JP3926574B2 - Tomography equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療分野、工業分野などに用いられる、被検体の断層撮影を行なう非CTタイプの断層撮影装置に係り、特に、被検体の関心領域についての3次元断層画像を迅速に生成する技術に関する。
【0002】
【従来技術】
従来の断層撮影装置としては、例えばX線断層撮影装置がある。このX線断層撮影装置は、被検体を挟んでX線管とイメージインテンシファイア(以下、「I.I管」と言う)とが対向配置され、X線管を第1方向に直線移動させるのと同期して、I.I管を前記第1方向とは反対方向である第2方向に平行直線移動させるように連動移動させるとともに、被検体の特定の断層面上の任意の点がI.I管の検出面上で常に同じ位置になるように、X線管の被検体へのX線照射角度を変えながら断続的な撮影を行なっている。そして、各角度からの撮影により得られた複数枚の投影像を重ね合わせるような検出信号の加算演算処理を行なうだけで、被検体の特定の断層面の画像情報と、特定の断層面の前後にある近傍断層面の画像情報とを算出している。
【0003】
このように、上述のX線断層撮影装置は、近年進歩の著しいX線CT(X線コンピュータ・トモグラフィ)タイプの断層撮影方式ではない非CTタイプの断層撮影方式のものである。すなわち、X線CTタイプの断層撮影方式は、被検体を挟んで対向配置されたX線管とI.I管とを被検体の体軸周りに1回転(少なくとも半回転)させながら撮影することで、被検体の体軸周り1回転分(少なくとも半回転分)の透過像を取得し、これらの透過像に基づいて画像再構成を行ない、被検体の体軸方向から見た断層画像が得れるものであるが、非CTタイプの断層撮影方式は、上述のX線断層撮影装置のように、X線管とI.I管とを被検体の体軸周りに半回転以上させることなく、被検体の体軸方向の断層画像が得れるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。すなわち、非CTタイプの断層撮影装置では、被検体の関心領域についての3次元断層画像を迅速に生成することができないという問題がある。
【0005】
具体的には、従来例の非CTタイプの断層撮影装置は、1回の断層撮影で、被検体の関心領域の特定の断層面画像と、この特定の断層面の前後にある近傍の断層面画像としか得られず、被検体の関心領域についての2次元断層画像しか得られないものである。したがって、被検体の関心領域についての3次元ボリュームデータ(3次元断層画像)を生成したい場合には、複数回にわたって断層撮影を繰り返して、撮影毎に得られた2次元断層画像を逐次に積み重ねていくようにして3次元断層画像を生成していかなければならないので、被検体に対する曝射回数が増加し被検体にとって負担となるばかりでなく、3次元ボリュームデータを生成するのに非常に時間がかかることになる。
【0006】
例えば、被検体の関心領域についてI.I管の検出面と平行でなく傾いた断層画像(傾斜断層画像)を取得したい場合にも、複数回にわたって断層撮影を行なうことで、撮影毎に得られた2次元断層画像を逐次に積み重ねていくようにして3次元断層画像を生成し、この3次元断層画像から所望の傾斜断層画像を演算により算出しているので、上述の問題が生じることになる。
【0007】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、被検体の関心領域についての3次元断層画像を迅速に生成できる断層撮影装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、請求項1に記載の断層撮影装置は、(a)被検体に対して透過性を有する電磁波を末広がりビーム形状にして被検体に照射する照射源と、(b)被検体を挟んで前記照射源に対向配置され、被検体を透過した電磁波を検出する面検出器と、(c)前記照射源と前記面検出器のいずれか一方を第1方向に直線移動させるのと同期して、他方を前記第1方向とは反対方向である第2方向に被検体の撮影すべき断層面を挟んで平行直線移動させる直線走査を行う走査手段と、(d)走査各位置で検出された投影データから、被検体の関心領域の3次元断層画像を演算により生成するための画像再構成を行う画像処理部とを備える。
【0009】
そして特に(e)前記画像処理部は、前記照射源からのビームの広がりの影響を補正するための第1の重み付け処理、コンボリューション処理、照射源からのビームの広がりの影響を補正するための第2の重み付け処理、および逆投影処理からなるフェルドカンプ法により処理を行うものであって、(f)前記フェルドカンプ法における逆投影処理に際しては、被検体の関心領域のほぼ中心を通るとともに撮影すべき断層面に直交する軸を仮想回転中心軸とし、走査各位置における前記照射源と前記面検出器の中心とを結ぶ直線とこの仮想回転中心軸とのなす角度に応じてそれらの各位置の投影データを座標補正してから3次元格子群の所定の格子点に逆投影するようにしたことを特徴とするものである。
【0010】
また、請求項2に記載の断層撮影装置は、請求項1に記載の断層撮影装置において、前記面検出器はフラットパネル型検出器またはイメージインテンシファイアであることを特徴とするものである。
【0011】
【作用】
この発明の作用は次の通りである。すなわち、請求項1に記載の発明によれば、照射源Rは、被検体Mに対して透過性を有する電磁波を末広がりビーム形状にして被検体Mに照射する。面検出器Dは、被検体Mを挟んで照射源Rに対向配置され、被検体Mを透過した電磁波を検出する。走査手段30は、照射源Rと面検出器Dのいずれか一方を第1方向に直線移動させるのと同期して、他方を前記第1方向とは反対方向である第2方向に被検体の撮影すべき断層面を挟んで平行直線移動させる直線走査を行う。走査各位置で検出された投影データは、画像処理部51において、被検体Mの関心領域の3次元断層画像を得るために演算処理されて画像が再構成されるが、この画像再構成のための演算処理に、コーンビームCTの再構成手法であるフェルドカンプ法を採用しているため、従来手法である各角度からの撮影により得られた複数枚の投影像(走査各位置の投影像)を単一面上に重ね合わせるような検出信号の加算演算処理を用いることなく、被検体Mの関心領域の3次元断層画像を迅速に生成することができる。
【0012】
なお、一般には照射源Rと面検出器Dとを平行直線走査する場合には、検出平面への入射角度が走査位置毎に異なってしまうために前記フェルドカンプ法を利用することはできないが、本願発明では、フェルドカンプ法における逆投影処理に際して、被検体の関心領域のほぼ中心を通るとともに撮影すべき断層面に直交する軸を仮想回転中心軸とし、走査各位置における前記照射源と前記面検出器の中心とを結ぶ直線とこの仮想回転中心軸とのなす角度に応じてそれらの各位置の投影データを座標補正することによって、平行直線走査におけるフェルドカンプ法の利用を可能としたことに特徴とするものである。この座標補正により、照射源Rと面検出器Dとを平行直線走査した場合であっても、投影データ(元画像データ)を面変換するなどの手を加える必要がなく、この投影データ(元画像データ)を直接に再構成処理を行うことができる。
【0013】
また、請求項2に記載の発明によれば、面検出器としてフラットパネル型検出器またはイメージインテンシファイアを用いた場合であっても、被検体の関心領域についての3次元断層画像が迅速に生成される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の断層撮影装置に係る一実施例としての非CTタイプのX線断層撮影装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、この発明のX線断層撮影装置の実施例に係るブロック図である。
【0015】
この実施例のX線CT装置は、種々の情報および命令を入力する操作部10と、これら入力された情報および命令に基づいてX線撮影を制御する撮影制御部20と、この撮影制御部20により制御されながら撮像部40を動作させる駆動部30と、被検体Mの関心領域を撮影する撮像部40と、この撮像部40から検出された画像情報に基づいて被検体Mの関心領域の3次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行ない、その生成した3次元ボリュームデータを記憶するデータ処理部50と、このデータ処理部50に記憶された画像情報を出力表示するモニタ60とを備えている。
【0016】
以下、各部の構成および機能について詳細に説明する。本願発明に係るX線断層撮影装置は直線平行走査を行うものであるが、まずは円弧軌道をとる場合について説明する。図2に示すように、被検体Mの周りの円周軌道上に被検体Mを挟んで2つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上にX線管Rを移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上にフラットパネル型X線検出器DをX線管Rとの間隔が一定になるように移動させる円弧走査を行うとともに、X線管Rの被検体MへのX線照射角度θを変えながら断続的な撮影を行う。なお、X線照射角度θは、任意の角度範囲内に設定できるが、ここでは例えば、+θmax (+30°)〜−θmax (−30°)の範囲内とする。そして、操作部10からは、被検体Mの関心領域を撮影する前に、図2に示すX線管Rからフラットパネル型X線検出器Dまでの距離や、X線管Rおよびフラットパネル型X線検出器Dを円弧移動させる間にどの程度のピッチで撮影を行うかというビュー数(所望の枚数に設定できるが、ここでは例えば50枚とする)などが予め設定入力される。なお、この操作部10としては、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置が用いられる。上述したX線管Rは照射源に相当する。
【0017】
撮影制御部20には、操作部10と、駆動部30およびデータ処理部50とが接続されている。撮影制御部20は、操作部10より設定入力された各情報に基づいて、駆動部30とデータ処理部50とをそれぞれ制御している。制御内容については、各部にて後述する。
【0018】
駆動部30は、図2に示すように、被検体Mの周りの円周軌道上に被検体Mを挟んで2つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上にX線管Rを移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上にフラットパネル型X線検出器DをX線管Rとの間隔が一定になるように移動させる円弧走査を行うものである。また、このとき、被検体Mに向けてX線管Rから照射されるコーンビーム状のX線の中心が、常に、回転中心軸C上の特定の点でもある被検体Mの特定断層面の中心点O(図2(b)参照)を透過して、フラットパネル型X線検出器Dの検出面の中心点に垂直に入射されるように、X線管Rとフラットパネル型X線検出器Dとを対向させている。上述した駆動部30は走査手段に相当する。
【0019】
撮像部40は、図1に示すように、被検体Mを載置する天板Tと、被検体Mに向けてコーンビーム状のX線を照射するX線管Rと、被検体Mを透過したX線を検出するフラットパネル型X線検出器Dとを備えている。
【0020】
フラットパネル型X線検出器Dは、X線管RによるX線照射によって生じる被検体MのX線透視像を検出してX線検出信号としての電気信号に変換して出力するという構成のX線検出器であって、図3に示すように、多数の検出素子Duが縦横に配列されている所謂2次元状マトリックス状のX線検出器である。実施例のフラットパネル型X線検出器Dにおける検出素子Duの配列は、例えば横(i行)方向1024,縦(j列)方向1024の正方形マトリックスであるが、説明の便宜上、横(i)方向1000,縦(j)方向1000の正方形マトリックスであるものとし、図3には、縦3×横3マトリックス構成で合計9個分のマトリックス構成のみを示している。矩形の平面形状を有するフラットパネル型X線検出器Dは、検出面が円形に限られるイメージインテンシファイアと違って、胸部や腹部など大きな部位を撮影するのに適した方形の検出面が可能な点でも、有用なX線検出器である。
【0021】
フラットパネル型X線検出器Dは、図4に示すように、入射X線を電荷あるいは光に変換するX線変換層12と、このX線変換層12で生じた電荷あるいは光を検出する素子が縦横にマトリックス状に配置形成されている検出アレイ層13との積層構造となっている。このフラットパネル型X線検出器DのX線変換層12の平面寸法としては、例えば縦横約30cmが挙げられる。
【0022】
このフラットパネル型X線検出器Dには、図5(a)に示す直接変換タイプのものと、図5(b)に示す間接変換タイプのものがある。前者の直接変換タイプの場合、X線変換層12が入射X線を直に電荷に変換するセレン層やCdZnTe層などからなり、検出アレイ層13の表面に電荷検出素子14として表面電極15に対向形成された電荷収集電極群でもって電荷の検出を行いコンデンサCsに蓄電する構成となっていて、各電荷検出素子14とその上のX線変換層12の一部分とで1個の検出素子Duが形成されることになる。後者の間接変換タイプの場合、X線変換層12が入射X線を光に変換するシンチレータ層からなり、検出アレイ層13の表面に光検出素子16として形成されたフォトダイオード群でもって光の検出を行いコンデンサCsに蓄電する構成となっていて、各光検出素子16とその上のX線変換層12の一部分とで1個の検出素子Duが形成されることになる。
【0023】
フラットパネル型X線検出器Dは、図3に示すように、X線変換層12と検出アレイ層13とが形成されたX線検出基板41と、X線検出基板41のキャリア収集電極(電荷収集電極)を介して収集キャリア(収集電荷)を溜めるコンデンサCsと、コンデンサCsに蓄積された電荷を取り出すための通常時オフ(遮断)の電荷の電荷取り出し用スイッチ素子42である薄膜トランジスタ(TFT)と、X、Y方向の読み出し回路のマルチプレクサ45と、ゲートドライバ47とを備えている。
【0024】
また、フラットパネル型X線検出器Dは、図3に示すように、検出素子Duのスイッチ素子42用の薄膜トランジスタのソースがi方向に配列した縦の読み出し配線43に接続され、ゲートがj方向に配列した横の読み出し配線46に接続されている。読み出し配線43は電荷−電圧変換器群(プリアンプ群)44を介してマルチプレクサ45に接続されているとともに、読み出し配線46はゲートドライバ47に接続されている。なお、電荷−電圧変換器群44では、1本の読み出し配線43に対して、図示しないが、電荷−電圧変換器群44が1個それぞれ接続されている。
【0025】
そして、フラットパネル型X線検出器Dの場合、マルチプレクサ45およびゲートドライバ47へ信号取り出し用の走査信号が送り込まれることになる。検出部10の各検出素子Duの特定は、i方向・j方向の配列に沿って各検出素子Duへ順番に割り付けられているアドレス(検出素子Duが1000個としているので0〜999、検出素子Duが1024個である場合は0〜1023)に基づいて行なわれるので、取り出し用の走査信号は、それぞれi方向アドレスまたはj方向アドレスを指定する信号となる。
【0026】
j方向の走査信号に従ってゲートドライバ47からj方向の読み出し配線46に対し取り出し用の電圧が印加されるのに伴い、各検出素子Duが列単位で選択される。そして、i方向の走査信号に従ってマルチプレクサ45が切り替えられることにより、選択された列の検出素子DuのコンデンサCsに蓄積された電荷が、電荷−電圧変化器群44およびマルチプレクサ45の順に経て外部に送りだされることになる。このように、フラットパネル型X線検出器Dで検出された検出信号は、逐次、データ処理部50にリアルタイムに出力される。上述したフラットパネル型X線検出器Dはこの発明における面検出器に相当する。
【0027】
次に、データ処理部50の構成および機能について説明する。図1に示すように、データ処理部50は、撮像部40において走査各位置で検出された投影データ(検出信号)に基づいて、関心領域の3次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行なう画像処理部51と、この画像処理部51で画像再構成された関心領域の3次元ボリュームデータを記憶する画像情報記憶部52とを備えている。以下に、画像処理部51と画像情報記憶部52の具体的な機能について説明する。なお、この画像処理部51は、コーンビームCT再構成手法であるフェルドカンプ(Feldkamp)法、すなわち、コーンビーム状X線を照射するX線管Rと、被検体を透過したX線を面検出するフラットパネル型X線検出器Dとを、被検体の体軸周りに1回転(少なくとも半回転)させて被検体の透過像を撮影し、被検体の体軸周り1回転分の透過像に基づいて、関心領域の3次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行うというCTタイプの画像再構成手法を、X線管Rとフラットパネル型X線検出器Dとを被検体の体軸周りに半回転以上させない、所謂非CTタイプの画像再構成手法に適用可能としたものである。
【0028】
ここで、非CTタイプの画像再構成手法に適用可能にしたフェルドカンプ(Feldkamp)法による、関心領域の3次元ボリュームデータを生成する画像再構成の一連の処理手順について、図1,図2を参照しながら概説する。まず、図2に示すように、被検体Mの関心領域のほぼ中心に設定される回転中心軸C周りの円周軌道上に被検体Mを挟んで2つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上にX線管Rを移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上にフラットパネル型X線検出器DをX線管Rとの間隔が一定になるように移動させる円弧走査を行うことで、被検体Mの関心領域についての撮影を行ない、走査各位置で検出された、被検体Mの関心領域についての一群の投影データを取得する。次に、この一群の投影データを個別に、後述する所定の第1の重み付け処理を行なう。次に、第1の重み付け処理後の各投影データに対して、後述する所定のコンボリューション処理を施す。次に、コンボリューション処理後の各投影データに対して、後述する所定の第2の重み付け処理を行なう。次に、第2の重み付け処理した後の投影データを個別に、後述する所定の逆投影(バックプロジェクション:BP)処理してBP像(3次元ボリュームデータ)を生成する。このようにして、関心領域の3次元ボリュームデータを生成する画像再構成が行なわれる。なお、オペレータは、この3次元ボリュームデータから任意の断層面の画像を選択することで、選択した断層画像(X軸方向から見た断層画像)が見られる。
【0029】
また、上述のフェルドカンプ(Feldkamp)のアルゴリズムは、次に示す式(1)〜式(3)として表される。異なる角度からの複数の投影データPΦ に基づいて、立方体f(r)を再構成するのである(図6参照)。
【0030】
【数1】
【0031】
ただし、f(r)は、再構成される立方体(三次元ボリュームデータ)の位置rでの画素データである。Y(vr),Z(vr)は、位置rの画素がフラットパネル型X線検出器Dの検出面上に投影される点の座標であり、前記の小文字のvは「ベクトル」を意味しており、以下、適宜に小文字の「v」でもってベクトルを表すものとする。PΦ は、投影角度Φでのフラットパネル型X線検出器Dの検出面上の投影データである。gy は、Filtered Back Projectionのフィルタ関数と呼ばれ、後述する|ω|(絶対値オメガ)フィルタ関数である。W1 ,W2 は、ビームの広がりの影響を補正するための係数であり、W1 は、後述する第1の重み付け処理に関する係数であり、W2 は、後述する第2の重み付け処理に関する係数である。
【0032】
画像処理部51は、図1に示すように、撮影により得られた一群の投影データを個別に所定の第1の重み付け処理を行なう第1の重み付け処理部53と、この第1の重み付け処理後の各投影データに対して所定のコンボリューション処理を施すコンボリューション処理部54と、このコンボリューション処理後の各投影データに対して所定の第2の重み付け処理を行なう第2の重み付け処理部55と、この第2の重み付け処理した後の投影データを個別に所定の逆投影(バックプロジェクション:BP)処理してBP像(3次元ボリュームデータ)を生成する逆投影処理部56とを備えている。
【0033】
第1の重み付け処理部53は、撮影により得られた一群の投影データを個別に所定の第1の重み付け処理を行なう。具体的には、図7に示すように、走査各位置でフラットパネル型X線検出器Dで検出された各投影データに対して、フラットパネル型X線検出器Dの各画素行iごとにビュー方向の画素検出レベル変動を補正する。なお、図7に示すように、被検体Mに向けてX線管Rから照射されるコーンビーム状のX線の中心点が、常に、被検体Mの特定断層面の中心点O(回転中心軸C上の点でもある)を透過して、フラットパネル型X線検出器Dの検出面の中心点に垂直に入射されるようになっている。
【0034】
続いて、第1の重み付け処理部53は、図7に示すように、投影データに対して、次に示す式(4)に基づく重み付け処理を行なう。
cos θ=SID/(SID2 +Yj2 +Zj2 )1/2 …… (4)
つまり、各画素に式(4)のcos θをかけて重み付け処理を行なう。例えば、画素Dijは、Yj ・cos θとすることで、重み付け処理後の画素値が求められる。これはビューによらず一定であるので、重み付け処理として予め作られている。このようにして、第1の重み付け処理後の投影データを算出する(図8には、「第1の重み付け処理後投影像:SC(i,j)」として図示している)。
【0035】
コンボリューション処理部54は、第1の重み付け処理後の各投影データ、すなわち、第1の重み付け処理後投影像:SC(i,j)に対して所定のコンボリューション処理を施す。実空間で行なうコンボリューション処理は、フーリエ空間で行なうフィルタリング処理と同等であるので、ここでは説明の便宜上、上述の所定コンボリューション処理を、フーリエ空間で行なうフィルタリング処理(図8に示す|ω|(絶対値オメガ)フィルタリング処理)として説明するものとする。なお、以下にコンボリューション処理部54での|ω|フィルタリング処理について説明する。
【0036】
コンボリューション処理部54は、フラットパネル型X線検出器Dのi行ごとに横方向に1次元フーリエ変換を行ない、フーリエ面像SCF(i,ω)を生成する1次元フーリエ変換部と、1次元フーリエ変換したフーリエ面像SCF(i,ω)に対して|ω|フィルタリングを施すフィルタリング部と、このフィルタリング部でフィルタリングした後のフーリエ面像SCF´(i,ω)を1次元逆フーリエ変換して実空間データに戻す1次元逆フーリエ変換部とを備えている。
【0037】
フィルタリング部は、図8に示すように、1次元フーリエ変換したフーリエ面像SCF(i,ω)のi行方向に等方的に高周波領域を低減して高周波ノイズ分を抑制するフィルタとデータ収集走査形態に依存するフィルタとにより構成される|ω|フィルタリング部を備えている。なお、上述のデータ収集走査形態に依存するフィルタは、フィルタリング後のフーリエ面像SCF´(i,ω)を1次元逆フーリエ変換する際に、直流成分が強調されて生成されるのを抑制しており、直流成分が強調されることに起因する偽像を低減しているのである。
【0038】
ここで、1次元フーリエ空間でフィルタリング処理を行なうことの意味合いについて説明する。1次元フーリエ空間でフィルタリング処理を行なうことは、数学的には次に示す式(5)で示される。なお、SCF´(i,ω)はフィルタリング処理された後の1次元フーリエ面像であり、M(ωi )は上述したフィルタリング部のフィルタ特性を示す関数である。
SCF´(i,ω)=SCF(i,ω)×M(ωi ) … (5)
【0039】
なお、M(ωi )は、前述の2個のフィルタ特性を表す関数の積として次に示す式(6)のように表される。
M(ωi )=Mi(ωi )・Mω(ωi) … (6)
式(6)に示した各フィルタ関数系の典型例について、以下に示す。
【0040】
Mi(ωi )は、図9(a)に示すようなフィルタ特性を有しており、次に示す式(7)〜(9)で表される。
ただし、高周波成分が図9(a)に示すように滑らかに減衰する正弦波状関数型にした。CFRはカットオフ周波数であり、WFRはフィルタ強度の遷移全周波数幅である(図9(a)参照)。このMi(ωi )は、1次元フーリエ空間での高周波成分を削除するものである。
【0041】
Mω(ωi)は、図9(b)に示すようなフィルタ特性を有しており、次に示す式(10)で表される。
Mω(ωi)=|ωi| … (10)
【0042】
なお、図9(a),(b)には、横軸のプラス方向の特性のみを図示しているが、横軸のマイナス方向の特性は、縦軸を中心に横軸のプラス方向の特性を線対称させたものと同じであるので、図示省略している。
【0043】
図8に戻って、1次元逆フーリエ変換部は、|ω|フィルタリング部で|ω|フィルタリングした後のフーリエ面像SCF´(i,ω)を1次元逆フーリエ変換して実空間データに戻して、コンボリューション後の投影像SC´(i,j)を生成する。
【0044】
第2の重み付け処理部55は、走査各位置におけるコンボリューション処理後の投影データSC´(i,j)に対して所定の第2の重み付け処理を行なう。具体的には、次に示す式(11)に従って、被検体固定座標系での3次元画素ポイント:P(l,m,n)の重み関数W(l,m,n)を計算する(図10参照)。ただし、Hは、画素ポイントP(l,m,n)からX軸に下ろした垂線の位置である。
W(l,m,n)=RO2 /(RO+OH)2 … (11)
【0045】
続いて、第2の重み付け処理部55は、図11に示すように、3次元画素ポイント:P(l,m,n)の投影像SC´(i,j)上での座標(I,J)と重み用の仮数(az ,ay )とを求める。このようにして、第2の重み付け処理を行なう。
【0046】
次に、逆投影処理部56は、第2の重み付け処理後の投影データを個別に所定の逆投影(バックプロジェクション:BP)処理してBP像(3次元ボリュームデータ)を生成する。具体的には、図11に示すように、走査各位置で検出された、被検体Mの関心領域についての一群の第2の重み付け処理後の投影データを、撮影された被検体Mの関心領域に仮想的に設定される3次元格子群Kの所定の格子点に逆投影して、関心領域の3次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行う。
【0047】
具体的には、次に示す式(12)に従って、線型補間演算とバックプロジェクションとを行なう。なお、バックプロジェクション蓄積量をIn (l,m,n)とし、前回までのバックプロジェクション蓄積量をIn-1 (l,m,n)とする。
【0048】
なお、投影像の画素間隔を1に規格化して、次に示す式(13)〜(16)のような乗算重み付け方式の場合の重み関数を示す。
W11=(1−az )・(1−ay ) …(13)
W12=(1−az )・ay …(14)
W21=az ・(1−ay ) …(15)
W22=az ・ay …(16)
【0049】
3次元格子群Kの残りの所定の格子点についても、前記と同様にして逆投影を行ない、さらに、走査各位置ごと、すなわち、+θmax (+30°)〜−θmax (−30°)の範囲にわたって、これと同様の逆投影を行なうことで、BP像(3次元ボリュームデータ)が生成される。
【0050】
画像情報記憶部52は、逆投影処理部56で生成された3次元ボリュームデータを記憶しており、操作部10から任意の断層面の画像情報が選択されると、その断層面の画像情報をモニタ60に出力する。
【0051】
モニタ60は、画像情報記憶部52に蓄積された所定の画像情報を出力表示するものである。
【0052】
以上のように、駆動部30は、被検体Mの周りの円周軌道上に被検体Mを挟んで2つの円弧軌道を対向して設定し、両円弧軌道のいずれか一方の円弧軌道上にX線管Rを移動させるのと同期して、他方の円弧軌道上にフラットパネル型X線検出器DをX線管Rとの間隔が一定になるように移動させる円弧走査を行う。コンボリューション処理部54は、走査各位置で検出された投影データに対してコンボリューション処理を施す。逆投影処理部56は、コンボリューション処理部54でコンボリューション処理された投影データを、撮影された被検体の関心領域に仮想的に設定される3次元格子群Kの所定の格子点に逆投影して、関心領域の3次元ボリュームデータを生成するというコーンビームCT再構成手法であるフェルドカンプ(Feldkamp)法により画像再構成を行えば、各角度からの撮影により得られた複数枚の投影像(走査各位置の投影像)を単一面上に重ね合わせるような検出信号の加算演算処理を行って2次元断層画像データを生成するという従来手法を用いないので、複数回にわたって断層撮影することなく関心領域の3次元ボリュームデータを生成でき、被検体の関心領域についての3次元断層画像を迅速に生成できる。
【0053】
次に、上記フェルドカンプ(Feldkamp)法による画像再構成を、X線管Rと検出器Dとを対向して平行直線走査する場合に適用する場合の本発明実施例を示す。
【0054】
(1)上述の説明では、駆動部30は、X線管Rとフラットパネル型X線検出器Dとを円弧移動させて走査(円弧走査)しているが、本願発明では、この円弧走査に替えて、図12(a)に示すように、被検体Mを挟んでX線管Rとフラットパネル型X線検出器Dとが対向配置され、X線管Rを第1方向に直線移動させるのと同期して、フラットパネル型X線検出器Dを前記第1方向とは反対方向である第2方向に平行直線移動させるように連動移動させる、所謂、平行直線走査を行う。以下に、この平行直線走査を行う場合について説明する。
【0055】
コーンビームCT再構成手法であるフェルドカンプ(Feldkamp)法では、X線管Rから回転中心軸Cに下ろした垂線がフラットパネル型X線検出器Dの検出平面と直交しており、ジオメトリの各種情報(X線管Rからフラットパネル型X線検出器D間の距離や、回転中心軸Cが検出平面上ではどこに現れるか、等の条件)をパラメータとして与え再構成処理を行っている。上述の円弧走査では、X線管Rとフラットパネル型X線検出器Dとの関係が、常に、前述の条件を満たしているので、固定したパラメータで再構成を行っている。
【0056】
しかし、平行直線走査では、図12(a),(b)に示すように、被検体Mに向けてX線管Rから照射されるコーンビーム状X線のビーム中心は、被検体Mの特定断層面の中心点Oを透過し、常に、フラットパネル型X線検出器Dの検出平面の中心点に垂直に入射されるようになっていない、つまり、フラットパネル型X線検出器Dの検出平面の中心点への入射角度が各ビュー毎に異なる角度となっているので、このままでは直接フェルドカンプ(Feldkamp)法を適用できない。
【0057】
そこで、図12(b)に示すように、被検体Mに向けてX線管Rから照射されるコーンビーム状X線のビーム中心がフラットパネル型X線検出器Dの検出平面の中心点に垂直に入射される直線に直交するとともに、X線管Rおよびフラットパネル型X線検出器Dの移動方向に直交するものであって、被検体の関心領域のほぼ中心の断層面内を通過する軸を、仮想回転中心軸VCとし、X線管Rからフラットパネル型X線検出器Dの検出平面の中心点に垂直に下ろされる第1垂線長さSIDとし、X線管Rとフラットパネル型X線検出器Dの検出平面中心とを結ぶ直線と、被検体の関心領域の断層面に直交する断層軸とのなす角度をψとすると、各ビューにおける、フラットパネル型X線検出器Dの検出平面の中心点から第1垂線に下ろした第2垂線の長さYAは、YA=SIDtan ψで表される。このように、仮想回転中心軸VCは、回転中心軸Cと平行で、回転中心軸CとX軸座標は等しくなっているが、ビュー毎に異なる位置となっている。つまり、図12(b)に示すように、B´では、仮想回転中心軸VCは回転中心軸Cと同一点上にあり一致しているが、A´、C´では、仮想回転中心軸VCは回転中心軸Cと同一点上になく、ずれた位置にある。
【0058】
したがって、各ビューの逆投影を行なう際に、その都度この仮想回転中心軸VCに合わせてパラメータ(前述の式(1)におけるY(vr)をYA=SID・tan ψに応じて変えて再構成処理を行なうことで、元画像データに手を加えずに(例えば、元画像データを面変換するなどの手を加えないで)フェルドカンプ(Feldkamp)法をそのまま適用できる。なお、前述の式(1)の説明においても定義しておいたように、小文字の「v」はベクトルを表しており、以下においても同様とする。
【0059】
上述のパラメータY(vr)の変更について具体的に説明する。なお、図12(b)に示すように、B´にてvr(rベクトルと呼ぶ)で示される点と、C´にてvrc(rcベクトルと呼ぶ)で示される点とは、3次元格子群Kの同一の点であるとする。仮想回転中心軸VCを基準に考えると、上述の2点のそれぞれのY座標の関係は、次に示す式(17)で表される。ただし、図12(b)のC´に示すように、SODは、X線管Rから仮想回転中心軸VCまでの距離であり、rcy は、仮想回転中心軸VCからvrcで示される点までのY軸上の距離であり、図12(b)のB´に示すように、ry は、仮想回転中心軸VCからvrで示される点までのY軸上の距離である。なお、被検体Mの特定断層面の中心点Oは、仮想回転中心軸VC上にある。
rcy =ry +SOD・tan ψ …(17)
【0060】
そして、X線管Rからvrcを通ったX線がフラットパネル型X線検出器Dの検出平面上に投影される点のY座標をYc(vr)とする。実際のフラットパネル型X線検出器DはYA=SID・tan ψだけ、シフトして考えているので、実際のフラットパネル型X線検出器Dの検出平面上での座標は、次に示す式(18)で表される。
Y(vr)=Yc(vr)−SID・tan ψ …(18)
ただし、Yc(vr)=SID・rcy /SODである。
【0061】
このように、各ビューの逆投影を行なう際に、前述の式(1)のパラメータY(vr)を前述の式(18)に基づいて変えて(座標補正を行なって)各画素についての再構成処理を行なうだけでよく、元画像データに手を加えずに(例えば、元画像データを面変換するなどの手を加えないで)フェルドカンプ(Feldkamp)法をそのまま適用できる。
【0062】
このように、X線管Rとフラットパネル型X線検出器Dを平行直線移動させた場合には、X線管Rとフラットパネル型X線検出器Dとを被検体Mを挟んで平行直線走査して、被検体Mの関心領域の3次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行うための非CTタイプの断層撮影を行うことができる。
【0065】
また、X線管Rおよびフラットパネル型X線検出器Dを移動させるようにして走査しているが、例えば、X線管Rを固定としフラットパネル型X線検出器Dと被検体Mとを移動させて走査したり、フラットパネル型X線検出器Dを固定としX線管Rと被検体Mとを移動させて走査したりするなど、X線管Rとフラットパネル型X線検出器Dと被検体Mとのうちのいずれか2つを移動させるようにして走査してもよい。
【0066】
(2)上述の各実施例では、面検出器としてフラットパネル型X線検出器Dを採用しているが、X線CCDカメラやI.I管やイメージングプレートなど各種の2次元面検出器を採用することもできる。
【0067】
(3)上述の各実施例の断層撮影装置は、被検体Mを人体などとして医療用に用いることもできるし、被検体MをBGA(Ball Grid Array)基板やプリント配線基板など各種の電子部品などとして非破壊検査用に用いることもできる。
【0068】
(4)上述の各実施例では、X線管RによってX線を被検体Mに照射しているが、X線に限らず、被検体Mに対して透過性を有する例えば、ガンマ線、光などの電磁波を用いた場合であっても、同様の効果を有する。したがって、この発明の断層撮影装置は、X線断層撮影装置に限定されるものではなく、X線以外で被検体Mに対して透過性を有する電磁波を用いて断層撮影を行う断層撮影装置にも適用可能である。
【0069】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、請求項1に記載の平行直線走査型の断層撮影装置によれば、検出器を被検体の周囲に周回させない、いわゆる非CTタイプの断層撮影装置であっても、CTタイプの再構成手法であるフェルドカンプ(Feldkamp)法による画像再構成手法を適用することができ、従来のように複数回にわたって断層撮影することもなく被検体の関心領域についての3次元断層画像を迅速に生成することができる。
【0070】
そして、照射源と面検出器とを平行直線走査した場合であっても、投影データ(元画像データ)を面変換するなどの手を加える必要がなく、パラメータを変化させるだけでこの投影データ(元画像データ)を直接に再構成処理を行うことができる。
【0071】
また、請求項2に記載の発明によれば、面検出器としてフラットパネル型検出器またはイメージインテンシファイアを用いた場合であっても、被検体の関心領域についての3次元断層画像を迅速に生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係るX線CT装置のブロック図である。
【図2】(a)は非CTタイプのX線断層撮影装置におけるX線管とフラットパネル型X線検出器との一走査形態を示す概略側面図であり、(b)は(a)の概略斜視図である。
【図3】フラットパネル型X線検出器の構成図である。
【図4】フラットパネル型X線検出器の概略構成を示す斜視図である。
【図5】(a)、(b)はフラットパネル型X線検出器の層構造を示す断面図である。
【図6】実施例に係るフェルドカンプ(Feldkamp)アルゴリズムを説明するための模式図である。
【図7】実施例の第1の重み付け処理部による余弦補正を説明するための模式図である。
【図8】実施例のコンボリューション部での一連の処理を説明するための模式図である。
【図9】(a)、(b)は実施例のフィルタリング部の各フィルタ関数を示す特性図である。
【図10】コンボリューション処理後の投影データを仮想の3次元格子群に逆投影処理することを説明するための模式図である。
【図11】コンボリューション処理後の投影データを仮想の3次元格子群に逆投影処理することを説明するための模式図である。
【図12】(a)、(b)は非CTタイプのX線断層撮影装置で平行直線走査する場合におけるフェルドカンプ(Feldkamp)適用方法を説明するための様式図である。
【符号の説明】
30 … 駆動部
51 … 画像処理部
54 … コンボリューション処理部
56 … 逆投影処理部
D … フラットパネル型X線検出器
M … 被検体
R … X線管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-CT type tomographic apparatus for performing tomographic imaging of a subject used in the medical field, industrial field, and the like, and in particular, a technique for quickly generating a three-dimensional tomographic image of a region of interest of a subject. About.
[0002]
[Prior art]
As a conventional tomography apparatus, for example, there is an X-ray tomography apparatus. In this X-ray tomography apparatus, an X-ray tube and an image intensifier (hereinafter referred to as “I.I tube”) are opposed to each other with a subject interposed therebetween, and the X-ray tube is linearly moved in a first direction. In synchronization with The I tube is moved in an interlocking manner so as to move in a straight line parallel to a second direction opposite to the first direction, and an arbitrary point on the specific tomographic plane of the subject is I.I. Intermittent imaging is performed while changing the X-ray irradiation angle to the subject of the X-ray tube so as to always be at the same position on the detection surface of the I-tube. Then, the image information of the specific tomographic plane of the subject and the front and back of the specific tomographic plane can be obtained only by performing the addition calculation processing of the detection signal so as to superimpose a plurality of projection images obtained by photographing from each angle. The image information of the nearby tomographic plane is calculated.
[0003]
As described above, the X-ray tomography apparatus described above is of a non-CT type tomography system that is not an X-ray CT (X-ray computer tomography) type tomography system of remarkable progress in recent years. In other words, the X-ray CT type tomography method uses an X-ray tube and an I.D. By capturing the I tube with one rotation (at least half rotation) around the body axis of the subject, a transmission image of one rotation (at least half rotation) around the body axis of the subject is acquired and transmitted through these images. An image reconstruction is performed based on the image, and a tomographic image viewed from the body axis direction of the subject can be obtained. However, the non-CT type tomography method is an X-ray tomography apparatus as described above. Tube and I. A tomographic image in the body axis direction of the subject can be obtained without causing the I tube to rotate more than half a rotation around the body axis of the subject.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional example having such a configuration has the following problems. That is, the non-CT type tomography apparatus has a problem in that it cannot quickly generate a three-dimensional tomographic image of the region of interest of the subject.
[0005]
Specifically, the non-CT type tomography apparatus of the conventional example can perform a specific tomographic image of a region of interest of a subject and neighboring tomographic planes before and after this specific tomographic plane in one tomographic imaging. Only an image can be obtained, and only a two-dimensional tomographic image of the region of interest of the subject can be obtained. Therefore, when it is desired to generate three-dimensional volume data (three-dimensional tomographic image) for the region of interest of the subject, the tomographic imaging is repeated a plurality of times, and the two-dimensional tomographic images obtained for each imaging are sequentially stacked. Since it is necessary to generate a three-dimensional tomographic image, the number of exposures to the subject increases, which not only burdens the subject but also takes a very long time to generate the three-dimensional volume data. It will take.
[0006]
For example, I.I. Even when it is desired to obtain a tomographic image that is not parallel to the detection surface of the I tube (tilted tomographic image), two-dimensional tomographic images obtained for each imaging are sequentially stacked by performing tomographic imaging multiple times. As described above, the three-dimensional tomographic image is generated, and a desired inclined tomographic image is calculated from the three-dimensional tomographic image by calculation.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a tomographic apparatus capable of quickly generating a three-dimensional tomographic image of a region of interest of a subject.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention has the following configuration. That is, the tomography apparatus according to
[0009]
And in particular, (e) the image processing unit corrects the influence of the first weighting process for correcting the beam spread from the irradiation source, the convolution process, and the beam spread from the irradiation source. The process is performed by the Feldkamp method including the second weighting process and the backprojection process, and (f) the backprojection process in the Feldkamp method passes through the substantially center of the region of interest of the subject and takes an image. An axis orthogonal to the tomographic plane to be used is a virtual rotation center axis, and each position is determined according to an angle formed by a straight line connecting the irradiation source and the center of the surface detector at each scanning position and the virtual rotation center axis. This projection data is subjected to coordinate correction and then back-projected onto a predetermined lattice point of the three-dimensional lattice group.
[0010]
A tomographic apparatus according to claim 2 is the tomographic apparatus according to
[0011]
[Action]
The operation of the present invention is as follows. That is, according to the first aspect of the invention, the irradiation source R irradiates the subject M with an electromagnetic wave having permeability to the subject M in a divergent beam shape. The surface detector D is disposed opposite to the irradiation source R with the subject M interposed therebetween, and detects an electromagnetic wave transmitted through the subject M. The
[0012]
In general, when the irradiation source R and the surface detector D are scanned in parallel straight lines, the Feldkamp method cannot be used because the angle of incidence on the detection plane differs for each scanning position. In the present invention, during back projection processing in the Feldkamp method, an axis that passes through substantially the center of the region of interest of the subject and is orthogonal to the tomographic plane to be imaged is a virtual rotation center axis, and the irradiation source and the surface at each scanning position The Feldkamp method can be used in parallel straight line scanning by correcting the coordinates of the projection data at each position according to the angle between the straight line connecting the center of the detector and the virtual rotation center axis. It is a feature. With this coordinate correction, even when the irradiation source R and the surface detector D are scanned in parallel straight lines, it is not necessary to perform a process such as plane conversion of the projection data (original image data). Image data) can be directly reconstructed.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, even when a flat panel detector or an image intensifier is used as the surface detector, a three-dimensional tomographic image of the region of interest of the subject can be quickly obtained. Generated.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A non-CT type X-ray tomography apparatus as an embodiment according to the tomography apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram according to an embodiment of the X-ray tomography apparatus of the present invention.
[0015]
The X-ray CT apparatus of this embodiment includes an
[0016]
Hereinafter, the configuration and function of each unit will be described in detail. The X-ray tomography apparatus according to the present invention performs linear parallel scanning. First, the case of taking an arc orbit will be described. As shown in FIG. 2, two circular arc trajectories are set opposite to each other with the subject M sandwiched on a circumferential trajectory around the subject M, and an X-ray tube is placed on one of the circular arc trajectories. Synchronously with the movement of R, arc scanning is performed to move the flat panel X-ray detector D on the other arc orbit so that the distance from the X-ray tube R is constant, and the X-ray tube R Intermittent imaging is performed while changing the X-ray irradiation angle θ of the subject M. The X-ray irradiation angle θ can be set within an arbitrary angle range, but here, for example, it is set within the range of + θmax (+ 30 °) to −θmax (−30 °). Then, from the
[0017]
An
[0018]
As shown in FIG. 2, the
[0019]
As shown in FIG. 1, the
[0020]
The flat panel X-ray detector D detects an X-ray fluoroscopic image of the subject M generated by X-ray irradiation by the X-ray tube R, converts it into an electric signal as an X-ray detection signal, and outputs it. As shown in FIG. 3, the line detector is a so-called two-dimensional matrix X-ray detector in which a large number of detection elements Du are arranged vertically and horizontally. The arrangement of the detection elements Du in the flat panel X-ray detector D of the embodiment is, for example, a square matrix in the horizontal (i row) direction 1024 and the vertical (j column) direction 1024. For convenience of explanation, the horizontal (i) It is assumed that the matrix is a square matrix of 1000 in the direction 1000 and 1000 in the vertical (j) direction, and FIG. 3 shows only 9 matrix configurations in a 3 × 3 matrix configuration. Unlike the image intensifier, which has a rectangular planar shape, the flat panel X-ray detector D enables a rectangular detection surface suitable for imaging large areas such as the chest and abdomen. In particular, it is a useful X-ray detector.
[0021]
As shown in FIG. 4, the flat panel X-ray detector D includes an
[0022]
The flat panel X-ray detector D includes a direct conversion type shown in FIG. 5A and an indirect conversion type shown in FIG. 5B. In the case of the former direct conversion type, the
[0023]
As shown in FIG. 3, the flat panel X-ray detector D includes an X-ray detection substrate 41 on which an
[0024]
Further, as shown in FIG. 3, the flat panel X-ray detector D is connected to a
[0025]
In the case of the flat panel X-ray detector D, a scanning signal for signal extraction is sent to the
[0026]
As the extraction voltage is applied from the
[0027]
Next, the configuration and function of the data processing unit 50 will be described. As shown in FIG. 1, the data processing unit 50 performs image reconstruction that generates three-dimensional volume data of a region of interest based on projection data (detection signal) detected at each scanning position in the
[0028]
Here, a series of processing steps of image reconstruction for generating three-dimensional volume data of a region of interest by the Feldkamp method that can be applied to a non-CT type image reconstruction method is shown in FIGS. Outline with reference. First, as shown in FIG. 2, two circular arc trajectories are set opposite to each other with the subject M sandwiched on a circumferential trajectory around the rotation center axis C set almost at the center of the region of interest of the subject M, In synchronization with the movement of the X-ray tube R on one of the two circular arc tracks, the distance between the flat panel X-ray detector D and the X-ray tube R is kept constant on the other circular arc track. By performing an arc scan that moves in such a manner, the region of interest of the subject M is imaged, and a group of projection data for the region of interest of the subject M detected at each position of the scan is acquired. Next, a predetermined first weighting process to be described later is performed on the group of projection data individually. Next, a predetermined convolution process to be described later is performed on each projection data after the first weighting process. Next, a predetermined second weighting process described later is performed on each projection data after the convolution process. Next, the projection data after the second weighting process is individually processed by a predetermined back projection (back projection: BP) described later to generate a BP image (three-dimensional volume data). In this way, image reconstruction for generating three-dimensional volume data of the region of interest is performed. The operator selects an image of an arbitrary tomographic plane from the three-dimensional volume data, so that the selected tomographic image (tomographic image viewed from the X-axis direction) can be seen.
[0029]
Further, the above-described Feldkamp algorithm is expressed as the following equations (1) to (3). Multiple projection data PΦ from different angles The cube f (r) is reconstructed based on (see FIG. 6).
[0030]
[Expression 1]
[0031]
Here, f (r) is pixel data at the position r of the reconstructed cube (three-dimensional volume data). Y (vr) and Z (vr) are the coordinates of the point at which the pixel at the position r is projected on the detection surface of the flat panel X-ray detector D, and the lowercase letter v means “vector”. In the following, it is assumed that a vector is appropriately represented by a lowercase letter “v”. PΦ Is projection data on the detection surface of the flat panel X-ray detector D at the projection angle Φ. gyIs a filter function of Filtered Back Projection, and is a | ω | (absolute value omega) filter function described later. W1 , W2 Is a coefficient for correcting the influence of beam spread, and W1Is a coefficient relating to a first weighting process described later, and W2 Is a coefficient relating to a second weighting process to be described later.
[0032]
As shown in FIG. 1, the image processing unit 51 includes a first
[0033]
The first
[0034]
Subsequently, as shown in FIG. 7, the first
cos θ = SID / (SID2 + Yj2 + Zj2 )1/2 (4)
That is, the weighting process is performed by applying cos θ of Expression (4) to each pixel. For example, the pixel Dij is Yj · cos θ, and the pixel value after the weighting process is obtained. Since this is constant regardless of the view, it is created in advance as a weighting process. In this way, the projection data after the first weighting process is calculated (shown as “first weighted projection image: SC (i, j)” in FIG. 8).
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
As shown in FIG. 8, the filtering unit is a filter and a data collection that suppresses a high-frequency noise component by isotropically reducing a high-frequency region in the i-row direction of the Fourier plane image SCF (i, ω) subjected to the one-dimensional Fourier transform. | Ω | filtering section configured by a filter depending on the scanning form. Note that the above-described filter that depends on the data acquisition scanning mode suppresses generation of a DC component that is emphasized when the filtered Fourier plane image SCF ′ (i, ω) is subjected to a one-dimensional inverse Fourier transform. Therefore, the false image resulting from the enhancement of the DC component is reduced.
[0038]
Here, the meaning of performing the filtering process in the one-dimensional Fourier space will be described. Performing the filtering process in the one-dimensional Fourier space is mathematically expressed by the following equation (5). Note that SCF ′ (i, ω) is a one-dimensional Fourier plane image after the filtering process, and M (ωi) is a function indicating the filter characteristics of the filtering unit described above.
SCF ′ (i, ω) = SCF (i, ω) × M (ωi) (5)
[0039]
M (ωi) is expressed as the following equation (6) as a product of the functions representing the two filter characteristics described above.
M (ωi) = Mi (ωi) · Mω (ωi) (6)
A typical example of each filter function system shown in Expression (6) is shown below.
[0040]
Mi (ωi) has a filter characteristic as shown in FIG. 9A and is expressed by the following equations (7) to (9).
However, the high-frequency component is a sinusoidal function type that attenuates smoothly as shown in FIG. CFR is a cutoff frequency, and WFR is a transition full frequency width of the filter strength (see FIG. 9A). This Mi (ωi) deletes high frequency components in the one-dimensional Fourier space.
[0041]
Mω (ωi) has a filter characteristic as shown in FIG. 9B and is expressed by the following equation (10).
Mω (ωi) = | ωi | (10)
[0042]
9A and 9B show only the characteristics in the positive direction of the horizontal axis, the characteristics in the negative direction of the horizontal axis are characteristics in the positive direction of the horizontal axis centering on the vertical axis. Are the same as those obtained by making the lines symmetrical with each other, and are not shown.
[0043]
Referring back to FIG. 8, the one-dimensional inverse Fourier transform unit performs one-dimensional inverse Fourier transform on the Fourier plane image SCF ′ (i, ω) after | ω | filtering by the | ω | Thus, the projection image SC ′ (i, j) after the convolution is generated.
[0044]
The second
W (l, m, n) = RO2 / (RO + OH)2 (11)
[0045]
Subsequently, the second
[0046]
Next, the back
[0047]
Specifically, linear interpolation calculation and back projection are performed according to the following equation (12). Note that the back projection accumulation amount is In (L, m, n) and the amount of back projection accumulated until the previous time is In-1 Let (l, m, n).
[0048]
In addition, the weighting function in the case of the multiplication weighting system like the following formulas (13) to (16) is shown by normalizing the pixel interval of the projected image to 1.
W11= (1-az) ・ (1-ay) …(13)
W12= (1-az) ・ Ay …(14)
Wtwenty one= Az・ (1-ay... (15)
Wtwenty two= Az・ Ay … (16)
[0049]
Back projection is performed on the remaining predetermined lattice points of the three-dimensional lattice group K in the same manner as described above, and further, for each scanning position, that is, over the range of + θmax (+ 30 °) to −θmax (−30 °). BP image (three-dimensional volume data) is generated by performing back projection similar to this.
[0050]
The image
[0051]
The
[0052]
As described above, the
[0053]
Next, an embodiment of the present invention in the case where the image reconstruction by the Feldkamp method is applied to parallel X-ray scanning with the X-ray tube R and the detector D facing each other will be described.
[0054]
(1) In the above description, the
[0055]
In the Feldkamp method, which is a cone beam CT reconstruction method, the perpendicular drawn from the X-ray tube R to the rotation center axis C is orthogonal to the detection plane of the flat panel X-ray detector D, and various geometries are obtained. Information (conditions such as the distance between the X-ray tube R and the flat panel X-ray detector D and where the rotation center axis C appears on the detection plane) is given as parameters, and the reconstruction process is performed. In the above-described arc scanning, since the relationship between the X-ray tube R and the flat panel X-ray detector D always satisfies the above-described conditions, reconstruction is performed with fixed parameters.
[0056]
However, in the parallel linear scanning, as shown in FIGS. 12A and 12B, the beam center of cone-beam X-rays emitted from the X-ray tube R toward the subject M is specified by the subject M. It passes through the center point O of the tomographic plane and is not always incident perpendicularly to the center point of the detection plane of the flat panel X-ray detector D, that is, the detection of the flat panel X-ray detector D. Since the incident angle to the center point of the plane is different for each view, the Feldkamp method cannot be applied directly.
[0057]
Therefore, as shown in FIG. 12B, the beam center of the cone-beam X-ray irradiated from the X-ray tube R toward the subject M is the center point of the detection plane of the flat panel X-ray detector D. It is perpendicular to the perpendicularly incident straight line and perpendicular to the moving direction of the X-ray tube R and the flat panel X-ray detector D, and passes through the tomographic plane at the center of the region of interest of the subject. The axis is a virtual rotation center axis VC, the first perpendicular length SID is taken down perpendicularly from the X-ray tube R to the center point of the detection plane of the flat panel X-ray detector D, and the X-ray tube R and the flat panel type Assuming that an angle between a straight line connecting the detection plane center of the X-ray detector D and a tomographic axis perpendicular to the tomographic plane of the region of interest of the subject is ψ, the flat panel X-ray detector D in each view First down from the center point of the detection plane to the first perpendicular The length of the perpendicular line YA is represented by YA = SIDtan ψ. As described above, the virtual rotation center axis VC is parallel to the rotation center axis C, and the rotation center axis C and the X-axis coordinate are the same, but at different positions for each view. That is, as shown in FIG. 12B, in B ′, the virtual rotation center axis VC is on the same point and coincides with the rotation center axis C, but in A ′ and C ′, the virtual rotation center axis VC. Is not on the same point as the rotation center axis C, but at a shifted position.
[0058]
Therefore, each time the back projection of each view is performed, reconstruction is performed by changing the parameter (Y (vr) in the above equation (1) according to YA = SID · tan ψ in accordance with the virtual rotation center axis VC each time. By performing the processing, the Feldkamp method can be applied as it is without changing the original image data (for example, without changing the surface of the original image data). As defined in the description of 1), the lowercase letter “v” represents a vector, and the same applies to the following.
[0059]
The change of the parameter Y (vr) will be specifically described. As shown in FIG. 12B, a point indicated by vr (referred to as r vector) at B ′ and a point indicated by vrc (referred to as rc vector) at C ′ are a three-dimensional lattice. Let it be the same point of group K. Considering the virtual rotation center axis VC as a reference, the relationship between the Y coordinates of the two points described above is expressed by the following equation (17). However, as indicated by C ′ in FIG. 12B, SOD is the distance from the X-ray tube R to the virtual rotation center axis VC, and rcyIs the distance on the Y-axis from the virtual rotation center axis VC to the point indicated by vrc, and as indicated by B ′ in FIG.yIs the distance on the Y axis from the virtual rotation center axis VC to the point indicated by vr. The center point O of the specific tomographic plane of the subject M is on the virtual rotation center axis VC.
rcy= Ry+ SOD ・ tan ψ (17)
[0060]
Then, the Y coordinate of the point at which the X-ray passing from the X-ray tube R through vrc is projected onto the detection plane of the flat panel X-ray detector D is defined as Yc (vr). Since the actual flat panel X-ray detector D is considered to be shifted by YA = SID · tan ψ, the coordinates on the detection plane of the actual flat panel X-ray detector D are expressed by the following equations: It is represented by (18).
Y (vr) = Yc (vr) −SID · tan ψ (18)
However, Yc (vr) = SID · rcy/ SOD.
[0061]
In this way, when back projection of each view is performed, the parameter Y (vr) of the above-described equation (1) is changed based on the above-described equation (18) (coordinate correction is performed), and the re-projection for each pixel is performed. It is only necessary to perform the configuration process, and the Feldkamp method can be applied as it is without modifying the original image data (for example, without modifying the surface of the original image data).
[0062]
In this way, when the X-ray tube R and the flat panel X-ray detector D are moved in parallel straight lines, the X-ray tube R and the flat panel X-ray detector D are parallel straight lines across the subject M. Non-CT type tomography for performing image reconstruction by scanning and generating three-dimensional volume data of the region of interest of the subject M can be performed.
[0065]
The X-ray tube R and the flat panel X-ray detector D are scanned so as to move. For example, the X-ray tube R is fixed and the flat panel X-ray detector D and the subject M are moved. The X-ray tube R and the flat panel X-ray detector D can be scanned by moving the X-ray tube R and the subject M while the flat panel X-ray detector D is fixed. And the subject M may be scanned so as to move any two of them.
[0066]
(2) In each of the above-described embodiments, the flat panel X-ray detector D is employed as the surface detector. Various two-dimensional surface detectors such as an I tube and an imaging plate can also be employed.
[0067]
(3) The tomography apparatus of each of the embodiments described above can be used for medical purposes with the subject M as a human body or the like, and the subject M can be used for various electronic components such as a BGA (Ball Grid Array) substrate and a printed wiring board. For example, it can be used for nondestructive inspection.
[0068]
(4) In each of the above-described embodiments, the subject M is irradiated with the X-rays by the X-ray tube R. However, the present invention is not limited to the X-rays and has transparency to the subject M, for example, gamma rays, light, etc. Even when the electromagnetic wave is used, the same effect is obtained. Therefore, the tomography apparatus of the present invention is not limited to the X-ray tomography apparatus, but also to a tomography apparatus that performs tomography using electromagnetic waves that are transmissive to the subject M other than X-rays. Applicable.
[0069]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, the parallel linear scanning tomography apparatus according to
[0070]
Even when the irradiation source and the surface detector are scanned in parallel straight lines, it is not necessary to change the plane of the projection data (original image data), and only by changing the parameters, this projection data ( The original image data) can be directly reconstructed.
[0071]
According to the second aspect of the present invention, even when a flat panel detector or an image intensifier is used as the surface detector, a three-dimensional tomographic image of the region of interest of the subject can be quickly obtained. Can be generated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an X-ray CT apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A is a schematic side view showing one scanning mode of an X-ray tube and a flat panel X-ray detector in a non-CT type X-ray tomography apparatus, and FIG. 2B is a side view of FIG. It is a schematic perspective view.
FIG. 3 is a configuration diagram of a flat panel X-ray detector.
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a flat panel X-ray detector.
5A and 5B are cross-sectional views showing a layer structure of a flat panel X-ray detector.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a Feldkamp algorithm according to an embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining cosine correction by the first weighting processing unit of the embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a series of processes in the convolution unit of the embodiment.
FIGS. 9A and 9B are characteristic diagrams illustrating filter functions of the filtering unit according to the embodiment. FIGS.
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining that the projection data after the convolution process is back-projected into a virtual three-dimensional lattice group.
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining that the projection data after the convolution processing is back-projected into a virtual three-dimensional lattice group.
FIGS. 12A and 12B are style diagrams for explaining a method for applying a Feldkamp in the case of performing parallel linear scanning with a non-CT type X-ray tomography apparatus; FIGS.
[Explanation of symbols]
30 ... Drive unit
51. Image processing unit
54 ... Convolution processing section
56 ... Back projection processing unit
D ... Flat panel X-ray detector
M… Subject
R ... X-ray tube
Claims (2)
(b)被検体を挟んで前記照射源に対向配置され、被検体を透過した電磁波を検出する面検出器と、
(c)前記照射源と前記面検出器のいずれか一方を第1方向に直線移動させるのと同期して、他方を前記第1方向とは反対方向である第2方向に被検体の撮影すべき断層面を挟んで平行直線移動させる直線走査を行う走査手段と、
(d)走査各位置で検出された投影データから、被検体の関心領域の3次元断層画像を演算により生成するための画像再構成を行う画像処理部とを備えた断層撮影装置であって、
(e)前記画像処理部は、前記照射源からのビームの広がりの影響を補正するための第1の重み付け処理、コンボリューション処理、照射源からのビームの広がりの影響を補正するための第2の重み付け処理、および逆投影処理からなるフェルドカンプ法による処理を行い、
(f)前記フェルドカンプ法における逆投影処理に際しては、撮影すべき被検体の関心領域の断層面に直交する断層軸と走査各位置における前記照射源と前記面検出器の中心とを結ぶ直線とのなす角度に応じてそれらの各位置の投影データを座標補正してから3次元格子群の所定の格子点に逆投影するようにしたことを特徴とする断層撮影装置。(A) an irradiation source for irradiating the subject with an electromagnetic wave having permeability to the subject in a divergent beam shape;
(B) a surface detector that is disposed opposite to the irradiation source across the subject and detects electromagnetic waves transmitted through the subject;
(C) The subject is imaged in a second direction opposite to the first direction in synchronism with linear movement of one of the irradiation source and the surface detector in the first direction. Scanning means for performing linear scanning for parallel linear movement across the power slice plane;
(D) a tomography apparatus including an image processing unit that performs image reconstruction for generating a three-dimensional tomographic image of a region of interest of a subject by calculation from projection data detected at each scanning position;
(E) The image processing unit performs a first weighting process for correcting the influence of the beam spread from the irradiation source, a convolution process, and a second for correcting the influence of the beam spread from the irradiation source. , The Feldkamp method consisting of weighting processing and back projection processing,
(F) In the back projection processing in the Feldkamp method, a tomographic axis orthogonal to the tomographic plane of the region of interest of the subject to be imaged and a straight line connecting the irradiation source and the center of the surface detector at each scanning position A tomographic apparatus characterized in that the projection data at each of the positions is corrected according to the angle formed by the projection, and then back-projected onto a predetermined grid point of the three-dimensional grid group.
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