JP7560941B2 - 再構成装置 - Google Patents

Description

この発明は、再構成装置に関する。

工業製品等の内部構造を非破壊のもとに観察する装置として、従来から被写体の断層像を得るための産業用Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置が知られている。Ｘ線ＣＴ装置は、互いに対向配置させたＸ線源とＸ線検出器との間に、被写体を載置する回転ステージを配置し、被写体の各方向からのＸ線投影データを収集する。Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線ＣＴ装置の動作制御、および、収集した投影データに対して再構成演算を実行するためのソフトウェアがインストールされたコンピュータが接続されている。このようなＸ線ＣＴ装置においては、ＣＴ撮影により取得した投影データを記憶装置に保存し、この投影データを利用して、様々な画像再構成を行うことができるようになっている。例えば、拡大再構成とも呼ばれる画像再構成は、初期設定での画像再構成により構築された画像より拡大した画像を得たいときに行われる。画像再構成演算を実行するソフトウェアにはＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）が設けられ、コンピュータに接続した表示部に、画像表示領域および操作ボタン等を配置したＧＵＩ画面を表示し、ユーザによる制御ソフトウェア操作を補助している。ユーザは、画像再構成演算を再度行いたい領域をマウスなどのポインティングデバイスおよび／またはキーボードなどの文字入力デバイスを利用して設定する（特許文献１参照）。

特開２００３－１８５６０１号公報

このようなＸ線ＣＴ装置用の制御ソフトウェアでは、画像再構成演算を再度行うときの領域設定の自由度が低く、余分な領域も計算することになり、計算時間が長くなっていた。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、画像再構成演算を再度行う領域の設定をより柔軟に行うことが可能な再構成装置を提供する。

この発明の第１の態様は、被写体に複数の角度からＸ線を照射して取得した投影データに基づいて、前記被写体の断層像を再構成する再構成装置であって、前記投影データに対して画像再構成演算を実行する再構成部と、前記被写体の断層像および透視像の表示領域が同一画面上に設けられた、前記再構成部による画像再構成演算を再度行うための領域である再構成領域を設定するための設定用ＧＵＩ画面を表示装置に表示させる表示制御部と、前記設定用ＧＵＩ画面に対するユーザ操作を受け付ける入力部と、ユーザからの入力により、前記投影データに対して前記再構成領域を設定する領域設定部と、を備え、前記Ｘ線の光軸を第１軸、前記第１軸と同一平面上で直交する軸を第２軸、前記第１軸および前記第２軸を含む平面に対し鉛直となる回転ステージの回転軸を第３軸とし、前記表示制御部は、前記断層像として、前記領域設定部によって設定されている前記再構成領域の前記第３軸上の中心における中央断層像、最上端における上端断層像、および、最下端における下端断層像を、前記設定用ＧＵＩ画面の断層像の表示領域に同時に表示させ、かつ、前記領域設定部によって設定されている前記再構成領域の前記第３軸上の前記中心、前記最上端および前記最下端のそれぞれの位置を示すラインを、前記設定用ＧＵＩ画面の透視像の表示領域に表示されている透視像上に表示させ、前記第３軸上の前記中心は、該第３軸上における再構成中心座標であって、前記領域設定部は、前記入力部を用いたユーザからの入力に基いて、前記第３軸上の前記再構成中心座標を変更可能とするとともに、前記第３軸上の前記中心から前記最上端までの長さと、前記第３軸上の前記中心から前記最下端までの長さが等しくなるように、前記再構成領域として、前記第３軸上の前記中心、前記最上端および前記最下端を設定する。

この発明の第１の態様よれば、再構成演算を再度行うための領域を、第１軸および第２軸を含む平面における範囲と、第３軸上の再構成中心の位置により規定される範囲とにより設定することから、再構成演算を再度行う領域の設定をより柔軟に行うことが可能となる。

この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の概要図である。 この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の主要な制御系を説明するブロック図である。 再構成演算を再度実行する場合の条件設定画面の表示例である。 数値入力領域の表示例である。 画像上からＸ－Ｙ平面の再構成領域を設定する場合を説明する図である。 画像上からＺ軸方向の再構成領域を設定する場合を説明する図である。

以下この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の概要図である。

Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線を利用してＣＴ撮影を実行するものである。Ｘ線を発生させるＸ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置されたＸ線検出器１２と、被写体１００を載置するための回転ステージ１３と、Ｘ線ＣＴ装置全体の制御を行う制御装置３０を備える。制御装置３０は、パーソナルコンピュータ４０と、Ｘ線コントローラ３１と、ステージコントローラ３２とから構成される。

Ｘ線源１１とＸ線検出器１２との間には、回転軸Ｒを中心に回転する回転ステージ１３が配置されている。回転ステージ１３は、ステージ移動機構１５により定盤１６上をＸ線光軸に沿う方向に移動する。回転ステージ１３とＸ線源１１との距離をステージ移動機構１５により変更することで、Ｘ線検出器１２で検出される被写体１００の投影像の拡大率が変更される。なお、本明細書において、図１に記載されているように、第１軸をＸ線光軸に沿うＸ軸とし、第２軸をＸ軸と同一平面上で直交するＹ軸とし、第３軸をＸ―Ｙ平面に鉛直となる回転ステージ１３の回転軸Ｒに沿うＺ軸とする。

Ｘ線源１１は、Ｘ線を照射するＸ線管を有する。このＸ線源１１は、Ｘ線焦点から被写体１００に向けて円錐状のビーム（コーンビーム）を照射する。被写体１００の材質やＸ線透過特性に応じて、Ｘ線管に供給する管電圧、管電流をＸ線コントローラ３１により制御する。Ｘ線コントローラ３１は、パーソナルコンピュータ４０の制御下に置かれている。被写体１００を透過してＸ線検出器１２により検出されたＸ線は、投影データとしてパーソナルコンピュータ４０に取り込まれる。Ｘ線検出器１２としては、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、または、イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラを組み合わせてなる２次元検出器が採用できる。パーソナルコンピュータ４０では、投影データに基づいて画像再構成のプログラムの実行により回転軸Ｒに直交するＸ－Ｙ平面に沿った面でスライスした被写体１００の断層像が構築される。

回転ステージ１３およびステージ移動機構１５は、それぞれ独立の駆動モータを有し、それらの駆動モータは、ステージコントローラ３２から供給される駆動信号によって制御される。ステージコントローラ３２は、パーソナルコンピュータ４０の制御下に置かれている。

図２は、この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の主要な制御系を説明するブロック図である。

パーソナルコンピュータ４０は、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのメモリ４１と、各種の演算処理を実行するＣＰＵなどの演算装置４２と、ＣＴ撮影により取得された投影データ等を保存する記憶装置４３と、Ｘ線コントローラ３１やステージコントローラ３２に制御信号を送信するための通信部４４を備える。メモリ４１、演算装置４２、記憶装置４３および通信部４４は、相互のデータ通信を可能とする内部バス５９により接続されている。パーソナルコンピュータ４０には、表示部４８と、各種指令を装置に与えるためのマウスやキーボードなどの入力部４９が、通信部４４を介して接続されている。表示部４８と入力部４９が接続されたパーソナルコンピュータ４０は、この発明の再構成装置として機能する。

メモリ４１には、演算装置４２を動作させて機能を実現するプログラムが格納されている。図２においては、パーソナルコンピュータ４０にインストールされているプログラムを機能ブロックとして示している。この実施形態では、機能ブロックとして、表示部４８への画面表示および画面遷移を制御する機能を実現する表示制御部５１と、投影データに対して画像再構成を実行する領域を設定する機能を実現するための領域設定部５２と、画像再構成の機能を実現する再構成部５３とを備える。

この明細書においては、ＣＴ撮影により取得した投影データを生データとし、生データを用いて画像再構成された状態のものを画像データとして区別している。記憶装置４３は、生データを保存する領域である生データ記憶部４５と、画像データを保存する領域である画像データ記憶部４６とを含む。なお、記憶装置４３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの磁気記憶媒体であってもよく、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）のような半導体メモリであってもよい。そして、記憶装置４３は、この実施形態のように内部バス５９によって接続されるものに限定されない。すなわち、記憶装置４３は、外部記憶装置としてパーソナルコンピュータ４０に直接的に、または、ネットワーク回線を介して間接的に接続するものであってもよい。また、生データ記憶部４５と画像データ記憶部４６とは、それぞれ物理的に分離した記憶装置であってもよい。

上述した構成のＸ線ＣＴ装置によりＣＴ撮影を実行すると、投影データが生データ記憶部４５に保存されるともに、画像再構成が実行され、被写体１００の断層像が表示部４８に表示されるとともに、所定のスライス面での断層像が画像データ記憶部４６に保存される。

図３は、再構成演算を再度実行する場合の条件設定画面を示す表示例である。

この実施形態の条件設定画面は、設定用ＧＵＩ画面として設計されている。画面内には、画像表示領域７０と、数値入力領域８０とが配置され、生データや画像データの読み込みボタン８６、設定した範囲での再構成実行ボタン８７、条件設定画面を閉じるボタン８８などの機能ボタンが配置されている。なお、画像表示領域７０に表示させる画像は、ユーザが読み込みボタン８６を選択し、画面をデータ選択画面に遷移させることで、記憶装置４３に保存している過去にＣＴ撮影した生データおよび画像データから選ぶことができる。

画像表示領域７０内には、中央断層像表示領域７１、上端断層像表示領域７２、下端断層像表示領域７３、透視像表示領域７４が配置される。従来の装置の画像表示では、中央断層像と透視像とが表示されるだけであったのに対し、この実施形態では、上端断層像表示領域７２、下端断層像表示領域７３を設けている。なお、表示される断層像は、画面上に表示させる範囲であるディスプレイＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）で予め決められた画像再構成領域で構築された断面画像である。中央断層像表示領域７１に表示される中央断層像は、画像再構成中心（Ｚ）での断面画像である。また、上端断層像表示領域７２に表示される断層像は、画像再構成領域のＦＯＶ（Ｚ）最上部の断面画像であり、下端断層像表示領域７３に表示される断層像は、画像再構成領域のＦＯＶ（Ｚ）最下部の断面画像である。ユーザはＦＯＶのＺ軸最上部と最下部の画像を提示されることで、断層像が得られる最上端、最下端の確認を一目で行うことが可能となる。なお、この条件設定画面で設定するＦＯＶは、ディスプレイＦＯＶであり、投影データの収集視野であるスキャンＦＯＶの範囲内で変更できる。

数値入力領域８０には、再構成範囲を数値設定するための再構成範囲入力領域８１のほか、画像サイズなどの画像形状に関する設定値を入力するための領域８２、スライス幅やスムージングなどの画像の見え方に関係する設定値を入力するための領域８３、記憶装置４３の空き容量を表示する領域８４、任意にコメントを入力する領域８５が設けられている。再構成範囲入力領域８１および他の領域８２、８３、８４、８５には、それぞれの目的に応じてＧＵＩ部品が配置されている。

図４は、再構成範囲入力領域８１の表示例である。

再構成範囲入力領域８１には、画像再構成中心座標（Ｘ）、画像再構成中心座標（Ｙ）、画像再構成中心座標（Ｚ）のそれぞれの座標と画像の回転角度、および、ＦＯＶ（ＸＹ）、ＦＯＶ（Ｚ）の数値を、ユーザが入力部４９を介して入力可能なテキストフィールドが設けられたＧＵＩ部品が配置されている。ユーザは、キーボードによる数値の直接入力、または、マウスによりスピンボタンの上矢印または下矢印をクリックすることにより所望の数値を入力することができる。なお、ＭＡＸ＿ＦＯＶ（ＸＹ）およびＭＡＸ＿ＦＯＶ（Ｚ）の数値表示フィールドは、ＦＯＶ（ＸＹ）およびＦＯＶ（Ｚ）の数値入力領域８０に入力可能な最大値を表示するものである。

図５は、画像上からＸ－Ｙ平面の再構成領域を設定する場合を説明する図である。図６は、画像上からＺ軸方向の再構成領域を設定する場合を説明する図である。

図５は、図３の中央断層像表示領域７１を拡大して示したものである。この図５を参照しつつ、ユーザが入力部４９としてマウスなどのポインティングデバイスを操作して、Ｘ－Ｙ平面の再構成領域を設定する場合を説明する。

中央断層像表示領域７１には、過去のＣＴ撮影と並行して画像再構成が実行され、画像データ記憶部４６に保存されている中央断層像と、Ｘ－Ｙ平面上での画像再構成を再度実行する範囲を規定する矩形の枠７５とが重畳されて表示される。枠７５内には十字ライン７６の中心がＸ－Ｙ平面の再構成中心座標となる。ユーザは、マウスで矩形の枠７５の枠線上または枠内を指定して矢印９１に示すようにドラッグすることにより枠７５を伸縮させ、視野サイズの拡大縮小、すなわち、再構成領域の拡大縮小を行うことができる。このとき変更されたＸ－Ｙ平面の再構成領域は、図４に示す、ＦＯＶ（ＸＹ）のテキストフィールドに反映される。また、ユーザは、マウスで十字ライン７６の中心付近を指定して矢印９２に示すようにドラッグすることにより、再構成中心座標（Ｘ）、（Ｙ）を変更することができる。このときの座標は、図４に示す再構成中心（Ｘ）、再構成中心（Ｙ）のテキストフィールドに反映される。さらに、ユーザは、マウスで十字ライン７６の線上を指定して矢印９３に示すようにドラッグすることにより、枠７５を回転させることができる。このときの回転角度は、図４に示した画像回転角度のテキストフィールドに反映される。

図６は、図３の透視像表示領域７４を拡大して示したものである。この図６を参照しつつ、ユーザが入力部４９としてマウスなどのポインティングデバイスを操作して、Ｚ軸方向（上下方向）の再構成領域を設定する場合を説明する。

透視像表示領域７４には、生データ記憶部４５に保存されている過去のＣＴ撮影の透視像と、図６の紙面縦方向をＺ軸方向として、画像再構成演算を再度実行するときのＺ軸方向の範囲を規定する中央ライン７７および端ライン７８とが重畳して表示される。図中に実線で示す中央ライン７７の位置は、再構成中心座標（Ｚ）を決める位置である。ユーザは、マウスで中央ライン７７を指定して矢印９５に示すようにドラッグすることにより、中央ライン７７を上下に移動させることができる。中央ライン７７の変更は、図４に示す再構成中心（Ｚ）のテキストフィールドに反映される。図中に一点鎖線で示す端ライン７８の位置は、中央ライン７７に対して上下に等幅となる位置であり、Ｚ軸における画像再構成の対象範囲の上端と下端を表す。ユーザは、マウスで２つの端ライン７８のどちらか一方の線上を指定して矢印９６で示すようにドラッグすることにより、２つの端ライン７８の位置を中央ライン７７に対して等幅な状態を維持しながら移動させ、画像再構成のためのＺ軸方向の範囲の拡大縮小を行うことができる。このときの中央ライン７７と上下の端ライン７８で規定される範囲は、図４に示すＦＯＶ（Ｚ）のテキストフィールドに反映される。

再構成領域の設定の終了後、ユーザがマウスを操作して再構成実行ボタン８７を押すことにより、設定された領域を対象として、生データからの画像再構成演算が実行される。また、ユーザは、再構成設定画面を終了するときには、マウスを操作して閉じボタン８８を押して、ウィンドウを閉じる。

従来は、図６に示す中央ライン７７は、中央位置を示すものとして表示され、Ｚ軸の再構成中心座標を変更するために移動させることができなかったため、画像再構成におけるＺ軸方向の範囲の設定の自由度が低かった。この実施形態では、Ｚ軸の再構成中心を容易に移動させることができるため、画像再構成演算を再度行うときの領域設定の自由度が向上している。従来と異なり、Ｘ軸、Ｙ軸だけでなくＺ軸の再構成中心座標を変更することを可能としたことで、画像再構成演算を再度行う領域の設定をより柔軟に行うことができる。また、この実施形態では、Ｚ軸における再構成範囲の上端と下端を表す２つの端ライン７８で、単にスライス範囲を設定するだけでなく、中央ライン７７を移動させて決めるＺ軸の中心を基準に範囲を設定できることから、ユーザが設定した中心からの内部構造の広がりの理解に有用な情報が得られる。

このように、この実施形態に係るＸ線ＣＴ装置および再構成装置は、画像再構成演算を実行する領域を、Ｘ―Ｙ平面での指定だけではなく、Ｚ軸方向でも指定することができ、任意の領域で再度の再構成演算を可能とするものである。再構成中心座標を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で設定できることから、ユーザが最も明瞭に見たいと思う位置に再構成中心を合わせて、再度の画像再構成演算を行うことができる。この実施形態では、領域を指定する際に、ＧＵＩの機能を用いて、画面上で指令を与えることができることから、画像再構成演算を再度行う領域の変更を、ユーザが感覚的に素早く行うことが可能となる。また、この実施形態では、画像再構成演算の対象領域をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸で３次元的に設定することで絞り込んでいる。このため、余分な領域を効率的に省くことができ、画像再構成演算に係る時間を短縮できるとともに、より解像度の高い拡大断面像を得ることができる。

上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）一態様に係る再構成装置は、被写体に複数の角度からＸ線を照射して取得した投影データに基づいて、前記被写体の断層像を再構成する再構成装置であって、前記投影データに対して画像再構成演算を実行する再構成部と、前記被写体の断層像および透視像の表示領域が同一画面上に設けられた、前記再構成部による画像再構成演算を再度行うための領域である再構成領域を設定するための設定用ＧＵＩ画面を表示装置に表示させる表示制御部と、前記設定用ＧＵＩ画面に対するユーザ操作を受け付ける入力部と、ユーザからの入力により、前記投影データに対して前記再構成領域を設定する領域設定部と、を備え、前記Ｘ線の光軸を第１軸、前記第１軸と同一平面上で直交する軸を第２軸、前記第１軸および前記第２軸を含む平面に対し鉛直となる回転ステージの回転軸を第３軸とし、前記表示制御部は、前記断層像として、前記領域設定部によって設定されている前記再構成領域の前記第３軸上の中心における中央断層像、最上端における上端断層像、および、最下端における下端断層像を、前記設定用ＧＵＩ画面の断層像の表示領域に同時に表示させ、かつ、前記領域設定部によって設定されている前記再構成領域の前記第３軸上の前記中心、前記最上端および前記最下端のそれぞれの位置を示すラインを、前記設定用ＧＵＩ画面の透視像の表示領域に表示されている透視像上に表示させ、前記第３軸上の前記中心は、該第３軸上における再構成中心座標であって、前記領域設定部は、前記入力部を用いたユーザからの入力に基いて、前記第３軸上の前記再構成中心座標を変更可能とするとともに、前記第３軸上の前記中心から前記最上端までの長さと、前記第３軸上の前記中心から前記最下端までの長さが等しくなるように、前記再構成領域として、前記第３軸上の前記中心、前記最上端および前記最下端を設定する。

第１項に記載の再構成装置によれば、再構成演算を再度行うための領域を、第１軸および第２軸を含む平面における範囲と、第３軸上の再構成中心の位置により規定される範囲とにより設定することから、再構成演算を再度行う領域の設定をより柔軟に行うことが可能となる。

また第１項に記載の再構成装置によれば、第３軸の再構成中心の位置を基準として、第３軸方向の範囲を等幅に設定できることから、ユーザが設定した中心からの内部構造の広がりの理解に有用な情報が得られる。

なお、上述した記載はこの発明の実施形態の説明のためのものであり、この発明を限定するものではない。

１１ Ｘ線源
１２ Ｘ線検出器
１３ 回転ステージ
１５ ステージ移動機構
１６ 定盤
３０ 制御装置
３１ Ｘ線コントローラ
３２ ステージコントローラ
４０ パーソナルコンピュータ
４１ メモリ
４２ 演算装置
４３ 記憶装置
４４ 通信部
４５ 生データ記憶部
４６ 画像データ記憶部
４８ 表示部
４９ 入力部
５１ 表示制御部
５２ 領域設定部
５３ 再構成部
５９ 内部バス
７０ 画像表示領域
７１ 中央断層像表示領域
７２ 上端断層像表示領域
７３ 下端断層像表示領域
７４ 透視像表示領域
８０ 数値入力領域
８１ 再構成範囲入力領域
８２ 領域
８３ 領域
８４ 領域
８５ 領域
８６ 読み込みボタン
８７ 再構成実行ボタン
８８ 閉じボタン
９１ 矢印
９２ 矢印
９３ 矢印
９５ 矢印
９６ 矢印
１００ 被写体

Claims (2)

1. 被写体に複数の角度からＸ線を照射して取得した投影データに基づいて、前記被写体の断層像を再構成する再構成装置であって、
   前記投影データに対して画像再構成演算を実行する再構成部と、
   前記被写体の断層像および透視像の表示領域が同一画面上に設けられた、前記再構成部による画像再構成演算を再度行うための領域である再構成領域を設定するための設定用ＧＵＩ画面を表示装置に表示させる表示制御部と、
   前記設定用ＧＵＩ画面に対するユーザ操作を受け付ける入力部と、
   ユーザからの入力により、前記投影データに対して前記再構成領域を設定する領域設定部と、を備え、
   前記Ｘ線の光軸を第１軸、前記第１軸と同一平面上で直交する軸を第２軸、前記第１軸および前記第２軸を含む平面に対し鉛直となる回転ステージの回転軸を第３軸とし、
   前記表示制御部は、前記断層像として、前記領域設定部によって設定されている前記再構成領域の前記第３軸上の中心における中央断層像、最上端における上端断層像、および、最下端における下端断層像を、前記設定用ＧＵＩ画面の断層像の表示領域に同時に表示させ、かつ、前記領域設定部によって設定されている前記再構成領域の前記第３軸上の前記中心、前記最上端および前記最下端のそれぞれの位置を示すラインを、前記設定用ＧＵＩ画面の透視像の表示領域に表示されている透視像上に表示させ、
   前記第３軸上の前記中心は、該第３軸上における再構成中心座標であって、前記領域設定部は、前記入力部を用いたユーザからの入力に基づいて、前記第３軸上の前記再構成中心座標を変更可能とするとともに、前記第３軸上の前記中心から前記最上端までの長さと、前記第３軸上の前記中心から前記最下端までの長さが等しくなるように、前記再構成領域として、前記第３軸上の前記中心、前記最上端および前記最下端を設定し、
   前記領域設定部は、さらに、前記入力部を用いたユーザからの入力に基づいて、前記再構成領域として、前記第１軸および前記第２軸を含む平面における範囲を設定する再構成装置。
2. 請求項１に記載の再構成装置において、
   前記領域設定部は、透視像上に表示されている前記第３軸上の前記中心の位置を示すラインと、該第３軸上の前記最上端または前記最下端のいずれかの位置を示すラインとを該第３軸の方向に移動させることにより前記再構成領域を設定する、再構成装置。

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