JP2014138626A - Radiographic apparatus and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、格子を用いて位相イメージングを行う放射線撮影装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a radiation imaging apparatus that performs phase imaging using a grating and a control method thereof.
放射線、例えば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。 Radiation, such as X-rays, has a characteristic that it attenuates depending on the atomic number of the elements constituting the substance, and the density and thickness of the substance, so it is used as a probe for seeing through the inside of the subject. Yes. X-ray imaging is widely used in fields such as medical diagnosis and non-destructive inspection.
一般的なX線撮影装置では、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 apparatus, 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 the 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.
しかし、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線吸収像に十分な濃淡(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線吸収能の差が小さいため、コントラストが得られにくい。 However, since the X-ray absorption ability is lower as a substance composed of an element having a smaller atomic number, there is a problem that a soft tissue or soft material of a living body cannot obtain a sufficient contrast (contrast) in an X-ray absorption image. For example, most of the components of the cartilage portion constituting the joint of the human body and the joint fluid in the vicinity thereof are water, and the difference in the X-ray absorption capacity between them is small, so that it is difficult to obtain contrast.
近年、被検体のX線吸収能の違いによるX線の強度変化に代えて、被検体の屈折率の違いによるX線の位相変化に基づいた位相コントラスト画像を得るX線位相イメージングの開発が進められている。この位相変化に基づいた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取得することができる。 In recent years, the development of X-ray phase imaging that obtains a phase contrast image based on a phase change of X-rays due to a difference in the refractive index of the subject instead of a change in X-ray intensity due to a difference in the X-ray absorption ability of the subject has been advanced. It has been. In X-ray phase imaging based on this phase change, a high-contrast image can be acquired even for a weakly absorbing object with low X-ray absorption capability.
このようなX線位相イメージングを可能とするX線撮影装置として、X線源とX線画像検出器との間に、第1及び第2の格子を所定の間隔で平行に配置し、第1の格子によるタルボ効果によって第2の格子の位置に自己像を形成し、この自己像を第2の格子により部分的に遮蔽してX線画像検出器で検出することにより生成された画像データに基づいて位相コントラスト画像を取得するX線撮影装置が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
As an X-ray imaging apparatus capable of such X-ray phase imaging, first and second gratings are arranged in parallel at a predetermined interval between an X-ray source and an X-ray image detector. A self-image is formed at the position of the second grating by the Talbot effect by the grating of, and the self-image is partially shielded by the second grating and detected by the X-ray image detector. An X-ray imaging apparatus that acquires a phase contrast image based on this has been proposed (see, for example,
上記自己像は、第1の格子の位置から下流に所定の距離だけ離れた位置に形成され、この距離はタルボ距離と呼ばれている。タルボ効果を利用したX線撮影装置では、第1の格子と第2の格子との間隔をタルボ距離に設定する必要がある。このタルボ距離は、X線源から放射されるX線の波長に依存する。第1の格子と第2の格子との間隔がタルボ距離からずれると画質の低下を招くため、特許文献2では、X線源の管電圧に応じて、第1及び第2の格子の位置調整を行うことが提案されている。
The self-image is formed at a position separated by a predetermined distance downstream from the position of the first grating, and this distance is called a Talbot distance. In an X-ray imaging apparatus using the Talbot effect, it is necessary to set the distance between the first grating and the second grating to the Talbot distance. This Talbot distance depends on the wavelength of X-rays emitted from the X-ray source. If the distance between the first grating and the second grating deviates from the Talbot distance, the image quality deteriorates. Therefore, in
しかしながら、タルボ距離は、第1の格子に入射するX線の波長によって決まるため、X線源と第1の格子との間に被検体を配置した場合には、被検体での相互作用(吸収や散乱)によって被検体透過後のX線の波長が変化し、被検体に対応する部分でタルボ距離が変化することにより、肝心な被検体部分の画質が劣化するといった問題がある。 However, since the Talbot distance is determined by the wavelength of X-rays incident on the first grating, when the subject is placed between the X-ray source and the first grating, the interaction (absorption) in the subject. The wavelength of the X-rays after passing through the subject changes due to the scattering of the subject, and the Talbot distance changes in the portion corresponding to the subject, so that there is a problem that the image quality of the important subject portion deteriorates.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、タルボ効果を利用した放射線撮影装置において、タルボ距離の変化による被検体部分の画質劣化を防止することを可能とする放射線撮影装置及びその制御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 in a radiographic apparatus using the Talbot effect, a radiographic apparatus capable of preventing image quality deterioration of a subject portion due to a change in Talbot distance and control thereof It aims to provide a method.
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影装置は、放射線源から放射された放射線を通過させるとともに、タルボ効果により第1の周期パターン像を生成する第1の格子と、前記第1の格子に対向配置され、前記第1の周期パターン像を部分的に遮蔽して第2の周期パターン像を生成する第2の格子と、前記第1及び第2の格子の少なくとも一方の位置を調整する位置調整部と、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画像を生成する位相微分画像生成部と、前記放射線源と前記第1の格子の間に配置された被検体を通過した後の放射線の波長に関連するパラメータに基づいて前記位置調整部を制御して、前記第1の格子と前記第2の格子との間の距離を、被検体を通過した後の放射線により生じるタルボ距離に設定する制御部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a radiation imaging apparatus of the present invention passes a radiation emitted from a radiation source and generates a first periodic pattern image by the Talbot effect, and the first grating Adjusting the position of at least one of the first and second gratings, a second grating disposed opposite to the grating and partially shielding the first periodic pattern image to generate a second periodic pattern image A position adjustment unit that detects the second periodic pattern image to generate image data, a phase differential image generation unit that generates a phase differential image based on the image data, and the radiation source And the first grating and the second grating by controlling the position adjustment unit based on a parameter related to the wavelength of radiation after passing through the subject arranged between the first grating and the first grating. The distance between Characterized in that it comprises a control unit for setting the Talbot distance caused by radiation after passing through the sample.
前記制御部は、前記放射線源から放射される放射線の特性に関連する第1のパラメータと、被検体の種別を表す第2のパラメータとにより決定されるタルボ距離に基づいて前記位置調整部を制御する。前記第1のパラメータは、前記放射線源の管電圧の設定値である。 The control unit controls the position adjusting unit based on a Talbot distance determined by a first parameter related to characteristics of radiation emitted from the radiation source and a second parameter representing the type of subject. To do. The first parameter is a set value of the tube voltage of the radiation source.
前記制御部は、前記第1のパラメータに基づき、被検体に入射する前の放射線の第1のエネルギスペクトルを決定する第1のエネルギスペクトル決定部と、前記第2のパラメータに基づき、放射線の被検体の透過率を決定する被検体透過率決定部と、前記第1のエネルギスペクトルに前記透過率を掛け合わせることにより第2のネルギスペクトルを決定する第2のエネルギスペクトル決定部と、前記第2のネルギスペクトルの中心エネルギに対応する中心波長を算出し、この中心波長からタルボ距離を算出するタルボ距離算出部と、を備える。 The control unit is configured to determine a first energy spectrum determining unit that determines a first energy spectrum of radiation before entering the subject based on the first parameter, and based on the second parameter. A subject transmittance determining unit that determines the transmittance of the sample, a second energy spectrum determining unit that determines a second energy spectrum by multiplying the first energy spectrum by the transmittance, and the second A Talbot distance calculating unit that calculates a center wavelength corresponding to the center energy of the energy spectrum and calculates a Talbot distance from the center wavelength.
前記被検体透過率決定部は、被検体に対応する線減弱係数と、被検体の厚みとに基づいて前記透過率を決定する。 The subject transmittance determining unit determines the transmittance based on a linear attenuation coefficient corresponding to the subject and the thickness of the subject.
前記放射線源から放射される放射線はコーンビーム状であり、前記位置調整部は、前記第1の格子の位置を調整する第1の位置調整部と、前記第2の格子の位置を調整する第2の位置調整部とからなり、前記制御部は、前記第1及び第2の位置調整部を制御することにより、前記放射線源と前記第1の格子との間の距離と、前記第1の格子と前記第2の格子との間の距離とをそれぞれ設定する。 The radiation emitted from the radiation source has a cone beam shape, and the position adjusting unit adjusts the position of the first grating and the first position adjusting part for adjusting the position of the first grating. The position adjustment unit, and the control unit controls the first and second position adjustment units to control the distance between the radiation source and the first grating, and the first position adjustment unit. A distance between the grating and the second grating is set.
本発明の放射線撮影装置は、前記位相微分画像を、前記第1及び第2の格子の格子線に直交する方向に沿って積分処理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を備える。 The radiation imaging apparatus of the present invention includes a phase contrast image generation unit that generates a phase contrast image by integrating the phase differential image along a direction orthogonal to the lattice lines of the first and second gratings. .
前記第1の格子に対する前記第2の格子の相対位置を変更し、複数の走査位置に順に設定する走査手段を備え、前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成し、前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成する。 Scanning means for changing the relative position of the second grating with respect to the first grating and sequentially setting a plurality of scanning positions, and the radiation image detector includes the second periodic pattern image at each scanning position. The phase differential image generation unit generates a phase differential image based on a plurality of image data generated by the radiation image detector.
本発明の放射線撮影装置は、前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備える。 The radiation imaging apparatus of the present invention includes a multi-slit that partially blocks the radiation emitted from the radiation source and disperses the focal point.
本発明の放射線撮影装置の制御方法は、放射線源から放射された放射線を通過させるとともに、タルボ効果により第1の周期パターン像を生成する第1の格子と、前記第1の格子に対向配置され、前記第1の周期パターン像を部分的に遮蔽して第2の周期パターン像を生成する第2の格子と、前記第1及び第2の格子の少なくとも一方の位置を調整する位置調整部と、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画像を生成する位相微分画像生成部と、を備えた放射線撮影装置の制御方法において、前記放射線源と前記第1の格子の間に配置された被検体を通過した後の放射線の波長に関連するパラメータに基づいて前記位置調整部を制御して、前記第1の格子と前記第2の格子との間の距離を、被検体を通過した後の放射線により生じるタルボ距離に設定する。 In the method for controlling a radiographic apparatus according to the present invention, a radiation emitted from a radiation source is allowed to pass, and a first grating that generates a first periodic pattern image by the Talbot effect is disposed opposite to the first grating. A second grating that partially shields the first periodic pattern image to generate a second periodic pattern image, and a position adjusting unit that adjusts a position of at least one of the first and second gratings. Control of a radiation imaging apparatus comprising: a radiation image detector that detects the second periodic pattern image and generates image data; and a phase differential image generation unit that generates a phase differential image based on the image data In the method, the position adjustment unit is controlled based on a parameter related to a wavelength of radiation after passing through an object disposed between the radiation source and the first grating, and the first grating and Above The distance between the second grating is set to Talbot distance caused by radiation after passage through the object.
本発明によれば、放射線源と第1の格子の間に配置された被検体を通過した後の放射線の波長に関連するパラメータに基づいて位置調整部を制御して、第1の格子と第2の格子との間の距離を、被検体を通過した後の放射線により生じるタルボ距離に設定するので、被検体部分の画質劣化を防止することができる。 According to the present invention, the position adjustment unit is controlled based on the parameter related to the wavelength of the radiation after passing through the subject arranged between the radiation source and the first grating, and the first grating and the first grating are controlled. Since the distance between the two grids is set to the Talbot distance generated by the radiation after passing through the subject, image quality deterioration of the subject portion can be prevented.
(第1の実施形態)
図1において、X線撮影装置10は、X線源11、撮影部12、メモリ13、画像処理部14、画像記録部15、撮影制御部16、コンソール17、及びシステム制御部18を備えている。X線源11は、例えば、回転陽極型のX線管と、X線の照射野を制限するコリメータとを有し、被検体Hに向けてX線を放射する。
(First embodiment)
In FIG. 1, an X-ray imaging apparatus 10 includes an
撮影部12は、X線画像検出器20と、第1及び第2の格子21,22とからなる。第1及び第2の格子21,22は、吸収型格子であり、X線照射方向であるz方向に関してX線源11に対向配置されている。X線源11と第1の格子21との間には、被検体Hが配置可能な間隔が設けられている。X線画像検出器20は、半導体回路を用いたフラットパネル検出器であり、第2の格子22の背後に、検出面20aがz方向に直交するように配置されている。
The imaging unit 12 includes an
第1の格子21は、z方向に直交する格子面内の一方向であるy方向に延伸された複数のX線吸収部21a及びX線透過部21bを備えている。X線吸収部21a及びX線透過部21bは、z方向及びy方向に直交するx方向に沿って交互に配列されており、縞状のパターンを形成している。第2の格子22は、第1の格子21と同様にy方向に延伸され、かつx方向に沿って交互に配列された複数のX線吸収部22a及びX線透過部22bを備えている。X線吸収部21a,22aは、金(Au)、白金(Pt)等のX線吸収性を有する金属からなる。X線透過部21b,22bは、シリコン(Si)や樹脂等のX線透過性を有する材料からなる。
The
X線源11から放射されるX線は、第1の格子21を通過するX線にタルボ効果を発生させうるだけの空間干渉性を有する。第1の格子21は、X線源11から放射されたX線を部分的に通過させ、タルボ効果によりタルボ距離だけ離れた位置に自己像(第1の周期パターン像)を生成する。第2の格子22は、第1の格子21により生成された第1の周期パターン像(以下、G1像という)を部分的に透過させて第2の周期パターン像(以下、G2像という)を生成する。G1像は、第2の格子22の格子パターンとほぼ一致する。
X-rays radiated from the
X線画像検出器20は、G2像を検出して画像データを生成する。メモリ13は、X線画像検出器20から読み出された画像データを一時的に記憶する。画像処理部14は、位相微分画像生成部14aと位相コントラスト画像生成部14bとにより構成されている。位相微分画像生成部14aは、メモリ13に記憶された画像データに基づいて位相微分画像を生成する。位相コントラスト画像生成部14bは、位相微分画像に基づいて位相コントラスト画像を生成する。画像記録部15は、位相微分画像や位相コントラスト画像を記録する。撮影制御部16は、X線源11及び撮影部12の制御を行う。
The
撮影部12には、第2の格子22をx方向に並進移動させ、第1の格子21に対する第2の格子22の相対位置を変更する走査機構23が設けられている。走査機構23は、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、縞走査の各走査位置でX線画像検出器20により撮影される画像データがそれぞれ記憶される。
The imaging unit 12 is provided with a scanning mechanism 23 that translates the
また、撮影部12には、第1の格子21のz方向に関する位置を調整する第1の位置調整部24と、第2の格子22のz方向に関する位置を調整する第2の位置調整部25とが設けられている。
The imaging unit 12 includes a first
コンソール17は、撮影条件(管電圧、被検体Hの種別等)の設定や撮影実行指示等の操作を可能とする操作部17aと、撮影情報や、位相微分画像、位相コントラスト画像等の表示を行うモニタ17bを備えている。システム制御部18は、操作部17aから入力される信号に応じて各部を統括的に制御する。
The
図2において、X線画像検出器20は、入射X線によりアモルファスセレン(a−Se)等の半導体膜に生じた電荷を収集する画素電極31と、画素電極31によって収集された電荷を読み出すためのTFT(Thin Film Transistor)32とを備えた画素30が2次元状に多数配列されたものである。また、X線画像検出器20は、画素30の行ごとに設けられたゲート走査線33と、各ゲート走査線33にTFT32をオンオフするための走査信号を付与する走査回路34と、画素30の列ごとに設けられた信号線35と、信号線35を介して画素30から電荷を読み出し、画像データに変換して出力する読み出し回路36とから構成されている。なお、各画素30の詳細な層構成については、特開2002−26300号公報に記載されている層構成と同様である。
In FIG. 2, an
読み出し回路36は、積分アンプ、A/D変換器、補正回路(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30から信号線35を介して出力された電荷を積分して画像信号を生成する。A/D変換器は、積分アンプにより生成された画像信号を、デジタル形式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
X線画像検出器20は、入射X線を電荷に直接変換する直接変換型に限られず、ヨウ化セシウム(CsI)やガドリウムオキシサルファイド(GOS)等のシンチレータで入射X線を可視光に変換し、可視光をフォトダイオードで電荷に変換する間接変換型であってもよい。さらに、TFTに代えて、CMOSセンサ等を用いることも可能である。
The
図3において、X線源11から照射されるX線は、X線焦点11aを発光点としたコーンビームである。第1の格子21によりG1像は、第1の格子21から下流にタルボ距離Zmだけ離れた位置に生じる。第1の格子21の格子ピッチp1、第2の格子22の格子ピッチp2、第1の格子21に入射するX線の波長λ、正の整数mを用いて、タルボ距離Zmは、下式(1)で表される。
In FIG. 3, the X-rays emitted from the
G1像は、X線焦点11aからの距離に比例して拡大される。G1像が第2の格子22の格子パターンとほぼ一致するには、X線焦点11aと第1の格子21との間の距離をL1、第1の格子21と第2の格子22との間の距離をL2として、第1の格子21の格子ピッチp1、第2の格子22の格子ピッチp2は、下式(2)をほぼ満たす必要がある。
The G1 image is enlarged in proportion to the distance from the X-ray
本実施形態では、m=1とし、上式(1)に基づき、L2=Z1を満たすように距離L2を設定するとともに、上式(2)に基づいて距離L1を設定する。距離L1,L2の設定は、前述の第1及び第2の位置調整部24,25により行われる。
In the present embodiment, m = 1 is set, the distance L 2 is set so as to satisfy L 2 = Z 1 based on the above formula (1), and the distance L 1 is set based on the above formula (2). The distances L 1 and L 2 are set by the first and second
X線源11から照射されたX線は、被検体Hを透過する際に被検体Hにより位相シフトが生じるので、第1の格子21に入射するX線の波面が歪み、これに応じてG1像が変形する。G2像にはモアレ縞が生じるが、このモアレ縞は被検体Hにより変調を受けている。この変調量は、被検体Hにより屈折したX線の屈折角に比例している。したがって、G2像をX線画像検出器20で検出し、X線画像検出器20により生成された画像データを解析することにより、被検体Hの位相情報を取得することができる。
The X-ray irradiated from the
本実施形態では、被検体Hの位相情報を取得するために縞走査法を用いる。縞走査法では、第1及び第2の格子21,22の一方を他方に対して相対的にx方向に並進移動(走査)させながら、所定の複数の走査位置でG2像の撮影を行う。本実施形態では、第1の格子21を固設し、走査機構23により第2の格子22をx方向に移動させる。G2像に生じるモアレ縞は、第2の格子22の移動に伴って移動しx方向への移動距離が第2の格子22の格子周期(格子ピッチp2)に達すると元の位置に戻る。
In the present embodiment, the fringe scanning method is used to acquire the phase information of the subject H. In the fringe scanning method, a G2 image is taken at a plurality of predetermined scanning positions while one of the first and
図4は、配列ピッチp2をM(2以上の整数)個に分割した値(p2/M)を走査ピッチとし、この走査ピッチごとに第2の格子22を並進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の格子22を順に移動させる。
FIG. 4 schematically shows a state in which the value (p 2 / M) obtained by dividing the arrangement pitch p 2 into M (integers of 2 or more) is used as the scanning pitch, and the
k=0の位置では、主として、X線源11から放射され被検体Hにより屈折されなかったX線が第2の格子22を通過する。k=1,2,・・・と順に第2の格子22を移動させていくと、第2の格子22を通過するX線は、被検体Hにより屈折されなかった成分が減少する一方で、被検体Hにより屈折された成分が増加する。特に、k=M/2の位置では、第2の格子22を通過するX線は、ほぼ被検体Hにより屈折された成分のみとなる。k=M/2の位置を超えると、第2の格子22を通過するX線は、被検体Hにより屈折された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成分が増加する。
At the position of k = 0, X-rays that are emitted from the
k=0,1,2,・・・,M−1の各走査位置で、X線画像検出器20によりG2像の撮影を行うと、X線画像検出器20により生成されたM枚の画像データがメモリ13に記憶される。
When the G2 image is captured by the
各画素30について得られるM個の画素値は、図5に例示するように、走査位置kに対して周期的に変化する。これを強度変調信号と呼ぶ。同図中の破線は、被検体Hを配置しない状態で得られる強度変調信号を例示している。これに対して、実線は、被検体Hを配置した状態で、被検体Hの影響により位相ズレ量ψ(x,y)が生じた強度変調信号を例示している。ここで、x,yは、画素30の座標を示している。 The M pixel values obtained for each pixel 30 periodically change with respect to the scanning position k as illustrated in FIG. This is called an intensity modulation signal. The broken line in the figure illustrates the intensity modulation signal obtained without the subject H being placed. On the other hand, the solid line illustrates the intensity modulation signal in which the phase shift amount ψ (x, y) is generated due to the influence of the subject H in a state where the subject H is arranged. Here, x and y indicate the coordinates of the pixel 30.
次に、位相ズレ量ψ(x,y)の算出原理について説明する。走査位置kに対する画素値Pk(x,y)の変化を表す強度変調信号は、一般に下式(3)で表される。 Next, the calculation principle of the phase shift amount ψ (x, y) will be described. The intensity modulation signal representing the change of the pixel value P k (x, y) with respect to the scanning position k is generally represented by the following expression (3).
ここで、A0は入射X線の強度に対応し、Anは強度変調信号の振幅に対応する値である。nは正の整数、iは虚数単位である。 Here, A 0 corresponds to the intensity of the incident X-ray, A n is a value corresponding to the amplitude of the intensity-modulated signal. n is a positive integer and i is an imaginary unit.
格子ピッチp2を等分割し、走査ピッチを一定とした場合には、下式(4)が成立する。この関係式を適用すると、位相ズレ量ψ(x,y)は、下式(5)で表される。 The grating pitch p 2 is equally divided, in the case where the scanning pitch is constant, the following equation (4) is satisfied. When this relational expression is applied, the phase shift amount ψ (x, y) is expressed by the following expression (5).
さらに、位相ズレ量ψ(x,y)は、三角関数を用いて下式(6)のように表される。以下、位相ズレ量ψ(x,y)を位相微分値ψ(x,y)と称する。 Further, the phase shift amount ψ (x, y) is expressed by the following equation (6) using a trigonometric function. Hereinafter, the phase shift amount ψ (x, y) is referred to as a phase differential value ψ (x, y).
位相微分画像生成部14aは、縞走査により取得されメモリ13に記憶されたM枚分の画像データに基づき、上式(9)を用いて演算を行うことにより位相微分画像を生成する。位相コントラスト画像生成部14bは、位相微分画像生成部14aにより生成された位相微分画像をx方向に沿って積分処理することにより位相コントラスト画像を生成する。
The phase differential
システム制御部18は、CPU、RAM、ROM等からなり、図6に示すように、第1のエネルギスペクトル決定部40、被検体透過率決定部41、第2のエネルギスペクトル決定部42、タルボ距離算出部43を構成している。
The
第1のエネルギスペクトル決定部40は、操作部17aにより入力される管電圧の設定値(第1のパラメータ)に基づき、X線源11から放射され、かつ被検体Hに入射する前のX線の第1のエネルギスペクトルI1(E)を、図7に示すように決定する。このエネルギスペクトルの決定は、予め記憶された複数のエネルギスペクトルから管電圧の設定値に最も近いものを選択することや、エネルギスペクトルの理論式に基づいて算出を行うことにより行われる。図7は、X線源11から放射される連続X線のエネルギスペクトルを示している。
The first energy
被検体透過率決定部41は、操作部17aにより入力される被検体Hの種別(第2のパラメータ)に基づき、下式(7)を用いてX線の被検体Hの透過率Tt(E)を決定する。
The subject
ここで、μ(E)は、X線が被検体Hと相互作用(吸収、散乱)することによる減弱度を表す線減弱係数であり、X線のエネルギEに依存する。tは、X線の透過方向(z方向)に関する被検体Hの厚みを表す。被検体透過率決定部41は、被検体Hの種別に応じた線減弱係数μ(E)と厚みtを保持しており、これらを上式(7)に適用することにより透過率Tt(E)を求める。
Here, μ (E) is a linear attenuation coefficient that represents the attenuation due to the interaction (absorption, scattering) of X-rays with the subject H, and depends on the energy E of the X-rays. t represents the thickness of the subject H with respect to the X-ray transmission direction (z direction). The subject
第2のエネルギスペクトル決定部42は、下式(8)で示すように、第1のエネルギスペクトルI1(E)に透過率Tt(E)を掛け合わせることにより、第2のエネルギスペクトルI2(E)を生成する。
As shown in the following formula (8), the second energy
X線はエネルギEが小さいほど被検体Hに吸収されやすい(線減弱係数μ(E)はエネルギEが小さいほど大きい)という特性を有するため、図7に示すように、第2のエネルギスペクトルI2(E)の中心エネルギEc2は、第1のエネルギスペクトルI1(E)の中心エネルギEc1より高エネルギ側にシフトする。 Since the X-ray has a characteristic that the smaller the energy E, the easier it is absorbed by the subject H (the linear attenuation coefficient μ (E) is larger as the energy E is smaller). Therefore, as shown in FIG. The center energy E c2 of 2 (E) is shifted to a higher energy side than the center energy E c1 of the first energy spectrum I 1 (E).
タルボ距離算出部43は、第2のエネルギスペクトルI2(E)から中心エネルギEc2を求め、E=hc/λの関係から中心エネルギEc2に対応する中心波長λ0を算出し、この波長λを上式(1)に代入することにより、タルボ距離Z1を算出する。ここで、hはプランク定数、cは光速である。
The Talbot
システム制御部18は、タルボ距離算出部43により算出されたタルボ距離Z1を用い、L2=Z1を満たすとともに、上式(2)を満たすように、第1及び第2の位置調整部24,25を制御して距離L1,L2を設定する。
The
次に、以上のように構成されたX線撮影装置10の作用を説明する。まず、技師により、操作部17aからX線源11の管電圧と被検体Hの種別が入力される。本実施形態では、被検体Hの種別として、身体の部位(指または膝)と、大人と子供の分類とを用いる。管電圧が入力されると、第1のエネルギスペクトル決定部40により、入力された管電圧に応じた第1のエネルギスペクトルI1(E)が決定される。また、被検体Hの種別が入力されると、被検体透過率決定部41により、入力された被検体Hの種別に対応した線減弱係数μ(E)と厚みtとが決定され、上式(7)を用いてX線の被検体Hの透過率Tt(E)が決定される。
Next, the operation of the X-ray imaging apparatus 10 configured as described above will be described. First, the technician inputs the tube voltage of the
第1のエネルギスペクトルI1(E)と透過率Tt(E)が決定されると、次に、第2のエネルギスペクトル決定部42により、上式(8)を用いて第2のエネルギスペクトルI2(E)が決定される。そして、タルボ距離算出部43により、第2のエネルギスペクトルI2(E)の中心エネルギEc2に対応する中心波長λ0が求められ、上式(1)を用いて、タルボ距離Z1が算出される。
When the first energy spectrum I 1 (E) and the transmittance T t (E) are determined, the second energy spectrum is then determined by the second energy
管電圧及び被検体Hの種別に対応する中心エネルギEc2及び中心波長λ0は、例えば、下表1のように取得される。下表1は、被検体Hの成分を水、子供の指の厚みを15mm、大人の指の厚みを20mm、子供の膝の厚みを60mm、大人の膝の厚みを100mmと仮定し、水に対する線減弱係数μ(E)を用いて算出した値を示している。 The center energy E c2 and the center wavelength λ 0 corresponding to the tube voltage and the type of the subject H are acquired as shown in Table 1 below, for example. Table 1 below assumes that the component of the subject H is water, the child's finger thickness is 15 mm, the adult finger thickness is 20 mm, the child's knee thickness is 60 mm, and the adult knee thickness is 100 mm. The value calculated using the linear attenuation coefficient μ (E) is shown.
タルボ距離Z1が算出されると、システム制御部18は、第1及び第2の位置調整部24,25を制御し、L2=Z1を満たすとともに、上式(2)を満たすように、第1及び第2の格子21,22の位置を調整する。この調整が終了すると、システム制御部18は、撮影準備が完了した旨をモニタ17bに表示させる。
When the Talbot distance Z 1 is calculated, the
次いで、操作部17aから撮影指示が入力されると、走査機構23により第2の格子22が所定の走査ピッチ(p2/M)ずつ並進移動されながら、各走査位置kにおいて、X線源11によるX線照射及びX線画像検出器20によるG2像の検出が行われる。この結果、M枚の画像データが生成され、メモリ13に格納される。
Next, when an imaging instruction is input from the operation unit 17a, the
この後、画像処理部14によりメモリ13に格納されたM枚の画像データが読み出される。画像処理部14内では、位相微分画像生成部14aにより位相微分画像が生成され、位相コントラスト画像生成部14bにより位相コントラスト画像が生成される。この位相コントラスト画像及び位相微分画像は、画像記録部15に記録された後、コンソール17に入力され、モニタ17bに表示される。
Thereafter, the M image data stored in the
なお、上記第1の実施形態では、第1のエネルギスペクトル決定部40、被検体透過率決定部41、第2のエネルギスペクトル決定部42、タルボ距離算出部43により、被検体Hを透過した後のX線の中心波長λ0を求めているが、これに代えて、表1に示したようなルックアップテーブル(LUT)を予め用意しておき、このLUTを参照することにより、中心波長λ0を求めてもよい。
In the first embodiment, after passing through the subject H by the first energy
また、上記第1の実施形態では、X線源11の管電圧を第1のパラメータ、被検体Hの種別を第2のパラメータとして被検体Hを透過した後のX線の中心波長λ0を決定しているが、第1のパラメータは、X線源11から放射されるX線の特性を表すものであれよく、管電圧に限られない。第1のパラメータとして、管電流、陽極ターゲットの種類や、これらの組み合わせを用いてもよい。
In the first embodiment, the tube wavelength of the
また、上記第1の実施形態では、距離L1,L2を設定するために、第1及び第2の格子21,22の位置を調整しているが、これに代えて、第1及び第2の格子21,22のいずれか一方とX線源11との位置を調整するようにしてもよい。また、第2の格子22とともに、X線画像検出器20を移動させてもよい。
In the first embodiment, the positions of the first and
また、上記第1の実施形態では、強度変調信号の位相ズレ量を位相微分値としているが、これを定数倍したものを位相微分値としてもよい。 In the first embodiment, the phase shift value of the intensity modulation signal is used as the phase differential value. However, a value obtained by multiplying this by a constant may be used as the phase differential value.
また、上記第1の実施形態では、位相微分画像の生成を行っているが、これに加えて、吸収画像や小角散乱画像を生成してもよい。吸収画像は、図5に例示した強度変調信号の平均値を求めることにより生成される。小角散乱画像は、強度変調信号の振幅を求めることにより生成される。 In the first embodiment, the phase differential image is generated. However, in addition to this, an absorption image and a small angle scattered image may be generated. The absorption image is generated by obtaining an average value of the intensity modulation signals exemplified in FIG. The small angle scattered image is generated by obtaining the amplitude of the intensity modulation signal.
また、上記第1の実施形態では、第1の格子21を吸収型格子としているが、第1の格子21をX線に位相変調を与える位相型格子としてもよい。第1の格子21がπ/2の位相変調を与える位相型格子である場合には、タルボ距離Zmは、下式(9)で表される。ここで、mは0または正の整数である。
In the first embodiment, the
また、第1の格子21がπの位相変調を与える位相型格子である場合には、タルボ距離Zmは、下式(10)で表される。ここで、mは0または正の整数である。
Further, when the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。上記第1の実施形態では、X線源11から射出されるX線をコーンビームとしているが、第2の実施形態のX線撮影装置では、平行ビームを射出するX線源を用い、上式(2)に代えて、p2=p1をほぼ満たすように第1及び第2の格子21,22を構成する。このように、平行ビームを射出するX線源を用いると、距離L1と距離L2との関係は、上式(2)に拘束されないため、第1及び第2の位置調整部24,25のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the X-ray emitted from the
X線源11から射出されるX線が平行ビームであり、第1の格子21が吸収型格子である場合には、タルボ距離Zmは、下式(11)で表される。ここで、mは正の整数である。
When the X-rays emitted from the
また、X線源11から射出されるX線が平行ビームであり、第1の格子21がπ/2の位相変調を与える位相型格子である場合には、タルボ距離Zmは、下式(12)で表される。ここで、mは0または正の整数である。
Further, when the X-rays emitted from the
そして、X線源11から射出されるX線が平行ビームであり、第1の格子21がπの位相変調を与える位相型格子である場合には、タルボ距離Zmは、下式(13)で表される。ここで、mは0または正の整数である。
When the X-ray emitted from the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。上記第1の実施形態では、X線源11は単一焦点であるが、第2の実施形態のX線撮影装置では、X線源11の射出側直後に、WO2006/131235号公報等に記されたマルチスリット(線源格子)を設け、焦点を分散化する。これより、G2像の光量が向上し、位相微分画像の算出精度の向上や、撮影時間の短縮が可能となる。マルチスリットのピッチp0は、下式(14)を満たす必要がある。本実施形態では、距離L1は、マルチスリットから第1の格子21までの距離である。その他の構成や作用については、第1の実施形態と同一である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。上記第1の実施形態では、第1及び第2の格子21,22を相対移動させながら撮影を行うことによって得られた複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成しているが、第1及び第2の格子21,22を固定したまま一度の撮影で得られた単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成することも可能である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the phase differential image is generated based on a plurality of image data obtained by performing imaging while relatively moving the first and
本実施形態のX線撮影装置は、WO2010/050483号公報に記載されたフーリエ変換法により位相微分画像を生成する。具体的には、位相微分画像生成部は、X線画像検出器20により得られた単一の画像データに対してフーリエ変換を行うことによって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、さらに逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分画像を生成する。本実施形態では、走査機構23が不要となる。その他の構成や作用については、第1の実施形態と同一である。
The X-ray imaging apparatus of this embodiment generates a phase differential image by the Fourier transform method described in WO2010 / 050484. Specifically, the phase differential image generation unit acquires a Fourier spectrum by performing Fourier transform on a single image data obtained by the
本発明は、医療診断用の放射線撮影装置に限定されず、工業用等のその他の放射線撮影装置に適用することが可能である。また、放射線はX線に限られず、ガンマ線等を用いることも可能である。 The present invention is not limited to a radiographic apparatus for medical diagnosis, but can be applied to other radiographic apparatuses for industrial use. Further, the radiation is not limited to X-rays, and gamma rays can also be used.
10 X線撮影装置
20 X線画像検出器
21 第1の格子
21a X線吸収部
21b X線透過部
22 第2の格子
22a X線吸収部
22b X線透過部
30 画素
31 画素電極
33 ゲート走査線
35 信号線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (10)
前記第1の格子に対向配置され、前記第1の周期パターン像を部分的に遮蔽して第2の周期パターン像を生成する第2の格子と、
前記第1及び第2の格子の少なくとも一方の位置を調整する位置調整部と、
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画像を生成する位相微分画像生成部と、
前記放射線源と前記第1の格子の間に配置された被検体を通過した後の放射線の波長に関連するパラメータに基づいて前記位置調整部を制御して、前記第1の格子と前記第2の格子との間の距離を、被検体を通過した後の放射線により生じるタルボ距離に設定する制御部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。 A first grating that transmits radiation emitted from a radiation source and generates a first periodic pattern image by the Talbot effect;
A second grating disposed opposite to the first grating and partially shielding the first periodic pattern image to generate a second periodic pattern image;
A position adjusting unit that adjusts the position of at least one of the first and second gratings;
A radiation image detector for detecting the second periodic pattern image and generating image data;
A phase differential image generation unit that generates a phase differential image based on the image data;
The position adjustment unit is controlled based on a parameter related to the wavelength of the radiation after passing through the subject arranged between the radiation source and the first grating, and the first grating and the second grating are controlled. A control unit for setting the distance between the grid and the Talbot distance generated by the radiation after passing through the subject;
A radiation imaging apparatus comprising:
前記第2のパラメータに基づき、放射線の被検体の透過率を決定する被検体透過率決定部と、
前記第1のエネルギスペクトルに前記透過率を掛け合わせることにより第2のネルギスペクトルを決定する第2のエネルギスペクトル決定部と、
前記第2のネルギスペクトルの中心エネルギに対応する中心波長を算出し、この中心波長からタルボ距離を算出するタルボ距離算出部と、
を備えることを特徴とする請求項2または3に記載の放射線撮影装置。 The controller is configured to determine a first energy spectrum of radiation before entering the subject based on the first parameter;
A subject transmittance determining unit that determines the transmittance of the subject of radiation based on the second parameter;
A second energy spectrum determination unit that determines a second energy spectrum by multiplying the first energy spectrum by the transmittance;
Calculating a center wavelength corresponding to the center energy of the second energy spectrum, and calculating a Talbot distance from the center wavelength;
The radiation imaging apparatus according to claim 2, further comprising:
前記位置調整部は、前記第1の格子の位置を調整する第1の位置調整部と、前記第2の格子の位置を調整する第2の位置調整部とからなり、
前記制御部は、前記第1及び第2の位置調整部を制御することにより、前記放射線源と前記第1の格子との間の距離と、前記第1の格子と前記第2の格子との間の距離とをそれぞれ設定することを特徴とする請求項1から5いずれか1項に記載の放射線撮影装置。 The radiation emitted from the radiation source is cone-shaped,
The position adjustment unit includes a first position adjustment unit that adjusts the position of the first grating, and a second position adjustment unit that adjusts the position of the second grating,
The control unit controls the first and second position adjusting units to thereby determine a distance between the radiation source and the first grating, and the first grating and the second grating. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein a distance between the two is set.
前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成し、
前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することを特徴とする請求項1から7いずれか1項に記載の放射線撮影装置。 Scanning means for changing a relative position of the second grating with respect to the first grating and sequentially setting a plurality of scanning positions;
The radiation image detector detects the second periodic pattern image at each scanning position to generate image data;
The radiographic apparatus according to claim 1, wherein the phase differential image generation unit generates a phase differential image based on a plurality of image data generated by the radiological image detector. .
前記第1の格子に対向配置され、前記第1の周期パターン像を部分的に遮蔽して第2の周期パターン像を生成する第2の格子と、
前記第1及び第2の格子の少なくとも一方の位置を調整する位置調整部と、
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画像を生成する位相微分画像生成部と、
を備えた放射線撮影装置の制御方法において、
前記放射線源と前記第1の格子の間に配置された被検体を通過した後の放射線の波長に関連するパラメータに基づいて前記位置調整部を制御して、前記第1の格子と前記第2の格子との間の距離を、被検体を通過した後の放射線により生じるタルボ距離に設定することを特徴とする制御方法。 A first grating that transmits radiation emitted from a radiation source and generates a first periodic pattern image by the Talbot effect;
A second grating disposed opposite to the first grating and partially shielding the first periodic pattern image to generate a second periodic pattern image;
A position adjusting unit that adjusts the position of at least one of the first and second gratings;
A radiation image detector for detecting the second periodic pattern image and generating image data;
A phase differential image generation unit that generates a phase differential image based on the image data;
In a method for controlling a radiographic apparatus comprising:
The position adjustment unit is controlled based on a parameter related to the wavelength of the radiation after passing through the subject arranged between the radiation source and the first grating, and the first grating and the second grating are controlled. A control method characterized in that the distance between the first and second gratings is set to a Talbot distance generated by radiation after passing through the subject.
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