JP7082492B2 - 計測用ｘ線ｃｔ装置、及び、その干渉防止方法 - Google Patents

計測用ｘ線ｃｔ装置、及び、その干渉防止方法 Download PDF

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Description

本発明は、計測用Ｘ線ＣＴ装置、及び、その干渉防止方法に係り、特に、Ｘ線管と被検体の干渉防止のための移動リミット設定を自動的に行うことが可能な計測用Ｘ線ＣＴ装置、及び、その干渉防止方法に関する。
非破壊で被検体（測定物）の断層画像を得る計測用Ｘ線ＣＴ装置が知られている（特許文献１～３参照）。この計測用Ｘ線ＣＴ装置では、被検体を回転テーブル中心に配置して被検体を回転させながらＸ線照射を行う。
計測で使用する一般的なＸ線ＣＴ装置の構成を図１に示す。Ｘ線を遮蔽するエンクロージャ１０の中にＸ線１３を照射するＸ線管１２、Ｘ線１３を検出するＸ線検出器１４、被検体８を置いてＣＴ撮像の為に被検体８を回転させる回転テーブル１６、Ｘ線検出器１４に映る被検体８の位置や倍率を調整するためのＸＹＺ移動機構部１８があり、それらのデバイスを制御するコントローラ２０、及び、ユーザ操作によりコントローラ２０に指示を与える制御パソコン（ＰＣ）２２などで構成される。
制御ＰＣ２２は、各デバイス制御の他に、Ｘ線検出器１４に映る被検体８の投影画像を表示する機能や、被検体８の複数の投影画像から断層画像を再構成する機能を有する。
又、Ｘ線１３が物体を透過する際、照射方向とは別の方向に反射する散乱Ｘ線が少なからず発生し、その散乱Ｘ線がＸ線ＣＴ撮像結果にノイズとして表われることが知られている。その散乱Ｘ線を抑えるために、Ｘ線管１２の付近にＸ線コリメータ２４を設けている。Ｘ線コリメータ２４は、Ｘ線の照射範囲を上下方向で制限するために、Ｘ線非透過素材（タングステンなど）でできた上側可動部２４Ａと下側可動部２４Ｂの部品で構成され、それらの部品２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ上下方向に移動できるようになっている。このＸ線コリメータ２４の上側可動部２４Ａ及び下側可動部２４Ｂの位置は、被検体８の撮像範囲に合わせて制御ＰＣ２２から調整される。
前記Ｘ線管１２を含むＸ線源から照射されたＸ線１３は、図２（斜視図）及び図３（平面図）に示す如く、回転テーブル１６上の被検体８を透過してＸ線検出器１４に届く。被検体８を回転させながらあらゆる方向の被検体８の透過画像（投影画像）をＸ線検出器１４で得て、逆投影法や逐次近似法などの再構成アルゴリズムを使って再構成することにより、被検体８の断層画像を生成する。
前記ＸＹＺ移動機構部１８のＸＹＺ軸と回転テーブル１６のθ軸を制御することにより、被検体８の位置を移動することができ、被検体８の撮影範囲（位置、倍率）や撮影角度を調整することができる。
ここで、回転テーブル１６の中心Ｘ０を図４に示す如くＸ軸に沿ってＸ線管１２の方向に移動すると、回転テーブル１６の周辺部は、破線に示す如くＸ線管１２より先の位置Ｘ１まで移動することができる。これは、小さい被検体８を拡大して撮影する場合にＸ線管１２を近づける必要があるためであり、回転テーブル１６の範囲内にＸ線管１２が入ることを許容する機構になっている。なお、Ｘ線管１２と回転テーブル１６は、図２に示すように垂直位置が異なるため干渉することはない。
このように、回転テーブル１６の範囲内に収まる被検体８であっても、Ｘ線管１２に近づけすぎると、Ｘ線管１２と干渉（衝突）する可能性があるため、撮影者は被検体８を設置する毎に、Ｘ線１３を照射するＸ線管１２と回転中の被検体８が干渉しないよう、予め回転テーブル１６のＸ軸方向の移動リミットを設定する必要がある（特許文献４～６参照）。
具体的には、次のような干渉防止手順が行われる。
（１）位置Ｘ０にある回転テーブル１６の被検体８を回転して、目測により、回転時に被検体８がＸ線管１２に干渉する可能性がある向き（θ１）に移動する。
（２）Ｘ線管１２と被検体８が干渉しないように注意しながら、回転テーブル１６をＸ線管１２に近づける。
（３）Ｘ線管１２と被検体８が充分に近づいた位置（Ｘ１）で、被検体８がＸ線管１２に干渉しないように注意しながら、被検体８を再度回転する。もし干渉しそうな場合は、回転テーブル１６をＸ線管１２から少しだけ遠ざける。
（４）被検体８を回転して干渉しないことが確認できたら、その位置（Ｘ１）を回転テーブル１６のＸ軸方向の移動リミット値（下限値）として設定する。
特開２００２－５５０６２号公報 特開２００４－１２４０７号公報 特許第５４０８８７３号公報 特開２００４－４５２１２号公報（段落０３０５～０３０８） 特開２００４－３０１８６０号公報（段落０２８６～０２８９） 特開２００４－３０１８６１号公報（段落０２８６～０２８９） 特開２００２－７１３４５号公報
しかしながら、干渉防止作業は被検体８を交換する度、あるいは回転テーブル１６上で被検体８を移動する毎に行う必要があり、非常に手間がかかっていた。
一方、特許文献７には、Ｘ線ＣＴ装置と探触プローブ式計測装置が併用された３次元寸法測定装置において、Ｘ線ＣＴによる断層像を用いて外郭形状データを作成し、プローブと被検体の接触の有無を確認して、測定不能範囲を設定することが記載されているが、Ｘ線ＣＴ装置のみの干渉防止には用いることができなかった。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、Ｘ線管と被検体の干渉チェックと、その結果を反映した回転テーブルの移動リミット設定を自動的に行えるようにして、手間のかからない正確な干渉防止を実現することを課題とする。
本発明は、回転テーブル上に配置した被検体を回転させながらＸ線源からＸ線を照射し、その投影画像を再構成して被検体の断層画像を得るようにした計測用Ｘ線ＣＴ装置において、前記回転テーブル上の被検体を上方又は側方から撮像する撮像手段と、前記被検体を回転させながら該被検体の画像を取得する手段と、取得した被検体画像を使って被検体回転時の最大外径を計算する手段と、該最大外径に基づいて、前記回転テーブルの移動リミットを設定する手段と、を備え、前記撮像手段の向きが、前記Ｘ線源と前記回転テーブルの中心を結ぶ直線に直交する方向とされると共に、前記回転テーブルの前記Ｘ線源側の前端が、前記撮像手段の中心と一致するようにされていることにより、前記課題を解決したものである。
ここで、前記撮像手段を、カメラ又はラインセンサとすることができる。
本発明は、又、回転テーブル上に配置した被検体を回転させながらＸ線源からＸ線を照射し、その投影画像を再構成して被検体の断層画像を得るようにした計測用Ｘ線ＣＴ装置の干渉防止に際して、撮像手段を用いて、前記回転テーブル上の被検体を上方又は側方から撮像し、前記被検体を回転させながら該被検体の画像を取得し、取得した被検体画像を使って被検体回転時の最大外径を計算し、該最大外径に基づいて、前記回転テーブルの移動リミットを設定すると共に、前記撮像手段の向きを、前記Ｘ線源と前記回転テーブルの中心を結ぶ直線に直交する方向とし、更に、前記回転テーブルの前記Ｘ線源側の前端が、前記撮像手段の中心と一致するように設置することにより、同様に前記課題を解決したものである。
本発明によれば、被検体を回転テーブル上に配置した後、１回の操作でＸ線管と被検体の干渉防止のための移動リミット設定を自動的に行うことができ、撮影者による手動且つ目測による移動リミット設定が不要になる。従って、被検体を交換する度、あるいは回転テーブル上で被検体を移動する度に行っていた移動リミット設定が自動化され、作業効率が大幅に向上する。更に、被検体から離れた位置で画像を撮像すればよく、被検体をＸ線管に近づける必要が無いので安全性が高い。
計測用で使用する一般的なＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す断面図 同じく要部構成を示す斜視図 同じく平面図 従来の干渉防止手順を説明するための平面図 本発明に係る計測用Ｘ線ＣＴ装置の第１実施形態の要部構成を示す平面図 第１実施形態における干渉防止手順を示すフローチャート 本発明に係る計測用Ｘ線ＣＴ装置の第２実施形態の要部構成を示す平面図
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
本発明の第１実施形態では、図５に要部構成を示す如く、従来の機構に対して撮像カメラ３０を回転テーブル１６の側方に設置し、回転テーブル１６がある基準位置（以下、ホームポジションと称する）にある場合に、被検体８の側面の形状が撮像できるようにする。前記撮像カメラ３０の向きは、Ｘ線管１２と回転テーブル１６の中心を結ぶ直線に直交する方向とし、位置は回転テーブル１６の前端（図５の左端）が撮像カメラ３０の中心と一致するように設置する。なお、配設位置は、これに限定されず、被検体８の側方であってもよい。
回転テーブル１６の移動リミット設定は、例えば制御ＰＣ２２に内蔵されたソフトウェアにより図６に示す手順で行う。
まず、ステップ１０１で、回転テーブル１６をホームポジションに移動する。
次いでステップ１０２で、回転テーブル１６がホームポジションにある状態で、被検体８を回転させながら一定ピッチ毎に撮像を行い、複数枚の被検体画像を得る。
次いでステップ１０３で、取得した被検体画像を使って、被検体回転中の回転中心からの最大外径Ｄmaxを計算する。この計算には、予め用意してある被検体８が無い画像と、被検体回転時の画像を比較することで、被検体８の存在位置を画像ピクセル毎に計算し、全ピクセルの計算結果から、被検体回転時の最大外径Ｄmaxを計算する。
次いでステップ１０４に進み、被検体回転時の最大外径Ｄmaxから次式により回転テーブル１６のＸ軸の移動リミット値Ｘminを求める。
Ｘmin＝Ｄmax／２＋α …（１）
ここで、αはマージン量である。
次いでステップ１０５に進み、計算した回転テーブル１６のＸ軸の移動リミット値Ｘminを制御ＰＣ２２にセットする。
なお、第１実施形態においては、撮像手段として撮像カメラ３０が用いられ、回転テーブル１６の前端の真横に配置されていたが、撮像手段や配置位置はこれに限定されず、図７に示す第２実施形態のように、ラインセンサ３２を被検体８の上方に配置してもよい。
又、撮像手段は、撮像カメラ３０やラインセンサ３２に限定されない。
８…被検体
１２…Ｘ線管
１３…Ｘ線
１４…Ｘ線検出器
１６…回転テーブル
１８…ＸＹＺ移動機構部
２０…コントローラ
２２…制御パソコン（ＰＣ）
３０…撮像カメラ
３２…ラインセンサ

Claims (3)

  1. 回転テーブル上に配置した被検体を回転させながらＸ線源からＸ線を照射し、その投影画像を再構成して被検体の断層画像を得るようにした計測用Ｘ線ＣＴ装置において、
    前記回転テーブル上の被検体を上方又は側方から撮像する撮像手段と、
    前記被検体を回転させながら該被検体の画像を取得する手段と、
    取得した被検体画像を使って被検体回転時の最大外径を計算する手段と、
    該最大外径に基づいて、前記回転テーブルの移動リミットを設定する手段と、
    を備え、前記撮像手段の向きが、前記Ｘ線源と前記回転テーブルの中心を結ぶ直線に直交する方向とされると共に、
    前記回転テーブルの前記Ｘ線源側の前端が、前記撮像手段の中心と一致するようにされていることを特徴とする計測用Ｘ線ＣＴ装置。
  2. 前記撮像手段が、カメラ又はラインセンサであることを特徴とする請求項１に記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置。
  3. 回転テーブル上に配置した被検体を回転させながらＸ線源からＸ線を照射し、その投影画像を再構成して被検体の断層画像を得るようにした計測用Ｘ線ＣＴ装置の干渉防止に際して、
    撮像手段を用いて、前記回転テーブル上の被検体を上方又は側方から撮像し、
    前記被検体を回転させながら該被検体の画像を取得し、
    取得した被検体画像を使って被検体回転時の最大外径を計算し、
    該最大外径に基づいて、前記回転テーブルの移動リミットを設定すると共に、
    前記撮像手段の向きを、前記Ｘ線源と前記回転テーブルの中心を結ぶ直線に直交する方向とし、更に、前記回転テーブルの前記Ｘ線源側の前端が、前記撮像手段の中心と一致するように設置することを特徴とする計測用Ｘ線ＣＴ装置の干渉防止方法。
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