(57)【要約】  このＸ線位相差撮影システム（１００）は、Ｘ線源（１）と、複数の格子と、検出器（４）と、画像処理部（６）とを備え、画像処理部（６）は、第１Ｘ線画像（９ａ）と第２Ｘ線画像（９ｂ）とにより再構成された第１位相コントラスト画像（１０ａ）に基づいて、第１Ｘ線画像（９ａ）と第３Ｘ線画像（９ｃ）とにより再構成された第２位相コントラスト画像（１０ｂ）のアーチファクトを補正するように構成されている。
2019073760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、
前記Ｘ線源からＸ線が照射される第１格子と、前記第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、
前記Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、
前記検出器により検出されたＸ線画像から、位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備え、
前記画像処理部は、
被写体を配置せずに撮影された第１Ｘ線画像を取得するとともに、前記第１Ｘ線画像の取得後において、被写体を配置せずに撮影された第２Ｘ線画像および被写体を配置して撮影された第３Ｘ線画像を取得し、
前記第２Ｘ線画像の撮影と前記第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔が、前記第１Ｘ線画像の撮影と前記第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔よりも短くなるように撮影された前記第１Ｘ線画像と前記第２Ｘ線画像とにより、第１位相コントラスト画像を再構成し、
前記第１Ｘ線画像と前記第３Ｘ線画像とにより、第２位相コントラスト画像を再構成し、
前記第１位相コントラスト画像に基づいて、前記第２位相コントラスト画像のアーチファクトを補正するように構成されている、Ｘ線位相差撮影システム。
【請求項２】
前記画像処理部は、前記第２Ｘ線画像の撮影と前記第３Ｘ線画像の撮影とのうち、どちらか一方の撮影の後に続けて他方の撮影が行われた前記第２Ｘ線画像と、前記第１Ｘ線画像とを用いて、前記第１位相コントラスト画像を再構成するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項３】
前記画像処理部は、前記第３Ｘ線画像を撮影する直前または直後に撮影された前記第２Ｘ線画像と、前記第１Ｘ線画像とを用いて、前記第１位相コントラスト画像を再構成するように構成されている、請求項２に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項４】
前記画像処理部は、前記第２Ｘ線画像を撮影する際のＸ線の第１露光時間が、前記第１Ｘ線画像を撮影する際のＸ線の第２露光時間よりも短くなるように撮影された前記第１Ｘ線画像と前記第２Ｘ線画像とを用いて再構成された前記第１位相コントラスト画像に基づいて、前記第２位相コントラスト画像のアートファクトを補正するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項５】
前記第１露光時間は、アーチファクトの傾向を識別することが可能な画質の前記第２Ｘ線画像を撮影可能な所定時間である、請求項４に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項６】
前記第１Ｘ線画像を保存する記憶部をさらに備え、
前記画像処理部は、前記記憶部に保存された前記第１Ｘ線画像を用いて前記第１位相コントラスト画像および前記第２位相コントラスト画像を再構成するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項７】
前記位相コントラスト画像のアーチファクトは、前記第１位相コントラスト画像および前記第２位相コントラスト画像中に生じるグラデーション状のアーチファクトである、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項８】
前記画像処理部は、少なくとも一次関数または二次関数を含む多項式を用いて、前記第１位相コントラスト画像のアーチファクトを反映した補正データを取得するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項９】
前記画像処理部は、前記第１位相コントラスト画像における複数の領域の画素値に基づいて、前記第１位相コントラスト画像のアーチファクトを反映した補正データを取得するように構成されている、請求項８に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項１０】
前記画像処理部は、少なくとも、平滑フィルタまたはローパスフィルタを含むフィルタ処理によって前記第１位相コントラスト画像のアーチファクトを反映した補正データを取得するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項１１】
前記複数の格子は、前記Ｘ線源と前記第１格子との間に配置された第３格子をさらに含んでいる、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項１２】
Ｘ線源と、
前記Ｘ線源からＸ線が照射される第１格子と、前記第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、
前記Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、
前記検出器により検出されたＸ線画像から、位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備え、
前記画像処理部は、
被写体を配置せずに撮影された第１Ｘ線画像を取得するとともに、前記第１Ｘ線画像の取得後において、被写体を配置せずに撮影された第２Ｘ線画像および被写体を配置して撮影された第３Ｘ線画像を取得し、
前記第１Ｘ線画像と前記第２Ｘ線画像とにより、第１位相コントラスト画像を再構成し、
前記第１Ｘ線画像と前記第３Ｘ線画像とにより、第２位相コントラスト画像を再構成し、
前記第１位相コントラスト画像に基づいて、前記第２位相コントラスト画像のアーチファクトを補正するように構成されている、Ｘ線位相差撮影システム。
【請求項１３】
被写体を配置せずに第１Ｘ線画像を撮影するステップと、
被写体を配置せずに第２Ｘ線画像を撮影するステップと、
前記第２Ｘ線画像の撮影の前または後において、被写体を配置して第３Ｘ線画像を撮影するステップと、
前記第２Ｘ線画像の撮影と前記第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔が、前記第１Ｘ線画像の撮影と前記第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔よりも短くなるように撮影された前記第１Ｘ線画像と前記第２Ｘ線画像とにより、第１位相コントラスト画像を再構成するステップと、
前記第１Ｘ線画像と前記第３Ｘ線画像とにより、第２位相コントラスト画像を再構成するステップと、
前記第１位相コントラスト画像に基づいて、前記第２位相コントラスト画像のアーチファクトを補正するステップとを含む、位相コントラスト画像補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線位相差撮影システムおよび位相コントラスト画像補正方法に関し、特に、複数の格子を用いて撮影を行うＸ線位相差撮影システムおよび位相コントラスト画像補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の格子を用いて撮影を行うＸ線位相差撮影システムおよび位相コントラスト画像補正方法が知られている。このようなＸ線位相差撮影システムは、たとえば、特開２０１５−７１０５１号公報に開示されている。【０００３】
特開２０１５−７１０５１号公報に開示されているＸ線位相差撮影システムは、タルボ・ロー干渉計によってＸ線撮影を行い、位相コントラスト画像を生成するように構成されている。【０００４】
ここで、タルボ・ロー干渉計では、Ｘ線源から検出器までの間に配置されるマルチスリットと、位相格子と、吸収格子との、合計３枚の格子を用いて撮影が行われる。具体的には、３枚の格子のうちいずれか１つを、格子のパターンと直交する方向に並進させながら撮影する縞走査法や、位相格子または吸収格子をＸ線の光軸周りに微小角度回転させてモアレ縞を生じさせて撮影するモアレ１枚撮り手法などによって位相コントラスト画像を生成する。いずれの手法においても、タルボ・ロー干渉計では、被写体を配置せずに撮影した画像と、被写体を配置して撮影した画像とを用いてＸ線位相コントラスト画像を生成する。したがって、被写体を配置せずに行う撮影と、被写体を配置して行う撮影との間において、撮影条件が変化した場合には、アーチファクトが発生する。撮影条件の変化とは、たとえば、各Ｘ線画像の撮影間において、複数の格子の相対位置が変化することである。具体的には、撮影条件の変化は、各格子を保持している格子保持部が、Ｘ線源等からの発熱による熱膨張や、振動等によって複数の格子の相対位置がずれることに起因して発生する。したがって、時間が経過するにつれて、格子保持部の熱膨張や振動に伴う複数の格子の相対位置の位置ずれが大きくなる。すなわち、時間が経過するにしたがって、撮影条件が変化する。また、撮影条件の変化の度合いに応じて、取得する位相コントラスト画像に生じるアーチファクトの影響も大きくなる。【０００５】
特開２０１５−７１０５１号公報に開示されているＸ線位相差撮影システムは、取得したＸ線画像を用いてアーチファクトを近似し、位相コントラスト画像のアーチファクトを補正する構成となっている。具体的には、特開２０１５−７１０５１号公報に開示されているＸ線位相差撮影システムは、Ｘ線画像中において被写体が写っていない背景部分の複数の領域の画素値に基づいてアーチファクトを近似し、位相コントラスト画像に生じるアーチファクトを補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−７１０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特開２０１５−７１０５１号公報の構成では、Ｘ線画像において、被写体が写っていない背景部分の複数の領域の画素値に基づいて、アーチファクトを近似するため、被写体を拡大して撮影するなど、撮影画像の全体または大部分に被写体が写っている場合、複数の格子の位置ずれに起因するアーチファクトを補正することができないという問題点がある。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、撮影画像の全体または大部分に被写体が写るように撮影する場合でも、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することが可能なＸ線位相差撮影システムおよび位相コントラスト画像補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムは、Ｘ線源と、Ｘ線源からＸ線が照射される第１格子と、第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、検出器により検出されたＸ線画像から、位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備え、画像処理部は、被写体を配置せずに撮影された第１Ｘ線画像を取得するとともに、第１Ｘ線画像の取得後において、被写体を配置せずに撮影された第２Ｘ線画像および被写体を配置して撮影された第３Ｘ線画像を取得し、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔が、第１Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とにより、第１位相コントラスト画像を再構成し、第１Ｘ線画像と第３Ｘ線画像とにより、第２位相コントラスト画像を再構成し、第１位相コントラスト画像に基づいて、第２位相コントラスト画像のアーチファクトを補正するように構成されている。【００１０】
ここで、撮影間隔が長くなると、格子を保持する格子保持部の熱膨張や振動等によって複数の格子の格子間における相対位置に位置ずれが発生する可能性がある。撮影間隔が長くなるほど複数の格子の格子間に位置ずれが発生する可能性が増大し、取得される位相コントラスト画像に生じるアーチファクトの影響が大きくなる。したがって、この発明の第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムでは、上記のように、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔が、第１Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とにより、第１位相コントラスト画像を再構成した第１位相コントラスト画像に基づいて、第２位相コントラスト画像のアーチファクトを補正するように構成されている。これにより、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影とにおける撮影条件の変化を抑制することができる。その結果、第１位相コントラスト画像に生じるアーチファクトと、第２位相コントラスト画像に生じるアーチファクトとを略同一アーチファクトとして取り扱うことが可能となる。したがって、第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とにより再構成された第１位相コントラスト画像に基づいて、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。また、第１Ｘ線画像および第２Ｘ線画像は被写体を配置せずに撮影された画像のため、撮影画像の全体または大部分に被写体が写るように撮影する場合でも、第２位相コントラスト画像における、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。【００１１】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、画像処理部は、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影とのうち、どちらか一方の撮影の後に続けて他方の撮影が行われた第２Ｘ線画像と、第１Ｘ線画像とを用いて、第１位相コントラスト画像を再構成するように構成されている。このように構成すれば、第２Ｘ線画像と第３Ｘ線画像とを連続的に撮影することが可能となり、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔を短縮することができる。その結果、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との間において撮影条件が変化した場合でも、撮影条件の変化に起因するアーチファクトの影響を低減することが可能となり、第２位相コントラスト画像の補正の効果を、より向上させることができる。【００１２】
この場合、好ましくは、画像処理部は、第３Ｘ線画像を撮影する直前または直後に撮影された第２Ｘ線画像と、第１Ｘ線画像とを用いて、第１位相コントラスト画像を再構成するように構成されている。このように構成すれば、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔をより短縮することができる。その結果、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との間において撮影条件が変化した場合でも、撮影条件の変化に起因するアーチファクトの影響をより抑制することが可能となるので、第２位相コントラスト画像の補正の効果を、さらに向上させることができる。なお、第３Ｘ線画像の撮影の直前および直後とは、第３Ｘ線画像を撮影する前後の所定時間間隔内において撮影することを意味する。所定時間間隔とは、位相コントラスト画像の撮影の目的上、時間経過に伴う撮影条件の変化が実質的にないと見なせる（実質的に同一撮影条件であると見なせる）所定時間内であり、たとえば、３０分である。【００１３】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、画像処理部は、第２Ｘ線画像を撮影する際のＸ線の第１露光時間が、第１Ｘ線画像を撮影する際のＸ線の第２露光時間よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とを用いて再構成された第１位相コントラスト画像に基づいて、第２位相コントラスト画像のアートファクトを補正するように構成されている。このように構成すれば、第１露光時間が第２露光時間よりも短いため、第１Ｘ線画像を撮影した後に第３Ｘ線画像を撮影する場合と比較して、撮影時間を短縮することができる。【００１４】
この場合、好ましくは、第１露光時間は、アーチファクトの傾向を識別することが可能な画質の第２Ｘ線画像を撮影可能な所定時間である。ここで、第１Ｘ線画像は、第２位相コントラスト画像の画質を向上させるために、画質がよいことが好ましい。一方、第２Ｘ線画像は、第１位相コントラスト画像において、アーチファクトの傾向を識別することができればよいので、最低限の画質であればよい。したがって、アーチファクトの傾向を識別することが可能な範囲で第１露光時間をより短くすることが可能となるので、撮影時間をさらに短縮することができる。【００１５】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、第１Ｘ線画像を保存する記憶部をさらに備え、画像処理部は、記憶部に保存された第１Ｘ線画像を用いて第１位相コントラスト画像および第２位相コントラスト画像を再構成するように構成されている。このように構成すれば、あらかじめ撮影された第１Ｘ線画像を記憶部に保存しておくことにより、撮影のたびに第１Ｘ線画像を取得することなく第１位相コントラスト画像および第２位相コントラスト画像を生成することができる。【００１６】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、位相コントラスト画像のアーチファクトは、第１位相コントラスト画像および第２位相コントラスト画像中に生じるグラデーション状のアーチファクトである。これにより、時間経過に伴う撮影条件の変化によって生じるアーチファクトがグラデーション状であるため、本発明を適用することにより、第２位相コントラスト画像に生じたグラデーション状のアーチファクトを効果的に補正することができる。【００１７】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、画像処理部は、少なくとも一次関数または二次関数を含む多項式を用いて、第１位相コントラスト画像のアーチファクトを反映した補正データを取得するように構成されている。このように構成すれば、多項式を用いることにより、容易にアーチファクトを反映した補正データを取得することができる。【００１８】
この場合、好ましくは、画像処理部は、第１位相コントラスト画像における複数の領域の画素値に基づいて、第１位相コントラスト画像のアーチファクトを反映した補正データを取得するように構成されている。このように構成すれば、アーチファクトを反映したより正確な補正データを取得することができる。【００１９】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、画像処理部は、少なくとも、平滑フィルタまたはローパスフィルタを含むフィルタ処理によって第１位相コントラスト画像のアーチファクトを反映した補正データを取得するように構成されている。このように構成すれば、フィルタ処理によって第１位相コントラスト画像におけるノイズを除去することができるので、第２位相コントラスト画像のノイズを増加させることなくアーチファクトを補正することができる。【００２０】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、複数の格子は、Ｘ線源と第１格子との間に配置された第３格子をさらに含んでいる。このように構成すれば、第３格子によってＸ線源から照射されるＸ線の可干渉性を高めることができる。その結果、Ｘ線源の焦点径に依存することなく第１格子の自己像を形成させることが可能となるので、Ｘ線源の選択の自由度を向上させることができる。【００２１】
この発明の第２の局面におけるＸ線位相差撮影システムは、Ｘ線源と、Ｘ線源からＸ線が照射される第１格子と、第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、検出器により検出されたＸ線画像から、位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備え、画像処理部は、被写体を配置せずに撮影された第１Ｘ線画像を取得するとともに、第１Ｘ線画像の取得後において、被写体を配置せずに撮影された第２Ｘ線画像および被写体を配置して撮影された第３Ｘ線画像を取得し、第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とにより、第１位相コントラスト画像を再構成し、第１Ｘ線画像と第３Ｘ線画像とにより、第２位相コントラスト画像を再構成し、第１位相コントラスト画像に基づいて、第２位相コントラスト画像のアーチファクトを補正するように構成されている。【００２２】
この発明の第２の局面におけるＸ線位相差撮影システムでは、上記のように構成することにより、第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とにより再構成された第１位相コントラスト画像に基づいて、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。また、第１Ｘ線画像および第２Ｘ線画像は被写体を配置せずに撮影された画像のため、撮影画像の全体または大部分に被写体が写るように撮影する場合でも、第２位相コントラスト画像における、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。【００２３】
この発明の第３の局面における位相コントラスト画像補正方法は、被写体を配置せずに第１Ｘ線画像を撮影するステップと、被写体を配置せずに第２Ｘ線画像を撮影するステップと、第２Ｘ線画像の撮影の前または後において被写体を配置して第３Ｘ線画像を撮影するステップと、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔が第１Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とにより第１位相コントラスト画像を再構成するステップと、第１Ｘ線画像と第３Ｘ線画像とにより第２位相コントラスト画像を再構成するステップと、第１位相コントラスト画像に基づいて、第２位相コントラスト画像のアーチファクトを補正するステップとを含む。【００２４】
この発明の第３の局面における位相コントラスト画像補正方法は、上記のように、第２Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔が第１Ｘ線画像の撮影と第３Ｘ線画像の撮影との時間間隔よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とにより再構成された第１位相コントラスト画像に基づいて、第２位相コントラスト画像のアーチファクトを補正するステップを含む。これにより、撮影条件が変化しない状態で第２Ｘ線画像および第３Ｘ線画像を撮影することができる。その結果、第１Ｘ線画像と第２Ｘ線画像とにより再構成された第１位相コントラスト画像に基づいて、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することが可能な位相コントラスト画像補正方法を提供することができる。また、第１Ｘ線画像および第２Ｘ線画像は被写体を配置せずに撮影した画像のため、撮影画像の全体または大部分に被写体が写るように撮影する場合でも、第２位相コントラスト画像における、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することが可能な位相コントラスト画像補正方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、上記のように、撮影画像の全体または大部分に被写体が写るように撮影する場合でも、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することが可能なＸ線位相差撮影システムおよび位相コントラスト画像補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影システムをＸ方向から見た模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影システムによって撮影される画像および生成する画像を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影システムによって撮影されるＸ線画像の撮影時間間隔および各画像を撮影する際の露光時間を説明するための模式図である。
【図４】第１Ｘ線画像の模式図（Ａ）、第２Ｘ線画像の模式図（Ｂ）、生成される第１位相コントラスト画像の模式図（Ｃ）およびアーチファクトを反映した補正データの模式図（Ｄ）である。
【図５】本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影システムによって生成される暗視野像の模式図（Ａ）、吸収像の模式図（Ｂ）および位相微分像の模式図（Ｃ）である。
【図６】本発明の第１実施形態による位相コントラスト画像の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態によるＸ線位相差撮影システムによって撮影されるＸ線画像の撮影時間間隔および各画像を撮影する際の露光時間を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第１実施形態の第１変形例によるＸ線位相差撮影システムをＸ方向から見た模式図である。
【図９】本発明の第１実施形態の第２変形例によるＸ線位相差撮影システムによって撮影されるＸ線画像の撮影時間間隔および各画像を撮影する際の露光時間を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の第３変形例によるＸ線位相差撮影システムによって取得されるアーチファクトを反映した補正データを取得する処理を説明するための模式図（Ａ）および（Ｂ）である。
【図１１】本発明の第１実施形態の第４変形例によるＸ線位相差撮影システムをＸ方向から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
［第１実施形態］
図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影システム１００の構成、およびＸ線位相差撮影システム１００が位相コントラスト画像１０を生成する方法について説明する。
【００２９】
（Ｘ線位相差撮影システムの構成）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影システム１００の構成について説明する。
【００３０】
図１は、Ｘ線位相差撮影システム１００をＸ方向から見た図である。図１に示すように、Ｘ線位相差撮影システム１００は、Ｘ線源１と、第１格子２と、第２格子３と、検出器４と、制御部５とを備えている。なお、本明細書において、Ｘ線源１から第１格子２に向かう方向をＺ２方向、その逆向きの方向をＺ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内の左右方向をＸ方向とし、紙面の奥に向かう方向をＸ２方向、紙面の手前側に向かう方向をＸ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内の上下方向をＹ方向とし、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向とする。
【００３１】
Ｘ線源１は、制御部５からの信号に基づいて高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させるとともに、発生させたＸ線をＺ２方向に向けて照射するように構成されている。
【００３２】
第１格子２は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｄ１で配列される複数のスリット２ａおよび、Ｘ線位相変化部２ｂを有している。各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第１格子２は、いわゆる位相格子である。
【００３３】
第１格子２は、Ｘ線源１と、第２格子３との間に配置されており、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第１格子２は、タルボ効果により、第１格子２の自己像（図示せず）を形成するために設けられている。可干渉性を有するＸ線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離（タルボ距離）離れた位置に、格子の像（自己像）が形成される。これをタルボ効果という。
【００３４】
第２格子３は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｄ２で配列される複数のＸ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂを有する。各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第２格子３は、いわゆる、吸収格子である。第１格子２、第２格子３はそれぞれ異なる役割を持つ格子であるが、スリット２ａおよびＸ線透過部３ａはそれぞれＸ線を透過させる。また、Ｘ線吸収部３ｂはＸ線を遮蔽する役割を担っており、Ｘ線位相変化部２ｂはスリット２ａとの屈折率の違いによってＸ線の位相を変化させる。
【００３５】
第２格子３は、第１格子２と検出器４との間に配置されており、第１格子２を通過したＸ線が照射される。また、第２格子３は、第１格子２からタルボ距離離れた位置に配置される。第２格子３は、第１格子２の自己像と干渉して、検出器４の検出表面上にモアレ縞（図示せず）を形成する。
【００３６】
検出器４は、Ｘ線を検出するとともに、検出されたＸ線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器４は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器４は、複数の変換素子（図示せず）と複数の変換素子上に配置された画素電極（図示せず）とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、所定の周期（画素ピッチ）で、Ｘ方向およびＹ方向にアレイ状に配列されている。また、検出器４は、取得した画像信号を、制御部５に出力するように構成されている。
【００３７】
制御部５は、Ｘ線源１を介してＸ線を照射するように構成されている。また、制御部５は、画像処理部６を含んでおり、検出器４から出力された画像信号に基づいて、Ｘ線画像９（図２参照）および位相コントラスト画像１０（図２参照）を生成するように構成されている。また、制御部５は、撮影したＸ線画像９を保存する記憶部７を備えている。また、制御部５は、格子移動機構８を介して、第２格子３を格子面内において格子方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）にステップ移動させるように構成されている。制御部５は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサを含む。
【００３８】
画像処理部６は、検出器４から出力された画像信号に基づいて、第１Ｘ線画像９ａ（図２参照）、第２Ｘ線画像９ｂ（図２参照）、および第３Ｘ線画像９ｃ（図２参照）を生成するように構成されている。また、画像処理部６は、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとから、第１位相コントラスト画像１０ａ（図２参照）を再構成するように構成されている。また、画像処理部６は、第１Ｘ線画像９ａと第３Ｘ線画像９ｃとから、第２位相コントラスト画像１０ｂ（図２参照）を再構成するように構成されている。第１位相コントラスト画像１０ａおよび第２位相コントラスト画像１０ｂの再構成を行う詳細な構成については後述する。画像処理部６は、たとえば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）または画像処理用に構成されたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのプロセッサを含む。
【００３９】
記憶部７は、画像処理部６が生成したＸ線画像９を保存するように構成されている。記憶部７は、たとえば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などを含む。
【００４０】
格子移動機構８は、制御部５からの信号に基づいて、第２格子３を格子面内（ＸＹ面内）において格子方向と直交する方向（Ｙ方向）にステップ移動させるように構成されている。具体的には、格子移動機構８は、第２格子３の周期ｄ２をｎ分割し、ｄ２／ｎずつ第２格子３をステップ移動させる。格子移動機構８は、少なくとも第１格子２の１周期ｄ１分、第１格子２をステップ移動させるように構成されている。なお、ｎは正の整数であり、本実施形態では、たとえば、ｎ＝４である。また、格子移動機構８は、たとえば、ステッピングモータやピエゾアクチュエータなどを含む。
【００４１】
（生成する画像）
次に、図２を参照して、本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影システム１００が生成する画像について説明する。
【００４２】
図２は、本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影システム１００が生成および再構成する画像の関係を示す模式図である。
【００４３】
図２に示すように、第１実施形態によるＸ線位相差撮影システム１００では、第１Ｘ線画像９ａ、第２Ｘ線画像９ｂおよび第３Ｘ線画像９ｃが撮影される。第１Ｘ線画像９ａは、被写体Ｔを配置せずに撮影された画像である。また、第２Ｘ線画像９ｂは、第１Ｘ線画像９ａの撮影後において、被写体Ｔを配置せずに撮影された画像である。また、第３Ｘ線画像９ｃは、第１Ｘ線画像９ａの撮影後において、被写体Ｔを配置して撮影された画像である。本実施形態では、Ｘ線位相差撮影システム１００は、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより、第１位相コントラスト画像１０ａを再構成するように構成されている。また、Ｘ線位相差撮影システム１００は、第１Ｘ線画像９ａと、第３Ｘ線画像９ｃとにより、第２位相コントラスト画像１０ｂを再構成するように構成されている。なお、本実施形態では、画像処理部６は、４ステップ縞走査法によって、暗視野像１２、吸収像１３および位相微分像１４を生成するように構成されているため、図２において、Ｘ線画像９を４枚、位相コントラスト画像１０を３枚図示している。
【００４４】
ここで、位相コントラスト画像１０とは、被写体Ｔを配置せずに撮影されたＸ線画像９（第１Ｘ線画像９ａ）と、被写体Ｔを配して撮影されたＸ線画像９（第３Ｘ線画像９ｃ）とにおいて、被写体Ｔを配置したことによるＸ線の変化に基づいて画像化されたものである。たとえば、暗視野像１２の場合、Ｘ線が被写体Ｔを透過した際に生じるＸ線の微小角度の散乱に基づいて被写体Ｔの内部構造を画像化したものである。また、吸収像１３は、Ｘ線が被写体Ｔを透過した際に被写体Ｔに吸収されることによる、検出器４によって検出されるＸ線の強度の変化に基づいて画像化したものである。また、位相微分像１４は、Ｘ線が被写体Ｔを透過した際に生じるＸ線の位相のずれに基づいて被写体Ｔの内部構造を画像化したものである。また、再構成とは、第１Ｘ線画像９ａと第３Ｘ線画像９ｃとの間のＸ線の変化に基づいて位相コントラスト画像１０を生成することである。
【００４５】
また、本実施形態では、Ｘ線位相差撮影システム１００は、第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、第２位相コントラスト画像１０ｂのアーチファクトを補正するように構成されている。具体的には、Ｘ線位相差撮影システム１００は、第１位相コントラスト画像１０ａからアーチファクトを反映した補正データ１１を取得するように構成されており、取得したアーチファクトを反映した補正データ１１によって第２位相コントラスト画像１０ｂを補正した第２位相コントラスト画像１０ｃを取得するように構成されている。
【００４６】
一般的に、Ｘ線位相差撮影システム１００のようなタルボ干渉計により位相コントラスト画像１０を得るためには、図２に示すように、被写体Ｔを配置せずに撮影する第１Ｘ線画像９ａと、被写体Ｔを配置して撮影する第３Ｘ線画像９ｃとが必要となる。第１Ｘ線画像９ａの画質が低いと、生成される位相コントラスト画像１０に画質に起因するアーチファクトが生じてしまうため、高画質の第１Ｘ線画像９ａを用いて位相コントラスト画像１０を生成することが好ましい。高画質の第１Ｘ線画像９ａを取得するためには、第１Ｘ線画像９ａを撮影する際の露光時間ｔ３(図３参照)を長くする必要がある。しかし、被写体Ｔを撮影する度に高画質の第１Ｘ線画像９ａの撮影を毎回行う場合には、撮影全体の時間が長くなり、ユーザビリティが低下する。したがって、撮影時間を短縮するためには、このような被写体Ｔを配置せずに撮影した第１Ｘ線画像９ａを、Ｘ線位相差撮影システム１００の起動時にあらかじめ取得しておくことが考えられる。しかし、第１Ｘ線画像９ａをあらかじめ取得しておく場合には、Ｘ線源１からの発熱による格子保持部の熱膨張や、格子移動機構８の振動などにより、第１格子２および第２格子３の間の相対位置がずれるため、Ｘ線位相差撮影システム１００の起動時から時間が経過するにつれて、撮影条件が変化する可能性が増大し、生成する位相コントラスト画像１０にグラデーション状のアーチファクトが生じる。位相コントラスト画像１０にグラデーション状のアーチファクトを生じさせないためには、被写体Ｔを撮影する直前に被写体Ｔを配置せずに撮影を行う必要がある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、画像処理部６は、第３Ｘ線画像９ｃの撮影の前または後において、短時間で第２Ｘ線画像９ｂを撮影し、Ｘ線位相差撮影システム１００の起動時に撮影した第１Ｘ線画像９ａと、第２Ｘ線画像９ｂとにより、撮影条件の変化に伴うアーチファクトを反映した補正データ１１を取得し、取得した補正データ１１により、第２位相コントラスト画像１０ｂを補正するように構成されている。ここで、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂは、被写体Ｔを配置せずに撮影された画像であるため、これらの画像から再構成された第１位相コントラスト画像１０ａは、Ｘ線の変化がない場合は何も写らないと考えられる。しかし、実際には第１Ｘ線画像９ａの撮影と第２Ｘ線画像９ｂの撮影との間に、温度変化などに起因する撮影条件の変化が生じるため、第１位相コントラスト画像１０ａには、撮影条件の変化に起因するアーチファクトが生じる。したがって、第１位相コントラスト画像１０ａからアーチファクトを反映した補正データ１１を取得して第２位相コントラスト画像１０ｂを補正することにより、第２位相コントラスト画像１０ｂに生じている撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。
【００４８】
第１Ｘ線画像９ａは、位相コントラスト画像１０を生成するためのエア画像であり、第２Ｘ線画像９ｂは、被写体Ｔを撮影する直後に撮影される画像である。したがって、第１位相コントラスト画像１０ａは、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第２Ｘ線画像９ｂの撮影との間に生じた撮影条件の変化に起因するアーチファクトを反映した補正データ１１を抽出することができる。その一方で、第２Ｘ線画像９ｂを短時間で撮影する場合、露光時間ｔ５が短いため、第２Ｘ線画像９ｂはノイズを含んだ画像となる。したがって、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより再構成された第１位相コントラスト画像１０ａは、第２Ｘ線画像９ｂに起因するノイズを含んだ画像となる。ノイズを含んだ第１位相コントラスト画像１０ａから取得したアーチファクトを反映した補正データ１１を用いて第２位相コントラスト画像１０ｂを補正した場合、得られる補正後の第２位相コントラスト画像１０ｃは、ノイズが増加する。そこで、本実施形態では、画像処理部６は、第１位相コントラスト画像１０ａにフィルタ処理をすることにより、第１位相コントラスト画像１０ａのノイズを除去し、取得するアーチファクトを反映した補正データ１１に含まれるノイズを低減するように構成されている。アーチファクトを反映した補正データ１１に含まれるノイズを低減することにより、補正後の第２位相コントラスト画像１０ｄに含まれるノイズも低減することができる。なお、第１位相コントラスト画像１０ａからアーチファクトを反映した補正データ１１を取得する処理およびノイズを除去する処理については後述する。
【００４９】
（各画像を撮影する際の露光時間および撮影時間間隔）
次に、図３を参照して、各画像を撮影する際の露光時間および撮影時間間隔について説明する。
【００５０】
図３に示す数直線２０は、横軸が時間軸の数直線であり、各画像を撮影する際の露光時間および撮影時間間隔を示している。本実施形態では、図３に示す時間ｔ１は、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影と時間間隔を表す時間である。また、図３に示すｔ２は、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影と時間間隔を表す時間である。図３に示すｔ３〜ｔ５は、第１Ｘ線画像９ａ、第２Ｘ線画像９ｂおよび第３Ｘ線画像９ｃのそれぞれを撮影する際のＸ線の露光時間を表している。なお、露光時間ｔ３および露光時間ｔ５は、それぞれ、特許請求の範囲の「第２露光時間」および「第１露光時間」の一例である。
【００５１】
図３に示すように、本実施形態では、第１Ｘ線画像９ａ、第２Ｘ線画像９ｂおよび第３Ｘ線画像９ｃは、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２が、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ１よりも短くなるように撮影される。また、本実施形態では、第３Ｘ線画像９ｃの撮影は、第２Ｘ線画像９ｂの撮影の後に続けて行われる。具体的には、第３Ｘ線画像９ｃの撮影は、第２Ｘ線画像９ｂの撮影の直後に行われる。なお、第３Ｘ線画像９ｃの撮影の直後とは、第３Ｘ線画像９ｃを撮影する後の所定時間間隔内において撮影することを意味する。所定時間間隔とは、位相コントラスト画像１０の撮影の目的上、時間経過に伴う撮影条件の変化が実質的にないと見なせる（実質的に同一撮影条件であると見なせる）所定時間内であり、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ１の半分よりも短い時間間隔である。たとえば、所定時間間隔は、好ましくは、３０分である。
【００５２】
ここで、上述した通り、第２位相コントラスト画像１０ｂの画質を向上させるためには、画質の高い第１Ｘ線画像９ａを取得する必要がある。したがって、第１Ｘ線画像９ａを撮影する際の露光時間ｔ３は、第１Ｘ線画像９ａの画質を向上させることが可能な時間に設定されることが好ましい。露光時間ｔ３は、第１Ｘ線画像９ａを高画質で得ることが可能であればどのような露光時間であってもよい。図３に示す例では、露光時間ｔ３は、ｔ４およびｔ５よりも長い時間であり、たとえば、ｔ５の１０倍以上の時間である。露光時間ｔ３は、たとえば、８分に設定してもよい。一方、第２Ｘ線画像９ｂは、第１位相コントラスト画像１０ａに生じるアーチファクトの傾向を識別することが可能な画質であればよい。したがって、図３に示すように、第２Ｘ線画像９ｂを撮影する際の露光時間ｔ５は、第１Ｘ線画像９ａを撮影する際の露光時間ｔ３よりも短い。露光時間ｔ５は、アーチファクトの傾向を識別することが可能な画質の第２Ｘ線画像９ｂを撮影可能な所定時間であればどのような露光時間であってもよい。第２Ｘ線画像９ｂの露光時間ｔ５は、たとえば、１６秒であってもよい。また、第３Ｘ線画像９ｃの露光時間ｔ４は、被写体Ｔを撮影する手法に応じて設定されればよい。図３に示す例では、露光時間ｔ４は、第２Ｘ線画像９ｂの露光時間ｔ５よりも長く、第１Ｘ線画像９ａの露光時間ｔ３よりも短い時間に設定されている。第３Ｘ線画像９ｃの露光時間ｔ４は、たとえば、１分に設定されていてもよい。
【００５３】
（取得する画像および生成する画像）
次に、図４および図５を参照して、本実施形態におけるＸ線位相差撮影システム１００が取得する画像および生成する画像について説明する。
【００５４】
本実施形態では、画像処理部６は、縞走査法によって位相コントラスト画像１０を再構成するように構成されている。図４（Ａ）は、画像処理部６が取得する第１Ｘ線画像９ａを示す模式図である。図４（Ａ）に示す第１Ｘ線画像９０ａ、第１Ｘ線画像９０ｂ、第１Ｘ線画像９０ｃおよび第１Ｘ線画像９０ｄは、それぞれ第２格子３をｄ２／４ずつ並進移動させながら撮影した画像である。第２格子３を並進移動させながら撮影を行うので、第１格子２と第２格子３との相対位置が異なり、第１Ｘ線画像９ａの各画像で表示されるモアレ縞が異なる。
【００５５】
図４（Ｂ）は、画像処理部６が取得する第２Ｘ線画像９ｂを示す模式図である。図４（Ｂ）に示す第２Ｘ線画像９１ａ〜第２Ｘ線画像９１ｄは、第１Ｘ線画像９ａと同様に第２格子３をｄ２／４ずつ並進移動させながら撮影した画像である。第２Ｘ線画像９ｂの各画像も、第１Ｘ線画像９ａと同様に、表示されるモアレ縞が異なる。また、図４（Ｂ）は、第２Ｘ線画像９ｂは、第１Ｘ線画像９ａの撮影後、時間間隔ｔ１経過する間に、Ｘ線源１などからの発熱や、格子移動機構８などの振動により、第１格子２と第２格子３との相対位置に位置ずれが発生した場合の例を示している。そのため、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂの各ステップでのモアレ縞も異なっている。また、第２Ｘ線画像９ｂは、短時間で撮影されたため露光時間ｔ５が短く、ノイズが生じている。
【００５６】
図４（Ｃ）は、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより再構成された第１位相コントラスト画像１０ａの模式図である。具体的には、図４（Ｃ）は、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとによって再構成された暗視野像１２である。図４（Ｃ）に示すように、第１Ｘ線画像９ａの撮影と、第２Ｘ線画像９ｂの撮影との間に撮影条件が変化したため、暗視野像１２には、グラデーション状のアーチファクトが生じている。また、暗視野像１２には、第２Ｘ線画像９ｂに含まれるノイズに起因するノイズが含まれている。図４（Ｃ）では、便宜上、再構成時に含まれるノイズを斜線ハッチングで図示している。本実施形態では、画像処理部６は、ローパスフィルタを用いたフィルタ処理によって暗視野像１２（第１位相コントラスト画像１０ａ）のアーチファクトを反映した補正データ１１を取得するように構成されている。具体的には、画像処理部６は、暗視野像１２に対して高速フーリエ変換（ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）を行い、ローパスフィルタを適用し、その後、逆ＦＦＴを行うことにより補正データ１１を取得するように構成されている。たとえば、画像処理部６は、ノイズが除去されたグラデーション状のアーチファクトを反映した補正データ１１として、図４（Ｄ）に示すような暗視野像１２ｂを取得する。
【００５７】
本実施形態では、図４（Ｄ）に示すように、画像処理部６は、被写体Ｔを配置せずに撮影した第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂを用いてグラデーション状のアーチファクトを反映した補正データ１１を用いて第２位相コントラスト画像１０ｂの補正を行うように構成されている。したがって、被写体Ｔが第２位相コントラスト画像１０ｂの全体もしくは第２位相コントラスト画像１０ｂの大部分に写っているような場合でも、被写体Ｔが写っていない第１位相コントラスト画像１０ａを用いて補正データ１１を取得することができる。すなわち、第２位相コントラスト画像１０ｂに占める被写体Ｔの割合に関係なく、補正データ１１を取得することができる。
【００５８】
図５は、補正前の第２位相コントラスト画像１０ｂと補正後の第２位相コントラスト画像１０ｃの模式図である。具体的には、図５（Ａ）は、補正前の暗視野像１２ｃおよび補正後の暗視野像１２ｄである。図５（Ｂ）は、補正前の吸収像１３ａおよび補正後の吸収像１３ｂである。図５（Ｃ）は、補正前の位相微分像１４ａおよび補正後の位相微分像１４ｂである。図５の各第２位相コントラスト画像１０ｂには、被写体Ｔが写っている。なお、図５（Ｃ）に示す位相微分像１４ａにおける被写体Ｔの破線部は、アーチファクトの影響が大きく、位相コントラスト画像１０上において確認できない領域を便宜上図示しているものである。
【００５９】
本実施形態では、画像処理部６は、吸収像１３および位相微分像１４においても、暗視野像１２のアーチファクトを反映した補正データ１１を取得した方法と同様に、第１位相コントラスト画像１０ａにローパスフィルタを適用することにより吸収像１３におけるアーチファクトを反映した補正データ１１および位相微分像１４におけるアーチファクトを反映した補正データ１１を取得し、取得した補正データ１１を用いて吸収像１３ａおよび位相微分像１４ａを補正し、吸収像１３ｂおよび位相微分像１４ｂを取得するように構成されている。図５に示す例では、便宜上、第２位相コントラスト画像１０ｂに占める被写体Ｔの割合を小さく図示している。しかし、第２位相コントラスト画像１０ｂの全体もしくは大部分に被写体Ｔが写っていた場合でも、被写体Ｔを配置しないで撮影した第１位相コントラスト画像１０ａに基づいてアーチファクトを反映した補正データ１１を取得することができるので、被写体Ｔが第２位相コントラスト画像１０ｂの全体もしくは大部分に写っていた場合でも第２位相コントラスト画像１０ｂのアーチファクトを補正することができる。
【００６０】
画像処理部６は、以下に示す式（１）〜式（３）により、暗視野像１２、吸収像１３、および、位相微分像１４の補正処理を行うように構成されている。
【数１】
2019073760.tif 000003
ここで、Ｓ、ＡおよびＰは、それぞれ、アーチファクトを補正した後の暗視野像１２ｄ、吸収像１３ｂおよび位相微分像１４ｂである。また、Ｓｓ、Ａｓ、およびＰｓは、それぞれ、補正前の暗視野像１２ｃ、吸収像１３ａおよび位相微分像１４ａである。また、Ｓａ、Ａａ、およびＰａは、それぞれ、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂから再構成された被写体Ｔが写っていない暗視野像１２、吸収像１３および位相微分像１４である。また、ＬＰＦは、ローパスフィルタを適用する処理である。また、Ｃｓ、Ｃａ、およびＣｐは、それぞれ、各画像バックグラウンドの画素値として設定された値であり、たとえば、５０００または５００００などを用いる。
【００６１】
第１実施形態では、画像処理部６は、上記式（１）および式（２）に示すように、被写体Ｔが写っている第２位相コントラスト画像１０ｂを、ノイズを除去した被写体Ｔが写っていない第１位相コントラスト画像１０ａによって除算したものを、定数に対して乗算することによって暗視野像１２および吸収像１３を補正するように構成されている。また、画像処理部６は、上記式（３）に示すように、第２位相コントラスト画像１０ｂからノイズを除去した第１位相コントラスト画像１０ａを減算したものを、定数に対して加算することによって位相微分像１４を補正するように構成されている。
【００６２】
（位相コントラスト画像の補正方法）
次に、図６を参照して、本実施形態による位相コントラスト画像１０の補正方法を説明する。
【００６３】
ステップＳ１において、制御部５は、被写体Ｔを配置せずに第１Ｘ線画像９ａを撮影する。次に、ステップＳ２において、制御部５は、被写体Ｔを配置して第３Ｘ線画像９ｃを撮影する。その後、処理はステップＳ３へ進む。
【００６４】
ステップＳ３において、制御部５は、被写体Ｔを配置せずに第２Ｘ線画像９ｂを撮影する。次に、ステップＳ４において、画像処理部６は、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２が第１Ｘ線画像９ａの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ１よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより第１位相コントラスト画像１０ａを再構成する。その後、処理はステップＳ５へ進む。
【００６５】
ステップＳ５において、画像処理部６は、第１Ｘ線画像９ａと第３Ｘ線画像９ｃとにより第２位相コントラスト画像１０ｂを再構成する。次に、ステップＳ６において、画像処理部６は、第１位相コントラスト画像１０ａにアーチファクトが発生しているか判定する。第１位相コントラスト画像１０ａにアーチファクトが発生している場合、処理はステップＳ７へ進む。第１位相コントラスト画像１０ａにアーチファクトが発生していない場合、処理を終了する。
【００６６】
ステップＳ７において、画像処理部６は、第１位相コントラスト画像１０ａからアーチファクトを反映した補正データ１１を取得する。次に、ステップＳ８において、画像処理部６は、取得したアーチファクトを反映した補正データ１１によって、第２位相コントラスト画像１０ｂのアーチファクトを補正し、処理を終了する。
【００６７】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６８】
第１実施形態では、上記のように、Ｘ線位相差撮影システム１００は、Ｘ線源１と、Ｘ線源１からＸ線が照射される第１格子２と、第１格子２からのＸ線が照射される第２格子３とを含む複数の格子と、Ｘ線源１から照射されたＸ線を検出する検出器４と、検出器４により検出されたＸ線画像９から、位相コントラスト画像１０を生成する画像処理部６とを備え、画像処理部６は、被写体Ｔを配置せずに撮影された第１Ｘ線画像９ａを取得するとともに、第１Ｘ線画像９ａの取得後において、被写体Ｔを配置せずに撮影された第２Ｘ線画像９ｂおよび被写体Ｔを配置して撮影された第３Ｘ線画像９ｃを取得し、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２が、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ１よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより、第１位相コントラスト画像１０ａを再構成し、第１Ｘ線画像９ａと第３Ｘ線画像９ｃとにより、第２位相コントラスト画像１０ｂを再構成し、第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、第２位相コントラスト画像１０ｂのアーチファクトを補正するように構成されている。
【００６９】
上記のように構成すれば、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影とにおける撮影条件の変化を抑制することができる。その結果、第１位相コントラスト画像１０ａに生じるアーチファクトと、第２位相コントラスト画像１０ｂに生じるアーチファクトとを略同一アーチファクトとして取り扱うことが可能となる。したがって、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより再構成された第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。また、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂは被写体Ｔを配置せずに撮影された画像のため、撮影画像の全体または大部分に被写体Ｔが写るように撮影する場合でも、第２位相コントラスト画像１０ｂにおける、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。
【００７０】
また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６は、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影とのうち、第２Ｘ線画像９ｂの撮影の後に続けて第３Ｘ線画像９ｃの撮影が行われた第２Ｘ線画像９ｂと、第１Ｘ線画像９ａとを用いて、第１位相コントラスト画像１０ａを再構成するように構成されている。これにより、第２Ｘ線画像９ｂと第３Ｘ線画像９ｃとを連続的に撮影することが可能となり、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２を短縮することができる。その結果、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との間において撮影条件が変化した場合でも、撮影条件の変化に起因するアーチファクトの影響を低減することが可能となり、第２位相コントラスト画像１０ｂの補正の効果を、より向上させることができる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６は、第３Ｘ線画像９ｃを撮影する直後に撮影された第２Ｘ線画像９ｂと、第１Ｘ線画像９ａとを用いて、第１位相コントラスト画像１０ａを再構成するように構成されている。これにより、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２をより短縮することができる。その結果、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との間において撮影条件が変化した場合でも、撮影条件の変化に起因するアーチファクトの影響をより抑制することが可能となるので、第２位相コントラスト画像１０ｂの補正の効果を、さらに向上させることができる。
【００７２】
また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６は、第２Ｘ線画像９ｂを撮影する際のＸ線の露光時間ｔ５が、第１Ｘ線画像９ａを撮影する際のＸ線の露光時間ｔ３よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとを用いて再構成された第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、第２位相コントラスト画像１０ｂのアートファクトを補正するように構成されている。これにより、露光時間ｔ５が露光時間ｔ３よりも短いため、第１Ｘ線画像９ａを撮影した後に第３Ｘ線画像９ｃを撮影する場合と比較して、撮影時間を短縮することができる。
【００７３】
また、第１実施形態では、上記のように、露光時間ｔ５は、アーチファクトの傾向を識別することが可能な画質の第２Ｘ線画像９ｂを撮影可能な所定時間である。ここで、第１Ｘ線画像９ａは、第２位相コントラスト画像１０ｂの画質を向上させるために、画質がよいことが好ましい。一方、第２Ｘ線画像９ｂは、第１位相コントラスト画像１０ａにおいて、アーチファクトの傾向を識別することができればよいので、最低限の画質であればよい。したがって、アーチファクトの傾向を識別することが可能な範囲で露光時間ｔ５をより短くすることが可能となるので、撮影時間をさらに短縮することができる。
【００７４】
また、第１実施形態では、上記のように、位相コントラスト画像１０のアーチファクトは、第１位相コントラスト画像１０ａおよび第２位相コントラスト画像１０ｂ中に生じるグラデーション状のアーチファクトである。これにより、時間経過に伴う撮影条件の変化によって生じるアーチファクトがグラデーション状であるため、本実施形態を適用することにより、第２位相コントラスト画像１０ｂに生じたグラデーション状のアーチファクトを効果的に補正することができる。
【００７５】
また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６は、ローパスフィルタを含むフィルタ処理によって第１位相コントラスト画像１０ａのアーチファクトを反映した補正データ１１を取得するように構成されている。これにより、フィルタ処理によって第１位相コントラスト画像１０ａにおけるノイズを除去することができるので、第２位相コントラスト画像１０ｂのノイズを増加させることなくアーチファクトを補正することができる。
【００７６】
また、第１実施形態では、上記のように、位相コントラスト画像補正方法は、被写体Ｔを配置せずに第１Ｘ線画像９ａを撮影するステップと、被写体Ｔを配置せずに第２Ｘ線画像９ｂを撮影するステップと、第２Ｘ線画像９ｂの撮影の後において被写体Ｔを配置して第３Ｘ線画像９ｃを撮影するステップと、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２が第１Ｘ線画像９ａの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ１よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより第１位相コントラスト画像１０ａを再構成するステップと、第１Ｘ線画像９ａと第３Ｘ線画像９ｃとにより第２位相コントラスト画像１０ｂを再構成するステップと、第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、第２位相コントラスト画像１０ｂのアーチファクトを補正するステップとを含む。これにより、撮影条件が変化しない状態で第２Ｘ線画像９ｂおよび第３Ｘ線画像９ｃを撮影することができる。その結果、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより再構成された第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することが可能な位相コントラスト画像補正方法を提供することができる。また、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂは被写体Ｔを配置せずに撮影した画像のため、撮影画像の全体または大部分に被写体Ｔが写るように撮影する場合でも、第２位相コントラスト画像１０ｂにおける、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することが可能な位相コントラスト画像補正方法を提供することができる。
【００７７】
［第２実施形態］
次に、図１および図７を参照して、本発明の第２実施形態によるＸ線位相差撮影システム２００について説明する。第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２が、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ１よりも短くなるように撮影された第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより、第１位相コントラスト画像１０ａを再構成する第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、Ｘ線位相差撮影システム２００は、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２と、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ１との大小にはかかわりなく、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとから第１位相コントラスト画像１０ａを再構成するように構成されている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【００７８】
第２実施形態では、画像処理部６は、被写体Ｔを配置せずに撮影された第１Ｘ線画像９ａを取得するとともに、第１Ｘ線画像９ａの取得後において、被写体Ｔを配置せずに撮影された第２Ｘ線画像９ｂおよび被写体Ｔを配置して撮影された第３Ｘ線画像９ｃを取得し、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより、第１位相コントラスト画像１０ａを再構成し、第１Ｘ線画像９ａと第３Ｘ線画像９ｃとにより、第２位相コントラスト画像１０ｂを再構成し、第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、第２位相コントラスト画像１０ｂのアーチファクトを補正するように構成されている。第２実施形態では、たとえば、図７に示す数直線２１のように、画像処理部６は、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影との時間間隔ｔ２が、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第２Ｘ線画像９ｂの撮影との時間間隔ｔ６よりも長い場合でも、第１位相コントラスト画像１０ａから、第１Ｘ線画像９ａの撮影と第２Ｘ線画像９ｂの撮影との時間間隔ｔ６において生じた撮影条件の変化に起因するアーチファクトを反映した補正データ１１を取得し、取得した補正データ１１に基づいて第２位相コントラスト画像１０ｂを補正することができる。
【００７９】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００８０】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００８１】
第２実施形態では、上記のように、Ｘ線源１と、Ｘ線源１からＸ線が照射される第１格子２と、第１格子２からのＸ線が照射される第２格子３とを含む複数の格子と、Ｘ線源１から照射されたＸ線を検出する検出器４と、検出器４により検出されたＸ線画像９から、位相コントラスト画像１０を生成する画像処理部６とを備え、画像処理部６は、被写体Ｔを配置せずに撮影された第１Ｘ線画像９ａを取得するとともに、第１Ｘ線画像９ａの取得後において、被写体Ｔを配置せずに撮影された第２Ｘ線画像９ｂおよび被写体Ｔを配置して撮影された第３Ｘ線画像９ｃを取得し、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより、第１位相コントラスト画像１０ａを再構成し、第１Ｘ線画像９ａと第３Ｘ線画像９ｃとにより、第２位相コントラスト画像１０ｂを再構成し、第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、第２位相コントラスト画像１０ｂのアーチファクトを補正するように構成されている。これにより、第１Ｘ線画像９ａと第２Ｘ線画像９ｂとにより再構成された第１位相コントラスト画像１０ａに基づいて、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。また、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂは被写体Ｔを配置せずに撮影された画像のため、撮影画像の全体または大部分に被写体Ｔが写るように撮影する場合でも、第２位相コントラスト画像１０ｂにおける、撮影条件の変化に起因するアーチファクトを補正することができる。
【００８２】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００８３】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂを撮影する際に、被写体Ｔを配置せずに撮影する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図８に示すＸ線位相差撮影システム３００のように、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂを撮影する際に、Ｘ線源１と第１格子２との間に、被写体Ｔと同程度のＸ線吸収特性を有するファントムＦを配置して撮影してもよい。このように構成すれば、被写体Ｔを配置して撮影した際に検出器４で検出されるＸ線のスペクトルと、ファントムＦを配置して撮影した際に検出器４で検出されるＸ線のスペクトルが同等のエネルギースペクトルとなり、生じるアーチファクトも同等となる。したがって、第１Ｘ線画像９ａおよび第２Ｘ線画像９ｂを撮影する際にファントムＦを配置することにより、第２位相コントラスト画像１０ｂのアーチファクトを補正する効果を向上させることができる。なお、第１Ｘ線画像９ａの撮影の際にファントムＦを配置して撮影すれば、第２Ｘ線画像９ｂの撮影の際にはファントムＦを配置しなくてもよい。第２Ｘ線画像９ｂの撮影の際にファントムＦを配置しなくても、補正の効果を向上させることは可能である。
【００８４】
また、上記第１および第２実施形態では、第３Ｘ線画像９ｃの撮影後に第２Ｘ線画像９ｂの撮影を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図９に示す数直線２２のように、第２Ｘ線画像９ｂの撮影と第３Ｘ線画像９ｃの撮影とのうち、第２Ｘ線画像９ｂの撮影の後に続けて、第３Ｘ線画像９ｃの撮影を行ってもよい。すなわち、第３Ｘ線画像９ｃを撮影する直前に第２Ｘ線画像９ｂを撮影してもよい。
【００８５】
また、上記第１および第２実施形態では、アーチファクトを反映した補正データ１１を取得する際に、ローパスフィルタを用いたフィルタ処理を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、平滑フィルタなどを用いてフィルタ処理を行ってもよい。平滑フィルタとしては、たとえば、ガウシアンフィルタを用いてもよい。
【００８６】
また、アーチファクトを反映した補正データ１１を取得する際に、画像処理部６は、少なくとも一次関数または二次関数を含む多項式を用いて、第１位相コントラスト画像１０ａのアーチファクトを反映した補正データ１１を取得するように構成されてもよい。多項式を用いて第１位相コントラスト画像１０ａのアーチファクトを反映した補正データ１１を取得する場合、画像処理部６は、第１位相コントラスト画像１０ａにおける複数の領域の画素値に基づいて、第１位相コントラスト画像１０ａのアーチファクトを反映した補正データ１１を取得するように構成すればよい。
【００８７】
たとえば、一次関数としてａｘ＋ｂｙ＋ｃを用いて補正データ１１を取得する場合、係数ａ、ｂおよびｃを求めるために、少なくとも３つの領域の画像値が必要となる。したがって、図１０（Ａ）に示すように、第１位相コントラスト画像１０ａから少なくとも領域３０ａ〜領域３０ｃの画素値を取得し、上記一次式に基づいて補正データ１１を取得すればよい。また、二次関数としてａｘ2＋ｂｙ2＋ｃｘｙ＋ｄｘ＋ｅｙ＋ｆを用いて補正データ１１を取得する場合、係数ａ〜ｆを求めるために、少なくとも６つの領域の画素値が必要となる。したがって、図１０（Ｂ）に示すように、第１位相コントラスト画像１０ａから少なくとも領域３１ａ〜３１ｆの画素値を取得し、上記二次式に基づいて補正データ１１を取得すればよい。なお、画素値を取得する領域３０ａ〜３０ｃおよび３１ａ〜３１ｆは、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示す例に限られない。第１位相コントラスト画像１０ａに生じたアーチファクトを反映した補正データ１１を得ることができれば、どの領域から取得した画素値を用いてもよい。
【００８８】
画像処理部６を、少なくとも一次関数または二次関数を含む多項式を用いて、第１位相コントラスト画像１０ａのアーチファクトを反映した補正データ１１を取得するように構成すれば、多項式を用いることにより、容易にアーチファクトを反映した補正データ１１を取得することができる。また、画像処理部６を、第１位相コントラスト画像１０ａにおける複数の領域（領域３０ａ〜領域３０ｃ、および領域３１ａ〜領域３１ｆ）の画素値に基づいて、第１位相コントラスト画像１０ａのアーチファクトを反映した補正データ１１を取得するように構成すれば、アーチファクトを反映したより正確な補正データ１１を取得することができる。
【００８９】
また、上記第１および第２実施形態では、複数の格子として、第１格子２および第２格子３を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１１に示すＸ線位相差撮影システム４００のように、Ｘ線源１と第１格子２との間に、第３格子４０を設ける構成でもよい。第３格子４０は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｄ３で配列される複数のスリット４０ａおよびＸ線吸収部４０ｂを有している。各スリット４０ａおよびＸ線吸収部４０ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット４０ａおよびＸ線吸収部４０ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。また、第３格子４０は、Ｘ線源１と第１格子２との間に配置されており、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第３格子４０は、各スリット４０ａを通過したＸ線を、各スリット４０ａの位置に対応する線光源とするように構成されている。これにより、第３格子４０は、Ｘ線源１から照射されるＸ線の可干渉性を高めることができる。これにより、第３格子４０によってＸ線源１から照射されるＸ線の可干渉性を高めることができる。その結果、Ｘ線源１の焦点径に依存することなく第１格子２の自己像を形成させることが可能となるので、Ｘ線源１の選択の自由度を向上させることができる。
【００９０】
また、上記第１および第２実施形態では、画像処理部６は、縞走査法により位相コントラスト画像１０を再構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の格子のうち、いずれか１つをＸＹ平面内で回転させてモアレ縞を形成して撮像するモアレ１枚撮り手法によって位相コントラスト画像１０を生成するように構成されていてもよい。また、フーリエ変換法によって位相コントラスト画像１０を生成するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１  Ｘ線源
２  第１格子
３  第２格子
４  検出器
６  画像処理部
７  記憶部
９  Ｘ線画像
１０  位相コントラスト画像
１１  アーチファクトを反映した補正データ
４０  第３格子
１００、２００、３００、４００  Ｘ線位相差撮影システム
Ｔ  被写体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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