の補正部分に
対応した位置で空間光変調器21に入射する。

このようにして空間光変調器21への書込み動作が終了
すると、第６図（ｅ）に示すように、空間光変調器61に
すでに書込まれている差分演算結果を読出し、これが所
定の閾値以下になったか否かを弁別器67で判定し、所定
の閾値以下になったと判断されたときには再構成画像が
被写体の内部情報を良好に近似したものとなったとみな
され処理を終了する。所定の閾値以下ではないときに
は、さらに逐次近似を繰返すため、空間光変調器11に現
在書込まれている再構成画像を読出してこれを第６図
（ｅ）に示すように空間光変調器61上に書込む。

次いで、空間光変調器11に現在書込まれている再構成
画像を修正するため、第６図（ｄ）に示すように空間光
変調器21にすでに書込まれている補正関数像を読出し、
第６図（ｂ）に示すように空間光変調器11内の再構成画
像上に重複して書込む。空間光変調器11への書込みに際
し、駆動部18から正（または負）の符号情報SBが送られ
ると、空間光変調器11の書込み動作条件を加算（または
減算）にして補正関数像が書込まれる。

なお画像の加減演算処理は、上述のように空間光変調
器11内で書込み動作条件を制御して並列的に行なわれる
ので、高速に行なうことができて、さらにはアナログ的
なものであるので、再構成画像の精度，解像度を劣化さ
せない。

このようにして１つのサイクルが終了し、次の撮影開
始信号PSSが主制御装置10に入力すると、次のサイクル
が開始する。次のサイクルでは、投影手段１の照射方向
が少しずれるので、これに伴ない主制御装置10からの角
度情報ωの指令で光書込手段６の光空間分布制御装置20
において補正関数像を照射方向と同じ角度だけ回転さ
せ、また光強度検出装置14を照射方向と同じ角度だけ回
転させ、上記動作と同じ処理を行なわせる。

なお照射方向のずれに伴なう画像の回転演算処理は、
上述のように全て光学的に行なわれるため、画像の大き
さが大きくなった場合でもメモリ容量等の問題は生ぜず
迅速にかつ極めて容易にこれを行なうことができて、さ
らにアナログ処理であるため画像の精度，解像度を劣化
させない。

このようにして再構成画像を逐次近似して被写体の内
部情報に近づけることができて、この再構成画像を表示
手段７で表示することにより、被写体の内部情報を観察
することが可能となる。

上述の実施例において補正関数発生器17は比較器16か
らの差分値（RD−PD）を距離ｌで割算して補正データAD
を出力するとして説明したが、差分値（RD−PD）に対し
所定の重み付けをした上で割算処理を施すようにしても
良い。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、加減演算，
回転演算などを伴なう画像再構成処理を光学的にアナロ
グ演算で行なうようにしているので、精度，解像度の高
い再構成画像を実時間処理で短時間にかつ容易に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像再構成装置のシステム構成図、第
２図は本発明に係る画像再構成装置の一実施例の構成
図、第３図は投影手段並びに光強度検出装置の具体例を
示す図、第４図は空間光変調器の構成図、第５図は画像
再構成装置のより具体的な構成例を示す図、第６図
（ａ）乃至（ｆ）は画像再構成装置の動作手順を示すタ
イムチャート、第７図は従来の画像再構成装置の構成図
である。 １……投影手段、２……画像蓄積手段、 ３……光読出手段、４……総和手段、 ５……比較補正手段、６……光書込手段、 ７……表示手段、８……判定終了手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被写体の内部情報の照射方向に沿った投影
   を投影データとして検出する投影手段と、再構成画像を
   蓄積する画像蓄積手段と、画像蓄積手段に蓄積された再
   構成画像を光学的に読出す光読出手段と、読出された再
   構成画像を投影手段の照射方向と同じ方向に沿って積算
   し総和データとして出力する総和手段と、投影データと
   総和データとを比較して再構成画像修正用の補正データ
   を作成する比較補正手段と、補正データに基づき光学的
   な補正関数像を作成し、これを画像蓄積手段に光学的に
   書込む光書込手段とを備えていることを特徴とする画像
   再構成装置。