(57)【要約】【課題】格子を通して撮影した画像から、格子のＸ線透過率のばらつきに関する影響を取り除いた吸収画像を生成する。【解決手段】  第１の吸収型格子２１に対して第２の吸収型格子２２を一定の走査ピッチで並進させ、各走査位置でＸ線源１１から被検体ＨにＸ線を照射し、第１の吸収型格子２１により生成されたＸ線の縞画像を第２の吸収型格子２２によって強度変調し、ＦＰＤ２０により検出して複数の縞画像の画像データを生成する。ＦＰＤ２０の補正回路により、複数の縞画像の画像データから、第１及び第２の吸収型格子２１、２２のＸ線透過率の面内ばらつきを補正し、位相コントラスト画像生成部２５により、補正後の複数の画像データから位相コントラスト画像を生成する。また、吸収画像生成部２６により、補正後の複数の画像データから各画素の画素値の平均値を算出し、この平均値に基づいて吸収画像を生成する。【選択図】図１
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【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第１の格子と、
前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、
前記強度変調手段により前記各相対位置で強度変調された縞画像を検出する放射線画像検出器と、
前記強度変調手段で取得された複数の縞画像の各画素データに対し、前記第１の格子及び前記強度変調手段の面内ばらつきを補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された複数の縞画像に基づき、前記放射線源と前記第１の格子との間、若しくは前記第１の格子と前記強度変調手段との間に配置された被検体を放射線が通過する際に被検体により変調された位相情報から被検体の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、
前記補正手段により補正された複数の縞画像の各画素データに基づき、同一画素ごとに画素データの平均値に関連する量を求めることにより被検体の吸収画像を生成する吸収画像生成手段と、
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】
前記第１の格子及び強度変調手段は、前記放射線の放射方向に直交する第１の方向に延伸しかつ前記放射方向及び前記第１の方向に直交する第２の方向に所定ピッチで配設された複数の放射線遮蔽部をそれぞれ有し、前記補正手段は、前記放射線遮蔽部と前記放射線遮蔽部間の開口部との比のばらつきによる放射線透過率のばらつきを補正することを特徴とする請求項１記載の放射線撮影システム。
【請求項３】
前記補正手段は、前記放射線遮蔽部の前記放射方向における厚みのばらつきによる放射線透過率のばらつきを補正することを特徴とする請求項２記載の放射線撮影システム。
【請求項４】
前記補正手段は、前記相対位置ごとに、前記第１の格子及び前記強度変調手段の面内ばらつきを補正する補正係数を保持していることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の放射線撮影システム。
【請求項５】
前記補正手段は、被検体が配置されていない状態で前記放射線画像検出器により得られる複数の縞画像に基づいて前記補正係数を算出することを特徴とする請求項４記載の放射線撮影システム。
【請求項６】
前記補正係数は、前記放射線の線質ごとに算出されることを特徴とする請求項５記載の放射線撮影システム。
【請求項７】
前記放射線の線質は、管電圧、付加フィルタの種類もしくは厚さの少なくとも１つのパラメータからなることを特徴とする請求項６記載の放射線撮影システム。
【請求項８】
前記補正係数は、前記放射線画像検出器の特性を補正した複数の縞画像に基づいて算出されることを特徴とする請求項５〜７いずれか記載の放射線撮影システム。
【請求項９】
前記補正手段は、前記複数の縞画像に対し前記放射線画像検出器の特性を補正した後に、前記第１の格子及び前記強度変調手段の面内ばらつきを補正することを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の放射線撮影システム。
【請求項１０】
前記位相コントラスト画像、または前記位相コントラスト画像から画像処理により抽出した位相情報を前記吸収画像に重畳して表示する重畳処理手段を備えたことを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の放射線撮影システム。
【請求項１１】
前記位相情報は、位相シフト分布であることを特徴とする請求項１０記載の放射線撮影システム。
【請求項１２】
前記強度変調手段は、前記縞画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１〜１１いずれか記載の放射線撮影システム。
【請求項１３】
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１２記載の放射線撮影システム。
【請求項１４】
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１２記載の放射線撮影システム。
【請求項１５】
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、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、前記縞画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記載の放射線撮影システム。
【請求項１６】
前記複数の縞画像の各画素データに基づき、同一画素ごとに画素データの平均値を中心としたばらつきに関連する量を求めることにより小角散乱画像を生成する小角散乱画像生成手段を備えることを特徴とする請求項１〜１５いずれか記載の放射線撮影システム。
【請求項１７】
第１の格子に放射線を通過させて縞画像を生成し、前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で強度変調手段により前記縞画像に強度変調を与え、放射線画像検出器により前記縞画像を検出するステップと、
前記強度変調手段で強度変調され、前記放射線画像検出器で取得された複数の縞画像の各画素データに対し、前記第１の格子及び前記強度変調手段の面内ばらつきを補正するステップと、
補正された前記複数の縞画像に基づき、放射線源と前記第１の格子との間、若しくは前記第１の格子と前記強度変調手段との間に配置された被検体を放射線が通過する際に被検体により変調された位相情報から被検体の位相コントラスト画像を生成するステップと、
補正された前記複数の縞画像の各画素データに基づき、同一画素ごとに画素データの平均値に関連する量を求めることにより被検体の吸収画像を生成するステップと、
を備えた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、回折格子を用いて被検体の位相コントラスト画像を撮影する放射線撮影システム及び方法に関し、更に詳しくは、回折格子を通して撮影した画像から被検体の吸収画像を生成する放射線撮影システム及び方法に関する。
【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、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第１の回折格子の自己像（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の回折格子との間や第１の回折格子と自己像を観察する位置（この場合はタルボ干渉距離）の間に被検体を配置した場合、Ｘ線と被検体の相互作用（位相変化）により空間的な変調を受ける。
【０００７】
Ｘ線タルボ干渉計では、タルボ干渉距離の位置で生じる第１の回折格子の自己像に、タルボ干渉距離の位置に配置した第２の回折格子を重ね合わせることによって、第２の回折格子で強度変調された自己像を取得する。被検体との相互作用によって縞画像が空間的な変調を受けた結果として得られる強度変調信号から、縞走査法によって、被検体の位相コントラスト画像を取得する。
【０００８】
なお、本願で適用する縞走査法とは、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させながら複数回の撮影を行うことでＸ線画像検出器の各画素単位で周期的に強度が変化する系列データが得られるが、この系列データの位相のズレ量（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、上記の系列データは、走査ピッチに対して周期的に強度が変調された信号であるため、以下、「強度変調信号」と称することもある。この縞走査法は、レーザ光を利用した撮影装置においても用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００９】
第１及び第２の回折格子を用いて位相コントラスト画像を撮影する際に、一緒に吸収画像を撮影することができるＸ線撮影システムが発明されている（例えば、特許文献２参照）。このＸ線撮影システムでは、異なってずらされた格子による全ての測定値の加算または平均値形成によって、被検体通過時におけるＸ線の吸収を測定し、この吸収測定の結果から吸収画像を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２００３５９号公報
【特許文献２】特表２００９−５２５０８４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【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】
【００１２】
第１及び第２の回折格子は、Ｘ線遮蔽部及び開口部の幅がともに数μｍ、放射線照射方向における厚みが数十μｍという非常に高いアスペクト比を有する微細な構造であるため製造が難しく、Ｘ線遮蔽部及び開口部の幅や厚みにばらつきが生じやすい。これらのばらつきは、回折格子のＸ線透過率にむらを生じさせ、吸収画像の画質に悪影響を与える。
【００１３】
上記問題を解決するため、吸収画像の撮影時に第１及び第２の回折格子を光路上から退避させることも考えられるが、第１及び第２の回折格子を退避させるためのスペースや機構が必要になり、装置の小型化やコスト面で問題となる。また、第１及び第２の回折格子を退避させた状態から光路内に復帰させるには高度な位置再現性が必要であり、容易ではない。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するため、回折格子を通して撮影した画像から、回折格子の透過率むらの影響を取り除いた吸収画像を生成する。
【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、放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、強度変調手段により各相対位置で強度変調された縞画像を検出する放射線画像検出器と、強度変調手段で取得された複数の縞画像の各画素データに対し、第１の格子及び強度変調手段の面内ばらつきを補正する補正手段と、補正手段により補正された複数の縞画像に基づき、放射線源と第１の格子との間、若しくは第１の格子と強度変調手段との間に配置された被検体を放射線が通過する際に被検体により変調された位相情報から被検体の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、補正手段により補正された複数の縞画像の各画素データに基づき、同一画素ごとに画素データの平均値に関連する量を求めることにより被検体の吸収画像を生成する吸収画像生成手段とを備えている。
【００１６】
第１の格子及び強度変調手段は、放射線の放射方向に直交する第１の方向に延伸しかつ放射方向及び第１の方向に直交する第２の方向に所定ピッチで配設された複数の放射線遮蔽部をそれぞれ有し、補正手段は、放射線遮蔽部と放射線遮蔽部間の開口部との比のばらつきによる放射線透過率のばらつきを補正するのが好ましい。また、補正手段は、放射線遮蔽部の放射方向における厚みのばらつきによる放射線透過率も一緒に補正してもよい。
【００１７】
補正手段は、相対位置ごとに、第１の格子及び強度変調手段の面内ばらつきを補正する補正係数を保持している。この補正係数は、被検体が配置されていない状態で放射線画像検出器により得られる複数の縞画像に基づいて算出される。なお、補正係数は、放射線の線質ごとに算出されることが好ましい。放射線の線質としては、管電圧、付加フィルタの種類もしくは厚さの少なくとも１つ以上のパラメータからなることが好ましい。
【００１８】
補正係数は、放射線画像検出器の特性を補正した複数の縞画像に基づいて算出されることが好ましい。放射線画像検出器の個体差に基づく特性のばらつきを補正することにより、画質の向上を図ることができる。また、補正手段は、複数の縞画像に対し放射線画像検出器の特性を補正した後に、第１の格子及び前記強度変調手段の面内ばらつきを補正してもよい。
【００１９】
位相コントラスト画像、または位相コントラスト画像から画像処理により抽出した位相情報を吸収画像に重畳して表示する重畳処理手段を備えてもよい。この場合、位相コントラスト画像から抽出される位相情報は、例えば位相シフト分布であることが好ましい。
【００２０】
強度変調手段は、縞画像と同一方向の周期パターンを有する第２の格子と、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構成してもよい。この場合、第１及び第２の格子を吸収型格子とし、第１の格子により、放射線源からの放射線を縞画像として第２の格子に投影してもよい。
【００２１】
また、第１の格子を位相型格子とし、第１の格子のタルボ干渉効果により、放射線源からの放射線を縞画像として第２の格子に射影してもよい。
【００２２】
また、放射線画像検出器として、放射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画素ごとに備えた放射線画像検出器を用い、縞画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た電荷収集電極を、強度変調手段として用いてもよい。
【００２３】
また、複数の縞画像の各画素データに基づき、同一画素ごとに画素データの平均値を中心としたばらつきに関連する量を求めることにより小角散乱画像を生成する小角散乱画像生成手段を備えていてもよい。
【００２４】
本発明の放射線撮影方法は、第１の格子に放射線を通過させて縞画像を生成し、縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で強度変調手段により縞画像に強度変調を与え、放射線画像検出器により縞画像を検出するステップと、強度変調手段で強度変調され、放射線画像検出器で取得された複数の縞画像の各画素データに対し、第１の格子及び強度変調手段の面内ばらつきを補正するステップと、補正された複数の縞画像に基づき、放射線源と第１の格子との間、若しくは第１の格子と強度変調手段との間に配置された被検体を放射線が通過する際に被検体により変調された位相情報から被検体の位相コントラスト画像を生成するステップと、補正された複数の縞画像の各画素データに基づき、同一画素ごとに画素データの平均値に関連する量を求めることにより被検体の吸収画像を生成するステップとを備えている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、位相コントラスト画像を撮影するための放射線撮影システムを用いて、同時に吸収画像の撮影を行なうことができる。また、吸収画像を生成する前に、回折格子の放射線透過率の面内ばらつきを補正するので、吸収画像の画質を向上させることができる。
【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】縞走査に伴って変化する画素データ（強度変調信号）を例示するグラフである。
【図６】縞走査に伴って変化する画素データと、吸収画像の生成に用いる画素データの平均値を示すグラフである。
【図７】透過率補正係数の算出手順を示すフローチャートである。
【図８】位相コントラスト画像及び吸収画像の撮影手順を示すフローチャートである。
【図９】位相コントラスト画像と吸収画像とを並べて表示した状態を示す画像図である。
【図１０】位相コントラスト画像と吸収画像とを重畳した重畳画像を表示した状態を示す画像図である。
【図１１】重畳処理部を備えた画像処理部を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２実施形態で用いられるＸ線画像検出器の構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の第３実施形態で用いられる演算処理部を示すブロック図である。
【図１４】小角散乱画像の生成に用いられる振幅値を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、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、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、白金、鉛、タングステン等が好ましい。
【００３１】
また、撮影部１２には、第２の吸収型格子２２を格子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。
【００３２】
画像処理部１４は、位相コントラスト画像生成部２５と、吸収画像生成部２６とを備える。位相コントラスト画像生成部２５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いて位相微分像を生成し、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。吸収画像生成部２６は、メモリ１３に記憶された複数の画像データに基づいて、画素ごとに画素データの平均値を算出し、被検体Ｈを通過したＸ線を検出した画素データの平均値と、被検体Ｈを通過していない画素データの平均値との差を吸収コントラストとして吸収画像を生成する。位相コントラスト画像生成部２５により生成された位相コントラスト画像と、吸収画像生成部２６により生成された吸収画像は、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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からの電荷読み出し行の選択と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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
読み出し回路４３は、積分アンプ４７、Ａ／Ｄ変換器４８、補正回路４９等により構成されている。積分アンプ４７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４８は、積分アンプ４７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４９は、画像データに対して検出器特性の補正と透過率補正とを行い、補正後の画像データをメモリ１３に入力する。また、補正回路４９は、透過率補正を行なう際に用いる透過率補正係数の生成も行なう。
【００３８】
検出器特性の補正とは、暗時出力、残像や温度ドリフトによるオフセット変動、画素感度ばらつき、欠陥画素等、ＦＰＤ２０の個体差に基づく特性を補正するものである。透過率補正とは、Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａのピッチのばらつきと、Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａの光軸Ａ方向の厚みのばらつきとに起因する第１及び第２の吸収型格子２１、２２のＸ線透過率むらの補正である。これらの補正により、各画素データが均質化されるので、位相コントラスト画像及び吸収画像の画質が向上する。
【００３９】
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。Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａは、それぞれ不図示のＸ線透過性基板（例えば、ガラス基板）上に配置されたものである。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。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。
【００４０】
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、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，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。この場合、格子ピッチｐ１，ｐ２は、２〜２０μｍ程度の大きさである。
【００４１】
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、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。
【００４２】
【数１】
2011224329.tif 000003
【００４３】
【数２】
2011224329.tif 000004
【００４４】
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。
【００４５】
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るように、干渉性の高いＸ線源を用いて、第１の吸収型格子のピッチ、Ｘ線波長を設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。
【００４６】
【数３】
2011224329.tif 000005
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
【数４】
2011224329.tif 000006
【００５０】
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、鉛、タングステン等）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。
【００５１】
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。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。したがって、ＦＰＤ２０で検出された縞画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。
【００５２】
次に、縞画像の解析方法について説明する。図３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線の経路を示しており、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。
【００５３】
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。ここで、説明の簡略化のため、ｙ座標は省略している。
【００５４】
【数５】
2011224329.tif 000007
【００５５】
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。
【００５６】
【数６】
2011224329.tif 000008
【００５７】
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。
【００５８】
【数７】
2011224329.tif 000009
【００５９】
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。
【００６０】
【数８】
2011224329.tif 000010
【００６１】
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。
【００６２】
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。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を整数分の１ずつ第２の吸収型格子２２を移動させながら、ＦＰＤ２０で縞画像を撮影し、撮影した複数の縞画像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３２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を得る。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。
【００６３】
図４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。
【００６４】
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。特に、ｋ＝Ｍ／２の位置では、主として、被検体Ｈにより屈折された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。
【００６５】
ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１の各位置で、ＦＰＤ２０により撮影を行うと、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上記各画素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の画素データをＩｋ（ｘ）と標記すると、Ｉｋ（ｘ）は、次式（９）で表される。
【００６６】
【数９】
2011224329.tif 000011
【００６７】
ここで、ｘは、画素のｘ方向に関する座標であり、Ａ０は入射Ｘ線の強度であり、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を画素４０の座標ｘの関数として表したものである。
【００６８】
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。
【００６９】
【数１０】
2011224329.tif 000012
【００７０】
【数１１】
2011224329.tif 000013
【００７１】
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（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。
【００７２】
具体的には、各画素４０で得られたＭ個の画素データは、図５に示すように、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。
【００７３】
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。なお、屈折角φと位相ズレ量ψとは、上記式（７）で示されるように比例関係にあるため、共に位相シフト分布Φ（ｘ）の微分量に対応する物理量である。
【００７４】
次に、画像処理部１４による吸収画像の生成について説明する。吸収画像生成部２６は、メモリ１３に記憶された複数の画像データを読み出す。図６に示すように、ＦＰＤ２０の各画素４０で得られたＭ個の画素データは、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。
【００７５】
実線で示す符号５５は、被検体Ｈと第１及び第２の吸収型格子２１、２２とを通過しないＸ線の画素データである。これに対し、破線で示す符号５６は、被検体Ｈを通過したＸ線の画素データであり、被検体ＨによるＸ線の吸収分だけ振幅が小さくなっている。画素データ５５と画素データ５６は、位相が一致しているため、例えば画素値の最大差Ｇを吸収コントラストとして取得することにより、容易に吸収画像を生成することができる。
【００７６】
しかし、本実施形態のＸ線撮影システム１０において被検体Ｈを通過したＸ線は、被検体Ｈによる吸収だけでなく、第１及び第２の吸収型格子２１、２２の位相関係によって被検体Ｈでの屈折による強度変調も受けるため、２点鎖線で示す符号５７の画素データのように位相がシフトしてしまう。この場合、画素データ５５と画素データ５７は位相が異なるため、第２の吸収型格子２２の各位置ｋにおいて画素値の差を求めても正確に被検体Ｈの吸収を反映した吸収画像を生成することはできない。
【００７７】
そこで、本実施形態では、吸収画像生成部２６により、被検体Ｈ及び第１及び第２の吸収型格子２１、２２を通過していないＸ線を検出した画素データ５５の平均値５５Ａと、被検体Ｈ及び第１及び第２の吸収型格子２１、２２を通過しているＸ線を検出した画素データ５７の平均値５７Ａとをそれぞれ算出し、これら平均値５５Ａと５７Ａとの差Ｇ１を吸収コントラストとして吸収画像を生成している。これにより、被検体Ｈの吸収を正確に反映した吸収画像を生成することができる。
【００７８】
次に、第１及び第２の吸収型格子２１、２２の透過率むらを補正する透過率補正係数の生成について説明する。図７に示すように、システム制御部１８は、キャリブレーション動作を行なうよう指示を受けたときに、透過率補正係数の生成を開始する（Ｓ１）。キャリブレーションの指示は、操作者によりコンソール１７を介して指示される。
【００７９】
システム制御部１８は、被検体Ｈが配置されていない状態で、所定の線質（管電圧、付加フィルタの種類及び厚さ）及び所定線量のＸ線をＸ線源１１から放射させ、第２の吸収型格子２２の走査を伴う縞走査撮影を行い、各走査ステップｋ（ｋ＝１〜Ｍ−１）の画像データＤ（ｘ，ｙ，ｋ）を取得する（Ｓ２）。画像データＤの「ｘ，ｙ」は、ＦＰＤ２０の画素または画像化単位画素の２次元位置座標であり、「ｋ」は第２の吸収型格子２２の走査ステップである。
【００８０】
補正回路４９は、システム制御部１８の制御に基づき、次式（１２）を用いて各走査ステップの透過率補正係数Ｃｇ（ｘ，ｙ，ｋ）をそれぞれ算出し、記憶する（Ｓ３）。式（１２）において、「Ｃｒ」は、扱う画像ビット数に応じて設定される標準化係数である。「Ｄｃ」は、画像データＤ（ｘ，ｙ，ｋ）をそのまま用いてもよいが、画像データＤ（ｘ，ｙ，ｋ）に対して検出器特性の補正を施したものであることが好ましい。
Ｃｇ（ｘ，ｙ，ｋ）＝Ｃｒ×１／Ｄｃ（ｘ，ｙ，ｋ）・・・（１２）
【００８１】
検出器特性の補正とは、上述したように、ＦＰＤ２０の暗時出力、残像や温度ドリフトによるオフセット変動、画素感度ばらつき、欠陥画素等の個体差に基づく特性を補正するものである。なお、検出器特性の補正は、上記項目全てについて実施するのが好ましいが、一部のみの実施でもよい。また、透過率補正係数Ｃｇは、Ｘ線の線質ごとに取得することが好ましい。Ｘ線の線質は、管電圧や、付加フィルタの種類もしくは厚さ等の少なくとも１つのパラメータにより決定される。
【００８２】
次に、上記透過率補正係数を用いた位相コントラスト画像の撮影手順について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。Ｘ線源１１と撮影部１２との間に被検体Ｈが配される。操作者によりコンソール１７から撮影指示がなされると（Ｓ１０）、システム制御部１８は、設定された線質（管電圧、付加フィルタの種類及び厚さ）及び線量のＸ線をＸ線源１１から放射させ、第２の吸収型格子２２の走査を伴う縞走査撮影を行い、各走査ステップｋ（ｋ＝１〜Ｍ−１）に係る複数の画像データＤ（ｘ，ｙ，ｋ）を取得する（Ｓ１１）。
【００８３】
補正回路４９は、各画像データＤ（ｘ，ｙ，ｋ）に透過率補正を施す（Ｓ１２）。補正回路４９は、まず各画像データＤ（ｘ，ｙ，ｋ）に対し、検出器特性補正を施して複数の画像データＤｃ’（ｘ，ｙ，ｋ）を生成する。検出器特性補正は、上述したように、ＦＰＤ２０の暗時出力、残像や温度ドリフトによるオフセット変動、画素感度ばらつき、欠陥画素等の個体差に基づく特性を補正するものであり、これらの項目全てについて実施するのが好ましいが、一部のみの実施でもよい。
【００８４】
次いで、補正回路４９は、縞走査撮影に用いた管電圧や付加フィルタの種類及び厚さに応じて適切な透過率補正係数Ｃｇ（ｘ，ｙ，ｋ）を選択し、これを各画像データＤｃ’（ｘ，ｙ，ｋ）に乗算する。これにより、第１及び第２の吸収型格子２１、２２の透過率の面内ばらつきが補正された複数の画像データＤｃ’’（ｘ，ｙ，ｋ）が生成され、メモリ１３に記録される。
【００８５】
位相コントラスト画像生成部２５は、メモリ１３から各画像データＤｃ’’（ｘ，ｙ，ｋ）を読み出し、各画像データＤｃ’’（ｘ，ｙ，ｋ）の画素ごとに位相微分像を生成し、位相微分像をｘ方向に積分して位相コントラスト画像を生成する（Ｓ１３）。
【００８６】
吸収画像生成部２６は、メモリ１３から各画像データＤｃ’’（ｘ，ｙ，ｋ）を読み出し、各画像データＤｃ’’（ｘ，ｙ，ｋ）から同一画素ごとに画素データの平均値を算出し、この平均値から吸収画像を生成する（Ｓ１４）。なお、平均値の算出は、画素データを単純に平均化することにより行なっても良いが、第２の吸収型格子２２の走査回数Ｍが少ない場合に誤差が大きくなるため、画素データを正弦波でフィッティングした後、フィッティングした正弦波の平均値を求めるようにしてもよい。また、吸収画像の生成には、平均値に限られず、平均値に対応する量であれば、同一画素ごとに画素データを加算した加算値等を用いることが可能である。
【００８７】
図９に示すように、位相コントラスト画像６０及び吸収画像６１は、コンソール１７に出力され、モニタ６２に並べて表示される。なお、位相コントラスト画像６０及び吸収画像６１は、コンソール１７からの切り換え操作により、いずれか一方を選択的に表示してもよい。
【００８８】
また、図１０に示すように、位相コントラスト画像と吸収画像とを重畳させた重畳画像６４をモニタ６２に表示してもよい。この場合、図１１に示すように、画像処理部１４に重畳処理部６５を設け、この重畳処理部６５により、位相コントラスト画像にエッジ処理や空間周波数フィルタを施し、吸収画像に適当な重み付けをして両者を重畳させる。これによれば、吸収画像では写りにくいコントラスト差の小さい組織、例えば軟部組織等を従来の単純Ｘ線画像を読影するように自然な画像として１つの画像で表現することができる。
【００８９】
吸収画像を重畳する位相コントラスト画像は、位相コントラスト画像生成部２５により生成された画像そのものでもよいし、位相コントラスト画像から抽出した位相情報、例えば位相シフト分布でもよい。位相コントラスト画像と吸収画像は同時に取得できるので、両者の間に被検体Ｈの体動等による違いは生じないため、位相コントラスト画像と吸収画像とを重畳する際に画像の歪みや位置合わせをうる必要がなく、簡単に良質な画像を得ることができる。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
また、上記実施形態では、第１及び第２の吸収型格子２１，２２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、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縞画像（自己像）を、第２の吸収型格子２２に射影する。
【００９３】
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。
【００９４】
（第２実施形態）
また、上記各実施形態では、第２の吸収型格子２２がＦＰＤ２０とは独立して設けられているが、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。
【００９５】
図１２は、本実施形態のＸ線画像検出器（ＦＰＤ）の構成を例示する。画素７０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７０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７１が形成されている。電荷収集電極７１は、第１〜第６の線状電極群７２〜７７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７２の位相を０とすると、第２の線状電極群７３の位相はπ／３、第３の線状電極群７４の位相は２π／３、第４の線状電極群７５の位相はπ、第５の線状電極群７６の位相は４π／３、第６の線状電極群７７の位相は５π／３である。画素７０のｙ方向への電荷がそれぞれ線状電極群７２〜７７を通して蓄えられる。
【００９６】
さらに、各画素７０には、電荷収集電極７１により収集された電荷を読み出すためのスイッチ群７８が設けられている。スイッチ群７８は、第１〜第６の線状電極群７２〜７７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７２〜７７により収集された電荷を、スイッチ群７８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種類の縞画像を取得することができ、この６種類の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成することができる。
【００９７】
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縞画像を取得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、上記走査機構２３を排することができる。なお、電荷収集電極７１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。
【００９８】
さらに、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得られた縞画像（Ｇ１像）を、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、該縞画像に強度変調を与えることも可能である。
【００９９】
（第３実施形態）
上記各実施形態では、縞走査で得られた複数の画像に基づき、被検体によるＸ線の位相変化を画像化した位相コントラスト画像と、被検体のＸ線吸収を画像化した吸収画像の生成を行なっているが、小角散乱画像を生成することも可能である。具体的には、図１３に示すように、位相コントラスト画像生成部２５、吸収画像生成部２６、小角散乱画像生成部８０が構成された画像処理部８１を用いる。位相コントラスト画像生成部２５、吸収画像生成部２６、小角散乱画像生成部８０は、いずれもｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１のＭ個の各走査位置で得られる画像データに基づいて演算処理を行うものである。このうち、位相コントラスト画像生成部２５及び吸収画像生成部２６は、前述の手順に従って位相コントラスト画像及び吸収画像を生成する処理部である。
【０１００】
小角散乱画像生成部８０は、図１４に示すように、画素ごとに得られる画素データの振幅値を算出して画像化することにより小角散乱画像を生成する。なお、振幅値の算出は、画素データの最大値と最小値との差を求めることによって行なっても良いが、第２の吸収型格子２２の走査回数Ｍが少ない場合には誤差が大きくなるため、画素データを正弦波でフィッティングした後、フィッティングした正弦波の振幅値を求めるようにしても良い。また、小角散乱画像の生成には、振幅値に限られず、平均値を中心としたばらつきに対応する量として、分散値や標準偏差等を用いることが可能である。
【０１０１】
また、上記第１実施形態では、コーンビーム状のＸ線を発するＸ線源１１を用いた場合を例示しているが、これに代えて、平行Ｘ線を発するＸ線源を用いることも可能である。この場合には、上記式（１）〜（４）は、それぞれ次式（１３）〜（１６）に変形される。
【０１０２】
【数１３】
2011224329.tif 000014
【０１０３】
【数１４】
2011224329.tif 000015
【０１０４】
【数１５】
2011224329.tif 000016
【０１０５】
【数１６】
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【０１０６】
以上説明した第１、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、工業用や、非破壊検査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】
【０１０７】
１０  Ｘ線撮影システム
１１  Ｘ線源（放射線源）
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
２５  位相コントラスト生成部
２６  吸収画像生成部
８０  小角散乱画像生成部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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