JP2011203160A - Method and program for reconstruction of x-ray ct image - Google Patents

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教夫 伊能
Gen Nakamura
玄 中村
Hitoshi Kimura
仁 木村
Michihiko Koseki
道彦 小関
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an artifact of a radial pattern occurring in image reconstruction by X-ray absorption difference of a sample.SOLUTION: An X-ray continuous spectrum is stored, X-ray projection data g of a single spectrum is generated, and the correction amount is initialized. Correction X-ray projection data g' is acquired that corresponds to the case where the X-ray projection data is corrected using the correction amounts h and t, and X-rays of the single spectrum is radiated to a photographing object in consideration of the energy dependence of the X-ray absorption coefficients of two substances included in the photographing object. A CT image is reconstructed by reverse projection operation using an image reconstruction algorithm for single wavelength. The region of each substance is extracted from the CT image using each of thresholds TH1, TH2, or the like for distinguishing each substance, and the length of the X-ray path of this region is calculated. The X-ray projection data f of the continuous spectrum is calculated using the energy of an occurring X-ray continuous spectrum, the length of the region of each substance, and the X-ray absorption coefficient of each substance. The correction amounts h and t are calculated based on a difference between the X-rays projection data g of the single spectrum and the X-ray projection data f of the continuous spectrum.

Description

本発明はX線CT(Computed Tomography)画像再構成方法及びX線CT画像再構成プログラムに関する。   The present invention relates to an X-ray CT (Computed Tomography) image reconstruction method and an X-ray CT image reconstruction program.

一般に、X線CT画像再構成方法においては、撮影対象物の周囲を多数の方向から通常の波長分布を有するX線を投影し、X線の透過エネルギーとしての投影データを取得し、この投影データをフィルタ補正逆投影法、逐次近似法等の単一波長用画像再構成アルゴリズムを用いて逆投影して画像(CT画像)を再構成する。   In general, in the X-ray CT image reconstruction method, X-rays having a normal wavelength distribution are projected from a number of directions around an object to be photographed, and projection data as X-ray transmission energy is obtained. Is backprojected using a single wavelength image reconstruction algorithm such as a filter-corrected backprojection method or a successive approximation method to reconstruct an image (CT image).

上述のX線CT画像再構成方法において、撮影対象物にX線吸収係数が極端に大きい物質領域たとえば金属が存在すると、その物質領域を波長分布を有する照射X線が透過することによりその線質が変化するビームハードニング現象により、画像アーチファクトと呼ばれる放射状ノイズパターンがCT画像に発生する。この画像アーチファクトは医療現場、非破壊検査現場等で再構成画像の判別の妨げとなる。   In the X-ray CT image reconstruction method described above, if a substance region having an extremely large X-ray absorption coefficient, such as a metal, is present on the object to be imaged, the radiation quality of the X-ray CT image having the wavelength distribution is transmitted through the substance region. Due to the beam hardening phenomenon that changes, a radial noise pattern called an image artifact is generated in the CT image. This image artifact hinders discrimination of the reconstructed image at a medical site, a nondestructive inspection site, or the like.

次に、ビームハードニング現象について、図40、図41、図42、図43を参照して説明する。   Next, the beam hardening phenomenon will be described with reference to FIGS. 40, 41, 42, and 43.

図40は一般的なX線CT画像再構成装置を示す図である。 FIG. 40 is a diagram showing a general X-ray CT image reconstruction apparatus.

図40において、1はX線発生器、2はX線検出器、3は撮影対象物、4は、X線発生器1、X線検出器2、撮影対象物3を制御する制御回路である。制御回路4はコンピュータで構成され、CPU、ROM、RAM等を含む。   In FIG. 40, 1 is an X-ray generator, 2 is an X-ray detector, 3 is an object to be imaged, 4 is a control circuit for controlling the X-ray generator 1, the X-ray detector 2 and the object to be imaged 3. . The control circuit 4 is configured by a computer and includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

図41は図40の撮影対象物3の物質のX線吸収係数μを示す。   FIG. 41 shows the X-ray absorption coefficient μ of the substance of the imaging object 3 in FIG.

図41に示すように、X線吸収係数μの分布が物質毎に異なるだけでなく、同一物質でもX線波長によってX線吸収係数μが異なる、つまり、エネルギー依存性を有する。   As shown in FIG. 41, not only the distribution of the X-ray absorption coefficient μ differs for each substance, but the X-ray absorption coefficient μ varies depending on the X-ray wavelength even for the same substance, that is, it has energy dependency.

図42は図40のCT画像再構成装置のX線エネルギースペクトルを示し、(A)はX線発生器1の発生X線の連続エネルギースペクトル(以下、単に、連続スペクトル)を示し、(B)は大きさL、X線吸収係数μ(E)の撮影対象物3を透過後のX線検出器2の検出X線の連続スペクトルを示す。   42 shows an X-ray energy spectrum of the CT image reconstruction apparatus of FIG. 40, (A) shows a continuous energy spectrum (hereinafter simply referred to as a continuous spectrum) of X-rays generated by the X-ray generator 1, and (B). Indicates a continuous spectrum of X-rays detected by the X-ray detector 2 after passing through the imaging object 3 having a size L and an X-ray absorption coefficient μ (E).

図42に示すように、撮影対象物3の透過前後でX線の連続スペクトルは異なる。   As shown in FIG. 42, the continuous spectrum of X-rays differs before and after transmission through the object 3 to be imaged.

ところで、図40のX線CT画像再構成装置におけるCT画像再構成演算においては、X線吸収量のエネルギー依存性を考慮していない。つまり、μ一定の単一エネルギースペクトル(以下単に、単一スペクトル)のX線エネルギー照射つまり単一波長照射を前提としている。この理由は、X線連続スペクトルは装置、照射するX線等の種類、撮影条件等に依存するので、これに対応することが困難であるためである。しかし、実際のCT撮影は通常のX線のために波長分布を有する。この結果、単一波長用CT画像再構成時の演算によって矛盾が発生し、図43に示すような画像アーチファクトが発生する。   Incidentally, in the CT image reconstruction calculation in the X-ray CT image reconstruction apparatus of FIG. 40, the energy dependence of the X-ray absorption amount is not taken into consideration. That is, it is premised on X-ray energy irradiation of a single energy spectrum with constant μ (hereinafter simply referred to as single spectrum), that is, single wavelength irradiation. This is because the X-ray continuous spectrum depends on the apparatus, the type of X-rays to be irradiated, imaging conditions, etc., and it is difficult to cope with this. However, actual CT imaging has a wavelength distribution for normal X-rays. As a result, a contradiction occurs due to the calculation at the time of reconstruction of the single wavelength CT image, and an image artifact as shown in FIG. 43 occurs.

画像アーチファクトを低減する第1の従来のX線CT画像再生方法は投影データのシノグラムから高X線吸収係数の物質領域たとえば金属領域を抽出して仮想投影によりその物質領域の投影データを改変して修正投影データを演算し、この修正投影データを逆投影して再構成画像(CT画像)を再構成している(参照:特許文献1)。   A first conventional X-ray CT image reproduction method for reducing image artifacts is to extract a material region having a high X-ray absorption coefficient, for example, a metal region from a sinogram of projection data, and modify the projection data of the material region by virtual projection. Corrected projection data is calculated, and the corrected projection data is backprojected to reconstruct a reconstructed image (CT image) (see Patent Document 1).

上述の第1の従来のX線CT画像構成方法においては、厳しい画像アーチファクトを低減することができるが、軟組織部分の抽出が難しく投影データの修正が不充分であった。 In the first conventional X-ray CT image construction method described above, severe image artifacts can be reduced, but it is difficult to extract a soft tissue portion and correction of projection data is insufficient.

画像アーチファクトを低減する第2の従来のX線CT画像構成方法は、投影条件を変更して複数回CT撮影を行って複数の投影データを得てX線連続スペクトルの種類を限定し、X線吸収量を求めている(参照:特許文献2、非特許文献1)。 A second conventional X-ray CT image construction method for reducing image artifacts is to change the projection conditions and perform multiple CT scans to obtain a plurality of projection data to limit the types of X-ray continuous spectrum, The absorption amount is obtained (see: Patent Document 2, Non-Patent Document 1).

特開2006−167161号公報JP 2006-167161 A 特開2008−241376号公報JP 2008-241376 A

李根旭、小関道彦、木村仁、伊能教夫:X線CT画像の画質向上に関する研究(X線スペクトルを考慮した画像再構成手法の提案)、計測自動制御学会 第24回センシングフォーラム資料、pp.107-111,2007Asahi Lee, Michihiko Koseki, Hitoshi Kimura, Norio Inoue: Research on image quality improvement of X-ray CT images (proposal of image reconstruction method considering X-ray spectrum), Society of Instrument and Control Engineers 24th Sensing Forum Data, pp.107- 111,2007

しかしながら、上述の第2の従来のX線CT画像再構成方法においては、複数のX線連続スペクトルを必要とするので、CT撮影回数が増加すると共に、撮影条件を変更することによる異なるX線連続スペクトルを得ることが難しいという課題がある。   However, in the second conventional X-ray CT image reconstruction method described above, since a plurality of X-ray continuous spectra are required, the number of CT imaging increases, and different X-ray continuation by changing the imaging conditions. There is a problem that it is difficult to obtain a spectrum.

上述の課題を解決するために本発明は、X線CT画像再構成方法において、発生X線連続エネルギースペクトルを既知情報として記憶し、撮影対象物の単一エネルギースペクトルのX線投影データを生成し、補正量を初期化し、単一エネルギースペクトルのX線投影データを補正量で補正して撮影対象物に含まれる少なくとも2つの物質のX線吸収係数のエネルギー依存性を考慮して撮影対象物に単一エネルギースペクトルのX線を照射した場合に相当する補正X線投影データを得、補正X線投影データを単一波長用画像再構成アルゴリズムを用いて逆投影演算してCT画像を再構成し、各物質を区別するための少なくとも1つのしきい値を用いてCT画像から各物質の領域を抽出してこれらの領域のX線経路の長さを演算し、発生X線連続エネルギースペクトルのエネルギー、各物質の領域の長さ及び各物質のX線吸収係数を用いて連続エネルギースペクトルのX線投影データを演算し、単一エネルギースペクトルのX線投影データと連続エネルギースペクトルのX線投影データとの差により補正量を演算するものである。すなわち、従来の単一波長用の画像再構成アルゴリズムを用いて得られるCT画像(元CT画像)に対して、推定される撮影対象物に対して単一エネルギースペクトルのX線を照射したときX線投影データを推定する。この推定には、元CT画像に少なくとも1つのしきい値を用いて少なくとも2つの物質の領域を抽出し、各X線経路の長さを演算する。次いで、既知情報のX線連続エネルギースペクトルのエネルギー、物質の領域の長さ及びX線吸収係数を用いて実際に照射された連続エネルギースペクトルのX線投影データを補正演算し、単一エネルギースペクトルのX線投影データに近い値を得るようにしたものである。このようにして、少なくとも1つのしきい値で区分された少なくとも2つの物質が及ぼすビームハードニングの度合を個々に換算して補正量で表わす。   In order to solve the above-described problems, the present invention is an X-ray CT image reconstruction method, wherein a generated X-ray continuous energy spectrum is stored as known information, and X-ray projection data of a single energy spectrum of an imaging object is generated. The correction amount is initialized, the X-ray projection data of the single energy spectrum is corrected with the correction amount, and the energy dependency of the X-ray absorption coefficients of at least two substances included in the imaging target is taken into consideration. Corrected X-ray projection data corresponding to irradiation with X-rays with a single energy spectrum is obtained, and the CT image is reconstructed by backprojecting the corrected X-ray projection data using a single wavelength image reconstruction algorithm. The region of each substance is extracted from the CT image using at least one threshold value for distinguishing each substance, the length of the X-ray path of these areas is calculated, and the generated X-ray continuous The X-ray projection data of the continuous energy spectrum is calculated using the energy of the energy spectrum, the length of each substance region, and the X-ray absorption coefficient of each substance, and the X-ray projection data of the single energy spectrum and the X of the continuous energy spectrum are calculated. The correction amount is calculated based on the difference from the line projection data. That is, when a CT image (original CT image) obtained using a conventional image reconstruction algorithm for a single wavelength is irradiated with X-rays having a single energy spectrum on an estimated imaging target, X Estimate line projection data. For this estimation, at least two substance regions are extracted from the original CT image using at least one threshold, and the length of each X-ray path is calculated. Next, the X-ray projection data of the continuous energy spectrum actually irradiated is corrected using the energy of the X-ray continuous energy spectrum of the known information, the length of the region of the substance, and the X-ray absorption coefficient, and the single energy spectrum A value close to the X-ray projection data is obtained. In this way, the degree of beam hardening exerted by at least two substances classified by at least one threshold is individually converted and expressed as a correction amount.

また、上述の補正から補正量演算を繰返して補正量が所定範囲内に収束させる。この場合、しきい値が未知であれば、CT画像のヒストグラムによりしきい値を推定してしきい値の数を増加させる。このようにして、補正量が更新され、画像アーチファクトが徐々に減少することで物質の領域のX線経路の長さが正確となる。   In addition, the correction amount calculation is repeated from the above correction so that the correction amount converges within a predetermined range. In this case, if the threshold value is unknown, the threshold value is estimated from the histogram of the CT image to increase the number of threshold values. In this way, the correction amount is updated and the image artifacts are gradually reduced so that the length of the X-ray path of the material region becomes accurate.

本発明によれば、単一エネルギースペクトルのX線投影データは変更されないので、CT撮影は1回で済み、しかも、補正を繰返すことによって画像アーチファクトを低減することができる。   According to the present invention, since the X-ray projection data of the single energy spectrum is not changed, CT imaging is only required once, and image artifacts can be reduced by repeating the correction.

本発明に係るX線CT画像再構成方法の第1の実施の形態を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating 1st Embodiment of the X-ray CT image reconstruction method which concerns on this invention. 図1のステップ101のX線連続スペクトルの例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the X-ray continuous spectrum of step 101 of FIG. 図1のステップ106のしきい値を説明する図であって、(A)はCT画像、(B)は画素値ヒストグラムである。It is a figure explaining the threshold value of step 106 of FIG. 1, (A) is a CT image, (B) is a pixel value histogram. 図1のステップ108の補正量を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the correction amount of step 108 of FIG. X線発生器の発生X線の連続スペクトルを示す表である。It is a table | surface which shows the continuous spectrum of the X-ray | X_line generate | occur | produced of an X-ray generator. 生体骨のX線吸収係数を示す表である。It is a table | surface which shows the X-ray absorption coefficient of a living bone. 図1の第1のシミュレーション例に用いられる撮影対象物としての骨円柱モデルを示す図である。It is a figure which shows the bone | column cylinder model as a imaging | photography target object used for the 1st simulation example of FIG. 図7の補正前の骨円柱モデルを示し、(A)はCT画像、(B)は(A)センタライン上のCT値を示すグラフである。The bone cylinder model before correction | amendment of FIG. 7 is shown, (A) is a CT image, (B) is a graph which shows (A) CT value on a center line. 図8の(A)のCT画像から物質の領域抽出を示すCT画像である。FIG. 9 is a CT image showing extraction of a region of a substance from the CT image in FIG. 図7の1回目補正の骨円柱モデルを示し、(A)はCT画像、(B)は(A)のセンタライン上のCT値を示すグラフである。The bone cylinder model of the 1st correction | amendment of FIG. 7 is shown, (A) is a CT image, (B) is a graph which shows CT value on the centerline of (A). 鉄のX線吸収係数を示す表である。It is a table | surface which shows the X ray absorption coefficient of iron. アクリル樹脂のX線吸収係数を示す表である。It is a table | surface which shows the X-ray absorption coefficient of an acrylic resin. 図1の第2のシミュレーション例に用いられる撮影対象物としての複数同種ピンモデルを示す図であって、(A)は斜視像、(B)は上面像である。FIG. 4 is a diagram illustrating a plurality of same-type pin models as photographing objects used in the second simulation example of FIG. 1, where (A) is a perspective image and (B) is a top image. 図13の補正前の複数同種ピンモデルを示し、(A)はCT画像、(B)は(A)センタライン上のCT値を示すグラフである。FIG. 14 shows a plurality of same-type pin models before correction in FIG. 13, (A) is a CT image, and (B) is a graph showing (A) CT values on the center line. 図14の(A)のCT画像から物質の領域抽出を示し、(A)は鉄の領域抽出を示すCT画像、(B)はアクリル樹脂の領域抽出を示すCT画像である。14A shows a region extraction of the substance from the CT image of FIG. 14A, FIG. 14A shows a CT image showing the iron region extraction, and FIG. 14B shows a CT image showing the acrylic resin region extraction. 図13の1回目補正の複数同種ピンモデルを示し、(A)はCT画像、(B)は(A)のセンタライン上のCT値を示すグラフである。FIG. 14 shows a plurality of same-type pin models for the first correction in FIG. 13, (A) is a CT image, and (B) is a graph showing CT values on the center line of (A). アルミニウムのX線吸収係数を示す表である。It is a table | surface which shows the X-ray absorption coefficient of aluminum. 図1の第3のシミュレーション例に用いられる撮影対象物としての複数異種ピンモデルを示す上面像である。FIG. 6 is a top image showing a plurality of different pin models as photographing objects used in the third simulation example of FIG. 1. 図18の補正前の複数異種ピンモデルを示し、(A)はCT画像、(B)は(A)センタライン上のCT値を示すグラフである。FIG. 18 shows a plurality of different pin models before correction in FIG. 18, (A) is a CT image, and (B) is a graph showing (A) CT values on the center line. 図19の画素値ヒストグラムを示すグラフである。It is a graph which shows the pixel value histogram of FIG. 図19の(A)のCT画像から物質の領域抽出を示し、(A)は鉄の領域抽出を示すCT画像、(B)はアルミニウムの領域抽出を示すCT画像、(C)はアクリル樹脂の領域抽出を示すCT画像である。FIG. 19A shows a region extraction of a substance from the CT image of FIG. 19, (A) is a CT image showing the extraction of the iron region, (B) is a CT image showing the region extraction of aluminum, (C) is an acrylic resin It is CT image which shows area | region extraction. 図18の1回目補正の複数異種ピンモデルを示し、(A)はCT画像、(B)は(A)の画素値ヒストグラムを示すグラフである。FIG. 19 shows a plurality of different pin models for the first correction in FIG. 18, (A) is a CT image, and (B) is a graph showing a pixel value histogram of (A). 図18の2回目補正の複数異種ピンモデルを示し、(A)はCT画像、(B)は(A)の画素値ヒストグラムを示すグラフである。FIG. 19 shows a plurality of different pin models for the second correction in FIG. 18, (A) is a CT image, and (B) is a graph showing a pixel value histogram of (A). 図18の3回目補正の複数異種ピンモデルを示し、(A)はCT画像、(B)は(A)の画素値ヒストグラムを示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing a plurality of different pin models for the third correction in FIG. 18, (A) is a CT image, and (B) is a pixel value histogram of (A). 図1の第3のシミュレーションの補正量の収束を示すグラフである。It is a graph which shows convergence of the corrected amount of the 3rd simulation of FIG. 図1の第1の実験例を示し、(A)は補正前のCT画像、(B)は補正後のCT画像である。FIG. 1 shows a first experimental example in FIG. 1, where (A) is a CT image before correction, and (B) is a CT image after correction. 図1の第2の実験例を示し、(A)は補正前のCT画像、(B)は補正後のCT画像である。The 2nd experiment example of FIG. 1 is shown, (A) is a CT image before correction | amendment, (B) is a CT image after correction | amendment. 図1の第3の実験例を示し、(A)は鉄釘―米粒モデルの斜視像、(B)は撮影時のX線スペクトルを示すグラフである。FIG. 3 shows a third experimental example of FIG. 1, (A) is a perspective view of an iron nail-rice grain model, and (B) is a graph showing an X-ray spectrum at the time of photographing. 図1の第3の実験例を示し、(A)は補正前のCT画像、(B)は補正後のCT画像である。The 3rd example of an experiment of Drawing 1 is shown, (A) is a CT image before amendment, and (B) is a CT image after amendment. 第3の実験例において鉄のみ抽出による補正後のCT画像である。It is a CT image after correction by extracting only iron in the third experimental example. 本発明に係るX線CT画像再構成方法の第2の実施の形態を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating 2nd Embodiment of the X-ray CT image reconstruction method which concerns on this invention. 図31のステップ202、203における物質鉄、アルミニウム、アクリル樹脂のX線吸収係数の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the X-ray absorption coefficient of substance iron in the steps 202 and 203 of FIG. 31, aluminum, and an acrylic resin. 図31の第1のシミュレーション例の1回目補正後のCT画像である。FIG. 32 is a CT image after the first correction in the first simulation example of FIG. 31. FIG. 図31の第2のシミュレーション例を示し、(A)は1回目補正後のCT画像、(B)は補正後のCT画像である。FIG. 31 shows a second simulation example of FIG. 31, where (A) is a CT image after the first correction, and (B) is a CT image after correction. 本発明に係るX線CT画像再構成方法の第3の実施の形態を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating 3rd Embodiment of the X-ray CT image reconstruction method which concerns on this invention. 図35の第1のシミュレーション例を示し、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)は、補正前、1回目補正後、2回目補正後、3回目補正後、4回目補正後、5回目補正後のCT画像である。FIG. 35 shows a first simulation example, and (A), (B), (C), (D), (E), and (F) are 3 before correction, after the first correction, after the second correction, CT images after the fourth correction, after the fourth correction, and after the fifth correction. 図35の第2のシミュレーション例を示し、(A)、(B)、(C)、(D)、(E)は、補正前、1回目補正後、2回目補正後、3回目補正後、4回目補正後のCT画像である。FIG. 35 shows a second simulation example, and (A), (B), (C), (D), and (E) are before correction, after the first correction, after the second correction, and after the third correction, It is a CT image after the fourth correction. 図35の第1のシミュレーション例に用いられる撮影対象物としての生体組織モデルを示す図である。It is a figure which shows the biological tissue model as a imaging | photography object used for the 1st simulation example of FIG. 図38のCT画像を示し、(A)は補正前のCT画像、(B)は補正後のCT画像である。The CT image of FIG. 38 is shown, (A) is a CT image before correction, and (B) is a CT image after correction. 一般的なX線CT画像再構成装置を示す図である。It is a figure which shows a general X-ray CT image reconstruction apparatus. 図40の撮影対象物の物質のX線吸収係数を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray absorption coefficient of the substance of the imaging target object of FIG. 図40のX線連続スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray continuous spectrum of FIG. 画像アーチファクトの例を示すCT画像である。It is CT image which shows the example of an image artifact.

図1は本発明に係るX線CT画像再構成方法の第1の実施の形態を説明するためのフローチャートである。図1のフローチャートは図40のX線CT画像再構成装置によって実行される。   FIG. 1 is a flowchart for explaining a first embodiment of an X-ray CT image reconstruction method according to the present invention. The flowchart in FIG. 1 is executed by the X-ray CT image reconstruction apparatus in FIG.

始めに、ステップ101では、X線発生器1のX線連続スペクトルを予め記憶する。このX線発生器1のX線管の種類、撮影条件によって定まるX線連続スペクトルは専用の機器で予め計測できる。尚、X線連続スペクトルは実際には離散値としてEi及びその光子数n(Ei)で記憶される。 First, in step 101, the X-ray continuous spectrum of the X-ray generator 1 is stored in advance. The X-ray continuous spectrum determined by the type of X-ray tube and the imaging conditions of the X-ray generator 1 can be measured in advance with a dedicated device. The X-ray continuous spectrum is actually stored as discrete values as E i and its photon number n (E i ).

次に、ステップ102では、後述の補正量ht及び補正回数tを初期化する。つまり、
h0←0
t←0
ここで、h0は投影データの数だけ存在するので、h0はその総称を表している。
Next, in step 102, a correction amount ht and a correction count t described later are initialized. In other words,
h 0 ← 0
t ← 0
Here, since h 0 exists as many as the number of projection data, h 0 represents the generic name.

次にステップ103では、X線検出器2の検出信号により単一スペクトルつまり波長iでの単一スペクトル投影データ(X線吸収量)gを生成する。尚、波長iはX線管電圧から計算される代表値を採用する。 Next, in step 103, single spectrum projection data (X-ray absorption amount) g in a single spectrum, that is, wavelength i is generated from the detection signal of the X-ray detector 2. The wavelength i employs a representative value calculated from the X-ray tube voltage.

ステップ103におけるX線吸収量gを理論的に考察すると、X線吸収量gは数1の式で表される。
但し、Iin:物質kの入射時のエネルギー
Iout:物質kの透過後のエネルギー
Lk:物質kのX線経路の長さ
μik:波長i及び物質kに依存するX線吸収係数
X線が透過する物質がn種類の物質で構成されていれば、数1の式は数2の式となる
数2の式を対数で表すと、数3の式となる。
When the X-ray absorption amount g in step 103 is theoretically considered, the X-ray absorption amount g is expressed by the equation (1).
However, I in : Energy at the time of incidence of substance k
I out : Energy after permeation of substance k
L k : Length of the X-ray path of the substance k μ ik : X-ray absorption coefficient depending on the wavelength i and the substance k If the substance through which the X-ray passes is composed of n kinds of substances, the formula 1 is Equation 2
When Expression 2 is expressed logarithmically, Expression 3 is obtained.

次に、ステップ104では、単一スペクトル投影データgに補正量htを減算して補正投影データg’を求める。
g’= g - ht
尚、ここでも、g’は投影データの数だけ存在するので、その総称を表している。
Next, in step 104, it obtains the correction projection data g 'by subtracting the correction amount h t in a single spectral projection data g.
g '= g-h t
In this case, since g ′ exists as many as the number of projection data, it represents the generic name.

次に、ステップ105では、補正投影データg’をフィルタ補正逆投影法等により逆投影してCT画像を再構成する。この場合の逆投影法は、従来の単一スペクトルのX線投影データを再構成するための単一波長用画像再構成アルゴリズムを用いる。   Next, in step 105, the corrected projection data g 'is backprojected by a filter-corrected backprojection method or the like to reconstruct a CT image. The backprojection method in this case uses a single wavelength image reconstruction algorithm for reconstructing conventional single spectrum X-ray projection data.

次に、ステップ106では、既知のしきい値TH1、TH2、…を用いてCT画像から物質kのX線経路の領域の長さLkを演算する。たとえば、図3の(A)に示すCT画像が図3の(B)に示すごとく3種類の物質、つまり、鉄、アルミニウム、アクリル樹脂を含んでいれば、ステップ106において、TH1を画素値14000、TH2を画素値600に予め設定しておく。尚、対象撮影物3が複数の未知の物質を含んでいる場合には、ステップ106において、図3の(B)の画素値ヒストグラムを演算し、画素値の集中箇所、たとえば、図3の(B)における画素値-900、1800、8000、20000の集中箇所を判別し、その間にしきい値を推定して設定する。尚、このしきい値推定アルゴリズムは容易に得ることができる。 Next, at step 106, the length Lk of the region of the X-ray path of the substance k is calculated from the CT image using the known threshold values TH1, TH2,. For example, if the CT image shown in FIG. 3A includes three kinds of substances, that is, iron, aluminum, and acrylic resin as shown in FIG. 3B, in step 106, TH1 is set to a pixel value of 14000. , TH2 is set in advance to the pixel value 600. If the target object 3 contains a plurality of unknown substances, the pixel value histogram of FIG. 3B is calculated in step 106, and the pixel value concentration point, for example, (( B) The pixel values −900, 1800, 8000, and 20000 are discriminated, and the threshold value is estimated and set between them. This threshold value estimation algorithm can be easily obtained.

次に、ステップ107では、各単一スペクトル投影データgに対応する連続スペクトル投影データfを演算する。   Next, in step 107, continuous spectrum projection data f corresponding to each single spectrum projection data g is calculated.

連続スペクトル投影データfはステップ101にて記憶されたX線発生器1のX線連続スペクトルのエネルギーEi、物質kのX線吸収係数μik及びステップ106にて演算された物質kのX線経路の長さLkに基づいて演算される。つまり、物質kの入射時のX線エネルギーIinは数4の式で表わされる。
また、物質kの透過後のX線エネルギーIoutは数5の式で表わされる。
数4、数5の式から数6の式が得られる。
数6の式を対数で表わすと、連続スペクトル投影データ(X線吸収量)fは数7の式で表わされる。
The continuous spectrum projection data f includes the energy E i of the X-ray continuous spectrum of the X-ray generator 1 stored in Step 101, the X-ray absorption coefficient μ ik of the substance k, and the X-ray of the substance k calculated in Step 106. Calculation is performed based on the path length L k . That is, the X-ray energy I in at the time of incidence of the substance k is expressed by the equation (4).
Further, the X-ray energy I out after the transmission of the substance k is expressed by the equation (5).
Expressions 6 and 6 are obtained from Expressions 4 and 5.
When Expression 6 is expressed logarithmically, continuous spectrum projection data (X-ray absorption amount) f is expressed by Expression 7.

次に、ステップ108では、
t ← t + 1
とする。
Next, in step 108,
t ← t + 1
And

次に、ステップ109では、t回目の補正量htを演算する。すなわち、
ht = g - f
Next, in step 109, the t-th correction amount ht is calculated. That is,
h t = g-f

すなわち、図4に示すように、物質kのX線経路の長さLkが同一であっても、単一スペクトル投影データ(X線吸収量)gと連続スペクトル投影データ(X線吸収量)fとでは値が補正量htだけ異なっている。この補正量htだけ異なっている分、この補正量htが画像アーチファクトとして現われている。ステップ106における画像アーチファクトが存在する投影データg’からの物質kのX線経路の長さLkにも僅差が存在する。従って、ステップ104において単一スペクトル投影データgをこの補正量htで減算して補正することにより連続スペクトル投影データfに近づけることができ、長さLkも安定的収束し、これに伴い、画像アーチファクト低減効果が生ずる。 That is, as shown in FIG. 4, even with the same length L k of the X-ray path of the material k, single spectral projection data (X-ray absorption) g and continuous spectrum projection data (X-ray absorption) the value is in the f are different from each other by the correction amount h t. Since the correction amount h t is different, the correction amount h t appears as an image artifact. There is also a slight difference in the length L k of the X-ray path of the substance k from the projection data g ′ where the image artifact in step 106 exists. Accordingly, in step 104 can be made close to a single spectral projection data g in the continuous spectrum projection data f by correcting by subtracting this correction amount h t, also stably converge length L k, along with this, An image artifact reduction effect occurs.

ステップ110はステップ104〜109のフローを補正量htが所定範囲に収束して|ht-ht-1|がε未満になるまで繰返す。|ht-ht-1|がε未満となったときにステップ111にてこのルーチンは終了する。尚、ここでも、|ht-ht-1|は投影データの数だけ存在し、その総和を意味する。 Step 110 repeats the flow of steps 104 to 109 until the correction amount h t converges to a predetermined range and | h t −h t−1 | becomes less than ε. When | h t −h t−1 | becomes less than ε, the routine ends in step 111. In this case as well, | h t -h t-1 | indicates the total sum of projection data.

図1のフローチャートで重要なのは、1回のCT撮影で得られた単一スペクトル投影データgは変更されず、その補正量htのみを更新し、この更新によって画像アーチファクトを徐々に低減することで物質kのX線経路の長さLkの演算も正確になっていくことである。 The important flow chart of FIG. 1, a single spectral projection data g obtained by one CT imaging unchanged, by updating only the correction amount h t, gradually reduce image artifacts by this update The calculation of the length L k of the X-ray path of the substance k is also becoming accurate.

図1のフローチャートによるシミュレーション例を説明する。つまり、この場合、制御回路(コンピュータ)4上でCT撮影する仮想投影手法を用い、X線発生器1のX線連続スペクトルは図5に示す9個の離散値で近似する。   A simulation example according to the flowchart of FIG. 1 will be described. In other words, in this case, a virtual projection method in which CT imaging is performed on the control circuit (computer) 4 is used, and the X-ray continuous spectrum of the X-ray generator 1 is approximated by nine discrete values shown in FIG.

第1のシミュレーション例は図6に示すX線吸収係数μikを有する物質つまり生体骨を用いた図7に示す骨円柱モデルに適用する。つまり、物質k及びそのX線吸収係数μikは既知とする。この場合、骨円柱モデルは均一であり、かつ形状が単純であるので、ビームハードニングの影響が小さく、従って、画像アーチファクトが少ないと考えられるケースである。 The first simulation example is applied to a bone cylinder model shown in FIG. 7 using a substance having an X-ray absorption coefficient μ ik shown in FIG. 6, that is, a living bone. That is, the substance k and its X-ray absorption coefficient μ ik are assumed to be known. In this case, since the bone cylinder model is uniform and simple in shape, the influence of beam hardening is small, and therefore, it is considered that there are few image artifacts.

第1のシミュレーション例においては、ステップ101において、図5のX線連続スペクトル及び図6のX線吸収係数μikを記憶する。そして、ステップ103において、これらに基づいて単一スペクトル投影データgを生成し、ステップ105において、単一スペクトル投影データgからCT画像を再構成する。この場合、図8の(A)に示すCT画像が得られ、一見すると画像アーチファクトは出現していないが、図8の(B)に示すように、CT画像のセンタライン上のCT値をプロットすると、円柱中央部の画素で輝度が上昇し、円柱周辺部の画素で輝度が低下していることが分かる。つまり、円柱周辺部の画素のCT値が真値1240より大きくなっている。このように、単純な形状でもビームハードニングの影響で適切なX線吸収量が得られず、CT値の定量性が喪失してしまう。 In the first simulation example, in step 101, the X-ray continuous spectrum of FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik of FIG. 6 are stored. In step 103, single spectrum projection data g is generated based on these, and in step 105, a CT image is reconstructed from the single spectrum projection data g. In this case, the CT image shown in FIG. 8A is obtained. At first glance, no image artifact appears, but as shown in FIG. 8B, the CT values on the center line of the CT image are plotted. Then, it can be seen that the luminance increases at the pixel at the center of the cylinder and decreases at the pixels at the periphery of the cylinder. That is, the CT value of the pixels in the periphery of the cylinder is larger than the true value 1240. Thus, even with a simple shape, an appropriate amount of X-ray absorption cannot be obtained due to the effect of beam hardening, and the quantitativeness of the CT value is lost.

次に、図8の(A)のCT画像に1回目補正を行う。つまり、ステップ106において、図8の(A)のCT画像の画素に対して既知のしきい値TH1たとえば500を用いて図9に示す物質生体骨の領域を抽出する。図9に示すごとく、物質生体骨の領域は正確に抽出されている。この抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、ステップ107において、その長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、図6のX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データから図10の(A)に示すCT画像を再構成する。 Next, the first correction is performed on the CT image of FIG. That is, in step 106, the region of the material living bone shown in FIG. 9 is extracted using the known threshold value TH1, for example, 500 for the pixel of the CT image of FIG. As shown in FIG. 9, the region of the material living bone is accurately extracted. The length Lk is calculated for each X-ray path of this extraction region. Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using the length L k , the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik in FIG. The first correction amount h 1 is calculated, the single spectrum projection data g is corrected with the correction amount h 1 , and the CT image shown in FIG. 10A is reconstructed from the corrected projection data.

図10の(A)の1回目補正のCT画像についてセンタライン上の画素をプロットすると、図10の(B)に示すごとく、円柱周辺部の画素の輝度が上昇して円柱内部で均一となり、50keVのCT真値1240に近づいていることが分かる。   When the pixels on the center line are plotted with respect to the CT image of the first correction in FIG. 10A, as shown in FIG. 10B, the luminance of the pixels around the cylinder rises and becomes uniform inside the cylinder. It can be seen that the CT true value 1240 of 50 keV is approaching.

第2のシミュレーション例は図11、図12に示すX線吸収係数μikを有する物質つまり鉄、アクリル樹脂を用いた図13に示す複数同種ピンモデルに適用する。類似モデルとしては、電子部品、半導体の非破壊検査の際に、金属部品が樹脂中に埋め込められていると、金属部品の周囲に画像アーチファクトが発生して金属部品の周囲の樹脂部分の形状、組成が判別できなくなる場合がある。また、人体にインプラント金属が埋め込められていると、インプラント金属の周囲に画像アーチファクトが発生してインプラント金属の周囲の筋肉部分の形状、組成が判別できなくなる場合がある。尚、この場合も、物質k及びそのX線吸収係数μikは既知とする。この複数同種ピンモデルは形状が少し複雑であるので、ビームハードニングの影響が大きく、従って、画像アーチファクトがある程度大きいと考えられるケースである。 The second simulation example is applied to a plurality of similar pin models shown in FIG. 13 using a substance having an X-ray absorption coefficient μ ik shown in FIGS. 11 and 12, that is, iron and acrylic resin. As a similar model, when non-destructive inspection of electronic parts and semiconductors, if metal parts are embedded in the resin, image artifacts occur around the metal parts and the shape of the resin part around the metal parts, The composition may not be discriminated. Further, when the implant metal is embedded in the human body, an image artifact may occur around the implant metal, and the shape and composition of the muscle portion around the implant metal may not be discriminated. In this case as well, the substance k and its X-ray absorption coefficient μ ik are assumed to be known. This multiple-type pin model has a slightly complicated shape, so that the effect of beam hardening is large, and therefore image artifacts are considered to be large to some extent.

第2のシミュレーション例においては、ステップ101において、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi及び図11、図12のX線吸収係数μikを記憶する。そして、ステップ103において、これらに基づいて単一スペクトル投影データgを生成し、ステップ105において、単一スペクトル投影データgからCT画像を再構成する。この場合、図14の(A)に示すCT画像が得られ、強い画像アーチファクトが出現している。図14の(B)に示すように、CT画像のセンタライン上のCT値をプロットすると、ピン中央部の画素で輝度が急上昇し、ピン周辺部の画素で輝度が急低下していることが分かる。つまり、ピン周辺部の画素のCT値が真値20000より大きくなっている。このように、複雑な形状では強いビームハードニングの影響で適切なX線吸収量が得られず、CT値の定量性が喪失してしまう。 In the second simulation example, in step 101, the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik in FIGS. 11 and 12 are stored. In step 103, single spectrum projection data g is generated based on these, and in step 105, a CT image is reconstructed from the single spectrum projection data g. In this case, the CT image shown in FIG. 14A is obtained, and a strong image artifact appears. As shown in FIG. 14B, when the CT values on the center line of the CT image are plotted, the brightness rapidly increases at the pixel at the center of the pin, and the brightness rapidly decreases at the pixel at the periphery of the pin. I understand. That is, the CT value of the pixel around the pin is larger than the true value 20000. Thus, in a complicated shape, an appropriate amount of X-ray absorption cannot be obtained due to the influence of strong beam hardening, and the quantitative property of the CT value is lost.

次に、図14の(A)のCT画像に1回目補正を行う。つまり、ステップ106において、図14の(A)のCT画像の画素に対して既知のしきい値TH1たとえば1300及びしきい値TH2たとえば900を用いて図15に示す物質鉄及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。この場合、図15の(A)に示すごとく、物質鉄の領域は正確に抽出されているが、図15の(B)に示すごとく、物質アクリル樹脂の領域は物質鉄に起因するアーチファクトの影響で不正確である。これらの抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、ステップ107において、これらの長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、図11、図12のX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図16の(A)に示すCT画像を再構成する。 Next, the first correction is performed on the CT image of FIG. That is, in step 106, each region of the substance iron and the acrylic resin shown in FIG. 15 using a known threshold value TH1 such as 1300 and threshold value TH2 such as 900 for the pixel of the CT image of FIG. To extract. In this case, as shown in FIG. 15A, the region of the substance iron is accurately extracted, but as shown in FIG. 15B, the region of the substance acrylic resin is affected by artifacts caused by the substance iron. Is inaccurate. The length L k is calculated for each X-ray path of these extraction regions. Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using these lengths L k , the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5, and the X-ray absorption coefficient μ ik of FIGS. In Step 109, the first correction amount h 1 is calculated, the single spectrum projection data g is corrected with the correction amount h 1 , and the CT image shown in FIG. 16A is obtained from the corrected projection data g ′. Reconfigure.

図16の(A)の1回目補正のCT画像についてセンタライン上画素をプロットすると、図16の(B)に示すごとく、ピン周辺部の画素の輝度が上昇してピン内部で均一となり、50keVのCT真値20000に近づいていることが分かる。また、同時に、物質アクリル樹脂の領域の画素の輝度も均一となり、50keVのCT真値-680に近づいていることが分かる。   When the pixels on the center line are plotted with respect to the first-corrected CT image of FIG. 16A, the brightness of the pixels around the pin increases and becomes uniform inside the pin as shown in FIG. It can be seen that the CT true value is approaching 20000. At the same time, it can be seen that the luminance of the pixels in the material acrylic resin region becomes uniform and approaches the CT true value of -680 of 50 keV.

第3のシミュレーション例は図11、図12、図17に示すX線吸収係数μikを有する物質つまり鉄、アクリル樹脂、アルミニウムを用いた図18に示す複数異種ピンモデルに適用する。尚、この場合も、物質k及びそのX線吸収係数μikは既知とする。この複数異種ピンモデルは複数の高X線吸収係数を有する物質を有するので、ビームハードニングの影響が非常に大きく、従って、画像アーチファクトが大きいと考えられるケースである。 The third simulation example is applied to a plurality of different pin models shown in FIG. 18 using a substance having an X-ray absorption coefficient μ ik shown in FIGS. 11, 12, and 17, that is, iron, acrylic resin, and aluminum. In this case as well, the substance k and its X-ray absorption coefficient μ ik are assumed to be known. This multi-species pin model includes a material having a plurality of high X-ray absorption coefficients, so that the effect of beam hardening is very large, and therefore, the image artifact is considered to be large.

第3のシミュレーション例においては、ステップ101において、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi及び図11、図12、図17のX線吸収係数μikを記憶する。そして、ステップ103において、これらに基づいて単一スペクトル投影データgを生成し、ステップ105において、単一スペクトル投影データgからCT画像を再構成する。この場合、図19の(A)に示すCT画像が得られ、物質鉄に起因する強い画像アーチファクトが出現している。図19の(B)に示すように、CT画像のセンタライン上のCT値をプロットすると、ピン中央部の画素で輝度が急上昇し、ピン周辺部の画素で輝度が急低下していることが分かる。つまり、ピン周辺部の画素のCT値が真値20000あるいは1800より大きくなっている。このときの画素ヒストグラムを図20に示すと、物質鉄の分布は真値20000から離れた23000程度の箇所にある。従って、図1のステップ106におけるしきい値TH1を8000と推定して設定し、物質鉄の領域を抽出できる。尚、この場合、物質鉄が未知であっても、1つのしきい値TH1が推定され設定される。この結果、図21の(A)に示すごとく、物質鉄の領域を正確に抽出できるが、図21の(B)、(C)に示すごとく、物質アルミニウム、アクリル樹脂の各領域は物質鉄に起因するアーチファクトの影響で正確には抽出できない。 In the third simulation example, in step 101, the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik in FIGS. 11, 12, and 17 are stored. In step 103, single spectrum projection data g is generated based on these, and in step 105, a CT image is reconstructed from the single spectrum projection data g. In this case, the CT image shown in FIG. 19A is obtained, and strong image artifacts due to the material iron appear. As shown in FIG. 19B, when the CT values on the center line of the CT image are plotted, the brightness rapidly increases at the pixel at the center of the pin, and the brightness rapidly decreases at the pixel at the periphery of the pin. I understand. That is, the CT value of the pixel around the pin is larger than the true value 20000 or 1800. When the pixel histogram at this time is shown in FIG. 20, the distribution of the substance iron is at a place of about 23000 away from the true value 20000. Accordingly, the threshold value TH1 in step 106 in FIG. 1 is estimated and set to 8000, and the region of the material iron can be extracted. In this case, even if the material iron is unknown, one threshold value TH1 is estimated and set. As a result, as shown in FIG. 21A, the region of the substance iron can be accurately extracted. However, as shown in FIGS. 21B and 21C, the regions of the substance aluminum and the acrylic resin are changed to the substance iron. It cannot be accurately extracted due to the effect of the artifact.

次に、図19の(A)のCT画像に1回目補正を行う。つまり、上述の抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、これらの長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、図11、図12、図17のX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図22の(A)に示すCT画像を再構成する。図22の(A)のCT画像においては、画像アーチファクトが残り、補正は不充分である。この理由は、物質鉄に起因する画像アーチファクトの画素値が物質アルミニウムの画素値とほぼ同一であるために、画像アーチファクトの形状が物質アルミニウムが存在するものとして再構成されたものと考えられる。このときの画素ヒストグラムを図22の(B)に示すと、物質アルミニウム及びアクリル樹脂のピーク値がこれらの真値-680及び1800に現われている。従って、図1のステップ106におけるしきい値TH2を-680と1800との間たとえば1200と推定して設定すれば、物質アルミニウム、アクリル樹脂の各領域は正確に抽出できる。尚、この場合も、物質アルミニウム、アクリル樹脂が未知であっても、しきい値TH2が推定され設定される。従って、撮影対象物に含まれるn個の物質が未知である場合には、図1のステップ104〜110を繰返すことによりn−1個のしきい値が推定され設定されることになる。この結果、未知の物質の領域も正確に抽出できる。 Next, the first correction is performed on the CT image of FIG. That is, the length L k is calculated for each X-ray path of the extraction region. Next, the continuous spectrum projection data f is calculated using these lengths L k , the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5, and the X-ray absorption coefficient μ ik of FIGS. 11, 12, and 17, The first correction amount h 1 is calculated, the single spectrum projection data g is corrected with the correction amount h 1 , and the CT image shown in FIG. 22A is reconstructed from the corrected projection data g ′. In the CT image of FIG. 22A, image artifacts remain and correction is insufficient. The reason for this is considered that the pixel value of the image artifact caused by the material iron is almost the same as the pixel value of the material aluminum, so that the shape of the image artifact is reconstructed assuming that the material aluminum exists. When the pixel histogram at this time is shown in FIG. 22B, the peak values of the materials aluminum and acrylic resin appear at their true values −680 and 1800. Therefore, if the threshold value TH2 in step 106 in FIG. 1 is set between -680 and 1800, for example, 1200, the respective regions of the substance aluminum and the acrylic resin can be accurately extracted. In this case also, the threshold value TH2 is estimated and set even if the materials aluminum and acrylic resin are unknown. Therefore, when n substances contained in the object to be imaged are unknown, n-1 threshold values are estimated and set by repeating steps 104 to 110 in FIG. As a result, an unknown substance region can be accurately extracted.

次に、図22の(A)のCT画像に2回目補正を行う。つまり、ステップ106において、図22の(A)のCT画像の画素に対して推定のしきい値TH1たとえば8000及びしきい値TH2たとえば1200を用いて物質鉄、アルミニウム及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。次いで、ステップ107において、これらの長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、図11、図12、図17のX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、2回目の補正量h2を演算し、補正量h2で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図23の(A)に示すCT画像を再構成する。 Next, the second correction is performed on the CT image of FIG. That is, in step 106, each region of the substance iron, aluminum, and acrylic resin is extracted using the estimated threshold value TH1 such as 8000 and threshold value TH2 such as 1200 for the CT image pixel of FIG. To do. Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using these lengths L k , the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5, and the X-ray absorption coefficient μ ik of FIGS. and, then, at step 109, a second correction amount h 2 is calculated, the correction amount h 2 by correcting the single spectral projection data g, indicating a corrected projection data g 'in (a) of FIG. 23 Reconstruct the CT image.

次に、図23の(A)のCT画像に3回目補正を行う。つまり、ステップ106において、図23の(A)のCT画像の画素に対して推定のしきい値TH1たとえば8000及びしきい値TH2たとえば1200を用いて物質鉄、アルミニウム及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。次いで、ステップ107において、これらの長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、図11、図12、図17のX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、3回目の補正量h3を演算し、補正量h3で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図23の(A)に示すCT画像を再構成する。 Next, the third correction is performed on the CT image in FIG. That is, in step 106, each region of the substance iron, aluminum, and acrylic resin is extracted using the estimated threshold value TH1 such as 8000 and threshold value TH2 such as 1200 for the CT image pixel of FIG. To do. Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using these lengths L k , the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5, and the X-ray absorption coefficient μ ik of FIGS. and, then, at step 109, it calculates the correction amount h 3 of the third correction amount h 3 by correcting the single spectral projection data g, indicating a corrected projection data g 'in (a) of FIG. 23 Reconstruct the CT image.

図24の(A)の3回目補正のCT画像についてセンタライン上画素をプロットすると、図24の(B)に示すごとく、ピン周辺部の画素の輝度が上昇してピン内部で均一となり、50keVのCT真値20000もしくは1800に近づいていることが分かる。また、同時に、物質アクリル樹脂の領域の画素の輝度も均一となり、50keVのCT真値-680に近づいていることが分かる。   When the pixels on the center line are plotted with respect to the CT image of the third correction in FIG. 24A, as shown in FIG. 24B, the luminance of the pixels around the pin is increased and becomes uniform inside the pin, 50 keV. It can be seen that the CT true value is approaching 20000 or 1800. At the same time, it can be seen that the luminance of the pixels in the material acrylic resin region becomes uniform and approaches the CT true value of -680 of 50 keV.

第3のシミュレーション例においては、CT画像をたとえ4回目補正、5回目補正、…を行ってもCT画像はほとんど変わらない。つまり、補正回数が増加するにつれて、画像アーチファクトが低減し、物質鉄、アルミニウム、アクリル樹脂の領域がほぼ正確に抽出できる。従って、図25に示すごとく、補正回数が3回を超えて総和|ht-ht-1|がε以下となると、各物質がその真値に近づいており、CT画像の誤差は低減し、補正の効果が向上していることが確認できる。このとき、補正量と前回補正量との差|ht-ht-1|も0に近づき、補正量が一定値に収束していることが分かる。 In the third simulation example, even if the CT image is subjected to the fourth correction, the fifth correction,..., The CT image hardly changes. That is, as the number of corrections increases, image artifacts are reduced, and the regions of the substance iron, aluminum, and acrylic resin can be extracted almost accurately. Therefore, as shown in FIG. 25, when the number of corrections exceeds 3 and the total | h t -h t-1 | becomes ε or less, each substance approaches its true value, and the error of the CT image is reduced. It can be confirmed that the effect of the correction is improved. At this time, the difference | h t −h t−1 | between the correction amount and the previous correction amount also approaches 0, indicating that the correction amount converges to a constant value.

次に、図1のフローチャートによる実験例を説明する。   Next, an experimental example according to the flowchart of FIG. 1 will be described.

図26は上述の第2のシミュレーション例に対応して行った第1の実験例である。撮影時の発生X線の連続スペクトルは不明であったので、図5の連続スペクトルの離散値で近似させた。また、物質鉄、アクリル樹脂のX線吸収係数μikは図11、図12に示す値を既知として用いた。さらに、物質鉄、アクリル樹脂の各領域の抽出のためのしきい値に適当な値を既知として用いた。この結果、補正前のCT画像は図26の(A)に示すごとくであったが、図1のフローチャートに基づく補正を行った結果、図26の(B)に示すCT画像が得られた。つまり、画像アーチファクトは大幅に減少し、補正の効果が認められた。 FIG. 26 is a first experimental example performed corresponding to the second simulation example described above. Since the continuous spectrum of the generated X-rays at the time of imaging was unknown, it was approximated by the discrete values of the continuous spectrum of FIG. Further, the values shown in FIGS. 11 and 12 were used as known values for the X-ray absorption coefficient μ ik of the substances iron and acrylic resin. Furthermore, an appropriate value was used as a known threshold value for extracting each region of the substance iron and acrylic resin. As a result, the CT image before correction was as shown in FIG. 26A, but as a result of performing correction based on the flowchart of FIG. 1, the CT image shown in FIG. 26B was obtained. In other words, image artifacts were greatly reduced, and a correction effect was recognized.

図27は鉄の十字架形状モデルに対して行った第2の実験例である。この場合も、撮影時の発生X線の連続スペクトルは不明であったので、図5の連続スペクトルの離散値で近似させた。また、物質鉄、アクリル樹脂のX線吸収係数μikは図11、図12に示す値を既知として用いた。さらに、物質鉄、アクリル樹脂の各領域の抽出のためのしきい値に適当な値を既知として用いた。この結果、補正前のCT画像は図27の(A)に示すごとくであったが、図1のフローチャートに基づく補正を行った結果、図27の(B)に示すCT画像が得られた。やはり、画像アーチファクトは大幅に減少し、補正の効果が認められた。 FIG. 27 shows a second experimental example performed on the iron cross shape model. Also in this case, since the continuous spectrum of generated X-rays at the time of imaging was unknown, it was approximated by discrete values of the continuous spectrum of FIG. Further, the values shown in FIGS. 11 and 12 were used as known values for the X-ray absorption coefficient μ ik of the substances iron and acrylic resin. Furthermore, an appropriate value was used as a known threshold value for extracting each region of the substance iron and acrylic resin. As a result, the CT image before correction was as shown in FIG. 27A, but as a result of performing correction based on the flowchart of FIG. 1, the CT image shown in FIG. 27B was obtained. Again, image artifacts were greatly reduced, and a correction effect was observed.

図28の(A)に示す9本の鉄釘を米粒の山へ埋込んだモデルに対して行ったものである。撮影時の管電圧130kVの発生X線の連続スペクトルは、図28の(B)の連続スペクトルの離散値で近似させた。また、物質鉄、米粒のX線吸収係数μikは図11、図12に示す値を既知として用いた。つまり、米粒はアクリル樹脂とみなした。さらに、物質鉄、米粒の各領域の抽出のためのしきい値に13500及び750を既知として用いた。この結果、補正前のCT画像は図29の(A)に示すごとくであった。つまり、鉄釘と鉄釘とを結ぶラインで強い画像アーチファクトが発生している。これに対し、図1のフローチャートに基づく補正を行った結果、図29の(B)に示すCT画像が得られた。やはり、画像アーチファクトは大幅に減少し、補正の効果が認められた。 This is performed on a model in which nine iron nails shown in FIG. 28A are embedded in a pile of rice grains. The continuous spectrum of generated X-rays with a tube voltage of 130 kV at the time of imaging was approximated with discrete values of the continuous spectrum shown in FIG. Further, the values shown in FIGS. 11 and 12 were used as known values for the X-ray absorption coefficient μ ik of the substance iron and rice grains. That is, the rice grain was regarded as an acrylic resin. Furthermore, 13500 and 750 were used as known thresholds for the extraction of each region of the substance iron and rice grains. As a result, the CT image before correction was as shown in FIG. That is, strong image artifacts are generated in the line connecting the iron nails. On the other hand, as a result of performing correction based on the flowchart of FIG. 1, a CT image shown in FIG. 29B was obtained. Again, image artifacts were greatly reduced, and a correction effect was observed.

尚、第3の実験例において、しきい値13500だけ設定して鉄釘(鉄)のみの領域を抽出した場合には、図30に示すごとく、米粒が正確に抽出できなかった。この理由は、連続スペクトルにより、鉄釘(鉄)だけでなく、米粒部分でもX線吸収量の過吸収が発生しているものと考えられるからである。   In the third experimental example, when only the threshold value 13500 was set and an area of only iron nails (iron) was extracted, rice grains could not be extracted accurately as shown in FIG. This is because it is considered that excessive absorption of the X-ray absorption amount occurs not only in iron nails (iron) but also in rice grains due to the continuous spectrum.

このように、実験例によれば、本発明はCT画像を用いた個体別モデリング、リバースエンジニアリング非破壊検査で有効であることが分かる。   Thus, according to the experimental example, it can be seen that the present invention is effective in individual modeling using a CT image and reverse engineering nondestructive inspection.

図31は本発明に係るX線CT画像再構成方法の第2の実施の形態を説明するためのフローチャートであって、対象撮影物3を構成する物質kの数が少なくかつこれら物質kのX線吸収係数μikが未知の場合に適用される。 FIG. 31 is a flowchart for explaining a second embodiment of the X-ray CT image reconstruction method according to the present invention, in which the number of substances k constituting the object to be imaged 3 is small, and the X of these substances k. This is applied when the linear absorption coefficient μ ik is unknown.

図31においては、図1において、ステップ101をステップ201に置換し、ステップ202、203を追加したものである。すなわち、ステップ201では、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEiのみを記憶し、ステップ202、203において、X線連続スペクトルのエネルギーEi及び物質kのX線経路の長さLkに基づいて物質kのX線吸収係数μikを演算する。 In FIG. 31, step 101 in FIG. 1 is replaced with step 201, and steps 202 and 203 are added. That is, in step 201, only the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5 is stored, and in steps 202 and 203, based on the energy E i of the X-ray continuous spectrum and the length L k of the X-ray path of the substance k. To calculate the X-ray absorption coefficient μ ik of the substance k.

ステップ202、203の根拠を説明する。X線検出器2のある位置の投影データDは数8の式で表わされる。
ここで、X線連続スペクトルのエネルギーEiが既知であるので、数8の式の投影データはX線吸収係数μik及びステップ106で定まる長さLkの関数となる。他方、X線吸収係数μikは数9の式で表わされる。
数9の式の妥当性は、図32に示すように、物質鉄、アルミニウム、アクリル樹脂に対してak=134000、7000、200としたときに、数9の式により求められたX線吸収係数μikは実際のX線吸収係数μikにほぼ一致することから確認できる。
数9の式で数8の式を表わすと、数10の式となる。
数10の式において、物質kの種類が未知数n個のn次方程式としてakを解くことができる。実際に検出されるデータはX線検出器2の列数たとえば512×撮影の回転方向数たとえば800個分入手できるので、物質kの種類数nはどんなに多くとも解くことができる。つまり、複数の方向から照射したX線ビーム毎に投影データD’が得られるので、数10の式がその数だけ成立する。この場合、数10の式の数はn以上であればakを求めることができる。但し、領域の長さLkは画像アーチファクトによる誤差を有するので、akは最小2乗法で求める。尚、このとき、求められたakに基づき、物質kを推定できる。
The basis of steps 202 and 203 will be described. The projection data D at a certain position of the X-ray detector 2 is expressed by the equation (8).
Here, since the energy E i of the X-ray continuous spectrum is known, the projection data of the formula 8 is a function of the X-ray absorption coefficient μ ik and the length L k determined in step 106. On the other hand, the X-ray absorption coefficient μ ik is expressed by the equation (9).
As shown in FIG. 32, the validity of the formula 9 is the X-ray absorption obtained by the formula 9 when a k = 134000, 7000, 200 for the materials iron, aluminum, and acrylic resin. The coefficient μ ik can be confirmed from the fact that it substantially matches the actual X-ray absorption coefficient μ ik .
When the formula of the formula 8 is expressed by the formula of the formula 9, the formula of the formula 10 is obtained.
In the equation (10), a k can be solved as an n-order equation with an unknown number of types of substance k. Since the data actually detected can be obtained for the number of columns of the X-ray detector 2, for example, 512 × number of rotation directions of imaging, for example, 800, the number of types n of the substance k can be solved at most. That is, since projection data D ′ is obtained for each X-ray beam irradiated from a plurality of directions, the number of Expressions 10 is established. In this case, a k can be obtained if the number of Expression 10 is n or more. However, since the area length L k has an error due to image artifacts, a k is obtained by the least square method. At this time, the substance k can be estimated based on the obtained a k .

従って、ステップ202では、数10の式のakを最小2乗法により演算する。次いで、ステップ203において、物質kのX線吸収係数μikを数9の式により演算する。 Accordingly, in step 202, a k in the equation (10) is calculated by the least square method. Next, in step 203, the X-ray absorption coefficient μ ik of the substance k is calculated by the equation (9).

図31のフローチャートによるシミュレーション例を説明する。つまり、この場合、制御回路(コンピュータ)4上でCT撮影する仮想投影手法を用い、X線発生器1のX線連続スペクトルは図5に示す9個の離散値で近似する。   A simulation example according to the flowchart of FIG. 31 will be described. In other words, in this case, a virtual projection method in which CT imaging is performed on the control circuit (computer) 4 is used, and the X-ray continuous spectrum of the X-ray generator 1 is approximated by nine discrete values shown in FIG.

第1のシミュレーション例は2つの物質つまり鉄、アクリル樹脂を用いた図13に示す複数同種ピンモデルに適用する。但し、物質鉄、アクリル樹脂のX線吸収係数μikは未知とする。 The first simulation example is applied to a plurality of same pin models shown in FIG. 13 using two substances, namely iron and acrylic resin. However, the X-ray absorption coefficient μ ik of the materials iron and acrylic resin is unknown.

第1のシミュレーション例においては、ステップ201において、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEiを記憶する。そして、ステップ103において、これらに基づいて単一スペクトル投影データgを生成し、ステップ105において、単一スペクトル投影データgからCT画像を再構成する。 In the first simulation example, in step 201, the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5 is stored. In step 103, single spectrum projection data g is generated based on these, and in step 105, a CT image is reconstructed from the single spectrum projection data g.

次に、CT画像に1回目補正を行う。つまり、ステップ106において、CT画像の画素に対して既知のしきい値TH1たとえば1300及びしきい値TH2たとえば900を用いて物質鉄及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。これらの抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、ステップ202において、数10の式のakを最小2乗法により演算する。その結果、
a1 = 124651
a2 = 41
が得られた。尚、a(鉄)、a(アクリル樹脂)の真値は130000、200であるので、上述の結果値は真値に近いことが分かる。従って、a1 = 124651は鉄に相当、a2= 41はアクリル樹脂に相当すると推定する。次いで、ステップ203において、物質鉄及びアクリル樹脂相当のX線吸収係数μikを数9の式を用いて演算する。次いで、ステップ107において、上述の長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、ステップ203にて得られたX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図33に示すCT画像を再構成する。このように、X線吸収係数μikが未知である場合にも、画像アーチファクトが大幅に減少する。
Next, the first correction is performed on the CT image. That is, in step 106, the regions of the substance iron and the acrylic resin are extracted using the known threshold value TH1 such as 1300 and threshold value TH2 such as 900 for the pixels of the CT image. The length L k is calculated for each X-ray path of these extraction regions. Next, in step 202, a k in the equation (10) is calculated by the method of least squares. as a result,
a 1 = 124651
a 2 = 41
was gotten. In addition, since the true value of a (iron) and a (acrylic resin) is 130,000 and 200, it turns out that the above-mentioned result value is close to a true value. Therefore, it is estimated that a 1 = 124651 corresponds to iron and a 2 = 41 corresponds to acrylic resin. Next, in step 203, the X-ray absorption coefficient μ ik corresponding to the substance iron and the acrylic resin is calculated using the equation (9). Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using the length L k described above, the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik obtained in step 203, then, in step 109, it calculates the first correction amount h 1, the correction amount h 1 in correcting a single-spectrum projection data g, to reconstruct the CT image shown in FIG. 33 from the corrected projection data g ' . Thus, even when the X-ray absorption coefficient μ ik is unknown, the image artifact is greatly reduced.

第2のシミュレーション例は3つの物質つまり鉄、アルミニウム及びアクリル樹脂を用いた図18に示す複数異種ピンモデルに適用する。但し、物質鉄、アルミニウム及びアクリル樹脂のX線吸収係数μikは未知とする。 The second simulation example is applied to the multiple different pin model shown in FIG. 18 using three substances, that is, iron, aluminum and acrylic resin. However, the X-ray absorption coefficient μ ik of the substances iron, aluminum and acrylic resin is unknown.

第2のシミュレーション例においては、ステップ201において、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEiを記憶する。そして、ステップ103において、これらに基づいて単一スペクトル投影データgを生成し、ステップ105において、単一スペクトル投影データgからCT画像を再構成する。 In the second simulation example, in step 201, the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5 is stored. In step 103, single spectrum projection data g is generated based on these, and in step 105, a CT image is reconstructed from the single spectrum projection data g.

次に、CT画像に1回目補正を行う。つまり、ステップ106において、CT画像の画素に対して既知のしきい値TH1たとえば1300及びしきい値TH2たとえば900を用いて物質鉄、アルミニウム及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。これらの抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、ステップ202において、数10の式のakを最小2乗法により演算する。その結果、
a1 = 127682
a2 = -1702
a3 = 416
が得られた。この場合、画像アーチファクトの影響によりアルミニウム相当の領域抽出が不適切であるために、a(アルミニウム)の真値7000から離れてしまった。また、X線吸収係数は負とならないので、
a1 = 127682
a2 = 0
a3 = 416
とする。次いで、ステップ203において、物質鉄、アルミニウム及びアクリル樹脂相当のX線吸収係数μikを数9の式を用いて演算する。次いで、ステップ107において、上述の長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、ステップ203にて得られたX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図34の(A)に示すCT画像を再構成する。このように、1回目補正により、不充分であるが、画像アーチファクトが減少する。
Next, the first correction is performed on the CT image. That is, in step 106, the regions of the substance iron, aluminum, and acrylic resin are extracted using the known threshold value TH1 such as 1300 and threshold value TH2 such as 900 for the pixels of the CT image. The length L k is calculated for each X-ray path of these extraction regions. Next, in step 202, a k in the equation (10) is calculated by the method of least squares. as a result,
a 1 = 127682
a 2 = -1702
a 3 = 416
was gotten. In this case, the region equivalent to aluminum is inappropriate due to the influence of image artifacts, and thus the true value 7000 of a (aluminum) has been separated. Also, since the X-ray absorption coefficient is not negative,
a 1 = 127682
a 2 = 0
a 3 = 416
And Next, in step 203, the X-ray absorption coefficient μ ik corresponding to the substance iron, aluminum, and acrylic resin is calculated using the equation (9). Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using the length L k described above, the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik obtained in step 203, then, in step 109, calculates the first correction amount h 1, the correction amount to correct a single-spectrum projection data g by h 1, the corrected CT image from the projection data g 'shown in (a) of FIG. 34 Reconfigure. As described above, the first correction reduces the image artifacts although it is insufficient.

次に、図34の(A)のCT画像に2回目補正を行う。つまり、ステップ106において、CT画像の画素に対して既知のしきい値TH1たとえば1300及びしきい値TH2たとえば900を用いて物質鉄、アルミニウム及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。これらの抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、ステップ202において、数10の式のakを最小2乗法により演算する。その結果、
a1 = 123476
a2 = 6962
a3 = 21
が得られた。尚、a(鉄)、a(アルミニウム)、a(アクリル樹脂)の真値は130000、7000、200であるので、上述の結果値は真値に近いことが分かる。従って、a1 = 123476は鉄、a2= 6962はアルミニウム、a3 = 21はアクリル樹脂に相当すると推定する。次いで、ステップ203において、物質鉄、アルミニウム及びアクリル樹脂相当のX線吸収係数μikを数9の式を用いて演算する。次いで、ステップ107において、上述の長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、ステップ203にて得られたX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図34の(B)に示すCT画像を再構成する。このように、2回目補正により、画像アーチファクトが大幅に減少する。
Next, the second correction is performed on the CT image of FIG. That is, in step 106, the regions of the substance iron, aluminum, and acrylic resin are extracted using the known threshold value TH1 such as 1300 and threshold value TH2 such as 900 for the pixels of the CT image. The length L k is calculated for each X-ray path of these extraction regions. Next, in step 202, a k in the equation (10) is calculated by the method of least squares. as a result,
a 1 = 123476
a 2 = 6962
a 3 = 21
was gotten. In addition, since the true value of a (iron), a (aluminum), and a (acrylic resin) is 130,000, 7000, and 200, it turns out that the above-mentioned result value is close to a true value. Therefore, it is estimated that a 1 = 123476 corresponds to iron, a 2 = 6962 corresponds to aluminum, and a 3 = 21 corresponds to acrylic resin. Next, in step 203, the X-ray absorption coefficient μ ik corresponding to the substance iron, aluminum, and acrylic resin is calculated using the equation (9). Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using the length L k described above, the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik obtained in step 203, then, in step 109, calculates the first correction amount h 1, the correction amount h 1 in correcting a single-spectrum projection data g, corrected CT image from the projection data g 'shown in (B) of FIG. 34 Reconfigure. Thus, image artifacts are greatly reduced by the second correction.

図35は本発明に係るX線CT画像再構成方法の第3の実施の形態を説明するためのフローチャートであって、対象撮影物3を構成する物質kの数が多くかつこれら物質kのX線吸収係数μikが未知の場合に適用される。 FIG. 35 is a flowchart for explaining a third embodiment of the X-ray CT image reconstruction method according to the present invention, in which the number of substances k constituting the object to be imaged 3 is large and the X of these substances k. This is applied when the linear absorption coefficient μ ik is unknown.

図35においては、図31において、ステップ202をステップ202Aに置換したものである。すなわち、ステップ201Aでは、図31のフローチャートにおけるak
ak = 9.873・THn + 9873
= 9.873・(THn+ 1000)
但し、THn(n=1,2,…)は暫定的なしきい値、
により演算する。ここで、値9.873、9873は、空気のCT値が-1000である場合にa(空気)=0、鉄のCT値12572の場合にa(鉄)=134000となるように線形に規定したものである。ここで、鉄のCT値12572は実際のCT画像の最大CT値である。但し、9.873、9873は与えられた2点が線形となるように、他の値αk、βkとなし得る。この場合も、求められたakに基づき、物質kを推定できる。
In FIG. 35, step 202 is replaced with step 202A in FIG. That is, in step 201A, a k in the flowchart of FIG.
a k = 9.873 ・ TH n + 9873
= 9.873 ・ (TH n + 1000)
Where TH n (n = 1,2, ...) is a provisional threshold,
Calculate by Here, values 9.873 and 9873 are linearly defined so that a (air) = 0 when the CT value of air is −1000, and a (iron) = 134000 when the CT value of iron is 12572. It is. Here, the iron CT value 12572 is the maximum CT value of an actual CT image. However, 9.873 and 9873 can be set to other values α k and β k so that two given points are linear. Also in this case, the substance k can be estimated based on the obtained a k .

図35のフローチャートによるシミュレーション例を説明する。つまり、この場合、制御回路(コンピュータ)4上でCT撮影する仮想投影手法を用い、X線発生器1のX線連続スペクトルは図5に示す9個の離散値で近似する。   A simulation example according to the flowchart of FIG. 35 will be described. In other words, in this case, a virtual projection method in which CT imaging is performed on the control circuit (computer) 4 is used, and the X-ray continuous spectrum of the X-ray generator 1 is approximated by nine discrete values shown in FIG.

第1のシミュレーション例は2つの物質つまり鉄、アクリル樹脂を用いた図13に示す複数同種ピンモデルに適用する。但し、物質鉄、アクリル樹脂のX線吸収係数μikは未知とする。 The first simulation example is applied to a plurality of same pin models shown in FIG. 13 using two substances, namely iron and acrylic resin. However, the X-ray absorption coefficient μ ik of the materials iron and acrylic resin is unknown.

第1のシミュレーション例においては、ステップ201において、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEiを記憶する。そして、ステップ103において、これらに基づいて単一スペクトル投影データgを生成し、ステップ105において、単一スペクトル投影データgから図36の(A)に示すCT画像を再構成する。 In the first simulation example, in step 201, the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5 is stored. Then, in step 103, single spectrum projection data g is generated based on these, and in step 105, a CT image shown in FIG. 36A is reconstructed from the single spectrum projection data g.

次に、CT画像に1回目補正を行う。つまり、ステップ106において、CT画像の画素に対して既知のしきい値TH1たとえば1300及びしきい値TH2たとえば900を用いて物質鉄及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。これらの抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、ステップ202Aにおいて、akを演算する。その結果、
a(鉄相当)= 128349
a(アクリル樹脂相当)= 8885
が得られた。次いで、ステップ203において、物質鉄及びアクリル樹脂相当のX線吸収係数μikを数9の式を用いて演算する。次いで、ステップ107において、上述の長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、ステップ203にて得られたX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図36の(B)に示すCT画像を再構成する。同様にして、2回目補正、3回目補正、4回目補正、5回目補正を行うと、図36の(C)、(D)、(E)、(F)に示すCT画像が得られる。計算回数は増加するが、画像アーチファクトが徐々に減少する。
Next, the first correction is performed on the CT image. That is, in step 106, the regions of the substance iron and the acrylic resin are extracted using the known threshold value TH1 such as 1300 and threshold value TH2 such as 900 for the pixels of the CT image. The length L k is calculated for each X-ray path of these extraction regions. Next, in step 202A, a k is calculated. as a result,
a (equivalent to iron) = 128349
a (acrylic equivalent) = 8885
was gotten. Next, in step 203, the X-ray absorption coefficient μ ik corresponding to the substance iron and the acrylic resin is calculated using the equation (9). Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using the length L k described above, the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik obtained in step 203, then, in step 109, calculates the first correction amount h 1, the correction amount to correct a single-spectrum projection data g by h 1, the corrected CT image from the projection data g 'shown in (B) of FIG. 36 Reconfigure. Similarly, when the second correction, the third correction, the fourth correction, and the fifth correction are performed, CT images shown in (C), (D), (E), and (F) of FIG. 36 are obtained. Although the number of calculations increases, image artifacts gradually decrease.

第2のシミュレーション例は3つの物質つまり鉄、アルミニウム、アクリル樹脂を用いた図18に示す複数異種ピンモデルに適用する。但し、物質鉄、アルミニウム、アクリル樹脂のX線吸収係数μikは未知とする。 The second simulation example is applied to a plurality of different pin models shown in FIG. 18 using three substances, that is, iron, aluminum, and acrylic resin. However, the X-ray absorption coefficient μ ik of the substances iron, aluminum, and acrylic resin is unknown.

第2のシミュレーション例においては、ステップ201において、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEiを記憶する。そして、ステップ103において、これらに基づいて単一スペクトル投影データgを生成し、ステップ105において、単一スペクトル投影データgから図37の(A)に示すCT画像を再構成する。 In the second simulation example, in step 201, the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5 is stored. Then, in step 103, single spectrum projection data g is generated based on these, and in step 105, a CT image shown in FIG. 37A is reconstructed from the single spectrum projection data g.

次に、CT画像に1回目補正を行う。つまり、ステップ106において、CT画像の画素に対して既知のしきい値TH1たとえば1300及びしきい値TH2たとえば900を用いて物質鉄及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。これらの抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、ステップ202Aにおいて、akを演算する。その結果、
a(鉄相当)= 128349
a(アルミニウム相当)= 8885
a(アクリル樹脂相当)= 8885
が得られた。次いで、ステップ203において、物質鉄及びアクリル樹脂相当のX線吸収係数μikを数9の式を用いて演算する。次いで、ステップ107において、上述の長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、ステップ203にて得られたX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’から図37の(B)に示すCT画像を再構成する。同様にして、2回目補正、3回目補正、4回目補正、5回目補正を行うと、図37の(C)、(D)、(E)に示すCT画像が得られる。計算回数は増加するが、やはり、画像アーチファクトが徐々に減少する。
Next, the first correction is performed on the CT image. That is, in step 106, the regions of the substance iron and the acrylic resin are extracted using the known threshold value TH1 such as 1300 and threshold value TH2 such as 900 for the pixels of the CT image. The length L k is calculated for each X-ray path of these extraction regions. Next, in step 202A, a k is calculated. as a result,
a (equivalent to iron) = 128349
a (equivalent to aluminum) = 8885
a (acrylic equivalent) = 8885
was gotten. Next, in step 203, the X-ray absorption coefficient μ ik corresponding to the substance iron and the acrylic resin is calculated using the equation (9). Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using the length L k described above, the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik obtained in step 203, then, in step 109, calculates the first correction amount h 1, the correction amount h 1 in correcting a single-spectrum projection data g, corrected CT image from the projection data g 'shown in (B) of FIG. 37 Reconfigure. Similarly, when the second correction, the third correction, the fourth correction, and the fifth correction are performed, CT images shown in (C), (D), and (E) of FIG. 37 are obtained. The number of calculations increases, but again the image artifacts gradually decrease.

第3のシミュレーション例は図38に示す生体組織モデルに適用する。但し、生体組織のX線吸収係数μikは未知とする。 The third simulation example is applied to the biological tissue model shown in FIG. However, the X-ray absorption coefficient μ ik of the living tissue is unknown.

第3のシミュレーション例においては、ステップ201において、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEiを記憶する。そして、ステップ103において、これらに基づいて単一スペクトル投影データgを生成し、ステップ105において、単一スペクトル投影データgから図39の(A)に示すCT画像を再構成する。 In the third simulation example, in step 201, the energy E i of the X-ray continuous spectrum of FIG. 5 is stored. Then, in step 103, single spectrum projection data g is generated based on these, and in step 105, a CT image shown in FIG. 39A is reconstructed from the single spectrum projection data g.

次に、図39の(A)に示すCT画像に1回目補正を行う。つまり、ステップ106において、CT画像の画素に対して既知のしきい値TH1たとえば1300及びしきい値TH2たとえば900を用いて物質鉄及びアクリル樹脂の各領域を抽出する。これらの抽出領域のX線経路毎に長さLkを演算する。次いで、ステップ202Aにおいて、akを演算する。その結果、
a(鉄相当)= 128349
a(アクリル樹脂相当)= 8885
が得られた。次いで、ステップ203において、物質鉄及びアクリル樹脂相当のX線吸収係数μikを数9の式を用いて演算する。次いで、ステップ107において、上述の長さLk、図5のX線連続スペクトルのエネルギーEi、ステップ203にて得られたX線吸収係数μikを用いて連続スペクトル投影データfを演算し、次いで、ステップ109において、1回目の補正量h1を演算し、補正量h1で単一スペクトル投影データgを補正し、補正された投影データg’からCT画像を再構成する。同様にして、複数回補正を行うと、図39の(B)に示すCT画像が得られる。計算回数は増加するが、やはり、画像アーチファクトが徐々に減少する。
Next, the first correction is performed on the CT image shown in FIG. That is, in step 106, the regions of the substance iron and the acrylic resin are extracted using the known threshold value TH1 such as 1300 and threshold value TH2 such as 900 for the pixels of the CT image. The length L k is calculated for each X-ray path of these extraction regions. Next, in step 202A, a k is calculated. as a result,
a (equivalent to iron) = 128349
a (acrylic equivalent) = 8885
was gotten. Next, in step 203, the X-ray absorption coefficient μ ik corresponding to the substance iron and the acrylic resin is calculated using the equation (9). Next, in step 107, the continuous spectrum projection data f is calculated using the length L k described above, the energy E i of the X-ray continuous spectrum in FIG. 5 and the X-ray absorption coefficient μ ik obtained in step 203, then, in step 109, it calculates the first correction amount h 1, the correction amount h 1 in correcting a single-spectrum projection data g, to reconstruct the CT image from the corrected projection data g '. Similarly, when correction is performed a plurality of times, a CT image shown in FIG. 39B is obtained. The number of calculations increases, but again the image artifacts gradually decrease.

1:X線発生器
2:X線検出器
3:対象撮影物
4:制御回路
Iin:入射時X線エネルギー
Iout:透過後X線エネルギー
μik:X線吸収係数
g:単一スペクトル投影データ
f:連続スペクトル投影データ
ht:補正量
1: X-ray generator 2: X-ray detector 3: Target object 4: Control circuit
I in : X-ray energy at incidence
I out : X-ray energy after transmission μ ik : X-ray absorption coefficient
g: Single spectrum projection data
f: Continuous spectrum projection data
h t : Correction amount

Claims (16)

発生X線連続エネルギースペクトルを既知情報として記憶する記憶段階と、
撮影対象物の単一エネルギースペクトルのX線投影データを生成するX線投影データ生成段階と、
補正量を初期化する初期化段階と、
前記単一エネルギースペクトルのX線投影データを前記補正量で補正して前記撮影対象物に含まれる少なくとも2つの物質のX線吸収係数のエネルギー依存性を考慮して前記撮影対象物に単一エネルギースペクトルのX線を照射した場合に相当する補正X線投影データを得る補正段階と、
前記補正X線投影データを単一波長用画像再構成アルゴリズムを用いて逆投影演算してCT画像を再構成するCT画像再構成段階と、
前記各物質を区別するための少なくとも1つのしきい値を用いて前記CT画像から前記各物質の領域を抽出して該領域のX線経路の長さを演算する長さ演算段階と、
前記発生X線連続エネルギースペクトルのエネルギー、前記各物質の領域の長さ及び前記各物質のX線吸収係数を用いて連続エネルギースペクトルのX線投影データを演算するX線投影データ演算段階と、
前記単一エネルギースペクトルのX線投影データと前記連続エネルギースペクトルのX線投影データとの差により前記補正量を演算する補正量演算段階と
を具備するX線CT画像再構成方法。
Storing a generated X-ray continuous energy spectrum as known information;
An X-ray projection data generation stage for generating X-ray projection data of a single energy spectrum of an imaging object;
An initialization stage for initializing the correction amount;
The X-ray projection data of the single energy spectrum is corrected with the correction amount, and the single energy is applied to the imaging object in consideration of the energy dependency of the X-ray absorption coefficients of at least two substances contained in the imaging object. A correction stage for obtaining corrected X-ray projection data corresponding to the case of irradiating spectral X-rays;
A CT image reconstruction step for reprojecting the corrected X-ray projection data using a single wavelength image reconstruction algorithm to reconstruct a CT image;
A length calculating step of extracting an area of each substance from the CT image using at least one threshold value for distinguishing each substance and calculating a length of an X-ray path of the area;
An X-ray projection data calculation step of calculating X-ray projection data of the continuous energy spectrum using the energy of the generated X-ray continuous energy spectrum, the length of the region of each substance and the X-ray absorption coefficient of each substance;
An X-ray CT image reconstruction method comprising: a correction amount calculation step of calculating the correction amount based on a difference between the X-ray projection data of the single energy spectrum and the X-ray projection data of the continuous energy spectrum.
前記物質が既知であり、さらに、前記補正段階、前記CT画像再構成段階、前記長さ演算段階、前記X線投影データ演算段階及び前記補正量演算段階を繰返して前記補正量が所定範囲に収束するようにする段階を具備する請求項1に記載のX線CT画像再構成方法。   The substance is known, and the correction amount converges to a predetermined range by repeating the correction step, the CT image reconstruction step, the length calculation step, the X-ray projection data calculation step, and the correction amount calculation step. The X-ray CT image reconstruction method according to claim 1, further comprising the step of: 前記物質が未知であり、さらに、前記CT画像のヒストグラムから前記しきい値を推定するしきい値推定段階を具備する請求項1に記載のX線CT画像再構成方法。   The X-ray CT image reconstruction method according to claim 1, further comprising a threshold estimation step of estimating the threshold from a histogram of the CT image, wherein the substance is unknown. さらに、前記補正段階、前記CT画像再構成段階、前記しきい値推定段階、前記長さ演算段階、前記X線投影データ演算段階及び前記補正量演算段階を繰返して前記補正量が所定範囲に収束するようにする段階を具備する請求項3に記載のX線CT画像再構成方法。   Further, the correction amount converges to a predetermined range by repeating the correction step, the CT image reconstruction step, the threshold value estimation step, the length calculation step, the X-ray projection data calculation step, and the correction amount calculation step. The X-ray CT image reconstruction method according to claim 3, further comprising the step of: 前記各物質のX線吸収係数は予め設定された請求項1に記載のX線CT画像再構成方法。   The X-ray CT image reconstruction method according to claim 1, wherein an X-ray absorption coefficient of each substance is set in advance. さらに、
前記各物質kの係数ak
を用いて演算する段階と、
該演算された係数ak及び前記発生X線連続エネルギースペクトルのエネルギーEiを用いて前記物質のX線吸収係数μik
により演算する段階と
を具備する請求項1に記載のX線CT画像再構成方法。
further,
The coefficient a k of each substance k
A step of calculating using
Using the calculated coefficient a k and the energy E i of the generated X-ray continuous energy spectrum, the X-ray absorption coefficient μ ik of the substance is obtained.
The X-ray CT image reconstruction method according to claim 1, further comprising the step of:
さらに、
前記各物質kの係数ak
akk・THn(n=1,2,…)+β
但し、THnは前記しきい値、αk、βkは定数
により演算する段階と、
該演算された係数ak及び前記発生X線連続エネルギースペクトルのエネルギーEiを用いて前記各物質kのX線吸収係数μik
により演算する段階と
を具備する請求項1に記載のX線CT画像再構成方法。
further,
The coefficient a k of each substance k
a k = α k・ TH n (n = 1,2,…) + β
Where TH n is the threshold value, α k and β k are calculated by constants;
Using the calculated coefficient a k and the energy E i of the generated continuous X-ray energy spectrum, the X-ray absorption coefficient μ ik of each substance k is calculated.
The X-ray CT image reconstruction method according to claim 1, further comprising the step of:
さらに、前記係数akにより前記物質kを推定する段階を具備する請求項6あるいは7に記載のX線CT画像再構成方法。 The X-ray CT image reconstruction method according to claim 6 or 7, further comprising a step of estimating the substance k by the coefficient a k . 発生X線連続エネルギースペクトルを既知情報として記憶する記憶手順と、
撮影対象物の単一エネルギースペクトルのX線投影データを生成するX線投影データ生成手順と、
補正量を初期化する初期化手順と、
前記単一エネルギースペクトルのX線投影データを前記補正量で補正して前記撮影対象物に含まれる少なくとも2つの物質のX線吸収係数のエネルギー依存性を考慮して前記撮影対象物に単一エネルギースペクトルのX線を照射した場合に相当する補正X線投影データを得る補正手順と、
前記補正X線投影データを単一波長用画像再構成アルゴリズムを用いて逆投影演算してCT画像を再構成するCT画像再構成手順と、
前記各物質を区別するための少なくとも1つのしきい値を用いて前記CT画像から前記各物質の領域を抽出して該領域のX線経路の長さを演算する長さ演算手順と、
前記発生X線連続エネルギースペクトルのエネルギー、前記各物質の領域の長さ及び前記各物質のX線吸収係数を用いて連続エネルギースペクトルのX線投影データを演算するX線投影データ演算手順と、
前記単一エネルギースペクトルのX線投影データと前記連続エネルギースペクトルのX線投影データとの差により前記補正量を演算する補正量演算手順と
を具備するX線CT画像再構成プログラム。
A storage procedure for storing the generated X-ray continuous energy spectrum as known information;
X-ray projection data generation procedure for generating X-ray projection data of a single energy spectrum of an imaging object;
An initialization procedure for initializing the correction amount;
The X-ray projection data of the single energy spectrum is corrected with the correction amount, and the single energy is applied to the imaging object in consideration of the energy dependency of the X-ray absorption coefficients of at least two substances contained in the imaging object. A correction procedure for obtaining corrected X-ray projection data corresponding to the case of irradiating spectral X-rays;
A CT image reconstruction procedure for reprojecting the corrected X-ray projection data using a single wavelength image reconstruction algorithm to reconstruct a CT image;
A length calculation procedure for extracting an area of each substance from the CT image using at least one threshold value for distinguishing each substance and calculating a length of an X-ray path of the area;
X-ray projection data calculation procedure for calculating the X-ray projection data of the continuous energy spectrum using the energy of the generated X-ray continuous energy spectrum, the length of each substance region, and the X-ray absorption coefficient of each substance;
An X-ray CT image reconstruction program comprising: a correction amount calculation procedure for calculating the correction amount based on a difference between the X-ray projection data of the single energy spectrum and the X-ray projection data of the continuous energy spectrum.
前記物質が既知であり、さらに、前記補正手順、前記CT画像再構成手順、前記長さ演算手順、前記X線投影データ演算手順及び前記補正量演算手順を繰返して前記補正量が所定範囲に収束するようにする手順を具備する請求項9に記載のX線CT画像再構成プログラム。   The substance is known, and the correction amount converges to a predetermined range by repeating the correction procedure, the CT image reconstruction procedure, the length calculation procedure, the X-ray projection data calculation procedure, and the correction amount calculation procedure. The X-ray CT image reconstruction program according to claim 9, further comprising a procedure for performing the operation. 前記物質が未知であり、さらに、前記CT画像のヒストグラムから前記しきい値を推定するしきい値推定手順を具備する請求項9に記載のX線CT画像再構成プログラム。   The X-ray CT image reconstruction program according to claim 9, further comprising a threshold estimation procedure for estimating the threshold from a histogram of the CT image when the substance is unknown. さらに、前記補正手順、前記CT画像再構成手順、前記しきい値推定手順、前記長さ演算手順、前記X線投影データ演算手順及び前記補正量演算手順を繰返して前記補正量が所定範囲に収束するようにする手順を具備する請求項11に記載のX線CT画像再構成プログラム。   Further, the correction amount converges to a predetermined range by repeating the correction procedure, the CT image reconstruction procedure, the threshold value estimation procedure, the length calculation procedure, the X-ray projection data calculation procedure, and the correction amount calculation procedure. The X-ray CT image reconstruction program according to claim 11, further comprising: a procedure for performing the operation. 前記各物質のX線吸収係数は予め設定された請求項9に記載のX線CT画像再構成プログラム。   The X-ray CT image reconstruction program according to claim 9, wherein an X-ray absorption coefficient of each substance is set in advance. さらに、
前記物質kの係数ak
を用いて演算する手順と、
該演算された係数ak及び前記発生X線連続エネルギースペクトルのエネルギーEiを用いて前記物質kのX線吸収係数μik
により演算する手順と
を具備する請求項9に記載のX線CT画像再構成プログラム。
further,
The coefficient a k of the substance k
A procedure for computing using
Using the calculated coefficient a k and the energy E i of the generated X-ray continuous energy spectrum, the X-ray absorption coefficient μ ik of the substance k is obtained.
The X-ray CT image reconstruction program according to claim 9, further comprising:
さらに、
前記物質kの係数ak
akk・THn(n=1,2,…)+βk
但し、THnは前記しきい値、αk、βkは定数
により演算する手順と、
該演算された係数ak及び前記発生X線連続エネルギースペクトルのエネルギーEiを用いて前記各物質kのX線吸収係数μik
により演算する手順と
を具備する請求項7に記載のX線CT画像再構成プログラム。
further,
The coefficient a k of the substance k
a k = α k・ TH n (n = 1,2,…) + β k
However, TH n is the threshold value, α k , β k are a procedure to calculate by a constant,
Using the calculated coefficient a k and the energy E i of the generated continuous X-ray energy spectrum, the X-ray absorption coefficient μ ik of each substance k is calculated.
The X-ray CT image reconstruction program according to claim 7, further comprising:
さらに、前記係数akにより前記物質kを推定する段階を具備する請求項14あるいは15に記載のX線CT画像再構成プログラム。

The X-ray CT image reconstruction program according to claim 14, further comprising a step of estimating the substance k by the coefficient a k .

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