(57)【要約】【課題】製造コストの低下と、位相コントラスト画像の高画質化を図る。【解決手段】Ｘ撮影システムは、Ｘ線源と、Ｘ線を通過させて縞画像（Ｇ１像）を生成する吸収型格子と、光読取方式のＸ線画像検出器（ＦＰＤ）とを備える。ＦＰＤは、Ｇ１像を静電潜像として記録し、記録した静電潜像を、Ｇ１像の周期パターン方向（ｘ方向）に周期ｐ２より短いピッチで読取光を走査することにより、静電潜像を画像データとして読み出す。サンプリング処理部は、画像データを、Ｇ１像の周期パターンと同一周期で、かつ周期パターンに対して位相の異なる複数の相対位置（ｋ＝０〜３）でサンプリングすることにより、強度変調がなされた複数の画像からなる画像群を生成する。この画像群から得られる強度変調信号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が生成され、これをｘ方向に積分することにより位相コントラスト画像が得られる。【選択図】図７
2011206113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を放射する放射線源と、
前記放射線を通過させて縞画像を生成する格子と、
前記縞画像を静電潜像として記録し、記録した静電潜像を、前記縞画像の周期パターン方向に該周期より短いピッチで読取光を走査することにより、前記静電潜像を画像データとして読み出す光読取方式の放射線画像検出器と、
前記画像データを、前記周期パターンと同一周期で、かつ前記周期パターンに対して位相の異なる複数の相対位置でサンプリングすることにより、強度変調がなされた複数の画像からなる画像群を生成するサンプリング処理手段と、
前記サンプリング処理手段により生成された前記画像群に基づき、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被検体の位相コントラスト画像を生成する画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする放射線撮影システム。
【請求項２】
前記画像処理手段は、前記サンプリング処理手段で生成された前記画像群に基づき、画素ごとに強度変調信号の位相ズレ量を算出して位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、
前記位相微分像を、前記周期パターン方向に積分演算して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とからな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】
前記格子は、吸収型格子であり、前記放射線源からの放射線を縞画像として放射線画像検出器に投影するもの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放射線画像検出器に射影するもの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５】
前記放射線画像検出器は、放射線を透過させる第１の電極層と、第１の電極層３０を透過した放射線の入射により電荷対を発生する記録用光導電層と、記録用光導電層で発生した電荷対のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層と、読取光の照射を受けることにより電荷対を発生する読取用光導電層と、複数の線状電極を有する第２の電極層と、前記線状電極に直交する方向に延伸するとともに、前記線状電極の延伸方向に駆動され、前記読取光を前記第２の電極層を介して前記読取用光導電層に照射する読出ライン光源と、を備え、
前記記録用光導電層と前記電荷輸送層との界面に、前記静電潜像を蓄積する蓄電部が形成されてい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】
前記線状電極は、電荷を読み出すためのチャージアンプに接続され、前記読取光を透過させる透明線状電極と、接地電位が与えられ、前記読取光を遮蔽する遮光線状電極とからなることを特徴とする請求項５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、格子を用いてＸ線位相イメージングを行う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線撮影システムが考案されている（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線波長で決まる特定距離（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。上記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り、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）から被検体の位相コントラスト画像を取得する。この縞走査法とは、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の回折格子の格子方向（条帯方向）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のズレ量（被検体Ｈ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（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法であり、この位相微分像を、上記の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、上記走査に対して周期的に強度が変調されるため、上記走査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。
【０００８】
しかし、Ｘ線タルボ干渉計を用いたＸ線撮影システムでは、第１の回折格子と第２の回折格子との２つの格子を設ける必要があるとともに、これらの２つの格子を相対的に並進移動させる走査機構が必要であるため、その分のコストがかかるという問題がある。また、該Ｘ線撮影システムでは、走査機構により移動された各走査位置で撮影を行うため、走査ステップ数分だけＸ線の曝射が行われることになり、被検体の被曝量が大きいといった問題がある。
【０００９】
そこで、本出願人は、互いに位相が異なる複数の縞画像を１回の撮影で同時に検出可能とするようにＸ線画像検出器を構成することを提案している（特許文献２参照）。これにより、第２の回折格子及び走査機構を排することができるため、低コスト化が図られ、また、１回の撮影でよいため、低被曝量の低減が図られる。
【００１０】
具体的には、該Ｘ線画像検出器は、１つの画素中に、第１の回折格子の格子パターンに対して位相が異なる複数の線状電極群を設けることにより、互いに位相が異なる複数の縞画像を取得可能としたものであり、１回の撮影で上記強度変調信号を得ることができる。各線状電極群は、Ｘ線変換層で発生した電荷を収集する電荷収集電極である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２００３６０号公報
【特許文献２】特開２００９−１３３８２３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、特許文献２に記載のＸ線画像検出器では、１つの画素に複数の線状電極群を配置するために、線状電極を細密に微細化する必要があるため、高度な製造技術が要され、また、この微細化により、塵埃等による製造時の歩留まりが低下する恐れがあり、製造コストがかさむといった問題がある。
【００１３】
さらに、上記のように線状電極を微細化すると、１つの線状電極当りの収集電荷量が低下するため、ノイズの影響を受けやすく、位相コントラスト画像の画質が低下するといった問題がある。
【００１４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、１つの格子と１つの放射線画像検出器とを用いて位相イメージングを可能とする放射線撮影システムにおいて、製造コストの低下と、位相コントラスト画像の高画質化を図ることを可能とす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】
【００１５】
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、放射線を放射する放射線源と、前記放射線を通過させて縞画像を生成する格子と、前記縞画像を静電潜像として記録し、記録した静電潜像を、前記縞画像の周期パターン方向に該周期より短いピッチで読取光を走査することにより、前記静電潜像を画像データとして読み出す光読取方式の放射線画像検出器と、前記画像データを、前記周期パターンと同一周期で、かつ前記周期パターンに対して位相の異なる複数の相対位置でサンプリングすることにより、強度変調がなされた複数の画像からなる画像群を生成するサンプリング処理手段と、前記サンプリング処理手段により生成された前記画像群に基づき、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被検体の位相コントラスト画像を生成する画像処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
なお、前記画像処理手段は、前記サンプリング処理手段で生成された前記画像群に基づき、画素ごとに強度変調信号の位相ズレ量を算出して位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、前記位相微分像を、前記周期パターン方向に積分演算して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とからなることが好ましい。
【００１７】
また、前記格子は、吸収型格子であり、前記放射線源からの放射線を縞画像として放射線画像検出器に投影するものであることが好ましい。
【００１８】
また、前記格子は、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放射線画像検出器に射影するものであることも好ましい。
【００１９】
また、前記放射線画像検出器は、放射線を透過させる第１の電極層と、第１の電極層３０を透過した放射線の入射により電荷対を発生する記録用光導電層と、記録用光導電層で発生した電荷対のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層と、読取光の照射を受けることにより電荷対を発生する読取用光導電層と、複数の線状電極を有する第２の電極層と、前記線状電極に直交する方向に延伸するとともに、前記線状電極の延伸方向に駆動され、前記読取光を前記第２の電極層を介して前記読取用光導電層に照射する読出ライン光源と、を備え、前記記録用光導電層と前記電荷輸送層との界面に、前記静電潜像を蓄積する蓄電部が形成されたものであることが好ましい。
【００２０】
また、前記線状電極は、電荷を読み出すためのチャージアンプに接続され、前記読取光を透過させる透明線状電極と、接地電位が与えられ、前記読取光を遮蔽する遮光線状電極とからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の放射線撮影システムは、光読取方式の放射線画像検出器を用い、前述の縞走査を読取光の走査により行うものであるため、従来のように線状電極を微細化する必要がなく、製造コストの低下と、位相コントラスト画像の高画質化とを図ることができる。
【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模式図である。
【図２】フラットパネル検出器（ＦＰＤ）の構成を示す模式図である。
【図３】ＦＰＤの撮影動作を説明するための模式図である。
【図４】ＦＰＤの読取処理を説明するための模式図である。
【図５】縞走査法を説明するための模式図である。
【図６】読出ライン光源の走査方法を説明するための模式図である。
【図７】サンプリング処理部の作用を説明するための模式図である。
【図８】強度変調信号の位相ズレを説明するためのグラフである。
【図９】画素データの積算を行う場合の積算区間を説明するための模式図である。
【図１０】サンプリング処理回路の変形例を示すブロック図である。
【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、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に記憶される画像データに基づき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、フラットパネル検出器（ＦＰＤ）２０と、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吸収型格子２１とが設けられている。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】
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、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。Ｘ線遮蔽部２１ａ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】
画像処理部１４は、メモリ１３に記憶された画像データをサンプリング処理して複数の画像を生成するサンプリング処理部２２と、サンプリング処理部２２により得られた複数の画像に基づき位相微分像を生成する位相微分像生成部２３と、位相微分像生成部２３により生成された位相微分像を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２４とを備える。位相コントラスト画像生成部２４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、モニタ（図示せず）に表示される。
【００２８】
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、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線撮影条件等の文字や、上記位相コントラスト画像を表示する。
【００２９】
図２において、ＦＰＤ２０は、光読取方式のＸ線画像検出器であり、Ｘ線を透過させる第１の電極層３０と、第１の電極層３０を透過したＸ線の入射により電荷対（電子−正孔対）を発生する記録用光導電層３１と、記録用光導電層３１で発生した電荷対のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用するとともに、他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層３２と、読取光ＬＴの照射を受けることにより電荷対（電子−正孔対）を発生する読取用光導電層３３と、第２の電極層３４と、ガラス基板３５と、直線状の読取光ＬＴを発生する読出ライン光源３６とから構成されている。記録用光導電層３１と電荷輸送層３２との界面には、記録用光導電層３１内で発生した電荷対のうち一方の電荷を蓄積する蓄電部３７が形成されている。また、上記各層は、ガラス基板３５上に第２の電極層３４から順に形成されている。
【００３０】
第１の電極層３０は、約１００ｎｍの厚さの金（Ａｕ）からなる。なお、第１の電極層３０としては、Ａｕに代えてＡｌ等を用いることができ、さらには、ネサ皮膜（ＳｎＯ２）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、アモルファス状光透過性酸化膜であるＩＤＩＸＯ（Idemitsu Indium X-metal Oxide；出光興産（株））などを用いることも可能である。
【００３１】
記録用光導電層３１は、厚さが約１０μｍ〜１５００μｍのアモルファスセレン（ａ−Ｓｅ）からなる。アモルファスセレンは、Ｘ線に対して比較的量子効率が高く、また、暗抵抗が高いなどの特性を有する。
【００３２】
電荷輸送層３２としては、Ｘ線撮影の際に第１の電極層３０に帯電する電荷の移動度と、その逆極性となる電荷の移動度の差が大きい（例えば１０２以上、望ましくは１０３以上）ものが好ましい。たとえば、ポリＮ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはＴＰＤのポリマー（ポリカーボネート、ポリスチレン、ＰＶＫ）分散物，Ｃｌを１０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ、Ａｓ２Ｓｅ３等の半導体物質が好ましく、厚さは０．２μｍ〜２μｍ程度が適切である。
【００３３】
読取用光導電層３３は、厚さが約５μｍ〜２０μｍのａ−Ｓｅからなる。なお、読取用光導電層３３としては、ａ−Ｓｅに代えて、Ｓｅ−Ｔｅ、Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン、ＭｇＰｃ（Magnesium phtalocyanine），ＶｏＰｃ（phaseII of Vanadyl phthalocyanine）、ＣｕＰｃ（Cupper phtalocyanine）などを用いることが可能である。
【００３４】
第２の電極層３４は、読取光ＬＴを透過させる複数の透明線状電極３４ａと、読取光ＬＴを遮光する複数の遮光線状電極３４ｂとからなる。透明線状電極３４ａと遮光線状電極３４ｂとは、それぞれｘ方向に検出面の一端から他端まで延伸しており、ｙ方向に所定の間隔を空けて交互に平行に配列されている。
【００３５】
透明線状電極３４ａは、読取光ＬＴを透過させ、かつ導電性を有する材料からからなる。透明線状電極３４ａは、たとえば、厚さが１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＩＴＯ、ＩＺＯやＩＤＩＸＯにより形成されている。
【００３６】
遮光線状電極３４ｂは、読取光ＬＴを遮光し、かつ導電性を有する材料から形成されている。遮光線状電極３４ｂは、後述する読取処理後に蓄電部３７に残留した電荷を消去するための消去光を透過させる。このため、遮光線状電極３４ｂは、読取光ＬＴを遮光し、かつ消去光を透過させるカラーフィルタと、上記透明導電材料との組み合わせからなることが好ましい。この透明導電材料の厚さは１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。
【００３７】
読出ライン光源３６は、ｙ方向に検出面の一端から他端まで延伸しており、すべての透明線状電極３４ａと直交している。読出ライン光源３６は、ガラス基板３５の下方に配置されており、後述する読取処理時に、ガラス基板３５及び第２の電極層３４を介して読取用光導電層３３に読取光ＬＴを照射する。また、読出ライン光源３６は、不図示の移動機構によりｘ方向に並進移動するように構成されており、読取光ＬＴの照射及び並進移動は、前述の撮影制御部１６により制御される。
【００３８】
また、ＦＰＤ２０には、撮影制御部１６の制御に応じて、第１の電極層３０に所定の負電圧、または接地電位を与える電源回路３８が設けられている。詳しくは後述するが、電源回路３８は、Ｘ線像の記録時に負電圧を第１の電極層３０に供給し、読取処理時に接地電位を第１の電極層３０に供給する。
【００３９】
さらに、ＦＰＤ２０には、読取処理時に読取用光導電層３３で発生した電荷を読み出すためのチャージアンプ３９が設けられている。チャージアンプ３９は、各透明線状電極３４ａにそれぞれ接続されている。一方の遮光線状電極３４ｂはすべて接地されている。チャージアンプ３９は、電荷を積算する回路であり、積算した電荷をリセットするためのリセットスイッチ３９ａを備えている。このリセットスイッチ３９ａの制御は、撮影制御部１６により行われる。
【００４０】
読出ライン光源３６は、読取処理時に、ｘ方向に所定のピッチずつ移動（走査）され、移動された各位置（以下、走査位置という）において、読取光ＬＴを照射し、この読取光ＬＴに応じて読取用光導電層３３に発生した電荷をチャージアンプ３９により読み出す。読出ライン光源３６を移動させるピッチ（以下、走査ピッチという）は、ＦＰＤ２０の検出面（第１の電極層３０の表面３０ａ）に投影される吸収型格子２１の投影像のｘ方向へのパターン周期よりも十分に短い。なお、透明線状電極３４ａ及び遮光線状電極３４ｂのｙ方向への配列ピッチについては、特に制限はないが、該パターン周期と同等程度であることが好ましい。
【００４１】
次に、各走査位置におけるＦＰＤ２０の撮影動作について説明する。図３（ａ）に示すように、ＦＰＤ２０に照射されたＸ線は、第１の電極層３０を透過して記録用光導電層３１に照射され、記録用光導電層３１ではＸ線照射によって電荷対が発生する。このとき、第１の電極層３０は、電源回路３８によって負電圧が印加されており、負の電荷が帯電している。記録用光導電層３１で発生した電荷対のうち正の電荷が、第１の電極層３０の負の電荷と結合して消滅する。一方の負の電荷は、図３（ｂ）に示すように、潜像電荷（静電潜像）として蓄電部３７に蓄積される。
【００４２】
次いで、図４に示すように、電源回路３８によって第１の電極層３０が接地された状態で、読出ライン光源３６から読取光ＬＴが発せられる。読取光ＬＴは、透明線状電極３４ａを透過して読取用光導電層３３に照射される。読取光ＬＴにより、読取用光導電層３３で発生した電荷対のうち正の電荷が蓄電部３７の潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が、チャージアンプ３９を介して遮光線状電極３４ｂに帯電した正の電荷と結合する。
【００４３】
そして、読取用光導電層３３において発生した負の電荷と遮光線状電極３４ｂに帯電した正の電荷との結合によって、チャージアンプ３９に電流が流れ、この電流が積分されて画素信号として出力される。チャージアンプ３９から出力された画素信号は、不図示のＡ／Ｄ変換器によりデジタル化され、不図示の補正回路によりオフセット補正、ゲイン補正、及びリニアリティ補正等が行われて、順にメモリ１３に入力される。
【００４４】
図５において、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。Ｘ線遮蔽部２１ａは、不図示のＸ線透過性基板（例えば、ガラス基板）上に配置されている。吸収型格子２１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。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線低吸収材が充填されていてもよい。
【００４５】
吸収型格子２１は、タルボ干渉効果の有無に係らず、スリット部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成されている。具体的には、間隔ｄ１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を、１μｍ〜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。この場合、格子ピッチｐ１は、２μｍ〜２０μｍ程度となる。
【００４６】
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、吸収型格子２１を通過してＦＰＤ２０の検出面に射影される投影像（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する。Ｇ１像の周期パターンのピッチｐ２は、Ｘ線焦点１１ａから吸収型格子２１までの距離をＬ１、吸収型格子２１からＦＰＤ２０の検出面までの距離をＬ２とした場合に、幾何学的な関係に基づき、次式（１）で表される。
【００４７】
【数１】
2011206113.tif 000003
【００４８】
また、吸収型格子２１の間隔ｄ１に対応するＧ１像の明部のｘ方向に関する幅ｄ２は、次式（２）で表される。
【００４９】
【数２】
2011206113.tif 000004
【００５０】
吸収型格子２１からＦＰＤ２０の検出面までの距離Ｌ２は、タルボ干渉計の場合には、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、吸収型格子２１が入射Ｘ線を回折させずに投影させるものであって、吸収型格子２１を通過した像は、相似的に拡大するため、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。
【００５１】
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、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、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。
【００５２】
【数３】
2011206113.tif 000005
【００５３】
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。
【００５４】
【数４】
2011206113.tif 000006
【００５５】
Ｘ線遮蔽部２１ａ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（金や鉛等）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の厚みは、金（Ａｕ）換算で３０μｍ以上であることが好ましい。
【００５６】
ＦＰＤ２０の読出ライン光源３６は、図６に示すように、ＦＰＤ２０の検出面に投影されるＧ１像に対して、Ｇ１像のパターン周期ｐ２より短い走査ピッチで走査される。したがって、各走査位置で上記の撮影動作が行われ、画素信号が取得される。走査ピッチは、たとえば、パターン周期ｐ２の１／４であり、１パターン周期ｐ２に対して４つの走査位置が割り当てられ、各走査位置において画素信号が得られる。これらの画素信号は、上記したデジタル化や補正処理が行われ、画像データとしてメモリ１３に入力される。
【００５７】
画像処理部１４のサンプリング処理部２２は、図７に示すように、メモリ１３に記憶された画像データを、Ｇ１像のパターン周期ｐ２と同一のサンプリング周期で、ｘ方向に位相をずらしながら複数回サンプリングを行うことにより、Ｇ１像に対して位相の異なる複数の相対位置（ｋ＝０，１，２，３）で強度変調された４枚の画像（画像群）を生成する。
【００５８】
具体的には、サンプリング処理部２２は、以下の第１〜第４のサンプリング処理を行うことにより、上記画像群を生成する。ここで、Ｇ１像のパターン周期ｐ２に対応する画素信号をＩ１，１２，Ｉ３，１４と表す。サンプリング処理部２２は、第１のサンプリング処理では、画素信号Ｉ１，Ｉ２をサンプリングし、これら１組ずつ加算して画素データＤ０とすることによりｋ＝０の画像を生成する。第２のサンプリング処理では、サンプリング位置を１／４周期（位相差“０．５π”）分ずらすことにより画素信号Ｉ２，Ｉ３をサンプリングし、これら１組ずつ加算して画素データＤ１とすることによりｋ＝１の画像を生成する。また、第３のサンプリング処理では、サンプリング位置を１／２周期（位相差“π”）分ずらすことにより画素信号Ｉ３，Ｉ４をサンプリングし、これら１組ずつ加算して画素データＤ２とすることによりｋ＝２の画像を生成する。そして、第４のサンプリング処理では、サンプリング位置を３／４周期（位相差“１．５π”）分ずらすことにより画素信号Ｉ４，Ｉ１をサンプリングし、これら１組ずつ加算して画素データＤ３とすることによりｋ＝３の画像を生成する。
【００５９】
以上のサンプリング処理により、画素データＤ０〜Ｄ３の各組み合わせからなる強度変調信号が得られる。この強度変調信号は、従来のようにＧ１像のパターン周期ｐ２と同一のパターン周期を有する吸収型格子をＦＰＤ２０の検出面の直前に配置して、Ｇ１像に対してｘ方向に相対的な走査を行うことにより得られる強度変調信号と同等である。なお、Ｇ１像のパターン周期ｐ２は、製造誤差や配置誤差により、上記サンプリング周期と若干の差異が生じることがあり、差異が生じた場合には、強度変調された画像にモアレ縞が生じる。理想的にはモアレ縞は発生しないことが好ましいが、モアレ縞は、パターン周期ｐ２とサンプリング周期とのずれの確認に利用することができる。
【００６０】
Ｘ線源１１と吸収型格子２１との間に被検体Ｈを配置すると、ＦＰＤ２０により得られる画像データは、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ものであり、上記サンプリング処理により得られる画像群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。
【００６１】
次に、上記画像群の解析方法について説明する。図５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線の経路を示しており、この経路４０を進むＸ線は、吸収型格子２１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により屈折されて偏向したＸ線の経路を示している。
【００６２】
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。
【００６３】
【数５】
2011206113.tif 000007
【００６４】
第１の吸収型格子２１からＦＰＤ２０の検出面に投射された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。
【００６５】
【数６】
2011206113.tif 000008
【００６６】
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。
【００６７】
【数７】
2011206113.tif 000009
【００６８】
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、サンプリング処理部２２により生成される各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強度変調信号の位相のズレ量）と、次式（８）のように関連している。
【００６９】
【数８】
2011206113.tif 000010
【００７０】
したがって、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。
【００７１】
縞走査法では、一般的に、Ｇ１像のパターン周期ｐ２をＭ（２以上の整数）個に分割したピッチ（ｐ２／Ｍ）ずつ位相をずらしながら、Ｇ１像と同等の格子パターンによりＧ１像に強度変調を与える。本実施形態では、図７で示すように、Ｍ＝４としており、Ｇ１像として得られた高解像度の画像データに、サンプリング処理部２２により周期的なサンプリング処理を行うことにより、仮想的に上記強度変調を行っている。
【００７２】
Ｍ＝４の場合には、ｋ＝０の位置では、主として、Ｇ１像のうち、被検体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分がサンプリングされる。これに対して、ｋ＝１の位置では、被検体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が増加する。
【００７３】
次いで、ｋ＝２の位置では、主として、Ｇ１像のうち、被検体Ｈにより屈折されたＸ線に対応する部分のみがサンプリングされる。これに対して、ｋ＝３の位置では、被検体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分が増加する。
【００７４】
以下に、一般に、Ｇ１像のパターン周期ｐ２をＭ個に分割する場合における強度変調信号の位相ズレ量ψの算出方法を説明する。サンプリング位置ｋにおける強度変調信号をＩｋ（ｘ）と標記すると、Ｉｋ（ｘ）は、次式（９）で表される。
【００７５】
【数９】
2011206113.tif 000011
【００７６】
ここで、ｘは、ｘ方向に関する座標であり、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は正の整数である）。また、φ（ｘ）は、上記屈折角φを座標ｘの関数として表したものである。
【００７７】
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。
【００７８】
【数１０】
2011206113.tif 000012
【００７９】
【数１１】
2011206113.tif 000013
【００８０】
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、サンプリング処理部２２により生成される強度変調信号Ｉｋ（ｘ）の実データから、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。
【００８１】
具体的には、サンプリング処理部２２により生成される強度変調信号Ｉｋ（ｘ）は、図８に示すように、サンプリング位置ｋに対して、Ｇ１像のパターン周期ｐ２の周期で変化する。同図中の破線は、被検体Ｈが存在しない場合の画素データの変化を示しており、同図中の実線は、被検体Ｈが存在する場合の画素データの変化を示している。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。
【００８２】
以上の説明では、ｙ方向に関するｙ座標を考慮していないが、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。
【００８３】
この位相微分像の生成処理は、位相微分像生成部２３により行われ、生成された位相微分像は、位相コントラスト画像生成部２４に入力される。位相コントラスト画像生成部２４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に入力する。
【００８４】
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と撮影部１２との間に被検体Ｈを配置した状態で、操作者により、コンソール１７から入力されると、Ｘ線源１１から被検体Ｈに向けて１回のＸ線照射が行われ、被検体Ｈを透過し、吸収型格子２１を通過することにより生成された縞画像（Ｇ１像）がＦＰＤ２０により検出される。読出ライン光源３６の走査にしたがってＦＰＤ２０から画素信号が読み出され、読み出された各画素信号は、画像データとしてメモリ１３に記憶される。
【００８５】
メモリ１３に記憶された画像データは、サンプリング処理部２２により、Ｇ１像のパターン周期ｐ２で、ｘ方向に位相をずらしながら複数回サンプリングが行われ、位相が異なる複数の相対位置で強度変調された複数の画像（画像群）が生成される。そして、この画像群に基づいて、位相微分像生成部２３により位相微分像が生成され、位相コントラスト画像生成部２４により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。
【００８６】
なお、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。
【００８７】
このマルチスリットは、吸収型格子２１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、吸収型格子２１のＸ線遮蔽部２１ａ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。
【００８８】
また、上記実施形態では、吸収型格子２１を、そのスリット部を通過した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、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構成（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、吸収型格子２１とＦＰＤ２０の検出面との間の距離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、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、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縞画像（自己像）を、ＦＰＤ２０に射影する。
【００８９】
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縞画像（自己像）を生成するものである。
【００９０】
また、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源１１と吸収型格子２１との間に配置しているが、被検体Ｈを吸収型格子２１とＦＰＤ２０との間に配置することも可能であり、この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。
【００９１】
また、上記実施形態では、サンプリング処理により得られる画素データＤ０〜Ｄ３をそれぞれ１つずつ組み合わせることにより強度変調信号を生成しているが、図９に示すように、Ｇ１像のパターン周期ｐ２よりも大きな範囲を積算区間として設定し、積算区間に含まれる画素データＤ０〜Ｄ３をそれぞれ同一画像の画素データについて積算することによって強度変調信号を生成するように位相微分像生成部２３を構成してもよい。同図は、積算区間を、パターン周期ｐ２の３倍に相当するように設定した例であり、位相微分像生成部２３は、各積算区間において画素データＤ０〜Ｄ３をそれぞれ積算して、新たな画素データＤ０’〜Ｄ３’を生成し、この画素データＤ０’〜Ｄ３’から強度変調信号を生成する。
【００９２】
パターン周期ｐ２は数μｍ程度と小さく、画素データＤ０〜Ｄ３の信号値は微小であるが、上記のように画素データを積算することで、解像度は低下するものの、信号量が増大するため、少ない位相コントラスト画像が得られる。
【００９３】
また、位相コントラスト画像のｙ方向に関する画素サイズは、透明線状電極３４ａ及び遮光線状電極３４ｂのｙ方向への配列ピッチで決まるため、該配列ピッチがパターン周期ｐ２より大きい場合には、該配列ピッチに上記積算区間を一致させることで、ｘ方向及びｙ方向に関する画素サイズを等しくすることが可能となる。
【００９４】
また、上記実施形態では、ＦＰＤ２０から出力された画像データを一旦メモリ１３に格納した後、この画像データをサンプリング処理部２２によりサンプリングすることで、ｋ＝０〜３の画像群を生成しているため、処理時間が長いといった問題が考えられる。そこで、メモリ１３を用いずに、図１０に示す構成のサンプリング処理回路５０を用いることも好ましい。
【００９５】
サンプリング処理回路５０は、ＦＰＤ２０から出力された画像データを画素データごとに振り分けるセレクタ５１と、セレクタ５１により振り分けられた画素データを所定数ずつ加算する加算回路５２と、加算された画素データを記憶するバッファ５３とからなる。セレクタ５１は、第１〜第４のスイッチ５１ａ〜５１ｄからなり、これに対応するように、加算回路５２は、第１〜第４の加算回路５２ａ〜５２ｄに分けられており、バッファ５３は、第１〜第４のバッファ５３ａ〜５３ｄに分けられている。セレクタ５１及び加算回路５２は、ＦＰＧＡ等により構成される。バッファ５３は、複数のセクタからなる１つのメモリで構成してもよいし、また、第１〜第４のバッファ５３ａ〜５３ｄのそれぞれを異なるメモリで構成してもよい。
【００９６】
ＦＰＤ２０からセレクタ５１に画素データＩ１が入力された際には、第１及び第４のスイッチ５１ａ，５１ｄがオンとなり、画素データＩ１が第１及び第４の加算回路５２ａ，５２ｄに入力される。また、画素データＩ２が入力された際には、第１及び第２のスイッチ５１ａ，５１ｂがオンとなり、画素データＩ２が第１及び第２の加算回路５２ａ，５２ｂに入力される。また、画素データＩ３が入力された際には、第２及び第３のスイッチ５１ｂ，５１ｃがオンとなり、画素データＩ３が第２及び第３の加算回路５２ｂ，５２ｃに入力される。そして、画素データＩ４が入力された際には、第３及び第４のスイッチ５１ｃ，５１ｄがオンとなり、画素データＩ４が第３及び第４の加算回路５２ｃ，５２ｄに入力される。
【００９７】
第１の加算回路５２ａは、画素データＩ１，Ｉ２が１組入力されるごとに加算処理を行い、画素データＤ０を生成して第１のバッファ５３ａに入力する。第２の加算回路５２ｂは、画素データＩ２，Ｉ３が１組入力されるごとに加算処理を行い、画素データＤ１を生成して第２のバッファ５３ｂに入力する。第３の加算回路５２ｃは、画素データＩ３，Ｉ４が１組入力されるごとに加算処理を行い、画素データＤ２を生成して第３のバッファ５３ｃに入力する。第４の加算回路５２ｄは、画素データＩ４，Ｉ１が１組入力されるごとに加算処理を行い、画素データＤ３を生成して第４のバッファ５３ｄに入力する。
【００９８】
以上の処理により、第１〜第４のバッファ５３ａ〜５３ｄには、それぞれ前述のｋ＝０〜３の画像群が生成され、これらの画像群は、位相微分像生成部２３に入力される。このように、サンプリング処理回路５０は、ＦＰＤ２０から画素データを読み出しながらサンプリング処理を行うので、上記画像群を高速に生成することができる。
【００９９】
また、上記実施形態では、Ｇ１像のパターン周期ｐ２を４分割するように読出ライン光源３６の走査ステップを設定しているが、分割数はこれに限られず、適宜変更可能である。また、サンプリング処理部２２，５０によるサンプリングパターン（サンプルリングして加算する画素データの組み合わせ）は、Ｇ１像の明部に対応させることが好ましく、この場合に強度変調信号の振幅（コントラスト）が最も大きくなるが、必ずしもＧ１像の明部に対応させるようにサンプリングパターンを設定する必要はない。
【０１００】
本発明は、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。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  Ｘ線撮影システム
１１  Ｘ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  吸収型格子
２１ａ  線遮蔽部
２２  サンプリング処理部
２３  位相微分像生成部
２４  位相コントラスト画像生成部
３０  第１の電極層
３０ａ  表面
３１  記録用光導電層
３２  電荷輸送層
３３  読取用光導電層
３４  第２の電極層
３４ａ  透明線状電極
３４ｂ  遮光線状電極
３５  ガラス基板
３６  読出ライン光源
３７  蓄電部
３８  電源回路
３９  チャージアンプ
３９ａ  リセットスイッチ
【図１】
2011206113.tif 000014
【図２】
2011206113.tif 000015
【図３】
2011206113.tif 000016
【図４】
2011206113.tif 000017
【図５】
2011206113.tif 000018
【図６】
2011206113.tif 000019
【図７】
2011206113.tif 000020
【図８】
2011206113.tif 000021
【図９】
2011206113.tif 000022
【図１０】
2011206113.tif 000023