(57)【要約】【課題】ファントムの製作難易度が高くなることを抑制しつつ、位相コントラスト画像に発生する画像むらの補正を行うことが可能なＸ線位相差撮影装置および位相コントラスト画像補正方法を提供する。【解決手段】このＸ線位相差撮影装置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、透過するＸ線に一様な屈折角を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むとともに、第１領域ｆ２以外の第２領域ｆ３を含むファントムＦの第１位相微分像１２ａを取得し、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを取得し、画像むらに基づいて、被写体Ｔを撮影して得られた第２位相微分像１２ｂの補正を行うように構成されている。【選択図】図１
2019072367.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、
透過するＸ線に一様な屈折角または一様な散乱量を与える複数の第１領域を一部に含むとともに、前記第１領域以外の第２領域を含むファントムの第１位相コントラスト画像を取得し、
前記第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の前記第１領域の位置および画素値に基づいて、前記第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを取得し、
前記画像むらに基づいて、被写体を撮影して得られた第２位相コントラスト画像の補正を行うように構成されている、Ｘ線位相差撮影装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、複数の前記第１領域内に含まれる各画素の画素値に基づき、複数の前記第１領域ごとの画素値の代表値を取得するとともに、取得した複数の前記第１領域ごとの画素値の代表値に基づいて、前記画像むらを取得するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項３】
複数の前記第１領域は、前記ファントムの同一面上において、それぞれが互いに離れた位置に設けられている、請求項１または２に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項４】
複数の前記第１領域は、少なくとも、前記ファントムの中央部と、周縁部側とに配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項５】
複数の前記第１領域は、前記画像むらが生じる方向に沿って、前記ファントムの表面に並べて配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項６】
複数の前記第１領域は、前記複数の格子の格子方向と略直交する方向に沿って、前記ファントムの表面に並べて配置されている、請求項５に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項７】
前記ファントムは板状形状を有する基台部を含み、
複数の前記第１領域は、Ｘ線の光軸方向の厚みが線形に変化するように形成されることにより、透過するＸ線に一様な屈折角を与えるように形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項８】
前記ファントムは板状形状を有する基台部を含み、
複数の前記第１領域は、透過するＸ線に一様な散乱量を与えるように形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項９】
前記ファントムは板状形状を有する基台部を含み、
複数の前記第１領域の一部は、透過するＸ線に一様な屈折角を与える屈折角付与領域であり、
複数の前記第１領域の他の一部は、透過するＸ線に一様な散乱量を与える散乱量付与領域であり、
前記画像処理部は、前記屈折角付与領域および前記散乱量付与領域に基づいて、位相値に関する前記画像むらおよび散乱量に関する前記画像むらをそれぞれ取得し、位相微分像および暗視野像の両方の補正を行うように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項１０】
前記ファントムの前記基台部は、裏面側が平板形状に形成されており、
前記ファントムは、前記基台部の表面側に別体で形成された複数の前記第１領域を配置することにより形成されている、請求項７〜９のいずれか１項に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項１１】
前記画像処理部は、前記第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の前記第１領域の位置および画素値と、前記画像むらの分布に関する少なくとも二次関数を含む多項式とを用いて、前記第１位相コントラスト画像の全体にわたる前記画像むらを近似するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項１２】
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１〜１１のいずれか１項に記載のＸ線位相差撮影装置。
【請求項１３】
透過するＸ線に一様な屈折角または一様な散乱量を与える複数の第１領域を一部に含むとともに、前記第１領域以外の第２領域を含むファントムの第１位相コントラスト画像を生成するステップと、
前記第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の前記第１領域の位置および画素値に基づいて、前記第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを取得するステップと、
被写体を撮影して第２位相コントラスト画像を生成するステップと、
前記画像むらに基づいて、前記第２位相コントラスト画像の補正を行うステップとを含む、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線位相差撮影装置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線位相差撮影装置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線位相差撮影装置および位相コントラスト画像補正方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に開示されているＸ線位相差撮影装置は、タルボ干渉計によって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、タルボ干渉計では、位相格子と吸収格子とを用いて撮影が行われる。具体的には、位相格子または吸収格子のどちらかを、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。位相コントラスト画像には、位相微分像および暗視野像が含まれる。位相微分像とは、Ｘ線が被写体を通過した際に発生するＸ線の位相のずれをもとに画像化した像である。また、暗視野像とは、物体の小角散乱に基づくＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙの変化によって得られる、Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ像のことである。また、暗視野像は、小角散乱像とも呼ばれる。「Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ」とは、鮮明度のことである。
【０００５】
通常、タルボ干渉計を用いて位相コントラスト画像を生成する際、Ｘ線が格子の格子面に対して垂直に入射するものとして生成される。しかし、Ｘ線がＸ線源から円錐状に照射されるコーンビームである場合、Ｘ線の光軸から離れるにしたがって、Ｘ線の光軸に対する角度が大きくなり、格子の格子面に対して斜め方向から入射する。Ｘ線が格子の格子面に対して斜め方向から入射した場合、Ｘ線の光軸に対する角度が大きくなるにしたがってＸ線の経路長が延びるため、検出器の中央（Ｘ線の光軸）付近で検出されるＸ線の位相と、検出器の周縁部側で検出されるＸ線の位相とにずれが生じる。また、格子のスリットに入射するＸ線が格子の格子面に対して斜め方向から入射する場合、吸収格子のＸ線吸収部においてＸ線の一部が遮蔽される。そのため、検出器で検出されるＸ線の線量が変化する。これらにより、生成する位相コントラスト画像において画像むらが生じる。なお、Ｘ線の光軸とは、互いに向かい合うＸ線源の中心と検出器の中心とを結んだ直線（中心線）であり、Ｘ線源および検出器に直交する直線の事である。
【０００６】
上記特許文献１のＸ線位相差撮影装置では、透過するＸ線に一様な屈折角を与えるファントムを用いて位相コントラスト画像に生じる画像むらを補正する構成が開示されている。具体的には、上記特許文献１に開示されているＸ線位相差撮影装置では、位相コントラスト画像の全領域にわたる大きなファントムを配置して撮影することにより、実際に検出されたＸ線に基づいて取得されたＸ線の屈折角と、ファントムによって与えられた屈折角との比率により画像むらを取得し、位相コントラスト画像を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−９０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の構成では、位相コントラスト画像の全領域にわたる大きなファントムを撮影して取得された位相コントラスト画像全体の画素値に基づいて画像むらを取得する構成となっている。透過するＸ線に一様な屈折角を与えるファントムを大面積で製作する場合、製作難易度が高くなるという問題点がある。また、上記特許文献１の構成は、暗視野像については考慮されていない。
【０００９】
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、ファントムの製作難易度が高くなることを抑制しつつ、位相コントラスト画像に発生する画像むらの補正を行うことが可能なＸ線位相差撮影装置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】
【００１０】
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線位相差撮影装置は、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、透過するＸ線に一様な屈折角または一様な散乱量を与える複数の第１領域を一部に含むとともに、第１領域以外の第２領域を含むファントムの第１位相コントラスト画像を取得し、第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の第１領域の位置および画素値に基づいて、第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを取得し、画像むらに基づいて、被写体を撮影して得られた第２位相コントラスト画像の補正を行うように構成されている。
【００１１】
この発明の第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置では、上記のように、第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の第１領域の位置および画素値に基づいて、第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを取得し、画像むらに基づいて、被写体を撮影して得られた第２位相コントラスト画像の補正を行うように構成されている。これにより、第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の第１領域の位置および画素値に基づいて、第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを取得することができるので、透過するＸ線に一様な屈折角または一様な散乱量を与えるファントムを大面積で作成する場合と比較して、ファントムの製作難易度が高くなることを抑制しつつ、位相コントラスト画像に発生する画像むらの補正を行うことができる。また、第１領域が一様な散乱量を与えるように形成されている場合、暗視野像に生じる画像むらの補正を行うことができる。
【００１２】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、好ましくは、画像処理部は、複数の第１領域内に含まれる各画素の画素値に基づき、複数の第１領域ごとの画素値の代表値を取得するとともに、取得した複数の第１領域ごとの画素値の代表値に基づいて、画像むらを取得するように構成されている。ここで、上記特許文献１に記載した従来の構成では、位相コントラスト画像の全領域にわたる大きなファントムを撮影して取得された位相コントラスト画像の各々の画素の画素値に基づいて画像むらを補正している。この場合、ファントムを撮影した位相コントラスト画像のノイズを抑制する必要があるため、撮影時間が長くなってしまう。そこで、本発明では、上記のように、各々の第１領域について、第１領域内の画素値の代表値を取得することにより、ノイズにより第１領域内の各画素の画素値にばらつきがある場合でも、画像むらを取得することができる。その結果、ファントムを撮影した第１位相コントラスト画像全体の画素値を用いて画像むらを取得する場合と比較して、撮影時間を短縮することができる。
【００１３】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、好ましくは、複数の第１領域は、ファントムの同一面上において、それぞれが互いに離れた位置に設けられている。このように構成すれば、複数の第１領域をファントムの同一面上において、互いに離れた位置に配置することにより、画像むらを取得することができる。その結果、ファントムの表面全体にわたる大きさの第１領域をファントムに設ける場合と比較して、第１領域の１つ１つの大きさを小さくすることが可能となるので、ファントムの製作難易度を低下させることができる。
【００１４】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、好ましくは、複数の第１領域は、少なくとも、ファントムの中央部と、周縁部側とに配置されている。このように構成すれば、複数の第１領域により、Ｘ線の屈折角、または散乱量の変化が少ないファントムの中央部と、Ｘ線の屈折角、または散乱量の変化が大きいファントムの周縁部側との画素値に基づいて第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを取得することができる。その結果、取得する画像むらの精度を向上させることができる。
【００１５】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、好ましくは、複数の第１領域は、画像むらが生じる方向に沿って、ファントムの表面に並べて配置されている。このように構成すれば、複数の第１領域により、容易に画像むらを取得することができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、複数の第１領域は、複数の格子の格子方向と略直交する方向に沿って、ファントムの表面に並べて配置されている。ここで、タルボ干渉計により位相コントラスト画像を生成する場合、複数の格子のどちらか一方を格子の格子方向と直交する方向に走査させながら撮影を行う。したがって、格子の格子方向と直交する方向のＸ線の変化は、格子の格子方向に沿う方向のＸ線の変化に比べて、生成する画像に与える影響が大きい。本発明では、上記のように構成すれば、容易に第１領域を画像むらが生じる方向に沿って配置することが可能となるので、複数の第１領域によって、画像全体に生じる画像むらを容易に取得することができる。
【００１７】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、好ましくは、ファントムは板状形状を有する基台部を含み、第１領域は、Ｘ線の光軸方向の厚みが線形に変化するように形成されることにより、透過するＸ線に一様な屈折角を与えるように形成されている。このように構成すれば、複数の第１領域の厚みが線形に変化するよう形成されているため、ファントムは第１領域を透過するＸ線に一様な屈折角を付与することができる。その結果、第１領域に基づいて、透過するＸ線の位相のずれに起因する画像むらを取得することができる。したがって、画像全体の画素値から画像むらを取得することなく、ファントムの一部に設けられた複数の第１領域に基づいて位相微分像全体に生じる画像むらを補正することができる。
【００１８】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、好ましくは、ファントムは板状形状を有する基台部を含み、第１領域は、透過するＸ線に一様な散乱量を与えるように形成されている。このように構成すれば、第１領域を透過したＸ線の位置および画素値に基づいて、散乱量に関する画像むらを取得することができる。その結果、画像全体の画素値から画像むらを取得することなく、ファントムの一部に設けられた複数の第１領域に基づいて暗視野像全体に生じる画像むらを補正することができる。
【００１９】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、好ましくは、ファントムは板状形状を有する基台部を含み、複数の第１領域の一部は、透過するＸ線に一様な屈折角を与える屈折角付与領域であり、複数の第１領域の他の一部は、透過するＸ線に一様な散乱量を与える散乱量付与領域であり、画像処理部は、屈折角付与領域および散乱量付与領域に基づいて、位相値に関する画像むらおよび散乱量に関する画像むらをそれぞれ取得し、位相微分像および暗視野像の両方の補正を行うように構成されている。このように構成すれば、１つのファントムの第１位相コントラスト画像に基づいて、位相微分像および暗視野像の全体に生じる画像むらを取得することができる。その結果、位相微分像の画像むらの取得および暗視野像の画像むらの取得を別々のファントムを用いて行う場合と比較して、位相微分像の画像むらの取得および暗視野像の画像むらの取得の作業効率を向上させることができる。また、１つのファントムを用いて位相微分像の画像むらの取得および暗視野像の画像むらの取得を行うことができるので、部品点数（ファントム数）の増加を抑制することができる。
【００２０】
上記第１領域が透過するＸ線に一様な屈折角、および／または、一様な散乱量を与えるように形成されている構成において、好ましくは、ファントムの基台部は、裏面側が平板形状に形成されており、ファントムは、基台部の表面側に別体で形成された複数の第１領域を配置することにより形成されている。このように構成すれば、大型の平板状の基台部に、別体で形成された複数の第１領域を設けることによりファントムを製作することができる。その結果、複数の第１領域を含む大型のファントムを一体形成する場合と比較して、ファントムの製作難易度が高くなることをさらに抑制することができる。
【００２１】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、好ましくは、画像処理部は、第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の第１領域の位置および画素値と、画像むらの分布に関する少なくとも二次関数を含む多項式とを用いて、第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを近似するように構成されている。このように構成すれば、複数の第１領域の位置および画素値と多項式とにより、第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを容易に取得することができる。
【００２２】
上記第１の局面におけるＸ線位相差撮影装置において、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。
【００２３】
この発明の第２の局面における位相コントラスト画像補正方法は、透過するＸ線に一様な屈折角または透過するＸ線に一様な散乱量を与える複数の第１領域を一部に含むとともに、第１領域以外の第２領域を含むファントムの第１位相コントラスト画像を生成するステップと、第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の第１領域の位置および画素値に基づいて、第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを取得するステップと、被写体を撮影して第２位相コントラスト画像を生成するステップと、画像むらに基づいて、第２位相コントラスト画像の補正を行うステップとを含む。
【００２４】
この発明の第２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、透過するＸ線に一様な屈折角または透過するＸ線に一様な散乱量を与える複数の第１領域を一部に含むファントムの第１位相コントラスト画像から取得した画像むらに基づいて、第２位相コントラスト画像の補正を行うステップを含む。これにより、第１位相コントラスト画像の一部に写る複数の第１領域の位置および画素値に基づいて、第１位相コントラスト画像の全体にわたる画像むらを取得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。その結果、第１位相コントラスト画像の全体にわたる大きさのファントムを用いて撮影された第１位相コントラスト画像から画像むらを取得する場合と比較して、製作難易度が高くなることを抑制することが可能なファントムを用いて撮影された第１位相コントラスト画像から画像むらを取得し、第２位相コントラスト画像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１領域が一様な散乱量を与えるように形成されているファントムの第１位相コントラスト画像から画像むらを取得する場合、暗視野像に生じる画像むらの補正を行う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、ファントムの製作難易度が高くなることを抑制しつつ、位相コントラスト画像に発生する画像むらの補正を行うことが可能なＸ線位相差撮影装置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線位相差撮影装置をＸ方向から見た模式図である。
【図２】Ｘ線の経路長の違いを説明するための模式図（Ａ）および格子によるＸ線の一部の遮蔽を説明するための模式図（Ｂ）である。
【図３】生成される位相コントラスト画像に生じる画像むらを説明するための模式図（Ａ）および画像むらの画素値の分布を説明するためのグラフ（Ｂ）である。
【図４】本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影装置に用いるファントムを説明するための模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影装置に用いるファントムにおける第１領域の配置を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第１実施形態による補正前の第２位相コントラスト画像の模式図（Ａ）および補正後の第２位相コントラスト画像の模式図（Ｂ）である。
【図７】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８】本発明の第２実施形態によるＸ線位相差撮影装置に用いるファントムを説明するための模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態によるＸ線位相差撮影装置に用いるファントムにおける第１領域の配置を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による第１位相コントラスト画像の模式図（Ａ）、補正前の第２位相コントラスト画像の模式図（Ｂ）および補正後の第２位相コントラスト画像の模式図（Ｃ）である。
【図１１】本発明の第２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１２】本発明の第３実施形態によるＸ線位相差撮影装置に用いるファントムを説明するための模式図である。
【図１３】本発明の第３実施形態によるＸ線位相差撮影装置に用いるファントムにおける第１領域の配置を説明するための模式図である。
【図１４】本発明の第１実施形態の第１変形例によるＸ線位相差撮影装置をＸ方向から見た模式図である。
【図１５】本発明の第１実施形態の第２変形例によるＸ線位相差撮影装置に用いるファントムにおける第１領域の配置を説明するための模式図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の変形例によるＸ線位相差撮影装置に用いるファントムにおける第１領域の配置を説明するための模式図である。
【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７を参照して、本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影装置１００の構成、およびＸ線位相差撮影装置１００により位相コントラスト画像１２を補正する方法について説明する。
【００２９】
（Ｘ線位相差撮影装置の構成）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態によるＸ線位相差撮影装置１００の構成について説明する。
【００３０】
図１は、Ｘ線位相差撮影装置１００をＸ方向から見た図である。図１に示すように、Ｘ線位相差撮影装置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線を検出器４（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。すなわち、Ｘ線位相差撮影装置１００では、複数の格子として、第１格子２および第２格子３を備えており、Ｘ線源１と検出器４とを結ぶ光軸ＯＡ方向において、第１格子２、第２格子３の順で配置されている。
【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線画像を生成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により、生成したＸ線画像に基づいて、位相コントラスト画像１２（図３参照）を生成するように構成されている。また、制御部５は、生成した位相コントラスト画像１２などを保存する記憶部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と直交する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。なお、格子方向とは、スリット２ａやＸ線位相変化部２ｂ、Ｘ線透過部３ａやＸ線吸収部３ｂなどが延びる方向の事であり、図１に示す例では、Ｘ方向である。また、図１に示す例では、格子方向と直交する方向は、Ｙ方向である。
【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、ファントムＦの第１位相微分像１２ａ（図３参照）、および被写体Ｔを撮影して得られた第２位相微分像１２ｂ（図６参照）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１位相微分像１２ａから、画像むらを取得するように構成されている。第１実施形態では、画像処理部６は、画像むらとして、第１位相微分像１２ａの位相値に基づく画像むらを取得するように構成されている。また、画像処理部６は、画像むらに基づいて、第２位相微分像１２ｂの補正を行うように構成されている。ファントムＦの構造、画像むらの取得処理および第２位相微分像１２ｂの補正処理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。なお、第１位相微分像１２ａおよび第２位相微分像１２ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「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」の一例である。
【００３９】
記憶部７は、画像処理部６が生成した第１位相微分像１２ａや第１位相微分像１２ａから取得した画像むらを近似した近似式、近似式を取得するための画素情報Ｐｉなどを保存するように構成されている。記憶部７は、たとえば、不揮発性のメモリや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。なお、ｎは正の整数であり、第１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】
（画像むらが生じる要因）
次に、図２を参照して、画像むらが生じる要因について説明する。
【００４２】
図２（Ａ）は、Ｘ線源１から検出器４に照射されるＸ線の経路長の違いを表した模式図である。また、図２（Ｂ）は、第２格子３により遮蔽されるＸ線を説明するための模式図である。
【００４３】
図２（Ａ）に示すＸ線の経路Ｐ１は、Ｘ線源１から照射されるＸ線の光軸ＯＡに沿う方向に照射されるＸ線の経路である。また、図２（Ａ）に示すＸ線の経路Ｐ２は、Ｘ線の光軸ＯＡからＹ１方向に角度θ１だけ離れる向きに照射されるＸ線の経路である。タルボ干渉計では、第１格子２および第２格子３は、互いの距離がタルボ距離となるように配置されている。図２（Ａ）に示す例では、経路Ｐ１における第１格子２と第２格子３との間の距離ｄｒ０がタルボ距離となるように第１格子２および第２格子３が配置されている。一方、経路Ｐ２上で照射されるＸ線は、Ｘ線の光軸ＯＡからＹ１方向に角度θ１だけ離れる向きに照射されているため、第１格子２および第２格子３に対して斜め方向から入射する。したがって、経路Ｐ２における第１格子２と第２格子３との間の距離ｄｒ１は、経路Ｐ１における第１格子２と第２格子３との間の距離ｄｒ０よりも大きくなるため、タルボ距離からずれる。そのため、生成された位相コントラスト画像１２のうち、経路Ｐ２上で検出された画素領域には、画像むらが生じる。
【００４４】
また、図２（Ｂ）に示すように、経路Ｐ１上のＸ線は、第２格子３の格子面に対して垂直に入射する。第２格子３のＸ線透過部３ａに入射するＸ線のうち経路Ｐ１を通るＸ線は、そのまま透過する。一方、第２格子３のＸ線透過部３ａに入射するＸ線のうち、経路Ｐ２上のＸ線は、第２格子３に対して斜め方向から入射するため、第２格子３のＸ線吸収部３ｂにより、一部のＸ線が遮蔽される。したがって、経路Ｐ２上のＸ線は、一部が第２格子３のＸ線吸収部３ｂによって遮蔽されるため、Ｘ線源１から照射された際のＸ線の線量よりも、検出器４によって検出される際のＸ線の線量が小さくなり、生成される画像に画像むらが生じる。また、第２格子３のＸ線吸収部３ｂに入射するＸ線のうち、経路Ｐ１を通るＸ線は遮蔽されるが、経路Ｐ２を通るＸ線は、一部がＸ線透過部３ａを通過するため、検出器４まで到達する。したがって、検出器４で検出されるＸ線の線量が変化すため、生成される画像に画像むらが生じる。Ｘ線源１から照射されるＸ線がコーンビームである場合、Ｘ線の光軸ＯＡからの角度θ１は、検出器４の周縁部側に行くほど大きくなる。したがって、Ｘ線の位相のずれや検出されるＸ線の線量の変化は、検出器４の周縁部側に行くにつれて大きくなる。
【００４５】
図３（Ａ）は、第１位相微分像１２ａから取得した画像むらのを近似して得られる補正用画像１０ａの模式図である。図３（Ｂ）は、補正用画像１０ａの画素値の分布を示すグラフ１１である。グラフ１１は、横軸が補正用画像１０ａのＹ座標であり、縦軸が画素値である。
【００４６】
第１位相微分像１２ａには、Ｘ線の経路長の差およびＸ線の線量の変化により、画像むらが生じている。第１位相微分像１２ａに生じる画像むらを近似することにより、図３（Ａ）に示すような、補正用画像１０ａを得ることができる。補正用画像１０ａの画素値の分布は、図（Ｂ）に示すグラフ１１のようになる。グラフ１１に示すように、第１位相微分像１２ａに生じる画像むらは、感度方向に対して線対象となり、中心付近の画素値が最も高く、端に行くほど画素値が低くなる。なお、タルボ干渉計では、複数の格子の格子方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に格子を並進移動させながら撮影するため、格子の並進方向に沿う方向に対するＸ線の位相変化やＸ線の散乱に感度がある。すなわち、感度方向とは、複数の格子の格子方向と直交する方向の事である。そこで、第１実施形態では、図４に示すファントムＦを用いて撮影することにより生成された第１位相微分像１２ａに生じる画像むらを取得するように構成されている。
【００４７】
（ファントムの構造）
次に、図４および図５を参照して、第１実施形態に用いるファントムＦの構造について説明する。
【００４８】
図４は、第１実施形態におけるファントムＦをＸ１方向から見た模式図である。図４は、ファントムＦを第１格子２と第２格子３との間に配置した例を示している。図４に示すように、ファントムＦは、板状形状を有する基台部ｆ１を含む。また、ファントムＦの基台部ｆ１は、裏面側（Ｚ２側）が平板形状に形成されている。ファントムＦは、基台部ｆ１の表面側（Ｚ１側）に別体で形成された複数の第１領域ｆ２を配置することにより形成されている。第１実施形態では、第１領域ｆ２は、Ｘ線の光軸ＯＡ方向（Ｚ方向）の厚みがＹ方向に向けて線形に変化するように形成されることにより、透過するＸ線に一様な屈折角を与えるように形成されている。また、ファントムＦは、第１領域ｆ２以外の第２領域ｆ３を含む。なお、第１領域ｆ２は、Ｘ線に一様な屈折角を与える素材であれば、どのような素材で形成されていてもよい。第１実施形態では、第１領域ｆ２は、たとえば、樹脂により形成されている。また、基台部ｆ１は照射されるＸ線を透過する素材で形成されている。基台部ｆ１は、たとえば、アクリルなどの樹脂を含む。また、第１領域ｆ２のＺ１方向に対する突出量を大きくする（第１領域ｆ２の角度θ２を小さくする）ことにより、第１領域ｆ２によるＸ線の位相感度を高めることができる。また、第１実施形態では、画像処理部６は、ファントムＦを配置して撮影されたＸ線画像から、第１位相微分像１２ａを生成するように構成されている。
【００４９】
図５は、ファントムＦをＸ線源１（Ｚ１方向）から見た模式図である。図５に示すように、複数の第１領域ｆ２は、ファントムＦの同一面上において、それぞれが互いに離れた位置に設けられている。また、複数の第１領域ｆ２は、少なくとも、ファントムＦの中央部と、周縁部側とに配置されている。また、複数の第１領域ｆ２は、画像むらが生じる方向に沿って、ファントムＦの表面に並べて配置されている。すなわち、第１実施形態では、複数の第１領域ｆ２は、複数の格子の格子方向と略直交する方向（Ｙ方向）に沿って、ファントムＦの表面に並べて配置されている。なお、第１領域ｆ２の大きさ（ＸＹ平面における面積）は、どのような大きさであってもよい。たとえば、第１領域ｆ２の大きさは、１０×１０ピクセルの大きさであってもよい。また、第１領域ｆ２の大きさは、たとえば、５０×５０ピクセルの大きさであってもよい。また、第１領域ｆ２の大きさは、たとえば、１００×１００ピクセルの大きさであってもよい。
【００５０】
（位相コントラスト画像の補正処理）
第１実施形態では、画像処理部６は、ファントムＦの第１位相微分像１２ａを取得し、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを取得し、画像むらに基づいて、被写体Ｔを撮影して得られた第２位相微分像１２ｂの補正を行うように構成されている。具体的には、画像処理部６は、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値と、画像むらの分布に関する二次関数を用いて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを近似するように構成されている。画像むらの分布に関する二次関数は、たとえば、ａｘ２＋ｂｙ２＋ｃｘｙ＋ｄｘ＋ｅｙ＋ｆを用いる。第１実施形態では、画像処理部６は、上記二次関数を用いた最小二乗法により、第１位相微分像１２ａの画像むらを近似した近似式を取得するように構成されている。
【００５１】
画像処理部６は、複数の第１領域ｆ２の位置として、各第１領域ｆ２の中心画素ｃｐの位置座標を用いる。また、画像処理部６は、複数の第１領域ｆ２内に含まれる各画素の画素値に基づき、複数の第１領域ｆ２ごとの画素値の代表値ｐｖを取得するとともに、取得した複数の第１領域ｆ２ごとの画素値の代表値ｐｖに基づいて、画像むら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、複数の第１領域ｆ２ごとの画素値の代表値ｐｖとして、各第１領域ｆ２内の画素値の平均値を取得するように構成されている。
【００５２】
画像処理部６は、第１領域ｆ２ａの中心画素ｃｐの位置座標（ｘ１、ｙ１）を取得する。また、画像処理部６は、第１領域ｆ２ａ内の画素値の平均値を算出することにより、第１領域ｆ２ａの画素値の代表値ｐｖ１を取得する。すなわち、画像処理部６は、画像むらを近似した近似式を取得するための画素情報Ｐｉとして、第１領域ｆ２ａの画素情報Ｐｉ１（ｘ１、ｙ、ｐｖ１）を取得する。第１実施形態では、画像むらの近似に用いる二次関数の係数が６つであるため、画像処理部６は、少なくとも６か所の第１領域ｆ２ａ〜第１領域ｆ２ｆに対して、上記のように各第１領域ｆ２の画素情報Ｐｉ１（ｘ１、ｙ、ｐｖ１）〜Ｐｉ６（ｘ６、ｙ６、ｐｖ６）を取得する。画像処理部６は、各第１領域ｆ２の画素情報Ｐｉ１（ｘ１、ｙ、ｐｖ１）〜Ｐｉ６（ｘ６、ｙ６、ｐｖ６）と、上記二次関数とにより、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを近似した近似式を取得するように構成されている。なお、画像むらを近似した近似式を取得するための画素情報Ｐｉを取得する第１領域ｆ２は、図５に示す第１領域ｆ２ａ〜第１領域ｆ２ｆ以外の場所であってもよい。少なくとも、ファントムＦの中央部と周縁部側とに配置された第１領域ｆ２を用いれば、どの第１領域ｆ２を用いてもよい。また、６か所以上の第１領域ｆ２から、近似式を取得するための画素情報Ｐｉを取得してもよい。
【００５３】
第１実施形態では、各第１領域ｆ２内の画素値の平均値を代表値ｐｖとして用いるため、各第１領域ｆ２内の画素値にばらつきがある場合でも、平均化処理を行うためデータの精度を向上させることができる。したがって、第１位相微分像１２ａ全体の画素値を用いて画像むらを取得する場合と比較して、取得する第１位相微分像１２ａの画質を下げることができる。そのため、ファントムＦを撮影する時間を短縮することができる。なお、第１領域ｆ２の大きさは、任意の大きさでよいが、第１領域ｆ２の大きさが大きいほど、ファントムＦに配置することができる第１領域ｆ２の最大個数が減少する。ファントムＦに配置する第１領域ｆ２の個数が減少すれば、ファントムＦの製作難易度は低下する。しかし、第１領域ｆ２の大きさが大きくなると、画像むらが変化する複数の画素を１つの第１領域ｆ２内に含んでしまう可能性があり、画像むらを近似する際の精度が低下する。すなわち、第１領域ｆ２の大きさと、取得される画像むらの近似精度とはトレードオフの関係にある。
【００５４】
図６（Ａ）は、画像むらを補正する前の第２位相微分像１２ｂの模式図である。図６（Ｂ）は、画像むらを補正した後の第２位相微分像１２ｃである。
【００５５】
第１実施形態では、画像処理部６は、上記のように取得した画像むらに基づいて、被写体Ｔを撮影して得られた第２位相微分像１２ｂの補正を行うように構成されている。具体的には、画像処理部６は、第２位相微分像１２ｂを第１位相微分像１２ａから取得した画像むらを近似した近似式で除算することにより、第２位相微分像１２ｂを補正し、図６（Ｂ）に示すような第２位相微分像１２ｃを取得するように構成されている。なお、第２位相微分像１２ｃは、特許請求の範囲の「第２位相コントラスト画像」の一例である。
【００５６】
（位相コントラスト画像の補正方法）
次に、図７を参照して、第１実施形態による第２位相微分像１２ｂの補正方法について説明する。
【００５７】
ステップＳ１において、画像処理部６は、透過するＸ線に一様な屈折角を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むとともに、第１領域ｆ２以外の第２領域ｆ３を含むファントムＦの第１位相微分像１２ａを生成する。その後、ステップＳ２において、画像処理部６は、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを取得する。その後、処理はステップＳ３へ進む。
【００５８】
ステップＳ３において、画像処理部６は、被写体Ｔを撮影して第２位相微分像１２ｂを生成する。その後、ステップＳ４において、画像処理部６は、画像むらに基づいて、第２位相微分像１２ｂの補正を行い、処理を終了する。なお、第１実施形態において、第２位相微分像１２ｂを生成するステップＳ３は、画像むらを取得するステップＳ２の後に行わなくてもよい。第１位相微分像１２ａを生成する前に第２位相微分像１２ｂを生成してもよい。すなわち、画像むらを補正する前のタイミングであれば、第２位相微分像１２ｂの生成はいつ行われてもよい。
【００５９】
（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。
【００６０】
第１実施形態では、上記のように、Ｘ線位相差撮影装置１００は、Ｘ線源１と、Ｘ線源１から照射されるＸ線により、自己像を形成するための第１格子２と、第１格子２の自己像と干渉させるための第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線画像から、第１位相微分像１２ａを生成する画像処理部６とを備え、画像処理部６は、透過するＸ線に一様な屈折角を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むとともに、第１領域ｆ２以外の第２領域ｆ３を含むファントムＦの第１位相微分像１２ａを取得し、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを取得し、画像むらに基づいて、被写体Ｔを撮影して得られた第２位相微分像１２ｂの補正を行うように構成されている。これにより、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを取得することができるので、透過するＸ線に一様な屈折角を与えるファントムＦを大面積で作成する場合と比較して、ファントムＦの製作難易度が高くなることを抑制しつつ、第２位相微分像１２ｂに発生する画像むらの補正を行うことができる。
【００６１】
また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６は、複数の第１領域ｆ２内に含まれる各画素の画素値に基づき、複数の第１領域ｆ２ごとの画素値の代表値ｐｖを取得するとともに、取得した複数の第１領域ｆ２ごとの画素値の代表値ｐｖに基づいて、画像むらを取得するように構成されている。ここで、位相コントラスト画像１２の全領域にわたる大きなファントムＦを撮影して取得された位相コントラスト画像１２の各々の画素の画素値に基づいて画像むらを補正する場合、ファントムＦを撮影した位相コントラスト画像１２のノイズを抑制する必要があるため、撮影時間が長くなってしまう。そこで、第１実施形態では、上記のように、各々の第１領域ｆ２について、第１領域ｆ２内の画素値の代表値ｐｖを取得することにより、ノイズにより第１領域ｆ２内の各画素の画素値にばらつきがある場合でも、画像むらを取得することができる。その結果、ファントムＦを撮影した第１位相微分像１２ａ全体の画素値を用いて画像むらを取得する場合と比較して、撮影時間を短縮することができる。
【００６２】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の第１領域ｆ２は、ファントムＦの同一面上において、それぞれが互いに離れた位置に設けられている。これにより、複数の第１領域ｆ２をファントムＦの同一面上において、互いに離れた位置に配置することにより、画像むらを取得することができる。その結果、ファントムＦの表面全体にわたる大きさの第１領域ｆ２をファントムＦに設ける場合と比較して、第１領域ｆ２の１つ１つの大きさを小さくすることが可能となるので、ファントムＦの製作難易度を低下させることができる。
【００６３】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の第１領域ｆ２は、少なくとも、ファントムＦの中央部と、周縁部側とに配置されている。これにより、複数の第１領域ｆ２により、Ｘ線の屈折角の変化が少ないファントムＦの中央部と、Ｘ線の屈折角の変化が大きいファントムＦの周縁部側との画素値に基づいて第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを取得することができる。その結果、取得する画像むらの精度を向上させることができる。
【００６４】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の第１領域ｆ２は、画像むらが生じる方向に沿って、ファントムＦの表面に並べて配置されている。これにより、複数の第１領域ｆ２により、容易に画像むらを取得することができる。
【００６５】
また、第１実施形態では、上記のように、複数の第１領域ｆ２は、複数の格子の格子方向（Ｘ方向）と略直交する方向（Ｙ方向）に沿って、ファントムＦの表面に並べて配置されている。これにより、容易に第１領域ｆ２を画像むらが生じる方向に沿って配置することが可能となるので、複数の第１領域ｆ２によって、画像全体に生じる画像むらを容易に取得することができる。
【００６６】
また、第１実施形態では、上記のように、ファントムＦは板状形状を有する基台部ｆ１を含み、第１領域ｆ２は、Ｘ線の光軸ＯＡ方向（Ｚ方向）の厚みが線形に変化するように形成されることにより、透過するＸ線に一様な屈折角を与えるように形成されている。これにより、複数の第１領域ｆ２の厚みがＹ方向に向けて線形に変化するよう形成されているため、ファントムＦは第１領域ｆ２を透過するＸ線に一様な屈折角を付与することができる。その結果、第１領域ｆ２に基づいて、透過するＸ線の位相のずれに起因する画像むらを取得することができる。したがって、画像全体の画素値から画像むらを取得することなく、ファントムＦの一部に設けられた複数の第１領域ｆ２に基づいて位相微分像全体に生じる画像むらを補正することができる。
【００６７】
また、第１実施形態では、上記のように、ファントムＦの基台部ｆ１は、裏面側（Ｚ２側）が平板形状に形成されており、ファントムＦは、基台部ｆ１の表面側（Ｚ１側）に別体形成された複数の第１領域ｆ２を配置することにより形成されている。これにより、大型の平板状の基台部ｆ１に別体で形成された複数の第１領域ｆ２を設けることにより、ファントムＦを製作することができる。その結果、複数の第１領域ｆ２を含む大型のファントムＦを一体形成する場合と比較して、ファントムＦの製作難易度が高くなることをさらに抑制することができる。
【００６８】
また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６は、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値と、画像むらの分布に関する二次関数を用いて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを近似するように構成されている。これにより、複数の第１領域ｆ２の位置および画素値と二次関数とにより、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを容易に取得することができる。
【００６９】
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、透過するＸ線に一様な屈折角を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むとともに、第１領域ｆ２以外の第２領域ｆ３を含むファントムＦの第１位相微分像１２ａを生成するステップと、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを取得するステップと、被写体Ｔを撮影して第２位相微分像１２ｂを生成するステップと、画像むらに基づいて、第２位相微分像１２ｂの補正を行うステップとを含む。これにより、第１位相微分像１２ａの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１位相微分像１２ａの全体にわたる画像むらを取得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。その結果、第１位相微分像１２ａの全体にわたる大きさのファントムＦを用いて撮影された第１位相微分像１２ａから画像むらを取得する場合と比較して、製作難易度が高くなることを抑制することが可能なファントムＦを用いて撮影された第１位相微分像１２ａから画像むらを取得し、第２位相微分像１２ｂ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。
【００７０】
［第２実施形態］
次に、図１および図８〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態によるＸ線位相差撮影装置２００について説明する。Ｘ線に一様な屈折角を与える複数の第１領域ｆ２を設けたファントムＦの第１位相微分像１２ａから画像むらを取得する第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、Ｘ線位相差撮影装置２００は、透過するＸ線に一様な散乱量を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むファントムＦの第１暗視野像１２ｄから画像むら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。
【００７１】
図８は、第２実施形態によるファントムＦをＸ１方向から見た模式図である。図８に示すように、ファントムＦは板状形状を有する基台部ｆ１を含み、第１領域ｆ２は、透過するＸ線に一様な散乱量を与えるように形成されている。第１領域ｆ２は、Ｚ方向の厚さが一定のＸ線散乱体であり、たとえば、メラニンスポンジなどを含む。また、第２実施形態では、画像処理部６は、ファントムＦを配置して撮影されたＸ線画像から、第１暗視野像１２ｄを生成するように構成されている。
【００７２】
図９は、ファントムＦをＺ１方向から見た模式図である。図９に示すように、ファントムＦは、透過するＸ線に一様な散乱量を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含む。
【００７３】
図１０（Ａ）は、ファントムＦの第１暗視野像１２ｄから取得した画像むらを近似した補正用画像１０ａｂの模式図である。図１０（Ｂ）は、画像むらを補正する前の第２暗視野像１２ｅの模式図である。図１０（Ｃ）は、画像むらを補正した後の第２暗視野像１２ｆの模式図である。
【００７４】
第２実施形態では、画像処理部６は、透過するＸ線に一様な散乱量を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むファントムＦの第１暗視野像１２ｄから画像むらを取得するように構成されている。また、画像処理部６は、取得した画像むらに基づいて、被写体Ｔを撮影して得られた第２暗視野像１２ｅの補正を行うように構成されている。具体的には、画像処理部６は、第２暗視野像１２ｅを第１暗視野像１２ｄから取得した画像むらを近似した近似式で除算することにより、第２暗視野像１２ｅを補正し、図１０（Ｃ）に示すような第２暗視野像１２ｆを取得するように構成されている。なお、第１暗視野像１２ｄは、特許請求の範囲の「第１位相コントラスト画像」の一例である。また、第２暗視野像１２ｅおよび第２暗視野像１２ｆは、それぞれ、特許請求の範囲の「第２位相コントラスト画像」の一例である。なお、画像処理部６が第１暗視野像１２ｄの画像むらを取得する処理は、上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００７５】
（位相コントラスト画像の補正方法）
次に、図１１を参照して、第２実施形態による第２暗視野像１２ｅの補正方法について説明する。
【００７６】
ステップＳ１０において、画像処理部６は、透過するＸ線に一様な散乱量を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むとともに、第１領域ｆ２以外の第２領域ｆ３を含むファントムＦの第１暗視野像１２ｄを生成する。その後、ステップＳ１１において、画像処理部６は、第１暗視野像１２ｄの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１暗視野像１２ｄの全体にわたる画像むらを取得する。その後、処理はステップＳ１２へ進む。
【００７７】
ステップＳ１２において、画像処理部６は、被写体Ｔを撮影して第２暗視野像１２ｅを生成する。その後、ステップＳ１３において、画像処理部６は、画像むらに基づいて、第２暗視野像１２ｅの補正を行い、処理を終了する。なお、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、第２暗視野像１２ｅを生成するステップＳ１２は、画像むらを補正する前のタイミングであれば、いつ行われてもよい。
【００７８】
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。
【００７９】
（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。
【００８０】
第２実施形態では、上記のように、Ｘ線位相差撮影装置２００は、Ｘ線源１と、Ｘ線源１から照射されるＸ線により、自己像を形成するための第１格子２と、第１格子２の自己像と干渉させるための第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線画像から、第１暗視野像１２ｄを生成する画像処理部６とを備え、画像処理部６は、透過するＸ線に一様な散乱量を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むとともに、第１領域ｆ２以外の第２領域ｆ３を含むファントムＦの第１暗視野像１２ｄを取得し、第１暗視野像１２ｄの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１暗視野像１２ｄの全体にわたる画像むらを取得し、画像むらに基づいて、被写体Ｔを撮影して得られた第２暗視野像１２ｅの補正を行うように構成されている。これにより、第１暗視野像１２ｄの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１暗視野像１２ｄの全体にわたる画像むらを取得することができる。その結果、透過するＸ線に一様な散乱量を与えるファントムＦを大面積で作成する場合と比較して、ファントムＦの製作難易度が高くなることを抑制しつつ、第２暗視野像１２ｅに発生する画像むらの補正を行うことができる。また、第２暗視野像１２ｅに生じる画像むらを補正することができる。
【００８１】
また、第２実施形態では、上記のように、ファントムＦは板状形状を有する基台部ｆ１を含み、第１領域ｆ２は、透過するＸ線に一様な散乱量を与えるように形成されている。これにより、第１領域ｆ２を透過したＸ線の位置および画素値に基づいて、散乱量に関する画像むらを取得することができる。その結果、画像全体の画素値から画像むらを取得することなく、ファントムＦの一部に設けられた複数の第１領域ｆ２に基づいて第２暗視野像１２ｅ全体に生じる画像むらを補正することができる。
【００８２】
また、第２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、透過するＸ線に一様な散乱量を与える複数の第１領域ｆ２を一部に含むとともに、第１領域ｆ２以外の第２領域ｆ３を含むファントムＦの第１暗視野像１２ｄを生成するステップと、第１暗視野像１２ｄの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１暗視野像１２ｄの全体にわたる画像むらを取得するステップと、被写体Ｔを撮影して第２暗視野像１２ｅを生成するステップと、画像むらに基づいて、第２暗視野像１２ｅの補正を行うステップとを含む。これにより、第１暗視野像１２ｄの一部に写る複数の第１領域ｆ２の位置および画素値に基づいて、第１暗視野像１２ｄの全体にわたる画像むらを取得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。その結果、第１暗視野像１２ｄの全体にわたる大きさのファントムＦを用いて撮影された第１暗視野像１２ｄから画像むらを取得する場合と比較して、製作難易度が高くなることを抑制することが可能なファントムＦを用いて撮影された第１暗視野像１２ｄから画像むらを取得し、第２暗視野像１２ｅ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１領域ｆ２が一様な散乱量を与えるように形成されているファントムＦの第１暗視野像１２ｄから画像むらを取得しているため、第２暗視野像１２ｅに生じる画像むらの補正を行う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。
【００８３】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
［第３実施形態］
次に、図１、図１２および図１３を参照して、本発明の第３実施形態によるＸ線位相差撮影装置３００について説明する。透過するＸ線に一様な屈折角または一様な散乱量を与える複数の第１領域ｆ２を含むファントムＦの第１位相微分像１２ａまたは第１暗視野像１２ｄから画像むらを取得する上記第１および第２実施形態とは異なり、第３実施形態では、ファントムＦは板状形状を有する基台部ｆ１を含み、複数の第１領域ｆ２の一部は、透過するＸ線に一様な屈折角を与える屈折角付与領域１３であり、複数の第１領域ｆ２の一部は、透過するＸ線に一様な散乱量を与える散乱量付与領域１４であり、画像処理部６は、屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４に基づいて、位相値に関する画像むらおよび散乱量に関する画像むらをそれぞれ取得し、位相微分像および暗視野像の両方の補正を行うように構成されている。なお、画像処理部６が第１位相微分像１２ａおよび第１暗視野像１２ｄの画像むらを取得する処理は、上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８５】
図１２は、第３実施形態におけるファントムＦをＸ方向から見た模式図である。図１２に示すように、屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４は、Ｙ方向に交互に配置されている。図１３は、第３実施形態におけるファントムＦをＺ１方向から見た模式図である。図１３に示すように、屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４は、Ｙ方向に交互に配置されている。また、複数の屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４は、それぞれ、Ｘ方向に並べて配置されている。すなわち、Ｘ方向の屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４の列が、それぞれ、３列ずつＹ方向に交互に配置されている。屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４は、それぞれ、ファントムＦの基台部ｆ１の中央部と周縁部側とに分布するように配置されている。また、第３実施形態では、画像処理部６は、ファントムＦを配置して撮影されたＸ線画像から、第１位相微分像１２ａおよび第１暗視野像１２ｄを生成するように構成されている。
【００８６】
なお、第３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。
【００８７】
（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００８８】
第３実施形態では、上記のように、ファントムＦは板状形状を有する基台部ｆ１を含み、複数の第１領域ｆ２の一部は、透過するＸ線に一様な屈折角を与える屈折角付与領域１３であり、複数の第１領域ｆ２の一部は、透過するＸ線に一様な散乱量を与える散乱量付与領域１４であり、画像処理部６は、屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４に基づいて、位相値に関する画像むらおよび散乱量に関する画像むらをそれぞれ取得し、第２位相微分像１２ｂおよび第２暗視野像１２ｅの両方の補正を行うように構成されている。これにより、１つのファントムＦの第１位相微分像１２ａおよび第１暗視野像１２ｄに基づいて、第１位相微分像１２ａおよび第１暗視野像１２ｄの全体に生じる画像むらを取得することができる。その結果、第１位相微分像１２ａの画像むらの取得および第１暗視野像１２ｄの画像むらの取得を別々のファントムＦを用いて行う場合と比較して、第１位相微分像１２ａの画像むらの取得および第１暗視野像１２ｄの画像むらの取得の作業効率を向上させることができる。また、１つのファントムＦを用いて第１位相微分像１２ａの画像むらの取得および第１暗視野像１２ｄの画像むらの取得を行うことができるので、部品点数（ファントムＦ数）の増加を抑制することができる。
【００８９】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００９０】
（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。
【００９１】
たとえば、上記第１〜第３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１４に示すＸ線位相差撮影装置４００のように、Ｘ線源１と第１格子２との間に、第３格子２０を設ける構成でもよい。第３格子２０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２０ａおよびＸ線吸収部２０ｂを有している。各スリット２０ａおよびＸ線吸収部２０ｂ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２０ａおよびＸ線吸収部２０ｂ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２０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２０は、各スリット２０ａを通過したＸ線を、各スリット２０ａ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２０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。
【００９２】
また、上記第１〜第３実施形態では、画像むらを取得する際に、二次関数を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。画像処理部６は、少なくとも二次関数を含む多項式を用いて、第１位相微分像１２ａの画像むらを取得するように構成されていればよい。二次関数以外の多項式としては、たとえば、一次関数や三角関数などを用いてもよい。しかし、一次関数を用いる場合、取得する画像むらの精度が低くなるため、好ましくは、二次以上の関数や、三角関数などの曲線関数を用いることが好ましい。
【００９３】
また、上記第１および第２実施形態では、複数の第１領域ｆ２をファントムＦのＺ１側の表面において、Ｘ方向およびＹ方向にアレイ状に並べて配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、多項式としてａｘ２＋ｂｙ２＋ｃｘｙ＋ｄｘ＋ｅｙ＋ｆを用いて画像むらを取得する場合、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、画像処理部６は、図１５に示すような６つの第１領域ｆ２を基台部ｆ１に配置したファントムＦの第１位相微分像１２ａ（第１暗視野像１２ｄ）から画像むらを取得するように構成されていてもよい。また、複数の第１領域ｆ２の一部が屈折角付与領域１３であり、複数の第１領域ｆ２の一部が散乱量付与領域１４である場合においても、画像処理部６は、図１６に示すような６つの屈折角付与領域１３および６つの散乱量付与領域１４をそれぞれ含むファントムＦの第１位相微分像１２ａおよび第１暗視野像１２ｄからそれぞれ位相値に関する画像むらおよび散乱量に関する画像むらを取得するように構成されていてもよい。すなわち、ファントムＦに配置する第１領域ｆ２の個数は、画像むらを近似する多項式の係数の個数に応じて決定すればよい。
【００９４】
また、上記第２および第３実施形態では、第１領域ｆ２および散乱量付与領域１４として、メラニンスポンジを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、透過するＸ線に一様な散乱量を与える第１領域ｆ２（散乱量付与領域１４）として、繊維のかたまりなどを用いてもよい。透過するＸ線に一様な散乱量を付与することができれば、どのような素材を用いてもよい。
【００９５】
また、上記第１〜第３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１２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１２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１２を生成するように構成されていてもよい。
【００９６】
また、上記第１〜第３実施形態では、画像処理部６は、第１位相微分像１２ａ（第１暗視野像１２ｄ）から画像むらの近似式を取得し、第２位相微分像１２ｂ（第２暗視野像１２ｅ）の補正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、画像処理部６は、第１位相微分像１２ａ（第１暗視野像１２ｄ）の画像むらから、補正用画像１０ａを生成し、第２位相微分像１２ｂ（第２暗視野像１２ｅ）の補正を行うように構成されていてもよい。また、画像処理部６は、あらかじめ取得され、記憶部７に保存された画像むらの近似式または補正用画像１０ａを用いて、第２位相微分像１２ｂ（第２暗視野像１２ｅ）の補正を行うように構成されていてもよい。
【００９７】
また、上記第１〜第３実施形態では、画像処理部６は、第１格子２と第２格子３との間に配置されたファントムＦの第１位相微分像１２ａ（第１暗視野像１２ｄ）から画像むらを取得する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部６は、Ｘ線源１と第１格子２との間に配置されたファントムＦの第１位相微分像１２ａ（第１暗視野像１２ｄ）から画像むらを取得するように構成されていてもよい。いずれの場合においても、第１格子２の近傍に配置されたファントムＦは第１位相微分像１２ａ（第１暗視野像１２ｄ）から画像むらを取得することが好ましい。
【００９８】
また、上記第３実施形態では、屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４をＹ方向に交互に並べ、Ｘ方向には屈折角付与領域１３または散乱量付与領域１４を並べて配置する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４を市松模様に並べて配置してもよい。ファントムＦの中央部、および周縁部側に屈折角付与領域１３および散乱量付与領域１４を配置すれば、どのように配置してもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１  Ｘ線源
２  第１格子
３  第２格子
４  検出器
６  画像処理部
１２  位相コントラスト画像
１２ａ  第１位相微分像（第１位相コントラスト画像）
１２ｂ  第２位相微分像（第２位相コントラスト画像）
１２ｄ  第１暗視野像（第１位相コントラスト画像）
１２ｅ  第２暗視野像（第２位相コントラスト画像）
１３  屈折角付与領域（第１領域）
１４  散乱量付与領域（第１領域）
２０  第３格子
１００、２００、３００、４００  Ｘ線位相差撮影装置
Ｔ  被写体
Ｆ  ファントム
ｆ１  基台部
ｆ２  第１領域
ｆ３  第２領域
【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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【図１５】
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【図１６】
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