JP7347827B2 - 位相画像撮影方法とそれを利用した位相画像撮影装置 - Google Patents
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Description
X線、中性子線、可視光などを含め、所謂、量子ビームを発生する線源を用いて干渉縞を形成する装置では、検出器(二次元)により直接測定されるのは、位相ではなく、被検体によって変形したモアレ干渉縞(あるいは、Talbot効果による自己像)の強度分布である。この検出器で測定される強度分布は、一般的に、次のように書くことができる。
画像の変数近似、即ち、上記式(2)と(3)の近似によれば、図2にも示すように、一つのピクセルに相当するデータが、一つから三つに増えることとなる。
A.回折格子の移動がないため縞走査法での高い安定性の要求がなくなる。
B.1回の撮影で済むので装置の操作が簡単になる。
更に、従来のFourier変換法と比べると:
C.より高い空間分解能を保つことで、より多くの細かい内部構造が見える画像を提供することが可能となる(以下の図10(b)や図11(c)を参照)。
D.また、その解析手法においては、凸関数の最小化問題に変換して解いていることから、与えた具体的な初期値にかかわらず、最適解を提供しており、このことは、特に、実際の応用において非常に重要なことであろう。
上述した位相撮影方法(手法A)は、既存の装置や設備にも適用可能であり、例えば図5~7にもその概略を示すように、X線源(或いは中性子線源)を用いて干渉縞を形成するTalbot干渉計(図5)、Talbot-Lau干渉計(図6)、あるいは、Lau干渉計(図7)などに適用可能である。
続いて、本発明では、予め不完全な位相情報が既知の場合に、少なくとも一回の撮影により、上述した手法Aよりも精度のより高い解が求められる方法を提供する。ここで、上記の既知の位相情報とは、従来の手法であるFourier変換法、あるいは、上述した本発明手法A等により求められる位相像から取得することができる。
次に、上述した本発明の位相撮影方法及び位相撮影装置による効果を確認するため、数値ファントムとX線微分位相像を用いて本発明の手法A及びBにより処理した。コントラスト画像の作り方について以下に説明する。この実験では、まず、仮定した物体の位相(φ)と吸収(a0)、Visibility(V)を用いて式(1)により1枚の干渉縞データを生成する。その干渉縞画像を使って、Fourier変換法と本発明(手法A又は手法B)によりそれぞれ求めた位相像を示す。
A: 回折格子の移動が必要でないため、縞走査法における高い安定性の要求が解消される。
B: 1回の撮影で位相像が得られることから、装置や設備の操作がより簡単になる。
C: 1回の撮影で位相像が得られることから、動いている物体や変化している物体への動的測定がより正しくできる。
D: より高い空間分解能を保つことで、より多くの細かい内部構造が見える画像を提供することが可能となる。
E: 本発明の手法の精度は撮影される干渉縞の周期に依存するが、Fourier変換法で普段使われている周期より(一周期あたり5、6ピクセル程度)大きくなっても(例えば、数十ピクセルで一周期)精度が大幅に下がらない位相像を求めることができる。回折格子を用いたX線位相撮影において、モアレ縞の周期が大きくなるとVisibilityが大幅に上がるので本手法では従来手法より画質の良い画像が得られる。
上述したことから、本発明になる位相撮影方法や位相撮影装置は、特に、その操作の簡便性(回折格子の移動がない)を利用することにより、図12にも示すように、Talbot干渉計を利用した高速位相CT撮影装置等において利用することが好適であろう。なお、ここでは、縞走査は行わない。
Claims (6)
- 線源からの量子ビームを、被検体と少なくとも1枚の位相格子を介して検出器に入射し、当該検出器を構成する各ピクセルでのビームの強度分布から前記被検体の位相画像を求める位相画像撮影方法であって、
ビームの強度分布は、少なくとも、吸収(a0)、Visibility(V)、そして、位相(φ)の情報を含んでおり、隣接する少なくとも3つのピクセルでの吸収(a0)、Visibility(V)、そして、位相(φ)を画像の変数近似によりほぼ同一であると仮定し、
少なくとも1枚の測定画像から、吸収、Visibility、位相を求めることを特徴とする位相画像撮影方法。 - 請求項1に記載した位相画像撮影方法であって、
前記検出器の各ピクセル(m,n)でのビームの強度分布は、以下のように表され、
前記画像の変数近似において、隣接する3つのピクセルにおける吸収を…、a0'、a0、a0”…、当該3つのピクセルにおける吸収に対応するVisibilityを…、V'、V、V"…、当該3つのピクセルにおける吸収に対応する位相を…、φ'、φ、φ"…としたとき、以下のようにして、
- 請求項1に記載した位相画像撮影方法において、
前記吸収、Visibility、位相を、測定値と理論値との差のLp(p≧0)ノルム最小化を用いて求めることを特徴とする位相画像撮影方法。 - 請求項3に記載した位相画像撮影方法において、前記Lpノルム最小化において、p≧1に対して、変数変換によって非凸最小化問題を凸関数最小化問題に変換して、吸収、Visibility、位相を求めることを特徴とする位相画像撮影方法。
- 量子ビームを発生する線源と、前記線源からのビームを照射する被検体を保持する手段と、
前記被検体からのビームを、少なくとも1枚の位相格子を介して受光する検出器とを備え、更に、
前記検出器を構成する各ピクセルでのビームの強度分布から前記被検体の位相画像を求める処理部とを備えた位相画像撮影装置において、
前記処理部は、前記請求項1~4のいずれか1項に記載した位相画像撮影方法を実行することにより、吸収、Visibility、位相を求めることを特徴とする位相画像撮影装置。 - 線源からの量子ビームを、被検体と少なくとも1枚の位相格子を介して検出器に入射し、当該検出器を構成する各ピクセルでのビームの強度分布から前記被検体の位相画像を求める位相画像撮影方法であって、
ビームの強度分布は、少なくとも、吸収(a 0 )、Visibility(V)、そして、位相(φ)の情報を含んでおり、少なくとも3つのピクセルでの吸収(a 0 )、Visibility(V)、そして、位相(φ)を画像の変数近似によりほぼ同一であると仮定し、
少なくとも1枚の測定画像から、吸収、Visibility、位相を求めることを特徴とする位相画像撮影方法。
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