WO2020054151A1 - X線位相イメージング装置 - Google Patents

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WO2020054151A1
WO2020054151A1 PCT/JP2019/022488 JP2019022488W WO2020054151A1 WO 2020054151 A1 WO2020054151 A1 WO 2020054151A1 JP 2019022488 W JP2019022488 W JP 2019022488W WO 2020054151 A1 WO2020054151 A1 WO 2020054151A1
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WO
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grating
image
rotation direction
fourier transform
displacement
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PCT/JP2019/022488
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English (en)
French (fr)
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直樹 森本
木村 健士
太郎 白井
貴弘 土岐
哲 佐野
日明 堀場
Original Assignee
株式会社島津製作所
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/041Phase-contrast imaging, e.g. using grating interferometers

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray phase imaging apparatus, and more particularly, to a first grating arranged between an X-ray source and a detection unit for forming a self-image by X-rays emitted from the X-ray source,
  • the present invention relates to an X-ray phase imaging apparatus including a second grating for causing interference with an image.
  • a first grating is provided between an X-ray source and a detection unit, and forms a self-image by X-rays emitted from the X-ray source, and a second grating for causing interference with the self-image.
  • X-ray phase imaging devices are known. Such an X-ray phase imaging device is disclosed, for example, in WO 2014/030115.
  • WO 2014/030115 discloses an X-ray source, an X-ray detector (detection unit), and a plurality of gratings (source grating, phase grating ( An X-ray phase imaging apparatus including a first grating and an analysis grating (second grating) is disclosed.
  • a source grating, a phase grating, and an analysis grating are arranged in this order from the X-ray source side to the X-ray detector side. .
  • an X-ray emitted from an X-ray source and passed through a source grating passes through the phase grating, so that the phase grating is located at a predetermined distance from the phase grating. Is formed.
  • the X-ray detector is configured to detect interference fringes (moire fringes) generated by interference between the self-image and the analysis grating.
  • the change in the moiré fringes that is changed by translating (fringe scanning) one of a plurality of gratings (source grating) at a predetermined cycle is determined by an X-ray. Detect with a detector. Then, an image such as a phase contrast image including an absorption image, a phase differential image, and a dark field image is generated based on the change in the moire fringes.
  • a conventional X-ray phase imaging apparatus as described in WO 2014/030115, uses a first grating and a second grating in the following four directions. The misalignment with the grating affects the occurrence of unintended moiré fringes.
  • the four directions are the first direction of the X-ray irradiation axis direction connecting the X-ray source and the detection unit, the rotation direction around the X-ray irradiation axis direction, and the in-plane direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction.
  • a rotation direction around a second direction orthogonal to the first direction in the in-plane direction second rotation direction
  • the first grating and the second grating in the four directions are determined based on the shape of the moire fringes. Needs to be adjusted.
  • the measurer the person who adjusts the position shift
  • knowledge and experience are required for the measurer and
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a method of displacing the first and second gratings without depending on the knowledge and experience of the measurer. It is an object of the present invention to provide an X-ray phase imaging apparatus capable of adjusting the image quality and shortening the adjustment time.
  • an X-ray phase imaging apparatus includes an X-ray source, a detection unit that detects X-rays emitted from the X-ray source, an X-ray source and a detection unit.
  • a control unit configured to acquire a positional shift amount between the first grid and the second grid based on the converted Fourier transform image, wherein the control unit is configured to control an X-ray irradiation axis direction connecting the X-ray source and the detection unit.
  • the second rotation directions about a second direction orthogonal to the first direction. Kutomo in two directions, and is configured to acquire based on positional displacement amounts to a common Fourier transform image.
  • the control unit controls the X-ray irradiation axis direction, the rotation direction around the irradiation axis direction, and the first direction around the grating pitch direction (first direction).
  • the relative position between the first grating and the second grating deviates from the design position, unintended moiré fringes are generated.
  • the amount of positional shift between the first grid and the second grid in at least two of the four directions is obtained based on the common Fourier transform image, the amount of positional shift between the first grid and the second grid is obtained.
  • the number of times of imaging for acquiring the Fourier transform image can be reduced.
  • control unit is configured to acquire at least the positional shift amounts in the first rotation direction and the second rotation direction based on a common Fourier transform image.
  • the Fourier transform image for acquiring the amount of displacement at least in the first rotation direction and the second rotation direction can be shared, so that the number of times of imaging can be reliably reduced.
  • the control unit obtains the amount of displacement in the first rotation direction based on the magnitude of the primary peak in the second direction of the Fourier transform image, and obtains the influence of the displacement in the first rotation direction. It is configured to acquire the displacement amount in the second rotation direction based on the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image in which is reduced.
  • the magnitude of the primary peak in the second direction of the Fourier transform image is independent of the amount of displacement in the other directions (the X-ray irradiation axis direction, the rotation direction around the irradiation axis direction, and the second rotation direction).
  • the amount of displacement in the first rotation direction can be independently adjusted based on the magnitude of the primary peak in the second direction.
  • the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image does not correlate with the displacement in the irradiation axis direction of the X-ray and the rotation direction around the irradiation axis direction, but the displacement amount in the first rotation direction.
  • the amount of displacement in the second rotation direction it is not possible to independently adjust the amount of displacement in one rotation direction based on the magnitude of the primary peak in the first direction.
  • the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image is reduced from the magnitude of the primary displacement in the first rotational direction to thereby reduce the reduced primary peak in the first direction.
  • the displacement amount in the first rotation direction and the displacement amount in the second rotation direction can be acquired from the common Fourier transform image, so that the displacement amount in the first rotation direction and the position displacement in the second rotation direction are obtained. Imaging for acquiring the amount of deviation can be easily shared.
  • control unit acquires the amount of displacement in the second rotation direction based on the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image excluding the influence of the displacement in the first rotation direction
  • control unit obtains the amount of displacement in the second rotation direction based on a difference between the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image and the magnitude of the primary peak in the second direction of the Fourier transform image.
  • the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image correlated with the magnitude of the positional displacement in the first rotational direction and the magnitude of the positional deviation in the second rotational direction indicates the positional deviation in the first rotational direction. Can be easily reduced.
  • the control unit determines the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transformed image and the ratio of the magnitude in the first direction and the magnitude in the second direction of the image detected by the detection unit.
  • the amount of displacement in the second rotational direction is obtained based on the difference between the magnitude of the primary peak in the second direction and the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transformed image. It is configured to be.
  • the ratio between the amount of change in the magnitude of the primary peak in the first direction and the amount of change in the magnitude of the primary peak in the second direction of the Fourier transform image due to the displacement in the first rotation direction is determined by the detection unit.
  • I is a value corresponding to the ratio between the size in the first direction and the size in the second direction of the image detected in. Therefore, according to the above configuration, the magnitude of the primary peak in the second direction of the Fourier transform image depends on the ratio between the magnitude in the first direction and the magnitude in the second direction of the image detected by the detection unit. Therefore, the influence of the displacement in the first rotation direction can be appropriately reduced based on the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image.
  • the control unit includes a detection unit that detects the size of the image in the first direction.
  • the ratio between the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image and the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transform image is It is configured to acquire a positional shift amount in the second rotation direction based on a difference between the size of the primary peak in the second direction of the Fourier transform image that has not been changed. To have.
  • the position shift in the first rotation direction causes The ratio between the amount of change in the magnitude of the primary peak in the first direction of the Fourier transformed image and the amount of change in the magnitude of the primary peak in the second direction is 1: 1. Therefore, with the above configuration, it is not necessary to change the ratio between the size of the primary peak in the first direction and the size of the primary peak in the second direction of the Fourier transformed image when performing the above difference. Therefore, it is possible to simplify the processing for acquiring the amount of displacement in the second rotation direction.
  • the control unit acquires at least the amount of displacement in the first rotation direction and the second rotation direction based on a common Fourier transform image
  • the rotation of the first grating in the first rotation direction and the second rotation direction is configured to be substantially the center of the first lattice in the in-plane direction
  • the rotation center of the second lattice in the first rotation direction and the second rotation direction is substantially equal to the second lattice in the in-plane direction. It is configured to be in the center.
  • the amount of displacement in the first rotation direction and the amount of displacement in the second rotation direction due to the fact that the center of rotation of the grating is not substantially at the center of the grating are 0% in the first direction of the Fourier transformed image. Correlation with the distance between the next peak and the first peak can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a value that correlates to both the positional deviation amount in the first rotational direction and the positional deviation amount in the second rotational direction, so that the positional deviation in the first rotational direction and the second rotational direction can be suppressed. It is possible to prevent the imaging for acquiring the amount from becoming uncommon.
  • control unit is configured to control the displacement amount in four directions of an irradiation axis direction, a rotation direction around the irradiation axis direction, the first rotation direction, and the second rotation direction. Is obtained based on a common Fourier transform image. According to this configuration, the detection (imaging) by the detecting unit for acquiring the amount of displacement in the four directions can be shared, so that the number of times of imaging can be further reduced.
  • the control unit sets the positional deviation amounts in four directions of the irradiation axis direction, the rotation direction around the irradiation axis direction, the first rotation direction, and the second rotation direction in the first direction of the Fourier transform image, respectively.
  • the respective amounts of displacement in the four directions can be correlated independently with the values obtained from the Fourier transform images. Detection (imaging) by the detection unit can be reliably shared.
  • the position shift between the first grating and the second grating is adjusted by adjusting the position shift of at least one of the first grating and the second grating.
  • the apparatus further includes a displacement adjustment mechanism for adjusting, and the displacement adjustment mechanism is configured to adjust the displacement based on the displacement amount acquired by the control unit.
  • the position shift can be automatically adjusted by the position shift adjusting mechanism based on the amount of position shift obtained by the control unit. Therefore, the first grating can be adjusted without depending on the knowledge and experience of the measurer. Misalignment between the second grating and the second grating can be easily adjusted.
  • the frequency noise is removed from the image detected by the detection unit before performing the Fourier transform.
  • this structure it is possible to suppress an occurrence of an artifact (virtual image) in a Fourier-transformed image obtained by Fourier-transforming the image detected by the detection unit due to frequency noise included in the image detected by the detection unit. it can.
  • a peak caused by a displacement between the first lattice and the second lattice clearly appears. Therefore, based on the peak generated in the Fourier-transformed image, the first lattice and the second lattice are compared. Can easily be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an entire configuration of an X-ray phase imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a grating position adjusting mechanism of the X-ray phase imaging device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an adjustment direction of a displacement of a grating in the X-ray phase imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an acquired image in the X-ray phase imaging apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a Fourier transform image obtained by performing a Fourier transform on an acquired image in the X-ray phase imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a figure for explaining collective adjustment of the position shift of the grating in four directions in the X-ray phase imaging device by one embodiment of the present invention.
  • (B) is a diagram for explaining adjustment in each direction of the displacement of the grating in four directions in the X-ray phase imaging apparatus according to the comparative example.
  • 5 is a flowchart for adjusting a displacement of a grating in the X-ray phase imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an acquired image in an X-ray phase imaging device according to a modified example of one embodiment of the present invention.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 includes a plurality of gratings G including an X-ray tube 11, a detecting unit 12, a first grating G1, a second grating G2, and a third grating G3. , A processing unit 13 and a lattice position adjusting mechanism 14.
  • the X-ray tube 11 is an example of the “X-ray source” in the claims.
  • the lattice position adjusting mechanism 14 is an example of the “position shift adjusting mechanism” in the claims.
  • the X-ray tube 11, the third grating G3, the first grating G1, the second grating G2, and the detecting unit 12 connect the X-ray tube 11 and the detecting unit 12 with each other. They are arranged in this order in the irradiation axis direction of the line (optical axis direction, Z direction).
  • the direction from the X-ray tube 11 to the detection unit 12 is defined as a Z2 direction, and the opposite direction is defined as a Z1 direction.
  • the direction in which each of the plurality of lattices G extends in the in-plane direction orthogonal to the Z direction is defined as the X direction.
  • the direction of the grating pitch (described later) of each of the plurality of gratings G (the direction orthogonal to the Z direction and the X direction) in the in-plane direction orthogonal to the Z direction is defined as the Y direction.
  • the X direction and the Y direction are examples of the “first direction” and the “second direction” in the claims, respectively.
  • the X-ray tube 11 is an X-ray generator capable of generating X-rays when a high voltage is applied.
  • the X-ray tube 11 is configured to irradiate the generated X-ray in the Z2 direction.
  • the detection unit 12 detects the X-rays emitted from the X-ray tube 11 and converts the detected X-rays into an electric signal.
  • the detection unit 12 is, for example, an FPD (Flat @ Panel @ Detector).
  • the detection unit 12 includes a plurality of conversion elements (not shown) and pixel electrodes (not shown) arranged on the plurality of conversion elements. The plurality of conversion elements and the pixel electrodes are arranged in the X direction and the Y direction at a predetermined cycle (pixel pitch).
  • the detection signal (electric signal) converted by the detection unit 12 is sent to an image processing unit 13b (described later) included in the processing unit 13.
  • the first grating G1 has slits G1a and X-ray phase change portions G1b arranged at a predetermined period (grating pitch) d1 in the Y direction. Each slit G1a and the X-ray phase change portion G1b are formed to extend linearly in the X direction.
  • the first grating G1 is a so-called phase grating.
  • the first grating G1 is disposed between the X-ray tube 11 and the second grating G2, and is provided to form a self-image (by the Talbot effect) by the X-rays emitted from the X-ray tube 11. I have.
  • the Talbot effect is such that when the coherent X-ray passes through the first grating G1 in which the slit G1a is formed, the first grating G1 is located at a predetermined distance (Talbot distance) from the first grating G1. (Self image) is formed.
  • the second grating G2 has a plurality of X-ray transmitting portions G2a and X-ray absorbing portions G2b arranged at a predetermined period (grating pitch) d2 in the Y direction. Each of the X-ray transmitting portions G2a and the X-ray absorbing portions G2b is formed so as to extend linearly in the X direction.
  • the second grating G2 is a so-called absorption grating.
  • the second grating G2 is disposed between the first grating G1 and the detection unit 12, and is configured to interfere with the self-image formed by the first grating G1.
  • the second grating G2 is arranged at a position away from the first grating G1 by the Talbot distance in order to cause the self-image and the second grating G2 to interfere with each other. That is, in the X-ray phase imaging apparatus 100, an interference fringe (Moiré fringe AF (see FIG. 4)) generated by interference between the self-image and the second grating G2 is detected by the detection unit 12 as an X-ray. .
  • an interference fringe Magnetic fringe AF (see FIG. 4)
  • the third grating G3 has a plurality of slits G3a and X-ray absorbing portions G3b arranged at a predetermined period (pitch) d3. Each of the slits G3a and the X-ray absorbing portion G3b is formed so as to extend linearly in the X direction.
  • the third grating G3 is arranged between the X-ray tube 11 and the first grating G1, and is irradiated with X-rays from the X-ray tube 11.
  • the third grating G3 is configured to use the X-rays that have passed through each slit G3a as a line light source corresponding to the position of each slit G3a. That is, the third grating G3 is provided to increase the coherence of the X-rays emitted from the X-ray tube 11.
  • the processing unit 13 includes a control unit 13a and an image processing unit 13b.
  • the control unit 13a is configured to control the operation of the lattice position adjustment mechanism 14.
  • Control unit 13a includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.
  • the image processing unit 13b generates an acquired image 20 (see FIG. 4) based on the detection signal sent from the detection unit 12, and generates an image such as a phase contrast image based on the acquired image 20 (see FIG. 4). Is configured to generate
  • the image processing unit 13b includes, for example, a processor such as a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) configured for image processing.
  • a processor such as a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) configured for image processing.
  • the acquired image 20 is an example of the “image detected by the detection unit” in the claims.
  • the phase contrast image includes at least one of an absorption image, a phase differential image, and a dark field image.
  • the absorption image is an image based on the difference in the degree of X-ray absorption.
  • the phase differential image is an image based on the phase shift of the X-ray.
  • the dark-field image is an image based on a change in visibility (clearness) due to small-angle scattering of an object. Dark field images are also called small angle scattering images.
  • the control unit 13a is configured to generate a Fourier transform image 30 (see FIG. 5) obtained by performing a Fourier transform on the acquired image 20 (see FIG. 4).
  • the ratio between the size L1 in the X direction and the size L2 in the Y direction of the acquired image 20 is 1: 1.
  • the control unit 13a is configured to acquire the amount of displacement between the first grid G1 and the second grid G2 based on the Fourier transform image 30 (see FIG. 5).
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 is configured to remove frequency noise from the acquired image 20 (see FIG. 4) detected by the detection unit 12 before performing Fourier transform.
  • the lattice position adjusting mechanism 14 rotates the first lattice G1 in the X direction, the Y direction, the Z direction, the rotation direction Rz around the Z direction, the rotation direction Rx around the X direction, and the rotation around the Y direction. Is configured to be movable in the rotation direction Ry.
  • the lattice position adjustment mechanism 14 includes an X-direction translation mechanism 14a, a Z-direction translation mechanism 14b, a Y-direction translation mechanism 14c, a translation mechanism connection section 14d, a stage support driving section 14e, and a stage support section. 14f, a stage driving unit 14g, and a stage 14h.
  • the rotation direction Rx and the rotation direction Ry are examples of the “first rotation direction” and the “second rotation direction” in the claims, respectively.
  • the X-direction translation mechanism 14a, the Z-direction translation mechanism 14b, and the Y-direction translation mechanism 14c are configured to be movable in the X, Z, and Y directions, respectively.
  • the X-direction translation mechanism 14a, the Z-direction translation mechanism 14b, and the Y-direction translation mechanism 14c include, for example, a stepping motor.
  • the lattice position adjusting mechanism 14 moves the first lattice G1 in the X direction, the Z direction, and the Y direction, respectively, by the operations of the X direction linear moving mechanism 14a, the Z direction linear moving mechanism 14b, and the Y direction linear moving mechanism 14c. It is configured as follows.
  • the stage support 14f supports the stage 14h for mounting (or holding) the first lattice G1 from the Z2 direction.
  • the stage drive unit 14g is configured to reciprocate the stage 14h in the X direction.
  • the stage 14h has a bottom portion formed in a convex curved shape toward the stage support portion 14f, and is configured to rotate in the rotation direction Ry by reciprocating in the X direction.
  • the stage support driving unit 14e is configured to reciprocate the stage support 14f in the Y direction.
  • the linear motion mechanism connecting portion 14d is provided on the X direction linear motion mechanism 14a so as to be rotatable in the rotation direction Rz.
  • the stage support portion 14f has a bottom formed in a convex curved shape toward the linear motion mechanism connection portion 14d, and is configured to rotate in the rotation direction Rx by being reciprocated in the Y direction. .
  • the rotation center C of the first grating G1 in the rotation direction Rx and the rotation direction Ry is substantially the center of the first grating G1 in the in-plane direction (perpendicular to the Z direction). It is configured so that
  • the lattice position adjusting mechanism 14 is configured to adjust the positional deviation between the first lattice G1 and the second lattice G2 by adjusting the positional deviation of the first lattice G1.
  • the control unit 13a acquires the amount of displacement between the first grating G1 and the second grating G2 in four directions (Z direction, rotation direction Rz, rotation direction Rx, and rotation direction Ry).
  • the lattice position adjusting mechanism 14 adjusts the position of the first lattice G1 based on the amount of displacement between the first lattice G1 and the second lattice G2 acquired by the control unit 13a. Thereby, the displacement between the first grating G1 and the second grating G2 is adjusted.
  • the displacement amounts of the first grating G1 and the second grating G2 are respectively referred to as a displacement amount ⁇ Z and a displacement amount ⁇ Rz.
  • the positional deviation amount ⁇ Rx and the positional deviation amount ⁇ Ry are respectively referred to as a displacement amount ⁇ Z and a displacement amount ⁇ Rz.
  • the control unit 13a controls the first grating G1 and the second grating G in four directions of the Z direction, the rotation direction Rz, the rotation direction Rx, and the rotation direction Ry. It is configured to acquire the amount of displacement ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) from G2 based on the common Fourier transform image 30.
  • control unit 13a determines the amount of positional deviation ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) between the zero-order peak 40 and the primary peak 41 in the X direction of the Fourier transform image 30, respectively.
  • the distance dy and the distance dy are respectively defined as “distance (between the 0th-order peak and the first-order peak in the first direction)” and “(0th-order peak and 1st-order peak in the second direction)” in the claims. Distance to the next peak).
  • the half width ⁇ x and the half width ⁇ y are respectively defined as “the magnitude (of the primary peak in the first direction)” and “the magnitude of the (primary peak in the second direction)” in the claims. This is an example.
  • the control unit 13a extracts a zero-order peak 40 and a first-order peak 41 from the Fourier transform image 30 obtained by Fourier transforming the acquired image 20 (see FIG. 4).
  • the zero-order peak 40 is a peak derived from a low-frequency component in the acquired image 20 (see FIG. 4).
  • the primary peak 41 is an unintended moire generated due to a positional shift between the first grating G1 and the second grating G2 (a relative position between the first grating G1 and the second grating G2 is shifted from a design position). This is a peak derived from the frequency component of the fringe AF (see FIG. 4).
  • the control unit 13a calculates the distance d x between the zero-order peak 40 and the primary peak 41 in the X direction of the Fourier transform image 30 and the zero-order peak 40 and the primary order in the Y direction of the Fourier transform image 30 from the Fourier transform image 30. acquiring a distance d y between the peak 41. Further, the control unit 13a calculates, from the Fourier transformed image 30, a half-value width ⁇ x of the primary peak 41 in the X direction of the Fourier transformed image 30 and a half-value width ⁇ y of the primary peak 41 in the Y direction of the Fourier transformed image 30. , To get.
  • the positional deviation amounts ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) between the first grating G1 and the second grating G2, and the distance d x acquired from the Fourier transform image 30, The following correlation exists between the distance d y , the half width ⁇ x, and the half width ⁇ y . That is, the positional deviation amount ⁇ Z is correlated with the distance d x . The position deviation amount ⁇ Ry correlates with the distance d y. Further, the displacement ⁇ Rx is correlated with the half width ⁇ x and the half width ⁇ y . The displacement ⁇ Ry is correlated with the half width ⁇ x .
  • the distance d x and the distance d y are each independently of one another with other positional deviation amount is correlated with the position displacement amount ⁇ Z and positional deviation amount DerutaRz. Further, the half width ⁇ y is correlated with the displacement ⁇ Rx independently of the other displacements. Therefore, the control unit 13a (see FIG. 1) can control the position of the first grating G1 and the position of the second grating G2 in two or three directions of the Z direction, the rotation direction Rz, and the rotation direction Rx.
  • the half width ⁇ x is correlated with both the positional deviation amount ⁇ Rx and the positional deviation amount ⁇ Ry. That is, the half-value width ⁇ x is affected by the displacement in the rotation direction Rx and the displacement in the rotation direction Ry. Therefore, the control unit 13a (see FIG. 1) cannot directly acquire the displacement ⁇ Ry based on the half width ⁇ x acquired from the common Fourier transform image 30 (see FIG. 5).
  • the control unit 13a uses the rotation direction Ry based on the half-value width ⁇ x in which the influence of the displacement in the rotation direction Rx is reduced. Is configured to acquire the positional deviation amount ⁇ Ry at Specifically, the control unit 13a is configured to acquire the positional deviation amount ⁇ Ry in the rotation direction Ry based on the difference ( ⁇ x ⁇ y ) between the half width ⁇ x and the half width ⁇ y .
  • the displacement in the rotation direction Rx is correlated with both the half width ⁇ x and the half width ⁇ y , and thus the acquired image 20 (see FIG. 4) in the X direction
  • the size (length) L1 and the size (length) L2 in the Y direction are the same, the amount of change in the half-value width ⁇ x and the amount of change in the half-value width ⁇ y due to displacement in the rotation direction Rx are substantially equal.
  • the primary peak 41 of the Fourier transform image 30 isotropically spreads in the X direction and the Y direction.
  • the displacement in the rotation direction Ry is changed from the half-value width ⁇ x which is a component of the spread in the X direction due to the displacement in the rotation direction Rx (that is, , Half-width ⁇ y ) can be indirectly detected (monitored) by the value ( ⁇ x ⁇ y ), that is, the displacement ⁇ Ry in the rotational direction Ry is calculated by subtracting the difference ( ⁇ x ⁇ y ).
  • the control unit 13a (see FIG. 1) is a half-value width sigma x and, acquired image 20 in accordance with the ratio between the size L2 in size L1 and the Y-direction in the X direction (see FIG. 4) the half-value width sigma x
  • the position deviation amount ⁇ Ry in the rotation direction Ry is obtained based on the difference ( ⁇ x ⁇ y ) from the half width ⁇ y of which the ratio has been changed.
  • the ratio between the amount of change in the half-value width ⁇ x and the amount of change in the half-value width ⁇ y due to the displacement in the rotation direction Rx is the size L1 in the X direction of the acquired image 20 (see FIG. 4) and the value in the Y direction. The value corresponds to the ratio with the size L2.
  • the control unit 13a changes the value of the half width ⁇ y based on the ratio between the size L1 in the X direction and the size L2 in the Y direction of the acquired image 20 (see FIG. 4), and then changes the half width.
  • a value is obtained from the half-value width ⁇ x in which the influence of the displacement in the rotation direction Rx has been removed.
  • the control unit 13a (see FIG. 1) is based on the difference ( ⁇ x - ⁇ y) of the half-width sigma x, the half width sigma y the ratio has not changed between the half width sigma x, the direction of rotation It is configured to acquire the amount of displacement ⁇ Ry in Ry.
  • the respective amounts of positional deviation ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) in four directions are independently Fourier transformed. It can be correlated with the values (distance d x , distance d y , half width ⁇ y and difference ( ⁇ x ⁇ y )) obtained from the image 30 (see FIG. 5). Accordingly, detection by the detection unit 12 (see FIG. 1) for acquiring the amount of displacement ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) in four directions (Z direction, rotation direction Rz, rotation direction Rx, and rotation direction Ry). (Imaging) can be shared.
  • the process of moving the first grating G1 in four directions (the Z direction, the rotation direction Rz, the rotation direction Rx, and the rotation direction Ry) to perform imaging is repeated a plurality of times (five times). Have been.
  • the control unit 13a calculates the optimum position OP in each of the four directions. That is, the displacement between the first grating G1 and the second grating G2 in the four directions can be collectively adjusted. In this case, the number of times of imaging is five.
  • the numbers 1 to 5 described in FIG. 6A are the number of times of photographing.
  • step S ⁇ b> 1 the control unit 13 a performs imaging with the X-ray phase imaging device 100 and acquires the acquired image 20 detected by the detection unit 12.
  • step S2 the control unit 13a removes frequency noise from the acquired image 20.
  • step S3 the control unit 13a performs a Fourier transform on the acquired image 20 to generate a Fourier transformed image 30.
  • step S4 the control unit 13a extracts the primary peak 41 from the Fourier transform image 30, and acquires the distance d x , the distance dy , the half width ⁇ x, and the half width ⁇ y .
  • step S5 the control unit 13a moves the first grating G1 in four directions: the Z direction, the rotation direction Rz, the rotation direction Rx, and the rotation direction Ry.
  • step S6 the control unit 13a determines whether the number of times of imaging is less than N times.
  • the process returns to step S1.
  • the controller 13a determines that the number of times of imaging is N or more, the process proceeds to step S7.
  • step S7 the control unit 13a determines the four directions (the Z direction and the rotation direction) based on the distance d x , the distance dy , the half width ⁇ x, and the half width ⁇ y acquired by the N times of imaging.
  • Rz, the rotation direction Rx, and the rotation direction Ry) are calculated respectively.
  • step S8 the control unit 13a controls the grid position adjustment mechanism 14 based on the acquired optimal positions OP in each of the four directions (Z direction, rotation direction Rz, rotation direction Rx, and rotation direction Ry).
  • One grid G1 is moved to the optimal position OP in each of the four directions.
  • the adjustment of the positional deviation between the first grating G1 and the second grating G2 ends.
  • the control unit 13a determines the amount of displacement between the first grating G1 and the second grating G2 in the four directions of the Z direction, the rotation direction Rz, the rotation direction Rx, and the rotation direction Ry ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) are obtained based on the common Fourier transform image 30. Thereby, based on the primary peak 41 generated in the Fourier transform image 30 acquired by the control unit 13a, the positional deviation amounts ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) between the first lattice G1 and the second lattice G2 are acquired. can do.
  • the positional deviation amounts ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) between the first grid G1 and the second grid G2 are determined in four directions (Z direction, rotation direction Rz, rotation direction Rx, and rotation direction).
  • Ry unlike the case of acquiring based on the different Fourier transform images 30, the number of times of imaging for acquiring the Fourier transform image 30 can be reduced. As a result, it is possible to shorten the adjustment time of the positional shift by the reduction in the number of times of imaging.
  • the control unit 13a obtains the displacement ⁇ Rx in the rotation direction Rx based on the half-value width ⁇ y of the primary peak 41 in the Y direction of the Fourier transform image 30 and The amount of displacement ⁇ Ry in the rotation direction Ry is obtained based on the half value width ⁇ x of the primary peak 41 in the X direction of the Fourier transform image 30 in which the influence of the displacement in the rotation direction Rx is reduced.
  • the half-value width ⁇ x of the reduced primary peak 41 in the X direction can be pseudo-correlated with only the displacement ⁇ Ry in the rotation direction Ry.
  • the displacement ⁇ Rx in the rotation direction Rx and the displacement ⁇ Ry in the rotation direction Ry can be correlated independently with the value obtained from the Fourier transform image 30.
  • the displacement amount ⁇ Rx in the rotation direction Rx and the displacement amount ⁇ Ry in the rotation direction Ry can be acquired from the common Fourier transform image 30, so that the displacement amount ⁇ Rx in the rotation direction Rx and the position in the rotation direction Ry Imaging for acquiring the deviation amount ⁇ Ry can be easily shared.
  • the control unit 13a determines the half-value width ⁇ x of the primary peak 41 in the X direction of the Fourier transform image 30 and the half-value width of the primary peak 41 in the Y direction of the Fourier transform image 30. based on the difference between the ⁇ y ( ⁇ x - ⁇ y) , configured to obtain the position deviation amount ⁇ Ry in the rotational direction Ry.
  • the control unit 13a determines the half-value width ⁇ x of the primary peak 41 in the X direction of the Fourier transform image 30 and the half-value width of the primary peak 41 in the Y direction of the Fourier transform image 30. based on the difference between the ⁇ y ( ⁇ x - ⁇ y) , configured to obtain the position deviation amount ⁇ Ry in the rotational direction Ry.
  • the control unit 13a controls the half-width ⁇ x of the primary peak 41 in the X direction of the Fourier transform image 30 and the X direction of the acquired image 20 detected by the detection unit 12 in the X direction.
  • the amount of displacement ⁇ Ry in the rotation direction Ry is obtained.
  • the half-value width ⁇ y of the primary peak 41 in the Y direction of the Fourier transform image 30 is determined by the ratio between the size L1 in the X direction and the size L2 in the Y direction of the acquired image 20 detected by the detection unit 12. Therefore, the influence of the displacement in the rotation direction Rx can be appropriately reduced based on the magnitude of the primary peak 41 in the X direction of the Fourier transform image 30.
  • the control unit 13a determines that the ratio between the size L1 in the X direction and the size L2 in the Y direction of the acquired image 20 detected by the detection unit 12 is 1: 1.
  • the position deviation amount ⁇ Ry in the rotation direction Ry is obtained based on the difference ( ⁇ x ⁇ y ) between the 30 and the half value width ⁇ y of the primary peak 41 in the Y direction.
  • the rotation center C of the first grating G1 in the rotation direction Rx and the rotation direction Ry is configured to be substantially the center of the first grating G1 in the in-plane direction.
  • the displacement ⁇ Rx in the rotation direction Rx and the displacement ⁇ Ry in the rotation direction Ry due to the rotation center C of the first grating G1 not being substantially at the center of the first grating G1 become the X of the Fourier transform image 30.
  • the distance d x between the zero-order peak 40 in the direction as first peak 41 can be suppressed from being correlated.
  • control unit 13a controls the position shift amounts ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) in four directions of the Z direction, the rotation direction Rz, the rotation direction Rx, and the rotation direction Ry.
  • the peak 41 is configured to be acquired based on the difference ( ⁇ x ⁇ y ) from the half value width ⁇ y .
  • the respective displacement amounts ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) in the four directions can be correlated independently with the values obtained from the Fourier transform image 30. Detection (imaging) by the detection unit 12 for obtaining the amounts ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) can be reliably shared.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 adjusts the displacement of the first grating G1 to adjust the displacement between the first grating G1 and the second grating G2.
  • a position adjusting mechanism 14 is provided.
  • the lattice position adjusting mechanism 14 is configured to adjust the positional deviation based on the positional deviation amounts ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) acquired by the control unit 13a.
  • the displacement can be automatically adjusted by the lattice position adjustment mechanism 14, so that the knowledge and experience of the measurer can be reduced.
  • the displacement between the first grating G1 and the second grating G2 can be easily adjusted without dependence.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 is configured to remove frequency noise from the acquired image 20 detected by the detection unit 12 before performing Fourier transform. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of an artifact (virtual image) in the Fourier transform image 30 obtained by Fourier transforming the acquired image 20 due to the frequency noise included in the acquired image 20.
  • a peak primary peak 41
  • the peak (1) generated in the Fourier transformed image 30 is obtained.
  • the amount of displacement ( ⁇ Z, ⁇ Rz, ⁇ Rx, and ⁇ Ry) between the first grating G1 and the second grating G2 can be easily obtained.
  • the control unit 13a determines the amount of displacement ( ⁇ Z, ⁇ Rz) between the first grating G1 and the second grating G2 in four directions of the Z direction, the rotation direction Rz, the rotation direction Rx, and the rotation direction Ry. , ⁇ Rx and ⁇ Ry) are obtained based on the common Fourier transform image 30, but the present invention is not limited to this.
  • the control unit 13a controls the positional shift between the first grating G1 and the second grating G2 in any two or three directions of the Z direction, the rotating direction Rz, the rotating direction Rx, and the rotating direction Ry.
  • the amount may be configured to be obtained based on the common Fourier transform image 30.
  • control unit 13a is configured to acquire the displacement amounts ( ⁇ Rx and ⁇ Ry) in the rotation direction Rx and the rotation direction Ry based on the common Fourier transform image 30.
  • the present invention is not limited to this.
  • the control unit 13a may be configured to acquire the positional deviation amount ⁇ Rx in the rotational direction Rx and the positional deviation amount ⁇ Ry in the rotational direction Ry based on different Fourier transform images 30, respectively.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 adjusts the displacement of the first grating G1 to thereby adjust the displacement of the first grating G1 and the second grating G2.
  • the X-ray phase imaging apparatus is configured to include a position shift adjusting mechanism that adjusts the position shift between the first grating G1 and the second grating G2 by adjusting the position shift of the second grating G2. You may.
  • the center of rotation of the second grating G2 in the rotation direction Rx and the rotation direction Ry may be configured to be substantially the center of the second grating G2 in the in-plane direction.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 is configured to remove the frequency noise from the acquired image 20 detected by the detection unit 12 before performing the Fourier transform. Is not limited to this. In the present invention, the X-ray phase imaging apparatus may be configured so as not to remove frequency noise from the acquired image 20 detected by the detection unit 12 before performing the Fourier transform. In this case, the step of removing the frequency noise can be omitted.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can be applied to a case where the ratio of the size L201 in the X direction of the acquired image 200 to the size L202 in the Y direction is not 1: 1 as shown in FIG.
  • control unit 13a the half-value width sigma x and the size L201 and in accordance with the ratio between the size L202 in the Y-direction half-width sigma ratio changed FWHM of x in the X direction of the acquired image 220 based on the difference ( ⁇ x - ⁇ y) with sigma y, it may be configured to obtain the position deviation amount ⁇ Ry in the rotational direction Ry.
  • the plurality of gratings G are arranged between the X-ray tube 11 and the first grating G1, and the third grating G for increasing the coherence of the X-ray emitted from the X-ray tube 11 is provided.
  • G3 is included
  • the present invention is not limited to this. In the present invention, the third grating G3 may not be included.
  • the present invention is not limited to this.
  • an absorption grating may be used instead of the phase grating.
  • a region (a non-interferometer) where a stripe pattern simply occurs due to optical conditions such as a distance, and a region where a self-image due to the Talbot effect occurs (an interferometer) are generated.

Abstract

このX線位相イメージング装置(100)は、X線の照射軸方向(Z方向)、照射軸方向(Z方向)回りの回転方向(Rz)、照射軸方向(Z方向)と直交する面内方向のうちの第1方向(X方向)回りの第1回転方向(回転方向Rx)および第2方向(Y方向)回りの第2回転方向(回転方向Ry)のうちの少なくとも2つの方向における、第1格子(G1)と第2格子(G2)との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を共通のフーリエ変換画像(30)に基づいて取得する制御部(13)を備える。

Description

X線位相イメージング装置
 本発明は、X線位相イメージング装置に関し、特に、X線源と検出部との間に配置され、X線源から照射されるX線により自己像を形成するための第1格子、および、自己像と干渉させるための第2格子を備えるX線位相イメージング装置に関する。
 従来、X線源と検出部との間に配置され、X線源から照射されるX線により自己像を形成するための第1格子、および、自己像と干渉させるための第2格子を備えるX線位相イメージング装置が知られている。このようなX線位相イメージング装置は、たとえば、国際公開第2014/030115号に開示されている。
 国際公開第2014/030115号には、X線源と、X線検出器(検出部)と、X線源とX線検出器との間に配置される複数の格子(ソース格子、位相格子(第1格子)および分析格子(第2格子))と、を備えたX線位相イメージング装置が開示されている。国際公開第2014/030115号のX線位相イメージング装置では、ソース格子と、位相格子と、分析格子とが、X線源側からX線検出器側に向かって、この順に並んで配置されている。国際公開第2014/030115号のX線位相イメージング装置では、X線源から照射されソース格子を通過したX線が位相格子を通過することにより、位相格子から所定の距離だけ離れた位置に位相格子の自己像が形成される。そして、自己像と分析格子とが干渉することにより生じた干渉縞(モアレ縞)をX線検出器で検出することが可能に構成されている。
 国際公開第2014/030115号のX線位相イメージング装置では、複数の格子のうちの1つ(ソース格子)を所定の周期で並進移動(縞走査)させることにより変化するモアレ縞の変化をX線検出器で検出する。そして、モアレ縞の変化に基づいて、吸収像、位相微分像および暗視野像を含む位相コントラスト画像等の画像が生成される。
国際公開第2014/030115号
 ここで、国際公開第2014/030115号に記載のような従来のX線位相イメージング装置では、第1格子と第2格子との相対位置が設計位置からずれている場合、意図しないモアレ縞が発生する。この場合、意図しないモアレ縞が検出部によって検出されるため、意図しないモアレ縞に起因して、生成された画像にアーティファクト(虚像)が発生するという不都合がある。なお、国際公開第2014/030115号には記載されていないが、国際公開第2014/030115号に記載のような従来のX線位相イメージング装置では、以下の4つの方向における第1格子と第2格子との位置ずれが、意図しないモアレ縞の発生に影響する。4つの方向とは、X線源と検出部とを結ぶX線の照射軸方向、X線の照射軸方向回りの回転方向、X線の照射軸方向と直交する面内方向のうちの第1方向回りの回転方向(第1回転方向)、および、面内方向のうちの第1方向と直交する第2方向回りの回転方向(第2回転方向)である。
 そこで、国際公開第2014/030115号に記載のような従来のX線位相イメージング装置では、装置の使用前に、モアレ縞の形状に基づいて、上記4つの方向における第1格子と第2格子との位置ずれを調整する必要がある。しなしながら、測定者(位置ずれを調整する者)が目視によって複雑なモアレ縞の形状から上記4つの方向における位置ずれを判断しなければならないので、測定者に知識や経験が要求されるとともに、位置ずれの調整時間が長くな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、測定者の知識や経験に依存することなく第1格子と第2格子との位置ずれを調整することが可能であるとともに、調整時間の短縮を図ることが可能なX線位相イメージング装置を提供することである。
 上記目的を達成するために、この発明の一の局面における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線を検出する検出部と、X線源と検出部との間に配置され、X線源から照射されるX線により自己像を形成するための第1格子、および、自己像と干渉させるための第2格子と、検出部で検出された画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像に基づいて、第1格子と第2格子との位置ずれ量を取得する制御部と、を備え、制御部は、X線源と検出部とを結ぶX線の照射軸方向、照射軸方向回りの回転方向、照射軸方向と直交する面内方向のうちの第1格子および第2格子の格子ピッチの方向である第1方向回りの第1回転方向、および、面内方向のうちの第1方向と直交する第2方向回りの第2回転方向のうちの少なくとも2つの方向における、位置ずれ量を共通のフーリエ変換画像に基づいて取得するように構成されている。
 この発明の一の局面によるX線位相イメージング装置では、上記のように、制御部は、X線の照射軸方向、照射軸方向回りの回転方向、格子ピッチ方向(第1方向)回りの第1回転方向、および、X線の照射軸に直交する面内方向のうちの第1方向に直交する第2方向回りの第2回転方向のうちの少なくとも2つ方向における、第1格子と第2格子との位置ずれ量を共通のフーリエ変換画像に基づいて取得するように構成されている。ここで、第1格子と第2格子との相対位置が設計位置からずれている場合、意図しないモアレ縞が発生するので、意図しないモアレ縞に基づいて生成されたフーリエ変換画像において、意図しないモアレ縞に起因するピークが発生する。したがって、上記のように構成することにより、制御部により取得されたフーリエ変換画像に発生するピークに基づいて、第1格子と第2格子との位置ずれ量を取得することができる。その結果、測定者が目視によって複雑なモアレ縞の形状から上記4つの方向における位置ずれを判断する必要がないので、測定者の知識や経験に依存することなく第1格子と第2格子との位置ずれを調整することができる。また、上記4つの方向のうち少なくとも2つの方向における第1格子と第2格子との位置ずれ量を共通のフーリエ変換画像に基づいて取得するので、第1格子と第2格子との位置ずれ量を4つの方向の各々において別々のフーリエ変換画像に基づいて取得する場合と異なり、フーリエ変換画像を取得するための撮像回数を低減することができる。その結果、撮像回数が低減される分、位置ずれの調整時間の短縮を図ることができる。
 上記一の局面によるX線位相イメージング装置において、好ましくは、制御部は、少なくとも第1回転方向および第2回転方向における位置ずれ量を共通のフーリエ変換画像に基づいて取得するように構成されている。このように構成すれば、少なくとも第1回転方向および第2回転方向における位置ずれ量を取得するためのフーリエ変換画像を共通化することができるので、撮像回数を確実に低減することができる。
 この場合、好ましくは、制御部は、フーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさに基づいて、第1回転方向における位置ずれ量を取得するとともに、第1回転方向における位置ずれによる影響を低減した、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさに基づいて、第2回転方向における位置ずれ量を取得するように構成されている。ここで、フーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさは、他の方向(X線の照射軸方向、照射軸方向回りの回転方向、第2回転方向)における位置ずれ量と独立して、第1回転方向における位置ずれ量に相関しているので、第2方向における1次ピークの大きさに基づいて、第1回転方向における位置ずれ量を独立して調整することができる。一方、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさは、X線の照射軸方向および照射軸方向回りの回転方向における位置ずれと相関していないものの、第1回転方向における位置ずれ量および第2回転方向における位置ずれ量の両方に相関しているので、第1方向における1次ピークの大きさに基づいて、独立して1つの回転方向の位置ずれ量を調整することができない。そこで、上記のように、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさから、第1回転方向における位置ずれによる影響を低減することによって、低減された後の第1方向における1次ピークの大きさを、第2回転方向における位置ずれ量のみに擬似的に相関させることができる。すなわち、第1回転方向における位置ずれ量および第2回転方向における位置ずれ量を、互いに独立して、フーリエ変換画像から得られる値に相関させることができる。その結果、第1回転方向における位置ずれ量と第2回転方向における位置ずれ量とを共通のフーリエ変換画像から取得することができるので、第1回転方向における位置ずれ量と第2回転方向における位置ずれ量を取得するための撮像を容易に共通化することができる。
 上記制御部が第1回転方向における位置ずれによる影響を除いたフーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさに基づいて第2回転方向における位置ずれ量を取得する構成において、好ましくは、制御部は、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさとフーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさとの差分に基づいて、第2回転方向における位置ずれ量を取得するように構成されている。このように構成すれば、第1回転方向における位置ずれ量および第2回転方向における位置ずれ量と相関するフーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさから、第1回転方向における位置ずれによる影響を容易に低減することができる。
 この場合、好ましくは、制御部は、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさと、検出部で検出された画像の第1方向における大きさと第2方向における大きさとの比率に応じてフーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさとの比率が変更されたフーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさとの差分に基づいて、第2回転方向における位置ずれ量を取得するように構成されている。ここで、第1回転方向における位置ずれによる、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさの変化量と第2方向における1次ピークの大きさの変化量との比率は、検出部で検出された画像の第1方向における大きさと第2方向における大きさとの比率に応じた値となる。したがって、上記のように構成すれば、フーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさが、検出部で検出された画像の第1方向における大きさと第2方向における大きさとの比率に応じて変更されているので、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさから、適切に、第1回転方向における位置ずれによる影響を低減することができる。
 上記制御部が検出部で検出された画像の第1方向における大きさと第2方向における大きさとの比率に応じてフーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさとの比率が変更されたフーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさに基づいて第2回転方向における位置ずれ量を取得する構成において、好ましくは、制御部は、検出部で検出された画像の第1方向における大きさと第2方向における大きさとの比率が1対1の場合には、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさと、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさとの比率が変更されていないフーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさとの差分に基づいて、第2回転方向における位置ずれ量を取得するように構成されている。ここで、検出部で検出された画像の第1方向における大きさと第2方向における大きさとの比率が1対1の場合(画像が正方形の場合)には、第1回転方向における位置ずれによる、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさの変化量と第2方向における1次ピークの大きさの変化量との比率が1対1となる。したがって、上記のように構成すれば、上記の差分を行う際に、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさと第2方向における1次ピークの大きさとの比率を変更する必要がないので、第2回転方向における位置ずれ量を取得するための処理を簡略化することができる。
 上記制御部が少なくとも第1回転方向および第2回転方向における位置ずれ量を共通のフーリエ変換画像に基づいて取得する構成において、好ましくは、第1回転方向および第2回転方向における第1格子の回転中心は、面内方向における第1格子の略中央となるように構成されているとともに、第1回転方向および第2回転方向における第2格子の回転中心は、面内方向における第2格子の略中央となるように構成されている。このように構成すれば、格子の回転中心が格子の略中央でないことに起因して第1回転方向における位置ずれ量および第2回転方向における位置ずれ量が、フーリエ変換画像の第1方向における0次ピークと1次ピークとの間の距離にも相関してしまうのを抑制することができる。その結果、第1回転方向における位置ずれ量と第2回転方向における位置ずれ量との両方に相関する値が生じるのを抑制することができるので、第1回転方向および第2回転方向における位置ずれ量を取得するための撮像を共通化できなくなるのを抑制することができる。
 上記一の局面によるX線位相イメージング装置において、好ましくは、制御部は、照射軸方向、照射軸方向回りの回転方向、上記第1回転方向および上記第2回転方向の4つの方向における位置ずれ量を共通のフーリエ変換画像に基づいて取得するように構成されている。このように構成すれば、4つの方向における位置ずれ量を取得するための検出部による検出(撮像)を共通化することができるので、撮像回数をより少なくすることができる。
 この場合、好ましくは、制御部は、照射軸方向、照射軸方向回りの回転方向、第1回転方向および第2回転方向の4つの方向における位置ずれ量を、それぞれ、フーリエ変換画像の第1方向における0次ピークと1次ピークとの間の距離、フーリエ変換画像の第2方向における0次ピークと1次ピークとの間の距離、フーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさ、および、フーリエ変換画像の第1方向における1次ピークの大きさとフーリエ変換画像の第2方向における1次ピークの大きさとの差分に基づいて取得するように構成されている。このように構成すれば、4つの方向におけるそれぞれの位置ずれ量を、互いに独立して、フーリエ変換画像から得られる値に相関させることができるので、4つの方向における位置ずれ量を取得するための検出部による検出(撮像)を確実に共通化することができる。
 上記一の局面によるX線位相イメージング装置において、好ましくは、第1格子または第2格子のうちの少なくともいずれか一方の位置ずれを調整することにより、第1格子と第2格子との位置ずれを調整する位置ずれ調整機構をさらに備え、位置ずれ調整機構は、制御部が取得した位置ずれ量に基づいて、位置ずれを調整するように構成されている。このように構成すれば、制御部が取得した位置ずれ量に基づいて、位置ずれ調整機構により自動で位置ずれを調整することができるので、測定者の知識や経験に依存することなく第1格子と第2格子との位置ずれを容易に調整することができる。
 上記一の局面によるX線位相イメージング装置において、好ましくは、フーリエ変換を行う前に、検出部で検出された画像から周波数ノイズを除去するように構成されている。このように構成すれば、検出部で検出された画像に含まれる周波数ノイズに起因して検出部で検出された画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像にアーティファクト(虚像)が生じるのを抑制することができる。その結果、フーリエ変換したフーリエ変換画像において第1格子と第2格子との位置ずれに起因するピークが明瞭に現れるので、フーリエ変換画像に発生するピークに基づいて、第1格子と第2格子との位置ずれ量を容易に取得することができる。
 本発明によれば、上記のように、測定者の知識や経験に依存することなく第1格子と第2格子との位置ずれを調整することが可能であるとともに、調整時間の短縮を図ることが可能なX線位相イメージング装置を提供することができる。
本発明の一実施形態によるX線位相イメージング装置の全体構成を示した図である。 本発明の一実施形態によるX線位相イメージング装置の格子位置調整機構を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるX線位相イメージング装置における格子の位置ずれの調整方向を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるX線位相イメージング装置における取得画像を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるX線位相イメージング装置における取得画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像を説明するための図である。 (A)は、本発明の一実施形態によるX線位相イメージング装置における4つの方向における格子の位置ずれの一括調整を説明するための図である。(B)は、比較例によるX線位相イメージング装置における4つの方向における格子の位置ずれのそれぞれの方向毎の調整を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるX線位相イメージング装置における格子の位置ずれの調整フローである。 本発明の一実施形態の変形例によるX線位相イメージング装置における取得画像を説明するための図である。
 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。
 まず、図1~図4を参照して、本発明の一実施形態によるX線位相イメージング装置100の構成について説明する。
 図1に示すように、X線位相イメージング装置100は、X線管11と、検出部12と、第1格子G1と、第2格子G2と、第3格子G3と、を含む複数の格子Gと、処理ユニット13と、格子位置調整機構14と、を備えている。なお、X線管11は、特許請求の範囲の「X線源」の一例である。また、格子位置調整機構14は、特許請求の範囲の「位置ずれ調整機構」の一例である。
 X線位相イメージング装置100では、X線管11と、第3格子G3と、第1格子G1と、第2格子G2と、検出部12とが、X線管11と検出部12とを結ぶX線の照射軸方向(光軸方向、Z方向)に、この順に並んで配置されている。本明細書では、X線管11から検出部12に向かう方向をZ2方向、その逆方向をZ1方向とする。また、Z方向と直交する面内方向のうちの複数の格子Gそれぞれの格子が延びる方向をX方向とする。また、Z方向と直交する面内方向のうちの複数の格子Gそれぞれの格子ピッチ(後述する)の方向(Z方向およびX方向と直交する方向)をY方向とする。なお、X方向およびY方向は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1方向」および「第2方向」の一例である。
 X線管11は、高電圧が印加されることにより、X線を発生させることが可能なX線発生装置である。X線管11は、発生させたX線をZ2方向に照射するように構成されている。
 検出部12は、X線管11から照射された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する。検出部12は、たとえば、FPD(Flat Panel Detector)である。検出部12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方向に並んで配置されている。検出部12で変換された検出信号(電気信号)は、処理ユニット13が備える画像処理部13b(後述する)に送られる。
 第1格子G1は、Y方向に所定の周期(格子ピッチ)d1で配列されるスリットG1aおよびX線位相変化部G1bを有している。各スリットG1aおよびX線位相変化部G1bは、X方向に直線状に延びるように形成されている。第1格子G1は、いわゆる位相格子である。第1格子G1は、X線管11と第2格子G2との間に配置されており、X線管11から照射されたX線により(タルボ効果によって)自己像を形成するために設けられている。なお、タルボ効果は、可干渉性を有するX線が、スリットG1aが形成された第1格子G1を通過すると、第1格子G1から所定の距離(タルボ距離)離れた位置に、第1格子G1の像(自己像)が形成されることを意味する。
 第2格子G2は、Y方向に所定の周期(格子ピッチ)d2で配列される複数のX線透過部G2aおよびX線吸収部G2bを有している。各X線透過部G2aおよびX線吸収部G2bは、それぞれ、X方向に直線状に延びるように形成されている。第2格子G2は、いわゆる、吸収格子である。第2格子G2は、第1格子G1と検出部12との間に配置されており、第1格子G1により形成された自己像に干渉するように構成されている。第2格子G2は、自己像と第2格子G2とを干渉させるために、第1格子G1からタルボ距離だけ離れた位置に配置されている。すなわち、X線位相イメージング装置100では、自己像と第2格子G2とが干渉することにより生成された干渉縞(モアレ縞AF(図4参照))が、X線として検出部12で検出される。
 第3格子G3は、所定の周期(ピッチ)d3で配列される複数のスリットG3aおよびX線吸収部G3bを有している。各スリットG3aおよびX線吸収部G3bは、それぞれ、X方向に直線状に延びるように形成されている。第3格子G3は、X線管11と第1格子G1との間に配置されており、X線管11からX線が照射される。第3格子G3は、各スリットG3aを通過したX線を、各スリットG3aの位置に対応する線光源とするように構成されている。すなわち、第3格子G3は、X線管11から照射されたX線の可干渉性を高めるために設けられている。
 処理ユニット13は、制御部13aと、画像処理部13bと、を備えている。
 制御部13aは、格子位置調整機構14の動作を制御するように構成されている。制御部13a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。
 画像処理部13bは、検出部12から送られた検出信号に基づいて、取得画像20(図4参照)を生成するとともに、取得画像20(図4参照)に基づいて、位相コントラスト画像等の画像を生成するように構成されている。画像処理部13bは、たとえば、GPU(Graphics Processing Unit)や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。なお、取得画像20は、特許請求の範囲の「検出部で検出された画像」の一例である。
 位相コントラスト画像は、吸収像、位相微分像および暗視野像の少なくとも1つを含む。吸収像は、X線の吸収度合の差に基づく画像である。位相微分像は、X線の位相のずれに基づく画像である。暗視野像は、物体の小角散乱によるVisibility(鮮明度)の変化に基づく画像である。暗視野像は、小角散乱像とも呼ばれる。
 本実施形態では、制御部13aは、取得画像20(図4参照)をフーリエ変換したフーリエ変換画像30(図5参照)を生成するように構成されている。図4に示すように、X線位相イメージング装置100では、取得画像20のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率は、1対1である。また、図1に示すように、制御部13aは、フーリエ変換画像30(図5参照)に基づいて、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量を取得するように構成されている。なお、X線位相イメージング装置100では、フーリエ変換を行う前に、検出部12で検出された取得画像20(図4参照)から周波数ノイズを除去するように構成されている。
 図2に示すように、格子位置調整機構14は、第1格子G1を、X方向、Y方向、Z方向、Z方向回りの回転方向Rz、X方向回りの回転方向Rx、および、Y方向回りの回転方向Ryに移動可能に構成されている。格子位置調整機構14は、X方向直動機構14aと、Z方向直動機構14bと、Y方向直動機構14cと、直動機構接続部14dと、ステージ支持部駆動部14eと、ステージ支持部14fと、ステージ駆動部14gと、ステージ14hと、を含む。なお、回転方向Rxおよび回転方向Ryは、それぞれ、特許請求の範囲の「第1回転方向」および「第2回転方向」の一例である。
 X方向直動機構14a、Z方向直動機構14bおよびY方向直動機構14cは、それぞれ、X方向、Z方向およびY方向に移動可能に構成されている。X方向直動機構14a、Z方向直動機構14bおよびY方向直動機構14cは、たとえば、ステッピングモータなどを含む。格子位置調整機構14は、X方向直動機構14a、Z方向直動機構14bおよびY方向直動機構14cの動作により、それぞれ、第1格子G1を、X方向、Z方向およびY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14fは、第1格子G1を載置(または保持)させるためのステージ14hをZ2方向から支持している。ステージ駆動部14gは、ステージ14h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14hは、底部がステージ支持部14f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、回転方向Ry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14eは、ステージ支持部14fをY方向に往復移動させるように構成されている。また、直動機構接続部14dは、回転方向Rzに回動可能にX方向直動機構14aに設けられている。また、ステージ支持部14fは底部が直動機構接続部14dに向けて凸曲面状に形成されており、Y方向に往復移動されることにより、回転方向Rxに回動するように構成されている。なお、図3に示すように、本実施形態では、回転方向Rxおよび回転方向Ryにおける第1格子G1の回転中心Cは、(Z方向と直交する)面内方向における第1格子G1の略中央となるように構成されている。
 また、本実施形態では、格子位置調整機構14は、第1格子G1の位置ずれを調整することにより、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれを調整するように構成されている。具体的には、制御部13aは、4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)における第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量を取得する。格子位置調整機構14は、制御部13aが取得した第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量に基づいて、第1格子G1の位置を調整する。これにより、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれが調整される。なお、以下の説明では、Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ryにおける、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量を、それぞれ、位置ずれ量ΔZ、位置ずれ量ΔRz、位置ずれ量ΔRxおよび位置ずれ量ΔRyとする。
 (第1格子と第2格子との位置ずれ量の取得)
 次に、図4~図6を参照しながら、制御部13aによる第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量の取得について詳細に説明する。
 図5に示すように、本実施形態では、制御部13a(図1参照)は、Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ryの4つの方向における、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を共通のフーリエ変換画像30に基づいて取得するように構成されている。
 詳細には、制御部13a(図1参照)は、位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を、それぞれ、フーリエ変換画像30のX方向における0次ピーク40と1次ピーク41との間の距離dx、フーリエ変換画像30のY方向における0次ピーク40と1次ピーク41との間の距離dy、フーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σy、および、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxとフーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて取得するように構成されている。なお、距離dyおよび距離dyは、それぞれ、特許請求の範囲の「(第1方向における0次ピークと1次ピークとの間の)距離」および「(第2方向における0次ピークと1次ピークとの間の)距離」の一例である。また、半値幅σxおよび半値幅σyは、それぞれ、特許請求の範囲の「(第1方向における1次ピークの)大きさ」および「(第2方向における1次ピークの)大きさ」の一例である。
 具体的には、制御部13a(図1参照)は、取得画像20(図4参照)をフーリエ変換したフーリエ変換画像30から、0次ピーク40および1次ピーク41を抽出する。0次ピーク40は、取得画像20(図4参照)中の低周波数成分に由来するピークである。また、1次ピーク41は、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ(第1格子G1と第2格子G2との相対位置が設計位置からずれていること)によって発生する意図しないモアレ縞AF(図4参照)の周波数成分に由来するピークである。
 制御部13aは、フーリエ変換画像30から、フーリエ変換画像30のX方向における0次ピーク40と1次ピーク41との距離dxと、フーリエ変換画像30のY方向における0次ピーク40と1次ピーク41との距離dyと、を取得する。また、制御部13aは、フーリエ変換画像30から、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxと、フーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σyと、を取得する。
 ここで、図6(B)に示すように、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)と、フーリエ変換画像30から取得される距離dx、距離dy、半値幅σxおよび半値幅σyとの間には、以下の相関関係がある。すなわち、位置ずれ量ΔZは、距離dxと相関している。また、位置ずれ量ΔRyは、距離dyと相関している。また、位置ずれ量ΔRxは、半値幅σxおよび半値幅σyと相関している。また、位置ずれ量ΔRyは、半値幅σxと相関している。
 上記のように、距離dxおよび距離dyは、それぞれ、他の位置ずれ量と互いに独立して、位置ずれ量ΔZおよび位置ずれ量ΔRzと相関している。また、半値幅σyは、他の位置ずれ量と互いに独立して、位置ずれ量ΔRxと相関している。したがって、制御部13a(図1参照)は、第1格子G1と第2格子G2との位置がZ方向、回転方向Rzおよび回転方向Rxのいずれか2つまたは3つの方向において位置ずれした場合でも、共通のフーリエ変換画像30から取得された距離dx、距離dyおよび半値幅σyに基づいて、位置ずれ量ΔZ、位置ずれ量ΔRzおよび位置ずれ量ΔRxを取得することができる。
 一方、半値幅σxは、位置ずれ量ΔRxおよび位置ずれ量ΔRyの両方に相関している。すなわち、半値幅σxは、回転方向Rxにける位置ずれ、および、回転方向Ryにおける位置ずれの影響を受ける。したがって、制御部13a(図1参照)は、共通のフーリエ変換画像30(図5参照)から取得された半値幅σxに基づいて、位置ずれ量ΔRyを直接取得することができない。
 そこで、図6(A)に示すように、本実施形態では、制御部13a(図1参照)は、回転方向Rxにおける位置ずれによる影響を低減した、半値幅σxに基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するように構成されている。詳細には、制御部13aは、半値幅σxと半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するように構成されている。
 つまり、図6(B)に示すように、回転方向Rxの位置ずれは、半値幅σxおよび半値幅σyの両方に相関しているので、取得画像20(図4参照)のX方向における大きさ(長さ)L1とY方向における大きさ(長さ)L2とが同じであれば、回転方向Rxの位置ずれによる半値幅σxの変化量および半値幅σyの変化量は、略同じとなる。言い換えると、回転方向Rxの位置ずれが生じた場合、フーリエ変換画像30(図5参照)の1次ピーク41は、X方向およびY方向に等方的に広がる。この性質を利用すれば、図6(A)に示すように、回転方向Ryの位置ずれを、X方向の広がりの成分である半値幅σxから回転方向Rxの位置ずれに起因する分(つまり、半値幅σy)を差分した値(σx-σyによって、間接的に、検出する(モニターする)ことが可能になる。すなわち、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを、差分(σx-σy)に擬似的に相関させることができる。
 なお、制御部13a(図1参照)は、半値幅σxと、取得画像20(図4参照)のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率に応じて半値幅σxとの比率が変更された半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するように構成されている。
 つまり、取得画像20(図4参照)のX方向における大きさ(長さ)L1とY方向における大きさ(長さ)L2とが異なる場合、回転方向Rxの位置ずれによる半値幅σxの変化量と半値幅σyの変化量とは、等しくならない。言い換えると、回転方向Rxにおける位置ずれによる、半値幅σxの変化量と半値幅σyの変化量との比率は、取得画像20(図4参照)のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率に応じた値となる。したがって、制御部13aは、半値幅σyの値を、取得画像20(図4参照)のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率に基づいて変更した上で、半値幅σxと半値幅σyとの差分(σx-σy)を取ることによって、半値幅σxから回転方向Rxにおける位置ずれの影響が除かれた値を取得する。
 なお、上述したように、取得画像20(図4参照)のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率は1対1であるので、差分(σx-σy)を取る際に、半値幅σyの値を変更する必要がない。すなわち、制御部13a(図1参照)は、半値幅σxと、半値幅σxとの比率が変更されていない半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するように構成されている。
 上記の構成により、図6(A)に示すように、X線位相イメージング装置100では、4つの方向におけるそれぞれの位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を、互いに独立して、フーリエ変換画像30(図5参照)から得られる値(距離dx、距離dy、半値幅σyおよび差分(σx-σy))に相関させることができる。これにより、4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)における位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を取得するための検出部12(図1参照)による検出(撮像)を共通化することができる。
 図6(A)に示した例では、4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)において第1格子G1を移動させて撮像する工程が複数回(5回)繰り返されている。そして、制御部13a(図1参照)は、4つの方向において、それぞれ、最適位置OPを算出する。すなわち、4つの方向における第1格子G1と第2格子G2との位置ずれを一括調整することができる。この場合、撮像回数は、5回となる。なお、図6(A)に記載した数字1~5は、撮影回数である。
 一方、図6(B)に示した比較例では、4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)のうち1つの方向毎に、第1格子G1を移動させて撮像する工程が複数回(5回)繰り返されている。そして、制御部13a(図1参照)は、1つの方向毎に、最適位置OPを算出する。他の3つの方向においても、同様の工程を繰り返す。すなわち、4つの方向毎に第1格子G1と第2格子G2との位置ずれを調整する必要がある。この場合、撮像回数は、20回(=5回×4(方向))となる。なお、図6(B)に記載した数字1~20は、撮影回数である。
 (第1格子と第2格子との位置ずれの調整フロー)
 次に、図7を参照して、制御部13aによる第1格子G1と第2格子G2との位置ずれの調整フローについて説明する。
 まず、ステップS1において、制御部13aは、X線位相イメージング装置100による撮像を行い、検出部12により検出された取得画像20を取得する。
 次に、ステップS2において、制御部13aは、取得画像20から、周波数ノイズを除去する。
 次に、ステップS3において、制御部13aは、取得画像20をフーリエ変換して、フーリエ変換画像30を生成する。
 次に、ステップS4において、制御部13aは、フーリエ変換画像30から、1次ピーク41を抽出するともに、距離dx、距離dy、半値幅σxおよび半値幅σyを取得する。
 次に、ステップS5において、制御部13aは、第1格子G1を、Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ryの4つの方向に移動させる。
 次に、ステップS6において、制御部13aは、撮像回数がN回未満であるか否かを判断する。そして、制御部13aは、撮像回数がN回未満であると判断した場合は、ステップS1に戻る。また、制御部13aは、撮像回数がN回以上であると判断した場合は、ステップS7に進む。
 次に、ステップS7において、制御部13aは、N回の撮像により取得された距離dx、距離dy、半値幅σxおよび半値幅σyに基づいて、4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)それぞれにおける最適位置OPを算出する。
 次に、ステップS8において、制御部13aは、取得した4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)それぞれにおける最適位置OPに基づいて、格子位置調整機構14により、第1格子G1を4つの方向それぞれにおける最適位置OPに移動させる。そして、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれの調整を終了する。
 (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、制御部13aを、Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ryの4つの方向における、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を共通のフーリエ変換画像30に基づいて取得するように構成する。これにより、制御部13aにより取得されたフーリエ変換画像30に発生する1次ピーク41に基づいて、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を取得することができる。その結果、測定者が目視によって複雑なモアレ縞AFの形状から4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)における位置ずれを判断する必要がないので、測定者の知識や経験に依存することなく第1格子G1と第2格子G2との位置ずれを調整することができる。また、4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)における第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を共通のフーリエ変換画像30に基づいて取得するので、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を4つの方向(Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ry)の各々において別々のフーリエ変換画像30に基づいて取得する場合と異なり、フーリエ変換画像30を取得するための撮像回数を低減することができる。その結果、撮像回数が低減される分、位置ずれの調整時間の短縮を図ることができる。
 また、本実施形態では、上記のように、制御部13aを、フーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σyに基づいて、回転方向Rxにおける位置ずれ量ΔRxを取得するとともに、回転方向Rxにおける位置ずれによる影響を低減した、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxに基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するように構成する。これにより、低減された後のX方向における1次ピーク41の半値幅σxを、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyのみと擬似的に相関させることができる。すなわち、回転方向Rxにおける位置ずれ量ΔRxおよび回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを、互いに独立して、フーリエ変換画像30から得られる値に相関させることができる。その結果、回転方向Rxにおける位置ずれ量ΔRxと回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyとを共通のフーリエ変換画像30から取得することができるので、回転方向Rxにおける位置ずれ量ΔRxと回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するための撮像を容易に共通化することができる。
 また、本実施形態では、上記のように、制御部13aを、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxとフーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するように構成する。これにより、回転方向Rxにおける位置ずれ量ΔRxおよび回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyと相関するフーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxから、回転方向Rxにおける位置ずれによる影響を容易に低減することができる。
 また、本実施形態では、上記のように、制御部13aを、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxと、検出部12で検出された取得画像20のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率に応じてフーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxとの比率が変更されたフーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するように構成する。これにより、フーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σyが、検出部12で検出された取得画像20のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率に応じて変更されているので、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の大きさから、適切に、回転方向Rxにおける位置ずれによる影響を低減することができる。
 また、本実施形態では、上記のように、制御部13aを、検出部12で検出された取得画像20のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率が1対1の場合には、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxと、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxとの比率が変更されていないフーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するように構成する。これにより、差分(σx-σy)を行う際に、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxとY方向における1次ピーク41の半値幅σyとの比率を変更する必要がないので、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得するための処理を簡略化することができる。
 また、本実施形態では、上記のように、回転方向Rxおよび回転方向Ryにおける第1格子G1の回転中心Cを、面内方向における第1格子G1の略中央となるように構成する。これにより、第1格子G1の回転中心Cが第1格子G1の略中央でないことに起因して回転方向Rxにおける位置ずれ量ΔRxおよび回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyが、フーリエ変換画像30のX方向における0次ピーク40と1次ピーク41との間の距離dxにも相関してしまうのを抑制することができる。その結果、回転方向Rxにおける位置ずれ量ΔRxと回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyとの両方に相関する値が生じるのを抑制することができるので、回転方向Rxおよび回転方向Ryにおける位置ずれ量(ΔRxおよびΔRy)を取得するための撮像を共通化できなくなるの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13aを、Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ryの4つの方向における位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を、それぞれ、フーリエ変換画像30のX方向における0次ピーク40と1次ピーク41との間の距離dx、フーリエ変換画像30のY方向における0次ピーク40と1次ピーク41との間の距離dy、フーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σy、および、フーリエ変換画像30のX方向における1次ピーク41の半値幅σxとフーリエ変換画像30のY方向における1次ピーク41の半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて取得するように構成する。これにより、4つの方向におけるそれぞれの位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を、互いに独立して、フーリエ変換画像30から得られる値に相関させることができるので、4つの方向における位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を取得するための検出部12による検出(撮像)を確実に共通化することができる。
 また、本実施形態では、上記のように、X線位相イメージング装置100は、第1格子G1の位置ずれを調整することにより、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれを調整する格子位置調整機構14を備える。そして、格子位置調整機構14を、制御部13aが取得した位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)に基づいて、位置ずれを調整するように構成する。これにより、制御部13aが取得した位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)に基づいて、格子位置調整機構14により自動で位置ずれを調整することができるので、測定者の知識や経験に依存することなく第1格子G1と第2格子G2との位置ずれを容易に調整することができる。
 また、本実施形態では、上記のように、X線位相イメージング装置100を、フーリエ変換を行う前に、検出部12で検出された取得画像20から周波数ノイズを除去するように構成する。これにより、取得画像20に含まれる周波数ノイズに起因して取得画像20をフーリエ変換したフーリエ変換画像30にアーティファクト(虚像)が生じるのを抑制することができる。その結果、フーリエ変換したフーリエ変換画像30において第1格子G1と第2格子G2との位置ずれに起因するピーク(1次ピーク41)が明瞭に現れるので、フーリエ変換画像30に発生するピーク(1次ピーク41)に基づいて、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を容易に取得することができる。
 [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。
 たとえば、上記実施形態では、制御部13aを、Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ryの4つの方向における、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量(ΔZ、ΔRz、ΔRxおよびΔRy)を共通のフーリエ変換画像30に基づいて取得するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部13aを、Z方向、回転方向Rz、回転方向Rxおよび回転方向Ryのうちのいずれか2つの方向または3つの方向における、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれ量を共通のフーリエ変換画像30に基づいて取得するように構成してもよい。
 また、上記実施形態では、制御部13aを、回転方向Rxおよび回転方向Ryにおける位置ずれ量(ΔRxおよびΔRy)を共通のフーリエ変換画像30に基づいて取得するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部13aを、回転方向Rxにおける位置ずれ量ΔRxおよび回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyをそれぞれ別々のフーリエ変換画像30に基づいて取得するように構成してもよい。
 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1格子G1の位置ずれを調整することにより、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれを調整する格子位置調整機構14を備えた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、X線位相イメージング装置が、第2格子G2の位置ずれを調整することにより、第1格子G1と第2格子G2との位置ずれを調整する位置ずれ調整機構を備えるように構成してもよい。この場合、回転方向Rxおよび回転方向Ryにおける第2格子G2の回転中心を、面内方向における第2格子G2の略中央となるように構成すればよい。
 また、上記実施形態では、X線位相イメージング装置100を、フーリエ変換を行う前に、検出部12で検出された取得画像20から周波数ノイズを除去するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、X線位相イメージング装置を、フーリエ変換を行う前に、検出部12で検出された取得画像20から周波数ノイズを除去しないように構成してもよい。この場合、周波数ノイズを除去する工程を省略することができる。
 また、上記実施形態では、取得画像20のX方向における大きさL1とY方向における大きさL2との比率が1対1である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、図8に示すように、取得画像200のX方向における大きさL201とY方向における大きさL202との比率が1対1でない場合にも適用することができる。この場合、制御部13aを、半値幅σxと、取得画像220のX方向における大きさL201とY方向における大きさL202との比率に応じて半値幅σxとの比率が変更された半値幅σyとの差分(σx-σy)に基づいて、回転方向Ryにおける位置ずれ量ΔRyを取得す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Gは、X線管11と第1格子G1との間に配置され、X線管11から照射されたX線の可干渉性を高めるための第3格子G3を含むように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第3格子G3を含まないように構成してもよい。
 また、上記実施形態では、タルボ効果による自己像を形成するために、第1格子G1を位相格子とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、自己像は縞模様であればよいので、位相格子の代わりに吸収格子を用いてもよい。吸収格子を用いると、距離などの光学条件により単純に縞模様が発生する領域(非干渉計)と、タルボ効果による自己像が生じる領域(干渉計)とが生じる。
 11 X線管(X線源)
 12 検出部
 13a 制御部
 14 格子位置調整機構(位置ずれ調整機構)
 20、200 取得画像(検出部で検出された画像)
 L1、L201 X方向における大きさ((検出部で検出された画像の)X方向における大きさ)
 L2、L202 Y方向における大きさ((検出部で検出された画像の)X方向における大きさ)
 30 フーリエ変換画像
 40 (フーリエ変換画像の)0次ピーク
 41 (フーリエ変換画像の)1次ピーク
 100 X線位相イメージング装置
 C (第1格子の)回転中心
 dx 距離((第1方向における0次ピークと1次ピークとの間の)距離)
 dy 距離((第2方向における0次ピークと1次ピークとの間の)距離)
 G1 第1格子
 G2 第2格子
 ΔRx 位置ずれ量(第1回転方向における位置ずれ量)
 ΔRy 位置ずれ量(第2回転方向における位置ずれ量)
 ΔRz 位置ずれ量(照射軸方向回りの回転方向における位置ずれ量)
 Δz 位置ずれ量(X線の照射軸方向における位置ずれ量)
 σx 半値幅((第1方向における1次ピークの)大きさ)
 σy 半値幅((第2方向における1次ピークの)大きさ)

Claims (11)

  1.  X線源と、
     前記X線源から照射されたX線を検出する検出部と、
     前記X線源と前記検出部との間に配置され、前記X線源から照射される前記X線により自己像を形成するための第1格子、および、前記自己像と干渉させるための第2格子と、
     前記検出部で検出された画像をフーリエ変換したフーリエ変換画像に基づいて、前記第1格子と前記第2格子との位置ずれ量を取得する制御部と、
    を備え、
     前記制御部は、前記X線源と前記検出部とを結ぶ前記X線の照射軸方向、前記照射軸方向回りの回転方向、前記照射軸方向と直交する面内方向のうちの前記第1格子および前記第2格子の格子ピッチの方向である第1方向回りの第1回転方向、および、前記面内方向のうちの前記第1方向と直交する第2方向回りの第2回転方向のうちの少なくとも2つの方向における、前記位置ずれ量を共通の前記フーリエ変換画像に基づいて取得するように構成されている、X線位相イメージング装置。
  2.  前記制御部は、少なくとも前記第1回転方向および前記第2回転方向における前記位置ずれ量を共通の前記フーリエ変換画像に基づいて取得する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。
  3.  前記制御部は、前記フーリエ変換画像の前記第2方向における1次ピークの大きさに基づいて、前記第1回転方向における前記位置ずれ量を取得するとともに、前記第1回転方向における位置ずれによる影響を低減した、前記フーリエ変換画像の前記第1方向における1次ピークの大きさに基づいて、前記第2回転方向における前記位置ずれ量を取得するように構成されている、請求項2に記載のX線位相イメージング装置。
  4.  前記制御部は、前記フーリエ変換画像の前記第1方向における1次ピークの大きさと前記フーリエ変換画像の前記第2方向における1次ピークの大きさとの差分に基づいて、前記第2回転方向における前記位置ずれ量を取得するように構成されている、請求項3に記載のX線位相イメージング装置。
  5.  前記制御部は、前記フーリエ変換画像の前記第1方向における1次ピークの大きさと、前記検出部で検出された画像の前記第1方向における大きさと前記第2方向における大きさとの比率に応じて前記フーリエ変換画像の前記第1方向における1次ピークの大きさとの比率が変更された前記フーリエ変換画像の前記第2方向における1次ピークの大きさとの差分に基づいて、前記第2回転方向における前記位置ずれ量を取得するように構成されている、請求項4に記載のX線位相イメージング装置。
  6.  前記制御部は、前記検出部で検出された画像の前記第1方向における大きさと前記第2方向における大きさとの比率が1対1の場合には、前記フーリエ変換画像の前記第1方向における1次ピークの大きさと、前記フーリエ変換画像の前記第1方向における1次ピークの大きさとの比率が変更されていない前記フーリエ変換画像の前記第2方向における1次ピークの大きさとの差分に基づいて、前記第2回転方向における前記位置ずれ量を取得するように構成されている、請求項5に記載のX線位相イメージング装置。
  7.  前記第1回転方向および前記第2回転方向における前記第1格子の回転中心は、前記面内方向における前記第1格子の略中央となるように構成されているとともに、前記第1回転方向および前記第2回転方向における前記第2格子の回転中心は、前記面内方向における前記第2格子の略中央となるように構成されている、請求項2に記載のX線位相イメージング装置。
  8.  前記制御部は、前記照射軸方向、前記照射軸方向回りの回転方向、前記第1回転方向および前記第2回転方向の4つの方向における前記位置ずれ量を共通の前記フーリエ変換画像に基づいて取得する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。
  9.  前記制御部は、前記照射軸方向、前記照射軸方向回りの回転方向、前記第1回転方向および前記第2回転方向の4つの方向における前記位置ずれ量を、それぞれ、前記フーリエ変換画像の前記第1方向における0次ピークと1次ピークとの間の距離、前記フーリエ変換画像の前記第2方向における0次ピークと1次ピークとの間の距離、前記フーリエ変換画像の前記第2方向における1次ピークの大きさ、および、前記フーリエ変換画像の前記第1方向における1次ピークの大きさと前記フーリエ変換画像の前記第2方向における1次ピークの大きさとの差分に基づいて取得するように構成されている、請求項8に記載のX線位相イメージング装置。
  10.  前記第1格子または前記第2格子のうちの少なくともいずれか一方の位置ずれを調整することにより、前記第1格子と前記第2格子との位置ずれを調整する位置ずれ調整機構をさらに備え、
     前記位置ずれ調整機構は、前記制御部が取得した前記位置ずれ量に基づいて、前記位置ずれを調整する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。
  11.  フーリエ変換を行う前に、前記検出部で検出された画像から周波数ノイズを除去する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。
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