(57)【要約】【課題】位相コントラスト法により人体等の生態の放射線画像を構成する際に、Ｘ線の照射量を増加させることなく、ノイズの影響を減少させる。【解決手段】この位相情報復元方法は、被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを生成する放射線検出器を用いて、複数の検出データを得るステップ（ａ）と、複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｂ）とを具備する。【選択図】　図５
2004121741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、
被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを生成する放射線検出器を用いて、前記複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得るステップ（ａ）と、
前記複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｂ）と、
を具備する位相情報復元方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）において求められた位相データに基づいて、画像の明度に対応した画像データを生成するステップ（ｃ）をさらに具備する請求項１記載の位相情報復元方法。
【請求項３】
被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、
被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた、前記複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の第１の検出データを取得するステップ（ａ）と、
前記複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２の検出データをそれぞれ生成するステップ（ｂ）と、
前記複数の第２の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｃ）と、
を具備する位相情報復元方法。
【請求項４】
ステップ（ｃ）において求められた位相データに基づいて、画像の明度に対応した画像データを生成するステップ（ｄ）をさらに具備する請求項３記載の位相情報復元方法。
【請求項５】
被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元装置であって、
照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを生成する検出手段と、
被写体を透過した放射線の強度を異なる距離ｚｉにおいて検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求める位相データ算出手段と、
を具備する位相情報復元装置。
【請求項６】
被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元装置であって、
被写体を透過した放射線の強度を異なる距離ｚｉにおいて検出することにより得られた複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２の検出データをそれぞれ生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって生成された複数の第２の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求める位相データ算出手段と、
を具備する位相情報復元装置。
【請求項７】
前記位相データ算出手段により求められた位相データに基づいて、画像の明度に対応した画像データを生成する画像生成手段をさらに具備する請求項５又は６記載の位相情報復元装置。
【請求項８】
被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元プログラムであって、
被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを生成する放射線検出器を用いて、前記複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得る手順（ａ）と、
前記複数の検出データに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｂ）と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｃ）と、
をＣＰＵに実行させる位相情報復元プログラム。
【請求項９】
被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元プログラムであって、
被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた複数の第１の検出データを取得する手順（ａ）と、
前記複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２のデータをそれぞれ生成する手順（ｂ）と、
前記複数の第２のデータに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｃ）と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｄ）と、
をＣＰＵに実行させる位相情報復元プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像により得られた画像情報に基づいて画像を構成するために用いられる位相情報復元方法及び位相情報復元装置、並びに、位相情報復元プログラムに関する。なお、本願において、放射線とは、Ｘ線、α線、β線、γ線、紫外線等に加えて、電子線等の粒子線や電磁波を含む広義の放射線を指すものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｘ線等を用いた撮像方法は様々な分野で利用されており、特に医療分野においては、診断のための最も重要な手段の一つとなっている。最初のＸ線写真が実現されてから、Ｘ線写真法は数々の改良を重ねられ、現在では蛍光スクリーンとＸ線フィルムを組み合わせた方法が主流となっている。一方、近年においては、Ｘ線ＣＴや超音波、ＭＲＩ等の様々なディジタル化された装置が実用化されており、病院内での診断情報処理システム等の構築が進められようとしている。Ｘ線画像についても、撮像システムをディジタル化するための多くの研究がなされている。撮像システムをディジタル化することにより、画質の劣化を招くことなく、大量のデータを長期間保存することが可能であり、医療診断情報システムへの発展にも役立つものである。
【０００３】
ところで、このようにして得られる放射線画像は、被写体を透過した放射線等の強度を画像の明度に換算することにより生成されたものである。例えば、骨部を含む領域を撮像する場合に、骨部を透過した放射線は大きく減衰し、骨部以外の部位、即ち、軟部を透過した放射線は僅かに減衰する。この場合には、異なる組織を透過した放射線の強度差が大きいので、高コントラストの放射線画像を得ることができる。
【０００４】
一方、例えば、乳房等の軟部領域を撮像する場合に、軟部においては全体的に放射線が透過しやすいので、軟部における組織の違いが透過放射線の強度差として現れ難い。このため、軟部については、低コントラストの放射線画像しか得ることができない。このように、従来の放射線撮像法は、軟部における僅かな組織の違いを可視化する方法としては適当ではない。
【０００５】
ここで、被写体を透過した放射線等に含まれている情報としては、強度情報の他に位相情報がある。近年、この位相情報を利用して画像を生成する位相コントラスト法が研究されている。位相コントラスト法は、Ｘ線等が被写体を透過することにより生じた位相差を画像の明度に変換する画像構成技術である。
【０００６】
位相コントラスト法には、干渉計やゾーンプレートを用いることにより生じた干渉光に基づいて位相差を求める手法や、回折光に基づいて位相差を求める手法がある。この内、回折光に基づいて位相差を求める回折法は、次のような原理に基づいて位相差を求める。例えば、Ｘ線は、光と同様に波が進行することにより物質中を伝搬する。その伝搬する速度は、物質が有する屈折率によって異なる。このため、位相の揃ったＸ線を被写体に向けて照射すると、被写体における組織の違いによりＸ線の伝わり方に相違が生じる。これにより被写体を透過するＸ線の波面が歪むので、透過Ｘ線に基づいて得られたＸ線画像に回折縞が生じる。この回折縞のパターンは、Ｘ線を結像させるスクリーンと被写体との距離やＸ線の波長によって異なっている。従って、回折縞パターンの異なる２枚以上のＸ線画像を解析することにより、スクリーンの各位置において生じたＸ線の位相差を求めることができる。この位相差を明度に換算することにより、被写体における組織の違いが明確に現れたＸ線画像を得ることができる。
【０００７】
特に、被写体の軟部を透過した後の放射線においては、透過した組織の違いにより、透過放射線において強度差よりも位相差の方が大きくなるので、位相コントラスト法を用いることにより、組織間の微妙な相違を可視化することができる。このような位相コントラスト法を用いるために、放射線撮像における撮像条件や、回折縞パターンから位相を復元する手法が検討されている。
【０００８】
下記の非特許文献１には、軟Ｘ線撮像を行うことによって得られた画像情報に基づいて位相復元を行い、Ｘ線画像を構成することが述べられている。この文献においては、位相復元の基本式であるＴＩＥ（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｏｆ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｅｑｕａｔｉｏｎ）が用いられている。ここで、ｒはベクトルである。
【数１】
2004121741.tif 000003
【０００９】
次に、位相復元の原理について、図１１を用いて説明する。図１１に示すように、波長λを有するＸ線は、図の左側から出射し、物体面１０１を透過し、物体面１０１から距離ｚだけ離れたスクリーン１０２に入射する。ここで、スクリーン１０２上の位置（ｘ，ｙ）におけるＸ線の強度をＩ（ｘ，ｙ）、位相をφ（ｘ，ｙ）とする。このとき、強度Ｉ（ｘ，ｙ）と位相φ（ｘ，ｙ）との間には、次式に示す関係が成り立つ。ここで、強度Ｉは、波の振幅の２乗である。
【数２】
2004121741.tif 000004
式（２）においてκ＝２π／λとおき、（ｘ，ｙ）成分をベクトルｒに書き換えると、式（１）に示すＴＩＥが導かれる。
【００１０】
しかしながら、このようなＴＩＥを解くことは困難であるため、ＴＩＥは、主に近似して用いられていた。下記の非特許文献２には、硬Ｘ線撮像によって得られた画像情報に基づいて位相復元を行い、Ｘ線画像を構成することが述べられている。この文献においては、式（１）に示すＴＩＥを次のように近似している。まず、式（１）を展開する。なお、以下において、上記文献におけるベクトルｒは（ｘ，ｙ）成分に書き換えられている。
【数３】
2004121741.tif 000005
【００１１】
式（３）の右辺第２項をゼロに近似すると、次式（４）に示す近似式が得られる。
【数４】
2004121741.tif 000006
式（４）においては、有限要素法等の解法により、Ｉ（ｘ，ｙ）からφ（ｘ，ｙ）を求めることができる。
【００１２】
これらの方法を用い、より精度の良い位相復元を行うためには、検出素子のサイズをできる限り小さくし、多くの検出素子により構成される、高精細（高解像度）のスクリーンを用いることが望ましい。
【００１３】
しかしながら、高解像度のスクリーンを用いると、ノイズの影響を受けやすくなるといった問題があった。そこで、ノイズの影響を減少させるためには、Ｘ線の照射量を増加させることが考えられるが、人体のような生態の場合には、被曝の恐れがあるために、照射量を増加させることができないといった問題がある。なお、下記の非特許文献１及び非特許文献２には、非生態試料を撮影しているため、このようなノイズと照射量の関係については述べられていない。
【００１４】
【非特許文献１】
オールマン（Ｂ．　Ｅ．　Ａｌｌｍａｎ）等「軟Ｘ線非干渉量測定位相撮像法（Ｎｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｐｈａｓｅ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｓｏｆｔ　ｘ　ｒａｙｓ）」米国光学協会誌Ａ（Ｊ．　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ　Ａ），　Ｖｏｌ．　１７，　Ｎｏ．　１０　（Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０００）、ｐ．１７３２−１７４３
【非特許文献２】
グレイエフ（Ｔ．　Ｅ．　Ｇｕｒｅｙｅｖ）等「硬Ｘ線量測定非干渉位相差撮像法（Ｈａｒｄ　Ｘ−ｒａｙ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｎｏｎ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　ｐｈａｓｅ−ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｉｍａｇｉｎｇ）」光学写真法研究専門家誌（ＳＰＩＥ）　Ｖｏｌ．　３６５９　（１９９９）、ｐ．３５６−３６４
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、Ｘ線の照射量を増加させることなく、ノイズの影響を減少させることができる位相情報復元方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような位相情報復元方法を用いた位相情報復元装置、並びに、位相情報復元プログラムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る位相情報復元方法は、被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを生成する放射線検出器を用いて、複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得るステップ（ａ）と、複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｂ）とを具備する。
【００１７】
また、本発明の第２の観点に係る位相情報復元方法は、被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元方法であって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた、複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の第１の検出データを取得するステップ（ａ）と、複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２の検出データをそれぞれ生成するステップ（ｂ）と、複数の第２の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより、位相データを求めるステップ（ｃ）とを具備する。
【００１８】
本発明の第１の観点に係る位相情報復元装置は、被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元装置であって、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを生成する検出手段と、被写体を透過した放射線の強度を異なる距離ｚｉにおいて検出することにより得られた複数の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求める位相データ算出手段とを具備する。
【００１９】
また、本発明の第２の観点に係る位相情報復元装置は、被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元装置であって、被写体を透過した放射線の強度を異なる距離ｚｉにおいて検出することにより得られた複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２の検出データをそれぞれ生成する信号処理手段と、信号処理手段によって生成された複数の第２の検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元することにより位相データを求める位相データ算出手段とを具備する。
【００２０】
本発明の第１の観点に係る位相情報復元プログラムは、被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元プログラムであって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、照射された放射線の強度を検出して画素サイズがπσｚ／３Ｒ以上（ｚはｚｉの最大値）の放射線画像情報を表す検出データを生成する放射線検出器を用いて、複数の検出面における複数の放射線画像情報を表す複数の検出データを得る手順（ａ）と、複数の検出データに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｂ）と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｃ）とをＣＰＵに実行させる。
【００２１】
また、本発明の第２の観点に係る位相情報復元プログラムは、被写体から距離Ｒの位置において焦点サイズσの光源から発生し被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた検出データに基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する位相情報復元プログラムであって、被写体からの距離ｚｉが異なる複数の検出面において、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた複数の第１の検出データを取得する手順（ａ）と、複数の第１の検出データに対して、空間周波数が３Ｒ／２πσｚ（ｚはｚｉの最大値）より大きい成分を抑圧することにより、複数の第２のデータをそれぞれ生成する手順（ｂ）と、複数の第２のデータに基づいて、位相のラプラシアンを求める手順（ｃ）と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相データを求める手順（ｄ）とをＣＰＵに実行させる。
【００２２】
本発明によれば、所定の空間周波数成分を抑圧することにより、Ｘ線の照射量を増加させることなく、ノイズの影響を減少させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１に、本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元装置の構成を示す。図１に示すように、この位相情報復元装置は、被写体にＸ線を照射することにより、被写体に関する放射線画像情報を表す検出データを出力する撮像部１と、検出データに基づいて位相情報を復元することにより画像データを生成する画像構成部２と、画像データに基づいて可視画像を表示する表示部３と、可視画像をフィルム等にプリント出力する出力部４とを有している。
【００２４】
図２は、撮像部１の構成を示す模式図である。撮影部１は、光源１１と、モノクロメータ１２と、センサ１３とを有している。光源１１は、シンクロトロン放射光を利用し、モノクロメータ１２で放射光から所定の波長成分だけを回折し、単色Ｘ線としている。なお、光源１１としては、コヒーレント性及び単色性が高いビームを発生するこのができる光源を用いることが望ましい。ここで、単色性が高いビームとは、主に単一波長を有するビームのことをいうが、厳密に単一波長である必要はない。このため、本実施形態においては、光源１１として、Ｘ線を発生するシンクロトロン放射光を用いている。シンクロトロン放射光とは、磁場中で電子を円運動させたり螺旋運動させたりすることによって発生する光（電磁波）のことをいう。このような放射光光源においては、電子の求心加速度を変更することにより、発生する放射光の波長を変更することができる。光源１１から発生したＸ線は、被写体１０を透過し、センサ１３に入射して回折縞を生じる。
【００２５】
センサ１３は、Ｘ線を入射させて回折縞を生じさせるためのスクリーンとして用いられ、センサ１３の各位置に入射した回折光の強度を表す検出信号を出力する。センサ１３としては、例えば、ＣＣＤ（ｃｏｕｐｌｅｄ　ｃｈａｒｇｅ　ｄｅｖｉｃｅ）等のように、入射したＸ線の強度を電気信号に変換して出力する複数の検出素子を有する２次元センサが用いられる。
【００２６】
また、撮像部１は、増幅器１６と、Ａ／Ｄ変換器１７とを有している。増幅器１６は、センサ１３から出力された検出信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器１７は、増幅器１６によって増幅された検出信号をディジタル信号（「画像信号」又は「検出データ」という）に変換し、検出データを画像構成部２に出力する。
【００２７】
さらに、撮像部１は、センサ１３を保持する保持部１４と、保持部１４を移動可能な状態で支持しているレール１５と、保持部１４を駆動するセンサ駆動部１８とを有している。センサ駆動部１８は、後述する画像構成部２の制御部２６の制御の下で保持部１４を駆動することにより、被写体１０とセンサ１３との距離を変化させる。なお、以下において、被写体１０とセンサ１３との間の距離を、「撮像距離」という。
【００２８】
再び図１を参照すると、画像構成部２は、撮像部１から出力された検出データを一時的に記憶する記憶部２１と、撮像距離の異なる検出データの間における差分係数を求める差分処理部２２と、位相のラプラシアンに相当する値を算出するラプラシアン処理部２３と、位相復元を行うための逆ラプラシアン演算を行う逆ラプラシアン処理部２４と、復元された位相情報に基づいて画像データを生成する画像処理部２５と、上記の各部２１〜２５及び撮像部１における撮像距離を制御する制御部２６とを有している。画像構成部２は、ディジタル回路で構成しても良いし、ソフトウェアとＣＰＵで構成しても良い。その場合には、ＣＰＵを含む制御部２６が、記録媒体２７に記録された位相情報復元プログラムに基づいて検出データを処理する。記録媒体２７としては、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭ等が該当する。
【００２９】
表示部３は、例えば、ＣＲＴ等のディスプレイ装置であり、画像構成部２によって復元された位相情報を表す画像データに基づいて可視画像を表示する。また、出力部４は、例えば、レーザプリンタであり、画像データに基づいて可視画像をフィルム等にプリント出力する。
【００３０】
次に、図３を参照しながら、有限の焦点サイズを持つ光源から発生したＸ線をセンサ１３の検出素子で検出する検出信号について説明する。なお、本実施形態においては、センサ１３において、縦横の画素サイズがそれぞれΔＸ及びΔＹであるＣＣＤカメラ２０を用いており、蛍光板１９に照射されたＸ線が発する蛍光を、蛍光板１９に対して光源１１の反対側で撮影している。
【００３１】
ここで、有限の焦点サイズσを有する光源１１から発生するＸ線により得られる画像にはボケが生じる。その画像のボケを表すボケ関数ｆ（ｕ，ｖ）は、被写体１０と光源１１との距離をＲ、被写体１０とセンサ１３との撮像距離をｚとし、光源のｘ軸、ｙ軸方向の焦点サイズをそれぞれσＸ、σＹとすると、次式で表される正規分布となる。
【数５】
2004121741.tif 000007
ただし、ｕ、ｖはそれぞれセンサ１３におけるｘ軸、ｙ軸方向の空間周波数成分であり、また、ａＸ＝２πσＸｚ／Ｒ、ａＹ＝２πσＹｚ／Ｒである。
【００３２】
ここで、図４に、空間周波数の関数としてボケ関数を示す。図４に示すように、高空間周波数領域におけるボケ関数の値は、ほぼゼロになる。このことから、より高精細な画像を得ようとセンサを構成する検出素子の画素サイズを小さくしても、高空間周波数領域においては、ボケの影響によって画像の検出信号がほとんど無いので、ノイズのみを検出することになる。
【００３３】
そのため、ノイズの影響を小さくするためには、センサが検出できる最高の空間周波数を、ボケによって検出信号がほとんど無くなる空間周波数より小さくすれば良い。すなわち、ボケ関数における標準偏差をシグマとすると、検出信号の９９％を含む３シグマ範囲中に、センサが検出できる最高の空間周波数が入っていれば良い。
【００３４】
式（５）より、３シグマ範囲は、ｕ≦３／ａＸ、ｖ≦３／ａＹであり、センサの画素サイズΔＸ、ΔＹに対する最高空間周波数は、サンプリング定理より、１／（２ΔＸ）、１／（２ΔＹ）である。したがって、ノイズの影響を小さくするためには、画素サイズΔＸ、ΔＹが次式を満たせば良いことが分かる。
【数６】
2004121741.tif 000008
【００３５】
ここで、式（６）を整理して、ノイズの影響を小さくするために必要な画素サイズの条件である次式（７）を得る。
ΔＸ≧ａＸ／６、ΔＹ≧ａＹ／６・・・（７）
例えば、ｚ＝１．０ｍ、Ｒ＝５．０ｍ、σＸ＝σＹ＝４０μｍの場合には、画素サイズが８．４μｍ以上であれば良い。
【００３６】
次に、図１、図２及び図５を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元方法について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、撮影距離を変えて回折縞画像を２回撮像し、これらの回折縞画像情報を表す検出データに基づいて、位相コントラスト法を用いて可視画像を構成する。
【００３７】
まず、ステップＳ１０において、Ｘ線撮像を行う。即ち、図２に示すように、光源１１からの距離がＲとなる位置に被写体を配置し、センサ駆動部１８は、制御部２６の制御に基づいて、撮像距離がｚ１となる位置にセンサ１３を配置し、被写体１０にＸ線を照射することにより、Ｘ線撮像を行う。同様に、撮像距離がｚ２となる位置にセンサ１３を配置し、Ｘ線撮像を行う。
【００３８】
ここで、光源のＸ、Ｙ方向の焦点サイズをσＸ、σＹとし、センサ１３の検出素子の画素サイズを縦横共にΔとし、焦点サイズσＸ、σＹの大きい方をσ、撮像距離の大きい方をｚとすると、センサ駆動部１８は、式（７）を満たすように、Δ≧πσｚ／３Ｒを満たす画素サイズの検出素子を用いたセンサ１３を配置する。
【００３９】
ステップＳ１０におけるＸ線撮像により、それぞれの撮像距離ｚ１及びｚ２面において画素（ｘ，ｙ）に入射した回折光の強度を表す検出データＩ（ｘ，ｙ，ｚ１）及びＩ（ｘ，ｙ，ｚ２）が画像構成部２に順次入力され、記憶部２１に記憶される。これらの検出データは、それぞれの撮像距離面における回折縞画像情報を表している。
【００４０】
次に、ステップＳ１１〜Ｓ１３において、画像構成部２は、記憶部２１に記憶されている検出データＩ（ｘ，ｙ，ｚ１）及びＩ（ｘ，ｙ，ｚ２）に基づいて、センサ位置における位相φ（ｘ，ｙ）を復元する。
まず、ステップＳ１１において、差分処理部２２は、次式（８）を用いて検出データＩ（ｘ，ｙ，ｚ１）と検出データＩ（ｘ，ｙ，ｚ２）との差分を求める。
【数７】
2004121741.tif 000009
【００４１】
次に、ステップＳ１２において、ラプラシアン処理部２３は、ステップＳ１１において求められた差分係数と、記憶部２１に記憶されている検出データとに基づいて、次式（９）を用いて位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝∇２φ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。
【数８】
2004121741.tif 000010
ここで、式（９）においては、差分係数を撮像距離が小さい方の検出データＩ（ｘ，ｙ，ｚ１）で割っているが、撮像距離が大きい方の検出データＩ（ｘ，ｙ，ｚ２）で割っても良い。
【００４２】
さらに、ステップＳ１３において、逆ラプラシアン処理部２４は、ステップＳ１２において求められた位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝∇２φ（ｘ，ｙ，ｚ）に対して逆ラプラシアン演算を行うことにより、位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）を得る。ここで、逆ラプラシアン演算について、詳しく説明する。ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）のフーリエ変換は、次式（１０）のように表される。
【数９】
2004121741.tif 000011
ここで、Ｆ［　］はフーリエ変換を示し、また、ｕ、ｖはｘ、ｙに対応する空間周波数である。
【００４３】
これより、位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）は式（１１）のように表される。
【数１０】
2004121741.tif 000012
ここで、Ｆ−１［　］は逆フーリエ変換を示す。
【００４４】
この式（１１）を利用することにより、逆ラプラシアン演算を行うことができる。即ち、ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）をフーリエ変換し、｛−４π２（ｕ２＋ｖ２）｝−１を掛け、さらに、これを逆フーリエ変換することにより、復元された位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）が得られる。
【００４５】
ここで、｜ｕ｜及び｜ｖ｜が所定の値以下となる範囲内で｛−４π２（ｕ２＋ｖ２）｝−１を予め算出しておき、式（１１）に示す演算を行う際にこれを利用しても良い。即ち、所定の値ｃｏｎｓｔを設定すると、｜ｕ｜，｜ｖ｜≦ｃｏｎｓｔの場合には、式（１１）において次式の値を用いる。
｛−４π２（ｕ２＋ｖ２）｝−１＝（予め算出された値）
また、｜ｕ｜，｜ｖ｜＞ｃｏｎｓｔの場合には、式（１１）において、次式の値を用いる。
｛−４π２（ｕ２＋ｖ２）｝−１＝０
これにより、逆ラプラシアン演算を高速に行うことができる。
【００４６】
次に、ステップＳ１４において、画像処理部２５は、位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて画像データを生成する。すなわち、画像処理部２５は、それぞれの画素における位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）を、明度を表すデータに変換すると共に、階調処理及び補間処理等の必要な画像処理を施す。
【００４７】
その後、必要に応じて、ステップＳ１５において、表示部３は、画像データに基づく可視画像をディスプレイに表示したり、ステップ１６において、出力部４は、フィルム等に印刷する。
【００４８】
また、本実施形態においては、被写体を撮像する際にＸ線を用いているが、被写体を透過して回折像を形成することができる放射線であればＸ線に限らず用いることができる。例えば、電子線を含む粒子線等が挙げられる。また、本実施形態においては、撮影距離の異なる２つの検出データを用いて位相を復元したが、撮影距離の異なる３つ以上の検出データを用いて位相を復元しても良い。また、図３の蛍光板１９を光学系で拡大し、ＣＣＤカメラ２０で撮影する場合には、実際のＣＣＤの画素サイズではなくて、実行画素サイズ（拡大前の画素サイズ）を用いる。また、図６に示すような、拡大撮影の場合も同様である。
【００４９】
さらに、本実施形態においては、被写体を撮像する際に放射光光源を用いているが、放射光ではないビームを発生する光源を用いても良い。例えば、立命館大学が開発した電子蓄積型高輝度硬Ｘ線発生装置は、卓上型でありながら放射光並みに輝度及び指向性の高いＸ線を発生することができる。この装置が発生するＸ線はコヒーレント性を有しており、また、単一波長ではないが、単色化結晶と組み合わせることにより単色化することが可能である。また、技術研究組合フェムト秒テクノロジー研究機構（ＦＥＳＴＡ）が開発した線源は、逆コンプトン散乱の原理に基づいて極短パルス高輝度Ｘ線を発生する。この線源は、小型で持ち運びが可能であり、干渉性を有すると共に、指向性及び単色性の高いＸ線を発生することができる。なお、光源として点光源を用いる場合には、画像構成部においてデータ処理を行う際に、拡大率を含めて補正することが望ましい。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置について説明する。図７に、本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置の構成を示す。
図７に示すように、この位相情報復元装置は、図１における画像構成部２にさらに撮像部１から出力された検出データを制御部２６の制御の下でＬＰＦ（Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ：ローパスフィルタ）処理し、記憶部２１に出力するＬＰＦ２８を含む画像構成部７を、画像構成部２の替わりに含んでいる。その他の構成については、図１におけるのと同様である。なお、本実施形態においては、検出データにおける高空間周波数成分を抑制又は除去するために、ディジタル演算によるＬＰＦ処理を行っている。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元方法について、図２、図７及び図８を参照しながら説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、撮影距離を変えて回折縞画像を２回撮像し、これらの回折縞画像情報を表す検出データに基づいて、位相コントラスト法を用いて可視画像を構成する。
【００５２】
まず、ステップＳ２０において、Ｘ線撮像を行う。即ち、図２に示すように、光源１１からの距離がＲとなる位置に被写体を配置し、センサ駆動部１８は、制御部２６の制御に基づいて、撮像距離がｚ１となる位置にセンサ１３を配置し、被写体１０にＸ線を照射することにより、Ｘ線撮像を行う。同様に、撮像距離がｚ２となる位置にセンサ１３を配置し、Ｘ線撮像を行う。
【００５３】
ステップＳ２０におけるＸ線撮像により、それぞれの撮像距離ｚ１及びｚ２面において画素（ｘ，ｙ）に入射した回折光の強度を表す検出データＩ（ｘ，ｙ，ｚ１）及びＩ（ｘ，ｙ，ｚ２）が画像構成部２に順次入力される。これらの検出データは、それぞれの撮像距離面における回折縞画像情報を表している。
【００５４】
次に、ステップＳ２１において、ＬＰＦ２８は、順次入力された検出データに対してＬＰＦ処理を施すことにより、検出データの高空間周波数成分を抑制又は除去した検出データＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ１）及びＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ２）を求める。ＬＰＦ２８で、求められた検出データＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ１）及びＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ２）は、記憶部２１に順次記憶される。
【００５５】
なお、ＬＰＦ２８で抑制又は除去される高空間周波数成分領域は、図４において、ボケによって信号の無い領域である。したがって、３シグマ範囲外の空間周波数成分を抑圧又は除去するため、光源１１の縦横の焦点サイズをσＸ、σＹ、光源と被写体との距離をＲ、撮影距離をｚとし、ｘ、ｙの空間周波数成分をｕ，ｖとすると、ｕ＞３Ｒ／２πσＸｚ、ｖ＞３Ｒ／２πσＹｚの空間周波数成分を抑圧又は除去すれば良い。
【００５６】
次に、ステップＳ２２〜Ｓ２４において、画像構成部５は、記憶部２１に記憶されている検出データＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ１）及びＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ２）に基づいて、センサ位置における位相φ（ｘ，ｙ）を復元する。
まず、ステップＳ２２において、差分処理部２２は、次式（１２）を用いて検出データＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ１）と検出データＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ２）との差分を求める。
【数１１】
2004121741.tif 000013
【００５７】
次に、ステップＳ２３において、ラプラシアン処理部２３は、ステップＳ２２において求められた差分係数と、記憶部２１に記憶されている検出データとに基づいて、次式（１３）を用いて位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝∇２φ（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。
【数１２】
2004121741.tif 000014
ここで、式（１３）においては、差分係数を撮像距離が小さい方のＬＰＦ処理された検出データＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ１）で割っているが、撮像距離が大きい方のＬＰＦ処理された検出データＩＬＰＦ（ｘ，ｙ，ｚ２）で割っても良い。
【００５８】
さらに、ステップＳ２４において、逆ラプラシアン処理部２４は、ステップＳ２３において求められた位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝∇２φ（ｘ，ｙ，ｚ）に対して逆ラプラシアン演算を行うことにより、位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）を得る。
【００５９】
次に、ステップＳ２５において、画像処理部２５は、位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて画像データを生成する。すなわち、画像処理部２５は、それぞれの画素における位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）を、明度を表すデータに変換すると共に、階調処理及び補間処理等の必要な画像処理を施す。
【００６０】
その後、必要に応じて、ステップＳ２６において、表示部３は、画像データに基づく可視画像をディスプレイに表示したり、ステップ２７において、出力部４は、フィルム等に印刷する。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置の変形例について、図９を参照しながら説明する。図９に示す位相情報復元装置は、撮像部７及び読取り部６を有している。その他の構成については、図７に示す位相情報復元装置と同様である。
【００６２】
撮像部７においては、画像情報を記録するために用いられるスクリーンとして、図２に示すセンサ１３の替わりに、輝尽性蛍光体シート（記録シート）が用いられる。
【００６３】
輝尽性蛍光体（蓄積性蛍光体）とは、放射線等を照射するとその放射線エネルギの一部が蓄積され、その後、可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネルギに応じて輝尽発光する物質である。この輝尽性蛍光体を塗布したシートに人体等の被写体の放射線画像を撮像記録し、この輝尽性蛍光体シートをレーザ光等の励起光で走査すると輝尽発光光が生じるので、この光を光電的に読み取ることにより検出データを得ることができる。この検出データを適切に処理した後、ＣＲＴ等のディスプレイに出力したり、レーザプリンタ等によりフィルムに印刷して、放射線画像を可視画像として表示することができる。
【００６４】
図９に示す読取り部６は、記録シートに記録された放射線画像を読み取るために用いられる。ここで、図１０を参照しながら、読取り部６の構成及び動作について説明する。画像情報が記録された記録シート６０は、読取り部６の所定位置にセットされる。記録シート６０は、モータ６１により駆動されるシート搬送手段６２により、Ｙ軸方向に搬送される。一方、レーザ光源６３より出射したビームＬ１は、モータ６４により駆動されて矢印方向に高速回転する回転多面鏡６５により反射偏向され、収束レンズ６６を通過する。その後、ビームＬ１は、ミラー６７により光路を変えて、記録シート６０をＸ軸方向に走査する。この走査により、励起光Ｌ２が記録シート６０に照射され、照射された部分からは蓄積記録されている放射線画像情報に応じた光量の輝尽発光光Ｌ３が発散される。輝尽発光光Ｌ３は、光ガイド６８により導かれ、フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）６９により光電的に検出される。フォトマルチプライヤ６９から出力されたアナログ信号は、増幅器７０により増幅され、Ａ／Ｄ変換器７１によりディジタル化される。Ａ／Ｄ変換器７１から出力された検出データは、画像構成部５に入力される。
【００６５】
撮像部７において、撮像距離を変えて複数枚の記録シートを用いて放射線撮像を行い、読取り部６において、それぞれの記録シートから画像情報を読み取ることにより、異なる撮像距離において得られた複数の干渉縞画像を表す検出データが得られる。画像構成部５は、この検出データに基づいて位相復元を行い、画像データを生成する。画像構成部５における処理については、図８を用いて説明したのと同様である。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、位相コントラスト法により人体等の生態の放射線画像を構成する際に、ボケによる信号の無い領域の検出信号を除去することによりＸ線の照射量を増加させることなく、ノイズの影響を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す撮像部の構成を示す模式図である。
【図３】有限の焦点サイズを持つ光源から発生したＸ線をセンサの検出素子で検出する検出信号について説明するための図である。
【図４】空間周波数の関数としてボケ関数を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。
【図６】拡大撮影を行う場合の撮像部の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置の構成の変形例を示す図である。
【図１０】図９に示す読取り部の構成を示す模式図である。
【図１１】位相復元の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１、７　撮像部
２、５　画像構成部
３　表示部
４　出力部
６　読取り部
１０　被写体
１１　光源
１２　モノクロメータ
１３　センサ
１４　保持部
１５　レール
１６、７０　増幅器
１７、７１　Ａ／Ｄ変換器
１８　センサ駆動部
１９　蛍光板
２０　ＣＣＤカメラ
２１　記憶部
２２　差分処理部
２３　ラプラシアン処理部
２４　逆ラプラシアン処理部
２５　画像処理部
２６　制御部
２７　記録媒体
２８　ＬＰＦ
６０　輝尽性蛍光体シート（記録シート）
６１　モータ
６２　シート搬送手段
６３　レーザ光源
６４　モータ
６５　回転多面鏡
６６　収束レンズ
６７　ミラー
６８　光ガイド
６９　フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）
１０１　物体面
１０２　スクリーン
【図１】
2004121741.tif 000015
【図２】
2004121741.tif 000016
【図３】
2004121741.tif 000017
【図４】
2004121741.tif 000018
【図５】
2004121741.tif 000019
【図６】
2004121741.tif 000020
【図７】
2004121741.tif 000021
【図８】
2004121741.tif 000022
【図９】
2004121741.tif 000023
【図１０】
2004121741.tif 000024
【図１１】
2004121741.tif 000025