JP7460577B2 - X線画像生成装置 - Google Patents
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Description
X線の強度分布画像を用いて、被写体のX線画像を生成するための装置であって、
線源と、格子部と、検出器と、移動機構とを備えており、
前記線源は、前記格子部に向けてX線を照射する構成となっており、
前記格子部は、タルボ干渉計を構成する複数の格子を備えており、
前記検出器は、前記格子部を通過した前記X線を、前記強度分布画像として検出する構成となっており、
前記移動機構は、前記格子部に向けて照射された前記X線を横切る方向に、前記被写体を前記格子部に対して相対的に移動させる構成となっており、
前記格子部は、前記移動機構による移動方向に沿う方向に配列されたN個(ただし2≦N)の領域を備えており、
前記N個の領域のうちの第i番目(ただし1≦i≦N-1)の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向と、前記N個の領域のうちの第i+1番目の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向とが、異なる方向とされており、
前記複数の格子は、前記N個全ての領域で生成されたモアレ干渉縞が、いずれも、前記検出器でその周期的な強度変動を計測することができ、かつ前記移動機構による移動方向において少なくとも1周期以上の強度変動を有するように構成されている、
X線画像生成装置。
前記複数の格子は、前記タルボ干渉計を構成するG1格子とG2格子とを備えており、
前記G2格子における前記N個の領域での周期方向は、前記格子部のG1格子によって生成されかつN個の周期方向を持つ自己像に対して、一様に角度θ(ただしθ≠0)で回転して配置されており、これによって前記モアレ干渉縞を生成するようになっている
項目1に記載のX線画像生成装置。
前記角度θは、前記N個全ての領域において下記の範囲を満たす、
項目2に記載のX線画像生成装置:
ただし、
d:G2格子の格子周期;
li:N個の領域のうちの第i番目の領域の、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の幅;
ψi:N個の領域のうちの第i番目の領域で、G1格子によって生成された自己像における周期方向の角度(被写体移動方向と平行な方向を0°とする);
p:検出器の画素サイズ
である。
前記画像検出領域の幅liが、前記N個全ての領域において下記の範囲を満たす、
項目3に記載のX線画像生成装置:
ただし、
L:N個全ての領域についての、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の総幅。
前記複数の格子は、いずれも、一枚の基板上に、異なる周期方向とされた前記格子構造が形成されたものとなっている
項目1~4のいずれか1項に記載のX線画像生成装置。
前記複数の格子は、タルボ・ロー干渉計を構成するG0格子をさらに備えている
項目1~5のいずれか1項に記載のX線画像生成装置。
さらに処理部を備えており、
前記処理部は、X線画像生成部と、アーティファクト処理部とを備えており、
前記X線画像生成部は、前記検出器で取得された複数枚の強度分布画像を用いてX線画像を生成する構成となっており、
前記アーティファクト処理部は、前記X線画像におけるアーティファクトを、前記X線画像のうちで被写体の無い領域におけるROI画像を用いて除去する構成となっている
項目1~6のいずれか1項に記載のX線画像生成装置。
線源1は、窓11(図2参照)から格子部2に向けて、被写体10に対する透過性を有するX線を照射する構成となっている。線源1の構成は基本的に従来と同様でよいので、これ以上詳しい説明は省略する。
格子部2は、タルボ干渉計を構成する複数の格子を備えている。具体的には、格子部2は、G0格子(いわゆる線源格子)21とG1格子(いわゆる位相格子)22とG2格子(いわゆる解析格子)23とを備えている。つまり、本実施形態の格子部2は、タルボ干渉計を構成するG1格子及びG2格子に加えて、タルボ・ロー干渉計を構成するG0格子をさらに備えている。
d:G2格子の格子周期;
li:N個の領域のうちの第i番目の領域の、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の幅;
ψi:N個の領域のうちの第i番目の領域で、G1格子によって生成された自己像における周期方向の角度(被写体移動方向と平行な方向を0°とする);
p:検出器の画素サイズ
である。なお式(1)の左項は、移動機構4による移動方向における回転モアレ干渉縞が生成する強度変動周期が、検出器3の検出面内で1周期以上観測できる条件を意味し、右項は、この強度変動周期が検出器3の3画素以上の幅を持つ条件を意味している。
MAX(δψi)-MIN(δψi)<2dcosψi
をとるような格子21~23を一枚の基板24上に生成することが望ましい。
0.00071 rad<|θ|<0.024 rad
の範囲内となる。
L:N個全ての領域についての、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の総幅
である。なお式(3)は、移動機構4による移動方向における回転モアレ干渉縞が生成する強度変動周期が、検出器3の検出面内におけるN個全ての領域で、ψiによらず同数生成される条件である。これにより式(1)の左項がψiに依存せずN個の領域全てで一定の値をとるため、格子の調整が簡便になる。
検出器3は、格子部2を通過したX線を、強度分布画像として画素ごとに検出する構成となっている。具体的には、本実施形態の検出器3としては、被写体10の移動方向とX線照射方向とが作る面に対して垂直方向に延伸された検出面において、画素ごとにX線を検出できるX線カメラが用いられている。
移動機構4は、格子部2に向けて照射されたX線を横切る方向に、被写体10を格子部2に対して相対的に移動させる構成となっている。なお、本実施形態の移動機構4は、格子部2に対して被写体10を移動させているが、被写体10に対して格子部2を移動させることも可能である。また、移動方向としては、並進に限らず、回転であってもよい。例えば、被写体10を中心として格子部2、線源1、検出器3等の装置を回転させることも可能である。
処理部5は、X線画像生成部51と、アーティファクト処理部52とを備えている(図7参照)。
制御部6は、処理部5からの指示に基づいて移動機構4に指令を送り、必要なタイミングで被写体10を移動させるようになっている。制御部6は、移動機構4からのフィードバックを受け取って被写体10の位置を把握する構成であってもよい。本実施形態の制御部6は駆動部7の動作制御も行う(後述)。
駆動部7は、この実施形態では、被写体10の移動方向とX線照射方向とがなす平面に対して垂直方向にG2格子23を移動させる構成となっている。駆動部7は、G2格子23を並進させるための適宜の機構、例えばボールねじ、リニアモータ、ピエゾ素子、静電アクチュエータなどを用いることが可能であるが、これらには制約されない。また、駆動部7は、G2格子23に代えてG0格子21又はG1格子22を移動させる構成であってもよい。本実施形態の駆動部7は、制御部6からの指令によって、所定のタイミングで所定の向き(例えば往動方向又は復動方向)に格子を移動させる構成となっている。
次に、本実施形態の装置を用いてX線画像を生成する方法を、図8をさらに参照しながら説明する。
このステップは、前記した特許文献4の手法を用いて、リファレンス画像(被写体がない状態でのモアレ画像)を生成するためのものである。
ついで、移動機構4により被写体を移動させながら、実質的な縞走査を行う。この手法は、前記した特許文献3における手法と同様である。なお、前記したステップSA-1の手法は、この特許文献3における、サンプルの無い状態での位相マップ(いわばリファレンス画像)の生成を、特許文献4の手法を用いて行うものといえる。
Jk(p, q)=Σ[I(p-vt, q, t)/A0(p, q)/Gk(q)]
と表現できる。
したがって、本実施形態の処理部5により、
吸収像Abs(p, q)=ΣJk(p, q)
微分位相像φ(p, q)=arg[ΣJk(p,q)exp(i2πk/n)]
ビジビリティ像Vis(p, q)=2|ΣJk(p,q)exp(i2πk/n)|/Abs(p,q)
を、1番目の領域201、2番目の領域202、3番目の領域203においてそれぞれ算出できる。
ついで、本実施形態では、ここで得られた各領域のビジビリティ像に対し、ストライプ状のアーティファクトの除去処理を行う。この処理は、「撮影開始位置及び撮影終了位置付近において被写体が存在しない領域」をROIに設定し、このROIでの画素値を利用して行う。
S1=-ln(Vis1/Vis10)、
S2=-ln(Vis2/Vis20)、
S3=-ln(Vis3/Vis30)
と表記できる。被写体10の無い領域をROIに指定することにより、前記の計算を用いてアーティファクト除去が可能になる。ROIの具体的な取り方や計算方法は、下記実施例1~3において説明する。
以上の考察に基づき、
全方向散乱成分分布Sall=(S2+S3)/2
異方成分分布Saniso=√((S1-Sall)2+(S2-Sall)2)
配向度Orientation=Saniso/Sall
主配向方向分布θmain=0.5*atan2(2(S1-Sall),2(S2-Sall))
をそれぞれ求めることができる。この計算は処理部5で行うことができる。
ついで、本実施形態の実施例1に係るアーティファクト除去処理の手法を、図9をさらに参照しながら説明する。この実施例1の説明においては、前記した一実施形態の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
(1)被写体の存在しない矩形領域100(図9中太線参照)を設定し、領域のX座標両端をXroi1、Xroi2とする(図9(a))。
(2)Ibg(y)=(1/(Xroi2-Xroi1+1))ΣI(x,y)により、Y座標ごとにXroi1からXroi2の間における画素値の平均値をとる。
(3)吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(y)
でそれぞれを補正する。これにより、アーティファクト除去を行うことができる(図9(b)参照)。
ついで、実施例2に係るアーティファクト除去処理の手法を、図10をさらに参照しながら説明する。この実施例2の説明においては、前記した実施例1の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
(1)被写体10の存在しない矩形領域101・102(図10(a)の太線参照)を、スキャン開始点付近と終了点付近の2箇所において設定する。ここで、矩形領域のX座標端を、スキャン開始点付近においてXroi11、Xroi12とし、スキャン終了点付近においてXroi21、Xroi22とする。
(2)ついで、2領域101・102の平均をそれぞれとる。具体的には、
Ibg1(y)=(1/(Xroi12-Xroi11+1))ΣI(x,y)
Ibg2(y)=(1/(Xroi22-Xroi21+1))ΣI(x,y)
をyごとに算出する。
(3)二つの領域101・102間でX方向において一次関数的に画素値が変化すると仮定する。
Ibg(x,y)=Ibg1(y)+x*(Ibg2(y)-Ibg1(y))/(Xroi21-Xroi11+1)
とする。
(4)吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(x,y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(x,y)
により、それぞれの像を補正することができる。これにより、アーティファクト除去を行うことができる(図10(b)参照)。
ついで、実施例3に係るアーティファクト除去処理の手法を、図11をさらに参照しながら説明する。この実施例3の説明においては、前記した実施例1の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
(1)被写体がない状態での撮影を行う。ついで、直線上の領域(ROI)103(図11(a)の太線)を設定し、そのX方向両端をそれぞれXroi1、Xroi2とする。
(2)Xroi1からXroi2までの領域の画素値I(x,y)を、yごとに、二次関数Ax2+Bx+Cでフィッティングする。すなわち、Ibg(x,y)=A(y)x2+B(y)x+C(y)とし、yごとの係数A(y)、B(y)、C(y)を決定する。
(3)吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(x,y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(x,y)
でそれぞれの像を補正することができる。これにより、アーティファクト除去を行うことができる(図11(b)参照)。
11 窓
2 格子部
201 1番目の領域
202 2番目の領域
203 3番目の領域
21 G0格子
211 格子部材(格子構造)
22 G1格子
221 格子部材(格子構造)
23 G2格子
231 格子部材(格子構造)
24 基板
3 検出器
4 移動機構
5 処理部
51 X線画像生成部
52 アーティファクト処理部
6 制御部
7 駆動部
10 被写体
20 モアレ縞
100・101・102・103 画像中の領域(ROI)
Claims (5)
- X線の強度分布画像を用いて、被写体のX線画像を生成するための装置であって、
線源と、格子部と、検出器と、移動機構とを備えており、
前記線源は、前記格子部に向けてX線を照射する構成となっており、
前記格子部は、タルボ干渉計を構成する複数の格子を備えており、
前記検出器は、前記格子部を通過した前記X線を、前記強度分布画像として検出する構成となっており、
前記移動機構は、前記格子部に向けて照射された前記X線を横切る方向に、前記被写体を前記格子部に対して相対的に移動させる構成となっており、
前記格子部は、前記移動機構による移動方向に沿う方向に配列されたN個(ただし2≦N)の領域を備えており、
前記N個の領域のうちの第i番目(ただし1≦i≦N-1)の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向と、前記N個の領域のうちの第i+1番目の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向とが、異なる方向とされており、
前記複数の格子は、前記タルボ干渉計を構成するG1格子とG2格子とを備えており、
前記G2格子における前記N個の領域での周期方向は、前記格子部のG1格子によって生成されかつN個の周期方向を持つ自己像に対して、一様に角度θ(ただしθ≠0)で回転して配置されており、これによって前記N個全ての領域でモアレ干渉縞を生成するようになっており、
前記角度θは、前記N個全ての領域において下記の範囲を満たしており、
ただし、
d:G2格子の格子周期;
l i :N個の領域のうちの第i番目の領域の、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の幅;
ψ i :N個の領域のうちの第i番目の領域で、G1格子によって生成された自己像における周期方向の角度(被写体移動方向と平行な方向を0°とする);
p:検出器の画素サイズ
であり、
これによって、前記複数の格子は、前記N個全ての領域で生成されたモアレ干渉縞が、いずれも、前記検出器でその周期的な強度変動を計測することができ、かつ前記移動機構による移動方向において少なくとも1周期以上の強度変動を有するように構成されている、
X線画像生成装置。 - 前記複数の格子は、いずれも、一枚の基板上に、異なる周期方向とされた前記格子構造が形成されたものとなっている
請求項1又は2に記載のX線画像生成装置。 - 前記複数の格子は、タルボ・ロー干渉計を構成するG0格子をさらに備えている
請求項1~3のいずれか1項に記載のX線画像生成装置。 - さらに処理部を備えており、
前記処理部は、X線画像生成部と、アーティファクト処理部とを備えており、
前記X線画像生成部は、前記検出器で取得された複数枚の強度分布画像を用いてX線画像を生成する構成となっており、
前記アーティファクト処理部は、前記X線画像におけるアーティファクトを、前記X線画像のうちで被写体の無い領域におけるROI画像を用いて除去する構成となっている
請求項1~4のいずれか1項に記載のX線画像生成装置。
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