RU2472137C1 - Device and method of x-ray imaging - Google Patents
Device and method of x-ray imaging Download PDFInfo
- Publication number
- RU2472137C1 RU2472137C1 RU2011121670A RU2011121670A RU2472137C1 RU 2472137 C1 RU2472137 C1 RU 2472137C1 RU 2011121670 A RU2011121670 A RU 2011121670A RU 2011121670 A RU2011121670 A RU 2011121670A RU 2472137 C1 RU2472137 C1 RU 2472137C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- moire
- grating
- intensity
- detector
- Prior art date
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 50
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 31
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 8
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 6
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001066 destructive Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissues Anatomy 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к устройству формирования рентгеновских изображений и способу формирования рентгеновских изображений.The present invention relates to an x-ray image forming apparatus and an x-ray image forming method.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Так как рентгеновские лучи имеют высокую проницаемость в веществах и могут выполнять формирование изображений с высоким пространственным разрешением, например, рентгеновские лучи используются для неразрушающего обследования объектов в промышленном использовании и для радиографии в медицинском использовании. В этих случаях контрастное изображение формируется посредством использования разности коэффициента поглощения рентгеновских лучей для веществ или живых организмов, когда рентгеновские лучи пропускаются через вещества или живые организмы в зависимости от составных элементов или из-за разности в плотностях веществ или живых организмов. Такой способ формирования изображений называется способом контраста поглощения рентгеновских лучей. Однако легкий элемент поглощает рентгеновские лучи в очень малом количестве. Сложно получить изображение живых мягких тканей, состоящих из углерода, водорода, кислорода и так далее, которые являются составными элементами живого организма или мягких материалов, способом контраста поглощения рентгеновских лучей. В противоположность этому в качестве способа для формирования четких изображений даже тканей, состоящих из легких элементов, с тысяча девятьсот девяностых годов исследовались способы фазового контраста рентгеновских лучей, использующие разность фаз рентгеновских лучей.Since X-rays have a high permeability in substances and can perform imaging with high spatial resolution, for example, X-rays are used for non-destructive examination of objects in industrial use and for radiography in medical use. In these cases, a contrast image is formed by using the difference in the absorption coefficient of X-rays for substances or living organisms, when X-rays are passed through substances or living organisms depending on the constituent elements or because of the difference in densities of substances or living organisms. This imaging method is called the X-ray absorption contrast method. However, the light element absorbs x-rays in very small quantities. It is difficult to obtain an image of living soft tissues, consisting of carbon, hydrogen, oxygen, and so on, which are the constituent elements of a living organism or soft materials, in a way to contrast the absorption of x-rays. In contrast, as a method for producing clear images of even tissues composed of light elements, phase-contrast methods of X-rays using phase difference of X-rays have been investigated since the nineteen nineties.
Было разработано большое количество способов фазового контраста рентгеновских лучей. Один из таких способов может быть способом фазового контраста рентгеновских лучей, использующим интерференцию Талбота в качестве способа, способного использовать традиционную рентгеновскую трубку (патентная литература 1).A large number of X-ray phase contrast methods have been developed. One such method may be an X-ray phase contrast method using Talbot interference as a method capable of using a conventional X-ray tube (Patent Literature 1).
Способ, использующий интерференцию Талбота, описываемый в патентной литературе 1, включает рентгеновскую трубку, которая формирует рентгеновские лучи, фазовую решетку, которая модулирует фазу рентгеновских лучей и формирует распределение интенсивности интерференции, поглощательную решетку, которая преобразует распределение интенсивности интерференции в распределение интенсивности Муара, и рентгеновский детектор, который детектирует распределение интенсивности интерференции.A method using Talbot interference described in
В способе, описываемом в патентной литературе 1, формирование изображений выполняется посредством сканирования поглощательной решетки вдоль направления периода решетки. После этого сканирования муар, который должен быть обнаружен, сдвигается. Когда длина сканирования достигает одного периода поглощательной решетки, изображение муара возвращается в первоначальное состояние. Арифметическая обработка выполняется, используя по меньшей мере три изображения данных изображений во время сканирования, и таким образом получается дифференциальное фазовое изображение.In the method described in
Перечень цитированных источниковList of cited sources
Патентная литератураPatent Literature
Патентная литература 1: Патент США № 7180979Patent Literature 1: US Patent No. 7,180,979
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМАTECHNICAL PROBLEM
Способ, описываемый в патентной литературе 1, получает дифференциальное фазовое изображение посредством выполнения формирования изображений для по меньшей мере трех изображений и рассчитывает фазовое изображение из дифференциального фазового изображения.The method described in
Так как способ, описываемый в патентной литературе 1, должен выполнять формирование изображений для по меньшей мере трех изображений, если объект сдвигается во время формирования изображения, качество изображения может ухудшиться.Since the method described in
Также, если период времени для формирования изображения увеличивается, увеличивается доза рентгеновских лучей для объекта. Это нежелательно для медицинского использования. Соответственно цель настоящего изобретения - обеспечить устройство формирования рентгеновских изображений и способ формирования рентгеновских изображений, который может получать дифференциальное фазовое изображение или фазовое изображение объекта посредством по меньшей мере одной операции формирования изображений.Also, if the period of time for imaging increases, the dose of x-rays for the object increases. This is undesirable for medical use. Accordingly, an object of the present invention is to provide an X-ray image forming apparatus and an X-ray image forming method that can obtain a differential phase image or a phase image of an object through at least one image forming operation.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫSOLUTION
Устройство формирования рентгеновских изображений согласно настоящему изобретению включает рентгеновский источник; фазовую решетку, которая пропускает рентгеновские лучи из рентгеновского источника и формирует распределение интенсивности интерференции посредством эффекта Талбота; поглощательную решетку, которая частично заслоняет распределение интенсивности интерференции, сформированное фазовой решеткой, и формирует муар; детектор, который детектирует распределение интенсивности муара, сформированного поглощательной решеткой; и арифметический блок, который получает изображение информации объекта из распределения интенсивности муара, детектированного детектором, и выводит информацию. Арифметический блок выполняет процесс, включающий этап преобразования Фурье выполнения преобразования Фурье для распределения интенсивности муара, полученного детектором, и получения спектра пространственных частот, и этап восстановления фазы отделения спектра, соответствующего несущей частоте, от спектра пространственных частот, полученного на этапе преобразования Фурье, выполнения обратного преобразования Фурье для отделенного спектра и получения дифференциального фазового изображения.An x-ray imaging apparatus according to the present invention includes an x-ray source; a phase grating that transmits X-rays from an X-ray source and forms a distribution of interference intensity through the Talbot effect; an absorption lattice, which partially obscures the distribution of the intensity of interference formed by the phase lattice, and forms a moire; a detector that detects the intensity distribution of the moire formed by the absorption grid; and an arithmetic unit that obtains an image of the information of the object from the distribution of the intensity of the moire detected by the detector, and outputs information. The arithmetic unit performs a process including the Fourier transform step of performing the Fourier transform to distribute the intensity of the moire obtained by the detector and obtaining the spatial frequency spectrum, and the step of reconstructing the phase separation spectrum corresponding to the carrier frequency from the spatial frequency spectrum obtained in the Fourier transform step, performing the inverse Fourier transforms for the separated spectrum and obtaining a differential phase image.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯUSEFUL EFFECTS OF THE INVENTION
С помощью настоящего изобретения может быть предоставлено устройство формирования рентгеновских изображений и способ формирования рентгеновских изображений, которые могут получать дифференциальное фазовое изображение или фазовое изображение объекта посредством по меньшей мере одной операции формирования изображений.Using the present invention, an X-ray image forming apparatus and an X-ray image forming method that can obtain a differential phase image or a phase image of an object through at least one image forming operation can be provided.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг. 1 - пояснительное изображение устройства формирования рентгеновских изображений согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 1 is an explanatory view of an X-ray imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.
Фиг. 2 представляет пояснительные изображения двумерных фазовых решеток согласно второму и третьему вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 2 is an explanatory view of two-dimensional phase gratings according to the second and third embodiments of the present invention.
Фиг. 3 представляет пояснительные изображения двумерных фазовых решеток согласно первому и второму вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 3 is an explanatory view of two-dimensional phase gratings according to the first and second embodiments of the present invention.
Фиг. 4 иллюстрирует картину спектра распределения интенсивности интерференции.FIG. 4 illustrates a picture of the spectrum of the distribution of interference intensity.
Фиг. 5 иллюстрирует распределения интенсивности муара и картины спектра, когда используется двумерная фазовая решетка.FIG. 5 illustrates moiré intensity distributions and spectral patterns when a two-dimensional phase grating is used.
Фиг. 6 - пояснительное изображение блок-схемы последовательности операций способа анализа, выполняемого арифметическим блоком согласно настоящему изобретению.FIG. 6 is an explanatory view of a flowchart of an analysis method performed by an arithmetic unit according to the present invention.
Фиг. 7 представляет пояснительные изображения распределения интенсивности муара и спектра пространственных частот согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 7 is an explanatory view of a distribution of moire intensity and a spatial frequency spectrum according to a second embodiment of the present invention.
Фиг. 8 представляет пояснительные изображения распределения интенсивности муара и спектра пространственных частот согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 8 is an explanatory view of a distribution of moire intensity and a spatial frequency spectrum according to a third embodiment of the present invention.
Фиг. 9 - пояснительное изображение механизма изменения масштаба согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 9 is an explanatory view of a zoom mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Первый вариант осуществления)(First Embodiment)
Фиг. 1 иллюстрирует примерную конфигурацию устройства формирования рентгеновских изображений, используя интерференцию Талбота. Процесс получения фазового изображения посредством использования устройства формирования рентгеновских изображений будет описан подробно.FIG. 1 illustrates an exemplary configuration of an X-ray imaging apparatus using Talbot interference. The process of obtaining a phase image by using an x-ray image forming apparatus will be described in detail.
(Рентгеновский источник)(X-ray source)
Рентгеновские лучи 111, формируемые рентгеновским источником 110, пропускаются через объект 120. Когда рентгеновские лучи 111 пропускаются через объект 120, фаза рентгеновских лучей 111 изменяется, и рентгеновские лучи 111 поглощаются в зависимости от состава, формы и так далее объекта 120.The x-rays 111 formed by the x-ray source 110 are passed through the object 120. When the x-rays 111 are passed through the object 120, the phase of the x-rays 111 changes, and the x-rays 111 are absorbed depending on the composition, shape and so on of the object 120.
Рентгеновские лучи могут быть непрерывными рентгеновскими лучами или характеристическими рентгеновскими лучами. Длина волны рентгеновских лучей выбирается в диапазоне от около 0,1Å до 5Å. Фильтр выбора длины волны и/или решетка для источника могут быть предоставлены в нисходящем потоке рентгеновского источника 110.The x-rays may be continuous x-rays or characteristic x-rays. The wavelength of x-rays is selected in the range from about 0.1 Å to 5 Å. A wavelength selection filter and / or a grating for the source may be provided in the downstream of the x-ray source 110.
(Фазовая решетка)(Phase grating)
Рентгеновские лучи 111, пропускаемые через объект 120, пропускаются через фазовую решетку 130. Затем рентгеновские лучи 111 формируют распределение интенсивности интерференции 140 посредством эффекта Талбота.X-rays 111 passed through an object 120 are passed through a phase grating 130. Then, the x-rays 111 form a distribution of interference intensity 140 by means of the Talbot effect.
Фазовая решетка 130 организована в восходящем потоке или нисходящем потоке объекта 120.The phase grating 130 is organized in the upstream or downstream of the object 120.
Фазовая решетка 130 включает участки 131 опережения по фазе и участки 132 отставания по фазе, которые формируются посредством периодического изменения толщины члена рентгеновской проницаемости. Участки 131 опережения по фазе и участки 132 отставания по фазе могут быть сформированы таким образом, что фаза рентгеновских лучей, пропущенных через участки 131 опережения по фазе, отличается от фазы рентгеновских лучей, пропущенных через участки 132 отставания по фазе. Например, фаза рентгеновских лучей, пропущенных через участки 131 опережения по фазе, сдвигается вперед на π относительно фазы рентгеновских лучей, пропущенных через участки 132 отставания по фазе. Величина изменения в толщине определяется длиной волны рентгеновских лучей, которая должна использоваться, и членом.The phase grating 130 includes phase advance portions 131 and phase lag portions 132 that are formed by periodically varying the thickness of the x-ray member. The phase advance portions 131 and the phase lag portions 132 can be formed such that the phase of the x-rays transmitted through the phase advance portions 131 is different from the phase of the x-rays passed through the phase delay portions 132. For example, the phase of the x-rays transmitted through the phase advance portions 131 shifts forward by π relative to the phase of the x-rays transmitted through the phase lag portions 132. The magnitude of the change in thickness is determined by the wavelength of the x-rays to be used and the term.
Фазовая решетка 130 типично модулирует фазу рентгеновских лучей, пропущенных через участки 131 опережения по фазе, на π или π/2 относительно фазы рентгеновских лучей, пропущенных через участки 132 отставания по фазе. Первая решетка может быть названа π фазовой решеткой, а вторая решетка может быть названа π/2 фазовой решеткой. Требуется лишь, чтобы величина модуляции фазы была периодической. Например, модуляция может быть π/3 модуляцией.The phase grating 130 typically modulates the phase of the x-rays transmitted through the phase advance portions 131 by π or π / 2 relative to the phase of the x-rays transmitted through the phase lag portions 132. The first lattice can be called a π phase lattice, and the second lattice can be called a π / 2 phase lattice. It is only required that the magnitude of the phase modulation be periodic. For example, modulation may be π / 3 modulation.
Фазовая решетка 130 может иметь одномерную линейную форму. В качестве альтернативы фазовая решетка 130 может иметь двумерную структуру в форме шахматной доски, как показано на фиг. 2(A). В качестве другой альтернативы фазовая решетка 130 может иметь структуру в форме решетки, как показано на фиг. 2(B). Со ссылкой на фиг. 2, ссылочный знак d обозначает период, 201 обозначает двумерную фазовую решетку, 210 обозначает участки опережения по фазе, а 220 обозначает участки отставания по фазе.The phase grating 130 may have a one-dimensional linear shape. Alternatively, the phase grating 130 may have a two-dimensional checkerboard structure, as shown in FIG. 2 (A). As another alternative, the phase grating 130 may have a grating structure, as shown in FIG. 2 (B). With reference to FIG. 2, a d is a period, 201 is a two-dimensional phase grating, 210 is a phase advance portion, and 220 is a phase lag portion.
Форма каждого участка 210 опережения по фазе или каждого участка 220 отставания по фазе является квадратом на фиг. 2(A) и 2(B), однако их внешняя граница может быть деформирована в округлую форму в процессе производства. Даже когда форма деформируется в округлую форму, деформированный участок может быть использован в качестве фазовой решетки.The shape of each
Если фазовая решетка 130 имеет одномерный период, получается информация градиента фазы только в одномерном направлении объекта 120. Напротив, если фазовая решетка 130 имеет двумерный период, может быть получена информация градиента фазы в двумерных направлениях, что является преимуществом.If the phase grating 130 has a one-dimensional period, phase gradient information is obtained only in the one-dimensional direction of the object 120. In contrast, if the phase grating 130 has a two-dimensional period, phase gradient information in two-dimensional directions can be obtained, which is an advantage.
Материал фазовой решетки 130 - желательно вещество, которое пропускает рентгеновские лучи. Например, материал может быть кремнием.The material of the phase grating 130 is preferably a substance that transmits x-rays. For example, the material may be silicon.
Распределение интенсивности интерференции, формируемое после того, как рентгеновские лучи пропускаются через фазовую решетку 130, наиболее четко проявляется в положении, в котором Z0 является расстоянием от рентгеновского источника до фазовой решетки 130, а Z1 является расстоянием от фазовой решетки 130 до поглощательной решетки 150, и расстояние Z1 удовлетворяет нижеследующему выражению (1). В материалах настоящей заявки "распределение интенсивности интерференции" является периодическим распределением интенсивности, в котором отражается период решетки фазовой решетки 130.The distribution of the intensity of interference, formed after the x-rays are transmitted through the phase grating 130, is most clearly manifested in the position in which Z 0 is the distance from the x-ray source to the phase grating 130, and Z 1 is the distance from the phase grating 130 to the absorption grating 150 , and the distance Z 1 satisfies the following expression (1). In the materials of this application, "interference intensity distribution" is a periodic intensity distribution, which reflects the lattice period of the phase lattice 130.
В выражении (1) λ - длина волны рентгеновских лучей, а d - период решетки фазовой решетки 130.In expression (1), λ is the x-ray wavelength, and d is the lattice period of the phase lattice 130.
(1) (one)
Значение N изменяется в зависимости от формы фазовой решетки и является действительным числом, которое может быть выражено следующим образом. Отметим, что значение n - натуральное число.The value of N varies depending on the shape of the phase lattice and is a real number, which can be expressed as follows. Note that the value of n is a natural number.
π фазовая решетка в одномерной периодической структуре: N = n/4-1/8π phase lattice in a one-dimensional periodic structure: N = n / 4-1 / 8
π/2 фазовая решетка в одномерной периодической структуре: N = n/4-1/2π / 2 phase lattice in a one-dimensional periodic structure: N = n / 4-1 / 2
π фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски в двумерной периодической структуре: N = n/4-1/8π phase lattice with a checkerboard-shaped structure in a two-dimensional periodic structure: N = n / 4-1 / 8
π/2 фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски в двух измерениях: N = n/2-1/4π / 2 phase grating with a checkerboard-shaped structure in two dimensions: N = n / 2-1 / 4
(Поглощательная решетка)(Absorption grid)
Период распределения интенсивности интерференции типично меньше, чем размер пикселя рентгеновского детектора 170. Следовательно, распределение интенсивности интерференции не может быть детектировано в этом состоянии. Поэтому поглощательная решетка 150 используется, чтобы формировать муар с периодом, большим, чем размер пикселя рентгеновского детектора 170, так что рентгеновский детектор 170 детектирует распределение интенсивности муара. Поглощательная решетка 150 желательно предусмотрена в положении, отделенном от фазовой решетки 130 на расстояние Z1.The period of the distribution of the interference intensity is typically less than the pixel size of the X-ray detector 170. Therefore, the distribution of the interference intensity cannot be detected in this state. Therefore, the absorption grid 150 is used to form a moire with a period greater than the pixel size of the x-ray detector 170, so that the x-ray detector 170 detects the distribution of the intensity of the moire. An absorption grating 150 is preferably provided in a position separated from the phase grating 130 by a distance Z 1 .
Поглощательная решетка 150 включает проницаемые участки 151 и заслоняющие свет участки 152, которые периодически располагаются и расставляются, чтобы частично заслонять яркие участки распределения 140 интенсивности интерференции, формируемые фазовой решеткой 130. Каждый пропускающий участок 151 не обязательно должен иметь отверстие, проникающее через поглощательную решетку 150, так как пропускающий(проницаемый) участок 151 может частично пропускать рентгеновские лучи. Материал поглощательной решетки 150 особо не ограничивается до тех пор, пока материал имеет высокую поглощательную способность для рентгеновских лучей. Материал может быть, например, золотом.The absorption grid 150 includes permeable portions 151 and light-blocking portions 152, which are periodically arranged and arranged to partially obscure the bright areas of the interference intensity distribution 140 formed by the phase array 130. Each transmission portion 151 need not have an opening penetrating the absorption array 150. since the transmission (permeable) portion 151 may partially transmit x-rays. The material of the absorption grating 150 is not particularly limited as long as the material has a high absorption capacity for x-rays. The material may be, for example, gold.
Период поглощательной решетки 150 эквивалентен или незначительно отличается от периода распределения интенсивности интерференции.The period of the absorption grating 150 is equivalent to or slightly different from the period of distribution of the intensity of interference.
Если используется поглощательная решетка с периодом, эквивалентным периоду распределения интенсивности интерференции, муар формируется посредством вращения в плоскости поглощательной решетки. Когда период распределения интенсивности интерференции представлен D, а угол, определенный между ориентациями яркого и темного участков в распределении интенсивности интерференции и ориентацией поглощательной решетки, представлен θ (здесь, θ<<1), период Dm муара равен D/θ.If an absorption grating is used with a period equivalent to the period of the distribution of the intensity of interference, moire is formed by rotation in the plane of the absorption grating. When the period of the distribution of interference intensity is represented by D, and the angle defined between the orientations of the bright and dark areas in the distribution of the intensity of interference and the orientation of the absorption lattice is represented by θ (here, θ << 1), the period Dm of the moire is D / θ.
Напротив, если используется поглощательная решетка с периодом, незначительно отличающимся от периода распределения интенсивности интерференции, муар формируется без вращения в плоскости поглощательной решетки. Когда период поглощательной решетки выражается как Da=D+δ (здесь δ<<D), период Dm муара равен D2/δ.On the contrary, if an absorption grating is used with a period slightly different from the period of the distribution of interference intensity, moire is formed without rotation in the plane of the absorption grating. When the period of the absorption lattice is expressed as Da = D + δ (here δ << D), the period Dm of the moire is D 2 / δ.
В поглощательной решетке 150 пропускаемые участки 151 могут быть расположены одно- или двумерно.In the absorption grid 150, the transmitted portions 151 can be located one- or two-dimensionally.
Например, если используется π фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски, показанная на фиг. 2(A), используется поглощательная решетка 300 со структурой в форме решетки, в которой проницаемые участки 351 и заслоняющие свет участки 352 расположены двумерно, как показано на фиг. 3(A). Если используется π/2 фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски, показанная на фиг. 2(A), используется поглощательная решетка 300 со структурой в форме шахматной доски, в которой проницаемые участки 351 и заслоняющие свет участки 352 расположены двумерно, как показано на фиг. 3(B).For example, if a π phase grating with a checkerboard-like structure shown in FIG. 2 (A), an
Вышеупомянутая комбинация фазовой решетки и поглощательной решетки - просто пример, и могут быть созданы различные комбинации.The above combination of a phase grating and an absorption grating is merely an example, and various combinations can be created.
(Детектор)(Detector)
Информация распределения интенсивности интерференции для рентгеновских лучей, пропускаемых через поглощательную решетку 140, детектируется как распределение интенсивности муара рентгеновским детектором 170. Рентгеновский детектор 170 является элементом, который может детектировать информацию распределения интенсивности интерференции для рентгеновских лучей. Например, может быть использован плоскопанельный детектор (FPD), способный к преобразованию в цифровые сигналы.The interference intensity distribution information for x-rays transmitted through the absorption grating 140 is detected as the distribution of moire intensity by the x-ray detector 170. The x-ray detector 170 is an element that can detect the interference intensity distribution information for the x-rays. For example, a flat panel detector (FPD) capable of converting to digital signals may be used.
(Арифметический блок)(Arithmetic block)
Информация о распределении интенсивности муара, детектируемого рентгеновским детектором 170, анализируется арифметическим блоком 180 через метод анализа, который будет описан позже, так, чтобы получить изображение дифференциального фазового изображения или фазового изображения. Полученное дифференциальное фазовое изображение или фазовое изображение является выходным изображением, которое должно отображаться на блоке 190 отображения. Арифметический блок 180 включает, например, центральный процессор (CPU).Information about the intensity distribution of the moire detected by the X-ray detector 170 is analyzed by the arithmetic unit 180 through an analysis method, which will be described later, so as to obtain an image of a differential phase image or phase image. The resulting differential phase image or phase image is an output image to be displayed on the display unit 190. Arithmetic unit 180 includes, for example, a central processing unit (CPU).
Метод анализа для получения фазового изображения из информации о распределении интенсивности муара, получаемого детектором, будет описано ниже. Затем будет описан этап обработки, выполняемый арифметическим блоком.An analysis method for obtaining a phase image from information on the distribution of the intensity of the moire obtained by the detector will be described below. Then, the processing step performed by the arithmetic unit will be described.
(Метод анализа)(Analysis Method)
Когда формируется распределение интенсивности интерференции, многие лучи дифрагированного света накладываются и интерферируют друг с другом. Следовательно, распределение интенсивности интерференции содержит основную частоту (в дальнейшем в материалах настоящей заявки указываемую ссылкой, как несущая частота) и большое количество гармонических компонентов несущей частоты. Муар имеет форму, в которой компонент несущей частоты в распределении интенсивности интерференции пространственно расширен. Когда используется одномерная фазовая решетка с линейкой, ортогональной оси x, муар может быть выражен выражением (2).When a distribution of interference intensity is formed, many rays of diffracted light overlap and interfere with each other. Therefore, the distribution of the intensity of interference contains the fundamental frequency (hereinafter referred to as the carrier frequency in the materials of this application) and a large number of harmonic components of the carrier frequency. Moire has a shape in which the component of the carrier frequency in the distribution of the intensity of interference is spatially expanded. When using a one-dimensional phase lattice with a ruler orthogonal to the x axis, moire can be expressed by expression (2).
(2) (2)
Напротив, когда используется двумерная фазовая решетка, компонент несущей частоты в направлении у накладывается на результат выражения (2).In contrast, when a two-dimensional phase grating is used, the carrier frequency component in the y direction is superimposed on the result of expression (2).
В выражении (2) муар выражается суммой фонового первого члена и периодического второго члена. В материалах настоящей заявки a(x, y) обозначает фон, а b(x, y) обозначает амплитуду компонента несущей частоты. Также, значение f0 обозначает несущую частоту интерференционной полосы, а ϕ(х, у) обозначает фазу компонента несущей частоты.In expression (2), moire is expressed as the sum of the background first term and the periodic second term. In the materials of this application, a (x, y) denotes the background, and b (x, y) denotes the amplitude of the component of the carrier frequency. Also, the value of f 0 denotes the carrier frequency of the interference band, and ϕ (x, y) denotes the phase of the component of the carrier frequency.
Когда π/2 фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски используется в качестве фазовой решетки 130, компонент несущей частоты формируется из-за интерференции между дифрагированным светом нулевого порядка и дифрагированным светом плюс первого порядка и интерференции между дифрагированным светом нулевого порядка и дифрагированным светом минус первого порядка. Когда π фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски используется в качестве фазовой решетки 130, компонент несущей частоты формируется из-за интерференции между дифрагированным светом плюс первого порядка и дифрагированным светом минус первого порядка.When a π / 2 checkerboard phase grating is used as phase grating 130, a carrier frequency component is formed due to interference between zero-order diffracted light and first-order diffracted light and interference between zero-order diffracted light and diffracted light minus first order. When a π phase grating with a checkerboard-like structure is used as phase grating 130, a carrier frequency component is formed due to interference between diffracted light plus first order and diffracted light minus first order.
Для дифрагированного света нулевого порядка и дифрагированного света первого порядка лучи, отделяемые друг от друга расстоянием Nd, накладываются друг на друга на фазовой решетке 130. Для дифрагированного света плюс первого порядка и дифрагированного света минус первого порядка лучи, отделяемые друг от друга расстоянием 2Nd, накладываются друг на друга на фазовой решетке 130. То есть такая интерференция сдвигает интерференцию на величину сдвига s, соответствующую Nd, в случае π/2 фазовой решетки или сдвигает интерференцию на величину сдвига s, соответствующую 2Nd.For zero-order diffracted light and first-order diffracted light, rays separated from each other by a distance Nd are superimposed on each other on a phase grating 130. For diffracted light plus first-order and diffracted light minus first-order rays, separated by a distance of 2Nd, are superimposed to each other on the phase grating 130. That is, such interference shifts the interference by the amount of shift s corresponding to Nd, in the case of π / 2 of the phase grating, or shifts the interference by the amount of shift s, s corresponding 2Nd.
Когда фазовое изображение объекта 120 в положении фазовой решетки 130 равно W(x, y), фаза ϕ(х, у) и фазовое изображение W(x, y) имеют следующую взаимосвязь.When the phase image of the object 120 at the position of the phase grating 130 is W (x, y), the phase ϕ (x, y) and the phase image W (x, y) have the following relationship.
ϕ(х, у)=W(x+s, у)-W(x, y)ϕ ( x, y) = W (x + s, y) -W (x, y)
Значение s типично очень мало. Таким образом, получается следующее.The value of s is typically very small. Thus, the following is obtained.
Что касается выражения (3), обнаружено, что фаза ϕ(x, y) является информацией, получаемой дифференцированием фазового изображения W(x, y)объекта 120. Поэтому фазовое изображение W(x, y) объекта 120 может быть получено интегрированием ϕ(x, y). Тем временем, фаза ϕ(x, y) может быть получена из выражения (2) посредством преобразования Фурье. То есть выражение (2) может быть выражено следующим образом.Regarding expression (3), it was found that the phase ϕ (x, y) is information obtained by differentiating the phase image W (x, y) of the object 120. Therefore, the phase image W (x, y) of the object 120 can be obtained by integrating ϕ ( x, y). Meanwhile, the phase ϕ (x, y) can be obtained from expression (2) by means of the Fourier transform. That is, expression (2) can be expressed as follows.
(4) (four)
В материалах настоящей заявки получается следующее.In the materials of this application, the following is obtained.
(5) (5)
Поэтому информация фазы ϕ(x, y) может быть получена извлечением компонента c(x, y) или компонента с*(х, у) из интерференционной полосы.Therefore, the phase information ϕ (x, y) can be obtained by extracting component c (x, y) or component c * (x, y) from the interference band.
В материалах настоящей заявки после преобразования Фурье выражение (4) будет выглядеть следующим образом.In the materials of this application, after the Fourier transform, expression (4) will look as follows.
(6) (6)
В материалах настоящей заявки G(fx, fy), A(fx, fy) и C(fx, fy) являются двумерными преобразованиями Фурье для g(x, y), a(x, y) и c(x,y).In the materials of this application, G (f x , f y ), A (f x , f y ) and C (f x , f y ) are two-dimensional Fourier transforms for g (x, y), a (x, y) and c (x, y).
Фиг. 4 - картина спектра распределения интенсивности интерференции, когда используется одномерная решетка. Типично формируются три пика, как показано на фиг. 4. Центральный пик - пик, главным образом полученный из A(fx, fy). Напротив, пики на обеих сторонах - пики несущих частот, полученные из C(fx, fy) и C*(fx, fy). Эти пики формируются в положениях ±f0.FIG. 4 is a picture of a spectrum of the distribution of interference intensity when a one-dimensional array is used. Three peaks are typically formed, as shown in FIG. 4. The central peak is the peak mainly obtained from A (f x , f y ). In contrast, peaks on both sides are carrier frequency peaks obtained from C (f x , f y ) and C * (f x , f y ). These peaks form at positions ± f 0 .
Затем извлекается область, содержащая пик, полученный из C(fx, fy) или C*(fx, fy). Например, посредством извлечения периферии пика, полученного из A(fx, fy) и периферии пика, полученного из C(fx, fy) или C*(fx, fy), отделяется пик, полученный из C(fx, fy) или C*(fx, fy).Then, the region containing the peak obtained from C (f x , f y ) or C * (f x , f y ) is extracted. For example, by extracting the periphery of the peak obtained from A (f x , f y ) and the periphery of the peak obtained from C (f x , f y ) or C * (f x , f y ), the peak obtained from C (f x , f y ) or C * (f x , f y ).
Затем отделенный пик, полученный из C(fx, fy) или C*(fx, fy), сдвигается к началу координат в пространстве частот, и выполняется обратное преобразование Фурье. Посредством обратного преобразования Фурье получается информация комплексных чисел. С информацией комплексных чисел получается фаза ϕ(х, у), то есть дифференциальная фазовая информация.Then, the separated peak obtained from C (f x , f y ) or C * (f x , f y ) is shifted to the origin in the frequency space, and the inverse Fourier transform is performed. Through the inverse Fourier transform, information of complex numbers is obtained. With the information of complex numbers, the phase ϕ (x, y) is obtained, that is, differential phase information.
Фиг. 5(A) является примером распределения интенсивности муара, когда используется π/2 фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски (фиг. 2(A)) и поглощательная решетка со структурой в форме решетки (фиг. 3(A)) или поглощательная решетка со структурой в форме шахматной доски (фиг. 3(B)). Ссылочный знак 510 обозначает яркие участки муара, а 520 обозначает темные участки муара. Следует отметить, что распределение интенсивности муара формируется в наклонном направлении, даже когда используется π фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски (фиг. 2(A)) и поглощательная решетка со структурой в форме шахматной доски (фиг. 3(B)).FIG. 5 (A) is an example of a moire intensity distribution when a π / 2 phase grating with a checkerboard-like structure is used (FIG. 2 (A)) and an absorption grating with a grating-like structure (FIG. 3 (A)) or an absorption grating with a checkerboard-shaped structure (Fig. 3 (B)).
Фиг. 5(B) является примером распределения интенсивности муара, когда используется π фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски (фиг. 2(A)) и поглощательная решетка со структурой в форме решетки (фиг. 3(A)). Ссылочный знак 530 обозначает яркие участки муара, а 540 обозначает темные участки муара. В этом случае распределение интенсивности муара формируется в вертикальном и горизонтальном направлениях.FIG. 5 (B) is an example of a moiré intensity distribution when a π phase grating with a checkerboard-like structure (FIG. 2 (A)) and an absorption grating with a grating-shaped structure (FIG. 3 (A)) are used. Reference numeral 530 denotes bright moire patches, and 540 denotes dark moire patches. In this case, the distribution of the intensity of the moire is formed in the vertical and horizontal directions.
Следует отметить, что распределение интенсивности муара формируется, даже когда используется фазовая решетка со структурой в форме решетки (фиг. 2(B)).It should be noted that the intensity distribution of moire is formed even when a phase lattice with a lattice-like structure is used (Fig. 2 (B)).
Фиг. 5(C) и 5(D) иллюстрируют спектры пространственных частот, получаемых посредством выполнения обработки для распределений интенсивности муара, показанного на фиг. 5(A) и 5(B) посредством быстрого преобразования Фурье (БПФ), которое является типом преобразования Фурье. Максимальная пространственная частота, которая может быть рассчитана посредством БПФ, равна 1/(2P), где P является периодом пикселя рентгеновского детектора 170.FIG. 5 (C) and 5 (D) illustrate the spectra of spatial frequencies obtained by performing the processing for the moire intensity distributions shown in FIG. 5 (A) and 5 (B) by means of the fast Fourier transform (FFT), which is a type of Fourier transform. The maximum spatial frequency that can be calculated by FFT is 1 / (2P), where P is the pixel period of the X-ray detector 170.
Периферии двух пиков 570 и 571 и пиков 580 и 581 соответственно, в положениях, ортогональных друг к другу, извлекаются схожим образом с одномерной конфигурацией, и сдвигаются к началу координат, чтобы выполнить обратное преобразование Фурье. Извлеченные области обозначаются пунктирными линиями. Посредством обратного преобразования Фурье получается информация комплексных чисел. С помощью информации комплексных чисел получается дифференциальная фазовая информация в двух ортогональных друг другу направлениях.The peripheries of the two
В материалах настоящей заявки на фиг. 5(C) дифференциальная фазовая информация получается в направлениях при ±45 градусах. На фиг. 5(D) дифференциальная фазовая информация получается в направлениях X и Y.In the materials of this application in FIG. 5 (C) differential phase information is obtained in directions at ± 45 degrees. In FIG. 5 (D) differential phase information is obtained in the X and Y directions.
Во многих случаях дифференциальная фазовая информация, получаемая таким образом, складывается в (сворачивается в) область 2π. В частности, когда истинная фаза в любой точке на экране равна ϕ(х, у), а свернутая фаза равна ϕwrap(х, y), устанавливается следующая взаимосвязь.In many cases, the differential phase information obtained in this way is added to (collapses into) the region 2π. In particular, when the true phase at any point on the screen is ϕ (x, y) and the minimized phase is ϕ wrap (x, y), the following relationship is established.
(7), (7)
где n - целое число, которое определяется таким образом, что ϕwrap(х, y) находится в области с шириной 2π, например, области от 0 до 2π или области от -π до +π.where n is an integer that is defined in such a way that ϕ wrap (x, y) is in a region with a width of 2π, for example, a region from 0 to 2π or a region from -π to + π.
С помощью такой информации развертывание фазы выполняется для ϕ(х, y)wrap, чтобы восстановить первоначальное ϕ(х, y).Using this information, phase deployment is performed for ϕ (x, y) wrap to restore the original ϕ (x, y).
Фазовое изображение W(x, y) объекта может быть получено интегрированием восстановленного ϕ(х, y) выражением (8).The phase image W (x, y) of the object can be obtained by integrating the reconstructed ϕ (x, y) by expression (8).
(8) (8)
Когда используется одномерная решетка, направление интегрирования может являться только направлением, ортогональным к направлению линейки решетки. Поэтому чтобы правильно измерить фазовое изображение W(x, y), сторона рентгеновского детектора 170, параллельная направлению линейки, облучается рентгеновскими лучами, которые не пропускаются через объект 120, таким образом, что обнаруженный участок в фазовом изображении W(x, y) получается заранее. Когда используется двумерная решетка, интегрирование может быть выполнено в двух направлениях. Фазовое изображение W(x, y) может быть правильно измерено, даже если рентгеновский детектор 170 полностью облучается рентгеновскими лучами, пропускаемыми через объект 120.When a one-dimensional grating is used, the direction of integration can only be the direction orthogonal to the direction of the grating line. Therefore, in order to correctly measure the phase image W (x, y), the side of the X-ray detector 170, parallel to the direction of the ruler, is irradiated with X-rays that do not pass through the object 120, so that the detected portion in the phase image W (x, y) is obtained in advance . When a two-dimensional lattice is used, integration can be performed in two directions. The phase image W (x, y) can be correctly measured, even if the X-ray detector 170 is completely irradiated with X-rays transmitted through the object 120.
(Этап обработки арифметическим блоком)(Arithmetic processing stage)
Относительно вышеприведенного описания на фиг. 6 будет проиллюстрирован пример последовательности операций обработки, выполняемой арифметическим блоком 180.With respect to the above description in FIG. 6, an example of a processing flow performed by an arithmetic unit 180 will be illustrated.
Сначала информация о распределении интенсивности муара получается из рентгеновского детектора 170 (S610).First, information about the distribution of the intensity of the moire is obtained from the X-ray detector 170 (S610).
Затем выполняется (S620) этап преобразования Фурье таким образом, что преобразование Фурье выполняется для информации о распределении интенсивности муара, получаемой на S610, и получается спектр пространственных частот.Then, the (F620) Fourier transform step is performed such that the Fourier transform is performed for the moiré intensity distribution information obtained in S610, and a spatial frequency spectrum is obtained.
Затем выполняется (S631) этап отделения вершин таким образом, что спектр, соответствующий несущей частоте (спектр, имеющий фазовую информацию) извлекается из пространства частот, полученного на S620. Сложно извлечь спектр, соответствующий несущей частоте, извлекается информация о периферийной области спектра.Then, the step of separating the vertices is performed (S631) so that the spectrum corresponding to the carrier frequency (the spectrum having phase information) is extracted from the frequency space obtained in S620. It is difficult to extract the spectrum corresponding to the carrier frequency, information about the peripheral region of the spectrum is extracted.
Затем спектр, извлеченный на S631, сдвигается к началу координат в пространстве частот, и выполняется (S632) обратное преобразование Фурье. Соответственно может быть получена информация комплексных чисел, имеющая фазовую информацию.Then, the spectrum extracted in S631 is shifted to the origin in the frequency space, and the inverse Fourier transform is performed (S632). Accordingly, complex number information having phase information can be obtained.
Затем фаза ϕ(х, у), как дифференциальня фазовая информация, получается из информации комплексных чисел, полученной на S632 (S633). Следует отметить, что этапы S631, S632, и S633 могут вместе быть названы этапом (S630) восстановления фазы.Then, the phase ϕ (x, y), as differential phase information, is obtained from the complex number information obtained on S632 (S633). It should be noted that steps S631, S632, and S633 may together be called phase recovery step (S630).
Затем, когда ϕ(х, у) сворачивается, выполняется развертывание, и получается (S640) истинная ϕ(х, у). Этап может быть назван этапом развертывания фазы. Если ϕ(х, у) не свернута, этап S640 может быть пропущен. В материалах настоящей заявки ϕ(х, у) является дифференциальной фазовой информацией (дифференциальным фазовым изображением).Then, when ϕ (x, y) collapses, the deployment is performed, and it turns out (S640) the true ϕ (x, y). The phase may be called the phase deployment phase. If ϕ (x, y) is not collapsed, step S640 may be skipped. In the materials of this application, ϕ (x, y) is the differential phase information (differential phase image).
Затем посредством интегрирования ϕ(х, у) получается (S650) фазовое изображение W(x, y).Then, by integrating ϕ (x, y), a (S650) phase image of W (x, y) is obtained.
С помощью вышеприведенной конфигурации может быть предоставлено устройство формирования рентгеновских изображений и способ формирования рентгеновских изображений, которые могут получать фазовое изображение объекта посредством по меньшей мере одной операции формирования изображений. Дополнительно может быть предоставлена программа, которая побуждает компьютер выполнять вышеприведенные этапы.Using the above configuration, an X-ray image forming apparatus and an X-ray image forming method that can obtain a phase image of an object through at least one image forming operation can be provided. Additionally, a program may be provided that prompts the computer to perform the above steps.
(Второй вариант осуществления)(Second Embodiment)
Устройство получения рентгеновских изображений согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения будет описано со ссылкой на фиг. 7. В этом варианте осуществления увеличивается пространственное разрешение вместо спектра пространственных частот, описанного в первом варианте осуществления и показанного на фиг. 5(C).An X-ray image acquisition apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. In this embodiment, the spatial resolution is increased instead of the spatial frequency spectrum described in the first embodiment and shown in FIG. 5 (C).
Фиг. 7(B) иллюстрирует спектр пространственных частот, который описывается в этом варианте осуществления. Чтобы получить такой пространственный спектр, основной период двумерного муара, получаемого из распределения интенсивности интерференции и поглощательной решетки, определяется относительно периода пикселя рентгеновского детектора, чтобы достичь следующего отношения.FIG. 7 (B) illustrates the spatial frequency spectrum that is described in this embodiment. In order to obtain such a spatial spectrum, the main period of the two-dimensional moiré obtained from the distribution of the interference intensity and the absorption lattice is determined relative to the pixel period of the X-ray detector in order to achieve the following relationship.
раз time
Также ориентация муара настраивается, чтобы иметь наклон 45 градусов к решетке пикселей.Also, the orientation of the moire is adjusted to have a slope of 45 degrees to the pixel grid.
Фиг. 7(A) иллюстрирует распределение интенсивности муара на рентгеновском детекторе в этом состоянии. Ссылочный знак 710 обозначает принимающую свет поверхность рентгеновского детектора, 720 обозначает яркие участки муара, d обозначает период муара, а P обозначает период пикселя рентгеновского детектора. В этом варианте осуществления используются π/2 фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски (фиг. 2(A)) и поглощательная решетка со структурой в форме шахматной доски (фиг. 3(B)). Однако может использоваться другая фазовая решетка и другая поглощательная решетка, пока распределение интенсивности муара, который должен быть сформирован, является эквивалентным.FIG. 7 (A) illustrates the intensity distribution of moire on an x-ray detector in this state.
Фиг. 7(B) - спектр пространственных частот, получаемый выполнением БПФ для распределения интенсивности муара, показанного на фиг. 7(A). Когда количество пикселей в решетке равно n для каждой из вертикальной и горизонтальной сторон, пространство спектра, получаемое посредством БПФ, является дискретными данными n×n. Максимальная частота, которая может быть выражена, равна 1/(2P), где P является периодом пикселя рентгеновского детектора 170.FIG. 7 (B) is the spatial frequency spectrum obtained by performing the FFT for the distribution of the intensity of the moire shown in FIG. 7 (A). When the number of pixels in the array is n for each of the vertical and horizontal sides, the spectrum space obtained by the FFT is n × n discrete data. The maximum frequency that can be expressed is 1 / (2P), where P is the pixel period of the X-ray detector 170.
В этом варианте осуществления основной период муара равен следующему.In this embodiment, the main moire period is as follows.
Р R
Таким образом, абсолютное значение несущей частоты с этой частотой равно следующему.Thus, the absolute value of the carrier frequency with this frequency is equal to the following.
1/(Р)one/( R)
Также, так как ориентация муара имеет наклон в 45 градусов, пик 711 несущей формируется в следующем положении.Also, since the moire orientation has a slope of 45 degrees, a
Координаты частотFrequency coordinates
Пик 711 несущей - это пик, соответствующий несущей частоте распределения интенсивности муара.The
Два соседних пика, включаемые в четыре пика 711 несущей, извлекаются в форме квадратной области, имеющей наклон в 45 градусов, каждая квадратная область, имеющая сторону, выраженную следующим образом.Two adjacent peaks included in the four peaks of the
1/(Р)one/( R)
После того, как квадратная область извлечена, выполняется обработка, описанная в первом варианте осуществления. Соответственно фазовое изображение объекта может быть восстановлено. Если область спектра извлекается большой поверхностью, как возможно, пространственное разрешение может быть увеличено. Однако вдобавок к пику несущей частоты в пространстве спектра присутствует ненужный пик 721. Ненужный пик 721 - пик высокочастотного компонента и компонента DC, и расположен в положении, соответствующем сумме или разности координат пиков компонентов несущей частоты.After the square area is extracted, the processing described in the first embodiment is performed. Accordingly, the phase image of the object can be restored. If a region of the spectrum is extracted with a large surface, as far as possible, the spatial resolution can be increased. However, in addition to the peak of the carrier frequency, an
Если область извлечения слишком большая, может быть включена область вокруг ненужного пика 721. Правильное фазовое изображение больше не предоставляется из-за эффекта ненужного пика 721. Соответственно область спектра, которая должна быть извлечена, является областью 731 извлечения, расположенной на внутренней стороне по отношению к промежуточной линии между пиком несущей частоты и ненужным пиком 721.If the extraction region is too large, the region around the
Пространственная частота фазового изображения, которое должно быть восстановлено в этом варианте осуществления, равна 1/2 размера области 731 извлечения. Таким образом, как обнаружено на фиг. 7(B), максимальная частота в направлении решетки пикселей равна 1/(4P), а максимальная частота в направлении в 45 градусов определяется следующим образом.The spatial frequency of the phase image to be reconstructed in this embodiment is 1/2 the size of the
1/(Р)one/( R)
Чтобы выразить минимальный период на основе пикселей, который может быть восстановлен с этим значением в качестве разрешения, минимальный период является обратным максимальной частоты. Таким образом, минимальный период в направлении решетки пикселей равен 4 пикселям, а минимальный период в направлении 45 градусов равен следующему.To express the minimum period based on pixels that can be restored with this value as a resolution, the minimum period is the inverse of the maximum frequency. Thus, the minimum period in the direction of the pixel array is 4 pixels, and the minimum period in the direction of 45 degrees is the following.
пикселей 5,7 пикселей pixels 5.7 pixels
По сравнению с областью извлечения на фиг. 5(C), область извлечения на фиг. 7(B) больше, чем область извлечения на фиг. 5(C), и, следовательно, пространственная частота, которая может быть восстановлена, больше. Таким образом, с помощью данного варианта осуществления пространственная частота может быть увеличена по сравнению с вышеприведенным вариантом осуществления.Compared to the extraction area in FIG. 5 (C), the extraction region of FIG. 7 (B) is larger than the extraction area in FIG. 5 (C), and therefore the spatial frequency that can be restored is greater. Thus, with this embodiment, the spatial frequency can be increased compared to the above embodiment.
(Третий вариант осуществления)(Third Embodiment)
Устройство формирования рентгеновских изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения будет описано со ссылкой на фиг. 8. В этом варианте осуществления увеличивается пространственное разрешение вместо спектра пространственных частот, описанного в первом варианте осуществления и показанного на фиг. 5(D). Фиг. 8(B) иллюстрирует спектр пространственных частот, который описывается в этом варианте осуществления. Чтобы получить такой пространственный спектр, основной период двумерного муара, получаемого из распределения интенсивности интерференции и поглощательной решетки, определяется, как в три раза больший, чем период пикселя рентгеновского детектора, а ориентация муара выравнивается с решеткой пикселей.An X-ray imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. In this embodiment, the spatial resolution is increased instead of the spatial frequency spectrum described in the first embodiment and shown in FIG. 5 (D). FIG. 8 (B) illustrates the spatial frequency spectrum that is described in this embodiment. To obtain such a spatial spectrum, the main period of a two-dimensional moiré obtained from the distribution of the intensity of interference and the absorption grating is determined to be three times longer than the pixel period of the X-ray detector, and the moire’s orientation is aligned with the pixel grating.
Фиг. 8(A) иллюстрирует распределение интенсивности муара на рентгеновском детекторе в этом состоянии. Ссылочный знак 810 обозначает принимающую свет поверхность рентгеновского детектора, 82 обозначает яркие участки муара, d обозначает период муара, а P обозначает период пикселя рентгеновского детектора. В этом варианте осуществления используются π фазовая решетка со структурой в форме шахматной доски (фиг. 2(A)) и поглощательная решетка со структурой в форме решетки (фиг. 3(A)). Однако может использоваться другая фазовая решетка и другая поглощательная решетка, пока распределение интенсивности муара, который должен быть сформирован, является эквивалентным.FIG. 8 (A) illustrates the intensity distribution of moire on an x-ray detector in this state.
Фиг. 8(A) - спектр пространственных частот, получаемый выполнением БПФ для распределения интенсивности муара, показанного на фиг. 8(B). Так как основной период муара равен 3P в этом варианте осуществления, абсолютное значение несущей частоты равно 1/(3P). Таким образом, пик 811 несущей формируется в следующем положении.FIG. 8 (A) is the spatial frequency spectrum obtained by performing the FFT for the distribution of the intensity of the moire shown in FIG. 8 (B). Since the main moire period is 3P in this embodiment, the absolute value of the carrier frequency is 1 / (3P). Thus, the
Координаты частотFrequency coordinates
илиor
Пик 811 несущей - это пик, соответствующий несущей частоте распределения интенсивности муара. Подобно второму варианту осуществления возникающие квадратные области, каждая имеющая сторону 1/(3P), извлекаются для двух соседних пиков, включаемых в четыре пика 811 несущей. После того, как квадратные области извлечены, выполняется обработка, описанная в первом варианте осуществления. Соответственно фазовое изображение объекта может быть восстановлено.Peak 811 carrier is the peak corresponding to the carrier frequency distribution of the intensity of the moire. Similar to the second embodiment, the resulting square regions, each having a 1 / (3P) side, are extracted for two adjacent peaks included in the four carrier peaks 811. After the square areas are extracted, the processing described in the first embodiment is performed. Accordingly, the phase image of the object can be restored.
Однако в данном варианте осуществления вдобавок к пику несущей частоты в пространстве спектра присутствует ненужный пик 821. Ненужный пик 821 - пик высокочастотного компонента и компонента DC, и расположен в положении, соответствующем сумме или разности координат пиков компонентов несущей частоты. Соответственно область спектра, которая должна быть извлечена, является областью 831 извлечения, расположенной на внутренней стороне по отношению к промежуточной линии между пиком несущей частоты и ненужным пиком 821.However, in this embodiment, in addition to the peak of the carrier frequency, an
Пространственная частота фазового изображения, которое должно быть восстановлено в этом варианте осуществления, равна 1/2 размера области 831 извлечения. Таким образом, ссылаясь на фиг. 8(B), максимальная частота в направлении решетки пикселей равна 1/(6P), а максимальная частота в направлении в 45 градусов определяется следующим образом.The spatial frequency of the phase image to be reconstructed in this embodiment is 1/2 the size of the
1/(Р)one/( R)
Чтобы выразить минимальный период на основе пикселей, восстановленный с вышеприведенным значением в качестве разрешения, минимальный период является обратным максимальной частоты. Таким образом, минимальный период в направлении решетки пикселей равен 6 пикселям, а минимальный период в направлении 45 градусов равен следующему.To express the minimum pixel-based period reconstructed with the above value as the resolution, the minimum period is the inverse of the maximum frequency. Thus, the minimum period in the direction of the pixel array is 6 pixels, and the minimum period in the direction of 45 degrees is the following.
пикселей 4,2 пикселей pixels 4.2 pixels
Поэтому пространственное разрешение в направлении 45 градусов по отношению к решетке пикселей в этом варианте осуществления лучше, чем во втором варианте осуществления.Therefore, the spatial resolution in the direction of 45 degrees with respect to the pixel array in this embodiment is better than in the second embodiment.
(Четвертый вариант осуществления)(Fourth Embodiment)
Устройство формирования рентгеновских изображений согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения будет описано со ссылкой на фиг. 9. Устройство формирования рентгеновских изображений этого варианта осуществления - это устройство формирования рентгеновских изображений согласно любому из с первого по третий вариант осуществления, включающее устройство 900 перемещения объекта. Устройство 900 перемещения объекта может передвигать объект 920 вдоль оптической оси рентгеновских лучей.An X-ray imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9. The x-ray imaging device of this embodiment is an x-ray imaging device according to any one of the first to third embodiment, including an
Рентгеновский детектор имеет увеличение формирования изображений для объекта 920 L1/L2, где L1 - расстояние от рентгеновского источника 910 до поглощательной решетки 940, а L2 - расстояние от рентгеновского источника 910 до поглощательной решетки 940.The x-ray detector has an increase in image formation for
Таким образом, по мере того как объект 920 передвигается ближе к фазовой решетке 930, L2 становится больше, и получение изображений может быть выполнено с низким увеличением. Напротив, по мере того как объект 920 передвигается ближе к рентгеновскому источнику 910, L2 становится меньше, и получение изображений может быть выполнено с высоким увеличением.Thus, as the
Перечень условных обозначенийLegend List
110 рентгеновский источник110 x-ray source
111 рентгеновские лучи111 x-rays
120 объект120 property
130 фазовая решетка130 phase grating
150 поглощательная решетка150 absorption grid
151 пропускающий участок151 missing section
152 заслоняющий свет участок152 light blocking area
170 рентгеновский детектор170 x-ray detector
180 арифметический блок180 arithmetic block
Claims (12)
фазовую решетку, которая пропускает рентгеновские лучи из рентгеновского источника для формирования распределения интенсивности интерференции посредством эффекта Талбота;
поглощательную решетку, которая частично заслоняет распределение интенсивности интерференции, сформированное фазовой решеткой для формирования муара;
детектор, который детектирует информацию о распределении интенсивности муара, сформированного поглощательной решеткой; и
арифметический блок, который вычисляет информацию дифференциального фазового изображения объекта путем выполнения преобразования Фурье для информации распределения интенсивности муара, детектированной детектором.1. An x-ray image forming apparatus for imaging an object, comprising:
a phase grating that transmits x-rays from an x-ray source to form a distribution of interference intensity by means of the Talbot effect;
an absorption lattice that partially obscures the distribution of the intensity of interference formed by the phase lattice to form the moire;
a detector that detects information about the intensity distribution of the moire formed by the absorption grid; and
an arithmetic unit that calculates information of the differential phase image of an object by performing a Fourier transform for the moire intensity distribution information detected by the detector.
в котором фазовая решетка включает в себя участки опережения по фазе и участки отставания по фазе,
в котором участки опережения по фазе и участки отставания по фазе расположены двумерно,
в котором поглощательная решетка включает в себя пропускающие участки и заслоняющие участки,
в котором пропускающие участки и заслоняющие участки расположены двумерно,
в котором детектор детектирует муар, имеющий периоды в двух направлениях, и
в котором арифметический блок вычисляет информацию дифференциального фазового изображения в двух направлениях путем выполнения преобразования Фурье для информации распределения интенсивности муара.2. The device for forming x-ray images according to claim 1,
in which the phase lattice includes advance phases and phase lags,
in which the phase advance portions and phase lag regions are two-dimensional,
in which the absorption grid includes transmission areas and screening areas,
in which the transmitting sections and the covering sections are two-dimensional,
in which the detector detects moire having periods in two directions, and
in which the arithmetic unit calculates the differential phase image information in two directions by performing the Fourier transform for the moire intensity distribution information.
координаты частот
где Р - период пикселя детектора.8. The x-ray image forming apparatus according to claim 2, in which the phase grating, absorption grating and detector are configured so that in the frequency space of the moiré obtained by performing the Fourier transform for the moiré intensity distribution information, a peak is formed in the position expressed as follows
frequency coordinates
where P is the period of the detector pixel.
в котором поглощательная решетка обеспечивает период муара, выраженный следующим образом,
направление периода муара установлено под 45° к решетке пикселей детектора, и
в котором арифметический блок осуществляет этап выполнения преобразования Фурье для результата детектирования, извлечения двух квадратных областей из пространства частот полученного муара для отделения пика от спектра пространственных частот распределения интенсивности муара и использования двух квадратных областей таким образом, что получается информация дифференциального фазового изображения объекта, причем каждая из квадратных областей имеет сторону, выраженную следующим образом
квадратные области имеют наклон в 45° к направлению решетки пикселей детектора.9. The device for forming x-ray images according to claim 8,
in which the absorption grid provides a moire period, expressed as follows,
the direction of the moire period is set at 45 ° to the detector pixel array, and
in which the arithmetic unit performs the step of performing the Fourier transform for the result of detecting, extracting two square areas from the frequency space of the obtained moire to separate the peak from the spatial frequency spectrum of the distribution of the moire intensity and using two square areas in such a way that the differential phase image information of the object is obtained, each of square areas has a side expressed as follows
square areas have a slope of 45 ° to the direction of the array of pixels of the detector.
координаты частот
где Р - период пикселя детектора.10. The device for forming x-ray images according to claim 2, in which the phase grating, absorption grating and detector are configured so that in the frequency space of the moiré obtained by performing the Fourier transform for the distribution information of the intensity of the moiré, a peak is formed in the position expressed as follows
frequency coordinates
where P is the period of the detector pixel.
в котором арифметический блок осуществляет этап выполнения преобразования Фурье для результата обнаружения, извлечения двух квадратных областей из пространства частот полученного муара для отделения пика от спектра пространственных частот распределения интенсивности муара и использования двух квадратных областей таким образом, что получается информация дифференциального фазового изображения объекта, каждая из квадратных областей возникает по отношению к направлению решетки пикселей детектора и имеет сторону 1/(3Р).11. The x-ray image forming apparatus of claim 10, wherein the absorption grating is arranged such that the moiré period is 3P and the direction of the moiré period is aligned with the detector pixel grating, and
in which the arithmetic unit performs the step of performing the Fourier transform for the result of detecting, extracting two square areas from the frequency space of the obtained moire to separate the peak from the spatial frequency spectrum of the distribution of the intensity of the moire and using two square areas in such a way that the differential phase image information of the object is obtained, each of square areas occurs in relation to the direction of the lattice of the detector pixels and has a 1 / (3P) side.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008-278425 | 2008-10-29 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012137875/28A Division RU2519663C2 (en) | 2008-10-29 | 2012-09-05 | X-ray imaging device and x-ray imaging method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2472137C1 true RU2472137C1 (en) | 2013-01-10 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677763C1 (en) * | 2013-12-17 | 2019-01-21 | Конинклейке Филипс Н.В. | Phase retrieval for scanning differential phase contrast systems |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677763C1 (en) * | 2013-12-17 | 2019-01-21 | Конинклейке Филипс Н.В. | Phase retrieval for scanning differential phase contrast systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2519663C2 (en) | X-ray imaging device and x-ray imaging method | |
Berujon et al. | X-ray multimodal imaging using a random-phase object | |
EP2830505B1 (en) | Hybrid pci system for medical radiographic imaging | |
JP6448649B2 (en) | Large-field phase contrast imaging method based on detuning configuration including acquisition and reconstruction techniques | |
JP6581713B2 (en) | X-ray detector for phase contrast and / or dark field imaging, interferometer having the X-ray detector, X-ray imaging system, method for performing phase contrast X-ray imaging and / or dark field X-ray imaging, and computer program , Computer readable media | |
JP5961614B2 (en) | Grating apparatus for phase contrast imaging, apparatus for phase contrast imaging, X-ray system having the apparatus, and method of using the apparatus | |
JP5631013B2 (en) | X-ray imaging device | |
JP5586986B2 (en) | X-ray imaging device | |
JP2012187341A (en) | X-ray imaging apparatus | |
WO2007125833A1 (en) | X-ray image picking-up device and x-ray image picking-up method | |
JP2014171799A (en) | X-ray imaging apparatus, and x-ray imaging system | |
JP2012005820A (en) | X-ray imaging apparatus | |
Tahir et al. | Mesh-based phase contrast Fourier transform imaging | |
Thüring et al. | Compact hard x-ray grating interferometry for table top phase contrast micro CT | |
RU2472137C1 (en) | Device and method of x-ray imaging | |
JP6688795B2 (en) | Detector and imaging system for x-ray phase contrast tomosynthesis imaging | |
WO2013051647A1 (en) | Radiography device and image processing method | |
JP2013042983A (en) | Tomosynthesis imaging device and imaging method of tomosynthesis image |