X射线CT装置及其校正方法和装置、测定方法和装置与流程

相关申请的交叉引用

在此通过引用将关于2019年9月20日提交的包括说明书、附图、权利要求的日本申请no.2019-172253的公开内容，通过引用其全部而合并于此。

本发明涉及一种测量用x射线ct装置的校正方法、装置、测定方法和装置、以及测量用x射线ct装置，尤其涉及一种通过高精度地检测被检体的边界面能够实现高精度化的测量用x射线ct装置的校正方法和装置、测定方法和装置、以及测量用x射线ct装置。

背景技术：

在1970年代，医疗用x射线ct装置投入实际使用，基于该技术，从1980年代初期开始出现用于工业产品的x射线ct装置。从那时起，工业用x射线ct装置使用于对从外观上难以确认的铸件的气孔、焊接部件的焊接不良以及电子电路部件的电路图案的缺陷等的观察、检查中。另一方面，近年来，随着3d打印机的普及，不仅需要观察、检查3d打印机进行加工的加工品内部，对内部构造的3d尺寸的测量及其高精度化的需求也不断增加。

相对于上述的技术趋势，测量用x射线ct装置主要以德国为中心开始普及(参照日本特开2002-71345号公报、日本特开2004-12407号公报)。在该测量用x射线ct装置中，将测定对象配置于旋转台中心，一边使测定对象旋转一边进行x射线照射。

在图1中示出使用于测量的通常的x射线ct装置1的结构。在遮蔽x射线的罩10之中存在照射锥束状的x射线13的x射线源12、检测x射线13的x射线检测器14、放置被检体w并且使被检体w旋转以进行ct摄像的旋转台16、以及用于调整拍进x射线检测器14的被检体w的位置、倍率的xyz移动机构部18，并且包括控制这些器件的控制器20以及通过用户操作来向控制器20提供指示的控制pc22等。

控制pc22除了控制各器件以外，还具有对拍进x射线检测器14的被检体w的投影图像进行显示的功能以及根据被检体w的多个投影图像来重建断层图像的功能。

如图2所示，从x射线源12照射的x射线13透过旋转台16上的被检体w后到达x射线检测器14。一边使被检体w旋转一边通过x射线检测器14得到全部的方向的被检体w的透过图像(投影图像)，使用反投影法、逐次逼近法等重建算法来进行重建，由此生成被检体w的断层图像。

通过控制所述xyz移动机构部18的xyz轴和旋转台16的θ轴，能够使被检体w的位置移动，从而能够调整被检体w的摄影范围(位置、倍率)、摄影角度。

为了得到作为x射线ct装置1的最终目标的被检体w的断层图像或体数据(被检体w的立体像或断层图像的在z轴方向上的集合)，进行被检体w的ct扫描。

ct扫描包括被检体w的投影图像获取和ct重建这两个处理，在投影图像获取处理中，在x射线照射期间使载置有被检体w的旋转台16以固定速度连续地选择或以固定步长间歇地旋转，获取整周方向(固定间隔)的被检体w的投影图像。使用反投影法、逐次逼近法等ct重建算法，如图3所例示的那样对得到的整周方向(固定间隔)的投影图像进行ct重建，由此得到被检体w的断层图像或体数据。

在使用测量用x射线ct装置进行被检体的测量时，如上述那样，首先执行ct扫描来获取被检体的体数据，检测该体数据的表面形状，之后对表面形状实施各测量。

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在所述的工序之中存在如下问题：关于表面形状，由于x射线源、x射线检测器的特性使得难以准确地检测表面形状的边界，对测定精度产生很大影响。

本发明是为了解决所述以往的问题点而完成的，因此其课题在于通过一并测定被检体和预先已知尺寸的球形校正治具来高精度地检测被检体的边界面，由此实现测量用x射线ct的高精度化。

用于解决问题的方案

体数据的表面形状(边界面)的轮廓为如图4那样具有宽度的曲线形状，难以根据该轮廓来检测接近真值的边界面。

然而，如果为如图5所示的由单一材质构成的球体(完美球体)30的体数据，(如果已经应用了与x射线有关的校正)，则无论在哪个部位，球表面形状的轮廓都为同种程度，因此无论将轮廓的哪个位置设为边界面都能够大致高精度地求出球的中心坐标。

因此，在本发明中，使具有已知尺寸的单一材料的球体(以后称作球形校正治具)与被检体接触来进行ct扫描，并且通过得到它们的体数据来高精度地检测被检体的边界面。

如前述的那样，关于球形校正治具，能够高精度地求出其中心坐标。另外，球形校正治具的尺寸是已知的，因此也能够高精度地求出球形校正治具的边界面。

为了高精度地检测被检体w的边界面，需要如图6所示那样正确地求出被检体w与球形校正治具30的接触点，但为此需要求出接触方向。

在边界面的检测中，用户例如根据被检体w的材质来选择检测哪个边界面。在进行该选择时，能够决定存在应该检测的边界面的大致的方向，能够使用该信息来求出接触方向(在图6中为水平方向)。在以通过用户进行的边界面选择决定的大致的方向设为探索基准方向时，一边以探索基准方向为中心使方向逐渐偏离一边确认轮廓，来判定有无接触。

例如如图7所示，当将沿从探索基准方向微小地偏离后的方向延伸的、以球形校正治具30的中心坐标为起点的向量设为a、b、c时，在作为结果得到的轮廓中，沿向量方向按照球形校正治具30、空气层、被检体w的顺序显示成分。在此，在球形校正治具30与被检体w之间不包括空气层时的向量可以说是正在接触的条件，因此确认在球形校正治具30的边界面周边没有空气层。相比于球形校正治具30、被检体w而言，空气层更容易使x射线透过，因此作为轮廓的成分显示得低。因此，可以说在各向量a、b、c的轮廓中，球形校正治具30的边界面周边的成分最高的向量接近接触方向。

像这样，以探索基准方向为中心进行探索以得到期望的轮廓，求出精度高的探索方向，计算接触点。

为了使用通过以上方法求出的接触点来高精度地求出被检体w的边界面，如图8所示那样利用根据轮廓的斜率等求出的边界面。能够将通过球形校正治具30求出的接触点与根据轮廓的斜率求出的接触点的差用作校正值。通过该接触方向(接触点)的轮廓求出的校正值能够应用于当时相同的被检体的边界面(相同材质)的整体或局部。

另外，球形校正治具30由树脂、铝、铁等材质制成，能够根据ct扫描时的x射线测定条件(管电压、管电流等)、被检体w的材质恰当进行选择。

本发明是基于上述见解而完成的，通过测量用x射线ct装置的校正方法来解决上述课题，该测量用x射线ct装置的校正方法的特征在于，测量用x射线ct装置一边使配置于旋转台上的被检体旋转一边照射x射线，重建该被检体的投影图像来生成被检体的断层图像，在进行该测量用x射线ct装置的校正时，在使尺寸预先已知的球形校正治具与被检体接触的状态下进行ct扫描来生成体数据，获取该体数据中的被检体表面形状的轮廓，并且根据球形校正治具的中心坐标来计算球形校正治具的边界面，求出用于使根据所述轮廓的斜率求出的被检体的边界面与球形校正治具的边界面一致的校正值。

在此，能够将所述球形校正治具的材质设为与所述被检体相同的材质。

本发明还涉及一种测量用x射线ct装置的校正装置，所述测量用x射线ct装置一边使配置于旋转台上的被检体旋转一边照射x射线，重建该被检体的投影图像来生成被检体的断层图像，所述测量用x射线ct装置的校正装置具备：

在使尺寸预先已知的球形校正治具与被检体接触的状态下进行ct扫描来生成体数据的单元；

获取该体数据中的被检体表面形状的轮廓并且根据球形校正治具的中心坐标来计算球形校正治具的边界面的单元；以及

求出用于使根据所述轮廓的斜率求出的被检体的边界面与球形校正治具的边界面一致的校正值的单元，

由此同样地解决上述课题。

在本发明中，测量用x射线ct装置一边使配置于旋转台上的被检体旋转一边照射x射线，重建该被检体投影图像来生成被检体的断层图像，在利用所述测量用x射线ct装置进行测定时，在使尺寸预先已知的球形校正治具与被检体接触的状态下进行ct扫描来生成体数据，使用通过所述的方法求出的校正值来求出被检体的边界面，使用该边界面来求出被检体的形状，由此同样地解决上述课题。

在此，能够事先针对所述被检体的测定面的每个法线方向求出校正值，并针对校正值与材质的每个组合制作数据库，在所述被检体的测定时，从数据库中读出与测定面的法线方向对应的校正值用以进行测定。

本发明还涉及一种测量用x射线ct装置的测定装置，所述测量用x射线ct装置一边使配置于旋转台上的被检体旋转一边照射x射线，重建该被检体的投影图像来生成被检体的断层图像，所述测量用x射线ct装置的测定装置具备：

在使尺寸预先已知的球形校正治具与被检体接触的状态下进行ct扫描来生成体数据的单元；

使用通过所述的装置求出的校正值来求出被检体的边界面的单元；以及

使用该边界面来求出被检体的形状的单元，

由此能够同样地解决上述课题。

在此，还能够具备：

数据库，其是针对所述被检体的测定面的每个法线方向求出校正值并针对校正值与材质的每个组合制作出的；以及

在进行所述被检体的测定时从数据库中读出与测定面的法线方向对应的校正值用以进行测定的单元。

在本发明中，还将被检体和尺寸预先已知的球形校正治具放入使x射线透过的箱体中，在所述箱体内在使所述球形校正治具与所述被检体接触的状态下进行ct扫描来生成体数据，使用通过所述的方法求出的校正值来求出被检体的边界面，使用该边界面来求出被检体的形状，由此同样地解决上述课题。

本发明还具备：

尺寸预先已知的球形校正治具；

箱体，其用于收容该球形校正治具，x射线透过所述箱体；

在该箱体内在使所述球形校正治具与所述被检体接触的状态下进行ct扫描来生成体数据的单元；以及

使用通过所述所记载的装置求出的校正值来求出被检体的边界面的单元；以及

使用该边界面来求出被检体的形状的单元，

由此能够同样地解决上述课题。

本发明还提供一种测量用x射线ct装置，其特征在于，具备：

球形校正治具，所述球形校正治具的其尺寸预先已知；

在使该球形校正治具与被检体接触的状态下进行ct扫描来生成体数据的单元；

获取该体数据中的被检体表面形状的轮廓的单元；

根据所述球形校正治具的中心坐标来计算所述体数据中的所述球形校正治具的边界面的单元；

使用通过所述的装置求出的校正值来校正所述被检体的边界面的单元；以及

使用进行了该校正的边界面来求出被检体的形状的单元。

在此，还能够具备箱体，所述箱体用于收容所述被检体和所述球形校正治具，并且x射线透过所述箱体，在该箱体内使所述球形校正治具与所述被检体接触。

发明的效果

根据本发明，通过一并测定被检体和尺寸预先已知的球形校正治具来高精度地检测被检体表面形状，由此能够实现测量用x射线ct的高精度化。因而，不用使用三维坐标测定机cmm等特别的测定机就能够进行高精度的x射线ct测定。

根据以下对优选的实施例的详细描述，本发明的这些特征、优点及其它特征、优点将变得明确。

附图说明

参照附图来描述优选的实施例，在所有附图中，对相同的要素标注相同的附图标记，其中，

图1是表示使用于测量的现有技术的x射线ct装置的整体结构的截面图。

图2是表示该使用于测量的现有技术的x射线ct装置的主要部分配置的立体图。

图3是表示现有技术的ct重建的情形的图。

图4是用于说明现有技术的问题点的线图。

图5是用于说明本发明的原理的、表示基于边界面的检测位置的中心坐标的变化量少的情况的立体图。

图6是用于说明本发明的原理的、表示球形校正治具与被检体的接触状态的图。

图7是用于说明本发明的原理的、表示向量沿从探索基准方向微小地偏离后的方向延伸的情况的图。

图8是用于说明本发明的原理的、表示球形校正治具的边界面与根据轮廓的斜率求出的被检体的边界面的关系的例子的线图。

图9是表示本发明的第一实施方式的处理过程的流程图。

图10是表示本发明的第二实施方式的处理过程的流程图。

图11是表示在第二实施方式中将被检体和球形校正治具放入容易使x射线透过的材质的箱体后的状态的立体图。

图12是表示在第二实施方式中与被检体接触着的球形校正治具的体数据与被检体的体数据的关系的例子的图。

具体实施方式

下面，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于以下的实施方式和实施例中记载的内容。另外，以下所记载的实施方式和实施例中的构成要件包括本领域人员能够容易地想到的构成要件、实质上相同的构成要件、所谓同等范围的构成要件。并且，可以将以下记载的实施方式和实施例中公开的构成要素适当进行组合来使用，也可以适当地进行选择来使用。

在本发明的第一实施方式中，如图9所示，首先在步骤110中使被检体w与球形校正治具30接触来进行ct扫描，生成如图6或图7例示的那样的体数据。

接着，在步骤120中，在体数据上计算球形校正治具30的中心坐标。

接着，在步骤130中，指定想要求出的被检体w的边界面，计算探索基准方向。

接着，在步骤140中，进行接触方向的探索，求出接触点、校正值。

接着，在步骤150中，对根据轮廓的斜率求出的被检体w的边界面来进行校正。

通过使被检体w与球形校正治具30接触，能够根据所述的原理来校正该接触部分的边界面。通过使用校正后的边界面，例如能够进行被检体w的距离计算。

此外，还能够针对被检体w的测定面的每个法线方向求出校正值，例如针对校正值与材质的每个组合制作数据库，在进行被检体w的测定时，从数据库中读出与测定面的法线方向对应的校正值用以进行测定。

接着，参照图10来说明本发明的第二实施方式。

在本实施方式中，首先，在步骤200中准备容易使x射线透过的材质的箱体40，如图11例示的那样，在该箱体40之中装满被检体w和多个球形校正治具30。

以下实施与第一实施方式相同的步骤110～150。其中，步骤110、120中的球形校正治具30的数量为多个。

在本实施方式中，也如图12例示的那样，通过使用校正后的边界面，例如能够进行被检体w的距离计算。

即使为第二实施方式以外的方法，只要为能够使被检体w与球形校正治具30接触的配置，就能够应用本发明。

所述球形校正治具30的材质为与被检体w相同的材质是更容易获取图像的。此外，能够改变材质，例如还能够使用黄铜、铝、铁、陶瓷。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，以上描述的实施例只是例示，表示本发明在原理上的应用。本领域技术人员能够在不脱离本发明的主旨和范围的情况下容易地设计出各种其它方式。