JP3290726B2 - Transmission three-dimensional tomography system - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、放射線源から被写体に
放射線を照射し、被写体を透過した放射線の透過率分布
の投影像に対して逆投影法を適用することにより、被写
体の三次元断層画像を再構成する透過型三次元断層撮影
装置に関し、特に、計測時間及びデータ処理時間の大幅
な短縮化と処理精度の向上を図った透過型三次元断層撮
影装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional tomographic image of a subject by irradiating the subject with radiation from a radiation source and applying a back projection method to a projected image of the transmittance distribution of the radiation transmitted through the subject. The present invention relates to a transmission type three-dimensional tomography apparatus for reconstructing an image, and more particularly to a transmission type three-dimensional tomography apparatus which significantly reduces measurement time and data processing time and improves processing accuracy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最も典型的な従来の透過型二次元断層撮
影装置として、臨床医学等の分野に適用されているＸ線
断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置という）が知られて
いる。かかるＸ線ＣＴ装置の基本原理を図１４に基いて
説明すると、患者等の被写体１を挟むようにして、線状
又は弧状の検出器２とＸ線管３とが対向配置され、Ｘ線
管３から放射されて被写体１を透過してきた透過Ｘ線の
強度を検出器２が検出する。即ち、Ｘ線管３のＸ線放射
部（焦点）と、検出器２の長手方向ｓに沿って設けられ
た検出部とを同時に含むｘ−ｙ直交座標における仮想断
面をＡＲ、ｘ−ｙ座標に対して直交し且つ被写体１の中
心を通る軸方向をｚ座標軸とすると、検出器２の検出部
において測定されるＸ線の強度は、仮想断面ＡＲに沿っ
て被写体１内部の各部分を透過してきた透過Ｘ線のＸ線
透過率に相当する。かかるＸ線透過率の測定データ群に
適当な対数変換を施すことによって、Ｘ線ビームに沿っ
た被写体のＸ線吸収係数の総和（積分値）に変換され
る。かかるＸ線吸収係数の積分値に関する測定データは
投影データと呼ばれている。更に、検出器２とＸ線管３
の対向関係を一定にしたままで、これらの機器２，３又
は被写体１の一方をｚ座標軸を中心に相対的に一回転さ
せながら各回転方向φについての投影データ群を測定す
ることにより、全方位における投影データを測定するよ
うになっている。そして、これらの全方位に関する投影
データ群について、所定のコンピュータ演算処理を行う
ことにより、被写体１のＸ線吸収係数に関する二次元断
層画像を再構成する。2. Description of the Related Art As the most typical conventional transmission type two-dimensional tomography apparatus, an X-ray tomography apparatus (hereinafter, referred to as an X-ray CT apparatus) applied to fields such as clinical medicine is known. The basic principle of such an X-ray CT apparatus will be described with reference to FIG. 14. A linear or arcuate detector 2 and an X-ray tube 3 are arranged opposite to each other so as to sandwich a subject 1 such as a patient. The detector 2 detects the intensity of the transmitted X-ray emitted and transmitted through the subject 1. That is, a virtual cross section in xy orthogonal coordinates simultaneously including an X-ray radiating portion (focal point) of the X-ray tube 3 and a detecting portion provided along the longitudinal direction s of the detector 2 is represented by AR and xy coordinates. Assuming that the axis direction orthogonal to the axis and passing through the center of the subject 1 is the z-coordinate axis, the intensity of the X-rays measured by the detection unit of the detector 2 passes through each part inside the subject 1 along the virtual cross section AR. X-ray transmittance of transmitted X-rays. By performing an appropriate logarithmic conversion on the measurement data group of the X-ray transmittance, the data is converted into a total (integral value) of X-ray absorption coefficients of the subject along the X-ray beam. The measurement data relating to the integrated value of the X-ray absorption coefficient is called projection data. Further, the detector 2 and the X-ray tube 3
By keeping one of these devices 2, 3 or the subject 1 relatively one rotation about the z-coordinate axis while keeping the facing relationship of the constant, the projection data group in each rotation direction φ is measured. The projection data in the azimuth is measured. Then, a two-dimensional tomographic image relating to the X-ray absorption coefficient of the subject 1 is reconstructed by performing a predetermined computer operation on the projection data group relating to all directions.
【０００３】ここで、かかる再構成を行うためには、一
般に、重畳積分逆投影法あるいはフィルタ逆投影法が適
用されている。即ち、図１５に示すように、ｚ座標軸上
のある位置に在る仮想断面ＡＲにおいてｘ−ｙ座標軸に
対して方位φ１からＸ線が透過した場合の投影データの
分布をＰAR（ｓ，φ１）とすると、まず、次式（１）に
示すように、再構成フィルタと呼ばれるフィルタ関数ｇ
0 （ｓ）をＰAR（ｓ，φ１）に重畳積分し、これによっ
て得られた新たな投影データＱAR（ｓ，φ１）を求め
る。Here, in order to perform such reconstruction, a convolution integral backprojection method or a filtered backprojection method is generally applied. That is, as shown in FIG. 15, the distribution of the projection data when the X-ray is transmitted from the azimuth φ1 with respect to the xy coordinate axis in the virtual cross section AR at a certain position on the z coordinate axis is represented by P AR (s, φ1). ), First, as shown in the following equation (1), a filter function g called a reconstruction filter
0 (s) is superimposed on P AR (s, φ1), and new projection data Q AR (s, φ1) obtained by this is obtained.
【０００４】[0004]
【数１】 (Equation 1)
【０００５】尚、上記式（１）中の＊は重畳積分演算子
を意味する。又、フィルタ関数ｇ0（ｓ）は、シェップ
・ローガン（Shepp-Logan ）のフィルタが一般的に適用
されている。そして、仮想断面ＡＲにおける残余の方位
φ２，φ３…φｎ毎に新たな投影データＱAR（ｓ，φ
２），ＱAR（ｓ，φ３）…ＱAR（ｓ，φｎ）も同様にし
て求め、これらのデータをＸ線ビームの方向に沿って逆
投影することによって仮想断面ＡＲにおける二次元断層
画像を構成する。Note that * in the above equation (1) means a convolution operator. As the filter function g 0 (s), a Shepp-Logan filter is generally applied. Then, new projection data Q AR (s, φ) is set for each of the remaining directions φ2, φ3,.
2), Q AR (s, φ3)... Q AR (s, φn) are similarly obtained, and these data are back-projected along the direction of the X-ray beam to obtain a two-dimensional tomographic image in the virtual cross section AR. Constitute.
【０００６】尚、上記は一つの仮想断面ＡＲについての
断層画像を求めるものであるが、この装置を用いて被写
体１の三次元的な分布を求めるためには、装置（検出器
２とＸ線管３）又は被写体１を支えているベッドを相対
移動させることにより、多層について二次元断層画像を
求めている。Although the above description is for obtaining a tomographic image for one virtual cross section AR, in order to obtain a three-dimensional distribution of the subject 1 using this apparatus, an apparatus (a detector 2 and an X-ray By moving the tube 3) or the bed supporting the subject 1 relatively, a two-dimensional tomographic image is obtained for multiple layers.
【０００７】又、ヘリキャルスキャン方式、即ち、被写
体１を中心にしてその周囲を装置（検出器２とＸ線管
３）を螺旋軌道に沿って移動させたり、これとは逆に、
固定された装置（検出器２とＸ線管３）内で被写体１を
回転させつつｚ軸に沿って移動させることによって、実
質的に装置が螺旋軌道に沿って移動するように制御する
ことで、被写体１の多層について二次元断層画像を求め
るようにしている。A helical scan method, that is, a device (a detector 2 and an X-ray tube 3) is moved around a subject 1 along a helical trajectory around the subject 1, and conversely,
By moving the subject 1 along the z-axis while rotating it in a fixed device (the detector 2 and the X-ray tube 3), by controlling the device to move substantially along a spiral path. In addition, a two-dimensional tomographic image is obtained for multiple layers of the subject 1.
【０００８】ところが、この従来の技術によれば、高精
細な三次元断層画像を再構成しようとすれば、ｚ座標軸
に沿って細かな間隔で検出器２とＸ線管３又は被写体１
を相対移動させつつ投影データＰ（ｓ，φ）を測定する
必要があるので、計測に長時間を要するという問題があ
った。However, according to this conventional technique, if an attempt is made to reconstruct a high-definition three-dimensional tomographic image, the detector 2 and the X-ray tube 3 or the subject 1 are arranged at small intervals along the z-coordinate axis.
It is necessary to measure the projection data P (s, φ) while relatively moving.
【０００９】そこで、更に改良・進化したＸ線ＣＴ装置
が提案された。かかるＸ線ＣＴ装置は円形軌道コーンビ
ームＣＴと呼ばれ、図１６に示すように、被写体４を挟
むようにして、Ｘ線イメージインテンシファイア（Ｘ線
ＩＩ）等の二次元像検出器５と、コーン状にＸ線を放射
するＸ線管６とを備え、このコーン状のＸ線照射範囲内
に常に被写体４を存在させるように構成されている。即
ち、Ｘ線管６からコーン状に放射されて被写体４を透過
してきた透過Ｘ線の透過率を二次元像検出器５が二次元
的に検出するようになっている。そして、被写体４の中
心を通るｚ座標軸を中心とする円軌道に沿って、Ｘ線管
６と二次元像検出器５を被写体４に対して相対回転させ
ることにより全方位における二次元投影データを測定
し、更に上記逆投影法を三次元に適用してコンピュータ
演算処理を行うことによって被写体４の三次元断層画像
を再構成する。Therefore, an improved and advanced X-ray CT apparatus has been proposed. Such an X-ray CT apparatus is called a circular orbit cone beam CT, and as shown in FIG. 16, a two-dimensional image detector 5 such as an X-ray image intensifier (X-ray II) and a cone An X-ray tube 6 that emits X-rays in the shape of a cone is provided so that the subject 4 always exists within the cone-shaped X-ray irradiation range. That is, the two-dimensional image detector 5 two-dimensionally detects the transmittance of transmitted X-rays that are emitted from the X-ray tube 6 in a cone shape and transmitted through the subject 4. Then, the X-ray tube 6 and the two-dimensional image detector 5 are rotated relative to the subject 4 along a circular orbit centered on the z-coordinate axis passing through the center of the subject 4, thereby obtaining two-dimensional projection data in all directions. The three-dimensional tomographic image of the subject 4 is reconstructed by measuring and applying the back projection method to the three-dimensional image and performing a computer operation.
【００１０】かかる円形軌道コーンビームＣＴの三次元
画像再構成法としてはフェルドカンプ（Feldkamp）の方
法が代表的であり、二次元像検出器５の検出する二次元
投影データＰ（ｓ，ｈ，φ）に対して２次元荷重を乗じ
て補正し、方向ｓ（ｚ座標軸に対して直交する方向）に
ついて上記式（１）と同様の重畳積分を行い、この結果
得られる新たな投影データＱ（ｓ，ｈ，φ）をＸ線放射
方向とは逆の方向に沿って三次元的に逆投影する方法で
ある。As a method of reconstructing a three-dimensional image of the circular orbit cone beam CT, the method of Feldkamp is typical, and the two-dimensional projection data P (s, h, φ) is corrected by multiplying by a two-dimensional load, and the same convolution as in the above equation (1) is performed in the direction s (the direction orthogonal to the z coordinate axis), and new projection data Q ( s, h, φ) is three-dimensionally back-projected along the direction opposite to the X-ray emission direction.
【００１１】この方法によれば、コーン状に放射される
Ｘ線（以下、Ｘ線コーンビームという）のｚ座標軸方向
の最大視野角度θが比較的小さければ、図１４に示した
Ｘ線ＣＴ装置による二次元断層画像を三次元の再構成に
近似・拡張して、比較的簡単に三次元断層画像の再構成
を実現することができる。According to this method, if the maximum viewing angle θ in the z-coordinate axis direction of the X-ray radiated in a cone shape (hereinafter referred to as X-ray cone beam) is relatively small, the X-ray CT apparatus shown in FIG. By approximating and extending the two-dimensional tomographic image obtained by the above to a three-dimensional reconstruction, the reconstruction of the three-dimensional tomographic image can be realized relatively easily.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記円形軌道
コーンビームＣＴにあっては、次のような問題点があっ
た。即ち、Ｘ線コーンビームのｚ座標軸方向における最
大視野角度θが大きい場合には上記近似精度が低下して
精細な断層画像を再構築することができない。特に、最
大視野角度θを大きく設定した場合には、ｚ座標軸の両
端近くの仮想断面ＡＲを透過するＸ線の透過方向と該仮
想断面ＡＲとの成す角度が大きくなるので、その投影デ
ータＰ（ｓ，ｈ，φ）は一つの仮想断面ＡＲを透過して
きた透過Ｘ線のみに基いて得られるのではなく、複数の
仮想断面を斜め方向から透過してきた透過Ｘ線に基いて
得られることとなる。この結果、各断層画像の干渉（ク
ロストーク）を生じて、再構成画像に歪みを生じる問題
があった。However, the circular orbit cone beam CT has the following problems. That is, when the maximum viewing angle θ in the z-coordinate axis direction of the X-ray cone beam is large, the approximation accuracy is reduced, and a fine tomographic image cannot be reconstructed. In particular, when the maximum viewing angle θ is set to be large, the angle between the transmission direction of the X-ray that passes through the virtual cross section AR near both ends of the z coordinate axis and the virtual cross section AR becomes large, and the projection data P ( s, h, φ) are obtained not only based on transmitted X-rays transmitted through one virtual cross section AR, but also based on transmitted X-rays transmitted obliquely through a plurality of virtual cross sections. Become. As a result, there has been a problem that interference (crosstalk) between the tomographic images occurs, causing distortion in the reconstructed image.
【００１３】一般論として、円形軌道コーンビームＣＴ
の様に、Ｘ線コーンビームの頂点（Ｘ線管の焦点）が一
つの円軌道に沿って回転する場合には、正確な三次元断
層画像を再構成することはできないことが知られてい
る。例えば、スミスの文献（Smith BD: Image reconstr
uction from cone-beam projections: Necessary and s
ufficient conditions and reconstruction methods. I
EEE Trans.Med.Image. MI-4:14-25, 1985.）によれば、
「三次元断層画像が決定できる十分条件は被写体中のあ
らゆる点を通る任意の平面を考えたとき、その平面上に
コーンビームの頂点が必ず存在すること」が、三次元断
層画像を再構成するための条件であるとしている。した
がって、図１６に示すように、二次元像検出器５とＸ線
管６を一つの円軌道に沿って一回転させただけでは精度
の良い三次元断層画像の再構成を実現することができな
い。In general terms, a circular orbit cone beam CT
It is known that an accurate three-dimensional tomographic image cannot be reconstructed when the vertex of the X-ray cone beam (the focal point of the X-ray tube) rotates along one circular orbit as shown in FIG. . For example, Smith's literature (Smith BD: Image reconstr
uction from cone-beam projections: Necessary and s
ufficient conditions and reconstruction methods.I
According to EEE Trans.Med.Image. MI-4: 14-25, 1985.)
"A sufficient condition that a 3D tomographic image can be determined is that when considering an arbitrary plane passing through all points in the subject, the vertex of the cone beam always exists on that plane", reconstructs the 3D tomographic image It is said that it is a condition for. Therefore, as shown in FIG. 16, it is not possible to realize accurate reconstruction of a three-dimensional tomographic image simply by rotating the two-dimensional image detector 5 and the X-ray tube 6 once along one circular orbit. .
【００１４】そこで、この問題を解決するために、図１
７（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、二次元像検出器
５とＸ線管６を２つの円軌道に沿って回転させながら各
方向における二次元投影データを測定する方法や（図１
７ではＸ保管の焦点の軌道を表わしている）、同図
（ｃ）に示すように二次元像検出器５とＸ線管６を１つ
の円軌道とｚ座標軸に沿って移動させながら各方向にお
ける二次元投影データを測定する方法、あるいは同図
（ｄ）に示すように二次元像検出器５とＸ線管６を螺旋
状の軌道に沿って移動させながら各方向における二次元
投影データを測定する方法等が提案され、更にこれらの
測定手法によって得られた二次元投影データを基に、例
えば、三次元ラドン変換（Radon transform ）を適用す
ることで三次元断層画像の再構成を実現しようとする提
案があるが、複雑で膨大な計算処理を要するので実用に
供するには多くの問題がある。Therefore, in order to solve this problem, FIG.
As shown in FIG. 7A or 7B, a method of measuring two-dimensional projection data in each direction while rotating the two-dimensional image detector 5 and the X-ray tube 6 along two circular orbits (FIG. 1)
7 shows the trajectory of the focal point of X storage), and as shown in FIG. 3C, the two-dimensional image detector 5 and the X-ray tube 6 are moved along one circular trajectory and z-coordinate axis in each direction. Or the method of measuring the two-dimensional projection data in each direction, or by moving the two-dimensional image detector 5 and the X-ray tube 6 along a spiral trajectory as shown in FIG. A measurement method and the like are proposed, and a three-dimensional tomographic image is reconstructed by applying, for example, a three-dimensional Radon transform based on the two-dimensional projection data obtained by these measurement methods. However, there are many problems to be put to practical use because they require complicated and enormous calculation processing.
【００１５】特に、図１８に示すように、被写体１の一
部がＸ線コーンビームの領域からはみ出す場合には、被
写体１に対する検出器５とＸ線管６の走査位置に応じて
Ｘ線が部分的にしか照射されない部分（図中の斜線部分
Ｕ）が発生し、かかる部分Ｕの投影データが画像間のク
ロストークを招くので、測定部分の正確な画像再構成を
実現することが極めて困難であった。かかる場合は、人
体の断層画像を測定するような場合に通常に起こること
であり特殊な場合ではないので、実用上解決が望まれて
いた。In particular, as shown in FIG. 18, when a part of the subject 1 protrudes from the area of the X-ray cone beam, X-rays are emitted according to the scanning positions of the detector 5 and the X-ray tube 6 with respect to the subject 1. A part that is only partially irradiated (a hatched part U in the figure) occurs, and the projection data of the part U causes crosstalk between images. Therefore, it is extremely difficult to realize an accurate image reconstruction of the measurement part. Met. Such a case usually occurs when a tomographic image of a human body is measured, and is not a special case. Therefore, a practical solution has been desired.
【００１６】本発明はこのような従来の課題に鑑みて成
されたものであり、比較的簡単な投影データ測定方法と
二次元断層画像再構成アルゴリズムを有効に拡張して、
画像歪みやクロストーク等が少なく高精細な三次元断層
画像の再構成を実現することができる透過型三次元断層
撮影装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such conventional problems, and effectively extends a relatively simple projection data measurement method and a two-dimensional tomographic image reconstruction algorithm.
It is an object of the present invention to provide a transmission type three-dimensional tomography apparatus capable of realizing reconstruction of a high-definition three-dimensional tomographic image with little image distortion and crosstalk.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、被写体に対して、放射線を任意の視
野角でコーン状に放射する放射線源と、該被写体内を透
過した透過放射線を二次元的に検出することにより、二
次元投影データを発生する像検出手段と、該放射線及び
像検出手段又は被写体のいずれか一方を螺旋状の軌道又
は複数の円状の軌道に沿って相対回転させつつ該軌道面
と直交する方向に相対移動出来る駆動手段と、上記放射
線源が上記被写体全体を包含する広視野角のコーン状の
放射線を放射させた状態で、上記駆動手段が上記相対回
転駆動を行うときに、所定の回転角毎に上記像検出手段
が検出する第１の二次元投影データを入力し、第１の二
次元投影データに所定の再構成フィルタを重畳積分して
得られる新たな二次元投影データに基いて、予め設定さ
れている複数のスライス断面に対応する逆投影画像を形
成すると共に、逆投影画像の所定の高周波成分に基いて
各々のスライス断面に対応する二次元断層画像を再構成
する広角度データ解析手段と、上記放射線源が上記被写
体の一部分に対して放射させた状態で、上記駆動手段が
上記相対回転駆動及び上記相対移動を行うときに、所定
の回転角毎に上記像検出手段が検出する第２の二次元投
影データを入力し、第２の二次元投影データに所定の再
構成フィルタを重畳積分して得られる新たな二次元投影
データに基いて、予め設定されている複数のスライス断
面に対応する逆投影画像を形成すると共に、逆投影画像
の所定の低周波成分に基いて各々のスライス断面に対応
する二次元断層画像を再構成する狭角度データ解析手段
と、上記広角度データ解析手段と狭角度データ解析手段
で再構成された上記両二次元断層画像を加算合成して三
次元断層画像を構成する構成処理手段と具備する構成と
した。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a radiation source for emitting radiation in a cone shape at an arbitrary viewing angle to a subject, and a transmission source transmitted through the subject. An image detection unit that generates two-dimensional projection data by detecting radiation two-dimensionally, and any one of the radiation and the image detection unit or the subject is moved along a spiral trajectory or a plurality of circular trajectories. A driving means capable of relatively moving in a direction orthogonal to the orbital plane while relatively rotating; and a driving means for driving the relative movement of the radiation source in a state in which the radiation source emits cone-shaped radiation having a wide viewing angle covering the entire subject. When performing rotation driving, first two-dimensional projection data detected by the image detecting means is input at each predetermined rotation angle, and a predetermined reconstruction filter is superimposed and integrated on the first two-dimensional projection data. New two Based on the original projection data, a back projection image corresponding to a plurality of slice planes set in advance is formed, and a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice cross section is formed based on a predetermined high-frequency component of the back projection image. When the wide angle data analyzing means to be reconstructed and the driving means perform the relative rotation drive and the relative movement in a state where the radiation source emits light to a part of the subject, the rotation angle is determined every predetermined rotation angle. The second two-dimensional projection data detected by the image detecting means is input, and a predetermined setting is performed based on new two-dimensional projection data obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the second two-dimensional projection data. A back projection image corresponding to a plurality of slice slices is formed, and a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice slice is reconstructed based on a predetermined low frequency component of the back projection image. Degree data analysis means, and configuration processing means for adding and combining the two two-dimensional tomographic images reconstructed by the wide angle data analysis means and the narrow angle data analysis means to form a three-dimensional tomographic image. .
【００１８】又、被写体に対し該被写体の全体を包含す
る広視野角のコーン状の放射線を放射する放射線源と、
該被写体内を透過した透過放射線を二次元的に検出する
ことにより、二次元投影データを発生する像検出手段
と、該放射線源と像検出手段を被写体の所定原点を中心
として所定方向に対向移動させつつ、該被写体に対して
該放射線源及び像検出手段を螺旋状の軌道又は複数の円
状の軌道にそって相対回転出来る駆動手段と、上記相対
回転によって上記像検出手段が検出する所定回転角毎に
得られる第１の二次元投影データを入力し、第１の二次
元投影データに所定の再構成フィルタを重畳積分して得
られる新たな二次元投影データに基いて、予め設定され
ている複数のスライス断面に対応する逆投影画像を形成
すると共に、逆投影画像の所定の高周波成分に基いて各
々のスライス断面に対応する二次元断層画像を再構成す
る広角度データ解析手段と、上記二次元投影データの
内、予め決められた複数のスライス断面に対して略水平
に透過した各スライス断面に対応する第２の二次元投影
データを入力し、第２の二次元投影データに所定の再構
成フィルタを重畳積分して得られる新たな二次元投影デ
ータに基いて、予め設定されている複数のスライス断面
に対応する逆投影画像を形成すると共に、逆投影画像の
所定の低周波成分に基いて各々のスライス断面に対応す
る二次元断層画像を再構成する狭角度データ解析手段
と、上記広角度データ解析手段と狭角度データ解析手段
で再構成された上記両二次元断層画像を加算合成して三
次元断層画像を再構成する構成処理手段とを具備する構
成とした。A radiation source for radiating a cone-shaped radiation having a wide viewing angle covering the entire subject to the subject;
Image detection means for generating two-dimensional projection data by two-dimensionally detecting transmitted radiation transmitted through the subject, and moving the radiation source and the image detection means in a predetermined direction around a predetermined origin of the subject. Driving means for rotating the radiation source and the image detecting means relative to the subject along a spiral trajectory or a plurality of circular trajectories; and a predetermined rotation detected by the image detecting means by the relative rotation. First two-dimensional projection data obtained for each corner is input, and predetermined two-dimensional projection data is obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the first two-dimensional projection data. Wide-angle data analysis for forming a backprojection image corresponding to a plurality of slice sections and reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice section based on a predetermined high-frequency component of the backprojection image And inputting the second two-dimensional projection data corresponding to each slice section transmitted substantially horizontally with respect to a predetermined plurality of slice sections among the two-dimensional projection data; Based on new two-dimensional projection data obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the data, a backprojection image corresponding to a plurality of slice sections set in advance is formed, and a predetermined backprojection image of the backprojection image is formed. Narrow-angle data analyzing means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice section based on the low-frequency component; and the two-dimensional tomographic images reconstructed by the wide-angle data analyzing means and the narrow-angle data analyzing means A configuration processing unit for reconstructing a three-dimensional tomographic image by adding and combining images.
【００１９】又、上記二次元投影データの高低周波成分
について上記再構成フィルタの重畳積分を行った後、逆
投影画像を求めるように構成した。Further, after the superposition integration of the reconstruction filter is performed on the high and low frequency components of the two-dimensional projection data, a back projection image is obtained.
【００２０】又、上記二次元投影データに高低周波成分
の弁別処理及び再構成フィルタの重畳積分処理を同時に
行うフィルタ関数を適用し、その後、逆投影画像を求め
るように構成した。Further, a filter function for simultaneously performing high-low frequency component discrimination processing and superposition integration processing of a reconstruction filter is applied to the two-dimensional projection data, and thereafter, a back-projected image is obtained.
【００２１】又、上記広角度データ解析手段における逆
投影操作においては、新たな二次元投影データを予め設
定されているスライス断面に逆投影する際の書込み濃度
分布関数を重畳するようにした。In the backprojection operation by the wide-angle data analysis means, the writing density distribution function used when backprojecting new two-dimensional projection data onto a predetermined slice section is superimposed.
【００２２】[0022]
【作用】このような構成を有する本発明によれば、再構
成される画像の高周波成分と低周波成分は夫々別個に処
理され、広視野角の放射線が被写体を透過したときに得
られる投影データによって高周波成分を、狭視野角の放
射線が被写体を透過したときに得られる投影データによ
って低周波成分を再構成した後、これらを合成して三次
元断層画像を再構成するので、従来の円形軌道コーンビ
ームＣＴにおけるフェルドカンプ法のように、画像のク
ロストークによる画像歪を著しく低減することができ
る。According to the present invention having such a configuration, the high-frequency component and the low-frequency component of the reconstructed image are separately processed, and the projection data obtained when the radiation with a wide viewing angle passes through the subject is obtained. After reconstructing high-frequency components and low-frequency components by projection data obtained when radiation with a narrow viewing angle passes through the subject, these are combined to reconstruct a three-dimensional tomographic image. As in the Feldkamp method in the cone beam CT, image distortion due to image crosstalk can be significantly reduced.
【００２３】又、この方法はフェルドカンプ法と同様に
従来の二次元断層画像再構成法を拡張して三次元断層画
像を再構成するものであり、比較的簡単なアルゴリズム
に基いている。この結果、コンピュータシステムを適用
する等の場合に装置規模の低減化及び処理速度の向上を
図ることができる。This method is to extend a conventional two-dimensional tomographic image reconstruction method like the Feldkamp method to reconstruct a three-dimensional tomographic image, and is based on a relatively simple algorithm. As a result, it is possible to reduce the device scale and improve the processing speed when a computer system is applied.
【００２４】更に、広視野角の放射線の透過によって得
られる投影データは、予め設定されている複数のスライ
ス断面に対して傾斜方向に沿って逆投影されるが、かか
るスライス断面と逆投影ビームの交差する書込み濃度分
布関数によって投影データを補正するので、実際に即し
てより精度の良い三次元断層画像を再構成することがで
きる。Further, projection data obtained by transmission of radiation having a wide viewing angle is back-projected along a tilt direction with respect to a plurality of slice sections set in advance. Since the projection data is corrected by the intersecting writing density distribution functions, a more accurate three-dimensional tomographic image can be reconstructed in accordance with the actual situation.
【００２５】[0025]
【実施例】以下、本発明による一実施例を図面と共に説
明する。かかる実施例はＸ線源から被写体に対してＸ線
コーンビームを放射し、被写体を透過した透過Ｘ線を二
次元検出装置によって測定することによって二次元的に
投影データを得、この二次元投影データから三次元断層
画像を再構成する形式の透過型三次元断層撮影装置に関
するものである。An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, an X-ray source emits an X-ray cone beam to a subject, and the transmitted X-ray transmitted through the subject is measured by a two-dimensional detector to obtain two-dimensional projection data. The present invention relates to a transmission type three-dimensional tomography apparatus that reconstructs a three-dimensional tomographic image from data.
【００２６】まず、図１に基いて、装置の全体構成を説
明すると、患者等の被写体１０を支持する試料台１１
と、試料台１１を鉛直方向（上下方向）ｚに移動させる
ことによって被写体１０も同座標軸ｚに沿って上下移動
させると共に、座標軸ｚを中心にして試料台１１を回転
駆動することによって被写体１０を回転させる駆動装置
１２とが設けられている。試料台駆動部１３は、駆動装
置１２に駆動電力を供給するための電源等を内蔵してお
り、位置検出部１４は、試料台１１の座標軸ｚにおける
位置（高さ）と回転位置を検出するためのセンサ等を内
蔵しており、いずれもシステム制御部２４によって制御
されている。First, the overall configuration of the apparatus will be described with reference to FIG. 1. A sample stage 11 supporting a subject 10 such as a patient is described.
The object 10 is also moved up and down along the same coordinate axis z by moving the sample stage 11 in the vertical direction (vertical direction) z, and the subject 10 is rotated by driving the sample stage 11 around the coordinate axis z. A drive device 12 for rotating is provided. The sample stage drive unit 13 has a built-in power supply for supplying drive power to the drive unit 12, and the position detection unit 14 detects the position (height) and the rotation position of the sample stage 11 on the coordinate axis z. And the like are built in, and all are controlled by the system control unit 24.
【００２７】被写体１０を挟むようにしてＸ線放射機構
Ａと撮像機構Ｂが相対向して設けられている。Ｘ線放射
機構Ａは、Ｘ線を被写体１０に向けてコーン状に放射す
るＸ線管１５とコリメータ１６とを備え、コリメータ１
６の絞り量を変更することによって、Ｘ線コーンビーム
のｚ座標軸方向における視野角度θを調節することがで
きるようになっている。高圧発生部１７は、Ｘ線発生の
ための高圧電源をＸ線管１５に供給し、コリメータ駆動
部１８は、コリメータ１６の絞り調整を行うためにあ
り、いずれもシステム制御部２４によって制御されてい
る。撮像機構Ｂは、被写体１０を透過してきた透過Ｘ線
を入射して増倍するＸ線イメージインテンシファイア
（Ｘ線ＩＩ）１９と、Ｘ線イメージインテンシファイア
１９の出力を二次元ＣＣＤ等により二次元画像として撮
像するカメラ２０と、上記の視野角度θの範囲外の透過
Ｘ線がＸ線イメージインテンシファイア１９に入射する
のを絞り量の調整によって阻止するコリメータ２１とを
具備している。コリメータ駆動部２２は、コリメータ２
１の絞り量を調節駆動するためにあり、システム制御部
２４によって制御されている。An X-ray radiating mechanism A and an imaging mechanism B are provided so as to sandwich the subject 10 therebetween. The X-ray emission mechanism A includes an X-ray tube 15 that emits X-rays toward the subject 10 in a cone shape, and a collimator 16.
By changing the stop amount of No. 6, the viewing angle θ of the X-ray cone beam in the z coordinate axis direction can be adjusted. The high-voltage generating unit 17 supplies high-voltage power for X-ray generation to the X-ray tube 15, and the collimator driving unit 18 is for adjusting the aperture of the collimator 16, and both are controlled by the system control unit 24. I have. The imaging mechanism B receives an X-ray image intensifier (X-ray II) 19 that receives and multiplies transmitted X-rays transmitted through the subject 10 and outputs the output of the X-ray image intensifier 19 using a two-dimensional CCD or the like. The camera includes a camera 20 that captures a two-dimensional image, and a collimator 21 that blocks transmitted X-rays outside the range of the viewing angle θ from entering the X-ray image intensifier 19 by adjusting the aperture amount. . The collimator driving unit 22 includes the collimator 2
This is for adjusting and driving the aperture amount of 1 and is controlled by the system control unit 24.
【００２８】演算部２３は、カメラ２０から出力される
二次元画像のデータ即ち、二次元投影データを入力して
後述のデータ処理を行うことによって被写体１０の三次
元断層画像再構成を行い、かかるデータ処理のタイミン
グはシステム制御部２４によって制御されている。The arithmetic unit 23 receives two-dimensional image data output from the camera 20, ie, two-dimensional projection data, and performs data processing described later to reconstruct a three-dimensional tomographic image of the subject 10. The timing of the data processing is controlled by the system control unit 24.
【００２９】システム制御部２４は、コンピュータシス
テムで構成されており、入力部２５に備えられたキーボ
ード等を介して操作者が行った指令に従って、上記各部
１３，１４，１７，１８，２２，２３を制御すると共
に、演算部２３で最終的に求められた三次元断層画像の
データを表示部２６に転送して、グラフィック表示等を
行わせる。The system control section 24 is constituted by a computer system, and in accordance with commands issued by the operator via a keyboard or the like provided in the input section 25, the above-mentioned sections 13, 14, 17, 18, 18, 22, and 23. , And the data of the three-dimensional tomographic image finally obtained by the arithmetic unit 23 is transferred to the display unit 26 so that a graphic display or the like is performed.
【００３０】更に、被写体１０に対するＸ線放射機構Ａ
と撮像機構Ｂの相対位置関係を図２に基いて詳述する。
即ち、Ｘ線管１５から放射されるＸ線コーンビームの最
大視野角度θは、測定すべき被写体１０の全体を包含す
ることができる角度に設定されている。一方、コリメー
タ１６を絞ると視野角度θが狭まり、被写体１０の一部
分にＸ線を照射するようになる。但し、座標軸ｚの方向
の視野角度θはこのように調整されるが、座標軸ｚに対
して直交する座標軸ｘの方向（即ち、軸ｚを上下方向と
すれば左右方向）の視野角度αは常に被写体１０を含む
ようにして固定化されている。被写体１０を中心として
設定されるこれらの座標軸ｘ，ｙ，ｚによる三次元座標
は、被写体１０に対して予め固定されているものとし、
したがって、測定系に対して被写体１０を回転する場合
には、測定時において座標系ｘ，ｙ，ｚもｚ軸を中心に
回転する。Further, an X-ray emission mechanism A for the subject 10
The relative positional relationship between the camera and the imaging mechanism B will be described in detail with reference to FIG.
That is, the maximum viewing angle θ of the X-ray cone beam emitted from the X-ray tube 15 is set to an angle that can encompass the entire subject 10 to be measured. On the other hand, when the collimator 16 is stopped down, the viewing angle θ is reduced, and a part of the subject 10 is irradiated with X-rays. However, the viewing angle θ in the direction of the coordinate axis z is adjusted in this manner, but the viewing angle α in the direction of the coordinate axis x orthogonal to the coordinate axis z (that is, the horizontal direction when the axis z is the vertical direction) is always It is fixed so as to include the subject 10. It is assumed that the three-dimensional coordinates of these coordinate axes x, y, and z set around the subject 10 are fixed in advance with respect to the subject 10.
Therefore, when rotating the subject 10 with respect to the measurement system, the coordinate systems x, y, and z also rotate about the z-axis during measurement.
【００３１】座標軸ｚに沿って微小間隔Δｚずつ区切ら
れる（ｘ−ｙ）座標面と平行な仮想断面をスライス断面
と呼び、これらの多数のスライス断面は常に座標軸ｘ，
ｙ，ｚによる三次元座標系において固定化されている。
そして、Ｘ線イメージインテンシファイア１９のＸ線入
射面の座標はｓ，ｈで表され、（ｓ−ｈ）面はｚ軸と常
に平行である。Ｘ線管１５とＸ線イメージインテンシフ
ァイア１９のＸ線入射面との対向関係が固定化されたま
まで、試料台１１と共に被写体１０が座標軸ｚ方向へ所
定ピッチΔｋずつ移動すると、被写体１０に対する座標
軸ｚ方向での対向位置が相対的に変化し、これと同時
に、試料台１１と共に被写体１０が回転すれば、Ｘ線管
１５とＸ線イメージインテンシファイア１９のＸ線入射
面との対向関係は固定化されたままで被写体１０に対し
て円軌道を描くようになっており、これらの位置関係は
試料台１１の回転・移動の位置によって自在に調節され
る。又、カメラ２０に内蔵されているＣＣＤ等の画素配
列も座標系ｓ，ｈに対して所定の位置関係に設定されて
おり、その水平走査方向ｓがスライス断面と平行、垂直
走査方向ｈが座標軸ｚと平行である。An imaginary section parallel to the (xy) coordinate plane divided by the minute interval Δz along the coordinate axis z is called a slice section, and these many slice sections are always coordinate axes x and x.
It is fixed in a three-dimensional coordinate system of y and z.
The coordinates of the X-ray incident surface of the X-ray image intensifier 19 are represented by s and h, and the (sh) plane is always parallel to the z-axis. When the subject 10 moves together with the sample stage 11 by a predetermined pitch Δk in the coordinate axis z direction while the facing relationship between the X-ray tube 15 and the X-ray incident surface of the X-ray image intensifier 19 is fixed, the coordinate axis with respect to the subject 10 If the facing position in the z direction relatively changes, and at the same time, the subject 10 rotates together with the sample table 11, the facing relationship between the X-ray tube 15 and the X-ray incidence surface of the X-ray image intensifier 19 becomes A circular trajectory is drawn with respect to the subject 10 while being fixed, and their positional relationship can be freely adjusted by the position of rotation and movement of the sample stage 11. The pixel arrangement of a CCD or the like built in the camera 20 is also set to have a predetermined positional relationship with respect to the coordinate systems s and h. The horizontal scanning direction s is parallel to the slice section, and the vertical scanning direction h is coordinate axis. Parallel to z.
【００３２】次に、演算部２３の構成を図３〜図５に基
いて詳述する。演算部２３は、広角度データ解析部２７
と狭角度データ解析部２８と合成処理部２９を具備した
マイクロコンピュータシステム等で構成されている。Next, the configuration of the arithmetic unit 23 will be described in detail with reference to FIGS. The calculation unit 23 includes a wide-angle data analysis unit 27
And a microcomputer system including a narrow angle data analysis unit 28 and a synthesis processing unit 29.
【００３３】まず、広角度データ解析部２７は、広角度
データ収集部２７ａ、重畳積分部２７ｂ、逆投影処理部
２７ｃ、及び高周波フィルタリング部２７ｄで構成さ
れ、システム制御部２４からの広角度データ解析の指令
に対応して所定の解析処理を行う。尚、かかる広角度デ
ータ解析では、図４の縦断面図に示すように、被写体１
０の全体にＸ線コーンビームを照射するようにコリメー
タ１６，２１によって最大視野角度θ１が設定され、こ
の視野角度θ１に固定したままで試料台１１上の被写体
１０を所定回転角φ毎に一回転させ、各回転角φ毎にカ
メラ２０が撮像する各々の二次元静止画像の投影データ
ＰH （ｓ，ｈ，φ）を解析処理するようになっており、
詳細は後述する。First, the wide-angle data analyzing section 27 is composed of a wide-angle data collecting section 27a, a convolution integrator 27b, a back projection processing section 27c, and a high frequency filtering section 27d. A predetermined analysis process is performed in response to the instruction. In the wide angle data analysis, as shown in the vertical sectional view of FIG.
The maximum viewing angle θ1 is set by the collimators 16 and 21 so as to irradiate the X-ray cone beam onto the entirety of the object 0, and the subject 10 on the sample stage 11 is moved at a predetermined rotation angle φ while the viewing angle θ1 is fixed. The projection data P H (s, h, φ) of each two-dimensional still image captured by the camera 20 at each rotation angle φ is analyzed.
Details will be described later.
【００３４】狭角度データ解析部２８は、狭角度データ
収集部２８ａ、重畳積分部２８ｂ、逆投影処理部２８
ｃ、及び低周波フィルタリング部２８ｄで構成され、シ
ステム制御部２４からの狭角度データ解析の指令に対応
して所定の解析処理を行う。尚、かかる狭角度データ解
析では、図５（ａ）の縦断面図に示すように、被写体１
０の所定厚さΔｈ（但し、一般的に、Δｈ＞Δｋ＞Δｚ
の関係に設定されている）毎のスライス断面だけにＸ線
コーンビームを照射し、断層画像のクロストークによる
低周波歪が十分無視できるように狭い視野角θ２が設定
され、この視野角θ２に固定した状態で、図５（ｂ）に
示すように被写体１０を所定のピッチ間隔Δｋずつ座標
軸ｚに沿って移動させる毎に被写体１０を所定回転角φ
ずつ一回転させ、その回転角φ毎にカメラ２０が撮像す
る各々の静止画像の投影データＰL（ｓ，ｈ，φ，ｚ）
を解析処理するようになっている。即ち、座標軸ｚと回
転角φをパラメータとしたときに得られる各々の投影デ
ータＰL （ｓ，ｈ，φ，ｚ）を解析処理するようになっ
ており、詳細は後述する。尚、図５（ｃ）に示すように
被写体１０を螺旋状に回転移動させることによって、同
図（ｂ）と同様の撮像効果が得られるようにしてもよ
い。The narrow-angle data analyzing unit 28 includes a narrow-angle data collecting unit 28a, a convolution unit 28b, and a back projection processing unit 28.
c, and a low-frequency filtering unit 28d, and performs a predetermined analysis process in response to a narrow angle data analysis command from the system control unit 24. In the narrow angle data analysis, as shown in the vertical sectional view of FIG.
0 predetermined thickness Δh (however, generally, Δh > Δk > Δz
The X-ray cone beam is applied only to each slice section, and a narrow viewing angle θ2 is set so that low-frequency distortion due to crosstalk of tomographic images can be sufficiently ignored. In the fixed state, each time the subject 10 is moved along the coordinate axis z by a predetermined pitch interval Δk as shown in FIG.
Each time, and the projection data P L (s, h, φ, z) of each still image captured by the camera 20 for each rotation angle φ.
Is analyzed. That is, each projection data P L (s, h, φ, z) obtained when the coordinate axis z and the rotation angle φ are used as parameters is analyzed, and the details will be described later. Note that, as shown in FIG. 5 (c), by rotating the subject 10 in a spiral shape, the same imaging effect as in FIG. 5 (b) may be obtained.
【００３５】合成処理部２９は、広角度データ解析部２
７と狭角度データ解析部２８で夫々再構成された被写体
１０の各スライス断層の二次元断層画像の高周波成分の
データＨ（ｘ，ｙ，ｚ）及び低周波成分のデータＬ
（ｘ，ｙ，ｚ）を合成することにより最終的に高精細の
三次元断層画像を再構成し、この三次元断層画像のデー
タＩ（ｘ，ｙ，ｚ）をシステム制御部２４へ転送する。The synthesizing processing unit 29 includes a wide-angle data analyzing unit 2
7 and the low-frequency component data L (x, y, z) of the two-dimensional tomographic image of each slice tomogram of the subject 10 reconstructed by the narrow angle data analysis unit 28, respectively.
Finally, a high-definition three-dimensional tomographic image is reconstructed by synthesizing (x, y, z), and the data I (x, y, z) of the three-dimensional tomographic image is transferred to the system control unit 24. .
【００３６】次に、かかる構成を有する実施例の動作を
説明する。Next, the operation of the embodiment having such a configuration will be described.
【００３７】被写体１０を試料台１１に支持して測定を
指示すると、最初にシステム制御部２４の指令に従って
広角度データ解析が行われる。即ち、図４に示すよう
に、被写体１０の全体にＸ線コーンビームを照射するよ
うにコリメータ１６，２１の絞り量が調整されて広視野
角度θ１が設定される。そして、視野角度θ１に固定し
たままで試料台１１上の被写体１０を所定回転角ずつ一
回転させ、カメラ２０がその回転角毎に撮像することに
よって二次元投影データＰH （ｓ，ｈ，φ）を出力し、
夫々の投影データＰH （ｓ，ｈ，φ）を広角度データ収
集部２７ａが記憶する。When the measurement is instructed while the subject 10 is supported on the sample stage 11, wide angle data analysis is first performed in accordance with a command from the system controller 24. That is, as shown in FIG. 4, the aperture amounts of the collimators 16 and 21 are adjusted so that the entire subject 10 is irradiated with the X-ray cone beam, and the wide viewing angle θ1 is set. Then, the subject 10 on the sample stage 11 is rotated once by a predetermined rotation angle while being fixed at the viewing angle θ1, and the camera 20 captures an image at each rotation angle, whereby the two-dimensional projection data P H (s, h, φ) is obtained. ),
The wide-angle data collection unit 27a stores the respective projection data P H (s, h, φ).
【００３８】次に、重畳積分部２７ｂが、次式（２）に
示すように、全ての投影データＰH（ｓ，ｈ，φ）の夫
々に対して所定の再構成フィルタ関数ｇ（ｓ）をｓ方向
に重畳積分することによって、新たな投影データＱ
H （ｓ，ｈ，φ）を形成する。Next, as shown in the following equation (2), the convolution integrator 27b applies a predetermined reconstruction filter function g (s) to each of all the projection data P H (s, h, φ). Is superposed and integrated in the s direction to obtain new projection data Q
H (s, h, φ) are formed.
【００３９】[0039]
【数２】 (Equation 2)
【００４０】ここで、再構成フィルタ関数ｇ（ｓ）は、
次式（３）に示すように、従来使用されているシェップ
ローガンの再構成フィルタ関数ｇ0 （ｓ）等と本発明特
有の書込み関数ｗ（ｓ，θ’）との積によって求まる関
数である。Here, the reconstruction filter function g (s) is
As shown in the following equation (3), the function is obtained by multiplying a conventionally used Shepp Logan reconstruction filter function g 0 (s) and a writing function w (s, θ ′) unique to the present invention. .
【００４１】[0041]
【数３】 (Equation 3)
【００４２】尚、シェップローガンの再構成フィルタ関
数ｇ0 （ｓ）は、図６に示す実空間特性を有している。
一方、書込み関数ｗ（ｓ，θ’）は、図７に示す原理図
に基いて求められるものである。即ち、あるスライス断
面に新たな投影データＱH （ｓ，ｈ，φ）を逆投影する
際に、スライス断面の幅ａ（＝Δｚ）に対して幅ｂの逆
投影ビームに沿って角度θ’で書込まれるものとすれ
ば、書込み濃度分布は、次式（４）で示す三角形状の書
込み関数ｗ（ｓ，θ’）で近似することができる。The reconstruction filter function g 0 (s) of Shepp Logan has the real space characteristics shown in FIG.
On the other hand, the writing function w (s, θ ′) is obtained based on the principle diagram shown in FIG. That is, when backprojecting new projection data Q H (s, h, φ) onto a certain slice cross section, the angle θ ′ along the back projection beam having the width b with respect to the width a (= Δz) of the slice cross section. In this case, the writing density distribution can be approximated by a triangular writing function w (s, θ ′) represented by the following equation (4).
【００４３】[0043]
【数４】 (Equation 4)
【００４４】したがって、現実にはＸ線ビームが各スラ
イス断面を斜め方向へ通過するので、従来から知られて
いるシェップローガンの再構成フィルタ関数ｇ0 （ｓ）
等に書込み関数ｗ（ｓ，θ’）を積算することによっ
て、より現実に即した再構成フィルタ関数ｇ（ｓ）が得
られることとなる。更に詳述すれば、再構成フィルタ関
数ｇ（ｓ）は、図８に示す実空間特性を有しており、図
６と比較すれば、シェップローガンの再構成フィルタ関
数ｇ0 （ｓ）はｓの無限範囲において値をもつのに対し
て、再構成フィルタ関数ｇ（ｓ）は、図８に示すように
書込み関数ｗ（ｓ，θ’）によって規制された範囲内に
ついてだけ値をもつ。この結果、シェップローガンの再
構成フィルタ関数ｇ0 （ｓ）を適用すると規制範囲外で
過度のフィルタリングをすることとなって誤差が増加す
るのに対し、再構成フィルタ関数ｇ（ｓ）では、その誤
差が低減されて現実に即した新たな投影データＱ
H （ｓ，ｈ，φ）を形成することができる。Accordingly, since the X-ray beam actually passes obliquely through each slice section, the conventionally known Shepp Logan reconstruction filter function g 0 (s)
By integrating the writing function w (s, θ ′) into the above, a reconstructed filter function g (s) that is more realistic can be obtained. More specifically, the reconstruction filter function g (s) has the real space characteristics shown in FIG. 8, and as compared with FIG. 6, the Shepp Logan reconstruction filter function g 0 (s) is s , The reconstructed filter function g (s) has a value only within the range regulated by the writing function w (s, θ ′) as shown in FIG. As a result, when the Shep-Logan reconstruction filter function g 0 (s) is applied, excessive filtering is performed outside the regulation range, and the error increases. On the other hand, in the reconstruction filter function g (s), New projection data Q that fits reality with reduced errors
H (s, h, φ) can be formed.
【００４５】次に、逆投影処理部２７ｃが、全ての角度
φについての新たな投影データＱH（ｓ，ｈ，φ）に対
して逆投影処理を行うことにより、全てのスライス断面
についての二次元逆投影画像ｒH （ｘ，ｙ，ｚ）を作成
する。Next, the backprojection processing unit 27c performs backprojection processing on the new projection data Q H (s, h, φ) for all angles φ, so that two A three-dimensional backprojection image r H (x, y, z) is created.
【００４６】次に、高周波フィルタリング部２７ｄが、
二次元逆投影画像ｒH （ｘ，ｙ，ｚ）に含まれる低周波
数領域成分を除去するためのフィルタリング処理を行
う。即ち、図９に示すように、二次元逆投影画像ｒ
H （ｘ，ｙ，ｚ）は複数のスライス断面を斜め方向から
透過した透過Ｘ線の透過率分布から再構成されるので、
被写体１０の複数のスライス断面の画像情報が互いに干
渉する結果生じる画像歪を含んでいる。この画像歪の大
部分は低周波数領域に存在しており、低周波数域除去形
のフィルタによってこれを除去するようにしている。Next, the high frequency filtering section 27d
A filtering process is performed to remove low frequency region components included in the two-dimensional back-projected image r H (x, y, z). That is, as shown in FIG.
Since H (x, y, z) is reconstructed from the transmittance distribution of the transmitted X-ray transmitted through a plurality of slice sections in oblique directions,
The image information of a plurality of slice sections of the subject 10 includes image distortion resulting from interference with each other. Most of the image distortion exists in the low frequency region, and is removed by a low frequency band removal type filter.
【００４７】具体的には、かかるフィルタリングは所定
の演算処理によって実現される。即ち、各々の二次元逆
投影画像ｒH （ｘ，ｙ，ｚ）を二次元高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）によって空間周波数領域（Ｘ−Ｙ）の二次元
データＲH （Ｘ，Ｙ，ｚ）に変換し、これに低周波数域
除去形のフィルタに相当するガウス関数型二次元フィル
タＦH （Ｘ，Ｙ，ｚ）を積算する。ここで、ＦH （Ｘ，
Ｙ，ｚ）は次式（５）の関数であり、Ｘ，Ｙはスライス
断面に対応する空間周波数、σはカットオフ周波数を決
定する係数である。Specifically, such filtering is realized by a predetermined arithmetic processing. That is, each two-dimensional backprojected image r H (x, y, z) is converted into two-dimensional data R H (X, Y, z) in the spatial frequency domain (XY) by a two-dimensional fast Fourier transform (FFT). After the conversion, a Gaussian function type two-dimensional filter F H (X, Y, z) corresponding to a low frequency band elimination type filter is integrated. Where F H (X,
(Y, z) is a function of the following equation (5), X and Y are spatial frequencies corresponding to slice cross sections, and σ is a coefficient for determining a cutoff frequency.
【００４８】[0048]
【数５】 (Equation 5)
【００４９】ここで、ａはスライス幅、ｂは逆投影ビー
ムの幅、θ”はスライス面（ｘ＝０，ｙ＝０，ｚ）に対
する逆投影角である。Here, a is the slice width, b is the width of the back projection beam, and θ ″ is the back projection angle with respect to the slice plane (x = 0, y = 0, z).
【００５０】更に、係数σは、σ＝ξ｜（ａ＋ｂ）／
（２ｔａｎθ”）｜／２．３５の式から求められる。但
し、ξはある程度任意の値であり、この実施例では、
０．２５ないし０．５程度の範囲の値が適用されてい
る。Further, the coefficient σ is given by σ = ξ | (a + b) /
(2tan θ ″) | /2.35, where ξ is an arbitrary value to some extent. In this embodiment,
Values in the range of about 0.25 to 0.5 have been applied.
【００５１】そして、各スライス断面に対応する積算結
果ＲH （Ｘ，Ｙ，ｚ）・ＦH （Ｘ，Ｙ，ｚ）について二
次元逆フーリエ変換を行うことによって、フィルタリン
グ後の二次元逆投影画像Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）を作成して合
成処理部２９へ転送して一旦記憶させて、広角度データ
解析が終了する。Then, by performing a two-dimensional inverse Fourier transform on the integration result R H (X, Y, z) · F H (X, Y, z) corresponding to each slice section, the two-dimensional back projection after filtering is performed. The image H (x, y, z) is created, transferred to the synthesizing processing unit 29, temporarily stored, and the wide-angle data analysis ends.
【００５２】次に、システム制御部２４の指令に従って
狭角データ解析が行われる。即ち、図５（ａ）に示すよ
うに、コリメータ１６，２１の絞り量を調節することに
よって、予め設定されている狭視野角度θ２に対しての
みＸ線を照射するように設定される。そして、視野角度
θ２を固定したままで試料台１１上の被写体１０を所定
回転角φ毎に一回転させつつ各回転角φ毎にカメラ２０
が静止画像を撮像するという処理を、試料台１１を座標
軸ｚに沿って適当なピッチで移動させながら繰り返し行
う。したがって、このｚ方向の移動ピッチ及び回転各φ
毎の二次元投影データＰL （ｓ，ｈ，φ，ｚ）が求ま
り、狭角度データ収集部２８ａのフレームメモリに記憶
される。Next, narrow-angle data analysis is performed according to a command from the system control unit 24. That is, as shown in FIG. 5A, by adjusting the aperture amounts of the collimators 16 and 21, the setting is made such that X-rays are emitted only to a preset narrow viewing angle θ2. Then, the camera 10 is rotated for each rotation angle φ while the subject 10 on the sample stage 11 is rotated once every predetermined rotation angle φ while the viewing angle θ2 is fixed.
Is repeatedly performed while moving the sample stage 11 at an appropriate pitch along the coordinate axis z. Therefore, this movement pitch in the z direction and each rotation φ
The two-dimensional projection data P L (s, h, φ, z) for each is obtained and stored in the frame memory of the narrow-angle data collection unit 28a.
【００５３】次に、重畳積分部２８ｂが、二次元投影デ
ータＰL （ｓ，ｈ，φ，ｚ）毎にシェップローガンのフ
ィルタ等の再構成フィルタｇ0 （ｓ）を重畳積分するこ
とによって、新たな二次元投影データＱL （ｓ，ｈ，
φ，ｚ）を形成する。Next, the superposition and integration section 28b superposes and integrates a reconstruction filter g 0 (s) such as a Shepp Logan filter for each two-dimensional projection data P L (s, h, φ, z). New two-dimensional projection data Q L (s, h,
φ, z).
【００５４】次に、逆投影処理部２８ｃが、新たな二次
元投影データＱL （ｓ，ｈ，φ，ｚ）に基いて逆投影処
理を行うことにより二次元逆投影画像ｒL （ｘ，ｙ，
ｚ）を作成する。Next, the backprojection processing unit 28c performs backprojection processing on the basis of the new two-dimensional projection data Q L (s, h, φ, z) to obtain a two-dimensional back-projected image r L (x, y,
z) is created.
【００５５】次に、低周波フィルタリング部２８ｄが、
二次元逆投影画像ｒL （ｘ，ｙ，ｚ）の内の高周波数域
成分を除去する。即ち、具体的には、各々の二次元逆投
影画像ｒL （ｘ，ｙ，ｚ）を二次元高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）によって空間周波数領域（Ｘ−Ｙ）の二次元
データＲL （Ｘ，Ｙ，ｚ）に変換し、更に、高周波数域
除去形のフィルタに相当するガウス関数型二次元フィル
タＦL （Ｘ，Ｙ，ｚ）と積算する。ここで、ＦL （Ｘ，
Ｙ，ｚ）は次式（６）の関数であり、Ｘ，Ｙはスライス
断面に対応する空間周波数、σはカットオフ周波数を決
定する係数であり上記式（５）と同様に求められる。Next, the low frequency filtering unit 28d
A high-frequency component in the two-dimensional back-projected image r L (x, y, z) is removed. That is, specifically, each two-dimensional back-projected image r L (x, y, z) is subjected to two-dimensional fast Fourier transform (FFT) to obtain two-dimensional data RL (X, Y, z), and further integrates with a Gaussian function type two-dimensional filter F L (X, Y, z) corresponding to a filter of a high frequency band elimination type. Where F L (X,
(Y, z) is a function of the following equation (6), X and Y are spatial frequencies corresponding to the slice cross sections, and σ is a coefficient for determining a cutoff frequency, which is obtained in the same manner as the above equation (5).
【００５６】[0056]
【数６】 (Equation 6)
【００５７】そして、積算結果ＲL （Ｘ，Ｙ，ｚ）・Ｆ
L （Ｘ，Ｙ，ｚ）について二次元逆フーリエ変換を行う
ことによって、フィルタリング後の二次元逆投影データ
Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）を求め、合成処理部２９へ転送して一
旦記憶させて、狭角度データ解析が終了する。Then, the integration result R L (X, Y, z) · F
By performing a two-dimensional inverse Fourier transform on L (X, Y, z), two-dimensional backprojected data L (x, y, z) after filtering is obtained, transferred to the synthesis processing unit 29, and temporarily stored. Then, the narrow angle data analysis ends.
【００５８】次に、加算処理部２９が、次式（７）に示
すように、高周波フィルタリング部２７ｄからの高周波
成分の画像データＨ（ｘ，ｙ，ｚ）と低周波フィルタリ
ング部２８ｄからの低周波数成分の画像データＬ（ｘ，
ｙ，ｚ）に適当な荷重ωH ，ωL を掛けて加算・合成す
ることにより被写体１０の三次元断層画像の最終データ
即ち高低周波数成分を包含するデータＩ（ｘ，ｙ，ｚ）
を形成して出力する。尚、荷重ωH ，ωL は各々の測定
における測定時間、視野角度、検出器の検出効率を考慮
して、高低周波成分の画像濃度が等しくなるように決め
られる。Next, as shown in the following equation (7), the addition processing section 29 outputs the image data H (x, y, z) of the high frequency component from the high frequency filtering section 27d and the low-frequency image data H (x, y, z) from the low frequency filtering section 28d. Image data L (x,
y, z) are multiplied by appropriate loads ω H , ω L and added and synthesized to obtain final data of a three-dimensional tomographic image of the subject 10, that is, data I (x, y, z) including high and low frequency components.
Is formed and output. The loads ω H and ω L are determined so that the image densities of the high and low frequency components become equal in consideration of the measurement time, the viewing angle, and the detection efficiency of the detector in each measurement.
【００５９】[0059]
【数７】 (Equation 7)
【００６０】このように、この実施例は、広角データ解
析により高周波数域の二次元断層画像を得、狭角データ
解析で低周波数域の二次元断層画像を得て、夫々の二次
元断層画像を合成することによって所定周波数域の三次
元断層画像を最終的に構成するものである。As described above, in this embodiment, a two-dimensional tomographic image in a high frequency range is obtained by wide-angle data analysis, and a two-dimensional tomographic image in a low frequency range is obtained by narrow-angle data analysis. Are combined to finally form a three-dimensional tomographic image in a predetermined frequency range.
【００６１】従来の技術と対比してこの実施例の効果を
述べれば、従来の技術で正確な三次元断層画像を得るた
めに図１７に示したように単純な円軌道走査の他にこれ
と直角の方向への走査を行う場合には、この走査方向に
も充分な解像度の測定が必要であった。これに対してこ
の実施例では、高解像度の測定は、高周波数域の二次元
断層画像を求めるときにのみ行えばよく、低周波断層画
像を求めるときには高い解像力を必要としないので、デ
ータ量が少なくても良く、計算等の処理時間およびメモ
リが少なくて済む。The effect of this embodiment will be described in comparison with the prior art. In order to obtain an accurate three-dimensional tomographic image in the prior art, in addition to the simple circular orbit scanning as shown in FIG. When scanning in a direction perpendicular to the scanning direction, it is necessary to measure a sufficient resolution in this scanning direction. On the other hand, in this embodiment, the high-resolution measurement need only be performed when obtaining a two-dimensional tomographic image in a high frequency range, and a high resolution is not required when obtaining a low frequency tomographic image. It may be reduced, and the processing time for calculation and the like and the memory are reduced.
【００６２】一般に、二次元のＣＴ画像再構成では、投
影データのサンプリング間隔および測定方向の角度間隔
は、得ようとする解像度に関係する。その解像度（半値
幅）をｄとすると、投影のサンプリング間隔はｄ／２以
下であることが必要で、被写体の直径をＤとすると、一
つの方向の投影データには少なくとも２Ｄ／ｄのデータ
が必要である。また必要な測定方向の数もこれとほぼ等
しく、高周波画像ではスライス断面当り（２Ｄ／ｄ）2
のデータが必要である。即ち、スライス断面当りのデー
タ数は解像度の自乗に逆比例する。低周波断面画像は解
像度が低ても良いので、高周波断層画像を構成する場合
に較べてはるかに少ないデータ数でよい。例えば、高周
波断層画像の解像度を１ｍｍ、低周波断面画像の解像度
を５ｍｍとすると、低周波断層画像の一つのスライス断
面当たり全データ数は高周波断層画像の場合の２５分の
１でよく、測定角度間隔も５倍の低解像度で済む。した
がって、この実施例において低周波断層画像を求める際
のＸ線コーンビームの視野角を高周波断層画像を求める
際の視野角度と較べてかなり小さくし、それに応じて円
軌道の数を増加することとなっても、低周波断層画像を
得るための投影データの測定時間を、高周波断層画像を
得るための投影データの測定時間と同程度あるいはそれ
以下にできる。又、断層画像再構成に要する計算時間も
データ量に大きく依存し、特に、低周波断層画像の再構
成では、視野角度θ２が十分小さい場合には、三次元逆
投影の代りに二次元逆投影を用いてもよいので、計算時
間が大幅に短縮化される。In general, in two-dimensional CT image reconstruction, the sampling interval of projection data and the angular interval in the measurement direction are related to the resolution to be obtained. Assuming that the resolution (half width) is d, the projection sampling interval must be d / 2 or less. If the diameter of the subject is D, at least 2D / d data is included in the projection data in one direction. is necessary. Also, the number of required measurement directions is almost the same, and (2D / d) 2 per slice section in high-frequency images.
Data is required. That is, the number of data per slice section is inversely proportional to the square of the resolution. Since the low-frequency cross-sectional image may have a low resolution, the number of data may be much smaller than the case of forming a high-frequency tomographic image. For example, if the resolution of the high-frequency tomographic image is 1 mm and the resolution of the low-frequency tomographic image is 5 mm, the total number of data per slice cross-section of the low-frequency tomographic image may be 1/25 that of the high-frequency tomographic image. The interval can be as low as 5 times the resolution. Therefore, in this embodiment, the viewing angle of the X-ray cone beam when obtaining a low-frequency tomographic image is considerably smaller than the viewing angle when obtaining a high-frequency tomographic image, and the number of circular orbits is accordingly increased. Even so, the measurement time of the projection data for obtaining the low-frequency tomographic image can be made equal to or shorter than the measurement time of the projection data for obtaining the high-frequency tomographic image. In addition, the calculation time required for tomographic image reconstruction also greatly depends on the amount of data. In particular, in the reconstruction of low-frequency tomographic images, when the viewing angle θ2 is sufficiently small, two-dimensional backprojection is used instead of three-dimensional backprojection. May be used, so that the calculation time is greatly reduced.
【００６３】必要な計測時間は検出される放射線の量子
雑音（統計変動）にも関係する。一般に、二次元ＣＴ画
像における量子雑音は解像力（半値幅）の３乗に逆比例
するので、上記の例では低周波断層画像のスライス断面
当りに必要な放射線の量は高周波画像に比べて１／
５3 、即ち１／１２５でよい。よって、量子雑音が低周
波画像におよぼす影響は無視できる程度に小さくでき
る。The required measurement time is related to the quantum noise (statistical fluctuation) of the detected radiation. In general, the quantum noise in a two-dimensional CT image is inversely proportional to the cube of the resolution (half width), so that in the above example, the amount of radiation required per slice section of the low-frequency tomographic image is 1 / compared to that of the high-frequency image.
It may be 5 3 , that is, 1/125. Therefore, the influence of the quantum noise on the low-frequency image can be reduced to a negligible level.
【００６４】以上の点から、この実施例によると、比較
的簡単な走査と再構成アルゴリズムによって、画像歪や
クロストークの少ないコーンビームＣＴ装置を提供する
ことができる。From the above points, according to this embodiment, a cone beam CT apparatus with little image distortion and crosstalk can be provided by a relatively simple scanning and reconstruction algorithm.
【００６５】次に、第２の実施例を図１０に基いて説明
する。尚、この実施例の装置の全体構成は図１に示すも
のと同じである。相違点は、演算部２３の構成にあり、
図３に示す先の実施例では、広角度データ解析部２７と
狭角度データ解析部２８は、逆投影処理部２７ｃと２８
ｃで新たな二次元投影データｒH （ｘ，ｙ，ｚ）とｒL
（ｘ，ｙ，ｚ）を作成した後、高周波フィルタリング部
２７ｄと低周波フィルタリング部２８ｄがフィルタリン
グ処理を行うことによって、不要な周波数成分を除去し
て画像データＨ（ｘ，ｙ，ｚ）とＬ（ｘ，ｙ，ｚ）を得
る構成となっているが、かかる第２の実施例は図１０に
示すように、高低周波フィルタリングを先に行った後逆
投影処理を行う構成にしている。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The overall configuration of the apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG. The difference lies in the configuration of the arithmetic unit 23.
In the previous embodiment shown in FIG. 3, the wide-angle data analysis unit 27 and the narrow-angle data analysis unit 28
c, new two-dimensional projection data r H (x, y, z) and r L
After creating (x, y, z), the high-frequency filtering unit 27d and the low-frequency filtering unit 28d perform filtering processing, thereby removing unnecessary frequency components to remove image data H (x, y, z) and L. Although (x, y, z) is obtained, in the second embodiment, as shown in FIG. 10, high and low frequency filtering is performed first, and then backprojection processing is performed.
【００６６】即ち、図１０に示すように、広角度データ
解析部２７では、重畳積分部２７ｂが前記式（２）ない
し（４）に基く演算処理によって、投影データＱ
H（ｓ，ｈ，φ）を求め、次に高周波フィルタリング部
２７ｄが投影データＱH（ｓ，ｈ，φ）に含まれる低周
波領域成分を除去するためのフィルタリング処理を行
う。具体的には、高周波フィルタリング部２７ｄが、次
式（８）に示す高周波フィルタ関数ｆH（ｓ）を全ての
投影データＱH（ｓ，ｈ，φ）の夫々に対して、ｓ方向
に重畳積分することにより、新たな高周波成分投影デー
タＱ’H（ｓ，ｈ，φ）を形成する。That is, as shown in FIG. 10, in the wide-angle data analysis unit 27, the superposition and integration unit 27b performs the arithmetic processing based on the equations (2) to (4) to obtain the projection data Q.
H (s, h, φ) is obtained, and then the high-frequency filtering unit 27d performs a filtering process for removing low-frequency region components included in the projection data Q H (s, h, φ). Specifically, the high-frequency filtering unit 27d superimposes the high-frequency filter function f H (s) shown in the following equation (8) on each projection data Q H (s, h, φ) in the s direction. By integration, new high-frequency component projection data Q ′ H (s, h, φ) is formed.
【００６７】[0067]
【数８】 (Equation 8)
【００６８】尚、σは、σ＝ξ・｜（ａ＋ｂ）／（２ｔ
ａｎθ’）｜／２．３５の式から求められる。但し、ξ
はある程度任意の値である。次に、逆投影処理部２７ｃ
が高周波成分投影データＱ’H （ｓ，ｈ，φ）に対して
逆投影処理を行うことにより、全てのスライス面につい
ての二次元逆投影画像を作成する。このように処理する
と、かかる二次元逆投影画像は図３に示した画像Ｈ
（ｘ，ｙ，ｚ）と一致することとなり、これが合成処理
部２９に入力される。It should be noted that σ is σ = ξ · | (a + b) / (2t
anθ ′) | /2.35. However, ξ
Is an arbitrary value to some extent. Next, the back projection processing unit 27c
Performs backprojection processing on the high-frequency component projection data Q ′ H (s, h, φ), thereby creating two-dimensional backprojection images for all slice planes. With such processing, the two-dimensional back-projected image becomes the image H shown in FIG.
(X, y, z), which is input to the synthesis processing unit 29.
【００６９】一方、狭角度データ解析部２８では、ま
ず、低周波フィルタリング部２８ｄが重畳積分部２８ｂ
から出力される投影データＱL （ｓ，ｈ，φ）に含まれ
る低周波領域成分を除去するためのフィルタリング処理
を行う。具体的には、低周波フィルタリング部２８ｄ
が、次式（９）に示す低周波フィルタ関数ｆL （ｓ）を
全ての投影データＱL （ｓ，ｈ，φ，ｚ）の夫々に対し
て、ｓ方向に重畳積分することにより、新たな低周波成
分投影データＱ’L （ｓ，ｈ，φ，ｚ）を形成する。
尚、式（９）中のσは、低周波フィルタが高周波フィル
タに対して相補的な周波数特性を有するように定められ
る。On the other hand, in the narrow-angle data analyzing unit 28, first, the low-frequency filtering unit 28d
Projection data Q L output (s, h, φ) a filtering process for removing the low frequency region component contained in the perform from. Specifically, the low-frequency filtering unit 28d
But the low-frequency filter function f L (s) all projection data Q L shown in the following equation (9) (s, h, φ, z) for each of, by convolving the s direction, the new Low-frequency component projection data Q ′ L (s, h, φ, z).
In the expression (9), σ is determined so that the low-frequency filter has a frequency characteristic complementary to the high-frequency filter.
【００７０】[0070]
【数９】 (Equation 9)
【００７１】次に、逆投影処理部２８ｃが全ての角度φ
についての新たな低周波成分投影データＱ’L （ｓ，
ｈ，φ，ｚ）に対して逆投影処理を行うことにより、全
てのスライス断面についての二次元逆投影画像を作成す
る。このように処理すると、かかる二次元逆投影画像は
図３に示した画像Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）と一致することとな
り、これが合成処理部２９に入力される。Next, the back projection processing section 28c determines that all the angles φ
New low-frequency component projection data Q ′ L (s,
By performing backprojection processing on (h, φ, z), two-dimensional backprojection images for all slice sections are created. With this processing, the two-dimensional backprojected image matches the image L (x, y, z) shown in FIG. 3 and is input to the synthesis processing unit 29.
【００７２】次に、第３の実施例を図１１に基いて説明
する。尚、かかる実施例の装置の全体構成は図１に示す
のと同じである。上記第１及び第２の実施例との相違点
を説明すると、図３及び図１０に示す演算部２３は、重
畳積分部２７ｂ，２８ｂと高周波フィルタリング部２７
ｄと低周波フィルタリング部２８ｄを別個独立に備えて
いるが、本実施例では、図１１に示すように、重畳積分
部２７ｅが、重畳積分部２７ｂの再構成フィルタ関数ｇ
（ｓ）と高周波フィルタリング部２７ｄのフィルタ関数
ｆH（ｓ）の両方の特性を有する次式（１０）に示すフ
ィルタ関数ｇＨ（ｓ）によって、投影データＰH（ｓ，
ｈ，φ）への重畳積分及び低周波成分の除去を一括処理
すると共に、重畳積分部２８ｅが、重畳積分部２８ｂの
再構成フィルタ関数ｇ（ｓ）と低周波フィルタリング部
２８ｄのフィルタ関数ｆL（ｓ）の両方の特性を有する
次式（１１）に示すフィルタ関数ｇL（ｓ）によって、
投影データＰL（ｓ，ｈ，φ，ｚ）への重畳積分及び高
周波成分の除去を一括処理する構成となっている。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The overall configuration of the apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG. The difference between the first and second embodiments will be described. The arithmetic unit 23 shown in FIGS. 3 and 10 includes superimposing and integrating units 27b and 28b and a high-frequency filtering unit 27.
d and a low-frequency filtering unit 28d are provided separately and independently. In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the convolution unit 27e replaces the reconstructed filter function g of the convolution unit 27b.
The projection data P H (s, s) is expressed by a filter function gH (s) shown in the following equation (10) having both characteristics of the high frequency filtering unit 27d and the filter function f H (s)
h, φ), and simultaneously performs the superposition integration and the removal of the low-frequency component, and the superposition integration unit 28e performs the reconstruction filter function g (s) of the superposition integration unit 28b and the filter function f L of the low-frequency filtering unit 28d. By the filter function g L (s) shown in the following equation (11) having both characteristics of (s),
The configuration is such that superposition integration on the projection data P L (s, h, φ, z) and removal of high-frequency components are collectively processed.
【００７３】[0073]
【数１０】 (Equation 10)
【００７４】[0074]
【数１１】 [Equation 11]
【００７５】尚、＊はコンボリューション演算子である
ことを示す。Note that * indicates a convolution operator.
【００７６】したがって、この第３の実施例によれば、
図３及び図１０中の高周波フィルタリング部２７ｄと低
周波フィルタリング部２８ｄを省略することができ、処
理速度の向上を図ることができる。Therefore, according to the third embodiment,
The high frequency filtering unit 27d and the low frequency filtering unit 28d in FIGS. 3 and 10 can be omitted, and the processing speed can be improved.
【００７７】次に、第４の実施例を図１２及び図１３に
基いて説明する。尚、装置構成は図１とほぼ同様であ
る。但し、相違点は被写体１０に対するＸ線コーンビー
ムの照射方法、即ちＸ線走査方法にある。図１２（ａ）
に示すように、被写体１０の全体にＸ線を照射するよう
にＸ線コーンビームが広視野角に固定され、Ｘ線管１５
とイメージインテンシファイア１９の入射面の中心とを
結ぶＸ線放射中心軸が常に被写体１０の中心Ｏ（即ち、
ｘ，ｙ，ｚ座標原点）を通るように設定される。そし
て、Ｘ線放射中心軸と（ｘ−ｙ）座標平面との成す角度
βを所定のステップ角Δβずつ変化させる様にＸ線管１
５とイメージインテンシファイア１９を傾斜させ、その
角度βの変化毎にＸ線管１５とイメージインテンシファ
イア１９を座標軸ｚを中心とする円軌道に沿って回転さ
せ、所定の回転角φ毎の投影像をカメラ２０が撮像す
る。即ち、図１２（ｂ）の横断面図に示すように、Ｘ線
管１５が円軌道を描きながら座標軸ｚに沿って例えば上
側へ変位すれば、被写体１０の中心Ｏに対して対向位置
にあるイメージインテンシファイア１９は円軌道を描き
ながら逆に下側へ変位するようにしてＸ線走査を行うよ
うになっている。したがって、この場合には、イメージ
ングインテンシファイア１９のＸ線入射面ｓ−ｈはｚ軸
に対して傾斜することとなる。Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The device configuration is almost the same as that of FIG. However, the difference lies in the method of irradiating the subject 10 with an X-ray cone beam, that is, the X-ray scanning method. FIG. 12 (a)
As shown in the figure, the X-ray cone beam is fixed at a wide viewing angle so as to irradiate the entire subject 10 with X-rays.
The center axis of the X-ray emission connecting the image and the center of the entrance surface of the image intensifier 19 is always the center O of the subject 10 (ie,
(x, y, z coordinate origin). Then, the X-ray tube 1 is changed so that the angle β between the X-ray emission center axis and the (xy) coordinate plane is changed by a predetermined step angle Δβ.
5 and the image intensifier 19 are inclined, and the X-ray tube 15 and the image intensifier 19 are rotated along a circular orbit around the coordinate axis z every time the angle β changes. The projected image is captured by the camera 20. That is, if the X-ray tube 15 is displaced upward, for example, along the coordinate axis z while drawing a circular trajectory as shown in the cross-sectional view of FIG. The image intensifier 19 performs X-ray scanning by displacing downward while drawing a circular orbit. Therefore, in this case, the X-ray incident surface sh of the imaging intensifier 19 is inclined with respect to the z-axis.
【００７８】更に、このＸ線走査によって得られる投影
データＰ（ｓ，ｈ，φ，β）は、演算部２３に入力され
るが、この実施例では、図１３に示すように、図３の入
力部に更にフレームメモリ３０が設けられ、カメラ２０
からの全ての投影データＰ（ｓ，ｈ，φ，β）を一旦保
持するようになっている。Further, the projection data P (s, h, φ, β) obtained by this X-ray scanning is input to the arithmetic unit 23. In this embodiment, as shown in FIG. A frame memory 30 is further provided at the input unit,
, And temporarily retains all projection data P (s, h, φ, β).
【００７９】この実施例のＸ線走査を行うと、全ての投
影データＰ（ｓ，ｈ，φ，β）の中には、Ｘ線ビームの
方向が全てのスライス断面と略平行であるような二次元
投影データＰL （ｓ，ｈ，φ，β）が含まれている。よ
って、フレームメモリ３０に格納された全ての投影デー
タＰ（ｓ，ｈ，φ，β）から低周波成分の二次元投影デ
ータＰL （ｓ，ｈ，φ，β）を選択的に読出して狭角度
データ収集部２８ａのフレームメモリに転送される。一
方、全ての投影データＰ（ｓ，ｈ，φ，β）は、各回転
角φ毎の二次元投影データＰH （ｓ，ｈ，φ，β）とし
て、広角度データ収集部２７ａのフレームメモリに転送
されて夫々記憶される。そして、これらの二次元投影デ
ータＰH （ｓ，ｈ，φ，β），ＰL （ｓ，ｈ，φ，β）
は先の第１の実施例と同じ処理が行われ、合成処理部２
９からは、被写体１０の三次元断層画像が再構成する画
像のデータＩ（ｘ，ｙ，ｚ）が出力される。When the X-ray scanning of this embodiment is performed, in all the projection data P (s, h, φ, β), the direction of the X-ray beam is substantially parallel to all slice sections. Two-dimensional projection data P L (s, h, φ, β) is included. Therefore, the two-dimensional projection data P L (s, h, φ, β) of the low frequency component is selectively read out from all the projection data P (s, h, φ, β) stored in the frame memory 30 and narrowed. The data is transferred to the frame memory of the angle data collection unit 28a. On the other hand, all the projection data P (s, h, φ, β) are converted into two-dimensional projection data P H (s, h, φ, β) for each rotation angle φ by the frame memory of the wide-angle data collection unit 27a. And are respectively stored. Then, these two-dimensional projection data P H (s, h, φ, β) and P L (s, h, φ, β)
Performs the same processing as in the first embodiment, and
From 9, data I (x, y, z) of an image reconstructed from a three-dimensional tomographic image of the subject 10 is output.
【００８０】即ち、この第４の実施例によれば、第１の
実施例がＸ線コーンビームの視野角度を狭角度と広角度
とにモード切換えしたのに対し、広角度のモードだけで
高周波数域と低周波数域の投影データを測定することが
できるので簡便な装置を提供できる。That is, according to the fourth embodiment, while the mode of switching the viewing angle of the X-ray cone beam between the narrow angle and the wide angle in the first embodiment, the high angle is obtained only in the wide angle mode. Since the projection data in the frequency range and the low frequency range can be measured, a simple device can be provided.
【００８１】但し、図１３に示す演算部２３は図１の演
算部２３を変形したものであるが、図１０又は図１１に
示す演算部２３にフレームメモリ３０を付加した構成に
してもよい。Although the operation unit 23 shown in FIG. 13 is a modification of the operation unit 23 shown in FIG. 1, a configuration in which a frame memory 30 is added to the operation unit 23 shown in FIG. 10 or FIG.
【００８２】尚、以上に説明した第１ないし第４の実施
例では、フィルタリングの関数は式（５），（６）及び
式（８），（９）に示した様に、ガウス関数型のものを
用いたが、これらの関数はある程度任意でよく、これら
の低周波フィルタ及び高周波フィルタが空間周波数に対
して互いに相補的（合成すれば１になるもの）であれば
よい。In the first to fourth embodiments described above, the filtering function is a Gaussian function type as shown in equations (5) and (6) and equations (8) and (9). Although these functions are used, these functions may be arbitrarily determined to some extent, as long as the low-frequency filter and the high-frequency filter are complementary to each other with respect to the spatial frequency (one that becomes 1 when synthesized).
【００８３】又、図３、図１０、図１１及び図１３に示
すように、測定系の受け持つ周波数帯域を２つに分割し
たが、Ｘ線コーンビームの最大視野角が大きいほどクロ
ストークの周波数帯域が高くなるので、その測定系の受
け持つ周波数帯域を狭める必要がある。この場合には、
分割する周波数帯域の数を２つに限らず、３つ以上とし
てもよい。この場合にも、夫々の投影データＰH （ｓ，
ｈ，φ）に含まれるクロストーク成分が無視できる周波
数帯域に限定するフィルタリングを行い、それらを合成
したとき全体として一様な周波数特性が得られるように
する。As shown in FIG. 3, FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 13, the frequency band assigned to the measurement system is divided into two, but as the maximum viewing angle of the X-ray cone beam increases, the frequency of the crosstalk increases. Since the band becomes higher, it is necessary to narrow the frequency band assigned to the measurement system. In this case,
The number of frequency bands to be divided is not limited to two, but may be three or more. Also in this case, each projection data P H (s,
h, φ), filtering is performed to limit the frequency band in which the crosstalk component included in the crosstalk component can be ignored, and when these are combined, a uniform frequency characteristic can be obtained as a whole.
【００８４】又、上述したように、円軌道に沿ってＸ線
走査するだけでなく、螺旋状の軌道に沿ってＸ線走査す
ることができるが、螺旋状の軌道に沿ってＸ線走査する
場合は、各周波数帯域の計測が被写体の測定すべき領域
をなるべく一様に走査するようにする。又、１つの螺旋
状軌道の代わりに、回転角度位相が異なる複数の螺旋状
軌道の組み合わせを採用してもよい。As described above, not only X-ray scanning along a circular orbit but also X-ray scanning along a spiral orbit can be performed, but X-ray scanning along a spiral orbit can be performed. In such a case, the measurement of each frequency band should scan the region of the subject to be measured as uniformly as possible. Further, instead of one spiral trajectory, a combination of a plurality of spiral trajectories having different rotation angle phases may be adopted.
【００８５】又、走査は静止した被写体に対して測定系
を動かすようにしてもよいし、静止した測定系に対して
被写体を動かすようにしてもよい。In the scanning, the measuring system may be moved with respect to the stationary subject, or the subject may be moved with respect to the stationary measuring system.
【００８６】又、複数の周波数帯域画像（投影データ）
を測定するには、同一の像検出器を用いて異なった条
件、たとえば像検出器の有効範囲を変更するなどして順
次測定してもよいし、有効範囲の異なる複数の像検出器
を適用してもよい。A plurality of frequency band images (projection data)
May be measured sequentially under different conditions using the same image detector, for example, by changing the effective range of the image detector, or by applying a plurality of image detectors having different effective ranges. May be.
【００８７】又、コーンビームＣＴでは放射線が被写体
で散乱されたのち検出されるため、画像のコントラスト
が低下する傾向がある。コーンビームの視野角が大きい
ほど広い角度からの散乱線が計測されるために、この効
果による画質の劣化が著しい。このような場合には、こ
の散乱線の画像への寄与は主として低い空間周波数領域
にあるので、本発明の高周波画像では、高周波フィルタ
リングによってほとんどが除去することができる。一
方、低周波画像の計測では、像検出器の軸方向の視野を
制限するスリット型コリメータを用いることによって散
乱線の影響を低減することができる。In the cone beam CT, since the radiation is detected after being scattered by the subject, the contrast of the image tends to decrease. As the viewing angle of the cone beam is larger, scattered radiation from a wider angle is measured, and the image quality is significantly degraded by this effect. In such a case, the contribution of the scattered radiation to the image is mainly in the low spatial frequency range, and therefore, in the high-frequency image of the present invention, most can be removed by high-frequency filtering. On the other hand, in the measurement of a low-frequency image, the influence of scattered radiation can be reduced by using a slit collimator that limits the visual field in the axial direction of the image detector.
【００８８】又、第１ないし第４の実施例は、放射線源
にＸ線管、像検出手段にイメージインテンシファイアを
適用したＸ線ＣＴ装置であるが、これに限定されるもの
ではない。例えば、放射線源にアイソトープ線源、像検
出手段にガンマカメラ、イメージングプレート、又はシ
ンチレータと光電子増倍管による像検出器、又は二次元
半導体位置センサ、又は固体撮像デバイスを適用しても
よい。又、放射線源に光発生器、像検出手段に二次元半
導体位置センサ、又は固体撮像デバイス、又は位置検出
型光増倍管を適用してもよい。更に又、放射線源に中性
子発生器、像検出手段に、シンチレータと光電子増倍管
による像検出器を適用してもよい。The first to fourth embodiments are X-ray CT apparatuses in which an X-ray tube is used as a radiation source and an image intensifier is used as image detecting means, but the present invention is not limited to this. For example, an isotope radiation source may be used as the radiation source, and a gamma camera, an imaging plate, or an image detector using a scintillator and a photomultiplier, a two-dimensional semiconductor position sensor, or a solid-state imaging device may be used as the image detection means. Further, a light source may be used as a radiation source, and a two-dimensional semiconductor position sensor, a solid-state imaging device, or a position detection type photomultiplier may be used as an image detection unit. Further, a neutron generator may be used as the radiation source, and an image detector using a scintillator and a photomultiplier may be used as the image detecting means.
【００８９】[0089]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、求める三
次元画像の高周波成分及び低周波成分を夫々広視野角の
放射線が被写体を透過したときに得られる投影データ及
び、狭視野角の放射線が被写体を透過したときに得られ
る投影データを用いて、夫々別個に再構成してからこれ
らを合成して三次断層画像を得るもので、従来の二次元
断層画像再構成法を拡張した比較的簡単なアルゴリズム
に基いている。この結果、コンピュータシステムを適用
する等の場合に装置規模の低減化及び処理速度の向上を
図ることができる。As described above, according to the present invention, the high-frequency component and the low-frequency component of the three-dimensional image to be obtained are obtained by projecting data obtained when radiation with a wide viewing angle is transmitted through a subject and radiation with a narrow viewing angle. Is used to obtain a tertiary tomographic image by separately reconstructing each using projection data obtained when transmitted through the subject, and obtaining a tertiary tomographic image. It is based on a simple algorithm. As a result, it is possible to reduce the device scale and improve the processing speed when a computer system is applied.
【００９０】更に、Ｘ線コーンビームの視野角が大きい
場合でも、広視野角の投影データのうち、画像のクロス
トークの原因となる低周波成分は高周波フィルタリング
によって除去されるので、高精細な三次元断層画像を再
構成することができる。Further, even when the viewing angle of the X-ray cone beam is large, low-frequency components that cause image crosstalk are removed by high-frequency filtering from the wide-viewing-angle projection data. The original tomographic image can be reconstructed.
【００９１】更に、広視野角の放射線の透過によって得
られる投影データは、予め設定されている複数のスライ
ス断面に対して傾斜方向から透過する放射線に起因する
が、かかる投影データを重畳積分後に逆投影する際にス
ライス断面と逆投影ビームの交差部分における書込み濃
度分布関数によって投影データを補正するので、実際に
即してより精度の良い三次元断層画像を再構成すること
ができる。Further, projection data obtained by transmission of radiation having a wide viewing angle is caused by radiation transmitted from a plurality of slice sections in a tilt direction. At the time of projection, since the projection data is corrected by the writing density distribution function at the intersection of the slice cross section and the back projection beam, a more accurate three-dimensional tomographic image can be reconstructed in accordance with the actual situation.
【００９２】更に、図１８に示すように、実際の測定で
は、被写体をＸ線コーンビーム内に完全に含めて広視野
角でのＸ線走査を行うことは困難である。例えば、人間
の頭部の三次元断層画像を再構成しようとすれば、必ず
首の部分等がＸ線コーンビームの範囲内となったり範囲
外となったりして、Ｘ線が一様に照射されない部分（図
１６の斜線部分Ｕなど）が存在する。このような場合に
は、従来のコーンビームＣＴでは、かかる斜線部分Ｕが
正確な三次元断層画像を再構成することができないが、
本発明によれば、スライス断面毎の二次元断層画像を構
成してから、それらを合成して三次元断層画像を再構成
するので、各スライス断面間での画像のクロストークは
除去され、斜線部分Ｕがある場合にも歪みの少ない三次
元断層画像を再構成することができる。Further, as shown in FIG. 18, in actual measurement, it is difficult to perform X-ray scanning at a wide viewing angle with the subject completely included in the X-ray cone beam. For example, when trying to reconstruct a three-dimensional tomographic image of a human head, the neck and the like are always within or outside the range of the X-ray cone beam, and X-rays are uniformly irradiated. There is a portion that is not performed (such as a hatched portion U in FIG. 16). In such a case, in the conventional cone beam CT, such a hatched portion U cannot reconstruct an accurate three-dimensional tomographic image.
According to the present invention, since a two-dimensional tomographic image is constructed for each slice section and then combined to reconstruct a three-dimensional tomographic image, crosstalk of images between slice sections is eliminated, and oblique lines are removed. Even when there is a portion U, a three-dimensional tomographic image with little distortion can be reconstructed.
【００９３】そして、本発明は、例えばＸ線ＣＴ装置等
に適用することによって、医学、生物学分野における基
礎研究、臨床医学の分野における疾患の診断、産業分野
における非破壊検査等において極めて優れた効果を発揮
するものである。By applying the present invention to, for example, an X-ray CT apparatus, the present invention is extremely excellent in basic research in the fields of medicine and biology, diagnosis of diseases in the field of clinical medicine, nondestructive testing in the industrial field, and the like. It is effective.
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
【図２】図１の要部構成を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a main configuration of FIG. 1;
【図３】図１中の演算部の構成を示すブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a calculation unit in FIG. 1;
【図４】第１の実施例の広角度データ解析時の動作を説
明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an operation at the time of wide-angle data analysis according to the first embodiment.
【図５】第１の実施例の狭角度データ解析時の動作を説
明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an operation at the time of analyzing narrow-angle data according to the first embodiment.
【図６】シェップローガンの再構成フィルタの実空間特
性を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing real space characteristics of a reconstruction filter of Shepp Logan.
【図７】書込み関数の機能を説明するための説明図であ
る。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a function of a write function.
【図８】第１の実施例で適用される再構成フィルタの実
空間特性を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing real space characteristics of a reconstruction filter applied in the first embodiment.
【図９】第１の実施例の逆投影処理の原理を説明するた
めの説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the principle of backprojection processing according to the first embodiment.
【図１０】第２の実施例の要部構成を示すブロック図で
ある。FIG. 10 is a block diagram showing a main part configuration of a second embodiment.
【図１１】第３の実施例の要部構成を示すブロック図で
ある。FIG. 11 is a block diagram illustrating a main configuration of a third embodiment.
【図１２】第４の実施例におけるＸ線走査の原理を説明
するための説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the principle of X-ray scanning in the fourth embodiment.
【図１３】第４の実施例の要部構成を示すブロック図で
ある。FIG. 13 is a block diagram illustrating a main configuration of a fourth embodiment.
【図１４】従来の透過型二次元断層撮影装置の原理を示
す原理説明図である。FIG. 14 is a principle explanatory view showing the principle of a conventional transmission type two-dimensional tomography apparatus.
【図１５】従来の透過型二次元断層撮影装置における投
影データの発生原理を示す原理説明図である。FIG. 15 is a principle explanatory view showing a principle of generating projection data in a conventional transmission type two-dimensional tomography apparatus.
【図１６】従来のコーンビーム型ＣＴ装置の原理を示す
原理説明図である。FIG. 16 is a principle explanatory view showing the principle of a conventional cone beam type CT apparatus.
【図１７】従来のコーンビーム型ＣＴ装置に必要とされ
るＸ線管の焦点の軌道を表わす説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram showing a trajectory of a focal point of an X-ray tube required for a conventional cone beam type CT apparatus.
【図１８】従来のコーンビーム型ＣＴ装置における問題
点を説明する為の説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram for describing a problem in a conventional cone beam type CT apparatus.
１０…被写体、１１…試料台、１２…駆動装置、１３…
試料台駆動部、１４…位置検出部、１５…Ｘ線管、１
６，２１…コリメータ、１７…高圧発生部、１８，２２
…コリメータ駆動部、２３…演算部、２４…システム制
御部、２５…入力部、２６…表示部、２７…広角度デー
タ解析部、２７ａ…広角度データ収集部、２７ｂ…重畳
積分部、２７ｃ…逆投影処理部、２７ｄ…高周波フィル
タリング部、２７ｅ…高周波フィルタリング機能を備え
た重畳積分部、２８…狭角度データ解析部、２８ａ…狭
角度データ収集部、２８ｂ…重畳積分部、２８ｃ…逆投
影処理部、２８ｄ…低周波フィルタリング部、２８ｅ…
低周波フィルタリング機能を備えた重畳積分部、２９…
合成処理部、３０…フレームメモリ。Reference numeral 10: subject, 11: sample stage, 12: driving device, 13:
Sample stage drive unit, 14 position detector, 15 X-ray tube, 1
6, 21: collimator, 17: high-pressure generating part, 18, 22
... Collimator drive unit, 23 ... Calculation unit, 24 ... System control unit, 25 ... Input unit, 26 ... Display unit, 27 ... Wide angle data analysis unit, 27a ... Wide angle data collection unit, 27b ... Superimposition integration unit, 27c ... Back projection processing unit, 27d: high frequency filtering unit, 27e: convolution unit with high frequency filtering function, 28: narrow angle data analysis unit, 28a: narrow angle data collection unit, 28b: convolution unit, 28c: back projection process Section, 28d ... low frequency filtering section, 28e ...
Superposition and integration unit with low frequency filtering function, 29 ...
Synthesis processing unit, 30 ... frame memory.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−235839（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−47039（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−505067（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−505068（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 6/03 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-235839 (JP, A) JP-A-6-47039 (JP, A) JP-T4-505067 (JP, A) JP-T-Table 4- 505068 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) A61B 6/03
Claims (11)
でコーン状に放射する放射線源と、 該被写体内を透過した透過放射線を二次元的に検出する
ことにより、二次元投影データを発生する像検出手段
と、 該放射線及び像検出手段又は被写体のいずれか一方を螺
旋状の軌道又は複数の円状の軌道に沿って相対回転させ
つつ該軌道面と直交する方向に相対移動出来る駆動手段
と、 上記放射線源が上記被写体全体を包含する広視野角のコ
ーン状の放射線を放射させた状態で、上記駆動手段が上
記相対回転駆動を行うときに、所定の回転角毎に上記像
検出手段が検出する第１の二次元投影データを入力し、
第１の二次元投影データに所定の再構成フィルタを重畳
積分して得られる新たな二次元投影データに基いて、予
め設定されている複数のスライス断面に対応する逆投影
画像を形成すると共に、逆投影画像の所定の高周波成分
に基いて各々のスライス断面に対応する二次元断層画像
を再構成する広角度データ解析手段と、 上記放射線源が上記被写体の一部分に対して放射させた
状態で、上記駆動手段が上記相対回転駆動及び上記相対
移動を行うときに、所定の回転角毎に上記像検出手段が
検出する第２の二次元投影データを入力し、第２の二次
元投影データに所定の再構成フィルタを重畳積分して得
られる新たな二次元投影データに基いて、予め設定され
ている複数のスライス断面に対応する逆投影画像を形成
すると共に、逆投影画像の所定の低周波成分に基いて各
々のスライス断面に対応する二次元断層画像を再構成す
る狭角度データ解析手段と、 上記広角度データ解析手段と狭角度データ解析手段で再
構成された上記両二次元断層画像を合成して三次元断層
画像を再構成する構成処理手段と、を具備することを特
徴とする透過型三次元断層撮影装置。1. A two-dimensional projection data is generated by two-dimensionally detecting a radiation source that emits radiation in a cone shape at an arbitrary viewing angle to a subject and transmitting radiation that has passed through the subject. And a driving means capable of relatively moving one of the radiation and image detecting means and the subject along a spiral trajectory or a plurality of circular trajectories while relatively moving in a direction orthogonal to the track surface. When the driving unit performs the relative rotation drive in a state where the radiation source emits a cone-shaped radiation having a wide viewing angle that encompasses the entire subject, the image detection unit is provided for each predetermined rotation angle. Input the first two-dimensional projection data detected by
Based on new two-dimensional projection data obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the first two-dimensional projection data, a back-projection image corresponding to a plurality of slice slices set in advance is formed, Wide-angle data analysis means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice section based on a predetermined high-frequency component of the back-projected image, and in a state where the radiation source radiates a part of the subject, When the driving unit performs the relative rotation drive and the relative movement, the second two-dimensional projection data detected by the image detection unit is input for each predetermined rotation angle, and the second two-dimensional projection data is input to the second two-dimensional projection data. Based on the new two-dimensional projection data obtained by superimposing and integrating the reconstruction filter of the above, a backprojection image corresponding to a plurality of slice sections set in advance is formed, and a predetermined backprojection image of the backprojection image is formed. Narrow-angle data analyzing means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice section based on the low-frequency component; and the two-dimensional tomographic images reconstructed by the wide-angle data analyzing means and the narrow-angle data analyzing means A configuration processing unit for reconstructing a three-dimensional tomographic image by synthesizing images, the transmission type three-dimensional tomography apparatus comprising:
でコーン状に放射する放射線源と、 該被写体内を透過した透過放射線を二次元的に検出する
ことにより、二次元投影データを発生する像検出手段
と、 該放射線及び像検出手段又は被写体のいずれか一方を螺
旋状の軌道又は複数の円状の軌道に沿って相対回転させ
つつ該軌道面と直交する方向に相対移動出来る駆動手段
と、 上記放射線源が上記被写体全体を包含する広視野角のコ
ーン状の放射線を放射させた状態で、上記駆動手段が上
記相対回転駆動を行うときに、所定の回転角毎に上記像
検出手段が検出する第１の二次元投影データを入力し、
第１の二次元投影データに所定の再構成フィルタを重畳
積分して得られる新たな二次元投影データの所定の高周
波成分に基いて、予め設定されている複数のスライス断
面に対応する逆投影画像を形成することにより、各々の
スライス断面に対応する二次元断層画像を再構成する広
角度データ解析手段と、 上記放射線源が上記被写体の一部分に対して放射させた
状態で、上記駆動手段が上記相対回転駆動及び上記相対
移動を行うときに、所定の回転角毎に上記像検出手段が
検出する第２の二次元投影データを入力し、第２の二次
元投影データに所定の再構成フィルタを重畳積分して得
られる新たな二次元投影データの所定の低周波成分に基
いて、予め設定されている複数のスライス断面に対応す
る逆投影画像を形成することにより、各々のスライス断
面に対応する二次元断層画像を再構成する狭角度データ
解析手段と、 上記広角度データ解析手段と狭角度データ解析手段で再
構成された上記両二次元断層画像を合成して三次元断層
画像を再構成する構成処理手段と、を具備することを特
徴とする透過型三次元断層撮影装置。2. A two-dimensional projection data is generated by two-dimensionally detecting a radiation source that radiates radiation in a cone shape at an arbitrary viewing angle to a subject and transmitting radiation transmitted through the subject. And a driving means capable of relatively moving one of the radiation and image detecting means and the subject along a spiral trajectory or a plurality of circular trajectories while relatively moving in a direction orthogonal to the track surface. When the driving unit performs the relative rotation drive in a state where the radiation source emits a cone-shaped radiation having a wide viewing angle that encompasses the entire subject, the image detection unit is provided for each predetermined rotation angle. Input the first two-dimensional projection data detected by
Back projection images corresponding to a plurality of slice planes set in advance based on predetermined high-frequency components of new two-dimensional projection data obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the first two-dimensional projection data Forming, a wide-angle data analyzing means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice section, and in a state where the radiation source emits light to a part of the subject, the driving means When performing the relative rotation drive and the relative movement, input the second two-dimensional projection data detected by the image detecting means at each predetermined rotation angle, and apply a predetermined reconstruction filter to the second two-dimensional projection data. Based on predetermined low-frequency components of new two-dimensional projection data obtained by superposition and integration, back projection images corresponding to a plurality of slice slices set in advance are formed, whereby each slice is projected. A narrow-angle data analyzing means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to a chair cross section; and a three-dimensional tomographic image obtained by combining the two-dimensional tomographic images reconstructed by the wide-angle data analyzing means and the narrow-angle data analyzing means. A transmission type three-dimensional tomography apparatus, comprising: a configuration processing unit configured to reconstruct an image.
でコーン状に放射する放射線源と、 該被写体内を透過した透過放射線を二次元的に検出する
ことにより、二次元投影データを発生する像検出手段
と、 該放射線及び像検出手段又は被写体のいずれか一方を螺
旋状の軌道又は複数の円状の軌道に沿って相対回転させ
つつ該軌道面と直交する方向に相対移動出来る駆動手段
と、 上記放射線源が上記被写体全体を包含する広視野角のコ
ーン状の放射線を放射させた状態で、上記駆動手段が上
記相対回転駆動を行うときに、所定の回転角毎に上記像
検出手段が検出する第１の二次元投影データを入力し、
第１の二次元投影データに所定の再構成フィルタリング
及び所定低周波成分除去フィルタリング処理を行うこと
により新たな二次元投影データを形成すると共に、該新
たな二次元投影データに基いて、予め設定されている複
数のスライス断面に対応する逆投影画像を形成すること
により、各々のスライス断面に対応する二次元断層画像
を再構成する広角度データ解析手段と、 上記放射線源が上記被写体の一部分に対して放射させた
状態で、上記駆動手段が上記相対回転駆動及び上記相対
移動を行うときに、所定の回転角毎に上記像検出手段が
検出する第２の二次元投影データを入力し、第２の二次
元投影データに所定の再構成フィルタリング及び所定高
周波成分除去フィルタリング処理を行うことにより新た
な二次元投影データを形成すると共に、該新たな二次元
投影データに基いて、予め設定されている複数のスライ
ス断面に対応する逆投影画像を形成することにより、各
々のスライス断面に対応する二次元断層画像を再構成す
る狭角度データ解析手段と、 上記広角度データ解析手段と狭角度データ解析手段で再
構成された上記両二次元断層画像を合成して三次元断層
画像を再構成する構成処理手段と、を具備することを特
徴とする透過型三次元断層撮影装置。3. A two-dimensional projection data is generated by two-dimensionally detecting a radiation source that emits radiation in a cone shape at an arbitrary viewing angle to a subject and transmitting radiation that has passed through the subject. And a driving means capable of relatively moving one of the radiation and image detecting means and the subject along a spiral trajectory or a plurality of circular trajectories while relatively moving in a direction orthogonal to the track surface. When the driving unit performs the relative rotation drive in a state where the radiation source emits a cone-shaped radiation having a wide viewing angle that encompasses the entire subject, the image detection unit is provided for each predetermined rotation angle. Input the first two-dimensional projection data detected by
By performing a predetermined reconstruction filtering and a predetermined low-frequency component removal filtering process on the first two-dimensional projection data, new two-dimensional projection data is formed, and a predetermined two-dimensional projection data is set based on the new two-dimensional projection data. Wide-angle data analysis means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice cross-section by forming a back-projection image corresponding to the plurality of slice cross-sections, When the driving means performs the relative rotation drive and the relative movement in the state where the light is emitted, the second two-dimensional projection data detected by the image detection means is input at every predetermined rotation angle, and the second By performing a predetermined reconstruction filtering and a predetermined high-frequency component removal filtering process on the two-dimensional projection data to form new two-dimensional projection data. In both cases, a back projection image corresponding to a plurality of slice slices set in advance is formed on the basis of the new two-dimensional projection data, thereby narrowing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice slice. Angle data analysis means; and configuration processing means for reconstructing a three-dimensional tomographic image by combining the two-dimensional tomographic images reconstructed by the wide-angle data analyzing means and the narrow-angle data analyzing means. A transmission type three-dimensional tomography apparatus characterized by the following.
広視野角のコーン状の放射線を放射する放射線源と、 該被写体内を透過した透過放射線を二次元的に検出する
ことにより、二次元投影データを発生する像検出手段
と、 該放射線源と像検出手段を被写体の所定原点を中心とし
て所定方向に対向移動させつつ、該被写体に対して該放
射線源及び像検出手段を螺旋状の軌道又は複数の円状の
軌道に沿って相対回転出来る駆動手段と、 上記相対回転によって上記像検出手段が検出する所定回
転角毎に得られる第１の二次元投影データを入力し、第
１の二次元投影データに所定の再構成フィルタを重畳積
分して得られる新たな二次元投影データに基いて、予め
設定されている複数のスライス断面に対応する逆投影画
像を形成すると共に、逆投影画像の所定の高周波成分に
基いて各々のスライス断面に対応する二次元断層画像を
再構成する広角度データ解析手段と、 上記二次元投影データの内、予め決められた複数のスラ
イス断面に対して略水平に透過した第２の二次元投影デ
ータを入力し、第２の二次元投影データに所定の再構成
フィルタを重畳積分して得られる新たな二次元投影デー
タに基いて、予め設定されている複数のスライス断面に
対応する逆投影画像を形成すると共に、逆投影画像の所
定の低周波成分に基いて各々のスライス断面に対応する
二次元断層画像を再構成する狭角度データ解析手段と、 上記広角度データ解析手段と狭角度データ解析手段で再
構成された上記両二次元断層画像を合成して三次元断層
画像を再構成する構成処理手段と、を具備することを特
徴とする透過型三次元断層撮影装置。4. A two-dimensional radiation source for emitting a cone-shaped radiation having a wide viewing angle covering the entire subject to the subject, and two-dimensionally detecting transmitted radiation transmitted through the subject. Image detection means for generating projection data; and a spiral trajectory of the radiation source and the image detection means with respect to the subject while moving the radiation source and the image detection means in a predetermined direction around a predetermined origin of the subject. Or a drive unit capable of relative rotation along a plurality of circular orbits; and a first two-dimensional projection data obtained at each predetermined rotation angle detected by the image detection unit by the relative rotation. Based on new two-dimensional projection data obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the three-dimensional projection data, a backprojection image corresponding to a plurality of slice sections set in advance is formed, and a backprojection image is formed. Wide-angle data analysis means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice section based on a predetermined high-frequency component of the image, and for a plurality of slice sections predetermined in the two-dimensional projection data, The second two-dimensional projection data transmitted substantially horizontally is input, and a predetermined two-dimensional projection data is obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the second two-dimensional projection data. Forming a backprojection image corresponding to the plurality of slice sections, and narrow-angle data analysis means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice section based on a predetermined low-frequency component of the backprojection image; Configuration processing means for combining the two-dimensional tomographic images reconstructed by the wide-angle data analyzing means and the narrow-angle data analyzing means to reconstruct a three-dimensional tomographic image. Over-type three-dimensional tomography apparatus.
広視野角のコーン状の放射線を放射する放射線源と、 該被写体内を透過した透過放射線を二次元的に検出する
ことにより、二次元投影データを発生する像検出手段
と、 該放射線源と像検出手段を被写体の所定原点を中心とし
て所定方向に対向移動させつつ、該被写体に対して該放
射線源及び像検出手段を螺旋状の軌道又は複数の円状の
軌道に沿って相対回転出来る駆動手段と、 上記相対回転によって上記像検出手段が検出する所定回
転角毎に得られる第１の二次元投影データを入力し、第
１の二次元投影データに所定の再構成フィルタを重畳積
分して得られる新たな二次元投影データの所定の高周波
成分に基いて、予め設定されている複数のスライス断面
に対応する逆投影画像を形成することにより、各々のス
ライス断面に対応する二次元断層画像を再構成する広角
度データ解析手段と、 上記二次元投影データの内、予め決められた複数のスラ
イス断面に対して略水平に透過した第２の二次元投影デ
ータを入力し、第２の二次元投影データに所定の再構成
フィルタを重畳積分して得られる新たな二次元投影デー
タの所定の低周波成分に基いて、予め設定されている複
数のスライス断面に対応する逆投影画像を形成すること
により、各々のスライス断面に対応する二次元断層画像
を再構成する狭角度データ解析手段と、 上記広角度データ解析手段と狭角度データ解析手段で再
構成された上記両二次元断層画像を合成して三次元断層
画像を再構成する構成処理手段と、を具備することを特
徴とする透過型三次元断層撮影装置。5. A two-dimensional radiation source which emits a cone-shaped radiation having a wide viewing angle covering the entire subject to the subject, and two-dimensionally detecting transmitted radiation transmitted through the subject. Image detection means for generating projection data; and a spiral trajectory of the radiation source and the image detection means with respect to the subject while moving the radiation source and the image detection means in a predetermined direction around a predetermined origin of the subject. Or a drive unit capable of relative rotation along a plurality of circular orbits; and a first two-dimensional projection data obtained at each predetermined rotation angle detected by the image detection unit by the relative rotation. A backprojection image corresponding to a plurality of slice planes set in advance is formed based on a predetermined high-frequency component of new two-dimensional projection data obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the three-dimensional projection data. By doing so, wide-angle data analysis means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice cross-section, of the two-dimensional projection data, transmitted substantially horizontally to a plurality of predetermined slice cross-sections The second two-dimensional projection data is input, and is set in advance based on a predetermined low-frequency component of new two-dimensional projection data obtained by superimposing and integrating a predetermined reconstruction filter on the second two-dimensional projection data. Narrow-angle data analyzing means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice cross-section by forming back-projection images corresponding to a plurality of slice cross-sections, and the wide-angle data analyzing means and narrow-angle data A transmission processing three-dimensional tomography apparatus, comprising: a configuration processing unit configured to combine the two two-dimensional tomographic images reconstructed by the analysis unit to reconstruct a three-dimensional tomographic image.
広視野角のコーン状の放射線を放射する放射線源と、 該被写体内を透過した透過放射線を二次元的に検出する
ことにより、二次元投影データを発生する像検出手段
と、 該放射線源と像検出手段を被写体の所定原点を中心とし
て所定方向に対向移動させつつ、該被写体に対して該放
射線源及び像検出手段を螺旋状の軌道又は複数の円状の
軌道に沿って相対回転出来る駆動手段と、 上記相対回転によって上記像検出手段が検出する所定回
転角毎に得られる第１の二次元投影データを入力し、第
１の二次元投影データに所定の再構成フィルタリング及
び所定低周波成分除去フィルタリング処理を行うことに
より新たな二次元投影データを形成すると共に、該新た
な二次元投影データに基いて、予め設定されている複数
のスライス断面に対応する逆投影画像を形成することに
より、各々のスライス断面に対応する二次元断層画像を
再構成する広角度データ解析手段と、 上記二次元投影データの内、予め決められた複数のスラ
イス断面に対して略水平に透過した第２の二次元投影デ
ータを入力し、第２の二次元投影データに所定の再構成
フィルタリング及び所定高周波成分除去フィルタリング
処理を行うことにより新たな二次元投影データを形成す
ると共に、該新たな二次元投影データに基いて、予め設
定されている複数のスライス断面に対応する逆投影画像
を形成することにより、各々のスライス断面に対応する
二次元断層画像を再構成する狭角度データ解析手段と、 上記広角度データ解析手段と狭角度データ解析手段で再
構成された上記両二次元断層画像を合成して三次元断層
画像を再構成する構成処理手段と、を具備することを特
徴とする透過型三次元断層撮影装置。6. A radiation source that emits a cone-shaped radiation having a wide viewing angle covering the entire subject to the subject, and two-dimensionally detecting transmitted radiation transmitted through the subject to obtain a two-dimensional image. Image detection means for generating projection data; and a spiral trajectory of the radiation source and the image detection means with respect to the subject while moving the radiation source and the image detection means in a predetermined direction around a predetermined origin of the subject. Or a drive unit capable of relative rotation along a plurality of circular orbits; and a first two-dimensional projection data obtained at each predetermined rotation angle detected by the image detection unit by the relative rotation. Forming new two-dimensional projection data by performing a predetermined reconstruction filtering and a predetermined low-frequency component removal filtering process on the two-dimensional projection data, and based on the new two-dimensional projection data, Wide-angle data analyzing means for reconstructing a two-dimensional tomographic image corresponding to each slice cross-section by forming back-projection images corresponding to a plurality of slice cross-sections set in advance; The second two-dimensional projection data transmitted substantially horizontally to a plurality of predetermined slice slices is input, and the second two-dimensional projection data is subjected to predetermined reconstruction filtering and predetermined high-frequency component removal filtering processing. By forming new two-dimensional projection data in this way, based on the new two-dimensional projection data, by forming back-projection images corresponding to a plurality of slice slices set in advance, each slice slice A narrow-angle data analyzing means for reconstructing a corresponding two-dimensional tomographic image; Transmission type three-dimensional tomography apparatus characterized by comprising a structure processing means for reconstructing a three-dimensional tomographic image by combining the two two-dimensional tomographic image.
次元投影データに対して、逆投影の際に投影データを書
き込むビームが前記予め設定されているスライス断面と
交差する部分における書き込み濃度の分布に対応する分
布関数を重畳することを特徴とする請求項１ないし請求
項６のいずれか１項記載の透過型三次元断層撮影装置。7. The wide-angle data analyzing means calculates a writing density of a beam for writing projection data at the time of intersection with the predetermined slice cross section in the case of back projection for new two-dimensional projection data. The transmission type three-dimensional tomography apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a distribution function corresponding to the distribution is superimposed.
手段はＸ線イメージングインテンシファイアであること
を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記
載の透過型三次元断層撮影装置。8. The three-dimensional transmission type according to claim 1, wherein said radiation source is an X-ray generator, and said image detecting means is an X-ray imaging intensifier. Tomography equipment.
像検出手段は、ガンマカメラ、又はイメージングプレー
ト、又はシンチレータと光電子増倍管による像検出器、
又は二次元半導体位置センサ、又は固体撮像デバイスか
ら成ることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいず
れか１項記載の透過型三次元断層撮影装置。9. The radiation source is an isotope ray source, the image detecting means is a gamma camera, or an imaging plate, or an image detector including a scintillator and a photomultiplier,
7. The transmission type three-dimensional tomography apparatus according to claim 1, comprising a two-dimensional semiconductor position sensor or a solid-state imaging device.
手段は、二次元半導体位置センサ、又は固体撮像デバイ
ス、又は位置検出型光電子増倍管から成ることを特徴と
する請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の透過
型三次元断層撮影装置。10. The apparatus according to claim 1, wherein said radiation source comprises a light generator, and said image detecting means comprises a two-dimensional semiconductor position sensor, a solid-state imaging device, or a position detection type photomultiplier tube. Item 7. The transmission type three-dimensional tomography apparatus according to any one of Items 6.
検出手段は、シンチレータと光電子増倍管による像検出
器であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のい
ずれか１項記載の透過型三次元断層撮影装置。11. The apparatus according to claim 1, wherein the radiation source is a neutron generator, and the image detecting means is an image detector including a scintillator and a photomultiplier tube. Transmission three-dimensional tomography device.
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1992
- 1992-12-18 JP JP33878992A patent/JP3290726B2/en not_active Expired - Fee Related
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