JP2012035050A - Radiographic system and photographe processing method for the same - Google Patents
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Abstract
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その画像処理方法に関し、特に、縞走査法を用いた放射線撮影システム及びその画像処理方法に関する。 The present invention relates to a radiation imaging system that images a subject with radiation such as X-rays and an image processing method thereof, and more particularly to a radiation imaging system that uses a fringe scanning method and an image processing method thereof.
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線撮影システムが知られている(例えば、特許文献1、非特許文献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 one type of such X-ray phase imaging, an X-ray imaging system using an X-ray Talbot interferometer including two transmission diffraction gratings and an X-ray image detector is known (for example, Patent Document 1). Non-Patent Document 1).
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。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 arranges a first diffraction grating behind the subject, and arranges a second diffraction grating downstream by a Talbot interference distance determined by the grating pitch of the first diffraction grating and the X-ray wavelength, It is configured by placing an X-ray image detector behind it. The Talbot interference distance is a distance at which X-rays that have passed through the first diffraction grating form a self-image (a fringe image) due to the Talbot interference effect. This self-image is the distance between the X-ray source and the first diffraction grating. Are modulated by the interaction (phase change) between the subject placed between the two and the X-ray.
このX線撮影システムでは、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の被検体による変化(位相ズレ)から縞走査法により被検体の位相コントラスト画像が取得される。縞走査法とは、第1の回折格子に対して第2の回折格子を、第1の回折格子の面にほぼ平行で、かつ第1の回折格子の格子線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(走査)させながら各走査位置で撮影を行い、X線画像検出器で得られる各画素の画素データの上記走査位置に対する強度変化の位相のズレ量から位相微分像を取得する。この位相微分像は、被検体で屈折したX線の角度分布に対応する。位相微分像を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、上記走査により周期的に強度が変調される。上記走査に対する複数の画素データのセットを、以下、「強度変調信号」と称する。この縞走査法は、レーザ光を利用した撮影装置においても用いられている(例えば、非特許文献2参照)。 In this X-ray imaging system, the phase of the subject is detected by the fringe scanning method from the change (phase shift) caused by the subject in the fringe image whose intensity is modulated by the superposition of the self-image of the first diffraction grating and the second diffraction grating. A contrast image is acquired. In the fringe scanning method, the second diffraction grating is arranged with respect to the first diffraction grating in a direction substantially parallel to the plane of the first diffraction grating and substantially perpendicular to the grating line direction of the first diffraction grating. Photographing is performed at each scanning position while translational movement (scanning) is performed at a scanning pitch obtained by equally dividing the lattice pitch, and from the amount of phase shift of intensity change with respect to the scanning position of pixel data of each pixel obtained by an X-ray image detector. Obtain a phase differential image. This phase differential image corresponds to the angular distribution of X-rays refracted by the subject. A phase contrast image of the subject can be obtained by integrating the phase differential image along the fringe scanning direction. Note that the intensity of the pixel data is periodically modulated by the scanning. A set of a plurality of pixel data for the scanning is hereinafter referred to as “intensity modulation signal”. This fringe scanning method is also used in an imaging apparatus using laser light (see, for example, Non-Patent Document 2).
縞走査法では、位相コントラスト画像の生成には、第1の回折格子と第2の回折格子との相対位置関係が重要である。第1の回折格子または第2の回折格子に歪みや、作製誤差、配置誤差などが生じると、位相微分像に、歪みや誤差に応じたオフセットが付加され、位相コントラスト画像の画質が劣化してしまう。特許文献1には、被検体を配置せずにプレ撮影を行うことで上記オフセット量を取得し、被検体を配置して行う本撮影で得られた位相微分像から、オフセット量を減算することにより、被検体の特性のみが反映された位相微分像を求めることが記載されている。
In the fringe scanning method, the relative positional relationship between the first diffraction grating and the second diffraction grating is important for generating a phase contrast image. When distortion, fabrication error, arrangement error, etc. occur in the first diffraction grating or the second diffraction grating, an offset corresponding to the distortion or error is added to the phase differential image, and the image quality of the phase contrast image deteriorates. End up. In
しかしながら、特許文献1に記載された上記オフセット補正方法では、プレ撮影と本撮影とは、被検体の有無以外は同一の撮影であることが前提であるため、プレ撮影と本撮影との間で、第1の回折格子に対する第2の回折格子の走査開始位置が変動した場合に生じるノイズを補正することができないといった問題がある。この走査開始位置が変動により生じるノイズは、位相微分像の全体を変位させ、その結果得られる位相コントラスト画像の画質を劣化させる。また、この画質劣化は、プレ撮影と本撮影との間での走査開始位置の変動に限られず、プレ撮影と本撮影との間で第1及び第2の回折格子の位置関係になんらかの変動があった場合にも生じる。
However, in the offset correction method described in
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、プレ撮影と本撮影との間で格子の位置関係が変動したことにより生じるノイズを補正可能とする放射線撮影システム及びその画像処理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 provides a radiation imaging system and an image processing method thereof capable of correcting noise generated due to a change in the positional relationship of the lattice between pre-imaging and actual imaging. The purpose is to do.
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、放射線源から照射された放射線を通過させて第1の周期パターン像を生成する第1の格子と、前記第1の周期パターン像に対して強度変調を与えて第2の周期パターン像を生成する強度変調手段と、前記第2の周期パターン像の検出面に、被検体を透過せずに入射する前記第2の周期パターン像の成分を検出するための素抜け領域を有し、前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線画像検出器と、前記画像データに基づいて位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、被検体を配置した状態で前記位相微分像生成手段により生成される第1の位相微分像と、被検体を配置しない状態で前記位相微分像生成手段により生成される第2の位相微分像とに基づき、前記素抜け領域における前記第1及び第2の位相微分像の位相微分値の差分を取る値ことにより変動量を算出する変動量算出手段と、前記第1の位相微分像から前記第2の位相微分像を減算し、さらに、すべての画素について前記変動量を減算する減算処理手段と、を備える。 In order to achieve the above object, a radiation imaging system according to the present invention includes a first grating that generates a first periodic pattern image by passing radiation irradiated from a radiation source, and the first periodic pattern image. Intensity modulation means for applying intensity modulation to the second periodic pattern image, and the second periodic pattern image incident on the detection surface of the second periodic pattern image without passing through the subject. A radiation image detector having a blank area for detecting a component and detecting the second periodic pattern image to generate image data; and a phase differential image generating a phase differential image based on the image data A first phase differential image generated by the phase differential image generation unit in a state in which the subject is disposed; and a second phase generated by the phase differential image generation unit in a state in which the subject is not disposed. Based on differential image , A fluctuation amount calculating means for calculating a fluctuation amount by taking a difference between the phase differential values of the first and second phase differential images in the blank region, and the second phase from the first phase differential image. Subtracting processing means for subtracting the phase differential image and further subtracting the fluctuation amount for all pixels.
本発明の放射線撮影システムは、前記第2の位相微分像を記憶する記憶手段と、被検体を配置しない状態でのプレ撮影指示に応じて、前記強度変調手段、前記放射線画像検出器、及び前記位相微分像生成手段を動作させ、前記位相微分像生成手段により生成される位相微分像を前記第2の位相微分像として前記記憶手段に記憶させる制御手段と、をさらに備える。 The radiation imaging system of the present invention includes: a storage unit that stores the second differential phase image; and an intensity modulation unit, the radiation image detector, and the pre-imaging instruction in a state where no subject is disposed. Control means for operating the phase differential image generation means and storing the phase differential image generated by the phase differential image generation means in the storage means as the second phase differential image.
本発明の放射線撮影システムは、前記第1の格子、前記強度変調手段、及び前記放射線画像検出器を保持し、前記素抜け領域を識別可能に形成された入射面を有する筐体をさらに備える。 The radiation imaging system of the present invention further includes a housing that holds the first grating, the intensity modulation unit, and the radiation image detector, and has an incident surface formed so as to be able to identify the blank region.
本発明の放射線撮影システムは、前記減算処理手段により減算処理がなされた結果生成される位相微分像に対して積分処理を施す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手段をさらに備える。 The radiation imaging system of the present invention further includes phase contrast image generation means for generating a phase contrast image by performing integration processing on the phase differential image generated as a result of the subtraction processing performed by the subtraction processing means.
前記強度変調手段は、前記第1の周期パターン像に対して位相が異なる複数の相対位置で強度変調を与えて複数の第2の周期パターン像を生成し、前記放射線画像検出器は、前記各第2の周期パターン像を検出して複数の画像データを生成し、前記位相微分像生成手段は、前記複数の画像データに基づき、前記相対位置に対する画素データの強度変化を表す強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより前記位相微分像を生成する。 The intensity modulation means applies intensity modulation at a plurality of relative positions different in phase with respect to the first periodic pattern image to generate a plurality of second periodic pattern images, and the radiological image detector includes The second periodic pattern image is detected to generate a plurality of image data, and the phase differential image generating means is based on the plurality of image data, and the phase of the intensity modulation signal representing the intensity change of the pixel data with respect to the relative position The phase differential image is generated by calculating the amount of deviation.
前記強度変調手段は、前記第1の周期パターン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。 The intensity modulation means includes: a second grating having a periodic pattern in the same direction as the first periodic pattern image; and scanning means for moving one of the first and second gratings at a predetermined pitch. Become.
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前記第1の周期パターン像として線形的に前記第2の格子に投影する。 The first and second gratings are absorption gratings, and the first grating linearly projects the radiation from the radiation source onto the second grating as the first periodic pattern image.
前記第1及び第2の格子は、放射線の吸収率が高い格子線状の高吸収部と、放射線の吸収率が低い格子線状の低吸収部とが交互に配置されてなる。前記高吸収部は、AuまたはPtからなる。前記高吸収部は、10μm〜200μmの厚みを有する。前記低吸収部は、シリコンまたはポリマーからなる。 The first and second gratings are formed by alternately arranging lattice-lined high absorption parts having a high radiation absorption rate and lattice line-like low absorption parts having a low radiation absorption rate. The high absorption portion is made of Au or Pt. The high absorption part has a thickness of 10 μm to 200 μm. The low absorption portion is made of silicon or polymer.
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前記第1の周期パターン像として前記第2の格子の位置に形成するものであってもよい。 The first grating is a phase type grating, and the first grating forms radiation from the radiation source at the position of the second grating as the first periodic pattern image by a Talbot interference effect. It may be.
この場合、前記第1の格子は、放射線の吸収率が高い格子線状の高吸収部と、放射線の吸収率が低い格子線状の低吸収部とが交互に配置されてなり、前記高吸収部と前記低吸収部との間で、放射線にπまたは0.5πの位相差を与える。前記高吸収部は、AuまたはPtからなる。前記低吸収部は、シリコンまたはポリマーからなる。 In this case, the first grating is formed by alternately arranging a lattice-line high absorption portion having a high radiation absorption rate and a lattice line-shaped low absorption portion having a low radiation absorption rate, and the high absorption portion. A phase difference of π or 0.5π is given to the radiation between the part and the low absorption part. The high absorption portion is made of Au or Pt. The low absorption portion is made of silicon or polymer.
本発明の放射線撮影システムは、前記放射線源の射出側に線源格子を備えることが好ましい。 The radiation imaging system of the present invention preferably includes a radiation source grid on the emission side of the radiation source.
本発明の画像処理方法は、放射線源から照射された放射線を通過させて第1の周期パターン像を生成する第1の格子と、前記第1の周期パターン像に対して強度変調を与えて第2の周期パターン像を生成する強度変調手段と、前記第2の周期パターン像の検出面に、被検体を透過せずに入射する前記第2の周期パターン像の成分を検出するための素抜け領域を有し、前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線画像検出器と、前記画像データに基づいて位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、を備えた放射線撮影システムの画像処理方法であって、被検体を配置した状態で前記位相微分像生成手段により生成される第1の位相微分像と、被検体を配置しない状態で前記位相微分像生成手段により生成される第2の位相微分像とに基づき、前記素抜け領域における前記第1及び第2の位相微分像の位相微分値の差分を取ることにより変動量を算出するステップと、前記第1の位相微分像から前記第2の位相微分像を減算し、さらに、すべての画素について前記変動量を減算するステップと、を有する。 An image processing method according to the present invention includes a first grating that generates a first periodic pattern image by passing radiation emitted from a radiation source, and intensity modulation is applied to the first periodic pattern image. Intensity modulation means for generating two periodic pattern images, and a blank for detecting a component of the second periodic pattern image incident on the detection surface of the second periodic pattern image without passing through the subject Radiation comprising a radiation image detector that has a region and detects the second periodic pattern image to generate image data, and phase differential image generation means for generating a phase differential image based on the image data An image processing method for an imaging system, wherein the first differential phase image generated by the phase differential image generation unit in a state in which the subject is arranged and the phase differential image generation unit in a state in which the subject is not arranged Second to be Calculating a variation amount by taking a difference between the phase differential values of the first and second phase differential images in the blank region based on the phase differential image; and Subtracting the phase differential image of 2 and subtracting the fluctuation amount for all pixels.
本発明は、被検体を配置した状態(本撮影)で生成された第1の位相微分像と、被検体を配置しない状態(プレ撮影)で生成された第2の位相微分像(オフセットデータ)とに基づき、放射線検出器の素抜け領域に対応する位相微分値の差分を取ることにより変動量を算出し、第1の位相微分像から第2の位相微分像を減算し、さらに、すべての画素について上記変動量を減算するものであるため、プレ撮影と本撮影との間で格子の位置関係が変動したことにより生じるノイズを補正することができる。 In the present invention, a first phase differential image generated in a state where a subject is placed (main imaging) and a second phase differential image (offset data) generated in a state where no subject is placed (pre-imaging). And calculating the amount of variation by taking the difference of the phase differential value corresponding to the undetected region of the radiation detector, subtracting the second phase differential image from the first phase differential image, Since the above-described variation amount is subtracted for the pixel, it is possible to correct noise generated due to variation in the positional relationship of the grid between the pre-photographing and the main photographing.
(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X線を照射するX線源11と、X線源11に対向配置され、X線源11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12と、撮影部12から読み出された画像データを記憶するメモリ13と、メモリ13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14と、画像処理部14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15と、X線源11及び撮影部12の制御を行う撮影制御部16と、操作部やモニタからなるコンソール17と、コンソール17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18とから構成されている。
(First embodiment)
In FIG. 1, an X-ray imaging system 10 according to the first embodiment of the present invention is disposed so as to face an
X線源11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16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
撮影部12には、半導体回路からなるフラットパネル検出器(FPD)20、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21及び第2の吸収型格子22が設けられている。FPD20は、X線源11から照射されるX線の光軸Aに沿う方向(以下、z方向いう)に検出面が直交するように配置されている。
The imaging unit 12 includes a flat panel detector (FPD) 20 made of a semiconductor circuit, a first absorption grating 21 for detecting phase change (angle change) of X-rays by the subject H, and performing phase imaging. Two
FPD20の検出面は、主として被検体Hを透過したX線が第1及び第2の吸収型格子21,22を介して入射する被検体検出領域20aと、被検体Hの周囲を通過したX線が、被検体Hを透過せずに第1及び第2の吸収型格子21,22のみを介して入射する素抜け領域20bとに区分されている。
The detection surface of the
第1の吸収型格子21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(X線高吸収部)21a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p1で配列されたものである。同様に、第2の吸収型格子22は、y方向に延伸した複数のX線遮蔽部(X線高吸収部)22aが、x方向に所定のピッチp2で配列されたものである。X線遮蔽部21a,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(Au)や白金(Pt)が好ましい。
The first absorption type grating 21 includes a plurality of X-ray shielding portions (X-ray high absorption portions) 21a extending in one direction (hereinafter referred to as y direction) in a plane orthogonal to the z direction. Are arranged at a predetermined pitch p 1 in a direction orthogonal to (hereinafter referred to as the x direction). Similarly, the second absorption grating 22 has a plurality of X-ray shielding portion which is stretched in the y-direction (X-ray high-absorbing portion) 22a is arranged at a predetermined pitch p 2 in the x-direction. As a material of the
また、撮影部12には、第2の吸収型格子22を格子線方向(y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21に対する第2の吸収型格子22との相対位置を変化させる走査機構23が設けられている。走査機構23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23は、後述する縞走査の際に、撮影制御部16の制御に基づいて駆動される。詳しくは後述するが、メモリ13には、縞走査の各走査ステップで撮影部12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22と走査機構23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。
In addition, the imaging unit 12 translates the second absorption type grating 22 in the direction (x direction) orthogonal to the lattice line direction (y direction), so that the second absorption with respect to the first absorption type grating 21 is performed. A
以上のように構成された撮影部12は、図2に示すような矩形状の筐体24の内部に保持されている。筐体24のX線入射面24aには、x方向及びy方向に関する中心位置を示す中心線25a,25bと、FPD20の被検体検出領域20aと素抜け領域20bとの境界を示す矩形状の枠線25cが印刷形成されている。枠線25cの外側は、素抜け領域20bに対応する。なお、素抜け領域20bを認識可能とする方法であれば、枠線25cの印刷に限られず、その他の方法を用いても良い。
The imaging unit 12 configured as described above is held inside a rectangular casing 24 as shown in FIG. On the
画像処理部14には、位相微分像生成部30、オフセットデータ記憶部31、変動量算出部32、減算処理部33、及び、位相コントラスト画像生成部34が設けられている。位相微分像生成部30は、走査機構23による縞走査の各走査ステップで撮影部12により撮影され、メモリ13に記憶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。
The image processing unit 14 includes a phase differential
オフセットデータ記憶部31は、被検体HをX線源11と撮影部12との間に配置しない状態における撮影(プレ撮影)時に位相微分像生成部30により生成される位相微分像をオフセットデータとして記憶する。オフセットデータ記憶部31は、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置により構成されている。
The offset
変動量算出部32は、被検体HをX線源11と撮影部12との間でかつ、被検体Hを透過したX線が枠線25c内に投影されるように配置した状態における撮影(本撮影)時に位相微分像生成部30により生成される位相微分像と、オフセットデータ記憶部31に記憶されたオフセットデータ(位相微分像)とを、FPD20の素抜け領域20bに含まれる所定の画素について、位相微分値の差分値を算出する。素抜け領域20bは、プレ撮影時にも本撮影時にも被検体Hを透過せずにX線が入射する領域であるため、プレ撮影と本撮影とにおいて、第2の吸収型格子22の走査開始位置(初期値)に変動がなければ、位相微分値は同一となり、差分値は0となる。変動量算出部32は、プレ撮影と本撮影とにおける素抜け領域20bの位相微分値の差分値を算出することで、第2の吸収型格子22の走査開始位置の変動量を検出するものである。
The fluctuation
減算処理部33は、本撮影に位相微分像生成部30により生成される位相微分像から、オフセットデータ記憶部31に記憶されたオフセットデータを減算し、さらに、変動量算出部32により算出された差分値を画素全体について減算する。そして、位相コントラスト画像生成部34は、減算処理部33により減算処理がなされた位相微分像を走査方向(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34により生成された位相コントラスト画像は、画像記録部15に記録された後、コンソール17に出力されてモニタ(図示せず)に表示される。
The
コンソール17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る。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
図3において、FPD20は、X線を電荷に変換して蓄積する複数の画素40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41と、画素40からの電荷の読み出しタイミングを制御する走査回路42と、画素40から電荷を読み出し、電荷を画像データに変換して出力する読み出し回路43とから構成されている。なお、走査回路42と各画素40とは、行毎に走査線44によって接続されており、読み出し回路43と各画素40とは、列毎に信号線45によって接続されている。画素40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
画素40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線検出素子である。各画素40には、TFTスイッチ(図示せず)が設けられ、TFTスイッチのゲート電極が走査線44、ソース電極がキャパシタ、ドレイン電極が信号線45に接続される。走査回路42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45に読み出される。
The
なお、画素40は、酸化ガドリニウム(Gd2O3)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線検出素子としてもよい。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
読み出し回路43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40から信号線45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、暗電流補正、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13に入力する。
The
走査回路42及び読み出し回路43は、撮影制御部16を介してシステム制御部18により制御されている。受像部41は、前述のように被検体検出領域20aと素抜け領域20bとに区分されている。被検体検出領域20aと素抜け領域20bとに含まれる画素40は同一構成であり、システム制御部18は、走査線44と信号線45とのアドレスにより、被検体検出領域20aに含まれる画素40と、素抜け領域20bに含まれる画素40とを識別している。
The
図4において、第1の吸収型格子21のX線遮蔽部21aは、x方向に所定のピッチp1で、互いに所定の間隔d1を空けて配列されており、間隔d1の部分には、X線低吸収部21bが設けられている。同様に、第2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p2で、互いに所定の間隔d2を空けて配列されており、間隔d2の部分には、X線低吸収部22bが設けられている。第1及び第2の吸収型格子21,22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り、振幅型格子とも称される。X線低吸収部21b,22bは、シリコン(Si)やポリマーからなることが好ましく、さらには、空隙であっても良い。
In FIG. 4,
第1及び第2の吸収型格子21,22は、X線低吸収部21b,22bを通過したX線を線形的(幾何光学的)に投影するように構成される。具体的には、間隔d1,d2を、X線源11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X線低吸収部21b,22b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される。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d1,d2を1〜10μm程度とすれば、X線低吸収部21b,22bで大部分のX線が回折されずに線形的に投影される。格子ピッチp1,p2は、2〜20μm程度である。
The first and second
X線源11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21を通過することにより形成される第1の周期パターン像(以下、G1像という)は、X線焦点11aからの距離に比例して拡大される。第2の吸収型格子22の格子ピッチp2及び間隔d2は、X線低吸収部22bのパターンが、第2の吸収型格子22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11aから第1の吸収型格子21までの距離をL1、第1の吸収型格子21から第2の吸収型格子22までの距離をL2とした場合に、格子ピッチp2及び間隔d2は、次式(1)及び(2)の関係を満たすように決定される。
The X-ray irradiated from the
なお、必ずしも式(2)を満たす必要はなく、間隔d1,d2をそれぞれ個別に設定してもよい。 It is not always necessary to satisfy the expression (2), and the intervals d 1 and d 2 may be set individually.
第1の吸収型格子21から第2の吸収型格子22までの距離L2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12では、第1の吸収型格子21が入射X線を回折させずに投影する構成であって、第1の吸収型格子21のG1像が、第1の吸収型格子21の後方のすべての位置で相似的に得られるため、該距離L2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 21 to the second absorption type grating 22 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 12 of the present embodiment, the first absorption grating 21 projects the incident X-rays without diffracting, and the G1 image of the first absorption grating 21 is the first one. because at every position of the
上記のように本実施形態の撮影部12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21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21の格子ピッチp1、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 12 of the present embodiment does not constitute a Talbot interferometer, but it is assumed that X-ray diffraction occurs in the first absorption grating 21 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 21, the X-ray wavelength (peak wavelength) λ, and a positive integer m.
本実施形態では、前述のように距離L2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12のz方向への薄型化を目的とし、距離L2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L2は、次式(4)を満たす範囲の値に設定される。 In the present embodiment, it is possible to set the distance L 2 as described above irrespective of the Talbot distance, for the purpose of thinning in the z-direction of the imaging unit 12, the distance L 2, the case of m = 1 Is set to a value shorter than the minimum Talbot interference distance Z. That is, the distance L 2 is set to a value in the range satisfying the following equation (4).
X線遮蔽部21a,22a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、白金等)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21a,22a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、X線遮蔽部21a,22aの厚みは、10μm〜200μmの範囲であることが好ましい。
The
以上のように構成された第1及び第2の吸収型格子21,22では、第1の吸収型格子21により生成されたG1像が第2の吸収型格子22との重ね合わせにより部分的に遮蔽され、強度変調されることにより、第2の周期パターン像(以下、G2像という)が生成される。このG2像はFPD20によって撮像される。
In the first and second
第2の吸収型格子22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22の格子ピッチp2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、G2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、G2像にいわゆる回転モアレが発生する。しかし、G2像に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の配列ピッチより大きい範囲であれば特に問題はない。理想的にはモアレ縞が発生し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)の確認に利用することができる。
There is a slight difference between the pattern period of the G1 image at the position of the second absorption type grating 22 and the grating pitch p 2 of the second absorption type grating 22 due to manufacturing errors and arrangement errors. Thus, moire fringes are generated in the G2 image. Further, when an error occurs in the lattice arrangement direction of the first and second
X線源11と第1の吸収型格子21との間に被検体Hを配置すると、FPD20により検出されるG2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、FPD20で検出されたG2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
次に、G2像の解析方法について原理的な説明を行う。同図には、被検体Hのx方向に関する位相シフト分布Φ(x)に応じて屈折する1つのX線が例示されている。符号50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50を進むX線は、第1及び第2の吸収型格子21,22を通過してFPD20に入射する。符号51は、被検体Hが存在する場合に、被検体Hにより屈折して偏向したX線の経路を示している。この経路51を進むX線は、第1の吸収型格子21を通過した後、第2の吸収型格子22のX線遮蔽部22aにより遮蔽される。
Next, the principle of the G2 image analysis method will be described. In the figure, one X-ray refracted according to the phase shift distribution Φ (x) in the x direction of the subject H is illustrated.
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-ray travels.
第1の吸収型格子21から第2の吸収型格子22の位置に投影された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 type grating 21 to the position of the second absorption type grating 22 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. . 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.
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.
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、FPD20で検出される各画素40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40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
したがって、各画素40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、プレ撮影時及び本撮影時に、上記位相ズレ量ψを下記に示す縞走査法を用いて算出し、それぞれについて位相微分像を生成する。
Accordingly, by obtaining the phase shift amount ψ of the intensity modulation signal of each
縞走査法では、第1及び第2の吸収型格子21,22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23により第2の吸収型格子22を移動させる。G2像に生じるモアレ縞は、第2の吸収型格子22の移動に伴って移動し、並進距離(x方向への移動量)が、第2の吸収型格子22の格子周期の1周期(格子ピッチp2)に達すると(すなわち、位相変化が2πに達すると)、元の位置に戻る。このように、格子ピッチp2の整数分の1ずつ第2の吸収型格子22を移動させながら、FPD20でG2像を撮影する。撮影により得られた複数の画像データから各画素の強度変調信号を取得し、前述の画像処理部14内の位相微分像生成部30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が得られる。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
図5は、格子ピッチp2をM(2以上の整数)個に分割した走査ピッチ(p2/M)ずつ第2の吸収型格子22を移動させる様子を模式的に示している。走査機構23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22を順に並進移動させる。なお、同図では、第2の吸収型格子22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22の位置でのG1像の暗部が、X線遮蔽部22a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 how the second absorption grating 22 is moved by the scanning pitch (p 2 / M) obtained by dividing the grating pitch p 2 into M (an integer of 2 or more). The
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線の成分(非屈折成分)が第2の吸収型格子22を通過する。次に、k=1,2,・・・と順に第2の吸収型格子22を移動させていくと、第2の吸収型格子22を通過するX線は、非屈折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(屈折成分)が増加する。特に、k=M/2の位置では、主として、屈折成分のみが第2の吸収型格子22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22を通過するX線は、屈折成分が減少する一方で、非屈折成分が増加する。 First, at the position of k = 0, mainly the X-ray component (non-refractive component) that has not been refracted by the subject H passes through the second absorption type grating 22. Next, when the second absorption type grating 22 is moved in order of k = 1, 2,..., X-rays passing through the second absorption type grating 22 are reduced in non-refractive components. The X-ray component (refractive component) refracted by the subject H increases. In particular, at the position of k = M / 2, only the refraction component mainly passes through the second absorption type grating 22. When the position exceeds k = M / 2, the X-ray passing through the second absorption grating 22 decreases the refractive component while increasing the non-refractive component.
k=0,1,2,・・・,M−1の各位置で、FPD20により撮影を行い画像データを生成すると、各画素40について、M個の画素データが得られる。以下に、このM個の画素データから上記各画素40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22の位置kにおける各画素40の画素データIk(x)は、一般に次式(9)で表される。
When photographing is performed by the
ここで、xは画素のx方向に関する座標、A0は入射X線の強度、Anは強度変調信号のコントラストに対応する値、nは正の整数、iは虚数単位である。また、φ(x)は、上記屈折角φを画素40の座標xの関数として表したものである。
Here, x is the coordinate in the x direction of the pixel, A 0 is the intensity of the incident X-ray, A n is a value corresponding to the contrast of the intensity-modulated signal, n represents a positive integer, i is the imaginary unit. Φ (x) represents the refraction angle φ as a function of the coordinate x of the
次式(10)で表される関係式を適用すると、上記屈折角φ(x)は、式(11)のように表される。 When the relational expression expressed by the following expression (10) is applied, the refraction angle φ (x) is expressed as expression (11).
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40で得られたM個の画素データで表される強度変調信号から、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 based on the equation (11) from the intensity modulation signal represented by M pixel data obtained at each
具体的には、図6(a)、(b)に示すように、強度変調信号は、第2の吸収型格子22の位置kに対して、格子ピッチp2の周期で周期的に変化する。同図中の実線は、本撮影時に得られる強度変調信号を例示しており、位相ズレ量ψ1を有している。破線は、プレ撮影時に得られる強度変調信号を例示しており、位相ズレ量ψ0を有している。プレ撮影時の位相ズレ量ψ0は、第1及び第2の吸収型格子21,22の格子歪みや、作成誤差、配置誤差などにより生じるものである。
Specifically, as shown in FIGS. 6A and 6B, the intensity modulation signal periodically changes with a period of the grating pitch p 2 with respect to the position k of the second absorption type grating 22. . The solid line in the figure exemplifies the intensity modulation signal obtained at the time of actual photographing, and has a phase shift amount ψ 1 . The broken line exemplifies an intensity modulation signal obtained at the time of pre-photographing, and has a phase shift amount ψ 0 . The phase shift amount ψ 0 at the time of pre-photographing is caused by lattice distortion, creation error, arrangement error, and the like of the first and
図6(a)は、被検体検出領域20a内の画素40の強度変調信号を例示したものであり、本撮影時に被検体Hの影響により強度変調信号に位相ズレが生じた場合を示している。これに対して、図6(b)は、素抜け領域20b内の画素40の強度変調信号を例示したものであり、強度変調信号の位相差(Δψ=ψ1−ψ0)は、プレ撮影時と本撮影時とでの第2の吸収型格子22の走査開始位置(図5のk=0の位置)の変動量に起因している。走査機構23として、圧電素子等のアクチュエータを用いた場合には、走査ピッチ(p2/M)は比較的精度良く制御することが可能であるが、第2の吸収型格子22を、k=0からk=M−1まで走査を行った後、k=0の初期位置に戻した際に、精度良く元の位置に戻らず、無視することのできない程度(数μm程度)の誤差が生じることがある。この誤差が上記変動量に相当する。
FIG. 6A illustrates an intensity modulation signal of the
以上の説明では、画素40のy方向に関するy座標を考慮していないが、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次元的な位相ズレ量の分布ψ0(x,y)及びψ1(x,y)が得られる。ψ0(x,y)は、プレ撮影時に位相微分像生成部30からオフセットデータ記憶部31に入力される位相微分像(オフセットデータ)に相当する。また、ψ1(x,y)は、本撮影時に位相微分像生成部30から変動量算出部32及び減算処理部33に入力される位相微分像に相当する。なお、位相微分像を構成する物理量としては、位相ズレ量ψに限られず、屈折角φ等、位相シフト分布Φ(x)の微分値と比例関係を有するものであれば、いかなる物理量を用いてもよい。
In the above description, the y coordinate in the y direction of the
変動量算出部32は、素抜け領域20b内の所定の画素40について、ψ1(x,y)−ψ0(x,y)を算出し、これを変動量Δψとして減算処理部33に供給する。減算処理部33は、被検体検出領域20a内のすべての画素40について、ψ1(x,y)からψ0(x,y)を減算し、さらに、変動量Δψを減算する。この結果、第1及び第2の吸収型格子21,22の歪みや、作成誤差、配置誤差などに加えて、第2の吸収型格子22の走査開始位置の変動による影響が除かれ、被検体Hの特性のみが反映された位相微分像が得られる。なお、変動量算出部32は、素抜け領域20b内の複数の画素40について、ψ1(x,y)−ψ0(x,y)を算出し、これを平均化したものを変動量Δψとすることも好ましい。
The fluctuation
次に、以上のように構成されたX線撮影システム10の作用を説明する。図7のフローチャートに示すように、コンソール17からプレ撮影の開始指示がなされると(ステップS10でYES判定)、X線撮影システム10の各部が連携動作して、第2の吸収型格子22の走査とともに、X線源11によるX線の曝射及びFPD20による検出動作が行われ(ステップS11)、メモリ13に記憶された複数の画像データに基づき、位相微分像生成部30により位相微分像ψ0(x,y)が生成され(ステップS12)、オフセットデータとしてオフセットデータ記憶部31に記憶される(ステップS13)。プレ撮影は、以上で動作が終了し、第2の吸収型格子22は、走査開始位置(初期位置)に戻される(ステップS14)。プレ撮影の終了時には、プレ撮影が終了した旨が、モニタへのメッセージ表示等により、操作者に報知される(ステップS15)。
Next, the operation of the X-ray imaging system 10 configured as described above will be described. As shown in the flowchart of FIG. 7, when an instruction to start pre-imaging is given from the console 17 (YES in step S <b> 10), each unit of the X-ray imaging system 10 operates in cooperation to Along with the scanning, X-ray exposure by the
このプレ撮影は、本撮影のたびに毎回行う必要はなく、X線撮影システム10の立ち上げ時等に適宜行えばよい。オフセットデータ記憶部31に記憶されたオフセットデータは、再度プレ撮影が行われた場合には、新たに得られたオフセットデータに上書きされる。
This pre-imaging does not have to be performed every time the main imaging is performed, and may be performed as appropriate when the X-ray imaging system 10 is started up. The offset data stored in the offset
次に、被検体Hを透過したX線が筐体24のX線入射面24aに示された枠線25c内にのみ入射するように配置した状態で本撮影が行われる。図8のフローチャートに示すように、コンソール17からプレ撮影の開始指示がなされると(ステップS20でYES判定)、プレ撮影と同様に、第2の吸収型格子22の走査とともに、X線源11によるX線の曝射及びFPD20による検出動作が行われ(ステップS21)、位相微分像生成部30により位相微分像ψ1(x,y)が生成される(ステップS22)。
Next, the main imaging is performed in a state where the X-rays transmitted through the subject H are arranged so as to be incident only on the
次いで、変動量算出部32により、素抜け領域20b内の所定の画素40について、位相微分像ψ1(x,y)からオフセットデータ記憶部31のオフセットデータψ0(x,y)が減算され、変動量Δψが算出される(ステップS23)。そして、減算処理部33により、被検体検出領域20a内のすべての画素40について、位相微分像ψ1(x,y)からオフセットデータψ0(x,y)が減算され、さらに、被検体検出領域20a内のすべての画素40について変動量Δψが減算される(ステップS24)。
Next, the fluctuation
減算処理部33により減算処理が行われた位相微分像は、位相コントラスト画像生成部34に入力され、x方向に対応する方向への積分処理により、位相コントラスト画像が生成される(ステップS25)。そして、位相コントラスト画像は、画像記録部15に記録された後、コンソール17に出力され、モニタに表示される(ステップS26)。以上で、本撮影は終了する。
The phase differential image subjected to the subtraction processing by the
なお、ステップS24では、被検体検出領域20a内の画素40だけでなく、受像部41のすべての画素40について、位相微分像ψ1(x,y)からオフセットデータψ0(x,y)を減算し、さらに、受像部41のすべての画素40について変動量Δψを減算するようにしても良い。
In step S24, the offset data ψ 0 (x, y) is obtained from the phase differential image ψ 1 (x, y) not only for the
以上のように、本発明の第1実施形態により生成される位相コントラスト画像は、第1及び第2の吸収型格子21,22の歪みや、作成誤差、配置誤差などに加えて、第2の吸収型格子22の走査開始位置の変動による影響が除かれ、被検体Hの特性のみが反映された高画質のX線画像となる。なお、本発明の第1実施形態では、プレ撮影と本撮影との間での第2の吸収型格子22の走査開始位置の変動に限られず、プレ撮影と本撮影との間で第1の吸収型格子21の位置が何らかの原因によりx方向に変動した場合においても、その変動による影響が除去されることは言うまでもない。
As described above, the phase contrast image generated by the first embodiment of the present invention includes the second and
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、X線源11からFPD20までの距離を長くした場合に、X線焦点11a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。そこで、本発明の第2実施形態として、図9に示すように、X線源11の射出側にマルチスリット(線源格子)60を配置する。第2実施形態のX線撮影システムは、マルチスリット60を備えること以外は、上記第1実施形態と同一構成である。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, when the distance from the
マルチスリット60は、第1及び第2の吸収型格子21,22と同様な構成の吸収型格子であり、y方向に延伸した複数のX線遮蔽部61が、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60は、X線源11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。なお、x方向に隣接するX線遮蔽部61の間には、同様に、X線低吸収部(図示せず)が設けられている。
The multi-slit 60 is an absorption-type grating having the same configuration as the first and second absorption-
本実施形態では、プレ撮影と本撮影との間で第1の吸収型格子21やマルチスリット60の位置が何らかの原因によりx方向に変動した場合においても、その変動による影響が位相コントラスト画像から除去される。 In the present embodiment, even when the positions of the first absorption grating 21 and the multi-slit 60 change in the x direction for some reason between the pre-photographing and the main photographing, the influence due to the variation is removed from the phase contrast image. Is done.
(第3実施形態)
上記第1及び第2実施形態では、第1の吸収型格子21を、X線低吸収部21b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、第1の吸収型格子21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特許第4445397号公報等に記載の構成とすることも可能である。本発明の第3実施形態として、第1の吸収型格子21を回折格子とし、第1及び第2の吸収型格子21,22の間の距離L2をタルボ干渉距離に設定して、タルボ干渉計を構成する。本実施形態では、タルボ干渉効果により第1の格子21により生成されるG1像(自己像)が、第2の吸収型格子22の位置に形成される。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the first absorption type grating 21 is configured to linearly project the X-rays that have passed through the X-ray
また、本実施形態では、第1の吸収型格子21を、位相型格子(位相型回折格子)としても良い。この場合には、X線高吸収部21aとX線低吸収部21aとの間で、X線に“π”または“0.5π”の位相差が生じるように、厚みや材料を設定すれば良い。
In the present embodiment, the first absorption type grating 21 may be a phase type grating (phase type diffraction grating). In this case, if the thickness and material are set such that a phase difference of “π” or “0.5π” is generated in the X-ray between the X-ray
なお、上記第1〜第3実施形態では、被検体HをX線源11と第1の吸収型格子21との間に配置しているが、被検体Hを第1の吸収型格子21と第2の吸収型格子22との間に配置しても良い。この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。
In the first to third embodiments, the subject H is arranged between the
(第4実施形態)
また、上記第1〜第3実施形態では、第2の吸収型格子22がFPD20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22を排することができる。本発明の第4実施形態として、第2の吸収型格子22を排して、下記の構成のX線画像検出器を用いる。
(Fourth embodiment)
In the first to third embodiments, the second absorption type grating 22 is provided independently of the
本実施形態の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いる。本実施形態では、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。 The X-ray image detector of the present embodiment is a direct conversion type X-ray image detector including a conversion layer that converts X-rays into charges, and a charge collection electrode that collects charges converted in the conversion layer. The charge collection electrode of each pixel is configured by arranging a plurality of linear electrode groups formed by electrically connecting linear electrodes arranged at a constant period so that their phases are different from each other. In this embodiment, the charge collection electrode constitutes the intensity modulation means described in the claims.
図10において、本実施形態のFPD70には、画素71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71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72が形成されている。電荷収集電極72は、第1〜第6の線状電極群72a〜72f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72aの位相を0とすると、第2の線状電極群72bの位相はπ/3、第3の線状電極群72cの位相は2π/3、第4の線状電極群72dの位相はπ、第5の線状電極群72eの位相は4π/3、第6の線状電極群72fの位相は5π/3である。
10, in the
さらに、各画素71には、電荷収集電極72により収集された電荷を読み出すためのスイッチ群73が設けられている。スイッチ群73は、第1〜第6の線状電極群72a〜72f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72a〜72fにより収集された電荷を、スイッチ群73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G2像が検出される。この6種類のG2像に対応する複数の画像データに基づいて位相コントラスト画像が生成される。その他の構成については、上記第1実施形態と同一であるので、説明は省略する。
Further, each
本実施形態では、撮影部12から第2の吸収型格子22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G2像を検出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、走査機構23を排することができる。なお、上記構成の電荷収集電極72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。
In the present embodiment, since the second absorption type grating 22 is not required from the imaging unit 12, the cost can be reduced and the thickness can be further reduced. Further, in the present embodiment, since a plurality of G2 images that have been intensity-modulated with different phases can be detected by one imaging, physical scanning for fringe scanning becomes unnecessary, and the
さらに、第2の吸収型格子22を排することを可能とする別の実施形態として、X線画像検出器によりG1像を直接検出し、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、互いに位相の異なる複数のG2像に対応する画像データを生成することも可能である。 Furthermore, as another embodiment that makes it possible to eliminate the second absorption type grating 22, a G1 image is directly detected by an X-ray image detector, and periodically sampled while changing the phase by signal processing. It is also possible to generate image data corresponding to a plurality of G2 images having different phases.
(第5実施形態)
また、上記第1〜第4実施形態では、縞走査法により位相微分像を求めているが、本発明はこれに限定されず、国際公開WO2010/050483に記載されたフーリエ変換法により位相微分像を求めてもよい。このフーリエ変換法は、X線画像検出器により得られた1枚分の画像データをフーリエ変換することによって画像データに生じるモアレ縞のフーリエスペクトルを取得し、このフーリエスペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトルを分離して逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分像を得る方法である。この場合には、第1及び第2の吸収型格子21,22を移動させる必要がなく、走査機構23が不要となる。
(Fifth embodiment)
In the first to fourth embodiments, the phase differential image is obtained by the fringe scanning method, but the present invention is not limited to this, and the phase differential image is obtained by the Fourier transform method described in International Publication WO2010 / 050833. You may ask for. This Fourier transform method obtains a Fourier spectrum of moire fringes generated in image data by Fourier transforming one piece of image data obtained by an X-ray image detector, and a spectrum corresponding to the carrier frequency from this Fourier spectrum. This is a method of obtaining a phase differential image by performing inverse Fourier transform by separating. In this case, it is not necessary to move the first and
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に限定されず、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。また、放射線として、X線以外に、ガンマ線等を用いることも可能である。 Each embodiment described above is not limited to a radiographic system for medical diagnosis, but can be applied to other radiographic systems for industrial use. In addition to X-rays, gamma rays or the like can be used as radiation.
10 X線撮影システム
11 X線源
11a X線焦点
12 撮影部
14 画像処理部
16 撮影制御部
18 システム制御部
20 フラットパネル検出器(FPD)
21 第1の吸収型格子(第1の格子)
21a X線遮蔽部(X線高吸収部)
21b X線低吸収部
22 第2の吸収型格子(第2の格子)
22a X線遮蔽部(X線高吸収部)
22b X線低吸収部
23 走査機構
24 筐体
30 位相微分像生成部
31 オフセットデータ記憶部
32 変動量算出部
33 減算処理部
34 位相コントラスト画像生成部
40 画素
41 受像部
60 マルチスリット(線源格子)
70 FPD
71 画素
72 電荷収集電極
72a〜72f 第1〜第6の線状電極群
73 スイッチ群
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
21 First absorption type grating (first grating)
21a X-ray shielding part (X-ray high absorption part)
21b X-ray
22a X-ray shielding part (X-ray high absorption part)
22b X-ray
70 FPD
71
Claims (17)
前記第1の周期パターン像に対して強度変調を与えて第2の周期パターン像を生成する強度変調手段と、
前記第2の周期パターン像の検出面に、被検体を透過せずに入射する前記第2の周期パターン像の成分を検出するための素抜け領域を有し、前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線画像検出器と、
前記画像データに基づいて位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、
被検体を配置した状態で前記位相微分像生成手段により生成される第1の位相微分像と、被検体を配置しない状態で前記位相微分像生成手段により生成される第2の位相微分像とに基づき、前記素抜け領域における前記第1及び第2の位相微分像の位相微分値の差分を取る値ことにより変動量を算出する変動量算出手段と、
前記第1の位相微分像から前記第2の位相微分像を減算し、さらに、すべての画素について前記変動量を減算する減算処理手段と、
を備えることを特徴とする放射線撮影システム。 A first grating for generating a first periodic pattern image by passing radiation emitted from a radiation source;
Intensity modulation means for applying intensity modulation to the first periodic pattern image to generate a second periodic pattern image;
A detection area for detecting a component of the second periodic pattern image incident on the detection surface of the second periodic pattern image without passing through the subject, and the second periodic pattern image is A radiation image detector for detecting and generating image data;
Phase differential image generating means for generating a phase differential image based on the image data;
A first differential phase image generated by the phase differential image generation unit in a state where the subject is disposed, and a second differential phase image generated by the phase differential image generation unit in a state where the subject is not disposed. A fluctuation amount calculating means for calculating a fluctuation amount by taking a difference between the phase differential values of the first and second phase differential images in the background missing region,
Subtracting means for subtracting the second phase differential image from the first phase differential image, and further subtracting the fluctuation amount for all pixels;
A radiation imaging system comprising:
被検体を配置しない状態でのプレ撮影指示に応じて、前記強度変調手段、前記放射線画像検出器、及び前記位相微分像生成手段を動作させ、前記位相微分像生成手段により生成される位相微分像を前記第2の位相微分像として前記記憶手段に記憶させる制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影システム。 Storage means for storing the second phase differential image;
A phase differential image generated by the phase differential image generation unit by operating the intensity modulation unit, the radiation image detector, and the phase differential image generation unit in response to a pre-imaging instruction in a state where no subject is arranged. Control means for storing in the storage means as the second differential phase image,
The radiation imaging system according to claim 1, further comprising:
前記放射線画像検出器は、前記各第2の周期パターン像を検出して複数の画像データを生成し、
前記位相微分像生成手段は、前記複数の画像データに基づき、前記相対位置に対する画素データの強度変化を表す強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより前記位相微分像を生成することを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の放射線撮影システム。 The intensity modulation means applies intensity modulation at a plurality of relative positions having different phases with respect to the first periodic pattern image to generate a plurality of second periodic pattern images;
The radiation image detector detects the second periodic pattern images to generate a plurality of image data;
The phase differential image generation unit generates the phase differential image by calculating a phase shift amount of an intensity modulation signal representing an intensity change of pixel data with respect to the relative position based on the plurality of image data. The radiation imaging system according to any one of claims 1 to 4.
前記第1の周期パターン像に対して強度変調を与えて第2の周期パターン像を生成する強度変調手段と、
前記第2の周期パターン像の検出面に、被検体を透過せずに入射する前記第2の周期パターン像の成分を検出するための素抜け領域を有し、前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線画像検出器と、
前記画像データに基づいて位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、
を備えた放射線撮影システムの画像処理方法であって、
被検体を配置した状態で前記位相微分像生成手段により生成される第1の位相微分像と、被検体を配置しない状態で前記位相微分像生成手段により生成される第2の位相微分像とに基づき、前記素抜け領域における前記第1及び第2の位相微分像の位相微分値の差分を取ることにより変動量を算出するステップと、
前記第1の位相微分像から前記第2の位相微分像を減算し、さらに、すべての画素について前記変動量を減算するステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。 A first grating for generating a first periodic pattern image by passing radiation emitted from a radiation source;
Intensity modulation means for applying intensity modulation to the first periodic pattern image to generate a second periodic pattern image;
A detection area for detecting a component of the second periodic pattern image incident on the detection surface of the second periodic pattern image without passing through the subject, and the second periodic pattern image is A radiation image detector for detecting and generating image data;
Phase differential image generating means for generating a phase differential image based on the image data;
An image processing method for a radiation imaging system comprising:
A first differential phase image generated by the phase differential image generation unit in a state where the subject is disposed, and a second differential phase image generated by the phase differential image generation unit in a state where the subject is not disposed. A step of calculating a variation amount by taking a difference between the phase differential values of the first and second phase differential images in the blank region,
Subtracting the second phase differential image from the first phase differential image, and further subtracting the variation amount for all pixels;
An image processing method comprising:
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012170618A (en) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | Radiography system |
JP2015522154A (en) * | 2012-06-27 | 2015-08-03 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Diagnostic imaging system and operating method |
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2011
- 2011-02-04 JP JP2011022483A patent/JP2012035050A/en not_active Withdrawn
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