(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線撮像システムにおいて、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画像信号に基づき位相復元の基本式ＴＩＥを用いて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する方法であって、
被写体からの距離が異なる少なくとも３つの面において放射線の強度を検出することにより得られ、前記少なくとも３つの面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも３つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す差分信号を複数求めるステップ（ａ）と、
前記少なくとも３つの画像信号のいずれか及び前記複数の差分信号に基づいて、複数の位相のラプラシアンをそれぞれ求めるステップ（ｂ）と、
複数の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複数の位相をそれぞれ求めるステップ（ｃ）と、
ステップ（ｃ）において求めた複数の位相の平均値を計算するステップ（ｄ）と、
を具備する位相情報復元方法。
【請求項２】
ステップ（ｃ）が、ステップ（ａ）においてそれぞれの差分信号を求める際に用いた画像信号と、それぞれの差分信号を用いて復元された複数の位相とに基づいて複数の面における放射線の波動をそれぞれ計算し、該複数の面における放射線の波動を逆伝播計算によって所定の面における複数の波動に変換し、該所定の面における複数の位相を求めることを含む、請求項１記載の位相情報復元方法。
【請求項３】
放射線撮像システムにおいて、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画像信号に基づき位相復元の基本式ＴＩＥを用いて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する装置であって、
被写体からの距離が異なる少なくとも３つの面において放射線の強度を検出することにより得られ、前記少なくとも３つの面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも３つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す差分信号を複数求める差分処理手段と、
前記少なくとも３つの画像信号のいずれか及び前記複数の差分信号に基づいて、複数の位相のラプラシアンをそれぞれ求めるラプラシアン処理手段と、
複数の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複数の位相をそれぞれ求める逆ラプラシアン処理手段と、
前記逆ラプラシアン処理手段において求めた複数の位相の平均値を計算する平均処理手段と、
を具備する位相情報復元装置。
【請求項４】
前記逆ラプラシアン処理手段が、前記差分処理手段においてそれぞれの差分信号を求める際に用いた画像信号と、それぞれの差分信号を用いて復元された複数の位相とに基づいて複数の面における放射線の波動をそれぞれ計算し、該複数の面における放射線の波動を逆伝播計算によって所定の面における複数の波動に変換し、該所定の面における複数の位相を求める、請求項３記載の位相情報復元装置。
【請求項５】
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画像信号に基づき位相復元の基本式ＴＩＥを用いて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元するために用いられるプログラムであって、
被写体からの距離が異なる少なくとも３つの面において放射線の強度を検出することにより得られ、前記少なくとも３つの面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも３つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す差分信号を複数求める手順（ａ）と、
前記少なくとも３つの画像信号のいずれか及び前記複数の差分信号に基づいて、複数の位相のラプラシアンをそれぞれ求める手順（ｂ）と、
複数の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複数の位相をそれぞれ求める手順（ｃ）と、
前記手順（ｃ）において求めた複数の位相の平均値を計算する手順（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、放射線撮像等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、紫外線等の一般的な放射線に加えて、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、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位相情報復元技術である。
【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】
例えば、B. E. Allmanらによる「Noninterferometric quantitative phase imaging with soft x rays」（J. Optical Society of America A, Vol. 17, No. 10 (October 2000), pp. 1732-1743）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。
【０００９】
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。
【数１】
0004137505.tif 000002
【００１０】
ここで、位相復元の原理について、図８を用いて説明する。図８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。この際に、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】
0004137505.tif 000003
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。
【００１１】
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。例えば、T. E. Gureyevらによる「Hard X-ray quantitative non-interferometric phase-contrast imaging」（SPIE Vol. 3659 (1999), p. 356-p. 364）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。
【００１２】
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】
0004137505.tif 000004
【００１３】
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】
0004137505.tif 000005
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。
【００１４】
実際には、式（４）の左辺の替わりに、２つの検出データから得られた強度の差分係数が用いられる。従って、少なくとも２枚の画像を用いることにより、位相を復元することができる。
【００１５】
しかしながら、２枚程度の少数の画像から位相を復元すると、ノイズ等により画像が劣化している場合に、位相の推定精度が悪くなるという問題があった。
【００１６】
【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、位相コントラスト法により放射線画像を構成する際に、位相の推定精度を高め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行う位相情報復元装置、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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る位相情報復元方法は、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画像信号に基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する方法であって、被写体からの距離が異なる少なくとも３つの面において放射線の強度を検出することにより得られ、少なくとも３つの面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも３つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す差分信号を複数求めるステップ（ａ）と、少なくとも３つの画像信号のいずれか及び複数の差分信号に基づいて、複数の位相のラプラシアンをそれぞれ求めるステップ（ｂ）と、複数の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複数の位相をそれぞれ求めるステップ（ｃ）と、ステップ（ｃ）において求めた複数の位相の平均値を計算するステップ（ｄ）とを具備する。
【００１８】
また、本発明に係る位相情報復元装置は、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画像信号に基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する装置であって、被写体からの距離が異なる少なくとも３つの面において放射線の強度を検出することにより得られ、少なくとも３つの面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも３つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す差分信号を複数求める差分処理手段と、少なくとも３つの画像信号のいずれか及び複数の差分信号に基づいて、複数の位相のラプラシアンをそれぞれ求めるラプラシアン処理手段と、複数の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複数の位相をそれぞれ求める逆ラプラシアン処理手段と、逆ラプラシアン処理手段において求めた複数の位相の平均値を計算する平均処理手段とを具備する。
【００１９】
さらに、本発明に係る位相情報復元プログラムは、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画像信号に基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元するために用いるプログラムであって、被写体からの距離が異なる少なくとも３つの面において放射線の強度を検出することにより得られ、少なくとも３つの面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも３つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す差分信号を複数求める手順（ａ）と、少なくとも３つの画像信号のいずれか及び複数の差分信号に基づいて、複数の位相のラプラシアンをそれぞれ求める手順（ｂ）と、複数の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複数の位相をそれぞれ求める手順（ｃ）と、手順（ｃ）において求めた複数の位相の平均値を計算する手順（ｄ）とをＣＰＵに実行させる。
【００２０】
本発明によれば、複数の位相を復元し、これらを平均することにより、精度の高い位相復元を行うことができる。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムを示すブロック図である。このＸ線撮像システムは、被写体にＸ線を照射することにより被写体に関する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画像データを生成する位相情報復元装置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。
【００２３】
図２は、撮像部１の構成を示す模式図である。放射線源１１としては、コヒーレント性及び単色性が高い放射線ビームを発生する放射線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。このため、本実施形態においては、放射線源１１として、Ｘ線を発生する放射光源を用いている。放射光とは、電子を加速したり、電子の進行方向を曲げることによって発生する電磁波のことをいう。放射線源１１から発生したＸ線は、被写体１０を透過し、センサ１２に入射する。
【００２４】
センサ１２は、入射したＸ線を検出する。センサ１２としては、例えば、ＣＣＤ（coupled charge device）等のように、照射された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。センサ１２から出力された検出信号は、増幅器１５によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器１６によってディジタル信号（検出データ）に変換され、位相情報復元装置２に出力される。
【００２５】
センサ１２は、保持部１３によって保持されている。保持部１３は、レール１４上に移動可能な状態で支持されている。保持部１３の位置は、後述する位相情報復元装置２の制御部によって制御されており、この制御によって被写体１０とセンサ１２との距離が変更される。なお、以下において、被写体１０とセンサ１２との距離を、撮像距離という。
【００２６】
再び、図１を参照すると、位相情報復元装置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第１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、検出データ、及び、撮像距離に基づいて被写体位置における位相情報を求める逆伝播処理部２５と、逆伝播処理部２５において求められた被写体位置における位相情報を一時的に記憶する第２記憶部２６と、被写体位置における複数の位相情報を平均する平均処理部２７と、平均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２８と、上記の各部２１〜２８及び撮像部１における撮像距離を制御する制御部２９とを有している。位相情報復元装置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２９が、記録媒体３０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３０としては、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤＲＯＭ、又はＤＶＤＲＯＭ等が該当する。
【００２７】
表示部３は、例えば、ＣＲＴ等のディスプレイ装置であり、位相情報復元装置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。
【００２８】
次に、本発明に係る位相情報復元方法の原理について説明する。本発明に係る位相情報復元方法は、位相コントラスト法により可視画像を構成する方法であり、被写体について得られた複数枚の回折縞画像に基づいて、位相復元の基本式ＴＩＥ（transport of intensity equation）を用いて位相復元を行う。
【００２９】
次式（５）に示すＴＩＥを変形することにより、式（６）が得られる。
【数５】
0004137505.tif 000006
【数６】
0004137505.tif 000007
ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は、被写体との距離ｚにある面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光強度を示す検出データである。
【００３０】
式（６）において、右辺に含まれる第２項∇Ｉ（ｘ，ｙ）・∇φ（ｘ，ｙ）をゼロに近似すると、ＴＩＥ近似式（７）が得られる。
【数７】
0004137505.tif 000008
【００３１】
本実施形態に係る位相情報復元装置は、上記のＴＩＥ近似式（７）を用いて複数の位相を復元し、それらの間の平均値を取ることにより、画像データを生成するために用いられる位相を求めるものである。
【００３２】
次に、図１〜図３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３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、図２に示すように、撮像距離を変えて撮像された６枚の回折縞画像を表す検出データを用いて可視画像を構成する。
【００３３】
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、撮像距離がｚ1となる位置にセンサ１２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。次に、撮像距離が（ｚ1＋Δｚ1）となる位置にセンサ１２を移動させ、Ｘ線撮像を行う。同様に、撮像距離がｚ2、（ｚ2＋Δｚ2）、ｚ3、及び、（ｚ3＋Δｚ3）となる位置にセンサ１２を配置し、Ｘ線撮像を行う。これにより、回折縞画像を表す検出データが得られる。
【００３４】
ステップＳ１０におけるＸ線撮像により、検出データＩ1（ｘ，ｙ）、Ｉ1’（ｘ，ｙ）、Ｉ2（ｘ，ｙ）、Ｉ2’（ｘ，ｙ）、Ｉ3（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ3’（ｘ，ｙ）が、位相情報復元装置２に順次入力される。ここで、検出データＩ1（ｘ，ｙ）は、撮像距離ｚ1面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光の強度を表す。同様に、検出データＩ1’（ｘ，ｙ）、Ｉ2（ｘ，ｙ）、Ｉ2’（ｘ，ｙ）、Ｉ3（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ3’（ｘ，ｙ）は、撮像距離（ｚ1＋Δｚ1）、ｚ2、（ｚ2＋Δｚ2）、ｚ3、及び、（ｚ3＋Δｚ3）面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光の強度をそれぞれ表す。これらの検出データは、位相情報復元装置２の第１記憶部２１に順次記憶される。
【００３５】
次に、ステップＳ１１〜Ｓ１３において、位相情報復元装置２は、第１記憶部２１に記憶されている検出データに基づいてセンサ位置における位相を復元する。
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ＩNと検出データＩN’との差分係数を求める。ここで、ΔｚN＝ｚN’−ｚNである。また、Ｎ＝１、２、３である。
【数８】
0004137505.tif 000009
【００３６】
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、第１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）＝∇2φ（ｘ，ｙ）を求める。
【数９】
0004137505.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ＩN（ｘ，ｙ）で割っているが、撮像距離が大きい方の検出データＩN’（ｘ，ｙ）で割っても良いし、差分係数を求めるときに利用した検出データと異なる検出データで割っても良い。また、ＬＰＦ（low pass filter：ローパスフィルタ）処理された検出データで割っても良い。
【００３７】
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）＝∇2φ（ｘ，ｙ）について逆ラプラシアン演算を行うことにより、位相φ（ｘ，ｙ）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）のフーリエ変換は、次式（１０）のように表される。
【数１０】
0004137505.tif 000011
ここで、ｕ、ｖは、ｘ、ｙに対応する空間周波数である。
【００３８】
これより、位相φ（ｘ，ｙ）は式（１１）のように表される。
【数１１】
0004137505.tif 000012
【００３９】
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）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）が得られる。
【００４０】
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（１４）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。
【００４１】
次に、ステップＳ１４〜Ｓ１６において、逆伝播処理部２５は、復元された位相、及び、第１記憶部２１に記憶されている検出データＩ1、Ｉ2、Ｉ3及び撮像距離ｚ1、ｚ2、ｚ3に基づいて、被写体を透過した直後のＸ線の位相を復元する。なお、以下において、撮像距離ｚNにおけるＸ線の位相等に対して、被写体を透過した直後のＸ線の位相等のことを、被写体位置における位相等という。
【００４２】
まず、ステップＳ１４において、逆伝播処理部２５は、ステップＳ１３において復元された位相φN（ｘ，ｙ）と、第１記憶部２１に記憶されている検出データＩN（ｘ，ｙ）とに基づいて、次式（１２）を用いて撮像距離ｚNにおけるＸ線の波ΨN（ｘ，ｙ）を求める。
【数１２】
0004137505.tif 000013
【００４３】
次に、ステップＳ１５において、逆伝播処理部２５は、ステップＳ１４において求められたＸ線の波ΨN（ｘ，ｙ）に基づいて、次式（１３）を用いて被写体位置におけるＸ線の波ΨN→0（ｘ，ｙ）を求める
【数１３】
0004137505.tif 000014
【００４４】
さらに、ステップＳ１６において、逆伝播処理部２５は、ステップＳ１５において求められた被写体位置におけるＸ線の波ΨN→0（ｘ，ｙ）に基づいて、次式（１４）を用いて被写体位置における位相φN→0（ｘ，ｙ）を算出する。算出された位相φN→0（ｘ，ｙ）は、第２記憶部２６に順次記憶される。
【数１４】
0004137505.tif 000015
【００４５】
次に、ステップＳ１７において、平均処理部２７は、第２記憶部２６に記憶されている被写体位置における位相φＮ→０（ｘ，ｙ）に基づいて、次式（１５）を用いて被写体位置における平均位相φ０（ｘ，ｙ）を算出する。
【数１５】
0004137505.tif 000016
【００４６】
次に、ステップＳ１８において、画像処理部２８は、平均位相φ0（ｘ，ｙ）に基づいて画像データを生成する。すなわち、画像処理部２８は、それぞれの画素における平均位相φ0（ｘ，ｙ）を、明度を表すデータに変換すると共に、階調処理や補間処理等の必要な画像処理を施す。
ステップＳ１９において、表示部３や出力部４は、このようにして生成された画像データに基づいて可視画像を画面やフィルム等に表示する。
【００４７】
なお、本実施形態においては、撮像距離を変えて撮像された６枚の干渉縞画像から得られた３つの差分係数を用いて位相を復元する方法について説明したが、２つの差分係数に基づいて位相を復元しても良いし、異なる差分係数を求めるときに、利用する画像が重複していても良い。
【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ビームであれば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。
【００４９】
また、本実施形態においては、複数の位相の平均値を計算する方法として単純加算平均を用いたが、これに限られるものではなく、平均化された値を求めることが可能な方法であれば、本発明における複数の位相の平均を計算する方法として用いることができる。
【００５０】
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源を用いているが、放射光ではないビームを発生する放射線源を用いても良い。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、放射線源として点放射線源を用いる場合には、位相情報復元装置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。
【００５１】
次に、本発明の一実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムの変形例について、図４を参照しながら説明する。図４に示すＸ撮像システムは、読取り部５及び撮像部６を有している。その他の構成については、図１に示すＸ線撮像システムと同様である。
【００５２】
撮像部６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に示す撮像部１におけるセンサ１２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。
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。
【００５３】
図４に示す読取り部５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５を参照しながら、読取り部５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５０は、読取り部５の所定位置にセットされる。記録シート５０は、モータ５１により駆動されるシート搬送手段５２により、矢印Ｙ方向に搬送される。一方、レーザ光源５３より発振したビームＬ１は、モータ５４により駆動されて矢印方向に高速回転する回転多面鏡５５により反射偏向され、収束レンズ５６を通過する。その後、ビームＬ１は、ミラー５７により光路を変えて、記録シート５０を矢印Ｘ方向に走査する。この走査により、励起光Ｌ２が記録シート５０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５８により導かれ、フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）５９により光電的に検出される。フォトマルチプライヤ５９から出力されたアナログ信号は、増幅器６０により増幅され、Ａ／Ｄ変換器６１によりディジタル化される。Ａ／Ｄ変換器６１から出力された検出データは、位相情報復元装置２に入力される。
【００５４】
撮像部６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５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画像情報が得られる。位相情報復元装置２は、この画像情報に基づいて位相復元を行い、画像データを生成する。位相情報復元装置２における処理については、図３を用いて説明したのと同様である。
【００５５】
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６は、本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムを示すブロック図である。このＸ線撮像システムは、図１における位相情報復元装置２の替わりに、位相情報復元装置７を含んでいる。その他の構成については、図１におけるのと同様である。
【００５６】
位相情報復元装置７は、撮像部１から出力された検出データを一時記憶する第１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演算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、逆ラプラシアン処理部２４から出力されたセンサ位置における位相情報を一時記憶する第２記憶部２６と、複数の位相情報を平均する平均処理部２７と、平均し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２８と、上記の各部２１〜２８及び撮像部１における撮像距離を制御する制御部２９とを有している。位相情報復元装置７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。
【００５７】
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６及び図７を参照しながら説明する。図７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、撮像距離を変えて撮像された６枚の回折縞画像を示す画像情報を用いて可視画像を構成する。この際に、式（７）に示すＴＩＥ近似式を用い、適当な近似を行うことにより、演算処理を簡単且つ高速に行うことに特徴を有している。
【００５８】
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、撮像距離がｚ1となる位置にセンサ１２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。続いて、撮像距離が（ｚ1＋Δｚ1）となる位置にセンサ１２を移動させ、同様にＸ線撮像を行う。さらに、撮像距離がｚ2、（ｚ2＋Δｚ2）、ｚ3、及び、（ｚ3＋Δｚ3）となる位置にセンサ１２を配置し、同様にＸ線撮像を行う。これにより、回折縞画像を表す画像情報が得られる。
【００５９】
ステップＳ２０におけるＸ線撮像により、検出データＩ1（ｘ，ｙ）、Ｉ1’（ｘ，ｙ）、Ｉ2（ｘ，ｙ）、Ｉ2’（ｘ，ｙ）、Ｉ3（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ3’（ｘ，ｙ）が、位相情報復元装置２に順次入力される。ここで、検出データＩ1（ｘ，ｙ）は、撮像距離ｚ1面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光の強度を表す。同様に、検出データＩ1’（ｘ，ｙ）、Ｉ2（ｘ，ｙ）、Ｉ2’（ｘ，ｙ）、Ｉ3（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ3’（ｘ，ｙ）は、撮像距離（ｚ1＋Δｚ1）、ｚ2、（ｚ2＋Δｚ2）、ｚ3、及び、（ｚ3＋Δｚ3）面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光の強度をそれぞれ表す。これらの検出データは、位相情報復元装置２の第１記憶部２１に順次記憶される。
【００６０】
次に、ステップＳ２１〜Ｓ２３において、位相情報復元装置２は、第１記憶部２１に記憶されている検出データに基づいてセンサ位置における位相を復元する。
まず、ステップＳ２１において、差分処理部２２は、検出データＩNと検出データＩN’との差分係数を求める。
【００６１】
次に、ステップＳ２２において、ラプラシアン処理部２３は、ステップＳ２１において求められた差分係数と、第１記憶部２１に記憶されている検出データとに基づいて、位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ）＝∇2φ（ｘ，ｙ）を求める。
【００６２】
さらに、ステップＳ２３において、逆ラプラシアン処理部２４は、ステップＳ２２において求められた位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ）＝∇2φ（ｘ，ｙ）について逆ラプラシアン演算を行うことにより、位相φ（ｘ，ｙ）を算出する。算出された位相φ（ｘ，ｙ）は、第２記憶部２６に順次記憶される。
【００６３】
次に、ステップＳ２４において、平均処理部２７は、第２記憶部２６に記憶されているセンサ位置における位相φN（ｘ，ｙ）に基づいて、平均位相φ0（ｘ，ｙ）を算出する。
【００６４】
さらに、ステップＳ２５において、画像処理部２８は、平均位相φ0（ｘ，ｙ）に基づいて画像データを生成する。すなわち、画像処理部２８は、それぞれの画素における平均位相φ0（ｘ，ｙ）を、明度を表すデータに変換すると共に、階調処理や補間処理等の必要な画像処理を施す。
ステップＳ２６において、表示部３や出力部４は、このようにして生成された画像データに基づいて可視画像を画面やフィルム等に表示する。
【００６５】
本実施形態においては、ステップＳ２４におけるように、撮像距離の異なる位相φ１〜φ３を平均している。これらの位相φ１〜φ３は被写体位置における位相φ０に対して、厳密には撮像距離の変化に伴う差異を含むものである。しかしながら例えば放射光源のように指向性の高いビームを発生する放射線源を用いる場合には、これらの位相φ１、φ２、及び、φ３を被写体位置における位相φ０と等しいと近似することが可能である。さらに、これらの位相φ１〜φ３を平均することにより、誤差をキャンセルして、実際の位相φ０により近づけることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、復元された複数の位相を平均することにより、画像データとして用いられる位相を求めるので、精度の高い位相情報を求めることができる。従って、このような位相情報を用いることにより、ノイズがキャンセルされた良好な画質の可視画像を得ることが可能になる。
【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を含むＸ線撮像システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像部の構成を示す模式図である。
【図３】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４】本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムの変形例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す読取り部の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。
【図８】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、６  撮像部
２、７  位相情報復元装置
３  表示部
４  出力部
５  読取り部
１０  被写体
１１  放射線源
１２  センサ
１３  保持台
１４  レール
１５、６０  増幅器
１６、６１  Ａ／Ｄ変換器
２１  第１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  逆伝播処理部
２６  第２記憶部
２７  平均処理部
２８  画像処理部
２９  制御部
３０  記録部
５０  輝尽性蛍光体シート（記録シート）
５１  モータ
５２  シート搬送手段
５３  レーザ光源
５４  モータ
５５  回転多面鏡
５６  収束レンズ
５７  ミラー
５８  光ガイド
５９  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】
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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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