JP3698130B2

JP3698130B2 - Ｃｔ装置，ｃｔ撮像方法、及びｃｔ撮像サービス方法

Info

Publication number: JP3698130B2
Application number: JP2002211905A
Authority: JP
Inventors: 高木　　太郎; 博上村; 貞夫内川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: DE60312442T2; JP2004053430A; US6909768B2; US20050243965A1; EP1384991A1; EP1384991B1; DE60312442D1; KR20040010297A; US20040017883A1; US7031424B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用のＣＴ(Computed Tomography）装置，ＣＴ撮像方法、及びこれを用いたＣＴ撮像サービス方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業用のＸ線ＣＴ装置では、水平面内で回転するターンテーブルに撮像対象物を載せ、水平な切断面の断層像を撮像する方法が一般的である。撮像対象物をＸ線ＣＴ装置のターンテーブルに据え付ける場合、利用者が、撮像対象物の基準面（水平面，鉛直面等）を選び、直角定規や水準器を用いて撮像対象物の座標系とターンテーブルの座標系を合わせていた。撮像対象物を傾斜させる場合、利用者が、撮像対象物の下にくさび形の治具を挟むことにより調整していた。
【０００３】
撮像対象物の位置や方向を変えてセットするためのセッティング装置を備えた産業用Ｘ線ＣＴ装置が、特開２０００−２９８１０６号公報に記載されている。
【０００４】
医療用Ｘ線ＣＴ装置において、人体の上面及び両側面に体表面マークを付けた状態で人体を撮像し、病変部の体表面マークに対する相対的な位置から病変部の位置を測定する方法が、特開２０００−１０７１６１号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−２９８１０６号公報では、利用者にとって、撮像対象物の設置作業は容易になるが、撮像対象物の基準面を割り出す作業が容易でない。
【０００６】
特開２０００−１０７１６１号公報の方法は、医療用装置では、体表面マークが付加される人体の位置（基準位置）が固定であるため適用できる。しかし、産業用装置では、撮像対象物によって基準位置（基準面）が変わるため、この方法は適用できない。
【０００７】
本発明の目的は、異なる基準面を有する撮像対象物をターンテーブルにセットして撮像対象物を撮像する場合でも、利用者が撮像対象物の基準面を割り出す作業を省いて、撮像対象物の設置作業を容易にできるＣＴ装置，ＣＴ撮像方法及びこれを用いたＣＴ撮像サービス方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基準面にマーカが付加された撮像対象物をＣＴ装置で撮像して得た断層像から、マーカと撮像対象物との接触面の幾何学的特徴（形状を表す情報）を求め、この特徴から撮像対象物の基準座標系とＣＴ装置の座標系との相対的位置関係を求め、この相対的位置関係に基づいて撮像対象物の所望部位の断層像（ビットマップデータ）を得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
本発明の第１実施例を、図面を用いて説明する。図１は、第１実施例のＣＴ撮像方法を示す図である。本ＣＴ撮像方法は、マーカ付加過程Ｐ１，予備撮像過程Ｐ２，マーカ認識過程Ｐ３，座標系把握過程Ｐ４，本撮像過程Ｐ５を備える。
【００１０】
マーカ付加過程Ｐ１では、撮像対象物Ｔの基準面にマーカを貼り付ける。例えば、撮像対象物が水平又は鉛直の基準となる平面を有する場合には、その平面にマーカを貼り付ける。撮像対象物が水平又は鉛直の基準となる円柱面を有する場合には、その円柱面にマーカを貼り付ける。マーカは、Ｘ線の透過率（又は減衰率）が撮像対象物と異なる材質のものを用いる。例えば、撮像対象物と密度が異なるものは、Ｘ線の透過率も撮像対象物と異なる。マーカの大きさ（長さ，幅）は、２０mm〜５０mmが望ましい。マーカとしては、可塑性の素材の方が貼り付けるために適している。マーカの貼り付け方法は、図２を用いて後述する。
【００１１】
予備撮像過程Ｐ２では、撮像対象物ＴをＸ線ＣＴ装置のターンテーブルに載せ、目標断層間隔の５倍〜２０倍の間隔で、撮像対象物の全体を撮像する。例えば、目標断層間隔（最終的に撮像したい断層間隔）が０.４mm の場合には、２mm〜８mmの粗い間隔で撮像対象物を撮像する。
【００１２】
Ｘ線ＣＴ装置で撮像対象物を撮像すると、個々の断面に対して断層像（２次元ビットマップデータ）が得られる。得られた多数の断層像を積層することにより、断層像セット（３次元ビットマップデータ）が得られる。予備撮像過程Ｐ２では、解像度の粗い（低い）断層像セットである粗断層像セットＤ１が得られる。
【００１３】
予備撮像過程Ｐ２では、撮像対象物の位置がターンテーブルの回転によりずれることがないように撮像対象物を固定すれば良く、撮像対象物の設置角度を調整する必要はない。Ｐ２で用いるＸ線ＣＴ装置の構成は、図３を用いて後述する。
【００１４】
マーカ認識過程Ｐ３では、予備撮像過程Ｐ２で得られる粗断層像セットＤ１に対して３次元の画像処理を施し、マーカを認識する。例えば、撮像対象物がエンジンブロックなどのアルミニウム製である場合、その密度は約２.７ｇ／cm³である。これに対して、マーカとして粘土を用いた場合、その密度は約１.５ｇ／cm³である。この場合、マーカのＸ線透過率は撮像対象物のＸ線透過率よりも大きく、マーカのＸ線減衰率は撮像対象物のＸ線減衰率よりも小さい。
【００１５】
Ｘ線ＣＴ装置を用いることにより、撮像対象物の内部の密度分布を把握できるので、粘土（マーカ）の部分だけをアルミニウムの部分や空気の部分と区別して抽出することも可能となる。このように、マーカと撮像対象物の密度差，Ｘ線透過率の差，Ｘ線減衰率の差を利用して、マーカを識別する。
【００１６】
粘土製のマーカは、撮像対象物の表面に押し付けられた時に塑性変形する。撮像対象物の表面が平面である場合、撮像対象物とマーカの接触面も平面となる。この接触面に対して平面抽出処理（所定の面積以上の平面を自動的に認識して抽出する処理）を行うことにより、ターンテーブルを基準とする接触面の幾何学的定義（幾何学的特徴）を算出できる。算出された全ての接触面の幾何学的定義は、マーカ表面特徴領域リストＤ３に記録される。平面抽出処理としては、後述する表面領域拡張法などの平面同定方法を用いることができる。マーカ認識過程Ｐ３の詳細は、図５を用いて後述する。
【００１７】
座標系把握過程Ｐ４では、マーカ表面特徴領域リストＤ３に記録されている、マーカと撮像対象物の接触面の幾何学的定義から、ターンテーブルを基準とする撮像対象物の座標系Ｄ４を算出する。複数のマーカが全て平面に付加されている場合には、それぞれの接触面をターンテーブルを基準とする水平基準面(ＸＹ面)及び垂直基準面（ＹＺ面及びＺＸ面）と比較し、総合的な角度差が最小となるようにアフィン変換行列を定める。
【００１８】
例えば、それぞれのマーカと基準面がなす角度の２乗和が最小となるようにアフィン変換行列を定める。アフィン変換行列とは、基底ベクトルの１次結合に基づく２つの座標系の相対的な関係を表す行列のことである。ここでは、デカルト座標系の回転移動及び平行移動に対応する行列を使用する。この過程の詳細は、図８を用いて後述する。
【００１９】
本撮像過程Ｐ５では、目標断層間隔で撮像対象物Ｔの撮像を行い、最終的な成果物である高分解能の断層像Ｄ５及び／又は断層像セットＤ６を得る。断層像Ｄ５及び断層像セットＤ６は、ビットマップデータである。利用者(オペレータ)は、撮像したい部位（所望部位）の座標値を、予めＸ線ＣＴ装置に入力する。座標系把握過程Ｐ４でターンテーブルを基準とする撮像対象物の座標系Ｄ４が既に算出されているので、Ｘ線ＣＴ装置は、撮像を行う前に、この座標系Ｄ４を用いて入力された所望部位の座標値を自動的に補正する。この補正は、利用者により予め指定された撮像位置及び撮像範囲を定めるための補正である。
【００２０】
Ｘ線ＣＴ装置は、撮像枚数の補正も行う。この補正は、例えば、利用者が指定した撮像断面に対して前記アフィン変換を行い、撮像断面が水平面に対して斜めになった場合に行う。垂直方向における撮像断面の最も低い点から最も高い点までの領域長さを、Ｘ線ＣＴ装置に固有の垂直方向の分解能で除算することにより、撮像枚数を求める。このようにして、撮像対象物の基準座標系とＸ線ＣＴ装置の座標系との相対的位置関係に基づいて、撮像対象物の所望部位のビットマップデータを得る。
【００２１】
本ＣＴ撮像方法は、以上のような工程を備えることにより、異なる（任意の）基準面を有する撮像対象物に対して、撮像対象物の座標系Ｄ４を割り出す作業が著しく自動化される。即ち、利用者が撮像対象物の基準面を割り出す作業を省いて、撮像対象物の設置作業やＸ線ＣＴ装置の操作を容易にできる。
【００２２】
次に、撮像対象物に対するマーカの貼り付け方法の例を図２に模式的に示す。マーカの貼り付け方法には、いくつかの異なる配置パターンがある。これらは、座標系把握過程Ｐ４でアフィン変換行列を特定できるような配置となっている。
【００２３】
図２（ａ）は、撮像対象物Ｔが有する直交する３平面にマーカＭをそれぞれ貼り付けた例である。この場合、３平面の交点Ｓが座標系の基準点となり、２平面の交線Ｌ１〜Ｌ３が基準軸となる。この例では、３つのマーカＭの大きさが全て異なるようにしている。これにより、マーカ認識過程Ｐ３で、個々のマーカＭを自動的に区別することができる。このマーカの区別のためには、マーカＭの材質を変えてもよい。
【００２４】
図２（ｂ）は、撮像対象物Ｔが有する直交する平面Ｆ１と円柱面Ｆ２とにマーカＭをそれぞれ貼り付けた例である。この場合、円柱面Ｆ２の中心軸が座標系の基準軸となり、基準軸と平面Ｆ１の交点が座標系の基準点となる。後述する表面領域拡張法では、平面，円柱面，球面，回転面，２次曲面，押し出し面などを認識して抽出できるので、これらの面を用いて座標系を定義することができる。回転面とは、１本の直線（中心軸）の周りに線（直線，曲線、及びこれらの組み合わせ）を回転させて得られる軌跡である。２次曲面とは、座標変数(Ｘ，Ｙ，Ｚ)の２次方程式によって記述される面である。押し出し面とは、線を平行移動させた時の軌跡面である。
【００２５】
図２（ｃ）は、撮像対象物Ｔが有する直交する２平面と１つの頂点とにマーカＭをそれぞれ貼り付けた例である。この場合、マーカＭが貼り付けられた頂点が座標系の基準点となり、２平面の交線Ｌ１が基準軸となる。マーカＭが撮像対象物Ｔの頂点や稜線に貼り付けられた場合、マーカＭと撮像対象物Ｔの接触面は１つの平面にならず、３つ又は２つに分割された接触面となる。マーカ認識過程Ｐ３で、これらの接触面を全て認識して抽出し、それらの交点及び交線を求めることにより、頂点や稜線の幾何学的定義を求めることができる。
【００２６】
次に、予備撮像過程Ｐ２で使用されるＸ線ＣＴ装置の構成を図３に示す。本Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線源（照射源）Ａ１，走査機構Ａ２，ターンテーブルＡ３，Ｘ線検出器Ａ４，制御及び信号処理装置Ａ５，マーカ配置パターン提示手段Ａ６，マーカ配置パターン選択手段Ａ８などを備える。
【００２７】
Ｘ線源Ａ１から放出されたＸ線は、ターンテーブルＡ３の上に固定された撮像対象物（図示せず）を透過し、Ｘ線検出器Ａ４で検出信号Ｘ１に変換される。Ｘ線検出器Ａ４からの検出信号Ｘ１は、制御及び信号処理装置Ａ５に送られ、ここで「再構成処理」と呼ばれる信号処理によって断層像セット（３次元ビットマップデータ）に変換される。
【００２８】
ターンテーブルＡ３は、制御及び信号処理装置Ａ５から送られる制御信号Ｘ２に従って、走査機構Ａ２により回転移動及び平行移動される。回転移動は例えば図３のθ方向への移動である。平行移動は、例えば図３のＸ方向（左右方向又は前後方向）への移動、Ｚ方向（上下方向）への移動を含む。ターンテーブルＡ３の上に撮像対象物を固定して、ターンテーブルＡ３を回転移動及び平行移動することにより、撮像対象物に対して様々な方向からＸ線を照射し、再構成処理に必要なデータ（情報）を集めることができる。
【００２９】
従来のＸ線ＣＴ装置と異なり、本実施例のＸ線ＣＴ装置は、マーカ配置パターン提示手段Ａ６及びマーカ配置パターン選択手段Ａ８を備えている。マーカ配置パターン提示手段Ａ６は、マーカ配置パターン記憶手段Ａ７を備える。マーカ配置パターン記憶手段Ａ７は、図２に示したような複数のマーカ配置パターンを予め記憶している。マーカ配置パターン提示手段Ａ６は、ＣＲＴディスプレイなどの表示手段（図示せず）を備え、この表示手段にマーカ配置パターンを一覧表示する。表示手段は、Ｘ線ＣＴ装置を制御するために使われる表示手段と兼用されても良い。
【００３０】
マーカ配置パターン提示手段Ａ６が表示手段に表示する画面の一例を、図４に示す。この画面には、アイコンＶ１ａ〜Ｖ１ｃ，スクロールバーＶ２，選択ボタンＶ３，カーソル（矢印カーソル）Ｖ４などが表示されている。図４の場合、アイコンＶ１ａ〜Ｖ１ｃは、図２の（ａ）〜（ｃ）のマーカ配置パターンに対応している。
【００３１】
マーカ配置パターン選択手段Ａ８は、マウスやキーボードなどの一般的な入力手段で構成されている。利用者は、例えばマウスを用いて画面に表示されたカーソルＶ４を動かしてスクロールバーＶ２をドラッグすることにより、所望のマーカ配置パターンを画面に表示させる。次に、利用者は、カーソルＶ４を用いて、所望のマーカ配置パターンに対応するアイコンを選択し、選択ボタンＶ３をクリックすることにより、利用したいマーカ配置パターンを指定できる。また、利用者は、キーボードにより所望のマーカ配置パターンに対応する番号を入力しても、利用したいマーカ配置パターンを指定できる。
【００３２】
本実施例は、マーカ配置パターン提示手段Ａ６を備えることにより、マーカの適切な貼り付け方法を利用者に提示できる。また、マーカ配置パターン選択手段Ａ８を備えることにより、利用者は、マーカの適切な貼り付け方法を容易に選ぶことができる。
【００３３】
尚、本実施例では、マーカ配置パターン提示手段Ａ６及びマーカ配置パターン選択手段Ａ８の両方を備える装置構成例を説明したが、マーカ配置パターンを指定する手段を備えていれば、何れか一方でも良い。
【００３４】
次に、マーカ認識過程Ｐ３の詳細を、図５を用いて説明する。マーカ認識過程Ｐ３は、密度閾値設定過程Ｐ３１，マーカ抽出過程Ｐ３２，マーカ表面ボクセル選択過程Ｐ３３，表面領域拡張過程Ｐ３４を含む。
【００３５】
密度閾値設定過程Ｐ３１は、マーカ密度の値の上下に適切な閾値を設定する過程である。例えば、アルミニウム製の撮像対象物にプラスチック粘土製のマーカを貼り付ける場合には、粘土の密度が約１.５ｇ／cm³であることを考慮し、下限となる閾値を１.０ｇ／cm³、上限となる閾値を２.０ｇ／cm³に設定する。
【００３６】
マーカ抽出過程Ｐ３２は、粗断層像セットＤ１を構成する全てのボクセルに対して、ボクセルが記述している材質の密度と、密度閾値設定過程Ｐ３１で設定された閾値とを比較し、マーカに相当するボクセルだけを抽出する過程である。ボクセルは、３次元ビットマップデータを構成する単位である。
【００３７】
上記例の場合、ボクセルに記述されている密度が上限閾値２.０ｇ／cm³よりも大きい場合、これを０ｇ／cm³ に置き換える。これにより、アルミニウムの部分（ボクセル）を粗断層像セットＤ１から消去し、マーカの部分（ボクセル）のみを残すことができる。この過程で、マーカ断層像セットＤ２が得られる。
【００３８】
マーカ表面ボクセル選択過程Ｐ３３は、マーカの表面にある複数のボクセルの中から幾つかを取り出す過程である。まず、マーカ断層像セットＤ２を構成するボクセルをランダムに抽出し、抽出したボクセルがマーカの表面にあるか，ないかを調べる。抽出したボクセルがマーカの表面にある場合、そのボクセルをボクセルリストＤ７に追加する。ここでは、数十個〜数千個のボクセルを取り出す。
【００３９】
表面領域拡張過程Ｐ３４は、マーカ表面の一部分が幾何学的特徴を持っていると仮定し、その部分に含まれている一つのボクセルを始点として表面の領域を拡張し、その幾何学的特徴を満たす領域を抽出すると共に、その幾何学的特徴を求める過程である。この処理は表面領域拡張法を用いて行う。表面領域拡張法では、平面の一部，円柱面の一部，球面の一部，回転面の一部，２次曲面の一部，押し出し面の一部などの幾何学的特徴（幾何学的定義）を持つ領域を抽出できる。
【００４０】
マーカ表面ボクセル選択過程Ｐ３３で、マーカの表面にあるボクセルが既に取り出されているので、これを始点とすればよい。表面領域拡張法では、対象としているボクセルの属する領域が、上記した複数の幾何学的特徴のうちどれを持つか、又はどの特徴も持たないか、を予め特定する必要がある。
【００４１】
このため、表面領域拡張過程Ｐ３４では、まず、ある領域が平面の一部であると仮定し、その仮定が正しいか、正しくないかを調べる。例えば、表面領域拡張法により平面を定義するパラメータの抽出を試みて、このパラメータの抽出が成功するか、失敗するかで調べることができる。その領域が平面の一部でないことが判った場合、次に、領域が円柱面の一部であると仮定し、同様に仮定が正しいか、正しくないかを調べる。このように仮定を設け、その仮定が正しいか、正しくないかを調べる処理を逐次的に繰り返すことにより、対象としているボクセルの属する領域がどのような幾何学的特徴を持つかを調べる。
【００４２】
ここで、表面領域拡張法による幾何学的特徴の抽出方法の一例を、図６を用いて説明する。本例は、ある領域を「法線が未知の平面」と仮定した例である。初めに、粗断層像セット（３次元ビットマップデータ）Ｄ１を点群データＤ１ａに変換する。マーカの表面を挟んで隣接する二つのセルの中心点を求める方法により、この変換を行った例を図６に示す。図６は粗断層像セットＤ１の部分拡大図で、マーカの外部であるセル（ボクセル）が白抜きで、マーカの内部であるセルがハッチングで、それぞれ表示されている。セルの境界にある○及び●が、点群データＤ１ａに対応する。
【００４３】
この例では、「法線が未知の平面」に属する点群データＤ１ａのグループを求め、このグループに含まれる点の集合を最もよく近似する面（代表面）を求める。初めに、グループ追加過程では、ある１つのセルに着目して以下の処理を開始する。図６（ａ）の場合、セルｂ１が着目したセルである。セルｂ１の境界にある○を始点Ｓ１とし、Ｓ１に隣接する２点をグループに追加してグループを拡張する。こうして、３点までグループを拡張した状態を図６（ａ）に示す。図６では、グループに属する点を○で、グループに属さない点を●で示している。
【００４４】
次に、グループ境界決定過程で、グループに属する点の集合を最もよく近似する代表面を、最小自乗法を用いて求める。また、代表面を表と裏（図６（ｂ）の上と下）にオフセットさせて、グループの境界を求める。オフセット量は、セルの幅の０.５倍〜０.７５倍とする。図６（ｂ）に、グループの代表面と境界を求めた状態を示す。代表面を太い線Ｎで、境界を細い線Ｎ１で示している。
【００４５】
次に、グループ拡張過程で、グループの境界Ｎ１に基づいて、グループに新しい点を追加する。具体的には、グループに属さない点の中からグループに隣接する点を選び、その座標をグループの境界Ｎ１と照合する。境界Ｎ１の内側に位置する点があれば、その点をグループに追加する。図６（ｃ）に、境界Ｎ１に基づいて新しい点をグループに追加して、グループを拡張した状態を示す。
【００４６】
グループ拡張過程でグループに新しい点を追加した場合、グループ境界決定過程に戻って、点の追加によって変化したグループの代表面と境界を求め直す。図６（ｄ）に、グループの代表面Ｎと境界Ｎ１を求め直した状態を示す。グループ境界決定過程とグループ拡張過程は、グループに新しい点が追加されなくなるまで繰り返される。
【００４７】
グループに属する点が変化しなくなった場合、その時点で得られている代表面の基準点と法線が、このグループの幾何学的特徴となる。代表面の基準点は、例えばグループに属する点の集合のうち中央に位置する点とする。この基準点と法線が、平面を定義するパラメータである。
【００４８】
グループ境界決定過程で代表面を求める際に、最小自乗法による残差が充分小さい値に収束しなかった場合、該当する領域が平面の一部であるという仮定が正しくないことになる。これは、パラメータ抽出の失敗に相当する。
【００４９】
マーカ表面の他の点群データＤ１ａに対しても、同様にグループとその代表面を求めることにより、マーカと撮像対象物との接触面を把握することができる。
【００５０】
以上は、表面領域拡張法により「法線が未知の平面」に対する幾何学的特徴を求めた例である。表面領域拡張法では、上記した方法と同様にして、該当する領域の種類に応じて幾何学的特徴を求めることができる。
【００５１】
例えば、「半径が未知の円柱面」に対する幾何学的特徴として、基準点，中心軸及び半径が求められる。「半径が未知の球面」に対する幾何学的特徴として、中心点及び半径が求められる。「２次曲面」に対する幾何学的特徴として、Ｘ，Ｙ，Ｚを元とする２次方程式の係数が求められる。「回転面」に対する幾何学的特徴として、回転軸の基準点，基準ベクトル及び回転される線が求められる。
「押し出し面」に対する幾何学的特徴として、平行移動のベクトル及び移動される線が求められる。これらの幾何学的特徴は、マーカと撮像対象物との接触面の形状を表す情報でもある。
【００５２】
表面領域拡張過程Ｐ３４により、マーカの表面にある幾何学的特徴を持つ領域のリストである、マーカ表面特徴領域リストＤ３が得られる。マーカ表面特徴領域リストＤ３には、所定の大きさ以上の面積を有し且つある幾何学的特徴を有するマーカ表面の領域が記録されている。但し、マーカ表面の領域のうち撮像対象物と接していない領域は、一般に自由曲面となり、平面，円柱面，球面，回転面，押し出し面の何れにも該当しないので、マーカ表面特徴領域リストＤ３には記録されない。
【００５３】
マーカ表面特徴領域リストＤ３の典型的な例を、図７に示す。マーカ表面特徴領域リストＤ３は、幾何学的特徴を持つ個々の領域を記述するマーカ表面特徴領域レコードＤ３１の集合である。各マーカ表面特徴領域レコードＤ３１は、所属マーカエントリＤ３２，幾何学的定義エントリＤ３３，面積エントリＤ３４，重心エントリＤ３５を持つ。これらのエントリは、領域の属するマーカ，領域の幾何学的定義，領域の面積，領域の重心を、それぞれ記述している。エントリの内容は、表面領域拡張過程Ｐ３４で計算され、対応するエントリに記録される。
【００５４】
次に、座標系把握過程Ｐ４の詳細を、図８を用いて説明する。３次元デカルト座標系は、基準点と３本の直交する基準軸を決めることによって定義でき、このためには６つのパラメータを決める必要がある。この６つのパラメータを（ｘ，ｙ，ｚ，φ，θ，ψ）で表す。このうち（ｘ，ｙ，ｚ）は基準点の位置を決定するパラメータ、（φ，θ，ψ）は３本の基準軸の方向を規定するアフィン変換行列を決定するパラメータである。（φ，θ，ψ）は一般に「オイラー角」として知られている。
【００５５】
座標系把握過程Ｐ４では、マーカ配置パターン選択手段Ａ８によって利用者が選択したマーカ配置パターンに基づいて、マーカ表面特徴領域リストＤ３から６つのパラメータを求める。例えば、図２（ａ）に示したマーカ配置パターンの場合、マーカ表面特徴領域リストＤ３に記録されている３平面の交点を基準点とし、その座標をもとにパラメータ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。また、パラメータ（φ，θ，ψ）は、谷下り法，山登り法などと呼ばれる多次元の収束計算手法を利用して、例えば数１に示す評価関数の値を最小にするように決めればよい。
【００５６】
【数１】

【００５７】
数１で、Ａ，Ｂ，Ｃは、マーカ表面特徴領域リストＤ３に記録されている３平面である。Ｘ′，Ｙ′，Ｚ′は、Ｘ線ＣＴ装置のターンテーブルＡ３に対して予め設定された３つの基準面（ＸＹ面，ＹＺ面，ＺＸ面）を、パラメータ（φ，θ，ψ）が決定するアフィン変換行列によって変換して得られる３平面である。∠は、面の交差する角度を表す。
【００５８】
本実施例では、予め指定された撮像対象物の基準面をＣＴ装置による撮像で抽出し、この基準面とＣＴ装置のターンテーブルの座標系との相対的位置関係に基づいて、予め指定された所望部位の断層像を得ることになる。
【００５９】
以上説明した第１実施例によれば、異なる基準面を有する撮像対象物をターンテーブルにセットして撮像対象物を撮像する場合でも、利用者が撮像対象物の基準面を割り出す作業を省いて、撮像対象物の設置作業やＸ線ＣＴ装置の操作を容易にできる。
【００６０】
尚、本実施例では、マーカの密度が撮像対象物の密度よりも小さい例について説明した。マーカによるＸ線の減衰を考慮すればこの方が好ましいが、マーカの密度が撮像対象物の密度よりも大きい場合でも、撮像対象物の基準面を割り出す作業を省くことには有効である。
【００６１】
（第２実施例）
第１実施例では、プラスチック粘土製のマーカを直接撮像対象物に貼り付けた例を説明した。第２実施例は、マーカがパッドを介して撮像対象物に貼り付けられる例である。パッドは、例えば、その厚さがその大きさ（長さ，幅）に比べて小さく、その密度がパッドよりも小さい（低い）材質のものを用いる。
【００６２】
本実施例によるマーカの貼り付け状況を図９に示す。マーカＭは、マーカ本体Ｍ１と、マーカパッドＭ２を含む。マーカ本体Ｍ１は、プラスチック粘土などでできており、密度が約１.５ｇ／cm³、大きさが２０mm〜５０mmである。マーカパッドＭ２は、発泡ウレタンなどの軽くて変形しやすい材料でできており、厚さが２mm程度である。
【００６３】
マーカパッドＭ２は、その密度が約０.１ｇ／cm³と非常に小さいので、Ｘ線ＣＴ装置が出力する断層像には写らない。このため、断層像セットの上では、撮像対象物Ｔとマーカ本体Ｍ１が完全に分離されるので、その後の画像処理が非常に簡単になる。マーカパッドＭ２が断層像に写らないようにするためには、例えばマーカパッドＭ２の密度が撮像対象物Ｔの密度の２０％以下であれば良い。
【００６４】
図９のマーカ本体Ｍ１とマーカパッドＭ２を用いる第２実施例のＣＴ撮像方法を、図１０に示す。本ＣＴ撮像方法が図１の第１実施例と異なる点は、マーカ認識過程Ｐ３に代えてマーカ認識過程Ｐ３ａを含むことである。その他の過程は図１と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００６５】
マーカ認識過程Ｐ３ａの詳細を、図１１を用いて説明する。マーカ認識過程Ｐ３ａが図５のマーカ認識過程Ｐ３と異なる点は、マーカ表面ボクセル選択過程Ｐ３３と表面領域拡張過程Ｐ３４に代えて対向領域抽出過程Ｐ３４ａを含むことである。その他の過程は図５と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００６６】
対向領域抽出過程Ｐ３４ａでは、まず、マーカ本体Ｍ１の表面のうち撮像対象物Ｔの表面との距離がマーカパッドＭ２の厚さとほぼ同等である領域を抽出する。次に、抽出したマーカ本体Ｍ１の表面領域に対して、マーカパッドＭ２を挟んで対向する撮像対象物Ｔの表面の領域を求める。こうして求めた撮像対象物Ｔの表面領域をもとに、幾何学的特徴を持つ領域のリストであるマーカ特徴領域リストＤ３を作る。この処理は、図５の表面領域拡張過程Ｐ３４と同様に、対象とする領域がある幾何学的特徴を持つという仮説が正しいか、正しくないかを逐次的に調べる手法によって行うことができる。
【００６７】
本実施例でも、第１実施例と同様に、異なる基準面を有する撮像対象物をターンテーブルにセットして撮像対象物を撮像する場合でも、利用者が撮像対象物の基準面を割り出す作業を省いて、撮像対象物の設置作業やＸ線ＣＴ装置の操作を容易にできる。
【００６８】
（第３実施例）
本発明のＣＴ撮像方法を利用するＣＴ撮像サービス方法に関する第３実施例を図１２に示す。このＣＴ撮像サービスは、顧客Ｕが保有する撮像対象物Ｔを、サービス事業者ＳがＸ線ＣＴ装置Ａを用いて断層撮像し、その成果物である断層像Ｄ５及び／又は断層像セットＤ６を顧客Ｕに提供するものである。本実施例によれば、図１又は図１０に示した方法を採用することにより、断層撮像に伴う作業が簡略化できるとともに、高い守秘義務が求められる撮像対象物でもＣＴ撮像サービスの対象品とすることができる。
【００６９】
このＣＴ撮像サービスでは、サービスの利用を希望する顧客Ｕがサービス事業者Ｓに申し込みを行うことによって、両者間の取り引きが開始される。申し込みを受けたサービス事業者Ｓは、顧客ＵにインストラクションＤ８を発行するとともに、マーカＭまたはその材料であるプラスチック粘土を送付する。インストラクションＤ８は、撮像対象物ＴにマーカＭを貼り付ける方法を説明する文書である。インストラクションＤ８では、図２に示したような複数のマーカ配置パターンが例示されている。
【００７０】
顧客Ｕは、インストラクションＤ８に例示された複数のマーカ配置パターンの中から適切なものを一つ選び、選んだパターンに従って撮像対象物Ｔの基準面にマーカＭを貼り付ける。即ち、顧客Ｕが図１及び図１０のマーカ付加過程Ｐ１を実行する。
【００７１】
次に、顧客Ｕは、必要なマーカＭを全て撮像対象物Ｔに貼り付けた後、撮像対象物Ｔを緩衝材で梱包してコンテナに格納し、サービス事業者Ｓに送付する。この際、顧客Ｕは、撮像部位指定書（指示書）Ｄ９を作成し、これを撮像対象物Ｔに添えてサービス事業者Ｓに送付する。撮像部位指定書Ｄ９には、顧客Ｕが選んだマーカ配置パターンを特定する情報、顧客Ｕが撮像したい部位（所望部位）を特定する情報が記入されている。
【００７２】
サービス事業者Ｓは、コンテナに格納された撮像対象物Ｔを受け取り、撮像対象物Ｔが格納されたコンテナをそのままＸ線ＣＴ装置ＡのターンテーブルＡ３上に固定する。この際、コンテナが密閉又は封印されており、外から撮像対象物Ｔが目視できなくても良い。
【００７３】
次に、サービス事業者Ｓは、顧客Ｕから受け取った撮像部位指定書Ｄ９に基づき、撮像する部位をＸ線ＣＴ装置Ａに入力する。また、撮像部位指定書Ｄ９に記入されているマーカ配置パターンを、マーカ配置パターン選択手段Ａ８によりＸ線ＣＴ装置Ａに入力する。これらの準備の後、Ｘ線ＣＴ装置Ａによる撮像を開始する。
【００７４】
Ｘ線ＣＴ装置Ａは、予備撮像過程Ｐ２，マーカ認識過程Ｐ３又はＰ３ａ，座標系把握過程Ｐ４，本撮像過程Ｐ５の全てを自動的に実行する。サービス事業者Ｓは、Ｘ線ＣＴ装置Ａが断層像Ｄ５及び／又は断層像セットＤ６を出力し、その内容が確認された場合、コンテナをターンテーブルＡ３から外して、コンテナを顧客Ｕに返送する。この際、サービス事業者Ｓは、得られた断層像Ｄ５及び／又は断層像セットＤ６も顧客Ｕに送付し、サービスの対価として料金を請求する。顧客Ｕに送付する断層像Ｄ５及び／又は断層像セットＤ６は、顧客Ｕが申し込み時に予め指定する。
【００７５】
本実施例では、顧客Ｕが指定した撮像対象物の基準面をＣＴ装置による撮像で抽出し、この基準面とＣＴ装置のターンテーブルの座標系との相対的位置関係に基づいて、顧客Ｕが指定した所望部位の断層像を得ることになる。
【００７６】
このＣＴ撮像サービスでは、顧客Ｕがコンテナに格納したままの状態で撮像対象物が返送される。このため、撮像対象物の輸送中や保管中に、第三者がコンテナを開いて撮像対象物を取り出した場合、顧客Ｕは、容易に異状を検知でき、必要な対策を適切に講じることができる。更に、コンテナが封印されていれば、第三者がコンテナを開いた場合、顧客Ｕは、コンテナが開かれたことが容易に判るので、高い守秘義務が求められる撮像対象物に対するＣＴ撮像サービスに適している。また、撮像対象物が複雑な形をしている場合でも、撮像対象物を適正な角度に固定するための治具等を製作する必要がないので、顧客Ｕはサービスが利用し易くなる。
【００７７】
一方、サービス事業者Ｓは、コンテナから撮像対象物を取り出す手間や、コンテナに再び撮像対象物を格納する手間を省くことができる。また、撮像対象物の角度をターンテーブルに合わせるために、撮像対象物の基準面を割り出す面倒な作業を省くことができる。従って、撮像対象物の設置作業やＸ線ＣＴ装置の操作が容易になり、納期が短く低価格なＣＴ撮像サービスを提供できる。
【００７８】
本実施例では、顧客Ｕが撮像対象物を格納するコンテナを準備する例について説明したが、これに限らない。例えば、サービス事業者Ｓがコンテナ及び緩衝材を顧客Ｕに送付しても良い。この場合、サービス事業者Ｓは、顧客Ｕから入手した撮像対象物の大きさ及び材質（密度）に関する情報に応じて、適切なサイズのコンテナ及び適切な材質（密度）の緩衝材を選定する。こうすれば、サービス事業者Ｓは、Ｘ線ＣＴ装置による撮像対象物の撮像をより効率的に実施できる。
【００７９】
また、コンテナとしては、Ｘ線の透過率が高いもの、Ｘ線の減衰率が低いもの、密度の低いものが適している。具体的には、紙，ダンボール，木，プラスチック，樹脂などがコンテナの材料として利用できる。低密度の金属がコンテナの材料として利用できる場合もある。
【００８０】
尚、以上の実施例では、Ｘ線を用いたＣＴ装置の例を説明したが、これに限定されない。例えば、放射線（α線，β線，γ線）を用いたＣＴ装置に対して本願発明を適用しても、同様な効果が得られる。この場合、放射線の透過率（又は減衰率）が撮像対象物と異なる材質のマーカを用いれば良い。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、異なる基準面を有する撮像対象物をターンテーブルにセットして撮像対象物を撮像する場合でも、利用者が撮像対象物の基準面を割り出す作業を省いて、撮像対象物の設置作業を容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＴ撮像方法に関する第１実施例を示す図。
【図２】撮像対象物に対するマーカの貼り付け方法を示す模式図で、（ａ）は直交する３平面にマーカを貼り付けた例、（ｂ）は直交する平面と円柱面にマーカを貼り付けた例、（ｃ）は直交する２平面と１つの頂点にマーカを貼り付けた例。
【図３】本発明のＸ線ＣＴ装置の一例を示す図。
【図４】マーカ配置パターン提示手段Ａ６が表示する画面の一例を示す図。
【図５】図１のマーカ認識過程Ｐ３の説明図。
【図６】表面領域拡張法による幾何学的特徴の抽出方法の一例を説明する図で、（ａ）はグループ追加過程を、（ｂ）はグループ境界決定過程を、（ｃ）はグループ拡張過程を、（ｄ）はグループ境界決定過程でグループの代表面と境界を求め直した状態を、それぞれ示す。
【図７】マーカ表面特徴領域リストＤ３の典型的な例を示す図。
【図８】図１の座標系把握過程Ｐ４の説明図。
【図９】本発明による第２実施例のマーカ貼り付け状況を示す図。
【図１０】本発明のＣＴ撮像方法に関する第２実施例を示す図。
【図１１】図１０のマーカ認識過程Ｐ３ａの説明図。
【図１２】本発明のＣＴ撮像サービス方法に関する第３実施例を示す図。
【符号の説明】
Ａ…Ｘ線ＣＴ装置、Ａ１…Ｘ線源、Ａ２…走査機構、Ａ３…ターンテーブル、Ａ４…Ｘ線検出器、Ａ５…制御及び信号処理装置、Ａ６…マーカ配置パターン提示手段、Ａ７…マーカ配置パターン記憶手段、Ａ８…マーカ配置パターン選択手段、Ｍ…マーカ、Ｍ１…マーカ本体、Ｍ２…マーカパッド、Ｓ…サービス事業者、Ｔ…撮像対象物、Ｕ…顧客。

Claims

基準となる表面にマーカが付加された撮像対象物をＸ線又は放射線を用いたＣＴ装置で撮像して得た断層像から、前記マーカと前記撮像対象物との接触面の形状を表す情報を求め、
前記接触面の形状を表す情報に基づいて前記撮像対象物の基準座標系と前記ＣＴ装置の座標系との相対的位置関係を求め、
前記撮像対象物を前記ＣＴ装置で撮像し、前記相対的位置関係に基づいて前記撮像対象物の所望部位のビットマップデータを得ることを特徴とするＣＴ撮像方法。
撮像対象物の基準となる表面にマーカを付加するマーカ付加過程と、
前記マーカが付加された前記撮像対象物をＸ線又は放射線を用いたＣＴ装置で撮像し、その断層像を得る予備撮像過程と、
前記断層像を画像処理して前記マーカと前記撮像対象物との接触面の幾何学的特徴を求めるマーカ認識過程と、
前記接触面の幾何学的特徴に基づいて、前記撮像対象物の基準座標系と前記ＣＴ装置の座標系との相対的位置関係を求める座標系把握過程と、
前記撮像対象物を前記ＣＴ装置で撮像し、前記相対的位置関係に基づいて前記撮像対象物の所望部位の断層像を得る本撮像過程と、
を備えることを特徴とするＣＴ撮像方法。
請求項２において、前記予備撮像過程で前記撮像対象物を撮像する断層間隔は、前記本撮像過程で前記撮像対象物を撮像する断層間隔よりも大きいことを特徴とするＣＴ撮像方法。
請求項１又は２において、前記マーカはＸ線又は放射線の透過率が前記撮像対象物と異なることを特徴とするＣＴ撮像方法。
請求項１又は２において、前記マーカが、前記撮像対象物の平面，円柱面，回転面，２次曲面，押し出し面の少なくとも何れかに付加されることを特徴とするＣＴ撮像方法。
請求項１又は２において、前記マーカが前記撮像対象物の表面にパッドを介して付加され、前記パッドの密度が前記撮像対象物の密度の２０％以下であることを特徴とするＣＴ撮像方法。
Ｘ線又は放射線を撮像対象物に照射する照射源と、撮像対象物を回転移動及び平行移動するためのターンテーブルと、前記ターンテーブル上に固定された撮像対象物を透過したＸ線又は放射線を検出する検出器と、前記検出器からの検出信号を信号処理して撮像対象物の断層像を求める信号処理装置とを備えるＣＴ装置において、
前記信号処理装置は、基準面にマーカが付加された撮像対象物を透過したＸ線又は放射線の検出信号から求めた断層像を画像処理して、前記マーカと前記撮像対象物との接触面の幾何学的特徴を求めるマーカ認識手段と、
前記接触面の幾何学的特徴に基づいて、前記撮像対象物の基準座標系と前記ターンテーブルの座標系との相対的位置関係を求める座標系把握手段と、
を備えることを特徴とするＣＴ装置。
請求項７において、前記信号処理装置は、前記座標系把握手段が求めた相対的位置関係に基づいて前記撮像対象物の所望部位の断層像を求めることを特徴とするＣＴ装置。
請求項７又は８において、更に、前記撮像対象物に対するマーカ配置パターンを指定する手段を備えることを特徴とするＣＴ装置。
基準となる表面にマーカが付加された撮像対象物及び顧客が撮像したい所望部位に関する情報を顧客から入手する受け入れ過程と、
前記撮像対象物をＸ線又は放射線を用いたＣＴ装置で撮像してその断層像を求め、前記断層像を画像処理して前記マーカと前記撮像対象物との接触面の幾何学的特徴を求め、前記接触面の幾何学的特徴に基づいて前記撮像対象物の基準座標系と前記ＣＴ装置の座標系との相対的位置関係を求め、前記撮像対象物を前記ＣＴ装置で撮像し、前記相対的位置関係に基づいて前記所望部位の断層像を得る撮像過程と、
前記撮像対象物及び前記所望部位の断層像を前記顧客に提供する納入過程と、を備えることを特徴とするＣＴ撮像サービス方法。
請求項１０において、前記受け入れ過程では、コンテナ内に格納された前記撮像対象物と、前記撮像対象物表面のマーカ配置パターンに関する情報とを顧客から入手し、
前記撮像過程では、前記撮像対象物が前記コンテナ内に格納された状態でその断層像を得ることを特徴とするＣＴ撮像サービス方法。