JP4095091B2 - コンピュータ断層撮影装置並びに回転中心位置を求める方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、非破壊検査に供されるコンピュータ断層撮影装置に係り、特に小型電子部品等を高分解能で検査するための高分解能型のコンピュータ断層撮影装置並びに回転中心位置を求める方法及びプログラムに関する。

近年、小型電子部品等を高分解能で検査するための高分解能型の産業用のコンピュータ断層撮影装置（以下「ＣＴスキャナ」と略称する）が開発されている。

例えば特許文献１等で公知の高分解能型ＣＴスキャナは、放射線としてＸ線を用い、Ｘ線管から発生して被検体を透過したＸ線ビームを、２次元のＸ線検出器で検出して被検体の透過画像を得るように構成されている。断面像を撮影する場合は、被検体を１回転させながら多数の透過画像を得る（スキャンと言う）。この多数の透過画像をデータ処理して被検体の断面像（１枚ないし多数枚）を得る。断面像の再構成は通常、フィルター補正逆投影法（ＦＢＰ：Filtered Back Projection法）が用いられている。

図１２は、一般的な高分解能型ＣＴスキャナの概念図である。この高分解能型ＣＴスキャナは、Ｘ線幾何を自由に設定することができ、色々な対象物に対応できる特徴を持つ。被検体を載せて回転させる回転テーブル１０４及びＸ線検出器１０３は、Ｘ線管１０１（Ｘ線焦点Ｆ）に近づけたり遠ざけたりすることができ（ｘ方向）、撮影距離ＦＣＤ（Focus to rotation Center Distance）と検出距離ＦＤＤ（Focus to Detector Distance）とが連続的に変更でき、被検体に応じて撮影倍率（拡大率）（＝ＦＤＤ／ＦＣＤ）を変えられる。また、回転テーブル１０４は上下動でき（ｚ方向）、被検体の撮影位置が変えられるようになっている。

図１２で、スキャン領域（断面像視野）は、回転平面上で撮影Ｘ線ビーム１０２に包含される回転中心Ｃｎを中心とする円Ａｎであり、撮影倍率が大きいほど小さな円となる。回転中心Ｃｎは、通常、機構誤差があるため中心から若干ずれているが、このずれが大きいと（同一撮影倍率で）スキャン領域が狭くなってしまうので好ましくない。このため、回転テーブルは回転平面に沿ってＸ線ビームを横切る方向（ｙ方向）に移動でき、回転中心の調整ができるように構成されている。

かかる高分解能型ＣＴスキャナにおいて、多数の透過画像をデータ処理して分解能のよい断面像を得るには、透過画像上で回転中心位置が１画素より細かい単位で正確に知られている必要がある。

従来の高分解能型ＣＴスキャナは、幾何設定を終えて被検体をスキャンする前に、ピン状ファントムに載せ替えてこれを撮影し、回転中心の較正（目盛づけ）を行なっている。較正は、回転中心に対応する検出ｃｈ位置を求めデータ処理部に記憶させることで行われる。

特許文献１で公知であるように、回転中心は被検体のスキャンデータ自身から求めることもでき、これを採用した場合、回転中心の較正は省略することができる。この回転中心求出は「３６０°加算した透過データは回転中心の左右で対称である」ことを利用している。

また、この高分解能型ＣＴスキャナは、回転中心をずらし、被検体を片側はみ出してスキャンし大きな被検体も撮影可能にすることができる（特許文献２）。このスキャンは回転中心をずらして設定（オフセット）しているのでオフセットスキャンと呼ばれている。図１２を参照して、オフセットスキャンでのスキャン領域（断面像視野）は回転平面上で回転中心Ｃofを中心として撮影Ｘ線ビーム１０２の片側に接する円Ａofで、同じＦＣＤでは通常スキャンより大きくなる。
特開２０００−２９８１０５号公報 特開２００２−６２２６８号公報

特許文献１で示される高分解能型ＣＴスキャナは、３６０°加算（平均）した透過データを用いて、被検体のスキャンデータ自身から回転中心を求めることで、ピン状ファントムに載せ替えての回転中心較正を不要にしている。

しかしながら、被検体によっては、回転中心求出がエラーをおこすことがあった。特に、オフセットスキャンの場合にこのエラーが多く、オフセットスキャンにこの方法を使用することができなかった。

図１３は従来の回転中心求出例を示す概念図である。図１３（ａ）は、断面図で示されている被検体としてコンデンサ１０６をＸ線ビーム１０２内に設定している状況を示している。オフセットスキャンで、回転中心ＣをＸ線ビーム１０２の端に近く設定している。図１３（ｂ）は平均透過データ（対数変換後）を示す。これは、回転平面内の透過データを３６０°分平均して、等検出角度間隔で並べたものである。

この平均透過データから左右が対称となるような回転中心ｍを例えば相関法などで求めるが、このとき、図でわかるように正しい回転中心ｍ１だけでなく、例えば、点ｍ２やｍ３に対しても左右が対称に見えるため、誤ってｍ２やｍ３を回転中心として求めてしまうことがおこる。

また、オフセットスキャンはスキャン領域が広げられるの採用するのが好ましいのであるが、高分解能型ＣＴスキャナにおいては、テーブルのｘｙ移動が自由に設定できるようになっている利便性の反面、テーブルをオフセット位置に設定することが難しい問題が生じる。適正なＸ線幾何は、被検体がスキャン領域に収まるようなＦＣＤの選択と回転中心を余裕を含めて視野の端にオフセット設定することで得られるが、被検体透過画像上では回転中心が目視できず、またＦＣＤ（やＦＤＤ）を変更すると拡大率変化により、また、機構誤差により画面上で回転中心がずれてしまうことが起こるので適正な回転中心設定は難しい作業であった。

本発明の目的は、被検体のスキャンデータ自身からエラーしにくく回転中心を求めることが可能なＣＴスキャナ並びに回転中心位置を求める方法及びプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、放射線源と放射線検出器を一体で被検体に対して回転させる回転手段を有し、前記放射線検出器によって得られる多数の前記回転の位置における前記被検体の多数の透過データから前記被検体の断面像を得るコンピュータ断層撮影装置における前記回転の中心位置を求める方法おいて、前記被検体の多数の透過データが作るサイノグラム上で、多数点での透過データと、仮想回転中心を設定することで決る前記多数点とそれぞれ逆向き放射線経路をなす多数点での透過データとの相関をとるステップと、前記仮想回転中心を変更して所定条件を満たす前記相関を与える前記仮想回転中心を回転中心位置として求めるステップとを具備することを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するために本発明は、放射線源と放射線検出器を一体で被検体に対して回転させる回転手段を有し、前記放射線検出器によって得られる多数の前記回転の位置における前記被検体の多数の透過データから前記被検体の断面像を得るコンピュータ断層撮影装置における前記回転の中心位置を求めるプログラムおいて、前記コンピュータ断層撮影装置に、前記被検体の多数の透過データが作るサイノグラム上で、多数点での透過データと、仮想回転中心を設定することで決る前記多数点とそれぞれ逆向き放射線経路をなす多数点での透過データとの相関をとるステップと、前記仮想回転中心を変更して所定条件を満たす前記相関を与える前記仮想回転中心を回転中心位置として求めるステップとを実行させることを特徴とする。

またさらに上記課題を達成するために本発明は、放射線源と放射線検出器を一体で被検体に対して回転させる回転手段を有し、前記放射線検出器によって得られる多数の前記回転の位置における前記被検体の多数の透過データから前記被検体の断面像を得るコンピュータ断層撮影装置において、前記被検体の多数の透過データが作るサイノグラム上で、多数点での透過データと、仮想回転中心を設定することで決る前記多数点とそれぞれ逆向き放射線経路をなす多数点での透過データとの相関をとり、前記仮想回転中心を変更して所定条件を満たす前記相関を与える前記仮想回転中心を回転中心位置として求める回転中心求出手段を具備することを特徴とする。

このような構成の方法、プログラム又は装置によれば、回転中心求出手段によりサイノグラム上で直接相関をとって回転中心を求めるので、従来の平均透過データ上で相関をとる方式にくらべ、回転方向の加算による情報量の減少がないため、被検体によるエラーが生じにくく精度も良い。これにより、エラーが生じやすいオフセットスキャンに対しても被検体の透過データ自身から回転中心を求めることが可能となる。

以上のように本発明によれば、被検体のスキャンデータ自身からエラーしにくく回転中心を求めることができ、また容易にオフセットスキャンができるＣＴスキャナ並びに回転中心位置を求める方法及びプログラムを提供することができる。

（第１実施形態）
本発明に係るＣＴスキャナの第１実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。

本実施形態のＣＴスキャナは、放射線としてＸ線を用いるものであり、上方から見た図１（ａ）及び側面から見た図１（ｂ）に示すように、Ｘ線管１は、発生するＸ線の焦点Ｆが数ないし十数μｍのマイクロフォーカスＸ線管であり、またＸ線検出器３はＸ線ＩＩ（イメージインテンシファイア：像増強管）とテレビカメラとを有する。

Ｘ線管１及びＸ線検出器３は、被検体４を挟むように対向してｘシフト機構８により支持されている。被検体４は回転テーブル５上に載置され、回転・昇降機構６でＸ線ビーム２内で（断面像の）撮影面１４に沿って回転されるとともに撮影面１４に直角に昇降（ｚ方向）される。

また被検体４は回転テーブル５とともにｙシフト機構７でＸ線ビーム２を横切って（図のｙ方向に）移動されるとともに、ｘシフト機構８によりＸ線管１とＸ線検出器３の間を移動され、撮影距離ＦＣＤが変更される。Ｘ線検出器３はｘシフト機構８により移動され、検出距離ＦＤＤが変更される。Ｃは回転中心、Ｄは検出中心である。

構成要素として、他に、Ｘ線検出器３からの透過画像を処理するデータ処理部１９と、処理結果等を表示する表示部２０と、データ処理部１９からの指令で機構部を制御する機構制御部１８とＸ線管１の管電圧、管電流を制御するＸ線制御部１７と高電圧発生器１６、Ｘ線管１と被検体４とＸ線検出器３を含む部分を収納する図示しないＸ線遮蔽箱等がある。

ｘシフト機構８およびｙシフト機構７には、図示しないエンコーダが取付けられており、ＦＣＤ値、ＦＤＤ値、およびｙ値が読み取られ、それぞれ機構制御部１８を通してデータ処理部１９に送られる。

データ処理部１９と表示部２０は、通常のコンピュータで構成され、当該コンピュータは、ＣＰＵ、メモリ、ディスク、キーボード、インターフェース等よりなり、また断層撮影のシークエンスやデータから断面像を再構成するソフトウエア等を記憶している。

操作者は、データ処理部１９と表示部２０を操作して、メニュー選択や条件設定、機構部手動操作、断層撮影の開始、装置のステータス読取、断面像の表示、断面像の解析、などを行なう。

データ処理部１９はソフトウエアの機能ブロックとして、ｘシフトしたとき拡大率変化や機構誤差によって透過画像上で移動する回転中心位置を予想する回転中心予想部２１、透過画像からこの画像上の回転中心位置を求める回転中心求出部２２、断層撮影のスキャン制御部２３、断面像を作成する再構成部２４などを持つ。

次に、図１を参照して本実施形態のＣＴスキャナの作用を説明する。

まず、操作者は被検体４を回転テーブル５に載置し、データ処理部１９に指令を入力することでＸ線管１からＸ線ビーム２を放射させると共に被検体４の透過画像を表示部２０にリアルタイムの動画像として表示させながら、手動又は電動により回転テーブル５を回転させて、全ての回転位置で透過像が画像の視野にちょうど収まるようにＦＣＤ（およびＦＤＤ）を変えて撮影倍率を調整する（通常スキャン）。

オフセットスキャンの場合は、ｙシフトさせて回転中心を視野の端近くに移動させる。次に、被検体４を昇降させ検査位置を撮影面１４に合わせる。

この時点で、回転中心予想部２１は、読み込んだＦＣＤ，ＦＤＤ，ｙ値から後述するように拡大率変化や機構誤差によって透過画像上で移動する回転中心位置を予想する。なお、この予想回転中心は再構成に使えるほどの精度はない。

次に、データ処理部１９にスキャンの指令を入力すると、データ処理部１９のスキャン制御部２３は回転テーブルを回転させながら検出器３の出力である透過画像を取込む。３６０°にわたる透過画像の撮影面１４位置の透過データから、まず、回転中心求出部２２で後述するように回転中心を求めるが、このとき予想した回転中心位置を反映してエラーが生じにくくする。

次に、再構成部２４で、この回転中心を用いて従来と同様にフィルター補正逆投影法などで撮影面１４位置での断面像を再構成する。再構成部２４は、上述のフィルター補正逆投影法による再構成以外にフェルドカンプ法を用いて撮影面１４位置以外の透過データも用いて多数の断面像を再構成する。

次に、回転中心予想部２１の作用を説明する。

図２は機構誤差δｙの幾何図である。これは撮影面１４上のＸ線焦点Ｆ、回転中心Ｃ、検出中心Ｄの位置関係を示している。ＦとＤを結ぶ方向がセンターライン３０すなわちｘ軸で、このｘ軸はＤの移動につれて移動する。機構誤差δｙはｙシフトを原点０にした時の回転中心Ｃ０のセンターライン３０からのずれである。なお、図２は機構誤差を強調するためｙ方向を引き伸ばしてある。

回転中心予想には、あらかじめ機構誤差較正を行なっておく必要がある。

図３は機構誤差較正説明図である。この図は、ＦＣＤ、ＦＤＤの組み合せによる較正点３３を示す。ＦＣＤは撮影倍率が大きな位置で較正点を増やし、精度を上げるようにしている。各較正点３３でｙシフトを原点０にしてピンファントム等のスキャンを行ない、透過データから、回転中心位置δｍ０（ｄｃ）を求め、δｍ０（ｄｃ）から回転中心Ｃ０のセンターライン３０からのずれδｙを求める。このδｙ（ＦＣＤ，ＦＤＤ）を較正テーブルとして記憶しておく。

図２を参照して、回転中心予想は、まずＦＣＤ，ＦＤＤ値から較正テーブルδｙ（ＦＣＤ，ＦＤＤ）を用いて、４点補間でずれδｙを求める。次にｙ値を用いて、式、
Δθ・δｍ＝ａｔａｎ（（δｙ＋ｙ）／ＦＣＤ） …（１）
で検出中心からの回転中心位置δｍを予想する。

ここでΔθは透過データの角度間隔である。このδｍは拡大率変化と機構誤差が加味されたものである。

以上のように、回転中心予想部２１においては、あらかじめ機構誤差較正を行って、透過データから較正テーブルを作成し、該較正テーブルを用いて例えば４点補間で回転中心位置δｍを予想することができる。

次に、回転中心求出部２２の作用を説明する。

この回転中心求出は「３６０°加算した透過データは左右対称である」ことを利用している。これはデータの前処理のどの段階でも成り立つ。これは、特許文献１に記載されている回転中心求出であるが、ここで、略述する。

図４は平均透過データＰ（ｍ）（対数変換後）である。これは、回転平面内の透過データを等検出角度間隔（検出角は扇状Ｘ線ビーム内の配置角）に変換し、３６０°分平均したものである。まず、ｍを検出角、ｎを回転角として、透過データが作るサイノグラムＰ（ｍ，ｎ）をｎの方向に３６０°分加算（平均）して平均透過データ、Ｐ（ｍ）を求める。ここで、加算は全ｎでなく間引きで行なってもよい。次に、仮想回転中心ｍ０を設定し、ここで折り返したＰ′（ｍ）を求め、Ｐ（ｍ）との差の絶対値をｍについて加算して相関値を求め、ｍ０を変えて相関値が最小になるｍ０を回転中心ｍｃとする。相関値は、絶対値をとるかわりに、平均２乗誤差に相当するものを求めてもよい。また、加算するときｍ値がｍ０から離れるほど小さくなるウエイトを掛けて相関値を求めるようにすると精度をあげることができる。

ここで、中心探索領域（ｍ０可変範囲）３５は「回転中心予想」で予想したδｍを用いて検出中心Ｄ（透過データの中央）からδｍの位置を中心に設定する。領域サイズは機構誤差の安定度や予想の精度を考慮して決める。なお、ここで、δｍを反映して中心探索領域３５を決めるかわりに、相関値に対し（ｍ０が）δｍ位置から遠くなるほど大きくなるウエイトを掛けて回転中心求出を行なってもよい。また、中心探索領域３５決めとウエイトを掛けの両方を行なってもよい。また、δｍ位置から左右に探索してゆき、最初の極小値を回転中心とするような方法もある。

以上のように、回転中心求出部２２によれば、被検体４の多数の透過データを回転の間に加算した平均透過データ上で、多数点での透過データと、仮想回転中心に対してこの多数点とそれぞれ対称点をなす多数点での透過データとの相関をとり、前記仮想回転中心を変更して最も良い前記相関を与える前記仮想回転中心を回転中心位置として求めることができる。

本発明の第１実施形態によれば、回転中心予想部２１により拡大率変化と機構誤差から予想される透過データ上の回転中心を反映して、すなわちこの予想位置に重点をおいて、回転中心求出部２２により被検体の透過データ自身から回転中心を求めるので、被検体による回転中心求出のエラーが生じにくくなる。これにより、相関計算の範囲（Ｐ（ｍ）とＰ′（ｍ）の重なるｍ範囲）が少なくエラーが生じやすいオフセットスキャンに対しても被検体の透過データ自身から回転中心を求めることが可能となる。

また、中心探索を全域でなく、制限できるので計算時間を短縮できる効果もある。

第１実施形態において、予想された回転中心位置を透過画像に重ねて表示する回転中心合成手段を追加することができる。回転中心合成手段はデータ処理部１９内のソフトウエアブロックである。

図５は透過画像画面３６である。操作者は被検体４を回転テーブル５に載置し、ＦＣＤ，ＦＤＤ，ｙシフト（及び、回転、昇降）を手動操作（電動）してＸ線幾何を設定する。

このとき操作者は図５の透過画像画面３６（リアルタイムの動画像）を観察しながら調整する。回転中心合成手段は刻々と変わるＦＣＤ，ＦＤＤ，ｙ値にあわせてリアルタイムで計算される回転中心位置をこの透過画像に重ねて回転中心３７として表示する。透過画像画面３６には別に撮影面３８も表示される。

オフセットスキャンの場合、例えば、操作者はまず、昇降を調整し、次に、回転させながら回転中心の左側の部分Ｌが最も長くなる位置で停め、次に、ＦＣＤ，ＦＤＤ，ｙシフトを動かして被検体４の左端が視野に収まり、かつ、回転中心が（余裕を含めて）視野の右端にくるように調整する。

このように、透過画像に重ねて回転中心が表示されるので、最適なオフセットスキャンの設定が容易に可能となる。通常スキャンの場合、回転中心が視野中央にくるように調整が容易に行なえる。回転中心表示は、ＦＣＤ，ＦＤＤを変えずに続けてスキャンする場合など、予想された回転中心のかわりに求出された回転中心を用いるようにしてもよい。

この透過画像への回転中心の合成表示はまた、被検体を回転中心位置に載置するときにも使用でき、透過画像を観察して載置位置を変更することができる。この機能は、ｙシフト機構が無い（オフセットスキャン機能無し）装置の場合でも被検体の載置位置の調整に有効に使用できる。また、この機能は、回転テーブルの上に被検体をｘｙ移動する電動機構を付けた装置の場合は特に有効である。

第１実施形態において、回転中心予想はＦＣＤ，ＦＤＤ，ｙ値より予想したが、昇降の機構誤差が大きい場合、ＦＣＤ，ＦＤＤ，ｙ値及び昇降値より予想するようにしてもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態のＣＴスキャナの構成は、上方から見た図６（ａ）及び側面から見た図６（ｂ）に示すように、図１（ａ）（ｂ）に示す第１実施形態から、回転中心予想部２１を削除し、「３６０°加算した透過データは左右対称である」ことを利用している回転中心求出部２２に代えて、回転中心求出部２２′を設けた構成である。第１実施形態の回転中心求出部２２は、「３６０°加算した透過データは左右対称である」ことを利用しているに対し、本実施形態の回転中心求出部２２′は「互いに逆向きのＸ線経路の透過データは略同一である」ことを利用したものである。

第２実施形態の作用は、第１実施形態の作用から「回転中心予想」を除き、回転中心求出部２２に代えて回転中心求出部２２′による回転中心求出が実現されることである。

先ず、回転中心求出部２２′においては、３６０°にわたる被検体透過画像の撮影面１４位置の透過データを、横軸に検出角ｍ（扇状Ｘ線ビーム内の配置角）、縦軸に回転角ｎをとって並べた、いわゆるサイノグラムＰ（ｍ，ｎ）を用いて、このサイノグラム上の回転中心位置を求める。

この回転中心求出の基本原理は「互いに逆向きのＸ線経路の透過データは略同一である」ことである。この中心求出ではリバース変換を用いる。図７はリバース変換説明用Ｘ線経路図である。これは回転テーブルに固定した座標で回転軸方向から見たＸ線経路を示し、Ｘ線焦点Ｆが回転する。１つのＸ線経路（ｍ，ｎ）からその逆向き経路（ｍｒ，ｎｒ）を求めるのがリバース変換４０である。リバース変換４０は下式であらわされる。

ｍｒ−ｍ０＝−（ｍ−ｍ０） すなわち
ｍｒ＝２・ｍ０−ｍ …（２）
ｎｒ・Δφ＝ｎ・Δφ＋１８０°−２・（ｍ−ｍ０）・Δθ すなわち
ｎｒ＝ｎ＋１８０°／Δφ−２・（ｍ−ｍ０）・Δθ／Δφ …（３）
ここで、ｍ０は回転中心（の検出角）、Δθは検出角の角度間隔、Δφは回転の角度間隔である。

図８はサイノグラムＰ（ｍ，ｎ）である。この図で仮想回転中心ｍ０を設定すると、任意の（ｍ，ｎ）からその逆向き経路（ｍｒ，ｎｒ）が計算できる。回転中心を求めるには、ある所定の領域内の（ｍ，ｎ）と各逆向き経路（ｍｒ，ｎｒ）とでサイノグラム値Ｐの相関をとる。ｍ０が正しく回転中心に設定された場合、各経路が一致（逆向き）することでＰ（ｍ，ｎ）はＰ（ｍｒ，ｎｒ）に略１致し相関が良くなる。ｍ０を変えて相関をとることで回転中心が求められる。サイノグラムＰ（ｍ，ｎ）は通常、透過データを対数変換まで行なったものであるが、対数変換前でもよく、処理のどの段階のデータでもよい。これは上述した基本原理からわかることである。（ｍ，ｎ）の所定の領域としては、通常ｍ０の左右の狭い側（ｍ０〜Ｍ，全ｎ）と、この領域をｍ０を中心に折り返した領域（２・ｍ０−Ｍ〜ｍ０，全ｎ）を加算した相関領域（２・ｍ０−Ｍ〜Ｍ，全ｎ）４１を用いるが、その一部分であってもよい。

サイノグラムＰ（ｍ，ｎ）のｍ，ｎは整数値である。

図９は回転中心求出２のフローチャートである。図９および図８を参照して回転中心求出２を具体的に説明する。

Ｓ１： ｍ０（実数）の初期設定をする。

Ｓ２： 相関値、ＳＯＫＡＮをリセットする。

Ｓ３： ｍのループ開始値、ｍｓ（整数）を求める。

ｍｓ＝ＩＮＴ（２・ｍ０−Ｍ）＋１ （４）
Ｓ４： ｍ＝ｍｓ〜Ｍのループに入る。

Ｓ５： リバース変換でｍｒを求める（式（２））。ここで、ｍｒは１般に実数となる。

Ｓ６： ｎ＝０〜Ｎ−１のループに入る。

Ｓ７： リバース変換でｎｒを求める（式（３））。ここで、ｎｒは１般に実数となる。

Ｓ８： ｍｒとｎｒが実数なので点（ｍｒ，ｎｒ）はデータ点と異なる。そこで、周囲のデータから補間計算で、この点での値Ｐｒ（ｍｒ，ｎｒ）を求める。

Ｓ９： 逆経路のデータ値の差の絶対値を相関値に積算する。

SOKAN＝SOKAN＋ABS（Pr（mr，nr）−P（m，n）） …（５）
なお、ここで絶対値をとるかわりに２乗して、相関値として平均２乗誤差に相当するものを求めてもよいが、最終結果（回転中心）に大きな違いは生じない。

Ｓ10： ｍ，ｎのループを繰り返す。

Ｓ11： ＳＯＫＡＮ値が最小か判定する。

Ｓ12： ＳＯＫＡＮ値が最小でないと判定した場合、ｍ０を変更してＳ２に戻る。

Ｓ13： ＳＯＫＡＮ値が最小と判定した場合、ｍ０を回転中心として終了する。

ｍｃ＝ｍ０ …（６）
ここで、最小のＳＯＫＡＮ値を見つけるためのループ形式はわかりやすくするために簡略化された記載を行なっている。実際は、例えば、ｍ０をあるステップで変えてそれぞれＳＯＫＡＮ値を求め、ＳＯＫＡＮ値の小さなｍ０の領域を決め、この領域を細かいステップでＳＯＫＡＮ値を計算し、１番小さなＳＯＫＡＮ値のｍ０を回転中心とするような計算を行なう。

フローチャートは基本的な計算のみを記載しており、実際は、計算精度を上げるための種々の処理が加えられ得る。例えば、相関値の積算（式（５））で、ＡＢＳ（Ｐｒ（ｍｒ，ｎｒ）−Ｐ（ｍ，ｎ））に対しｍ値がｍ０から離れるほど小さくなるウエイトを掛けると精度を上げることができる。

また、同じ計算で、Ｐ（ｍ，ｎ）に依存するウエイトを掛けることもできる。この場合、吸収が強すぎ、透過Ｘ線量が少ない部分（Ｐ大）やほとんど被検体が懸らず透過Ｘ線量が多すぎる部分（Ｐ小）に対しては小さなウエイトを用いることで精度を上げることができる。

このほか、精度に関わり無くてもさまざまな変形が可能である。例えば、ＳＯＫＡＮ値は計算の（ｍ，ｎ）点の数で割って平均値として求めても良い。また計算速度を上げるため、ｍのルーフ範囲をｍ０の片側にしたり、片側のうちのｍ０に近い部分のみにしたり、また、ｎのループも飛び飛びの計算にしたりすることもできる。

本発明の第２実施形態で用いる回転中心求出部２２′による回転中心求出法は、第１実施形態の回転中心求出部２２による回転中心求出法と較べて、サイノグラムから直接相関をとっているので、回転方向の加算による情報量の減少がないため、被検体によるエラーが生じにくく精度も良い。特に回転中心がサイノグラムの端に近いオフセットスキャンの場合でも、（相関領域４１が小さくなるにも関わらず）良好に中心求出ができる。このため、オフセットスキャンに対しても被検体の透過データ自身から回転中心を求めることが可能となる。

また、被検体が細長く、１方向に吸収が非常に大きくなるような場合でも、サイノグラム上で（Ｐが大きくなる）その領域のウエイトを落すことで良好に中心求出ができる利点がある。

第２実施形態において、第１実施形態と同様に回転中心予想部２１による作用を加えることができる。この場合、回転中心求出部２２′による回転中心求出を行なう際に、前述した回転中心予想部２１で求めたδｍを反映させる。同様に、中心探索領域（ｍ０可変範囲）は「回転中心予想」で予想したδｍを用いて検出中心Ｄ（透過データの中央）からδｍの位置を中心に設定する。領域サイズは機構誤差の安定度や予想の精度を考慮して決める。なお、ここで、δｍを反映して中央探索領域を決めるかわりに、相関値に対し（ｍ０が）δｍ位置から遠くなるほど大きくなるウエイトを掛けて回転中心求出を行なってもよい。また、中心探索領域決めとウエイトを掛けの両方を行なってもよい。また、δｍ位置から左右に探索してゆき、最初の極小値を回転中心とするような方法もある。

この変形例によれば、回転中心予想部２１により機構誤差から予想される透過データ上の回転中心を反映して、すなわちこの予想位置に重点をおいて、回転中心求出部２２′により被検体のサイノグラム自身から回転中心を求めるので、さらに被検体による回転中心求出のエラーが生じにくくなる。これにより、相関計算の範囲が少なくエラーが生じやすいオフセットスキャンに対しても被検体の透過データ自身から回転中心を求めることが可能となる。

また、中心探索を全域でなく、制限できるので計算時間を短縮できる効果もある。

その他、第１実施形態の変形例と同様に変形し、同様の効果を得ることができる。

本発明実施形態で、Ｘ線検出器３にはＸ線II（像増強管）とテレビカメラのものを用いているが、他の２次元のＸ線検出器、あるいは撮影面１４に沿って配置された１次元のＸ線検出器等を用いてもよいことは容易に理解できる。

本発明実施形態で、被検体４の撮影位置の変更は、回転テーブル５を昇降させて行なったが、回転テーブル５の上に別の昇降機構を設置して行なってもよく、Ｘ線管１とＸ線検出器３を１体で昇降させてもよい。また、被検体４の回転や回転テーブル５（回転軸）のｘシフト、ｙシフトもＸ線管１とＸ線検出器３の側を１体で動かしてもよい。また、ｚ方向を必ずしも昇降方向に取る必要はなく装置全体はどの方向に傾けてもよい。すなわち、放射線源であるＸ線管１とＸ線検出器３と被検体４と回転軸１３の間の動きが相対的に同じになる他の機構方式に対しても本発明が適用される。

機構方式の２例を例示する。図１０は他の機構方式１である。これは、回転フレーム６５上に配置されたＸ線管６１とＸ線検出器６３を被検体６４のまわりを１体で回転させるものである。Ｘ線管６１は回転フレーム上でｘｙに移動される。この方式は柔らかい生体組織など、動かせないものを検査するときに用いられる。

図１１は他の機構方式２である。これは被検体６４の荷重試験中の断面像を撮影する装置で、被検体が回転するが、ｘｙ移動は被検体でなくＸ線管の方で行なう方式である。Ｘ線管６１はｘｙ機構６６で水平面内で移動され、Ｘ線検出器６３はＸ線焦点Ｆの方向にｘ機構８０で移動される。被検体６４は圧縮または引張りの荷重が加えられるとともに水平面内で回転される。被検体６４はワーク固定部７９ａ，７９ｂで固定され、昇降フレーム７２に支持されたワーク固定部７９ａが昇降することで荷重がかけられる。被検体６４の回転は、モータ７４でシャフト７５が回転され、シャフト７５に固定されたプーリ７６ａ・歯付ベルト７７ａ・プーリ７８ａ・スプラインシャフト７６を介して固定部７９ａが回転され、シャフト７５に固定されたプーリ７６ｂ・歯付ベルト７７ｂ・プーリ７８ｂを介して固定部７９ｂが同期して回転されることで行なわれる。プーリ７８ａとスプラインシャフト７６の接続は回転方向がずれなくかみ合うのに対し、回転軸方向（昇降方向）はフリーにスライドするよう接続され、これにより昇降移動時でも固定側のプーリ７８ａの回転を昇降側のスプラインシャフト７６に伝えることができる。

本発明の各実施形態における回転中心予想部２１の作用は本発明の主旨をかえずに、色々な変更が可能である。例えば、Ｃ点とＤ点の移動軌跡が直線で近似できる場合は、較正で各直線の係数を求めておき、幾何計算でδｙを計算することができる。また、δｙ−ＦＣＤの関係を直線あるいは曲線（多項式）と考え、ＦＤＤの数点に対し、その直線あるいは曲線の係数を求めておき、δｙを計算する時に、ＦＤＤの値で係数を補間して用いるような方法もある。また、回転中心求出部２２で求出された回転中心を較正データとして追加していき、新しい較正を重視して次の予測を行なうようにすることもできる（学習形式の較正）。

また、本発明の回転中心予想手段は、機構誤差が無視できる装置の場合は拡大率変化のみを加味して回転中心位置を予想することになる。

また、本発明実施形態では、ＦＣＤ，ＦＤＤを変更したときδｙが計算されるが、このδｙを使って回転中心が常に画像の同じ位置にくるようにｙを制御することが可能である。例えば、ｙ＝−δｙになるように制御すれば、回転中心を常に中央に合わせておくことができる。また画面上中心からｄｃの位置に合わせたい場合は、
ｙ＝ｄｃ・ＦＣＤ／ＦＤＤ−δｙ …（７）
になるように制御すればよい。これにより、オフセットスキャンの調整で、透過画像上で回転中心位置をかえずに拡大率の変更ができる。

上述した各実施形態において、データ処理部１９を構成する回転中心予想部２１、回転中心求出部２２，２２′、スキャン制御部２３及び再構成部２４の一又は複数は、汎用又は専用のコンピュータにより実行され得るソフトウエアとして構成とすることができ、また、当該コンピュータは、一又は複数のコンピュータ又はこれらコンピュータの一部の機能により構成することができる。

本発明の第１実施形態に係るＣＴスキャナを示す構成図。 同実施形態のＣＴスキャナにおける機構誤差δｙの幾何図。 同実施形態のＣＴスキャナにおける機構誤差較正説明図。 同実施形態のＣＴスキャナにおける平均透過データＰ（ｍ）を示す図。 同実施形態のＣＴスキャナにおける透過画像画面を示す図。 本発明の第２実施形態に係るＣＴスキャナを示す構成図。 同実施形態のＣＴスキャナにおけるリバース変換を説明するＸ線経路図。 同実施形態のＣＴスキャナにおけるサイノグラムＰ（ｍ，ｎ）を示す図。 同実施形態のＣＴスキャナにおける回転中心求出２のフローチャート。 同実施形態のＣＴスキャナにおける他の機構方式１を示す図。 同実施形態のＣＴスキャナにおける他の機構方式２を示す図。 一般的な高分解能型ＣＴスキャナの概念図。 従来のＣＴスキャナにおける回転中心求出例を示す概念図。

符号の説明

下線 ：そのもの全部
１…Ｘ線管、２…Ｘ線ビーム、３…Ｘ線検出器、４…被検体、５…回転テーブル、
６…回転・昇降機構、７…ｙシフト機構、８…ｘシフト機構、
９，１０…支持フレーム、１３…回転軸、１４…撮影面、１６…高電圧発生器、
１７…Ｘ線制御部、１８…機構制御部、１９…データ処理部、２０…表示部、
２１…回転中心予想部、２２，２２′…回転中心求出部、２３…スキャン制御部、
２４…再構成部、３０…センターライン、３５…中心検索領域、３６…透過画像画面、
３７…回転中心（表示）、３８…撮影面（表示）、４１…相関領域、６１…Ｘ線管、
６２…Ｘ線ビーム、６３…Ｘ線検出器、６４…被検体、６５…回転フレーム、
６６…ｘｙ機構、７０…荷重試験器、７１…回転部、７２…昇降フレーム、
７３…固定フレーム、７４…モータ、７５…シャフト、７６…プーリ、
７７…歯付ベルト、７８…プーリ、７９…ワーク固定部、８０…ｘ機構。

Claims (3)

1. 放射線源と放射線検出器を一体で被検体に対して回転させる回転手段を有し、前記放射線検出器によって得られる多数の前記回転の位置における前記被検体の多数の透過データから前記被検体の断面像を得るコンピュータ断層撮影装置における前記回転の中心位置を求める方法おいて、
   前記被検体の多数の透過データが作るサイノグラム上で、多数点での透過データと、仮想回転中心を設定することで決る前記多数点とそれぞれ逆向き放射線経路をなす多数点での透過データとの相関をとるステップと、
   前記仮想回転中心を変更して所定条件を満たす前記相関を与える前記仮想回転中心を回転中心位置として求めるステップと
   を具備することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置における前記回転の中心位置を求める方法。
2. 放射線源と放射線検出器を一体で被検体に対して回転させる回転手段を有し、前記放射線検出器によって得られる多数の前記回転の位置における前記被検体の多数の透過データから前記被検体の断面像を得るコンピュータ断層撮影装置における前記回転の中心位置を求めるプログラムおいて、
   前記コンピュータ断層撮影装置に、
   前記被検体の多数の透過データが作るサイノグラム上で、多数点での透過データと、仮想回転中心を設定することで決る前記多数点とそれぞれ逆向き放射線経路をなす多数点での透過データとの相関をとるステップと、
   前記仮想回転中心を変更して所定条件を満たす前記相関を与える前記仮想回転中心を回転中心位置として求めるステップと
   を実行させることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置における前記回転の中心位置を求めるプログラム。
3. 放射線源と放射線検出器を一体で被検体に対して回転させる回転手段を有し、前記放射線検出器によって得られる多数の前記回転の位置における前記被検体の多数の透過データから前記被検体の断面像を得るコンピュータ断層撮影装置において、
   前記被検体の多数の透過データが作るサイノグラム上で、多数点での透過データと、仮想回転中心を設定することで決る前記多数点とそれぞれ逆向き放射線経路をなす多数点での透過データとの相関をとり、前記仮想回転中心を変更して所定条件を満たす前記相関を与える前記仮想回転中心を回転中心位置として求める回転中心求出手段
   を具備することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。

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