JP2008241376A - Ｘ線ｃｔ画像再構成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
複合材料から構成される被測定物のＸ線ＣＴ再構成画像では、アーチファクトと呼ばれる虚像が出現し、画像の評価，活用を困難にしている。
【解決手段】
高エネルギーＸ線により被測定物を撮像して画像再構成を行い、高Ｘ線吸収体の位置，大きさを確定する。そして、低エネルギーＸ線で高Ｘ線吸収体を撮像した場合の撮像データを算出する。次に低エネルギーＸ線で被測定物を撮像し、その投影データから前に算出した高Ｘ線吸収体の影響を差し引き、画像再構成することにより、低Ｘ線吸収体の位置，大きさを確定する。最後に再構成画像上で合成する。
【選択図】図１

Description

本発明はＸ線ＣＴ装置の画像再構成方法に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は以下の手順によって測定対象物の断面構造を取得するものである。

測定対象物にある方向からＸ線を照射し、Ｘ線の経路に重なる対象物のＸ線吸収率を反映した投影データを取得する。この操作を対象物を囲む多数の方向から行い、これら多数の投影データの集合から再構成画像（断面図）を計算で求める。実際には、各方向の投影データを１次元フーリエ変換し、これらを合成して２次元フーリエ変換像を作成してこれを逆フーリエ変換して再構成画像を得る。

測定対象物がＸ線吸収率の異なる複数の材料から構成されている場合、その境界をはさんでＸ線吸収率が不連続的に変化するため、その投影データにも不連続的（急峻）な変化が現れる。その結果、その１次元フーリエ変換像には不連続的な変化に起因する高周波成分が大きく現れる。これらから合成した２次元フーリエ変換像を逆変換して再構成画像を得る場合、高周波成分に起因する数値計算誤差により、再構成画像にアーチファクトと呼ばれる虚像（ノイズパターン）が出現する。これは再構成画像を評価，活用する上で大きな障害となる。

たとえば、図８（Ａ）は樹脂製の歯車８０１とステンレスのシャフト８０２を組合わせた対象物の再構成画像である。樹脂製の歯車８０１およびステンレス製のシャフト８０２が見られるがシャフト８０２から放射状にアーチファクト８０３が現れている。これに対するある方向の投影データは図８（Ｂ）のようにシャフト部分が急峻な変化８０４となって現れている。

これまでに、アーチファクトを低減する再構成方法がいくつか提案されている。たとえば、特許文献１では、取得した投影データに対してあらかじめ設定してあるしきい値を用いて高Ｘ線吸収体（金属部品）を示す部分を抽出し、この結果を用いて投影データを修正し、アーチファクト低減処理を行うものである。

特開２００６−１６７１６１号公報

上述の特許文献１では、高Ｘ線吸収体（金属）を抽出するために、あらかじめしきい値を設定しておくことが必要である。これは高Ｘ線吸収体とその他の材質について予測がついている場合、例えば医療用等では可能であるが、種々の材質から構成されているような被測定物を対象とする工業用では困難である。また、構成材質が３種類以上ある場合についても適用が困難と考えられる。

そこで、本発明の目的は、部品の材質が特定されていない被測定物に対しても、アーチファクトを低減できるＸ線ＣＴ画像再構成方法を提供することにある。

上記課題を解決するためには、複合材料から構成される被測定物に対して、それぞれの材質の部品を明確に識別，抽出できることが必要である。

そのための一方法として、Ｘ線のエネルギーを変えて複数回撮像することが考えられる。種々の材質におけるＸ線の透過特性を模式的に示したものが図２である。横軸を照射するＸ線のエネルギー、縦軸を透過率として空気，樹脂，アルミニウム，鉄についてそれぞれの特性を示している。エネルギーの高いＸ線を照射する（２０１）ことによって、鉄や銅といったＸ線吸収率の高い材質の部品は投影データに現れるが、アルミニウムや樹脂等はほとんどＸ線の減衰がなく投影データ上では空気とほとんど同レベルとなる。このようにして抽出した高Ｘ線吸収部品（鉄，銅等）の位置と大きさから逆にこれらの部品のみの場合の投影データを作成できる。

次に、Ｘ線のエネルギーをアルミニウムが投影データに現れるまで下げ（２０２）、この投影データから上で求めた高Ｘ線吸収部品による投影データのエネルギー換算したものを差し引く。差し引いた投影データでは高Ｘ線吸収部品とそれ以外の部品との境界がなく、したがって不連続なデータではないため、フーリエ変換を行った場合の高周波成分は小さい。そのためこれを再構成しても高周波成分に起因するアーチファクトは抑えられる。すなわち、高Ｘ線吸収部品が無いとしたときのアーチファクトの無い再構成画像が得られる。この手順で順次Ｘ線のエネルギーを下げていけば、Ｘ線吸収率の高い材質の部品から順次その位置と大きさが確定でき、これらを再構成画像上で重ね合わせることにより目的とする最終画像を得ることができる。図１に本発明の方法の流れを示す。

本発明の方法では、Ｘ線吸収率の異なる部品の境界に起因する投影データ上の不連続性（急峻な変化）を抑えることができる。したがって、これによるアーチファクトは大きく低減される。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本発明の第一の実施例を図３〜図５により説明する。図３は樹脂３０１に鉄製円柱302とアルミニウム製円柱３０３を埋め込んだ被測定物３００の断面およびある方向でのＸ線投影データ３０４を表している。投影データ３０４には、鉄と樹脂およびアルミニウムと樹脂の境界に相当する部分で急峻な変化がみられる。これまでの再構成の方法ではこの急峻な変化によってアーチファクトが現れる。

ここで、被測定物に高いエネルギー（例えば２００ｋｅＶ、この値は被測定物の大きさに依存する）のＸ線を照射した場合の投影データを図４（Ａ）に示す。（図１の１０１にあたる）４０１は樹脂３０１によるもの、４０２は鉄製円柱３０２によるもの、４０３はアルミニウム製円柱３０３によるものである。Ｘ線のエネルギーが高いので全体にレベルは下がるが、このエネルギーではアルミニウムと樹脂はほとんど透けていると考えてよい。したがって、あるＸ線照射角度で得たこの投影データを取得し、フーリエ変換を行い、さらに照射角度を少しずつ（例えば０.５度 ）変化させて取得投影データをフーリエ変換した結果から合成した２次元フーリエ変換像を逆変換（この一連の操作を再構成と呼ぶ）することによって、図４（Ｂ）４０４に示す再構成画像として鉄製円柱３０２の位置と大きさが確定できる（図１の１０２にあたる）。

次に、Ｘ線のエネルギーを少し下げて（例えば１００ｋｅＶ）撮像する。（図１の103にあたる）この場合の投影データを図５（Ａ）の５０１に示す。前のステップで確定した図４（Ｂ）に示される鉄製円柱３０２の位置と大きさから、鉄製円柱３０２のみを１００ｋｅＶのＸ線を用いた場合の投影データ図５（Ｂ）の５０２をエネルギー換算して作成し、これを投影データ図５（Ａ）の５０１より差し引く（図１の１０４にあたる）。その結果を投影データ図５（Ｃ）の５０３に示す。この投影データをフーリエ変換する。そして、同じエネルギーのＸ線で別の照射角度から撮像し、投影データの差し引き、フーリエ変換を行ったデータと合わせて２次元フーリエ変換像を逆変換（再構成）することにより再構成画像図５（Ｄ）を得る（図１の１０５）。これは鉄製円柱３０２が存在せず、その位置に何もない（穴５０１）状態での断面を表している。また、これによりアルミニウム製円柱３０３の位置と大きさ５０５が確定できる。

以上のＸ線ＣＴ画像再構成方法を用いることにより、被測定物３００を構成する鉄製円柱３０２とアルミニウム製円柱３０３の断面構造を、アーチファクトを低減した画像としてＸ線ＣＴ画像再構成することができる。以上で得た図４（Ｂ）及び図５（Ｄ）を重ね合わせると、被測定物３００の構造図を作成することができる。

本発明の第二の実施例を図３〜図６により説明する。第一の実施例では、二種類の材質の部品の断面構造を取得したが、本実施例では三種類の材質の部品で構成される被測定物の断面構造を取得する。なお、鉄製円柱３０２とアルミニウム製円柱３０３の断面構造を取得するところまでは、第一の実施例と共通する。

本実施例では、さらにＸ線のエネルギーを下げて（例えば５０ｋｅＶ）撮像する（図１の１０６）。この場合の投影データを図６（Ａ）に示す。図４（Ｂ）に示す鉄製円柱302のみを５０ｋｅＶのＸ線を用いた場合の投影データ図６（Ｂ）の６０２をエネルギー換算して作成し、また、図５（Ｄ）に示すアルミニウム製円柱３０３のみを５０ｋｅＶのＸ線を用いた場合の投影データ図６（Ｃ）の６０３をエネルギー換算して作成する。そして、図６（Ａ）に示す投影データから、投影データ図６（Ｂ）および投影データ図６（Ｃ）を差し引くと図６（Ｄ）の６０４の投影データを得る。これを再構成（他の照射角度からの撮像データにも同様の操作を行い、フーリエ変換と２次元フーリエ逆変換を行う）することにより、図６（Ｅ）に示す再構成画像を得る。これは鉄製円柱３０２もアルミニウム製円柱３０３も存在しない場合の樹脂３０１の位置・大きさ６０５のみを表わす画像である。

以上で得た図４（Ｂ），図５（Ｄ）および図６（Ｅ）を重ね合わせることにより、最終的に図３に示す断面図を得ることができる。

本発明のもう一つの実施例を図７により説明する。実施例１では被測定物を構成する部品の材質に応じて、照射するＸ線のエネルギーを変えていたが、Ｘ線の光路７０１に種々の透過率を有する物体を設置することによって同様の効果を得ることができる。設置するべき物体としては、Ｘ線の光路に直角に金属（アルミニウムや銅など）の板が簡便であり、その厚みによって透過率を制御することができる。設置する位置としては図７では被測定物７０２とカメラ７０４の間に板７０３を設置しているが、必ずしもこの位置である必要はなく、Ｘ線の光路７０１を横切る位置であればどこでもよく、例えば被測定物７０２の前（カメラ７０４と反対側）でもよい。

本発明のアルゴリズムを示す図である。 種々の材質におけるＸ線の透過特性を示す図である。 本発明の第１の実施例を説明する図である。 本発明の第１の実施例で高エネルギーの場合を説明する図である。 本発明の第１の実施例で中エネルギーの場合を説明する図である。 本発明の第１の実施例で低エネルギーの場合を説明する図である。 本発明の第２の実施例を説明する図である。 アーチファクトを説明する図である。

符号の説明

３００ 被測定物
３０１ 樹脂
３０２ 鉄製円柱
３０３ アルミニウム製円柱
３０４，４０１〜４０３ 投影データ

Claims (11)

1. 被測定物の周囲多数の方向からＸ線を照射して投影データを取得し、それらの投影データを再構成して被測定物の再構成画像を作成するＸ線ＣＴ画像再構成方法において、同一の被測定物に対して複数の相異なるエネルギーのＸ線を用いてそれぞれ投影データを取得することを特徴とするＸ線ＣＴ画像再構成方法。
2. 請求項１のＸ線ＣＴ画像再構成方法において、被測定物を構成する部品のうちあるＸ線吸収係数をもつ材質の部品のみの再構成画像を、対応するエネルギーのＸ線を用いて得ることを特徴とするＸ線ＣＴ画像再構成方法。
3. 請求項２のＸ線ＣＴ画像再構成方法において、得られた再構成画像から、該部品の投影データを作成することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の画像再構成方法。
4. 請求項３のＸ線ＣＴ装置の画像再構成方法において、前記対応するエネルギーとは異なるエネルギーのＸ線により得た投影データから、前記作成した投影データを差し引いて新たな投影データを作成することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の画像再構成方法。
5. 請求項１のＸ線ＣＴ画像再構成方法において、相異なるエネルギーのＸ線を用いる方法に替えて、Ｘ線のエネルギーは一定とし、Ｘ線光路に相異なるＸ線透過率の物体を設置することを特徴とするＸ線ＣＴ画像再構成方法。
6. 被測定物の周囲からＸ線を照射して撮影データを取得し、
   前記撮影データを再構成して画像を作成するＸ線ＣＴ画像再構成方法において、
   第一のエネルギーのＸ線で第一の撮像データを取得する第一の撮像工程と、
   前記第一の撮像データを再構成して第一の画像を作成する第一の画像再構成工程と、
   前記第一のエネルギーよりも低い第二のエネルギーのＸ線で第二の撮像データを取得する第二の撮像工程と、
   前記第一の画像から第一の換算データを算出する第一の換算工程と、
   前記第二の撮像データから前記第一の換算データを差し引く工程と、
   前記差し引きを行った撮像データを再構成して第二の画像を作成する第二の画像再構成工程とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ画像再構成方法。
7. 請求項６において、
   前記第一の画像再構成工程では、前記撮像データをフーリエ変換し、前記フーリエ変換した撮影データを逆フーリエ変換することにより再構成を行い、
   前記第二の画像再構成工程では、前記差し引きを行った撮像データをフーリエ変換し、前記フーリエ変換した撮影データを逆フーリエ変換することにより再構成を行うことを特徴とするＸ線ＣＴ画像再構成方法。
8. 請求項６において、
   前記第一の換算工程では、前記第一の画像に表わされた被測定物を前記第二のエネルギーで撮像するときの撮像データを、前記第一の画像から算出することを特徴とするＸ線
   ＣＴ画像再構成方法。
9. 請求項６において、
   前記第一の画像と前記第二の画像とを重ね合わせて画像を作成する画像重ね合わせ工程とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ画像再構成方法。
10. 請求項６において、
    前記第二のエネルギーよりも低い第三のエネルギーのＸ線で第三の撮像データを取得する第三の撮像工程と、
    前記第一の画像から第二の換算データを算出する第二の換算工程と、
    前記第二の画像から第三の換算データを算出する第三の換算工程と、
    前記第三の撮像データから前記第二及び第三の換算データを差し引く工程と、
    前記差し引きを行った撮像データを再構成して第三の画像を作成する第三の画像再構成工程とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ画像再構成方法。
11. 請求項１０において、
    前記第二の換算工程では、前記第一の画像に表わされた被測定物を前記第三のエネルギーで撮像するときの撮像データを、前記第一の画像から算出し、
    前記第三の換算工程では、前記第二の画像に表わされた被測定物を前記第三のエネルギーで撮像するときの撮像データを、前記第二の画像から算出することを特徴とするＸ線
    ＣＴ画像再構成方法。

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