JP2013063098A - Radiographic apparatus and image processing method - Google Patents
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Abstract
【課題】アンラップ処理のための複雑な経路設定処理を不要とし、簡便にアンラップエラーを防止する。
【解決手段】X線画像検出器は、X線源から放射され第1及び第2の格子を通過したX線を検出して画像データ50を生成する。NG領域検出部は、画像データ50に基づき、アンラップエラーが生じやすいNG領域を検出する。ノイズ低減処理部は、画像データ50のNG領域に移動平均処理を施すことによりノイズを低減する。位相微分画像生成部は、ノイズ低減処理後の前記画像データに基づき位相微分画像を生成する。アンラップ処理部は、位相微分画像にアンラップ処理を施す。
【選択図】図6The present invention eliminates the need for complicated route setting processing for unwrapping processing and easily prevents unwrapping errors.
An X-ray image detector detects X-rays emitted from an X-ray source and passed through first and second gratings to generate image data. The NG area detection unit detects an NG area where an unwrap error is likely to occur based on the image data 50. The noise reduction processing unit reduces the noise by performing a moving average process on the NG area of the image data 50. The phase differential image generation unit generates a phase differential image based on the image data after the noise reduction processing. The unwrap processing unit performs unwrap processing on the phase differential image.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、被検体による放射線の位相変化に基づく画像を検出する放射線撮影装置及びこれに用いられる画像処理方法に関する。 The present invention relates to a radiation imaging apparatus for detecting an image based on a phase change of radiation by a subject and an image processing method used therefor.
放射線、例えばX線は、物質を構成する元素の重さ(原子番号)と物質の密度及び厚さとに依存して吸収され減衰するといった特性を有する。この特性に着目し、医療診断や非破壊検査等の分野において、被検体の内部を透視するためのプローブとしてX線が利用されている。 Radiation, such as X-rays, has a characteristic that it is absorbed and attenuated depending on the weight (atomic number) of the elements constituting the substance and the density and thickness of the substance. Focusing on this characteristic, X-rays are used as a probe for seeing through the inside of a subject in fields such as medical diagnosis and nondestructive inspection.
一般的なX線撮影装置では、X線を放射するX線源と、X線を検出するX線画像検出器との間に被検体を配置して、被検体を透過したX線の撮影を行う。この場合、X線源からX線画像検出器に向けて放射されたX線は、被検体を透過する際に吸収され減衰した後、X線画像検出器に入射する。この結果、被検体によるX線の強度変化に基づく画像がX線画像検出器により検出される。 In a general X-ray imaging apparatus, an object is placed between an X-ray source that emits X-rays and an X-ray image detector that detects X-rays, and X-rays transmitted through the object are imaged. Do. In this case, X-rays emitted from the X-ray source toward the X-ray image detector are absorbed and attenuated when passing through the subject, and then enter the X-ray image detector. As a result, an image based on an X-ray intensity change by the subject is detected by the X-ray image detector.
X線吸収能は、原子番号が小さい元素ほど低くなるため、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、X線の強度変化が小さく、画像に十分なコントラストが得られないといった問題がある。例えば、人体の関節を構成する軟骨部とその周辺の関節液は、いずれも殆どの成分が水であり、両者のX線吸収能の差が小さいため、コントラストが得られにくい。 Since the X-ray absorptivity becomes lower with an element having a smaller atomic number, there is a problem that a change in X-ray intensity is small and sufficient contrast cannot be obtained in a soft tissue or soft material. For example, most of the components of the cartilage portion constituting the joint of the human body and the joint fluid in the vicinity thereof are water, and the difference in the X-ray absorption capacity between them is small, so that it is difficult to obtain contrast.
このような問題を背景に、被検体によるX線の強度変化に代えて、被検体によるX線の位相変化に基づいた画像を得るX線位相イメージングの研究が近年盛んに行われている。X線位相イメージングは、被検体に入射したX線の位相変化が強度変化より大きいことに基づき、X線の位相変化を画像化する方法であり、X線吸収能が低い被検体に対しても高コントラストの画像を得ることができる。X線位相イメージングの一種として、2枚の回折格子とX線画像検出器とを用いてX線タルボ干渉計を構成することにより、X線の位相変化を検出するX線撮影装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Against this background, research on X-ray phase imaging that obtains an image based on the phase change of the X-ray by the subject instead of the change in the intensity of the X-ray by the subject has been actively conducted in recent years. X-ray phase imaging is a method of imaging the X-ray phase change based on the fact that the phase change of the X-ray incident on the subject is larger than the intensity change. A high-contrast image can be obtained. As one type of X-ray phase imaging, an X-ray imaging apparatus that detects an X-ray phase change by configuring an X-ray Talbot interferometer using two diffraction gratings and an X-ray image detector is known. (For example, refer to Patent Document 1).
このX線撮影装置は、X線源から見て被検体の背後に第1の回折格子を配置し、第1の回折格子からタルボ距離だけ離れた位置に第2の回折格子を配置し、その背後にX線画像検出器を配置したものである。タルボ距離は、第1の回折格子を通過したX線が、タルボ効果によって第1の回折格子の自己像(縞画像)を形成する距離であり、第1の回折格子の格子ピッチとX線波長とに依存する。この自己像は、被検体でのX線の位相変化で屈折が生じることにより変調される。この変調量を検出することにより、X線の位相変化が画像化される。 In this X-ray imaging apparatus, the first diffraction grating is disposed behind the subject as viewed from the X-ray source, and the second diffraction grating is disposed at a position separated from the first diffraction grating by the Talbot distance. An X-ray image detector is arranged behind. The Talbot distance is the distance at which the X-rays that have passed through the first diffraction grating form a self-image (striped image) of the first diffraction grating due to the Talbot effect, and the grating pitch of the first diffraction grating and the X-ray wavelength Depends on and. This self-image is modulated by refraction caused by the phase change of X-rays in the subject. By detecting this modulation amount, the phase change of the X-ray is imaged.
上記変調量の検出方法として縞走査法が知られている。縞走査法とは、第1の回折格子に対して第2の回折格子を、第1の回折格子の面に平行でかつ第1の回折格子の格子線方向に垂直な方向に、所定の走査ピッチで並進移動(走査)させながら、各走査位置において、X線源からX線を放射し、被検体、第1及び第2の回折格子を通過したX線をX線画像検出器により撮影する方法である。このX線画像検出器により得られる各画素の画素値の上記走査に対する変化を表す信号(強度変調信号)について位相ズレ量(被検体が存在しない場合の初期位置からの位相差)を算出することにより、上記変調量に関連する画像が得られる。この画像は、被検体の屈折率を反映した画像であり、X線の位相変化(位相シフト)の微分量に対応するため、位相微分画像と呼ばれる。 A fringe scanning method is known as a method for detecting the modulation amount. In the fringe scanning method, the second diffraction grating is scanned with respect to the first diffraction grating in a direction parallel to the plane of the first diffraction grating and perpendicular to the grating line direction of the first diffraction grating. X-rays are radiated from the X-ray source at each scanning position while being translated (scanned) at a pitch, and the X-ray image passing through the subject and the first and second diffraction gratings is imaged by the X-ray image detector. Is the method. Calculating a phase shift amount (phase difference from an initial position when no subject exists) for a signal (intensity modulation signal) representing a change in the pixel value of each pixel obtained by the X-ray image detector with respect to the scanning. Thus, an image related to the modulation amount is obtained. This image is an image reflecting the refractive index of the subject, and corresponds to the differential amount of the X-ray phase change (phase shift), and is called a phase differential image.
特許文献1に示されているように、上記位相ズレ量は、複素数の偏角を抽出する関数(arg[…])や、逆正接関数(tan−1[…])を用いて算出される。このため、位相微分画像は、上記関数の値域(−πから+π、または、−π/2から+π/2)に畳み込まれた(ラップされた)値により表現される。このようにラップされた位相微分画像には、値域の上限から下限に変化する箇所、または下限から上限に変化する箇所で不連続点が生じることがあるため、この不連続点をなくして連続化するようにアンラップ処理を行うことが知られている(例えば、特許文献2参照)。 As shown in Patent Document 1, the phase shift amount is calculated using a function (arg [...]) for extracting a complex argument and an arctangent function (tan -1 [...]). . For this reason, the phase differential image is expressed by a value convolved (wrapped) in the range of the function (−π to + π or −π / 2 to + π / 2). In the phase differential image wrapped in this way, discontinuous points may occur at locations where the upper limit of the range changes to the lower limit or at locations where the lower limit changes to the upper limit. It is known to perform the unwrapping process (see, for example, Patent Document 2).
アンラップ処理は、画像内の所定位置を起点とし、該起点から所定の経路に沿って順に行われる。この経路中に上記不連続点が検出されると、この不連続点以降のデータに、上記関数の値域に相当する値が一律に加算または減算される。これにより、不連続点がなくなり、データが連続化する。 The unwrap process is performed in order along a predetermined path from a predetermined position in the image as a starting point. When the discontinuous point is detected in the path, a value corresponding to the range of the function is uniformly added to or subtracted from data after the discontinuous point. Thereby, discontinuous points are eliminated and data is continuous.
しかしながら、被検体に骨部等のX線吸収能が高い高吸収体が含まれる場合には、該高吸収体がX線を大きく減衰させ、上記強度変調信号の強度や振幅を低下させるため、位相ズレ量の算出精度を低下させてしまう。これにより、位相微分画像の高吸収体領域では、アンラップエラーが生じやすくなる。このアンラップエラーには、本来不連続点でない箇所に不連続性が生じて不連続点と見なされることによりアンラップ処理が行われるケースと、本来不連続点である箇所の不連続性が低下して不連続点と見なされないことによりアンラップ処理が行われないケースとがある。 However, when the subject includes a high-absorber having a high X-ray absorption capacity such as a bone part, the high-absorber greatly attenuates the X-ray and decreases the intensity and amplitude of the intensity modulation signal. The calculation accuracy of the phase shift amount is lowered. Thereby, an unwrapping error is likely to occur in the high-absorber region of the phase differential image. In this unwrapping error, discontinuity occurs at a place that is not a discontinuous point and is considered as a discontinuous point. There are cases where the unwrapping process is not performed because it is not regarded as a discontinuous point.
例えば、アンラップ処理を行う経路上に骨部領域がある場合には、骨部領域ではアンラップエラーが生じやすく、アンラップエラーが生じた箇所以降の経路にエラー値(上記関数の値域に相当する値)が積算される。この結果、アンラップ処理後の位相微分画像にはアンラップ処理の経路方向に沿った筋状のノイズが生じる。このノイズが骨部領域の周囲の軟骨部領域(軟部組織領域)の一部に重なり、X線位相イメージングでの関心領域である肝心の軟部組織の画像化を阻害してしまうという問題がある。 For example, when there is a bone region on the path to be unwrapped, an unwrap error is likely to occur in the bone region, and an error value (a value corresponding to the range of the above function) in the path after the location where the unwrap error has occurred Is accumulated. As a result, streak noise along the path direction of the unwrap process is generated in the phase differential image after the unwrap process. There is a problem that this noise overlaps a part of the cartilage region (soft tissue region) around the bone region, and obstructs the imaging of the soft tissue of the heart, which is the region of interest in X-ray phase imaging.
そこで、位相微分画像からアンラップエラーが生じやすい領域(NG領域)を判別し、NG領域を避けてそれ以外の領域(OK領域)のみにアンラップ処理経路を設定してアンラップ処理を行う方法が考えられる。しかしながら、この方法では、OK領域の形状に応じて、最適なアンラップ処理経路を逐一設定することが不可欠であり、複雑な経路設定処理が要されるという問題がある。 Therefore, a method is conceivable in which a region (NG region) where an unwrap error is likely to occur is determined from the phase differential image, and an unwrap processing path is set only in other regions (OK regions) while avoiding the NG region. . However, in this method, it is indispensable to set the optimum unwrap processing path one by one in accordance with the shape of the OK area, and there is a problem that a complicated path setting process is required.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アンラップ処理のための複雑な経路設定処理が不要であり、簡便にアンラップエラーを防止することを可能とする放射線撮影装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and a radiation imaging apparatus and an image processing method capable of easily preventing an unwrapping error without requiring a complicated route setting process for the unwrapping process. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影装置は、放射線源から射出され、被検体を透過した放射線を検出して画像データを生成する放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、前記画像データに基づき、アンラップエラーが生じやすいNG領域を検出するNG領域検出部と、前記画像データの前記NG領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理部と、前記ノイズ低減処理後の前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a radiation imaging apparatus of the present invention includes a radiation detector that detects radiation emitted from a radiation source and transmitted through a subject to generate image data, and the radiation source and the radiation detector. A NG region detecting unit that detects an NG region in which an unwrap error is likely to occur based on the image data, and a noise reduction processing unit that performs noise reduction processing on the NG region of the image data A phase differential image generation unit that generates a phase differential image expressed by a value wrapped in a predetermined range based on the image data after the noise reduction process, and an unwrap process that performs an unwrap process on the phase differential image And a section.
前記ノイズ低減処理は、前記画像データの前記NG領域内を平滑化する平滑化処理であることが好ましい。また、前記平滑化処理は、前記NG領域内の各画素値を注目画素とし、注目画素の画素値を、注目画素を含む所定領域の画素値の平均値に置き換える移動平均処理であることが好ましい。 The noise reduction process is preferably a smoothing process for smoothing the NG region of the image data. The smoothing process is preferably a moving average process in which each pixel value in the NG area is a target pixel, and the pixel value of the target pixel is replaced with an average value of pixel values of a predetermined area including the target pixel. .
オフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部と、前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記オフセット画像を減算するオフセット処理部とを備え、前記オフセット画像は、前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影時において、前記位相微分画像生成部が、前記放射線検出器により生成される画像データに基づいて位相微分画像を生成し、前記アンラップ処理部がアンラップ処理を施したものであることが好ましい。 An offset image storage unit that stores the offset image as an offset image; and an offset processing unit that subtracts the offset image from the phase differential image after the unwrap processing, wherein the offset image is pre-photographed in a state where the subject is not disposed. Preferably, the phase differential image generation unit generates a phase differential image based on image data generated by the radiation detector, and the unwrap processing unit performs unwrap processing.
前記格子部は、放射線源からの放射線を通過させて第1の周期パターン像を生成する第1の格子と、前記第1の周期パターン像を部分的に遮蔽して第2の周期パターン像を生成する第2の格子と有し、前記放射線画像検出器は、前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成することが好ましい。 The grating unit partially shields the first periodic pattern image by passing the radiation from the radiation source to generate the first periodic pattern image, and displays the second periodic pattern image. It is preferable that the radiographic image detector generates the image data by detecting the second periodic pattern image.
前記格子部は、前記第1の格子または第2の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成し、前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することが好ましい。この場合、前記走査機構は、前記第1の格子または第2の格子を、格子線に直交する方向に移動させることが好ましい。また、前記走査機構は、前記第1の格子または第2の格子を、格子線に対して傾斜する方向に移動させることも好ましい。 The grating unit includes a scanning mechanism that moves the first grating or the second grating at a predetermined scanning pitch and sequentially sets a plurality of scanning positions, and the radiological image detector includes the scanning mechanism at each scanning position. Preferably, the second periodic pattern image is detected to generate image data, and the phase differential image generation unit generates a phase differential image based on a plurality of image data generated by the radiation image detector. In this case, it is preferable that the scanning mechanism moves the first grating or the second grating in a direction orthogonal to the grating line. The scanning mechanism preferably moves the first grating or the second grating in a direction inclined with respect to the grating line.
前記位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて前記位相微分画像を生成することも好ましい。 It is also preferable that the phase differential image generation unit generates the phase differential image based on single image data obtained by the radiation detector.
前記NG領域検出部は、画素値の強度変化を表す強度変調信号の平均強度、振幅、ビジビリティのうち1つまたは複数の組み合わせに基づいてNG領域を検出することが好ましい。 It is preferable that the NG area detecting unit detects an NG area based on one or a combination of average intensity, amplitude, and visibility of an intensity modulation signal representing an intensity change of a pixel value.
前記第1の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより前記第1の周期パターン像を生成することが好ましい。また、前記第1の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて前記第1の周期パターン像を生成することも好ましい。 Preferably, the first grating is an absorption grating, and the first periodic pattern image is generated by geometrically optically projecting incident radiation. The first grating is preferably an absorption grating or a phase grating, and the first periodic pattern image is preferably generated by causing a Talbot effect to incident radiation.
前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備えることが好ましい。 It is preferable to provide a multi slit that partially blocks the radiation emitted from the radiation source and disperses the focal point.
本発明の画像処理方法は、放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体の撮影を行うことにより得られた画像データに基づき、アンラップエラーが生じやすいNG領域を検出するNG領域検出ステップと、前記画像データの前記NG領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理ステップと、前記ノイズ低減処理後の前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成ステップと、前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理ステップと、を備えることを特徴とする。 The image processing method of the present invention detects an NG region in which an unwrapping error is likely to occur based on image data obtained by imaging a subject with a grating portion disposed between a radiation source and a radiation detector. An NG region detection step, a noise reduction processing step for performing noise reduction processing on the NG region of the image data, and a phase expressed by a value wrapped in a predetermined range based on the image data after the noise reduction processing A phase differential image generation step for generating a differential image, and an unwrap processing step for applying an unwrap process to the phase differential image are provided.
本発明によれば、アンラップエラーが生じやすいNG領域を検出し、画像データのNG領域にノイズ低減処理を施したうえで、位相微分画像を生成してアンラップ処理を行うので、アンラップ処理のための複雑な経路設定処理が不要であり、どのような経路に沿ってアンラップ処理を行ったとしてもアンラップエラーは生じない。このように、本発明によれば、簡便にアンラップエラーを防止することができる。 According to the present invention, an NG region where an unwrap error is likely to occur is detected, a noise reduction process is performed on the NG region of the image data, a phase differential image is generated, and the unwrap process is performed. A complicated route setting process is unnecessary, and no unwrapping error occurs regardless of the unwrapping process along any route. Thus, according to the present invention, unwrapping errors can be easily prevented.
図1において、X線撮影装置10は、X線源11、格子部12、X線画像検出器13、メモリ14、画像処理部15、画像記録部16、撮影制御部17、コンソール18、及びシステム制御部19を備える。X線源11は、例えば、回転陽極型のX線管と、X線の照射野を制限するコリメータとを有し、撮影制御部17の制御に基づき、被検体Hに向けてX線を放射する。 In FIG. 1, an X-ray imaging apparatus 10 includes an X-ray source 11, a grating unit 12, an X-ray image detector 13, a memory 14, an image processing unit 15, an image recording unit 16, an imaging control unit 17, a console 18, and a system. A control unit 19 is provided. The X-ray source 11 includes, for example, a rotary anode type X-ray tube and a collimator that limits the X-ray irradiation field, and emits X-rays toward the subject H based on the control of the imaging control unit 17. To do.
格子部12は、第1の格子21、第2の格子22、及び走査機構23を備える。第1及び第2の格子21,22は、X線照射方向であるz方向に関してX線源11に対向配置されている。X線源11と第1の格子21との間には、被検体Hが配置可能な間隔が設けられている。X線画像検出器13は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器であり、第2の格子22の背後に、検出面13aがz方向に直交するように配置されている。 The grating unit 12 includes a first grating 21, a second grating 22, and a scanning mechanism 23. The first and second gratings 21 and 22 are disposed to face the X-ray source 11 with respect to the z direction that is the X-ray irradiation direction. A space is provided between the X-ray source 11 and the first grating 21 so that the subject H can be arranged. The X-ray image detector 13 is, for example, a flat panel detector using a semiconductor circuit, and is arranged behind the second grating 22 so that the detection surface 13a is orthogonal to the z direction.
第1の格子21は、z方向に直交する格子面内の一方向であるy方向に延伸された複数のX線吸収部21a及びX線透過部21bを備えた吸収型格子である。X線吸収部21a及びX線透過部21bは、z方向及びy方向に直交するx方向に交互に配列されており、縞状のパターンを形成している。第2の格子22は、第1の格子21と同様にy方向に延伸され、かつx方向に交互に配列された複数のX線吸収部22a及びX線透過部22bを備えた吸収型格子である。X線吸収部21a,22aは、金(Au)、白金(Pt)等のX線吸収性を有する材料により形成されている。X線透過部21b,22bは、シリコン(Si)や樹脂等のX線透過性を有する材料や空隙により形成されている。 The 1st grating | lattice 21 is an absorption type grating | lattice provided with the some X-ray absorption part 21a and X-ray transmission part 21b extended | stretched in the y direction which is one direction in the grating plane orthogonal to az direction. The X-ray absorption part 21a and the X-ray transmission part 21b are alternately arranged in the x direction orthogonal to the z direction and the y direction, and form a striped pattern. The second grating 22 is an absorption type grating having a plurality of X-ray absorbing portions 22a and X-ray transmitting portions 22b that are extended in the y direction and arranged alternately in the x direction, like the first grating 21. is there. The X-ray absorbing portions 21a and 22a are formed of a material having X-ray absorption properties such as gold (Au) and platinum (Pt). The X-ray transmissive portions 21b and 22b are formed of a material having X-ray permeability such as silicon (Si) or resin or a gap.
第1の格子21は、X線源11から放射されたX線を部分的に通過させて第1の周期パターン像(以下、G1像という)を生成する。第2の格子22は、第1の格子21により生成されたG1像を部分的に透過させて第2の周期パターン像(以下、G2像という)を生成する。被検体Hが配置されていない場合において、G1像は、第2の格子22の格子パターンとほぼ一致する。 The first grating 21 partially passes X-rays emitted from the X-ray source 11 to generate a first periodic pattern image (hereinafter referred to as G1 image). The second grating 22 partially transmits the G1 image generated by the first grating 21 to generate a second periodic pattern image (hereinafter referred to as G2 image). When the subject H is not arranged, the G1 image substantially matches the lattice pattern of the second lattice 22.
X線画像検出器13は、G2像を検出して画像データを生成する。メモリ14は、X線画像検出器13から読み出された画像データを一時的に記憶する。画像処理部15は、メモリ14に記憶された画像データに基づいて位相微分画像を生成し、この位相微分画像に基づいて位相コントラスト画像を生成する。画像記録部16は、位相微分画像と位相コントラスト画像とを記録する。 The X-ray image detector 13 detects the G2 image and generates image data. The memory 14 temporarily stores the image data read from the X-ray image detector 13. The image processing unit 15 generates a phase differential image based on the image data stored in the memory 14, and generates a phase contrast image based on the phase differential image. The image recording unit 16 records a phase differential image and a phase contrast image.
走査機構23は、第2の格子22をx方向に並進移動させ、第1の格子21に対する第2の格子22の相対位置を順次に変更する。走査機構23は、圧電アクチュエータや静電アクチュエータにより構成され、後述する縞走査を実行するために、撮影制御部17の制御に基づいて駆動される。メモリ14には、縞走査の各走査位置でX線画像検出器13により得られる画像データが一括して記憶される。 The scanning mechanism 23 translates the second grating 22 in the x direction, and sequentially changes the relative position of the second grating 22 with respect to the first grating 21. The scanning mechanism 23 is configured by a piezoelectric actuator or an electrostatic actuator, and is driven based on the control of the imaging control unit 17 in order to execute a fringe scanning described later. The memory 14 collectively stores image data obtained by the X-ray image detector 13 at each scanning position of fringe scanning.
コンソール18は、操作部18a及びモニタ18bを備えている。操作部18aは、キーボードやマウス等により構成され、X線源11の管電圧、管電流、照射時間等の撮影条件の設定や、本撮影またはプレ撮影のモード選択、撮影実行指示等の操作入力を可能とする。本撮影とは、X線源11と第1の格子21との間に被検体Hを配置した状態で行う撮影モードである。プレ撮影とは、X線源11と第1の格子21との間に被検体Hを配置せずに行う撮影モードである。詳しくは後述するが、プレ撮影は、第1及び第2の格子21,22の製造誤差や配置誤差等により生じるバックグランド成分をオフセット画像として取得するために用いられる。 The console 18 includes an operation unit 18a and a monitor 18b. The operation unit 18a includes a keyboard, a mouse, and the like, and sets operation conditions such as setting of imaging conditions such as tube voltage, tube current, and irradiation time of the X-ray source 11, mode selection for main imaging or pre-imaging, and imaging execution instruction. Is possible. The main imaging is an imaging mode performed with the subject H placed between the X-ray source 11 and the first grating 21. Pre-imaging is an imaging mode performed without placing the subject H between the X-ray source 11 and the first grating 21. As will be described in detail later, the pre-photographing is used to acquire a background component caused by a manufacturing error or an arrangement error of the first and second gratings 21 and 22 as an offset image.
モニタ18bは、撮影条件等の撮影情報や、画像記録部16に記録された位相微分画像及び位相コントラスト画像の表示を行う。システム制御部19は、操作部18aから入力される信号に応じて各部を統括的に制御する。 The monitor 18b displays photographing information such as photographing conditions and a phase differential image and a phase contrast image recorded in the image recording unit 16. The system control unit 19 comprehensively controls each unit according to a signal input from the operation unit 18a.
図2において、X線画像検出器13は、入射X線により半導体膜(図示せず)に生じた電荷を収集する画素電極31と、画素電極31によって収集された電荷を読み出すためのTFT(Thin Film Transistor)32とを備えた画素部30が2次元状に多数配列されたものである。半導体膜は、例えば、アモルファスセレンにより形成されている。 In FIG. 2, an X-ray image detector 13 includes a pixel electrode 31 that collects charges generated in a semiconductor film (not shown) by incident X-rays, and a TFT (Thin for reading charges collected by the pixel electrode 31). A plurality of pixel portions 30 having a film transistor (32) are arranged in a two-dimensional manner. The semiconductor film is made of amorphous selenium, for example.
また、X線画像検出器13は、ゲート走査線33、走査回路34、信号線35、及び読み出し回路36を備える。ゲート走査線33は、画素部30の行ごとに設けられている。走査回路34は、TFT32をオン/オフするための走査信号を各ゲート走査線33に付与する。信号線35は、画素部30の列ごとに設けられている。読み出し回路36は、各信号線35を介して画素部30から電荷を読み出し、画像データに変換して出力する。各画素部30の詳細な層構成については、例えば、特開2002−26300号公報に記載されている層構成と同様である。 The X-ray image detector 13 includes a gate scanning line 33, a scanning circuit 34, a signal line 35, and a readout circuit 36. The gate scanning line 33 is provided for each row of the pixel unit 30. The scanning circuit 34 applies a scanning signal for turning on / off the TFT 32 to each gate scanning line 33. The signal line 35 is provided for each column of the pixel unit 30. The readout circuit 36 reads out electric charges from the pixel unit 30 through the signal lines 35, converts them into image data, and outputs them. The detailed layer configuration of each pixel unit 30 is the same as the layer configuration described in JP-A-2002-26300, for example.
読み出し回路36は、積分アンプ、A/D変換器、補正回路(いずれも図示せず)等を備える。積分アンプは、各画素部30から信号線35を介して出力された電荷を積分して画像信号を生成する。A/D変換器は、積分アンプにより生成された画像信号を、デジタル形式の画像データに変換する。補正回路は、画像データに対して、暗電流補正、ゲイン補正、リニアリティ補正等を行う。この補正後の画像データがメモリ14に記憶される。 The readout circuit 36 includes an integration amplifier, an A / D converter, a correction circuit (none of which is shown), and the like. The integrating amplifier integrates the charges output from each pixel unit 30 via the signal line 35 to generate an image signal. The A / D converter converts the image signal generated by the integrating amplifier into digital image data. The correction circuit performs dark current correction, gain correction, linearity correction, and the like on the image data. The corrected image data is stored in the memory 14.
X線画像検出器13は、入射X線を半導体膜で直接電荷に変換する直接変換型に限られず、ヨウ化セシウム(CsI)やガドリウムオキシサルファイド(GOS)等のシンチレータで入射X線を可視光に変換し、可視光をフォトダイオードで電荷に変換する間接変換型であってもよい。さらに、X線画像検出器13を、シンチレータとCMOSセンサを組み合わせて構成してもよい。 The X-ray image detector 13 is not limited to the direct conversion type in which incident X-rays are directly converted into electric charges with a semiconductor film, and the incident X-rays are visible with a scintillator such as cesium iodide (CsI) or gadolinium oxysulfide (GOS). It may be an indirect conversion type that converts light into light and converts visible light into electric charge with a photodiode. Further, the X-ray image detector 13 may be configured by combining a scintillator and a CMOS sensor.
図3において、X線源11から照射されるX線は、X線焦点11aを発光点としたコーンビームである。第1の格子21は、タルボ効果が生じず、X線透過部21bを通過したX線を幾何光学的に投影するように構成される。具体的には、x方向へのX線透過部21bの幅を、X線源11から照射されるX線のピーク波長より十分大きな値とし、X線の大部分がX線透過部21bで回折しないようにすることで実現される。X線源11の回転陽極としてタングステンを用い、管電圧を50kVとした場合には、X線のピーク波長は約0.4Åである。この場合には、X線透過部21bの幅を1〜10μm程度とすればよい。 In FIG. 3, the X-rays emitted from the X-ray source 11 are cone beams having the X-ray focal point 11a as a light emission point. The 1st grating | lattice 21 is comprised so that the Talbot effect may not arise and the X-rays which passed X-ray transmissive part 21b may be projected geometrically. Specifically, the width of the X-ray transmission part 21b in the x direction is set to a value sufficiently larger than the peak wavelength of X-rays irradiated from the X-ray source 11, and most of the X-rays are diffracted by the X-ray transmission part 21b. It is realized by not doing. When tungsten is used as the rotating anode of the X-ray source 11 and the tube voltage is 50 kV, the peak wavelength of the X-ray is about 0.4 mm. In this case, the width of the X-ray transmission part 21b may be about 1 to 10 μm.
これにより、G1像は、第1の格子21からz方向下流への距離に依らず、常に第1の格子21の自己像となる。G1像は、X線焦点11aからz方向下流への距離に比例して拡大される。 Thus, the G1 image is always a self-image of the first grating 21 regardless of the distance from the first grating 21 downstream in the z direction. The G1 image is enlarged in proportion to the distance from the X-ray focal point 11a to the downstream in the z direction.
第2の格子22の格子ピッチp2は、前述のように、第2の格子22の格子パターンが第2の格子22の位置におけるG1像に一致するように設定されている。具体的には、第2の格子22の格子ピッチp2は、第1の格子21の格子ピッチp1、X線焦点11aと第1の格子21との間の距離L1、第1の格子21と第2の格子22との間の距離L2と、下式(1)をほぼ満たすように設定されている。 As described above, the grating pitch p 2 of the second grating 22 is set so that the grating pattern of the second grating 22 matches the G1 image at the position of the second grating 22. Specifically, the grating pitch p 2 of the second grating 22, the distance L 1 between the grating pitch p 1, X-ray focal point 11a and the first grating 21 of the first grating 21, the first grating 21 and the distance L 2 between the second grating 22, is set following equation (1) so as to satisfy substantially.
G1像は、被検体HでX線に位相変化が生じて屈折することにより変調される。この変調量には、被検体HでのX線の屈折角φ(x)が反映される。同図には、被検体HでのX線の位相変化を表す位相シフト分布Φ(x)に応じて屈折するX線の経路が例示されている。符号X1は、被検体Hが存在しない場合にX線が直進する経路を示し、符号X2は、被検体Hにより屈折したX線の経路を示している。 The G1 image is modulated by being refracted by a phase change in the X-ray at the subject H. This modulation amount reflects the X-ray refraction angle φ (x) of the subject H. The figure illustrates an X-ray path that is refracted in accordance with a phase shift distribution Φ (x) representing a phase change of the X-ray in the subject H. Reference numeral X1 indicates a path along which the X-ray goes straight when the subject H does not exist, and reference numeral X2 indicates an X-ray path refracted by the subject H.
位相シフト分布Φ(x)は、X線の波長をλ、被検体Hのxz面内での屈折率分布をn(x,z)として、下式(2)で表される。 The phase shift distribution Φ (x) is expressed by the following equation (2), where λ is the wavelength of the X-ray and n (x, z) is the refractive index distribution in the xz plane of the subject H.
屈折角φ(x)は、位相シフト分布Φ(x)と、下式(3)の関係にある。 The refraction angle φ (x) is in the relationship of the phase shift distribution Φ (x) and the following equation (3).
第2の格子22の位置において、X線は、屈折角φ(x)に応じた量だけx方向に変位する。この変位量Δxは、X線の屈折角φ(x)が微小であることに基づいて、近似的に下式(4)で表される。 At the position of the second grating 22, the X-ray is displaced in the x direction by an amount corresponding to the refraction angle φ (x). This displacement amount Δx is approximately expressed by the following equation (4) based on the fact that the X-ray refraction angle φ (x) is very small.
このように、変位量Δxは、位相シフト分布Φ(x)の微分値に比例する。したがって、変位量Δxを後述する縞走査により検出することにより、位相シフト分布Φ(x)の微分値が得られ、位相微分画像が生成される。 Thus, the displacement amount Δx is proportional to the differential value of the phase shift distribution Φ (x). Therefore, by detecting the displacement amount Δx by fringe scanning, which will be described later, a differential value of the phase shift distribution Φ (x) is obtained, and a phase differential image is generated.
縞走査は、格子ピッチp2をM個に分割した値(p2/M)を走査ピッチとし、走査機構23により、この走査ピッチで第2の格子22を並進移動させ、第2の格子22を並進移動させるたびに、X線源11からX線を放射してG2像をX線画像検出器13により撮影することにより行われる。Mは3以上の整数であり、例えば、M=5であることが好ましい。 In the fringe scanning, a value obtained by dividing the grating pitch p 2 into M pieces (p 2 / M) is used as a scanning pitch, and the second grating 22 is translated by the scanning mechanism 23 at this scanning pitch. Each time the image is translated, X-rays are emitted from the X-ray source 11 and a G2 image is captured by the X-ray image detector 13. M is an integer greater than or equal to 3, for example, it is preferable that M = 5.
上式(1)を僅かに満たさない場合や、第1の格子21と第2の格子22との間にz方向周りの回転や、xy平面に対する傾斜が僅かに生じている場合には、G2像にはモアレ縞が生じる。このモアレ縞は、第2の格子22の並進移動に伴って移動し、x方向への移動距離が格子ピッチp2に達すると元のモアレ縞に一致する。このモアレ縞の移動を確認することで、第2の格子22の並進移動量を検証することができる。 If the above equation (1) is not satisfied slightly, or if rotation around the z direction or slight inclination with respect to the xy plane occurs between the first grating 21 and the second grating 22, G2 Moire fringes appear in the image. The moire fringes are moved along with the translational movement of the second grating 22, the moving distance in the x direction matches the original moiré fringe reaches the grating pitch p 2. By confirming the movement of the moire fringes, the translational movement amount of the second grating 22 can be verified.
上記縞走査により、X線画像検出器13の各画素部30について、M個の画素値が得られる。図4に示すように、M個の画素値Ikは、第2の格子22の走査位置kに対して周期的に変化する。走査位置kは、第2の格子22を一周期分並進移動させた場合の走査ピッチ(p2/M)ごとの各位置である。走査位置kに対する画素値Ikの変化を表す信号を強度変調信号と呼ぶ。 M pixel values are obtained for each pixel unit 30 of the X-ray image detector 13 by the fringe scanning. As shown in FIG. 4, the M pixel values I k periodically change with respect to the scanning position k of the second grating 22. The scanning position k is each position for each scanning pitch (p 2 / M) when the second grating 22 is translated by one period. A signal indicating a change in the pixel value I k with respect to the scanning position k is referred to as an intensity modulation signal.
同図中の破線は、被検体Hを配置しない状態で得られる強度変調信号を示している。これに対して、実線は、被検体Hを配置した状態で、被検体Hにより位相ズレ量ψ(x)が生じた強度変調信号を示している。この位相ズレ量ψ(x)は、上記変位量Δxと下式(5)の関係にある。 A broken line in the figure indicates an intensity modulation signal obtained in a state where the subject H is not arranged. On the other hand, a solid line indicates an intensity modulation signal in which the phase difference amount ψ (x) is generated by the subject H in a state where the subject H is arranged. This phase shift amount ψ (x) is in the relationship of the displacement amount Δx and the following equation (5).
したがって、各画素部30について、縞走査で得られるM個の画素値Ikに基づき、強度変調信号の位相ズレ量ψ(x)を求めることにより、位相微分画像が得られる。 Therefore, for each pixel unit 30, a phase differential image is obtained by obtaining the phase shift amount ψ (x) of the intensity modulation signal based on the M pixel values I k obtained by the fringe scanning.
次に、位相ズレ量ψ(x)の算出方法について説明する。強度変調信号は、一般に下式(6)で表される。 Next, a method for calculating the phase shift amount ψ (x) will be described. The intensity modulation signal is generally expressed by the following formula (6).
ここで、A0は入射X線の平均強度を表し、Anは強度変調信号の振幅を表す。nは正の整数、iは虚数単位である。なお、図4に示すように、強度変調信号が正弦波を描く場合には、n=1である。 Here, A 0 represents the average intensity of the incident X-ray, A n represents the amplitude of the intensity-modulated signal. n is a positive integer and i is an imaginary unit. As shown in FIG. 4, when the intensity modulation signal draws a sine wave, n = 1.
本実施形態では、走査ピッチ(p2/M)が一定であるため、下式(7)が成立する。 In the present embodiment, since the scanning pitch (p 2 / M) is constant, the following expression (7) is established.
上式(7)を上式(6)に適用すると、位相ズレ量ψ(x)は、下式(8)で表される。 When the above equation (7) is applied to the above equation (6), the phase shift amount ψ (x) is expressed by the following equation (8).
ここで、arg[…]は、複素数の偏角を抽出する関数である。また、位相ズレ量ψ(x)は、逆正接関数を用いて下式(9)のように表すことも可能である。 Here, arg [...] is a function for extracting the argument of a complex number. Further, the phase shift amount ψ (x) can also be expressed by the following equation (9) using an arctangent function.
複素数の偏角は、値域が−πから+πの範囲であるため、上式(8)に基づいて位相ズレ量ψ(x)を算出した場合には、位相ズレ量ψ(x)は、−πから+πの範囲にラップされた値を取る。これに対して、逆正接関数は、通常、値域が−π/2から+π/2の範囲であるため、上式(9)に基づいて位相ズレ量ψ(x)を算出した場合には、位相ズレ量ψ(x)は、−π/2から+π/2の範囲にラップされた値を取る。なお、上式(9)において、逆正接関数内の分母及び分子の正負を判別することにより、値域を−πから+πとすることができるため、−πから+πの範囲で位相ズレ量ψ(x)を算出することも可能である。 Since the declination angle of the complex number ranges from −π to + π, when the phase shift amount ψ (x) is calculated based on the above equation (8), the phase shift amount ψ (x) is − Take a value wrapped in the range from π to + π. On the other hand, the arc tangent function usually has a range of −π / 2 to + π / 2. Therefore, when the phase shift amount ψ (x) is calculated based on the above equation (9), The phase shift amount ψ (x) takes a value wrapped in a range of −π / 2 to + π / 2. In the above formula (9), by determining the denominator and the sign of the numerator in the arctangent function, the value range can be changed from −π to + π, and therefore the phase shift amount ψ ( It is also possible to calculate x).
本実施形態では、各画素部30について位相ズレ量ψ(x)を算出することにより得られるデータを位相微分画像という。なお、位相ズレ量ψ(x)に定数を乗じたり加算したりしたデータを位相微分画像としてもよい。以下、位相微分画像の画素値は、幅αを有する所定の値域(例えば0からαの範囲)にラップされているとする。 In the present embodiment, data obtained by calculating the phase shift amount ψ (x) for each pixel unit 30 is referred to as a phase differential image. Data obtained by multiplying or adding a constant to the phase shift amount ψ (x) may be used as the phase differential image. Hereinafter, it is assumed that the pixel values of the phase differential image are wrapped in a predetermined value range having a width α (for example, a range from 0 to α).
図5において、画像処理部15は、NG領域検出部40、ノイズ低減処理部41、位相微分画像生成部42、アンラップ処理部43、オフセット画像記憶部44、オフセット処理部45、及び位相コントラスト画像生成部46を備える。画像処理部15には、本撮影によりメモリ14に格納されたM枚分の画像データ(本画像データ)50と、プレ撮影によりメモリ14に格納されたM枚分の画像データ(プレ画像データ)51とがそれぞれ入力される。 In FIG. 5, the image processing unit 15 includes an NG region detection unit 40, a noise reduction processing unit 41, a phase differential image generation unit 42, an unwrap processing unit 43, an offset image storage unit 44, an offset processing unit 45, and a phase contrast image generation. Part 46 is provided. The image processing unit 15 includes M image data (main image data) 50 stored in the memory 14 by main shooting and M image data (pre-image data) stored in the memory 14 by pre-shooting. 51 are input.
NG領域検出部40は、本画像データ50に基づき、位相微分画像を生成した場合にアンラップエラーが生じやすい領域(以下、NG領域という)を検出する。具体的には、NG領域検出部40は、本画像データ50に基づき、各画素部30について前述の強度変調信号を生成し、強度変調信号の平均強度A0が所定の閾値より低い領域、振幅A1が所定の閾値より低い領域、またはビジビリティA1/A0が所定の閾値より低い領域をNG領域として検出する。 Based on the main image data 50, the NG region detection unit 40 detects a region where an unwrap error is likely to occur when a phase differential image is generated (hereinafter referred to as an NG region). Specifically, NG region detection unit 40, based on the image data 50, for each pixel unit 30 generates the aforementioned intensity-modulated signal, the mean strength A 0 is lower region than a predetermined threshold value of the intensity modulated signal, the amplitude An area where A 1 is lower than a predetermined threshold or an area where visibility A 1 / A 0 is lower than a predetermined threshold is detected as an NG area.
このNG領域は、被検体Hに含まれる高吸収体領域(被検体Hが人体である場合には、X線吸収能が高い骨部等)に相当する。これは、X線が高吸収体で吸収されることにより、平均強度A0、振幅A1、またはビジビリティA1/A0が低下することに基づいている。なお、平均強度A0、振幅A1、ビジビリティA1/A0のうち2以上を組み合わせてNG領域を検出してもよい。また、NG領域が散在して、ある程度の大きさを有する集合領域として得られない場合には、上記閾値を変化させてNG領域の大きさを調整すればよい。 This NG region corresponds to a high-absorber region included in the subject H (when the subject H is a human body, a bone portion having a high X-ray absorption capability). This is based on the fact that the average intensity A 0 , the amplitude A 1 , or the visibility A 1 / A 0 decreases due to the X-rays being absorbed by the high absorber. The NG region may be detected by combining two or more of the average intensity A 0 , the amplitude A 1 , and the visibility A 1 / A 0 . If the NG areas are scattered and cannot be obtained as a collective area having a certain size, the size of the NG area may be adjusted by changing the threshold value.
ノイズ低減処理部41は、M枚分の各本画像データ50に対して、NG領域検出部40により検出されたNG領域に移動平均処理を施すことによりノイズを低減する。具体的には、図6に示すように、ノイズ低減処理部41は、各本画像データ50のNG領域内の各画素を注目画素Qx,yとし、各注目画素Qx,yの画素値を、注目画素Qx,yの画素値と、注目画素Qx,yの周囲に隣接する8個の隣接画素Qx−1,y−1,Qx,y−1,Qx+1,y−1,Qx−1,y,Qx+1,y,Qx−1,y+1,Qx,y+1,Qx+1,y+1の画素値との平均値で置き換える移動平均処理を施す。これにより、各本画像データ50のNG領域内の画素値が平滑化され、ノイズが低減される。 The noise reduction processing unit 41 reduces noise by performing moving average processing on the NG area detected by the NG area detection unit 40 for each of the M main image data 50. Specifically, as illustrated in FIG. 6, the noise reduction processing unit 41 sets each pixel in the NG area of each main image data 50 as the target pixel Q x, y, and the pixel value of each target pixel Q x, y . the target pixel Q x, and the pixel values of y, the target pixel Q x, 8 contiguous pixels adjacent around the y Q x-1, y- 1, Q x, y-1, Q x + 1, y- 1 , Q x−1, y , Q x + 1, y , Q x−1, y + 1 , Q x, y + 1 , Q x + 1, y + 1 The moving average process is performed. Thereby, pixel values in the NG area of each main image data 50 are smoothed, and noise is reduced.
本実施形態では、注目画素Qx,yを含む9個の画素を用いて平均値を算出しているが、平均値を算出する画素数は任意である。但し、この画素数が大きい場合には、本画像データ50に基づいて生成される位相微分画像のNG領域の解像度が必要以上に低下してしまう。一方、この画素数が少ない場合には、ノイズが十分に低減されず、後述するアンラップ処理でアンラップエラーが発生する可能性がある。このため、移動平均処理において平均値を算出するための画素数は、解像度とアンラップエラーの発生度合いとの兼ね合いから適正に設定されることが好ましい。 In this embodiment, the average value is calculated using nine pixels including the target pixel Q x, y , but the number of pixels for calculating the average value is arbitrary. However, when the number of pixels is large, the resolution of the NG area of the phase differential image generated based on the main image data 50 is unnecessarily lowered. On the other hand, when the number of pixels is small, noise is not sufficiently reduced, and an unwrapping error may occur in unwrapping processing described later. For this reason, it is preferable that the number of pixels for calculating the average value in the moving average process is appropriately set in consideration of the balance between the resolution and the degree of occurrence of the unwrap error.
位相微分画像生成部42は、ノイズ低減処理部41によりNG領域にノイズ低減処理が施されたM枚分の各本画像データ50を用い、上式(8)または上式(9)に基づいて演算を行うことにより第1の位相微分画像を生成する。一方、プレ撮影時には、M枚分のプレ画像データ51は位相微分画像生成部42に直接入力され、位相微分画像生成部42は、上式(8)または上式(9)に基づいて演算を行うことにより第2の位相微分画像を生成する。 The phase differential image generation unit 42 uses the M pieces of main image data 50 for which noise reduction processing has been performed on the NG region by the noise reduction processing unit 41, and is based on the above equation (8) or the above equation (9). A first phase differential image is generated by performing an operation. On the other hand, at the time of pre-photographing, M pieces of pre-image data 51 are directly input to the phase differential image generation unit 42, and the phase differential image generation unit 42 performs calculation based on the above equation (8) or the above equation (9). By doing so, a second phase differential image is generated.
アンラップ処理部43は、位相微分画像生成部42により生成された第1及び第2の位相微分画像にそれぞれアンラップ処理を施す。アンラップ処理部43は、プレ撮影時には、第2の位相微分画像にアンラップ処理を施したものを、オフセット画像としてオフセット画像記憶部44に記憶させる。なお、オフセット画像記憶部44は、新たにプレ撮影を行って新たなオフセット画像が入力された場合には、既に記憶しているオフセット画像を消去して、新たに入力されたオフセット画像を記憶する。また、アンラップ処理部43は、本撮影時には、第1の位相微分画像にアンラップ処理を施したものを、アンラップ済み位相微分画像としてオフセット処理部45に入力する。 The unwrap processing unit 43 performs unwrapping processing on the first and second phase differential images generated by the phase differential image generation unit 42, respectively. The unwrap processing unit 43 causes the offset image storage unit 44 to store an image obtained by performing the unwrap processing on the second phase differential image at the time of pre-photographing. Note that when a new pre-shooting is performed and a new offset image is input, the offset image storage unit 44 deletes the already stored offset image and stores the newly input offset image. . Further, the unwrap processing unit 43 inputs the first phase differential image that has been subjected to the unwrap process to the offset processing unit 45 as an unwrapped phase differential image during the main photographing.
オフセット処理部45は、アンラップ処理部43から入力されたアンラップ済み位相微分画像から、オフセット画像記憶部44に記憶されたオフセット画像を減算するオフセット補正を行う。位相コントラスト画像生成部46は、オフセット処理部45によりオフセット補正が施されたアンラップ済み位相微分画像を、x方向に沿って積分処理することにより、位相シフト分布を表す位相コントラスト画像を生成する。オフセット補正後の位相微分画像と位相コントラスト画像とが画像記録部16に記録される。 The offset processing unit 45 performs offset correction by subtracting the offset image stored in the offset image storage unit 44 from the unwrapped phase differential image input from the unwrap processing unit 43. The phase contrast image generation unit 46 integrates the unwrapped phase differential image that has been offset-corrected by the offset processing unit 45 along the x direction to generate a phase contrast image representing a phase shift distribution. The phase differential image and the phase contrast image after the offset correction are recorded in the image recording unit 16.
次に、図7を用いてアンラップ処理部43によるアンラップ処理方法を具体的に説明する。アンラップ処理部43は、第1の位相微分画像60について、端部の一辺に沿って起点群SP1〜SPnを設定するとともに、起点群SP1〜SPnの配列方向と直交する方向に直線経路UR1〜URnを設定する。アンラップ処理部43は、起点群SP1〜SPnをアンラップ処理を行った後、各直線経路UR1〜URnに沿ってアンラップ処理を行う。 Next, the unwrap processing method by the unwrap processing unit 43 will be specifically described with reference to FIG. The unwrap processing unit 43 sets the starting point groups SP 1 to SP n along one side of the end portion of the first phase differential image 60 and linearly extends in a direction orthogonal to the arrangement direction of the starting point groups SP 1 to SP n. Routes UR 1 to UR n are set. The unwrap processing unit 43 unwraps the starting point groups SP 1 to SP n and then performs unwrap processing along each straight path UR 1 to UR n .
このアンラップ処理は、アンラップ経路上において隣接する画素の画素値の変化量が所定量(例えば、α/2)以上である不連続点を検出し、検出した不連続点以降のアンラップ経路上に存在する画素の画素値に、前述の画素値がラップされた幅αを加算または減算する処理である。これにより、アンラップ経路上の画素値の変化がほぼ連続化される。第1の位相微分画像60のNG領域は、本画像データ50の段階でノイズ低減処理部41が低減されているため、画素値のノイズが少なく、アンラップエラーの発生が防止される。アンラップ処理部43は、第2の位相微分画像についても上記と同一のアンラップ処理を行う。なお、本実施形態では、起点群SP1〜SPnの配列方向をx方向としているが、y方向としてもよい。 This unwrap processing detects discontinuous points where the amount of change in the pixel values of adjacent pixels on the unwrap path is a predetermined amount (for example, α / 2) or more, and exists on the unwrap path after the detected discontinuity point. This is a process of adding or subtracting the width α in which the pixel value is wrapped to the pixel value of the pixel to be processed. Thereby, the change of the pixel value on the unwrap path is almost continuous. In the NG region of the first differential phase image 60, since the noise reduction processing unit 41 is reduced at the stage of the main image data 50, the noise of the pixel value is small and the occurrence of an unwrapping error is prevented. The unwrap processing unit 43 performs the same unwrap processing on the second phase differential image as described above. In the present embodiment, the arrangement direction of the start point groups SP 1 to SP n is the x direction, but may be the y direction.
以下、図8及び図9に示すフローチャートを参照しながらX線撮影装置10の作用を説明する。操作部18aを用いて撮影モードの選択がなされると(ステップS10)、選択された撮影モードがプレ撮影であるか否かの判定が行われる(ステップS11)。プレ撮影である場合には(ステップS11でYES)、撮影指示の待受状態となる(ステップS12)。操作部18aを用いて撮影指示がなされると(ステップS12でYES)、走査機構23により第2の格子22が所定の走査ピッチずつ並進移動されながら、各走査位置kにおいて、X線源11によるX線照射及びX線画像検出器13によるG2像の検出が行われる(ステップS13)。この縞走査の結果、M枚分のプレ画像データ51が生成され、メモリ14に格納される。 Hereinafter, the operation of the X-ray imaging apparatus 10 will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. When the shooting mode is selected using the operation unit 18a (step S10), it is determined whether or not the selected shooting mode is pre-shooting (step S11). If it is pre-photographing (YES in step S11), a shooting instruction standby state is set (step S12). When an imaging instruction is given using the operation unit 18a (YES in step S12), the second grating 22 is translated by a predetermined scanning pitch by the scanning mechanism 23, and the X-ray source 11 at each scanning position k. X-ray irradiation and detection of the G2 image by the X-ray image detector 13 are performed (step S13). As a result of the fringe scanning, M pieces of pre-image data 51 are generated and stored in the memory 14.
M枚分のプレ画像データ51は、画像処理部15に読み出される。画像処理部15内では、位相微分画像生成部42により、M枚分のプレ画像データ51に基づき第2の位相微分画像が生成される(ステップS14)。この第2の位相微分画像は、アンラップ処理部43によりアンラップ処理が施され(ステップS15)、アンラップ処理後の第2の位相微分画像がオフセット画像としてオフセット画像記憶部44に記憶される(ステップS16)。プレ撮影動作は、以上で終了する。なお、このプレ撮影は、X線撮影装置10の立ち上げ時等に被検体Hを配置しない状態で少なくとも一度行われればよく、本撮影の前に毎回行われる必要はない。 M pieces of pre-image data 51 are read out to the image processing unit 15. In the image processing unit 15, the phase differential image generation unit 42 generates a second phase differential image based on the M pre-image data 51 (step S14). The second phase differential image is unwrapped by the unwrap processing unit 43 (step S15), and the second phase differential image after the unwrapping process is stored in the offset image storage unit 44 as an offset image (step S16). ). The pre-photographing operation ends here. Note that this pre-imaging may be performed at least once in a state in which the subject H is not disposed when the X-ray imaging apparatus 10 is started up, and need not be performed every time before the main imaging.
次に、被検体Hが配置され、ステップS10の撮影モードの選択により本撮影が選択された場合には(ステップS11でNO)、撮影指示の待受状態となる(ステップS20)。操作部18aを用いて撮影指示がなされると(ステップS20でYES)、縞走査が行われ(ステップS21)、メモリ14にM枚分の本画像データ50が格納される。 Next, when the subject H is arranged and the main imaging is selected by selecting the imaging mode in step S10 (NO in step S11), the imaging instruction standby state is set (step S20). When a shooting instruction is issued using the operation unit 18a (YES in step S20), stripe scanning is performed (step S21), and M main image data 50 is stored in the memory 14.
M枚分の本画像データ50は、画像処理部15に読み出される。画像処理部15内では、NG領域検出部40によりNG領域の検出が行われ(ステップS22)、ノイズ低減処理部41により各本画像データ50のNG領域に移動平均処理が施され、ノイズが低減される(ステップS23)。この後、位相微分画像生成部42により、ノイズ低減処理が施されたM枚分の本画像データ50に基づき第1の位相微分画像が生成される(ステップS24)。 The M main image data 50 is read by the image processing unit 15. In the image processing unit 15, the NG region is detected by the NG region detection unit 40 (step S22), and the noise reduction processing unit 41 applies a moving average process to the NG region of each main image data 50 to reduce noise. (Step S23). Thereafter, the phase differential image generation unit 42 generates a first phase differential image based on the M main image data 50 subjected to the noise reduction process (step S24).
この第1の位相微分画像は、アンラップ処理部43によりアンラップ処理が施され(ステップS25)、アンラップ処理後の第1の位相微分画像がアンラップ済み位相微分画像としてオフセット処理部45に入力される。オフセット処理部45では、アンラップ済み位相微分画像から、オフセット画像記憶部44に記憶されたオフセット画像を減算するオフセット補正が行われる(ステップS26)。 The first phase differential image is subjected to unwrap processing by the unwrap processing unit 43 (step S25), and the first phase differential image after the unwrap processing is input to the offset processing unit 45 as an unwrapped phase differential image. The offset processing unit 45 performs offset correction by subtracting the offset image stored in the offset image storage unit 44 from the unwrapped phase differential image (step S26).
そして、位相コントラスト画像生成部46がオフセット補正後の位相微分画像を積分処理することにより、位相コントラスト画像が生成され(ステップS27)、オフセット補正後の位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像記録部16に記録された後、モニタ18bに画像表示される(ステップS28)。 Then, the phase contrast image generation unit 46 integrates the phase differential image after the offset correction to generate a phase contrast image (step S27), and the phase differential image and the phase contrast image after the offset correction are stored in the image recording unit 16. Is recorded on the monitor 18b, and then displayed on the monitor 18b (step S28).
以上のように、本撮影時に本画像データ50からアンラップエラーが生じやすいNG領域を検出し、このNG領域にノイズ低減処理を施したうえで第1の位相微分画像を生成しているため、第1の位相微分画像のアンラップ処理時にはアンラップエラーの発生が防止される。このため、NG領域(骨部領域等)の周囲に位置する軟部組織領域(図7参照)は、従来のようにアンラップエラーによる筋状のノイズで画像化が阻害されることはなく、視認性が良好である。 As described above, since the NG area where an unwrap error is likely to occur is detected from the main image data 50 at the time of the main photographing, and the first phase differential image is generated after performing noise reduction processing on the NG area, the first phase differential image is generated. Generation of an unwrapping error is prevented at the time of unwrapping the phase differential image 1. For this reason, the soft tissue region (see FIG. 7) located around the NG region (bone region or the like) is not hindered from being imaged by streak noise due to unwrapping errors as in the past, and visibility is improved. Is good.
なお、上記実施形態では、図7に示すように、アンラップ処理部43は、NG領域を含む第1及び第2の位相微分画像の全体を対象としてアンラップ処理を行っているが、NG領域以外のOK領域に起点を設定して、OK領域のみを対象としてアンラップ処理を行ってもよい。 In the above embodiment, as illustrated in FIG. 7, the unwrap processing unit 43 performs the unwrap process on the entire first and second phase differential images including the NG region. The starting point may be set in the OK area, and the unwrap process may be performed only for the OK area.
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部41は、線形フィルタ処理である移動平均処理によってNG領域内のノイズの低減を行っているが、NG領域内の画素値を平滑化しノイズを低減することができる処理であれば、その他の平滑化処理方法を用いることが可能である。例えば、ノイズ低減処理として、周知のメディアンフィルタ処理や最頻値フィルタ処理等の非線形フィルタ処理を用いてもよい。メディアンフィルタ処理は、注目画素を含む所定領域内の画素値の中央値で注目画素の画素値を置き換える処理である。最頻値フィルタ処理は、注目画素を含む所定領域内の画素値の最頻値で注目画素の画素値を置き換える処理である。さらに、線形処理と非線形処理とを組み合わせてノイズ低減処理を行うことも可能である。例えば、フィルタ行列の重み付け(線形処理)と閾値判定(非線形処理)とによりノイズ低減処理を行う。 Moreover, in the said embodiment, although the noise reduction process part 41 is reducing the noise in an NG area | region by the moving average process which is a linear filter process, it smoothes the pixel value in an NG area | region, and reduces noise. Other smoothing processing methods can be used as long as the processing can be performed. For example, as the noise reduction process, a known nonlinear filter process such as a median filter process or a mode value filter process may be used. The median filter process is a process of replacing the pixel value of the target pixel with the median value of the pixel values in a predetermined area including the target pixel. The mode value filter process is a process of replacing the pixel value of the target pixel with the mode value of the pixel value in the predetermined area including the target pixel. Furthermore, noise reduction processing can be performed by combining linear processing and non-linear processing. For example, noise reduction processing is performed by weighting the filter matrix (linear processing) and threshold determination (nonlinear processing).
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部41は、NG領域内で注目画素を1画素ずつ変更し、各注目画素の画素値を、それを含む領域の画素値の平均値、中央値、最頻値等で置き換える方法を用いているが、NG領域を複数の領域に区分し、区分された各領域内の画素値を、該領域内の画素値の平均値、中央値、最頻値等ですべて置き換える方法によりノイズの低減を行ってもよい。 In the above embodiment, the noise reduction processing unit 41 changes the target pixel one pixel at a time in the NG region, and sets the pixel value of each target pixel to the average value, median value, and maximum value of the pixel values of the region including the target pixel. Although a method of replacing with a frequent value or the like is used, the NG area is divided into a plurality of areas, and the pixel value in each of the divided areas is changed to the average value, median value, mode value, etc. of the pixel values in the area. The noise may be reduced by replacing all of them.
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部41は、強度変調信号の平均強度、振幅、またはビジビリティに基づいてNG領域を検出しているが、NG領域の検出方法はこれに限られず、強度変調信号の平均強度の画素間のばらつき(すなわち、吸収画像の画素間のばらつき)や、位相微分画像の画素間のばらつきが所定値より大きい領域をNG領域として検出してもよい。なお、この位相微分画像の画素間のばらつきは、第1及び第2の格子21,22の格子線に直交する方向(x方向)へのばらつきとすることが好ましい。 In the above embodiment, the noise reduction processing unit 41 detects the NG region based on the average intensity, amplitude, or visibility of the intensity modulation signal. However, the method for detecting the NG region is not limited to this, and the intensity modulation is not limited to this. A region where the variation in the average intensity of the signal between the pixels (that is, the variation between the pixels of the absorption image) or the variation between the pixels of the phase differential image is larger than a predetermined value may be detected as the NG region. In addition, it is preferable that the dispersion | variation between the pixels of this phase differential image is a dispersion | variation in the direction (x direction) orthogonal to the lattice line of the 1st and 2nd grating | lattices 21 and 22. FIG.
また、位相微分画像の各画素について絶対値を取り、この絶対値が所定値を超える箇所を検出することにより、高吸収体領域のエッジ部分を検出することができるため、このエッジ部で囲われる領域をNG領域として検出してもよい。 In addition, an absolute value is taken for each pixel of the phase differential image, and an edge portion of the superabsorbent region can be detected by detecting a portion where the absolute value exceeds a predetermined value. The region may be detected as an NG region.
また、強度変調信号の平均強度や最大強度が所定値より大きく、強度変調信号に飽和が生じている領域をNG領域として検出してもよい。この強度変調信号の飽和は、被検体Hを透過せずに第1及び第2の格子21,22を介してX線画像検出器13に直接入射した画素領域(素抜け領域)で生じやすい。強度変調信号が飽和すると位相ズレ量ψ(x)が正確に得られなくなるため、この素抜け領域もアンラップエラーが生じやすい領域である。以上の検出基準を適宜組み合わせてもよい。 Alternatively, an area where the average intensity or the maximum intensity of the intensity modulation signal is larger than a predetermined value and the intensity modulation signal is saturated may be detected as an NG area. This saturation of the intensity modulation signal is likely to occur in a pixel region (elementary region) that is directly transmitted to the X-ray image detector 13 through the first and second gratings 21 and 22 without passing through the subject H. When the intensity modulation signal is saturated, the phase shift amount ψ (x) cannot be obtained accurately, and this unaccompanied region is also a region where unwrapping errors are likely to occur. You may combine the above detection criteria suitably.
さらに、X線画像検出器13、第1の格子21、第2の格子22に欠陥が生じたり、ゴミなどが付着したりした場合には、特定の画素部30の画素値が常に高く、または低くなることがある。このような画素欠陥が生じた領域は、強度変調信号の平均強度、振幅、またはビジビリティが異常値を示すため、アンラップエラーが生じやすい領域となる。このような画素欠陥領域についても、上記の検出基準を適宜組み合わせることにより、NG領域として検出可能である。 Furthermore, when a defect occurs in the X-ray image detector 13, the first grating 21, or the second grating 22, or dust or the like adheres, the pixel value of the specific pixel unit 30 is always high, or May be lower. The region where such a pixel defect occurs is a region where an unwrapping error is likely to occur because the average intensity, amplitude, or visibility of the intensity modulation signal indicates an abnormal value. Such a pixel defect region can also be detected as an NG region by appropriately combining the above detection criteria.
上記のような素抜けや画素欠陥に起因するNG領域が検出された場合においても、ノイズ低減処理部41によるノイズ低減処理によりアンラップエラーが防止される。このような素抜けや画素欠陥に起因するNG領域は、プレ画像データ51においても検出可能であるため、プレ画像データ51に対してもNG領域検出部40によるNG領域の検出、及びノイズ低減処理部41によるノイズ低減処理を施した後、位相微分画像生成部42により、第2の位相微分画像を生成することも好ましい。 Even in the case where an NG region due to the above-described element missing or pixel defect is detected, an unwrapping error is prevented by the noise reduction processing by the noise reduction processing unit 41. Since the NG region caused by such a missing or pixel defect can be detected also in the pre-image data 51, the NG region detection and noise reduction processing by the NG region detection unit 40 is also performed on the pre-image data 51. It is also preferable that the second differential phase image is generated by the differential phase image generation unit 42 after the noise reduction processing by the unit 41 is performed.
また、上記実施形態では、被検体HをX線源11と第1の格子21との間に配置しているが、被検体Hを第1の格子21と第2の格子22との間に配置してもよい。 In the above-described embodiment, the subject H is disposed between the X-ray source 11 and the first grating 21, but the subject H is disposed between the first grating 21 and the second grating 22. You may arrange.
また、上記実施形態では、縞走査時に第2の格子22を格子線に直交する方向(x方向)に移動させているが、本出願人により特願2011−097090号として出願されているように、第2の格子22を格子線に対して傾斜する方向(xy平面内でx方向及びy方向に直交しない方向)に移動させてもよい。この移動方向は、xy平面内で、かつy方向以外であれば、いずれの方向であってもよい。この場合には、第2の格子22の移動のx方向成分に基づいて、走査位置kを設定すればよい。第2の格子22を格子線に対して傾斜する方向に移動させることにより、縞走査の一周期分の走査に要するストローク(移動距離)が長くなるため、移動精度が向上するといった利点がある。 Moreover, in the said embodiment, although the 2nd grating | lattice 22 is moved to the direction (x direction) orthogonal to a grating | lattice line at the time of fringe scanning, as filed as Japanese Patent Application No. 2011-097090 by this applicant. The second grating 22 may be moved in a direction inclined with respect to the grid line (a direction not orthogonal to the x direction and the y direction in the xy plane). This moving direction may be any direction as long as it is within the xy plane and other than the y direction. In this case, the scanning position k may be set based on the x-direction component of the movement of the second grating 22. By moving the second grating 22 in a direction inclined with respect to the grating lines, the stroke (movement distance) required for one period of the fringe scanning is increased, and there is an advantage that the movement accuracy is improved.
また、上記実施形態では、縞走査時に第2の格子22を移動させているが、第2の格子22に代えて、第1の格子21を格子線に直交する方向または傾斜する方向に移動させてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the 2nd grating | lattice 22 is moved at the time of fringe scanning, it replaces with the 2nd grating | lattice 22, and the 1st grating | lattice 21 is moved to the direction orthogonal to the grid line, or the direction which inclines. May be.
また、上記第実施形態では、X線源11から射出されるコーンビーム状のX線を射出するX線源11を用いているが、平行ビーム状のX線を射出するX線源を用いることも可能である。この場合には、上式(1)に代えて、p2=p1をほぼ満たすように第1及び第2の格子21,22を構成すればよい。 In the first embodiment, the X-ray source 11 that emits cone-beam X-rays emitted from the X-ray source 11 is used. However, an X-ray source that emits parallel-beam X-rays is used. Is also possible. In this case, instead of the above equation (1), the first and second gratings 21 and 22 may be configured so as to substantially satisfy p 2 = p 1 .
また、上記実施形態では、X線源11から射出されたX線を第1の格子21に入射させており、X線源11は単一焦点であるが、X線源11の射出側直後に、WO2006/131235号公報等に記されたマルチスリット(線源格子)を設けることにより、X焦点を分散化してもよい。これより、高出力のX線源を用いることが可能となり、X線量が向上するため、位相微分画像の画質が向上する。マルチスリットの格子線は、y方向に沿っている。この場合、マルチスリットのピッチp0は、下式(10)を満たす必要がある。ここで、距離L1は、マルチスリットから第1の格子21までの距離を表す。 Moreover, in the said embodiment, the X-rays inject | emitted from the X-ray source 11 are made to inject into the 1st grating | lattice 21, and although the X-ray source 11 is a single focus, immediately after the emission side of the X-ray source 11 The X focus may be dispersed by providing a multi slit (radiation source lattice) described in WO 2006/131235. As a result, a high-power X-ray source can be used, and the X-ray dose is improved, so that the image quality of the phase differential image is improved. The grid lines of the multi slit are along the y direction. In this case, the pitch p 0 of the multi-slit needs to satisfy the following formula (10). Here, the distance L 1 represents the distance from the multi slit to the first grating 21.
また、上記実施形態では、第1の格子21が入射X線を幾何光学的に投影するように構成しているが、WO2004/058070号公報等で知られているように、第1の格子21をタルボ効果が生じる構成としてもよい。第1の格子21でタルボ効果を生じさせるためには、X線の空間干渉性を高めるように、小焦点のX線光源を用いるか、上記マルチスリットを用いればよい。 Moreover, in the said embodiment, although the 1st grating | lattice 21 is comprised so that incident X-ray may be projected geometrically optically, as known in WO2004 / 058070 etc., the 1st grating | lattice 21 is comprised. May be configured to generate the Talbot effect. In order to generate the Talbot effect in the first grating 21, a small-focus X-ray light source or the multi-slit may be used so as to enhance the spatial coherence of X-rays.
第1の格子21でタルボ効果を生じさせる場合には、第1の格子21を、吸収型格子に代えて、位相型格子とすることも好ましい。位相型格子は、吸収型格子のX線吸収部をX線位相形成部に置換することにより構成される。X線位相形成部は、隣接するX線透過部に対して所定の屈折率差を有する材料により形成される。この位相型格子としては、入射X線にπ/2の位相変調を与えて透過させるものと、入射X線にπの位相変調を与えて透過させるものがある。 When the Talbot effect is generated in the first grating 21, it is preferable that the first grating 21 is a phase grating instead of the absorption grating. The phase type grating is configured by replacing the X-ray absorption part of the absorption type grating with an X-ray phase forming part. The X-ray phase forming part is formed of a material having a predetermined refractive index difference with respect to the adjacent X-ray transmitting part. As this phase type grating, there are a type in which incident X-rays are transmitted with π / 2 phase modulation, and a type of grating in which incident X-rays are transmitted with π phase modulation.
第1の格子21でタルボ効果が生じる場合には、第1の格子21の自己像(G1像)が、第1の格子21からz方向下流にタルボ距離Zmだけ離れた位置に生じるため、第1の格子21から第2の格子22までの距離L2をタルボ距離Zmとする必要がある。 When the Talbot effect is generated in the first grating 21, the self-image (G1 image) of the first grating 21 is generated at a position away from the first grating 21 by the Talbot distance Z m downstream in the z direction. the distance L 2 from the first grid 21 to the second grid 22 is required to be Talbot distance Z m.
タルボ距離Zmは、第1の格子21の構成とX線のビーム形状とに依存する。第1の格子21が吸収型格子であり、X線源11から射出されるX線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Zmは、下式(11)で表される。ここで、mは正の整数である。 Talbot distance Z m is dependent on the beam shape of the structure and the X-ray of the first grating 21. An absorption grating first grating 21, when X-rays emitted from the X-ray source 11 is a cone beam shape, Talbot distance Z m is represented by the following formula (11). Here, m is a positive integer.
また、第1の格子21がX線にπ/2の位相変調を与える位相型格子であり、X線源11から射出されるX線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Zmは、下式(12)で表される。ここで、mは0または正の整数である。 Further, when the first grating 21 is a phase-type grating that applies phase modulation of π / 2 to the X-ray, and the X-ray emitted from the X-ray source 11 has a cone beam shape, the Talbot distance Z m is And expressed by the following formula (12). Here, m is 0 or a positive integer.
また、第1の格子21がX線にπの位相変調を与える位相型格子であり、X線源11から射出されるX線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Zmは、下式(13)で表される。ここで、mは0または正の整数である。 In addition, when the first grating 21 is a phase-type grating that imparts π phase modulation to X-rays and the X-rays emitted from the X-ray source 11 have a cone beam shape, the Talbot distance Z m is as follows. It is represented by Formula (13). Here, m is 0 or a positive integer.
また、第1の格子21が吸収型格子であり、X線源11から射出されるX線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Zmは、下式(14)で表される。ここで、mは正の整数である。 The first grating 21 is absorption grating, if X-rays emitted from the X-ray source 11 is a parallel beam shape, Talbot distance Z m is represented by the following formula (14). Here, m is a positive integer.
また、第1の格子21がX線にπ/2の位相変調を与える位相型格子であり、X線源11から射出されるX線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Zmは、下式(15)で表される。ここで、mは0または正の整数である。 Further, when the first grating 21 is a phase-type grating that applies phase modulation of π / 2 to X-rays, and the X-rays emitted from the X-ray source 11 are parallel beams, the Talbot distance Z m is Is represented by the following formula (15). Here, m is 0 or a positive integer.
そして、第1の格子21がX線にπの位相変調を与える位相型格子であり、X線源11から射出されるX線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Zmは、下式(16)で表される。ここで、mは0または正の整数である。 When the first grating 21 is a phase type grating that imparts π phase modulation to X-rays, and the X-rays emitted from the X-ray source 11 are parallel beams, the Talbot distance Z m is It is represented by Formula (16). Here, m is 0 or a positive integer.
また、上記実施形態では、格子部12に第1及び第2の格子21,22の2つの格子を設けているが、第2の格子22を省略し、第1の格子21のみとすることも可能である。 In the above embodiment, the grating portion 12 is provided with the two gratings of the first and second gratings 21 and 22. However, the second grating 22 may be omitted and only the first grating 21 may be used. Is possible.
例えば、特開平2009−133823号公報に記されたX線画像検出器を用いることにより、第2の格子22を省略し、第1の格子21のみとすることが可能である。このX線画像検出器は、X線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のX線画像検出器であり、各画素の電荷収集電極が複数の線状電極群を備える。1つの線状電極群は、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続したものであり、他の線状電極群と互いに位相が異なるように配置されている。この線状電極群が第2の格子22として機能し、線状電極群が複数存在することにより、一度の撮影で位相の異なる複数のG2像の検出が行われる。したがって、この構成では、走査機構23を省略することが可能である。 For example, by using an X-ray image detector described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-133823, the second grating 22 can be omitted and only the first grating 21 can be used. This X-ray image detector is a direct conversion type X-ray image detector including a conversion layer that converts X-rays into electric charges and a charge collection electrode that collects electric charges converted in the conversion layer. The charge collection electrode includes a plurality of linear electrode groups. One linear electrode group is obtained by electrically connecting linear electrodes arranged at a constant period, and is arranged so that the phases thereof are different from those of other linear electrode groups. This linear electrode group functions as the second grating 22, and the presence of a plurality of linear electrode groups allows detection of a plurality of G2 images having different phases in one imaging. Therefore, in this configuration, the scanning mechanism 23 can be omitted.
また、走査機構23を省略し、第1及び第2の格子21,22を介してX線画像検出器13により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法がある。この方法として、本出願人により特願2010−256241号として出願されている画素分割法がある。この画素分割法では、第1の格子21と第2の格子22とを、z方向の回りに僅かに回転させて、y方向に周期を有するモアレ縞をG2像に発生させる。X線画像検出器13により得られる単一の画像データを、該モアレ縞に対して互いに位相が異なる画素行(x方向に並ぶ画素)の群に分割し、分割された複数の画像データを、縞走査により互いに異なる複数のG2像に基づくものと見なして、上記縞走査法と同様な手順で位相微分画像を生成する。この画素分割法において、前述の強度変調信号は、単一の画像データに生じるモアレ縞の1周期分の画素値の強度変化として表される。 Further, there is a method of omitting the scanning mechanism 23 and generating a phase differential image based on single image data obtained by the X-ray image detector 13 via the first and second gratings 21 and 22. As this method, there is a pixel division method filed as Japanese Patent Application No. 2010-256241 by the present applicant. In this pixel division method, the first grating 21 and the second grating 22 are slightly rotated around the z direction, and moire fringes having a period in the y direction are generated in the G2 image. A single image data obtained by the X-ray image detector 13 is divided into groups of pixel rows (pixels arranged in the x direction) having different phases from each other with respect to the moire fringes. A phase differential image is generated in the same procedure as the above-described fringe scanning method, assuming that the images are based on a plurality of different G2 images by fringe scanning. In this pixel division method, the intensity modulation signal described above is expressed as a change in intensity of pixel values for one cycle of moire fringes generated in single image data.
さらに、画素分割法と同様に、走査機構23を省略し、第1及び第2の格子21,22を介してX線画像検出器13により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法として、WO2010/050483号公報に記載されたフーリエ変換法が知られている。このフーリエ変換法は、上記単一の画像データに対してフーリエ変換を行うことによりフーリエスペクトルを取得し、このフーリエスペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトル(位相情報を担うスペクトル)を分離した後、逆フーリエ変換を行うことにより位相微分画像を生成する方法である。なお、このフーリエ変換法において、前述の強度変調信号は、画素分割法の場合と同様に、単一の画像データに生じるモアレ縞の1周期分の画素値の強度変化として表される。 Further, similarly to the pixel division method, the scanning mechanism 23 is omitted, and the phase differential image is obtained based on the single image data obtained by the X-ray image detector 13 via the first and second gratings 21 and 22. As a generation method, a Fourier transform method described in WO2010 / 050484 is known. This Fourier transform method obtains a Fourier spectrum by performing a Fourier transform on the single image data, separates a spectrum corresponding to a carrier frequency (a spectrum carrying phase information) from the Fourier spectrum, and then reverses the spectrum. This is a method for generating a phase differential image by performing Fourier transform. In this Fourier transform method, the intensity modulation signal described above is expressed as a change in intensity of pixel values for one cycle of moire fringes generated in a single image data, as in the case of the pixel division method.
本発明は、医療診断用の放射線撮影装置の他に、工業用の放射線撮影装置等に適用することが可能である。また、放射線は、X線以外に、ガンマ線等を用いることも可能である。 The present invention can be applied to an industrial radiography apparatus and the like in addition to a radiography apparatus for medical diagnosis. In addition to X-rays, gamma rays or the like can be used as radiation.
10 X線撮影装置
12 格子部
13 X線画像検出器
21 第1の格子
21a X線吸収部
21b X線透過部
22 第2の格子
22a X線吸収部
22b X線透過部
30 画素部
31 画素電極
33 ゲート走査線
35 信号線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 X-ray imaging apparatus 12 Lattice part 13 X-ray image detector 21 1st grating | lattice 21a X-ray absorption part 21b X-ray transmission part 22 2nd grating | lattice 22a X-ray absorption part 22b X-ray transmission part 30 Pixel part 31 Pixel electrode 33 Gate scanning line 35 Signal line
Claims (14)
前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、
前記画像データに基づき、アンラップエラーが生じやすいNG領域を検出するNG領域検出部と、
前記画像データの前記NG領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理部と、
前記ノイズ低減処理後の前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。 A radiation detector that detects radiation emitted from the radiation source and transmitted through the subject to generate image data; and
A grating portion disposed between the radiation source and the radiation detector;
An NG region detection unit that detects an NG region in which an unwrap error is likely to occur based on the image data;
A noise reduction processing unit that performs noise reduction processing on the NG region of the image data;
Based on the image data after the noise reduction processing, a phase differential image generation unit that generates a phase differential image expressed by a value wrapped in a predetermined range;
An unwrap processing unit that performs unwrap processing on the phase differential image;
A radiation imaging apparatus comprising:
前記オフセット画像は、前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影時において、前記位相微分画像生成部が、前記放射線検出器により生成される画像データに基づいて位相微分画像を生成し、前記アンラップ処理部がアンラップ処理を施したものであることを特徴とする請求項1から3いずれか1項に記載の放射線撮影装置。 An offset image storage unit for storing as an offset image, and an offset processing unit for subtracting the offset image from the phase differential image after the unwrap processing,
The offset differential image is generated when the phase differential image generation unit generates a phase differential image based on image data generated by the radiation detector during pre-imaging performed in a state where the subject is not disposed. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the processing unit performs unwrapping processing.
前記放射線画像検出器は、前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成することを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の放射線撮影装置。 The grating unit partially shields the first periodic pattern image by passing the radiation from the radiation source to generate the first periodic pattern image, and displays the second periodic pattern image. A second grid to generate,
5. The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein the radiation image detector generates the image data by detecting the second periodic pattern image. 6.
前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第2の周期パターン像を検出して画像データを生成し、
前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することを特徴とする請求項5に記載の放射線撮影装置。 The grating unit includes a scanning mechanism that moves the first grating or the second grating at a predetermined scanning pitch and sequentially sets a plurality of scanning positions.
The radiation image detector detects the second periodic pattern image at each scanning position to generate image data;
The radiation imaging apparatus according to claim 5, wherein the phase differential image generation unit generates a phase differential image based on a plurality of image data generated by the radiation image detector.
前記画像データの前記NG領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理ステップと、
前記ノイズ低減処理後の前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成ステップと、
前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理ステップと、
を備えることを特徴とする画像処理方法。 An NG region detection step for detecting an NG region in which an unwrapping error is likely to occur, based on image data obtained by imaging a subject with a grating portion disposed between a radiation source and a radiation detector;
A noise reduction processing step of applying noise reduction processing to the NG region of the image data;
Based on the image data after the noise reduction processing, a phase differential image generation step for generating a phase differential image expressed by a value wrapped in a predetermined range;
An unwrapping step for unwrapping the phase differential image;
An image processing method comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011201812A JP2013063098A (en) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Radiographic apparatus and image processing method |
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| JP (1) | JP2013063098A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015150185A (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-24 | コニカミノルタ株式会社 | X-ray imaging system and image processing method |
| JP2017189685A (en) * | 2017-07-28 | 2017-10-19 | コニカミノルタ株式会社 | Image processing apparatus, radiographic system, and image processing method |
-
2011
- 2011-09-15 JP JP2011201812A patent/JP2013063098A/en not_active Withdrawn
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