JP7200816B2 - X線位相イメージング装置およびx線位相コントラスト画像生成方法 - Google Patents
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Description
この発明の第2の局面におけるX線位相イメージング装置は、X線源と、X線源から照射されたX線を検出する検出器と、X線源と検出器との間に配置された複数の格子と、を含む撮影系と、被写体を保持する被写体保持部と、被写体保持部と撮影系との相対位置を変更することにより、被写体の位置が検出器の撮影視野領域外となる退避位置と、検出器の撮影視野領域内となる撮影位置とを切り替える位置切替機構と、位置切替機構による退避位置と撮影位置との切り替えを制御する制御部と、退避位置において撮影された第1画像と、撮影位置において撮影された第2画像と、に基づいて、X線位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備え、制御部は、撮影者による1つの撮影開始の入力信号に基づいて、一連の動作として、撮影位置から退避位置への移動と、退避位置における撮影および退避位置において撮影された画像による第1画像の更新と、退避位置から撮影位置への移動と、撮影位置における撮影とを実行する制御を行うように構成されており、画像処理部は、第1画像を記憶する記憶部に記憶された第1画像と第2画像とに基づいて、X線位相コントラスト画像を生成するように構成されており、制御部は、X線位相コントラスト画像の背景部分の画素値に基づいて、記憶部に記憶された第1画像を更新するか否かの判断を行い、第1画像を更新する場合には、退避位置において第1画像を撮影させる制御を行うように構成されている。
まず、図1を参照して、本発明の本実施形態によるX線位相イメージング装置100の構成について説明する。
被写体位置調整機構7は、被写体90をX方向およびZ方向に移動可能に構成されている。具体的には、図2に示すように、被写体位置調整機構7は、X方向直動機構70と、Z方向直動機構71とを含む。また、Z方向直動機構71には、被写体90を載置する載置面71aが設けられている。X方向直動機構70は、X方向に移動可能に構成されている。X方向移動機構は、たとえば、モータなどを含む。Z方向直動機構71は、Z方向に移動可能に構成されている。Z方向移動機構は、たとえば、モータなどを含む。
図3に示すように、格子位置調整機構8は、X方向、Y方向、Z方向、Z方向の軸線周りの回転方向(Rz)、X方向の軸線周りの回転方向(Rx)、および、Y方向の軸線周りの回転方向(Ry)に第2格子13を移動可能に構成されている。具体的には、格子位置調整機構8は、X方向直動機構80と、Y方向直動機構81と、Z方向直動機構82と、直動機構接続部83と、ステージ支持部駆動部84と、ステージ支持部85と、ステージ駆動部86と、ステージ87とを含む。X方向直動機構80は、X方向に移動可能に構成されている。X方向直動機構80は、たとえば、モータなどを含む。Y方向直動機構81は、Y方向に移動可能に構成されている。Y方向直動機構81は、たとえば、モータなどを含む。Z方向直動機構82は、Z方向に移動可能に構成されている。Z方向直動機構82は、たとえば、モータなどを含む。なお、図3に示す例は、便宜上、ステージ87を上向きで図示している。本実施形態では、格子位置調整機構8は、ステージ87が下向き(図3に図示した方向とは逆向き)となるように、撮影系保持部9に設けられている。
図4に示すように、被写体保持部2は、円筒形状を有している。Y方向における被写体保持部2の一方側(Y1方向側)の端面には、被写体90が保持される保持面2aが設けられている。また、Y方向における被写体保持部2の他方側(Y2方向側)の端面には、位置切替機構3と接続される接続面2bが設けられている。
次に、図5および図6を参照して、退避位置60および撮影位置61について説明する。
次に、図7~図9を参照して、画像処理部4がX線位相コントラスト画像20を生成する構成について説明する。
吸収像 = Cs/Cr ・・・(1)
位相微分像 = const・Δφ ・・・(2)
暗視野像 = Vs/Vr = (As/Cs)/(Ar/Cr) ・・・(3)
ここで、Crは、第1画像21のX線の平均強度である。また、Csは、第2画像22のX線の平均強度である。また、constは、所定の算出によって求められた定数である。また、Δφは、第1画像21から取得した強度変化曲線50と、第2画像22から取得した強度変化曲線51との位相差である。また、Vrは、第1画像21から取得した強度変化曲線50のVisibilityである。また、Vsは、第2画像22から取得した強度変化曲線51のVisibility(Vs)である。また、Arは、第1画像21から取得した強度変化曲線50の振幅である。また、Asは、第2画像22から取得した強度変化曲線51の振幅である。
そこで、本実施形態では、制御部5は、位置切替機構3を制御することにより、被写体90を被写体保持部2に保持した状態のまま、退避位置60と撮影位置61とを切り替える。
本実施形態では、制御部5は、第2画像22を撮影する度に、または、第2画像22を撮影する所定回数毎に、または、第2画像22を撮影するランダムな回数毎に、記憶部6に記憶された第1画像21を更新する第1撮影モードと、X線位相コントラスト画像20の背景部分の画素値に基づく判断、または、操作者の操作入力に基づいて、記憶部6に記憶された第1画像21を更新する第2撮影モードとを切り替える制御を行うように構成されている。具体的には、制御部5は、操作者が撮影モードを選択する操作入力に基づいて、第1撮影モードと第2撮影モードとを切り替えるように構成されている。操作者が撮影モードを選択する操作入力は、たとえば、操作者による撮影モード選択ボタンの押下を含む。本実施形態は、第1撮影モードが選択された場合における、制御部5による撮影を実施する構成である。「第2画像22を撮影する所定回数毎に、または、第2画像22を撮影するランダムな回数毎に第1画像21を更新する」とは、たとえば第2画像22を2回や3回等撮影する毎に第1画像21を更新することを意味する。
図11に示すように、本実施形態では、画像処理部4は、第3画像23を生成するように構成されている。第3画像23は、撮影系1に起因するノイズ23aを除去するための画像である。撮影系1に起因するノイズ23aは、検出器11の画素欠損に起因するノイズなどが含まれる。図11に示すように、画像処理部4は、生成した第3画像23に基づいて、X線位相コントラスト画像20からノイズ23aを除去するように構成されている。具体的には、画像処理部4は、X線位相コントラスト画像20から第3画像23を減算することにより、撮影系1に起因するノイズ23aを除去するように構成されている。なお、図11に示す例では、便宜上、位相微分像20bを用いて説明したが、ノイズ23aは、吸収像20aおよび暗視野像20cにおいても生じる。そのため、画像処理部4は、第3画像23に基づいて、吸収像20aおよび暗視野像20cのノイズ23aを除去するように構成されている。
次に、図12を参照して、X線位相イメージング装置100がX線位相コントラスト画像20を生成するフローについて説明する。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、制御部5が第1撮影モードによって撮影を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部5は、第2撮影モードによって撮影を行うように構成されていてもよい。第1変形例では、制御部5は、第2撮影モードのうち、X線位相コントラスト画像20の背景部分の画素値に基づく判断によって第1画像21の更新を行う制御を行うように構成されている。具体的には、制御部5は、X線位相コントラスト画像20の背景部分の画素値に基づいて、記憶部6に記憶された第1画像21を更新するか否かの判断を行うように構成されている。第1画像21を更新する場合には、制御部5は、退避位置60において第1画像21を撮影させる制御を行うように構成されている。
また、上記実施形態では、制御部5が第1撮影モードによって撮影を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部5は、第2撮影モードによって撮影を行うように構成されていてもよい。第2変形例では、制御部5は、第2撮影モードのうち、操作者の操作入力に基づいて、第1画像21の更新を行う制御を行うように構成されている。
また、上記実施形態では、被写体90を被写体位置調整機構7に固定した状態において撮影する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図15に示す第3変形例によるX線位相イメージング装置200のように、被写体90を回転させながら撮影するように構成されていてもよい。具体的には、X線位相イメージング装置200は、X線の光軸方向と直交する方向周りの回転方向において、被写体90と撮影系1とを相対回転させる回転機構15を備える。制御部5は、回転機構15を制御することにより、被写体90を、X線の光軸と直交する軸線42周りの方向に、被写体90を所定の角度ずつ回転させる。制御部5は、被写体90を所定の角度に回転させたそれぞれの角度において被写体90を撮影する制御を行う。第3変形例によるX線位相イメージング装置200は、いわゆる、コンピュータ断層撮影(CT:Computed Tomography)が可能なように構成されている。
また、上記実施形態では、第1画像21を更新する前に、毎回、第2格子13の位置調整を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。第2格子13の位置調整は、毎回行わなくてもよい。たとえば、複数の格子の位置ずれが、許容範囲内の場合、第2格子13の位置調整は、行わなくてもよい。
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
X線源と、前記X線源から照射されたX線を検出する検出器と、前記X線源と前記検出器との間に配置された複数の格子と、を含む撮影系と、
被写体を保持する被写体保持部と、
前記被写体保持部と前記撮影系との相対位置を変更することにより、被写体の位置が前記検出器の撮影視野領域外となる退避位置と、前記検出器の撮影視野領域内となる撮影位置とを切り替える位置切替機構と、
前記位置切替機構による前記退避位置と前記撮影位置との切り替えを制御する制御部と、
前記退避位置において撮影された第1画像と、前記撮影位置において撮影された第2画像と、に基づいて、X線位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記制御部は、一連の動作として、前記退避位置における撮影と、前記撮影位置における撮影とを実行する制御を行うように構成されている、X線位相イメージング装置。
前記位置切替機構は、前記被写体保持部を移動させることにより、前記退避位置と前記撮影位置とを切り替えるように構成されており、
前記制御部は、1つの操作入力信号に基づいて、前記退避位置における撮影と、前記撮影位置における撮影とを実行する制御を行うように構成されている、項目1に記載のX線位相イメージング装置。
前記制御部は、前記X線源よりX線が照射されたままの状態において、前記退避位置への移動および前記退避位置における撮影と、前記撮影位置への移動および前記撮影位置における撮影とを一連の動作として実行する制御を行うように構成されている、項目1または2に記載のX線位相イメージング装置。
前記第1画像を記憶する記憶部をさらに備え、
前記画像処理部は、前記記憶部に記憶された前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、前記X線位相コントラスト画像を生成するように構成されており、
前記制御部は、前記X線位相コントラスト画像の背景部分の画素値に基づいて、前記記憶部に記憶された前記第1画像を更新するか否かの判断を行い、前記第1画像を更新する場合には、前記退避位置において前記第1画像を撮影させる制御を行うように構成されている、項目1~3のいずれか1項に記載のX線位相イメージング装置。
前記複数の格子の相対位置の調整を行う格子位置調整機構をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記第1画像の更新を行う際に、前記格子位置調整機構による前記複数の格子の位置調整を行い、前記複数の格子の位置調整を行った後に、前記第1画像の撮影を行うとともに、前記記憶部に記憶された前記第1画像の更新処理を行うように構成されている、項目4に記載のX線位相イメージング装置。
前記制御部は、前記第2画像を撮影する度に、または、前記第2画像を撮影する所定回数毎に、または、前記第2画像を撮影するランダムな回数毎に、前記記憶部に記憶された前記第1画像を撮影する度に更新する第1撮影モードと、前記X線位相コントラスト画像の背景部分の画素値に基づく判断、または、操作者の操作入力に基づいて、前記記憶部に記憶された前記第1画像を更新する第2撮影モードとを切り替える制御を行うように構成されている、項目4または5に記載のX線位相イメージング装置。
前記画像処理部は、前記撮影系に起因するノイズを除去するための第3画像を生成するとともに、生成した前記第3画像に基づいて、前記X線位相コントラスト画像から前記ノイズを除去するように構成されており、
前記制御部は、前記第3画像を撮影する際に、前記位置切替機構によって前記被写体保持部を前記退避位置に移動させるとともに、前記第3画像の撮影後に、前記被写体保持部を前記撮影位置に移動させる制御を行うように構成されている、項目1~6のいずれか1項に記載のX線位相イメージング装置。
X線の光軸方向に延びるとともに、少なくとも、前記複数の格子を上方から吊り下げて保持する撮影系保持部をさらに備え、
前記位置切替機構は、前記被写体保持部を、上下方向に移動させることにより、前記退避位置と前記撮影位置とを切り替えるように構成されている、項目1~7のいずれか1項に記載のX線位相イメージング装置。
X線の光軸方向と直交する方向周りの回転方向において、被写体と前記撮影系とを相対回転させる回転機構をさらに備え、
前記制御部は、前記回転機構によって被写体を相対回転させながら撮影する際に、所定角度回転させる毎に、前記第1画像の撮影と、前記第2画像の撮影とを行う制御を行うように構成されている、項目1~8のいずれか1項に記載のX線位相イメージング装置。
X線源と、前記X線源から照射されたX線を検出する検出器と、前記X線源と前記検出器との間に配置された複数の格子と、を含む撮影系と、被写体を保持する被写体保持部とを相対移動させることにより、被写体の位置が前記検出器の撮影視野領域外となる退避位置に移動させるステップと、
前記退避位置において、第1画像を撮影するステップと、
被写体の位置が前記検出器の撮影視野領域内となる撮影位置に前記被写体保持部と前記撮影系と相対移動させるステップと、
前記撮影位置において、第2画像を撮影するステップと、
前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、X線位相コントラスト画像を生成するステップ108と、を備え、
前記第1画像を撮影するステップと、前記第2画像を撮影するステップとは、一連の動作として実行される、X線位相コントラスト画像生成方法。
前記退避位置に移動させるステップ、および、前記撮影位置に移動させるステップは、前記被写体保持部を移動させることにより実行され、
前記退避位置において前記第1画像を撮影するステップと、前記撮影位置において前記第2画像を撮影するステップとは、1つの操作入力信号に基づいて実行される、項目10に記載のX線位相コントラスト画像生成方法。
2 被写体保持部
3 位置切替機構
4 画像処理部
5 制御部
6 記憶部
8 格子位置調整機構
9 撮影系保持部
10 X線源
11 検出器
12 第1格子(複数の格子)
13 第2格子(複数の格子)
14 第3格子(複数の格子)
15 回転機構
20 X線位相コントラスト画像
21、21a、21b、21c、21d 第1画像
22、22a、22b、22c、22d 第2画像
23 第3画像
23a 撮影系に起因するノイズ
40 撮影視野領域
60 退避位置
61 撮影位置
90 被写体
100、200 X線位相イメージング装置
Claims (9)
- X線源と、前記X線源から照射されたX線を検出する検出器と、前記X線源と前記検出器との間に配置された複数の格子と、を含む撮影系と、
被写体を保持する被写体保持部と、
前記被写体保持部と前記撮影系との相対位置を変更することにより、被写体の位置が前記検出器の撮影視野領域外となる退避位置と、前記検出器の撮影視野領域内となる撮影位置とを切り替える位置切替機構と、
前記位置切替機構による前記退避位置と前記撮影位置との切り替えを制御する制御部と、
前記退避位置において撮影された第1画像と、前記撮影位置において撮影された第2画像と、に基づいて、X線位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記制御部は、前記第2画像を撮影する前に前記第1画像を更新する場合において、撮影者による1つの撮影開始の入力信号に基づいて、一連の動作として、前記撮影位置から前記退避位置への移動と、前記退避位置における撮影および前記退避位置において撮影された画像による前記第1画像の更新と、前記退避位置から前記撮影位置への移動と、前記撮影位置における撮影とを実行する制御を行うように構成されており、
前記制御部は、前記第2画像を撮影する度に、または、前記第2画像を撮影する所定回数毎に、または、前記第2画像を撮影するランダムな回数毎に、前記第1画像を記憶する記憶部に記憶された前記第1画像を更新するとともに、操作者の操作入力に基づいても、前記記憶部に記憶された前記第1画像を更新する制御を行うように構成されている、X線位相イメージング装置。 - X線源と、前記X線源から照射されたX線を検出する検出器と、前記X線源と前記検出器との間に配置された複数の格子と、を含む撮影系と、
被写体を保持する被写体保持部と、
前記被写体保持部と前記撮影系との相対位置を変更することにより、被写体の位置が前記検出器の撮影視野領域外となる退避位置と、前記検出器の撮影視野領域内となる撮影位置とを切り替える位置切替機構と、
前記位置切替機構による前記退避位置と前記撮影位置との切り替えを制御する制御部と、
前記退避位置において撮影された第1画像と、前記撮影位置において撮影された第2画像と、に基づいて、X線位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記制御部は、撮影者による1つの撮影開始の入力信号に基づいて、一連の動作として、前記撮影位置から前記退避位置への移動と、前記退避位置における撮影および前記退避位置において撮影された画像による前記第1画像の更新と、前記退避位置から前記撮影位置への移動と、前記撮影位置における撮影とを実行する制御を行うように構成されており、
前記画像処理部は、前記第1画像を記憶する記憶部に記憶された前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、前記X線位相コントラスト画像を生成するように構成されており、
前記制御部は、前記X線位相コントラスト画像の背景部分の画素値に基づいても、前記記憶部に記憶された前記第1画像を更新するか否かの判断を行い、前記第1画像を更新する場合には、前記退避位置において前記第1画像を撮影させる制御を行うように構成されている、X線位相イメージング装置。 - 前記制御部は、前記X線源よりX線が照射されたままの状態において、前記退避位置への移動および前記退避位置における撮影と、前記撮影位置への移動および前記撮影位置における撮影とを一連の動作として実行する制御を行うように構成されている、請求項1または2に記載のX線位相イメージング装置。
- 前記複数の格子の相対位置の調整を行う格子位置調整機構をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記第1画像の更新を行う際に、前記格子位置調整機構による前記複数の格子の位置調整を行い、前記複数の格子の位置調整を行った後に、前記第1画像の撮影を行うとともに、前記記憶部に記憶された前記第1画像の更新処理を行うように構成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載のX線位相イメージング装置。 - 前記制御部は、前記第2画像を撮影する度に、または、前記所定回数毎に、または、前記ランダムな回数毎に、前記記憶部に記憶された前記第1画像を更新する第1撮影モードと、操作者の操作入力に基づいて、前記記憶部に記憶された前記第1画像を更新する第2撮影モードとを切り替える制御を行うように構成されている、請求項1に記載のX線位相イメージング装置。
- 前記画像処理部は、前記撮影系に起因するノイズを除去するための第3画像を生成するとともに、生成した前記第3画像に基づいて、前記X線位相コントラスト画像から前記ノイズを除去するように構成されており、
前記制御部は、前記第3画像を撮影する際に、前記位置切替機構によって前記被写体保持部を前記退避位置に移動させるとともに、前記第3画像の撮影後に、前記被写体保持部を前記撮影位置に移動させる制御を行うように構成されている、請求項1~5のいずれか1項に記載のX線位相イメージング装置。 - X線の光軸方向に延びるとともに、少なくとも、前記複数の格子を上方から吊り下げて保持する撮影系保持部をさらに備え、
前記位置切替機構は、前記被写体保持部を、上下方向に移動させることにより、前記退避位置と前記撮影位置とを切り替えるように構成されている、請求項1~6のいずれか1項に記載のX線位相イメージング装置。 - X線の光軸方向と直交する方向周りの回転方向において、被写体と前記撮影系とを相対回転させる回転機構をさらに備え、
前記制御部は、前記回転機構によって被写体を相対回転させながら撮影する際に、所定角度回転させる毎に、前記第1画像の撮影と、前記第2画像の撮影とを行う制御を行うように構成されている、請求項1~7のいずれか1項に記載のX線位相イメージング装置。 - X線源と、前記X線源から照射されたX線を検出する検出器と、前記X線源と前記検出器との間に配置された複数の格子と、を含む撮影系と、被写体を保持する被写体保持部とを相対移動させることにより、被写体の位置が前記検出器の撮影視野領域外となる退避位置に移動させるステップと、
前記退避位置において、第1画像を撮影するステップと、
被写体の位置が前記検出器の撮影視野領域内となる撮影位置に前記被写体保持部と前記撮影系と相対移動させるステップと、
前記撮影位置において、第2画像を撮影するステップと、
前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、X線位相コントラスト画像を生成するステップと、
前記退避位置において撮影された画像によって前記第1画像の更新を行うステップと、を備え、
前記退避位置に移動させるステップと、前記第1画像を撮影するステップと、前記撮影位置に移動させるステップと、前記第2画像を撮影するステップと、前記第1画像の更新を行うステップとは、前記第2画像を撮影する前に前記第1画像を更新する場合において、撮影者による1つの操作開始の入力信号に基づいて、一連の動作として実行され、
前記第1画像の更新を行うステップは、前記第2画像を撮影する度に、または、前記第2画像を撮影する所定回数毎に、または、前記第2画像を撮影するランダムな回数毎に、前記第1画像を記憶する記憶部に記憶された前記第1画像を更新するとともに、操作者の操作入力に基づいても、前記記憶部に記憶された前記第1画像を更新するステップを含む、X線位相コントラスト画像生成方法。
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