JP2011206160A - Radiographic system and method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a marker indicating the position of a subject when capturing a phase contrast image using a fringe scanning method.SOLUTION: On the outer periphery of grating areas 22b, 23c provided with the X-ray shielding parts 22a, 23a of a first absorption type grating 22 and a second absorption type grating 23, X-ray transmission parts 22c, 23c are provided. The marker 11 attached to the subject H disposed between an X-ray source 12 and the first absorption type grating 22 is formed of a material having high X-ray absorptivity, and X-rays irradiated to the marker 11 pass through the X-ray transmission parts 22c, 23c without passing through the grating areas 22b, 23b of the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23, and are detected by an FPD 21. Since a marker image detected by the FPD 21 is not intensity-modified by the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23, it is accurately detected.

Description

本発明は、X線等の放射線により被検体の撮影を行う放射線撮影システム及び方法に関し、特に、被検体の位置を検出するために被検体にマーカーを取り付けて撮影を行なう放射線撮影システム及び方法に関する。   The present invention relates to a radiation imaging system and method for imaging a subject with radiation such as X-rays, and more particularly to a radiation imaging system and method for imaging by attaching a marker to a subject in order to detect the position of the subject. .

X線は、物質を構成する元素の原子番号と、物質の密度及び厚さとに依存して減衰するといった特性を有することから、被検体の内部を透視するためのプローブとして用いられている。X線を用いた撮影は、医療診断や非破壊検査等の分野において広く普及している。   X-rays are used as a probe for seeing through the inside of a subject because they have characteristics such as attenuation depending on the atomic numbers of elements constituting the substance and the density and thickness of the substance. X-ray imaging is widely used in fields such as medical diagnosis and non-destructive inspection.

一般的なX線撮影システムでは、X線を放射するX線源とX線を検出するX線画像検出器との間に被検体を配置して、被検体の透過像を撮影する。この場合、X線源からX線画像検出器に向けて放射されたX線は、X線画像検出器までの経路上に存在する物質の特性(原子番号、密度、厚さ)の差異に応じた量の減衰(吸収)を受けた後、X線画像検出器の各画素に入射する。この結果、被検体のX線吸収像がX線画像検出器により検出され画像化される。X線画像検出器としては、X線増感紙とフイルムとの組み合わせや輝尽性蛍光体のほか、半導体回路を用いたフラットパネル検出器(FPD:Flat Panel Detector)が広く用いられている。   In a general X-ray imaging system, a subject is placed between an X-ray source that emits X-rays and an X-ray image detector that detects X-rays, and a transmission image of the subject is taken. In this case, the X-rays emitted from the X-ray source toward the X-ray image detector correspond to the difference in the characteristics (atomic number, density, thickness) of the substances existing on the path to the X-ray image detector. After receiving a certain amount of attenuation (absorption), it enters each pixel of the X-ray image detector. As a result, an X-ray absorption image of the subject is detected and imaged by the X-ray image detector. As an X-ray image detector, in addition to a combination of an X-ray intensifying screen and a film and a stimulable phosphor, a flat panel detector (FPD) using a semiconductor circuit is widely used.

ただし、X線吸収能は、原子番号が小さい元素からなる物質ほど低くなるため、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、X線吸収像としての十分な画像の濃淡(コントラスト)が得られないといった問題がある。例えば、人体の関節を構成する軟骨部とその周辺の関節液は、いずれも殆どの成分が水であり、両者のX線の吸収量の差が少ないため、濃淡差が得られにくい。   However, since the X-ray absorption ability is lower as a substance composed of an element having a smaller atomic number, a sufficient softness or contrast (contrast) of an X-ray absorption image cannot be obtained in a soft body tissue or soft material. There is. For example, most of the components of the cartilage part constituting the joint of the human body and the joint fluid in the vicinity thereof are water, and there is little difference in the amount of X-ray absorption between them, so that it is difficult to obtain a difference in light and shade.

このような問題を背景に、近年、被検体によるX線の強度変化に代えて、被検体によるX線の位相変化(角度変化)に基づいた画像(以下、位相コントラスト画像と称する)を得るX線位相イメージングの研究が盛んに行われている。一般に、X線が物体に入射したとき、X線の強度よりも位相のほうが高い相互作用を示すため、位相差を利用したX線位相イメージングでは、X線吸収能が低い弱吸収物体であっても高コントラストの画像を得ることができる。このようなX線位相イメージングの一種として、2枚の透過型回折格子とX線画像検出器とからなるX線タルボ干渉計を用いたX線撮影システムが考案されている(例えば、特許文献1参照)。   Against this background, in recent years, instead of X-ray intensity changes by the subject, an image based on the X-ray phase change (angle change) by the subject (hereinafter referred to as a phase contrast image) is obtained. Research on line phase imaging has been actively conducted. In general, when X-rays are incident on an object, the phase exhibits a higher interaction than the intensity of the X-rays. Therefore, X-ray phase imaging using a phase difference is a weakly absorbing object with low X-ray absorption capability. Can also obtain a high-contrast image. As a kind of such X-ray phase imaging, an X-ray imaging system using an X-ray Talbot interferometer composed of two transmission diffraction gratings and an X-ray image detector has been devised (for example, Patent Document 1). reference).

X線タルボ干渉計は、被検体の背後に第1の回折格子を配置し、第1の回折格子の格子ピッチとX線波長で決まる特定距離(タルボ干渉距離)だけ下流に第2の回折格子を配置し、その背後にX線画像検出器を配置することにより構成される。上記タルボ干渉距離とは、第1の回折格子を通過したX線が、タルボ干渉効果によって自己像(縞画像)を形成する距離であり、この自己像は、X線源と第1の回折格子との間に配置された被検体とX線との相互作用(位相変化)により変調を受ける。   The X-ray Talbot interferometer has a first diffraction grating disposed behind the subject, and a second diffraction grating downstream by a specific distance (Talbot interference distance) determined by the grating pitch of the first diffraction grating and the X-ray wavelength. Are arranged, and an X-ray image detector is arranged behind them. The Talbot interference distance is a distance at which X-rays that have passed through the first diffraction grating form a self-image (stripe image) due to the Talbot interference effect. This self-image is the same as the X-ray source and the first diffraction grating. Are modulated by the interaction (phase change) between the subject and the X-rays arranged between the two.

X線タルボ干渉計では、第1の回折格子の自己像と第2の回折格子との重ね合わせにより強度変調された縞画像を縞走査法により検出し、被検体による縞画像の変化(位相ズレ)から被検体の位相コントラスト画像を取得する。この縞走査法とは、図16(A)に示すX線撮影システム90のように、第1の回折格子91に対して第2の回折格子92を、第1の回折格子91の面にほぼ平行で、かつ第1の回折格子91の格子方向(条帯方向)にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動させながらX線源93から被検体HにX線を照射して複数回の撮影を行なってFPD94により検出し、各画素95の画素データの位相のズレ量(被検体Hがある場合とない場合とでの位相のズレ量)から位相微分像(被検体で屈折したX線の角度分布に対応)を取得する方法であり、この位相微分像を上記の縞走査方向に沿って積分することにより被検体の位相コントラスト画像が得られる。なお、画素データは、走査ピッチに対して周期的に強度が変調された信号であるため、以下、「強度変調信号」と称することもある。   In the X-ray Talbot interferometer, a fringe image whose intensity is modulated by superimposing the self-image of the first diffraction grating and the second diffraction grating is detected by a fringe scanning method, and a change in the fringe image (phase shift by the subject) is detected. ) To obtain a phase contrast image of the subject. In the fringe scanning method, as in the X-ray imaging system 90 shown in FIG. 16A, the second diffraction grating 92 is substantially placed on the surface of the first diffraction grating 91 with respect to the first diffraction grating 91. X-rays from the X-ray source 93 to the subject H are translated in parallel at a scanning pitch obtained by equally dividing the grating pitch in a direction that is parallel and substantially perpendicular to the grating direction (strip direction) of the first diffraction grating 91. A plurality of times of irradiation and imaging are performed and detected by the FPD 94, and a phase differential image (object to be detected) is calculated from the amount of phase shift of the pixel data of each pixel 95 (the amount of phase shift with and without the subject H). (Corresponding to the angular distribution of X-rays refracted by the specimen), and a phase contrast image of the subject is obtained by integrating this phase differential image along the above-described fringe scanning direction. Since the pixel data is a signal whose intensity is periodically modulated with respect to the scanning pitch, it may be hereinafter referred to as an “intensity modulated signal”.

縞走査法は、第2の回折格子92を移動させながら複数回の撮影を行うため、撮影中に被検体Hが動いてしまうと位相情報を正しく計算することができなくなる。例えば、図16(A)に示すX線撮影システム90のように、被検体Hの被撮影部位97を透過したX線はFPD94の画素95aにより検出されるが、同図(B)に示すように、撮影中に被検体Hが上方に動くと、画素95aでは被検体Hの異なる被撮影部位98が撮影されてしまうので、同じ画素95aから求めた位相微分像が異なる被撮影部位のものとなってしまう。人体の体動について、例えば膝を固定して体動を測定したところ、1秒間に100μm程度の体動が生じていることが分った。FPDの現実的な画素サイズは150〜300μmであるため、撮影に数秒の時間がかかる縞走査法では、数画素分の体動が生じてしまう。   In the fringe scanning method, imaging is performed a plurality of times while moving the second diffraction grating 92. Therefore, if the subject H moves during imaging, phase information cannot be calculated correctly. For example, as in the X-ray imaging system 90 shown in FIG. 16A, X-rays transmitted through the imaging region 97 of the subject H are detected by the pixel 95a of the FPD 94, as shown in FIG. In addition, if the subject H moves upward during imaging, the imaging portion 98 of the subject H is imaged at the pixel 95a, so that the phase differential image obtained from the same pixel 95a is different from that of the imaging region. turn into. As for the body movement of the human body, for example, when the body movement was measured with the knee fixed, it was found that body movement of about 100 μm occurred per second. Since the realistic pixel size of the FPD is 150 to 300 μm, in the fringe scanning method that takes several seconds to shoot, body movement for several pixels occurs.

従来、放射線検出器を光軸方向に移動させながら複数回の測定を行って位相コントラスト画像を撮影する装置では、各測定画像から被写体位置を割り出すため、被写体にマーカーを取り付けて撮影を行っている(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, in an apparatus for taking a phase contrast image by performing a plurality of measurements while moving the radiation detector in the direction of the optical axis, the subject position is determined from each measurement image, and a marker is attached to the subject for photographing. (For example, refer to Patent Document 2).

特開2008−200359号公報JP 2008-200399 A 特開2002−336229号公報JP 2002-336229 A

被写体にマーカーを取り付けて被写体位置を割り出す手法は、X線タルボ干渉計を用いた位相コントラスト画像の撮影にも適用可能である。図17は、球形のマーカー100を上述したX線撮影システム90で撮影している状態を示し、図18は、FPD94により検出されたマーカー100の中央部の強度変化(実線)とエッジ部分の強度変化(破線)とを示している。図18のグラフに示すように、縞走査法を用いてマーカー100を撮影すると、マーカー100の中央とエッジ部分との強度が同じ値となる部分が発生することがある。これは、マーカー100の中央部ではマーカー100による放射線吸収によって強度が全体的に減少し、エッジ部では屈折により位相がシフトするためであり、このような状態が発生するとマーカー100の位置を正確に求めることができなくなる。なお、このような問題が発生すること、この問題に対する対処は、上記特許文献2に記載されていない。   The technique of attaching a marker to a subject and determining the subject position can also be applied to phase contrast image capturing using an X-ray Talbot interferometer. FIG. 17 shows a state in which the spherical marker 100 is imaged by the X-ray imaging system 90 described above, and FIG. 18 shows the intensity change (solid line) in the center of the marker 100 detected by the FPD 94 and the intensity of the edge portion. A change (broken line) is shown. As shown in the graph of FIG. 18, when the marker 100 is photographed using the fringe scanning method, a portion where the intensity of the center of the marker 100 and the edge portion have the same value may occur. This is because the intensity of the marker 100 as a whole decreases due to radiation absorption by the marker 100 and the phase shifts due to refraction at the edge portion. When such a state occurs, the position of the marker 100 is accurately determined. It becomes impossible to ask. It should be noted that the occurrence of such a problem and the countermeasure against this problem are not described in Patent Document 2.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、縞走査法を用いて位相コントラスト画像を撮影する際に、被検体の位置を表すマーカーを正確に検出することができる放射線撮影システム及び放射線撮影方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a radiography system and a radiation that can accurately detect a marker representing the position of a subject when imaging a phase contrast image using a fringe scanning method. An object is to provide a photographing method.

上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影システムは、放射線を照射する放射線源、第1の格子、強度変調手段、放射線透過部、放射線画像検出器を備えている。放射線源は、放射線を放射する。第1の格子は、放射線源から照射された放射線を通過させて縞画像を生成する。強度変調手段は、縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で縞画像に強度変調を与える。放射線透過部は、第1の格子と強度変調手段との少なくとも一方の外周に設けられており、放射線源と第1の格子との間、若しくは第1の格子と強度変調手段との間に配置された被検体に取り付けられているマーカーに照射された放射線を透過させる。放射線画像検出器は、各相対位置で強度変調手段により強度変調された被検体の縞画像と、放射線透過部を透過したマーカーの像とを含む被検体像を検出する。   In order to achieve the above object, the radiation imaging system of the present invention includes a radiation source for irradiating radiation, a first grating, intensity modulation means, a radiation transmission part, and a radiation image detector. The radiation source emits radiation. A 1st grating | lattice passes the radiation irradiated from the radiation source, and produces | generates a fringe image. The intensity modulation means applies intensity modulation to the fringe image at a plurality of relative positions having different phases with respect to the periodic pattern of the fringe image. The radiation transmitting portion is provided on the outer periphery of at least one of the first grating and the intensity modulation means, and is disposed between the radiation source and the first grating, or between the first grating and the intensity modulation means. The radiation applied to the marker attached to the object to be examined is transmitted. The radiation image detector detects a subject image including a striped image of the subject that has been intensity-modulated by the intensity modulation means at each relative position and a marker image that has passed through the radiation transmitting portion.

強度変調手段の格子パターンを散乱線除去グリッドとして機能させる場合、放射線透過部は、第1の格子に設けられていることが好ましい。また、マーカーを検出しやすくするため、放射線透過部は、マーカーよりも高い放射線透過性を有することが好ましい。   In the case where the lattice pattern of the intensity modulation means is caused to function as a scattered radiation removal grid, the radiation transmitting portion is preferably provided in the first lattice. Moreover, in order to make it easy to detect a marker, it is preferable that a radiation transmission part has a higher radiation transmittance than a marker.

放射線画像検出器で取得された複数の被検体像のそれぞれからマーカー像を検出し、各マーカー像が一致するように各被検体像の位置を補正する補正処理手段と、補正後の複数の縞画像から位相コントラスト画像を生成する画像処理手段とを備えてもよい。補正処理手段は、第1の格子と強度変調手段との最初の相対位置で検出された被検体像を基準画像とし、その他の相対位置で検出された被検体像の位置を基準画像に合わせて補正する。   Correction processing means for detecting a marker image from each of a plurality of subject images acquired by the radiation image detector and correcting the position of each subject image so that the marker images coincide with each other, and a plurality of corrected stripes Image processing means for generating a phase contrast image from the image may be provided. The correction processing unit uses the subject image detected at the first relative position between the first grating and the intensity modulation unit as a reference image, and matches the position of the subject image detected at the other relative position with the reference image. to correct.

第1の格子と前記強度変調手段とのいずれか一方を他方に対して相対的に回転させる回転手段と、第1の格子と強度変調手段とのいずれか一方が他方に対して相対的に回転している状態で放射線源と前記放射線画像検出器とに予備的な撮影を行なわせる予備撮影手段とを備えてもよい。これにより、第1の格子と強度変調手段とが重なり合っている部分に生じるモアレ縞とマーカー像とを含む撮影画像を得ることができるので、撮影前にマーカーの位置を容易に確認することができる。   Rotating means for rotating one of the first grating and the intensity modulating means relative to the other, and either one of the first grating and the intensity modulating means rotating relatively to the other In this state, preliminary imaging means for causing the radiation source and the radiation image detector to perform preliminary imaging may be provided. Thereby, since it is possible to obtain a captured image including moire fringes and marker images generated in a portion where the first grating and the intensity modulation means overlap, the position of the marker can be easily confirmed before imaging. .

被検体に向けて照明光を照射する光源と、照明光を第1の格子に対応する大きさまで絞り、第1の格子に対応する位置に照射させる絞り手段とをからなる照明装置を備えてもよい。照明光の照射範囲により、撮影前にマーカーの位置を容易に確認することができる。   An illumination apparatus comprising: a light source that irradiates illumination light toward the subject; and a diaphragm unit that restricts the illumination light to a size corresponding to the first grating and irradiates a position corresponding to the first grating. Good. The position of the marker can be easily confirmed before photographing by the illumination light irradiation range.

強度変調手段は、縞画像と同一方向の周期パターンを有する第2の格子と、第1及び第2の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段とから構成されていてもよい。   The intensity modulation means may be composed of a second grating having a periodic pattern in the same direction as the fringe image, and scanning means for moving one of the first and second gratings at a predetermined pitch.

また、第1及び第2の格子を吸収型格子とし、第1の格子は、放射線源からの放射線を縞画像として第2の格子に投影するようにしてもよい。   The first and second gratings may be absorption gratings, and the first grating may project radiation from the radiation source onto the second grating as a fringe image.

また、第1の格子を位相型格子とし、第1の格子のタルボ干渉効果により、放射線源からの放射線を縞画像として第2の格子に射影してもよい。   Alternatively, the first grating may be a phase grating, and the radiation from the radiation source may be projected as a fringe image onto the second grating by the Talbot interference effect of the first grating.

また、放射線画像検出器は、放射線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを画素ごとに備えた放射線画像検出器であって、電荷収集電極は、縞画像と同一方向の周期パターンを有する複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配列されてなり、強度変調手段が、電荷収集電極により構成されていることが好ましい。   The radiation image detector is a radiation image detector provided for each pixel with a conversion layer that converts radiation into charges and a charge collection electrode that collects charges converted in the conversion layer. It is preferable that a plurality of linear electrode groups having a periodic pattern in the same direction as the fringe image are arranged so that the phases thereof are different from each other, and the intensity modulation means is constituted by charge collecting electrodes.

本発明の放射線撮影方法は、第1の格子に放射線を通過させて縞画像を生成し、縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で強度変調手段により縞画像に強度変調を与え、放射線源と第1の格子との間若しくは第1の格子と強度変調手段との間に配置された被検体に取り付けられているマーカーに照射された放射線を第1の格子と強度変調手段との少なくとも一方の外周に設けられた放射線透過部から透過させ、各相対位置で強度変調手段により強度変調された被検体の縞画像と放射線透過部を透過したマーカーの像とを含む被検体像を放射線画像検出器により検出する。   In the radiation imaging method of the present invention, a fringe image is generated by passing radiation through a first grating, and intensity modulation is performed on the fringe image by intensity modulation means at a plurality of relative positions whose phases are different from the periodic pattern of the fringe image. The first grating and the intensity modulation means are applied to the marker attached to the subject disposed between the radiation source and the first grating or between the first grating and the intensity modulation means. A subject image including a fringe image of the subject that is transmitted from a radiation transmitting portion provided on at least one outer periphery of the light source and intensity-modulated by the intensity modulation means at each relative position and a marker image that is transmitted through the radiation transmitting portion. Is detected by a radiation image detector.

また、本発明の放射線撮影方法には、放射線画像検出器で取得された複数の被検体像のそれぞれからマーカー像を検出するステップと、各マーカー像が一致するように各被検体像の位置を補正するステップと、補正後の複数の縞画像から位相コントラスト画像を生成するステップとを加えてもよい。   In the radiographic method of the present invention, the step of detecting a marker image from each of a plurality of subject images acquired by a radiation image detector and the position of each subject image so that the marker images coincide with each other. You may add the step which correct | amends, and the step which produces | generates a phase contrast image from the several stripe image after correction | amendment.

本発明によれば、マーカーに照射された放射線は、第1の格子及び強度変調手段を通らずに、放射線透過部を通って放射線画像検出器に検出される。放射線画像検出器に検出されたマーカー像は、第1の格子及び強度変調手段の格子パターンによる強度変調を受けていないので、正確に検出することができる。   According to the present invention, the radiation irradiated to the marker is detected by the radiation image detector through the radiation transmitting portion without passing through the first grating and the intensity modulation means. Since the marker image detected by the radiation image detector is not subjected to intensity modulation by the grating pattern of the first grating and the intensity modulation means, it can be accurately detected.

本発明の第1実施形態に係るX線撮影システムの構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an X-ray imaging system according to a first embodiment of the present invention. X線照射方向から見たマーカー及び取付部材を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the marker and attachment member seen from the X-ray irradiation direction. フラットパネル検出器の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a flat panel detector. 第1及び第2の吸収型格子の構成を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the structure of the 1st and 2nd absorption type grating | lattice. 縞走査法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a fringe scanning method. 縞走査に伴って変化する画素データ(強度変調信号)を例示するグラフである。It is a graph which illustrates pixel data (intensity modulation signal) which changes with fringe scanning. 放射線撮影の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of radiography. 縞走査撮影により得られる複数の画像データを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows several image data obtained by fringe scanning imaging | photography. 第1の吸収型格子にのみX線透過部を設けた第2実施形態に係るX線撮影システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the X-ray imaging system which concerns on 2nd Embodiment which provided the X-ray transmissive part only in the 1st absorption type | mold grating | lattice. モアレ縞によりマーカーの位置を確認する第3実施形態に係るX線撮影システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the X-ray imaging system which concerns on 3rd Embodiment which confirms the position of a marker with a moire fringe. 第3実施形態のプレショットにより撮影されたプレショット画像を示す画像図である。It is an image figure which shows the pre-shot image image | photographed by the pre-shot of 3rd Embodiment. 照明光によりマーカーの位置を確認する第4実施形態に係るX線撮影システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the X-ray imaging system which concerns on 4th Embodiment which confirms the position of a marker with illumination light. マーカー及び取付部材の別の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of a marker and an attachment member. 被検体に対しマーカーを離して取り付けられるようにした取付部材を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the attachment member made to detach | attach a marker with respect to a subject. 被検体を固定する固定具にマーカーを取り付けた状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which attached the marker to the fixing tool which fixes a test object. 従来の縞走査撮影を用いたX線撮影システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the X-ray imaging system using the conventional fringe scanning imaging | photography. 従来の縞走査撮影を用いたX線撮影システムにより球形のマーカーを撮影している状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which image | photographed the spherical marker with the X-ray imaging system using the conventional fringe scanning imaging | photography. 縞走査撮影されたマーカーの中心部とエッジ部分の検出強度を示すグラフである。It is a graph which shows the detection intensity | strength of the center part and edge part of the marker image | photographed by stripe scanning. 本発明の第5実施形態で用いられるX線検出器の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the X-ray detector used in 5th Embodiment of this invention.

(第1実施形態)
図1において、本発明の第1実施形態に係るX線撮影システム10は、被検体Hに取り付けられたマーカー11と、被検体HにX線を照射するX線源12と、X線源12に対向配置され、X線源12から被検体Hを透過したX線を検出して画像データを生成する撮影部13と、撮影部13から読み出された画像データを記憶するメモリ14と、メモリ14に記憶される複数の画像データを画像処理して位相コントラスト画像を生成する画像処理部15と、画像処理部15により生成された位相コントラスト画像が記録される画像記録部16と、X線源12及び撮影部13の制御を行う撮影制御部17と、操作部やモニタからなるコンソール18と、コンソール18から入力される操作信号に基づいてX線撮影システム10の全体を統括的に制御するシステム制御部19とから構成されている。
(First embodiment)
1, an X-ray imaging system 10 according to the first embodiment of the present invention includes a marker 11 attached to a subject H, an X-ray source 12 that irradiates the subject H with X-rays, and an X-ray source 12. An imaging unit 13 that detects X-rays transmitted through the subject H from the X-ray source 12 and generates image data, a memory 14 that stores image data read from the imaging unit 13, and a memory 14, an image processing unit 15 that generates a phase contrast image by image processing the plurality of image data stored in the image processing unit 14, an image recording unit 16 that records the phase contrast image generated by the image processing unit 15, and an X-ray source 12 and the imaging control unit 17 that controls the imaging unit 13, a console 18 including an operation unit and a monitor, and an overall control of the X-ray imaging system 10 based on an operation signal input from the console 18. And a system controller 19 for.

マーカー11は、撮影部13から読み出された画像データから被検体11の位置を検出するために用いられる。マーカー11は、例えば、直径が数mm〜数十mmの球径状であり、高いX線吸収性を有する材料、例えば鉛等を用いて形成されている。図2(A)に示すように、X線照射方向から見たマーカー11は、円弧状の取付部材11aによって保持されており、取付部材11aが被検体Hの膝、肘、指等の関節部分の撮影部位に接着または粘着、あるいは貼付されることにより、マーカー11は被検体Hに固定されている。取付部材11aは、例えば透明なプラスチック等からなる高いX線透過性を備えた材質で形成されているので、被検体Hとマーカー11との撮影を阻害しない。取付部材11aは、被検体Hの表面形状に合わせて変形可能な柔軟性を有していることが好ましい。また、同図(B)に示すように、円環状の取付部材11bを用いてもよい。   The marker 11 is used to detect the position of the subject 11 from the image data read from the imaging unit 13. The marker 11 has, for example, a spherical shape with a diameter of several millimeters to several tens of millimeters, and is formed using a material having high X-ray absorption, such as lead. As shown in FIG. 2A, the marker 11 viewed from the X-ray irradiation direction is held by an arcuate attachment member 11a, and the attachment member 11a is a joint portion of the subject H such as a knee, elbow, and finger. The marker 11 is fixed to the subject H by adhering, sticking, or sticking to the imaging region. Since the attachment member 11a is formed of a material having high X-ray transparency made of, for example, transparent plastic or the like, the imaging of the subject H and the marker 11 is not hindered. The attachment member 11a preferably has a flexibility that can be deformed in accordance with the surface shape of the subject H. Further, as shown in FIG. 5B, an annular mounting member 11b may be used.

X線源12は、高電圧発生器、X線管、コリメータ(いずれも図示せず)等から構成されており、撮影制御部17の制御に基づいて、被検体HにX線を照射する。例えば、X線管は、回転陽極型であり、高電圧発生器からの電圧に応じて、フィラメントから電子線を放出し、所定の速度で回転する回転陽極に電子線を衝突させることによりX線を発生する。回転陽極は、電子線が固定位置に当り続けることによる劣化を軽減するために回転しており、電子線の衝突部分が、X線を放射するX線焦点となっている。また、コリメータは、X線管から発せられたX線のうち、被検体Hの検査領域に寄与しない部分を遮蔽するように照射野を制限するものである。   The X-ray source 12 includes a high voltage generator, an X-ray tube, a collimator (all not shown) and the like, and irradiates the subject H with X-rays based on the control of the imaging control unit 17. For example, the X-ray tube is of a rotating anode type, emits an electron beam from a filament in accordance with a voltage from a high voltage generator, and collides the electron beam with a rotating anode rotating at a predetermined speed, thereby causing an X-ray. Is generated. The rotating anode rotates in order to reduce deterioration due to the electron beam continuing to hit the fixed position, and the collision part of the electron beam becomes an X-ray focal point that emits X-rays. The collimator limits the irradiation field so as to shield a portion of the X-ray emitted from the X-ray tube that does not contribute to the examination region of the subject H.

撮影部13には、半導体回路からなるフラットパネル検出器(FPD)21、被検体HによるX線の位相変化(角度変化)を検出し位相イメージングを行うための第1の吸収型格子22及び第2の吸収型格子23が設けられている。FPD21は、X線源12から照射されるX線の光軸Aに沿う方向(以下、z方向という)に検出面が直交するように配置されている。   The imaging unit 13 includes a flat panel detector (FPD) 21 made of a semiconductor circuit, a first absorption grating 22 for detecting phase change (angle change) of X-rays by the subject H, and performing phase imaging. Two absorption gratings 23 are provided. The FPD 21 is arranged so that the detection surface is orthogonal to a direction along the optical axis A of the X-rays irradiated from the X-ray source 12 (hereinafter referred to as z direction).

第1の吸収型格子22は、z方向に直交する面内の一方向(以下、y方向という)に延伸した複数のX線遮蔽部22aが、z方向及びy方向に直交する方向(以下、x方向という)に所定のピッチpで配列された格子領域22bと、格子領域22bの外周に配置されたX線透過部22cとから構成されている。X線透過部22cは、マーカー11よりもX線透過性の高い材質、例えばガラス基板等によって構成されたX線透過性基板からなる。複数のX線遮蔽部22aは、外周にX線透過部22cが形成されるようにX線透過性基板の一方の面上に設けられている。X線遮蔽部22aの材料としては、X線吸収性に優れる金属が好ましく、例えば、金、白金、鉛、タングステン等が好ましい。 The first absorption type grating 22 has a plurality of X-ray shielding portions 22a extending in one direction in the plane orthogonal to the z direction (hereinafter referred to as the y direction), in a direction orthogonal to the z direction and the y direction (hereinafter referred to as the y direction). a grating region 22b which are arranged at a predetermined pitch p 1 in that) x-direction, and a X-ray transmitting portion 22c disposed on the outer periphery of the grid area 22b. The X-ray transmission part 22c is made of an X-ray transmission substrate made of a material having a higher X-ray transmission than the marker 11, such as a glass substrate. The plurality of X-ray shielding portions 22a are provided on one surface of the X-ray transmissive substrate so that the X-ray transmitting portion 22c is formed on the outer periphery. As a material of the X-ray shielding part 22a, a metal excellent in X-ray absorption is preferable, and for example, gold, platinum, lead, tungsten and the like are preferable.

第2の吸収型格子23は、第1の吸収型格子22と同様の構成を有しており、y方向に延伸した複数のX線遮蔽部23aがx方向に所定のピッチpで配列された格子領域23bと、格子領域23bの外周に配置されたX線透過部23cとを備えている。 The second absorption type grating 23 has the same configuration as the first absorption type grating 22, and a plurality of X-ray shielding portions 23 a extending in the y direction are arranged at a predetermined pitch p 2 in the x direction. And an X-ray transmission part 23c disposed on the outer periphery of the lattice region 23b.

X線透過部22c及び23cは、被検体Hに取り付けられたマーカー11の像を格子領域22b及び23bを介さずにFPD21によって検出するために設けられている。これにより、マーカー11の像を強度変調させずに撮影することができるので、明確な輪郭を有したマーカー像を得ることができ、マーカー像を高精度に検出することができる。   The X-ray transmission parts 22c and 23c are provided for detecting the image of the marker 11 attached to the subject H by the FPD 21 without passing through the lattice regions 22b and 23b. Thereby, since the image of the marker 11 can be taken without modulating the intensity, a marker image having a clear contour can be obtained, and the marker image can be detected with high accuracy.

撮影部13には、第2の吸収型格子23を格子方向に直交する方向(x方向)に並進移動させることにより、第1の吸収型格子22に対する第2の吸収型格子23との相対位置を変化させる走査機構25が設けられている。走査機構25は、例えば、圧電素子等のアクチュエータにより構成される。走査機構25は、後述する縞走査の際に、撮影制御部17の制御に基づいて駆動されるものである。詳しくは後述するが、メモリ14には、縞走査の各走査ステップで撮影部13により得られる画像データがそれぞれ記憶される。なお、第2の吸収型格子23と走査機構25とが特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成している。   The imaging unit 13 translates the second absorption type grating 23 in a direction (x direction) perpendicular to the grating direction, so that the relative position of the first absorption type grating 22 to the second absorption type grating 23 is changed. A scanning mechanism 25 is provided for changing the above. The scanning mechanism 25 is configured by an actuator such as a piezoelectric element, for example. The scanning mechanism 25 is driven based on the control of the imaging control unit 17 during the stripe scanning described later. As will be described in detail later, the memory 14 stores image data obtained by the photographing unit 13 at each scanning step of fringe scanning. The second absorption type grating 23 and the scanning mechanism 25 constitute the intensity modulation means described in the claims.

画像処理部15は、縞走査の各走査ステップで撮影部13により撮影されてメモリ14に記憶された複数の画像データ(被検体像)からマーカー像を検出し、検出したマーカー像の位置が一致するように複数の画像データを補正することにより、各画像データの縞画像の位置を一致させる補正処理部27を備える。   The image processing unit 15 detects a marker image from a plurality of image data (subject images) photographed by the photographing unit 13 and stored in the memory 14 at each scanning step of fringe scanning, and the positions of the detected marker images match. Thus, a correction processing unit 27 is provided that corrects the plurality of image data so as to match the positions of the stripe images of the respective image data.

また、画像処理部15は、補正処理部27により補正された複数の画像データに基づき、位相微分像を生成する位相微分像生成部29と、位相微分像をx方向に沿って積分することにより、位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部30とをさらに備える。位相コントラスト画像生成部30により生成された位相コントラスト画像は、画像記録部16に記録された後、コンソール18に出力されてモニタ(図示せず)に表示される。   Further, the image processing unit 15 integrates the phase differential image along the x direction with a phase differential image generation unit 29 that generates a phase differential image based on the plurality of image data corrected by the correction processing unit 27. And a phase contrast image generation unit 30 for generating a phase contrast image. The phase contrast image generated by the phase contrast image generation unit 30 is recorded in the image recording unit 16, and then output to the console 18 and displayed on a monitor (not shown).

コンソール18は、モニタの他、操作者が撮影指示やその指示内容を入力する入力装置(図示せず)を備えている。この入力装置としては、例えば、スイッチ、タッチパネル、マウス、キーボード等が用いられ、入力装置の操作により、X線管の管電圧やX線照射時間等のX線撮影条件、撮影タイミング等が入力される。モニタは、液晶ディスプレイやCRTディスプレイからなり、X線撮影条件等の文字や、上記位相コントラスト画像を表示する。   In addition to the monitor, the console 18 includes an input device (not shown) through which an operator inputs a shooting instruction and the content of the instruction. As this input device, for example, a switch, a touch panel, a mouse, a keyboard or the like is used, and an X-ray imaging condition such as a tube voltage of the X-ray tube or an X-ray irradiation time, an imaging timing, etc. are input by operation of the input device. The The monitor is composed of a liquid crystal display or a CRT display, and displays characters such as X-ray imaging conditions and the phase contrast image.

図3において、FPD21は、X線を電荷に変換して蓄積する複数の画素35が、x方向及びy方向に沿ってアクティブマトリクス基板上に2次元配列されてなる受像部36と、受像部36からの電荷の読み出しタイミングを制御する走査回路37と、各画素35に蓄積された電荷を読み出し、電荷を画像データに変換して記憶する読み出し回路38とから構成されている。なお、走査回路37と各画素35とは、行毎に走査線39によって接続されており、読み出し回路38と各画素35とは、列毎に信号線40によって接続されている。画素35の配列ピッチは、x方向及びy方向にそれぞれ100μm程度である。   In FIG. 3, the FPD 21 includes an image receiving unit 36 in which a plurality of pixels 35 that convert X-rays into electric charges and accumulate them two-dimensionally on the active matrix substrate along the x and y directions, and the image receiving unit 36. The scanning circuit 37 controls the readout timing of the charges from the pixel, and the readout circuit 38 that reads out the charges accumulated in each pixel 35, converts the charges into image data, and stores them. The scanning circuit 37 and each pixel 35 are connected by a scanning line 39 for each row, and the reading circuit 38 and each pixel 35 are connected by a signal line 40 for each column. The arrangement pitch of the pixels 35 is about 100 μm in each of the x direction and the y direction.

画素35は、アモルファスセレン等の変換層(図示せず)によりX線を電荷に直接変換し、変換された電荷を変換層の下部の電極に接続されたキャパシタ(図示せず)に蓄積する直接変換型のX線検出素子として構成することができる。各画素35には、TFTスイッチ(図示せず)が接続され、TFTスイッチのゲート電極が走査線39、ソース電極がキャパシタ、ドレイン電極が信号線40に接続される。走査回路37からの駆動パルスによってTFTスイッチがON状態になると、キャパシタに蓄積された電荷が信号線40に読み出される。   The pixel 35 directly converts X-rays into charges by a conversion layer (not shown) such as amorphous selenium, and directly stores the converted charges in a capacitor (not shown) connected to an electrode below the conversion layer. It can be configured as a conversion type X-ray detection element. A TFT switch (not shown) is connected to each pixel 35, a gate electrode of the TFT switch is connected to the scanning line 39, a source electrode is connected to the capacitor, and a drain electrode is connected to the signal line 40. When the TFT switch is turned on by the drive pulse from the scanning circuit 37, the charge accumulated in the capacitor is read out to the signal line 40.

なお、画素35は、酸化ガドリニウム(Gd)やヨウ化セシウム(CsI)等からなるシンチレータ(図示せず)でX線を一旦可視光に変換し、変換された可視光をフォトダイオード(図示せず)で電荷に変換して蓄積する間接変換型のX線検出素子として構成することも可能である。また、本実施形態では、放射線画像検出器としてTFTパネルをベースとしたFPDを用いているが、これに限られず、CCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子をベースとした各種の放射線画像検出器を用いることも可能である。 Note that the pixel 35 temporarily converts X-rays into visible light with a scintillator (not shown) made of gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ), cesium iodide (CsI), or the like, and converts the converted visible light into a photodiode ( It is also possible to configure as an indirect conversion type X-ray detection element that converts into electric charge and accumulates it (not shown). In this embodiment, an FPD based on a TFT panel is used as a radiation image detector. However, the present invention is not limited to this, and various types of radiation image detectors based on a solid-state imaging device such as a CCD sensor or a CMOS sensor. It is also possible to use.

読み出し回路38は、積分アンプ、補正回路、A/D変換器(いずれも図示せず)等により構成されている。積分アンプは、各画素35から信号線40を介して出力された電荷を積分して電圧信号(画像信号)に変換する。A/D変換器は、積分アンプにより変換された画像信号を、デジタルの画像データに変換する。補正回路は、画像データに対して、オフセット補正、ゲイン補正、及びリニアリティ補正等を行い、補正後の画像データをメモリ14に入力する。   The read circuit 38 includes an integration amplifier, a correction circuit, an A / D converter (none of which are shown), and the like. The integrating amplifier integrates the charges output from each pixel 35 via the signal line 40 and converts them into a voltage signal (image signal). The A / D converter converts the image signal converted by the integrating amplifier into digital image data. The correction circuit performs offset correction, gain correction, linearity correction, and the like on the image data, and inputs the corrected image data to the memory 14.

図4において、第1の吸収型格子22のX線遮蔽部22aは、x方向に所定のピッチpで、互いに所定の間隔dを空けて配列されている。同様に、第2の吸収型格子23のX線遮蔽部23aは、x方向に所定のピッチpで、互いに所定の間隔dを空けて配列されている。X線遮蔽部22a,23aは、それぞれX線透過性基板22d、23d上に配置されたものである。第1及び第2の吸収型格子22,23は、入射X線に位相差を与えるものでなく、強度差を与えるものであるため、振幅型格子とも称される。なお、スリット部(上記間隔d,dの領域)は空隙でなくてもよく、高分子や軽金属等のX線低吸収材が充填されていてもよい。 In FIG. 4, X-ray shielding portions 22a of the first absorption grating 22, at a predetermined pitch p 1 in the x direction, and are arranged at a predetermined interval d 1 from each other. Similarly, X-rays shielding portions 23a of the second absorption-type grating 23, at a predetermined pitch p 2 in the x direction, and are arranged at a predetermined interval d 2 from each other. The X-ray shielding portions 22a and 23a are disposed on the X-ray transparent substrates 22d and 23d, respectively. The first and second absorption gratings 22 and 23 do not give a phase difference to incident X-rays but give an intensity difference, and are also called amplitude gratings. Incidentally, (a region of the interval d 1, d 2) slit portion may not be a void, X-rays low absorption material such as a polymer or light metal may be filled.

第1及び第2の吸収型格子22,23は、タルボ干渉効果の有無に係らず、スリット部を通過したX線を線形的に投影するように構成されている。具体的には、間隔d,dを、X線源12から照射されるX線のピーク波長より十分大きな値とすることで、照射X線に含まれる大部分のX線をスリット部で回折させずに、直進性を保ったまま通過するように構成する。例えば、前述のX線管の回転陽極としてタングステンを用い、管電圧を50kVとした場合には、X線のピーク波長は、約0.4Åである。この場合には、間隔d,dを、1〜10μm程度とすれば、スリット部で大部分のX線が回折されずに線形的に投影される。この場合、格子ピッチp,pは、2〜20μm程度の大きさである。 The first and second absorption type gratings 22 and 23 are configured to linearly project the X-rays that have passed through the slit portion regardless of the presence or absence of the Talbot interference effect. Specifically, by setting the distances d 1 and d 2 to a value sufficiently larger than the peak wavelength of X-rays emitted from the X-ray source 12, most of the X-rays included in the irradiated X-rays are slit at the slit portion. It is configured to pass through without being diffracted while maintaining straightness. For example, when tungsten is used as the rotating anode of the aforementioned X-ray tube and the tube voltage is 50 kV, the peak wavelength of the X-ray is about 0.4 mm. In this case, if the distances d 1 and d 2 are about 1 to 10 μm, most of the X-rays are projected linearly without being diffracted by the slit portion. In this case, the lattice pitches p 1 and p 2 are about 2 to 20 μm.

X線源12から照射されるX線は、平行ビームではなく、X線焦点を発光点としたコーンビームであるため、第1の吸収型格子22を通過して射影される投影像(以下、この投影像をG1像または縞画像と称する)は、X線焦点12aからの距離に比例して拡大される。第2の吸収型格子23の格子ピッチp及び間隔dは、そのスリット部が、第2の吸収型格子23の位置におけるG1像の明部の周期パターンとほぼ一致するように決定されている。すなわち、X線焦点12aから第1の吸収型格子22までの距離をL、第1の吸収型格子22から第2の吸収型格子23までの距離をLとした場合に、格子ピッチp及び間隔dは、次式(1)及び(2)の関係を満たすように決定される。 Since the X-rays emitted from the X-ray source 12 are not parallel beams but cone beams having an X-ray focal point as a light emission point, a projected image projected through the first absorption type grating 22 (hereinafter, referred to as a projection image) This projection image is referred to as a G1 image or a fringe image) and is enlarged in proportion to the distance from the X-ray focal point 12a. The grating pitch p 2 and the interval d 2 of the second absorption type grating 23 are determined so that the slit portions thereof substantially coincide with the periodic pattern of the bright part of the G1 image at the position of the second absorption type grating 23. Yes. That is, when the distance from the X-ray focal point 12a to the first absorption-type grating 22 is L 1 and the distance from the first absorption-type grating 22 to the second absorption-type grating 23 is L 2 , the grating pitch p 2 and the distance d 2 are determined so as to satisfy the relationship of the following expressions (1) and (2).

Figure 2011206160
Figure 2011206160

Figure 2011206160
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第1の吸収型格子22から第2の吸収型格子23までの距離Lは、タルボ干渉計の場合には、第1の回折格子の格子ピッチとX線波長とで決まるタルボ干渉距離に制約されるが、本実施形態の撮影部13では、第1の吸収型格子22が入射X線を回折させずに投影させる構成であって、第1の吸収型格子22のG1像が、第1の吸収型格子22の後方のすべての位置で相似的に得られるため、該距離Lを、タルボ干渉距離と無関係に設定することができる。 In the case of a Talbot interferometer, the distance L 2 from the first absorption type grating 22 to the second absorption type grating 23 is limited to the Talbot interference distance determined by the grating pitch of the first diffraction grating and the X-ray wavelength. However, in the imaging unit 13 of the present embodiment, the first absorption type grating 22 is configured to project incident X-rays without diffracting, and the G1 image of the first absorption type grating 22 is the first one. because at every position of the rear absorption gratings 22 of similarly obtained, the distance L 2, can be set independently of the Talbot distance.

上記のように本実施形態の撮影部13は、タルボ干渉計を構成するものではないが、第1の吸収型格子22でX線の回折が生じ、タルボ干渉効果が生じていると仮定した場合のタルボ干渉距離Zは、第1の吸収型格子22の格子ピッチp、X線波長(ピーク波長)λ、及び正の整数mを用いて、次式(3)で表される。 As described above, the imaging unit 13 of the present embodiment does not constitute a Talbot interferometer, but it is assumed that X-ray diffraction occurs in the first absorption grating 22 and a Talbot interference effect is generated. The Talbot interference distance Z is expressed by the following equation (3) using the grating pitch p 1 of the first absorption grating 22, the X-ray wavelength (peak wavelength) λ, and a positive integer m.

Figure 2011206160
Figure 2011206160

本実施形態では、前述のように距離Lをタルボ干渉距離と無関係に設定することができるため、撮影部13の薄型化を目的とし、距離Lを、m=1の場合の最小のタルボ干渉距離Zより短い値に設定する。すなわち、距離Lは、次式(4)を満たす範囲の値に設定される。 In the present embodiment, as described above, the distance L 2 can be set regardless of the Talbot interference distance. Therefore, the objective is to reduce the thickness of the photographing unit 13 and the minimum Talbot when the distance L 2 is m = 1. A value shorter than the interference distance Z is set. That is, the distance L 2 is set to a value in the range satisfying the following equation (4).

Figure 2011206160
Figure 2011206160

X線遮蔽部22a,23aは、コントラストの高い周期パターン像を生成するためには、X線を完全に遮蔽(吸収)することが好ましいが、上記したX線吸収性に優れる材料(金、銀、白金、鉛、タングステン等)を用いたとしても、吸収されずに透過するX線が少なからず存在する。このため、X線の遮蔽性を高めるためには、X線遮蔽部22a,23aのそれぞれの厚み(z方向の厚さ)をできるだけ厚くすること(すなわち、アスペクト比を高めること)が好ましい。例えば、X線管の管電圧が50kVの場合に、照射X線の90%以上を遮蔽することが好ましく、この場合には、X線遮蔽部22a,23aの厚みは、金(Au)換算で30μm以上であることが好ましい。   The X-ray shielding portions 22a and 23a preferably shield (absorb) X-rays completely in order to generate a periodic pattern image with high contrast. However, the materials (gold, silver) having excellent X-ray absorption properties described above are preferred. , Platinum, lead, tungsten, etc.), there are not a few X-rays that are transmitted without being absorbed. For this reason, in order to improve the shielding property of X-rays, it is preferable to make each of the X-ray shielding portions 22a and 23a (thickness in the z direction) as thick as possible (that is, increase the aspect ratio). For example, when the tube voltage of the X-ray tube is 50 kV, it is preferable to shield 90% or more of the irradiated X-rays. In this case, the thicknesses of the X-ray shielding portions 22a and 23a are converted to gold (Au). It is preferable that it is 30 micrometers or more.

以上のように構成された第1及び第2の吸収型格子22,23では、第1の吸収型格子22のG1像(縞画像)と第2の吸収型格子23との重ね合わせにより強度変調された縞画像がFPD21によって撮像される。第2の吸収型格子23の位置におけるG1像のパターン周期と、第2の吸収型格子23の格子ピッチpとは、製造誤差や配置誤差により若干の差異が生じており、この微小な差異により、強度変調された縞画像にはモアレ縞が生じる。また、第1及び第2の吸収型格子21、22の格子配列方向に誤差が生じ、配列方向が同一でない場合には、いわゆる回転モアレが発生する。しかし、縞画像にこのようなモアレ縞が発生した場合でも、モアレ縞のx方向またはy方向の周期が画素40の配列ピッチよりも大きい範囲であれば特に問題が生じることはない。理想的にはモアレ縞を発生させないことが好ましいが、モアレ縞は、後述するように、縞走査の走査量(第2の吸収型格子22の並進距離)を確認するために利用することができる。 In the first and second absorption type gratings 22 and 23 configured as described above, intensity modulation is performed by superimposing the G1 image (stripe image) of the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23. The striped image is captured by the FPD 21. There is a slight difference between the pattern period of the G1 image at the position of the second absorption type grating 23 and the grating pitch p 2 of the second absorption type grating 23 due to manufacturing errors and arrangement errors. Thus, moire fringes are generated in the intensity-modulated fringe image. Further, when an error occurs in the lattice arrangement direction of the first and second absorption type gratings 21 and 22 and the arrangement directions are not the same, so-called rotational moire occurs. However, even when such moire fringes occur in the fringe image, there is no particular problem as long as the period of the moire fringes in the x direction or y direction is larger than the arrangement pitch of the pixels 40. Ideally, it is preferable not to generate moire fringes, but the moire fringes can be used to confirm the scanning amount of the fringe scanning (translation distance of the second absorption grating 22), as will be described later. .

X線源12と第1の吸収型格子22との間に被検体Hを配置すると、FPD21により検出される縞画像は、被検体Hにより変調を受ける。この変調量は、被検体Hによる屈折効果によって偏向したX線の角度に比例する。したがって、FPD21で検出された縞画像を解析することによって、被検体Hの位相コントラスト画像を生成することができる。   When the subject H is disposed between the X-ray source 12 and the first absorption type grating 22, the fringe image detected by the FPD 21 is modulated by the subject H. This modulation amount is proportional to the angle of the X-ray deflected by the refraction effect by the subject H. Therefore, a phase contrast image of the subject H can be generated by analyzing the fringe image detected by the FPD 21.

次に、縞画像の解析方法について説明する。図4には、被検体Hのx方向に関する位相シフト分布Φ(x)に応じて屈折される1つのX線が例示されている。符号45は、被検体Hが存在しない場合に直進するX線の経路を示しており、この経路45を進むX線は、第1及び第2の吸収型格子22,23を通過してFPD21に入射する。符号46は、被検体Hが存在する場合に、被検体Hにより屈折されて偏向したX線の経路を示している。この経路46を進むX線は、第1の吸収型格子22を通過した後、第2の吸収型格子23のX線遮蔽部23aにより遮蔽される。   Next, a fringe image analysis method will be described. FIG. 4 illustrates one X-ray refracted according to the phase shift distribution Φ (x) in the x direction of the subject H. Reference numeral 45 indicates an X-ray path that travels straight when the subject H does not exist. The X-ray that travels along the path 45 passes through the first and second absorption gratings 22 and 23 to the FPD 21. Incident. Reference numeral 46 indicates an X-ray path that is refracted and deflected by the subject H when the subject H exists. X-rays traveling along the path 46 pass through the first absorption type grating 22 and are then shielded by the X-ray shielding part 23 a of the second absorption type grating 23.

被検体Hの位相シフト分布Φ(x)は、被検体Hの屈折率分布をn(x、z)、zをX線の進む方向として、次式(5)で表される。   The phase shift distribution Φ (x) of the subject H is expressed by the following equation (5), where n (x, z) is the refractive index distribution of the subject H, and z is the direction in which the X-rays travel.

Figure 2011206160
Figure 2011206160

第1の吸収型格子22から第2の吸収型格子23の位置に投射されたG1像は、被検体HでのX線の屈折により、その屈折角φに応じた量だけx方向に変位することになる。この変位量Δxは、X線の屈折角φが微小であることに基づいて、近似的に次式(6)で表される。   The G1 image projected from the first absorption grating 22 to the position of the second absorption grating 23 is displaced in the x direction by an amount corresponding to the refraction angle φ due to refraction of X-rays at the subject H. It will be. This displacement amount Δx is approximately expressed by the following equation (6) based on the fact that the X-ray refraction angle φ is very small.

Figure 2011206160
Figure 2011206160

ここで、屈折角φは、X線波長λと被検体Hの位相シフト分布Φ(x)を用いて、次式(7)で表される。   Here, the refraction angle φ is expressed by the following equation (7) using the X-ray wavelength λ and the phase shift distribution Φ (x) of the subject H.

Figure 2011206160
Figure 2011206160

このように、被検体HでのX線の屈折によるG1像の変位量Δxは、被検体Hの位相シフト分布Φ(x)に関連している。そして、この変位量Δxは、FPD21で検出される各画素35の強度変調信号の位相ズレ量ψ(被検体Hがある場合とない場合とでの各画素35の強度変調信号の位相のズレ量)に、次式(8)のように関連している。   Thus, the displacement amount Δx of the G1 image due to X-ray refraction at the subject H is related to the phase shift distribution Φ (x) of the subject H. This displacement amount Δx is the amount of phase shift ψ of the intensity modulation signal of each pixel 35 detected by the FPD 21 (the amount of phase shift of the intensity modulation signal of each pixel 35 with and without the subject H). ) Is related to the following equation (8).

Figure 2011206160
Figure 2011206160

したがって、各画素35の強度変調信号の位相ズレ量ψを求めることにより、式(8)から屈折角φが求まり、式(7)を用いて位相シフト分布Φ(x)の微分量が求まるから、これをxについて積分することにより、被検体Hの位相シフト分布Φ(x)、すなわち被検体Hの位相コントラスト画像を生成することができる。本実施形態では、上記位相ズレ量ψを、下記に示す縞走査法を用いて算出する。   Accordingly, by obtaining the phase shift amount ψ of the intensity modulation signal of each pixel 35, the refraction angle φ is obtained from the equation (8), and the differential amount of the phase shift distribution Φ (x) is obtained using the equation (7). By integrating this with respect to x, the phase shift distribution Φ (x) of the subject H, that is, the phase contrast image of the subject H can be generated. In the present embodiment, the phase shift amount ψ is calculated using the fringe scanning method shown below.

縞走査法では、第1及び第2の吸収型格子22,23の一方を他方に対して相対的にx方向に並進移動させながら撮影を行う(すなわち、両者の格子周期の位相を変化させながら撮影を行う)。本実施形態では、前述の走査機構25により第2の吸収型格子23を移動させる。第2の吸収型格子23の移動に伴って、モアレ縞が移動し、並進距離(x方向への移動量)が、第2の吸収型格子23の格子周期の1周期(格子ピッチp)に達すると(すなわち、位相変化が2πに達すると)、モアレ縞は元の位置に戻る。このように、格子ピッチpを整数分の1ずつ第2の吸収型格子23を移動させながら、FPD21で縞画像を撮影し、撮影した複数の縞画像から各画素の強度変調信号を取得し、前述の画像処理部15内の位相微分像生成部29で演算処理することにより、各画素の強度変調信号の位相ズレ量ψを得る。この位相ズレ量ψの2次元分布が位相微分像に相当する。 In the fringe scanning method, imaging is performed while one of the first and second absorption type gratings 22 and 23 is translated in the x direction relative to the other (that is, while changing the phase of both grating periods). Take a picture). In the present embodiment, the second absorption type grating 23 is moved by the scanning mechanism 25 described above. As the second absorption type grating 23 moves, the moire fringes move, and the translation distance (the amount of movement in the x direction) is one period of the grating period of the second absorption type grating 23 (grating pitch p 2 ). (Ie, when the phase change reaches 2π), the moire fringes return to their original positions. In this way, while moving the second absorption type grating 23 by an integer of the grating pitch p 2 , a stripe image is taken with the FPD 21, and intensity modulation signals of each pixel are acquired from the taken plurality of stripe images. The phase differential image generation unit 29 in the image processing unit 15 performs arithmetic processing to obtain the phase shift amount ψ of the intensity modulation signal of each pixel. This two-dimensional distribution of the phase shift amount ψ corresponds to a phase differential image.

図5は、格子ピッチpをM(2以上の整数)個に分割した走査ピッチ(p/M)ずつ第2の吸収型格子23を移動させる様子を模式的に示している。走査機構25は、k=0,1,2,・・・,M−1のM個の各走査位置に、第2の吸収型格子23を順に並進移動させる。なお、同図では、第2の吸収型格子23の初期位置を、被検体Hが存在しない場合における第2の吸収型格子23の位置でのG1像の暗部が、X線遮蔽部23aにほぼ一致する位置(k=0)としているが、この初期位置は、k=0,1,2,・・・,M−1のうちいずれの位置としてもよい。 FIG. 5 schematically shows a state in which the second absorption type grating 23 is moved by the scanning pitch (p 2 / M) obtained by dividing the grating pitch p 2 into M (integers of 2 or more). The scanning mechanism 25 translates the second absorption type grating 23 in order to M scanning positions k = 0, 1, 2,..., M−1. In the figure, the initial position of the second absorption type grating 23 is set such that the dark part of the G1 image at the position of the second absorption type grating 23 when the subject H is not present is almost at the X-ray shielding part 23a. Although the matching position (k = 0) is assumed, this initial position may be any position among k = 0, 1, 2,..., M−1.

まず、k=0の位置では、主として、被検体Hにより屈折されなかったX線が第2の吸収型格子23を通過する。次に、k=1,2,・・・と順に第2の吸収型格子23を移動させていくと、第2の吸収型格子23を通過するX線は、被検体Hにより屈折されなかったX線の成分が減少する一方で、被検体Hにより屈折されたX線の成分が増加する。特に、k=M/2の位置では、主として、被検体Hにより屈折されたX線のみが第2の吸収型格子23を通過する。k=M/2の位置を超えると、逆に、第2の吸収型格子23を通過するX線は、被検体Hにより屈折されたX線の成分が減少する一方で、被検体Hにより屈折されなかったX線の成分が増加する。   First, at the position of k = 0, mainly X-rays that are not refracted by the subject H pass through the second absorption type grating 23. Next, when the second absorption type grating 23 is moved in order of k = 1, 2,..., The X-rays passing through the second absorption type grating 23 were not refracted by the subject H. While the X-ray component decreases, the X-ray component refracted by the subject H increases. In particular, at the position of k = M / 2, mainly only the X-rays refracted by the subject H pass through the second absorption type grating 23. When the position exceeds k = M / 2, the X-ray component passing through the second absorption type grating 23 is refracted by the subject H while the X-ray component refracted by the subject H decreases. The X-ray component that has not been increased.

k=0,1,2,・・・,M−1の各位置で、FPD21により撮影を行うと、M個の画像データが得られる。各画像データは、各画素35の画素データを含むので、各画素35についてM個の画素データを得ることができる。M個の画像データは、メモリ14に記憶される。   When photographing is performed by the FPD 21 at each position of k = 0, 1, 2,..., M−1, M pieces of image data are obtained. Since each image data includes pixel data of each pixel 35, M pixel data can be obtained for each pixel 35. M pieces of image data are stored in the memory 14.

また、k=0,1,2,・・・,M−1の各位置で、FPD21により被検体Hの撮影を行うことにより、マーカー11も一緒に撮影される。マーカー11に照射されたX線は、X線遮蔽部22a、23aを通らずにX線透過部22c、23cを透過してFPD21により検出されるので、強度変調されていないマーカーの吸収画像を得ることができる。   In addition, the marker 11 is imaged together by imaging the subject H with the FPD 21 at each position of k = 0, 1, 2,..., M−1. Since the X-rays irradiated to the marker 11 pass through the X-ray transmitting parts 22c and 23c without being detected by the X-ray shielding parts 22a and 23a and are detected by the FPD 21, an absorption image of the marker whose intensity is not modulated is obtained. be able to.

補正処理部27は、メモリ14からM個の画像データを読み出し、例えば、最初に撮影された画像データ、すなわちk=0の位置で撮影された画像データを基準画像データとし、この基準画像データからマーカー像とその位置を検出する。マーカー像は、輪郭がはっきりとしているため、正確にその位置を検出することができる。   The correction processing unit 27 reads M pieces of image data from the memory 14, and sets, for example, the first image data taken, that is, the image data taken at the position of k = 0 as the reference image data. The marker image and its position are detected. Since the marker image has a clear outline, the position can be accurately detected.

次いで、補正処理部27は、k=1,2,・・・,M−1の各位置で撮影された画像データからもマーカー像の位置を検出し、これらのマーカー像の位置が、基準画像データのマーカー像の位置と一致するように、k=1,2,・・・,M−1の各位置で撮影された画像データを補正する。縞走査撮影中に被検体Hが動き、各画像データにおける被検体Hの位置が異なっていても、マーカー像の位置に基づいて各画像データを補正することにより、各画像データにおける被検体Hの像の位置を一致させることができる。これにより、M個の画素データから上記各画素35の強度変調信号の位相ズレ量ψを適切に算出することができる。   Next, the correction processing unit 27 detects the positions of the marker images also from the image data photographed at the respective positions k = 1, 2,..., M−1, and the positions of these marker images are the reference images. Image data photographed at each position of k = 1, 2,..., M−1 is corrected so as to coincide with the position of the marker image of the data. Even if the subject H moves during the fringe scanning imaging and the position of the subject H in each image data is different, by correcting each image data based on the position of the marker image, the subject H in each image data is corrected. The positions of the images can be matched. Thereby, the phase shift amount ψ of the intensity modulation signal of each pixel 35 can be appropriately calculated from the M pixel data.

以下に、M個の画素データから上記各画素35の強度変調信号の位相ズレ量ψを算出する方法を説明する。第2の吸収型格子23の位置kにおける各画素35の画素データをIk(x)と標記すると、Ik(x)は、次式(9)で表される。   Hereinafter, a method of calculating the phase shift amount ψ of the intensity modulation signal of each pixel 35 from the M pixel data will be described. When the pixel data of each pixel 35 at the position k of the second absorption type grating 23 is denoted as Ik (x), Ik (x) is expressed by the following equation (9).

Figure 2011206160
Figure 2011206160

ここで、xは、画素のx方向に関する座標であり、Aは入射X線の強度であり、Aは強度変調信号のコントラストに対応する値である(ここで、nは正の整数である)。また、φ(x)は、上記屈折角φを画素35の座標xの関数として表したものである。 Here, x is a coordinate in the x direction of the pixel, A 0 is the intensity of the incident X-ray, and An is a value corresponding to the contrast of the intensity modulation signal (where n is a positive integer). is there). Φ (x) represents the refraction angle φ as a function of the coordinate x of the pixel 35.

次いで、次式(10)の関係式を用いると、上記屈折角φ(x)は、式(11)のように表される。   Next, using the relational expression of the following expression (10), the refraction angle φ (x) is expressed as the expression (11).

Figure 2011206160
Figure 2011206160

Figure 2011206160
Figure 2011206160

ここで、arg[ ]は、偏角の抽出を意味しており、上記位相ズレ量ψに対応する。したがって、各画素35で得られたM個の画素データ(強度変調信号)から、式(11)に基づいて位相ズレ量ψを算出することにより、屈折角φ(x)が求まり、位相シフト分布Φ(x)の微分量が求まる。   Here, arg [] means extraction of the declination and corresponds to the phase shift amount ψ. Therefore, by calculating the phase shift amount ψ from the M pieces of pixel data (intensity modulation signal) obtained from each pixel 35 based on the equation (11), the refraction angle φ (x) is obtained, and the phase shift distribution is obtained. The differential amount of Φ (x) is obtained.

具体的には、各画素35で得られたM個の画素データは、図6に示すように、第2の吸収型格子23の位置kに対して、格子ピッチpの周期で周期的に変化する。同図中の破線は、被検体Hが存在しない場合の画素データの変化を示しており、同図中の実線は、被検体Hが存在する場合の画素データの変化を示している。この両者の波形の位相差が上記位相ズレ量ψに対応する。 Specifically, as shown in FIG. 6, the M pixel data obtained in each pixel 35 is periodically with a period of the grating pitch p 2 with respect to the position k of the second absorption type grating 23. Change. The broken line in the figure shows the change of the pixel data when the subject H does not exist, and the solid line in the figure shows the change of the pixel data when the subject H exists. The phase difference between the two waveforms corresponds to the phase shift amount ψ.

以上の説明では、画素35のy方向に関するy座標を考慮していないが、各y座標について同様の演算を行うことにより、x方向及びy方向に関する2次元的な位相ズレの分布ψ(x,y)が得られる。この位相ズレの分布ψ(x,y)が位相微分像に対応する。なお、屈折角φと位相ズレ量ψとは、上記式(7)で示されるように比例関係にあるため、共に位相シフト分布Φ(x)の微分量に対応する物理量である。   In the above description, the y coordinate in the y direction of the pixel 35 is not taken into consideration. However, by performing the same calculation for each y coordinate, the two-dimensional phase shift distribution ψ (x, y) is obtained. This phase shift distribution ψ (x, y) corresponds to the phase differential image. Since the refraction angle φ and the phase shift amount ψ are in a proportional relationship as shown in the above formula (7), both are physical quantities corresponding to the differential amount of the phase shift distribution Φ (x).

位相微分像は、位相コントラスト画像生成部30に入力される。位相コントラスト画像生成部30は、入力された位相微分像をx軸に沿って積分することにより、被検体Hの位相シフト分布Φ(x,y)を生成し、これを位相コントラスト画像として出力する。   The phase differential image is input to the phase contrast image generation unit 30. The phase contrast image generation unit 30 integrates the input phase differential image along the x axis to generate a phase shift distribution Φ (x, y) of the subject H, and outputs this as a phase contrast image. .

次に、以上のように構成されたX線撮影システム10の作用について、図7のフローチャートを参照しながら説明する。X線源12とFPD21との間に、マーカー11が取り付けられた被検体Hが配される。操作者によりコンソール18から撮影操作が行なわれると、X線撮影システム10の各部が連携動作して、上述した縞走査撮影が実行され、縞画像とマーカー像とが同時に撮影される(S1)。縞走査撮影により作成された複数の画像データは、メモリ14に記憶される。   Next, the operation of the X-ray imaging system 10 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. A subject H to which the marker 11 is attached is disposed between the X-ray source 12 and the FPD 21. When an imaging operation is performed from the console 18 by the operator, the respective units of the X-ray imaging system 10 operate in cooperation to perform the above-described fringe scanning imaging, and a fringe image and a marker image are simultaneously photographed (S1). A plurality of image data created by the fringe scanning photographing is stored in the memory 14.

補正処理部27は、メモリ14からM個の画像データを読み出す。図8(A)〜(D)は、例えば、k=0,1,2,M−1の各位置で撮影された画像データ50〜50M−1である。補正処理部27は、例えば、最初に撮影された画像データ、すなわちk=0の位置で撮影された画像データ50を基準画像データとし、この基準画像データ50からxy座標上におけるマーカー像50aの位置を検出する。次いで、補正処理部27は、k=1,2,・・・,M−1の各位置で撮影された画像データ51〜50M−1からもマーカー像51a,52a〜50M−1aの位置を検出する(S2)。   The correction processing unit 27 reads M image data from the memory 14. FIGS. 8A to 8D are image data 50 to 50M−1 photographed at positions k = 0, 1, 2, and M−1, for example. For example, the correction processing unit 27 uses, as reference image data, image data 50 that is first captured, that is, image data 50 that is captured at a position of k = 0, and the position of the marker image 50a on the xy coordinates from the reference image data 50. Is detected. Next, the correction processing unit 27 detects the positions of the marker images 51a, 52a to 50M-1a from the image data 51 to 50M-1 photographed at the respective positions k = 1, 2,. (S2).

補正処理部27は、これらのマーカー像51a,52a〜50M−1aの位置が、基準画像データ50のマーカー像50aの位置と一致するように、画像データ50〜50M−1を補正する(S3)。これにより、画像データ51〜50M−1の縞画像の位置も、画像データ50の縞画像の位置と一致する。   The correction processing unit 27 corrects the image data 50 to 50M-1 so that the positions of the marker images 51a and 52a to 50M-1a coincide with the position of the marker image 50a of the reference image data 50 (S3). . Thereby, the position of the stripe image of the image data 51 to 50M-1 also coincides with the position of the stripe image of the image data 50.

補正処理された複数の画像データの縞画像から、位相微分像生成部29により位相微分像が生成される。各画像データ50〜50M−1の縞画像の位置は一致しているので、位相微分像を適切に算出することができる。次いで、位相コントラスト画像生成部30により、位相微分像から位相コントラスト画像が生成される(S4)。位相コントラスト画像は、コンソール18に出力され、モニタに表示される。   A phase differential image is generated by the phase differential image generation unit 29 from the fringe images of the corrected image data. Since the positions of the fringe images of the respective image data 50 to 50M-1 coincide with each other, the phase differential image can be appropriately calculated. Next, the phase contrast image generation unit 30 generates a phase contrast image from the phase differential image (S4). The phase contrast image is output to the console 18 and displayed on the monitor.

なお、上記実施形態では、X線透過性基板22d、23dとしてガラス基板を用いたが、その他の高いX線透過性を有する材質を用いてもよい。また、X線透過部22c、23cは、例えば開口部によって構成してもよい。   In the above embodiment, glass substrates are used as the X-ray transparent substrates 22d and 23d. However, other materials having high X-ray transmittance may be used. Moreover, you may comprise X-ray transmissive part 22c, 23c by an opening part, for example.

上記実施形態では、X線源12からFPD21までの距離を長くした場合に、X線焦点12aの焦点サイズ(一般的に0.1mm〜1mm程度)によるG1像のボケが影響し、位相コントラスト画像の画質の低下をもたらす恐れがあるため、X線焦点12aの直後にマルチスリット(線源格子)を配置してもよい。   In the above embodiment, when the distance from the X-ray source 12 to the FPD 21 is increased, the blur of the G1 image due to the focus size of the X-ray focal point 12a (generally about 0.1 mm to 1 mm) is affected, and the phase contrast image Therefore, a multi-slit (source grid) may be arranged immediately after the X-ray focal point 12a.

このマルチスリットは、第1及び第2の吸収型格子22,23と同様な構成の吸収型格子であり、一方向(本実施形態では、y方向)に延伸した複数のX線遮蔽部が、第1及び第2の吸収型格子22,23のX線遮蔽部22a,23aと同一方向(本実施形態では、x方向)に周期的に配列されたものである。このマルチスリットは、X線源12からのX線を部分的に遮蔽してx方向に関する実効的な焦点サイズを縮小するとともに、x方向に多数の点光源(分散光源)を形成することにより、G1像のボケを抑制する。   The multi-slit is an absorption type grating having a configuration similar to that of the first and second absorption type gratings 22 and 23, and a plurality of X-ray shielding portions extending in one direction (in this embodiment, y direction) The first and second absorption gratings 22 and 23 are periodically arranged in the same direction (in the present embodiment, the x direction) as the X-ray shielding portions 22a and 23a. The multi-slit partially shields X-rays from the X-ray source 12 to reduce the effective focal size in the x direction, and forms a large number of point light sources (dispersed light sources) in the x direction. Suppresses the blur of the G1 image.

また、上記実施形態では、第1及び第2の吸収型格子22,23を、そのスリット部を通過したX線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、スリット部でX線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる構成(国際公開WO2004/058070号公報等に記載の構成)としてもよい。ただし、この場合には、第1及び第2の吸収型格子22,23の間の距離Lをタルボ干渉距離に設定する必要がある。また、この場合には、第1の吸収型格子22に代えて、位相型格子(位相型回折格子)を用いることが可能であり、第1の吸収型格子22に代えて用いた位相型格子は、タルボ干渉効果により生じる縞画像(自己像)を、第2の吸収型格子23に射影する。 In the above-described embodiment, the first and second absorption gratings 22 and 23 are configured to linearly project X-rays that have passed through the slit portion, but the present invention is limited to this configuration. Instead of this, it is also possible to adopt a configuration in which a so-called Talbot interference effect is generated by diffracting X-rays at the slit portion (configuration described in International Publication WO 2004/058070). However, in this case, it is necessary to set the distance L 2 between the first and second absorption gratings 22, 23 Talbot distance. In this case, a phase type grating (phase type diffraction grating) can be used instead of the first absorption type grating 22, and the phase type grating used instead of the first absorption type grating 22 can be used. Projects the fringe image (self-image) generated by the Talbot interference effect onto the second absorption grating 23.

さらに、上記実施形態では、被検体HをX線源12と第1の吸収型格子22との間に配置しているが、被検体Hを第1の吸収型格子22と第2の吸収型格子23との間に配置した場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。   Further, in the above embodiment, the subject H is disposed between the X-ray source 12 and the first absorption type grating 22, but the subject H is arranged with the first absorption type grating 22 and the second absorption type. A phase contrast image can be generated in the same manner even when it is arranged between the grating 23.

(第2実施形態)
第1の実施形態では、第1の吸収型格子22及び第2の吸収型格子23のそれぞれにX線透過部22c、23cを設けたが、第1の吸収型格子22と第2の吸収型格子23とのいずれか一方にのみX線透過部を設けてもよい。マーカー11を強度変調させずに撮影するには、X線が2つの吸収型格子を通過しないように構成すれば足りるからである。なお、図9に示すX線撮影システム60のように、X線透過部22cは、第1の吸収型格子22にのみ設けるのが好ましい。第2の吸収型格子23は、散乱防止用グリッドとしても機能するため、X線遮蔽部23aは広い面積を有することが好ましいためである。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the X-ray transmission parts 22c and 23c are provided in the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23, respectively. However, the first absorption type grating 22 and the second absorption type are provided. You may provide an X-ray transmissive part only in any one of the lattices 23. This is because it is sufficient to configure the X-ray so that it does not pass through the two absorption gratings in order to capture an image of the marker 11 without intensity modulation. As in the X-ray imaging system 60 shown in FIG. 9, the X-ray transmission part 22 c is preferably provided only in the first absorption type grating 22. This is because the second absorption type grating 23 also functions as an anti-scattering grid, so that the X-ray shielding part 23a preferably has a large area.

(第3実施形態)
マーカー11をX線透過部22c、23cを通して確実に撮影するため、マーカー11が第1の吸収型格子22及び第2の吸収型格子23の格子領域の外側に配置されていることを確認できるようにすることが好ましい。以下、被検体Hの撮影前に、マーカー11の位置を確認するためのプレショットを行なう例について説明する。図10に示すX線撮影システム65は、第1の吸収型格子22及び第2の吸収型格子23をX線源12側から見た状態を示しており、例えば撮影制御部17の制御によって、第1の吸収型格子22を光軸Aの回りで僅かに回転させる回転機構66を備えている。予備撮影手段に相当する撮影制御部17は、第1の吸収型格子22を第2の吸収型格子23に対して僅かに回転させた状態でプレショットを実行する。
(Third embodiment)
In order to reliably photograph the marker 11 through the X-ray transmitting portions 22c and 23c, it can be confirmed that the marker 11 is disposed outside the lattice region of the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23. It is preferable to make it. Hereinafter, an example of performing a pre-shot for confirming the position of the marker 11 before imaging the subject H will be described. The X-ray imaging system 65 shown in FIG. 10 shows a state in which the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23 are viewed from the X-ray source 12 side. For example, under the control of the imaging control unit 17, A rotation mechanism 66 for slightly rotating the first absorption type grating 22 around the optical axis A is provided. The imaging control unit 17 corresponding to the preliminary imaging means performs pre-shot in a state where the first absorption type grating 22 is slightly rotated with respect to the second absorption type grating 23.

図11は、プレショットにより得た撮影画像67であり、第1の吸収型格子22が第2の吸収型格子23に対して回転しているため、第1の吸収型格子22と第2の吸収型格子23とが重なった領域68にはモアレ縞が発生している。マーカー11が第1の吸収型格子22及び第2の吸収型格子23の格子領域内にあるときには、マーカー像69にもモアレ縞が発生する。しかし、マーカー11が第1の吸収型格子22及び第2の吸収型格子23の格子領域外にあるときには、マーカー像69にモアレ縞が発生しないので、マーカー11の位置を簡単に確認することができる。   FIG. 11 is a captured image 67 obtained by pre-shot, and the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23 are rotated because the first absorption type grating 22 is rotated with respect to the second absorption type grating 23. Moire fringes are generated in the region 68 where the absorption type grating 23 overlaps. When the marker 11 is in the lattice region of the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23, moire fringes are also generated in the marker image 69. However, when the marker 11 is outside the grating region of the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23, moire fringes are not generated in the marker image 69, so that the position of the marker 11 can be easily confirmed. it can.

また、マーカー11が第1の吸収型格子22及び第2の吸収型格子23の格子領域の外側に配置されていることを確認できるようにするための別案として、被検体Hを保持するベッドや撮影台に、第1の吸収型格子22の格子領域を表す指標を設けておき、撮影者が撮影領域を確認できるようにしてもよい。   In addition, as another plan for enabling confirmation that the marker 11 is disposed outside the lattice region of the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23, a bed for holding the subject H Alternatively, an index indicating the lattice area of the first absorption type grating 22 may be provided on the photographing stand so that the photographer can check the photographing area.

(第4実施形態)
また、図12に示すX線撮影システム75のように、X線源12の側に、光源76と絞り板77とからなる撮影範囲確認用の照明装置78を設け、光源76から照射された光を絞り板77によって第1の吸収型格子22の格子領域に対応する大きさまで絞り、第1の吸収型格子22の格子領域に対応する位置に照射してもよい。これによれば、照明装置78からの光がマーカー11に当たっているか否かによって、マーカー11が第1の吸収型格子22及び第2の吸収型格子23の格子領域の外側に配置されているか否かを簡単に確認することができる。
(Fourth embodiment)
In addition, as in the X-ray imaging system 75 shown in FIG. 12, an illumination device 78 for confirming an imaging range including a light source 76 and a diaphragm plate 77 is provided on the X-ray source 12 side, and light emitted from the light source 76 is provided. May be squeezed to a size corresponding to the lattice region of the first absorption-type grating 22 by the diaphragm plate 77 and irradiated to a position corresponding to the lattice region of the first absorption-type grating 22. According to this, whether or not the marker 11 is arranged outside the grating region of the first absorption type grating 22 and the second absorption type grating 23 depending on whether or not the light from the illumination device 78 hits the marker 11. Can be easily confirmed.

なお、X線源12と第1の吸収型格子22または第2の吸収型格子23との距離が変更可能なX線撮影システムや、第1の吸収型格子22または第2の吸収型格子23のサイズが変更可能なX線撮影システムに上記照明装置78を用いる場合は、絞り板77の開口サイズを切り換え可能にし、照明光の照射範囲を調整できるようにしてもよい。   An X-ray imaging system in which the distance between the X-ray source 12 and the first absorption type grating 22 or the second absorption type grating 23 can be changed, or the first absorption type grating 22 or the second absorption type grating 23. When the illumination device 78 is used in an X-ray imaging system in which the size of the aperture plate can be changed, the aperture size of the diaphragm plate 77 can be switched so that the illumination light irradiation range can be adjusted.

(第5実施形態)
また、上記各実施形態では、第2の吸収型格子23がFPD21とは独立して設けられているが、特開平2009−133823号公報に開示された構成のX線画像検出器を用いることにより、第2の吸収型格子23を排することができる。このX線画像検出器は、X線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のX線画像検出器において、各画素の電荷収集電極が、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる複数の線状電極群を、互いに位相が異なるように配置することにより構成されており、電荷収集電極が特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成している。
(Fifth embodiment)
In each of the above embodiments, the second absorption type grating 23 is provided independently of the FPD 21, but by using an X-ray image detector having a configuration disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2009-133823. The second absorption type grating 23 can be eliminated. This X-ray image detector is a direct conversion type X-ray image detector including a conversion layer that converts X-rays into electric charges and a charge collection electrode that collects electric charges converted in the conversion layer. The charge collection electrode is configured by arranging a plurality of linear electrode groups formed by electrically connecting linear electrodes arranged at a constant period so that the phases are different from each other. Constitutes the intensity modulating means described in the claims.

図19は、本実施形態のX線画像検出器(FPD)の構成を例示する。画素100が、x方向及びy方向に沿って一定のピッチで2次元配列されており、各画素100には、X線を電荷に変換する変換層によって変換された電荷を収集するための電荷収集電極101が形成されている。電荷収集電極101は、第1〜第6の線状電極群102〜107から構成されており、各線状電極群の線状電極の配列周期の位相がπ/3ずつずれている。具体的には、第1の線状電極群102の位相を0とすると、第2の線状電極群103の位相はπ/3、第3の線状電極群104の位相は2π/3、第4の線状電極群105の位相はπ、第5の線状電極群106の位相は4π/3、第6の線状電極群107の位相は5π/3である。画素100のy方向への電荷がそれぞれの線状電極群を通して蓄えられる。   FIG. 19 illustrates the configuration of the X-ray image detector (FPD) of this embodiment. The pixels 100 are two-dimensionally arranged at a constant pitch along the x and y directions, and each pixel 100 has a charge collection for collecting the charges converted by the conversion layer that converts X-rays into charges. An electrode 101 is formed. The charge collection electrode 101 is composed of first to sixth linear electrode groups 102 to 107, and the phase of the arrangement period of the linear electrodes of each linear electrode group is shifted by π / 3. Specifically, when the phase of the first linear electrode group 102 is 0, the phase of the second linear electrode group 103 is π / 3, the phase of the third linear electrode group 104 is 2π / 3, The phase of the fourth linear electrode group 105 is π, the phase of the fifth linear electrode group 106 is 4π / 3, and the phase of the sixth linear electrode group 107 is 5π / 3. Charges in the y direction of the pixels 100 are stored through the respective linear electrode groups.

さらに、各画素100には、電荷収集電極101により収集された電荷を読み出すためのスイッチ群108が設けられている。スイッチ群108は、第1〜第6の線状電極群102〜107のそれぞれに設けられたTFTスイッチからなる。第1〜第6の線状電極群102〜107により収集された電荷を、スイッチ群108を制御してそれぞれ個別に読み出すことによって、一度の撮影により、互いに位相の異なる6種類の縞画像を取得することができ、この6種類の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成することができる。また、マーカー検出部分では、6種類の縞画像の強度の平均値を計算すれば、透過画像と同等の絵が得られるため、マーカー像の位置を検出することができる。   Further, each pixel 100 is provided with a switch group 108 for reading out the charges collected by the charge collection electrode 101. The switch group 108 includes TFT switches provided in each of the first to sixth linear electrode groups 102 to 107. By collecting the charges collected by the first to sixth linear electrode groups 102 to 107 individually by controlling the switch group 108, six types of fringe images having different phases can be obtained by one-time shooting. A phase contrast image can be generated based on these six types of fringe images. In the marker detection portion, if the average value of the intensity of the six types of fringe images is calculated, a picture equivalent to the transmission image can be obtained, so that the position of the marker image can be detected.

FPD21に代えて、上記構成のX線画像検出器を用いることにより、撮像部13から第2の吸収型格子23が不要となるため、コスト削減とともに、さらなる薄型化が可能となる。また、本実施形態では、一度の撮影により、異なる位相で強度変調が行われた複数の縞画像を取得することが可能であるため、縞走査のための物理的な走査が不要となり、上記走査機構25を排することができる。なお、電荷収集電極101に代えて、特開平2009−133823号公報に記載のその他の構成の電荷収集電極を用いることも可能である。   By using the X-ray image detector having the above configuration in place of the FPD 21, the second absorption type grating 23 is not required from the imaging unit 13, so that the cost can be reduced and the thickness can be further reduced. Further, in the present embodiment, it is possible to acquire a plurality of fringe images that have been intensity-modulated at different phases by one shooting, so that physical scanning for fringe scanning becomes unnecessary, and the above scanning is performed. The mechanism 25 can be eliminated. Instead of the charge collection electrode 101, it is also possible to use a charge collection electrode having another configuration described in JP-A-2009-133823.

さらに、第2の吸収型格子23を配置しない場合の別の実施形態として、X線画像検出器により得られた縞画像(G1像)を、信号処理によって位相を変えながら周期的にサンプリングすることで、該縞画像に強度変調を与えることも可能である。   Furthermore, as another embodiment in the case where the second absorption type grating 23 is not disposed, the fringe image (G1 image) obtained by the X-ray image detector is periodically sampled while changing the phase by signal processing. Thus, it is also possible to apply intensity modulation to the fringe image.

(その他の実施形態)
上記各実施形態では、被検体Hに1個のマーカー11を取り付けたが、図13(A)〜(D)に示すように、2個以上のマーカー11を用いてもよい。この場合、2個以上のマーカー11を保持する取付部材には、円弧状の取付部材11aまたは円環状の取付部材11bのいずれを用いてもよい。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, one marker 11 is attached to the subject H. However, as shown in FIGS. 13A to 13D, two or more markers 11 may be used. In this case, either the arc-shaped attachment member 11a or the annular attachment member 11b may be used as the attachment member that holds the two or more markers 11.

図14に示すように、アーチ状のマーカー保持部80の両端に被検体Hへの取付部80aを設け、マーカー保持部80の内側にマーカー11を保持させてもよい。これによれば、被検体Hの撮影部位である膝、肘、指等の関節部分と、マーカー11との間に他の物体を介在させることなく被検体Hにマーカー11を取り付けることができる。   As shown in FIG. 14, attachment portions 80 a to the subject H may be provided at both ends of the arch-shaped marker holding portion 80, and the marker 11 may be held inside the marker holding portion 80. According to this, the marker 11 can be attached to the subject H without interposing another object between the marker 11 and a joint portion such as a knee, an elbow, or a finger that is an imaging region of the subject H.

図15に示すように、X線撮影システムが被検体Hを固定するベルト等の固定具85を備えている場合には、この固定具85にマーカー11を取り付けてもよい。これによれば、マーカー11を被検体Hに取り付ける手間が省けるとともに、マーカー11をほぼ同じ位置に配置することができる。   As shown in FIG. 15, when the X-ray imaging system includes a fixing tool 85 such as a belt for fixing the subject H, the marker 11 may be attached to the fixing tool 85. According to this, the labor of attaching the marker 11 to the subject H can be saved, and the marker 11 can be arranged at substantially the same position.

以上説明した各実施形態は、医療診断用の放射線撮影システムのほか、工業用等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。   Each embodiment described above can be applied to other radiation imaging systems for industrial use, in addition to the radiation imaging system for medical diagnosis.

10 X線撮影システム
11 マーカー
12 X線源(放射線源)
13 撮影部
15 画像処理部
17 撮影制御部
21 フラットパネル検出器(FPD)
22 第1の吸収型格子
22c,23c X線透過部
23 第2の吸収型格子
25 走査機構
27 補正処理部
10 X-ray imaging system 11 Marker 12 X-ray source (radiation source)
13 Imaging Unit 15 Image Processing Unit 17 Imaging Control Unit 21 Flat Panel Detector (FPD)
22 First absorption type grating 22c, 23c X-ray transmission part 23 Second absorption type grating 25 Scanning mechanism 27 Correction processing part

Claims (13)

放射線を放射する放射線源と、
前記放射線を通過させて縞画像を生成する第1の格子と、
前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、
前記第1の格子と前記強度変調手段との少なくとも一方の外周に設けられた放射線透過部であって、前記放射線源と前記第1の格子との間、若しくは前記第1の格子と前記強度変調手段との間に配置された被検体に取り付けられているマーカーに照射された前記放射線を透過させる前記放射線透過部と、
前記各相対位置で、前記強度変調手段により強度変調された前記被検体の縞画像と、前記放射線透過部を透過した前記マーカーの像とを含む被検体像を検出する放射線画像検出器と、
を備えたことを特徴とする放射線撮影システム。
A radiation source that emits radiation; and
A first grating that passes the radiation to generate a fringe image;
Intensity modulation means for applying intensity modulation to the fringe image at a plurality of relative positions different in phase with respect to the periodic pattern of the stripe image;
A radiation transmitting portion provided on an outer periphery of at least one of the first grating and the intensity modulation means, and between the radiation source and the first grating, or between the first grating and the intensity modulation. The radiation transmitting portion that transmits the radiation irradiated to a marker attached to a subject arranged between the means, and
A radiation image detector for detecting a subject image including a striped image of the subject that has been intensity-modulated by the intensity modulation means and an image of the marker that has passed through the radiation transmitting portion at each of the relative positions;
A radiation imaging system comprising:
前記放射線透過部は、少なくとも前記第1の格子に設けられていることを特徴とする請求項1記載の放射線撮影システム。   The radiation imaging system according to claim 1, wherein the radiation transmitting unit is provided at least in the first grating. 前記放射線透過部は、前記マーカーよりも高い放射線透過性を有することを特徴とする請求項1または2記載の放射線撮影システム。   The radiation imaging system according to claim 1, wherein the radiation transmitting portion has a radiation transmittance higher than that of the marker. 前記放射線画像検出器で取得された複数の前記被検体像のそれぞれから前記マーカー像を検出し、前記各マーカー像が一致するように前記各被検体像の位置を補正する補正処理手段と、補正後の複数の前記縞画像から位相コントラスト画像を生成する画像処理手段とを備えたことを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の放射線撮影システム。   Correction processing means for detecting the marker image from each of the plurality of object images acquired by the radiation image detector and correcting the position of each object image so that the marker images coincide with each other; The radiation imaging system according to claim 1, further comprising: an image processing unit that generates a phase contrast image from the plurality of subsequent stripe images. 前記補正処理手段は、前記第1の格子と前記強度変調手段との最初の相対位置で検出された前記被検体像を基準画像として、その他の相対位置で検出された前記被検体像を補正することを特徴とする請求項4記載の放射線撮影システム。   The correction processing unit corrects the subject image detected at other relative positions with the subject image detected at the first relative position between the first grating and the intensity modulating unit as a reference image. The radiation imaging system according to claim 4. 前記第1の格子と前記強度変調手段とのいずれか一方を他方に対して相対的に回転させる回転手段と、前記第1の格子と前記強度変調手段とのいずれか一方が他方に対して相対的に回転している状態で前記放射線源と前記放射線画像検出器とに予備的な撮影を行なわせ、前記第1の格子と前記強度変調手段とが重なり合っている部分に生じるモアレ縞と前記マーカー像とを含む撮影画像を得る予備撮影手段とを備えたことを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の放射線撮影システム。   Rotating means for rotating one of the first grating and the intensity modulating means relative to the other, and either one of the first grating and the intensity modulating means relative to the other Moire fringes and markers that are generated in a portion where the first grating and the intensity modulating means overlap each other by causing the radiation source and the radiation image detector to perform preliminary photographing in a state of being rotated. 6. The radiation imaging system according to claim 1, further comprising preliminary imaging means for obtaining a captured image including an image. 前記被検体に向けて照明光を照射する光源と、前記照明光を前記第1の格子に対応する大きさまで絞り、前記第1の格子に対応する位置に照射させる絞り手段とをからなる照明装置を備えたことを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の放射線撮影システム。   An illumination device comprising: a light source that irradiates illumination light toward the subject; and a diaphragm unit that squeezes the illumination light to a size corresponding to the first grating and irradiates a position corresponding to the first grating. The radiation imaging system according to claim 1, further comprising: 前記強度変調手段は、前記縞画像と同一方向の周期パターンを有する第2の格子と、前記第1及び第2の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段とからなることを特徴とする請求項1〜7いずれか記載の放射線撮影システム。   The intensity modulation means includes a second grating having a periodic pattern in the same direction as the fringe image, and a scanning means for moving one of the first and second gratings at a predetermined pitch. The radiation imaging system according to claim 1. 前記第1及び第2の格子は、吸収型格子であり、前記第1の格子は、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記第2の格子に投影することを特徴とする請求項8記載の放射線撮影システム。   9. The first and second gratings are absorption gratings, and the first grating projects the radiation from the radiation source onto the second grating as a fringe image. Radiography system. 前記第1の格子は位相型格子であり、前記第1の格子は、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記第2の格子に射影することを特徴とする請求項8記載の放射線撮影システム。   9. The first grating is a phase-type grating, and the first grating projects radiation from the radiation source as a fringe image onto the second grating by a Talbot interference effect. The radiation imaging system described. 前記放射線画像検出器は、放射線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを画素ごとに備えた放射線画像検出器であって、
前記電荷収集電極は、前記縞画像と同一方向の周期パターンを有する複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配列されてなり、
前記強度変調手段は、前記電荷収集電極により構成されていることを特徴とする請求項1〜7いずれか記載の放射線撮影システム。
The radiological image detector is a radiological image detector comprising a conversion layer for converting radiation into electric charge and a charge collecting electrode for collecting electric charge converted in the conversion layer for each pixel,
The charge collection electrodes are arranged such that a plurality of linear electrode groups having a periodic pattern in the same direction as the fringe image are arranged in different phases.
The radiation imaging system according to claim 1, wherein the intensity modulation unit is configured by the charge collection electrode.
第1の格子に放射線を通過させて縞画像を生成し、
前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で強度変調手段により前記縞画像に強度変調を与え、
前記放射線源と前記第1の格子との間若しくは前記第1の格子と前記強度変調手段との間に配置された被検体に取り付けられているマーカーに照射された前記放射線を前記第1の格子と前記強度変調手段との少なくとも一方の外周に設けられた放射線透過部から透過させ、
前記各相対位置で前記強度変調手段により強度変調された前記被検体の縞画像と前記放射線透過部を透過した前記マーカーの像とを含む被検体像を放射線画像検出器により検出することを特徴とする放射線撮影方法。
Creating a fringe image by passing radiation through the first grating;
Applying intensity modulation to the fringe image by intensity modulation means at a plurality of relative positions having different phases with respect to the periodic pattern of the stripe image,
The radiation applied to the marker attached to the subject arranged between the radiation source and the first grating or between the first grating and the intensity modulating means is the first grating. And transmitted from a radiation transmitting portion provided on the outer periphery of at least one of the intensity modulating means,
A subject image including a striped image of the subject whose intensity is modulated by the intensity modulation means at each relative position and an image of the marker transmitted through the radiation transmitting portion is detected by a radiographic image detector; Radiography method to do.
前記放射線画像検出器で取得された複数の前記被検体像のそれぞれから前記マーカー像を検出するステップと、各前記マーカー像が一致するように各前記被検体像の位置を補正するステップと、補正後の複数の前記縞画像から位相コントラスト画像を生成するステップとを有することを特徴とする請求項11記載の放射線撮影方法。   Detecting the marker image from each of the plurality of object images acquired by the radiation image detector, correcting the position of each object image so that the marker images match, and correction The method according to claim 11, further comprising: generating a phase contrast image from a plurality of subsequent stripe images.
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