WO2019111505A1 - Phase-contrast x-ray imaging system - Google Patents
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- G01N23/041—Phase-contrast imaging, e.g. using grating interferometers
Definitions
- the present invention relates to an X-ray phase-contrast imaging system, and more particularly to acquisition of misalignment of a grating of an X-ray phase-contrast imaging apparatus for imaging using a plurality of gratings and adjustment of the grating position.
- X-ray phase contrast imaging systems are known. Such an X-ray phase contrast imaging system is disclosed, for example, in WO 2014/030115.
- WO 2014/030115 discloses an X-ray phase contrast imaging system for imaging a phase contrast image by detecting interference fringes generated by translating a source grating.
- An X-ray phase-contrast imaging system disclosed in WO 2014/030115 comprises an X-ray phase-contrast imaging device including an X-ray source, a source grating, a phase grating, an absorption grating, and a detector. Including.
- This X-ray phase difference imaging apparatus is a so-called Talbot-Lau interferometer.
- the X-ray phase difference imaging system disclosed in Patent Document 1 acquires a translation signal for translating the source grating so that the interference fringes have a predetermined period, and the source grating is obtained based on the acquired translation signal.
- the X-ray phase difference imaging system disclosed in Patent Document 1 acquires a translation signal for translating the source grating so that the interference fringes have a predetermined period, and the source grating is obtained based on the acquired translation signal.
- the X-ray phase difference imaging system disclosed in Patent Document 1 acquires a translation signal for translating the source grating so that the interference fringes have a predetermined period, and the source grating is obtained based on the acquired translation signal.
- the Talbot-Lau interferometer X-rays that have passed through the source grating are irradiated to the phase grating.
- the irradiated X-rays are diffracted when passing through the phase grating, and form a self-image of the phase grating at a position separated by a predetermined distance (talbot distance).
- the period of the self-image of the formed phase grating is so small that it can not be detected by a general purpose detector. Therefore, in the Talbot-Lau interferometer, an absorption grating is disposed at a position where a self-image of the phase grating is formed, and an interference pattern that can be detected by a general-purpose detector is formed.
- slight changes in the self-image are detected by performing multiple imaging (fringe scanning imaging) while translating any one of the gratings in the periodic direction of the grating, and a phase contrast image is obtained. You can get
- unintended interference fringes occur when the relative position between the phase grating and the absorption grating deviates from the designed position.
- an artifact (virtual image) is generated in the captured image due to the unintended interference fringes.
- “unintended interference fringes” refers to interference fringes that occur in a state in which a subject is not disposed and that are caused by a shift in the relative position between the phase grating and the absorption grating.
- artifact (virtual image) refers to the disturbance of the phase contrast image or the deterioration of the image quality of the phase contrast image, which is caused by unintended interference fringes.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an X-ray phase difference imaging system capable of easily maintaining the same imaging conditions without updating air data. It is.
- an x-ray phase contrast imaging system comprises an x-ray source, an x-ray detector for detecting irradiated x-rays, an x-ray source and an x-ray detector And a plurality of lattice sections including a first lattice section for transmitting X-rays between them and a second lattice section for causing interference with the self-image of the first lattice section, and the lattice sections at a constant interval And an image processing unit that generates a contrast image based on an X-ray image acquired from an X-ray detector, and a control unit that acquires positional deviation of the lattice unit, and
- the unit and the second grid unit include a shooting area unit for shooting an object, and a detection area unit other than the shooting area unit, and at least one of the first grid unit and the second grid unit is a shooting unit.
- the slit pattern is different from the area section, and the control section Positional displacement of the grating in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector, positional deviation of the grating in the direction orthogonal to the slits of the grating, or light It is configured to acquire at least one of the positional deviations of the grid portion due to the rotation around the axis.
- the X-ray phase difference imaging system in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector based on the interference fringes of the X-ray image in the detection area. At least one of positional deviation of the lattice part, positional deviation of the lattice part in a direction orthogonal to the slits of the lattice part, or positional deviation of the lattice part due to rotation around the optical axis is obtained . With such a configuration, it is possible to obtain positional deviation based on interference fringes generated by interference between the detection area section of the first lattice section and the detection area section of the second lattice section.
- the user can easily acquire positional deviation of the grid (change in imaging condition) by generating interference fringes by normal imaging without reacquiring air data. That is, by analyzing the change in the phase and period of the interference fringes, it is possible to obtain the positional deviation of the grid that has occurred from the time of air data shooting to the time of sample data shooting. As a result, since it becomes possible to adjust the positional deviation of the grid based on the acquired positional deviation, the same imaging condition can be easily maintained without updating the air data.
- the control unit is configured to acquire a phase shift and a cycle shift of the interference fringes based on an image after Fourier transformation of the interference fringes of the X-ray image. ing.
- the position of the primary peak appearing in the image after Fourier transform is different. That is, based on the change in the position of the primary peak of the image after Fourier transform, it is possible to acquire the phase shift and the cycle shift of the interference fringes.
- the user can acquire positional deviation of the lattice portion from the acquired image after Fourier transform.
- it is possible to adjust the positional deviation of the grid based on the acquired positional deviation it is possible to maintain the same imaging conditions as when the air data is acquired first.
- the control unit performs, based on an image after Fourier transform of interference fringes of the X-ray image, a direction perpendicular to the slit direction and a direction parallel to the slit direction.
- Position of the grating in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector from the distance between the zeroth peak and the first peak of It is configured to get.
- the positional deviation of the grating portion in the optical axis direction connecting the X-ray source and the X-ray detector appears as the distance between the zero-order peak and the first-order peak in the X-axis direction.
- the positional deviation of the grating portion due to the rotation around the optical axis appears as the distance in the Y-axis direction between the zero-order peak and the first-order peak after Fourier transform. Therefore, if configured as described above, the user can shift the position of the grating portion in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector from the image after Fourier transformation and the grating portion by rotation around the optical axis Misalignment can be easily obtained.
- the X-ray image of the detection area is Fourier-transformed to cut out the area around the primary peak, the other areas are set to 0, and then moved to the center of the image to perform inverse Fourier transformation.
- the positional deviation of the grating portion in the direction orthogonal to the slits of the grating portion is acquired from the acquired phase distribution.
- the positional deviation in the direction orthogonal to the slits of the grating portion appears as a phase deviation in the result after inverse Fourier transform. Therefore, according to the above configuration, the user can easily acquire positional deviation in the direction orthogonal to the slits of the lattice portion.
- the X-ray phase difference imaging system further comprises a position adjustment mechanism for adjusting the position of the grating section, and the control section determines the position of the grating section based on the acquired positional deviation of the grating section. Is controlled by the position adjusting mechanism.
- the position adjustment mechanism adjusts the position of the grid, the user does not have to perform an operation of adjusting the position of the obtained grid. As a result, since the same imaging conditions can be more easily maintained, the burden on the user can be reduced.
- the position of the grating portion is adjusted based on the obtained positional deviation of the grating every time one or a plurality of X-ray images are generated. It is configured to control the alignment mechanism to do so.
- the same imaging condition can be maintained as accurately as possible by adjusting the position of the grid by the position adjustment mechanism each time the position shift of the grid is acquired.
- the frequency at which the position adjustment mechanism adjusts the position is compared to the case where the position is adjusted each time one sheet is generated. It can be reduced. As a result, it is possible to reduce the time required to adjust the position of the grid while maintaining the imaging conditions in a range that causes no practical problems.
- the detection area portion is provided outside the imaging area portion.
- the slit pattern of the imaging area and the slit pattern of the detection area are separately designed without complicating the slit pattern such as changing a part of the slit pattern in the imaging area. It can be formed. As a result, the user can easily create the first lattice portion and the second lattice portion provided with the detection area portion.
- the detection area portion is provided in the grating area portion. According to this structure, by providing the detection area portion in the imaging area portion, it is not necessary to separate the slit pattern formation area into a plurality of places. As a result, an increase in size of the entire grid can be suppressed.
- the detection area portion is set immediately above the center point of the imaging area.
- the X-rays when provided in the lateral direction of the imaging region (in the direction orthogonal to the slit from the center point), the X-rays are obliquely incident on the slits of the grating section, and the attenuation of the X-rays is caused by hitting the slits. It occurs.
- the X-rays are incident perpendicularly to the slit, and therefore the slit does not hit and attenuation of the X-ray does not occur. Therefore, according to the above configuration, a sufficient amount of X-rays can be detected in the detection area portion, so that it is possible to generate an X-ray image in which interference fringes are clear.
- the detection area of the second grating has a slit pattern different from that of the imaging area, and the detection area of the first grating is the imaging area And the same slit pattern.
- the position at which the imaging area portion of the first lattice portion forms a self-image and the position at which the detection area portion forms a self-image become the same. Therefore, it is not necessary to adjust the distance between the first lattice portion and the second lattice portion so that each of the imaging area portion and the detection area portion forms a self-image.
- the same slit pattern may be formed in the imaging region portion and the detection region portion, so that the first grating portion can be easily formed.
- an X-ray phase difference imaging system capable of easily maintaining the same imaging conditions without updating air data. can do.
- FIG. 1 shows the overall structure of an X-ray phase contrast imaging system according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7 shows an example of a position adjustment mechanism according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of the detection area
- (A) shows an example in the case of providing a detection area part out of an imaging area part.
- (B) shows the example at the time of providing a detection area part in an imaging area part. It is a figure for demonstrating the moire fringe and the image after Fourier transformation which are not intended generate
- FIG. 5 illustrates a phase distribution after inverse Fourier transform according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of an x-ray phase contrast imaging system according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the modification of the detection area part of the X-ray phase difference imaging system by one Embodiment of this invention.
- the X-ray phase difference imaging system 100 is an apparatus for imaging the inside of the subject T using the phase difference of the X-rays passing through the subject T. Further, the X-ray phase difference imaging system 100 is an apparatus for imaging the inside of the subject T by using a Talbot effect.
- the X-ray phase-contrast imaging system 100 can be used, for example, for imaging the inside of a subject T as an object in a nondestructive inspection application. In addition, for example, in medical applications, the X-ray phase difference imaging system 100 can be used for imaging the inside of a subject T as a living body.
- the X-ray phase difference imaging system 100 includes an X-ray source 1, a first grating unit 2, a second grating unit 3, an X-ray detector 4, an image processing unit 5, and a control unit. 6, a position adjusting mechanism 7, and a lattice part moving mechanism 8.
- the direction from the X-ray source 1 toward the first grating portion 2 is the Z2 direction
- the opposite direction is the Z1 direction
- the Z1 direction and the Z2 direction are collectively the Z axis direction.
- the direction from the back side to the front side in the drawing is orthogonal to the Z axis, the Y1 direction and the opposite direction to the Y2 direction, and the Y1 direction and the Y2 direction are collectively referred to as the Y axis direction.
- the upper direction in the drawing is the X1 direction
- the lower direction in the drawing is the X2 direction
- the X1 direction and the X2 direction are collectively referred to as the X axis direction.
- slits are formed in the Y-axis direction.
- the X-axis direction is an example of the “direction orthogonal to the direction of the slits of the grating” in the claims.
- the Z-axis direction is an example of the “optical axis direction connecting the X-ray source and the X-ray detector” in the claims.
- the X-ray source 1 is configured to generate X-rays by applying a high voltage and to irradiate the generated X-rays in the Z1 direction.
- the first grating section 2 has a plurality of slits 2a arranged in a predetermined cycle (pitch) d1 in the X-axis direction, and an X-ray phase change section 2b.
- Each of the slits 2a and the X-ray phase change portion 2b is formed to extend linearly. Further, each slit 2a and the X-ray phase change portion 2b are formed to extend in parallel with each other.
- the first grating section 2 is a so-called phase grating.
- the first grating unit 2 is disposed between the X-ray source 1 and the second grating unit 3, and X-rays are emitted from the X-ray source 1.
- the first grating portion 2 is provided to form a self-image (not shown) of the first grating portion 2 by the Talbot effect.
- Talbot distance a predetermined distance from the grid. This is called Talbot effect.
- the second grating section 3 has a plurality of X-ray transmitting sections 3a and X-ray absorbing sections 3b arranged in the X axis direction at a predetermined period (pitch) d2.
- Each of the X-ray transmitting parts 3a and the X-ray absorbing parts 3b is formed to extend in a straight line. Further, each of the X-ray transmitting parts 3a and the X-ray absorbing parts 3b is formed to extend in parallel.
- the second grating section 3 is a so-called absorption grating.
- the first grating portion 2 and the second grating portion 3 are gratings having different roles, but the slit 2a and the X-ray transmitting portion 3a transmit X-rays. Further, the X-ray absorbing portion 3b plays a role of shielding the X-ray, and the X-ray phase change portion 2b changes the phase of the X-ray due to the difference in refractive index with the slit 2
- the second grating unit 3 is disposed between the first grating unit 2 and the X-ray detector 4, and the X-rays that have passed through the first grating unit 2 are irradiated.
- the second grid portion 3 is disposed at a position separated from the first grid portion 2 by the Talbot distance. The second grating 3 interferes with the self-image of the first grating 2 to form interference fringes (not shown) on the detection surface of the X-ray detector 4.
- the first grating unit 2 and the second grating unit 3 are provided as a plurality of gratings, and the first grating unit 1 in the Z2 direction from the X-ray source 1 to the X-ray detector 4
- the lattice portion 2 and the second lattice portion 3 are arranged in this order.
- the first lattice unit 2 and the second lattice unit 3 include an imaging area unit 10 for imaging the subject T, and a detection area unit 9 other than the imaging area unit 10.
- the detection area unit 9 is a place where a pixel value for acquiring positional deviation is acquired.
- the detection area part 9 is provided in each of the first lattice part 2 and the second lattice part 3 (see FIG. 1).
- FIG. 3 is a view of the first grating section 2 in the Z2 direction from the X-ray source 1 to the second grating section 3.
- the detection area unit 9 and the imaging area unit 10 are provided on the same substrate (see FIG. 3).
- the detection area unit 9 may be provided in the imaging area unit 10, but is provided separately from the imaging area unit 10. At least one detection area unit 9 of the first lattice unit 2 or the second lattice unit 3 has a lattice arrangement pattern different from that of the imaging area unit 10.
- the slit pattern of the detection area 9 of the first grating 2 is different from the slit pattern of the detection area 9 of the second grating 3 in order to form interference fringes.
- the detection area unit 9 of the second grid unit 3 has a slit pattern different from that of the imaging area unit 10, and the detection area unit 9 of the first lattice unit 2 has the same slit pattern as the imaging area unit 10.
- FIG. 3A shows an example in which the arrangement pitch of the slits of the grating is changed.
- FIG. 3B shows an example in which the slit pattern of the grating is changed.
- FIG. 3A shows an example in which the detection area unit 9 is provided outside the lattice area of the imaging area unit 10.
- 3B shows an example in which the detection area unit 9 is provided in the lattice area of the imaging area unit 10.
- the position shift due to the rotation becomes larger as it goes away from the center of the imaging area 10 of the lattice section, and detection becomes easier. Therefore, the detection area 9 is provided away from the center of the imaging area 10.
- the detection area unit 9 is provided at one point immediately above the center point of the imaging area unit 10 of the lattice unit. That is, one point is provided in the Y1 direction from the center point of the imaging area unit 10.
- the attenuation of the X-ray occurs due to the aspect ratio of the depth and the width of the slit of the grating section.
- setting the position just above the center point makes X-ray incidence perpendicular to the slit, so that attenuation of the X-ray hardly occurs.
- the detection area section 9 is widely provided.
- the detection area unit 9 may be provided at two places above and below the center point of the imaging area unit 10, and is provided at a total of four places in the upper, lower, left and right.
- the X-ray detector 4 is configured to detect an X-ray, convert the detected X-ray into an electric signal, and read the converted electric signal as an image signal.
- the X-ray detector 4 is, for example, an FPD (Flat Panel Detector).
- the X-ray detector 4 is composed of a plurality of conversion elements (not shown) and pixel electrodes (not shown) disposed on the plurality of conversion elements. The plurality of conversion elements and the pixel electrodes are arrayed in the X direction and the Y direction at a predetermined period (pixel pitch).
- the X-ray detector 4 is configured to output the acquired image signal to the image processing unit 5.
- the image processing unit 5 generates a contrast image based on the X-ray image acquired from the X-ray detector 4. Interference fringes are formed on the acquired X-ray image.
- the control unit 6 shifts the position of the lattice unit in the optical axis direction (Z-axis direction) connecting the X-ray source 1 and the X-ray detector 4 At least one positional deviation of the positional deviation of the lattice part in the direction (X-axis direction) orthogonal to the slit of the part or the positional deviation of the lattice part due to rotation around the optical axis (Rz) is acquired.
- the control unit 6 acquires the phase shift and the cycle shift of the interference pattern based on the image 11 after Fourier transform of the interference pattern of the X-ray image. Based on the image 11 after Fourier transform of the interference fringes of the X-ray image, the control unit 6 has zero-order peaks in a direction (X-axis direction) orthogonal to the slit direction and in a direction (Y-axis direction) parallel to the slit direction. Positional deviation of the grating portion in the optical axis direction (Z-axis direction) connecting the X-ray source 1 and the X-ray detector 4 from the distance between 12 and the primary peak 13 and around the optical axis (Rz) The positional deviation of the grid part by rotation is acquired.
- the control unit 6 is configured to control the position adjusting mechanism 7 to adjust the position of the grid based on the position shift of the obtained grid every time one X-ray image is generated or a plurality of X-ray images are generated. ing.
- the user sets the frequency of position adjustment in the control unit 6 based on the frequency of occurrence of grid misalignment or the like.
- the position adjustment mechanism 7 includes a base 70, a stage support 71, a stage 72 on which a grid is placed, a first drive 73, a second drive 74, and a third drive. 75, a fourth drive unit 76, and a fifth drive unit 77.
- the first drive unit 73 to the fifth drive unit 77 each include, for example, a motor and the like.
- the stage 72 is configured by a connecting portion 72a, a rotating portion 72b around the Z-axis direction, and a rotating portion 72c around the X-axis direction.
- the first drive unit 73, the second drive unit 74, and the third drive unit 75 are respectively provided on the upper surface of the base unit 70.
- the first drive unit 73 is configured to reciprocate the stage support unit 71 in the Z direction.
- the second drive unit 74 is configured to rotate the stage support unit 71 around the Y-axis direction.
- the third drive unit 75 is configured to reciprocate the stage support unit 71 in the X-axis direction.
- the stage support portion 71 is connected to the connecting portion 72 a of the stage 72, and the stage 72 also moves with the movement of the stage support portion 71.
- the fourth drive unit 76 is configured to reciprocate the rotation unit 72b around the Z-axis direction in the X direction.
- a bottom surface of the rotation portion 72b in the Z-axis direction is formed in a convex curved shape toward the connection portion 72a, and by reciprocating in the X direction, the stage 72 is rotated about the Z-axis direction. It is configured.
- the fifth drive unit 77 is configured to reciprocate the rotation unit 72c around the X-axis direction in the Z-axis direction.
- the bottom surface of the rotation portion 72c around the X axis direction is formed in a convex curved shape toward the rotation portion 72b around the Z axis direction, and the stage 72 can be reciprocated in the Z axis direction. It is configured to pivot on the
- the position adjustment mechanism 7 is configured to be able to adjust the grating in the Z-axis direction by the first drive unit 73. Further, the position adjustment mechanism 7 is configured to be able to adjust the grating in the rotational direction (Ry direction) around the Y-axis direction by the second drive unit 74. The position adjustment mechanism 7 is configured to be able to adjust the grid in the X-axis direction by the third drive unit 75. Further, the position adjustment mechanism 7 is configured to be able to adjust the grating in the rotation direction (Rz direction) around the Z-axis direction by the fourth drive unit 76.
- the position adjustment mechanism 7 is configured to be able to adjust the grating in the rotation direction (Rx direction) around the X-axis direction by the fifth drive unit 77. Reciprocation in each axial direction is, for example, several mm, respectively. Further, the pivotable angles of the rotation direction Rx around the X axis direction, the rotation direction Ry around the Y axis direction, and the rotation direction Rz around the Z axis direction are, for example, several degrees, respectively.
- the position adjustment mechanism 7 is connected to at least one of the first grating unit 2 and the second grating unit 3.
- the grid unit moving mechanism 8 is configured to step-move the first grid unit 2 in the grid plane (in the XY plane) in the direction (X-axis direction) orthogonal to the grid direction based on the signal from the control unit 6 It is done. Specifically, the grid unit moving mechanism 8 divides the period d2 of the second grid unit 3 into n, and moves the second grid unit 3 in steps of d2 / n.
- n is a positive integer.
- the lattice part moving mechanism 8 includes, for example, a stepping motor, a piezo actuator, and the like.
- the control unit 6 performs fast Fourier transform (FFT) on the X-ray image generated by the image processing unit 5.
- FFT fast Fourier transform
- the rotational deviation in the Rz direction is configured to be acquired.
- the X-ray phase difference imaging system 100 arranges the first grating 2 and the second grating 3 such that the distance in the Z direction between the first grating 2 and the second grating 3 is the Talbot distance.
- the slit patterns of the gratings of the first grating section 2 and the second grating section 3 are different, interference fringes are observed.
- the period of the self-image of the first grating portion 2 changes.
- the period of the interference fringes becomes finer.
- the 0th order peak 12 and the 1st order peak are separated as the first lattice portion 2 is separated from the normal position (the position where the distance between the first lattice portion 2 and the second lattice portion 3 is the Talbot distance). The distance dx between 13 and 13 increases.
- FIG. 5 is an example of the enlarged view of the image 11 after Fourier transform in the case where positional deviation in the optical axis direction (Z-axis direction) of the first grating portion 2 occurs.
- dx is the distance in the X direction between the zero-order peak 12 and the first-order peak 13;
- the control unit 6 obtains positional deviation of the first grating unit 2 or the second grating unit 3 in the Z direction based on the distance dx between the zero-order peak 12 and the first-order peak 13 Is configured.
- the control unit 6 cuts out the peripheral region of the primary peak 13 of the image obtained by subjecting the interference fringes of the X-ray image to fast Fourier transform (FFT), and sets the other regions to 0. , And further inverse Fourier fast transform (IFFT) to show the obtained phase distribution 14.
- FFT fast Fourier transform
- IFFT inverse Fourier fast transform
- the distribution of the phases of the formed interference fringes appears in the phase distribution 14. For example, when a positional deviation of a half cycle occurs in the lattice, the phase distribution 14 has a pixel value brighter by ⁇ than the phase distribution 14 of the sample image.
- the control unit 6 obtains pixel values from the phase distribution 14 and obtains displacement in the X-axis direction.
- the user acquires air data to be photographed without arranging the subject T, and at the same time acquires a value (initial value) in a state where no deviation occurs as a reference for acquiring a positional deviation.
- the X-ray phase difference imaging system 100 applies X-rays from the X-ray source 1 to the detection area unit 9 and the imaging area unit 10.
- step S ⁇ b> 2 the X-ray detector 4 acquires an X-ray image in which interference fringes are formed in the detection area portion 9.
- step S3 the control unit 6 Fourier-transforms the acquired X-ray image. Then, a zero-order peak 12 and a first-order peak 13 appear in the image 11 after Fourier transform.
- step S4 the distance in the X-axis direction between the zero-order peak 12 and the primary peak 13 and the distance in the y-axis direction are acquired.
- the initial value of the distance in the X-axis direction between the zero-order peak 12 and the first-order peak 13 appearing in the image 11 after Fourier transform is dx '
- the y-axis direction between the zero-order peak 12 and the first-order peak 13 Let dy 'be the initial value of the distance of.
- step S5 the area around the primary peak 13 is cut out, the other areas are set to 0, and the image is moved to the center. Then, in step S6, inverse Fourier transform is performed with the primary peak 13 at the center of the image. Then, the phase distribution 14 can be acquired. As shown in FIG. 8, in the phase distribution 14, a distribution of phases of the formed interference fringes appears.
- Step S7 obtains pixel values from a plurality of locations of the phase distribution 14 and obtains an average ⁇ ′ of the phase values. The average of the phase values acquired as the initial value is assumed to be ⁇ '. Through the above steps, the initial value is obtained.
- step S8 the user arranges the subject T and acquires a sample image to be photographed, and at the same time acquires positional deviation.
- the X-ray phase difference imaging system 100 applies X-rays from the X-ray source 1 to the detection area unit 9 and the imaging area unit 10.
- step S ⁇ b> 9 the X-ray detector 4 acquires an X-ray image in which interference fringes are formed in the detection area portion 9.
- step S10 the control unit 6 Fourier-transforms the acquired X-ray image. Then, a zero-order peak 12 and a first-order peak 13 appear in the image 11 after Fourier transform.
- step S11 the distance dx in the X-axis direction between the zero-order peak 12 and the primary peak 13 and the distance dy in the y-axis direction (see FIGS. 5 and 7) are acquired.
- step S12 the area around the primary peak 13 is cut out, the other areas are set to 0, and the image is moved to the center. Then, in step S13, inverse Fourier transform is performed with the primary peak 13 at the center of the image. Then, the phase distribution 14 can be acquired. As shown in FIG. 8, in the phase distribution 14, a distribution of phases of the formed interference fringes appears.
- a step S14 acquires pixel values from a plurality of locations of the phase distribution 14, and acquires an average value ⁇ .
- Positional displacement [Delta] X 1 in the X-axis direction, positional displacement [Delta] Z 1 and the optical axis (Rz) positional deviation DerutaRz 1 by rotation about the optical axis (Z-axis) is determined by Equation (1) below.
- p 1 and p 2 represent the period of the lattice, and the unit is m.
- s x and s y represent the image size of the detection area unit 9.
- ⁇ ⁇ ′ ⁇ .
- R 1 is the distance between the gratings
- D represents the distance from the center of the imaging region 10 to the detection region 9, the unit is m.
- ⁇ d x d x '-d x
- step S16 the position adjustment mechanism 7 corrects the position of the grid based on the acquired positional deviation.
- the first grating portion 2 provided between the X-ray source 1 and the X-ray detector 4 for forming a self-image;
- a plurality of lattice units including the second lattice unit 3 for causing interference with the self-image of the one lattice unit 2, a lattice unit moving mechanism 8 for moving the lattice units at constant intervals, and control for acquiring positional deviation of the lattice units
- the first lattice unit 2 and the second lattice unit 3 include a photographing area unit 10 for photographing the subject T, and a detection area unit 9 other than the photographing area unit 10, and the first lattice unit 2 is provided.
- At least one detection area section 9 of the second grid section 3 has a slit pattern different from that of the imaging area section 10, and the control section 6 determines X based on the interference fringes of the X-ray image in the detection area section 9.
- Misalignment of the grating in the direction of the optical axis connecting the radiation source 1 and the X-ray detector 4 Position of the grating portion in a direction perpendicular to the bets deviation, or is configured to obtain at least one of the displacement of the positional deviation of the grating portion by rotation of the optical axis.
- the user can easily acquire positional deviation of the grid (change in imaging condition) by generating interference fringes by normal imaging without reacquiring air data. That is, by analyzing the change in the phase and period of the interference fringes, it is possible to obtain the positional deviation of the grid that has occurred from the time of air data shooting to the time of sample data shooting. As a result, since it becomes possible to adjust the positional deviation of the grid based on the acquired positional deviation, the same imaging condition can be easily maintained without updating the air data.
- control unit 6 is configured to acquire the phase shift and the cycle shift of the interference fringes based on the image 11 after Fourier transform of the interference fringes of the X-ray image.
- the position of the primary peak 13 appearing in the image 11 after Fourier transform is different. That is, based on the position of the primary peak 13 of the image 11 after Fourier transform, it is possible to acquire the phase shift and the cycle shift of the interference fringes.
- the user can acquire the positional deviation of the lattice portion from the acquired image 11 after Fourier transform.
- it is possible to adjust the positional deviation of the grid based on the acquired positional deviation it is possible to maintain the same imaging conditions as when the air data is acquired first.
- the control unit 6 sets the zeroth order peak 12 and the first order peak 13 in the direction orthogonal to the slit direction and in the direction parallel to the slit direction. From the distance between the X-ray source 1 and the X-ray detector 4 in the direction of the optical axis, and the positional deviation of the grating due to rotation around the optical axis. .
- the positional deviation of the grating portion in the optical axis direction connecting the X-ray source 1 and the X-ray detector 4 is the distance between the zero-order peak 12 and the primary peak 13 in the X-axis direction as a result after Fourier transformation.
- positional deviation of the grating portion due to rotation around the optical axis appears as a distance between the zero-order peak 12 and the primary peak 13 after the Fourier transform in the Y-axis direction. Therefore, if configured as described above, the user is able to position the grid portion in the optical axis direction connecting the X-ray source 1 and the X-ray detector 4 from the Fourier transformed image 11 and rotate around the optical axis It is possible to easily obtain the positional deviation of the grid part due to
- the X-ray image of the detection area section 9 is subjected to Fourier transform to cut out the area around the primary peak 13 and the other areas are set to 0, and then moved to the center of the image to perform inverse Fourier transform.
- the positional deviation of the grating portion in the direction orthogonal to the slits of the grating portion is acquired from the acquired phase distribution 14.
- the positional deviation in the direction orthogonal to the slits of the grating portion appears as a phase deviation in the result after inverse Fourier transform. Therefore, if configured as described above, the user can easily acquire positional deviation in the direction orthogonal to the slits of the lattice portion.
- the X-ray phase difference imaging system 100 of the present embodiment further includes a position adjustment mechanism 7 for adjusting the position of the grating unit, and the control unit 6 determines the position of the grating unit based on the acquired positional deviation. Control is performed to adjust the position by the position adjustment mechanism 7.
- the control unit 6 generates a single X-ray image or generates a plurality of X-ray images, based on the acquired positional deviation of the lattice. It is configured to control the position adjustment mechanism 7 so as to adjust the position. By doing this, the same imaging conditions can be maintained as accurately as possible by adjusting the position of the grid by the position adjustment mechanism 7 each time the position shift of the grid is acquired.
- the position adjustment mechanism 7 adjusts the position by adjusting the position of the grid by the position adjustment mechanism 7 each time a plurality of X-ray images are generated, as compared to the case where the position is adjusted each time one sheet is generated. The frequency can be reduced. As a result, it is possible to reduce the time required to adjust the position of the grid while maintaining the imaging conditions in a range that causes no practical problems.
- the detection area unit 9 is provided outside the lattice area.
- the slit pattern of the imaging area unit 10 and the slit pattern of the detection area unit 9 can be obtained without changing the slit pattern of the imaging area unit 10 or making the slit pattern complicated. It can be designed and formed separately. As a result, the user can easily create the first lattice portion 2 and the second lattice portion 3 provided with the detection area portion 9.
- the detection area unit 9 is provided in the imaging area unit 10.
- the detection area unit 9 is set immediately above the center point.
- the X-rays are obliquely incident on the slits of the grating, and the X-rays Attenuation occurs.
- the X-rays are perpendicularly incident on the slit, and thus the slit does not collide with the X-ray attenuation. Therefore, with the above-described configuration, a sufficient amount of X-rays can be detected in the detection area unit 9, and an X-ray image with a clear interference fringe can be generated.
- the detection area 9 of the second grating 3 has a slit pattern different from that of the imaging area 10, and the detection area 9 of the first grating 2 is , Has the same slit pattern as the imaging area unit 10.
- the position where the imaging area unit 10 of the first grid unit 2 forms a self-image and the position where the detection area unit 9 forms a self-image become the same. Therefore, there is no need to adjust the distance between the first grating unit 2 and the second grating unit 3 so that each of the imaging region unit 10 and the detection region unit 9 forms a self-image.
- the same slit pattern may be formed in the imaging area unit 10 and the detection area unit 9 for the first lattice unit 2, the first lattice unit 2 can be easily formed.
- the third grating may be provided between the X-ray source 1 and the first grating section 2.
- the third grating is disposed between the X-ray source 1 and the first grating section 2, and X-rays are emitted from the X-ray source 1.
- the third grating is configured to set the X-rays that have passed through the slits as line light sources corresponding to the positions of the slits.
- the coherence of the X-ray irradiated from the X-ray source 1 can be enhanced by the third grating.
- the freedom of selection of the X-ray source 1 can be improved.
- a threshold may be provided for the pixel value of the detection area unit 9 so that the subject T is not included in the detection area unit 9.
- a threshold it may be configured to change the detection area unit 9 if it is less than the threshold.
- the unit is radians.
- R1 represents the distance between the grids
- D represents the distance from the center of the imaging area 10 to the detection area 9, and the unit is m.
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Abstract
Description
本発明は、X線位相差撮像システムに関し、特に、複数の格子を用いて撮影を行うX線位相差撮影装置の格子の位置ずれの取得および格子の位置調整に関する。 The present invention relates to an X-ray phase-contrast imaging system, and more particularly to acquisition of misalignment of a grating of an X-ray phase-contrast imaging apparatus for imaging using a plurality of gratings and adjustment of the grating position.
従来、X線位相差撮像システムが知られている。そのようなX線位相差撮像システムは、たとえば、国際公開第2014/030115号に開示されている。 Conventionally, X-ray phase contrast imaging systems are known. Such an X-ray phase contrast imaging system is disclosed, for example, in WO 2014/030115.
国際公開第2014/030115号には、ソース格子を並進させて発生させた干渉縞を検出することによって位相コントラスト像を撮像するX線位相差撮像システムが開示されている。国際公開第2014/030115号に開示されているX線位相差撮像システムは、X線源と、ソース格子と、位相格子と、吸収格子と、検出器とを備えたX線位相差撮像装置を含む。このX線位相差撮像装置は、いわゆるタルボ・ロー干渉計である。また、上記特許文献1に開示されているX線位相差撮像システムは、干渉縞が所定の周期となるようにソース格子を並進させる並進信号を取得し、取得された並進信号に基づいてソース格子を並進させることによって位相コントラスト像を撮像するように構成されている。 WO 2014/030115 discloses an X-ray phase contrast imaging system for imaging a phase contrast image by detecting interference fringes generated by translating a source grating. An X-ray phase-contrast imaging system disclosed in WO 2014/030115 comprises an X-ray phase-contrast imaging device including an X-ray source, a source grating, a phase grating, an absorption grating, and a detector. Including. This X-ray phase difference imaging apparatus is a so-called Talbot-Lau interferometer. Further, the X-ray phase difference imaging system disclosed in Patent Document 1 acquires a translation signal for translating the source grating so that the interference fringes have a predetermined period, and the source grating is obtained based on the acquired translation signal. Are configured to capture a phase contrast image by translating.
ここで、タルボ・ロー干渉計では、ソース格子を通過したX線が位相格子に照射される。照射されたX線は、位相格子を通過する際に回析し、所定距離(タルボ距離)離れた位置に位相格子の自己像を形成する。形成された位相格子の自己像の周期は、汎用の検出器では検出することができない程小さいものである。したがって、タルボ・ロー干渉計では、位相格子の自己像が形成される位置に吸収格子を配置し、汎用の検出器でも検出することが可能な干渉縞を形成する。また、タルボ・ロー干渉計では、格子のいずれか1つを格子の周期方向に並進させながら複数回撮影(縞走査撮影)を行うことにより、自己像のわずかな変化を検出し、位相コントラスト像を取得することができる。 Here, in the Talbot-Lau interferometer, X-rays that have passed through the source grating are irradiated to the phase grating. The irradiated X-rays are diffracted when passing through the phase grating, and form a self-image of the phase grating at a position separated by a predetermined distance (talbot distance). The period of the self-image of the formed phase grating is so small that it can not be detected by a general purpose detector. Therefore, in the Talbot-Lau interferometer, an absorption grating is disposed at a position where a self-image of the phase grating is formed, and an interference pattern that can be detected by a general-purpose detector is formed. In the Talbot-Lau interferometer, slight changes in the self-image are detected by performing multiple imaging (fringe scanning imaging) while translating any one of the gratings in the periodic direction of the grating, and a phase contrast image is obtained. You can get
タルボ・ロー干渉計を用いて、位相コントラスト像を取得するためには、被写体なしで撮影した画像(エアデータ)と、被写体を置いて撮影した画像(サンプルデータ)とを撮影する必要がある。このとき、エアデータはサンプルデータと同じ条件下において撮影したものを用いる。そのため、条件が変わらなければ、エアデータは一度取得した後は再度取得する必要はない。 In order to obtain a phase contrast image using a Talbot-Lau interferometer, it is necessary to take an image (air data) taken without a subject and an image (sample data) taken with the subject placed. At this time, the air data is taken under the same conditions as the sample data. Therefore, if the conditions do not change, it is not necessary to acquire air data again after acquiring it once.
国際公開第2014/030115号に記載のタルボ・ロー干渉計では、位相格子と吸収格子との相対位置が設計位置からずれている場合、意図しない干渉縞が発生する。この場合、意図しない干渉縞が検出器によって検出されるため、意図しない干渉縞に起因して、撮像画像にアーティファクト(虚像)が発生するという不都合がある。なお、「意図しない干渉縞」とは、被写体を配置していない状態において発生する、位相格子と吸収格子との相対位置のずれに起因する干渉縞のことである。また、「アーティファクト(虚像)」とは、意図しない干渉縞に起因して発生する、位相コントラスト画像の乱れや位相コントラスト画像の画質の低下のことである。 In the Talbot-Lau interferometer described in WO 2014/030115, unintended interference fringes occur when the relative position between the phase grating and the absorption grating deviates from the designed position. In this case, since the unintended interference fringes are detected by the detector, there is a disadvantage that an artifact (virtual image) is generated in the captured image due to the unintended interference fringes. Note that “unintended interference fringes” refers to interference fringes that occur in a state in which a subject is not disposed and that are caused by a shift in the relative position between the phase grating and the absorption grating. Also, “artifact (virtual image)” refers to the disturbance of the phase contrast image or the deterioration of the image quality of the phase contrast image, which is caused by unintended interference fringes.
しかしながら、格子の位置ずれが生じないように、機械的に抑制することは難しい。そのため、使用者は、同じ撮影条件を維持するために、定期的にエアデータを更新する必要があった。また、仮に自動ステージを用いて自動的にエアデータを更新するような機構を設けたとしても、更新頻度が多いと測定時間がその分増加するため、ユーザーにストレスがかかっていた。 However, it is difficult to mechanically suppress the grid so as not to cause misalignment. Therefore, the user needs to periodically update the air data in order to maintain the same imaging conditions. In addition, even if a mechanism for automatically updating air data using an automatic stage is provided, if the frequency of updating is high, the measurement time is increased accordingly, and thus the user is stressed.
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、エアデータを更新することなく、容易に同じ撮影条件を維持することが可能なX線位相差撮像システムを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an X-ray phase difference imaging system capable of easily maintaining the same imaging conditions without updating air data. It is.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるX線位相差撮像システムは、X線源と、照射されたX線を検出するX線検出器と、X線源とX線検出器との間に設けられたX線を透過させるための第1格子部と、第1格子部の自己像と干渉させるための第2格子部とを含む複数の格子部と、格子部を一定間隔で移動させる格子部移動機構と、X線検出器から取得したX線画像に基づいてコントラスト画像を生成する画像処理部と、格子部の位置ずれを取得する制御部と、を備え、第1格子部および第2格子部は、被写体を撮影する撮影領域部と、撮影領域部以外の検知領域部とを含み、第1格子部および第2格子部のうちの少なくとも1つの検知領域部は、撮影領域部とはスリットパターンが異なり、制御部は、検知領域部におけるX線画像の干渉縞に基づいて、X線源とX線検出器とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれ、格子部のスリットに直交する方向への格子部の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子部の位置ずれのうち少なくとも1つの位置ずれを取得するように構成される。 In order to achieve the above object, an x-ray phase contrast imaging system according to one aspect of the present invention comprises an x-ray source, an x-ray detector for detecting irradiated x-rays, an x-ray source and an x-ray detector And a plurality of lattice sections including a first lattice section for transmitting X-rays between them and a second lattice section for causing interference with the self-image of the first lattice section, and the lattice sections at a constant interval And an image processing unit that generates a contrast image based on an X-ray image acquired from an X-ray detector, and a control unit that acquires positional deviation of the lattice unit, and The unit and the second grid unit include a shooting area unit for shooting an object, and a detection area unit other than the shooting area unit, and at least one of the first grid unit and the second grid unit is a shooting unit. The slit pattern is different from the area section, and the control section Positional displacement of the grating in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector, positional deviation of the grating in the direction orthogonal to the slits of the grating, or light It is configured to acquire at least one of the positional deviations of the grid portion due to the rotation around the axis.
この発明の一の局面におけるX線位相差撮像システムでは、上記のように、検知領域部におけるX線画像の干渉縞に基づいて、X線源とX線検出器とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれ、格子部のスリットに直交する方向への格子部の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子部の位置ずれのうち少なくとも1つの位置ずれを取得するように構成されている。このように構成することにより、第1格子部の検知領域部と第2格子部の検知領域部とが、干渉することにより生成される干渉縞に基づいて位置ずれを取得することができる。その結果、使用者は、エアデータを再取得しなくとも、通常の撮影によって干渉縞を生成させることによって、容易に格子の位置ずれ(撮影条件の変化)を取得できる。すなわち、干渉縞の位相、周期の変化を解析することにより、エアデータ撮影時からサンプルデータ撮影時までに生じた格子の位置ずれを取得できる。その結果、取得した位置ずれに基づいて格子の位置ずれを調整することが可能となるため、エアデータを更新することなく、容易に同じ撮影条件を維持することができる。 In the X-ray phase difference imaging system according to one aspect of the present invention, as described above, in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector based on the interference fringes of the X-ray image in the detection area. At least one of positional deviation of the lattice part, positional deviation of the lattice part in a direction orthogonal to the slits of the lattice part, or positional deviation of the lattice part due to rotation around the optical axis is obtained . With such a configuration, it is possible to obtain positional deviation based on interference fringes generated by interference between the detection area section of the first lattice section and the detection area section of the second lattice section. As a result, the user can easily acquire positional deviation of the grid (change in imaging condition) by generating interference fringes by normal imaging without reacquiring air data. That is, by analyzing the change in the phase and period of the interference fringes, it is possible to obtain the positional deviation of the grid that has occurred from the time of air data shooting to the time of sample data shooting. As a result, since it becomes possible to adjust the positional deviation of the grid based on the acquired positional deviation, the same imaging condition can be easily maintained without updating the air data.
上記一の局面におけるX線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、制御部は、X線画像の干渉縞をフーリエ変換後画像に基づいて、干渉縞の位相ずれおよび周期ずれを取得するように構成されている。ここで、干渉縞の位相ずれおよび周期ずれが生じている場合は、フーリエ変換後画像に現れる1次ピークの位置が異なる。すなわち、フーリエ変換後画像の1次ピークの位置の変化を基にして、干渉縞の位相ずれおよび周期ずれを取得することができる。その結果、上記のように構成すれば、使用者は、取得したフーリエ変換後画像から、格子部の位置ずれを取得することができる。その結果、取得した位置ずれに基づいて格子の位置ずれを調整することが可能となるため、最初にエアデータを取得したときと同じ撮影条件を維持することができる。 In the X-ray phase-contrast imaging system according to the above aspect, preferably, the control unit is configured to acquire a phase shift and a cycle shift of the interference fringes based on an image after Fourier transformation of the interference fringes of the X-ray image. ing. Here, when the phase shift and the cycle shift of the interference fringes occur, the position of the primary peak appearing in the image after Fourier transform is different. That is, based on the change in the position of the primary peak of the image after Fourier transform, it is possible to acquire the phase shift and the cycle shift of the interference fringes. As a result, when configured as described above, the user can acquire positional deviation of the lattice portion from the acquired image after Fourier transform. As a result, since it is possible to adjust the positional deviation of the grid based on the acquired positional deviation, it is possible to maintain the same imaging conditions as when the air data is acquired first.
上記一の局面におけるX線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、制御部は、X線画像の干渉縞をフーリエ変換後画像に基づいて、スリットの向きに直交する方向およびスリットの向きに平行な方向の0次ピークと1次ピークとの間の距離から、X線源とX線検出器とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれ、および光軸回りの回転による格子部の位置ずれを取得するように構成されている。ここで、X線源とX線検出器とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれは、フーリエ変換後の結果の0次ピークと1次ピークとのX軸方向の距離として現れる。また、光軸回りの回転による格子部の位置ずれは、フーリエ変換後の0次ピークと1次ピークとのY軸方向の距離として現れる。そのため、上記のように構成すれば、使用者は、フーリエ変換後画像からX線源とX線検出器とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれ、および光軸回りの回転による格子部の位置ずれを容易に取得することができる。 In the X-ray phase-contrast imaging system according to the above aspect, preferably, the control unit performs, based on an image after Fourier transform of interference fringes of the X-ray image, a direction perpendicular to the slit direction and a direction parallel to the slit direction. Position of the grating in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector from the distance between the zeroth peak and the first peak of It is configured to get. Here, the positional deviation of the grating portion in the optical axis direction connecting the X-ray source and the X-ray detector appears as the distance between the zero-order peak and the first-order peak in the X-axis direction. Further, the positional deviation of the grating portion due to the rotation around the optical axis appears as the distance in the Y-axis direction between the zero-order peak and the first-order peak after Fourier transform. Therefore, if configured as described above, the user can shift the position of the grating portion in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector from the image after Fourier transformation and the grating portion by rotation around the optical axis Misalignment can be easily obtained.
この場合、好ましくは、検知領域部のX線画像をフーリエ変換して1次ピークの周辺領域を切り取り、それ以外の領域を0にした上で画像の中央に移動させ、逆フーリエ変換を行うことによって、取得した位相分布から、格子部のスリットに直交する方向への格子部の位置ずれを取得するように構成されている。ここで、格子部のスリットに直交する方向への位置ずれは、逆フーリエ変換後の結果に位相のずれとして現れる。そのため、上記構成にすれば、使用者は、格子部のスリットに直交する方向の位置ずれを容易に取得することができる。 In this case, preferably, the X-ray image of the detection area is Fourier-transformed to cut out the area around the primary peak, the other areas are set to 0, and then moved to the center of the image to perform inverse Fourier transformation. Thus, the positional deviation of the grating portion in the direction orthogonal to the slits of the grating portion is acquired from the acquired phase distribution. Here, the positional deviation in the direction orthogonal to the slits of the grating portion appears as a phase deviation in the result after inverse Fourier transform. Therefore, according to the above configuration, the user can easily acquire positional deviation in the direction orthogonal to the slits of the lattice portion.
上記一の局面におけるX線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、格子部の位置を調整するための位置調整機構をさらに備え、制御部は、取得した格子部の位置ずれに基づき、格子部の位置を位置調整機構により調整する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、位置調整機構により格子の位置の調整が行われるため、使用者は、取得した格子の位置を調整する作業を行なう必要がない。その結果、より容易に同じ撮影条件を維持することができるので、使用者の負担を軽減することができる。 Preferably, the X-ray phase difference imaging system according to the above aspect further comprises a position adjustment mechanism for adjusting the position of the grating section, and the control section determines the position of the grating section based on the acquired positional deviation of the grating section. Is controlled by the position adjusting mechanism. According to this structure, since the position adjustment mechanism adjusts the position of the grid, the user does not have to perform an operation of adjusting the position of the obtained grid. As a result, since the same imaging conditions can be more easily maintained, the burden on the user can be reduced.
上記一の局面におけるX線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、X線画像を1枚生成するごとまたは複数枚生成するごとに、取得した格子の位置ずれに基づいて、格子部の位置の調整を行うように位置調整機構を制御するように構成されている。このように構成すれば、格子の位置ずれを取得するたびに位置調整機構によって格子の位置を調整することにより、極力正確に、同一の撮影条件を維持することができる。また、X線画像を複数枚生成するごとに位置調整機構によって格子の位置を調整することにより、1枚生成するごとに位置を調整する場合に比べて、位置調整機構が位置を調整する頻度を少なくすることができる。その結果、実用上問題ない範囲で撮影条件を維持しつつ、格子の位置調整にかかる時間が少なくすることができる。 In the X-ray phase-contrast imaging system according to the above aspect, preferably, the position of the grating portion is adjusted based on the obtained positional deviation of the grating every time one or a plurality of X-ray images are generated. It is configured to control the alignment mechanism to do so. According to this structure, the same imaging condition can be maintained as accurately as possible by adjusting the position of the grid by the position adjustment mechanism each time the position shift of the grid is acquired. In addition, by adjusting the position of the grid by the position adjustment mechanism each time a plurality of X-ray images are generated, the frequency at which the position adjustment mechanism adjusts the position is compared to the case where the position is adjusted each time one sheet is generated. It can be reduced. As a result, it is possible to reduce the time required to adjust the position of the grid while maintaining the imaging conditions in a range that causes no practical problems.
上記一の局面におけるX線位相差撮像システムにおいて、検知領域部は、撮影領域部外に設けられている。このように構成すれば、撮影領域部内の一部のスリットパターンを変更するなど、スリットパターンを複雑にすることなく、撮影領域部のスリットパターンと、検知領域部のスリットパターンとを別々に設計および形成することができる。その結果、使用者は、検知領域部を設けた第1格子部および第2格子部を容易に作成することができる。 In the X-ray phase difference imaging system according to the first aspect, the detection area portion is provided outside the imaging area portion. According to this structure, the slit pattern of the imaging area and the slit pattern of the detection area are separately designed without complicating the slit pattern such as changing a part of the slit pattern in the imaging area. It can be formed. As a result, the user can easily create the first lattice portion and the second lattice portion provided with the detection area portion.
上記一の局面におけるX線位相差撮像システムにおいて、検知領域部は、格子領域部内に設けられている。このように構成すれば、撮影領域部中に検知領域部を設けることにより、スリットパターンの形成領域を、複数箇所に分離する必要が無い。その結果、全体の格子サイズが大型化することを抑制することができる。 In the X-ray phase contrast imaging system according to the above aspect, the detection area portion is provided in the grating area portion. According to this structure, by providing the detection area portion in the imaging area portion, it is not necessary to separate the slit pattern formation area into a plurality of places. As a result, an increase in size of the entire grid can be suppressed.
上記一の局面におけるX線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、検知領域部は、撮影領域の中心点の直上に設定されている。ここで、撮影領域の横(中心点からスリットに直交する方向)に設けた場合、X線が格子部のスリットに対して斜めに入射することになり、スリットにぶつかることでX線の減衰が生じる。しかしながら、中心点の直上に設定した場合、X線がスリットに対して垂直に入射するために、スリットにぶつからずX線の減衰が生じない。そのため、上記構成にすれば、検知領域部において、十分な量のX線を検知することができるため、干渉縞が鮮明なX線画像を生成することができる。 In the X-ray phase contrast imaging system in the above one aspect, preferably, the detection area portion is set immediately above the center point of the imaging area. Here, when provided in the lateral direction of the imaging region (in the direction orthogonal to the slit from the center point), the X-rays are obliquely incident on the slits of the grating section, and the attenuation of the X-rays is caused by hitting the slits. It occurs. However, when set just above the center point, the X-rays are incident perpendicularly to the slit, and therefore the slit does not hit and attenuation of the X-ray does not occur. Therefore, according to the above configuration, a sufficient amount of X-rays can be detected in the detection area portion, so that it is possible to generate an X-ray image in which interference fringes are clear.
上記一の局面におけるX線位相差撮像システムにおいて、好ましくは、第2格子部の検知領域部は、撮影領域部と異なるスリットパターンを有し、第1格子部の検知領域部は、撮影領域部と同じスリットパターンを有している。このような構成にすれば、第1格子部の撮影領域部が自己像を形成する位置と検知領域部が自己像を形成する位置とが同じになる。そのため、撮影領域部および検知領域部の各々が自己像を形成するように、第1格子部と第2格子部との距離を調整する必要が無い。また、第1格子部については、撮影領域部と検知領域部とにおいて同じスリットパターンを形成すればよいため、第1格子部を容易に形成することができる。 In the X-ray phase contrast imaging system according to the above aspect, preferably, the detection area of the second grating has a slit pattern different from that of the imaging area, and the detection area of the first grating is the imaging area And the same slit pattern. With such a configuration, the position at which the imaging area portion of the first lattice portion forms a self-image and the position at which the detection area portion forms a self-image become the same. Therefore, it is not necessary to adjust the distance between the first lattice portion and the second lattice portion so that each of the imaging area portion and the detection area portion forms a self-image. In addition, with regard to the first grating portion, the same slit pattern may be formed in the imaging region portion and the detection region portion, so that the first grating portion can be easily formed.
本発明によれば、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、エアデータを更新することなく、容易に同じ撮影条件を維持することが可能なX線位相差撮像システムを提供することができる。 According to the present invention, there is provided an X-ray phase difference imaging system capable of easily maintaining the same imaging conditions without updating air data. can do.
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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
(X線位相差撮像システムの構成)
図1~図10を参照して、本発明の一実施形態によるX線位相差撮像システム100の構成について説明する。
(Configuration of X-ray phase contrast imaging system)
The configuration of an X-ray phase
X線位相差撮像システム100は、被写体Tを通過したX線の位相差を利用して、被写体Tの内部を画像化する装置である。また、X線位相差撮像システム100は、タルボ(Talbot)効果を利用して、被写体Tの内部を画像化する装置である。X線位相差撮像システム100は、たとえば、非破壊検査用途においては、物体としての被写体Tの内部の画像化に用いることが可能である。また、X線位相差撮像システム100は、たとえば、医療用途においては、生体としての被写体Tの内部の画像化に用いることが可能である。
The X-ray phase
図1に示すように、X線位相差撮像システム100は、X線源1と、第1格子部2と、第2格子部3と、X線検出器4と、画像処理部5、制御部6と、位置調整機構7と、格子部移動機構8とを備えている。なお、本明細書において、X線源1から第1格子部2に向かう方向をZ2方向、その逆方向をZ1方向とし、Z1方向とZ2方向とをまとめてZ軸方向とする。Z軸と直交し、紙面の奥側から手前側に向かう方向をY1方向、その逆方向をY2方向とし、Y1方向とY2方向とをまとめてY軸方向とする。また、紙面上方向をX1方向、紙面下方向をX2方向とし、X1方向とX2方向とをまとめてX軸方向とする。なお、本発明の第1格子部2と第2格子部3はY軸方向にスリットが形成されている。また、X軸方向とは、特許請求の範囲の「格子のスリットの向きに直交する方向」の一例である。さらに、Z軸方向とは、特許請求の範囲の「X線源とX線検出器とを結ぶ光軸方向」の一例である。
As shown in FIG. 1, the X-ray phase
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Z1方向に向けて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 by applying a high voltage and to irradiate the generated X-rays in the Z1 direction.
第1格子部2は、X軸方向に所定の周期(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、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット2aおよびX線位相変化部2bはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第1格子部2は、いわゆる位相格子である。
The first
第1格子部2は、X線源1と、第2格子部3との間に配置されており、X線源1からX線が照射される。第1格子部2は、タルボ効果により、第1格子部2の自己像(図示せず)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。
The first
第2格子部3は、X軸方向に所定の周期(ピッチ)d2で配列される複数のX線透過部3aおよびX線吸収部3bを有する。各X線透過部3aおよびX線吸収部3bはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各X線透過部3aおよびX線吸収部3bはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第2格子部3は、いわゆる、吸収格子である。第1格子部2、第2格子部3はそれぞれ異なる役割を持つ格子であるが、スリット2aおよびX線透過部3aはそれぞれX線を透過させる。また、X線吸収部3bはX線を遮蔽する役割を担っており、X線位相変化部2bはスリット2aとの屈折率の違いによってX線の位相を変化させる。
The second
第2格子部3は、第1格子部2とX線検出器4との間に配置されており、第1格子部2を通過したX線が照射される。また、第2格子部3は、第1格子部2からタルボ距離離れた位置に配置される。第2格子部3は、第1格子部2の自己像と干渉して、X線検出器4の検出表面上に干渉縞(図示せず)を形成する。すなわち、X線位相差撮像システム100では、複数の格子として、第1格子部2および第2格子部3を備えており、X線源1からX線検出器4へ向かうZ2方向において、第1格子部2、第2格子部3の順で配置されている。
The second
第1格子部2および第2格子部3は、被写体Tを撮影する撮影領域部10と、撮影領域部10以外の検知領域部9とを含む。
The
〈検知領域部〉
検知領域部9とは、位置ずれを取得するための画素値を採取する箇所である。検知領域部9は、第1格子部2および第2格子部3にそれぞれ設けられている(図1参照)。図3は、第1格子部2をX線源1から第2格子部3へ向かうZ2方向に見た図である。検知領域部9と、撮影領域部10は同一の基板上に設けられる(図3参照)。検知領域部9は、撮影領域部10内に設けられてもよいが、撮影領域部10と別に設ける。第1格子部2または第2格子部3の少なくとも1つの検知領域部9は、撮影領域部10に対して、格子の配列パターンが異なる。また、第1格子部2の検知領域部9のスリットパターンは、干渉縞を形成するために、第2格子部3の検知領域部9のスリットパターンと異なっている。第2格子部3の検知領域部9は、撮影領域部10と異なるスリットパターンを有し、第1格子部2の検知領域部9は、撮影領域部10と同じスリットパターンを有している。図3Aは、格子のスリットの配列ピッチを変更した例を示す。図3Bは、格子のスリットパターンを変更した例を示す。図3Aは、検知領域部9を撮影領域部10の格子領域外に設けた例を示す。図3Bは、検知領域部9を撮影領域部10の格子領域内設けた例を示す。格子部の撮影領域部10の中心から離れるほど回転による位置ずれが大きくなり、検知が容易になるため、検知領域部9は、撮影領域部10の中心から離して設ける。
<Detection area part>
The
検知領域部9は、格子部の撮影領域部10の中心点から直上に1箇所設けられる。すなわち、撮影領域部10の中心点からY1方向に1箇所設けられる。撮影領域の中心点からスリットに直交する方向へ離れると、X線がスリットに斜めに入射するため、格子部のスリットの深さと幅とのアスペクト比によりX線の減衰が生じる。しかしながら、中心点の直上に設定することにより、X線がスリットに垂直に入射するためX線の減衰が生じにくいからである。位置ずれの取得の精度を上げたい場合、検知領域部9を広く設ける。あるいは、検知領域部9を、撮影領域部10の中心点を挟み、上下の2箇所に設けられてもよく、上下左右の計4箇所に設ける。
The
X線検出器4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。X線検出器4は、たとえば、FPD(Flat Panel Detector)である。X線検出器4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方向にアレイ状に配列されている。また、X線検出器4は、取得した画像信号を、画像処理部5に出力するように構成されている。 The X-ray detector 4 is configured to detect an X-ray, convert the detected X-ray into an electric signal, and read the converted electric signal as an image signal. The X-ray detector 4 is, for example, an FPD (Flat Panel Detector). The X-ray detector 4 is composed of a plurality of conversion elements (not shown) and pixel electrodes (not shown) disposed on the plurality of conversion elements. The plurality of conversion elements and the pixel electrodes are arrayed in the X direction and the Y direction at a predetermined period (pixel pitch). The X-ray detector 4 is configured to output the acquired image signal to the image processing unit 5.
画像処理部5は、X線検出器4から取得したX線画像に基づいてコントラスト画像を生成する。取得したX線画像には干渉縞が形成されている。 The image processing unit 5 generates a contrast image based on the X-ray image acquired from the X-ray detector 4. Interference fringes are formed on the acquired X-ray image.
制御部6は、検知領域部9におけるX線画像の干渉縞に基づいて、X線源1とX線検出器4とを結ぶ光軸方向(Z軸方向)への格子部の位置ずれ、格子部のスリットに直交する方向(X軸方向)への格子部の位置ずれ、または光軸回り(Rz)の回転による格子部の位置ずれのうち少なくとも1つの位置ずれを取得する。
Based on the interference fringes of the X-ray image in the
制御部6は、X線画像の干渉縞をフーリエ変換後画像11に基づいて、干渉縞の位相ずれおよび周期ずれを取得する。制御部6は、X線画像の干渉縞をフーリエ変換後画像11に基づいて、スリットの向きに直交する方向(X軸方向)およびスリットの向きに平行な方向(Y軸方向)の0次ピーク12と1次ピーク13との間の距離から、X線源1とX線検出器4とを結ぶ光軸方向(Z軸方向)への格子部の位置ずれ、および光軸回り(Rz)の回転による格子部の位置ずれを取得する。制御部6は、X線画像を1枚生成する毎または複数枚生成するごとに、取得した格子の位置ずれに基づき、格子の位置を調整するために位置調整機構7を制御するように構成されている。使用者は、格子の位置ずれが起こる頻度などに基づいて、制御部6に位置調整の頻度を設定する。
The control unit 6 acquires the phase shift and the cycle shift of the interference pattern based on the
図2に示すように、位置調整機構7は、基台部70と、ステージ支持部71と、格子を乗せるステージ72と、第1駆動部73と、第2駆動部74と、第3駆動部75と、第4駆動部76と、第5駆動部77とを含む。第1駆動部73~第5駆動部77は、たとえば、それぞれモータなどを含む。また、ステージ72は、連結部72aと、Z軸方向周り回動部72bと、X軸方向周り回動部72cとによって構成されている。
As shown in FIG. 2, the
第1駆動部73、第2駆動部74および第3駆動部75は、それぞれ、基台部70の上面に設けられている。第1駆動部73は、ステージ支持部71をZ方向に往復移動させるように構成されている。また、第2駆動部74は、ステージ支持部71をY軸方向周りに回動させるように構成されている。また、第3駆動部75は、ステージ支持部71をX軸方向に往復移動させるように構成されている。ステージ支持部71は、ステージ72の連結部72aと接続しており、ステージ支持部71の移動に伴って、ステージ72も移動する。
The
また、第4駆動部76は、Z軸方向周り回動部72bをX方向に往復移動させるように構成されている。Z軸方向周り回動部72bは、底面が連結部72aに向けて凸曲面状に形成されており、X方向に往復移動されることにより、ステージ72をZ軸方向周りに回動するように構成されている。また、第5駆動部77は、X軸方向周り回動部72cをZ軸方向に往復移動させるように構成されている。X軸方向周り回動部72cは、底面がZ軸方向周り回動部72bに向けて凸曲面状に形成されており、Z軸方向に往復移動されることにより、ステージ72をX軸方向周りに回動するように構成されている。
The
したがって、位置調整機構7は、第1駆動部73によって、格子をZ軸方向に調整可能に構成されている。また、位置調整機構7は、第2駆動部74によって、格子をY軸方向周りの回転方向(Ry方向)に調整可能に構成されている。また、位置調整機構7は、第3駆動部75によって、格子をX軸方向に調整可能に構成されている。また、位置調整機構7は、第4駆動部76によって、格子をZ軸方向周りの回転方向(Rz方向)に調整可能に構成されている。また、位置調整機構7は、第5駆動部77によって、格子をX軸方向周りの回転方向(Rx方向)に調整可能に構成されている。各軸方向の往復移動は、たとえば、それぞれ数mmである。また、X軸方向周りの回転方向Rx、Y軸方向周りの回転方向RyおよびZ軸方向周りの回転方向Rzの回動可能角度は、たとえば、それぞれ数度である。位置調整機構7は、第1格子部2、第2格子部3の少なくとも1つと接続される。
Therefore, the
格子部移動機構8は、制御部6からの信号に基づいて、第1格子部2を格子面内(XY面内)において格子方向と直交する方向(X軸方向)にステップ移動させるように構成されている。具体的には、格子部移動機構8は、第2格子部3の周期d2をn分割し、d2/nずつ第2格子部3をステップ移動させる。なお、nは正の整数である。また、格子部移動機構8は、たとえば、ステッピングモータやピエゾアクチュエータなどを含む。
The grid
制御部6は、画像処理部5において生成されたX線画像を高速フーリエ変換(FFT)する。 The control unit 6 performs fast Fourier transform (FFT) on the X-ray image generated by the image processing unit 5.
ここで、図4に示すフーリエ変換後画像11において、0次ピーク12と1次ピーク13との間の距離に基づいて、Z方向における第1格子部2または第2格子部3の位置ずれ、Rz方向の回転ずれを取得するように構成されている。
Here, in the image after Fourier transform 11 shown in FIG. 4, based on the distance between the zero-
X線位相差撮像システム100は、第1格子部2と第2格子部3とのZ方向の距離が、タルボ距離となるように第1格子部2および第2格子部3を配置する。実施形態において、第1格子部2と第2格子部3の格子のスリットパターンを異ならしているため、干渉縞が観測される。
The X-ray phase
しかしながら、第1格子部2と第2格子部3とのZ方向の距離がタルボ距離からずれた場合、第1格子部2の自己像の周期が変化する。干渉縞画像において、第1格子部2が正常位置(第1格子部2と第2格子部3との距離がタルボ距離である位置)から離れるにつれて干渉縞の周期が細かくなる。また、フーリエ変換後画像11において、第1格子部2が正常位置(第1格子部2と第2格子部3との距離がタルボ距離である位置)から離れるにつれて0次ピーク12と1次ピーク13との間の距離dxが大きくなる。
However, when the distance in the Z direction between the first
図5は、第1格子部2の光軸方向(Z軸方向)における位置ずれが生じている場合の、フーリエ変換後画像11の拡大図の例である。dxは、0次ピーク12と1次ピーク13との間のX方向の距離である。本実施形態では、制御部6は、0次ピーク12と1次ピーク13との間の距離dxに基づいて、Z方向における第1格子部2または第2格子部3の位置ずれを取得するように構成されている。
FIG. 5 is an example of the enlarged view of the
また、図6に示すように、実施形態において、第1格子部2と第2格子部3の格子のスリットパターンを異ならしているため、干渉縞が観測される。第1格子部2に光軸回り(Rz)の回転によるずれが生じた場合、図6の例に示すように、自己像も傾いて形成されるため、観測される干渉縞は、Y方向に形成される。また、回転による位置ずれが大きくなるにつれて、干渉縞の周期が細かくなり、得られるフーリエ変換後画像11の0次ピーク12と1次ピーク13との間のY方向の距離dyが大きくなる。
Further, as shown in FIG. 6, in the embodiment, since the slit patterns of the gratings of the first
図8は、制御部6が、X線画像の干渉縞を高速フーリエ変換(FFT)して得られた画像の1次ピーク13の周辺領域を切り取り、それ以外の領域を0にした上で画像の中央に移動させ、さらに逆フーリエ高速変換(IFFT)し、得られた位相分布14を示す。位相分布14には形成された干渉縞の位相の分布が現れる。たとえば、格子に半周期の位置ずれが生ずると位相分布14は、サンプル画像の位相分布14に比べてπ分画素値が明るくなる。制御部6は、位相分布14から画素値を取得して、X軸方向のずれを取得する。
In FIG. 8, the control unit 6 cuts out the peripheral region of the
(位置ずれの取得動作)
図9を参照して、本実施形態におけるX線位相差撮像システム100が位置ずれを取得する動作を説明する。本実施形態では、検知領域部9を直上(Y1方向)に1箇所設けた場合を例に説明する。
(Position shift acquisition operation)
The operation of the X-ray phase
まず、使用者は、被写体Tを配置せずに撮影するエアデータを取得すると同時に、位置ずれを取得するための基準となるずれの生じていない状態の値(初期値)を取得する。ステップS1では、X線位相差撮像システム100は、X線源1から、X線を検知領域部9および撮影領域部10に照射する。
First, the user acquires air data to be photographed without arranging the subject T, and at the same time acquires a value (initial value) in a state where no deviation occurs as a reference for acquiring a positional deviation. In step S <b> 1, the X-ray phase
ステップS2では、X線検出器4は、検知領域部9に干渉縞が形成されたX線画像を取得する。ステップS3では、制御部6は、取得したX線画像をフーリエ変換する。そうすると、フーリエ変換後画像11に0次ピーク12と1次ピーク13とがあらわれる。
In step S <b> 2, the X-ray detector 4 acquires an X-ray image in which interference fringes are formed in the
ステップS4では、0次ピーク12と1次ピーク13との間のX軸方向の距離と、y軸方向の距離を取得する。なお、フーリエ変換後画像11に現れる0次ピーク12と1次ピーク13との間のX軸方向の距離の初期値をdx’、0次ピーク12と1次ピーク13との間のy軸方向の距離の初期値をdy’とする。
In step S4, the distance in the X-axis direction between the zero-
ステップS5では、1次ピーク13の周辺領域を切り取り、それ以外の領域を0にした上で画像の中央に移動させる。そしてステップS6では、1次ピーク13が画像の中央にある状態で逆フーリエ変換する。そうすると位相分布14を取得することができる。図8で示すとおり、位相分布14には、形成された干渉縞の位相の分布が現れる。ステップS7は、位相分布14の複数箇所から、画素値を取得し、位相値の平均φ’を求める。なお初期値として取得する位相値の平均をφ’とする。以上のステップを経て、初期値が取得される。
In step S5, the area around the
次に、使用者は、被写体Tを配置して撮影するサンプル画像を取得すると同時に、位置ずれを取得する。ステップS8では、X線位相差撮像システム100は、X線源1から、X線を検知領域部9および撮影領域部10に照射する。
Next, the user arranges the subject T and acquires a sample image to be photographed, and at the same time acquires positional deviation. In step S8, the X-ray phase
ステップS9では、X線検出器4は、検知領域部9に干渉縞が形成されたX線画像を取得する。ステップS10では、制御部6は、取得したX線画像をフーリエ変換する。そうすると、フーリエ変換後画像11に0次ピーク12と1次ピーク13とがあらわれる。
In step S <b> 9, the X-ray detector 4 acquires an X-ray image in which interference fringes are formed in the
ステップS11では、0次ピーク12と1次ピーク13との間のX軸方向の距離dxと、y軸方向の距離dy(図5および図7参照)を取得する。
In step S11, the distance dx in the X-axis direction between the zero-
ステップS12では、1次ピーク13の周辺領域を切り取り、それ以外の領域を0にした上で、画像の中央に移動させる。そしてステップS13では、1次ピーク13が画像の中央にある状態で逆フーリエ変換する。そうすると位相分布14を取得することができる。図8に示すとおり、位相分布14には、形成された干渉縞の位相の分布が現れる。ステップS14は、位相分布14の複数箇所から、画素値を取得し、平均値φを取得する。
In step S12, the area around the
ステップS15に移って、位置ずれを取得する。X軸方向の位置ずれΔX1、光軸方向(Z軸)の位置ずれΔZ1および光軸(Rz)回りの回転による位置ずれΔRz1は、以下に示す式(1)で求められる。p1、p2は格子の周期を表し、単位はmである。sx、syは検知領域部9の画像サイズを表す。Δφ=φ’-φである。R1は格子間の距離、Dは撮影領域部10の中心から検知領域部9までの距離を表し、単位はmである。Δdx=dx’-dx、Δdy=dy’-dyである。
ステップS16に移って、位置調整機構7は、取得した位置ずれに基づいて格子の位置を修正する。
Moving to step S16, the
(本実施形態の効果)
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of this embodiment)
In the present embodiment, the following effects can be obtained.
本実施形態のX線位相差撮像システム100では、上記のように、X線源1とX線検出器4との間に設けられた自己像を形成するための第1格子部2と、第1格子部2の自己像と干渉させるための第2格子部3とを含む複数の格子部と、格子部を一定間隔で移動させる格子部移動機構8と、格子部の位置ずれを取得する制御部6と、を備え、第1格子部2および第2格子部3は、被写体Tを撮影する撮影領域部10と、撮影領域部10以外の検知領域部9とを含み、第1格子部2および第2格子部3のうちの少なくとも1つの検知領域部9は、撮影領域部10とはスリットパターンが異なり、制御部6は、検知領域部9におけるX線画像の干渉縞に基づいて、X線源1とX線検出器4とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれ、格子部のスリットに直交する方向への格子部の位置ずれ、または光軸回りの回転による格子部の位置ずれのうち少なくとも1つの位置ずれを取得するように構成されている。このように構成することにより、第1格子部2の検知領域部9と第2格子部3の検知領域部9とが、干渉することにより生成される干渉縞に基づいて位置ずれを取得することができる。その結果、使用者は、エアデータを再取得しなくとも、通常の撮影によって干渉縞を生成させることによって、容易に格子の位置ずれ(撮影条件の変化)を取得できる。すなわち、干渉縞の位相、周期の変化を解析することにより、エアデータ撮影時からサンプルデータ撮影時までに生じた格子の位置ずれを取得できる。その結果、取得した位置ずれに基づいて格子の位置ずれを調整することが可能となるため、エアデータを更新することなく、容易に同じ撮影条件を維持することができる。
In the X-ray phase-
また、制御部6は、X線画像の干渉縞をフーリエ変換後画像11に基づいて、干渉縞の位相ずれおよび周期ずれを取得するように構成されている。ここで、干渉縞の位相ずれおよび周期ずれが生じている場合は、フーリエ変換後画像11に現れる1次ピーク13の位置が異なる。すなわち、フーリエ変換後画像11の1次ピーク13の位置を基にして、干渉縞の位相ずれおよび周期ずれを取得することができる。その結果、上記構成にすれば、使用者は、取得したフーリエ変換後画像11から、格子部の位置ずれを取得することができる。その結果、取得した位置ずれに基づいて格子の位置ずれを調整することが可能となるため、最初にエアデータを取得したときと同じ撮影条件を維持することができる。
Further, the control unit 6 is configured to acquire the phase shift and the cycle shift of the interference fringes based on the
また、制御部6は、X線画像の干渉縞をフーリエ変換後画像11に基づいて、スリットの向きに直交する方向およびスリットの向きに平行な方向の0次ピーク12と1次ピーク13との間の距離から、X線源1とX線検出器4とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれ、および光軸回りの回転による格子部の位置ずれを取得するように構成されている。ここで、X線源1とX線検出器4とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれは、フーリエ変換後の結果の0次ピーク12と1次ピーク13とのX軸方向の距離として現れる。また、光軸回りの回転による格子部の位置ずれは、フーリエ変換後の0次ピーク12と1次ピーク13とのY軸方向の距離として現れる。そのため、上記のように構成すれば、使用者は、フーリエ変換後画像11からX線源1とX線検出器4とを結ぶ光軸方向への格子部の位置ずれ、および光軸回りの回転による格子部の位置ずれを容易に取得することができる。
Further, based on the
また、検知領域部9のX線画像をフーリエ変換して1次ピーク13の周辺領域を切り取り、それ以外の領域を0にした上で、画像の中央に移動させて逆フーリエ変換を行うことによって、取得した位相分布14から、格子部のスリットに直交する方向への格子部の位置ずれを取得するように構成されている。ここで、格子部のスリットに直交する方向への位置ずれは、逆フーリエ変換後の結果に位相のずれとして現れる。そのため、上記のように構成すれば、使用者は、格子部のスリットに直交する方向の位置ずれを容易に取得することができる。
Also, the X-ray image of the
また、本実施形態のX線位相差撮像システム100では、格子部の位置を調整するための位置調整機構7をさらに備え、制御部6は、取得した格子部の位置ずれに基づき、格子部の位置を位置調整機構7により調整する制御を行うように構成されている。このようにすることによって、位置調整機構7により格子の位置の調整が行われるため、使用者は、取得した格子の位置を調整する作業を行なう必要がない。その結果、より容易に同じ撮影条件を維持することができるので、使用者の負担を軽減することができる。
In addition, the X-ray phase
また、本実施形態のX線位相差撮像システム100では、制御部6は、X線画像を1枚生成するごとまたは複数枚生成するごとに、取得した格子の位置ずれに基づいて、格子部の位置の調整を行うように位置調整機構7を制御するように構成されている。このようにすることによって、格子の位置ずれを取得するたびに位置調整機構7によって格子の位置を調整することにより、極力正確に、同一の撮影条件を維持することができる。また、X線画像を複数枚生成するごとに位置調整機構7によって格子の位置を調整することにより、1枚生成するごとに位置を調整する場合に比べて、位置調整機構7が位置を調整する頻度を少なくすることができる。その結果、実用上問題ない範囲で撮影条件を維持しつつ、格子の位置調整にかかる時間が少なくすることができる。
Further, in the X-ray phase
また、本実施形態のX線位相差撮像システム100では、検知領域部9は、格子領域外に設けられている。このようにすることによって、撮影領域部10内の一部のスリットパターンを変更するなど、スリットパターンを複雑にすることなく、撮影領域部10のスリットパターンと、検知領域部9のスリットパターンとを別々に設計および形成することができる。その結果、使用者は検知領域部9を設けた第1格子部2および第2格子部3を容易に作成することができる。
In addition, in the X-ray phase
また、本実施形態のX線位相差撮像システム100では、検知領域部9は、撮影領域部10内に設けられている。このようにすることによって、撮影領域部10中に検知領域部9を設けることにより、スリットパターンの形成領域を、複数箇所に分離する必要が無い。その結果、全体の格子サイズが大型化することを抑制することができる。
Further, in the X-ray phase
また、本実施形態のX線位相差撮像システム100では、検知領域部9は、中心点の直上に設定されている。ここで、撮影領域部10の横(中心点からスリットに直交する方向)に設けた場合、X線が格子部のスリットに対して斜めに入射することになり、スリットにぶつかることでX線の減衰が生じる。しかしながら、中心点の直上に設定した場合、X線がスリットに対して垂直に入射するために、スリットにぶつからずX線の減衰が生じにくい。そのため、上記のように構成することによって、検知領域部9において、十分な量のX線を検知することができるため、干渉縞が鮮明なX線画像を生成することができる。
Further, in the X-ray phase
また、本実施形態のX線位相差撮像システム100では、第2格子部3の検知領域部9は、撮影領域部10と異なるスリットパターンを有し、第1格子部2の検知領域部9は、撮影領域部10と同じスリットパターンを有している。このようにすることによって、第1格子部2の撮影領域部10が自己像を形成する位置と検知領域部9が自己像を形成する位置とが同じになる。そのため、撮影領域部10および検知領域部9の各々が自己像を形成するように、第1格子部2と第2格子部3との距離を調整する必要が無い。また、第1格子部2については、撮影領域部10と検知領域部9とにおいて同じスリットパターンを形成すればよいため、第1格子部2を容易に形成することができる。
Further, in the X-ray phase
(変形例)
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
(Modification)
It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the description of the embodiment described above but by the scope of the claims, and further includes all modifications (variations) within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
たとえば、上記第1実施形態では、複数の格子として、第1格子部2および第2格子部3を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、X線源1と第1格子部2との間に、第3格子を設ける構成でもよい。第3格子は、X線源1と第1格子部2との間に配置されており、X線源1からX線が照射される。第3格子は、各スリットを通過したX線を、各スリット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、第3格子によって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。その結果、X線源1の焦点径に依存することなく第1格子部2の自己像を形成させることが可能となるため、X線源1の選択の自由度を向上させることができる。
For example, although the example which provides the
また、検知領域部9を格子領域内に設ける場合に、検知領域部9に被写体Tが含まれないように、検知領域部9の画素値にしきい値を設けても良い。しきい値を設ける場合、しきい値未満の場合は検知領域部9を変更するように構成されていてもよい。
When the
検知領域部9を第1格子部2および第2格子部3にそれぞれ1箇所設ける例を示したが、図10に示すとおり、検知領域部9を4箇所に設けても良い。検知領域部9を4箇所設けた場合のX軸方向の位置ずれΔX1、光軸方向(Z軸)の位置ずれΔZ1および光軸(Rz)回りの回転による位置ずれΔRz1は、以下に示す式(2)で求められる。p1p2は格子の周期を表し、単位はmである。Δφu=φu’-φu、Δφd=φd’-φd、Δφw=φw’-φw、Δφr=φr’-φrは、各検知領域部9でのエアデータの位相微分値の平均(φu’、φd’、φw’、φr’)とサンプルデータの位相微分値の平均(φu、φd、φw、φr)の差を表し、単位はラジアンである。R1は格子間の距離、Dは撮影領域部10の中心から検知領域部9までの距離を表し、単位はmである。
1 X線源
2 第1格子部
3 第2格子部
4 X線検出器
5 画像処理部
6 制御部
7 位置調整機構
8 格子部移動機構
9 検知領域部
10 撮影領域部
100 X線位相差撮像システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
照射されたX線を検出するX線検出器と、
前記X線源と前記X線検出器との間に設けられたX線を透過させるための第1格子部と、前記第1格子部の自己像と干渉させるための第2格子部とを含む複数の格子部と、
前記格子部を一定間隔で移動させる格子部移動機構と、
前記X線検出器から、X線画像に基づいてコントラスト画像を生成する画像処理部と、
前記格子部の位置ずれを取得する制御部と、
を備え、
前記第1格子部および前記第2格子部は、被写体を撮影する撮影領域部と、前記撮影領域部以外の検知領域部とを含み、
前記第1格子部および前記第2格子部のうちの少なくとも1つの前記検知領域部は、前記撮影領域部とはスリットパターンが異なり、
前記制御部は、前記検知領域部における前記X線画像の干渉縞に基づいて、前記X線源と前記X線検出器とを結ぶ光軸方向への前記格子部の位置ずれ、前記格子部のスリットに直交する方向への前記格子部の位置ずれ、または光軸回りの回転による前記格子部の位置ずれのうち少なくとも1つの位置ずれを取得するように構成される、X線位相差撮像システム。 An x-ray source,
An X-ray detector for detecting the irradiated X-rays;
A first grating portion for transmitting X-rays provided between the X-ray source and the X-ray detector, and a second grating portion for causing interference with the self-image of the first grating portion With multiple grids,
A grid part moving mechanism for moving the grid part at a constant interval;
An image processing unit that generates a contrast image from the X-ray detector based on the X-ray image;
A control unit that acquires positional deviation of the grid unit;
Equipped with
The first grid unit and the second grid unit include a shooting area unit for shooting an object, and a detection area unit other than the shooting area unit.
At least one of the detection area units of the first lattice unit and the second lattice unit has a slit pattern different from that of the imaging area unit,
The control unit is configured to shift the position of the grid unit in the direction of the optical axis connecting the X-ray source and the X-ray detector based on the interference fringes of the X-ray image in the detection area unit; An X-ray phase difference imaging system configured to acquire at least one positional deviation of positional deviation of the lattice in a direction orthogonal to a slit or positional deviation of the lattice due to rotation around an optical axis.
前記制御部は、取得した前記格子部の位置ずれに基づき、前記格子部の位置を前記位置調整機構により調整する制御を行うように構成されている、請求項1に記載のX線位相差撮像システム。 It further comprises a position adjustment mechanism for adjusting the position of the grid part,
The X-ray phase difference imaging according to claim 1, wherein the control unit is configured to perform control of adjusting the position of the grating unit by the position adjusting mechanism based on the acquired positional deviation of the grating unit. system.
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