JP6191136B2 - 画像生成方法 - Google Patents
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Description
すなわち、これらの格子の製造には微細な加工が可能な既存のウエハ製造工程が用いられているが、この製造過程において格子の一部に偶発的に倒れや抜けが生じる場合がある。製造方法の発展・向上により、このような製造過程において生じる格子の欠損箇所は減少傾向にあるものの、欠損を完全になくすまでには至っておらず、これらの微細な欠損は、格子の製造歩留まり(コストパフォーマンス)を勘案すると、許容されることが望ましい。また、視野サイズの拡大のためには格子の大面積化が要請されるところ、格子の製造の際に用いられるウエハは、一般に径が50mmから300mm程度であり、各格子の大きさは、このウエハから切り出し可能なサイズに制限されてしまう。このため、格子をウエハサイズ以上に大サイズ化するために、複数の小格子を貼り合わせて複合化することも考えられる。しかし、この場合、小格子の貼り合わせ位置では、小格子間に隙間が生じてしまい、当該部分は格子構造が抜けた格子の欠損箇所となってしまう。
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た格子であって、少なくともX線を回折することによりタルボ効果を生じさせる第1の回折格子及び第2の回折格子を含む複数の格子と、
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、前記複数の格子及び前記被写体を透過したX線に応じて電気信号を生成する変換素子が二次元状に配置され、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、
前記複数の格子のうちの少なくとも1つを他の格子に対して相対的に移動させる駆動手段と、
前記駆動手段により前記複数の格子を所定の移動量P1移動せしめる毎に、前記X線検出器によって画像信号を読取り、これをn回繰返してn個のモアレ画像を生成するように制御する画像取得制御手段と、
生成されたn個のモアレ画像に基づいて再構成画像を生成する画像処理手段と、を有する走査型タルボ装置において、前記複数の格子のうちのいずれかに生じた欠損に起因する前記再構成画像におけるアーチファクトを補正する画像生成方法であって、
前記複数の格子の第1の相対位置関係において、前記所定の移動量P1の移動毎に前記X線検出器によって画像信号を読取り、n個の第1群のモアレ画像を生成せしめ、
然る後に、前記駆動手段を動作させて、前記複数の格子を前記第1の相対位置関係とは異なる第2の相対位置関係とせしめ、
再度、前記所定の移動量P1の移動毎に前記X線検出器によって画像信号を読取り、n個の第2群のモアレ画像を生成せしめ、
前記画像処理手段が、前記n個の第1群のモアレ画像及び前記n個の第2群のモアレ画像に基づいて、前記再構成画像を生成するものであり、
該各群の撮影において、前記X線の照射軸に対する複数の格子の相対位置を、該複数の格子の全ての欠損位置が重なり合わない位置を基準位置とし、該基準位置を該各群で異なるものとする画像生成方法が提供される。
前記第2の相対位置関係は、前記複数の格子のうちのいずれかに生じた欠損の幅に基づいて設定される請求項1に記載の画像生成方法が提供される。
前記複数の格子には、前記X線源から照射されたX線を多光源化するX線源格子がさらに含まれる請求項1又は請求項2に記載の画像生成方法が提供される。
前記駆動手段は、前記X線源格子を移動させる請求項3に記載の画像生成方法が提供される。
前記駆動手段は、前記第1の回折格子及び前記第2の回折格子を同時に移動させる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の画像生成方法が提供される。
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た格子であって、少なくともX線を回折することによりタルボ効果を生じさせる第1の回折格子及び第2の回折格子を含む複数の格子と、
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、前記複数の格子及び前記被写体を透過したX線に応じて電気信号を生成する変換素子が二次元状に配置され、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、
前記複数の格子のうちの少なくとも1つを他の格子に対して相対的に移動させる駆動手段と、
前記駆動手段により前記複数の格子を移動せしめ、前記X線検出器によって画像信号を読取り、モアレ画像を生成するように制御する画像取得制御手段と、
前記画像取得制御手段により生成されたモアレ画像に基づいて再構成画像を生成する画像処理手段と、を有する走査型タルボ装置において、前記複数の格子のうちのいずれかに生じた欠損に起因する前記再構成画像におけるアーチファクトを補正する画像生成方法であって、
前記画像取得制御手段は、前記駆動手段により前記複数の格子を移動せしめ、前記X線検出器によって画像信号を読取り、m個のモアレ画像を生成するように制御し、
前記画像処理手段は、前記m個のモアレ画像からn(n<mである整数)個のモアレ画像を抽出して、前記再構成画像を生成するものであり、
該各群の撮影において、前記X線の照射軸に対する複数の格子の相対位置を、該複数の格子の全ての欠損位置が重なり合わない位置を基準位置とし、該基準位置を該各群で異なるものとする画像生成方法が提供される。
このため、格子製造のコストを抑えることができ、更に格子の欠損箇所の許容範囲が広がることにより、格子製造の歩留まりを大幅に向上させることが可能となるとの効果を奏する。
本実施形態における画像生成方法は、後述するように、走査型タルボ装置において、当該走査型タルボ装置に備えられている複数の格子のうちのいずれかに欠損が生じている場合に、当該欠損に起因する再構成画像におけるアーチファクトを補正して、診断に適した高品位の画像を得ることができるものである。
図1に示すように、走査型タルボ装置1は、X線撮影装置1aとコントローラー5とを備えている。X線撮影装置1a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。
図1から図4に示すように、X線撮影装置1aは、X線源11、X線源格子12、光照射野確認ユニット6、被写体台13、第1格子14、第2格子15、X線検出器16、支柱17、本体部18、基台部19を備えている。
本実施形態におけるX線撮影装置1aは縦型であり、X線源11、X線源格子12、被写体台13の被写体保持部材30、第1格子14、第2格子15、X線検出器16が、この順序に重力方向であるz方向(図3参照)に沿って配置されている(図1及び図4参照)。
なお、図1中、X線源11の焦点とX線源格子12間の距離をD1(mm)、X線源11の焦点とX線検出器16間の距離をD2(mm)、X線源格子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。
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400〜2500(mm)が好ましく、さらに好ましくは500〜2000(mm)である。
X線源11の焦点と第1格子14間の距離(D1+R1)は、好ましくは300〜2500(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400〜2500(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。
図5に示すように、本実施形態におけるX線撮影装置1aは、X線源11を支持する支柱17と、X線源格子12を含むX線源格子ユニット120、第1格子14及び第2格子15を含む回折格子ユニット140、X線検出器16が取り付けられている基台部19と、被写体台13(図5においては、被写体台13を構成する被写体台基台部130のみを示している。)とに大きく分離することができる。なお、本実施形態では、X線源11を支持する支柱17と、X線検出器16が取り付けられている基台部19とにより撮影部が構成されている。この撮影部と被写体台13とを分離できることにより、撮影前或いは撮影中に、患者から被写体台13に加えられた衝撃等が撮影部に影響を及ぼすことを防止することができる。
X線源11から照射される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。
取付用アーム112の一部には緩衝部材17a(図1参照)が設けられており、X線源11は、この緩衝部材17aを介して保持されている。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は衝撃や振動を吸収できる材料であることに加えて断熱材料であることが好ましい。
本実施形態において、X線源11のX線源の焦点形状は完全な円形ではなく、僅かに楕円形状となっており、後述するモアレ画像を取得する際の撮影では、X線源の向きを変えることによって適切なモアレ画像を得ることができる場合がある。このため、X線源11をほぼ90度回転させることにより、X線源の焦点形状に由来する不具合を解消することができる。
なお、X線源11を、X線源格子12、第1格子14及び第2格子15のスリット方向に対する取付方向を変更可能とする構成はここに例示したものに限定されない。例えば、固定用部材111の取付位置を変えることによりX線源11の取付方向を変更可能としてもよい。また、X線源11の取付方向の変更は90度だけでなく、さらに細かく角度設定が可能となるように構成してもよい。
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る。
フィルタ114は、X線源11から照射される光線の中から不要な波長の光線を分離するものであり、例えばAL付加フィルタ等が適用される。
基台取付部61における床面に対してほぼ水平に配置されている面には、光照射野確認部本体65をx方向に移動させるためのガイド63が設けられており、光照射野確認部本体65は、このガイド63に沿って手動又は自動で移動可能となっている。
光照射野確認ユニット6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、光照射野確認部本体65には、可視光線を照射可能な図示しない光源等が設けられている。
また、光照射野確認部本体65には、X線撮影装置1aの奥側(すなわち、支柱17側)から手前側に床面に対してほぼ水平に突出する移動用レバー67が設けられている。移動用レバー67は、光照射野確認部本体65を手動にてガイド63に沿ってx方向に移動させるためのレバーであり、前述のように、X線撮影装置1aに第1のカバーユニット21が取り付けられた状態において、その先端部がレバー用開口部211cから前面カバー部材211の外に突出するようになっている。
なお、本実施形態では、光照射野確認部本体65と被写体保持部材30との間に光を遮るものが存在しないため、光照射野の確認を正確に行うことができる。
X線源格子12、第1格子14及び第2格子15は、非常に高い精度での位置調整が必要な部材であり、被写体の撮影及びそのキャリブレーションを行うための被写体なしでの撮影等、複数回に亘って一連の撮影を行う場合、その間、同じ条件が保たれていることが望ましい。
しかし、X線源格子12、第1格子14及び第2格子15の周囲に何らカバー等を設けないで雰囲気に曝した状態では、設置された撮影室内における雰囲気温度の変化(例えばエアコンによる気流変化で天井付近と床面付近とで生じる温度差)や衝撃、振動等の影響を受けやすく、これにより、複数回に亘る一連の撮影を行う間に、X線源格子12、第1格子14及び第2格子15の位置や向きが、適正状態から僅かずつずれることがありうる。第1のカバーユニット21及び第2のカバーユニット22は、X線源格子12、第1格子14及び第2格子15が外部からの影響を受けるのを避けて、例えば、エアコンの冷気流、或いは、暖気流等に直接的に曝され、部分的に熱膨張変動する等を抑制し、一連の撮影の間、撮影条件を維持するとともに、精密部材であるX線源格子12、第1格子14及び第2格子15が、患者や技師の接触等による外部からの衝撃を受けたり、塵埃の侵入等によるダメージを受けることを防止するためのものである。
また、第2のカバーユニット22は、回折格子ユニット140に対する外部からの影響を遮断できるものであればよく、その材料や形状、構成、固定手法等はここに例示したものに限定されない。また、当該第2のカバーユニット22の少なくとも内面側には断熱部材が設けられていることが好ましい。
このようなガード部材41を設けることにより、撮影時に患者の足等が装置側に当たっても、その衝撃が第1格子14や第2格子15等の精密部材に影響を与えることを防止することができ、精度の高い画像撮影を行うことができる。
X線検出器16は、基台部19に設けられている検出器支持台191の上に、緩衝部材192を介して載置されている。
なお、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。
図6に示すように、X線源格子ユニット120は、基台部19に取り付けられるほぼL字状の基台取付部121とこの基台取付部121の上に載置されるX線源格子ユニット本体122を備えている。
基台取付部121は、基台部19への取り付け位置を調整することにより、X線源格子12と、第1格子14や第2格子15との間における相対距離を調整可能とするものである。また、X線源格子ユニット本体122には、相対距離微調整機構部127が設けられている。相対距離微調整機構部127は、その重力方向(上下方向)の長さを変えることでX線源格子12の重力方向(上下方向)の位置を調整するものである。本実施形態では、基台取付部121と相対距離微調整機構部127とにより、X線源格子12と、第1格子14や第2格子15との間における相対距離を調整する相対距離調整機構が構成される。
なお、比較的重量物であるX線源格子ユニットを扱う際の作業性や安全性、及び、位置調整のやり易さの両観点からは、前者と後者の機能を分離する方が好ましく、取付位置は位置決めピン等により仮固定し(調整不可)、ネジ等で基台部19に螺合(固定)する構造とし、固定終了後、作業者が両手を自由に使って、X線源格子ユニット本体122内に設けた相対距離微調整機構部127により相対距離を微調整する構造とすることが好ましい。
本実施形態では、X線源格子12は、図7に示すように、X線源11の下方からX線源11の内部に挿入されており、X線源の焦点位置のすぐ近くに配置されるようになっている。
基板上にX線源格子12を形成する手法としては、例えば、以下のような手法を用いることができる。すなわち、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、露光によって当該パターンと同じ形状のスリット構造を得る。その後、電鋳法によりスリット構造間に金属が埋め込まれて、X線源格子12が形成される。なお、X線源格子12を形成する手法はこれに限定されない。
なお、X線源格子調整部125の構成は、ここに示したものに限定されない。例えば、X線源格子調整部125は、手動によりX線源格子12を調整する構成であってもよい。また、X線源格子12を精度よく固定できるのであれば、X線源格子調整部125の無い構成としてもよい。
なお、第1格子14と第2格子15間の距離zp(図1参照)は、後述する(式1)をほぼ満たすことが必要である。
図9は、本実施形態における回折格子ユニット140の斜視図である。
図9に示すように、回折格子ユニット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。
なお、第1格子14(G1格子)及び第2格子15(G2格子)の形成手法等は、ここに例示したものに限定されない。
第1格子14(G1格子)及び第2格子15(G2格子)が複合化格子である場合には、X線検出器16の検出器平面と平行となるように(すなわち平面的に)各小サイズ格子を貼り合わせて複合化してもよいし、X線検出器16の検出器平面に対して所定の曲率を有するように各小サイズ格子を傾けて貼り合せ(例えば、図22(c)参照)、側面視においてほぼ凹面状となるように複合化してもよい。
なお、ここで曲率とは、曲面のおける湾曲の程度に限定されず、多角形近似の面の全体としての湾曲の程度も含むものである。「所定の曲率」をどの程度とするかは、X線源11と格子との間の距離や格子サイズや格子高さ等によって適宜設定される。
図9に示すように、保持部141は、保持部材141a〜141cが側面から見てほぼコ字状になるよう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等を一体的に保持している。
なお、本実施形態では、保持部141が第1格子14及び第2格子15をを片側のみで保持しているが、格子の保持の仕方はこれに限定されず、第1格子14及び第2格子15を両側で保持してもよい。この場合には、例えば、保持部141に第1格子14及び第2格子15を簡易に保持する保持機構を設けて、第1格子14及び第2格子15の一方側を駆動部150により保持させ、他方側をこの簡易な保持機構に保持させる等の構成によることが好ましい。また、第1格子14及び第2格子15を3点等、さらに複数個所で保持してもよく、さらに、第1格子14及び第2格子15全体を保持する構成としてもよい。
なお、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よいし、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よい。
保持部141や基台取付部142等は、例えば鋳造により形成される。なお、保持部141や基台取付部142等を形成する手法は特に限定されないが、例えばダイカスト等の精密な加工が可能な手法によることが好ましい。
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、X線源格子12の格子面に対して平行になるように調整する。
なお、上記の第1格子調整部143(または第1格子調整部144)及び第2格子調整部151(または第2格子調整部152)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。この場合には装置の一層の軽量化が図られるとともに、駆動部150のモーター負荷低減を図ることができるため好ましい。
駆動部150は、回折格子ユニット140の重心位置に近い位置に設けられる。本実施形態のように縦型のX線撮影装置1aにおいては、駆動部150をこのような位置に設けることにより、回折格子ユニット140を安定させることができ、回折格子ユニット140のx、y、z軸周りにおけるがたつき(すなわち、ピッチング、ローリング、ヨーイング)を最小限に抑えることができ、がたつきによる画像への影響を防ぐことができる。
また、X線源格子12が存在するX線源11の周辺には、図4に示すように、照射野絞り112、フィルター113、光照射野確認部6のように多数の部品が存在しており、これらを避けてX線源格子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、X線源格子12の駆動機構のメンテナンス時に照射野絞り112や光照射野確認部6等が邪魔になり、メンテナンス性が悪い。また、X線源格子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、X線源格子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X線源格子12を動かすことが難しい。
また、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X線源格子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、X線源格子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、X線源格子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、駆動部150の移動量誤差の割合を低減することができる。また、第1格子14及び第2格子15は、図1等に示すようにX線源11から離れた位置にあるため、上述のX線源格子12を移動させる場合に比べてメンテナンス性、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。
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(図示せず)を搭載していることが好ましい。
駆動部150にリニアスケールを用いたフィードバック機構を搭載する場合には、搭載するフィードバック用リニアスケールは格子の移動量(格子送り量)の10分の1程度の分解能を有するものであることが好ましい。
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X線源格子12までの距離D1 : 240(mm)
X線源格子12から第1格子14までの距離R1 :1110(mm)
X線源格子12から第2格子15までの距離R1+zp:1370(mm)
X線源格子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)
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。
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。
なお、被写体台13の構成はここに例示したものに限定されない。例えば被写体台基台部130の全ての脚部132にロック機構133を設けてもよいし、ロック機構133を設けず、支柱17又は基台部19の一端に被写体台13が固定されるようにしてもよい。なお、被写体台13は、支柱17又は基台部19に接触した際に衝撃を吸収することのできる衝撃吸収部材(図示せず)を備えていることが好ましい。
被写体台上面板3は、例えば固定用ピンの高さ方向の固定位置を複数段階に調整することにより、被写体を保持する高さを調製することができるようになっていることが好ましい。これにより、被写体台上面板3の固定用ピンの固定位置を調整することで被写体台13の上に保持される被写体とX線源11との距離を撮影に適した所定の距離に保つことができる。
また、本実施形態におけるX線撮影装置1aのように縞走査方式により関節部分の撮影を行う場合には、干渉縞が現れたモアレ画像を得るために、X線源格子12、第1格子(第1の回折格子)14及び第2格子(第2の回折格子)15のスリットの向き・角度と被写体の向き・角度とを適切に調整する必要がある。この点、X線源格子12、第1格子14及び第2格子15は非常に精密に構成されたものであり、これを移動、調整すると精度を保つことが難しい。この点、被写体台上面板3の被写体を載置する部分を回転可能に構成することにより、被写体側を動かすことで適宜調整を行うことができる。なお、回転板302を回転させすぎるとかえってモアレ画像を得ることができなくなる。このため、回転板302は、例えば所定の初期位置から45度等、一定の範囲内で回転可能に構成してもよい。
被写体台上面板3の上であって回転板302の周縁部近傍には、回転板302を固定する回転板固定用ピン303が設けられており、回転板302を固定可能となっている。
図3に示すように、この切り欠き部304には、アクリルやガラス等のX線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。
なお、この板部材305は、その上面が回転板302の上面よりも僅かに低い位置となるように配置されることが好ましい。これにより、被写体台上面板3の回転板302の上面に後述する被写体保持部材30等が載置、固定された場合に、板部材305の表面に被写体保持部材30等が接触するのを避けることができ、板部材305の表面が傷等の損傷を受けることを防いで耐久性を向上させることができる。
本実施形態では、被写体としての指を固定する指用の被写体保持部材30の他に、脚の膝等が被写体となる場合にこれを固定する膝用の被写体保持部材40を被写体台上面板3の上に載置することができるようになっている。
なお、被写体台上面板3の上に載置可能な被写体保持部材は、ここに例示したものに限定されない。各種の被写体保持部材を用意して、撮影部位や被写体の状態(例えば患者の指の曲がり具合)等に応じて最も撮影に適した位置、角度で被写体を固定できる被写体保持部材を適宜選択できるようにしてもよい。
図11に示すように、指用の被写体保持部材30は、ベース部材31と、ベース部材31に連設される指固定機構部32とを備えている。なお、指用の被写体保持部材30は、左右の指に共通で使用できる形状となっている。
ベース部材31における手挿入方向手前側(図11において右側)には、被写体である指に繋がる手を安定させるための手保持部311が設けられている。手保持部311は、手首及び手の平部分を載置する手載置部312と、被写体となる指以外の指を掛けることのできる指掛け部313とを備えている。また、手保持部311における手挿入方向手前側(図11において右側)には、手首を固定するベルト314が設けられている。
図12は、図11の被写体保持部材30の指ホルダユニット321の要部拡大斜視図であり、図13は、図12の指ホルダを締めた状態を示した要部拡大斜視図である。
図12及び図13に示すように、指ホルダユニット321は、上下方向から指を挟み込んで押える指ホルダ323と、この指ホルダ323の側部に設けられた、板状ガイド部材324と、指ホルダ323を下面側から支持するとともに、指ホルダ323を指の延在方向に沿って案内するガイドレール部材327とを有している。
なお、ここでは被写体保持部材30が指ホルダユニット321を1つ備え、指を1本だけ保持する構成のものを例示するが、指ホルダユニット321を複数並べれて配置すれば、被写体保持部材30に複数本の指を一度に保持して撮影を行うことも可能である。
下部ホルダ部材323aは、上面及び指の挿入方向手前側が開口した箱状の部材である。
下部ホルダ部材323aの内部下側には、指を載置する指載置部323eが設けられている。指載置部323eには、指に沿うように窪みが設けられていることが好ましい。また、指載置部323eは、挟み込まれる指に負担が掛からないようにある程度の柔軟性を有する樹脂等で形成されていることが好ましい。指載置部323eの横幅は、下部ホルダ部材323aの側壁と指載置部323eとの間に僅かな隙間ができるように、下部ホルダ部材323aの横幅よりも僅かに狭くなっている。
下部ホルダ部材323aの外側面には、ほぼ水平方向に配置された2つの係止突起323cが設けられている。また、上部ホルダ部材323bの外側面には、ほぼ水平方向に配置された2つの係止突起323dが設けられている。
上部ホルダ部材323bは、下面及び指の挿入方向手前側が開口した箱状の部材である。
上部ホルダ部材323bの側壁は外側壁323fと外側壁323fよりも高さ方向の長さの長い内側壁323gとで構成されている。内側壁323gは、下部ホルダ部材323aの側壁と指載置部323eとの間の隙間に入り込むようになっており、これにより、下部ホルダ部材323aと上部ホルダ部材323bとが嵌り合うようになっている。
板状ガイド部材324には、駆動ユニット部322内の図示しない巻き上げ機構に連結されたワイヤ326が接続されている。板状ガイド部材324は、ワイヤ326の巻き上げに応じて、各長孔324a,324bにそれぞれ係止突起323c,323dが係止された状態で、指ホルダ323の外側面に沿ってスライド移動可能となっている。
図14は、ワイヤの巻き上げによって、指ホルダ323を指先方向(図14において左側)にスライド移動させた状態を示している。指ホルダ323に指を挟みこんだ状態で指ホルダ323を指先方向にスライド移動させることにより、被写体である指が指の延在方向に引き伸ばされ、関節軟骨を撮影しやすい状態とすることができる。
図15は、図11の被写体保持部材30の指ホルダユニット321に角度をつけた状態を示す斜視図である。
昇降アーム322aは、例えば、螺旋状に連続的に歯が切られた「ウォーム」(「ねじ歯車」)と、円盤の側面に「ウォーム」の歯と噛み合う円弧状の歯が切られた「ウォームホイール」とを備えるウォームギアシステムによって、昇降動作を行う。
昇降アーム322aが上方向に突出するに伴って、指ホルダユニット321がほぼ水平である状態から指の先端側が指の根元側よりも高い位置となるように徐々に傾斜する。これにより、指ホルダ323に保持されている指に所望の角度をつけることができる。
なお、昇降アーム322aを昇降させる機構は、ここに例示したものに限定されない。
関節軟骨は見えにくく、骨の裏側に重なり合うと画像として現れない等、僅かな角度の違いによって見えたり見えなかったりする。この点、指に適宜角度をつけることにより、三次元的な指のポジショニングを行うことができる。
本実施形態において、操作ボタン322bのうちのいずれか1段は、ワイヤ326と接続され、操作ボタン322bを回転操作することでワイヤ326を巻き上げ、板状ガイド部材324を指の先端側に引っ張るようになっている。これにより、指ホルダ323による指の締め付け具合が調整される。
また、操作ボタン322bのうちの他の1段は、指ホルダ323に接続されているワイヤと接続され、操作ボタン322bを回転操作することでワイヤを巻き上げ、指ホルダ323をガイドレール部材327に沿って指の先端側に引っ張るようになっている。これにより、指ホルダ323に保持された指が指の延在方向に伸ばされる。
さらに、操作ボタン322bのうちの他の1段は、昇降アーム322aを動作させるウォームギアシステムに接続されており、操作ボタン322bを回転操作することで昇降アーム322aを昇降動作させる。これにより、指ホルダ323の角度が調整される。
なお、操作ボタン322bの構成、配置等は、これに限定されない。
なお、リウマチ等の症状が進んでいる場合、指を引っ張ることは痛みが激しく患者に負担を強いることになるため、指を固定する手順としては、まず指を締め付け、その後、撮影したい患部の位置や状況に応じて指ホルダ323に角度を付け、これのみでは十分に撮影に適した状態に固定できないと判断される場合に、さらに指を挟みこんだ状態で指ホルダ323を指先方向に引っ張り指の関節を伸ばすようにすることが好ましい。撮影したい患部の位置や状況によっては、指を引っ張るにしても引っ張る角度や方向によって関節部分の見え方が変わってしまう場合もある。この意味でも、指ホルダ323の角度調整を行った後に指を引っ張ることが効果的である。
各解除ボタン322cは、操作ボタン322bの各段にそれぞれ対応しており、例えば、指ホルダ323による指の締め付け具合を調整する操作ボタン322bに対応する解除ボタン322cが押下されると、指ホルダ323による指の締め付けが解除され、指ホルダ323による指の引っ張り具合を調整する操作ボタン322bに対応する解除ボタン322cが押下されると、指ホルダ323による指の引っ張りが解除され、指ホルダ323の角度を調整する操作ボタン322bに対応する解除ボタン322cが押下されると、指ホルダ323を水平状態に戻すことができる。
なお、解除ボタン322cの構成、配置等は、これに限定されない。全ての指固定を1度で解除できるような解除ボタンを設けてもよい。
図16に示すように、膝用の被写体保持部材40は、保持部材本体41と、保持部材本体41を固定するためのベルト42を備えている。なお、被写体保持部材40は図示しない固定部材により被写体台13に固定されている。
保持部材本体41は、樹脂等で形成された袋状の部材の内部に、開口413を介して、樹脂で形成された細かい小粒体(図示せず)を充填し、しかる後、蓋413aにて閉成したものである。
袋状の部材を形成する材料は、気体を通さないものであれば特に限定されない。また、内部に充填される小粒体は、袋状の部材の内部の空気を抜いていったときに、互いに隙間を埋め合って位置が固定されるものであればよく、特にその材料、形状等は限定されない。例えば、ある程度粒の細かい各種のペレット、ビーズ等を、保持部材本体41の内部に充填される小粒体として適用することができる。なお、小粒体はいくつかの袋に小分けされて当該袋ごと保持部材本体41の内部に入れられてもよい。
保持部材本体41のほぼ中央であって、膝部分にあてがわれる部分は開口部411となっており、X線の照射が阻害されないようになっている。
保持部材本体41には数箇所に仕切り部412が設けられている。仕切り部412は、袋状の部材の内部を溶着する等により設けられており、小粒体が袋状の部材の内部で偏ることを防止している。
また、保持部材本体41には、図示しない吸引口が設けられ、保持部材本体41内部の空気を吸引する際には、図示しないポンプ等がこの吸引口に接続される。更に、ポンプにより空気を吸引した後、空気が保持部材本体41の内部に逆流しないように吸引口には逆止弁が接続されている。なお、吸引口は、ポンプ等が接続しやすい位置に適宜設けられる。
仮止部材43を設けることにより、ベルト42によって保持部材本体41を固定する前に、保持部材本体41を仮固定し、位置等の微調整を行うことができるので好ましい。
さらに、膝の関節が撮影に適した位置、角度となるようにポジショニングをした上で、この状態で、吸引口にポンプ等を接続し、保持部材本体41内部の空気を抜くと、内部に充填されている小粒体が互いに隙間を埋め合って位置が固定され、硬く締まって保持部材本体41の形状を維持する。
図19は、保持部材本体41の内部の空気が抜かれて、保持部材本体41が硬化した状態を示した図である。図19では、保持部材本体41の内部の小粒体が袋状の部材に押し付けられて、小粒体による凹凸が袋状の部材の表面に浮き出している。この状態において、保持部材本体41内に保持された患者の脚(特に被写体となる膝部分)は、ポジショニングされた位置や角度のまま、被写体保持部材40によって固定される。なお、この固定状態において、図18(a)に示すように、膝の裏側には開口部411が配置され、膝の表側には保持部材本体41及びベルト42が掛からないため、X線撮影装置1aによる撮影の際、膝部分へのX線の照射が阻害されない。
このような被写体保持部材40によれば、ポンプにより保持部材本体41内部の空気を吸引するだけで膝の固定を行うことができるため、ポジショニングから撮影開始までの時間が短くすることができる。また、膝の関節に適宜角度をつけた状態で足を固定することができるため、三次元的な膝のポジショニングを行うことができる。さらに、膝を含む脚全体を保持部材本体41で包みこむようにして固定し、保持部材本体41が面で患者の脚に密着するようになっているため、患者が締め付けによる痛み等を感じにくくなっている。
例えば、指用の被写体保持部材30の場合、ワイヤの巻き上げを行うモータ等の駆動機構を設けて、これを走査型タルボ装置1の制御部181等の制御装置と接続し、駆動機構のON/OFFを自動的に制御してもよい。この場合、例えばモータ回転量を把握し、患者毎に走査型タルボ装置1に記憶させておいてもよい。リウマチ等、経過観察が重要な疾患については、毎回同一条件で撮影を行うことが必要となるところ、このようにモータ回転量を患者毎に記憶させておけば、例えば、過去に撮影を行った患者のIDが入力されると、前回撮影時と同じ回転量だけモータを回転させることで、前回と同じポジショニングを自動的に行うことができる。
また、例えば、膝用の被写体保持部材40の場合、保持部材本体41内部の空気を吸引するポンプを走査型タルボ装置1の制御部181等の制御装置と接続し、ポンプのON/OFFを自動的に制御してもよい。
図20に示すように、X線撮影装置1aの本体部18は、制御部181、操作部182、表示部183、通信部184、記憶部185等を備えて構成されている。
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やX線撮影装置1aの動作状況等を表示する。
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。
より具体的には、X線源格子12と第1格子14及び第2格子15との第1の相対位置関係において(すなわち、複数の格子の第1の相対位置関係)、所定の移動量P1の移動毎にX線検出器16によって画像信号を読取り、n個の第1群のモアレ画像を生成せしめ、然る後に、駆動部150を動作させて、X線源格子12と第1格子14及び第2格子15とを第1の相対位置関係とは異なる第2の相対位置関係とせしめ、再度、所定の移動量P1の移動毎にX線検出器16によって画像信号を読取り、n個の第2群のモアレ画像を生成せしめるように、装置各部を制御する。
このプレ撮影はポジショニングを確認するだけのものであるため、通常のX線撮影と同様に骨等が正しい位置に写っているか否かが確認できればよい。このため、撮影回数は1回でよく、X線源11から照射させるX線の線量は少なくてよい。例えば、本撮影=1とした場合(臨床機での実質線量は約5mGy)に、プレ撮影=1/25〜1/20(臨床機での実質線量は約0.2mGy)であることが好ましい。
なお、X線源11の管電圧を通常の撮影時よりも高くして撮影することが好ましい。例えば、本撮影における管電圧が40KV(又は50KV)である場合、プレ撮影における管電圧は、これと同じでも良いが、60KV等、本撮影の場合よりも高管電圧とすることが好ましい。X線源11の管電圧を上げた場合、被写体へのX線透過量を上げることができるため、撮影時間を短くすることができ、患者への負担を軽減することができる。
なお、上述の指用の被写体保持部材30においてワイヤの巻き上げをモータ等の駆動機構により行い、駆動機構の動作を制御部181等の制御装置により制御することとした場合や、膝用の被写体保持部材40において保持部材本体41内部の空気を吸引するポンプを制御部181等の制御装置により制御することとした場合には、プレ撮影により取得された画像の解析結果からポジショニングが適切でないと判断される場合に、その結果をフィードバックして、被写体保持部材30における駆動機構や被写体保持部材40におけるポンプを動作させて、患者の撮影部位(被写体である患部)の角度や固定状態等を自動的に調整できるように構成してもよい。
本実施形態では、コントローラー5は、X線撮影装置1aの制御部181において生成されたn個の第1群のモアレ画像及びn個の第2群のモアレ画像に基づいて、被写体の再構成画像を生成する画像処理手段として機能する。
具体的には、コントローラー5は、1組目の撮影において生成されたn個(本実施形態では3個)の第1群のモアレ画像と2組目の撮影において生成されたn個(本実施形態では3個)の第2群のモアレ画像のうち、格子の欠損の影響を含まない画素情報(画素値)に基づいて被写体の再構成画像を生成する。
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。
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=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。
本実施形態の走査型タルボ装置1を用いて撮影を行う場合には、まず指用の被写体保持部材30又は膝用の被写体保持部材40を用いて患者の手指や膝の関節等、撮影対象となる被写体部分についてポジショニングを行い、被写体台13の上に固定する。そして、本撮影を行う前に、通常のX線撮影における1回分程度の弱い線量のX線をX線源11から照射させ、プレ撮影を行う。このプレ撮影において撮影された骨の位置等から被写体のポジショニングの適否を確認し、ポジショニングが適切でない場合には、ポジショニングの調整を行う。また、ポジショニングが撮影に適した正しいものとなっている場合には、そのまま本撮影を行う。
図21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21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21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21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。
(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
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。
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X線源格子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。
このように、第1格子14と第2格子15を動かす場合(G1G2移動法)、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。
すなわち、第1格子14と第2格子15を動かす場合(G1G2移動法)において、例えば走査回数が3回である場合には、X線源格子(G0格子)のスリット周期(格子周期)d0(μm)を3で除した距離が、第1格子14及び第2格子15の1回の移動量(これを「所定の移動量P1」という)となる。
なお、縞走査法においてモアレ縞を生じさせるためには、(式11)で示されるずれが存在していればよく、この移動量にスリット周期(格子周期)d0の整数倍となる距離を加算した量を「所定の移動量P1」としても、同様にモアレを生じさせることができる。
前述のように、本実施形態では、n個の第1群のモアレ画像及びn個の第2群のモアレ画像に基づいて、被写体の再構成画像が生成される。
本実施形態の画像生成方法は、このように、再構成画像を生成するために2組のn個のモアレ画像を用いることにより、複数の格子(すなわち、X線源格子12、第1格子14、第2格子15)のうちのいずれかに欠損が生じている場合でも、当該欠損に起因する再構成画像におけるアーチファクト(偽像、画像欠陥)を補正することができるものである。
X線源格子12(G0格子、マルチスリット)や第1格子14(G1格子)、第2格子15(G2格子)には、その製造工程等において、格子の一部に偶発的に欠損を生じることがある。
また、視野サイズの拡大のためには格子の大面積化が要請されるところ、複数の小サイズ格子を貼り合わせて複合化することで大サイズ化を図ることが考えられる。特に第1格子14(G1格子)及び第2格子15(G2格子)は、X線源格子12(G0格子)よりも大きく、貼り合わせにより大サイズ化する必要性が高い。しかし、このような複合化格子では、小サイズ格子の貼り合わせ箇所において、小サイズ格子間に隙間が生じてしまい、当該部分は格子構造が抜けた格子の欠損となってしまう。
すなわち、例えば、X線源格子12(G0格子、マルチスリット)を他の格子(第1格子14(G1格子)、第2格子15(G2格子))に対して相対的に移動走査させてモアレ画像を取得する場合、図24に示すように、被写体のある状態で、基準位置(初期位置)、1回目の移動後の走査位置、2回目の移動後の走査位置においてそれぞれ1回ずつ合計3回の撮影を行い、3個のモアレ画像(図24(a)から図24(c))を取得する。また、キャリブレーションを行うために、これと同一条件の下において被写体の無い状態で、基準位置(初期位置)、1回目の移動後の走査位置、2回目の移動後の走査位置においてそれぞれ1回ずつ合計3回の撮影を行い、3個のモアレ画像(図24(d)から図24(f))を取得する。
なお、前述のように、縞走査法において、モアレ画像(モアレ縞の現れた画像)を得るためには、各回の移動走査における移動量を、格子の1周期(図8参照)を移動走査の回数で除したものに設定すればよい。例えば、移動走査を3回行う場合には、1回の移動走査における移動量Pは、X線源格子12(G0格子)のスリット周期d0を3で割ったd0/3となる。
そして、被写体のある状態で撮影されたモアレ画像(図24(a)から図24(c))を、それぞれ対応する被写体の無い状態で撮影されたモアレ画像(図24(d)から図24(f))によってキャリブレーションを行う。そして、キャリブレーション後の3個のモアレ画像に基づいて、被写体の再構成画像(図24(g))を生成する。
すなわち、例えば、上記と同様にX線源格子12(G0格子、マルチスリット)を他の格子(第1格子14(G1格子)、第2格子15(G2格子))に対して相対的に移動走査させてモアレ画像を取得する場合、図25に示すように、第2格子15(G2格子)の一部に格子の欠損があると、欠損箇所Baにおいては、格子構造によるX線の吸収がないため欠損がない画素に比べてカウントが増加する。
図26(a)から図26(c)は、格子に欠損がある場合に、被写体のある状態で、基準位置(初期位置)、1回目の移動後の走査位置、2回目の移動後の走査位置において取得された3個のモアレ画像を示し、図26(d)から図26(f)は、格子に欠損がある場合に、被写体の無い状態で、基準位置(初期位置)、1回目の移動後の走査位置、2回目の移動後の走査位置において取得された3個のモアレ画像を示している。図26(a)から図26(f)に示すように、格子に欠損がある場合には、欠損箇所Baに対応する部分にモアレが発生しない。このため、これらのモアレ画像に基づいて被写体の再構成画像(図26(g))を生成した場合には、小角散乱画像では、モアレ縞の振幅が0に近づくため画欠となる。また、吸収画像では、モアレが発生しなくとも吸収情報は得られるため画欠にはならないが、格子による吸収がなくなる分、周囲の画素値との連続性が失われてしまう。
なお、n個の第1群のモアレ画像の撮影(1組目の撮影)とn個の第2群のモアレ画像の撮影(2組目の撮影)との間にどの程度第1格子14及び第2格子15を移動させるか、すなわち、上記第2の相対位置関係をどのように設定するかは、格子の欠損箇所Baの位置やx方向における欠損箇所Baの大きさ(すなわち欠損範囲)に応じて決定される。すなわち、1組目の撮影と2組目の撮影とで、X線検出器16の撮影エリアにおける格子の欠損箇所Baの位置が重ならないようにして撮影を行う。
なお、1組目の撮影と2組目の撮影との間に第1格子14及び第2格子15を移動させる方向はx方向に限定されない。例えば、格子の欠損箇所Baがx方向に長く延在している場合には、これと直交するy方向に移動させることが好ましい。
図28(a)から図28(f)に示すように、第1群のモアレ画像の撮影(1組目の撮影)で得られた画像には、全て図中における左側に、格子の欠損に起因する画像欠陥が現れている。
また、図29(a)から図29(c)は、被写体のある状態で、第2の基準位置(第2の初期位置)、1回目の移動後の走査位置、2回目の移動後の走査位置において取得された3個の第2群のモアレ画像を示し、図29(d)から図29(f)は、被写体の無い状態で、第2の基準位置(第1の初期位置)、1回目の移動後の走査位置、2回目の移動後の走査位置において取得された3個の第2群のモアレ画像を示している。
図29(a)から図29(f)に示すように、第2群のモアレ画像の撮影(2組目の撮影)で得られた画像には、全て図中における右側に、格子の欠損に起因する画像欠陥が現れている。
このため、格子の欠損による影響を含まない、第1群のモアレ画像の撮影(1組目の撮影)で得られた画像の右側部分(図中破線で囲った部分)の画素情報と、第2群のモアレ画像の撮影(2組目の撮影)で得られた画像の左側部分(図中二点鎖線で囲った部分)の画素情報とに基づいて、被写体の再構成画像を生成することにより、図29(g)にしめすような、格子の欠損の影響を受けない、高品質の再構成画像を得ることができる。
すなわち、図30(a)及び図30(b)に示す第1格子14及び第2格子15は、大面積化及びそれに伴うケラレへの対策として、小サイズ格子を側面視においてほぼ凹部状(「くの字」)となるように貼り合わせている。この場合、小サイズ格子間の間隙が格子の欠損箇所Ba(格子欠損領域)となる。第1格子14及び第2格子15は平行に保たなければモアレ縞が乱れるため、小サイズ格子と小サイズ格子のくの字の貼り合わせ部分の角度は第1格子14と第2格子15とで等しく、第1格子14及び第2格子15それぞれの間隙の位置はX線検出器16上の投影像で一致するように調整される。このため、モアレ画像上では第1格子14における小サイズ格子間の間隙と第2格子15における小サイズ格子間の間隙はほぼ重なり合う。モアレ画像における2つの間隙の影響を合わせた影響領域(格子の欠損の影響を受ける領域)の幅は10〜300um程度である。一方、X線検出器16の画素ピッチは50〜200um程度である。
なお、各格子のサイズは特に限定されないが、例えば、X線源格子12(G0格子)のx方向の幅は10mmである。また、第1格子14(G1格子)は、x方向24mm幅の小サイズ格子を3枚貼り合わせており、各小サイズ格子の貼り合わせ角度(くの字角度)は、178.85度である。また、第2格子15(G2格子)は、x方向30mm幅の小サイズ格子を3枚貼り合わせており、各小サイズ格子の貼り合わせ角度(くの字角度)は、178.85度である。
この場合、まず、図30(a)に示すように第1の基準位置(第1の初期位置)から所定回数n回の撮影を行ってn個の第1群のモアレ画像を取得した後、第1格子14(G1格子)及び第2格子15(G2格子)をx方向に平行移動させる。なお、1組目の撮影と2組目の撮影とで欠損が影響する領域を明確に切り分ける必要があるため、2画素以上間が空くように移動量を設定すべきである。またこの場合は小サイズ格子のくの字貼り合せがある位置で最大限の効果が発揮されるように作られているため、それを大きく逸脱する移動量は許されない。そこでこの場合の移動量は、500〜2000um程度が望ましい。
図32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には、1組目の3ステップの撮影及び3ステップの2組目の撮影でそれぞれX線源格子12のスリット周期1周期分のモアレ画像が3枚ずつ得られる。各ステップのモアレ画像は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、図示しない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。
この場合、前述の様に、コントローラー5は、1組目の撮影において生成されたn個(本実施形態では3個)の第1群のモアレ画像と2組目の撮影において生成されたn個(本実施形態では3個)の第2群のモアレ画像のうち、格子の欠損の影響を含まない画素情報(画素値)に基づいて被写体の再構成画像を生成する。
なお、このとき、第1群のモアレ画像及び第2群のモアレ画像のいずれでも格子の欠損の影響を含まない画素については、両方の組でそれぞれ再構成した画素値を平均化して再構成画像の生成に用いることが好ましい。これにより、格子の欠損の影響を含まない画素部分については、再構成画像の粒状性を向上させることができる。本実施形態では、2組のモアレ画像群を撮影するが、このように両方の組のモアレ画像のうち格子の欠損の影響を含まない画素については全てのモアレ画像の画素情報を再構成画像の生成に用いることにより、撮影された画像をできるだけ無駄にしないように利用することができる。
これにより、格子の欠損の影響を受けていない再構成性画像を生成することができ、格子に欠損がある場合でも診断に適した画像を得ることができる。
さらに、本実施形態における画像生成方法によれば、X線検出器16上の視野サイズの3分の1に対応する欠損幅までであれば格子上のどの位置に欠損箇所Baがあっても補正が可能であるため、欠損領域の許容範囲が広がり、格子製造の歩留まりを大幅に向上させることが可能となる。
また、1組目の撮影と2組目の撮影の間の格子の移動量は、複数の格子のうちのいずれかに生じた欠損の幅に基づいて設定されるため、1組目の撮影と2組目の撮影の間に、格子を欠損の幅よりも大きく移動させることができ、1組目と2組目とで、欠損の影響が及ぶ画素の位置が互いに異なる画像を得ることができる。そして、それぞれの組の画像から欠損の影響を含まない画素情報(画素値)を用いて画像を再構成することで、格子の欠損の影響を受けていない高品質の再構成性画像を生成することができる。
また、本実施形態では、複数の格子として、X線源11から照射されたX線を多光源化するX線源格子12がさらに含まれている。これにより、ある程度焦点径が大きい焦点が用いられる場合でも、X線源格子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とができ、タルボ効果を得ることができる。そして、このように複数の格子としてX線源格子12を含む場合でも、格子の欠損の影響を受けていない高品質の再構成性画像を生成することができる。
また、本実施形態では、第1の回折格子である第1格子14及び第2の回折格子である第2格子15を同時に移動させる構成としている。これにより、X線源格子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。
例えば、本実施形態では、縞走査方式として、X線源格子、第1格子及び第2格子を備えるタルボ・ロー干渉計を用いた走査型タルボ装置を例として説明したが、走査型タルボ装置に用いられるのはタルボ・ロー干渉計に限定されず、縞走査方式として、X線を回折することによりタルボ効果を生じさせる第1の回折格子である第1格子14と、この第1格子14により回折されたX線を回折する第2の回折格子である第2格子15とを備えるタルボ干渉計を用いた走査型タルボ装置についても本発明を適用することができる。
さらに、走査型タルボ装置は、縞走査方式を用いたものに限定されない。例えば、一次元格子や二次元格子を用いた縞走査不要のフーリエ変換方式や、通常の位相コントラスト方式による撮影を行う走査型タルボ装置に本発明を適用してもよい。
X線源格子12を移動させる構成としては、例えば、パルス信号に正確に同期して動作するステッピングモータ(パルスモータ)等、高精度の動作制御を行うことのできるモータを用い、モータが駆動すると、当該駆動源の出力を被駆動部であるX線源格子12を含むX線源格子ユニット120の本体まで伝達する伝達系を構成する図示しないボールねじが回転し、X線源格子12を含むX線源格子ユニット120の本体がリニアガイド等にガイドされてx方向に移動するように構成する。
なお、X線源格子12を移動させる駆動源として適用されるステッピングモータとしては、例えば、オリエンタルモーター株式会社製の5相ステッピングモータ(型式:PX533MH-B)等の5相ステッピングモータが望ましく、5相でも高分解能タイプが好ましい。すなわち、一般的には基本ステップ角:0.72°であるが、高分解能タイプでは基本ステップ角:0.36°であり、このようなモータが好適に用いられる。更に、ステップ数を細分化できるマイクロステップによる制御を行うことが好ましい。
この場合には、図33(a)及び図33(b)に示すように、1組目の撮影と2組目の撮影の間に、X線源格子12、第1格子14及び第2格子15を、両方の組の撮影において全ての欠損部分が重なり合わない位置まで全て平行移動させて、これを第2の基準位置(第2の初期位置)とし、当該第2の基準位置(第2の初期位置)から2組目の撮影を開始する。なお、1組目の撮影と2組目の撮影の間の移動時に、格子間距離と格子面間の相対角にずれが生じるとモアレ周期が乱れ、これが再構成画像において痕跡として残り、画質の低下につながる。特に第1格子14(G1格子)と第2格子15(G2格子)との位置関係が最も感度が高く、画質に影響を与える。このため、格子間距離と格子面間の相対角にずれが生じないように移動させることが必要となる。
実際に取得するモアレ画像数(実際の撮影回数)「m」をm>nである整数となるように各撮影時の格子位置を可変制御して、画像処理手段であるコントローラー5が、このm個のモアレ画像からn個のモアレ画像を抽出して、再構成画像を生成してもよい。
すなわち、例えば、X線源11と被写体との間にコリメータ等を配置して、各撮影において再構成画像の生成に用いることのできない画素領域(すなわち、格子の欠損の影響を受ける画素領域)については、電磁波をカットするように構成してもよい。このようにすることにより、被写体への余分な被曝を最小限に低減させることができる。
また、撮影部のX線照射口近傍に、CCDカメラ等の撮影手段を設けて、X線照射によるプレ撮影を行う代わりに、CCDカメラ等の撮影手段によって得られた画像に基づいてポジショニングの確認や調整を行うようにしてもよい。この場合、例えば、前もって適切なポジショニングであったときの画像を記憶させておき、当該画像と今回の画像とを重ね合わせてずれがないかを見る。関節部分のポジショニングには三次元的な調整が必要となるが、二次元状の画像においてずれがなければ三次元的にもずれがないものと推定できるため、CCDカメラ等による画像をポジショニングの確認等に用いることができる。なお、CCDカメラ等の撮影手段を2個設けて、xy方向とyz方向等、異なる方向から関節部分を撮影することにより、より確実なポジショニングの確認を行うことが可能となる。
第2の配置においては、被写体の厚み分だけ、被写体中心と第1格子14は離れることになり、上記の実施形態に比べ感度の点でやや劣ることになるが、一方で、被写体への被曝線量低減を考慮すると、当該配置の方が第1格子14でのX線吸収分だけX線を有効に活用していることになる。
また、被写***置での実効的な空間分解能は、X線の焦点径、検出器の空間分解能、被写体の拡大率、被写体の厚さ等に依存するが、上記実施例に於ける検出器の空間分解能が120μm(ガウスの半値幅)以下の場合には、第1の配置よりも第2の配置の方が実効的な空間分解能は小さくなる。
感度、空間分解能、及び、第1格子14でのX線吸収量等を考慮して、第1格子14、被写体台13の配置順をきめることが好ましい。
また、被写体台13は、その高さを患者の体型等に応じて調整できるようにしてもよい。
1a X線撮影装置
5 コントローラー
11 X線源
12 X線源格子
13 被写体台
14 第1格子
15 第2格子
16 X線検出器
17 支柱
18 本体部
19 基台部
30 指用の被写体保持部材
40 膝用の被写体保持部材
181 制御部
Claims (6)
- 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た格子であって、少なくともX線を回折することによりタルボ効果を生じさせる第1の回折格子及び第2の回折格子を含む複数の格子と、
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、前記複数の格子及び前記被写体を透過したX線に応じて電気信号を生成する変換素子が二次元状に配置され、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、
前記複数の格子のうちの少なくとも1つを他の格子に対して相対的に移動させる駆動手段と、
前記駆動手段により前記複数の格子を所定の移動量P1移動せしめる毎に、前記X線検出器によって画像信号を読取り、これをn回繰返してn個のモアレ画像を生成するように制御する画像取得制御手段と、
生成されたn個のモアレ画像に基づいて再構成画像を生成する画像処理手段と、を有する走査型タルボ装置において、前記複数の格子のうちのいずれかに生じた欠損に起因する前記再構成画像におけるアーチファクトを補正する画像生成方法であって、
前記複数の格子の第1の相対位置関係において、前記所定の移動量P1の移動毎に前記X線検出器によって画像信号を読取り、n個の第1群のモアレ画像を生成せしめ、
然る後に、前記駆動手段を動作させて、前記複数の格子を前記第1の相対位置関係とは異なる第2の相対位置関係とせしめ、
再度、前記所定の移動量P1の移動毎に前記X線検出器によって画像信号を読取り、n個の第2群のモアレ画像を生成せしめ、
前記画像処理手段が、前記n個の第1群のモアレ画像及び前記n個の第2群のモアレ画像に基づいて、前記再構成画像を生成するものであり、
該各群の撮影において、前記X線の照射軸に対する複数の格子の相対位置を、該複数の格子の全ての欠損位置が重なり合わない位置を基準位置とし、該基準位置を該各群で異なるものとすることを特徴とする画像生成方法。 - 前記第2の相対位置関係は、前記複数の格子のうちのいずれかに生じた欠損の幅に基づいて設定されることを特徴とする請求項1に記載の画像生成方法。
- 前記複数の格子には、前記X線源から照射されたX線を多光源化するX線源格子がさらに含まれることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像生成方法。
- 前記駆動手段は、前記X線源格子を移動させることを特徴とする請求項3に記載の画像生成方法。
- 前記駆動手段は、前記第1の回折格子及び前記第2の回折格子を同時に移動させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の画像生成方法。
- 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た格子であって、少なくともX線を回折することによりタルボ効果を生じさせる第1の回折格子及び第2の回折格子を含む複数の格子と、
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、前記複数の格子及び前記被写体を透過したX線に応じて電気信号を生成する変換素子が二次元状に配置され、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、
前記複数の格子のうちの少なくとも1つを他の格子に対して相対的に移動させる駆動手段と、
前記駆動手段により前記複数の格子を移動せしめ、前記X線検出器によって画像信号を読取り、モアレ画像を生成するように制御する画像取得制御手段と、
前記画像取得制御手段により生成されたモアレ画像に基づいて再構成画像を生成する画像処理手段と、を有する走査型タルボ装置において、前記複数の格子のうちのいずれかに生じた欠損に起因する前記再構成画像におけるアーチファクトを補正する画像生成方法であって、
前記画像取得制御手段は、前記駆動手段により前記複数の格子を移動せしめ、前記X線検出器によって画像信号を読取り、m個のモアレ画像を生成するように制御し、
前記画像処理手段は、前記m個のモアレ画像からn(n<mである整数)個のモアレ画像を抽出して、前記再構成画像を生成するものであり、
該各群の撮影において、前記X線の照射軸に対する複数の格子の相対位置を、該複数の格子の全ての欠損位置が重なり合わない位置を基準位置とし、該基準位置を該各群で異なるものとすることを特徴とする画像生成方法。
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