JP7707869B2 - Cooling vessel, X-ray device and X-ray image processing method - Google Patents
Cooling vessel, X-ray device and X-ray image processing methodInfo
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Description
本開示は、冷却容器、X線装置、X線画像処理装置及びX線画像処理方法に関する。 The present disclosure relates to a cooling vessel, an X-ray device, an X-ray image processing device, and an X-ray image processing method.
竹谷敏、低温型位相コントラストX線CT技術の開発、産総研TODAY、2006年11月1日発行、Vol.6、No.11、p.22-23(非特許文献1)は、低温位相コントラストX線CT(Computed Tomography)測定法に用いられる低温試料容器を開示している。この低温試料容器は、金属製の冷却容器本体と、金属製の液体容器とを含む。 Takeya Satoshi, Development of Low-Temperature Phase Contrast X-Ray CT Technology, AIST TODAY, November 1, 2006, Vol. 6, No. 11, pp. 22-23 (Non-Patent Document 1), discloses a low-temperature sample container used in low-temperature phase contrast X-ray CT (Computed Tomography) measurement. This low-temperature sample container includes a metallic cooling container body and a metallic liquid container.
冷却容器本体は、冷媒と、液体容器とを収容している。液体容器は、液体と、液体に浸漬された試料とを収容している。液体容器には、液体の温度を制御するヒータが設けられている。ヒータは、電気配線を通じて、低温試料容器の外部にある温度調整器に接続されている。温度調整器には、熱電対が接続されている。熱電対は、液体に接触している。試料は、回転シャフトに吊り下げられている。冷却容器本体及び液体容器に、X線透過窓が設けられている。回転シャフトを回転させて試料を回転させながら、冷却容器本体及び液体容器のX線透過窓を通過したX線を試料に照射する。試料を通過したX線を検出する。 The cooling container body contains a refrigerant and a liquid container. The liquid container contains a liquid and a sample immersed in the liquid. The liquid container is provided with a heater that controls the temperature of the liquid. The heater is connected to a temperature regulator outside the low-temperature sample container through electrical wiring. A thermocouple is connected to the temperature regulator. The thermocouple is in contact with the liquid. The sample is suspended from a rotating shaft. The cooling container body and the liquid container are provided with X-ray transmitting windows. While the rotating shaft is rotated to rotate the sample, X-rays that pass through the X-ray transmitting windows of the cooling container body and the liquid container are irradiated onto the sample. The X-rays that have passed through the sample are detected.
しかし、非特許文献1の低温試料容器では、試料は回転シャフトに吊り下げられている。大きなサイズを有する試料を回転シャフトに吊り下げることは困難であるため、大きなサイズを有する試料のX線画像を得ることは困難である。また、非特許文献1の低温試料容器は、液体の温度を制御するために、ヒータ及び熱電対が設けられている。そのため、低温試料容器のサイズが大きくなるとともに、低温試料容器に電気配線を施す必要がある。X線撮像装置を改造することなく、低温試料容器をX線撮像装置に組み込むことは困難である。 However, in the cryogenic sample container of Non-Patent Document 1, the sample is suspended from a rotating shaft. Since it is difficult to suspend a large sample from a rotating shaft, it is difficult to obtain an X-ray image of a large sample. In addition, the cryogenic sample container of Non-Patent Document 1 is provided with a heater and a thermocouple to control the temperature of the liquid. This increases the size of the cryogenic sample container and requires electrical wiring. It is difficult to incorporate the cryogenic sample container into an X-ray imaging device without modifying the X-ray imaging device.
本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、本開示の第一の局面の目的は、室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料のX線画像をより簡単に得ることができるとともに、X線撮像装置に容易に組み込むことができる冷却容器を提供することである。本開示の第二の局面の目的は、室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料のX線画像をより簡単に得ることができるとともに、X線撮像装置を利用することができるX線装置を提供することである。本開示の第三の局面の目的は、本開示の冷却容器に適したX線画像処理装置及びX線画像処理方法を提供することである。 The present disclosure has been made in consideration of the above problems, and the object of a first aspect of the present disclosure is to provide a cooling container that can more easily obtain X-ray images of a sample having a larger size at a low temperature lower than room temperature and can be easily incorporated into an X-ray imaging device. The object of a second aspect of the present disclosure is to provide an X-ray device that can more easily obtain X-ray images of a sample having a larger size at a low temperature lower than room temperature and can utilize an X-ray imaging device. The object of a third aspect of the present disclosure is to provide an X-ray image processing device and an X-ray image processing method that are suitable for the cooling container of the present disclosure.
本開示の冷却容器は、中空容器と、中空容器を収容する断熱容器とを備える。中空容器は、管と、底板とを含む。管は、第1端と、第1端とは反対側の第2端とを含む。底板は、管の第1端を閉塞する。管と底板とによって規定される収容空間に、試料と、試料を冷却する冷却液とが収容される。試料は、冷却液に浸漬され、かつ、管または底板の少なくとも一つによって支持される。管及び断熱容器は、低密度材料で形成されている。管の第2端に、収容空間に連通する第1開口が設けられている。断熱容器には、第1開口に連通する貫通孔が設けられている。 The cooling container of the present disclosure includes a hollow container and an insulated container that houses the hollow container. The hollow container includes a tube and a bottom plate. The tube includes a first end and a second end opposite the first end. The bottom plate closes the first end of the tube. A sample and a cooling liquid that cools the sample are housed in a storage space defined by the tube and the bottom plate. The sample is immersed in the cooling liquid and is supported by at least one of the tube or the bottom plate. The tube and the insulated container are formed of a low-density material. The second end of the tube is provided with a first opening that communicates with the storage space. The insulated container is provided with a through hole that communicates with the first opening.
本開示のX線装置は、X線撮像装置と、本開示の冷却容器とを備える。X線撮像装置は、X線を放射するX線源と、冷却容器を支持するステージと、冷却容器を通過したX線を検出するX線検出器とを含む。 The X-ray device of the present disclosure includes an X-ray imaging device and the cooling container of the present disclosure. The X-ray imaging device includes an X-ray source that emits X-rays, a stage that supports the cooling container, and an X-ray detector that detects the X-rays that have passed through the cooling container.
本開示のX線画像処理装置は、室温より低い低温で第1の時間にわたって試料を撮像することによって取得された試料のX線画像を受け付けるX線画像受付部と、画像処理部とを備える。画像処理部は、試料のX線画像をニューラルネットワークに入力して、試料のX線画像より鮮明な試料の補正X線画像を生成する。ニューラルネットワークは、学習用データセットを用いた学習により生成される。学習用データセットは、参照試料を冷却することなく参照試料を第2の時間にわたって撮像することによって取得された第1参照X線画像と、参照試料を冷却することなく参照試料を第3の時間にわたって撮像することによって取得された第2参照X線画像とを含む。第2の時間は、第1の時間の0.5倍以上2.0倍以下である。第3の時間は、第1の時間より長く、かつ、第2の時間より長い。 The X-ray image processing device of the present disclosure includes an X-ray image receiving unit that receives an X-ray image of a sample acquired by imaging the sample for a first time at a low temperature lower than room temperature, and an image processing unit. The image processing unit inputs the X-ray image of the sample to a neural network to generate a corrected X-ray image of the sample that is clearer than the X-ray image of the sample. The neural network is generated by learning using a learning dataset. The learning dataset includes a first reference X-ray image acquired by imaging the reference sample for a second time without cooling the reference sample, and a second reference X-ray image acquired by imaging the reference sample for a third time without cooling the reference sample. The second time is 0.5 to 2.0 times the first time. The third time is longer than the first time and longer than the second time.
本開示のX線画像処理方法は、本開示のX線装置を用いて、室温より低い低温で第1の時間にわたって試料を撮像することによって試料のX線画像を取得するステップと、試料のX線画像をニューラルネットワークに入力して、試料のX線画像より鮮明な試料の補正X線画像を生成するステップとを備える。ニューラルネットワークは、学習用データセットを用いた学習により生成される。学習用データセットは、参照試料を冷却することなく本開示のX線装置を用いて参照試料を第2の時間にわたって撮像することによって取得された第1参照X線画像と、参照試料を冷却することなく本開示のX線装置を用いて参照試料を第3の時間にわたって撮像することによって取得された第2参照X線画像とを含む。第2の時間は、第1の時間の0.5倍以上2.0倍以下である。第3の時間は、第1の時間より長く、かつ、第2の時間より長い。 The X-ray image processing method of the present disclosure includes the steps of acquiring an X-ray image of a sample by imaging the sample for a first time at a low temperature lower than room temperature using the X-ray device of the present disclosure, and inputting the X-ray image of the sample into a neural network to generate a corrected X-ray image of the sample that is clearer than the X-ray image of the sample. The neural network is generated by learning using a training data set. The training data set includes a first reference X-ray image acquired by imaging the reference sample for a second time using the X-ray device of the present disclosure without cooling the reference sample, and a second reference X-ray image acquired by imaging the reference sample for a third time using the X-ray device of the present disclosure without cooling the reference sample. The second time is 0.5 to 2.0 times the first time. The third time is longer than the first time and longer than the second time.
本開示の冷却容器によれば、室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料のX線画像をより簡単に得ることができる。本開示の冷却容器は、X線撮像装置に容易に組み込まれ得る。 The cooling container of the present disclosure makes it easier to obtain X-ray images of samples having larger sizes at temperatures lower than room temperature. The cooling container of the present disclosure can be easily incorporated into an X-ray imaging device.
本開示のX線装置によれば、室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料のX線画像をより簡単に得ることができるとともに、X線撮像装置を利用することができる。 The X-ray device disclosed herein makes it easier to obtain X-ray images of samples having larger sizes at temperatures lower than room temperature and allows the use of an X-ray imaging device.
本開示のX線画像処理装置は、室温より低い低温におけるX線撮像時間が短くなる本開示の冷却容器に適したX線画像処理装置である。本開示のX線画像処理方法は、室温より低い低温におけるX線撮像時間が短くなる本開示の冷却容器に適したX線画像処理方法である。 The X-ray image processing device of the present disclosure is an X-ray image processing device suitable for the cooling container of the present disclosure, which shortens the X-ray imaging time at low temperatures lower than room temperature. The X-ray image processing method of the present disclosure is an X-ray image processing method suitable for the cooling container of the present disclosure, which shortens the X-ray imaging time at low temperatures lower than room temperature.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[Description of the embodiments of the present disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure will be listed and described.
(1)本開示の冷却容器5は、中空容器20と、中空容器20を収容する断熱容器35とを備える。中空容器20は、管22と、底板21とを含む。管22は、第1端22aと、第1端22aとは反対側の第2端22bとを含む。底板21は、管22の第1端22aを閉塞する。管22と底板21とによって規定される収容空間22eに、試料30と、試料30を冷却する冷却液33とが収容される。試料30は、冷却液33に浸漬され、かつ、管22または底板21の少なくとも一つによって支持される。管22及び断熱容器35は、低密度材料で形成されている。管22の第2端22bに、収容空間22eに連通する第1開口23が設けられている。断熱容器35には、第1開口23に連通する貫通孔39が設けられている。 (1) The cooling container 5 of the present disclosure includes a hollow container 20 and an insulated container 35 that accommodates the hollow container 20. The hollow container 20 includes a tube 22 and a bottom plate 21. The tube 22 includes a first end 22a and a second end 22b opposite to the first end 22a. The bottom plate 21 closes the first end 22a of the tube 22. A sample 30 and a cooling liquid 33 that cools the sample 30 are accommodated in an accommodation space 22e defined by the tube 22 and the bottom plate 21. The sample 30 is immersed in the cooling liquid 33 and is supported by at least one of the tube 22 or the bottom plate 21. The tube 22 and the insulated container 35 are formed of a low-density material. A first opening 23 that communicates with the accommodation space 22e is provided at the second end 22b of the tube 22. The insulated container 35 has a through hole 39 that communicates with the first opening 23.
管22及び断熱容器35は低密度材料で形成されているため、管22及び断熱容器35はX線3aを透過し得る。試料30は、冷却液33に浸漬され、かつ、管22または底板21の少なくとも一つによって支持される。そのため、室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料30のX線画像60をより簡単に得ることができる。 The tube 22 and the insulating container 35 are made of a low-density material, so that the tube 22 and the insulating container 35 can transmit X-rays 3a. The sample 30 is immersed in the cooling liquid 33 and is supported by at least one of the tube 22 or the bottom plate 21. Therefore, it is easier to obtain an X-ray image 60 of the sample 30 having a larger size at a low temperature lower than room temperature.
本開示の冷却容器5では、管22の第2端22bに第1開口23が設けられているとともに、断熱容器35に貫通孔39が設けられている。試料30のX線透視画像を撮像する間に、試料30及び冷却液33の温度は次第に上昇して、冷却液33の一部が気体に変わっても、この気体は第1開口23及び貫通孔39を通って冷却容器5の外部に排出される。この気体によって冷却容器5が壊れることが防止され得る。そのため、冷却容器5から温度調節機能が省略され得る。本開示の冷却容器5は、X線撮像装置2を改造することなく、X線撮像装置2に容易に組み込まれ得る。冷却容器5のコストを低減させることができる。本明細書において冷却容器5が温度調節機能を有しないことは、冷却液33の温度及び試料30の温度を能動的に調整する能動的温度調整素子(例えば、ペルチェ素子またはヒータなど)が、冷却容器5に設けられていないことを意味する。 In the cooling container 5 of the present disclosure, the first opening 23 is provided at the second end 22b of the tube 22, and the through hole 39 is provided in the insulating container 35. During the X-ray fluoroscopic image of the sample 30, the temperature of the sample 30 and the cooling liquid 33 gradually rises, and even if a part of the cooling liquid 33 turns into gas, this gas is discharged to the outside of the cooling container 5 through the first opening 23 and the through hole 39. The cooling container 5 can be prevented from being damaged by this gas. Therefore, the temperature adjustment function can be omitted from the cooling container 5. The cooling container 5 of the present disclosure can be easily incorporated into the X-ray imaging device 2 without modifying the X-ray imaging device 2. The cost of the cooling container 5 can be reduced. In this specification, the cooling container 5 does not have a temperature adjustment function means that the cooling container 5 is not provided with an active temperature adjustment element (e.g., a Peltier element or a heater) that actively adjusts the temperature of the cooling liquid 33 and the temperature of the sample 30.
本開示の冷却容器5は断熱容器35を備えている。そのため、冷却容器5が温度調節機能を有していなくても、試料30のX線画像60を撮像する間の試料30及び冷却液33の温度の上昇を緩やかにすることができる。室温より低い低温において試料30のX線画像60を撮像する時間を延ばすことができる。室温より低い低温における試料30のX線画像60の鮮明度を改善することができる。 The cooling container 5 of the present disclosure includes a thermally insulated container 35. Therefore, even if the cooling container 5 does not have a temperature control function, the temperature rise of the sample 30 and the cooling liquid 33 during the capture of the X-ray image 60 of the sample 30 can be made gradual. The time for capturing the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature can be extended. The clarity of the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature can be improved.
(2)上記(1)の冷却容器5では、管22は、円筒形状を有している。断熱容器35のうち管22を覆う部分の外側面は、円筒外側面の形状を有している。 (2) In the cooling vessel 5 of (1) above, the tube 22 has a cylindrical shape. The outer surface of the portion of the insulating vessel 35 that covers the tube 22 has a cylindrical outer surface shape.
そのため、冷却容器5は、X線撮像装置2のX線源3のより近くに配置され得る。試料30のX線画像60の倍率を大きくすることができる。 The cooling vessel 5 can therefore be positioned closer to the X-ray source 3 of the X-ray imaging device 2. The magnification of the X-ray image 60 of the sample 30 can be increased.
(3)上記(1)または(2)の冷却容器5では、管22は、冷却液33及び断熱容器35の両方に接触している。 (3) In the cooling vessel 5 of (1) or (2) above, the tube 22 is in contact with both the cooling liquid 33 and the insulated vessel 35.
そのため、冷却容器5は簡易な構成を有している。冷却容器5は、X線撮像装置2を改造することなく、X線撮像装置2に容易に組み込まれ得る。冷却容器5のコストを低減させることができる。 Therefore, the cooling container 5 has a simple configuration. The cooling container 5 can be easily incorporated into the X-ray imaging device 2 without modifying the X-ray imaging device 2. The cost of the cooling container 5 can be reduced.
(4)上記(1)から(3)のいずれかの冷却容器5では、断熱容器35は、管22の全ての外側面22cを覆っている。 (4) In any of the cooling containers 5 described above in (1) to (3), the insulating container 35 covers the entire outer surface 22c of the tube 22.
そのため、試料30のX線画像60を撮像する間の試料30及び冷却液33の温度の上昇を緩やかにすることができる。室温より低い低温において試料30のX線画像60を撮像する時間を延ばすことができる。室温より低い低温における試料30のX線画像60の鮮明度を改善することができる。 As a result, the temperature rise of the sample 30 and the coolant 33 while the X-ray image 60 of the sample 30 is being taken can be made gentler. The time for taking the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature can be extended. The clarity of the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature can be improved.
(5)上記(1)から(4)のいずれかの冷却容器5では、断熱容器35は、中空容器20の全ての外表面を覆っている。 (5) In any of the cooling containers 5 described above in (1) to (4), the insulating container 35 covers the entire outer surface of the hollow container 20.
そのため、試料30のX線画像60を撮像する間の試料30及び冷却液33の温度の上昇を緩やかにすることができる。室温より低い低温において試料30のX線画像60を撮像する時間を延ばすことができる。室温より低い低温における試料30のX線画像60の鮮明度を改善することができる。 As a result, the temperature rise of the sample 30 and the coolant 33 while the X-ray image 60 of the sample 30 is being taken can be made gentler. The time for taking the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature can be extended. The clarity of the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature can be improved.
(6)上記(1)から(5)のいずれかの冷却容器5では、断熱容器35は、底板21に接触している第1断熱部材36と、管22及び第1断熱部材36に接触している第2断熱部材38とを含む。 (6) In any of the cooling containers 5 described above in (1) to (5), the insulated container 35 includes a first insulating member 36 in contact with the bottom plate 21 and a second insulating member 38 in contact with the tube 22 and the first insulating member 36.
そのため、中空容器20は、断熱容器35に容易に収容され得る。冷却容器5は、X線撮像装置2を改造することなく、X線撮像装置2に容易に組み込まれ得る。 Therefore, the hollow container 20 can be easily housed in the insulating container 35. The cooling container 5 can be easily incorporated into the X-ray imaging device 2 without modifying the X-ray imaging device 2.
(7)上記(6)の冷却容器5では、第1断熱部材36に凹部37が形成されている。第2断熱部材38は、凹部37に嵌合されている。 (7) In the cooling container 5 of (6) above, a recess 37 is formed in the first insulating member 36. The second insulating member 38 is fitted into the recess 37.
そのため、中空容器20は、断熱容器35に容易に収容され得る。冷却容器5は、X線撮像装置2を改造することなく、X線撮像装置2に容易に組み込まれ得る。 Therefore, the hollow container 20 can be easily housed in the insulating container 35. The cooling container 5 can be easily incorporated into the X-ray imaging device 2 without modifying the X-ray imaging device 2.
(8)上記(1)から(7)のいずれかの冷却容器5では、管22は、フッ素系樹脂またはポリエチレン樹脂で形成されている。 (8) In any of the cooling containers 5 described above in (1) to (7), the tube 22 is made of a fluorine-based resin or a polyethylene resin.
そのため、管22は、冷却液33で冷却されても脆化しない低密度材料で形成されている。室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料30のX線画像60をより簡単に得ることができる。 Therefore, the tube 22 is formed of a low-density material that does not become embrittled when cooled with the cooling liquid 33. X-ray images 60 of samples 30 having larger sizes can be more easily obtained at temperatures lower than room temperature.
(9)上記(8)の冷却容器5では、管22は、ポリテトラフルオロエチレンまたはパーフルオロアルコキシアルカンで形成されている。 (9) In the cooling vessel 5 of (8) above, the tube 22 is made of polytetrafluoroethylene or perfluoroalkoxyalkane.
そのため、管22は、冷却液33で冷却されても脆化しない低密度材料で形成されている。室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料30のX線画像60をより簡単に得ることができる。 Therefore, the tube 22 is formed of a low-density material that does not become embrittled when cooled with the cooling liquid 33. X-ray images 60 of samples 30 having larger sizes can be more easily obtained at temperatures lower than room temperature.
(10)上記(1)から(9)のいずれかの冷却容器5では、断熱容器35は、発泡スチロールで形成されている。 (10) In any of the cooling containers 5 described above in (1) to (9), the insulating container 35 is made of polystyrene foam.
断熱容器35は、安価な材料で形成されている。冷却容器5のコストを低減させることができる。 The insulated container 35 is made of inexpensive materials. This reduces the cost of the cooling container 5.
(11)上記(1)から(10)のいずれかの冷却容器5では、冷却液33は、ドライアイスとアルコールの混合物である。 (11) In any of the cooling containers 5 described above in (1) to (10), the cooling liquid 33 is a mixture of dry ice and alcohol.
安価な冷却液33を用いて、試料30を室温より低い低温に保つことができる。室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料30のX線画像60をより簡単に得ることができる。 The sample 30 can be kept at a temperature lower than room temperature using an inexpensive cooling liquid 33. X-ray images 60 of the sample 30 having a larger size can be obtained more easily at a temperature lower than room temperature.
(12)上記(1)から(11)のいずれかの冷却容器5では、中空容器20は、固定部材25をさらに含む。試料30は、固定部材25を介して、管22に対して支持されている。固定部材25には、管22の長手方向に沿って延在するとともに固定部材25を貫通する第2開口27が設けられている。 (12) In any of the cooling vessels 5 described above in (1) to (11), the hollow vessel 20 further includes a fixing member 25. The sample 30 is supported relative to the tube 22 via the fixing member 25. The fixing member 25 is provided with a second opening 27 that extends along the longitudinal direction of the tube 22 and passes through the fixing member 25.
そのため、固定部材25は、より大きなサイズを有する試料30をより安定的に支持することを可能にする。室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料30のX線画像60をより簡単に得ることができる。 Therefore, the fixing member 25 can more stably support a sample 30 having a larger size. It is easier to obtain an X-ray image 60 of a sample 30 having a larger size at a low temperature that is lower than room temperature.
(13)本開示のX線装置1は、X線撮像装置2と、上記(1)から(11)のいずれかの冷却容器5とを備える。X線撮像装置2は、X線を放射するX線源3と、冷却容器5を支持するステージ4と、冷却容器5を通過したX線を検出するX線検出器7とを含む。 (13) The X-ray device 1 of the present disclosure includes an X-ray imaging device 2 and any one of the cooling containers 5 described above in (1) to (11). The X-ray imaging device 2 includes an X-ray source 3 that emits X-rays, a stage 4 that supports the cooling container 5, and an X-ray detector 7 that detects the X-rays that have passed through the cooling container 5.
本開示のX線装置1では、本開示の冷却容器5を用いて試料30は冷却される。そのため、室温より低い低温においてより大きなサイズを有する試料30のX線画像60をより簡単に得ることができる。X線撮像装置2を改造することなく、X線撮像装置2を利用することができる。 In the X-ray device 1 of the present disclosure, the sample 30 is cooled using the cooling container 5 of the present disclosure. Therefore, it is easier to obtain an X-ray image 60 of a sample 30 having a larger size at a low temperature lower than room temperature. The X-ray imaging device 2 can be used without modifying the X-ray imaging device 2.
(14)上記(13)のX線装置1では、ステージ4は、管22の長手方向に沿って延在する冷却容器5の中心軸5cのまわりに冷却容器5を回転可能であるとともに、管22の長手方向に沿って移動可能である。 (14) In the X-ray device 1 described above in (13), the stage 4 can rotate the cooling container 5 around the central axis 5c of the cooling container 5 that extends along the longitudinal direction of the tube 22, and can move along the longitudinal direction of the tube 22.
そのため、X線装置1は、より大きなサイズを有する試料30のX線CT画像をより簡単に得ることができる。 As a result, the X-ray device 1 can more easily obtain X-ray CT images of samples 30 having larger sizes.
(15)本開示のX線画像処理装置(端末装置200)は、X線画像受付部220と、画像処理部221とを備える。X線画像受付部220は、室温より低い低温で第1の時間にわたって試料30を撮像することによって取得された試料30のX線画像60を受け付ける。画像処理部221は、試料30のX線画像60をニューラルネットワーク(学習済モデル113)に入力して、試料30のX線画像60より鮮明な試料30の補正X線画像66を生成する。ニューラルネットワークは、学習用データセット115を用いた学習により生成される。学習用データセット115は、参照試料31を冷却することなく参照試料31を第2の時間にわたって撮像することによって取得された第1参照X線画像61と、参照試料31を冷却することなく参照試料31を第3の時間にわたって撮像することによって取得された第2参照X線画像62とを含む。第2の時間は、第1の時間の0.5倍以上2.0倍以下である。第3の時間は、第1の時間より長く、かつ、第2の時間より長い。 (15) The X-ray image processing device (terminal device 200) of the present disclosure includes an X-ray image receiving unit 220 and an image processing unit 221. The X-ray image receiving unit 220 receives an X-ray image 60 of the sample 30 acquired by imaging the sample 30 for a first time at a low temperature lower than room temperature. The image processing unit 221 inputs the X-ray image 60 of the sample 30 to a neural network (trained model 113) to generate a corrected X-ray image 66 of the sample 30 that is clearer than the X-ray image 60 of the sample 30. The neural network is generated by learning using a learning dataset 115. The learning dataset 115 includes a first reference X-ray image 61 acquired by imaging the reference sample 31 for a second time without cooling the reference sample 31, and a second reference X-ray image 62 acquired by imaging the reference sample 31 for a third time without cooling the reference sample 31. The second time is 0.5 times or more and 2.0 times or less than the first time. The third time is longer than the first time and longer than the second time.
試料30のX線画像60を撮像する間に、試料30及び冷却液33の温度は次第に上昇する。室温より低い低温において試料30のX線画像60を撮像するために、第1の時間を短くする必要がある。第1の時間が短くなると、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60が不鮮明になる。本開示のX線画像処理装置は、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60をより鮮明にすることができる。本開示のX線画像処理装置は、室温より低い低温におけるX線撮像時間(第1の時間)が短くなる本開示の冷却容器5に適している。 The temperatures of the sample 30 and the cooling liquid 33 gradually increase while the X-ray image 60 of the sample 30 is being captured. In order to capture the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature, it is necessary to shorten the first time. If the first time is shortened, the X-ray image 60 of the sample 30 cooled to a low temperature lower than room temperature becomes unclear. The X-ray image processing device of the present disclosure can make the X-ray image 60 of the sample 30 cooled to a low temperature lower than room temperature clearer. The X-ray image processing device of the present disclosure is suitable for the cooling container 5 of the present disclosure, which shortens the X-ray capture time (first time) at a low temperature lower than room temperature.
(16)本開示のX線画像処理方法は、上記(13)または(14)のX線装置1を用いて、室温より低い低温で第1の時間にわたって試料30を撮像することによって試料30のX線画像60を取得するステップ(例えば、ステップS1からステップS6)と、試料30のX線画像60をニューラルネットワーク(学習済モデル113)に入力して、試料30のX線画像60より鮮明な試料30の補正X線画像66を生成するステップ(ステップS22)とを備える。ニューラルネットワークは、学習用データセット115を用いた学習により生成される。学習用データセット115は、参照試料31を冷却することなくX線装置1を用いて参照試料31を第2の時間にわたって撮像することによって取得された第1参照X線画像61と、参照試料31を冷却することなくX線装置1を用いて参照試料31を第3の時間にわたって撮像することによって取得された第2参照X線画像62とを含む。第2の時間は、第1の時間の0.5倍以上2.0倍以下である。第3の時間は、第1の時間より長く、かつ、第2の時間より長い。 (16) The X-ray image processing method of the present disclosure includes the steps of acquiring an X-ray image 60 of the sample 30 by imaging the sample 30 for a first time at a low temperature lower than room temperature using the X-ray device 1 of (13) or (14) above (e.g., steps S1 to S6), and inputting the X-ray image 60 of the sample 30 into a neural network (trained model 113) to generate a corrected X-ray image 66 of the sample 30 that is clearer than the X-ray image 60 of the sample 30 (step S22). The neural network is generated by learning using a training data set 115. The training data set 115 includes a first reference X-ray image 61 acquired by imaging the reference sample 31 for a second time using the X-ray device 1 without cooling the reference sample 31, and a second reference X-ray image 62 acquired by imaging the reference sample 31 for a third time using the X-ray device 1 without cooling the reference sample 31. The second time is 0.5 to 2.0 times the first time. The third time is longer than the first time and longer than the second time.
試料30のX線画像60を撮像する間に、試料30及び冷却液33の温度は次第に上昇する。室温より低い低温において試料30のX線画像60を撮像するために、第1の時間を短くする必要がある。第1の時間が短くなると、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60が不鮮明になる。本開示のX線画像処理方法は、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60をより鮮明にすることができる。本開示のX線画像処理方法は、室温より低い低温におけるX線撮像時間(第1の時間)が短くなる本開示の冷却容器5に適している。 The temperatures of the sample 30 and the cooling liquid 33 gradually increase while the X-ray image 60 of the sample 30 is being captured. In order to capture the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature, it is necessary to shorten the first time. If the first time is shortened, the X-ray image 60 of the sample 30 cooled to a low temperature lower than room temperature becomes unclear. The X-ray image processing method of the present disclosure can make the X-ray image 60 of the sample 30 cooled to a low temperature lower than room temperature clearer. The X-ray image processing method of the present disclosure is suitable for the cooling container 5 of the present disclosure, in which the X-ray capture time (first time) at a low temperature lower than room temperature is shortened.
[本開示の実施形態の詳細]
次に、図面に基づいて本開示の実施形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。以下に記載する実施形態の少なくとも一部の構成を任意に組み合わせてもよい。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Next, the details of the embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the following drawings are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. At least some of the configurations of the embodiments described below may be arbitrarily combined.
<X線装置1>
X線装置1は、例えば、X線CT(Computed Tomography)装置である。図1及び図2を参照して、X線装置1は、X線撮像装置2と、冷却容器5とを備える。
<X-ray device 1>
1 and 2, the X-ray device 1 includes an X-ray imaging device 2 and a cooling container 5. The X-ray device 1 is, for example, an X-ray CT (Computed Tomography) device.
X線撮像装置2は、X線源3と、ステージ4と、X線検出器7とを含む。X線撮像装置2は、ステージ駆動装置6と、コンピュータ10とをさらに含んでもよい。 The X-ray imaging device 2 includes an X-ray source 3, a stage 4, and an X-ray detector 7. The X-ray imaging device 2 may further include a stage driving device 6 and a computer 10.
X線源3は、試料30に向けてX線3aを放射する。X線源3は、例えば、X線管である。 The X-ray source 3 emits X-rays 3a toward the sample 30. The X-ray source 3 is, for example, an X-ray tube.
ステージ4は、冷却容器5を支持する。冷却容器5は、試料載置面4a上に載置される。ステージ4は、ステージ4の回転軸4rのまわりに回転可能である。ステージ4の回転軸4rは、例えば、試料載置面4aの法線に沿って延在する軸である。ステージ4は、試料載置面4aの法線(ステージ4の回転軸4r)に沿って移動可能である。冷却容器5がステージ4の試料載置面4a上に載置されているとき、ステージ4は、冷却容器5の管22の長手方向に沿って延在する冷却容器5の中心軸5cのまわりに回転可能であるとともに、冷却容器5の管22の長手方向(冷却容器5の中心軸5c)に沿って移動可能である。 The stage 4 supports the cooling container 5. The cooling container 5 is placed on the sample placement surface 4a. The stage 4 can rotate around the rotation axis 4r of the stage 4. The rotation axis 4r of the stage 4 is, for example, an axis extending along the normal to the sample placement surface 4a. The stage 4 can move along the normal to the sample placement surface 4a (the rotation axis 4r of the stage 4). When the cooling container 5 is placed on the sample placement surface 4a of the stage 4, the stage 4 can rotate around the central axis 5c of the cooling container 5 extending along the longitudinal direction of the tube 22 of the cooling container 5, and can move along the longitudinal direction of the tube 22 of the cooling container 5 (the central axis 5c of the cooling container 5).
ステージ駆動装置6は、モータ(図示せず)を含む。ステージ駆動装置6は、ステージ4を、ステージ4の回転軸4rのまわりに回転させる。ステージ駆動装置6は、ステージ4を、試料載置面4aの法線(ステージ4の回転軸4r)に沿って移動させる。冷却容器5がステージ4の試料載置面4a上に載置されているとき、ステージ駆動装置6は、冷却容器5を、冷却容器5の管22の長手方向に沿って延在する冷却容器5の中心軸5cのまわりに回転させるとともに、冷却容器5を、冷却容器5の管22の長手方向(冷却容器5の中心軸5c)に沿って移動させる。 The stage driving device 6 includes a motor (not shown). The stage driving device 6 rotates the stage 4 around the rotation axis 4r of the stage 4. The stage driving device 6 moves the stage 4 along the normal to the sample placement surface 4a (the rotation axis 4r of the stage 4). When the cooling container 5 is placed on the sample placement surface 4a of the stage 4, the stage driving device 6 rotates the cooling container 5 around the central axis 5c of the cooling container 5 extending along the longitudinal direction of the tube 22 of the cooling container 5, and moves the cooling container 5 along the longitudinal direction of the tube 22 of the cooling container 5 (the central axis 5c of the cooling container 5).
X線検出器7は、試料30を通過したX線3aを検出する。試料30が冷却容器5内に含まれている場合には、X線検出器7は、試料30及び冷却容器5を通過したX線3aを検出する。X線検出器7は、複数のX線検出素子8を含んでもよい。複数のX線検出素子8は、各々、フォトダイオード(図示せず)と、フォトダイオード上に設けられたシンチレータ(図示せず)とを含んでもよい。シンチレータは、X線3aを光に変換する。フォトダイオードは、シンチレータによってX線から変換された光を検出する。試料30を回転させながら試料30にX線3aを照射することによって、試料30の全周囲方向からの試料30のX線透視画像がX線検出器7によって撮像される。 The X-ray detector 7 detects the X-rays 3a that have passed through the sample 30. When the sample 30 is contained in the cooling container 5, the X-ray detector 7 detects the X-rays 3a that have passed through the sample 30 and the cooling container 5. The X-ray detector 7 may include a plurality of X-ray detection elements 8. Each of the plurality of X-ray detection elements 8 may include a photodiode (not shown) and a scintillator (not shown) provided on the photodiode. The scintillator converts the X-rays 3a into light. The photodiode detects the light converted from the X-rays by the scintillator. By irradiating the sample 30 with X-rays 3a while rotating the sample 30, the X-ray detector 7 captures an X-ray fluoroscopic image of the sample 30 from all directions around the sample 30.
コンピュータ10は、プロセッサ11と、ストレージ14とを含む。
プロセッサ11は、CPU(Central Processing Unit)である。プロセッサ11は、ストレージ14に記憶されているプログラムを実行することによって、制御部12及び画像再構成部13の機能を実現する。制御部12は、X線撮像装置2を制御する。制御部12がステージ駆動装置6を制御することによって、ステージ4は、ステージ4の回転軸4rのまわりに回転するとともに、試料載置面4aの法線(ステージ4の回転軸4r)に沿って移動する。画像再構成部13は、試料30の全周囲方向からの試料30のX線透視画像を、逆投影法または逐次近似法のようなCT再構成アルゴリズムを用いて再構成して、試料30のX線画像60として試料30のX線CT画像を生成する。
The computer 10 includes a processor 11 and a storage 14 .
The processor 11 is a CPU (Central Processing Unit). The processor 11 realizes the functions of the control unit 12 and the image reconstruction unit 13 by executing a program stored in the storage 14. The control unit 12 controls the X-ray imaging device 2. The control unit 12 controls the stage driving device 6, so that the stage 4 rotates around the rotation axis 4r of the stage 4 and moves along the normal line (rotation axis 4r of the stage 4) of the sample placement surface 4a. The image reconstruction unit 13 reconstructs X-ray fluoroscopic images of the sample 30 from all directions around the sample 30 using a CT reconstruction algorithm such as back projection or iterative approximation, and generates an X-ray CT image of the sample 30 as an X-ray image 60 of the sample 30.
ストレージ14は、例えば、ハードディスクまたはSSD(Solid State Drive)などの不揮発性メモリデバイスであってもよい。試料30のX線画像60は、ストレージ14に記憶される。 The storage 14 may be, for example, a non-volatile memory device such as a hard disk or a solid state drive (SSD). The X-ray image 60 of the sample 30 is stored in the storage 14.
<冷却容器5>
図1から図3を参照して、冷却容器5は、試料30を冷却するための容器である。冷却容器5は、中心軸5cを有している。冷却容器5がステージ4の試料載置面4aに載置されるとき、冷却容器5の中心軸5cは、ステージ4の回転軸4rに同軸である。冷却容器5は、冷却容器5の中心軸5cが延在する方向に細長い形状を有してもよい。冷却容器5の長手方向は、冷却容器5の中心軸5cが延在する方向であってもよい。冷却容器5は、中空容器20と、断熱容器35とを備える。
<Cooling container 5>
1 to 3, the cooling container 5 is a container for cooling the sample 30. The cooling container 5 has a central axis 5c. When the cooling container 5 is placed on the sample mounting surface 4a of the stage 4, the central axis 5c of the cooling container 5 is coaxial with the rotation axis 4r of the stage 4. The cooling container 5 may have an elongated shape in the direction in which the central axis 5c of the cooling container 5 extends. The longitudinal direction of the cooling container 5 may be the direction in which the central axis 5c of the cooling container 5 extends. The cooling container 5 includes a hollow container 20 and a heat-insulating container 35.
中空容器20は、管22と、底板21とを含む。中空容器20は、固定部材25をさらに含んでもよい。 The hollow container 20 includes a tube 22 and a bottom plate 21. The hollow container 20 may further include a fixing member 25.
管22は、低密度材料で形成されている。本明細書において、低密度材料は、2.8g/cm3以下の密度を有する材料を意味する。低密度材料は、X線を透過させ得る。X線3aは、管22を透過する。低密度材料は、2.3g/cm3以下の密度を有してもよい。低密度材料は、0.9g/cm3以上の密度を有してもよい。低密度材料は、2.0g/cm3以上の密度を有してもよい。低密度材料は、0.9g/cm3以上2.8g/cm3以下の密度を有してもよい。低密度材料は、2.0g/cm3以上2.3g/cm3以下の密度を有してもよい。管22は、冷却液33で冷却されても脆化しない材料で形成されている。管22は、例えば、-70℃以上の温度において脆化しない材料で形成されている。管22は、-100℃以上の温度において脆化しない材料で形成されてもよい。管22は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)もしくはパーフルオロアルコキシアルカン(PFA)のようなフッ素系樹脂、または、ポリエチレン樹脂で形成されている。 The tube 22 is formed of a low-density material. In this specification, the low-density material means a material having a density of 2.8 g/cm 3 or less. The low-density material can transmit X-rays. The X-rays 3a transmit through the tube 22. The low-density material may have a density of 2.3 g/cm 3 or less. The low-density material may have a density of 0.9 g/cm 3 or more. The low-density material may have a density of 2.0 g/cm 3 or more. The low-density material may have a density of 0.9 g/cm 3 or more and 2.8 g/cm 3 or less. The low-density material may have a density of 2.0 g/cm 3 or more and 2.3 g/cm 3 or less. The tube 22 is formed of a material that does not become embrittled even when cooled with the cooling liquid 33. The tube 22 is formed of a material that does not become embrittled at a temperature of, for example, −70° C. or more. The tube 22 may be formed of a material that does not become embrittled at a temperature of −100° C. or more. The tube 22 is formed of, for example, a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or perfluoroalkoxyalkane (PFA), or a polyethylene resin.
管22は、円筒形状を有している。管22は、外側面22cと、外側面22cとは反対側の内側面22dとを含む。X線3aは、外側面22c及び内側面22dを透過する。管22は、第1端22aと、第1端22aとは反対側の第2端22bとを含む。外側面22c及び内側面22dは、各々、第1端22aから第2端22bまで延在している。外側面22cは、例えば、円筒外側面の形状を有している。内側面22dは、例えば、円筒内側面の形状を有している。 The tube 22 has a cylindrical shape. The tube 22 includes an outer surface 22c and an inner surface 22d opposite the outer surface 22c. X-rays 3a pass through the outer surface 22c and the inner surface 22d. The tube 22 includes a first end 22a and a second end 22b opposite the first end 22a. The outer surface 22c and the inner surface 22d each extend from the first end 22a to the second end 22b. The outer surface 22c has, for example, the shape of a cylindrical outer surface. The inner surface 22d has, for example, the shape of a cylindrical inner surface.
底板21は、管22の第1端22aを閉塞する。管22の収容空間22eは、管22と底板21とによって規定される。底板21は、低密度材料で形成されてもよい。底板21は、冷却液33で冷却されても脆化しない材料で形成されている。底板21は、例えば、-70℃以上の温度において脆化しない材料で形成されている。底板21は、-100℃以上の温度において脆化しない材料で形成されてもよい。底板21は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)もしくはパーフルオロアルコキシアルカン(PFA)のようなフッ素系樹脂、または、ポリエチレン樹脂で形成されている。底板21は、管22と同じ材料で形成されてもよい。管22の第2端22bに、収容空間22eに連通する第1開口23が設けられている。 The bottom plate 21 closes the first end 22a of the tube 22. The storage space 22e of the tube 22 is defined by the tube 22 and the bottom plate 21. The bottom plate 21 may be formed of a low-density material. The bottom plate 21 is formed of a material that does not become embrittled even when cooled with the cooling liquid 33. The bottom plate 21 is formed of a material that does not become embrittled at a temperature of, for example, -70°C or higher. The bottom plate 21 may be formed of a material that does not become embrittled at a temperature of -100°C or higher. The bottom plate 21 is formed of a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or perfluoroalkoxyalkane (PFA), or a polyethylene resin. The bottom plate 21 may be formed of the same material as the tube 22. A first opening 23 that communicates with the storage space 22e is provided at the second end 22b of the tube 22.
収容空間22eに、試料30と、冷却液33とが収容される。試料30は、管22または底板21の少なくとも一つによって支持される。試料30は、管22と底板21の両方によって支持されてもよい。 The sample 30 and the cooling liquid 33 are contained in the storage space 22e. The sample 30 is supported by at least one of the tube 22 or the bottom plate 21. The sample 30 may be supported by both the tube 22 and the bottom plate 21.
試料30は、固定部材25を介して、管22に対して支持されてもよい。固定部材25は、管22の内側面22dに接触している。固定部材25は、管22に嵌合されてもよい。固定部材25に、貫通孔26が設けられている。試料30は、貫通孔26に嵌合されてもよい。固定部材25に、第2開口27が設けられている。第2開口27は、管22の長手方向に沿って延在するとともに、固定部材25を貫通している。固定部材25は、低密度材料で形成されている。固定部材25は、冷却液33で冷却されても脆化しない材料で形成されている。固定部材25は、例えば、-70℃以上の温度において脆化しない材料で形成されている。固定部材25は、-100℃以上の温度において脆化しない材料で形成されてもよい。固定部材25は、例えば、発泡スチロールで形成されている。試料30は、複数の固定部材25を介して、管22に対して支持されてもよい。複数の固定部材25は、例えば、試料30の上部と試料30の下部とを支持してもよい。そのため、試料30のサイズが大きくても、試料30は複数の固定部材25によって安定的に支持される。 The sample 30 may be supported relative to the tube 22 via a fixing member 25. The fixing member 25 is in contact with the inner surface 22d of the tube 22. The fixing member 25 may be fitted to the tube 22. A through hole 26 is provided in the fixing member 25. The sample 30 may be fitted into the through hole 26. A second opening 27 is provided in the fixing member 25. The second opening 27 extends along the longitudinal direction of the tube 22 and penetrates the fixing member 25. The fixing member 25 is formed of a low-density material. The fixing member 25 is formed of a material that does not become embrittled even when cooled with a cooling liquid 33. The fixing member 25 is formed of a material that does not become embrittled at a temperature of, for example, -70°C or higher. The fixing member 25 may be formed of a material that does not become embrittled at a temperature of -100°C or higher. The fixing member 25 is formed of, for example, polystyrene foam. The sample 30 may be supported relative to the tube 22 via a plurality of fixing members 25. The multiple fixing members 25 may support, for example, the upper portion of the sample 30 and the lower portion of the sample 30. Therefore, even if the size of the sample 30 is large, the sample 30 is stably supported by the multiple fixing members 25.
試料30は、冷却液33に浸漬される。具体的には、試料30の一部が冷却液33に浸漬されてもよいし、試料30の全体が冷却液33に浸漬されてもよい。冷却液33は、試料30を、室温より低い低温に冷却する。本明細書において、室温は、15℃以上30℃以下の温度を意味する。低温は、例えば、0℃未満の温度であってもよく、-10℃以下の温度であってもよく、-20℃以下の温度であってもよく、-30℃以下の温度であってもよく、-40℃以下の温度であってもよい。冷却液33は、管22の内側面22dに接触する。冷却液33は、例えば、ドライアイスとアルコール(例えば、エタノール)の混合物である。 The sample 30 is immersed in the cooling liquid 33. Specifically, a part of the sample 30 may be immersed in the cooling liquid 33, or the entire sample 30 may be immersed in the cooling liquid 33. The cooling liquid 33 cools the sample 30 to a low temperature lower than room temperature. In this specification, room temperature means a temperature of 15°C or higher and 30°C or lower. The low temperature may be, for example, a temperature below 0°C, a temperature of -10°C or lower, a temperature of -20°C or lower, a temperature of -30°C or lower, or a temperature of -40°C or lower. The cooling liquid 33 contacts the inner surface 22d of the tube 22. The cooling liquid 33 is, for example, a mixture of dry ice and alcohol (e.g., ethanol).
断熱容器35は、中空容器20を収容する。断熱容器35cは、管22の外側面22cに接触している。断熱容器35は、管22の全ての外側面22cを覆ってもよい。断熱容器35は、中空容器20の全ての外表面を覆ってもよい。断熱容器35は、第1断熱部材36と、第2断熱部材38とを含んでもよい。第1断熱部材36は、底板21に接触している。第1断熱部材36に、凹部37が形成されてもよい。具体的には、第1断熱部材36は、基部36aと、基部36aから突出する環状突出部36bとを含んでもよい。凹部37は、環状突出部36bの内側空間である。第2断熱部材38は、管22(外側面22c)及び第1断熱部材36に接触している。第2断熱部材38は、凹部37に嵌合されている。 The insulating container 35 accommodates the hollow container 20. The insulating container 35c is in contact with the outer surface 22c of the pipe 22. The insulating container 35 may cover the entire outer surface 22c of the pipe 22. The insulating container 35 may cover the entire outer surface of the hollow container 20. The insulating container 35 may include a first insulating member 36 and a second insulating member 38. The first insulating member 36 is in contact with the bottom plate 21. A recess 37 may be formed in the first insulating member 36. Specifically, the first insulating member 36 may include a base 36a and an annular protruding portion 36b protruding from the base 36a. The recess 37 is the inner space of the annular protruding portion 36b. The second insulating member 38 is in contact with the pipe 22 (outer surface 22c) and the first insulating member 36. The second insulating member 38 is fitted into the recess 37.
断熱容器35は、低密度材料で形成されている。そのため、断熱容器35は、X線3aを透過させ得る。X線3aは、断熱容器35を透過する。断熱容器35は、冷却液33で冷却されても脆化しない材料で形成されてもよい。断熱容器35は、-70℃以上の温度において脆化しない材料で形成されてもよい。断熱容器35は、-100℃以上の温度において脆化しない材料で形成されてもよい。断熱容器35は、例えば、発泡スチロールで形成されている。断熱容器35は、外側面35sを含む。X線3aは、外側面35sのうち管22を覆う部分(例えば、第2断熱部材38の外側面)を透過する。外側面35sのうち管22を覆う部分は、円筒外側面の形状を有している。断熱容器35に、第1開口23に連通する貫通孔39が設けられている。貫通孔39は、例えば、第2断熱部材38に設けられている。 The insulating container 35 is formed of a low-density material. Therefore, the insulating container 35 can transmit the X-rays 3a. The X-rays 3a transmit through the insulating container 35. The insulating container 35 may be formed of a material that does not become brittle even when cooled with the cooling liquid 33. The insulating container 35 may be formed of a material that does not become brittle at a temperature of -70°C or higher. The insulating container 35 may be formed of a material that does not become brittle at a temperature of -100°C or higher. The insulating container 35 is formed of, for example, polystyrene foam. The insulating container 35 includes an outer surface 35s. The X-rays 3a transmit through a portion of the outer surface 35s that covers the tube 22 (for example, the outer surface of the second insulating member 38). The portion of the outer surface 35s that covers the tube 22 has the shape of a cylindrical outer surface. The insulating container 35 is provided with a through hole 39 that communicates with the first opening 23. The through hole 39 is provided in, for example, the second insulating member 38.
冷却容器5は、温度調節機能を有していなくてもよい。そのため、試料30のX線透視画像を撮像する間に、試料30及び冷却液33の温度は次第に上昇する。冷却液33の一部は、気体に変わる。この気体は、固定部材25の第2開口27、管22の第1開口23及び断熱容器35の貫通孔39を通って、冷却容器5の外部に排出される。固定部材25の第2開口27、管22の第1開口23及び断熱容器35の貫通孔39は、この気体にとってガス抜き孔として機能して、この気体によって冷却容器5が壊れることを防止する。 The cooling container 5 does not need to have a temperature control function. Therefore, while an X-ray fluoroscopic image of the sample 30 is being captured, the temperatures of the sample 30 and the cooling liquid 33 gradually rise. Part of the cooling liquid 33 turns into gas. This gas passes through the second opening 27 of the fixing member 25, the first opening 23 of the tube 22, and the through hole 39 of the insulating container 35 and is discharged to the outside of the cooling container 5. The second opening 27 of the fixing member 25, the first opening 23 of the tube 22, and the through hole 39 of the insulating container 35 function as gas vents for the gas, preventing the cooling container 5 from being damaged by the gas.
<試料30のX線画像60の取得方法>
図1から図4を参照して、X線装置1を用いた、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60の取得方法の一例を説明する。X線装置1がX線CT装置である場合、試料30のX線画像60は試料30のX線CT画像である。
<Method of acquiring X-ray image 60 of sample 30>
1 to 4, an example of a method for acquiring an X-ray image 60 of a sample 30 cooled to a temperature lower than room temperature using an X-ray device 1. When the X-ray device 1 is an X-ray CT device, the X-ray image 60 of the sample 30 is an X-ray CT image of the sample 30.
本実施の形態の試料30のX線画像60の取得方法は、冷却容器5内に、試料30及び冷却液33を入れること(ステップS1)を備える。試料30は、管22または底板21の少なくとも一つによって支持される。試料30は、管22と底板21の両方によって支持されてもよい。試料30は、固定部材25を介して、管22に対して支持されてもよい。冷却液33は、試料30を、室温より低い低温に冷却する。 The method for acquiring an X-ray image 60 of a sample 30 in this embodiment includes placing the sample 30 and a cooling liquid 33 in a cooling container 5 (step S1). The sample 30 is supported by at least one of the tube 22 or the bottom plate 21. The sample 30 may be supported by both the tube 22 and the bottom plate 21. The sample 30 may be supported relative to the tube 22 via a fixing member 25. The cooling liquid 33 cools the sample 30 to a low temperature that is lower than room temperature.
本実施の形態の試料30のX線画像60の取得方法は、冷却容器5を、ステージ4上に載置すること(ステップS2)を備える。具体的には、冷却容器5は、ステージ4の試料載置面4a上に載置される。冷却容器5の中心軸5cは、ステージ4の回転軸4rに同軸である。 The method for acquiring the X-ray image 60 of the sample 30 in this embodiment includes placing the cooling container 5 on the stage 4 (step S2). Specifically, the cooling container 5 is placed on the sample placement surface 4a of the stage 4. The central axis 5c of the cooling container 5 is coaxial with the rotation axis 4r of the stage 4.
本実施の形態の試料30のX線画像60の取得方法は、冷却容器5を管22の長手方向に移動させること(ステップS3)を備える。具体的には、制御部12は、ステージ駆動装置6を制御する。ステージ4は、管22の長手方向に沿って移動する。こうして、試料30のうちX線透視画像を得たい部位は、X線3aの経路上に位置する。 The method for acquiring the X-ray image 60 of the sample 30 in this embodiment includes moving the cooling container 5 in the longitudinal direction of the tube 22 (step S3). Specifically, the control unit 12 controls the stage driving device 6. The stage 4 moves along the longitudinal direction of the tube 22. In this way, the portion of the sample 30 for which an X-ray fluoroscopic image is desired is positioned on the path of the X-rays 3a.
本実施の形態の試料30のX線画像60の取得方法は、冷却容器5を回転させながら、試料30のX線透視画像を撮像すること(ステップS4)を備える。具体的には、制御部12は、ステージ駆動装置6を制御する。ステージ4は、ステージ4の回転軸4r(冷却容器5の中心軸5c)のまわりに回転する。ステージ4の試料載置面4a上に載置されている冷却容器5は、冷却容器5の中心軸5c(ステージ4の回転軸4r)のまわりに回転する。冷却容器5に含まれる試料30は、冷却容器5の中心軸5c(ステージ4の回転軸4r)のまわりに回転する。試料30を回転させながら試料30にX線3aを照射することによって、試料30の全周囲方向からの試料30のX線透視画像がX線検出器7によって撮像される。試料30のX線透視画像は、ストレージ14に記憶される。 The method for acquiring the X-ray image 60 of the sample 30 in this embodiment includes capturing an X-ray fluoroscopic image of the sample 30 while rotating the cooling container 5 (step S4). Specifically, the control unit 12 controls the stage driving device 6. The stage 4 rotates around the rotation axis 4r of the stage 4 (the central axis 5c of the cooling container 5). The cooling container 5 placed on the sample placement surface 4a of the stage 4 rotates around the central axis 5c of the cooling container 5 (the rotation axis 4r of the stage 4). The sample 30 contained in the cooling container 5 rotates around the central axis 5c of the cooling container 5 (the rotation axis 4r of the stage 4). By irradiating the sample 30 with X-rays 3a while rotating the sample 30, the X-ray detector 7 captures X-ray fluoroscopic images of the sample 30 from all directions around the sample 30. The X-ray fluoroscopic images of the sample 30 are stored in the storage 14.
本実施の形態の試料30のX線画像60の取得方法は、試料30のうちX線透視画像を得たい全ての部位のX線透視画像の撮像が終了したか否かを判断すること(ステップS5)を備える。例えば、制御部12が、ステップS5を実行する。試料30のうちX線透視画像を得たい全ての部位の一部のX線透視画像の撮像が終了していない場合(ステップS5においてNO)には、ステップS3とステップS4とを行う。こうして、試料30のうちX線透視画像を得たい全ての部位のX線透視画像が得られるまで、ステップS3とステップS4とを繰り返す。 The method of acquiring the X-ray image 60 of the sample 30 in this embodiment includes judging whether or not the acquisition of X-ray fluoroscopic images of all parts of the sample 30 for which X-ray fluoroscopic images are to be obtained has been completed (step S5). For example, the control unit 12 executes step S5. If the acquisition of X-ray fluoroscopic images of some parts of all parts of the sample 30 for which X-ray fluoroscopic images are to be obtained has not been completed (NO in step S5), steps S3 and S4 are executed. In this manner, steps S3 and S4 are repeated until X-ray fluoroscopic images of all parts of the sample 30 for which X-ray fluoroscopic images are to be obtained are obtained.
試料30のうちX線透視画像を得たい全ての部位のX線透視画像の撮像が終了した場合(ステップS5においてYES)には、試料30のX線透視画像を再構成して、試料30のX線画像60として試料30のX線CT画像を生成する(ステップS6)。具体的には、画像再構成部13は、試料30の全周囲方向からの試料30のX線透視画像を、逆投影法または逐次近似法のようなCT再構成アルゴリズムを用いて再構成して、試料30のX線CT画像を生成する。試料30のX線画像60は、ストレージ14に記憶される。 When the capturing of X-ray fluoroscopic images of all parts of the sample 30 for which X-ray fluoroscopic images are to be obtained has been completed (YES in step S5), the X-ray fluoroscopic images of the sample 30 are reconstructed to generate an X-ray CT image of the sample 30 as an X-ray image 60 of the sample 30 (step S6). Specifically, the image reconstruction unit 13 reconstructs X-ray fluoroscopic images of the sample 30 from all directions around the sample 30 using a CT reconstruction algorithm such as back projection or iterative approximation to generate an X-ray CT image of the sample 30. The X-ray image 60 of the sample 30 is stored in the storage 14.
試料30のX線画像60は、室温より低い低温で第1の時間にわたって試料30を撮像することによって取得される。本実施の形態では、冷却容器5は、温度調節機能を有しない。そのため、試料30のX線画像60を撮像する間に、試料30及び冷却液33の温度は次第に上昇する。室温より低い低温において試料30のX線画像60を撮像するために、第1の時間を短くする必要がある。第1の時間は、室温より低い低温における試料30のX線撮像にとって許容可能な温度変化ΔTによって規定される。許容可能な温度変化ΔTは、例えば、10℃以下であってもよく、8℃以下であってもよく、5℃以下であってもよく、3℃以下であってもよく、1℃以下であってもよい。第1の時間が短くなると、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60が不鮮明になる。 The X-ray image 60 of the sample 30 is obtained by imaging the sample 30 for a first time at a low temperature lower than room temperature. In this embodiment, the cooling container 5 does not have a temperature adjustment function. Therefore, the temperature of the sample 30 and the cooling liquid 33 gradually increases while the X-ray image 60 of the sample 30 is being imaged. In order to image the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature, it is necessary to shorten the first time. The first time is defined by a temperature change ΔT that is acceptable for X-ray imaging of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature. The acceptable temperature change ΔT may be, for example, 10° C. or less, 8° C. or less, 5° C. or less, 3° C. or less, or 1° C. or less. If the first time is shortened, the X-ray image 60 of the sample 30 cooled to a low temperature lower than room temperature becomes unclear.
図5を参照して、試料30のX線画像60の一例を示す。図5では、試料30は、複数の光ファイバと、複数の光ファイバを覆うシースとを含む光ファイバケーブルである。試料30のX線画像60は、-30℃から-40℃の低温において、第1の時間にわたってX線を照射することによって取得された光ファイバケーブルのX線CT画像である。図5に示される試料30のX線画像60のうち白い領域が複数の光ファイバであり、図5に示される試料30のX線画像60のうち黒い背景領域がシースである。 Referring to FIG. 5, an example of an X-ray image 60 of sample 30 is shown. In FIG. 5, sample 30 is an optical fiber cable including a plurality of optical fibers and a sheath covering the plurality of optical fibers. X-ray image 60 of sample 30 is an X-ray CT image of the optical fiber cable obtained by irradiating it with X-rays for a first time at a low temperature of -30°C to -40°C. The white areas in the X-ray image 60 of sample 30 shown in FIG. 5 are the plurality of optical fibers, and the black background area in the X-ray image 60 of sample 30 shown in FIG. 5 is the sheath.
(X線装置1及び試料30のX線画像60の取得方法の変形例)
X線装置1は、例えば、画像再構成部13が省略されたX線透視画像撮像装置であり、X線画像60は、例えば、X線透視画像であってもよい。X線透視画像撮像装置を用いてX線透視画像を取得する場合、図4に示される試料30のX線画像60の取得方法から、ステップS4における冷却容器5を回転させることと、ステップS6とが省略される。
(Modification of X-ray device 1 and method for acquiring X-ray image 60 of sample 30)
The X-ray device 1 may be, for example, an X-ray fluoroscopic image capturing device from which the image reconstruction unit 13 is omitted, and the X-ray image 60 may be, for example, an X-ray fluoroscopic image. When an X-ray fluoroscopic image is captured using an X-ray fluoroscopic image capturing device, the step of rotating the cooling container 5 in step S4 and the step S6 are omitted from the method of capturing the X-ray image 60 of the sample 30 shown in FIG.
(複数の第1参照X線画像61及び複数の第2参照X線画像62の取得方法)
図1、図6及び図7を参照して、複数の第1参照X線画像61は、参照試料31を冷却することなく、X線装置1を用いて参照試料31の複数の部位を第2の時間にわたって撮像することによって取得される。参照試料31を冷却することなく、X線装置1を用いて参照試料31を撮像することは、例えば、冷却容器5内に冷却液33を入れずに、冷却容器5内の参照試料31のX線画像を撮像すること(図6を参照)、または、冷却容器5を用いることなく、ステージ4の試料載置面4a上に参照試料31を載置して、参照試料31のX線画像を撮像することを意味する。第2の時間は、室温より低い低温における試料30のX線画像60の撮像時間である第1の時間と同程度の時間である。第2の時間は、例えば、第1の時間の0.5倍以上2.0倍以下である。複数の第1参照X線画像61は、例えば、X線装置1を用いて、室温で第1の時間と同じ第2の時間にわたって参照試料31にX線3aを照射することによって取得されてもよい。参照試料31は、試料30と異なっていてもよいし、同一であってもよい。複数の第1参照X線画像61は、ストレージ14に記憶される。
(Method of acquiring multiple first reference X-ray images 61 and multiple second reference X-ray images 62)
1, 6 and 7, the multiple first reference X-ray images 61 are acquired by imaging multiple sites of the reference sample 31 for a second time using the X-ray device 1 without cooling the reference sample 31. Imaging the reference sample 31 using the X-ray device 1 without cooling the reference sample 31 means, for example, imaging an X-ray image of the reference sample 31 in the cooling container 5 without putting the cooling liquid 33 in the cooling container 5 (see FIG. 6), or imaging an X-ray image of the reference sample 31 by placing the reference sample 31 on the sample mounting surface 4a of the stage 4 without using the cooling container 5. The second time is approximately the same as the first time, which is the imaging time of the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature. The second time is, for example, 0.5 times or more and 2.0 times or less of the first time. The multiple first reference X-ray images 61 may be acquired, for example, by irradiating the reference sample 31 with X-rays 3a for a second time equal to the first time at room temperature using the X-ray device 1. The reference sample 31 may be different from or the same as the sample 30. The multiple first reference X-ray images 61 are stored in the storage 14.
図7を参照して、第1参照X線画像61の一例を示す。図7では、参照試料31は、複数の光ファイバと、複数の光ファイバを覆うシースとを含む光ファイバケーブルである。第1参照X線画像61は、室温において、第1の時間と同じ第2の時間にわたってX線を照射することによって取得された光ファイバケーブルのX線CT画像である。第2の時間は第1の時間と同程度であるため、第1参照X線画像61は不鮮明である。 Referring to FIG. 7, an example of a first reference X-ray image 61 is shown. In FIG. 7, the reference sample 31 is an optical fiber cable including a plurality of optical fibers and a sheath covering the plurality of optical fibers. The first reference X-ray image 61 is an X-ray CT image of the optical fiber cable obtained by irradiating the cable with X-rays at room temperature for a second time period that is the same as the first time period. Because the second time period is comparable to the first time period, the first reference X-ray image 61 is unclear.
図1、図6及び図8を参照して、複数の第2参照X線画像62は、参照試料31を冷却することなく、X線装置1を用いて参照試料31の複数の部位を第3の時間にわたって撮像することによって取得される。複数の第2参照X線画像62は、例えば、X線装置1を用いて参照試料31を室温で第3の時間にわたって参照試料31にX線3aを照射することによって取得されてもよい。複数の第2参照X線画像62は、ストレージ14に記憶される。 1, 6 and 8, the multiple second reference X-ray images 62 are acquired by imaging multiple locations of the reference sample 31 for a third time period using the X-ray device 1 without cooling the reference sample 31. The multiple second reference X-ray images 62 may be acquired, for example, by irradiating the reference sample 31 with X-rays 3a for a third time period at room temperature using the X-ray device 1. The multiple second reference X-ray images 62 are stored in the storage 14.
第1参照X線画像61の撮像条件と第2参照X線画像62の撮像条件とは、主に、撮像時間(参照試料31に対するX線3aの照射時間)において異なっている。すなわち、第2参照X線画像62の撮像時間である第3の時間は、第1参照X線画像61の撮像時間である第2の時間より長い。第3の時間は、例えば、第2の時間の2倍以上であってもよく、第2の時間の2.5倍以上であってもよく、第2の時間の4倍以上であってもよく、第2の時間の5倍以上であってもよく、第2の時間の8倍以上であってもよく、第2の時間の10倍以上であってもよい。第3の時間は第2の時間より長いため、第2参照X線画像62は第1参照X線画像61より鮮明である。 The imaging conditions of the first reference X-ray image 61 and the second reference X-ray image 62 differ mainly in the imaging time (irradiation time of the X-ray 3a to the reference sample 31). That is, the third time which is the imaging time of the second reference X-ray image 62 is longer than the second time which is the imaging time of the first reference X-ray image 61. The third time may be, for example, twice or more than the second time, 2.5 times or more than the second time, 4 times or more than the second time, 5 times or more than the second time, 8 times or more than the second time, or 10 times or more than the second time. Since the third time is longer than the second time, the second reference X-ray image 62 is clearer than the first reference X-ray image 61.
また、第2参照X線画像62の撮像時間である第3の時間は、試料30のX線画像60の撮像時間である第1の時間より長い。第3の時間は、例えば、第1の時間の4倍以上であってもよく、第1の時間の5倍以上であってもよく、第1の時間の8倍以上であってもよく、第1の時間の10倍以上であってもよい。 The third time, which is the imaging time of the second reference X-ray image 62, is longer than the first time, which is the imaging time of the X-ray image 60 of the sample 30. The third time may be, for example, four times or more than the first time, five times or more than the first time, eight times or more than the first time, or ten times or more than the first time.
図8を参照して、第2参照X線画像62の一例を示す。図8では、参照試料31は、上述した光ファイバケーブルである。第2参照X線画像62は、室温において、第3の時間にわたってX線を照射することによって取得された光ファイバケーブルのX線CT画像である。第3の時間は第2の時間より長いため、第2参照X線画像62は、第1参照X線画像61より鮮明である。 Referring to FIG. 8, an example of the second reference X-ray image 62 is shown. In FIG. 8, the reference sample 31 is the optical fiber cable described above. The second reference X-ray image 62 is an X-ray CT image of the optical fiber cable obtained by irradiating it with X-rays for a third time period at room temperature. Because the third time period is longer than the second time period, the second reference X-ray image 62 is clearer than the first reference X-ray image 61.
第2参照X線画像62を撮像する際の参照試料31の温度は、第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度に等しいことが好ましいが、第2参照X線画像62を撮像する際の参照試料31の温度は、第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度と異なってもよい。第2参照X線画像62を撮像する際の参照試料31の温度が第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度と異なる場合、複数の第2参照X線画像62を撮像する際の参照試料31の温度と複数の第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度との間の差は、複数の第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度と試料30のX線画像60を撮像する際の試料30の温度(低温)との間の差よりも、小さい。複数の第2参照X線画像62を撮像する際の参照試料31の温度と複数の第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度との間の差は、複数の第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度と試料30のX線画像60を撮像する際の試料30の温度(低温)との間の差の半分以下であってもよく、三分の一以下であってもよく、四分の一以下であってもよい。 Although the temperature of the reference sample 31 when the second reference X-ray image 62 is captured is preferably equal to the temperature of the reference sample 31 when the first reference X-ray image 61 is captured, the temperature of the reference sample 31 when the second reference X-ray image 62 is captured may be different from the temperature of the reference sample 31 when the first reference X-ray image 61 is captured. If the temperature of the reference sample 31 when the second reference X-ray image 62 is captured is different from the temperature of the reference sample 31 when the first reference X-ray image 61 is captured, the difference between the temperature of the reference sample 31 when the multiple second reference X-ray images 62 are captured and the temperature of the reference sample 31 when the multiple first reference X-ray images 61 are captured is smaller than the difference between the temperature of the reference sample 31 when the multiple first reference X-ray images 61 are captured and the temperature (low temperature) of the sample 30 when the X-ray image 60 of the sample 30 is captured. The difference between the temperature of the reference sample 31 when the multiple second reference X-ray images 62 are taken and the temperature of the reference sample 31 when the multiple first reference X-ray images 61 are taken may be less than half, less than one-third, or less than one-quarter of the difference between the temperature of the reference sample 31 when the multiple first reference X-ray images 61 are taken and the temperature (low temperature) of the sample 30 when the X-ray image 60 of the sample 30 is taken.
複数の第2参照X線画像62を撮像する際の参照試料31の温度と複数の第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度との間の差は、例えば、5℃以下であってもよく、3℃以下であってもよく、1℃以下であってもよい。複数の第1参照X線画像61を撮像する際の参照試料31の温度と試料30のX線画像60を撮像する際の試料30の温度(低温)との間の差は、例えば、10℃以上であってもよく、20℃以上であってもよく、30℃以上であってもよく、40℃以上であってもよい。 The difference between the temperature of the reference sample 31 when the multiple second reference X-ray images 62 are captured and the temperature of the reference sample 31 when the multiple first reference X-ray images 61 are captured may be, for example, 5°C or less, 3°C or less, or 1°C or less. The difference between the temperature of the reference sample 31 when the multiple first reference X-ray images 61 are captured and the temperature (low temperature) of the sample 30 when the X-ray image 60 of the sample 30 is captured may be, for example, 10°C or more, 20°C or more, 30°C or more, or 40°C or more.
参照試料31の各部位に応じて付与される参照画像ID(図示せず)が、参照試料31の各部位に対応する第1参照X線画像61及び第2参照X線画像62とともに、ストレージ14に記憶される。 A reference image ID (not shown) assigned to each portion of the reference sample 31 is stored in the storage 14 together with the first reference X-ray image 61 and the second reference X-ray image 62 corresponding to each portion of the reference sample 31.
<画像処理システム90>
既に述べたとおり、試料30のX線画像60を撮像する間に、試料30及び冷却液33の温度は次第に上昇する。室温より低い低温において試料30のX線画像60を撮像するために、試料30のX線画像60を撮像する第1の時間を短くする必要がある。そのため、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60が不鮮明になる。そこで、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60を鮮明にする画像処理が必要になる。試料30のX線画像60を鮮明にする画像処理は、例えば、試料30のX線画像60の解像度を向上させる超解像処理である。図9を参照して、室温より低い低温に冷却された試料30のX線画像60を鮮明にするための画像処理システム90を説明する。
<Image Processing System 90>
As already described, the temperatures of the sample 30 and the cooling liquid 33 gradually increase while the X-ray image 60 of the sample 30 is being captured. In order to capture the X-ray image 60 of the sample 30 at a low temperature lower than room temperature, it is necessary to shorten the first time for capturing the X-ray image 60 of the sample 30. Therefore, the X-ray image 60 of the sample 30 cooled to a low temperature lower than room temperature becomes unclear. Therefore, image processing is required to make the X-ray image 60 of the sample 30 cooled to a low temperature lower than room temperature clear. The image processing to make the X-ray image 60 of the sample 30 clear is, for example, super-resolution processing to improve the resolution of the X-ray image 60 of the sample 30. With reference to FIG. 9, an image processing system 90 for making the X-ray image 60 of the sample 30 cooled to a low temperature lower than room temperature clear will be described.
画像処理システム90は、サーバ装置100と、端末装置200とを備える。画像処理システム90は、インターネットのような通信ネットワーク50を介して、X線装置1のコンピュータ10(図1を参照)に接続されている。 The image processing system 90 includes a server device 100 and a terminal device 200. The image processing system 90 is connected to a computer 10 (see FIG. 1) of the X-ray device 1 via a communication network 50 such as the Internet.
(サーバ装置100)
サーバ装置100は、通信ネットワーク50を介して、X線装置1のコンピュータ10(図1を参照)から、参照画像ID(図示せず)と、複数の第1参照X線画像61と、複数の第2参照X線画像62とを取得する。
(Server device 100)
The server device 100 obtains a reference image ID (not shown), a plurality of first reference X-ray images 61, and a plurality of second reference X-ray images 62 from the computer 10 of the X-ray device 1 (see Figure 1) via the communication network 50.
サーバ装置100は、第1参照X線画像61と第2参照X線画像62とを用いた学習処理により、試料30のX線画像60を鮮明にする画像処理を行うための学習済モデル113を生成する。生成された学習済モデル113は、ストレージ110(図10を参照)に格納されるとともに、端末装置200に送信(配布)される。 The server device 100 generates a trained model 113 for performing image processing to make the X-ray image 60 of the sample 30 clear by a learning process using the first reference X-ray image 61 and the second reference X-ray image 62. The generated trained model 113 is stored in the storage 110 (see FIG. 10 ) and is also transmitted (distributed) to the terminal device 200.
(端末装置200)
端末装置200は、通信ネットワーク50を介して、サーバ装置100から学習済モデル113を取得する。学習済モデル113は、ストレージ210(図11参照)に格納される。端末装置200は、X線装置1のコンピュータ10から、試料30のX線画像60を取得する。試料30のX線画像60は、ストレージ210に格納される。端末装置200は、試料30のX線画像60を学習済モデル113に入力する。試料30のX線画像60は学習済モデル113によって画像処理される。学習済モデル113は、試料30のX線画像60より鮮明な試料30の補正X線画像66(図11及び図17を参照)を出力する。試料30の補正X線画像66は、ストレージ210に記憶される、または、ディスプレイ204(図11を参照)に表示される。
(Terminal device 200)
The terminal device 200 acquires the trained model 113 from the server device 100 via the communication network 50. The trained model 113 is stored in the storage 210 (see FIG. 11). The terminal device 200 acquires the X-ray image 60 of the sample 30 from the computer 10 of the X-ray device 1. The X-ray image 60 of the sample 30 is stored in the storage 210. The terminal device 200 inputs the X-ray image 60 of the sample 30 to the trained model 113. The X-ray image 60 of the sample 30 is image-processed by the trained model 113. The trained model 113 outputs a corrected X-ray image 66 of the sample 30 (see FIGS. 11 and 17) that is clearer than the X-ray image 60 of the sample 30. The corrected X-ray image 66 of the sample 30 is stored in the storage 210 or displayed on the display 204 (see FIG. 11).
<ハードウェア構成>
(サーバ装置100)
図10を参照して、サーバ装置100は、入力装置101と、プロセッサ102と、メモリ103と、ディスプレイ104と、ネットワークコントローラ106と、記憶媒体ドライブ107と、ストレージ110とを含む。
<Hardware Configuration>
(Server device 100)
Referring to FIG. 10, the server device 100 includes an input device 101 , a processor 102 , a memory 103 , a display 104 , a network controller 106 , a storage medium drive 107 , and a storage 110 .
入力装置101は、各種の入力操作を受け付ける。入力装置101は、例えば、キーボード、マウスまたはタッチパネルである。 The input device 101 accepts various input operations. The input device 101 is, for example, a keyboard, a mouse, or a touch panel.
ディスプレイ104は、サーバ装置100での処理に必要な情報などを表示する。ディスプレイ104は、例えば、第1参照X線画像61と第2参照X線画像62と暫定補正X線画像65とを表示してもよい。ディスプレイ104は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)または有機EL(Electroluminescence)ディスプレイである。 The display 104 displays information necessary for processing in the server device 100. The display 104 may display, for example, the first reference X-ray image 61, the second reference X-ray image 62, and the provisionally corrected X-ray image 65. The display 104 is, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electroluminescence) display.
プロセッサ102は、後述するプログラムを実行することによって、サーバ装置100の機能の実現に必要な処理を実行する。プロセッサ102は、例えば、1または複数のCPUまたはGPU(Graphics Processing Unit)などで構成される。複数のコアを有するCPUまたはGPUが、プロセッサ102として用いられてもよい。サーバ装置100においては、学習済モデル113を生成するための学習処理に適したGPUなどを採用することが好ましい。 The processor 102 executes the programs described below to perform the processes required to realize the functions of the server device 100. The processor 102 is composed of, for example, one or more CPUs or GPUs (Graphics Processing Units). A CPU or GPU having multiple cores may be used as the processor 102. In the server device 100, it is preferable to employ a GPU or the like that is suitable for the learning process for generating the trained model 113.
メモリ103は、プロセッサ102が、データ前処理プログラム111及び学習用プログラム112などを含むプログラムを実行するにあたって、プログラムコードまたはワークメモリなどを一時的に格納する記憶領域を提供する。メモリ103は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)またはSRAM(Static Random Access Memory)などの揮発性メモリデバイスである。 The memory 103 provides a storage area for temporarily storing program code or work memory when the processor 102 executes programs including the data preprocessing program 111 and the learning program 112. The memory 103 is, for example, a volatile memory device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or an SRAM (Static Random Access Memory).
ネットワークコントローラ106は、通信ネットワーク50(図9を参照)を介して、X線装置1及び端末装置200を含む任意の装置などとの間でプログラムまたはデータを送受信する。例えば、ネットワークコントローラ106は、通信ネットワーク50を介して、参照画像ID(図示せず)、複数の第1参照X線画像61及び複数の第2参照X線画像62のようなデータを、X線装置1から受信する。ネットワークコントローラ106は、通信ネットワーク50を介して、学習済モデル113を、端末装置200に送信する。ネットワークコントローラ106は、例えば、イーサネット(登録商標)、無線LAN(Local Area Network)またはBluetooth(登録商標)などの任意の通信方式に対応している。 The network controller 106 transmits and receives programs or data to and from any device including the X-ray device 1 and the terminal device 200 via the communication network 50 (see FIG. 9). For example, the network controller 106 receives data such as a reference image ID (not shown), a plurality of first reference X-ray images 61, and a plurality of second reference X-ray images 62 from the X-ray device 1 via the communication network 50. The network controller 106 transmits the trained model 113 to the terminal device 200 via the communication network 50. The network controller 106 supports any communication method such as Ethernet (registered trademark), wireless LAN (Local Area Network), or Bluetooth (registered trademark).
記憶媒体ドライブ107は、記憶媒体108に格納されているプログラムまたはデータを読み出す装置である。記憶媒体ドライブ107は、さらに、記憶媒体108にプログラムまたはデータを書き込む装置であってもよい。記憶媒体108は、非一過的(non-transitory)な記憶媒体であり、プログラムまたはデータを不揮発的に格納する。記憶媒体108は、例えば、光学ディスク(例えば、CD-ROMまたはDVD-ROM)などの光学記憶媒体、フラッシュメモリまたはUSB(Universal Serial Bus)メモリなどの半導体記憶媒体、ハードディスク、FD(Flexible Disk)もしくはストレージテープなどの磁気記憶媒体、または、MO(Magneto-Optical)ディスクなどの光磁気記憶媒体である。 The storage medium drive 107 is a device that reads out a program or data stored in the storage medium 108. The storage medium drive 107 may also be a device that writes a program or data to the storage medium 108. The storage medium 108 is a non-transitory storage medium that stores the program or data in a non-volatile manner. The storage medium 108 is, for example, an optical storage medium such as an optical disk (e.g., a CD-ROM or a DVD-ROM), a semiconductor storage medium such as a flash memory or a USB (Universal Serial Bus) memory, a magnetic storage medium such as a hard disk, a FD (Flexible Disk) or a storage tape, or a magneto-optical storage medium such as an MO (Magneto-Optical) disk.
ストレージ110は、プロセッサ102において実行されるプログラム(例えば、データ前処理プログラム111及び学習用プログラム112などを含む)と、参照画像ID(図示せず)と、複数の第1参照X線画像61と、複数の第2参照X線画像62と、学習済モデル113と、学習用データセット115とを格納する。データ前処理プログラム111は、学習用データセット115を生成するためのプログラムである。学習用プログラム112は、学習用データセット115を用いて学習済モデル113を生成するためのプログラムである。ストレージ110は、例えば、ハードディスクまたはSSDなどの不揮発性メモリデバイスである。 The storage 110 stores programs executed by the processor 102 (including, for example, a data preprocessing program 111 and a learning program 112), a reference image ID (not shown), a plurality of first reference X-ray images 61, a plurality of second reference X-ray images 62, a trained model 113, and a training dataset 115. The data preprocessing program 111 is a program for generating the training dataset 115. The training program 112 is a program for generating the trained model 113 using the training dataset 115. The storage 110 is, for example, a non-volatile memory device such as a hard disk or SSD.
データ前処理プログラム111及び学習用プログラム112などを含む、サーバ装置100の機能を実現するためのプログラムは、非一過的な記憶媒体に格納されて流通し、ストレージ110にインストールされてもよい。サーバ装置100の機能を実現するためのプログラムは、インターネットまたはイントラネットを介して、サーバ装置100にダウンロードされてもよい。 Programs for realizing the functions of the server device 100, including the data preprocessing program 111 and the learning program 112, may be stored in a non-transient storage medium, distributed, and installed in the storage 110. Programs for realizing the functions of the server device 100 may be downloaded to the server device 100 via the Internet or an intranet.
本実施の形態では、汎用コンピュータ(プロセッサ102)が、データ前処理プログラム111及び学習用プログラム112などを含むプログラムを実行することによって、サーバ装置100の機能を実現する例を示すが、これに限られることなく、サーバ装置100の機能の全部または一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)のような集積回路を用いて実現されてもよい。 In this embodiment, an example is shown in which a general-purpose computer (processor 102) executes programs including a data preprocessing program 111 and a learning program 112 to realize the functions of the server device 100, but this is not limited to the above, and all or part of the functions of the server device 100 may be realized using an integrated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array).
(端末装置200)
図11を参照して、端末装置200は、入力装置201と、プロセッサ202と、メモリ203と、ディスプレイ204と、ネットワークコントローラ206と、記憶媒体ドライブ207と、ストレージ210とを含む。
(Terminal device 200)
Referring to FIG. 11, the terminal device 200 includes an input device 201 , a processor 202 , a memory 203 , a display 204 , a network controller 206 , a storage medium drive 207 , and a storage 210 .
入力装置201は、各種の入力操作を受け付ける。入力装置201は、例えば、キーボード、マウスまたはタッチパネルである。 The input device 201 accepts various input operations. The input device 201 is, for example, a keyboard, a mouse, or a touch panel.
ディスプレイ204は、端末装置200での処理に必要な情報などを表示する。ディスプレイ204は、例えば、試料30の補正X線画像66を表示する。ディスプレイ204は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)または有機EL(Electroluminescence)ディスプレイである。 The display 204 displays information necessary for processing in the terminal device 200. The display 204 displays, for example, a corrected X-ray image 66 of the sample 30. The display 204 is, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electroluminescence) display.
プロセッサ202は、後述するプログラムを実行することによって、端末装置200の機能の実現に必要な処理を実行する。プロセッサ202は、例えば、1または複数のCPUまたはGPUなどで構成される。複数のコアを有するCPUまたはGPUが、プロセッサ202として用いられてもよい。 The processor 202 executes the programs described below to perform the processes required to realize the functions of the terminal device 200. The processor 202 is composed of, for example, one or more CPUs or GPUs. A CPU or GPU having multiple cores may be used as the processor 202.
メモリ203は、プロセッサ202が、プログラムを実行するにあたって、プログラムコードまたはワークメモリなどを一時的に格納する記憶領域を提供する。メモリ203は、例えば、DRAMやSRAMなどの揮発性メモリデバイスである。 The memory 203 provides a storage area for temporarily storing program code or work memory when the processor 202 executes a program. The memory 203 is, for example, a volatile memory device such as a DRAM or SRAM.
ネットワークコントローラ206は、通信ネットワーク50(図9を参照)を介して、X線装置1及びサーバ装置100を含む任意の装置などとの間でプログラムまたはデータを送受信する。例えば、ネットワークコントローラ206は、通信ネットワーク50を介して、試料30のX線画像60のようなデータを、X線装置1から受信する。ネットワークコントローラ206は、通信ネットワーク50を介して、学習済モデル113を、サーバ装置100から受信する。ネットワークコントローラ206は、例えば、イーサネット(登録商標)、無線LANまたはBluetooth(登録商標)などの任意の通信方式に対応している。 The network controller 206 transmits and receives programs or data between any device including the X-ray device 1 and the server device 100 via the communication network 50 (see FIG. 9). For example, the network controller 206 receives data such as an X-ray image 60 of the sample 30 from the X-ray device 1 via the communication network 50. The network controller 206 receives the trained model 113 from the server device 100 via the communication network 50. The network controller 206 is compatible with any communication method such as Ethernet (registered trademark), wireless LAN, or Bluetooth (registered trademark).
記憶媒体ドライブ207は、記憶媒体208に格納されているプログラムまたはデータを読み出す装置である。記憶媒体ドライブ207は、さらに、記憶媒体208にプログラムまたはデータを書き込む装置であってもよい。記憶媒体208は、非一過的(non-transitory)な記憶媒体であり、プログラムまたはデータを不揮発的に格納する。記憶媒体208は、例えば、光学ディスク(例えば、CD-ROMまたはDVD-ROM)などの光学記憶媒体、フラッシュメモリまたはUSBメモリなどの半導体記憶媒体、ハードディスク、FDもしくはストレージテープなどの磁気記憶媒体、または、MOディスクなどの光磁気記憶媒体である。 The storage medium drive 207 is a device that reads out a program or data stored in the storage medium 208. The storage medium drive 207 may also be a device that writes a program or data to the storage medium 208. The storage medium 208 is a non-transitory storage medium that stores the program or data in a non-volatile manner. The storage medium 208 is, for example, an optical storage medium such as an optical disk (e.g., a CD-ROM or a DVD-ROM), a semiconductor storage medium such as a flash memory or a USB memory, a magnetic storage medium such as a hard disk, a FD or a storage tape, or a magneto-optical storage medium such as an MO disk.
ストレージ210は、プロセッサ202において実行されるプログラム(例えば、画像処理プログラム211などを含む)と、学習済モデル113と、試料30のX線画像60と、試料30の補正X線画像66とを格納する。画像処理プログラム211は、試料30のX線画像60を学習済モデル113に入力して、試料30の補正X線画像66を生成するためのプログラムである。ストレージ210は、例えば、ハードディスクまたはSSDなどの不揮発性メモリデバイスである。 The storage 210 stores programs executed by the processor 202 (including, for example, the image processing program 211), the trained model 113, the X-ray image 60 of the sample 30, and the corrected X-ray image 66 of the sample 30. The image processing program 211 is a program for inputting the X-ray image 60 of the sample 30 into the trained model 113 to generate the corrected X-ray image 66 of the sample 30. The storage 210 is, for example, a non-volatile memory device such as a hard disk or SSD.
画像処理プログラム211などを含む、端末装置200の機能を実現するためのプログラムは、非一過的な記憶媒体に格納されて流通し、ストレージ210にインストールされてもよい。端末装置200の機能を実現するためのプログラムは、インターネットまたはイントラネットを介して、端末装置200にダウンロードされてもよい。 Programs for realizing the functions of the terminal device 200, including the image processing program 211, may be stored in a non-transient storage medium, distributed, and installed in the storage 210. Programs for realizing the functions of the terminal device 200 may be downloaded to the terminal device 200 via the Internet or an intranet.
本実施の形態では、汎用コンピュータ(プロセッサ202)が、画像処理プログラム211などを含むプログラムを実行することによって、端末装置200の機能を実現する例を示すが、これに限られることなく、端末装置200の機能の全部または一部は、ASICまたはFPGAのような集積回路を用いて実現されてもよい。 In this embodiment, an example is shown in which a general-purpose computer (processor 202) executes a program including an image processing program 211 to realize the functions of the terminal device 200, but this is not limited to the above, and all or part of the functions of the terminal device 200 may be realized using an integrated circuit such as an ASIC or FPGA.
<学習済モデル113の生成>
図9及び図12から図16を参照して、本実施の形態の学習処理(学習済モデル113の生成方法)を説明する。本実施の形態の学習処理は、例えば、サーバ装置100によって実行される。サーバ装置100は、学習済モデル生成装置として機能する。
<Generation of trained model 113>
The learning process (a method for generating the trained model 113) of the present embodiment will be described with reference to Fig. 9 and Fig. 12 to Fig. 16. The learning process of the present embodiment is executed by, for example, the server device 100. The server device 100 functions as a trained model generation device.
図12を参照して、サーバ装置100は、参照X線画像受付部120と、データ前処理部121と、学習部122と、出力部127とを含む。学習部122は、学習用モデル123と、学習用プログラム125とを含む。学習用モデル123は、ニューラルネットワーク構造123Nとパラメータ123Pとで構成される。ニューラルネットワーク構造123Nは、ディープニューラルネットワーク(DNN)に分類されるニューラルネットワーク構造であり、例えば、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)構造を含む。ニューラルネットワーク構造123Nは、複数の畳み込み層を含んでもよい。ニューラルネットワーク構造123Nは予め構築され、サーバ装置100(ストレージ110)に格納されている。 Referring to FIG. 12, the server device 100 includes a reference X-ray image receiving unit 120, a data preprocessing unit 121, a learning unit 122, and an output unit 127. The learning unit 122 includes a learning model 123 and a learning program 125. The learning model 123 is composed of a neural network structure 123N and parameters 123P. The neural network structure 123N is a neural network structure classified as a deep neural network (DNN), and includes, for example, a convolutional neural network (CNN) structure. The neural network structure 123N may include multiple convolutional layers. The neural network structure 123N is constructed in advance and stored in the server device 100 (storage 110).
参照X線画像受付部120は、X線装置1から、参照画像IDと複数の第1参照X線画像61と複数の第2参照X線画像62とを受け付ける。参照X線画像受付部120は、参照画像IDと複数の第1参照X線画像61と複数の第2参照X線画像62とを、ストレージ110に格納する。 The reference X-ray image receiving unit 120 receives a reference image ID, a plurality of first reference X-ray images 61, and a plurality of second reference X-ray images 62 from the X-ray device 1. The reference X-ray image receiving unit 120 stores the reference image ID, the plurality of first reference X-ray images 61, and the plurality of second reference X-ray images 62 in the storage 110.
データ前処理部121は、ストレージ110から参照画像IDと複数の第1参照X線画像61と複数の第2参照X線画像62とを読み出す。データ前処理部121は、参照画像IDと、複数の第1参照X線画像61のうち当該参照画像IDに対応する第1参照X線画像61と、複数の第2参照X線画像62のうち当該参照画像IDに対応する第2参照X線画像62とを互いに対応付けることによって、学習用データセット115を生成する。図13に示されるように、学習用データセット115は、複数のデータの組(学習用データ116)を含む。複数のデータの組の各々(学習用データ116の各々)は、参照画像IDと、参照画像IDに対応する第1参照X線画像61と、参照画像IDに対応する第2参照X線画像62とを含む。学習用モデル123の学習の精度を向上させるために、データ前処理部121は、バイキュービック補間法などを用いて、複数の第1参照X線画像61及び複数の第2参照X線画像62を望ましいサイズまでアップスケールしてもよい。 The data preprocessing unit 121 reads out a reference image ID, a plurality of first reference X-ray images 61, and a plurality of second reference X-ray images 62 from the storage 110. The data preprocessing unit 121 generates a learning data set 115 by associating the reference image ID, the first reference X-ray image 61 corresponding to the reference image ID among the plurality of first reference X-ray images 61, and the second reference X-ray image 62 corresponding to the reference image ID among the plurality of second reference X-ray images 62. As shown in FIG. 13, the learning data set 115 includes a plurality of data sets (learning data 116). Each of the plurality of data sets (each of the learning data 116) includes a reference image ID, a first reference X-ray image 61 corresponding to the reference image ID, and a second reference X-ray image 62 corresponding to the reference image ID. To improve the accuracy of the learning of the learning model 123, the data preprocessing unit 121 may upscale the multiple first reference X-ray images 61 and the multiple second reference X-ray images 62 to a desired size using a bicubic interpolation method or the like.
図12及び図14を参照して、学習部122は、学習済モデル113を生成する。学習部122は、学習用データセット115を用いた機械学習により、学習用モデル123のパラメータ123Pの値を更新する。 Referring to FIG. 12 and FIG. 14, the learning unit 122 generates a trained model 113. The learning unit 122 updates the values of the parameters 123P of the training model 123 through machine learning using the training dataset 115.
具体的には、学習部122は、学習用プログラム125を用いることにより、パラメータ123Pの値を更新する。学習用プログラム125は、学習用データセット115の第1参照X線画像61を、学習用モデル123に入力する。学習用モデル123は、暫定補正X線画像65を出力する。図15を参照して、暫定補正X線画像65の一例を示す。図15では、参照試料31は、上述した光ファイバケーブルである。暫定補正X線画像65と対応する第2参照X線画像62との間の誤差を最小化するように、学習用プログラム125はパラメータ123Pを繰り返し更新して最適化する。具体的には、参照画像IDが「1」の第1参照X線画像61を学習用モデル123に入力することによって得られる暫定補正X線画像65と、参照画像IDが「1」の第2参照X線画像62との間の誤差を最小化するように、学習用モデル123のパラメータ123Pを繰り返し更新して最適化する。他の参照画像IDの各々についても同様に、暫定補正X線画像65と対応する第2参照X線画像62との間の誤差を最小化するように、学習用モデル123のパラメータ123Pを繰り返し更新して最適化する。学習用モデル123の学習が終了すると、学習済モデル113が生成される。 Specifically, the learning unit 122 updates the value of the parameter 123P by using the learning program 125. The learning program 125 inputs the first reference X-ray image 61 of the learning data set 115 to the learning model 123. The learning model 123 outputs the provisionally corrected X-ray image 65. An example of the provisionally corrected X-ray image 65 is shown with reference to FIG. 15. In FIG. 15, the reference sample 31 is the optical fiber cable described above. The learning program 125 repeatedly updates and optimizes the parameter 123P so as to minimize the error between the provisionally corrected X-ray image 65 and the corresponding second reference X-ray image 62. Specifically, the parameter 123P of the learning model 123 is repeatedly updated and optimized so as to minimize the error between the provisionally corrected X-ray image 65 obtained by inputting the first reference X-ray image 61 with a reference image ID of "1" to the learning model 123 and the second reference X-ray image 62 with a reference image ID of "1". Similarly, for each of the other reference image IDs, the parameters 123P of the learning model 123 are repeatedly updated and optimized to minimize the error between the provisionally corrected X-ray image 65 and the corresponding second reference X-ray image 62. When the learning of the learning model 123 is completed, the learned model 113 is generated.
図17を参照して、学習済モデル113は、ニューラルネットワーク構造113Nと、学習済パラメータ113Pとを有する。ニューラルネットワーク構造113Nは、ディープニューラルネットワーク(DNN)に分類されるニューラルネットワーク構造であり、例えば、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)構造を含む。ニューラルネットワーク構造113Nは、複数の畳み込み層を含んでもよい。学習済パラメータ113Pは、更新が完了したパラメータ123Pである。 Referring to FIG. 17, the trained model 113 has a neural network structure 113N and trained parameters 113P. The neural network structure 113N is a neural network structure classified as a deep neural network (DNN), and includes, for example, a convolutional neural network (CNN) structure. The neural network structure 113N may include multiple convolutional layers. The trained parameters 113P are parameters 123P for which updating has been completed.
図12を参照して、出力部127は、学習済モデル113を出力する。具体的には、出力部127は、学習済モデル113を、ストレージ110に格納する。出力部127は、ネットワークコントローラ206を通じて、ストレージ110に格納されている学習済モデル113を、端末装置200に送信する。 Referring to FIG. 12, the output unit 127 outputs the trained model 113. Specifically, the output unit 127 stores the trained model 113 in the storage 110. The output unit 127 transmits the trained model 113 stored in the storage 110 to the terminal device 200 via the network controller 206.
図16を参照して、本実施の形態の学習処理方法を説明する。本実施の形態の学習処理方法は、例えば、サーバ装置100において実行される。図16に示される各ステップは、例えば、サーバ装置100のプロセッサ102がデータ前処理プログラム111(図10を参照)及び学習用プログラム112(図10を参照)を含むプログラムを実行することによって実現される。 The learning processing method of this embodiment will be described with reference to FIG. 16. The learning processing method of this embodiment is executed, for example, in the server device 100. Each step shown in FIG. 16 is realized, for example, by the processor 102 of the server device 100 executing a program including a data preprocessing program 111 (see FIG. 10) and a learning program 112 (see FIG. 10).
本実施の形態の学習処理方法は、X線装置1から、参照画像IDと複数の第1参照X線画像61と複数の第2参照X線画像62とを受け付けること(ステップS11)を備える。参照X線画像受付部120(図12を参照)が、ステップS11を実行する。参照X線画像受付部120は、参照画像IDと複数の第1参照X線画像61と複数の第2参照X線画像62とを、ストレージ110に格納する。 The learning processing method of this embodiment includes receiving a reference image ID, a plurality of first reference X-ray images 61, and a plurality of second reference X-ray images 62 from the X-ray device 1 (step S11). The reference X-ray image receiving unit 120 (see FIG. 12) executes step S11. The reference X-ray image receiving unit 120 stores the reference image ID, the plurality of first reference X-ray images 61, and the plurality of second reference X-ray images 62 in the storage 110.
本実施の形態の学習処理方法は、学習用データセット115を生成すること(ステップS12)を備える。学習用データセット115は、参照画像IDと、複数の第1参照X線画像61のうち当該参照画像IDに対応する第1参照X線画像61と、複数の第2参照X線画像62のうち当該参照画像IDに対応する第2参照X線画像62とを互いに対応付けることによって生成される。データ前処理部121(図12を参照)は、ストレージ110に格納されている参照画像IDと複数の第1参照X線画像61と複数の第2参照X線画像62とを読み出して、ステップS12を実行する。学習用モデル123の学習の精度を向上させるために、データ前処理部121は、バイキュービック補間法などを用いて、複数の第1参照X線画像61及び複数の第2参照X線画像62を望ましいサイズまでアップスケールしてもよい。データ前処理部121は、学習用データセット115をストレージ110に格納する。 The learning processing method of this embodiment includes generating a learning dataset 115 (step S12). The learning dataset 115 is generated by associating a reference image ID with a first reference X-ray image 61 corresponding to the reference image ID among the multiple first reference X-ray images 61 and a second reference X-ray image 62 corresponding to the reference image ID among the multiple second reference X-ray images 62. The data preprocessing unit 121 (see FIG. 12) reads out the reference image ID, the multiple first reference X-ray images 61, and the multiple second reference X-ray images 62 stored in the storage 110, and executes step S12. In order to improve the accuracy of learning of the learning model 123, the data preprocessing unit 121 may upscale the multiple first reference X-ray images 61 and the multiple second reference X-ray images 62 to a desired size using a bicubic interpolation method or the like. The data preprocessing unit 121 stores the learning dataset 115 in the storage 110.
本実施の形態の学習処理方法は、学習用データセット115を学習用モデル123に入力して、学習済モデル113を生成すること(ステップS13)を備える。学習部122(図12を参照)が、ステップS13を実行する。具体的には、ステップS13は、ステップS14と、ステップS15とを含む。ステップS14では、学習用データセット115に含まれる第1参照X線画像61を学習用モデル123に入力して、暫定補正X線画像65を生成する。ステップS14では、暫定補正X線画像65と対応する第2参照X線画像62との間の誤差を最小化するように、学習用モデル123のパラメータ123Pを繰り返し更新して最適化する。例えば、参照画像IDが「1」の第1参照X線画像61を学習用モデル123に入力することによって得られる暫定補正X線画像65と、参照画像IDが「1」の第2参照X線画像62との間の誤差を最小化するように、学習用モデル123のパラメータ123Pを繰り返し更新して最適化する。他の参照画像IDの各々についても同様に、暫定補正X線画像65と対応する第2参照X線画像62との間の誤差を最小化するように、学習用モデル123のパラメータ123Pを繰り返し更新して最適化する。こうして、学習用モデル123から学習済モデル113が生成される。 The learning processing method of this embodiment includes inputting the learning data set 115 into the learning model 123 to generate a learned model 113 (step S13). The learning unit 122 (see FIG. 12) executes step S13. Specifically, step S13 includes steps S14 and S15. In step S14, the first reference X-ray image 61 included in the learning data set 115 is input into the learning model 123 to generate a provisionally corrected X-ray image 65. In step S14, the parameters 123P of the learning model 123 are repeatedly updated and optimized so as to minimize the error between the provisionally corrected X-ray image 65 and the corresponding second reference X-ray image 62. For example, the parameters 123P of the learning model 123 are repeatedly updated and optimized so as to minimize the error between the provisionally corrected X-ray image 65 obtained by inputting the first reference X-ray image 61 having a reference image ID of "1" into the learning model 123 and the second reference X-ray image 62 having a reference image ID of "1". Similarly, for each of the other reference image IDs, the parameters 123P of the learning model 123 are repeatedly updated and optimized so as to minimize the error between the provisionally corrected X-ray image 65 and the corresponding second reference X-ray image 62. In this way, the learned model 113 is generated from the learning model 123.
本実施の形態の学習処理方法は、学習済モデル113を出力すること(ステップS16)を備える。出力部127(図12を参照)が、ステップS16を実行する。ステップS16は、例えば、ステップS17と、ステップS18とを含む。ステップS17では、出力部127は、学習済モデル113をストレージ210に格納する。ステップS18では、出力部127は、学習済モデル113を端末装置200に送信する。具体的には、出力部127は、ストレージ210から学習済モデル113を読み出して、ネットワークコントローラ206を通じて、学習済モデル113を端末装置200に送信する。学習済モデル113は、ストレージ210(図11を参照)に格納される。こうして、本実施の形態の学習処理方法は完了する。 The learning processing method of this embodiment includes outputting the learned model 113 (step S16). The output unit 127 (see FIG. 12) executes step S16. Step S16 includes, for example, steps S17 and S18. In step S17, the output unit 127 stores the learned model 113 in the storage 210. In step S18, the output unit 127 transmits the learned model 113 to the terminal device 200. Specifically, the output unit 127 reads out the learned model 113 from the storage 210 and transmits the learned model 113 to the terminal device 200 via the network controller 206. The learned model 113 is stored in the storage 210 (see FIG. 11). In this way, the learning processing method of this embodiment is completed.
<学習済モデル113を利用した画像処理>
図9及び図17から図19を参照して、学習済モデル113の利用した本実施の形態の画像処理を説明する。本実施の形態の画像処理は、例えば、端末装置200によって実行される。端末装置200は、X線画像処理装置として機能する。
<Image processing using trained model 113>
9 and 17 to 19, the image processing of the present embodiment using the trained model 113 will be described. The image processing of the present embodiment is executed by, for example, the terminal device 200. The terminal device 200 functions as an X-ray image processing device.
図17に示されるように、端末装置200は、X線画像受付部220と、画像処理部221と、出力部227とを含む。画像処理部221は、学習済モデル113を含む。 As shown in FIG. 17, the terminal device 200 includes an X-ray image receiving unit 220, an image processing unit 221, and an output unit 227. The image processing unit 221 includes the trained model 113.
X線画像受付部220は、X線装置1から試料30のX線画像60を受け付ける。X線画像受付部220は、試料30のX線画像60を、ストレージ210に格納する。 The X-ray image receiving unit 220 receives the X-ray image 60 of the sample 30 from the X-ray device 1. The X-ray image receiving unit 220 stores the X-ray image 60 of the sample 30 in the storage 210.
画像処理部221は、試料30のX線画像60を学習済モデル113に入力して、試料30の補正X線画像66を生成する。学習済モデル113は、第1の時間と同程度の長さである第2の時間にわたって撮像された第1参照X線画像61と、第1の時間及び第2の時間より長い第3の時間にわたって撮像された第2参照X線画像62とによって学習されている。そのため、試料30の補正X線画像66の鮮明度は、試料30のX線画像60の鮮明度より向上する。例えば、試料30の補正X線画像66は、第2参照X線画像62と同程度の鮮明度を有している。試料30の補正X線画像66は、あたかも、室温より低い低温において、第2参照X線画像62の撮像時間である第3の時間にわたって試料30を撮像することによって取得される試料30のX線画像60と同程度の鮮明度を有している。図18を参照して、補正X線画像66の一例を示す。図18では、試料30は、上述した光ファイバケーブルである。 The image processing unit 221 inputs the X-ray image 60 of the sample 30 into the learned model 113 to generate a corrected X-ray image 66 of the sample 30. The learned model 113 is learned by the first reference X-ray image 61 captured over a second time period that is approximately the same length as the first time period, and the second reference X-ray image 62 captured over a third time period that is longer than the first time period and the second time period. Therefore, the clarity of the corrected X-ray image 66 of the sample 30 is improved compared to the clarity of the X-ray image 60 of the sample 30. For example, the corrected X-ray image 66 of the sample 30 has a clarity equivalent to that of the second reference X-ray image 62. The corrected X-ray image 66 of the sample 30 has a clarity equivalent to that of the X-ray image 60 of the sample 30 acquired by capturing an image of the sample 30 over a third time period that is the capturing time of the second reference X-ray image 62 at a low temperature lower than room temperature. An example of the corrected X-ray image 66 is shown with reference to FIG. 18. In Figure 18, sample 30 is the optical fiber cable described above.
出力部227は、試料30の補正X線画像66を出力する。例えば、出力部227は、試料30の補正X線画像66を、ストレージ210に格納する。出力部227は、試料30の補正X線画像66を、ディスプレイ204(図11を参照)に表示する。 The output unit 227 outputs the corrected X-ray image 66 of the sample 30. For example, the output unit 227 stores the corrected X-ray image 66 of the sample 30 in the storage 210. The output unit 227 displays the corrected X-ray image 66 of the sample 30 on the display 204 (see FIG. 11).
図19を参照して、本実施の形態のX線画像処理方法を説明する。本実施の形態のX線画像処理方法は、例えば、端末装置200において実行される。図19に示される各ステップは、例えば、端末装置200のプロセッサ202が画像処理プログラム211(図11を参照)を含むプログラムを実行することによって実現される。 The X-ray image processing method of this embodiment will be described with reference to FIG. 19. The X-ray image processing method of this embodiment is executed, for example, in the terminal device 200. Each step shown in FIG. 19 is realized, for example, by the processor 202 of the terminal device 200 executing a program including the image processing program 211 (see FIG. 11).
本実施の形態のX線画像処理方法は、X線装置1から、試料30のX線画像60を受け付けること(ステップS21)を備える。X線画像受付部220が、ステップS21を実行する。X線画像受付部220は、試料30のX線画像60をストレージ210に格納する。 The X-ray image processing method of this embodiment includes receiving an X-ray image 60 of the sample 30 from the X-ray device 1 (step S21). The X-ray image receiving unit 220 executes step S21. The X-ray image receiving unit 220 stores the X-ray image 60 of the sample 30 in the storage 210.
本実施の形態のX線画像処理方法は、試料30のX線画像60を学習済モデル113に入力して、補正X線画像66を生成すること(ステップS22)を備える。画像処理部221が、ステップS22を実行する。学習済モデル113は、第1の時間と同程度の長さである第2の時間にわたって撮像された第1参照X線画像61と、第1の時間及び第2の時間より長い第3の時間にわたって撮像された第2参照X線画像62とによって学習されている。そのため、試料30の補正X線画像66の鮮明度は、試料30のX線画像60の鮮明度より向上する。 The X-ray image processing method of this embodiment includes inputting the X-ray image 60 of the sample 30 into the trained model 113 to generate a corrected X-ray image 66 (step S22). The image processing unit 221 executes step S22. The trained model 113 is trained using a first reference X-ray image 61 captured over a second time period that is approximately the same length as the first time period, and a second reference X-ray image 62 captured over a third time period that is longer than the first time period and the second time period. Therefore, the clarity of the corrected X-ray image 66 of the sample 30 is improved compared to the clarity of the X-ray image 60 of the sample 30.
本実施の形態のX線画像処理方法は、補正X線画像66を出力すること(ステップS23)を備える。ステップS23は、例えば、補正X線画像66をストレージ210に格納すること(ステップS24)と、補正X線画像66をディスプレイ204に表示すること(ステップS25)とを含む。こうして、本実施の形態のX線画像処理方法は完了する。 The X-ray image processing method of this embodiment includes outputting the corrected X-ray image 66 (step S23). Step S23 includes, for example, storing the corrected X-ray image 66 in the storage 210 (step S24) and displaying the corrected X-ray image 66 on the display 204 (step S25). In this way, the X-ray image processing method of this embodiment is completed.
(画像処理システム90及び画像処理方法の変形例)
第1変形例の画像処理システム90では、サーバ装置100及び端末装置200は、通信ネットワーク50を介して、X線装置1に通信可能に接続されていなくてもよい。第1変形例の画像処理システム90では、参照画像IDと複数の第1参照X線画像61と複数の第2参照X線画像62とが、非一過的な記憶媒体を用いて、X線装置1(ストレージ14)からサーバ装置100(ストレージ110)に受け渡されてもよい。第1変形例の画像処理システム90では、室温より低い低温で第1の時間にわたって試料30を撮像することによって取得された試料30のX線画像60を、非一過的な記憶媒体を用いて、X線装置1(ストレージ14)から端末装置200(ストレージ210)に受け渡されてもよい。
(Modifications of Image Processing System 90 and Image Processing Method)
In the image processing system 90 of the first modification, the server device 100 and the terminal device 200 may not be communicatively connected to the X-ray device 1 via the communication network 50. In the image processing system 90 of the first modification, the reference image ID, the plurality of first reference X-ray images 61, and the plurality of second reference X-ray images 62 may be transferred from the X-ray device 1 (storage 14) to the server device 100 (storage 110) using a non-transient storage medium. In the image processing system 90 of the first modification, the X-ray image 60 of the sample 30 acquired by imaging the sample 30 for a first time at a low temperature lower than room temperature may be transferred from the X-ray device 1 (storage 14) to the terminal device 200 (storage 210) using a non-transient storage medium.
第2変形例の画像処理システム90はサーバ装置100を備え、サーバ装置100において、学習済モデル113が生成されるとともに、学習済モデル113を生成した画像処理が行われる。第2変形例の画像処理方法は、サーバ装置100で実行される。第3変形例の画像処理システム90は端末装置200を備え、端末装置200において、学習済モデル113が生成されるとともに、学習済モデル113を生成した画像処理が行われる。第3変形例の画像処理方法は、端末装置200で実行される。 The image processing system 90 of the second modified example includes a server device 100, in which the trained model 113 is generated and the image processing that generated the trained model 113 is performed. The image processing method of the second modified example is executed by the server device 100. The image processing system 90 of the third modified example includes a terminal device 200, in which the trained model 113 is generated and the image processing that generated the trained model 113 is performed. The image processing method of the third modified example is executed by the terminal device 200.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered limiting. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the scope of the claims and meanings equivalent thereto.
1 X線装置
2 X線撮像装置
3 X線源
3a X線
4 ステージ
4a 試料載置面
4r 回転軸
5 冷却容器
5c 中心軸
6 ステージ駆動装置
7 X線検出器
8 X線検出素子
10 コンピュータ
11 プロセッサ
12 制御部
13 画像再構成部
14 ストレージ
20 中空容器
21 底板
22 管
22a 第1端
22b 第2端
22c 外側面
22d 内側面
22e 収容空間
23 第1開口
25 固定部材
26 貫通孔
27 第2開口
30 試料
31 参照試料
33 冷却液
35 断熱容器
35s 外側面
36 第1断熱部材
36a 基部
36b 環状突出部
37 凹部
38 第2断熱部材
39 貫通孔
50 通信ネットワーク
61 第1参照X線画像
62 第2参照X線画像
60 X線画像
65 暫定補正X線画像
66 補正X線画像
90 画像処理システム
100 サーバ装置
101 入力装置
102 プロセッサ
103 メモリ
104 ディスプレイ
106 ネットワークコントローラ
107 記憶媒体ドライブ
108 記憶媒体
110 ストレージ
111 前処理プログラム
112,125 学習用プログラム
113 学習済モデル
113N,123N ニューラルネットワーク構造
113P 学習済パラメータ
115 学習用データセット
116 学習用データ
120 参照X線画像受付部
121 前処理部
122 学習部
123 学習用モデル
123P パラメータ
127,227 出力部
200 端末装置
201 入力装置
202 プロセッサ
203 メモリ
204 ディスプレイ
206 ネットワークコントローラ
207 記憶媒体ドライブ
208 記憶媒体
210 ストレージ
211 画像処理プログラム
220 受付部
221 画像処理部
1 X-ray device 2 X-ray imaging device 3 X-ray source 3a X-ray 4 Stage 4a Sample placement surface 4r Rotation axis 5 Cooling container 5c Central axis 6 Stage driving device 7 X-ray detector 8 X-ray detection element 10 Computer 11 Processor 12 Control unit 13 Image reconstruction unit 14 Storage 20 Hollow container 21 Bottom plate 22 Tube 22a First end 22b Second end 22c Outer surface 22d Inner surface 22e Storage space 23 First opening 25 Fixing member 26 Through hole 27 Second opening 30 Sample 31 Reference sample 33 Cooling liquid 35 Insulating container 35s Outer surface 36 First insulating member 36a Base 36b Annular protrusion 37 Recess 38 Second insulating member 39 Through hole 50 Communication network 61 First reference X-ray image 62 Second reference X-ray image 60 X-ray image 65 Temporary corrected X-ray image 66 Corrected X-ray image 90 Image processing system 100 Server device 101 Input device 102 Processor 103 Memory 104 Display 106 Network controller 107 Storage medium drive 108 Storage medium 110 Storage 111 Pre-processing program 112, 125 Learning program 113 Learned model 113N, 123N Neural network structure 113P Learned parameters 115 Learning data set 116 Learning data 120 Reference X-ray image receiving unit 121 Pre-processing unit 122 Learning unit 123 Learning model 123P Parameters 127, 227 Output unit 200 Terminal device 201 Input device 202 Processor 203 Memory 204 Display 206 Network controller 207 Storage medium drive 208 Storage medium 210 Storage 211 Image processing program 220 Reception unit 221 Image processing unit
Claims (15)
第1端と前記第1端とは反対側の第2端とを含む管と、前記第1端を閉塞する底板とを含む中空容器と、
前記中空容器を収容する断熱容器とを備え、
前記管と前記底板とによって規定される収容空間に、試料と、前記試料を冷却する冷却液とが収容され、
前記試料は、前記冷却液に浸漬され、かつ、前記管または前記底板の少なくとも一つによって支持され、
前記管及び前記断熱容器は、X線を透過させ得るとともに2.8g/cm 3 以下の密度を有する材料で形成されており、
前記第2端に、前記収容空間に連通する第1開口が設けられており、
前記断熱容器には、前記第1開口に連通する貫通孔が設けられている、冷却容器。 A cooling vessel, the cooling vessel comprising:
a hollow vessel including a tube having a first end and a second end opposite the first end, and a bottom plate closing the first end;
and a heat-insulating container that houses the hollow container,
a sample and a cooling liquid for cooling the sample are accommodated in an accommodation space defined by the tube and the bottom plate;
the sample is immersed in the cooling liquid and supported by at least one of the tube or the bottom plate;
The tube and the insulating container are made of a material that is transparent to X-rays and has a density of 2.8 g/cm3 or less ;
A first opening communicating with the accommodation space is provided at the second end,
The heat-insulating container has a through hole communicating with the first opening.
前記断熱容器のうち前記管を覆う部分の外側面は、円筒外側面の形状を有している、請求項1に記載の冷却容器。 the tube has a cylindrical shape;
The cooling vessel according to claim 1 , wherein an outer surface of the portion of the insulating vessel that covers the tube has a cylindrical outer surface shape.
前記第2断熱部材は、前記凹部に嵌合されている、請求項6に記載の冷却容器。 A recess is formed in the first heat insulating member,
The cooling vessel according to claim 6 , wherein the second insulating member is fitted into the recess.
前記試料は、前記固定部材を介して、前記管に対して支持されており、
前記固定部材には、前記管の長手方向に沿って延在するとともに前記固定部材を貫通する第2開口が設けられている、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の冷却容器。 The hollow vessel further includes a fixing member,
the sample is supported relative to the tube via the fixing member;
The cooling vessel according to claim 1 , wherein the fixing member is provided with a second opening extending along the longitudinal direction of the tube and penetrating the fixing member.
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の前記冷却容器とを備え、
前記X線撮像装置は、X線を放射するX線源と、前記冷却容器を支持するステージと、前記冷却容器を通過した前記X線を検出するX線検出器とを含む、X線装置。 An X-ray imaging device;
The cooling container according to any one of claims 1 to 11,
The X-ray imaging device is an X-ray device including an X-ray source that emits X-rays, a stage that supports the cooling container, and an X-ray detector that detects the X-rays that have passed through the cooling container.
前記試料の前記X線画像をニューラルネットワークに入力して、前記試料の前記X線画像より鮮明な前記試料の補正X線画像を生成するステップとを備え、
前記ニューラルネットワークは、学習用データセットを用いた学習により生成され、
前記学習用データセットは、参照試料を冷却することなく前記X線装置を用いて前記参照試料を第2の時間にわたって撮像することによって取得された第1参照X線画像と、前記参照試料を冷却することなく前記X線装置を用いて前記参照試料を第3の時間にわたって撮像することによって取得された第2参照X線画像とを含み、
前記第2の時間は、前記第1の時間の0.5倍以上2.0倍以下であり、
前記第3の時間は、前記第1の時間より長く、かつ、前記第2の時間より長い、X線画像処理方法。 obtaining an X-ray image of the sample by imaging the sample at a cryogenic temperature below room temperature for a first period of time using the X-ray device of claim 13 or 14;
inputting the X-ray image of the sample into a neural network to generate a corrected X-ray image of the sample that is sharper than the X-ray image of the sample;
The neural network is generated by training using a training data set;
the training data set includes a first reference X-ray image acquired by imaging the reference sample with the X-ray device for a second time period without cooling the reference sample, and a second reference X-ray image acquired by imaging the reference sample with the X-ray device for a third time period without cooling the reference sample;
the second time period is 0.5 to 2.0 times the first time period,
The X-ray image processing method, wherein the third time period is longer than the first time period and longer than the second time period.
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