2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of a multi-axis cone beam CT for accurate non-destructive testing of electronic equipment
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20K14753
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
加納 徹 東京理科大学, 工学部情報工学科, 助教 (40781620)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非破壊検査 / X線CT / メタルアーチファクト / 画像再構成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度は，多軸コーンビームCTに組み込むことを想定した，メタルアーチファクト低減のための再構成アルゴリズムについての検討を進めた．投影軌道の最適化によって，金属物質の重畳を避けることが可能となっても，金属を撮影している以上は再構成アルゴリズムの修正が求められる．そこで，投影データの集合体（サイノグラム）が持つ構造的性質に着目し，サイノグラムの構造を保ちつつ金属領域を適切に補間するアルゴリズムを提案した．あるボクセルがCT撮影において，サイノグラムに投影される点の軌跡は計算可能であり，各ボクセルの軌跡に沿った補間計算は，サイノグラムの構造を保つことに繋がる．提案手法は，ボクセルの軌跡を正確に接続補間するために，前処理としてサイノグラムの部分補間，および後処理の補間を含む，段階的サイノグラム補間法となっている．前処理と後処理の補間には，各ボクセルの周辺ボクセルの情報を含めるために，Mahnkenらが提案した補間法を採用した．
評価実験は，樹脂，鉄，アルミニウムの3物体で作製したファントムの撮影データを対象に実施した．SSIM（Structural Similarity: 構造的類似性）による真値との差を確認したところ，提案手法は通常の再構成画像と比較して69.4%，従来のメタルアーチファクト低減手法と比較して15.3%の画質改善がみられた．また，定性的にもメタルアーチファクトは効果的に低減されることが確認された．本研究成果は，現在原著論文として投稿中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
メタルアーチファクト低減のための再構成アルゴリズムの検討はおおむね順調に進んでいる一方で，実際のX線CTにおける多軸回転機構の実装は難航している．通常の回転ステージの上にゴニオステージを置き，撮影の度に二軸回転制御をする方法は，購入したCT装置の回転ステージの制御および角度の微調整が不可であったため，実現困難であった．制御可能な回転ステージを別途購入し，二軸制御をCT内部で行う方向で業者と相談を行ったところ，予算が足りず実現不可であった．予算内で実現可能な，別のアプローチについて検討する必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでにシミュレーション上で行ってきた多軸X線CTの最適投影軌道計算のアルゴリズムと，メタルアーチファクト低減のための再構成アルゴリズムを組み合わせ，汎用的なメタルアーチファクト低減技術の実現を目指す．まずはシミュレーション上で実装し，適用可能性を確認した上で，実際のX線CT装置への組み込みを行う．しかし，現状の環境と予算では，実際のX線CTに電子制御可能な多軸回転機構を組み込むことは困難である．そこで，手動による回転と撮影を繰り返し行うことで多軸投影データを収集し，提案手法の有効性および実現可能性について検討を行うことを予定している．
また，再構成アルゴリズムについても，さらなる検討を行う予定でいる．現状はFKD(Feldkamp, Davis, and Kress)法と座標変換に基づくアルゴリズムを採用しているが，エイリアスの影響を受けやすい多軸X線CTの再構成には，代数的に解を探索する逐次近似画像再構成法のほうが適していると考えられる．そのため，今後は逐次近似画像再構成法をベースとしたメタルアーチファクト低減手法の導入を検討する．
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| Causes of Carryover |
残額が1円と少額であり、適切な使徒の検討が困難であったため。
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