(57)【要約】【課題】アンラップエラーによる軟部組織の画像化の阻害を防止するとともに、オフセット補正後の位相微分画像において、ＯＫ領域間でのデータの段差を低減する。【解決手段】Ｘ線源から放射され第１及び第２の格子を通過したＸ線を検出して画像データを生成し、この画像データに基づいて位相微分画像を生成する。被検体を配置した本撮影時に生成された位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出する。この位相微分画像に対してＯＫ領域のみをアンラップ処理する。被検体を配置しないプレ撮影時に生成された位相微分画像をオフセット画像として記憶し、このオフセット画像に対してＯＫ領域のみをアンラップ処理する。そして、アンラップ処理が行われた位相微分画像から、アンラップ処理が行われたオフセット画像を減算するオフセット補正を行う。【選択図】図１３
2014217398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源から射出され、被検体を透過した放射線を検出して画像データを生成する放射線検出器と、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、
前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
前記被検体を配置しない状態で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前記位相微分画像をオフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部と、
前記被検体を配置した状態で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前記位相微分画像からアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出するＯＫ／ＮＧ領域検出部と、
前記本撮影により得られた前記位相微分画像について前記ＯＫ領域のみをアンラップ処理する第１のアンラップ処理部と、
前記オフセット画像について前記ＯＫ領域のみをアンラップ処理する第２のアンラップ処理部と、
前記第１のアンラップ処理部によりアンラップ処理が行われた前記位相微分画像から、前記第２のアンラップ処理部によりアンラップ処理が行われた前記オフセット画像を減算するオフセット補正を行うオフセット処理部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記第２のアンラップ処理部は、前記ＯＫ／ＮＧ領域検出部により検出された前記ＯＫ領域が複数存在する場合には、前記オフセット画像の前記各ＯＫ領域のみをアンラップ処理し、前記ＯＫ領域が１つのみの場合には、前記オフセット画像の画像全体をアンラップ処理することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記第２のアンラップ処理部は、前記第１のアンラップ処理部と同一の開始点を設定してアンラップ処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記第１のアンラップ処理部によりアンラップ処理が行われた前記位相微分画像と、前記第２のアンラップ処理部によりアンラップ処理が行われた前記オフセット画像とについて、前記開始点の画素値の差を算出し、この差に基づいて前記オフセット画像の前記ＯＫ領域の較正を行う較正処理部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装置。
【請求項５】
前記オフセット処理部によりオフセット補正が行われた前記位相微分画像に残存するノイズを線形式または多項式でフィッティングすることにより、前記ノイズの傾向を表す補正データを求め、この補正データを用いて前記ノイズを除去する補正処理部を備えることを特徴とする請求項４に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記アンラップ処理部は、前記ＯＫ領域のみを通り前記位相微分画像を一方向に貫通する貫通ラインに沿って起点群を設定し、前記起点群の各起点から前記貫通ラインに直交する直線経路に沿ったアンラップ処理と、前記起点群の隣接する起点間のアンラップ処理と、前記起点群から見て前記ＮＧ領域の背後に残存する前記ＯＫ領域内の画素に対するアンラップ処理とを行う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】
前記格子部は、放射線源からの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の周期パターン像を部分的に遮蔽して第２の周期パターン像を生成する第２の格子と有し、
前記放射線画像検出器は、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装置。
【請求項８】
前記格子部は、前記第１の格子または第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、
前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成し、
前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に直交する方向に移動させることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に対して傾斜する方向に移動させることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
【請求項１１】
前記位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて前記位相微分画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
前記ＯＫ／ＮＧ領域検出部は、画素値の強度変化を表す強度変調信号の平均強度、振幅、ビジビリティのうち１つまたは複数の組み合わせに基づいてＮＧ領域を検出することを特徴とする請求項８から１１いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
吸収画像、吸収画像の微分画像、小角散乱画像のうちいずれかを生成し、前記位相微分画像の前記ＮＧ領域を置換するＮＧ領域画像置換部を備えることを特徴とする請求項８から１２いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
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７から１３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１５】
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７から１３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１６】
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１５いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１７】
被検体を配置しない状態において、放射線源から射出され、格子部を通過した放射線を検出して画像データを生成し、この画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成して、これをオフセット画像として記憶するプレ撮影工程と、
被検体を配置した状態において、前記放射線源から射出され、被検体及び前記格子部を通過した放射線を検出して画像データを生成し、この画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する本撮影工程と、
前記本撮影工程で生成された前記位相微分画像からアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出するＯＫ／ＮＧ領域検出工程と、
前記本撮影工程で生成された前記位相微分画像について前記ＯＫ領域のみをアンラップ処理する第１のアンラップ処理工程と、
前記プレ撮影工程で生成された前記オフセット画像について前記ＯＫ領域のみをアンラップ処理する第２のアンラップ処理工程と、
前記第１のアンラップ処理工程でアンラップ処理が行われた前記位相微分画像から、前記第２のアンラップ処理工程でアンラップ処理が行われた前記オフセット画像を減算するオフセット補正を行うオフセット処理工程と、
を備えることを特徴とする放射線撮影方法。
【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放射線撮影方法に関する。
【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の回折格子を配置し、第１の回折格子からタルボ距離だけ離れた位置に第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したものである。タルボ距離は、第１の回折格子を通過したＸ線が、タルボ効果によって第１の回折格子の自己像（縞画像）を形成する距離であり、第１の回折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の回折格子の面に平行でかつ第１の回折格子の格子線方向に垂直な方向に、所定の走査ピッチで並進移動（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の回折格子を通過した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】
特許文献１に示されているように、上記位相ズレ量は、複素数の偏角を抽出する関数（ａｒｇ［…］）や、逆正接関数（ｔａｎ−１［…］）を用いて算出される。このため、位相微分画像は、上記関数の値域（−πから＋π、または、−π／２から＋π／２）に畳み込まれた（ラップされた）値により表現される。このようにラップされた位相微分画像には、値域の上限から下限に変化する箇所、または下限から上限に変化する箇所で不連続点が生じることがあるため、この不連続点をなくして連続化するようにアンラップ処理を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
このアンラップ処理は、光学的計測の分野等でも行われている（例えば、特許文献３参照）。一般に、アンラップ処理は、画像内の所定位置を起点とし、該起点から所定の経路に沿って順に行われる。この経路中に上記不連続点が検出されると、この不連続点以降のデータに、上記関数の値域に相当する値が一律に加算または減算される。これにより、不連続点がなくなり、データが連続化する。
【００１０】
また、Ｘ線位相イメージングでは、回折格子等の測定系に由来するノイズムラが位相微分画像に現れる。このノイズムラを除去するために、予め被検体のない状態で位相微分画像を取得して、これをオフセット画像として記憶しておき、被検体を配置した状態で取得された位相微分画像からオフセット画像を減算するオフセット補正が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０５８０７０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４５６５５号公報
【特許文献３】特開２００８−０８２８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、被検体に骨部等のＸ線吸収能が高い高吸収体が含まれる場合には、該高吸収体では、Ｘ線が大きく減衰して、上記強度変調信号の強度や振幅が低下するため、位相ズレ量の算出精度が低下してしまう。これにより、位相微分画像の高吸収体領域では、アンラップエラーが生じやすくなる。このアンラップエラーには、本来不連続点でない箇所に不連続性が生じて不連続点と見なされることによりアンラップ処理が行われるケースと、本来不連続点である箇所の不連続性が低下して不連続点と見なされないことによりアンラップ処理が行われないケースとがある。
【００１３】
図１９に示すように、高吸収体である骨部の領域に起点を設定し、起点から一方向に伸びる経路に沿ってアンラップ処理を行う場合には、骨部領域ではアンラップエラーが生じやすいため、一旦アンラップエラーが生じると、アンラップエラーが生じた箇所以降の経路にエラー値（上記関数の値域に相当する値）が積算される。この結果、アンラップ処理後の位相微分画像にはアンラップ処理の経路方向に沿った筋状のノイズが生じ、このノイズが軟部組織である軟骨部の一部に重なるため、Ｘ線位相イメージングでの関心領域である肝心の軟部組織の画像化を阻害してしまうという問題がある。そこで、アンラップエラーが生じやすい領域（ＮＧ領域）を判別し、それ以外の領域（ＯＫ領域）をアンラップ処理する方法が考えられる。
【００１４】
しかし、位相微分画像をＮＧ領域が分断し、複数のＯＫ領域が生じた場合には、前述のノイズムラの除去を行うために、各ＯＫ領域にアンラップ処理を行った位相微分画像（図２０（Ａ）参照）から、全体にアンラップ処理を行ったオフセット画像（図２０（Ｂ）参照）を減算すると、オフセット処理後の位相微分画像（図２０（Ｃ）参照）には、ＯＫ領域間でデータに段差が生じるといった問題が発生する。
【００１５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アンラップエラーによる軟部組織の画像化の阻害を防止するとともに、オフセット補正後の位相微分画像において、ＯＫ領域間でのデータの段差を低減することを可能とする放射線撮影装置及び放射線撮影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】
【００１６】
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、被検体を透過した放射線を検出して画像データを生成する放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、前記被検体を配置しない状態で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前記位相微分画像をオフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部と、前記被検体を配置した状態で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前記位相微分画像からアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出するＯＫ／ＮＧ領域検出部と、前記本撮影により得られた前記位相微分画像について前記ＯＫ領域のみをアンラップ処理する第１のアンラップ処理部と、前記オフセット画像について前記ＯＫ領域のみをアンラップ処理する第２のアンラップ処理部と、前記第１のアンラップ処理部によりアンラップ処理が行われた前記位相微分画像から、前記第２のアンラップ処理部によりアンラップ処理が行われた前記オフセット画像を減算するオフセット補正を行うオフセット処理部と、を備えるものである。
【００１７】
前記第２のアンラップ処理部は、前記ＯＫ／ＮＧ領域検出部により検出された前記ＯＫ領域が複数存在する場合には、前記オフセット画像の前記各ＯＫ領域のみをアンラップ処理し、前記ＯＫ領域が１つのみの場合には、前記オフセット画像の画像全体をアンラップ処理することが好ましい。
【００１８】
前記第２のアンラップ処理部は、前記第１のアンラップ処理部と同一の開始点を設定してアンラップ処理を行うことが好ましい。
【００１９】
前記第１のアンラップ処理部によりアンラップ処理が行われた前記位相微分画像と、前記第２のアンラップ処理部によりアンラップ処理が行われた前記オフセット画像とについて、前記開始点の画素値の差を算出し、この差に基づいて前記オフセット画像の前記ＯＫ領域の較正を行う較正処理部を備えることが好ましい。
【００２０】
前記オフセット処理部によりオフセット補正が行われた前記位相微分画像に残存するノイズを線形式または多項式でフィッティングすることにより、前記ノイズの傾向を表す補正データを求め、この補正データを用いて前記ノイズを除去する補正処理部を備えることが好ましい。
【００２１】
前記アンラップ処理部は、前記ＯＫ領域のみを通り前記位相微分画像を一方向に貫通する貫通ラインに沿って起点群を設定し、前記起点群の各起点から前記貫通ラインに直交する直線経路に沿ったアンラップ処理と、前記起点群の隣接する起点間のアンラップ処理と、前記起点群から見て前記ＮＧ領域の背後に残存する前記ＯＫ領域内の画素に対するアンラップ処理とを行うことが好ましい。
【００２２】
前記格子部は、放射線源からの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の周期パターン像を部分的に遮蔽して第２の周期パターン像を生成する第２の格子と有し、前記放射線画像検出器は、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ことが好ましい。
【００２３】
前記格子部は、前記第１の格子または第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成し、前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することが好ましい。この場合、前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に直交する方向に移動させることが好ましい。また、第１の格子または第２の格子を、格子線に対して傾斜する方向に移動させてもよい。
【００２４】
前記位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて前記位相微分画像を生成することが好ましい。
【００２５】
前記ＯＫ／ＮＧ領域検出部は、画素値の強度変化を表す強度変調信号の平均強度、振幅、ビジビリティのうち１つまたは複数の組み合わせに基づいてＮＧ領域を検出することが好ましい。
【００２６】
吸収画像、吸収画像の微分画像、小角散乱画像のうちいずれかを生成し、前記位相微分画像の前記ＮＧ領域を置換するＮＧ領域画像置換部を備えることが好ましい。
【００２７】
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。また、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も好ましい。
【００２８】
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も好ましい。
【００２９】
本発明の放射線撮影方法は、被検体を配置しない状態において、放射線源から射出され、格子部を通過した放射線を検出して画像データを生成し、この画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成して、これをオフセット画像として記憶するプレ撮影工程と、被検体を配置した状態において、前記放射線源から射出され、被検体及び前記格子部を通過した放射線を検出して画像データを生成し、この画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する本撮影工程と、前記本撮影工程で生成された前記位相微分画像からアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出するＯＫ／ＮＧ領域検出工程と、前記本撮影工程で生成された前記位相微分画像について前記ＯＫ領域のみをアンラップ処理する第１のアンラップ処理工程と、前記プレ撮影工程で生成された前記オフセット画像について前記ＯＫ領域のみをアンラップ処理する第２のアンラップ処理工程と、前記第１のアンラップ処理工程でアンラップ処理が行われた前記位相微分画像から、前記第２のアンラップ処理工程でアンラップ処理が行われた前記オフセット画像を減算するオフセット補正を行うオフセット処理工程と、を備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、本撮影で生成された位相微分画像についてＯＫ領域のみをアンラップ処理し、プレ撮影で生成されたオフセット画像についてＯＫ領域のみをアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた位相微分画像から、アンラップ処理が行われたオフセット画像を減算するので、アンラップエラーによる軟部組織の画像化の阻害を防止するとともに、オフセット補正後の位相微分画像におけるＯＫ領域間でのデータの段差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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】強度変調信号を示すグラフである。
【図５】画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図６】アンラップ処理方法の流れを説明するフローチャートである。
【図７】アンラップ処理の起点及び経路の設定方法を説明する図である。
【図８】アンラップ処理を説明する図である。
【図９】複数のＯＫ領域が存在する場合の起点及び経路の設定方法を説明する図である。
【図１０】ＯＫ領域が１つのみの場合のオフセット画像に対する起点及び経路の設定方法を説明する図である。
【図１１】プレ撮影時のＸ線撮影装置の作用を説明するフローチャートである。
【図１２】本撮影時のＸ線撮影装置の作用を説明するフローチャートである。
【図１３】オフセット補正を説明する説明図である。
【図１４】較正処理部を備えた画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図１５】較正処理部の作用を説明する説明図である。
【図１６】較正処理部及び傾き補正処理部を備えた画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図１７】１つの起点から画素ごとに順にアンラップ処理を行う例を説明する図である。
【図１８】ＮＧ領域画像置換部を備えた画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図１９】従来のアンラップ処理を説明する説明図である。
【図２０】従来のオフセット補正を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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線を放射する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
第１の格子２１は、Ｘ線源１１から放射された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。
【００３６】
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。
【００３７】
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の相対位置を順次に変更する。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、後述する縞走査を実行するために、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、縞走査の各走査位置でＸ線画像検出器１３により得られる画像データが一括して記憶される。
【００３８】
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、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オフセット画像として取得するために用いられる。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
【数１】
2014217398.tif 000003
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
【数２】
2014217398.tif 000004
【００５１】
上記屈折角φ（ｘ）は、位相シフト分布Φ（ｘ）と、下式（３）の関係にある。
【００５２】
【数３】
2014217398.tif 000005
【００５３】
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。
【００５４】
【数４】
2014217398.tif 000006
【００５５】
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。したがって、変位量Δｘを後述する縞走査により検出することにより、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値が得られ、位相微分画像が生成される。
【００５６】
縞走査は、格子ピッチｐ２をＭ個に分割した値（ｐ２／Ｍ）を走査ピッチとし、走査機構２３により、この走査ピッチで第２の格子２２を並進移動させ、第２の格子２２を並進移動させるたびに、Ｘ線源１１からＸ線を放射してＧ２像をＸ線画像検出器１３により撮影することにより行われる。Ｍは３以上の整数であり、例えば、Ｍ＝５であることが好ましい。
【００５７】
上式（１）を僅かに満たさない場合や、第１の格子２１と第２の格子２２との間にｚ方向周りの回転や、ｘｙ平面に対する傾斜が僅かに生じている場合には、Ｇ２像にはモアレ縞が生じる。このモアレ縞は、第２の格子２２の並進移動に伴って移動し、ｘ方向への移動距離が格子ピッチｐ２に達すると元のモアレ縞に一致する。このモアレ縞の移動を確認することで、第２の格子２２の並進移動量を検証することができる。
【００５８】
上記縞走査により、Ｘ線画像検出器１３の各画素部３０について、Ｍ個の画素値が得られる。図４に示すように、Ｍ個の画素値Ｉｋは、第２の格子２２の走査位置ｋに対して周期的に変化する。走査位置ｋは、第２の格子２２を一周期分並進移動させた場合の走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）ごとの各位置である。走査位置ｋに対する画素値Ｉｋの変化を表す信号を強度変調信号と呼ぶ。
【００５９】
同図中の破線は、被検体Ｈを配置しない状態で得られる強度変調信号を示している。これに対して、実線は、被検体Ｈを配置した状態で、被検体Ｈにより位相ズレ量ψ（ｘ）が生じた強度変調信号を示している。この位相ズレ量ψ（ｘ）は、上記変位量Δｘと下式（５）の関係にある。
【００６０】
【数５】
2014217398.tif 000007
【００６１】
したがって、各画素部３０について、縞走査で得られるＭ個の画素値Ｉｋに基づき、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。
【００６２】
次に、位相ズレ量ψ（ｘ）の算出方法について説明する。強度変調信号は、一般に下式（６）で表される。
【００６３】
【数６】
2014217398.tif 000008
【００６４】
ここで、Ａ０は入射Ｘ線の平均強度を表し、Ａｎは強度変調信号の振幅を表す。ｎは正の整数、iは虚数単位である。なお、図４に示すように、強度変調信号が正弦波を描く場合には、ｎ＝１である。
【００６５】
本実施形態では、走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）が一定であるため、下式（７）が成立する。
【００６６】
【数７】
2014217398.tif 000009
【００６７】
上式（７）を上式（６）に適用すると、位相ズレ量ψ（ｘ）は、下式（８）で表される。
【００６８】
【数８】
2014217398.tif 000010
【００６９】
ここで、ａｒｇ［…］は、複素数の偏角を抽出する関数である。また、位相ズレ量ψ（ｘ）は、逆正接関数を用いて下式（９）のように表すことも可能である。
【００７０】
【数９】
2014217398.tif 000011
【００７１】
複素数の偏角は、値域が−πから＋πの範囲であるため、上式（８）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−πから＋πの範囲に畳み込まれた（ラップされた）値を取る。これに対して、逆正接関数は、通常、値域が−π／２から＋π／２の範囲であるため、上式（９）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−π／２から＋π／２の範囲に畳み込まれた値を取る。なお、上式（９）において、逆正接関数内の分母及び分子の正負を判別することにより、値域を−πから＋πとすることができるため、−πから＋πの範囲で位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することも可能である。
【００７２】
本実施形態では、各画素部３０について位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することにより得られるデータを位相微分画像という。なお、位相ズレ量ψ（ｘ）に定数を乗じたり加算したりしたデータで表される画像を位相微分画像としてもよい。
【００７３】
図５において、画像処理部１５は、位相微分画像生成部４０、オフセット画像記憶部４１、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２、第１のアンラップ処理部４３、第２のアンラップ処理部４４、オフセット処理部４５、及び位相コントラスト画像生成部４６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縞走査を行った結果、メモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データを用い、上式（８）または上式（９）に基づいて演算を行うことにより位相微分画像を生成する。
【００７４】
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、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４１により記憶される。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は、第１のアンラップ処理部４３に入力される。なお、オフセット画像記憶部４１は、位相微分画像生成部４０から再度オフセット画像が入力された場合には、記憶中のオフセット画像を消去した後、入力されたオフセット画像を記憶する。
【００７５】
ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、メモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データに基づき、位相微分画像中においてアンラップエラーが生じやすい領域（以下、ＮＧ領域という）を検出し、ＮＧ領域以外の領域をＯＫ領域として検出する。ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、各画素部３０について、強度変調信号の平均強度Ａ０が閾値より低い領域、振幅Ａ１が閾値より低い領域、またはビジビリティＡ１／Ａ０が閾値より低い領域をＮＧ領域とする。
【００７６】
このＮＧ領域は、被検体Ｈに含まれる高吸収体領域（被検体Ｈが人体である場合には、Ｘ線吸収能が高い骨部等）に相当する。これは、Ｘ線が高吸収体で吸収されることにより、平均強度Ａ０、振幅Ａ１、またはビジビリティＡ１／Ａ０が低下することに基づいている。なお、平均強度Ａ０、振幅Ａ１、ビジビリティＡ１／Ａ０のうち２以上を組み合わせてＮＧ領域を検出してもよい。また、ＮＧ領域が散在することにより、ある程度の大きさを有する集合領域として得られない場合には、上記閾値を変化させてＮＧ領域の大きさを調整すればよい。
【００７７】
第１のアンラップ処理部４３は、位相微分画像生成部４０から入力された位相微分画像に対して、ＮＧ領域以外のＯＫ領域のみを対象としてアンラップ処理を施す。第２のアンラップ処理部４４は、オフセット画像記憶部４１に記憶されたオフセット画像に対して、画像全体またはＯＫ領域のみを対象としてアンラップ処理を施す。
【００７８】
オフセット処理部４５は、第１のアンラップ処理部４３によりアンラップ処理が行われた位相微分画像から、第２のアンラップ処理部４４によりアンラップ処理が行われたオフセット画像を減算するオフセット補正を行う。位相コントラスト画像生成部４６は、オフセット補正後の位相微分画像をｘ方向に沿って積分処理することにより、位相シフト分布を表す位相コントラスト画像を生成する。オフセット補正後の位相微分画像と、位相コントラスト画像とが画像記録部１６に記録される。
【００７９】
次に、図６及び図７を用いて、第１のアンラップ処理部４３によるアンラップ処理方法をより詳細に説明する。まず、位相微分画像の各行または各列に、アンラップ処理を開始する起点が設定される（ステップＳ１０）。これらの複数の起点を起点群という。
【００８０】
図７は、説明の簡略化のため、位相微分画像を１０×７画素の画像として表しており、位相微分画像にはＯＫ／ＮＧ領域検出部４２により検出されるＮＧ領域が示されており、ＮＧ領域以外の領域がＯＫ領域である。ステップＳ１０では、ＯＫ領域のみを通り位相微分画像をｘ方向またはｙ方向に貫通する貫通ラインが探索され、そのうち１つの貫通ラインに起点群が設定される。本実施形態では、ｘ方向とｙ方向とのそれぞれに貫通ラインが存在するが、短い方のｙ方向に沿う貫通ラインに沿って起点群Ｐ０〜Ｐ６が設定される。ここでは、起点群Ｐ０〜Ｐ６は、ｘ方向の端部（短辺）に沿って設定される。
【００８１】
起点群Ｐ０〜Ｐ６の設定の後、起点群Ｐ０〜Ｐ６を設定した貫通ラインと直交する方向（ｘ方向）に、各起点群Ｐ０〜Ｐ６を起点とした直線状の直線経路Ｒ０〜Ｒ６が設定され、各直線経路Ｒ０〜Ｒ６に沿ってアンラップ処理が実行される（ステップＳ１１）。直線経路Ｒ０〜Ｒ６は、ＮＧ領域には設定されない。このため、起点群Ｐ０〜Ｐ６側から見たＮＧ領域の背後には、起点群Ｐ０〜Ｐ６と同一のＯＫ領域に属するが、直線経路Ｒ０〜Ｒ６が設定されない画素が残存する。
【００８２】
具体的に、ステップＳ１１では、まず、起点Ｐ０から直線経路Ｒ０に沿って順にアンラップ処理が行われ、直線経路Ｒ０のアンラップ処理が終了すると、起点Ｐ０を基準として起点Ｐ１のアンラップ処理が行われた後、起点Ｐ１から直線経路Ｒ１に沿って順にアンラップ処理が行われる。そして、直線経路Ｒ１と同一行でＮＧ領域の背後に残存する画素についてはアンラップ処理が行われず、起点Ｐ１を基準として起点Ｐ２のアンラップ処理が行われる。この後、同様の手順でアンラップ処理が行われ、直線経路Ｒ６のアンラップ処理が終了するとステップＳ１１は終了する。
【００８３】
この後、ＮＧ領域の背後に残存した画素に回り込み経路が設定され、この回り込み経路に沿ってアンラップ処理を行う回り込み処理が行われる（ステップＳ１２）。具体的に、ステップＳ１２では、直線経路Ｒ１と同一行に残存する画素に回り込み経路ＷＲ０が設定され、直線経路Ｒ５と同一行に残存する画素に回り込み経路ＷＲ１が設定される。回り込み経路ＷＲ０は、隣接する直線経路Ｒ０上の画素を起点としてアンラップ処理が行われる。回り込み経路ＷＲ１は、隣接する直線経路Ｒ６上の画素を起点としてアンラップ処理が行われる。
【００８４】
図８に示すように、上記各経路上のアンラップ処理は、上式（８）または上式（９）の関数の値域の上限から下限、または下限から上限に変化する不連続点ＤＰを検出し、検出した不連続点ＤＰ以降のデータに一律に該値域に相当する値を加算または減算することで不連続点ＤＰをなくし、データを連続化する処理である。
【００８５】
図９に示すように、位相微分画像がＮＧ領域により分断されて、複数のＯＫ領域が検出されることがある。この場合には、各ＯＫ領域に対して、上記ステップＳ１０〜Ｓ１２が個別に実行される。同図の位相微分画像には、第１及び第２のＯＫ領域が存在する。第１のＯＫ領域には、ｘ方向端においてｙ方向に貫通する貫通ラインに沿って起点群Ｐ０ａ〜Ｐ６ａが設定されるとともに、各起点群Ｐ０ａ〜Ｐ６ａからｙ方向に直線経路Ｒ０ａ〜Ｒ６ａが設定される。そして、各直線経路Ｒ０ａ〜Ｒ６ａに沿ったアンラップ処理と、起点群Ｐ０ａ〜Ｐ６ａの隣接する起点間のアンラップ処理とが行われる。
【００８６】
同様に、第２のＯＫ領域には、ｘ方向端においてｙ方向に貫通する貫通ラインに沿って起点群Ｐ０ｂ〜Ｐ６ｂが設定されるとともに、各起点群Ｐ０ｂ〜Ｐ６ｂからｙ方向に直線経路Ｒ０ｂ〜Ｒ６ｂが設定される。そして、各直線経路Ｒ０ｂ〜Ｒ６ｂに沿ったアンラップ処理と、起点群Ｐ０ｂ〜Ｐ６ｂの隣接する起点間のアンラップ処理とが行われる。なお、第１及び第２のＯＫ領域に回り込み経路を設定する必要がある場合には適宜設定が行われ、設定された回り込み経路に沿ってアンラップ処理が行われる。
【００８７】
第２のアンラップ処理部４４は、位相微分画像がＮＧ領域により分断されず、１つのＯＫ領域のみが検出された場合には、ＮＧ領域及びＯＫ領域の検出結果に関わらず、オフセット画像の全体にアンラップ処理を行う。具体的には、図１０に示すように、第２のアンラップ処理部４４は、オフセット画像のｘ方向端においてｙ方向に沿って起点群Ｐ０〜Ｐ６を設定するとともに、各起点群Ｐ０〜Ｐ６からｙ方向に直線経路Ｒ０〜Ｒ６を設定し、各直線経路Ｒ０〜Ｒ６に沿ったアンラップ処理と、起点群Ｐ０〜Ｐ６の隣接する起点間のアンラップ処理とを行う。この場合、オフセット画像に対してアンラップ処理を開始する起点（開始点）Ｐ０と、位相微分画像に対してアンラップ処理を開始する起点（開始点）Ｐ０とを同一画素位置とする。
【００８８】
また、第２のアンラップ処理部４４は、位相微分画像がＮＧ領域により分断され、複数のＯＫ領域が検出された場合には、第１のアンラップ処理部４３により設定される起点群、直線経路、回り込み経路を、オフセット画像に対して同一の位置に設定し、第１のアンラップ処理部４３によるアンラップ処理と同一の順序でアンラップ処理を行う。
【００８９】
次に、図１１及び図１２に示すフローチャートを参照しながらＸ線撮影装置１０の作用を説明する。操作部１８ａを用いて撮影モードの選択がなされると（ステップＳ２０）、選択された撮影モードがプレ撮影であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２１）。プレ撮影である場合には、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ２２）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、走査機構２３により第２の格子２２が所定の走査ピッチずつ並進移動されながら、各走査位置ｋにおいて、Ｘ線源１１によるＸ線照射及びＸ線画像検出器１３によるＧ２像の検出が行われる（ステップＳ２３）。この縞走査の結果、Ｍ枚の画像データが生成され、メモリ１４に格納される。
【００９０】
この後、画像処理部１５によりメモリ１４に格納されたＭ枚の画像データが読み出される。画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４０により位相微分画像が生成される（ステップＳ２４）。この位相微分画像は、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４１に記憶される（ステップＳ２５）。プレ撮影動作は、以上で終了する。なお、このプレ撮影は、Ｘ線撮影装置１０の立ち上げ時等に被検体Ｈを配置しない状態で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。
【００９１】
次に、被検体Ｈが配置され、ステップＳ２０の撮影モードの選択により本撮影が選択された場合には（ステップＳ２１でＮＯ）、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ３０）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ３０でＹＥＳ）、ステップＳ２３と同様の縞走査が行われ（ステップＳ３１）、メモリ１４にＭ枚の画像データが格納される。この後、同様に、位相微分画像生成部４０によって位相微分画像が生成される（ステップＳ３２）。
【００９２】
そして、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２により、メモリ１４に格納された画像データに基づき、ＮＧ領域及びＯＫ領域の検出が行われる（ステップＳ３３）。この検出結果に基づき、第１のアンラップ処理部４３により、ステップＳ３２で生成された位相微分画像のＯＫ領域のみがアンラップ処理される（ステップＳ３４）。次いで、第２のアンラップ処理部４４により、オフセット画像記憶部４１に記憶されたオフセット画像に対してアンラップ処理が行われるが、ＯＫ領域が複数存在する場合には（ステップＳ３５でＹＥＳ）、オフセット画像のＯＫ領域のみが、第１のアンラップ処理部４３と同一の手順でアンラップ処理される（ステップＳ３６）。一方、ＯＫ領域が１つのみの場合には（ステップＳ３５でＮＯ）、オフセット画像の画像全体についてアンラップ処理が行われる（ステップＳ３７）。
【００９３】
この後、オフセット処理部４５により、第１のアンラップ処理部４３によりアンラップ処理が行われた位相微分画像から、第２のアンラップ処理部４４によりアンラップ処理が行われたオフセット画像を減算するオフセット補正が行われる（ステップＳ３８）。
【００９４】
このオフセット補正後の位相微分画像を位相コントラスト画像生成部４６が積分処理することにより、位相コントラスト画像が生成され（ステップＳ３９）、オフセット補正後の位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像記録部１６に記録された後、モニタ１８ｂに画像表示される（ステップＳ４０）。
【００９５】
以上のように、第１及び第２のアンラップ処理部４３，４４によるアンラップ処理では、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域以外のＯＫ領域のみについてのみアンラップ処理を行っているため、アンラップエラーが生じ難く、ノイズの少ない位相微分画像が得られる。Ｘ線位相イメージングでの関心領域である軟部組織（軟骨部等）は、ＮＧ領域外に存在するため、アンラップエラーによるノイズで軟部組織の画像化が阻害されることは防止される。
【００９６】
また、第２のアンラップ処理部４４は、ＯＫ領域が複数存在する場合に、第１のアンラップ処理部４３と同一の手順（同一の開始点及び同一の処理経路）でアンラップ処理を行うため、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、位相微分画像に含まれるノイズムラは、オフセット画像のノイズムラとほぼ同一となり、オフセット補正後の位相微分画像（差分画像）には、図１３（Ｃ）に示すように、ＯＫ領域間でのデータの段差はほぼ生じないか、または軽減される。
【００９７】
なお、上記のようにＯＫ領域が複数存在する場合に、各ＯＫ領域に対して第１及び第２のアンラップ処理部４３，４４により同一のアンラップ処理を行ったとしても、位相微分画像とオフセット画像とで各ＯＫ領域の開始点Ｐ０の画素値が一致せず差がある場合には、この差が、差分画像の同一のＯＫ領域内のデータに反映され、若干の段差が生じることが考えられる。このため、図１４に示すように、オフセット処理部４５の前段に、オフセット画像を較正する較正処理部４７を設けることが好ましい。
【００９８】
較正処理部４７は、アンラップ処理後の位相微分画像とオフセット画像との開始点Ｐ０における画素値の差を算出し、オフセット画像の該開始点Ｐ０を含むＯＫ領域内の画素値を較正する。具体的には、各ＯＫ領域について、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、位相微分画像の開始点Ｐ０の画素値に対するオフセット画像の開始点Ｐ０の画素値の差δを求め、図１５（Ｃ）に示すように、差δをオフセット画像の該ＯＫ領域内の画素値に加算することで、両者のノイズムラを一致させる。この後、オフセット処理部４５によりオフセット補正を行うことにより、開始点Ｐ０の画素値の不一致によるデータの段差が解消される。
【００９９】
また、アンラップ処理後の位相微分画像とオフセット画像とで、ｘｙ面内でのノイズムラの傾き（ｘ方向及びｙ方向への画素値の増減率）が異なる場合には、オフセット補正後の差分画像に傾きを有するノイズが残存することが考えられる。このため、図１６に示すように、オフセット処理部４５の後段に、傾き補正処理部４８をさらに設けることが好ましい。傾き補正処理部４８は、オフセット補正後の差分画像の各ＯＫ領域について、ｘ方向及びｙ方向に線形式または多項式でフィッティングを行うことにより、ｘｙ面内における傾きの傾向を表す２次元的な補正データを求め、この補正データを差分画像から減算することにより、上記傾きを除去する。これにより、ノイズムラの傾きの差異によるノイズが除去された位相微分画像が得られる。
【０１００】
なお、上記実施形態では、第２のアンラップ処理部４４は、ＯＫ領域が１つの場合には、オフセット画像の画像全体にアンラップ処理を行っているが、ＯＫ領域が１つの場合においても、ＯＫ領域が複数の場合と同様に、ＯＫ領域のみに対してアンラップ処理を行ってもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態では、第１及び第２のアンラップ処理部４３，４４によるアンラップ処理において、複数の直線経路Ｒ０〜Ｒ６のうち１つの直線経路をアンラップ処理するたびに、その直線経路の起点と次の直線経路との起点とのアンラップ処理を行っているが、直線経路Ｒ０〜Ｒ６のアンラップ処理を行う前に、起点群Ｐ０〜Ｐ６を先にアンラップ処理し、アンラップ処理後の各起点群Ｐ０〜Ｐ６から直線経路Ｒ０〜Ｒ６のそれぞれをアンラップ処理してもよい。
【０１０２】
また、逆に、各直線経路Ｒ０〜Ｒ６をアンラップ処理した後、各起点群Ｐ０〜Ｐ６をアンラップ処理し、アンラップ処理後の各直線経路Ｒ０〜Ｒ６のデータを、アンラップ処理後の各起点群Ｐ０〜Ｐ６のデータに合わせてシフトさせてもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態では、第１及び第２のアンラップ処理部４３，４４によるアンラップ処理において、ｘ方向とｙ方向とのそれぞれに貫通ラインが存在する場合に、ｙ方向を優先してｙ方向に沿うように起点群を設定しているが、ｘ方向を優先してｘ方向に沿うように起点群を設定してもよい。
【０１０４】
また、起点群をｙ方向に設定するかｘ方向に設定するかを、ＮＧ領域の形状に基づいて決定してもよい。例えば、ＮＧ領域の背後に残存する画素に対して行う回り込み処理の回数が少なくなるように起点群の方向を決定する。図７に示すように起点群をｙ方向に設定した場合には、ｘ方向に沿った２つのライン（起点Ｐ１，Ｐ５を含むライン）で回り込み処理が必要となるため、回り込み処理の回数は２である。これに対して、起点群をｘ方向に設定した場合には、ｙ方向に沿った６つのラインで回り込み処理が必要となるため、回り込み処理の回数は６となる。したがって、同図に示すＮＧ領域の形状の場合には、回り込み処理の回数が少なくなるｙ方向を起点群の方向として決定する。
【０１０５】
また、上記実施形態では、第１及び第２のアンラップ処理部４３，４４によるアンラップ処理において、起点群をＯＫ領域のｘ方向またはｙ方向の端部に設定しているが、必ずしも起点群をｘ方向またはｙ方向の端部に設定する必要はない。
【０１０６】
また、上記実施形態では、第１及び第２のアンラップ処理部４３，４４によるアンラップ処理において、位相微分画像の各列または各行ごとにアンラップ処理を行うように、各列または各行に起点を設定しているが、これに代えて、ＯＫ領域に１つの起点（開始点）を設定し、この開始点から隣り合う画素を順にアンラップ処理してもよい。
【０１０７】
例えば、図１７（Ａ）に示すように、ＯＫ領域に開始点Ｐ０を設定し、この開始点Ｐ０からｘ方向及びｙ方向に隣接する画素をアンラップ処理する。次いで、図１７（Ｂ）に示すように、アンラップ処理された各画素からｘ方向及びｙ方向に隣接する画素をアンラップ処理する。このとき、隣接画素がＮＧ領域に属する画素である場合には対象とせず、アンラップ処理は行わない。また、隣接画素が、アンラップ処理された他の画素の隣接画素である場合にはいずれかを優先する。ここでは、ｘ方向への隣接画素をｙ方向への隣接画素より優先している。この後、同様にアンラップ処理を進めて行けばよい。
【０１０８】
また、上記実施形態では、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、強度変調信号の平均強度、振幅、またはビジビリティに基づいて、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出しているが、ＮＧ領域の検出基準はこれに限られず、強度変調信号の平均強度の画素間のばらつき（すなわち、吸収画像の画素間のばらつき）や、位相微分画像の画素間のばらつきが所定値より大きい領域をＮＧ領域として検出してもよい。なお、この位相微分画像の画素間のばらつきは、第１及び第２の格子２１，２２の格子線に直交する方向（ｘ方向）へのばらつきとすることが好ましい。
【０１０９】
また、位相微分画像の各画素について絶対値を取り、この絶対値が所定値を超える箇所を検出することにより、高吸収体領域のエッジ部分を検出することができるため、このエッジ部で囲われる領域をＮＧ領域として検出してもよい。
【０１１０】
また、強度変調信号の平均強度や最大強度が所定値より大きく、強度変調信号に飽和が生じている領域をＮＧ領域として検出してもよい。この強度変調信号の飽和は、被検体Ｈを透過せずに第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３に直接入射した画素領域（素抜け領域）で生じやすい。強度変調信号が飽和すると位相ズレ量ψ（ｘ）が正確に得られなくなるため、この素抜け領域もアンラップエラーが生じやすい領域である。以上の検出基準を適宜組み合わせてもよい。
【０１１１】
さらに、Ｘ線画像検出器１３、第１の格子２１、第２の格子２２に欠陥が生じたり、ゴミなどが付着したりした場合には、所定の画素部３０の画素値が常に高く、または低くなることがある。このような画素欠陥が生じた領域は、強度変調信号の平均強度、振幅、またはビジビリティが異常値を示すため、アンラップエラーが生じやすい領域となる。このような画素欠陥領域についても、上記の検出基準を適宜組み合わせることにより、ＮＧ領域として検出可能である。
【０１１２】
また、上記実施形態では、ＮＧ領域にはアンラップ処理が行われないため、最終的に画像記録部１６に記録されモニタ１８ｂに表示される位相微分画像のＮＧ領域は、不連続点が残存したノイズの大きい画像となる可能性があるため、図１８に示すように、画像処理部１５にＮＧ領域画像置換部５０を設けてもよい。
【０１１３】
また、上記実施形態では、第１及び第２のアンラップ処理部４３，４４をそれぞれ別の処理部として設けているが、これらを統合して単一の処理部とし、本撮影で得られた位相微分画像に対して前述の第１のアンラップ処理部４３の処理を実行し、オフセット画像に対して前述の第２のアンラップ処理部４４の処理を実行するようにしてもよい。
【０１１４】
ＮＧ領域画像置換部５０は、本撮影時にメモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データに基づき、吸収画像、吸収画像の微分画像、または小角散乱画像を生成し、該画像のＮＧ領域に対応する部分を、オフセット補正後の位相微分画像のＮＧ領域に挿入して置換する。また、同様に、位相コントラスト画像のＮＧ領域を置換してもよい。吸収画像は、強度変調信号の平均強度を画像化することにより生成される。吸収画像の微分画像は、吸収画像を所定方向（例えば、ｘ方向）に微分処理することにより生成される。小角散乱画像は、強度変調信号の振幅を画像化することにより生成される。
【０１１５】
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。
【０１１６】
また、上記実施形態では、縞走査時に第２の格子２２を格子線に直交する方向（ｘ方向）に移動させているが、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）に移動させてもよい。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ｋ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移動させることにより、縞走査の一周期分の走査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。
【０１１７】
また、上記実施形態では、縞走査時に第２の格子２２を移動させているが、第２の格子２２に代えて、第１の格子２１を格子線に直交する方向または傾斜する方向に移動させてもよい。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。この場合、マルチスリットのピッチｐ０は、下式（１０）を満たす必要がある。この場合、距離Ｌ１は、マルチスリットから第１の格子２１までの距離を表す。
【０１２０】
【数１０】
2014217398.tif 000012
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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（１１）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１２４】
【数１１】
2014217398.tif 000013
【０１２５】
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（１２）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１２６】
【数１２】
2014217398.tif 000014
【０１２７】
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（１３）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１２８】
【数１３】
2014217398.tif 000015
【０１２９】
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（１４）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１３０】
【数１４】
2014217398.tif 000016
【０１３１】
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（１５）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１３２】
【数１５】
2014217398.tif 000017
【０１３３】
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（１６）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１３４】
【数１６】
2014217398.tif 000018
【０１３５】
また、上記実施形態では、格子部１２に第１及び第２の格子２１，２２の２つの格子を設けているが、第２の格子２２を省略し、第１の格子２１のみとすることも可能である。
【０１３６】
例えば、特開平２００９−１３３８２３号公報に記されたＸ線画像検出器を用いることにより、第２の格子２２を省略し、第１の格子２１のみとすることが可能である。このＸ線画像検出器は、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Ｘ線画像検出器であり、各画素の電荷収集電極が複数の線状電極群を備える。１つの線状電極群は、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たものであり、他の線状電極群と互いに位相が異なるように配置されている。この線状電極群が第２の格子２２として機能し、線状電極群が複数存在することにより、一度の撮影で位相の異なる複数のＧ２像の検出が行われる。したがって、この構成では、走査機構２３を省略することが可能である。
【０１３７】
また、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法がある。この方法として、本出願人により特願２０１０−２５６２４１号として出願されている画素分割法がある。この画素分割法では、第１の格子２１と第２の格子２２とを、ｚ方向の回りに僅かに回転させて、ｙ方向に周期を有するモアレ縞をＧ２像に発生させる。Ｘ線画像検出器１３により得られる単一の画像データを、該モアレ縞に対して互いに位相が異なる画素行（ｘ方向に並ぶ画素）の群に分割し、分割された複数の画像データを、縞走査により互いに異なる複数のＧ２像に基づくものと見なして、上記縞走査法と同様な手順で位相微分画像を生成する。この画素分割法において、前述の強度変調信号は、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。
【０１３８】
さらに、画素分割法と同様に、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法として、ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されたフーリエ変換法が知られている。このフーリエ変換法は、上記単一の画像データに対してフーリエ変換を行うことによりフーリエスペクトルを取得し、このフーリエスペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトル（位相情報を担うスペクトル）を分離した後、逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分画像を生成する方法である。なお、このフーリエ変換法において、前述の強度変調信号は、画素分割法の場合と同様に、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。
【０１３９】
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】
【０１４０】
１０  Ｘ線撮影装置
１２  格子部
２０  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
３１  画素電極
３３  ゲート走査線
３５  信号線
【図１】
2014217398.tif 000019
【図２】
2014217398.tif 000020
【図３】
2014217398.tif 000021
【図４】
2014217398.tif 000022
【図５】
2014217398.tif 000023
【図６】
2014217398.tif 000024
【図７】
2014217398.tif 000025
【図８】
2014217398.tif 000026
【図９】
2014217398.tif 000027
【図１０】
2014217398.tif 000028
【図１１】
2014217398.tif 000029
【図１２】
2014217398.tif 000030
【図１３】
2014217398.tif 000031
【図１４】
2014217398.tif 000032
【図１５】
2014217398.tif 000033
【図１６】
2014217398.tif 000034
【図１７】
2014217398.tif 000035
【図１８】
2014217398.tif 000036
【図１９】
2014217398.tif 000037
【図２０】
2014217398.tif 000038