(57)【要約】【課題】体動による影響の低減と、モアレ縞の周期方向への解像度の低下の抑制とを両立させる。【解決手段】Ｘ線撮影装置は、Ｘ線源から射出されたＸ線を通過させてＧ１像を生成する第１の格子と、第１の格子に対して格子面内方向に相対的に傾斜して配置され、Ｇ１像を部分的に遮蔽することによりモアレ縞を有するＧ２像を生成する第２の格子と、Ｇ２像を検出して画像データを生成するＸ線画像検出器と、第２の格子をｘ方向に並進移動させ、第１の走査位置と第２の走査位置とに位置を変更する走査機構とを備える。位相微分画像生成部は、モアレ縞の周期方向（ｙ方向）に並ぶ２つの画素部を１グループとするように複数の画素部を複数のグループに分け、第１及び第２の走査位置で得られる各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源から射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、
前記第１の格子に対して格子面内方向に相対的に傾斜し、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽してモアレ縞を有する第２の周期パターン像を生成する第２の格子と、
複数の画素部が２次元配列され、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線検出器と、
前記第１の格子または前記第２の格子を複数の走査位置に並進移動させる走査機構と、
前記モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように前記複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、前記複数の走査位置で得られる前記各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、前記強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
を備えることを特徴とする放射線画像撮影装置。
【請求項２】
前記周期方向に並ぶ画素部の配列ピッチは、前記モアレ縞の１周期をｓ（ｓは２以上の整数）等分した値であり、位相微分画像生成部は、前記１周期内のｓ個の画素部を前記１グループとすることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像撮影装置。
【請求項３】
前記走査位置の数をｎ（ｎは２以上の整数）、前記周期方向に直交する方向への前記第２の格子の格子ピッチをｐ２とした場合に、前記走査機構による前記第１の格子または前記第２の格子の移動ピッチが、前記第１の周期パターン像に対して前記第２の格子を相対的にｐ２／（ｓ×ｎ）だけ移動させる値であることを特徴とする請求項２に記載の放射線画像撮影装置。
【請求項４】
ｓ＝２、ｎ＝２であることを特徴とする請求項３に記載の放射線画像撮影装置。
【請求項５】
前記放射線源と前記放射線検出器との間に被検体を配置せずに行われるプレ撮影において、前記位相微分画像生成部により生成された位相微分画像を補正画像として記憶する補正画像記憶部と、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に被検体を配置して行われる本撮影において前記位相微分画像生成部により生成された位相微分画像から、前記補正画像記憶部に記憶された補正画像を減算する補正処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の放射線画像撮影装置。
【請求項６】
前記第１の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより前記第１の周期パターン像を生成することを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記第１の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて前記第１の周期パターン像を生成することを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備えることを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
放射線源から線源格子を介して射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、
前記第１の格子に対して格子面内方向に相対的に傾斜し、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽してモアレ縞を有する第２の周期パターン像を生成する第２の格子と、
複数の画素部が２次元配列され、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線検出器と、
前記線源格子を複数の走査位置に並進移動させる走査機構と、
前記モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように前記複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、前記複数の走査位置で得られる前記各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、前記強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
を備えることを特徴とする放射線画像撮影装置。
【請求項１０】
放射線源から射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、
前記第１の格子に対して格子面内方向に相対的に傾斜し、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽してモアレ縞を有する第２の周期パターン像を生成する第２の格子と、
複数の画素部が２次元配列され、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線検出器と、
前記第１の格子または前記第２の格子を複数の走査位置に並進移動させる走査機構と、
を備えた放射線画像撮影装置に用いられる画像処理方法において、
前記モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように前記複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、前記複数の走査位置で得られる前記各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、前記強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
【請求項１１】
放射線源から線源格子を介して射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、
前記第１の格子に対して相対的に傾斜し、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽してモアレ縞を有する第２の周期パターン像を生成する第２の格子と、
複数の画素部が２次元配列され、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線検出器と、
前記線源格子を複数の走査位置に並進移動させる走査機構と、
を備えた放射線画像撮影装置に用いられる画像処理方法において、
前記モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように前記複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、前記複数の走査位置で得られる前記各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、前記強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体による放射線の位相変化に基づく画像を検出する放射線撮影装置及びそれに用いられる画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線、例えばＸ線は、物質を構成する元素の重さ（原子番号）と物質の密度及び厚さとに依存して吸収され減衰するといった特性を有する。この特性に着目し、医療診断や非破壊検査等の分野において、被検体の内部を透視するためのプローブとしてＸ線が利用されている。
【０００３】
一般的なＸ線撮影装置では、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、被検体を透過したＸ線の撮影を行う。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、被検体を透過する際に吸収され減衰した後、Ｘ線画像検出器に入射する。この結果、被検体によるＸ線の強度変化に基づく画像がＸ線画像検出器により検出される。
【０００４】
Ｘ線吸収能は、原子番号が小さい元素ほど低くなるため、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、Ｘ線の強度変化が小さく、画像に十分な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線吸収能の差が小さいため、コントラストが得られにくい。
【０００５】
このような問題を背景に、被検体によるＸ線の強度変化に代えて、被検体によるＸ線の位相変化に基づいた画像を得るＸ線位相イメージングの研究が近年盛んに行われている。Ｘ線位相イメージングは、被検体に入射したＸ線の位相変化が強度変化より大きいことに基づき、Ｘ線の位相変化を画像化する方法であり、Ｘ線吸収能が低い被検体に対しても高コントラストの画像を得ることができる。Ｘ線位相イメージングの一種として、２枚の回折格子とＸ線画像検出器とを用いてＸ線タルボ干渉計を構成することにより、Ｘ線の位相変化を検出するＸ線撮影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このＸ線撮影装置は、Ｘ線源から見て被検体の背後に第１の格子を配置し、第１の格子からタルボ距離だけ離れた位置に第２の格子を配置し、その背後にＸ線画像検出器を配置したものである。タルボ距離は、第１の格子を通過したＸ線が、タルボ効果によって第１の格子の自己像（縞画像）を形成する距離であり、第１の格子の格子ピッチとＸ線波長とに依存する。この自己像は、被検体でのＸ線の位相変化で屈折が生じることにより変調される。この変調量を検出することにより、Ｘ線の位相変化が画像化される。
【０００７】
上記変調量の検出方法として縞走査法が知られている。縞走査法とは、第１の格子に対して第２の格子を、第１の格子の面に平行でかつ第１の格子の格子線方向に垂直な方向に、所定の移動ピッチずつ並進移動（走査）させながら、各走査位置において、Ｘ線源からＸ線を放射し、被検体、第１及び第２の格子を通過したＸ線をＸ線画像検出器により撮影する方法である。このＸ線画像検出器により得られる各画素の画素値の上記走査に対する変化を表す信号（強度変調信号）について位相ズレ量（被検体が存在しない場合の初期位置からの位相差）を算出することにより、上記変調量に関連する画像が得られる。この画像は、被検体の屈折率を反映した画像であり、Ｘ線の位相変化（位相シフト）の微分量に対応するため、位相微分画像と呼ばれる。
【０００８】
しかし、縞走査法では、１枚の位相コントラスト画像を取得するために複数回（例えば、５回）の撮影を行う必要があるため、被検体の体動によりＸ線像にボケが生じやすいといった問題がある。また、複数回の撮影により被検体の被曝量が大きいことも問題である。特許文献１には、第１及び第２の格子を移動させずに一度の撮影で得られる単一の画像データから位相微分画像を生成することが記載されているが、その具体的な方法については述べられていない。
【０００９】
そこで、本出願人は、特願２０１０−２６５２４１号において、第１及び第２の格子を移動させずに一度の撮影で得られる単一の画像データから位相微分画像を生成する具体的方法を提案している。この方法では、第１の格子に対して第２の格子２２を格子面内方向に相対的に僅かに傾斜させて、モアレ縞を発生させたうえで、Ｘ線画像検出器により得られる単一の画像データを取得する。この画像データを、モアレ縞に対して互いに位相が異なる画素行（モアレ縞の周期方向に直交する方向に並ぶ画素）の群に分割し、分割されたデータ群を、縞走査で得られる複数の画像データと見なして、縞走査法と同様な手順で強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２００３６１号公報
【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、特願２０１０−２６５２４１号に記載の方法では、単一の画像データから位相微分画像を生成するため、被検体の体動による影響を低減することができるが、モアレ縞の周期方向に画像データを分割するため、位相微分画像は、該周期方向への解像度が低下するといった問題がある。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、体動による影響の低減と、モアレ縞の周期方向への解像度の低下の抑制とを両立させることを可能とする放射線撮影装置及び画像処理方法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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影装置は、放射線源から射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の格子に対して格子面内方向に相対的に傾斜し、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽してモアレ縞を有する第２の周期パターン像を生成する第２の格子と、複数の画素部が２次元配列され、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線検出器と、前記第１の格子または前記第２の格子を複数の走査位置に並進移動させる走査機構と、前記モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように前記複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、前記複数の走査位置で得られる前記各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、前記強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、を備えるものである。
【００１４】
前記周期方向に並ぶ画素部の配列ピッチは、前記モアレ縞の１周期をｓ（ｓは２以上の整数）等分した値であり、位相微分画像生成部は、前記１周期内のｓ個の画素部を前記１グループとすることが好ましい。
【００１５】
また、前記走査位置の数をｎ（ｎは２以上の整数）、前記周期方向に直交する方向への前記第２の格子の格子ピッチをｐ２とした場合に、前記走査機構による前記第１の格子または前記第２の格子の移動ピッチが、前記第１の周期パターン像に対して前記第２の格子を相対的にｐ２／（ｓ×ｎ）だけ移動させる値であることが好ましい。この場合、下式（８）に基づいて位相微分画像を生成することが可能である。
【００１６】
さらに、ｓ＝２、ｎ＝２であることが好ましい。この場合、下式（７）に基づいて位相微分画像を生成することが可能である。
【００１７】
前記放射線源と前記放射線検出器との間に被検体を配置せずに行われるプレ撮影において、前記位相微分画像生成部により生成された位相微分画像を補正画像として記憶する補正画像記憶部と、前記放射線源と前記放射線検出器との間に被検体を配置して行われる本撮影において前記位相微分画像生成部により生成された位相微分画像から、前記補正画像記憶部に記憶された補正画像を減算する補正処理部と、を備えることが好ましい。
【００１８】
前記第１の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより前記第１の周期パターン像を生成することが好ましい。前記第１の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて前記第１の周期パターン像を生成するものであってもよい。
【００１９】
前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットをさらに備えることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の放射線撮影装置は、放射線源から線源格子を介して射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の格子に対して格子面内方向に相対的に傾斜し、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽してモアレ縞を有する第２の周期パターン像を生成する第２の格子と、複数の画素部が２次元配列され、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線検出器と、前記線源格子を複数の走査位置に並進移動させる走査機構と、前記モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように前記複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、前記複数の走査位置で得られる前記各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、前記強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、を備えるものである。
【００２１】
また、本発明の画像処理方法は、放射線源から射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の格子に対して格子面内方向に相対的に傾斜し、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽してモアレ縞を有する第２の周期パターン像を生成する第２の格子と、複数の画素部が２次元配列され、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線検出器と、前記第１の格子または前記第２の格子を複数の走査位置に並進移動させる走査機構と、を備えた放射線画像撮影装置に用いられる画像処理方法において、前記モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように前記複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、前記複数の走査位置で得られる前記各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、前記強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成するものである。
【００２２】
さらに、本発明の画像処理方法は、放射線源から線源格子を介して射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の格子に対して相対的に傾斜し、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽してモアレ縞を有する第２の周期パターン像を生成する第２の格子と、複数の画素部が２次元配列され、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成する放射線検出器と、前記線源格子を複数の走査位置に並進移動させる走査機構と、を備えた放射線画像撮影装置に用いられる画像処理方法において、前記モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように前記複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、前記複数の走査位置で得られる前記各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、前記強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成するものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、モアレ縞の周期方向に並ぶ所定数の画素部を１グループとするように複数の画素部を複数のグループに分けるとともに、複数の走査位置で得られる各グループ内の画素部の画素値により強度変調信号を構成し、強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより位相微分画像を生成するので、体動による影響の低減と、モアレ縞の周期方向への解像度の低下の抑制とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】Ｘ線撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線画像検出器の構成を示す模式図である。
【図３】第１及び第２の格子の構成を説明する説明図である。
【図４】画素部とモアレ周期との関係を説明する説明図である。
【図５】第１及び第２の画素部の分類について説明する説明図である。
【図６】強度変調信号を示すグラフである。
【図７】画像処理部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１において、Ｘ線撮影装置１０は、Ｘ線源１１、格子部１２、Ｘ線画像検出器１３、メモリ１４、画像処理部１５、画像記録部１６、撮影制御部１７、コンソール１８、及びシステム制御部１９を備える。Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、撮影制御部１７の制御に基づき、被検体Ｈに向けてＸ線を射出する。
【００２６】
格子部１２は、第１の格子２１、第２の格子２２、及び走査機構２３を備える。第１及び第２の格子２１，２２は、Ｘ線照射方向であるｚ方向に関してＸ線源１１に対向配置されている。Ｘ線源１１と第１の格子２１との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。Ｘ線画像検出器１３は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器であり、第２の格子２２の背後に、検出面１３ａがｚ方向に直交するように配置されている。
【００２７】
第１の格子２１は、ｚ方向に直交する格子面内の一方向であるｙ方向に延伸された複数のＸ線吸収部２１ａ及びＸ線透過部２１ｂを備えた吸収型格子である。Ｘ線吸収部２１ａ及びＸ線透過部２１ｂは、ｚ方向及びｙ方向に直交するｘ方向に交互に配列されており、縞状のパターンを形成している。第２の格子２２は、第１の格子２１と同様にｙ方向に延伸され、かつｘ方向に交互に配列された複数のＸ線吸収部２２ａ及びＸ線透過部２２ｂを備えた吸収型格子である。Ｘ線吸収部２１ａ，２２ａは、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等のＸ線吸収性を有する材料により形成されている。Ｘ線透過部２１ｂ，２２ｂは、シリコン（Ｓｉ）や樹脂等のＸ線透過性を有する材料や空隙により形成されている。
【００２８】
第１の格子２１は、Ｘ線源１１から射出されたＸ線を部分的に通過させて第１の周期パターン像（以下、Ｇ１像という）を生成する。第２の格子２２は、第１の格子２１により生成されたＧ１像を部分的に透過させて第２の周期パターン像（以下、Ｇ２像という）を生成する。被検体Ｈが配置されていない場合において、Ｇ１像は、第２の格子２２の格子パターンとほぼ一致する。詳しくは後述するが、第２の格子２２に対して第１の格子２１がｚ軸周り（格子面内方向）に僅かに傾斜しており、Ｇ２像には、その傾斜角に応じた周期を有するモアレ縞が生じている。
【００２９】
Ｘ線画像検出器１３は、Ｇ２像を検出して画像データを生成する。メモリ１４は、Ｘ線画像検出器１３から読み出された画像データを一時的に記憶する。画像処理部１５は、メモリ１４に記憶された画像データに基づいて位相微分画像を生成し、この位相微分画像に基づいて位相コントラスト画像を生成する。画像記録部１６は、位相微分画像と位相コントラスト画像とを記録する。
【００３０】
走査機構２３は、第２の格子２２をｘ方向に並進移動させ、第１の格子２１に対する第２の格子２２の相対位置を変更する。走査機構２３は、圧電アクチュエータや静電アクチュエータにより構成され、撮影制御部１７の制御に基づいて駆動される。メモリ１４には、相対位置の変更前後でＸ線画像検出器１３により得られる１組の画像データが記憶される。
【００３１】
コンソール１８は、操作部１８ａ及びモニタ１８ｂを備えている。操作部１８ａは、キーボードやマウス等により構成され、Ｘ線源１１の管電圧、管電流、照射時間等の撮影条件の設定や、本撮影またはプレ撮影のモード選択、撮影実行指示等の操作入力を可能とする。本撮影とは、Ｘ線源１１と第１の格子２１との間に被検体Ｈを配置した状態で行う撮影モードである。プレ撮影とは、Ｘ線源１１と第１の格子２１との間に被検体Ｈを配置せずに行う撮影モードである。詳しくは後述するが、プレ撮影は、本撮影で被検体Ｈにより生じたＸ線の位相変化を算出するための参照情報と同時に第１及び第２の格子２１，２２の製造誤差や配置誤差等により生じるバックグランド成分を補正画像として取得するために用いられる。
【００３２】
モニタ１８ｂは、撮影条件等の撮影情報や、画像記録部１６に記録された位相微分画像及び位相コントラスト画像の表示を行う。システム制御部１９は、操作部１８ａから入力される信号に応じて各部を統括的に制御する。
【００３３】
図２において、Ｘ線画像検出器１３は、入射Ｘ線により半導体膜（図示せず）に生じた電荷を収集する画素電極３１と、画素電極３１によって収集された電荷を読み出すためのＴＦＴ（Thin Film Transistor）３２とを備えた画素部３０が２次元状に多数配列されたものである。半導体膜は、例えば、アモルファスセレンにより形成されている。
【００３４】
また、Ｘ線画像検出器１３は、ゲート走査線３３、走査回路３４、信号線３５、及び読み出し回路３６を備える。ゲート走査線３３は、画素部３０の行ごとに設けられている。走査回路３４は、ＴＦＴ３２をオン／オフするための走査信号を各ゲート走査線３３に付与する。信号線３５は、画素部３０の列ごとに設けられている。読み出し回路３６は、各信号線３５を介して画素部３０から電荷を読み出し、画像データに変換して出力する。各画素部３０の詳細な層構成については、例えば、特開２００２−２６３００号公報に記載されている層構成と同様である。
【００３５】
読み出し回路３６は、積分アンプ、Ａ／Ｄ変換器、補正回路（いずれも図示せず）等を備える。積分アンプは、各画素部３０から信号線３５を介して出力された電荷を積分して画像信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器は、積分アンプにより生成された画像信号を、デジタル形式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、リニアリティ補正等を行う。この補正後の画像データがメモリ１４に記憶される。
【００３６】
Ｘ線画像検出器１３は、入射Ｘ線を半導体膜で直接電荷に変換する直接変換型に限られず、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）やガドリウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）等のシンチレータで入射Ｘ線を可視光に変換し、可視光をフォトダイオードで電荷に変換する間接変換型であってもよい。さらに、Ｘ線画像検出器１３を、シンチレータとＣＭＯＳセンサを組み合わせて構成してもよい。
【００３７】
図３において、Ｘ線源１１から照射されるＸ線は、Ｘ線焦点１１ａを発光点としたコーンビームである。第１の格子２１は、タルボ効果が生じず、Ｘ線透過部２１ｂを通過したＸ線を幾何光学的に投影するように構成される。具体的には、ｘ方向へのＸ線透過部２１ｂの幅を、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し、Ｘ線の大部分がＸ線透過部２１ｂで回折しないようにすることで実現される。Ｘ線源１１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、Ｘ線透過部２１ｂの幅を１〜１０μｍ程度とすればよい。
【００３８】
これにより、Ｇ１像は、第１の格子２１からｚ方向下流への距離に依らず、常に第１の格子２１の自己像となる。Ｇ１像は、Ｘ線焦点１１ａからｚ方向下流への距離に比例して拡大される。
【００３９】
第２の格子２２の格子ピッチｐ２は、前述のように、第２の格子２２の格子パターンが第２の格子２２の位置におけるＧ１像に一致するように設定されている。具体的には、第２の格子２２の格子ピッチｐ２は、第１の格子２１の格子ピッチｐ１、Ｘ線焦点１１ａと第１の格子２１との間の距離Ｌ１、第１の格子２１と第２の格子２２との間の距離Ｌ２と、下式（１）をほぼ満たすように設定されている。
【００４０】
【数１】
2014223091.tif 000003
【００４１】
Ｇ１像は、被検体ＨでＸ線に位相変化が生じて屈折することにより変調される。この変調量には、被検体ＨでのＸ線の屈折角φ（ｘ）が反映される。同図には、被検体ＨでのＸ線の位相変化を表す位相シフト分布Φ（ｘ）に応じて屈折するＸ線の経路が例示されている。符号Ｘ１は、被検体Ｈが存在しない場合にＸ線が直進する経路を示し、符号Ｘ２は、被検体Ｈにより屈折したＸ線の経路を示している。
【００４２】
位相シフト分布Φ（ｘ）は、Ｘ線の波長をλ、被検体Ｈの屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）として、下式（２）で表される。
【００４３】
【数２】
2014223091.tif 000004
【００４４】
屈折角φ（ｘ）は、位相シフト分布Φ（ｘ）と、下式（３）の関係にある。
【００４５】
【数３】
2014223091.tif 000005
【００４６】
第２の格子２２の位置において、Ｘ線は、屈折角φ（ｘ）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（ｘ）が微小であることに基づいて、近似的に下式（４）で表される。
【００４７】
【数４】
2014223091.tif 000006
【００４８】
このように、変位量Δｘは、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値に比例する。そして、変位量Δｘは、後述する強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）（被検体Ｈがある場合とない場合とでの強度変調信号の位相ズレ量）と、下式（５）に示すように関連している。
【００４９】
【数５】
2014223091.tif 000007
【００５０】
上式（３）〜（５）から、強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）を求めることにより、位相微分画像が得られることが分かる。なお、位相ズレ量ψ（ｘ）に定数を乗じたり加算したりしたものを位相微分画像と定義してもよい。
【００５１】
図４において、Ｇ１像が第２の格子２２に対してｚ軸周りに僅かに傾斜するように、第１の格子２１は、第２の格子２２に対してｚ軸周りに角度θだけ傾斜して配置される。この配置により、Ｇ２像には、ｙ方向に下式（６）で表される周期Ｔを有するモアレ縞が生じる。
【００５２】
【数６】
2014223091.tif 000008
【００５３】
Ｘ線画像検出器２０の画素部３０のｘ方向の大きさをＤｘ（以下、主画素サイズＤｘという）、ｙ方向の大きさをＤｙ（以下、副画素サイズＤｙという）とする。第２の格子２２の傾斜角θは、モアレ周期Ｔが副画素サイズＤｙのほぼ整数倍となるように設定されている。本実施形態では、画素部３０のｙ方向への配列ピッチは、モアレ周期Ｔを２分割した値であり、副画素サイズＤｙは、モアレ周期Ｔの半分である。また、主画素サイズＤｘは、モアレ周期Ｔとほぼ同一の値である。
【００５４】
図５に示すように、１モアレ周期Ｔに含まれるｙ方向に配列された２つの画素部３０を、第１の画素部３０ａと第２の画素部３０ｂとに分類し、この１組の第１及び第２の画素部３０ａ，３０ｂを１グループＧｒとする。１グループＧｒ内の第１及び第２の画素部３０ａ，３０ｂは、１モアレ周期Ｔを２分割しているため、第１の画素部３０ａにより得られる第１の画素値Ｉ１と、第２の画素部３０ｂにより得られる第２の画素値Ｉ２とは、強度変調信号において位相がπだけ異なる２点に相当する。
【００５５】
走査機構２３は、第１の格子２１に対して第２の格子２２を、初期位置である第１の走査位置から、ｘ方向に格子ピッチｐ２の１／４倍の距離（ｐ２／４）だけ離れた第２の走査位置に並進移動させる。本撮影及びプレ撮影では、第１及び第２の走査位置のそれぞれにおいてＸ線画像検出器２０によりＧ２像の検出が行われる。第１の走査位置における第１の画素値Ｉ１と、第２の走査位置における第１の画素値Ｉ１’とは、強度変調信号において位相がπ／２だけ異なる２点に相当する。同様に、第１の走査位置における第２の画素値Ｉ２と、第２の走査位置における第２の画素値Ｉ２’とは、強度変調信号において位相がπ／２だけ異なる２点に相当する。
【００５６】
したがって、各グループＧｒについて、第１の走査位置における第１及び第２の画素値Ｉ１，Ｉ２と、第２の走査位置における第１及び第２の画素値Ｉ１’，Ｉ２’とにより、図６に示すように、１周期分の強度変調信号が構成される。
【００５７】
図７において、画像処理部１５は、位相微分画像生成部４０、補正画像記憶部４１、補正処理部４２、及び位相コントラスト画像生成部４３を備える。位相微分画像生成部４０は、本撮影またはプレ撮影においてメモリ１４に記憶された１組の画像データをそれぞれ読み出し、後述する方法によって位相微分画像を生成する。プレ撮影時に位相微分画像生成部４０により生成された位相微分画像は、補正画像として補正画像記憶部４１に記憶される。
【００５８】
補正処理部４２は、本撮影時に位相微分画像生成部４０により生成された位相微分画像から、補正画像記憶部４１に記憶された補正画像を減算することにより、位相微分画像を補正する。位相コントラスト画像生成部４３は、補正処理部４２により補正された位相微分画像をｘ方向に沿って積分処理することにより位相コントラスト画像を生成する。
【００５９】
位相微分画像生成部４０は、上記各グループＧｒについて、図６に示す強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することにより位相微分画像を生成する。この位相ズレ量ψ（ｘ）は、通常の縞走査法と同様な方法により算出可能である。例えば、「応用光学  光計測入門  谷田貝豊彦著  丸善株式会社  １３６〜１３８頁」に示された位相変調干渉法（フリンジスキャン干渉法）における位相分布の算出法を適用することができる。
【００６０】
本実施形態では、強度変調信号は、位相を０から２πの間で等間隔に４段階変化させた場合に相当するため、位相ズレ量ψ（ｘ）は、下式（７）を用いて算出される。
【００６１】
【数７】
2014223091.tif 000009
【００６２】
次に、以上のように構成されたＸ線撮影装置１０の作用を説明する。まず、被検体Ｈを配置せずに、操作部１８ａからプレ撮影指示が入力されると、第２の格子２２が第１の走査位置にセットされた状態で、Ｘ線源１１によるＸ線の照射とともに、Ｘ線画像検出器２０によるＧ２像の検出が行われ、Ｘ線画像検出器２０から出力された画像データがメモリ１４に記憶される。そして、走査機構２３により、第２の格子２２が第２の走査位置にセットされ、同様に、Ｘ線源１１によるＸ線の照射とともに、Ｘ線画像検出器２０によるＧ２像の検出が行われ、Ｘ線画像検出器２０から出力された画像データがメモリ１４に記憶される。
【００６３】
メモリ１４に記憶された１組の画像データは、画像処理部１５に読み出される。画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４０により上式（７）に基づく演算が行われ、位相微分画像が生成される。この位相微分画像は、補正画像として補正画像記憶部４１に記憶される。プレ撮影は、以上で動作が終了する。プレ撮影は、Ｘ線撮影装置１０の立ち上げ時等に少なくとも一度行われればよく、本撮影の前に毎回行われる必要はない。
【００６４】
次に、被検体ＨをＸ線源１１と第１の格子２１との間に配置して、操作部１８ａから本撮影指示が入力されると、プレ撮影時と同様に、第２の格子２２が第１の走査位置と第２の走査位置とにセットされ、それぞれの位置でＸ線源１１によるＸ線の照射とともに、Ｘ線画像検出器２０によるＧ２像の検出が行われ、Ｘ線画像検出器２０から出力された１組の画像データがメモリ１４に記憶される。この１組の画像データが画像処理部１５に読み出され、画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４０により同様に位相微分画像が生成される。
【００６５】
この位相微分画像は、補正処理部４２に入力される。補正処理部４２は、補正画像記憶部４１から補正画像を読み出し、入力された位相微分画像から補正画像を減算する。これにより、被検体Ｈの位相情報のみが反映された位相微分画像が生成される。この補正済みの位相微分画像は、位相コントラスト画像生成部４３に入力され、ｘ方向に沿って積分処理がなされることにより、位相コントラスト画像が生成される。
【００６６】
この位相コントラスト画像及び補正済みの位相微分画像は、画像記録部１６に記録された後、コンソール１８に入力され、モニタ１８ｂに表示される。
【００６７】
以上の通り、本実施形態では、図４及び図５に示すように１モアレ周期Ｔの分割数（１グループＧｒの画素部の数）は２と少ないため、モアレ縞の周期方向（ｙ方向）への解像度の低下は最低限に抑えられる。また、縞走査の走査数は２と少ないため、被検体Ｈの体動の影響が抑えられる。したがって、Ｘ線撮影装置１０は、体動による影響を低減するとともに、モアレ縞の周期方向への解像度の低下を抑制している。
【００６８】
（変形例１）
上記実施形態では、１モアレ周期Ｔの分割数を２、縞走査の走査数を２としているが、それぞれ２以上の整数であればよく特に限定されない。一般に、１モアレ周期Ｔの分割数をｓ、縞走査の走査数をｎとした場合には、縞走査時の第２の格子２２の移動ピッチをｐ２／Ｎ（ここで、Ｎ＝ｓ×ｎ）とし、第２の格子２２を第１の走査位置から第ｎの走査位置まで段階的に移動させればよい。これにより、位相を０から２πの間で等間隔にＮ段階に変化させてなる強度変調信号が得られる。この場合には、強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）は、下式（８）、（９）を用いて算出される。ここで、Ｉｋは、位相δｋにおける画素値である。
【００６９】
【数８】
2014223091.tif 000010
【数９】
2014223091.tif 000011
【００７０】
（変形例２）
また、上記実施形態及び変形例１では、１モアレ周期Ｔを等分割し、かつ第２の格子２２の移動ピッチをｄ／Ｎを満たすように設定しているが、必ずしもこれらの条件を満たす必要はない。これらの条件を満たさない場合には、位相δｋは、０から２πの間を等間隔に分割するものではないため、上式（９）を満たさず、非等間隔の値を取る。この場合には、強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）は、最小二乗法の原理に従い、下式（１０）〜（１４）を用いて算出することが可能である。
【００７１】
【数１０】
2014223091.tif 000012
【数１１】
2014223091.tif 000013
【数１２】
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【数１３】
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【数１４】
2014223091.tif 000016
【００７２】
以上の通り、従来の縞走査法の場合にはＮ（＝ｓ×ｎ）回の走査が必要であるのに対して、本発明によればｎ回の走査で済むため、曝射回数が抑えられ、被検体Ｈの被曝が軽減される。また、これにより撮影時間が短くなるため、被検体Ｈの体動による影響が軽減される。一方、走査を行わずに単一の画像データから位相微分画像を生成する特願２０１０−２６５２４１号に記載の方法の場合には、モアレ縞の周期方向の解像度が１／Ｎ倍に低下してしまうが、本発明によれば、該方向への解像度の低下は１／ｓ倍で済む。したがって、本発明によれば、走査回数の低減と解像度の向上との両立を図ることができる。特に、ｎ＝２、ｓ＝２の場合には、２回の走査で４つの値からなる強度変調信号が得られ、最小限の走査回数と最小限の解像度の低下により位相微分画像及び位相コントラスト画像を生成することができる。
【００７３】
（その他の変形例）
上記実施形態では、走査機構２３は、第２の格子２２を複数の走査位置に移動させているが、第２の格子２２に代えて、第１の格子２１を複数の走査位置に移動させてもよい。第１の格子２１を移動させる場合には、第１の格子２１の移動に伴うＧ１像に対する第２の格子２２の相対的な移動量が上記関係を満たすように移動制御すればよい。例えば、Ｇ１像に対する第２の格子２２のｘ方向への相対的な移動ピッチをｐ２／４とするには、第１の格子２１のｘ方向への移動ピッチをｐ１／４とすればよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、第２の格子２２のＸ線吸収部２２ａの延伸方向をｙ方向とし、これに対して第１の格子２１のＸ線吸収部２１ａの延伸方向を角度θだけ傾斜させているが、逆に、第１の格子２１のＸ線吸収部２１ａの延伸方向をｙ方向とし、これに対して第２の格子２２のＸ線吸収部２２ａの延伸方向を角度θだけ傾斜させてもよい。さらには、ｙ方向に対して、第１の格子２１のＸ線吸収部２１ａの延伸方向と、第２の格子２２のＸ線吸収部２２ａの延伸方向とを逆方向に傾斜させ、両者が角度θをなすようにしてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、主画素サイズＤｘをモアレ周期Ｔとほぼ同一の値としているが、主画素サイズＤｘとモアレ周期Ｔとの関係は特に限定されるものではなく、適宜変更してよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源１１と第１の格子２１との間に配置しているが、被検体Ｈを第１の格子２１と第２の格子２２との間に配置してもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、走査機構２３は、第２の格子２２を格子線に直交する方向（ｘ方向）に並進移動させているが、本出願人により特願２０１１−０９７０９０号として出願されているように、第２の格子２２を格子線に対して傾斜する方向（ｘｙ平面内でｘ方向及びｙ方向に直交しない方向）に並進移動させてもよい。この移動方向は、ｘｙ平面内で、かつｙ方向以外であれば、いずれの方向であってもよい。この場合には、第２の格子２２の移動のｘ方向成分に基づいて、走査位置を設定すればよい。第２の格子２２を格子線に対して傾斜する方向に並進移動させることにより、走査機構２３による各位置への移動に要するストローク（移動距離）が長くなるため、移動精度が向上するといった利点がある。
【００７８】
また、上記第実施形態では、Ｘ線源１１から射出されるコーンビーム状のＸ線を射出するＸ線源１１を用いているが、平行ビーム状のＸ線を射出するＸ線源を用いることも可能である。この場合には、上式（１）に代えて、ｐ２＝ｐ１をほぼ満たすように第１及び第２の格子２１，２２を構成すればよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、Ｘ線源１１から射出されたＸ線を第１の格子２１に入射させており、Ｘ線源１１は単一焦点であるが、Ｘ線源１１の射出側直後に、ＷＯ２００６／１３１２３５号公報等に記されたマルチスリット（線源格子）を設けることにより、Ｘ焦点を分散化してもよい。これより、高出力のＸ線源を用いることが可能となり、Ｘ線量が向上するため、位相微分画像の画質が向上する。マルチスリットの格子線（格子溝）は、ｙ方向に延伸しており、第１及び第２の格子２１，２２の少なくとも一方の格子線と平行である。この場合、マルチスリットのｘ方向への格子ピッチｐ０は、下式（１５）を満たす必要がある。ここで、距離Ｌ１は、マルチスリットから第１の格子２１までのｚ方向への距離を表す。
【００８０】
【数１５】
2014223091.tif 000017
【００８１】
このようにＸ線源１１と第１の格子２１の間にマルチスリットを設ける場合には、走査機構２３は、第１及び第２の格子２１に代えて、マルチスリットを複数の走査位置に移動させてもよい。マルチスリットを移動させる場合には、マルチスリットの移動に伴うＧ１像に対する第２の格子２２の相対的な移動量が上記関係を満たすように移動制御すればよい。例えば、Ｇ１像に対する第２の格子２２のｘ方向への相対的な移動ピッチをｐ２／４とするには、マルチスリットのｘ方向への移動ピッチをｐ０／４とすればよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、第１の格子２１が入射Ｘ線を幾何光学的に投影するように構成しているが、ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等で知られているように、第１の格子２１をタルボ効果が生じる構成としてもよい。第１の格子２１でタルボ効果を生じさせるためには、Ｘ線の空間干渉性を高めるように、小焦点のＸ線光源を用いるか、上記マルチスリットを用いればよい。また、第１の格子２１でタルボ効果を生じさせる場合には、第１の格子２１を、吸収型格子に代えて、位相型格子とすることも好ましい。位相型格子は、吸収型格子のＸ線吸収部をＸ線位相形成部に置換することにより構成される。Ｘ線位相形成部は、隣接するＸ線透過部に対して所定の屈折率差を有する材料（空気、樹脂など）により形成される。この位相型格子としては、入射Ｘ線にπ／２の位相変調を与えて透過させるものと、入射Ｘ線にπの位相変調を与えて透過させるものとが知られている。
【００８３】
第１の格子２１でタルボ効果が生じる場合には、第１の格子２１の自己像（Ｇ１像）が、第１の格子２１からｚ方向下流にタルボ距離Ｚｍだけ離れた位置に生じるため、第１の格子２１から第２の格子２２までの距離Ｌ２をタルボ距離Ｚｍとする必要がある。
【００８４】
タルボ距離Ｚｍは、第１の格子２１の構成とＸ線のビーム形状とに依存する。第１の格子２１が吸収型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１６）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【００８５】
【数１６】
2014223091.tif 000018
【００８６】
また、第１の格子２１がＸ線にπ／２の位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１７）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【００８７】
【数１７】
2014223091.tif 000019
【００８８】
また、第１の格子２１がＸ線にπの位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１８）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【００８９】
【数１８】
2014223091.tif 000020
【００９０】
また、第１の格子２１が吸収型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１９）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【００９１】
【数１９】
2014223091.tif 000021
【００９２】
また、第１の格子２１がＸ線にπ／２の位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（２０）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【００９３】
【数２０】
2014223091.tif 000022
【００９４】
そして、第１の格子２１がＸ線にπの位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（２１）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【００９５】
【数２１】
2014223091.tif 000023
【００９６】
本発明は、医療診断用の放射線撮影装置の他に、工業用の放射線撮影装置等に適用することが可能である。また、放射線は、Ｘ線以外に、ガンマ線等を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１０  Ｘ線撮影装置
１２  格子部
１３  Ｘ線画像検出器
２１  第１の格子
２１ａ  Ｘ線吸収部
２１ｂ  Ｘ線透過部
２２  第２の格子
２２ａ  Ｘ線吸収部
２２ｂ  Ｘ線透過部
３０  画素部
３１  画素電極
３３  ゲート走査線
３５  信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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