JP2000201918A - Ｘ線ｃｔ装置及びｘ線像のｘ線撮影方法並びにファントム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元Ｘ線吸収係数分布像の高画質化に大き
く寄与する回転中心軸投影位置を高精度に求めることが
可能な技術を提供すること。 【解決手段】 放射状のＸ線を被写体に照射するＸ線源
と該Ｘ線源に対向配置され被写体を透過した透過Ｘ線強
度画像を撮影する撮像手段とを備える撮影系と、該撮影
系を被写体の周囲に回転させる回転手段と、透過Ｘ線強
度画像から被写体の再構成像を再構成する再構成手段
と、撮影系の回転中心軸を透過Ｘ線強度画像上に投影し
た位置である回転中心軸投影位置を変化させる回転中心
軸投影位置設定手段とを具備し、回転中心軸投影位置設
定手段が設定した回転中心軸投影位置を用いて再構成し
た再構成像のコントラストに基づいて、撮影系の回転中
心軸投影位置を推定し、推定された回転中心軸投影位置
で再構成された再構成像から前記被写体のＸ線断層像又
は／及びＸ線３次元像を生成し表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に関
し、特に、コーンビームＸ線ＣＴ装置における撮影系の
走査機構（スキャナ）の回転中心軸の位置決めに適用し
て有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置
の一般的な構成を示す図である。従来のコーンビームＸ
線ＣＴ装置は、計測を行なう計測部１と、計測された画
像データを処理するデータ処理部２とに分かれていた。
全体制御部３は、計測部１およびデータ処理部２に対す
る全体の制御を行っていた。

【０００３】計測部１は、被写体を介してＸ線源５と二
次元検出器６とが対向配置されていた。Ｘ線源５と二次
元検出器６とは、回転中心軸９を回転中心として被写体
７のまわりを回転する走査機構であるスキャナ４に配置
されていた。スキャナ４は、予め決められた角度毎に回
転し、その回転角毎に二次元検出器６が被写体７を透過
したＸ線の透過Ｘ線強度の計測を行うことによって、被
写体７の透過Ｘ線強度画像の撮影を行っていた。二次元
検出器６で撮影された透過Ｘ線強度画像はデジタルの画
像データに変換され、データ処理部２に出力されてい
た。ただし、以下の説明では、スキャナ４の回転角を投
影角ａと記す。

【０００４】データ処理部２では、まず、前処理手段１
０においてガンマ補正、画像歪み補正、対数変換及び二
次元検出器６の感度むら補正等の前処理を行っていた。
次に、再構成演算手段１１が、前処理後の全ての透過Ｘ
線強度画像（全投影像）をもとに、被写体７の視野領域
内の三次元的なＸ線吸収係数分布である三次元再構成画
像を再構成していた。この再構成演算方法としては、
（L.A.Feldkamp etal. Practical cone beam algorith
m,J.Opt.Soc.Am.A, Vol.1,No.6,pp612-619,1984）（以
下、「文献１」と記す）に記載のＦｅｌｄｋａｍｐによ
るコーンビーム再構成演算法等が知られている。

【０００５】最終的には、三次元再構成画像に対し、画
像化手段１２がボリュームレンダリング処理あるいは最
大値投影処理等の画像処理を施し、画像表示手段１３上
に二次元画像として表示していた。このとき、キーボー
ド、マウス及びトラック・ボール等の図示しない指示装
置を介して入力された観察したい視点及び部位等のパラ
メータに基づいて、画像化手段１２が画像処理を行って
いた。

【０００６】このように、従来のコーンビームＸ線ＣＴ
装置では、Ｘ線源５と二次元検出器６とからなる撮影系
をスキャナ４を回転させ、被写体７の全周方向からの透
過Ｘ線強度画像を撮影し、再構成演算手段１１が装置本
体に固定された静止座標系に置かれる被写体７の三次元
的なＸ線吸収係数分布を求めていた。静止座標系は、撮
影系すなわちスキャナ４の回転中心軸９であるＺ軸と、
Ｘ線源５のＸ線焦点１４の回転軌道の載っている平面
（以下、「ミッドプレーン」と記す）上の直交座標であ
るＸ軸及びＹ軸とによって規定されていた。

【０００７】二次元検出器７の各検出素子で計測される
Ｘ線ビーム８の位置は、Ｘ線焦点１４からＸＹＺ座標系
の原点を通り二次元検出器６に至る直線とＸ軸とがなす
角度（投影角）ａと、回転中心軸９が二次元検出器６の
入射面においた仮想的な平面（投影面）に投影された回
転中心軸投影と、ミッドプレーンと投影面との交点が描
く直線であるミッドプレーン投影とによって特定されて
いた。すなわち、被写体７の三次元的なＸ線吸収係数分
布の再構成を行う場合の基準となる座標軸は、投影面上
の回転中心軸投影とミッドプレーン投影であった。現実
の透過Ｘ線強度画像の計測は、連続的なアナログ計測で
はなく離散的なデジタル計測を行うこととなるので、再
構成演算を行うにあたっては、投影面上におけるサンプ
リングピッチＤＰも必要であった。さらには、Ｘ線焦点
１４から回転中心軸９に至る距離ＳＯＤと、Ｘ線焦点１
４から回転中心軸投影１７に至る距離ＳＩＤとが必要で
あった。ただし、以下の説明では、Ｘ線焦点１４と二次
元検出器６と回転中心軸９との相対的な位置関係を計測
系のジオメトリと称す。具体的には、計測系のジオメト
リは、Ｘ線焦点１４から回転中心軸９及び回転中心軸投
影１７までの距離ＳＯＤ，ＳＩＤ、投影面上の回転中心
軸投影、及びミッドプレーン投影によって定義される。

【０００８】計測系のジオメトリを決定するパラメータ
の内で、回転中心軸投影、ミッドプレーン投影及びサン
プリングピッチＤＰは、Ｘ線焦点１４から回転中心軸９
及び回転中心軸投影１７までの距離ＳＯＤ，ＳＩＤに比
較して高い精度が必要とされることが周知である。たと
えば、二次元検出器６の有効開口幅が３０ｃｍ、解像度
が５１２×５１２画素の場合、回転中心軸投影及びミッ
ドプレーン投影並びにサンプリングピッチＤＰの精度
は、０．１画素すなわち０．０５ミリ程度が要求であっ
た。これは、回転中心軸投影及びミッドプレーン投影の
位置並びにサンプリングピッチＤＰに微少な誤差があっ
ても、再構成画像に画質低下をもたらすためであった。
回転中心軸投影及びミッドプレーン投影の位置並びにサ
ンプリングピッチＤＰの内でも特に回転中心軸投影は重
要であり、微少な誤差であっても再構成画像に著しい偽
像を発生させることが知られている。

【０００９】一方、回転中心軸投影及びミッドプレーン
投影の位置並びにサンプリングピッチＤＰを直接計測す
ることは困難であった。回転中心軸投影及びミッドプレ
ーン投影の位置並びにサンプリングピッチＤＰの値が、
二次元検出器６の特性や装置の据え付け状態に依存して
いるためであった。

【００１０】計測系のジオメトリを精度よく設定する方
法として、たとえば、同一出願による特開平９−１７３
３３０号公報（以下、「文献２」と記す）に記載の「Ｘ
線断層撮影装置」があった。文献２に記載のＸ線断層撮
影装置では、まず、図７に示す支持材２０と小球状高吸
収材２１とからなる被写体（ファントム）を、回転中心
軸９の近傍（３〜数センチ離れた位置）に配置し全周方
向から透過Ｘ線強度画像を撮影する。ただし、以下の説
明では、図７に示すような、計測系のジオメトリを補正
するための専用のファントムを「ジオメトリ推定ファン
トム」と記す。

【００１１】画像歪み補正や感度むら補正等の必要な前
処理を行った後に、全周分の透過Ｘ線強度画像を加算す
ると、たとえば、図８に示すように、ジオメトリ推定フ
ァントム１９上の各小球状高吸収材２１が、加算画像２
２上では楕円状の軌跡２３を描くこととなっていた。

【００１２】ジオメトリ推定ファントム１９の撮影条件
より、楕円状軌跡２３の中心を繋いだ直線が回転中心軸
投影１７となるので、回転中心軸投影位置ＣＰが特定で
きていた。一方、ミッドプレーン投影位置ＭＰは、回転
中心軸方向の径（楕円状軌跡２３の短径）の長さの変化
から求めていた。すなわち、計測された複数の楕円状軌
跡２３の短径の長さと、その回転中心軸方向の位置とを
グラフ化等し、短径の長さががゼロとなる位置を推定す
ることにより、ミッドプレーン投影位置ＭＰを求めてい
た。

【００１３】サンプリングピッチＤＰは、まず、二次元
検出器６の受光面すなわち投影面１５に所定の長さの薄
い物体として、たとえば、等間隔の穴（ピンホール）を
あけた金属板すなわちホールチャート等を貼り付け、一
枚分の透過Ｘ線強度画像を撮影する。この透過Ｘ線強度
画像に対し、画像歪み補正及び感度むら補正等の必要な
前処理を加えた後に、薄い物体の像のサイズあるいはホ
ール部分が何画素分に相当するか、実際のサイズと付き
合わせて投影面上のサンプリングピッチＤＰを求めてい
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。従来
のＸ線ＣＴ装置では、前述するように、計測系のジオメ
トリの推定には多くの人手や時間を要する作業であっ
た。特に、回転中心軸投影位置ＣＰに関しては高い精度
が要求されるにも関わらず、従来のジオメトリ推定方法
では、操作者による操作を要し、操作者に負担をかける
という問題があった。また、従来のジオメトリの推定方
法で得られる精度は、人間である操作者の感覚に依存す
る部分が大きく、操作者によって十分な精度を得られな
いという問題があった。さらには、楕円状軌跡２３の中
心位置の特定等の作業が必要となるので、計測系のジオ
メトリの推定に多くの時間がかかることとなり、診断効
率が低下して示すという問題があった。

【００１５】この問題を解決する方法として、画像認識
処理等を行うことによって、文献２に記載のジオメトリ
推定を自動的に行うことも可能である。しかし、高精度
な推定を行うためには複雑な画像処理を行う必要がある
ので、装置の製造コストが上昇してしまうという問題が
あった。

【００１６】本発明の目的は、再構成像の高画質化に大
きく寄与する回転中心軸投影位置を高精度に求めること
が可能な技術を提供することにある。本発明の他の目的
は、操作者の感覚に依存せず計測系のジオメトリを定義
するパラメータを推定することが可能な技術を提供する
ことにある。

【００１７】本発明のその他の目的は、自動的に計測系
のジオメトリを定義するパラメータを推定することが可
能な技術を提供することにある。本発明のその他の目的
は、診断効率を向上させることが可能な技術を提供する
ことにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。放射状のＸ線を被写体に照射する
Ｘ線源と該Ｘ線源に対向配置され被写体を透過したＸ線
の透過Ｘ線強度画像を撮影する撮像手段とを備える撮影
系と、該撮影系を前記被写体の周囲に回転させる回転手
段と、前記透過Ｘ線強度画像から前記被写体の再構成像
を再構成する再構成手段と、前記透過Ｘ線強度画像上に
投影される撮影系の回転中心軸位置を変化させる回転中
心軸投影手段とを具備し、前記回転軸投影手段が投影さ
れた回転中心軸位置を変化させて再構成した三次元Ｘ線
分布像のコントラストに基づいて、撮影系の回転中心軸
位置を推定し、推定された回転中心軸位置を利用して再
構成された再構成像から前記被写体のＸ線断層像又は／
及びＸ線３次元像を生成し表示する。

【００１９】前述した手段によれば、投影された回転中
心軸の位置がずれた状態で再構成演算を行うと、得られ
る再構成画像には円弧上の偽像が生じるために、コント
ラストが低下するという性質を利用し、再構成像のコン
トラストが最大となる回転中心軸投影位置を、正しい回
転中心軸投影位置とする。その結果、再構成像のコント
ラストという操作者の感覚に依存しない値を用いて計測
系のジオメトリを定義するパラメータである回転中心軸
投影位置を推定できる。従って、再構成像の高画質化に
大きく寄与する回転中心軸投影位置を高精度に求めるこ
とができる。

【００２０】また、再構成像のコントラストを計測系の
ジオメトリを定義するパラメータとすることによって、
投影された回転中心軸を変数とする再構成像のコントラ
ストの関数を定義することが可能となるので、自動的に
計測系のジオメトリを定義するパラメータである投影さ
れた回転中心軸位置を推定することができる。その結
果、計測系のジオメトリの推定に要する時間、すなわ
ち、Ｘ線ＣＴ装置の調整に要する時間を短縮することが
可能となり、診断効率を向上できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について、発明の実
施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明
する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。

【００２２】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１のＸ線ＣＴ装置であるコーンビームＸ線ＣＴ装置の
概略構成を示す図である。実施の形態１のコーンビーム
Ｘ線ＣＴ装置は、被写体７の全周方向からの透過Ｘ線強
度画像の撮影を行う計測部１、撮影されたＸ線強度画像
から画像再構成を行うデータ処理部２、及び、計測系の
ジオメトリを推定するジオメトリ推定部（推定手段、回
転中心軸投影位置設定手段）２４から構成される。ま
た、計測部１、データ処理部２及びジオメトリ推定部２
４の全体制御を行う全体制御部３を有する。ただし、計
測部１は、従来と同じ構成であり、コーンビーム状にＸ
線を照射するＸ線源５、回転中心軸９付近に設定された
被計測物体を透過した透過Ｘ線強度画像を計測する二次
元Ｘ線検出器（撮像手段）６、及び、対向配置されたＸ
線源５と二次元Ｘ線検出器６とからなる撮影系を回転中
心軸９の周囲に回転させるスキャナ（回転手段）４から
構成される。

【００２３】次に、図１に基づいて、各構成手段におい
て行われる処理、及び、各構成手段間でやり取りされる
データの流れに関して説明する。ただし、個々の処理の
詳細については、後述する。

【００２４】データ処理部２は、前処理手段１０、再構
成演算手段（再構成手段）１１、画像化手段１２及び画
像表示手段１３から構成される。ただし、前処理手段１
０を除く再構成演算手段１１、画像化手段１２及び画像
表示手段１３は、従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置と同
様の構成となるので、詳細な説明は省略する。

【００２５】前処理手段１０は、通常の再構成時には、
従来の前処理手段と同様、計測画像データに対するガン
マ補正、画像歪み補正、対数変換及び感度むら補正等の
必要な前処理を加える。一方、計測系のジオメトリ推定
時には、予め指定された領域のみに、計測画像データに
対するガンマ補正、画像歪み補正、対数変換及び感度む
ら補正等前の処理を加える。予め指定された領域として
は、たとえば、ミッドプレーン投影１８にあたる投影像
を生成するために必要な最小限の範囲（以下、「ミッド
プレーン領域」と記す）に設定することによって、計測
系のジオメトリの推定に要する時間を短縮することが可
能となる。なお、その詳細については後述する。

【００２６】実施の形態１の前処理手段１０は、通常の
再構成時には、計測画像データの全範囲に渡って前処理
を加える第一の前処理手段と、回転中心軸投影位置の自
動推定時には、計測画像データのミッドプレーン領域の
みに前処理を加えるための第二の前処理手段とによって
構成可能である。

【００２７】ジオメトリ推定部２４は、回転中心軸投影
位置初期値設定手段（初期値格納手段）２５、ミッドプ
レーン再構成手段（部分再構成手段）２６、評価対象領
域設定手段２７、評価関数演算手段２８、及び、最適化
手段２９から構成され、計測系のジオメトリの内で、特
に回転中心軸投影位置ＣＰの推定を行う。

【００２８】回転中心軸投影位置初期値設定手段２５
は、回転中心軸投影位置ＣＰの初期値ＣＰ０を求める手
段である。実施の形態１の回転中心軸投影位置初期値設
定手段２５は、初期値ＣＰ０として、投影像の回転接線
方向の幅の中心の座標値、すなわち、検出器６の開口幅
の中心の座標値を出力する。回転中心軸投影位置初期値
設定手段２５は、求めた初期値ＣＰ０を最適化手段２９
に出力する。

【００２９】ミッドプレーン再構成手段２６は、最適化
手段２９で指定された回転中心軸投影位置ＣＰの推定値
を用いて再構成演算を行い、ミッドプレーン投影１６上
の断層像（以下、「ミッドプレーン断面像」と記す）を
求める演算手段である。実施の形態１では、ミッドプレ
ーン再構成手段２６は、単にミッドプレーン全面を再構
成するのでなく、予め設定された領域あるいは評価対象
領域設定手段２７が定めた評価対象領域のみを再構成す
る。評価対象領域設定手段２７による評価対象領域の設
定手順については、後述する。

【００３０】実施の形態１では、ミッドプレーン再構成
手段２６が、ミッドプレーン断面像を求める構成とした
が、これに限定されることはなく、たとえば、通常の再
構成演算を行う再構成手段１１をミッドプレーン再構成
手段２６として用いてもよいことは言うまでもない。再
構成手段１１をミッドプレーン再構成手段２６として用
いる場合、再構成手段１１は、通常の再構成を行う際に
は操作者の指定する再構成領域全域を再構成し、ジオメ
トリ推定処理を行う際にはミッドプレーン断面像、予め
設定された領域あるいは評価対象領域設定手段２７が定
めた評価対象領域のみを再構成する。

【００３１】評価対象領域設定手段２７は、回転中心軸
投影位置ＣＰの推定処理を行う際、評価関数の評価の対
象になる評価対象領域を設定する手段である。実施の形
態１では、操作者の負担を減らし、回転中心軸位置の自
動推定を安定に行うために、評価対象領域設定手段２７
が評価対象領域の自動設定を行う。ただし、評価対象領
域は、予め設定しておいてもよいし、初期再構成画像を
もとに操作者が指定してもよい。

【００３２】回転中心軸投影位置推定ファントム３１を
利用する時には、回転中心軸投影位置推定ファントム３
１のＸ線の吸収の高い物質の再構成像が存在する部位周
辺のみを評価対象領域にできる。そこで、回転中心軸投
影位置の初期値ＣＰ０をもとに、ミッドプレーン断面全
域、あるいはミッドプレーン断面上で回転中心軸投影位
置推定ファントム３１のＸ線の吸収の高いインサート３
２の再構成像が確実に存在することが保証される範囲内
の領域を再構成する。この段階では初期値ＣＰ０は正し
い回転中心軸投影位置ではないので、ミッドプレーン再
構成像には偽像が含まれ、全体にコントラストは低い。
しかし、再構成画像中で最大値を示す部位は、回転中心
軸投影位置推定ファントム３１のＸ線の吸収の高いイン
サート３２の再構成像がある部位の近傍であると仮定し
ても実際上問題はない。なお、コントラストとしては、
再構成像のＣＴ値の最大値を用いることができる。

【００３３】従って、実施の形態１では、初期値ＣＰ０
を用いて再構成したミッドプレーン断面像のうち、最大
値を取る点を含む、あるいは該最大値を取る点を中心と
する所定の範囲を評価対象領域として、以降の最適化演
算をすすめることができる。

【００３４】評価関数演算手段２８は、評価対象領域に
あるミッドプレーン断層像を評価し、評価関数値Ｅ（Ｃ
Ｐ）を求める手段である。評価関数演算手段２８は、求
めた評価関数値Ｅ（ＣＰ）を最適化手段２９に渡す。た
だし、評価関数値Ｅ（ＣＰ）については、後述する。

【００３５】最適化手段２９は、回転中心軸投影位置Ｃ
Ｐ推定処理の流れを制御する手段である。最適化手段２
９は、回転中心軸投影位置ＣＰの推定値の設定と更新を
行い、回転中心軸投影位置ＣＰの推定値をミッドプレー
ン再構成手段２６に渡す。また、最適化手段２９は、評
価関数演算手段２８が求めた回転中心軸投影位置ＣＰの
推定値に対する評価関数値Ｅ（ＣＰ）を受け取る。最適
化手段２９は回転中心軸投影位置ＣＰの推定値変化に対
する評価関数値Ｅ（ＣＰ）の変化を記録し、評価関数値
Ｅ（ＣＰ）の変化の動向を元に、回転中心軸投影位置Ｃ
Ｐの推定値を更新し回転中心軸投影位置ＣＰ推定処理を
継続するか、あるいは、回転中心軸投影位置ＣＰ推定処
理を終了させるかを判断する。最終的に評価関数値Ｅ
（ＣＰ）を所定の誤差の範囲内で最大にする回転中心軸
投影位置ＣＰを最適値ＣＰｆとして出力し、データ処理
部２に渡す。この段階で回転中心軸投影位置ＣＰ推定処
理は終了である。データ処理部２では以降、この回転中
心軸投影位置ＣＰの最適値ＣＰｆを用いて再構成処理を
行う。

【００３６】図２は実施の形態１のファントムであり、
特に、回転中心軸投影位置ＣＰの自動推定に適した専用
のファントム（以下、「回転中心軸投影位置推定ファン
トム」と記す）である。図２において、２０は支持材、
３２はインサート、３１は回転中心軸投影位置推定ファ
ントムの本体を示す。ただし、回転中心軸投影位置推定
ファントム３１も本発明の請求するところである。

【００３７】回転中心軸投影位置推定ファントム３１
は、Ｘ線の吸収の低い支持材２０のなかにＸ線の吸収の
高い物質からなるインサート３２が埋め込まれた構成で
ある。

【００３８】支持材２０は、Ｘ線吸収係数の小さい、た
とえば、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリカーボネート
等のプラスチック材料・高分子樹脂、あるいは、木材に
代表されるＸ線を透過すると共に、機械的破壊に対する
強度が強い材料で棒状に形成される。

【００３９】インサート３２は、タングステン、白金、
あるいは、鉄−ニッケル−クロム合金等のＸ線吸収係数
の大きな材料からなる所定の長さを持った柱状体であ
り、針金状あるいは棒状に形成される。

【００４０】回転中心軸投影位置推定ファントム３１と
しては、たとえば、直径１ｃｍ程度の棒状の支持材２０
の軸方向に、インサート３２として、直径が０．５〜１
ｍｍ程度の棒状に成形された鉄−ニッケル−クロム合金
を埋め込んだものがよい。また、インサート３２は、回
転中心軸投影位置推定ファントム３１を回転中心軸９付
近に設置する際に、ミッドプレーンを横切るように設定
する必要があるので、インサート３２の長さは、肉眼で
設定できる程度以上の長さが必要である。ただし、支持
材２０及びインサート３２の素材に関しては、所望のコ
ントラストを得られるならば、上記以外の素材でもよい
ことは言うまでもない。さらには、支持材２１はインサ
ート３２の変形等を防止する、あるいは、回転中心軸投
影位置推定ファントム３１の所定位置への設置を容易に
するために設けたものである。従って、回転中心軸投影
位置推定ファントム３１としては、インサート３２のみ
でもよいことはいうまでもない。

【００４１】実施の形態１の回転中心軸投影位置推定フ
ァントム３１は、Ｘ線の吸収の高いインサート３２が針
金状あるいは棒状に形成されているので、ミッドプレー
ン断面で再構成したとき、その再構成像は点になり、コ
ントラストの評価が容易になる。また、回転中心軸投影
位置推定ファントム３１は、所定位置に設定したとき
に、回転中心軸９とほぼ平行な方向に所定の長さを持っ
て延びることとなるので、計測の際に、回転中心軸投影
位置推定ファントム３１が回転中心軸方向に多少ずれて
設置されていたとしても、ずれが再構成像に影響を与え
ない。すなわち、回転中心軸投影位置推定ファントム３
１が前記素材より成り、前記形状をしているので、計測
およびコントラストの評価が容易となる。

【００４２】また、実施の形態１の回転中心軸投影位置
推定ファントム３１を利用すれば、評価対象領域をさら
に限定することができる。すなわち、再構成演算の可能
なミッドプレーン断面全域を再構成する必要はなく、ミ
ッドプレーン断面上で回転中心軸投影位置推定ファント
ム３１のＸ線の吸収の高いインサート３２の再構成像が
存在する部位周辺のみを再構成すれば十分である。再構
成する領域が最小限で済むため、回転中心軸投影位置推
定ファントム３１を構成する部分のうちコントラストの
評価に不都合な部位の影響を受けずに済む。不都合な部
位とは、たとえば、回転中心軸投影位置推定ファントム
３１を支持するための治具やネジ等である。また、評価
対象領域を限定すれば再構成演算量も必要最小限でよい
ことになる。結果として、コントラストの評価をより安
定した条件のもとに行うことができる。

【００４３】以上説明したように、計測系のジオメトリ
の推定時に、回転中心軸投影位置推定ファントム３１を
利用することによって、再構成像上でコントラストの評
価が容易になる。

【００４４】次に、図３にＸ線焦点１４、二次元検出器
６及び回転中心軸９間の相対的な位置関係すなわち計測
系のジオメトリを説明するための図を示し、以下、図３
に基づいて、計測系のジオメトリについて説明する。た
だし、以下の説明では、計測系の構成要素を抽象化し、
二次元検出器６の位置に仮想的な平面を置き、これを投
影面１５と記す。

【００４５】Ｘ線焦点１４の回転軌道の載っている平面
がミッドプレーン１６であり、回転中心軸９が投影面１
５上に投影されて作る直線が回転中心軸投影１７であ
る。

【００４６】ミッドプレーンが投影面１５上に投影され
てつくる直線、すなわち、ミッドプレーン１６と投影面
１５の交線がミッドプレーン投影１８である。

【００４７】計測系のジオメトリは、Ｘ線焦点１４と投
影面１５との距離ＳＩＤ、Ｘ線焦点１４と回転中心軸９
との距離ＳＯＤ、投影面１５上の回転中心軸投影位置Ｃ
Ｐとミッドプレーン投影位置ＭＰとによって定義され
る。また、現実の計測では離散的な計測を行うことにな
るので、再構成演算を行うにあたっては、投影面１５上
のサンプリングピッチＤＰも必要となる。

【００４８】前述するように、ジオメトリを決定するパ
ラメータのなかで、Ｘ線焦点１４と投影面１５との距離
ＳＩＤ、及び、Ｘ線焦点１４と回転中心軸９との距離Ｓ
ＯＤに関しては、多少誤差を含んでいたとしても最終的
に得られる再構成画像の画質を著しく低下させることは
ない。よって、装置の組み立て後に直接計測できる。あ
るいは、設計段階で指定した機械誤差の範囲内で組み立
てることによって、距離ＳＩＤ，ＳＯＤを決定できる。

【００４９】一方、回転中心軸投影位置ＣＰ、ミッドプ
レーン投影位置ＭＰ及びサンプリングピッチＤＰに関し
ては、距離ＳＩＤ，ＳＯＤに比べて高い精度が要求され
る。たとえば、検出器６の有効開口幅を３０ｃｍ、解像
度を５１２×５１２画素とすると、ＣＰ、ＭＰ、ＤＰは
０．１画素、すなわち０．０５ミリ程度の精度が要求さ
れる。これは、回転中心軸投影位置ＣＰ、ミッドプレー
ン投影位置ＭＰおよびサンプリングピッチＤＰに微少な
誤差があっても、再構成画像に画質低下をもたらすため
である。

【００５０】計測系のジオメトリの内で、特に回転中心
軸投影位置ＣＰは重要であり、微少な誤差があっても再
構成画像に著しい偽像を発生させる。しかしながら、こ
れらの値を直接計測することは困難である。これは、回
転中心軸投影位置ＣＰ、ミッドプレーン投影位置ＭＰお
よびサンプリングピッチＤＰの値が、検出器６の特性
や、装置の据え付け状態に依存しているためである。

【００５１】次に、図４に実施の形態１のコーンビーム
Ｘ線ＣＴ装置による計測系のジオメトリの推定手順を説
明するためのフローを示す。以下、図４に示すフローに
基づいて、実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置に
よる計測系のジオメトリの自動推定動作を説明する。た
だし、ミッドプレーン１６及びミッドプレーン投影１８
について、従来と同様となるので、詳細な説明は省略す
る。

【００５２】まず、回転中心軸投影位置推定ファントム
３１を所定の位置に設置し、コーンビーム計測を行い、
全周分の透過Ｘ線強度画像（計測画像データ）を収集す
る（ステップ４０１）。

【００５３】次に、全周分の計測画像データに対し、前
処理手段１０がガンマ補正や画像歪み補正、対数変換、
感度むら補正等必要な前処理を加え、投影像を生成する
（ステップ４０２）。このとき、前処理を加えるのはミ
ッドプレーン投影位置上の投影像を生成するのに必要な
範囲内だけでよい。

【００５４】回転中心軸投影位置初期値設定手段２５
が、回転中心軸投影位置ＣＰの初期値ＣＰ０を定める
（ステップ４０３）。初期値ＣＰ０としては、たとえ
ば、検出器６の開口幅の中心の座標位置とする。

【００５５】初期値ＣＰ０を利用して、ミッドプレーン
再構成手段２６が、ミッドプレーン断層像あるいはミッ
ドプレーン上の所定領域を再構成する（ステップ４０
４）。

【００５６】評価対象領域設定手段２７が、ステップ４
０４で求めたミッドプレーン断層像上で最大値を示す画
素位置を検出し、その位置を含むあるいはその位置を中
心とする所定の範囲内を評価対象領域と設定する（ステ
ップ４０５）。

【００５７】評価対象領域の再構成、評価関数の計算を
繰り返し、所定の誤差ｅの範囲内で最適化を行い、回転
中心軸投影位置ＣＰを推定する（ステップ４０６）。た
だし、最適化とは、前記評価関数Ｅ（ＣＰ）を最大にす
る回転中心軸投影位置ＣＰ、すなわち、最適値ＣＰｆを
求めることである。より詳しく説明すると最適化は次の
ように行われる。

【００５８】推定値ＣＰｋを回転中心軸投影位置として
ミッドプレーン上の評価対象領域を再構成し、ミッドプ
レーン断層像を得る（ステップ４０７）。ステップ４０
７で得たミッドプレーン断層像に対し、評価関数Ｅｋ＝
Ｅ（ＣＰｋ）を求める（ステップ４０８）。Ｅ０，Ｅ
１，Ｅ２，…Ｅｋの系列から、評価関数Ｅ（ＣＰ）を最
大にする回転中心軸投影位置ＣＰを推定し、ＣＰ｛ｋ＋
１｝とする（ステップ４０９）。

【００５９】｜ＣＰｋ−ＣＰ｛ｋ＋１｝｜＞ｅ（ただ
し、ｅは予め設定した誤差である）であれば、推定値Ｃ
Ｐ｛ｋ＋１｝を用いて、ｋをｋ＋１として、ステップ４
０７から繰り返す（ステップ４１０）。一方、｜ＣＰｋ
− ＣＰ｛ｋ＋１｝｜≦ｅであれば、次のステップ４
１１へ進む。ステップ４１１では、ＣＰ｛ｋ＋１｝を最
適値ＣＰｆとして出力する。

【００６０】以上が、本発明の典型的な実施例である実
施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置を利用した回転
中心軸投影位置ＣＰの自動推定の処理の流れである。

【００６１】実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置
では、ステップ４０１〜４１１で示す推定処理によって
推定した回転中心軸投影位置ＣＰの最適値ＣＰｆを用い
て、再構成演算部１１で再構成演算を行う。

【００６２】実施の形態１のＸ線ＣＴ装置における回転
中心軸投影の推定手順は、以下のようになる。ステップ
４０１の透過Ｘ線強度画像である計測画像データを収集
する工程と、ステップ４０２の計測画像データに前処理
補正を行う工程と、ステップ４０３の回転中心軸投影位
置初期値設定手段２５が、回転中心軸投影位置ＣＰの初
期値ＣＰ０を定める工程と、ステップ４０４の回転中心
軸投影位置初期値設定手段２５によって予め設定された
回転中心軸位置に基づいて、ミッドプレーン再構成手段
２６が計測画像データから被写体のミッドプレーン断層
像を再構成する工程と、前記ミッドプレーン断層像のコ
ントラストが大きくなる位置を透過Ｘ線強度画像上に投
影される前記撮影系の回転中心軸位置に指定する工程
と、ステップ４０５の評価対象領域設定手段２７が最大
値画素位置を含むあるいは最大値画素位置を中心とする
範囲内を評価対象領域と設定する工程と、ステップ４０
６の評価対象領域の再構成、評価関数の計算を繰り返
し、所定の誤差ｅの範囲内で最適化を行い、回転中心軸
投影位置ＣＰを推定する工程と、推定された回転中心軸
投影位置ＣＰを用いて再構成した再構成像からＸ線断層
像又は／及びＸ線３次元像を生成する工程と、生成され
たＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を表示する工程と
からなる。

【００６３】また、実施の形態１のコーンビームＸ線Ｃ
Ｔ装置の計測部１では、被写体７が図示しない寝台に固
定され、Ｘ線源５と検出器６を有するスキャナ４がその
周りを回転する構成を取っていたが、これ以外の構成を
持った計測部１であってもよい。たとえば、Ｘ線源５と
二次元検出器６とが、図示しない支持アーム等によって
固定されており、計測時には被写体７が回転するような
構成の計測部１を有するコーンビームＸ線ＣＴ装置が考
えられる。この場合、計測系のジオメトリを容易に変更
することが可能になるため、本発明による回転中心軸投
影位置の自動推定はより効果的である。

【００６４】（回転中心軸投影位置ＣＰの推定演算）次
に、実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置に用いる
回転中心軸投影位置ＣＰの推定演算について説明する。
まず、はじめに、本願発明によって実現される回転中心
軸位置ＣＰの自動推定の基本原理を説明する。

【００６５】一般に、回転中心軸投影位置ＣＰがずれた
状態で再構成演算を行うと、得られる再構成画像には円
弧上の偽像が生じ、またコントラストが低下することが
知られている。すなわち、正しい回転中心軸投影位置Ｃ
Ｐｐを用いて再構成演算を行った場合には、再構成画像
のコントラストは最大になる。従って、本願発明では、
再構成画像のコントラストが最大となる回転中心軸投影
位置ＣＰを求めることによって、正しい回転中心軸投影
位置ＣＰｐを計算する。具体的には、回転中心軸位置Ｃ
Ｐを変数とし、回転中心軸位置ＣＰを用いて所定の関心
領域内の再構成断層像を再構成する。再構成断層像のコ
ントラストを評価する評価関数Ｅ（ＣＰ）を考えると、
ＣＰを変数としたとき、評価関数Ｅ（ＣＰ）を最大にす
るＣＰが正しい回転中心軸位置ＣＰｐとなる。

【００６６】所定の関数を最大（あるいは場合によって
は最小）にする変数を求める方法は、数値計算の分野で
「最適化」と称され、周知である。従って、回転中心軸
投影位置ＣＰの自動推定とは、評価関数Ｅ（ＣＰ）の最
適化の問題に帰着する。ただし、一般的には、有限の演
算によって誤差のまったくない最適化を行うことができ
ないということが知られている。一方、Ｘ線撮影では、
最適化のもととなる計測画像データ自体に誤差が含まれ
ていることから、本願発明では、予め設定された所定の
誤差ｅの範囲内で最適値ＣＰｆ≒ＣＰｐを求める。

【００６７】以上の定式化を行うと、つぎに問題となる
のは最適化の方法と評価関数Ｅ（ＣＰ）の計算方法とで
ある。最適化の方法としては、数値計算の分野で既に様
々な方法が提案されている。従って、以下の説明では、
周知の最適化方法及び評価関数を本願発明に適用させる
方法について説明する。

【００６８】最も単純な最適化方法は、回転中心軸投影
位置ＣＰを初期値ＣＰ０から微少量の変化量ｄＣＰずつ
変化させながら順次再構成演算を行い、得られた再構成
画像に対する評価関数Ｅ（ＣＰ）を計算し、その値が最
大となる回転中心軸投影位置ＣＰを最適値ＣＰｆとする
方法である。

【００６９】すなわち、任意の回転中心軸投影位置をＣ
Ｐｉとし、その評価関数をＥｉとすると、任意の回転中
心軸投影位置をＣＰｉは、ＣＰｉ＝ＣＰ０＋ｉ＊ｄＣＰ
（ただし、ｉ＝０，１，…ｎとする）となる。従って、
各ｉ＝０，１，…ｎに対する評価関数Ｅｉ＝Ｅ（ＣＰ
ｉ）を求め、Ｅｉが最大となるＣＰｉを求めることによ
って、回転中心軸投影位置の最適値ＣＰｆとなる。

【００７０】この場合、変化量ｄＣＰより高い精度で回
転中心軸投影位置ＣＰを推定することができない。そこ
で、一旦、上記の手順で変化量ｄＣＰに対する回転中心
軸投影位置の最適値ＣＰｆを推定する。次に、あらたに
回転中心軸投影位置ＣＰの変化量をｄＣＰ’＝ｄＣＰ／
ｎとし、初期値をＣＰ０’＝ＣＰｉ−ｄＣＰ’×ｎ／２
とする。この後に、前述の過程と同様にして、回転中心
軸投影位置ＣＰを初期値ＣＰ０’から微少量の変化量ｄ
ＣＰ’ずつ変化させていき（すなわち、ＣＰｉ’＝ＣＰ
０’＋ｉ＊ｄＣＰ’）、評価関数Ｅ（ＣＰｉ’）が最大
になる回転中心軸投影位置ＣＰｉ’を求め、得られた回
転中心軸投影位置ＣＰｉ’を新しい最適値ＣＰｆ’とす
る。回転中心軸投影位置ＣＰの微少変化量が所望の誤差
内に収まる程度まで同様の処理を繰り返すことによっ
て、所望の精度の回転中心軸投影位置の最適値ＣＰｆを
求めることができる。ただし、一般的には、再構成演算
は計算コストが高く、すなわち、演算に相当の時間を要
することとなるので、再構成演算を行う回数は少ない方
がよい。従って、実験等によって、再構成演算を行う回
数の最適を見つける必要がある。

【００７１】（評価関数）次に評価関数Ｅ（ＣＰ）の計
算方法について説明する。前述のように回転中心軸投影
位置ＣＰがずれている場合、再構成画像には円弧上の偽
像が発生し、コントラストが低下するという影響が現れ
る。この性質を利用して、回転中心軸投影位置ＣＰが正
しい値になったときに最大値（あるいは最小値）をとる
ような評価関数Ｅ（ＣＰ）を設定することができる。

【００７２】実用的には単に評価関数Ｅ（ＣＰ）を設定
するだけでなく、評価関数Ｅ（ＣＰ）の計算が容易にな
るように、撮影条件、撮影対象、及び再構成する関心領
域を適切に整えることによって、計測系のジオメトリの
推定に要する時間を短縮することが可能となる。ただ
し、以下の説明では、再構成し、評価を行う対象となる
関心領域を、特に、「評価対象領域」と記す。また、本
願発明では、特定の回転中心軸投影位置ＣＰに対して、
再構成によって得られる評価対象領域中の最大値を評価
関数Ｅ（ＣＰ）とする。

【００７３】一般にコントラストが高い再構成画像で
は、再構成画像中の最大値がより大きくなる。従って、
評価対象領域の最大値を評価関数Ｅ（ＣＰ）とすれば、
それはコントラストの高低を反映した値を示すこととな
る。ただし、本願発明の請求する範囲内においては、評
価対象領域の標準偏差、平均値、最小値、それらに基づ
いて計算される値、あるいは最適値ＣＰｆにおいて、最
大値あるいは最小値を持ついかなる関数を評価関数Ｅ
（ＣＰ）としてよいことはいうまでもない。また、画像
認識による偽像の検出等を行い、該検出結果に基づい
て、評価関数Ｅ（ＣＰ）を求めてもよいことはいうまで
もない。

【００７４】評価関数Ｅ（ＣＰ）すなわち再構成画像の
コントラストを計算するためには、再構成演算の可能な
全領域を再構成する必要はなく、後述する条件を満たす
特定の領域のみを再構成するだけで十分である。従っ
て、本願発明では再構成演算の可能な全領域を評価対象
領域とせず、ミッドプレーン断面のみを評価対象領域と
する。評価関数Ｅ（ＣＰ）すなわち再構成画像のコント
ラストを計算するためには、再構成演算の可能な全領域
を再構成する必要はなく、特定の領域のみを再構成する
だけで十分である。このとき、ミッドプレーン断面のみ
の再構成演算で済ませば、Ｆｅｌｄｋａｍｐによるコー
ンビーム再構成演算の性質上、再構成演算に要する演算
量が最小限で済む。また、必要な投影像も、ミッドプレ
ーン投影上の投影像だけで済むため、ガンマ補正や画像
歪み補正、対数変換、感度むら補正等必要な前処理も最
小限で済むこととなるので、計測系のジオメトリの推定
に要する時間を大きく低減させることが可能となり、そ
の結果、診断効率を向上させることが可能となる。

【００７５】（回転中心軸投影位置ＣＰの他の推定演
算）より効率よく最適な回転中心軸投影位置ＣＰを求め
る最適化方法として、周知の「Ｂｒｅｎｔの方法」と称
される演算法を用いることができる。「Ｂｒｅｎｔの方
法」は、「黄金分割法」と称される演算法と、「放物線
補間法」と称される演算法とを組み合わせたもので、少
ない演算量で最適値、すなわち評価関数Ｅ（ＣＰ）を最
大にするＣＰを求めることができる最適化法である。

【００７６】黄金分割法は、最適値の存在が推定される
範囲を順次確実に絞り込んでいく方法である。一方、放
物線補間法は、与えられた３点に放物線をあてはめ、そ
の放物線の頂点を求め、得られた頂点と与えられた３点
との内の２点を用いて、さらに放物線をあてはめるとい
う作業を繰り返しおこない、高速に最適値を求める方法
である。放物線補間法は、黄金分割法よりすみやかに最
適値を探し出すことができるが、条件によっては適用で
きないことがある。

【００７７】Ｂｒｅｎｔの方法は両者を組み合わせた実
用的な方法である。Ｂｒｅｎｔの方法に関する詳細は、
たとえば Ｗｉｌｌｉａｍ Ｈ．Ｐｒｅｓｓ ｅｔａ
ｌ．｀｀Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｒｅｃｉｐｅｓ ｉｎ
Ｃ’’， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｐｒｅｓｓ， １９８８（日本語訳「ニューメリカル
レシピ・イン・シー」技術評論社，１９９３）等を参照
されたい。もちろん、最適値ＣＰｆを求めるために、前
述した以外の最適化法を利用できることは言うまでもな
い。

【００７８】（三次元Ｘ線吸収係数分布像の再構成手
順）次に、以上のようにして推定された回転中心軸投影
位置ＣＰを利用して、Ｘ線吸収係数分布像すなわち再構
成像を得る手順を説明する。

【００７９】まず、この段階で必要な前処理、すなわち
計測画像データに対するガンマ補正、画像歪み補正、対
数変換及び感度むら補正は行われ、全ての投影像が得ら
れるものとする。この全投影像をもとに再構成演算を行
い、再構成象を得る。この再構成演算処理としては、文
献１に記載のＦｅｌｄｋａｍｐによるコーンビーム再構
成演算方が知られている。

【００８０】以下、図３に示す計測系のジオメトリを元
に説明する。文献１に記載の再構成演算においては、投
影角ａと投影面上の座標（ｕ，ｖ）、及び再構成空間中
の座標（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて演算を行うが、これら
座標と実際に計測された計測画像データから求めた投影
像との対応関係が明かでなければならない。なぜなら、
実際に求まる上記投影像は離散的にサンプリングされた
データだからである。

【００８１】理想的な投影像を投影角ａ、投影面上の位
置ｕ，ｖを用いてＰ（ａ，ｕ，ｖ）と表す。一方、実際
に得られた投影像をＰｒ（ｉ，ｊ，ｋ）とする。後者の
投影像は、離散的にサンプリングされているので、イン
デックスｉ，ｊ，ｋは、それぞれｉ＝０，１，…Ｎ−
１、ｊ＝０，１，…Ｍ−１、ｋ＝０，１，…Ｌ−１とい
う整数値をとる。また、Ｎは投影数、Ｍ，Ｎはそれぞれ
ｕ，ｖ方向の解像度を意味する。この投影像は、実際に
は、インデックスｉ，ｊ，ｋで指定されるメモリ上の特
定位置に保存されるデータに対応している。このとき、
Ｐ（ａ，ｕ，ｖ）とＰｒ（ｉ，ｊ，ｋ）との間には、下
記の数１の関係が成立する。ただし、数１におけるＩｎ
ｔ（ｘ）とは、ｘの小数点以下を切り捨てる関数であ
る。

【００８２】

【数１】 Ｐ（ａ，ｕ，ｖ）＝Ｐｒ（Ｉｎｔ（ａ／ｄＡ），Ｉｎｔ（（ｕ＋ＣＰ）／ｄＵ， Ｉｎｔ（（ｖ＋ＭＰ）／ｄＶ）） …（１） この数１により、再構成演算に用いる座標と、実際の計
測画像データから得られた離散的サンプリングされた投
影像との対応関係がついた。再構成演算は、数１に基づ
いて離散的サンプリングされた投影像を利用すればよ
い。

【００８３】もちろん、投影像からの再構成演算方は、
文献１に記載のＦｅｌｄｋａｍｐの再構成演算方のみに
限定されることはない。しかし、どのような再構成演算
方を用いるにせよ、計測系のジオメトリは演算の根幹で
あり、数１によって実際の計測画像データから得られた
投影像と、再構成演算における座標との対応関係がつく
ことに変わりはない。

【００８４】以上説明したように、実施の形態１のコー
ンビームＸ線ＣＴ装置では、投影面１５に投影された回
転中心軸投影１７の位置がずれた状態で再構成演算を行
うと、得られる再構成画像には円弧上の偽像が生じるた
めに、コントラストが低下するということを利用する。

【００８５】すなわち、回転中心軸投影位置初期値設定
手段２５によって設定された値を回転中心軸投影位置の
初期値として、まず、ミッドプレーン再構成手段２６が
再構成像の再構成を行い、評価関数演算手段２８が再構
成像のコントラストに対応する評価関数値Ｅ（ＣＰ０）
を計算する。次に、最適化手段２９が回転中心軸投影位
置の初期値を更新し、ミッドプレーン再構成手段２６が
更新された回転中心軸投影位置に基づいた再構成像の再
構成を行い、評価関数演算手段２８が更新された回転中
心軸投影位置での再構成像のコントラストに対応する評
価関数値Ｅ（ＣＰ１）を計算し、最適化手段が評価関数
値Ｅ（ＣＰ０）とＥ（ＣＰ１）との比較を行うという動
作を繰り返すことによって、コントラストが最大となる
回転中心軸投影１７の位置を計算することによって、正
しい回転中心軸投影位置ＣＰｐを求めることができる。
その結果、再構成像のコントラストという操作者の感覚
に依存しない値を用いて計測系のジオメトリを定義する
パラメータである回転中心軸投影１７を操作者の感覚に
依存せず自動的に推定できる。従って、計測系のジオメ
トリの推定に要する時間、すなわち、Ｘ線ＣＴ装置の調
整に要する時間を短縮することが可能となり、診断効率
を向上できる。

【００８６】また、操作者の感覚に依存せずに計測系の
ジオメトリを定義するパラメータ自動的に推定できるの
で、再構成像の高画質化に大きく寄与する回転中心軸投
影位置を高精度に求めることができる。

【００８７】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２のコーンビームＸ線ＣＴ装置における計測系のジオ
メトリの推定に用いる回転中心軸投影位置推定ファント
ムの概略構成を説明するための図である。図２に示す回
転中心軸投影位置推定ファントム３１を用いた実施の形
態１では、ミッドプレーン投影位置の推定のための撮影
と、回転中心軸投影位置の推定のための撮影とを別々に
行わなければならなかった。これに対して、実施の形態
２は、ミッドプレーン投影位置の推定のための撮影と、
回転中心軸投影位置の推定のための撮影とを１回で済ま
せるためのファントムに関するものである。

【００８８】図５において、２０は支持材、２１は小球
状高吸収材、３２はインサート、３１は回転中心軸投影
位置推定ファントムの本体を示す。

【００８９】図５に示すように、実施の形態２の回転中
心軸投影位置推定ファントム３１は、Ｘ線の吸収の低い
支持材２０のなかにＸ線の吸収の高い物質からなるイン
サート３２が埋め込まれた図２に示すファントム（以
下、「第一のファントム」と記す）と、Ｘ線の吸収の低
い支持材２０のなかに、該支持材２０の軸方向にＸ線の
吸収の高い物質からなる直径が１〜２ｍｍ程度の小球状
高吸収材２１を２ｃｍ程度の間隔で埋め込んだ図７に示
すファントム（以下、「第二のファントム」と記す）と
を第二の支持材２２で固定したものである。ただし、図
５に示す回転中心軸投影位置推定ファントム３１も本発
明の請求するところである。

【００９０】支持材２０は、Ｘ線吸収係数の小さい、た
とえば、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリカーボネート
等のプラスチック材料・高分子樹脂、あるいは、木材に
代表されるＸ線を透過すると共に、機械的破壊に対する
強度が強い材料で棒状に形成される。

【００９１】小球状高吸収材２１は、Ｘ線吸収係数の大
きい、たとえば、タングステン、白金、あるいは、鉄−
ニッケル−クロム合金等で形成される。小球状高吸収材
２１の個数は、たとえば、２個以上必要である。また、
小球状高吸収材２１の位置は、支持材２０の軸方向であ
れば任意であるが、少なくともインサート３２がミッド
プレーン１６を横切るように回転中心軸投影位置推定フ
ァントム３１を設置したときに、少なくとも２個の小球
状高吸収材２１がミッドプレーン１６を挟むように配置
されるように、小球状高吸収材２１を配置することによ
って、全周方向からの１回の透過Ｘ線強度画像の撮影で
計測系のジオメトリの推定を行うことが可能となる。

【００９２】インサート３２は、タングステン、白金、
あるいは、鉄−ニッケル−クロム合金等のＸ線吸収係数
の大きな材料から構成される所定の長さを持った柱状体
であり、針金状あるいは棒状に形成される。

【００９３】第二の支持材２２は、支持材２０と同様
に、Ｘ線吸収係数の小さい、たとえば、アクリル樹脂、
塩化ビニル、ポリカーボネート等のプラスチック材料・
高分子樹脂、あるいは、木材に代表されるＸ線を透過す
ると共に、機械的破壊に対する強度が強い材料で棒状に
形成される。

【００９４】実施の形態２におけるコーンビームＸ線Ｃ
Ｔ装置においては、前述する第２のファントムを用いる
ことにより、ミッドプレーン投影位置ＭＰの推定と、回
転中心軸投影位置ＣＰの推定とを連続して、１回の撮影
による計測データから行うことができる。ミッドプレー
ン投影位置ＭＰの推定は、従来法に示したとおりであ
る。

【００９５】以上説明したように、実施の形態２のコー
ンビームＸ線装置では、図５に示す回転中心軸補正ファ
ントム３１を用いた全周方向からの透過Ｘ線強度画像を
撮影することによって、１回の同一のファントムの撮影
による計測データからミッドプレーン投影位置ＭＰの推
定に続けて、回転中心軸投影位置ＣＰの推定を行うこと
ができるという効果がある。

【００９６】実施の形態１，２のＸ線ＣＴ装置におい
て、前処理手段１０によって処理を加えられた一部の投
影像をジオメトリ推定処理の間保管しておくための記憶
手段（一時保持手段）として、ミッドプレーン投影記憶
手段３０を有していてもよい。ジオメトリ推定に必要な
投影像はミッドプレーン投影１８にあたる部分だけでよ
いので、投影像全体を記憶しておく記憶手段とは別に高
速なデータ読み出しが可能な記憶手段として、たとえ
ば、周知の半導体記憶装置を用いた記憶手段をミッドプ
レーン投影記憶手段３０として用意することによって、
ミッドプレーン再構成を高速に行うことができる。その
結果、計測系のジオメトリの推定に要する時間をさらに
低減できる。

【００９７】二次元検出器６としては、Ｘ線イメージ・
インテンシファイア−ＴＶカメラ系、あるいはフォトダ
イオードとＴＦＴスイッチ等とを二次元的に配置した二
次元Ｘ線検出器である。

【００９８】また、本願発明は、被写体として人体を撮
影対象とする医療用のＸ線ＣＴ装置に適用して特にその
効果を得ることができる。この場合には、得られるＸ線
断層像又は／及び三次元Ｘ線像を高画質化できるので、
早期癌等の比較的小さい腫瘍等の発見も容易となり、診
断効率のみならず診断精度も向上させることが可能とな
る。ただし、荷物に代表されるように、人体以外を被写
体とした場合であっても、本願発明を適用可能なことは
いうまでもない。

【００９９】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。

【０１００】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。 （１）三次元Ｘ線吸収係数分布像の高画質化に大きく寄
与する回転中心軸投影位置を高精度に求めることができ
る。 （２）操作者の感覚に依存せず計測系のジオメトリを定
義するパラメータを推定することができる。 （３）自動的に計測系のジオメトリを定義するパラメー
タを推定することができる。 （４）診断効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のＸ線ＣＴ装置であるコ
ーンビームＸ線ＣＴ装置の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態１のファントムの概略構成
を説明するための図である。

【図３】Ｘ線焦点、二次元検出器及び回転中心軸間の相
対的な位置関係である計測系のジオメトリを説明するた
めの図である。

【図４】実施の形態１のコーンビームＸ線ＣＴ装置によ
る計測系のジオメトリの推定手順を説明するためのフロ
ーである。

【図５】本発明の実施の形態２のコーンビームＸ線ＣＴ
装置における計測系のジオメトリの推定に用いる回転中
心軸投影位置推定ファントムの概略構成を説明するため
の図である。

【図６】従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置の概略構成を
示す図である。

【図７】従来のファントムの概略構成を説明するための
図である。

【図８】従来のコーンビームＸ線ＣＴ装置による計測系
のジオメトリの推定手順を説明するための図である。

【符号の説明】

１…計測部、２…データ処理部、３…全体制御部、４…
スキャナ、５…Ｘ線源、６…二次元検出器、８…Ｘ線ビ
ーム、９…回転中心軸、１０…前処理手段、１１…再構
成演算手段、１２…画像化手段、１３…画像表示手段、
１４…Ｘ線焦点、１５…投影面、１６…ミッドプレー
ン、１７…回転中心軸投影、１８…ミッドプレーン投
影、１９…ジオメトリ推定ファントム、２０…支持体、
２１…小球状高吸収材、２２…第二の支持材、２３…楕
円状の軌跡、２４…ジオメトリ推定部、２５…回転中心
軸投影位置初期値設定手段、２６…ミッドプレーン再構
成演算手段、２７…評価対象領域設定手段、２８…評価
関数演算手段、２９…最適化手段、３０…ミッドプレー
ン投影記憶手段、３１…回転中心軸投影位置推定ファン
トム、３２…インサート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C093 AA22 BA03 CA17 CA18 CA35 EA20 EB17 FC12 FC17 FC28 FD11 FE13 FE30 FF21 FF33 FF42 GA03

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射状のＸ線を被写体に照射するＸ線源
   と該Ｘ線源に対向配置され被写体を透過したＸ線の透過
   Ｘ線強度画像を撮影する撮像手段とを備える撮影系と、
   該撮影系を前記被写体の周囲に回転させる回転手段と、
   前記透過Ｘ線強度画像から前記被写体の三次元Ｘ線吸収
   係数分布像を再構成する再構成手段と、撮影系の回転中
   心軸を前記透過Ｘ線強度画像上に投影した位置である回
   転中心軸投影位置を変化させる回転中心軸投影位置設定
   手段とを具備し、 前記回転中心軸投影位置設定手段が設定した回転中心軸
   投影位置を用いて再構成したＸ線吸収係数分布像のコン
   トラストに基づいて、撮影系の回転中心軸投影位置を推
   定し、推定された回転中心軸投影位置で再構成された三
   次元Ｘ線吸収係数分布像から前記被写体のＸ線断層像又
   は／及びＸ線３次元像を生成し表示することを特徴とす
   るＸ線ＣＴ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置におい
   て、 前記透過Ｘ線強度画像は、回転中心軸投影位置推定ファ
   ントムを撮影系の回転中心軸近傍に設置して撮影した画
   像であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
3. 【請求項３】 放射状のＸ線を被写体に照射するＸ線源
   と、被写体を透過したＸ線の透過Ｘ線強度画像を撮影す
   る撮像手段とを備える撮影系と、該撮影系を前記被写体
   の周囲に回転させる回転手段と、前記透過Ｘ線強度画像
   から前記被写体の三次元Ｘ線吸収係数分布像を再構成す
   る再構成手段とを有するＸ線ＣＴ装置において、 前記透過Ｘ線強度画像上に投影される回転中心軸投影位
   置を変化させて再構成したＸ線吸収係数分布像に基づい
   て、回転中心軸投影位置を推定する推定手段を具備する
   ことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置におい
   て、 前記推定手段は、回転中心軸投影位置の初期値を格納す
   る初期値格納手段と、該初期値格納手段が格納する回転
   中心軸投影位置に基づいて、Ｘ線吸収係数分布像の一部
   を再構成する部分再構成手段と、該部分再構成手段が再
   構成したＸ線吸収係数分布像のコントラストを評価関数
   とする評価関数演算手段と、前記回転中心軸投影位置を
   変化させ、得られた評価関数値に基づいて、回転中心軸
   投影位置を推定する最適化手段とからなることを特徴と
   するＸ線ＣＴ装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置におい
   て、 前記初期値格納手段は、撮影系の回転接線方向となる前
   記撮像手段の開口方向の中心位置を初期値として格納す
   る手段であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のＣＴ装置において、 前記部分再構成手段は、前記Ｘ線源の回転軌道面上にあ
   たる透視Ｘ線強度画像からＸ線吸収係数分布像を再構成
   する手段であることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
7. 【請求項７】 請求項４乃至６の内の何れか１項に記載
   のＸ線ＣＴ装置において、 前記評価関数は、前記Ｘ線吸収係数分布像の所定領域内
   でのＣＴ値の最大であって、前記評価関数が最も大きく
   なる回転中心軸投影位置で再構成した三次元Ｘ線吸収係
   数分布像から前記被写体のＸ線断層像又は／及びＸ線３
   次元像を生成し表示することを特徴とするＸ線ＣＴ装
   置。
8. 【請求項８】 請求項４乃至６の内の何れか１項に記載
   のＸ線ＣＴ装置において、 前記評価関数は、前記Ｘ線吸収係数分布像の所定領域内
   でのＣＴ値の最大値と最小値との差であって、前記評価
   関数が最も大きくなる回転中心軸投影位置で再構成した
   三次元Ｘ線吸収係数分布像から前記被写体のＸ線断層像
   又は／及びＸ線３次元像を生成し表示することを特徴と
   するＸ線ＣＴ装置。
9. 【請求項９】 請求項４乃至８の内の何れか１項に記載
   のＸ線ＣＴ装置において、 前記部分再構成手段が再構成したＸ線吸収係数分布像に
   おけるＣＴ値が最大値あるいは極大値となる画素位置を
   特定する評価対象領域設定手段を具備し、前記最適化手
   段は、前記画素位置を含む領域から回転中心軸投影位置
   を推定することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
10. 【請求項１０】 請求項３乃至９の内の何れか１項に記
    載のＸ線ＣＴ装置において、 前記Ｘ線源の回転軌道面上にあたる部分の透過Ｘ線強度
    画像に対して、必要な前処理を行う前処理手段と、前処
    理後の透過Ｘ線強度画像を回転中心軸投影位置の推定期
    間中保持する一時保持手段とを具備することを特徴とす
    るＸ線ＣＴ装置。
11. 【請求項１１】 透過Ｘ線強度画像を収集する工程と、
    予め設定された回転中心軸投影位置に基づいて、前記透
    過Ｘ線強度画像から前記被写体のＸ線吸収係数分布像を
    再構成する工程と、前記Ｘ線吸収係数分布像のコントラ
    ストが最大あるいは極大となる回転中心軸投影位置を透
    過Ｘ線強度画像上の前記回転中心軸投影位置に指定する
    工程と、前記指定された回転中心軸投影位置に基づい
    て、前記透過Ｘ線強度画像から前記被写体の三次元Ｘ線
    吸収係数分布像を再構成する工程と、前記三次元Ｘ線吸
    収係数分布像からＸ線断層像又は／及びＸ線３次元像を
    生成する工程と、前記Ｘ線断層像又は／及びＸ線３次元
    像を表示する工程とを有することを特徴とするＸ線像の
    Ｘ線撮像方法。
12. 【請求項１２】 透過Ｘ線強度画像を収集する工程と、
    予め設定された撮影系の回転中心軸を前記透過Ｘ線強度
    画像上に投影した位置である回転中心軸投影位置に基づ
    いて、前記透過Ｘ線強度画像から前記被写体のＸ線吸収
    係数分布像を再構成する工程と、前記Ｘ線吸収係数分布
    像から回転中心軸投影位置を推定する工程と、前記推定
    された回転中心軸投影位置に基づいて、前記透過Ｘ線強
    度画像から前記被写体の三次元Ｘ線吸収係数分布像を再
    構成する工程と、前記三次元Ｘ線吸収係数分布像からＸ
    線断層像又は／及びＸ線３次元像を生成する工程と、前
    記Ｘ線断層像又は／及びＸ線３次元像を表示する工程と
    を有することを特徴とするＸ線像のＸ線撮像方法。
13. 【請求項１３】 Ｘ線を吸収しないあるいはＸ線吸収係
    数の小さい支持部材と、該支持部材よりもＸ線吸収係数
    が大きい柱状体とからなり、前記支持部材は柱状形に形
    成されており、撮影系の回転中心軸方向と前記柱状体の
    軸方向とがほぼ同じ方向に形成されていることを特徴と
    する回転中心軸投影位置推定ファントム。