(57)【要約】【課題】縞走査時の格子の相対位置に位置ズレが生じた場合でも、精度の良い位相微分像を得ることを可能とする。【解決手段】Ｘ線源１１とＸ線画像検出器（ＦＰＤ）２０との間に第１及び第２の吸収型格子２１，２２を配置し、第２の吸収型格子２２を第１の吸収型格子２１に対して、格子線に直交する方向（ｘ方向）に相対移動させながら、複数の相対位置で撮影を行うＸ線撮影システム１０において、第１及び第２の吸収型格子２１，２２のｘ方向に関する位置を検出する位置センサ２４を設ける。画像処理部１４の位相微分像生成１４ｂは、各相対位置で得られる画像データと、位置センサ２４による検出値とを用い、画素ごとに強度変調信号（相対位置に対する画素データの変化）の被検体による位相ズレ量を算出することにより位相微分像を生成する。【選択図】図１
2014012029.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、
前記放射線源と前記放射線画像検出器との間に配置された第１及び第２の格子と、
前記第１及び第２の格子の相対位置を格子線に直交する方向に変更する走査手段と、
前記走査手段により変更される各相対位置を検出する第１の位置検出手段と、
前記各相対位置で前記放射線画像検出器により得られる画像データと、前記第１の位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに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像を生成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２】
前記放射線源の位置を検出する第２の位置検出手段をさらに備え、
前記位相微分像生成手段は、前記各相対位置で前記放射線画像検出器により得られる画像データと、前記第１及び第２の位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに強度変調信号の位相ズレ量を算出することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影システム。
【請求項３】
前記位相微分像生成手段は、最小二乗に基づく計算式を用いて強度変調信号の位相ズレ量を算出する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システム。
【請求項４】
前記位相微分像生成手段により生成された位相微分像を、前記相対位置の変更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１から３いずれか１項に記載の放射線撮影システム。
【請求項５】
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１から４いずれか１項に記載の放射線撮影システム。
【請求項６】
前記第１の格子は、位相型格子であり、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１から４いずれか１項に記載の放射線撮影システム。
【請求項７】
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に記載の放射線撮影システム。
【請求項８】
前記線源格子の位置を検出する第２の位置検出手段をさらに備え、
前記位相微分像生成手段は、前記各相対位置で前記放射線画像検出器により得られる画像データと、前記第１及び第２の位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに強度変調信号の位相ズレ量を算出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】
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、前記放射線源と前記放射線画像検出器との間に配置された第１及び第２の格子と、前記第１及び第２の格子の相対位置を格子線に直交する方向に変更する走査手段と、前記走査手段により変更される各相対位置を検出する位置検出手段と、を備えた放射線撮影システムに用いられる画像処理方法において、
前記各相対位置で前記放射線画像検出器により得られる画像データと、前記位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに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、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及び画像処理方法に関し、特に、縞走査法を用いた放射線撮影システム及び画像処理方法に関する。
【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。縞走査法では、第１及び第２の回折格子の相対位置を格子線に垂直な方向に変更しながら、複数の相対位置で撮影を行う。各相対位置でＸ線画像検出器により得られる各画素の画素データの強度変化の位相のズレ量（被検体がある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像を取得する。この位相微分像は、被検体で屈折したＸ線の角度分布を表す像であるため、これを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。各画素の画素データは、上記相対位置の変化に対して周期的に強度が変調される信号であるため、各相対位置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でも用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
上記のように縞走査法を用いた放射線撮影システムでは、縞走査時に第１及び第２の回折格子の相対位置に位置ズレが生じると、位相微分像の算出に誤差が生じ、位相コントラスト画像の画質が劣化するといった問題がある。この問題に対して、第１及び第２の回折格子の相対位置を検出するセンサを設け、検出値が所定の範囲外である場合に、検出結果を表示して操作者に警告を行なうことが提案されている（特許文献２参照）。
【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】特開２００８−２００３６０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に記載の放射線撮影システムでは、上記相対位置に位置ズレが生じた場合には、操作者に警告が行なわれるのみであって、位相微分像の算出誤差自体は改善されないため、画質の良好な画像を得るには、位置ズレの原因を解消したうえで再度撮影を行う必要がある。このように再撮影を行うと、被検体が不必要に被曝されると言った問題がある。そこで、上記相対位置に位置ズレが生じた場合でも、再撮影を行うことなく画質の劣化を防止することが望まれている。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、格子の相対位置に位置ズレが生じた場合でも、精度の良い位相微分像を得ることを可能とし、画質の劣化を防止することができる放射線撮影システム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、前記放射線源と前記放射線画像検出器との間に配置された第１及び第２の格子と、前記第１及び第２の格子の相対位置を格子線に直交する方向に変更する走査手段と、前記走査手段により変更される各相対位置を検出する第１の位置検出手段と、前記各相対位置で前記放射線画像検出器により得られる画像データと、前記第１の位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに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像を生成する位相微分像生成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
なお、前記放射線源の位置を検出する第２の位置検出手段をさらに備え、前記位相微分像生成手段は、前記各相対位置で前記放射線画像検出器により得られる画像データと、前記第１及び第２の位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに強度変調信号の位相ズレ量を算出することが好ましい。
【００１５】
また、前記位相微分像生成手段は、最小二乗に基づく計算式を用いて強度変調信号の位相ズレ量を算出することが好ましい。
【００１６】
また、前記位相微分像生成手段により生成された位相微分像を、前記相対位置の変更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。
【００１７】
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の格子に投影することが好ましい。
【００１８】
また、前記第１の格子は、位相型格子であり、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も好ましい。
【００１９】
また、前記放射線源の射出側に線源格子を設けてもよい。この場合には、前記線源格子の位置を検出する第２の位置検出手段をさらに備え、前記位相微分像生成手段は、前記各相対位置で前記放射線画像検出器により得られる画像データと、前記第１及び第２の位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに強度変調信号の位相ズレ量を算出することが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明の画像処理方法は、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、前記放射線源と前記放射線画像検出器との間に配置された第１及び第２の格子と、前記第１及び第２の格子の相対位置を格子線に直交する方向に変更する走査手段と、前記走査手段により変更される各相対位置を検出する位置検出手段と、を備えた放射線撮影システムに用いられる画像処理方法において、前記各相対位置で前記放射線画像検出器により得られる画像データと、前記位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに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像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、走査手段により変更される第１及び第２の格子の各相対位置を検出する位置検出手段を備え、各相対位置で放射線画像検出器により得られる画像データと、位置検出手段による検出値とを用い、画素ごとに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像を生成するので、相対位置に位置ズレが生じた場合でも、精度の良い位相微分像を得ることを可能とし、画質の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】フラットパネル検出器の構成を示す模式図である。
【図３】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４】縞走査法を説明するための説明図である。
【図５】走査ステップで得られる画素データの変化を例示するグラフであり、（ａ）は位置ズレがない場合、（ｂ）は位置ズレが生じた場合を例示する。
【図６】本発明の第２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７】Ｘ線焦点の位置ズレに伴うＧ１像の移動量を示す模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態のマルチスリットを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
図１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、Ｘ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置され、Ｘ線源１１から被検体Ｈを透過したＸ線を検出して画像データを生成する撮影部１２と、撮影部１２から読み出された画像データを記憶するメモリ１３と、メモリ１３に記憶される複数の画像データを画像処理して位相コントラスト画像を生成する画像処理部１４と、画像処理部１４により生成された位相コントラスト画像を記録する画像記録部１５と、Ｘ線源１１及び撮影部１２の制御を行う撮影制御部１６と、操作部やモニタからなるコンソール１７と、コンソール１７から入力される操作信号に基づいてＸ線撮影システム１０の全体を統括的に制御するシステム制御部１８とを備える。
【００２４】
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、撮影制御部１６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。
【００２５】
撮影部１２には、半導体回路からなるフラットパネル検出器（ＦＰＤ）２０、被検体ＨによるＸ線の位相変化を検出するための第１の吸収型格子２１及び第２の吸収型格子２２が設けられている。ＦＰＤ２０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。
【００２６】
第１の吸収型格子２１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）２１ａ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２２は、ｙ方向に延伸した複数のＸ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）２２ａ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２１ａ，２２ａ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。
【００２７】
また、撮影部１２は、第２の吸収型格子２２を格子線に直交する方向（ｘ方向）に並進移動させることにより、第１の吸収型格子２１に対する第２の吸収型格子２２の相対位置を変化させる走査機構２３を備える。走査機構２３は、例えば、圧電素子等のアクチュエータにより構成される。走査機構２３は、後述する縞走査の際に、撮影制御部１６の制御に基づいて駆動されるものである。詳しくは後述するが、メモリ１３には、縞走査の各走査ステップで撮影部１２により得られる画像データがそれぞれ記憶される。
【００２８】
さらに、撮影部１２は、第１及び第２の吸収型格子２１，２２のｘ方向に関する位置をそれぞれ検出する位置センサ２４を備える。位置センサ２４は、例えば、レーザ式変位センサにより構成される。位置センサ２４の検出値は、撮影制御部１６及びシステム制御部１８を介して画像処理部１４に供給される。なお、位置センサ２４は、レーザ式変位センサに限られず、エンコーダ、ポテンショメータ、ホール素子、超音波センサ、加速度センサなどにより構成されたものでもよい。
【００２９】
画像処理部１４は、位相微分像生成部１４ａ及び位相コントラスト画像生成部１４ｂにより構成される。位相微分像生成部１４ａは、走査機構２３による縞走査の各走査ステップで撮影部１２により撮影され、メモリ１３に記憶された複数の画像データに基づき、位相微分像を生成する。詳しくは後述するが、位相微分像生成部１４ａは、位相微分像の生成時に、位置センサ２４から供給された相対位置の検出値を用いる。
【００３０】
位相コントラスト画像生成部１４ｂは、位相微分像生成部１４ａにより生成された位相微分像を走査方向（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。この位相コントラスト画像は、画像記録部１５に記録された後、コンソール１７に出力されてモニタ（図示せず）に表示される。
【００３１】
コンソール１７は、モニタの他、操作者が撮影指示やその指示内容を入力する入力装置（図示せず）を備える。この入力装置としては、例えば、スイッチ、タッチパネル、マウス、キーボード等が用いられる。入力装置の操作により、Ｘ線管の管電圧やＸ線照射時間等のＸ線撮影条件、撮影タイミング等が入力される。モニタは、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイからなり、Ｘ線撮影条件等の情報や、位相コントラスト画像に基づく表示を行う。
【００３２】
図２において、ＦＰＤ２０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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１３に入力する。
【００３６】
図３において、第１の吸収型格子２１のＸ線遮蔽部２１ａ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２１ｂが設けられている。同様に、第２の吸収型格子２２のＸ線遮蔽部２２ａ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２２ｂが設けられている。第１及び第２の吸収型格子２１，２２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２１ｂ，２２ｂ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。
【００３７】
第１及び第２の吸収型格子２１，２２は、タルボ干渉効果の有無に係らず、Ｘ線透過部２１ｂ，２２ｂ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２１ｂ，２２ｂ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。
【００３８】
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１１ａ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２１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２２の格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、Ｘ線透過部２２ｂのパターンが、第２の吸収型格子２２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２１までの距離をＬ１、第１の吸収型格子２１から第２の吸収型格子２２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。
【００３９】
【数１】
2014012029.tif 000003
【００４０】
【数２】
2014012029.tif 000004
【００４１】
第１の吸収型格子２１から第２の吸収型格子２２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２１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２１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２１のＧ１像が、第１の吸収型格子２１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。
【００４２】
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２１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２１の格子ピッチｐ１、第２の吸収型格子２２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。
【００４３】
【数３】
2014012029.tif 000005
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
【数４】
2014012029.tif 000006
【００４７】
Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａ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２１ａ，２２ａ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２１ａ，２２ａの厚みは、１０μｍ〜２００μｍの範囲であることが好ましい。
【００４８】
以上のように構成された第１及び第２の吸収型格子２１，２２では、第１の吸収型格子２１のＧ１像（縞画像）と第２の吸収型格子２２との重ね合わせにより強度変調された縞画像がＦＰＤ２０によって撮像される。第２の吸収型格子２２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２２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２１，２２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。
【００４９】
Ｘ線源１１と第１の吸収型格子２１との間に被検体Ｈを配置すると、ＦＰＤ２０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。ＦＰＤ２０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。
【００５０】
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２１，２２を通過してＦＰＤ２０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２１を通過した後、第２の吸収型格子２２のＸ線遮蔽部２２ａにより遮蔽される。
【００５１】
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ｎ（ｘ，ｚ）を用いて次式（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。
【００５２】
【数５】
2014012029.tif 000007
【００５３】
第１の吸収型格子２１から第２の吸収型格子２２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。
【００５４】
【数６】
2014012029.tif 000008
【００５５】
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。
【００５６】
【数７】
2014012029.tif 000009
【００５７】
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、ＦＰＤ２０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。
【００５８】
【数８】
2014012029.tif 000010
【００５９】
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。
【００６０】
縞走査法では、第１及び第２の吸収型格子２１，２２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、第１の吸収型格子２１を固設し、走査機構２３により第２の吸収型格子２２を移動させる。
【００６１】
第２の吸収型格子２２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２２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２２を移動させながら、ＦＰＤ２０で縞画像を撮影する。このとき、位置センサ２４は、第１及び第２の吸収型格子２１，２２の端面の位置を計測することにより、それぞれのｘ方向に関する位置を検出する。
【００６２】
図４は、格子ピッチｐ２をＭ個に分割した走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）ずつ第２の吸収型格子２２を移動させる様子を模式的に示している。走査機構２３は、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１のＭ個の各走査ステップに、第２の吸収型格子２２を順に並進移動させる。Ｍは２以上の整数であり、例えば、Ｍ＝５とする。
【００６３】
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２２を通過する。次に、ｋ＝１，２，・・・と順に第２の吸収型格子２２を移動させていくと、第２の吸収型格子２２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２２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２２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。
【００６４】
各走査ステップｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１でＦＰＤ２０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。図５（ａ），（ｂ）は、Ｍ＝５の場合に、各走査ステップｋで得られる画素データＩｋ（ｘ）の変化（強度変調信号）を例示している。ここで、ｘは、画素３０のｘ方向に関する座標である。δｋは、第１の吸収型格子２１に対する第２の吸収型格子２２の相対的な位相（以下、相対位相という）を表しており、次式（９）で定義される。
【００６５】
【数９】
2014012029.tif 000011
【００６６】
ここで、γｋは、第１及び第２の吸収型格子２１，２２の位置ズレによる相対位相のズレ量を表している。同図（ａ）は、各走査ステップｋで第１及び第２の吸収型格子２１，２２に位置ズレがない場合、すなわちγｋ＝０である場合の画素データＩｋ（ｘ）を例示している。これに対して、同図（ｂ）は、第１及び第２の吸収型格子２１，２２に位置ズレが生じた場合の画素データＩｋ（ｘ）を例示している。
【００６７】
相対位相のズレ量γｋは、ｘ方向に関する第１の吸収型格子２１の位置ズレ量をαｋ、ｘ方向に関する第２の吸収型格子２２の位置ズレ量をβｋとして、次式（１０）で表される。位置ズレ量αｋ，βｋは、位置センサ２４の検出値に基づいて算出される。
【００６８】
【数１０】
2014012029.tif 000012
【００６９】
以下に、Ｍ個の画素データＩｋ（ｘ）に基づき、強度変調信号の被検体Ｈによる位相ズレ量ψ（ｘ）を算出する方法を説明する。特に、相対位相のズレ量γｋを考慮した算出方法を説明する。画素データＩｋ（ｘ）は、一般に、次式（１１）で表される。
【００７０】
【数１１】
2014012029.tif 000013
【００７１】
Ａ０は入射Ｘ線の強度に対応し、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、iは虚数である。
【００７２】
式（１１）において、ｎ≧２以上の高次の項を無視すると、画素データＩｋ（ｘ）は、正弦波として次式（１２）で表される。
【００７３】
【数１２】
2014012029.tif 000014
【００７４】
式（１２）を満たす画素データＩｋ（ｘ）は理論値である。一方、ＦＰＤ２０により実際に得られる画素データＩｋ（ｘ）は誤差を含んでおり、その誤差の分だけ式（１２）からずれが生じる。
【００７５】
画素データＩｋ（ｘ）の実測値から位相ズレ量ψ（ｘ）を算出するには、まず、式（１２）を次式（１３）に示すように変形する。
【００７６】
【数１３】
2014012029.tif 000015
【００７７】
ここで、ａ０，ａ１，ａ２は、それぞれ次式（１４）〜（１６）で表される。
【００７８】
【数１４】
2014012029.tif 000016
【数１５】
2014012029.tif 000017
【数１６】
2014012029.tif 000018
【００７９】
そして、最小二乗法等を用いて、画素データＩｋ（ｘ）の理論値と実測値との差を最小にするようａ０，ａ１，ａ２を決定すれば、式（１７）に示すように、ａ１，ａ２から位相ズレ量ψ（ｘ）が求まる。
【００８０】
【数１７】
2014012029.tif 000019
【００８１】
最小二乗法を用いた位相ズレ量の方法は、「応用光学  光計測入門  谷田貝豊彦著  第二版  平成１７年２月１５日発行  丸善株式会社  （第１９６頁〜第１９８頁）」に開示されている。本実施形態では、最小二乗法により得られる次式（１８）を解くことにより、ａ０，ａ１，ａ２を決定する。
【００８２】
【数１８】
2014012029.tif 000020
【００８３】
ここで、ａ，Ａ（δｋ），Ｂ（δｋ）は、次式（１９）〜（２１）で表される。
【００８４】
【数１９】
2014012029.tif 000021
【数２０】
2014012029.tif 000022
【数２１】
2014012029.tif 000023
【００８５】
以上の説明では、画素３０のｙ座標を考慮していないが、画素３０のｙ座標を考慮し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。
【００８６】
また、上記説明では、式（１２）においてｎ≧２以上の高次の項を無視しているが、ｎ≧２以上の項も線形結合で表されるため、ｎ≧２以上の項を含めた場合においても式（１７）〜（２１）が成立することは言うまでもない。
【００８７】
位相微分像生成部１４ａは、各画素３０について、式（１８）〜（２１）に基づく演算で得たａ１，ａ２を式（１７）に適用することにより、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１４ｂは、位相微分像ψ（ｘ，ｙ）に対して、ｘ方向に沿った積分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。
【００８８】
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。コンソール１７から撮影条件の入力が行われ、撮影開始時がなされると、走査機構２３により第２の吸収型格子２２が所定の走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）ずつ移動されながら、各走査ステップｋにおいて、Ｘ線源１１によるＸ線の曝射及びＦＰＤ２０による検出動作が行われる。この結果、ＦＰＤ２０によりＭ枚の画像データが生成され、メモリ１３に格納される。また、各走査ステップｋで位置センサ２４により、第１及び第２の吸収型格子２１，２２のｘ方向に関する位置が検出され、検出値が画像処理部１４に入力される。
【００８９】
次いで、位相微分像生成部１４ａによりメモリ１３に格納されたＭ枚の画像データが読み出される。位相微分像生成部１４ａにより、各画像データの各画素３０の画素データを用いて、式（１８）〜（２１）に基づく演算が行われ、得られたａ１，ａ２を式（１７）に適用することにより、位相微分像ψ（ｘ，ｙ）が生成される。
【００９０】
この演算時に、位相微分像生成部１４ａは、位置センサ２４から入力された検出値に基づいて、各走査ステップｋでのｘ方向に関する第１及び第２の吸収型格子２１，２２の位置ズレ量αｋ，βｋを算出し、式（９）及び式（１０）に適用することにより、各走査ステップｋにおける第１及び第２の吸収型格子２１，２２の相対位置δｋを求め、式（２０）及び式（２１）に適用する。
【００９１】
そして、位相コントラスト画像生成部１４ｂにより積分処理が行われ、位相コントラスト画像が生成される。この位相コントラスト画像は、画像記録部１５に記録された後、モニタに表示される。
【００９２】
なお、本実施形態では、位置センサ２４により第１及び第２の吸収型格子２１，２２の位置をそれぞれ個別に検出するよう構成しているが、これに代えて、第１及び第２の吸収型格子２１，２２の一方に位置センサを固設し、この位置センサで他方の位置を検出することで両者の相対位置を検出するように構成してもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、走査機構２３による第２の吸収型格子２２の初期位置を、被検体Ｈが存在しない場合においてＧ１像の暗部がＸ線遮蔽部２２ａにほぼ一致する位置（ｋ＝０）としているが、初期位置はこれに限られず、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１のうちいずれを選択してもよい。
【００９４】
また、本実施形態では、位相コントラスト画像を画像記録部１５に記録してモニタに表示しているが、位相コントラスト画像に加えて、位相微分像を画像記録部１５に記録してモニタに表示するように構成することも可能である。
【００９５】
また、本実施形態では、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。
【００９６】
また、本実施形態では、被検体ＨをＸ線源１１と第１の吸収型格子２１との間に配置しているが、被検体Ｈを第１の吸収型格子２１と第２の吸収型格子２２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。
【００９７】
以下では、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態では、既に説明済みの実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。
【００９８】
（第２実施形態）
第１実施形態では、第１及び第２の吸収型格子２１，２２の位置検出を行っているが、さらに、Ｘ線源１１の位置検出を行ない、Ｘ線源１１の位置ズレに伴う画質劣化を補正するように構成してもよい。
【００９９】
本実施形態のＸ線撮影システム５０は、図６に示すように、第１及び第２の吸収型格子２１，２２のｘ方向に関する位置をそれぞれ検出する第１の位置センサ５１と、Ｘ線源１１のｘ方向に関する位置を検出する第２の位置センサ５２とを備える。第１の位置センサ５１は、第１実施形態の位置センサ２４と同一構成である。
【０１００】
図７に示すように、Ｘ線源１１の位置ズレに伴って、Ｘ線焦点１１ａがｘ方向にηｋだけ移動したとすると、第２の吸収型格子２２の位置に形成されるＧ１像は、その反対方向に移動し、この移動量ξｋは、幾何学的関係から次式（２２）で表される。
【０１０１】
【数２２】
2014012029.tif 000024
【０１０２】
すなわち、Ｘ線焦点１１ａがｘ方向にηｋだけ移動したことは、第２の吸収型格子２２が同方向にξｋだけ移動したことに相当する。この移動量ξｋを、各走査ステップｋにおける基準位置からの位置ズレ量とすると、第２の吸収型格子２２に対するＧ１像の相対的な位相のズレ量γｋ’は、次式（２３）で表される。
【０１０３】
【数２３】
2014012029.tif 000025
【０１０４】
したがって、本実施形態では、位相微分像生成部１４ａは、上記式（１０）に代えて、次式（２４）によりズレ量γｋを求め、以下同様な計算を行うことにより、第１及び第２の吸収型格子２１，２２、及びＸ線源１１の位置ズレを補正する。その他の構成及び作用は、第１実施形態と同一である。
【０１０５】
【数２４】
2014012029.tif 000026
【０１０６】
なお、本実施形態では、第１及び第２の吸収型格子２１，２２、及びＸ線源１１の位置をそれぞれ個別に検出しているが、これらのうちの１つに位置センサを固設し、この位置センサで他の２つの位置をそれぞれ検出するように構成してもよい。
【０１０７】
（第３実施形態）
第１実施形態では、Ｘ線源１１からＦＰＤ２０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）６０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６０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。
【０１０８】
マルチスリット６０は、第１及び第２の吸収型格子２１，２２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６１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６０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６１の間には、同様に、Ｘ線透過部（図示せず）が設けられている。
【０１０９】
本実施形態では、マルチスリット６０のスリット位置がＸ線焦点となるため、マルチスリット６０から第１の吸収型格子２１までの距離が第１実施形態の距離Ｌ１に相当する。本実施形態では、マルチスリット６０のｘ方向に関する位置を位置センサで検出することにより、第２実施形態と同様にＸ線焦点の移動による画質劣化を補正することが可能であり、マルチスリット６０のｘ方向に関する移動量を上記式（２２）の移動量ηｋとすればよい。なお、Ｘ線遮蔽部６１のｘ方向に関する配列ピッチをｐ０とすると、幾何学的関係から、ｐ０＝ｐ２・Ｌ１／Ｌ２の関係を満たす必要がある。その他の構成及び作用は、第１実施形態と同一である。
【０１１０】
（第４実施形態）
上記各実施形態では、第１及び第２の吸収型格子２１，２２を、Ｘ線透過部２１ｂ，２２ｂ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２１でＸ線を回折することによりタルボ干渉効果が生じる特許第４４４５３９７号公報等に記載の構成とすることも可能である。本実施形態では、第１の吸収型格子２１を回折格子とし、第１及び第２の吸収型格子２１，２２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。第１の吸収型格子２１でタルボ干渉効果により生じた縞画像（自己像）が、第２の吸収型格子２２に射影される。
【０１１１】
この場合には、第１の吸収型格子２１を、位相型格子とすることも可能である。第１の吸収型格子２１を位相型格子とするには、Ｘ線高吸収部２１ａとＸ線透過部２１ｂ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。
【０１１２】
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。
【符号の説明】
【０１１３】
１０  Ｘ線撮影システム
２０  フラットパネル検出器（ＦＰＤ）
２１  第１の吸収型格子（第１の格子）
２１ａ  Ｘ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）
２１ｂ  Ｘ線透過部
２２  第２の吸収型格子（第２の格子）
２２ａ  Ｘ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）
２２ｂ  Ｘ線透過部
【図１】
2014012029.tif 000027
【図２】
2014012029.tif 000028
【図３】
2014012029.tif 000029
【図４】
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【図５】
2014012029.tif 000031
【図６】
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【図７】
2014012029.tif 000033
【図８】
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