JP4479503B2

JP4479503B2 - 断層撮影装置

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Publication number: JP4479503B2
Application number: JP2004380609A
Authority: JP
Inventors: 明徳藤田; 四郎及川; 尚孝森田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006181252A

Description

この発明は、医療分野や工業分野に用いられ、被検体に電磁波を照射して得られた投影像から断層像または／および３次元画像を再構成する断層撮影装置に関する。

この種の断層撮影装置では、例えば、被検体の撮影時、定期点検または故障発生などの保守点検時などに、装置の保守・校正を行う必要がある。そのため、従来、特許文献１に開示されているものが知られている。

この従来例によれば、被検体を載置する天板に校正ファントムを載置して照射手段と検出手段とを走査手段により一周走査し、得られる投影像から回転断層軸の投影線を求め、その求められた回転断層軸まわりの厳密な円軌道上に照射手段と検出手段が存在することが、断層像において偽像の発生を防止する要件であり、その回転断層軸の投影線に対して面検出器の所定の画素列が一致するように面検出器を移動調整するように構成している。

特開２００３−６１９４４号公報

しかしながら、従来例の場合、照射手段と検出手段の軌道が、回転断層軸を中心として厳密な円軌道上から少しでもズレていた場合は、厳密な校正が不可能であった。また、回転断層軸の投影線を求めるために、少なくとも１８０°以上回転させる必要があり、例えば、４０°のように走査範囲が狭いような場合でも、広範囲の走査を行わなければならず、校正に手間がかかる欠点があった。更に、最終的には面検出器の移動調整をも行わなければならず、必要な画像を得るまでに多大な手間を要する欠点があった。

このような問題を対して、先行特許出願（特願２００４−１６３０９５）の明細書に記載の発明（以下、先行発明という）によって問題の解消が図られている。

図７は、先行発明に係る断層撮影装置の全体構成図である。この断層撮影装置の校正ファントムとしては、同一平面上に無い４個以上のマーカを３次元的に配置したものを用いる。また、３次元位置情報検出部１１３は、この校正ファントムの投影像と、校正ファントム内のマーカの配置情報とに基づいて、Ｘ線管１０２及び平面検出器１０３の３次元位置情報を求める。なお、３次元位置情報検出部１１３によるこの処理は、被検体を撮影する前に予め行う。

図８は、先行発明に係る断層撮影装置の動作を説明するフローチャートである。先ず、校正ファントムの投影像の撮影を行い（ステップＴ１）、その投影像と校正ファントム内部の各マーカの３次元配置情報からＸ線管１０２と平面検出器１０３の３次元位置情報を３次元位置情報検出部１１３により求める（ステップＴ２）。全ての投影像について３次元位置情報を求めて（ステップＴ３）から、それらの３次元位置情報を３次元位置情報記憶部１１４に記憶保存する（ステップＴ４）。次いで、校正ファントムを撮影した時と同じ軌道・同じタイミングで、再構成を行う被検体の投影像の撮影等を行う（ステップＴ５）。得られた被検体の投影像の撮影データと、３次元位置情報記憶部１１４に記憶されたＸ線管１０２および平面検出器１０３の３次元位置情報に基づいて、被検体に対する再構成演算処理を行い、断層像あるいは３次元ボリュームデータを作成する（ステップＴ６）。断層像等は断層像／３次元ボリュームデータ保存部１１６に記憶保存し、要求に応じて画像表示装置１１０に出力して表示する（ステップＴ７）。

これによれば、円軌道以外の軌道上を走査する場合においても、Ｘ線管１０２及び平面検出器１０３の３次元位置情報を精度よく得られるので、厳密な校正が可能となる。

しかし、先行発明に係る断層撮影装置では、校正ファントムの投影像の撮影時と、被検体の投影像の撮影時とは、同じ軌道上を回転することを前提にしており、偶発的な微小な走査のずれの発生や、メカ特性の経時的な変化を抑えるものではない。よって、画質が劣化する可能性が残っている。

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、より厳密な校正を行い、断層画像の画質の劣化を防止することができる断層撮影装置を提供することを目的とする。

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に記載の発明は、電磁波を被検体に照射する照射手段と、前記被検体を透過する電磁波を検出する検出手段と、前記照射手段および前記検出手段を互いに連動して移動させる移動手段と、前記移動手段により移動される前記検出手段から得られた投影像の一群に基づいて再構成演算処理を行い、断層像または／および３次元画像を作成する画像作成手段とを備えた断層撮影装置において、前記照射手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられ、投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとに所定の位置に配置されるマーカの光学像を撮像する第１光学撮像手段と、前記検出手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられ、投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとに前記マーカの光学像を撮像する第２光学撮像手段と、前記第１光学撮像手段及び前記第２光学撮像手段の検知結果に基づいて、前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を算定する算定手段とを備え、前記算定手段は、前記マーカの３次元位置と、前記第１光学撮像手段から得られた画像と、前記第１光学撮像手段及び前記照射手段の間の相対的な位置関係とに基づいて、前記照射手段の３次元位置を算定し、かつ、前記マーカの３次元位置と、前記第２光学撮像手段から得られた画像と、前記第２光学撮像手段及び前記検出手段の間の相対的な位置関係とに基づいて、前記検出手段の３次元位置を算定し、前記画像作成手段は、前記算定手段により算定された前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を用いて前記再構成演算処理を行い、前記装置は、さらに、固定的に設置されて、前記マーカの光学像を撮像する第３光学撮像手段を備え、前記マーカは前記移動手段に配置され、前記算定手段は、さらに、前記第３光学撮像手段の３次元位置と、前記第３光学撮像手段から得られた画像とに基づいて、前記マーカの３次元位置を求めることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、第１光学撮像手段と第２光学撮像手段とは、それぞれ照射手段または検出手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられている。すなわち、移動手段等の外力を受けても、たわみ等が発生せず、両者の相対的な位置関係が変位することがないように第１光学撮像手段と第２光学撮像手段が設置されている。これら第１光学撮像手段と第２光学撮像手段とによって、マーカを検知する。そして、第１光学撮像手段及び照射手段の間の相対的な位置関係と、第２光学撮像手段及び検出手段の間の相対的な位置関係と、マーカの３次元位置とを考慮することで、算定手段は、第１光学撮像手段と第２光学撮像手段との検知結果に基づいて、照射手段と検出手段との３次元位置を正確に算定することができる。

さらに、第１、第２光学撮像手段は、被検体の投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとにマーカを検知する。マーカは所定の位置に配置されている。これにより、投影像を取得する各時点の照射手段及び検出手段の３次元位置を、推定することなく、直接算定しているので常に正確である。よって、照射手段または検出手段の軌道が偶発的にずれる場合や、軌道が経時的に変化してしまう場合であっても、照射手段および検出手段の正確な３次元位置を得ることができる。そして、得られた３次元位置を再構成演算処理に用いることで、画像作成手段はより厳密な校正を常に行うことができる。したがって、作成される断層画像や３次元画像の画質が劣化することがない。

また、第１光学撮像手段と第２光学撮像手段とからマーカの画像が取得される。算定手段は、これらの画像から各光学撮像手段とマーカとの間の相対的な位置関係を求めることができる。そして、これらの位置関係について、マーカの３次元位置を考慮することで、各光学撮像手段の３次元位置が求められる。さらに、各光学撮像手段と照射手段、または検出手段との相対的な位置関係を考慮すると、照射手段及び検出手段の３次元位置を算定することができる。

また、固定的に設置される第３光学撮像手段を備えることで、マーカの３次元位置を求めることができる。よって、マーカが移動手段に設置されてその３次元位置が変位する場合であっても、マーカの３次元位置を常に正確に求めることができる。

また、請求項２に記載の発明は、電磁波を被検体に照射する照射手段と、前記被検体を透過する電磁波を検出する検出手段と、前記照射手段および前記検出手段を互いに連動して移動させる移動手段と、前記移動手段により移動される前記検出手段から得られた投影像の一群に基づいて再構成演算処理を行い、断層像または／および３次元画像を作成する画像作成手段とを備えた断層撮影装置において、前記照射手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられ、投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとに所定の位置に配置されるマーカの光学像を撮像する第１光学撮像手段と、前記検出手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられ、投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとに前記マーカの光学像を撮像する第２光学撮像手段と、前記第１光学撮像手段及び前記第２光学撮像手段の検知結果に基づいて、前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を算定する算定手段とを備え、前記算定手段は、前記マーカの３次元位置と、前記第１光学撮像手段から得られた画像と、前記第１光学撮像手段及び前記照射手段の間の相対的な位置関係とに基づいて、前記照射手段の３次元位置を算定し、かつ、前記マーカの３次元位置と、前記第２光学撮像手段から得られた画像と、前記第２光学撮像手段及び前記検出手段の間の相対的な位置関係とに基づいて、前記検出手段の３次元位置を算定し、前記画像作成手段は、前記算定手段により算定された前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を用いて前記再構成演算処理を行い、前記マーカは３点以上であることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、第１光学撮像手段と第２光学撮像手段とは、それぞれ照射手段または検出手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられている。すなわち、移動手段等の外力を受けても、たわみ等が発生せず、両者の相対的な位置関係が変位することがないように第１光学撮像手段と第２光学撮像手段が設置されている。これら第１光学撮像手段と第２光学撮像手段とによって、所定のマーカを検知する。そして、第１光学撮像手段及び照射手段の間の相対的な位置関係と、第２光学撮像手段及び検出手段の間の相対的な位置関係と、マーカの３次元位置とを考慮することで、算定手段は、第１光学撮像手段と第２光学撮像手段との検知結果に基づいて、照射手段と検出手段との３次元位置を正確に算定することができる。

また、マーカが３点以上であれば、照射手段及び検出手段の３次元位置を能率よく算定することができる。

上述した各発明において、前記各光学撮像手段は、それぞれ複数であることが好ましい。各光学撮像手段は、両眼視の手法を採用して、照射手段及び検出手段の３次元位置を容易に算定することができる。

なお、本明細書は、次のような断層撮影装置に係る発明も開示している。

（１）電磁波を被検体に照射する照射手段と、前記被検体を透過する電磁波を検出する検出手段と、前記照射手段および前記検出手段を互いに連動して移動させる移動手段と、前記移動手段により移動される前記検出手段から得られた投影像の一群に基づいて再構成演算処理を行い、断層像または／および３次元画像を作成する画像作成手段とを備えた断層撮影装置において、固定的に設置されて、前記照射手段及び前記検出手段の光学像を撮像する第４光学撮像手段と、前記第４光学撮像手段の３次元位置と、前記第４光学撮像手段から得られた画像とに基づいて、前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を算定する算定手段とを備え、前記画像作成手段は、前記算定手段により算定された前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を用いて前記再構成演算処理を行うことを特徴とする断層撮影装置。

前記（１）に記載の発明によれば、第４光学撮像手段のみから得られる画像に基づいて、直接、照射手段及び検出手段の３次元位置を算定することができる。よって、光学撮像手段の種類を減らすことができる。また、マーカを省くことができる。よって、断層撮影装置の構成を簡略化することができる。

（２）前記（１）に記載の断層撮影装置において、前記第４光学撮像手段は複数であることを特徴とする断層撮影装置。

前記（２）に記載の発明によれば、第４光学撮像手段は、両眼視の手法を採用して、照射手段及び検出手段の３次元位置を容易に算定することができる。

この発明に係る断層撮影装置によれば、照射手段または検出手段が移動する軌道が偶発的にずれた場合や、軌道が経時的に変化してしまう場合であっても、照射手段及び検出手段の３次元位置を常に正確に取得することができる。そして、この３次元位置を再構成演算処理に用いるので、より厳密な校正を行うことができる。しがたって、照射手段または検出手段の軌道のずれや変化が生じても、作成される断層画像や３次元画像の画質の劣化を抑えることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係る断層撮影装置を示す全体構成図である。この断層撮影装置は、被検体Ｍの投影像を得る撮影部１と、この撮影部１を制御する撮影制御部３と、得られた投影像を処理して断層像または／および３次元画像を作成する画像処理部５と、この断層像等を表示するモニタ７とに大きく分けられる。

撮影部１は、被検体Ｍを載置する天板１１と、被検体ＭにＸ線を照射するＸ線管１２と、被検体Ｍを挟んで、Ｘ線管１２と対向するように配置されて、被検体Ｍを透過するＸ線を検出するフラットパネル型Ｘ線検出器（以下、「ＦＰＤ」と略記する）１３と、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３をその両端部に保持するＣ字状アーム１４と、Ｃ字状アーム１４を懸垂支持する支持部１５とを備える。この支持部１５は、天板１１の長手方向を向いた水平方向の軸ＲＡを中心にＣ字状アーム１４を回転駆動する。これにより、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３も、Ｃ字状アーム１４と連動して移動する。なお、Ｃ字状アーム１４については、その形状は「Ｃ」字状に限らず、「Ｕ」字状等公知の形状を含む。また、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とは、それぞれこの発明における照射手段と検出手段とに相当する。さらに、Ｃ字状アーム１４は、この発明における移動手段に相当する。

また、Ｃ字状アーム１４の弧の略中央部であって内側には、監視板Ｐが設けられている。Ｃ字状アーム１４が回転駆動されると、この監視板Ｐも連動して移動する。

図２は、監視板の正面図の一例である。図示するように、この監視板Ｐには、３個の円形状のマーカｍ１、ｍ２、ｍ３（特に区別する必要がないときは、「マーカｍ」と総称する）が描かれている。なお、マーカｍは、後述するＣＣＤカメラで撮像されるものであり、Ｘ線を照射するものでない。よって、マーカｍは、視認できればよい。また、マーカｍの形状は球等の立体形状であることを要しない。

さらに、Ｘ線管１２の両側端部には、それぞれ第１カメラ１６ａ、１６ｂ（以下では、特に区別する必要がないときは「第１カメラ１６」と総称する）が設置されている。同様に、ＦＰＤ１３の両側端部にもそれぞれ第２カメラ１７ａ、１７ｂ（特に区別する必要がないときは「第２カメラ１７」と総称する）が設置されている。また、Ｃ字状アーム１４や天板１１等とは別体に、固定的に第３カメラ１８ａ、１８ｂ（特に区別する必要がないときは「第３カメラ１８」と総称する）が設置されている。

このような配置とすることで、第１カメラ１６及びＸ線管１２の間の相対的な位置関係は常に一定である。すなわち、Ｃ字状アーム１４の回転駆動のような外力が加わっても、第１カメラ１６及びＸ線管１２の間には機械的なたわみ等が生じることがない。言い換えれば、両者間の相対的な位置関係は変位することなく、常に一定である。同様に、第２カメラ１７及びＦＰＤ１３の間の相対的な位置関係も常に一定である。また、第３カメラ１８の場合は、その３次元位置が、Ｃ字状アーム１４等の可動部の動作とまったく関係なく、常に一定である。

第１、第２、第３カメラ１６、１７、１８は、それぞれＣＣＤカメラであり、固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）と電子シャッターやレンズなどから構成されている。また、各カメラ１６、１７、１８は、監視板Ｐを撮像視野に入れるように撮像方向を調節して配置されている。また、第３カメラ１８は、Ｃ字状アーム１４が回転しても被検体Ｍの影に隠れることなく、監視板Ｐのマーカｍの光学像を撮像できるように、配置されている。なお、第１カメラ１６と第２カメラ１７と第３カメラ１８とは、それぞれこの発明における第１光学撮像手段と第２光学撮像手段と第３光学撮像手段とに相当する。

撮影制御部３は、Ｘ線管１２によるＸ線の照射や、ＦＰＤ１３によるＸ線の検出や、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３の移動を制御する。

画像処理部５は、投影像収集部２１と画像収集部２３と３次元位置算定部２５と再構成演算部２７と保存部２９とを備えている。なお、係る画像処理部５は、所定のプログラムを読み出して実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）や、各種情報を記憶するＲＡＭ（Random-Access Memory）や固定ディスク等の記憶媒体等で実現される。

投影像収集部２１は、ＦＰＤ１３から投影像を収集する。画像収集部２３は、各カメラ１６、１７、１８から画像を収集する。なお、画像収集部２３とは、投影像が得られる各時点において画像を取得するように、投影像収集部２１と同期している。このため、本実施例では、投影像収集部２１及びＦＰＤ１３が、撮影制御部３と連携して動作するように構成されている。

３次元位置算定部２５は、記憶媒体に第１カメラ１６及びＸ線管１２の間の相対的な位置関係と、第２カメラ１７及びＦＰＤ１３の間の相対的な位置関係と、第３カメラ１８の３次元位置とを記憶している。この記憶媒体から読み出す位置関係及び３次元位置と、画像収集部２３が収集した各画像とに基づいて、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置を算定する。なお、３次元位置算定部２５は、この発明における算定手段に相当する。

再構成演算部２７は、これらＸ線管１２及びＦＰＤ１３の３次元位置と、投影像の一群とに基づいて、断層像、あるいは３次元画像を作成する。保存部２９では、再構成演算部２７から得られた断層像等を保存する。そして、適宜操作者の指示等に従い、モニタ７に断層像等を表示する。再構成演算部２７は、この発明における画像作成手段に相当する。

次に、図３を参照して、実施例１に係る断層撮影装置の動作について説明する。

＜ステップＳ１＞被検体を撮影する
撮影制御部３の制御に従い、Ｘ線管１２が被検体ＭにＸ線を照射する。ＦＰＤ１３は、被検体Ｍを透過したＸ線を検出し、投影像を得る。

被検体Ｍの投影像を得る際、第１、第２、第３カメラ１６、１７、１８は、投影像が得られる各時点におけるマーカｍの光学像をそれぞれ撮像し、画像を得る。

＜ステップＳ２＞投影像を収集する
投影像収集部２１は、ＦＰＤ１３から投影像を受け取って収集する。

＜ステップＳ３＞画像を収集する
画像収集部２３は、第１、第２、第３カメラ１６、１７、１８から、それぞれ画像を受け取って収集する。

＜ステップＳ４＞Ｘ線管及びＦＰＤの３次元位置を算定する
３次元位置算定部２５は、画像収集部２３から各画像を受け取る。また、３次元位置算定部２５が有する記憶媒体から、第１カメラ１６及びＸ線管１２の間の相対的な位置関係と、第２カメラ１７及びＦＰＤ１３の間の相対的な位置関係と、および第３カメラ１８の３次元位置とを読み出す。そして、第１カメラ１６が得た各画像について、両眼視の手法により処理を行い、第１カメラ１６及びマーカｍの間の相対的な位置関係を求める。同様に、第２カメラ１７が得た各画像に基づいて、第２カメラ１７及びマーカｍの間の相対的な位置関係を求める。

また、第３カメラ１８が得た各画像と第３カメラ１８の３次元位置とに基づいて、マーカｍの３次元位置を求める。

第１カメラ１６及びマーカｍの間の相対的な位置関係に、マーカｍの３次元位置を与えて、第１カメラ１６の３次元位置を求める。さらに、求めた第１カメラ１６の３次元位置を、第１カメラ１６及びＸ線管１２の間の相対的な位置関係に与えて、Ｘ線管１２の３次元位置を求める。

同様に、第２カメラ１７及びマーカｍの間の相対的な位置関係と、マーカｍの３次元位置とに基づいて、第２カメラ１７の３次元位置を求める。そして、第２カメラ１７の３次元位置と、第２カメラ１７及びＦＰＤ１３の間の相対的な位置関係とに基づいて、ＦＰＤ１３の３次元位置を求める。

なお、３次元位置算定部２５は、このＸ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置について、投影像が得られた時点ごとに、一連の算定処理を繰り返す。

＜ステップＳ５＞投影像と３次元位置に基づき、再構成演算処理を行う
再構成演算部２７は、投影像収集部２１が収集した投影像の一群を受け取る。また、３次元位置算定部２５からＸ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置を受け取る。そして、投影像と各３次元位置に基づいて、被検体Ｍに対する再構成演算処理を行い、被検体Ｍの任意の位置の断層像あるいは３次元ボリュームデータを作成する。

この３次元ボリュームデータを作成する一連の手順について、図４を参照しながら概説する。まず、この一群の撮影データを単純逆投影（単純バックプロジェクション：単純ＢＰ）して単純ＢＰ中間像を生成する。次に、この単純ＢＰ中間像を３次元フーリエ変換して、実空間データからフーリエ空間データに変換した３次元フーリエ分布像（図４には、３次元フーリエ空間座標で表示しているものに対応する）を生成する。次に、この３次元フーリエ分布像に対してフィルタリング処理を施す（｜ω｜フィルタリング（絶対値オメガフィルタリング）やローパスフィルタリング）。次に、フィルタリング処理を施した３次元フーリエ分布像を３次元逆フーリエ変換して、フーリエ空間データから実空間データに戻し、３次元ボリュームデータ（図４には、右端側に表示され、周方向に幾本かの破線が図示されている円柱状のものに対応する）が生成される。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再構成が行なわれる。なお、この３次元ボリュームデータから任意の断層面を選択することで、選択した断層像が見られる（図４には、最右端に表示された厚みの薄い円柱状のものを見ているものに対応する）。上述したように、一旦、単純ＢＰ中間像を生成し、この単純ＢＰ中間像をフーリエ空間で所定のフィルタリング処理を施すという手法を、Ｆ（フーリエ）空間フィルタ法と呼ぶ。

ここで、単純ＢＰ中間像を生成するとき、図５に示すように、撮影された被検体Ｍの関心領域に３次元格子群Ｋを仮想的に設定する。そして、３次元格子群Ｋ内の格子点Ｊを選択して、ＦＰＤ１３上の点Ｄ_Pにおける検出データを、Ｘ線管１２と点Ｄ_Pとを結ぶ直線上にある格子点Ｊに逆投影する。

ここで、ＦＰＤ１３上の点Ｄ_Pの座標は、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置に基づき、格子点Ｊの位置から正確に求められる。

また、点Ｄ_Pにおける検出データは、この点Ｄ_Pに最近接する例えば４点ｄ１〜ｄ４の検出データを加重平均して求める。そして、このような検出データをいろいろな角度から得て、格子点に累算することで、その格子点について逆投影を行うことができる。そして、３次元格子群Ｋの残りの格子点について、前記と同様にして逆投影を行い、さらに、各位置ごとにこれと同様の逆投影を行うことで、単純ＢＰ中間像が生成される。なお、予め、被検体Ｍの撮影像にボケ防止のフィルタ処理等を施してもよい。

＜ステップＳ６＞断層像等の保存、表示を行う
その後、作成した被検体Ｍの任意の位置の断層像あるいは３次元ボリュームデータを保存部２９に記憶保存し、要求に応じて、適宜、モニタ７に出力して表示する（Ｓ７）。

このように、実施例１に係る断層撮影装置によれば、第１、第２カメラ１６、１７は、マーカｍの光学像を撮像する。３次元位置算定部２５は、マーカｍの３次元位置を考慮することで、第１、第２カメラ１６、１７から得られた画像に基づいて、第１、第２カメラ１６、１７の各３次元位置を算定することができる。さらに、第１カメラ１６が、Ｘ線管１２との間の相対的な位置関係が一定となる位置に設けられており、第２カメラ１７が、ＦＰＤ１３との間の相対的な位置関係が一定となる位置に設けられている。よって、３次元位置算定部２５は、これらの相対的な位置関係を考慮することで、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との各３次元位置を正確に算定することができる。

また、本実施例に係るマーカの３次元位置は変位する。しかし、固定的に設置される第３カメラ１８がマーカの光学像を撮像することにより、３次元位置算定部２５は、マーカｍの３次元位置を正確に求めることができる。

また、第１、第２、第３カメラ１６、１７、１８は、被検体Ｍの撮影において、各投影像の取得の時点におけるマーカｍの光学像を撮像する。そして、３次元位置算定部２５は、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置を推定することなく、直接検知して算定する。したがって、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置を常に正確に算定することができる。よって、Ｃ字状アーム１４のたわみ等によってＸ線管１２とＦＰＤ１３の軌道が偶発的にずれた場合であっても、３次元位置算定部２５は正確にＸ線管１２及びＦＰＤ１３の３次元位置を取得することができる。また、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３の軌道が経時的に変化してしまっても、被検体Ｍの撮影の都度（撮影と同時に）、３次元位置算定部２５が算定するので、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３の３次元位置は常に正確である。

また、このように構成することで、被検体Ｍの撮影の前に校正ファントムを撮影して、予めＸ線管１２及びＦＰＤ１３の３次元位置を取得することを要しない。

また、第１、第２、第３カメラ１６、１７、１８はそれぞれ２台あるので、マーカｍとの相対的な位置関係やマーカｍの３次元位置を、両眼視の手法により容易に求めることができる。

監視板Ｐ上に配されるマーカｍは３点であるので、３次元位置算定部２５は、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３の３次元位置を能率よく算定することができる。

また、支持部１５による回転駆動により、Ｃ字状アーム１３は、そのＣ字状の円弧の略中央部を貫く軸ＲＡを中心に回転移動する。そして、マーカｍを配する監視板Ｐは、Ｃ字状アーム１４の回転軸ＲＡ近傍であって、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３に対向するように、Ｃ字状アーム１４の円弧の内側に設置されている。よって、Ｃ字状アーム１４が回転移動した場合であっても、マーカｍの変位量は比較的少ない。よって、Ｘ線管１２の両側端部に設けらる第１カメラ１６、および、ＦＰＤ１３の両側端部に設けられる第２カメラ１７は、常に、マーカｍの光学像を撮像視野に容易に入れることができる。

次に、この発明の実施例２を説明する。
図６は、この実施例２に係る断層撮影装置を示す全体構成図である。なお、実施例１と同じ構成については同符号を付すことで詳細な説明を省略する。

この断層撮影装置は、被検体Ｍの投影像を得る撮影部２と、この撮影部２を制御する撮影制御部３と、得られた投影像を処理して断層象等を作成する画像処理部６と、この断層像等を表示するモニタ７とに大きく分けられる。

撮影部２において、監視板Ｐは、Ｃ字状アーム１４や天板１１等とは別体に、固定的に設置されている。監視板Ｐ上に配される３点のマーカｍ１〜ｍ３は、実施例１と同様である。よって、マーカｍの３次元位置は、Ｃ字状アーム１４等の可動部の動作とまったく関係なく、常に一定である。

このため、第１カメラ１６と第２カメラ１７は、それぞれ撮像視野に監視板Ｐをいれるように、第１実施例とは異なる撮像方向に向けて、設置されている。なお、撮像部２は、第１実施例で説明した第３カメラ１８を備えていない。

画像処理部６は、投影像収集部２１と画像収集部２４と３次元位置算定部２６と再構成演算部２７と保存部２９とを備えている。ここで、第１実施例の対応する構成と異なる画像収集部２４と３次元位置算定部２６とについて説明する。

画像収集部２４は、マーカｍの光学像を撮像する各カメラ１６、１７から得られる画像を収集する。

３次元位置算定部２６は、記憶媒体に第１カメラ１６及びＸ線管１２の間の相対的な位置関係と、第２カメラ１７及びＦＰＤ１３の間の相対的な位置関係と、マーカｍの３次元位置とを記憶している。この記憶媒体から読み出す位置関係及び３次元位置と、画像収集部２４が収集した各画像とに基づいて、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置を算定する。なお、３次元位置算定部２６は、この発明における算定手段に相当する。

具体的には、以下のような処理により算定する。

すなわち、３次元位置算定部２６は、画像収集部２４から各画像を受け取る。また、３次元位置算定部２６が有する記憶媒体から、第１カメラ１６及びＸ線管１２の間の相対的な位置関係と、第２カメラ１７及びＦＰＤ１３の間の相対的な位置関係と、マーカｍの３次元位置とを読み出す。そして、第１カメラ１６から得られた各画像について、両眼視の手法により処理を行い、第１カメラ１６及びマーカｍの間の相対的な位置関係を求める。同様に、第２カメラ１７から得られた各画像に基づいて、第２カメラ１７及びマーカｍの間の相対的な位置関係を求める。

求めた第１カメラ１６及びマーカｍの間の相対的な位置関係に、マーカｍの３次元位置を与えて、第１カメラ１６の３次元位置を求める。さらに、求めた第１カメラ１６の３次元位置を、第１カメラ１６及びＸ線管１２の間の相対的な位置関係に与えて、Ｘ線管１２の３次元位置を算定する。

同様に、第２カメラ１７及びマーカｍの間の相対的な位置関係と、マーカｍの３次元位置とに基づいて、第２カメラ１７の３次元位置を求める。そして、第２カメラ１７の３次元位置と、第２カメラ１７及びＦＰＤ１３の間の相対的な位置関係とに基づいて、ＦＰＤ１３の３次元位置を算定する。

なお、３次元位置算定部２６は、このＸ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置について、投影像が得られた時点ごとに、一連の算定処理をする。

このように、実施例２に係る断層撮影装置によっても、実施例１と同様に、投影像が得られる各時点におけるＸ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置を常に正確に算定することができる。また、被検体Ｍの撮影前に、構成ファントムを撮影することを要しない。

さらに、実施例２にかかる断層撮影装置によれば、監視板Ｐを固定的に設置することで、マーカｍの３次元位置は変位せず、常に一定である。よって、マーカｍの３次元位置を求める処理や、そのための画像を取得するカメラ（例えば、実施例１で説明した第３カメラ１８）の設置を省略することができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、マーカｍの光学像を各カメラ１６、１７、１８が撮像する構成であったが、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置を算定できるかぎり、適宜に設計変更できる。

たとえば、Ｃ字状アーム１４や天板１１等とは別体に、固定的に設置される第４カメラを備えて、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３の光学像を直接撮像するように構成してもよい。このとき、３次元位置算定部２５（２６）は、第４カメラが得た画像と、第４カメラの３次元位置とに基づいてＸ線管１２及びＦＰＤ１３の３次元位置を直接的に算定することができる。また、かかる構成により、マーカｍを配する監視板Ｐやマーカｍの光学像を撮像する第１、第２、第３カメラ１６、１７、１８を省略することができる。また、マーカｍの３次元位置を求める処理も不要となる。

（２）上述した各実施例では、各カメラ１６、１７、１８等は、それぞれ２台であった。しかし、各カメラの台数はこれに限らず、それぞれ３台以上であってもよいし、それぞれ１台でもよい。なお、１台の場合は、所定の撮像条件を満たすようにカメラを設置することで、３次元位置算定部２５（２６）は得られた画像から、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置も算定することができる。

（３）上述した各実施例では、第１、第２カメラ１６、１７は、Ｘ線管１２またはＦＰＤ１３の両側端部に設置する構成であった。しかし、第１、第２カメラ１６、１７の３次元位置がわかれば、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３との３次元位置が算定できる限り適宜に設計変更できる。たとえば、Ｘ線管１２またはＦＰＤ１３と、Ｃ字状アーム１４との接合部に、第１、第２カメラ１６、１７を設置するようにしてもよい。

（４）上述した各実施例では、各カメラ１６、１７、１８は、ＣＣＤカメラであった。しかし、例えばテレビカメラなど、マーカの光学像を撮像してその画像が得られる公知のカメラ、またはセンサに適宜に設計変更してもよい。さらには、マーカとの相対的な位置関係を検出することができれば、各カメラ１６、１７、１８のように光学像を撮像するセンサに限られない。たとえば、マーカに対して、特定の光や電波等を照射して、マーカとの位置関係を検知するセンサであってもよい。

（５）上述した各実施例では、マーカｍが配される監視板Ｐは、Ｃ字状アーム１４の円弧の略中心付近に設置されるものであった。しかし、各カメラ１６、１７、１８がマーカｍの光学像を撮像できればよく、監視板Ｐの位置は適宜に設計変更することができる。

（６）上述した第１実施例では、マーカｍが配される監視板Ｐは、Ｃ字状アーム１４とともに移動するものであった。しかし、例えば支持部１５等が監視板Ｐを保持する等により、監視板Ｐを固定的に設置するように構成してもよい。これにより、マーカｍの３次元位置を求める処理や、そのために必要な画像を取得するカメラの設置を省略することができる。

（７）上述した各実施例では、軸ＲＡ周りに回転するようにＣ字状アーム１４を駆動する構成である。しかしながら、Ｘ線管１２及びＦＰＤ１３の軌道は、かかる駆動に応じたもののみに限定されない。たとえば、全周３６０°分回転する、いわゆるＣＴ装置のような軌道でも良い。また、軸ＲＡ以外の軸を中心にＣ字状アームを回転させてもよい。更に、投影位置によって回転軸からＸ線管１２またはＦＰＤ１３への距離が変化するような軌道、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とが一定の平面内に存在しないような軌道、あるいは、撮影毎にＣ字状アーム１４等のメカのがたつき等が原因で不連続な軌道でＸ線管１２とＦＰＤ１３とを変位させるものでも良い。また、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３の軌道は、平行な二直線あるいはそれに順ずる軌道でも良い。要するに、複数の異なる方向から被検体Ｍの投影像が得られさえすれば、どのような軌道でも良い。

（８）上記した各実施例では、Ｘ線を照射するＸ線管１２を備えているが、この発明としては、可視光、プラズマＸ線源からのＸ線、放射性同位元素からのガンマ線、電子ライラックからのＸ線照射する構成のものや、シンクロトロン軌道放射光源（ＳＯＲ）など、各種の電磁波を照射するものを用いることができる。

（９）また、上記した各実施例では、検出手段として、ＦＰＤ１３を用いているが、この発明としては、イメージインテンシファイアや多列検出器などを用いるものでも良い。

（１０）さらに、上記した各実施例では、撮影部１（２）は、Ｃ字状アーム１４によって保持することにより、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とを機械的に結合して構成されている。しかし、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とを互いに連動して移動させることができれば、Ｃ字状アーム１４を有する構成に限られない。たとえば、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とを個別に保持しつつ、共通の回転駆動軸に連結する等の構成により、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とを互いに連動して移動させても良い。また、Ｘ線管１２とＦＰＤ１３とを個別に保持しつつ、それぞれを個別に、かつ、相互に同期制御して回転駆動する構成としても良い。

実施例１に係る断層撮影装置を示す全体構成図である。監視板の正面図である。実施例１に係る断層撮影装置の動作を説明するフローチャートである。３次元ボリュームデータを作成する手順を説明ための模式図である。逆投影法を説明するための模式図である。実施例２に係る断層撮影装置を示す全体構成図である。先行発明に係る断層撮影装置の全体構成図である。先行発明に係る断層撮影装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１２ …Ｘ線管
１３ …フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
１４ …Ｃ字状アーム
１６ａ、１６ｂ …第１カメラ
１７ａ、１７ｂ …第２カメラ
１８ａ、１８ｂ …第３カメラ
２５、２６ …３次元位置算定部
２７ …再構成演算部
Ｍ …被検体
ｍ …マーカ

Claims

電磁波を被検体に照射する照射手段と、前記被検体を透過する電磁波を検出する検出手段と、前記照射手段および前記検出手段を互いに連動して移動させる移動手段と、前記移動手段により移動される前記検出手段から得られた投影像の一群に基づいて再構成演算処理を行い、断層像または／および３次元画像を作成する画像作成手段とを備えた断層撮影装置において、
前記照射手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられ、投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとに所定の位置に配置されるマーカの光学像を撮像する第１光学撮像手段と、
前記検出手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられ、投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとに前記マーカの光学像を撮像する第２光学撮像手段と、
前記第１光学撮像手段及び前記第２光学撮像手段の検知結果に基づいて、前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を算定する算定手段とを備え、
前記算定手段は、前記マーカの３次元位置と、前記第１光学撮像手段から得られた画像と、前記第１光学撮像手段及び前記照射手段の間の相対的な位置関係とに基づいて、前記照射手段の３次元位置を算定し、かつ、前記マーカの３次元位置と、前記第２光学撮像手段から得られた画像と、前記第２光学撮像手段及び前記検出手段の間の相対的な位置関係とに基づいて、前記検出手段の３次元位置を算定し、
前記画像作成手段は、前記算定手段により算定された前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を用いて前記再構成演算処理を行い、
前記装置は、さらに、固定的に設置されて、前記マーカの光学像を撮像する第３光学撮像手段を備え、
前記マーカは前記移動手段に配置され、
前記算定手段は、さらに、前記第３光学撮像手段の３次元位置と、前記第３光学撮像手段から得られた画像とに基づいて、前記マーカの３次元位置を求めることを特徴とする断層撮影装置。
電磁波を被検体に照射する照射手段と、前記被検体を透過する電磁波を検出する検出手段と、前記照射手段および前記検出手段を互いに連動して移動させる移動手段と、前記移動手段により移動される前記検出手段から得られた投影像の一群に基づいて再構成演算処理を行い、断層像または／および３次元画像を作成する画像作成手段とを備えた断層撮影装置において、
前記照射手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられ、投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとに所定の位置に配置されるマーカの光学像を撮像する第１光学撮像手段と、
前記検出手段との相対的な位置関係が一定となる位置に設けられ、投影像の一群を得る際、各投影像が得られる時点ごとに前記マーカの光学像を撮像する第２光学撮像手段と、
前記第１光学撮像手段及び前記第２光学撮像手段の検知結果に基づいて、前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を算定する算定手段とを備え、
前記算定手段は、前記マーカの３次元位置と、前記第１光学撮像手段から得られた画像と、前記第１光学撮像手段及び前記照射手段の間の相対的な位置関係とに基づいて、前記照射手段の３次元位置を算定し、かつ、前記マーカの３次元位置と、前記第２光学撮像手段から得られた画像と、前記第２光学撮像手段及び前記検出手段の間の相対的な位置関係とに基づいて、前記検出手段の３次元位置を算定し、
前記画像作成手段は、前記算定手段により算定された前記照射手段及び前記検出手段の３次元位置を用いて前記再構成演算処理を行い、
前記マーカは３点以上であることを特徴とする断層撮影装置。
請求項１または請求項２に記載の断層撮影装置において、
前記各光学撮像手段は、それぞれ複数であることを特徴とする断層撮影装置。