DE112022003708T5 - Korrekturvorrichtung, System, Verfahren und Programm - Google Patents

Abstract

Es werden eine Korrekturvorrichtung, ein System, ein Verfahren und ein Programm bereitgestellt, die Berechnungskosten für das Korrigieren von Artefakten aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts beim Rekonstruieren eines CT-Bildes reduzieren können. Eine Korrekturvorrichtung (400) zum Korrigieren eines Artefakts aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts, das beim Rekonstruieren eines CT-Bildes verursacht wurde, umfasst eine Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion (410) zum Erfassen einer Einfallsröntgenstrahlenverteilung, eine Linearabsorptionskoeffizientenmodell-Erfassungssektion (420) zum Erfassen eines Linearabsorptionskoeffizientenmodells, das eine Energieabhängigkeit eines linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor, der einen Parameter umfasst, repräsentiert, eine Projektionsbild-Erfassungssektion (430) zum Erfassen eines Projektionsbildes und eine Korrektursektion (440) zum Korrigieren des Projektionsbildes unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Korrekturvorrichtung, ein System, ein Verfahren und ein Programm zum Korrigieren eines Artefakts.
• Hintergrund der Erfindung
• Eine CT-Vorrichtung rekonstruiert ein CT-Bild aus einer Vielzahl von erfassten Projektionsbildern, die während des Rotierens einer Probe oder einer Gantry erfasst wurden. Die rekonstruierten CT-Bilder weisen aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts Artefakte auf, da eine CT-Vorrichtung kontinuierliche Röntgenstrahlen verwendet und der lineare Absorptionskoeffizient bei jeder Energie für jedes Material unterschiedlich ist.
• Um Artefakte zu reduzieren, die durch einen solchen Strahlaufhärtungseffekt verursacht werden, wurde konventionell eine Korrektur durch Hardware oder Software durchgeführt. Als ein Korrekturverfahren durch Software offenbart zum Beispiel das Patentdokument 1 eine Technik zum Reduzieren von Artefakten durch Durchführen einer Segmentierung eines rekonstruierten Bildes, Spezifizieren einer Substanz und Wiederholen einer Rekonstruktion unter Verwendung eines linearen Absorptionskoeffizienten der Substanz. Ferner offenbart Patentdokument 2 eine Technik zum Reduzieren von Artefakten durch wiederholte Durchführung von Vorwärtsprojektionsberechnung und Rückwärtsprojektionsberechnung, so dass ein Unterschied zwischen einem ursprünglichen CT-Bild, in dem ein Metallartefakt erzeugt wird, und einem CT-Bild, das durch Durchführen einer Vorwärtsprojektionsberechnung unter Berücksichtigung der Energieabhängigkeit eines Röntgenabsorptionskoeffizienten einer Substanz und einer Rückprojektionsberechnung unter Verwendung eines Bildrekonstruktionsalgorithmus für eine einzelne Wellenlänge erhalten wird, reduziert wird.
• Dokumente zum Stand der Technik
• Patentdokument
• Patentdokument 1: JP-A-2010-068832
• Patentdokument 2: JP-A-2017-221339
• KURZER ABRISS DER ERFINDUNG
• Durch die Erfindung zu lösende Probleme
• Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Technik ist es jedoch notwendig, die physikalischen Eigenschaftswerte wie etwa die Massendichte und den Massenabsorptionskoeffizienten der Probe im Voraus zu kennen. Außerdem ist es notwendig, die Segmentierung und die Rekonstruktion zu wiederholen und deshalb sind die Berechnungskosten hoch. Die in Patentdokument 2 beschriebene Technik erfordert eine wiederholte Vorwärtsprojektionsberechnung und Rückwärtsprojektionsberechnung und deshalb sind die Berechnungskosten hoch.
• Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht solcher Umstände gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Korrekturvorrichtung, ein System, ein Verfahren und ein Programm bereitzustellen, die die Berechnungskosten für die Korrektur eines Artefakts aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts bei der Rekonstruktion eines CT-Bildes reduzieren können.
• Mittel zur Lösung des Problems
• (1) Um das obige Ziel zu erreichen, ist die Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Korrekturvorrichtung zum Korrigieren eines Artefakts aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts, der beim Rekonstruieren eines CT-Bildes verursacht wird, umfassend eine Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion zum Erfassen einer Einfallsröntgenstrahlenverteilung, eine Linearabsorptionskoeffizientenmodell-Erfassungssektion zum Erfassen eines Linearabsorptionskoeffizientenmodells, das eine Energieabhängigkeit eines linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor, der einen Parameter umfasst, repräsentiert, eine Projektionsbild-Erfassungssektion zum Erfassen eines Projektionsbildes und eine Korrektursektion zum Korrigieren des Projektionsbildes unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells.
• (2) Ferner wird in der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung das Linearabsorptionskoeffizientenmodell durch ein Produkt aus einem linearen Absorptionskoeffizienten bei einer Referenzenergie und dem Skalierungsfaktor repräsentiert.
• (3) Ferner ist in der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung der Parameter des Linearabsorptionskoeffizientenmodells ein Parameter.
• (4) Ferner wird in der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung der Skalierungsfaktor durch eine Potenzfunktion repräsentiert, die einen Potenzexponenten als den Parameter aufweist.
• (5) Ferner wird in der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung der Parameter des Linearabsorptionskoeffizientenmodells basierend auf einem Energiebereich der Einfallsröntgenstrahlenverteilung bestimmt.
• (6) Ferner wird in der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung der Parameter des Linearabsorptionskoeffizientenmodells aus einem linearen Absorptionskoeffizienten einer repräsentativen Gruppe von Elementen bestimmt.
• (7) Ferner erfasst in der Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion die Einfallsröntgenstrahlenverteilung basierend auf der Anzahl, den Intensitäten und den Energiewerten von monochromatischen Röntgenstrahlen.
• (8) Ferner umfasst die Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Rekonstruktionssektion zum Durchführen einer Rekonstruktion basierend auf den durch die Korrektursektion korrigierten Projektionsbildern und zum Erzeugen eines CT-Bildes und eine Anzeigesektion zum Veranlassen der Anzeigevorrichtung, das CT-Bild anzuzeigen.
• (9) Ferner umfasst das System der vorliegenden Erfindung eine CT-Vorrichtung, die eine Röntgenquelle zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, einen Detektor zum Detektieren von Röntgenstrahlen und eine Rotationssteuereinheit zum Steuern der Rotation der Röntgenquelle und des Detektors oder einer Probe umfasst, und die Korrekturvorrichtung gemäß einem von (1) bis (8).
• (10) Ferner ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Korrigieren eines Artefakts aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts, der beim Rekonstruieren eines CT-Bildes verursacht wird, umfassend die Schritte des Erfassens einer Einfallsröntgenstrahlenverteilung, des Erfassens eines Linearabsorptionskoeffizientenmodells, das eine Energieabhängigkeit eines linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor, der einen Parameter umfasst, repräsentiert, des Erfassens eines Projektionsbildes und des Korrigierens des Projektionsbildes unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells.
• (11) Ferner ist das Programm der vorliegenden Erfindung ein Programm zum Korrigieren eines Artefakts aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts, der beim Rekonstruieren eines CT-Bildes verursacht wird, wobei ein Computer veranlasst wird, den folgenden Prozess auszuführen: Erfassen einer Einfallsröntgenstrahlenverteilung, Erfassen eines Linearabsorptionskoeffizientenmodells, das eine Energieabhängigkeit eines linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor, der einen Parameter umfasst, repräsentiert, Erfassen eines Projektionsbildes und Korrigieren des Projektionsbildes unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1A ist ein konzeptionelles Diagramm von Röntgenstrahlen, die durch eine Probe transmittiert werden, und 1B ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Teil von diskretisierten monochromatischen Röntgenstrahlen und einem Messraum einer Probe (Voxel) zeigt, der durch CT-Messung gemessen wird.
• 2 ist ein Graph, der ein Beispiel für eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung zeigt.
• 3 ist ein Graph, der den Massenabsorptionskoeffizienten von Titan zeigt.
• 4 ist ein Graph, der den Massenabsorptionskoeffizienten von Eisen zeigt.
• 5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration des gesamten Systems zeigt.
• 6 ist ein schematisches Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel für eine Konfiguration des gesamten Systems zeigt.
• 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung und der Korrekturvorrichtung zeigt.
• 8 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel für eine Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung und der Korrekturvorrichtung zeigt.
• 9 ist ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel für eine Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung und der Korrekturvorrichtung zeigt.
• 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb der Korrekturvorrichtung zeigt.
• 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb des Systems zeigt.
• 12 ist ein Flussdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel für einen Betrieb eines Systems zeigt.
• 13A und 13B sind ein CT-Bild der Probe 1, das unter Verwendung der unkorrigierten Projektionsbilder rekonstruiert wurde, bzw. ein CT-Bild der Probe 1, das unter Verwendung der korrigierten Projektionsbilder rekonstruiert wurde.
• 14A und 14B sind Graphen, die die Linienprofile auf den Geraden AB der CT-Bilder von 13A bzw. 13B repräsentieren.
• 15A und 15B sind ein CT-Bild der Probe 2, das unter Verwendung der unkorrigierten Projektionsbilder rekonstruiert wurde, bzw. ein CT-Bild der Probe 2, das unter Verwendung der korrigierten Projektionsbilder rekonstruiert wurde.
• 16A und 16B sind Graphen, die die Linienprofile auf den Geraden AB der CT-Bilder von 15A bzw. 15B repräsentieren.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen Komponenten in den jeweiligen Zeichnungen zugeordnet, und doppelte Beschreibungen werden weggelassen.
• [Prinzip]
• Eine CT-Vorrichtung bestrahlt eine Probe mit einem kegelförmigen oder parallelen Röntgenstrahlenbündel aus allen Winkeln und erfasst mit einem Detektor eine Verteilung des Absorptionskoeffizienten der Röntgenstrahlen, d. h. ein Projektionsbild. Zur Bestrahlung mit Röntgenstrahlen aus einem beliebigen Winkel ist die CT-Vorrichtung dazu konfiguriert, den Probentisch in Bezug auf die feststehende Röntgenquelle und den Detektor oder die mit der Röntgenquelle und dem Detektor integrierte Gantry zu drehen.
• So wird eine Projektion aus verschiedenen Winkeln durchgeführt und aus dem Kontrast der erfassten Projektionsbilder der Probe kann auf die Verteilung eines linearen Absorptionskoeffizienten f der Probe geschlossen werden. Man spricht dann von Rekonstruktion, wenn aus zweidimensionalen Projektionsbildern eine dreidimensionale Linearabsorptionskoeffizientenverteilung erhalten wird. Die Rekonstruktion wird im Wesentlichen durch die Rückwärtsprojektion der Projektionsbilder durchgeführt.
• In der CT-Vorrichtung wird das Projektionsbild gemessen, indem die Probe mit dem kontinuierlichen Röntgenstrahl als Einfallsröntgenstrahl bestrahlt wird. Der lineare Absorptionskoeffizient der Substanz ist energieabhängig, und die hochenergetischen Röntgenstrahlen werden tendenziell weniger absorbiert. Deshalb ist, wenn die kontinuierlichen Röntgenstrahlen als Einfallsröntgenstrahlen die Probe durchdringen, die Energieverteilung nach dem Durchgang nicht ähnlich wie die ursprüngliche Verteilung, und ihr Schwerpunkt verschiebt sich zu der hochenergetischen Seite. Dieses Phänomen wird als Strahlaufhärtung bezeichnet.
• Eine Rekonstruktion wird normalerweise unter der Annahme der Verwendung von monochromatischen Röntgenstrahlen durchgeführt. Andererseits werden jedoch bei tatsächlichen Messungen kontinuierliche Röntgenstrahlen mit einer breiten Energieverteilung verwendet. Wenn kontinuierliche Röntgenstrahlen durch die Substanz transmittiert werden, werden die niederenergetischen Röntgenstrahlen von der Probe stärker absorbiert und stärker geschwächt als die hochenergetischen Röntgenstrahlen. Daher geht die Linearität zwischen der Transmissionsdistanz der Röntgenstrahlen und der Schwächung der Röntgenstrahlen verloren, und eine Nichtlinearität tritt auf. Die Linearität wird beibehalten, wenn monochromatische Röntgenstrahlen durch die Substanz transmittiert werden. Auf diese Weise entstehen Artefakte, weil die Annahme für die Rekonstruktion nicht mit den tatsächlichen Phänomenen übereinstimmt. Solche Artefakte werden als Artefakte aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts bezeichnet.
• Konventionell wurde eine Korrektur durch Hardware oder Software durchgeführt, um die Artefakte aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts zu unterdrücken. Da Artefakte aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts bei vollständig monochromatischen Röntgenstrahlen nicht auftreten, verengt das Hardware-Korrekturverfahren grundsätzlich die Breite der Einfallsröntgenstrahlenverteilung, wodurch die Artefakte aufgrund des Strahlaufhärtungseffekts weniger auffällig werden. Zum Beispiel wird ein Filter verwendet, um nur Röntgenstrahlen in der Nähe einer bestimmten Energie zu extrahieren, oder ein Spiegel wird verwendet, um monochromatische Röntgenstrahlen zu extrahieren.
• Darüber hinaus wird bei der Korrektur durch Software eine Bildverarbeitung durchgeführt, um eine Korrektur durchzuführen. Zum Beispiel reduzieren Verfahren gemäß Helgason-Ludwig-Bedingungen Artefakte durch nichtlineare Korrektur der Intensität des Projektionsbildes unter Verwendung physikalischer Bedingungen wie etwa dem Erhaltungssatz des linearen Absorptionskoeffizienten. Bei diesem Verfahren wird die Korrektur basierend auf der Annahme durchgeführt, dass die Daten des Projektionsbildes konsistent sind, und daher kann die Korrektur nicht auf einen Fall angewandt werden, in dem ein anderes Phänomen als der Strahlaufhärtungseffekt auftritt, wie etwa ein Fall, in dem die Probe zum Zeitpunkt der Messung aus dem FOV (field of view; Sichtfeld) herausragt (Innen-CT), ein Fall, in dem das Projektionsbild fehlerhaft ist, ein Fall, in dem eine Fehlausrichtung im optischen System vorliegt, wie etwa eine Zentrumsverschiebung, oder dergleichen. Außerdem kann es vorkommen, da die Berechnung des Korrekturbetrages die Integration des Projektionsbildes verwendet, dass die Korrektur nicht erfolgreich durchgeführt werden kann, weil die Informationen komprimiert sind, zum Beispiel weil das Größenverhältnis der Röntgenintensität umgekehrt ist oder der Pixelwert negativ wird.
• Es gibt auch ein Rekonstruktionsverfahren, das auf bekannten Bedingungen einer Probe basiert. Zum Beispiel ist es ein solches Verfahren, dass die Rekonstruktion sequentiell durchgeführt wird, so dass die Gesamtvariation (total variation; TV) des rekonstruierten Bildes klein wird, unter der Annahme, dass es eine große Anzahl gleichförmiger Abschnitte in einer Probe geben müsste, und ungleichförmige Abschnitte aufgrund von Artefakten erzeugt werden müssten. Bei einem solchen Verfahren ist es erforderlich, im Voraus zu wissen, welche Substanz in der Probe enthalten ist. Ein solches Verfahren wird häufig in der medizinischen und zahnmedizinischen CT verwendet, wo die enthaltenen Materialien begrenzt sind, aber dieses Verfahren kann nicht für eine Probe verwendet werden, von der nicht bekannt ist, was sie enthält. Darüber hinaus erfordert das sequentielle Verfahren unter Verwendung einer TV-Regularisierung Rechenzeit, was zu praktischen Problemen führt.
• Darüber hinaus gibt es auch ein Verfahren, bei dem eine Projektionsberechnung unter der Annahme kontinuierlicher Röntgenstrahlen in dem sequenziellen Verfahren durchgeführt und korrigiert wird, wobei die Energieabhängigkeit der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und der Absorptionskoeffizient berücksichtigt werden. Sequentielle Verfahren, die Energieinformationen verwenden, erfordern zwangsläufig Rechenzeit, was zu praktischen Problemen führt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Korrektur für jedes Detektorpixel bei jedem Projektionswinkel durchgeführt werden, indem das Projektionsbild unter Verwendung eines Linearabsorptionskoeffizientenmodells korrigiert wird, bei dem die Energieabhängigkeit der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor repräsentiert wird, der einen Parameter (Hilfsvariable) umfasst. Dadurch wird eine Segmentierung unnötig, und die genauen Informationen der Probe werden nicht mehr verwendet. Darüber hinaus können die Berechnungskosten zur Korrektur von Artefakten, die durch Strahlaufhärtung bei der Rekonstruktion durch eine CT-Vorrichtung entstehen, reduziert werden, da der Prozess vor der Rekonstruktion durchgeführt wird. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf einen Fall angewendet werden, in dem ein anderes Phänomen als der Strahlaufhärtungseffekt auftritt. Das Linearabsorptionskoeffizientenmodell ist eine Funktion, die so gewählt wird, dass sie die Energieabhängigkeit der Linearabsorptionskoeffizientenverteilung annähert. Dieses Modell wird zum Beispiel durch Multiplizieren des Skalierungsfaktors mit der Verteilung des linearen Absorptionsgrades bei einer bestimmten Energie E₀ repräsentiert. Dabei ist der Skalierungsfaktor eine nichtnegative Funktion s(E) in Bezug auf die Energie E, wobei der Wert bei einer bestimmten Referenzenergie E₀ 1 ist.
• Das Korrekturverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Detail erläutert, wie nachstehend beschrieben ist. In der vorliegenden Erfindung wird zunächst angenommen, dass kontinuierliche Röntgenstrahlen eine Sammlung von endlichen monochromatischen Röntgenstrahlen sind. 1A und 1B sind ein konzeptionelles Diagramm von Röntgenstrahlen, die durch eine Probe transmittiert werden, und ein konzeptionelles Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Teil eines diskretisierten monochromatischen Röntgenstrahls und einem Messraum (Voxel) einer durch CT-Messung gemessenen Probe zeigt. Im Allgemeinen wird im Hinblick auf die Linearität zwischen der Transmissionsdistanz von Röntgenstrahlen und der Schwächung von Röntgenstrahlen die vom Detektor detektierte Röntgenintensität I durch die Formel (1) repräsentiert, wobei I die Dicke des Gegenstands, µ der lineare Absorptionskoeffizient und I₀ die Einfallsröntgenintensität ist (lambertbeersches Gesetz).
  
  [Formel 1] $$I=I_0\text{exp}\left(-\mu l\right)$$

  
• Unter der Annahme, dass kontinuierliche Röntgenstrahlen eine Sammlung von N endlichen monochromatischen Röntgenstrahlen sind, wird die Intensität der Einfallsröntgenstrahlen I₀ durch die Intensität ersetzt, die durch Integrieren der Intensität I_k (k=1, 2,.., N) der jeweiligen monochromatischen Röntgenstrahlen erhalten wird. Ferner wird die Nichtlinearität der Röntgentransmissionsdistanz und der Röntgenschwächung durch Addition der Schwächung jedes monochromatischen Röntgenstrahls für die Gesamtenergie repräsentiert. Die an jedem Pixel des Detektors detektierte Intensität wird durch die folgende Formel (2) als Summe der Intensitäten der jeweiligen monochromatischen Röntgenstrahlen repräsentiert, die durch die Substanz geschwächt werden.
  
  [Formel 2] $$I={\displaystyle \sum _k{I}_k\text{exp}\left(-{\displaystyle \int dlf\left(E_k\right)}\right)}$$

  
• Die Energieverteilung von kontinuierlichen Röntgenstrahlen kann als eine Verteilung repräsentiert werden, wie sie in 2 durch die Intensität I_k von jedem der N monochromatischen Röntgenstrahlen und die Energie E_k von jedem monochromatischen Röntgenstrahl gezeigt ist. 2 ist ein Graph, der ein Beispiel für eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung zeigt. Zum Beispiel werden, wenn eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung wie in 2 gezeigt angenommen wird, die kontinuierlichen Röntgenstrahlen als eine Energieverteilung repräsentiert, die aus N=10 monochromatischen Röntgenstrahlen besteht, und ein Energiebereich der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und ein Energiewert E_k (k=1, 2,.., N) von N monochromatischen Röntgenstrahlen werden festgelegt. Zum Beispiel können unter der Annahme, dass der Energiebereich der Einfallsröntgenstrahlenverteilung 10keV bis 55keV beträgt, die Energiewerte auf so etwas wie 10, 15, 20,..., 55keV für gleiche Intervalle festgelegt werden und die Anzahl kann auf 10 festgelegt werden. Darüber hinaus können die Energiewerte und die Anzahl der monochromatischen Röntgenstrahlen aus der Form der Verteilung bestimmt werden, wobei Röntgenstrahlen in einem Abschnitt, der eine große Änderung aufweist, dicht aufgenommen werden und Röntgenstrahlen in einem Abschnitt, der eine niedrige Intensität aufweist, spärlich aufgenommen werden.
• Das Festlegen der Energiewerte, der Anzahl und der Intensitäten der monochromatischen Röntgenstrahlen entspricht der Festlegung von I_k der Formel (2). Die festzulegende Anzahl von monochromatischen Röntgenstrahlen muss 3 oder mehr sein und ist vorzugsweise 5 oder mehr. Da die Einfallsröntgenstrahlenverteilung bis zu einem gewissen Grad aus den Informationen über die Röhrenspannung und den Filter bekannt ist, kann dieses Wissen verwendet werden. Der Benutzer kann sie auch willkürlich auswählen oder bestimmen.
• Bei der vorliegenden Erfindung wird die Energieabhängigkeit von f(E_k) auf der rechten Seite von Formel (2) durch ein Linearabsorptionskoeffizientenmodell ersetzt, das durch einen Skalierungsfaktor repräsentiert wird, der Parameter enthält. Die Energieabhängigkeit des linearen Absorptionskoeffizienten wird durch einen Skalierungsfaktor repräsentiert, der Parameter umfasst. Der Energiebereich (die Domäne von s(E_k)) für die Berechnung des Skalierungsfaktors s(E_k) wird so festgelegt, dass er den Energiebereich umfasst, in dem die Einfallsröntgenstrahlenverteilung festgelegt ist. Zum Beispiel kann f(E_k) als das Produkt aus dem linearen Absorptionskoeffizienten f(E₀) für eine bestimmte Energie E₀ als Referenz, die in der Domäne des Skalierungsfaktors enthalten ist, und dem Skalierungsfaktor s(E_k), der den Parameter umfasst, wie in der untenstehenden Formel (3) repräsentiert werden. Durch Durchführen einer Korrektur unter Verwendung eines solchen Linearabsorptionskoeffizientenmodells ist es möglich, Projektionsbilder mit der Verteilung des linearen Absorptionskoeffizienten bei der Referenzenergie zu erhalten.
  
  [Formel 3] $$f\left(E_k\right)=f\left(E_0\right)s\left(E_k\right)$$

  
• Wenn f(E_k) auf der rechten Seite von Formel (1) durch den Ausdruck auf der rechten Seite von Formel (3) ersetzt wird, wird Formel (2) durch die folgende Formel (4) ausgedrückt.
  
  [Formel 4] $$I={\displaystyle \sum _k{I}_k\text{exp}\left(-{\displaystyle \int dlf\left(E_0\right)s\left(E_k\right)}\right)}$$

  
• Formel (2) dient zum Berechnen des Linienintegrals des Projektionsbildes für die Gesamtenergie. Daher ist es in Formel (2) notwendig, den Wert des Linienintegrals für jede Energie zu berechnen. Im Gegensatz dazu dient Formel (4) zum Berechnen des Linienintegrals des Projektionsbildes bei einer bestimmten Energie E₀. In Formel (4) sind also Informationen über die andere Energie aus dem Absorptionskoeffizienten bei der Referenzenergie durch den Skalierungsfaktor bekannt. Die Anzahl der Unbekannten ist reduziert, was die Berechnung erleichtert. Darüber hinaus ist der Parameter des Skalierungsfaktors vorzugsweise ein Parameter. Dadurch wird die Berechnung weiter vereinfacht. Bei einer genauen Berechnung kann jedoch eine Vielzahl von Parametern festgelegt werden.
• Durch Lösen dieser Gleichung mittels des Newtonverfahrens ist es möglich, ein Projektionsbild der Linearabsorptionskoeffizientenverteilung bei einer bestimmten Energie E₀ zu erhalten. Dieses Linienintegral entspricht der Projektion der linearen Absorptionskoeffizientenverteilung bei der Energie E₀. Dies wird als korrigiertes Projektionsbild bezeichnet. Das heißt, das Projektionsbild der kontinuierlichen Röntgenstrahlen wird in ein Projektionsbild bei einer bestimmten Energie E₀ konvertiert. Wenn eine Rekonstruktion unter Verwendung solcher korrigierter Projektionsbilder durchgeführt wird, ist es möglich, ein CT-Bild zu erhalten, bei dem Artefakte aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts reduziert sind.
• Die Referenzenergie E₀ kann ausgewählt werden, solange sie innerhalb der Domäne von s(E_k) liegt. Zum Beispiel kann der untere Grenzwert des Energiebereichs der Einfallsröntgenstrahlenverteilung ausgewählt werden oder der Mittelwert des Energiebereichs der Einfallsröntgenstrahlenverteilung kann ausgewählt werden.
• Als nächstes wird eine Funktionsform festgelegt, die das Linearabsorptionskoeffizientenmodell repräsentiert. Der Skalierungsfaktor des Linearabsorptionskoeffizientenmodells wird vorzugsweise durch eine Potenzfunktion repräsentiert, die einen Potenzexponenten als Parameter hat. Dadurch wird die Berechnung für eine Korrektur einfacher. Die Tatsache, dass der Skalierungsfaktor des Linearabsorptionskoeffizientenmodells durch eine Potenzfunktion ausgedrückt wird, bedeutet zum Beispiel, dass s(E_k) der Formel (3) als die nachstehende Formel (5) ausgedrückt wird. Der Skalierungsfaktor, der in dem Linearabsorptionskoeffizientenmodell enthalten ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann eine solche Funktion verwendet werden, die eine Funktionsform aufweist, die die Energieabhängigkeit des linearen Absorptionskoeffizienten annähern kann. Zum Beispiel kann eine Exponentialfunktion, eine logarithmische Funktion oder dergleichen verwendet werden. Der Skalierungsfaktor, der in dem Linearabsorptionskoeffizientenmodell enthalten ist, wird vorzugsweise sowohl unter dem Gesichtspunkt des Näherungsgrades der Energieabhängigkeit des linearen Absorptionskoeffizienten als auch der anschließenden Berechnungskosten ausgewählt.
  
  [Formel 5] $$s\left(E_k\right)={\left(\frac{E_k}{E_0}\right)}^{\alpha }$$

  
• Somit wird das Linearabsorptionskoeffizientenmodell durch die folgende Formel (6) ausgedrückt. Darüber hinaus wird unter Verwendung des Linearabsorptionskoeffizientenmodells die an jedem Detektorpixel detektierte Intensität I durch die Formel (7) ausgedrückt.
  
  [Formel 6] $$f\left(E_k\right)=f\left(E_0\right){\left(\frac{E_k}{E_0}\right)}^{\alpha }$$

  

  
  
  [Formel 7] $$I={\displaystyle \sum _k{I}_k\text{exp}\left(-{\displaystyle \int dlf\left(E_0\right){\left(\frac{E_k}{E_0}\right)}^{\alpha }}\right)}$$

  
• Das Linearabsorptionskoeffizientenmodell wird vorzugsweise basierend auf dem Energiebereich der Einfallsröntgenstrahlenverteilung bestimmt. Auf diese Weise kann ein geeignetes Linearabsorptionskoeffizientenmodell bestimmt werden, das dem linearen Absorptionskoeffizienten der repräsentativen Elementgruppe entspricht, und Artefakte aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts können auf geeignetere Weise korrigiert werden. Die Tatsache, dass das Linearabsorptionskoeffizientenmodell basierend auf dem Energiebereich der Einfallsröntgenstrahlenverteilung bestimmt wird, bedeutet, dass s(E_k) und E₀ der Formel (4) abhängig vom Energiebereich der Einfallsröntgenstrahlenverteilung geändert werden können. Wenn das Linearabsorptionskoeffizientenmodell verwendet wird, kann der lineare Absorptionskoeffizient jedes monochromatischen Röntgenstrahls aus dem Verhalten des linearen Absorptionskoeffizienten eines repräsentativen Elements unter der angenommenen Einfallsröntgenstrahlenverteilung berechnet werden. Zum Beispiel kann, wenn die Einfallsröntgenstrahlenverteilung in einem Energiebereich (z.B. 10 bis 100keV) liegt, der in einer typischen CT-Vorrichtung verwendet wird, wenn die Energieabhängigkeit des linearen Absorptionskoeffizienten des Elements (z.B., Ti, Fe), das als Ursache des Metallartefakts angesehen wird, bekannt ist, der lineare Absorptionskoeffizient f(E_k) jedes monochromatischen Röntgenstrahls basierend auf dem linearen Absorptionskoeffizienten f(E₀) bei der Referenzenergie E₀ aus dem Verhältnis der Referenzenergie E₀ und dem Skalierungsfaktor bei der Energie E_k jedes monochromatischen Röntgenstrahls berechnet werden. Dabei kann nur der Wert des Parameters in derselben Funktion geändert werden. Wenn das Linearabsorptionskoeffizientenmodell durch eine Potenzfunktion repräsentiert wird, ist es bevorzugt, den Parameter α wie folgt zu bestimmen und zu ändern.
• Die Parameter α der Formeln (6) und (7) werden vorzugsweise so festgelegt, dass die Schwächung des Massenabsorptionskoeffizienten des auf die Korrektur angewendeten Elements ähnlich ist wie die des in der Probe enthaltenen Elements. Der Massenabsorptionskoeffizient hat die Eigenschaften, dass die Steigung für jedes Element unterschiedlich ist, die Position der Absorptionskante unterschiedlich ist und die Steigungen auf der kleineren Seite und der größeren Seite als die Absorptionskante unterschiedlich sind, so dass es bevorzugt ist, α durch ein Verfahren wie untenstehend festzulegen.
• (i) Es wird ein repräsentatives Element ausgewählt. Zum Beispiel können Elemente wie Ti(α=-2,667), Fe(α=-2,707) und dergleichen als typische Elemente ausgewählt werden. 3 und 4 sind Graphen, die die Massenabsorptionskoeffizienten von Ti bzw. Fe zeigen. Bei den repräsentativen Elementen handelt es sich vorzugsweise um Elemente, die in der Probe enthalten sind. Darüber hinaus ist es bevorzugt, ein Element auszuwählen, dessen Absorptionskante nicht in dem verwendeten Energiebereich enthalten ist.
• (ii) Die auszuwählenden repräsentativen Elemente werden vorzugsweise aus der Gruppe der leichten Elemente, der Gruppe der mittleren Elemente und der Gruppe der schweren Elemente ausgewählt. Zum Beispiel kann die Gruppe der leichten Elemente aus H bis Ne bestehen, die Gruppe der mittleren Elemente kann aus Na bis Ca bestehen und die Gruppe der schweren Elemente kann aus Sc oder höher bestehen. Die Grenzen der Gruppe der leichten Elemente, der Gruppe der mittleren Elemente und der Gruppe der schweren Elemente können je nach Bereich geändert werden. Ferner ist es vorteilhaft, Elemente zu spezifizieren, die ähnliche Energieabhängigkeiten der linearen Absorptionskoeffizienten aufweisen. Der Parameter α wird vorzugsweise durch Fitting (Anpassung) einer Potenzfunktion berechnet, muss aber nicht unbedingt mit dem Fitting-Ergebnis übereinstimmen und kann unter Verwendung des Fitting-Ergebnisses als Referenz willkürlich festgelegt werden.
• (iii) Wenn ein Element mit einer Absorptionskante ausgewählt wird, die in dem zu verwendenden Energiebereich enthalten ist, ist es bevorzugt, die durchschnittliche Steigung aus der Steigung α_R auf der Seite, die kleiner als die Absorptionskante ist, und der Steigung α_L auf der Seite, die größer als die Absorptionskante ist, zu berechnen und die berechnete mittlere Steigung als α zu verwenden.
• Wie oben beschrieben, wird durch Repräsentieren des Linearabsorptionskoeffizientenmodells mit einem Potenzfaktor und ein geeignetes Festlegen des Wertes des Parameters α innerhalb eines vorbestimmten Bereichs die Berechnung für die Korrektur weiter vereinfacht, und die Artefakte aufgrund des Strahlaufhärtungseffekts bei der Rekonstruktion durch eine CT-Vorrichtung können effektiv korrigiert werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Berechnungskosten für diesen Zweck stark zu reduzieren.
• [Gesamtsystem]
• 5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Gesamtsystems 100 zeigt, das eine CT-Vorrichtung 200 und eine Verarbeitungsvorrichtung 300, eine Korrekturvorrichtung 400, eine Eingabevorrichtung 510 und eine Anzeigevorrichtung 520 umfasst, die mit der CT-Vorrichtung 200 verbunden sind. Hierbei ist die in 5 gezeigte CT-Vorrichtung 200 dazu konfiguriert, die Probe in Bezug auf die Röntgenquelle 260 und den Detektor 270 zu drehen, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und kann dazu konfiguriert sein, die Gantry, in der die Röntgenquelle und der Detektor integriert sind, zu drehen. Für die CT-Vorrichtung 200 kann sowohl eine Vorrichtung, die einen kollimierten Strahl verwendet, als auch eine Vorrichtung, die einen Kegelstrahl verwendet, verwendet werden.
• Die Verarbeitungsvorrichtung 300 ist mit der CT-Vorrichtung 200 verbunden und führt die Steuerung der CT-Vorrichtung 200 und die Verarbeitung der erfassten Daten durch. Die Korrekturvorrichtung 400 korrigiert die Projektionsbilder. Bei der Verarbeitungsvorrichtung 300 und der Korrekturvorrichtung 400 kann es sich um PC-Endgeräte oder Server in der Cloud handeln. Die Eingabevorrichtung 510 ist zum Beispiel eine Tastatur oder eine Maus und führt eine Eingabe in die Verarbeitungsvorrichtung 300 oder die Korrekturvorrichtung 400 durch. Die Anzeigevorrichtung 520 ist zum Beispiel ein Display und zeigt ein Projektionsbild oder dergleichen an.
• Es ist zu beachten, dass in 5 die Verarbeitungsvorrichtung 300 und die Korrekturvorrichtung 400 als getrennte Komponenten gezeigt sind, um die Korrekturfunktion der Korrekturvorrichtung 400 hervorzuheben, aber wie in 6 gezeigt, kann die Korrekturvorrichtung 400 als ein Teil der Funktion konfiguriert sein, die in der Verarbeitungsvorrichtung 300 enthalten ist, oder die Korrekturvorrichtung 400 und die Verarbeitungsvorrichtung 300 können als eine integrale Einheit konfiguriert sein. 6 ist ein schematisches Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel für eine Konfiguration des Gesamtsystems zeigt. Durch die Verwendung eines solchen Systems können die Berechnungskosten für das Korrigieren von Artefakten aufgrund des Strahlaufhärtungseffekts bei der Rekonstruktion von CT-Bildern reduziert werden.
• [CT-Vorrichtung]
• Wie in 5 gezeigt, umfasst die CT-Vorrichtung 200 eine Rotationssteuereinheit 210, einen Probentisch 250, eine Röntgenquelle 260, einen Detektor 270 und eine Antriebssektion 280. Die CT-Röntgenbildgebung wird durch Rotieren des Probentischs 250 durchgeführt, der zwischen der Röntgenquelle 260 und dem Detektor 270 installiert ist. Es ist zu beachten, dass die Röntgenquelle 260 und der Detektor 270 auf einer Gantry (nicht gezeigt) installiert sein können, und die Gantry kann in Bezug auf eine auf dem Probentisch 250 befestigte Probe gedreht werden.
• Die CT-Vorrichtung 200 treibt den Probentisch 250 zu einem von der Verarbeitungsvorrichtung 300 angewiesenen Zeitpunkt an und erfasst Projektionsbilder der Probe. Die Messdaten werden an die Verarbeitungsvorrichtung 300 transmittiert. Die CT-Vorrichtung 200 eignet sich für den Einsatz in industriellen Präzisionsprodukten wie etwa Halbleiter-Vorrichtungen, kann aber auch in einer Vorrichtung für Tiere oder in einer Vorrichtung für industrielle Produkte eingesetzt werden.
• Die Röntgenquelle 260 emittiert Röntgenstrahlen in Richtung des Detektors 270. Der Detektor 270 hat eine Empfangsoberfläche zum Empfangen von Röntgenstrahlen und kann die Intensitätsverteilung von durch die Probe transmittierten Röntgenstrahlen mit einer großen Anzahl von Pixeln messen. Die Rotationssteuereinheit 210 dreht den Probentisch 250 mit einer Geschwindigkeit, die zum Zeitpunkt der CT-Messung durch die Antriebssektion 280 festgelegt wird.
• [Verarbeitungsvorrichtung]
• 7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Verarbeitungsvorrichtung 300 und der Korrekturvorrichtung 400 zeigt. Die Verarbeitungsvorrichtung 300 ist durch einen Computer konfiguriert, der durch Verbinden einer CPU (Central Processing Unit, zentrale Verarbeitungseinheit), eines ROM (Read Only Memory; Nur-Lese-Speicher), eines RAM (Random Access Memory; Direktzugriffspeicher) und eines Speichers mit einem Bus gebildet wird. Die Verarbeitungsvorrichtung 300 ist mit der CT-Vorrichtung 200 verbunden und empfängt Informationen.
• Die Verarbeitungsvorrichtung 300 umfasst eine Messdatenspeichersektion 310, eine Vorrichtungsinformationsspeichersektion 320, eine Rekonstruktionssektion 330 und eine Anzeigesektion 340. Jede Sektion kann Informationen über den Steuerbus L transmittieren und empfangen. Die Eingabevorrichtung 510 und die Anzeigevorrichtung 520 sind über eine geeignete Schnittstelle mit einer CPU verbunden.
• Die Messdatenspeichersektion 310 speichert Messdaten, die von der CT-Vorrichtung 200 erfasst wurden. Die Messdaten umfassen Rotationswinkelinformationen und entsprechende Projektionsbilder. Die Vorrichtungsinformationsspeichersektion 320 speichert Vorrichtungsinformationen, die von der CT-Vorrichtung 200 erfasst wurden. Die Vorrichtungsinformationen umfassen Vorrichtungsnamen, Strahlform, Geometrie zum Zeitpunkt der Messung, Scanverfahren etc. Die Rekonstruktionssektion 330 rekonstruiert ein CT-Bild aus den Projektionsbildern für die Rekonstruktion. Die Anzeigesektion 340 veranlasst die Vorrichtung 520, das rekonstruierte CT-Bild anzuzeigen. So kann der Benutzer das CT-Bild basierend auf den korrigierten Projektionsbildern bestätigen. Darüber hinaus kann der Benutzer die Verarbeitungsvorrichtung, die Korrekturvorrichtung oder dergleichen basierend auf dem CT-Bild anweisen oder bestimmen.
• [Korrekturvorrichtung]
• Die Korrekturvorrichtung 400 ist aus einem Computer konfiguriert, der durch Verbinden von CPU, ROM, RAM und einem Speicher mit einem Bus gebildet wird. Die Korrekturvorrichtung 400 kann direkt mit der CT-Vorrichtung 200 verbunden sein oder sie kann über die Verarbeitungsvorrichtung 300 mit der CT-Vorrichtung 200 verbunden sein. Darüber hinaus kann die Korrekturvorrichtung 400 Informationen von der CT-Vorrichtung 200 erhalten oder sie kann Informationen von der Verarbeitungsvorrichtung 300 erhalten. Es ist zu beachten, dass, wie in 8 gezeigt, die Korrekturvorrichtung 400 als ein Teil der Funktionen konfiguriert sein kann, die in der Verarbeitungsvorrichtung 300 umfasst sind, oder, wie in 9 gezeigt, die Korrekturvorrichtung 400 und die Verarbeitungsvorrichtung 300 als integrale Einheit konfiguriert sein können. Darüber hinaus kann die Korrekturvorrichtung 400 einen Teil der Funktion der Verarbeitungsvorrichtung 300 umfassen.
• Die Korrekturvorrichtung 400 umfasst eine Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion 410, eine Linearabsorptionskoeffizientenmodell-Erfassungssektion 420, eine Projektionsbild-Erfassungssektion 430 und eine Korrektursektion 440. Jede Sektion kann Informationen durch den Steuerbus L transmittieren und empfangen. Wenn die Korrekturvorrichtung 400 und die Verarbeitungsvorrichtung 300 unterschiedliche Konfigurationen aufweisen, sind die Eingabevorrichtung 510 und die Anzeigevorrichtung 520 ebenfalls über eine geeignete Schnittstelle mit der CPU der Korrekturvorrichtung 400 verbunden. In diesem Fall können die Eingabevorrichtung 510 und die Anzeigevorrichtung 520 unterschiedlich zu denen sein, die mit der Verarbeitungsvorrichtung 300 verbunden sind.
• Die Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion 410 erfasst eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung. Die Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion 410 erfasst vorzugsweise eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung basierend auf der Anzahl, den Intensitäten und den Energiewerten von monochromatischen Röntgenstrahlen. So kann je nach Situation eine geeignetere Einfallsröntgenstrahlenverteilung erfasst werden. Die Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion 410 erfasst vorzugsweise eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung basierend auf einer Benutzerbestimmung. So kann der Benutzer je nach Situation eine geeignetere Einfallsröntgenstrahlenverteilung auswählen. Wenn die Einfallsröntgenstrahlenverteilung vom Benutzer spezifiziert wird, ist es vorteilhaft, eine Ul-Funktion zu verwenden, die in der Lage ist, eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung festzulegen, zum Beispiel eine aus einer Vielzahl von im Voraus gespeicherten Einfallsröntgenstrahlenverteilungen durch Mausbedienung zu spezifizieren, einen Punkt auf dem Graphen der Einfallsröntgenstrahlenverteilung zu verschieben, die Anzahl von Punkten auf dem Graphen zu erhöhen oder zu verringern und dergleichen. Die Einfallsröntgenstrahlenverteilung kann im Voraus festgelegt werden. Die Einfallsröntgenstrahlenverteilung kann automatisch ausgewählt und entsprechend den Vorrichtungsinformationen oder dergleichen erfasst werden.
• Die Linearabsorptionskoeffizientenmodell-Erfassungssektion 420 erfasst ein Linearabsorptionskoeffizientenmodell, bei dem die Energieabhängigkeit des linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor repräsentiert ist, der einen Parameter umfasst. Die Linearabsorptionskoeffizientenmodell-Erfassungssektion 420 erfasst vorzugsweise ein Linearabsorptionskoeffizientenmodell basierend auf einer Benutzerbezeichnung. Eine Funktionsform, die die Energieabhängigkeit des linearen Absorptionskoeffizienten repräsentiert, wird in einer Speichersektion (nicht gezeigt) der Korrekturvorrichtung 400 oder der Verarbeitungsvorrichtung 300 gespeichert. Zum Beispiel wird sie als eine Formel gespeichert, die ein Modell des linearen Absorptionskoeffizienten f(E_k) repräsentiert, oder als eine Formel, die die Referenzenergie (E₀) und den Skalierungsfaktor s(E_k) repräsentiert. Darüber hinaus werden die Elementgruppe, die in der Probe enthalten sein kann, und der Parameter α des Linearabsorptionskoeffizientenmodells korreliert und gespeichert. Wenn das Linearabsorptionskoeffizientenmodell vom Benutzer spezifiziert wird, wird zum Beispiel eine der Funktionsformen angegeben, die eine Vielzahl von linearen Absorptionskoeffizienten repräsentieren, die im Voraus durch eine Mausbetätigung gespeichert wurden, und der Parameter α wird durch die Auswahl einer Elementgruppe festgelegt. Darüber hinaus kann der Parameter α auch direkt vom Benutzer eingegeben werden. Wie oben beschrieben, ist es vorteilhaft, eine Ul-Funktion zu verwenden, die in der Lage ist. ein Linearabsorptionskoeffizientenmodell festzulegen. Das Linearabsorptionskoeffizientenmodell kann im Voraus festgelegt werden. Ferner kann das Linearabsorptionskoeffizientenmodell entsprechend den Probeninformationen oder dergleichen automatisch ausgewählt und erfasst werden.
• Die Projektionsbild-Erfassungssektion 430 erfasst Projektionsbilder von der CT-Vorrichtung 200 oder der Verarbeitungsvorrichtung 300. Die Korrektursektion 440 korrigiert das Projektionsbild unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells. Auf diese Weise können CT-Bilder mit reduzierten Artefakten aufgrund des Strahlaufhärtungseffekts erhalten werden.
• [Messverfahren]
• Eine Probe wird in der CT-Vorrichtung 200 platziert, und ein Bewegen der Drehachse und Projizieren des Röntgenstrahls werden unter einer vorbestimmten Bedingung wiederholt, wodurch Projektionsbilder erfasst werden, während Röntgenstrahlen auf die Probe eingestrahlt werden. Die CT-Vorrichtung 200 überträgt Vorrichtungsinformationen wie etwa ein Scan-Verfahren und die erfassten Projektionsbilder als gemessene Daten an die Verarbeitungsvorrichtung 300 oder die Korrekturvorrichtung 400.
• [Korrekturverfahren]
• 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb der Korrekturvorrichtung 400 zeigt. Zunächst erfasst die Korrekturvorrichtung 400 eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung (Schritt S1). Als nächstes wird ein Linearabsorptionskoeffizientenmodell erfasst (Schritt S2). Danach werden Projektionsbilder erfasst (Schritt S3). Dann werden die Projektionsbilder unter Verwendung der erfassten Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des erfassten Linearabsorptionskoeffizientenmodells korrigiert (Schritt S4). Auf diese Weise kann das Projektionsbild unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells korrigiert werden, wobei die Energieabhängigkeit des linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor repräsentiert wird, der Paramemeter umfasst. Die Erfassung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung, die Erfassung des Linearabsorptionskoeffizientenmodells und die Erfassung des Projektionsbildes können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.
• [Korrektur- und Rekonfigurationsverfahren]
• Das Flussdiagramm in 10 zeigt nur den Betrieb der Korrekturvorrichtung 400. Obwohl dies für die Korrektur der Projektionsbilder ausreichend ist, werden auch Vorgänge beschrieben, die die Messung und Rekonstruktion der Projektionsbilder umfassen, um Unterschiede zum Stand der Technik zu verdeutlichen.
• 11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb des Systems 100 veranschaulicht. Zunächst erfasst die Korrekturvorrichtung 400 eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung (Schritt T1). Als nächstes wird ein Linearabsorptionskoeffizientenmodell erfasst (Schritt T2). Anschließend misst die CT-Vorrichtung 200 die Projektionsbilder (Schritt T3). Die Messung der Projektionsbilder umfasst ein Wiederholen einer Bewegung der Rotationsachse und eine Projektion der Röntgenstrahlen. Als nächstes erfasst die Korrekturvorrichtung 400 Projektionsbilder (Schritt T4). Als nächstes werden die Projektionsbilder durch Verwendung der erfassten Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des erfassten Linearabsorptionskoeffizientenmodells korrigiert (Schritt T5). Dann rekonstruiert die Verarbeitungsvorrichtung 300 oder die Korrekturvorrichtung 400 ein CT-Bild unter Verwendung der korrigierten Projektionsbilder (Schritt T6). Auf diese Weise können rekonstruierte CT-Bilder unter Verwendung der korrigierten Projektionsbilder erhalten werden. Auf die gleiche Weise wie oben beschrieben, können die Erfassung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung, die Erfassung des Linearabsorptionskoeffizientenmodells und die Erfassung des Projektionsbildes in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.
• Nach dem Stand der Technik wird nach Erhalt der rekonstruierten CT-Bilder der Bildprozess zum Reduzieren von Artefakten wiederholt. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Korrektur zum Reduzieren von Artefakten an den Projektionsbildern vor der Rekonstruktion durchgeführt. Dadurch können die Berechnungskosten reduziert werden.
• 12 ist ein Flussdiagramm, das ein abgewandeltes Beispiel für einen Betrieb eines Systems zeigt. Zunächst erfasst die Korrekturvorrichtung 400 eine Einfallsröntgenstrahlenverteilung (Schritt U1). Als nächstes wird ein Linearabsorptionskoeffizientenmodell erfasst (Schritt U2). Danach bewegt die CT-Vorrichtung 200 die rotierende Welle (Schritt U3). Als nächstes werden Röntgenstrahlen projiziert (Schritt U4). Als nächstes erfasst die Korrekturvorrichtung 400 die Projektionsbilder (Schritt U5). Anschließend werden die Projektionsbilder durch Verwendung der erfassten Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des erfassten Linearabsorptionskoeffizientenmodells korrigiert (Schritt U6).
• Als nächstes bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung 300 oder die Korrekturvorrichtung 400, ob die Messung abgeschlossen ist (Schritt U7). Wenn im Schritt U7 bestimmt wird, dass die Messung nicht abgeschlossen ist (Schritt U7, NEIN), kehrt der Prozess zum Schritt U3 zurück. Wenn die Verarbeitungsvorrichtung 300 oder die Korrekturvorrichtung 400 in Schritt U7 hingegen bestimmt, dass die Messung abgeschlossen ist (Schritt U7, JA), wird das CT-Bild unter Verwendung der korrigierten Projektionsbilder rekonstruiert (Schritt U8). Auf diese Weise können die Messung der Projektionsbilder und die Korrektur der gemessenen Projektionsbilder parallel verarbeitet werden und die Gesamtzeit kann verkürzt werden. Die Erfassung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und die Erfassung des Linearabsorptionskoeffizientenmodells können in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
• [Beispiel 1]
• Ein Querschnitt eines Hydroxylapatit-Phantoms (Micro-CT-HA-Phantom, hergestellt von QRM Corporation) (Probe 1) wurde unter Verwendung des wie oben konfigurierten Systems 100 untersucht. Als CT-Vorrichtung 200 wurde das von Rigaku hergestellte CTLabHX verwendet, und die Messung wurde mit einer Röhrenspannung von 60 kV durchgeführt. 13A und 13B sind CT-Bilder der Probe 1, die unter Verwendung der unkorrigierten Projektionsbilder bzw. unter Verwendung der korrigierten Projektionsbilder rekonstruiert wurden. Auch sind 14A und 14B Graphen, die die Linienprofile auf der Linie AB der CT-Bilder von 13A bzw. 13B repräsentieren. Die Rekonstruktion wurde unter Verwendung eines FDK-Verfahrens durchgeführt.
• Durch Vergleichen von 13A und 13B ist zu erkennen, dass die Korrektur Streifenartefakte zwischen den beiden stark absorbierenden Körpern reduziert. Ferner wird durch den Vergleich von 14A und 14B bestätigt, dass die Cupping-Artefakte (Schröpf-Artefakte) am Rand des hochabsorbierenden Körpers reduziert wurden.
• [Beispiel 2]
• Als nächstes wurden fünf Acrylstäbe mit einem Radialmaß von 3 mm und vier Aluminiumstäbe mit einem Radialmaß von 9 mm in das Holz eingeführt, es wurden zwei Hohlräume mit einem Radialmaß von 3 mm und zwei Hohlräume mit einem Radialmaß von 1,5 mm gebildet, und Probe 2 war hergestellt. Unter Verwendung des oben genannten Systems 100 wurde der Querschnitt der Probe 2 untersucht. Die Röhrenspannung betrug 100 kV. 15A und 15B sind CT-Bilder der Probe 2, die unter Verwendung der unkorrigierten Projektionsbilder bzw. unter Verwendung der korrigierten Projektionsbilder rekonstruiert wurden. 16A und 16B sind ebenfalls Graphen, die die Linienprofile auf der Linie AB der CT-Bilder von 15A bzw. 15B repräsentieren.
• Durch Vergleichen der 15A und 15B wird erkannt, dass die Korrektur Streifenartefakte und dunkle Bänder reduziert. Ferner wird durch Vergleichen der 16A und 16B bestätigt, dass die Cupping-Artefakte am Ende des Aluminiumstabs reduziert waren.
• Es hat sich bestätigt, dass die Korrekturvorrichtung, das System, das Verfahren und das Programm der vorliegenden Erfindung Artefakte aufgrund des Strahlaufhärtungseffekts bei der Rekonstruktion des CT-Bildes effektiv korrigieren und die Berechnungskosten reduzieren können.
• Im Übrigen beansprucht diese Anmeldung die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-122585 , die am 27. Juli 2021 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-122585 ist durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen.
• Bezugszeichenliste

100

System

200

CT-Vorrichtung

210

Rotationssteuereinheit

250

Probentisch

260

Röntgenquelle

270

Detektor

280

Antriebssektion

300

Verarbeitungsvorrichtung

310

Messdatenspeichersektion

320

Vorrichtungsinformationsspeichersektion

330

Rekonstruktionssektion

340

Anzeigesektion

400

Korrekturvorrichtung

410

Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion

420

Linearabsorptionskoeffizientenmodell-Erfassungssektion

430

Projektionsbild-Erfassungssektion

440

Korrektursektion

510

Eingabevorrichtung

520

Anzeigevorrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2010068832 A [0003]
• JP 2017221339 A [0003]
• JP 2021122585 [0056]

Claims (11)

1. Korrekturvorrichtung zum Korrigieren eines Artefakts aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts, der beim Rekonstruieren eines CT-Bildes verursacht wird, umfassend: eine Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion zum Erfassen einer Einfallsröntgenstrahlenverteilung, eine Linearabsorptionskoeffizientenmodell-Erfassungssektion zum Erfassen eines Linearabsorptionskoeffizientenmodells, das eine Energieabhängigkeit eines linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor, der einen Parameter umfasst, repräsentiert, eine Projektionsbild-Erfassungssektion zum Erfassen eines Projektionsbildes und eine Korrektursektion zum Korrigieren des Projektionsbildes unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells.
2. Korrekturvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Linearabsorptionskoeffizientenmodell durch ein Produkt aus einem linearen Absorptionskoeffizienten bei einer Referenzenergie und dem Skalierungsfaktor repräsentiert ist.
3. Korrekturvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Parameter des Linearabsorptionskoeffizientenmodells ein Parameter ist.
4. Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Skalierungsfaktor durch eine Potenzfunktion repräsentiert ist, die einen Potenzexponenten als den Parameter aufweist.
5. Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Parameter des Linearabsorptionskoeffizientenmodells basierend auf einem Energiebereich der Einfallsröntgenstrahlenverteilung bestimmt wird.
6. Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Parameter des Linearabsorptionskoeffizientenmodells aus einem linearen Absorptionskoeffizienten einer repräsentativen Gruppe von Elementen bestimmt wird.
7. Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einfallsröntgenstrahlenverteilungs-Erfassungssektion die Einfallsröntgenstrahlenverteilung basierend auf der Anzahl, den Intensitäten und den Energiewerten von monochromatischen Röntgenstrahlen erfasst.
8. Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend eine Rekonstruktionssektion zum Durchführen einer Rekonstruktion basierend auf den durch die Korrektursektion korrigierten Projektionsbildern und zum Erzeugen eines CT-Bildes und eine Anzeigesektion zum Veranlassen der Anzeigevorrichtung, das CT-Bild anzuzeigen.
9. System umfassend eine CT-Vorrichtung, die eine Röntgenquelle zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, einen Detektor zum Detektieren von Röntgenstrahlen und eine Rotationssteuereinheit zum Steuern der Rotation der Röntgenquelle und des Detektors oder einer Probe umfasst, und die Korrekturvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verfahren zum Korrigieren eines Artefakts aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts, der beim Rekonstruieren eines CT-Bildes verursacht wird, umfassend die Schritte: Erfassen einer Einfallsröntgenstrahlenverteilung, Erfassen eines Linearabsorptionskoeffizientenmodells, das eine Energieabhängigkeit eines linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor, der einen Parameter umfasst, repräsentiert, Erfassen eines Projektionsbildes und Korrigieren des Projektionsbildes unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells.
11. Programm zum Korrigieren eines Artefakts aufgrund eines Strahlaufhärtungseffekts, der beim Rekonstruieren eines CT-Bildes verursacht wird, wobei ein Computer veranlasst wird, den folgenden Prozess auszuführen: Erfassen einer Einfallsröntgenstrahlenverteilung, Erfassen eines Linearabsorptionskoeffizientenmodells, das eine Energieabhängigkeit eines linearen Absorptionskoeffizienten durch einen Skalierungsfaktor, der einen Parameter umfasst, repräsentiert, Erfassen eines Projektionsbildes und Korrigieren des Projektionsbildes unter Verwendung der Einfallsröntgenstrahlenverteilung und des Linearabsorptionskoeffizientenmodells.

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