放射線撮影システム及び放射線撮影方法
【課題】被写体の位相イメージングを行う放射線撮影システム及び放射線撮影方法において、イメージングの精度向上を図る。
【解決手段】放射線撮影システム１０は、Ｘ線源１１と、第１の透過型格子３１と、第２の透過型格子３２と、第２の透過型格子３２を移動させる走査機構３３と、第１及び第２の透過型格子３１，３２を透過したＸ線を検出するフラットパネル検出器３０と、フラットパネル検出器３０で取得される複数の画像に基づき、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算処理部２２と、を備え、演算処理部２２は、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、各画素に対応したフラットパネル検出器３０の画素４０の、被写体のない状態で第２の透過型格子３２を走査で得られる信号の周期に応じた感度補正を行う。
【解決手段】放射線撮影システム１０は、Ｘ線源１１と、第１の透過型格子３１と、第２の透過型格子３２と、第２の透過型格子３２を移動させる走査機構３３と、第１及び第２の透過型格子３１，３２を透過したＸ線を検出するフラットパネル検出器３０と、フラットパネル検出器３０で取得される複数の画像に基づき、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算処理部２２と、を備え、演算処理部２２は、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、各画素に対応したフラットパネル検出器３０の画素４０の、被写体のない状態で第２の透過型格子３２を走査で得られる信号の周期に応じた感度補正を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線等の放射線を用いて被写体の撮影を行う放射線撮影システム及び放射線撮影方法に関する。
【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、被写体の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】
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、被写体によるＸ線の強度変化に代えて、被写体による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ことが知られている。このため、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、近年、２枚の透過回折格子（位相型格子及び吸収型格子）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１参照）。
【０００６】
Ｘ線タルボ干渉計は、被写体の背後に第１の回折格子（位相型格子あるいは吸収型格子）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（吸収型格子）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写体と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生じるモアレ縞を、縞走査法により検出し、被写体によるモアレ縞の変化から被写体の位相情報を取得する。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信号値の変化から、被写体で屈折したＸ線の角度分布（位相シフトの微分像）を取得し、この角度分布に基づいて被写体の位相コントラスト画像を得るものである。
【０００８】
そして、上記縞走査法において、被写体のない状態で、非常に細かい走査ピッチで第２の回折格子を走査して撮影を行い、予めＸ線画像検出器の各画素の出力信号の変化曲線を求めておき、被写体の撮影では、数点で第２の回折格子の走査を実施し、その際の各画素の信号値を予め求めた変化曲線に適合させることで、簡易的に各画素に入射するＸ線の位相を決定することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
なお、タルボ干渉計を用いた画像撮影による位相イメージングは、Ｘ線と同様に干渉性の高い可視光（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等）を対象に、Ｘ線位相イメージングより以前に考案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第０４／０５８０７０号
【特許文献２】特表２００８−５４５９８１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】へクター・カナバル（Hector Canabal）、他２名、「インプルーブド・フェーズ−シフティング・メソッド・フォー・オートマティック・プロセッシング・オブ・モアレ・ディフレクトグラムス（Improved phase-shifting method for automatic processing of moire deflectograms）」、アプライド・オプティクス（APPLIED OPTICS）、1998年9月、Vol.37, No.26, p.6227-6233
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記位相イメージングにおいて、第２の回折格子を所定の走査ピッチで並進移動させて得られるＸ線画像検出器の各画素から出力される信号値は、特許文献１によれば、次式（１）で与えられる。
【００１３】
【数１】
【００１４】
ここで、Ａｋ（ｋ＝０，１，…）は回折格子の形状により決まる定数、ｄは第２の回折格子の格子パターンの周期、δ（ｘ，ｙ）は回折格子の歪や製作誤差や配置誤差によって発生するオフセット値、Ｚは第１の回折格子と第２の回折格子との距離、φ（ｘ，ｙ）は被写体によるＸ線の屈折角、ξは第２の回折格子の並進移動量である。
【００１５】
第１の回折格子の自己像は、被写体でのＸ線の屈折により、その屈折角φに応じた量だけ変位することになる。ここで、屈折角φ（ｘ，ｙ）は、Ｘ線波長λと被写体の位相シフト分布Φ（ｘ、ｙ）を用いて、次式（２）で表される。
【００１６】
【数２】
【００１７】
このように、被写体でのＸ線の屈折による第１の回折格子の自己像の変位量は、被写体の位相シフト分布Φ（ｘ、ｙ）に関連している。この変位量をΔとして、変位量Δは、第２の回折格子を走査して得られる、画像検出器の各画素から出力される強度変調信号の位相ズレ量ψ（被写体Ｈ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のズレ量）に、次式（３）のように関連している。
【００１８】
【数３】
【００１９】
そして、被写体が球状の場合に、そのエッジ部分でのφ（ｘ，ｙ）は、次式（４）で与えられる。
【００２０】
【数４】
【００２１】
ここで、Ｄは第２の回折格子の走査方向に関する画像検出器の各画素の幅、Δｎは被写体とその周囲の媒質との屈折率差である。
【００２２】
式（１）〜式（４）より、画像検出器の各画素の強度変調信号から取得される位相ズレ量から、屈折角φを求めようとすると、第２の回折格子の格子パターンの周期ｄや、第１の回折格子と第２の回折格子との距離Ｚや、Ｘ線画像検出器の各画素の幅Ｄの影響を受ける。
【００２３】
第２の回折格子の格子パターンの周期ｄについて、第２の回折格子の歪や製作誤差によって、その格子パターンの周期ｄにも誤差が生じ、周期ｄの誤差によって屈折角φは変化する。しかし、特許文献１及び特許文献２では、第２の回折格子の格子パターンの周期ｄの誤差は何ら考慮されていない。そのため、屈折角の分布に基づいて生成される位相コントラスト画像において、本来あるべきコントラストが形成されないこととなる。
【００２４】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、被写体の位相イメージングを行う放射線撮影システム及び放射線撮影方法において、位相イメージングの精度向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
（イ） 放射線を放射する放射線源と、前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを有し、該周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器で取得される複数の縞画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算手段と、を備え、前記演算手段は、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する、放射線撮影システム。
（ロ） 放射線源から被写体に放射線を放射し、前記放射線を第１の格子を通過させて縞画像を生成させ、前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与え、前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を放射線画像検出器で検出し、前記放射線画像検出器で取得された複数の縞画像に基づいて、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角分布を演算し、この屈折角分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法であって、前記屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、被写体のない状態で強度変調手段によって縞画像を強度変調した際に得られる放射線画像検出器の各画素の出力信号の周期をみることで、強度変調手段のパターンの周期の誤差を検出することができる。そして、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、対応する放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行うことで、強度変調手段のパターンの周期の誤差を反映した屈折角の分布像を得て、その屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成することができ、位相イメージングの精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、放射線撮影システムの一例の構成を示す模式図である。
【図２】図１の放射線撮影システムの制御構成を示すブロック図である。
【図３】放射線画像検出器の構成を示す模式図である。
【図４】第１及び第２の透過型格子の構成を示す斜視図である。
【図５】第１及び第２の透過型格子の構成を示す側面図である。
【図６】第１及び第２の透過型格子の重ね合わせによるモアレ縞の周期を変更するための機構を示す模式図である。
【図７】被写体による放射線の屈折を説明するための模式図である。
【図８】縞走査法を説明するための模式図である。
【図９】縞走査に伴う放射線画像検出器の画素の信号を示すグラフである。
【図１０】位相コントラスト画像の補正方法を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施形態を説明するための、放射線撮影システムの一例の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１及び図２に示すＸ線撮影システム１０は、被写体（患者）Ｈを立位状態で撮影するＸ線診断装置であって、被写体ＨにＸ線を放射するＸ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置され、Ｘ線源１１から被写体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、操作者の操作に基づいてＸ線源１１の曝射動作や撮影部１２の撮影動作を制御するとともに、撮影部１２により取得された画像データを演算処理して位相コントラスト画像を生成するコンソール１３とに大別される。
【００２９】
Ｘ線源１１は、天井から吊り下げられたＸ線源保持装置１４により上下方向（ｘ方向）に移動自在に保持されている。撮影部１２は、床上に設置された立位スタンド１５により上下方向に移動自在に保持されている。
【００３０】
Ｘ線源１１は、Ｘ線源制御部１７の制御に基づき、高電圧発生器１６から印加される高電圧に応じてＸ線を発生するＸ線管１８と、Ｘ線管１８から発せられたＸ線のうち、被写体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可動式のコリメータ１９ａを備えたコリメータユニット１９とから構成されている。Ｘ線管１８は、陽極回転型であり、電子放出源（陰極）としてのフィラメント（図示せず）から電子線を放出して、所定の速度で回転する回転陽極１８ａに衝突させることによりＸ線を発生する。この回転陽極１８ａの電子線の衝突部分がＸ線焦点１８ｂとなる。
【００３１】
Ｘ線源保持装置１４は、天井に設置された天井レール（図示せず）により水平方向（ｚ方向）に移動自在に構成された台車部１４ａと、上下方向に連結された複数の支柱部１４ｂとからなる。台車部１４ａには、支柱部１４ｂを伸縮させて、Ｘ線源１１の上下方向に関する位置を変更するモータ（図示せず）が設けられている。
【００３２】
立位スタンド１５は、床に設置された本体１５ａに、撮影部１２を保持する保持部１５ｂが上下方向に移動自在に取り付けられている。保持部１５ｂは、上下方向に離間して配置された２つのプーリ１５ｃの間に掛架された無端ベルト１５ｄに接続され、プーリ１５ｃを回転させるモータ（図示せず）により駆動される。このモータの駆動は、操作者の設定操作に基づき、後述するコンソール１３の制御装置２０により制御される。
【００３３】
また、立位スタンド１５には、プーリ１５ｃ又は無端ベルト１５ｄの移動量を計測することにより、撮影部１２の上下方向に関する位置を検出するポテンショメータ等の位置センサ（図示せず）が設けられている。この位置センサの検出値は、ケーブル等によりＸ線源保持装置１４に供給される。Ｘ線源保持装置１４は、供給された検出値に基づいて支柱部１４ｂを伸縮させ、撮影部１２の上下動に追従するようにＸ線源１１を移動させる。
【００３４】
コンソール１３には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御装置２０が設けられている。制御装置２０には、操作者が撮影指示やその指示内容を入力する入力装置２１と、撮影部１２により取得された画像データを演算処理してＸ線画像を生成する演算処理部２２と、Ｘ線画像を記憶する記憶部２３と、Ｘ線画像等を表示するモニタ２４と、Ｘ線撮影システム１０の各部と接続されるインターフェース（Ｉ／Ｆ）２５とがバス２６を介して接続されている。
【００３５】
入力装置２１としては、例えば、スイッチ、タッチパネル、マウス、キーボード等を用いることが可能であり、入力装置２１の操作により、Ｘ線管電圧や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２４は、液晶ディスプレイ等からなり、制御装置２０の制御により、Ｘ線撮影条件等の文字やＸ線画像を表示する。
【００３６】
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）３０、被写体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の透過型格子３１及び第２の透過型格子３２が設けられている。ＦＰＤ３０は、検出面がＸ線源１１から照射されるＸ線の光軸Ａに直交するように配置されている。詳しくは後述するが、第１及び第２の透過型格子３１，３２は、ＦＰＤ３０とＸ線源１１との間に配置されている。また、撮影部１２には、第２の透過型格子３２を上下方向に並進移動させることにより、第１の透過型格子３１に対する第２の透過型格子３２の相対位置関係を変化させる走査機構３３が設けられている。この走査機構３３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。なお、第２の透過型格子３２及び走査機構３３が特許請求の範囲に記載の強度変調手段に対応している。
【００３７】
図３に示すように、ＦＰＤ３０は、Ｘ線を電荷に変換して蓄積する複数の画素４０が、アクティブマトリクス基板上にｘｙ方向に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、画像データをコンソール１３のＩ／Ｆ２５を介して演算処理部２２に送信するデータ送信回路４４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４５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４６によって接続されている。
【００３８】
各画素４０は、アモルファスセレン等の変換層（図示せず）で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４５、ソース電極がキャパシタ、ドレイン電極が信号線４６に接続される。ＴＦＴスイッチが走査回路４２からの駆動パルスによってＯＮ状態になると、キャパシタに蓄積された電荷が信号線４６に読み出される。
【００３９】
なお、各画素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、Ｘ線画像検出器としては、ＴＦＴパネルをベースとしたＦＰＤ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Ｘ線画像検出器を用いることも可能である。
【００４０】
読み出し回路４３は、積分アンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、補正回路、及び画像メモリ（いずれも図示せず）により構成されている。積分アンプ回路は、各画素４０から信号線４６を介して出力された電荷を積分して電圧信号（画像信号）に変換して、Ａ／Ｄ変換器に入力する。Ａ／Ｄ変換器は、入力された画像信号をデジタルの画像データに変換して補正回路に入力する。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を行い、補正後の画像データを画像メモリに記憶させる。なお、補正回路による補正処理として、Ｘ線の露光量や露光分布（いわゆるシェーディング）の補正や、ＦＰＤ３０の制御条件（駆動周波数や読み出し期間）に依存するパターンノイズ（例えば、ＴＦＴスイッチのリーク信号）の補正等を含めてもよい。
【００４１】
図４及び図５に示すように、第１の透過型格子３１は、基板３１ａと、この基板３１ａに配置された複数のＸ線遮蔽部３１ｂとから構成されている。同様に、第２の透過型格子３２は、基板３２ａと、この基板３２ａに配置された複数のＸ線遮蔽部３２ｂとから構成されている。基板３１ａ，３１ｂは、いずれもＸ線を透過させるガラス等のＸ線透過性部材により形成されている。
【００４２】
Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂは、いずれもＸ線源１１から照射されるＸ線の光軸Ａに直交する面内の一方向（図示の例では、ｘ方向及びｚ方向に直交するｙ方向）に延伸した線状の部材である。各Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂの材料としては、Ｘ線吸収性に優れるものが好ましく、例えば、金、銀、白金等の金属であることが好ましい。これらのＸ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂは、金属メッキ法や蒸着法によって形成することが可能である。
【００４３】
Ｘ線遮蔽部３１ｂは、Ｘ線の光軸Ａに直交する面内において、上記一方向と直交する方向（図示の例では、ｘ方向）に一定の周期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、Ｘ線遮蔽部３２ｂは、Ｘ線の光軸Ａに直交する面内において、上記一方向と直交する方向（本実施形態では、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。このような第１及び第２の透過型格子３１，３２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、透過型格子のなかでも特に吸収型格子ないし振幅型格子と称される。なお、スリット部（上記間隔ｄ１，ｄ２の領域）は空隙でなくてもよく、高分子や軽金属等のＸ線低吸収材で該空隙を充填してもよい。
【００４４】
第１及び第２の透過型格子３１，３２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、前述の回転陽極１８ａ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。
【００４５】
Ｘ線源１１から放射されるＸ線は、平行ビームではなく、Ｘ線焦点１８ｂを発光点としたコーンビームであるため、第１の透過型格子３１を通過して射影される投影像（以下、この投影像をＧ１像と称する）は、Ｘ線焦点１８ｂからの距離に比例して拡大される。第２の透過型格子３２の格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、そのスリット部が、第２の透過型格子３２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、Ｘ線焦点１８ｂから第１の透過型格子３１までの距離をＬ１、第１の透過型格子３１から第２の透過型格子３２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（５）及び（６）の関係を満たすように決定される。
【００４６】
【数５】
【００４７】
【数６】
【００４８】
第１の透過型格子３１から第２の透過型格子３２までの距離Ｌ２は、タルボ干渉計では、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Ｘ線撮影システム１０の撮影部１２では、第１の透過型格子３１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の透過型格子３１のＧ１像が、第１の透過型格子３１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。
【００４９】
上記のように撮影部１２は、タルボ干渉計を構成するものではないが、第１の透過型格子３１でＸ線を回折したと仮定した場合のタルボ干渉距離Ｚは、第１の透過型格子３１の格子ピッチｐ１、Ｘ線波長（ピーク波長）λ、及び正の整数ｍを用いて、次式（７）で表される。
【００５０】
【数７】
【００５１】
本Ｘ線撮影システム１０では、撮影部１２の薄型化を目的とし、上記距離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、上記距離Ｌ２は、次式（８）を満たす範囲の値に設定される。
【００５２】
【数８】
【００５３】
Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂ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、銀、白金等）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３１ｂ，３２ｂ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。例えば、Ｘ線管１８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、厚みｈ１，ｈ２は、金（Ａｕ）換算で３０μｍ以上であることが好ましい。
【００５４】
一方、Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂの厚みｈ１，ｈ２を厚くし過ぎると、第１及び第２の透過型格子３１，３２に斜めに入射するＸ線がスリット部を通過しにくくなり、いわゆるケラレが生じて、Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂの延伸方向（条帯方向）に直交する方向（ｘ方向）の有効視野が狭くなるといった問題がある。このため、視野確保の観点から、厚みｈ１，ｈ２の上限を規定する。ＦＰＤ３０の検出面におけるｘ方向の有効視野の長さＶを確保するには、Ｘ線焦点１８ｂからＦＰＤ３０の検出面までの距離をＬとすると、厚みｈ１，ｈ２は、図５に示す幾何学的関係から、次式（９）及び（１０）を満たすように設定する必要がある。
【００５５】
【数９】
【００５６】
【数１０】
【００５７】
例えば、ｄ１＝２．５μｍ、ｄ２＝３．０μｍであり、通常の病院での検査を想定して、Ｌ＝２ｍとした場合には、ｘ方向の有効視野の長さＶとして１０ｃｍの長さを確保するには、厚みｈ１は１００μｍ以下、厚みｈ２は１２０μｍ以下とすればよい。
【００５８】
以上のように構成された第１及び第２の透過型格子３１，３２では、被写体Ｈが配置されていない場合に、第１の透過型格子３１のＧ１像と第２の透過型格子３２との重ね合わせにより、Ｘ線に画像コントラストが生じ、この画像コントラストがＦＰＤ３０によって撮像される。第２の透過型格子３２の位置におけるＧ１像のパターン周期ｐ１’と、第２の透過型格子３２の実質的な格子ピッチｐ２’（製造後の実質的なピッチ）とは、製造誤差や配置誤差により若干の差異が生じる。このうち、配置誤差とは、第１及び第２の透過型格子３１，３２が、相対的に傾斜や回転、両者の間隔が変化することによりｘ方向への実質的なピッチが変化することを意味している。
【００５９】
Ｇ１像のパターン周期ｐ１’と格子ピッチｐ２’との微小な差異により、画像コントラストはモアレ縞となる。このモアレ縞の周期Ｔは、次式（１１）で表される。
【００６０】
【数１１】
【００６１】
このモアレ縞をＦＰＤ３０で検出するには、画素４０のｘ方向に関する配列ピッチＰは、少なくとも次式（１２）を満たす必要があり、更には、次式（１３）を満たすことが好ましい（ここで、ｎは正の整数である）。
【００６２】
【数１２】
【００６３】
【数１３】
【００６４】
式（１２）は、配列ピッチＰがモアレ周期Ｔの整数倍でないことを意味しており、ｎ≧２の場合であっても原理的にモアレ縞を検出することが可能である。式（１３）は、配列ピッチＰをモアレ周期Ｔより小さくすることを意味している。
【００６５】
ＦＰＤ３０の画素４０の配列ピッチＰは、設計的に定められた値（一般的に１００μｍ程度）であり変更することが困難であるため、配列ピッチＰとモアレ周期Ｔとの大小関係を調整するには、第１及び第２の透過型格子３１，３２の位置調整を行い、Ｇ１像のパターン周期ｐ１’と格子ピッチｐ２’との少なくともいずれか一方を変更することによりモアレ周期Ｔを変更することが好ましい。
【００６６】
図６に、モアレ周期Ｔを変更する方法を示す。モアレ周期Ｔの変更は、第１及び第２の透過型格子３１，３２のいずれか一方を、光軸Ａを中心として相対的に回転させることにより行うことができる。例えば、第１の透過型格子３１に対して、第２の透過型格子３２を、光軸Ａを中心として相対的に回転させる相対回転機構５０を設ける。この相対回転機構５０により、第２の透過型格子３２を角度θだけ回転させると、ｘ方向に関する実質的な格子ピッチは、「ｐ２’」→「ｐ２’／ｃｏｓθ」と変化し、この結果、モアレ周期Ｔが変化する（ＦＩＧ．６Ａ）。
【００６７】
別の例として、モアレ周期Ｔの変更は、第１及び第２の透過型格子３１，３２のいずれか一方を、光軸Ａに直交し、かつｙ方向に沿う方向の軸を中心として相対的に傾斜させることにより行うことができる。例えば、第１の透過型格子３１に対して、第２の透過型格子３２を、光軸Ａに直交し、かつｙ方向に沿う方向の軸を中心として相対的に傾斜させる相対傾斜機構５１を設ける。この相対傾斜機構５１により、第２の透過型格子３２を角度αだけ傾斜させると、ｘ方向に関する実質的な格子ピッチは、「ｐ２’」→「ｐ２’×ｃｏｓα」と変化し、この結果、モアレ周期Ｔが変化する（ＦＩＧ．６Ｂ）。
【００６８】
更に別の例として、モアレ周期Ｔの変更は、第１及び第２の透過型格子３１，３２のいずれか一方を光軸Ａの方向に沿って相対的に移動させることにより行うことができる。例えば、第１の透過型格子３１と第２の透過型格子３２との間の距離Ｌ２を変更するように、第１の透過型格子３１に対して、第２の透過型格子３２を、光軸Ａの方向に沿って相対的に移動させる相対移動機構５２を設ける。この相対移動機構５２により、第２の透過型格子３２を光軸Ａに移動量δだけ移動させると、第２の透過型格子３２の位置に投影される第１の透過型格子３１のＧ１像のパターン周期は、「ｐ１’」→「ｐ１’×（Ｌ１＋Ｌ２＋δ）／（Ｌ１＋Ｌ２）」と変化し、この結果、モアレ周期Ｔが変化する（ＦＩＧ．６Ｃ）。
【００６９】
本Ｘ線撮影システム１０において、撮影部１２は、上述のようにタルボ干渉計ではなく、距離Ｌ２を自由に設定することができるため、相対移動機構５２のように距離Ｌ２の変更によりモアレ周期Ｔを変更する機構を、好適に採用することができる。モアレ周期Ｔを変更するための第１及び第２の透過型格子３１，３２の上記変更機構（相対回転機構５０、相対傾斜機構５１、及び相対移動機構５２）は、圧電素子等のアクチュエータにより構成することが可能である。
【００７０】
Ｘ線源１１と第１の透過型格子３１との間に被写体Ｈを配置した場合には、ＦＰＤ３０により検出されるモアレ縞は、被写体Ｈにより変調を受ける。この変調量は、被写体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、ＦＰＤ３０で検出されたモアレ縞を解析することによって、被写体Ｈの位相コントラスト画像を生成することができる。
【００７１】
次に、モアレ縞の解析方法について説明する。
【００７２】
図７は、被写体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線を例示している。符号５５は、被写体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５５を進むＸ線は、第１及び第２の透過型格子３１，３２を通過してＦＰＤ３０に入射する。符号５６は、被写体Ｈが存在する場合に、被写体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５６を進むＸ線は、第１の透過型格子３１を通過した後、第２の透過型格子３２より遮蔽される。
【００７３】
被写体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）は、被写体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（１４）で表される。
【００７４】
【数１４】
【００７５】
第１の透過型格子３１から第２の透過型格子３２の位置に投射されたＧ１像は、被写体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（１５）で表される。
【００７６】
【数１５】
【００７７】
ここで、屈折角φは、Ｘ線波長λと被写体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）を用いて、次式（１６）で表される。
【００７８】
【数１６】
【００７９】
このように、被写体ＨでのＸ線の屈折によるＧ１像の変位量Δｘは、被写体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、ＦＰＤ３０の各画素４０から出力される強度変調信号の位相ズレ量ψ（被写体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（１７）のように関連している。
【００８０】
【数１７】
【００８１】
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（１７）から屈折角φが求まり、式（１６）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、被写体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）、すなわち被写体Ｈの位相コントラスト画像を生成することができる。本Ｘ線撮影システム１０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。
【００８２】
縞走査法では、第１及び第２の透過型格子３１，３２の一方を他方に対して相対的にｘ方向にステップ的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Ｘ線撮影システム１０では、前述の走査機構３３により第２の透過型格子３２を移動させているが、第１の透過型格子３１を移動させてもよい。第２の透過型格子３２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の透過型格子３２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。このようなモアレ縞の変化を、格子ピッチｐ２を整数分の１ずつ第２の透過型格子３２を移動させながら、ＦＰＤ３０で縞画像を撮影し、撮影した複数の縞画像から各画素４０の強度変調信号を取得し、演算処理部２２で演算処理することにより、各画素４０の強度変調信号の位相ズレ量ψを得る。
【００８３】
図８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の透過型格子３２を移動させる様子を模式的に示している。走査機構３３は、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１のＭ個の各走査位置に、第２の透過型格子３２を順に並進移動させる。なお、同図では、第２の透過型格子３２の初期位置を、被写体Ｈが存在しない場合における第２の透過型格子３２の位置でのＧ１像の暗部が、Ｘ線遮蔽部３２ｂ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。
【００８４】
まず、ｋ＝０の位置では、主として、被写体Ｈにより屈折されなかったＸ線が第２の透過型格子３２を通過する。次に、ｋ＝１，２，・・・と順に第２の透過型格子３２を移動させていくと、第２の透過型格子３２を通過するＸ線は、被写体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、被写体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が増加する。特に、ｋ＝Ｍ／２では、主として、被写体Ｈにより屈折されたＸ線のみが第２の透過型格子３２を通過する。ｋ＝Ｍ／２を超えると、逆に、第２の透過型格子３２を通過するＸ線は、被写体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が減少する一方で、被写体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分が増加する。
【００８５】
ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１の各位置で、ＦＰＤ３０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の透過型格子３２の位置ｋにおける各画素４０の画素データ（信号値）をＩｋ（ｘ）と標記すると、Ｉｋ（ｘ）は、次式（１８）で表される。
【００８６】
【数１８】
【００８７】
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。
【００８８】
次いで、次式（１９）の関係式を用いると、上記屈折角φ（ｘ）は、式（２０）のように表される。
【００８９】
【数１９】
【００９０】
【数２０】
【００９１】
ここで、ａｒｇ［ ］は、偏角の抽出を意味しており、各画素４０の強度変調信号の位相ズレ量ψに対応する。したがって、各画素４０で得られたＭ個の画素データから、式（２０）に基づいて各画素４０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φ（ｘ）が求められる。
【００９２】
具体的には、各画素４０で得られたＭ個の画素データは、図９に示すように、第２の透過型格子３２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、被写体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、被写体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各画素４０の強度変調信号の位相ズレ量ψに対応する。
【００９３】
そして、屈折角φ（ｘ）は、上記式（１６）で示したように微分位相値に対応する値であるため、屈折角φ（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）が得られる。
【００９４】
次に、第２の透過型格子３２の格子ピッチｐ２の誤差を反映した位相シフト分布Φ（ｘ）の補正について説明する。
【００９５】
まず、被写体がない状態で、第１及び第２の透過型格子３１，３２の一方を他方に対して相対的にｘ方向にステップ的に並進移動させながら撮影を行い（すなわち、第１の透過型格子３１のＧ１像の周期パターンと第２の透過型格子３２の格子パターンとの位相を変化させながら撮影を行い）、各ステップでのＦＰＤ３０の各画素４０の画素データを取得する。
【００９６】
本Ｘ線撮影システム１０では、前述の走査機構３３により第２の透過型格子３２を移動させているが、第１の透過型格子３１を移動させてもよい。第２の透過型格子３２の並進距離（ｘ方向への移動量）は、好ましくは第２の透過型格子３２の格子パターンの１周期分（格子ピッチｐ２）であり、この距離を移動させる際のステップ数は、各画素４０の画素データの変動の周期がわかる限りにおいて特に限定されない。
【００９７】
次いで、取得されたＦＰＤ３０の各画素４０の複数の画素データから、各画素４０の強度変調信号の位相変化量を求める。位相変化量の計算方法は、例えば、取得された各画素４０の強度変調信号を三角関数と想定し、複数の画素データに対して最小二乗フィッティングを適用して求めればよい。
【００９８】
図１０に、第２の透過型格子３２をその格子パターンの１周期分にあたる格子ピッチｐ２だけ、所定時間で並進移動させたとき（Ｇ１像の周期パターンに対する第２の透過型格子３２の格子パターンの位相を２πだけ変化させたとき）の、画素４０の強度変調信号の例を示す。
【００９９】
第２の透過型格子３２において、注目する画素４０に入射するＸ線を透過させる部分の実際の平均ピッチをｐａｖｇとして、ｐａｖｇ＝ｐ２の場合に、画素４０の強度変調信号の位相は、初期位相をαとして、α〜α＋ｍ１πまで変化し、その変化量ｍ１πは２πとなる（ＦＩＧ．１０Ａ）。ｐａｖｇ＜ｐ２の場合は、画素４０の強度変調信号の位相は、α〜α＋ｍ２πまで変化し、その変化量ｍ２πは２πより大きくなる（ＦＩＧ．１０Ｂ）。また、このときの強度変調信号の周期Ｔ２は、ｐａｖｇ＝ｐ２の場合の画素４０の強度変調信号の周期をＴ１として、Ｔ２＜Ｔ１となる。ｐａｖｇ＞ｐ２の場合は、画素４０の強度変調信号の位相は、α〜α＋ｍ３πまで変化し、その変化量ｍ３πは２πより小さくなる（ＦＩＧ．１０Ｃ）。また、このときの強度変調信号の周期Ｔ３は、Ｔ３＜Ｔ１となる。なお、図示の例では、初期位相αをいずれも０としているが、第２の透過型格子３２を並進移動させる際の第２の透過型格子３２の初期位置に応じて、初期位相αは変化する。
【０１００】
画素４０の強度変調信号の位相変化量をｍπとすると、次式（２１）が成り立つ。
【０１０１】
【数２１】
【０１０２】
被写体Ｈのない状態で、Ｇ１像の周期パターンに対する第２の透過型格子３２の格子パターンの位相を２πだけ変化させた場合に、画素４０の強度変調信号の位相変化量がｍπであったとして、式（２０）及び式（２１）から、画素４０の補正係数を２／ｍとすれば、屈折角φ（ｘ）（ないし位相微分値）に対して、第２の透過型格子３２の格子ピッチｐ２の誤差を反映した補正を行うことができる。例えば、各画素４０の補正係数２／ｍを求め、これらを感度補正マップとして記憶部２３に保存しておく。そして、被写体を配置した状態で撮影を実施し、得られた縞画像から屈折角φ（ｘ）の分布像を求め、これを構成する各画素の画素値に対し、記憶部２３に記憶された上記感度補正マップを参照してその画素に対応したＦＰＤ３０の画素４０の補正係数２／ｍをかけて補正する。この補正して得られた屈折角φ（ｘ）の分布像に基づいて位相コントラスト画像を生成する。
【０１０３】
上記の説明では、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方向における２次元的な位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）が得られる。
【０１０４】
以上の演算は、演算処理部２２により行われ、演算処理部２２は、補正された位相コントラスト画像を記憶部２３に記憶させる。
【０１０５】
以上の縞走査、及び位相コントラスト画像の生成処理は、入力装置２１から操作者により撮影指示がなされた後、制御装置２０の制御に基づいて各部が連係動作し、自動的に行われ、最終的に被写体Ｈの位相コントラスト画像がモニタ２４に表示される。
【０１０６】
上述したＸ線撮影システム１０によれば、被写体のない状態でのステップ走査で得られる画素４０の強度変調信号の周期をみることで、第２の透過型格子３２の格子パターンの周期ｐ２の誤差を検出することができる。そして、屈折角φ（ｘ）（ないし位相微分値）の分布像を構成する各画素の画素値に対して、対応する画素４０の上記の周期に応じた感度補正を行うことで、第２の透過型格子３２の格子パターンの周期ｐ２の誤差を反映した位相コントラスト画像を生成することができ、位相イメージングの精度を高めることができる。
【０１０７】
そして、上述したＸ線撮影システム１０によれば、第１の透過型格子３１で殆どのＸ線を回折させずに、第２の透過型格子３２に線形的に投影するため、照射Ｘ線には、高い空間的可干渉性は要求されず、Ｘ線源１１として医療分野で用いられている一般的なＸ線源を用いることができる。そして、第１の透過型格子３１から第２の透過型格子３２までの距離Ｌ２を任意の値とすることができ、該距離Ｌ２を、タルボ干渉計での最小のタルボ干渉距離より小さく設定することができるため、撮影部１２を小型化（薄型化）することができる。また、Ｘ線撮影システム１０によれば、第１の透過型格子３１からの投影像（Ｇ１像）には、照射Ｘ線のほぼすべての波長成分が寄与し、モアレ縞のコントラストが向上するため、位相コントラスト画像の検出感度を向上させることができる。
【０１０８】
なお、上述したＸ線撮影システム１０は、第１の透過型格子３１の投影像に対して縞走査を行って屈折角φ及び位相シフト分布Φを演算するものであって、そのため、第１及び第２の透過型格子３１，３２がいずれも吸収型格子であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述のとおり、タルボ干渉像に対して縞走査を行って屈折角φを演算する場合にも、屈折角φは、第２の透過型格子３２の格子パターンの周期ｐ２に依存するので、本発明は有用である。よって、第１の透過型格子３１は、吸収型格子に限らず位相型格子であってもよい。
【０１０９】
また、Ｘ線源１１からＦＰＤ３０までの距離を長くした場合に、Ｘ線焦点１８ｂの焦点サイズ（一般的に０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度）によるＧ１像のボケが影響し、位相コントラスト画像の画質の低下をもたらす恐れがあるため、Ｘ線焦点１８ｂの直後にマルチスリット（線源格子）を配置してもよい。
【０１１０】
このマルチスリットは、第１及び第２の透過型格子３１，３２と同様な構成の吸収型格子であり、一方向（上述したＸ線撮影システム１０では、ｙ方向）に延伸した複数のＸ線遮蔽部が、第１及び第２の透過型格子３１，３２のＸ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂと同一方向（上述したＸ線撮影システム１０では、ｘ方向）に周期的に配列されたものである。このマルチスリットは、Ｘ線源１１からのＸ線を部分的に遮蔽してｘ方向に関する実効的な焦点サイズを縮小するとともに、ｘ方向に多数の点光源（分散光源）を形成することにより、Ｇ１像のボケを抑制する。
【０１１１】
更に、上述したＸ線撮影システム１０では、被写体ＨをＸ線源１１と第１の吸収型格子３１との間に配置しているが、被写体Ｈを第１の透過型格子３１と第２の透過型格子３２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。
【０１１２】
上述のＸ線撮影システム１０では、強度変調手段として第２の透過型格子３２を用いているが、特開平２００９−１３３８２３号公報に開示された構成のＸ線画像検出器を用いることにより、第２の透過型格子３２を排することができる。このＸ線画像検出器は、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＸ線画像検出器において、各画素の電荷収集電極が、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる複数の線状電極群を、互いに位相が異なるように配置することにより構成されている。
【０１１３】
図１１は、上記のＸ線画像検出器（ＦＰＤ）の構成を例示する。画素７０が、ｘ方向及びｙ方向に沿って一定のピッチで２次元配列されており、各画素７０には、Ｘ線を電荷に変換する変換層によって変換された電荷を収集するための電荷収集電極７１が形成されている。電荷収集電極７１は、第１〜第６の線状電極群７２〜７７から構成されており、各線状電極群の線状電極の配列周期の位相がπ／３ずつずれている。具体的には、第１の線状電極群７２の位相を０とすると、第２の線状電極群７３の位相はπ／３、第３の線状電極群７４の位相は２π／３、第４の線状電極群７５の位相はπ、第５の線状電極群７６の位相は４π／３、第６の線状電極群７７の位相は５π／３である。画素７０のｙ方向への電荷がそれぞれ線状電極群７２〜７７を通して蓄えられる。
【０１１４】
更に、各画素７０には、電荷収集電極７１により収集された電荷を読み出すためのスイッチ群７８が設けられている。スイッチ群７８は、第１〜第６の線状電極群７２〜７７のそれぞれに設けられたＴＦＴスイッチからなる。第１〜第６の線状電極群７２〜７７により収集された電荷を、スイッチ群７８を制御してそれぞれ個別に読み出すことによって、一度の撮影により、互いに位相の異なる６種類の縞画像を取得することができ、この６種類の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成することができる。即ち、電荷収集電極７１が特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成する。
【０１１５】
上述のＸ線撮影システム１０において、ＦＰＤ３０に代えて、上記構成のＸ線画像検出器を用いることにより、撮影部１２から第２の透過型格子３２が不要となるため、コスト削減とともに、さらなる薄型化が可能となる。また、本実施形態では、一度の撮影により、異なる位相で強度変調が行われた複数の縞画像を取得することが可能であるため、縞走査のための物理的な走査が不要となり、上記走査機構３３を排することができる。なお、電荷収集電極７１に代えて、特開平２００９−１３３８２３号公報に記載のその他の構成の電荷収集電極を用いることも可能である。
【０１１６】
更に、第２の透過型格子３２を配置しない場合の別の実施形態として、Ｘ線画像検出器により得られた縞画像（Ｇ１像）を、信号処理によって位相を変えながら周期的にサンプリングすることで、該縞画像に強度変調を与えることも可能である。
【０１１７】
また、上述したＸ線撮影装置１０は、本発明を医療診断用の装置に適用したものであるが、本発明は医療診断用途に限られず、工業用等のその他の放射線検出装置に適用することも可能である。
【０１１８】
以上、説明したように、本明細書には、放射線を放射する放射線源と、前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを有し、該周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器で取得される複数の縞画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算手段と、を備え、前記演算手段は、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する、放射線撮影システムが開示されている。
【０１１９】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記演算手段が、前記屈折角の分布像を構成する各画素について、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、前記縞画像の周期パターンに対する前記強度変調手段の周期パターンの位相変化量と、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の得られる出力信号の位相変化量と、の比を、その画素の感度補正係数とし、該感度補正係数をその画素の画素値にかけることによって感度補正する。
【０１２０】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記屈折角の分布像を構成する各画素の前記感度補正係数を保持した感度補正マップを記憶する記憶部を備え、前記演算手段は、前記記憶部に記憶された前記感度補正マップを参照して感度補正を行う。
【０１２１】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記強度変調手段が、前記縞画像の周期パターンに実質的に一致する周期パターンを有する第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段と、を備える。
【０１２２】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記強度変調手段が、前記第１の格子及び前記第２の格子のいずれか一方を、その格子ピッチの１周期分移動させる。
【０１２３】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記放射線画像検出器が、放射線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極と、を画素毎に備えた放射線画像検出器であって、前記電荷収集電極は、前記縞画像の周期パターンに実質的に一致する周期パターンを有する複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配列されてなり、前記強度変調手段は、前記電荷収集電極により構成されている。
【０１２４】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記第１の格子が、吸収型格子であり、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記強度変調手段に投影する放射線撮影システム。
【０１２５】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記第１の格子が、位相型格子であり、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記強度変調手段に射影する。
【０１２６】
また、本明細書には、放射線源から被写体に放射線を放射し、前記放射線を第１の格子を通過させて縞画像を生成させ、前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与え、前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を放射線画像検出器で検出し、前記放射線画像検出器で取得された複数の縞画像に基づいて、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角分布を演算し、この屈折角分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法であって、前記屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法が開示されている。
【符号の説明】
【０１２７】
１０ Ｘ線撮影システム（放射線撮影システム）
１１ Ｘ線源（放射線源）
１２ 撮影部
１３ コンソール
１４ Ｘ線源保持装置
１５ 立位スタンド
１６ 高電圧発生器
１７ Ｘ線源制御部
１８ Ｘ線管
１９ コリメータユニット
２０ 制御装置
２１ 入力装置
２２ 演算処理部
２３ 記憶部
２４ モニタ
２５ Ｉ／Ｆ
３０ フラットパネル検出器（放射線画像検出器）
３１ 第１の格子
３２ 第２の格子（強度変調手段）
３３ 走査機構（強度変調手段）
４０ 画素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線等の放射線を用いて被写体の撮影を行う放射線撮影システム及び放射線撮影方法に関する。
【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、被写体の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】
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、被写体によるＸ線の強度変化に代えて、被写体による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ことが知られている。このため、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、近年、２枚の透過回折格子（位相型格子及び吸収型格子）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１参照）。
【０００６】
Ｘ線タルボ干渉計は、被写体の背後に第１の回折格子（位相型格子あるいは吸収型格子）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（吸収型格子）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写体と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生じるモアレ縞を、縞走査法により検出し、被写体によるモアレ縞の変化から被写体の位相情報を取得する。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信号値の変化から、被写体で屈折したＸ線の角度分布（位相シフトの微分像）を取得し、この角度分布に基づいて被写体の位相コントラスト画像を得るものである。
【０００８】
そして、上記縞走査法において、被写体のない状態で、非常に細かい走査ピッチで第２の回折格子を走査して撮影を行い、予めＸ線画像検出器の各画素の出力信号の変化曲線を求めておき、被写体の撮影では、数点で第２の回折格子の走査を実施し、その際の各画素の信号値を予め求めた変化曲線に適合させることで、簡易的に各画素に入射するＸ線の位相を決定することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
なお、タルボ干渉計を用いた画像撮影による位相イメージングは、Ｘ線と同様に干渉性の高い可視光（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザー等）を対象に、Ｘ線位相イメージングより以前に考案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第０４／０５８０７０号
【特許文献２】特表２００８−５４５９８１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】へクター・カナバル（Hector Canabal）、他２名、「インプルーブド・フェーズ−シフティング・メソッド・フォー・オートマティック・プロセッシング・オブ・モアレ・ディフレクトグラムス（Improved phase-shifting method for automatic processing of moire deflectograms）」、アプライド・オプティクス（APPLIED OPTICS）、1998年9月、Vol.37, No.26, p.6227-6233
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記位相イメージングにおいて、第２の回折格子を所定の走査ピッチで並進移動させて得られるＸ線画像検出器の各画素から出力される信号値は、特許文献１によれば、次式（１）で与えられる。
【００１３】
【数１】
【００１４】
ここで、Ａｋ（ｋ＝０，１，…）は回折格子の形状により決まる定数、ｄは第２の回折格子の格子パターンの周期、δ（ｘ，ｙ）は回折格子の歪や製作誤差や配置誤差によって発生するオフセット値、Ｚは第１の回折格子と第２の回折格子との距離、φ（ｘ，ｙ）は被写体によるＸ線の屈折角、ξは第２の回折格子の並進移動量である。
【００１５】
第１の回折格子の自己像は、被写体でのＸ線の屈折により、その屈折角φに応じた量だけ変位することになる。ここで、屈折角φ（ｘ，ｙ）は、Ｘ線波長λと被写体の位相シフト分布Φ（ｘ、ｙ）を用いて、次式（２）で表される。
【００１６】
【数２】
【００１７】
このように、被写体でのＸ線の屈折による第１の回折格子の自己像の変位量は、被写体の位相シフト分布Φ（ｘ、ｙ）に関連している。この変位量をΔとして、変位量Δは、第２の回折格子を走査して得られる、画像検出器の各画素から出力される強度変調信号の位相ズレ量ψ（被写体Ｈ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のズレ量）に、次式（３）のように関連している。
【００１８】
【数３】
【００１９】
そして、被写体が球状の場合に、そのエッジ部分でのφ（ｘ，ｙ）は、次式（４）で与えられる。
【００２０】
【数４】
【００２１】
ここで、Ｄは第２の回折格子の走査方向に関する画像検出器の各画素の幅、Δｎは被写体とその周囲の媒質との屈折率差である。
【００２２】
式（１）〜式（４）より、画像検出器の各画素の強度変調信号から取得される位相ズレ量から、屈折角φを求めようとすると、第２の回折格子の格子パターンの周期ｄや、第１の回折格子と第２の回折格子との距離Ｚや、Ｘ線画像検出器の各画素の幅Ｄの影響を受ける。
【００２３】
第２の回折格子の格子パターンの周期ｄについて、第２の回折格子の歪や製作誤差によって、その格子パターンの周期ｄにも誤差が生じ、周期ｄの誤差によって屈折角φは変化する。しかし、特許文献１及び特許文献２では、第２の回折格子の格子パターンの周期ｄの誤差は何ら考慮されていない。そのため、屈折角の分布に基づいて生成される位相コントラスト画像において、本来あるべきコントラストが形成されないこととなる。
【００２４】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、被写体の位相イメージングを行う放射線撮影システム及び放射線撮影方法において、位相イメージングの精度向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
（イ） 放射線を放射する放射線源と、前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを有し、該周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器で取得される複数の縞画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算手段と、を備え、前記演算手段は、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する、放射線撮影システム。
（ロ） 放射線源から被写体に放射線を放射し、前記放射線を第１の格子を通過させて縞画像を生成させ、前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与え、前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を放射線画像検出器で検出し、前記放射線画像検出器で取得された複数の縞画像に基づいて、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角分布を演算し、この屈折角分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法であって、前記屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、被写体のない状態で強度変調手段によって縞画像を強度変調した際に得られる放射線画像検出器の各画素の出力信号の周期をみることで、強度変調手段のパターンの周期の誤差を検出することができる。そして、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、対応する放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行うことで、強度変調手段のパターンの周期の誤差を反映した屈折角の分布像を得て、その屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成することができ、位相イメージングの精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、放射線撮影システムの一例の構成を示す模式図である。
【図２】図１の放射線撮影システムの制御構成を示すブロック図である。
【図３】放射線画像検出器の構成を示す模式図である。
【図４】第１及び第２の透過型格子の構成を示す斜視図である。
【図５】第１及び第２の透過型格子の構成を示す側面図である。
【図６】第１及び第２の透過型格子の重ね合わせによるモアレ縞の周期を変更するための機構を示す模式図である。
【図７】被写体による放射線の屈折を説明するための模式図である。
【図８】縞走査法を説明するための模式図である。
【図９】縞走査に伴う放射線画像検出器の画素の信号を示すグラフである。
【図１０】位相コントラスト画像の補正方法を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施形態を説明するための、放射線撮影システムの一例の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１及び図２に示すＸ線撮影システム１０は、被写体（患者）Ｈを立位状態で撮影するＸ線診断装置であって、被写体ＨにＸ線を放射するＸ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置され、Ｘ線源１１から被写体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、操作者の操作に基づいてＸ線源１１の曝射動作や撮影部１２の撮影動作を制御するとともに、撮影部１２により取得された画像データを演算処理して位相コントラスト画像を生成するコンソール１３とに大別される。
【００２９】
Ｘ線源１１は、天井から吊り下げられたＸ線源保持装置１４により上下方向（ｘ方向）に移動自在に保持されている。撮影部１２は、床上に設置された立位スタンド１５により上下方向に移動自在に保持されている。
【００３０】
Ｘ線源１１は、Ｘ線源制御部１７の制御に基づき、高電圧発生器１６から印加される高電圧に応じてＸ線を発生するＸ線管１８と、Ｘ線管１８から発せられたＸ線のうち、被写体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可動式のコリメータ１９ａを備えたコリメータユニット１９とから構成されている。Ｘ線管１８は、陽極回転型であり、電子放出源（陰極）としてのフィラメント（図示せず）から電子線を放出して、所定の速度で回転する回転陽極１８ａに衝突させることによりＸ線を発生する。この回転陽極１８ａの電子線の衝突部分がＸ線焦点１８ｂとなる。
【００３１】
Ｘ線源保持装置１４は、天井に設置された天井レール（図示せず）により水平方向（ｚ方向）に移動自在に構成された台車部１４ａと、上下方向に連結された複数の支柱部１４ｂとからなる。台車部１４ａには、支柱部１４ｂを伸縮させて、Ｘ線源１１の上下方向に関する位置を変更するモータ（図示せず）が設けられている。
【００３２】
立位スタンド１５は、床に設置された本体１５ａに、撮影部１２を保持する保持部１５ｂが上下方向に移動自在に取り付けられている。保持部１５ｂは、上下方向に離間して配置された２つのプーリ１５ｃの間に掛架された無端ベルト１５ｄに接続され、プーリ１５ｃを回転させるモータ（図示せず）により駆動される。このモータの駆動は、操作者の設定操作に基づき、後述するコンソール１３の制御装置２０により制御される。
【００３３】
また、立位スタンド１５には、プーリ１５ｃ又は無端ベルト１５ｄの移動量を計測することにより、撮影部１２の上下方向に関する位置を検出するポテンショメータ等の位置センサ（図示せず）が設けられている。この位置センサの検出値は、ケーブル等によりＸ線源保持装置１４に供給される。Ｘ線源保持装置１４は、供給された検出値に基づいて支柱部１４ｂを伸縮させ、撮影部１２の上下動に追従するようにＸ線源１１を移動させる。
【００３４】
コンソール１３には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御装置２０が設けられている。制御装置２０には、操作者が撮影指示やその指示内容を入力する入力装置２１と、撮影部１２により取得された画像データを演算処理してＸ線画像を生成する演算処理部２２と、Ｘ線画像を記憶する記憶部２３と、Ｘ線画像等を表示するモニタ２４と、Ｘ線撮影システム１０の各部と接続されるインターフェース（Ｉ／Ｆ）２５とがバス２６を介して接続されている。
【００３５】
入力装置２１としては、例えば、スイッチ、タッチパネル、マウス、キーボード等を用いることが可能であり、入力装置２１の操作により、Ｘ線管電圧や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２４は、液晶ディスプレイ等からなり、制御装置２０の制御により、Ｘ線撮影条件等の文字やＸ線画像を表示する。
【００３６】
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）３０、被写体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の透過型格子３１及び第２の透過型格子３２が設けられている。ＦＰＤ３０は、検出面がＸ線源１１から照射されるＸ線の光軸Ａに直交するように配置されている。詳しくは後述するが、第１及び第２の透過型格子３１，３２は、ＦＰＤ３０とＸ線源１１との間に配置されている。また、撮影部１２には、第２の透過型格子３２を上下方向に並進移動させることにより、第１の透過型格子３１に対する第２の透過型格子３２の相対位置関係を変化させる走査機構３３が設けられている。この走査機構３３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。なお、第２の透過型格子３２及び走査機構３３が特許請求の範囲に記載の強度変調手段に対応している。
【００３７】
図３に示すように、ＦＰＤ３０は、Ｘ線を電荷に変換して蓄積する複数の画素４０が、アクティブマトリクス基板上にｘｙ方向に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、画像データをコンソール１３のＩ／Ｆ２５を介して演算処理部２２に送信するデータ送信回路４４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４５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４６によって接続されている。
【００３８】
各画素４０は、アモルファスセレン等の変換層（図示せず）で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４５、ソース電極がキャパシタ、ドレイン電極が信号線４６に接続される。ＴＦＴスイッチが走査回路４２からの駆動パルスによってＯＮ状態になると、キャパシタに蓄積された電荷が信号線４６に読み出される。
【００３９】
なお、各画素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、Ｘ線画像検出器としては、ＴＦＴパネルをベースとしたＦＰＤ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Ｘ線画像検出器を用いることも可能である。
【００４０】
読み出し回路４３は、積分アンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、補正回路、及び画像メモリ（いずれも図示せず）により構成されている。積分アンプ回路は、各画素４０から信号線４６を介して出力された電荷を積分して電圧信号（画像信号）に変換して、Ａ／Ｄ変換器に入力する。Ａ／Ｄ変換器は、入力された画像信号をデジタルの画像データに変換して補正回路に入力する。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を行い、補正後の画像データを画像メモリに記憶させる。なお、補正回路による補正処理として、Ｘ線の露光量や露光分布（いわゆるシェーディング）の補正や、ＦＰＤ３０の制御条件（駆動周波数や読み出し期間）に依存するパターンノイズ（例えば、ＴＦＴスイッチのリーク信号）の補正等を含めてもよい。
【００４１】
図４及び図５に示すように、第１の透過型格子３１は、基板３１ａと、この基板３１ａに配置された複数のＸ線遮蔽部３１ｂとから構成されている。同様に、第２の透過型格子３２は、基板３２ａと、この基板３２ａに配置された複数のＸ線遮蔽部３２ｂとから構成されている。基板３１ａ，３１ｂは、いずれもＸ線を透過させるガラス等のＸ線透過性部材により形成されている。
【００４２】
Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂは、いずれもＸ線源１１から照射されるＸ線の光軸Ａに直交する面内の一方向（図示の例では、ｘ方向及びｚ方向に直交するｙ方向）に延伸した線状の部材である。各Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂの材料としては、Ｘ線吸収性に優れるものが好ましく、例えば、金、銀、白金等の金属であることが好ましい。これらのＸ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂは、金属メッキ法や蒸着法によって形成することが可能である。
【００４３】
Ｘ線遮蔽部３１ｂは、Ｘ線の光軸Ａに直交する面内において、上記一方向と直交する方向（図示の例では、ｘ方向）に一定の周期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、Ｘ線遮蔽部３２ｂは、Ｘ線の光軸Ａに直交する面内において、上記一方向と直交する方向（本実施形態では、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。このような第１及び第２の透過型格子３１，３２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、透過型格子のなかでも特に吸収型格子ないし振幅型格子と称される。なお、スリット部（上記間隔ｄ１，ｄ２の領域）は空隙でなくてもよく、高分子や軽金属等のＸ線低吸収材で該空隙を充填してもよい。
【００４４】
第１及び第２の透過型格子３１，３２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、前述の回転陽極１８ａ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。
【００４５】
Ｘ線源１１から放射されるＸ線は、平行ビームではなく、Ｘ線焦点１８ｂを発光点としたコーンビームであるため、第１の透過型格子３１を通過して射影される投影像（以下、この投影像をＧ１像と称する）は、Ｘ線焦点１８ｂからの距離に比例して拡大される。第２の透過型格子３２の格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、そのスリット部が、第２の透過型格子３２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、Ｘ線焦点１８ｂから第１の透過型格子３１までの距離をＬ１、第１の透過型格子３１から第２の透過型格子３２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（５）及び（６）の関係を満たすように決定される。
【００４６】
【数５】
【００４７】
【数６】
【００４８】
第１の透過型格子３１から第２の透過型格子３２までの距離Ｌ２は、タルボ干渉計では、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Ｘ線撮影システム１０の撮影部１２では、第１の透過型格子３１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の透過型格子３１のＧ１像が、第１の透過型格子３１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。
【００４９】
上記のように撮影部１２は、タルボ干渉計を構成するものではないが、第１の透過型格子３１でＸ線を回折したと仮定した場合のタルボ干渉距離Ｚは、第１の透過型格子３１の格子ピッチｐ１、Ｘ線波長（ピーク波長）λ、及び正の整数ｍを用いて、次式（７）で表される。
【００５０】
【数７】
【００５１】
本Ｘ線撮影システム１０では、撮影部１２の薄型化を目的とし、上記距離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、上記距離Ｌ２は、次式（８）を満たす範囲の値に設定される。
【００５２】
【数８】
【００５３】
Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂ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、銀、白金等）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３１ｂ，３２ｂ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。例えば、Ｘ線管１８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、厚みｈ１，ｈ２は、金（Ａｕ）換算で３０μｍ以上であることが好ましい。
【００５４】
一方、Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂの厚みｈ１，ｈ２を厚くし過ぎると、第１及び第２の透過型格子３１，３２に斜めに入射するＸ線がスリット部を通過しにくくなり、いわゆるケラレが生じて、Ｘ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂの延伸方向（条帯方向）に直交する方向（ｘ方向）の有効視野が狭くなるといった問題がある。このため、視野確保の観点から、厚みｈ１，ｈ２の上限を規定する。ＦＰＤ３０の検出面におけるｘ方向の有効視野の長さＶを確保するには、Ｘ線焦点１８ｂからＦＰＤ３０の検出面までの距離をＬとすると、厚みｈ１，ｈ２は、図５に示す幾何学的関係から、次式（９）及び（１０）を満たすように設定する必要がある。
【００５５】
【数９】
【００５６】
【数１０】
【００５７】
例えば、ｄ１＝２．５μｍ、ｄ２＝３．０μｍであり、通常の病院での検査を想定して、Ｌ＝２ｍとした場合には、ｘ方向の有効視野の長さＶとして１０ｃｍの長さを確保するには、厚みｈ１は１００μｍ以下、厚みｈ２は１２０μｍ以下とすればよい。
【００５８】
以上のように構成された第１及び第２の透過型格子３１，３２では、被写体Ｈが配置されていない場合に、第１の透過型格子３１のＧ１像と第２の透過型格子３２との重ね合わせにより、Ｘ線に画像コントラストが生じ、この画像コントラストがＦＰＤ３０によって撮像される。第２の透過型格子３２の位置におけるＧ１像のパターン周期ｐ１’と、第２の透過型格子３２の実質的な格子ピッチｐ２’（製造後の実質的なピッチ）とは、製造誤差や配置誤差により若干の差異が生じる。このうち、配置誤差とは、第１及び第２の透過型格子３１，３２が、相対的に傾斜や回転、両者の間隔が変化することによりｘ方向への実質的なピッチが変化することを意味している。
【００５９】
Ｇ１像のパターン周期ｐ１’と格子ピッチｐ２’との微小な差異により、画像コントラストはモアレ縞となる。このモアレ縞の周期Ｔは、次式（１１）で表される。
【００６０】
【数１１】
【００６１】
このモアレ縞をＦＰＤ３０で検出するには、画素４０のｘ方向に関する配列ピッチＰは、少なくとも次式（１２）を満たす必要があり、更には、次式（１３）を満たすことが好ましい（ここで、ｎは正の整数である）。
【００６２】
【数１２】
【００６３】
【数１３】
【００６４】
式（１２）は、配列ピッチＰがモアレ周期Ｔの整数倍でないことを意味しており、ｎ≧２の場合であっても原理的にモアレ縞を検出することが可能である。式（１３）は、配列ピッチＰをモアレ周期Ｔより小さくすることを意味している。
【００６５】
ＦＰＤ３０の画素４０の配列ピッチＰは、設計的に定められた値（一般的に１００μｍ程度）であり変更することが困難であるため、配列ピッチＰとモアレ周期Ｔとの大小関係を調整するには、第１及び第２の透過型格子３１，３２の位置調整を行い、Ｇ１像のパターン周期ｐ１’と格子ピッチｐ２’との少なくともいずれか一方を変更することによりモアレ周期Ｔを変更することが好ましい。
【００６６】
図６に、モアレ周期Ｔを変更する方法を示す。モアレ周期Ｔの変更は、第１及び第２の透過型格子３１，３２のいずれか一方を、光軸Ａを中心として相対的に回転させることにより行うことができる。例えば、第１の透過型格子３１に対して、第２の透過型格子３２を、光軸Ａを中心として相対的に回転させる相対回転機構５０を設ける。この相対回転機構５０により、第２の透過型格子３２を角度θだけ回転させると、ｘ方向に関する実質的な格子ピッチは、「ｐ２’」→「ｐ２’／ｃｏｓθ」と変化し、この結果、モアレ周期Ｔが変化する（ＦＩＧ．６Ａ）。
【００６７】
別の例として、モアレ周期Ｔの変更は、第１及び第２の透過型格子３１，３２のいずれか一方を、光軸Ａに直交し、かつｙ方向に沿う方向の軸を中心として相対的に傾斜させることにより行うことができる。例えば、第１の透過型格子３１に対して、第２の透過型格子３２を、光軸Ａに直交し、かつｙ方向に沿う方向の軸を中心として相対的に傾斜させる相対傾斜機構５１を設ける。この相対傾斜機構５１により、第２の透過型格子３２を角度αだけ傾斜させると、ｘ方向に関する実質的な格子ピッチは、「ｐ２’」→「ｐ２’×ｃｏｓα」と変化し、この結果、モアレ周期Ｔが変化する（ＦＩＧ．６Ｂ）。
【００６８】
更に別の例として、モアレ周期Ｔの変更は、第１及び第２の透過型格子３１，３２のいずれか一方を光軸Ａの方向に沿って相対的に移動させることにより行うことができる。例えば、第１の透過型格子３１と第２の透過型格子３２との間の距離Ｌ２を変更するように、第１の透過型格子３１に対して、第２の透過型格子３２を、光軸Ａの方向に沿って相対的に移動させる相対移動機構５２を設ける。この相対移動機構５２により、第２の透過型格子３２を光軸Ａに移動量δだけ移動させると、第２の透過型格子３２の位置に投影される第１の透過型格子３１のＧ１像のパターン周期は、「ｐ１’」→「ｐ１’×（Ｌ１＋Ｌ２＋δ）／（Ｌ１＋Ｌ２）」と変化し、この結果、モアレ周期Ｔが変化する（ＦＩＧ．６Ｃ）。
【００６９】
本Ｘ線撮影システム１０において、撮影部１２は、上述のようにタルボ干渉計ではなく、距離Ｌ２を自由に設定することができるため、相対移動機構５２のように距離Ｌ２の変更によりモアレ周期Ｔを変更する機構を、好適に採用することができる。モアレ周期Ｔを変更するための第１及び第２の透過型格子３１，３２の上記変更機構（相対回転機構５０、相対傾斜機構５１、及び相対移動機構５２）は、圧電素子等のアクチュエータにより構成することが可能である。
【００７０】
Ｘ線源１１と第１の透過型格子３１との間に被写体Ｈを配置した場合には、ＦＰＤ３０により検出されるモアレ縞は、被写体Ｈにより変調を受ける。この変調量は、被写体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、ＦＰＤ３０で検出されたモアレ縞を解析することによって、被写体Ｈの位相コントラスト画像を生成することができる。
【００７１】
次に、モアレ縞の解析方法について説明する。
【００７２】
図７は、被写体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線を例示している。符号５５は、被写体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５５を進むＸ線は、第１及び第２の透過型格子３１，３２を通過してＦＰＤ３０に入射する。符号５６は、被写体Ｈが存在する場合に、被写体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５６を進むＸ線は、第１の透過型格子３１を通過した後、第２の透過型格子３２より遮蔽される。
【００７３】
被写体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）は、被写体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（１４）で表される。
【００７４】
【数１４】
【００７５】
第１の透過型格子３１から第２の透過型格子３２の位置に投射されたＧ１像は、被写体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（１５）で表される。
【００７６】
【数１５】
【００７７】
ここで、屈折角φは、Ｘ線波長λと被写体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）を用いて、次式（１６）で表される。
【００７８】
【数１６】
【００７９】
このように、被写体ＨでのＸ線の屈折によるＧ１像の変位量Δｘは、被写体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、ＦＰＤ３０の各画素４０から出力される強度変調信号の位相ズレ量ψ（被写体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（１７）のように関連している。
【００８０】
【数１７】
【００８１】
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（１７）から屈折角φが求まり、式（１６）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、被写体Ｈの位相シフト分布Φ（ｘ）、すなわち被写体Ｈの位相コントラスト画像を生成することができる。本Ｘ線撮影システム１０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。
【００８２】
縞走査法では、第１及び第２の透過型格子３１，３２の一方を他方に対して相対的にｘ方向にステップ的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Ｘ線撮影システム１０では、前述の走査機構３３により第２の透過型格子３２を移動させているが、第１の透過型格子３１を移動させてもよい。第２の透過型格子３２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の透過型格子３２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。このようなモアレ縞の変化を、格子ピッチｐ２を整数分の１ずつ第２の透過型格子３２を移動させながら、ＦＰＤ３０で縞画像を撮影し、撮影した複数の縞画像から各画素４０の強度変調信号を取得し、演算処理部２２で演算処理することにより、各画素４０の強度変調信号の位相ズレ量ψを得る。
【００８３】
図８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の透過型格子３２を移動させる様子を模式的に示している。走査機構３３は、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１のＭ個の各走査位置に、第２の透過型格子３２を順に並進移動させる。なお、同図では、第２の透過型格子３２の初期位置を、被写体Ｈが存在しない場合における第２の透過型格子３２の位置でのＧ１像の暗部が、Ｘ線遮蔽部３２ｂ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。
【００８４】
まず、ｋ＝０の位置では、主として、被写体Ｈにより屈折されなかったＸ線が第２の透過型格子３２を通過する。次に、ｋ＝１，２，・・・と順に第２の透過型格子３２を移動させていくと、第２の透過型格子３２を通過するＸ線は、被写体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、被写体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が増加する。特に、ｋ＝Ｍ／２では、主として、被写体Ｈにより屈折されたＸ線のみが第２の透過型格子３２を通過する。ｋ＝Ｍ／２を超えると、逆に、第２の透過型格子３２を通過するＸ線は、被写体Ｈにより屈折されたＸ線の成分が減少する一方で、被写体Ｈにより屈折されなかったＸ線の成分が増加する。
【００８５】
ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１の各位置で、ＦＰＤ３０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の透過型格子３２の位置ｋにおける各画素４０の画素データ（信号値）をＩｋ（ｘ）と標記すると、Ｉｋ（ｘ）は、次式（１８）で表される。
【００８６】
【数１８】
【００８７】
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。
【００８８】
次いで、次式（１９）の関係式を用いると、上記屈折角φ（ｘ）は、式（２０）のように表される。
【００８９】
【数１９】
【００９０】
【数２０】
【００９１】
ここで、ａｒｇ［ ］は、偏角の抽出を意味しており、各画素４０の強度変調信号の位相ズレ量ψに対応する。したがって、各画素４０で得られたＭ個の画素データから、式（２０）に基づいて各画素４０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φ（ｘ）が求められる。
【００９２】
具体的には、各画素４０で得られたＭ個の画素データは、図９に示すように、第２の透過型格子３２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、被写体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、被写体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各画素４０の強度変調信号の位相ズレ量ψに対応する。
【００９３】
そして、屈折角φ（ｘ）は、上記式（１６）で示したように微分位相値に対応する値であるため、屈折角φ（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）が得られる。
【００９４】
次に、第２の透過型格子３２の格子ピッチｐ２の誤差を反映した位相シフト分布Φ（ｘ）の補正について説明する。
【００９５】
まず、被写体がない状態で、第１及び第２の透過型格子３１，３２の一方を他方に対して相対的にｘ方向にステップ的に並進移動させながら撮影を行い（すなわち、第１の透過型格子３１のＧ１像の周期パターンと第２の透過型格子３２の格子パターンとの位相を変化させながら撮影を行い）、各ステップでのＦＰＤ３０の各画素４０の画素データを取得する。
【００９６】
本Ｘ線撮影システム１０では、前述の走査機構３３により第２の透過型格子３２を移動させているが、第１の透過型格子３１を移動させてもよい。第２の透過型格子３２の並進距離（ｘ方向への移動量）は、好ましくは第２の透過型格子３２の格子パターンの１周期分（格子ピッチｐ２）であり、この距離を移動させる際のステップ数は、各画素４０の画素データの変動の周期がわかる限りにおいて特に限定されない。
【００９７】
次いで、取得されたＦＰＤ３０の各画素４０の複数の画素データから、各画素４０の強度変調信号の位相変化量を求める。位相変化量の計算方法は、例えば、取得された各画素４０の強度変調信号を三角関数と想定し、複数の画素データに対して最小二乗フィッティングを適用して求めればよい。
【００９８】
図１０に、第２の透過型格子３２をその格子パターンの１周期分にあたる格子ピッチｐ２だけ、所定時間で並進移動させたとき（Ｇ１像の周期パターンに対する第２の透過型格子３２の格子パターンの位相を２πだけ変化させたとき）の、画素４０の強度変調信号の例を示す。
【００９９】
第２の透過型格子３２において、注目する画素４０に入射するＸ線を透過させる部分の実際の平均ピッチをｐａｖｇとして、ｐａｖｇ＝ｐ２の場合に、画素４０の強度変調信号の位相は、初期位相をαとして、α〜α＋ｍ１πまで変化し、その変化量ｍ１πは２πとなる（ＦＩＧ．１０Ａ）。ｐａｖｇ＜ｐ２の場合は、画素４０の強度変調信号の位相は、α〜α＋ｍ２πまで変化し、その変化量ｍ２πは２πより大きくなる（ＦＩＧ．１０Ｂ）。また、このときの強度変調信号の周期Ｔ２は、ｐａｖｇ＝ｐ２の場合の画素４０の強度変調信号の周期をＴ１として、Ｔ２＜Ｔ１となる。ｐａｖｇ＞ｐ２の場合は、画素４０の強度変調信号の位相は、α〜α＋ｍ３πまで変化し、その変化量ｍ３πは２πより小さくなる（ＦＩＧ．１０Ｃ）。また、このときの強度変調信号の周期Ｔ３は、Ｔ３＜Ｔ１となる。なお、図示の例では、初期位相αをいずれも０としているが、第２の透過型格子３２を並進移動させる際の第２の透過型格子３２の初期位置に応じて、初期位相αは変化する。
【０１００】
画素４０の強度変調信号の位相変化量をｍπとすると、次式（２１）が成り立つ。
【０１０１】
【数２１】
【０１０２】
被写体Ｈのない状態で、Ｇ１像の周期パターンに対する第２の透過型格子３２の格子パターンの位相を２πだけ変化させた場合に、画素４０の強度変調信号の位相変化量がｍπであったとして、式（２０）及び式（２１）から、画素４０の補正係数を２／ｍとすれば、屈折角φ（ｘ）（ないし位相微分値）に対して、第２の透過型格子３２の格子ピッチｐ２の誤差を反映した補正を行うことができる。例えば、各画素４０の補正係数２／ｍを求め、これらを感度補正マップとして記憶部２３に保存しておく。そして、被写体を配置した状態で撮影を実施し、得られた縞画像から屈折角φ（ｘ）の分布像を求め、これを構成する各画素の画素値に対し、記憶部２３に記憶された上記感度補正マップを参照してその画素に対応したＦＰＤ３０の画素４０の補正係数２／ｍをかけて補正する。この補正して得られた屈折角φ（ｘ）の分布像に基づいて位相コントラスト画像を生成する。
【０１０３】
上記の説明では、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方向における２次元的な位相シフト分布Φ（ｘ，ｙ）が得られる。
【０１０４】
以上の演算は、演算処理部２２により行われ、演算処理部２２は、補正された位相コントラスト画像を記憶部２３に記憶させる。
【０１０５】
以上の縞走査、及び位相コントラスト画像の生成処理は、入力装置２１から操作者により撮影指示がなされた後、制御装置２０の制御に基づいて各部が連係動作し、自動的に行われ、最終的に被写体Ｈの位相コントラスト画像がモニタ２４に表示される。
【０１０６】
上述したＸ線撮影システム１０によれば、被写体のない状態でのステップ走査で得られる画素４０の強度変調信号の周期をみることで、第２の透過型格子３２の格子パターンの周期ｐ２の誤差を検出することができる。そして、屈折角φ（ｘ）（ないし位相微分値）の分布像を構成する各画素の画素値に対して、対応する画素４０の上記の周期に応じた感度補正を行うことで、第２の透過型格子３２の格子パターンの周期ｐ２の誤差を反映した位相コントラスト画像を生成することができ、位相イメージングの精度を高めることができる。
【０１０７】
そして、上述したＸ線撮影システム１０によれば、第１の透過型格子３１で殆どのＸ線を回折させずに、第２の透過型格子３２に線形的に投影するため、照射Ｘ線には、高い空間的可干渉性は要求されず、Ｘ線源１１として医療分野で用いられている一般的なＸ線源を用いることができる。そして、第１の透過型格子３１から第２の透過型格子３２までの距離Ｌ２を任意の値とすることができ、該距離Ｌ２を、タルボ干渉計での最小のタルボ干渉距離より小さく設定することができるため、撮影部１２を小型化（薄型化）することができる。また、Ｘ線撮影システム１０によれば、第１の透過型格子３１からの投影像（Ｇ１像）には、照射Ｘ線のほぼすべての波長成分が寄与し、モアレ縞のコントラストが向上するため、位相コントラスト画像の検出感度を向上させることができる。
【０１０８】
なお、上述したＸ線撮影システム１０は、第１の透過型格子３１の投影像に対して縞走査を行って屈折角φ及び位相シフト分布Φを演算するものであって、そのため、第１及び第２の透過型格子３１，３２がいずれも吸収型格子であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述のとおり、タルボ干渉像に対して縞走査を行って屈折角φを演算する場合にも、屈折角φは、第２の透過型格子３２の格子パターンの周期ｐ２に依存するので、本発明は有用である。よって、第１の透過型格子３１は、吸収型格子に限らず位相型格子であってもよい。
【０１０９】
また、Ｘ線源１１からＦＰＤ３０までの距離を長くした場合に、Ｘ線焦点１８ｂの焦点サイズ（一般的に０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度）によるＧ１像のボケが影響し、位相コントラスト画像の画質の低下をもたらす恐れがあるため、Ｘ線焦点１８ｂの直後にマルチスリット（線源格子）を配置してもよい。
【０１１０】
このマルチスリットは、第１及び第２の透過型格子３１，３２と同様な構成の吸収型格子であり、一方向（上述したＸ線撮影システム１０では、ｙ方向）に延伸した複数のＸ線遮蔽部が、第１及び第２の透過型格子３１，３２のＸ線遮蔽部３１ｂ，３２ｂと同一方向（上述したＸ線撮影システム１０では、ｘ方向）に周期的に配列されたものである。このマルチスリットは、Ｘ線源１１からのＸ線を部分的に遮蔽してｘ方向に関する実効的な焦点サイズを縮小するとともに、ｘ方向に多数の点光源（分散光源）を形成することにより、Ｇ１像のボケを抑制する。
【０１１１】
更に、上述したＸ線撮影システム１０では、被写体ＨをＸ線源１１と第１の吸収型格子３１との間に配置しているが、被写体Ｈを第１の透過型格子３１と第２の透過型格子３２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。
【０１１２】
上述のＸ線撮影システム１０では、強度変調手段として第２の透過型格子３２を用いているが、特開平２００９−１３３８２３号公報に開示された構成のＸ線画像検出器を用いることにより、第２の透過型格子３２を排することができる。このＸ線画像検出器は、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＸ線画像検出器において、各画素の電荷収集電極が、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる複数の線状電極群を、互いに位相が異なるように配置することにより構成されている。
【０１１３】
図１１は、上記のＸ線画像検出器（ＦＰＤ）の構成を例示する。画素７０が、ｘ方向及びｙ方向に沿って一定のピッチで２次元配列されており、各画素７０には、Ｘ線を電荷に変換する変換層によって変換された電荷を収集するための電荷収集電極７１が形成されている。電荷収集電極７１は、第１〜第６の線状電極群７２〜７７から構成されており、各線状電極群の線状電極の配列周期の位相がπ／３ずつずれている。具体的には、第１の線状電極群７２の位相を０とすると、第２の線状電極群７３の位相はπ／３、第３の線状電極群７４の位相は２π／３、第４の線状電極群７５の位相はπ、第５の線状電極群７６の位相は４π／３、第６の線状電極群７７の位相は５π／３である。画素７０のｙ方向への電荷がそれぞれ線状電極群７２〜７７を通して蓄えられる。
【０１１４】
更に、各画素７０には、電荷収集電極７１により収集された電荷を読み出すためのスイッチ群７８が設けられている。スイッチ群７８は、第１〜第６の線状電極群７２〜７７のそれぞれに設けられたＴＦＴスイッチからなる。第１〜第６の線状電極群７２〜７７により収集された電荷を、スイッチ群７８を制御してそれぞれ個別に読み出すことによって、一度の撮影により、互いに位相の異なる６種類の縞画像を取得することができ、この６種類の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成することができる。即ち、電荷収集電極７１が特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成する。
【０１１５】
上述のＸ線撮影システム１０において、ＦＰＤ３０に代えて、上記構成のＸ線画像検出器を用いることにより、撮影部１２から第２の透過型格子３２が不要となるため、コスト削減とともに、さらなる薄型化が可能となる。また、本実施形態では、一度の撮影により、異なる位相で強度変調が行われた複数の縞画像を取得することが可能であるため、縞走査のための物理的な走査が不要となり、上記走査機構３３を排することができる。なお、電荷収集電極７１に代えて、特開平２００９−１３３８２３号公報に記載のその他の構成の電荷収集電極を用いることも可能である。
【０１１６】
更に、第２の透過型格子３２を配置しない場合の別の実施形態として、Ｘ線画像検出器により得られた縞画像（Ｇ１像）を、信号処理によって位相を変えながら周期的にサンプリングすることで、該縞画像に強度変調を与えることも可能である。
【０１１７】
また、上述したＸ線撮影装置１０は、本発明を医療診断用の装置に適用したものであるが、本発明は医療診断用途に限られず、工業用等のその他の放射線検出装置に適用することも可能である。
【０１１８】
以上、説明したように、本明細書には、放射線を放射する放射線源と、前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを有し、該周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器で取得される複数の縞画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算手段と、を備え、前記演算手段は、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する、放射線撮影システムが開示されている。
【０１１９】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記演算手段が、前記屈折角の分布像を構成する各画素について、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、前記縞画像の周期パターンに対する前記強度変調手段の周期パターンの位相変化量と、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の得られる出力信号の位相変化量と、の比を、その画素の感度補正係数とし、該感度補正係数をその画素の画素値にかけることによって感度補正する。
【０１２０】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記屈折角の分布像を構成する各画素の前記感度補正係数を保持した感度補正マップを記憶する記憶部を備え、前記演算手段は、前記記憶部に記憶された前記感度補正マップを参照して感度補正を行う。
【０１２１】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記強度変調手段が、前記縞画像の周期パターンに実質的に一致する周期パターンを有する第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段と、を備える。
【０１２２】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記強度変調手段が、前記第１の格子及び前記第２の格子のいずれか一方を、その格子ピッチの１周期分移動させる。
【０１２３】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記放射線画像検出器が、放射線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極と、を画素毎に備えた放射線画像検出器であって、前記電荷収集電極は、前記縞画像の周期パターンに実質的に一致する周期パターンを有する複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配列されてなり、前記強度変調手段は、前記電荷収集電極により構成されている。
【０１２４】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記第１の格子が、吸収型格子であり、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記強度変調手段に投影する放射線撮影システム。
【０１２５】
また、本明細書に開示された放射線撮影システムは、前記第１の格子が、位相型格子であり、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記強度変調手段に射影する。
【０１２６】
また、本明細書には、放射線源から被写体に放射線を放射し、前記放射線を第１の格子を通過させて縞画像を生成させ、前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与え、前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を放射線画像検出器で検出し、前記放射線画像検出器で取得された複数の縞画像に基づいて、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角分布を演算し、この屈折角分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法であって、前記屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法が開示されている。
【符号の説明】
【０１２７】
１０ Ｘ線撮影システム（放射線撮影システム）
１１ Ｘ線源（放射線源）
１２ 撮影部
１３ コンソール
１４ Ｘ線源保持装置
１５ 立位スタンド
１６ 高電圧発生器
１７ Ｘ線源制御部
１８ Ｘ線管
１９ コリメータユニット
２０ 制御装置
２１ 入力装置
２２ 演算処理部
２３ 記憶部
２４ モニタ
２５ Ｉ／Ｆ
３０ フラットパネル検出器（放射線画像検出器）
３１ 第１の格子
３２ 第２の格子（強度変調手段）
３３ 走査機構（強度変調手段）
４０ 画素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を放射する放射線源と、
前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、
前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを有し、該周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、
前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を検出する放射線画像検出器と、
前記放射線画像検出器で取得される複数の縞画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算手段と、
を備え、
前記演算手段は、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する、放射線撮影システム。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線撮影システムであって、
前記演算手段は、前記屈折角の分布像を構成する各画素について、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、前記縞画像の周期パターンに対する前記強度変調手段の周期パターンの位相変化量と、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の得られる出力信号の位相変化量と、の比を、その画素の感度補正係数とし、該感度補正係数をその画素の画素値にかけることによって感度補正する放射線撮影システム。
【請求項３】
請求項２に記載の放射線撮影システムであって、
前記屈折角の分布像を構成する各画素の前記感度補正係数を保持した感度補正マップを記憶する記憶部を備え、
前記演算手段は、前記記憶部に記憶された前記感度補正マップを参照して感度補正を行う放射線撮影システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射線撮影システムであって、
前記強度変調手段は、前記縞画像の周期パターンに実質的に一致する周期パターンを有する第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段と、を備える放射線撮影システム。
【請求項５】
請求項４に記載の放射線撮影システムであって、
前記強度変調手段は、前記第１の格子及び前記第２の格子のいずれか一方を、その格子ピッチの１周期分移動させる放射線撮影システム。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射線撮影システムであって、
前記放射線画像検出器は、放射線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極と、を画素毎に備えた放射線画像検出器であって、
前記電荷収集電極は、前記縞画像の周期パターンに実質的に一致する周期パターンを有する複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配列されてなり、
前記強度変調手段は、前記電荷収集電極により構成されている放射線撮影システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放射線撮影システムであって、
前記第１の格子は、吸収型格子であり、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記強度変調手段に投影する放射線撮影システム。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放射線撮影システムであって、
前記第１の格子は、位相型格子であり、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記強度変調手段に射影する放射線撮影システム。
【請求項９】
放射線源から被写体に放射線を放射し、
前記放射線を第１の格子を通過させて縞画像を生成させ、
前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与え、
前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を放射線画像検出器で検出し、
前記放射線画像検出器で取得された複数の縞画像に基づいて、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角分布を演算し、この屈折角分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法であって、
前記屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法。
【請求項１】
放射線を放射する放射線源と、
前記放射線を通過させて縞画像を生成する第１の格子と、
前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを有し、該周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与える強度変調手段と、
前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を検出する放射線画像検出器と、
前記放射線画像検出器で取得される複数の縞画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算手段と、
を備え、
前記演算手段は、屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する、放射線撮影システム。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線撮影システムであって、
前記演算手段は、前記屈折角の分布像を構成する各画素について、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、前記縞画像の周期パターンに対する前記強度変調手段の周期パターンの位相変化量と、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の得られる出力信号の位相変化量と、の比を、その画素の感度補正係数とし、該感度補正係数をその画素の画素値にかけることによって感度補正する放射線撮影システム。
【請求項３】
請求項２に記載の放射線撮影システムであって、
前記屈折角の分布像を構成する各画素の前記感度補正係数を保持した感度補正マップを記憶する記憶部を備え、
前記演算手段は、前記記憶部に記憶された前記感度補正マップを参照して感度補正を行う放射線撮影システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射線撮影システムであって、
前記強度変調手段は、前記縞画像の周期パターンに実質的に一致する周期パターンを有する第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を所定のピッチで移動させる走査手段と、を備える放射線撮影システム。
【請求項５】
請求項４に記載の放射線撮影システムであって、
前記強度変調手段は、前記第１の格子及び前記第２の格子のいずれか一方を、その格子ピッチの１周期分移動させる放射線撮影システム。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射線撮影システムであって、
前記放射線画像検出器は、放射線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極と、を画素毎に備えた放射線画像検出器であって、
前記電荷収集電極は、前記縞画像の周期パターンに実質的に一致する周期パターンを有する複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配列されてなり、
前記強度変調手段は、前記電荷収集電極により構成されている放射線撮影システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放射線撮影システムであって、
前記第１の格子は、吸収型格子であり、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記強度変調手段に投影する放射線撮影システム。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放射線撮影システムであって、
前記第１の格子は、位相型格子であり、タルボ干渉効果により、前記放射線源からの放射線を縞画像として前記強度変調手段に射影する放射線撮影システム。
【請求項９】
放射線源から被写体に放射線を放射し、
前記放射線を第１の格子を通過させて縞画像を生成させ、
前記縞画像の周期パターンと実質的に一致する周期パターンを前記縞画像の周期パターンに対する位相が互いに異なる複数の相対位置関係に置いて前記縞画像に強度変調を与え、
前記各相対位置関係のもとで強度変調された前記縞画像を放射線画像検出器で検出し、
前記放射線画像検出器で取得された複数の縞画像に基づいて、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角分布を演算し、この屈折角分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法であって、
前記屈折角の分布像を構成する各画素の画素値に対して、被写体のない状態で前記強度変調手段によって前記縞画像を強度変調した際の、その画素に対応した前記放射線画像検出器の画素の出力信号の周期に応じた感度補正を行い、前記補正された屈折角の分布像から位相コントラスト画像を生成する放射線撮影方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０６４９０（Ｐ２０１１−２０６４９０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７９９１６（Ｐ２０１０−７９９１６）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【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１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【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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