(57)【要約】【課題】主成分材料の組み合わせに基づく分解方法を提供することである。【解決手段】本開示において、スキャン対象は複数の領域に分割され、各分割領域で用いられる主成分材料の組み合わせは互いに異なり、分解係数の変化が一定条件を満たすまで、スキャン対象は、各点の再決定される等価原子番号にしたがって、再分割される。これにより、動的な主成分材料の組み合わせに基づく分解方法が実現され、主成分材料の組み合わせの妥当でない選択により生じる分解エラーが減少し、マルチエネルギーＣＴの分解と物質識別の精度が向上する。【選択図】図１
2019117193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分材料の組み合わせに基づく分解方法であって、
スキャン対象の各点の分解係数と等価原子番号とを取得する取得ステップと、
前記スキャン対象の各点の等価原子番号にしたがって、前記スキャン対象を複数の領域に分割する領域分割ステップであって、分割領域の各々で用いられる主成分材料の組み合わせは互いに異なるステップと、
各分割領域について、前記領域で用いられる前記主成分材料の組み合わせに基づいて、前記領域中の各点の分解係数を決定する分解係数決定ステップと、
すべての分割領域のすべての点の分解係数に基づく分解係数の変化が所定閾値より小さくない場合、前記分割領域中のすべての点の決定された分解係数と、前記分割領域中で用いられる前記主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子情報とに基づいて、前記分割領域の各々について、前記分割領域中のすべての点の等価原子番号を決定する等価原子番号決定ステップと、
全分割領域中のすべての点の分解係数に基づいて分解係数の変化が所定閾値より小さくなるまで、前記領域分割ステップと、前記分解係数決定ステップと、等価原子番号決定ステップとをループするステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記領域分割ステップは、
所定の原子番号関係が同じ副区間にあるすべての点を、原子番号関係チェーン中のスキャン対象の各点の等価原子番号の位置により１つの領域に分割し、副区間の両端の原子番号に対応する材料が、その領域の主成分材料の組み合わせを構成する主成分材料と決定される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分解係数決定ステップは、  各分割領域について、
様々なエネルギーの構成の投影データと、前記領域のエネルギースペクトルと、前記領域の主成分材料の組み合わせに対応する減衰係数関数とにしたがって、各光線が通過する各経路に沿って、前記領域の各点の分解係数の積分を計算することと、
各光線が通過する各経路に沿って、前記領域の各点の分解係数の積分にしたがって、前記領域の各点の分解係数を決定することとを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
領域のエネルギースペクトルは、光源のエネルギースペクトルと、前記領域の外の他の領域のすべての点の分解係数と、前記他の領域の主成分材料の組み合わせに対応する減衰係数関数とにしたがって決定される、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記等価原子番号決定ステップは、
前記領域の各点の分解係数と、前記領域の主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子番号と原子量とにしたがって、分割領域の各点の等価電子密度を決定することと、
前記領域の各点の分解係数及び等価電子密度と、前記領域の主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子番号及び原子量とにしたがって、前記領域の各点の等価原子番号を決定することとを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記取得ステップは、所定の主成分材料組み合わせに応じて、スキャン対象の全ての点の分解係数と等価原子番号とを取得する、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
分解係数の変化が所定閾値より小さい場合、前記領域の各点の等価原子番号を用いて、各分割領域の物質識別を実行する、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
点はピクセル点またはボクセル点である、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
主成分材料の組み合わせに基づく分解装置であって、
メモリと、
前記メモリに結合したプロセッサであって、前記メモリに記憶された命令に基づいて、請求項１ないし８いずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたプロセッサとを有する、
分解装置。
【請求項１０】
コンピュータプログラムを記憶するコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムがプロセッサにより実行され、請求項１ないし８いずれか一項に記載の方法を実施する、コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本開示は、２０１７年１２月２６日に出願された中国特許出願第２０１７１１４３２８４０．５号に基づき、その優先権を主張するものである。この出願の開示は、ここにその全体を参照援用する。
［技術分野］
本開示は放射線イメージングの分野に関し、特に、主成分材料組み合わせに基づく分解方法および分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連するＸ線デュアルエネルギーＣＴ（コンピュータ断層撮影）イメージング法は、物質の減衰係数関数を、２つの既知の主成分材料の減衰係数関数の線形結合に分解し、その線形結合の係数は解くべき未知パラメータである。スキャン対象の分解には、一定セットのダブル主成分材料と、対応する一定セットの減衰係数関数とを用いる。たとえば、水と骨が医療用デュアルエネルギーＣＴにおけるダブル主成分材料として選択され得る。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の一態様は、主成分材料の組み合わせに基づく分解方法を提供する。該分解方法は、スキャン対象の各点の分解係数と等価原子番号とを取得する取得ステップと、前記スキャン対象の各点の等価原子番号にしたがって、前記スキャン対象を複数の領域に分割する領域分割ステップであって、分割領域の各々で用いられる主成分材料の組み合わせは互いに異なるステップと、各分割領域について、前記領域で用いられる前記主成分材料の組み合わせに基づいて、前記領域中の各点の分解係数を決定する分解係数決定ステップと、すべての分割領域のすべての点の分解係数に基づく分解係数の変化が所定閾値より小さくない場合、前記分割領域中のすべての点の決定された分解係数と、前記分割領域中で用いられる前記主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子情報とに基づいて、前記分割領域の各々について、前記分割領域中のすべての点の等価原子番号を決定する等価原子番号決定ステップと、全分割領域中のすべての点の分解係数に基づいて分解係数の変化が所定閾値より小さくなるまで、前記領域分割ステップと、前記分解係数決定ステップと、等価原子番号決定ステップとをループするステップと、を含む。
【０００４】
本開示の幾つかの実施形態では、前記領域分割ステップは、所定の原子番号関係が同じ副区間にあるすべての点を、原子番号関係チェーン中のスキャン対象の各点の等価原子番号の位置により１つの領域に分割し、副区間の両端の原子番号に対応する材料が、その領域の主成分材料の組み合わせを構成する主成分材料と決定されることを含む。
【０００５】
本開示の幾つかの実施形態では、前記分解係数決定ステップは、各分割領域について、様々なエネルギーの構成の投影データと、前記領域のエネルギースペクトルと、前記領域の主成分材料の組み合わせに対応する減衰係数関数とにしたがって、各光線が通過する各経路に沿って、前記領域の各点の分解係数の積分を計算することと、各光線が通過する各経路に沿って、前記領域の各点の分解係数の積分にしたがって、前記領域の各点の分解係数を決定することとを含む。
【０００６】
本開示の幾つかの実施形態では、領域のエネルギースペクトルは、光源のエネルギースペクトルと、前記領域の外の他の領域のすべての点の分解係数と、前記他の領域の主成分材料の組み合わせに対応する減衰係数関数とにしたがって決定される。
【０００７】
本開示の幾つかの実施形態では、前記等価原子番号決定ステップは、前記領域の各点の分解係数と、前記領域の主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子番号と原子量とにしたがって、分割領域の各点の等価電子密度を決定することと、前記領域の各点の分解係数及び等価電子密度と、前記領域の主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子番号及び原子量とにしたがって、前記領域の各点の等価原子番号を決定することとを含む。
【０００８】
本開示の幾つかの実施形態では、取得ステップは、所定の主成分材料組み合わせに応じて、スキャン対象の全ての点の分解係数と等価原子番号とを取得する。
【０００９】
本開示の幾つかの実施形態では、前記方法はさらに、分解係数の変化が所定閾値より小さい場合、前記領域の各点の等価原子番号を用いて、各分割領域の物質識別を実行する。
【００１０】
本開示の幾つかの実施形態では、点はピクセル点またはボクセル点である。
【００１１】
本開示の他の一態様は、主成分材料の組み合わせに基づく分解装置であって、メモリと、前記メモリに結合したプロセッサであって、前記メモリに記憶された命令に基づいて、実施形態の方法を実行するように構成されたプロセッサとを有する、
本開示のもう１つの態様は、コンピュータプログラムを記憶するコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムがプロセッサにより実行され、実施形態の方法を実施する、コンピュータ可読記憶媒体を含む。
【００１２】
本開示において、スキャン対象は複数の領域に分割され、各分割領域で用いられる主成分材料の組み合わせは互いに異なり、分解係数の変化が一定条件を満たすまで、スキャン対象は、各点の再決定される等価原子番号にしたがって、再分割される。これにより、動的な主成分材料の組み合わせに基づく分解方法が実現され、主成分材料の組み合わせの妥当でない選択により生じる分解エラーが減少し、マルチエネルギーＣＴの分解と物質識別の精度が向上する。（ヨウ素などの物質の造影剤を用いる）医療用ＣＴエンハンスイメージング、（セキュリティ、航空荷物・コンテナＣＴイメージングなどの）高エネルギーまたはマルチエネルギーＣＴイメージングなどの、スキャン対象の原子番号のばらつき範囲が大きい場合、利点は特に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
実施形態または関連技術の説明で用いる図面を簡単に説明する。図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、本開示を明確に理解することができる。
【００１４】
言うまでもなく、以下に説明する図面は本開示の実施形態の一部に過ぎない。当業者は添付した図面から発明的努力をせずにその他の図面を作成できるだろう。
【図１】本開示の主成分材料の組み合わせに基づく分解方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図２】数式（６−１３）を計算に用いる動的主成分材料の組み合わせに基づく反復実行分解方法を示すフロー図である。
【図３】一セットのシミュレーション実験結果を示す図である。
【図４】本開示の主成分材料の組み合わせに基づく分解装置の一実施形態を示す概略的構造図である。
【図５】本開示の主成分材料の組み合わせに基づく分解装置の他の一実施形態を示す概略的構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明者は、識別すべき物質の原子番号のばらつきが小さい範囲にある場合、一定の主成分材料の組み合わせに基づく分解方法はよい効果を有し、原子番号の範囲が大きい場合、大きな分解エラーが生じることを見いだした。例えば、原子番号の範囲が炭素（原子番号Ｚ＝６であり、有機物を表す）から鉛（Ｚ＝８２であり、重金属を表す）の物質の減衰係数関数は非常に異なる。一定セットの主成分材料が使われる場合、例えば、炭素（Ｚ＝６）とすず（Ｚ＝５０）が選択された場合、スキャン対象中のＺ＞５０の物質とＺ＝２８近くの物質との分解エラーは非常に大きい。炭素（Ｚ＝６）と鉛（Ｚ＝８２）が選択された場合、スキャン対象中の３０＜Ｚ＜６０の物質の分解エラーは非常に大きい。すず（Ｚ＝５０）と鉛（Ｚ＝８２）が選択された場合、スキャン対象中のＺ＜５０の物質の分解エラーは非常に大きい。
【００１６】
本開示により解決される１つの技術的問題は、主成分材料の組み合わせの妥当でない選択により生じる分解エラーを低減することである。
【００１７】
本開示の実施形態における技術的解決策は、本開示の実施形態における添付の図面を参照して、明確かつ完全な方法で説明される。
【００１８】
図１は、本開示の主成分材料の組み合わせに基づく分解方法の一実施形態を示すフロー図である。図１に示すように、本実施形態の方法はステップ１００〜１４０を含む。
【００１９】
取得ステップと呼ぶことができるステップ１００では、スキャン対象の各点の分解係数や等価原子番号などの初期情報を取得することができる。
【００２０】
取得ステップは、一定の主成分材料組み合わせに応じて、スキャン対象の全ての点の等価原子番号と分解係数とを取得する。すなわち、スキャン対象の全ての点の等価原子番号と分解係数とを、一定の主成分材料組み合わせに基づく分解結果に応じて決定することができる。一定の主成分材料組み合わせに基づく分解方法は、従来技術における一定の二重主成分材料に基づく分解法を参照することで実現することができる。
【００２１】
領域分割ステップと言えるステップ１１０において、スキャン対象は、その各点の等価原子番号にしたがって、複数の領域に分割され得る。分割される各領域で用いられる主成分材料の組み合わせは互いに異なり、１つの領域は同じ主成分材料の組み合わせを採用する。
【００２２】
点はピクセル点またはボクセル点である。スキャン対象は、単一材料でないとき、通常は複数の領域に分割される。コンピュータの処理速度が十分速ければ、スキャン対象の各ピクセル点またはボクセル点は、多くても１つの領域に分割され得る。コンピュータの処理速度が限られている場合、等価原子番号の相違が所定範囲より小さいスキャン対象の複数の点は、１つの領域に分割できる。
【００２３】
分解係数決定ステップまたは分解ステップと言えるステップ１２０において、分割される各領域に関して、その中の各点の分解係数を、その領域で用いられる主成分材料の組み合わせに基づき決定できる。
【００２４】
等価原子番号決定ステップと言えるステップ１３０において、すべての分割領域のすべての点の分解係数に基づく分解係数の変化が所定閾値より小さい場合、各分割領域について、分割領域のすべての点の決定された分解係数と、分割領域で用いられる主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子情報とに基づいて、分割領域のすべての点の原子番号を再決定することができる。
【００２５】
原子情報は例えば原子番号と原子量とを含む。
【００２６】
ループステップと言えるステップ１４０において、分解係数の変化が所定閾値より小さくなるまで、前記領域分割ステップと、前記分解係数決定ステップと、等価原子番号決定ステップとをループするステップとを、全分割領域中のすべての点の分解係数にしたがって、反復的に実行することができる。
【００２７】
例えば、ある領域のすべての点の分解係数の変化が所定閾値より小さい場合、その領域の分解係数は収束したと見なす。
【００２８】
各分割領域の物質識別は、収束後の各領域の各点の等価原子番号を用いて、実行できる。分解係数の変化が所定閾値より小さい場合、前記領域の各点の等価原子番号を用いて、各分割領域の物質識別を実行することができる。
【００２９】
上記の実施形態において、スキャン対象は複数の領域に分割され、各分割領域で用いられる主成分材料の組み合わせは互いに異なり、分解係数の変化が一定条件を満たすまで、スキャン対象は、各点の再決定される等価原子番号にしたがって、再分割される。これにより、動的な主成分材料の組み合わせに基づく分解方法が実現され、主成分材料の組み合わせの妥当でない選択により生じる分解エラーが減少し、マルチエネルギーＣＴの分解と物質識別の精度が向上する。
【００３０】
（ヨウ素などの物質の造影剤を用いる）医療用ＣＴエンハンスイメージング、（セキュリティ、航空荷物・コンテナＣＴイメージングなどの）高エネルギーまたはマルチエネルギーＣＴイメージングなどの、スキャン対象の原子番号のばらつき範囲が大きい場合、利点は特に明らかである。この方法は、臨床医療、セキュリティ、産業用非破壊試験その他の分野で重要な適用価値を有する。
【００３１】
本開示の主成分材料の組み合わせに基づく分解方法は、マルチエネルギーフォトンカウンティング検出器に基づく３エネルギーＣＴデータやエネルギースペクトルＣＴデータなど、より多くのエネルギースペクトルの投影データが取得できる場合、デュアルエネルギー（エネルギースペクトル）ＣＴに適用可能であるだけでなく、マルチエネルギーＣＴにも適用可能である。デュアルエネルギーＣＴでは、各領域は２つの主成分材料の組み合わせを用いる。マルチエネルギーＣＴでは、各領域は、エネルギースペクトルと同じ数の主成分材料の組み合わせを必要とする。例えば、３エネルギーＣＴでは、各領域は３つの主成分材料の組み合わせを必要とする。後述の実施形態の具体的な数式は、デュアルエネルギーＣＴを例として記述されている。本開示のデュアルエネルギーＣＴを例の２つの主成分材料に基づく分解方法により、当業者は、創作的努力を要せずに、マルチエネルギーＣＴの分解方法を得ることができる。
【００３２】
ステップ１２０の例示的な実施は、反復的方法を用いて実施される。反復的方法は、ｔ＝１から開始して、領域ｔの主成分材料の組み合わせに基づき、領域ｔの各点の分解係数を計算し、次いで、領域ｔの各点の分解係数を次の計算の既知パラメータとして、領域ｔ＋１の主成分材料の組み合わせに基づいて領域ｔ＋１の各点の分解係数を計算し、ｔがＮまで増加したら終了し、各領域の各点の分解係数を取得する。Ｎは領域数を示す。
【００３３】
領域ｔの主成分材料の組み合わせに基づき、ある領域ｔの各点の分解係数の計算方法は、様々なエネルギーの構成の投影データ（例えば、高エネルギーの投影データと、低エネルギーの投影データ）と、前記領域のエネルギースペクトルと、前記領域の主成分材料の組み合わせに対応する減衰係数関数とにしたがって、各光線が通過する各経路に沿って、前記領域の各点の分解係数の積分を計算することと、各光線が通過する各経路に沿って、前記領域の各点の分解係数の積分にしたがって、所定の再構成アルゴリズムで、前記領域の各点の分解係数を決定することとを含む。再構成アルゴリズムは、例えば、フィルタードバックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｂａｃｋ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＦＢＰ））であってもよい。
【００３４】
ある領域ｔの主成分材料の組み合わせに基づき、その領域ｔの各点の分解係数の計算方法は、本実施形態では２つの主成分材料の組み合わせを例に取って説明し、数式（１−１０）を参照して具体的に実施することができる。
【００３５】
スキャン対象がＮ個に分割され、
【００３６】
【数１】
2019117193.tif 000003
と表されるものと仮定する。
【００３７】
各領域で用いられる２つの主成分材料の減衰係数関数は
【００３８】
【数２】
2019117193.tif 000004
である。ここで、ｊは異なる領域の番号である。
【００３９】
２つの主成分材料に基づく各点（ピクセル点またはボクセル点）の分解係数（または分解係数画像）は
【００４０】
【数３】
2019117193.tif 000005
として記録される。ここで、ｘはピクセル点またはボクセル点を示す。
【００４１】
Ｘ線デュアルエネルギーＣＴの高（Ｈ）／低（Ｌ）エネルギーを有するＸ線の投影データは、
【００４２】
【数４】
2019117193.tif 000006
と記述できる。ここで、
【００４３】
【数５】
2019117193.tif 000007
である。ＳＬ／Ｈ（Ｅ）は高／低エネルギーの光源のエネルギースペクトルを表し、ＥｍａｘＬ／Ｈは高／低エネルギーの光源のエネルギースペクトルの最大エネルギーを表し、ｒａｙｉは第ｉ光線が通過する経路を表し、数式（４）のｄｌの積分は光線が通過する経路に沿った関連物理量の積分である。
【００４４】
「ｔ」は現在解こうとしている領域（ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ  ｓｏｌｖｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）を表す。領域ｔ以外の領域の分解係数画像は既知であると仮定する。領域ｔの分解係数画像は、上記の分解方法で取得でき、デュアルエネルギー投影の数式（４）から、
【００４５】
【数６】
2019117193.tif 000008
であることが分かる。ここで、
【００４６】
【数７】
2019117193.tif 000009
である。
【００４７】
領域ｔ以外の領域の分解係数画像ｂ１ｊ、ｂ２ｊ（ｊ＝１，２，・・・Ｎ；ｊ≠ｔ）は既知であり、ＳＬ／Ｈ（Ｅ）も既知であるから、領域ｔのエネルギースペクトルＳＬ／Ｈ（Ｅ）を計算でき、光線ｒａｙｉが通る経路に沿った領域ｔの分解係数画像の積分を、デュアルエネルギー投影の数式（６）により、すなわち
【００４８】
【数８】
2019117193.tif 000010
と計算できる。
【００４９】
各ピクセル／ボクセル点の分解係数は、各光線が通る各経路に沿った領域ｔの分解係数画像の積分にしたがって、一般的なＣＴ再構成アルゴリズム（ＦＢＰアルゴリズムなど）で再構成して、すなわち
【００５０】
【数９】
2019117193.tif 000011
とすることができる。ここで、Ｒｅｃｏｎは再構成アルゴリズムを表す。
【００５１】
領域ｔに限定されているので、最終的な分解係数画像は
【００５２】
【数１０】
2019117193.tif 000012
と表せる。
【００５３】
ステップ１３０において、ある領域の各点の等価原子番号を決定する例示的方法は、前記領域の各点の分解係数と、前記領域の主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子番号と原子量とにしたがって、分割領域の各点の等価電子密度を決定することと、前記領域の各点の分解係数及び等価電子密度と、前記領域の主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子番号及び原子量とにしたがって、前記領域の各点の等価原子番号を決定することとを含む。
【００５４】
２つの主成分材料の組み合わせを例に取ると、各点の等価電子密度ρｅｆｆと等価原子番号Ｚｅｆｆの計算式は、
【００５５】
【数１１】
2019117193.tif 000013
である。ここで、領域ｊで用いられる２つの主成分材料の原子番号をＺ１ｊおよびＺ２ｊと表わし、２つの主成分材料の原子量をＡ１ｊおよびＡ２ｊと表す。
【００５６】
パラメータαは経験的に
【００５７】
【数１２】
2019117193.tif 000014
と設定される。
【００５８】
ステップ１１０におけるスキャン対象の例示的な領域分割方法は、所定の原子番号関係が同じ副区間にあるすべての点を、原子番号関係チェーン中のスキャン対象の各点の等価原子番号の位置により１つの領域に分割し、副区間の両端の原子番号に対応する材料が、その領域の主成分材料の組み合わせを構成する主成分材料と決定されることを含む。
【００５９】
原子番号関係チェーン（ａｔｏｍｉｃ  ｎｕｍｂｅｒ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ  ｃｈａｉｎ）の長さ（すなわち、数式１３のＮの大きさ）は、物質識別の正確性に関係する。原子番号関係チェーンの長さが長いほど、オブジェクトはより多くの領域に分割され、物質識別の正確性は向上する。原子番号関係チェーンにおける領域境界を定めるのに用いられる原子番号について、一般的な材料に対応する原子番号を選択することができ、または検出対象に含まれる材料にしたがって設定することができる。
【００６０】
上記の領域分割方法の式は、
【００６１】
【数１３】
2019117193.tif 000015
と表される。ここで、新しく分割される領域の２つの主成分材料は、Ｚ１ｊ＝Ｚｊ−１、Ｚ２ｊ＝Ｚｊが対応する材料として選択できる。
【００６２】
上記の通り、本開示の動的な主成分材料の組み合わせに基づく分解方法は、すべての領域の分解係数が収束する前に、反復的に実行される。図２は、数式（６−１３）を計算に用いる動的主成分材料の組み合わせに基づく反復実行分解方法を示すフロー図である。式（Ｅｑ）は数式を表し、例えば、式（１０）は数式１０を表す。
【００６３】
図３は、一セットのシミュレーション実験結果を示す。画像サイズは２５６×２５６であり、ピクセルサイズは１．６ｍｍ×１．６ｍｍであり、ディテクタユニット数は７３６であり、回転角の数は５４０であり、回転角は３６０°である。デュアルエネルギーＣＴ光源エネルギースペクトルの最高エネルギーは、それぞれ９ＭｅＶと６ＭｅＶである。モデルの大きいシリンダーの材料は水であり、他の小さいシリンダーは内側グループと外側グループとに分割される。内側グループと外側グループとは同じ材料を有するが、材料の原子番号は１３、２０、２６、３０、３４、４０、５０、６０、７０、８０（反時計回り、色が薄いものから濃いものまで）である。図３の３つの画像は、左から右へ、実際の原子番号画像と、固定した２つの主成分材料に基づいて従来の分解方法で取得した原子番号画像であって、原子番号が６と５０の材料を固定の２つの主成分材料として用いたものと、本開示の動的な主成分材料の組み合わせに基づく分解方法による取得された原子番号画像とである。シミュレーション結果から、本開示は、Ｘ線デュアルエネルギーＣＴの分解精度を効果的に改善でき、デュアルエネルギーＣＴイメージングモデルと物理的プロセスとの間の材料の非一貫性により生じる分解エラーを低減でき、デュアルエネルギーＣＴのイメージング品質と物質識別を改善する重要性と適用価値を有する。
【００６４】
本開示は主成分材料の組み合わせに基づく分解装置も提案する。該分解装置は、上記の分解方法を実行する一以上のモジュールを有する。
【００６５】
図４は、本開示による主成分材料の組み合わせに基づく分解装置の一実施形態を示す概略的構造図である。
【００６６】
図４に示すように、分解装置は主成分材料の組み合わせ４０に基づき、モジュール４００−４４０を含む。
【００６７】
取得モジュール４００は、スキャン対象の各点の分解係数と等価原子番号とを取得するように構成される。
【００６８】
領域分割モジュール４１０は、前記スキャン対象の各点の等価原子番号にしたがって、前記スキャン対象を複数の領域に分割し、分割領域の各々で用いられる主成分材料の組み合わせは互いに異なるように構成される。
【００６９】
分解係数決定モジュール４２０は、各分割領域について、前記領域で用いられる前記主成分材料の組み合わせに基づいて、前記領域中の各点の分解係数を決定するように構成される。
【００７０】
等価原子番号決定モジュール４３０は、すべての分割領域のすべての点の分解係数に基づく分解係数の変化が所定閾値より小さくない場合、前記分割領域中のすべての点の決定された分解係数と、前記分割領域中で用いられる前記主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子情報とに基づいて、前記分割領域の各々について、前記分割領域中のすべての点の等価原子番号を決定するように構成される。
【００７１】
ループモジュール４４０は、全分割領域中のすべての点の分解係数に基づいて分解係数の変化が所定閾値より小さくなるまで、前記領域分割ステップと、前記分解係数決定ステップと、等価原子番号決定ステップとをループするように構成される。
【００７２】
任意的に、サイクルの始めに必要なスキャン対象のすべての点の分解係数と等価原子番号とは、所定の（固定の）主成分材料の組み合わせにより決定される。
【００７３】
任意的に、領域分割モジュール４１０は、所定の原子番号関係が同じ副区間にあるすべての点を、原子番号関係チェーン中のスキャン対象の各点の等価原子番号の位置により１つの領域に分割するように構成され、副区間の両端の原子番号に対応する材料が、その領域の主成分材料の組み合わせを構成する主成分材料と決定されることを含む。
【００７４】
任意的に、分解係数決定モジュール４２０は、反復的方法を用いて実装されるように構成される。前記反復的方法は、ｔ＝１から開始して、領域ｔの主成分材料の組み合わせに基づき、領域ｔの各点の分解係数を計算し、次いで、領域ｔの各点の分解係数を次の計算の既知パラメータとして、領域ｔ＋１の主成分材料の組み合わせに基づいて領域ｔ＋１の各点の分解係数を計算し、ｔがＮまで増加したら終了し、各領域の各点の分解係数を取得する。Ｎは領域数を示す。
【００７５】
任意的に、領域ｔの主成分材料の組み合わせに基づき、ある領域ｔの各点の分解係数の計算方法は、様々なエネルギーの構成の投影データ（例えば、高エネルギーの投影データと、低エネルギーの投影データ）と、前記領域のエネルギースペクトルと、前記領域の主成分材料の組み合わせに対応する減衰係数関数とにしたがって、各光線が通過する各経路に沿って、前記領域の各点の分解係数の積分を計算することと、各光線が通過する各経路に沿って、前記領域の各点の分解係数の積分にしたがって、所定の再構成アルゴリズムで、前記領域の各点の分解係数を決定することとを含む。再構成アルゴリズムは、例えば、フィルタードバックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｂａｃｋ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ（ＦＢＰ））であってもよい。
【００７６】
任意的に、等価原子番号決定モジュール４３０は、前記領域の各点の分解係数と、前記領域の主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子番号と原子量とにしたがって、分割領域の各点の等価電子密度を決定し、前記領域の各点の分解係数及び等価電子密度と、前記領域の主成分材料の組み合わせのすべての主成分材料の原子番号及び原子量とにしたがって、前記領域の各点の等価原子番号を決定するように構成されてもよい。
【００７７】
図５は、本開示の主成分材料の組み合わせに基づく分解装置の他の一実施形態を示す概略的構造図である。
【００７８】
図５に示すように、主成分材料の組み合わせに基づく分解装置５０は、メモリ５１０と、そのメモリ５１０に結合したプロセッサ５２０とを含む。プロセッサ５２０は、メモリ５１０に記憶された命令に基づき、前記実施形態のいずれかの分解方法を実行するように構成されている。
【００７９】
メモリ５１０は例えば、システムメモリ、固定不揮発性記憶媒体などを含む。システムメモリは、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーション、ブートローダ、及びその他のプログラムを記憶する。
【００８０】
装置５０は、入出力インターフェース５３０、ネットワークインターフェース５４０、ストレージインターフェース５５０なども含んでもよい。これらのインターフェース５３０、５４０、５５０と、メモリ５１０と、プロセッサ５２０とは、例えば、バス５６０を介して接続されていてもよい。入出力インターフェース５３０は、ディスプレイ、マウス、キーボード、及びタッチスクリーンなどの入出力デバイスに対して接続インターフェースを提供する。ネットワークインターフェース５４０は、ネットワークされた様々なデバイスに接続インターフェースを提供する。ストレージインターフェース５５０は、ＳＤカードやＵＳＢフラッシュドライブなどの外部ストレージデバイスに対して接続インターフェースを提供する。
【００８１】
本開示は、コンピュータプログラムを記憶するコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムがプロセッサにより実行され、上記の実施形態のいずれかの分解方法を実施する、コンピュータ可読記憶媒体も提供する。
【００８２】
当業者には言うまでもなく、本開示の実施形態は、方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として提供し得る。したがって、本開示は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態、またはハードウェアとソフトウェアを両方組み合わせた実施形態の形式を取ることができる。さらに、本開示は、コンピュータ利用可能プログラムコードを含む一以上のコンピュータ利用可能非一時的記憶媒体（ディスクストレージ、ＣＤ−ＲＯＭ、光学的ストレージなどを含む）の形式を取ることもできる。
【００８３】
上記の説明は、単に、本開示の好ましい実施形態であり、本開示を限定するものではない。本開示の精神と原理に含まれるいかなる修正、等価物、改良なども、本開示の保護範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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