【手続補正書】
【提出日】平成17年3月31日(2005.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、
被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出信号を生成する放射線検出器を用いて、前記複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得るステップ（ａ）と、
前記複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｂ）と、
を具備する位相情報復元方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）において求められた位相データに基づいて、画像の明度に対応した画像データを生成するステップ（ｃ）をさらに具備する請求項１記載の位相情報復元方法。
【請求項３】
被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、
被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた、前記複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の第１の検出データを取得するステップ（ａ）と、
前記複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２の検出データをそれぞれ生成するステップ（ｂ）と、
前記複数の第２の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｃ）と、
を具備する位相情報復元方法。
【請求項４】
ステップ（ｃ）において求められた位相データに基づいて、画像の明度に対応した画像データを生成するステップ（ｄ）をさらに具備する請求項３記載の位相情報復元方法。
【請求項５】
被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元装置であって、
照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを得る検出手段と、
被写体を透過した放射線の強度を異なる距離ｚｉにおいて検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求める位相データ算出手段と、
を具備する位相情報復元装置。
をＣＰＵに実行させる放射線撮像プログラム。
【請求項６】
被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元装置であって、
被写体を透過した放射線の強度を異なる距離ｚｉにおいて検出することにより得られた複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２の検出データをそれぞれ生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって生成された複数の第２の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求める位相データ算出手段と、
を具備する位相情報復元装置。
【請求項７】
前記位相データ算出手段により求められた位相データに基づいて、画像の明度に対応した画像データを生成する画像生成手段をさらに具備する請求項５又は６記載の位相情報復元装置。
【請求項８】
被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元プログラムであって、
被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出信号を生成する放射線検出器を用いて、前記複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得る手順（ａ）と、
前記複数の検出データに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｂ）と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｃ）と、
をＣＰＵに実行させる位相情報復元プログラム。
【請求項９】
被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元プログラムであって、
被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた複数の第１の検出データを取得する手順（ａ）と、
前記複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２のデータをそれぞれ生成する手順（ｂ）と、
前記複数の第２のデータに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｃ）と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｄ）と、
をＣＰＵに実行させる位相情報復元プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
位相コントラスト法には、干渉計やゾーンプレートを用いることにより生じた干渉Ｘ線に基づいて位相差を求める手法や、回折Ｘ線に基づいて位相差を求める手法がある。この内、回折Ｘ線に基づいて位相差を求める回折法は、次のような原理に基づいて位相差を求める。例えば、Ｘ線は、光と同様に波が進行することにより物質中を伝搬する。その伝搬する速度は、物質が有する屈折率によって異なる。このため、位相の揃ったＸ線を被写体に向けて照射すると、被写体における組織の違いによりＸ線の伝わり方に相違が生じる。これにより被写体を透過するＸ線の波面が歪むので、透過Ｘ線に基づいて得られたＸ線画像に回折縞が生じる。この回折縞のパターンは、Ｘ線を結像させるスクリーンと被写体との距離やＸ線の波長によって異なっている。従って、回折縞パターンの異なる２枚以上のＸ線画像を解析することにより、スクリーンの各位置において生じたＸ線の位相差を求めることができる。この位相差を明度に換算することにより、被写体における組織の違いが明確に現れたＸ線画像を得ることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
次に、位相復元の原理について、図１１を用いて説明する。図１１に示すように、波長λを有するＸ線は、図の左側から入射し、物体面１０１を透過し、物体面１０１から距離ｚだけ離れたスクリーン１０２に入射する。ここで、スクリーン１０２上の位置（ｘ，ｙ）におけるＸ線の強度をＩ（ｘ，ｙ）、位相をφ（ｘ，ｙ）とする。このとき、強度Ｉ（ｘ，ｙ）と位相φ（ｘ，ｙ）との間には、次式に示す関係が成り立つ。ここで、強度Iは、波の振幅の２乗である。
【数２】
2004121741.tif 000001
式（２）においてκ＝２π／λとおき、（ｘ，ｙ）成分をベクトルｒに書き換えると、式（１）に示すＴＩＥが導かれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
これらの方法を用い、より精度の高い位相復元を行うためには、検出素子のサイズをできる限り小さくし、多くの検出素子により構成される、高精細（高解像度）のスクリーンを用いることが望ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
しかしながら、高解像度のスクリーンを用いると、ノイズの影響を受けやすくなるといった問題があった。ノイズの影響を減少させるためには、Ｘ線の照射量を増加させることが考えられるが、人体のような生体の場合には、被曝の恐れがあるために、照射量を増加させることができないといった問題がある。なお、下記の非特許文献１及び非特許文献２には、非生体試料を撮影しているため、このようなノイズと照射量の関係については述べられていない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る位相情報復元方法は、被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出信号を生成する放射線検出器を用いて、複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得るステップ（ａ）と、複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｂ）とを具備する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明の第２の観点に係る位相情報復元方法は、被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた、複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の第１の検出データを取得するステップ（ａ）と、複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２の検出データをそれぞれ生成するステップ（ｂ）と、複数の第２の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｃ）とを具備する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の第１の観点に係る位相情報復元装置は、被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元装置であって、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを得る検出手段と、被写体を透過した放射線の強度を異なる距離ｚｉにおいて検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求める位相データ算出手段とを具備する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、本発明の第２の観点に係る位相情報復元装置は、被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元装置であって、被写体を透過した放射線の強度を異なる距離ｚｉにおいて検出することにより得られた複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２の検出データをそれぞれ生成する信号処理手段と、信号処理手段によって生成された複数の第２の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求める位相データ算出手段とを具備する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の第１の観点に係る位相情報復元プログラムは、被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元プログラムであって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出信号を生成する放射線検出器を用いて、複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得る手順（ａ）と、複数の検出データに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｂ）と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｃ）とをＣＰＵに実行させる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、本発明の第２の観点に係る位相情報復元プログラムは、被写体から距離Ｒの位置における焦点サイズσの放射線源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元プログラムであって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた複数の第１の検出データを取得する手順（ａ）と、複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２のデータをそれぞれ生成する手順（ｂ）と、複数の第２のデータに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｃ）と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｄ）とをＣＰＵに実行させる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図２は、撮像部１の構成を示す模式図である。撮影部１は、放射線源１１と、モノクロメータ１２と、センサ１３とを有している。放射線源１１は、シンクロトロン放射光を利用し、モノクロメータ１２で放射光から所定の波長成分だけを回折することにより、単色Ｘ線としている。なお、放射線源１１としては、コヒーレント性及び単色性が高いビームを発生することができる放射線源を用いることが望ましい。ここで、単色性が高いビームとは、主に単一波長を有するビームのことをいうが、厳密に単一波長である必要はない。このため、本実施形態においては、放射線源１１として、Ｘ線を発生するシンクロトロン放射光を用いている。シンクロトロン放射光とは、磁場中で電子を円運動させたり螺旋運動させたりすることによって発生する電磁波のことをいう。このような放射光源においては、電子の求心加速度を変更することにより、発生する放射光の波長を変更することができる。放射線源１１から発生したＸ線は、被写体１０を透過し、センサ１３に入射して回折縞を生じる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
次に、図３を参照しながら、有限の焦点サイズを持つ放射線源から発生したＸ線をセンサ１３の検出素子で検出する検出信号について説明する。なお、本実施形態においては、センサ１３において、縦横の画素サイズがそれぞれΔＸ及びΔＹであるＣＣＤカメラ２０を用いており、蛍光板１９に照射されたＸ線が発する蛍光を、蛍光板１９に対して放射線源１１の反対側で撮影している。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ここで、有限の焦点サイズσを有する放射線源１１から発生するＸ線により得られる画像にはボケが生じる。その画像のボケを表すボケ関数ｆ（ｕ，ｖ）は、被写体１０と放射線源１１との距離をＲ、被写体１０とセンサ１３との撮像距離をｚとし、放射線源のｘ軸、ｙ軸方向の焦点サイズをそれぞれσＸ、σＹとすると、次式で表される正規分布となる。
【数５】
2004121741.tif 000002
ただし、ｕ、ｖはそれぞれセンサ１３におけるｘ軸、ｙ軸方向の空間周波数成分であり、また、ａＸ＝２πσＸｚ／Ｒ、ａＹ＝２πσＹｚ／Ｒである。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
まず、ステップＳ１０において、Ｘ線撮像を行う。即ち、図２に示すように、放射線源１１からの距離がＲとなる位置に被写体を配置し、センサ駆動部１８は、制御部２６の制御に基づいて、撮像距離がｚ１となる位置にセンサ１３を配置し、被写体１０にＸ線を照射することにより、Ｘ線撮像を行う。同様に、撮像距離がｚ２となる位置にセンサ１３を配置し、Ｘ線撮像を行う。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
ここで、放射線源のＸ、Ｙ方向の焦点サイズをσＸ、σＹとし、センサ１３の検出素子の画素サイズを縦横共にΔとし、焦点サイズσＸ、σＹの大きい方をσ、撮像距離の大きい方をｚとすると、センサ駆動部１８は、式（７）を満たすように、Δ≧πσｚ／３Ｒを満たす画素サイズの検出素子を用いたセンサ１３を配置する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
さらに、本実施形態においては、被写体を撮像する際に放射光源を用いているが、放射光ではないビームを発生する放射線源を用いても良い。例えば、立命館大学が開発した電子蓄積型高輝度硬Ｘ線発生装置は、卓上型でありながら放射光並みに輝度及び指向性の高いＸ線を発生することができる。この装置が発生するＸ線はコヒーレント性を有しており、また、単一波長ではないが、単色化結晶と組み合わせることにより単色化することが可能である。また、技術研究組合フェムト秒テクノロジー研究機構（ＦＥＳＴＡ）が開発した線源は、逆コンプトン散乱の原理に基づいて極短パルス高輝度Ｘ線を発生する。この線源は、小型で持ち運びが可能であり、干渉性を有すると共に、指向性及び単色性の高いＸ線を発生することができる。なお、放射線源として点放射線源を用いる場合には、画像構成部においてデータ処理を行う際に、拡大率を含めて補正することが望ましい。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
まず、ステップＳ２０において、Ｘ線撮像を行う。即ち、図２に示すように、放射線源１１からの距離がＲとなる位置に被写体を配置し、センサ駆動部１８は、制御部２６の制御に基づいて、撮像距離がｚ１となる位置にセンサ１３を配置し、被写体１０にＸ線を照射することにより、Ｘ線撮像を行う。同様に、撮像距離がｚ２となる位置にセンサ１３を配置し、Ｘ線撮像を行う。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
なお、ＬＰＦ２８で抑制又は除去される高空間周波数成分領域は、図４において、ボケによって信号の無い領域である。したがって、３シグマ範囲外の空間周波数成分を抑圧又は除去するため、放射線源１１の縦横の焦点サイズをσＸ、σＹ、放射線源と被写体との距離をＲ、撮影距離をｚとし、ｘ、ｙの空間周波数成分をｕ，ｖとすると、ｕ＞３Ｒ／２πσＸｚ、ｖ＞３Ｒ／２πσＹｚの空間周波数成分を抑圧又は除去すれば良い。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
本発明によれば、位相コントラスト法により人体等の生体の放射線画像を構成する際に、ボケによる信号の無い領域の検出信号を除去することによりＸ線の照射量を増加させることなく、ノイズの影響を減少させることができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元装置の構成を示す図である。
【図２】
図１に示す撮像部の構成を示す模式図である。
【図３】
有限の焦点サイズを持つ放射線源から発生したＸ線をセンサに含まれる検出素子を用いて検出することによって得られる検出信号について説明するための図である。
【図４】
空間周波数の関数としてボケ関数を示す図である。
【図５】
本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。
【図６】
拡大撮影を行う場合の撮像部の構成を示す模式図である。
【図７】
本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置の構成を示す図である。
【図８】
本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。
【図９】
本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置の構成の変形例を示す図である。
【図１０】
図９に示す読取り部の構成を示す模式図である。
【図１１】
位相復元の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１、７  撮像部
２、５  画像構成部
３  表示部
４  出力部
６  読取り部
１０  被写体
１１  放射線源
１２  モノクロメータ
１３  センサ
１４  保持部
１５  レール
１６、７０  増幅器
１７、７１  Ａ／Ｄ変換器
１８  センサ駆動部
１９  蛍光板
２０  ＣＣＤカメラ
２１  記憶部
２２  差分処理部
２３  ラプラシアン処理部
２４  逆ラプラシアン処理部
２５  画像処理部
２６  制御部
２７  記録媒体
２８  ＬＰＦ
６０  輝尽性蛍光体シート（記録シート）
６１  モータ
６２  シート搬送手段
６３  レーザ光源
６４  モータ
６５  回転多面鏡
６６  収束レンズ
６７  ミラー
６８  光ガイド
６９  フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）
１０１  物体面
１０２  スクリーン
【手続補正２２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004121741.tif 000003
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004121741.tif 000004
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004121741.tif 000005