(57)【要約】【課題】散乱線を効率よく除去し、高品質な位相コントラスト画像を得ることができる放射線撮影システムを提供する。【解決手段】第１の吸収型格子２１と第２の吸収型格子２２との相対位置を変更して撮影を行うことにより得られる複数の画像データから被検体Ｈの位相コントラスト画像を取得するＸ線撮影システム１０において、第１の吸収型格子２１と第２の吸収型格子２２との間に、格子パターンが第１の吸収型格子２１の格子パターンと直交するように配置された散乱線除去グリッド２４を備える。この散乱線除去グリッド２４は、往復動装置２５により、格子パターンと直交する方向にブッキー動作を行う。【選択図】図１
2011218147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源から照射された前記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の周期パターン像に対して強度変調を与えて第２の周期パターン像を生成する強度変調手段と、
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、格子パターンが前記第１の格子の格子パターンと直交するように配置された散乱線除去グリッドと、
前記画像データに基づいて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】
前記散乱線除去グリッドを前記第１の格子の格子パターンと直交する方向に往復動させる往復動手段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３】
前記散乱線除去グリッドは、前記放射線源の焦点に対して指向性を有する集束グリッドであ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】
前記放射線画像検出器により生成される画像データに対して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】
前記強度変調手段は、前記第１の周期パターン像に対して位相が異なる複数の相対位置で強度変調を与えて複数の第２の周期パターン像を生成し、
前記放射線画像検出器は、前記各第２の周期パターン像を検出して複数の画像データを生成し、
前記位相微分像生成手段は、前記複数の画像データに基づき、前記相対位置に対する画素データの強度変化を表す強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより前記位相微分像を生成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】
前記強度変調手段は、前記第１の周期パターン像と同一方向の周期パターンを有する第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段とからなることを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の放射線撮影システム。
【請求項７】
前記散乱線除去グリッドは、前記第１の格子と前記第２の格子との間に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影システム。
【請求項８】
前記第１の格子は位相型格子であり、前記第１の格子は、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を前記第１の周期パターン像として前記第２の格子の位置に形成することを特徴とする請求項６または７に記載の放射線撮影システム。
【請求項９】
前記放射線画像検出器は、放射線を電荷に変換する変換層と、前記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画素ごとに備えた放射線画像検出器であって、
前記電荷収集電極は、前記第１の周期パターン像と同一方向の周期パターンを有する複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配列されてなり、
前記強度変調手段は、前記電荷収集電極により構成されてい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システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線等の放射線により被検体の撮影を行う放射線撮影システムに関し、特に、被検体の位相イメージングを可能とする放射線撮影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、物質を構成する元素の原子番号と、物質の密度及び厚さとに依存して減衰するといった特性を有することから、被検体の内部を透視するためのプローブとして用いられている。Ｘ線を用いた撮影は、医療診断や非破壊検査等の分野において広く普及している。
【０００３】
一般的なＸ線撮影システムでは、Ｘ線を放射するＸ線源とＸ線を検出するＸ線画像検出器との間に被検体を配置して、被検体の透過像を撮影する。この場合、Ｘ線源からＸ線画像検出器に向けて放射されたＸ線は、Ｘ線画像検出器までの経路上に存在する物質の特性（原子番号、密度、厚さ）の差異に応じた量の減衰（吸収）を受けた後、Ｘ線画像検出器の各画素に入射する。この結果、被検体のＸ線吸収像がＸ線画像検出器により検出され画像化される。Ｘ線画像検出器としては、Ｘ線増感紙とフイルムとの組み合わせや輝尽性蛍光体のほか、半導体回路を用いたフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が広く用いられている。
【０００４】
ただし、Ｘ線吸収能は、原子番号が小さい元素からなる物質ほど低くなるため、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、Ｘ線吸収像としての十分な画像の濃淡（コントラスト）が得られないといった問題がある。例えば、人体の関節を構成する軟骨部とその周辺の関節液は、いずれも殆どの成分が水であり、両者のＸ線の吸収量の差が少ないため、濃淡差が得られにくい。
【０００５】
このような問題を背景に、近年、被検体によるＸ線の強度変化に代えて、被検体によるＸ線の位相変化（角度変化）に基づいた画像（以下、位相コントラスト画像と称する）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線の強度よりも位相のほうが高い相互作用を示すため、位相差を利用した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線撮影システムが知られている（例えば、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自己像（縞画像）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】
このＸ線撮影システムでは、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により強度変調された縞画像の被検体による変化（位相ズレ）から縞走査法により被検体の位相コントラスト画像が取得される。縞走査法とは、第１の回折格子に対して第２の回折格子を、第１の回折格子の面にほぼ平行で、かつ第１の回折格子の格子線方向にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動（走査）させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素の画素データの上記走査に対する強度変化の位相ズレ量（被検体による位相のズレ量）から位相微分像を取得する方法である。この位相微分像は、被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応する。位相微分像を縞走査方向に沿って積分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。なお、画素データは、上記走査により周期的に強度が変調される。上記走査に対する複数の画素データのセットを、以下、「強度変調信号」と称する。
【０００８】
このように、Ｘ線タルボ干渉計を用いたＸ線撮影システムは、被検体によるＸ線の屈折量を画像化するものであるが、Ｘ線と被検体との相互作用には、被検体の屈折率分布に応じた屈折以外に、被検体中において生じるコンプトン散乱やレイリー散乱等の散乱現象が存在する。このような散乱現象は、拡散的なノイズをＸ線画像検出器に与えるため、位相コントラスト画像の画質を低下させることが知られている（特許文献２参照）。特許文献２では、Ｘ線画像検出器の直前に配置された第２の回折格子を散乱線除去グリッド（散乱防止格子）として作用させることが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２００３５９号公報
【特許文献２】特表２００８−５４５９８１号公報（第１３頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に記載のように第２の回折格子を散乱線除去グリッドとして作用させたとしても、この第２の回折格子はその格子線の配列パターン方向に対しては散乱線除去の効果を有するが、格子線の配列パターン方向に直交する方向（格子線方向）に対しては散乱線除去の効果が得られないといった問題がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、格子を用いて位相イメージングを行う放射線撮影システムにおいて、散乱線を効率よく除去し、高品質な位相コントラスト画像を得ることができる放射線撮影システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、放射線源から照射された前記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の周期パターン像に対して強度変調を与えて第２の周期パターン像を生成する強度変調手段と、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、格子パターンが前記第１の格子の格子パターンと直交するように配置された散乱線除去グリッドと、前記画像データに基づいて位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、を備える。
【００１３】
本発明の放射線撮影システムは、前記散乱線除去グリッドを前記第１の格子の格子パターンと直交する方向に往復動させる往復動手段をさらに備える。
【００１４】
前記散乱線除去グリッドは、前記放射線源の焦点に対して指向性を有する集束グリッドである。
【００１５】
本発明の放射線撮影システムは、前記放射線画像検出器により生成される画像データに対して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位相コントラスト画像生成手段をさらに備える。
【００１６】
前記強度変調手段は、前記第１の周期パターン像に対して位相が異なる複数の相対位置で強度変調を与えて複数の第２の周期パターン像を生成し、前記放射線画像検出器は、前記各第２の周期パターン像を検出して複数の画像データを生成し、前記位相微分像生成手段は、前記複数の画像データに基づき、前記相対位置に対する画素データの強度変化を表す強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより前記位相微分像を生成する。
【００１７】
前記強度変調手段は、前記第１の周期パターン像と同一方向の周期パターンを有する第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段とからなる。
【００１８】
前記散乱線除去グリッドは、前記第１の格子と前記第２の格子との間に配置されている。
【００１９】
前記第１の格子は位相型格子であり、前記第１の格子は、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を前記第１の周期パターン像として前記第２の格子の位置に形成する。
【００２０】
前記放射線画像検出器は、放射線を電荷に変換する変換層と、前記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画素ごとに備えた放射線画像検出器であって、前記電荷収集電極は、前記第１の周期パターン像と同一方向の周期パターンを有する複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配列されてなり、前記強度変調手段は、前記電荷収集電極により構成されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の放射線撮影システムは、格子パターンが第１の格子の格子パターンと直交するように配置された散乱線除去グリッドを備えるため、散乱線を効率よく除去し、高品質な位相コントラスト画像を得ることができる。また、散乱線除去グリッドを、第１の格子と第２の格子との間に配置することにより、撮影部の大型化を招くことなく、散乱線除去グリッドを設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のＸ線撮影システムの構成を示す模式図である。
【図２】散乱線除去グリッドの構成を示す概略断面図である。
【図３】フラットパネル検出器の構成を示す模式図である。
【図４】散乱線除去グリッドのＸ線透過部を通るように切断した撮影部の概略断面図である。示す概略側面図である。
【図５】縞走査法を説明するための説明図である。
【図６】被検体がある場合とない場合との強度変調信号を例示するグラフである。
【図７】撮影部のｙｚ平面に沿った概略断面図である。
【図８】Ｘ線画像検出器の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、被検体ＨにＸ線を照射するＸ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置され、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が記録される画像記録部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とから構成されている。
【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。例えば、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おり、電子線の衝突部分が、Ｘ線を放射するＸ線焦点となっている。また、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（角度変化）を検出し位相イメージングを行うための第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２１ａが、不図示のＸ線透過性基板上に、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２２ａが、不図示のＸ線透過性基板上にｘ方向に所定のピッチｐ２で配列されたものである。格子ピッチｐ１，ｐ２は、２〜２０μｍ程度である。なお、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、金や鉛等が好ましい。
【００２７】
また、撮影部１２には、第２の吸収型格子２２を格子線方向（ｙ方向）に直交する方向（ｘ方向）に並進移動させることにより、第１の吸収型格子２１に対する第２の吸収型格子２２との相対位置を変化させる走査機構２３が設けられている。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。なお、第２の吸収型格子２２と走査機構２３とが特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成している。
【００２８】
また、撮影部１２には、第１の吸収型格子２１と第２の吸収型格子２２との間に、散乱線除去グリッド２４が配設されている。散乱線除去グリッド２４は、ｘ方向に延伸した複数のＸ線吸収部２４ａがｙ方向に所定のピッチｐ３で配列されたものであり、Ｘ線吸収部２４ａは、Ｘ線を吸収する鉛等で形成されている。すなわち、散乱線除去グリッド２４の格子パターンは、第１及び第２の吸収型格子２１，２２の格子パターンと直交している。
【００２９】
また、散乱線除去グリッド２４は、図２に示すように、Ｘ線吸収部２４ａがＸ線焦点１１ａの方に向いて傾斜した集束グリッドであり、Ｘ線焦点１１ａに対して指向性を有している。隣り合うＸ線吸収部２４ａの間には、樹脂等からなるＸ線透過部２４ｂが介設されており、ピッチｐ３は、一般的な散乱線除去グリッドと同程度（約１６０μｍ）である。
【００３０】
さらに、撮影部１２には、散乱線除去グリッド２４を、第１及び第２の吸収型格子２１，２２とは独立して、ｙ方向に往復動（揺動）させる往復動装置２５が設けられている。往復動装置２５は、散乱線除去グリッド２４に、いわゆるブッキー動作を行わせるものであり、散乱線除去グリッド２４によってＦＰＤ２０の検出面に固定的なＸ線非照射領域（固定的な影）が生じることを防止する。
【００３１】
画像処理部１４は、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位相微分像生成部２６と、位相微分像をｘ方向に沿って積分することにより、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部２７とを備える。位相コントラスト画像生成部２７により生成された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。
【００３２】
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）を備えている。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、管電流、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線撮影条件等の文字や、上記位相コントラスト画像を表示する。
【００３３】
図３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４０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４１と、受像部４１からの電荷の読み出しタイミングを制御する走査回路４２と、各画素４０に蓄積された電荷を読み出し、電荷を画像データに変換して記憶する読み出し回路４３とから構成されている。なお、走査回路４２と各画素４０とは、行毎に走査線４４によって接続されており、読み出し回路４３と各画素４０とは、列毎に信号線４５によって接続されている。画素４０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。
【００３４】
画素４０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線検出素子として構成することができる。各画素４０には、ＴＦＴスイッチ（図示せず）が接続され、ＴＦＴスイッチのゲート電極が走査線４４、ソース電極がキャパシタ、ドレイン電極が信号線４５に接続される。走査回路４２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４５に読み出される。
【００３５】
なお、画素４０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線検出素子として構成することも可能である。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。
【００３６】
読み出し回路４３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４０から信号線４５を介して出力された電荷を積分して電圧信号（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、オフセット補正、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。
【００３７】
図４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り、振幅型格子とも称される。なお、スリット部（上記間隔ｄ１，ｄ２の領域）は空隙でなくてもよく、高分子や軽金属等のＸ線低吸収材が介装されたものであってもよい。同図は、散乱線除去グリッド２４のＸ線透過部２４ｂを通る断面を示している。
【００３８】
第１及び第２の吸収型格子２１，２２は、スリット部を通過したＸ線を線形的（幾何光学的）に投影するように構成されている。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線をスリット部で回折させずに、直進性を保ったまま通過するように構成する。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、１〜１０μｍ程度とすれば、スリット部で大部分のＸ線が回折されずに線形的に投影される。
【００３９】
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を通過することにより形成される第１の周期パターン像（以下、Ｇ１像という）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、そのスリット部が、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。
【００４０】
【数１】
2011218147.tif 000003
【００４１】
【数２】
2011218147.tif 000004
【００４２】
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の回折格子の格子ピッチとＸ線波長とで決まるタルボ干渉距離に制約されるが、本実施形態の撮影部１２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する構成であって、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。
【００４３】
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、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。
【００４４】
【数３】
2011218147.tif 000005
【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】
2011218147.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、鉛等）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、この場合には、Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａの厚みは、金（Ａｕ）換算で３０μｍ以上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により生成されたＧ１像が第２の吸収型格子２２との重ね合わせにより部分的に遮蔽され、強度変調されることにより、第２の周期パターン像（以下、Ｇ２像という）が生成される。このＧ２像は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、製造誤差や配置誤差により若干の差異が生じており、この微小な差異により、Ｇ２像にはモアレ縞が生じる。
【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Ｇ２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。したがって、ＦＰＤ２０で検出されたＧ２像を解析することによって、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。
【００５０】
次に、Ｇ２像の解析方法について説明する。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）に応じて屈折される１つのＸ線が例示されている。符号５０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５０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５１は、被検体Ｈが存在する場合に、被検体Ｈにより屈折されて偏向したＸ線の経路を示している。この経路５１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の屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）、ｚをＸ線の進む方向として、次式（５）で表される。
【００５２】
【数５】
2011218147.tif 000007
【００５３】
第１の吸収型格子２１から第２の吸収型格子２２の位置に投影された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方向に変位することになる。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】
2011218147.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】
2011218147.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４０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４０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】
2011218147.tif 000010
【００５９】
したがって、各画素４０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）の微分量が求まるから、これをｘについて積分することにより、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、下記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相対的にｘ方向に並進移動させながら撮影を行う（すなわち、両者の格子周期の位相を変化させながら撮影を行う）。本実施形態では、前述の走査機構２３により第２の吸収型格子２２を移動させる。Ｇ２像に生じるモアレ縞は、第２の吸収型格子２２の移動に伴って移動し、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）、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Ｇ２像を撮影する。撮影により得られた複数の画像データから各画素の強度変調信号を取得し、前述の画像処理部１４内の位相微分像生成部２６で演算処理することにより、各画素の強度変調信号の位相ズレ量ψが得られる。この位相ズレ量ψの２次元分布が位相微分像に相当する。
【００６１】
図５は、格子ピッチｐ２をＭ（２以上の整数）個に分割した走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）ずつ第２の吸収型格子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個の各走査位置に、第２の吸収型格子２２を順に並進移動させる。なお、同図では、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ける第２の吸収型格子２２の位置での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、この初期位置は、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１のうちいずれの位置としてもよい。
【００６２】
まず、ｋ＝０の位置では、主として、被検体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分（非屈折成分）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、非屈折成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折されたＸ線の成分（屈折成分）が増加する。特に、ｋ＝Ｍ／２の位置では、主として、屈折成分のみが第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、屈折成分が減少する一方で、非屈折成分が増加する。
【００６３】
ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１の各位置で、ＦＰＤ２０により撮影を行い画像データを生成すると、各画素４０について、Ｍ個の画素データが得られる。以下に、このＭ個の画素データから各画素４０の強度変調信号の位相ズレ量ψを算出する方法を説明する。第２の吸収型格子２２の位置ｋにおける各画素４０の画素データＩｋ（ｘ）は、一般に次式（９）で表される。
【００６４】
【数９】
2011218147.tif 000011
【００６５】
ここで、ｘは画素のｘ方向に関する座標、Ａ０は入射Ｘ線の強度、Ａｎは強度変調信号のコントラストに対応する値、ｎは正の整数、ｉは虚数単位である。また、φ（ｘ）は、上記屈折角φを画素４０の座標ｘの関数として表したものである。
【００６６】
次いで、次式（１０）の関係式を用いると、上記屈折角φ（ｘ）は、式（１１）のように表される。
【００６７】
【数１０】
2011218147.tif 000012
【００６８】
【数１１】
2011218147.tif 000013
【００６９】
ここで、ａｒｇ［  ］は、偏角の抽出を意味しており、上記位相ズレ量ψに対応する。したがって、各画素４０で得られたＭ個の画素データで表される強度変調信号から、式（１１）に基づいて位相ズレ量ψを算出することにより、屈折角φ（ｘ）が求まり、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分量が求まる。
【００７０】
具体的には、図６に示すように、強度変調信号は、第２の吸収型格子２２の位置ｋに対して、格子ピッチｐ２の周期で周期的に変化する。同図中の破線は、被検体Ｈが存在しない場合の強度変調信号を示しており、同図中の実線は、被検体Ｈが存在する場合の強度変調信号を示している。この両者の波形の位相差が上記位相ズレ量ψに対応する。
【００７１】
以上の説明では、画素４０のｙ方向に関するｙ座標を考慮していないが、各ｙ座標について同様の演算を行うことにより、ｘ方向及びｙ方向に関する２次元的な位相ズレの分布ψ（ｘ，ｙ）が得られる。この位相ズレの分布ψ（ｘ，ｙ）が位相微分像に対応する。
【００７２】
この位相微分像は、位相コントラスト画像生成部２７に入力される。位相コントラスト画像生成部２７は、入力された位相微分像をｘ軸に沿って積分することにより、被検体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）を生成し、これを位相コントラスト画像として画像記録部１５に記録する。
【００７３】
次に、往復動装置２５による散乱線除去グリッド２４のブッキー動作について説明する。往復動装置２５は、走査機構２３による各走査位置ｋにおいて行われる各撮影期間中、散乱線除去グリッド２４をｙ方向に往復動させる。具体的には、往復動作装置２５は、一撮影期間中に散乱線除去グリッド２４を、Ｘ線吸収部２４ａの配列ピッチｐ３に対して十分大きい距離（例えば１ｃｍ）を移動させる。この移動距離を、配列ピッチｐ３の整数倍とすることがより好ましい。
【００７４】
また、１撮影期間中に、散乱線除去グリッド２４のブッキーの折り返し動作（往路から復路へ転じる動作、またはその逆の動作）は基本的には行われないことが好ましい。これは、折り返し動作の加減速時に、散乱線除去グリッド２４が局在状態となり、画質に影響を与え得るためである。しかし、撮影時間が長い場合には、折り返し動作を行わないようにするには、散乱線除去グリッド２４を極めて低速で移動させなければならないが、このように散乱線除去グリッド２４を低速で移動させる制御は一般的に難しく、速度ムラが生じる。この場合、逆に、速度ムラが画質に影響を与えることになる。したがって、撮影時間が長い場合には、乱線除去グリッド２４の移動速度を下げずに、折り返し動作を行う方が画質に対する影響が小さくなることがあるため、このような場合には、撮影期間中に折り返し動作を行うことを許容してもよい。
【００７５】
上記のブッキー動作により、散乱線除去グリッド２４によりＦＰＤ２０の検出面にＸ線非照射領域（影）は、１撮影期間中に該検出面上を均等に移動することになるため、画素値には、散乱線除去グリッド２４による強度差は生じない。また、ブッキー動作の方向が、第２の吸収型格子２２の走査方向（ｘ方向）に直交するｙ方向であるため、ｘの関数として得られる位相ズレ量ψの検出に影響を及ぼすことはない。
【００７６】
このように、各走査位置ｋにおいて行われる１撮影期間中に、散乱線除去グリッド２４をｙ方向にブッキー動作させることで、図７に示すように、被検体Ｈの内部での散乱現象により、被検体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）とは無関係に偏向されたＸ線（散乱Ｘ線）が、Ｘ線吸収部２４ａにより効果的に除去（吸収）される。
【００７７】
以上のように構成されたＸ線撮影システム１０では、Ｘ線源１１とＦＰＤ２０との間に被検体Ｈを配した状態で、操作者により、撮影指示がコンソール１７から入力されると、撮影制御部１６により撮影部１２の各部が制御され、第２の吸収型格子２２を第１の吸収型格子２１に対して移動させながら、各走査位置で、Ｘ線源１１による曝射及びＦＰＤ２０による検出動作が行われる。このとき、往復動装置２５により、散乱線除去グリッド２４のブッキー動作が行われる。
【００７８】
Ｘ線源１１による各曝射期間中（撮影期間中）に、上記走査方向と直交する方向にブッキー動作が行われるため、位相ズレ量ψの検出を妨げることなく、散乱Ｘ線の除去が行われる。この結果、画像処理部１４により高品質な位相コントラスト画像が得られ、画像記録部１５を介してモニタに表示される。
【００７９】
なお、上記実施形態では、撮影部１２の薄型化のために、所定の間隔をおいて配置される第１の吸収型格子２１と第２の吸収型格子２２との間に散乱線除去グリッド２４を配置しているが、これに限られず、散乱線除去グリッド２４を、Ｘ線源１１と第１の吸収型格子２１との間や、第２の吸収型格子２２とＦＰＤ２０との間に配置することも可能である。散乱除去の効果の観点からは、第２の吸収型格子２２とＦＰＤ２０との間、すなわちＦＰＤ２０の直前に散乱線除去グリッド２４を配置することが好ましい。
【００８０】
また、上記実施形態では、散乱線除去グリッド２４を往復動装置２５によりブッキー動作させているが、この往復動装置２５を設けずに、散乱線除去グリッド２４を固設してもよい。この場合には、ＦＰＤ２０のいずれの画素４０もＸ線吸収部２４ａにより完全に遮蔽されることがないように、Ｘ線吸収部２４ａの配列ピッチｐ３を、画素４０のｙ方向に関する配列ピッチより短くする必要がある。さらに、各画素４０へのＸ線の入射量を均一化するために、Ｘ線吸収部２４ａの配列ピッチｐ３の整数倍が、画素４０のｙ方向に関する配列ピッチに一致するようにすることが好ましい。
【００８１】
また、上記のように往復動装置２５を設けない場合には、散乱線除去グリッド２４を第２の吸収型格子２２と一体化し、正方格子状の第２の吸収型格子を設けることも好ましい。
【００８２】
また、上記実施形態では、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ため、Ｘ線焦点１１ａの直後にマルチスリット（線源格子）を配置してもよい。
【００８３】
このマルチスリットは、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、一方向（本実施形態では、ｙ方向）に延伸した複数のＸ線遮蔽部が、第１及び第２の吸収型格子２１，２２のＸ線遮蔽部２１ａ，２２ａと同一方向（本実施形態では、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。
【００８４】
また、上記実施形態では、第１の吸収型格子２１を、そのスリット部を通過したＸ線をＧ１像として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、スリット部でＸ線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等に記載の構成としてもよい。ただし、この場合には、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する必要がある。また、この場合には、第１の吸収型格子２１に代えて、位相型格子（位相型回折格子）を用いることが可能であり、第１の吸収型格子２１に代えて用いた位相型格子は、タルボ干渉効果により生じるＧ１像（自己像）を、第２の吸収型格子２２の位置に形成する。
【００８５】
位相型格子と吸収型格子との差異は、Ｘ線高吸収材（Ｘ線遮蔽部）の厚さのみであり、Ｘ線遮蔽部の厚さは、吸収型格子の場合にＡｕ換算で約３０μｍ以上と設定されるのに対し、位相型格子の場合には、１μｍ〜５μｍ程度に設定される。位相型格子は、Ｘ線高吸収材が、Ｘ線源１１から照射されるＸ線に対して所定量（πまたはπ／２）の位相変調を与えることにより、タルボ干渉効果を発生させてＧ１像（自己像）を生成するものである。
【００８６】
さらに、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源１１と第１の吸収型格子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との間に配置した場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。
【００８７】
次に、Ｘ線画像検出器の変形例を説明する。上記各実施形態では、第２の吸収型格子２２とＦＰＤ２０とが独立して設けられているが、ＦＰＤ２０に代えて、特開平２００９−１３３８２３号公報に開示された構成のＸ線画像検出器を用いることにより、第２の吸収型格子２２を排することができる。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線画像検出器において、各画素の電荷収集電極が、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる複数の線状電極群を、互いに位相が異なるように配置することにより構成されており、電荷収集電極が特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成している。
【００８８】
本変形例のＸ線画像検出器の構成を示す図８において、複数の画素６０がｘ方向及びｙ方向に沿って一定のピッチで２次元配列されており、各画素６０には、Ｘ線を電荷に変換する変換層によって変換された電荷を収集するための電荷収集電極６１が形成されている。電荷収集電極６１は、第１〜第６の線状電極群６２〜６７から構成されており、各線状電極群の線状電極の配列周期の位相がπ／３ずつずれている。具体的には、第１の線状電極群６２の位相を０とすると、第２の線状電極群６３の位相はπ／３、第３の線状電極群６４の位相は２π／３、第４の線状電極群６５の位相はπ、第５の線状電極群６６の位相は４π／３、第６の線状電極群６７の位相は５π／３である。
【００８９】
さらに、各画素６０には、電荷収集電極６１により収集された電荷を読み出すためのスイッチ群６８が設けられている。スイッチ群６８は、第１〜第６の線状電極群６２〜６７のそれぞれに設けられたＴＦＴスイッチからなる。第１〜第６の線状電極群６２〜６７により収集された電荷を、スイッチ群６８を制御してそれぞれ個別に読み出すことによって、一度の撮影により、互いに位相の異なる６種類のＧ２像を検出することができる。この６種類のＧ２像に対応する複数の画像データに基づいて位相微分像を生成し、位相コントラスト画像を生成することができる。
【００９０】
ＦＰＤ２０に代えて、上記構成のＸ線画像検出器を用いることにより、撮影部１２から第２の吸収型格子２２が不要となるため、コスト削減とともに、さらなる薄型化が可能となる。また、本実施形態では、一度の撮影により、異なる位相で強度変調が行われた複数のＧ２像を検出することが可能であるため、縞走査のための物理的な走査が不要となり、走査機構２３を排することができる。なお、同図に示した電荷収集電極６１に代えて、特開平２００９−１３３８２３号公報に記載のその他の構成の電荷収集電極を用いることも可能である。
【００９１】
また、第２の吸収型格子２２を配置しない場合の別の実施形態として、Ｘ線画像検出器によりＧ１像を直接検出し、信号処理によって位相を変えながら周期的にサンプリングすることで、互いに位相の異なる複数のＧ２像に対応する画像データを生成することも可能である。
【００９２】
さらに、上記各実施形態では、縞走査法により位相微分像を求めているが、本発明はこれに限定されず、国際公開ＷＯ２０１０／０５０４８３に記載されたフーリエ変換法により位相微分像を求めてもよい。このフーリエ変換法は、Ｘ線画像検出器により得られた１枚分の画像データをフーリエ変換することによって画像データに生じるモアレ縞の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を分離して逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分像を得る方法である。この場合には、第１及び第２の吸収型格子２１，２２を移動させる必要がなく、走査機構２３が不要となる。
【００９３】
以上説明した第１及び第２実施形態は、医療診断用の放射線撮影システムのほか、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】
【００９４】
１０  Ｘ線撮影システム
１１  Ｘ線源（放射線源）
１１ａ  Ｘ線焦点
１２  撮影部
１４  画像処理部
１６  撮影制御部
１８  システム制御部
２０  フラットパネル検出器（ＦＰＤ）
２１  第１の吸収型格子
２１ａ  Ｘ線遮蔽部
２２  第２の吸収型格子
２２ａ  Ｘ線遮蔽部
２３  走査機構
２４  散乱線除去グリッド
２４ａ  Ｘ線吸収部
２４ｂ  Ｘ線透過部
２５  往復動装置
２６  位相微分像生成部
２７  位相コントラスト画像生成部
４０  画素
６０  画素
６１  電荷収集電極
６２〜６７  第１〜第６の線状電極群
６８  スイッチ群
【図１】
2011218147.tif 000014
【図２】
2011218147.tif 000015
【図３】
2011218147.tif 000016
【図４】
2011218147.tif 000017
【図５】
2011218147.tif 000018
【図６】
2011218147.tif 000019
【図７】
2011218147.tif 000020
【図８】
2011218147.tif 000021