JP5082458B2 - 断層面画像撮影のための装置及び方法、並びにそれらのための合成装置及び指標部材 - Google Patents

Description

本発明は、断層面画像撮影装置及びそれらに関連する技術に関する。

近年、検体を異なる方向からＸ線撮影して得られる複数の画像データを合成することによって、検体の断層面を任意の深さで観察することが可能なトモシンセシス用のＸ線診断装置が提案されている（特許文献１）。

画像データを合成する公知な手法の１つとして、シフト加算法がある。これは得られた複数の画像データをそれぞれずらして加算処理を行うものである。ずらす量（シフト量）を調整することにより、任意の断層面画像を構成することができる。

特表２００１−５１０６９８号公報

しかしながら、Ｘ線源と検出器との位置関係に、水平方向や垂直方向のズレが生じることが考えられる。その結果、シフト加算法に代表される、どの画像合成手法を用いたとしても鮮明な断層面画像を得ることができないという問題がある。

そこで、本発明の課題は、断層面撮影を行う際に、簡単な構成で位置ズレを補正し、鮮明な断層面画像を生成することを可能にする技術を提供することにある。

上記課題を解決すべく、第１の発明は、異なる方向からの検体の透過像をそれぞれ検出して複数の透過像データを得る検出部と、前記複数の透過像データを合成して、前記検体の断層面画像を生成する合成手段と、前記検体が載置される場所に対して所定の関係にある位置に設置され、前記検出部が検出する透過像によって相互識別が可能な複数の２次元識別子を有するチャート部とを備え、前記チャート部は、前記複数の２次元識別子の前記検出部からのそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさであり、前記合成手段が、前記検出部で得た前記複数の２次元識別子の検出結果を、前記検体についての前記複数の透過像データの合成過程に反映させる反映手段を有し、前記反映手段は、前記透過像から前記複数の２次元識別子にそれぞれ対応する複数の像を抽出し、抽出された複数の像と、前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さとに基づいて、前記検体についての前記複数の透過像データの合成パラメータを求める、断層面画像撮影装置である。

第２の発明は、第１の発明であって、前記検出部に対して相対的に異なる位置に設置される複数のチャート部を備える。

第３の発明は、第２の発明であって、前記検出部は、異なる方向から検体に順次に照射した透過電磁波をそれぞれ検出することによって複数の透過像を検出し、前記チャート部は、何れの照射位置からも前記透過電磁波が照射される領域内で、前記照射位置の軌跡の中間部を挟んで両側に設けられる。

第４の発明は、第２又は第３の発明であって、前記検出部は、異なる方向から検体に順次に照射した透過電磁波をそれぞれ検出することによって複数の透過像を検出し、前記チャート部は、照射位置の軌跡に平行な方向に分かれて設けられる。

第５の発明は、検体が置かれる場所に対して所定の関係にある位置に設置され、透過像によって相互識別が可能な複数の２次元識別子を有するチャート部の透過像を所定の検出部で検出して透過像データを得、前記複数の２次元識別子の検出結果を検出部で得るチャート検出工程と、異なる方向からの検体の透過像を前記検出部でそれぞれ検出して透過像データを得る検体検出工程と、前記チャート部の前記複数の２次元識別子の検出結果を用いつつ、前記検体についての前記複数の透過像データを合成して、前記検体の断層面画像を生成する合成工程とを備え、前記チャート部は、前記複数の２次元識別子の前記検出部からのそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさであって、前記検出結果が、前記透過像から前記複数の２次元識別子にそれぞれ対応する複数の像を抽出し、抽出された複数の像と、前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さとに基づいて求められた、前記検体についての前記複数の透過像データの合成パラメータである、断層面画像撮影方法である。

第６の発明は、検体が載置される場所に対して所定の関係にある位置に設置され、透過像によって相互識別が可能な複数の２次元識別子を有するチャート部と前記検体との組に対する、異なる方向からの透過像データを得る検出工程と、前記透過像データのうち前記複数の２次元識別子の検出結果から得られる合成パラメータを用いつつ、前記透過像データのうち前記検体に関する部分を合成して前記検体の断層面画像を生成する合成工程とを備え、前記チャート部は、前記複数の２次元識別子の前記検出部からのそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさであって、前記合成パラメータは、前記透過像から前記複数の２次元識別子にそれぞれ対応する複数の像を抽出し、抽出された複数の像と、前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さとに基づいて得られる、断層面画像撮影方法である。

第７の発明は、所定のチャート部の異なる方向からの透過像によって得られた第１画像データに基づいて前記チャート部の所定の部位の位置を特定する特定手段と、前記所定の部位の位置情報に基づいて得られる合成パラメータを用いつつ、検体の異なる方向からの透過像によって得られた複数の第２画像データの合成を行う合成手段とを備え、前記チャート部は、透過像によって相互識別が可能な複数の２次元識別子を有し、前記第１画像データを検出する検出部からの前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさであり、前記合成パラメータは、前記透過像から前記複数の２次元識別子にそれぞれ対応する複数の像を抽出し、抽出された複数の像と、前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さとに基づいて得られる、断層面画像合成装置である。

第８の発明は、異なる方向からの検体の透過像をそれぞれ検出して得た複数の透過像データを合成して前記検体の断層面画像を得る際の合成パラメータを決定する際に使用される指標部材であって、前記指標部材の所定の基準面から所定の位置関係にある箇所に、透過像によって相互識別可能な形状を持つ複数の２次元識別子が設けられており、前記基準面からの前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさである、指標部材である。

第１の発明によれば、検体の検出に使用される検出部を用いてチャート部の部位識別構造を検出し、その検出結果を、検体についての複数の透過像データの合成に反映させることにより、装置要素の位置ズレを簡単な構成で取り込んで、鮮明な断層面画像を生成することが可能となる。

また、第１の発明によれば、反映手段が、複数の２次元識別子の検出情報に基づいて、検体について得られる複数の透過像データの合成パラメータを求めるので、装置要素の位置ズレを簡単な構成で取り込んで、鮮明な断層面画像を生成することが可能となる。

また、第１の発明によれば、チャート部は、チャート部の透過像に基づいて検出部から複数の２次元識別子までの高さを識別可能であるので、より鮮明な断層面画像を簡易に生成することが可能となる。

第２の発明によれば、チャート部は複数設けられるので、より鮮明な断層面画像を生成することが可能となる。

第３の発明によれば、チャート部は、何れの照射位置からも透過電磁波が照射される領域内で、照射位置の軌跡の中間部を挟んで両側に設けられるので、何れの照射位置からも安定した透過電磁波データを得ることが可能となり、誤差の偏りが少なくなる。

第４の発明によれば、チャート部は、照射位置の軌跡に平行な方向に分かれて設けられるので、透過電磁波の照射位置が近いほど精確な透過像データが得られる場合においては、それぞれの時点での照射位置に近い位置に設けられたチャート部の透過像データを用いて高精度の処理を行うことが可能となる。

第５の発明によれば、チャート部の複数の２次元識別子の検出結果を用いつつ、検体についての複数の透過像データを合成して、検体の断層面画像を生成するので、事前のチャートスキャンによって合成パラメータの決定ができるため、検体のスキャンの際に、検体近傍にチャート部を設置せずに済む。

第６の発明によれば、透過像データのうち複数の２次元識別子の検出結果から得られる合成パラメータを用いつつ、透過像データのうち検体に関する部分を合成して検体の断層面画像を生成するので、１回のスキャンで検体検出と合成パラメータ決定とを行うことが可能となる。

第７の発明によれば、第１画像データに基づいてチャート部の所定の部位の位置を特定し、該位置に基づいて得られる合成パラメータを使用しつつ第２画像データの合成を行うので、装置要素の位置ズレによらず鮮明な画像を生成することが可能となる。

第８の発明によれば、指標部材に、透過像によって検出可能な形状をもつ２次元識別子が設けられているので、第１ないし第７の発明のチャート部として適用することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
以下、この発明の第１実施形態に係る断層面画像撮影装置の一例として、チャート部が円錐形に形成され、断層面の画像をトモシンセシスによって生成する場合について説明する。

＜構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る断層面画像撮影装置１００の概略構成を示す図である。この装置１００によって断層面を生成する対象としての検体１２０は、典型的には被検査者の身体であって、被検査者は載置部１０４の上に載置された状態とされている。図中の楕円はこの被検査者の身体を模式的に示している。

照射部１０１は、検体の透過像を得る波動、具体的には電磁波、より具体的にはＸ線、を照射する。この照射部１０１は、ガイド部１０２に移動自在に接続されており、照射位置制御部１０３からの制御に応じて、ガイド部１０２上を移動する。ここで、照射位置制御部１０３は、照射部１０１のガイド部１０２上での位置を制御するのみならず、照射部１０１及びガイド部１０２に対する載置部１０４、すなわち検体１２０の位置関係も制御し、これによって照射部１０１と載置部１０４との空間的な関係が相対的に変化する。

図１においては、ガイド部１０２は略弧状に形成されており、照射部１０１は、該弧から焦点へ向かう方向にＸ線を照射しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガイド部１０２が略直線状に形成されて、ガイド部１０２に対して垂直方向にＸ線を照射しても良い。何れの場合も、トモシンセシスによる撮影に適合するように、検体１２０の所定の側（図示例では上側）の複数の方向からＸ線を順次に照射して透過電磁波データ（透過Ｘ線データ）、を得るようになっている。

載置部１０４は、連結部１０５によってガイド部１０２に接続された照射部１０１に対して予め定められた相対的配置条件を満足するように配置されており、照射部１０１から照射されるＸ線の照射範囲内で検体１２０を載置する。具体的には、載置部１０４は、連結部１０５によって、ガイド部１０２が規定する円弧の焦点が位置する側で予め定められた位置に固定されている。なお、載置部１０４は、Ｘ線の吸収が少ないことによってＸ線を実質的に透過する材質で形成されており、Ｘ線に対する減弱係数（吸収係数）は既知である。

チャート部１０６（一般には指標部材）は、載置部１０４の上部（検体１２０が載置される側）で照射部１０１から照射されるＸ線照射範囲内に配置され、Ｘ線の照射位置に応じて透過電磁波データが異なる形状に形成されている。なお、チャート部１０６は、Ｘ線に対する減弱係数が既知の材質で形成されている。具体的には、撮影対象、例えば被検査者の臓器、と減弱係数が近い材質で形成されている。本実施形態においては、略円錐形に形成されたチャート部１０６が２つ配されているが、形状及び数はこれに限定されるものではない。

さらにチャート部１０６には、透過電磁波データに基づいて載置部１０４ないしは後述する検出部１０８からの高さや、照射部１０１との相対的位置関係を識別可能な識別子１０７を有している。具体的には、識別子１０７は、略円錐形に形成されたチャート部１０６の底面を基準面として、その基準面からの高さ方向に対する断面の円周上に設けられた目盛り１０７ａ〜１０７ｃである。この目盛り１０７ａ〜１０７ｃはチャート部１０６の目盛り１０７ａ〜１０７ｃ以外の部位の材質と異なる減弱係数を有する材質で形成されていても良いし、チャート部１０６を削って目盛りを形成しても良い。これによりチャート部１０６の透過電磁波データには識別子１０７が円環（又は該円環の一部）として現れ、検出部１０８からの高さを識別することが可能となる。

これらは、チャート部１０６の各部位を透過Ｘ線によって識別する部位識別構造の１つの例となっている。明瞭な像が検出されるように、これらの目盛り１０７ａ〜１０７ｃはＸ線の多くを遮断する材質、例えば金属等によって形成されることが好ましい。このような意味からも、部位識別構造に着目すると、Ｘ線の「透過」像ではなくＸ線の「投影」像が得られることになるが、本実施形態の説明では検体１２０のＸ線像と同様に「透過電磁波データ」と称する。なお、チャート部１０６は、必ずしも載置部１０４に固定されている必要はなく着脱自在であっても構わない。

検出部１０８は、照射部１０１から照射され載置部１０４に載置された検体１２０及び／又はチャート部１０６と、載置部１０４とを透過した電磁波を透過電磁波データとして検出する。具体的には、照射部１０１に対して検体１２０、すなわち載置部１０４の直下にＸ線を検出する略平面状の２次元Ｘ線像検出器が備えられており、該検出器は、検体１２０及び／又はチャート部１０６と、載置部１０４とを透過したＸ線の像を透過電磁波データとして検出する。検出された透過電磁波データは可視的画像に対応する画像データに変換され、投影画像データとして記憶部１０９に格納される。

ここで、照射部１０１、ガイド部１０２、載置部１０４及び検出部１０８は以下のような位置関係を満足している。すなわち、ガイド部１０２上の何れの位置においても照射部１０１から照射されるＸ線の照射範囲は載置部１０４を略全体に亘ってカバーしており、かつガイド部１０２上の何れの位置から照射されるＸ線であっても検出部１０８によって検出される。

記憶部１０９は、例えば不揮発性メモリが適用されて、検出部１０８が検出する透過電磁波データ及び該透過電磁波データを検出したときの照射部１０１の照射位置を記憶する。

補正部１１０は、チャート部１０６の透過電磁波データに基づいて、透過電磁波データの合成パラメータを補正する。なお、補正部１１０が行う詳細な処理内容については後に詳述する。

生成部１１１は、記憶部１０９に記憶された複数の透過電磁波データ、すなわち投影画像データと、各投影画像データを検出したときの照射部１０１の照射位置と、補正部１１０によって算出される補正値とに基づいて、検体１２０の断層面画像データを生成する。具体的には、生成部１１１は、一時記憶手段であるＲＡＭ１１２と連携して、投影画像データを適宜ＲＡＭ１１２に一時記憶させながら断層面画像データを生成する。なお、断層面画像データを生成する方法については後に詳述する。

表示部１１３は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤを用いて構成され、平面画像を可視的に表示する。具体的には、表示部１１３は、記憶部１０９に記憶された投影画像データによって表現される平面画像の外、生成部１１１によって生成される断層面画像データによって表現される断層面画像及びその他の各種画像情報や数値文字情報を表示する。

入力受付部１１４は、例えば、キィボード１１４ａとマウス１１４ｂとを有している。キィボード１１４ａは、文字キィ、テンキィ、ファンクションキィ等を含んで各種の命令を操作入力する。マウス１１４ｂは、表示部１１３に表示される画像において、ユーザが所望する操作入力を受け付けるポインティング・デバイスである。キィボード１１４ａとマウス１１４ｂとが協働して各種の命令を入力可能となっている。

制御部１１５は、照射部１０１、照射位置制御部１０３、検出部１０８、記憶部１０９、補正部１１０、生成部１１１及び表示部１１３を制御することにより、以下の２つのプロセスを実行可能である。
（１）照射部１０１の位置ズレによる透過電磁波データの補正（補正工程）：
チャート部１０６にＸ線を照射して得られる透過電磁波データに基づいて照射部１０１の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、これと該透過電磁波データを得たときの照射位置制御部１０３が制御した照射部１０１の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（ただし、位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は図示していない）とを比較することによって照射部１０１の位置のズレ量（以下、「補正値」と称する）を算出する。これらの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は制御上の指令値であり、設計値ということもできる。
ここでの照射部位置補正では、チャート部１０６の複数の目盛り１０７ａ〜１０７ｃを利用する。複数の目盛り１０７ａ〜１０７ｃによる投影画像の相互識別は、検出部１０８で得た投影画像の中に含まれる複数の円のうち最も大きな円２１（図２参照）を最下部の目盛り１０７ｃによる投影画像として抽出し、円２１の中心Ｑから最も離れている中心Ｑ’をもつ円２２を最上部の目盛り１０７ａによる投影画像として抽出可能である。
（２）断層面画像データの生成（生成工程）：
補正工程で検出される補正値に基づいて、異なる方向から検体１２０にＸ線を順次に照射して得られる透過電磁波データを合成して、検体１２０の断層面画像を生成する。

なお、制御部１１５の詳細な制御内容については、後に詳述する。ここで、照射位置制御部１０３と、記憶部１０９と、補正部１１０と、生成部１１１と、ＲＡＭ１１２とは、一般的なＰＣ（Personal Computer）に内蔵されているようにしても良い。

＜補正処理＞
図２は、補正値の検出原理を示す模式図である。ここでは、補正部１１０が、補正値を検出する方法について説明する。ここで、載置部１０４は省略してある。なお、図２に示された諸量の意味は以下の通りである。ただし、ここでは、検出部１０８の画像検出面に平行な面を、ｘ軸及びｙ軸によって規定される「ｘｙ平面」、それに垂直な方向を、「ｚ方向」と称する。
Ｏ＝ 照射部１０１が移動する孤の焦点位置（円弧を規定する円の中心位置）；
Ｌ＝ 中心Ｏから照射部１０１までの距離；
θ＝ 中心Ｏと照射部１０１とを結ぶ仮想線がｚ方向と成す角度；
ｘ＝ 照射部１０１のｘ軸上の位置；
ｙ＝ 照射部１０１のｙ軸上の位置；
ｚ＝ 照射部１０１のｚ軸上の位置；
Ｈ＝ 中心Ｏからの検出部１０８の距離；
ａ＝ 目盛りのｘ軸上の位置；
ｂ＝ 目盛りのｙ軸上の位置；
ｈ_a＝ 目盛り１０７ａからの検出部１０８の距離；
ｈ_b＝ 目盛り１０７ｂからの検出部１０８の距離；
Ｑ＝ 目盛り１０７ｃの投影画像によって規定される円２１の中心位置；
Ｑ’＝ 目盛り１０７ａの投影画像によって規定される円２２の中心位置；
Ｑ”＝ 目盛り１０７ｂの投影画像によって規定される円２３の中心位置；
Ａ_i＝ 中心Ｑからの中心Ｑ’のｘ軸上の位置；
Ｂ_i＝ 中心Ｑからの中心Ｑ’のｙ軸上の位置；
Ａ_j＝ 中心Ｑからの中心Ｑ”のｘ軸上の位置；
Ｂ_j＝ 中心Ｑからの中心Ｑ”のｙ軸上の位置。

補正値は、識別子１０７（図２においては目盛り１０７ａ〜１０７ｃ）の透過電磁波データに基づいて算出する。照射部１０１の実際の位置が（ｘ，ｙ，ｚ）であるとすると、複数の透過電磁波データのうち、ｉ番目の透過電磁波データＤ_iにおいて目盛り１０７ａの投影画像によって規定される円２２の中心の位置Ｑ’（Ａ_i，Ｂ_i，−Ｈ）は、以下の式（１）及び式（２）を満足する。同様に目盛り１０７ｂの投影画像によって規定される円２３の中心位置Ｑ”（Ａ_j，Ｂ_j，−Ｈ）もまた以下の式（１）及び式（２）を満足する。ただし、目盛り１０７ｂの投影画像を用いる場合には、ｈ_a＝ｈ_bとする。

本実施形態においては、チャート部１０６を２つ配している（図１参照）ので、１つの透過電磁波データＤについて式（１），（２）をそれぞれ８つ得ることができる。未知数はｘ，ｙ，ｚの３つなので、この例のように１つの位置からＸ線を照射して得られる透過電磁波データＤが少なくとも１つあれば補正値（つまり、ｘ，ｙ，ｚの設計値Ｘ，Ｙ，Ｚを補正した値としてのｘ，ｙ，ｚの値）を算出することができる。いったん照射部１０１の位置座標の正しい値（ｘ，ｙ，ｚ）が確定すれば、それらを用いてトモシンセシスにおける画像合成を行うアルゴリズムは公知であり、本実施形態でもそれを用いることができる。

ここで、目盛り１０７ａの投影画像は、照射部１０１がチャート部１０６の真上からＸ線を照射している場合のみ円となり、他の位置から照射した場合には楕円となるが、補正部１１０は、該楕円を円に補正することが可能となっている。

また、チャート部１０６を１つだけ用いる場合でも、円錐ではなく底面が非対称な角錐をチャート部として使用することにより、１つの位置（方向）からチャート部にＸ線を照射して得られる情報量が増えるから、未知数ｘ，ｙ，ｚを特定するために必要な連立方程式を得ることができる。何れの場合にも、未知数ｘ，ｙ，ｚの値が特定されれば、それらから画像合成の際の合成パラメータの値を特定できる。

＜チャート部の設置位置＞
透過電磁波データＤは、照射部１０１が近いほど鮮明な画像として得ることができる。そのため上述の補正処理の精度は、チャート部１０６の設置位置に応じて変化する。図３は、チャート部１０６の設置位置を示す図である。具体的には、チャート部１０６を複数用意し、それらを
（１） 何れの照射位置からも照射部１０１がＸ線を照射可能な領域内で、該照射位置の軌跡３１の中間部（好ましくは中心付近）を挟んで両側の位置（好ましくは軌跡３１に対して線対称な位置）、すなわちガイド部１０２が規定する円弧の焦点を通り、該円弧が属する仮想平面の両側に分かれた位置（好ましくは該仮想平面に対して面対称な位置）に設ける（図３（ａ）参照）；
（２） 照射部１０１の移動する軌跡３１に対して平行な方向に分かれて、検体１２０を挟むような位置に設ける（図３（ｂ）参照）；
等の態様がある。

上記の態様（１）においては、何れの照射位置からもチャート部１０６の安定した透過電磁波データＤを得ることが可能となり、誤差の偏りが少なくなる。また、上記の態様（２）においては、それぞれの透過電磁波データＤに映し出された複数のチャート部１０６のうち、その時点でより照射部１０１に近い方の投影画像、すなわちより鮮明なチャート部１０６の投影画像を用いて高精度の処理を行うことが可能となる。

これらの態様は、検体１２０の形状、つまり撮影対象となる被検査者の身体の部位の形状やその大きさ等を考慮して断層面画像撮影装置１００の操作者によって適宜選択される。

＜断層面画像データの生成原理＞
制御部１１５の制御内容の１つに検体１２０の断層面画像データの生成がある。ここでは、生成部１１１が生成する断層面画像データの生成原理、すなわちトモシンセシスの原理について説明する。

図４は、トモシンセシスの原理を示す模式図である。トモシンセシスでは、検体１２０に対して、検体１２０を透過する電磁波、具体的にはＸ線を、検体１２０の所定の側の異なる角度から照射して複数の投影画像データを得、それらを合成することによって断層面の画像を得る。図４に示す如く、例えば、検体１２０の内部構造（具体的には人体組織や病変部）を模式的に示すものとして星形要素（☆）１２１と丸形要素（○）１２２とが検出部１０８の検出面に対して垂直方向に並んでいる場合に、Ｘ線を異なる角度から照射して透過電磁波データＤ、すなわち投影画像データＰを得る（投影データ識別記号Ｐは図示していない）。こうして得られる複数の投影画像データＰで表現される投影画像４１〜４３では、検出面からの距離（高さ）に応じて各要素の画像位置が異なってくる。この性質を利用しつつ、公知な画像合成手法を用いて任意の断層面画像データを生成する。

＜シフト加算法＞
トモシンセシスにおいて複数の画像を合成する公知な手法としては、シフト加算法がある。図５は、シフト加算法の原理を示す模式図である。これは、複数の投影画像４１〜４３と、各投影画像３１〜３３に対応する投影画像データＰを検出したときの照射部１０１の照射位置（ｘ，ｙ，ｚ）とに基づいて、各投影画像４１〜４３の相対位置を順次にシフトさせながら各投影画像データＰの加算処理を行う方法である。具体的には、上述の補正処理によって算出された補正値に基づいて、照射位置制御部１０３が制御した照射位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、実際の照射位置（ｘ，ｙ，ｚ）に較正し、これを合成パラメータとして用いつつ各投影画像４１〜４３の相対位置を順次にシフトさせながら各投影画像データＰの加算処理を行う。

これにより、各投影画像４１〜４３ではぼんやりと写っている星形要素１２１が強調された画像５１や、丸形要素１２２が強調された画像５２のデータを得ることが可能となる。つまり、画像４１は、検体１２０の内部構造のうち星形要素１２１が存在する高さの横断面を強調した断層面画像であり、画像５２は、検体１２０の内部構造のうち丸形要素１２２が存在する高さの横断面を強調した断層面画像である。ここでは説明を簡単にするために、画像５１，５２は３つの投影画像４１〜４３の投影画像データＰを加算合成することによって生成した例を示したが、実際には更に多くの投影画像データＰが取得されるため、多数の投影画像データＰを合成することが可能である。また、投影画像データＰの合成は、必ずしもシフト加算法を用いる必要はなく、フィルタ補正逆投影法（Filtered Back Projection Method；ＦＢＰＭ）等であっても構わない。

＜動作＞
以上のような構成を備え、既述の原理を用いることにより以下のような動作を行うことが可能となる。ここでは、断層面画像撮影装置１００の動作について説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、補正のための情報取得処理を検体１２０の断層面撮影、つまり透過電磁波データＤの取得に先んじて行う場合を例に説明するが、補正処理と透過電磁波データＤの取得とを並行して同時に行うようにしても構わない。

図６は、断層面画像撮影装置１００の動作を示すフローチャートである。まず、異なる方向からチャート部１０６に順次に照射した透過電磁波をそれぞれ検出して複数の透過電磁波データＤを検出する（検出工程、ステップＳ６０１）。ステップＳ６０１において検出された透過電磁波データＤに基づいて照射位置のズレによる透過電磁波データＤの位置ズレを補正した合成パラメータとしての補正値を算出する（補正工程、ステップＳ６０２）。

具体的には、照射部１０１をその移動軌跡中の１つの位置に移動させ、その位置からチャート部１０６をＸ線照射してＸ線投影画像を検出部１０８によって検出する。図２には１つの目盛り１０７ａのみについて描かれているが、実際には図１で説明したように、３つの目盛り１０７ａ〜１０７ｃがチャート部１０６に形成されている。これらの３つの目盛り１０７ａ〜１０７ｃのＸ線投影画像は、円の中心位置の違いによって識別できる。また、投影画像中の円の検出は公知のアルゴリズムを用いることによって実現できる。

そこで、目盛り１０７ａ〜１０７ｃのうちの２つ、例えば目盛り１０７ａ，１０７ｃについて、それぞれの高さｈとしての既知の値ｈ_a，ｈ_bを用いつつ、式（１）及び式（２）に相当する式をそれぞれ２組（計４つ）作成する。式（１）及び式（２）に現れる他の量のうち、Ｈは既知であり、θは以下の式（３）によってｘ，ｚを関係付け、Ｌは以下の式（４）によってｘ，ｙ，ｚを関係付ける。

これら６つの方程式のうち３つの方程式を連立方程式として解くことにより、未知数ｘ，ｙ，ｚの値を特定できる。また、目盛り１０７ａ〜１０７ｃの投影画像の全てを使用したときには８つの方程式ができるが、これら誤差論を用いれば、これらの全部を使用しつつ、未知数ｘ，ｙ，ｚを更に精度良く特定可能である。何れの場合でも、合成パラメータとしての（ｘ，ｙ，ｚ）の値を特定できることになり、本実施形態ではこのようなデータ処理を行う演算プログラムが補正部１１０に設定されている。

次に、異なる方向から検体１２０に順次にＸ線を照射して複数の透過電磁波データＤを検出する（ステップＳ６０３）。ステップＳ６０３において検出された透過電磁波データＤを、補正値を参照しながら合成して、検体１２０の断層面画像を生成する（生成工程、ステップＳ６０４）。これによってチャート部１０６の部位識別構造の検出結果を、検体１２０についての複数の透過電磁波データＤの合成過程に反映させることができる。

＜効果＞
以上のように、検体１２０の検出に使用される検出部１０８を用いてチャート部１０６の部位識別構造（識別子１０７）を検出し、その検出結果を、検体１２０についての複数の透過電磁波データＤの合成に反映させることにより、装置要素の位置ズレを簡単な構成で取り込んで、鮮明な断層面画像を生成することが可能となる。

また、反映手段（補正部１１０）が、部位識別構造（識別子１０７）の検出情報に基づいて、検体１２０について得られる複数の透過電磁波データＤの合成パラメータ（ｘ，ｙ，ｚ）を求めるので、装置要素の位置ズレを簡単な構成で取り込んで、鮮明な断層面画像を生成することが可能となる。

また、チャート部１０６は、チャート部１０６の投影電磁波に基づいて検出部１０８から部位識別構造（識別子１０７）までの高さを識別可能な識別子１０７（目盛り１０７ａ〜１０７ｃ）を有するので、より鮮明な断層面画像を簡易に生成することが可能となる。

また、チャート部１０６を複数設けることにより、より鮮明な断層面画像を生成することが可能となる。

ここで、チャート部１０６を、何れの照射位置からも透過電磁波が照射される領域内で、照射位置の軌跡３１の中間部を挟んで両側に設けることにより、何れの照射位置からも安定した透過電磁波データＤを得ることが可能となり、誤差の偏りが少なくなる。

または、チャート部１０６を、照射位置の軌跡３１に平行な方向に分かれて設けることにより、透過電磁波の照射位置が近いほど精確な透過電磁波データＤが得られる場合においては、それぞれの時点での照射位置に近い位置に設けられたチャート部１０６の透過電磁波データＤを用いて高精度の処理を行うことが可能となる。

また、チャート部１０６の部位識別構造（識別子１０７）の検出結果を用いつつ、検体１２０についての複数の透過電磁波データＤを合成して、検体１２０の断層面画像を生成することにより、事前のチャートスキャンによって合成パラメータ（ｘ，ｙ，ｚ）の決定ができるため、検体１２０のスキャンの際に、検体１２０近傍にチャート部１０６を設置せずに済む。

または、透過電磁波データのうち部位識別構造（識別子１０７）の検出結果から得られる合成パラメータ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いつつ、透過電磁波データのうち検体１２０に関する部分を合成して検体１２０の断層面画像を生成することにより、１回のスキャンで検体１２０の検出と合成パラメータ（ｘ，ｙ，ｚ）の決定とを行うことが可能となる。

また、指標部材として、透過電磁波によって検出可能な形状をもつ２次元識別子、又は透過電磁波によって検出可能な複数の識別子の２次元配置が設けることにより、第１ないし第８の発明のチャート部１０６として適用することが可能となる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

たとえば、上記実施形態においては、チャート部１０６が円錐形に形成されている場合を例に説明したが、投影画像が照射部１０１の照射位置（チャート部１０６への照射方向）によって異なる形状であれば良い。図７は、チャート部１０６の変形例を用いた補正値の検出原理を示す模式図である。なお、載置部１０４は省略してある。図７に示す如く、チャート部７０１は、検出部１０８に対して平行な方形板７０１ａと、方形板７０１ａを検出部１０８から予め定められた高さで支持する支持脚７０１ｂとを有しており、方形板７０１ａには角部７０２ａ〜７０２ｄが含まれている。このチャート部７０１が、載置部１０４の検体１２０が載置される側の予め定められた位置に配されている。

ここで、図２に示されていない諸量の意味は以下の通りである。
ｃ，ｃ_t〜ｃ_w＝ 角部７０２ａ〜７０２ｄのｘ軸上の位置；
ｄ，ｄ_t〜ｄ_w＝ 角部７０２ａ〜７０２ｄのｙ軸上の位置；
Ｃ_t〜Ｃ_w＝ 投影画像における角部７０２ａ〜７０２ｄのｘ軸上の位置；
Ｄ_t〜Ｄ_w＝ 投影画像における角部７０２ａ〜７０２ｄのｙ軸上の位置。

補正値は、方形板７０１ａの透過電磁波データＤに基づいて算出する。複数の透過電磁波データＤのうち、ｉ番目の透過電磁波データＤ_iにおいて角部７０２ａの投影画像上の位置、すなわち投影画像７１の角部の座標（Ｃ_t，Ｄ_t，−Ｈ）は、以下の式（５）及び式（６）を満足する。

この変形例では、１つの透過電磁波データＤについて式（５），（６）をそれぞれ４つ得ることができるので、１つの透過電磁波データＤに基づいて補正値（照射部１０１の位置座標についての正しい（ｘ，ｙ，ｚ））を算出することができる。

上述の変形例では、例えば、支持脚７０１ｂを載置部１０４に固定する際に、検出部１０８からの方形板７０１ａの高さの精度を保つことが困難となる場合が考えられる。そこで、更に次のような変形例を適用することで高さの精度を保つことが可能となる。

図８は、チャート部７０１の変形例を示す図である。図８に示す如く、チャート部８０１は、方形板８０１ａ，８０１ｂを有しており、方形板８０１ａと方形板８０１ｂとは接続脚８０１ｃを介して、予め定められた距離を保って平行となるように接続されている。そして、支持脚８０１ｄによって、方形板８０１ａ，８０１ｂが検出部１０８に対して平行な位置関係を保って予め定められた高さに配されている。これにより、方形板８０１ａと方形板８０１ｂとの距離は精度を保つことができるため、角部８０２ａ〜８０２ｄ及び角部８０３ａ〜８０３ｄの投影画像における位置に基づいて、より精確に補正値を算出することができる。

この場合は、式（５）及び式（６）に相当する方程式を、上下の方形板８０１ａ，８０１ｂに対応して２組作ることができる。下側の方形板８０１ｂの高さｈ_bの誤差をΔｈとすると、下側の方形板８０１ｂの高さは（ｈ_b＋Δｈ）となり、上側の方形板８０１ａの高さｈ_aもまた同じ誤差Δｈを用いて（ｈ_a＋Δｈ）となる。これは上下の方形板８０１ａ，８０１ｂの相互間隔の誤差はΔｈよりも小さいためである。このため、式（５）及び式（６）を１つの方形板７０１ａについてのみ構成した場合と比較して、誤差Δｈが未知数として増えるが、方程式の数が増えることによって、それらから合成パラメータ（ｘ，ｙ，ｚ）の値を特定できる。

このように、チャート部（一般には指標部材）の好ましい態様としては、指標部材の所定の基準面（通常は底面部）から既知の位置関係にある箇所に、
（ａ） 図２の円環や、図７及び図８の矩形のように、電磁波の投影画像によって検出可能な形状をもつ２次元識別子；または、
（ｂ） 例えば、図７、図８の角部７０２ａ〜７０２ｄ，８０２ａ〜８０２ｄ，８０３ａ〜８０３ｄに電磁波を透過しない球形識別子を矩形配置した場合のように、電磁波の投影画像によって検出可能な複数の識別子の２次元配置；
を設けたものとして構成することができる。

また、チャート部１０６は可搬性とされて、Ｘ線撮影に際して一時的に載置されて、照射部１０１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）についての設計値を実際の値に補正するという態様でも良いが、チャート部１０６に相当する構造が固定的に設けられている場合は、チャート部１０６，７０１，８０１を準備し忘れるということがなく、その存在を前提として毎回の撮影でチャート部１０６を必ず検出し、照射部１０１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の実際の値を求めるように構成することもできる。この場合は位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の設計値（デフォルト値）を装置が保持していなくても良いため、既存のデフォルト値を「補正」するのではなく、毎回、新たに決定することもできる。このため、（ｘ，ｙ，ｚ）等の合成パラメータを「補正」するということに限定されず、一般に、チャート部１０６の検出結果を画像合成に「反映」させることによって目的を達成可能である。

チャート部１０６の検出によって決定（ないしは補正）する合成パラメータは照射部１０１の位置座標ではなく、検出部１０８の検出面に対する載置部１０４の高さや傾き等であっても良い。この場合は、次のようなプロセスを実行するように装置を構成する。

すなわち、チャート部１０６の複数の目盛り１０７ａ〜１０７ｃのうち１つ（例えば、目盛り１０７ｂ）での高さｈ_bでの検体１２０の水平断層面画像を合成したいとき、この高さｈ_bを合成パラメータの１つとして、例えば、シフト加算法により検体１２０の断層面画像Ｍ_b（図示省略）を得る。検出部１０８を基準として目盛り１０７ｂの高さｈ_bで合成を行えば、図３のような方法を採用することによりこの断層面画像Ｍ_bを得た画像面には、チャート部１０６のうち目盛り１０７ｂの画像も出現しているはずである。

ところが、例えば検出部１０８に対する載置部１０４の高さに誤差が生じると、目標とする目盛り１０７ｂではなく、他の目盛り（例えば目盛り１０７ａ）の像が現れていることになる。出現しているのが、各目盛り１０７ａ〜１０７ｃの何れであるかは、複数の透過電磁波画像間での目盛り画像のシフト量と円環像の直径との関係等で識別できる。完全に別の目盛り１０７ａの像に置き換わっている場合だけでなく、ぼやけた２つの目盛り１０７ａ，１０７ｂの像が出現しているときも、それらの鮮鋭度の比に基づく高さ補間によって実際の高さの値を知ることができる。

このような状況を画像認識又はオペレータの目視によって発見することにより、そこで得られているのは高さｈ_bでの画像ではなく、目盛り１０７ａの高さｈ_aでの検体１２０の断層面画像、あるいはこれらの中間の高さでの断層面画像であることが分かるから、その旨を警告表示したり、高さの誤差（ｈ_a−ｈ_b）を計算し、それを用いて合成パラメータを補正して、改めて合成を行うこともできる。

また、チャート部１０６の目盛りとしてチャート部１０６の底面あるいは検出部１０８からの高さを表示する数字マークを金属等で形成してそれぞれの高さに相当する箇所に分散固定しておくことにより、それらの合成した断層面画像に現れている数字像がその高さの断層面の高さであるということになり、それによって断層面の高さを正確に把握することができる。意図していた高さでの断層面でないときには、必要に応じて合成パラメータ値を変化させて再合成を行うことにより必要な高さでの断層面画像を得ることができる。

高さによって水平断面のサイズや形状が連続的又は段階的に異なっているチャート部を用いる時には、目盛りを形成せずとも良い。例えば、円錐形のチャート部を用いる場合には、断面の高さによって円の直径が異なるから、円の直径を判定することによって断面の高さを知ることができる。このように、チャート部本体の形状や断面サイズを高さ方向に変化させた構造も、本発明における部位識別構造の概念に含まれる。

撮影検出気候とは切り離されたデータ合成装置として本発明を実現することもできる。すなわち、異なる方向から所定のチャートをＸ線撮影して得られる第１画像データに基づいてチャートの所定の部位の位置を特定し、特定された部位の位置情報に基づいて得られる合成パラメータを用いつつ、異なる方向から検体をＸ線撮影して得られる複数の第２画像データの合成を行うことができる。したがって、本発明は断層面画像生成用の合成装置としても構成可能である。

これにより、第１画像データに基づいてチャートの所定の部位の位置を特定し、該位置に基づいて得られる合成パラメータを使用しつつ第２画像データの合成を行うので、装置要素の位置ズレによらず鮮明な画像を生成することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る断層面画像撮影装置の概略構成を示す図である。 補正値の検出原理を示す模式図である。 チャート部の設置位置を示す図である。 トモシンセシスの原理を示す模式図である。 シフト加算法の原理を示す模式図である。 断層面画像撮影装置の動作を示すフローチャートである。 チャート部の変形例を用いた補正値の検出原理を示す模式図である。 チャート部の変形例を示す図である。

符号の説明

１００ 断層面画像撮影装置
１０１ 照射部
１０３ 照射位置制御部
１０６，７０１，８０１ チャート部
１０７ 識別子
１０７ａ〜１０７ｃ 目盛り
１０８ 検出部
１１０ 補正部
１１１ 生成部
１１５ 制御部
１２０ 検体
７０２ａ〜７０２ｄ，８０２ａ〜８０２ｄ，８０３ａ〜８０３ｄ 角部

Claims (8)

1. 異なる方向からの検体の透過像をそれぞれ検出して複数の透過像データを得る検出部と、
   前記複数の透過像データを合成して、前記検体の断層面画像を生成する合成手段と、
   前記検体が載置される場所に対して所定の関係にある位置に設置され、前記検出部が検出する透過像によって相互識別が可能な複数の２次元識別子を有するチャート部と
   を備え、
   前記チャート部は、
   前記複数の２次元識別子の前記検出部からのそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のぞれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさであり、
   前記合成手段が、
   前記検出部で得た前記複数の２次元識別子の検出結果を、前記検体についての前記複数の透過像データの合成過程に反映させる反映手段を有し、
   前記反映手段は、
   前記透過像から前記複数の２次元識別子にそれぞれ対応する複数の像を抽出し、抽出された複数の像と、前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さとに基づいて、前記検体についての前記複数の透過像データの合成パラメータを求める、断層面画像撮影装置。
2. 請求項１記載の断層面画像撮影装置であって、
   前記検出部に対して相対的に異なる位置に設置される複数のチャート部を備える、断層面画像撮影装置。
3. 請求項２記載の断層面画像撮影装置であって、
   前記検出部は、異なる方向から検体に順次に照射した透過電磁波をそれぞれ検出することによって複数の透過像を検出し、
   前記チャート部は、何れの照射位置からも前記透過電磁波が照射される領域内で、前記照射位置の軌跡の中間部を挟んで両側に設けられる、断層面画像撮影装置。
4. 請求項２又は請求項３記載の断層面画像撮影装置であって、
   前記検出部は、異なる方向から検体に順次に照射した透過電磁波をそれぞれ検出することによって複数の透過像を検出し、
   前記チャート部は、照射位置の軌跡に平行な方向に分かれて設けられる、断層面画像撮影装置。
5. 検体が置かれる場所に対して所定の関係にある位置に設置され、透過像によって相互識別が可能な複数の２次元識別子を有するチャート部の透過像を所定の検出部で検出して透過像データを得、前記複数の２次元識別子の検出結果を検出部で得るチャート検出工程と、
   異なる方向からの検体の透過像を前記検出部でそれぞれ検出して透過像データを得る検体検出工程と、
   前記チャート部の前記複数の２次元識別子の検出結果を用いつつ、前記検体についての前記複数の透過像データを合成して、前記検体の断層面画像を生成する合成工程と
   を備え、
   前記チャート部は、前記複数の２次元識別子の前記検出部からのそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさであって、
   前記検出結果が、
   前記透過像から前記複数の２次元識別子にそれぞれ対応する複数の像を抽出し、抽出された複数の像と、前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さとに基づいて求められた、前記検体についての前記複数の透過像データの合成パラメータである、
   断層面画像撮影方法。
6. 検体が載置される場所に対して所定の関係にある位置に設置され、透過像によって相互識別が可能な複数の２次元識別子を有するチャート部と前記検体との組に対する、異なる方向からの透過像データを得る検出工程と、
   前記透過像データのうち前記複数の２次元識別子の検出結果から得られる合成パラメータを用いつつ、前記透過像データのうち前記検体に関する部分を合成して前記検体の断層面画像を生成する合成工程と
   を備え、
   前記チャート部は、前記複数の２次元識別子の前記検出部からのそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさであって、
   前記合成パラメータは、前記透過像から前記複数の２次元識別子にそれぞれ対応する複数の像を抽出し、抽出された複数の像と、前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さとに基づいて得られる、断層面画像撮影方法。
7. 所定のチャート部の異なる方向からの透過像によって得られた第１画像データに基づいて前記チャート部の所定の部位の位置を特定する特定手段と、
   前記所定の部位の位置情報に基づいて得られる合成パラメータを用いつつ、検体の異なる方向からの透過像によって得られた複数の第２画像データの合成を行う合成手段と、
   を備え、
   前記チャート部は、透過像によって相互識別が可能な複数の２次元識別子を有し、
   前記第１画像データを検出する検出部からの前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさであり、
   前記合成パラメータは、前記透過像から前記複数の２次元識別子にそれぞれ対応する複数の像を抽出し、抽出された複数の像と、前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さとに基づいて得られる、
   断層面画像合成装置。
8. 異なる方向からの検体の透過像をそれぞれ検出して得た複数の透過像データを合成して前記検体の断層面画像を得る際の合成パラメータを決定する際に使用される指標部材であって、
   前記指標部材の所定の基準面から所定の位置関係にある箇所に、
   透過像によって相互識別可能な形状を持つ複数の２次元識別子が設けられており、
   前記基準面からの前記複数の２次元識別子のそれぞれの高さは、それぞれ既知であるとともに、前記複数の２次元識別子のそれぞれの大きさは、前記透過像における前記複数の２次元識別子の各像の大きさに基づいて前記各像を相互識別可能な大きさである、
   指標部材。

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