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

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 Download PDF

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Description

本発明は、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に関する。
従来、X線位相イメージング装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1に開示されているX線位相イメージング装置は、X線源と、検出器と、複数の格子と、を備えている。検出器は、X線源の照射方向に配置されている。複数の格子は、X線源の可干渉性を高めるためのマルチスリットと、X線を回折させる格子とを含む。マルチスリットは、X線源とX線画像検出器との間において、X線源の近傍に設けられている。X線を回折させる格子は、マルチスリットと検出器との間に配置されている。上記特許文献1に開示されているX線位相イメージング装置は、複数の格子のいずれかを格子ピッチの方向に移動させながら、X線源から照射されたX線を複数の格子を用いて干渉させることにより、微分位相像(X線位相コントラスト画像)を生成する。
上記特許文献1に開示されているような従来のX線位相イメージング装置は、X線の吸収量ではなく、X線の位相差を利用して、被写体内を画像化することによって、X線を吸収しにくい軽元素物体や生体軟部組織を画像化することが可能である。
特開2012-16370号公報
ここで、格子を並進移動させながら撮影することによりX線位相コントラスト画像を生成する構成では、複数の格子の間に被写体を置かない場合の強度信号曲線と、被写体を置いた場合の強度信号曲線と、に基づいて、被写体内部を画像化したX線位相コントラスト画像を生成する。そのため、X線源などからの発熱による格子の熱膨張や、格子の振動などによって、被写体を配置しない状態の撮影と、被写体を配置した状態の撮影との間に、格子の位置が変動した場合、X線位相コントラスト画像にアーチファクト(虚像)が生じる。この場合、被写体を配置していない状態において撮影された画像を再度取得することにより、X線位相コントラスト画像にアーチファクトが生じることを抑制することができる。しかし、上記特許文献1に開示されているような従来のX線位相イメージング装置では、被写体を配置していない状態において撮影を行う場合には、操作者が被写体を取り外す必要があり、操作者に負担がかかるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、操作者にかかる負担を軽減しつつ、生成されるX線位相コントラスト画像にアーチファクトが生じることを抑制することが可能な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を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1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、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、撮影位置から退避位置へ移動と、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、制御部は、第2画像を撮影する度に、または、第2画像を撮影する所定回数毎に、または、第2画像を撮影するランダムな回数毎に、第1画像を記憶する記憶部に記憶された第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、記憶部に記憶された第1画像を更新する制御を行うように構成されている。なお、X線位相コントラスト画像とは、吸収像と、位相微分像と、暗視野像とを含んでいる。吸収像とは、X線が被写体を通過した際に生じるX線の減衰に基づいて画像化した像である。また、位相微分像とは、X線が被写体を通過した際に発生するX線の位相のずれをもとに画像化した像である。また、暗視野像とは、物体の小角散乱に基づくVisibilityの変化によって得られる、Visibility像のことである。また、暗視野像は、小角散乱像とも呼ばれる。「Visibility」とは、自己像の鮮明度のことである。
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。
この発明の第の局面におけるX線位相コントラスト画像生成方法は、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を相対移動させることにより、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に移動させるステップと、退避位置において、第1画像を撮影するステップと、被写体の位置が検出器の撮影視野領域内となる撮影位置に被写体保持部と撮影系と相対移動させるステップと、撮影位置において、第2画像を撮影するステップと、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ステップと、退避位置において撮影された画像によって第1画像の更新を行うステップと、を備え、退避位置に移動させるステップと、第1画像を撮影するステップと、撮影位置に移動させるステップと、第2画像を撮影するステップと、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、第1画像の更新を行うステップは、第2画像を撮影する度に、または、第2画像を撮影する所定回数毎に、または、第2画像を撮影するランダムな回数毎に、第1画像を記憶する記憶部に記憶された第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、記憶部に記憶された第1画像を更新するステップを含む
本発明の第1の局面によるX線位相イメージング装置では、上記の構成によって、位置切替機構により退避位置と撮影位置とが切り替えられるので、操作者が被写体を取り外すことなく、退避位置において第1画像を撮影することができる。また、退避位置における撮影と、撮影位置における撮影とを一連の動作として実行することによって、退避位置における撮影と撮影位置における撮影との間の時間が長くなることを抑制することが可能となるので、格子の位置ずれが生じることを抑制することができる。その結果、操作者にかかる負担を軽減しつつ、生成されるX線位相コントラスト画像にアーチファクトが生じることを抑制することが可能なX線位相イメージング装置を提供することができる。
また、本発明の第2の局面におけるX線位相コントラスト画像生成方法は、上記の構成によって、第1の局面におけるX線位相イメージング装置と同様に、操作者にかかる負担を軽減しつつ、生成されるX線位相コントラスト画像にアーチファクトが生じることを抑制することが可能なX線位相コントラスト画像生成方法を提供することができる。
一実施形態によるX線位相イメージング装置の概略を示したブロック図である。 被写体位置調整機構の模式図である。 格子位置調整機構の模式図である。 位置切替機構の模式図である。 退避位置を説明するための図である。 撮影位置を説明するための図である。 X線位相コントラスト画像を生成する構成を説明するための模式図である。 強度変化曲線を取得する方法を説明するためのである。 吸収像、位相微分像、および、暗視野像を説明するための模式図である。 X線位相コントラスト画像の背景部分に生じるアーチファクトを説明するための模式図である。 第3画像によるノイズの除去を説明するための模式図である。 X線位相コントラスト画像を生成する処理を説明するためのフローチャートである。 第1変形例による第1画像の更新処理を説明するためのフローチャートである。 第2変形例による第1画像の更新処理を説明するためのフローチャートである。 第3変形例によるX線位相イメージング装置の概略を示したブロック図である。 3次元のX線位相コントラスト画像を生成する構成を説明するための模式図である。 3次元の吸収像、3次元の位相微分像、および、3次元の暗視野像を説明するための模式図である。 第3変形例による3次元のX線位相コントラスト画像を生成する処理を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図1~図4を参照して、一実施形態によるX線位相イメージング装置100の構成について説明する。
(X線位相イメージング装置の構成)
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。
図1に示すように、X線位相イメージング装置100は、タルボ(Talbot)効果を利用して、被写体90の内部を画像化する装置である。X線位相イメージング装置100は、複数の格子のうち、いずれか1つを、格子の周期方向(Y方向)に並進移動させながら被写体90を撮影するように構成されている。
X線位相イメージング装置100は、撮影系1と、被写体保持部2と、位置切替機構3と、画像処理部4と、制御部5と、記憶部6と、被写体位置調整機構7と、格子位置調整機構8と、撮影系保持部9と、を備えている。
撮影系1は、X線源10と検出器11と複数の格子とを含む。
複数の格子は、X線源10と検出器11との間に配置されている。複数の格子は、第1格子12と第2格子13と第3格子14とを含む。なお、本明細書において、鉛直方向(図1の紙面の上下方向)を、Y方向とする。Y方向のうち、上方向をY1方向とし、下方向をY2方向とする。また、Y方向と直交する面内の左右方向をX方向とし、図1の紙面の奥に向かう方向をX2方向、図1の紙面の手前側に向かう方向をX1方向とする。また、Y方向と直交する面内の上下方向をZ方向とし、図1の紙面の左方向をZ1方向、図1の紙面の右方向をZ2方向とする。
X線源10は、高電圧が印加されることにより、X線を発生させるとともに、発生されたX線を第1格子12に向けて照射するように構成されている。なお、本実施形態において、X線源10は、電子線を発生させるための陰極(図示せず)、電子線が衝突することによりX線を発生させる陽極、陰極と陽極との間に電圧を印加する電圧印加部(図示せず)などを含み、陰極、陽極および電圧印加部が筐体(図示せず)に備えられたX線発生装置である。
検出器11は、X線を検出するとともに、検出されたX線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器11は、たとえば、FPD(Flat Panel Detector)である。検出器11は、複数の変換素子(図示せず)と複数の変換素子上に配置された画素電極(図示せず)とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、所定の周期(画素ピッチ)で、X方向およびY方向にアレイ状に配列されている。また、検出器11は、取得した画像信号を、画像処理部4に出力するように構成されている。
第1格子12は、Y方向に所定の周期(ピッチ)120で配列される複数のX線透過部12aおよびX線吸収部12bを有する。各X線透過部12aおよびX線吸収部12bはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各X線透過部12aおよびX線吸収部12bはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第1格子12は、いわゆる、マルチスリットである。
第1格子12は、X線源10と第2格子13との間に配置されている。第1格子12は、各X線透過部12aを通過したX線を線光源とするように構成されている。3枚の格子(第1格子12、第2格子13、および、第3格子14)のピッチと格子間の距離とが一定の条件を満たすことにより、X線源10から照射されるX線の可干渉性を高めることが可能である。これを、ロー効果という。これにより、X線源10の管球の焦点サイズが大きくても干渉強度を保持できる。
第2格子13は、Y方向に所定の周期(ピッチ)130で配列される複数のスリット13a、および、X線位相変化部13bを有している。各スリット13aおよびX線位相変化部13bはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット13aおよびX線位相変化部13bはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第2格子13は、いわゆる位相格子である。
第2格子13は、X線源10と第3格子14との間に配置されており、X線源10からX線が照射される。第2格子13は、タルボ効果により、第2格子13の自己像(図示せず)を形成するために設けられている。なお、可干渉性を有するX線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離(タルボ距離)離れた位置に、格子の像(自己像)が形成される。これをタルボ効果という。
第3格子14は、Y方向に所定の周期(ピッチ)140配列される複数のX線透過部14aおよびX線吸収部14bを有する。各X線透過部14aおよびX線吸収部14bはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各X線透過部14aおよびX線吸収部14bはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第3格子14は、いわゆる、吸収格子である。第1格子12、第2格子13、および第3格子14は、それぞれ異なる役割を持つ格子であるが、X線透過部12a、スリット13aおよびX線透過部14aは、それぞれ、X線を透過させる。また、X線吸収部12bおよびX線吸収部14bは、それぞれ、X線を遮蔽する役割を担っており、X線位相変化部13bはスリット13aとの屈折率の違いによってX線の位相を変化させる。
第3格子14は、第2格子13と検出器11との間に配置されており、第2格子13を通過したX線が照射される。また、第3格子14は、第2格子13からタルボ距離離れた位置に配置される。第3格子14は、第2格子13の自己像と干渉して、検出器11の検出表面上にモアレ縞(図示せず)を形成する。このように、本実施形態におけるX線位相イメージング装置100は、いわゆるタルボ・ロー干渉計により構成される。
被写体保持部2は、被写体90を保持するように構成されている。被写体保持部2の詳細な構成については、後述する。
位置切替機構3は、制御部5の制御の下、被写体保持部2と撮影系1との相対位置を変更することにより、被写体90の位置が検出器11の撮影視野領域40(図5参照)外となる退避位置60(図5参照)と、検出器11の撮影視野領域40内となる撮影位置61(図6参照)とを切り替えるように構成されている。なお、退避位置60と撮影位置61とを切り替えるとは、被写体保持部2を退避位置60から撮影位置61へ移動させること、および、被写体保持部2を、撮影位置61から退避位置60へ移動させることを意味する。位置切替機構3の詳細な構成については、後述する。
画像処理部4は、検出器11から出力された画像信号に基づいて、X線位相コントラスト画像20(図7参照)を生成するように構成されている。具体的には、画像処理部4は、退避位置60において撮影された第1画像21(図7参照)と、撮影位置61において撮影された第2画像22(図7参照)とに基づいて、X線位相コントラスト画像20を生成するように構成されている。また、画像処理部4は、第3画像23(図11参照)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(図11参照)を除去するための画像である。本実施形態では、画像処理部4は、たとえば、X線位相コントラスト画像20として、吸収像20a(図7参照)、位相微分像20b(図7参照)および暗視野像20c(図7参照)を生成する。画像処理部4は、たとえば、GPU(Graphics Processing Unit)または画像処理用に構成されたFPGA(Field-Programmable Gate Array)などのプロセッサを含む。
制御部5は、位置切替機構3を制御して、退避位置60と撮影位置61とを切り替える制御を行うように構成されている。また、制御部5は、格子位置調整機構8を制御して、複数の格子の相対位置の調整を行わせるように構成されている。また、制御部5は、格子位置調整機構8を制御して、第2格子13を移動させるように構成されている。制御部5は、たとえば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などを含む。
記憶部6は、制御部5が実行するプログラム、画像処理部4が生成したX線位相コントラスト画像20、第1画像21、第3画像23などを保存するように構成されている。記憶部6は、たとえば、HDD(Hard Disk Drive)または不揮発性のメモリなどを含む。
被写体位置調整機構7は、制御部5の制御の下、被写体90の位置を調整するように構成されている。被写体位置調整機構7の詳細な構成については、後述する。
格子位置調整機構8は、制御部5の制御の下、複数の格子の相対位置の調整を行うように構成されている。具体的には、格子位置調整機構8は、第2格子13の位置を調整することにより、複数の格子の相対位置を調整するように構成されている。また、格子位置調整機構8は、制御部5の制御の下、第2格子13を移動可能に構成されている。
撮影系保持部9は、駆動部9aと、梁部9bと、格子保持部材9cと、格子保持部材9dとを備える。梁部9bは、X線の光軸方向(Z方向)に延びるように構成されている。撮影系保持部9は、複数の格子を上方から吊り下げて保持するように構成されている。撮影系保持部9は、第1格子12、第2格子13、および、第3格子14のすべての格子を上方から吊り下げて保持するように構成されている。図1に示す例では、撮影系保持部9は、格子保持部材9cを介して、第1格子12を保持している。また、撮影系保持部9は、格子位置調整機構8を介して、第2格子13を保持している。また、撮影系保持部9は、格子保持部材9dを介して、第3格子14を保持している。駆動部9aは、制御部5の制御の下、梁部9bをY方向に移動可能に構成されている。駆動部9aは、たとえば、モータなどを含む。
(被写体位置調整機構)
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。
被写体位置調整機構7は、X方向直動機構70の動作により、被写体90をX方向に移動させるように構成されている。また、被写体位置調整機構7は、Z方向直動機構71の動作により、被写体90をZ方向に移動可能に構成されている。したがって、被写体位置調整機構7は、X方向およびZ方向に被写体90を移動させることにより、被写体90の位置を調整することができる。なお、被写体位置調整機構7は、撮影時における被写体90の位置を微調整するための機構である。被写体位置調整機構7が被写体90を移動させる距離は、位置切替機構3が被写体90を移動させる距離よりも小さい。
(格子位置調整機構)
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。
格子位置調整機構8は、X方向直動機構80の動作により、第2格子13をX方向に移動させるように構成されている。また、格子位置調整機構8は、Y方向直動機構81の動作により、第2格子13をY方向に移動させるように構成されている。また、格子位置調整機構8は、Z方向直動機構82の動作により第2格子13をZ方向に移動させるように構成されている。
ステージ支持部85は、ステージ87を下方(Y2方向)から支持している。ステージ駆動部86は、ステージ87をX方向に往復移動させるように構成されている。ステージ87は、底部がステージ支持部85に向けて凸曲面状に形成されており、X方向に往復移動されることにより、Z方向の軸線周り(Rz方向)に回動するように構成されている。また、ステージ支持部駆動部84は、ステージ支持部85をZ方向に往復移動させるように構成されている。また、ステージ支持部85は底部が直動機構接続部83に向けて凸曲面状に形成されており、Z方向に往復移動されることにより、X方向の軸線周り(Rx方向)に回動するように構成されている。また、直動機構接続部83は、Y方向の軸線周り(Ry方向)に回動可能にX方向直動機構80に設けられている。したがって、格子位置調整機構8は、格子をY方向の中心軸線周りに回動させることができる。
(被写体保持部および位置切替機構)
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。
また、図4に示すように、位置切替機構3は、本体部3aと、移動部3bとを備える。本体部3aは、移動部3bをY2方向から保持するように構成されている。移動部3bは、Y方向における一方側(Y2方向側)の端面が本体部3aに接続されており、他方側(Y1方向側)の端面が、被写体保持部2の接続面2bと接続されている。移動部3bは、図示しない駆動部によって、Y方向に移動(伸縮)可能に構成されている。すなわち、本実施形態における位置切替機構3は、被写体保持部2を移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替えるように構成されている。具体的には、位置切替機構3は、被写体保持部2を上下方向(Y方向)に移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替えるように構成されている。
(退避位置および撮影位置)
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。
図5に示すように、退避位置60は、被写体90の位置が検出器11の撮影視野領域40外となる位置である。本実施形態において、撮影視野領域40とは、X線源10と、検出器11と、X線源10から照射されるX線とによって決定される領域である。図5に示す例では、X線は、一点鎖線41aおよび一点鎖線41bの範囲に照射される。したがって、X線源10と、検出器11と、一点鎖線41aと一点鎖線41bとにおいて決定された領域が、撮影視野領域40である。
本実施形態では、位置切替機構3が、被写体保持部2をY2方向側に移動させることにより、被写体90を退避位置60に移動させる。
図6に示すように、撮影位置61は、被写体90が検出器11の撮影視野領域40内となる位置である。本実施形態では、位置切替機構3が被写体90をY1方向側に移動させることにより、被写体90を撮影位置61に移動させる。なお、位置切替機構3は、Y方向に移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替える。すなわち、退避位置60と撮影位置61とは、X方向およびZ方向における位置が同一で、Y方向の位置が互いに異なる位置である。
(X線位相コントラスト画像)
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。
図7に示すように、本実施形態によるX線位相イメージング装置100では、第1画像21と、第2画像22と、が撮影される。第1画像21は、退避位置60において撮影された画像である。また、第2画像22は、撮影位置61において撮影された画像である。
本実施形態では、画像処理部4は、X線位相コントラスト画像20として、吸収像20a、位相微分像20b、および、暗視野像20cを生成するように構成されている。画像処理部4は、格子位置調整機構8によって第2格子13を並進移動させながら撮影する、いわゆる縞走査法によってX線位相コントラスト画像20を生成する。したがって、第1画像21および第2画像22は、第2格子13を並進させる回数分、取得される。本実施形態では、第2格子13を並進させる回数は、たとえば、4回である。図7に示す例では、第1画像21として、各並進位置に対応する第1画像21a、第1画像21b、第1画像21c、および、第1画像21dの4枚の画像が撮影される。また、第2画像22についても、各並進位置に対応する第2画像22a、第2画像22b、第2画像22c、および、第2画像22dの4枚の画像が撮影される。画像処理部4は、並進させて撮影した複数の第1画像21および複数の第2画像22のうち、所定の画素の画素値から、それぞれ、画素値の変化を示す強度変化曲線50(図8参照)および強度変化曲線51(図8参照)を取得する。なお、強度変化曲線50および強度変化曲線51は、第1画像21および第2画像22のすべての画素において取得される。
次に、図8を参照して、取得した強度変化曲線50および強度変化曲線51を用いてX線位相コントラスト画像20(吸収像20a、位相微分像20b、および、暗視野像20c)を生成する構成について説明する。なお、図8に示す強度変化曲線50および強度変化曲線51は、縦軸が信号強度であり、横軸がステップ数(並進移動回数)である。
吸収像20aは、以下に示す式(1)によって生成することができる。また、位相微分像20bは、以下に示す式(2)によって生成することができる。また、暗視野像20cは、以下に示す式(3)によって生成することができる。
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。
図9は、X線位相コントラスト画像20の模式図である。吸収像20aは、X線が被写体90を透過した際に被写体90に吸収されることによる、検出器11によって検出されるX線の強度の変化に基づいて画像化したものである。また、位相微分像20bは、X線が被写体90を透過した際に生じるX線の位相のずれに基づいて被写体90の内部構造を画像化したものである。また、暗視野像20cは、X線が被写体90を透過した際に生じるX線の微小角度の散乱に基づいて被写体90の内部構造を画像化したものである。
ここで、X線位相コントラスト画像20は、退避位置60で撮影された第1画像21と、撮影位置61で第2画像22とにおいて、被写体90によるX線の変化に基づいて画像化されたものである。
本実施形態では、画像処理部4は、記憶部6に記憶された第1画像21と第2画像22とに基づいて、X線位相コントラスト画像20を生成するように構成されている。具体的には、被写体90を退避位置60に移動させ、予め撮影した第1画像21を記憶部6に記憶する。その後、被写体90を撮影位置61に移動させ、第2画像22を撮影する。第2画像22の撮影後、第2画像22と、予め撮影され、記憶部6に記憶された第1画像21とを用いて、X線位相コントラスト画像20が生成される。したがって、第1画像21の撮影と第2画像22の撮影との間に、X線源10などからの発熱による格子の熱膨張や、格子の振動などによって、複数の格子の相対位置がずれた場合、記憶部6に記憶されている第1画像21を撮影した際の格子の相対位置と、第2画像22を撮影する格子の相対位置とに変化が生じる。格子の相対位置に変化が生じた場合、第1画像21におけるモアレ縞と第2画像22におけるモアレ縞とに、被写体90に起因する変化以外の変化が生じる。この場合、図10に示すように、生成されるX線位相コントラスト画像20の背景部分にグラデーション状のアーチファクト24が生じる。なお、図10では、便宜上、X線位相コントラスト画像20として、位相微分像20bを図示しているが、グラデーション状のアーチファクト24は、吸収像20aおよび暗視野像20cにおいても生じる。
第1画像21におけるモアレ縞と、第2画像22におけるモアレ縞とに、被写体90に起因する変化以外の変化を抑制することにより、X線位相コントラスト画像20にアーチファクト24が生じることを抑制することができる。すなわち、記憶部6に記憶されている第1画像21を更新することにより、X線位相コントラスト画像20にアーチファクト24が生じることを抑制することができる。
第1画像21を撮影するためには、被写体90は配置しないを状態において撮影する必要がある。操作者が被写体90を取り外して第1画像21を撮影する場合、第2画像22を撮影するために、第1画像21の撮影終了後に再び被写体90を配置する必要があり、操作者に負担がかかる。
(退避位置と撮影位置との切替)
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、一連の動作として、退避位置60における撮影と、撮影位置61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。具体的には、制御部5は、1つの操作入力信号に基づいて、退避位置60における撮影と、撮影位置61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。たとえば、撮影者が撮影開始ボタンを押下することにより、退避位置60における撮影と、撮影位置61における撮影とが実行される。また、制御部5は、X線源10よりX線が照射されたままの状態において、退避位置60への移動および退避位置60における撮影と、撮影位置61への移動および撮影位置61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。
(撮影モード)
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。
(第3画像による補正)
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。
本実施形態では、制御部5は、第3画像23を撮影する際に、位置切替機構3によって、被写体保持部2を退避位置60に移動させるとともに、第3画像23の撮影後に、被写体保持部2を撮影位置61に移動させる制御を行うように構成されている。また、制御部5は、第3画像23を撮影する際に、駆動部9aを制御することにより、複数の格子を撮影視野領域40の外に移動させる。これにより、X線源10と検出器11とに起因するノイズ23aが含まれた第3画像23を取得することができる。
(X線位相コントラスト画像の生成フロー)
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。
ステップ101において、制御部5は、撮影開始の操作信号を受信する。なお、ステップ101の処理は、操作者によって、被写体90が配置された後に操作者が撮影開始の操作を行うことにより実行される。また、操作者は、撮影開始の操作を行う前に、撮影条件の設定、撮影モードの選択などを行う。図12に示すフローは、第1撮影モードが選択された場合の処理フローである。撮影条件とは、照射されるX線の強度、照射時間などを含む。
ステップ102において、制御部5は、位置切替機構3を制御して、被写体90を退避位置60に移動させる。具体的には、制御部5は、位置切替機構3を制御して、被写体保持部2をY2方向に移動させることにより、被写体90を退避位置60に移動させる。
ステップ103において、制御部5は、第1画像21を撮影する制御を行う。なお、制御部5は、ステップ103の処理を行う前に、第2格子13の位置調整を行わせることにより、複数の格子の位置調整を行わせる。
ステップ104にいて、制御部5は、ステップ103において撮影した第1画像21によって、記憶部6に記憶されている第1画像21を更新する。
ステップ105において、制御部5は、第3画像23を撮影する制御を行う。具体的には、制御部5は、駆動部9aを制御することにより、複数の格子を撮影視野領域40の外側に移動させる。その後、制御部5は、第3画像23を撮影する制御を行う。また、制御部5は、撮影した第3画像23を記憶部6に記憶する制御を行う。第3画像23を撮影した後、制御部5は、駆動部9aを制御することにより、複数の格子を撮影視野領域40内に移動させる。
ステップ106において、制御部5は、位置切替機構3を制御して、被写体90を撮影位置61に移動させる。具体的には、制御部5は、位置切替機構3を制御して、被写体保持部2をY1方向に移動させることにより、被写体90を撮影位置61に移動させる。
ステップ107において、制御部5は、第2画像22を撮影する制御を行う。
ステップ108において、画像処理部4は、第1画像21と第2画像22とに基づいて、X線位相コントラスト画像20を生成する。
ステップ109において、画像処理部4は、第3画像23に基づいて、生成したX線位相コントラスト画像20を補正する。
上記ステップ101~ステップ109の処理は、一連の動作として実行される。具体的には、ステップ101~109の処理は、1つの操作入力信号に基づいて実行される。すなわち、操作者が被写体90の取り外しおよび取り付け作業を行う構成とは異なり、第1画像21を撮影するステップ103と、第2画像22を撮影するステップ107とは、一連の動作として、1つの操作入力信号に基づいて実行される。なお、一連の動作として1つの操作入力信号に基づいて実行されるとは、1つの操作入力信号が入力されることにより、他の操作入力信号を必要とせずに、ステップ103およびステップ107の処理を行うことを意味する。また、上記ステップ105における処理は、毎回行う必要はない。撮影系1に起因するノイズ23aは、一般的に、それほど変化するものではないため、ステップ105の処理が1度行われている場合には、ステップ105の処理を省略することができる。ステップ105の処理を省略した場合、ステップ109の処理は、記憶部6に記憶された第3画像23によって行えばよい。
(本実施形態の効果)
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、上記のように、X線位相イメージング装置100は、X線源10と、X線源10から照射されたX線を検出する検出器11と、X線源10と検出器11との間に配置された複数の格子と、を含む撮影系1と、被写体90を保持する被写体保持部2と、被写体保持部2と撮影系1との相対位置を変更することにより、被写体90の位置が検出器11の撮影視野領域外となる退避位置60と、検出器11の撮影視野領域内となる撮影位置61とを切り替える位置切替機構3と、位置切替機構3による退避位置60と撮影位置61との切り替えを制御する制御部5と、退避位置60において撮影された第1画像21と、撮影位置61において撮影された第2画像22と、に基づいて、X線位相コントラスト画像20を生成する画像処理部4と、を備え、制御部5は、一連の動作として、退避位置60における撮影と、撮影位置61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。これにより、位置切替機構3により退避位置60と撮影位置61とが切り替えられるので、操作者が被写体90を取り外すことなく、退避位置60において第1画像21を撮影することができる。また、退避位置60における撮影と、撮影位置61における撮影とを一連の動作として実行することによって、退避位置60における撮影と撮影位置61における撮影との間が長くなることを抑制することが可能となるので、格子の位置ずれが生じることを抑制することができる。その結果、操作者にかかる負担を軽減しつつ、生成されるX線位相コントラスト画像20にアーチファクト24が生じることを抑制することが可能なX線位相イメージング装置100を提供することができる。
また、本実施形態では、上記のように、位置切替機構3は、被写体保持部2を移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替えるように構成されており、制御部5は、1つの操作入力信号に基づいて、退避位置60における撮影と、撮影位置61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。これにより、撮影系1を移動させる構成と比較して、装置構成が複雑化することを抑制することができる。また、1つの操作入力信号に基づいて退避位置60における撮影と撮影位置61における撮影とが実行されるので、第1画像21の撮影と、第2画像22の撮影とを、個別の操作入力信号に基づいて実行する構成と比較して、操作者の操作回数を低減させることができる。その結果、操作者の負担を軽減することができる。また、第1画像21の撮影と第2画像22の撮影との間に、操作入力が必要ないので、たとえば、操作者が第2画像22の撮影を開始する操作を失念するなど、第1画像21の撮影と第2画像22の撮影との間の時間が、長くなることを抑制することができる。その結果、第1画像21の撮影時と、第2画像22の撮影時とにおいて、格子の位置ずれ量が大きくなることを抑制することが可能となるので、X線位相コントラスト画像20の画質が劣化することを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、制御部5は、X線源10よりX線が照射されたままの状態において、退避位置60への移動および退避位置60における撮影と、撮影位置61への移動および撮影位置61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。ここで、第1画像21を撮影するために、操作者が被写体90を取り外す場合、被写体90を取り外している間に誤ってX線が照射されないために、X線源10の電源を切ることが好ましい。しかしながら、X線源10の電源を切った後、再びX線源10に通電した場合、X線源10が安定するまでに所定の時間がかかる。所定の時間が経過する前にX線を照射すると、撮影の途中で照射されるX線が変化するため、X線位相コントラスト画像20の画質が劣化する。そこで、本実施形態では、X線源10よりX線が照射されたままの状態において、退避位置60への移動および退避位置60における撮影と、撮影位置61への移動および撮影位置61における撮影とを一連の動作として実行するように構成することによって、X線源10の電源を切ることなく、退避位置60への移動および第1画像21の撮影を実行することができる。その結果、X線源10の電源を切った状態で被写体90を退避位置60に移動させる構成と異なり、X線源10が安定するまで待つことなく撮影を行うことが可能となるので、撮影時間を短縮することができる。また、X線源10の電源を切った状態で被写体90を退避位置60に移動させる構成と異なり、撮影の途中で照射されるX線が変化することを抑制することが可能となるので、X線位相コントラスト画像20の画質が劣化することを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、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。これにより、第1撮影モードによって撮影する場合には、撮影する度に、または、所定回数毎に、または、ランダムな回数毎に、第1画像21が更新されるので、第1画像21の撮影後から第2画像22の撮影までの間において、複数の格子の位置ずれが生じることを抑制することができる。その結果、生成するX線位相コントラスト画像20において、アーチファクト24が生じることを容易に抑制することができる。また、第2撮影モードによって撮影を行う場合には、必要に応じて第1画像21が更新されるので、撮影する度に第1画像21を更新する構成と比較して、撮影時間を短縮することができる。
また、本実施形態では、上記のように、画像処理部4は、撮影系1に起因するノイズ23aを除去するための第3画像23を生成するとともに、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おり、制御部5は、第3画像23を撮影する際に、位置切替機構3によって被写体保持部2を退避位置60に移動させるとともに、第3画像23の撮影後に、被写体保持部2を撮影位置61に移動させる制御を行うように構成されている。これにより、撮影系1に起因するノイズ23aを除去するための第3画像23を撮影する場合でも、操作者が被写体90の取り外しおよび取り付けを行うことなく、第3画像23を撮影することができる。その結果、操作者の負担をより軽減しつつ、X線位相コントラスト画像20の画質が劣化することをより抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、X線の光軸方向に延びるとともに、少なくとも、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9をさらに備え、位置切替機構3は、被写体保持部2を、上下方向に移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替えるように構成されている。これにより、たとえば、位置切替機構3を、装置底部に設けることにより、撮影系保持部9と位置切替機構3とが干渉することを抑制することができる。その結果、位置切替機構3によって被写体保持部2を退避位置60と撮影位置61とを切り替える場合でも、装置構成が複雑化することを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、X線位相コントラスト画像生成方法は、X線源10と、X線源10から照射されたX線を検出する検出器11と、X線源10と検出器11との間に配置された複数の格子と、を含む撮影系1と、被写体90を保持する被写体保持部2とを相対移動させることにより、被写体90の位置が検出器11の撮影視野領域外となる退避位置60に移動させるステップ102と、退避位置60において、第1画像21を撮影するステップ103と、被写体90の位置が検出器11の撮影視野領域内となる撮影位置61に被写体保持部2と撮影系1と相対移動させるステップ106と、撮影位置61において、第2画像22を撮影するステップ107と、第1画像21と第2画像22とに基づいて、X線位相コントラスト画像20を生成するステップ108と、を備え、第1画像21を撮影するステップ103と、第2画像22を撮影するステップ107とは、一連の動作として実行される。これにより、X線位相イメージング装置100と同様に、操作者にかかる負担を軽減しつつ、生成されるX線位相コントラスト画像20にアーチファクト24が生じることを抑制することが可能なX線位相コントラスト画像生成方法を提供することができる。
また、本実施形態では、上記のように、退避位置60に移動させるステップ102、および、撮影位置61に移動させるステップ106は、被写体保持部2を移動させることにより実行され、退避位置60において第1画像21を撮影するステップ103と、撮影位置61において第2画像22を撮影するステップ107とは、1つの操作入力信号に基づいて実行される。これにより、第1画像21の撮影と、第2画像22の撮影とを、個別の操作入力信号に基づいて実行する構成と比較して、操作者の操作回数を低減させることができる。その結果、操作者の負担を軽減することが可能なX線位相コントラスト画像生成方法を提供することができる。また、第1画像21の撮影と第2画像22の撮影との間に、操作入力が必要ないので、たとえば、操作者が第2画像22の撮影を開始する操作を失念するなど、第1画像21の撮影と第2画像22の撮影との間隔が、長くなることを抑制することができる。その結果、第1画像21の撮影時と、第2画像22の撮影時とにおいて、格子の位置ずれ量が大きくなることを抑制することが可能となるので、X線位相コントラスト画像20の画質が劣化することを抑制することが可能なX線位相コントラスト画像生成方法を提供することができる。
[変形例]
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。
(第1変形例)
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。
ここで、格子の位置ずれが生じている状態の場合に、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第1画像21を更新すると判断される。したがって、制御部5は、記憶部6に記憶された第1画像21の更新を行う際に、格子位置調整機構8による複数の格子の位置調整を行うように構成されている。複数の格子の位置調整は、上記実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。制御部5は、複数の格子の位置調整を行った後に、第1画像21の撮影を行うとともに、記憶部6に記憶された第1画像21の更新処理を行うように構成されている。
図13を参照して、第1画像21の更新フローについて説明する。
ステップ201において、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、格子に位置ずれが生じているかを判定する。制御部5は、たとえば、X線位相コントラスト画像20の背景部分の画素値と所定の値とを比較することにより、格子に位置ずれが生じているか否かを判定する。ステップ201の処理は、画像処理部4がX線位相コントラスト画像20を生成した後に開始される。
ステップ202において、制御部5は、格子の位置ずれが、許容範囲内であるか否かを判定する。格子の位置ずれが許容範囲を超える場合、処理は、ステップ203へ進む。格子の位置ずれが許容範囲内の場合、処理は、終了する。
ステップ203において、制御部5は、位置切替機構3を制御して、被写体90を退避位置60に移動させる。
ステップ204において、制御部5は、第1画像21を撮影する制御を行う。
ステップ205において、制御部5は、ステップ204において撮影した第1画像21によって、記憶部6に記憶されている第1画像21を更新する。
ステップ206において、制御部5は、位置切替機構3を制御して、被写体90を撮影位置61に移動させる。その後、処理は、終了する。
なお、上記ステップ201の処理が行われる前に、操作者によって、撮影モードの切り替えが行われる。具体的には、操作者は、第1撮影モードと第2撮影モードとのうち、どちらの撮影モードによって撮影するかを選択する。制御部5は、操作者の選択に基づいて、撮影モードを切り替える処理を行う。操作者が、第1撮影モードボタンを押下した場合には、制御部5は、撮影モードを第1撮影モードに切り替える。また、操作者が第2撮影モードボタンを押下した場合には、制御部5は、撮影モードを第2撮影モードに切り替える。第1変形例は、操作者が第2撮影モードを選択した場合における、制御部5による第1画像21の更新処理を実施する構成である。
上記のように、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第1画像21を更新するか否かを判定するように構成することにより、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第1画像21の更新を行うか否かの判断が行われるので、操作者が第1画像21の更新を行うか否かを判断することなく、第1画像21の更新を行うことができる。その結果、操作者の負担を軽減しつつ、第1画像21の更新を容易に行うことができる。
また、上記のように、複数の格子の位置調整を行った後に、第1画像21の更新処理を行うように構成することにより、複数の格子の位置ずれを調整したうえで、第1画像21を撮影するので、第1画像21の撮影時と第2画像22の撮影時とにおいて、複数の格子の位置ずれを抑制した状態で撮影した第1画像21を記憶部6に記憶することができる。その結果、X線位相コントラスト画像20を生成する際に用いる第1画像21の撮影時と第2画像22の撮影時とにおいて、複数の格子の位置ずれが抑制された状態となるので、X線位相コントラスト画像20にアーチファクト24が生じることを抑制することができる。
また、上記のように、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撮影モードによって撮影することにより、必要に応じて第1画像21が更新されるので、撮影する度に第1画像21を更新する構成と比較して、撮影時間を短縮することができる。
(第2変形例)
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。
図14を参照して、第1画像21の更新フローについて説明する。
ステップ301において、制御部5は、第1画像21を更新する操作信号を受信する。ステップ301の処理は、操作者が、第1画像21の更新操作を行うことにより開始される。なお、第2変形例による第1画像21の更新処理は、上記実施形態による撮影時において、操作者が第1画像21の更新を行うために、たとえば、第1画像更新ボタンを押下することにより実行される処理である。すなわち、操作者が第1画像21の更新処理の操作を実施しない場合には、上記実施形態による撮影が行われる。
ステップ302において、制御部5は、位置切替機構3を制御して、被写体90を退避位置60に移動させる。
ステップ303において、制御部5は、第1画像21を撮影する制御を行う。
ステップ304において、制御部5は、ステップ303において撮影した第1画像21によって、記憶部6に記憶されている第1画像21を更新する。
ステップ305において、制御部5は、位置切替機構3を制御して、被写体90を撮影位置61に移動させる。その後、処理は、終了する。
上記のように、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撮影モードによって撮影することにより、操作者が任意のタイミングで第1画像21を更新することが可能となるので、操作者の利便性を向上させることができる。
(第3変形例)
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、第3変形例では、図16に示すように、画像処理部4は、各回転角度において撮影された第1画像21と第2画像22とに基づいて、各回転角度におけるX線位相コントラスト画像20を生成する。画像処理部4は、各回転角度におけるX線位相コントラスト画像20に基づいて、3次元のX線位相コントラスト画像30を生成するように構成されている。画像処理部4は、3次元のX線位相コントラスト画像30として、3次元の吸収像30aと、3次元の位相微分像30bと、3次元の暗視野像30cとを生成するように構成されている。第3変形例では、制御部5は、回転機構15によって被写体90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、第1画像21の撮影と、第2画像22の撮影とを行う制御を行うように構成されている。なお、制御部5は、第1画像21を撮影するタイミングは、第1画像21および第2画像22の撮影時間に基づいて決定されればよい。たとえば、第1画像21および第2画像22の撮影時間が長い場合には、各回転角度における撮影毎に、第1画像21を撮影すればよい。また、第1画像21および第2画像22の撮影時間が短い場合は、複数の回転角度において撮影した後に、第1画像21を撮影してもよい。
図17は、3次元のX線位相コントラスト画像30の模式図である。3次元の吸収像30aは、X線が被写体90を透過した際に被写体90に吸収されることによる、検出器11によって検出されるX線の強度の変化に基づいて画像化したものである。また、3次元の位相微分像30bは、X線が被写体90を透過した際に生じるX線の位相のずれに基づいて被写体90の内部構造を画像化したものである。また、3次元の暗視野像30cは、X線が被写体90を透過した際に生じるX線の微小角度の散乱に基づいて被写体90の内部構造を画像化したものである。
図18を参照して、第3変形例によるX線位相イメージング装置200が、3次元のX線位相コントラスト画を生成するフローについて説明する。
ステップ401において、制御部5は、撮影開始の操作信号を受信する。なお、ステップ401の処理は、上記実施形態におけるステップ101の処理と同様に、操作者によって、被写体90が配置された後に操作者が撮影開始の操作を行うことにより実行される。
ステップ402において、制御部5は、第1画像21の撮影、および、第2画像22の撮影する制御を行う。ステップ402における処理は、上記第1実施形態におけるステップ102、ステップ103、ステップ104、ステップ106およびステップ107の処理と同様の処理であるため、詳細な説明は省略する。
ステップ403において、画像処理部4は、第1画像21および第2画像22に基づいて、X線位相コントラスト画像20を生成する。ステップ403における処理は、上記実施形態におけるステップ108の処理と同様の処理であるため、詳細な説明は省略する。
ステップ404において、制御部5は、すべての角度で撮影したかを判定する。すべての角度において撮影していない場合、処理は、ステップ405へ進む。すべての角度において撮影している場合、処理は、ステップ406へ進む。
ステップ405において、制御部5は、回転機構15を制御して、被写体90を所定の角度分、回転させる。その後、処理は、ステップ402へ進む。
ステップ406において、画像処理部4は、各回転角度におけるX線位相コントラスト画像20に基づいて、3次元のX線位相コントラスト画像30を生成する。その後、処理は、終了する。
上記のように、回転機構15によって被写体90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、第1画像21の撮影と、第2画像22の撮影とを行うように構成することにより、撮影に時間がかかるCT撮影を行う場合に、所定の回転角度毎に第1画像21が自動的に更新される。そのため、所定角度回転させる度に操作者が被写体90の取り外しを行うことにより第1画像21を撮影する構成と比較して、操作者の負担を軽減することができる。また、各回転角度のX線位相コントラスト画像20の画質が劣化することを抑制することが可能となるので、3次元のX線位相コントラスト画像30の画質が劣化することを抑制することができる。
(その他の変形例)
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。
また、上記実施形態では、位置切替機構3が被写体保持部2を移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替え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、位置切替機構3は、撮影系1を移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替えるように構成されていてもよい。しかし、位置切替機構3が撮影系1移動させる構成の場合、位置切替機構3が大型化するとともに、位置切替機構3の装置構成が複雑化するため、位置切替機構3は、被写体保持部2を移動させる構成のほうが好ましい。
また、上記実施形態では、位置切替機構3が上下方向(Y方向)に被写体保持部2を移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替え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、位置切替機構3は、左右方向(X方向)に被写体保持部2を移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替えるように構成されていてもよい。
また、上記実施形態では、制御部5が、1つの操作入力信号に基づいて、退避位置60における撮影と、撮影位置61における撮影とを実行する制御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、退避位置60における撮影の操作信号と、撮影位置61における撮影の操作信号とに基づいて、それぞれの撮影を行うように構成されていてもよい。しかしながら、退避位置60における撮影と、撮影位置61における撮影との間隔が長くなると、複数の格子の位置ずれが大きくなる可能性があるため、第1画像21の撮影と、第2画像22の撮影との間隔を短くするためにも、制御部5は、1つの操作入力信号に基づいて、退避位置60における撮影と、撮影位置61における撮影とを実行する制御を行うように構成することが好ましい。また、第1画像21の撮影と、第2画像22の撮影とを、別々の操作入力信号に基づいて実施する構成の場合、操作者の操作回数が増加する。そのため、操作者の負担を軽減するためにも、制御部5は、1つの操作入力信号に基づいて、退避位置60における撮影と、撮影位置61における撮影とを実行する制御を行うように構成することが好ましい。
また、上記実施形態では、制御部5が、X線源10よりX線が照射されたままの状態において、退避位置60への移動および退避位置60における撮影と、撮影位置61への移動および撮影位置61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構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。X線源10の電源を切る時間が短時間であれば、X線源10が不安定になることを抑制することが可能となり、X線源10の電源を切ることによる影響を抑制することができる。そのため、退避位置60への移動および退避位置60における撮影と、撮影位置61への移動および撮影位置61における撮影との間において、短時間であれば、X線源10の電源を切ってもよい。
また、上記実施形態では、画像処理部4が第3画像23を生成し、X線位相コントラスト画像20に生じるノイズ23aを除去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、撮影系1に起因するノイズ23aによるX線位相コントラスト画像20の画質の劣化が許容範囲内であれば、画像処理部4は、第3画像23を生成しなくてもよい。
また、上記実施形態では、撮影系保持部9が、複数の格子を上方(Y1方向)から吊り下げて保持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、撮影系保持部9は、下方(Y2方向)から複数の格子を支持することにより、複数の格子を保持するように構成されていてもよい。撮影系保持部9が下方(Y2)から複数の格子を保持する構成の場合、位置切替機構3は、上方(Y1方向)から被写体保持部2(被写体90)を保持し、上下方向(Y方向)に移動させることにより、退避位置60と撮影位置61とを切り替えるように構成すればよい。
また、上記実施形態では、複数の格子として、第1格子12、第2格子13、および、第3格子14を備え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、X線源10から照射されるX線の可干渉性が高い場合、第1格子12を備えていなくてもよい。
また、上記実施形態では、格子位置調整機構8が、第2格子13の位置を調整することにより、複数の格子の位置ずれを調整する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。格子位置調整機構8が調整する格子は、いずれの格子であってもよい。
また、上記実施形態では、格子位置調整機構8が、第2格子13を並進移動させながら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。格子位置調整機構8が並進移動させる格子は、いずれの格子であってもよい。
また、上記実施形態では、X線位相イメージング装置100が、第2格子13を並進移動させながら撮影する、いわゆる縞走査法によって、X線位相コントラスト画像20を生成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、複数の格子のうち、いずれか1つをXY平面内で回転させてモアレ縞を形成して撮影するモアレ1枚撮り手法によってX線位相コントラスト画像20を生成するように構成されていてもよい。
また、上記実施形態では、第1格子12のX線透過部12aおよびX線吸収部12bが、それぞれ、上下方向(Y方向)に所定のピッチ(ピッチ120)で配列され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、第1格子12のX線透過部12aおよびX線吸収部12bは、それぞれ、左右方向(X方向)に配列されていてもよい。また、第1格子12のX線透過部12aおよびX線吸収部12bは、それぞれ、斜め方向に配列されていてもよい。また、第2格子13のスリット13aおよびX線位相変化部13bについても同様である。また、第3格子14のX線透過部14aおよびX線吸収部14bについても同様である。
[態様]
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。
(項目1)
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。
(項目2)
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。
(項目3)
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。
(項目4)
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。
(項目5)
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。
(項目6)
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。
(項目7)
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。
(項目8)
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。
(項目9)
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。
(項目10)
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。
(項目11)
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。
1 撮影系
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  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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