JP6663094B2 - Scattered-ray intensity calculating apparatus, scattered-ray correcting apparatus including the same, and scattered-ray intensity calculating method - Google Patents

Scattered-ray intensity calculating apparatus, scattered-ray correcting apparatus including the same, and scattered-ray intensity calculating method Download PDF

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Description

本発明は、X線撮影で得られる画像に含まれる散乱線成分の強度を算出する散乱線強度算出装置及び散乱線強度算出方法に関する。   The present invention relates to a scattered radiation intensity calculation device and a scattered radiation intensity calculation method for calculating the intensity of a scattered radiation component included in an image obtained by X-ray photography.

X線撮影で得られる画像は、被写体を透過した直接放射線に起因する直接線成分と、直接線成分以外の成分とを含む。直接線成分以外の成分としては、散乱線に起因する散乱線成分と、X線検出素子の光拡散およびX線撮影装置の系から発生する電気的ノイズ等に起因する成分とが存在するが、散乱線成分の方が支配的である。散乱線としては、被写体からの散乱線やフラットパネルディテクタの前面に設置されるカーボンからの散乱線などがある。   An image obtained by X-ray imaging includes a direct ray component caused by direct radiation transmitted through a subject and a component other than the direct ray component. As components other than the direct ray component, there are a scattered ray component caused by scattered rays, and a component caused by light scattering of the X-ray detection element and electric noise generated from the system of the X-ray imaging apparatus. The scattered ray component is dominant. Examples of the scattered radiation include scattered radiation from a subject and scattered radiation from carbon provided in front of a flat panel detector.

特に被写体のX線減弱が大きくなる箇所に相当するピクセル位置では、ディテクタに取り込まれるX線の大半が散乱放射線となる場合もあり、線形性が大きく崩れ、アーチファクトが現れる要因となる。そして、これがX線撮影で得られる画像の画質の劣化を引き起こし、それが誤診の原因となったり、本来治療すべき病変を見逃すことになったりする場合がある。したがって、X線撮影で得られる画像の画質の劣化を抑えるためには、X線撮影で得られる画像から散乱線成分を低減した画像を導出する必要がある。   In particular, at the pixel position corresponding to the position where the X-ray attenuation of the subject becomes large, most of the X-rays captured by the detector may become scattered radiation, and the linearity is largely lost, which causes an artifact to appear. Then, this causes deterioration of the image quality of the image obtained by the X-ray imaging, which may cause a misdiagnosis or miss a lesion to be originally treated. Therefore, in order to suppress the deterioration of the image quality of the image obtained by X-ray imaging, it is necessary to derive an image with reduced scattered radiation components from the image obtained by X-ray imaging.

佐久間俊光、外7名、「鉛ディスク法による散乱線測定」、東北大学医療技術短期大学部紀要、東北大学医療技術短期大学部、1995年、第4巻、第2号、p.119―124Toshimitsu Sakuma, 7 others, `` Scattered radiation measurement by the lead disk method '', Bulletin of Tohoku University College of Medical Technology, Tohoku University College of Medical Technology, 1995, Vol. 4, No. 2, p. 119-124

非特許文献1では、鉛ディスク法による散乱線測定が提案されている。しかしながら、任意の異なる生体を被写体とした場合でも適用可能な具体的な散乱線強度の算出手法については何ら開示されていない。   Non-Patent Document 1 proposes scattered radiation measurement by the lead disk method. However, there is no disclosure of a specific method of calculating the scattered radiation intensity that can be applied even when an arbitrary different living body is used as a subject.

本発明は、上記の状況に鑑み、任意の異なる生体を被写体とした場合でも適用可能な散乱線強度算出装置及びそれを備えた散乱線補正装置並びに散乱線強度算出方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object to provide a scattered radiation intensity calculation apparatus that can be applied even when an arbitrary living body is used as a subject, a scattered radiation correction apparatus including the same, and a scattered radiation intensity calculation method. Is what you do.

上記目的を達成するために本発明に係る散乱線強度算出装置においては、被写体のX線撮影で用いられるディテクタ上の特定のピクセル位置の特定のフレームにおける全放射線強度に対する散乱放射線強度の算出結果の比と、前記特定のフレームでの前記被写体を設けないX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度に対する前記特定のフレームでの前記被写体のX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度の比との関係を示す曲線式のパラメータを記憶する記憶部と、前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおいて、前記被写体のX線撮影で検出される全放射線強度又は直接放射線強度に対する散乱放射線強度の比を前記曲線式を用いて算出する算出部と、を備える構成(第1の構成)とする。   In order to achieve the above object, in the scattered radiation intensity calculation apparatus according to the present invention, the calculation result of the scattered radiation intensity with respect to the total radiation intensity in a specific frame at a specific pixel position on a detector used in X-ray imaging of a subject The ratio and the X-ray image of the subject in the specific frame with respect to the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the X-ray image without the subject in the specific frame. A storage unit that stores a parameter of a curve expression indicating a relationship with a ratio of the detected total radiation intensity, and at the specific frame at the specific pixel position, the total radiation intensity detected by X-ray imaging of the subject or And a calculation unit that calculates the ratio of the scattered radiation intensity to the direct radiation intensity using the curve equation (first configuration).

上記第1の構成の散乱線強度算出装置において、前記特定のピクセル位置が複数設定され、前記特定のフレームが複数設定される構成(第2の構成)としてもよい。また、上記第1又は第2の構成の散乱線強度算出装置において、前記記憶部は、前記ディテクタ上の前記特定以外のピクセル位置における散乱放射線強度を、前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおける散乱放射線強度の算出結果に基づいて補間する補間式又は前記補間式から算出される補間データを記憶する構成(第3の構成)としてもよい。   In the scattered radiation intensity calculating apparatus according to the first configuration, a plurality of the specific pixel positions may be set, and a plurality of the specific frames may be set (a second configuration). Further, in the scattered radiation intensity calculation device of the first or second configuration, the storage unit stores the scattered radiation intensity at the pixel position other than the specific pixel position on the detector in the specific frame at the specific pixel position. A configuration (third configuration) for storing an interpolation formula for performing interpolation based on the calculation result of the scattered radiation intensity or interpolation data calculated from the interpolation formula may be adopted.

上記目的を達成するために本発明に係る散乱線補正装置は、上記第1〜第3いずれかの構成の散乱線強度算出装置と、前記算出部の算出結果に基づいて前記被写体のX線撮影で得られる測定画像に対して散乱線補正を行う補正部と、を備える構成(第4の構成)である。   In order to achieve the above object, a scattered radiation correction apparatus according to the present invention comprises: a scattered radiation intensity calculation apparatus according to any one of the first to third configurations; and an X-ray imaging apparatus for the subject based on a calculation result of the calculation unit. And a correction unit that performs scattered radiation correction on the measurement image obtained in (4).

上記目的を達成するために本発明に係る散乱線強度算出方法においては、被写体のX線撮影で用いられるディテクタ上の特定のピクセル位置の特定のフレームにおける全放射線強度に対する散乱放射線強度の算出結果の比と、前記特定のフレームでの前記被写体を設けないX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度に対する前記特定のフレームでの前記被写体のX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度の比との関係を示す曲線式のパラメータを記憶媒体から読み出す読出ステップと、前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおいて、前記被写体のX線撮影で検出される全放射線強度又は直接放射線強度に対する散乱放射線強度の比を前記読出ステップで読み出された前記パラメータによって定まる前記曲線式を用いて算出する算出ステップと、を備える構成(第5の構成)とする。   In order to achieve the above object, in the scattered radiation intensity calculation method according to the present invention, the calculation result of the scattered radiation intensity relative to the total radiation intensity in a specific frame at a specific pixel position on a detector used in X-ray imaging of a subject is described. The ratio and the X-ray image of the subject in the specific frame with respect to the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the X-ray image without the subject in the specific frame. A step of reading out from a storage medium a parameter of a curve expression indicating a relationship with a ratio of a detected total radiation intensity, and a total radiation detected by X-ray imaging of the subject in the specific frame at the specific pixel position The intensity or the ratio of the scattered radiation intensity to the direct radiation intensity is determined by the parameter read in the reading step. A calculation step of calculating using whole the curve formula, the structure comprising a (fifth configuration).

本発明によると、任意の異なる生体を被写体とした場合でも適用可能な散乱線強度算出装置及びそれを備えた散乱線補正装置並びに散乱線強度算出方法を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the scattered-ray intensity | strength calculation apparatus which can be applied even when arbitrary different living bodies are made into a subject, the scattered-ray correction apparatus provided therewith, and the scattered-ray intensity | strength calculation method can be implement | achieved.

鉛円板、X線源、及び被写体の位置関係を示す図Diagram showing positional relationship between lead disk, X-ray source, and subject 鉛円板の直径を変えた場合の全放射線の輝度値と、鉛円板がない場合の散乱放射線の輝度値とを示すグラフGraph showing the luminance value of all radiation when the diameter of the lead disk is changed and the luminance value of scattered radiation without the lead disk 各近似方法で求めた外挿データの誤差を示す表Table showing errors in extrapolated data obtained by each approximation method ディテクタ上の特定のピクセル位置の一例を示す図Diagram showing an example of a specific pixel location on a detector 10個のプロファイルの位置を示す図Diagram showing the positions of 10 profiles 1ブロックのピクセルの座標と輝度値に関する模式図Schematic diagram of pixel coordinates and luminance values of one block 既知の輝度値を示す表Table showing known brightness values 1ブロック内における輝度値のプロファイルを示す図The figure which shows the profile of the brightness value in one block 散乱放射線による輝度値のイメージ画像Image of brightness value due to scattered radiation 散乱放射線による輝度値のプロファイルを示す図The figure which shows the profile of the brightness value by scattered radiation 測定画像上の特定のピクセル位置の一例を示す図Diagram showing an example of a specific pixel position on a measurement image 鉛円板の直径を変えた場合の全放射線の輝度値と、鉛円板がない場合の散乱放射線の輝度値とを示すグラフGraph showing the luminance value of all radiation when the diameter of the lead disk is changed and the luminance value of scattered radiation without the lead disk アキシャル像を示す図Diagram showing axial image 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. 着目ピクセル領域を示す測定画像および着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフA graph showing a measurement image showing the pixel area of interest and a calculation result of parameters in the pixel area of interest. ディテクタ上の特定のピクセル位置の一例を示す図Diagram showing an example of a specific pixel location on a detector 全放射線の輝度値と散乱放射線の輝度値とを示すグラフGraph showing the luminance value of total radiation and the luminance value of scattered radiation 着目ピクセル領域におけるパラメータの計算結果を示すグラフGraph showing the calculation results of parameters in the pixel area of interest 4次曲線から計算される散乱放射線による輝度値との差を示すグラフGraph showing a difference from a luminance value due to scattered radiation calculated from a quartic curve 修正後の全放射線の輝度値と散乱放射線の輝度値とを示すグラフGraph showing the luminance value of all radiation and the luminance value of scattered radiation after correction 生体を被写体とした場合のアキシャル像を示す図A diagram showing an axial image when a living body is set as a subject 発明の一実施形態に係る散乱線補正装置の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a scattered radiation correction device according to an embodiment of the present invention.

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明に係る散乱線強度算出装置及びそれを備えた散乱線補正装置を開発するために検討及び評価した結果について説明し、最後に本発明に係る散乱線強度算出装置及びそれを備えた散乱線補正装置について説明する。なお、本実施形態では、ディテクタの各画素でフレーム毎に計数される値である画素値を輝度値と呼ぶことにする。輝度値には、直接放射線が寄与する分と、散乱放射線が寄与する分とが含まれている。本実施形態では、前者を直接放射線による輝度値又は直接放射線の輝度値と呼び、後者を散乱放射線による輝度値又は散乱放射線の輝度値と呼ぶことにする。直接放射線による輝度値又は直接放射線の輝度値は直接放射線の強度に対応し、散乱放射線による輝度値又は散乱放射線の輝度値は散乱放射線の強度に対応する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The scattered radiation intensity calculation apparatus according to the present invention and the result of examination and evaluation for developing the scattered radiation correction apparatus including the same will be described, and finally the scattered radiation intensity calculation apparatus according to the present invention and the scattered radiation including the same The correction device will be described. In the present embodiment, a pixel value which is a value counted for each frame by each pixel of the detector is referred to as a luminance value. The luminance value includes the contribution of direct radiation and the contribution of scattered radiation. In the present embodiment, the former is referred to as a luminance value due to direct radiation or a luminance value of direct radiation, and the latter is referred to as a luminance value due to scattered radiation or a luminance value of scattered radiation. The luminance value of the direct radiation or the luminance value of the direct radiation corresponds to the intensity of the direct radiation, and the luminance value of the scattered radiation or the luminance value of the scattered radiation corresponds to the intensity of the scattered radiation.

<1.ディテクタの各ピクセルで取り込まれる散乱放射線の計算>
<1−1.鉛円板の位置に対応するピクセルにおける散乱放射線の輝度値>
ディテクタの有感領域での散乱放射線の輝度値は実験的に求めることができる。その方法としては、直径の異なる数種類の鉛円板1を図1に示すようにX線源2と被写体3の間に設置してCT撮影を行い、鉛円板1の中心位置に対応するディテクタ4のピクセル位置の輝度値を比較して外挿する。
<1. Calculation of scattered radiation captured by each pixel of the detector>
<1-1. Brightness value of scattered radiation at pixel corresponding to position of lead disk>
The brightness value of the scattered radiation in the sensitive area of the detector can be determined experimentally. As a method, several types of lead disks 1 having different diameters are installed between an X-ray source 2 and a subject 3 as shown in FIG. 1 to perform CT imaging, and a detector corresponding to the center position of the lead disk 1 is used. The luminance value at the pixel position of No. 4 is compared and extrapolated.

鉛円板は十分な厚さがあればX線をほぼ遮断できると考えてよい。したがって、鉛円板の中心位置に対応するディテクタのピクセル位置の輝度値は、直接放射線成分を含まず散乱放射線のみが反映されていると考えることができる。この鉛円板の中心位置に対応するディテクタのピクセル位置の輝度値に反映される散乱放射線は、鉛円板の外側を通過したX線が被写体に照射した場合に生成する散乱放射線であると考えられる。   It can be considered that the lead disk can substantially block X-rays if it has a sufficient thickness. Therefore, it can be considered that the brightness value at the pixel position of the detector corresponding to the center position of the lead disk does not directly include a radiation component but reflects only scattered radiation. The scattered radiation reflected on the luminance value at the pixel position of the detector corresponding to the center position of the lead disk is considered to be scattered radiation generated when X-rays passing outside the lead disk irradiate the subject. Can be

しかし、鉛円板に照射するX線は吸収されて被写体に照射しないので、その分散乱放射線が減少することになる。そして、その減少分は鉛円板の直径が小さくなればなるほど少なくなる。つまり、鉛円板の直径が小さいほど散乱放射線が多くなる。そして、鉛円板の直径と散乱放射線との関係を外挿して直径が0のときの散乱放射線の輝度値(外挿データ)を求めると、鉛円板を設置せずに通常のCT撮影を行った場合にそのピクセルで反映される散乱放射線の輝度値であるとみなすことができる。   However, since the X-rays applied to the lead disk are absorbed and not applied to the subject, the scattered radiation is reduced accordingly. And, the decrease becomes smaller as the diameter of the lead disk becomes smaller. That is, the smaller the diameter of the lead disk, the more scattered radiation. Then, extrapolating the relationship between the diameter of the lead disk and the scattered radiation and calculating the luminance value (extrapolated data) of the scattered radiation when the diameter is 0, ordinary CT imaging without the lead disk is performed. This can be considered as the luminance value of the scattered radiation reflected at that pixel when performed.

<1−2.外挿データに関する検討>
上記1−1.で説明した外挿データを求める具体的な方法を検討するため、頭部ファントムを模した数学ファントムにX線管から放出されるX線スペクトルのX線束を照射したときのX線の挙動を、モンテカルロ法を用いて計算することによりディテクタの各ピクセルで取り込まれる直接放射線や散乱放射線の数を計算した。ディテクタは蓄積型であるので厳密には異なるが、ピクセルに取り込まれるX線の数と得られる輝度値とはほぼ比例関係にあると考えることができる。
<1-2. Study on extrapolated data>
1-1. In order to study a specific method for obtaining extrapolated data described in Section 2, the behavior of X-rays when a mathematical phantom simulating a head phantom is irradiated with an X-ray flux of an X-ray spectrum emitted from an X-ray tube is The number of direct and scattered radiation captured by each pixel of the detector was calculated by using the Monte Carlo method. Since the detector is of the accumulation type, it is strictly different, but it can be considered that the number of X-rays captured by the pixel and the obtained luminance value are substantially proportional to each other.

頭部ファントムは、前歯や臼歯、上顎、下顎、頸椎、軟組織等、形状や構成する組成をできるだけ現実のものに近づけるようにしてジオメトリーを作成した。実際のCT撮影では、患者の余分な被曝を抑えるため、ディテクタの有感領域にのみ直接X線が入射するようX線束をX線管直下において鉛コリメータでカットしているので、モンテカルロ法を用いた計算でも同様にカットした。X線が被写体で散乱せずに取り込まれるべきピクセルで検出された場合は直接放射線とみなし、異なるピクセルで取り込まれた場合は散乱放射線とみなして、直接放射線と散乱放射線をそれぞれ計算
した。直接放射線と散乱放射線の和が、実際のCT撮影においてディテクタで検出される放射線に対応する。ここでは、直接放射線と散乱放射線の和を全放射線とする。
The head phantom created the geometry such that the shape and composition of the anterior and posterior teeth, upper jaw, lower jaw, cervical vertebra, soft tissue, etc. were as close as possible to the real one. In actual CT imaging, the X-ray flux is cut by a lead collimator directly under the X-ray tube so that X-rays are directly incident only on the sensitive area of the detector in order to suppress extra exposure of the patient. The same calculation was also cut. Direct X-rays and scattered X-rays were calculated when X-rays were detected at pixels that should be captured without being scattered by the subject, and were considered as scattered radiation when X-rays were captured at different pixels. The sum of the direct radiation and the scattered radiation corresponds to the radiation detected by the detector in actual CT imaging. Here, the sum of the direct radiation and the scattered radiation is defined as the total radiation.

X線源と頭部ファントムとの間に設置した鉛円板の直径を2mm、4mm、8mm、12mm、16mm、20mm、24mmと変化させてモンテカルロ法で計算した場合の全放射線の輝度値から外挿して算出した0mmの場合、すなわち、鉛円板を設置しない場合の散乱放射線の輝度値と、モンテカルロ法で計算した0mmの場合の散乱放射線の輝度値とを比較する。   When the diameter of the lead disk placed between the X-ray source and the head phantom is changed to 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm, 16 mm, 20 mm, and 24 mm, the luminance value of the total radiation when calculated by the Monte Carlo method is excluded. In the case of 0 mm calculated by insertion, that is, the luminance value of the scattered radiation when the lead disk is not installed is compared with the luminance value of the scattered radiation in the case of 0 mm calculated by the Monte Carlo method.

図2は、鉛円板の直径を変えた場合の全放射線の輝度値と、鉛円板がない場合の散乱放射線の輝度値とを、正面照射、側面照射、背面照射それぞれにおいて示すグラフである。前者の値から外挿した値を算出するための近似方法として、(I) 軸対称な6次曲線で近似した場合、(II) 軸対称な6次曲線と、直径2mm及び4mmの2点を結ぶ直線との間の平均値で近似した場合、(III)1次式の最小二乗法で近似した場合、の3つのパターンを検討した。   FIG. 2 is a graph showing the luminance value of all radiation when the diameter of the lead disk is changed and the luminance value of scattered radiation when there is no lead disk in front irradiation, side irradiation, and back irradiation, respectively. . As an approximation method for calculating a value extrapolated from the former value, (I) when approximating with an axially symmetric 6th-order curve, (II) an axially symmetric 6th-order curve and two points of 2 mm and 4 mm in diameter are used. Three patterns were examined: an approximation by an average value between the straight lines to be connected, and (III) an approximation by the least square method of a linear equation.

図3は、各照射パターンにおける、各近似方法を用いて得られた鉛円板を設置しない場合の散乱放射線の輝度値と、モンテカルロ法で計算した0mmの場合の散乱放射線の輝度値との誤差を示す表である。   FIG. 3 shows the difference between the luminance value of scattered radiation obtained by using each approximation method without using a lead disk and the luminance value of scattered radiation calculated by the Monte Carlo method at 0 mm in each irradiation pattern. FIG.

全体的に最も安定して誤差が小さいのは近似方法(II)である。したがって、以下の説明では、近似方法(II)で散乱放射線の輝度値を算出することにした。   The approximation method (II) has the most stable and small error as a whole. Therefore, in the following description, the luminance value of the scattered radiation is calculated by the approximation method (II).

しかしながら、近似方法(I)、近似方法(III)、或いは近似方法(I)〜(III)以外の近似方法を採用してよい。なお、近似方法(II)や近似方法(I)のように6次式を用いることで誤差が小さくなるので、6次式を用いた近似を行うことが望ましい。   However, an approximation method other than the approximation method (I), the approximation method (III), or the approximation methods (I) to (III) may be employed. Note that the error is reduced by using the sixth-order equation as in the approximation method (II) or the approximation method (I). Therefore, it is desirable to perform the approximation using the sixth-order equation.

ディテクタ上の特定のピクセル位置における散乱放射線による輝度値は上記のようにして求めることができる。以下の説明では、図1において設置する鉛円板の位置を、それに対応するディテクタ上のピクセル位置が図4に示す5×5=25箇所の黒丸部分のいずれかになるように調整して各撮影を行い、得られる実験データから散乱放射線を算出する。   The luminance value due to scattered radiation at a specific pixel position on the detector can be obtained as described above. In the following description, the position of the lead disk set in FIG. 1 is adjusted such that the pixel position on the detector corresponding to the position is one of 5 × 5 = 25 black circles shown in FIG. Imaging is performed, and scattered radiation is calculated from the obtained experimental data.

<1−3. ディテクタ上の全ピクセルにおける散乱放射線の輝度値の計算>
ディテクタ上において、各ピクセル位置での散乱放射線はピクセル座標が変化してもそれほど急激に変化せず、緩やかに変化する。図5の25箇所の散乱放射線の輝度値が分かっているので、これが滑らかに変化するように残りのピクセルにおける散乱放射線の輝度値を計算することが可能である。撮影実験に先立って、計算によりこれを実証したので以下に示す。
<1-3. Calculation of brightness value of scattered radiation in all pixels on detector>
On the detector, the scattered radiation at each pixel position does not change so rapidly even if the pixel coordinates change, but changes slowly. Since the brightness values of the scattered radiation at 25 points in FIG. 5 are known, it is possible to calculate the brightness values of the scattered radiation in the remaining pixels so that the brightness values change smoothly. Prior to the photographing experiment, this was demonstrated by calculation and is shown below.

上記1−2.と同様にモンテカルロ法を用いて、鉛円板を取り除いたジオメトリーでX線を照射した場合にディテクタの各ピクセルで取り込まれる直接放射線と散乱放射線の数を計算する。このとき、横軸または縦軸方向に平行な1列のピクセル上で取り込まれる散乱放射線の輝度値のピクセルナンバーに対するプロファイルを考えると、これらは緩やかな曲線を描く。このプロファイルは、その内5点の値が既知であれば、最小二乗法により4次曲線で近似できる。図4に示す25箇所の黒丸部分で考えると、縦方向と横方向で計10個のプロファイルをそれぞれ近似することができる。すると、図5に示す実線上のピクセルにおける散乱放射線の輝度値は4次曲線での近似により算出することができる。これらの輝度値から、その他のピクセルにおける散乱放射線の輝度値を算出することになる。その手順を以下に示す。   1-2. Similarly to the above, the number of direct radiation and scattered radiation taken in each pixel of the detector when X-rays are irradiated with the geometry from which the lead disk has been removed is calculated using the Monte Carlo method. At this time, considering a profile of the luminance value of the scattered radiation taken on one row of pixels parallel to the horizontal axis or the vertical axis direction with respect to the pixel number, these draw a gentle curve. This profile can be approximated by a quartic curve by the least squares method if the values of the five points are known. Considering the 25 black circles shown in FIG. 4, a total of 10 profiles can be approximated in the vertical and horizontal directions. Then, the luminance value of the scattered radiation at the pixel on the solid line shown in FIG. 5 can be calculated by approximation with a quartic curve. From these luminance values, the luminance values of the scattered radiation in the other pixels are calculated. The procedure is shown below.

ディテクタ上のピクセルは図5に示す実線によって区切られる16個のブロックのいずれかに必ず属するので、その属するブロック内の座標(x,y)のピクセルにおける散乱放射線の輝度値Bv(x,y)を算出することを考える。この1ブロックのピクセルの座標と輝度値に関する模式図を図6に示す。   Since the pixel on the detector always belongs to one of the 16 blocks separated by the solid line shown in FIG. 5, the luminance value Bv (x, y) of the scattered radiation at the pixel at the coordinates (x, y) in the block to which the pixel belongs Is calculated. FIG. 6 is a schematic diagram showing the coordinates and luminance values of the pixels of this one block.

ブロックの角の座標をそれぞれ(x0,y0)、(x1,y0)、(x0,y1)、(x1,y1)とする。すると、ブロックの角4点の輝度値Bv(x0,y0)、Bv(x1,y0)、Bv(x0,y1)、Bv(x1,y1)および、着目ピクセル(x,y)を通り横軸方向および縦軸方向に平行な直線とブロックの境界位置のピクセルにおける輝度値Bv(x,y0)、Bv(x1,y)、Bv(x,y1)、Bv(x0,y)は、全て上述した4次曲線での近似により輝度値を算出することができるピクセルにおける輝度値であるので、すでに既知である。 The coordinates of the corners of the block are (x 0 , y 0 ), (x 1 , y 0 ), (x 0 , y 1 ), and (x 1 , y 1 ). Then, the brightness value Bv (x 0, y 0) of the corner 4 points of a block, Bv (x 1, y 0 ), Bv (x 0, y 1), Bv (x 1, y 1) and, focused pixel ( luminance values Bv (x, y 0 ), Bv (x 1 , y), Bv (x, y 1 ) at the pixel at the boundary position of the block and the straight line parallel to the horizontal and vertical axes passing through (x, y) , Bv (x 0 , y) are already known because they are all luminance values at pixels for which luminance values can be calculated by approximation with the above-described quartic curve.

ピクセル位置を(x,y0)から(x,y)、 (x,y1)へと移動するとき、Bv(x,y0)、Bv(x,y)、 Bv(x,y1)への輝度値の変化は、Bv(x0,y0)、Bv(x0,y)、Bv(x0,y1)への輝度値の変化、および、Bv(x1,y0)、Bv(x1,y)、Bv(x1,y1)への輝度値の変化の影響を受けることになる。このとき、輝度値は緩やかに変化するので、輝度値の比Bv(x,y)/Bv(x0,y)は、Bv(x,y0)/Bv(x0,y0)とBv(x,y1)/Bv(x0,y1)の間の値を緩やかに変化すると考えるのが妥当である。 When moving the pixel position from (x, y 0 ) to (x, y), (x, y 1 ), Bv (x, y 0 ), Bv (x, y), Bv (x, y 1 ) change in the luminance value to the, Bv (x 0, y 0 ), Bv (x 0, y), the change in luminance value of the Bv (x 0, y 1) , and, Bv (x 1, y 0 ) , Bv (x 1 , y) and Bv (x 1 , y 1 ). At this time, since the brightness value changes slowly, the brightness value ratio Bv (x, y) / Bv (x 0 , y) is Bv (x, y 0 ) / Bv (x 0 , y 0 ) and Bv It is reasonable to think that the value between (x, y 1 ) / Bv (x 0 , y 1 ) changes slowly.

ここで、y 座標の変化に伴って輝度値が単調に変化すると仮定すると、輝度値の比Bv(x,y)/Bv(x0,y)を求めることができ、Bv(x0,y)が既知なので、Bv(x,y)を計算することができる。これをBvs1(x,y) とする。一方、Bv(x,y)/Bv(x1,y)はBv(x,y0)/Bv(x1,y0)とBv(x,y1)/Bv(x1,y1)の間を緩やかに変化すると考えることもできるので、このことからもBv(x,y)を計算することができ、これをBvl1(x,y) とする。一般にBvs1(x,y) とBvl1(x,y)は一致しないので、これをBv(x,y)の仮の値としてBv1(x,y)とした。 Assuming that the luminance value with changes in the y coordinate varies monotonically, it is possible to determine the ratio of the luminance value Bv (x, y) / Bv (x 0, y), Bv (x 0, y ) Is known, so that Bv (x, y) can be calculated. This is Bvs1 (x, y). On the other hand, Bv (x, y) / Bv (x 1 , y) is Bv (x, y 0 ) / Bv (x 1 , y 0 ) and Bv (x, y 1 ) / Bv (x 1 , y 1 ) Can be considered to change gradually, so that Bv (x, y) can be calculated from this, and this is set as Bvl1 (x, y). In general, Bvs1 (x, y) and Bvl1 (x, y) do not match, so this is set as Bv1 (x, y) as a temporary value of Bv (x, y).

しかし、これをブロック内のすべてのピクセルに適用しようとすると、ブロックの境界部分(x= x0およびx= x1 のとき)で輝度値の不整合が生じる。そこで、x= x0およびx= x1のときのBv(x,y)の値をそれぞれBv00(y), Bv01(y) とする。本来、Bv1(x0,y) はBv00(y)に、Bv1(x1,y) はBv01(y)に一致しなければならないので、x= x0 およびx= x1 でそれぞれ一致するよう以下のようにBv1(x,y) を補正して、その補正した値をBv(x,y)とする。 However, an attempt to apply it to all the pixels in the block, the mismatch of the luminance value occurs at the boundary portion of the block (when x = x 0 and x = x 1). Therefore, Bv00 x = x 0 and x = Bv when the x 1 (x, y) the value of each (y), and Bv01 (y). Originally, the Bv1 (x 0, y) is Bv00 (y), Bv1 (x 1, y) is because it must match the Bv01 (y), so as to respectively coincide with x = x 0 and x = x 1 Bv1 (x, y) is corrected as follows, and the corrected value is set as Bv (x, y).

ここで、51ピクセル×51ピクセルのディテクタで2次元のピクセル座標(x,y)にそれぞれ0〜50のピクセル番号を与える。検出される輝度値の内、x=0,x=50およびy=0, y=50のピクセルライン上のピクセルについてはすべて既知であり、図7に当てはめて考えると、x0=0, x1=50, y0=0, y1=50である。例えば、x=25, y=20 として、既知の輝度値を図7に示す値とする。 Here, pixel numbers of 0 to 50 are given to two-dimensional pixel coordinates (x, y) with a detector of 51 pixels × 51 pixels. Of the detected luminance values, all the pixels on the pixel lines of x = 0, x = 50 and y = 0, y = 50 are known, and when applied to FIG. 7, x 0 = 0, x 1 = 50, y 0 = 0, y 1 = 50. For example, assuming that x = 25 and y = 20, the known luminance value is a value shown in FIG.

図7に示す既知の輝度値からBv1 を計算したところ、1139 であった。そして、式(2)を適用してBv(25,20)の値を算出したところ、1135となった。また、ピクセルラインで囲まれた内部のピクセルの輝度値を同様に計算し、ピクセルの位置を水平な平面上に、輝度値を高さ方向に取って3次元で表わすと、プロファイルは図8のようになった。図8に子示すプロファイルの位置による変化は違和感のないものとなっている。   Bv1 was calculated from the known luminance values shown in FIG. Then, the value of Bv (25,20) was calculated by applying Expression (2), and it was 1135. When the luminance values of the pixels inside the pixel line are calculated in the same manner and the positions of the pixels are represented on a horizontal plane and the luminance values are taken in the height direction and expressed in three dimensions, the profile of FIG. It became so. The change according to the position of the profile shown in FIG.

このようにして求めた輝度値に関しても、頭部ファントムを模した数学ファントムを被写体としてモンテカルロ法で計算した散乱放射線による輝度値との誤差を見積もった。25箇所のピクセル領域で、モンテカルロ法で計算した散乱放射線による輝度値を利用して、縦軸方向・横軸方向それぞれ5本ずつ、計10本のピクセルラインの輝度値のプロファイルを4次曲線で近似し、それ以外のピクセルの輝度値を上記で述べた方法で式(2)より算出する。   Regarding the luminance value obtained in this way, an error was estimated from a luminance value due to scattered radiation calculated by the Monte Carlo method using a mathematical phantom simulating a head phantom as a subject. In the 25 pixel regions, the luminance values due to the scattered radiation calculated by the Monte Carlo method are used, and the profiles of the luminance values of a total of 10 pixel lines, each of which is 5 lines in the vertical and horizontal directions, are represented by a quartic curve. Approximately, the luminance values of the other pixels are calculated from the equation (2) by the method described above.

そして、上述した10本のピクセルライン以外のピクセルの輝度値を式(2)で算出したプロファイル(以下、「第1プロファイル」と称す)を、すでにモンテカルロ法で計算している全ピクセルの輝度値のプロファイル(以下、「第2プロファイル」と称す)と比較する。図9(a)は第2プロファイルから得られる正面照射の場合の散乱放射線による輝度値のイメージ画像であり、図9(b)は第1プロファイルから得られる正面照射の場合の散乱放射線による輝度値のイメージ画像である。両者を比較すると、図9(b)は図9(a)をよく再現していることが分かる。   Then, a profile (hereinafter, referred to as a “first profile”) in which the luminance values of the pixels other than the above-described ten pixel lines are calculated by Expression (2) is used as the luminance values of all the pixels that have already been calculated by the Monte Carlo method. (Hereinafter, referred to as “second profile”). FIG. 9A is an image image of a luminance value due to scattered radiation in the case of front irradiation obtained from the second profile, and FIG. 9B is a luminance value due to scattered radiation in the case of front irradiation obtained from the first profile. It is an image image of. Comparing the two, it can be seen that FIG. 9 (b) reproduces FIG. 9 (a) well.

第1プロファイル及び第2プロファイルに対して、正面照射、側面照射、背面照射の場合のY=350における散乱放射線による輝度値のプロファイルを調べたところそれぞれ図10(a)、図10(b)、図10(c)のようになった。図10には、第2プロファイルをスムージングした第3プロファイルも合わせて示している。第2プロファイルと第1プロファイルの平均誤差をそれぞれ計算したところ、4.09%, 4.02%, 6.44%となった。一方、第3プロファイルと第1プロファイルの平均誤差はそれぞれ0.86%, 2.76%, 3.03%となり、モンテカルロ法で計算した輝度値のピクセル間のバラツキが誤差に影響を与えていたと思われる。Y=300, 400についても同様に誤差を計算したところ、表1のようになり、同様の傾向を示している。ここで、表1中のMCは第2プロファイル、Smは第3プロファイル、F(1)は第1プロファイルを示している。Y=400の背面照射は誤差が大きいのは歯列部分にあまり影響を与えない両端部分のずれが大きいためである。中央付近の350ピクセルのみで誤差を計算したところ1.42%であったので、CT再構成画像への影響は少ない。
For the first profile and the second profile, when the profile of the luminance value due to the scattered radiation at Y = 350 in the case of the front irradiation, the side irradiation, and the back irradiation was examined, FIG. 10 (a), FIG. The result is as shown in FIG. FIG. 10 also shows a third profile obtained by smoothing the second profile. The average error between the second profile and the first profile was calculated to be 4.09%, 4.02%, and 6.44%. On the other hand, the average errors of the third profile and the first profile were 0.86%, 2.76%, and 3.03%, respectively, and it is considered that the variation between pixels of the luminance value calculated by the Monte Carlo method influenced the error. When errors were similarly calculated for Y = 300 and 400, the results are as shown in Table 1 and show the same tendency. Here, in Table 1, MC indicates the second profile, Sm indicates the third profile, and F (1) indicates the first profile. The reason why the backside irradiation at Y = 400 has a large error is that there is a large shift between both end portions that does not significantly affect the dentition portion. When the error was calculated using only the 350 pixels near the center, the error was 1.42%, so that the influence on the CT reconstructed image was small.

<2.実験方法>
X線撮影装置は朝日レントゲン工業株式会社製のAUJE SOLIO を使用した。歯科用X線CT装置では、被写体の周りをX線管とディテクタがそれぞれ両端に設置されたアームが360度回転する。フレーム数は510枚、フレームレートは30fpsである。ディテクタの有感領域は156.96mm×159.36mm(654ピクセル×664ピクセル)であり、ディテクタの素子はCsI、厚さは700μmである。焦点からディテクタまでの距離が600mm、焦点から回転中心までの距離が375mmとなる。X線管の管電圧は85kV、管電流は4mAとした。
<2. Experimental method>
As an X-ray imaging apparatus, AUJE SOLIO manufactured by Asahi Roentgen Industries, Inc. was used. In a dental X-ray CT apparatus, an arm provided with an X-ray tube and a detector at both ends rotates around a subject by 360 degrees. The number of frames is 510 and the frame rate is 30 fps. The sensitive area of the detector is 156.96 mm × 159.36 mm (654 pixels × 664 pixels), the element of the detector is CsI, and the thickness is 700 μm. The distance from the focal point to the detector is 600 mm, and the distance from the focal point to the rotation center is 375 mm. The tube voltage of the X-ray tube was 85 kV, and the tube current was 4 mA.

撮影は、頭部ファントムを最適な位置に設置した場合、横方向に−5mm、−3mm、+3mm、+5mmずらした場合、前後方向に−5mm、+5mmずらした場合、上下方向に−5mm、+5mmずらした場合の9パターン行った。実際はファントムを固定してアームの中心位置および高さを調整することで対応した。   For shooting, when the head phantom is set at the optimum position, when it is shifted by -5 mm, -3 mm, +3 mm, and +5 mm in the horizontal direction, when it is shifted by -5 mm and +5 mm in the front-rear direction, it is shifted by -5 mm and +5 mm in the vertical direction 9 patterns were performed. In practice, this was achieved by fixing the phantom and adjusting the center position and height of the arm.

それぞれのパターンについて鉛円板を設置しない通常の撮影、図4に示す25箇所に対応する位置に中心位置がくるように異なる直径の鉛円板をそれぞれ1 つずつ設置した場合の撮影を行った。鉛円板の直径は、2.3mm、4.7mm、8.2mm、11.8mm、15.5mmの5種類である。したがって、撮影は1パターンで5×25+1=126回、全部で9×126=1134回行った。それぞれの撮影に対して、510枚(フレーム数分)の測定画像のデータがある。   For each pattern, a normal photograph without a lead disk was taken, and a photograph was taken with lead disks of different diameters placed one by one so that the center position was at the position corresponding to the 25 positions shown in FIG. . The diameters of the lead disks are five types of 2.3 mm, 4.7 mm, 8.2 mm, 11.8 mm, and 15.5 mm. Therefore, photographing was performed 5 × 25 + 1 = 126 times in one pattern, and 9 × 126 = 1134 times in total. For each shooting, there are 510 (the number of frames) measurement image data.

<3.実験結果>
上述した<1.ディテクタの各ピクセルで取り込まれる散乱放射線の計算>で説明した方法に基づいて、各パターン、各鉛円板位置、各フレームの撮影データについて、鉛円板の直径の変化に対する、鉛円板位置に対応するピクセル領域の平均輝度値をグラフ化して、直径が0の場合の輝度値を外挿することによって、有感領域内の25箇所の散乱放射線による輝度値を算出した。これらの内、頭部ファントムを最適な位置に設置したパターンにおいて、図11(i)〜図11(iv)に示すフレームNo.1(正面照射), 128(側面照射), 256(背面照射), 384(側面照射)の測定画像の4箇所のピクセル領域a〜dについて、鉛円板の直径を横軸、輝度値を縦軸に取った場合のグラフを図12(a)〜図12(d)に示す。ただし、直径0mmのときの輝度値は、直径2.3mmから15.5mmのときの5点の輝度値を用いて外挿により算出した値である。また、図11(i)はcの位置、図11(ii)はdの位置、図11(iii)はaの位置、図11(iv)はbの位置に鉛円板が該当する場合の測定画像を例として示している。なお、暗電流による輝度値は差し引いている。
<3. Experimental results>
<1. Calculation of the scattered radiation captured by each pixel of the detector> Based on the method described in <1>, for each pattern, each position of the lead disk, and the imaging data of each frame, the position of the lead disk with respect to the change in the diameter of the lead disk The average luminance value of the corresponding pixel area was graphed, and the luminance value in the case where the diameter was 0 was extrapolated to calculate the luminance value due to scattered radiation at 25 places in the sensitive area. Of these, in the pattern in which the head phantom is installed at the optimal position, frame Nos. 1 (front illumination), 128 (side illumination), 256 (back illumination) shown in FIGS. 11 (i) to 11 (iv). 12 (a) to 12 (b) are graphs in which the abscissa represents the diameter of the lead disk and the ordinate represents the luminance value for four pixel regions a to d of the measurement image of 384 (side irradiation). It is shown in d). However, the luminance value when the diameter is 0 mm is a value calculated by extrapolation using the luminance values at five points when the diameter is 2.3 mm to 15.5 mm. Also, FIG. 11 (i) shows the case where the lead disk corresponds to the position c, FIG. 11 (ii) shows the position d, FIG. 11 (iii) shows the position a, and FIG. 11 (iv) shows the position b. A measurement image is shown as an example. Note that the luminance value due to the dark current has been subtracted.

図12(a)〜図12(d)に示すグラフでは、被写体の厚みが薄く測定画像の輝度値が高い箇所では散乱放射線の輝度値が大きく、被写体が厚い部分では逆に小さくなっており、散乱放射線の特徴が現れている。また、いずれも外挿した0mmのときの輝度値と撮影で得られた他の輝度値とは滑らかな曲線を描いており、この方法で妥当な散乱放射線の輝度値が算出されていると考えてよい。そして、頭部ファントムの位置がずれた他のパターンについても同様にディテクタの有感領域内における散乱放射線の輝度値を算出することができる。   In the graphs shown in FIGS. 12A to 12D, the luminance value of the scattered radiation is large in a portion where the thickness of the subject is small and the luminance value of the measurement image is high, and is small in a portion where the subject is thick. The characteristic of scattered radiation appears. In addition, in all cases, the extrapolated luminance value at 0 mm and the other luminance values obtained by imaging draw a smooth curve, and it is considered that an appropriate luminance value of scattered radiation is calculated by this method. May be. Then, the luminance value of the scattered radiation in the sensitive area of the detector can be similarly calculated for other patterns in which the position of the head phantom is shifted.

<4.散乱線補正の効果>
上述した方法で算出した散乱放射線の輝度値を用いて散乱線補正を行うことによって、CT再構成画像の画質がどの程度向上するのかを確認する必要がある。
<4. Effect of scattered radiation correction>
It is necessary to confirm how much the image quality of the CT reconstructed image is improved by performing the scattered radiation correction using the luminance value of the scattered radiation calculated by the above-described method.

そこで、頭部ファントムが最適な位置に設置されているパターンで撮影して得られるデータから、各フレームについて25箇所のピクセル領域の散乱放射線の輝度値を算出した。そして、フレームごとに、式(2)を用いてディテクタのピクセル全体の散乱放射線の輝度値を算出して、撮影で得られた測定画像の各ピクセルにおける放射線(直接放射線+散乱放射線)の輝度値からその散乱放射線の輝度値を差し引くことによって、散乱線補正を実行した。   Therefore, the luminance values of the scattered radiation in 25 pixel regions for each frame were calculated from data obtained by photographing the head phantom in a pattern placed at the optimum position. Then, for each frame, the luminance value of the scattered radiation of the entire pixel of the detector is calculated using Expression (2), and the luminance value of the radiation (direct radiation + scattered radiation) at each pixel of the measurement image obtained by imaging is calculated. The scattered radiation correction was performed by subtracting the luminance value of the scattered radiation from.

そして、これら処理後の測定画像を再構成した三次元CT画像と、特開2015−65993号公報で提案されている散乱線補正を適用した画像とを比較した。その結果を以下に示す。   Then, a three-dimensional CT image obtained by reconstructing the measurement image after the processing was compared with an image to which scattered radiation correction proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-65593 was applied. The results are shown below.

図13(a)は測定画像を、散乱線補正を行わずに画像再構成した場合の、アキシャル画像を1箇所ピックアップして示したものである。   FIG. 13A shows an axial image picked up at one point when a measured image is reconstructed without performing scattered radiation correction.

図13(b)は測定画像に対して、特開2015−65993号公報で提案されている散乱線補正を適用した後に画像再構成した場合の、アキシャル画像を1箇所ピックアップして示したものである。   FIG. 13B shows an axial image picked up at one point when the image is reconstructed after applying the scattered radiation correction proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-65593 to the measured image. is there.

図13(c)は測定画像に対して、上述した方法で算出した散乱放射線の輝度値を用いて散乱線補正を行った後に画像再構成した場合の、アキシャル画像を1箇所ピックアップして示したものである。   FIG. 13C shows one axial image picked up when the image is reconstructed after performing scattered radiation correction on the measured image using the luminance value of the scattered radiation calculated by the method described above. Things.

図13(b)では歯列の内側や歯間に沿った方向や臼歯間にアーチファクトが現れており、図13(a)と比較してそれほど変化がなくあまり画質が改善されていないが、図13(c)ではアーチファクトが解消されている。すなわち、上述した方法で算出した散乱放射線の輝度値を用いた散乱線補正が有効であることが分かる。   In FIG. 13B, artifacts appear in the direction along the inside of the dentition and between the teeth and between the molars, and there is not much change compared to FIG. 13A and the image quality is not much improved. 13 (c), the artifact has been eliminated. That is, it can be seen that the scattered radiation correction using the luminance value of the scattered radiation calculated by the above-described method is effective.

<5.CT撮影における頭部ファントムの異なった位置づけで得られる散乱放射線の輝度値の割合の曲線近似>
<5−1.近似曲線の算出方法>
上述した散乱線補正を、頭部ファントムの任意の位置づけ、さらには、任意の生体データにも適用できるようにするためには、鉛円板の位置に対応する25箇所のピクセル領域のフレームごとに得られる散乱放射線の輝度値について、計算式を用いて算出できるようにする必要がある。本節では、頭部ファントムの9種類の位置づけパターンにおいて得られるデータを用いて曲線の計算式を導き、25箇所のピクセル領域のフレームごとのパラメータを算出したので、その方法を以下に示す。なお、以下で述べるピクセルの輝度値について、暗電流による影響はすでに取り除いているものとする。
<5. Curve approximation of luminance value ratio of scattered radiation obtained by different positioning of head phantom in CT imaging>
<5-1. Calculation method of approximate curve>
In order to apply the above-mentioned scattered radiation correction to any position of the head phantom, and further to be able to apply it to any biological data, for each frame of 25 pixel regions corresponding to the position of the lead disk It is necessary to be able to calculate the luminance value of the obtained scattered radiation using a calculation formula. In this section, a curve calculation formula was derived using data obtained in nine types of positioning patterns of the head phantom, and parameters for each frame of 25 pixel regions were calculated. The method will be described below. It is assumed that the influence of the dark current has already been removed from the pixel luminance values described below.

曲線の横軸は、被写体を設置しないで撮影を行った場合(このとき得られる測定画像を白画像と呼ぶことにする)に各ピクセルで得られる輝度値に対する、頭部ファントムを設置して撮影した場合(直接放射線も散乱放射線も含んでいるので、このとき得られる放射線を全放射線と呼ぶことにする。また、鉛円板は設置しない)の輝度値の比とし、それをXとする。また、曲線の縦軸は、全放射線の輝度値に対する、上記<3.実験結果>
において算出した散乱放射線の輝度値の比とし、それをYとする。
The horizontal axis of the curve is the image taken with the head phantom installed for the brightness value obtained for each pixel when the image was taken without setting the subject (the measurement image obtained at this time is called a white image). In this case, since the radiation includes both direct radiation and scattered radiation, the radiation obtained at this time will be referred to as total radiation, and a lead disk is not provided. The vertical axis of the curve indicates the above <3. Experimental results>
Is the ratio of the luminance values of the scattered radiation calculated in the above, and that is Y.

すると、XとYはともに1より小さい値をもち、被写体が薄い経路を通るときはXが1に近づき、逆に厚い場合は0に近づく。散乱放射線の割合が大きいときはYが1に近づき、小さいときは0に近づく。頭部ファントムのような大きい被写体においては、被写体が厚いと散乱放射線の割合が大きく、薄いと小さくなる傾向がある。以上の傾向に加え、グラフ化した場合のこれらの分布を考慮し、XとYの関係を表す曲線の式を、パラメータaおよびパラメータbを用いた下記の式(3)とした。   Then, both X and Y have values smaller than 1, and when the subject passes through a thin path, X approaches 1 and conversely, when the subject is thick, approaches 0. When the ratio of scattered radiation is large, Y approaches 1, and when it is small, it approaches 0. In a large subject such as a head phantom, the ratio of the scattered radiation tends to increase when the subject is thick, and to decrease when the subject is thin. In addition to the above tendency, taking into account these distributions in the case of graphing, the equation of the curve representing the relationship between X and Y is represented by the following equation (3) using the parameters a and b.

前述したように、これを各ピクセル領域の各フレームで得られる9 つのデータ分布に対して適用する。式(3)は、両辺に対数をとってYlog=logY、Xlog=logX とすることにより、下記の式(4)に変形でき、YlogをXlogの1 次式で表わすことができる。 As described above, this applies to the nine data distributions obtained in each frame of each pixel area. Equation (3) can be transformed into the following equation (4) by taking logarithms on both sides and setting Y log = log Y and X log = log X, and Y log can be expressed by a linear equation of X log. .

このため、最小二乗法を適用することによって、各ピクセル領域のフレームごとに式(3)で近似して、そのパラメータaの値およびパラメータbの値を算出することができる。したがって、Xの値とYの値が式(3)で一意的に決まるので、任意のXの値に対してYの値を求めることができる。すなわち、特定のピクセル領域の特定のフレームにおいて、撮影によって得られる任意の輝度値に対して散乱放射線による輝度値を一意的に算出することができる。   Therefore, by applying the least squares method, it is possible to calculate the value of the parameter a and the value of the parameter b by approximating the frame by the equation (3) for each frame of each pixel region. Therefore, since the value of X and the value of Y are uniquely determined by the equation (3), the value of Y can be obtained for any value of X. That is, in a specific frame of a specific pixel region, a luminance value due to scattered radiation can be uniquely calculated for an arbitrary luminance value obtained by imaging.

<5−2.最小二乗法を用いたパラメータの計算>
撮影した9パターンの頭部ファントムの位置づけに対して得られたデータ群すべてを式(3)で近似して、それぞれについてパラメータaの値およびパラメータbの値を決め、データ群と近似曲線とを比較した。これらの内、特徴的な曲線のグラフについて取り上げ、撮影で得られたデータと曲線の間の誤差を計算したので以下に示す。
<5-2. Calculation of Parameters Using Least Square Method>
All the data groups obtained for the positions of the nine head phantoms photographed are approximated by equation (3), and the value of parameter a and the value of parameter b are determined for each of them. Compared. Of these, a graph of a characteristic curve is taken up, and an error between data obtained by photographing and the curve is calculated.

図14 〜図25の(a)は、着目したフレームの測定画像の内頭部ファントムの位置づけが最適な位置となっているパターンの測定画像を示し、着目したピクセル領域を四角のマークで示している。   FIGS. 14A to 25A show measurement images of patterns in which the position of the inner phantom of the measurement image of the frame of interest is located at the optimum position, and the pixel region of interest is indicated by a square mark. I have.

図14 〜図25の(b)は、その着目したフレームの着目したピクセル領域におけるXとYの分布と曲線の近似式をグラフ化したものである。   FIGS. 14 to 25B are graphs showing distributions of X and Y in a focused pixel region of the focused frame and an approximate expression of a curve.

図14から図18 までは、歯列付近のピクセル領域の曲線近似を表している。図15、図18では、頭部ファントムの位置がずれることで透過X線の経路上の骨の厚さが変化するためX線減弱が大きく変化しており、Xの変化量が大きい。しかし、これらのデータ群の分布は式(3)で表わされる曲線で近似することができ、よく合っていることがグラフからも分かる。その誤差は5%程度以内となっている。誤差の精度は、データ数が増えればさらによくなっていくことが期待される。   FIG. 14 to FIG. 18 show curve approximation of a pixel area near the dentition. 15 and 18, since the thickness of the bone on the path of the transmitted X-ray changes due to the displacement of the position of the head phantom, the X-ray attenuation greatly changes, and the change amount of X is large. However, the distribution of these data groups can be approximated by the curve represented by the equation (3), and it can be seen from the graph that they fit well. The error is within about 5%. The accuracy of the error is expected to improve as the number of data increases.

図16、図17の着目ピクセル領域は、頭部ファントムの厚みが大きい部分であり、この部分はファントムの位置づけがずれてもX線の透過経路におけるファントムの厚みはほとんど変わらない。このため、XもYも変化量が小さい。したがって、散乱放射線による輝度値もほとんど変化しない。   The pixel area of interest in FIGS. 16 and 17 is a portion where the thickness of the head phantom is large. Even if the position of the phantom is shifted, the thickness of the phantom in the X-ray transmission path hardly changes. Therefore, both X and Y have a small change amount. Therefore, the luminance value due to the scattered radiation hardly changes.

図14の(b)は、ちょうど歯列が重なっている部分とその周辺に位置する場合の曲線近似であり、重なり位置となった場合は散乱放射線の割合が非常に高くなる。しかし、この場合でもデータ群は、曲線に沿った形で分布している。   FIG. 14 (b) is a curve approximation in the case where the tooth row is just located at the overlapping portion and the periphery thereof, and when the overlapping position is reached, the ratio of the scattered radiation becomes extremely high. However, even in this case, the data group is distributed along the curve.

図19〜図22の(b)は、歯列付近から離れたピクセル領域の曲線近似を表している。これらについても、いずれのデータ群も曲線に沿った分布をしており、誤差は歯列付近よりもよい値が得られている。ピクセルラインに沿った輝度値の変化が歯列付近よりも緩やかであるため、散乱放射線の割合の変化も少ないと考えられる。   (B) of FIG. 19 to FIG. 22 show a curve approximation of a pixel region away from the vicinity of the tooth row. Also in these, all the data groups are distributed along the curve, and the error has a better value than in the vicinity of the dentition. Since the change in the luminance value along the pixel line is more gradual than in the vicinity of the dentition, the change in the ratio of the scattered radiation is considered to be small.

図23〜図25の(b)は、ディテクタの端の、頭部ファントムの厚みが非常に薄い領域の曲線近似を表している。これらについても、いずれのデータ群も曲線に沿った分布をしている。   (B) of FIG. 23 to FIG. 25 show a curve approximation of a region where the thickness of the head phantom is very small at the end of the detector. As for these, all data groups are distributed along the curve.

<6.臼歯の重なり部分等、X線減弱が大きい部分の取扱い>
歯列部分、特に歯の重なり部分などX線減弱の大きい部分に対応するディテクタ上のピクセルにおいては、X線減弱が小さい場合よりも散乱放射線による輝度値が小さい。すると、任意の生体データに適用する場合、実際の投影画像においては、歯の重なり部分が25箇所のピクセル領域の間に位置する場合などは、上記の<1−3. ディテクタ上の全ピクセルにおける散乱放射線の輝度値の計算>で求めた4次曲線によるプロファイルでは散乱放射線による輝度値が実際よりも大きい値で計算される場合がある。そうすると、散乱線補正後の歯列部分の輝度値が少なくなり、CT再構成画像に少なからず影響を与えるので、散乱放射線の輝度値を修正する必要がある。この修正方法の一例を以下に示す。
<6. Handling of parts with large X-ray attenuation, such as overlapping parts of molars>
In a pixel on a detector corresponding to a portion where X-ray attenuation is large, such as a dentition portion, particularly a portion where teeth overlap, a luminance value due to scattered radiation is smaller than a case where X-ray attenuation is small. Then, when applied to arbitrary biometric data, in an actual projection image, when the tooth overlap portion is located between 25 pixel regions, etc., the above <1-3. Calculation of luminance value of scattered radiation in all pixels on the detector> In the profile based on the quartic curve obtained in the above, the luminance value due to the scattered radiation may be calculated as a value larger than the actual value. Then, the luminance value of the tooth row portion after the correction of the scattered radiation is reduced, which has a considerable effect on the CT reconstructed image. Therefore, it is necessary to correct the luminance value of the scattered radiation. An example of this correction method will be described below.

図26に1フレームの投影画像と25箇所の領域が示されている。歯列部分に相当するのは点7と点12の間、点8と点13の間、点9と点14の間である。図27は図26中の点2、点7、点12、点17、点22を通るピクセルライン上における全放射線の輝度値と4次曲線から計算した散乱放射線の輝度値のプロファイルを図示したものである。   FIG. 26 shows a projected image of one frame and 25 regions. Corresponding to the dentition is between points 7 and 12, between points 8 and 13, and between points 9 and 14. FIG. 27 shows the profile of the luminance value of all radiation and the luminance value of scattered radiation calculated from the quartic curve on the pixel line passing through points 2, 7, 7, 12, and 22 in FIG. It is.

図27より、ピクセルNo.200 から300 の間(この部分は点7と点12の間に該当する)で双方の輝度値がほぼ等しくなっているピクセルがあることが分かる。これは直接放射線が検出されておらず、X線が透過していないことになり、金属などX線減弱係数の大きい物質がなければこのようなことは起こらないので矛盾する。   From FIG. 27, it can be seen that there is a pixel whose luminance values are almost equal between pixel Nos. 200 to 300 (this portion corresponds to between points 7 and 12). This means that no radiation is directly detected and no X-rays are transmitted, and this does not occur unless there is a substance such as a metal having a large X-ray attenuation coefficient, which is contradictory.

したがって、この部分の散乱線補正を厳密に行うため、上記の<1−3. ディテクタ上の全ピクセルにおける散乱放射線の輝度値の計算>に基づいて縦軸方向および横軸方向5本ずつ計10本に関して4次曲線の計算を行った後に、上記2点間の輝度値のプロファイルの計算を追加でそれぞれ行い、散乱放射線の輝度値を修正する必要がある。   Therefore, in order to strictly correct the scattered radiation in this portion, the above-mentioned <1-3. Calculation of luminance values of scattered radiation in all pixels on the detector>, a quaternary curve is calculated for a total of 10 lines each of 5 lines in the vertical and horizontal directions, and then the profile of the luminance value between the above two points It is necessary to perform the calculation of each in addition, and to correct the luminance value of the scattered radiation.

この各2点間のピクセルにおいても、鉛円板を用いた実験を行うことは可能である。しかし、矢印部分の領域においては、上記の式(3)のパラメータはあまり変化しないので、このことを利用する。例えば、フレームNo. 40 における点7と点12の両方について、白画像に対する全放射線の輝度値の比を横軸に、全放射線に対する散乱放射線の輝度値の比を縦軸にとって図示したグラフ(図14〜図25のグラフと同等)を図28に示す。これらはいずれも1本の曲線に沿って分布しており、式(3)のパラメータは共通の値を適用できることが分かる。この曲線で算出される値を利用して、図27の散乱放射線による輝度値のプロファイルを修正する。   It is possible to conduct an experiment using a lead disk also in the pixel between these two points. However, in the region indicated by the arrow, the parameter of the above equation (3) does not change so much, so this is utilized. For example, for both points 7 and 12 in frame No. 40, a graph showing the ratio of the luminance value of all the radiation to the white image on the horizontal axis and the ratio of the luminance value of the scattered radiation to the total radiation on the vertical axis (FIG. 14 to 25) are shown in FIG. These are all distributed along one curve, and it can be seen that a common value can be applied to the parameter of equation (3). The profile of the luminance value due to the scattered radiation in FIG. 27 is corrected using the value calculated by this curve.

点7と点12の間における散乱放射線と全放射線の輝度値の関係がこの曲線で表わされると仮定して、この2点間を4等分する3点を取り、3点それぞれについて、散乱放射線による輝度値を算出する。そして、この算出した輝度値が正しいとする。   Assuming that the relationship between the scattered radiation and the luminance value of the total radiation between points 7 and 12 is represented by this curve, three points are obtained by dividing the two points into four, and the scattered radiation is determined for each of the three points. Is calculated. Then, it is assumed that the calculated luminance value is correct.

一方、上記の<1−3. ディテクタ上の全ピクセルにおける散乱放射線の輝度値の計算>に基づいて計算される4次曲線からすでに散乱放射線による輝度値を計算しているので、両者の値を比較してその差を求め、3点から得られる輝度値差のプロファイルを4次曲線から計算した散乱放射線による輝度値のプロファイルから差し引くことによって修正する。   On the other hand, the above <1-3. Calculation of luminance value of scattered radiation in all pixels on the detector> Since the luminance value due to scattered radiation has already been calculated from the quartic curve calculated based on The profile of the brightness value difference obtained from the points is corrected by subtracting the profile of the brightness value due to the scattered radiation calculated from the quartic curve.

まず、3点における散乱放射線の輝度値差の大小関係は、
(1)ピクセルナンバー順に小さくなる、
(2)ピクセルナンバー順に大きくなる、
(3)真ん中のピクセルが最大となる、
(4)真ん中のピクセルが最小となる、
の4パターンに大別できる。ピクセルナンバーに対するこの輝度値の差のプロファイルが滑らかになるようにするため、Sinカーブを採用する。それを図示したものを図29(a)〜(d)に示す。横軸がピクセルナンバーで縦軸が上記2種類の方法で算出した散乱放射線の輝度値の差である。図のピクセルナンバー0が点7に該当し、ピクセルナンバー165 が点12に該当する。これら2つのピクセルにおける輝度値差は0であり、プロファイルの両端は0からゆっくり大きくなるので、点7および点12におけるSin カーブの位相は−π/2+2nπ(n; 整数)である。点7と点12を4等分した各領域を順に領域I、領域II、領域III、領域IVとする(図29(a)参照)。
First, the magnitude relationship between the luminance value differences of scattered radiation at three points is
(1) It becomes smaller in the order of pixel numbers,
(2) increases in order of pixel number,
(3) the middle pixel is the largest,
(4) the middle pixel is minimized,
Can be roughly divided into four patterns. In order to make the profile of the difference in the luminance value with respect to the pixel number smooth, a Sin curve is adopted. This is shown in FIGS. 29 (a) to 29 (d). The horizontal axis is the pixel number and the vertical axis is the difference between the luminance values of the scattered radiation calculated by the above two methods. The pixel number 0 in the figure corresponds to the point 7, and the pixel number 165 corresponds to the point 12. Since the luminance value difference between these two pixels is 0 and both ends of the profile gradually increase from 0, the phase of the Sin curves at the points 7 and 12 is -π / 2 + 2nπ (n; an integer). The areas obtained by dividing the points 7 and 12 into four equal parts are sequentially referred to as an area I, an area II, an area III, and an area IV (see FIG. 29A).

パターン(1)については、領域Iで輝度値差が0から最大値に達するので、その2分の1を振幅としてSin カーブの位相が−π/2 から+π/2 まで変化するようにする。領域II〜IVは、各領域で位相が+π/2+2nπから(3/2)π+2nπに変化するよう位相の定数のパラメータを調整する。振幅は各領域の輝度値差の2分の1である。   As for the pattern (1), since the luminance value difference reaches the maximum value from 0 in the region I, the phase of the Sin curve is changed from -π / 2 to + π / 2 with half as the amplitude. In the regions II to IV, the parameters of the phase constant are adjusted so that the phase changes from + π / 2 + 2nπ to (3/2) π + 2nπ in each region. The amplitude is one half of the luminance value difference of each area.

パターン(2)については、ピクセルに対するプロファイルがパターン(1)と左右逆になるが、上記と同様に修正できる。   Regarding the pattern (2), the profile for the pixel is reversed left and right with respect to the pattern (1), but can be modified in the same manner as above.

パターン(3)については、領域I及びIIで−π/2+2nπからπ/2+2nπまで、領域III及びIVではπ/2+2nπから(3/2)π+2nπまで位相が変化するようパラメータを決める。   For the pattern (3), parameters are determined so that the phase changes from -π / 2 + 2nπ to π / 2 + 2nπ in the regions I and II, and from π / 2 + 2nπ to (3/2) π + 2nπ in the regions III and IV.

パターン(4)については、領域Iで−π/2 からπ/2、領域IIでπ/2 から(3/2)π、領域IIIで(3/2)πから(5/2)π、領域IVで(5/2)πから(7/2)πに位相を変化させ、同様に修正する。   For the pattern (4), -π / 2 to π / 2 in the region I, π / 2 to (3/2) π in the region II, (3/2) π to (5/2) π in the region III, In the region IV, the phase is changed from (5/2) π to (7/2) π, and similarly corrected.

3点の輝度値の差の大小関係から上記パターンの内のいずれに該当するかを判断し、輝度値差のプロファイルを計算して、4次曲線からすでに計算している散乱放射線による輝度値からこの輝度値差を差し引くことによって、より理想に近い散乱放射線の輝度値を計算することができる。   It is determined which of the above-mentioned patterns corresponds from the magnitude relation of the difference of the three brightness values, the profile of the brightness value difference is calculated, and the brightness value due to the scattered radiation already calculated from the quartic curve is calculated. By subtracting the luminance value difference, it is possible to calculate a luminance value of scattered radiation that is closer to ideal.

このように、散乱放射線の輝度値の計算に処理を追加した結果、図27のプロファイルは図30のようになった。これにより歯列部分で散乱線補正後の輝度値が極端に小さくなるということは回避され、散乱放射線のプロファイルも滑らかに変化していることが分かる。   As described above, as a result of adding processing to the calculation of the luminance value of the scattered radiation, the profile of FIG. 27 is as shown in FIG. As a result, it is possible to avoid that the luminance value after the scattered radiation correction in the tooth row portion becomes extremely small, and that the profile of the scattered radiation also changes smoothly.

<7.生体を被写体とした場合における散乱線補正の効果>
図31(a)は生体を被写体とした測定画像を、散乱線補正を行わずに画像再構成した場合の、アキシャル画像を1箇所ピックアップして示したものである。
<7. Effect of scattered radiation correction when living body is used as subject>
FIG. 31A shows an axial image picked up at one point when a measured image of a living body as a subject is reconstructed without performing scattered radiation correction.

図31(b)は生体を被写体とした測定画像に対して、特開2015−65993号公報で提案されている散乱線補正を適用した後に画像再構成した場合の、アキシャル画像を1箇所ピックアップして示したものである。   FIG. 31B shows a case where an axial image is picked up at one point in the case of reconstructing an image after applying scattered radiation correction proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-65993 to a measurement image of a living body as a subject. It is shown.

図31(c)は生体を被写体とした測定画像に対して、上述した<1.ディテクタの各ピクセルで取り込まれる散乱放射線の計算>で説明した方法で算出した散乱放射線の輝度値を用いて散乱線補正を行った後に画像再構成した場合の、アキシャル画像を1箇所ピックアップして示したものである。   FIG. 31C shows the above-mentioned <1. Calculation of Scattered Radiation Captured by Each Pixel of Detector> Axial image picked up and shown when the image is reconstructed after performing scattered radiation correction using the luminance value of scattered radiation calculated by the method described in <1. It is a thing.

図31(b)では歯列の内側や歯間に沿った方向や臼歯間にアーチファクトが現れており、図31(a)と比較してそれほど変化がなくあまり画質が改善されていないが、図31(c)ではアーチファクトが解消されている。すなわち、上述した<1.ディテクタの各ピクセルで取り込まれる散乱放射線の計算>で説明した方法で算出した散乱放射線の輝度値を用いた散乱線補正は、生体を被写体とした場合でも有効であることが分かる。   In FIG. 31 (b), artifacts appear in the direction along the inside of the dentition and between the teeth and between the molars, and there is not much change compared to FIG. 31 (a), and the image quality is not much improved. At 31 (c), the artifact is eliminated. That is, <1. Calculation of Scattered Radiation Captured by Each Pixel of Detector> It is understood that the scattered radiation correction using the luminance value of the scattered radiation calculated by the method described above is effective even when a living body is used as a subject.

<8.散乱線補正装置>
図32は、本発明の一実施形態に係る散乱線補正装置100の構成を示す図である。
<8. Scatter correction device>
FIG. 32 is a diagram showing a configuration of the scattered radiation correction device 100 according to one embodiment of the present invention.

散乱線補正装置100は、ROM12やHDD17に格納されているプログラムに従って散乱線補正装置100全体を制御するCPU11と、固定的なプログラムやデータを記録するROM12と、作業メモリを提供するRAM13と、外部との通信を行うための通信インターフェース部14と、画像データを一時的に記憶するVRAM15と、VRAM15に記憶された画像データに基づいて画像を表示する表示部16と、詳細は後述するHDD17と、キーボード、ポインティングデバイス等の操作部18とを備えている。   The scattered radiation correction apparatus 100 includes a CPU 11 that controls the entire scattered radiation correction apparatus 100 according to programs stored in the ROM 12 and the HDD 17, a ROM 12 that records fixed programs and data, a RAM 13 that provides a working memory, A communication interface unit 14 for performing communication with the VRAM 15 that temporarily stores image data, a display unit 16 that displays an image based on the image data stored in the VRAM 15, an HDD 17 that will be described in detail below, An operation unit 18 such as a keyboard and a pointing device is provided.

散乱線補正装置100の通信インターフェース部14と外部との通信方法は、有線通信でもよく、無線通信でもよく、有線と無線を組み合わせた通信であってもよい。散乱線補正装置100としては、例えば、パーソナルコンピュータを挙げることができる。   The communication method between the communication interface unit 14 of the scattered radiation correction apparatus 100 and the outside may be wired communication, wireless communication, or communication combining wired and wireless. As the scattered radiation correction device 100, for example, a personal computer can be used.

HDD17は、画像再構成処理プログラム、散乱線補正プログラム等の各種プログラム、及び、歯科用X線撮影装置によるCT撮影の撮影データ(測定画像)、上記画像再構成処理プログラムによって生成された再構成ボリュームデータ、各種プログラムを実行する際に用いられる各種パラメータの設定値等の各種データを記憶する。   The HDD 17 stores various programs such as an image reconstruction processing program, a scattered radiation correction program, CT imaging data (measurement image) by the dental X-ray imaging apparatus, and a reconstruction volume generated by the image reconstruction processing program. Data and various data such as set values of various parameters used when executing various programs are stored.

また、散乱線補正装置100は、ディテクタからの情報を取得して測定画像を生成し、その生成した測定画像をHDD17に記憶してもよく、通信インターフェース部14を用いて外部から測定画像を取得し、その取得した測定画像をHDD17に記憶してもよい。外部の装置がCT再構成をおこなってもよい。この場合、本実施形態とは異なりHDD17が画像再構成処理プログラムを記憶しない構成にすることが可能であり、散乱線補正装置100が散乱線補正後の測定画像を、CT再構成を行う外部の装置に送信すればよい。   Further, the scattered radiation correction apparatus 100 may acquire information from the detector to generate a measurement image, store the generated measurement image in the HDD 17, and acquire the measurement image from outside using the communication interface unit 14. Then, the acquired measurement image may be stored in the HDD 17. An external device may perform CT reconstruction. In this case, unlike the present embodiment, it is possible to adopt a configuration in which the HDD 17 does not store the image reconstruction processing program, and the scattered radiation correction apparatus 100 outputs the measured image after the scattered radiation correction to an external What is necessary is just to transmit to a device.

画像再構成処理プログラムは、歯科用X線撮影装置によるCT撮影の撮影データを再構成して再構成ボリュームデータを生成するためのプログラムである。散乱線補正プログラムは、散乱線補正を行うためのプログラムである。なお、散乱線補正プログラムは、散乱線強度を算出する散乱線強度算出プログラムを含む。   The image reconstruction processing program is a program for reconstructing CT imaging data by a dental X-ray imaging apparatus and generating reconstructed volume data. The scattered radiation correction program is a program for performing scattered radiation correction. Note that the scattered radiation correction program includes a scattered radiation intensity calculation program for calculating the scattered radiation intensity.

HDD17に記憶されている各プログラムは、散乱線補正装置100にプリインストールされていてもよく、光ディスク等の記憶媒体に格納された形態で流通されて散乱線補正装置100にインストールされてもよく、ネットワークを介して流通されて散乱線補正装置100にインストールされてもよい。HDD17に記憶されている各プログラム及び各データの一部を、HDD17ではなくROM12に記憶するようにしてもよい。   Each program stored in the HDD 17 may be preinstalled in the scattered radiation correction device 100, or may be distributed in a form stored in a storage medium such as an optical disk and installed in the scattered radiation correction device 100. It may be distributed via a network and installed in the scattered radiation correction apparatus 100. A part of each program and each data stored in the HDD 17 may be stored in the ROM 12 instead of the HDD 17.

HDD17は、被写体のX線撮影で用いられるディテクタ上の特定のピクセル位置(例えば図4に示す25箇所の黒丸部分)の特定のフレーム(例えば上述した510個のフレーム)における全放射線強度に対する散乱放射線強度の算出結果(例えば上述した外挿データ)の比と、特定のフレームでの被写体を設けないX線撮影で特定のピクセル位置で検出される全放射線強度に対する特定のフレームでの被写体のX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度の比との関係を示す曲線式のパラメータ(例えば上述したパラメータa及びパラメータb)を記憶する。HDD17に記憶されている散乱線補正プログラムは、CPU11で実行されることで散乱線補正装置100のハードウェアを、特定のピクセル位置の特定のフレームにおいて、被写体のX線撮影で検出される全放射線強度又は直接放射線強度に対する散乱放射線強度の比を算出する算出部、及び、当該記算出部の算出結果に基づいて測定画像に対して散乱線補正を行う補正部、として機能させる。さらに、HDD17は、例えば上述した式(2)又は当該式(2)から算出される補間データを記憶してもよい。なお、HDD17に記憶されている散乱線強度算出プログラムは、CPU11で実行されることで散乱線補正装置100のハードウェアを、上記の算出部として機能させる。すなわち、散乱線補正プログラムのうち散乱線強度算出プログラムのみを実行した場合、散乱線補正装置100は、散乱線強度を算出する散乱線強度算出装置となる。   The HDD 17 transmits scattered radiation with respect to the total radiation intensity in a specific frame (for example, the 510 frames described above) at a specific pixel position (for example, 25 black circles shown in FIG. 4) on a detector used in X-ray imaging of a subject. The ratio of the calculation result of the intensity (for example, the extrapolated data described above) and the X-ray of the subject in the specific frame with respect to the total radiation intensity detected at the specific pixel position in X-ray imaging without the subject in the specific frame A curve-type parameter (for example, the above-described parameter a and parameter b) indicating the relationship with the ratio of the total radiation intensity detected at the specific pixel position in imaging is stored. The scattered radiation correction program stored in the HDD 17 is executed by the CPU 11 to cause the hardware of the scattered radiation correction device 100 to detect the total radiation detected by X-ray imaging of the subject in a specific frame at a specific pixel position. The calculation unit calculates the intensity or the ratio of the scattered radiation intensity to the direct radiation intensity, and functions as a correction unit that performs scattered radiation correction on the measured image based on the calculation result of the calculation unit. Further, the HDD 17 may store, for example, the above-described equation (2) or the interpolation data calculated from the equation (2). Note that the scattered radiation intensity calculation program stored in the HDD 17 causes the hardware of the scattered radiation correction device 100 to function as the above-described calculation unit by being executed by the CPU 11. That is, when only the scattered radiation intensity calculation program among the scattered radiation correction programs is executed, the scattered radiation correction device 100 is a scattered radiation intensity calculation device that calculates the scattered radiation intensity.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。   As described above, one embodiment of the present invention has been described. However, the scope of the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention.

例えば、鉛円板の代わりに、円形状以外の形状(例えば矩形形状)である鉛板材を用いてもよい。また、鉛以外のX線吸収材を用いてもよい。また、上述した実施形態のように散乱放射線の外挿データを求めるのではなく、微小な貫通孔を有するX線吸収材を用いて特定のピクセル位置の直接放射線を求めるようにしてもよい。   For example, instead of a lead disk, a lead plate material having a shape other than the circular shape (for example, a rectangular shape) may be used. Further, an X-ray absorbing material other than lead may be used. Further, instead of obtaining the extrapolated data of the scattered radiation as in the above-described embodiment, the direct radiation at a specific pixel position may be obtained using an X-ray absorber having a minute through-hole.

例えば、上述した実施形態では、頭部ファントムにインプラント等の金属を含めていないが、頭部ファントムにインプラント等の金属を含めてもよい。   For example, in the embodiment described above, the head phantom does not include a metal such as an implant, but the head phantom may include a metal such as an implant.

100 散乱線補正装置
11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 通信インターフェース部
15 VRAM
16 表示部
17 HDD
18 操作部
100 scattered radiation correction device 11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 communication interface unit 15 VRAM
16 Display 17 HDD
18 Operation unit

Claims (7)

被写体のX線撮影で用いられるディテクタ上の特定のピクセル位置の特定のフレームにおける全放射線強度に対する散乱放射線強度の算出結果の比である第1の比と、前記特定のフレームでの前記被写体を設けないX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度に対する前記特定のフレームでの前記被写体のX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度の比である第2の比との関係を示す曲線式のパラメータを記憶する記憶部と、
前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおいて、前記被写体のX線撮影で検出される全放射線強度又は直接放射線強度に対する散乱放射線強度の比である第3の比を前記曲線式を用いて算出する算出部と、
を備え
前記第1の比は、前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおける散乱放射線の輝度値の外挿データを用いて算出される、散乱線強度算出装置。
A first ratio, which is a ratio of a calculation result of the scattered radiation intensity to a total radiation intensity in a specific frame at a specific pixel position on a detector used in X-ray imaging of the subject, and the subject in the specific frame are provided. A second ratio that is a ratio of the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the X-ray image of the subject in the specific frame to the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the non-radiographic image . A storage unit that stores a parameter of a curve expression indicating a relationship with the ratio ,
In the specific frame at the specific pixel position , a third ratio, which is a ratio of scattered radiation intensity to total radiation intensity or direct radiation intensity detected by X-ray imaging of the subject , is calculated using the curve equation. A calculating unit;
Equipped with a,
The scattered radiation intensity calculation device , wherein the first ratio is calculated using extrapolation data of a luminance value of scattered radiation in the specific frame at the specific pixel position .
被写体のX線撮影で用いられるディテクタ上の特定のピクセル位置の特定のフレームにおける全放射線強度に対する散乱放射線強度の算出結果の比である第1の比と、前記特定のフレームでの前記被写体を設けないX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度に対する前記特定のフレームでの前記被写体のX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度の比である第2の比との関係を示す曲線式のパラメータを記憶する記憶部と、
前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおいて、前記被写体のX線撮影で検出される全放射線強度又は直接放射線強度に対する散乱放射線強度の比である第3の比を前記曲線式を用いて算出する算出部と、
を備え
前記曲線式はY=aX (ただし、前記Yは前記第1の比であり、前記Xは前記第2の比であり、前記a及び前記bはそれぞれ前記パラメータである)で表される、散乱線強度算出装置。
A first ratio, which is a ratio of a calculation result of the scattered radiation intensity to a total radiation intensity in a specific frame at a specific pixel position on a detector used in X-ray imaging of the subject, and the subject in the specific frame are provided. A second ratio that is a ratio of the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the X-ray image of the subject in the specific frame to the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the non-radiographic image . A storage unit that stores a parameter of a curve expression indicating a relationship with the ratio ,
In the specific frame at the specific pixel position , a third ratio, which is a ratio of scattered radiation intensity to total radiation intensity or direct radiation intensity detected by X-ray imaging of the subject , is calculated using the curve equation. A calculating unit;
Equipped with a,
The curve equation is represented by Y = aX b (where Y is the first ratio, X is the second ratio, and a and b are each the parameter), Scattered ray intensity calculator.
前記特定のピクセル位置が複数設定され、前記特定のフレームが複数設定される、請求項1又は請求項2に記載の散乱線強度算出装置。 The scattered radiation intensity calculation device according to claim 1 or 2 , wherein a plurality of the specific pixel positions are set and a plurality of the specific frames are set. 前記記憶部は、前記ディテクタ上の前記特定以外のピクセル位置における散乱放射線強度を、前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおける散乱放射線強度の算出結果に基づいて補間する補間式又は前記補間式から算出される補間データを記憶する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の散乱線強度算出装置。 The storage unit, the scattered radiation intensity at the pixel position other than the specific on the detector, from the interpolation formula or the interpolation formula to interpolate based on the calculation result of the scattered radiation intensity in the specific frame at the specific pixel position The scattered radiation intensity calculation device according to claim 1, wherein the calculated interpolation data is stored. 請求項1〜のいずれか一項に記載の散乱線強度算出装置と、
前記算出部の算出結果に基づいて前記被写体のX線撮影で得られる測定画像に対して散乱線補正を行う補正部と、
を備える、散乱線補正装置。
A scattered radiation intensity calculation device according to any one of claims 1 to 4 ,
A correction unit that performs scattered radiation correction on a measurement image obtained by X-ray imaging of the subject based on the calculation result of the calculation unit;
A scattered radiation correction device comprising:
被写体のX線撮影で用いられるディテクタ上の特定のピクセル位置の特定のフレームにおける全放射線強度に対する散乱放射線強度の算出結果の比である第1の比と、前記特定のフレームでの前記被写体を設けないX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度に対する前記特定のフレームでの前記被写体のX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度の比である第2の比との関係を示す曲線式のパラメータを記憶媒体から読み出す読出ステップと、
前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおいて、前記被写体のX線撮影で検出される全放射線強度又は直接放射線強度に対する散乱放射線強度の比である第3の比を前記読出ステップで読み出された前記パラメータによって定まる前記曲線式を用いて算出する算出ステップと、
を備え
前記第1の比は、前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおける散乱放射線の輝度値の外挿データを用いて算出される、散乱線強度算出方法。
A first ratio, which is a ratio of a calculation result of the scattered radiation intensity to a total radiation intensity in a specific frame at a specific pixel position on a detector used in X-ray imaging of the subject, and the subject in the specific frame are provided. A second ratio that is a ratio of the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the X-ray image of the subject in the specific frame to the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the non-radiographic image . A reading step of reading from a storage medium a parameter of a curve expression indicating a relationship with the ratio ;
In the specific frame at the specific pixel position , a third ratio that is a ratio of the scattered radiation intensity to the total radiation intensity or the direct radiation intensity detected in the X-ray imaging of the subject is read in the reading step. A calculation step of calculating using the curve equation determined by the parameter,
Equipped with a,
The scattered radiation intensity calculation method , wherein the first ratio is calculated using extrapolation data of a luminance value of scattered radiation in the specific frame at the specific pixel position .
被写体のX線撮影で用いられるディテクタ上の特定のピクセル位置の特定のフレームにおける全放射線強度に対する散乱放射線強度の算出結果の比である第1の比と、前記特定のフレームでの前記被写体を設けないX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度に対する前記特定のフレームでの前記被写体のX線撮影で前記特定のピクセル位置で検出される全放射線強度の比である第2の比との関係を示す曲線式のパラメータを記憶媒体から読み出す読出ステップと、
前記特定のピクセル位置の前記特定のフレームにおいて、前記被写体のX線撮影で検出される全放射線強度又は直接放射線強度に対する散乱放射線強度の比である第3の比を前記読出ステップで読み出された前記パラメータによって定まる前記曲線式を用いて算出する算出ステップと、
を備え
前記曲線式はY=aX (ただし、前記Yは前記第1の比であり、前記Xは前記第2の比であり、前記a及び前記bはそれぞれ前記パラメータである)で表される、散乱線強度算出方法。
A first ratio, which is a ratio of a calculation result of the scattered radiation intensity to a total radiation intensity in a specific frame at a specific pixel position on a detector used in X-ray imaging of the subject, and the subject in the specific frame are provided. A second ratio that is a ratio of the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the X-ray image of the subject in the specific frame to the total radiation intensity detected at the specific pixel position in the non-radiographic image . A reading step of reading from a storage medium a parameter of a curve expression indicating a relationship with the ratio ;
In the specific frame at the specific pixel position , a third ratio that is a ratio of the scattered radiation intensity to the total radiation intensity or the direct radiation intensity detected in the X-ray imaging of the subject is read in the reading step. A calculation step of calculating using the curve equation determined by the parameter,
Equipped with a,
The curve equation is represented by Y = aX b (where Y is the first ratio, X is the second ratio, and a and b are each the parameter), Scattered ray intensity calculation method.
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