X射线测量装置 【技术领域】
本发明涉及可抑制检测器的饱和，并得到提高了值的均匀性的良好的三维图像的X射线测量装置。
背景技术
具有X射线源与二维X射线检测器相对而配置在C字形的支柱(以下称为C臂)的开放的两端上X射线测量装置。具有从顶棚吊挂C臂的构造或在地面上支撑C臂的构造。此外，具有X射线源与二维X射线检测器相对而配置在桶架上的X射线测量装置。在这些装置中，通过使C臂或桶架旋转，可使X射线和检测器对在被摄体周围旋转，同时进行X射线检测。此外，对由旋转测量得到的多个测量数据分别实施修正处理，从而得到用于三维重建的一组投影数据，并对得到的一组投影数据使用三维重建算法进行重建处理，从而可得到三维图像。这些三维测量记载于非专利文献1中。
非专利文献1：新医疗，2002年10月，Vol.29，No.10，pp.102-105
在以往的X射线测量装置中，如果测量厚的被摄体，则透过被摄体到达检测器的X射线量变少，测量的X射线图像的画质低劣。如果采用强化从X射线源照射的X射线量，或缩短X射线源与检测器的距离等方法，使到达检测器的X射线量增加，则能够提高被摄体区域的画质。但是，另一方面，在不存在被摄体的区域，或者被摄体薄的区域中，到达检测器的X射线量增大，在X射线量超过检测界限的检测元件中，产生饱和现象，无法显示正确的值。如果为了抑制检测器的饱和，而在X射线源与被摄体之间设置由金属等制成的过滤器，则由于过滤器的种类或厚度，入射到被摄体的X射线的能量分布不同。如果使用能量分布不同的X射线图像进行重建处理，则存在得到的三维图像不能表示正确的值的问题。
此外，在未设置过滤器的情况或过滤器的种类或厚度一样的情况下，入射到被摄体的能量分布一样，但由于被摄体的种类或厚度，在透过被摄体的过程中，X射线的能量分布不同。如果使用能量分布不同的X射线图像进行重建处理，则存在所得到的三维图像不能表示正确的值的问题。
此外，从过滤器或被摄体产生的散射X射线入射到检测器并混杂在数据中。如果使用散射X射线混杂的X射线图像进行重建处理，则存在得到的三维图像不能表示正确的值的问题。
【发明内容】
本发明的目的在于针对这些问题，提供一种可修正三维图像的值的不均匀性，得到良好的三维图像的X射线测量装置。
为了达到上述目的，提供一种X射线测量装置，其具有：X射线源，其产生向检查对象照射的X射线；X射线检测器，其以隔着检查对象的方式与该X射线源相对配置，并将检查对象的透过X射线作为测量数据进行检测；过滤器，其设置在X射线源与检查对象之间，对X射线的透过量进行调整；保持装置，其保持X射线源和X射线检测器；旋转装置，其使X射线源及X射线检测器在检测对象的周围旋转；以及控制处理装置，其对由X射线检测器检测的测量数据进行运算处理，测量数据是X射线检测器以通过旋转装置而旋转的、且相对于检查对象的多个角度来进行检测的；该X射线测量装置的特征在于，控制处理装置对测量数据进行对数变换而得到投影数据，并得到与得到的投影数据对应的过滤器的X射线吸收系数，对得到的X射线吸收系数使用规定的变换式来计算过滤器的厚度，并根据计算出的过滤器的厚度得到与得到的投影数据对应的修正系数，将得到的修正系数与投影数据相乘，重建运算乘以了修正系数的投影数据，从而得到三维图像。
根据本发明，能够得到消除了X射线的检测元件的饱和现象、由过滤器或被摄体导致的能量分布的变化、或者从过滤器或被摄体发生的散射X射线所产生的影响的三维图像。
【附图说明】
图1是表示实施例一的不均匀性修正处理的步骤的流程图。
图2是表示在实施例一的不均匀性修正处理中使用的变换表A的图。
图3是表示在实施例一的不均匀性修正处理中使用的变换表B的图。
图4是以剖面的形式表示适用本发明的X射线测量装置的一例的侧视图的概念图。
图5(A)-(C)是表示将过滤器410沿X射线源401的旋转面切开的剖面(左侧)和立体图(右侧)的三种例子的图，(A)是整体为同样厚度的过滤器410的剖面图和立体图，(B)是由凹面形成的区域和同样厚度的区域组合而成的过滤器410的剖面图和立体图，(C)是由凹面形成的区域、由凸面形成的区域、和同样厚度的区域组合而成的过滤器410的剖面图和立体图。
图6(A)-(C)是表示过滤器410的其他形状的剖面图及俯视图，(B)是从X射线的入射方向观察的俯视图，(A)是在A-A位置沿箭头方向观察的剖面图，(C)是在B-B位置沿箭头观察的剖面图。
图中：401-X射线源；402-检测器；403-支柱；404-旋转装置；405-卧台；406-控制处理装置；407-旋转轴；408-被摄体；409-存储装置；410-过滤器。
【具体实施方式】
图4是以剖面的形式表示适用本发明的X射线测量装置的一例的侧视图的概念图。X射线测量装置包括：X射线源401、检测器402、支柱403、旋转装置404、卧台405、控制处理装置406。X射线源401与检测器402设置在支柱403上。支柱403使用C字形的臂、字形的臂或桶架等。在图4中，表示C字形的臂。并考虑从顶棚吊挂支柱403的方式或在地面上支撑支柱403的方式。支柱403通过旋转装置401，以旋转轴407为中心，在横置于卧台405上的被摄体408的周围旋转。
图4表示了作为最普通的方式，旋转轴407及卧台405与地面平行的情况。通过使支柱403及卧台405移动，也可将旋转轴407相对于体轴倾斜地设定。此外，也可以是旋转轴407相对于地面垂直，支柱403在站立或坐在椅子上的被摄体408的周围旋转的方式。
图4表示了X射线源401与检测器402通过旋转装置404以旋转轴407为中心在被摄体408的周围旋转的情况。也可以是X射线源401与检测器402固定，被摄体408通过旋转装置404以旋转轴407为中心旋转的方式。或者也可以是X射线源401、检测器402与被摄体408以旋转轴407为中心旋转的方式。无论哪种情况，通过相对的旋转运动实现同样的旋转测量。
检测器402使用平面形X射线检测器、X射线图像增强器和CCD照相机的组合、成像板、CCD检测器、固体检测器等。作为平面形X射线检测器，具有将光电二极管与非结晶型硅TFT作为一对，将其配置在正方矩阵上，并且将其与荧光体直接组合的检测器等。
从X射线源401产生的X射线透过被摄体408，通过检测器402变换为与X射线强度对应的电信号，并作为测量数据输入控制处理装置406中。控制处理装置406控制X射线源401中X射线的发生、检测器402中数据的取得、旋转装置404中支柱403的旋转。由此，X射线测量装置可进行如下的旋转测量：旋转支柱403，同时进行X射线的产生与测量数据的取得。控制处理装置406对于测量数据可执行对数变换处理或重建运算处理等，并取得三维数据。在图4中，控制处理装置406安装在检测器402的外部，但也可以是安装在检测器402的内部的方式。该情况下，可高速处理。
本发明所述的X射线测量装置可在X射线源401与检测器402之间设置过滤器410。过滤器410由铝、铜、黄铜等金属、陶瓷、树脂等构成。最简便的也可以是向塑料或树脂等的壳体中注入液体而制成。过滤器的形状任意，后述的数据修正处理可对应任意的过滤器形状。
实施例一
以下，对本发明的第一实施例进行说明。
本发明的控制处理装置406执行对三维图像的值的不均匀性进行修整的处理。控制处理装置406在内部具有存储装置409，存储修正处理需要的表等。作为控制处理装置406的输入机构，虽未图示，但可考虑来自键盘的键输入、来自文件的读入、存储芯片的更换。控制处理装置406作为操作菜单具有输入修正处理的执行的有无的模式或者开关等。
以下，表示修正三维图像的值的不均匀性的处理的步骤。
(1)灵敏度数据取得：在未设置被摄体的状态下，照射X射线进行测量，并取得检测器的灵敏度数据。
(2)偏移修正处理：在未照射X射线的状态下进行测量，并取得检测器的偏移数据。设置被摄体进行旋转测量，取得与旋转对应的多个被摄体数据。从各被摄体数据中减去偏移数据，得到偏移修正后被摄体数据。
(3)灵敏度修正处理：从灵敏度数据中减去偏移数据，得到偏移修正后灵敏度数据。将偏移修正后被摄体数据除以偏移修正后灵敏度数据，得到灵敏度修正后被摄体数据。
(4)对数变换处理：对灵敏度修正后被摄体数据进行对数变换，并进行-1倍运算，得到投影数据。
(5)不均匀性修正处理：对投影数据乘以修正系数G，得到不均匀性修正后数据。
(6)三维数据取得：对所有的被摄体数据完成上述的处理后，进行重建运算处理，得到三维数据。
图1是表示实施例一的不均匀性修正处理的步骤的流程图。图2是表示在实施例一的不均匀性修正处理中使用的变换表A的图。图3是表示在实施例一的不均匀性修正处理中使用的变换表B的图。
将投影数据的横向的坐标设为u，纵向的坐标设为v。对于被摄体的投影数据As(u，v)，指定位置v(步骤101)。对于被摄体的投影数据As(u，v)，指定位置u(步骤102)。(※修正图1的u环的位置)对于坐标(u，v)检索变换表A，得到过滤器的X射线吸收量Af(u，v)(步骤103)。对于过滤器X射线吸收量Af(u，v)，利用变换式A(后述)计算出等效过滤器厚度Ef(u，v)作为与过滤器X射线吸收量Af(u，v)相当的过滤器的厚度(步骤104)。
对于计算出的等效过滤器厚度Ef(u，v)及被摄体投影数据As(u，v)检索变换表B，得到修正系数G(Ef，As)(步骤105)。(※修正图3的G的标记。G的标记在上次的修正中将Ef作为下标，但因为不能使用下标，所以再次修正为“G(Ef，As)”的形式。在文中及图中，请将G的标记统一为“G(Ef，As)”。)在变换表B中，在没有期望的等效过滤器厚度Ef(u，v)及被摄体投影数据As(u，v)的情况下，由相近的值通过插值运算或者外插运算(外演算)求得修正系数G(Ef，As)。对于被摄体投影数据As(u，v)，乘以修正系数G(Ef，As)(步骤106)。对于所有的坐标u执行处理(步骤107)。对于所有的坐标v执行处理(步骤108)。对于所有的被摄体投影数据进行处理(步骤109)。
说明图2所示的变换表A的求得方法。设置测量被摄体时使用的过滤器410，未设置被摄体，照射X射线，取得测量数据。对于测量数据，执行所述的偏移修正、灵敏度修正、对数变换处理，从而得到投影数据。将在坐标(u，v)上的投影数据的值设为过滤器的X射线吸收量Af(u，v)。使投影数据的横向的坐标u从1变化到最大值Nu，使纵向的坐标v从1变化到最大值Nv，求得各坐标(u，v)上的Af(u，v)，存储在表中。
在这些处理中，如果使用将在相同条件下取得的投影数据进行加法平均后的投影数据，则能够使统计噪声减少，使精度提高。
在变换表A的坐标中取多点，通过插值运算可计算出任意坐标上的X射线吸收量。在此情况下，能够降低表的存储容量。
变换表A也可作为以坐标为变量而计算出X射线吸收量的变换式保持，在此情况下，能够降低表的存储容量。
说明变换式A的求得方法。设置规定的同样厚度Ef的过滤器410，未设置被摄体，照射X射线，取得测量数据。对于测量数据执行所述的偏移修正、灵敏度修正、对数变换处理，从而取得投影数据。在投影数据中计算出平均值，并将其设为过滤器410的X射线吸收量Af。作为过滤器410，准备厚度不同的多个过滤器，对于各个厚度的过滤器，取得投影数据，得到对于各个过滤器厚度Ef的X射线吸收量Af。对于X射线吸收量Af的过滤器厚度Ef以式(1)近似，并求得系数a0、a1、a2…。
[式1]
Ef＝a0+a1·Af+a2·Af2+a3·Af3+ … (1)
说明图3所示的变换表B的求得方法。设置规定的同样厚度Ef的过滤器410，且设置任意的被摄体，照射X射线，取得测量数据。此处，作为任意的被摄体，使用在圆柱形容器或椭圆柱容器中装入水的圆柱或丙烯圆柱等。对于测量数据执行所述的偏移修正、灵敏度修正、对数变换处理，从而取得投影数据As(u，v)。设定重建图像的值均匀的理想的被摄体的投影数据Ao(u，v)。在各坐标(u，v)上，将理想投影数据Ao(u，v)除以被摄体投影数据As(u，v)，计算出修正系数G(Ef，As)。作为过滤器410，准备厚度不同的多个过滤器，对于各个厚度Ef的过滤器使用任意的被摄体，取得投影数据，并求得各个过滤器厚度Ef的对于被摄体投影数据As的修正系数G(Ef，As)。对于被摄体投影数据As的修正系数G(Ef，As)以式(2)近似，并求得系数b0、b1、b2…。
[式2]
G＝b0+b1·As+b2·As2+b3·As3+… (2)
对于多个厚度的过滤器，使过滤器厚度Ef从0变化到最大值Emax，使被摄体投影数据As从0变化到最大值Smax，并使用近似式(2)求得G(Ef，As)，并存储在表中。
在这些处理中，通过使用将在相同条件下取得的投影数据进行加法平均后的投影数据，能够使统计噪声减少，使修正系数的算出精度提高。
在变换表B中，将过滤器厚度及被摄体投影数据取多点，通过插值运算可计算出修正系数。在此情况下，能够降低表的存储容量。
变换表B也可作为以过滤器厚度及被摄体投影数据为变量而计算出修正系数的变换式保持，在此情况下，能够降低表的存储容量。
图5(A)-(C)是表示将过滤器410沿X射线源401的旋转面切开的剖面(左侧)和立体图(右侧)的三种例子的图，(A)是整体为同样厚度的过滤器410的剖面图和立体图，(B)是由凹面形成的区域和同样厚度的区域组合而成的过滤器410的剖面图和立体图，(C)是由凹面形成的区域、由凸面形成的区域、和同样厚度的区域组合而成的过滤器410的剖面图和立体图。在剖面图中表示箭头并标记X射线是为了表示X射线的入射方向。也可将X射线的入射方向设为箭头的相反方向。如图5(A)-(C)所示，如果过滤器形状为左右对称形，则相对于过滤器中心，过滤器的X射线吸收量左右对称，且所述的吸收量的计算运算量及表A的存储容量能够减半。如果将过滤器的形状设为沿剖面的深度方向同形，则过滤器的X射线吸收量在任一个剖面都相同，从而能够减少吸收量的计算运算量及表A的存储容量。
图6(A)-(C)是表示过滤器410的其他形状的剖面图及俯视图。图6(B)是从X射线的入射方向观察的俯视图，图6(A)是在A-A位置沿箭头方向观察的剖面图，图6(C)是在B-B位置沿箭头观察的剖面图。如图6(A)所示，在A-A位置由凹面形成的区域与由一定值形成的区域的组合形成过滤器410。此外，在B-B位置，过滤器的厚度在上部变化。
在从X射线入射方向观察过滤器的形状的情况下，与图6(B)同样，在A-A剖面中，与图5(C)同样地，由凹面形成的区域、由凸面形成的区域、和由同样厚度形成的区域的组合形成过滤器的形状，在B-B剖面中，在过滤器上部厚度变化并且由凹面形成的区域与由同样厚度形成的区域的边界可设为凸面形状。
如图5(A)所示的过滤器410在被摄体在测量区域(检测器402的检测区域)中比较平坦，平均地防止检测器402的饱和之类的测量的情况下是有用的，如图5(B)、(C)所示的过滤器410在被摄体的厚度在测量区域中两侧急剧减少的测量的情况下是有用的。此外，图6的例子在即使被摄体的厚度在测量区域的上部也急剧减少的测量的情况下是有用的。
具体地说，如图5(C)所示的过滤器410如下构成，即，过滤器的剖面形状在凹形的圆弧的附近具有凸形的圆弧，并在其附近具有直线，凹形的圆弧与凸形的圆弧的交点的切线具有相同斜率，且凸形的圆弧与直线的交点的切线具有相同斜率，由此能够得到相对于头部、腹部、下肢等的人体形状良好的三维图像。此外，根据图6的例子，过滤器的厚度沿旋转装置的旋转中心轴向变化，由此，能够得到相对于头部等具有在体轴方向上厚度不同的形状的检查对象良好的三维图像。
根据实施例一，在设置规定的同样厚度的过滤器并未设置检查对象的状态下，对取得的投影数据计算出平均值，并对多个厚度的过滤器取得平均值，对于过滤器厚度以多项式来近似平均值，并作成表示过滤器的X射线吸收量与过滤器厚度的关系的变换式，由此，能对具有任意的厚度的过滤器进行修正处理。
此外，根据实施例一，在设置规定的同样厚度的过滤器并设置了任意的被摄体的状态下得到投影数据，并求得重建图像的值均匀的理想的检查对象的投影数据，将理想投影数据除以检查对象的投影数据来计算出修正系数，对于多个厚度的过滤器取得修正系数，并取得表示过滤器的厚度、检查对象的投影数据和修正系数的关系的变换表，由此能对具有任意形状的检查对象进行修正处理。
此外，如果使上述的实施例一发展，在代替同样厚度的过滤器而设置具有任意形状的过滤器且未设置检查对象的状态下求得投影数据，并使投影数据的横向的坐标和纵向的坐标变化而求得各坐标的投影数据的值，作成表示检查对象的投影数据和过滤器的X射线吸收量的关系的变换表，由此，能对具有该形状的过滤器进行修正处理。
此外，如果使上述的实施例一发展，在代替同样厚度的过滤器而设置具有任意形状的过滤器且设置了任意的被摄体的状态下求得投影数据，并求得重建图像的值均匀的理想的检查对象的投影数据，并将理想投影数据除以检查对象的投影数据，计算出修正系数，相对于多个厚度的过滤器取得修正系数，作成表示过滤器的厚度、检查对象的投影数据和修正系数的关系的表，由此，能通过具有该形状的过滤器对具有任意形状的检查对象进行修正处理。
此外，根据实施例一，作为任意的被摄体，通过使用水圆柱或者水椭圆柱，能够简便且精度良好地模拟检查对象，并求得修正系数。
(其他实施例)
在上述实施例一的修正处理中，对逐一准备变换表及变换式的情况进行了说明。在其他的实施例中，与X射线管电压、散射X射线屏蔽栅极、准直仪等摄影条件对应，考虑预先准备多个变换表及变换式。在该情况下，控制处理装置406存储这多个变换表及变换式的组，并根据摄影条件进行选择，用于修正处理。通过使用与摄影条件对应的变换表及变换式，能够提高修正精度。此外，在其他实施例中，考虑从存储的多个变换表及变换式的组中，根据摄影条件选择多个组，通过其插值运算或者外插运算来计算出适合于任意摄影条件的修正系数，且用于修正处理。由此，能够对任意的摄影条件实现精度高的修正。
工业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种X射线测量装置，其能够得到可消除X射线的检测元件的饱和现象、由过滤器或被摄体导致的能量分布的变化、或者从过滤器或被摄体发生的散射X射线所产生的影响，能抑制检测器的饱和，值的均匀性提高的良好的三维图像。