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JP2018102565A - X-ray phase contrast imaging device - Google Patents

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JP2018102565A JP2016251718A JP2016251718A JP2018102565A JP 2018102565 A JP2018102565 A JP 2018102565A JP 2016251718 A JP2016251718 A JP 2016251718A JP 2016251718 A JP2016251718 A JP 2016251718A JP 2018102565 A JP2018102565 A JP 2018102565A
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Abstract

【課題】被写体の特定部位のコントラストを強調したX線位相コントラスト画像を生成することが可能なX線位相コントラスト撮影装置を提供する。【解決手段】X線位相コントラスト撮影装置100は、X線源1と、X線を検出する検出器5と、X線源1と検出器5との間に配置され、X線源1からX線が照射される位相格子2と、位相格子2を通過したX線が照射される吸収格子4とを含む複数の格子と、検出器5により検出されたX線の強度分布から、X線位相コントラスト画像を生成する画像処理部6とを備え、画像処理部6は、被写体3の特定部位3aにおけるX線の位相の変化量に基づいて、コントラスト生成に相対的に強く寄与する格子の周期方向における複数の相対位置を選択して撮影された画像から、特定部位3aを強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。【選択図】図6Provided is an X-ray phase contrast imaging apparatus capable of generating an X-ray phase contrast image in which the contrast of a specific part of a subject is enhanced. An X-ray phase contrast imaging apparatus (100) is arranged between an X-ray source (1), a detector (5) for detecting X-rays, and between the X-ray source (1) and the detector (5). From the plurality of gratings including the phase grating 2 irradiated with X-rays and the absorption grating 4 irradiated with X-rays passing through the phase grating 2 and the intensity distribution of X-rays detected by the detector 5, the X-ray phase An image processing unit 6 for generating a contrast image, wherein the image processing unit 6 is based on the amount of change in the phase of X-rays at the specific portion 3 a of the subject 3, and the periodic direction of the grating that contributes relatively strongly to the contrast generation Is configured to generate an X-ray phase contrast image in which the specific portion 3a is emphasized from an image captured by selecting a plurality of relative positions in. [Selection diagram] FIG.

Description

本発明は、X線位相コントラスト撮影装置に関し、特に、格子を一定周期間隔に走査して得られた複数の画像から再構成画像を作成する方法(縞走査法)によって、X線位相コントラスト画像を得るX線位相コントラスト撮影装置に関する。   The present invention relates to an X-ray phase contrast imaging apparatus, and in particular, an X-ray phase contrast image is obtained by a method of creating a reconstructed image (a fringe scanning method) from a plurality of images obtained by scanning a grating at regular intervals. The present invention relates to an X-ray phase contrast imaging apparatus.

従来、格子を一定周期間隔に走査して得られた複数の画像から再構成画像を作成する方法(縞走査法)によって、X線位相コントラスト画像を得るX線位相コントラスト撮影装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, an X-ray phase contrast imaging apparatus that obtains an X-ray phase contrast image by a method of creating a reconstructed image from a plurality of images obtained by scanning a grid at regular intervals (a fringe scanning method) is known. (For example, refer to Patent Document 1).

上記特許文献1には、格子を周期方向に1/9周期ずつ等間隔に並進させて得た9枚の画像から、X線位相コントラスト画像を得るX線位相コントラスト撮影装置が開示されている。X線位相コントラスト画像には、吸収像、位相微分像および暗視野像が含まれる。なお、「位相微分像」とは、X線が被写体を通過した際に発生するX線の位相のずれをもとに画像化した像である。また、「暗視野像」とは、物体の小角散乱に基づくVisibilityの変化によって得られる、Visibility像のことである。また、暗視野像は、小角散乱像とも呼ばれる。「Visibility」とは、干渉縞の鮮明度のことである。   Patent Document 1 discloses an X-ray phase contrast imaging apparatus that obtains an X-ray phase contrast image from nine images obtained by translating a grating at regular intervals of 1/9 period in the periodic direction. The X-ray phase contrast image includes an absorption image, a phase differential image, and a dark field image. The “phase differential image” is an image formed based on a phase shift of the X-ray generated when the X-ray passes through the subject. A “dark field image” is a Visibility image obtained by a change in Visibility based on small-angle scattering of an object. A dark field image is also called a small angle scattered image. “Visibility” refers to the sharpness of interference fringes.

特開2012−16370号公報JP 2012-16370 A

しかしながら、医療現場や非破壊検査において、被写体の内部構造をより明確に把握したいというニーズが存在しており、上記特許文献1に記載されたような従来のX線位相コントラスト撮影装置で生成した位相微分像および暗視野像よりも、位相微分像および暗視野像の特徴点(位相のずれやVisibility(干渉縞の鮮明度)の変化のコントラスト)をより強調した画像が求められている。   However, there is a need for more clearly grasping the internal structure of a subject in a medical field or nondestructive inspection, and a phase generated by a conventional X-ray phase contrast imaging apparatus as described in Patent Document 1 above. There has been a demand for an image in which the characteristic points of the phase differential image and the dark field image (contrast of phase shift and change in visibility (change in interference fringe definition)) are more emphasized than the differential image and the dark field image.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、被写体の特定部位のコントラストを強調したX線位相コントラスト画像を生成することが可能なX線位相コントラスト撮影装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to generate an X-ray phase contrast image in which the contrast of a specific part of a subject is emphasized. A line phase contrast imaging apparatus is provided.

本願発明者らが鋭意検討を行った結果、縞走査法を用いてX線位相コントラスト画像を生成する際、格子の周期に対して非等間隔の所定の相対位置となるように格子を走査させて撮影した場合、被写体の特定部位のコントラストが強調されたX線位相コントラスト画像を生成できるという知見を得ることができ、この知見に基づいて、以下の発明を想到するに至った。すなわち、この発明の一の局面によるX線位相コントラスト撮影装置は、X線源と、X線源から照射されたX線を検出する検出器と、X線源と検出器との間に配置され、X線源から照射されるX線により、自己像を形成するための第1格子と、第1格子の自己像と干渉させるための第2格子とを含む複数の格子と、検出器により検出されたX線の強度分布から、X線位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備え、画像処理部は、被写体の特定部位におけるX線の位相の変化量に基づいて、コントラスト生成に相対的に強く寄与する格子の周期方向における複数の相対位置を選択して、複数の相対位置に複数の格子を配置して撮影された画像から、特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。   As a result of intensive studies by the inventors of the present application, when generating an X-ray phase contrast image using the fringe scanning method, the grating is scanned so as to be at a predetermined relative position that is non-uniformly spaced with respect to the period of the grating. In this case, the knowledge that an X-ray phase contrast image in which the contrast of a specific part of the subject is enhanced can be generated can be obtained. Based on this knowledge, the following invention has been conceived. That is, an X-ray phase contrast imaging apparatus according to one aspect of the present invention is disposed between an X-ray source, a detector that detects X-rays emitted from the X-ray source, and the X-ray source and the detector. A plurality of gratings including a first grating for forming a self-image and a second grating for causing interference with the self-image of the first grating by X-rays emitted from the X-ray source, and detection by a detector And an image processing unit that generates an X-ray phase contrast image from the intensity distribution of the X-rays, and the image processing unit is relative to the contrast generation based on the amount of X-ray phase change at a specific part of the subject. An X-ray phase contrast image in which a specific part is emphasized is generated from an image obtained by selecting a plurality of relative positions in the periodic direction of the grating that strongly contribute to the frequency and arranging a plurality of gratings at the plurality of relative positions. It is configured.

ここで、X線位相コントラスト画像は、被写体の特定部位によるX線の位相の変化量やVisibility(干渉縞の鮮明度)の変化に基づいて生成される。したがって、被写体の特定部位におけるX線の位相の変化量がわかれば、コントラストの生成に寄与するおおよその位相を求めることができる。したがって、この発明の一の局面におけるX線位相コントラスト撮影装置では、上記のように、被写体の特定部位におけるX線の位相の変化量に基づいて、コントラストの生成に相対的に強く寄与する格子の周期方向の複数の相対位置を選択することができる。その結果、コントラストの生成に相対的に強く寄与する複数の相対位置に複数の格子を配置して撮影された画像から、被写体の特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成することができる。   Here, the X-ray phase contrast image is generated based on the change amount of the X-ray phase and the change in Visibility (definition of interference fringes) due to the specific part of the subject. Therefore, if the amount of change in the X-ray phase at a specific part of the subject is known, the approximate phase that contributes to the generation of contrast can be obtained. Therefore, in the X-ray phase contrast imaging apparatus according to one aspect of the present invention, as described above, the grating structure that contributes relatively strongly to the generation of contrast based on the amount of change in the phase of the X-ray at a specific part of the subject. A plurality of relative positions in the periodic direction can be selected. As a result, an X-ray phase contrast image in which a specific part of the subject is emphasized can be generated from an image captured by arranging a plurality of grids at a plurality of relative positions that contribute relatively strongly to the generation of contrast.

上記一の局面によるX線位相コントラスト撮影装置では、好ましくは、画像処理部は、被写体の特定部位におけるX線の位相の変化量に基づき選択されたコントラストの生成に相対的に強く寄与する位置に、複数の格子の少なくともいずれかを格子の周期方向に非等間隔に走査させて撮影した画像から、特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。ここで、本発明において「非等間隔」とは、格子を複数の相対位置に走査させる際、各相対位置が全体として格子の周期を等分割する位置にならない間隔のことをいう。また、最もコントラストが強調される位置に複数の格子を配置して撮影した画像からX線位相コントラスト画像を生成した場合、被写体の特定部分はコントラストが強調されるが、それ以外の部分は画像に表示されなくなる。このように構成すれば、被写体の特定部位におけるX線の位相の変化に基づき、コントラストが最も強調される位置に複数の格子を配置することを防ぐことができる。その結果、被写体の全体像を把握しながら、特定部位のコントラストが強調された画像を生成することができる。   In the X-ray phase contrast imaging apparatus according to the above aspect, the image processing unit is preferably located at a position that contributes relatively strongly to the generation of contrast selected based on the amount of change in the X-ray phase at a specific part of the subject. An X-ray phase contrast image in which a specific part is emphasized is generated from an image obtained by scanning at least one of the plurality of gratings at non-uniform intervals in the periodic direction of the grating. Here, in the present invention, “non-uniform spacing” refers to an interval at which each relative position does not become a position for equally dividing the period of the grating as a whole when the grating is scanned at a plurality of relative positions. In addition, when an X-ray phase contrast image is generated from an image captured by arranging a plurality of grids at the position where the contrast is most emphasized, the contrast is enhanced in a specific portion of the subject, but the other portions are included in the image. Disappears. With this configuration, it is possible to prevent a plurality of grids from being arranged at a position where the contrast is most emphasized based on a change in the phase of the X-ray at a specific part of the subject. As a result, it is possible to generate an image in which the contrast of a specific part is emphasized while grasping the entire image of the subject.

この場合、好ましくは、画像処理部は、X線の位相の変化量に基づいて、基準となる位相を決定し、特定部位のX線の変化量に基づいて定められたコントラスト生成のための基準となる位相から、複数の格子の少なくともいずれかを所定位相分非等間隔に走査して撮影された複数の画像から、特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、コントラストの生成に寄与する複数の格子の相対位置を明確に決定することができる。   In this case, preferably, the image processing unit determines a reference phase based on the amount of change in the phase of the X-ray, and a reference for generating a contrast determined based on the amount of change in the X-ray of the specific part. The X-ray phase contrast image in which a specific part is emphasized is generated from a plurality of images captured by scanning at least one of a plurality of gratings at a predetermined phase at an equal interval from . With this configuration, it is possible to clearly determine the relative positions of a plurality of gratings that contribute to the generation of contrast.

さらに好ましくは、基準となる位相は、X線の強度分布から得られる強度信号曲線の周期と、特定部位のX線の位相の変化量とによって決定される。ここで、本発明において「強度信号曲線」とは、ある画素に着目した際に、格子を走査させることによる、検出されるX線の輝度値の変化を表した曲線のことである。このように構成すれば、あらかじめ多数の相対位置に複数の格子を配置して撮影することなく、コントラストの生成に寄与する基準となる位相を決定することができる。   More preferably, the reference phase is determined by the period of the intensity signal curve obtained from the X-ray intensity distribution and the amount of change in the X-ray phase of the specific part. Here, in the present invention, the “intensity signal curve” is a curve that represents a change in the luminance value of the detected X-ray by scanning the lattice when attention is paid to a certain pixel. According to this configuration, it is possible to determine a reference phase that contributes to the generation of contrast without imaging a plurality of gratings at a large number of relative positions in advance.

さらに好ましくは、所定位相は、基準となる位相の近傍から、強度信号曲線の周期の1/8未満の範囲に設定される。このように構成すれば、強度信号曲線の1周期を等分割する相対位置に複数の格子を配置することを防ぐことができる。その結果、複数の格子の少なくともいずれかを基準となる位相から移動させる際に、コントラストの生成に寄与する複数の相対位置に複数の格子を配置することができる。   More preferably, the predetermined phase is set in a range less than 1/8 of the period of the intensity signal curve from the vicinity of the reference phase. If comprised in this way, it can prevent arrange | positioning a some grating | lattice in the relative position which divides | segments 1 period of an intensity | strength signal curve equally. As a result, when moving at least one of the plurality of gratings from the reference phase, the plurality of gratings can be arranged at a plurality of relative positions that contribute to the generation of contrast.

上記特定部位のX線の変化量に基づいて定められたコントラスト生成のための基準となる位相から、複数の格子のいずれかを所定位相分非等間隔に走査する構成において、好ましくは、複数の格子は、X線の位相の変化量に基づいて基準となる位相を決定し、基準となる位相から所定位相分走査させた複数の相対位置に配置される。このように複数の格子を配置すれば、コントラストの生成に寄与する複数の所定相対位置をあらかじめ決定することができるので、決定された複数の所定位置に複数の格子を配置して撮影を行うことができる。その結果、あらかじめ多数の相対位置に格子を配置して撮影を行うことなくコントラストを強調した画像を生成できるので、撮影時間を短縮することができるとともに、X線の被ばく量を低減することができる。   In a configuration in which one of a plurality of gratings is scanned at non-uniform intervals by a predetermined phase from a reference phase for contrast generation determined based on the amount of change in X-rays of the specific part, preferably a plurality of The grating determines a reference phase based on the amount of change in the X-ray phase, and is arranged at a plurality of relative positions scanned by a predetermined phase from the reference phase. If a plurality of grids are arranged in this way, a plurality of predetermined relative positions that contribute to the generation of contrast can be determined in advance, so that a plurality of grids are arranged at a plurality of determined predetermined positions for shooting. Can do. As a result, it is possible to generate a contrast-enhanced image without previously performing imaging by arranging grids at a number of relative positions in advance, so that the imaging time can be shortened and the amount of X-ray exposure can be reduced. .

また、好ましくは、画像処理部は、複数の格子のいずれかを走査させて撮影した複数の画像の中から、基準となる位相から所定位相分走査した位置で撮影された複数の画像を選択するように構成されている。このように構成すれば、あらかじめ多数の相対位置に複数の格子を配置して撮影した画像を得ることができるので、基準となる位相から複数の所定位相分走査した画像(コントラストの生成に強く寄与する画像)を組み合わせることにより、被写体の特定部位のコントラストを強調した画像を複数パターン生成することができる。   Preferably, the image processing unit selects a plurality of images photographed at a position scanned by a predetermined phase from a reference phase, from a plurality of images photographed by scanning any of the plurality of grids. It is configured as follows. With this configuration, it is possible to obtain an image captured by arranging a plurality of grids at a number of relative positions in advance, so that an image scanned by a plurality of predetermined phases from a reference phase (contributes strongly to the generation of contrast). Multiple images can be generated by emphasizing the contrast of a specific part of the subject.

上記一の局面によるX線位相コントラスト撮影装置では、好ましくは、画像処理部は、以下の式(1)〜(4)を定義した場合、以下の式(5)〜(7)を用いて特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。

Figure 2018102565
ここで、kは、画素値の変化を表す信号曲線の所定点である。また、Mは、所定点の総数である。また、Ik(x、y)は、被写体を配置した場合における所定点の強度信号値であり、下記の式(8)で定義される。また、IOK(x、y)は、被写体を配置しない場合における所定点の強度信号値である。また、x、yは、検出器5の検出面上におけるX線の照射軸方向に直交する面内の座標位置である。また、Θkは、強度信号曲線の所定点の位相である。
Figure 2018102565
ここで、anは、干渉縞の各周波数成分の量である。また、d1は、第1格子の周期である。また、z0は、第1格子と第2格子との距離である。
このように構成すれば、上記式(1)および(2)を定義することにより、非等間隔に格子を走査させた場合でも、従来の縞走査法において使用する上記式(5)〜(7)を用いて、被写体の特定部位のコントラストを強調した画像を生成することができる。 In the X-ray phase contrast imaging apparatus according to the above aspect, preferably, when the following expressions (1) to (4) are defined, the image processing unit is specified using the following expressions (5) to (7): An X-ray phase contrast image in which the region is emphasized is generated.
Figure 2018102565
Here, k is a predetermined point of a signal curve representing a change in pixel value. M is the total number of predetermined points. I k (x, y) is an intensity signal value at a predetermined point when the subject is arranged, and is defined by the following equation (8). I OK (x, y) is an intensity signal value at a predetermined point when no subject is arranged. X and y are coordinate positions in a plane orthogonal to the X-ray irradiation axis direction on the detection surface of the detector 5. Θ k is the phase of a predetermined point of the intensity signal curve.
Figure 2018102565
Here, a n is the amount of each frequency component of the interference fringes. D 1 is the period of the first grating. Z 0 is the distance between the first grating and the second grating.
With this configuration, by defining the above formulas (1) and (2), the above formulas (5) to (7) used in the conventional fringe scanning method even when the grid is scanned at unequal intervals. ) Can be used to generate an image in which the contrast of a specific part of the subject is emphasized.

上記一の局面によるX線位相コントラスト撮影装置では、好ましくは、複数の相対位置は、式(5)のarg[S(x,y)]の符号と、arg[S0(x,y)]の符号とが反対になる位置に決定される。このように格子の相対位置を決定することにより、式(5)のarg[S(x,y)]−arg[S0(x,y)]の値が大きくなる。つまり、被写体がある場合とない場合との位相のずれが大きくなる。または、式(7)のS0(x,y)が極小値となる位置に決定されることにより、式(7)のS0(x,y)が極小となるので、式(7)全体の値が極大となる。つまり、被写体がある場合とない場合とのVisibility(干渉縞の鮮明度)の比が極大となる。したがって、コントラストを強調することができる。その結果、これらの相対位置の画像を用いてX線位相コントラスト画像を生成することにより、被写体の特定部位のコントラストを強調した画像を生成することができる。 In the X-ray phase contrast imaging apparatus according to the above aspect, preferably, the plurality of relative positions are represented by the sign of arg [S (x, y)] in formula (5) and arg [S 0 (x, y)]. Is determined at a position where the sign of is opposite. By determining the relative position of the lattice in this way, the value of arg [S (x, y)]-arg [S 0 (x, y)] in equation (5) is increased. That is, the phase shift between when the subject is present and when it is absent increases. Alternatively, since S 0 (x, y) in Expression (7) is determined to be a position where the minimum value is obtained, S 0 (x, y) in Expression (7) becomes minimum, so that the entire Expression (7) The value of becomes the maximum. That is, the ratio of Visibility (the sharpness of interference fringes) with and without the subject is maximized. Therefore, contrast can be enhanced. As a result, by generating an X-ray phase contrast image using the images at these relative positions, it is possible to generate an image in which the contrast of a specific part of the subject is emphasized.

上記一の局面によるX線位相コントラスト撮影装置では、好ましくは、複数の格子は、X線源と第1格子との間に配置された第3格子をさらに含んでいる。このように構成すれば、第3格子により、X線源から照射されるX線の可干渉性を高めることができる。その結果、焦点距離が微小でないX線源を用いて特定部位のコントラストを強調したX線位相コントラスト画像を生成することができる。   In the X-ray phase contrast imaging apparatus according to the above aspect, preferably, the plurality of gratings further include a third grating disposed between the X-ray source and the first grating. If comprised in this way, the coherency of the X-ray irradiated from an X-ray source can be improved with a 3rd grating | lattice. As a result, it is possible to generate an X-ray phase contrast image in which the contrast of a specific part is enhanced using an X-ray source with a small focal length.

本発明によれば、上記のように、被写体の特定部位のコントラストを強調したX線位相コントラスト画像を生成することが可能なX線位相コントラスト撮影装置を提供することができる。   According to the present invention, as described above, an X-ray phase contrast imaging apparatus capable of generating an X-ray phase contrast image in which the contrast of a specific part of a subject is emphasized can be provided.

本発明の第1実施形態のX線位相コントラスト撮影装置の全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of an X-ray phase contrast imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態の位相微分像における位相差が小さい例を示すグラフ(A)および位相差が大きい例を示すグラフ(B)である。It is the graph (A) which shows an example with a small phase difference in the phase differential image of 1st Embodiment of this invention, and the graph (B) which shows an example with a large phase difference. 本発明の第1実施形態の暗視野像にVisibility(干渉縞の鮮明度)の差が小さい例を示すグラフ(A)およびVisibility(干渉縞の鮮明度)の差が大きい例を示すグラフ(B)である。Graph (A) showing an example where the difference in Visibility (definition of interference fringes) is small in the dark field image of the first embodiment of the present invention and graph showing an example where the difference between Visibility (definition of interference fringes) is large (B ). 本発明の第1実施形態の被写体をX線の照射軸方向から見たイメージ図(A)および、X方向から見たイメージ図(B)である。FIG. 2 is an image view (A) of the subject according to the first embodiment of the present invention viewed from the X-ray irradiation axis direction and an image view (B) of the subject viewed from the X direction. 被写体がある場合とない場合との輝度値を基に算出した値を複素平面上にプロットしたグラフ(A)および、重心部分を拡大したグラフ(B)である。They are a graph (A) in which values calculated based on luminance values with and without an object are plotted on a complex plane, and a graph (B) in which the center of gravity is enlarged. 本発明の第1実施形態の基準となる位相の角度を変化させた場合と、所定位相を変化させた場合とにおける位相微分コントラストの関係を示すグラフ(A)および、暗視野像コントラストの関係を示すグラフ(B)である。The graph (A) showing the relationship between the phase differential contrast when the phase angle serving as the reference of the first embodiment of the present invention is changed and the case where the predetermined phase is changed, and the relationship between the dark field image contrast and It is a graph (B) shown. 本発明の第1実施形態における、格子を等間隔に走査させて生成した位相微分像(A)および格子を非等間隔に走査させて生成した位相微分像(B)のイメージ図である。FIG. 3 is an image diagram of a phase differential image (A) generated by scanning a grating at equal intervals and a phase differential image (B) generated by scanning a grating at non-uniform intervals in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における、格子を等間隔に走査させて生成した暗視野像(A)および格子を非等間隔に走査させて生成した暗視野像(B)のイメージ図である。FIG. 3 is an image diagram of a dark field image (A) generated by scanning a grid at equal intervals and a dark field image (B) generated by scanning a grid at non-uniform intervals in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態における、格子を等間隔に走査させて生成した位相微分像(A)および格子を非等間隔に走査させて生成した位相微分像(B)のイメージ図の別例である。It is another example of the image figure of the phase differential image (A) produced | generated by scanning a grating | lattice at equal intervals, and the phase differential image (B) produced | generated by scanning a grating | lattice at non-equal intervals in 1st Embodiment of this invention. . 本発明の第1実施形態における、格子を等間隔に走査させて生成した暗視野像(A)および格子を非等間隔に走査させて生成した暗視野像(B)のイメージ図の別例である。It is another example of the image figure of the dark field image (A) produced | generated by scanning a grating | lattice at equal intervals, and the dark field image (B) produced | generated by scanning a grating | lattice at non-equal intervals in 1st Embodiment of this invention. . 本発明の第3実施形態のX線位相コントラスト撮影装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the X-ray phase contrast imaging device of 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1〜図10を参照して、本発明の第1実施形態によるX線位相コントラスト撮影装置100の構成について説明する。
[First Embodiment]
The configuration of the X-ray phase contrast imaging apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

(X線位相コントラスト撮影装置の構成)
まず、図1を参照して、第1実施形態によるX線位相コントラスト撮影装置100の構成について説明する。
(Configuration of X-ray phase contrast imaging apparatus)
First, the configuration of the X-ray phase contrast imaging apparatus 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1に示すように、X線位相コントラスト撮影装置100は、X線源1と、位相格子2と、吸収格子4と、検出器5と、画像処理部6と、制御部7と、格子移動機構8とを備えている。なお、本明細書において、X線源1から位相格子2に向かう方向をZ2方向、その逆向きの方向をZ1方向とする。また、Z方向と直交する面内の左右方向をX方向とし、紙面の奥に向かう方向をX2方向、紙面の手前側に向かう方向をX1方向とする。また、Z方向と直交する面内の上下方向をY方向とし、上方向をY1方向、下方向をY2方向とする。なお、位相格子2および吸収格子4はそれぞれ、特許請求の範囲の「第1格子」および「第2格子」の一例である。   As shown in FIG. 1, an X-ray phase contrast imaging apparatus 100 includes an X-ray source 1, a phase grating 2, an absorption grating 4, a detector 5, an image processing unit 6, a control unit 7, and grating movement. And a mechanism 8. In this specification, the direction from the X-ray source 1 to the phase grating 2 is the Z2 direction, and the opposite direction is the Z1 direction. Further, the left-right direction in the plane orthogonal to the Z direction is defined as the X direction, the direction toward the back of the sheet is defined as the X2 direction, and the direction toward the front side of the sheet is defined as the X1 direction. Also, the vertical direction in the plane orthogonal to the Z direction is the Y direction, the upper direction is the Y1 direction, and the lower direction is the Y2 direction. The phase grating 2 and the absorption grating 4 are examples of “first grating” and “second grating” in the claims, respectively.

X線源1は、高電圧が印加されることにより、X線を発生させるとともに、発生されたX線を照射するように構成されている。   The X-ray source 1 is configured to generate X-rays and irradiate the generated X-rays when a high voltage is applied.

位相格子2は、Y方向に所定の周期(ピッチ)d1で配列される複数のスリット2a、および、X線位相変化部2bを有している。各スリット2aおよびX線位相変化部2bはそれぞれ、X方向に延びるように形成されている。   The phase grating 2 includes a plurality of slits 2a arranged in the Y direction at a predetermined period (pitch) d1, and an X-ray phase change unit 2b. Each slit 2a and the X-ray phase change portion 2b are formed so as to extend in the X direction.

位相格子2は、X線源1と、吸収格子4との間に設置されており、X線が照射される。位相格子2は、タルボ効果により、自己像を形成するために設けられている。可干渉性を有するX線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離(タルボ距離)離れた位置に、格子の像(自己像)が形成される。これをタルボ効果という。自己像は、X線の干渉によって生じる干渉縞である。   The phase grating 2 is installed between the X-ray source 1 and the absorption grating 4 and is irradiated with X-rays. The phase grating 2 is provided for forming a self-image by the Talbot effect. When coherent X-rays pass through a grating in which slits are formed, an image of the grating (self-image) is formed at a position away from the grating by a predetermined distance (Talbot distance). This is called the Talbot effect. The self-image is an interference fringe generated by X-ray interference.

吸収格子4は、Y方向に所定の周期(ピッチ)d2で配列される複数のスリット4aおよびX線吸収部4bを有している。各スリット4aおよびX線吸収部4bはそれぞれ、X方向に延びるように形成されている。   The absorption grating 4 has a plurality of slits 4a and an X-ray absorption part 4b arranged in the Y direction at a predetermined period (pitch) d2. Each slit 4a and X-ray absorbing portion 4b are formed to extend in the X direction.

吸収格子4は、位相格子2と検出器5との間に配置されており、位相格子2を通過したX線が照射される。また、吸収格子4は、位相格子2からタルボ距離離れた位置に配置される。   The absorption grating 4 is disposed between the phase grating 2 and the detector 5 and is irradiated with X-rays that have passed through the phase grating 2. Further, the absorption grating 4 is disposed at a position away from the phase grating 2 by a Talbot distance.

X線源1と位相格子2との距離をR1、位相格子2と吸収格子4との距離をR2、X線源1と吸収格子4との距離をR(=R1+R2)とした場合、X線源1と、位相格子2と、吸収格子4との位置関係は、以下の式(9)により表される。

Figure 2018102565
When the distance between the X-ray source 1 and the phase grating 2 is R1, the distance between the phase grating 2 and the absorption grating 4 is R2, and the distance between the X-ray source 1 and the absorption grating 4 is R (= R1 + R2), The positional relationship among the source 1, the phase grating 2, and the absorption grating 4 is expressed by the following formula (9).
Figure 2018102565

検出器5は、X線を検出するとともに、検出されたX線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器5は、たとえば、FPD(Flat Panel Detector)である。検出器5は、複数の変換素子(図示せず)と複数の変換素子上に配置された画素電極(図示せず)とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、所定の周期(画素ピッチ)で、X方向およびY方向に並んで配置されている。   The detector 5 is configured to detect X-rays, convert the detected X-rays into electric signals, and read the converted electric signals as image signals. The detector 5 is, for example, an FPD (Flat Panel Detector). The detector 5 includes a plurality of conversion elements (not shown) and pixel electrodes (not shown) arranged on the plurality of conversion elements. The plurality of conversion elements and the pixel electrodes are arranged side by side in the X direction and the Y direction at a predetermined cycle (pixel pitch).

検出器5の検出信号は画像処理部6へと送られる。画像処理部6は、吸収格子4を、複数の所定位置に配置して撮影した画像から、被写体3の特定部位3aのコントラストを強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。ここで、位相微分像では、被写体3の境界部において、X線の位相の変化が大きくなる。暗視野像では、被写体3の内部にある傷などの微細構造部分において、Visibility(干渉縞の鮮明度)の変化が大きくなる。したがって、特定部位3aは、位相微分像であれば、被写体3の境界部近傍に設定され、暗視野像であれば被写体3の内部の傷近傍に設定される。   The detection signal of the detector 5 is sent to the image processing unit 6. The image processing unit 6 is configured to generate an X-ray phase contrast image in which the contrast of the specific part 3a of the subject 3 is emphasized from images captured by arranging the absorption grating 4 at a plurality of predetermined positions. Here, in the phase differential image, the change in the X-ray phase becomes large at the boundary of the subject 3. In the dark field image, the change in Visibility (definition of interference fringes) becomes large in a fine structure portion such as a scratch inside the subject 3. Therefore, the specific part 3a is set near the boundary of the subject 3 if it is a phase differential image, and is set near the scratch inside the subject 3 if it is a dark field image.

制御部7は、画像処理部6を用いて被写体3の特定部位3aのコントラストを強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。また、制御部7は、格子移動機構8を用いて、吸収格子4を所定位置へ移動させるように構成されている。   The control unit 7 is configured to generate an X-ray phase contrast image in which the contrast of the specific part 3 a of the subject 3 is enhanced using the image processing unit 6. Further, the control unit 7 is configured to move the absorption grating 4 to a predetermined position using the grating moving mechanism 8.

格子移動機構8は、吸収格子4を保持する格子保持部(図示せず)と、保持した格子をZ方向およびY方向に移動させる格子移動ステージ(図示せず)とを有している。格子移動機構8は、制御部7より送られる信号に基づいて、格子保持部で保持した吸収格子4を、Z方向およびY方向の所定方向に移動させるように構成されている。   The grating moving mechanism 8 includes a grating holding unit (not shown) that holds the absorption grating 4 and a grating moving stage (not shown) that moves the held grating in the Z direction and the Y direction. The grating moving mechanism 8 is configured to move the absorption grating 4 held by the grating holding unit in a predetermined direction in the Z direction and the Y direction based on a signal sent from the control unit 7.

(従来の縞走査法によるX線位相コントラスト画像生成方法)
ここで、従来の縞走査法において吸収像および暗視野像を生成する方法を説明する。従来の縞走査法では、格子を格子の周期方向に1/M周期ずつ等間隔に並進させて撮影した画像から、X線位相コントラスト画像を生成する。たとえば、Mステップの縞走査を行った場合、各ステップkにおけるX線の強度Ik(x,y)は、以下の式(10)により表される。

Figure 2018102565
ここで、anは、干渉縞の各周波数成分の量である。また、Z0は、位相格子2と吸収格子4との距離である。また、d1は、位相格子2の周期(ピッチ)d1である。また、x、yは検出器5の検出面上における、X線の照射軸に直交する面内の座標位置である。 (Generating method of X-ray phase contrast image by conventional fringe scanning method)
Here, a method of generating an absorption image and a dark field image in the conventional fringe scanning method will be described. In the conventional fringe scanning method, an X-ray phase contrast image is generated from an image obtained by translating a grating at equal intervals in 1 / M periods in the period direction of the grating. For example, when M-step fringe scanning is performed, the X-ray intensity I k (x, y) at each step k is expressed by the following equation (10).
Figure 2018102565
Here, a n is the amount of each frequency component of the interference fringes. Z 0 is the distance between the phase grating 2 and the absorption grating 4. D 1 is the period (pitch) d 1 of the phase grating 2. Further, x and y are coordinate positions in a plane orthogonal to the X-ray irradiation axis on the detection surface of the detector 5.

また、被写体3を配置した場合の強度をIk(x,y)、被写体3を配置しない場合の強度をI0k(x,y)とすると、以下の式(11)および(12)のように、S(x,y)およびS0(x,y)を定義する。

Figure 2018102565
If the intensity when the subject 3 is arranged is I k (x, y), and the intensity when the subject 3 is not arranged is I 0k (x, y), the following equations (11) and (12) are given. Define S (x, y) and S 0 (x, y).
Figure 2018102565

また、位相微分像Φx(x,y)は以下の式(13)により表される。

Figure 2018102565
Further, the phase differential image Φ x (x, y) is expressed by the following equation (13).
Figure 2018102565

また、吸収像T(x,y)は、以下の式(14)により表される。

Figure 2018102565
また、被写体3を配置した場合のVisibility(干渉縞の鮮明度)をV(x,y)とし、被写体3を配置しない場合のVisibility(干渉縞の鮮明度)をV0(x,y)とすると、V(x,y)およびV0(x,y)は以下の式(15)および(16)により表される。
Figure 2018102565
Further, the absorption image T (x, y) is represented by the following formula (14).
Figure 2018102565
In addition, Visibility (interference fringe definition) when the subject 3 is arranged is V (x, y), and Visibility (interference fringe definition) when the subject 3 is not arranged is V 0 (x, y). Then, V (x, y) and V 0 (x, y) are expressed by the following equations (15) and (16).
Figure 2018102565

また、暗視野像D(x,y)は、以下の式(17)により表される。

Figure 2018102565
The dark field image D (x, y) is expressed by the following equation (17).
Figure 2018102565

従来の縞走査法では、これらの式に基づき、Mステップ分の画素値の全てを用いて、上記式(11)および(12)によってS(x,y)およびS0(x,y)を算出し、上記式(13)および(17)によって、位相微分像および暗視野像を生成する。 In the conventional fringe scanning method, based on these equations, S (x, y) and S 0 (x, y) are calculated by the above equations (11) and (12) using all the pixel values for M steps. The phase differential image and the dark field image are generated according to the above equations (13) and (17).

(X線位相コントラスト画像のコントラスト強調効果)
次に、図2および図3を参照して、X線位相コントラスト画像のコントラストが強調される仕組みについて説明する。図2および図3では、強度信号曲線の1周期を16分割させる位相の位置に吸収格子4を走査させて検出した画素値をプロットしたものである。
(Contrast enhancement effect of X-ray phase contrast image)
Next, a mechanism for enhancing the contrast of the X-ray phase contrast image will be described with reference to FIGS. In FIG. 2 and FIG. 3, pixel values detected by scanning the absorption grating 4 at the position of the phase that divides one period of the intensity signal curve into 16 are plotted.

まず、図2を参照して、位相微分像のコントラストが強調される仕組みについて説明する。図2は、被写体3がある場合とない場合とにおける所定の画素に着目したX線の強度信号曲線を表している。格子をステップさせることにより得られる画素値は、正弦波のようなステップカーブを示す。これが強度信号曲線である。また、格子のステップ数は、強度信号曲線の位相に対応している。図2(A)は、式(13)で表す位相差が小さくなる相対位置に吸収格子4を配置した場合の例である。また、図2(B)は、式(13)で表す位相差が大きくなる位置に吸収格子4を配置した場合の例である。   First, the mechanism for enhancing the contrast of the phase differential image will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows X-ray intensity signal curves focusing on predetermined pixels with and without the subject 3. The pixel value obtained by stepping the grid shows a step curve like a sine wave. This is the intensity signal curve. Further, the number of steps of the grating corresponds to the phase of the intensity signal curve. FIG. 2A shows an example in which the absorption grating 4 is arranged at a relative position where the phase difference represented by the equation (13) becomes small. FIG. 2B shows an example in which the absorption grating 4 is arranged at a position where the phase difference expressed by the equation (13) becomes large.

図2(A)の直線20および直線21の位相の位置に吸収格子4を配置した場合を考える。直線22は、被写体3を配置して検出された2か所の位相間の偏角を表しており、右肩下がり(式(18)のΦxがマイナス符号)となっている。また、直線23は、被写体3を配置せずに検出した2か所の位相間の偏角を表しており、こちらも右肩下がりとなっている。位相微分像は、上記式(13)で算出されるが、その中でも、下記に示す式(18)の値によって決定される。

Figure 2018102565
Consider a case where the absorption grating 4 is arranged at the phase position of the straight line 20 and the straight line 21 in FIG. A straight line 22 represents the angle of deviation between the two phases detected by arranging the subject 3 and is descending to the right (Φ x in equation (18) is a minus sign). A straight line 23 represents the angle of deviation between the two phases detected without the subject 3 being arranged, and this is also downwardly sloping. The phase differential image is calculated by the above equation (13), and among these, is determined by the value of the following equation (18).
Figure 2018102565

すなわち、被写体3を配置した場合の偏角と、被写体3を配置しない場合の偏角とが、同符号の場合、上記式(18)の値が小さくなるので、得られる位相微分像のコントラストが弱くなる。   That is, when the deviation angle when the subject 3 is arranged and the deviation angle when the subject 3 is not arranged have the same sign, the value of the above equation (18) becomes small, so that the contrast of the obtained phase differential image is become weak.

一方、図2(B)に示すように、直線24および直線25の位相の位置に、吸収格子4を配置した場合、被写体3を配置した場合の偏角を表す直線26は右肩下がりになっているのに対し、被写体3を配置しない場合の偏角を表す直線27は右肩上がり(式(18)のΦxがプラス符号)となっている。したがって、上記式(18)の値が大きくなるので、得られる位相微分像のコントラストが強くなる。 On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the absorption grating 4 is arranged at the phase position of the straight line 24 and the straight line 25, the straight line 26 representing the declination when the subject 3 is arranged is downwardly sloping. On the other hand, the straight line 27 representing the declination when the subject 3 is not arranged rises to the right (Φ x in equation (18) is a plus sign). Therefore, since the value of the above equation (18) becomes large, the contrast of the obtained phase differential image becomes strong.

つまり、図2(B)の直線24および直線25の位相の位置に吸収格子4を配置した場合、位相微分像のコントラストが強調されることがわかる。   That is, it can be seen that when the absorption grating 4 is arranged at the phase positions of the straight lines 24 and 25 in FIG. 2B, the contrast of the phase differential image is enhanced.

次に、図3を参照して、暗視野像のコントラストが強調される仕組みについて説明する。図3(A)はコントラストが弱い(Visibility(干渉縞の鮮明度)の差が小さい)例を示したグラフであり、図3(B)はコントラストが強い(Visibility(干渉縞の鮮明度)の差が大きい)例を示したグラフである。   Next, a mechanism for enhancing the contrast of the dark field image will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a graph showing an example in which the contrast is weak (the difference in visibility (visibility of interference fringes) is small), and FIG. 3B is a graph in which the contrast is strong (visibility (definition of interference fringes)). It is a graph showing an example).

暗視野像は、上記式(17)を用いて算出される。図3(A)の直線30及び直線31に対応する位相の位置に吸収格子4を配置した場合、直線32で結ばれた2点の画素値を用いて、式(11)によって求めた値(S(x,y))と、直線33で結ばれた2点の画素値を用いて式(12)によって求めた値(S0(x,y))が有限の値になる。したがって、上記式(17)で表されるD(x,y)の値は有限の値となる。 The dark field image is calculated using the above equation (17). When the absorption grating 4 is arranged at the position of the phase corresponding to the straight line 30 and the straight line 31 in FIG. 3 (A), the value (2) obtained by the equation (11) using the pixel values of the two points connected by the straight line 32 ( A value (S 0 (x, y)) obtained by Expression (12) using S (x, y)) and the two pixel values connected by the straight line 33 becomes a finite value. Therefore, the value of D (x, y) represented by the above equation (17) is a finite value.

一方、図3(B)において、直線34および直線35の位相の位置に吸収格子4を配置した場合、直線37で結ばれた2点は、画素値が等しく、位相の符号が逆符号なので、式(12)によって算出される値(S0)が略0になるため、直線36で結ばれた2点の値(S)にかかわらず、D(x,y)の値が極大となる。したがって、図3(B)に示した状態では、得られる暗視野像のコントラストが強くなる。 On the other hand, in FIG. 3B, when the absorption grating 4 is arranged at the phase positions of the straight line 34 and the straight line 35, the two points connected by the straight line 37 have the same pixel value and the opposite phase sign. Since the value (S 0 ) calculated by the equation (12) is substantially 0, the value of D (x, y) becomes a maximum regardless of the two values (S) connected by the straight line 36. Therefore, in the state shown in FIG. 3B, the contrast of the obtained dark field image becomes strong.

つまり、図3(B)の直線34および直線35の位相の位置に吸収格子4を配置した場合、暗視野像のコントラストが強調されることがわかる。したがって、本実施形態では、以上の知見に基づき、被写体3の特定部位3aのコントラストが強調されたX線コントラスト画像を生成する。   That is, it can be seen that when the absorption grating 4 is arranged at the phase position of the straight line 34 and the straight line 35 in FIG. 3B, the contrast of the dark field image is enhanced. Therefore, in the present embodiment, an X-ray contrast image in which the contrast of the specific part 3a of the subject 3 is emphasized is generated based on the above knowledge.

(X線位相コントラスト画像の生成方法)
次に、図4〜図10を参照して、X線位相コントラスト画像の生成方法を説明する。
(Generation method of X-ray phase contrast image)
Next, a method for generating an X-ray phase contrast image will be described with reference to FIGS.

図4は、被写体3の形状例を示したイメージ図であり、図4(A)は、X2方向(検出器5から被写体3の方向)から被写体3を見た場合におけるイメージ図である。また、図4(B)は、被写体3をX方向から見た場合のイメージ図である。   FIG. 4 is an image diagram showing an example of the shape of the subject 3, and FIG. 4A is an image diagram when the subject 3 is viewed from the X2 direction (the direction from the detector 5 to the subject 3). FIG. 4B is an image diagram when the subject 3 is viewed from the X direction.

図4(B)に示すように、被写体3は、Z1方向からZ2方向に進むにつれて、Y方向の大きさが小さくなる傾斜部3aを有している。第1実施形態では、被写体3のY2側の傾斜部3aのコントラストを強調するように構成されている。   As shown in FIG. 4B, the subject 3 has an inclined portion 3a that decreases in size in the Y direction as it proceeds from the Z1 direction to the Z2 direction. In the first embodiment, the contrast of the inclined portion 3a on the Y2 side of the subject 3 is enhanced.

第1実施形態では、吸収格子4をあらかじめ多数の相対位置(たとえば、40か所)に走査させて撮影した複数の画像から、被写体3の特定部位3aのX線の位相の変化量(図6(B)の角度α)に基づいて選択された複数の画像により、X線位相コントラスト画像を生成する。図6は、被写体3を配置した場合と、配置しない場合とにおける、吸収格子4を40か所の相対位置に走査させて検出器5で検出した画素値を基に、下記に示す式(19)および(20)で示されたS(x、y)およびS0(x、y)の被積分関数を複素平面上にプロットしたグラフ(図6(A))と、その重心部分|S|/M、|S0|/Mを拡大したグラフ(図6(B))である。

Figure 2018102565
In the first embodiment, the amount of change in the phase of the X-ray of the specific part 3a of the subject 3 (see FIG. 6) from a plurality of images taken by scanning the absorption grating 4 in advance at a number of relative positions (for example, 40 locations). An X-ray phase contrast image is generated from a plurality of images selected based on the angle α) in (B). FIG. 6 shows the following equation (19) based on the pixel values detected by the detector 5 by scanning the absorption grating 4 at 40 relative positions when the subject 3 is arranged and when the subject 3 is not arranged. ) And (20) and a graph (FIG. 6A) in which the integrands of S (x, y) and S 0 (x, y) shown on the complex plane are plotted, and the center of gravity | S | 7 is a graph (FIG. 6B) obtained by enlarging / M, | S 0 | / M.
Figure 2018102565

図6(A)の各プロットは、上記式(19)および(20)のΘkを変化させたものである。図6(A)の原点を通る直線40の傾きは、Θkの値(すなわち、位相)に相当する。 Each plot in FIG. 6A is obtained by changing Θ k in the above equations (19) and (20). The slope of the straight line 40 passing through the origin in FIG. 6A corresponds to the value of Θ k (that is, the phase).

直線40は、被写体3の特定部位3aのX線の位相の変化量(図5(B)の角度α)に基づいて決められたコントラストの生成に寄与する基準となる位相を示している。また、直線41は、基準となる位相(直線40)から所定の位相分(直線40と直線41との差42)格子を走査させて検出する位相の位置を示している。   A straight line 40 indicates a reference phase that contributes to the generation of contrast determined based on the amount of change in the X-ray phase of the specific part 3a of the subject 3 (angle α in FIG. 5B). The straight line 41 indicates the position of the phase detected by scanning the grating for a predetermined phase (difference 42 between the straight line 40 and the straight line 41) from the reference phase (straight line 40).

図5(B)に示す角度αは、被写体3がある場合とない場合とにおける、位相のずれを示しており、位相微分像に該当する。また、|S|/Mと|S0|/Mとの比率は、被写体3がある場合とない場合とにおける、Visibility(干渉縞の鮮明度)の比を表しており、暗視野像に該当する。なお、Mは、格子を走査する回数の総数である。ここで、被写体3の位相のずれは、あらかじめ計測した値を制御部7に接続されているCPU(図示せず)などに記憶させておいてもよく、蓄積されたデータなどを用いてもよい。 The angle α shown in FIG. 5B indicates a phase shift between when the subject 3 is present and when it is not present, and corresponds to a phase differential image. Further, the ratio of | S | / M and | S 0 | / M represents the ratio of Visibility (the sharpness of interference fringes) with and without the subject 3 and corresponds to a dark field image. To do. M is the total number of times the grid is scanned. Here, regarding the phase shift of the subject 3, a value measured in advance may be stored in a CPU (not shown) connected to the control unit 7 or accumulated data may be used. .

ここで、X線位相コントラスト画像のコントラストを強調したい場合、被写体3を配置した場合と配置していない場合とにおける、位相のずれ(角度α)に基づいて、コントラストの生成に寄与する位置に吸収格子4を配置して撮影した画像から、X線位相コントラスト画像を生成すればよい。すなわち、画像処理部6は、図6に示すように、被写体3の特定部位3aのX線の位相の変化量(角度α)に基づいて、コントラストの生成に寄与する基準となる位相(直線40)から、所定位相(直線40と直線41との幅42)離れた位置のSおよびS0を求める。求められたSおよびS0を用いて、位相微分像11および暗視野像13を生成する。 Here, when it is desired to enhance the contrast of the X-ray phase contrast image, absorption is performed at a position that contributes to the generation of contrast based on the phase shift (angle α) between when the subject 3 is placed and when the subject 3 is not placed. What is necessary is just to produce | generate an X-ray phase contrast image from the image image | photographed by arrange | positioning the grating | lattice 4. FIG. That is, as shown in FIG. 6, the image processing unit 6 uses a phase (straight line 40) serving as a reference that contributes to the generation of contrast based on the amount of change (angle α) in the X-ray phase of the specific part 3 a of the subject 3. ), S and S 0 at positions separated by a predetermined phase (width 42 between the straight line 40 and the straight line 41) are obtained. A phase differential image 11 and a dark field image 13 are generated using the obtained S and S 0 .

また、基準となる位相(直線40)は、以下の式(21)により決定する。

Figure 2018102565
ここで、πは強度信号曲線の周期の半周期であり、Φxは、被写体3の特定部位3aのX線の吸収格子4のピッチに対する自己像シフトの割合(自己像シフト[um]/吸収格子4のピッチ[um]×2π[rad]、図5(B)に示す角度α)である。 The reference phase (straight line 40) is determined by the following equation (21).
Figure 2018102565
Here, π is a half period of the period of the intensity signal curve, and Φx is a ratio of the self-image shift to the pitch of the X-ray absorption grating 4 of the specific part 3a of the subject 3 (self-image shift [um] / absorption grating). 4 pitch [um] × 2π [rad], and angle α) shown in FIG.

また、図6は、基準となる位相(直線40)の角度および、基準となる位相(直線40)から走査させる所定位相(直線40と直線41との幅42)を変化させた際のコントラストの変化を示している。なお、「binD」とは、基準となる位相(直線40)から走査させる所定位相(直線40と直線41との幅42)のことである。図6(A)は、位相微分像における基準となる位相(直線40)の角度および、所定位相(直線40と直線41との幅42で、単位は縞走査の1step)を変化させた際のコントラストの変化を示しており、図6(B)は、暗視野像における基準となる位相(直線40)の角度および、所定位相を変化させた際のコントラストの変化を示している。   FIG. 6 shows the contrast when the angle of the reference phase (straight line 40) and the predetermined phase (the width 42 between the straight line 40 and the straight line 41) scanned from the reference phase (straight line 40) are changed. It shows a change. Note that “binD” is a predetermined phase (width 42 between the straight line 40 and the straight line 41) scanned from the reference phase (straight line 40). FIG. 6A shows the angle when the reference phase (straight line 40) and the predetermined phase (the width 42 between the straight line 40 and the straight line 41 and the unit is 1 step of fringe scanning) are changed in the phase differential image. FIG. 6B shows the change of contrast when the angle of the reference phase (straight line 40) in the dark field image and the predetermined phase are changed.

図6に示す通り、binDの値が小さいほどコントラストが強調されていることがわかる。しかし、binDが0の場合、すなわち、基準となる位相(直線40)における位置に吸収格子4を走査させて撮影した画像を用いた場合、コントラストが強調されている場所以外は、値が0となっている。つまり、基準となる位相(直線40)では、被写体3の特定部位3aにおいては、最も強い強調効果を得ることができるが、それ以外の場所は、画像として得ることができない。また、binDが等間隔になる位置に吸収格子4を走査させて撮影した画像では、基準となる位相(直線40)の角度を変化させても、得られる画像のコントラストに変化がないことがわかる(強度変調信号がサインカーブに近い場合を想定)。   As shown in FIG. 6, it can be seen that the smaller the value of binD, the more the contrast is enhanced. However, when binD is 0, that is, when an image photographed by scanning the absorption grating 4 at a position in the reference phase (straight line 40) is used, the value is 0 except where the contrast is emphasized. It has become. That is, in the reference phase (straight line 40), the strongest enhancement effect can be obtained in the specific part 3a of the subject 3, but the other places cannot be obtained as an image. Further, it can be seen that the contrast of the obtained image does not change even if the angle of the reference phase (straight line 40) is changed in an image taken by scanning the absorption grating 4 at positions where binD is equally spaced. (Assuming that the intensity modulation signal is close to a sine curve).

したがって、binDの値は、基準となる位相(直線40)よりも大きく、等間隔となる値未満に設定すればよい。図5(A)では、吸収格子4を40ステップさせて検出した値をプロットしているので、binDの値は、5未満に設定すればよい。つまり、吸収格子4の総ステップ数の1/8未満に設定すればよい。   Therefore, the value of binD may be set to a value larger than the reference phase (straight line 40) and less than a value that is equally spaced. In FIG. 5A, since the values detected by making the absorption grating 4 40 steps are plotted, the value of binD may be set to less than 5. That is, it may be set to less than 1/8 of the total number of steps of the absorption grating 4.

第1実施形態では、画像処理部6は、吸収格子4を、直線41に対応する複数の相対位置に配置して撮影された画像からX線位相コントラスト画像を生成する。具体的には、画像処理部6は、上記式(13)を用いて位相微分像11を生成し、上記式(17)を用いて暗視野像13を生成する。図7(A)は、吸収格子4を等間隔に走査させて撮影した画像から生成した位相微分像10である。図7(B)は、吸収格子4を非等間隔に走査させて撮影した画像から生成した位相微分像11である。本実施形態の構成によって生成された位相微分像11の特定部位3aは、従来の方法で生成された位相微分像10の特定部位3aよりも、コントラストが強調されていることがわかる。なお、位相微分像11は、特許請求の範囲の「特定部位のコントラストを強調したX線位相コントラスト画像」の一例である。   In the first embodiment, the image processing unit 6 generates an X-ray phase contrast image from images captured by arranging the absorption grating 4 at a plurality of relative positions corresponding to the straight line 41. Specifically, the image processing unit 6 generates the phase differential image 11 using the above equation (13), and generates the dark field image 13 using the above equation (17). FIG. 7A shows a phase differential image 10 generated from an image captured by scanning the absorption grating 4 at equal intervals. FIG. 7B is a phase differential image 11 generated from an image captured by scanning the absorption grating 4 at non-equal intervals. It can be seen that the specific portion 3a of the phase differential image 11 generated by the configuration of the present embodiment has higher contrast than the specific portion 3a of the phase differential image 10 generated by the conventional method. The phase differential image 11 is an example of an “X-ray phase contrast image in which the contrast of a specific part is emphasized” in the claims.

また,図8(A)は、吸収格子4を等間隔に走査させて撮影した画像から生成した暗視野像12である。図8(B)は、吸収格子4を非等間隔に走査させて撮影した画像から生成した暗視野像13である。本実施形態の構成によって生成された暗視野像13の特定部位3aは、従来の方法で生成された暗視野像12の特定部位3aよりも、コントラストが強調されていることがわかる。なお、暗視野像13は、特許請求の範囲の「特定部位のコントラストを強調したX線位相コントラスト画像」の一例である。   FIG. 8A shows a dark field image 12 generated from an image captured by scanning the absorption grating 4 at equal intervals. FIG. 8B is a dark field image 13 generated from an image captured by scanning the absorption grating 4 at non-equal intervals. It can be seen that the contrast of the specific part 3a of the dark field image 13 generated by the configuration of the present embodiment is enhanced compared to the specific part 3a of the dark field image 12 generated by the conventional method. The dark field image 13 is an example of an “X-ray phase contrast image in which the contrast of a specific part is emphasized” in the claims.

また、第1実施形態では、画像処理部6は、吸収格子4を、直線41に対応する複数の相対位置に配置して撮影された画像から、図9(B)および図10(B)に示すX線位相コントラスト画像を生成する。図9は、軟骨3を入れ、内部を水で浸した円筒形の容器50を撮影した位相微分像のイメージ図である。図9(A)は、従来の縞走査法で生成した位相微分像15であり、図9(B)は、吸収格子4を非等間隔に走査させて撮影した画像から生成した位相微分像16である。   Further, in the first embodiment, the image processing unit 6 uses the images captured by arranging the absorption grating 4 at a plurality of relative positions corresponding to the straight line 41 in FIGS. 9B and 10B. An X-ray phase contrast image is generated. FIG. 9 is an image diagram of a phase differential image obtained by photographing a cylindrical container 50 in which cartilage 3 is inserted and the inside is immersed in water. 9A is a phase differential image 15 generated by a conventional fringe scanning method, and FIG. 9B is a phase differential image 16 generated from an image captured by scanning the absorption grating 4 at non-uniform intervals. It is.

図9および図10は、軟骨3を入れ、内部を水で浸した円筒形の容器50を撮影したX線位相コントラスト画像のイメージ図である。図9(A)は、従来の縞走査法で生成した位相微分像15であり、図9(B)は、吸収格子4を非等間隔に走査させて撮影した画像から生成した位相微分像16である。図10(A)は、従来の縞走査法で生成した暗視野像17であり、図10(B)は、吸収格子4を非等間隔に走査させて撮影した画像から生成した暗視野像18である。   9 and 10 are image diagrams of an X-ray phase contrast image obtained by photographing a cylindrical container 50 in which the cartilage 3 is inserted and the inside is immersed in water. 9A is a phase differential image 15 generated by a conventional fringe scanning method, and FIG. 9B is a phase differential image 16 generated from an image captured by scanning the absorption grating 4 at non-uniform intervals. It is. FIG. 10A shows a dark field image 17 generated by a conventional fringe scanning method, and FIG. 10B shows a dark field image 18 generated from an image taken by scanning the absorption grating 4 at non-uniform intervals. It is.

従来の方法で生成した位相微分像15と比べて、吸収格子4を非等間隔に走査させて生成した位相微分像16では軟骨3のコントラストが強調されていることがわかる。また、従来の方法で生成した暗視野像17と比べて、吸収格子4を非等間隔に走査させて生成した暗視野像18でも軟骨3のコントラストが強調されていることがわかる。   Compared with the phase differential image 15 generated by the conventional method, it can be seen that the contrast of the cartilage 3 is enhanced in the phase differential image 16 generated by scanning the absorption grating 4 at non-uniform intervals. It can also be seen that the contrast of the cartilage 3 is emphasized in the dark field image 18 generated by scanning the absorption grating 4 at non-uniform intervals as compared with the dark field image 17 generated by the conventional method.

画像処理部6は、被写体3の特定部位3aのX線の位相の変化量(角度α)に基づき、コントラストの生成に相対的に強く寄与する位相の位置、すなわち図2(B)の関係となるような位置に吸収格子4を非等間隔に走査して撮影された画像から、特定部位3aを強調したX線コントラスト画像を生成する。具体的には、画像処理部6は、式(19)および(20)を定義した場合、式(13)、(14)、(17)を用いて位相微分像11および暗視野像13を生成する。   The image processing unit 6 is based on the amount of change in the X-ray phase (angle α) of the specific part 3a of the subject 3 and the position of the phase that contributes relatively strongly to the generation of contrast, that is, the relationship in FIG. An X-ray contrast image in which the specific portion 3a is emphasized is generated from an image captured by scanning the absorption grating 4 at non-uniform intervals at such positions. Specifically, when the expressions (19) and (20) are defined, the image processing unit 6 generates the phase differential image 11 and the dark field image 13 using the expressions (13), (14), and (17). To do.

ここで、図2(B)の直線24および直線25に示す位相の位置では、式(13)のarg[S(x,y)]と、arg[S0(x,y)]との符号が反対になるので、式(18)のarg[S(x,y)]−arg[S0(x,y)]の絶対値が大きくなる。つまり、位相微分像のコントラストが大きくなる。また、図3(B)の直線34および直線35に示す位相の位置では、式(17)のS0の値が極小値となる。つまり、式(17)全体の値が極大値となるので、暗視野像のコントラストが大きくなる。したがって、画像処理部6は、式(18)のarg[S(x,y)]−arg[S0(x,y)]の絶対値が大きくなる相対位置、または、式(17)のS0の値が極小値となる相対位置に吸収格子4を走査させて撮影した画像から、位相微分像11および暗視野像13を生成する。 Here, at the phase positions indicated by the straight line 24 and the straight line 25 in FIG. 2B, signs of arg [S (x, y)] and arg [S 0 (x, y)] in the equation (13). Therefore, the absolute value of arg [S (x, y)]-arg [S 0 (x, y)] in the equation (18) becomes large. That is, the contrast of the phase differential image is increased. Further, at the phase positions indicated by the straight line 34 and the straight line 35 in FIG. 3B, the value of S 0 in the equation (17) is a minimum value. That is, since the value of the entire expression (17) is a maximum value, the contrast of the dark field image is increased. Therefore, the image processing unit 6 determines the relative position where the absolute value of arg [S (x, y)] − arg [S 0 (x, y)] in Expression (18) becomes large, or S in Expression (17). A phase differential image 11 and a dark field image 13 are generated from an image captured by scanning the absorption grating 4 at a relative position where the value of 0 is a minimum value.

また、コントラストの生成に相対的に強く寄与する相対位置は、被写体3の特定部位3aのX線の位相の変化量(角度α)に基づき、式(21)によって算出された基準となる位相(直線40)から、binD(所定位相分)離れた位相に決定される。   Further, the relative position that contributes relatively strongly to the generation of contrast is based on the reference phase calculated by equation (21) based on the amount of change in the X-ray phase (angle α) of the specific part 3a of the subject 3 ( The phase is determined to be binD (predetermined phase) away from the straight line 40).

(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of 1st Embodiment)
In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のように、X線位相コントラスト撮影装置100は、X線源1と位相格子2と吸収格子4と検出器5と画像処理部6と制御部7と格子移動機構8とを備えており、被写体3の特定部位3a(図4参照)におけるX線の位相の変化量(角度α)に基づいて、コントラストの生成に相対的に強く寄与するY方向(格子の周期方向)における複数格子の相対位置を選択して、位相格子2および吸収格子4を複数の相対位置に配置して撮影された画像から、被写体3の特定部位3aが強調された位相微分像11および暗視野像13を生成する。これにより、被写体3の特定部位3aにおけるX線の位相の変化量(角度α)に基づいて、コントラストの生成に相対的に強く寄与するY方向(格子の周期方向)の複数の相対位置を選択することができる。その結果、コントラストの生成に相対的に強く寄与する複数の相対位置に吸収格子4を配置して撮影された画像から、被写体3の特定部位3aを強調した位相微分像11および暗視野像13を生成することができる。   In the first embodiment, as described above, the X-ray phase contrast imaging apparatus 100 includes the X-ray source 1, the phase grating 2, the absorption grating 4, the detector 5, the image processing unit 6, the control unit 7, and the grating moving mechanism 8. And the Y direction (lattice direction of the lattice) that contributes relatively strongly to the generation of contrast based on the amount of change (angle α) of the X-ray phase in the specific part 3a (see FIG. 4) of the subject 3 The phase differential image 11 in which the specific portion 3a of the subject 3 is emphasized and the dark image are obtained from an image taken by selecting the relative positions of the plurality of gratings in FIG. A field image 13 is generated. As a result, a plurality of relative positions in the Y direction (lattice direction of the lattice) that contribute relatively strongly to the generation of contrast are selected based on the amount of change in the X-ray phase (angle α) in the specific part 3a of the subject 3 can do. As a result, a phase differential image 11 and a dark field image 13 in which the specific portion 3a of the subject 3 is emphasized from an image photographed by arranging the absorption grating 4 at a plurality of relative positions that contribute relatively strongly to the generation of contrast. Can be generated.

また、第1実施形態では、吸収格子4を等間隔に走査して撮影した画像から生成した位相微分像15比べて、吸収格子4を非等間隔に走査して撮影した画像から生成した位相微分像16は、軟骨3のコントラストが強調されている。また、吸収格子4を等間隔に走査して撮影した画像から生成した暗視野像17では、軟骨3がほとんど写っていないが、吸収格子4を非等間隔に走査して撮影した画像から生成した暗視野像18では、軟骨3を確認することができる。   In the first embodiment, the phase differential generated from the image captured by scanning the absorption grating 4 at non-equal intervals is compared with the phase differential image 15 generated from the image captured by scanning the absorption grating 4 at equal intervals. In the image 16, the contrast of the cartilage 3 is emphasized. Further, in the dark field image 17 generated from the image captured by scanning the absorption grid 4 at equal intervals, the cartilage 3 is hardly shown, but is generated from the image captured by scanning the absorption grid 4 at non-uniform intervals. In the dark field image 18, the cartilage 3 can be confirmed.

また、第1実施形態では、上記のように、画像処理部6は、X線の位相の変化量(角度α)に基づき選択されたコントラストの生成に相対的に強く寄与する位置に、吸収格子4をY方向(吸収格子4の周期方向)に非等間隔に走査させて撮影した画像から、特定部位3aを強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。これにより、被写体3の特定部位3aにおけるX線の位相の変化量(角度α)に基づき、コントラストが最も強調される位置に吸収格子4を配置することを防ぐことができる。その結果、被写体3の全体像を把握しながら、特定部位3aのコントラストが強調された位相微分像11および暗視野像13を生成することができる。   In the first embodiment, as described above, the image processing unit 6 has an absorption grating at a position that contributes relatively strongly to the generation of contrast selected based on the amount of change in the X-ray phase (angle α). An X-ray phase contrast image in which a specific portion 3a is emphasized is generated from an image captured by scanning 4 in the Y direction (periodic direction of the absorption grating 4) at non-uniform intervals. Thereby, it is possible to prevent the absorption grating 4 from being arranged at a position where the contrast is most emphasized based on the amount of change (angle α) of the X-ray phase in the specific part 3a of the subject 3. As a result, it is possible to generate the phase differential image 11 and the dark field image 13 in which the contrast of the specific portion 3a is enhanced while grasping the entire image of the subject 3.

また、第1実施形態では、上記のように、画像処理部6は、X線の位相の変化量(角度α)に基づいて、基準となる位相(直線40)を決定し、特定部位3aのX線の位相の変化量(角度α)に基づいて定められたコントラスト生成のための基準となる位相(直線40)から、吸収格子4を所定位相分(直線40と直線41との幅42)非等間隔に走査して撮影された複数の画像から、特定部位3aを強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている。これにより、コントラストの生成に寄与する吸収格子4の相対位置を明確に決定することができる。   In the first embodiment, as described above, the image processing unit 6 determines a reference phase (straight line 40) based on the amount of change (angle α) in the phase of the X-ray, and determines the specific portion 3a. From the phase (straight line 40) serving as a reference for generating a contrast determined based on the amount of change in X-ray phase (angle α), the absorption grating 4 is separated by a predetermined phase (width 42 between the straight line 40 and the straight line 41). An X-ray phase contrast image in which the specific part 3a is emphasized is generated from a plurality of images photographed by scanning at non-equal intervals. Thereby, the relative position of the absorption grating 4 that contributes to the generation of contrast can be clearly determined.

また、第1実施形態では、上記のように、所定位相(直線40と直線41との幅42)は、基準となる位相(直線40)の近傍から、強度信号曲線の周期の1/8未満の範囲に設定される。これにより、強度信号曲線の1周期を等分割する相対位置に吸収格子4を配置することを防ぐことができる。その結果、吸収格子4を基準となる位相(直線40)から移動させる際に、コントラストの生成に寄与する複数の相対位置に吸収格子4を配置することができる。   In the first embodiment, as described above, the predetermined phase (the width 42 between the straight line 40 and the straight line 41) is less than 1/8 of the period of the intensity signal curve from the vicinity of the reference phase (the straight line 40). Is set in the range. Thereby, it can prevent arrange | positioning the absorption grating 4 in the relative position which divides | segments 1 period of an intensity | strength signal curve equally. As a result, when the absorption grating 4 is moved from the reference phase (straight line 40), the absorption grating 4 can be arranged at a plurality of relative positions that contribute to the generation of contrast.

また、第1実施形態では、上記のように、画像処理部6は、吸収格子4を走査させて撮影した複数の画像の中から、基準となる位相(直線40)から所定位相(直線40と直線41との幅42)分走査した位置で撮影された複数の画像を選択するように構成されている。これにより、あらかじめ多数の相対位置に吸収格子4を配置して撮影した画像を得ることができるので、基準となる位相(直線40)から複数の所定位相(直線40と直線41との幅42)分走査した画像(コントラストの生成に強く寄与する画像)を組み合わせることにより、被写体3の特定部位3aのコントラストを強調した画像を複数パターン生成することができる。   In the first embodiment, as described above, the image processing unit 6 selects a reference phase (straight line 40) from a reference phase (straight line 40) from a plurality of images captured by scanning the absorption grating 4. A plurality of images taken at positions scanned by the width 42) with respect to the straight line 41 are selected. As a result, it is possible to obtain an image captured by arranging the absorption gratings 4 at a number of relative positions in advance, so that a plurality of predetermined phases (width 42 between the straight line 40 and the straight line 41) from the reference phase (straight line 40). A plurality of patterns in which the contrast of the specific part 3a of the subject 3 is emphasized can be generated by combining the images that have been scanned in minutes (images that greatly contribute to the generation of contrast).

また、第1実施形態では、上記のように、画像処理部6は、式(19)および(20)を定義した場合、式(13)、(14)、(17)を用いて特定部位3aを強調した位相微分像11および暗視野像13を生成するように構成されている。これにより、上記式(19)および(20)を定義することにより、非等間隔に吸収格子4を走査させた場合でも、従来の縞走査法において使用する上記式(13)、(14)、(17)を用いて、被写体3の特定部位3aのコントラストを強調した位相微分像11および暗視野像13を生成することができる。   In the first embodiment, as described above, when the expressions (19) and (20) are defined, the image processing unit 6 uses the expressions (13), (14), and (17) to specify the specific part 3a. Are generated so as to generate a phase differential image 11 and a dark field image 13. Thus, by defining the above equations (19) and (20), even when the absorption grating 4 is scanned at non-uniform intervals, the above equations (13), (14), Using (17), the phase differential image 11 and the dark field image 13 in which the contrast of the specific part 3a of the subject 3 is enhanced can be generated.

また、第1実施形態では、上記のように、複数の相対位置は、式(17)のarg[S(x,y)]の符号と、arg[S0(x,y)]の符号とが反対になる位置、または、式(17)のS0(x,y)が極小値となる位置に決定される。これより、式(18)のarg[S(x,y)]−arg[S0(x,y)]の絶対値が大きくなる。つまり、被写体3がある場合とない場合との位相のずれが大きくなる。また、式(17)のS0(x,y)が極小となるので、式(17)全体の値が極大となる。つまり、被写体3がある場合とない場合とのVisibility(干渉縞の鮮明度)の比が極大となる。したがって、コントラストを強調することができる。その結果、これらの相対位置の画像を用いてX線位相コントラスト画像を生成することにより、被写体3の特定部位3aのコントラストを強調した位相微分像11および暗視野像13を生成することができる。 In the first embodiment, as described above, the plurality of relative positions are represented by the sign of arg [S (x, y)] and the sign of arg [S 0 (x, y)] in Expression (17). Is determined to be the opposite position, or S 0 (x, y) in Expression (17) is determined to be a minimum value. As a result, the absolute value of arg [S (x, y)]-arg [S 0 (x, y)] in the equation (18) increases. That is, the phase shift between when the subject 3 is present and when it is absent is large. In addition, since S 0 (x, y) in Expression (17) is minimized, the value of Expression (17) as a whole is maximized. That is, the ratio of Visibility (interference fringe definition) with and without the subject 3 is maximized. Therefore, contrast can be enhanced. As a result, by generating an X-ray phase contrast image using the images of these relative positions, the phase differential image 11 and the dark field image 13 in which the contrast of the specific part 3a of the subject 3 is enhanced can be generated.

[第2実施形態]
次に、図1を参照して、本発明の第2実施形態によるX線位相コントラスト撮影装置200について説明する。吸収格子4をあらかじめ多数の相対位置に配置して撮影した画像から、被写体3の特定部位3aのコントラストを強調した位相微分像11および暗視野像13を生成するように構成されている第1実施形態とは異なり、第2実施形態では、被写体3の特定部位3aのX線の位相の変化量(角度α)に基づき、基準となる位相(直線40)を算出し、吸収格子4を配置する複数の相対位置をあらかじめ決定するように構成されている。なお、上記第1実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, an X-ray phase contrast imaging apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The first embodiment is configured to generate a phase differential image 11 and a dark field image 13 in which the contrast of the specific part 3a of the subject 3 is emphasized from an image captured by arranging the absorption grating 4 at a number of relative positions in advance. Unlike the form, in the second embodiment, the reference phase (straight line 40) is calculated based on the amount of change (angle α) in the X-ray phase of the specific part 3a of the subject 3, and the absorption grating 4 is arranged. A plurality of relative positions are determined in advance. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

(複数の相対位置の求め方)
第2実施形態では、画像処理部6は、被写体3の特定部位3aのX線の位相の変化量(角度α)に基づき、式(21)により算出した基準となる位相(直線40)を決定する。そして、画像処理部6は、決定された基準となる位相(直線40)そこからbinD(所定位相)離れた位相の位置に吸収格子4を走査して撮影した画像から、位相微分像11および暗視野像13を生成する。
(How to find multiple relative positions)
In the second embodiment, the image processing unit 6 determines the reference phase (straight line 40) calculated by the equation (21) based on the change amount (angle α) of the X-ray phase of the specific part 3a of the subject 3. To do. Then, the image processing unit 6 reads the phase differential image 11 and the dark image from the image obtained by scanning the absorption grating 4 at the position of the phase (straight line 40) that is determined as the reference and the phase separated by binD (predetermined phase). A field image 13 is generated.

つまり、40ステップ吸収格子4を走査させるのではなく、基準となる位相(直線40)からbinD(所定位相)離れた位相の4か所に吸収格子4を走査させる。   That is, instead of scanning the 40-step absorption grating 4, the absorption grating 4 is scanned at four positions that are binD (predetermined phase) away from the reference phase (straight line 40).

なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。   In addition, the other structure of 2nd Embodiment is the same as that of the said 1st Embodiment.

(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of 2nd Embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、基準となる位相(直線40)は、X線の強度分布から得られる強度信号曲線の周期と、特定部位3aのX線の位相の変化量(角度α)とによって決定される。これにより、あらかじめ多数の相対位置に吸収格子4を配置して撮影することなく、コントラストの生成に寄与する基準となる位相(直線40)を決定することができる。   In the second embodiment, the reference phase (straight line 40) is determined by the period of the intensity signal curve obtained from the X-ray intensity distribution and the amount of change (angle α) in the X-ray phase of the specific part 3a. The This makes it possible to determine the reference phase (straight line 40) that contributes to the generation of contrast without arranging the absorption gratings 4 at a large number of relative positions in advance.

[第3実施形態]   [Third Embodiment]

次に、図11を参照して、本発明の第3実施形態によるX線位相コントラスト撮影装置300について説明する。第3実施形態では、上記第1実施形態の構成に加えて、X線源1と位相格子2との間に、マルチスリット9をさらに備えるように構成されている。なお、上記第1実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。   Next, an X-ray phase contrast imaging apparatus 300 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a multi-slit 9 is further provided between the X-ray source 1 and the phase grating 2. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

(X線位相コントラスト撮影装置の構成)
第3実施形態では、図11に示すように、X線位相コントラスト撮影装置300は、X線源1と位相格子2との間に配置されたマルチスリット9をさらに含んでいる。なお、マルチスリット9は、特許請求の範囲の「第3格子」の一例である。
(Configuration of X-ray phase contrast imaging apparatus)
In the third embodiment, as shown in FIG. 11, the X-ray phase contrast imaging apparatus 300 further includes a multi-slit 9 disposed between the X-ray source 1 and the phase grating 2. The multi slit 9 is an example of the “third grating” in the claims.

マルチスリット9は、Y方向に所定の周期(ピッチ)d0で配列される複数のスリット9aおよびX線吸収部9bを有している。各スリット9aおよびX線吸収部9bはX方向に延びるように構成されている。   The multi slit 9 has a plurality of slits 9a and an X-ray absorber 9b arranged in the Y direction at a predetermined period (pitch) d0. Each slit 9a and the X-ray absorber 9b are configured to extend in the X direction.

マルチスリット9は、X線源1と位相格子2との間に設置されており、X線源1からX線が照射される。マルチスリット9は、各スリット9aを通過したX線を、各スリット9aの位置に対応する線光源とするように構成されている。これにより、マルチスリット9は、X線源1から照射されるX線の可干渉性を高めることができる。   The multi-slit 9 is installed between the X-ray source 1 and the phase grating 2 and is irradiated with X-rays from the X-ray source 1. The multi-slit 9 is configured so that the X-rays that have passed through each slit 9a serve as a line light source corresponding to the position of each slit 9a. Thereby, the multi slit 9 can improve the coherence of the X-rays irradiated from the X-ray source 1.

マルチスリット9と位相格子2との距離をR1、位相格子2と吸収格子4との距離をR2、X線源1と吸収格子4との距離をRとした場合、マルチスリット9と、位相格子2と、吸収格子4との位置関係は、以下の式(22)により表される。

Figure 2018102565
When the distance between the multi slit 9 and the phase grating 2 is R1, the distance between the phase grating 2 and the absorption grating 4 is R2, and the distance between the X-ray source 1 and the absorption grating 4 is R, the multi slit 9 and the phase grating 2 and the absorption grating 4 are represented by the following formula (22).
Figure 2018102565

なお、第3実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining configuration of the third embodiment is similar to that of the aforementioned first embodiment.

(第3実施形態の効果)
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the third embodiment)
In the third embodiment, the following effects can be obtained.

第3実施形態では、X線源1と位相格子2との間に配置されたマルチスリット9をさらに含んでいる。これにより、X線源1から照射されるX線の可干渉性を高めることができるので、X線源1の焦点距離が微小でない場合でも、被写体3の特定部位3aのコントラストを強調した位相微分像11および暗視野像13を生成することができる。   The third embodiment further includes a multi slit 9 disposed between the X-ray source 1 and the phase grating 2. Thereby, since the coherency of the X-rays emitted from the X-ray source 1 can be improved, even when the focal length of the X-ray source 1 is not very small, the phase differentiation that emphasizes the contrast of the specific part 3a of the subject 3 An image 11 and a dark field image 13 can be generated.

(変形例)
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更(変形例)が含まれる。
(Modification)
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the scope of claims and all modifications (variants) within the scope.

たとえば、上記第1実施形態では、binDが1に対応する4か所に吸収格子4を走査させて撮影した画像により、位相微分像11および暗視野像13を生成する構成を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、binDが5未満となる位置に吸収格子4を配置して撮影した画像から、位相微分像11および暗視野像13を生成してもよい。またbinD=1、2のように複数の箇所(この場合計8か所)に吸収格子4を走査させてもよいし、それ以上の数に吸収格子4を走査させてもよい。   For example, in the first embodiment, the configuration in which the phase differential image 11 and the dark field image 13 are generated from the images captured by scanning the absorption grating 4 at four locations corresponding to binD of 1 is shown. The invention is not limited to this. For example, the phase differential image 11 and the dark field image 13 may be generated from an image captured by arranging the absorption grating 4 at a position where binD is less than 5. Further, the absorption grating 4 may be scanned at a plurality of locations (in this case, a total of 8 locations) such as binD = 1, 2, or the absorption grating 4 may be scanned at a larger number.

また、上記第1〜第3実施形態では、格子移動機構8によって、吸収格子4をY方向(格子の周期方向)に移動させて撮影を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、格子移動機構8によって、位相格子2をY方向に移動させて撮影するように構成されていてもよい。また、格子移動機構8によって、マルチスリット9をY方向に移動させて撮影するように構成されていてもよい。   In the first to third embodiments, the example in which the absorption grating 4 is moved in the Y direction (the periodic direction of the grating) by the grating moving mechanism 8 is shown. However, the present invention is not limited thereto. Absent. For example, the grating moving mechanism 8 may be configured to move the phase grating 2 in the Y direction for imaging. Moreover, the multi-slit 9 may be moved in the Y direction by the lattice moving mechanism 8 so as to be photographed.

また、上記第1〜第3実施形態では、被写体3を回転させずに撮影した画像から、X線位相コントラスト画像を生成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、被写体3を回転させる回転機構をさらに備え、被写体3を360度回転させながら、所定の回転角度(たとえば、9度)の位置で撮影した複数の画像から、断層撮影(CT撮影)を行うように構成されていてもよい。   In the first to third embodiments, the example in which the X-ray phase contrast image is generated from the image photographed without rotating the subject 3 is shown, but the present invention is not limited to this. For example, a rotation mechanism for rotating the subject 3 is further provided, and tomography (CT imaging) is performed from a plurality of images taken at a predetermined rotation angle (for example, 9 degrees) while the subject 3 is rotated 360 degrees. It may be configured as follows.

また、上記第1〜第3実施形態では、基準となる位相(直線40)を求めて吸収格子4の相対位置を決定する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、偏角を算出して、符号が逆転する位相の位置に、吸収格子4を配置するように構成されていてもよい。   In the first to third embodiments, the example in which the reference phase (straight line 40) is obtained to determine the relative position of the absorption grating 4 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the absorption angle 4 may be arranged at the phase position where the declination is calculated and the sign is reversed.

また、上記第1実施形態では、吸収格子4を40ステップ走査して撮影する例を示したが、本発明はこれに限られない。吸収格子4のステップ数は任意の数でよい。また、binDの大きさは、ステップ数に応じて異ならせればよい。   Moreover, in the said 1st Embodiment, although the example which image | photographs 40 steps of scanning of the absorption grating 4 was shown, this invention is not limited to this. The number of steps of the absorption grating 4 may be an arbitrary number. The size of binD may be varied according to the number of steps.

また、上記第1および第2実施形態では、タルボ効果による自己像を形成するために設けられている格子を位相格子2としたが、本発明はこれに限られない。本発明では、位相格子2の自己像は縞模様であればよいので、位相格子2の代わりに吸収格子を用いて吸収格子の影を自己像の縞模様として用いてもよい。   In the first and second embodiments, the grating provided for forming the self-image by the Talbot effect is the phase grating 2, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the self-image of the phase grating 2 only needs to be a stripe pattern. Therefore, the shadow of the absorption grating may be used as the stripe pattern of the self-image using an absorption grating instead of the phase grating 2.

1 X線源
2 位相格子または吸収格子(第1格子)
3 被写体
4 吸収格子(第2格子)
5 検出器
6 画像処理部
8 マルチスリット(第3格子)
40 基準となる位相
42 所定位相
100、200、300 X線位相コントラスト撮影装置
α 被写体の特定部位におけるX線の変化量
1 X-ray source 2 Phase grating or absorption grating (first grating)
3 Subject 4 Absorption grating (second grating)
5 Detector 6 Image processor 8 Multi slit (3rd lattice)
40 Reference phase 42 Predetermined phase 100, 200, 300 X-ray phase contrast imaging apparatus α Amount of change of X-rays at specific part of subject

Claims (10)

X線源と、
前記X線源から照射されたX線を検出する検出器と、
前記X線源と前記検出器との間に配置され、前記X線源からX線が照射される第1格子と、前記第1格子を通過した前記X線が照射される第2格子とを含む複数の格子と、
前記検出器により検出されたX線の強度分布から、X線位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備え、
前記画像処理部は、被写体の特定部位におけるX線の位相の変化量に基づいて、コントラスト生成に相対的に強く寄与する格子の周期方向における複数の相対位置を選択して、前記複数の相対位置に前記複数の格子を配置して撮影された画像から、前記特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている、X線位相コントラスト撮影装置。
An X-ray source;
A detector for detecting X-rays emitted from the X-ray source;
A first grating that is disposed between the X-ray source and the detector and is irradiated with X-rays from the X-ray source, and a second grating that is irradiated with the X-rays that have passed through the first grating. A plurality of grids including,
An image processing unit that generates an X-ray phase contrast image from an X-ray intensity distribution detected by the detector;
The image processing unit selects a plurality of relative positions in a periodic direction of a grating that contributes relatively strongly to contrast generation based on a change amount of an X-ray phase in a specific part of a subject, and the plurality of relative positions An X-ray phase contrast imaging apparatus configured to generate an X-ray phase contrast image in which the specific portion is emphasized from an image captured by arranging the plurality of gratings on the X-ray phase contrast image.
前記画像処理部は、前記X線の位相の変化量に基づき選択された前記コントラストに相対的に強く寄与する位置に、前記複数の格子の少なくともいずれかを格子の周期方向に非等間隔に走査させて撮影した画像から、前記特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている、請求項1に記載のX線位相コントラスト撮影装置。   The image processing unit scans at least one of the plurality of gratings at non-uniform intervals in the periodic direction of the grating at a position relatively contributing to the contrast selected based on the amount of change in the phase of the X-ray. The X-ray phase contrast imaging apparatus according to claim 1, wherein the X-ray phase contrast imaging apparatus is configured to generate an X-ray phase contrast image in which the specific part is emphasized from an image photographed in this manner. 前記画像処理部は、前記特定部位のX線の変化量に基づいて定められたコントラスト生成のための基準となる位相から、前記複数の格子の少なくともいずれかを所定位相分非等間隔に走査して撮影された複数の画像から、前記特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている、請求項2に記載のX線位相コントラスト撮影装置。   The image processing unit scans at least one of the plurality of gratings at unequal intervals by a predetermined phase from a phase serving as a reference for generating a contrast determined based on a change amount of X-rays at the specific part. The X-ray phase contrast imaging apparatus according to claim 2, wherein the X-ray phase contrast imaging apparatus is configured to generate an X-ray phase contrast image in which the specific part is emphasized from a plurality of images captured in this manner. 前記基準となる位相は、前記X線の強度分布から得られる強度信号曲線の周期と、前記特定部位のX線の位相の変化量とによって決定される、請求項3に記載のX線位相コントラスト撮影装置。   4. The X-ray phase contrast according to claim 3, wherein the reference phase is determined by a period of an intensity signal curve obtained from the X-ray intensity distribution and a change amount of an X-ray phase of the specific part. Shooting device. 前記所定位相は、前記基準となる位相の近傍から、前記強度信号曲線の周期の1/8未満の範囲に設定される、請求項4に記載のX線位相コントラスト撮影装置。   The X-ray phase contrast imaging apparatus according to claim 4, wherein the predetermined phase is set in a range less than 1/8 of a period of the intensity signal curve from the vicinity of the reference phase. 前記複数の格子は、前記X線の位相の変化量に基づいて前記基準となる位相を決定し、前記基準となる位相から前記所定位相分走査させた複数の相対位置に配置される、請求項3または4に記載のX線位相コントラスト撮影装置。   The plurality of gratings are arranged at a plurality of relative positions obtained by determining the reference phase based on the amount of change in the phase of the X-ray and scanning the predetermined phase from the reference phase. The X-ray phase contrast imaging apparatus according to 3 or 4. 前記画像処理部は、前記複数の格子のいずれかを走査させて撮影した複数の画像の中から、前記基準となる位相から前記所定位相分走査した位置で撮影された複数の画像を選択するように構成されている、請求項3に記載のX線位相コントラスト撮影装置。   The image processing unit selects a plurality of images photographed at a position scanned by the predetermined phase from the reference phase from a plurality of images photographed by scanning any of the plurality of grids. The X-ray phase-contrast imaging apparatus according to claim 3, which is configured as follows. 前記画像処理部は、以下の式(1)〜(4)を定義した場合、以下の式(5)〜(7)を用いて前記特定部位を強調したX線位相コントラスト画像を生成するように構成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載のX線位相コントラスト撮影装置。
Figure 2018102565
ここで、
n:干渉縞の各周波数成分の量;
k:画素値の変化を表す信号曲線の所定点;
M:所定点の総数;
I(x、y):被写体を配置した場合における所定点の強度信号値;
OK(x、y):被写体を配置しない場合における所定点の強度信号値;
x、y:前記第2格子におけるX線の照射軸方向に直交する面内の座標位置;
Θk:前記強度信号曲線の所定点の位相;
Figure 2018102565
ここで、
1:前記第1格子の周期;
0:前記第1格子と前記第2格子との距離;
である。
When the following expressions (1) to (4) are defined, the image processing unit generates an X-ray phase contrast image in which the specific portion is emphasized using the following expressions (5) to (7). The X-ray phase contrast imaging device according to claim 1, which is configured.
Figure 2018102565
here,
a n : amount of each frequency component of interference fringes;
k: a predetermined point of a signal curve representing a change in pixel value;
M: total number of predetermined points;
I (x, y): intensity signal value at a predetermined point when the subject is arranged;
I OK (x, y): intensity signal value at a predetermined point when no subject is arranged;
x, y: coordinate position in a plane perpendicular to the irradiation axis direction of X-rays in the second grating;
Θ k : phase of a predetermined point of the intensity signal curve;
Figure 2018102565
here,
d 1 : period of the first grating;
z 0 : distance between the first grating and the second grating;
It is.
前記複数の相対位置は、式(5)のarg[S(x,y)]の符号と、arg[S0(x,y)]の符号とが反対になる位置、または、式(7)のS0(x,y)が極小値となる位置に決定される、請求項1に記載のX線位相コントラスト撮影装置。 The plurality of relative positions are positions where the sign of arg [S (x, y)] in Expression (5) is opposite to the sign of arg [S 0 (x, y)], or Expression (7) The X-ray phase-contrast imaging apparatus according to claim 1, wherein S 0 (x, y) is determined to be a position where the local minimum value is obtained. 前記複数の格子は、前記X線源と前記第1格子との間に配置された第3格子をさらに含んでいる、請求項1〜9のいずれか1項に記載のX線位相コントラスト撮影装置。   The X-ray phase contrast imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of gratings further include a third grating disposed between the X-ray source and the first grating. .
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