JP4549522B2 - X線ct装置及びx線透視検査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はX線CT装置及びX線透視検査装置に関し、更に詳しくは、被検体を挟んで相対向するX線管及びX線検出器を備え、該X線検出器から収集した投影データに基づき被検体のCT断層像を再構成するX線CT装置並びに同投影データに基づき被検体の透視検査を行なうX線透視検査装置に関する。
【0002】
X線CT装置は、被検体の断層面をX線透視した全方向(全ビュー)からの各投影データ(ラインデータ)を注目する各点につき全方向から重ね合わせる(バックプロジェクションする)ことでCT断層像を再構成する基本原理に基づいている。従って、画像再構成の際には全ビューのラインデータを全方向から正確にバックプロジェクションする必要がある。
【0003】
また、ラインセンサ型のX線透視検査装置(ラインセンサ型X線TV装置等)では、ラインセンサで得た各投影データ(ラインデータ)を2次元的に並べて透視画像の2次元解析を行なっており、もし1ライン(1ビュー)でも投影データがずれると、画像が検出器ラインと垂直な方向に不連続となり、自動画像認識を行なっている場合は、欠陥部誤検出の恐れがある。従って、上記いずれの場合もラインデータが正確に収集され、かつ蓄積される必要がある。
【0004】
【従来の技術】
図7,図8は従来技術を説明する図(1),(2)で、図7は従来のX線CT装置の要部構成図を示している。図において、30はX線ファンビームにより被検体のアキシャル(Axial)/ヘリカル(Herical)スキャン・読取を行う走査ガントリ、40は回転陽極型のX線管、50はX線の体(z)軸方向の曝射範囲を制限するコリメータ、100は被検体、20は被検体100を載せて体軸方向に移動させる撮影テーブル、70は多数(n=1000程度)のX線検出器素子が円弧状の例えば一列に配列されているX線検出器(シングルディテクタ)、80'はX線検出器70の検出信号から投影データを生成・収集するデータ収集部(DAS)、10はユーザが操作する遠隔の操作コンソール、15’はデータ収集部80’からの投影データを蓄積するデータ収集バッファ、11はX線CT装置の主制御・処理(スキャン制御,CT断層像再構成処理等)を行う中央処理装置である。なお、図中の(x,y,z)は装置に固定された直交座標系、(X,Y,Z)はX線検出系(走査ガントリ30)に固定された直交座標系を夫々表す。ここで、z=Zである。
【0005】
動作の概要を言うと、X線管40からのX線ファンビームは被検体100を透過して対向するX線検出器70に一斉に入射する。データ収集部80’はX線検出器70の各検出信号を積分及びA/D変換して投影データg(X,θ)を生成し、これらを収集する。ここで、XはX線検出器70のチャネル(CH)方向の座標(1〜n)、θは走査ガントリ30の回転角(ビュー角)を夫々表す。更に、走査ガントリ30が僅かに回転した各ビューで上記同様の投影を行い、こうして走査ガントリ1回転分(1000ビュー程度)の投影データを収集し、これらをケーブル22を介して遠隔のデータ収集バッファ15’に蓄積する。更に、アキシャル/ヘリカルスキャン方式に従って撮影テーブル20を体軸方向に間欠的/連続的に移動させ、こうして所要撮像領域についての全投影データを収集し、蓄積する。そして、中央処理装置11は、得られた全投影データに基づき被検体100のCT断層像を再構成(Back Projection)し、不図示の表示装置に表示する。
【0006】
図8(A)に上記投影処理のイメージ図を示す。今、走査ガントリ30の回転角=θiとすると、被検体100のX線吸収係数分布f(x,y)についての投影データg(X,θi)は(1)式で与えられる。
【0007】
【数1】
【0008】
走査ガントリ30の回転角=θjとする時の投影データg(X,θj)についても同様である。
【0009】
図8(B)に上記逆投影処理のイメージ図を示す。逆投影処理は、被検体100上の着目点(x,y)を通過する全投影データg(X,θ)を全方向から逆投影し、これらを重ね合わせることでX線吸収係数分布p(x,y){≒f(x,y)}を推定する。即ち、この逆投影法により再構成される着目点(x,y)の断層像は(2)式で与えられる。
【0010】
【数2】
【0011】
従って、正しい再構成画像を得るためには、全ビューのラインデータg(X,θ)を全方向から正確にバックプロジェクションする必要がある。
【0012】
図7に戻り、挿入図(a)に従来のデータ収集部80’とデータ収集バッファ15’間におけるデータ転送・蓄積方式のタイミングチャートを示す。従来は、1トータルスキャン分又はガントリ1回転分の全投影データSDTをクロック信号DCKに同期させて一挙(バースト的)に転送していた。
【0013】
挿入図(b)にデータ収集バッファ15’における投影データSDTの記憶態様を示す。上記データ転送・蓄積が正しく行われた場合は、図示の如く、中央処理装置11は1ライン(1ビュー)当たりのアドレス間隔から各ラインデータi,j等の先頭アドレスを正しく認識可能であり、よって全ラインデータを全方向から正しくバックプロジェクションできる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、高エネルギーのX線を曝射するようなX線CT装置では、所謂X線放電等によるノイズの発生も少なくなく、このために上記データ収集・蓄積動作に少なからず悪影響を与える。
【0015】
挿入図(c)はデータ転送途中のクロック信号DCKの一部がノイズ等により失われた場合を示している。例えばビューkのクロック信号DCKの一部が途中で失われると、続くビュー(k+1)以降の各ラインデータは図示の如く夫々詰まった位相で蓄積されてしまい、この場合の中央処理装置11は、位相のずれたラインデータを抽出して全方向からバックプロジェクションを行うことになる。
その結果、図8(B)に示す如く、例えばビューjの投影データg(X,θj)はX軸(矢印a)方向にずれた位相で逆投影されることとなり、アーチファクトの原因(最悪の場合は撮影のやり直し)となっていた。また、図示しないが、逆にクロック信号DCKの一部がノイズ等により増える場合もあり、この場合も上記同様の結果となっていた。
【0016】
なお、上記の問題は、ラインセンサ型のX線透視検査装置でも同様に発生し、もし途中で1ライン(1ビュー)でも投影データがずれると、各ラインデータの並び方は、例えば図7(c)に示す如くなってしまい、画像の2次元解析を誤ってしまうことになる。
【0017】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的とする所は、被検体の投影データを高信頼性で収集・蓄積可能なX線CT装置及びX線透視検査装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は例えば図1の構成により解決される。即ち、本発明(1)のX線CT装置は、被検体100を挟んで相対向するX線管40及びX線検出器70を備え、該X線検出器から収集した投影データに基づき被検体のCT断層像を再構成するX線CT装置において、X線検出器70の各検出信号を積分・A/D変換して各対応する投影データを生成し、これらを収集・送出するデータ収集手段1と、データ収集手段から送られる投影データをメモリに記憶するデータ蓄積手段2とを備え、前記データ収集手段1は1ビュー毎の投影データ(ラインデータ)を識別可能なビューゲート信号に基づいて、各ビューの開始信号又は終了信号を送出すると共に、前記データ蓄積手段2は受信した前記各ビューの開始信号又は終了信号に基づきメモリの次の記憶開始アドレスを所定のアドレスに更新するものである。
【0019】
図1において、データ収集手段1は1ビュー当たりの各投影データ(ラインデータ)を識別可能なタイミング信号VGを送出すると共に、データ蓄積手段2は受信したタイミング信号VG(例えばVGの各立ち上がり)に基づきメモリの次の記憶開始アドレスを各所定のアドレスVAD1,VAD2,VAD3,…等に更新する。
【0020】
従って、例えばビュー2のデータ転送途中にクロック信号DCKの一部が失われたとしても、続くビュー3の投影データは、これとは関係無く該ビュー3の記憶開始アドレスVAD3からデータ書込を開始されるため、従来のような蓄積投影データの位相ずれは生じ得ない。又はビュー2のデータ転送途中にクロック信号DCKの一部が増えたとしても、続くビュー3の投影データは、これとは関係無く該ビュー3の記憶開始アドレスVAD3から上書きされるため、従来のような蓄積投影データの位相ずれは生じ得ない。従って、本発明(1)によれば、被検体の投影データを高信頼性で収集・蓄積可能となる。
【0021】
また本発明(2)のX線透視検査装置は、被検体を挟んで相対向するX線管及びX線検出器を備え、該X線検出器から収集した投影データに基づき被検体の透視検査を行なうX線透視検査装置において、X線検出器の各検出信号を積分・A/D変換して各対応する投影データを生成し、これらを収集・送出するデータ収集手段と、データ収集手段から送られる投影データをメモリに記憶するデータ蓄積手段とを備え、前記データ収集手段は1ビュー当たりの投影データを識別可能なビューゲート信号に基づいて、各ビューの開始信号又は終了信号を送出すると共に、前記データ蓄積手段は受信した前記各ビューの開始信号又は終了信号に基づきメモリの次の記憶開始アドレスを所定のアドレスに更新するものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。図2は実施の形態によるX線CT装置の要部構成図で、本発明に係るラインデータ収集・蓄積方式のX線CT装置への適用例を示している。図において、10は操作コンソール、20は撮影テーブル、30は走査ガントリである。
【0023】
走査ガントリ30において、40は回転陽極型のX線管、41はX線管40の管電圧kV,管電流mA,曝射時間Sec等を制御するX線制御部、50はX線の体軸方向の曝射範囲を制限するコリメータ、51はコリメータ制御部、70は多数(n=1000程度)のX線検出器が円弧状の例えば一列に配列されているX線検出器、80はX線検出器の検出データ(投影データ)を生成・収集するデータ収集部(図1のデータ収集手段1に相当)、60は走査ガントリ30を被検体体軸の回りに回転させる回転制御部である。
【0024】
操作コンソール10において、11はX線CT装置の主制御・処理(スキャン計画処理,スキャン制御,CT断層像再構成処理等)を行う中央処理装置、11aはそのCPU、11bはCPU11aが使用する主メモリ(MEM)、12はキーボードやマウス等を含む入力装置、13はスキャン計画画面やスキャン結果のCT断層像等を表示するための表示装置(CRT)、14はCPU11aと走査ガントリ30や撮影テーブル20との間で制御信号Cやモニタ信号SDのやり取りを行う制御インタフェース、15はデータ収集部80からの投影データを蓄積するデータ収集バッファ(図1のデータ蓄積手段2に相当)、16はX線CT装置の運用に必要な各種データやアプリケーションプログラム等を記憶している二次記憶装置(ディスク等)、17はCPU11aの共通バス(CB)である。
【0025】
図3は実施の形態によるデータ収集・蓄積方式の構成を示す図で、図において、80はデータ収集部、811〜81nはミラータイプの積分器、SH1〜SHnはサンプルホールド回路、82は信号マルチプレクサ(MPX)、83はA/D変換器、84はタイミング生成部(TG)、85は後述のデータ収集バッファ15に接続するインタフェース(DASIF)、22は接続ケーブル、15はデータ収集バッファ、91は投影データを一時的に記憶するためのRAM、92は後述のビューカウンタVCTRのビュー番号をRAM91の記憶開始アドレス(上位ビット)に変換するためのROM、93はの加算器、94はCPU11aの共通バスCBに接続するインタフェース(CBIF)、EDはエッジ検出部、FFはフリップフロップ、AはANDゲート回路、VCTRはビューカウンタ、DCTRはデータカウンタである。
【0026】
データ収集部80において、不図示のX線管40からのファンビームは被検体100を透過してX線検出器70に一斉に入射する。今、チャネルCH1の信号検出処理に着目すると、X線検出器は入射X線ビーム強度に応じた電流信号を出力し、積分器811 は入力の電流信号を所定時間積分し、サンプルホールド回路SH1はその出力を所定のタイミングでサンプルホールドする。他のチャネルCH2〜CHnの各信号検出処理についても同様である。
【0027】
更に、信号マルチプレクサ82はサンプルホールド回路SH1〜SHnの各サンプル出力を高速でスキャンし、A/D変換器83は信号マルチプレクサ82の各出力を高速でA/D変換する。こうして得られた一連の投影データは所定のフレーム転送フォーマットでデータ収集バッファ15に転送される。
【0028】
図4に一例のフレーム転送フォーマットを示す。ここで、信号SGはスキャンゲート信号であり、被検体100の全投影データを転送する間(例えばスキャン開始からスキャン終了までの間)ONの信号である。また信号VGはビューゲート信号であり、ビュー毎の投影データ転送に同期してONとなる信号である。ビュー毎とは、アキシャル/ヘリカルスキャンの場合は走査ガントリ30の単位回転角度(即ち、ラインデータ)毎を意味し、また走査ガントリ30の回転を固定して行うスカウトスキャンでは体軸方向の単位ピッチ(即ち、ラインデータ)毎を意味する。更に、信号SDTは投影データの信号、また信号CLKは投影データをサンプリングするためのクロック信号である。
【0029】
図3に戻り、上記各信号はケーブル22を介し、遠隔のデータ収集バッファ15に転送される。データ収集バッファ15において、エッジ検出部ED1はスキャンゲート信号SGの立ち上がりを検出してスキャン開始パルスSPを生成し、またエッジ検出部ED2は各ビューゲート信号VGの立ち上がりを検出してビュー開始パルスVPを生成する。
【0030】
更に、ビューカウンタVCTRはスキャン開始パルスSPによりリセット(初期化)され、その後は各ビュー開始パルスVPによりカウントアップされる。そして、そのカウント出力はROM92で各ビュー番号対応のデータ書込開始上位アドレスVADに変換される。一方、データカウンタDCTRは各ビュー開始パルスVPによりリセット(初期化)され、その後は各クロック信号DCKによりカウントアップされ、データ書込のための下位アドレスDADを生成する。上記上位アドレスVADと下位アドレスDADとは加算器93で加算され、RAM91のアドレス端子WADに加えられる。そして、入力の各投影データSDTは入力の各クロック信号DCKによりRAM91に順次書き込まれる。更に、このRAM91の蓄積データは、インタフェース94を介してCPU11aにより読み出される。
【0031】
図4は実施の形態によるデータ収集・蓄積方式の動作タイミングチャートで、上記図3の構成に対応する動作を示している。ビューカウンタVCTRはスキャン開始パルスSPによりVCTR=0にリセットされ、その後は各ビュー開始パルスVPによりVCTR=1〜mとカウントアップされる。これに伴いデータ書込開始上位アドレスVAD=VAD0〜VADmに更新される。
【0032】
この場合に、今、ビュー2でクロック信号DCKaの一部が図示の如く欠けたとすると、データカウンタDCTRのカウント出力DADがショートする結果、そのデータ書込アドレスWAD(=VAD2+DAD)はビュー2の最終書込アドレスにまで到達し得ない。しかし、本実施の形態によれば、続くビュー3の書込開始上位アドレスは、このような障害のあるクロック信号DCKaとは関係無く、ビュー3の開始パルスVPによりVAD3に更新(初期化)される結果、ビュー3のデータは該ビュー3の書込開始アドレスWAD(=VAD3+0)から正しくデータ書込開始される。
【0033】
又は、ビュー2でクロック信号DCKbの一部が図示の如く増加したとすると、データカウンタDCTRのカウント出力DADがオーバーする結果、そのデータ書込アドレスWAD(=VAD2+DAD)は次のビュー3の書込アドレスにまで食い込んでしまう。しかし、本実施の形態によれば、続くビュー3の書込開始上位アドレスは、このような障害のあるクロック信号DCKbとは関係無く、ビュー3の開始パルスVPによりVAD3に更新(初期化)される結果、ビュー3のデータは該ビュー3の書込開始アドレスWAD(=VAD3+0)から正しく上書きされる。
【0034】
図5は他の実施の形態によるデータ収集・蓄積方式の動作タイミングチャートで、各ビューのデータ書込開始上位アドレスVADをビューゲート信号VGの各立下りエッジに同期して更新する場合を示している。なお、その構成を図示しないが、図5のタイミングチャートから容易に実現できる。図5において、ビューカウンタVCTRはスキャン開始パルスSPによりVCTR=0にリセットされ、その後はビューゲート信号VGの各立下りエッジを検出した各ビュー終了パルスVPによりVCTR=1〜mとカウントアップされる。これに伴いデータ書込開始上位アドレスVAD=VAD0〜VADmに更新される。
【0035】
この場合に、今、ビュー2でクロック信号DCKaの一部が図示の如く欠けたとすると、データカウンタDCTRのカウント出力DADがショートする結果、そのデータ書込アドレスWAD(=VAD1+DAD)はビュー2の最終書込アドレスにまで到達し得ない。しかし、本実施の形態によれば、続くビュー3の書込開始上位アドレスは、このような障害のあるクロック信号DCKaとは関係無く、ビュー2の終了パルスVPによりVAD2に更新(初期化)される結果、ビュー3のデータは該ビュー3の書込開始アドレスWAD(=VAD2+0)から正しくデータ書込開始される。
【0036】
又は、ビュー2でクロック信号DCKbの一部が図示の如く増加したとすると、データカウンタDCTRのカウント出力DADがオーバーする結果、そのデータ書込アドレスWAD(=VAD1+DAD)は次のビュー3の書込アドレスにまで食い込んでしまう。しかし、本実施の形態によれば、続くビュー3の書込開始上位アドレスは、このような障害のあるクロック信号DCKbとは関係無く、ビュー2の終了パルスVPによりVAD2に更新(初期化)される結果、ビュー3のデータは該ビュー3の書込開始アドレスWAD(=VAD2+0)から正しく上書きされる。従って、本実施の形態によれば、被検体100の投影データを高信頼性で収集・蓄積可能となる。
【0037】
図6は実施の形態によるラインセンサ型X線TV装置(X線透視検査装置)の要部構成図で、本発明に係るラインデータ収集・蓄積方式のラインセンサ型X線TV装置への適用例を示している。図において、X線管40からのX線ファンビームXLFBはベルトコンベア200等により一定速度で搬送される検査対象物(被検体)100’を透過して対向するX線検出器70に一斉に入射する。データ収集部80はX線検出器70の各検出信号を積分及びA/D変換して投影データg(X,θ)を生成し、これらを収集する。ここで、XはX線検出器70のチャネル(CH)方向の座標、θはビュー角(撮影中は固定)を夫々表す。更に、被検体100’が僅かに搬送された各ビューで上記同様の投影を行い、こうして被検体100’についての各ラインデータを収集し、これらをデータ収集バッファ15に蓄積する。
【0038】
このデータ収集部80及びデータ収集バッファ15は、例えば上記図3に示した如く構成されており、よってX線曝射に起因する放電ノイズ等が発生しても、データ収集バッファ15における各蓄積ラインデータの間に位相のずれは生じ得ない。従って、本実施の形態においても、検査対象物(被検体)100’の投影データを高信頼性で収集・蓄積可能となる。
【0039】
更に、CPU(不図示)により構成される画像処理装置110は、データ収集バッファ15の蓄積データをもとに被検体100’の透視映像をTVモニタ111に表示すると共に、該蓄積データをもとに透視映像の画像解析をリアルタイムに行う。そして、自動判定部112は、画像処理装置110による画像解析結果の特徴情報と本装置が予め保持する欠陥部等の特徴情報とを比較し、欠陥の存在が認識された場合は、その旨を警報発生部113にリアルタイムで出力する。
【0040】
なお、上記実施の形態ではX線の一列検出器70を備えるX線CT装置やX線透視検査装置への適用例を述べたが、これに限らない。本発明は多数のX線検出器が円弧状の複数列に配列されている多列検出器を備えるX線CT装置やX線透視検査装置にも適用できる。
【0041】
また、上記実施の形態において、ケーブル22に転送されるデータSDTはビットシリアルでも、ビットパラレルでも良い。いずれにしても、必要ならシリアル−パラレル変換器、パラレルーシリアル変換器が設けられる。またケーブル22の素材は、ツイスト線や同軸ケーブルの他、光ファイバでも良い。
【0042】
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組み合わせの様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【0043】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、被検体の投影データを高信頼性で収集・蓄積可能となり、よって被検体のCT断層像を正しく再生できる。又は被検体(検査対象物)の透視検査(画像解析)を正しく行える。従って、X線CT装置並びにX線透視検査装置の信頼性向上に寄与するところが極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する図である。
【図2】実施の形態によるX線CT装置の要部構成図である。
【図3】実施の形態によるデータ収集・蓄積方式の構成を示す図である。
【図4】実施の形態によるデータ収集・蓄積方式の動作タイミングチャートである。
【図5】他の実施の形態によるデータ収集・蓄積方式の動作タイミングチャートである。
【図6】実施の形態によるラインセンサ型X線TV装置の要部構成図である。
【図7】従来技術を説明する図(1)である。
【図8】従来技術を説明する図(2)である。
【符号の説明】
15 データ収集バッファ
22 接続ケーブル
80 データ収集部(DAS)
811〜81n 積分器
82 信号マルチプレクサ(MPX)
83 A/D変換器
84 タイミング生成部(TG)
85 インタフェース(DASIF)
91 RAM
92 ROM
93 加算器
94 インタフェース(CBIF)
A ANDゲート回路
DCTR データカウンタ
ED エッジ検出部
FF フリップフロップ
SH1〜SHn サンプルホールド回路
VCTR ビューカウンタ
Claims (2)
- 被検体を挟んで相対向するX線管及びX線検出器を備え、該X線検出器から収集した投影データに基づき被検体のCT断層像を再構成するX線CT装置において、
X線検出器の各検出信号を積分・A/D変換して各対応する投影データを生成し、これらを収集・送出するデータ収集手段と、
データ収集手段から送られる投影データをメモリに記憶するデータ蓄積手段とを備え、
前記データ収集手段は1ビュー毎の投影データを識別可能なビューゲート信号に基づいて、各ビューの開始信号又は終了信号を送出すると共に、前記データ蓄積手段は受信した前記各ビューの開始信号又は終了信号に基づきメモリの次の記憶開始アドレスを所定のアドレスに更新することを特徴とするX線CT装置。 - 被検体を挟んで相対向するX線管及びX線検出器を備え、該X線検出器から収集した投影データに基づき被検体の透視検査を行なうX線透視検査装置において、
X線検出器の各検出信号を積分・A/D変換して各対応する投影データを生成し、これらを収集・送出するデータ収集手段と、
データ収集手段から送られる投影データをメモリに記憶するデータ蓄積手段とを備え、
前記データ収集手段は1ビュー当たりの投影データを識別可能なビューゲート信号に基づいて、各ビューの開始信号又は終了信号を送出すると共に、前記データ蓄積手段は受信した前記各ビューの開始信号又は終了信号に基づきメモリの次の記憶開始アドレスを所定のアドレスに更新することを特徴とするX線透視検査装置。
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