より実際的なビーム経路情報を組み込んだCT画像の代数的再構成法

结合更真实光路信息的CT图像代数重建方法

基本信息

批准号：
21K12529
负责人：
高梨宇宙
金额：
$ 1.58万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

CT撮像を行うには、X線や中性子、光などの光源と検出器の位置関係で決まるビーム経路の情報が重要である。撮像対象内の経路の情報をもとに画像再構成が行われる。X線などの点光源と異なり、中性子源は無視できない大きさの面光源である。このため、必要となる経路の幾何学的配置を記述するシステム行列はより複雑になる。画像再構成処理は、システム行列で表現される多元連立一次方程式を解くことで行われる。システム行列の特性の一つである列のランクは、最終的に得られる断層画像の画素数、検出器画素数、撮像時に対象物を撮像する方向の数(投影数)と関係し、再構成計算における不定方程式の数にも関係し、最終的に再構成断層画像の画質および定量に影響する。また、特に大型の中性子発生源に比べ、発生中性子数の少ない小型中性子源を利用する場合、光源と撮像対象物、検出器の距離による中性子の減衰を抑えることが重要であるが、距離と光源のサイズ比で表すパラメータL/Dが小さくなる配置では画質の著しい低下を避けられなかった。本交付申請時点で、対象とするシステム行列の幾何学的配置は、再構成する断面に限定したものであったが、上記のような状況に対して本申請における手法を3 次元的に拡張して適用することで、光源からの距離を極限的に短く配置できる可能性が見えてきた。これにより、小型中性源でも短時間で良好な画質のCT画像を撮像できる可能性がある。本年度は、理研で開発中の加速器中性子源を用いて、光源と検出器の距離をほぼゼロと見做せる設定において、画質評価に用いるチャート撮像による極短距離における中性子イメージングを行なった。また、従来のシステムで撮像対象としたサンプルの撮像を行ない比較検討を行なった。

为了进行 CT 成像，由 X 射线、中子或光等光源与检测器之间的位置关系确定的光束路径信息非常重要。图像重建是基于有关成像对象内的路径的信息来执行的。与X射线等点光源不同，中子源是面光源，其尺寸不容忽视。因此，描述所需路径几何形状的系统矩阵变得更加复杂。图像重建处理是通过求解由系统矩阵表示的多维联立线性方程来执行的。列秩是系统矩阵的特征之一，与最终获得的断层图像的像素个数、探测器像素个数以及成像时物体成像的方向个数有关（个还与计算中的不定方程数量有关，最终影响重建断层图像的图像质量和量化。另外，特别是当使用比大中子源产生更少中子的小中子源时，抑制由于光源、要成像的物体和检测器之间的距离而导致的中子的衰减是很重要的。如果以尺寸比表示的参数L/D较小，则无法避免图像质量的显着下降。在本次资助申请时，目标系统矩阵的几何排列仅限于要重建的横截面，但针对上述情况，本申请提出的方法被扩展到三个维度。发现了最小化距光源距离的可能性。这使得即使使用小型中性源也可以在短时间内获得高质量的 CT 图像。今年，我们利用理化学研究所目前正在开发的加速器中子源，在光源和探测器之间的距离几乎为零的情况下，使用用于图像质量评估的图表成像在极短距离处进行了中子成像。此外，使用传统系统对样品进行成像并进行比较研究。