JPH0229329B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、任意の曲面断層軌道上の情報を２
次元平面画像として映像表示する装置に関するも
のであり、主として人体の歯列弓の撮影による歯
科診断用に適用され、そのほかに、自動車用タイ
ヤの摩耗度測定、樹木の断層撮影、金属の疲労試
験など、各種の産業用CTなどにも応用可能な装
置を提供するものである。

＜従来の技術＞ 従来より、この発明と類似の目的を達成するも
のとしてＸ線の写真作用を直接利用したフイルム
受像による曲面断層撮影装置が公知である。この
装置は被写体を挟んで対向配備されたＸ線源とフ
イルムとを一定の比率で相対運動させ、被写体を
透過するＸ線をフイルム面上で受けとめてＸ線写
真像を得るものであり、例えば歯科用のパノラマ
Ｘ線撮影装置として実用化されている。

しかしながら、この種の装置はＸ線の写真作
用、つまり反応時間が長く、且つ強力なＸ線エネ
ルギーを必要とするフイルムを使用しているた
め、１回の撮影で被写体が被曝するＸ線量が相当
なものとなり、パノラマＸ線撮影装置のように被
写体が人体の場合にはあまり好ましいことではな
い。また得られるＸ線写真像に濃度ムラなどが生
じやすく、鮮明な像を得るにはＸ線の強度や露出
時間を適正に制御しなければならないだけでな
く、フイルムを現像する手間が必要ですぐに結果
を知ることができず、しかもフイルム現像時のト
ラブルで撮影が無駄になることもある等の問題が
ある。更にＸ線源の移動とは別にフイルム送り手
段が必要であるため、装置そのものが大型、複雑
化する傾向にある。

このような問題点を解決するために、フイルム
を用いる写真撮影ではなく、透過Ｘ線の像を電気
的な映像信号に変換して処理する装置が提案され
ている（例えば、特開昭50―157086号公報、特開
昭57―25837号公報、米国特許第4239971号明細書
等参照）。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上記のような透過Ｘ線の像を電
気的に処理する装置においては、深さ方向に重な
る目的物以外の像を取り除いて目的とする断層軌
道上の像だけを検出することができず、あるいは
特殊な掃引手段や表示スクリーンを必要とするな
ど、実用性に欠ける点が多々見受けられる。

この発明はこのような問題点に着目し、透過Ｘ
線の像を電気的に処理して目的とする断層軌道上
の像を鮮明な２次元平面画像として得る装置を提
供することを目的としてなされたものである。

＜課題を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するために、この発明では、
被写体を挟んで対向配備されたＸ線源と透過Ｘ線
をＸ線画像情報として変換出力するＸ線イメージ
センサとを備え、これらＸ線源およびＸ線イメー
ジセンサを被写体の周りに一体的に駆動旋回させ
る旋回アームを設けている。そして、この旋回ア
ームが所定の微小角度だけ旋回するごとに、Ｘ線
イメージセンサから出力されるＸ線画像情報を論
理演算回路の演算メモリ内に取り込むと共に、こ
の取り込まれたＸ線画像情報を所望の断層軌道上
の同一画像情報がメモリ内で重なる位置のアドレ
スにＸ線画像情報の取り込み間隔に対応させて順
次シフトしながら複数回にわたつて加算すること
により、所望の断層軌道上のＸ線画像情報のみが
強調された２次元平面画像を形成し、こうして得
られた２次元平面合成画像をテレビモニタによつ
て映像表示するようにしている。

＜作 用＞ Ｘ線イメージセンサから出力されるＸ線画像情
報には、目的とする断層軌道上の像だけでなく深
さ方向に重なる目的物以外の像も同時に含まれて
いる。しかし、所望の断層軌道上の同一画像情報
がメモリ内で重なるようにＸ線画像情報の取り込
み間隔に対応した間隔でＸ線画像情報を順次シフ
トしながら取り込まれたＸ線画像情報を複数回に
わたつて加算すると、所望の断層軌道上にない像
の情報は取り込み間隔とメモリ内でのシフト間隔
の対応がとれていないためにこの加算処理では重
ならず、所望の断層軌道上のＸ線画像情報のみが
加算によつて強調され、鮮明な２次元平面合成画
像が得られるのである。

次に、第４図と第５図により上記の処理手順で
所望の断層軌道上のＸ線画像情報が得られる原理
を説明する。

図においてＡは所望の断層軌道、ａ，ｂ，ｃ…
はその軌道上の情報、Ｂは目的物以外の像の軌
道、イ，ロ，ハ…はその軌道上の情報、C₁及び
X₁はある旋回位置においてＸ線イメージセンサ
で検出されるＸ線画像情報とその時のＸ線ビー
ム、C₂及びX₂は所定の微小角度θ₁₂だけアームが
旋回した時のＸ線画像情報とその時のＸ線ビーム
を示しており、Ｘ線画像情報C₁及びC₂には図示
のように軌道Ａと軌道Ｂ上の情報がそれぞれ含ま
れている。なお図は模式的に描いたものであり、
Ｘ線画像情報C₁及びC₂の各段にはハｃ，ロｂと
いうように横並びで示してあるが、実際にはこれ
らの情報は重なつて区別できない状態で検出さ
れ、また記憶される（以下同じ）。

第５図のａはＸ線画像情報C₁及びC₂をそのま
ま加算した場合であり、各軌道上の情報が同じレ
ベルで１単位ずつ加算される。しかし、ｂ図のよ
うにＸ線画像情報C₁の各段の情報をそれぞれ下
のアドレスに１段ずつシフトさせてC₁′とし、こ
れにＸ線画像情報C₂を加算すると、ｃ図のよう
に情報ａ，ｂ，ｃ…は加算されて２単位の情報量
となるのに対して、情報イ，ロ，ハ…は加算され
ずにそれぞれ１単位の情報量のままとなる。従つ
て、この処理を複数回繰り返せば所望の断層軌道
Ａ上の情報ａ，ｂ，ｃ…のみが次々と加算され、
情報イ，ロ，ハ…とのレベル差が次第に拡大され
てＳ／Ｎ比が向上することになり、所望の断層軌
道Ａ上の画像情報が鮮明な状態で得られるのであ
る。

＜実施例＞ 以下、図示の実施例について説明する。第１図
は歯科用のパノラマＸ線撮影装置におけるこの発
明の一実施例のブロツク線図、第２図及び第３図
は動作説明図である。

〔装置の概略構成〕

図において、１はＸ線源１１を備えたＸ線ヘツ
ド１１０とＸ線イメージセンサ１２を対向配備し
た旋回アームであり、被写体Ｐの周りに一体的に
駆動旋回するものである。このアーム１は、アー
ムの主軸に接続されたアーム駆動モータ２１によ
つて駆動され、この駆動モータ２１はアーム駆動
制御器２２から指令信号を受けて作動する。

２３はアーム１の回転角（回転位置）を検出す
る手段であり、フオトエンコーダ、パルスモータ
用のパルスカウンタ等によつて実現され、この出
力は論理演算回路３のメモリ制御器３４とＸ線ヘ
ツド１１０のシヤツター制御器１３に送られる。

Ｘ線ヘツド１１０は高圧発生装置１４に接続さ
れていると共にＸ線照射窓にシヤツター機構を備
え、シヤツター１５はシヤツター制御器１３の指
令信号を受けて開閉され、Ｘ線を被写体Ｐに向け
て間欠的に照射するように構成されている。１７
はＸ線ヘツドより照射されるＸ線の照射野を規定
してＸ線束を狭くし、同時に不要なＸ線被曝を防
止して被曝線量を低減するためにシヤツター機構
の前面に取り付けられたスリツトである。

Ｘ線イメージセンサ１２は被写体Ｐを透過した
Ｘ線を検出してＸ線による画像情報をビデオ信号
に変換して出力するものであり、Ｘ線輝度増倍管
にテレビカメラを組み合わせたものが代表的であ
るが、検出したＸ線を増幅してＸ線画像情報とし
て電気信号に変換するものであればよく、例えば
Ｘ線用CCDを用いるなど他の装置を使用するこ
ともできる。１６は透過Ｘ線の散乱による影響を
避けるための第２スリツトである。

２Ａ及び２Ｂは旋回アーム１の回転駆動とＸ線
源１１の照射とを一定の関係を保つように制御す
る制御手段を示す。

論理演算回路３は、Ｘ線イメージセンサ１２よ
り出力されるビデオ信号を各画素ごとに階調のあ
る濃度情報としてデジタルコード化し、このコー
ド化された画像情報をデジタル処理するものであ
り、Ｘ線画像の再現に必要な処理はこの回路内で
行われる。この演算回路３はＡ／Ｄ変換回路３
１、加算シフト及び割算機能を有する演算メモリ
３２、フレームメモリ３３、メモリ制御器３４、
Ｄ／Ａ変換回路３６等により構成されている。

Ａ／Ｄ変換回路３１は、Ｘ線イメージセンサ１
２より出力されるビデオ信号を各画素ごとにサン
プルホールドして階調のあるデジタル信号にコー
ド変換するものである。

またフレームメモリ３３は、テレビモニタ４の
CRT４１上に表示されるべき画像情報をストツ
クするもので、図示しない公知の切替手段により
２種のフレームメモリが選択されるようにされて
いる。このうち、第１のメモリはストツクされる
情報をモニタ４上に表示される１フレーム単位の
画像情報に１対１に対応させたもので、第２のメ
モリはメモリ内にストツクされる情報をモニタ４
上に表示される１フレーム単位の画像情報以上の
情報分をストツクできるようにしたもので、後述
する流れ映像を表示する時に用いられる。これら
の各メモリにストツクされた画像情報はＤ／Ａ変
換回路３６によりビデオ信号として再生され、
CRT４１上に歯列弓に沿つた全歯顎のＸ線断層
画像４２としてパノラミツクに写し出される。

この論理演算回路３では、メモリ制御器３４の
制御のもとにＡ／Ｄ変換回路３１より出力される
デジタルコード信号を前記アーム回転角検出器２
３からのアーム回転角（回転位置）検出信号に同
期した時間間隔で演算メモリ３２に取り込み、こ
のデジタルコード信号を取り込み時間間隔に対応
する間隔で順次別のアドレスにシフトしながら加
算することにより、強調された所望の断層軌道上
のＸ線画像情報が合成再現される。そしてこのＸ
線画像情報は各ラスタ単位ごとに割算された後、
Ｘ―Ｙ変換され、フレームメモリ３３に送られて
ストツクされる。

〔情報の処理手段〕

次に処理の手順を更に詳しく説明する。

まず、制御手段２Ａ及び２Ｂとアーム回転角検
出器２３の協働作用により、旋回アーム１が所定
の微小角度だけ旋回してあらかじめ規定された回
転位置（以下、チエツクポイントという）に達す
るごとにシヤツター１５が開き、Ｘ線源１１から
第１スリツトで照射野の絞られたＸ線が被写体Ｐ
に向けて照射される。被写体Ｐを透過したＸ線
は、被写体Ｐの内部組織の吸収能の差異により変
調されたＸ線画像情報として第２スリツト１６を
介してＸ線イメージセンサ１２で検出され、ビデ
オ信号に変換されて出力された後、Ａ／Ｄ変換回
路３１でデジタルコード化されて演算メモリ３２
内に取り込まれる。この動作は旋回アーム１が所
定の微小角度だけ旋回して次のチエツクポイント
に達するごとに行われ、被写体Ｐを透過したＸ線
画像情報がＸ線イメージセンサ１２で次々と検出
され、このＸ線画像情報が演算回路３で処理され
て所望の断層軌道上にある情報が再生されるので
ある。

なお、上記のようにチエツクポイントごとにシ
ヤツター１５を開閉させてＸ線を間欠的に照射せ
ず、連続的に照射しながらチエツクポイントごと
にＸ線イメージセンサ１２から出力されるビデオ
信号を取り込むようにすることもできる。

ここで、Ｘ線イメージセンサ１２で検出される
Ｘ線画像情報には、目的とする断層軌道上の像だ
けでなく深さ方向（Ｘ線の照射方向）に沿つて重
なつている目的物以外の像も同時に含まれてお
り、しかもこれらの像は旋回アーム１の微小角度
の旋回に応じてＸ線イメージセンサ１２に入射す
る位置が少しずつ移動する。

撮影の対象となる所望の曲面断層軌道面は、従
来のフイルム式の装置では被写体の周りを回動す
るＸ線源の移動速度と、透過Ｘ線を受けるフイル
ムの送り速度との相対的関係により規定される
が、この実施例では、アームの回転速度に対し、
メモリ内の情報をシフトする転送距離（演算メモ
リ３２内におけるデータ転送あるいはデータ取り
込み時間の間隔等）を調整して撮影すべき断層軌
道面を設定している。この設定はマイクロコンピ
ユータを用いることにより容易に実施できる。

第２図及び第３図はこの移動状況の説明図であ
る。図の１２０はＸ線イメージセンサ１２を構成
するＸ線輝度増倍管の１次蛍光面を示しており、
走査線がアームの回転平面に垂直に下から上に向
けて順次左から右に走査されるように蛍光面１２
０が配置され、スリツト１６の幅に応じたｍ番目
からｎ番目までの走査線上に透過Ｘ線が照射され
るようになつている。

そこで、旋回アーム１があるチエツクポイント
に達した後最初のｍ―１番目の水平同期信号をメ
モリ制御器３４が検出すると、ｍ番目からｎ番目
までの走査線上にある画像情報をＡ／Ｄ変換回路
３１でデジタルコード化し、演算メモリ３２内の
あらかじめ決定された各走査線に対応するアドレ
スにストツクする。この時、各走査線には第２図
のようにそれぞれ例えば情報ｇ，ｈ，ｉ…が乗つ
ている。

第３図は次のチエツクポイントに達した時の状
態であり、この時には各情報ｇ，ｈ，ｉ…は旋回
アーム１の旋回角度に応じて走査線単位で測つて
α本だけ移動した位置の走査線上にそれぞれ移つ
ており、例えば情報ｇはｍ＋α番目の走査線
m′上に移つている。そこで第２図の時に演算メ
モリ３２にストツクされた各情報ｇ，ｈ，ｉ…
を、Ｘ線イメージセンサ１２上の走査線単位で測
つた移動量αに対応させて、第３図の状態での情
報取り込みまでにそれぞれm′番目、m′＋１番目、
m′＋２番目…の走査線に対応するアドレスに移
動させておけば、最初の情報ｇに次回の情報ｇが
加算されることになり、ｈ，ｉ…についても同様
に同じ情報が加算されるのである。なお、この移
動量は歯科用のパノラマＸ線撮影装置の場合には
同一ではなく、フイルム式の装置においてフイル
ムの送り速度を変化させるのと同様に前歯部と臼
歯部とで変化させ、歯列弓の形状に合わせた像が
得られるようにされる。

そして、第３図のような状態になつた時、アー
ム駆動制御器２２はシヤツター制御器１３にシヤ
ツター開信号を送ると同時にメモリ制御器３４に
ストローブ信号を送り、読み出し、加算、書き込
み等の制御を行う。この時も前回の書き込みと同
様に、ｍ＋α番目の走査線m′上の信号は演算メ
モリ３２内のｍ＋α番目の走査線に対応するアド
レスの情報と加算された後、加算されたデータが
再び同じアドレスに書き込まれるのである。第３
図においては、ｍ＋α番目の走査線m′にはｇと
いう情報が乗つており、この走査線m′に対応す
る演算メモリ３２内のアドレスには第２図におけ
る第ｍ番目の走査線ｍ上のｇという情報が既にシ
フトされて書き込まれているので、情報ｇが強調
されることになる。

このようなデータの加算と再書き込みの処理
は、Ｘ線イメージセンサ１２のビデオ出力信号か
ら水平同期信号を分離し、この水平同期信号で垂
直方向のアドレスカウンタをアドレスすることに
より第ｍ番目の走査線を見つけ出し、この走査線
上の情報と演算メモリ３２の第ｍ番目のアドレス
にある情報とを順次加算し、その和を演算メモリ
３２の第ｍ番目のアドレスに順次書き込んで行く
ことにより可能となる。

メモリ制御器３４は、このように第ｎ番目の水
平同期信号を検出するまで、走査線上の位置に対
応する演算メモリ３２のアドレスへの書き込み、
読み出し、加算等を制御するが、第ｎ番目の水平
同期信号を検出すると、演算メモリ３２のアドレ
ス信号を出力することを停止すると同時に、シヤ
ツター制御器１３に閉操作指令信号を送り、Ｘ線
放射を停止する。シヤツター１５が閉じてアーム
１が回動している時は、演算メモリ３２ではあら
かじめ設定された断層軌道上の画像情報のみを抽
出するために情報の移動が行われるのである。

ここで、第ｎ―α番目〜第ｎ番目の走査線に対
応するアドレス上の情報は、演算メモリ３２内で
は移動するアドレスがないため加算回数に対応す
る割算の後、モニタ４上に適切な画像を構成する
ためにアドレスをＸ―Ｙ変換してフレームメモリ
３３に転送される。この第ｎ―α番目〜第ｎ番目
の走査線に対応する情報は、メモリ制御器３４の
出力するアドレスでフレームメモリ３３内に書き
込まれるが、この時のアドレスはモニタ４上の各
ラスタ上の画素に対応して規定されている。そし
て、フレームメモリ３３の書き込みと読み出しア
ドレスは異なつた制御器（不図示）から出力する
ことにより行われ、画像が合成されるのである。

このように、アームの回転に伴う断層軌道上の
情報のＸ線イメージセンサ１２の１次感光面上に
おける位置の変化αと、演算メモリ３２内での移
動量を一致させることにより、所望の断層軌道上
の情報は強調された形でメモリ内に記録される
が、それ以外の情報はＸ線イメージセンサ１２の
１次感光面上の移動と演算メモリ３２内でのデー
タの移動との対応がとれていないため異なつたデ
ータ同士の和となり、飽和するか、飽和しないま
でも特徴を失つてしまうことになる。

これら一連の操作は、シヤツター１５が閉じて
アーム１が回動している時にメモリ制御器３４の
指令信号を受けて行われ、旋回アーム１が撮影に
必要な所定範囲の回転を終わるまでこの処理が繰
り返される。そして加算後のデータを加算回数に
対応させて割算して平均化した後、Ｘ―Ｙ変換し
てフレームメモリ３３内に順次記録する。こうし
てフレームメモリ３３内に記録された画像情報
は、同期信号発生回路３５の出力信号を受けてラ
スタ走査に同期して順次読み出され、Ｄ／Ａ変換
回路３６を介してビデオ信号として再生され、
CRT４１の各画素に対応した輝点情報としてモ
ニタ４上に写し出されるのである。

このように、論理演算回路３においてはメモリ
を２群に分けてその１つを演算専用に構成してあ
るため、フレームメモリの容量が軽減される。更
に演算メモリで行う割算を下位ビツトを切り捨て
た情報転送により行うことによつて、回路構成も
簡単となる。

以上は、モニタ４上の１フレーム単位に対応し
たアドレスを持つ第１フレームメモリ３３を使用
した場合の説明であるが、図示しない切替手段に
よりメモリを切り替え、モニタ４上の１フレーム
単位以上のアドレスを水平方向に持つ第２のフレ
ームメモリ３３′を使用して、１つのフレームの
読み出しが終わるごとにこのメモリの水平方向の
読み出しアドレス起点を少しずつずらして読み出
すようにアドレス指定をすれば、モニタ４上に
は、歯列が例えば右から左に流れて次々と写し出
される。そしてこのような方法をとつた場合は、
歯列の断層写真がモニタ４の画面に比べて横長で
あるから、モニタ４の画面の利用効率が良く、細
部まで細かく観察できる。更に、この場合被写体
ＰをＸ線源１１の方向にずらして行うので、拡大
した映像を写し出すことも可能となる。具体的に
は、モニタ４上への表示時にフレームメモリ３３
の水平方向のアドレスを決定するカウンタに水平
同期信号を検出するごとにある一定の初期値を与
え、この初期値をアドレス起点としてフレームご
とに増加して行けばよく、増加の割合を大きくす
れば移動速度が速くなる。また初期値をある一定
値に保つことにより、所望の個所を静止画像とし
て写し出すことが可能となるのである。

以上の実施例は、この発明を人体を被写体とし
た歯列弓の曲面断層撮影に適用した例であるが、
この発明はこれ以外にも、例えば、自動車用タイ
ヤの摩耗度測定や樹木の年輪を検査するための断
層撮影、曲面形状を持つ金属製品の疲労試験など
の各種産業用CTの撮影に適用することも可能で
あり、いずれの場合も上記実施例と同様な効果が
得られる。

＜発明の効果＞ 上述の実施例の説明からも明らかなように、こ
の発明は、目的とする断層軌道上の像と深さ方向
に重なる目的物以外の像が同時に含まれているＸ
線画像情報を電気的な映像信号に変換し、所望の
断層軌道上のＸ線画像情報のみが強調されるよう
に画像処理するようにしたものであり、次のよう
な利点がある。

(a) 目的物以外の像が除かれた鮮明な２次元平面
画像が得られる。

(b) 透過Ｘ線を、極めて微量の線量で反応し且つ
その反応時間も短いＸ線輝度増倍管等を用いた
Ｘ線イメージセンサで検出してＸ線画像を取り
出しているため、Ｘ線の写真作用を直接利用し
て写真撮影するフイルム式の従来装置に比し
て、被写体の被曝Ｘ線量を著しく軽減できる。

(c) Ｘ線を間欠照射することができ、この点から
も被写体の被曝Ｘ線量を軽減できる。また、Ｘ
線を連続放射しながら機械的なシヤツター機構
によりオン、オフ操作してＸ線を照射すれば、
歯科診断用の歯列弓撮影装置に適用した場合、
人体に有害な軟Ｘ線の発生を防止することがで
きる。

(d) Ｘ線写真像に生じやすい濃度ムラが少なく、
画像の階調は演算メモリ内での加算回数によつ
て規定されるので、すべての撮影部位において
加算回数が一定になるように書き込み速度を設
定すれば、濃度ムラは全く生じない。

(e) フイルムを現像する手間が不要ですぐに結果
を知ることができるので、検査や診断を的確に
行うことが可能となる。

(f) 機械的なフイルム送り手段が不要であるた
め、装置の大型化、複雑化が避けられる。

(g) Ｘ線源の移動速度に対し、演算メモリの書き
込み速度を規定することにより映像表示すべき
断層軌道面を任意に規定できるので、断層軌道
面の設定変更を容易に行うことができる。ま
た、演算メモリの操作をはじめとする画像処理
はマイクロコンピユータを用いて制御できるの
で、論理演算回路を構成する部品点数を低減で
き、コストダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロツク線図、
第２図及び第３図はそれぞれ透過Ｘ線を受けるＸ
線イメージセンサの１次蛍光面を示す図、第４図
及び第５図はこの発明の原理説明図である。 Ｐ…被写体、１…旋回アーム、３…論理演算回
路、４…テレビモニタ、１１…Ｘ線源、１２…Ｘ
線イメージセンサ、３２…演算メモリ、３３…フ
レームメモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体Ｐを挟んで対向配備されたＸ線源１１
   と透過Ｘ線をＸ線画像情報として変換出力するＸ
   線イメージセンサ１２とを備え、これらＸ線源１
   １およびＸ線イメージセンサ１２を被写体Ｐの周
   りに一体的に駆動旋回させる旋回アーム１と、 該旋回アーム１が所定の微小角度だけ旋回する
   ごとに、Ｘ線イメージセンサ１２から出力される
   Ｘ線画像情報を演算メモリ３２内に取り込むと共
   に、該Ｘ線画像情報を所望の断層軌道上の同一画
   像情報がメモリ内で重なる位置のアドレスにＸ線
   画像情報の取り込み間隔に対応させて順次シフト
   しながら複数回にわたつて加算することにより、
   所望の断層軌道上のＸ線画像情報のみが強調され
   た２次元平面画像を形成してフレームメモリ３３
   に記憶する論理演算回路３と、 上記フレームメモリ３３に記憶された２次元平
   面画像を映像表示するテレビモニタ４、 とを備えたことを特徴とする任意の曲面断層軌道
   上の情報を２次元平面画像として映像表示する装
   置。