JP5708652B2 - X-ray imaging system - Google Patents
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Description
本発明は、タルボ・ロー干渉計を用いたX線撮影システムに関する。 The present invention relates to an X-ray imaging system using a Talbot-Lau interferometer.
診断に用いられる医療用のX線画像のほとんどは、吸収コントラスト法による画像である。吸収コントラスト法は、X線が被写体を透過したときのX線強度の減衰の差によりコントラストを形成する。一方、X線の吸収ではなく、X線の位相変化によってコントラストを得る位相コントラスト法が提案されている。例えば、拡大撮影時のX線の屈折を利用したエッジ強調によって視認性の高いX線画像を得る位相コントラスト撮影が行われている(例えば、特許文献1、2参照)。
Most of medical X-ray images used for diagnosis are images by an absorption contrast method. In the absorption contrast method, contrast is formed by a difference in attenuation of X-ray intensity when X-rays pass through a subject. On the other hand, a phase contrast method has been proposed in which contrast is obtained not by X-ray absorption but by X-ray phase change. For example, phase contrast imaging is performed in which X-ray images with high visibility are obtained by edge enhancement using X-ray refraction during magnified imaging (see, for example,
吸収コントラスト法は骨等のX線吸収が大きい被写体の撮影に有効である。これに対し、位相コントラスト法はX線吸収差が小さく、吸収コントラスト法によっては画像として現れにくい乳房の組織や関節軟骨、関節周辺の軟部組織をも画像化することが可能であり、X線画像診断への適用が期待されている。 The absorption contrast method is effective for photographing a subject having a large X-ray absorption such as bone. On the other hand, the phase contrast method has a small X-ray absorption difference and can image breast tissue, articular cartilage, and soft tissue around the joint, which are difficult to appear as an image by the absorption contrast method. Application to diagnosis is expected.
位相コントラスト撮影の1つとして、タルボ効果を利用するタルボ干渉計も検討されている(例えば、特許文献3〜5)。タルボ効果とは、一定の周期でスリットが設けられた第1格子を、干渉性の光が透過すると、光の進行方向に一定周期でその格子像を結ぶ現象をいう。この格子像は自己像と呼ばれ、タルボ干渉計は自己像を結ぶ位置に第2格子を配置し、この第2格子をわずかにずらすことで生じる干渉縞を測定する。第2格子の前に物体を配置するとモアレが乱れることから、タルボ干渉計によりX線撮影を行うのであれば、第1格子の前に被写体を配置して干渉性X線を照射し、得られたモアレの画像を演算することによって被写体の再構成画像を得ることが可能である。
As one of phase contrast imaging, a Talbot interferometer using the Talbot effect has been studied (for example,
また、X線源と第1格子間にマルチスリットを設置し、X線の照射線量を増大させるタルボ・ロー干渉計も提案されている(例えば、特許文献6参照)。従来のタルボ・ロー干渉計は、第1格子又は第2格子を移動しながら(両格子を相対移動させながら)、一定周期間隔のモアレ画像を複数撮影するものであり、マルチスリットは、X線量の増大のために設けられている。 There has also been proposed a Talbot-Lau interferometer in which a multi-slit is installed between the X-ray source and the first grating to increase the X-ray irradiation dose (see, for example, Patent Document 6). A conventional Talbot-Lau interferometer takes a plurality of moire images at a constant interval while moving the first grating or the second grating (relatively moving both gratings). Is provided for the increase of
また、本願発明者等は、タルボ・ロー干渉計において、マルチスリットを第1格子及び第2格子に対して移動せしめることでも従来方式で得られる再構成画像と同等の画像を得られることを見出し、日本特許出願2009−214483(PCT/JP2010/53978)において出願を行った。 The inventors of the present application have also found that an image equivalent to the reconstructed image obtained by the conventional method can be obtained by moving the multi slit with respect to the first grating and the second grating in the Talbot-Lau interferometer. The application was filed in Japanese Patent Application 2009-214483 (PCT / JP2010 / 53978).
モアレ画像から再構成画像を作成する手法としては、上述のようにタルボ干渉計、タルボ・ロー干渉計により得られた一定周期間隔の複数のモアレ画像から縞走査法により再構成画像を作成するものの他、一枚のモアレ画像からフーリエ変換法を用いて再構成画像を作成する手法も知られている(例えば、非特許文献1参照)。フーリエ変換法により得られる再構成画像は縞走査法に比べて空間分解能が落ちるものの、縞走査法のように複数枚のモアレ画像を必要としない。そのため、撮影時間の短縮、複数回の撮影の間に於ける被写体の体動の影響の抑制を図ることができる。さらに撮影時の機構動作がなくなるため、格子或いはマルチスリットの送り機構の誤差による偽像も無くなる。 As a method for creating a reconstructed image from a moire image, as described above, a reconstructed image is created by a fringe scanning method from a plurality of moire images with a constant periodic interval obtained by a Talbot interferometer and a Talbot-low interferometer. In addition, a method of creating a reconstructed image from a single moire image using a Fourier transform method is also known (see, for example, Non-Patent Document 1). The reconstructed image obtained by the Fourier transform method has a lower spatial resolution than the fringe scanning method, but does not require a plurality of moire images unlike the fringe scanning method. Therefore, it is possible to shorten the shooting time and to suppress the influence of the body movement of the subject during a plurality of shootings. Further, since the mechanism operation at the time of photographing is eliminated, there is no false image due to an error of the grating or multi-slit feeding mechanism.
縞走査法により作成される再構成画像が鮮明であるためには、再構成画像の作成に用いる個々のモアレ画像の干渉縞が鮮明であることはもちろんのこと、干渉縞の本数が少ないことも必要であることが知られている(例えば、非特許文献2(第15頁)参照)。一方、フーリエ変換法により再構成画像を作成するには、モアレ画像の干渉縞が十分に細かいことが必要であることが知られている。 In order for the reconstructed image created by the fringe scanning method to be clear, the interference fringes of the individual moire images used to create the reconstructed image are not only clear but also the number of interference fringes is small. It is known that it is necessary (see, for example, Non-Patent Document 2 (page 15)). On the other hand, it is known that in order to create a reconstructed image by the Fourier transform method, it is necessary that the interference fringes of the moire image be sufficiently fine.
上述のように、縞走査法とフーリエ変換法とではそれぞれ異なるメリットがあるため、撮影装置では、目的に応じて、縞走査法用のモアレ画像とフーリエ変換法用のモアレ画像を撮影できることが好ましい。そのためには、モアレ画像の干渉縞の本数がそれぞれに最適となるように、第1格子及び第2格子の相対的な位置関係、並びに、第1格子及び第2格子のスリット長手方向(スリット方向と呼ぶ)に対するマルチスリットのスリット方向を調整する必要がある。
しかしながら、両撮影方法を切り替える毎に、モアレ画像における干渉縞本数を最適なものとする調整は容易ではなく、調整にかなりの時間を要するので、患者を長時間拘束することとなり、好ましくない。As described above, since the fringe scanning method and the Fourier transform method have different merits, it is preferable that the photographing apparatus can photograph the moire image for the fringe scanning method and the moire image for the Fourier transform method according to the purpose. . For that purpose, the relative positional relationship between the first grating and the second grating, and the slit longitudinal direction of the first grating and the second grating (slit direction) so that the number of interference fringes of the moire image is optimized respectively. It is necessary to adjust the slit direction of the multi slit.
However, it is not easy to perform adjustment to optimize the number of interference fringes in the moire image every time the two imaging methods are switched, and it takes a considerable amount of time for adjustment.
本発明の課題は、必要に応じ、縞走査法用の撮影モードとフーリエ変換法用の撮影モードを簡単に切り替えて撮影を行うことができるようにすることである。 An object of the present invention is to make it possible to easily switch between a shooting mode for the fringe scanning method and a shooting mode for the Fourier transform method as necessary.
上記課題を解決するため、本発明の第1の側面によると、
X線を照射するX線源と、
前記X線の照射軸方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成されたマルチスリットと、
前記マルチスリットをスリット配列方向に移動させる駆動部と、
前記X線の照射軸方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成された第1格子及び第2格子と、
被写体台と、
照射されたX線に応じて電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るX線検出器と、を備え、
前記駆動部により前記マルチスリットをスリット配列方向に移動し、前記マルチスリットが一定周期間隔で移動する毎に、前記X線源により照射されたX線に応じて前記X線検出器が画像信号の読み取る処理を繰り返し、一定周期間隔のモアレ画像を複数得ることが可能なX線撮影システムであって、
第1の撮影モード及び第2の撮影モードの何れかの撮影モードを設定するための設定部と、
前記設定部により設定された撮影モードに応じて、前記第1格子及び前記第2格子の相対角度を調整する相対角調整部と、
前記設定部により設定された撮影モードに応じて、前記駆動部の起動又は停止を制御する制御部と、
前記設定部により設定された撮影モードに応じて、前記X線検出器により得られたモアレ画像から再構成画像を作成する画像処理部と、
を備える。In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention,
An X-ray source that emits X-rays;
A multi-slit composed of a plurality of slits arranged in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction;
A driving unit for moving the multi-slit in the slit arrangement direction;
A first grating and a second grating configured by arranging a plurality of slits in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction;
Subject table,
A conversion element that generates an electrical signal in accordance with the irradiated X-rays is arranged in a two-dimensional manner, and includes an X-ray detector that reads the electrical signal generated by the conversion element as an image signal,
The multi-slit is moved in the slit arrangement direction by the driving unit, and the X-ray detector detects the image signal in accordance with the X-rays emitted from the X-ray source every time the multi-slit moves at a constant cycle interval. An X-ray imaging system capable of repeating a reading process and obtaining a plurality of moire images at a constant cycle interval,
A setting unit for setting one of the first shooting mode and the second shooting mode;
A relative angle adjusting unit that adjusts a relative angle between the first grating and the second grating in accordance with the photographing mode set by the setting unit;
In accordance with the shooting mode set by the setting unit, a control unit that controls activation or stop of the drive unit,
An image processing unit that creates a reconstructed image from a moire image obtained by the X-ray detector according to the imaging mode set by the setting unit;
Is provided.
前記X線撮影システムは、
前記相対角調整部により前記設定された撮影モードに応じた相対角度に調整された前記第1格子及び前記第2格子を、その相対角度を維持したまま、前記被写体台に載置された被写体に対する前記第1格子及び前記第2格子のスリット方向を調整するためにX線照射軸周りに回転させる格子回転部と、
前記マルチスリットのスリット方向を調整するために前記マルチスリットをX線照射軸周りに回転させるマルチスリット回転部と、
を備え、
前記制御部は、前記格子回転部により前記被写体台に載置された被写体に対するスリット方向が調整された前記第1格子及び前記第2格子に対し前記マルチスリットのスリット方向が予め定められた位置関係となるように前記マルチスリット回転部を制御することが好ましい。The X-ray imaging system includes:
The first lattice and the second lattice adjusted to a relative angle according to the set photographing mode by the relative angle adjustment unit with respect to the subject placed on the subject table while maintaining the relative angle. A grating rotating unit that rotates around an X-ray irradiation axis to adjust the slit direction of the first grating and the second grating;
A multi-slit rotating unit that rotates the multi-slit around the X-ray irradiation axis in order to adjust the slit direction of the multi-slit;
With
The control unit is configured such that the slit direction of the multi-slit is predetermined with respect to the first grating and the second grating in which the slit direction with respect to the subject placed on the subject table is adjusted by the grating rotating unit. It is preferable to control the multi-slit rotator so that
前記マルチスリット回転部は、前記マルチスリットと前記駆動部を一体的に回転させることが好ましい。 The multi-slit rotating unit preferably rotates the multi-slit and the driving unit integrally.
前記格子回転部は、前記第1格子及び前記第2格子と、前記相対角調整部とを一体的に回転させることが好ましい。 The grating rotating unit preferably rotates the first grating, the second grating, and the relative angle adjusting unit integrally.
前記格子回転部は、前記第1格子及び前記第2格子と、前記X線検出器とを一体的に回転させることが好ましい。 The grating rotating unit preferably rotates the first grating, the second grating, and the X-ray detector integrally.
本発明によれば、必要に応じ、縞走査法用の撮影モードとフーリエ変換法用の撮影モードを、簡単に切り替えて撮影を行うことができる。
また、縞走査方式では、第1格子及び第2格子に対しマルチスリットを移動させ、縞走査法とフーリエ変換法との切り替えを、第1格子と第2格子の相対位相角を可変する構成としたので、両撮影モード時に要求される精度を維持することができる。
更に、本発明による撮影装置を使用して、比較的短時間で実施可能なフーリエ変換法で得られた画像に基づき一次診断を行い、要精査と判断された場合には、縞走査法で得られた画像に基づき二次診断(精密診断)を行うようにすることができ、病院内の診断フローを効率化することも可能となる。
更に、二次診断(精密診断)の縞走査法を実施するに際し、フーリエ変換法による画像に基づく一次診断に於ける診断結果に基づき、被写体に対し、マルチスリット、第1格子及び第2格子の位相方向を調整することで、被写体部位の精密な(病変部を忠実に再現した)画像を得ることができ、病変部位の早期発見、早期治療に繋げることも可能となる。According to the present invention, it is possible to easily switch between the shooting mode for the fringe scanning method and the shooting mode for the Fourier transform method as necessary.
In the fringe scanning method, the multi-slit is moved with respect to the first grating and the second grating, the switching between the fringe scanning method and the Fourier transform method is performed, and the relative phase angle between the first grating and the second grating is variable. Therefore, the accuracy required in both shooting modes can be maintained.
Furthermore, using the imaging apparatus according to the present invention, a primary diagnosis is performed based on an image obtained by a Fourier transform method that can be performed in a relatively short time. The secondary diagnosis (precise diagnosis) can be performed based on the obtained image, and the diagnosis flow in the hospital can be made more efficient.
Further, when performing the fringe scanning method of the secondary diagnosis (precise diagnosis), the multi-slit, the first grating, and the second grating are applied to the subject based on the diagnosis result in the primary diagnosis based on the image by the Fourier transform method. By adjusting the phase direction, it is possible to obtain a precise image (reproduced the lesion part faithfully) of the subject site, and it is possible to lead to early detection and early treatment of the lesion site.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1に、本実施形態に係るX線撮影システムを示す。X線撮影システムは、X線撮影装置1とコントローラ5を備える。X線撮影装置1はタルボ・ロー干渉計によるX線撮影を行い、コントローラ5は当該X線撮影により得られたモアレ画像を用いて被写体の再構成画像を作成する。本実施形態においては、X線撮影装置1は、手指を被写体として撮影する装置として説明するが、これに限定されるものではない。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an X-ray imaging system according to this embodiment. The X-ray imaging system includes an
X線撮影装置1は、図1に示すように、X線源11、マルチスリット12、被写体台13、第1格子14、第2格子15、X線検出器16、保持部17、本体部18等を備える。X線撮影装置1は縦型であり、X線源11、マルチスリット12、被写体台13、第1格子14、第2格子15、X線検出器16は、この順序に重力方向であるz方向に配置される。X線源11の焦点とマルチスリット12間の距離をd1(mm)、X線源11の焦点とX線検出器16間の距離をd2(mm)、マルチスリット12と第1格子14間の距離をd3(mm)、第1格子14と第2格子15間の距離をd4(mm)で表す。
As shown in FIG. 1, the
距離d1は好ましくは5〜500(mm)であり、さらに好ましくは5〜300(mm)である。
距離d2は、一般的に放射線科の撮影室の高さは3(m)程度又はそれ以下であることから、少なくとも3000(mm)以下であることが好ましい。なかでも、距離d2は400〜2500(mm)が好ましく、さらに好ましくは500〜2000(mm)である。
X線源11の焦点と第1格子14間の距離(d1+d3)は、好ましくは300〜5000(mm)であり、さらに好ましくは400〜1800(mm)である。
X線源11の焦点と第2格子15間の距離(d1+d3+d4)は、好ましくは400〜5000(mm)であり、さらに好ましくは500〜2000(mm)である。
それぞれの距離は、X線源11から照射されるX線の波長から、第2格子15上に第1格子14による格子像(自己像)が重なる最適な距離を算出し、設定すればよい。The distance d1 is preferably 5 to 500 (mm), more preferably 5 to 300 (mm).
The distance d2 is preferably at least 3000 (mm) or less since the height of the radiology room is generally about 3 (m) or less. Especially, the distance d2 is preferably 400 to 2500 (mm), and more preferably 500 to 2000 (mm).
The distance (d1 + d3) between the focal point of the
The distance (d1 + d3 + d4) between the focal point of the
Each distance may be set by calculating an optimum distance at which the lattice image (self-image) by the
X線源11、マルチスリット12、被写体台13、第1格子14、第2格子15、X線検出器16は、同一の保持部17に一体的に保持され、z方向における位置関係が固定されている。保持部17はC型のアーム状に形成され、本体部18に設けられた駆動部18aによりz方向に移動(昇降)可能に本体部18に取り付けられている。
X線源11は、緩衝部材17aを介して保持されている。緩衝部材17aは、衝撃や振動を吸収できる材料であれば何れの材料を用いてもよいが、例えばエラストマー等が挙げられる。X線源11はX線の照射によって発熱するため、X線源11側の緩衝部材17aは加えて断熱素材であることが好ましい。The
The
X線源11はX線管を備え、当該X線管によりX線を発生させてz方向(重力方向)にX線を照射する。X線管としては、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジX線管や回転陽極X線管を用いることができる。陽極としては、タングステンやモリブデンを用いることができる。
X線の焦点径は、0.03〜3(mm)が好ましく、さらに好ましくは0.1〜1(mm)である。The
The focal diameter of the X-ray is preferably 0.03 to 3 (mm), more preferably 0.1 to 1 (mm).
マルチスリット12は回折格子であり、図2Aに示すように複数のスリットが所定間隔で配列されて設けられている。この複数のスリットは、X線照射軸方向(図1のz方向)と直交する方向(図2Aに白矢印で示す)に配列されている。マルチスリット12はシリコンやガラスといったX線の吸収率が低い材質の基板上に、タングステン、鉛、金といったX線の遮蔽力が大きい、つまりX線の吸収率が高い材質により形成される。例えば、フォトリソグラフィーによりレジスト層がスリット状にマスクされ、UVが照射されてスリットのパターンがレジスト層に転写される。露光によって当該パターンと同じ形状のスリット構造が得られ、電鋳法によりスリット構造間に金属が埋め込まれて、マルチスリット12が形成される。 The multi slit 12 is a diffraction grating, and a plurality of slits are arranged at predetermined intervals as shown in FIG. 2A. The plurality of slits are arranged in a direction (indicated by white arrows in FIG. 2A) orthogonal to the X-ray irradiation axis direction (z direction in FIG. 1). The multi-slit 12 is formed on a substrate having a low X-ray absorption rate such as silicon or glass by using a material having a high X-ray shielding power such as tungsten, lead, or gold, that is, a high X-ray absorption rate. For example, the resist layer is masked in a slit shape by photolithography, and UV is irradiated to transfer the slit pattern to the resist layer. A slit structure having the same shape as the pattern is obtained by exposure, and a metal is embedded between the slit structures by electroforming to form a multi-slit 12.
マルチスリット12のスリット周期は1〜60(μm)である。スリット周期は、図2Aに示すように隣接するスリット間の距離を1周期とする。スリットの幅(各スリットのスリット配列方向の長さ)はスリット周期の1〜60(%)の長さであり、さらに好ましくは10〜40(%)である。スリットの高さ(z方向の高さ)は1〜500(μm)であり、好ましくは1〜150(μm)である。
マルチスリット12のスリット周期をw0(μm)、第1格子14のスリット周期をw1(μm)とすると、スリット周期w0は下記式により求めることができる。
w0=w1・(d3+d4)/d4
当該式を満たすように周期w0を決定することにより、マルチスリット12及び第1格子14の各スリットを通過したX線により形成される自己像が、それぞれ第2格子15上で重なり合い、いわばピントが合った状態とすることができる。The slit period of the multi slit 12 is 1 to 60 (μm). As shown in FIG. 2A, the slit period is defined as a period between adjacent slits. The width of the slit (the length of each slit in the slit arrangement direction) is 1 to 60 (%) of the slit period, and more preferably 10 to 40 (%). The height of the slit (the height in the z direction) is 1 to 500 (μm), preferably 1 to 150 (μm).
When the slit period of the multi slit 12 is w 0 (μm) and the slit period of the
w 0 = w 1 · (d3 + d4) / d4
By determining the period w 0 so as to satisfy the equation, the self-images formed by the X-rays that have passed through the slits of the multi-slit 12 and the
マルチスリット12は、図2Bに示すように、ラック12aを有するホルダー12bに保持されている。ラック12aは、マルチスリット12のスリット配列方向に設けられている。ラック12aは、後述する駆動部122のピニオン122cと係合し、ピニオン122cの回転(位相角)に応じてホルダー12bに保持されたマルチスリット12をスリット配列方向に移動させるためのものである。
As shown in FIG. 2B, the multi slit 12 is held by a
本実施形態において、X線撮影装置1には、マルチスリット回転部121及び駆動部122が設けられている。マルチスリット回転部121は、第1格子14及び第2格子15のX線照射軸周りの回転に応じてマルチスリット12をX線照射軸周りに回転させるための機構である。駆動部122は、複数のモアレ画像の撮影のためにマルチスリット12をスリット配列方向に移動させるための機構である。
In the present embodiment, the
図3に、マルチスリット回転部121及び駆動部122の平面図及びA−A´断面図を示す。
In FIG. 3, the top view and AA 'cross section figure of the multi
図3に示すように、マルチスリット回転部121は、モータ部121a、ギア部121b、ギア部121c、支持部121d等を備えて構成されている。モータ部121a、ギア部121b、ギア部121cは、支持部121dを介して保持部17に保持されている。
モータ部121aは、マイクロステップ駆動に切り替え可能なパルスモータであり、制御部181(図8参照)からの制御に応じて駆動され、ギア部121bを介してギア部121cをX線照射軸(図3に一点鎖線Rで示す)を中心として回転させる。ギア部121cは、ホルダー12bに保持されたマルチスリット12を装着するための開口部121eを有している。ギア部121cを回転させることにより、開口部121eに装着されたマルチスリット12をX線照射軸周りに回転させ、マルチスリット12のスリット配列方向を可変することができる。なお、撮影において、マルチスリット12は0°〜90°程度回転できればよいので、ギア部121cは全周にある必要はなく、図3に2点鎖線で示す範囲(正逆回転方向にそれぞれ90°)で回転できればよい。
開口部121eは、ホルダー12bに保持されたマルチスリット12を上部から嵌め込むことが可能な形状及びサイズとなっている。ここでは、開口部121eにおけるスリット配列方向のサイズw4はホルダー12bにおけるスリット配列方向のサイズW2より若干大きくなっており、マルチスリット12をスリット配列方向にスライドさせることが可能となっている。なお、開口部121eにおけるスリット配列方向に直交する方向のサイズw3は、ホルダー12bにおけるスリット配列方向に直交する方向のサイズW1との精密嵌合可能な寸法としており、ホルダー12bを開口部121eに装着すると、ホルダー12bに設けられたラック12aは開口部121eの外に、後述するピニオン122cと係合可能に配置される。As shown in FIG. 3, the multi-slit
The
The
駆動部122は、マルチスリット周期に応じ0.1μm〜数十μm単位でマルチスリット12をスリット配列方向に移動させる精密減速機等を備えて構成される。駆動部122は、例えば、図3に示すように、モータ部122a、ギア部122b、ピニオン122c等を備えて構成され、図示しないL字型板金等によりマルチスリット回転部121のギア部121cに固定されている。これにより、マルチスリット12と駆動部122は一体的に回転されるようになっている。
モータ部122aは、例えば、制御部181からの制御に応じて駆動され、ギア部122bを介してピニオン122cを回転させる。ピニオン122cは、マルチスリット12のラック12aと係合して回転することで、マルチスリット12をスリット配列方向に移動させる。The
For example, the
図1に戻り、被写体台13は、被写体である手指を載置するための台である。被写体台13は、患者の肘が載置できる高さに設けられていることが好ましい。このように、患者の肘まで載置できるように構成することで、患者は楽な姿勢となり、比較的長時間にわたる撮影の間に、指先の撮影部位の動きを低減させることができる。 Returning to FIG. 1, the subject table 13 is a table for placing a finger as a subject. The subject table 13 is preferably provided at a height at which the patient's elbow can be placed. In this way, by being configured to be placed up to the patient's elbow, the patient can have a comfortable posture, and the movement of the imaging part of the fingertip can be reduced during imaging for a relatively long time.
また、被写体台13には、被写体を固定するための被写体ホルダー130が設けられている。図4Aに示すように、被写体ホルダー130は、手のひらで掴みやすいマウスのような楕円形状131のついた板状の部材である。上記楕円形状131は、その断面を側面から観察すると、図4Bに示すように、手のひらサイズのなだらかな凸曲面となっており、患者が手のひらで楕円形状131を掴むことで、被写体が疲れにくい状態で被写体の下方への動きを抑制することができる。
The subject table 13 is provided with a
被写体ホルダー130が場所によってX線複素屈折率の不均一な形状又は厚みを有している場合、X線検出器16に到達するX線量は被写体ホルダー130のX線複素屈折率が不均一であることによってムラが生じる。
被写体ホルダー130上には、更に被写体姿勢を安定させるため、指間スペーサ133を備えることが好ましい。また、患者毎に手や指間の大きさは異なるので、患者毎の手のひらの形状に合わせて被写体ホルダー130を作成しておき、撮影時には、その患者用の被写体ホルダー130を被写体台13にマグネット等で取り付けることが好ましい。腕から手首までの荷重は被写体台13が支えるので、被写体ホルダー130は指先部分の加重と患者が上方から押さえる力に耐えるものであればよく、安価で量産が可能なプラスチック成形とすることが可能である。When the
An
図1に戻り、第1格子14は、マルチスリット12と同様にX線照射軸方向であるz方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて設けられた回折格子である。第1格子14は、マルチスリット12と同様にUVを用いたフォトリソグラフィーによって形成することもできるし、いわゆるICP法によりシリコン基板に微細細線で深掘加工を行い、シリコンのみで格子構造を形成することとしてもよい。第1格子14のスリット周期は1〜20(μm)である。スリットの幅はスリット周期の20〜70(%)であり、好ましくは35〜60(%)である。スリットの高さは1〜100(μm)である。
Returning to FIG. 1, the
第1格子14として位相型を用いる場合、スリットの高さ(z方向の高さ)はスリット周期を形成する2種の素材、つまりX線透過部とX線遮蔽部の素材による位相差がπ/8〜15×π/8となる高さとする。好ましくは、π/4〜3×π/4となる高さである。第1格子14として吸収型を用いる場合、スリットの高さはX線遮蔽部によりX線が十分吸収される高さとする。
When a phase type is used as the
第1格子14が位相型である場合、第1格子14と第2格子15間の距離d4は、次の条件をほぼ満たすことが必要である。
d4=(m+1/2)・w1 2/λ
なお、mは整数であり、λはX線の波長である。When the
d4 = (m + 1/2) · w 1 2 / λ
Note that m is an integer, and λ is the wavelength of X-rays.
上記条件は第1格子14がπ/2型格子であること、つまり、第1格子のX線遮蔽部とX線透過部の素材による位相差がπ/2近傍にある場合の例を述べたが、第1格子14はπ型を用いても良く、使用する格子の型式に応じた条件を演算すればよい。
The above-mentioned condition is that the
第2格子15は、マルチスリット12と同様に、X線照射軸方向であるz方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて設けられた回折格子である。第2格子15もフォトリソグラフィーにより形成することができる。第2格子15のスリット周期は1〜20(μm)である。スリットの幅はスリット周期の30〜70(%)であり、好ましくは35〜60(%)である。スリットの高さは1〜100(μm)である。
Similar to the multi-slit 12, the
本実施形態では第1格子14及び第2格子15は、それぞれの格子面がz方向に対し垂直(x−y平面内で平行)であり、第1格子14のスリット配列方向と第2格子15のスリット配列方向とは、x−y平面内で所定角度だけ傾けて配置されているが、両者を平行な配置としても良い。また、本実施形態において、第1格子14及び第2格子15は、円盤状である。
In the present embodiment, each of the
上記マルチスリット12、第1格子14、第2格子15は、例えば下記のように構成することができる。
X線源11のX線管の焦点径;300(μm)、管電圧:40(kVp)、付加フィルタ:アルミ1.6(mm)
X線源11の焦点からマルチスリット12までの距離d1 : 240(mm)
マルチスリット12から第1格子14までの距離d3 :1110(mm)
マルチスリット12から第2格子15までの距離d3+d4:1370(mm)
マルチスリット12のサイズ:10(mm四方)、スリット周期:22.8(μm)
第1格子14のサイズ:50(mm四方)、スリット周期:4.3(μm)
第2格子15のサイズ:50(mm四方)、スリット周期:5.3(μm)The multi-slit 12, the
Focal diameter of X-ray tube of X-ray source 11: 300 (μm), tube voltage: 40 (kVp), additional filter: aluminum 1.6 (mm)
Distance d1 from the focal point of the
Distance d3 from the multi slit 12 to the first grating 14: 1110 (mm)
Distance d3 + d4: 1370 (mm) from the multi slit 12 to the
Multi slit 12 size: 10 (mm square), slit period: 22.8 (μm)
Size of the first grating 14: 50 (mm square), slit period: 4.3 (μm)
Size of the second grating 15: 50 (mm square), slit period: 5.3 (μm)
本実施形態において、第1格子14及び第2格子15は格子回転部210に装着されている。図5に、格子回転部210の平面図を示す。図6に、第1格子14及び第2格子15が装着された状態の格子回転部210の平面図及びD−D´断面図を示す。
In the present embodiment, the
図5に示すように、格子回転部210は、回転トレイ212上に、ハンドル211、相対角調整部213、ストッパー214等を備えて構成されている。
As shown in FIG. 5, the
回転トレイ212は、第1格子14及び第2格子15を保持するための開口部212aを有している。
ここで、本実施形態において、第1格子14は、複数のスリットが配列されてなる円形状の格子部140と、この格子部140を開口部212aに取り付けるための第1ホルダー部141及び第2ホルダー部142と、により構成されている(図6参照)。第1ホルダー部141は、格子部140の外周に取り付けられた、開口部212aと略同じ半径(外周の半径)の部材であり、第1格子14の装着時に開口部212aと嵌合する。第2ホルダー部142は、第1ホルダー部141より更に外側に取り付けられた、開口部212aよりやや半径(外周の半径)の大きい部材である。第2ホルダー部142は、その外周の一部がギア加工されている。また、第2ホルダー部142の外周の所定位置には、突起部142aが設けられている。
第2格子15は、複数のスリットが配列されてなる円形状の格子部150と、この格子部150を開口部212aに取り付けるためのホルダー部151と、により構成されている。ホルダー部151は、開口部212aの半径と略同様の半径を有する円盤状の部材である。格子部150はホルダー部151の中央部上面に保持されている(図6参照)。The
Here, in the present embodiment, the
The
回転トレイ212に第1格子14及び第2格子15を装着する際には、まず、第2格子15が開口部212aの底面に嵌め込まれる。次に、第1格子14が第2格子15の上から開口部212aに嵌め込まれる。これにより、図6に示す状態で回転トレイ212に第1格子14及び第2格子15が保持される。
When mounting the
開口部212aに保持された第1格子14及び第2格子15は、撮影モードに応じて相対角調整部213により互いのスリット方向の相対角度が調整される。
ここで、X線撮影装置1は、縞走査法による再構成画像用に複数ステップで撮影を行う第1の撮影モードと、フーリエ変換法による再構成画像用に1又は2方向で撮影を行う第2の撮影モードとを有している。縞走査法用の撮影において要求される第1格子14のスリット方向と第2格子15のスリット方向との相対角度は第2格子の周期と画像サイズと縞の本数に依存する。縞走査法においては、モアレ画像における干渉縞の本数が少ないほど、また、干渉縞が鮮明なほど、このモアレ画像に基づいて作成される再構成画像が鮮明となることが知られている(非特許文献2参照)。そこで、第2格子の周期を5.3μm、60mm角の画像の中に干渉縞が0〜3本程度にすると仮定すると、相対角度は0度〜±0.015度とする必要がある。一方、フーリエ変換法用の撮影において要求される第1格子14のスリット方向と第2格子15のスリット方向との相対角度はX線検出器16の画素ピッチと空間分解能に依存する。一般的に使用される検出器(空間分解能30μm〜200μm)とすると、その相対角度は0.4度〜3度とする必要がある。よって、第1の撮影モードと第2の撮影モードを切り替えて撮影を行うためには、撮影モードに応じて第1格子と第2格子の相対角度を調整する必要がある。しかし、例えば、上記構成において、縞走査法の角度の0.005度のずれは、縞1周期分に相当する。縞走査法で常に縞が広がった状態を維持するためには、ミリ度の精度での調整が要求されるため、手動で第1格子14及び第2格子15のスリット方向の相対角度を調整するのは困難である。
そこで、X線撮影装置1においては、相対角調整部213により、操作部182で設定された撮影モードに応じて第1格子14と第2格子15の相対角度を自動的に調整することが可能となっている。The relative angle in the slit direction of the
Here, the
Therefore, in the
図5、6に示すように、相対角調整部213は、モータ部213a、第1ギア213b、第2ギア213c、レバー213dにより構成されている。モータ部213aは、第2ギア213cと係合し、制御部181からの制御に応じて第2ギア213cを回転させる。第2ギア213cは、レバー213dを介してその中心が第1ギア213bの中心と接続されており、その円周が第1ギア213bと係合している。第2ギア213cがモータ部213aの駆動に応じて回転すると、第1ギア213bが第2ギア213cの中心を回転軸として第2ギア213cの周囲に沿って回転移動して第1格子14の第2ホルダー142のギア部分と係合し、第2格子15を回転させることなく第1格子14をX線照射軸周りに回転させることが可能となっている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the relative
本実施形態においては、工場出荷時に、第2ホルダー部142の突起部142aが回転トレイ212上に設けられたストッパー(凸状の突起)214に突き当たったときに第1格子14と第2格子15のスリット方向の相対角度が第1の撮影モード時(縞走査法用の撮影モード)に最適な相対角となるように、ストッパー214の位置及び第1格子14と第2格子15の相対角度が予め調整されて開口部212aに装着されている。第2の撮影モード(フーリエ変換用の撮影モード)が設定されると、第1格子14と第2格子の相対角度が第2の撮影モードに最適となるように制御部181により相対角調整部213のパルスモータを採用したモータ部213aが駆動(通電制御)される。これにより、第2ギア213cを介して第1ギア213bが回転して第2ホルダー部142のギア部分に係合し、第1格子14と第2格子15のスリット方向の相対角度が第2の撮影モードに最適となるように第2ホルダー部142が回転される。その後、当該パルスモータへの通電状態を可変させ、後述するバネ力に打ち勝つモータ自己保持力(励磁力)を発揮させる程度の通電状態(駆動時の定格電流の50%未満等)とすることで、第2ホルダー部142を当該位相に維持することができる。
なお、このときの回転角度は1度程度と小さいため、まず、モータ部213aのパルスモータにより、突起部142aが基準位置215にくるまで反時計周りに第2ホルダー部142を回転させ、突起部142aが基準位置215に来たことが図示しないセンサにより検知されたら、第2ホルダー部142の回転方向を時計回りに切り替えてマイクロステップ駆動より第2ホルダー部142を回転させることが好ましい。
第2ホルダー部142は図示しないバネに付勢されており、モータ部213aの駆動により第1ギア213bと第2ホルダー部142との係合が解除されると、バネの付勢力により突起部142aがストッパー214の位置に戻る。即ち、第1格子14と第2格子15が第1の撮影モードに最適な相対角度に戻る。In the present embodiment, the
Since the rotation angle at this time is as small as about 1 degree, first, the
The
以上のようにして、第1格子14と第2格子15の相対角度が撮影モードに応じた角度に調整される。
格子回転部210は、また、相対角度が調整された第1格子14及び第2格子15を被写体に対してX線照射軸周り(図6に点線Rで示す)に一体的に回転させることができる。
ここで、1次元格子(スリット)を用いるタルボ干渉計及びタルボ・ロー干渉計では、第1格子14及び第2格子15のスリット方向と平行に線状に延びる構造物は鮮明に撮影することができないという特性がある。よって、被写体の注目すべき構造物の配置方向に応じて、第1格子14及び第2格子15のスリット方向の角度を調整する必要がある。格子回転部210は、以下の機構により第1格子14及び第2格子15をその相対角度を維持したまま一体的にX線照射軸周りに回転させ、被写体の注目すべき構造物の配置方向に対する第1格子14及び第2格子15のスリット方向の角度を調整することができる。As described above, the relative angle between the
The
Here, in the Talbot interferometer and the Talbot-Lau interferometer using a one-dimensional grating (slit), the structure extending linearly in parallel with the slit direction of the
回転トレイ212には、上述のように、ハンドル211が設けられている。ハンドル211は、撮影技師等のオペレータがX線照射軸(図6に点線Rで示す)を軸として回転トレイ212を手動で回転させるための突起である。また、回転トレイ212は、回転トレイ212の回転角度を固定するための凹部212b〜212eを有している。凹部212b〜212eは、予め0°と定められた位置(ここでは凹部212bがトレイ固定部材171bのボールと対向する位置を0°の位置とする)から所定の回転角度にある位置(ここでは、0°、30°、60°、90°)に設けられている。凹部212b〜212eのそれぞれには、角度検知センサSE1〜SE4が設けられており、トレイ固定部材171bと係合したことを検知して制御部181にその検知信号を出力する。
このように、回転トレイ212を手動で回転させるので、患者が触れる範囲に第1格子14及び第2格子15を一体的に回転させるための電気コード等を設ける必要がなく、安全性を確保することができる。The
As described above, since the
なお、本実施形態では、回転トレイ212が0°に設定されたときの第1格子14及び第2格子15の位置(角度)をホームポジションとする。また、第1格子14及び第2格子15がホームポジションであるときの第1格子14のスリット方向とマルチスリット12のスリット方向が平行である位置(角度)をマルチスリット12のホームポジションとする。
In the present embodiment, the position (angle) of the
図7Aは、保持部17における格子回転部210の保持部分171を拡大して示した平面図であり、図7Bは、図7AにおけるE−E´断面図である。図7Cは、保持部17に格子回転部210を保持した状態を示す図である。
図7A、図7Bに示すように、保持部分171には、格子回転部210の回転トレイ212と精密嵌合するサイズであり、回転トレイ212を回転可能に保持する開口部171aと、回転トレイ212の回転角度を固定するためのトレイ固定部材171bと、が設けられている。開口部171aの底部とX線検出器16の載置部の間は、X線の透過を妨げないように、中空とするか又はX線透過率の高いアルミやカーボン等とすることが好ましい。トレイ固定部材171bは、凹部212b〜212eの何れかがトレイ固定部材171bと対向するように位置したときにその対向する凹部に係合するボールと、ボールを図7A、図7Bの矢印方向に誘導するための図示しないスライドガイド(押圧バネのガイド)により構成されている。凹部212b〜212eの何れかがトレイ固定部材171bと対向する位置で回転トレイ212の回転が停止すると、トレイ固定部材171bのスライドガイドにより、対向している凹部にボールが係合するとともに、凹部に設けられた角度検知センサ(SE1〜SE4の何れか)によりボールの係合が検知されて制御部181に検知信号が出力される。これにより、制御部181は、回転トレイ212の回転角度、即ち、第1格子14及び第2格子15の回転角度を検知できるようになっている。7A is an enlarged plan view showing the holding
As shown in FIGS. 7A and 7B, the holding
また、図7Dに示すように、回転トレイ212の開口部212aの下部に、X線検出器16の装着部212fを設け、第1格子14及び第2格子15とX線検出器16とを一体として回転させることができるようにしてもよい。このようにすれば、X線検出器16の縦横方向の鮮鋭性の異方性の影響を受けることがないので、再構成画像の縦横の鮮鋭性を第1格子14及び第2格子15の回転角度によらずに概ね一定とすることができる。
Further, as shown in FIG. 7D, a mounting portion 212f of the
図1に戻り、X線検出器16は、照射されたX線に応じて電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取る。X線検出器16の画素サイズは10〜300(μm)であり、さらに好ましくは50〜200(μm)である。
Returning to FIG. 1, the
X線検出器16は第2格子15に当接するように保持部17に位置を固定することが好ましい。第2格子15とX線検出器16間の距離が大きくなるほど、X線検出器16により得られるモアレ画像がボケるからである。
X線検出器16としては、FPD(Flat Panel Detector)を用いることができる。FPDにはX線をシンチレータを介して光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型、X線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。It is preferable that the position of the
As the
間接変換型は、CsIやGd2O2等のシンチレータプレートの下に、光電変換素子がTFT(薄膜トランジスタ)とともに2次元状に配置されて各画素を構成する。X線検出器16に入射したX線がシンチレータプレートに吸収されると、シンチレータプレートが発光する。この発光した光により、各光電変換素子に電荷が蓄積され、蓄積された電荷は画像信号として読み出される。In the indirect conversion type, photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged with TFTs (thin film transistors) under a scintillator plate such as CsI or Gd 2 O 2 to constitute each pixel. When the X-rays incident on the
直接変換型は、アモルファスセレンの熱蒸着により、100〜1000(μm)の膜圧のアモルファスセレン膜がガラス上に形成され、2次元状に配置されたTFTのアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がX線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、電極間の電圧信号がTFTにより読み取られる。
なお、CCD(Charge Coupled Device)、X線カメラ等の撮影手段をX線検出器16として用いてもよい。In the direct conversion type, an amorphous selenium film having a film pressure of 100 to 1000 (μm) is formed on glass by thermal vapor deposition of amorphous selenium, and the amorphous selenium film and the electrode are arranged on a two-dimensionally arranged TFT array. Vapor deposited. When the amorphous selenium film absorbs X-rays, a voltage is released in the material in the form of electron-hole pairs, and a voltage signal between the electrodes is read by the TFT.
Note that imaging means such as a CCD (Charge Coupled Device) or an X-ray camera may be used as the
X線撮影時のFPDによる一連の処理を説明する。
まずFPDはリセットを行い、前回の撮影(読取)以降に残存する不要な電荷を取り除く。その後、X線の照射が開始するタイミングで電荷の蓄積が行われ、X線の照射が終了するタイミングで蓄積された電荷が画像信号として読み取られる。なお、リセットの直後や画像信号の読み取り後等に、オフセット補正用のダーク読み取りを行う。 A series of processing by the FPD at the time of X-ray imaging will be described.
First, the FPD is reset to remove unnecessary charges remaining after the previous photographing (reading). Thereafter, charges are accumulated at the timing when the X-ray irradiation starts, and the charges accumulated at the timing when the X-ray irradiation ends are read as an image signal. Note that dark reading for offset correction is performed immediately after resetting or after reading an image signal.
本体部18は、図8に示すように、制御部181、操作部182、表示部183、通信部184、記憶部185を備えて構成されている。
制御部181は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)等から構成され、記憶部185に記憶されているプログラムとの協働により、X線撮影装置1の各部を制御するとともに各種処理を実行する。例えば、制御部181は、後述する撮影制御処理をはじめとする各種処理を実行する。As shown in FIG. 8, the
The
操作部182は曝射スイッチや撮影条件等の入力操作に用いるキー群の他、表示部183のディスプレイと一体に構成されたタッチパネルを備え、これらの操作に応じた操作信号を生成して制御部181に出力する。
表示部183は制御部181の表示制御に従って、ディスプレイに操作画面やX線撮影装置1の動作状況等を表示する。The
The
通信部184は通信インターフェイスを備え、ネットワーク上のコントローラ5と通信する。例えば、通信部184はX線検出器16によって読み取られ、記憶部185に記憶されたモアレ画像をコントローラ5に送信する。
記憶部185は、制御部181により実行されるプログラム、プログラムの実行に必要なデータを記憶している。また、記憶部185はX線検出器16によって得られたモアレ画像を記憶する。The
The
コントローラ5は、オペレータによる操作に従ってX線撮影装置1の撮影動作を制御する。また、コントローラ5は、X線撮影装置1により得られたモアレ画像を用いて診断用の被写体再構成画像を作成する画像処理部として機能する。
The
コントローラ5は、図9に示すように、制御部51、操作部52、表示部53、通信部54、記憶部55を備えて構成されている。
制御部51は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)等から構成され、記憶部55に記憶されているプログラムとの協働により、後述する縞走査法による再構成画像作成処理、フーリエ変換法による再構成画像作成処理をはじめとする各種処理を実行する。As illustrated in FIG. 9, the
The
操作部52は、カーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成され、キーボードで押下操作されたキーの押下信号とマウスによる操作信号とを、入力信号として制御部51に出力する。表示部53のディスプレイと一体に構成されたタッチパネルを備え、これらの操作に応じた操作信号を生成して制御部51に出力する構成としてもよい。
The
表示部53は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)やLCD(Liquid Crystal Display)等のモニタを備えて構成されており、制御部51の表示制御に従って、操作画面、X線撮影装置1の動作状況、作成された被写体再構成画像等を表示する。
The
通信部54は、通信インターフェイスを備え、ネットワーク上のX線撮影装置1やX線検出器16と有線又は無線により通信する。例えば、通信部54は、X線撮影装置1に撮影条件や制御信号を送信したり、X線撮影装置1又はX線検出器16からモアレ画像を受信したりする。
The
記憶部55は、制御部51により実行されるプログラム、プログラムの実行に必要なデータを記憶している。例えば、記憶部55は、RIS、HIS等や図示しない予約装置より予約されたオーダを示す撮影オーダ情報を記憶している。撮影オーダ情報は、患者名、撮影部位、撮影モード等の情報である。記憶部55は、X線検出器16によって得られたモアレ画像、モアレ画像に基づき作成された診断用の被写体再構成画像を撮影オーダ情報に対応付けて記憶する。
また、記憶部55は、X線検出器16に対応するゲイン補正データ、欠陥画素マップ等を予め記憶する。The
The
コントローラ5においては、操作部52の操作により撮影オーダ情報の一覧表示が指示されると、制御部51により、記憶部55から撮影オーダ情報が読み出されて表示部53に表示される。操作部52により撮影オーダ情報が指定されると、指定された撮影オーダ情報に応じた撮影条件(撮影モードを含む)の設定情報やX線源11のウォームアップの指示等が通信部54によりX線撮影装置1に送信される。これにより、X線撮影装置1に撮影モードが設定される。即ち、コントローラ5は、撮影モードを設定する設定部として機能する。また、X線検出器16がケーブルレスのカセッテ型FPD装置である場合には、制御部51は、内部バッテリ消耗防止の為のスリープ状態から、撮影可能状態に起動せしめる。
X線撮影装置1においては、通信部184によりコントローラ5から撮影条件の設定情報等が受信されると、X線撮影準備が実行される。 In the
In the
上記X線撮影装置1のタルボ・ロー干渉計によるX線撮影方法(第1の撮影モードの撮影方法)を説明する。
図10に示すように、X線源11から照射されたX線が第1格子14を透過すると、透過したX線がz方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像といい、自己像が形成される現象をタルボ効果という。自己像を結ぶ位置に第2格子15が平行に配置され、当該第2格子15はその格子方向が第1格子14の格子方向と平行な位置からわずかに傾けられているので、第2格子15を透過したX線によりモアレ画像Mが得られる。X線源11と第1格子14間に被写体Hが存在すると、被写体HによってX線の位相がずれるため、図10に示すようにモアレ画像M上の干渉縞は被写体Hの辺縁を境界に乱れる。この干渉縞の乱れを、モアレ画像Mを処理することによって検出し、被写体像を画像化することができる。これがタルボ干渉計及びタルボ・ロー干渉計の原理である。An X-ray imaging method (imaging method in the first imaging mode) using the Talbot-Lau interferometer of the
As shown in FIG. 10, when the X-rays irradiated from the
X線撮影装置1では、X線源11と第1格子14との間のX線源11に近い位置に、マルチスリット12が配置され、タルボ・ロー干渉計によるX線撮影が行われる。タルボ干渉計はX線源11が理想的な点線源であることを前提としているが、実際の撮影にはある程度焦点径が大きい焦点が用いられるため、マルチスリット12によってあたかも点線源が複数連なってX線が照射されているかのように多光源化する。これがタルボ・ロー干渉計によるX線撮影法であり、焦点径がある程度大きい場合にも、タルボ干渉計と同様のタルボ効果を得ることができる。
In the
従来のタルボ・ロー干渉計では、マルチスリット12は上述のように多光源化と照射線量の増大を目的に用いられ、複数のモアレ画像を得るためには第1格子14又は第2格子15を相対移動させていた。しかし、本実施形態では、第1格子14又は第2格子15を相対移動させるのではなく、第1格子14及び第2格子15の位置は固定したまま、第1格子14及び第2格子15に対してマルチスリット12を移動させることで一定周期間隔のモアレ画像を複数得る。
なお、第2の撮影モードによりモアレ画像を得る場合には、マルチスリット12の移動は行わず、1回撮影又は被写体とスリット方向を90度回転させて2回撮影を行う。In the conventional Talbot-Lau interferometer, the multi-slit 12 is used for the purpose of increasing the number of light sources and increasing the irradiation dose as described above, and in order to obtain a plurality of moire images, the
Note that when a moire image is obtained in the second shooting mode, the multi-slit 12 is not moved, and shooting is performed once or twice while rotating the subject and the slit direction by 90 degrees.
図11は、X線撮影装置1の制御部181により実行される撮影制御処理を示すフローチャートである。撮影制御処理は、制御部181と記憶部185に記憶されているプログラムの協働により実行される。
FIG. 11 is a flowchart showing an imaging control process executed by the
まず、コントローラ5から受信された設定情報に基づいて、第1の撮影モード(縞走査法用)と第2の撮影モード(フーリエ変換法用)の何れの撮影モードが設定されているかが判断される(ステップS1)。第1の撮影モードが設定されていると判断されると(ステップS1;第1の撮影モード)、第1の撮影モード処理が実行される(ステップS2)。一方、第2の撮影モードが設定されていると判断されると(ステップS1;第2の撮影モード)、第2の撮影モード処理が実行される(ステップS3)。
First, based on the setting information received from the
図12A〜図12Bは、図11のステップS2においてX線撮影装置1の制御部181により実行される第1の撮影モード処理を示すフローチャートである。第1の撮影モード処理は、制御部181と記憶部185に記憶されているプログラムの協働により実行される。
12A to 12B are flowcharts showing the first imaging mode process executed by the
ここで、第1の撮影モードでのX線撮影には上述のタルボ・ロー干渉計によるX線撮影方法が用いられ、被写体像の再構成には縞走査法が用いられる。X線撮影装置1では、制御部181の制御により駆動部122が駆動及び停止されることによりマルチスリット12が等間隔毎に複数ステップ移動され、ステップ毎に撮影が行われて、各ステップのモアレ画像が得られる。
Here, the X-ray imaging method using the Talbot-Lau interferometer is used for X-ray imaging in the first imaging mode, and the fringe scanning method is used for reconstruction of the subject image. In the
ステップ数は2〜20、さらに好ましくは3〜10である。視認性の高い再構成画像を短時間で得るという観点からすれば、5ステップが好ましい(参照文献(1)K.Hibino, B.F.Oreb and D.I.Farrant, Phase shifting for nonsinusoidal wave forms with phase-shift errors, J.Opt.Soc.Am.A, Vol.12, 761-768(1995)、参照文献(2)A.Momose, W.Yashiro, Y. Takeda, Y.Suzuki and T.Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometetry for biological imaging, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.45, 5254-5262(2006))。 The number of steps is 2 to 20, more preferably 3 to 10. From the viewpoint of obtaining a reconstructed image with high visibility in a short time, 5 steps are preferable (Reference (1) K. Hibino, BFOreb and DIFarrant, Phase shifting for nonsinusoidal wave forms with phase-shift errors, J.Opt.Soc.Am.A, Vol.12, 761-768 (1995), Reference (2) A.Momose, W.Yashiro, Y. Takeda, Y.Suzuki and T.Hattori, Phase Tomography by X -ray Talbot Interferometetry for biological imaging, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 45, 5254-5262 (2006)).
図12A〜図12Bに示すように、まず、制御部181により、X線源11がウォームアップ状態に切り替えられる(ステップS101)。
次いで、格子回転部210の相対角調整部213が制御され、第1格子14と第2格子15の相対角度が第1の撮影モードに最適となるように(突起部142aがストッパー214に接触する位置にくるように)第1格子14が回転される。これにより、第1格子14と第2格子15の相対角度が調整される(ステップS102)。As shown in FIGS. 12A to 12B, first, the
Next, the relative
次いで、オペレータの操作に応じて第1格子14及び第2格子15が一体的に回転され、被写体に対する第1格子14及び第2格子15のスリット方向が設定される(ステップS103)。即ち、撮影技師等のオペレータは、格子回転部210のハンドル211を回転させ、被写体台13に載置された被写体の注目すべき構造物の配置方向に応じて第1格子14及び第2格子15のスリット方向を設定する。ハンドル211の回転が停止し、トレイ固定部材171bのバネ附勢されたボールの係合により位置固定されると、角度検知センサSE1〜SE4の何れかから制御部181に検知信号が出力され、制御部181において、設定されたスリット方向に対応する、格子回転部210の回転トレイ212(即ち、第1格子14及び第2格子15)のホームポジションからの回転角度が取得される。
Next, the
次いで、第1格子14及び第2格子15の回転角度に応じて、マルチスリット回転部121のモータ部121aがパルスにより制御され、第1格子14及び第2格子15の回転角度に応じてマルチスリット12が回転される(ステップS104)。例えば、モータ部121aのパルスモータが制御され、マルチスリット12のホームポジションからの回転角度が回転トレイ212回転角度近傍(例えば、回転トレイ212が30°に設定された場合は29°ぐらい)まで一気に回転される。
Next, the
次いで、モータ部121aがマイクロステップ精密制御に切り替えられ、マルチスリット12を少しずつ回転させながら複数の回転角度で撮影が行われて調整用の複数のモアレ画像が生成される(ステップS105)。例えば、回転トレイ212が30°に設定された場合は、マルチスリット12を29.5°、30°、30.5°の3つの回転角度に設定してX線源11により低線量X線が照射され、撮影が行われる。これにより、調整用の3つのモアレ画像が取得される。なお、ステップS105においては、被写体を被写体台13に載置しない状態で撮影が行われる。
Next, the
撮影された調整用の複数のモアレ画像は、マルチスリット12の回転角度に対応付けて、並べて表示部183に表示される(ステップS106)。 The plurality of adjustment moire images that have been photographed are displayed side by side in association with the rotation angle of the multi-slit 12 on the display unit 183 (step S106).
ここで、上述のように、第1格子14と第2格子15の相対角度は干渉縞本数が最小となるようにステップS102で調整されているので、ステップS103においては、回転トレイ212の回転によりその相対角度を保ったまま第1格子14及び第2格子15が回転される。しかし、第1格子14及び第2格子15を載置した回転トレイ212が回転し、マルチスリット12と第1格子14及び第2格子15との相対角度が変化すると、干渉縞(すなわちモアレ)の鮮明性が変化してしまう。そこで、マルチスリット12と第1格子14及び第2格子15、即ち、これらを載置した回転トレイ212との相対角度を調整する必要がある。
一般的には、マルチスリット12と第1格子14との相対角度が少ないほど、干渉縞の鮮明性の高いモアレ画像が得られる。しかし、マルチスリット12は発熱部であるX線源11近傍に配置されるので熱影響を受けやすい。そのため、マルチスリット12の変形等を考慮して、マルチスリット12を回転トレイ212と同じ角度だけ回転させるだけでなく、モータ部121aをマイクロステップ駆動させてステップS105〜S108における微調整を行うことが有効である。Here, as described above, since the relative angle between the
In general, the smaller the relative angle between the multi-slit 12 and the
オペレータは、ステップS106で表示部183に表示されたモアレ画像を観察し、干渉縞が最も鮮明な回転角度を撮影に用いる回転角度として選択する。なお、ここでは、干渉縞の鮮明性はオペレータの目視により観察するが、干渉縞の鮮明性の度合いを示す鮮明度は、後述するサインカーブ(図17参照)における極大値をMAX、極小値をMINとした場合、下記の式で表すことができる。この干渉縞の鮮明度を用いてオペレータではなく、プログラムで自動的に最大値となる回転角度を設定しても良い。
干渉縞の鮮明度=(MAX−MIN)/(MAX+MIN)=振幅/平均値The operator observes the moire image displayed on the
Interference fringe definition = (MAX−MIN) / (MAX + MIN) = amplitude / average value
操作部182により、マルチスリット12の回転角度が入力されると(ステップS107;YES)、モータ部121aが再駆動され、マルチスリット12のホームポジションからの回転角度が入力された回転角度となるようにマルチスリット12の位置が微調整される(ステップS108)。
When the rotation angle of the multi slit 12 is input by the operation unit 182 (step S107; YES), the
マルチスリット12の回転角度の調整後、被写体台13に被写体が載置され、オペレータにより曝射スイッチがON操作されると(ステップS109;YES)、駆動部122によりマルチスリット12がそのスリット配列方向に移動され、複数ステップの撮影が実行され、被写体有りの複数のモアレ画像が生成される(ステップS110)。
まず、マルチスリット12が停止した状態でX線源11によるX線の照射が開始される。X線検出器16ではリセット後、X線照射のタイミングに合わせて電荷が蓄積され、X線の照射停止のタイミングに合わせて蓄積された電荷が画像信号として読み取られる。これが1ステップ分の撮影である。1ステップ分の撮影が終了するタイミングで、制御部181の制御により駆動部122が起動され、マルチスリット12の移動が開始される。所定量移動すると駆動部122が停止されることによりマルチスリットの移動が停止され、次のステップの撮影が行われる。このようにして、マルチスリット12の移動と停止が所定のステップ数分だけ繰り返され、マルチスリット12が停止したときにX線の照射と画像信号の読み取りが行われる。読み取られた画像信号はモアレ画像として本体部18に出力される。After the rotation angle of the multi-slit 12 is adjusted, when the subject is placed on the subject table 13 and the exposure switch is turned on by the operator (step S109; YES), the multi-slit 12 is arranged in the slit arrangement direction by the
First, X-ray irradiation by the
例えば、マルチスリット12のスリット周期を22.8(μm)とし、5ステップの撮影を10秒で行うとする。マルチスリット12がそのスリット周期の1/5に該当する4.56(μm)移動し停止する毎に撮影が行われる。 For example, assume that the slit period of the multi-slit 12 is 22.8 (μm), and five-step imaging is performed in 10 seconds. Shooting is performed every time the multi slit 12 moves and stops 4.56 (μm) corresponding to 1/5 of the slit period.
従来のように第2格子15(又は第1格子14)を移動させる場合、第2格子15のスリット周期は比較的小さく、各ステップの移動量も小さくなるが、マルチスリット12のスリット周期は第2格子15よりも比較的大きく、各ステップの移動量も大きい。例えば、スリット周期5.3(μm)の第2格子15のステップ毎の移動量は1.06(μm)であるのに対し、スリット周期22.8(μm)のマルチスリット12の移動量は4.56(μm)と約4倍の大きさである。同一の駆動伝達系(駆動源、減速伝達系を含む)を使用し、各ステップの撮影に際し、駆動部122の起動と停止を繰り返して撮影を行った場合、移動用のパルスモータ(駆動源)の制御量(駆動パルス数)に対応した実際の移動量に占める、起動時及び停止時の駆動部122のバックラッシュ等の影響による移動量誤差の割合は、本実施形態のようにマルチスリット12を移動させる方式の方が小さくなる。これは、後述するサインカーブに沿ったモアレ画像を得やすく、起動及び停止を繰り返しても高精細な再構成画像が得られることを示している。或いは、従来方式による画像でも充分診断に適合する場合には、モータ(駆動源)を含む駆動伝達系全体の精度(特に、起動特性及び停止特性)を緩和し、駆動伝達系を構成する部品のコストダウンが可能であることを示している。
When the second grating 15 (or the first grating 14) is moved as in the prior art, the slit period of the
各ステップの撮影が終了すると、本体部18の通信部184からコントローラ5に、各ステップのモアレ画像が送信される(ステップS111)。本体部18からコントローラ5に対しては各ステップの撮影が終了する毎に1枚ずつ被写体有りのモアレ画像が送信される。
When the photographing of each step is completed, the moire image of each step is transmitted from the
次いで、X線検出器16においてダーク読み取りが行われ、被写体有り画像データ補正用のダーク画像(オフセット補正データ)が取得される(ステップS112)。ダーク読み取りは、少なくとも1回行われる。又は、複数回のダーク読み取りを行ってその平均値をダーク画像として取得してもよい。ダーク画像は、通信部184からコントローラ5に送信される(ステップS113)。当該ダーク読取に基づくオフセット補正データは、各モアレ画像信号の補正に共通に用いられる。
尚、ダーク画像の取得は、各ステップのモアレ画像取得後に、当該ステップのダーク読取を行って、各ステップ専用のオフセット補正データを生成することとしても良い。Next, dark reading is performed in the
The acquisition of the dark image may be performed by performing dark reading of the corresponding step after generating the moire image of each step and generating offset correction data dedicated to each step.
次いで、オペレータによる曝射スイッチのON操作待ち状態となる(ステップS114)。ここで、オペレータは、被写体無しのモアレ画像を作成できるように、被写体台13から被写体を取り除いて患者を退避させる。被写体なしの撮影の準備が完了したら、曝射スイッチを押下する。 Next, the operator enters an ON switch waiting state for the exposure switch (step S114). Here, the operator removes the subject from the subject table 13 and retracts the patient so that a moire image without the subject can be created. When preparation for shooting without a subject is completed, the exposure switch is pressed.
曝射スイッチが押下されると(ステップS114;YES)、駆動部122によりマルチスリット12がそのスリット配列方向に移動され、被写体なしで複数ステップの撮影が実行され、被写体無しの複数のモアレ画像が生成される(ステップS115)。各ステップの撮影が終了すると、本体部18の通信部184からコントローラ5に、各ステップのモアレ画像が送信される(ステップS116)。本体部18からコントローラ5に対しては各ステップの撮影が終了する毎に通信部184により1枚ずつ被写体無しのモアレ画像が送信される。
When the exposure switch is pressed (step S114; YES), the multi-slit 12 is moved in the slit arrangement direction by the driving
次いで、X線検出器16においてダーク読み取りが行われ、被写体無しのダーク画像が取得される(ステップS117)。ダーク読み取りは、少なくとも1回行われる。又は、複数回のダーク読み取りを行ってその平均値をダーク画像として取得してもよい。ダーク画像は、通信部184からコントローラ5に送信され(ステップS118)、一つの撮影オーダに対する一連の撮影は終了する。
尚、ダーク画像の取得は、各ステップのモアレ画像取得後に、当該ステップのダーク読取を行って、各ステップ専用のオフセット補正データを生成することとしても良い。
なお、被写体無しの複数のモアレ画像及びダーク読取は被写体有りの撮影直後に実施されることが精度的に最も好ましいが、被写体画像の再構成までの時間短縮をはかるために、始業開始等に事前に取得しておいたデータを用いることとしても良い。
コントローラ5においては、通信部54によりモアレ画像が受信されると、受信されたモアレ画像が撮影開始時に指定された撮影オーダ情報と対応付けて記憶部55に記憶される。Next, dark reading is performed in the
The acquisition of the dark image may be performed by performing dark reading of the corresponding step after generating the moire image of each step and generating offset correction data dedicated to each step.
In addition, it is most preferable that a plurality of moire images without a subject and dark reading be performed immediately after photographing with a subject. However, in order to shorten the time until reconstruction of a subject image, it is necessary in advance to start a work. It is also possible to use data that has already been acquired.
In the
図13A〜図13Bは、図11のステップS3においてX線撮影装置1の制御部181により実行される第2の撮影モード処理を示すフローチャートである。第2の撮影モード処理は、制御部181と記憶部185に記憶されているプログラムの協働により実行される。
13A to 13B are flowcharts showing the second imaging mode process executed by the
図13A〜図13Bに示すように、まず、制御部181により、X線源11がウォームアップ状態に切り替えられる(ステップS201)。
次いで、格子回転部210の相対角調整部213が制御され、第1格子14と第2格子15の相対角度が第2の撮影モードに最適となるように(突起部142aがホームポジションから所定角度回転した位置にくるように)調整される(ステップS202)。 As shown in FIGS. 13A to 13B, first, the
Next, the relative
次いで、ステップS203〜ステップS208の処理が行われる。ステップS203〜S208の処理は、図12AのステップS103〜108で説明したものと同様であるので説明を援用する。 Subsequently, the process of step S203-step S208 is performed. The processing in steps S203 to S208 is the same as that described in steps S103 to 108 in FIG.
被写体台13に被写体が載置され、オペレータにより曝射スイッチがON操作されると(ステップS209;YES)、撮影が実行され、被写体有りのモアレ画像が生成される(ステップS210)。即ち、X線源11から放射線が照射され、X線検出器16において読み取りが行われる。なお、第2の撮影モードでは、駆動部122は停止されたままの状態で、マルチスリット12を移動させることなく、1枚のみの撮影が行われる。
When the subject is placed on the subject table 13 and the exposure switch is turned on by the operator (step S209; YES), shooting is performed and a moire image with the subject is generated (step S210). That is, radiation is emitted from the
撮影が終了すると、本体部18の通信部184からコントローラ5に撮影により得られたモアレ画像が送信される(ステップS211)。
When shooting is completed, a moire image obtained by shooting is transmitted from the
次いで、X線検出器16においてダーク読み取りが行われ、被写体有り画像データ補正用のダーク画像(オフセット補正データ)が取得される(ステップS212)。ダーク読み取りは、少なくとも1回行われる。又は、複数回のダーク読み取りを行ってその平均値をダーク画像として取得してもよい。ダーク画像は、通信部184からコントローラ5に送信される(ステップS213)。当該ダーク読取に基づくオフセット補正データは、モアレ画像信号の補正に共通に用いられる。
Next, dark reading is performed in the
次いで、オペレータによる曝射スイッチのON操作待ち状態となる(ステップS214)。ここで、オペレータは、被写体無しのモアレ画像を作成できるように、被写体台13から被写体を取り除いて患者を退避させる。被写体なしの撮影の準備が完了したら、曝射スイッチを押下する。 Next, the operator enters an ON switch waiting state for the exposure switch (step S214). Here, the operator removes the subject from the subject table 13 and retracts the patient so that a moire image without the subject can be created. When preparation for shooting without a subject is completed, the exposure switch is pressed.
曝射スイッチが押下されると(ステップS214;YES)、被写体無しで撮影が実行され、被写体無しのモアレ画像が生成される(ステップS215)。ステップS215においてもステップS210と同様に、駆動部122は停止されたままの状態で、マルチスリット12を移動させることなく、1枚のみの撮影が行われる。
撮影が終了すると、本体部18の通信部184からコントローラ5に、モアレ画像が送信される(ステップS216)。When the exposure switch is pressed (step S214; YES), shooting is performed without a subject, and a moire image without a subject is generated (step S215). In step S215, as in step S210, only one image is taken without moving the multi-slit 12 while the
When shooting is completed, a moire image is transmitted from the
次いで、X線検出器16においてダーク読み取りが行われ、被写体無しのダーク画像が取得される(ステップS217)。ダーク読み取りは、少なくとも1回行われる。又は、複数回のダーク読み取りを行ってその平均値をダーク画像として取得してもよい。ダーク画像は、通信部184からコントローラ5に送信され(ステップS218)、一つの撮影オーダに対する一連の撮影は終了する。
なお、被写体無しの複数のモアレ画像及びダーク読取は被写体有りの撮影直後に実施されることが精度的に最も好ましいが、被写体画像の再構成までの時間短縮をはかるために、始業開始等に事前に取得しておいたデータを用いることとしても良い。Next, dark reading is performed in the
In addition, it is most preferable that a plurality of moire images without a subject and dark reading be performed immediately after photographing with a subject. However, in order to shorten the time until reconstruction of a subject image, it is necessary in advance to start a work. It is also possible to use data that has already been acquired.
コントローラ5の制御部51においては、通信部54によりモアレ画像が受信されると、現在処理対象となっている撮影オーダ情報において設定されている撮影モードが第1の撮影モードである場合は縞走査法による再構成画像作成処理が実行され、第2の撮影モードである場合はフーリエ変換法による再構成画像作成処理が実行される。
When the moire image is received by the
図14A〜図14Bは、制御部51により実行される縞走査法による再構成画像作成処理を示すフローチャートである。縞走査法による再構成画像作成処理は、制御部51と記憶部55に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
14A to 14B are flowcharts showing a reconstructed image creation process by the fringe scanning method executed by the
まず、ステップS11〜S13においては、被写体有りの複数のモアレ画像及び被写体なしの複数のモアレ画像のそれぞれについて、X線検出器16の各画素のバラツキを補正するための補正処理が実行される。具体的には、オフセット補正処理(ステップS11)、ゲイン補正処理(ステップS12)、欠陥画素補正処理(ステップS13)が実行される。
First, in steps S <b> 11 to S <b> 13, correction processing for correcting variation of each pixel of the
ステップS11においては、被写体有り画像データ補正用のダーク画像に基づいて、被写体有りの各モアレ画像にオフセット補正が施される。被写体無し画像データ補正用のダーク画像に基づいて、被写体無しの各モアレ画像にオフセット処理が施される。ステップS12においては、撮影に用いられたX線検出器16に対応するゲイン補正データが記憶部55から読み出され、読み出されたゲイン補正データに基づいて、各モアレ画像にゲイン補正が施される。
ステップS13においては、撮影に用いられたX線検出器16に対応する欠陥画素マップ(欠陥画素位置を示すデータ)が記憶部55から読み出され、各モアレ画像における欠陥画素位置マップで示す位置の画素値(信号値)が周辺画素により補間算出される。In step S11, offset correction is performed on each moire image with a subject based on the dark image for correcting the image data with a subject. Based on the dark image for correcting the image data without a subject, an offset process is performed on each moire image without the subject. In step S12, gain correction data corresponding to the
In step S13, the defective pixel map (data indicating the defective pixel position) corresponding to the
次いで、複数のモアレ画像間でX線強度変動補正(トレンド補正)が行われる(ステップS14)。縞走査法では、複数のモアレ画像に基づいて1枚の被写体再構成画像が作成される。そのため、各モアレ画像の撮影において照射されるX線強度にゆらぎ(変動)があると精巧な被写体再構成画像が得られず、微細な信号の変化が見落とされてしまう可能性がある。そこで、ステップS14においては、複数のモアレ画像における撮影時のX線強度変動による信号値差を補正する処理が行われる。
具体的な処理としては、各モアレ画像の予め定められた1点の画素の信号値を用いて補正する方法、各モアレ画像間におけるX線検出器16の所定方向の信号値差を補正する(一次元補正する)方法、各モアレ画像間における2次元方向の信号値差を補正する(二次元補正する)方法、の何れであってもよい。Next, X-ray intensity fluctuation correction (trend correction) is performed between the plurality of moire images (step S14). In the fringe scanning method, one subject reconstructed image is created based on a plurality of moire images. For this reason, if there is fluctuation (variation) in the intensity of X-rays irradiated in capturing each moiré image, an elaborate subject reconstructed image cannot be obtained, and fine signal changes may be overlooked. Therefore, in step S14, processing for correcting a signal value difference due to X-ray intensity fluctuations at the time of imaging in a plurality of moire images is performed.
As specific processing, a correction method using a signal value of a predetermined pixel of each moire image, a signal value difference in a predetermined direction of the
1点の画素の信号値を用いて補正する方法では、まず、図15に示すように複数のモアレ画像のそれぞれについて、X線検出器16のモアレ画像領域(被写体配置領域)161外の直接X線領域に対応する予め定められた位置Pにある画素の信号値が取得される。次いで、1枚目のモアレ画像(例えば、被写体有りの最初に撮影されたモアレ画像)が2枚目以降の上記取得された位置Pの画素の平均信号値で規格化され、規格化後の位置Pの値に基づいて2枚目以降の各モアレ画像の補正係数が算出される。そして、2枚目以降の各モアレ画像に補正係数が乗算されることにより、X線強度変動が補正される。この補正方法では、各撮影間の全体的なX線強度の変動を容易に補正することができる。なお、X線検出器16の裏側に、X線照射量を検知するセンサ等の検知手段を設け、検知手段から出力される各モアレ画像撮影時のX線照射量に基づいて、各モアレ画像間における撮影時のX線強度変動に起因する信号値差を補正することとしてもよい。
In the correction method using the signal value of one pixel, first, as shown in FIG. 15, for each of a plurality of moire images, a direct X outside the moire image area (subject placement area) 161 of the
一次元補正では、まず、複数のモアレ画像のそれぞれについて、予め定められた行L1(行は、X線検出器16における読み取りライン方向をさす)の画素の平均信号値が算出される。次いで、1枚目のモアレ画像が2枚目以降の画素の平均信号値で規格化され、規格化後の行L1と2枚目以降の行L1の各画素の信号値に基づいて、2枚目以降の各モアレ画像の行方向の補正係数が算出される。そして、2枚目以降の各モアレ画像に行方向の位置に応じた補正係数が乗算されることにより、行方向のX線強度変動が補正される。この補正方法では、各撮影間の一次元方向のX線強度の変動を容易に補正することができる。例えば、或る撮影において、X線源11による照射タイミングとX線検出器16の読み取りタイミングのずれが生じた場合に、これにより生じるX線検出器16の読み取りライン方向のX線強度変動等を補正することができる。
In the one-dimensional correction, first, an average signal value of pixels in a predetermined row L1 (a row indicates a reading line direction in the X-ray detector 16) is calculated for each of a plurality of moire images. Next, the first moire image is normalized by the average signal value of the second and subsequent pixels, and two images are obtained based on the signal value of each pixel in the normalized row L1 and the second and subsequent rows L1. A correction coefficient in the row direction of each moire image after the eye is calculated. Then, the X-ray intensity fluctuation in the row direction is corrected by multiplying the second and subsequent moire images by a correction coefficient corresponding to the position in the row direction. In this correction method, the fluctuation of the X-ray intensity in the one-dimensional direction between each imaging can be easily corrected. For example, in a certain radiographing, when a deviation between the irradiation timing of the
二次元補正では、まず、複数のモアレ画像のそれぞれについて、予め定められた行L1、列L2(列は、X線検出器16における読み取りライン方向と直交する方向をさす)のそれぞれにおける画素の平均信号値が算出される。次いで、1枚目のモアレ画像が2枚目以降の行L1の画素の平均信号値で規格化され、規格化後の行L1と2枚目以降の行L1の各画素の信号値に基づいて、2枚目以降の各モアレ画像の行方向の補正係数が算出される。同様に、1枚目のモアレ画像が2枚目以降の列L2の画素の平均信号値で規格化され、規格化後の列L2と2枚目以降の列L2の各画素の信号値に基づいて、2枚目以降の各モアレ画像の列方向の補正係数が算出される。そして行方向と列方向の補正係数が掛け合わされて2枚目以降の各モアレ画像の各画素の補正係数が算出される。そして、各画素に行方向及び列方向の補正係数が乗算されることにより、二次元方向のX線強度変動が補正される。この補正方法では、各撮影間の二次元方向のX線強度の変動を容易に補正することができる。 In the two-dimensional correction, first, for each of a plurality of moire images, an average of pixels in each of a predetermined row L1 and column L2 (the column indicates a direction orthogonal to the reading line direction in the X-ray detector 16). A signal value is calculated. Next, the first moiré image is normalized by the average signal value of the pixels in the second and subsequent rows L1, and based on the signal values of the pixels in the normalized row L1 and the second and subsequent rows L1. The correction coefficient in the row direction of each of the second and subsequent moire images is calculated. Similarly, the first moire image is normalized by the average signal value of the pixels in the second and subsequent columns L2, and is based on the signal values of the respective pixels in the normalized column L2 and the second and subsequent columns L2. Thus, the correction coefficients in the column direction of the second and subsequent moire images are calculated. Then, the correction coefficients for the pixels in the second and subsequent moire images are calculated by multiplying the correction coefficients in the row direction and the column direction. Then, by multiplying each pixel by a correction coefficient in the row direction and the column direction, fluctuations in X-ray intensity in the two-dimensional direction are corrected. In this correction method, the fluctuation of the X-ray intensity in the two-dimensional direction between each imaging can be easily corrected.
次いで、モアレ画像の解析が行われ(ステップS15)、再構成画像の作成に使用できるか否かが判断される(ステップS16)。理想的な送り精度によりマルチスリット12を一定の送り量で移動できた場合、図16に示すように、5ステップの撮影でマルチスリット12のスリット周期1周期分のモアレ画像5枚が得られる。各ステップのモアレ画像は0.2周期という一定周期間隔毎に縞走査をした結果であるので、各モアレ画像の任意の1画素に注目すると、その信号値を正規化して得られるX線相対強度は、図17に示すようにサインカーブを描く。よって、コントローラ5は得られた各ステップのモアレ画像のある画素に注目してX線相対強度を求める。各モアレ画像から求められたX線相対強度が、図17に示すようなサインカーブを形成すれば、一定周期間隔のモアレ画像が得られているので、再構成画像の作成に使用できると判断することができる。
なお、上記サインカーブ形状は、マルチスリット12の開口幅、第1格子14及び第2格子15の周期、及び第1格子及び第2格子の格子間距離に依存し、また、放射光のようなコヒーレント光の場合には三角波形状となるが、マルチスリット効果によりX線が準コヒーレント光として作用する為、サインカーブを描くものとなる。ステップS15の解析は、被写体有りのモアレ画像と被写体無しのモアレ画像についてそれぞれ行われる。Next, the analysis of the moire image is performed (step S15), and it is determined whether or not it can be used to create a reconstructed image (step S16). When the multi-slit 12 can be moved at a constant feed amount with ideal feed accuracy, five moire images corresponding to one slit period of the multi-slit 12 can be obtained in five steps as shown in FIG. Since the moire image of each step is a result of stripe scanning at fixed intervals of 0.2 cycles, when attention is paid to any one pixel of each moire image, the X-ray relative intensity obtained by normalizing the signal value Draws a sine curve as shown in FIG. Therefore, the
The sine curve shape depends on the opening width of the multi-slit 12, the period of the
各ステップのモアレ画像の中にサインカーブを形成できないモアレ画像がある場合、再構成画像の作成に使用できないと判断され(ステップS16;NO)、撮影のタイミングを変更して再撮影するよう指示する制御情報がコントローラ5からX線撮影装置1に送信される(ステップS17)。例えば、図17に示すように、3ステップ目は本来0.4周期のところ、周期がずれて0.35周期のモアレ画像が得られた場合であれば、駆動部122の送り精度の低下が原因(例えば、パルスモータの駆動パルスへのノイズ重畳等)と考えられる。よって、0.05周期分だけ撮影のタイミングを早めて3ステップ目のみ再撮影を行うよう指示すればよい。或いは、5ステップ全てについて再撮影し、3ステップ目のみ0.05周期分の撮影時間を早めるように指示してもよい。5ステップ全てのモアレ画像が所定量ずつサインカーブからずれている場合、駆動部122の起動から停止までの駆動パルス数を増やすか、或いは減らすように指示してもよい。
X線撮影装置1では、当該制御情報に従って撮影のタイミングが調整され、再撮影が実行される。If there is a moire image in which a sine curve cannot be formed in the moire image at each step, it is determined that it cannot be used to create a reconstructed image (step S16; NO), and an instruction is given to change the shooting timing and reshoot. Control information is transmitted from the
In the
一方、再構成画像の作成にモアレ画像を使用できると判断された場合(ステップS16;YES)、被写体有りと被写体なしのそれぞれの複数のモアレ画像を用いて、被写体有りの再構成画像と被写体無しの再構成画像の作成が行われる(ステップS18〜ステップS20)。
具体的には、複数のモアレ画像の干渉縞を加算することにより吸収画像が作成される(ステップS18)。また、縞走査法の原理を用いて干渉縞の位相が計算され、微分位相画像が作成される(ステップS19)。また、縞走査法の原理を用いて干渉縞のVisibilityが計算され(Visibility=2×振幅÷平均値)、小角散乱画像が作成される(ステップS20)。 On the other hand, if it is determined that a moire image can be used to create a reconstructed image (step S16; YES), a reconstructed image with a subject and no subject are used by using a plurality of moire images with and without a subject, respectively. The reconstructed image is created (steps S18 to S20).
Specifically, an absorption image is created by adding interference fringes of a plurality of moire images (step S18). Further, the phase of the interference fringe is calculated using the principle of the fringe scanning method, and a differential phase image is created (step S19). Further, the visibility of interference fringes is calculated using the principle of the fringe scanning method (Visibility = 2 × amplitude ÷ average value), and a small-angle scattered image is created (step S20).
次いで、被写体無しの再構成画像を用いて、被写体有りの再構成画像から、干渉縞の位相の除去と、画像ムラ(アーチファクト)を除去するための補正処理が行われる(ステップS21)。ステップS21の処理には、撮影時のマルチスリット12や第1格子14及び第2格子15のスリット方向変更に起因するX線の線量分布のムラ、当該スリットの製造バラつき起因の線量分布のムラ、及び、主に被写体ホルダー130の画像への写り込みによるムラ、を含む画像ムラ(アーチファクト)を除去するための処理が含まれる。
例えば、被写体有りの再構成画像が微分位相画像である場合には、被写体有りの微分位相画像の各画素の信号値から被写体無しの微分位相画像の対応する(同じ位置の画素)の信号値を減算する処理が行われる(公知文献(A);Timm Weitkamp,Ana Diazand,Christian David, franz Pfeiffer and Marco Stampanoni, Peter Cloetens and Eric Ziegler, X-ray Phase Imaging with a grating interferometer,OPTICSEXPRESS,Vol.13, No.16,6296-6004(2005)、公知文献(B);Atsushi Momose, Wataru Yashiro, Yoshihiro Takeda, Yoshio Suzuki and Tadashi Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometry for Biological Imaging, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45, No.6A, 2006, pp.5254-5262(2006)参照)。
被写体有りの再構成画像が吸収画像、小角散乱画像である場合には、公知文献(C)に記載されているように、被写体有りの再構成画像の各画素の信号値を被写体無しの再構成画像の対応する画素の信号値で除算する割り算処理が行われる(公知文献(C);F.Pfeiffer, M.Bech,O.Bunk, P.Kraft, E.F.Eikenberry, CH.Broennimann,C.Grunzweig, and C.David,Hard-X-ray dark-field imaging using a grating interferometer, nature materials Vol.7,134-137(2008))。 Next, using the reconstructed image without the subject, correction processing for removing the phase of the interference fringes and removing image unevenness (artifact) is performed from the reconstructed image with the subject (step S21). In the process of step S21, the X-ray dose distribution unevenness due to the slit direction change of the multi-slit 12 and the first and
For example, when the reconstructed image with the subject is a differential phase image, the signal value of the corresponding differential phase image without the subject (the pixel at the same position) is calculated from the signal value of each pixel of the differential phase image with the subject. Subtraction processing is performed (public literature (A); Timm Weitkamp, Ana Diazand, Christian David, franz Pfeiffer and Marco Stampanoni, Peter Cloetens and Eric Ziegler, X-ray Phase Imaging with a grating interferometer, OPTICS EXPRESS, Vol. 13, No. 16,6296-6004 (2005), public literature (B); Atsushi Momose, Wataru Yashiro, Yoshihiro Takeda, Yoshio Suzuki and Tadashi Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometry for Biological Imaging, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No. 6A, 2006, pp. 5254-5262 (2006)).
When the reconstructed image with the subject is an absorption image or a small-angle scattered image, the signal value of each pixel of the reconstructed image with the subject is reconstructed without the subject, as described in publicly known document (C). A division process is performed to divide by the signal value of the corresponding pixel of the image (public literature (C); F. Pfeiffer, M. Bech, O. Bunk, P. Kraft, EFEikenberry, CH. Broennimann, C. Grunzweig, and C. David, Hard-X-ray dark-field imaging using a grating interferometer, nature materials Vol.7, 134-137 (2008)).
上記処理では、マルチスリット12、第1格子14及び第2格子15の各格子のスリット方向変更や被写体台特性に起因するX線の線量分布のムラだけでなく、撮影に用いられるX線検出器16の個々の画素の特性にバラツキがあっても、この影響を除去することができるので好ましい。従い、スリット方向を被写体に応じて可変としても、被写体に対するX線検出器16の配置方向を固定(位置変更せず)とすることができ、コントローラ5に表示される被写体再構成画像における被写体の表示向きは、コントローラ表示画面上で常に同一方向となるので、経過観察等で過去画像との比較読影を行う場合に、コントローラ5において被写体再構成画像の向きを揃える操作を行う必要がなくなるので、より好ましい。
ステップ21の処理が終了すると、縞走査法による再構成画像作成処理は終了する。In the above processing, not only the X-ray dose distribution unevenness due to the slit direction change of the multi-slit 12, the
When the process of step 21 is finished, the reconstructed image creation process by the fringe scanning method is finished.
図18は、制御部51により実行されるフーリエ変換法による再構成画像作成処理を示すフローチャートである。フーリエ変換法による再構成画像作成処理は、制御部51と記憶部55に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
FIG. 18 is a flowchart showing a reconstructed image creation process by the Fourier transform method executed by the
まず、ステップS31〜S33においては、被写体有りの複数のモアレ画像及び被写体なしの複数のモアレ画像のそれぞれについて、X線検出器16の各画素のバラツキを補正するための補正処理が実行される。具体的には、オフセット補正処理(ステップS31)、ゲイン補正処理(ステップS32)、欠陥画素補正処理(ステップS33)が実行される。各処理の内容は、図14AのステップS11〜S13で説明したものと同様であるので説明を援用する。
First, in steps S31 to S33, correction processing for correcting variations in each pixel of the
次いで、被写体有りのモアレ画像と被写体無しのモアレ画像間のX線強度変動補正(トレンド補正)が行われる(ステップS34)。X線強度変動補正の具体的な処理内容は、図14AのステップS14で説明したものと同様であるので説明を援用する。 Next, X-ray intensity fluctuation correction (trend correction) between the moire image with the subject and the moire image without the subject is performed (step S34). The specific processing content of the X-ray intensity fluctuation correction is the same as that described in step S14 in FIG.
次いで、ステップS35以降の処理において、フーリエ変換法による被写体の再構成画像の作成が行われる。フーリエ変換法による再構成画像の作成については、公知の手法により行うことができる(非特許文献1参照) Next, in the processing from step S35, a reconstructed image of the subject is created by the Fourier transform method. The creation of the reconstructed image by the Fourier transform method can be performed by a known method (see Non-Patent Document 1).
まず、補正後の被写体有りのモアレ画像と被写体無しのモアレ画像のそれぞれがフーリエ変換(二次元フーリエ変換)される(ステップS35)。図19Aに、第2の撮影モードで撮影された被写体有りのモアレ画像の一例を示す。図19AにおけるH1はマジックペンであり、H2はUSBメモリである。図19Bに、図19Aのモアレ画像を二次元フーリエ変換した結果を示す。図20Aに、第2の撮影モードで撮影された被写体無しのモアレ画像の一例を示す。図20Bに、図20Aのモアレ画像を二次元フーリエ変換した結果を示す。フーリエ変換後の計算結果は複素数であるため、図19B、図20Bでは実部と虚部のnorm(振幅)を表示している。
図19B、図20Bに示すように、1枚のモアレ画像をフーリエ変換すると、低周波成分(0次成分と呼ぶ)と干渉縞周波数付近の成分(1次成分と呼ぶ)、又は、0次成分と1次成分に加えさらに高周波成分(X線撮影装置1の干渉性に依存)が並んで得られる。0次成分と1次成分の並ぶ方向はモアレ画像の縞の方向に関係しており、モアレ画像の縞の方向に対して略直角になる。First, the corrected moire image with a subject and the moire image without a subject are each subjected to Fourier transform (two-dimensional Fourier transform) (step S35). FIG. 19A shows an example of a moiré image with a subject photographed in the second photographing mode. In FIG. 19A, H1 is a magic pen, and H2 is a USB memory. FIG. 19B shows the result of two-dimensional Fourier transform of the moire image of FIG. 19A. FIG. 20A shows an example of a moiré image without a subject shot in the second shooting mode. FIG. 20B shows the result of two-dimensional Fourier transform of the moire image of FIG. 20A. Since the calculation result after the Fourier transform is a complex number, in FIG. 19B and FIG. 20B, the norm (amplitude) of the real part and the imaginary part is displayed.
As shown in FIG. 19B and FIG. 20B, when one moiré image is Fourier transformed, a low frequency component (referred to as a zeroth order component) and a component near the interference fringe frequency (referred to as a first order component) or a zeroth order component In addition to the primary component, a high frequency component (depending on the coherence of the X-ray imaging apparatus 1) is obtained side by side. The direction in which the zero-order component and the first-order component are arranged is related to the direction of the stripes in the moire image, and is substantially perpendicular to the direction of the stripes in the moire image.
ここで、マルチスリット12、第1格子14、第2格子15の格子の向き(スリット方向)と干渉縞及び0次成分、1次成分の並ぶ向きとの関係について説明する。
例えば、図21のA1に示すように、マルチスリット12、第1格子14、第2格子15の格子の向きが縦であった場合、縞走査法用のモアレ画像(第1格子14に対して第2格子をわずかに傾けて得られた画像)の縞は、図21のA2に示すように横となる。フーリエ変換用のモアレ画像(第2格子を更に傾けて得られた画像)の縞は、図21のA3に示すように、図21のA2に比べて細かな横縞となる。フーリエ変換用のモアレ画像をフーリエ変換した画像は、図21のA4に示すように、0次成分、1次成分が縦に並んだ画像となる。
図22のB1に示すように、マルチスリット12、第1格子14、第2格子15の格子の向きが横であった場合、縞走査法用のモアレ画像(第1格子14に対して第2格子をわずかに傾けて得られた画像)の縞は、図22のB2に示すように縦となる。フーリエ変換用のモアレ画像(第2格子を更に傾けて得られた画像)の縞は、図22のB3に示すように、図22のB2に比べて細かな縦縞となる。フーリエ変換用のモアレ画像をフーリエ変換した画像は、図22のB4に示すように、0次成分、1次成分が横に並んだ画像となる。
図23のC1に示すように、マルチスリット12、第1格子14、第2格子15の向きが斜め45°であった場合、縞走査法用のモアレ画像(第1格子14に対してわずかに第2格子を少し傾けて得られた画像)の縞は、図23のC2に示すように斜め45°(スリット方向とは逆方向の斜め)となる。フーリエ変換用のモアレ画像(第2格子を更に傾けて得られた画像)の縞は、図23のC3に示すように、図23のC2と同方向の、より細かな斜め縞となる。フーリエ変換用のモアレ画像をフーリエ変換した画像は、図23のC4に示すように、0次成分、1次成分が縞方向とは逆の斜め45°に並んだ画像となる。Here, a description will be given of the relationship between the orientation of the multi-slit 12,
For example, as shown in A1 of FIG. 21, when the orientations of the multi slit 12, the
As shown in B1 of FIG. 22, when the orientations of the multi-slit 12, the
As shown in C1 of FIG. 23, when the orientation of the multi slit 12, the
次いで、フーリエ変換により得られた画像(被写体有り、被写体無しのそれぞれ)において、0次成分が図24に示すHanning窓Wにより切り出される(ステップS36)。Hanning窓Wで切り出すことによりHanning窓Wの周辺部が0に落とされ、Hanning窓Wの中心部はそのまま通される。
次いで、フーリエ変換により得られた画像において、1次成分が図25に示すようにキャリア周波数(=モアレ周波数)分シフトされ、Hanning窓Wで切り出される(ステップS37)。切り出しの窓関数はHanning窓に限定されず、用途に応じてHamming窓、ガウス窓等を使用しても良い。
次いで、切り出された0次成分、1次成分のそれぞれが逆フーリエ変換される(ステップS38)。Next, in the image obtained by the Fourier transform (each with and without the subject), the zero-order component is cut out by the Hanning window W shown in FIG. 24 (step S36). By cutting out with the Hanning window W, the peripheral part of the Hanning window W is dropped to 0, and the central part of the Hanning window W is passed as it is.
Next, in the image obtained by Fourier transform, the primary component is shifted by the carrier frequency (= moire frequency) as shown in FIG. 25, and cut out by the Hanning window W (step S37). The cutting window function is not limited to the Hanning window, and a Hamming window, a Gaussian window, or the like may be used depending on the application.
Next, each of the extracted 0th order component and 1st order component is subjected to inverse Fourier transform (step S38).
逆フーリエ変換が終了すると、逆フーリエ変換された0次成分、1次成分を用いて被写体有りと被写体無しのそれぞれの再構成画像の作成が行われる(ステップS39〜ステップS41)。具体的には、0次成分の振幅から吸収画像が作成される(ステップS39)。また、1次成分の位相から微分位相画像が作成される(ステップS40)。また、0次成分と1次成分の振幅の比(=Visibility)から小角散乱画像が作成される(ステップS41)。 When the inverse Fourier transform is completed, reconstructed images with and without the subject are created using the zeroth-order component and the first-order component subjected to the inverse Fourier transform (steps S39 to S41). Specifically, an absorption image is created from the amplitude of the zeroth-order component (step S39). A differential phase image is created from the phase of the primary component (step S40). Further, a small-angle scattered image is created from the ratio (= Visibility) of the amplitude of the zeroth-order component and the first-order component (step S41).
次いで、被写体無しの再構成画像を用いて被写体有りの再構成画像から干渉縞の位相の除去と、画像ムラ(アーチファクト)を除去するための補正処理が行われる(ステップS42)。ステップS42の処理は、図14BのステップS21で説明したものと同様であるので説明を援用する。画像ムラの補正が終了すると、フーリエ変換法による再構成画像作成処理は終了する。 Next, correction processing for removing the phase of the interference fringes from the reconstructed image with the subject and removing image unevenness (artifact) is performed using the reconstructed image without the subject (step S42). The processing in step S42 is the same as that described in step S21 in FIG. When the correction of the image unevenness is finished, the reconstructed image creation process by the Fourier transform method is finished.
なお、上述の従来のフーリエ変換法では、0次成分、1次成分を切り出す際に、縦、横ともに高周波成分を捨てるため、空間分解能が落ちて全体的にぼけた画像となる。ここで、本願発明者らは、X線格子に一次元格子を用いる場合は、タルボ干渉計及びタルボ・ロー干渉計の微分位相画像及び小角散乱画像の情報が格子(マルチスリット12、第1格子14、第2格子15)のスリット方向と直交する一方向のみであることに着目し、ステップS36、S37で用いる窓wを従来型の正方形ではなく、図26に示すように格子のスリット方向と直交する方向に延びる長方形とすれば、画像情報を含む格子のスリット方向と直交する方向の信号の高周波成分を落とさないように取り出すことができ、格子のスリット方向と直交する方向のぼけを低減することができることを見出した。本発明は、原理的に空間分解能の低下が避けられない格子のスリット方向と平行な方向は元々画像情報を含まないことを利用していることが特徴であり、後述する二回撮影時に二次元格子を用いたフーリエ変換法の撮影に対して大きなアドバンテージが得られる。(図26は、図21のA4に長方形の窓Wを設定した例を示したものである。)
In the above-described conventional Fourier transform method, when cutting out the 0th-order component and the 1st-order component, the high-frequency components are discarded in both the vertical and horizontal directions, so that the spatial resolution is lowered and the image is totally blurred. Here, when the one-dimensional grating is used for the X-ray grating, the inventors of the present application have the information of the differential phase image and the small-angle scattered image of the Talbot interferometer and the Talbot-Lau interferometer as the grating (
図27Aに、縞走査法により得られた被写体の再構成画像の一例を示す。図27Bに、改良型フーリエ変換法により得られた再構成画像の一例を示す。図27Cに、従来のフーリエ変換法により得られた再構成画像の一例を示す。図27A〜図27Cの再構成画像は、格子のスリット方向を縦にして撮影して得られた微分位相画像である。図27Aに示すように、縞走査法により得られた画像は、縦方向、横方向ともぼけが小さい。図27Bに示すように、改良型フーリエ変換法により得られた画像は、縦方向のみぼけており、横方向にはぼけていない。図27Cに示すように、従来のフーリエ変換法により得られた画像では、縦方向、横方向ともぼけている。
なお、図27A〜図27Cにおいては、微分位相画像を示しているが、吸収画像、小角散乱画像においても各手法によるぼけの方向は同様である。FIG. 27A shows an example of a reconstructed image of a subject obtained by the fringe scanning method. FIG. 27B shows an example of a reconstructed image obtained by the improved Fourier transform method. FIG. 27C shows an example of a reconstructed image obtained by a conventional Fourier transform method. The reconstructed images in FIGS. 27A to 27C are differential phase images obtained by photographing with the slit direction of the grating being vertical. As shown in FIG. 27A, the image obtained by the fringe scanning method is less blurred in both the vertical and horizontal directions. As shown in FIG. 27B, the image obtained by the improved Fourier transform method is blurred only in the vertical direction and is not blurred in the horizontal direction. As shown in FIG. 27C, the image obtained by the conventional Fourier transform method is blurred both in the vertical direction and in the horizontal direction.
27A to 27C show differential phase images, the blur directions by the respective methods are the same in the absorption image and the small-angle scattering image.
このように、改良型フーリエ変換法では格子のスリット方向と平行な方向の信号成分のみがぼけるので、被写体の長手方向が格子のスリット方向と直交する方向となるように配置して1回目の撮影を行った後、被写体と格子との相対角度を90°回転させて2回目の撮影を行い、1回目と2回目の撮影で得られたモアレ画像を合成すれば、合成画像の周辺部を除く領域では、被写体の縦方向、横方向ともぼけの少ない2次元的な画像を取得することができる(微分位相画像、小角散乱画像の場合)。
2次元格子を用いてフーリエ変換方式で撮影することも可能だが、縦横ともに1次成分が存在するため、切り出す窓wは縦横ともに狭い範囲に限定される。そのため空間分解能が大きく低下することを避けられない。一方、本方式によれば、1次元格子を使用して、分解能を大きく低下させずに2次元画像を生成することが可能となる。医用現場の放射線撮影に於いては、一般的に被写体の関心領域を撮影領域の中央部に位置させることが多いので、上記の周辺部の被写体情報欠損も問題なることが無い。また、撮影自体も2回で済むため、被写体の体動影響も抑制可能である。
なお、撮影方向の変更(被写体に対するスリット方向の変更)する際には、縞走査法方式と同様に、マルチスリット12、第1格子14及び第2格子15を同時に90°回転させる必要がある。As described above, in the improved Fourier transform method, only the signal component in the direction parallel to the slit direction of the grating is blurred, so the first photographing is performed by arranging the subject so that the longitudinal direction of the subject is perpendicular to the slit direction of the grating. Then, the relative angle between the subject and the grid is rotated by 90 °, the second shooting is performed, and the moiré images obtained by the first shooting and the second shooting are combined to remove the peripheral portion of the combined image. In the region, it is possible to acquire a two-dimensional image with little blur in both the vertical and horizontal directions of the subject (in the case of a differential phase image and a small angle scattered image).
Although it is possible to shoot by a Fourier transform method using a two-dimensional lattice, since the primary component exists in both the vertical and horizontal directions, the window w to be cut out is limited to a narrow range in both the vertical and horizontal directions. Therefore, it is inevitable that the spatial resolution is greatly reduced. On the other hand, according to the present method, it is possible to generate a two-dimensional image using a one-dimensional lattice without greatly reducing the resolution. In radiography at a medical site, since the region of interest of a subject is generally located at the center of the imaging region, the above-described loss of subject information in the peripheral portion does not cause a problem. Further, since the photographing itself only needs to be performed twice, the influence of the subject's body movement can be suppressed.
When changing the shooting direction (changing the slit direction relative to the subject), it is necessary to simultaneously rotate the multi-slit 12, the
第1格子14と第2格子15の相対角度を90°変化させて1回目と2回目の撮影を行った場合、コントローラ5の制御部51は、1回目の撮影画像と2回目の撮影画像のそれぞれについて図18に示すフーリエ変換法による再構成画像作成処理を実行した後、2つの画像の合成を行う。なお、1回目の画像と2回目の画像とで被写体の同じ部分が同じ画素に描画されていない場合(被写体の変形や移動があった場合)は、何れか一方の画像を並行又は回転移動させて両画像の誤差が最も小さくなる位置に位置あわせを行った後、合成を行う。合成方法としては、様々な手法を用いることができる。例えば、1回目の撮影画像の画素をf1(x、y)、2回目の撮影画像の画素をf2(x、y)、合成画像の画素をg(x、y)とし、各画素で以下の計算をして(二乗和の平方根をとって)パワーの平均値をとる。
g(x、y)=√(f1(x、y)^2+f2(x、y)^2)
また、例えば、1回目の撮影画像を赤、2回目の撮影画像を青にする等、カラー表示することとしてもよい。When the first and second shootings are performed by changing the relative angle of the
g (x, y) = √ (f1 (x, y) ^ 2 + f2 (x, y) ^ 2)
Further, for example, the first captured image may be displayed in red, and the second captured image may be displayed in color.
ところで、図27A〜図27Cの画像からもわかるように、縞走査法で得られる再構成画像のほうがフーリエ変換法で得られる再構成画像よりも鮮明でぼけが少ない。しかし、縞走査法用の撮影では連続して複数枚の撮影を行うため、撮影時間が検出器の取込時間やX線曝射前後の処理時間、機構動作時間等に応じて長くなり(約1分)、体動が生じやすい。これに対してフーリエ変換法では1回の撮影で1枚の撮影となるので、撮影時間はX線の曝射時間だけに依存し、5秒程度に抑えることができるため、体動抑制効果を期待できる。更に、改良型フーリエ変換法では、空間分解能の劣化小さく抑えられる。よって、例えば、(1)被写体の固定が可能なものは縞走査法、体動を抑制したい場合はフーリエ変換法とする、(2)簡易検査ではフーリエ変換法、より精密な検査となった場合には縞走査法とする、等、両者を併用することにより、目的に応じた画像の取得、及び、より患者の負担や再撮影の少ない撮影を行うことが可能となる。本実施形態においては、第1格子14及び第2格子15の相対角度を簡単に調整して縞走査法用の撮影とフーリエ変換法用の撮影を切り替えることができるので、撮影の目的に応じた最適な撮影を行うことが可能となる。
Incidentally, as can be seen from the images of FIGS. 27A to 27C, the reconstructed image obtained by the fringe scanning method is clearer and less blurred than the reconstructed image obtained by the Fourier transform method. However, in the scanning for the fringe scanning method, multiple images are taken continuously, so the imaging time becomes longer depending on the detector capture time, processing time before and after X-ray exposure, mechanism operation time, etc. 1 minute), body movement is likely to occur. On the other hand, in the Fourier transform method, one image is obtained by one image, so the image taking time depends only on the X-ray exposure time and can be suppressed to about 5 seconds. I can expect. Furthermore, the improved Fourier transform method can suppress the degradation of spatial resolution. Therefore, for example, (1) The object that can fix the subject is the fringe scanning method, and the Fourier transform method is used to suppress body movement, and (2) The Fourier transform method is used for the simple inspection, which is a more precise inspection. By using both of them together, such as a fringe scanning method, it is possible to acquire an image according to the purpose and to perform imaging with less burden on the patient and less imaging. In the present embodiment, the relative angle between the
以上説明したように、X線撮影システムによれば、コントローラ5により設定された撮影モードに応じて、相対角調整部213により第1格子14及び第2格子15の相対角度を自動的に調整し、設定された撮影モードに応じて、制御部181によりマルチスリット12をスリット配列方向に移動させる駆動部122の起動又は停止を制御し、設定された撮影モードに応じて、コントローラ5によりX線検出器16により得られたモアレ画像から再構成画像を作成する。
As described above, according to the X-ray imaging system, the relative
従って、目的等に応じて、縞走査法用の撮影モードとフーリエ変換法用の撮影モードを簡単に切り替えて撮影を行うことが可能となる。 Therefore, it is possible to easily switch between the shooting mode for the fringe scanning method and the shooting mode for the Fourier transform method according to the purpose and the like.
また、X線撮影システムは、設定された撮影モードに応じた相対角度に調整された第1格子14及び第2格子15を、その相対角度を維持したままX線照射軸周りに回転させる格子回転部210を備えているので、被写体台13に載置された被写体に対する第1格子14及び第2格子15のスリット方向を、一度調整された相対角度をくずすことなく容易に調整することが可能となる。
In addition, the X-ray imaging system rotates the
また、X線撮影システムは、マルチスリット12をX線照射軸周りに回転させるマルチスリット回転部121を備え、制御部181は、格子回転部210により被写体台13に載置された被写体に対するスリット方向が調整された第1格子14及び第2格子15に対しマルチスリット12のスリット方向が予め定められた位置関係となるようにマルチスリット回転部121を制御する。従って、第1格子14及び第2格子15の回転に応じてマルチスリット12を自動的に最適位置に調整することが可能となる。
Further, the X-ray imaging system includes a multi-slit
また、マルチスリット回転部121は、マルチスリット12と駆動部122を一体的に回転させるので、マルチスリット12を回転させた場合であっても、撮影時に安定してマルチスリット12をスリット配列方向に移動させることが可能となる。
Further, since the multi-slit
また、格子回転部210は、第1格子14及び第2格子15と、相対角調整部213とを一体的に回転させるので、安定して第1格子14及び第2格子15の相対角度を調整することができる。
In addition, since the
また、第1格子14及び第2格子15と、X線検出器16とを一体的に回転させる構成とすることで、X線検出器16の縦横方向の鮮鋭性の異方性の影響を受けることがないので、再構成画像の縦横の鮮鋭性を第1格子14及び第2格子15の回転角度によらずに概ね一定とすることができる。
In addition, by adopting a configuration in which the
なお、上記実施形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、上記第1及び第2の実施形態では、X線源11、マルチスリット12、被写体台13、第1格子14、第2格子15、X線検出器16をこの順に配置(以下、第1の配置と呼ぶ)したが、X線源11、マルチスリット12、第1格子14、被写体台13、第2格子15、X線検出器16の配置(以下、第2の配置と呼ぶ)としても、第1格子14及び第2格子15は固定のまま、マルチスリット12の移動により、再構成画像を得ることが可能である。
第2の配置においては、被写体の厚み分だけ、被写体中心と第1格子14は離れることになり、上記の実施形態に比べ感度の点でやや劣ることになるが、一方で、被写体への被曝線量低減を考慮すると、当該配置の方が第1格子14でのX線吸収分だけX線を有効に活用していることになる。
また、被写体位置での実効的な空間分解能は、X線の焦点径、検出器の空間分解能、被写体の拡大率、被写体の厚さ等に依存するが、上記実施例に於ける検出器の空間分解能が120μm(ガウスの半値幅)以下の場合には、第1の配置よりも第2の配置の方が実効的な空間分解能は小さくなる。
感度、空間分解能、及び、第1格子14でのX線吸収量等を考慮して、第1格子14、被写体台13の配置順をきめることが好ましい。In addition, the said embodiment is a suitable example of this invention, and is not limited to this.
For example, in the first and second embodiments, the
In the second arrangement, the subject center and the
The effective spatial resolution at the subject position depends on the focal diameter of the X-ray, the spatial resolution of the detector, the magnification of the subject, the thickness of the subject, and the like. When the resolution is 120 μm (Gauss half width) or less, the effective spatial resolution is smaller in the second arrangement than in the first arrangement.
It is preferable to determine the arrangement order of the
また、被写体有りの撮影と、被写体無しの撮影の順序は、上記実施形態に限定されず、何れを先としてもよい。被写体有りの再構成画像の作成と、被写体無しの再構成画像の作成の順序についても同様である。 Further, the order of shooting with a subject and shooting without a subject is not limited to the above-described embodiment, and either may be used first. The same applies to the order of creating a reconstructed image with a subject and creating a reconstructed image without a subject.
また、X線検出器16として、バッテリを内蔵し、無線により画像信号を本体部18に出力するケーブルレスのカセッテタイプFPDを用いてもよい。カセッテタイプFPDによれば、本体部18に接続するケーブル類を排除することができ、X線検出器16周辺の更なる小スペース化を図ることができる。小スペース化によって被写体の足下を広く構成し、より患者が接触し難い構成とすることができる。
Further, as the
また、被写体台13は患者との接触により振動を伝えやすい。よって、被写体台13を高精度な位置関係が求められるマルチスリット、第1格子14、第2格子15等が含まれる保持部17と切り離し、別の保持部に保持することとしてもよい。図28は被写体台13を別の保持部13bにより保持したときの側面図、図29は平面図である。このように被写体台13を第1格子14、第2格子15等から離間させて別体構成とすることにより、マルチスリット12、第1格子14、第2格子15の位置関係に及ぶ影響をできるだけ減らし、当該位置関係の維持を図ることができる。
Further, the subject table 13 easily transmits vibrations due to contact with the patient. Therefore, the subject table 13 may be separated from the holding
被写体台13を別体構成とした場合、図28及び図29に示すように、被写体台13をz方向に移動させる駆動部13aを保持部13bに設ける。これにより、被写体の高さに合わせて、被写体台13の位置を調整することができる。被写体台13には患者の体重等の負荷がかかるが、被写体台13を保持部17と別体とすることにより、昇降する保持部17にかかる負荷を除去することができる。負荷に耐えるために保持部17を強化する必要がなく、コストを低減することができる。
When the subject table 13 has a separate configuration, as shown in FIGS. 28 and 29, a
また、上記実施形態では、縞走査法用の撮影において、各ステップの撮影毎にマルチスリット12の移動と停止を繰り返す例を説明した。しかし、駆動部122の構成によっては、移動と停止を繰り返すことにより制御量と実際の移動量との誤差が累積拡大し、一定間隔毎のモアレ画像が得難いことが想定される場合には、連続的にマルチスリット12を移動させながら複数回の撮影を行う連続撮影方式が好ましい。曝射スイッチがONされると、マルチスリット12の移動を開始し、起動時の不安定移動領域を越え、安定移動領域に達した後、更に、マルチスリットを連続的に移動させて、所定量(例えば4.56(μm))移動する毎にX線のパルス照射と画像信号の読み取りを繰り返す。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the movement and stop of the multi-slit 12 are repeated for each step of photographing in the fringe scanning method has been described. However, depending on the configuration of the
連続撮影方式におけるX線源11にはパルス照射可能なX線管を用いることが好ましい。
また、X線検出器16としては、対応できるフレームレート(単位時間あたり撮影可能な回数)が大きく、動画撮影が可能なFPDが好ましい。数百m秒〜数秒の間に5回以上の撮影を行うことを想定すると、少なくとも10フレーム/秒のフレームレートが必要であり、好ましくは20フレーム/秒以上のフレームレートである。It is preferable to use an X-ray tube capable of pulse irradiation as the
Further, the
連続撮影方式の場合、各ステップの前後でさらに予備撮影を行うこととしてもよい。
駆動部122が理想的な送り精度によりマルチスリット12を一定の送り量、つまり一定の移動速度で移動できた場合、図17に示すように各ステップのモアレ画像によりサインカーブを形成することができる。しかし、経年変化や駆動部122の起動時の慣性影響、グリスの粘性影響等によって送り量にずれが生じると、一定周期間隔のモアレ画像が得られない。例えば、図17に示すように、3ステップのモアレ画像は本来0.4周期に該当するが、3ステップのときの駆動部122の送り量がずれると、0.4周期前後のモアレ画像が得られる。In the case of the continuous shooting method, preliminary shooting may be further performed before and after each step.
When the
このように各ステップのモアレ画像の周期がばらつくと、正確な位相が計算できず、再構成画像において被写体像を正確に再現できない。そこで、例えば各撮影時間±0.1秒の撮影時間で撮影を行う予備撮影を加えて合計15回の撮影を行う。これにより、各ステップにつきそれぞれ3枚のモアレ画像が得られるので、そのうちX線相対強度のサインカーブに最も近いモアレ画像を選択して用いる。これにより、駆動部122の送り量に誤差が生じたとしても、再構成画像の再現性の向上を図ることができる。
As described above, when the period of the moire image at each step varies, an accurate phase cannot be calculated, and the subject image cannot be accurately reproduced in the reconstructed image. Therefore, for example, a total of 15 shootings are performed by adding a preliminary shooting in which each shooting time is ± 0.1 seconds. As a result, three moire images are obtained for each step, and the moire image closest to the sine curve of the X-ray relative intensity is selected and used. Thereby, even if an error occurs in the feed amount of the
予備撮影する調整時間として上記に挙げた±0.1秒は例示であり、調整時間はテスト撮影によって適宜決定すればよい。例えば、X線撮影装置1の設置時に、各ステップの撮影の前後で、±0.1秒、±0.2秒等、予備撮影時の調整時間を変えてテスト撮影を行い、最もサインカーブに一致しやすい調整時間を求めることとしてもよい。これにより、駆動部122の機器特性によって必要な調整時間が異なる場合にも対応することができる。
The above-described ± 0.1 second as an adjustment time for preliminary shooting is an example, and the adjustment time may be appropriately determined by test shooting. For example, when the
また、被写体無しの一連(5ステップ)の撮影のみを定期的に実施し、これらの各画像が前述するサインカーブにうまく合致するか否かを判断し、サインカーブからずれていると判断された場合には、装置メンテナンス必要性をコントローラ上で告知し、精密減速系等のメンテナンスを行わしめるものとすれば、高精細な診断用再構成画像を維持することが可能となる。 In addition, only a series (5 steps) of shooting without a subject is periodically performed, and it is determined whether each of these images is well matched with the sine curve described above. In this case, if the necessity of apparatus maintenance is notified on the controller and maintenance such as a precision deceleration system is performed, a high-definition reconstructed image for diagnosis can be maintained.
その他、X線撮影システムを構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration and detailed operation of each apparatus constituting the X-ray imaging system can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.
なお、明細書、請求の範囲、図面及び要約を含む2010年8月31日に出願された日本特許出願No.2010−194057号の全ての開示は、そのまま本出願の一部に組み込まれる。 It should be noted that Japanese Patent Application No. 1993 filed on August 31, 2010, including the description, claims, drawings and abstract. The entire disclosure of 2010-194057 is incorporated in its entirety into this application.
医療の分野におけるX線画像の撮影に利用可能性がある。 There is a possibility of taking X-ray images in the medical field.
1 X線撮影装置
11 X線源
12 マルチスリット
12a ラック
12b ホルダー
121 マルチスリット回転部
121a モータ部
121b ギア部
121c ギア部
121d 支持部
121e 開口部
122 駆動部
122a モータ部
122b ギア部
122c ピニオン
13 被写体台
130 被写体ホルダー
131 楕円形状
133 指間スペーサ
14 第1格子
140 格子部
141 第1ホルダー部
142 第2ホルダー部
142a 突起部
15 第2格子
150 格子部
151 ホルダー部
16 X線検出器
17 保持部
17a 緩衝部材
17b アーム
171a 開口部
171b トレイ固定部材
18 本体部
181 制御部
182 操作部
183 表示部
184 通信部
185 記憶部
18a 駆動部
210 格子回転部
211 ハンドル
212 回転トレイ
212a 開口部
212b〜212e 凹部
213 相対角調整部
213a モータ部
213b 第1ギア
213c 第2ギア
213d レバー
214 ストッパー
5 コントローラ
51 制御部
52 操作部
53 表示部
54 通信部
55 記憶部
13b 保持部DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記X線の照射軸方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成されたマルチスリットと、
前記マルチスリットをスリット配列方向に移動させる駆動部と、
前記X線の照射軸方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成された第1格子及び第2格子と、
被写体台と、
照射されたX線に応じて電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るX線検出器と、を備え、
前記駆動部により前記マルチスリットをスリット配列方向に移動し、前記マルチスリットが一定周期間隔で移動する毎に、前記X線源により照射されたX線に応じて前記X線検出器が画像信号の読み取る処理を繰り返し、一定周期間隔のモアレ画像を複数得ることが可能なX線撮影システムであって、
第1の撮影モード及び第2の撮影モードの何れかの撮影モードを設定するための設定部と、
前記設定部により設定された撮影モードに応じて、前記第1格子及び前記第2格子の相対角度を調整する相対角調整部と、
前記設定部により設定された撮影モードに応じて、前記駆動部の起動又は停止を制御する制御部と、
前記設定部により設定された撮影モードに応じて、前記X線検出器により得られたモアレ画像から再構成画像を作成する画像処理部と、
を備えるX線撮影システム。An X-ray source that emits X-rays;
A multi-slit composed of a plurality of slits arranged in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction;
A driving unit for moving the multi-slit in the slit arrangement direction;
A first grating and a second grating configured by arranging a plurality of slits in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction;
Subject table,
A conversion element that generates an electrical signal in accordance with the irradiated X-rays is arranged in a two-dimensional manner, and includes an X-ray detector that reads the electrical signal generated by the conversion element as an image signal,
The multi-slit is moved in the slit arrangement direction by the driving unit, and the X-ray detector detects the image signal in accordance with the X-rays emitted from the X-ray source every time the multi-slit moves at a constant cycle interval. An X-ray imaging system capable of repeating a reading process and obtaining a plurality of moire images at a constant cycle interval,
A setting unit for setting one of the first shooting mode and the second shooting mode;
A relative angle adjusting unit that adjusts a relative angle between the first grating and the second grating in accordance with the photographing mode set by the setting unit;
In accordance with the shooting mode set by the setting unit, a control unit that controls activation or stop of the drive unit,
An image processing unit that creates a reconstructed image from a moire image obtained by the X-ray detector according to the imaging mode set by the setting unit;
X-ray imaging system.
前記被写体台に載置された被写体に対する前記マルチスリットのスリット方向を調整するために前記マルチスリットをX線照射軸周りに回転させるマルチスリット回転部と、
を備え、
前記制御部は、前記格子回転部により前記被写体台に載置された被写体に対するスリット方向が調整された前記第1格子及び前記第2格子に対し前記マルチスリットのスリット方向が予め定められた位置関係となるように前記マルチスリット回転部を制御する請求項1に記載のX線撮影システム。The first lattice and the second lattice adjusted to a relative angle according to the set photographing mode by the relative angle adjustment unit with respect to the subject placed on the subject table while maintaining the relative angle. A grating rotating unit that rotates around an X-ray irradiation axis to adjust the slit direction of the first grating and the second grating;
A multi-slit rotating unit that rotates the multi-slit around the X-ray irradiation axis in order to adjust the slit direction of the multi-slit with respect to the subject placed on the subject table;
With
The control unit is configured such that the slit direction of the multi-slit is predetermined with respect to the first grating and the second grating in which the slit direction with respect to the subject placed on the subject table is adjusted by the grating rotating unit. The X-ray imaging system according to claim 1, wherein the multi-slit rotating unit is controlled so that
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