CN110689591A - 基于滤波反投影法的ct重建处理方法 - Google Patents

基于滤波反投影法的ct重建处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种CT重建处理方法。其中，对使用X射线CT装置获取到的测定对象物W的透射像应用用于滤波反投影处理的滤波来生成滤波投影像，对滤波投影像进行图像的低分辨率化、张数的间隔剔除来生成低分辨率的投影像，使用低分辨率的投影像进行CT重建来生成低分辨率的体数据，对低分辨率的体数据的各体素进行临时分割，关于临时分割后的体素，将临时分割前后的体素值进行比较，如果临时分割前后的体素值的差比阈值大，则将该临时分割设为有效，在体数据的体素中反映该临时分割的体素后再继续进行分割，如果临时分割前后的体素值的差比阈值小，则将该临时分割设为无效，结束体素的分割。由此，使CT重建处理显著地高速化。

Description

基于滤波反投影法的CT重建处理方法
相关申请的交叉引用
关于2018年7月4日提交的日本专利申请No.2018-127918的包括说明书、附图以及权利要求书的公开内容，在此通过参照来引用其全部内容。
技术领域
本发明涉及一种基于滤波反投影法的CT重建处理方法，尤其涉及一种能够使CT重建处理显著地高速化的、基于滤波反投影法的CT重建处理方法。
背景技术
在1970年代，医疗用X射线CT装置进入实用阶段，以该技术为基础，从1980年代初期开始出现一种用于工业用产品的X射线CT装置。此后，工业用X射线CT装置一直用于观察、检查从外观上难以确认的铸件的气孔、焊件的焊接不良、电路部件的电路图案的缺陷等。另一方面，近年来，伴随3D打印机的普及，不仅对于利用3D打印机得到的加工品的内部进行观察、检查的需求不断增加，而且对于内部构造的3D尺寸测量及其高精度化的需求也不断增加。
针对上述的技术趋势，测量用X射线CT装置以德国为中心开始普及(参照专利文献1、2)。在该测量用X射线CT装置中，将测定对象配置在旋转台中心，一边使测定对象旋转一边进行X射线照射。
在图1中示出在测量中使用的通常的X射线CT装置1的结构。通常的X射线CT装置1具有：X射线源12，其在用于遮蔽X射线的罩10之中照射锥束状的X射线13；X射线检测器14，其检测X射线13；旋转台16，其用于放置测定对象物(例如工件)W，使工件W旋转以进行CT摄像；以及XYZ移动机构部18，其用于对映在X射线检测器14中的工件W的位置、倍率进行调整，并且通常的X射线CT装置1还由控制这些设备的控制器20以及通过用户操作来向控制器20给出指示的控制PC 22等构成。
控制PC 22除了控制各设备以外，还具有对映在X射线检测器14中的工件W的投影像进行显示的功能、根据工件W的多个投影像来重建断层图像的功能。
如图2所示，从X射线源12照射出的X射线13透过旋转台16上的工件W后到达X射线检测器14。一边使工件W旋转一边通过X射线检测器14得到所有方向的工件W的透射像(投影像)，并且使用滤波反投影法、逐次逼近法等重建算法进行重建，由此生成工件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，能够使工件W的位置移动，从而能够调整工件W的摄影范围(位置、倍率)、摄影角度。
为了得到X射线CT装置1的最终目标即工件W的断层图像或体数据(工件W的立体像或断层图像的在Z轴方向上的集合)，进行工件W的CT扫描。
CT扫描由工件W的投影像获取和CT重建这两个处理构成，在投影像获取处理中，在照射X射线期间使载有工件W的旋转台16以固定速度连续地旋转或者以固定步长间歇性地旋转，并获取整周方向(固定间隔)的工件W的投影像。使用滤波反投影法、逐次逼近法等CT重建算法对得到的整周方向(固定间隔)的投影像进行CT重建，由此得到如图3所示那样的工件(在图3中为标准球(master ball))的断层图像或体数据。
能够使用所得到的体数据来进行尺寸测定、缺陷分析等各种测定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-71345号公报
专利文献2：日本特开2004-12407号公报
非专利文献
非专利文献1：Kim et al.，“Efficient Iterative CT Reconstruction onOctree Guided by Geometric Errors”，iCT2016.
发明内容
发明要解决的问题
能够使用所生成的体数据来进行工件内部的各种测定(尺寸测定、缺陷分析等)，此时，基于所需的测定精度来决定体数据的分辨率，以能够得到该分辨率的方式决定CT重建条件。一般来说，体数据的分辨率越高则CT重建所需的时间越多，并且工件形状、材质不发生变化的部分也为高分辨率，因此存在时间效率差这样的问题。
另一方面，作为与本发明类似的方法，在非专利文献1中记载了在逐次CT重建处理法中根据工件形状的复杂度来改变分辨率的级别。
然而，即便与逐次CT重建处理组合也无法充分发挥效果。
本发明是为了解决上述以往的问题而完成的，其课题在于使CT重建处理显著地高速化。
用于解决问题的方案
在本发明中，为了解决上述问题，在对使用X射线CT装置获取到的测定对象物的透射像应用滤波反投影法来进行CT重建处理时，对所述透射像应用用于滤波反投影处理的滤波，来生成滤波投影像，针对该滤波投影像进行图像的低分辨率化以及/或者张数的间隔剔除，来生成低分辨率的投影像，使用该低分辨率的投影像进行CT重建，来生成低分辨率的体数据，对该低分辨率的体数据的各体素进行临时分割，关于该临时分割后的体素，将临时分割前后的体素值进行比较，如果该临时分割前后的体素值的差比阈值大，则将该临时分割设为有效，在所述体数据的体素中反映该临时分割的体素后再继续进行分割，如果所述临时分割前后的体素值的差比阈值小，则将该临时分割设为无效，结束所述体素的分割。
在此，能够根据测定对象物的形状的复杂度来改变分辨率的级别。
另外，能够是对测定对象物的边缘部分进行的分割多，对该边缘部分以外的形状变化少的部分进行的分割少。
另外，能够保存好各分辨率的投影像。
另外，能够设置八分体(octant)等级以用于识别分割的次数。
另外，能够通过将两个方向上的像素各取两个合并在一起来使像素数变为1/4的2×2的像素合并，来进行所述图像的低分辨率化。
另外，能够每隔一张地进行所述张数的间隔剔除。
另外，能够通过在三个方向上分别进行2分割的2×2×2＝8分割，来对体素进行一次临时分割。
发明的效果
根据本发明，在基于滤波反投影法的CT重建中，根据工件形状的复杂度来改变分辨率的级别，由此能够实现CT重建处理的显著的高速化。
根据以下对优选的实施例的详细描述，本发明的这些特征、优点以及其它特征、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是表示在测量中使用的通常的X射线CT装置的整体结构的截面图，
图2是表示该通常的X射线CT装置的主要部分配置的立体图，
图3是表示该通常的X射线CT装置的CT重建的概要的图，
图4是用于说明本发明的原理的图，
图5是表示本发明的实施方式中的处理过程的流程图，
图6是表示在所述实施方式中使滤波投影像低分辨率化的状态的图，
图7是表示所述实施方式中的体素分割的过程的流程图，
图8是表示所述实施方式中的分割的情形的立体图。
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。
在本发明中，如图4所示的原理那样，在滤波反投影法的CT重建处理中，首先使投影像低分辨化后进行CT重建。因此，根据需要对所生成的低分辨率的体数据的各体素进行了分割。
图4示出从1283的分辨率的体数据(体素)开始局部地进行分割直至20483的分辨率为止的情形。对测定对象物的边缘部分进行的分割多，对该边缘部分以外的形状变化少的部分几乎不进行分割。
在此示出的分割是指以更高的分辨率局部地进行CT重建，例如能够对一个体素在xyz这三个方向上分别进行2分割来分割为2×2×2＝8个体素。
为了判断是否需要对体素进行分割，确认分割前后的体素值的变化。在分割前后的体素值的变化大的情况下，表示以分割前的分辨率无法正确地对测定对象物的形状进行取样，因此判断为需要分割。另一方面，在分割前后的体素值的变化小的情况下，判断为不需要更高的分辨率，不需要分割。
下面，说明本发明的具体的实施方式。
在本实施方式中，首先在图5的步骤100中生成滤波投影像。具体地说，使用如图1中例示的那样的X射线CT装置1来获取工件W的透射像(多个)。然后，对各透射像进行对数变换，来应用用于滤波反投影处理的滤波。
接着，在步骤200中进行应用了滤波的投影像(滤波投影像)的低分辨率化。即，如图6所例示的那样，对滤波投影像进行图像的低分辨率化和张数的间隔剔除。例如通过重复进行将xy两个方向上的像素各取两个合并在一起来使像素数变为1/4的2×2的像素合并，来进行图像的低分辨率化。例如通过重复进行保留第奇数张的方法来进行张数的间隔剔除。保留各分辨率的投影像，以用于之后的体素分割。此时，为了节约内存，可以写入临时文件中。
接着，进入步骤300，分割体素并且进行局部的CT重建。即，使用在步骤200中生成的分辨率最低的投影像来进行CT重建，来生成分辨率低的体数据。之后，根据需要，对该体数据的各体素在例如xyz三个方向上分别进行2分割来进行2×2×2＝8分割，但为了方便，设置八分体等级(OLV)以识别分割的次数。此时，将从未进行过分割的状态的体数据的体素设为OLV0，之后，将进行了第i次分割的状态的体素设为OLVi。通过基于一个以上的分辨率的投影像进行CT重建来生成体素，由此进行体素的分割。
在图7中示出体素分割的过程。
在进行体素分割时，首先在步骤310中生成初始体数据。即，使用在图5的步骤200中生成的分辨率最低的低分辨率的投影像，利用滤波反投影法进行CT重建处理，来生成体数据。对该体数据的全部体素临时设定OLV0。
接着，进入步骤320，判定是否以最高分辨率N结束了全部的分割的循环。在根据循环数i<N判定结果为否的情况下，进入步骤330，在某个OLV中，对未决定(临时设定)OLV的体素进行临时分割。即，例如在OLV1的情况下，该步骤中的体数据为从未进行过分割的状态，全部的体素为OLV未决定的状态，因此对全部的体素进行临时分割。通过基于一个分辨率进行投影像的CT重建处理来生成体素，由此进行该临时分割。
接着，进入步骤340，关于在步骤330中进行了临时分割的OLV未决定体素，确认分割前后的体素值的变化。即，计算临时分割得到的八个体素的各个体素与分割前的体素的体素值的差，如果该体素值的差的最大值比阈值大，则设为该临时分割有效。反之，如果比阈值小，则设为该临时分割无效，决定(固定)此时的体素的OLV。
在临时分割有效的情况下，对体数据的体素反映该临时分割的体素后继续进行临时分割。
在步骤320中判断为分割后的体素的分辨率达到最高分辨率i＝N而分割的循环结束时，通过步骤350来结束分割。
此外，在临时分割时进行局部的CT重建，如果临时分割有效则反映出该结果，因此不需要在分割完成后进行CT重建。
通过这样，在基于滤波反投影法的CT重建处理中，根据测定对象物的形状的复杂度来改变分辨率的级别，由此能够实现CT重建处理的显著的高速化。
此外，在所述实施方式中，通过2×2的像素合并来进行图像的低分辨率化，并且每隔一张地进行张数的间隔剔除，通过2×2×2＝8分割来进行体素的临时分割，但低分辨率化、间隔剔除、临时分割数等不限定于此。
分割的循环数也不限定为达到最高分辨率的N，例如也能够在达到最高分辨率之前就结束分割。
另外，也能够进行超过投影像的原来的分辨率的分割。在该情况下，使用与以最高分辨率进行分割时同样的投影像、图像张数来进行分割。即使在体数据的分辨率比投影像的分辨率高的情况下、例如根据2048×2048的投影像生成4096×4096×4096的体数据的情况下，只要具有足够的投影像张数就能够利用滤波反投影法的算法得到精度高的体数据。
另外，在所述实施方式中，本发明应用于工件的测定，但测定对象物不限定为工件。
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。

Claims (8)

1.一种基于滤波反投影法的CT重建处理方法，其特征在于，
在对使用X射线CT装置获取到的测定对象物的透射像应用滤波反投影法来进行CT重建处理时，
对所述透射像应用用于滤波反投影处理的滤波，来生成滤波投影像，
针对该滤波投影像进行图像的低分辨率化以及/或者张数的间隔剔除，来生成低分辨率的投影像，
使用该低分辨率的投影像进行CT重建，来生成低分辨率的体数据，
对该低分辨率的体数据的各体素进行临时分割，
关于该临时分割后的体素，将临时分割前后的体素值进行比较，
如果该临时分割前后的体素值的差比阈值大，则将该临时分割设为有效，在所述体数据的体素中反映该临时分割的体素后再继续进行分割，
如果所述临时分割前后的体素值的差比阈值小，则将该临时分割设为无效，结束所述体素的分割。
2.根据权利要求1所述的基于滤波反投影法的CT重建处理方法，其特征在于，
根据测定对象物的形状的复杂度来改变分辨率的级别。
3.根据权利要求2所述的基于滤波反投影法的CT重建处理方法，其特征在于，
对测定对象物的边缘部分进行的分割多，对该边缘部分以外的形状变化少的部分进行的分割少。
4.根据权利要求1所述的基于滤波反投影法的CT重建处理方法，其特征在于，
保存好各分辨率的投影像。
5.根据权利要求1所述的基于滤波反投影法的CT重建处理方法，其特征在于，
设置八分体等级以用于识别分割的次数。
6.根据权利要求1所述的基于滤波反投影法的CT重建处理方法，其特征在于，
通过将两个方向上的像素各取两个合并在一起来使像素数变为1/4的2×2的像素合并，来进行所述图像的低分辨率化。
7.根据权利要求1所述的基于滤波反投影法的CT重建处理方法，其特征在于，
每隔一张地进行所述张数的间隔剔除。
8.根据权利要求1所述的基于滤波反投影法的CT重建处理方法，其特征在于，
通过在三个方向上分别进行2分割的2×2×2＝8分割，来对体素进行一次临时分割。
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