(57)【要約】      （修正有）【課題】第１の格子と第２の格子の２つの格子を平行に配列し、これらの格子を用いて位相コントラスト画像を取得する放射線位相画像撮影装置において、１回の撮影によって良好な画質の位相コントラスト画像を取得する。【解決手段】第１の格子および第２の格子のいずれか一方の格子を、画素回路に対応する単位で構成された単位格子を複数配列したものとするとともに、位相コントラスト画像を構成する１つの画素に対応する所定の範囲内における少なくとも３つの単位格子のそれぞれを他方の格子に対して互いに異なる距離だけ平行にシフトさせて配置し、さらに、その単位格子に対応する画素回路４０_１〜４０_４から読み出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像を構成する１つの画素を生成するための上記画素信号の数よりも少ない、少なくとも２つの信号を演算する演算部４７，４８を放射線画像検出器に設ける。【選択図】図９
2012157690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子構造が周期的に配置され、放射線源から射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１の格子と、
格子構造が周期的に配置され、前記第１の周期パターン像が入射されて第２の周期パターン像を形成する第２の格子と、
該第２の格子により形成された第２の周期パターン像を検出する画素回路が２次元状に配列された放射線画像検出器と、
前記放射線画像検出器において検出された前記第２の周期パターン像を表す画像信号に基づいて位相コントラスト画像を生成する画像生成部とを備えた放射線画像撮影装置であって、
前記第１の格子および前記第２の格子のいずれか一方の前記格子が、前記画素回路に対応する単位で構成された単位格子を複数配列したものであるとともに、前記位相コントラスト画像を構成する１つの画素に対応する所定の範囲内における少なくとも３つの単位格子のそれぞれが、他方の前記格子の延伸方向に直交する方向について該他方の格子に対して互いに異なる距離だけ平行にシフトして配置されたものであり、
前記放射線画像検出器が、前記所定の範囲内の少なくとも３つの前記単位格子に対応する前記画素回路から読み出された画素信号に基づいて、前記位相コントラスト画像を構成する１つの画素を生成するための前記画素信号の数よりも少ない、少なくとも２つの信号を演算する演算部を複数備え、
前記画像生成部が、前記放射線画像検出器の複数の前記演算部から出力された信号に基づいて前記位相コントラスト画像を生成するものであることを特徴とする放射線画像撮影装置。
【請求項２】
前記単位格子が、矩形で形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影装置。
【請求項３】
前記所定の範囲内の複数の単位格子の像が、前記他方の格子に対してＰ／Ｍずつ平行にシフトして配列されたものであることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像撮影装置。
ただし、Ｐは前記他方の格子のピッチ、Ｍは前記位相コントラスト画像を構成する１つの画素の画素信号を生成するために用いられる予め設定された位相情報の数
【請求項４】
前記所定の範囲内の少なくとも４つの単位格子に対応する画素回路が、点対称に配列されたものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
【請求項５】
前記演算部が、前記所定の範囲内の少なくとも２つの前記単位格子に対応する前記画素回路から読み出された画素信号の差分信号を演算する差分演算回路を備えたものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
【請求項６】
前記画像生成部が、２つの前記差分演算回路からそれぞれ出力された２つの信号の比に基づいて前記位相コントラスト画像を構成する１つの画素の画素信号を生成するものであることを特徴とする請求項５記載の放射線画像撮影装置。
【請求項７】
前記画素回路が、スイッチ素子を有し、該スイッチ素子がオンされることによって前記画素回路の画素信号が読み出されるものであり、
前記スイッチ素子をオンするための走査信号が出力される走査線が、少なくとも２行の前記画素回路行毎に設けられていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
【請求項８】
前記第２の格子が、前記第１の格子からタルボ干渉距離の位置に配置され、
前記第１の格子のタルボ干渉効果によって形成される前記第１の周期パターン像に強度変調を与えるものであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
【請求項９】
前記第１の格子が、前記放射線を投影像として通過させて前記第１の周期パターン像を形成する吸収型格子であり、
前記第２の格子が、前記第１の格子を通過した前記投影像としての前記第１の周期パターン像に強度変調を与えるものであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の放射線画像撮影装置。
【請求項１０】
前記第２の格子が、前記第１の格子から最小のタルボ干渉距離より短い距離に配置されていることを特徴とする請求項９記載の放射線画像撮影装置。
【請求項１１】
放射線の照射によって発生した電荷を検出する画素回路が２次元状に配列された放射線画像検出器であって、
所定の範囲内の少なくとも３つの前記画素回路から読み出された画素信号に基づいて、該画素信号の数よりも少ない、少なくとも２つの信号を演算する演算部が複数設けられていることを特徴とする放射線画像検出器。
【請求項１２】
前記演算部が、前記所定の範囲内の少なくとも２つ前記画素回路から読み出された画素信号の差分信号を演算する差分演算回路を備えたものであることを特徴とする請求項１１記載の放射線画像検出器。
【請求項１３】
前記画素回路が、スイッチ素子を有し、該スイッチ素子がオンされることによって前記画素回路の画素信号が読み出されるものであり、
前記スイッチ素子をオンするための走査信号が出力される走査線が、少なくとも２行の前記画素回路行毎に設けられていることを特徴とする請求項１１または１２記載の放射線画像検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子を利用した放射線画像撮影装置およびその放射線画像撮影装置に用いられる放射線画像検出器に関するものである。
【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、被写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線画像を検出するＸ線画像検出器との間に被写体を配置して、被写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各Ｘ線は、Ｘ線画像検出器までの経路上に存在する被写体を構成する物質の特性（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線画像検出器に入射する。この結果、被写体のＸ線透過像が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】
しかし、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り、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、Ｘ線吸収能の差が小さく、従ってＸ線透過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線の吸収量の差が小さいため、画像のコントラストが得られにくい。
【０００５】
近年、被検体の吸収係数の違いによるＸ線の強度変化に代えて、被検体の屈折率の違いによるＸ線の位相変化に基づいた位相コントラスト画像を得るＸ線位相イメージングの研究が行われている。この位相差を利用した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取得することができる。
【０００６】
このようなＸ線位相イメージングとして、たとえば、特許文献１および特許文献２においては、第１の格子と第２の格子の２つの格子を所定の間隔で平行に配列し、タルボ干渉効果によって第２の格子の位置に第１の格子の自己像を形成し、この自己像を第２の格子によって強度変調することによって放射線位相コントラスト画像を取得する放射線位相画像撮影装置が提案されている。
【０００７】
そして、特許文献１や特許文献２に記載の放射線位相画像撮影装置においては、第１の格子に対して、第１の格子の面にほぼ平行に第２の格子を配置し、第１の格子または第２の格子を、格子方向にほぼ垂直な方向に、格子ピッチよりも細かい所定量ずつ、相対的に並進移動させながら、その並進移動毎に撮影を行って複数の画像を撮影し、これらの複数の画像に基づいて、被検体との相互作用によって発生したＸ線の位相変化量（位相シフト微分量）を取得する縞走査法が行われる。そして、この位相シフト微分量に基づいて被検体の位相コントラスト画像を取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開２００８／１０２６５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９０７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の放射線位相画像撮影装置においては、上述したように第１または第２の格子を、その格子ピッチよりも細かいピッチで精度よく移動させる必要がある。格子ピッチは典型的には数μｍであり、格子の送り精度はさらに高い精度が要求されるため、非常に高精度な移動機構が必要となる結果、機構の複雑化とコストの増大をもたらす。また、格子の移動毎に撮影を行う場合、位相コントラスト画像を取得するための一連の撮影間で、被検体の動きや装置振動などの要因で被検体と撮影系の位置関係がズレることにより、被検体との相互作用で発生したＸ線の位相変化を正しく導くことができず、結果として、良好な位相コントラスト画像を得ることができないといった問題がある。
【００１０】
また、上述した放射線位相画像撮影装置においては、多数の画素回路が２次元状に配列された放射線画像検出器を用いて格子の移動毎の放射線画像が撮影され、その複数枚の放射線画像に基づいて演算処理によって位相コントラスト画像が生成されるが、この複数枚の放射線画像のデータ量が多いため、演算処理に時間がかかる問題がある。
【００１１】
また、放射線画像検出器として、たとえばＴＦＴ（thin film transistor）スイッチを有する画素回路を多数配列したいわゆるＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器を用いるようにした場合、ＴＦＴスイッチをオンするための走査信号が出力される多数の走査線とＴＦＴスイッチを介して読み出されたデータが出力される多数のデータ線とが直交して設けられるが、この走査線とデータ線との交差部分においては寄生容量が形成されるため、読み出される信号に対してこの寄生容量に起因するノイズが付加され、Ｓ/Ｎの劣化した信号となる問題がある。特に、画素回路の微細化を行った場合には、走査線やデータ線の数が多くなるので、その分読み出された信号のＳ/Ｎの劣化が顕著となる。そして、この読み出された信号のＳ/Ｎの劣化により位相コントラスト画像の画質も劣化する問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の事情に鑑み、高精度な移動機構を必要とすることなく、１回の撮影によって良好な画質の位相コントラスト画像を取得することができる放射線画像撮影装置および放射線画像検出器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】
【００１３】
本発明の放射線画像撮影装置は、格子構造が周期的に配置され、放射線源から射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１の格子と、格子構造が周期的に配置され、前記第１の周期パターン像が入射されて第２の周期パターン像を形成する第２の格子と、第２の格子により形成された第２の周期パターン像を検出する画素回路が２次元状に配列された放射線画像検出器と、放射線画像検出器において検出された第２の周期パターン像を表す画像信号に基づいて位相コントラスト画像を生成する画像生成部とを備えた放射線画像撮影装置であって、第１の格子および第２の格子のいずれか一方の格子が、画素回路に対応する単位で構成された単位格子を複数配列したものであるとともに、位相コントラスト画像を構成する１つの画素に対応する所定の範囲内における少なくとも３つの単位格子のそれぞれが、他方の格子の延伸方向に直交する方向についてその他方の格子に対して互いに異なる距離だけ平行にシフトして配置されたものであり、放射線画像検出器が、所定の範囲内の少なくとも３つの単位格子に対応する画素回路から読み出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像を構成する１つの画素を生成するための上記画素信号の数よりも少ない、少なくとも２つの信号を演算する演算部を複数備え、画像生成部が、放射線画像検出器の複数の演算部から出力された信号に基づいて位相コントラスト画像を生成するものであることを特徴とする。
【００１４】
また、上記本発明の放射線画像撮影装置においては、単位格子を矩形で形成することができる。
【００１５】
また、上記所定の範囲内の複数の単位格子の像を、他方の格子に対してＰ／Ｍずつ平行にシフトして配列することができる。ただし、Ｐは他方の格子のピッチ、Ｍは位相コントラスト画像を構成する１つの画素の画素信号を生成するために用いられる予め設定された位相情報の数
また、上記所定の範囲内の少なくとも４つの単位格子に対応する画素回路を点対称に配列することができる。
【００１６】
また、演算部を、上記所定の範囲内の少なくとも２つの単位格子に対応する画素回路から読み出された画素信号の差分信号を演算する差分演算回路を備えたものとできる。
【００１７】
また、画像生成部を、２つの差分演算回路からそれぞれ出力された２つの信号の比に基づいて位相コントラスト画像を構成する１つの画素の画素信号を生成するものとできる。
【００１８】
また、画素回路をスイッチ素子を有するものとするとともに、そのスイッチ素子がオンされることによって画素回路の画素信号が読み出されるものとし、スイッチ素子をオンするための走査信号が出力される走査線を、少なくとも２行の画素回路行毎に設けることができる。
【００１９】
また、第２の格子を、第１の格子からタルボ干渉距離の位置に配置し、第１の格子のタルボ干渉効果によって形成される第１の周期パターン像に強度変調を与えるものとできる。
【００２０】
また、第１の格子を、放射線を投影像として通過させて第１の周期パターン像を形成する吸収型格子とし、第２の格子を、第１の格子を通過した投影像としての第１の周期パターン像に強度変調を与えるものとできる。
【００２１】
また、第２の格子を、第１の格子から最小のタルボ干渉距離より短い距離に配置することができる。
【００２２】
本発明の放射線画像検出器は、放射線の照射によって発生した電荷を検出する画素回路が２次元状に配列された放射線画像検出器であって、所定の範囲内の少なくとも３つの画素回路から読み出された画素信号に基づいて少なくとも２つの信号を演算する演算部が複数設けられていることを特徴とする。
【００２３】
また、上記本発明の放射線画像検出器においては、演算部を、上記所定の範囲内の少なくとも２つの画素回路から読み出された画素信号の差分信号を演算する差分演算回路を備えたものとできる。
【００２４】
また、画素回路をスイッチ素子を有するものとするとともに、そのスイッチ素子がオンされることによって画素回路の画素信号が読み出されるものとし、スイッチ素子をオンするための走査信号が出力される走査線を少なくとも２行の画素回路行毎に設けることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の放射線画像撮影装置によれば、第１の格子および第２の格子のいずれか一方の格子を、画素回路に対応する単位で構成された単位格子を複数配列したものとするとともに、位相コントラスト画像を構成する１つの画素に対応する所定の範囲内における少なくとも３つの単位格子のそれぞれを他方の格子に対して互いに異なる距離だけ平行にシフトさせて配置し、その少なくとも３つの単位格子に対応する画素回路から読み出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像を構成する１つの画素の画素信号を生成するようにしたので、従来のように第２の格子を移動させる高精度な移動機構を必要とすることなく、１回の撮影によって位相コントラスト画像を取得するための複数の縞画像を取得することができる。
【００２６】
そして、さらに本発明の放射線画像撮影装置においては、上記少なくとも３つの単位格子に対応する画素回路から読み出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像を構成する１つの画素を生成するための上記画素信号の数よりも少ない、少なくとも２つの信号を演算する演算部を放射線画像検出器に設け、その複数の演算部から出力された信号に基づいて位相コントラスト画像を生成するようにしたので、位相コントラスト画像を演算する際のデータ量を減らすことができ、演算処理を高速化することができる。
【００２７】
また、上記演算部を設けることによって、少なくとも３つの画素回路の画素信号を同時に読み出すことができるので、たとえば、２行２列や３行３列で配列された画素回路から同時に信号を読み出すようにした場合には、画素回路のスイッチ素子をオンするための走査信号が出力される走査線の数を１本にまとめることができるので、上述した走査線とデータ線との交差部分に形成される寄生容量を減らして信号のＳ/Ｎを向上させることができ、良好な画質の位相コントラスト画像を生成することができる。
【００２８】
特に、３行３列よりも多い画素回路から同時に信号を読み出して演算部によって２つの信号を生成するようにした場合には、データ線の数も減らすことができるので、さらに信号のＳ/Ｎを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の放射線画像撮影装置の第１の実施形態を用いた放射線位相画像撮影装置の概略構成図
【図２】図１に示す放射線位相画像撮影装置の上面図
【図３】第１の格子の概略構成図
【図４】第２の格子の概略構成図
【図５】第２の格子の一部断面図
【図６】第１の格子の単位格子の概略構成を示す図
【図７】第１の格子の各単位格子の単位格子部材の自己像と第２の格子の格子部材との位置関係の一例を示す図
【図８】ＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器の概略構成を示す図
【図９】図８に示す放射線画像検出器の画素回路の一例を示す図
【図１０】図９に示す演算回路の一例を示す図
【図１１】被検体の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つの放射線の経路を例示する図
【図１２】縞走査法を説明するための図
【図１３】位相コントラスト画像を生成する方法を説明するための図
【図１４】５つの位相情報に基づいて位相コントラスト画像の１つの画素を構成する際における第１の格子の各単位格子の単位格子部材の自己像と第２の格子の格子部材との位置関係の一例を示す図
【図１５】５つの位相情報に基づいて位相コントラスト画像の１つの画素を構成する際における画素回路の構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の放射線画像撮影装置の第１の実施形態を用いた放射線位相画像撮影装置について説明する。図１に第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置の概略構成を示す。図２に図１に示す放射線位相画像撮影装置の上面図（Ｘ−Ｚ断面図）を示す。図２の紙面厚さ方向が図１のＹ方向である。
【００３１】
本実施形態の放射線位相画像撮影装置は、図１に示すように、放射線を被検体１０に向かって照射する放射線源１と、放射線源１から射出された放射線を通過させて第１の周期パターン像（以下、自己像という）を形成する第１の格子２と、第１の格子２により形成された第１の周期パターン像を強度変調して第２の周期パターン像を形成する第２の格子３と、第２の格子３により形成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器４と、放射線画像検出器４により検出された第２の周期パターン像に基づいて位相情報を取得し、その取得した位相情報に基づいて位相コントラスト画像を生成する画像生成部５とを備えている。
【００３２】
放射線源１は、被検体１０に向けて放射線を射出するものであり、第１の格子２に放射線を照射したとき、タルボ干渉効果を発生させうるだけの空間的干渉性を有するものである。たとえば、放射線の発光点のサイズが小さいマイクロフォーカスＸ線管やプラズマＸ線源を利用することができる。また、通常の医療現場で用いられるような比較的放射線の発光点（いわゆる焦点サイズ）の大きな放射線源を用いる場合は、所定のピッチを有するマルチスリットを放射線の射出側に設置して使用することができる。この場合の詳細な構成は、たとえば、“Franz Pfeiffer, Timm Weikamp, Oliver Bunk, Christian David, Nature Physics 2, 258-261(01 Apr 2006)Letters, Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources”に記されているが、そのスリットＭＳのピッチＰ０は以下の式を満たすような大きさとする必要がある。
【数１】
2012157690.tif 000003
【００３３】
なお、Ｐ２は第２の格子３のピッチ、Ｚ３はマルチスリットＭＳから第１の格子２までの距離、Ｚ２は第１の格子２から第２の格子３までの距離である（図２参照）。
【００３４】
第１の格子２は、図３に示すように、放射線を主として透過する基板２１と、基板２１上に設けられた格子部材２２とを備えている。そして、格子部材２２は、矩形で形成された複数の単位格子部材２２ａから構成され、この複数の単位格子部材２２ａは、Ｙ方向に配列されるとともに、Ｘ方向について所定のピッチずらされて配列されている。本実施形態においては、Ｘ方向は後述する放射線画像検出器４の画素行方向であり、Ｙ方向は画素列方向である。なお、図３は、各単位格子部材２２ａを模式的に示したものであり、そのＸ方向についてのずらし量は正確ではないものとする。各単位格子部材２２ａのずらし量については後で詳述する。
【００３５】
格子部材２２を構成する単位格子部材２２ａは、いずれも放射線の光軸に直交する面内の一方向（Ｘ方向およびＺ方向に直交するＹ方向）に延伸した矩形の部材である。そして、各単位格子部材２２ａの素材としては、たとえば、金、白金などの金属を用いることができる。また、第１の格子２としては、照射される放射線に対して約９０°または約１８０°の位相変調を与える、いわゆる位相変調型格子であることが望ましく、たとえば、単位格子部材２２ａを金とした場合、通常の医療診断用のＸ線エネルギー領域において必要なＺ方向についての厚さは１μｍ〜１０μｍ程度になる。また、振幅変調型格子を用いることもできる。この場合、単位格子部材２２ａは放射線を十分に吸収する厚さが必要である。たとえば、単位格子部材２２ａを金とした場合、通常の医療診断用のＸ線エネルギー領域において必要な厚さは１０μｍ〜数１００μｍ程度になる。
【００３６】
第２の格子３は、図４に示すように、第１の格子２と同様に、放射線を主として透過する基板３１と、基板３１に設けられた複数の格子部材３２とを備えている。複数の格子部材３２は放射線を遮蔽するものであり、いずれも放射線の光軸に直交する面内の一方向（Ｘ方向およびＺ方向に直交するＹ方向）に延伸した線状の部材である。
【００３７】
図５は、図４に示す第２の格子３の５−５線断面図である。複数の格子部材３２は、図５に示すように、Ｘ方向に一定の周期Ｐ２で、互いに所定の間隔ｄ２を空けて配列されている。複数の格子部材３２の素材としては、たとえば、金、白金などの金属を用いることができる。第２の格子３は、振幅変調型格子であることが望ましい。このとき、格子部材３２は放射線を十分に吸収する厚さが必要である。たとえば、格子部材３２を金とした場合、通常の医療診断用のＸ線エネルギー領域において必要な厚さは１０μｍ〜数１００μｍ程度になる。
【００３８】
ここで、本実施形態においては、放射線画像検出器４によって検出された第２の周期パターン像に基づいて互いに異なる複数の位相情報を取得し、その複数の位相情報に基づいて位相コントラスト画像を生成するが、本実施形態においては、第２の周期パターン像に基づいて４つの位相情報を生成し、その４つの位相情報に基づいて位相コントラスト画像を生成するものとする。
【００３９】
そして、このように４つの位相情報を生成するための第１の格子２の詳細な構成について、以下に説明する。
【００４０】
本実施形態においては、Ｘ方向およびＹ方向に２行×２列で隣接した単位格子を構成する単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４がそれぞれ第２の格子３を透過することによって、４つの位相情報の各画素信号が生成されるように単位格子部材２２ａが配置される。図６は、上述した２行×２列で隣接した単位格子ＵＧ１〜ＵＧ４を示しており、図７は、放射線が４つの単位格子ＵＧ１〜ＵＧ４を透過して第２の格子３の位置に形成された自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４と、第２の格子３の各格子部材３２との位置関係を示している。
【００４１】
図７に示す実線四角内にそれぞれ配置された４つの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４が、各単位格子ＵＧ１〜ＵＧ４を構成する単位格子部材２２ａの自己像である。そして、図７に示す４つの実線四角内の４つの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４は、それぞれ第２の格子３の格子部材３２からＸ方向について互いに異なる距離で配置されている。
【００４２】
具体的には、４つの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４のうちの左上の自己像Ｇ１_１は、格子部材３２からの距離をゼロとして配置され、右上の自己像Ｇ１_２は格子部材３２からの距離をＰ２/４として配置され、左下の自己像Ｇ１_３は格子部材３２からの距離をＰ２/２として配置され、右下の自己像Ｇ１_４は格子部材３２からの距離を（３×Ｐ２）/４として配置されている。なお、Ｐ２は、第２の格子３の格子部材３２の配列方向（Ｘ方向）の周期である。
【００４３】
このように配置された４つの単位格子ＵＧ１〜ＵＧ４の単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４を放射線画像検出器４の後述する各画素回路４０によってそれぞれ検出することによって４つの位相情報の各画素信号をそれぞれ検出することができる。
【００４４】
なお、上記説明では、４つの単位格子ＵＧ１〜ＵＧ４とその自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４との配置について説明したが、実際には、この４つの単位格子ＵＧ１〜ＵＧ４とその自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４との配置がＸ方向およびＹ方向について多数繰り返される。
【００４５】
また、放射線源１から照射される放射線が、平行ビームではなく、コーンビームである場合には、第１の格子２を通過して形成される第１の格子２の自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４は、放射線源１からの距離に比例して拡大される。したがって、第１の格子２の各単位格子部材２２ａの配置と第２の格子３の格子ピッチＰ２とはその拡大率も考慮して設定されるものとする。
【００４６】
具体的には、図２に示すように、放射線源１の焦点から第１の格子２までの距離をＺ１、第１の格子２から第２の格子３までの距離をＺ２とし、第１の格子２を９０°の位相変調を与える位相変調型格子または振幅変調型格子とした場合、図６に示す第１の格子ピッチＰ１と、図７に示す第２の格子ピッチＰ２は、次式（２）の関係を満たすように決定される。なお、Ｐ１’は、第２の格子３の位置における第１の格子２の自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４のピッチである。
【数２】
2012157690.tif 000004
【００４７】
また、第１の格子２を１８０°の位相変調を与える位相変調型格子とした場合には、次式（３）の関係を満たすように決定される。
【数３】
2012157690.tif 000005
【００４８】
なお、放射線源１から照射される放射線が平行ビームである場合には、第１の格子２を９０°の位相変調を与える位相変調型格子または振幅変調型格子とした場合、Ｐ２＝Ｐ１を満たすように決定され、第１の格子２を１８０°の位相変調を与える位相変調型格子とした場合には、Ｐ２＝Ｐ１／２を満たすように決定される。
【００４９】
そして、上述したような放射線源１、第１の格子２、第２の格子３および放射線画像検出器４によって位相コントラスト画像を取得可能な放射線位相画像撮影装置が構成されるが、本構成をタルボ干渉計として機能させるためには、さらにいくつかの条件をほぼ満たさねばならない。その条件について以下に説明する。
【００５０】
まず、第１の格子２と第２の格子３とのグリッド面が、図１に示すＸ−Ｙ平面に平行であることが必要である。
【００５１】
そして、さらに、第１の格子２と第２の格子３との距離Ｚ２は、第１の格子２が９０°の位相変調を与える位相変調型格子である場合、次の条件をほぼ満たさなければならない。
【数４】
2012157690.tif 000006
ただし、λは放射線の波長（通常は実効波長）、ｍは０か正の整数、Ｐ１は上述した第１の格子２の単位格子部材２２ａのＸ方向のピッチ、Ｐ２は上述した第２の格子３の格子ピッチである。
【００５２】
また、第１の格子２が１８０°の位相変調を与える位相変調型格子である場合には、次の条件をほぼ満たさなければならない。
【数５】
2012157690.tif 000007
ただし、λは放射線の波長（通常は実効波長）、ｍは０か正の整数、Ｐ１は上述した第１の格子２の単位格子部材２２ａのＸ方向のピッチ、Ｐ２は上述した第２の格子３の格子ピッチである。
【００５３】
さらに、第１の格子２が振幅変調型格子である場合には、次の条件をほぼ満たさなければならない。
【数６】
2012157690.tif 000008
ただし、λは放射線の波長（通常は実効波長）、ｍ’は正の整数、Ｐ１は上述した第１の格子２の単位格子部材２２ａのＸ方向のピッチ、Ｐ２は上述した第２の格子３の格子ピッチである。
【００５４】
なお、上式（４），（５），（６）は、放射線源１により照射される放射線がコーンビームである場合であり、放射線が平行ビームである場合には、上式（４）に代えて下式（７）、上式（５）に代えて下式（８）、上式（６）に代えて下式（９）となる。
【数７】
2012157690.tif 000009
【数８】
2012157690.tif 000010
【数９】
2012157690.tif 000011
【００５５】
放射線画像検出器４は、第１の格子２に入射した放射線が形成する第１の格子２の自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４が第２の格子３によって強度変調された像を画像信号として検出するものである。このような放射線画像検出器４として、本実施形態においては、図７に示すような、ＴＦＴ（thin film transistor）スイッチ４１を備えた画素回路４０が２次元上に多数配列された、いわゆるＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器を用いる。
【００５６】
放射線画像検出器４は、各画素回路４０のＴＦＴスイッチ４１をオンオフするための走査信号が出力される多数のゲート走査線４３と、各画素回路４０からＴＦＴスイッチ４１を介して読み出された画素信号が出力される多数のデータ線４４とが直交して設けられている。
【００５７】
本実施形態の放射線画像検出器４のゲート走査線４３は、図７に示すように２行の画素回路行毎に設けられており、１本のゲート走査線４３に対して２行の画素回路行のＴＦＴスイッチ４１のゲート電極が接続されている。そして、１本のゲート走査線４３に走査信号が出力されることによって２行の画素回路行のＴＦＴスイッチ４１が同時にオンされるように構成されている。
【００５８】
また、データ線４４は、図７に示すように、詳細には第１のデータ線４４ａと第２のデータ線４４ｂとから構成され、２列の画素回路列毎に設けられている。そして、第１のデータ線４４ａには、２列の画素回路列のうちの一方の画素回路列が接続されており、第２のデータ線４４ｂには、２列の画素回路列のうちの他方の画素回路列が接続されている。なお、図７においては図示省略したが、第１のデータ線４４ａと画素回路列との間および第２のデータ線４４ｂと画素回路列との間には演算回路が設けられる。その演算回路のその詳細については後で詳述する。
【００５９】
そして、多数のゲート走査線４３には各画素回路４０のＴＦＴスイッチ４１をオンオフするための走査信号を出力する走査駆動回路４５が接続されており、多数のデータ線４４には画像生成部５が接続されている。
【００６０】
そして、放射線画像検出器４においては、走査駆動回路４５から各ゲート走査線４３に対して走査信号が順次出力され、その走査信号に応じてゲート走査線４３に接続された２行分の画素回路行のＴＦＴスイッチ４１が順次オンされ、これにより２行分の画素回路行毎の画素信号が順次読み出される。
【００６１】
そして、上述したように、図７に示す４つの単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４が、図８において点線四角で示す範囲内の隣接する２行×２列の４つの画素回路４０によってそれぞれ検出されるように配置されている。すなわち、図７の点線四角で示す範囲の４つの画素回路４０によってそれぞれ検出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像の１つの画素の画素信号が生成される。なお、図８においては、位相コントラスト画像の１つの画素に対応する４つの画素回路４０の範囲を１つだけ点線四角で示しているが、ゲート走査線４３とデータ線４４とで囲まれる４つの画素回路４０の組のそれぞれが、位相コントラスト画像の１つの画素の画素信号を生成するために用いられる。
【００６２】
ここで、放射線画像検出器４を構成する各画素回路４０について詳細に説明する。
【００６３】
図９は、図８において点線四角で示した４つの画素回路４０の詳細な構成を示す図である。図９に示すように、各画素回路４０_１〜４０_４は、光電変換素子４０ａと、光電変換素子４０ａによって変換された電荷を蓄積する蓄電部４０ｂと、蓄電部４０ｂに蓄積された電荷信号を読み出すために用いられるＴＦＴスイッチ４１とを備えている。なお、図８においては図示省略したが、図８に示す画素回路４０上には、放射線の照射を可視光に変換する波長変換層が設けられており、上述した光電変換素子４０ａは、この波長変換層から発せられた光を光電変換して電荷を発生するものである。
【００６４】
そして、図７に示した自己像Ｇ１_１に対応する画素回路４０_１のＴＦＴスイッチ４１のソース電極と自己像Ｇ１_３に対応する画素回路４０_３のＴＦＴスイッチ４１のソース電極とに第１の演算回路４７が接続されており、自己像Ｇ１_２に対応する画素回路４０_２のＴＦＴスイッチ４１のソース電極と自己像Ｇ１_４に対応する画素回路４０_４のＴＦＴスイッチ４１のソース電極とに第２の演算回路４８が接続されている。
【００６５】
第１の演算回路４７は、画素回路４０_１によって検出された画素信号Ｉ０から画素回路４０_３によって検出された画素信号Ｉ２を減算し、差分信号Ｓを出力するものである。第１の演算回路４７の出力端子には第１のデータ線４４ａが接続されており、第１の演算回路４７において算出された差分信号Ｓは第１のデータ線４４ａに出力される。
【００６６】
第２の演算回路４８は、画素回路４０_４によって検出された画素信号Ｉ３から画素回路４０_２によって検出された画素信号Ｉ１を減算し、差分信号Ｐを出力するものである。第１の演算回路４８の出力端子には第２のデータ線４４ｂが接続されており、第２の演算回路４８において算出された差分信号Ｐは第２のデータ線４４ｂに出力される。
【００６７】
第１の演算回路４７および第２の演算回路４８は、たとえば、図１０に示すような差動増幅回路によって構成されるが、差動増幅回路の構成については公知であるので詳細な説明は省略する。
【００６８】
画像生成部５は、放射線画像検出器４により検出された４つの位相情報の画像信号に基づいて第１の演算回路４７および第２の演算回路４８において演算された差分信号Ｓおよび差分信号Ｐに基づいて、位相コントラスト画像を生成するものである。位相コントラスト画像の生成方法については、後で詳述する。
【００６９】
次に、本実施形態の放射線位相画像撮影装置の作用について説明する。
【００７０】
まず、図１に示すように、放射線源１と第１の格子２との間に、被検体１０が配置された後、放射線源１から放射線が射出される。そして、その放射線は被検体１０を透過した後、第１の格子２に照射される。第１の格子２に照射された放射線は、第１の格子２で回折されることにより、第１の格子２から放射線の光軸方向において所定の距離において、タルボ干渉像を形成する。
【００７１】
これをタルボ効果と呼び、光波が第１の格子２を通過したとき、第１の格子２から所定の距離において、第１の格子２の自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４を形成する。たとえば、第１の格子２が、９０°の位相変調を与える位相変調型格子の場合、上式（４）または上式（７）（１８０°の位相変調型格子の場合は上式（５）または上式（８）、強度変調型格子の場合は上式（６）または上式（９））で与えられる距離において第１の格子２の自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４を形成する一方、被検体１０によって、第１の格子２に入射する放射線の波面は歪むため、第１の格子２の自己像はそれに従って変形している。すなわち、上述した第１の格子２の各単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４が被検体１０によって変形する。
【００７２】
続いて、放射線は、第２の格子３を通過する。その結果、上記の変形した第１の格子２の各単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１−４は第２の格子３との重ね合わせにより、強度変調を受け、上記波面の歪みを反映した画像信号として放射線画像検出器４により検出される。
【００７３】
ここで、放射線画像検出器４における画像検出と読出しの作用について説明する。
【００７４】
上記のようにして第２の格子３による強度変調によって変形した第１の格子２の各単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１−４は、図９に示す放射線画像検出器４の各画素回路４０_１〜４０_４によってそれぞれ検出され、各画素回路４０_１〜４０_４の光電変換素子４０ａによって光電変換された後、その電荷が蓄電部４０ｂに蓄積される。
【００７５】
次に、走査駆動回路４５からＹ方向に配列されたゲート走査線４３に走査信号が順次出力され、各画素回路４０に蓄積された電荷が画素信号として読み出される。
【００７６】
具体的には、図９に示すゲート走査線４３に走査信号が出力されると、ゲート走査線４３に接続された４つの画素回路４０_１〜４０_４のＴＦＴスイッチ４１が同時にオンされる。
【００７７】
これにより画素回路４０_１の蓄電部４０ｂに蓄積された画素信号と画素回路４０_３の蓄電部４０ｂに蓄積された画素信号とがＴＦＴスイッチ４１を介して読み出されて第１の演算回路４７に入力されるとともに、画素回路４０_２の蓄電部４０ｂに蓄積された画素信号と画素回路４０_４の蓄電部４０ｂに蓄積された画素信号とがＴＦＴスイッチ４１を介して読み出されて第２の演算回路４８に入力される。
【００７８】
そして、第１の演算回路４７において画素回路４０_１によって検出された画素信号Ｉ０から画素回路４０_３によって検出された画素信号Ｉ２が減算されて差分信号Ｓが算出され、その差分信号Ｓが第１のデータ線４４ａに出力される。また、第２の演算回路４７において画素回路４０_２によって検出された画素信号Ｉ１から画素回路４０_４によって検出された画素信号Ｉ３が減算されて差分信号Ｐが算出され、この差分信号Ｐが第２のデータ線４４ｂに出力される。
【００７９】
なお、ここでは図９に示す４つの画素回路４０_１〜４０_４の作用についてのみ説明したが、図９に示すゲート走査線４３に接続され、Ｘ方向に配列された４つの画素回路４０_１〜４０_４の組の全てにおいて同じ動作が行われる。
【００８０】
これにより、４つの画素回路４０_１〜４０_４の組のそれぞれについて差分信号Ｓと差分信号Ｐとが算出される。後述するようにこの差分信号Ｓと差分信号Ｐとに基づいて、位相コントラスト画像の１つの画素信号が生成されることになるので、１本のゲート走査線４３への走査信号によって位相コントラスト画像の１つの画素行分の信号が読みだされることになる。
【００８１】
そして、走査駆動回路４５からＹ方向に配列されたゲート走査信号４３に走査信号が順次出力されることによって、上記同様の動作が順次行われ、位相コントラスト画像の１つの画素行分の差分信号Ｓおよび差分信号Ｐが順次読みだされる。
【００８２】
そして、各第１のデータ線４４ａに出力された差分信号Ｓと各第２のデータ線４４ｂに出力された差分信号Ｐとは画像生成部５に入力され、画像生成部５は、入力された差分信号Ｓと差分信号Ｐとに基づいて、位相コントラスト画像の各画素の画素信号を生成する。
【００８３】
次に、画像生成部５において、入力された差分信号Ｓと差分信号Ｐとに基づいて位相コントラスト画像の各画素の画素信号を生成する方法について説明するが、その前に、まず、一般的な縞走査法による位相コントラスト画像の生成方法の原理について説明する。
【００８４】
図１１は、被検体の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つの放射線の経路を例示している。符号Ｘ１は、被検体が存在しない場合に直進する放射線の経路を示しており、この経路Ｘ１を進む放射線は、第１の格子および第２の格子３を通過して放射線画像検出器に入射する。符号Ｘ２は、被検体が存在する場合に、被検体により屈折されて偏向した放射線の経路を示している。この経路Ｘ２を進む放射線は第１の格子を通過した後、第２の格子により遮蔽される。
【００８５】
被検体の位相シフト分布Φ（ｘ）は、被検体ｍの屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）、放射線の進む方向をｚとして、次式（１０）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。
【数１０】
2012157690.tif 000012
【００８６】
第１の格子から第２の格子の位置に形成された自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４は、被検体での放射線の屈折により、その屈折角ψに応じた量だけｘ方向に変位する。この変位量Δｘは、放射線の屈折角ψが微小であることに基づいて、近似的に次式（１１）で表される。
【数１１】
2012157690.tif 000013
【００８７】
ここで、屈折角ψは、放射線の波長λと被検体の位相シフト分布Φ（ｘ）を用いて、次式（１２）で表される。
【数１２】
2012157690.tif 000014
【００８８】
このように、被検体での放射線の屈折による自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４の変位量Δｘは、被検体の位相シフト分布Φ（ｘ）に関連している。そして、この変位量Δｘは、放射線画像検出器で検出される各画素の強度変調信号の位相ズレ量Ψ（被検体がある場合とない場合とでの各画素の強度変調信号の位相ズレ量）に、次式（１３）のように関連している。
【数１３】
2012157690.tif 000015
【００８９】
したがって、各画素の強度変調信号の位相ズレ量Ψを求めることにより、上式（１３）から屈折角ψが求まり、上式（１２）を用いて位相シフト分布Φ（ｘ）の微分量が求まる。この微分量をｘについて積分することにより、被検体の位相シフト分布Φ（ｘ）、すなわち被検体の位相コントラスト画像を生成することができる。そして、上記位相ズレ量Ψは、下記に示す縞走査法を用いて算出される。
【００９０】
縞走査法では、第１の格子または第２の格子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、上述したような撮影を行う。なお、ここでは第２の格子を移動させる場合について説明する。第２の格子の移動にともなって、放射線画像検出器によって検出される縞画像が移動し、並進距離（Ｘ方向への移動量）が、第２の格子の配列周期の１周期（配列ピッチＰ２）に達すると、すなわち第１の格子２の各自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_４と第２の格子３との間の位相変化が２πに達すると縞画像は元の位置に戻る。このような縞画像の変化を、配列ピッチＰ２の整数分の１ずつ第２の格子を移動させながら、放射線画像検出器において縞画像を検出し、その検出した複数の縞画像から各画素の強度変調信号を取得し、各画素の強度変調信号の位相ズレ量Ψを取得する。
【００９１】
図１２は、配列ピッチＰ２をＭ（２以上の整数）個に分割した移動ピッチ（Ｐ２／Ｍ）ずつ第２の格子３を移動させる様子を模式的に示している。
【００９２】
まず、ｋ＝０の位置では、主として、被検体により屈折されなかった放射線が第２の格子を通過する。次に、ｋ＝１，２，・・・と順に第２の格子を移動させていくと、第２の格子を通過する放射線は、被検体により屈折されなかった放射線の成分が減少する一方で、被検体により屈折された放射線の成分が増加する。特に、ｋ＝Ｍ／２では、主として、被検体により屈折された放射線の成分のみが第２の格子を通過する。ｋ＝Ｍ／２を超えると、逆に、第２の格子を通過する放射線は、被検体により屈折された放射線の成分が減少する一方で、被検体により屈折されなかった放射線の成分が増加する。
【００９３】
そして、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１の各位置で放射線画像検出器による撮影を行うことによってＭ枚の縞画像信号が取得される。
【００９４】
以下に、このＭ枚の縞画像信号の各画素の画素信号から各画素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。
【００９５】
まず、第２の格子３の位置ｋにおける各画素の画素信号Ｉｋ（ｘ）は、次式（１４）で表される。
【数１４】
2012157690.tif 000016
【００９６】
ここで、ｘは、画素のｘ方向に関する座標であり、Ａ０は入射放射線の強度であり、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、ψ（ｘ）は、上記屈折角ψを放射線画像検出器の画素の座標ｘの関数として表したものである。
【００９７】
次いで、次式（１５）の関係式を用いると、上記屈折角ψ（ｘ）は、式（１６）のように表される。
【数１５】
2012157690.tif 000017
【数１６】
2012157690.tif 000018
【００９８】
ここで、ａｒｇ[]は、偏角の抽出を意味しており、放射線画像検出器の各画素の位相ズレ量Ψに対応する。したがって、放射線画像検出器の各画素について取得されたＭ個の縞画像信号の画素信号から、式（１６）に基づいて位相コントラスト画像の各画素の強度変調信号の位相ズレ量Ψを算出することにより、屈折角ψ（ｘ）が求められる。
【００９９】
具体的には、放射線画像検出器の各画素について取得されたＭ個の画素信号は、図１３に示すように、第２の格子の位置ｋに対して、第２の格子２の格子ピッチＰ２の周期で周期的に変化する。図１３中の破線は被検体が存在しない場合の画素信号の変化を示しており、実線は、被検体が存在する場合の画素信号の変化を示している。この両者の波形の位相差が各画素の強度変調信号の位相ズレ量Ψに対応する。
【０１００】
そして、屈折角ψ（ｘ）は、上式（１２）で示したように位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値に対応する値であるため、屈折角ψ（ｘ）をｘ軸に沿って積分することにより、位相シフト分布Φ（ｘ）を位相コントラスト画像として取得することができる。
【０１０１】
以上が、一般的な縞走査法による位相コントラスト画像の生成方法であるが、上述した屈折角ψ（ｘ）を表す式（１６）は、下式（１７）で表すことができる。
【数１７】
2012157690.tif 000019
【０１０２】
ここで、δｋは、下式（１８）で表すことができるので、本実施形態のようにＭ＝４とし、画素回路４０_１により検出される画素信号をＩ０、画素回路４０_２により検出される画素信号をＩ１、画素回路４０_３により検出される画素信号をＩ２、画素回路４０_４により検出される画素信号をＩ３とすると、上式（１７）の括弧内は、下式（１９）のように算出することができ、下式（２０）のように表すことができる。なお、ｋ＝０，１，２，３のときの位相は０，π/２，π，３π/２だけそれぞれずれることになり、画素回路４０_１，画素回路４０_２，画素回路４０_３，画素回路４０_４がそれぞれ対応する。
【数１８】
2012157690.tif 000020
【数１９】
2012157690.tif 000021
【数２０】
2012157690.tif 000022
【０１０３】
すなわち、上式（１７）は、上述した差分信号Ｐと差分信号Ｓとを用いて下式（２１）のように表すことができる。
【数２１】
2012157690.tif 000023
【０１０４】
したがって、画像生成部５は、上述したようにして入力された差分信号Ｓと差分信号Ｐとに基づいて、上式（２１）を算出して位相コントラスト画像の各画素の画素信号を生成する。
【０１０５】
なお、屈折角の２次元分布ψ（ｘ，ｙ）や位相ズレ量Ψ（ｘ，ｙ）は、位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）の微分値に対応するものであるため位相微分像と呼ばれるが、この位相微分像を位相コントラスト画像として生成するようにしてもよい。
【０１０６】
上記第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置によれば、第１の格子２を単位格子部材２２ａを複数配列したものとするとともに、位相コントラスト画像を構成する１つの画素に対応する所定の範囲内における４つの単位格子部材２２ａのそれぞれを第２の格子３に対して互いに異なる距離だけ平行にシフトさせて配置し、その４つの単位格子部材２２ａに対応する画素回路４０_１〜４０_４から読み出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像を構成する１つの画素の画素信号を生成するようにしたので、従来のように第２の格子を移動させる高精度な移動機構を必要とすることなく、１回の撮影によって位相コントラスト画像を取得するための複数の縞画像を取得することができる。
【０１０７】
また、４つの単位格子部材２２ａに対応する画素回路４０_１〜４０_４から読み出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像を構成する１つの画素を生成するための２つの信号を演算する第１および第２の演算回路４７，４８を放射線画像検出器４に設け、その２つの信号に基づいて位相コントラスト画像を生成するようにしたので、放射線画像検出器４から出力されるデータ量を半分することができ、位相コントラスト画像の演算処理を高速化することができる。
【０１０８】
また、第１および第２の演算回路４７，４８を設けることによって、４つの画素回路の画素信号を同時に読み出すことができるので、４つの画素回路のゲート走査線４３を１本にまとめることができるので、ゲート走査線４３とデータ線４４との交差部分に形成される寄生容量を減らして信号のＳ/Ｎを向上させることができ、良好な画質の位相コントラスト画像を生成することができる。
【０１０９】
次に、本発明の放射線画像撮影装置の第２の実施形態を用いた放射線位相画像撮影装置について説明する。上記第１の実施形態においては、４つの画素回路４０_１〜４０_４によって４つの位相情報の各画素信号を検出し、この４つの画素信号から位相コントラスト画像の１つの画素の画素信号を生成するようにしたが、位相コントラスト画像を生成するための位相情報の数は４つに限らず３つ以上であればよい。第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置は、５つの位相情報から位相コントラス画像を生成するものである。なお、以下、第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置と異なる構成についてのみ説明する。
【０１１０】
まず、第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置における第１の格子２の各単位格子部材２２ａの配置について説明する。図１４は、放射線が第１の格子２を透過することによって第２の格子３の位置に形成された第１の格子２の各単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１、Ｇ１_２Ａ、Ｇ１_２Ｂ、Ｇ１_３Ａ、Ｇ１_３Ｂ、Ｇ１_４Ａ、Ｇ１_４Ｂ、Ｇ１_５ＡおよびＧ１_５Ｂと第２の格子３の格子部材３２との位置関係を示している。
【０１１１】
本実施形態においては、Ｘ方向およびＹ方向に３行×３列で隣接した単位格子内の単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂがそれぞれ第２の格子３を透過することによって５つの位相情報の各画素信号が生成されるように単位格子部材２２ａを配置する。なお、図１４においては、各単位格子について１本の第２の格子３の格子部材３２と１つの単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂとの関係しか示していないが、実際には、図７に示した２行×２列の単位格子の場合と同様に、各単位格子内には多数の格子部材３２と単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂとが含まれているものとする。
【０１１２】
そして、具体的には、図１４に示すように、３行×３列の９つの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂのうちの１行１列目の自己像Ｇ１_１は、格子部材３２からの距離をゼロとして配置され、１行２列目の自己像Ｇ１_２Ａと２行１列目の自己像Ｇ１_２Ｂは格子部材３２からの距離をＰ２/５として配置され、１行３列目の自己像Ｇ１_３Ａと３行１列目の自己像Ｇ１_３Ｂは格子部材３２からの距離を（２×Ｐ２）/５として配置され、２行３列目の自己像Ｇ１_４Ａと３行２列目の自己像Ｇ１_４Ｂは格子部材３２からの距離を（３×Ｐ２）/５として配置され、２行２列目の自己像Ｇ１_５Ａと３行３列目の自己像Ｇ１_５Ｂは格子部材３２からの距離を（４×Ｐ２）/５として配置されている。なお、Ｐ２は、上述したとおり第２の格子３の格子部材３２の配列方向（Ｘ方向）の周期である。
【０１１３】
このように配置された９つの単位格子の単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂを放射線画像検出器４の各画素回路４０によってそれぞれ検出することによって５つの位相情報の各画素信号をそれぞれ検出することができる。なお、自己像Ｇ１_１が第１の位相情報を構成するものであり、自己像Ｇ１_２Ａおよび自己像Ｇ１_２Ｂが第２の位相情報を構成するものであり、自己像Ｇ１_３Ａおよび自己像Ｇ１_３Ｂが第３の位相情報を構成するものであり、自己像Ｇ１_４Ａおよび自己像Ｇ１_４Ｂが第４の位相情報を構成するものであり、自己像Ｇ１_５Ａおよび自己像Ｇ１_５Ｂが第５の位相情報を構成するものである。
【０１１４】
また、上記説明では、９つの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂの配置のみについて説明したが、この９つの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂの配置がＸ方向およびＹ方向について繰り返して配置される。
【０１１５】
そして、図１４に示す９つの単位格子の単位格子部材２２ａの自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂが、図１５に示す３×３の９つの画素回路４０_１〜４０_９によってそれぞれ検出されるように配置されている。すなわち、この９つの画素回路４０_１〜４０_９によってそれぞれ検出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像の１つの画素の画素信号が生成される。なお、図１５においては、位相コントラスト画像の１つの画素に対応する９つの画素回路４０_１〜４０_９だけを示しているが、このような９つの画素回路４０_１〜４０_９の組がＸ方向およびＹ方向に繰り返して配置されているものとする。そして、ゲート走査線４３は３行の画素回路行毎に設けられ、第１および第２のデータ線４４ａ，４４ｂは３列の画素回路列毎に設けられているものとする。
【０１１６】
そして、図１５に示すように、各画素回路４０_１〜４０_９はそれぞれ光電変換素子４０ａが設けられており、この各光電変換素子４０ａにおいて発生した電荷信号に基づいて位相コントラスト画像の１画素の画素信号が生成される。上式（１７）は、下式（２２）で表すことができる。
【数２２】
2012157690.tif 000024
【０１１７】
本実施形態では、上式（１７）においてＭ＝５に相当し、カッコ中の分子の部分がＩ０を除くＩ１からＩ４のそれぞれに係数のかけた和で、分母はＩ０からＩ４のそれぞれに係数をかけた和で構成されている。分子の４項と分母の５項とを合わせて９項からなっている。本実施形態では、位相コントラスト画像の１つの画素の画素信号を生成するために３行×３列の９個の画素回路４０_１〜４０_９を用い、この９個の画素回路４０_１〜４０_９に各項をそれぞれを割り当てる。すなわちｋ＝０の自己像Ｇ１_１を検出する画素回路４０_１の画素信号をＩ０に割り当て、ｋ＝１の自己像Ｇ１_２ＡとＧ１_２Ｂを検出する画素回路４０_２と画素回路４０_３の画素信号を分子および分母のＩ１に係数をかけたＩ１Ａ,Ｉ１Ｂに割り当て、ｋ＝２の自己像Ｇ１_３ＡＧ１_３Ｂを検出する画素回路４０_４と画素回路４０_５の画素信号を分子および分母のＩ２に係数をかけたＩ２Ａ,Ｉ２Ｂに割り当て、ｋ＝３の自己像Ｇ１_４ＡとＧ１_４Ｂを検出する画素回路４０_６と画素回路４０_７の画素信号を分子および分母のＩ３に係数をかけたＩ３Ａ,Ｉ３Ｂに割り当て、ｋ＝４の自己像Ｇ１_５ＡとＧ１_５Ｂを検出する画素回路４０_８と画素回路４０_９の画素信号をＩ４に係数をかけたＩ４Ａ,Ｉ４Ｂに割り当てる。Ａを分子側、Ｂを分母側とする。Ｉ０〜Ｉ４に掛け合わされる各係数は１より小さい値である。各光電変換素子４０ａに対して抵抗Ｒ１Ａ〜Ｒ４Ｂをそれぞれ直列に接続し、この各抵抗Ｒ１Ａ〜Ｒ４Ｂが各光電変換素子４０ａにより得られる信号の係数に相当するように調整する。正負の計算は第１および第２の演算回路４７，４８の接続端子を分けることで行う。
【０１１８】
なお、上記第１の実施形態の画素回路４０_１〜４０_４においては光電変換素子４０ａにおいて発生した電荷を蓄積する蓄電部４０ｂを設けるようにしたが、この蓄電部４０ｂは必ずしも設ける必要はなく、本実施形態においては、蓄電部を設けていない画素回路を用いるようにしている。
【０１１９】
そして、上記第１の実施形態においては各画素回路４０_１〜４０_４にそれぞれＴＦＴスイッチ４１を設けるようにしたが、本実施形態においては、上式（２２）を算出できるように複数の画素回路によって１つのＴＦＴスイッチが供用されるよう構成されている。具体的には、図１５に示すように、ＴＦＴスイッチ４１ａは、画素回路４０_１、画素回路４０_３および画素回路４０_５の光電変換素子４０ａにおいて発生した電荷を読み出すために用いられ、ＴＦＴスイッチ４１ｂは、画素回路４０_２および画素回路４０_４の光電変換素子４０ａにおいて発生した電荷を読み出すために用いられ、ＴＦＴスイッチ４１ｃは、画素回路４０_７および画素回路４０_８の光電変換素子４０ａにおいて発生した電荷を読み出すために用いられ、ＴＦＴスイッチ４１ｄは、画素回路４０_６および画素回路４０_９の光電変換素子４０ａにおいて発生した電荷を読み出すために用いられる。
【０１２０】
そして、上式（２２）を算出するためＴＦＴスイッチ４１ａのソース電極とＴＦＴスイッチ４１ｄのソース電極とが第１の演算回路４７が接続されており、ＴＦＴスイッチ４１ｂのソース電極とＴＦＴスイッチ４１ｃのソース電極とが第２の演算回路４８が接続されている。
【０１２１】
本実施形態における第１の演算回路４７は、上式（２２）におけるＩ０＋Ｉ１Ｂ＋Ｉ２Ｂ−Ｉ３Ｂ−Ｉ４Ｂを算出して差分信号Ｓを出力するものであり、第２の演算回路４８は、上式（２２）におけるＩ１Ａ＋Ｉ２Ａ−Ｉ３Ａ−Ｉ４Ａを算出して差分信号Ｐを出力するものである。
【０１２２】
そして、本実施形態の画像生成部５は、放射線画像検出器４により検出された５つの位相情報の画像信号に基づいて、第１の演算回路４７により演算された差分信号Ｓと第２の演算回路４８により演算された差分信号Ｐとに基づいて、位相コントラスト画像を生成するものである。
【０１２３】
次に、本実施形態の放射線位相画像撮影装置の作用について説明する。
【０１２４】
まず、被検体１０を透過した放射線が第１の格子２および第２の格子３を透過することによって、第２の格子３によって強度変調を受けた第１の格子２の自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂが形成され、その自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂが放射線画像検出器４によって検出されるまでについては、上記第１の実施形態と同様である。
【０１２５】
そして、本実施形態においては、図１４に示す自己像Ｇ１_１〜Ｇ１_５Ｂが、それぞれ図１５に示す放射線画像検出器４の各画素回路４０_１〜４０_９によって検出され、各画素回路４０_１〜４０_９の光電変換素子４０ａによって光電変換される。
【０１２６】
次に、走査駆動回路４５からＹ方向に配列されたゲート走査線４３に走査信号が順次出力され、各画素回路４０において発生した電荷が画素信号として読み出される。
【０１２７】
具体的には、図１５に示すゲート走査線４３に走査信号が出力されると、ゲート走査線４３に接続されたＴＦＴスイッチ４１ａ〜４１ｄが同時にオンされる。
【０１２８】
これにより画素回路４０_１の画素信号Ｉ０と画素回路４０_３の画素信号Ｉ１Ｂと画素回路４０_５の画素信号Ｉ２ＢとがＴＦＴスイッチ４１ａを介して読み出されて第１の演算回路４７に入力されるとともに、画素回路４０_７の画素信号Ｉ３Ｂと画素回路４０_９の画素信号Ｉ４ＢとがＴＦＴスイッチ４１ｄを介して読み出されて第１の演算回路４７に入力される。
【０１２９】
そして、第１の演算回路４７において上式（２２）におけるＩ０＋Ｉ１Ｂ＋Ｉ２Ｂ−Ｉ３Ｂ−Ｉ４Ｂが算出されて差分信号Ｓが生成され、第１のデータ線４４ａに出力される。
【０１３０】
また、画素回路４０_２の画素信号Ｉ１Ａと画素回路４０_４の画素信号Ｉ２ＡとがＴＦＴスイッチ４１ｂを介して読み出されて第２の演算回路４８に入力されるとともに、画素回路４０_６の画素信号Ｉ３Ａと画素回路４０_８の画素信号Ｉ４ＡとがＴＦＴスイッチ４１ｃを介して読み出されて第２の演算回路４７に入力される。
【０１３１】
そして、第２の演算回路４８において上式（２２）におけるＩ１Ａ＋Ｉ２Ａ−Ｉ３Ａ−Ｉ４Ａが算出されて差分信号Ｐが生成され、第２のデータ線４４ｂに出力される。
【０１３２】
なお、ここでは図１５に示す９つの画素回路４０_１〜４０_９の作用についてのみ説明したが、図１５に示すゲート走査線４３に接続され、Ｘ方向に配列された９つの画素回路４０_１〜４０_９の組の全てにおいて同じ動作が行われる。
【０１３３】
これにより、９つの画素回路４０_１〜４０_９の組のそれぞれについて差分信号Ｓと差分信号Ｐとが算出される。
【０１３４】
そして、走査駆動回路４５からＹ方向に配列されたゲート走査信号４３に走査信号が順次出力されることによって、上記同様の動作が順次行われ、位相コントラスト画像の１つの画素行分の差分信号Ｓおよび差分信号Ｐが順次読みだされる。
【０１３５】
そして、各第１のデータ線４４ａに出力された差分信号Ｓと各第２のデータ線４４ｂに出力された差分信号Ｐとは画像生成部５に入力され、画像生成部５は、入力された差分信号Ｓと差分信号Ｐとに基づいて、位相コントラスト画像の各画素の画素信号を生成する。
【０１３６】
具体的には、画像生成部５は、上記第１の実施形態と同様に、入力された差分信号Ｓと差分信号Ｐとに基づいて、上式（２１）を算出して位相コントラスト画像の各画素の画素信号を生成する。
【０１３７】
上記第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置によれば、９つの単位格子部材２２ａに対応する画素回路４０_１〜４０_９から読み出された画素信号に基づいて、位相コントラスト画像を構成する１つの画素を生成するための２つの信号を演算する第１および第２の演算回路４７，４８を放射線画像検出器４に設け、その２つの信号に基づいて位相コントラスト画像を生成するようにしたので、従来であれば位相コントラスト画像の１つ画素を生成するために９つの画素信号が出力されるところ、２つの信号の出力とすることができるので、放射線画像検出器４から出力されるデータ量を減少させることができ、位相コントラスト画像の演算処理を高速化することができる。
【０１３８】
また、第１および第２の演算回路４７，４８を設けることによって、９つの画素回路の画素信号を同時に読み出すことができるので、９つの画素回路のゲート走査線４３を１本にまとめることができるので、ゲート走査線４３とデータ線４４との交差部分に形成される寄生容量を減らして信号のＳ/Ｎを向上させることができ、良好な画質の位相コントラスト画像を生成することができる。
【０１３９】
なお、上記第１および第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置は、第１の格子２から第２の格子３までの距離Ｚ２がタルボ干渉距離となるように、上式（４）〜上式（９）のいずれかを満たすようにしたが、第１の格子２が入射放射線を回折せずに投影させる構成としてもよい。このような構成とすれば第１の格子２を通過して射影される投影像が、第１の格子２の後方の全ての位置で相似的に得られるため、第１の格子２から第２の格子３までの距離Ｚ２を、タルボ干渉距離を無関係に設定することができる。
【０１４０】
具体的には、第１の格子２と第２の格子３とを、ともに吸収型（振幅変調型）格子として構成するとともに、タルボ干渉効果に関わらず、スリット部を通過した放射線を幾何学的に投影するように構成する。より詳細には、第１の格子２の間隔ｄ１と第２の格子３の間隔ｄ２とを、放射線源１から照射される放射線の実効波長より十分大きな値とすることで、照射放射線に含まれる大部分をスリット部で回折せずに、直進性を保ったまま通過するように構成する。たとえば、放射線源のターゲットとしてタングステンを用いた場合には、放射線の実効波長は、管電圧５０ｋＶにおいて約０．４Åである。この場合には、第１の格子２の間隔ｄ１と第２の格子３の間隔ｄ２を、１μｍ〜１０μｍ程度とすれば大部分の放射線がスリットによって回折されずに幾何学的に投影される。
【０１４１】
なお、第１の格子２の格子ピッチＰ１と第２の格子３の格子ピッチＰ２との関係については、上記第１の実施形態と同様である。また、第２の格子３に対する第１の格子２を構成する単位格子部材２２ａの配置についても、上記第１の実施形態と同様である。
【０１４２】
そして、この場合、第１の格子２と第２の格子３との距離Ｚ２を、上式（６）においてｍ’＝１とした場合の最小のタルボ干渉距離より短い値に設定することができる。すなわち、上記距離Ｚ２が、次式（２３）を満たす範囲の値に設定する。
【数２３】
2012157690.tif 000025
【０１４３】
なお、第１の格子２の単位格子部材２２ａと第２の格子３の格子部材３２とは、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、放射線を完全に遮蔽（吸収）することが好ましいが、上述した放射線吸収に優れる材料（金、白金等）を用いたとしても、吸収されずに透過する放射線が少なからず存在する。このため、放射線の遮蔽性を高めるためには、単位格子部材２２ａおよび格子部材３２のそれぞれの厚みｈ１，ｈ２を、可能な限り厚くすることが好ましい。単位格子部材２２ａおよび格子部材３２による遮蔽は、照射放射線の９０％以上であることが好ましく、たとえば、放射線源１の管電圧が５０ｋＶの場合には、厚みｈ１，ｈ２は、金（Ａｕ）換算で１００μｍ以上であることが好ましい。
【０１４４】
上記のように構成すれば、第１の格子２と第２の格子３との距離Ｚ２をタルボ干渉距離よりも短くすることができるので、一定のタルボ干渉距離を確保しなければならない第１および第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置と比較すると、撮影装置をより薄型化することができる。
【０１４５】
また、上記実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、放射線画像検出器４として、ＴＦＴスイッチを用いた放射線画像検出器を用いるようにしたが、これに限らずＣＭＯＳセンサを用いた放射線画像検出器などを用いるようにしてもよい。
【０１４６】
また、上記実施形態の放射線位相画像撮影装置のように、位相コントラスト画像の１つの画素を生成するために用いられる複数の単位格子部材２２ａの自己像を検出する画素回路４０は点対称に配列することが望ましい。ただし、本発明の放射線画像撮影装置は、この構成に限られるものではない。
【０１４７】
また、上記実施形態の放射線位相画像撮影装置については、乳房画像を撮影する乳房画像撮影表示システムや、被検者を立位状態で撮影する放射線画像撮影システムや、被検者を臥位状態で撮影する放射線画像撮影システムや、被検者を立位状態および臥位状態で撮影可能な放射線画像撮影システムや、長尺撮影を行う放射線画像システムなどに適用可能である。
【０１４８】
さらに、上記実施形態の放射線画像撮影装置については、３次元画像を取得する放射線位相ＣＴ装置や、立体視が可能なステレオ画像を取得するステレオ撮影装置や、断層画像を取得するトモシンセシス撮影装置などにも適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１４９】
１     放射線源
２     第１の格子
３     第２の格子
４     放射線画像検出器
５     画像生成部
２１   基板
２２   格子部材
２２ａ 単位格子部材
３１   基板
３２   格子部材
４０   画素回路
４０ａ 光電変換素子
４０ｂ 蓄電部
４１   ＴＦＴスイッチ
４１ａ〜４１ｄ ＴＦＴスイッチ
４３   ゲート走査線
４４   データ線
４４ａ 第１のデータ線
４４ｂ 第２のデータ線
４５   走査駆動回路
４７   第１の演算回路
４８   第２の演算回路
【図１】
2012157690.tif 000026
【図２】
2012157690.tif 000027
【図３】
2012157690.tif 000028
【図４】
2012157690.tif 000029
【図５】
2012157690.tif 000030
【図８】
2012157690.tif 000031
【図９】
2012157690.tif 000032
【図１０】
2012157690.tif 000033
【図１１】
2012157690.tif 000034
【図１２】
2012157690.tif 000035
【図１３】
2012157690.tif 000036
【図１５】
2012157690.tif 000037
【図６】
2012157690.tif 000038
【図７】
2012157690.tif 000039
【図１４】
2012157690.tif 000040