次世代X線CT再構成ソフトウェア、TomoShop®の紹介。CT再構成、可視化、計測機能を一体化し、メタルアーチファクト、リングアーチファクト、カッピング効果等のアーチファクト低減・削除処理、幾何公差補正に優れた高機能CTソフトウェアです。X-ray CT software with high valued functions.

位相技術

位相技術

軟組織が上手く撮れないというのはレントゲン技術の上で長い間問題点となっておりました。近年、東北大学の百生敦教授はこの難問に踏み込んで研究を続け遂に乳癌や軟骨等のこれまでレントゲン撮影では撮影が不可能であった軟組織の部位を高解像度で撮影する事に成功しました。

TomoShop®の開発者元の緑野リサーチ社はこの位相技術をCTの非破壊検査でも応用可能なアルゴリズムの研究開発をしております。

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命を守るレントゲン革命

1. 原理の説明 

ここでは位相の原理を説明します。X線の複素屈折率を表す式は、PhaseContrustEquasion_1と表記します。 ここで 、PhaseContrustEquasion_2はX線の振幅減衰(吸収にあたる)、PhaseContrustEquasion_3はX線の位相シフトを表します。硬X線領域においては、X線の位相シフトは振幅の減衰より大きくなります。特に弱吸収物体に対しては1000倍ぐらいになります。この事から軽元素からなる物体に対しては、位相シフトを利用して高感度のイメージングを得ることができます。

TomoShop®の開発元である緑野リサーチ社の位相技術は、以下のようにTalbot自己像効果を使用した実験環境に適用することが可能です。

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図 1   Talbot自己像効果の構成

P.S.
TomoShop®の位相技術は、上図に示す回折格子がTalbot自己像効果が可能な位相格子の場合に実験室用のX線源でも位相画像が得られる事に成功しました。実用に向けてもうあと少しです。

2. 株式会社緑野リサーチの位相技術の特徴

TomoShop®の開発元である㈱緑野リサーチ社は、百生敦教授の位相技術理論に基つき、撮影回数を数十回から数回に減らしても、画質が変わらないアルゴリズムの実用化を目指して研究と開発を行っています。 この位相技術のアルゴリズムの利点を下記に記します。

  1. 撮影回数が数十回から数回に抑える事ができます。それにより生体のX線被曝量が大幅に減少させる事が可能です。
  2. 回折格子を移動する間隔が大きくなります。それにより操作が簡単になります。
  3. 高精度で計算を行うため、位相CTで画像再構成を行う場合はアーチファクトを軽減する事が可能です。
  4. 機械操作の精度への要求が低下しコストダウンが可能となります。

3. シミュレーション

上図1で示すように、検出器から回折格子までの距離は、自己像を形成するためにTalbot距離で固定します。 回折格子の周期をN等分して移動距離を決めます。その後、移動距離で回折格子を横方向へ移動して撮影を行います。次の図2にでは位相サンプルを表示し、図3ではシミュレーションの画像を示します。※N=数値

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図 2   サンプル

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図 3   シミュレーション画像

4. 結果

撮影したN枚の画像を処理して、サンプルの位相差像を復元することができます。
※図4、図5の画像は、4ステップ(N = 4)の4 枚の撮影画像を利用して復元した位相差を表します。

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図 4   従来の差分画像から得た位相差像

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図 5  緑野リサーチ社の技術で改良した 位相差像

[1] Momose A, Takeda T, Itai Y and Hirano K, Phase−contrast X−ray computed tomography for observing biological soft tissues, , Nature Medicine 2, 473—475, 1996.

[2] Yashiro W, Harasse S, Takeuchi A, Suzuki A, Momose A, Hard-x-ray phase-imaging microscopy using the self-imaging phenomenon of a transmission grating , Physical Review A, vol. 82, Issue 4, 2010.

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