(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源から照射された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する強度変調手段と、
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する放射線画像検出器と、
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−π／２からπ／２の範囲内の値として算出し、前記値により表される位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、
被検体を配置しない状態でのプレ撮影時に前記位相微分像生成手段により生成される第１の位相微分像と、被検体を配置した状態での本撮影時に前記位相微分像生成手段により生成される第２の位相微分像とについて、前記値がπ／２から−π／２、または−π／２からπ／２に変化する境界線を求め、所定方向に該境界線を通過するたびにπまたは−πずつ変化する第１の階段状データと第２の階段状データとそれぞれを作成する階段状データ作成手段と、
前記第１の位相微分像に前記第１の階段状データを加算して第１の加算済位相微分像を生成し、前記第２の位相微分像に前記第２の階段状データを加算して第２の加算済位相微分像を生成する階段状データ加算手段と、
前記第２の加算済位相微分像から前記第１の加算済位相微分像を減算して補正済位相微分像を生成する減算処理手段と、
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】
前記補正済位相微分像を前記第１の格子の周期方向に沿って積分処理することにより、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】
前記第１の加算済位相微分像を記憶する記憶手段を備え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】
前記プレ撮影または前記本撮影の指示を入力する入力手段と、
前記入力手段により前記プレ撮影の指示が入力された場合に、前記強度変調手段、前記放射線画像検出器、前記位相微分像生成手段、前記階段状データ作成手段、前記階段状データ加算手段を動作させ、前記階段状データ加算手段により生成される前記第１の加算済位相微分像を前記記憶手段に記憶させる制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項３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前記第１の周期パターン像として前記第２の格子に投影することを特徴とする請求項５に記載の放射線撮影システム。
【請求項７】
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５に記載の放射線撮影システム。
【請求項８】
前記放射線源の射出側に線源格子を備えることを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載の放射線撮影システム。
【請求項９】
放射線源から照射された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する強度変調手段と、
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する放射線画像検出器と、
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−π／２からπ／２の範囲内の値として算出し、前記値により表される位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、
を備えた放射線撮影システムの画像処理方法であって、
被検体を配置しない状態でのプレ撮影時に前記位相微分像生成手段により生成される第１の位相微分像と、被検体を配置した状態での本撮影時に前記位相微分像生成手段により生成される第２の位相微分像とについて、前記値がπ／２から−π／２、または−π／２からπ／２に変化する境界線を求め、所定方向に該境界線を通過するたびにπまたは−πずつ変化する第１の階段状データと第２の階段状データとそれぞれを作成するステップと、
前記第１の位相微分像に前記第１の階段状データを加算して第１の加算済位相微分像を生成し、前記第２の位相微分像に前記第２の階段状データを加算して第２の加算済位相微分像を生成するステップと、
前記第２の加算済位相微分像から前記第１の加算済位相微分像を減算して補正済位相微分像を生成するステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。
【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及びその画像処理方法に関し、特に、縞走査法を用いた放射線撮影システム及びその画像処理方法に関する。
【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言う）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、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】
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）させながら各走査位置で撮影を行い、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位置に対する強度変化の位相のズレ量から位相微分像を取得する。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。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）。
【０００８】
縞走査法では、位相コントラスト画像の生成には、第１の回折格子と第２の回折格子との相対位置関係が重要である。第１の回折格子または第２の回折格子に歪みや、作製誤差、配置誤差などが生じると、上記位相微分像に、歪みや誤差に応じたオフセットが付加され、位相コントラスト画像の画質が劣化してしまう。特許文献１には、被検体を配置せずにプレ撮影を行うことで得られる位相微分像をオフセットデータとして記憶しておき、被検体を配置した本撮影で得られた位相微分像から、該オフセットデータを減算することにより、被検体情報のみが反映された位相微分像を求めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４４４５３９７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【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】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載された位相微分像のオフセット補正方法では、プレ撮影と本撮影とは、被検体の有無以外については同一の撮影であることが前提であるため、プレ撮影と本撮影との間で、第１及び第２の回折格子の相対走査の開始位置が変動した場合には、逆にアーチファクトが発生してしまうといった問題がある。
【００１２】
このアーチファクトの発生原因は、強度変調信号の位相ズレ量の計算式に起因している。位相ズレ量は、特許文献１の第７頁に記載されているように、複素平面での偏角の抽出、すなわちｔａｎ−１の関数として表され、−π／２〜π／２の範囲の値を取る。このため、プレ撮影で得られる位相微分像に、第１及び第２の回折格子に起因するモアレ縞が生じた場合には、図１７（ａ）に示すように、モアレ縞に直交する方向に関するプロファイルψ１（ｘ）は、値が±π／２を跨ぐ部分で不連続となり、ノコギリ状となる。このモアレ縞は、本撮影で得られる位相微分像にも現れ、同図（ｂ）に示すように、モアレ縞に直交する方向に関するプロファイルψ２（ｘ）は、同様にノコギリ状となる。
【００１３】
プレ撮影時と本撮影時とで、第１及び第２の回折格子の相対走査の開始位置に変動がない場合には、上記プロファイルψ１（ｘ）、ψ２（ｘ）は同一となるため、上記オフセット補正により互いに相殺される。一方、プレ撮影時と本撮影時とで該相対走査の開始位置に変動が生じ、上記プロファイルψ１（ｘ）、ψ２（ｘ）の間でずれδが生じた場合には、上記オフセット補正により得られる両者の差分画像には、同図（ｃ）に示すように、値がほぼπの帯状のアーチファクトが残留する。
【００１４】
このアーチファクトは、プレ撮影と本撮影との間での走査開始位置の変動に限られず、プレ撮影と本撮影との間で第１及び第２の回折格子の位置関係に何らかの変動があった場合にも生じ得る。
【００１５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、プレ撮影と本撮影との間での格子位置の変動によるアーチファクトの発生を防止することを可能とする放射線撮影システム及びその画像処理方法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】
【００１６】
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する強度変調手段と、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する放射線画像検出器と、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−π／２からπ／２の範囲内の値として算出し、前記値により表される位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、被検体を配置しない状態でのプレ撮影時に前記位相微分像生成手段により生成される第１の位相微分像と、被検体を配置した状態での本撮影時に前記位相微分像生成手段により生成される第２の位相微分像とについて、前記値がπ／２から−π／２、または−π／２からπ／２に変化する境界線を求め、所定方向に該境界線を通過するたびにπまたは−πずつ変化する第１の階段状データと第２の階段状データとそれぞれを作成する階段状データ作成手段と、前記第１の位相微分像に前記第１の階段状データを加算して第１の加算済位相微分像を生成し、前記第２の位相微分像に前記第２の階段状データを加算して第２の加算済位相微分像を生成する階段状データ加算手段と、前記第２の加算済位相微分像から前記第１の加算済位相微分像を減算して補正済位相微分像を生成する減算処理手段と、を備える。
【００１７】
本発明の放射線撮影システムは、前記補正済位相微分像を前記第１の格子の周期方向に沿って積分処理することにより、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手段をさらに備える。
【００１８】
本発明の放射線撮影システムは、前記第１の加算済位相微分像を記憶する記憶手段をさらに備える。
【００１９】
本発明の放射線撮影システムは、前記プレ撮影または前記本撮影の指示を入力する入力手段と、前記入力手段により前記プレ撮影の指示が入力された場合に、前記強度変調手段、前記放射線画像検出器、前記位相微分像生成手段、前記階段状データ作成手段、前記階段状データ加算手段を動作させ、前記階段状データ加算手段により生成される前記第１の加算済位相微分像を前記記憶手段に記憶させる制御手段と、をさらに備える。
【００２１】
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。
【００２２】
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前記第１の周期パターン像として前記第２の格子に投影する。
【００２３】
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ものであってもよい。
【００２４】
本発明の放射線撮影システムは、前記放射線源の射出側に線源格子を備える。
【００２５】
本発明の画像処理方法は、放射線源から照射された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する強度変調手段と、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する放射線画像検出器と、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−π／２からπ／２の範囲内の値として算出し、前記値により表される位相微分像を生成する位相微分像生成手段と、を備えた放射線撮影システムの画像処理方法であって、被検体を配置しない状態でのプレ撮影時に前記位相微分像生成手段により生成される第１の位相微分像と、被検体を配置した状態での本撮影時に前記位相微分像生成手段により生成される第２の位相微分像とについて、前記値がπ／２から−π／２、または−π／２からπ／２に変化する境界線を求め、所定方向に該境界線を通過するたびにπまたは−πずつ変化する第１の階段状データと第２の階段状データとそれぞれを作成するステップと、前記第１の位相微分像に前記第１の階段状データを加算して第１の加算済位相微分像を生成し、前記第２の位相微分像に前記第２の階段状データを加算して第２の加算済位相微分像を生成するステップと、前記第２の加算済位相微分像から前記第１の加算済位相微分像を減算して補正済位相微分像を生成するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１及び第２の位相微分像に第１及び第２の階段状データを加算することにより、第１及び第２の加算済位相微分像は、いずれも連続的なプロファイルとなるため、両者を減算して得られる補正済位相微分像には、プレ撮影と本撮影との間での格子位置の変動によるアーチファクトは発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、位相微分像のプロファイルを示すグラフであり、（ｂ）は、階段状データを示すグラフであり、（ｃ）は加算済位相微分像のプロファイルを示すグラフである。
【図４】（ａ）は、位相微分像のプロファイルを示すグラフであり、（ｂ）は、階段状データを示すグラフであり、（ｃ）は加算済位相微分像のプロファイルを示すグラフである。
【図５】フラットパネル検出器の構成を示す模式図である。
【図６】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７】縞走査法を説明するための説明図である。
【図８】（ａ）は、被検体を透過したＸ線が入射する画素の強度変調信号を例示するグラフであり、（ｂ）は、素抜け領域の画素の強度変調信号を例示するグラフである。
【図９】Ｘ線撮影システムのプレ撮影時の作用を示すフローチャートである。
【図１０】各走査位置で得られる画像データを例示する図である。
【図１１】（ａ）は、第１の位相微分像を例示する図であり、（ｂ）は座標ｘの原点を下端とした場合に算出される第１の階段状データを示す図である。
【図１２】（ａ）は、第１の位相微分像を例示する図であり、（ｂ）は座標ｘの原点を上端とした場合に算出される第１の階段状データを示す図である。
【図１３】Ｘ線撮影システムの本撮影時の作用を示すフローチャートである。
【図１４】（ａ）は、回転モアレが生じた場合の第１の位相微分像を例示する図であり、（ｂ）は、これに対する第１の階段状データを示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態で用いるマルチスリットを示す図である。
【図１６】本発明の第４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１７】従来技術において生じるアーチファクトを説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（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を記録する画像記録部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。
【００２９】
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。
【００３０】
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方向という）に検出面が直交するように配置されている。
【００３１】
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（Ｘ線高吸収部）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（Ｘ線高吸収部）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（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）が好ましい。
【００３２】
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。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。
【００３３】
図２において、画像処理部１４は、位相微分像生成部３０、階段状データ作成部３１、階段状データ加算部３２、オフセットデータ記憶部３３、減算処理部３４、及び、位相コントラスト画像生成部３５により構成される。位相微分像生成部３０は、走査機構２３による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。
【００３４】
階段状データ作成部３１は、位相微分像生成部３０により得られた位相微分像について、後述する位相ズレ量が、ｘ方向にπ／２から−π／２、または−π／２からπ／２に変化する境界線を求め、ｘ方向に境界線を通過するたびにπまたは−πだけ変化する階段状データを作成する。階段状データ加算部３２は、階段状データ作成部３１により作成された階段状データを、位相微分像に加算する。階段状データが加算された位相微分像を、以下、加算済位相微分像と言う。
【００３５】
図３（ａ）において、位置ｘ１，ｘ２，ｘ３は、位相微分像のｘ方向に関するプロファイルψ（ｘ）がπ／２から−π／２に変化する境界線の位置を示している。この場合、階段状データ作成部３１により作成される階段状データＳ（ｘ）は、同図（ｂ）に示すように、０≦ｘ＜ｘ１の領域で“０”、ｘ１≦ｘ＜ｘ２の領域で“π”、ｘ２≦ｘ＜ｘ３の領域で“２π”、ｘ３≦ｘの領域で“３π”となる。そして、階段状データ加算部３２により階段状データＳ（ｘ）が加算された加算済位相微分像のｘ方向に関するプロファイルψ’（ｘ）は、同図（ｃ）に示すように、ｘ方向に単調増加するほぼ直線状となる。
【００３６】
図４（ａ）において、位置ｘ１，ｘ２，ｘ３は、位相微分像のｘ方向に関するプロファイルψ（ｘ）が−π／２からπ／２に変化する境界線の位置を示している。この場合、階段状データ作成部３１により作成される階段状データＳ（ｘ）は、同図（ｂ）に示すように、０≦ｘ＜ｘ１の領域で“０”、ｘ１≦ｘ＜ｘ２の領域で“−π”、ｘ２≦ｘ＜ｘ３の領域で“−２π”、ｘ３≦ｘの領域で“−３π”となる。そして、階段状データ加算部３２により階段状データＳ（ｘ）が加算された加算済位相微分像のｘ方向に関するプロファイルψ’（ｘ）は、同図（ｃ）に示すように、ｘ方向に単調減少するほぼ直線状となる。
【００３７】
図２において、オフセットデータ記憶部３３は、被検体ＨをＸ線源１１と撮影部１２との間に配置しない状態における撮影（プレ撮影）時に位相微分像生成部３０により生成された位相微分像（以下、第１の位相微分像と言う）に、第１の位相微分像に基づき階段状データ作成部３１により作成された階段状データ（以下、第１の階段状データと言う）が、階段状データ加算部３２により加算されてなる加算済位相微分像（以下、第１の加算済位相微分像と言う）をオフセットデータとして記憶する。オフセットデータ記憶部３３は、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置により構成される。
【００３８】
一方、被検体ＨをＸ線源１１と撮影部１２との間に配置した状態における撮影（本撮影）時に位相微分像生成部３０により生成された位相微分像（以下、第２の位相微分像と言う）に、第２の位相微分像に基づき階段状データ作成部３１により作成された階段状データ（以下、第２の階段状データと言う）が、階段状データ加算部３２により加算されてなる加算済位相微分像（以下、第２の加算済位相微分像と言う）は、減算処理部３４に入力される。
【００３９】
システム制御部１８は、コンソール１７から入力される撮影指示に基づき、プレ撮影の場合には、階段状データ加算部３２により得られる第１の加算済位相微分像をオフセットデータ記憶部３３に記憶させ、本撮影の場合には、階段状データ加算部３２により得られる第２の加算済位相微分像を減算処理部３４に入力するように制御を行う。また、システム制御部１８は、第２の加算済位相微分像を減算処理部３４に入力するとともに、オフセットデータ記憶部３３に記憶されている第１の加算済位相微分像を読み出して減算処理部３４に入力する。
【００４０】
減算処理部３４は、第２の加算済位相微分像から第１の加算済位相微分像を減算するオフセット補正を行い、補正後の位相微分像（以下、補正済位相微分像と言う）を位相コントラスト画像生成部３５に入力する。
【００４１】
位相コントラスト画像生成部３５は、入力された補正済位相微分像を走査方向（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３５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。
【００４２】
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。
【００４３】
図５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、画素４０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、画素４０から電荷を読み出し、電荷を画像データに変換して出力する読み出し回路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。
【００４４】
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線検出素子である。各画素４０には、ＴＦＴスイッチ（図示せず）が設けられ、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。
【００４５】
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線検出素子としてもよい。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。
【００４６】
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、暗電流補正、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。
【００４７】
図６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おり、間隔ｄ１の部分には、Ｘ線低吸収部２１ｂが設けられている。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おり、間隔ｄ２の部分には、Ｘ線低吸収部２２ｂが設けられている。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。Ｘ線低吸収部２１ｂ，２２ｂは、シリコン（Ｓｉ）やポリマーからなることが好ましく、さらには、空隙であっても良い。
【００４８】
第１及び第２の吸収型格子２１，２２は、Ｘ線低吸収部２１ｂ，２２ｂ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Ｘ線低吸収部２１ｂ，２２ｂ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される。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、Ｘ線低吸収部２１ｂ，２２ｂで大部分のＸ線が回折されずに線形的に投影される。格子ピッチｐ１，ｐ２は、２〜２０μｍ程度である。
【００４９】
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、Ｘ線低吸収部２２ｂのパターンが、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。
【００５０】
【数１】
0005731214.tif 000002
【００５１】
【数２】
0005731214.tif 000003
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
【数３】
0005731214.tif 000004
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
【数４】
0005731214.tif 000005
【００５８】
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、Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａの厚みは、１０μｍ〜２００μｍの範囲であることが好ましい。
【００５９】
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。
【００６０】
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、配置誤差などにより若干の差異が生じている。この微小な差異により、Ｇ２像にはモアレ縞が生じる。また、第１及び第２の吸収型格子２１，２２の格子配列方向に誤差が生じ、配列方向が同一でない場合には、Ｇ２像にいわゆる回転モアレが発生する。しかし、Ｇ２像にこのようなモアレ縞が発生した場合でも、モアレ縞のｘ方向またはｙ方向の周期が画素４０の配列ピッチより大きい範囲であれば特に問題が生じることはない。
【００６１】
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。
【００６２】
次に、Ｇ２像の解析方法について原理的な説明を行う。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）に応じて屈折する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により屈折して偏向した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。
【００６３】
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。
【００６４】
【数５】
0005731214.tif 000006
【００６５】
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。
【００６６】
【数６】
0005731214.tif 000007
【００６７】
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。
【００６８】
【数７】
0005731214.tif 000008
【００６９】
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に、次式（８）のように関連している。
【００７０】
【数８】
0005731214.tif 000009
【００７１】
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。
【００７２】
被検体Ｈがない場合でも、第１及び第２の吸収型格子２１，２２の歪みや、作製誤差、配置誤差などによりＸ線に屈折が生じるため、本実施形態では、被検体Ｈがない場合の位相微分像（第１の位相微分像）と、被検体Ｈがある場合の位相微分像（第２の位相微分像）とを位相微分像生成部３０によりそれぞれ生成する。位相微分像生成部３０は、下記に示す縞走査法を用いて位相ズレ量ψを算出することにより、第１及び第２の位相微分像を生成する。
【００７３】
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、位相微分像生成部３０により、強度変調信号の位相ズレ量ψを画素ごとに算出する。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。
【００７４】
図７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。
【００７５】
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。
【００７６】
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（強度変調信号）に基づき、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。
【００７７】
【数９】
0005731214.tif 000010
【００７８】
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。
【００７９】
次式（１０）で表される関係式を適用すると、上記屈折角φ（ｘ）は、式（１１）で表される。
【００８０】
【数１０】
0005731214.tif 000011
【００８１】
【数１１】
0005731214.tif 000012
【００８２】
ここで、ａｒｇ［  ］は、偏角の抽出を意味しており、次式（１２）で示すように、座標ｘにおける位相ズレ量ψ（ｘ）に相当する。
【００８３】
【数１２】
0005731214.tif 000013
【００８４】
また、式（１２）は、次式（１３）に示すようにｔａｎ−１の関数として表される。
【００８５】
【数１３】
0005731214.tif 000014
【００８６】
図８（ａ），（ｂ）において、各画素４０で得られる画素データＩｋ（ｘ）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、プレ撮影時に得られる強度変調信号を例示しており、位相ズレ量ψ１（ｘ）を有している。実線は、本撮影時に得られる強度変調信号を例示しており、位相ズレ量ψ２（ｘ）を有している。プレ撮影時の位相ズレ量ψ１（ｘ）は、第１及び第２の吸収型格子２１，２２の歪みや、作製誤差、配置誤差などにより生じるものである。
【００８７】
同図（ａ）は、被検体Ｈを透過したＸ線が入射する画素４０の強度変調信号を例示しており、被検体Ｈの影響により強度変調信号に位相ズレ（ψ２（ｘ）−ψ１（ｘ））が生じている。これに対して、同図（ｂ）は、被検体Ｈが配置された領域外の素抜け領域に位置する画素４０の強度変調信号を例示している。この場合、強度変調信号は、被検体Ｈの影響を受けないため、ψ２（ｘ）とψ１（ｘ）は等しくなるべきであるが、プレ撮影時と本撮影時とでの第１及び第２の吸収型格子２１，２２の位置関係に変動がある場合にはズレが生じる。
【００８８】
例えば、走査機構２３として、圧電素子等のアクチュエータを用いた場合には、走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）は比較的精度良く制御することが可能であるが、第２の吸収型格子２２を、ｋ＝０からｋ＝Ｍ−１まで走査を行った後、ｋ＝０の初期位置に戻した際に、精度良く元の位置に戻らず、無視することのできない程度（数μｍ程度）の誤差が生じることがある。この誤差が、プレ撮影時と本撮影時とでの第１及び第２の吸収型格子２１，２２の位置関係の変動量に相当する。
【００８９】
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、ｙ座標について同様の演算を行うことにより、位相ズレ量の２次元像ψ１（ｘ，ｙ）及びψ２（ｘ，ｙ）が得られる。２次元像ψ１（ｘ，ｙ）が前述の第１の位相微分像に対応し、２次元像ψ２（ｘ，ｙ）が前述の第２の位相微分像に対応する。なお、本実施形態では、位相微分像を、位相ズレψの２次元分布としているが、位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）の微分値と比例関係を有するものであれば、屈折角φ等、いかなる物理量の２次元分布を位相微分像としてもよい。
【００９０】
次に、以上のように構成されたＸ線撮影システム１０の作用を説明する。図９のフローチャートに示すように、コンソール１７からプレ撮影の開始指示がなされると（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、Ｘ線撮影システム１０の各部が連携動作し、第２の吸収型格子２２を移動させながら、各走査位置でＸ線源１１によるＸ線の曝射及びＦＰＤ２０による検出動作が行われ、複数の画像データが生成される（ステップＳ１１）。例えば、走査ステップ数Ｍ＝５の場合には、ｋ＝０，１，・・・，４の各走査位置で曝射・検出動作が行われ、図１０に示すように、各走査位置ｋごとに画像データが得られる。各画像データには、前述のモアレ縞が生じている。このモアレ縞の位置は、走査位置ｋの変化に応じてｘ方向に移動し、走査位置ｋが格子ピッチｐ２に相当する１周期分変化すると元の位置に戻る。
【００９１】
これらの画像データは、メモリ１３に記憶され、位相微分像生成部３０により上記式（１３）を用いて第１の位相微分像ψ１（ｘ，ｙ）が生成される（ステップＳ１２）。この第１の位相微分像ψ１（ｘ，ｙ）には、図１１（ａ）に示すように、上記画像データのモアレ縞の１／２倍の周期を有するモアレ縞が生じる。このモアレ縞において色が黒い部分ほど値がπ／２に近く、色が白い部分ほど値が−π／２に近い。ｘ方向（図中下から上）に沿って、黒色から白色に変化する部分が、π／２から−π／２に変化する境界線ＢＬである。次いで、この境界線ＢＬに基づいて、階段状データ作成部３１により、同図（ｂ）に示すように、第１の階段状データＳ１（ｘ，ｙ）が生成される（ステップＳ１３）。
【００９２】
なお、図１１（ａ）では、座標ｘの原点を下端とし、原点から上方向にサーチすることにより境界線ＢＬを求めているが、図１２（ａ）に示すように、座標ｘの原点を上端とし、原点から下方向にサーチすることにより境界線ＢＬを求めてもよい。この場合には、境界線ＢＬでは、値が−π／２からπ／２に変化するため、第１の階段状データＳ１（ｘ，ｙ）は、図１２（ｂ）に示すように生成される。図１１（ａ），（ｂ）のｘ方向に関するプロファイルが、図３（ａ），（ｂ）に対応し、図１２（ａ），（ｂ）のｘ方向に関するプロファイルが、図４（ａ），（ｂ）に対応する。
【００９３】
次いで、階段状データ加算部３２により、第１の位相微分像ψ１（ｘ，ｙ）に第１の階段状データＳ１（ｘ，ｙ）が加算され、第１の加算済位相微分像ψ１’（ｘ，ｙ）が生成される（ステップＳ１４）。第１の加算済位相微分像ψ１’（ｘ，ｙ）のｘ方向に関するプロファイルは、図１１の場合には、図３（ｃ）に示すようにほぼ直線状となり、図１２の場合には、図４（ｃ）に示すようにほぼ直線状となる。第１の加算済位相微分像ψ１’（ｘ，ｙ）は、オフセットデータとしてオフセットデータ記憶部３３に記憶される（ステップＳ１５）。
【００９４】
プレ撮影は、以上で動作が終了し、第２の吸収型格子２２は、走査開始位置（初期位置ｋ＝０）に戻される（ステップＳ１６）。そして、プレ撮影が終了した旨が、モニタへのメッセージ表示等により操作者に向けて報知される（ステップＳ１７）。
【００９５】
このプレ撮影は、本撮影の前に毎回行う必要はなく、Ｘ線撮影システム１０の立ち上げ時等に適宜行われる。一度プレ撮影を行った後、再度プレ撮影が行われた場合には、オフセットデータ記憶部３３に記憶された既存のオフセットデータは、新たに得られたオフセットデータに上書きされる。
【００９６】
次に、被検体ＨをＸ線源１１と第１の吸収型格子２１との間に配置した状態で本撮影が行われる。図１３のフローチャートに示すように、コンソール１７から本撮影の開始指示がなされると（ステップＳ２０；ＹＥＳ）、プレ撮影と同様に、第２の吸収型格子２２を移動させながら、各走査位置でＸ線源１１によるＸ線の曝射及びＦＰＤ２０による検出動作が行われ、複数の画像データが生成される（ステップＳ２１）。
【００９７】
これらの画像データは、メモリ１３に記憶され、位相微分像生成部３０により上記式（１３）を用いて第２の位相微分像ψ２（ｘ，ｙ）が生成される（ステップＳ２２）。この第２の位相微分像ψ２（ｘ，ｙ）にも、第１の位相微分像ψ１（ｘ，ｙ）と同様にモアレ縞が生じる。次いで、プレ撮影時と同様の手順で、階段状データ作成部３１により、第２の階段状データＳ２（ｘ，ｙ）が生成され（ステップＳ２３）、階段状データ加算部３２により、第２の位相微分像ψ２（ｘ，ｙ）に第２の階段状データＳ２（ｘ，ｙ）が加算され、第２の加算済位相微分像ψ２’（ｘ，ｙ）が生成される（ステップＳ２４）。ここで、第２の加算済位相微分像ψ２’（ｘ，ｙ）のｘ方向に関するプロファイルは、ほぼ直線状となる。なお、被検体ＨによるＸ線の屈折は、該直線状のプロファイルをやや変形させる程度の影響を与える。
【００９８】
第２の加算済位相微分像ψ２’（ｘ，ｙ）が減算処理部３４に入力されるとともに、オフセットデータ記憶部３３から第１の加算済位相微分像ψ１’（ｘ，ｙ）が読み出され、減算処理部３４に入力される。そして、減算処理部３４により、第２の加算済位相微分像ψ２’（ｘ，ｙ）から第１の加算済位相微分像ψ１’（ｘ，ｙ）を減算するオフセット補正が行われ、補正済位相微分像が生成される（ステップＳ２５）。第１及び第２の加算済位相微分像ψ１’（ｘ，ｙ），ψ２’（ｘ，ｙ）は、いずれもｘ方向に関するプロファイルがほぼ直線化されているため、減算処理後の補正済位相微分像からは、従来のようなプレ撮影と本撮影との間での第１及び第２の吸収型格子２１，２２の位置変動によるアーチファクトの発生が防止される。
【００９９】
減算処理部３４により生成された補正済位相微分像は、位相コントラスト画像生成部３５に入力され、ｘ方向への積分処理がなされることにより、位相コントラスト画像が生成される（ステップＳ２６）。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、コンソール１７に出力され、モニタに表示される（ステップＳ２７）。以上で、本撮影動作は終了する。なお、位相コントラスト画像に代えて、画像記録部１５に補正済位相微分像を記録することや、モニタに補正済位相微分像を表示することも可能である。
【０１００】
なお、図１１及び図１２は、モアレ縞の境界線ＢＬが走査方向（ｘ方向）に直交するように生じた場合を例示しているが、第１及び第２の吸収型格子２１，２２にｚ軸周りの回転誤差が生じた場合には、図１４（ａ）に示すように、モアレ縞に回転が生じ、境界線ＢＬがｙ方向に対して傾斜してしまう。そこで、階段状データ加算部３２を、回転モアレが生じた場合にも適切な階段状データを作成すべく、第１及び第２の位相微分像ψ１（ｘ，ｙ），ψ２（ｘ，ｙ）に対して以下の処理を行うように構成することが好ましい。
【０１０１】
以下、第１の位相微分像ψ１（ｘ，ｙ）を例にとって説明する。まず、階段状データ加算部３２は、第１の位相微分像ψ１（ｘ，ｙ）の１つの角（ｘ＝０，ｙ＝０）を原点としてｙ方向に１ライン分のスキャンを行うとともに、値がπ／２から−π／２、または−π／２からπ／２に変化する境界点を求め、原点から境界点を通過するたびにπまたは−πずつ加算することにより、ｘ＝０における初期値Ｓ１（０，ｙ）を算出する。同図に示すように検出点ｙ１，ｙ２が得られた場合、Ｓ１（０，ｙ）は、０≦ｙ＜ｙ１で“０”、ｙ１≦ｙ＜ｙ２で“−π”、ｙ２≦ｙ＜ｙ３で“−２π”、ｙ３≦ｙで“−３π”となる。
【０１０２】
次に、階段状データ加算部３２は、ｘ＝０の各ｙ座標からｘ方向にスキャンを行うとともに、値がπ／２から−π／２、または−π／２からπ／２に変化する境界点を求め、境界点を通過するたびに、初期値Ｓ１（０，ｙ）にπまたは−πずつ加算する。以上の処理により、境界線を通過するたびに、値がπずつ変化した第１の階段状データＳ１（ｘ，ｙ）が得られる。階段状データ加算部３２は、第２の位相微分像ψ２（ｘ，ｙ）についても同様の処理を行い第１の階段状データＳ２（ｘ，ｙ）を生成する。
【０１０３】
上記説明では、原点からｙ方向にスキャンすることにより初期値Ｓ１（０，ｙ）を求め、ｘ＝０の各ｙ座標からｘ方向にスキャンを行うことにより第１の階段状データＳ１（ｘ，ｙ）を求めているが、逆に、原点からｘ方向にスキャンすることにより初期値Ｓ１（ｙ，０）を求め、ｙ＝０の各ｘ座標からｙ方向にスキャンを行うことにより第１の階段状データＳ１（ｘ，ｙ）を求めるようにしてもよい。また、Ｓ１（０，０）を、“０”以外の値としても良い。さらに、第１の位相微分像ψ１（ｘ，ｙ）の４つの角のうちいずれの位置を原点としても良い。
【０１０４】
（第２実施形態）
上記第１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。そこで、本発明の第２実施形態として、図１５に示すように、Ｘ線源１１の射出側にマルチスリット（線源格子）６０を配置する。第２実施形態のＸ線撮影システムは、マルチスリット６０を備えること以外は、上記第１実施形態と同一構成である。
【０１０５】
マルチスリット６０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、ｙ方向に延伸した複数のＸ線遮蔽部６１が、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６０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。なお、ｘ方向に隣接するＸ線遮蔽部６１の間には、同様に、Ｘ線低吸収部（図示せず）が設けられている。
【０１０６】
本実施形態では、プレ撮影と本撮影との間でマルチスリット６０を含む格子位置に何らかの変動があった場合においても、その変動によるアーチファクトの発生が防止される。
【０１０７】
（第３実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、第１の吸収型格子２１を、Ｘ線低吸収部２１ｂ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、第１の吸収型格子２１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特許第４４４５３９７号公報等に記載の構成とすることも可能である。本発明の第３実施形態として、第１の吸収型格子２１を回折格子とし、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して、タルボ干渉計を構成する。本実施形態では、タルボ干渉効果により第１の格子２１により生成されるＧ１像（自己像）が、第２の吸収型格子２２の位置に形成される。
【０１０８】
また、本実施形態では、第１の吸収型格子２１を、位相型格子（位相型回折格子）としても良い。この場合には、Ｘ線高吸収部２１ａとＸ線低吸収部２１ｂとの間で、Ｘ線に“π”または“π／２”の位相差が生じるように、厚みや材料を設定すれば良い。
【０１０９】
なお、上記第１〜第３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との間に配置しても良い。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。
【０１１０】
（第４実施形態）
また、上記第１〜第３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。本発明の第４実施形態として、第２の吸収型格子２２を排して、下記の構成のＸ線画像検出器を用いる。
【０１１１】
本実施形態の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いる。本実施形態では、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。
【０１１２】
図１６において、本実施形態のＦＰＤ７０には、画素７１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７１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７２が形成されている。電荷収集電極７２は、第１〜第６の線状電極群７２ａ〜７２ｆ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７２ａの位相を０とすると、第２の線状電極群７２ｂの位相はπ／３、第３の線状電極群７２ｃの位相は２π／３、第４の線状電極群７２ｄの位相はπ、第５の線状電極群７２ｅの位相は４π／３、第６の線状電極群７２ｆの位相は５π／３である。
【０１１３】
さらに、各画素７１には、電荷収集電極７２により収集された電荷を読み出すためのスイッチ群７３が設けられている。スイッチ群７３は、第１〜第６の線状電極群７２ａ〜７２ｆ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７２ａ〜７２ｆにより収集された電荷を、スイッチ群７３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像が検出される。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コントラスト画像が生成される。その他の構成については、上記第１実施形態と同一であるので、説明は省略する。
【０１１４】
本実施形態では、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、上記構成の電荷収集電極７２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。
【０１１５】
さらに、第２の吸収型格子２２を排することを可能とする別の実施形態として、Ｘ線画像検出器により得られたＧ１像直接検出しを、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、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。
【０１１６】
（第５実施形態）
また、上記第１〜第４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。
【０１１７】
以上説明した各実施形態は、医療診断用の放射線撮影システムに限定されず、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】
【０１１８】
１０  Ｘ線撮影システム
２０  フラットパネル検出器（ＦＰＤ）
２１  第１の吸収型格子（第１の格子）
２１ａ  Ｘ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）
２１ｂ  Ｘ線低吸収部
２２  第２の吸収型格子（第２の格子）
２２ａ  Ｘ線遮蔽部（Ｘ線高吸収部）
２２ｂ  Ｘ線低吸収部
７０  ＦＰＤ
７１  画素
７２  電荷収集電極
７２ａ〜７２ｆ  第１〜第６の線状電極群
７３  スイッチ群
【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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【図１７】
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