CN117716231A - 校正装置、系统、方法以及程序 - Google Patents
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Abstract
提供能够降低用于对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的计算成本的校正装置、系统、方法以及程序。一种对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的校正装置(400)，具备：入射X射线分布取得部(410)，其取得入射X射线分布；线吸收系数模型取得部(420)，其取得用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型；投影像取得部(430)，其取得投影像；以及校正部(440)，其使用所述入射X射线分布和所述线吸收系数模型对所述投影像进行校正。
Description
技术领域
本发明涉及对伪像进行校正的校正装置、系统、方法以及程序。
背景技术
CT装置从在使试样或机架旋转的同时取得的多个投影像重构CT图像。在CT装置中使用连续X射线，由于每种物质在各能量时的线吸收系数不同，因此在重构的CT图像中产生由射束硬化效应引起的伪像。
为了减少这样的由射束硬化效应引起的伪像，以往是利用硬件、软件进行校正。作为利用软件的校正方法，例如，专利文献1公开了通过进行重构图像的分段(segmentation)确定出物质，利用该物质的线吸收系数反复进行重构来减少伪像的技术。另外，专利文献2公开了一种技术，其为了使得产生有金属伪像的原始CT图像与进行考虑了物质的X射线吸收系数的能量依赖性的正向投影计算和使用了单一波长用图像重构算法的反向投影计算而得到的CT图像的差异变小，通过反复进行正向投影计算和反向投影计算来减少伪像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-068832号公报
专利文献2：日本特开2017-221339号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1所述的技术需要事先知道试样的质量密度、质量吸收系数这样的物性值。另外，需要反复进行分段和重构，因此花费计算成本。专利文献2所述的技术需要反复进行正向投影计算和反向投影计算，因此花费计算成本。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供能够降低用于对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的计算成本的校正装置、系统、方法以及程序。
用于解决问题的方案
(1)为了达到上述的目的，本发明的校正装置是对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的校正装置，其特征在于，具备：入射X射线分布取得部，其取得入射X射线分布；线吸收系数模型取得部，其取得用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型；投影像取得部，其取得投影像；以及校正部，其使用所述入射X射线分布和所述线吸收系数模型对所述投影像进行校正。
(2)另外，在本发明的校正装置中，其特征在于，所述线吸收系数模型由基准能量时的线吸收系数与所述比例因子的乘积来表示。
(3)另外，在本发明的校正装置中，其特征在于，所述线吸收系数模型的所述参数是1个参数。
(4)另外，在本发明的校正装置中，其特征在于，所述比例因子由以幂指数为所述参数的幂函数来表示。
(5)另外，在本发明的校正装置中，其特征在于，所述线吸收系数模型的所述参数基于所述入射X射线分布的能量范围来决定。
(6)另外，在本发明的校正装置中，其特征在于，所述线吸收系数模型的所述参数根据代表性的元素组的线吸收系数来决定。
(7)另外，在本发明的校正装置中，其特征在于，所述入射X射线分布取得部基于单色X射线的条数、强度以及能量值取得所述入射X射线分布。
(8)另外，本发明的校正装置的特征在于，具备：重构部，其基于由所述校正部校正后的所述投影像进行重构，生成CT图像；以及显示部，其使显示装置显示所述CT图像。
(9)另外，本发明的系统的特征在于，具备：CT装置，其具备：X射线源，其产生X射线；检测器，其检测X射线；以及旋转控制单元，其控制所述X射线源和所述检测器、或者试样的旋转；以及上述(1)至(8)中的任意一项所述的校正装置。
(10)另外，本发明的方法是对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的方法，其特征在于，包含：取得入射X射线分布的步骤；取得用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型的步骤；取得投影像的步骤；以及使用所述入射X射线分布和所述线吸收系数模型对所述投影像进行校正的步骤。
(11)另外，本发明的程序是对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的程序，其特征在于，使计算机执行如下处理：取得入射X射线分布的处理；取得用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型的处理；取得投影像的处理；以及使用所述入射X射线分布和所述线吸收系数模型对所述投影像进行校正的处理。
附图说明
图1的(a)是向试样透射的X射线的概念图，(b)是示出离散化的单色X射线的一部分与通过CT测定来计测的试样的计测空间(体素)的关系的概念图。
图2是示出入射X射线分布的一个例子的坐标图。
图3是示出钛的质量吸收系数的坐标图。
图4是示出铁的质量吸收系数的坐标图。
图5是示出整个系统的构成的一个例子的概略图。
图6是示出整个系统的构成的变形例的概略图。
图7是示出处理装置和校正装置的构成的一个例子的框图。
图8是示出处理装置和校正装置的构成的变形例的框图。
图9是示出处理装置和校正装置的构成的变形例的框图。
图10是示出校正装置的动作的一个例子的流程图。
图11是示出系统的动作的一个例子的流程图。
图12是示出系统的动作的变形例的流程图。
图13的(a)、(b)分别是使用未进行校正的投影像重构出的试样1的CT图像和使用进行了校正的投影像重构出的试样1的CT图像。
图14的(a)、(b)分别是示出图13的(a)和(b)的CT图像的直线AB上的线轮廓的坐标图。
图15的(a)、(b)分别使用未进行校正的投影像重构出的试样2的CT图像和使用进行了校正的投影像重构出的试样2的CT图像。
图16的(a)、(b)分别是示出图15的(a)和(b)的CT图像的直线AB上的线轮廓的坐标图。
具体实施方式
接下来，参照附图来说明本发明的实施方式。为了使说明易于理解，在各附图中对相同的构成要素标注相同的附图标记，而省略重复的说明。
[原理]
CT装置从各个角度将锥状或平行射束的X射线照射到试样，由检测器取得X射线的吸收系数的分布、即投影像。为了从各个角度照射X射线，CT装置构成为使试样台相对于被固定的X射线源和检测器旋转，或者使集成了X射线源和检测器的机架(gantry)旋转。
这样，能够从各种角度进行投影并通过所得到的试样的投影像的浓淡来推测试样的线吸收系数f的分布。并且，将从2维的投影像求出3维的线吸收系数分布称为重构。重构基本上进行投影像的反向投影。
在CT装置中使用连续X射线作为入射X射线，将其照射到试样来测定投影像。物质的线吸收系数(linear absorption coefficient)有能量依赖性，存在能量越高的X射线越不易被吸收的趋势。因此，当连续X射线作为入射X射线通过试样时，通过后的能量分布与原来的分布变得不相似，重心向高能量侧偏移。将该现象称为射束硬化(beam hardening；线质硬化)。
重构通常假设为单色X射线来进行。另一方面，在实际的测定中，使用具有宽广的能量分布的连续X射线。当连续X射线从物质透射时，低能量的X射线与高能量的X射线相比，易于被试样吸收而减弱。因此，X射线的透射距离与X射线的衰减之间失去线性关系，出现非线性关系。在单色X射线从物质透射时，会保持线性关系。这样，重构的假设与实际的现象不一致，因此产生伪像(artifact)。将这样的伪像称为由射束硬化效应引起的伪像。
以往，为了抑制由射束硬化效应引起的伪像，利用硬件或软件进行校正。由于在完全的单色X射线中不会产生由射束硬化效应引起的伪像，因此在利用硬件的校正方法中，基本上是通过缩窄入射X射线分布的宽度来使由射束硬化效应引起的伪像变得不易引人注目。例如，进行的是使用滤波器仅取出特定的能量附近的X射线、或者使用镜子取出单色X射线。
另外，在利用软件的校正中，进行图像处理来校正。例如，赫尔加森-路德维希(Helgason-Ludwig)条件的方法是通过使用线吸收系数的守恒定律等物理上的条件将投影像的强度校正为非线性，来减少伪像。在该方法中，由于基于投影像的数据有匹配性这一假设来进行校正，因此，例如在测定时试样超出了视场角(FOV)的情况(室内CT)、投影像有缺陷的情况、中心偏移等光学系统有偏差的情况等发生了射束硬化效应以外的现象的情况下是无法应用的。另外，校正量的计算使用了投影像的积分，因此有时也会由于信息是被压缩的，导致X射线强度的大小关系反转或者像素值变为负值等而无法顺利进行校正。
另外，也有基于试样的已知条件进行重构的方法。例如有如下方法：假设在试样中应该有很多一样的部分，并且由于伪像应该产生了不一样的部分，在这一假设下，以使重构像的总变差(Total Variation；TV)变小的方式逐次进行重构的方法等。这样的方法需要事先知道试样中包含的物质是什么。在所含的物质受限的医疗、牙科用的CT中经常使用这样的方法，并发挥了效果，但是对于不知道所包含的是什么的试样，无法使用该方法。另外，在使用TV正则化的逐次法中会花费计算时间，产生实用上的问题。
另外，也有考虑入射X射线分布、吸收系数的能量依赖性，在逐次法中进行假设为连续X射线的投影运算来校正的方法。在使用能量信息的逐次法中必然会花费计算时间，产生实用上的问题。
本发明通过使用入射X射线分布、以及用包含参数(辅助变量)的比例因子(scalefactor)表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型对投影像进行校正，能够对各投影角度处的各检测器像素进行校正。由此，不需要分段，不再使用试样的精确的信息。另外，由于在重构前进行处理，因此能够降低用于对CT装置的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的计算成本。而且，也能够应用于发生了射束硬化效应以外的现象的情况。此外，线吸收系数模型是以对线吸收系数的分布的能量依赖性进行近似的方式选择出的函数。该模型例如通过将比例因子乘以某能量E0时的线吸收系数的分布来表示。在此，比例因子是指某基准能量E0时的值为1的关于能量E的非负函数s(E)。
以下，详细说明本发明的校正方法。在本发明中，首先，假设连续X射线是有限个单色X射线的集合。图1的(a)、(b)分别是向试样透射的X射线的概念图、以及示出离散化的单色X射线的一部分与通过CT测定来计测的试样的计测空间(体素)的关系的概念图。一般地，关于X射线的透射距离与X射线的衰减的线性关系，当将对象物的厚度设为l，将线吸收系数设为μ，将入射X射线强度设为I0时，由检测器检测的X射线强度I由式(1)来表示(朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律)。
[数学式1]
I＝I0exp(-μl)…(1)
当假设连续X射线为N条有限个单色X射线的集合时，入射X射线强度I0被置换为将各单色X射线的强度Ik(k＝1，2，…，N)累计起来的强度。另外，X射线的透射距离与X射线的衰减的非线性关系通过按总能量将各单色X射线的衰减相加来表示。在各检测器像素中检测的强度I作为被物质衰减后的各单色X射线的强度的总和由以下的式(2)来表示。
[数学式2]
连续X射线的能量分布能够由N条各单色X射线的强度Ik和各单色X射线的能量Ek表示为如图2这样的分布。图2是示出入射X射线分布的一个例子的坐标图。例如，在设想的是如图2这样的入射X射线分布的情况下，设为连续X射线被表示为包括N＝10个单色X射线的能量分布，设定入射X射线分布的能量范围和N条单色X射线的能量值Ek(k＝1，2，…，N)。例如，可以将入射X射线分布的能量范围设为10keV～55keV，将能量值和条数如10、15、20、…、55keV这样等间隔地设定10个。另外，也可以根据分布的形状，以在变化大的地方密集设置、在强度低的地方稀疏设置的方式决定单色X射线的能量值和条数。
设定单色X射线的能量值、条数以及强度是与设定式(2)的Ik对应的。所设定的单色X射线的条数需要为3以上，优选为5以上。根据管电压、滤波器的信息在某程度上可知入射X射线分布，因此也可以利用这样的知识。另外，也可以由用户任意地选择或指定。
在本发明中，将式(2)的右边的f(Ek)的能量依赖性置换为用包含参数的比例因子对其进行表示的线吸收系数模型。线吸收系数的能量依赖性用包含参数的比例因子来表示。用于算出比例因子s(Ek)的能量范围(s(Ek)的定义域)被设定为包含设定了入射X射线分布的能量范围。例如，f(Ek)能够如以下的式(3)这样，作为相对于包含在比例因子的定义域中的成为基准的某能量E0的线吸收系数f(E0)与包含参数的比例因子s(Ek)的乘积来表示。通过使用这样的线吸收系数模型进行校正，能够得到基准能量时的线吸收系数的分布的投影像。
[数学式3]
f(Ek)＝f(E0)s(Ek)…(3)
当用式(3)的右边的式子将式(1)的右边的f(Ek)置换时，式(2)成为以下的式(4)。
[数学式4]
式(2)计算的是总能量的投影像的线积分。因此，式(2)需要针对各个能量计算线积分的值。相对于此，式(4)计算的是某能量E0的投影像的线积分。因此，在式(4)中，根据比例因子，从基准能量的吸收系数可知其它能量的信息。由于未知数减少，因此计算变得容易。另外，比例因子的参数优选为1个参数。由此，计算进一步变得简单。不过，在要准确算出的情况下，也可以设定多个参数。
若用牛顿(Newton)法等求解该方程式，则能够得到某能量E0的线吸收系数的分布的投影像。该线积分的值与能量E0的线吸收系数的分布的投影对应。将其设为校正后的投影像。也就是说，是将连续X射线的投影像转换成了某能量E0的投影像。当使用这样的校正后的投影像进行重构时，能够得到减少了由射束硬化效应引起的伪像的CT图像。
只要成为基准的能量E0在s(Ek)的定义域中即可，可以任意地选择。例如，可以设为入射X射线分布的能量范围的下限值，也可以设为入射X射线分布的能量范围的平均值。
接下来，设定表示线吸收系数模型的函数形式。优选线吸收系数模型的比例因子由以幂指数为参数的幂函数来表示。由此，用于校正的运算进一步变得容易。线吸收系数模型的比例因子由幂函数来表示例如是指式(3)的s(Ek)如以下的式(5)这样表示。不过，线吸收系数模型所包含的比例因子不限于此。如果是能够对线吸收系数的能量依赖性进行近似的函数形式，则可以使用这样的函数。例如，也可以使用指数函数、对数函数等。线吸收系数模型所包含的比例因子优选从线吸收系数的能量依赖性的近似的程度和之后的计算成本这两个观点来选择。
[数学式5]
由此，线吸收系数模型如以下的式(6)这样表示。另外，若使用线吸收系数模型来表示在各检测器像素中检测的强度I，则如式(7)这样表示。
[数学式6]
[数学式7]
另外，优选线吸收系数模型基于入射X射线分布的能量范围来决定。由此，能够决定与代表性的元素组的线吸收系数相应的合适的线吸收系数模型，能够更合适地对由射束硬化效应引起的伪像进行校正。线吸收系数模型基于入射X射线分布的能量范围来决定是指能够根据入射X射线分布的能量范围来变更式(4)的s(Ek)和E0。在使用线吸收系数模型的情况下，能够根据所假设的入射X射线分布中的代表性的元素的线吸收系数的行为来算出各单色X射线的线吸收系数。例如，当入射X射线分布为在一般的CT装置中使用的能量范围(例如，10～100keV)时，若知道被认为是金属伪像的原因的元素(Ti、Fe等)的线吸收系数的能量依赖性，则能够根据基准的能量E0和各单色X射线在能量Ek时的比例因子的比率，基于基准的能量E0的线吸收系数f(E0)算出各单色X射线的线吸收系数f(Ek)。此时，也可以在同一函数中仅变更参数的值。在线吸收系数模型由幂函数来表示的情况下，优选如以下这样进行参数α的决定和变更。
优选式(6)和式(7)的参数α设定为使得应用于校正的元素的质量吸收系数的衰减的方式与试样中包含的元素类似。质量吸收系数具有斜率按每个元素不同、吸收端的位置不同、斜率在吸收端的前后不同这样的特征，因此优选以如下方法来设定α。
(i)选择代表性的元素。例如，能够选择Ti(α＝-2.667)、Fe(α＝-2.707)等元素作为代表性的元素。图3和图4分别是示出Ti和Fe的质量吸收系数的坐标图。优选代表性的元素是试样中包含的元素。另外，优选选择吸收端所使用的能量的范围中不包含的元素。
(ii)优选所选择的代表性的元素从轻元素组、中元素组、重元素组中选择。例如，能够将轻元素组设为H至Ne，中元素组设为Na至Ca，重元素组设为Sc以后。轻元素组、中元素组、重元素组的边界能够根据领域来变更。另外，优选预先确定出线吸收系数的能量依赖性相似的元素。优选参数α通过幂函数的拟合来算出，但是可以不必一定与拟合结果一致，也可以将拟合结果作为参考来任意设定。
(iii)在选择了吸收端被包含在所使用的能量范围中的元素的情况下，优选从在吸收端之前的斜率αR、在吸收端之后的斜率αL，算出平均的斜率作为α使用。
如上所述，通过用幂因子表示线吸收系数模型，在规定的范围内合适地设定参数α的值，用于校正的计算进一步变得容易，能够有效地对CT装置的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正。另外，能够大幅降低相应的计算成本。
[整个系统]
图5是示出包含CT装置200及与其连接的处理装置300、校正装置400、输入装置510以及显示装置520的整个系统100的构成的概略图。在此，图5所示的CT装置200是使试样相对于X射线源260和检测器270旋转的构成，但是不限于此，也可以是使集成有X射线源和检测器的机架进行旋转的构成。另外，作为CT装置200，使用平行射束的装置和使用锥形射束的装置均能够使用。
处理装置300连接到CT装置200，进行CT装置200的控制和所取得的数据的处理。校正装置400进行投影像的校正。处理装置300和校正装置400可以是PC终端，也可以是云上的服务器。输入装置510例如是键盘、鼠标，进行向处理装置300、校正装置400的输入。显示装置520例如是显示器，对投影像等进行显示。
此外，在图5中，为了强调校正装置400的校正功能，将处理装置300和校正装置400作为分开的构成要素进行了显示，但是如图6所示，校正装置400可以作为处理装置300所包含的一部分功能来构成，校正装置400和处理装置300也可以作为一体的装置来构成。图6是示出整个系统的构成的变形例的概略图。通过使用这样的系统，能够降低用于对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的计算成本。
[CT装置]
如图5所示，CT装置200具备旋转控制单元210、试样台250、X射线源260、检测器270以及驱动部280。使设置在X射线源260与检测器270之间的试样台250旋转来进行X射线CT拍摄。此外，也可以将X射线源260和检测器270设置于机架(未图示)，使机架相对于被固定到试样台250的试样进行旋转。
CT装置200按由处理装置300指示的定时驱动试样台250，取得试样的投影像。测定数据被发送到处理装置300。CT装置200适合用于半导体设备等精密的工业产品，但是除了能够应用于工业用装置以外，也能够应用于动物用装置。
X射线源260朝向检测器270照射X射线。检测器270具有接受X射线的受光面，能够通过许多个像素测定透射过试样的X射线的强度分布。旋转控制单元210通过驱动部280以在CT拍摄时设定的速度使试样台250旋转。
[处理装置]
图7是示出处理装置300和校正装置400的构成的框图。处理装置300由将CPU(Central Processing Unit/中央运算处理装置)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、存储器连接到总线而成的计算机构成。处理装置300连接到CT装置200来接收信息。
处理装置300具备测定数据存储部310、装置信息存储部320、重构部330以及显示部340。各部能够通过控制总线L发送和接收信息。输入装置510和显示装置520经由适当的接口连接到CPU。
测定数据存储部310存储从CT装置200取得的测定数据。测定数据包含旋转角度信息及与其对应的投影像。装置信息存储部320存储从CT装置200取得的装置信息。装置信息包含装置名称、射束形状、测定时的几何形状、扫描方式等。重构部330从成为对象的投影像重构CT图像。显示部340使显示装置520显示重构后的CT图像。由此，用户能够确认基于校正后的投影像的CT图像。另外，用户能够基于CT图像对处理装置、校正装置等进行指示、指定。
[校正装置]
校正装置400由将CPU、ROM、RAM、存储器连接到总线而成的计算机构成。校正装置400可以直接连接到CT装置200，也可以经由处理装置300连接到CT装置200。另外，校正装置400可以从CT装置200接收信息，也可以从处理装置300接收信息。此外，可以如图8那样，校正装置400作为处理装置300所包含的一部分功能来构成，也可以如图9那样，校正装置400和处理装置300作为一体的装置来构成。另外，校正装置400也可以具备处理装置300的功能的一部分。
校正装置400具备入射X射线分布取得部410、线吸收系数模型取得部420、投影像取得部430以及校正部440。各部能够通过控制总线L发送和接收信息。在校正装置400和处理装置300是分开的构成的情况下，输入装置510和显示装置520也经由适当的接口连接到校正装置400的CPU。在该情况下，输入装置510和显示装置520也可以不同于连接到处理装置300的输入装置和显示装置。
入射X射线分布取得部410取得入射X射线分布。优选入射X射线分布取得部410基于单色X射线的条数、强度以及能量值取得入射X射线分布。由此，能够取得与状况相应的更合适的入射X射线分布。另外，优选入射X射线分布取得部410基于用户指定取得入射X射线分布。由此，用户能够选择与状况相应的更合适的入射X射线分布。在由用户指定入射X射线分布的情况下，例如，优选使用通过鼠标操作从预先存储的多个入射X射线分布中指定1个入射X射线分布、使入射X射线分布的坐标图(graph；曲线图)上的点移动、使坐标图上的点的数量增减等能够设定入射X射线分布的UI功能。入射X射线分布也可以是预先设定的。另外，入射X射线分布也可以根据装置信息等自动地选择来取得。
线吸收系数模型取得部420取得用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型。优选线吸收系数模型取得部420基于用户指定取得线吸收系数模型。预先在校正装置400或处理装置300的未图示的存储部存储表示线吸收系数的能量依赖性的函数形式。例如，预先作为表示线吸收系数f(Ek)的模型的式子或者表示基准能量(E0)和比例因子s(Ek)的式子进行存储。另外，预先将试样中可能包含的元素组和线吸收系数模型的参数α相关联地存储起来。在由用户指定线吸收系数模型的情况下，例如，通过鼠标操作从预先存储的多个表示线吸收系数的函数形式中指定1个，并选择元素组，由此设定参数α。另外，也可以设为参数α能够由用户直接输入值。这样，优选使用能够设定线吸收系数模型的UI功能。线吸收系数模型也可以是预先设定的。另外，线吸收系数模型也可以根据试样信息等自动地选择来取得。
投影像取得部430从CT装置200或处理装置300取得投影像。校正部440使用入射X射线分布和线吸收系数模型对投影像进行校正。由此，能够得到减少了由射束硬化效应引起的伪像的CT图像。
[测定方法]
在CT装置200设置试样，并以规定的条件反复进行旋转轴的移动和X射线的投影，由此在将X射线照射到试样的同时取得投影像。CT装置200将如扫描方式这样的装置信息和所取得的投影像作为测定数据发送到处理装置300或校正装置400。
[校正方法]
图10是示出校正装置400的动作的一个例子的流程图。首先，校正装置400取得入射X射线分布(步骤S1)。接下来，取得线吸收系数模型(步骤S2)。接下来，取得投影像(步骤S3)。然后，使用所取得的入射X射线分布和线吸收系数模型对投影像进行校正(步骤S4)。这样，能够使用入射X射线分布、以及用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型对投影像进行校正。此外，入射X射线分布的取得、线吸收系数模型的取得以及投影像的取得以怎样的顺序进行都没有问题。
[校正和重构方法]
图10的流程图仅示出了校正装置400的动作。作为投影像的校正这就够了，但是为了明确与现有技术的区别，也说明一下包含投影像的测定和重构的动作。
图11是示出系统100的动作的一个例子的流程图。首先，校正装置400取得入射X射线分布(步骤T1)。接下来，取得线吸收系数模型(步骤T2)。接下来，CT装置200测定投影像(步骤T3)。投影像的测定包含反复进行旋转轴的移动和X射线的投影。接下来，校正装置400取得投影像(步骤T4)。接下来，使用所取得的入射X射线分布和线吸收系数模型对投影像进行校正(步骤T5)。然后，处理装置300或校正装置400使用校正后的投影像，重构CT图像(步骤T6)。这样，能够得到使用校正后的投影像重构出的CT图像。此外，与上述同样地，入射X射线分布的取得、线吸收系数模型的取得以及投影像的取得以怎样的顺序进行都没有问题。
在现有技术中，是在得到重构出的CT图像之后反复进行用于减少伪像的图像处理。相对于此，在本发明中，是对进行重构前的投影像进行用于减少伪像的校正。通过这样，能够降低计算成本。
图12是示出系统100的动作的变形例的流程图。首先，校正装置400取得入射X射线分布(步骤U1)。接下来，取得线吸收系数模型(步骤U2)。接下来，CT装置200进行旋转轴的移动(步骤U3)。接下来，进行X射线的投影(步骤U4)。接下来，校正装置400取得刚才投影的投影像(步骤U5)。接下来，使用所取得的入射X射线分布和线吸收系数模型对投影像进行校正(步骤U6)。
接下来，处理装置300或校正装置400判断测定是否完成(步骤U7)。在步骤U7中判断为测定没有完成的情况下(步骤U7，否)，返回到步骤U3。另一方面，处理装置300或校正装置400在步骤U7中判断为测定完成的情况下(步骤U7，是)，使用校正后的投影像，重构CT图像(步骤U8)。这样，能够并行地对投影像的测定和测定出的投影像的校正进行处理，能够缩短整体的时间。此外，入射X射线分布的取得和线吸收系数模型的取得以相反的顺序进行也没有问题。
[实施例1]
使用如上所述构成的系统100，观察了羟基磷灰石模体(QRM公司制：Micro-CT HAPhantom；微型CT HA模体)(试样1)的截面。CT装置200使用了株式会社理学制造的CTLabHX，以60kV的管电压进行了测定。图13的(a)和(b)分别是使用未进行校正的投影像重构出的试样1的CT图像和使用进行了校正的投影像重构出的试样1的CT图像。另外，图14的(a)和(b)分别是示出图13的(a)和(b)的CT图像的直线AB上的线轮廓的坐标图。重构使用了FDK法。
通过比较图13的(a)和(b)可知，通过校正减少了2个高吸收体之间的条纹伪像(streak artifact)。另外，通过比较图14的(a)和(b)，能够确认出高吸收体的边缘的杯状伪像(cupping artifact)被减少了。
[实施例2]
接下来，在木材中插入5根直径为3mm的丙烯酸棒、4根直径为9mm的铝棒，制作在2个部位形成有直径为3mm的中空的孔、在2个部位形成有直径为1.5mm的中空的孔的试样2。使用上述系统100，观察了试样2的截面。管电压设为100kV。图15的(a)和(b)分别是使用未进行校正的投影像重构出的试样2的CT图像和使用进行了校正的投影像重构出的试样2的CT图像。另外，图16的(a)和(b)分别是示出图15的(a)和(b)的CT图像的直线AB上的线轮廓的坐标图。
通过比较图15的(a)和(b)可知，通过校正，条纹伪像和暗带(dark band)减少了。另外，通过比较图16的(a)和(b)，能够确认出铝棒的边缘的杯状伪像的减少。
根据以上的结果，确认了本发明的校正装置、系统、方法以及程序能够有效地对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正，能够降低计算成本。
此外，本申请主张基于在2021年7月27日申请的日本专利申请第2021-122585号的优先权，将日本专利申请第2021-122585号的全部内容引用到本申请中。
附图标记说明
100 系统
200 CT装置
210 旋转控制单元
250 试样台
260 X射线源
270 检测器
280 驱动部
300 处理装置
310 测定数据存储部
320 装置信息存储部
330 重构部
340 显示部
400 校正装置
410 入射X射线分布取得部
420 线吸收系数模型取得部
430 投影像取得部
440 校正部
510 输入装置
520 显示装置。
Claims (11)
1.一种校正装置，是对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的校正装置，其特征在于，具备：
入射X射线分布取得部，其取得入射X射线分布；
线吸收系数模型取得部，其取得用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型；
投影像取得部，其取得投影像；以及
校正部，其使用所述入射X射线分布和所述线吸收系数模型对所述投影像进行校正。
2.根据权利要求1所述的校正装置，其特征在于，
所述线吸收系数模型由基准能量时的线吸收系数与所述比例因子的乘积来表示。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的校正装置，其特征在于，
所述线吸收系数模型的所述参数是1个参数。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任意一项所述的校正装置，其特征在于，
所述比例因子由以幂指数为所述参数的幂函数来表示。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的校正装置，其特征在于，
所述线吸收系数模型的所述参数基于所述入射X射线分布的能量范围来决定。
6.根据权利要求1至权利要求5中的任意一项所述的校正装置，其特征在于，
所述线吸收系数模型的所述参数根据代表性的元素组的线吸收系数来决定。
7.根据权利要求1至权利要求6中的任意一项所述的校正装置，其特征在于，
所述入射X射线分布取得部基于单色X射线的条数、强度以及能量值取得所述入射X射线分布。
8.根据权利要求1至权利要求7中的任意一项所述的校正装置，其特征在于，具备：
重构部，其基于由所述校正部校正后的所述投影像进行重构，生成CT图像；以及
显示部，其使显示装置显示所述CT图像。
9.一种系统，其特征在于，具备：
CT装置，其具备：X射线源，其产生X射线；检测器，其检测X射线；以及旋转控制单元，其控制所述X射线源和所述检测器、或者试样的旋转；以及
权利要求1至权利要求8中的任意一项所述的校正装置。
10.一种方法，是对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的方法，其特征在于，包含：
取得入射X射线分布的步骤；
取得用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型的步骤；
取得投影像的步骤；以及
使用所述入射X射线分布和所述线吸收系数模型对所述投影像进行校正的步骤。
11.一种程序，是对CT图像的重构中的由射束硬化效应引起的伪像进行校正的程序，其特征在于，使计算机执行如下处理：
取得入射X射线分布的处理；
取得用包含参数的比例因子表示出线吸收系数的能量依赖性的线吸收系数模型的处理；
取得投影像的处理；以及
使用所述入射X射线分布和所述线吸收系数模型对所述投影像进行校正的处理。
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