JP2014030440A - Radiation imaging system and control method therefor - Google Patents
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Abstract
【課題】エネルギサブトラクション撮影において、被検体の体動に起因するアーチファクトの発生を低減する。
【解決手段】第1のグリッドに対して第2のグリッドを相対走査する際の各相対位置において、X線源から放射されるX線のエネルギを低エネルギ及び高エネルギに切り替えて撮影を行う。X画像検出器により、第1及び第2のグリッドを通過したX線の周期パターン像を検出し、低エネルギ及び高エネルギに対する第1及び第2の画像データをそれぞれ生成する。そして、第1及び第2の画像データに基づいて算出される第1及び第2の位相微分像の画像信号の一方から他方を差し引くことにより、差分画像を算出する。
【選択図】図6In energy subtraction imaging, occurrence of artifacts due to body movement of a subject is reduced.
Imaging is performed by switching the energy of X-rays emitted from an X-ray source between low energy and high energy at each relative position when the second grid is relatively scanned with respect to the first grid. The X image detector detects a periodic pattern image of X-rays that has passed through the first and second grids, and generates first and second image data for low energy and high energy, respectively. Then, a difference image is calculated by subtracting the other from one of the image signals of the first and second phase differential images calculated based on the first and second image data.
[Selection] Figure 6
Description
本発明は、X線等の放射線を用いた放射線画像撮影システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a radiographic imaging system using radiation such as X-rays and a control method thereof.
X線は、物体に入射したとき、相互作用により強度及び位相が変化し、位相変化(角度変化)が強度変化よりも大きいことが知られている。このX線の性質を利用し、被検体によるX線の位相変化に基づいて、X線吸収能が低い被検体から高コントラストの位相画像(以下、位相コントラスト画像という)を得るX線位相イメージングの研究が盛んに行われており、種々の方式が開発されている。 It is known that when X-rays are incident on an object, the intensity and phase change due to the interaction, and the phase change (angle change) is larger than the intensity change. Using this X-ray property, X-ray phase imaging is used to obtain a high-contrast phase image (hereinafter referred to as a phase contrast image) from a subject having a low X-ray absorption capacity based on the phase change of the X-ray by the subject. Research is actively conducted and various methods are being developed.
例えば、特許文献1には、拡大撮影系と微小焦点X線源を用いた診断情報生成システムが記載されている。このシステムは微小焦点X線光源から放射されたX線を被検体に照射し、被検体で屈折されたX線による像のシフトが、X線源の焦点サイズによる幾何学的不鋭によるボケよりも空間的に分離されるように、被検体より十分に距離を離した検出器により検出する方法である。この手法により、従来の吸収コントラスト画像の輪郭を強調することで、より鮮明で見やすい画像を取得することが可能である。
For example,
また、特許文献1には、低エネルギ帯域のX線を用いた位相コントラスト画像と、高エネルギ帯域のX線を用いた位相コントラスト画像とを撮影し、両画像データ間で画像減算処理を行なうエネルギサブトラクション撮影について記載されている。
Further,
しかし、被検体で発生するX線の屈折角は極めて小さいため、上記の拡大撮影系と微小焦点X線源を用いた方法では、高い空間分解能を有するX線画像検出器と、焦点が小さいX線源とが必要とされる。上記の方式と比較して、タルボ干渉法では、被検体をX線が通過する際に生じた波面の位相変化、すなわち、被検体で屈折されたX線の屈折角度を画素データの強度変化から算出することにより、描出が困難であった軟組織の構造をより明瞭に描出可能である。さらに線源格子を用いることで、微小な焦点サイズの要請を満たしつつ、通常のX線源を用いることができる。 However, since the refraction angle of X-rays generated in the subject is extremely small, the above-described method using the magnified imaging system and the microfocus X-ray source has an X-ray image detector having high spatial resolution and an X-ray with a small focus. A radiation source is required. Compared with the above method, in the Talbot interferometry, the phase change of the wave front caused when X-rays pass through the subject, that is, the refraction angle of the X-rays refracted by the subject is determined from the intensity change of the pixel data. By calculating, it is possible to more clearly depict the structure of soft tissue that was difficult to depict. Furthermore, by using a source grating, a normal X-ray source can be used while satisfying the requirement for a fine focal spot size.
特許文献2には、タルボ干渉法を用いたX線撮影装置が記載されている。このX線撮影装置では、被検体とX線画像検出器との間に第1及び第2のグリッド(格子)を配置し、被検体内部のわずかな屈折率分布により発生するX線の屈折を、第1のグリッドの像の強度変化に変換し、その背後に配置する第2のグリッドを介してX線画像検出器により検出する方法である。具体的には、縞走査法と呼ばれる方法に基づき、第1のグリッドに対する第2のグリッドの相対位置をずらすことで得られる強度変調信号の位相ズレ量を各画素について算出することで位相微分像を生成し、この位相微分像を積分することにより被検体の位相コントラスト画像を得る。なお、X線のタルボ干渉については非特許文献1にも記載があり、タルボ干渉計における縞走査法については非特許文献2にも開示がある。
タルボ干渉法を用いたX線位相イメージングでは、被検体内部の骨や軟部組織といった画像診断の対象となる組織の他、皮膚の凹凸や毛穴等の被検体表面の構造も描出することができる。しかし場合によっては、これらが障害陰影となって画像診断の妨げになることがあるため、適切に画像から除去することが望ましい。例えば、従来の吸収コントラスト画像では、異なるエネルギからなる画像を用いて障害陰影を除去するエネルギサブトラクション技術が用いられる。 In the X-ray phase imaging using the Talbot interferometry, the structure of the subject surface such as the unevenness of the skin and the pores can be drawn in addition to the tissue to be subjected to the image diagnosis such as the bone and soft tissue inside the subject. However, in some cases, these may become obstacle shadows and hinder image diagnosis, so it is desirable to remove them from the image appropriately. For example, in a conventional absorption contrast image, an energy subtraction technique that removes an obstruction shadow using an image having different energy is used.
しかしながら、タルボ干渉法を用いたX線位相イメージングでは、第1のグリッドと第2のグリッドとの相対位置を変更しながら一連の撮影が行なわれるため、低エネルギ帯域のX線を用いた一連の撮影と、高エネルギ帯域のX線を用いた一連の撮影との間で被検体の体動による位置ずれが生じると、エネルギサブトラクション画像には、この位置ずれに伴うアーチファクトが発生するといった問題がある。 However, in the X-ray phase imaging using the Talbot interferometry, a series of imaging is performed while changing the relative positions of the first grid and the second grid. Therefore, a series of X-rays using a low energy band is used. When a positional shift due to body movement of the subject occurs between imaging and a series of imaging using X-rays in a high energy band, there is a problem that artifacts due to the positional shift occur in the energy subtraction image. .
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、エネルギサブトラクション撮影において、被検体の体動に起因するアーチファクトの発生を低減することを可能とする放射線画像撮影システム及びその制御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 provides a radiographic imaging system and a control method thereof that can reduce the occurrence of artifacts due to body movement of a subject in energy subtraction imaging. For the purpose.
本発明の放射線画像撮影システムは、放射線源から放射される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のグリッドと、前記第1像の周期パターン像を部分的に通過させて第2の周期パターン像を生成する第2のグリッドと、前記第1のグリッドに対する前記第2のグリッドの相対位置を所定量ずつ変更する走査手段と、前記各相対位置において前記放射線源から放射される放射線のエネルギを、複数種のエネルギに切り替える制御手段と、前記各相対位置で、前記各エネルギに対応する前記第2の周期パターン像を検出し、前記各エネルギに対応する画像データを生成する放射線画像検出器と、前記各エネルギに対応する画像データに基づき、前記各エネルギに対応する位相画像を生成する位相画像生成手段と、前記複数種の位相画像を差分処理することにより差分画像を生成する差分画像生成手段と、を備えることを特徴とする。ここで、差分処理は、単純な差分処理に限られず、位相画像に強度の重み付けやフィルタ処理等を行った上で差分処理を行うことも含む。 The radiographic imaging system of the present invention partially passes a first grid for generating a first periodic pattern image by passing radiation emitted from a radiation source and a periodic pattern image of the first image. A second grid for generating a second periodic pattern image; scanning means for changing the relative position of the second grid with respect to the first grid by a predetermined amount; and radiation from the radiation source at each relative position. Control means for switching the energy of the radiation to a plurality of types of energy and the second periodic pattern image corresponding to each energy at each relative position to detect image data corresponding to each energy. A radiation image detector; phase image generating means for generating a phase image corresponding to each energy based on image data corresponding to each energy; and the plurality of types Characterized by comprising a differential image generating means for generating a difference image by the phase images difference processing, the. Here, the difference processing is not limited to simple difference processing, and includes performing difference processing after weighting, filtering, and the like of the phase image.
なお、前記制御手段は、前記各相対位置において前記放射線源から放射される放射線のエネルギを、第1のエネルギと、第1のエネルギよりもエネルギが低い第2のエネルギとの2種のエネルギに切り替えることが好ましい。 The control means converts the energy of the radiation radiated from the radiation source at each relative position into two types of energy: a first energy and a second energy that is lower than the first energy. It is preferable to switch.
また、前記制御手段は、前記各相対位置において第1のエネルギ、第2のエネルギの順に放射線のエネルギを切り替えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said control means switches the energy of a radiation in order of 1st energy and 2nd energy in each said relative position.
前記位相画像は、位相微分像であることが好ましい。これに代えて、前記位相画像を、位相微分像を積分処理することにより得られる位相コントラスト画像としてもよい。 The phase image is preferably a phase differential image. Instead of this, the phase image may be a phase contrast image obtained by integrating the phase differential image.
また、被検体が配置されていない状態で得られた各エネルギに対する位相画像を補正データとして記憶する補正データ記憶手段と、前記補正データ記憶手段に記憶された補正データにより、被検体が配置された状態で得られた各エネルギに対する位相画像を補正する補正処理手段と、をさらに備えることが好ましい。 Further, the subject is arranged by the correction data storage means for storing the phase image for each energy obtained in a state where the subject is not arranged as correction data, and the correction data stored in the correction data storage means. It is preferable to further include correction processing means for correcting the phase image for each energy obtained in the state.
前記第1のグリッドは、吸収型格子であり、前記第1の周期パターン像を投影像として形成することが好ましい。これに代えて、前記第1のグリッドを、位相型格子とし、前記第1の周期パターン像をタルボ干渉効果による自己像として形成するよう構成してもよい。 Preferably, the first grid is an absorption type grating, and the first periodic pattern image is formed as a projection image. Instead of this, the first grid may be a phase grating, and the first periodic pattern image may be formed as a self-image by the Talbot interference effect.
また、放射線を領域選択的に遮蔽することにより、多数の点光源を生成する線源グリッドを有する放射線源を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide a radiation source having a radiation source grid that generates a large number of point light sources by selectively shielding radiation.
さらに、本発明の制御方法は、放射線源から放射される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のグリッドと、前記第1像の周期パターン像を部分的に通過させて第2の周期パターン像を生成する第2のグリッドと、前記第1のグリッドに対する前記第2のグリッドの相対位置を所定量ずつ変更する走査手段と、前記各相対位置で前記第2の周期パターン像を検出し、画像データをそれぞれ生成する放射線画像検出器とを備えた放射線撮影システムの制御方法であって、前記各相対位置において前記放射線源から放射される放射線のエネルギを、複数種のエネルギに切り替え、前記放射線画像検出器により、前記各相対位置で前記各エネルギに対応する前記第2の周期パターン像を検出することにより、前記各エネルギに対応する画像データを生成させ、前記各エネルギに対応する画像データに基づき、前記各エネルギに対応する位相画像を生成して差分処理を行うことにより差分画像を生成する。 Furthermore, the control method of the present invention partially passes the first grid for generating the first periodic pattern image by passing the radiation emitted from the radiation source, and the periodic pattern image of the first image. A second grid for generating a second periodic pattern image; scanning means for changing a relative position of the second grid with respect to the first grid by a predetermined amount; and the second periodic pattern at each relative position. A radiation imaging system control method comprising a radiation image detector that detects an image and generates image data, respectively, wherein the radiation energy emitted from the radiation source at each relative position is a plurality of types of energy. And detecting the second periodic pattern image corresponding to each energy at each relative position by the radiation image detector. The image data is generated which, based on said image data corresponding to each energy generates a differential image by performing the generating and difference processing phase image corresponding to each energy.
本発明によれば、第1及び第2のグリッドの各相対位置において放射線源から放射される放射線のエネルギを、複数種のエネルギに切り替えてエネルギサブトラクション撮影を行うので、第1及び第2のグリッドの相対走査が一度で済み、総撮影時間が短縮されるため、被検体の体動の影響が抑えられ、体動に起因するアーチファクトの発生が低減される。 According to the present invention, energy subtraction imaging is performed by switching the energy of radiation radiated from the radiation source at each relative position of the first and second grids to a plurality of types of energy, so the first and second grids Therefore, the relative scanning of the subject is only once, and the total imaging time is shortened. Therefore, the influence of the body movement of the subject is suppressed, and the occurrence of artifacts due to the body movement is reduced.
(第1実施形態)
図1において、本発明の第1実施形態に係るX線撮影システム10は、X線源11、撮影部12、メモリ13、画像処理部14、画像記録部15、撮影制御部16、コンソール17、及びシステム制御部18を備えている。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、被検体HにX線を放射する。
(First embodiment)
In FIG. 1, an X-ray imaging system 10 according to the first embodiment of the present invention includes an
X線撮影システム10は、画像処理部14で画像減算処理を行うために、低エネルギ帯域のX線を用いた撮影(以下、低エネルギ撮影という)と、高エネルギ帯域のX線を用いた撮影(以下、高エネルギ撮影という)とが可能となっている。例えば、X線源11に印加する管電圧を変更することにより、低エネルギ撮影及び高エネルギ撮影を行う。
The X-ray imaging system 10 performs imaging using an X-ray in a low energy band (hereinafter referred to as low energy imaging) and imaging using an X-ray in a high energy band in order to perform image subtraction processing in the
撮影部12は、X線画像検出器20と、第1及び第2のグリッド21,22とからなる。第1のグリッド21及び第2のグリッド22は、吸収型グリッドであり、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のグリッド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20は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器(FPD:Flat Panel Detector)であり、第2のグリッド22の背後に、検出面がz方向に直交するように配置されている。
The imaging unit 12 includes an
第1のグリッド21は、z方向に直交する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を備えている。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方向に沿って交互に配列されており、縞状のグリッドを構成している。第2のグリッド22は、第1のグリッド21と同様にy方向に延伸され、かつx方向に沿って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を備えている。X線吸収部21a,22aは、金(Au)、白金(Pt)等のX線吸収性を有する金属からなる。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からなる。
The
メモリ13は、撮影部12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14は、メモリ13に記憶される複数の画像データ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15は、画像処理部14により生成された位相コントラスト画像を記録する。撮影制御部16は、X線源11及び撮影部12の制御を行う。コンソール17は、キーボード等の入力装置やモニタ等の表示装置を備え、撮影条件や撮影指示等の入力や、撮影情報や画像等の表示を可能とする。システム制御部18は、コンソール17の入力装置からの入力指示に応じて、各部を統括的に制御する。
The
撮影部12には、第2のグリッド22をx方向に並進移動させ、第1のグリッド21に対する第2のグリッド22の相対位置を変化させる走査機構23が設けられている。走査機構23は、例えば、圧電素子等のアクチュエータにより構成される。走査機構23は、後述する縞走査の際に、撮影制御部16の制御に基づいて駆動される。詳しくは後述するが、メモリ13には、縞走査の各走査ステップでX線画像検出器20により撮影される画像データが記憶される。画像データは、低エネルギ撮影で得られる画像データ(以下、第1の画像データという)と、高エネルギ撮影で得られる画像データ(以下、第2の画像データという)とに分けられる。
The imaging unit 12 is provided with a
図2において、画像処理部14は、位相微分像生成部30、第1画像記憶部31、第2画像記憶部32、画像減算処理部33、及び位相コントラスト画像生成部34からなる。位相微分像生成部30は、メモリ13に記憶された複数の第1の画像データに基づいて被検体Hの第1の位相微分像を生成するとともに、メモリ13に記憶された複数の第2の画像データに基づいて被検体Hの第2の位相微分像を生成する。第1画像記憶部31は第1の位相微分像を記憶し、第2画像記憶部32は第2の位相微分像を記憶する。
In FIG. 2, the
画像減算処理部33は、第1及び第2画像記憶部31,32から第1及び第2の位相微分像をそれぞれ読み出し、第1の位相微分像の画像信号から第2の位相微分像の画像信号を差し引いて差分画像を得る。なお、画像減算処理部33は、単純な差分処理に限られず、強度の重み付けやフィルタ処理等を第1及び第2の位相微分像の少なくとも一方の画素信号に施した上で差分処理を行うようにしてもよい。
The image
一般に、被検体HによるX線の屈折角度は、高エネルギ時より低エネルギ時の方が大きく、位相情報の検出感度が低エネルギ時の方が大きくなる。このため、軟骨部のように極めて位相コントラストの低い部位を被検体Hとする場合には、位相情報の検出感度が増強される低エネルギ撮影で得られる第1の位相微分像を診断用画像とし、高エネルギ撮影で得られる第2の位相微分像を骨部等の障害陰影を除去するための画像として、上記のように第1の位相微分像の画像信号から第2の位相微分像の画像信号を差し引くことが好ましい。これにより差分画像は、骨部が除去されて軟骨部が明瞭化された画像(輪郭画像)となる。また、診断用画像のS/Nを高めるために、低エネルギ撮影時のX線量を高エネルギ撮影時のX線量より大きくすることが好ましい。 In general, the refraction angle of X-rays by the subject H is larger at low energy than at high energy, and the detection sensitivity of phase information is larger at low energy. For this reason, when the subject H has a very low phase contrast such as a cartilage portion, the first phase differential image obtained by low energy imaging with enhanced detection sensitivity of phase information is used as a diagnostic image. The second phase differential image obtained by high-energy imaging is used as an image for removing obstacle shadows such as bones, and the second phase differential image is obtained from the image signal of the first phase differential image as described above. It is preferable to subtract the signal. Thereby, the difference image becomes an image (contour image) in which the bone part is removed and the cartilage part is clarified. In order to increase the S / N ratio of the diagnostic image, it is preferable to make the X-ray dose at the time of low energy imaging larger than the X-ray dose at the time of high energy imaging.
位相コントラスト画像生成部34は、画像減算処理部33により得られた差分画像を、x方向に対応する方向に沿って積分処理することにより、位相コントラスト画像を生成する。位相コントラスト画像生成部34により生成された位相コントラスト画像は、画像記録部15に記録された後、コンソール17に出力されモニタに表示される。
The phase contrast
図3において、X線画像検出器20は、X線を電荷に変換して蓄積する複数の画素40が、x方向及びy方向に沿ってアクティブマトリクス基板上に2次元配列されてなる受像部41と、画素40からの電荷の読み出しタイミングを制御する走査回路42と、画素40から電荷を読み出し、電荷を画像データに変換して出力する読み出し回路43とから構成されている。走査回路42と各画素40とは、行ごとに走査線44によって接続されており、読み出し回路43と各画素40とは、列ごとに信号線45によって接続されている。画素40の配列ピッチは、x方向及びy方向にそれぞれ100μm程度である。
In FIG. 3, an
画素40は、アモルファスセレン等の変換層(図示せず)によりX線を電荷に直接変換し、変換された電荷を変換層の下部の電極に接続されたキャパシタ(図示せず)に蓄積する直接変換型のX線検出素子である。各画素40には、TFTスイッチ(図示せず)が設けられ、TFTスイッチのゲート電極が走査線44、ソース電極がキャパシタ、ドレイン電極が信号線45に接続されている。走査回路42からの駆動パルスによってTFTスイッチがON状態になると、キャパシタに蓄積された電荷が信号線45に読み出される。
The
なお、画素40は、酸化ガドリニウム(Gd2O3)やヨウ化セシウム(CsI)等からなるシンチレータ(図示せず)でX線を一旦可視光に変換し、変換された可視光をフォトダイオード(図示せず)で電荷に変換して蓄積する間接変換型のX線検出素子としてもよい。また、X線画像検出器20には、TFTパネルをベースとしたFPDに限られず、CCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子をベースとした放射線画像検出器を用いることも可能である。
Note that the
読み出し回路43は、積分アンプ、A/D変換器、補正回路(いずれも図示せず)等により構成されている。積分アンプは、各画素40から信号線45を介して出力された電荷を積分して電圧信号(画像信号)に変換する。A/D変換器は、積分アンプにより変換された画像信号を、デジタルの画像データに変換する。補正回路は、画像データを構成する各画素データに対して、暗電流補正、ゲイン補正、及びリニアリティ補正等を行い、補正済みの画像データをメモリ13に入力する。
The
図4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り、第1のグリッド21を通過することにより生成されるX線の第1のパターン像(以下、G1像という)は、X線焦点11aからの距離に比例して拡大される。第2のグリッド22のX線吸収部22aのx方向の配列ピッチp2及び幅d2は、X線焦点11aと第1のグリッド21との間の距離L1、第1のグリッド21と第2のグリッド22との間の距離L2、及び第1のグリッド21のX線吸収部21aの配列ピッチp1及び幅d1を用いて次式(1)及び(2)に示すように決定される。
In FIG. 4, X-rays emitted from the
例えば、配列ピッチp2は5μmであり、幅d2はその半分の2.5μmである。X線吸収部21aのz方向の厚みは、X線源11から放射されるコーンビーム状のX線のケラレを考慮して、例えば100μm程度となっている。
For example, the arrangement pitch p 2 is 5 μm and the width d 2 is half that of 2.5 μm. The thickness of the
第1及び第2のグリッド21,22は、X線透過部21b,22bを通過したX線を線形的に投影するように構成される。具体的には、x方向に関するX線透過部21b,22bの幅(幅d1,d1と同一)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することで、第1及び第2のグリッド21,22は、大部分のX線を回折させずに、直進性を保ったまま通過させる。例えば、X線源11のX線管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,22bの幅として、1〜10μm程度の範囲が許容される。
The first and
タルボ干渉計の場合には、距離L2がタルボ干渉距離に制約されるが、本実施形態では、第1及び第2のグリッド21,22がX線を線形的に投影するため、距離L2をタルボ干渉距離とは無関係に設定することができる。
In the case of the Talbot interferometer, the distance L 2 is limited to the Talbot interference distance. However, in the present embodiment, the first and
上記のように本実施形態の撮影部12は、タルボ干渉計を構成するものではないが、第1のグリッド21でX線の回折が生じ、タルボ干渉効果が生じていると仮定した場合のタルボ干渉距離Zは、配列ピッチp1,p2、X線波長(ピーク波長)λ、及び正の整数mを用いて、次式(3)で表される。
As described above, the imaging unit 12 of the present embodiment does not constitute a Talbot interferometer, but the Talbot when it is assumed that X-ray diffraction occurs in the
式(3)は、X線源11から照射されるX線がコーンビーム状である場合のタルボ干渉距離を表す式であり、「Atsushi Momose, et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.10, 2008年10月, 8077頁」により知られている。
Equation (3) is an equation representing the Talbot interference distance when the X-rays emitted from the
本実施形態では、前述のように距離L2をタルボ干渉距離と無関係に設定することができるため、撮影部12のz方向への薄型化を目的とし、距離L2を、m=1の場合の最小のタルボ干渉距離より短い値に設定する。すなわち、距離L2は、次式(4)を満たす範囲に設定される。 In the present embodiment, it is possible to set the distance L 2 as described above irrespective of the Talbot distance, for the purpose of thinning in the z-direction of the imaging unit 12, the distance L 2, the case of m = 1 Set to a value shorter than the minimum Talbot interference distance. That is, the distance L 2 is set to a range satisfying the following equation (4).
以上の構成では、第1のグリッド21により生成されたG1像が第2のグリッド22との重ね合わせにより強度変調され、第2の周期パターン像(以下、G2像という)が生成される。このG2像がX線画像検出器20により撮像される。第2のグリッド22の位置におけるG1像のパターン周期と、第2のグリッド22の配列ピッチp2とは、配置誤差などにより若干の差異が生じると、G2像にモアレ縞が生じるが、モアレ縞が発生した場合でも、x方向におけるモアレ縞の周期が画素40のX線受光領域の大きさと異なれば、後述する強度変調信号の取得には特に問題はない。
In the above configuration, the G1 image generated by the
X線源11と第1のグリッド21との間に被検体Hを配置すると、X線画像検出器20の撮影画像は、被検体Hにより変調を受ける。この変調量には、被検体Hによる屈折効果によって偏向したX線の角度が反映される。
When the subject H is disposed between the
次に、縞走査法について説明する。同図には、被検体Hのx方向に関する位相シフト分布Φ(x)に応じて屈折するX線の1つの経路が例示されている。符号50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ている。この経路50を進むX線は、第1及び第2のグリッド21,22を通過してX線画像検出器20に入射する。符号51は、被検体Hが存在する場合に、被検体Hにより屈折したX線の経路を示している。この経路51を進むX線は、第1のグリッド21を通過した後、第2のグリッド22のX線吸収部22aにより吸収される。
Next, the fringe scanning method will be described. In the figure, one path of X-rays refracted according to the phase shift distribution Φ (x) in the x direction of the subject H is illustrated.
被検体Hの位相シフト分布Φ(x)は、被検体Hの屈折率分布をn(x,z)として、次式(5)で表される。ここで、説明の簡略化のため、y座標は省略している。 The phase shift distribution Φ (x) of the subject H is expressed by the following equation (5), where n (x, z) is the refractive index distribution of the subject H. Here, the y-coordinate is omitted for simplification of description.
第2のグリッド22の位置に投影されたG1像は、被検体HでのX線の屈折により、その屈折角φ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が微小であることに基づいて、近似的に次式(6)で表される。
The G1 image projected on the position of the
ここで、屈折角φは、X線波長λと位相シフト分布Φ(x)を用いて、次式(7)で表される。 Here, the refraction angle φ is expressed by the following equation (7) using the X-ray wavelength λ and the phase shift distribution Φ (x).
このように、変位量Δxは、被検体Hの位相シフト分布Φ(x)に関連している。また、変位量Δx及び屈折角φは、X線画像検出器20で検出される各画素40の強度変調信号の位相ズレ量ψと、次式(8)に示すように関連している。ここで、強度変調信号とは、第1及び第2のグリッド21,22の相対位置に対する画素データの強度変化を表す波形信号である。
Thus, the displacement amount Δx is related to the phase shift distribution Φ (x) of the subject H. Further, the displacement amount Δx and the refraction angle φ are related to the phase shift amount ψ of the intensity modulation signal of each
したがって、各画素40の強度変調信号の位相ズレ量ψを求めることにより、式(8)から屈折角φが求まり、式(7)を用いて位相シフト分布Φ(x)の微分像が求まる。
Therefore, by obtaining the phase shift amount ψ of the intensity modulation signal of each
縞走査法では、上記強度変調信号を取得するために、第1及び第2のグリッド21,22の一方を他方に対して相対的にx方向に並進移動させながら、所定量並進移動させるたびに撮影を行う。本実施形態では、第1のグリッド21を固設し、走査機構23により第2のグリッド22をx方向に移動させる。上記のモアレ縞は、第2のグリッド22の移動に伴って移動し、並進移動距離が第2のグリッド22の格子周期(配列ピッチp2)に達すると、元の位置に戻る。
In the fringe scanning method, each time a predetermined amount of translation is performed while translating one of the first and
図5は、配列ピッチp2をM(2以上の整数)個に分割した値(p2/M)を走査ピッチとし、この走査ピッチずつ第2のグリッド22を並進移動させる様子を模式的に示している。走査機構23は、k=0,1,2,・・・,M−1のM個の各相対位置に、第2のグリッド22を順に移動させる。
FIG. 5 schematically shows a state in which the value (p 2 / M) obtained by dividing the arrangement pitch p 2 into M (integers of 2 or more) is used as a scanning pitch, and the
k=0の位置では、主として、被検体Hにより屈折しなかったX線が第2のグリッド22を通過する。k=1,2,・・・と順に第2のグリッド22を移動させていくと、第2のグリッド22を通過するX線は、被検体Hにより屈折されなかった成分が減少する一方で、被検体Hにより屈折された成分が増加する。特に、k=M/2の位置では、第2のグリッド22を通過するX線は、ほぼ被検体Hにより屈折された成分のみとなる。k=M/2の位置を超えると、第2のグリッド22を通過するX線は、被検体Hにより屈折された成分が減少する一方で、被検体Hにより屈折されなかった成分が増加する。
At the position of k = 0, X-rays that are not refracted by the subject H mainly pass through the
k=0,1,2,・・・,M−1の各相対位置で、X線画像検出器20により撮影を行うと、各画素40についてM個の画素データが得られる。このM個の画素データのセットが強度変調信号を構成する。
When imaging is performed by the
本実施形態では、図6のフローチャートに示すように、まず、k=0の初期位置に第2のグリッド22をセットし(ステップS10)、高エネルギ撮影(ステップS11)及び低エネルギ撮影(ステップS12)を順に行なう。ついで、k=M−1であるか否かを判定する(ステップS13)。k=M−1でなければ(ステップS13;NO)、第2のグリッド22を走査ピッチ(p2/M)だけ移動させ(ステップS14)、kに1を加算して(ステップS15)、高エネルギ撮影(ステップS11)及び低エネルギ撮影(ステップS12)を順に行なう。以上の動作を繰り返し、k=M−1となれば(ステップS13;YES)、第2のグリッド22を初期位置に戻して動作を終了する。このように、一度の走査により、第1及び第2の画像データが取得され、各画素40について、高エネルギ撮影による強度変調信号と、低エネルギ撮影による強度変調信号が得られる。
In the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 6, first, the
以下に、各強度変調信号の位相ズレ量ψの算出方法を説明する。相対位置kにおける画素データIk(x)は、一般に次式(9)で表される。 Hereinafter, a method of calculating the phase shift amount ψ of each intensity modulation signal will be described. The pixel data I k (x) at the relative position k is generally expressed by the following equation (9).
ここで、A0は入射X線の強度であり、Anは強度変調信号の振幅値に関連する値である。また、nは正の整数であり、iは虚数である。さらに、φ(x)は、上記屈折角φをxの関数として表したものである。 Here, A 0 is the intensity of the incident X-ray, and An is a value related to the amplitude value of the intensity modulation signal. N is a positive integer and i is an imaginary number. Further, φ (x) represents the refraction angle φ as a function of x.
配列ピッチp2を等分割して走査ピッチを一定とした場合には、次式(10)が成立する。 When the scan pitch is constant and equally divided arrangement pitch p 2, the following equation (10) holds.
式(10)を式(9)に適用すると、上記屈折角φ(x)は、次式(11)で表される。 When equation (10) is applied to equation (9), the refraction angle φ (x) is expressed by the following equation (11).
ここで、arg[ ]は、偏角の抽出を意味しており、次式(12)に示すように、強度変調信号Ik(x)の位相ズレ量ψ(x)に相当する。 Here, arg [] means extraction of the declination, and corresponds to the phase shift amount ψ (x) of the intensity modulation signal I k (x) as shown in the following equation (12).
以上の説明ではy座標を考慮していないが、y座標を考慮することにより、位相ズレ量の2次元分布ψ(x,y)が得られる。この2次元分布ψ(x,y)が位相微分像であり、三角関数を用いて次式(13)のように表される。 Although the above description does not consider the y coordinate, a two-dimensional distribution ψ (x, y) of the phase shift amount can be obtained by considering the y coordinate. This two-dimensional distribution ψ (x, y) is a phase differential image, and is represented by the following equation (13) using a trigonometric function.
図7は、高エネルギ撮影または低エネルギ撮影において、各画素40で得られる強度変調信号Ik(x,y)を例示している。破線は、被検体Hが配置されていない場合に想定される強度変調信号である。実線は、被検体Hが配置されている場合に、高エネルギ撮影または低エネルギ撮影により得られる強度変調信号を例示している。この位相ズレ量ψ(x,y)が上記式(13)により算出される。
FIG. 7 illustrates the intensity modulation signal I k (x, y) obtained at each
次に、X線画像撮影システム10の作用について説明する。被検体HをX線源11と第1のグリッド21との間に配置し、コンソール17の入力装置から撮影指示が入力されると、走査機構23により、第2のグリッド22が各相対位置kに移動されるとともに、各相対位置kで、高エネルギ撮影及び低エネルギ撮影が順に行われ、X線画像検出器20により第1及び第2の画像データが生成される。第1及び第2の画像データは、順次メモリ13に記憶される。
Next, the operation of the X-ray imaging system 10 will be described. When the subject H is disposed between the
第2のグリッド22の移動がk=M−1の相対位置まで終了すると、第2のグリッド22がk=0の初期位置に戻されるとともに、画像処理部14により、メモリ13から第1及び第2の画像データがそれぞれ画像処理部14に読み出される。画像処理部14では、位相微分像生成部30により、上記式(13)に基づいて、複数の第1の画像データから第1の位相微分像が生成され、複数の第2の画像データから第2の位相微分像が生成され、それぞれ第1画像記憶部31及び第2画像記憶部32に記憶される。
When the movement of the
そして、第1及び第2画像記憶部31,32に記憶された第1及び第2の位相微分像は、画像減算処理部33により読み出され、第1の位相微分像の画像信号から第2の位相微分像の画像信号が差し引かれ、差分画像が生成される。この差分画像は、位相コントラスト画像生成部34に入力され、x方向に沿った積分処理が施されることにより、位相コントラスト画像が生成される。この位相コントラスト画像は、画像記録部15に記録された後、コンソール17内のモニタに表示される。
And the 1st and 2nd phase differential image memorize | stored in the 1st and 2nd image memory |
以上のように、本実施形態のエネルギサブトラクション撮影は、第1のグリッド21に対する第2のグリッド22の相対走査が一度で済み、総撮影時間が短縮されるため、被検体の体動の影響が抑えられる。これにより、体動に起因するアーチファクトが低減された良好な位相コントラスト画像が得られる。また、本実施形態では、相対位置を変更するたびに各相対位置で高エネルギ撮影及び低エネルギ撮影を行うため、低エネルギ撮影と高エネルギ撮影とでの相対位置の位置ずれが防止されるという利点もある。
As described above, in the energy subtraction imaging according to the present embodiment, the relative scanning of the
また、本実施形態では、各相対位置において高エネルギ撮影及び低エネルギ撮影をこの順に行っているが、これは、診断用画像のS/Nを高めるために、低エネルギ撮影の方がX線画像検出器20に到達するX線量が多く残像発生量が大きいためである。残像発生量が小さい高エネルギ撮影を先に行うことにより残像の影響を低減することができる。
In this embodiment, high-energy imaging and low-energy imaging are performed in this order at each relative position. This is because X-ray images are obtained by low-energy imaging in order to increase the S / N of the diagnostic image. This is because the amount of X-rays reaching the
(その他の実施形態)
以下では、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態では、既に説明済みの実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。
(Other embodiments)
In the following, other embodiments of the present invention will be described. In the following embodiments, the same reference numerals are used for the same configurations as those already described, and detailed description thereof is omitted.
第1実施形態では、各相対位置において、高エネルギ撮影、低エネルギ撮影の順に撮影を行っているが、これとは逆に、低エネルギ撮影、高エネルギ撮影の順に撮影を行ってもよい。これは、被検体Hの被曝を抑えるために、高エネルギ撮影で得られる第2の位相微分像を診断用画像(高X線量)とし、低エネルギ撮影で得られる第1の位相微分像を障害陰影(低X線量)とする場合に好適である。 In the first embodiment, shooting is performed in the order of high energy shooting and low energy shooting at each relative position, but conversely, shooting may be performed in the order of low energy shooting and high energy shooting. In order to suppress the exposure of the subject H, the second phase differential image obtained by high energy imaging is used as a diagnostic image (high X-ray dose), and the first phase differential image obtained by low energy imaging is obstructed. This is suitable for a shadow (low X-ray dose).
また、第1実施形態では、各相対位置における高エネルギ撮影と低エネルギ撮影との間での残像の影響を低減するために、各相対位置で、障害陰影(低X線量)、診断用画像(高X線量)の順に撮影を行っているが、隣り合う相対位置間での残像の影響を防止するように、上記とは逆に、各相対位置で、診断用画像(高X線量)、障害陰影(低X線量)の順に撮影を行ってもよい。隣り合う相対位置間での残像の影響を防止することにより、強度変調信号の振幅が拡大し、位相微分像の算出精度が向上するといった効果がある。 In the first embodiment, in order to reduce the influence of afterimages between high energy imaging and low energy imaging at each relative position, obstacle shadows (low X-ray dose), diagnostic images ( In order to prevent the effects of afterimages between adjacent relative positions, the diagnostic images (high X dose) and obstructions are detected at each relative position, as opposed to the above. You may image | photograph in order of a shadow (low X dose). By preventing the influence of afterimages between adjacent relative positions, the amplitude of the intensity modulation signal is increased, and the calculation accuracy of the phase differential image is improved.
また、第1実施形態では、高エネルギ撮影と低エネルギ撮影とを行なうために、X線のエネルギをX線源11の管電圧により変更しているが、X線源11のコリメータに複数の付加フィルタを変更自在に設け、付加フィルタの種類を切り替えることにより、X線のエネルギを変更してもよい。
In the first embodiment, the X-ray energy is changed by the tube voltage of the
また、第1実施形態では、X線源11とX線画像検出器20との間に第1及び第2のグリッド21,22を設けているが、さらに、図8に示すように、X線源11の射出側に線源グリッド60を設けてもよい。線源グリッド60は、X線吸収部60a及びX線透過部60bがx方向に沿って交互に配列されたものであり、x方向に関する実効的な焦点サイズを縮小するとともに、x方向に多数の点光源(分散光源)を形成する。したがって、z方向に関する線源グリッドの位置がX線焦点位置となる。なお、X線源11に線源グリッド60を内蔵させてもよい。
Further, in the first embodiment, the first and
また、第1実施形態では、第1及び第2のグリッド21,22が、そのX線透過部21b,22bを通過したX線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、X線透過部でX線を回折することにより、タルボ干渉効果が生じる特許第4445397号公報等に記載の構成としてもよい。この場合には、第1及び第2のグリッドの間の距離がタルボ干渉距離に限定されるが、第1のグリッドとして、吸収型に代えて位相型を用いることが可能である。第1のグリッドを位相型とするには、X線透過部とX線透過部との間で、X線に“π”または“π/2”の位相差が生じるように、厚みや材料を設定すればよい。位相型の第1のグリッドは、タルボ干渉効果により生じる自己像を、第2のグリッドの位置に形成する。
In the first embodiment, the first and
また、第1実施形態では、被検体HをX線源11と第1のグリッド21との間に配置しているが、被検体Hを第1のグリッド21と第2のグリッド22との間に配置してもよい。この場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。
In the first embodiment, the subject H is disposed between the
また、第1実施形態では、差分画像を積分処理することにより形成された位相コントラスト画像を画像記録部15に記憶してモニタに表示しているが、差分画像のみ、または差分画像及び位相コントラスト画像を、画像記録部15に記憶してモニタに表示するように構成してもよい。
In the first embodiment, the phase contrast image formed by integrating the difference image is stored in the
また、第1実施形態では、被検体Hを配置しない状態での補正データの取得については言及していないが、被検体HをX線源11とX線画像検出器20との間に配置しない状態で上記と同様な撮影(以下、被検体Hを配置しない状態での撮影をプレ撮影という)を行い、補正データを取得するように構成してもよい。以下に、プレ撮影を実施可能とした本発明の実施形態について説明する。
In the first embodiment, the acquisition of correction data in a state where the subject H is not placed is not mentioned, but the subject H is not placed between the
本実施形態では、図9に示す画像処理部70を用いる。画像処理部70は、第1実施形態の画像処理部14に、第1補正データ記憶部71、第2補正データ記憶部72、第1補正処理部73、及び第2補正処理部74を付加したものである。
In the present embodiment, an image processing unit 70 shown in FIG. 9 is used. The image processing unit 70 has a first correction
本実施形態では、被検体HをX線源11と第1のグリッド21との間に配置しない状態で、コンソール17の入力装置からプレ撮影の指示が入力されると、前述の図6のフローチャートに従って、第1のグリッド21に対する第2のグリッド22の各相対位置で高エネルギ撮影及び低エネルギ撮影が行われ、複数の第1及び第2の画像データがメモリ13を介して画像処理部70に入力される。位相微分像生成部30は、第1及び第2の画像データに基づいて第1及び第2の位相微分像を生成し、第1の位相微分像を第1の補正データとして第1補正データ記憶部71に入力し、第2の位相微分像を第2の補正データとして第2補正データ記憶部72に入力する。プレ撮影の場合、動作は以上で終了する。
In the present embodiment, when a pre-imaging instruction is input from the input device of the
次いで、被検体HをX線源11と第1のグリッド21との間に配置した状態で、コンソール17の入力装置から本撮影指示が入力されると、同様に第1及び第2の画像データが生成され、メモリ13を介して画像処理部70に入力される。この場合、位相微分像生成部30は、第1及び第2の画像データに基づいて第1及び第2の位相微分像を生成し、それぞれ第1及び第2画像記憶部31,32に入力する。
Next, when the main imaging instruction is input from the input device of the
そして、第1補正処理部73により、第1画像記憶部31に記憶された第1の位相微分像の画像信号から第1補正データ記憶部71に記憶された第1の補正データの画像信号を減算するオフセット処理が行われ、第2補正処理部74により、第2画像記憶部32に記憶された第2の位相微分像の画像信号から第2補正データ記憶部72に記憶された第2の補正データの画像信号を減算するオフセット処理が行われる。オフセット処理が行われた第1及び第2の位相微分像は、第1実施形態と同様に、画像減算処理部33により減算処理が行われ差分画像が生成される。この差分画像は、位相コントラスト画像生成部34により位相コントラスト画像に変換される。
Then, the first
エネルギサブトラクションでは、X線のエネルギにより第1及び第2のグリッド21,22の特性、X線画像検出器20の特性等が異なるため、上記のように、高エネルギ撮影に対する第1の補正データと、低エネルギ撮影に対する第2の補正データとをそれぞれ個別に取得するのが好ましい。
In the energy subtraction, the characteristics of the first and
また、第1実施形態では、高エネルギ撮影及び低エネルギ撮影とで得られた第1及び第2の位相微分像の差分を取り、この差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を生成しているが、位相微分像の段階で差分を取らずに、第1及び第2の位相微分像をそれぞれ積分処理して第1及び第2の位相コントラスト画像を生成し、第1及び第2の位相コントラスト画像の差分を取ることにより位相コントラスト画像を生成してもよい。この場合の差分処理についても、単純な差分処理に限られず、強度の重み付けやフィルタ処理等を第1及び第2の位相コントラスト画像の少なくとも一方の画素信号に施した上で差分処理を行うようにしてもよい。 In the first embodiment, the difference between the first and second phase differential images obtained in the high energy imaging and the low energy imaging is taken, and a phase contrast image is generated by integrating the difference image. However, the first and second phase contrast images are respectively integrated by generating the first and second phase contrast images without taking the difference at the phase differential image stage, and the first and second phase contrast images are generated. A phase contrast image may be generated by taking a difference between contrast images. The difference processing in this case is not limited to simple difference processing, and the difference processing is performed after applying intensity weighting, filter processing, etc. to at least one pixel signal of the first and second phase contrast images. May be.
また、第1実施形態では、本発明を、高エネルギと低エネルギとの2種のエネルギによりエネルギサブトラクション撮影を行う場合を例にとって説明しているが、本発明は、3種以上のエネルギによりエネルギサブトラクション撮影を行う場合にも適用可能である。 In the first embodiment, the present invention has been described by taking an example of performing energy subtraction imaging with two types of energy, high energy and low energy. However, the present invention uses three or more types of energy. The present invention is also applicable when performing subtraction photography.
以上説明した実施形態は、医療診断用の放射線画像撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。さらに、本発明は、放射線としてX線以外にガンマ線等を用いることも可能である。 The embodiment described above can be applied not only to a radiographic imaging system for medical diagnosis but also to other radiographic systems such as industrial use and nondestructive inspection. Furthermore, in the present invention, it is possible to use gamma rays or the like in addition to X-rays as radiation.
10 X線画像撮影システム
11 X線源
21 第1のグリッド
21a X線吸収部
21b X線透過収部
22 第2のグリッド
22a X線吸収部
22b X線透過収部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (10)
前記第1像の周期パターン像を部分的に通過させて第2の周期パターン像を生成する第2のグリッドと、
前記第1のグリッドに対する前記第2のグリッドの相対位置を所定量ずつ変更する走査手段と、
前記各相対位置において前記放射線源から放射される放射線のエネルギを、複数種のエネルギに切り替える制御手段と、
前記各相対位置で、前記各エネルギに対応する前記第2の周期パターン像を検出し、前記各エネルギに対応する画像データを生成する放射線画像検出器と、
前記各エネルギに対応する画像データに基づき、前記各エネルギに対応する位相画像を生成する位相画像生成手段と、
前記複数種の位相画像を差分処理することにより差分画像を生成する差分画像生成手段と、
を備えることを特徴とする放射線撮影システム。 A first grid for generating a first periodic pattern image by passing radiation emitted from a radiation source;
A second grid that partially passes the periodic pattern image of the first image to generate a second periodic pattern image;
Scanning means for changing a relative position of the second grid with respect to the first grid by a predetermined amount;
Control means for switching the energy of the radiation emitted from the radiation source at each relative position to a plurality of types of energy;
A radiation image detector for detecting the second periodic pattern image corresponding to each energy at each relative position and generating image data corresponding to each energy;
Phase image generating means for generating a phase image corresponding to each energy based on the image data corresponding to each energy;
Differential image generation means for generating a differential image by performing differential processing on the plurality of types of phase images;
A radiation imaging system comprising:
前記補正データ記憶手段に記憶された補正データにより、被検体が配置された状態で得られた各エネルギに対する位相画像を補正する補正処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から5いずれか1項に記載の放射線撮影システム。 Correction data storage means for storing, as correction data, a phase image for each energy obtained in a state in which no subject is arranged;
Correction processing means for correcting a phase image for each energy obtained in a state in which the subject is arranged by correction data stored in the correction data storage means;
The radiation imaging system according to claim 1, further comprising:
前記各相対位置において前記放射線源から放射される放射線のエネルギを、複数種のエネルギに切り替え、前記放射線画像検出器により、前記各相対位置で前記各エネルギに対応する前記第2の周期パターン像を検出することにより、前記各エネルギに対応する画像データを生成させ、
前記各エネルギに対応する画像データに基づき、前記各エネルギに対応する位相画像を生成して差分処理を行うことにより差分画像を生成することを特徴とする制御方法。 A first grid that generates a first periodic pattern image by passing radiation emitted from a radiation source, and a second periodic pattern image that partially passes the periodic pattern image of the first image. A second grid, scanning means for changing the relative position of the second grid with respect to the first grid by a predetermined amount, the second periodic pattern image is detected at each relative position, and image data is respectively A radiography system control method comprising a radiological image detector to be generated, comprising:
The energy of the radiation radiated from the radiation source at each relative position is switched to a plurality of types of energy, and the second periodic pattern image corresponding to the energy at each relative position is changed by the radiation image detector. By detecting, the image data corresponding to each energy is generated,
A control method comprising: generating a difference image by generating a phase image corresponding to each energy and performing a difference process based on the image data corresponding to each energy.
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