(57)【要約】【課題】撮影が行われてから画像処理により放射線画像が生成されるまでの時間を短縮する。【解決手段】Ｘ線源とＸ線画像検出器（ＦＰＤ）との間に第１及び第２の吸収型格子を配置し、第２の吸収型格子を第１の吸収型格子に対して、格子線に直交する方向に相対移動させながら、格子周期をＭ個に分割するＭ個の走査位置（ｋ＝０，１，・・・，Ｍ−１）で画像データＰｋを取得し、メモリ１９に記憶する。通信手段は、メモリ１９に記憶された各画像データＰｋから同一の画素に対応する画素データＩｋ（ｘ，ｙ）を読み出して、画素ごとに順次に転送する。この転送は、走査方向（ｘ方向）に並ぶ画素の順に行う。転送先の位相微分像生部は、同一の画素に対応する複数の画素データＩｋ（ｘ，ｙ）を受信するたびに位相微分値を算出する。位相コントラスト画像生成部は、位相微分像生成部により１つの位相微分値が生成されるたびに積算処理を行う。【選択図】図７
2014000099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源から放射された放射線を検出する放射線画像検出器と、
前記放射線画像検出器により生成された複数の画像データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された各画像データから同一の画素に対応する画素データを読み出して、画素ごとに順次に転送する通信手段と、
前記通信手段から同一の画素に対応する複数の画素データを受信するたびに画像処理を行う画像処理手段と、
を備えることを特徴とする放射線撮影システム。
【請求項２】
放射線源から放射された放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、
前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、
前記強度変調手段により前記各相対位置で強度変調された縞画像を検出する放射線画像検出器と、
前記放射線画像検出器により生成された複数の画像データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された各画像データから同一の画素に対応する画素データを読み出して、画素ごとに順次に転送する通信手段と、
前記通信手段から同一の画素に対応する複数の画素データを受信するたびに位相微分値を算出する位相微分像生成手段と、
を備えることを特徴とする放射線撮影システム。
【請求項３】
前記通信手段は、前記相対位置の変位方向に対応する方向に並ぶ画素の順に、各画素データを転送することを特徴とする請求項２に記載の放射線撮影システム。
【請求項４】
前記相対位置の変位方向に対応する方向に所定数の位相微分値を積算処理することにより、位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影システム。
【請求項５】
前記位相コントラスト画像生成手段は、前記位相微分像生成手段により１つの位相微分値が生成されるたびに積算処理を行うこと特徴とする請求項４に記載の放射線撮影システム。
【請求項６】
前記位相コントラスト画像を表示する表示手段を備え、
前記位相コントラスト画像生成手段は、積算処理に得られた積算値を順次に前記表示手段に出力し、前記表示手段は、受信した積算値に基づき順次に表示を行うことを特徴とする請求項５に記載の放射線撮影システム。
【請求項７】
前記強度変調手段は、前記縞画像と同一方向の周期パターンを有する第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段とからなることを特徴とする請求項１から６いずれか１項に記載の放射線撮影システム。
【請求項８】
前記第１及び第２の格子は、吸収型格子であり、前記第１の格子は、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記第２の格子に投影することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影システム。
【請求項９】
前記第１の格子は位相型格子であり、前記第１の格子は、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記第２の格子に射影することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影システム。
【請求項１０】
前記放射線源の射出側に線源格子を備えることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の放射線撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線等の放射線により被検体の撮影を行う放射線撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、物質を構成する元素の原子番号と、物質の密度及び厚さとに依存して減衰するといった特性を有することから、被検体の内部を透視するためのプローブとして用いられている。Ｘ線を用いた撮影は、医療診断や非破壊検査等の分野において広く普及している。
【０００３】
一般的なＸ線撮影システムでは、Ｘ線を放射するＸ線源とＸ線を検出するＸ線画像検出器との間に被検体を配置して、被検体の透過像を撮影する。この場合、Ｘ線源からＸ線画像検出器に向けて放射されたＸ線は、Ｘ線画像検出器までの経路上に存在する物質の特性（原子番号、密度、厚さ）の差異に応じた量の減衰（吸収）を受けた後、Ｘ線画像検出器の各画素に入射する。この結果、被検体のＸ線吸収像がＸ線画像検出器により検出され画像化される。Ｘ線画像検出器としては、Ｘ線増感紙とフイルムとの組み合わせや輝尽性蛍光体のほか、半導体回路を用いたフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が広く用いられている。
【０００４】
ただし、Ｘ線吸収能は、原子番号が小さい元素からなる物質ほど低くなるため、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、Ｘ線吸収像としての十分な画像の濃淡（コントラスト）が得られないといった問題がある。例えば、人体の関節を構成する軟骨部とその周辺の関節液は、いずれも殆どの成分が水であり、両者のＸ線の吸収量の差が少ないため、濃淡差が得られにくい。
【０００５】
このような問題を背景に、近年、被検体によるＸ線の強度変化に代えて、被検体によるＸ線の位相変化（角度変化）に基づいた画像（以下、位相コントラスト画像と言う）を得るＸ線位相イメージングの研究が盛んに行われている。一般に、Ｘ線が物体に入射したとき、Ｘ線の強度より位相のほうが高い相互作用を示すため、Ｘ線位相イメージングでは、Ｘ線吸収能が低い弱吸収物体であっても高コントラストの画像を得ることができる。このようなＸ線位相イメージングの一種として、２枚の透過型回折格子とＸ線画像検出器とからなるＸ線タルボ干渉計を用いたＸ線撮影システムが考案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００６】
Ｘ線タルボ干渉計は、被検体の背後に第１の回折格子を配置し、第１の回折格子から、第１の回折格子の格子ピッチとＸ線波長で決まるタルボ干渉距離だけ下流に第２の回折格子を配置し、その背後にＸ線画像検出器を配置することにより構成される。タルボ干渉距離とは、第１の回折格子を通過したＸ線が、タルボ干渉効果によって第１の回折格子の自己像を形成する距離である。この自己像は、Ｘ線源と第１の回折格子との間に配置された被検体とＸ線との相互作用（位相変化）により変調を受ける。
【０００７】
Ｘ線タルボ干渉計では、第１の回折格子の自己像と第２の回折格子との重ね合わせ（強度変調）により生じるモアレ縞を、縞走査法により検出し、被検体によるモアレ縞の変化から被検体の位相コントラスト画像を取得する。縞走査法とは、第１の回折格子に対して第２の回折格子を、第１の回折格子の面にほぼ平行で、かつ第１の回折格子の格子方向（条帯方向）にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動（走査）させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素の画素データの上記走査に対する強度変化の位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法である。この位相微分像を、上記走査方向に沿って積分処理することにより被検体の位相コントラスト画像が得られる。上記画素データは、上記走査に対して周期的に強度が変調される信号であるため、上記走査に対する画素データのセットを、以下、「強度変調信号」と称する。なお、この縞走査法は、Ｘ線に代えてレーザ光を利用した撮影装置においても用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
上記Ｘ線撮影システムの具体的な構成として、上記縞走査により複数の画像データを取得する撮影部と、撮影部により得られた複数の画像データを処理して位相コントラスト画像を生成する画像処理部とをそれぞれ別の装置として構成し、両者をネットワーク等を介して接続することが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４４４５３９７号公報
【特許文献２】国際公開２００８／１０２６８５号公報
【特許文献３】特開２００８−２００３６１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】C. David, et al., Applied Physics Letters, Vol.81, No.17, 2002年10月，3287頁
【非特許文献２】Hector Canabal, et al., Applied Optics, Vol.37, No.26, 1998年9月，6227頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２、３には明記されていないが、撮影部から画像処理部への画像データの転送は、通常１枚ずつ行われるため、すべての画像データの転送が完了するまでは、画像処理部で画像処理を開始することができない。このため、上記Ｘ線撮影システムでは、撮影部で被検体の撮影を行ってから画像処理部により位相コントラスト画像が得られるまでの時間は、撮影部から画像処理部への画像データの転送速度に依存し、転送速度が遅い場合や画像データのデータ容量が大きい場合には、比較的長い時間が要されるといった問題がある。例えば、撮影部から画像処理部にＵＳＢ（Universal Serial Bus）を用いて１８ＭＢの容量の画像データを５枚転送すると、数秒の転送時間が要され、少なくとも数秒の待ち時間が発生する。
【００１２】
このような問題は、上記のような位相イメージングを行なう放射線撮影システムに限られず、撮影部で得られた複数の画像データに基づいて放射線画像を生成するシステムに共通する問題である。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、撮影が行われてから画像処理により放射線画像が生成されるまでの時間を短縮可能とする放射線撮影システム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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影システムは、放射線源から放射された放射線を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により生成された複数の画像データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各画像データから同一の画素に対応する画素データを読み出して、画素ごとに順次に転送する通信手段と、前記通信手段から同一の画素に対応する複数の画素データを受信するたびに画像処理を行う画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の放射線撮影システムは、放射線源から放射された放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、前記強度変調手段により前記各相対位置で強度変調された縞画像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により生成された複数の画像データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各画像データから同一の画素に対応する画素データを読み出して、画素ごとに順次に転送する通信手段と、前記通信手段から同一の画素に対応する複数の画素データを受信するたびに位相微分値を算出する位相微分像生成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
なお、前記通信手段は、前記相対位置の変位方向に対応する方向に並ぶ画素の順に、各画素データを転送することが好ましい。
【００１７】
また、前記相対位置の変位方向に対応する方向に所定数の位相微分値を積算処理することにより、位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成手段を備えることが好ましい。
【００１８】
また、前記位相コントラスト画像生成手段は、前記位相微分像生成手段により１つの位相微分値が生成されるたびに積算処理を行うことが好ましい。
【００１９】
また、前記位相コントラスト画像を表示する表示手段を備え、前記位相コントラスト画像生成手段は、積算処理に得られた積算値を順次に前記表示手段に出力し、前記表示手段は、受信した積算値に基づき順次に表示を行うことが好ましい。
【００２０】
また、前記強度変調手段は、前記縞画像と同一方向の周期パターンを有する第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段とからなることが好ましい。
【００２１】
また、前記第１及び第２の格子は、吸収型格子であり、前記第１の格子は、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記第２の格子に投影するものであることが好ましい。
【００２２】
また、前記第１の格子は位相型格子であり、前記第１の格子は、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記第２の格子に射影するものであることも好ましい。
【００２３】
さらに、前記放射線源の射出側に線源格子を備えることも好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、記憶手段に記憶された各画像データから同一の画素に対応する画素データを読み出して、画素ごとに順次に転送するとともに、同一の画素に対応する複数の画素データを受信するたびに画像処理を行うものであるので、撮影が行われてから画像処理により放射線画像が生成されるまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＸ線撮影システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１及び第２の吸収型格子の構成を示す概略斜視図である。
【図３】フラットパネル検出器の構成を示す模式図である。
【図４】第１及び第２の吸収型格子の構成を示す概略側面図である。
【図５】縞走査法を説明するための説明図である。
【図６】被検体がある場合とない場合との強度変調信号を例示するグラフである。
【図７】通信部による転送動作を説明する説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態で用いられるマルチスリットを示す概略斜視図である。
【図９】本発明の第４実施形態で用いられるＦＰＤの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
図１及び図２において、本発明の第１実施形態に係るＸ線撮影システム１０は、被検体ＨにＸ線を照射するＸ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置された撮影部１２と、撮影部１２とネットワークＮを介して接続されたコンソール１３とにより構成されている。
【００２７】
Ｘ線源１１は、高電圧発生器、Ｘ線管、コリメータ（いずれも図示せず）等から構成されており、撮影部１２の撮影制御部１４の制御に基づいて、被検体ＨにＸ線を照射する。Ｘ線管は、回転陽極型であり、高電圧発生器からの電圧に応じて、フィラメントから電子線を放出し、所定の速度で回転する回転陽極に電子線を衝突させることによりＸ線を発生する。回転陽極は、電子線が固定位置に当り続けることによる劣化を軽減するために回転している。電子線の衝突部分が、Ｘ線を放射するＸ線焦点である。コリメータは、Ｘ線管から発せられたＸ線のうち、被検体Ｈの検査領域に寄与しない部分を遮蔽するように照射野を制限するものである。
【００２８】
撮影部１２には、撮影制御部１４、フラットパネル検出器（ＦＰＤ）１５、第１の吸収型格子１６、第２の吸収型格子１７、走査機構１８、メモリ１９、及び通信部２０が設けられている。ＦＰＤ１５は、Ｘ線源１１から照射されるＸ線の光軸Ａに沿う方向（以下、ｚ方向という）に検出面が直交するように配置されている。
【００２９】
第１の吸収型格子１６は、ｚ方向に直交する面内の一方向（以下、ｙ方向という）に延伸した複数のＸ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）１６ａが、ｚ方向及びｙ方向に直交する方向（以下、ｘ方向という）に所定のピッチｐ１で配列されたものである。同様に、第２の吸収型格子１７は、ｙ方向に延伸した複数のＸ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）１７ａが、ｘ方向に所定のピッチｐ２で配列されたものである。Ｘ線遮蔽部１６ａ，１７ａの材料としては、Ｘ線吸収性に優れる金属が好ましく、例えば、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）が好ましい。
【００３０】
走査機構１８は、第２の吸収型格子１７を格子方向に直交する方向（ｘ方向）に並進移動させることにより、第１の吸収型格子１６に対する第２の吸収型格子１７の相対位置を変化させる。走査機構１８は、例えば、圧電素子等のアクチュエータにより構成され、後述する縞走査の際に、撮影制御部１４の制御に基づいて駆動される。なお、第２の吸収型格子１７と走査機構１８とが特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成する。
【００３１】
メモリ１９は、縞走査の各走査ステップでＦＰＤ１５により得られる画像データをそれぞれ記憶する。通信部２０は、ネットワークＮに接続されており、コンソール１３への画像データの送信、及びコンソール１３から撮影条件等の制御信号の受信を行なう。通信部２０は、受信した制御信号を撮影制御部１４に入力する。また、通信部２０は、メモリ１９に記憶された各画像データから同一画素に対応する画素データを読み出し、画素ごとに順次、ネットワークＮを介してコンソール１３にデータを送信する。
【００３２】
コンソール１３には、システム制御部２１、入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）２２、画像処理部２３、画像記憶部２４、表示装置２５、及び入力装置２６が設けられている。システム制御部２１は、Ｘ線撮影システム１０の各部を統括的に制御する。Ｉ／Ｆ２２は、ネットワークＮと接続され、撮影部１２への制御信号の送信や、撮影部１２からの画像データの受信を行なう。
【００３３】
画像処理部２３は、位相微分像生成部２３ａ及び位相コントラスト画像生成部２３ｂにより構成されている。位相微分像生成部２３ａは、撮影部１２から受信した複数の画像データに基づき、位相微分像を生成する。位相コントラスト画像生成部２３ｂは、位相微分像に対して積分処理（画素数が有限であるため実際は積算処理）を施すことにより位相コントラスト画像を生成する。
【００３４】
画像記憶部２４は、画像処理部２３により生成された位相コントラスト画像を記憶する。表示装置２５には、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイからなり、撮影条件等の情報や、画像記憶部２４に記憶された位相コントラスト画像を表示する。入力装置２６は、キーボード、マウス、タッチパネル等からなり、撮影指示や、Ｘ線管の管電圧やＸ線照射時間等の撮影条件を入力可能とする。
【００３５】
図３において、ＦＰＤ１５は、Ｘ線を電荷に変換して蓄積する複数の画素３０が、ｘ方向及びｙ方向に沿ってアクティブマトリクス基板上に２次元配列されてなる受像部３１と、画素３０からの電荷の読み出しタイミングを制御する走査回路３２と、画素３０から電荷を読み出し、電荷を画像データに変換して出力する読み出し回路３３とから構成されている。走査回路３２と各画素３０とは、行毎に走査線３４によって接続されており、読み出し回路３３と各画素３０とは、列毎に信号線３５によって接続されている。画素３０の配列ピッチは、ｘ方向及びｙ方向にそれぞれ１００μｍ程度である。
【００３６】
画素３０は、アモルファスセレン等の変換層（図示せず）によりＸ線を電荷に直接変換し、変換された電荷を変換層の下部の電極に接続されたキャパシタ（図示せず）に蓄積する直接変換型のＸ線検出素子である。各画素３０には、ＴＦＴスイッチ（図示せず）が設けられ、ＴＦＴスイッチのゲート電極が走査線３４、ソース電極がキャパシタ、ドレイン電極が信号線３５に接続される。走査回路３２からの駆動パルスによってＴＦＴスイッチがＯＮ状態になると、キャパシタに蓄積された電荷が信号線３５に読み出される。
【００３７】
なお、画素３０は、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）やヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等からなるシンチレータ（図示せず）でＸ線を一旦可視光に変換し、変換された可視光をフォトダイオード（図示せず）で電荷に変換して蓄積する間接変換型のＸ線検出素子としてもよい。また、本実施形態では、放射線画像検出器としてＴＦＴパネルをベースとしたＦＰＤを用いているが、これに限られず、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子をベースとした各種の放射線画像検出器を用いることも可能である。
【００３８】
読み出し回路３３は、積分アンプ、補正回路、Ａ／Ｄ変換器（いずれも図示せず）等により構成されている。積分アンプは、各画素３０から信号線３５を介して出力された電荷を積算して電圧信号（画像信号）に変換する。Ａ／Ｄ変換器は、積分アンプにより変換された画像信号を、デジタルの画像データに変換する。補正回路は、画像データに対して、暗電流補正、ゲイン補正、及びリニアリティ補正等を行い、補正後の画像データをメモリ１９に入力する。
【００３９】
図４において、第１の吸収型格子１６のＸ線遮蔽部１６ａは、ｘ方向に所定のピッチｐ１で、互いに所定の間隔ｄ１を空けて配列されており、間隔ｄ１の部分には、Ｘ線透過部１６ｂが設けられている。同様に、第２の吸収型格子１７のＸ線遮蔽部１７ａは、ｘ方向に所定のピッチｐ２で、互いに所定の間隔ｄ２を空けて配列されており、間隔ｄ２の部分には、Ｘ線透過部１７ｂが設けられている。第１及び第２の吸収型格子１６，１７は、入射Ｘ線に位相差を与えるものでなく、強度差を与えるものであるため、振幅型格子とも称される。Ｘ線透過部１６ｂ，１７ｂは、シリコン（Ｓｉ）やポリマーからなることが好ましく、さらには、空隙であっても良い。
【００４０】
第１及び第２の吸収型格子１６，１７は、タルボ干渉効果の有無に係らず、Ｘ線透過部１６ｂ，１７ｂを通過したＸ線を線形的に投影するように構成される。具体的には、間隔ｄ１，ｄ２を、Ｘ線源１１から照射されるＸ線のピーク波長より十分大きな値とすることで、照射Ｘ線に含まれる大部分のＸ線を回折させずに、直進性を保ったままＸ線透過部１６ｂ，１７ｂを通過するように構成される。例えば、前述のＸ線管の回転陽極としてタングステンを用い、管電圧を５０ｋＶとした場合には、Ｘ線のピーク波長は、約０．４Åである。この場合には、間隔ｄ１，ｄ２を１μｍ〜１０μｍ程度とすれば、大部分のＸ線が回折されずに線形的に投影される。格子ピッチｐ１，ｐ２は、２μｍ〜２０μｍ程度である。
【００４１】
Ｘ線源１１から照射されるＸ線は、平行ビームではなく、Ｘ線焦点を発光点としたコーンビームであるため、第１の吸収型格子１６を通過して射影される投影像（以下、この投影像をＧ１像または縞画像と称する）は、Ｘ線焦点１１ａからの距離に比例して拡大される。第２の吸収型格子１７の格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、Ｘ線透過部１７ｂのパターンが、第２の吸収型格子１７の位置におけるＧ１像の明部の周期パターンとほぼ一致するように決定されている。すなわち、Ｘ線焦点１１ａから第１の吸収型格子１６までの距離をＬ１、第１の吸収型格子１６から第２の吸収型格子１７までの距離をＬ２とした場合に、格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、次式（１）及び（２）の関係を満たすように決定される。
【００４２】
【数１】
2014000099.tif 000003
【００４３】
【数２】
2014000099.tif 000004
【００４４】
第１の吸収型格子１６から第２の吸収型格子１７までの距離Ｌ２は、タルボ干渉計の場合には、第１の吸収型格子１６の格子ピッチとＸ線波長とで決まるタルボ干渉距離に制約されるが、本実施形態では、第１の吸収型格子１６が入射Ｘ線を回折させずに投影させる構成であって、第１の吸収型格子１６のＧ１像が、第１の吸収型格子１６の後方のすべての位置で相似的に得られるため、該距離Ｌ２を、タルボ干渉距離と無関係に設定することができる。
【００４５】
上記のように本実施形態の撮影部１２は、タルボ干渉計を構成するものではないが、第１の吸収型格子１６でＸ線の回折が生じ、タルボ干渉効果が生じていると仮定した場合のタルボ干渉距離Ｚは、第１の吸収型格子１６の格子ピッチｐ１、第２の吸収型格子１７の格子ピッチｐ２、Ｘ線波長（ピーク波長）λ、及び正の整数ｍを用いて、次式（３）で表される。
【００４６】
【数３】
2014000099.tif 000005
【００４７】
式（３）は、Ｘ線源１１から照射されるＸ線がコーンビームである場合のタルボ干渉距離を表す式であり、「Atsushi Momose, et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.10, 2008年10月, 8077頁」により知られている。
【００４８】
本実施形態では、前述のように距離Ｌ２をタルボ干渉距離と無関係に設定することができるため、撮影部１２のｚ方向への薄型化を目的とし、距離Ｌ２を、ｍ＝１の場合の最小のタルボ干渉距離Ｚより短い値に設定する。すなわち、距離Ｌ２は、次式（４）を満たす範囲の値に設定される。
【００４９】
【数４】
2014000099.tif 000006
【００５０】
Ｘ線遮蔽部１６ａ，１７ａは、コントラストの高い周期パターン像を生成するためには、Ｘ線を完全に遮蔽（吸収）することが好ましいが、上記したＸ線吸収性に優れる材料（金、白金等）を用いたとしても、吸収されずに透過するＸ線が少なからず存在する。このため、Ｘ線の遮蔽性を高めるためには、Ｘ線遮蔽部１６ａ，１７ａのそれぞれの厚み（ｚ方向の厚さ）をできるだけ厚くすること（すなわち、アスペクト比を高めること）が好ましい。例えば、Ｘ線管の管電圧が５０ｋＶの場合に、照射Ｘ線の９０％以上を遮蔽することが好ましく、Ｘ線遮蔽部１６ａ，１７ａの厚みは、１０μｍ〜２００μｍの範囲であることが好ましい。
【００５１】
以上のように構成された第１及び第２の吸収型格子１６，１７では、第１の吸収型格子１６のＧ１像（縞画像）と第２の吸収型格子１７との重ね合わせにより強度変調された縞画像がＦＰＤ１５によって撮像される。第２の吸収型格子１７の位置におけるＧ１像のパターン周期と、第２の吸収型格子１７の格子ピッチｐ２とは、配置誤差などにより若干の差異が生じている。この微小な差異により、強度変調された縞画像にはモアレ縞が生じる。また、第１及び第２の吸収型格子１６，１７の格子配列方向に誤差が生じ、配列方向が同一でない場合には、いわゆる回転モアレが発生する。しかし、縞画像にこのようなモアレ縞が発生した場合でも、モアレ縞のｘ方向またはｙ方向の周期が画素３０の配列ピッチより大きい範囲であれば特に問題が生じることはない。
【００５２】
Ｘ線源１１と第１の吸収型格子１６との間に被検体Ｈを配置すると、ＦＰＤ１５により検出される縞画像は、被検体Ｈにより変調を受ける。この変調量は、被検体Ｈによる屈折効果によって偏向したＸ線の角度に比例する。ＦＰＤ１５で検出された複数の縞画像を解析することによって、被検体Ｈの位相微分像を生成し、位相コントラスト画像を得ることができる。
【００５３】
次に、位相コントラスト画像の生成方法について原理的な説明を行う。同図には、被検体Ｈのｘ方向に関する位相シフト分布Φ（ｘ）に応じて屈折する１つのＸ線が例示されている。符号４０は、被検体Ｈが存在しない場合に直進するＸ線の経路を示している。この経路４０を進むＸ線は、第１及び第２の吸収型格子１６，１７を通過してＦＰＤ１５に入射する。符号４１は、被検体Ｈが存在する場合に、被検体Ｈにより屈折して偏向したＸ線の経路を示している。この経路４１を進むＸ線は、第１の吸収型格子１６を通過した後、第２の吸収型格子１７のＸ線遮蔽部１７ａにより遮蔽される。
【００５４】
被検体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）は、被検体Ｈの屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）、Ｘ線の進む方向をｚとして、次式（５）で表される。ここで、説明の簡略化のため、ｙ座標は省略している。
【００５５】
【数５】
2014000099.tif 000007
【００５６】
第１の吸収型格子１６から第２の吸収型格子１７の位置に投射されたＧ１像は、被検体ＨでのＸ線の屈折により、その屈折角φに応じた量だけｘ方向に変位する。この変位量Δｘは、Ｘ線の屈折角φが微小であることに基づいて、近似的に次式（６）で表される。
【００５７】
【数６】
2014000099.tif 000008
【００５８】
ここで、屈折角φは、Ｘ線波長λと被検体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）を用いて、次式（７）で表される。
【００５９】
【数７】
2014000099.tif 000009
【００６０】
このように、被検体ＨでのＸ線の屈折によるＧ１像の変位量Δｘは、被検体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）に関連している。そして、この変位量Δｘは、ＦＰＤ１５で検出される各画素３０の強度変調信号の位相ズレ量ψ（被検体Ｈがある場合とない場合とでの各画素３０の強度変調信号の位相のズレ量）に、次式（８）のように関連している。
【００６１】
【数８】
2014000099.tif 000010
【００６２】
したがって、各画素３０の強度変調信号の位相ズレ量ψを求めることにより、式（８）から屈折角φが求まり、式（７）を用いて位相シフト分布Φ（ｘ）の微分量が求まる。これをｘについて積算処理することにより、被検体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）、すなわち被検体Ｈの位相コントラスト画像を生成することができる。本実施形態では、上記位相ズレ量ψを、以下に示す縞走査法を用いて算出する。
【００６３】
縞走査法では、第１及び第２の吸収型格子１６，１７の一方を他方に対してｘ方向に相対的に並進移動させながら撮影を行う（すなわち、両者の格子周期の位相を変化させながら撮影を行う）。本実施形態では、前述の走査機構１８により第２の吸収型格子１７を移動させる。第２の吸収型格子１７の移動に伴って、モアレ縞が移動し、並進距離（ｘ方向への移動量）が、第２の吸収型格子１７の格子周期の１周期（格子ピッチｐ２）に達すると（すなわち、位相変化が２πに達すると）、モアレ縞は元の位置に戻る。このように、格子ピッチｐ２の整数分の１ずつ第２の吸収型格子１７を移動させながら、ＦＰＤ１５で縞画像を撮影する。画像処理部２３は、撮影した複数の縞画像から各画素の強度変調信号を取得し、位相微分像生成部２３ａにより、強度変調信号の位相ズレ量ψを画素ごとに算出する。この位相ズレ量ψの２次元分布が位相微分像である。
【００６４】
図５は、格子ピッチｐ２をＭ（２以上の整数）個に分割した走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）ずつ第２の吸収型格子１７を移動させる様子を模式的に示している。走査機構１８は、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１のＭ個の各走査位置に、第２の吸収型格子１７を順に並進移動させる。なお、同図では、第２の吸収型格子１７の初期位置を、被検体Ｈが存在しない場合における第２の吸収型格子１７の位置でのＧ１像の暗部が、Ｘ線遮蔽部１７ａにほぼ一致する位置（ｋ＝０）としているが、この初期位置は、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１のうちいずれの位置としてもよい。
【００６５】
まず、ｋ＝０の位置では、主として、被検体Ｈにより屈折しなかったＸ線が第２の吸収型格子１７を通過する。次に、ｋ＝１，２，・・・と順に第２の吸収型格子１７を移動させていくと、第２の吸収型格子１７を通過するＸ線は、被検体Ｈにより屈折しなかったＸ線の成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折したＸ線の成分が増加する。特に、ｋ＝Ｍ／２の位置では、ほぼ被検体Ｈにより屈折したＸ線のみが第２の吸収型格子１７を通過する。ｋ＝Ｍ／２の位置を超えると、逆に、第２の吸収型格子１７を通過するＸ線は、被検体Ｈにより屈折したＸ線の成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折しなかったＸ線の成分が増加する。
【００６６】
ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１の各位置でＦＰＤ１５により撮影を行うと、各画素３０について、Ｍ個の画素データが得られる。以下に、このＭ個の画素データ（強度変調信号）に基づき、位相ズレ量ψを算出する方法を説明する。第２の吸収型格子１７の位置ｋにおける各画素３０の画素データＩｋ（ｘ）は、次式（９）で表される。
【００６７】
【数９】
2014000099.tif 000011
【００６８】
ここで、ｘは、画素のｘ方向に関する座標であり、Ａ０は入射Ｘ線の強度であり、Ａｎは強度変調信号のコントラストに対応する値である（ここで、ｎは正の整数である）。また、φ（ｘ）は、上記屈折角φを画素３０の座標ｘの関数として表したものである。
【００６９】
次式（１０）の関係を適用すると、上記屈折角φ（ｘ）は、式（１１）で表される。
【００７０】
【数１０】
2014000099.tif 000012
【００７１】
【数１１】
2014000099.tif 000013
【００７２】
ここで、ａｒｇ［  ］は、偏角の抽出を意味しており、次式（１２）で示すように、座標ｘにおける位相ズレ量ψ（ｘ）に相当する。
【００７３】
【数１２】
2014000099.tif 000014
【００７４】
図６に示すように、各画素３０で得られたＭ個の画素データは、第２の吸収型格子１７の位置ｋに対して、格子ピッチｐ２の周期で周期的に変化する。同図中の破線は、被検体Ｈが存在しない場合の画素データの変化を示しており、実線は、被検体Ｈが存在する場合の画素データの変化を示している。この両者の波形の位相差が上記各画素の強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）に相当する。
【００７５】
以上の説明では、画素３０のｙ方向に関するｙ座標を考慮していないが、各ｙ座標について同様の演算を行うことにより、ｘ方向及びｙ方向に関する２次元的な位相ズレの分布ψ（ｘ，ｙ）が得られる。この分布ψ（ｘ，ｙ）が位相微分像である。
【００７６】
式（１２）は、三角関数を用いて、次式（１３）のように表される。
【００７７】
【数１３】
2014000099.tif 000015
【００７８】
位相微分像生成部２３ａは、式（１３）に基づいて、位相微分像ψ（ｘ，ｙ）を生成する。位相コントラスト画像生成部２３ｂは、次式（１４）に基づく積算処理を行うことにより、位相コントラスト画像Ｓ（ｘ，ｙ）を生成する。
【００７９】
【数１４】
2014000099.tif 000016
【００８０】
次に、通信部２０による撮影部１２からコンソール１３への画像データの転送方法について説明する。図７に示すように、メモリ１９には、縞走査により得られたＭ枚の画像データＰｋ（ここで、ｋ＝０，１，・・・，Ｍ−１）が記憶されている。各画像データＰｋは、画素データＩｋ（ｘ，ｙ）により構成されている。
【００８１】
通信部２０は、各画像データＰｋから同一画素に対応する画素データＩｋ（ｘ，ｙ）を順に読み出して、コンソール１３へ転送する。具体的には、まず、各画像データＰｋから、ｘ＝０，ｙ＝０の第１画素に対応する画素データＩ０（０，０），Ｉ１（０，０），・・・，ＩＭ−１（０，０）を読み出し、これらを順に転送する。次に、ｘ＝１，ｙ＝０の第２画素に対応する画素データＩ０（１，０），Ｉ１（１，０），・・・，ＩＭ−１（１，０）を読み出し、これらを順に転送する。このように、通信部２０は、ｘ方向に並ぶ画素の順に対応する画素データＩｋ（ｘ，ｙ）の読み出し及び転送を行う。ｘ座標が最終アドレスに到達すると、ｙ座標を次のアドレスに変更して同様に画素データＩｋ（ｘ，ｙ）の読み出し及び転送を行う。このようにして、すべての画素データＩｋ（ｘ，ｙ）の読み出し及び転送を行う。
【００８２】
コンソール１３内の画像処理部２３には、上記の順に従って画素データＩｋ（ｘ，ｙ）が入力される。位相微分像生成部２３ａは、上記式（１３）に基づき、各画素に対応する画素データＩｋ（ｘ，ｙ）が入力されるたびに位相微分値ψ（ｘ，ｙ）を算出する。例えば、第１画素に対応する画素データＩ０（０，０），Ｉ１（０，０），・・・，ＩＭ−１（０，０）が入力されると位相微分値ψ（０，０）を算出し、次に、第２画素に対応する画素データＩ０（１，０），Ｉ１（１，０），・・・，ＩＭ−１（１，０）が入力されると位相微分値ψ（１，０）を算出する。このように、位相微分像生成部２３ａは、撮影部１２から転送されるＭ枚の画像データＰｋの転送完了を待たずに、転送動作と並行して位相微分値ψ（ｘ，ｙ）の算出を行なう。
【００８３】
位相コントラスト画像生成部２３ｂは、上記式（１４）に基づき、１つの位相微分値ψ（ｘ，ｙ）が算出されるたびに、位相コントラスト値Ｓ（ｘ，ｙ）の算出を行なう。すなわち、位相コントラスト値Ｓ（ｘ，ｙ）の算出も、Ｍ枚の画像データＰｋの転送完了を待たずに転送動作と並行して行われ、算出された位相コントラスト値Ｓ（ｘ，ｙ）が順次に出力される。位相コントラスト画像生成部２３ｂから出力された位相コントラスト値Ｓ（ｘ，ｙ）は、画像記憶部２４に順次に記録されるとともに、表示装置２５に表示される。すなわち、位相コントラスト値Ｓ（ｘ，ｙ）の画像記憶部２４への記憶、及び表示装置２５への表示も、上記転送動作と並行して順次に行われる。
【００８４】
次に、以上のように構成されたＸ線撮影システム１０の作用を説明する。入力装置２６から撮影条件の入力が行われ、撮影開始時がなされると、Ｘ線撮影システム１０の各部が連携動作し、走査機構１８により第２の吸収型格子１７が移動されながら、各走査位置（ｋ＝０，１，・・・，Ｍ−１）でＸ線源１１によるＸ線の曝射及びＦＰＤ１５による検出動作が行われる。この結果、Ｍ枚の画像データＰｋが生成され、メモリ１９に格納される。
【００８５】
次に、通信部２０により、メモリ１９に格納されたＭ枚の画像データＰｋは、上記のように同一の画素に対応する画素データＩｋ（ｘ，ｙ）ごとに読み出され、ネットワークＮを介してコンソール１３内の画像処理部２３に転送される。この転送動作と並行して、位相微分像生成部２３ａ及び位相コントラスト画像生成部２３ｂが演算処理を行い、さらに転送動作と並行して、位相コントラスト画像の記憶及び表示が行われる。このように転送動作を行うことにより、撮影が開始してから位相コントラスト画像が生成されるまでの時間が短縮される。
【００８６】
なお、上記実施形態では、位相コントラスト画像を画像記憶部２４に記憶して表示装置２５に表示しているが、位相コントラスト画像に加えて、位相微分像を画像記憶部２４に記憶して表示装置２５に表示するように構成することも可能である。
【００８７】
また、上記実施形態では、式（１３）により算出される強度変調信号の位相ズレの２次元分布を位相微分像としているが、位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）の微分値と比例関係を有するものであれば、屈折角φ等、いかなる物理量の２次元分布を位相微分像としてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、Ｘ線源１１と第１の吸収型格子１６との間に被検体Ｈを配置して行う本撮影のみを実施するように構成しているが、被検体Ｈを配置しない状態でプレ撮影を行い、このプレ撮影で得られた位相微分像をオフセットデータとして、本撮影時に得られる位相微分像から減算するように構成してもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源１１と第１の吸収型格子１６との間に配置しているが、被検体Ｈを第１の吸収型格子１６と第２の吸収型格子１７との間に配置してもよい。この場合にも同様に位相微分像及び位相コントラスト画像の生成が可能である。
【００９０】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、Ｘ線源１１からＦＰＤ１５までの距離を長くした場合に、Ｘ線焦点１１ａの焦点サイズ（一般的に０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度）によるＧ１像のボケが影響し、位相コントラスト画像の画質の低下をもたらす恐れがある。そこで、本発明の第２実施形態として、図８に示すように、Ｘ線源１１の射出側にマルチスリット（線源格子）５０を配置する。第２実施形態のＸ線撮影システムは、マルチスリット５０を備えること以外は、上記第１実施形態と同一構成である。
【００９１】
マルチスリット５０は、第１及び第２の吸収型格子１６，１７と同様な構成の吸収型格子であり、ｙ方向に延伸した複数のＸ線遮蔽部５１が、ｘ方向に周期的に配列されたものである。このマルチスリット５０は、Ｘ線源１１からのＸ線を部分的に遮蔽してｘ方向に関する実効的な焦点サイズを縮小するとともに、ｘ方向に多数の点光源（分散光源）を形成することにより、Ｇ１像のボケを抑制する。なお、ｘ方向に隣接するＸ線遮蔽部５１の間には、同様に、Ｘ線透過部（図示せず）が設けられている。
【００９２】
（第３実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、第１及び第２の吸収型格子１６，１７を、Ｘ線透過部１６ｂ，１７ｂを通過したＸ線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、第１の吸収型格子１６でＸ線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる構成（特許第４４４５３９７号公報等に記載の構成）とすることも可能である。本発明の第３実施形態として、第１の吸収型格子１６を回折格子とし、第１及び第２の吸収型格子１６，１７の間の距離Ｌ２をタルボ干渉距離に設定して、タルボ干渉計を構成する。本実施形態では、タルボ干渉効果により生じる第１の吸収型格子１６の縞画像（自己像）が、第２の吸収型格子１７に射影される。
【００９３】
また、本実施形態では、第１の吸収型格子１６を、位相型格子（位相型回折格子）としても良い。この場合には、Ｘ線高吸収部１６ａとＸ線透過部１６ｂとの間で、Ｘ線に“π”または“π／２”の位相差が生じるように、厚みや材料を設定すればよい。
【００９４】
（第４実施形態）
また、上記第１〜第３実施形態では、第２の吸収型格子１７がＦＰＤ１５とは独立して設けられているが、特開平２００９−１３３８２３号公報に開示されたＦＰＤを用いることにより、第２の吸収型格子１７を排することができる。このＦＰＤは、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＦＰＤにおいて、各画素の電荷収集電極が、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる複数の線状電極群を、互いに位相が異なるように配置することにより構成されている。本実施形態では、電荷収集電極が特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成する。
【００９５】
図９において、本実施形態のＦＰＤ６０は、ｘ方向及びｙ方向に沿って一定のピッチで２次元配列された画素６１を備え、各画素６１は、Ｘ線を電荷に変換する変換層によって変換された電荷を収集するための電荷収集電極６２を有する。電荷収集電極６２は、第１〜第６の線状電極群６２ａ〜６２ｆから構成されており、各線状電極群の線状電極の配列周期の位相はπ／３ずつずれている。具体的には、第１の線状電極群６２ａの位相を０とすると、第２の線状電極群６２ｂの位相はπ／３、第３の線状電極群６２ｃの位相は２π／３、第４の線状電極群６２ｄの位相はπ、第５の線状電極群６２ｅの位相は４π／３、第６の線状電極群６２ｆの位相は５π／３である。
【００９６】
さらに、各画素６１には、電荷収集電極６２により収集された電荷を読み出すためのスイッチ群６３が設けられている。スイッチ群６３は、第１〜第６の線状電極群６２ａ〜６２ｆのそれぞれに設けられたＴＦＴスイッチからなる。第１〜第６の線状電極群６２ａ〜６２ｆにより収集された電荷を、スイッチ群６３を制御してそれぞれ個別に読み出すことによって、一度の撮影により、互いに位相の異なる６種類の縞画像が取得される。この６種類の縞画像に基づいて位相微分像及び位相コントラスト画像が生成される。その他の構成については、上記第１実施形態と同一であるので、説明は省略する。
【００９７】
本実施形態では、撮影部１２から第２の吸収型格子１７が不要となるため、コスト削減とともに、さらなる薄型化が可能となる。また、本実施形態では、一度の撮影により、異なる位相で強度変調が行われた複数の縞画像を取得することが可能であるため、縞走査のための物理的な走査が不要となり、上記走査機構１８を排することができる。なお、上記構成の電荷収集電極６２に代えて、特開平２００９−１３３８２３号公報に記載のその他の構成の電荷収集電極を用いることも可能である。
【００９８】
さらに、第２の吸収型格子１７を排することを可能とする別の実施形態として、Ｘ線画像検出器により得られた縞画像（Ｇ１像）を、信号処理によって位相を変えながら周期的にサンプリングすることで、該縞画像に強度変調を与えるといった構成を用いても良い。
【００９９】
以上説明した各実施形態は、医療診断用の放射線撮影システムに限定されず、工業用等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。また、放射線として、Ｘ線以外に、ガンマ線等を用いることも可能である。
【０１００】
さらに、本発明は、位相イメージングを行なう放射線撮影システムに限られず、撮影部で得られた複数の画像データに基づいて画素ごとに処理を行うシステム全般に適用可能である。例えば、プレ撮影と本撮影とを行なって２枚の画像データを取得し、これらの画像データを画像処理部に転送した後、両者の差分をとることによりオフセット補正を行うシステムに本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  Ｘ線撮影システム
１５  フラットパネル検出器（ＦＰＤ）
１６  第１の吸収型格子（第１の格子）
１６ａ  Ｘ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）
１６ｂ  Ｘ線透過部
１７  第２の吸収型格子（第２の格子）
１７ａ  Ｘ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）
１７ｂ  Ｘ線透過部
６２ａ〜６２ｆ  第１〜第６の線状電極群
６３  スイッチ群
【図１】
2014000099.tif 000017
【図２】
2014000099.tif 000018
【図３】
2014000099.tif 000019
【図４】
2014000099.tif 000020
【図５】
2014000099.tif 000021
【図６】
2014000099.tif 000022
【図７】
2014000099.tif 000023
【図８】
2014000099.tif 000024
【図９】
2014000099.tif 000025