(57)【要約】      （修正有）【課題】検出器による検出結果のビジビリティを従来よりも高くすることができるＸ線撮像装置を提供すること。【解決手段】Ｘ線撮像装置１００は、Ｘ線源からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する第１の格子１０４と、干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽する第２の格子１０５と、第２の格子からのＸ線を検出する検出器１０６と、を備える。第２の格子は、遮蔽部と透過部とが第１の周期Ａで配列した第１の遮蔽格子部と、遮蔽部と透過部とが第２の周期Ｂで配列した第２の遮蔽格子部とを持つ。第１の周期Ａは下記式で表される。A=ps x n x Ls/(Ls+Lf)但し、検出器が持つ画素のサイズをｐｓ、ｎを正の整数、ＬｓをＸ線源から第１の遮蔽格子部までの距離、Ｌｆを第１の遮蔽格子部から検出器までの距離とする。【選択図】図１
2014171799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する第１の格子と、前記干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽する第２の格子と、前記第２の格子からのＸ線を検出する検出器と、を備え、前記Ｘ線源と前記第２の格子との間に置かれた被検体を撮像するＸ線撮像装置において、
前記第２の格子は、
遮蔽部と透過部とが第１の周期で配列した第１の遮蔽格子部と、
遮蔽部と透過部とが第２の周期で配列した第２の遮蔽格子部と、を持ち、
前記第１の周期は下記式で表されることを特徴とするＸ線撮像装置。
【数１】
2014171799.tif 000024
但し、前記検出器が持つ画素のサイズをｐｓ、ｎを正の整数、Ｌｓを前記Ｘ線源から前記第１の遮蔽格子部までの距離、Ｌｆを前記第１の遮蔽格子部から前記検出器までの距離とする。
【請求項２】
前記第１の遮蔽格子部が前記第１の周期の方向に周期を有する１次元格子であって、
前記検出器上に形成される周期パターンの周期が前記画素のサイズのｍ倍、
前記第１の周期が前記画素のサイズのｎ倍、
前記周期パターンのビジビリティをＶ＿ｍ、
前記第１の遮蔽格子部の開口率をＤ、
前記画素のサイズをｐｓ、として、
前記被検体の撮像時において、
前記検出器へのＸ線照射量が前記開口率にかかわらず一定の場合、ＳＮＲ＝１
前記検出器へのＸ線照射量が前記開口率に応じて変化する場合、ＳＮＲ＝√Ｄ
とするとき、
下記式が成り立つことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【数２】
2014171799.tif 000025
【請求項３】
前記第１の遮蔽格子部が互いに交わるｘ方向とｙ方向とに周期を有する２次元格子であって、
前記検出器上に形成される周期パターンの前記ｘ方向における周期が前記画素のサイズのｍｘ倍、前記検出器上に形成される周期パターンの前記ｙ方向における周期が前記画素のサイズのｍｙ倍、
前記第１の遮蔽格子部の前記ｘ方向における周期が前記画素のサイズのｎｘ倍、前記第１の遮蔽格子部の前記ｙ方向における周期が前記画素のサイズのｎｙ倍、
前記周期パターンの前記ｘ方向におけるビジビリティをＶ＿ｍｘ、
前記周期パターンの前記ｙ方向におけるビジビリティをＶ＿ｍｙ、
前記第１の遮蔽格子部のｘ方向における開口率をＤｘ、
前記第１の遮蔽格子部のｙ方向における開口率をＤｙ、
前記画素サイズをｐｓ、として、
前記被検体の撮像時において、
前記検出器へのＸ線照射量が前記開口率にかかわらず一定の場合、ＳＮＲ＝１
前記検出器へのＸ線照射量が前記開口率に応じて変化する場合、ＳＮＲ＝√Ｄｘ×√Ｄｙ
とするとき、
下記式のうち少なくともいずれかが成り立つことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【数３】
2014171799.tif 000026
【数４】
2014171799.tif 000027
【請求項４】
前記第１の遮蔽格子部が前記第１の周期の方向に周期を有する１次元格子であって、
前記検出器上に形成される周期パターンの周期が前記画素のサイズのｍ倍、
前記第１の周期が前記画素のサイズのｎ倍とするとき、
下記式が成り立つことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮像装置。
１／３≦ｎ／ｍ≦１／２
【請求項５】
前記第１の遮蔽格子部が互いに交わるｘ方向とｙ方向とに周期を有する２次元格子であって、
前記検出器上に形成される周期パターンの前記ｘ方向における周期が前記画素のサイズのｍｘ倍、前記検出器上に形成される周期パターンの前記ｙ方向における周期が前記画素のサイズのｍｙ倍、
前記第１の遮蔽格子部の前記ｘ方向における周期が前記画素のサイズのｎｘ倍、前記第１の遮蔽格子部の前記ｙ方向における周期が前記画素のサイズのｎｙ倍、とするとき、
下記式が成り立つことを特徴とする請求項１又は３に記載のＸ線撮像装置。
１／２．５≦√（ｎ＿ｘ×ｎ＿ｙ／ｍｘ×ｍ＿ｙ）≦１／２
【請求項６】
前記第１の遮蔽格子部が前記第１の周期の方向に周期を有する１次元格子であって、
前記第１の周期の方向と前記第２の周期の方向とが交わることを特徴とする請求項１、２又は４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記第１の遮蔽格子部が互いに交わるｘ方向とｙ方向とに周期を有する２次元格子であって、
前記ｘ方向と前記ｙ方向と前記第２の周期の方向とが互いに交わることを特徴とする請求項１、３又は５に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記第１の遮蔽格子部と前記第２の遮蔽格子部とのそれぞれが遮蔽格子であり、独立して構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置と、
前記Ｘ線撮像装置が備える前記検出器の検出結果に基づいて前記被検体の情報を算出する演算装置と、を備えることを特徴とするＸ線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線を用いて被検体を撮像するＸ線撮像装置及びＸ線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被検体を透過することによるＸ線の位相変化に基づいてコントラストを発生させ
る、Ｘ線位相コントラストイメージングと呼ばれる撮像方法が検討されている。このＸ線位相コントラストイメージング法の一つとして、トールボット干渉を用いたＸ線トールボット干渉法と呼ばれる撮像方法があり特許文献１に記載されている。
【０００３】
トールボット干渉法の概要を説明する。トールボット干渉法には、回折格子、遮蔽格子、遮蔽格子からのＸ線を検出する検出器を備えるＸ線撮像装置が用いられるが一般的である。回折格子に空間的に可干渉性の高いＸ線が照射されると、そのＸ線は回折格子により回折され、特定の位置に明暗の周期を持つ干渉パターン（自己像と呼ぶことがある）を形成する（トールボット効果）。一般的に、この自己像の周期は、検出器の画素サイズよりも小さい。そのため、自己像の一部を遮蔽格子により遮蔽してよりピッチが大きい周期パターンを形成し、この周期パターンを検出器により検出する。
【０００４】
Ｘ線源と検出器の間に被検体を配置すると、Ｘ線源からのＸ線は被検体による屈折、吸収、散乱を受ける。これにより、自己像が変化し、自己像と遮蔽格子により形成される周期パターンも変化する。この周期パターンを検出器で検出し、また必要であれば検出結果を用いて演算を行うことで、被検体の情報を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際出願公開  ＷＯ０４／０５８０７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、干渉パターンと遮蔽格子により形成されるパターンを検出器で検出すると、検出器のＭＴＦ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の影響により、検出結果のビジビリティが低下することがある。また、Ｘ線トールボット干渉法を行うＸ線撮像装置においては、デジタルＸ線検出器が用いられることが多く、デジタルＸ線検出器を用いる場合はサンプリング周波数の影響により、検出結果のビジビリティが低下することもある。
【０００７】
そこで本発明は、検出器による検出結果のビジビリティを従来よりも高くすることができるＸ線撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その目的を達成するために、本発明の一側面としてのＸ線撮像装置は、Ｘ線源からのＸ線を回折して干渉パターンを形成する第１の格子と、前記干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽する第２の格子と、前記第２の格子からのＸ線を検出する検出器と、を備え、前記Ｘ線源と前記第２の格子との間に置かれた被検体を撮像するＸ線撮像装置において、前記第２の格子は、遮蔽部と透過部とが第１の周期で配列した第１の遮蔽格子部と、遮蔽部と透過部とが第２の周期で配列した第２の遮蔽格子部と、を持ち、前記第１の周期は前記検出器の画素サイズの整数倍であることを特徴とする。
【０００９】
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、Ｘ線検出器による検出結果のビジビリティを従来よりも高くすることができるＸ線撮像装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係るＸ線撮像装置の模式図。
【図２】実施形態１に係る第２の格子の模式図。
【図３】実施形態１に係るモアレと第１の遮蔽格子部と画素の関係を示す模式図。
【図４】実施形態１に係る検出結果のビジビリティと第１の遮蔽格子部の開口率の関係を示すグラフ。
【図５】実施形態１及び実施形態２に係るモアレと第１の遮蔽格部の模式図。
【図６】実施形態２に係る検出結果のＦＯＭと第１の遮蔽格子部の開口率の関係を示すグラフ。
【図７】実施形態２に係る第２の格子の模式図と、検出結果のＦＯＭと第１の遮蔽格子部の開口率の関係を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例１と実施例２に関わる干渉パターンとモアレと第２の格子との周期の方向の模式図。
【図９】本発明の実施例３に関わる干渉パターンとモアレと第２の格子との周期の方向の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付の図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
本発明の好ましい形態に係るＸ線撮像装置は、回折格子である第１の格子と、遮蔽格子である第２の格子を備える。第１の格子は、Ｘ線を回折して干渉パターンを形成する。また第２の格子は、第１の格子により形成される干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽する。更に、Ｘ線撮像装置は、第２の格子からのＸ線を検出する検出器を備え、干渉パターンと第２の格子により形成される周期パターンの情報が検出器により検出される。このＸ線撮像装置は、検出器による検出結果を用いて被検体の情報を算出する演算装置と組み合わされてＸ線撮像システムを構成することができる。
【００１４】
第２の格子は、遮蔽部と透過部とが第１の周期で配列した第１の遮蔽格子部と、遮蔽部と透過部とが第２の周期で配列した第２の遮蔽格子部を有する。
【００１５】
第１の遮蔽格子部は２方向に周期を有する２次元パターンを有する２次元格子であっても良い。その場合、第１の遮蔽格子はｘ方向に第１の周期を有し、ｘ方向と交わるｙ方向に第３の周期を有していても良いし、ｘ方向とｙ方向の両方向に第１の周期を有していても良い。第２の遮蔽格子部も同様である。
【００１６】
第１の遮蔽格子部と検出器の距離が０のとき、第１の遮蔽格子部が有する第１の周期Ａは、第１の周期の方向における検出器の画素サイズｐｓの整数倍（ｎ倍）である。第１の遮蔽格子部と検出器の距離が０以外の時は、第１の遮蔽格子部を検出器上に投影したときの第１の周期が、第１の周期の方向における検出器の画素サイズｐｓの整数倍になるようにする。そのために、第１の遮蔽格子部と検出器の距離に応じて第１の周期Ａを調整する。
【００１７】
また、第１の遮蔽格子部の開口率Ｄ＝透過部の幅／（透過部の幅＋遮蔽部の幅）を調整することで、検出結果のビジビリティを向上させることができる。ここで、透過部の幅と遮蔽部の幅は、第１の周期の方向における透過部と遮蔽部の幅のことを指す。尚、第１の遮蔽格子部の開口率が高いほど検出器に照射される時間当たりのＸ線照射量が多い。開口率Ｄにかかわらず同じＸ線量が検出器に入射する場合を実施形態１で、開口率Ｄが低くなるにつれて少ないＸ線量が検出器に入射する（例えば、開口率Ｄに係わらず同じＸ線量が被検体に入射する）場合を実施形態２で説明をする。
【００１８】
第２遮蔽格子部は、干渉パターンの一部を周期的に遮蔽することにより、検出器上に周期パターン（モアレ）を形成することができるように構成されていればよい。そのために、第２の遮蔽格子部が有する第２の周期は、第２の周期の方向における画素サイズよりも小さいことが一般的である。
【００１９】
以下、より詳細に本発明の好ましい実施の形態について説明をする。
【００２０】
（実施形態１）
図１は本実施形態のＸ線撮像装置１００の構成を示した模式図である。図１に示したＸ線撮像装置１００は、Ｘ線源１０１からのＸ線１０２を回折して干渉パターンを形成する第１の格子１０４と、第１の格子１０４により形成された干渉パターンのＸ線の一部を遮蔽する第２の格子１０５を備える。更にＸ線撮像装置１００は、第２の格子１０５からのＸ線を検出する検出器１０６と、第１の格子１０４・第２の格子１０５をそれぞれ独立に移動させる移動手段２０１、２０２を備える。このＸ線撮像装置１００は、検出器１０６の検出結果に基づいて、Ｘ線源１０１と第１の格子１０４の間に配置された被検体１０３の情報を算出する演算装置２０３と、第１の格子にＸ線を照射するＸ線源１０１と共にＸ線線撮像システム１を構成する。尚、図１中では被検体１０３はＸ線源１０１と第１の格子１０４の間に配置されているが、被検体１０３はＸ線源１０１と検出器１０６の間に配置されていればよく、第１の格子１０４と第２の格子１０５の間に配置されていても良い。
【００２１】
第１の格子１０４は、Ｘ線を回折して干渉パターンを形成することができれば良く、例えば周期的にＸ線の位相を変調する位相変調格子でも良いし、周期的にＸ線の強度を変調する強度変調格子でも良い。
【００２２】
第２の格子１０５は、第１の遮蔽格子部１０５ｂと第２の遮蔽格子部１０５ａとを有する遮蔽格子である。第２の格子１０５は、干渉パターンが形成される位置に配置されることで干渉パターンを形成するＸ線の一部を周期的に遮蔽し、干渉パターンと形状が異なる周期パターンを形成する。
【００２３】
第１の遮蔽格子部１０５ｂは、遮蔽部１１５ｂと透過部１２５ｂが第１の周期Ａで配列しており、第２の遮蔽格子部１０５ａは、遮蔽部１１５ａ透過部１２５ａとが第２の周期Ｂで配列している。尚、第１の遮蔽格子部と第２の遮蔽格子部は図２（ａ）に示すように一体になっていても良いし、図２（ｂ）に示すように独立して構成されていてもよい。また、第１の遮蔽格子部の透過部１２５ｂの幅は開口幅ｄともいう。図２（ａ）のように第１の遮蔽格子部と第２の遮蔽格子部が一体化されている場合、第１の遮蔽格子部の透過部内に第２の遮蔽格子部の遮蔽部と透過部とが形成され、第２の遮蔽格子部の一部の透過部内に第１の遮蔽格子部の遮蔽部が形成される。また、第１の遮蔽格子部と第２の遮蔽格子部が独立して構成されている場合、第１の遮蔽格子部と第２の遮蔽格子部は接合されていても良いし、接合されていなくても良い。また、第２の遮蔽格子部１０５ａと第１の遮蔽格子部１０５ｂのどちらが検出器１０６の近くに配置されていても良い。但し、第１の遮蔽格子部１０５ｂを検出器１０６から遠ざけると、ＭＴＦを向上させる効果が低減する。このことから、第１の遮蔽格子部１０５ｂは、検出器１０６に近づけることが望ましい。
【００２４】
第１の遮蔽格子部が有する第１の周期Ａは、画素サイズｐｓのｎ倍である（Ａ＝ｐｓ×ｎ）としたが、第１の遮蔽格子部１０５ｂと検出器１０６の距離を０にすることができない場合は、下式を用いて第１の周期を調整する必要がある。
【００２５】
【数１】
2014171799.tif 000003
【００２６】
但し、ＬｓをＸ線源１０１から第１の遮蔽格子部１０５ｂまでの距離、Ｌｆを第１の遮蔽格子部１０５ｂから検出器１０６までの距離とする。
【００２７】
このように、第１の遮蔽格子部１０５ｂと検出器１０６の距離に応じて第１の周期Ａを補正すると、検出器上に投影される第１の周期Ａを画素サイズｐｓのｎ倍にすることができる。第１の遮蔽格子部１０５ｂと検出器１０６の距離が０のとき、Ｌｓ／（Ｌｓ＋Ｌｆ）＝１なので、第１の周期Ａは画素サイズｐｓのｎ倍である（Ａ＝ｐｓ×ｎ）
尚、図２（（ａ）、（ｂ））において、第１の周期＝画素サイズ（ｐｓ）なので、ｎ＝第１の周期／画素サイズ＝１である。
【００２８】
また、遮蔽部は、入射したＸ線を完全に遮ることができなくても良い。
【００２９】
第１の遮蔽格子部は、干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽することにより検出結果のビジビリティを向上させる。開口率と検出結果のビジビリティの関係については後程詳細に説明をする。
【００３０】
第２の遮蔽格子部は、干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮蔽することにより干渉パターンと異なる周期パターンを検出器上に形成する。つまり、一般的なＸ線トールボット干渉計における遮蔽格子（吸収格子、第２の回折格子などとも呼ばれる）と同様の機能を果たす。
【００３１】
第２の周期と干渉パターンの周期がわずかに異なる場合、周期の差に応じてモアレの一種である拡大・縮小モアレが検出器上に形成される。また、第２の周期と干渉パターンの周期が同じであっても、その周期方向が互いに交わる場合、周期方向同士がなす角度に応じてモアレの一種である回転モアレが検出器上に形成される。また、第２の周期と干渉パターンの周期が同じで、且つ、周期方向も一致する場合、干渉パターンの周期と同じ周期を有する周期パターンが検出器上に形成される。しかし、第２の遮蔽格子部の透過部上に干渉パターンの明部が、第２の遮蔽格子部の遮蔽部上に干渉パターンの暗部が完全に一致するように形成されていない限りは干渉パターンと異なる形状を有する周期パターンが検出器上に形成される。このように、干渉パターンと周期が同じであっても、形状が異なれば、干渉パターンと異なる周期パターンであるとする。
【００３２】
検出器１０６はデジタルＸ線検出器であり、複数の画素１０７を有する。画素は１方向に配列された１次元配列でも良いが、撮像範囲を広げるためには２方向に配列した２次元配列の方が望ましい。
【００３３】
第１の遮蔽格子部の開口率と検出結果のビジビリティの関係について説明をする。
【００３４】
本実施形態では、第２の格子が持つ第１の遮蔽格子部１０５ｂの開口率によらず一定のＸ線量を被検体に照射して撮像するものとする。そのためには、第２の格子１０５の開口率に応じて撮像時間（露光時間）を変えたり、Ｘ線源１０１の出力を変えたりすればよい。また、計算を簡略化するために、ここでは第１の格子１０４並びに第２の格子の第１及び第２の遮蔽格子部１０５ａ、１０５ｂは１方向に周期を有する１次元パターンを有する１次元格子であるとする。
【００３５】
図３は、本実施形態を説明するために、自己像と第２の遮蔽格子部によって生じたモアレ１０９と、画素１０７と、第１の遮蔽格子部の関係を示した模式図である。尚、モアレ１０９は、山なりの頂上に近い方ほどＸ線強度が高く、低いほどＸ線強度が低いことを示している。
【００３６】
図３（ａ）は第１の遮蔽格子部の開口率が１００％、つまり第２の格子が第１の遮蔽格子部を有さない場合について示している。これは、特許文献１にも記載されている従来のＸ線トールボット干渉法におけるモアレと画素の関係と一致する。一方、図３（ｂ）、（ｃ）は自己像と第２の遮蔽格子部によって生じたモアレ１０９と画素１０７の間に第１の遮蔽格子部を導入した時の模式図である。
【００３７】
開口率と検出結果のビジビリティの関係について計算を行う。
【００３８】
モアレ１０９がデジタルデータとして取得される際の検出結果のビジビリティ（Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）を下記式（０）で定義する。
Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ＝Ｆ−１（Ｆ（Ｖ＿ｍ）×Ｆ（ＭＴＦ＿Ｄ））    ・・・式（０）
【００３９】
式（０）のＶ＿ｍは第２の格子１０５を透過したモアレ１０９のビジビリティ、ＭＴＦ＿Ｄは第２の格子１０５の開口率（Ｄ）を変化させたときの振幅変調度である。Ｆは各要素のフーリエ変換、Ｆ−１は逆フーリエ変換である。
【００４０】
検出器上に形成されるモアレ１０９の周期（ある一方向における周期）が１つのとき、式（０）のビジビリティは、下記式（１）で表すことができる。
Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ＝Ｖ＿ｍ×ＭＴＦ＿Ｄ      ・・・式（１）
【００４１】
本実施形態では、説明のためにビジビリティが式（１）で表すことができるものとする。検出結果のビジビリティを得るために、以下、Ｖ＿ｍとＭＴＦ＿Ｄに関して計算を行う。
【００４２】
まず、Ｖ＿ｍを計算する。モアレのビジビリティＶ＿ｍは以下で定義される。
【００４３】
【数２】
2014171799.tif 000004
【００４４】
ＶｍａｘとＶｍｉｎを計算する。
【００４５】
ここで、モアレは下記の式（２）で表されるとする。
【００４６】
【数３】
2014171799.tif 000005
【００４７】
検出器上のモアレ１０９の周期が画素１０７のサイズｐｓのｍ倍とすると、
【００４８】
【数４】
2014171799.tif 000006
【００４９】
【数５】
2014171799.tif 000007
【００５０】
と表される。よって、モアレのビジビリティＶ＿ｍは式（３）で表される。
【００５１】
【数６】
2014171799.tif 000008
【００５２】
次に、ＭＴＦ＿Ｄを計算する。
【００５３】
検出器１０６が有する画素１０７は離散的に分布しており、以下の式が成り立つ。
【００５４】
【数７】
2014171799.tif 000009
【００５５】
【数８】
2014171799.tif 000010
【００５６】
画素サイズをｐｓとすると、開口幅ｄと開口率ｄの関係は、ｄ＝Ｄ×ｍ×ｐｓ÷ｎで示される。よって、ＭＴＦ＿Ｄは下記の式（４）で表される。
【００５７】
【数９】
2014171799.tif 000011
【００５８】
式（１）と（４）から、下記式（５）が成り立つ。
【００５９】
【数１０】
2014171799.tif 000012
【００６０】
また、モアレを式（２）とするとき、式（３）と式（５）から下記式（６）が成り立つ。
【００６１】
【数１１】
2014171799.tif 000013
【００６２】
式（６）に、ｍ＝４とｍ＝８を代入し、開口率Ｄとビジビリティの向上度の関係を計算したときの結果を図４に示す。開口率Ｄ＝１とは、第１の遮蔽格子部が存在しない状態のことである。また、図４の縦軸のビジビリティの向上度とは、Ｄ＝１のときのビジビリティを１と規格化したときの、各開口率でのビジビリティを表している。
【００６３】
図４からわかるように、本実施形態では、開口率を小さくするほどモアレ１０９のビジビリティの向上度が高くなる。そのため、第１の遮蔽格子部の導入により、検出結果のビジビリティを向上させることができることがわかる。また、本実施形態のように検出結果を用いて被検体の情報を算出する場合、検出結果に含まれる周期パターンのボケが減るため、より正確な被検体の情報を算出することができる。そのため、その算出結果に基づく画像を表示する場合、アーチファクトを軽減させたりコントラストを向上させたりすることができる。
【００６４】
本実施形態では、第１の格子１０４並びに第２の格子の第１及び第２の遮蔽格子部１０５ａ、１０５ｂは１次元のストライプ状のパターンの１次元格子とした。しかし、これらのそれぞれが２方向（ｘ方向、ｙ方向）に周期を有する２次元格子でも良い。２次元格子を用いる場合、ｘ方向、ｙ方向をそれぞれの方向で式（１）、（４）を考えることで、開口率（Ｄｘ、Ｄｙ）と検出結果のビジビリティの関係を求めることができる。
【００６５】
以上、ｎ＝１の場合を中心に説明をしてきたが、図５（（ａ）〜（ｃ））に示しように、本実施形態においてｎは１以外の正の整数をとることができる。図５（ｃ）に示したように、ｎ≠１のとき、画素上に第１の遮蔽格子部１０５ｂの透過部１２５ｂが設けられない画素が存在することがあるが、それでも良い。
尚、本実施形態では、検出器上にモアレを形成する場合について説明をしたが、モアレ以外の周期パターンを形成する際も同様に本実施形態を適用することができる。
【００６６】
演算装置は検出器１０６の検出結果を用いて各種の演算を行うことで、被検体の情報を算出することができる。算出する被検体の情報と、演算方法については特に問わない。算出する被検体の情報として、例えば、被検体のＸ線透過率（Ｘ線吸収率）に係る情報、被検体によるＸ線散乱能に係る情報、被検体によるＸ線位相変化に係る情報（以下、位相情報と呼ぶことがある）が挙げられる。
【００６７】
被検体の位相情報を算出する方法として、特許文献１に記載されている縞走査法の他に、フーリエ変換を用いた法（以下、フーリエ変換法と呼ぶことがある）がある。フーリエ変換法は例えば特開２０１１−１６３９３７号に記載されているため、詳細は説明しないが、一般的に、縞走査法で検出する周期パターンの周期よりも長い周期を有する周期パターンを用いることが多い。そのため、縞走査法に用いる周期パターンよりも、フーリエ変換法に用いる周期パターンの方が、検出器のＭＴＦの影響によりビジビリティが低下しやすい。また、縞走査法に用いる周期パターンの周波数よりも、フーリエ変換法に用いる周期パターンの周波数の方が、検出器のサンプリング周波数に近く、より検出結果のビジビリティが低下しやすい。そのため、本実施形態のように第１の遮蔽格子部を導入したＸ線撮像装置は、フーリエ変換法により被検体の情報を算出する演算装置と組み合わされることで、より効果を奏すことができる。
【００６８】
（実施形態２）
実施形態１で説明した通り、第１の遮蔽格子部の開口率を減少させると検出結果のビジビリティが向上する。しかし、検出器１０６に照射するＸ線量が第１の遮蔽格子部の開口率の減少に応じて減少する場合、開口率の減少によりＸ線強度信号に対するノイズの量が増える。そこで、検出器１０６に照射するＸ線量が第１の遮蔽格子部の開口率の減少に応じて減少する場合は、ノイズとＸ線強度信号との強度比（ＳＮＲ）も考慮して第１の遮蔽格子部の開口率を決めることが好ましい。検出器１０６に照射するＸ線量が第１の遮蔽格子部の開口率の減少に応じて減少する場合とは、例えば開口率Ｄ＝１のときの撮像時間（露光時間）が１秒とするとき、開口率Ｄ＝０．５のときの撮像時間が２秒より短いときである。本実施形態では、検出器１０６に照射するＸ線量が第１の遮蔽格子部の開口率の減少に応じて減少する撮像装置で、ＳＮＲを考慮する場合について説明をする。
【００６９】
第１の格子１０４並びに第２の格子の第１及び第２の遮蔽格子部１０５ａ、１０５ｂは１次元のストライプ状のパターンを有する１次元格子であり、第１の遮蔽格子部１０５ａの遮蔽部のＸ線透過率が０であるとする。ノイズがＸ線の量子ノイズのみに起因する場合、被検体１０３に対するＸ線照射線量一定下（つまり、第１の遮蔽格子部の開口率ＤとＸ線照射量が比例する場合）では、Ｄ＝１の時のＳＮＲに対してＤ＝０．５のＳＮＲは約３０％低下する。同様に、Ｄ＝１の時のＳＮＲに対してＤ＝０．２５のＳＮＲは５０％低下する。このことから、被検体１０３に照射するＸ線の線量が一定の条件下では、開口率を小さくすることで「ビジビリティが向上する現象」が生じるとともに、「ＳＮＲが低下する現象」も生じることを考慮して第１の遮蔽格子部を設計することが好ましい。
【００７０】
本実施形態では「ＳＮＲが低下する現象」も考慮するために、実施形態１のビジビリティを用いて画質（ＦＯＭ）というパラメータを下式で定義する。但し、Ｄ＝１のときＦＯＭ＝１と規格化する。
ＦＯＭ＝Ｖ＿ｍ×ＭＴＦ＿Ｄｎ×ＳＮＲ      ・・・式（７）
【００７１】
実施形態１のように、第１の遮蔽格子の開口率が減少しても、撮像時に検出器に照射されるＸ線照射量が減少しない場合、ＳＮＲ＝１とする。このとき、実施形態１で規定した検出結果のビジビリティ＝ＦＯＭとなる。
【００７２】
本実施形態ではノイズとして量子ノイズのみを取り扱うため、ＳＮＲは第１の遮蔽格子部１０５ｂの開口率Ｄのみに依存し、下記の式（８）で表わされる。
ＳＮＲ＝√Ｄ      ・・・式（８）
【００７３】
式（５）、式（７）、式（８）から、下記の式（９）が算出される。
【００７４】
【数１２】
2014171799.tif 000014
【００７５】
また、モアレが式（２）で表されるとすると、下記式（１０）が算出される。
【００７６】
【数１３】
2014171799.tif 000015
【００７７】
式（１０）に、ｎ＝１、ｍ＝２、３、４を代入してＦＯＭを計算した結果を図６（ａ）に示す。図６（ａ）から、被検体１０３へのＸ線照射量を一定にする条件下では、開口率を小さくすることでＦＯＭが向上する場合（ＦＯＭ＞１）と、低下する場合（ＦＯＭ＜１）がある。本実施形態では、ＦＯＭ＞１とするために、図６（ａ）から、下記の式（１１）で表される条件が得られる。
１／３≦ｎ／ｍ      ・・・式（１１）
ｎ／ｍ＜１／３では、開口率の減少によるビジビリティ向上よりも、ＳＮＲ低下の方がＦＯＭに対する影響が大きい又は同程度である。
【００７８】
一方で、演算装置においてフーリエ変換法を用いて検出結果から被検体の情報を算出する場合、ｎ／ｍ＝１／２においてナイキスト周波数に達する。そのため、ｎ／ｍ＞１／２では標本化した際に折り返し現象を生じ、算出結果が被検体の情報を忠実には再現することができなくなる（算出結果の正確性が下がる）可能性がある。よって、演算装置においてフーリエ変換法を用いて検出結果から被検体の情報を算出する場合、下記の式（１２）が必要条件となる。
１／３≦ｎ／ｍ≦１／２      ・・・式（１２）
【００７９】
ＦＯＭ＞１を満たす開口率は、図６（ａ）から、ｎ＝１、ｍ＝２では、０．２＜Ｄ＜１、ｎ＝１、ｍ＝３では、０．６５＜Ｄ＜１である。図６（ａ）及び式（９）から、ｎ＝１、ｍ＝４ではＦＯＭが１以上にならないため、ｎ＝２の結果を図６（ｂ）に示す。ｎ＝２のとき、図５（ｂ）に示すように画素１つおきに第１の遮蔽格子部の透過部１２５ｂが配置されているため、ｎ＝１のときよりもｍ＝４の縞周期を高精度に測定することが可能となる。これは、同じ周期（ｍ＝４）のパターンでも、検出器１０６の画素サイズを仮想的に大きくすることで、ＭＴＦ＿Ｄが大幅に上がるためである。図６（ｂ）から、ｎ＝２、ｍ＝４では、０．４＜Ｄ＜１のときにＦＯＭが１以上となる。しかしながら、ｎ＝３の場合では、ｍ＝４はナイキスト周波数を上回る（ｎ／ｍ＝３／４＞１／２）ため、フーリエ変換法を用いて検出結果から被検体の情報を算出する場合、算出結果の正確性が下がる。ｎ＝３における最適な縞周期は６≦ｍ≦９であるため、ｎ＝３のとき、ｍ＝３又は９を代入してＦＯＭを計算した結果を図６（ｃ）に示す。図６（ｃ）から、ｎ＝３、ｍ＝６では、０．４５＜Ｄ＜１のときにＦＯＭが１以上となり、ｎ＝３、ｍ＝９では、０．８５＜Ｄ＜１のときにＦＯＭが１以上となる。このように、画素に照射するＸ線量が第１の遮蔽格子部の開口率の減少に応じて減少する場合の第１の遮蔽格子部１０５ｂの開口率（Ｄ）と周期／画素サイズは、検出器上の周期パターンの周期／画素サイズに応じて変更する必要がある。尚、ＦＯＭ向上の効果をより得るためには、ｎ＝１、ｍ＝２では、０．２５＜Ｄ＜０．９、ｎ＝２、ｍ＝４では、０．６＜Ｄ＜０．８とすることが好ましい。この範囲では、ＦＯＭが１．１以上になる。
【００８０】
一方で、図７（ａ）に示すような２方向（ｘ方向、ｙ方向）に周期を有する２次元格子を第１の遮蔽格子部３０５ｂとして用いる場合は、１次元格子と比べて、ＳＮＲの開口率依存性が大きくなる。第１の遮蔽格子部３０５ｂが２次元格子の時のＳＮＲは下記の式（１３）で表せる。
ＳＮＲ＝√Ｄｘ×√Ｄｙ      ・・・式（１３）
【００８１】
但し、Ｄｘ、Ｄｙとは第１の遮蔽格子部３０５ｂのｘ方向及びｙ方向それぞれ開口率であり、ｘ方向とｙ方向のそれぞれにおける、第１の周期Ａにおける透過部３２５ｂの幅である。２次元格子の場合は、Ｄｘ（ｘ方向の開口率）＝Ｄｙ（ｙ方向の開口率）＝１（第１の遮蔽格子部なし）の時のＳＮＲに対してＤｘ＝Ｄｙ＝０．５のＳＮＲは約５０％低下する。同様に、Ｄｘ＝Ｄｙ＝１の時のＳＮＲに対してＤｘ＝Ｄｙ＝０．２５のＳＮＲは７５％低下する。式（５）、式（７）、式（１３）から第１の遮蔽格子部が２次元のとき、下記式（１４（（１４ａ）、（１４ｂ）））が算出される。但し、ｘ方向のＦＯＭをＦＯＭｘ、ｙ方向のＦＯＭをＦＯＭｙ、ｘ方向のＶ＿ｍ（モアレのビジビリティ）をＶ＿ｍｘ、ｙ方向のＶ＿ｍをＶ＿ｍｙ、ｘ方向のｍをｍ＿ｘ、ｙ方向のｍをｍ＿ｙ、ｘ方向のｎをｎ＿ｘ、ｙ方向のｎをｎ＿ｙ、とする。
【００８２】
【数１４】
2014171799.tif 000016
【００８３】
【数１５】
2014171799.tif 000017
【００８４】
モアレが式（２）で表される時、下記式（１５（（１５ａ）、（１５ｂ）））が算出される。
【００８５】
【数１６】
2014171799.tif 000018
【００８６】
【数１７】
2014171799.tif 000019
【００８７】
式（１５）に、ｎ＿ｘ＝ｎ＿ｙ＝１、ｍ＿ｘ＝ｍ＿ｙ＝２、３、４を代入したときのＦＯＭの計算結果を図７（ｂ）に示す。但し、開口率Ｄｘ＝Ｄｙとする。図６（ａ）に示す１次元格子と比較して、ＦＯＭ＞１を満たす√（ｎ＿ｘ×ｎ＿ｙ／ｍｘ×ｍ＿ｙ）の範囲が狭まり、ＦＯＭの最大値も低下はしているが、本実施形態において第１の遮蔽格子部が２次元格子状でも効果があることが分かる。但し、ｎ／ｍの有効な範囲は下記式（１６）となる。
１／２．５≦√（ｎ＿ｘ×ｎ＿ｙ／ｍｘ×ｍ＿ｙ）≦１／２      ・・・式（１６）
【００８８】
尚、本実施形態においても、実施形態１と同様に、第１の遮蔽格子部と第２の遮蔽格子部は一体化していても良いし、独立して構成されていてもよい。また、第１の遮蔽格子部と検出器１０６の距離を０にすることができない場合は、第１の遮蔽格子部の周期Ａｘ、Ａｙを下記式を用いて補正する必要がある。
【００８９】
【数１８】
2014171799.tif 000020
【００９０】
【数１９】
2014171799.tif 000021
【００９１】
尚、Ａｘはｘ方向における第１の周期、ｐｓｘはｘ方向における画素サイズ、ｎｘはｘ方向における第１の周期／画素サイズ（Ａｘ／ｐｓｘ）である。同様に、Ａｙはｙ方向における第１の周期、ｐｓｙはｙ方向における画素サイズ、ｎｙはｙ方向における第１の周期／画素サイズ（Ａｙ／ｐｓｙ）である。
【００９２】
また、本実施形態では、検出器上にモアレを形成する場合について説明をしたが、モアレ以外の周期パターンを形成する際も同様に本実施形態を適用することができる。
【００９３】
また、演算を用いずに被検体の情報を得る場合（検出結果をそのまま画像化したものを画像表示部に表示するなど）とフーリエ変換法を用いずに検出結果から被検体の情報を算出する場合、ナイキスト周波数を考慮しなくても良い。そのため、ＦＯＭ＞１になる条件はより広くなる。
【実施例１】
【００９４】
本実施例では、実施形態１のより具体的な実施例について説明する。本実施例では、Ｘ線源１０１として、タングステンの回転対陰極型のＸ線発生装置を用いる。このＸ線源１０１からは発散Ｘ線１０２が発生し、第１の格子１０４、第２の格子１０５、検出器１０６の順で入射する。第２の格子は、第１の遮蔽格子部と第２の遮蔽格子部が図２（ａ）に示すように一体となって構成されている。また、ｎ＝１で、検出器の画素へのＸ線の照射量は、第１の遮蔽格子部１０５ｂの開口率Ｄによらず一定であるとする。
【００９５】
第１の格子１０４は１次元のストライプ状のパターンで周期は１０ｕｍ、位相変調量は０．３５Åの波長の１／２倍とする。検出器１０６の画素１０７のサイズが５０ｕｍのため、第１の遮蔽格子部１０５ｂの第１の周期Ａは５０ｕｍとなる。第１の周期Ａの向き１１１と、検出器１０６の２次元状の画素１０７の配置の向きの一方は一致している。Ｘ線源１０１から第１の格子１０４までの距離を９０ｃｍ、第１の格子１０４から第１の遮蔽格子部１０５ｂまでの距離を５８ｃｍ、第１の遮蔽格子部１０５ｂと検出器１０６の距離は０ｃｍとする。第２の遮蔽格子部１０５ａの第２の周期Ｂは、形成したいモアレ１０９の周期とモアレの形成方法（拡大・縮小モアレか、回転モアレか）によって異なる。
【００９６】
第１の格子１０４が第２遮蔽格子部１０５ａ上に形成する自己像の周期は８．２４ｕｍ、形成したいモアレの周期が２００ｕｍのとき、拡大・縮小モアレを形成する場合（図８（ａ））と回転モアレを形成する場合（図８（ｂ））について簡単に説明をする。
【００９７】
図８（（ａ）、（ｂ））において、第２の格子上に形成される自己像１０８と第２の格子の第２の遮蔽格子部１０５ａとの組み合わせにより、モアレ１０９が形成される。モアレの周期方向１１３と第１の遮蔽格子部の第１の周期Ａの向き１１１を平行（角度としては０度）にすることが望ましい。
【００９８】
拡大・縮小モアレを形成する場合は、自己像の周期方向１１４と第２の周期Ｂの方向１１２とモアレの周期方向１１３が平行である。よって、モアレの周期方向１１３と第１の遮蔽格子部の第１の周期Ａの方向１１１を平行（角度としては０度）にすると、第１の周期Ａの方向１１１と第２の周期Ｂの方向１１２が平行である。
【００９９】
一方、回転モアレを形成する場合は、自己像の周期方向１１４と第２の周期Ｂの方向１１２とモアレの周期方向１１３が交わる（平行でない）。よって、モアレの周期方向１１３と第１の遮蔽格子部の第１の周期Ａの方向１１１を平行（角度としては０度）にすると、第１の周期Ａの方向１１１と第２の周期Ｂの方向１１２が角度θβで交わる（図８（ｂ））。このとき、自己像の周期方向１１４と第１の周期Ａの方向１１はθαで交わる。
【０１００】
表１に、図８のようにモアレを形成する場合の第２の周期、自己像の周期方向と第２の周期の方向が形成する角度（θα―θβ）自己像の周期方向と第１の周期の方向が形成する角度（θα）、第１の周期の方向と第２の周期の方向が形成する角度（θβ）を示す。
【０１０１】
【表１】
2014171799.tif 000022
【０１０２】
このように、拡大・縮小モアレを形成するための第２の遮蔽格子部と、回転モアレを形成するため第２の遮蔽格子部とでは、第２の周期Ｂの方向１１２が約９０度異なる。また、第２の周期Ｂも異なる。そのため、どちらの方法でモアレを形成するかを第２の格子を作製する段階で想定しておく。また、モアレの形成方法によって、第１の周期Ａの方向１１１と第２の周期Ｂの方向１１２の角度を調整する必要がある。
【０１０３】
本実施例では、図４に示すように開口率を小さくするほど検出結果のビジビリティが向上する。しかしながら、開口率が小さくなることで時間当たりに検出器の画素に照射されるＸ線量が減少するため、開口率が小さくなるほど撮像時間が長くなる。そのため、撮像時間と検出結果のビジビリティのバランスを考慮して第１の遮蔽格子部の開口率を決定すればよい。
【実施例２】
【０１０４】
本実施例では、実施形態２のより具体的な実施例について説明する。本実施例は、第１の周期Ａ以外のＸ線撮像装置の構成は実施例１と同様である。但し、本実施例では、実施例１と異なり、第１の遮蔽格子部１０５ｂの開口率によらず、一定のＸ線量が被検体１０３に照射されると仮定する。すると、検出器へのＸ線照射量が第１の遮蔽格子部の開口率と比例する。よって、本実施例では第１の遮蔽格子部１０５ｂの開口率ＤとＳＮＲの関係を考慮する必要がある。第１の周期Ａが１００ｕｍ（ｎ＝２）のとき、本実施例では図６（ｂ）に示すように開口率Ｄが２／３のときＦＯＭが最大となる。また、ＦＯＭ＞１となる開口率Ｄは０．４＜Ｄ＜１となるが、Ｄ＝１の時と比較してＦＯＭが１０％以上向上するのは、０．５５≦Ｄ≦０．８５である。実施例１とは異なり、被検体に照射するＸ線量が開口率Ｄに関わらず一定のため、開口率が変わっても撮像時間に変動はない。
【実施例３】
【０１０５】
本実施例では、実施形態２のより具体的な実施例について説明する。本実施例では、第１の格子並びに第２の格子の第１及び第２の遮蔽格子部のそれぞれが２方向に周期を有する２次元格子である点が実施例２と異なる。実施例２と同様に、第２の格子が持つ第１の遮蔽格子部３０５の開口率によらず一定の線量が被検体１０３に照射される。
【０１０６】
第１の格子は市松模様状のパターンで周期は１０ｕｍ、位相変調量は０．３５Åの波長の１／２倍とする。検出器１０６の画素１０７のサイズが５０ｕｍのため、第１遮蔽格子部の第１の周期Ａは５０ｕｍ（ｎ＿ｘ＝ｎ＿ｙ＝１）とする。第１の周期Ａの方向と、検出器１０６の２次元状の画素１０７の配置の向きは一致している。Ｘ線源１０１から第１の格子までの距離を９０ｃｍ、第１の格子から第１の遮蔽格子部までの距離を５８．２ｃｍ、第１の遮蔽格子部と検出器１０６の距離は０ｃｍとする。
【０１０７】
各格子が２次元の場合でも１次元と同様に、モアレの形成方法には拡大縮小モアレと回転モアレがある。第１の格子が第１の遮蔽格子部上に形成する自己像の周期は８．２４ｕｍ、形成したいモアレ１０９の周期が１００ｕｍのとき、拡大・縮小モアレを形成する（図９（ａ））と回転モアレを形成する場合（図９（ｂ））について簡単に説明をする。
【０１０８】
実施例１と同様に、図９（（ａ）、（ｂ））において、第２の格子上に形成される自己像１０８と第２の格子の第２の遮蔽格子部３０５ａとの組み合わせにより、モアレ１０９が形成される。モアレの周期方向１１３，１２３と第１の遮蔽格子部の第１の周期Ａの向き１１１，１２１を平行にすることが望ましい。よって、拡大・縮小モアレを形成する場合は、第１の周期Ａの方向１１１，１２１と第２の周期Ｂの方向１１２，１２２が平行である。一方、回転モアレを形成する場合は、第１の周期Ａの方向１１１，１２１と第２の周期Ｂの方向１１２，１２２が角度θβで交わる。このとき、自己像の周期方向１１４、１２４と第１の周期Ａの方向１１１、１２１はθαで交わる。
【０１０９】
表２に、図９のようにモアレを形成する場合の第２の周期、自己像の周期方向と第２の周期の方向が形成する角度（θα―θβ）自己像の周期方向と第１の周期の方向が形成する角度（θα）、第１の周期の方向と第２の周期の方向が形成する角度（θβ）を示す。
【０１１０】
【表２】
2014171799.tif 000023
【０１１１】
このように、拡大・縮小モアレを形成するための第２の遮蔽格子部と、回転モアレを形成するため第２の遮蔽格子部とでは、第２の周期Ｂの方向１１２が数度異なる。また、第２の周期Ｂも異なる。そのため、どちらの方法でモアレを形成するかを第２の格子を作製する段階で想定しておく。また、モアレの形成方法によって、第１の周期Ａの方向１１１、１２１と第２の周期Ｂの方向１１２、１２２の角度を調整する必要がある。
【０１１２】
する必要がある。本実施例では、ｎｘ＝ｎｙ＝１としたとき、図７（ｂ）に示すように開口率Ｄｘ、Ｄｙが共に３／４のときＦＯＭが最大となる。また、また、ＦＯＭ＞１となる開口率Ｄｘ、Ｄｙは０．５＜Ｄｘ＜１、０．５＜Ｄｙ＜１となるが、Ｄｘ＝Ｄｙ＝１の時と比較してＦＯＭが１０％以上向上するのは、０．６５≦＜Ｄｘ≦０．８５、０．６５≦＜Ｄｙ≦０．８５である。実施例１とは異なり、被検体に照射される線量が一定のため、開口率が変わっても撮像時間に変化はない。
【０１１３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１  Ｘ線源
１０３  被検体
１０４  第１の格子
１０５  第２の格子
１０５ａ  第１の遮蔽格子部
１０５ｂ  第２の遮蔽格子部
１０６  検出器
１０７  画素
１０９  モアレ
１１１  第１の周期Ａの方向
１１２  第２の周期Ｂの方向
１１３  モアレの方向
２０１  第１の格子を移動・回転する手段
２０２  第２の格子を移動・回転する手段
２０３  演算装置
【図１】
2014171799.tif 000028
【図２】
2014171799.tif 000029
【図３】
2014171799.tif 000030
【図４】
2014171799.tif 000031
【図５】
2014171799.tif 000032
【図６】
2014171799.tif 000033
【図７】
2014171799.tif 000034
【図８】
2014171799.tif 000035
【図９】
2014171799.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月20日(2014.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2014171799.tif 000037