JP5458771B2 - Radiation tomography system - Google Patents
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Description
本発明は産業用の放射線断層像撮影装置に関する。 The present invention relates to an industrial radiation tomography apparatus.
産業用の放射線断層像断層像撮影装置においては、一般に、Ｘ線をはじめとする放射線を発生する放射線源と、その放射線を検出する放射線検出器を対向配置し、これらの間に放射線源と放射線検出器の対と試料ステージとを相対的に回転させ、所定の微小角度ごとに放射線検出器の出力を取り込むことにより、多数の方向からの対象物の放射線投影データを得る（例えば特許文献１参照）。 In an industrial radiation tomographic tomography apparatus, generally, a radiation source that generates radiation such as X-rays and a radiation detector that detects the radiation are disposed opposite to each other, and the radiation source and the radiation are disposed therebetween. By rotating the pair of detectors and the sample stage relative to each other and capturing the output of the radiation detector at every predetermined minute angle, radiation projection data of the object from many directions is obtained (see, for example, Patent Document 1). ).
このような放射線断層像撮影装置において、従来、放射線源と放射線検出器の対と試料ステージとを複数回転にわたって相対回転させ、同一の投影角度での放射線投影データを複数回にわたって繰り返し収集し、各回転における同一角度の投影データを重ね合わせていくことにより、実質的な露光時間を次第に長くしていき、投影データ、つまり放射線透視像のＳ／Ｎが満足するに至った時点で投影データの採取を終了し、断層像を構築する技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。このようにすることで、はじめて断層像を撮像する試料でも、当初から適切な撮影条件のもとに断層像を得ることを可能としている。 In such a radiation tomography apparatus, conventionally, a pair of a radiation source and a radiation detector and a sample stage are relatively rotated over a plurality of rotations, and radiation projection data at the same projection angle is repeatedly collected over a plurality of times. By superimposing projection data at the same angle in rotation, the substantial exposure time is gradually increased, and when the projection data, that is, the S / N of the fluoroscopic image is satisfied, the projection data is collected. And a technique for constructing a tomographic image has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In this way, it is possible to obtain a tomographic image from the beginning under appropriate imaging conditions even with a sample that captures a tomographic image for the first time.
ところで、放射線投影データの再構成演算により対象物の断層像を得るには、一般に、放射線投影データを逆投影する。この逆投影においては、基本的に、放射線源の焦点と放射線検出器の対が、対象物に対してあらかじめ設定されている軌道のもとに相対回転するという前提のもとに放射線投影データを収集し、その前提の軌道をもとにして、収集した放射線投影データを逆投影処理する。 By the way, in order to obtain a tomographic image of an object by reconstruction calculation of radiation projection data, radiation projection data is generally backprojected. In this back projection, basically, radiation projection data is acquired on the assumption that the pair of the radiation source and the radiation detector rotate relative to each other in a predetermined trajectory with respect to the object. The collected radiation projection data is back-projected based on the premised trajectory.
従って、実際の装置が、設定されている軌道とは異なる軌道で相対回転したとすると、再構成演算により得られる断層像の画質に悪影響を及ぼす。すなわち、像が２重になったり、虚像（アーチファクト）の発生の原因となる。特に、回転中心のずれ、つまり撮影時における実際の相対回転軸が、想定されている回転軸に対してずれている場合には、断層像に重大な影響を及ぼす。その他のずれに関しても、同様に虚像（アーチファクト）の原因となる。 Therefore, if the actual apparatus rotates relative to a trajectory different from the set trajectory, the image quality of the tomographic image obtained by the reconstruction calculation is adversely affected. That is, the image is doubled or a virtual image (artifact) is generated. In particular, when the rotation center shifts, that is, the actual relative rotation axis at the time of photographing is shifted from the assumed rotation axis, the tomographic image is seriously affected. Other misalignments also cause virtual images (artifacts).
相対回転の軌道が設定された軌道と異なる軌道となる原因、つまり回転テーブルの実際の回転中心、あるいは放射線源と放射線検出器の対の実際の回転中心が、設定されている回転中心からずれて一致しなくなる原因としては、機器の強度不足、温度変化などによる部材の変形、放射線源から発生する放射線の位置（焦点位置）の移動などが考えられる。また、同様に、機器の強度不足、温度変化などによる部材の変形などにより、回転テーブルより上の部分（対象物の保持機構や対象物自体、対象物駆動機構等）が移動し、想定された軌道と異なってしまう場合もある。 The reason why the relative rotation trajectory is different from the set trajectory, that is, the actual rotation center of the rotary table or the actual rotation center of the radiation source and radiation detector pair deviates from the set rotation center. Possible causes of inconsistency include insufficient strength of the device, deformation of the member due to temperature changes, and movement of the position of the radiation (focal position) generated from the radiation source. Similarly, parts above the rotary table (object holding mechanism, object itself, object drive mechanism, etc.) moved due to insufficient strength of the equipment, deformation of the member due to temperature change, etc. It may be different from the orbit.
特に、前記した特許文献２に開示されている技術のように、放射線源と放射線検出器の対と対象物とを、複数回転にわたって相対回転させて放射線投影データを繰り返し収集する場合、回転中心のずれが累積される結果、撮影のための回転数を増大させることによってＳ／Ｎが向上する反面、画質が低下するという問題が生じる。
In particular, as in the technique disclosed in
また、放射線断層像撮影装置においては、一般に、放射線投影データが揃った後、これらの放射線投影データに対して感度補正、歪み補正、重み付け補正、およびフィルタ処理といった前処理を施した後、その前処理後のデータを用いた逆投影処理により対象物の断層像を得るのであるが、放射線投影データの収集と、その収集した投影データを用いた演算処理とはシリーズに行われる。ここで、コーンビームＸ線ＣＴ装置をはじめとして、コーン状の放射線ビームを用いる断層像撮影装置においては、前処理後のデータを用いて対象物の３次元情報が求められるのであるが、データ量が膨大なものとなるため、投影データの収集、つまりＣＴ撮影の開始から３次元画像情報が得られるまでの所要時間が長くなる。 In general, in the radiation tomography apparatus, after the radiation projection data is prepared, the radiation projection data is subjected to preprocessing such as sensitivity correction, distortion correction, weighting correction, and filter processing, and then before that. Although the tomographic image of the object is obtained by back projection processing using the processed data, collection of radiation projection data and arithmetic processing using the collected projection data are performed in series. Here, in a tomographic imaging apparatus using a cone-shaped radiation beam such as a cone beam X-ray CT apparatus, three-dimensional information of an object is obtained using pre-processed data. Therefore, the time required from the start of the collection of projection data, that is, the start of CT imaging until the three-dimensional image information is obtained becomes longer.
特に、前記した特許文献２に開示されている技術をコーンビーム状の放射線を用いる断層像撮影装置に適用する場合には、撮影時間と３次元画像情報を得るためのデータ処理時間との合計は相当に長くなってしまうという問題がある。
In particular, when the technique disclosed in
更に、前記した特許文献２の技術では、放射線投影データの収集のために複数回転にわたって放射線源と放射線検出器の対と対象物とを相対回転させ、各回の回転で得た投影データを互いに同一の投影角度のものどうしを重ね合わせて透視画像を構築し、その透視画像のＳ／Ｎが満足するに至った時点で撮影を停止して断層像の構築を開始するのであるが、断層像のＳ／Ｎが満足しているか否かは最終的な断層像を構築した後でなければ判明しないという問題もある。
Furthermore, in the technique disclosed in
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、放射線源と放射線検出器の対と対象物とを複数回にわたって相対回転させて放射線投影データを繰り返し収集し、その複数回転分のデータを用いて対象物の断層像ないしは３次元画像情報を構築する放射線断層像撮影装置において、相対回転の軌跡のずれがあっても画質を低下させることがなく、しかも撮影開始から断層像ないしは３次元画像情報が得られるまでの所要時間を大幅に短縮化することのできる放射線断層像撮影装置の提供をその課題としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and repeatedly collects radiation projection data by relatively rotating a radiation source / radiation detector pair and an object multiple times, and the data for the multiple rotations is collected. In a tomographic imaging apparatus for constructing tomographic images or three-dimensional image information of an object by using a tomographic image or three-dimensional image from the start of imaging without degrading the image quality even if there is a shift in the locus of relative rotation. An object of the present invention is to provide a radiation tomography apparatus capable of significantly shortening the time required for obtaining information.
また、本発明の他の課題は、複数回転にわたる撮影動作中に、対象物の断層像ないしは３次元画像情報をオペレータが観察することができ、撮影動作の中止の決定を断層像ないしは３次元画像情報から直接的に判断することのできる放射線断層像撮影装置を提供することにある。 Another object of the present invention is that the operator can observe the tomographic image or the three-dimensional image information of the object during the photographing operation over a plurality of rotations, and the decision to stop the photographing operation is made. An object of the present invention is to provide a radiation tomography apparatus capable of directly judging from information.
上記の課題を解決するため、本発明の放射線断層像撮影装置は、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器と、これらの放射線源と放射線検出器の間に設けられ、対象物を配置するための試料ステージと、上記放射線源と放射線検出器の対と上記試料ステージとを相対的に回転させる回転機構を備えるとともに、上記放射線源からの放射線を試料ステージ上の対象物に照射しつつ、上記回転機構を駆動して得られる複数の投影角度での放射線投影データを、コンピュータを主体とする演算装置に逐次収集して逆投影処理に供することにより、対象物の断層情報を得る放射線断層像撮影装置において、上記演算装置は、上記回転機構を複数回転にわたって回転させて放射線投影データを収集し、各回の回転で得られる同じ投影角度におけるデータどうしの相互のずれ量を算出して、そのずれ量の算出結果に基づいて上記逆投影処理を行うためのパラメータを修正して各回転で得た放射線投影データを対象物の断層情報の構築に供するとともに、上記演算装置のコンピュータは並列処理機能を有し、上記放射線検出器から放射線投影データを収集するデータ収集処理と、その各データの上記ずれ量の算出処理並びに逆投影処理による３次元画像情報の構築を含む数値計算処理とを、並列に実行し、上記演算装置のコンピュータは、１回転分の投影データを逆投影処理に供するごとに、１回転目からその時点までで得られている断層情報に基づく像を表示することによって特徴付けられる（請求項１）。 In order to solve the above-described problems, a radiation tomography apparatus according to the present invention is provided with a radiation source and a radiation detector arranged to face each other, and between the radiation source and the radiation detector, and arranges an object. And a rotation mechanism that relatively rotates the sample stage and the pair of the radiation source and the radiation detector and the sample stage, while irradiating the object on the sample stage with radiation from the radiation source, Radiation tomographic image that obtains tomographic information of an object by sequentially collecting radiation projection data at a plurality of projection angles obtained by driving the rotating mechanism in a computer-based arithmetic unit and using it for back projection processing In the imaging apparatus, the calculation device collects radiation projection data by rotating the rotation mechanism over a plurality of rotations, and at the same projection angle obtained by each rotation. The mutual projection amount of the data is calculated, and the parameters for performing the back projection processing are corrected based on the calculation result of the deviation amount, and the radiation projection data obtained by each rotation is used as the tomographic information of the object. The computer of the arithmetic unit has a parallel processing function, and includes a data collection process for collecting radiation projection data from the radiation detector, a calculation process for the deviation amount of each data, and a back projection process. Numerical calculation processing including construction of dimensional image information is executed in parallel, and the computer of the arithmetic device is obtained from the first rotation to the time point every time projection data for one rotation is used for back projection processing. It is characterized by displaying an image based on the tomographic information that is present (claim 1).
ここで、本発明においては、上記演算装置のコンピュータは、上記数値計算処理を、あらかじめ設定された投影角度ごとに区分し、区分した各処理内で、複数の処理に分割し、その分割した処理を並列に実行する構成（請求項２）を好適に採用することができる。 Here, in the present invention, the computer of the arithmetic device divides the numerical calculation process into preset projection angles, and divides the divided numerical processing into a plurality of processes within the divided processes. (Claim 2) can be suitably employed.
また、本発明においては、上記演算装置のコンピュータは、上記区分した各処理内で、感度補正、歪み補正、重み付け補正、フィルタ処理並びに上記ずれ量の算出処理を含む前処理と、逆投影処理とに分割し、その分割した各処理を並列に実行する構成（請求項３）を採用することができる。 Further, in the present invention, the computer of the arithmetic unit includes a pre-processing including a sensitivity correction, a distortion correction, a weight correction, a filter process, and a deviation amount calculation process within each of the divided processes, a back projection process, It is possible to adopt a configuration (claim 3) in which the divided processes are executed in parallel.
更に、本発明においては、上記感度補正、歪み補正、重み付け補正、フィルタ処理並びに上記ずれ量の算出処理を含む前処理を上記コンピュータのＣＰＵが分担する一方、逆投影処理は当該コンピュータに搭載されているＧＰＵが分担する構成（請求項４）を採用することが望ましい。 Furthermore, in the present invention, the CPU of the computer shares the preprocessing including the sensitivity correction, distortion correction, weighting correction, filter processing, and shift amount calculation processing, while the back projection processing is mounted on the computer. It is desirable to adopt a configuration (claim 4) shared by the GPUs that are present.
本発明は、放射線源と放射線検出器の対と、試料ステージ（対象物）とを相対的に回転させる回転機構の回転が正常であれば、ある投影角度での放射線投影データと、その投影角度から３６０°回転した同じ投影角度での放射線投影データとが、全く同じ投影データとなるはずであることを勘案し、回転機構を複数回にわたって回転駆動して収集した投影データについて、各回転における同一の投影角度のデータどうしのずれ量を求め、そのずれ量に基づいて各投影データの位置に関するパラメータを修正して逆投影処理に供することにより、相対回転の軌道のずれに起因して現れる断層像の不鮮明化を解消するとともに、投影データの収集処理と、上記の投影データのずれの計算や逆投影処理を含む数値計算処理とを並列に実行することにより、断層情報が得られるまでの所要時間の短縮化を計ろうとするものである。 The present invention relates to radiation projection data at a certain projection angle and the projection angle if the rotation of the rotation mechanism that relatively rotates the pair of the radiation source and the radiation detector and the sample stage (object) is normal. In consideration of the fact that the radiation projection data at the same projection angle rotated 360 ° should be exactly the same projection data, the projection data collected by rotating the rotation mechanism a plurality of times is the same at each rotation. A tomogram that appears due to a shift in the orbit of relative rotation by calculating the amount of deviation between the projection angle data and correcting the parameters related to the position of each projection data based on the amount of deviation and using it for back projection processing In addition, the projection data collection processing and the numerical calculation processing including the above-described projection data shift calculation and back projection processing are executed in parallel. Ri, it is intended to Hakaro to shorten the time required to tomographic information can be obtained.
すなわち、例えば２回転目以降の各投影角度のデータについて、１回転目の同じ投影角度でのデータに対するずれ量を算出し、逆投影処理に供するに当たってそのずれ量に基づいて各データの座標（位置）、より詳しくは投影データに基づく透視像上の回転中心の位置と放射線光軸の位置、に関するパラメータを修正する。このようにして得られる断層情報は、実際には相対回転の軌道にずれがあってもそのずれが修正されたうえで各投影データが再構成されることになるため、相対回転のずれに起因する画質の低下は抑制される。また、逆投影処理内部のパラメータで投影データのずれ量を吸収するため、ずれ量の補正に起因する分解能の低下も抑制することができる。 That is, for example, with respect to the data of each projection angle after the second rotation, a deviation amount with respect to the data at the same projection angle of the first rotation is calculated, and when being used for back projection processing, the coordinates (positions) of each data are based on the deviation amount. More specifically, parameters relating to the position of the center of rotation on the fluoroscopic image and the position of the radiation optical axis based on the projection data are corrected. The tomographic information obtained in this way can be attributed to the relative rotation deviation because each projection data is reconstructed after the deviation is corrected even if there is a deviation in the relative rotation trajectory. The deterioration of the image quality is suppressed. Further, since the shift amount of the projection data is absorbed by the parameters inside the back projection process, it is possible to suppress a decrease in resolution caused by the correction of the shift amount.
しかも、投影データの収集と、ずれ量の計算並びに逆投影処理を含む数値計算処理とを並列に実行するため、断層情報が得られるまでの所要時間を短縮化することができる。
ここで、このような並列処理は、ＨＰＣ（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）技術を利用した並列処理機能を用いることで実現することができる。例えばＣＥＬＬ（商品名、ＩＢＭ／ＳＯＮＹ／ＴＯＳＨＩＢＡ製）やＣＵＤＡ（商品名、ＮＶＩＤＩＡ製）、あるいはＡＭＤやＩＮＴＥＬ製のマルチコアを用いたＨＰＣの機能を有するコンピュータを演算装置として用いることにより、投影データの収集と、収集した投影データの数値計算処理を並列に実行することができる。
そして、投影データの収集と、ずれ量の計算並びに逆投影処理を含む数値計算処理とを並列に実行するが故に、投影データの収集中に断層情報が得られることになり、従って、１回転分の投影データを逆投影処理に供するごとに、１回転目からその時点までで得られている断層情報に基づく像を表示するように構成すれば、オペレータがこれ以上はデータ収集が不要であるか否かを断層像から直接的に判断することが可能となる。
In addition, since the projection data collection and the numerical calculation processing including the calculation of the shift amount and the back projection processing are executed in parallel, the time required for obtaining the tomographic information can be shortened.
Here, such parallel processing can be realized by using a parallel processing function using HPC (High Performance Computing) technology. For example, by using a computer having an HPC function using a multi-core made of CELL (product name, IBM / SONY / TOSHIBA), CUDA (product name, Nvidia), or AMD or INTEL as an arithmetic unit, projection data Collection and numerical calculation processing of the collected projection data can be executed in parallel.
Further, since the projection data collection and the numerical calculation processing including the calculation of the deviation amount and the back projection processing are executed in parallel, the tomographic information is obtained during the collection of the projection data. If it is configured to display an image based on tomographic information obtained from the first rotation to the point in time each time the projection data is subjected to back projection processing, is it necessary for the operator to collect more data than this? It becomes possible to judge directly from a tomogram.
また、請求項２に係る発明のように、数値計算処理についても、投影角度を区分し、その区分ごとに処理を複数に分割し、その分割された処理を並列に実行することで、数値計算処理自体をも短縮化することができる。
Further, as in the invention according to
ここで、分割する数値計算は、請求項３に係る発明のように、逆投影処理を行うためのＸ線投影データの前処理と、逆投影処理とに分割し、それぞれの処理をベクトル型のＣＰＵと、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とで分担する方法（請求項４）などを採用することができる。
Here, the numerical calculation to be divided is divided into pre-processing of X-ray projection data for performing back projection processing and back projection processing as in the invention according to
本発明によれば、放射線源と放射線検出器の対と、対象物を配置する試料ステージとを複数回にわたって相対回転させ、各回転において複数の角度で投影データを収集し、その収集した投影データを用いた逆投影処理によって対象物の断層情報を得るとともに、その逆投影処理に用いる投影データは、各回転で採取した同じ角度のものどうしのずれ量を算出し、その算出結果を用いて逆投影処理に供する際の座標のパラメータを修正するので、相対回転の軌道が次第にずれていったとしても、そのずれの累積に起因する断層像の画質低下を抑制することができる。 According to the present invention, a pair of a radiation source and a radiation detector and a sample stage on which an object is arranged are relatively rotated a plurality of times, and projection data is collected at a plurality of angles in each rotation, and the collected projection data is collected. The tomographic information of the object is obtained by backprojection processing using, and the projection data used for the backprojection processing calculates the amount of deviation between the same angles collected at each rotation, and uses the calculation results to Since the parameters of the coordinates used for the projection processing are corrected, even if the relative rotation trajectory gradually shifts, it is possible to suppress the deterioration in the image quality of the tomographic image due to the accumulation of the shift.
しかも、投影データの収集処理と、ずれ量の計算並びに逆投影処理とを並列に実行するため、複数回転にわたって投影データを収集しながら、その間に逐次断層情報が構築されていくことになり、撮影開始から最終的に断層情報が得られるまでの所要時間を大幅に短縮化することができる。 Moreover, since the projection data collection process, the deviation amount calculation, and the back projection process are executed in parallel, the tomographic information is sequentially constructed while collecting the projection data over a plurality of rotations. The time required from the start until finally obtaining the fault information can be greatly shortened.
また、投影データの収集中に断層情報が得られることを利用して、１回転分の投影データの逆投影処理を完了するごとに、対象物の断層情報に基づく断層像や３次元画像情報を表示することにより、オペレータによるデータ収集の中断の判断を正確に行うことが可能となる。 In addition, using the fact that tomographic information is obtained during the collection of projection data, each time a back projection process of projection data for one rotation is completed, a tomographic image or three-dimensional image information based on the tomographic information of the object is obtained. By displaying, it is possible to accurately determine the interruption of data collection by the operator.
１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 試料ステージ
４ コンピュータ
５ 操作部
６ 表示器
７ Ｘ線コントローラ
８ 軸制御部
Ｗ 対象物
DESCRIPTION OF
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明をコーンビームＸ線ＣＴ装置に適用した構成図を示すものであり、Ｘ線発生装置１はそのＸ線光軸が水平方向を向くように配置され、そのＸ線発生装置１に水平方向に対向してＸ線検出器２が設けられている。そして、これらの間に、対象物Ｗを搭載するための試料ステージ３が設けられている。この例においては、試料ステージ３がＸ線光軸に直交する鉛直の回転軸Ｒを中心として回転する。また、この試料ステージ３は移動機構（図示略）の駆動によりＸ線光軸を含む互いに直交する３軸方向に移動させることができ、この移動により撮影倍率や撮影範囲等を設定することができる。また、Ｘ線発生装置１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は２次元Ｘ線検出器である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration diagram in which the present invention is applied to a cone-beam X-ray CT apparatus. An
ＣＴ撮影は、Ｘ線発生装置１からのＸ線を対象物Ｗに向けて照射しつつ、試料ステージ３を回転させ、その微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力を収集することによって行われる。
CT imaging is performed by collecting the output of the
すなわち、ＣＴ撮影中においては、試料ステージ３の微小回転角度ごとにＸ線検出器２の出力がコンピュータ４に取り込まれ、各投影角度でのＸ線投影データとしてメモリもしくはハードディスクに記憶されていく。この例においては、試料ステージ３は複数回転にわたって回転し、コンピュータ４は複数回転分の投影データを記憶する。
That is, during CT imaging, the output of the
コンピュータ４は、以上のように収集した各角度でのＸ線投影データを、後述するような前処理を施すとともに、基準となる回転、ここでは１回転目、におけるＸ線投影データに対し、２回転目以降のＸ線投影データのずれ量を算出した後、逆投影処理することにより、対象物Ｗの３次元画像情報を求めるプログラムが書き込まれている。この演算プログラムの実行は、後述するタイミングで行われる。このようにして得られた対象物Ｗの３次元画像情報はコンピュータ４のメモリないしはハードディスクに記憶される。 The computer 4 performs pre-processing as will be described later on the X-ray projection data collected at each angle as described above, and applies 2 to the X-ray projection data in the reference rotation, here the first rotation. After calculating the shift amount of the X-ray projection data after the rotation, a program for obtaining the three-dimensional image information of the object W is written by performing the back projection process. The calculation program is executed at a timing described later. The three-dimensional image information of the object W obtained in this way is stored in the memory of the computer 4 or the hard disk.
コンピュータ４には、キーボード、マウス、ジョイスティック等からなる操作部５が接続されており、この操作部５を操作することにより、記憶している対象物Ｗの３次元画像情報に基づき、任意の平面に沿った断層像をＭＰＲ表示したり、あるいはＶＲ表示等によって３次元像として表示器６に表示することができる。
An
コンピュータ４は、また、Ｘ線発生装置１に対して供給すべき管電流や管電圧を制御するＸ線コントローラ７を制御下に置いているとともに、試料ステージ３の回転機構並びに移動機構についても、軸制御部８を介して制御する。このような制御に関する指令や設定等についても、前記した操作部５の操作で行うことができる。
The computer 4 is also under control of an X-ray controller 7 that controls a tube current and a tube voltage to be supplied to the
さて、コンピュータ４はＨＰＣ技術を利用したものであり、複数のＣＰＵを備えたマルチコアＣＰＵとＧＰＵを搭載し、前記したＣＴ撮影によりＸ線投影データを収集するデータ収集処理と、その収集したデータを用いた数値計算により対象物Ｗの３次元画像情報を得る数値計算処理とを並列に処理する。図２にそのコンピュータ４の処理の仕方を模式的にブロック図で示す。 The computer 4 uses HPC technology, is equipped with a multi-core CPU having a plurality of CPUs and a GPU, collects X-ray projection data by the CT imaging, and collects the collected data. A numerical calculation process for obtaining three-dimensional image information of the object W by the numerical calculation used is processed in parallel. FIG. 2 schematically shows a processing method of the computer 4 in a block diagram.
データ収集処理Ａは、前記したＣＴ撮影により得られる各ビュー（各投影角度）におけるＸ線検出器２からの出力を、キャプチャーボードＡ１を介してＤＭＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）Ａ２を通じてＲＡＭ等のメモリもしくはハードディスクへの書き込み処理Ａ３を行う。
In the data collection process A, the output from the
一方、数値計算処理Ｂにおいては、これを逆投影前処理Ｂａと、ずれ量検出処理Ｂｂ、および逆投影処理Ｂｃに分割し、所定のビュー数ごとに並列に処理を実行する。すなわち、例えばＣＴ撮影のビュー数が６００であるとすると、ビュー数が１２に達するごとに、その１２ビュー分のＸ線投影データを読み出して逆投影前処理Ｂａに供し、その逆投影前処理を完了した１２ビュー分のデータについて、ずれ量検出処理Ｂｂに供した後、逆投影処理Ｂｃに供する。ここで、ずれ量検出処理Ｂｂは、１回転目に採取したＸ線投影データについては省略し、２回転目以降のＸ線投影データについて、１回転目のデータを基準として、同一の投影角度のものどうしを比較することによって行われる。 On the other hand, in the numerical calculation process B, this is divided into a back projection pre-process Ba, a shift amount detection process Bb, and a back projection process Bc, and the processes are executed in parallel for each predetermined number of views. That is, for example, if the number of views of CT imaging is 600, every time the number of views reaches 12, X-ray projection data for 12 views is read out and used for the back projection preprocessing Ba, and the back projection preprocessing is performed. The completed 12-view data is subjected to the shift amount detection process Bb and then to the back projection process Bc. Here, the deviation amount detection process Bb is omitted for the X-ray projection data collected in the first rotation, and the X-ray projection data for the second and subsequent rotations have the same projection angle with reference to the data for the first rotation. This is done by comparing things.
逆投影前処理Ｂａにおいては、ＣＴ撮影により書き込まれたＸ線投影データのうち、１２ビュー分ずつメモリもしくはハードディスクから読み出し処理Ｂａ１を行い、これをメモリ（ワークアリア）Ｂａ２に記憶し、その記憶したデータに対して感度補正および歪み補正処理Ｂａ３を施した後、重みづけ処理Ｂａ４およびＦＦＴ等によるフィルタ処理Ｂａ５に付する。 In the back projection pre-processing Ba, the X-ray projection data written by CT imaging is read out from the memory or the hard disk for every 12 views, and this is stored in the memory (work area) Ba2 and stored. After the sensitivity correction and distortion correction processing Ba3 is performed on the data, the data is subjected to weighting processing Ba4 and filter processing Ba5 such as FFT.
ずれ量検出処理Ｂｂは、前記したように２回転目以降のデータについて行うものであり、図４に模式的に示すように、１回転目の各投影角度のデータを基準として、２回転目以降に採取したデータを、同一投影角度どうしで比較し、１回転目の投影データに対する２回転目以降の投影データのｘ方向およびｙ方向へのずれ量δｘおよびδｙを求める。このずれ量δｘ，δｙは、以下の逆投影処理Ｂｃにおけるパラメータの修正に供される。ここで、投影データのずれ量の検出方法は特に限定されるものではないが、例えば投影データである透視像をずらしながら、画像の一致度を計測する方法などの一般的な画像処理を採用することができる。 As described above, the deviation amount detection process Bb is performed for the data after the second rotation, and as schematically shown in FIG. Are compared at the same projection angle, and shift amounts δx and δy in the x direction and y direction of the projection data after the second rotation with respect to the projection data of the first rotation are obtained. The deviations δx and δy are used for parameter correction in the following back projection process Bc. Here, the detection method of the shift amount of the projection data is not particularly limited. For example, general image processing such as a method of measuring the degree of coincidence of images while shifting the perspective image that is the projection data is adopted. be able to.
逆投影処理Ｂｃにおいては、以上の逆投影前処理Ｂａを完了した１２ビュー分のデータについて、グラフィックメモリ（ＧＭＥＭ）へのコピー処理Ｂｃ１を施し、これをグラフィックメモリＢｃ２に格納し、逆投影演算処理Ｂｃ３に供する。この逆投影演算処理Ｂｃ３においては、２回転目以降のデータについては、上記したずれ量検出処理Ｂｂにより検出されたｘ，ｙ方向へのずれ量δｘ，δｙに基づき、Ｘ線透視像上の回転中心をδｘだけ変更するとともに、Ｘ線光軸位置をδｙだけ変更して処理を実行する。 In the backprojection process Bc, the data for 12 views for which the above-described backprojection preprocessing Ba has been completed is subjected to a copy process Bc1 to the graphic memory (GMEM), which is stored in the graphic memory Bc2, and backprojection calculation process is performed. Subject to Bc3. In this backprojection calculation process Bc3, for the data after the second rotation, rotation on the X-ray fluoroscopic image is performed based on the shift amounts δx and δy in the x and y directions detected by the shift amount detection process Bb. The process is executed by changing the center by δx and changing the X-ray optical axis position by δy.
以上の逆投影処理Ｂｃの実行により、対象物Ｗの３次元画像情報が得られることになるが、３６０°分のデータの収集と逆投影処理を終了するごとに、換言すれば１回転分のデータの逆投影処理を完了するごとに、前記した操作部５で指定されている平面に沿った断層像をグラフィックメモリからＲＡＭにコピーし、表示器６に表示する。
By executing the back projection process Bc described above, three-dimensional image information of the object W is obtained. However, every time data collection for 360 ° and back projection process are completed, in other words, for one rotation. Each time data back projection processing is completed, a tomographic image along the plane designated by the
以上の本発明の実施の形態によると、２回転目以降のＸ線投影データは、１回転目のＸ線投影データと同一の投影角度のものどうしが比較され、そのずれ量が求められ、そのずれ量に基づいて逆投影処理におけるパラメータを修正するので、回転機構による回転中心が当初位置からずれても、そのずれの累積による断層像の画質の低下を抑制することができる。 According to the above-described embodiment of the present invention, the X-ray projection data after the second rotation are compared with each other at the same projection angle as the first rotation X-ray projection data, and the amount of deviation is obtained. Since the parameters in the back projection process are corrected based on the amount of deviation, even if the rotation center of the rotation mechanism is deviated from the initial position, it is possible to suppress deterioration in the image quality of the tomographic image due to accumulation of the deviation.
しかも、ＣＴ撮影によるＸ線検出器２からの出力を収集する処理と、その収集したデータを用いて逆投影処理を行う数値計算処理とを並列に実行し、かつ、その数値計算処理においては、感度補正等の逆投影前処理と、ずれ量の検出処理、および逆投影処理とを並列に実行するので、従来のこれらの処理をシリーズで行うこの種の装置に比して、ＣＴ撮影から断層像が得られるまでの所要時間を大幅に短縮化することができる。
Moreover, the process of collecting the output from the
更に、１回転分のデータ収集と逆投影処理を完了した時点で、それまでの処理結果に基づく断層像が表示器６に表示されるため、オペレータはその画像をみながら、十分なＳ／Ｎが得られているか否かを直接的に視認することができ、撮影動作の続行／中断を的確に判断することが可能となる。
Furthermore, when the data collection for one rotation and the back projection processing are completed, a tomographic image based on the processing results up to that time is displayed on the
なお、以上の実施の形態においては、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対に対して試料ステージを回転させた例を示したが、Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対を試料ステージを中心として回転させる構成を採用し得ることは勿論である。 In the above embodiment, the sample stage is rotated with respect to the pair of the X-ray generator and the X-ray detector. However, the pair of the X-ray generator and the X-ray detector is the sample stage. Of course, it is possible to adopt a configuration in which the rotation is performed around the center.
Claims (4)
上記演算装置は、上記回転機構を複数回転にわたって回転させて放射線投影データを収集し、各回の回転で得られる同じ投影角度におけるデータどうしの相互のずれ量を算出して、そのずれ量の算出結果に基づいて上記逆投影処理を行うためのパラメータを修正して各回転で得た放射線投影データを対象物の断層情報の構築に供するとともに、
上記演算装置のコンピュータは並列処理機能を有し、上記放射線検出器から放射線投影データを収集するデータ収集処理と、その各データの上記ずれ量の算出処理並びに逆投影処理による３次元画像情報の構築を含む数値計算処理とを、並列に実行し、
上記演算装置のコンピュータは、１回転分の投影データを逆投影処理に供するごとに、１回転目からその時点までで得られている断層情報に基づく像を表示することを特徴とする放射線断層像撮影装置。 A radiation source and a radiation detector arranged to face each other, a sample stage provided between the radiation source and the radiation detector, for placing an object, a pair of the radiation source and the radiation detector, and the sample Radiation projection data at a plurality of projection angles obtained by driving the rotation mechanism while irradiating an object on the sample stage with radiation from the radiation source while rotating the stage relative to the stage. In a radiation tomography apparatus for obtaining tomographic information of an object by sequentially collecting the information in a computer-based arithmetic device and subjecting it to back projection processing,
The arithmetic device collects radiation projection data by rotating the rotation mechanism over a plurality of rotations, calculates a mutual shift amount between data at the same projection angle obtained by each rotation, and calculates the shift amount The radiation projection data obtained in each rotation by correcting the parameters for performing the back projection process based on the above are used for constructing the tomographic information of the object,
The computer of the arithmetic unit has a parallel processing function, and constructs three-dimensional image information by data collection processing for collecting radiation projection data from the radiation detector, calculation processing for the shift amount of each data, and back projection processing. and numerical processing including, performed in parallel,
The computer of the arithmetic unit displays a radiation tomographic image that displays an image based on tomographic information obtained from the first rotation to the time point each time projection data for one rotation is subjected to back projection processing. Shooting device.
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