(57)【要約】  微分位相画像データ５２を修正するために、各画素６０が各エネルギー準位に対して位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃを持つ画素６０を有する微分位相画像データ５２であって、種々異なるエネルギー準位での放射線によって取得された微分位相画像データ５２が受信される。画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃのエネルギー依存性挙動が決定された後、画素６０に対して修正された位相勾配値６８が、画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃ及び位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃのエネルギー依存性のモデルから決定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微分位相画像データを修正するための方法であって、各画素が各エネルギー準位に対して位相勾配値を持つ画素を有する、種々異なるエネルギー準位での放射線を用いて取得された微分位相画像データを受信するステップと、画素の位相勾配値のエネルギー依存性挙動を決定するステップと、前記画素の前記位相勾配値と、前記位相勾配値のエネルギー依存性のモデルとから前記画素のために修正された位相勾配値を決定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記エネルギー依存性挙動は、前記画素の前記位相勾配値を複数の位相ラッピング曲線にフィットさせることにより決定され、各位相ラッピング曲線はラッピング番号に関連し、前記画素の前記ラッピング番号は、前記画素のフィットされた位相勾配値のベストフィットを持つラッピング曲線を決定し、決定されたラッピング曲線に関連するラッピング番号を選択することにより決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ラッピング曲線はエネルギー準位に関連する位相勾配値により表され、ラッピング曲線のエネルギー準位の位相勾配値は、このエネルギー準位での位相勾配値でフィットされる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ラッピング曲線の前記位相勾配値は、基準エネルギー準位での位相勾配値が等しいように決定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記画素は減衰値を持ち、前記画素での前記減衰値の勾配を決定するステップと、ラッピング番号の推定された領域を選択するステップと、画素の前記位相勾配値を、前記推定された領域のラッピング番号と関連する複数のラッピング曲線にフィットさせるステップとを含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記修正された位相勾配値は、前記画素の決定されたラッピング番号で、基準エネルギー準位と関連する前記画素の前記位相勾配値をシフトさせることにより決定される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
画素は、少なくとも３つのエネルギー準位に対応する位相勾配値を持つ、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記放射線が電磁放射線である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記放射線のエネルギー準位は、基準エネルギー準位と、前記基準エネルギー準位から８％乃至１２％異なる２つの近接するエネルギー準位とを含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
修正された微分位相画像データを生成するための方法であって、種々異なるエネルギー準位で放射線を生成するステップと、関心対象物を透過する生成された放射線を検出するステップと、検出された放射線から微分位相画像データを取得するステップと、生成された微分位相画像データで、請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法のステップを実行するステップとを含む、方法。
【請求項１１】
前記微分位相画像データは、前記関心対象物に対して種々異なる方向で取得され、前記修正された微分位相画像データから断層撮影画像データを生成するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プロセッサにより実行されるとき、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法のステップを実行する、微分位相画像データを修正するためのコンピュータプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコンピュータプログラムが格納された、コンピュータ可読媒体。
【請求項１４】
放射線源、検出器、及びコントローラを有し、前記放射線源は、種々異なるエネルギー準位の放射線を生成し、前記検出器は、放射線によって透過された関心対象物の微分位相画像データを検出し、前記コントローラは、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法を実行する、微分位相イメージングシステム。
【請求項１５】
Ｘ線ＣＴシステムである、請求項１４に記載の微分位相イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微分位相コントラストイメージングに関する。具体的には、本発明は、微分位相画像データの修正方法、修正された微分位相画像データの生成方法、コンピュータプログラム、コンピュータ可読媒体、及び微分位相イメージングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線撮影及び断層撮影は、例えばバルクサンプルの非破壊検査、工業製品の品質検査、並びに患者の体内の解剖構造及び関心組織領域の非侵襲的検査といった様々なアプリケーションのための重要な方法である。
【０００３】
Ｘ線の減衰に基づくＸ線イメージングは、骨のような高吸収解剖構造が比較的低吸収物質の組織内に内蔵されているところに対して素晴らしい結果をもたらす。これは、硬Ｘ線ビームの透過深度がやや深いという事実によるものであり、これによって減衰係数の鮮明な投影を記録することができる。
【０００４】
類似する吸収断面を持つ異なる種類の組織が（例えばマンモグラフィ又はアンギオグラフィで）検査されるとき、Ｘ線吸収のコントラストは比較的小さい。このケースでは、位相コントラストＸ線撮影及び断層撮影が用いられ、関心対象物を透過するＸ線の位相変化が検査される。位相コントラスト情報を得る１つの方法は、以下に説明されるいわゆる微分位相コントラストイメージングである。
【０００５】
微分位相コントラストＸ線撮影及び断層撮影では、位相ラッピングが発生する。位相面の勾配が格子周期当たり[-π；π]の範囲外にある場合、勾配はこの間隔内にラップされる。この状況は、例えば空気と組織との間の屈折率の大きなジャンプのために、特に対象物の周縁で現れる。位相ラッピングは、既に１ｍｍ未満の対象物サイズに対して位相格子のための２μｍの合理的な格子ピッチに対して起こる。具体的には、微分位相コントラストＸ線断層撮影では、これは再構成された画像において、強いキャッピング・アーチファクトをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
撮像された関心対象物を明瞭に正確に示し表現する微分位相コントラストＸ線イメージング、特に断層撮影で記録された画像を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、独立請求項の内容によって達成される。更に、例示的な実施形態は、従属請求項及び以下の説明から明白である。
【０００８】
本発明の第１の態様は、微分位相画像データの修正方法に関する。例えば、本方法は、Ｘ線位相コントラストイメージング、特にマンモグラフィに適用されてもよい。
【０００９】
本発明の実施形態によると、本方法は、各画素が各エネルギー準位に対して位相勾配値を持つ画素を有する微分位相画像データであって、異なるエネルギー準位での放射線を用いて取得された微分位相画像データを受信するステップと、画素の位相勾配値のエネルギー依存性挙動を決定するステップと、画素の位相勾配値と、位相勾配値のエネルギー依存性のモデルとから画素のために修正された位相勾配値を決定するステップと、を含む。本方法では、エネルギー高感度検出を使用することによって、微分位相コントラストＣＴにおける位相アンラッピングが可能である。本方法は、画素毎、すなわち局所的に実行される。
【００１０】
例えば、位相勾配値のエネルギー依存性のモデルを用いると、画素でのラッピング番号は、エネルギー依存性挙動から決定される。ラッピング番号、すなわち画素の位置で放射線の位相が２πだけ完全にシフトする番号は、異なるエネルギー準位、すなわち放射線の異なる波長で取得された微分位相画像データを使用することによって決定される。微分位相画像データの全画素は、位相勾配値、例えば少なくとも３つの値と関連し、これらから画素における位相勾配のエネルギー依存性挙動が決定される。エネルギー依存性挙動は、ラッピング番号に対して特有であるため、画素におけるラッピング番号が決定される。ラッピング番号を用いると、選択された基準エネルギーでの修正された位相勾配値が決定され、修正された微分位相画像データが修正された画素から生成される。
【００１１】
このように、検出プロセス中の位相ラッピングに基づく画像データにおけるアーチファクト（artifact）は、減少し、又は画像データから取り除かれる。
【００１２】
本発明の更なる態様は、修正された微分位相画像データの生成方法である。
【００１３】
本発明の実施形態によると、本方法は、対象物の平面位相コントラスト画像（Ｘ線写真）又は減衰コントラスト画像との容易化された画像融合のいずれかを得るため差分データを積分するステップを含む。
【００１４】
本発明の実施形態によると、本方法は、種々異なるエネルギー準位で放射線を生成するステップと、関心対象物を透過する生成された放射線を検出するステップと、検出された放射線から微分位相画像データを取得又は記録するステップと、上記及び下記に説明される微分位相画像データの修正方法のステップを実行するステップと、を含む。
【００１５】
本発明の更なる態様は、微分位相イメージングシステム、例えばＣＴシステムに関する。
【００１６】
本発明の実施形態によると、本システムは、放射線源、検出器、及びコントローラを有し、放射線源は、異なるエネルギー準位の放射線を生成し、検出器は、放射線によって透過された関心対象物の微分位相画像データを検出し、コントローラは、上記及び下記に説明される方法を実行するように適合されている。
【００１７】
本発明の更なる態様は、微分位相画像データを修正するため、又は修正された微分位相画像データを生成するためのコンピュータプログラム、及びこのようなコンピュータプログラムが格納されるコンピュータ可読媒体である。
【００１８】
上記及び下記に説明される本方法の特徴は、上記及び下記に説明されるシステム、コンピュータプログラム及びコンピュータ可読媒体の特徴であってもよいことが理解されなければならない。
【００１９】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施形態の参照から明らかであり、解明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下、本発明の実施形態は、添付された図を参照してより詳細に説明される。
【００２１】
【図１】本発明の実施形態による微分位相イメージングシステムを概略的に示す。
【図２】本発明の実施形態による絶対位相勾配値の図を示す。
【図３】本発明の実施形態によるラップされた位相勾配値の図を示す。
【図４】本発明の実施形態による画像データを概略的に示す。
【図５】本発明の実施形態による微分位相画像データの生成及び修正方法のためのフロー図を示す。
【００２２】
原則として、図中で同一部分は同じ参照符号が与えられている。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、放射線源１０１２、検出器１２１４、及びコントローラ１４１６を有する微分位相イメージングシステム１０を概略的に示す。
【００２４】
放射線源１０１２は、インコヒーレントなＸ線源１６１８、例えばＸ線管１８、及び空間ビームコヒーレンスを得るためのソース格子２０を有する。放射線源１０１２は、放射線の空間的にコヒーレントなビームを生成するように適合されてもよい。
【００２５】
検出器１２１４は、位相格子２２、吸収格子２４、及び、放射線源から出射され、関心対象物２８を通過したＸ線から画像データを検出するために適合されたＸ線検出素子２６を有する。
【００２６】
ソース格子２０、位相格子２２、及び吸収格子２４は、イメージングシステム１０の光軸Ａと法線方向に並行に延在する、複数の等距離のＸ線吸収ストリップ（ソース格子及び吸収格子）又は位相シフティング（位相格子）ストリップを有する。
【００２７】
位相格子２２は、Ｘ線ビームの位相面の変化を強度変調、すなわち吸収格子２４の位置で位相格子２２のピッチの半分の典型的な長さスケールを持つ干渉縞に変換する位相シフティングビームスプリッタとしての機能を果たす。吸収格子２４は、位相格子２２から出るＸ線からモアレ干渉縞を発生させる。検出素子２６上のモアレ干渉縞は、対象物２８及び位相格子２２の両方を通過した後の偏向され位相シフトされたＸ線の位相シフトに関する情報を含む。
【００２８】
コントローラ１６は、検出素子２６からの画像データを記録し又は取得するため、及び、格子２２、２４のストリップの延長部と直交する方向に吸収格子２４を動かすためにモーター３２を指示及び／又は制御するためのプロセッサ３０を有する。吸収格子２６の動きによって、異なるモアレ縞が検出素子２６上に発生する。これらの異なるモアレ縞は、プロセッサ３０によって記録され、コントローラ１４１６のメモリ３４に格納される微分位相画像データに変換される。
【００２９】
コントローラ１６、特にプロセッサ３０は、更に、種々異なるエネルギー準位のＸ線が生成されるような態様でインコヒーレントなＸ線源１６１２を制御するように適合されてもよい。例えば、Ｘ線管１６１８の管電圧は、種々異なるエネルギー準位のＸ線が生成されるような態様で調整される。
【００３０】
要約すると、微分位相イメージングシステム１０は、放射線源１２、検出器１４及びコントローラ１６を有する。放射線源１０１２は、種々異なるエネルギー準位の放射線を生成するように適合され、検出器１４は、放射線によって透過された関心対象物２８のデータを検出するように適合される。データは、コントローラ１６によって微分位相画像データに変換される。
【００３１】
更に、微分位相イメージングシステム１０は、Ｘ線放射の種々異なるエネルギー準位で画像データを取得するために適合される。言い換えると、画像データの取得は、エネルギー高感度である。
【００３２】
一方で、これは、種々異なる時間ポイントの種々異なるエネルギー準位でＸ線を生成するために放射線源１２を制御することによって、例えばコントローラ１６及び生成された全エネルギー準位に高感度な検出器で管電圧を変えることによって達成される。この場合、管電圧及び／又はビームフィルタの種々異なる設定での（種々異なる時間ポイントでの）数回の測定が、画像データを生成するために行われる。
【００３３】
他方で、エネルギー高感度の取得は、種々異なるエネルギー準位の放射線を同時に生成する放射線源１２及び異なるエネルギー準位同士を識別するように適合された検出器１４、例えば分光検出器を用いて達成される。
【００３４】
システム１０は、Ｘ線微分位相コントラスト放射線撮影システム１０及び／又はＸ線微分位相コントラスト断層撮影システム１０であることも可能である。後者の場合、システム１０は、放射線源１２及び検出器１４及び互いに相対する対象物２８の配置を動かすことによって、異なる方向から取得された画像データから対象物のスライス又は３次元表現を計算する。
【００３５】
生成された放射線撮影又は断層撮影画像は、システム１０のディスプレイ３６に表示される。
【００３６】
対象物２８の屈折率δ（ｘ,ｙ,ｚ）の空間的変化によって、対象物２８を通過する２つの異なるＸ線ビームは、その位相において異なる位相変化を受け、これは検出器１２１４で検出され、微分位相画像データは、検出された生データからプロセッサ３０を用いて計算され、メモリ３４に格納される。
【００３７】
しかしながら、検出器１４及び下記の生データの変換プロセスでは、位相勾配は明確に決定できない。言い換えると、実位相勾配は間隔[-π,π]の外にあるとき、決定された位相勾配はこの間隔にラップされる、すなわち実位相勾配モジョロ２πのみが決定される。
【００３８】
決定された位相勾配の不明確さは、以下に説明されるであろう測定プロセスのスペクトルモデルと組み合わせたエネルギー高感度取得の使用によって解決される。
【００３９】
屈折率δの実数部の依存性は、ポテンシャル法を用いて説明することができる。
【数１】
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ｚ方向に沿った放射線のビームの波面φの位相は近似的に
【数２】
2014525304.tif 000004
であるため、波面の絶対位相勾配ｇは、下記のエネルギー依存性、すなわち波長依存性を有する。
【数３】
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【００４０】
これは、位相勾配のエネルギー挙動のモデルと見なされる。
【００４１】
図２は、種々異なるエネルギーに対する真の位相勾配値の図を示し、かつ位相勾配のエネルギー依存性を示す。図のｘ軸は、エネルギーをｋｅＶで描き、ｙ軸は、絶対位相勾配をｒａｄ（ラジアン）で描いている。図２は、種々異なる値に対する位相勾配の依存性を図示している。設計エネルギーＥ０＝２０ｋｅＶで勾配ｇ（Ｅ０）が
g(E0) = (1 + n π) / (位相格子２２の格子間隔)
となるように選択された５本の曲線４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、及び４０ｅが図示されており、ここで、ｎ＝０，２，４，６，８である。曲線４０ａは、ｎ＝０に属し、曲線４０ｂは、ｎ＝２に属し、以下同様である。曲線４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅに対する上記式の選択によって、Ｅ０＝２０ｋｅＶでの位相勾配値ｇ（Ｅ０）は２πずつ異なる。
【００４２】
しかしながら、検出され（測定され）決定された微分位相画像データは、絶対（真の）位相勾配値を有さないが、間隔[-π，π]にラップされた値を有する。
【００４３】
これは、ラップされた位相勾配値の図を示す図３に関して描かれている。図のｘ軸は、エネルギーをｋｅＶで描き、ｙ軸は、ラップされた位相勾配をｒａｄで描いている。ｎに対する同じ値に関連するラップされた位相勾配値は、説明目的のために線で連結されている。
【００４４】
図３では、図２からの真の位相勾配４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅは、毎格子周期で間隔[-π；π]に、相対位相勾配４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇにラップされる。曲線４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇは、それぞれ番号ｎ＝０，２，４，６，８，１０，１２に属する。
【００４５】
図では、データポイント又は曲線４４ａは、ラッピングが発生しなかったケースに関する。曲線４４ａは、１ｒａｄ／ｇｒｉｄ周期の位相勾配の周辺で期待されるＥ０／Ｅスケーリングを示す。データポイント又は曲線４４ｂは、１ｒａｄ／ｇｒｉｄ周期にラップされる２０ｋｅＶで（１＋２π）／グリッド周期の真の位相勾配に関する。２０ｋｅＶと例えば２２ｋｅＶとの間の位相勾配の差は真の勾配に基づくため、ラップされた位相勾配は、アンラッピングを可能にするエネルギーでより素早く変化する。
【００４６】
位相勾配ｇ（Ｅ０）は、２πずつ異なるように選択され、ラッピングは、Ｅ０で、全てのラップされた（すなわち測定された）位相勾配４２が同じになることをもたらす。たとえ（測定値を表す）ラップされた曲線４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇが、ｎ＞０で他のエネルギーでの位相ラッピングに悩まされても、異なる番号ｎのラッピングは、結果として、示されたエネルギーレンジ内で、ラップされた位相勾配４６の全く異なる分布になることがはっきりとわかる。
【００４７】
特に、全ての曲線４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇは、デザイン又は基準エネルギー（例えば２０ｋｅＶ）では、全て同じ値４２にマッピングされたいくつかの勾配曲線４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇに対する種々異なるエネルギー準位（例えば１６ｋｅＶ、１８ｋｅＶ、２２ｋｅＶ、２４ｋｅＶ）で、種々異なる位相勾配４６を有する。
【００４８】
３つのデータポイント４２、４６（及び、従って３つの異なるエネルギー準位で３つの測定）でも、図３に示された全てのケース（すなわち曲線４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｇ）、例えば１８、２０、及び２２ｋｅＶに対応するエネルギー準位Ｅ−１、Ｅ０、及びＥ１のデータポイントを判別するのに十分である。
【００４９】
図４は、特にプロセッサ３０によって受信され、処理され、及びコントローラ１６のメモリ３４に格納される画像データ５０を概略的に示す。
【００５０】
画像データ５０は、異なるエネルギー準位Ｅ−１、Ｅ０、Ｅ１のそれぞれで取得された微分位相画像データ５４ａ、５４ｂ、５４ｃを含む微分位相画像データ５２及び／又は減衰画像データ５８を有する。
【００５１】
画像データ５０は、画素６０で構成され、各画素は、各エネルギー準位Ｅ−１、Ｅ０、及びＥ１に対する位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃ及び／又は減衰値６４を有する。
【００５２】
本発明の実施形態によると、画素６０は、少なくとも３つのエネルギー準位Ｅ−１、Ｅ０、及びＥ１に対応する位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃを有する。
【００５３】
本発明の実施形態によると、画素６０は、減衰値６４を有する。
【００５４】
画像データ５０は、上記及び下記に説明される方法によって画像データ５２、５８から生成される修正された微分位相画像データ６６を有する。具体的には、各画素６０は、当該方法によって値６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６４から決定される修正された位相勾配値６８を有する。
【００５５】
画像データ５０は、２次元画像を表現する必要がないことに留意しなければならない。他の表現、例えばラインデータは可能である。言い換えると、検出素子２６は、２次元検出器又はライン検出器である。
【００５６】
図５は、微分位相画像データ５２の生成及び修正方法のフロー図を示す。
【００５７】
ステップＳ１０では、放射線源１２は、第１のエネルギー準位Ｅ−１で放射線、例えば１８ｋｅＶのＸ線放射線を生成するためにコントローラ１６によって制御される。放射線は、対象物２８を透過し、検出器２６の上に達する。
【００５８】
本発明の実施形態によると、放射線は、電磁放射線、例えばＸ線放射線である。
【００５９】
ステップＳ１２では、コントローラ１６は、検出器１４、特に格子２４を、種々異なるモアレ干渉縞が検出素子２６によって検出されるように制御する。
【００６０】
本発明の実施形態によると、本方法は、関心対象物２８を透過する生成された放射線を検出するステップを含む。
【００６１】
ステップＳ１４では、モアレ干渉縞は、プロセッサ３０によって、微分位相画像データ５２ａ及び減衰画像データ５８に変換される。これらの画像データ５２ａ、５８は、メモリ３４に格納される。
【００６２】
本発明の実施形態によると、本方法は、微分位相画像データ５２を検出された放射線から取得するステップを含む。
【００６３】
ステップＳ１０からＳ１４は、他のエネルギー準位Ｅ０、Ｅ-１に対して繰り返される。減衰画像データ５８は、１つのエネルギー準位、例えば基本のエネルギー準位Ｅ０に対してのみ取得されてもよい。
【００６４】
本発明の実施形態によると、本方法は、異なるエネルギー準位Ｅ-１、Ｅ０、Ｅ１で放射線を生成するステップを含む。
【００６５】
本発明の実施形態によると、放射線のエネルギー準位Ｅ-１、Ｅ０、Ｅ１は、基準エネルギー準位Ｅ０及び、基準エネルギー準位Ｅ０から約８％乃至１２％、例えば１０％異なる２つの近接エネルギー準位Ｅ-１、Ｅ１、例えば１８、２０、及び２２ｋｅＶを有する。
【００６６】
上記に説明されたように、１つのエネルギー準位での放射線は、異なる時間ポイントで生成され、前記放射線は、これらの異なる時間ポイントで検出されることが可能である。しかしながら、異なるエネルギー準位を持つ放射線は、例えば多色放射線源１２及び分光検出器１４を用いて同時に生成され、かつ検出されることも可能である。
【００６７】
ステップＳ１６では、画像データ５０は、プロセッサ３０によってメモリ３４から（例えばピクセルごとに）受信される。
【００６８】
本発明の実施形態によると、本方法は、異なるエネルギー準位Ｅ−１、Ｅ０、Ｅ１での放射線で取得された微分位相画像データ５２を受信するステップを含み、前記微分位相画像データ５２は、各画素６０が各エネルギー準位Ｅ−１、Ｅ０、Ｅ１に対して位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃ及びオプションで減衰値６４を持つ、画素６０を有する。
【００６９】
下記のステップＳ１８からＳ２２は、その後、画像データ５０の各画素６０に対して繰り返される。
【００７０】
ステップＳ１８では、選択された画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃのエネルギー依存性挙動は、図３に示されたラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇにより決定される。
【００７１】
本発明の実施形態によると、本方法は、画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃのエネルギー依存性挙動４４ａ乃至４４ｇを決定するステップを含む。
【００７２】
ラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇは、データポイント４１、４６でメモリ３０内に表現される。例えば、各曲線４４ａ乃至４４ｇに対して、少なくとも３つの予め計算されたデータ値４２、４６が格納される。
【００７３】
本発明の実施形態によると、ラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇは、エネルギー準位Ｅ−１、Ｅ０、Ｅ１に関連する位相勾配値４２、４６によって表現される。
【００７４】
本発明の実施形態によると、ラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇの位相勾配値４２、４６は、予め計算され、及び／又はコントローラ１６、例えばメモリ３４に格納される。
【００７５】
本発明の実施形態によると、ラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇの位相勾配値４２、４６は、基準エネルギー準位Ｅ０で位相勾配値４２が等しくなるように決定される。位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、その後、プロセッサ３０によって、コントローラ１６に格納された各ラッピング曲線にマッピングされる。例えば、各ラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇに対して、ベストフィッティング値が計算され、これは、どのくらい画素の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃがラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇに対応しているかを示す。具体的には、画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃは、対応するラッピング曲線の位相勾配値４２、４６に対応づけられる。その後、数値適合がマッピングされた値６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、４２、４６から計算される。
【００７６】
本発明の実施形態によると、エネルギー依存性挙動は、画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃを複数の位相ラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇにフィットさせることによって決定される。
【００７７】
本発明の実施形態によると、ラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇのエネルギー準位Ｅ−１、Ｅ０、Ｅ１の位相勾配値４２、４６は、このエネルギー準位で画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃにフィットされる。
【００７８】
本発明の実施形態によると、フィッティングは、数値フィッティング、例えば二乗平均平方根法によるフィッティングである。
【００７９】
ステップＳ１８では、プロセッサ３０は、ラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇへの位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃのベストフィットにより、画素６０に対するラッピング番号ｎを決定する。各ラッピング曲線はラッピング番号に関連しているため、画素に対するラッピング番号ｎは、ベストフィットを持つラッピング曲線のラッピング番号として選択される。
【００８０】
本発明の実施形態によると、本方法は、画素６０のラッピング番号ｎをエネルギー依存性挙動から決定するステップを含む。
【００８１】
本発明の実施形態によると、画素６０のラッピング番号ｎは、画素６０のフィットされた位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃのベストフィットを用いてラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇを決定することによって、及び決定されたラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇに関連するラッピング番号を選択することによって、決定される。
【００８２】
代替的又は追加的に、位相勾配値は、位相勾配のエネルギー挙動のモデルから直接的に決定される。
【００８３】
本発明の実施形態によると、Ｅ０での位相勾配値４２は、ｇ０として表され、σ２がエネルギーＥｉでの測定されたラップされた位相勾配値ｇｉの分散であり、ｗはラッピング演算を表す最小二乗フィット
【数４】
2014525304.tif 000006
によって計算され、ここで、|| ||πは、特別な距離演算、すなわち、
【数５】
2014525304.tif 000007
を表す。
【００８４】
要約すると、全ての意味のあるラッピング番号ｎ（例えば０，２，４，…,１２）に対して、数値適合は、位相がＥ０でｎ／２倍にラップしたと仮定して、ベストフィッティングｇ（Ｅ０）を得るために行われる。最終的に、これらの結果の中で（例えば二乗平均平方根法を用いて）総合的なベストフィットを持つものが取り出される、又は選択される。
【００８５】
ステップＳ２０では、プロセッサ３０は、絶対又は修正された位相勾配値６８を、決定されたラッピング番号ｎから決定する。例えば、基準エネルギー準位Ｅ０での位相勾配値６２ｂに、ｎπが値６８を計算するために加えられる。
【００８６】
本発明の実施形態によると、本方法は、画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃ及び画素６０のラッピング番号から画素６０に対する修正された位相勾配値６８を決定するステップを含む。
【００８７】
本発明の実施形態によると、修正された位相勾配値６８は、画素６０の決定されたラッピング番号を持つ基準エネルギー準位Ｅ０に関連する画素６０の位相勾配値６２ｂをシフトすることによって決定される。
【００８８】
複数のラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇを予め選択しないとき、本方法は、取り得るラッピング値ｎに対して適度に小さな値を識別できるだけである。しかしながら、ｎが極端に大きい場合、結果は再び不明瞭になる。この状況では、減衰画像５８は、ラッピング番号ｎのおおよその推定を提供する。減衰画像５８は、その後、残存する不明確性を解決するのに使用される。
【００８９】
任意で、ステップＳ１８では、減衰画像データ５８の画素６０での勾配値は、プロセッサ３０を用いて決定される。勾配値から、意味のあるラッピング番号（例えばｎ＝２０〜３０）が決定される。例えば、関数又は表はメモリ３４に格納され、それらを用いて、勾配値は、ラッピング番号の推定される領域にマッピングされる。
【００９０】
複数のラッピング曲線は、その後、この領域内のラッピング番号と関連するラッピング曲線に区切られる。
【００９１】
本発明の実施形態によると、位相勾配は、最小二乗フィット
【数６】
2014525304.tif 000008
によって得られる。
【００９２】
ここで、ペナルティ関数Ｐは、例えば大きな値ｍに対して、平滑関数で離散ペナルティの近似値を求めるために離散ペナルティ
【数７】
2014525304.tif 000009
又は
【数８】
2014525304.tif 000010
を用いることによって、結果に対して許容範囲-ｇｍａｘ乃至ｇｍａｘを規定するのに使用される。ラッピング番号が、減衰画像から例えばｎ０の順になる、これはｇがｎπの順になるのに相当する、と推定される上記の場合では、ペナルティは、
【数９】
2014525304.tif 000011
又は
【数１０】
2014525304.tif 000012
となるように選択される。
【００９３】
本発明の実施形態によると、本方法は、画素６０での減衰値６４の勾配を決定するステップを含む。
【００９４】
本発明の実施形態によると、本方法は、ラッピング番号の推定された領域を選択するステップを含む。
【００９５】
ステップＳ２０では、その後、選択されたラッピング曲線のみが、画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃのフィッティングのために任意で使用される。
【００９６】
本発明の実施形態によると、本方法は、画素６０の位相勾配値６２ａ、６２ｂ、６２ｃを、推定される領域内のラッピング番号に関連する複数のラッピング曲線４４ａ乃至４４ｇにフィッティングするステップを含む。
【００９７】
システム１０が断層撮影システム１０である場合、前記システムは、対象物２８のスライス又は３次元ビューを示す画像データを生成する。画像データは、コントローラ１６のディスプレイ３６に表示される。
【００９８】
このケースでは、微分位相画像データ５２は、対象物１８２８に関して種々異なる方向で取得される。
【００９９】
従って、ステップＳ２４では、コントローラ１６は、例えば放射線源１２及び検出器１４の配置を対象物２８の周りで回転することによって、対象物に関する光軸Ａを変え、変化した方向に関する画像データ５０の取得を繰り返す。
【０１００】
十分な画像データ５０が取得され修正された後、コントローラ１６、特にプロセッサ３０は、ステップＳ２６で断層撮影画像データを生成する。
【０１０１】
本発明の実施形態によると、本方法は、修正された微分位相画像データ６６から断層撮影画像データを生成するステップを含む。
【０１０２】
図５のステップは、図５に関して説明された順番で実行する必要はないことを理解されなければならない。
【０１０３】
更に、異なる値６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、４２、４６間の識別は、信号対雑音比が、異なるデータポイントを正確に識別するのに十分な程比較的大きくなければならないことが必要とされることに留意されたい。より詳細には、設計エネルギーＥ０での測定、及びＥ０＋ΔＥでの更なる測定に対して、位相勾配は、
【数１１】
2014525304.tif 000013
だけ異なる。
【０１０４】
提案された方法によって判別される勾配は、２π／格子周期だけ異なるため、信号対雑音比は、
【数１２】
2014525304.tif 000014
の（ラップされた）位相勾配差の識別を可能にする必要がある。
【０１０５】
対象物２８に依存して、本方法で用いられるエネルギー準位Ｅ-１、Ｅ０、Ｅ１間のエネルギー間隔は、これを達成するために調整され得る。
【０１０６】
上記及び下記に説明される本方法は、プロセッサ３０において実行され、メモリ３４に格納されるコンピュータプログラムでもよい。コンピュータプログラムは、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ストレージデバイス、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）のようなコンピュータ可読媒体に格納されてもよい。コンピュータ可読媒体は、プログラムコードをダウンロードできるデータ通信ネットワーク、例えばインターネットでもよい。
【０１０７】
本発明は、図面において詳細に示され、上述の記載において詳細に説明されたが、このような図示及び説明は、説明又は例示するものであって、限定するものではないと考えられるべきである。本発明は、開示される実施形態に限定されるものではない。開示される実施形態への他のバリエーションは、図面、開示及び添付の請求項を検討することから、特許請求される発明を実施する当業者により理解され、実施される。請求項において、単語「有する“comprising”」は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は、複数を排除しない。単一のプロセッサ又はコントローラ又は他のユニットは、請求項で示されるいくつかの項目の機能を実現してもよい。所定の手段が相互に異なる従属請求項で示される単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における参照符号は、範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2014525304.tif 000015
【図２】
2014525304.tif 000016
【図３】
2014525304.tif 000017
【図４】
2014525304.tif 000018
【図５】
2014525304.tif 000019
【国際調査報告】
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