JP4821987B2

JP4821987B2 - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP4821987B2
Application number: JP2006166546A
Authority: JP
Inventors: 宏和大河内
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: JP2007333596A

Description

本発明は、各種工業部品等の内部構造や欠陥の有無等を非破壊のもとに調査するための産業用のＸ線ＣＴ装置に関する。

産業用のＸ線ＣＴ装置においては、一般に、図６に模式的に示すように、Ｘ線発生装置６１とＸ線検出器６２の間に、Ｘ線発生装置のＸ線焦点とＸ線検出器の中心を結ぶＸ線光軸Ｌ（ｘ軸方向）に対して直交する回転中心軸Ｒ（ｚ軸方向）の回りに回転する回転テーブル６３を配置した構造が多用され、更にその回転テーブル６３の上に、被写体Ｗを搭載して回転中心軸Ｒに直交する平面（ｘ−ｙ平面）上で移動するステージ６４が設けられることが多い（例えば特許文献１参照）。

この種のＸ線ＣＴ装置においては、被写体ＷにＸ線を照射しつつ、回転中心軸Ｒの回りに微小角度回転させるごとにＸ線検出器６２の出力を取り込み、通常は３６０°分のＸ線投影データを用いて被写体Ｗの回転中心軸Ｒに直交する平面に沿った断層像を再構成する。この再構成演算には、回転中心軸ＲのＸ線検出器６２上への投影位置の座標情報を得ることが必須となる。

回転中心軸Ｒの投影位置のＸ線検出器６２上での座標を求める方法として、従来、図７に斜視図を示すような回転中心軸投影位置較正用治具Ｊｃを用いた方法が採用されている。回転中心軸投影位置較正用治具Ｊｃは、例えばアクリル等のＸ線を透過させやすい材料からなる支持部材Ｊｓの内部に、タングステンなどのＸ線吸収率の高い材料からなるワイヤＪｗを配置した構造であり、この回転中心軸投影位置較正用治具Ｊｃを回転テーブル６３上のステージ６４に載せた状態で回転を与えながら、ワイヤＪｗのＸ線投影データを採取する（例えば特許文献２参照）。

このようにして採取されたデータは、Ｘ線検出器６２のｙ軸方向に並ぶ素子列を横軸にとり、回転角度を縦軸にとったグラフで表せば、図８（Ａ）に例示するようなサイノグラムを形成する。このサイノグラムから、Ｘ線検出器６２の当該素子列上における回転中心軸Ｒの投影位置の座標を求めることができる。なお、このような較正は、被写体のＣＴ撮影ごとに行ってもよいし、較正テーブル等を作成しておいて被写体のＣＴ撮影の際に参照してもよい。
特開２００５−３５１８７９号公報特開２００４−１８４１２２号公報

ところで、上記した回転中心軸投影位置較正用治具を用いた較正動作においては、用いる較正用治具の回転中心からのずれ量が大きくなると、回転によりワイヤの像がＸ線検出器の視野から逸脱し、図８（Ｂ）に例示するように３６０°分のワイヤのＸ線投影データを得ることができず、回転中心軸の較正を行うことができない。

また、拡大率を大きくした場合にも、ワイヤのずれ量はＸ線検出器上で大きくなる関係上、回転中心軸に対するワイヤの実際のずれ量が小さくても拡大率によっては３６０°分のデータが得られない場合がある。

このような場合、従来のＸ線ＣＴ装置においては、オペレータがステージを移動させることによって較正用治具を水平面（回転中心軸に直交する平面）上で移動させ、較正用治具の中心を回転中心軸に近づくように位置決めしたうえで、再度回転テーブルを回転させてワイヤの投影データをとる必要があり、手間がかかるという問題がある。

また、基本的に回転中心軸投影位置較正用治具は、ステージ上の規定の位置に配置したときに、そのワイヤが回転中心軸にできるだけ近い場所に位置するように、例えばその外周面などの基準面に対するワイヤの位置を高精度に仕上げる必要があるという問題もある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、回転中心軸投影位置較正用治具の位置決めが良好でなく、そのワイヤのＸ線投影データが３６０°にわたって得られなくても、従来のようにオペレータが較正用治具を移動させる必要がなく、また、較正用治具として、その外周面等の基準面に対してワイヤの位置を特に高精度に仕上げたものを用いることなく、確実に回転中心軸投影位置の較正を行うことのできるＸ線ＣＴ装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のＸ線ＣＴ装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器の間に、当該Ｘ線発生装置のＸ線焦点とＸ線検出器の有感面の中心とを結ぶＸ線光軸に直交する回転中心軸の回りに回転する回転テーブルを備えるとともに、その回転テーブル上に、被写体を搭載して少なくとも上記回転中心軸に直交する平面上で移動可能なステージを備え、そのステージ上に被写体を搭載してＸ線を照射しつつ、上記回転テーブルを回転させて微小回転角度ごとに取り込んだＸ線投影データを用いて、上記回転軸に直交する平面に沿った被写体の断層像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、上記ステージ上にワイヤを備えてなる回転中心軸投影位置較正治具を当該ワイヤが上記回転中心軸に沿う姿勢となるように搭載して上記回転テーブルを３６０°回転させることにより、上記Ｘ線検出器の出力から得られるワイヤのＸ線投影データによるサイノグラムから、上記Ｘ線検出器上への回転中心軸の投影座標を算出する回転中心軸投影位置算出手段を備えるとともに、その較正動作において上記ワイヤの３６０°分のＸ線投影データが得られたか否かを判別する判別する判別手段と、その判別手段により上記ワイヤの３６０°分のＸ線投影データが得られなかったと判別された場合に、当該Ｘ線検出器の出力により得られているワイヤのＸ線投影データを三角関数で近似してその振幅中心および位相を算出し、その算出結果を用いて回転中心軸の位置を近似演算する近似演算手段と、その近似演算された回転中心軸の位置に上記ワイヤの位置が一致するように上記ステージを上記平面上で微動させるステージ制御手段を備えていることよって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記回転中心軸投影位置較正用治具を上記ステージ上に搭載した状態で上記回転テーブルを３６０°回転させてＸ線投影データを取り込み、上記判別手段により上記ワイヤの３６０°分のＸ線投影データが得られていないと判別された場合に、自動的に上記近似演算手段およびステージ制御手段を動作させた後、再び上記回転テーブルを３６０°回転させて上記Ｘ線投影データを取り込んで上記回転中心軸投影位置算出手段を動作させる制御手段を備えている構成（請求項２）を採用することができる。

本発明は、ステージ上に配置された回転中心軸投影位置較正用治具のワイヤと回転中心軸との距離が比較的大きいなどの理由により、回転中心軸投影位置較正用治具を３６０°回転させて採取したワイヤのＸ線投影データが、３６０°分揃っていない場合、得られている投影データを三角関数で近似し、その三角関数の振幅と位相から回転中心軸の概略位置を求め、その位置にステージを自動的に移動させることにより、課題を解決しようとするものである。

すなわち、回転中心軸投影位置較正用治具を回転させることによってワイヤがＸ線検出器に投影されて得られるサイノグラムは三角関数とは異なるものの、両者は比較的類似性が高く、サイノグラムを較正する３６０°分のデータが揃っていなくても、それを用いて三角関数で近似することができる。この近似した三角関数の振幅と位相を用いれば、ＳＩＤ（Ｘ線発生装置の焦点とＸ線検出器の有感面とのなす距離）とＳＯＤ（同じくＸ線発生装置の焦点と被写体とのなす距離）とから、回転中心軸の位置を近似的に推定することができる。この三角関数を用いた近似計算による回転中心軸の推定結果は、正確には回転中心軸を表すものではないが、ほぼ正しく回転中心軸を表すものとなる。

そこで、本発明においては、回転中心軸投影位置較正用治具をステージ上に載せて３６０°回転させてワイヤのＸ線投影データを採取したとき、ワイヤの投影データが３６０°分得られているか否かを判別し、得られていないと判別された場合に、得られている投影データを三角関数で近似し、その振幅と位相、およびＳＩＤとＳＯＤとから、回転中心軸の位置を近似的に推定し、その推定位置にワイヤ位置が一致するようにステージを自動的に移動させる。これにより、ワイヤは回転中心軸に極めて接近した状態となる。その状態で回転テーブルを３６０°回転させて再びワイヤのＸ線投影データを採取することにより、３６０°分の欠落のないワイヤの投影データによるサイノグラムが得られ、そのサイノグラムを用いた公知の演算により、回転中心軸の投影位置座標を正確に求めることができる。

請求項２に係る発明は、以上の一連の動作を自動的に行うこと、つまり最初に回転テーブルを回転させてワイヤのＸ線投影データを採取し、そのデータが３６０°分得られていないと判別された場合には、得られている投影データを三角関数で近似して回転中心軸の位置を近似計算し、その計算結果に基づいてステージを移動した後、再度回転テーブルを回転させてワイヤのＸ線投影データを採取し、得られたサイノグラムから回転中心軸を求める動作を、自動的に実行するものであり、これにより、オペレータは最初に回転中心軸投影位置較正用治具を搭載して回転テーブルを回転させるだけで、ワイヤ位置がずれていても自動的に回転中心軸の投影位置座標が求められる。

本発明によれば、ワイヤを備えた回転中心軸投影位置較正用治具を用いた回転中心軸の較正動作において、回転テーブルを回転させて得られるワイヤのＸ線検出器への投影データが３６０°分揃わなかった場合でも、装置が自動的にワイヤが回転軸中心に近づくようにステージを移動させるので、従来のようにオペレータによる位置決め操作が不要となり、その分手間を省くことができる。

同時に、回転中心軸投影位置較正用治具の外周面などの基準面に対するワイヤの位置を、従来のように高精度に仕上げる必要がなくなり、そのコストを低減させることができるという利点もある。

また、請求項２に係る発明によると、回転中心軸投影位置較正用治具を回転テーブルに搭載して最初にその投影データを採取したとき、３６０°分の投影データが得られなかった場合に、得られている投影データを用いた回転中心軸の近似計算と、その計算結果に基づくステージの位置決め動作と、その位置決め後に再度回転テーブルを回転させて投影データを採取する一連の動作を自動的に実行するので、オペレータは最初に回転中心軸投影位置較正用治具をステージ上に搭載して指令を与えるだけで、ワイヤの投影データが３６０°分揃っている否かの判断も行うことなく、回転中心軸投影位置座標が求められることになり、回転中心軸の投影位置の較正作業を大幅に簡素化することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

Ｘ線発生装置１は、Ｘ線焦点１ａを中心とするコーンビーム状のＸ線を水平方向（ｘ軸方向）に発生する。このＸ線発生装置１に対向して２次元のＸ線検出器２が配置されており、これらの間に回転テーブル３が設けられている。

回転テーブル３はＸ線焦点１ａとＸ線検出器２の有感面の中心とを結ぶＸ線光軸Ｌに直交する鉛直方向（ｚ軸方向）に沿った回転中心軸Ｒの回りに回転が与えられる。まこ、この回転テーブル３は、回転テーブル移動機構４によってｘ軸方向およびｚ軸方向に移動させることができる。そして、この回転テーブル３の上に、回転中心軸Ｒに直交する平面（ｘ−ｙ平面）上で移動するステージ５が載せられている。回転テーブル３は回転テーブルコントローラ１１からの駆動制御信号により回転駆動し、回転テーブル移動機構４は回転テーブル移動機構コントローラ１２から供給される信号によって駆動制御される。また、ステージ５は、ステージコントローラ１３から供給される信号によって駆動制御される。

以上の回転テーブルコントローラ１１、回転テーブル移動機構コントローラ１２およびステージコントローラ１３は、制御部２０の制御下に置かれている。制御部２０には、ジョイスティックやマウス、キーボード等からなる操作部２１が接続されており、オペレータが操作部２１を操作することによって回転テーブル３に回転を与え、あるいは移動させ、更にはステージ５を随意に移動させることができる。また、後述する回転中心治具投影位置較正ルーチンにおいては、ステージ５は制御部２０からの指令により自動的に所要位置にまで移動する。

さて、前記したＸ線検出器２の出力は画像データ取り込み回路１４により取り込まれ、記憶部１５に記憶される。通常のＣＴ撮影時においては、ステージ５上に被写体Ｗを搭載してＸ線を照射しつつ、回転テーブル３を微小角度ずつ回転させるごとにＸ線検出器２の出力を記憶部１５に記憶し、その記憶したデータを再構成演算部１６により再構成することによって、回転中心軸Ｒに直交する平面に沿った被写体Ｗの断層像を構築し、表示器１７に表示する。この再構成演算には、回転中心軸ＲのＸ線検出器２の有感面上への投影座標が必要であることは前記した通りであり、再構成演算の前に回転中心軸投影位置較正動作が必要となる。

回転中心軸投影位置較正動作においては、前記した図７に例示したものと同等の回転中心軸投影位置較正用治具Ｊｃをステージ５上に搭載し、回転テーブル３を回転させ、ワイヤＪｗの投影データを画像データ取り込み回路１４を介して記憶部１５に取り込む。そのデータは回転中心軸投影座標演算部１８に送られてサイノグラムを用いた回転中心軸投影座標演算に供される。そして、この実施の形態の特徴は、そのワイヤの投影データが３６０°分揃っていない場合に、そのデータは回転中心軸近似演算部１９に送られて回転中心軸Ｒの近似演算に供され、その近似演算結果に基づいて、制御部２０からの信号によりステージ５を自動的に移動させて、ワイヤＪｗのｘ−ｙ平面上での位置を回転中心軸Ｒに接近させる点である。なお、図１においては、制御部２０や各種演算部などを機能ごとのブロック図で示しているが、これらは実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされたプログラムの実行により実現する機能をブロックで示すものである。

図２は本発明の実施の形態における回転中心軸投影位置較正動作の内容を表すフローチャートであり、以下、この図を参照しつつ当該動作の詳細を述べる。

回転中心軸の投影座標を求めるに際しては、まず、前記した図７に示した回転中心軸投影位置較正用治具Ｊｃをステージ４上に搭載して較正動作の開始指令を与える。これにより、Ｘ線を照射しつつ回転テーブル３を回転させ、回転中心軸投影位置較正用治具ＪｃのＸ線投影データ、具体的にはワイヤＪｗの投影データを取り込む。その投影データが３６０°分揃っているか否かを判別する。

ワイヤＪｗの投影データが３６０°分揃っている場合には、回転中心軸投影座標演算部１７にて、従来と同様にその投影データのサイノグラムから回転中心軸ＲのＸ線検出器２上への投影座標を算出する。

ワイヤＪｗの投影データが３６０°分揃っていない場合には、得られている投影データを用いて三角関数で近似する。すなわち、ワイヤＪｗの投影データが図３（Ａ）に例示するように一部がＸ線検出器２の視野から逸脱している場合、同図（Ｂ）に破線で示すように、得られている投影データを三角関数で近似する。そして、その三角関数の振幅と位相を求め、更にその時点におけるＸ線焦点１ａとＸ線検出器２とのなす距離ＳＩＤ、およびＸ線焦点１ａと回転テーブル３（回転中心）とのなす距離ＳＯＤを用いて、図４に模式的な平面図を示すように、回転テーブル３の回転中心軸Ｒのｘ−ｙ平面上での位置を求める。図４においてθは回転テーブル３の回転角度であり、ｒは近似した三角関数の振幅とＳＩＤおよびＳＯＤから算出されるワイヤＪｗの回転中心軸Ｒに対する振れ量である。

回転テーブル３の回転角度がθの状態で当該回転テーブル３の回転を停止した状態で、ステージ５をｘ方向にｒｓｉｎθ、ｙ方向にｒｃｏｓθだけ移動させる。つまり、その時点におけるワイヤＪｗの位置に対し、回転中心軸Ｒの位置はｘ方向にｒｓｉｎθ、ｙ方向にｒｃｏｓθだけずれた位置にあると推定し、その推定位置へと向けて回転中心軸投影位置較正用治具Ｊｃを移動させるのである。ワイヤＪｗの一部の投影データからその軌跡を三角関数で近似して推定した回転中心軸Ｒの位置は、厳密には誤差を含むものであるが、その推定位置へ向けて回転中心軸投影位置較正用治具Ｊｃを移動させることにより、ワイヤＪｗと回転中心軸Ｒとの距離は移動前に比して接近する。従って、その状態でＸ線を照射しつつ再度回転テーブル３を回転させ、ワイヤＪｗの投影データを採取することにより、図３（Ｃ）に示すように、ワイヤＪｗの３６０°分の投影データが得られる。この３６０°分の投影データによるサイノグラムから、従来と同等の手法により回転中心軸Ｒの投影座標を算出することができる。

ここで、ワイヤＪｗの投影データを三角関数で近似する際に、得られているデータが参観関数でないが故に、相関性の高い三角関数が２つ以上存在することが考えられる。このような場合、図５に示すように、相関性の高い上位２つの三角関数ａ，ｂの平均ｃを採用することができる。

また、ワイヤＪｗの投影データが、ｚ軸方向においてその一部のみが３６０°のデータが得られない場合、回転テーブル３をｚ軸方向に移動させて上記の手法を採用することにより、較正は可能となる。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。本発明の実施の形態における回転中心軸投影位置較正動作の内容を表すフローチャートである。本発明の実施の形態の作用説明図で、（Ａ）は回転中心軸投影位置較正用治具を回転させて得られる投影データの例を示すサイノグラムで、（Ｂ）はそのデータを三角関数で近似する例を示すグラフ、（Ｃ）は近似計算により求められた回転中心軸Ｒの推定位置に向けてステージを移動させた後に得られるワイヤの投影データの例を示すサイノグラムである。本発明の実施の形態においてワイヤの投影データを三角関数で近似した結果からステージの移動量と向きを説明するための模式的平面図である。本発明の実施の形態におけるワイヤの投影データを三角関数で近似するに当たり、相関性の高い２つの三角関数が得られた場合の処理の方法の例の説明図である。産業用のＸ線ＣＴ装置の各部材の配置の例の説明図である。産業用のＸ線ＣＴ装置に用いられる回転中心軸投影位置較正用治具の例を示す斜視図である。図７の治具を用いて得られるワイヤの投影データによるサイノグラムの例であり、（Ａ）は３６０°分のデータが得られた場合、（Ｂ）はその一部が欠落した場合の例の説明図である。

符号の説明

１Ｘ線発生装置
１ａＸ線焦点
２Ｘ線検出器
３回転テーブル
４回転テーブル移動機構
５ステージ
１１回転テーブルコントローラ
１２回転テーブル移動機構コントローラ
１３ステージコントローラ
１４画像データ取り込み回路
１５記憶部
１６再構成演算部
１７表示器
１８回転中新軸投影座標演算部
１９回転中新軸近似演算部
２０制御部
２１操作部
Ｊｃ回転中心軸投影位置較正用治具
Ｊｗワイヤ
Ｊｓ支持部材

Claims

互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器の間に、当該Ｘ線発生装置のＸ線焦点とＸ線検出器の有感面の中心とを結ぶＸ線光軸に直交する回転中心軸の回りに回転する回転テーブルを備えるとともに、その回転テーブル上に、被写体を搭載して少なくとも上記回転中心軸に直交する平面上で移動可能なステージを備え、そのステージ上に被写体を搭載してＸ線を照射しつつ、上記回転テーブルを回転させて微小回転角度ごとに取り込んだＸ線投影データを用いて、上記回転軸に直交する平面に沿った被写体の断層像を構築する再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、
上記ステージ上にワイヤを備えてなる回転中心軸投影位置較正用治具を当該ワイヤが上記回転中心軸に沿う姿勢となるように搭載して上記回転テーブルを３６０°回転させることにより、上記Ｘ線検出器の出力から得られるワイヤのＸ線投影データによるサイノグラムから、上記Ｘ線検出器上への回転中心軸の投影座標を算出する回転中心軸投影位置算出手段を備えるとともに、その較正動作において上記ワイヤの３６０°分のＸ線投影データが得られたか否かを判別する判別する判別手段と、その判別手段により上記ワイヤの３６０°分のＸ線投影データが得られなかったと判別された場合に、当該Ｘ線検出器の出力により得られているワイヤのＸ線投影データを三角関数で近似してその振幅中心および位相を算出し、その算出結果を用いて回転中心軸の位置を近似演算する近似演算手段と、その近似演算された回転中心軸の位置に上記ワイヤの位置が一致するように上記ステージを上記平面上で微動させるステージ制御手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
上記回転中心軸投影位置較正用治具を上記ステージ上に搭載した状態で上記回転テーブルを３６０°回転させてＸ線投影データを取り込み、上記判別手段により上記ワイヤの３６０°分のＸ線投影データが得られていないと判別された場合に、自動的に上記近似演算手段およびステージ制御手段を動作させた後、再び上記回転テーブルを３６０°回転させて上記Ｘ線投影データを取り込んで上記回転中心軸投影位置算出手段を動作させる制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。