JP2015112478A - Method and device for obtaining beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on computer tomography data - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on computer tomography data.SOLUTION: A method for obtaining beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on computer tomography data comprises: obtaining an original reconstructed image of an object of a specific size and an original sinogram; processing the original reconstructed image by error reduction and then obtaining an error-reduced sinogram; sampling and calculating an average of original sinograms and an average of error-reduced sinograms; optimizing the original sinogram according to the error-reduced sinogram to determine the coefficient vector of the optimization function for the object of the specific size; and fitting the coefficient vector of the optimization function of the original sinogram to obtain the beam hardening correction coefficient for the object of the specific size.

Description

本発明は、一般に、コンピュータ断層撮影(CT(computer tomography))に関し、より具体的には、コンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うためのビームハードニング補正係数を取得する方法およびデバイスに関する。   The present invention relates generally to computed tomography (CT), and more specifically to a method and device for obtaining a beam hardening correction factor for performing beam hardening correction on computer tomography data.

補助診断装置は、磁気共鳴(MR(magnetic resonance))システム、超音波システム、コンピュータ断層撮影(CT)システム、陽電子放射断層撮影(PET(positron emission tomography))システム、核医学、および他のタイプの撮像システムを含む。   Auxiliary diagnostic devices include magnetic resonance (MR) systems, ultrasound systems, computed tomography (CT) systems, positron emission tomography (PET) systems, nuclear medicine, and other types of Includes an imaging system.

例えば、CTシステムによる患者のCT型X線撮像中、患者の体の内部構造および関心領域(ROI(regions of interest))の特徴を撮像するために、X線が使用される。撮像は、CTスキャナによって行われる。動作中、対象物は、元データの収集のためにスキャンされ、次いで、元データが前処理された後に、画像が再構築され、画像の品質を向上させるため、さらに後処理が行われる。   For example, during CT-type X-ray imaging of a patient with a CT system, X-rays are used to image the internal structure of the patient's body and features of the region of interest (ROI). Imaging is performed by a CT scanner. In operation, the object is scanned for collection of original data, and then after the original data is preprocessed, the image is reconstructed and further post-processing is performed to improve the quality of the image.

実際の対象物の光線減衰性能のスペクトル相関により、多色X線の場合には、貫通される対象物によって放射されるX線の平均エネルギーがより高いエネルギー値にシフトするのを見ることができる。この効果は、「ビームハードニング」と呼ばれる。対象物の再構築された画像では、線形でスペクトルに関連した光線減衰を、理論的な場合のグレイスケール値に対するシフトを介して観察することができる。特に、高い核電荷数および高密度の材料(骨など)、またはビームハードニング虚像により引き起こされる、再構築された画像におけるグレイスケール値のシフトは、再構築された画像が画像の正しい判断の邪魔をする原因となり、最悪の場合には、関連する医師が画像を誤って解釈する原因となる可能性がある。   Due to the spectral correlation of the light attenuation performance of the actual object, in the case of polychromatic X-rays, it can be seen that the average energy of the X-rays emitted by the object being penetrated shifts to a higher energy value. . This effect is called “beam hardening”. In the reconstructed image of the object, linear and spectrally related light attenuation can be observed via a shift to the grayscale value in the theoretical case. In particular, the shift in grayscale values in the reconstructed image caused by high nuclear charge numbers and high density materials (such as bones) or beam hardening virtual images can prevent the reconstructed image from interfering with the correct judgment of the image. In the worst case, it may cause the related doctor to misinterpret the image.

前処理では、ビームハードニング補正は、虚像を少なくとも部分的に除去するために行われる。いくつかの既存のビームハードニング技法は、整列したスキャンについて改善された均一性を示してきたが、偏心したスキャンについては、画像は、帯状のアーティファクトを依然として示す。   In preprocessing, beam hardening correction is performed to at least partially remove the virtual image. Some existing beam hardening techniques have shown improved uniformity for aligned scans, but for eccentric scans, the images still show banded artifacts.

本発明の一実施形態は、コンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うためのビームハードニング補正係数を取得する方法を提供する。方法は、第1に、特定のサイズの対象物の元の再構築された画像および元のサイノグラムを取得するステップと、第2に、元の再構築された画像を誤差低減によって処理するステップの後に、誤差低減されたサイノグラムを取得するステップと、第3に、元のサイノグラムの平均値および誤差低減されたサイノグラムの平均値をサンプリングおよび計算するステップと、第4に、特定のサイズの対象物のための最適化関数の係数ベクトルを決定するために、誤差低減されたサイノグラムにしたがって元のサイノグラムを最適化するステップと、最後に、特定のサイズの対象物のためのビームハードニング補正係数を取得するために、元のサイノグラムの最適化関数の係数ベクトルをフィッティングするステップとを含む。   One embodiment of the present invention provides a method for obtaining a beam hardening correction factor for performing beam hardening correction on computed tomography data. The method includes firstly obtaining an original reconstructed image and an original sinogram of an object of a particular size, and secondly processing the original reconstructed image with error reduction. Later, obtaining an error-reduced sinogram; third, sampling and calculating the original sinogram average and error-reduced sinogram average; and fourth, an object of a particular size Optimize the original sinogram according to the error-reduced sinogram to determine the coefficient vector of the optimization function, and finally the beam hardening correction factor for the object of a specific size Fitting a coefficient vector of an optimization function of the original sinogram to obtain.

本発明の別の実施形態は、コンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うためのビームハードニング補正係数を取得するデバイスを提供する。デバイスは、取得手段と、誤差低減手段と、平均化手段と、最適化手段と、フィッティング手段とを含む。ここで、取得手段は、特定のサイズの対象物の元の再構築された画像および元のサイノグラムを取得するために使用され、誤差低減手段は、元の再構築された画像を誤差低減によって処理した後に、誤差低減されたサイノグラムを取得するために使用され、平均化手段は、元のサイノグラムの平均値および誤差低減されたサイノグラムの平均値をサンプリングおよび計算するために使用され、最適化手段は、特定のサイズの対象物のための最適化関数の係数ベクトルを決定するために、誤差低減されたサイノグラムにしたがって元のサイノグラムを最適化するために使用され、フィッティング手段は、特定のサイズの対象物のためのビームハードニング補正係数を取得するために、元のサイノグラムの最適化関数の係数ベクトルをフィッティングするために使用される。   Another embodiment of the present invention provides a device for obtaining a beam hardening correction factor for performing beam hardening correction on computed tomography data. The device includes acquisition means, error reduction means, averaging means, optimization means, and fitting means. Here, the acquisition means is used to acquire the original reconstructed image and the original sinogram of the object of a specific size, and the error reduction means processes the original reconstructed image by error reduction. Is used to obtain an error-reduced sinogram, the averaging means is used to sample and calculate the average value of the original sinogram and the average value of the error-reduced sinogram, and the optimization means is Used to optimize the original sinogram according to the error-reduced sinogram to determine the coefficient vector of the optimization function for the object of a specific size, and the fitting means Fit the coefficient vector of the original sinogram optimization function to obtain the beam hardening correction factor for the object It is used to grayed.

ビームハードニング補正係数を使用する、コンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行う方法は、特定のサイズの他の対象物のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うために、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法にしたがって得られる。   A method for performing beam hardening correction on computed tomography data using a beam hardening correction factor is provided for performing beam hardening correction on computer tomography data of other objects of a particular size. 6. It is obtained according to the method described in any one of 6 above.

本発明のさらに別の実施形態は、コンピュータ断層撮影データにビームハードニングを行う装置を提供する。装置は、上記で説明したようにコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うためのビームハードニング補正係数を取得するデバイスと、特定のサイズの他の対象物のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うために、ビームハードニング補正係数を使用するための補正計算デバイスとを含む。   Yet another embodiment of the present invention provides an apparatus for performing beam hardening on computed tomography data. The apparatus includes a device for obtaining a beam hardening correction factor for performing beam hardening correction on computer tomography data as described above, and beam hardening on computer tomography data of other objects of a specific size. A correction calculation device for using the beam hardening correction factor to perform the correction.

本発明の第4の実施形態は、コンピュータ断層撮影装置を提供する。装置は、スキャンデバイスおよびプロセッサを含む。ここで、スキャンデバイスは、元の再構築された画像を生成するための元のデータを取得するために、X線を使用して対象物をスキャンするために使用され、プロセッサは、スキャンデバイスに動作可能に結合され、特定のサイズの対象物の元の再構築された画像および元のサイノグラムを取得することと、元の再構築された画像を誤差低減によって処理した後に、誤差低減されたサイノグラムを取得することと、元のサイノグラムの平均値および誤差低減されたサイノグラムの平均値をサンプリングおよび計算することと、特定のサイズの対象物のための最適化関数の係数ベクトルを決定するために、誤差低減されたサイノグラムにしたがって元のサイノグラムを最適化することと、特定のサイズの対象物のためのビームハードニング補正係数を取得するために、元のサイノグラムの最適化関数の係数ベクトルをフィッティングすることとを達成するようにプログラム可能である。   The fourth embodiment of the present invention provides a computed tomography apparatus. The apparatus includes a scanning device and a processor. Here, the scanning device is used to scan the object using X-rays to obtain the original data for generating the original reconstructed image, and the processor Obtaining an original reconstructed image and original sinogram of an object of a specific size that is operably coupled and processing the original reconstructed image with error reduction, then an error-reduced sinogram To sample the original sinogram average and error-reduced sinogram average, and to determine the coefficient vector of the optimization function for a particular size object, Optimize original sinogram according to error-reduced sinogram, and beam hardening correction for specific size objects To obtain the number, it can be programmed to achieve and fitting the coefficient vector of the optimization function of the original sinogram.

本発明の第5の実施形態は、不揮発性記録媒体に記憶された命令を含むコンピュータプログラム製品を提供し、命令は、プロセッサで実行されると、本発明の実施形態で開示した方法のステップを実行する。   A fifth embodiment of the present invention provides a computer program product that includes instructions stored on a non-volatile recording medium, and when the instructions are executed by a processor, the steps of the method disclosed in the embodiments of the present invention are performed. Run.

本発明の第6の実施形態は、プロセッサで実行されると、本発明の実施形態で開示した方法のステップを実行する命令が記憶された不揮発性記憶媒体を提供する。   The sixth embodiment of the present invention provides a non-volatile storage medium storing instructions that, when executed on a processor, perform the steps of the methods disclosed in the embodiments of the present invention.

本開示の完全な理解を提供するために、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。   In order to provide a thorough understanding of the present disclosure, embodiments of the present invention are described below with reference to the accompanying drawings.

本開示によるCT撮像システムの構成図である。It is a block diagram of CT imaging system by this indication. 図1に示すシステムの概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the system shown in FIG. 本開示の一実施形態によるビームハードニング補正のフローチャートである。6 is a flowchart of beam hardening correction according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態による境界ビューを決定する方法の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a method for determining a boundary view according to an embodiment of the present disclosure; 既存のビームハードニング補正を使用した後に再構築された水ファントムの画像である。FIG. 6 is an image of a water phantom reconstructed after using existing beam hardening correction. 既存のビームハードニング補正を使用した後に再構築された水ファントムの別の画像である。Figure 5 is another image of a water phantom reconstructed after using existing beam hardening correction. 本開示の一実施形態によるビームハードニング補正を使用した後に再構築された水ファントムの画像である。3 is an image of a water phantom reconstructed after using beam hardening correction according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるビームハードニング補正を使用した後に再構築された水ファントムの別の画像である。4 is another image of a water phantom reconstructed after using beam hardening correction according to one embodiment of the present disclosure. 既存のビームハードニング補正を使用した後に再構築された頭蓋骨の画像である。FIG. 5 is an image of a skull reconstructed after using existing beam hardening correction. 本開示の一実施形態によるビームハードニング補正を使用した後に再構築された頭部ファントムの画像である。4 is an image of a head phantom reconstructed after using beam hardening correction according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるビームハードニング補正係数を取得するためのデバイスのブロック図である。1 is a block diagram of a device for obtaining beam hardening correction factors according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施形態によるビームハードニング補正のためのデバイスのブロック図である。1 is a block diagram of a device for beam hardening correction according to one embodiment of the present disclosure. FIG.

その一部として添付の図面を参照する以下の詳細な説明では、本開示が実装される特定の実施形態が示されている。これらの実施形態は、当業者が本開示を実施することを可能にするために十分な詳細で記述されている。本開示の様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、実施形態は、組み合わせることができ、または、代替の実施形態を使用することができ、構造的、論理的および電気的な変更を行うことができることを理解すべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定として解釈されるべきではなく、むしろ例示として解釈されるべきである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその等価物によって定義されるべきである。   In the following detailed description, which refers to the accompanying drawings as a part, specific embodiments in which the present disclosure is implemented are shown. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the disclosure. The embodiments may be combined or alternative embodiments may be used and structural, logical and electrical changes may be made without departing from the scope of the various embodiments of the present disclosure. It should be understood that The following detailed description is, therefore, not to be construed as limiting, but rather as exemplification. The scope of the present invention should be defined by the appended claims and their equivalents.

図1および図2を参照すると、CT撮像システム10は、ガントリ12を含むものとして示されている。非限定的な実施形態では、システム10は、「第三世代」CTスキャナを含む。ガントリ12は、ガントリ12の反対側の検出器アセンブリ18に向けてX線16を投影するX線源14を含む。検出器アセンブリ18は、複数の検出器20と、データ取得システム(DAS(data acquisition system))32とを含む。前記複数の検出器20は、医療患者22を通過する投影されたX線を感知する。各検出器20は、患者22に衝突し、したがって、患者22を通過するにつれて患者によって減衰されたX線の強度を表すアナログ電気信号を生成する。検出器20は、典型的には、検出器で受信するX線ビームをコリメートするコリメータと、コリメータに隣接し、X線を光度エネルギーに変換するためのシンチレータと、隣接するシンチレータから光度エネルギーを受け、そこから電気信号を生成するフォトダイオードとを含む。一般的には、シンチレータアレイ内の各シンチレータは、X線を光度エネルギーに変換し、隣接するフォトダイオードに向けて光度エネルギーを放出する。各フォトダイオードは、光度エネルギーを検出し、対応する電気信号を生成する。検出器アレイ18内の各検出器20は、別個の電気信号を生成する。電気信号は、衝突する放射線ビーム(例えば、X線ビーム)の強度を表し、したがって、対象物または患者22を通過する際の放射線ビームの減衰を推定するために使用することができる。   With reference to FIGS. 1 and 2, a CT imaging system 10 is shown as including a gantry 12. In a non-limiting embodiment, the system 10 includes a “third generation” CT scanner. The gantry 12 includes an x-ray source 14 that projects x-rays 16 toward a detector assembly 18 opposite the gantry 12. The detector assembly 18 includes a plurality of detectors 20 and a data acquisition system (DAS (data acquisition system)) 32. The plurality of detectors 20 sense projected X-rays that pass through the medical patient 22. Each detector 20 impacts a patient 22 and thus generates an analog electrical signal that represents the intensity of x-rays attenuated by the patient as it passes through the patient 22. The detector 20 typically includes a collimator that collimates an X-ray beam received by the detector, a scintillator that is adjacent to the collimator and converts X-rays into luminous energy, and receives luminous energy from the adjacent scintillator. And a photodiode for generating an electrical signal therefrom. In general, each scintillator in the scintillator array converts X-rays into luminous energy and emits luminous energy toward an adjacent photodiode. Each photodiode detects light intensity energy and generates a corresponding electrical signal. Each detector 20 in the detector array 18 generates a separate electrical signal. The electrical signal represents the intensity of the impinging radiation beam (eg, x-ray beam) and can therefore be used to estimate the attenuation of the radiation beam as it passes through the object or patient 22.

スキャン中、X線投影データを取得するために、ガントリ12およびガントリ12に取り付けられた構成要素は、回転中心24の周りを回転する。ガントリ12の回転およびX線源14の動作は、CTシステム10の制御機構26によって管理することができる。管理機構26は、電力およびタイミング信号をX線源14に提供するX線コントローラ28と、ガントリ12の回転速度および位置を制御するガントリモータコントローラ30とを含む。制御機構26内のDAS32は、検出器20からのアナログデータをサンプリングし、その後の処理のためにアナログデータをデジタル信号に変換する。DAS32の出力は、特定のガントリ回転角(例えば、画角)で得られた減衰測定における投影データセットを含む。ガントリ12が回転すると、複数のビューを単一の回転で得ることができる。単一の回転は、ガントリ12の完全な360度の回転を指す。各ビューは、ビューの対応する角度と、ガントリ12上の特定の位置とを有する。   During scanning, the gantry 12 and components attached to the gantry 12 rotate about a center of rotation 24 to acquire X-ray projection data. The rotation of the gantry 12 and the operation of the X-ray source 14 can be managed by the control mechanism 26 of the CT system 10. Management mechanism 26 includes an x-ray controller 28 that provides power and timing signals to x-ray source 14 and a gantry motor controller 30 that controls the rotational speed and position of gantry 12. The DAS 32 in the control mechanism 26 samples the analog data from the detector 20 and converts the analog data into a digital signal for subsequent processing. The output of DAS 32 includes a projection data set in an attenuation measurement obtained at a specific gantry rotation angle (eg, angle of view). As the gantry 12 rotates, multiple views can be obtained with a single rotation. A single rotation refers to a full 360 degree rotation of the gantry 12. Each view has a corresponding angle of view and a specific position on the gantry 12.

再構築された画像は、コンピュータ36への入力として使用され、コンピュータ36は、画像を大容量記憶デバイス38に記憶する。   The reconstructed image is used as input to computer 36, which stores the image in mass storage device 38.

コンピュータ36は、また、オペレータコンソール40を介してオペレータからコマンドおよびスキャンパラメータを受信する。オペレータコンソール40は、キーボード、マウス、音声作動式コントローラ、または任意の他の適切な入力デバイスなどの、特定の形態のオペレータインターフェースを有する。関連するディスプレイ42は、オペレータがコンピュータ36からの他のデータおよび再構築された画像を見ることを可能にする。オペレータからのコマンドおよびパラメータは、制御信号および情報をDAS32、X線コントローラ28、およびガントリモータコントローラ30に提供するために、コンピュータ36によって使用することができる。加えて、コンピュータ36は、テーブルモータコントローラ44を動作させることができ、テーブルモータコントローラ44は、患者22およびガントリ12の位置を定めるために、モータ式テーブル46を制御する。特に、テーブル46は、図1に示すように、ガントリ開口部48を介して患者22を全体的または部分的に移動させる。   The computer 36 also receives commands and scan parameters from the operator via the operator console 40. The operator console 40 has a specific form of operator interface, such as a keyboard, mouse, voice activated controller, or any other suitable input device. The associated display 42 allows the operator to view other data from the computer 36 and the reconstructed image. Commands and parameters from the operator can be used by computer 36 to provide control signals and information to DAS 32, X-ray controller 28, and gantry motor controller 30. In addition, the computer 36 can operate a table motor controller 44 that controls the motorized table 46 to determine the position of the patient 22 and the gantry 12. In particular, the table 46 moves the patient 22 in whole or in part through the gantry opening 48 as shown in FIG.

一実施形態では、コンピュータ36は、デバイス50、例えば、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ、CD−ROMドライブ、DVDドライブ、光磁気ディスク(MOD(magnetic optical disk))、または、フロッピー(登録商標)ディスク、CD−ROM、DVD、もしくはインターネットなどの、コンピュータ可読媒体52から命令および/もしくはデータを読み取るための、イーサネット(登録商標)デバイスなどのネットワーク接続デバイスを含む任意の他のデジタルデバイス、ならびにまだ開発されていないデジタルデバイスを含む。別の実施形態では、コンピュータ36は、ファームウェア(図示せず)に記憶された命令を実行する。いくつかの構成では、コンピュータ36および/または画像再構築器34は、本明細書に記載の機能を実行するようにプログラムされる。   In one embodiment, the computer 36 is a device 50, such as a floppy disk drive, CD-ROM drive, DVD drive, magneto-optical disk (MOD), or floppy disk. Any other digital device, including a network connection device, such as an Ethernet device, for reading instructions and / or data from a computer readable medium 52, such as CD-ROM, DVD, or the Internet, and still developed Including digital devices that are not. In another embodiment, computer 36 executes instructions stored in firmware (not shown). In some configurations, computer 36 and / or image reconstructor 34 are programmed to perform the functions described herein.

図3は、本開示の一実施形態によるビームハードニング補正のフローチャートである。様々なサイズの水ファントムが、ビームハードニング補正係数を計算するために使用される。しかしながら、本発明は、水ファントムのみの使用に限定されず、任意のファントムの使用に適用可能である。様々なサイズの水ファントムは、スキャンする準備ができている様々なサイズのスキャン視野(SFOV(Scan Fields of View))に対応する。異なるサイズのN個の水ファントムが選択されていると仮定する。   FIG. 3 is a flowchart of beam hardening correction according to an embodiment of the present disclosure. Various sizes of water phantoms are used to calculate the beam hardening correction factor. However, the present invention is not limited to the use of only a water phantom, and can be applied to the use of any phantom. Different sized water phantoms correspond to different sized scan fields of view (SFOV (Scan Fields of View)) ready to scan. Assume that N water phantoms of different sizes have been selected.

特定のサイズの水ファントムに関して、ステップ302で、元の再構築された画像Iorigおよび元のサイノグラムIorig sinが取得される。元の再構築された画像Iorigおよび元のサイノグラムIorig sinは、画像再構築器34によるDAS32の投影データの再構築後に入力することができ、大容量記憶デバイス38から取得することもでき、オプションで、コンピュータ36から取得することができる。   For a particular size water phantom, at step 302, the original reconstructed image Iorig and the original sinogram Iorig sin are obtained. The original reconstructed image Iorig and the original sinogram Iorig sin can be input after the reconstruction of the projection data of the DAS 32 by the image reconstructor 34, can also be obtained from the mass storage device 38, and optionally Can be obtained from the computer 36.

ステップ304で、元の再構築された画像に正射影が実施され、正射影は、誤差低減によって投影値を処理する必要性を伴い、それによって、誤差低減されたサイノグラムIUnif sinを取得する。誤差低減処理へのアプローチは、限定はしないが、値集合P’を取得するために、合計を画素数で割る前に、各検出器によって検出されたX線がビューにしたがって通過する画素のCT値を合計し、元のサイノグラム中の値集合P’に対応する投影値の集合Pを位置決めし、誤差低減されたサイノグラムIUnif sinを取得するために、以下の式、   At step 304, orthographic projection is performed on the original reconstructed image, which involves the need to process the projection values by error reduction, thereby obtaining an error reduced sinogram IUnif sin. The approach to error reduction processing is not limited, but to obtain the value set P ′, before dividing the sum by the number of pixels, the CT of the pixels through which the X-rays detected by each detector pass according to the view. To sum the values, locate the set of projection values P corresponding to the value set P ′ in the original sinogram, and obtain the error-reduced sinogram IUnif sin, the following equation:

を使用することとして例示され、ここで、aは、一定の係数であり、例えば、水ファントムのためのシステムによって定義された値である。 Where a is a constant factor, for example a value defined by the system for a water phantom.

次いで、ステップ306で、境界ビューが決定される。元のサイノグラムIorig sinでは、検出器チャネルが水ファントムと交差する第1のビューOrig_View1、例えばビュー400は、上から下に見出され、一方、検出器チャネルが別の方向で水ファントムと交差する第1のビューOrig_View2、例えば、ビュー200は、下から上に見出される。図4に示すように、横座標は、ビューを表し、縦座標は、検出器チャネルを表す。上側の線は、上から元のサイノグラムと交差する第1の水平線であり、交点が対応する横座標は、ビュー400を表す。下側の線は、下から元のサイノグラムと交差する第1の水平線であり、交点が対応する横座標は、ビュー200を表す。同様に、Orig_View1(例えば、ビュー400)およびOrig_View2(例えば、ビュー200)に対応するビューUnif_View1(例えば、ビュー400)およびUnif_View2(例えば、ビュー200)は、誤差低減されたサイノグラムIUnif sinで見出される。   Next, at step 306, a boundary view is determined. In the original sinogram Iorig sin, the first view Orig_View1, eg, view 400, where the detector channel intersects the water phantom is found from top to bottom, while the detector channel intersects the water phantom in another direction. A first view Orig_View2, eg, view 200, is found from bottom to top. As shown in FIG. 4, the abscissa represents the view and the ordinate represents the detector channel. The upper line is the first horizontal line that intersects the original sinogram from above, and the abscissa corresponding to the intersection represents the view 400. The lower line is the first horizontal line that intersects the original sinogram from below, and the abscissa corresponding to the intersection represents the view 200. Similarly, views Unif_View1 (eg, view 400) and Unif_View2 (eg, view 200) corresponding to Orig_View1 (eg, view 400) and Orig_View2 (eg, view 200) are found in the error-reduced sinogram IUnif sin.

次いで、ステップ308で、ビュー境界の平均正弦値が計算される。元のサイノグラムおよび誤差低減されたサイノグラムは、それぞれ、計算される必要がある。第1に、サンプリングが必要である。元のサイノグラムでは、2つの境界ビューおよび2つの境界ビューの前後のいくつかのビューの正射影値が平均化される。例えば、Orig_View1に関して、Orig_View1の前後の20のビューが識別され、Orig_View2に関して、Orig_View2の前後の20のビューが識別され、平均値Orig_Averを取得するために、合計で42のビューの正射影値の平均値が計算される。同じ演算が、誤差低減されたサイノグラムに適用される。Unif_View1に関して、Unif_View1の前後の20のビューが識別され、Unif_View2に関して、Unif_View2の前後の20のビューが識別され、平均値Unif_Averを取得するために、合計で42のビューの正射影値の平均値が計算される。ここで、平均化されるビューの数は、雑音レベルに依存するパラメータとして解釈することができ、したがって、実験によって設定することができる。数は、10、20、または40であってよいが、一実施形態では、2つのサイノグラムから取得するビューの数は、等しい。   Then, at step 308, the average sine value of the view boundary is calculated. The original sinogram and the error-reduced sinogram each need to be calculated. First, sampling is necessary. In the original sinogram, orthographic values of two boundary views and several views before and after the two boundary views are averaged. For example, for Orig_View1, the 20 views before and after Orig_View1 are identified, and for Orig_View2, the 20 views before and after Orig_View2 are identified, to obtain an average value Orig_Aver, the average of the orthographic values of 42 views in total The value is calculated. The same operation is applied to the sinogram with reduced error. For Unif_View1, the 20 views before and after Unif_View1 are identified, and for Unif_View2, the 20 views before and after Unif_View2 are identified, and to obtain the average value Unif_Aver, the average value of the orthographic values of the 42 views in total Calculated. Here, the number of views to be averaged can be interpreted as a parameter depending on the noise level and can therefore be set experimentally. The number may be 10, 20, or 40, but in one embodiment, the number of views obtained from the two sinograms is equal.

次いで、ステップ310で、平均ビューは、元のサイノグラムIorig sinを誤差低減されたサイノグラムIorig sinにできるだけ近づけることによって、元のサイノグラムIorig sinを最適化するために、サンプリングされる。最適化のアプローチは、以下の式を参照して示される。   Then, at step 310, the average view is sampled to optimize the original sinogram Iorig sin by bringing the original sinogram Iorig sin as close as possible to the error-reduced sinogram Iorig sin. The optimization approach is shown with reference to the following equation:

ここで、QおよびQ’は、それぞれ、Orig_AverおよびUnif_Averである。 Here, Q and Q ′ are Orig_Aver and Unif_Aver, respectively.

以下の式、   The following formula,

から得られた結果は、理想的な正射影値とみなされ、ここで、aは、一定の係数であり、例えば、水ファントムのためのシステムによって定義された値である。この目的のため、元の正射影値Pは、基底関数Bj(j=1,2,...n、nは、使用される基底関数の数として、実験によって決定される)のセットを介して最適化され、i=1,2,...mである。ここで、mは、最高の自己定義された次数である。このステップの目的は、最適化関数の係数ベクトルbを決定することである。 Is taken as the ideal orthographic value, where a is a constant factor, for example a value defined by the system for a water phantom. For this purpose, the original orthographic value P is passed through a set of basis functions Bj (j = 1, 2,... N, where n is determined experimentally as the number of basis functions used). I = 1, 2,. . . m. Where m is the highest self-defined order. The purpose of this step is to determine the coefficient vector b of the optimization function.

異なるサイズの水ファントムに関して、ステップ302〜310は、繰り返される必要があり、それによって、N個の異なるサイズの水ファントムのためのN個の係数ベクトルbを決定する。   For different sized water phantoms, steps 302-310 need to be repeated, thereby determining N coefficient vectors b for N different sized water phantoms.

ステップ312で、ビームハードニング補正係数cを取得するために、N個の係数ベクトルbは、フィッティングされる。フィッティングは、例えば、以下に示すような式、   In step 312, N coefficient vectors b are fitted to obtain the beam hardening correction coefficient c. The fitting is, for example, the following formula:

を採用することができ、ここで、h=1,2,...hであり、hは、mと同じでも異なってもよい最高の自己定義された次数である。 Where h = 1, 2,. . . h, where h is the highest self-defined order that may be the same as or different from m.

その後、ビームハードニング補正係数ベクトルcは、異なるサイズの他の対象物のCTデータにビームハードニング補正を行うために使用することができる。補正式は、前記フィッティングで述べた式と同様である。補正後の投影データPnewは、以下の通りである。   The beam hardening correction coefficient vector c can then be used to perform beam hardening correction on CT data of other objects of different sizes. The correction formula is the same as the formula described in the above fitting. The corrected projection data Pnew is as follows.

システムは、様々なサイズの対象物にビームハードニング補正を行う能力を有する必要があることに留意すべきである。しかしながら、個々の対象物を考慮して、ステップ302〜312が一度だけ行われさえすれば、ビームハードニング補正係数は、個々の対象物のために得ることができる。 It should be noted that the system needs to have the ability to perform beam hardening correction on various size objects. However, considering the individual objects, the beam hardening correction factor can be obtained for an individual object only if steps 302-312 are performed only once.

図5は、5.6mmの偏心スキャンから得られた結果である、既存のビームハードニング補正を使用した後に再構築された水ファントムの画像である。水ファントムと境界との間に、望ましくない黒丸が存在するのがわかる。図6は、5cmの偏心スキャンから得られた結果である、既存のビームハードニング補正を使用した後に再構築された水ファントムの別の画像である。偏心距離が増加するにつれて、問題は、より深刻になることがわかる。画像には、明らかに望ましくない、より広い帯状のアーティファクトが存在する。図7は、同様に5.6mmの偏心スキャンから得られた、本開示の実施形態によるビームハードニング補正を使用した後に再構築された水ファントムの画像であり、この画像では、黒丸は、明らかに消滅している。図8は、5cmの偏心スキャンから得られた、本開示の実施形態によるビームハードニング補正を使用した後に再構築された水ファントムの別の画像である。ここで、帯状アーティファクトが消滅するとともに、望ましく、実際の画像に則している比較的均一な画像が得られている。ここで、実際に患者の頭部を撮像した結果を見ることができる。図9は、5cmの偏心スキャンから得られた、既存のビームハードニング補正を使用した後に再構築された頭蓋骨の画像である。頭蓋骨の画像に、医師の診断に影響を与えることになる帯状のアーティファクトが存在することがわかる。図10は、同様に5cmの偏心スキャンから得られた、本開示の一実施形態によるビームハードニング補正を使用した後に再構築された頭部ファントムの画像である。頭蓋骨の画像に存在する帯状アーティファクトの問題は、大幅に軽減することがわかる。実際には、本発明の方法は、わずかに偏心したスキャン中に発生する可能性がある「黒丸」、および明らかに偏心したスキャン中に発生する可能性がある帯状アーティファクトを、除去または軽減するように動作可能である。   FIG. 5 is an image of a water phantom reconstructed after using existing beam hardening correction, resulting from an 5.6 mm eccentric scan. It can be seen that there is an undesirable black circle between the water phantom and the boundary. FIG. 6 is another image of a water phantom reconstructed after using existing beam hardening correction, resulting from a 5 cm eccentric scan. It can be seen that the problem becomes more severe as the eccentric distance increases. There are broader band artifacts in the image that are clearly undesirable. FIG. 7 is an image of a water phantom reconstructed after using beam hardening correction according to an embodiment of the present disclosure, also obtained from an 5.6 mm eccentric scan, in which black dots are evident Has disappeared. FIG. 8 is another image of a water phantom reconstructed after using beam hardening correction according to an embodiment of the present disclosure, obtained from a 5 cm eccentric scan. Here, the band-like artifact disappears, and a relatively uniform image that is desirable and conforms to the actual image is obtained. Here, the result of actually imaging the patient's head can be seen. FIG. 9 is an image of the skull reconstructed after using existing beam hardening correction, obtained from a 5 cm eccentric scan. It can be seen that there are band-like artifacts in the skull image that will affect the diagnosis of the doctor. FIG. 10 is an image of a head phantom reconstructed after using beam hardening correction according to an embodiment of the present disclosure, also obtained from a 5 cm eccentric scan. It can be seen that the problem of zonal artifacts present in the skull image is greatly reduced. In practice, the method of the present invention removes or reduces “black circles” that can occur during slightly eccentric scans, and banding artifacts that can occur during scans that are clearly eccentric. It is possible to operate.

図11は、本開示の一実施形態によるビームハードニング補正係数を取得するためのデバイスのブロック図である。ここで、ビームハードニング補正係数を得るためのデバイス1100は、取得手段1101と、誤差低減手段1102と、平均化手段1103と、最適化手段1104と、フィッティング手段1105とを含む。取得手段1101は、少なくとも、誤差低減手段1102、平均化手段1103、および最適化手段1104に結合される。誤差低減手段1102は、少なくとも、平均化手段1103および最適化手段1104に結合される。最適化手段1104は、さらに、少なくとも、平均化手段1103およびフィッティング手段1105に結合される。図11では、図示の便宜上、すべての手段は、互いに結合されている。しかしながら、以下に説明する様々な機能を達成することができるかぎり、すべての手段は、任意の他の方法で互いに結合することができることに留意すべきである。さらに、いくつかの手段の機能は、手段の1つで実現されるように組み合わせることができ、手段の各々は、実現するためのより多くの手段にさらに分割することもでき、システム内の同じ手段は、2つ以上の数量であってよい。   FIG. 11 is a block diagram of a device for obtaining beam hardening correction factors according to an embodiment of the present disclosure. Here, the device 1100 for obtaining the beam hardening correction coefficient includes an acquisition unit 1101, an error reduction unit 1102, an averaging unit 1103, an optimization unit 1104, and a fitting unit 1105. Acquisition means 1101 is coupled at least to error reduction means 1102, averaging means 1103, and optimization means 1104. Error reduction means 1102 is coupled at least to averaging means 1103 and optimization means 1104. The optimization means 1104 is further coupled to at least the averaging means 1103 and the fitting means 1105. In FIG. 11, for convenience of illustration, all means are coupled to each other. However, it should be noted that all means can be coupled together in any other way, as long as the various functions described below can be achieved. Furthermore, the functions of several means can be combined to be realized with one of the means, and each of the means can be further divided into more means to realize the same in the system The means may be two or more quantities.

取得手段1101は、主に、元の再構築された画像および元のサイノグラムを取得するために使用される。誤差低減手段1102は、主に、比較的理想的なサイノグラムを取得するために使用される。平均化手段1103は、主に、水ファントムの境界ビューおよびいくつかの隣接ビューの平均正射影値を計算するために使用される。最適化手段1104は、主に、平均化手段1103の結果および元のサイノグラムにしたがって、最適化された基底関数係数を計算するために使用される。フィッティング手段1105は、主に、最適化手段1104の結果に基づいて、ビームハードニング補正係数をフィッティングするために使用される。   The acquisition means 1101 is mainly used to acquire the original reconstructed image and the original sinogram. The error reduction means 1102 is mainly used to obtain a relatively ideal sinogram. The averaging means 1103 is mainly used to calculate the average orthographic value of the water phantom boundary view and several neighboring views. The optimization means 1104 is mainly used to calculate optimized basis function coefficients according to the result of the averaging means 1103 and the original sinogram. The fitting means 1105 is mainly used for fitting the beam hardening correction coefficient based on the result of the optimization means 1104.

異なるサイズのN個の水ファントムが選択されると仮定する。特定のサイズの水ファントムに関して、第1に、取得手段は、元の再構築された画像Iorigおよび元のサイノグラムIorig sinを取得する。元の再構築された画像Iorigおよび元のサイノグラムIorig sinは、画像再構築器34によるDAS32の投影データの再構築後に入力することができ、大容量記憶デバイス38から取得することもでき、オプションで、コンピュータ36から取得することができる。   Assume that N water phantoms of different sizes are selected. For a particular size water phantom, first, the acquisition means acquires the original reconstructed image Iorig and the original sinogram Iorig sin. The original reconstructed image Iorig and the original sinogram Iorig sin can be input after the reconstruction of the projection data of the DAS 32 by the image reconstructor 34, can also be obtained from the mass storage device 38, and optionally Can be obtained from the computer 36.

次いで、誤差低減手段1102は、元の再構築された画像に正射影を実施し、正射影は、誤差低減によって投影値を処理する必要性を伴い、それによって、誤差低減されたサイノグラムIUnif sinを取得する。誤差低減処理へのアプローチは、限定はしないが、値集合P’を取得するために、合計を画素数で割る前に、各検出器によって検出されたX線がビューにしたがって通過する画素のCT値を合計し、元のサイノグラム中の値集合P’に対応する投影値の集合Pを位置決めし、誤差低減されたサイノグラムIUnif sinを取得するために、以下の式、   The error reduction means 1102 then performs an orthographic projection on the original reconstructed image, which involves the need to process the projection values by error reduction, thereby reducing the error-reduced sinogram IUnif sin. get. The approach to error reduction processing is not limited, but to obtain the value set P ′, before dividing the sum by the number of pixels, the CT of the pixels through which the X-rays detected by each detector pass according to the view. To sum the values, locate the set of projection values P corresponding to the value set P ′ in the original sinogram, and obtain the error-reduced sinogram IUnif sin, the following equation:

を使用することとして例示され、ここで、aは、一定の係数であり、例えば、水ファントムのためのシステムによって定義された値である。 Where a is a constant factor, for example a value defined by the system for a water phantom.

次いで、平均化手段1103は、その境界決定手段11031によって境界ビューを決定する。元のサイノグラムIorig sinでは、検出器チャネルが水ファントムと交差する第1のビューOrig_View1、例えばビュー400は、上から下に見出され、一方、検出器チャネルが別の方向で水ファントムと交差する第1のビューOrig_View2、例えば、ビュー200は、下から上に見出される。図4に示すように、横座標は、ビューを表し、縦座標は、検出器チャネルを表す。上側の線は、上から元のサイノグラムと交差する第1の水平線であり、交点が対応する横座標は、ビュー400を表す。下側の線は、下から元のサイノグラムと交差する第1の水平線であり、交点が対応する横座標は、ビュー200を表す。同様に、Orig_View1(例えば、ビュー400)およびOrig_View2(例えば、ビュー200)に対応するビューUnif_View1(例えば、ビュー400)およびUnif_View2(例えば、ビュー200)は、誤差低減されたサイノグラムIUnif sinで見出される。   Next, the averaging unit 1103 determines the boundary view by the boundary determining unit 11031. In the original sinogram Iorig sin, the first view Orig_View1, eg, view 400, where the detector channel intersects the water phantom is found from top to bottom, while the detector channel intersects the water phantom in another direction. A first view Orig_View2, eg, view 200, is found from bottom to top. As shown in FIG. 4, the abscissa represents the view and the ordinate represents the detector channel. The upper line is the first horizontal line that intersects the original sinogram from above, and the abscissa corresponding to the intersection represents the view 400. The lower line is the first horizontal line that intersects the original sinogram from below, and the abscissa corresponding to the intersection represents the view 200. Similarly, views Unif_View1 (eg, view 400) and Unif_View2 (eg, view 200) corresponding to Orig_View1 (eg, view 400) and Orig_View2 (eg, view 200) are found in the error-reduced sinogram IUnif sin.

次いで、平均化手段1103は、平均計算手段11032によって境界ビューの平均正弦値を計算する。元のサイノグラムおよび誤差低減されたサイノグラムは、それぞれ、計算される必要がある。第1に、サンプリングが必要である。元のサイノグラムでは、2つの境界ビューおよび2つの境界ビューの前後のいくつかのビューの正射影値が平均化される。例えば、Orig_View1に関して、Orig_View1の前後の20のビューが識別され、Orig_View2に関して、Orig_View2の前後の20のビューが識別され、平均値Orig_Averを取得するために、合計で42のビューの正射影値の平均値が計算される。同じ演算が、誤差低減されたサイノグラムに適用される。Unif_View1に関して、Unif_View1の前後の20のビューが識別され、Unif_View2に関して、Unif_View2の前後の20のビューが識別され、平均値Unif_Averを取得するために、合計で42のビューの正射影値の平均値が計算される。ここで、平均化されるビューの数は、雑音レベルに依存するパラメータとして解釈することができ、したがって、実験によって設定することができる。数は、10、20、または40であってよいが、一実施形態では、2つのサイノグラムから取得するビューの数は、等しい。   Next, the averaging means 1103 calculates the average sine value of the boundary view by the average calculating means 11032. The original sinogram and the error-reduced sinogram each need to be calculated. First, sampling is necessary. In the original sinogram, orthographic values of two boundary views and several views before and after the two boundary views are averaged. For example, for Orig_View1, the 20 views before and after Orig_View1 are identified, and for Orig_View2, the 20 views before and after Orig_View2 are identified, to obtain an average value Orig_Aver, the average of the orthographic values of 42 views in total The value is calculated. The same operation is applied to the sinogram with reduced error. For Unif_View1, the 20 views before and after Unif_View1 are identified, and for Unif_View2, the 20 views before and after Unif_View2 are identified, and to obtain the average value Unif_Aver, the average value of the orthographic values of the 42 views in total Calculated. Here, the number of views to be averaged can be interpreted as a parameter depending on the noise level and can therefore be set experimentally. The number may be 10, 20, or 40, but in one embodiment, the number of views obtained from the two sinograms is equal.

次いで、最適化手段1104は、元のサイノグラムIorig sinを誤差低減されたサイノグラムIorig sinにできるだけ近づけることによって、元のサイノグラムIorig sinを最適化するために、平均ビューをサンプリングする。最適化のアプローチは、以下の式を参照して示される。   The optimizer 1104 then samples the average view to optimize the original sinogram Iorig sin by bringing the original sinogram Iorig sin as close as possible to the error-reduced sinogram Iorig sin. The optimization approach is shown with reference to the following equation:

ここで、QおよびQ’は、それぞれ、Orig_AverおよびUnif_Averである。 Here, Q and Q ′ are Orig_Aver and Unif_Aver, respectively.

から得られた結果は、理想的な正射影値とみなされ、ここで、aは、一定の係数であり、例えば、水ファントムのためのシステムによって定義された値である。 Is taken as the ideal orthographic value, where a is a constant factor, for example a value defined by the system for a water phantom.

この目的のため、元の正射影値Pは、基底関数Bj(j=1,2,...n、nは、使用される基底関数の数として、実験によって決定される)のセットを介して最適化され、i=1,2,...mである。ここで、mは、最高の自己定義された次数である。このステップの目的は、最適化関数の係数ベクトルbを決定することである。   For this purpose, the original orthographic value P is passed through a set of basis functions Bj (j = 1, 2,... N, where n is determined experimentally as the number of basis functions used). I = 1, 2,. . . m. Where m is the highest self-defined order. The purpose of this step is to determine the coefficient vector b of the optimization function.

異なるサイズの水ファントムに関して、上記の演算は、繰り返される必要があり、それによって、N個の異なるサイズの水ファントムのためのN個の係数ベクトルbを決定する。フィッティング手段1105は、ビームハードニング補正係数cを取得するために、N個の係数ベクトルbをフィッティングする。フィッティングは、例えば、以下に示すような式、   For different size water phantoms, the above operation needs to be repeated, thereby determining N coefficient vectors b for N different size water phantoms. The fitting means 1105 fits N coefficient vectors b in order to obtain the beam hardening correction coefficient c. The fitting is, for example, the following formula:

を採用することができ、ここで、h=1,2,...hであり、hは、mと同じでも異なってもよい最高の自己定義された次数である。 Where h = 1, 2,. . . h, where h is the highest self-defined order that may be the same as or different from m.

その後、ビームハードニング補正係数ベクトルcは、異なるサイズの他の対象物のCTデータにビームハードニング補正を行うために使用することができる。   The beam hardening correction coefficient vector c can then be used to perform beam hardening correction on CT data of other objects of different sizes.

図12は、本開示の一実施形態によるビームハードニング補正のためのデバイス1200のブロック図である。ここで、ビームハードニング補正のためのデバイスは、図11に示すようにビームハードニング補正係数を取得するためのデバイス1100と、それに接続された補正計算デバイス1201とを含む。ビームハードニング補正係数を取得するためのデバイス1100が補正係数ベクトルcを取得した後、補正計算デバイス1201は、Pnewを取得するために、投影データpを補正するために、係数ベクトルcを適用する。   FIG. 12 is a block diagram of a device 1200 for beam hardening correction according to an embodiment of the present disclosure. Here, the device for beam hardening correction includes a device 1100 for obtaining a beam hardening correction coefficient and a correction calculation device 1201 connected thereto as shown in FIG. After the device 1100 for obtaining the beam hardening correction coefficient obtains the correction coefficient vector c, the correction calculation device 1201 applies the coefficient vector c to correct the projection data p to obtain Pnew. .

本明細書で使用される場合、「1つの(a)」または「1つの(an)」という用語は、単数形および複数形の両方を意味することを意図する。「または」という用語は、特に断らないかぎり、非排他的なまたは、を意味する。 As used herein, the term “a” or “an” is intended to mean both the singular and the plural. The term “or” means non-exclusive or unless otherwise specified.

また、本明細書で使用される場合、「画像を再構築する」という語句は、画像を表すデータが可視画像の代わりに生成される本発明の実施形態を排除することを意図していない。したがって、「画像」という用語は、一般的に、可視画像、および可視画像を表すデータを指す。しかしながら、多くの実施形態は、少なくとも1つの可視画像を生成する(または、生成するように構成される)。   Also, as used herein, the phrase “reconstruct an image” is not intended to exclude embodiments of the invention in which data representing an image is generated instead of a visible image. Thus, the term “image” generally refers to a visible image and data representing the visible image. However, many embodiments generate (or are configured to generate) at least one visible image.

本開示の動作環境を、16スライスCTシステムに関連して説明してきた。しかしながら、当業者は、本開示が、マルチスライス構成のシステム、および、動作中に焦点を移動するまたは「微小振動させる(jittering)」ことができるシステムにも適用可能であることを理解するであろう。さらに、本開示は、X線の検出および変換に関連して説明されている。しかしながら、当業者は、さらに、本開示が、他のより高い周波数の電磁エネルギーの検出および変換にも適用可能であることを理解するであろう。上記の特定の実施形態は、第三世代CTシステムに関連して説明されているが、本明細書で説明した方法は、第四世代CTシステム(回転するX線源を有する固定検出器)および第五世代CTシステム(固定検出器およびX線源)にも適合する。加えて、本開示の利点は、MRI、SPECT、およびPETなどの、CT以外の撮像モダリティに生じることが企図される。   The operating environment of the present disclosure has been described in connection with a 16-slice CT system. However, those skilled in the art will appreciate that the present disclosure is applicable to systems in multi-slice configurations and systems that can move or “jitter” the focus during operation. Let's go. Further, the present disclosure has been described in the context of X-ray detection and conversion. However, those skilled in the art will further appreciate that the present disclosure is applicable to the detection and conversion of other higher frequency electromagnetic energy. Although the specific embodiments described above have been described in connection with a third generation CT system, the methods described herein can be applied to a fourth generation CT system (a fixed detector with a rotating X-ray source) and Also compatible with fifth generation CT systems (fixed detectors and x-ray sources). In addition, it is contemplated that the benefits of the present disclosure occur in imaging modalities other than CT, such as MRI, SPECT, and PET.

様々な実施形態、およびその構成要素は、コンピュータシステムの一部として実装することができる。コンピュータシステムは、コンピュータ、入力デバイスと、ディスプレイユニットと、例えば、インターネットにアクセスするためのインターフェースとを含むことができる。マイクロプロセッサは、通信バスに接続することができる。コンピュータは、メモリを含むこともできる。メモリは、ランダムアクセスメモリ(RAM(random access memory))および読み出し専用メモリ(ROM(read only memory))を含むことができる。コンピュータシステムは、さらに、記憶デバイスを含むことができ、記憶デバイスは、ハードディスクドライブ、または、フロッピー(登録商標)ディスクおよび光学ドライブなどのリムーバブル記憶デバイスであってよい。記憶デバイスは、コンピュータプログラムまたは他の命令をコンピュータシステムにロードするための他の同様のデバイスで使用することもできる。   Various embodiments, and components thereof, can be implemented as part of a computer system. The computer system can include a computer, an input device, a display unit, and an interface for accessing the Internet, for example. The microprocessor can be connected to a communication bus. The computer can also include a memory. The memory may include random access memory (RAM) and read only memory (ROM). The computer system can further include a storage device, which can be a hard disk drive or a removable storage device such as a floppy disk and an optical drive. The storage device may also be used with other similar devices for loading computer programs or other instructions into the computer system.

本開示の様々な実施形態では、本明細書で説明したようにビームハードニング補正係数を取得する方法は、プロセッサの形態で具現化することができる。プロセッサの典型的な例は、汎用コンピュータ、プログラムされたマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DPS(digital signal processor))、マイクロコントローラ、周辺集積回路素子、および、本明細書で説明した方法ステップを実装することができる他のデバイスまたは機器を含む。   In various embodiments of the present disclosure, a method for obtaining a beam hardening correction factor as described herein may be implemented in the form of a processor. Typical examples of processors implement a general purpose computer, a programmed microprocessor, a digital signal processor (DPS), a microcontroller, peripheral integrated circuit elements, and method steps described herein. Including other devices or equipment that can.

本明細書で使用される場合、「コンピュータ」という用語は、当該技術分野でコンピュータと呼ばれるこれらの集積回路に限定されず、マイクロコントローラを使用するシステム、縮小命令セット回路(RISC(reduced instruction set circuit))を使用するシステム、特定用途向け集積回路(ASIC(application specific integrated circuit))を使用するシステム、論理回路を使用するシステム、および、本明細書で説明した機能を実行することができる任意の他の回路またはプロセッサを使用するシステムを含む、任意のプロセッサベースの、または非プロセッサベースのシステムを含むことができる。上記の例は、単なる例示であり、「コンピュータ」という用語の定義および/または意味をどのように限定することも意図していない。コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、特定用途向け集積回路、および他のプログラム可能な回路、などの用語は、本明細書では互換的に使用される。   As used herein, the term “computer” is not limited to these integrated circuits, which are referred to in the art as computers, but a system that uses a microcontroller, a reduced instruction set circuit (RISC) (reduced instruction set circuit). )), Systems that use application specific integrated circuits (ASICs), systems that use logic circuits, and any that can perform the functions described herein Any processor-based or non-processor-based system can be included, including systems that use other circuits or processors. The above examples are exemplary only and are not intended to limit in any way the definition and / or meaning of the term “computer”. Terms such as computer, processor, microcontroller, microcomputer, programmable logic controller, application specific integrated circuit, and other programmable circuits are used interchangeably herein.

プロセッサは、1つまたは複数の(コンピュータ使用可能媒体としても知られる)記憶要素に記憶された(例えば、方法ステップに対応する)命令のセットを実行する。メモリ要素は、プロセッサ内のデータベースまたは物理的記憶要素の形態をとることができる。メモリ要素は、必要なデータまたは他の情報として保持することもできる。物理メモリは、例えば、限定はしないが、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、または半導体システム、装置、デバイス、または伝播媒体であってよい。物理メモリのより具体的な例は、限定はしないが、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EPROM(erasable programmable read−only memory)またはフラッシュメモリ)、ハードディスクドライブ(HDD(hard disk drive))、およびCD−ROMメモリ(CDROM)を含むことができる。これらのメモリタイプは、単なる例示であり、したがって、コンピュータプログラムを記憶するために使用することができるメモリのタイプは、限定的ではない。   The processor executes a set of instructions (eg, corresponding to method steps) stored in one or more storage elements (also known as computer usable media). The memory element can take the form of a database or physical storage element within the processor. The memory element can also be held as necessary data or other information. The physical memory can be, for example, but not limited to, an electronic, magnetic, optical, electromagnetic, infrared, or semiconductor system, apparatus, device, or propagation medium. More specific examples of physical memory include, but are not limited to, random access memory (RAM), read only memory (ROM), erasable programmable read only memory (EPROM (erasable programmable read-only memory) or flash memory), A hard disk drive (HDD) and CD-ROM memory (CDROM) can be included. These memory types are exemplary only, and therefore the types of memory that can be used to store computer programs are not limiting.

命令セットは、本発明の様々な実施形態のプロセスなどの、特定の動作を実行するようにプロセッサに命令する様々なコマンドを含むことができる。命令セットは、ソフトウェアプログラムの形態であってよい。ソフトウェアは、システムソフトウェアまたはアプリケーションソフトウェアであってよい。加えて、ソフトウェアは、独立したプログラム、より大きいプログラム内のプログラムモジュール、またはいくつかのプログラムモジュールのセットであってよい。ソフトウェアは、また、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュール化されたプログラム設計を含むことができる。プロセッサは、ユーザのコマンド、または前の処理の結果、または別のプロセッサから送られた要求に応答して、入力データを処理することができる。   The instruction set can include various commands that instruct the processor to perform specific operations, such as processes of various embodiments of the present invention. The instruction set may be in the form of a software program. The software may be system software or application software. In addition, the software may be an independent program, a program module within a larger program, or a set of several program modules. The software can also include a modular program design in the form of object-oriented programming. The processor may process the input data in response to a user command, a result of previous processing, or a request sent from another processor.

本発明の様々な実施形態では、ビームハードニング補正係数を取得する方法は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせによって実装することができる。例えば、本開示の様々な実施形態で提供される方法は、(C,C++、Java(登録商標)、などの)標準的なプログラミング言語を使用してソフトウェアで実装することができる。本明細書で使用される場合、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は、互換的に使用することができ、コンピュータによって実行するためにメモリに記憶された任意のコンピュータプログラムを含むことができる。   In various embodiments of the present invention, the method for obtaining the beam hardening correction factor may be implemented by software, hardware, or a combination thereof. For example, the methods provided in the various embodiments of the present disclosure can be implemented in software using standard programming languages (C, C ++, Java, etc.). As used herein, the terms “software” and “firmware” can be used interchangeably and can include any computer program stored in memory for execution by a computer.

加えて、本明細書に記載の方法は、医学的状況で使用されるCTシステムに関連して説明されているが、これらの利点は、磁気共鳴(MR)システム、超音波システム、陽電子放射断層撮影(PET)システム、核医学、および他のタイプの撮像システムを容易にすることができることを期待することができる。動作は、脳、胃、心臓、肺、もしくは肝臓などの生体器官、横隔膜、胸壁、胸郭、肋骨、脊椎、胸骨、もしくは骨盤などの生体構造、腫瘍、損傷、または糜爛を含む、特定の器官または構造、例えば、圧迫骨折に適用することができる。   In addition, although the methods described herein have been described in the context of CT systems used in medical situations, these advantages include magnetic resonance (MR) systems, ultrasound systems, positron emission tomography It can be expected that imaging (PET) systems, nuclear medicine, and other types of imaging systems can be facilitated. Actions include specific organs, including biological organs such as the brain, stomach, heart, lung, or liver, anatomy such as the diaphragm, chest wall, rib cage, ribs, spine, sternum, or pelvis, tumors, injuries, or heels It can be applied to structures such as compression fractures.

本明細書は、好ましい実施形態を含む本発明を開示するため、ならびに、また、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを製作または使用すること、および、任意の組込み方法を実行することを含む、本発明を実践することを可能にするために、例を使用する。本発明の実施形態の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文言と実質的な違いがない等価な構造要素を有する場合、特許請求の範囲内であることが意図される。   This specification discloses the invention, including preferred embodiments, and also includes those skilled in the art to make or use any device or system and perform any integration method. An example is used to enable the practice of the present invention. The patentable scope of the embodiments of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples include when they have structural elements that do not differ from the language of the claims, or when they have equivalent structural elements that do not differ substantially from the language of the claims, It is intended to be within the scope of the claims.

10 CT撮像システム
12 ガントリ
14 X線源
16 X線
18 検出器アセンブリ
20 検出器
22 患者
24 回転中心
26 制御機構
28 X線コントローラ
30 ガントリモータコントローラ
32 データ取得システム、DAS
34 画像再構築器
36 コンピュータ
38 大容量記憶デバイス
40 オペレータコンソール
42 ディスプレイ
44 テーブルモータコントローラ
46 モータ式テーブル、テーブル
48 ガントリ開口部
1100 ビームハードニング補正係数を得るための
1101 取得手段
1102 誤差低減手段
1103 平均化手段
1104 最適化手段
1105 フィッティング手段
1200 ビームハードニング補正のためのデバイス
1201 補正計算デバイス
11031 境界決定手段
11032 平均計算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 CT imaging system 12 Gantry 14 X-ray source 16 X-ray 18 Detector assembly 20 Detector 22 Patient 24 Center of rotation 26 Control mechanism 28 X-ray controller 30 Gantry motor controller 32 Data acquisition system, DAS
34 Image Reconstructor 36 Computer 38 Mass Storage Device 40 Operator Console 42 Display 44 Table Motor Controller 46 Motorized Table, Table 48 Gantry Opening 1100 Obtaining 1101 Beam Hardening Correction Coefficient 1101 Acquisition Means 1102 Error Reduction Means 1103 Average 1104 Optimizing means 1105 Fitting means 1200 Device for beam hardening correction 1201 Correction calculating device 11031 Boundary determining means 11032 Average calculating means

Claims (14)

コンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うためのビームハードニング補正係数を取得する方法であって、
特定のサイズの対象物の元の再構築された画像および元のサイノグラムを取得するステップと、
前記元の再構築された画像を誤差低減によって処理するステップの後に、誤差低減されたサイノグラムを取得するステップと、
前記元のサイノグラムの平均値および前記誤差低減されたサイノグラムの平均値をサンプリングおよび計算するステップと、
前記特定のサイズの前記対象物のための最適化関数の係数ベクトルを決定するために、前記誤差低減されたサイノグラムにしたがって前記元のサイノグラムを最適化するステップと、
前記特定のサイズの前記対象物のための前記ビームハードニング補正係数を取得するために、前記元のサイノグラムの前記最適化関数の前記係数ベクトルをフィッティングするステップと
を含む方法。
A method for obtaining a beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on computer tomography data,
Obtaining an original reconstructed image and original sinogram of an object of a particular size;
Obtaining an error reduced sinogram after processing the original reconstructed image with error reduction;
Sampling and calculating the average value of the original sinogram and the average value of the error-reduced sinogram;
Optimizing the original sinogram according to the error-reduced sinogram to determine a coefficient vector of an optimization function for the object of the particular size;
Fitting the coefficient vector of the optimization function of the original sinogram to obtain the beam hardening correction factor for the object of the particular size.
最適化関数の係数ベクトルを、それぞれ異なるサイズの物体のために計算することができ、前記フィッティングするステップが、前記最適化関数のすべての前記係数ベクトルを対象とする、請求項1記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得する方法。 The computed tomography of claim 1, wherein coefficient vectors of optimization functions can be calculated for objects of different sizes, and the fitting step covers all the coefficient vectors of the optimization function. A method for acquiring the beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on imaging data. 前記元の再構築された画像を誤差低減によって処理する前記ステップが、さらに、
値集合P’を取得するために、合計を通過した画素数で割るステップの前に、各検出器によって検出されたX線がビューにしたがって通過する画素のコンピュータ断層撮影値を合計するステップと、
前記元のサイノグラム中の前記値集合P’に対応する投影値の集合Pを位置決めし、前記誤差低減されたサイノグラムを取得するために、以下の式、
を使用するステップと
を含み、aが、前記特定のサイズの前記対象物のためのシステムによって定義された係数である、請求項1記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得する方法。
The step of processing the original reconstructed image by error reduction further comprises:
Summing the computed tomography values of the pixels through which the X-rays detected by each detector pass according to the view, before the step of dividing the sum by the number of pixels passed to obtain the value set P ′;
To locate a set of projection values P corresponding to the value set P ′ in the original sinogram and obtain the sinogram with reduced error, the following equation:
The method for performing beam hardening correction on computed tomography data according to claim 1, wherein a is a coefficient defined by a system for the object of the particular size A method for obtaining the beam hardening correction factor.
前記元のサイノグラムの平均値および前記誤差低減されたサイノグラムの平均値をサンプリングおよび計算する前記ステップが、さらに、
前記元のサイノグラムの境界ビューおよび前記元のサイノグラムの隣接ビューを第1のサンプリングビューとして決定し、前記誤差低減されたサイノグラムの境界ビューおよび前記誤差低減されたサイノグラムの隣接ビューを第2のサンプリングビューとして決定するステップと、
前記第1のサンプリングビューの平均値および前記第2のサンプリングビューの平均値を、それぞれ、前記元のサイノグラムの平均値および前記誤差低減されたサイノグラムの平均値として計算するステップと
を含む、請求項1記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得する方法。
The step of sampling and calculating the average value of the original sinogram and the average value of the error-reduced sinogram further comprises:
Determining a boundary view of the original sinogram and a neighboring view of the original sinogram as a first sampling view, and the boundary view of the error-reduced sinogram and the neighboring view of the error-reduced sinogram as a second sampling view Step to determine as
Calculating an average value of the first sampling view and an average value of the second sampling view as an average value of the original sinogram and an average value of the error-reduced sinogram, respectively. A method for obtaining the beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on the computed tomography data according to claim 1.
前記誤差低減されたサイノグラムにしたがって前記元のサイノグラムを最適化する前記ステップが、さらに、
の値をできるだけゼロに近づける係数ベクトルbを計算するステップを含み、QおよびQ’が、それぞれ、前記元のサイノグラムの平均値および前記誤差低減されたサイノグラムの平均値であり、Bjが使用される基底関数であり、j=1,2,...nであり、nが使用される前記基底関数の数であり、i=1,2,...mであり、mが最高の定義された次数である、請求項1記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得する方法。
The step of optimizing the original sinogram according to the error-reduced sinogram further comprises:
Calculating a coefficient vector b that makes the value of N as close to zero as possible, where Q and Q ′ are the average value of the original sinogram and the average value of the error-reduced sinogram, respectively, and Bj is used Basis functions, j = 1, 2,. . . n, where n is the number of basis functions used, i = 1, 2,. . . The method of obtaining the beam hardening correction factor for performing beam hardening correction on computed tomography data according to claim 1, wherein m is m and m is the highest defined order.
前記元のサイノグラムの前記最適化関数の前記係数ベクトルをフィッティングする前記ステップが、
式、
にしたがって、ビームハードニング補正ベクトルcを計算するステップをさらに含み、k=1,2,...hであり、hが最高の定義された次数である、請求項5記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得する方法。
Fitting the coefficient vector of the optimization function of the original sinogram;
formula,
, Further calculating a beam hardening correction vector c, k = 1, 2,. . . 6. The method of obtaining the beam hardening correction factor for performing beam hardening correction on computed tomography data according to claim 5, wherein h is h and is the highest defined order.
コンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うためのビームハードニング補正係数を取得するためのデバイスであって、
特定のサイズの対象物の元の再構築された画像および元のサイノグラムを取得するための取得デバイスと、
前記元の再構築された画像を誤差低減によって処理した後に、誤差低減されたサイノグラムを取得するための誤差低減デバイスと、
前記元のサイノグラムの平均値および前記誤差低減されたサイノグラムの平均値をサンプリングおよび計算するための平均化デバイスと、
前記特定のサイズの前記対象物のための最適化関数の係数ベクトルを決定するために、前記誤差低減されたサイノグラムにしたがって前記元のサイノグラムを最適化するための最適化デバイスと、
前記特定のサイズの前記対象物のための前記ビームハードニング補正係数を取得するために、前記元のサイノグラムの前記最適化関数の前記係数ベクトルをフィッティングするためのフィッティングデバイスと
を備える、デバイス。
A device for obtaining a beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on computer tomography data,
An acquisition device for acquiring an original reconstructed image and original sinogram of an object of a particular size;
An error reduction device for obtaining an error reduced sinogram after processing the original reconstructed image by error reduction;
An averaging device for sampling and calculating the average value of the original sinogram and the average value of the error-reduced sinogram;
An optimization device for optimizing the original sinogram according to the error-reduced sinogram to determine a coefficient vector of an optimization function for the object of the specific size;
A fitting device for fitting the coefficient vector of the optimization function of the original sinogram to obtain the beam hardening correction factor for the object of the specific size.
最適化関数の係数ベクトルを、それぞれ異なるサイズの物体のために計算することができ、前記フィッティングデバイスが、前記最適化関数のすべての前記係数ベクトルにフィットする、請求項7記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得するためのデバイス。 8. Computed tomography data according to claim 7, wherein coefficient vectors of optimization functions can be calculated for objects of different sizes, and the fitting device fits all the coefficient vectors of the optimization function. A device for obtaining the beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction. 前記誤差低減デバイスが、さらに、
値集合P’を取得するために、合計を通過した画素数で割る前に、各検出器によって検出されたX線がビューにしたがって通過する画素のコンピュータ断層撮影値を合計し、
前記元のサイノグラム中の前記値集合P’に対応する投影値の集合Pを位置決めし、前記誤差低減されたサイノグラムを取得するために、以下の式、
を使用するように動作可能であり、aが、前記対象物のためのシステムによって定義された係数である、請求項7記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得するためのデバイス。
The error reduction device further comprises:
To obtain the value set P ′, before dividing the sum by the number of pixels passed, sum the computed tomography values of the pixels through which the X-rays detected by each detector pass according to the view,
To locate a set of projection values P corresponding to the value set P ′ in the original sinogram and obtain the sinogram with reduced error, the following equation:
The beam hardening for performing beam hardening correction on computed tomography data according to claim 7, wherein a is a coefficient defined by a system for the object. A device for obtaining correction factors.
前記平均化デバイスが、さらに、
前記元のサイノグラムの境界ビューおよび前記元のサイノグラムの隣接ビューを第1のサンプリングビューとして決定し、前記誤差低減されたサイノグラムの境界ビューおよび前記誤差低減されたサイノグラムの隣接ビューを第2のサンプリングビューとして決定し、
前記第1のサンプリングビューの平均値および前記第2のサンプリングビューの平均値を、それぞれ、前記元のサイノグラムの平均値および前記誤差低減されたサイノグラムの平均値として計算するように動作可能である、請求項7記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得するためのデバイス。
The averaging device further comprises:
Determining a boundary view of the original sinogram and a neighboring view of the original sinogram as a first sampling view, and the boundary view of the error-reduced sinogram and the neighboring view of the error-reduced sinogram as a second sampling view Determined as
Operable to calculate an average value of the first sampling view and an average value of the second sampling view as an average value of the original sinogram and an average value of the error-reduced sinogram, respectively. A device for obtaining the beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on the computed tomography data according to claim 7.
前記最適化デバイスが、さらに、
の値をできるだけゼロに近づける係数ベクトルbを計算するように動作可能であり、QおよびQ’が、それぞれ、前記元のサイノグラムの平均値および前記誤差低減されたサイノグラムの平均値であり、Bjが使用される基底関数であり、j=1,2,...nであり、nが使用される前記基底関数の数であり、i=1,2,...mであり、mが最高の定義された次数である、請求項7記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得するためのデバイス。
The optimization device further comprises:
Is operable to calculate a coefficient vector b that approximates as close to zero as possible, Q and Q ′ are the mean value of the original sinogram and the mean value of the error-reduced sinogram, respectively, and Bj is Is the basis function used, j = 1, 2,. . . n, where n is the number of basis functions used, i = 1, 2,. . . 8. A device for obtaining the beam hardening correction factor for performing beam hardening correction on computed tomography data according to claim 7, wherein m is m and m is the highest defined order.
前記フィッティングデバイスが、
式、
にしたがって、ビームハードニング補正ベクトルcを計算するようにさらに動作可能であり、k=1,2,...hであり、hが最高の定義された次数である、請求項11記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得するためのデバイス。
The fitting device is
formula,
And is further operable to calculate a beam hardening correction vector c, k = 1, 2,. . . The device for obtaining the beam hardening correction factor for performing beam hardening correction on computed tomography data according to claim 11, wherein h is h and h is the highest defined order.
特定のサイズの少なくとも1つの他の対象物のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うために、前記ビームハードニング補正係数を使用するように構成された補正計算デバイスをさらに備える、請求項7記載のコンピュータ断層撮影データにビームハードニング補正を行うための前記ビームハードニング補正係数を取得するためのデバイス。 8. A correction calculation device configured to use the beam hardening correction factor to perform beam hardening correction on computed tomography data of at least one other object of a particular size. A device for obtaining the beam hardening correction coefficient for performing beam hardening correction on the computed tomography data. 元の再構築された画像を生成するための元のデータを取得するために、X線を使用して対象物をスキャンするためのスキャンデバイスと、
前記スキャンデバイスに動作可能に結合され、
特定のサイズの対象物の元の再構築された画像および元のサイノグラムを取得し、
前記元の再構築された画像を誤差低減によって処理した後に、誤差低減されたサイノグラムを取得し、
前記元のサイノグラムの平均値および前記誤差低減されたサイノグラムの平均値をサンプリングおよび計算し、
前記特定のサイズの前記対象物のための最適化関数の係数ベクトルを決定するために、前記誤差低減されたサイノグラムにしたがって前記元のサイノグラムを最適化し、
前記特定のサイズの前記対象物のためのビームハードニング補正係数を取得するために、前記元のサイノグラムの前記最適化関数の前記係数ベクトルをフィッティングするように構成されたプロセッサと
を備える、コンピュータ断層撮影装置。
A scanning device for scanning an object using x-rays to obtain original data for generating an original reconstructed image;
Operably coupled to the scanning device;
Get an original reconstructed image and an original sinogram of an object of a certain size,
After processing the original reconstructed image with error reduction, an error reduced sinogram is obtained;
Sampling and calculating the mean value of the original sinogram and the mean value of the error-reduced sinogram;
Optimizing the original sinogram according to the error-reduced sinogram to determine a coefficient vector of an optimization function for the object of the specific size;
A computer tom comprising: a processor configured to fit the coefficient vector of the optimization function of the original sinogram to obtain a beam hardening correction factor for the object of the particular size Shooting device.
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