JP2006334069A - X-ray imaging method and apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】X線の波長以下の精度で光学系を構成し調整する必要がなく被写体を透過したX線の位相差画像を低被曝線量で表示することのできるX線画像撮影方法および装置を提供する。
【解決手段】コヒーレントなビーム状のX線2を出射するX線源1と、前記X線2の被写体3透過後の光軸に沿う複数の位置において前記X線の光軸に直交する面における強度分布を測定するX線撮像装置4と、前記X線の強度分布からX線の位相分布を演算する位相差演算装置5と、前記位相分布によって前記被写体の画像を表示する画像表示装置6とを備えた構成とする。
【選択図】 図1An X-ray imaging method and apparatus capable of displaying an X-ray phase-difference image transmitted through a subject at a low exposure dose without the need to construct and adjust an optical system with an accuracy equal to or less than the wavelength of X-rays. To do.
An X-ray source that emits a coherent beam-like X-ray 2 and a plane orthogonal to the optical axis of the X-ray at a plurality of positions along the optical axis after the X-ray 2 passes through a subject 3 An X-ray imaging device 4 for measuring an intensity distribution, a phase difference calculating device 5 for calculating an X-ray phase distribution from the X-ray intensity distribution, and an image display device 6 for displaying an image of the subject by the phase distribution. It is set as the structure provided with.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、X線が被写体を透過したときに被写体の誘電率によって生じるX線の位相変化によって被写体の画像を撮影するX線画像撮影方法および装置に関する。 The present invention relates to an X-ray image capturing method and apparatus for capturing an image of a subject by X-ray phase change caused by the dielectric constant of the subject when X-rays pass through the subject.
X線を用いた人体等の被写体の画像撮影技術は近年までに急速な発展を遂げてきた。この分野においてコンピュータを用いた画像処理技術が果たした役割は大きい。従来型のX線画像撮影装置は被写体のX線吸収率の差をフィルムあるいはイメージングプレート等の検出器上に写し出すものであるが、近年放射光等、単一エネルギーでコヒーレントなX線の利用が可能になり、X線画像撮影においても吸収による強度差の検出のみならず、被写体の誘電率差に起因する透過X線の局所的な位相面の歪みを用いた撮像の試みが始められている。 The technique for photographing an object such as a human body using X-rays has been rapidly developed until recently. Image processing technology using a computer plays a major role in this field. Conventional X-ray imaging apparatuses project the difference in the X-ray absorption rate of a subject on a detector such as a film or an imaging plate. Recently, however, the use of coherent X-rays with a single energy, such as synchrotron radiation, has been developed. In X-ray imaging, not only detection of intensity difference due to absorption but also imaging attempts using local phase plane distortion of transmitted X-rays due to the difference in dielectric constant of the subject have been started. .
位相差検出による撮像は吸収法に比べて以下に示すような利点が注目されている。(1)従来の吸収法に比べて検出感度が大きく向上する。(2)結果として柔らかい組織内の異変を検出することができ、また、増感剤を用いずに血流を観測することができる。(3)被写体にX線の吸収をさせる必要がないため、人体の被爆線量が大幅に低減する。 Imaging by phase difference detection has received the following advantages compared to the absorption method. (1) The detection sensitivity is greatly improved compared to the conventional absorption method. (2) As a result, abnormalities in the soft tissue can be detected, and blood flow can be observed without using a sensitizer. (3) Since it is not necessary for the subject to absorb X-rays, the exposure dose to the human body is greatly reduced.
以下に図面を用いて従来のX線位相差撮像について説明する。図8に示す従来例は、X線2をスプリッター10を用いて2分割し、一方を被写体3に投射し、他方は別経路に導き、両者をアナライザー12において干渉させることにより、被写体3を透過したX線の位相の変化を検出器13によって観測するものである。この手法はマイクロ波等の波長領域では一般的なものである。
Hereinafter, conventional X-ray phase difference imaging will be described with reference to the drawings. In the conventional example shown in FIG. 8, the
下記の非特許文献1に記載されているように、1995年に百瀬氏らは、シリコンの単結晶から製作した半透過性ミラーを用いて干渉法による位相差撮影を実証している。しかしながら、X線は波長が1Å程度であるため非常に高精度のミラー系が必要である。現在のところシリコンの単結晶からX線光学系を単体として切り出しているため、システムが非常に高価になることに加えて、3cm×3cm程度の面積のミラー製作が限度であり、乳ガン検診等で望まれる10cm×10cmサイズの画像撮影はまだ遠いものである。
As described in Non-Patent
図9は第2の従来例の位相差撮影装置の概略図を示す。これは下記の非特許文献2に記載されているものであるが、図9(a)の構成により、モノクロメータ9を用いて単色化されたX線2は、被写体3を通過する際に局所的に屈折される。透過後のX線の屈折角度を被写体3の下流に設置したアナライザー12と検出器13によって測定し、結果は図9(b)のようになる。この手法では、屈折角が微小であるため精度良い測定には高強度の単色X線源が必要であり、また長い露光時間が必要となる。このため結果的には被曝線量が増大することになる。
FIG. 9 shows a schematic diagram of a phase contrast imaging apparatus of a second conventional example. This is described in Non-Patent
さらに図10に第3の従来例の位相差撮影手法の概略図を示す。図10において、単色化されたX線2は被写体3を透過する際に局所的に屈折する。被写体3から十分に離れた位置においては、透過X線ビームは自身との干渉の結果、強度分布に歪みが生じる。この歪みには被写体3透過中に生じた位相面の変化が情報として含まれている。このような強度分布から位相情報を導き出す手法の開発が期待されているが、これまでに有効な手法は報告されていない。
上記のように、従来のX線の位相差を利用する画像撮影装置は、X線の波長以下の精度で光学系を構成する必要があり、製作に多大なコストがかかるとともに、調整にも細心精密な作業を必要とする。 As described above, the conventional image capturing apparatus using the phase difference of the X-rays needs to configure the optical system with an accuracy equal to or less than the wavelength of the X-rays. Requires precise work.
そこで本発明は、X線の波長以下の精度で光学系を構成し調整する必要がなく被写体を透過したX線の位相差画像を低被曝線量で撮影し表示することのできるX線画像撮影方法および装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides an X-ray imaging method capable of imaging and displaying an X-ray phase difference image transmitted through a subject with a low exposure dose without the need to construct and adjust an optical system with an accuracy equal to or less than the wavelength of X-rays. And an object to provide an apparatus.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、単一エネルギーのコヒーレントなビーム状のX線を被写体に向けて照射し、前記被写体を透過したX線の光軸に沿う複数の位置において光軸に直交する面におけるX線の強度分布を測定し、前記強度分布からX線の位相分布を演算し、前記位相分布によって前記被写体の画像を表示するX線画像撮影方法とする。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、コヒーレントなビーム状のX線を出射するX線源と、前記X線の被写体透過後の光軸に沿う複数の位置において前記X線の光軸に直交する面における強度分布を測定するX線撮像装置と、前記X線の強度分布からX線の位相分布を演算する位相差演算装置と、前記位相分布によって前記被写体の画像を表示する画像表示装置とを備えたX線画像撮影装置とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an X-ray source that emits a coherent beam-shaped X-ray, and an intensity at a plane orthogonal to the optical axis of the X-ray at a plurality of positions along the optical axis after the X-ray is transmitted through the subject. X comprising: an X-ray imaging device for measuring a distribution; a phase difference calculating device for calculating an X-ray phase distribution from the X-ray intensity distribution; and an image display device for displaying an image of the subject by the phase distribution. A line image photographing device is assumed.
請求項4の発明は、複数のエネルギーレベルのコヒーレントなビーム状のX線を被写体に向けて照射し、前記被写体を透過したX線の光軸に直交する面におけるX線の強度分布を前記複数のエネルギーレベルごとに測定し、前記強度分布からX線の位相分布を演算し、前記位相分布によって前記被写体の画像を表示するX線画像撮影方法とする。 According to a fourth aspect of the present invention, a plurality of coherent beam-shaped X-rays having energy levels are irradiated toward a subject, and the plurality of X-ray intensity distributions on a plane orthogonal to the optical axis of the X-rays transmitted through the subject are obtained. The X-ray imaging method is to measure each energy level, calculate the X-ray phase distribution from the intensity distribution, and display the image of the subject by the phase distribution.
請求項5の発明は、複数のエネルギーレベルのコヒーレントなビーム状のX線を出射するX線源と、前記X線の被写体透過後の光軸に直交する面における強度分布を前記複数のエネルギーレベルごとに測定するX線撮像装置と、前記X線の強度分布からX線の位相分布を演算する位相差演算装置と、前記位相分布によって前記被写体の画像を表示する画像表示装置とを備えたX線画像撮影装置とする。 According to a fifth aspect of the present invention, an X-ray source that emits a plurality of coherent beam-shaped X-rays having a plurality of energy levels, and an intensity distribution on a plane orthogonal to the optical axis after the X-rays are transmitted through the subject, An X-ray imaging device that measures each X-ray, a phase difference calculation device that calculates an X-ray phase distribution from the X-ray intensity distribution, and an image display device that displays an image of the subject by the phase distribution A line image photographing device is assumed.
本発明によれば、X線の波長以下の精度で光学系を構成し調整する必要がなく被写体を透過したX線の位相差画像を低被曝線量で表示することのできるX線画像撮影方法および装置を提供することができる。 According to the present invention, an X-ray imaging method capable of displaying an X-ray phase-difference image transmitted through a subject at a low exposure dose without the need to construct and adjust an optical system with an accuracy equal to or less than the wavelength of X-rays, and An apparatus can be provided.
以下、図面を参照して本発明の第1ないし第5の実施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態のX線画像撮影方法および装置を示す構成図である。すなわち、本実施の形態のX線撮影装置は、被写体3に向けて単色のX線を発生するX線発生装置1と、X線2の伝播方向に可動で、少なくとも2つの異なった位置で被写体3の2次元画像が撮影可能なX線2次元撮像装置4と、位相差演算装置5および画像表示装置6から構成される。
Hereinafter, first to fifth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an X-ray imaging method and apparatus according to the first embodiment of the present invention. That is, the X-ray imaging apparatus of the present embodiment includes an
被写体3の位置におけるX線2の強度分布は前もって計測しており、既知とする。被写体3の内部の誘電率が局所的に変化するため、被写体3内部を伝播するに従ってX線2の位相面もそれに応じて局所的に変化する。その結果、被写体3を透過したX線2の位相面は被写体3内の誘電率の分布に応じて歪められることになる。したがって、透過時の位相面の歪みから生じる自己干渉の結果、透過X線の光軸に直交する面内の2次元強度分布は伝播方向に沿って変化する。この強度分布を撮像装置4によって測定する。
The intensity distribution of the
伝播方向に沿って変化する2次元強度分布からその位相分布を求めるには位相差演算装置5において以下の演算を行う。ここで、撮像位置を被写体3に近い方から第1、第2の位置、それぞれの位置における強度分布を第1、第2の強度分布と呼ぶ。まず第1の強度分布に対して一様な位相分布を仮定し、波動方程式を解くことによって第2の位置における分布を計算する。次に第2の強度分布に対して第1の強度分布から計算された位相を与え、被写体3の位置における分布を計算する。
In order to obtain the phase distribution from the two-dimensional intensity distribution that changes along the propagation direction, the phase
このプロセスを、すべての断面において位相分布が収束するまで反復する。被写体3の位置において収束した位相分布が、被写体透過により変化した位相を表す。この位相変化を被写体3の画像として画像表示装置6に表示する。
This process is repeated until the phase distribution converges in all cross sections. The phase distribution converged at the position of the
単一エネルギーのX線ビームから、位相分布を算出するには、原理的に3箇所で撮影された強度分布が必要となる。X線撮影においては、被写体位置におけるX線の強度分布は前もって測定しておくことができ、撮影毎に変化することはないため、実質X線軸に垂直な2つの断面における強度分布を追加撮影すればよい。 In principle, in order to calculate a phase distribution from a single energy X-ray beam, intensity distributions photographed at three locations are required. In X-ray imaging, the intensity distribution of X-rays at the subject position can be measured in advance and does not change with each imaging, so the intensity distributions in two cross sections that are substantially perpendicular to the X-ray axis are additionally captured. That's fine.
X線の光軸に沿って、被写体位置で前もって測定された強度分布と第1、第2撮影面で測定された強度分布の3つの分布から位相分布を算出する手法について、図2に示すフローチャートを用いて説明する。被写体位置を通過したX線の波動関数をU(x,y,z)とすると、このU(x,y,z)が求めるものである。被写体位置および第1、第2撮影面で測定された電力分布P0(x,y)、P1(x,y)、P2(x,y)から、それぞれの位置におけるX線ビームの振幅、U0(x,y)、U1(x,y)、U2(x,y)を、
収束計算は以下の手順に従って行なう。まず、被写体位置におけるX線ビームの位相分布Φ0 1(x,y)を適当な試行関数を用いて設定する(ステップS1)。以下関数の下付添字は被写体位置(添字0)、第1撮影面(添字1)、第2撮影面(添字2)を表し、上付添字は反復回数を表す。フローチャートでは位相分布が一様で0を仮定している。仮定したΦ0 1(x,y)と被写体位置における振幅U0(x,y)を用いて被写体位置におけるX線ビームの波動関数を
1つ目は、フーリエ変換を用いる方法である。
第1撮影面における振幅分布U0 1(x,y,z1)は振幅U0(x,y)を用いて、
The amplitude distribution U 0 1 (x, y, z 1 ) on the first imaging plane is obtained by using the amplitude U 0 (x, y).
この一式を一般的な数値積分により求めることにより、振幅分布U0 1(x,y,z1)を計算することができる。式の上では無限の積分範囲で記載したが、数値積分のため積分範囲は有限となる。この時、撮像装置撮像面の面積の4倍程度以上の領域にわたって積分することが望ましい。以下の数値積分においても同様である。 The amplitude distribution U 0 1 (x, y, z 1 ) can be calculated by obtaining this set by general numerical integration. Although it was described in the infinite integration range on the equation, the integration range is limited due to numerical integration. At this time, it is desirable to integrate over a region that is about four times the area of the imaging surface of the imaging device. The same applies to the following numerical integration.
2つ目は、フレネル−キルヒホッフの回折積分公式を用いる方法である。
第1撮影面における振幅分布U0 1(x,y,z1)は振幅U0(x,y)を用いて、
The amplitude distribution U 0 1 (x, y, z 1 ) on the first imaging plane is obtained by using the amplitude U 0 (x, y).
X線ビームが、Z軸の近傍に局在する場合には、次の式を用いて求めることもできる。
Φ1 1(x,y)=arg{U0 1(x,y,z1)}
のように求める(ステップS3)。
When the X-ray beam is localized in the vicinity of the Z axis, it can also be obtained using the following equation.
(Step S3).
次に、求められた位相分布Φ1 1(x,y)と第1撮影面で測定された振幅U1(x,y)を用いて第1撮影面におけるX線の波動関数を
Φ2 1(x,y)=arg{U1 1(x,y,z2)}
のように計算する(ステップS5)。
Next, using the obtained phase distribution Φ 1 1 (x, y) and the amplitude U 1 (x, y) measured on the first imaging plane, the wave function of X-rays on the first imaging plane is obtained.
(Step S5).
続いて、第2撮影面における位相分布Φ2 1(x,y)と振幅分布U2(x,y)を用いて第2撮影面におけるX線の波動関数
Φ0 2(x,y)=arg{U2 1(x,y,z0)}
のように計算する(ステップS8)。
Subsequently, using the phase distribution Φ 2 1 (x, y) and the amplitude distribution U 2 (x, y) on the second imaging plane, an X-ray wave function on the second imaging plane.
(Step S8).
以下同様にして、被写体位置における位相分布Φ0 2(x,y)と振幅分布U0(x,y)を用いて被写体位置におけるX線の波動関数
種々の収束判定が考えられるが、ここでは位相分布に着目した収束判定を説明する。上述した一連の反復計算において、位相分布について以下の諸量を計算し、すべての評価量が予め設定した判定条件εよりも小さくなったときに反復を終了する。
この手法においては、位相分布計算時にX線の伝播する軸が必要であるが、測定データからX線の電力密度の重心を数値的に求めることができるため、撮像装置4の据え付け精度はあまり重要ではない。その結果、光学系の製作コストが大幅に低減できる。また撮像装置4は少なくとも2つの異なった場所で撮影すればよいが、さらに撮像装置4を移動して3以上の位置で撮影することによって位相分布の演算精度が向上する。
In this method, an axis through which X-rays propagate is necessary when calculating the phase distribution. However, since the center of gravity of the X-ray power density can be obtained numerically from the measurement data, the installation accuracy of the
このようにして本実施の形態によれば、X線の光軸に沿った強度分布の変化から位相情報を得、被写体3の像を得ることができる。また光学系の簡素化が可能となり、製作および撮影コストを大幅に削減することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to obtain phase information from the change in intensity distribution along the optical axis of the X-ray and obtain an image of the
(第2の実施の形態)
つぎに本発明の第2の実施の形態のX線画像撮影方法および装置を図3を参照して説明する。すなわち、本実施の形態のX線画像撮影装置は、単色のX線を発生するX線発生装置1と、X線2の伝播方向に沿った少なくとも2箇所の異なった位置に配置された2次元X線撮像装置4a,4bと、位相差演算装置5および画像表示装置6から構成される。
(Second Embodiment)
Next, an X-ray imaging method and apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. That is, the X-ray imaging apparatus according to the present embodiment includes an
この実施の形態は、X線2のエネルギーが十分に高く、撮像装置透過の影響が小さい場合に有効である。前記第1の実施の形態では撮像装置4を移動することにより、異なった位置での強度分布を撮影したが、本実施の形態では同時に撮影が可能である。被写体3の位置、第1、第2の撮像装置4a,4bでの強度分布から試料位置における位相の変化を導出する手法は第1の実施の形態におけると同様である。
This embodiment is effective when the energy of the
(第3の実施の形態)
図4は本発明の第3の実施の形態のX線画像撮影装置を示すものである。この第3の実施の形態では、X線の一部を反射し一部を通過させる半透過性ミラー7を用いて被写体3通過後のX線2を分割し、異なった伝播位置におけるX線の強度分布の測定を行なう。得られた強度分布から位相分布を演算する手法は第1の実施の形態におけると同様である。この実施の形態のX線画像撮影装置は、撮像装置透過時のX線散乱の影響が無視できる場合に有効である。
(Third embodiment)
FIG. 4 shows an X-ray imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the
(第4の実施の形態)
つぎに本発明の第4の実施の形態のX線撮影方法および装置を図5を参照して説明する。この実施の形態においては、X線発生装置1の前面におかれたスリット装置8を用いて、被写体3の場所におけるX線2の強度を変化させる。X線撮像は少なくとも一箇所で行われる。被写体3透過後のX線は自己干渉により伝播方向に沿ってその強度分布は変化するが、被写体3の場所における強度が異なれば、被写体3透過後の強度分布もまた異なったものとなる。図4には異なったスリットの例8a,8b,8Nを幾つか挙げているが、その中で少なくとも2種類のものを使う。
(Fourth embodiment)
Next, an X-ray imaging method and apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the intensity of the
位相差演算の手法は第1から第3の実施の形態におけるとは若干異なる。例えば図4に示されたスリットのうち、スリット8aとスリット8bを用いた例について説明する。スリット8a、スリット8bに対する被写体3位置におけるX線2の強度分布については前もって測定しておき、既知とする。まずスリット8aに対する被写体3位置における強度分布に一様な位相分布を与えて、撮像装置4の位置における強度分布を計算する。次に撮像装置4の位置における強度分布に被写体3位置の強度分布から計算された位相分布を与えて被写体3位置の位相分布を計算する。
The phase difference calculation method is slightly different from that in the first to third embodiments. For example, an example using the slit 8a and the
続いてスリット8bに対する被写体3位置の強度分布にスリット8aの撮像位置の強度分布から計算した位相分布を与え、スリット8bでの撮像位置における強度分布を計算する。さらに撮像位置における強度分布に被写体3位置の強度分布から計算された位相を与えて、被写体3位置における位相分布を計算する。以上を1シリーズとして、反復計算に移る。
Subsequently, a phase distribution calculated from the intensity distribution of the imaging position of the slit 8a is given to the intensity distribution of the subject 3 position with respect to the
スリット8bに対して撮像位置の強度分布から計算された位相分布を、スリット8aに対する被写体3の位置での強度分布に与えて、撮像位置の位相分布を計算する。以下上記手順を、すべての位置において位相分布が収束するまで反復する。最終的に被写体3の位置で得られる位相分布が求めるものである。この位相分布を被写体3の画像として画像表示装置6に表示する。
The phase distribution calculated from the intensity distribution at the imaging position with respect to the
図6に示すフローチャートを用いて、本実施の形態に係る位相分布の演算手法について説明する。この実施例では、図5に示されたスリットのうち、スリット8aとスリット8bを用いた例について述べる。スリット8a、スリット8bに対する被写体位置におけるX線の分布については強度分布、位相分布ともに既知とし、スリット8a,8bを用いた際の被写体位置におけるX線の分布関数をU0(x,y)、V0(x,y)とする。第1〜第3の実施の形態とは異なり、U0(x,y)、V0(x,y)は複素数である。位相分布については、第1〜第3の実施の形態の装置を用いて、被写体を置かない状態で複数箇所における強度分布を測定することによって算出することも可能である。
A phase distribution calculation method according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In this embodiment, an
以下の説明において、スリット8aを用いた際のX線Aの波動関数をU(x,y,z)、スリット8bを用いた際のX線Bの波動関数をV(x,y,z)とする。まず、スリット8aに対する位相分布の試行関数として
Φ0 1(x,y)=0
を設定して(ステップS1)、被写体位置におけるX線Aの分布を
Φ0 1(x,y)=arg{U0 1(x,y,z1)}
のように算出する(ステップS3)。次に、スリット8aに対して撮影面で得られた電力分布PA(x,y)から求めた振幅分布U1(x,y)と上で求めた位相分布Φ1 1(x,y)を用いて、撮影面における分布を
φ0 1(x,y)=arg{U1 1(x,y,z0)}-arg{U0(x,y)}
を求める(ステップS5)。ここで被写体位置におけるX線Bの分布を、
φ1 1(x,y)=arg{V0 1(x,y,z1)}
を得る(ステップS7)。続いて、スリット8bに対して撮影面で得られた電力分布PB(x,y)から求めた振幅分布V1(x,y)と上で求めた位相分布φ1 1(x,y)を用いて、撮影面における分布を
Φ0 2(x,y)=arg{V1 1(x,y,z0)}-arg{V0(x,y)}
を得る(ステップS10)。以上が反復計算の1シリーズとなる。
In the following description, the wave function of the X-ray A when using the slit 8a is U (x, y, z), and the wave function of the X-ray B when using the
(Step S1) and the distribution of the X-ray A at the subject position
(Step S3). Next, the amplitude distribution U 1 (x, y) obtained from the power distribution P A (x, y) obtained on the imaging surface with respect to the slit 8a and the phase distribution Φ 1 1 (x, y) obtained above. To
Is obtained (step S5). Here, the distribution of X-rays B at the subject position is
Is obtained (step S7). Subsequently, the amplitude distribution V 1 (x, y) obtained from the power distribution P B (x, y) obtained on the imaging surface with respect to the
Is obtained (step S10). The above is one series of iterative calculations.
2シリーズ目の計算は、被写体位置における既知の分布U0(x,y)と上で求めたΦ0 2(x,y)とから
(第5の実施の形態)
つぎに本発明の第5の実施の形態のX線画像撮影方法および装置を図7を用いて説明する。この第5の実施の形態は、少なくとも2種類のエネルギーレベルのX線を発生する複数エネルギーX線発生装置1aと、X線撮像装置4と位相差演算装置5および画像表示装置6から構成される。
(Fifth embodiment)
Next, an X-ray imaging method and apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fifth embodiment includes a multi-energy X-ray generator 1a that generates X-rays of at least two types of energy levels, an
被写体3内での位相の歪みは波長により異なるので、複数種類のX線エネルギーに対してその強度分布の変化を観測することにより、被写体3内部の局所誘電率の推定が可能となる。位相差演算装置4において行う位相差演算のアルゴリズムは以下のようになる。
Since the phase distortion in the
複数種類のX線エネルギーのX線をそれぞれ第1、第2のX線とし、それに対応するX線の波長をそれぞれ第1、第2のX線波長とする。また被写体3の位置における第1、第2のX線の強度分布は前もって測定しておき既知とする。 X-rays of a plurality of types of X-ray energy are respectively referred to as first and second X-rays, and the wavelengths of the X-rays corresponding thereto are respectively referred to as first and second X-ray wavelengths. The intensity distribution of the first and second X-rays at the position of the subject 3 is measured in advance and is assumed to be known.
まず、第1のX線の被写体位置における強度分布に一様な位相分布を与え、撮像装置4の位置における分布を計算する。次に撮像装置4の位置で観測された強度分布に、被写体位置の分布から計算された位相分布を与え、被写体位置における分布を計算する。
First, a uniform phase distribution is given to the intensity distribution at the subject position of the first X-ray, and the distribution at the position of the
2種類のX線エネルギーを比較的近い値に選ぶと、被写体の誘電率は両X線に対してほとんど同じ値を示すと考えてよい。したがって次のプロセスとして、被写体位置における第2のX線の強度分布に、撮像位置から第1のX線に対して計算された被写体位置の位相分布を(第1のX線波長)/(第2のX線波長)倍したものを与え、撮像位置における第2のX線の分布を計算する。 If the two types of X-ray energy are selected to be relatively close, it can be considered that the dielectric constant of the subject shows almost the same value for both X-rays. Therefore, as the next process, the intensity distribution of the second X-ray at the object position is changed to the phase distribution of the object position calculated from the imaging position to the first X-ray (first X-ray wavelength) / (first 2), the distribution of the second X-ray at the imaging position is calculated.
さらに、撮像位置において測定された第2のX線の強度分布に被写体位置から計算した位相を与え、被写体位置における第2のX線分布を計算する。続いて、被写体位置において計測された第1のX線の強度分布に、撮像位置から計算された被写体位置における第2のX線の位相分布を(第2のX線波長)/(第1のX線波長)倍した値を与えて、撮像位置における第1のX線の分布を計算する。 Further, the phase calculated from the subject position is given to the intensity distribution of the second X-ray measured at the imaging position, and the second X-ray distribution at the subject position is calculated. Subsequently, the second X-ray phase distribution at the subject position calculated from the imaging position is calculated as (second X-ray wavelength) / (first X-ray intensity distribution). X-ray wavelength) is given, and the distribution of the first X-ray at the imaging position is calculated.
以下この手順を反復し、すべての位置において2種類のX線の位相分布が収束した時点で終了する。得られた位相分布が被写体3内部の誘電率の変化を表し、これを画像表示装置6において画像として表示する。
Thereafter, this procedure is repeated, and is finished when the two types of X-ray phase distributions converge at all positions. The obtained phase distribution represents a change in the dielectric constant inside the
以上、すべての実施の形態において、X線の強度分布の重心を求めることにより、X線伝播の光軸を得ることができ、分布計算の座標系をそれぞれの位置において正確に合わせることができる。これにより光学系を簡素化することができ、非常に低コストでシステムを製作することが可能になる。なお、第1および第2の実施の形態においては撮像位置が2箇所であり、第3、第4、第5の実施の形態では撮像位置が1箇所である例を示したが、さらに多くの位置で撮影することにより、位相分布推定、したがって画像の精度を高めることができる。 As described above, in all the embodiments, by obtaining the center of gravity of the X-ray intensity distribution, the optical axis of X-ray propagation can be obtained, and the coordinate system for distribution calculation can be accurately adjusted at each position. As a result, the optical system can be simplified, and the system can be manufactured at a very low cost. In the first and second embodiments, there are two imaging positions. In the third, fourth, and fifth embodiments, an example in which the imaging position is one is shown. By photographing at the position, it is possible to improve the phase distribution estimation and hence the accuracy of the image.
1…X線発生装置、1a…複数エネルギーX線発生装置、2…X線、3…被写体、4,4a,4b…X線2次元撮像装置、5…位相差演算装置、6…画像表示装置、7…半透過性ミラー、8,8a,8b,8N…スリット装置、9…モノクロメーター、10…スプリッター、11…半透過性ミラー、12…アナライザー、13…検出器。
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