JP7116407B2 - Ｘ線撮像装置 - Google Patents

Description

本開示は、Ｘ線撮像装置に関する。

放射線検出器は、医療分野及び工業分野などにおいて、非破壊で内部情報を画像化する手段として広く利用されている。特許文献１～４は、放射線を利用した装置を開示する。放射線検出器を利用した装置として、例えば、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ：Computed Tomography）がある。特許文献１～３は、コンピュータ断層撮影装置に関する技術を開示する。

特開２０１７－１４８１１０号公報 特開２０１２－５６９５号公報 特開２０１１－１０１７４１号公報 特開２０１５－７９０１１号公報

コンピュータ断層撮影装置は、撮像中において、Ｘ線センサと撮像対象との相対的な位置関係が不変であることを理想的な状態としている。つまり、Ｘ線センサと撮像対象との相対的な位置関係が不変であるとき、理論上最も高い解像度の画像を得ることができる。つまり、Ｘ線センサの性能を十分に発揮することができる。しかし、撮像中においてＸ線センサと撮像対象との相対的な位置関係は、いくつかの要因で変化する。従って、Ｘ線センサが有する性能を最大限に発揮できない。

そこで、本開示は、Ｘ線センサの性能を十分に引き出すことが可能なＸ線撮像装置を説明する。

本開示の一形態は、撮像対象を透過したＸ線の強度を利用して撮像対象の内部構造を示す撮像情報を得るＸ線撮像装置であって、撮像対象に向けてＸ線を出射するＸ線源と、撮像対象を挟むようにＸ線源と対向して配置され、撮像対象を透過したＸ線の強度情報を得るＸ線強度計測部と、撮像対象の表面において反射する計測光を撮像対象に向けて照射し、撮像対象の表面において反射した計測光を用いて、撮像対象の表面までの距離情報を得る距離計測部と、強度情報及び距離情報を利用して、撮像情報を得る情報処理部と、を備え、情報処理部は、少なくとも距離情報を利用して、撮像情報の生成に用いる情報を複数の強度情報から抽出する抽出部と、抽出部において抽出された強度情報を用いて撮像情報を生成する画像生成部と、を有する。

Ｘ線撮像装置の情報処理部は、少なくとも距離情報を利用して、強度情報から撮像情報の生成に用いる情報を抽出する。距離情報は、Ｘ線強度計測部と撮像対象との相対的な位置関係を示す。従って、情報処理部は、距離情報に基づいて撮像情報の生成に適したものを抽出することが可能である。その結果、撮像情報の質の低下が抑制されるので、Ｘ線強度計測部の性能を十分に引き出すことができる。

上記のＸ線撮像装置の抽出部は、第１タイミングで取得した第１距離情報と第２タイミングで取得した第２距離情報との距離差分を取得する距離差分取得部と、距離差分が許容範囲内であるか否かを評価し、距離差分が許容範囲内であるときに第１許可情報を出力する距離評価部と、距離評価部の出力が第１許可情報であるときに、撮像情報の生成に用いることを示す情報を第２タイミングで取得した強度情報に付与するラベリング部と、を含んでもよい。この構成によれば、撮像情報の生成に適した強度情報を好適に抽出することができる。

上記のＸ線撮像装置の距離評価部は、距離差分が許容範囲内ではないとき第１禁止情報を出力し、抽出部は、第１タイミングで取得した第１強度情報と第２タイミングで取得した第２強度情報との強度差分を取得する強度差分取得部と、強度差分が許容範囲内であるか否かを評価し、強度差分が許容範囲内であるときに第２許可情報を出力すると共に、強度差分が許容範囲内ではないときに第２禁止情報を出力する強度評価部と、距離評価部の出力が第１禁止情報であり且つ強度評価部の出力が第２許可情報であるときには撮像対象が第１態様の変化を生じたと評価し、距離評価部の出力が記第１禁止情報であり且つ強度評価部の出力が第２禁止情報であるときには撮像対象が第２態様の変化を生じたと評価する、態様評価部と、をさらに含んでもよい。この構成によれば、Ｘ線強度計測部と撮像対象との相対的な位置関係において、位置関係の変化の態様を判別することができる。

上記のＸ線撮像装置のＸ線強度計測部は、Ｘ線源から出射され、撮像対象を透過したＸ線の強度分布を第１強度情報及び第２強度情報として取得し、態様評価部は、第１強度情報が示す強度分布と第２強度情報が示す強度分布との比較結果に応じて、第１態様が撮像対象の変形であるか撮像対象の移動であるかを判別してもよい。この構成によれば、Ｘ線強度計測部と撮像対象との相対的な位置関係において、位置関係の変化の態様をさらに詳細に判別することができる。

本開示のＸ線撮像装置によれば、Ｘ線センサの性能を十分に引き出すことができる。

図１は、第１実施形態のＸ線撮像装置の主要な構成を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態のＸ線撮像装置の機能ブロック図である。 図３は、情報処理装置が行う処理を示すフロー図である。 図４は、情報処理装置が行う一部の処理を詳細に示すフロー図である。 図５は、撮像対象が移動した場合の処理を説明するための図である。 図６は、撮像対象が変形した場合の処理を説明するための図である。 図７は、撮像対象が別の態様で変形した場合の処理を説明するための図である。 図８は、第２実施形態のＸ線撮像装置の機能ブロック図である。 図９は、撮像対象の態様を判別する方法を説明するための図である。 図１０は、撮像対象の態様を判別する方法を説明するための図である。 図１１は、第２実施形態のＸ線撮像装置の情報処理装置が行う一部の処理を詳細に示すフロー図である。 図１２は、第２実施形態のＸ線撮像装置の情報処理装置が行う一部の処理をさらに詳細に示すフロー図である。

以下、添付図面を参照しながら本開示のＸ線撮像装置を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、Ｘ線撮像装置１は、撮像対象１００の内部構造を示す撮像情報としての再構成画像を得る。さらに、Ｘ線撮像装置１は、複数の再構成画像を用いて撮像対象１００の立体的な内部構造を示すボクセルデータを得る。Ｘ線撮像装置１は、撮像対象１００を透過するＸ線を利用する。Ｘ線撮像装置１は、主要な構成要素として、Ｘ線源２と、Ｘ線センサ３（Ｘ線強度計測部）と、距離センサ４（距離計測部）と、情報処理装置５（情報処理部）と、を有する。

Ｘ線源２は、撮像対象１００に向けてＸ線を出射する。Ｘ線センサ３は、撮像対象１００を挟むようにＸ線源２と対向して配置されている。Ｘ線センサ３は、撮像対象１００を透過したＸ線の強度情報を取得する。Ｘ線センサ３は、Ｘ線検出部と読み出し回路とが積層された構成を有する。Ｘ線センサ３は、薄型であるので、理想的な位置に実装することができる。Ｘ線源２及びＸ線センサ３は、軸線Ａ１の周りに公転する。この公転によれば、軸線Ａ１に直交する撮像面Ｂに関する撮像情報を得ることができる。また、Ｘ線源２及びＸ線センサ３は、軸線Ａ１に対して並行移動する。この平行移動によれば、複数の撮像面Ｂに関する撮像情報を得ることができる。これら複数の撮像面Ｂに関する撮像情報を用いることにより、撮像対象１００の立体的な内部構造を示すボクセルデータを得ることができる。

距離センサ４は、Ｘ線センサ３の近傍に配置されている。距離センサ４は、リアルタイム計測が可能な２次元距離センサである。距離センサ４として、例えば、ＴｏＦカメラ（ToF:Time of Flight）を用いてよい。距離センサ４は、Ｘ線センサ３に対する相対的な位置が固定されている。つまり、距離センサ４は、Ｘ線センサ３と共に軸線Ａ１の周りを公転する。距離センサ４は、撮像対象１００の表面までの距離情報を得る。距離センサ４は、撮像対象１００の表面において反射する計測光１０を撮像対象に向けて照射する。そして、距離センサ４は、撮像対象１００の表面において反射した計測光１０を用いて距離情報を得る。

距離センサ４は、距離センサ４から撮像対象１００までの距離情報を得る。この距離情報は、Ｘ線センサ３から撮像対象１００までの距離情報として用いられる。例えば、Ｘ線源２及びＸ線センサ３の公転軌道ＯＢを設定する。そして、Ｘ線源２とＸ線センサ３と結ぶ軸線Ａ２を設定する。軸線Ａ２は、撮像対象１００と重複すると共に軸線Ａ１に直交する。距離センサ４は、この軸線Ａ１の方向から見て、軸線Ａ２と重複する位置に配置されてもよい。また、距離センサ４は、軸線Ａ１の方向から見て、公転軌道ＯＢと重複する位置に配置されてもよい。このような配置によれば、距離センサ４から撮像対象１００までの距離情報は、Ｘ線センサ３から撮像対象１００までの距離情報と等価であるとして扱ってよい。

なお、距離センサ４の配置は、例示であり、上記の配置に限定されない。Ｘ線センサ３から撮像対象１００までの距離情報を得ることが可能な配置であれば、距離センサ４の配置は、特に制限されない。例えば、距離センサ４は、積層構造を有するＸ線センサ３のＸ線検出面上に配置されてもよい。この構成によれば、強度情報及び距離情報を得ることができるセンサを小型化することができる。

情報処理装置５は、強度情報及び距離情報を利用して、ボクセルデータを得る。情報処理装置５は、有線又は無線によりＸ線源２、Ｘ線センサ３及び距離センサ４に接続されている。例えば、情報処理装置５は、Ｘ線センサ３からＸ線センサ３が受けたＸ線に関する強度情報を取得する。また、情報処理装置５は、距離センサ４から距離情報を取得する。

図２に示すように、情報処理装置５は、物理的には、記憶装置６と、プロセッサ７と、を有する。

記憶装置６は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、半導体メモリ、及びハードディスク装置といったデータの読み書きが可能な記録媒体によって構成される。記憶装置６は、再構成プログラム８と、強度情報記憶部９と、距離情報記憶部１１と、を含む。

強度情報記憶部９は、Ｘ線センサ３から出力された強度情報を格納している。距離情報記憶部１１は、距離センサ４から出力された距離情報を取得している。強度情報及び距離情報には、これらの情報を取得したタイミングを示す情報が付されている。このタイミング情報は、時間であってもよいし、軸線Ａ１を基準とした角度であってもよい。タイミング情報を利用することにより、強度情報と距離情報とを互いに関連付けることができる。つまり、ある強度情報を取得したときの、撮像対象１００までの距離を得ることができる。

なお、情報処理装置５は、Ｘ線センサ３及び距離センサ４が逐次出力する情報をリアルタイムに処理してもよい。この場合、情報処理装置５は、強度情報記憶部９及び距離情報記憶部１１を省略してもよい。

プロセッサ７の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マイクロコントローラ、及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）が挙げられる。プロセッサ７は、シングルプロセッサでもよく、マルチプロセッサでもよい。プロセッサ７は、機能的には、抽出部１２と、再構成部１３（画像生成部）と、を有する。プロセッサ７が記憶装置６に記憶されている再構成プログラム８を読み出して実行することにより、抽出部１２と、再構成部１３と、の各機能が実現される。

情報処理装置５は、複数の強度情報を利用して、ボクセルデータを生成する。互いに異なる位置で取得された強度情報において、強度の違いは、撮像対象１００の内部構造を示す。しかし、強度情報の取得期間中に撮像対象１００が移動又は変形した場合にも、強度の違いが生じる。内部構造に起因しない強度変化を含む強度情報は、ボクセルデータの生成において、ノイズとなる。そこで、抽出部１２は、ボクセルデータの生成に適する強度情報を再構成処理の対象として抽出する。

抽出部１２は、強度情報記憶部９に格納されている強度情報から、再構成に適した強度情報（以下「合成対象情報」ともいう）を抽出する。抽出部１２は、Ｘ線センサ３から直接に強度情報を受け取ってもよい。抽出部１２は、撮像対象１００の状態に基づいて、合成対象情報を抽出する。具体的には、抽出部１２は、撮像対象１００の移動及び／又は変形の状態を評価し、移動及び／又は変形の状態が許容範囲である場合に、合成対象情報とする。

また、抽出部１２は、合成対象情報として抽出されなかったものを、非合成対象情報として記憶装置６に出力してもよい。

以下、抽出部１２についてさらに具体的に説明する。抽出部１２は、距離差分取得部１２ａと、距離評価部１２ｂと、ラベリング部１２ｃと、を有する。これらの機能は、プロセッサ７が再構成プログラム８を読み出して実行することにより、実現される。

距離差分取得部１２ａは、距離情報記憶部１１に格納されている２個の距離情報を読み出す。２個の距離情報とは、第１タイミングで取得した第１距離情報と、第２タイミングで取得した第２距離情報と、である。第２タイミングとは、第１タイミングから所定時間経過後のタイミングである。なお、これらのタイミングは、時間として扱ってもよいし、軸線Ａ１のまわりの角度として扱ってもよい。距離差分取得部１２ａは、第１距離情報と第２距離情報との差である距離差分を得る。そして距離差分取得部１２ａは、距離差分を距離評価部１２ｂに出力する。

距離評価部１２ｂは、距離差分が許容範囲内であるか否かを評価する。距離評価部１２ｂは、距離差分が許容範囲内であるとき第１許可情報をラベリング部１２ｃに出力する。一方、距離評価部１２ｂは、距離差分が許容範囲外であるとき第１禁止情報をラベリング部１２ｃに出力する。

ラベリング部１２ｃは、強度情報に対して、許可情報又は禁止情報のいずれかを関連付ける。この許可情報とは、再構成に用いることを示す情報である。この禁止情報とは、再構成に用いないことを示す情報である。具体的には、ラベリング部１２ｃは、距離評価部１２ｂから第１許可情報又は第１禁止情報を受ける。さらに、ラベリング部１２ｃは、第２距離情報に対応する強度情報を強度情報記憶部９から読み出す。そして、ラベリング部１２ｃは、読み出した強度情報に許可情報又は禁止情報を関連付けし、強度情報記憶部９に格納する。

再構成部１３は、強度情報記憶部９に格納されている強度情報のうち、許可情報が付されている強度情報を読み出す。そして、再構成部１３は、読み出した強度情報に基づいて再構成処理と、ボクセルデータの生成と、を行う。再構成処理及びボクセルデータの生成には、任意の手法を利用してよい。

次に、図３を参照しながら、情報処理装置５の動作について説明する。図３は、図１及び図２のＸ線撮像装置１が行う一連の処理を示すフロー図である。図３に示す処理は、撮像対象１００ごとに行われる。

まず、Ｘ線源２とＸ線センサ３との位置関係を取得する（工程Ｓ２）。具体的には、Ｘ線源２に対するＸ線センサ３の相対的な距離と、傾きと、を得る。

次に、撮像対象１００を配置する（工程Ｓ３）。

次に、撮像条件を設定する（工程Ｓ４）。撮像条件とは、例えば、Ｘ線源２及びＸ線センサ３等の回転速度、撮像ステップ数などが挙げられる。

次に、撮像動作を行う（工程Ｓ５～工程Ｓ９）。撮像動作とは、強度情報及び距離情報を取得する動作をいう。まず、撮像が終了したか否かを評価する（工程Ｓ５）。撮像が終了していないとき（工程Ｓ５：ＮＯ）、情報処理装置５は、同期信号をＸ線源２、Ｘ線センサ及び距離センサ４に出力する（工程Ｓ６）。次に、情報処理装置５は、Ｘ線センサ３から強度情報を取得する（工程Ｓ７）。次に、情報処理装置５は、距離センサ４から距離情報を取得する（工程Ｓ８）。次に、Ｘ線源２、Ｘ線センサ３及び距離センサ４を所定角度だけ回転させる（工程Ｓ９）。そして、再び撮像が終了したか否かを評価する（工程Ｓ５）。なお、撮像動作では、Ｘ線源２及びＸ線センサ３を固定し、撮像対象１００を回転させてもよい。

撮像が終了したとき（工程Ｓ５：ＹＥＳ）、情報処理装置５は、情報処理動作を行う（工程Ｓ１０～工程Ｓ１４）。まず、情報処理装置５は、全ての情報について処理が終了したか否かを評価する（工程Ｓ１０）。処理が終了していないとき（工程Ｓ１０：ＮＯ）、情報処理装置５は、強度情報及び距離情報を利用して、撮像対象においてＸ線が透過した距離を算出する（工程Ｓ１１）。次に、情報処理装置５は、距離情報を利用して強度情報を処理する（工程Ｓ１２）。ここでいう強度情報の処理とは、ラベリング部１２ｃにおける許可情報又は禁止情報の関連付けである。つまり、画像の再構成に用いる強度情報と、画像の再構成に用いない強度情報と、を弁別する。

以下、図４、図５、図６及び図７を参照しながら、工程Ｓ１２についてさらに詳細に説明する。図４は、図３に示す工程Ｓ１２をさらに詳細に示すフロー図である。

図５は、Ｘ線撮像装置１を軸線Ａ１の方向から見た平面図である。今、Ｘ線源２から軸線Ａ２に沿ってＸ線Ｒが照射されたとする。Ｘ線Ｒは、撮像対象１００Ａを透過する。透過後のＸ線Ｒは、撮像対象１００Ａの内部構造に応じて強度が減衰する。この内部構造とは、例えば、撮像対象１００Ａを構成する材料及びＸ線の透過距離（Ｌ１）を含む。そして、透過後のＸ線Ｒは、Ｘ線センサ３に入射する。Ｘ線センサ３は、入射したＸ線Ｒの強度を得る。ここで、撮像対象１００Ａを透過する際に生じるＸ線Ｒの強度の減衰は、例えば、撮像対象１００Ａを構成する材料及びＸ線の透過距離（Ｌ１）に応じると仮定する。この仮定に基づけば、Ｘ線Ｒの減衰は、軸線Ａ２上の位置によらず、一定である。つまり、強度情報Ｎに示すように、距離（Ｌ２）にある撮像対象１００Ｂを透過したＸ線Ｒの強度（ＰＢ）は、距離（Ｌ３）にある撮像対象１００Ａを透過したＸ線Ｒの強度（ＰＡ）に等しい。この「距離」とは、軸線Ａ２におけるＸ線センサ３の受光面から撮像対象１００Ａ、１００Ｂの表面までの長さをいう。つまり、撮像対象１００Ａが軸線Ａ２に沿ってＸ線センサ３側に距離（ＬＡ）だけ移動したとしても、Ｘ線センサ３の出力（強度情報）には変化が現れない。強度情報の再構成をおこなうとき、撮像対象１００Ａの強度情報と、撮像対象１００Ｂの強度情報とを用いると、再構成により得られる画像の解像度が低下してしまう。

図６を用いて別の例をさらに説明する。上記の例では、軸線Ａ２における撮像対象１００Ａ、１００Ｂの位置が変化する場合を述べた。例えば、図６に示すように、撮像対象１００Ａが膨張して撮像対象１００Ｃに変形した場合にも同様の現象が生じる。撮像対象１００Ａ、１００Ｃの内部構成は、膨張の前後で均質であるとする。まず、膨張前の撮像対象１００Ａに照射されたＸ線Ｒは、所定の密度を有する領域を、透過距離（Ｌ１）だけ進む。次に、膨張後の撮像対象１００Ｃに照射されたＸ線Ｒは、所定の密度を有する領域を、透過距離（Ｌ４）だけ進む。撮像対象１００Ｃが均質に膨張したとし、さらに、膨張前後で質量の変化は生じないと仮定すると、膨張後の密度は、膨張前の密度より小さい。一方、膨張後の透過距離（Ｌ４）は、膨張に伴って、膨張前の透過距離（Ｌ１）よりも大きい。その結果、強度情報Ｎに示すように、膨張後の撮像対象１００Ｃを透過したＸ線Ｒの強度（ＰＣ）は、膨張前の撮像対象１００Ａを透過したＸ線Ｒの強度（ＰＡ）と等しい。つまり、撮像対象１００Ａが変形したとしても、強度情報には変化が現れない。

そこで、撮像対象１００の位置の変化を検出するために、距離情報を利用する。図４に示すように、まず、距離差分取得部１２ａは、第１距離（Ｌ１）と第２距離（Ｌ２）との差分演算（Ｌ２－Ｌ１）を行い、差分距離（ΔＬ）を得る（工程Ｓ１２ａ）。次に、距離評価部１２ｂは、差分距離（ΔＬ）が許容範囲内であるか否かを判断する（工程Ｓ１２ｂ）。この許容範囲は、例えば、再構成画像のピクセルの大きさに基づくとしてもよい。差分距離（ΔＬ）が許容範囲内であるとき（工程Ｓ１２ｂ：ＹＥＳ）、距離評価部１２ｂは、許可情報を出力する（工程Ｓ１２ｃ）。ラベリング部１２ｃは、第２距離に関連付けられている第２強度情報を強度情報記憶部９から読み出す。そして、ラベリング部１２ｃは、第２強度情報に許可情報を関連付けた後に、当該第２強度情報を強度情報記憶部９に格納する（工程Ｓ１２ｄ）。

一方、差分距離（ΔＬ）が許容範囲外であるとき（工程Ｓ１２ｂ：ＮＯ）、距離評価部１２ｂは、禁止情報を出力する（工程Ｓ１２ｅ）。ラベリング部１２ｃは、第２距離（Ｌ２）に関連付けられている第２強度情報を強度情報記憶部９から読み出す。そして、ラベリング部１２ｃは、第２強度情報に禁止情報を関連付けた後に、当該第２強度情報を強度情報記憶部９に格納する（工程Ｓ１２ｆ）。

上記の工程Ｓ１２を実行した結果、強度情報記憶部９に格納されている複数の強度情報において、再構成処理に用いてよい強度情報と、再構成処理に用いない強度情報とが弁別される。換言すると、再構成処理に用いてよい強度情報が注出される。

工程Ｓ１２の処理において判別されることは、Ｘ線センサ３から撮像対象１００までの距離が変化したという現象である。この距離の変化には、図５に示すように撮像対象１００の移動に起因する場合がある。また、図６に示すように撮像対象１００の変形に起因する場合もある。工程Ｓ１２の評価では、距離の変化がいずれの態様であるかを判別することはできない。しかし、いずれの態様であっても、それぞれの態様に関連する強度情報は、再構成処理への利用には適当でないので、再構成処理に用いないように除外する。

なお、図６では、撮像対象１００Ｃの膨張が均質であると仮定した。ここでいう「均質」とは、例えば、撮像対象１００Ｃの密度分布が膨張の前後で変化しないことをいう。なお、密度そのものの値は、膨張前後で変化する。例えば、図７に示すように、撮像対象１００Ｄの膨張が均質でない場合には、Ｘ線Ｒの減衰に差異が現れる。ここでいう「均質でない」とは、例えば、撮像対象１００Ｄの密度分布が膨張の前後で変化したことをいう。つまり、膨張前の撮像対象１００Ａの密度分布は、一定であった。しかし、膨張後の撮像対象１００Ｄの密度分布には一定でない。つまり、撮像対象１００Ｄは、密度の高い部分Ｄ１と密度の低い部分Ｄ２とを含む。例えば、膨張後の撮像対象１００Ｄを透過したＸ線Ｒの強度（ＰＤ）は、膨張前の撮像対象１００Ａを透過したＸ線Ｒの強度（ＰＡ）に対して変化することがある。この場合には、距離情報と強度情報とを用いて、撮像対象１００Ｄが均質でない膨張が生じたことを判別できる。

なお、実施形態の説明において、強度情報に差異が現れない変化の態様を「第１態様」と定義する。また、強度情報に差異が現れる変化の態様を「第２態様」と定義する。ここでいう強度情報とは、強度情報が示す強度分布におけるピーク強度である。従って、第１態様では、ピーク強度に差異がない場合であっても、強度分布には差異が現れる場合がある。この態様については、後に詳細に説明する。

再び図３を参照する。情報処理装置５は、許可情報が付された強度情報を利用して再構成処理を行う。そして、再び情報処理装置５は、全ての情報について処理が終了したか否かを評価する（工程Ｓ１０）。処理が終了しているとき（工程Ｓ１０：ＹＥＳ）、情報処理装置５は、ボクセルデータを生成する（工程Ｓ１４）。ボクセルデータを生成には、複数の再構成情報を利用する。

ところで、放射線検出器は、医療、工業、保安、産業インフラの検査、社会インフラ検査などに用いられる。放射線検出器は、非破壊で内部情報を画像化できるので、これらの分野において広く利用されている。例えば、放射線検出器の応用例としてコンピュータ断層撮影装置がある。コンピュータ断層撮影装置は、三次元の断層画像を得ることができる。コンピュータ断層撮影装置の断層画像は、撮像対象１００が固定されていることが理想状態とされている。つまり、撮像中に撮像対象が固定されている場合に、理論上の最大解像度を得られる。

しかし、撮像対象１００は人間を含め剛体でない場合が多い。例えば、生体の場合には停止できない動きもある。その結果、撮像対象１００の動きに伴い解像度が低下してしまう。従って、Ｘ線センサ３の能力を十分に発揮できない。このような問題に対して、例えば、医科用コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線源とＸ線センサを有するガントリを高速回転させることにより解決しようとしている。具体的には、撮像対象が人間であるとする。撮像中に人間は呼吸を行うので、呼吸に伴う動きが生じる。そこで、医科用コンピュータ断層撮影装置は、ガントリを１秒間に３回転程度の回転速度で回転させている。一方、ガントリは重量物であるので、ガントリの駆動装置は、大型になる。

実施形態のＸ線撮像装置１は、撮像対象１００の動きを距離センサ４によって評価する。その結果、Ｘ線源２及びＸ線センサ３の回転数を高めることなく、解像度の低下を抑制することができる。さらに、実施形態のＸ線撮像装置１は、３０ＦＰＳ（Frames Per Second）又は６０ＦＰＳといった高いフレームレートでの撮像が可能である。その結果、撮像対象１００が高速で移動または変形する場合であっても、良好な断層画像を得ることができる。

上記の効果は、Ｘ線センサ３と撮像対象１００の間の距離を距離センサ４により評価していることによる。例えば、距離センサ４として、ＴｏＦカメラを用いることにより、高いフレームレートで距離情報を含む二次元画像を得ることが可能である。そこで、Ｘ線センサ３が強度情報を取得するタイミングに同期して、距離センサ４が撮像対象１００までの距離情報を得る。その結果、強度情報を用いて画像の再構成を行う場合に、距離情報を利用することにより、再構成に適しない強度情報を除外することが可能になる。また、距離情報に基づいて強度情報を補正することも可能である。その結果、解像度の低下が抑制されるので、Ｘ線センサ３の性能を十分に発揮することができる。

要するに、Ｘ線撮像装置１の情報処理装置５は、距離情報を利用して、強度情報から撮像情報の生成に用いる情報を抽出する。距離情報は、Ｘ線センサ３と撮像対象１００との相対的な位置関係を示す。従って、情報処理装置５は、距離情報に基づいて撮像情報の生成に適した強度情報を抽出することが可能である。つまり、撮像対象１００が動いた場合に、再構成に適する強度情報を選択する。その結果、撮像情報の質の低下が抑制される。換言すると、解像度の低下が抑制される。従って、Ｘ線センサ３の性能を十分に引き出すことができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態のＸ線撮像装置１では、距離情報に基づいて、適当でない条件で得られた強度情報を再構成処理から除外した。しかし、適当でない条件で得られた強度情報であっても、撮像対象１００の変化の態様が特定できれば、補正処理を行うことにより、再構成処理への利用に適する場合があり得る。第２実施形態のＸ線撮像装置１Ａは、強度情報の補正処理を含む点で、第１実施形態のＸ線撮像装置１と相違する。以下、図８、図９、図１０、図１１及び図１２を参照しながら、第２実施形態のＸ線撮像装置１Ａについて説明する。以下の説明では、第１実施形態のＸ線撮像装置１と共通する構成については、説明を省略する。そして、第１実施形態のＸ線撮像装置１と相違する構成について詳細に説明する。

図８に示すように、Ｘ線撮像装置１Ａは、情報処理装置５Ａを有する。情報処理装置５Ａは、抽出部１２Ａを有する。抽出部１２Ａは、距離差分取得部１２ａ、距離評価部１２ｂ、ラベリング部１２ｃ及び再構成部１３に加えて、強度差分取得部１２ｄ、強度評価部１２ｅと、態様評価部１２ｆと、補正部１４と、をさらに有する。

強度差分取得部１２ｄは、第１強度情報における第１ピーク強度と第２強度情報における第２ピーク強度の差分を得る。

強度評価部１２ｅは、第１強度情報における強度分布を示す第１半値幅を取得する。また、強度評価部１２ｅは、第２強度情報における強度分布を示す第２半値幅を取得する。そして、強度評価部１２ｅは、第１半値幅と第２半値幅の大小関係を評価する。

態様評価部１２ｆは、距離評価部１２ｂの結果と強度評価部１２ｅの結果とに基づいて、撮像対象１００の態様を評価する。撮像対象１００の態様とは、撮像対象１００の移動及び変形である。さらに、撮像対象１００の移動とは、Ｘ線センサ３に対して近づく移動及び遠ざかる移動を含む。なお、撮像対象１００の移動には、Ｘ線センサ３の受光面に対する平行移動を含んでよい。撮像対象１００の変形とは、撮像対象１００の膨張及び撮像対象１００の収縮を含む。これらの態様の変化は、均質であるとする。

態様評価部１２ｆの動作について具体的に説明する。既に図５を用いて説明したように、軸線Ａ１上における撮像対象１００の移動は、強度情報に変化が現れないと述べた。また、図６を用いて説明したように、撮像対象１００の均質な変形は、強度情報に変化が現れないと述べた。ここでいう強度情報の変化とは、強度情報が示す強度分布のピーク強度の変化である。

例えば、図９に示すように、距離情報がＸ線センサ３と撮像対象１００Ｅ、１００Ｆの表面との距離が減少したことを示すとき、撮像対象１００ＡがＸ線センサ３に近づいて撮像対象１００Ｅとなった場合があり得る。また、撮像対象１００の位置が変化することなく撮像対象１００Ａが膨張して撮像対象１００Ｆとなった場合もあり得る。しかし、ピーク強度のみでは、これら２個の場合を判別できない。

一方、図９に示す強度情報Ｎに注目する。撮像対象１００ＡがＸ線センサ３に近づいた場合（撮像対象１００Ｅ）の強度分布ＤＥは、撮像対象１００Ａの強度分布ＤＡとは異なっている。また、撮像対象１００Ａが膨張した場合（撮像対象１００Ｆ）の強度分布ＤＦは、撮像対象１００Ａの強度分布ＤＡとは異なっている。さらに、近接した場合の強度分布ＤＥは、膨張した場合の強度分布ＤＦとも異なっている。従って、強度分布ＤＡ、ＤＥ、ＤＦを評価することによって、距離が縮まったことを距離情報が示すとき、Ｘ線センサ３への近接であるか、膨張であるかを判別できる。強度分布ＤＡ，ＤＥ、ＤＦの評価には、例えば、半値幅を用いてよい。具体的には、半値幅が減少したときには、Ｘ線センサ３への近接であると評価できる。一方、半値幅が増加したときには、膨張であると評価できる。

図１０に示すように、距離情報がＸ線センサ３と撮像対象１００Ｇ、１００Ｈの表面との距離が増加したことを示すときも同様である。例えば、Ｘ線センサ３から撮像対象１００Ｇ、１００Ｈの表面までの距離が距離Ｌ２から距離Ｌ６に変化したとする。この場合に、距離ＬＢの増加が、撮像対象の移動に起因するかまたは変形に起因するかを判別する。つまり、半値幅の増減に基づいて撮像対象１００Ａの移動であるか変形であるかを判別する。具体的には、撮像対象１００Ｈの強度分布ＤＨが示すように、半値幅が撮像対象１００Ａの強度分布ＤＡの半値幅よりも減少したときには収縮であると評価する。一方、撮像対象１００の強度分布ＤＧが示すように、半値幅が撮像対象１００Ａの強度分布ＤＡの半値幅よりも増加したときには、Ｘ線センサ３からの離間であると評価する。

補正部１４は、態様評価部１２ｆの結果に基づいて、第２強度情報を補正する。態様評価部１２ｆの結果とは、撮像対象１００の態様が、近接移動であるか、離間移動であるか、膨張であるか、収縮であるか、のいずれかである。補正部１４は、４個の態様に応じて、Ｘ線源２から照射されるＸ線に関する拡大率などを利用して強度情報を補正する。

Ｘ線撮像装置１Ａは、図４のフロー図に示す工程Ｓ１２に変えて工程Ｓ１２Ａを行う。以下、Ｘ線撮像装置１Ａが行う工程Ｓ１２Ａについて図１１及び図１２を参照しながら詳細に説明する。

まず、距離差分取得部１２ａは、距離差分を得る（工程Ｓ１２ａ）。次に、距離評価部１２ｂは、距離差分が許容範囲内であるか否かを評価する（工程Ｓ１２ｂ）。距離差分が許容範囲内であるとき、距離評価部１２ｂは、許可情報を出力する（工程Ｓ１２ｃ）。そして、ラベリング部１２ｃは、第２強度情報に許可情報を関連付ける（工程Ｓ１２ｄ）。以上、工程Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂ、Ｓ１２ｃ及びＳ１２ｄは、第１実施形態のＸ線撮像装置１の動作と同じである。

一方、第２実施形態のＸ線撮像装置１Ａは、距離差分が許容範囲外であるときの処理において、第１実施形態のＸ線撮像装置１とは異なる処理を含む。

距離評価部１２ｂは、距離差分を態様評価部１２ｆに出力する。この距離差分は、正又は負の整数である。例えば、正の整数である距離差分は、Ｘ線センサ３から撮像対象１００の表面までの距離が縮まったことを示す。一方、負の整数である距離差分は、Ｘ線センサ３から撮像対象１００の表面までの距離が遠ざかったことを示す。なお、距離差分の正負と撮像対象１００の近接及び遠隔との関係は、任意に設定してよい。

まず、距離差分が許容範囲外であるとき（工程Ｓ１２ｂ：ＮＯ）、距離評価部１２ｂは、禁止情報を出力する（工程Ｓ１２ｅ）。

次に、強度差分取得部１２ｄは、ピーク強度の差分を得る（工程Ｓ１２ｇ）。具体的には、まず、強度差分取得部１２ｄは、第１タイミングに関連する第１強度情報と、第２タイミングに関連する第２強度情報と、を強度情報記憶部９から読み出す。第１強度情報及び第２強度情報は、一次元の分布を有する。強度差分取得部１２ｄは、第１強度情報が示す強度分布から、第１ピーク強度を抽出する。さらに、強度差分取得部１２ｄは、第２強度情報が示す強度分布から、第２ピーク強度を抽出する。そして、強度差分取得部１２ｄは、第１ピーク強度と第２ピーク強度のピーク差分を得る。

次に、強度評価部１２ｅは、ピーク差分が許容範囲内であるか否かを評価する（工程Ｓ１２ｈ）。この工程Ｓ１２ｈは、距離差分が許容範囲外である場合に、当該強度分布が補正可能であるか否かを判別する。例えば、撮像対象１００の移動は、所定の演算によって補正可能である。同様に、撮像対象１００の均質な膨張又は収縮も補正可能である。

図５に示す撮像対象１００Ｂの移動及び図６に示す撮像対象１００Ｃの均質な変形では、ピーク強度の変化は、実質的に生じない。一方、図７に示す撮像対象１００Ｄの均質でない変形では、ピーク強度の変化が生じる。従って、ピーク強度の差分が許容範囲であるか否かによって、補正可能な態様であるか否かを判別する。

ピーク強度の差分が許容範囲外であるとき（工程Ｓ１２ｈ：ＮＯ）、強度評価部１２ｅは、禁止情報を出力する（工程Ｓ１２ｍ）。そして、ラベリング部１２ｃは、第２強度情報に禁止情報を関連付ける（工程Ｓ１２ｆ）。

ピーク強度の差分が許容範囲内であると（工程Ｓ１２ｈ：ＹＥＳ）、強度評価部１２ｅは、許可情報を出力する（工程Ｓ１２ｉ）。続いて、態様評価部１２ｆは、撮像対象１００の態様を評価する（工程Ｓ１２ｊ）。

図１２を参照しながら、工程Ｓ１２ｊの詳細について説明する。

まず、態様評価部１２ｆは、距離差分取得部１２ａから距離差分を得る。そして、当該距離差分に基づいて、Ｘ線センサ３から撮像対象１００までの距離が減少したか否かを判別する（工程Ｓ１２１）。距離が減少したとき（工程Ｓ１２１：ＹＥＳ）、態様評価部１２ｆは、第１強度情報が示す第１強度分布の第１半値幅を得る（工程Ｓ１２２）。態様評価部１２ｆは、第２強度情報が示す第２強度分布の第２半値幅を得る（工程Ｓ１２２）。続いて、態様評価部１２ｆは、第１半値幅と第２半値幅との差分を得る。

そして、態様評価部１２ｆは、当該差分に基づいて、半値幅が減少したか否かを評価する（工程Ｓ１２３）。半値幅が減少したとき（工程Ｓ１２３：ＹＥＳ）、態様評価部１２ｆは、撮像対象１００の態様は、Ｘ線センサ３への近接であると評価する（工程Ｓ１２４）。一方、半値幅が増加したとき（工程Ｓ１２３：ＮＯ）、態様評価部１２ｆは、撮像対象１００の態様は、膨張であると評価する（工程Ｓ１２５）。

一方、距離が増加したとき（工程Ｓ１２１：ＮＯ）、態様評価部１２ｆは、工程Ｓ１２２と同様の処理を行う。つまり、態様評価部１２ｆは、第１半値幅と第２半値幅との差分を得る。そして、態様評価部１２ｆは、当該差分に基づいて、半値幅が減少したか否かを評価する（工程Ｓ１２７）。半値幅が減少したとき（工程Ｓ１２７：ＹＥＳ）、態様評価部１２ｆは、撮像対象１００の態様は、収縮であると評価する（工程Ｓ１２８）。一方、半値幅が増加したとき（工程Ｓ１２７：ＮＯ）、態様評価部１２ｆは、撮像対象１００の態様は、Ｘ線センサ３からの離間であると評価する（工程Ｓ１２９）。

再び図１１を参照する。補正部１４は、工程Ｓ１２ｊの結果に基づいて、第２強度情報の補正を行う（工程Ｓ１２ｋ）。続いて、ラベリング部１２ｃは、補正後の第２強度情報に許可情報を関連付ける。そして、ラベリング部１２ｃは、許可情報を付した第２強度情報を強度情報記憶部９に格納する。

第２実施形態のＸ線撮像装置１Ａによれば、第１実施形態のＸ線撮像装置１と同様に、画像の再構成に適した強度情報を抽出することができる。従って、再構成情報の質の劣化を抑制できる。

さらに、第２実施形態のＸ線撮像装置１Ａは、画像の再構成に適さない強度情報のうち、補正可能な強度情報を抽出する。そして、当該強度情報を補正することにより、再構成に適する強度情報に変換する。その結果、再構成に利用できる強度情報の数が増加するので、再構成情報の質を向上させることができる。

本発明のＸ線撮像装置は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１…Ｘ線撮像装置、２…Ｘ線源、３…Ｘ線センサ（Ｘ線強度計測部）、４…距離センサ（距離計測部）、５…情報処理装置（情報処理部）、６…記憶装置、７…プロセッサ、８…再構成プログラム、９…強度情報記憶部、１０…計測光、１１…距離情報記憶部、１２…抽出部、１３…再構成部、１４…補正部、１２ａ…距離差分取得部、１２ｂ…距離評価部、１２ｃ…ラベリング部、１２ｄ…強度差分取得部、１２ｅ…強度評価部、１２ｆ…態様評価部。

Claims (2)

1. 撮像対象を透過したＸ線の強度を利用して前記撮像対象の内部構造を示す撮像情報を得るＸ線撮像装置であって、
   前記撮像対象に向けて前記Ｘ線を出射するＸ線源と、
   前記撮像対象を挟むように前記Ｘ線源と対向して配置され、前記撮像対象を透過した前記Ｘ線の強度情報を得るＸ線強度計測部と、
   前記撮像対象の表面において反射する計測光を前記撮像対象に向けて照射し、前記撮像対象の表面において反射した前記計測光を用いて、前記撮像対象の表面までの距離情報を得る距離計測部と、
   前記強度情報及び前記距離情報を利用して、前記撮像情報を得る情報処理部と、を備え、
   前記情報処理部は、
   少なくとも前記距離情報を利用して、前記撮像情報の生成に用いる情報を複数の前記強度情報から抽出する抽出部と、
   前記抽出部において抽出された前記強度情報を用いて前記撮像情報を生成する画像生成部と、を有し、
   前記抽出部は、
   第１タイミングで取得した第１距離情報と第２タイミングで取得した第２距離情報との距離差分を取得する距離差分取得部と、
   前記距離差分が許容範囲内であるか否かを評価した結果、前記距離差分が許容範囲内であるときに第１許可情報を出力し、前記距離差分が許容範囲内ではないときに第１禁止情報を出力する距離評価部と、
   前記距離評価部の出力が前記第１許可情報であるときに、前記撮像情報の生成に用いることを示す情報を前記第２タイミングで取得した前記強度情報に付与するラベリング部と、
   前記第１タイミングで取得した第１強度情報と前記第２タイミングで取得した第２強度情報との強度差分を取得する強度差分取得部と、
   前記強度差分が許容範囲内であるか否かを評価し、前記強度差分が許容範囲内であるときに第２許可情報を出力すると共に、前記強度差分が許容範囲内ではないときに第２禁止情報を出力する強度評価部と、
   前記距離評価部の出力が前記第１禁止情報であり且つ前記強度評価部の出力が前記第２許可情報であるときには前記撮像対象が第１態様の変化を生じたと評価し、前記距離評価部の出力が前記第１禁止情報であり且つ前記強度評価部の出力が前記第２禁止情報であるときには前記撮像対象が第２態様の変化を生じたと評価する態様評価部と、を含む、Ｘ線撮像装置。
2. 前記Ｘ線強度計測部は、前記Ｘ線源から出射され、前記撮像対象を透過した前記Ｘ線の強度分布を前記第１強度情報及び前記第２強度情報として取得し、
   前記態様評価部は、前記第１強度情報が示す強度分布と前記第２強度情報が示す強度分布との比較結果に応じて、前記第１態様が前記撮像対象の変形であるか前記撮像対象の移動であるかを判別する、請求項１に記載のＸ線撮像装置。
   

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