回折格子及びその調整方法、並びに放射線撮影システム
【課題】複数枚の回折格子を使用して位相コントラスト画像を撮影する放射線撮影システムにおいて、高精度な測定器を使用せずに各回折格子の位置や傾きを調整する。
【解決手段】１枚目の格子である第３の吸収型格子２５は、ＦＰＤ２０の検出面に直交するｚ軸上に配置され、第３の吸収型格子２５を通過するＸ線量に基づいて、ｚ軸に直交するｘ軸、ｙ軸上の回転位置θｘ、θｙが調整される。２枚目の格子である第１の吸収型格子２１は、モアレパターンが生じるようにｚ軸上に配置され、ＦＰＤ２０により検出したモアレパターンの周波数が面内において一律になるように、θｘ、θｙが調整される。３枚目の格子である第２の吸収型格子２２は、２枚目の格子である第１の吸収型格子２１と同様にモアレパターンに基づいてθｘ、θｙが調整され、その後にモアレパターンがＦＰＤ２０により検出されなくなるように、ｚ軸位置またはｚ軸周りのθｚが調整される。
【解決手段】１枚目の格子である第３の吸収型格子２５は、ＦＰＤ２０の検出面に直交するｚ軸上に配置され、第３の吸収型格子２５を通過するＸ線量に基づいて、ｚ軸に直交するｘ軸、ｙ軸上の回転位置θｘ、θｙが調整される。２枚目の格子である第１の吸収型格子２１は、モアレパターンが生じるようにｚ軸上に配置され、ＦＰＤ２０により検出したモアレパターンの周波数が面内において一律になるように、θｘ、θｙが調整される。３枚目の格子である第２の吸収型格子２２は、２枚目の格子である第１の吸収型格子２１と同様にモアレパターンに基づいてθｘ、θｙが調整され、その後にモアレパターンがＦＰＤ２０により検出されなくなるように、ｚ軸位置またはｚ軸周りのθｚが調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚の回折格子を用いて被検体の位相コントラスト画像を撮影する放射線撮影システムにおいて、複数枚の回折格子の位置や傾きを調整する方法と、調整に適した回折格子とに関する。
【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称する）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線撮影システムが考案されている（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線波長で決まる特定距離（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。上記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】
Ｘ線タルボ干渉計では、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）から被検体の位相コントラスト画像を取得する。この縞走査法とは、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の回折格子の格子方向（条帯方向）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させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素の画素データの位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法であり、この位相微分像を、上記の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、走査ピッチに対して周期的に強度が変調された信号であるため、以下、「強度変調信号」と称することもある。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】
Ｘ線源の焦点サイズが大きいと第１の回折格子の自己像にボケが生じ、位相コントラスト画像の画質が低下することがある。これを防止するため、Ｘ線源の直後に第３の回折格子（線源格子）を配置し、Ｘ線源からのＸ線を部分的に遮蔽して実効的な焦点サイズを縮小するとともに、幅の狭い多数の線光源の集合を（分散光源）を形成することにより、第１の回折格子の自己像のボケを抑制したＸ線撮影システムも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２００３５９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】
位相コントラスト像を撮影するには、Ｘ線源、第１〜第３の回折格子、Ｘ線画像検出器が正確に配置されている必要がある。特に、第１〜第３の回折格子の相対的な回転角度の調整は、僅かなずれが位相コントラスト画像の画質に影響を及ぼすので、困難が予想される。研究レベルのＸ線撮影システムでは、高精度な測定器を使用すれば当然位置決めが可能であるが、位相コントラスト画像を撮影するＸ線撮影システムを製品化して設置する場合を想定すると、高度な測定器の使用を前提とするのは現実的でなく、何らかの位置決め手法の確立が求められる。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数枚の回折格子を使用して位相コントラスト画像を撮影する放射線撮影システムにおいて、高精度な測定器を使用せずに、複数枚の回折格子の位置や傾きを調整する方法と、調整に適した回折格子と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】
上記目的を達成するために、本発明の回折格子の調整方法は、１枚目の回折格子の調整と２枚目以降の回折格子の調整とからなり、１枚目の回折格子の調整は、放射線画像検出器の検出面に直交するｚ軸上に前記１枚目の回折格子を配置するステップと、１枚目の回折格子をｚ軸に直交するｘ軸の周りθｘと、ｚ軸及びｘ軸に直交するｙ軸の周りθｙとに回転させながら１枚目の回折格子を通過した放射線量を測定し、放射線量が最大となるθｘ及びθｙの回転位置を求めるステップとからなる。また、２枚目以降の回折格子の調整は、放射線にモアレパターンが生じるようにｚ軸上に２枚目以降の回折格子を配置するステップと、２枚目以降の回折格子をθｘ及びθｙ方向に回転させながら放射線画像検出器によってモアレパターンを検出し、モアレパターンの周波数が面内で一律になるθｘ及びθｙ方向の回転位置を求めるステップと、モアレパターンが放射線画像検出器によって検出されなくなるように、各回折格子間のｚ軸方向の相対位置とｚ軸の周りθｚ方向の相対位置との少なくとも一方を調整するステップとから構成している。
【００１４】
モアレパターンが前記放射線検出器によって検出されなくなるようにするステップは、複数のモアレパターン間の間隔であるモアレパターンの周期が、放射線画像検出器の検出範囲よりも長くなるように、各回折格子間のｚ軸方向の相対位置とｚ軸周りのθｚ方向の相対位置との少なくとも一方が調整されることが好ましい。
【００１５】
複数枚の回折格子は、放射線を通過させて縞画像を生成する第１の回折格子と、縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で縞画像に強度変調を与える第２の回折格子からなる。
【００１６】
また、複数枚の回折格子には、放射線源と第１の回折格子との間に配置され、放射線源から照射された放射線を領域選択的に遮蔽して複数の線光源とする第３の回折格子を含めてもよい。この第３の回折格子は、放射線源の焦点を小さくしてモアレパターンを生じやすくさせる機能を有するため、１枚目または２枚目の回折格子として調整されるのが好ましい。
【００１７】
また、２枚目以降の回折格子をｚ軸上に配置する際には、意図的にモアレパターンを生じさせるため、ｚ軸方向の位置またはθｚ方向の位置が調整目標位置からずれるように配置するのが好ましい。
【００１８】
本発明の回折格子は、一方向に延伸されかつ前記延伸方向に直交する配列方向に沿って配列された複数の放射線遮蔽部を有し、放射線を照射する放射線源と放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器との間に複数配置され、位相コントラスト画像の撮影に用いられる回折格子である。この回折格子の少なくとも１つには、複数の放射線遮蔽部からなる本格子パターンとともに、本格子パターンとは異なる格子パターンからなるアライメントパターンが設けられている。
【００１９】
アライメントパターンは、本格子パターンに対し、放射線遮蔽部の間隔である格子ピッチ、または放射線遮蔽部の角度である格子角度が異なっていることが好ましい。
【００２０】
また、アライメントパターンには、本格子パターンよりも格子ピッチが狭くされた第１のアライメントパターンと、本格子パターンよりも格子ピッチが広くされた第２のアライメントパターンとを含めてもよい。更にアライメントパターンには、本格子パターンに対し、格子面に直交する軸周りで第１の方向に回転された第３のアライメントパターンと、第１の方向と反対側の第２の方向に回転された第３のアライメントパターンとを含めてもよい。アライメントパターンには、本格子パターンからなる第５のアライメントパターンを含めてもよい。更に、アライメントパターンは、矩形状とされた回折格子の四隅に配置されていることが好ましい。
【００２１】
本発明の放射線撮影システムは、放射線を照射する放射線源と、放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器と、放射線源と放射線画像検出器との間に配置された複数枚の上記回折格子とを有し、アライメントパターンと、アライメントパターンが設けられた回折格子とは異なる別の回折格子の本格子パターンとによって放射線に生じたモアレパターンを放射線画像検出器により検出し、モアレパターンに応じて、複数枚の回折格子の相対位置が調整されるようにしている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高精度な測定器を用いなくとも測定可能な通過放射線量と、モアレパターンとに基づいて、複数枚の回折格子の位置及び傾きを精度よく調整することができ、高画質な位相コントラスト画像を得ることができる。また、回折格子に位置ずれ状態や位置ずれ方向を確認するためのアライメントパターンを設けたので、同様に複数枚の回折格子の位置及び傾きを精度よく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態のＸ線撮影システムの構成を示す模式図である。
【図２】フラットパネル検出器の構成を示す模式図である。
【図３】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４】第１の吸収型格子の回転ずれ方向を示す説明図である。
【図５】第１〜第３の吸収型格子の調整手順を示すフローチャートである。
【図６】第３の吸収型格子のθｘ方向のずれによるＸ線透過率の変化を示す説明図である。
【図７】第３の吸収型格子のθｙ方向のずれによるＸ線透過率の変化を示す説明図である。
【図８】第２の吸収型格子のずれによるモアレパターンを示す説明図である。
【図９】第２の吸収型格子の位置調整により周期が長くされたモアレパターンを示す説明図である。
【図１０】縞走査法を説明するための説明図である。
【図１１】縞走査に伴って変化する画素データ（強度変調信号）を例示するグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態のＸ線撮影システムの構成を示す模式図である。
【図１３】アライメント部の構成を示す説明図である。
【図１４】各格子の相対位置が最適なときに撮影されたアライメント部の画像である。
【図１５】各格子のｚ位置がずれているときに撮影されたアライメント部の画像である。
【図１６】各格子のθｚ位置がずれているときに撮影されたアライメント部の画像である。
【図１７】第２実施形態の第１〜第３の吸収型格子の調整手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
図１において、本発明の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が記録される画像記録部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。
【００２５】
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線焦点となっている。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。
【００２６】
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方向いう）に検出面が直交するように配置されている。
【００２７】
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、白金、鉛、タングステン等が好ましい。
【００２８】
また、撮影部１２には、第２の吸収型格子２２を格子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ものである。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。
【００２９】
Ｘ線源１１と第１の吸収型格子２１との間であって、Ｘ線源１１の直後には、第３の吸収型格子２５が配置されている。第３の吸収型格子２５は、撮影部１２に設けられた第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、一方向（本実施形態では、ｙ方向）に延伸した複数のＸ線遮蔽部２５ａが、第１及び第２の吸収型格子２１，２２のＸ線遮蔽部２１ａ，２２ａと同一方向（本実施形態では、ｘ方向）に周期的に配列されている。
【００３０】
第３の吸収型格子２５は、Ｘ線源１１からの放射線をＸ線遮蔽部２５ａによって部分的に遮蔽することにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズを縮小し、ｘ方向に多数の線光源（分散光源）を形成する。これにより、Ｘ線源１１の実効的な焦点サイズを縮小することができるので、第１の吸収型格子２１の自己像に生じるボケを抑制することができる。なお、第３の吸収型格子２５は、Ｘ線源１１内に組み込まれていてもよい。
【００３１】
画像処理部１４は、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いて位相微分像を生成し、位相微分像を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。
【００３２】
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、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。
【００３３】
図２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、受像部４１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、各画素４０に蓄積された電荷を読み出し、電荷を画像データに変換して記憶する読み出し回路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。
【００３４】
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線検出素子として構成することができる。各画素４０には、ＴＦＴスイッチ（図示せず）が接続され、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。
【００３５】
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線検出素子として構成することも可能である。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。
【００３６】
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、オフセット補正、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。
【００３７】
図３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いる。また、第３の吸収型格子２５のＸ線遮蔽部２５ａも、ｘ方向に所定のピッチｐ３で、互いに所定の間隔ｄ３空けて配列されている。Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａ，２５ａは、それぞれ不図示のＸ線透過性基板（例えば、ガラス基板）上に配置されたものである。第１〜第３の吸収型格子２１，２２，２５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るため、振幅型格子とも称される。なお、スリット部（上記間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３の領域）は空隙でなくてもよく、高分子や軽金属等のＸ線低吸収材が充填されていてもよい。
【００３８】
第１及び第２の吸収型格子２１，２２は、タルボ干渉効果の有無に係らず、スリット部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成されている。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線をスリット部で回折させずに、直進性を保ったまま通過するように構成する。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、スリット部で大部分のＸ線が回折されずに線形的に投影される。この場合、格子ピッチｐ１，ｐ２は、２〜２０μｍ程度の大きさである。
【００３９】
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を通過して射影される投影像（以下、この投影像をＧ１像または縞画像と称する）は、実質的にＸ線焦点となる第３の吸収型格子２５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、そのスリット部が、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、第３の吸収型格子２５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。
【００４０】
【数１】
【００４１】
【数２】
【００４２】
また、第３の吸収型格子２５の格子ピッチｐ３は、次式（３）を満たすように設定される。
【００４３】
【数３】
【００４４】
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させる構成であって、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。
【００４５】
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、第２の吸収型格子２２の格子ピッチｐ２、Ｘ線波長（ピーク波長）λ、及び正の整数ｍを用いて、次式（４）で表される。
【００４６】
【数４】
【００４７】
式（４）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。
【００４８】
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（５）を満たす範囲の値に設定される。
【００４９】
【数５】
【００５０】
Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａ，２５ａ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、鉛、タングステン等）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，２５ａ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、この場合には、Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａ，２５ａの厚みは、金（Ａｕ）換算で３０μｍ以上であることが好ましい。
【００５１】
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のＧ１像（縞画像）と第２の吸収型格子２２との重ね合わせにより強度変調された縞画像がＦＰＤ２０によって撮像される。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、製造誤差や配置誤差により若干の差異が生じており、この微小な差異により、強度変調された縞画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、いわゆる回転モアレが発生する。しかし、縞画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の配列ピッチよりも大きい範囲であれば特に問題が生じることはない。理想的にはモアレ縞を発生させないことが好ましいが、モアレ縞は、後述するように、縞走査の走査量８ｄａｉ２の吸収型格子２２の並進距離）を確認するために利用することができる。
【００５２】
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により検出される縞画像は、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で検出された縞画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。
【００５３】
次に、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の調整方法について説明する。本実施形態のＸ線撮影システム１０において、位相コントラスト画像を適切に撮影するには、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５が上記式（１）、（３）を満たすように配置されていること、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の格子面がｘｙ平面に対して平行であること、かつ第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の光軸Ａ周りでの回転位置が一致していることが必要となる。このとき、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５のｘ，ｙ方向のずれは位相コントラスト画像に影響を与えないので、おおよその位置が合っていれば問題ない。したがって、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５について調整すべき位置は、ｚ軸方向の位置と、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すθｘ、θｙ、θｚとなる。
【００５４】
図５のフローチャートに示すように、本実施形態では、１枚目の格子と２枚目以降の格子とでその調整方法が異なっている。例えば、１枚目の格子として第３の吸収型格子２５の調整を行なう場合、まず、第３の吸収型格子２５をＸ線源１１とＦＰＤ２０との間のｚ軸上で適切な位置に配置する（Ｓ１）。次いで、第３の吸収型格子２５のθｘ位置とθｙ位置とを調整する（Ｓ２）。θｘ位置とθｙ位置の調整は、第３の吸収型格子２５をθｘ方向及びθｙ方向に回転させながら第３の吸収型格子２５を通過するＸ線の線量を測定することにより行なう。
【００５５】
図６（Ａ）、図７（Ａ）に示すように、第３の吸収型格子２５の格子面がｘｙ平面と平行であるときには、Ｘ線遮蔽部２５ａを通過するＸ線の通過距離ｓがＸ線遮蔽部２５ａの厚みｔと等しくなり、光軸Ａ方向から見たＸ線遮蔽部２５ａの隙間ｕの長さが間隔ｄ３と等しくなる。しかし、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示すように、第３の吸収型格子２５の格子面がｘｙ平面と平行でないときには、通過距離ｓが厚みｔよりも大きくなり、隙間ｕが間隔ｄ３よりも狭くなるので、第３の吸収型格子２５の見かけ上のＸ線透過率が低下する。したがって、第３の吸収型格子２５を通過するＸ線量が最大となるθｘ位置及びθｙ位置を特定すれば、第３の吸収型格子２５の格子面をｘｙ平面と平行に調整することができる。なお、通過Ｘ線量の測定には、Ｘ線量測定器を用いてもよいし、ＦＰＤ２０を用いてもよい。
【００５６】
２枚目以降の格子の調整には、複数枚の格子をＸ線が通過することにより発生するモアレパターンが用いられる。これは、複数枚の格子の相対位置関係が最適であった場合、ｘ方向の位置関係によってＦＰＤ２０に到達するＸ線の線量は、最大から最小の任意の値を取りうるので、線量情報では位置決めできないからである。
【００５７】
例えば、２枚目の格子として第１の吸収型格子２１の調整を行なう場合、まず、第１の吸収型格子２１を第３の吸収型格子２５とＦＰＤ２０との間のｚ軸上で適切な位置に配置する（Ｓ３）。このとき、第１の吸収型格子２１と第３の吸収型格子２５とを通過したＸ線にモアレパターンが生じるようにするため、第１の吸収型格子２１のｚ位置もしくはθｚ位置を意図的にずらして配置する。
【００５８】
次いで、ＦＰＤ２０により検出されたモアレパターンに基づいて、第１の吸収型格子２１のθｘ位置とθｙ位置とを調整する（Ｓ４）。図８（Ａ）に示すように、第１の吸収型格子２１のｚ軸方向の位置がずれているときには、太さがほぼ均一で周波数が面内で一律なモアレパターン５０が検出される。モアレパターン５１が検出されたときには、第１の吸収型格子２１のθｘ位置及びθｙ位置の調整は不要となる。
【００５９】
また、図８（Ｂ）に示すように、第１の吸収型格子２１のθｘ位置がずれているときには、幅方向の一端が他端に対して放射線状に変化したモアレパターン５２が検出される。このモアレパターン５２が検出されたときには、同図（Ａ）のモアレパターン５１のように太さがほぼ均一で周波数が面内で一律なモアレパターンになるように、第１の吸収型格子２１のθｘ位置が調整される。
【００６０】
図８（Ｃ）に示すように、第１の吸収型格子２１のθｙ位置がずれているときには、太さと周波数とが徐々に変化したモアレパターン５３が検出される。このモアレパターン５３が検出されたときには、同図（Ａ）のモアレパターン５１のように太さがほぼ均一で周波数が面内で一律なモアレパターンになるように、第１の吸収型格子２１のθｙ位置が調整される。
【００６１】
図８（Ｄ）に示すように、第１の吸収型格子２１のθｚ位置がずれているときには、太さがほぼ均一で周波数が面内で一律であり、かつ幅方向で傾斜したモアレパターン５４が検出される。このモアレパターン５４が検出されたときには、第１の吸収型格子２１のθｘ位置及びθｙ位置の調整は不要となる。
【００６２】
なお、第１の吸収型格子２１には、上述したｚ軸方向、θｘ、θｙ、θｚ方向の位置ずれがそれぞれ単独で生じる以外に、各々の方向が複合的に組み合わさって生じる場合もある。その場合には、検出したモアレパターンから第１の吸収型格子２１の複合的な位置ずれ方向を解析して、θｘ位置及びθｙ位置が調整される。
【００６３】
図５に示すように、第１の吸収型格子２１のθｘ位置とθｙ位置との調整後、図８（Ａ）のモアレパターン５１、または同図（Ｄ）のモアレパターン５４がＦＰＤ２０によって検出されなくなるように、第１の吸収型格子２１のｚ軸位置及びθｚ位置が調整される（Ｓ５）。この調整では、第１の吸収型格子２１をｚ軸方向またはθｚ軸方向に移動させることにより、モアレパターン５１間の間隔である周期Ｃ１、またはモアレパターン５４のｘ方向の間隔である周期Ｃ２を変化させる。そして、例えば図9に示すように、周期Ｃ１をＦＰＤ２０のｘ方向の検出範囲Ｔよりも十分に長くすることにより、ＦＰＤ２０によってモアレパターン５１または５４が検出されなくなるような、第１の吸収型格子２１のｚ軸位置及びθｚ位置が特定される。
【００６４】
これにより、位相コントラスト画像がモアレパターンから影響を受けることを防止することができる。なお、図９に示すように、ＦＰＤ２０の検出範囲Ｔ内には長周期のモアレパターンによる連続的な濃度変化が生じているが、検出範囲Ｔよりもモアレパターンの周期が長いことによりモアレパターンが視認されないようになっている。逆に、モアレパターンの周期を極端に短くすることによってもモアレパターンが視認できないようにすることもできるが、この周期がＦＰＤ２０の画素４０の配列ピッチと同程度となってしまうと位相コントラスト画像が影響を受けるため、モアレパターンの周期を長くすることが好ましい。
【００６５】
３枚目の格子である第２の吸収型格子２２の調整は、第１の吸収型格子２１の調整と同様に、第２の吸収型格子２２の配置（Ｓ６）、第２の吸収型格子２２のθｘ、θｙの調整（Ｓ７）、第２の吸収型格子２２のｚ位置、θｚの調整（Ｓ８）からなるため、詳しい説明は省略する。
【００６６】
次に、縞画像の解析方法について説明する。図３には、被検体Ｈのｘ方向に関する位相シフト分布Φ（ｘ）に応じて屈折される１つのＸ線が例示されている。符号６０は、被検体Ｈが存在しない場合に直進するＸ線の経路を示しており、この経路６０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６１は、被検体Ｈが存在する場合に、被検体Ｈにより屈折されて偏向したＸ線の経路を示している。この経路６１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。
【００６７】
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（６）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。
【００６８】
【数６】
【００６９】
第１の吸収型格子２１から第２の吸収型格子２２の位置に投射された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方向に変位することになる。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（７）で表される。
【００７０】
【数７】
【００７１】
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（8）で表される。
【００７２】
【数８】
【００７３】
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（被検体Ｈがある場合とない場合とでの各画素４０の強度変調信号の位相のズレ量）に、次式（9）のように関連している。
【００７４】
【数９】
【００７５】
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。本実施形態では、上記位相ズレ量ψを、下記に示す縞走査法を用いて算出する。
【００７６】
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。第２の吸収型格子２２の移動に伴って、モアレ縞が移動し、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）、モアレ縞は元の位置に戻る。このように、格子ピッチｐ２を整数分の１ずつ第２の吸収型格子２２を移動させながら、ＦＰＤ２０で縞画像を撮影し、撮影した複数の縞画像から各画素の強度変調信号を取得し、前述の画像処理部１４で演算処理することにより、各画素の強度変調信号の位相ズレ量ψを得る。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。
【００７７】
図１０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。
【００７８】
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、被検体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が増加する。特に、ｋ＝Ｍ／２の位置では、主として、被検体Ｈにより屈折されたＸ線のみが第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、被検体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分が増加する。
【００７９】
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個の画素データから上記各画素４０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。第２の吸収型格子２２の位置ｋにおける各画素４０の画素データをＩｋ（ｘ）と標記すると、Ｉｋ（ｘ）は、次式（１０）で表される。
【００８０】
【数１０】
【００８１】
ここで、ｘは、画素のｘ方向に関する座標であり、Ａ０は入射Ｘ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、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。
【００８２】
次いで、次式（１１）の関係式を用いると、上記屈折角φ（ｘ）は、式（１２）のように表される。
【００８３】
【数１１】
【００８４】
【数１２】
【００８５】
ここで、ａｒｇ［ ］は、偏角の抽出を意味しており、上記位相ズレ量ψに対応する。したがって、各画素４０で得られたＭ個の画素データ（強度変調信号）から、式（１１）に基づいて位相ズレ量ψを算出することにより、屈折角φ（ｘ）が求まり、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分量が求まる。
【００８６】
具体的には、各画素４０で得られたＭ個の画素データは、図１１に示すように、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、被検体Ｈが存在しない場合の画素データの変化を示しており、同図中の実線は、被検体Ｈが存在する場合の画素データの変化を示している。この両者の波形の位相差が上記位相ズレ量ψに対応する。
【００８７】
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、各ｙ座標について同様の演算を行うことにより、ｘ方向及びｙ方向に関する２次元的な位相ズレの分布ψ（ｘ，ｙ）が得られる。この位相ズレの分布ψ（ｘ，ｙ）が位相微分像に対応する。なお、屈折角φと位相ズレ量ψとは、上記式（８）で示されるように比例関係にあるため、共に位相シフト分布Φ（ｘ）の微分量に対応する物理量である。
【００８８】
画像処理部１４は、以上のように求めた位相微分像をｘ軸に沿って積分することにより、被検体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）を生成し、これを位相コントラスト画像として画像記憶部１５に記録する。画像記憶部１５に記録された位相コントラスト画像は、コンソール１７のモニタに表示される。
【００８９】
上記実施形態では、第３の吸収型格子２５、第１の吸収型格子２１、第２の吸収型格子２２の順に調整を行なったが、第３の吸収型格子２５、第２の吸収型格子２２、第１の吸収型格子２１の順、または第１の吸収型格子２１、第３の吸収型格子２５、第２の吸収型格子２２の順、あるいは第２の吸収型格子２２、第３の吸収型格子２５、第１の吸収型格子２１の順に調整してもよい。なお、いずれの順番を用いて調整するにしても、Ｘ線焦点を小さくしないとモアレパターンが生じないため、第３の吸収型格子２５の調整を最後にすることはできない。
【００９０】
また、上記実施形態では、第３の吸収型格子２５を用いたが、Ｘ線焦点１１ａが十分に小さいＸ線源１１を使用する場合には、第３の吸収型格子２５を省略してもよい。この場合には、第１の吸収型格子２１、第２の吸収型格子２２の順、または第２の吸収型格子２２、第１の吸収型格子２１の順に調整することができる。
【００９１】
上記実施形態では、第１及び第２の吸収型格子２１，２２を、そのスリット部を通過した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、スリット部で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成（国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等に記載の構成）としてもよい。ただし、この場合には、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する必要がある。また、この場合には、第１の吸収型格子２１に代えて、位相型格子（位相型回折格子）を用いることが可能であり、第１の吸収型格子２１に代えて用いた位相型格子は、タルボ干渉効果により生じる縞画像（自己像）を、第２の吸収型格子２２に射影する。
【００９２】
さらに、上記実施形態では、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との間に配置した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。
【００９３】
［第２実施形態］
次に、格子に位置調整に用いるアライメント部を設けた本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。図１２に示すように、第２実施形態のＸ線撮影システム６０は、第２の吸収型格子２２の撮影に使用しない四隅にアライメント部６１ａ〜６１ｄがそれぞれ設けられている。図１３に示すように、アライメント部６１ａは、その中心を通るｘｙ軸に沿って分割した４つの領域と、中央部に設けた領域とに第1〜第5のアライメントパターン６２〜６６が設けられている。なお、アライメント部６１ｂ〜６１ｄは、アライメント部６１ａと同じものであるため、詳しい説明は省略する。
【００９４】
第1のアライメントパターン６２は、第2の吸収型回折２２のＸ線遮蔽部２２ａからなる本格子パターンの格子ピッチｐ２に対し、格子ピッチｐ２ａが狭くされたものである。また、第２のアライメントパターン６３は、本格子パターンの格子ピッチｐ２に対し、格子ピッチｐ２ａが広く狭くされたものである。第３のアライメントパターン６４は、本格子パターンに対し、Ｘ線遮蔽部の格子角度が＋θｚ方向に回転されたものである。更に、第４のアライメントパターン６５は、本格子パターンに対し、Ｘ線遮蔽部の格子角度が−θｚ方向に回転されたものである。第５のアライメントパターン６６は、本格子パターンと同じパターンであり、格子ピッチはｐ２である。
【００９５】
例えば、第２の吸収型格子２２の本格子パターンの格子ピッチｐ２が５μｍであるとき、第１及び第２のアライメントパターン６２及び６３の格子ピッチｐ２ａ、ｐ２ｂは、それぞれ４．８μｍ及び５．２μｍである。また、第３及び第４のアライメントパターン６４及び６５の格子角度は、それぞれ＋θｚ方向及び−θｚ方向に１°ずつ回転されている。
【００９６】
これにより、アライメント部６１を通過したＸ線には、各アライメントパターン６２〜６６によってモアレパターンが生じるので、そのモアレパターンを確認することによって、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の位置ずれ状態及び位置ずれ方向を知ることができる。
【００９７】
例えば、第１の吸収型格子２１と第２の吸収型格子２２との相対位置関係において両者が最適な位置にあるときには、Ｘ線画像検出器２０によって、図１４に示すようなアライメント部６０ａ〜６０ｄの画像６８が検出される。この画像６８は、第１〜第４のアライメントパターン６２〜６５に相当する領域３９〜７２にモアレパターンが発生し、本格子パターンからなる第５のアライメントパターン６６に相当する領域７３には、モアレが発生しないものとなる。
【００９８】
また、第２の吸収型格子２２に対して第１の吸収型格子２１が＋ｚ方向に位置ずれしているときには、Ｘ線画像検出器２０によって、図１５に示すようなアライメント部６０ａ〜６０ｄの画像７５が検出される。この画像７５には、第２〜第５のアライメントパターン６３〜６６に相当する領域７０〜７３にモアレパターンが発生し、第１のアライメントパターン６２に相当する領域６９には、モアレが発生しないものとなる。また、図示しないが、第１の吸収型格子２１が−ｚ方向に位置ずれしているときには、第２のアライメントパターン６３に相当する領域７０にモアレパターンが発生しなくなるので、ｚ軸での位置ずれ方向が容易に判断できる。
【００９９】
第２の吸収型格子２２に対して、第１の吸収型格子２１が＋θｚ方向に位置ずれしているときには、Ｘ線画像検出器２０によって、図１６に示すようなアライメント部６０ａ〜６０ｄの画像７７が検出される。この画像７７には、第１、第２、第４、第５のアライメントパターン６２、６３、６５、６６に相当する領域６９、７０、７２、７３にモアレパターンが発生し、第３のアライメントパターン６４に相当する領域７１には、モアレパターンが発生しない。また、図示しないが、第１の吸収型格子２１が−θｚ方向に位置ずれしているときには、第４のアライメントパターン６５に相当する領域７２にモアレパターンが発生しなくなるので、θｚ軸での位置ずれ方向が容易に判断できる。
【０１００】
また、アライメント部６１ａ〜６１ｄは、第２の吸収型格子２２の四隅に設けられているので、各アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像を比較することにより、第２の吸収型格子２２に対する第１の吸収型格子２１のθｘ及びθｙの位置ずれ方向も容易に判断することができる。なお、第１の吸収型格子２１と同様であるため詳しくは説明しないが、第３の吸収型格子２５も、アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像を用いて、第２の吸収型格子２２に対する相対位置を調整することができる。
【０１０１】
次に、アライメント部６１ａ〜６１ｄを用いた第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の位置調整について説明する。図１７に示すように、Ｘ線撮影システム６０には、最初に第２の吸収型格子２２がｚ軸上に配置される（Ｓａ１）。第２の吸収型格子２２は、第１の実施形態の１枚目の回折格子と同様に、通過Ｘ線量に基づいてθｘ及びθｙが調整される（Ｓａ２）。
【０１０２】
次に、Ｘ線撮影システム６０のｚ軸上には、第１の吸収型格子２１が配置され（Ｓａ３）、第２の吸収型格子２２に対する第１の吸収型格子２１のθｚ、θｘ、θｙ及びｚ方向位置が調整される（Ｓａ４）。この調整ステップでは、まず、Ｘ線源１１から照射されて第１及び第２の吸収型格子２１及び２２を通過したＸ線が、Ｘ線画像検出器２０により検出される。
【０１０３】
Ｘ線画像検出器２０により検出されたアライメント部６１ａ〜６１ｄの画像は、第２の吸収型格子２２に対する第１の吸収型格子２１の位置ずれ方向に応じて、図１４〜１６に示すように、第1〜第5のアライメントパターン６２〜６６に相当する領域のいずれかにモアレパターンのない領域が発生する。このモアレパターンがない領域が、第１の吸収型格子２１の位置ずれ状態または位置ずれ方向を表しているので、第１の吸収型格子２１が位置ずれしている場合には、その方向に第１の吸収型格子２１が移動される。
【０１０４】
また、各アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像を比較することにより、第２の吸収型格子２２に対する第１の吸収型格子２１のθｘ及びθｙの位置ずれ方向が判断され、その位置ずれ方向に第１の吸収型格子２１が回転される。なお、アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像に差がない場合には、第１の吸収型格子２１がθｘ及びθｙ方向に位置ずれしていないことになるので、第１の吸収型格子２１のθｘ及びθｙの調整は不要になる。
【０１０５】
第１の吸収型格子２１の調整終了後、Ｘ線撮影システム６０のｚ軸上に第３の吸収型格子２５が配置され（Ｓａ５）、第１の吸収型格子２１と同様に、アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像に基づいて、第２の吸収型格子２２に対する第３の吸収型格子２５のθｚ、θｘ、θｙ及びｚ方向位置が調整される（Ｓａ６）。
【０１０６】
このように、本実施形態では、第１の実施形態のように２枚目以降に配置される格子を回転させなくても格子の位置ずれ量を判断することができるので、調整時間を短くすることができる。なお、第２の吸収型格子２２にのみアライメント部６１ａ〜６１ｄを設けたが、第１及び第３の吸収型格子２１及び２５にもアライメント部６１ａ〜６１ｄを設けてもよい。
【０１０７】
上記第１実施形態では、コーンビーム状のＸ線を発するＸ線源１１を用いた場合を例示しているが、これに代えて、平行Ｘ線を発するＸ線源を用いることも可能である。この場合には、上記式（１）、（２）、（４）、（５）は、それぞれ次式（１３）〜（１６）に変形される。
【０１０８】
【数１３】
【０１０９】
【数１４】
【０１１０】
【数１５】
【０１１１】
【数１６】
【０１１２】
以上説明した実施形態は、医療診断用の放射線撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査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】
【０１１３】
１０、６０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線源（放射線源）
１２ 撮影部
１４ 画像処理部
１６ 撮影制御部
１８ システム制御部
２０ フラットパネル検出器（ＦＰＤ）
２１ 第１の吸収型格子
２２ 第２の吸収型格子
２３ 走査機構
２５ 第３の吸収型格子
４０ 画素
５１〜５４ モアレパターン
６１ａ〜６１ｄ アライメント部
６２〜６６ 第１〜第５のアライメントパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚の回折格子を用いて被検体の位相コントラスト画像を撮影する放射線撮影システムにおいて、複数枚の回折格子の位置や傾きを調整する方法と、調整に適した回折格子とに関する。
【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称する）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線撮影システムが考案されている（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線波長で決まる特定距離（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。上記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】
Ｘ線タルボ干渉計では、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）から被検体の位相コントラスト画像を取得する。この縞走査法とは、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の回折格子の格子方向（条帯方向）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させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素の画素データの位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法であり、この位相微分像を、上記の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、走査ピッチに対して周期的に強度が変調された信号であるため、以下、「強度変調信号」と称することもある。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】
Ｘ線源の焦点サイズが大きいと第１の回折格子の自己像にボケが生じ、位相コントラスト画像の画質が低下することがある。これを防止するため、Ｘ線源の直後に第３の回折格子（線源格子）を配置し、Ｘ線源からのＸ線を部分的に遮蔽して実効的な焦点サイズを縮小するとともに、幅の狭い多数の線光源の集合を（分散光源）を形成することにより、第１の回折格子の自己像のボケを抑制したＸ線撮影システムも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２００３５９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】
位相コントラスト像を撮影するには、Ｘ線源、第１〜第３の回折格子、Ｘ線画像検出器が正確に配置されている必要がある。特に、第１〜第３の回折格子の相対的な回転角度の調整は、僅かなずれが位相コントラスト画像の画質に影響を及ぼすので、困難が予想される。研究レベルのＸ線撮影システムでは、高精度な測定器を使用すれば当然位置決めが可能であるが、位相コントラスト画像を撮影するＸ線撮影システムを製品化して設置する場合を想定すると、高度な測定器の使用を前提とするのは現実的でなく、何らかの位置決め手法の確立が求められる。
【００１２】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数枚の回折格子を使用して位相コントラスト画像を撮影する放射線撮影システムにおいて、高精度な測定器を使用せずに、複数枚の回折格子の位置や傾きを調整する方法と、調整に適した回折格子と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】
上記目的を達成するために、本発明の回折格子の調整方法は、１枚目の回折格子の調整と２枚目以降の回折格子の調整とからなり、１枚目の回折格子の調整は、放射線画像検出器の検出面に直交するｚ軸上に前記１枚目の回折格子を配置するステップと、１枚目の回折格子をｚ軸に直交するｘ軸の周りθｘと、ｚ軸及びｘ軸に直交するｙ軸の周りθｙとに回転させながら１枚目の回折格子を通過した放射線量を測定し、放射線量が最大となるθｘ及びθｙの回転位置を求めるステップとからなる。また、２枚目以降の回折格子の調整は、放射線にモアレパターンが生じるようにｚ軸上に２枚目以降の回折格子を配置するステップと、２枚目以降の回折格子をθｘ及びθｙ方向に回転させながら放射線画像検出器によってモアレパターンを検出し、モアレパターンの周波数が面内で一律になるθｘ及びθｙ方向の回転位置を求めるステップと、モアレパターンが放射線画像検出器によって検出されなくなるように、各回折格子間のｚ軸方向の相対位置とｚ軸の周りθｚ方向の相対位置との少なくとも一方を調整するステップとから構成している。
【００１４】
モアレパターンが前記放射線検出器によって検出されなくなるようにするステップは、複数のモアレパターン間の間隔であるモアレパターンの周期が、放射線画像検出器の検出範囲よりも長くなるように、各回折格子間のｚ軸方向の相対位置とｚ軸周りのθｚ方向の相対位置との少なくとも一方が調整されることが好ましい。
【００１５】
複数枚の回折格子は、放射線を通過させて縞画像を生成する第１の回折格子と、縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で縞画像に強度変調を与える第２の回折格子からなる。
【００１６】
また、複数枚の回折格子には、放射線源と第１の回折格子との間に配置され、放射線源から照射された放射線を領域選択的に遮蔽して複数の線光源とする第３の回折格子を含めてもよい。この第３の回折格子は、放射線源の焦点を小さくしてモアレパターンを生じやすくさせる機能を有するため、１枚目または２枚目の回折格子として調整されるのが好ましい。
【００１７】
また、２枚目以降の回折格子をｚ軸上に配置する際には、意図的にモアレパターンを生じさせるため、ｚ軸方向の位置またはθｚ方向の位置が調整目標位置からずれるように配置するのが好ましい。
【００１８】
本発明の回折格子は、一方向に延伸されかつ前記延伸方向に直交する配列方向に沿って配列された複数の放射線遮蔽部を有し、放射線を照射する放射線源と放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器との間に複数配置され、位相コントラスト画像の撮影に用いられる回折格子である。この回折格子の少なくとも１つには、複数の放射線遮蔽部からなる本格子パターンとともに、本格子パターンとは異なる格子パターンからなるアライメントパターンが設けられている。
【００１９】
アライメントパターンは、本格子パターンに対し、放射線遮蔽部の間隔である格子ピッチ、または放射線遮蔽部の角度である格子角度が異なっていることが好ましい。
【００２０】
また、アライメントパターンには、本格子パターンよりも格子ピッチが狭くされた第１のアライメントパターンと、本格子パターンよりも格子ピッチが広くされた第２のアライメントパターンとを含めてもよい。更にアライメントパターンには、本格子パターンに対し、格子面に直交する軸周りで第１の方向に回転された第３のアライメントパターンと、第１の方向と反対側の第２の方向に回転された第３のアライメントパターンとを含めてもよい。アライメントパターンには、本格子パターンからなる第５のアライメントパターンを含めてもよい。更に、アライメントパターンは、矩形状とされた回折格子の四隅に配置されていることが好ましい。
【００２１】
本発明の放射線撮影システムは、放射線を照射する放射線源と、放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器と、放射線源と放射線画像検出器との間に配置された複数枚の上記回折格子とを有し、アライメントパターンと、アライメントパターンが設けられた回折格子とは異なる別の回折格子の本格子パターンとによって放射線に生じたモアレパターンを放射線画像検出器により検出し、モアレパターンに応じて、複数枚の回折格子の相対位置が調整されるようにしている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高精度な測定器を用いなくとも測定可能な通過放射線量と、モアレパターンとに基づいて、複数枚の回折格子の位置及び傾きを精度よく調整することができ、高画質な位相コントラスト画像を得ることができる。また、回折格子に位置ずれ状態や位置ずれ方向を確認するためのアライメントパターンを設けたので、同様に複数枚の回折格子の位置及び傾きを精度よく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態のＸ線撮影システムの構成を示す模式図である。
【図２】フラットパネル検出器の構成を示す模式図である。
【図３】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４】第１の吸収型格子の回転ずれ方向を示す説明図である。
【図５】第１〜第３の吸収型格子の調整手順を示すフローチャートである。
【図６】第３の吸収型格子のθｘ方向のずれによるＸ線透過率の変化を示す説明図である。
【図７】第３の吸収型格子のθｙ方向のずれによるＸ線透過率の変化を示す説明図である。
【図８】第２の吸収型格子のずれによるモアレパターンを示す説明図である。
【図９】第２の吸収型格子の位置調整により周期が長くされたモアレパターンを示す説明図である。
【図１０】縞走査法を説明するための説明図である。
【図１１】縞走査に伴って変化する画素データ（強度変調信号）を例示するグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態のＸ線撮影システムの構成を示す模式図である。
【図１３】アライメント部の構成を示す説明図である。
【図１４】各格子の相対位置が最適なときに撮影されたアライメント部の画像である。
【図１５】各格子のｚ位置がずれているときに撮影されたアライメント部の画像である。
【図１６】各格子のθｚ位置がずれているときに撮影されたアライメント部の画像である。
【図１７】第２実施形態の第１〜第３の吸収型格子の調整手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
図１において、本発明の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が記録される画像記録部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。
【００２５】
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線焦点となっている。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。
【００２６】
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方向いう）に検出面が直交するように配置されている。
【００２７】
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、白金、鉛、タングステン等が好ましい。
【００２８】
また、撮影部１２には、第２の吸収型格子２２を格子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ものである。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。
【００２９】
Ｘ線源１１と第１の吸収型格子２１との間であって、Ｘ線源１１の直後には、第３の吸収型格子２５が配置されている。第３の吸収型格子２５は、撮影部１２に設けられた第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、一方向（本実施形態では、ｙ方向）に延伸した複数のＸ線遮蔽部２５ａが、第１及び第２の吸収型格子２１，２２のＸ線遮蔽部２１ａ，２２ａと同一方向（本実施形態では、ｘ方向）に周期的に配列されている。
【００３０】
第３の吸収型格子２５は、Ｘ線源１１からの放射線をＸ線遮蔽部２５ａによって部分的に遮蔽することにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズを縮小し、ｘ方向に多数の線光源（分散光源）を形成する。これにより、Ｘ線源１１の実効的な焦点サイズを縮小することができるので、第１の吸収型格子２１の自己像に生じるボケを抑制することができる。なお、第３の吸収型格子２５は、Ｘ線源１１内に組み込まれていてもよい。
【００３１】
画像処理部１４は、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いて位相微分像を生成し、位相微分像を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。
【００３２】
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、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。
【００３３】
図２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、受像部４１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、各画素４０に蓄積された電荷を読み出し、電荷を画像データに変換して記憶する読み出し回路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。
【００３４】
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線検出素子として構成することができる。各画素４０には、ＴＦＴスイッチ（図示せず）が接続され、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。
【００３５】
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線検出素子として構成することも可能である。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。
【００３６】
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、オフセット補正、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。
【００３７】
図３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いる。また、第３の吸収型格子２５のＸ線遮蔽部２５ａも、ｘ方向に所定のピッチｐ３で、互いに所定の間隔ｄ３空けて配列されている。Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａ，２５ａは、それぞれ不図示のＸ線透過性基板（例えば、ガラス基板）上に配置されたものである。第１〜第３の吸収型格子２１，２２，２５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るため、振幅型格子とも称される。なお、スリット部（上記間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３の領域）は空隙でなくてもよく、高分子や軽金属等のＸ線低吸収材が充填されていてもよい。
【００３８】
第１及び第２の吸収型格子２１，２２は、タルボ干渉効果の有無に係らず、スリット部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成されている。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線をスリット部で回折させずに、直進性を保ったまま通過するように構成する。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、スリット部で大部分のＸ線が回折されずに線形的に投影される。この場合、格子ピッチｐ１，ｐ２は、２〜２０μｍ程度の大きさである。
【００３９】
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を通過して射影される投影像（以下、この投影像をＧ１像または縞画像と称する）は、実質的にＸ線焦点となる第３の吸収型格子２５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、そのスリット部が、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、第３の吸収型格子２５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。
【００４０】
【数１】
【００４１】
【数２】
【００４２】
また、第３の吸収型格子２５の格子ピッチｐ３は、次式（３）を満たすように設定される。
【００４３】
【数３】
【００４４】
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させる構成であって、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。
【００４５】
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、第２の吸収型格子２２の格子ピッチｐ２、Ｘ線波長（ピーク波長）λ、及び正の整数ｍを用いて、次式（４）で表される。
【００４６】
【数４】
【００４７】
式（４）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。
【００４８】
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（５）を満たす範囲の値に設定される。
【００４９】
【数５】
【００５０】
Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａ，２５ａ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、鉛、タングステン等）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，２５ａ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、この場合には、Ｘ線遮蔽部２１ａ，２２ａ，２５ａの厚みは、金（Ａｕ）換算で３０μｍ以上であることが好ましい。
【００５１】
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のＧ１像（縞画像）と第２の吸収型格子２２との重ね合わせにより強度変調された縞画像がＦＰＤ２０によって撮像される。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、製造誤差や配置誤差により若干の差異が生じており、この微小な差異により、強度変調された縞画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、いわゆる回転モアレが発生する。しかし、縞画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の配列ピッチよりも大きい範囲であれば特に問題が生じることはない。理想的にはモアレ縞を発生させないことが好ましいが、モアレ縞は、後述するように、縞走査の走査量８ｄａｉ２の吸収型格子２２の並進距離）を確認するために利用することができる。
【００５２】
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により検出される縞画像は、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で検出された縞画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。
【００５３】
次に、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の調整方法について説明する。本実施形態のＸ線撮影システム１０において、位相コントラスト画像を適切に撮影するには、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５が上記式（１）、（３）を満たすように配置されていること、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の格子面がｘｙ平面に対して平行であること、かつ第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の光軸Ａ周りでの回転位置が一致していることが必要となる。このとき、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５のｘ，ｙ方向のずれは位相コントラスト画像に影響を与えないので、おおよその位置が合っていれば問題ない。したがって、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５について調整すべき位置は、ｚ軸方向の位置と、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すθｘ、θｙ、θｚとなる。
【００５４】
図５のフローチャートに示すように、本実施形態では、１枚目の格子と２枚目以降の格子とでその調整方法が異なっている。例えば、１枚目の格子として第３の吸収型格子２５の調整を行なう場合、まず、第３の吸収型格子２５をＸ線源１１とＦＰＤ２０との間のｚ軸上で適切な位置に配置する（Ｓ１）。次いで、第３の吸収型格子２５のθｘ位置とθｙ位置とを調整する（Ｓ２）。θｘ位置とθｙ位置の調整は、第３の吸収型格子２５をθｘ方向及びθｙ方向に回転させながら第３の吸収型格子２５を通過するＸ線の線量を測定することにより行なう。
【００５５】
図６（Ａ）、図７（Ａ）に示すように、第３の吸収型格子２５の格子面がｘｙ平面と平行であるときには、Ｘ線遮蔽部２５ａを通過するＸ線の通過距離ｓがＸ線遮蔽部２５ａの厚みｔと等しくなり、光軸Ａ方向から見たＸ線遮蔽部２５ａの隙間ｕの長さが間隔ｄ３と等しくなる。しかし、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示すように、第３の吸収型格子２５の格子面がｘｙ平面と平行でないときには、通過距離ｓが厚みｔよりも大きくなり、隙間ｕが間隔ｄ３よりも狭くなるので、第３の吸収型格子２５の見かけ上のＸ線透過率が低下する。したがって、第３の吸収型格子２５を通過するＸ線量が最大となるθｘ位置及びθｙ位置を特定すれば、第３の吸収型格子２５の格子面をｘｙ平面と平行に調整することができる。なお、通過Ｘ線量の測定には、Ｘ線量測定器を用いてもよいし、ＦＰＤ２０を用いてもよい。
【００５６】
２枚目以降の格子の調整には、複数枚の格子をＸ線が通過することにより発生するモアレパターンが用いられる。これは、複数枚の格子の相対位置関係が最適であった場合、ｘ方向の位置関係によってＦＰＤ２０に到達するＸ線の線量は、最大から最小の任意の値を取りうるので、線量情報では位置決めできないからである。
【００５７】
例えば、２枚目の格子として第１の吸収型格子２１の調整を行なう場合、まず、第１の吸収型格子２１を第３の吸収型格子２５とＦＰＤ２０との間のｚ軸上で適切な位置に配置する（Ｓ３）。このとき、第１の吸収型格子２１と第３の吸収型格子２５とを通過したＸ線にモアレパターンが生じるようにするため、第１の吸収型格子２１のｚ位置もしくはθｚ位置を意図的にずらして配置する。
【００５８】
次いで、ＦＰＤ２０により検出されたモアレパターンに基づいて、第１の吸収型格子２１のθｘ位置とθｙ位置とを調整する（Ｓ４）。図８（Ａ）に示すように、第１の吸収型格子２１のｚ軸方向の位置がずれているときには、太さがほぼ均一で周波数が面内で一律なモアレパターン５０が検出される。モアレパターン５１が検出されたときには、第１の吸収型格子２１のθｘ位置及びθｙ位置の調整は不要となる。
【００５９】
また、図８（Ｂ）に示すように、第１の吸収型格子２１のθｘ位置がずれているときには、幅方向の一端が他端に対して放射線状に変化したモアレパターン５２が検出される。このモアレパターン５２が検出されたときには、同図（Ａ）のモアレパターン５１のように太さがほぼ均一で周波数が面内で一律なモアレパターンになるように、第１の吸収型格子２１のθｘ位置が調整される。
【００６０】
図８（Ｃ）に示すように、第１の吸収型格子２１のθｙ位置がずれているときには、太さと周波数とが徐々に変化したモアレパターン５３が検出される。このモアレパターン５３が検出されたときには、同図（Ａ）のモアレパターン５１のように太さがほぼ均一で周波数が面内で一律なモアレパターンになるように、第１の吸収型格子２１のθｙ位置が調整される。
【００６１】
図８（Ｄ）に示すように、第１の吸収型格子２１のθｚ位置がずれているときには、太さがほぼ均一で周波数が面内で一律であり、かつ幅方向で傾斜したモアレパターン５４が検出される。このモアレパターン５４が検出されたときには、第１の吸収型格子２１のθｘ位置及びθｙ位置の調整は不要となる。
【００６２】
なお、第１の吸収型格子２１には、上述したｚ軸方向、θｘ、θｙ、θｚ方向の位置ずれがそれぞれ単独で生じる以外に、各々の方向が複合的に組み合わさって生じる場合もある。その場合には、検出したモアレパターンから第１の吸収型格子２１の複合的な位置ずれ方向を解析して、θｘ位置及びθｙ位置が調整される。
【００６３】
図５に示すように、第１の吸収型格子２１のθｘ位置とθｙ位置との調整後、図８（Ａ）のモアレパターン５１、または同図（Ｄ）のモアレパターン５４がＦＰＤ２０によって検出されなくなるように、第１の吸収型格子２１のｚ軸位置及びθｚ位置が調整される（Ｓ５）。この調整では、第１の吸収型格子２１をｚ軸方向またはθｚ軸方向に移動させることにより、モアレパターン５１間の間隔である周期Ｃ１、またはモアレパターン５４のｘ方向の間隔である周期Ｃ２を変化させる。そして、例えば図9に示すように、周期Ｃ１をＦＰＤ２０のｘ方向の検出範囲Ｔよりも十分に長くすることにより、ＦＰＤ２０によってモアレパターン５１または５４が検出されなくなるような、第１の吸収型格子２１のｚ軸位置及びθｚ位置が特定される。
【００６４】
これにより、位相コントラスト画像がモアレパターンから影響を受けることを防止することができる。なお、図９に示すように、ＦＰＤ２０の検出範囲Ｔ内には長周期のモアレパターンによる連続的な濃度変化が生じているが、検出範囲Ｔよりもモアレパターンの周期が長いことによりモアレパターンが視認されないようになっている。逆に、モアレパターンの周期を極端に短くすることによってもモアレパターンが視認できないようにすることもできるが、この周期がＦＰＤ２０の画素４０の配列ピッチと同程度となってしまうと位相コントラスト画像が影響を受けるため、モアレパターンの周期を長くすることが好ましい。
【００６５】
３枚目の格子である第２の吸収型格子２２の調整は、第１の吸収型格子２１の調整と同様に、第２の吸収型格子２２の配置（Ｓ６）、第２の吸収型格子２２のθｘ、θｙの調整（Ｓ７）、第２の吸収型格子２２のｚ位置、θｚの調整（Ｓ８）からなるため、詳しい説明は省略する。
【００６６】
次に、縞画像の解析方法について説明する。図３には、被検体Ｈのｘ方向に関する位相シフト分布Φ（ｘ）に応じて屈折される１つのＸ線が例示されている。符号６０は、被検体Ｈが存在しない場合に直進するＸ線の経路を示しており、この経路６０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６１は、被検体Ｈが存在する場合に、被検体Ｈにより屈折されて偏向したＸ線の経路を示している。この経路６１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。
【００６７】
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（６）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。
【００６８】
【数６】
【００６９】
第１の吸収型格子２１から第２の吸収型格子２２の位置に投射された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方向に変位することになる。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（７）で表される。
【００７０】
【数７】
【００７１】
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（8）で表される。
【００７２】
【数８】
【００７３】
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（被検体Ｈがある場合とない場合とでの各画素４０の強度変調信号の位相のズレ量）に、次式（9）のように関連している。
【００７４】
【数９】
【００７５】
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。本実施形態では、上記位相ズレ量ψを、下記に示す縞走査法を用いて算出する。
【００７６】
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。第２の吸収型格子２２の移動に伴って、モアレ縞が移動し、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）、モアレ縞は元の位置に戻る。このように、格子ピッチｐ２を整数分の１ずつ第２の吸収型格子２２を移動させながら、ＦＰＤ２０で縞画像を撮影し、撮影した複数の縞画像から各画素の強度変調信号を取得し、前述の画像処理部１４で演算処理することにより、各画素の強度変調信号の位相ズレ量ψを得る。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。
【００７７】
図１０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。
【００７８】
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、被検体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が増加する。特に、ｋ＝Ｍ／２の位置では、主として、被検体Ｈにより屈折されたＸ線のみが第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、被検体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が減少する一方で、被検体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分が増加する。
【００７９】
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個の画素データから上記各画素４０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。第２の吸収型格子２２の位置ｋにおける各画素４０の画素データをＩｋ（ｘ）と標記すると、Ｉｋ（ｘ）は、次式（１０）で表される。
【００８０】
【数１０】
【００８１】
ここで、ｘは、画素のｘ方向に関する座標であり、Ａ０は入射Ｘ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、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。
【００８２】
次いで、次式（１１）の関係式を用いると、上記屈折角φ（ｘ）は、式（１２）のように表される。
【００８３】
【数１１】
【００８４】
【数１２】
【００８５】
ここで、ａｒｇ［ ］は、偏角の抽出を意味しており、上記位相ズレ量ψに対応する。したがって、各画素４０で得られたＭ個の画素データ（強度変調信号）から、式（１１）に基づいて位相ズレ量ψを算出することにより、屈折角φ（ｘ）が求まり、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分量が求まる。
【００８６】
具体的には、各画素４０で得られたＭ個の画素データは、図１１に示すように、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、被検体Ｈが存在しない場合の画素データの変化を示しており、同図中の実線は、被検体Ｈが存在する場合の画素データの変化を示している。この両者の波形の位相差が上記位相ズレ量ψに対応する。
【００８７】
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、各ｙ座標について同様の演算を行うことにより、ｘ方向及びｙ方向に関する２次元的な位相ズレの分布ψ（ｘ，ｙ）が得られる。この位相ズレの分布ψ（ｘ，ｙ）が位相微分像に対応する。なお、屈折角φと位相ズレ量ψとは、上記式（８）で示されるように比例関係にあるため、共に位相シフト分布Φ（ｘ）の微分量に対応する物理量である。
【００８８】
画像処理部１４は、以上のように求めた位相微分像をｘ軸に沿って積分することにより、被検体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）を生成し、これを位相コントラスト画像として画像記憶部１５に記録する。画像記憶部１５に記録された位相コントラスト画像は、コンソール１７のモニタに表示される。
【００８９】
上記実施形態では、第３の吸収型格子２５、第１の吸収型格子２１、第２の吸収型格子２２の順に調整を行なったが、第３の吸収型格子２５、第２の吸収型格子２２、第１の吸収型格子２１の順、または第１の吸収型格子２１、第３の吸収型格子２５、第２の吸収型格子２２の順、あるいは第２の吸収型格子２２、第３の吸収型格子２５、第１の吸収型格子２１の順に調整してもよい。なお、いずれの順番を用いて調整するにしても、Ｘ線焦点を小さくしないとモアレパターンが生じないため、第３の吸収型格子２５の調整を最後にすることはできない。
【００９０】
また、上記実施形態では、第３の吸収型格子２５を用いたが、Ｘ線焦点１１ａが十分に小さいＸ線源１１を使用する場合には、第３の吸収型格子２５を省略してもよい。この場合には、第１の吸収型格子２１、第２の吸収型格子２２の順、または第２の吸収型格子２２、第１の吸収型格子２１の順に調整することができる。
【００９１】
上記実施形態では、第１及び第２の吸収型格子２１，２２を、そのスリット部を通過した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、スリット部で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成（国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等に記載の構成）としてもよい。ただし、この場合には、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する必要がある。また、この場合には、第１の吸収型格子２１に代えて、位相型格子（位相型回折格子）を用いることが可能であり、第１の吸収型格子２１に代えて用いた位相型格子は、タルボ干渉効果により生じる縞画像（自己像）を、第２の吸収型格子２２に射影する。
【００９２】
さらに、上記実施形態では、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との間に配置した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。
【００９３】
［第２実施形態］
次に、格子に位置調整に用いるアライメント部を設けた本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。図１２に示すように、第２実施形態のＸ線撮影システム６０は、第２の吸収型格子２２の撮影に使用しない四隅にアライメント部６１ａ〜６１ｄがそれぞれ設けられている。図１３に示すように、アライメント部６１ａは、その中心を通るｘｙ軸に沿って分割した４つの領域と、中央部に設けた領域とに第1〜第5のアライメントパターン６２〜６６が設けられている。なお、アライメント部６１ｂ〜６１ｄは、アライメント部６１ａと同じものであるため、詳しい説明は省略する。
【００９４】
第1のアライメントパターン６２は、第2の吸収型回折２２のＸ線遮蔽部２２ａからなる本格子パターンの格子ピッチｐ２に対し、格子ピッチｐ２ａが狭くされたものである。また、第２のアライメントパターン６３は、本格子パターンの格子ピッチｐ２に対し、格子ピッチｐ２ａが広く狭くされたものである。第３のアライメントパターン６４は、本格子パターンに対し、Ｘ線遮蔽部の格子角度が＋θｚ方向に回転されたものである。更に、第４のアライメントパターン６５は、本格子パターンに対し、Ｘ線遮蔽部の格子角度が−θｚ方向に回転されたものである。第５のアライメントパターン６６は、本格子パターンと同じパターンであり、格子ピッチはｐ２である。
【００９５】
例えば、第２の吸収型格子２２の本格子パターンの格子ピッチｐ２が５μｍであるとき、第１及び第２のアライメントパターン６２及び６３の格子ピッチｐ２ａ、ｐ２ｂは、それぞれ４．８μｍ及び５．２μｍである。また、第３及び第４のアライメントパターン６４及び６５の格子角度は、それぞれ＋θｚ方向及び−θｚ方向に１°ずつ回転されている。
【００９６】
これにより、アライメント部６１を通過したＸ線には、各アライメントパターン６２〜６６によってモアレパターンが生じるので、そのモアレパターンを確認することによって、第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の位置ずれ状態及び位置ずれ方向を知ることができる。
【００９７】
例えば、第１の吸収型格子２１と第２の吸収型格子２２との相対位置関係において両者が最適な位置にあるときには、Ｘ線画像検出器２０によって、図１４に示すようなアライメント部６０ａ〜６０ｄの画像６８が検出される。この画像６８は、第１〜第４のアライメントパターン６２〜６５に相当する領域３９〜７２にモアレパターンが発生し、本格子パターンからなる第５のアライメントパターン６６に相当する領域７３には、モアレが発生しないものとなる。
【００９８】
また、第２の吸収型格子２２に対して第１の吸収型格子２１が＋ｚ方向に位置ずれしているときには、Ｘ線画像検出器２０によって、図１５に示すようなアライメント部６０ａ〜６０ｄの画像７５が検出される。この画像７５には、第２〜第５のアライメントパターン６３〜６６に相当する領域７０〜７３にモアレパターンが発生し、第１のアライメントパターン６２に相当する領域６９には、モアレが発生しないものとなる。また、図示しないが、第１の吸収型格子２１が−ｚ方向に位置ずれしているときには、第２のアライメントパターン６３に相当する領域７０にモアレパターンが発生しなくなるので、ｚ軸での位置ずれ方向が容易に判断できる。
【００９９】
第２の吸収型格子２２に対して、第１の吸収型格子２１が＋θｚ方向に位置ずれしているときには、Ｘ線画像検出器２０によって、図１６に示すようなアライメント部６０ａ〜６０ｄの画像７７が検出される。この画像７７には、第１、第２、第４、第５のアライメントパターン６２、６３、６５、６６に相当する領域６９、７０、７２、７３にモアレパターンが発生し、第３のアライメントパターン６４に相当する領域７１には、モアレパターンが発生しない。また、図示しないが、第１の吸収型格子２１が−θｚ方向に位置ずれしているときには、第４のアライメントパターン６５に相当する領域７２にモアレパターンが発生しなくなるので、θｚ軸での位置ずれ方向が容易に判断できる。
【０１００】
また、アライメント部６１ａ〜６１ｄは、第２の吸収型格子２２の四隅に設けられているので、各アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像を比較することにより、第２の吸収型格子２２に対する第１の吸収型格子２１のθｘ及びθｙの位置ずれ方向も容易に判断することができる。なお、第１の吸収型格子２１と同様であるため詳しくは説明しないが、第３の吸収型格子２５も、アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像を用いて、第２の吸収型格子２２に対する相対位置を調整することができる。
【０１０１】
次に、アライメント部６１ａ〜６１ｄを用いた第１〜第３の吸収型格子２１、２２、２５の位置調整について説明する。図１７に示すように、Ｘ線撮影システム６０には、最初に第２の吸収型格子２２がｚ軸上に配置される（Ｓａ１）。第２の吸収型格子２２は、第１の実施形態の１枚目の回折格子と同様に、通過Ｘ線量に基づいてθｘ及びθｙが調整される（Ｓａ２）。
【０１０２】
次に、Ｘ線撮影システム６０のｚ軸上には、第１の吸収型格子２１が配置され（Ｓａ３）、第２の吸収型格子２２に対する第１の吸収型格子２１のθｚ、θｘ、θｙ及びｚ方向位置が調整される（Ｓａ４）。この調整ステップでは、まず、Ｘ線源１１から照射されて第１及び第２の吸収型格子２１及び２２を通過したＸ線が、Ｘ線画像検出器２０により検出される。
【０１０３】
Ｘ線画像検出器２０により検出されたアライメント部６１ａ〜６１ｄの画像は、第２の吸収型格子２２に対する第１の吸収型格子２１の位置ずれ方向に応じて、図１４〜１６に示すように、第1〜第5のアライメントパターン６２〜６６に相当する領域のいずれかにモアレパターンのない領域が発生する。このモアレパターンがない領域が、第１の吸収型格子２１の位置ずれ状態または位置ずれ方向を表しているので、第１の吸収型格子２１が位置ずれしている場合には、その方向に第１の吸収型格子２１が移動される。
【０１０４】
また、各アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像を比較することにより、第２の吸収型格子２２に対する第１の吸収型格子２１のθｘ及びθｙの位置ずれ方向が判断され、その位置ずれ方向に第１の吸収型格子２１が回転される。なお、アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像に差がない場合には、第１の吸収型格子２１がθｘ及びθｙ方向に位置ずれしていないことになるので、第１の吸収型格子２１のθｘ及びθｙの調整は不要になる。
【０１０５】
第１の吸収型格子２１の調整終了後、Ｘ線撮影システム６０のｚ軸上に第３の吸収型格子２５が配置され（Ｓａ５）、第１の吸収型格子２１と同様に、アライメント部６１ａ〜６１ｄの画像に基づいて、第２の吸収型格子２２に対する第３の吸収型格子２５のθｚ、θｘ、θｙ及びｚ方向位置が調整される（Ｓａ６）。
【０１０６】
このように、本実施形態では、第１の実施形態のように２枚目以降に配置される格子を回転させなくても格子の位置ずれ量を判断することができるので、調整時間を短くすることができる。なお、第２の吸収型格子２２にのみアライメント部６１ａ〜６１ｄを設けたが、第１及び第３の吸収型格子２１及び２５にもアライメント部６１ａ〜６１ｄを設けてもよい。
【０１０７】
上記第１実施形態では、コーンビーム状のＸ線を発するＸ線源１１を用いた場合を例示しているが、これに代えて、平行Ｘ線を発するＸ線源を用いることも可能である。この場合には、上記式（１）、（２）、（４）、（５）は、それぞれ次式（１３）〜（１６）に変形される。
【０１０８】
【数１３】
【０１０９】
【数１４】
【０１１０】
【数１５】
【０１１１】
【数１６】
【０１１２】
以上説明した実施形態は、医療診断用の放射線撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査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】
【０１１３】
１０、６０ Ｘ線撮影システム
１１ Ｘ線源（放射線源）
１２ 撮影部
１４ 画像処理部
１６ 撮影制御部
１８ システム制御部
２０ フラットパネル検出器（ＦＰＤ）
２１ 第１の吸収型格子
２２ 第２の吸収型格子
２３ 走査機構
２５ 第３の吸収型格子
４０ 画素
５１〜５４ モアレパターン
６１ａ〜６１ｄ アライメント部
６２〜６６ 第１〜第５のアライメントパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を照射する放射線源と放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器との間に複数枚の回折格子を配置して位相コントラスト画像を撮影する放射線撮影システムに用いられる回折格子の調整方法において、
前記回折格子の調整は、１枚目の回折格子の調整と２枚目以降の回折格子の調整とからなり、前記１枚目の回折格子の調整は、
前記放射線画像検出器の検出面に直交するｚ軸上に前記１枚目の回折格子を配置するステップと、
前記１枚目の回折格子を前記ｚ軸に直交するｘ軸の周りθｘと、前記ｚ軸及びｘ軸に直交するｙ軸の周りθｙとに回転させながら前記１枚目の回折格子を通過した放射線量を測定し、前記放射線量が最大となるθｘ及びθｙの回転位置を求めるステップとからなり、
前記２枚目以降の回折格子の調整は、
前記放射線にモアレパターンが生じるように前記ｚ軸上に前記２枚目以降の回折格子を配置するステップと、
前記２枚目以降の回折格子を前記θｘ及びθｙ方向に回転させながら前記放射線画像検出器によって前記モアレパターンを検出し、前記モアレパターンの周波数が面内で一律になる前記θｘ及びθｙ方向の回転位置を求めるステップと、
前記モアレパターンが前記放射線画像検出器によって検出されなくなるように、前記各回折格子間のｚ軸方向の相対位置と、前記ｚ軸周りのθｚ方向の相対位置との少なくとも一方を調整するステップとからなることを特徴とする回折格子の調整方法。
【請求項２】
前記モアレパターンが前記放射線検出器によって検出されなくなるようにするステップは、複数のモアレパターン間の間隔である前記モアレパターンの周期が、前記放射線画像検出器の検出範囲よりも長くなるように、前記各回折格子間のｚ軸方向の相対位置と前記ｚ軸周りのθｚ方向の相対位置との少なくとも一方が調整されることを特徴とする請求項１記載の回折格子の調整方法。
【請求項３】
前記複数枚の回折格子は、前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の回折格子と、前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で前記縞画像に強度変調を与える第２の回折格子からなることを特徴とする請求項１または２記載の回折格子の調整方法。
【請求項４】
前記複数枚の回折格子には、前記放射線源と前記第１の回折格子との間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を領域選択的に遮蔽して複数の線光源とする第３の回折格子が含まれることを特徴とする請求項３記載の回折格子の調整方法。
【請求項５】
前記第３の回折格子は、１枚目または２枚目の回折格子として調整されることを特徴とする請求項４記載の回折格子の調整方法。
【請求項６】
前記２枚目以降の回折格子は、前記ｚ軸上に配置される際に、ｚ軸方向の位置またはθｚ方向の位置が調整目標位置からずれるように配置されることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の回折格子の調整方法。
【請求項７】
一方向に延伸されかつ前記延伸方向に直交する配列方向に沿って配列された複数の放射線遮蔽部を有し、放射線を照射する放射線源と放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器との間に複数配置され、位相コントラスト画像の撮影に用いられる回折格子であって、
前記回折格子の少なくとも１つには、前記複数の放射線遮蔽部からなる本格子パターンとともに、前記本格子パターンとは異なる格子パターンからなるアライメントパターンが設けられていることを特徴とする回折格子。
【請求項８】
前記アライメントパターンは、前記本格子パターンに対し、前記放射線遮蔽部の間隔である格子ピッチ、または前記放射線遮蔽部の角度である格子角度が異なっていることを特徴とする請求項７記載の回折格子。
【請求項９】
前記アライメントパターンは、前記本格子パターンよりも格子ピッチが狭くされた第１のアライメントパターンと、前記本格子パターンよりも格子ピッチが広くされた第２のアライメントパターンとを含むことを特徴とする請求項８記載の回折格子。
【請求項１０】
前記アライメントパターンは、前記本格子パターンに対し、格子面に直交する軸周りで第１の方向に回転された第３のアライメントパターンと、前記第１の方向と反対側の第２の方向に回転された第３のアライメントパターンとを含むことを特徴とする請求項９記載の回折格子。
【請求項１１】
前記アライメントパターンは、前記本格子パターンからなる第５のアライメントパターンを含むことを特徴とする請求項１０記載の回折格子。
【請求項１２】
前記アライメントパターンは、矩形状とされた前記回折格子の四隅に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の回折格子。
【請求項１３】
放射線を照射する放射線源と、
前記放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器と、
前記放射線源と前記放射線画像検出器との間に配置された請求項７〜１２いずれか記載の複数枚の回折格子とを有し、
前記アライメントパターンと、前記アライメントパターンが設けられた回折格子とは異なる別の回折格子の本格子パターンとによって前記放射線に生じたモアレパターンを前記放射線画像検出器により検出し、前記モアレパターンに応じて、前記複数枚の回折格子の相対位置が調整されることを特徴とする放射線撮影システム。
【請求項１】
放射線を照射する放射線源と放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器との間に複数枚の回折格子を配置して位相コントラスト画像を撮影する放射線撮影システムに用いられる回折格子の調整方法において、
前記回折格子の調整は、１枚目の回折格子の調整と２枚目以降の回折格子の調整とからなり、前記１枚目の回折格子の調整は、
前記放射線画像検出器の検出面に直交するｚ軸上に前記１枚目の回折格子を配置するステップと、
前記１枚目の回折格子を前記ｚ軸に直交するｘ軸の周りθｘと、前記ｚ軸及びｘ軸に直交するｙ軸の周りθｙとに回転させながら前記１枚目の回折格子を通過した放射線量を測定し、前記放射線量が最大となるθｘ及びθｙの回転位置を求めるステップとからなり、
前記２枚目以降の回折格子の調整は、
前記放射線にモアレパターンが生じるように前記ｚ軸上に前記２枚目以降の回折格子を配置するステップと、
前記２枚目以降の回折格子を前記θｘ及びθｙ方向に回転させながら前記放射線画像検出器によって前記モアレパターンを検出し、前記モアレパターンの周波数が面内で一律になる前記θｘ及びθｙ方向の回転位置を求めるステップと、
前記モアレパターンが前記放射線画像検出器によって検出されなくなるように、前記各回折格子間のｚ軸方向の相対位置と、前記ｚ軸周りのθｚ方向の相対位置との少なくとも一方を調整するステップとからなることを特徴とする回折格子の調整方法。
【請求項２】
前記モアレパターンが前記放射線検出器によって検出されなくなるようにするステップは、複数のモアレパターン間の間隔である前記モアレパターンの周期が、前記放射線画像検出器の検出範囲よりも長くなるように、前記各回折格子間のｚ軸方向の相対位置と前記ｚ軸周りのθｚ方向の相対位置との少なくとも一方が調整されることを特徴とする請求項１記載の回折格子の調整方法。
【請求項３】
前記複数枚の回折格子は、前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の回折格子と、前記縞画像の周期パターンに対して位相が異なる複数の相対位置で前記縞画像に強度変調を与える第２の回折格子からなることを特徴とする請求項１または２記載の回折格子の調整方法。
【請求項４】
前記複数枚の回折格子には、前記放射線源と前記第１の回折格子との間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を領域選択的に遮蔽して複数の線光源とする第３の回折格子が含まれることを特徴とする請求項３記載の回折格子の調整方法。
【請求項５】
前記第３の回折格子は、１枚目または２枚目の回折格子として調整されることを特徴とする請求項４記載の回折格子の調整方法。
【請求項６】
前記２枚目以降の回折格子は、前記ｚ軸上に配置される際に、ｚ軸方向の位置またはθｚ方向の位置が調整目標位置からずれるように配置されることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の回折格子の調整方法。
【請求項７】
一方向に延伸されかつ前記延伸方向に直交する配列方向に沿って配列された複数の放射線遮蔽部を有し、放射線を照射する放射線源と放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器との間に複数配置され、位相コントラスト画像の撮影に用いられる回折格子であって、
前記回折格子の少なくとも１つには、前記複数の放射線遮蔽部からなる本格子パターンとともに、前記本格子パターンとは異なる格子パターンからなるアライメントパターンが設けられていることを特徴とする回折格子。
【請求項８】
前記アライメントパターンは、前記本格子パターンに対し、前記放射線遮蔽部の間隔である格子ピッチ、または前記放射線遮蔽部の角度である格子角度が異なっていることを特徴とする請求項７記載の回折格子。
【請求項９】
前記アライメントパターンは、前記本格子パターンよりも格子ピッチが狭くされた第１のアライメントパターンと、前記本格子パターンよりも格子ピッチが広くされた第２のアライメントパターンとを含むことを特徴とする請求項８記載の回折格子。
【請求項１０】
前記アライメントパターンは、前記本格子パターンに対し、格子面に直交する軸周りで第１の方向に回転された第３のアライメントパターンと、前記第１の方向と反対側の第２の方向に回転された第３のアライメントパターンとを含むことを特徴とする請求項９記載の回折格子。
【請求項１１】
前記アライメントパターンは、前記本格子パターンからなる第５のアライメントパターンを含むことを特徴とする請求項１０記載の回折格子。
【請求項１２】
前記アライメントパターンは、矩形状とされた前記回折格子の四隅に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の回折格子。
【請求項１３】
放射線を照射する放射線源と、
前記放射線に担持された画像を検出する放射線画像検出器と、
前記放射線源と前記放射線画像検出器との間に配置された請求項７〜１２いずれか記載の複数枚の回折格子とを有し、
前記アライメントパターンと、前記アライメントパターンが設けられた回折格子とは異なる別の回折格子の本格子パターンとによって前記放射線に生じたモアレパターンを前記放射線画像検出器により検出し、前記モアレパターンに応じて、前記複数枚の回折格子の相対位置が調整されることを特徴とする放射線撮影システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
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【公開番号】特開２０１１−２２７０４１（Ｐ２０１１−２２７０４１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６７５３（Ｐ２０１０−２１６７５３）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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