JP2014079518A - X-ray photographing apparatus and moire image generating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タルボ・ロー干渉計を用いたＸ線撮影装置及びモアレ画像生成方法に関する。 The present invention relates to an X-ray imaging apparatus using a Talbot-Lau interferometer and a moire image generation method.
従来、Ｘ線の位相変化によってコントラストを得る位相コントラスト法が提案されている。位相コントラスト法はＸ線吸収差が小さく、吸収コントラスト法によっては画像として現れにくい***の組織や関節軟骨、関節周辺の軟部組織をも画像化することが可能であり、Ｘ線画像診断への適用が期待されている。 Conventionally, there has been proposed a phase contrast method for obtaining contrast by changing the phase of X-rays. The phase contrast method has a small difference in X-ray absorption, and it can also image breast tissue, articular cartilage, and soft tissue around the joint, which are difficult to appear as an image by the absorption contrast method. Is expected.
位相コントラスト撮影の１つとして、タルボ効果を利用するタルボ干渉計も検討されている。タルボ効果とは、一定の周期でスリットが設けられた第１格子（Ｇ１格子）を可干渉性（コヒーレント）の光が透過すると、光の進行方向に一定周期でその格子像を結ぶ現象をいう。この格子像は自己像と呼ばれ、タルボ干渉計は自己像を結ぶ位置に第２格子（Ｇ２格子）を配置し、この第２格子をわずかにずらすことで生じるモアレ縞（モアレ）を測定する。第２格子の前に物体を配置するとモアレが乱れることから、タルボ干渉計によりＸ線撮影を行うのであれば、第１格子の前に被写体を配置して可干渉性Ｘ線を照射し、得られたモアレの画像を演算することによって被写体の再構成画像を得ることが可能である。 As one of phase contrast imaging, a Talbot interferometer using the Talbot effect has been studied. The Talbot effect is a phenomenon in which, when coherent light is transmitted through a first grating (G1 grating) provided with slits at a constant period, the grating image is connected at a constant period in the light traveling direction. . This lattice image is called a self-image, and the Talbot interferometer measures the moire fringes (moire) generated by placing the second lattice (G2 lattice) at a position connecting the self-images and slightly shifting the second lattice. . If an object is placed in front of the second grating, moire is disturbed, so if X-ray imaging is performed with a Talbot interferometer, a subject is placed in front of the first grating and irradiated with coherent X-rays. It is possible to obtain a reconstructed image of the subject by calculating the moiré image.
また、Ｘ線源と第１格子間にマルチスリット（Ｇ０格子）を設置したタルボ・ロー干渉計も提案されている。タルボ・ロー干渉計は、マルチスリットを用いることで、より出力が高いインコヒーレントなＸ線源を使用することができ、単位時間当たりの照射線量を増大させる。タルボ又はタルボ・ロー干渉計を用いて再構成画像（位相情報に基づくコントラスト、小角散乱に基づくコントラスト、吸収に基づくコントラスト）を得るためには、縞走査法の原理に基づく方法（縞走査法）、フーリエ変換法など幾つかの方法が提案されているが、本発明は縞走査法の位相シフトに関するものである。従来の縞走査法とは、第１格子又は第２格子を他の格子に対し一定間隔で相対移動（走査）させながら、位相を変化させた複数のモアレ画像を撮影するものであった。 There has also been proposed a Talbot-Lau interferometer in which a multi slit (G0 grating) is installed between the X-ray source and the first grating. By using a multi slit, the Talbot-Lau interferometer can use an incoherent X-ray source with higher output, and increases the irradiation dose per unit time. To obtain a reconstructed image (contrast based on phase information, contrast based on small-angle scattering, contrast based on absorption) using a Talbot or Talbot-Lau interferometer, a method based on the principle of the fringe scanning method (the fringe scanning method) Several methods such as a Fourier transform method have been proposed, but the present invention relates to the phase shift of the fringe scanning method. In the conventional fringe scanning method, a plurality of moire images with different phases are photographed while the first grating or the second grating is relatively moved (scanned) with respect to other gratings at regular intervals.
これに対し、特許文献１には、タルボ・ロー干渉計において、Ｘ線源、または、マルチスリットを含む何れか１つの格子を、他の格子に対して移動させて撮影を行うことが記載されている。また、特許文献２には、マルチスリットを第１格子及び第２格子に対して移動（走査）させると、他の格子を移動させる場合に比べて、移動（走査）機構部の送り精度誤差の影響が再構成画像に表れにくく、移動（走査）機構部の設計上好ましいことが記載されている。 On the other hand, Patent Document 1 describes that in a Talbot-Lau interferometer, imaging is performed by moving any one grating including an X-ray source or a multi-slit with respect to another grating. ing. Further, in Patent Document 2, when the multi-slit is moved (scanned) with respect to the first grating and the second grating, the feeding accuracy error of the movement (scanning) mechanism unit is smaller than when the other slits are moved. It is described that the influence is less likely to appear in the reconstructed image, which is preferable in the design of the movement (scanning) mechanism.
しかし、マルチスリットが存在するＸ線源の周辺には、付加フィルター、照射野絞り、照射野ランプのように多数の部品が存在しており、これらを避けてマルチスリットを移動させるための駆動機構を配置するには複雑な機構が必要となり、駆動範囲も制限される。また、マルチスリットの駆動機構のメンテナンス時に照射野絞りや照射野ランプが邪魔になり、メンテナンス性が悪い。また、マルチスリット及びその駆動機構をＸ線源と独立して設計することができず、設計の自由度が狭く、拡張性が低い。更に、マルチスリットの駆動機構はＸ線源近傍に配置されるのでＸ線源の熱や振動の影響を受け易く、安定してマルチスリットを動かすことができない。 However, there are many parts such as an additional filter, irradiation field stop, and irradiation field lamp around the X-ray source where the multi slit exists, and a drive mechanism for moving the multi slit while avoiding these parts. A complicated mechanism is required to dispose and the driving range is limited. Also, the maintenance of the multi-slit driving mechanism is disturbed by the irradiation field stop and the irradiation field lamp, and the maintainability is poor. In addition, the multi-slit and its driving mechanism cannot be designed independently of the X-ray source, and the degree of design freedom is narrow and the expandability is low. Furthermore, since the multi-slit driving mechanism is arranged in the vicinity of the X-ray source, it is easily affected by the heat and vibration of the X-ray source, and the multi-slit cannot be moved stably.
本発明の課題は、タルボ・ロー干渉計を応用したＸ線撮影装置の実用化において、メンテナンス性、拡張性に優れ、安定して格子を駆動させることで偽像の少ない良好な画像を安定して取得することである。 An object of the present invention is to stabilize a good image with few false images by driving a lattice stably in a practical use of an X-ray imaging apparatus applying a Talbot-Lau interferometer. Is to get.
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
Ｘ線を照射するＸ線源と、
前記Ｘ線の照射軸方向に設けられ、当該Ｘ線の照射軸方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成されたマルチスリット、第１格子、及び第２格子と、
前記Ｘ線の照射軸方向に設けられ、被写体を載置する被写体台と、
前記Ｘ線源により照射され、前記マルチスリット、前記第１格子、前記被写体及び前記第２格子を透過したＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、
を備えるＸ線撮影装置であって、
前記第１格子及び前記第２格子を前記Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向に前記マルチスリットに対して相対移動させる駆動部を備え、
前記第１格子及び前記第２格子が前記駆動部により一定周期間隔で移動する毎に、前記Ｘ線源によりＸ線を照射し、到達したＸ線に応じて前記Ｘ線検出器が画像信号を読み取る処理を繰り返し、一定周期間隔のモアレ画像を複数得る。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1
An X-ray source that emits X-rays;
A multi-slit, a first grating, and a second grating that are provided in the X-ray irradiation axis direction and are configured by arranging a plurality of slits in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction;
A subject table provided in the X-ray irradiation axis direction, on which a subject is placed;
A conversion element that generates an electrical signal in accordance with X-rays irradiated by the X-ray source and transmitted through the multi slit, the first grating, the subject, and the second grating is two-dimensionally arranged, and the conversion element An X-ray detector that reads an electrical signal generated by
An X-ray imaging apparatus comprising:
A drive unit that moves the first grating and the second grating relative to the multi-slit in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction and different from the multi-slit slit extending direction;
Each time the first grating and the second grating are moved by the driving unit at a constant cycle interval, the X-ray source emits X-rays, and the X-ray detector outputs an image signal according to the reached X-rays. The reading process is repeated to obtain a plurality of moire images at regular intervals.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記第１格子及び前記第２格子を一体的に保持する保持部を有し、
前記駆動部は前記保持部を前記Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向に移動させることにより前記第１格子及び前記第２格子を前記マルチスリットに対して相対的に移動させる。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1,
A holding portion that integrally holds the first grating and the second grating;
The driving unit moves the first and second gratings relative to the multi-slit by moving the holding unit in a direction perpendicular to the X-ray irradiation axis direction and different from the multi-slit slit extending direction. To move relative.
請求項３に記載の発明は、
Ｘ線を照射するＸ線源と、
前記Ｘ線の照射軸方向に設けられ、当該Ｘ線の照射軸方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成されたマルチスリット、第１格子、及び第２格子と、
前記Ｘ線の照射軸方向に設けられ、被写体を載置する被写体台と、
前記Ｘ線源により照射され、前記マルチスリット、前記第１格子、前記被写体及び前記第２格子を透過したＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、
を備えるＸ線撮影装置におけるモアレ画像生成方法であって、
前記第１格子及び前記第２格子を前記Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向に前記マルチスリットに対して相対移動させる移動工程と、
前記第１格子及び前記第２格子が一定周期間隔で移動する毎に、前記Ｘ線源によりＸ線を照射し、到達したＸ線に応じて前記Ｘ線検出器が画像信号を読み取る処理を繰り返し、前記被写体の一定周期間隔のモアレ画像を複数得るモアレ画像生成工程と、
を含む。
The invention according to claim 3
An X-ray source that emits X-rays;
A multi-slit, a first grating, and a second grating that are provided in the X-ray irradiation axis direction and are configured by arranging a plurality of slits in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction;
A subject table provided in the X-ray irradiation axis direction, on which a subject is placed;
A conversion element that generates an electrical signal in accordance with X-rays irradiated by the X-ray source and transmitted through the multi slit, the first grating, the subject, and the second grating is two-dimensionally arranged, and the conversion element An X-ray detector that reads an electrical signal generated by
A moire image generation method in an X-ray imaging apparatus comprising:
Moving the first grating and the second grating relative to the multi-slit in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction and different from the slit stretching direction of the multi-slit;
Each time the first grating and the second grating move at regular intervals, the X-ray source emits X-rays, and the X-ray detector repeatedly reads an image signal according to the reached X-rays. A moiré image generating step of obtaining a plurality of moiré images of the subject at regular intervals;
including.
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記Ｘ線撮影装置は、前記第１格子及び前記第２格子を一体的に保持する保持部を有し、
前記移動工程は、前記保持部を当該Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向に移動させることにより前記第１格子及び前記第２格子を前記マルチスリットに対して相対的に移動させる。
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3,
The X-ray imaging apparatus includes a holding unit that integrally holds the first grating and the second grating,
In the moving step, the first grating and the second grating are moved to the multi slit by moving the holding portion in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction and different from the slit extending direction of the multi slit. Move relative to it.
本発明によれば、タルボ・ロー干渉計を応用したＸ線撮影装置において、メンテナンス性、拡張性に優れ、安定した格子駆動により、偽像の少ない良好な画像を安定して取得することが可能となる。 According to the present invention, in an X-ray imaging apparatus to which a Talbot-Lau interferometer is applied, it is possible to stably acquire a good image with few false images with excellent maintainability and expandability and stable grating driving. It becomes.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
＜Ｘ線撮影システムの構成＞
図１は、本実施形態に係るＸ線撮影システムを模式的に示した図であり、図２は、図１に示すＸ線撮影装置１の斜視図である。
図１に示すように、Ｘ線撮影システムは、Ｘ線撮影装置１とコントローラー５を備える。Ｘ線撮影装置１はタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影を行い、コントローラー５は当該Ｘ線撮影により得られたモアレ画像を用いて被写体の再構成画像を作成する。
<Configuration of X-ray imaging system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an X-ray imaging system according to this embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the X-ray imaging apparatus 1 shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the X-ray imaging system includes an X-ray imaging apparatus 1 and a controller 5. The X-ray imaging apparatus 1 performs X-ray imaging using a Talbot-Lau interferometer, and the controller 5 creates a reconstructed image of the subject using the moire image obtained by the X-ray imaging.
Ｘ線撮影装置１は、図１に示すように、Ｘ線源１１と、マルチスリット１２を含む第１のカバーユニット１２０と、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、及びＸ線検出器１６を含む第２のカバーユニット１３０と、支柱１７と、本体部１８と、基台部１９とを備える。Ｘ線撮影装置１は縦型であり、Ｘ線源１１、マルチスリット１２、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６は、この順序に重力方向であるｚ方向に配置される。Ｘ線源１１の焦点１１１とマルチスリット１２間の距離をＤ１（ｍｍ）、Ｘ線源１１の焦点１１１とＸ線検出器１６間の距離をＤ２（ｍｍ）、マルチスリット１２と第１格子１４間の距離をＲ１（ｍｍ）、第１格子１４と第２格子１５間の距離をｚｐ（ｍｍ）で表す。Ｒ１＞ｚｐである。 As shown in FIG. 1, the X-ray imaging apparatus 1 includes an X-ray source 11, a first cover unit 120 including a multi-slit 12, a subject table 13, a first grating 14, a second grating 15, and an X-ray. A second cover unit 130 including the detector 16, a support column 17, a main body 18, and a base 19 are provided. The X-ray imaging apparatus 1 is a vertical type, and an X-ray source 11, a multi slit 12, a subject table 13, a first grating 14, a second grating 15, and an X-ray detector 16 are arranged in this order in the z direction, which is the gravitational direction. Placed in. The distance between the focal point 111 of the X-ray source 11 and the multi-slit 12 is D1 (mm), the distance between the focal point 111 of the X-ray source 11 and the X-ray detector 16 is D 2 (mm), and the multi-slit 12 and the first grating. The distance between 14 is represented by R 1 (mm), and the distance between the first grating 14 and the second grating 15 is represented by z p (mm). R 1 > z p .
距離Ｄ１は好ましくは５〜５００（ｍｍ）であり、さらに好ましくは５〜３００（ｍｍ）である。
距離Ｄ２は、一般的に放射線科の撮影室の高さは３（ｍ）程度又はそれ以下であることから、少なくとも３０００（ｍｍ）以下であることが好ましい。なかでも、距離Ｄ２は４００〜５０００（ｍｍ）が好ましく、さらに好ましくは５００〜２０００（ｍｍ）である。
Ｘ線源１１の焦点１１１と第１格子１４間の距離（Ｄ１＋Ｒ１）は、好ましくは３００〜５０００（ｍｍ）であり、さらに好ましくは４００〜１８００（ｍｍ）である。
Ｘ線源１１の焦点と第２格子１５間の距離（Ｄ１＋Ｒ１＋ｚｐ）は、好ましくは４００〜５０００（ｍｍ）であり、さらに好ましくは５００〜２０００（ｍｍ）である。
それぞれの距離は、Ｘ線源１１から照射されるＸ線の波長から、第２格子１５上に第１格子１４による格子像（自己像）が重なる最適な距離を算出し、設定すればよい。
The distance D 1 is preferably 5 to 500 (mm), more preferably from 5 to 300 (mm).
The distance D 2, the height of the general radiology imaging room from that is 3 (m) of about or less, is preferably at least 3000 (mm) or less. Among them, the distance D 2 is preferably 400 to 5000 (mm), more preferably from 500 to 2000 (mm).
The distance (D 1 + R 1 ) between the focal point 111 of the X-ray source 11 and the first grating 14 is preferably 300 to 5000 (mm), and more preferably 400 to 1800 (mm).
The distance (D 1 + R 1 + z p ) between the focal point of the X-ray source 11 and the second grating 15 is preferably 400 to 5000 (mm), more preferably 500 to 2000 (mm).
Each distance may be set by calculating an optimum distance at which the lattice image (self-image) by the first lattice 14 overlaps the second lattice 15 from the wavelength of the X-rays emitted from the X-ray source 11.
マルチスリット１２、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６は、同一の基台部１９に一体的に保持され、ｚ方向における相対位置関係が固定されて支柱１７に取り付けられている。基台部１９は、支柱１７に対してｚ方向に移動可能に構成されていてもよい。
また、支柱１７には、基台部１９のほか、Ｘ線源１１及び本体部１８が取り付けられている。Ｘ線源１１は、緩衝部材１７ａを介して支柱１７に保持されている。緩衝部材１７ａは、衝撃や振動を吸収できる材料であれば何れの材料を用いてもよいが、例えばエラストマー等が挙げられる。Ｘ線源１１はＸ線の照射によって発熱するため、Ｘ線源１１側の緩衝部材１７ａは加えて断熱素材であることが好ましい。
The multi slit 12, the subject table 13, the first grating 14, the second grating 15, and the X-ray detector 16 are integrally held on the same base 19, and the relative positional relationship in the z direction is fixed and the column 17 is fixed. Is attached. The base unit 19 may be configured to be movable in the z direction with respect to the support column 17.
In addition to the base 19, the X-ray source 11 and the main body 18 are attached to the support column 17. The X-ray source 11 is held by the support column 17 via a buffer member 17a. Any material may be used for the buffer member 17a as long as it can absorb shocks and vibrations, and examples thereof include an elastomer. Since the X-ray source 11 generates heat upon irradiation with X-rays, it is preferable that the buffer member 17a on the X-ray source 11 side is additionally a heat insulating material.
Ｘ線源１１は、Ｘ線管を備え、当該Ｘ線管によりＸ線を発生させてｚ方向（重力方向）にＸ線を照射する。Ｘ線管としては、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジＸ線管や回転陽極Ｘ線管を用いることができる。陽極としては、タングステンやモリブデンを用いることができる。
Ｘ線の焦点径は、０．０３〜３（mm）が好ましく、さらに好ましくは０．１〜１（mm）である。
The X-ray source 11 includes an X-ray tube, generates X-rays by the X-ray tube, and irradiates the X-rays in the z direction (gravity direction). As the X-ray tube, for example, a Coolidge X-ray tube or a rotary anode X-ray tube widely used in the medical field can be used. As the anode, tungsten or molybdenum can be used.
The focal diameter of the X-ray is preferably 0.03 to 3 (mm), more preferably 0.1 to 1 (mm).
第１のカバーユニット１２０は、Ｘ線源１１の直下に設けられたユニットである。第１のカバーユニット１２０は、図１に示すように、マルチスリット１２、調整部１２ａ、取付用アーム１２ｂ、付加フィルター１１２、照射野絞り１１３、照射野ランプ１１４等を備えて構成されている。第１のカバーユニット１２０の各構成要素は、図２に示すようにカバー部材に覆われて保護されている。 The first cover unit 120 is a unit provided directly below the X-ray source 11. As shown in FIG. 1, the first cover unit 120 includes a multi-slit 12, an adjustment unit 12a, a mounting arm 12b, an additional filter 112, an irradiation field stop 113, an irradiation field lamp 114, and the like. Each component of the first cover unit 120 is covered and protected by a cover member as shown in FIG.
マルチスリット１２（Ｇ０格子）は回折格子であり、図３に示すように、Ｘ線照射軸方向（ここではｚ方向）と直交するｘ方向に複数のスリットが所定間隔で配列されて設けられている。マルチスリット１２はシリコンやガラスといったＸ線の吸収率が低い材質の基板上に、タングステン、鉛、金といったＸ線の遮蔽力が大きい、つまりＸ線の吸収率が高い材質により形成される。例えば、フォトリソグラフィーによりレジスト層がスリット状にマスクされ、ＵＶが照射されてスリットのパターンがレジスト層に転写される。露光によって当該パターンと同じ形状のスリット構造が得られ、電鋳法によりスリット構造間に金属が埋め込まれて、マルチスリット１２が形成される。 The multi slit 12 (G0 grating) is a diffraction grating, and as shown in FIG. 3, a plurality of slits are arranged at predetermined intervals in the x direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction (here, the z direction). Yes. The multi-slit 12 is formed on a substrate having a low X-ray absorption rate such as silicon or glass by using a material having a high X-ray shielding power such as tungsten, lead, or gold, that is, a high X-ray absorption rate. For example, the resist layer is masked in a slit shape by photolithography, and UV is irradiated to transfer the slit pattern to the resist layer. A slit structure having the same shape as the pattern is obtained by exposure, and a metal is embedded between the slit structures by electroforming to form a multi-slit 12.
マルチスリット１２のスリット周期（格子周期）は１〜６０（μｍ）である。スリット周期は、図３に示すように隣接するスリット間の距離を１周期とする。スリットの幅（各スリットのスリット配列方向（ｘ方向）の長さ）はスリット周期の１〜６０（％）の長さであり、さらに好ましくは１０〜４０（％）である。スリットの高さ（ｚ方向の高さ）は１〜５００（μｍ）であり、好ましくは１〜１５０（μｍ）である。
マルチスリット１２のスリット周期をｄ０とすると、ｄ０（μｍ）は、後述する（式４）を用いて求めることが出来る。当該式を満たすようにスリット周期ｄ０を決定することにより、マルチスリット１２及び第１格子１４の各スリットを通過したＸ線により形成される自己像が、それぞれ第２格子１５上で重なり合う。
The slit period (grating period) of the multi slit 12 is 1 to 60 (μm). As shown in FIG. 3, the slit period is a period between adjacent slits. The width of the slit (the length of each slit in the slit arrangement direction (x direction)) is 1 to 60 (%) of the slit period, and more preferably 10 to 40 (%). The height of the slit (the height in the z direction) is 1 to 500 (μm), preferably 1 to 150 (μm).
If the slit period of the multi-slit 12 is d 0 , d 0 (μm) can be obtained using (Expression 4) described later. By determining the slit period d 0 so as to satisfy this equation, self images formed by X-rays that have passed through the slits of the multi slit 12 and the first grating 14 overlap each other on the second grating 15.
調整部１２ａは、マルチスリット１２のｘ、y、ｚ方向の位置やｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転角度を微調整するための機構である。調整部１２ａは、手動によりマルチスリット１２を調整する構成であってもよいし、モーター等により自動的にマルチスリット１２の調整を行う構成であってもよい。また、マルチスリットを精度よく固定できるのであれば、調整部１２ａを無くしても良い。マルチスリットをマルチスリット１２は、取付用アーム１２ｂに支持されて調整部１２ａに接続されている。 The adjustment unit 12a is a mechanism for finely adjusting the position of the multi slit 12 in the x, y, and z directions and the rotation angle around the x, y, and z axes. The adjustment unit 12a may be configured to manually adjust the multi-slit 12, or may be configured to automatically adjust the multi-slit 12 using a motor or the like. If the multi slit can be fixed with high accuracy, the adjusting unit 12a may be omitted. The multi-slit 12 is supported by the mounting arm 12b and connected to the adjusting portion 12a.
付加フィルター１１２は、Ｘ線源１１から照射される光線の中から撮影に寄与しない低エネルギー成分を除去するものであり、被写体の被曝を低減する効果を持つ。付加フィルター１１２としては、例えば、ＡＬ付加フィルター等が適用される。
照射野絞り１１３は、Ｘ線源１１から照射されるＸ線の照射野を所定の範囲に絞るものであり、画質を低下させる散乱線の軽減および被写体の被曝を低減する。
照射野ランプ１１４は、Ｘ線源１１から照射されるＸ線の照射野を予め確認するためにＸ線の照射野と同じ領域を可視光で照らすものであり、可視光線を照射可能な光源等により構成されている。
The additional filter 112 removes low energy components that do not contribute to imaging from the light rays emitted from the X-ray source 11, and has an effect of reducing exposure of the subject. As the additional filter 112, for example, an AL additional filter or the like is applied.
The irradiation field stop 113 is used to limit the X-ray irradiation field irradiated from the X-ray source 11 to a predetermined range, and reduces scattered radiation that lowers the image quality and reduces exposure of the subject.
The irradiation field lamp 114 illuminates the same region as the X-ray irradiation field with the visible light in order to confirm the X-ray irradiation field irradiated from the X-ray source 11 in advance. It is comprised by.
第２のカバーユニット１３０は、図１に示すように、被写体台１３、第１格子１４及び第２格子１５を含む格子ユニット１４０、Ｘ線検出器１６等を備えて構成されている。第２のカバーユニット１３０は、図２に示すように上面が被写体台１３となっており、被写体台１３の周囲をカバー部材で覆うことにより、患者や技師の接触によるダメージや塵埃の侵入から内部の構成要素を保護している。また、ユニット内の温度が外気の影響を受けにくくなるため、第１格子１４及び第２格子１５や、これらを保持する保持部１４１の熱膨張等による格子位置の変動を低減することができる。 As shown in FIG. 1, the second cover unit 130 includes a subject table 13, a grating unit 140 including a first grating 14 and a second grating 15, an X-ray detector 16, and the like. As shown in FIG. 2, the second cover unit 130 has a subject table 13 on its upper surface. By covering the periphery of the subject table 13 with a cover member, the inside of the second cover unit 130 can be prevented from being damaged due to contact by a patient or an engineer or intrusion of dust. Protects the components. In addition, since the temperature in the unit is not easily affected by outside air, fluctuations in the lattice position due to thermal expansion or the like of the first lattice 14 and the second lattice 15 and the holding portion 141 that holds them can be reduced.
被写体台１３は、被写体を載置するための台である。被写体台１３には、図２に示すように、回転板１３１を設けることが好ましい。回転板１３１は、被写体台１３上面中央部に設けられた切り欠き部１３２に装着されており、回転板１３１を回転させることによりこの回転板１３１の上に載置される被写体を動かすことで、第１格子１４及び第２格子１５のスリット向き、角度に対する被写体の向き、角度を簡易に変更・修正することができる。これにより容易にポジショニングの修正等を行うことができる。
また、回転板１３１のほぼ中央部であって第１格子１４及び第２格子１５に対応する位置には、ほぼ円形の切り欠き部１３３が設けられており、Ｘ線源１１からのＸ線照射を妨げないようになっている。この切り欠き部１３３には、アクリルやガラス等の低吸収材料で形成されたほぼ円形の板部材３０５が装着されていることが好ましい。
The subject table 13 is a table for placing a subject. The subject table 13 is preferably provided with a rotating plate 131 as shown in FIG. The rotating plate 131 is attached to a notch 132 provided in the center of the upper surface of the subject table 13, and the subject placed on the rotating plate 131 is moved by rotating the rotating plate 131. The direction of the subject relative to the slit direction and angle of the first grating 14 and the second grating 15 can be easily changed and corrected. This makes it possible to easily correct the positioning.
Further, a substantially circular notch 133 is provided at a position corresponding to the first grating 14 and the second grating 15 in the substantially central portion of the rotating plate 131, and X-ray irradiation from the X-ray source 11 is performed. Is not disturbed. It is preferable that a substantially circular plate member 305 made of a low absorption material such as acrylic or glass is attached to the notch 133.
格子ユニット１４０は、第１格子１４、第２格子１５、保持部１４１、駆動部１５０等を備えて構成されている。図４に、格子ユニット１４０の斜視図を示す。 The lattice unit 140 includes a first lattice 14, a second lattice 15, a holding unit 141, a driving unit 150, and the like. FIG. 4 is a perspective view of the lattice unit 140.
第１格子１４（Ｇ１格子）は、マルチスリット１２と同様に、Ｘ線照射軸方向であるｚ方向と直交するｘ方向に複数のスリットが配列されて設けられた回折格子である。第１格子１４は、マルチスリット１２と同様にＵＶを用いたフォトリソグラフィーによって形成することもできるし、いわゆるＩＣＰ法によりシリコン基板に微細細線で深掘加工を行い、シリコンのみで格子構造を形成することとしてもよい。第１格子１４のスリット周期は１〜２０（μｍ）である。スリットの幅はスリット周期の２０〜７０（％）であり、好ましくは３５〜６０（％）である。スリットの高さは１〜１００（μｍ）である。 Similar to the multi-slit 12, the first grating 14 (G1 grating) is a diffraction grating provided with a plurality of slits arranged in the x direction orthogonal to the z direction, which is the X-ray irradiation axis direction. The first lattice 14 can be formed by photolithography using UV as in the case of the multi-slit 12, or a silicon substrate is deeply digged with a fine fine line by a so-called ICP method to form a lattice structure only with silicon. It is good as well. The slit period of the first grating 14 is 1 to 20 (μm). The width of the slit is 20 to 70 (%) of the slit period, and preferably 35 to 60 (%). The height of the slit is 1 to 100 (μm).
第２格子１５（Ｇ２格子）は、マルチスリット１２と同様に、Ｘ線照射軸方向であるｚ方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて設けられた回折格子である。第２格子１５もフォトリソグラフィーにより形成することができる。第２格子１５のスリット周期は１〜２０（μｍ）である。スリットの幅はスリット周期の３０〜７０（％）であり、好ましくは３５〜６０（％）である。スリットの高さは１〜１００（μｍ）である。 Similar to the multi-slit 12, the second grating 15 (G2 grating) is a diffraction grating provided with a plurality of slits arranged in a direction orthogonal to the z direction that is the X-ray irradiation axis direction. The second grating 15 can also be formed by photolithography. The slit period of the second grating 15 is 1 to 20 (μm). The width of the slit is 30 to 70 (%) of the slit cycle, and preferably 35 to 60 (%). The height of the slit is 1 to 100 (μm).
第１格子１４と第２格子１５間の距離ｚｐは、後述する（式１）をほぼ満たすことが必要である。 The distance z p between the first grating 14 and the second grating 15 needs to substantially satisfy (Equation 1) described later.
保持部１４１は、第１格子１４及び第２格子１５を一体的に保持するものである。図４に示すように、保持部１４１は、保持部材１４１ａ〜１４１ｃが左側面から見てコの字型にねじ止めされて構成されたものであり、第１格子１４、第１格子調整部１４３、第２格子１５、第２格子調整部１５１等を一体的に保持する。
この保持部１４１は、走査用の駆動部１５０が設けられた基台取付部１４２に取り付けられ、基台取付部１４２は基台部１９に固定される。この保持部１４１は、当該駆動部１５０の駆動により、不図示のガイドレールに沿ってｘ方向に移動するようになっている。
尚、保持部１４１は、基台取付部１４２を基台部１９に固定した後に取り付けても良いし、予め基台取付部１４２に組み付け、然る後、当該組み付け体を基台部１９に固定するようにしても良い。
ここで、第１格子調整部１４３は、第１格子１４のｘ、ｙ、ｚ方向の位置やｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転角度を調整するための機構である。第２格子調整部１５１は、第２格子１５のｘ、y、ｚ方向の位置やｘ、ｙ、ｚ軸周りの回転角度を調整するための機構である。第１格子調整部１４３及び第２格子調整部１５１は、それぞれ手動により第１格子１４及び第２格子１５を調整する構成であってもよいし、モーター等により自動的に第１格子１４及び第２格子１５の調整を行う構成であってもよい。第１格子調整部１４３及び第２格子調整部１５１は、第１格子１４及び第２格子１５の格子面が互いに平行になるように調整するとともに、マルチスリット１２の格子面に対して平行になるように調整する。
尚、上記の第１格子調整部１４３及び第２格子調整部１５１は必ずしも必要では無く、保持部１４１を含む一連の部品精度アップや組立工程に於ける治具調整等によって不使用とすることもできる。この場合には一層の軽量化がはかれ、駆動部１５０のモーター負荷低減が図れるので好ましい。
The holding part 141 holds the first grating 14 and the second grating 15 integrally. As shown in FIG. 4, the holding part 141 is configured by screwing holding members 141 a to 141 c into a U shape when viewed from the left side, and includes a first grid 14 and a first grid adjustment part 143. The second grid 15, the second grid adjustment unit 151 and the like are integrally held.
The holding part 141 is attached to a base attaching part 142 provided with a scanning drive part 150, and the base attaching part 142 is fixed to the base part 19. The holding portion 141 is moved in the x direction along a guide rail (not shown) by driving the driving portion 150.
The holding portion 141 may be attached after the base mounting portion 142 is fixed to the base portion 19 or may be attached to the base mounting portion 142 in advance, and then the assembly is fixed to the base portion 19. You may make it do.
Here, the first grating adjustment unit 143 is a mechanism for adjusting the position of the first grating 14 in the x, y, and z directions and the rotation angle around the x, y, and z axes. The second lattice adjustment unit 151 is a mechanism for adjusting the position of the second lattice 15 in the x, y, and z directions and the rotation angle around the x, y, and z axes. The first lattice adjustment unit 143 and the second lattice adjustment unit 151 may be configured to manually adjust the first lattice 14 and the second lattice 15, respectively, or may be automatically adjusted by a motor or the like. The structure which adjusts 2 grating | lattices 15 may be sufficient. The first lattice adjustment unit 143 and the second lattice adjustment unit 151 adjust the lattice surfaces of the first lattice 14 and the second lattice 15 to be parallel to each other, and are parallel to the lattice surface of the multi slit 12. Adjust as follows.
Note that the first and second lattice adjustment units 143 and 151 are not necessarily required, and may not be used by increasing the accuracy of a series of parts including the holding unit 141 or adjusting jigs in the assembly process. it can. In this case, the weight can be further reduced and the motor load of the drive unit 150 can be reduced.
上記マルチスリット１２、第１格子１４、第２格子１５は、例えば下記のように構成することができる。
Ｘ線源１１のＸ線管の焦点径；３００（μｍ）、管電圧：４０（ｋＶｐ）、付加フィルター：アルミ１．６（ｍｍ）
Ｘ線源１１の焦点からマルチスリット１２までの距離Ｄ１ ： ２４０（ｍｍ）
マルチスリット１２から第１格子１４までの距離Ｒ１ ：１１１０（ｍｍ）
マルチスリット１２から第２格子１５までの距離Ｒ１＋ｚｐ：１３７０（ｍｍ）
マルチスリット１２のサイズ：１０（ｍｍ四方）、スリット周期：２２．８（μｍ）
第１格子１４のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：４．３（μｍ）
第２格子１５のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：５．３（μｍ）
The multi-slit 12, the first grating 14, and the second grating 15 can be configured as follows, for example.
Focal diameter of X-ray tube of X-ray source 11: 300 (μm), tube voltage: 40 (kVp), additional filter: aluminum 1.6 (mm)
Distance D 1 from the focal point of the X-ray source 11 to the multi slit 12: 240 (mm)
Distance from multi slit 12 to first grating 14 R 1 : 1110 (mm)
Distance R 1 + z p from the multi slit 12 to the second grating 15: 1370 (mm)
Multi slit 12 size: 10 (mm square), slit period: 22.8 (μm)
Size of the first grating 14: 50 (mm square), slit period: 4.3 (μm)
Size of the second grating 15: 50 (mm square), slit period: 5.3 (μm)
駆動部１５０は、保持部１４１をｘ方向に移動させることで、第１格子１４及び第２格子１５をマルチスリット１２に対してｘ方向に相対移動させるための駆動機構である。駆動部１５０は、格子ユニット１４０の重心に近い位置に設けられる。駆動部１５０の駆動方式は、ボールねじ方式、リニアモーター方式、ピエゾ駆動方式などの微小な精密送り可能な方式であればいずれの方式でもよい。また、駆動部１５０は、リニアスケールやエンコーダー等を用いたフィードバック機構を搭載していることが好ましい。 The drive unit 150 is a drive mechanism for moving the first grating 14 and the second grating 15 relative to the multi slit 12 in the x direction by moving the holding unit 141 in the x direction. The drive unit 150 is provided at a position close to the center of gravity of the lattice unit 140. The drive unit 150 may be driven by any method as long as it is capable of minute precision feeding, such as a ball screw method, a linear motor method, and a piezo drive method. The drive unit 150 preferably includes a feedback mechanism using a linear scale, an encoder, or the like.
Ｘ線検出器１６は、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取る。
Ｘ線検出器１６の画素サイズは１０〜３００（μｍ）であり、さらに好ましくは５０〜２００（μｍ）である。Ｘ線検出器１６は第２格子１５に当接するように基台部１９に位置を固定することが好ましい。第２格子１５とＸ線検出器１６間の距離が大きくなるほど、Ｘ線検出器１６により得られるモアレ画像がボケるからである。
The X-ray detector 16 has two-dimensionally arranged conversion elements that generate electric signals in accordance with the irradiated X-rays, and reads the electric signals generated by the conversion elements as image signals.
The pixel size of the X-ray detector 16 is 10 to 300 (μm), more preferably 50 to 200 (μm). The position of the X-ray detector 16 is preferably fixed to the base portion 19 so as to abut on the second grating 15. This is because the moire image obtained by the X-ray detector 16 becomes blurred as the distance between the second grating 15 and the X-ray detector 16 increases.
Ｘ線検出器１６としては、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）を用いることができる。ＦＰＤには、Ｘ線をシンチレーターを介して光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。
なお、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｘ線カメラ等の撮影手段をＸ線検出器１６
として用いてもよい。
As the X-ray detector 16, an FPD (Flat Panel Detector) can be used. The FPD includes an indirect conversion type in which X-rays are converted into electric signals by a photoelectric conversion element via a scintillator, and a direct conversion type in which X-rays are directly converted into electric signals, either of which may be used.
Note that imaging means such as a CCD (Charge Coupled Device), an X-ray camera or the like is used as the X-ray detector 16.
It may be used as
本体部１８は、図５に示すように、制御部１８１、操作部１８２、表示部１８３、通信部１８４、記憶部１８５を備えて構成されている。
制御部１８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、記憶部１８５に記憶されているプログラムとの協働により、各種処理を実行する。制御部１８１は、本体部１８外の各部（例えば、Ｘ線源１１、Ｘ線検出器１６、駆動部１５０等）に接続されており、後述するＸ線撮影制御処理を実行してＸ線撮影装置１の各部を制御することによりモアレ画像の生成を行う。
As shown in FIG. 5, the main body unit 18 includes a control unit 181, an operation unit 182, a display unit 183, a communication unit 184, and a storage unit 185.
The control unit 181 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and the like, and executes various processes in cooperation with a program stored in the storage unit 185. The control unit 181 is connected to each unit (for example, the X-ray source 11, the X-ray detector 16, the driving unit 150, etc.) outside the main body unit 18, and performs X-ray imaging control processing described later to perform X-ray imaging. A moire image is generated by controlling each part of the apparatus 1.
操作部１８２は曝射スイッチや撮影条件等の入力操作に用いるキー群の他、表示部１８３のディスプレイと一体に構成されたタッチパネルを備え、これらの操作に応じた操作信号を生成して制御部１８１に出力する。
表示部１８３は制御部１８１の表示制御に従って、ディスプレイに操作画面、Ｘ線撮影装置１の動作状況等を表示する。
The operation unit 182 includes a touch panel configured integrally with the display of the display unit 183 in addition to a key group used for input operations such as an exposure switch and an imaging condition, and generates an operation signal corresponding to these operations to generate a control unit. It outputs to 181.
The display unit 183 displays an operation screen, an operation state of the X-ray imaging apparatus 1 and the like on the display according to display control of the control unit 181.
通信部１８４は通信インターフェイスを備え、ネットワーク上のコントローラー５と通信する。例えば、通信部１８４は、Ｘ線検出器１６によって読み取られ、記憶部１８５に記憶されたモアレ画像をコントローラー５に送信する。
記憶部１８５は、制御部１８１により実行されるプログラム、プログラムの実行に必要なデータを記憶している。また、記憶部１８５はＸ線検出器１６によって得られたモアレ画像を記憶する。
The communication unit 184 includes a communication interface and communicates with the controller 5 on the network. For example, the communication unit 184 transmits the moire image read by the X-ray detector 16 and stored in the storage unit 185 to the controller 5.
The storage unit 185 stores a program executed by the control unit 181 and data necessary for executing the program. The storage unit 185 stores the moire image obtained by the X-ray detector 16.
コントローラー５は、オペレーターによる操作に従ってＸ線撮影装置１の撮影動作を制御し、Ｘ線撮影装置１により得られたモアレ画像を用いて縞走査法により被写体の再構成画像を作成するコンピュータ装置である。本実施形態では被写体の再構成画像を作成する画像処理装置としてコントローラー５を用いた例を説明するが、Ｘ線画像に様々な画像処理を施す専用の画像処理装置をＸ線撮影装置１と接続し、当該画像処理装置により再構成画像の作成を行うこととしてもよい。 The controller 5 is a computer device that controls the imaging operation of the X-ray imaging apparatus 1 in accordance with an operation by an operator, and creates a reconstructed image of the subject by the fringe scanning method using the moire image obtained by the X-ray imaging apparatus 1. . In the present embodiment, an example in which the controller 5 is used as an image processing apparatus that creates a reconstructed image of a subject will be described. However, a dedicated image processing apparatus that performs various image processing on an X-ray image is connected to the X-ray imaging apparatus 1. The reconstructed image may be created by the image processing apparatus.
＜Ｘ線撮影システムの動作＞
上記Ｘ線撮影装置１のタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影方法を説明する。
図６に示すように、Ｘ線源１１から照射されたＸ線が第１格子１４を透過すると、透過したＸ線がｚ方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像といい、自己像が形成される現象をタルボ効果という。自己像を結ぶ位置に第２格子１５が自己像と概ね平行に配置され、第２格子１５を透過したＸ線によりモアレ画像（図６においてＭｏで示す）が得られる。Ｘ線源１１と第１格子１４間に被写体（図６においてＨで示す）が存在すると、被写体によってＸ線の位相がずれるため、図６に示すようにモアレ画像上のモアレ縞は被写体の辺縁を境界に乱れる。このモアレ縞の乱れを、モアレ画像を処理することによって検出し、被写体像を画像化することができる。これがタルボ干渉計の原理である。
<Operation of X-ray imaging system>
An X-ray imaging method using the Talbot-Lau interferometer of the X-ray imaging apparatus 1 will be described.
As shown in FIG. 6, when the X-rays irradiated from the X-ray source 11 pass through the first grating 14, the transmitted X-rays form an image at a constant interval in the z direction. This image is called a self-image, and the phenomenon in which a self-image is formed is called the Talbot effect. The second grating 15 is arranged substantially parallel to the self-image at a position connecting the self-images, and a moire image (indicated by Mo in FIG. 6) is obtained by X-rays transmitted through the second grating 15. When a subject (indicated by H in FIG. 6) exists between the X-ray source 11 and the first grating 14, the phase of the X-ray is shifted depending on the subject, so that the moire fringes on the moire image are the sides of the subject as shown in FIG. Disturbed at the border. The disturbance of the moire fringes can be detected by processing the moire image, and the subject image can be imaged. This is the principle of the Talbot interferometer.
Ｘ線撮影装置１では、Ｘ線源１１と第１格子１４との間のＸ線源１１に近い位置に、マルチスリット１２が配置され、タルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影が行われる。タルボ干渉計はＸ線源１１が理想的な点線源であることを前提としているが、実際の撮影にはある程度焦点径が大きい焦点が用いられるため、マルチスリット１２によってあたかも点線源が複数連なってＸ線が照射されているかのように多光源化する。これがタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影法であり、焦点径がある程度大きい場合にも、タルボ干渉計と同様のタルボ効果を得ることができる。 In the X-ray imaging apparatus 1, a multi-slit 12 is disposed near the X-ray source 11 between the X-ray source 11 and the first grating 14, and X-ray imaging using a Talbot-Lau interferometer is performed. The Talbot interferometer is based on the premise that the X-ray source 11 is an ideal point source. However, since a focal point having a large focal diameter is used for actual imaging, it is as if a plurality of point sources are connected by the multi slit 12. Multiple light sources are used as if they were irradiated with X-rays. This is an X-ray imaging method using a Talbot-Lau interferometer, and a Talbot effect similar to that of a Talbot interferometer can be obtained even when the focal diameter is somewhat large.
図７は、Ｘ線撮影装置１の制御部１８１により実行されるＸ線撮影制御処理の流れを示すフローチャートである。Ｘ線撮影制御処理は、制御部１８１と記憶部１８５に記憶されているプログラムとの協働により実行される。 FIG. 7 is a flowchart showing the flow of X-ray imaging control processing executed by the control unit 181 of the X-ray imaging apparatus 1. The X-ray imaging control process is executed in cooperation with the control unit 181 and a program stored in the storage unit 185.
図７に示すように、オペレーターにより操作部１８２の曝射スイッチがＯＮ操作されると（ステップＳ１；Ｙ）、駆動部１５０により第１格子１４及び第２格子１５が一体的に移動され、複数ステップの撮影が実行される（ステップＳ２）。 As shown in FIG. 7, when the exposure switch of the operation unit 182 is turned on by the operator (step S <b> 1; Y), the drive unit 150 moves the first grid 14 and the second grid 15 together, Step photographing is performed (step S2).
即ち、駆動部１５０により、保持部１４１に保持された第１格子１４及び第２格子１５が一体的に等間隔毎に複数ステップ移動され、ステップ毎に撮影が行われて、各ステップのモアレ画像が取得される。第１格子１４及び第２格子１５の移動方向は、Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向であれば良い。第１格子１４及び第２格子１５の移動量を最小にする場合は、Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリット１２のスリット延伸方向と直交する方向に移動させれば良い（マルチスリット１２のスリット延伸方向をｙとするとｘ方向に移動させる。これを直交走査と呼ぶ）。またＸ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリット１２のスリット延伸方向及ぶ直行方向とは異なる方向に移動させても良い（斜め走査と呼ぶ）。これはマルチスリット１２のスリット延伸方向をｙとした場合、ｘ−ｙ平面内のｘ軸とｙ軸以外の方向を意味する。ｘ軸から角度θだけ傾けた斜め走査は、直交走査よりも1/cosθ倍の移動量が必要となるが、格子の送り誤差の影響は直交走査より受けにくい。これは送り誤差によるモアレ縞の位相変化が、誤差をトータルの送り量で割ったものであることに比例することから明らかである。本実施形態におけるＸ線撮影装置１は、簡略化のため直交走査の構成としており、第１格子１４及び第２格子１５は駆動部１５によりｘ方向に移動される。直交走査の場合、第１格子１４及び第２格子１５の移動量の合計は、マルチスリット１２のスリット周期１周期分である。
ステップ数は２〜２０、さらに好ましくは３〜１０である。視認性の高い再構成画像を短時間で得るという観点からすれば、５ステップが好ましい（参照文献１：K.Hibino, B.F.Oreb and D.I.Farrant, Phase shifting for nonsinusoidal wave forms with phase-shift errors, J.Opt.Soc.Am.A, Vol.12, 761-768(1995)、参照文献２：A.Momose, W.Yashiro, Y. Takeda, Y.Suzuki and T.Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometetry for biological imaging, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.45, 5254-5262(2006)）。ここでは、５ステップの撮影を行うこととして説明する。
That is, the drive unit 150 moves the first grid 14 and the second grid 15 held by the holding unit 141 integrally at a plurality of steps at equal intervals, and photographing is performed for each step. Is acquired. The moving direction of the 1st grating | lattice 14 and the 2nd grating | lattice 15 should just be a direction different from the slit extending | stretching direction of a multi slit, orthogonal to the X-ray irradiation axis direction. In order to minimize the movement amount of the first grating 14 and the second grating 15, the movement may be performed in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction and orthogonal to the slit extending direction of the multi-slit 12 (multi-slit If the slit extending direction of 12 is y, it is moved in the x direction (this is called orthogonal scanning). Further, it may be moved in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction and different from the orthogonal direction extending in the slit extending direction of the multi slit 12 (referred to as oblique scanning). This means directions other than the x axis and the y axis in the xy plane, where y is the slit extension direction of the multi slit 12. Oblique scanning tilted by an angle θ from the x-axis requires a movement amount that is 1 / cos θ times that of orthogonal scanning, but is less susceptible to the effect of grating feed errors than orthogonal scanning. This is apparent from the fact that the phase change of the moire fringes due to the feed error is proportional to the error divided by the total feed amount. The X-ray imaging apparatus 1 in the present embodiment has a configuration of orthogonal scanning for simplification, and the first grating 14 and the second grating 15 are moved in the x direction by the driving unit 15. In the case of orthogonal scanning, the total amount of movement of the first grating 14 and the second grating 15 is one slit period of the multi slit 12.
The number of steps is 2 to 20, more preferably 3 to 10. From the viewpoint of obtaining a reconstructed image with high visibility in a short time, 5 steps are preferable (Reference 1: K. Hibino, BFOreb and DIFarrant, Phase shifting for nonsinusoidal wave forms with phase-shift errors, J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 12, 761-768 (1995), Reference 2: A. Momose, W. Yashiro, Y. Takeda, Y. Suzuki and T. Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometetry for biological imaging, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 45, 5254-5262 (2006)). Here, description will be made on the assumption that shooting is performed in five steps.
ステップＳ２においては、被写体台１３に被写体を載置した状態（被写体有り）でのＸ線撮影と被写体台１３に被写体を載置しない状態（被写体無し）でのＸ線撮影が行われ、複数の被写体有りのモアレ画像と被写体無しのモアレ画像が生成される。具体的に、各Ｘ線撮影においては、まず、第１格子１４及び第２格子１５が停止した状態でＸ線源１１によるＸ線の照射が開始される。Ｘ線検出器１６ではリセット後、Ｘ線照射のタイミングに合わせて電荷が蓄積され、Ｘ線の照射停止のタイミングに合わせて蓄積された電荷が画像信号として読み取られる。これが１ステップ分の撮影である。１ステップ分の撮影が終了するタイミングで駆動部１５０による、保持部１４１に一体的に保持された第１格子１４及び第２格子１５の移動が開始され、所定量移動すると停止され、次のステップの撮影が行われる。このようにして、第１格子１４及び第２格子１５の移動と停止が所定のステップ数分だけ繰り返され、第１格子１４及び第２格子１５が停止したときにＸ線の照射と画像信号の読み取りが行われる。 In step S2, X-ray imaging with the subject placed on the subject table 13 (with subject) and X-ray photography with no subject placed on the subject table 13 (no subject) are performed. A moire image with a subject and a moire image without a subject are generated. Specifically, in each X-ray imaging, first, X-ray irradiation from the X-ray source 11 is started with the first grating 14 and the second grating 15 stopped. After the reset, the X-ray detector 16 accumulates charges in accordance with the timing of X-ray irradiation, and reads the accumulated charges as image signals in accordance with the timing of X-ray irradiation stop. This is one step of shooting. The movement of the first grid 14 and the second grid 15 integrally held by the holding unit 141 by the driving unit 150 is started at the timing when the photographing for one step is finished, and is stopped when a predetermined amount is moved, and the next step Is taken. In this manner, the movement and stop of the first grating 14 and the second grating 15 are repeated for a predetermined number of steps, and when the first grating 14 and the second grating 15 are stopped, the X-ray irradiation and the image signal are transmitted. Reading is done.
各ステップの撮影が終了すると、本体部１８からコントローラー５に、各ステップのモアレ画像が送信される（ステップＳ３）。本体部１８からコントローラー５に対しては各ステップの撮影が終了する毎に１枚ずつ送信することとしてもよいし、各ステップの撮影が終了し、全てのモアレ画像が得られた後、まとめて送信することとしてもよい。 When the photographing of each step is completed, the moire image of each step is transmitted from the main body 18 to the controller 5 (step S3). The main body 18 may send one image at a time to the controller 5 every time the shooting of each step is completed, or after the shooting of each step is completed and all moire images are obtained, the images are collected. It is good also as transmitting.
図８は、モアレ画像を受信した後のコントローラー５において実行される再構成画像作成処理の流れを示すフローチャートである。
図８に示すように、まずモアレ画像の解析が行われ（ステップＳ１１）、再構成画像の作成に使用できるか否かが判断される（ステップＳ１２）。理想的な送り精度により第１格子１４及び第２格子１５を一定の送り量で移動できた場合、図９に示すように、５ステップの撮影でマルチスリット１２のスリット周期１周期分のモアレ画像５枚が得られる。各ステップのモアレ画像は０．２周期という一定周期間隔毎に縞走査をした結果であるので、各モアレ画像の任意の１画素に注目すると、その信号値を正規化して得られるＸ線相対強度は、図１０に示すようにサインカーブを描く。よって、コントローラー５は得られた各ステップのモアレ画像のある画素に注目してＸ線相対強度を求める。各モアレ画像から求められたＸ線相対強度が、図１０に示すようなサインカーブを形成すれば、一定周期間隔のモアレ画像が得られているので、再構成画像の作成に使用できると判断することができる。
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the reconstructed image creation process executed in the controller 5 after receiving the moire image.
As shown in FIG. 8, first, a moire image is analyzed (step S11), and it is determined whether it can be used to create a reconstructed image (step S12). When the first grating 14 and the second grating 15 can be moved at a constant feed amount with an ideal feed accuracy, as shown in FIG. 9, a moiré image corresponding to one slit period of the multi-slit 12 in five-step shooting. 5 sheets are obtained. Since the moire image of each step is a result of stripe scanning at fixed intervals of 0.2 cycles, when attention is paid to any one pixel of each moire image, the X-ray relative intensity obtained by normalizing the signal value Draws a sine curve as shown in FIG. Therefore, the controller 5 obtains the X-ray relative intensity by paying attention to the pixel having the moire image obtained in each step. If the X-ray relative intensity obtained from each moiré image forms a sine curve as shown in FIG. 10, it is determined that a moiré image having a constant periodic interval is obtained and can be used to create a reconstructed image. be able to.
各ステップのモアレ画像の中にサインカーブを形成できないモアレ画像がある場合、再構成画像の作成に使用できないと判断され（ステップＳ１２；Ｎ）、撮影のタイミングを変更して再撮影するよう指示する制御情報がコントローラー５からＸ線撮影装置１に送信される（ステップＳ１３）。例えば、図１０に示すように、３ステップ目は本来０．４周期のところ、周期がずれて０．３５周期のモアレ画像が得られた場合であれば、駆動部１５０の送り精度の低下が原因と考えられる。よって、０．０５周期分だけ撮影のタイミングを早めて３ステップ目のみ再撮影を行うよう指示すればよい。或いは、５ステップ全てについて再撮影し、３ステップ目のみ０．０５周期分の撮影時間を早めるように指示してもよい。５ステップ全てのモアレ画像が所定量ずつサインカーブからずれている場合、駆動部１５０の起動から停止までの間隔を増やすか、或いは減らすように指示してもよい。Ｘ線撮影装置１では、当該制御情報に従って撮影のタイミングが調整され、図７に示すＸ線撮影制御処理が再度実行される。 If there is a moiré image in which a sine curve cannot be formed in the moiré image at each step, it is determined that it cannot be used to create a reconstructed image (step S12; N), and an instruction is given to change the shooting timing and reshoot. Control information is transmitted from the controller 5 to the X-ray imaging apparatus 1 (step S13). For example, as shown in FIG. 10, if the third step is originally 0.4 period, and the period is shifted and a moiré image having 0.35 period is obtained, the feeding accuracy of the drive unit 150 is reduced. Possible cause. Therefore, it suffices to instruct to re-shoot only the third step by advancing the shooting timing by 0.05 cycles. Alternatively, it may be instructed to re-photograph all five steps and to advance the photographing time for 0.05 cycles only at the third step. When the moire images in all five steps are deviated from the sine curve by a predetermined amount, it may be instructed to increase or decrease the interval from activation to stop of the drive unit 150. In the X-ray imaging apparatus 1, the imaging timing is adjusted according to the control information, and the X-ray imaging control process shown in FIG. 7 is executed again.
一方、再構成画像の作成にモアレ画像を使用できると判断された場合（ステップＳ１２；Ｙ）、コントローラー５によってモアレ画像が処理され、被写体の再構成画像が作成される（ステップＳ１４）。 On the other hand, when it is determined that a moiré image can be used to create a reconstructed image (step S12; Y), the moiré image is processed by the controller 5, and a reconstructed image of the subject is created (step S14).
再構成画像としては、例えば、吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像の３種類の被写体の再構成画像が生成される。
吸収画像（Ｘ線吸収画像）は、モアレ縞の平均成分を画像化したものであり、被写体によるＸ線減衰量に応じてコントラストが付く。従来から診断に用いられており、医師等の医療従事者にとってなじみのある画像である。Ｘ線の吸収コントラストがつきやすい骨部の描写に優れている。
微分位相画像は、モアレ縞の位相情報を画像化したものであり、被写体によるＸ線波面の傾き量に応じてコントラストが付く。吸収画像よりも軟部組織の描写に優れている。
小角散乱画像は、モアレ縞のVisibilityを画像化したものであり、被写体によるＸ線散乱に応じてコントラストが付く（参照文献３：Distribution of unresolvable anisotropic microstructures revealed in visibility-contrast images using x-ray Talbot interferometry Wataru Yashiro et.al. PHYSICAL REVIEW B 84, 094106 (2011)参照。）。吸収画像よりも微細構造の描写に優れている。
As the reconstructed image, for example, three types of reconstructed images of the subject, that is, an absorption image, a differential phase image, and a small angle scattered image are generated.
The absorption image (X-ray absorption image) is an image of an average component of moire fringes, and has a contrast according to the amount of X-ray attenuation by the subject. The image has been used for diagnosis conventionally and is familiar to medical personnel such as doctors. Excellent depiction of bones where X-ray absorption contrast is likely.
The differential phase image is obtained by imaging phase information of moire fringes, and has a contrast according to the amount of inclination of the X-ray wavefront by the subject. It is superior to depict soft tissue than absorption images.
A small-angle scattered image is an image of the visibility of moire fringes, and contrast is added according to the X-ray scattering by the subject (Reference 3: Distribution of unresolvable anisotropic microstructures revealed in visibility-contrast images using x-ray Talbot interferometry. Wataru Yashiro et.al. PHYSICAL REVIEW B 84, 094106 (2011)). It is superior to the description of the fine structure than the absorption image.
上記３種類の再構成画像は、例えば、参照文献４（国際公開第２０１２／０２９３４０号公報）に記載のように、公知の手法により生成することができる。
まず、被写体有りのモアレ画像と被写体無しのモアレ画像に、オフセット補正処理、ゲイン補正処理、欠陥画素補正処理、Ｘ線強度変動補正等が施される。次いで、補正後の被写体有りのモアレ画像に基づいて、被写体有りの３種類の再構成画像（吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像）が生成される。また、補正後の被写体無しのモアレ画像に基づいて、被写体無しの３種類の再構成画像（吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像）が生成される。
具体的には、複数のモアレ画像のモアレ縞を加算することにより吸収画像が生成される。また、縞走査法の原理を用いてモアレ縞の位相が計算され、微分位相画像が生成される。また、縞走査法の原理を用いてモアレ縞のVisibilityが計算され（Visibility＝２×振幅÷平均値）、小角散乱画像が生成される。
そして、生成された被写体有りの再構成画像に対し、同種の被写体無しの再構成画像を用いて（例えば、被写体有りの小角散乱画像に対し、被写体無しの小角散乱画像を用いて）、モアレ縞の位相の除去と、画像ムラを除去するための補正処理が行われ、最終的な診断用の３種類の再構成画像が生成される。
The three types of reconstructed images can be generated by a known method, for example, as described in Reference Document 4 (International Publication No. 2012/029340).
First, an offset correction process, a gain correction process, a defective pixel correction process, an X-ray intensity fluctuation correction, and the like are performed on a moiré image with a subject and a moiré image without a subject. Next, three types of reconstructed images (absorption image, differential phase image, and small angle scattered image) with a subject are generated based on the corrected moire image with the subject. Further, three types of reconstructed images (absorption image, differential phase image, and small angle scattered image) without a subject are generated based on the corrected moire image without the subject.
Specifically, an absorption image is generated by adding moire fringes of a plurality of moire images. In addition, the phase of moire fringes is calculated using the principle of the fringe scanning method, and a differential phase image is generated. Also, the visibility of moire fringes is calculated using the principle of the fringe scanning method (Visibility = 2 × amplitude ÷ average value), and a small-angle scattered image is generated.
Then, using the reconstructed image without the same kind of subject with respect to the generated reconstructed image with the subject (for example, using the small-angle scattered image without the subject with respect to the small-angle scattered image with the subject), the moire fringes Phase correction and correction processing for removing image unevenness are performed, and three types of reconstructed images for final diagnosis are generated.
ここで、上述のように、Ｘ線撮影装置１においては、第１格子１４及び第２格子１５を同時にマルチスリット１２に対して相対移動させて撮影を行うことで、複数ステップのモアレ画像を取得している。以下、その有利な効果について説明する。 Here, as described above, in the X-ray imaging apparatus 1, the first grating 14 and the second grating 15 are simultaneously moved relative to the multi-slit 12 to perform imaging, thereby acquiring a multi-step moire image. doing. The advantageous effects will be described below.
従来、マルチスリット１２を第１格子１４及び第２格子１５に対して相対移動させて撮影することにより複数ステップのモアレ画像を取得することが好ましいとされている（特許文献２参照）。これは、一般的に、マルチスリット１２は、上述のようにスリット周期が第１格子１４及び第２格子１５より大きいため、各ステップ毎の移動量が大きく、マルチスリット１２を駆動させる駆動機構の起動時及び停止時のバックラッシュ等の影響による移動量誤差の割合が、同一の精度の駆動機構部を用いて第１格子１４又は第２格子１５を移動させたときよりも小さくなるので、最終的な再構成画像への影響度も少なくなり、高画質の画像を得ることが可能となる（或いは、第１格子１４又は第２格子１５の駆動機構部に対し、マルチスリット１２の駆動機構部はその送り精度を緩和できる）。 Conventionally, it is preferable to obtain a multi-step moire image by moving the multi-slit 12 relative to the first and second gratings 14 and 15 (see Patent Document 2). In general, the multi-slit 12 is larger in the slit period than the first grating 14 and the second grating 15 as described above, so that the movement amount of each step is large, and the drive mechanism for driving the multi-slit 12 is used. Since the ratio of the movement amount error due to the backlash and the like at the time of starting and stopping is smaller than when the first lattice 14 or the second lattice 15 is moved using the drive mechanism unit with the same accuracy, the final Therefore, it is possible to obtain a high-quality image (or the driving mechanism portion of the multi-slit 12 with respect to the driving mechanism portion of the first grating 14 or the second grating 15). Can ease its feed accuracy).
しかし、マルチスリット１２が存在するＸ線源１１の周辺には、図１に示すように、付加フィルター１１２、照射野絞り１１３、照射野ランプ１１４のように多数の部品が存在しており、これらを避けてマルチスリット１２の駆動機構を配置するには複雑な機構が必要となり、駆動範囲も制限される。また、マルチスリット１２の駆動機構のメンテナンス時に照射野絞り１１３や照射野ランプ１１４が邪魔になり、メンテナンス性が悪い。また、マルチスリット１２及びその駆動機構をＸ線源１１と独立して設計することができず、設計の自由度が狭く、拡張性が低い。更に、マルチスリット１２の駆動機構はＸ線源１１近傍に配置されるのでＸ線源１１の熱や振動の影響を受け易く、安定してマルチスリット１２を動かすことができない。 However, in the vicinity of the X-ray source 11 where the multi-slit 12 is present, as shown in FIG. 1, there are a large number of parts such as an additional filter 112, an irradiation field stop 113, and an irradiation field lamp 114. A complicated mechanism is required to arrange the drive mechanism of the multi-slit 12 while avoiding the above, and the drive range is limited. Further, the irradiation field stop 113 and the irradiation field lamp 114 become an obstacle during maintenance of the driving mechanism of the multi-slit 12, and the maintainability is poor. Further, the multi-slit 12 and its driving mechanism cannot be designed independently of the X-ray source 11, and the degree of design freedom is narrow and the expandability is low. Furthermore, since the drive mechanism of the multi-slit 12 is disposed in the vicinity of the X-ray source 11, it is easily affected by the heat and vibration of the X-ray source 11, and the multi-slit 12 cannot be moved stably.
そこで、本実施形態においては、第１格子１４及び第２格子１５を同時に同方向に同じ量だけマルチスリット１２に対して相対移動させて撮影を行う。この場合の第１格子１４及び第２格子１５の各ステップの移動量は、マルチスリット１２を相対移動させるときと同じ（方向は逆方向）であるため、マルチスリット１２を移動させる場合と同様に、第１格子１４又は第２格子１５のいずれかを単独で移動させたときに比べて、駆動機構部の移動量誤差の割合を低減することができる（或いは、第１格子１４又は第２格子１５の駆動機構部に対し、本実施形態の走査用の駆動部１５０はその送り精度を緩和できる）。また、第１格子１４及び第２格子１５は、図１に示すようにＸ線源１１から離れた位置にあるため、上述のマルチスリット１２を移動させるときのよりもメンテナンス性、拡張性に優れている。更に、第１格子１４及び第２格子１５を保持部１４１により一体的に保持してユニット化することで、移動させるための駆動機構が1つですみ（駆動部１５０）、また、狭周期の２つの格子の相対移動を抑え、撮影中及び撮影間の両者の相対的なずれにより再構成画像にのる偽像の強度を小さくすることができる。 Therefore, in this embodiment, the first grating 14 and the second grating 15 are simultaneously moved in the same direction by the same amount relative to the multi-slit 12 to perform imaging. In this case, the amount of movement of each step of the first grating 14 and the second grating 15 is the same as the relative movement of the multi-slit 12 (the direction is the reverse direction), and thus the same as when the multi-slit 12 is moved. As compared with the case where either the first grating 14 or the second grating 15 is moved alone, the ratio of the movement amount error of the drive mechanism unit can be reduced (or the first grating 14 or the second grating). The scanning drive unit 150 of the present embodiment can reduce the feeding accuracy with respect to 15 drive mechanism units). Moreover, since the 1st grating | lattice 14 and the 2nd grating | lattice 15 are in the position away from the X-ray source 11, as shown in FIG. 1, it is excellent in maintainability and expansibility compared with the case where the above-mentioned multi slit 12 is moved. ing. Furthermore, the first grating 14 and the second grating 15 are integrally held by the holding portion 141 to form a unit, so that only one driving mechanism is required to move (the driving portion 150), and a narrow cycle The relative movement of the two gratings can be suppressed, and the intensity of the false image on the reconstructed image can be reduced due to the relative deviation between the two during and during the photographing.
また、従来のマルチスリット１２を移動させる場合、その剛性によっては、外乱等により格子移動方向以外の変位を拾い誤差を生み易く、不安定になるという問題があった。本実施形態のように、第１格子１４及び第２格子１５を移動させる場合は、重心位置が低いために、外乱の影響が小さく、格子移動方向以外の誤差を生じにくいので好ましい。 Further, when the conventional multi-slit 12 is moved, there is a problem that, depending on its rigidity, a displacement other than the lattice moving direction is easily picked up due to disturbance or the like, and an error is likely to occur, resulting in instability. When the first grating 14 and the second grating 15 are moved as in the present embodiment, since the position of the center of gravity is low, the influence of disturbance is small, and errors other than the grating moving direction are less likely to occur.
＜本実施形態による送り精度の検証＞
以下、第１格子１４及び第２格子１５の移動の送り精度がマルチスリット１２の移動の送り精度に対して劣らないことについて検証する。
<Verification of feeding accuracy according to this embodiment>
Hereinafter, it is verified that the feed accuracy of the movement of the first grating 14 and the second grating 15 is not inferior to the feed accuracy of the movement of the multi slit 12.
タルボ・ロー干渉計において、タルボ効果とロー効果によるモアレ縞を効果的に形成するためには、以下の（１）〜（３）の条件を保つ又は近い条件が必要である（参照文献５：W.Yashiro et al.,Efficiency of capturing a phase image using cone-beam x-ray Talbot interferometry.Opt.Soc.Am.,25,2025,2008.）
（１）タルボ効果で、第１格子１４の自己像が第２格子１５の面上に現れる条件
(1) Conditions under which the self-image of the first grating 14 appears on the surface of the second grating 15 due to the Talbot effect
上記（１）〜（３）の拘束条件より、マルチスリット１２、第１格子１４、第２格子１５の周期の関係は以下の（式４）となる。
本願発明者は、上記の関係からタルボ・ロー干渉計で形成されるモアレ縞の位相シフトΦは以下の（式５）で表せることを見出し、実験的に確認した。
この（式５）を用いることで、複数格子を移動させた際のモアレ縞の位相シフト量Φを算出することができる。
The inventor of the present application found out from the above relationship that the phase shift Φ of the moire fringes formed by the Talbot-Lau interferometer can be expressed by the following (Equation 5) and confirmed experimentally.
By using this (Formula 5), it is possible to calculate the phase shift amount Φ of moire fringes when a plurality of gratings are moved.
縞走査法の原理から、一連の撮影のうちｋステップ目（ｋ枚目。ｋ＝０、１、２・・・）に撮影された画像におけるモアレ縞の位相シフト量ΦＫの目標値は以下の（式６）となる。
そのため、下記（式７）を満たすようにｋステップ目の各格子の格子移動量（撮影開始前の基準位置からの相対移動量）ｍ０ｋ、ｍ1ｋ、ｍ2ｋを設定すればよい。ｍ０ｋはマルチスリット１２の格子移動量、ｍ1ｋは第１格子１４の格子移動量、ｍ2ｋは、第２格子１５の格子移動量である。
撮影間の格子移動量を一定として簡略化して考えると、以下の（式８）を満たすように撮影間の各格子の相対移動量ｌ０、ｌ１、ｌ２を設定すればよい。
Therefore, the lattice movement amounts (relative movement amounts from the reference position before the start of imaging) m 0k , m 1k , and m 2k may be set so as to satisfy the following (Equation 7). m 0k is the amount of lattice movement of the multi-slit 12, m 1k is the amount of lattice movement of the first lattice 14, and m 2k is the amount of lattice movement of the second lattice 15.
Considering the amount of movement of the lattice between photographings in a simplified manner, the relative amount of movement l 0 , l 1 , l 2 of each lattice during photographing may be set so as to satisfy the following (Equation 8).
以下、第１格子１４と第２格子１５を動かす場合（Ｇ１Ｇ２移動法と呼ぶ）について説明する。
第１格子１４と第２格子１５を動かす場合、ｌ０＝０であるので、撮影間のモアレ縞位相シフトΦは以下の（式９）で与えられる。
When moving the first grating 14 and the second grating 15, since l 0 = 0, the moire fringe phase shift Φ between photographings is given by the following (formula 9).
ここで、第１格子１４と第２格子１５を同方向に同量移動させ、その移動量をｌとすると、撮影間のモアレ縞の位相シフトΦは、（式９）及び（式４）より
これは、第１格子１４と第２格子１５を同方向に同量移動させるＧ１Ｇ２移動法の場合、マルチスリット１２のみを移動させる方法（Ｇ０移動法と呼ぶ）と移動量が同じで移動方向が逆であることを示している。 In the case of the G1G2 moving method in which the first grating 14 and the second grating 15 are moved in the same direction by the same amount, the moving amount is the same as the method of moving only the multi slit 12 (referred to as the G0 moving method) and the moving direction is the same. It shows the opposite.
理想的な系において、移動法の違い（どの格子を移動させるかの違い）は移動量の差だけとなるが、実際の系では、格子の送り精度や撮影中、撮影間の振動等による機構変動(これらを機構誤差と呼ぶ)によってモアレ縞の位相に誤差が生じる。モアレ縞に位相誤差が含まれる場合、再構成した微分位相画像、小角散乱画像、吸収画像に偽像が発生する。 In an ideal system, the difference in movement method (difference of which grid is moved) is only the difference in the amount of movement, but in the actual system, the mechanism is based on the grating feed accuracy, vibration during shooting, etc. Variations (these are called mechanism errors) cause errors in the phase of the moire fringes. When the moiré fringes include a phase error, a false image is generated in the reconstructed differential phase image, small angle scattered image, and absorption image.
例えば、以下の撮影条件で撮影した場合の各移動法毎の撮影間移動量（移動する格子の撮影間の移動量）及びモアレ縞の位相誤差は［表２］に示すとおりである。
（撮影条件）
Ｘ線管の焦点径；３００（μｍ）、管電圧；４０ｋＶ、付加フィルター；アルミ１．６（ｍｍ）、中心エネルギー２８（ｋｅＶ）
Ｘ線検出器；Condor486(Fairchild Imaging社製)、画素サイズ；１５（μｍ）
Ｘ線源１１の焦点からマルチスリットまでの距離Ｄ１： ３４（ｍｍ）
マルチスリットから第１格子までの距離Ｒ１ ：１１１０（ｍｍ）
マルチスリットから第２格子までの距離Ｒ１＋ｚｐ ：１３７０（ｍｍ）
マルチスリットのサイズ：５（ｍｍ四方）、スリット周期：２２．８（μｍ）
第１格子のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：４．３（μｍ）
第２格子のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：５．３（μｍ）
第１格子１４はπ／２位相型回折格子、タルボ次数ｐは１／２、縞走査回数Ｍは５である。
(Shooting conditions)
Focal diameter of X-ray tube: 300 (μm), tube voltage: 40 kV, additional filter: aluminum 1.6 (mm), center energy 28 (keV)
X-ray detector; Condor486 (Fairchild Imaging), pixel size: 15 (μm)
Distance D 1 from the focal point of the X-ray source 11 to the multi slit: 34 (mm)
Distance from multi slit to first grating R 1 : 1110 (mm)
Distance from multi slit to second grating R 1 + z p : 1370 (mm)
Multi slit size: 5 (mm square), slit period: 22.8 (μm)
First grating size: 50 (mm square), slit period: 4.3 (μm)
Second grating size: 50 (mm square), slit period: 5.3 (μm)
The first grating 14 is a π / 2 phase type diffraction grating, the Talbot degree p is 1/2, and the fringe scanning number M is 5.
ここで、Ｇ０移動法の撮影間移動量は、ｄ０／Ｍであることが知られている。Ｇ１Ｇ２移動法の撮影間移動量は、前述するＧ１Ｇ２移動法の計算と同様に（式４）と（式８）を用いて計算することが可能で、ｄ０／Ｍで算出することができる。つまり第１格子１４、第２格子１５の周期ではなく、移動させないマルチスリット１２の周期を縞走査回数Ｍで割った量で移動させれば良い。
Ｇ１移動法の撮影間移動量は、ｄ１／Ｍであることが知られている。Ｇ０Ｇ２移動法の撮影間移動量は、前述するＧ１Ｇ２移動法の計算と同様に（式４）と（式８）を用いて計算することが可能でｄ１／Ｍで算出することができる。つまりマルチスリット１２、第２格子１５の周期ではなく、移動させない第１格子１４の周期を縞走査回数Ｍで割った量で移動させれば良い。
Ｇ２移動法の撮影間移動量は、ｄ２／Ｍであることが知られている。Ｇ０Ｇ１移動法の撮影間移動量は、前述するＧ１Ｇ２移動法の計算と同様に（式４）と（式８）を用いて計算することが可能で、ｄ２／Ｍで算出することができる。つまりマルチスリット１２、第１格子１４の周期ではなく、移動させない第２格子１５の周期を縞走査回数Ｍで割った量で移動させれば良い。
また、機構誤差が与えるモアレ縞の位相誤差ΔΦ（所定位相からの偏差）は、各格子の移動誤差を（式５）の移動量ｌ０、ｌ０、ｌ０に代入して計算すれば良い。［表２］は、仮に０．１（μｍ）の機構誤差があった場合の各移動法におけるモアレ縞の位相誤差の絶対値を計算したものである。
Here, it is known that the movement amount between photographing in the G0 movement method is d 0 / M. The inter-shooting movement amount of the G1G2 movement method can be calculated using (Equation 4) and (Equation 8), similarly to the calculation of the G1G2 movement method described above, and can be calculated by d 0 / M. That is, instead of the period of the first grating 14 and the second grating 15, the period of the multi-slit 12 that is not moved may be moved by an amount divided by the number M of fringe scans.
It is known that the movement amount between photographing in the G1 movement method is d 1 / M. The inter-shooting movement amount in the G0G2 movement method can be calculated using (Equation 4) and (Equation 8) as in the G1G2 movement method described above, and can be calculated as d 1 / M. That is, instead of the period of the multi-slit 12 and the second grating 15, the period of the first grating 14 that is not moved may be moved by the amount divided by the number M of fringe scans.
It is known that the movement amount between photographing in the G2 movement method is d 2 / M. The inter-photographing movement amount of the G0G1 movement method can be calculated using (Equation 4) and (Equation 8), similarly to the calculation of the G1G2 movement method described above, and can be calculated by d 2 / M. That is, instead of the period of the multi-slit 12 and the first grating 14, the period of the second grating 15 that is not moved may be moved by the amount divided by the number M of fringe scans.
Further, the moire fringe phase error ΔΦ (deviation from the predetermined phase) given by the mechanism error may be calculated by substituting the movement error of each grating into the movement amounts l 0, l 0, l 0 in (Equation 5). . [Table 2] shows the absolute value of the phase error of the moire fringes in each moving method when there is a mechanism error of 0.1 (μm).
図１１Ａ、図１１Ｂに、モアレ縞位相誤差の異なる２つの微分位相画像を示す。図１１Ａは、図１１Ｂよりもモアレ縞位相誤差が大きい微分位相画像である。図１１Ａ、図１１Ｂの右半分は被写体が無く、理想的にはフラットな画像となる。図１１Ａ、図１１Ｂからわかるように、モアレ縞位相が縞走査の所定位相からずれるほど、再構成画像にのる偽像の強度は大きくなる。上記撮影条件では、［表２］に示すように、Ｇ１Ｇ２移動法はＧ１移動法に比べて所定位相からの位相誤差を１／５．３に低減することができ、Ｇ２移動法に比べて１／４．３に低減することができるため偽像の強さを大幅に低減可能である。また、Ｇ０移動法に比べても遜色がなく、Ｇ０移動と同じ送り精度でよい。 11A and 11B show two differential phase images with different moire fringe phase errors. FIG. 11A is a differential phase image having a larger moire fringe phase error than FIG. 11B. The right half of FIGS. 11A and 11B has no subject and is ideally a flat image. As can be seen from FIGS. 11A and 11B, the intensity of the false image on the reconstructed image increases as the moire fringe phase deviates from the predetermined phase of the fringe scanning. Under the above photographing conditions, as shown in [Table 2], the G1G2 moving method can reduce the phase error from a predetermined phase to 1 / 5.3 compared with the G1 moving method, and 1 compared with the G2 moving method. Since it can be reduced to /4.3, the strength of the false image can be greatly reduced. Further, there is no inferiority compared to the G0 movement method, and the same feeding accuracy as that of the G0 movement is sufficient.
＜機構誤差を格子移動時にキャンセルする方法＞
上述した（式７）を用いて、撮影中または撮影間の機構誤差による格子変動を補正してモアレ縞の位相シフト量を決定する方法について説明する。これは三枚の格子の格子駆動方向の変動を、駆動させる格子の移動量を調整することでキャンセルし、理想的なモアレ縞位相で撮影を可能にする。
<Method to cancel mechanism error when moving the grid>
A method for determining the phase shift amount of the moire fringes by correcting the lattice fluctuation due to the mechanism error during or between photographing using the above-described (Equation 7) will be described. This cancels the fluctuation in the grating driving direction of the three gratings by adjusting the moving amount of the grating to be driven, and enables photographing with an ideal moire fringe phase.
例えば、マルチスリット１２、第１格子１４、第２格子１５のそれぞれの近傍にセンサー（図示せず）を設け、格子の移動前に各センサーにて各格子の変動量を読み取る。マルチスリット１２の格子駆動方向の変動量をｅ０、第１格子１４の格子駆動方向の変動量をｅ１、第２格子１５の格子駆動方向の変動量をｅ２とすると、（式７）は（式１２）のように変形することができる。
ここで具体例としてＧ１Ｇ２移動の移動量の計算方法を示す。Ｇ１Ｇ２移動の場合は、Ｇ０移動がないため、ｍ０ｋ＝０となり、ｍ1ｋ＝ｍ2ｋとなる。これを（式１２）に代入して変形すると、（式１３）となる。
ゆえに、各格子の格子変動を補正した第１格子１４、第２格子１５の移動量ｍｋは（式１４）で与えられる。
以上説明したように、Ｘ線撮影装置１によれば、第１格子１４及び第２格子１５をＸ線の照射軸方向と直交する方向にマルチスリット１２に対して相対移動させる駆動部１５０を備え、第１格子１４及び第２格子１５が駆動部１５０により一定周期間隔で移動する毎に、Ｘ線源１１によりＸ線を照射し、到達したＸ線に応じてＸ線検出器１６が画像信号を読み取る処理を繰り返し、一定周期間隔のモアレ画像を複数生成する。 As described above, according to the X-ray imaging apparatus 1, the driving unit 150 that moves the first grating 14 and the second grating 15 relative to the multi-slit 12 in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction is provided. Each time the first grating 14 and the second grating 15 are moved at regular intervals by the drive unit 150, the X-ray source 11 emits X-rays, and the X-ray detector 16 outputs an image signal according to the reached X-rays. Is repeated to generate a plurality of moire images at regular intervals.
従って、マルチスリット１２を第１格子１４及び第２格子１５に対して相対的に移動させる場合に比べ、メンテナンス性、拡張性に優れ、安定して格子を駆動させることが可能となる。
特に、保持部１４１により第１格子１４及び第２格子１５を一体的に保持する構成とすることで、これらを移動させるための駆動機構が１つですむようになり、装置構成の簡略化が可能となる。また、狭周期の２つの格子の相対移動を抑え、撮影中及び撮影間の両者の相対的なずれにより再構成画像にのる偽像の強度を小さくすることができる。
Therefore, compared to the case where the multi-slit 12 is moved relative to the first grating 14 and the second grating 15, it is excellent in maintainability and expandability, and the grating can be driven stably.
In particular, since the first lattice 14 and the second lattice 15 are integrally held by the holding portion 141, only one drive mechanism is required to move them, and the device configuration can be simplified. Become. In addition, the relative movement of the two gratings having a narrow period can be suppressed, and the intensity of the false image on the reconstructed image can be reduced by the relative shift between the two during shooting and between shootings.
なお、上述した本実施形態における記述は、本発明に係る好適な一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態においては、Ｘ線撮影装置１はＲ１＞ｚｐであり、マルチスリット１２のスリット周期＞第１格子１４及び第２格子１５のスリット周期であり、この場合に最適な格子移動法がＧ１Ｇ２移動法である旨を説明したが、機構誤差によるモアレ縞位相誤差は装置構成や各格子のスリット周期に依存するため、装置構成によって、移動させる格子のセットを変更することが好ましい。
In addition, the description in this embodiment mentioned above is a suitable example which concerns on this invention, and is not limited to this.
For example, in the above embodiment, the X-ray imaging apparatus 1 has R 1 > z p , the slit period of the multi-slit 12> the slit period of the first grating 14 and the second grating 15, and the optimum grating in this case Although it has been explained that the moving method is the G1G2 moving method, the moire fringe phase error due to the mechanism error depends on the apparatus configuration and the slit period of each grating, and therefore it is preferable to change the set of gratings to be moved depending on the apparatus configuration. .
複数枚の格子を移動させる方法において、機構誤差に対する耐性の観点で評価した結果を［表３］に示す。評価方法として、各移動方法で同じ量の送り誤差を与えた時に発生するモアレ縞の位相誤差の絶対値の大きさを採用した。
Ｒ１＞ｚｐのときはＧ１Ｇ２移動、Ｒ１＜ｚｐのときはＧ０Ｇ２移動が好ましい。この組み合わせは、格子間距離が短い２格子の組み合わせと同じであり、ユニット化を考えると都合が良い。
Ｒ１＞ｚｐは焦点が大きいＸ線源を用いた際に位相検出感度を高くしやすく、特に、医療用の用途が考えられる。逆に、Ｒ１＜ｚｐは微小な焦点を持つＸ線源（μＦｏｃｕｓＸ線源等）を用いた高拡大撮影で有効であり、非破壊検査等での用途が考えられる構成である。
Table 3 shows the results of evaluation in terms of resistance to mechanical errors in the method of moving a plurality of gratings. As an evaluation method, the magnitude of the absolute value of the phase error of moire fringes that occurs when the same amount of feed error is given by each moving method is adopted.
When R 1 > z p , G1G2 movement is preferable, and when R 1 <z p , G0G2 movement is preferable. This combination is the same as the combination of two lattices having a short inter-lattice distance, and is convenient when considering unitization.
R 1 > z p makes it easy to increase the phase detection sensitivity when using an X-ray source with a large focal point, and is particularly considered for medical use. On the contrary, R 1 <z p is effective in high-magnification imaging using an X-ray source (μFocus X-ray source or the like) having a minute focus, and can be used for nondestructive inspection or the like.
また、機構誤差を格子移動時にキャンセルする方法として、Ｇ１Ｇ２移動法におけるケースを説明したが、同様の計算で、３枚の格子のうち、１枚を移動させる場合、他の２枚を移動させる場合、３枚を移動させる場合においても式１３を用いて同様の計算を行うことで、誤差を補正する移動量を計算可能である。また、複数枚の格子を移動させる場合は、移動量や移動方向を変えても良い。 In addition, the case of the G1G2 moving method has been described as a method for canceling the mechanism error when moving the lattice. However, in the same calculation, when one of the three lattices is moved, the other two are moved. Even when three sheets are moved, the movement amount for correcting the error can be calculated by performing the same calculation using Expression 13. Further, when moving a plurality of lattices, the moving amount or moving direction may be changed.
また、上記実施形態においては、第１格子１４と第２格子１５は保持部１４１により一体的に保持され、駆動部１５０により一体的に移動させることとして説明したが、第１格子１４と第２格子１５のそれぞれに駆動機構を設け、それぞれの駆動機構により第１格子１４及び第２格子１５をＸ方向に同じ量移動させることとしてもよい。ただし、この場合は、駆動機構が２つ必要となり、また、移動量を一致させるための調整等が必要となるので本実施形態の構成が好ましい。 In the above embodiment, the first grating 14 and the second grating 15 are integrally held by the holding part 141 and are moved integrally by the driving part 150. However, the first grating 14 and the second grating 15 are integrally moved. A driving mechanism may be provided for each of the gratings 15, and the first grating 14 and the second grating 15 may be moved in the X direction by the same amount by the respective driving mechanisms. However, in this case, two drive mechanisms are required, and adjustment for matching the movement amounts is necessary, so the configuration of this embodiment is preferable.
その他、Ｘ線撮影システムを構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration and detailed operation of each apparatus constituting the X-ray imaging system can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
１ Ｘ線撮影装置
１１ Ｘ線源
１２ マルチスリット
１３ 被写体台
１４ 第１格子
１５ 第２格子
１６ Ｘ線検出器
１７ 支柱
１７ａ 緩衝部材
１１１ 焦点
１１２ 付加フィルター
１１３ 照射野絞り
１１４ 照射野ランプ
１２０ 第１のカバーユニット
１３０ 第２のカバーユニット
１３１ 回転板
１３２ 切り欠き部
１３３ 切り欠き部
１４０ 格子ユニット
１４１ 保持部
１４１ａ〜１４１ｃ 保持部材
１４２ 基台取付部
１４３ 第１格子調整部
１５０ 駆動部
１５１ 第２格子調整部
１８ 本体部
１８１ 制御部
１８２ 操作部
１８３ 表示部
１８４ 通信部
１８５ 記憶部
１９ 基台部
３０５ 板部材
５ コントローラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray imaging apparatus 11 X-ray source 12 Multi slit 13 Subject stand 14 1st grating | lattice 15 2nd grating | lattice 16 X-ray detector 17 Support | pillar 17a Buffer member 111 Focal point 112 Additional filter 113 Irradiation field stop 114 Irradiation field lamp 120 1st Cover unit 130 Second cover unit 131 Rotating plate 132 Notch portion 133 Notch portion 140 Lattice unit 141 Holding portions 141a to 141c Holding member 142 Base mounting portion 143 First lattice adjusting portion 150 Driving portion 151 Second lattice adjusting portion 18 Main unit 181 Control unit 182 Operation unit 183 Display unit 184 Communication unit 185 Storage unit 19 Base unit 305 Plate member 5 Controller
Claims (4)
前記Ｘ線の照射軸方向に設けられ、当該Ｘ線の照射軸方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成されたマルチスリット、第１格子、及び第２格子と、
前記Ｘ線の照射軸方向に設けられ、被写体を載置する被写体台と、
前記Ｘ線源により照射され、前記マルチスリット、前記第１格子、前記被写体及び前記第２格子を透過したＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、
を備えるＸ線撮影装置であって、
前記第１格子及び前記第２格子を前記Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向に前記マルチスリットに対して相対移動させる駆動部を備え、
前記第１格子及び前記第２格子が前記駆動部により一定周期間隔で移動する毎に、前記Ｘ線源によりＸ線を照射し、到達したＸ線に応じて前記Ｘ線検出器が画像信号を読み取る処理を繰り返し、一定周期間隔のモアレ画像を複数得るＸ線撮影装置。 An X-ray source that emits X-rays;
A multi-slit, a first grating, and a second grating that are provided in the X-ray irradiation axis direction and are configured by arranging a plurality of slits in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction;
A subject table provided in the X-ray irradiation axis direction, on which a subject is placed;
A conversion element that generates an electrical signal in accordance with X-rays irradiated by the X-ray source and transmitted through the multi slit, the first grating, the subject, and the second grating is two-dimensionally arranged, and the conversion element An X-ray detector that reads an electrical signal generated by
An X-ray imaging apparatus comprising:
A drive unit that moves the first grating and the second grating relative to the multi-slit in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction and different from the multi-slit slit extending direction;
Each time the first grating and the second grating are moved by the driving unit at a constant cycle interval, the X-ray source emits X-rays, and the X-ray detector outputs an image signal according to the reached X-rays. An X-ray imaging apparatus that repeats reading processing and obtains a plurality of moire images at regular intervals.
前記駆動部は前記保持部を前記Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向に移動させることにより前記第１格子及び前記第２格子を前記マルチスリットに対して相対的に移動させる請求項１に記載のＸ線撮影装置。 A holding portion that integrally holds the first grating and the second grating;
The driving unit moves the first and second gratings relative to the multi-slit by moving the holding unit in a direction perpendicular to the X-ray irradiation axis direction and different from the multi-slit slit extending direction. The X-ray imaging apparatus according to claim 1, which is relatively moved.
前記Ｘ線の照射軸方向に設けられ、当該Ｘ線の照射軸方向と直交する方向に複数のスリットが配列されて構成されたマルチスリット、第１格子、及び第２格子と、
前記Ｘ線の照射軸方向に設けられ、被写体を載置する被写体台と、
前記Ｘ線源により照射され、前記マルチスリット、前記第１格子、前記被写体及び前記第２格子を透過したＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、
を備えるＸ線撮影装置におけるモアレ画像生成方法であって、
前記第１格子及び前記第２格子を前記Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向に前記マルチスリットに対して相対移動させる移動工程と、
前記第１格子及び前記第２格子が一定周期間隔で移動する毎に、前記Ｘ線源によりＸ線を照射し、到達したＸ線に応じて前記Ｘ線検出器が画像信号を読み取る処理を繰り返し、前記被写体の一定周期間隔のモアレ画像を複数得るモアレ画像生成工程と、
を含むモアレ画像生成方法。 An X-ray source that emits X-rays;
A multi-slit, a first grating, and a second grating that are provided in the X-ray irradiation axis direction and are configured by arranging a plurality of slits in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction;
A subject table provided in the X-ray irradiation axis direction, on which a subject is placed;
A conversion element that generates an electrical signal in accordance with X-rays irradiated by the X-ray source and transmitted through the multi slit, the first grating, the subject, and the second grating is two-dimensionally arranged, and the conversion element An X-ray detector that reads an electrical signal generated by
A moire image generation method in an X-ray imaging apparatus comprising:
Moving the first grating and the second grating relative to the multi-slit in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction and different from the slit stretching direction of the multi-slit;
Each time the first grating and the second grating move at regular intervals, the X-ray source emits X-rays, and the X-ray detector repeatedly reads an image signal according to the reached X-rays. A moiré image generating step of obtaining a plurality of moiré images of the subject at regular intervals;
A moire image generating method.
前記移動工程は、前記保持部を当該Ｘ線の照射軸方向と直交し、かつマルチスリットのスリット延伸方向とは異なる方向に移動させることにより前記第１格子及び前記第２格子を前記マルチスリットに対して相対的に移動させる請求項３に記載のモアレ画像生成方法。 The X-ray imaging apparatus includes a holding unit that integrally holds the first grating and the second grating,
In the moving step, the first grating and the second grating are moved to the multi slit by moving the holding portion in a direction orthogonal to the X-ray irradiation axis direction and different from the slit extending direction of the multi slit. The moiré image generation method according to claim 3, wherein the moiré image generation method is relatively moved.
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| CN107680699A (en) * | 2017-11-06 | 2018-02-09 | 遵义市产品质量检验检测院 | A kind of screening arrangement for being used to test x-ray focus |
| JP2018099269A (en) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | 株式会社島津製作所 | X-ray phase imaging apparatus |
| US11202361B2 (en) | 2018-04-05 | 2021-12-14 | Fujifilm Corporation | X-ray tube device |
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2012
- 2012-10-18 JP JP2012231056A patent/JP2014079518A/en active Pending
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