放射線撮影装置及びアンラップ処理方法
【課題】アンラップエラーによる軟部組織の画像化の阻害を防止する。
【解決手段】Ｘ線画像検出器は、Ｘ線源から放射され第１及び第２の格子を通過したＸ線を検出して画像データを生成する。位相微分画像生成部は、画像データに基づいて位相微分画像を生成する。ＯＫ／ＮＧ領域検出部は、位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出する。アンラップ処理部は、ＯＫ領域中に起点ＳＰを設定し、この起点ＳＰを基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながらＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理する。
【解決手段】Ｘ線画像検出器は、Ｘ線源から放射され第１及び第２の格子を通過したＸ線を検出して画像データを生成する。位相微分画像生成部は、画像データに基づいて位相微分画像を生成する。ＯＫ／ＮＧ領域検出部は、位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出する。アンラップ処理部は、ＯＫ領域中に起点ＳＰを設定し、この起点ＳＰを基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながらＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体による放射線の位相変化に基づく画像を検出する放射線撮影装置及びこれに用いられるアンラップ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線、例えばＸ線は、物質を構成する元素の重さ（原子番号）と物質の密度及び厚さとに依存して吸収され減衰するといった特性を有する。この特性に着目し、医療診断や非破壊検査等の分野において、被検体の内部を透視するためのプローブとしてＸ線が利用されている。
【０００３】
一般的なＸ線撮影装置では、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、被検体を透過したＸ線の撮影を行う。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、被検体を透過する際に吸収され減衰した後、Ｘ線画像検出器に入射する。この結果、被検体によるＸ線の強度変化に基づく画像がＸ線画像検出器により検出される。
【０００４】
Ｘ線吸収能は、原子番号が小さい元素ほど低くなるため、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、Ｘ線の強度変化が小さく、画像に十分な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線吸収能の差が小さいため、コントラストが得られにくい。
【０００５】
このような問題を背景に、被検体によるＸ線の強度変化に代えて、被検体によるＸ線の位相変化に基づいた画像を得るＸ線位相イメージングの研究が近年盛んに行われている。Ｘ線位相イメージングは、被検体に入射したＸ線の位相変化が強度変化より大きいことに基づき、Ｘ線の位相変化を画像化する方法であり、Ｘ線吸収能が低い被検体に対しても高コントラストの画像を得ることができる。Ｘ線位相イメージングの一種として、２枚の回折格子とＸ線画像検出器とを用いてＸ線タルボ干渉計を構成することにより、Ｘ線の位相変化を検出するＸ線撮影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このＸ線撮影装置は、Ｘ線源から見て被検体の背後に第１の回折格子を配置し、第１の回折格子からタルボ距離だけ離れた位置に第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したものである。タルボ距離は、第１の回折格子を通過したＸ線が、タルボ効果によって第１の回折格子の自己像（縞画像）を形成する距離であり、第１の回折格子の格子ピッチとＸ線波長とに依存する。この自己像は、被検体でのＸ線の位相変化で屈折が生じることにより変調される。この変調量を検出することにより、Ｘ線の位相変化が画像化される。
【０００７】
上記変調量の検出方法として縞走査法が知られている。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の回折格子の面に平行でかつ第１の回折格子の格子線方向に垂直な方向に、所定の走査ピッチで並進移動（走査）させながら、各走査位置において、Ｘ線源からＸ線を放射し、被検体、第１及び第２の回折格子を通過したＸ線をＸ線画像検出器により撮影する方法である。このＸ線画像検出器により得られる各画素の画素値の上記走査に対する変化を表す信号（強度変調信号）について位相ズレ量（被検体が存在しない場合の初期位置からの位相差）を算出することにより、上記変調量に関連する画像が得られる。この画像は、被検体の屈折率を反映した画像であり、Ｘ線の位相変化（位相シフト）の微分量に対応するため、位相微分画像と呼ばれる。
【０００８】
特許文献１に示されているように、上記位相ズレ量は、複素数の偏角を抽出する関数（ａｒｇ［…］）や、逆正接関数（ｔａｎ−１［…］）を用いて算出される。このため、位相微分画像は、上記関数の値域（−πから＋π、または、−π／２から＋π／２）に畳み込まれた（ラップされた）値により表現される。このようにラップされた位相微分画像には、値域の上限から下限に変化する箇所、または下限から上限に変化する箇所で不連続点が生じることがあるため、この不連続点をなくして連続化するようにアンラップ処理を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
このアンラップ処理は、光学的計測の分野等でも行われている（例えば、特許文献３参照）。一般に、アンラップ処理は、画像内の所定位置を起点とし、該起点から所定の経路に沿って順に行われる。この経路中に上記不連続点が検出されると、この不連続点以降のデータに、上記関数の値域に相当する値が一律に加算または減算される。これにより、不連続点がなくなり、データが連続化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０５８０７０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４５６５５号公報
【特許文献３】特開２００８−０８２８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、被検体に骨部等のＸ線吸収能が高い高吸収体が含まれる場合には、該高吸収体では、Ｘ線を大きく減衰させることにより、上記強度変調信号の強度や振幅が低下するため、位相ズレ量の算出精度が低下してしまう。これにより、位相微分画像の高吸収体領域では、アンラップエラーが生じやすくなる。このアンラップエラーには、本来不連続点でない箇所に不連続性が生じて不連続点と見なされることによりアンラップ処理が行われるケースと、本来不連続点である箇所の不連続性が低下して不連続点と見なされないことによりアンラップ処理が行われないケースとがある。
【００１２】
図１４に示すように、高吸収体である骨部の領域に起点を設定し、起点から一方向に伸びる経路に沿ってアンラップ処理を行う場合には、骨部領域ではアンラップエラーが生じやすいため、一旦アンラップエラーが生じると、アンラップエラーが生じた箇所以降の経路にエラー値（上記関数の値域に相当する値）が積算される。この結果、アンラップ処理後の位相微分画像にはアンラップ処理の経路方向に沿った筋状のノイズが生じ、このノイズが軟部組織である軟骨部の一部に重なるため、Ｘ線位相イメージングでの関心領域である肝心の軟部組織の画像化を阻害してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アンラップエラーによる軟部組織の画像化の阻害を防止することを可能とする放射線撮影装置及びアンラップ処理方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影装置は、放射線源から射出され、被検体を透過した放射線を検出して画像データを生成する放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、前記位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出するＯＫ／ＮＧ領域検出部と、前記ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながら前記ＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理するアンラップ処理部と、を備えるものである。
【００１５】
前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影において、前記位相微分画像生成部により生成された位相微分画像をオフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部を備え、前記アンラップ処理部は、前記オフセット画像に対しても前記アンラップ処理を行うことが好ましい。この場合、前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記アンラップ処理後のオフセット画像を減算するオフセット処理部を備えることが好ましい。
【００１６】
前記アンラップ処理部は、基準点に対して互いに直交する４方向に隣接する隣接画素のうち、前記ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を同時にアンラップ処理することが好ましい。
【００１７】
前記アンラップ処理部は、基準点に対して１方向に隣接し、前記ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を１画素ずつアンラップ処理することも好ましい。
【００１８】
また、前記アンラップ処理部は、前記ＯＫ領域が複数存在する場合に、前記各ＯＫ領域中に前記起点を設定して前記アンラップ処理を行うことが好ましい。
【００１９】
前記格子部は、放射線源からの放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽して第２の周期パターン像を生成する第２の格子と有し、前記放射線画像検出器は、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成することが好ましい。
【００２０】
前記格子部は、前記第１の格子または第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成し、前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することが好ましい。この場合、前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に直交する方向に移動させることを特徴とすることが好ましい。また、前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に対して傾斜する方向に移動させることも好ましい。
【００２１】
前記位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて前記位相微分画像を生成することも好ましい。
【００２２】
前記ＯＫ／ＮＧ領域検出部は、画素値の強度変化を表す強度変調信号の平均強度、振幅、ビジビリティのうち１つまたは複数の組み合わせに基づいてＮＧ領域を検出することが好ましい。
【００２３】
吸収画像、吸収画像の微分画像、小角散乱画像のうちいずれかを生成し、前記位相微分画像の前記ＮＧ領域を置換するＮＧ領域画像置換部を備えることが好ましい。
【００２４】
前記第１の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより前記第１の周期パターン像を生成することが好ましい。前記第１の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて前記第１の周期パターン像を生成するものであってもよい。
【００２５】
前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備えることが好ましい。
【００２６】
本発明のアンラップ処理方は、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出し、前記ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながら前記ＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域とし、ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながらＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理するので、アンラップエラーが生じ難く、アンラップエラーによる軟部組織の画像化の阻害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】Ｘ線撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線画像検出器の構成を示す模式図である。
【図３】第１及び第２の格子の構成を説明する説明図である。
【図４】強度変調信号を示すグラフである。
【図５】画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図６】アンラップ処理方法を説明する第１の説明図である。
【図７】アンラップ処理方法を説明する第２の説明図である。
【図８】アンラップ処理方法を説明する第３の説明図である。
【図９】プレ撮影時のＸ線撮影装置の作用を説明するフローチャートである。
【図１０】本撮影時のＸ線撮影装置の作用を説明するフローチャートである。
【図１１】アンラップ処理方法の第１の変形例を説明する説明図である。
【図１２】アンラップ処理方法の第２の変形例を説明する説明図である。
【図１３】ＮＧ領域画像置換部を備えた画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図１４】従来のアンラップ処理を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１において、Ｘ線撮影装置１０は、Ｘ線源１１、格子部１２、Ｘ線画像検出器１３、メモリ１４、画像処理部１５、画像記録部１６、撮影制御部１７、コンソール１８、及びシステム制御部１９を備える。Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、撮影制御部１７の制御に基づき、被検体Ｈに向けてＸ線を放射する。
【００３０】
格子部１２は、第１の格子２１、第２の格子２２、及び走査機構２３を備える。第１及び第２の格子２１，２２は、Ｘ線照射方向であるｚ方向に関してＸ線源１１に対向配置されている。Ｘ線源１１と第１の格子２１との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。Ｘ線画像検出器１３は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器であり、第２の格子２２の背後に、検出面１３ａがｚ方向に直交するように配置されている。
【００３１】
第１の格子２１は、ｚ方向に直交する格子面内の一方向であるｙ方向に延伸された複数のＸ線吸収部２１ａ及びＸ線透過部２１ｂを備えた吸収型格子である。Ｘ線吸収部２１ａ及びＸ線透過部２１ｂは、ｚ方向及びｙ方向に直交するｘ方向に交互に配列されており、縞状のパターンを形成している。第２の格子２２は、第１の格子２１と同様にｙ方向に延伸され、かつｘ方向に交互に配列された複数のＸ線吸収部２２ａ及びＸ線透過部２２ｂを備えた吸収型格子である。Ｘ線吸収部２１ａ，２２ａは、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等のＸ線吸収性を有する材料により形成されている。Ｘ線透過部２１ｂ，２２ｂは、シリコン（Ｓｉ）や樹脂等のＸ線透過性を有する材料や空隙により形成されている。
【００３２】
第１の格子２１は、Ｘ線源１１から放射されたＸ線を部分的に通過させて第１の周期パターン像（以下、Ｇ１像という）を生成する。第２の格子２２は、第１の格子２１により生成されたＧ１像を部分的に透過させて第２の周期パターン像（以下、Ｇ２像という）を生成する。被検体Ｈが配置されていない場合において、Ｇ１像は、第２の格子２２の格子パターンとほぼ一致する。
【００３３】
Ｘ線画像検出器１３は、Ｇ２像を検出して画像データを生成する。メモリ１４は、Ｘ線画像検出器１３から読み出された画像データを一時的に記憶する。画像処理部１５は、メモリ１４に記憶された画像データに基づいて位相微分画像を生成し、この位相微分画像に基づいて位相コントラスト画像を生成する。画像記録部１６は、位相微分画像と位相コントラスト画像とを記録する。
【００３４】
走査機構２３は、第２の格子２２をｘ方向に並進移動させ、第１の格子２１に対する第２の格子２２の相対位置を順次に変更する。走査機構２３は、圧電アクチュエータや静電アクチュエータにより構成され、後述する縞走査を実行するために、撮影制御部１７の制御に基づいて駆動される。メモリ１４には、縞走査の各走査位置でＸ線画像検出器１３により得られる画像データが一括して記憶される。
【００３５】
コンソール１８は、操作部１８ａ及びモニタ１８ｂを備えている。操作部１８ａは、キーボードやマウス等により構成され、Ｘ線源１１の管電圧、管電流、照射時間等の撮影条件の設定や、本撮影またはプレ撮影のモード選択、撮影実行指示等の操作入力を可能とする。本撮影とは、Ｘ線源１１と第１の格子２１との間に被検体Ｈを配置した状態で行う撮影モードである。プレ撮影とは、Ｘ線源１１と第１の格子２１との間に被検体Ｈを配置せずに行う撮影モードである。詳しくは後述するが、プレ撮影は、第１及び第２の格子２１，２２の製造誤差や配置誤差等により生じるバックグランド成分をオフセット画像として取得するために用いられる。
【００３６】
モニタ１８ｂは、撮影条件等の撮影情報や、画像記録部１６に記録された位相微分画像及び位相コントラスト画像の表示を行う。システム制御部１９は、操作部１８ａから入力される信号に応じて各部を統括的に制御する。
【００３７】
図２において、Ｘ線画像検出器１３は、入射Ｘ線により半導体膜（図示せず）に生じた電荷を収集する画素電極３１と、画素電極３１によって収集された電荷を読み出すためのＴＦＴ（Thin Film Transistor）３２とを備えた画素部３０が２次元状に多数配列されたものである。半導体膜は、例えば、アモルファスセレンにより形成されている。
【００３８】
また、Ｘ線画像検出器１３は、ゲート走査線３３、走査回路３４、信号線３５、及び読み出し回路３６を備える。ゲート走査線３３は、画素部３０の行ごとに設けられている。走査回路３４は、ＴＦＴ３２をオン／オフするための走査信号を各ゲート走査線３３に付与する。信号線３５は、画素部３０の列ごとに設けられている。読み出し回路３６は、各信号線３５を介して画素部３０から電荷を読み出し、画像データに変換して出力する。各画素部３０の詳細な層構成については、例えば、特開２００２−２６３００号公報に記載されている層構成と同様である。
【００３９】
読み出し回路３６は、積分アンプ、Ａ／Ｄ変換器、補正回路（いずれも図示せず）等を備える。積分アンプは、各画素部３０から信号線３５を介して出力された電荷を積分して画像信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器は、積分アンプにより生成された画像信号を、デジタル形式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、暗電流補正、ゲイン補正、リニアリティ補正等を行う。この補正後の画像データがメモリ１４に記憶される。
【００４０】
Ｘ線画像検出器１３は、入射Ｘ線を半導体膜で直接電荷に変換する直接変換型に限られず、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）やガドリウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）等のシンチレータで入射Ｘ線を可視光に変換し、可視光をフォトダイオードで電荷に変換する間接変換型であってもよい。さらに、Ｘ線画像検出器１３を、シンチレータとＣＭＯＳセンサを組み合わせて構成してもよい。
【００４１】
図３において、Ｘ線源１１から照射されるＸ線は、Ｘ線焦点１１ａを発光点としたコーンビームである。第１の格子２１は、タルボ効果が生じず、Ｘ線透過部２１ｂを通過したＸ線を幾何光学的に投影するように構成される。具体的には、ｘ方向へのＸ線透過部２１ｂの幅を、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し、Ｘ線の大部分がＸ線透過部２１ｂで回折しないようにすることで実現される。Ｘ線源１１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、Ｘ線透過部２１ｂの幅を１〜１０μｍ程度とすればよい。
【００４２】
これにより、Ｇ１像は、第１の格子２１からｚ方向下流への距離に依らず、常に第１の格子２１の自己像となる。Ｇ１像は、Ｘ線焦点１１ａからｚ方向下流への距離に比例して拡大される。
【００４３】
第２の格子２２の格子ピッチｐ２は、前述のように、第２の格子２２の格子パターンが第２の格子２２の位置におけるＧ１像に一致するように設定されている。具体的には、第２の格子２２の格子ピッチｐ２は、第１の格子２１の格子ピッチｐ１、Ｘ線焦点１１ａと第１の格子２１との間の距離Ｌ１、第１の格子２１と第２の格子２２との間の距離Ｌ２と、下式（１）をほぼ満たすように設定されている。
【００４４】
【数１】
【００４５】
Ｇ１像は、被検体ＨでＸ線に位相変化が生じて屈折することにより変調される。この変調量には、被検体ＨでのＸ線の屈折角φ（ｘ）が反映される。同図には、被検体ＨでのＸ線の位相変化を表す位相シフト分布Φ（ｘ）に応じて屈折するＸ線の経路が例示されている。符号Ｘ１は、被検体Ｈが存在しない場合にＸ線が直進する経路を示し、符号Ｘ２は、被検体Ｈにより屈折したＸ線の経路を示している。
【００４６】
位相シフト分布Φ（ｘ）は、Ｘ線の波長をλ、被検体Ｈの屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）として、下式（２）で表される。
【００４７】
【数２】
【００４８】
上記屈折角φ（ｘ）は、位相シフト分布Φ（ｘ）と、下式（３）の関係にある。
【００４９】
【数３】
【００５０】
第２の格子２２の位置において、Ｘ線は、屈折角φ（ｘ）に応じた量だけｘ方向に変位する。この変位量Δｘは、Ｘ線の屈折角φ（ｘ）が微小であることに基づいて、近似的に下式（４）で表される。
【００５１】
【数４】
【００５２】
このように、変位量Δｘは、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値に比例する。したがって、変位量Δｘを後述する縞走査により検出することにより、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値が得られ、位相微分画像が生成される。
【００５３】
縞走査は、格子ピッチｐ２をＭ個に分割した値（ｐ２／Ｍ）を走査ピッチとし、走査機構２３により、この走査ピッチで第２の格子２２を並進移動させ、第２の格子２２を並進移動させるたびに、Ｘ線源１１からＸ線を放射してＧ２像をＸ線画像検出器１３により撮影することにより行われる。Ｍは３以上の整数であり、例えば、Ｍ＝５であることが好ましい。
【００５４】
上式（１）を僅かに満たさない場合や、第１の格子２１と第２の格子２２との間にｚ方向周りの回転や、ｘｙ平面に対する傾斜が僅かに生じている場合には、Ｇ２像にはモアレ縞が生じる。このモアレ縞は、第２の格子２２の並進移動に伴って移動し、ｘ方向への移動距離が格子ピッチｐ２に達すると元のモアレ縞に一致する。このモアレ縞の移動を確認することで、第２の格子２２の並進移動量を検証することができる。
【００５５】
上記縞走査により、Ｘ線画像検出器１３の各画素部３０について、Ｍ個の画素値が得られる。図４に示すように、Ｍ個の画素値Ｉｋは、第２の格子２２の走査位置ｋに対して周期的に変化する。走査位置ｋは、第２の格子２２を一周期分並進移動させた場合の走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）ごとの各位置である。走査位置ｋに対する画素値Ｉｋの変化を表す信号を強度変調信号と呼ぶ。
【００５６】
同図中の破線は、被検体Ｈを配置しない状態で得られる強度変調信号を示している。これに対して、実線は、被検体Ｈを配置した状態で、被検体Ｈにより位相ズレ量ψ（ｘ）が生じた強度変調信号を示している。この位相ズレ量ψ（ｘ）は、上記変位量Δｘと下式（５）の関係にある。
【００５７】
【数５】
【００５８】
したがって、各画素部３０について、縞走査で得られるＭ個の画素値Ｉｋに基づき、強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）を求めることにより、位相微分画像が得られる。
【００５９】
次に、位相ズレ量ψ（ｘ）の算出方法について説明する。強度変調信号は、一般に下式（６）で表される。
【００６０】
【数６】
【００６１】
ここで、Ａ０は入射Ｘ線の平均強度を表し、Ａｎは強度変調信号の振幅を表す。ｎは正の整数、iは虚数単位である。なお、図４に示すように、強度変調信号が正弦波を描く場合には、ｎ＝１である。
【００６２】
本実施形態では、走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）が一定であるため、下式（７）が成立する。
【００６３】
【数７】
【００６４】
上式（７）を上式（６）に適用すると、位相ズレ量ψ（ｘ）は、下式（８）で表される。
【００６５】
【数８】
【００６６】
ここで、ａｒｇ［…］は、複素数の偏角を抽出する関数である。また、位相ズレ量ψ（ｘ）は、逆正接関数を用いて下式（９）のように表すことも可能である。
【００６７】
【数９】
【００６８】
複素数の偏角は、値域が−πから＋πの範囲であるため、上式（８）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−πから＋πの範囲に畳み込まれた（ラップされた）値を取る。これに対して、逆正接関数は、通常、値域が−π／２から＋π／２の範囲であるため、上式（９）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−π／２から＋π／２の範囲に畳み込まれた値を取る。なお、上式（９）において、逆正接関数内の分母及び分子の正負を判別することにより、値域を−πから＋πとすることができるため、−πから＋πの範囲で位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することも可能である。
【００６９】
本実施形態では、各画素部３０について位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することにより得られるデータを位相微分画像という。なお、位相ズレ量ψ（ｘ）に定数を乗じたり加算したりしたデータで表される画像を位相微分画像としてもよい。以下、位相微分画像は、−α／２から＋α／２の範囲に畳み込まれているとする。
【００７０】
図５において、画像処理部１５は、位相微分画像生成部４０、オフセット画像記憶部４１、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２、アンラップ処理部４３、オフセット処理部４４、及び位相コントラスト画像生成部４５を備える。位相微分画像生成部４０は、本撮影またはプレ撮影において縞走査を行った結果、メモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データを用い、上式（８）または上式（９）に基づいて演算を行うことにより位相微分画像を生成する。
【００７１】
プレ撮影時に位相微分画像生成部４０により生成された位相微分画像は、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４１により記憶される。本撮影時に位相微分画像生成部４０により生成された位相微分画像は、アンラップ処理部４３に入力される。なお、オフセット画像記憶部４１は、位相微分画像生成部４０から再度オフセット画像が入力された場合には、記憶中のオフセット画像を消去した後、入力されたオフセット画像を記憶する。
【００７２】
ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、メモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データに基づき、位相微分画像中においてアンラップエラーが生じやすい領域（以下、ＮＧ領域という）を検出するとともに、ＮＧ領域以外の領域をＯＫ領域として検出する。ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、各画素部３０について、強度変調信号の平均強度Ａ０が閾値より低い領域、振幅Ａ１が閾値より低い領域、またはビジビリティＡ１／Ａ０が閾値より低い領域をＮＧ領域とする。
【００７３】
このＮＧ領域は、被検体Ｈに含まれる高吸収体領域（被検体Ｈが人体である場合には、Ｘ線吸収能が高い骨部等）に相当する。これは、Ｘ線が高吸収体で吸収されることにより、平均強度Ａ０、振幅Ａ１、またはビジビリティＡ１／Ａ０が低下することに基づいている。なお、平均強度Ａ０、振幅Ａ１、ビジビリティＡ１／Ａ０のうち２以上を組み合わせてＮＧ領域を検出してもよい。また、ＮＧ領域が散在することにより、ある程度の大きさを有する集合領域として得られない場合には、上記閾値を変化させてＮＧ領域の大きさを調整すればよい。
【００７４】
アンラップ処理部４３は、位相微分画像生成部４０から入力された位相微分画像に対して、ＮＧ領域以外のＯＫ領域のみを対象としてアンラップ処理を施す。また、アンラップ処理部４３は、オフセット画像記憶部４１に記憶されたオフセット画像に対して、ＯＫ領域のみを対象としてアンラップ処理を施す。
【００７５】
オフセット処理部４４は、アンラップ処理後の位相微分画像から、アンラップ処理後のオフセット画像を減算するオフセット補正を行う。位相コントラスト画像生成部４５は、オフセット補正後の位相微分画像をｘ方向に沿って積分処理することにより、位相シフト分布を表す位相コントラスト画像を生成する。オフセット補正後の位相微分画像と、位相コントラスト画像とが画像記録部１６に記録される。
【００７６】
次に、図６〜図８を用いて、アンラップ処理部４３によるアンラップ処理方法をより詳細に説明する。これらの図では、説明の簡略化のため、位相微分画像を１０×６画素の画像として表している。
【００７７】
図６（Ａ）に示すように、まず、位相微分画像のＯＫ領域中に、アンラップ処理を開始する起点ＳＰが設定され、この起点ＳＰを基準画素として、基準画素にｘ方向（左右）及びｙ方向（上下）の４方向に隣接する隣接画素に対してアンラップ処理が行われる。なお、位相微分画像中に複数のＯＫ領域が存在する場合には、各ＯＫ領域に起点ＳＰを設定して同様にアンラップ処理が行われる。
【００７８】
このアンラップ処理は、基準画素と、この基準画素に隣接する隣接画素とで画素値の差分を取り、この差分値Δψが所定範囲（例えば、−α／２≦Δψ≦＋α／２）に入っていなければ、この隣接画素を不連続点と判断し、隣接画素の画素値を、αを単位としてシフトさせて差分値Δψを上記所定範囲内とする処理である。
【００７９】
起点ＳＰに隣接する隣接画素のアンラップ処理が行われると、次に、図６（Ｂ）に示すように、図６（Ａ）でアンラップ処理が行われた各画素が基準画素とされ、各基準画素に隣接する隣接画素のアンラップ処理が行われる。破線矢印は、前ステップにおけるアンラップ処理経路を示している。実線矢印は、現ステップにおけるアンラップ処理経路を示している。
【００８０】
現ステップでは、基準点が複数存在することにより、ある基準点からｘ方向に隣接する隣接画素と、別の基準点からｙ方向に隣接する隣接画素とが同一の画素となりアンラップ処理の対象が重複するため、いずれかの方向を優先する必要がある。本実施形態では、ｘ方向を優先している。また、基準点に隣接する隣接画素がＯＫ領域内の画素でない場合（ＮＧ領域内の画素である場合）には、その画素にはアンラップ処理は行われない。
【００８１】
この後、図６（Ｃ）、（Ｄ）、図７（Ａ）〜（Ｄ）、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アンラップ処理が行われた各画素が順に基準画素に設定され、各基準画素に隣接する隣接画素のアンラップ処理が行われる。各ＯＫ領域内の全ての画素についてアンラップ処理が終了すると、アンラップ処理部４３による一連のアンラップ処理が終了する。
【００８２】
なお、アンラップ処理において、不連続点の画素値に対するαを単位とした上記シフトは、不連続点が検出されるたびに逐一行ってもよいが、不連続点が検出された際に、その不連続点を解消するためのシフト量を記憶しておき、ＯＫ領域内の全ての不連続点が検出された後に各不連続点についてシフトを行ってもよい。
【００８３】
次に、図９及び図１０に示すフローチャートを参照しながらＸ線撮影装置１０の作用を説明する。操作部１８ａを用いて撮影モードの選択がなされると（ステップＳ２０）、選択された撮影モードがプレ撮影であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２１）。プレ撮影である場合には、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ２２）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、走査機構２３により第２の格子２２が所定の走査ピッチずつ並進移動されながら、各走査位置ｋにおいて、Ｘ線源１１によるＸ線照射及びＸ線画像検出器１３によるＧ２像の検出が行われる（ステップＳ２３）。この縞走査の結果、Ｍ枚の画像データが生成され、メモリ１４に格納される。
【００８４】
この後、画像処理部１５によりメモリ１４に格納されたＭ枚の画像データが読み出される。画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４０により位相微分画像が生成される（ステップＳ２４）。この位相微分画像は、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４１に記憶される（ステップＳ２５）。プレ撮影動作は、以上で終了する。なお、このプレ撮影は、Ｘ線撮影装置１０の立ち上げ時等に被検体Ｈを配置しない状態で少なくとも一度行われればよく、本撮影の前に毎回行われる必要はない。
【００８５】
次に、被検体Ｈが配置され、ステップＳ２０の撮影モードの選択により本撮影が選択された場合には（ステップＳ２１でＮＯ）、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ３０）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ３０でＹＥＳ）、ステップＳ２３と同様の縞走査が行われ（ステップＳ３１）、メモリ１４にＭ枚の画像データが格納される。この後、同様に、位相微分画像生成部４０によって位相微分画像が生成される（ステップＳ３２）。
【００８６】
そして、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２により、メモリ１４に格納された画像データに基づき、ＮＧ領域及びＯＫ領域の検出が行われる（ステップＳ３３）。この検出結果に基づき、アンラップ処理部４３により、ステップＳ３２で生成された位相微分画像と、オフセット画像記憶部４１に記憶されたオフセット画像とのそれぞれのＯＫ領域に対して、前述のアンラップ処理が行われる（ステップＳ３４）。この後、オフセット処理部４４により、アンラップ処理後の位相微分画像から、アンラップ処理後のオフセット画像を減算するオフセット補正が行われる（ステップＳ３５）。
【００８７】
このオフセット補正後の位相微分画像を位相コントラスト画像生成部４５が積分処理することにより、位相コントラスト画像が生成され（ステップＳ３６）、オフセット補正後の位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像記録部１６に記録された後、モニタ１８ｂに画像表示される（ステップＳ３７）。
【００８８】
以上のように、ステップＳ３４のアンラップ処理では、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出し、このＮＧ領域以外のＯＫ領域についてのみアンラップ処理を行っているため、アンラップエラーが生じ難く、ノイズの少ない位相微分画像が得られる。Ｘ線位相イメージングでの関心領域である軟部組織（軟骨部等）は、ＮＧ領域外に存在するため、アンラップエラーによるノイズで軟部組織の画像化が阻害されることは防止される。
【００８９】
なお、上記実施形態では、アンラップ処理を開始する起点ＳＰを、ＯＫ領域の中央付近に設定しているが、起点ＳＰは、ＯＫ領域内のいずれの画素に設定してもよい。例えば、図１１に示すように、ＯＫ領域の角部（ｘ方向及びｙ方向の端部）に起点ＳＰを設定してもよい。アンラップ処理方法は、上記実施形態と同様であり、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、起点ＳＰから隣接画素が順にアンラップ処理される。図１１（Ｄ）のステップは同様であるため説明を省略する。
【００９０】
また、上記実施形態では、基準画素に対してｘ方向（左右）及びｙ方向（上下）の４方向に隣接する隣接画素のうち、ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を同時にアンラップ処理しているが、ｘ方向またはｙ方向のうち１方向に隣接する隣接画素を１画素ずつ順にアンラップ処理してもよい。
【００９１】
例えば、図１２（Ａ）に示すように、まず、ＯＫ領域の角部（ｘ方向及びｙ方向の端部）に起点ＳＰを設定し、ｘ方向に隣接する隣接画素をアンラップ処理する。次に、アンラップ処理された該隣接画素を基準画素とし、ｘ方向に隣接する隣接画素をアンラップ処理する。これを繰り返し行い、図１２（Ｂ）に示すように、ＯＫ領域のｘ方向端に達すると、起点ＳＰからｙ方向に隣接する隣接画素をアンラップ処理し、図１２（Ｃ）に示すように、アンラップ処理された該隣接画素からｘ方向に順にアンラップ処理していく。そして、隣接画素がＮＧ領域内の画素である場合には、この画素のアンラップ処理は行わない。ＯＫ領域内の同一行内の画素は、図１２（Ｄ）に示すように、既にアンラップ処理が行われている上段の行の画素を基準画素として、アンラップ処理を行う。以下、同様にアンラップ処理を行うことにより、ＯＫ領域内の全ての画素についてアンラップ処理を行うことができる。
【００９２】
また、上記実施形態では、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、強度変調信号の平均強度、振幅、またはビジビリティに基づいて、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出しているが、ＮＧ領域の検出基準はこれに限られず、強度変調信号の平均強度の画素間のばらつき（すなわち、吸収画像の画素間のばらつき）や、位相微分画像の画素間のばらつきが所定値より大きい領域をＮＧ領域として検出してもよい。なお、この位相微分画像の画素間のばらつきは、第１及び第２の格子２１，２２の格子線に直交する方向（ｘ方向）へのばらつきとすることが好ましい。
【００９３】
また、位相微分画像の各画素について絶対値を取り、この絶対値が所定値を超える箇所を検出することにより、高吸収体領域のエッジ部分を検出することができるため、このエッジ部で囲われる領域をＮＧ領域として検出してもよい。
【００９４】
また、強度変調信号の平均強度や最大強度が所定値より大きく、強度変調信号に飽和が生じている領域をＮＧ領域として検出してもよい。この強度変調信号の飽和は、被検体Ｈを透過せずに第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３に直接入射した画素領域（素抜け領域）で生じやすい。強度変調信号が飽和すると位相ズレ量ψ（ｘ）が正確に得られなくなるため、この素抜け領域もアンラップエラーが生じやすい領域である。以上の検出基準を適宜組み合わせてもよい。
【００９５】
さらに、Ｘ線画像検出器１３、第１の格子２１、第２の格子２２に欠陥が生じたり、ゴミなどが付着したりした場合には、所定の画素部３０の画素値が常に高く、または低くなることがある。このような画素欠陥が生じた領域は、強度変調信号の平均強度、振幅、またはビジビリティが異常値を示すため、アンラップエラーが生じやすい領域となる。このような画素欠陥領域についても、上記の検出基準を適宜組み合わせることにより、ＮＧ領域として検出可能である。
【００９６】
また、上記実施形態では、ＮＧ領域にはアンラップ処理が行われないため、最終的に画像記録部１６に記録されモニタ１８ｂに表示される位相微分画像のＮＧ領域は、不連続点が残存したノイズの大きい画像となる可能性があるため、図１３に示すように、画像処理部１５にＮＧ領域画像置換部５０を設けてもよい。
【００９７】
ＮＧ領域画像置換部５０は、本撮影時にメモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データに基づき、吸収画像、吸収画像の微分画像、または小角散乱画像を生成し、該画像のＮＧ領域に対応する部分を、オフセット補正後の位相微分画像のＮＧ領域に挿入して置換する。また、同様に、位相コントラスト画像のＮＧ領域を置換してもよい。吸収画像は、強度変調信号の平均強度を画像化することにより生成される。吸収画像の微分画像は、吸収画像を所定方向（例えば、ｘ方向）に微分処理することにより生成される。小角散乱画像は、強度変調信号の振幅を画像化することにより生成される。
【００９８】
また、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源１１と第１の格子２１との間に配置しているが、被検体Ｈを第１の格子２１と第２の格子２２との間に配置してもよい。
【００９９】
また、上記実施形態では、縞走査時に第２の格子２２を格子線に直交する方向（ｘ方向）に移動させているが、本出願人により特願２０１１−０９７０９０号として出願されているように、第２の格子２２を格子線に対して傾斜する方向（ｘｙ平面内でｘ方向及びｙ方向に直交しない方向）に移動させてもよい。この場合には、第２の格子２２の移動のｘ方向成分に基づいて、走査位置ｋを設定すればよい。第２の格子２２を格子線に対して傾斜する方向に移動させることにより、縞走査の一周期分の走査に要するストローク（移動距離）が長くなるため、移動精度が向上するといった利点がある。
【０１００】
また、上記実施形態では、縞走査時に第２の格子２２を移動させているが、第２の格子２２に代えて、第１の格子２１を格子線に直交する方向または傾斜する方向に移動させてもよい。
【０１０１】
また、上記第実施形態では、Ｘ線源１１から射出されるコーンビーム状のＸ線を射出するＸ線源１１を用いているが、平行ビーム状のＸ線を射出するＸ線源を用いることも可能である。この場合には、上式（１）に代えて、ｐ２＝ｐ１をほぼ満たすように第１及び第２の格子２１，２２を構成すればよい。
【０１０２】
また、上記実施形態では、Ｘ線源１１から射出されたＸ線を第１の格子２１に入射させており、Ｘ線源１１は単一焦点であるが、Ｘ線源１１の射出側直後に、ＷＯ２００６／１３１２３５号公報等に記されたマルチスリット（線源格子）を設けることにより、Ｘ焦点を分散化してもよい。これより、高出力のＸ線源を用いることが可能となり、Ｘ線量が向上するため、位相微分画像の画質が向上する。この場合、マルチスリットのピッチｐ０は、下式（１０）を満たす必要がある。この場合、距離Ｌ１は、マルチスリットから第１の格子２１までの距離を表す。
【０１０３】
【数１０】
【０１０４】
また、上記実施形態では、第１の格子２１が入射Ｘ線を幾何光学的に投影するように構成しているが、ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等で知られているように、第１の格子２１をタルボ効果が生じる構成としてもよい。第１の格子２１でタルボ効果を生じさせるためには、Ｘ線の空間干渉性を高めるように、小焦点のＸ線光源を用いるか、上記マルチスリットを用いればよい。
【０１０５】
第１の格子２１でタルボ効果が生じる場合には、第１の格子２１の自己像（Ｇ１像）が、第１の格子２１からｚ方向下流にタルボ距離Ｚｍだけ離れた位置に生じるため、第１の格子２１から第２の格子２２までの距離Ｌ２をタルボ距離Ｚｍとする必要がある。
【０１０６】
タルボ距離Ｚｍは、第１の格子２１の構成とＸ線のビーム形状とに依存する。第１の格子２１が吸収型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１１）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１０７】
【数１１】
【０１０８】
また、第１の格子２１がＸ線にπ／２の位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１２）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１０９】
【数１２】
【０１１０】
また、第１の格子２１がＸ線にπの位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１３）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１１１】
【数１３】
【０１１２】
また、第１の格子２１が吸収型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１４）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１１３】
【数１４】
【０１１４】
また、第１の格子２１がＸ線にπ／２の位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１５）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１１５】
【数１５】
【０１１６】
そして、第１の格子２１がＸ線にπの位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１６）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１１７】
【数１６】
【０１１８】
また、上記実施形態では、格子部１２に第１及び第２の格子２１，２２の２つの格子を設けているが、第２の格子２２を省略し、第１の格子２１のみとすることも可能である。
【０１１９】
例えば、特開平２００９−１３３８２３号公報に記されたＸ線画像検出器を用いることにより、第２の格子２２を省略し、第１の格子２１のみとすることが可能である。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線画像検出器であり、各画素の電荷収集電極が複数の線状電極群を備える。１つの線状電極群は、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たものであり、他の線状電極群と互いに位相が異なるように配置されている。この線状電極群が第２の格子２２として機能し、線状電極群が複数存在することにより、一度の撮影で位相の異なる複数のＧ２像の検出が行われる。したがって、この構成では、走査機構２３を省略することが可能である。
【０１２０】
また、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法がある。この方法として、本出願人により特願２０１０−２５６２４１号として出願されている画素分割法がある。この画素分割法では、第１の格子２１と第２の格子２２とを、ｚ方向の回りに僅かに回転させて、ｙ方向に周期を有するモアレ縞をＧ２像に発生させる。Ｘ線画像検出器１３により得られる単一の画像データを、該モアレ縞に対して互いに位相が異なる画素行（ｘ方向に並ぶ画素）の群に分割し、分割された複数の画像データを、縞走査により互いに異なる複数のＧ２像に基づくものと見なして、上記縞走査法と同様な手順で位相微分画像を生成する。この画素分割法において、前述の強度変調信号は、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。
【０１２１】
さらに、画素分割法と同様に、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法として、ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されたフーリエ変換法が知られている。このフーリエ変換法は、上記単一の画像データに対してフーリエ変換を行うことによりフーリエスペクトルを取得し、このフーリエスペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトル（位相情報を担うスペクトル）を分離した後、逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分画像を生成する方法である。なお、このフーリエ変換法において、前述の強度変調信号は、画素分割法の場合と同様に、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。
【０１２２】
本発明は、医療診断用の放射線撮影装置の他に、工業用の放射線撮影装置等に適用することが可能である。また、放射線は、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】
【０１２３】
１０ Ｘ線撮影装置
１２ 格子部
２０ Ｘ線画像検出器
２１ 第１の格子
２１ａ Ｘ線吸収部
２１ｂ Ｘ線透過部
２２ 第２の格子
２２ａ Ｘ線吸収部
２２ｂ Ｘ線透過部
３０ 画素部
３１ 画素電極
３３ ゲート走査線
３５ 信号線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体による放射線の位相変化に基づく画像を検出する放射線撮影装置及びこれに用いられるアンラップ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線、例えばＸ線は、物質を構成する元素の重さ（原子番号）と物質の密度及び厚さとに依存して吸収され減衰するといった特性を有する。この特性に着目し、医療診断や非破壊検査等の分野において、被検体の内部を透視するためのプローブとしてＸ線が利用されている。
【０００３】
一般的なＸ線撮影装置では、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、被検体を透過したＸ線の撮影を行う。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、被検体を透過する際に吸収され減衰した後、Ｘ線画像検出器に入射する。この結果、被検体によるＸ線の強度変化に基づく画像がＸ線画像検出器により検出される。
【０００４】
Ｘ線吸収能は、原子番号が小さい元素ほど低くなるため、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、Ｘ線の強度変化が小さく、画像に十分な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線吸収能の差が小さいため、コントラストが得られにくい。
【０００５】
このような問題を背景に、被検体によるＸ線の強度変化に代えて、被検体によるＸ線の位相変化に基づいた画像を得るＸ線位相イメージングの研究が近年盛んに行われている。Ｘ線位相イメージングは、被検体に入射したＸ線の位相変化が強度変化より大きいことに基づき、Ｘ線の位相変化を画像化する方法であり、Ｘ線吸収能が低い被検体に対しても高コントラストの画像を得ることができる。Ｘ線位相イメージングの一種として、２枚の回折格子とＸ線画像検出器とを用いてＸ線タルボ干渉計を構成することにより、Ｘ線の位相変化を検出するＸ線撮影装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このＸ線撮影装置は、Ｘ線源から見て被検体の背後に第１の回折格子を配置し、第１の回折格子からタルボ距離だけ離れた位置に第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したものである。タルボ距離は、第１の回折格子を通過したＸ線が、タルボ効果によって第１の回折格子の自己像（縞画像）を形成する距離であり、第１の回折格子の格子ピッチとＸ線波長とに依存する。この自己像は、被検体でのＸ線の位相変化で屈折が生じることにより変調される。この変調量を検出することにより、Ｘ線の位相変化が画像化される。
【０００７】
上記変調量の検出方法として縞走査法が知られている。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の回折格子の面に平行でかつ第１の回折格子の格子線方向に垂直な方向に、所定の走査ピッチで並進移動（走査）させながら、各走査位置において、Ｘ線源からＸ線を放射し、被検体、第１及び第２の回折格子を通過したＸ線をＸ線画像検出器により撮影する方法である。このＸ線画像検出器により得られる各画素の画素値の上記走査に対する変化を表す信号（強度変調信号）について位相ズレ量（被検体が存在しない場合の初期位置からの位相差）を算出することにより、上記変調量に関連する画像が得られる。この画像は、被検体の屈折率を反映した画像であり、Ｘ線の位相変化（位相シフト）の微分量に対応するため、位相微分画像と呼ばれる。
【０００８】
特許文献１に示されているように、上記位相ズレ量は、複素数の偏角を抽出する関数（ａｒｇ［…］）や、逆正接関数（ｔａｎ−１［…］）を用いて算出される。このため、位相微分画像は、上記関数の値域（−πから＋π、または、−π／２から＋π／２）に畳み込まれた（ラップされた）値により表現される。このようにラップされた位相微分画像には、値域の上限から下限に変化する箇所、または下限から上限に変化する箇所で不連続点が生じることがあるため、この不連続点をなくして連続化するようにアンラップ処理を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
このアンラップ処理は、光学的計測の分野等でも行われている（例えば、特許文献３参照）。一般に、アンラップ処理は、画像内の所定位置を起点とし、該起点から所定の経路に沿って順に行われる。この経路中に上記不連続点が検出されると、この不連続点以降のデータに、上記関数の値域に相当する値が一律に加算または減算される。これにより、不連続点がなくなり、データが連続化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０５８０７０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４５６５５号公報
【特許文献３】特開２００８−０８２８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、被検体に骨部等のＸ線吸収能が高い高吸収体が含まれる場合には、該高吸収体では、Ｘ線を大きく減衰させることにより、上記強度変調信号の強度や振幅が低下するため、位相ズレ量の算出精度が低下してしまう。これにより、位相微分画像の高吸収体領域では、アンラップエラーが生じやすくなる。このアンラップエラーには、本来不連続点でない箇所に不連続性が生じて不連続点と見なされることによりアンラップ処理が行われるケースと、本来不連続点である箇所の不連続性が低下して不連続点と見なされないことによりアンラップ処理が行われないケースとがある。
【００１２】
図１４に示すように、高吸収体である骨部の領域に起点を設定し、起点から一方向に伸びる経路に沿ってアンラップ処理を行う場合には、骨部領域ではアンラップエラーが生じやすいため、一旦アンラップエラーが生じると、アンラップエラーが生じた箇所以降の経路にエラー値（上記関数の値域に相当する値）が積算される。この結果、アンラップ処理後の位相微分画像にはアンラップ処理の経路方向に沿った筋状のノイズが生じ、このノイズが軟部組織である軟骨部の一部に重なるため、Ｘ線位相イメージングでの関心領域である肝心の軟部組織の画像化を阻害してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アンラップエラーによる軟部組織の画像化の阻害を防止することを可能とする放射線撮影装置及びアンラップ処理方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影装置は、放射線源から射出され、被検体を透過した放射線を検出して画像データを生成する放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、前記位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出するＯＫ／ＮＧ領域検出部と、前記ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながら前記ＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理するアンラップ処理部と、を備えるものである。
【００１５】
前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影において、前記位相微分画像生成部により生成された位相微分画像をオフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部を備え、前記アンラップ処理部は、前記オフセット画像に対しても前記アンラップ処理を行うことが好ましい。この場合、前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記アンラップ処理後のオフセット画像を減算するオフセット処理部を備えることが好ましい。
【００１６】
前記アンラップ処理部は、基準点に対して互いに直交する４方向に隣接する隣接画素のうち、前記ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を同時にアンラップ処理することが好ましい。
【００１７】
前記アンラップ処理部は、基準点に対して１方向に隣接し、前記ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を１画素ずつアンラップ処理することも好ましい。
【００１８】
また、前記アンラップ処理部は、前記ＯＫ領域が複数存在する場合に、前記各ＯＫ領域中に前記起点を設定して前記アンラップ処理を行うことが好ましい。
【００１９】
前記格子部は、放射線源からの放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽して第２の周期パターン像を生成する第２の格子と有し、前記放射線画像検出器は、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成することが好ましい。
【００２０】
前記格子部は、前記第１の格子または第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成し、前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することが好ましい。この場合、前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に直交する方向に移動させることを特徴とすることが好ましい。また、前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に対して傾斜する方向に移動させることも好ましい。
【００２１】
前記位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて前記位相微分画像を生成することも好ましい。
【００２２】
前記ＯＫ／ＮＧ領域検出部は、画素値の強度変化を表す強度変調信号の平均強度、振幅、ビジビリティのうち１つまたは複数の組み合わせに基づいてＮＧ領域を検出することが好ましい。
【００２３】
吸収画像、吸収画像の微分画像、小角散乱画像のうちいずれかを生成し、前記位相微分画像の前記ＮＧ領域を置換するＮＧ領域画像置換部を備えることが好ましい。
【００２４】
前記第１の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより前記第１の周期パターン像を生成することが好ましい。前記第１の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて前記第１の周期パターン像を生成するものであってもよい。
【００２５】
前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備えることが好ましい。
【００２６】
本発明のアンラップ処理方は、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出し、前記ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながら前記ＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域とし、ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながらＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理するので、アンラップエラーが生じ難く、アンラップエラーによる軟部組織の画像化の阻害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】Ｘ線撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線画像検出器の構成を示す模式図である。
【図３】第１及び第２の格子の構成を説明する説明図である。
【図４】強度変調信号を示すグラフである。
【図５】画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図６】アンラップ処理方法を説明する第１の説明図である。
【図７】アンラップ処理方法を説明する第２の説明図である。
【図８】アンラップ処理方法を説明する第３の説明図である。
【図９】プレ撮影時のＸ線撮影装置の作用を説明するフローチャートである。
【図１０】本撮影時のＸ線撮影装置の作用を説明するフローチャートである。
【図１１】アンラップ処理方法の第１の変形例を説明する説明図である。
【図１２】アンラップ処理方法の第２の変形例を説明する説明図である。
【図１３】ＮＧ領域画像置換部を備えた画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図１４】従来のアンラップ処理を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１において、Ｘ線撮影装置１０は、Ｘ線源１１、格子部１２、Ｘ線画像検出器１３、メモリ１４、画像処理部１５、画像記録部１６、撮影制御部１７、コンソール１８、及びシステム制御部１９を備える。Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、撮影制御部１７の制御に基づき、被検体Ｈに向けてＸ線を放射する。
【００３０】
格子部１２は、第１の格子２１、第２の格子２２、及び走査機構２３を備える。第１及び第２の格子２１，２２は、Ｘ線照射方向であるｚ方向に関してＸ線源１１に対向配置されている。Ｘ線源１１と第１の格子２１との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。Ｘ線画像検出器１３は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器であり、第２の格子２２の背後に、検出面１３ａがｚ方向に直交するように配置されている。
【００３１】
第１の格子２１は、ｚ方向に直交する格子面内の一方向であるｙ方向に延伸された複数のＸ線吸収部２１ａ及びＸ線透過部２１ｂを備えた吸収型格子である。Ｘ線吸収部２１ａ及びＸ線透過部２１ｂは、ｚ方向及びｙ方向に直交するｘ方向に交互に配列されており、縞状のパターンを形成している。第２の格子２２は、第１の格子２１と同様にｙ方向に延伸され、かつｘ方向に交互に配列された複数のＸ線吸収部２２ａ及びＸ線透過部２２ｂを備えた吸収型格子である。Ｘ線吸収部２１ａ，２２ａは、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等のＸ線吸収性を有する材料により形成されている。Ｘ線透過部２１ｂ，２２ｂは、シリコン（Ｓｉ）や樹脂等のＸ線透過性を有する材料や空隙により形成されている。
【００３２】
第１の格子２１は、Ｘ線源１１から放射されたＸ線を部分的に通過させて第１の周期パターン像（以下、Ｇ１像という）を生成する。第２の格子２２は、第１の格子２１により生成されたＧ１像を部分的に透過させて第２の周期パターン像（以下、Ｇ２像という）を生成する。被検体Ｈが配置されていない場合において、Ｇ１像は、第２の格子２２の格子パターンとほぼ一致する。
【００３３】
Ｘ線画像検出器１３は、Ｇ２像を検出して画像データを生成する。メモリ１４は、Ｘ線画像検出器１３から読み出された画像データを一時的に記憶する。画像処理部１５は、メモリ１４に記憶された画像データに基づいて位相微分画像を生成し、この位相微分画像に基づいて位相コントラスト画像を生成する。画像記録部１６は、位相微分画像と位相コントラスト画像とを記録する。
【００３４】
走査機構２３は、第２の格子２２をｘ方向に並進移動させ、第１の格子２１に対する第２の格子２２の相対位置を順次に変更する。走査機構２３は、圧電アクチュエータや静電アクチュエータにより構成され、後述する縞走査を実行するために、撮影制御部１７の制御に基づいて駆動される。メモリ１４には、縞走査の各走査位置でＸ線画像検出器１３により得られる画像データが一括して記憶される。
【００３５】
コンソール１８は、操作部１８ａ及びモニタ１８ｂを備えている。操作部１８ａは、キーボードやマウス等により構成され、Ｘ線源１１の管電圧、管電流、照射時間等の撮影条件の設定や、本撮影またはプレ撮影のモード選択、撮影実行指示等の操作入力を可能とする。本撮影とは、Ｘ線源１１と第１の格子２１との間に被検体Ｈを配置した状態で行う撮影モードである。プレ撮影とは、Ｘ線源１１と第１の格子２１との間に被検体Ｈを配置せずに行う撮影モードである。詳しくは後述するが、プレ撮影は、第１及び第２の格子２１，２２の製造誤差や配置誤差等により生じるバックグランド成分をオフセット画像として取得するために用いられる。
【００３６】
モニタ１８ｂは、撮影条件等の撮影情報や、画像記録部１６に記録された位相微分画像及び位相コントラスト画像の表示を行う。システム制御部１９は、操作部１８ａから入力される信号に応じて各部を統括的に制御する。
【００３７】
図２において、Ｘ線画像検出器１３は、入射Ｘ線により半導体膜（図示せず）に生じた電荷を収集する画素電極３１と、画素電極３１によって収集された電荷を読み出すためのＴＦＴ（Thin Film Transistor）３２とを備えた画素部３０が２次元状に多数配列されたものである。半導体膜は、例えば、アモルファスセレンにより形成されている。
【００３８】
また、Ｘ線画像検出器１３は、ゲート走査線３３、走査回路３４、信号線３５、及び読み出し回路３６を備える。ゲート走査線３３は、画素部３０の行ごとに設けられている。走査回路３４は、ＴＦＴ３２をオン／オフするための走査信号を各ゲート走査線３３に付与する。信号線３５は、画素部３０の列ごとに設けられている。読み出し回路３６は、各信号線３５を介して画素部３０から電荷を読み出し、画像データに変換して出力する。各画素部３０の詳細な層構成については、例えば、特開２００２−２６３００号公報に記載されている層構成と同様である。
【００３９】
読み出し回路３６は、積分アンプ、Ａ／Ｄ変換器、補正回路（いずれも図示せず）等を備える。積分アンプは、各画素部３０から信号線３５を介して出力された電荷を積分して画像信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器は、積分アンプにより生成された画像信号を、デジタル形式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、暗電流補正、ゲイン補正、リニアリティ補正等を行う。この補正後の画像データがメモリ１４に記憶される。
【００４０】
Ｘ線画像検出器１３は、入射Ｘ線を半導体膜で直接電荷に変換する直接変換型に限られず、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）やガドリウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）等のシンチレータで入射Ｘ線を可視光に変換し、可視光をフォトダイオードで電荷に変換する間接変換型であってもよい。さらに、Ｘ線画像検出器１３を、シンチレータとＣＭＯＳセンサを組み合わせて構成してもよい。
【００４１】
図３において、Ｘ線源１１から照射されるＸ線は、Ｘ線焦点１１ａを発光点としたコーンビームである。第１の格子２１は、タルボ効果が生じず、Ｘ線透過部２１ｂを通過したＸ線を幾何光学的に投影するように構成される。具体的には、ｘ方向へのＸ線透過部２１ｂの幅を、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し、Ｘ線の大部分がＸ線透過部２１ｂで回折しないようにすることで実現される。Ｘ線源１１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、Ｘ線透過部２１ｂの幅を１〜１０μｍ程度とすればよい。
【００４２】
これにより、Ｇ１像は、第１の格子２１からｚ方向下流への距離に依らず、常に第１の格子２１の自己像となる。Ｇ１像は、Ｘ線焦点１１ａからｚ方向下流への距離に比例して拡大される。
【００４３】
第２の格子２２の格子ピッチｐ２は、前述のように、第２の格子２２の格子パターンが第２の格子２２の位置におけるＧ１像に一致するように設定されている。具体的には、第２の格子２２の格子ピッチｐ２は、第１の格子２１の格子ピッチｐ１、Ｘ線焦点１１ａと第１の格子２１との間の距離Ｌ１、第１の格子２１と第２の格子２２との間の距離Ｌ２と、下式（１）をほぼ満たすように設定されている。
【００４４】
【数１】
【００４５】
Ｇ１像は、被検体ＨでＸ線に位相変化が生じて屈折することにより変調される。この変調量には、被検体ＨでのＸ線の屈折角φ（ｘ）が反映される。同図には、被検体ＨでのＸ線の位相変化を表す位相シフト分布Φ（ｘ）に応じて屈折するＸ線の経路が例示されている。符号Ｘ１は、被検体Ｈが存在しない場合にＸ線が直進する経路を示し、符号Ｘ２は、被検体Ｈにより屈折したＸ線の経路を示している。
【００４６】
位相シフト分布Φ（ｘ）は、Ｘ線の波長をλ、被検体Ｈの屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）として、下式（２）で表される。
【００４７】
【数２】
【００４８】
上記屈折角φ（ｘ）は、位相シフト分布Φ（ｘ）と、下式（３）の関係にある。
【００４９】
【数３】
【００５０】
第２の格子２２の位置において、Ｘ線は、屈折角φ（ｘ）に応じた量だけｘ方向に変位する。この変位量Δｘは、Ｘ線の屈折角φ（ｘ）が微小であることに基づいて、近似的に下式（４）で表される。
【００５１】
【数４】
【００５２】
このように、変位量Δｘは、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値に比例する。したがって、変位量Δｘを後述する縞走査により検出することにより、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値が得られ、位相微分画像が生成される。
【００５３】
縞走査は、格子ピッチｐ２をＭ個に分割した値（ｐ２／Ｍ）を走査ピッチとし、走査機構２３により、この走査ピッチで第２の格子２２を並進移動させ、第２の格子２２を並進移動させるたびに、Ｘ線源１１からＸ線を放射してＧ２像をＸ線画像検出器１３により撮影することにより行われる。Ｍは３以上の整数であり、例えば、Ｍ＝５であることが好ましい。
【００５４】
上式（１）を僅かに満たさない場合や、第１の格子２１と第２の格子２２との間にｚ方向周りの回転や、ｘｙ平面に対する傾斜が僅かに生じている場合には、Ｇ２像にはモアレ縞が生じる。このモアレ縞は、第２の格子２２の並進移動に伴って移動し、ｘ方向への移動距離が格子ピッチｐ２に達すると元のモアレ縞に一致する。このモアレ縞の移動を確認することで、第２の格子２２の並進移動量を検証することができる。
【００５５】
上記縞走査により、Ｘ線画像検出器１３の各画素部３０について、Ｍ個の画素値が得られる。図４に示すように、Ｍ個の画素値Ｉｋは、第２の格子２２の走査位置ｋに対して周期的に変化する。走査位置ｋは、第２の格子２２を一周期分並進移動させた場合の走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）ごとの各位置である。走査位置ｋに対する画素値Ｉｋの変化を表す信号を強度変調信号と呼ぶ。
【００５６】
同図中の破線は、被検体Ｈを配置しない状態で得られる強度変調信号を示している。これに対して、実線は、被検体Ｈを配置した状態で、被検体Ｈにより位相ズレ量ψ（ｘ）が生じた強度変調信号を示している。この位相ズレ量ψ（ｘ）は、上記変位量Δｘと下式（５）の関係にある。
【００５７】
【数５】
【００５８】
したがって、各画素部３０について、縞走査で得られるＭ個の画素値Ｉｋに基づき、強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）を求めることにより、位相微分画像が得られる。
【００５９】
次に、位相ズレ量ψ（ｘ）の算出方法について説明する。強度変調信号は、一般に下式（６）で表される。
【００６０】
【数６】
【００６１】
ここで、Ａ０は入射Ｘ線の平均強度を表し、Ａｎは強度変調信号の振幅を表す。ｎは正の整数、iは虚数単位である。なお、図４に示すように、強度変調信号が正弦波を描く場合には、ｎ＝１である。
【００６２】
本実施形態では、走査ピッチ（ｐ２／Ｍ）が一定であるため、下式（７）が成立する。
【００６３】
【数７】
【００６４】
上式（７）を上式（６）に適用すると、位相ズレ量ψ（ｘ）は、下式（８）で表される。
【００６５】
【数８】
【００６６】
ここで、ａｒｇ［…］は、複素数の偏角を抽出する関数である。また、位相ズレ量ψ（ｘ）は、逆正接関数を用いて下式（９）のように表すことも可能である。
【００６７】
【数９】
【００６８】
複素数の偏角は、値域が−πから＋πの範囲であるため、上式（８）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−πから＋πの範囲に畳み込まれた（ラップされた）値を取る。これに対して、逆正接関数は、通常、値域が−π／２から＋π／２の範囲であるため、上式（９）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−π／２から＋π／２の範囲に畳み込まれた値を取る。なお、上式（９）において、逆正接関数内の分母及び分子の正負を判別することにより、値域を−πから＋πとすることができるため、−πから＋πの範囲で位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することも可能である。
【００６９】
本実施形態では、各画素部３０について位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することにより得られるデータを位相微分画像という。なお、位相ズレ量ψ（ｘ）に定数を乗じたり加算したりしたデータで表される画像を位相微分画像としてもよい。以下、位相微分画像は、−α／２から＋α／２の範囲に畳み込まれているとする。
【００７０】
図５において、画像処理部１５は、位相微分画像生成部４０、オフセット画像記憶部４１、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２、アンラップ処理部４３、オフセット処理部４４、及び位相コントラスト画像生成部４５を備える。位相微分画像生成部４０は、本撮影またはプレ撮影において縞走査を行った結果、メモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データを用い、上式（８）または上式（９）に基づいて演算を行うことにより位相微分画像を生成する。
【００７１】
プレ撮影時に位相微分画像生成部４０により生成された位相微分画像は、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４１により記憶される。本撮影時に位相微分画像生成部４０により生成された位相微分画像は、アンラップ処理部４３に入力される。なお、オフセット画像記憶部４１は、位相微分画像生成部４０から再度オフセット画像が入力された場合には、記憶中のオフセット画像を消去した後、入力されたオフセット画像を記憶する。
【００７２】
ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、メモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データに基づき、位相微分画像中においてアンラップエラーが生じやすい領域（以下、ＮＧ領域という）を検出するとともに、ＮＧ領域以外の領域をＯＫ領域として検出する。ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、各画素部３０について、強度変調信号の平均強度Ａ０が閾値より低い領域、振幅Ａ１が閾値より低い領域、またはビジビリティＡ１／Ａ０が閾値より低い領域をＮＧ領域とする。
【００７３】
このＮＧ領域は、被検体Ｈに含まれる高吸収体領域（被検体Ｈが人体である場合には、Ｘ線吸収能が高い骨部等）に相当する。これは、Ｘ線が高吸収体で吸収されることにより、平均強度Ａ０、振幅Ａ１、またはビジビリティＡ１／Ａ０が低下することに基づいている。なお、平均強度Ａ０、振幅Ａ１、ビジビリティＡ１／Ａ０のうち２以上を組み合わせてＮＧ領域を検出してもよい。また、ＮＧ領域が散在することにより、ある程度の大きさを有する集合領域として得られない場合には、上記閾値を変化させてＮＧ領域の大きさを調整すればよい。
【００７４】
アンラップ処理部４３は、位相微分画像生成部４０から入力された位相微分画像に対して、ＮＧ領域以外のＯＫ領域のみを対象としてアンラップ処理を施す。また、アンラップ処理部４３は、オフセット画像記憶部４１に記憶されたオフセット画像に対して、ＯＫ領域のみを対象としてアンラップ処理を施す。
【００７５】
オフセット処理部４４は、アンラップ処理後の位相微分画像から、アンラップ処理後のオフセット画像を減算するオフセット補正を行う。位相コントラスト画像生成部４５は、オフセット補正後の位相微分画像をｘ方向に沿って積分処理することにより、位相シフト分布を表す位相コントラスト画像を生成する。オフセット補正後の位相微分画像と、位相コントラスト画像とが画像記録部１６に記録される。
【００７６】
次に、図６〜図８を用いて、アンラップ処理部４３によるアンラップ処理方法をより詳細に説明する。これらの図では、説明の簡略化のため、位相微分画像を１０×６画素の画像として表している。
【００７７】
図６（Ａ）に示すように、まず、位相微分画像のＯＫ領域中に、アンラップ処理を開始する起点ＳＰが設定され、この起点ＳＰを基準画素として、基準画素にｘ方向（左右）及びｙ方向（上下）の４方向に隣接する隣接画素に対してアンラップ処理が行われる。なお、位相微分画像中に複数のＯＫ領域が存在する場合には、各ＯＫ領域に起点ＳＰを設定して同様にアンラップ処理が行われる。
【００７８】
このアンラップ処理は、基準画素と、この基準画素に隣接する隣接画素とで画素値の差分を取り、この差分値Δψが所定範囲（例えば、−α／２≦Δψ≦＋α／２）に入っていなければ、この隣接画素を不連続点と判断し、隣接画素の画素値を、αを単位としてシフトさせて差分値Δψを上記所定範囲内とする処理である。
【００７９】
起点ＳＰに隣接する隣接画素のアンラップ処理が行われると、次に、図６（Ｂ）に示すように、図６（Ａ）でアンラップ処理が行われた各画素が基準画素とされ、各基準画素に隣接する隣接画素のアンラップ処理が行われる。破線矢印は、前ステップにおけるアンラップ処理経路を示している。実線矢印は、現ステップにおけるアンラップ処理経路を示している。
【００８０】
現ステップでは、基準点が複数存在することにより、ある基準点からｘ方向に隣接する隣接画素と、別の基準点からｙ方向に隣接する隣接画素とが同一の画素となりアンラップ処理の対象が重複するため、いずれかの方向を優先する必要がある。本実施形態では、ｘ方向を優先している。また、基準点に隣接する隣接画素がＯＫ領域内の画素でない場合（ＮＧ領域内の画素である場合）には、その画素にはアンラップ処理は行われない。
【００８１】
この後、図６（Ｃ）、（Ｄ）、図７（Ａ）〜（Ｄ）、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、アンラップ処理が行われた各画素が順に基準画素に設定され、各基準画素に隣接する隣接画素のアンラップ処理が行われる。各ＯＫ領域内の全ての画素についてアンラップ処理が終了すると、アンラップ処理部４３による一連のアンラップ処理が終了する。
【００８２】
なお、アンラップ処理において、不連続点の画素値に対するαを単位とした上記シフトは、不連続点が検出されるたびに逐一行ってもよいが、不連続点が検出された際に、その不連続点を解消するためのシフト量を記憶しておき、ＯＫ領域内の全ての不連続点が検出された後に各不連続点についてシフトを行ってもよい。
【００８３】
次に、図９及び図１０に示すフローチャートを参照しながらＸ線撮影装置１０の作用を説明する。操作部１８ａを用いて撮影モードの選択がなされると（ステップＳ２０）、選択された撮影モードがプレ撮影であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２１）。プレ撮影である場合には、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ２２）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、走査機構２３により第２の格子２２が所定の走査ピッチずつ並進移動されながら、各走査位置ｋにおいて、Ｘ線源１１によるＸ線照射及びＸ線画像検出器１３によるＧ２像の検出が行われる（ステップＳ２３）。この縞走査の結果、Ｍ枚の画像データが生成され、メモリ１４に格納される。
【００８４】
この後、画像処理部１５によりメモリ１４に格納されたＭ枚の画像データが読み出される。画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４０により位相微分画像が生成される（ステップＳ２４）。この位相微分画像は、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４１に記憶される（ステップＳ２５）。プレ撮影動作は、以上で終了する。なお、このプレ撮影は、Ｘ線撮影装置１０の立ち上げ時等に被検体Ｈを配置しない状態で少なくとも一度行われればよく、本撮影の前に毎回行われる必要はない。
【００８５】
次に、被検体Ｈが配置され、ステップＳ２０の撮影モードの選択により本撮影が選択された場合には（ステップＳ２１でＮＯ）、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ３０）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ３０でＹＥＳ）、ステップＳ２３と同様の縞走査が行われ（ステップＳ３１）、メモリ１４にＭ枚の画像データが格納される。この後、同様に、位相微分画像生成部４０によって位相微分画像が生成される（ステップＳ３２）。
【００８６】
そして、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２により、メモリ１４に格納された画像データに基づき、ＮＧ領域及びＯＫ領域の検出が行われる（ステップＳ３３）。この検出結果に基づき、アンラップ処理部４３により、ステップＳ３２で生成された位相微分画像と、オフセット画像記憶部４１に記憶されたオフセット画像とのそれぞれのＯＫ領域に対して、前述のアンラップ処理が行われる（ステップＳ３４）。この後、オフセット処理部４４により、アンラップ処理後の位相微分画像から、アンラップ処理後のオフセット画像を減算するオフセット補正が行われる（ステップＳ３５）。
【００８７】
このオフセット補正後の位相微分画像を位相コントラスト画像生成部４５が積分処理することにより、位相コントラスト画像が生成され（ステップＳ３６）、オフセット補正後の位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像記録部１６に記録された後、モニタ１８ｂに画像表示される（ステップＳ３７）。
【００８８】
以上のように、ステップＳ３４のアンラップ処理では、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出し、このＮＧ領域以外のＯＫ領域についてのみアンラップ処理を行っているため、アンラップエラーが生じ難く、ノイズの少ない位相微分画像が得られる。Ｘ線位相イメージングでの関心領域である軟部組織（軟骨部等）は、ＮＧ領域外に存在するため、アンラップエラーによるノイズで軟部組織の画像化が阻害されることは防止される。
【００８９】
なお、上記実施形態では、アンラップ処理を開始する起点ＳＰを、ＯＫ領域の中央付近に設定しているが、起点ＳＰは、ＯＫ領域内のいずれの画素に設定してもよい。例えば、図１１に示すように、ＯＫ領域の角部（ｘ方向及びｙ方向の端部）に起点ＳＰを設定してもよい。アンラップ処理方法は、上記実施形態と同様であり、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、起点ＳＰから隣接画素が順にアンラップ処理される。図１１（Ｄ）のステップは同様であるため説明を省略する。
【００９０】
また、上記実施形態では、基準画素に対してｘ方向（左右）及びｙ方向（上下）の４方向に隣接する隣接画素のうち、ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を同時にアンラップ処理しているが、ｘ方向またはｙ方向のうち１方向に隣接する隣接画素を１画素ずつ順にアンラップ処理してもよい。
【００９１】
例えば、図１２（Ａ）に示すように、まず、ＯＫ領域の角部（ｘ方向及びｙ方向の端部）に起点ＳＰを設定し、ｘ方向に隣接する隣接画素をアンラップ処理する。次に、アンラップ処理された該隣接画素を基準画素とし、ｘ方向に隣接する隣接画素をアンラップ処理する。これを繰り返し行い、図１２（Ｂ）に示すように、ＯＫ領域のｘ方向端に達すると、起点ＳＰからｙ方向に隣接する隣接画素をアンラップ処理し、図１２（Ｃ）に示すように、アンラップ処理された該隣接画素からｘ方向に順にアンラップ処理していく。そして、隣接画素がＮＧ領域内の画素である場合には、この画素のアンラップ処理は行わない。ＯＫ領域内の同一行内の画素は、図１２（Ｄ）に示すように、既にアンラップ処理が行われている上段の行の画素を基準画素として、アンラップ処理を行う。以下、同様にアンラップ処理を行うことにより、ＯＫ領域内の全ての画素についてアンラップ処理を行うことができる。
【００９２】
また、上記実施形態では、ＯＫ／ＮＧ領域検出部４２は、強度変調信号の平均強度、振幅、またはビジビリティに基づいて、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出しているが、ＮＧ領域の検出基準はこれに限られず、強度変調信号の平均強度の画素間のばらつき（すなわち、吸収画像の画素間のばらつき）や、位相微分画像の画素間のばらつきが所定値より大きい領域をＮＧ領域として検出してもよい。なお、この位相微分画像の画素間のばらつきは、第１及び第２の格子２１，２２の格子線に直交する方向（ｘ方向）へのばらつきとすることが好ましい。
【００９３】
また、位相微分画像の各画素について絶対値を取り、この絶対値が所定値を超える箇所を検出することにより、高吸収体領域のエッジ部分を検出することができるため、このエッジ部で囲われる領域をＮＧ領域として検出してもよい。
【００９４】
また、強度変調信号の平均強度や最大強度が所定値より大きく、強度変調信号に飽和が生じている領域をＮＧ領域として検出してもよい。この強度変調信号の飽和は、被検体Ｈを透過せずに第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３に直接入射した画素領域（素抜け領域）で生じやすい。強度変調信号が飽和すると位相ズレ量ψ（ｘ）が正確に得られなくなるため、この素抜け領域もアンラップエラーが生じやすい領域である。以上の検出基準を適宜組み合わせてもよい。
【００９５】
さらに、Ｘ線画像検出器１３、第１の格子２１、第２の格子２２に欠陥が生じたり、ゴミなどが付着したりした場合には、所定の画素部３０の画素値が常に高く、または低くなることがある。このような画素欠陥が生じた領域は、強度変調信号の平均強度、振幅、またはビジビリティが異常値を示すため、アンラップエラーが生じやすい領域となる。このような画素欠陥領域についても、上記の検出基準を適宜組み合わせることにより、ＮＧ領域として検出可能である。
【００９６】
また、上記実施形態では、ＮＧ領域にはアンラップ処理が行われないため、最終的に画像記録部１６に記録されモニタ１８ｂに表示される位相微分画像のＮＧ領域は、不連続点が残存したノイズの大きい画像となる可能性があるため、図１３に示すように、画像処理部１５にＮＧ領域画像置換部５０を設けてもよい。
【００９７】
ＮＧ領域画像置換部５０は、本撮影時にメモリ１４に記憶されたＭ枚分の画像データに基づき、吸収画像、吸収画像の微分画像、または小角散乱画像を生成し、該画像のＮＧ領域に対応する部分を、オフセット補正後の位相微分画像のＮＧ領域に挿入して置換する。また、同様に、位相コントラスト画像のＮＧ領域を置換してもよい。吸収画像は、強度変調信号の平均強度を画像化することにより生成される。吸収画像の微分画像は、吸収画像を所定方向（例えば、ｘ方向）に微分処理することにより生成される。小角散乱画像は、強度変調信号の振幅を画像化することにより生成される。
【００９８】
また、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源１１と第１の格子２１との間に配置しているが、被検体Ｈを第１の格子２１と第２の格子２２との間に配置してもよい。
【００９９】
また、上記実施形態では、縞走査時に第２の格子２２を格子線に直交する方向（ｘ方向）に移動させているが、本出願人により特願２０１１−０９７０９０号として出願されているように、第２の格子２２を格子線に対して傾斜する方向（ｘｙ平面内でｘ方向及びｙ方向に直交しない方向）に移動させてもよい。この場合には、第２の格子２２の移動のｘ方向成分に基づいて、走査位置ｋを設定すればよい。第２の格子２２を格子線に対して傾斜する方向に移動させることにより、縞走査の一周期分の走査に要するストローク（移動距離）が長くなるため、移動精度が向上するといった利点がある。
【０１００】
また、上記実施形態では、縞走査時に第２の格子２２を移動させているが、第２の格子２２に代えて、第１の格子２１を格子線に直交する方向または傾斜する方向に移動させてもよい。
【０１０１】
また、上記第実施形態では、Ｘ線源１１から射出されるコーンビーム状のＸ線を射出するＸ線源１１を用いているが、平行ビーム状のＸ線を射出するＸ線源を用いることも可能である。この場合には、上式（１）に代えて、ｐ２＝ｐ１をほぼ満たすように第１及び第２の格子２１，２２を構成すればよい。
【０１０２】
また、上記実施形態では、Ｘ線源１１から射出されたＸ線を第１の格子２１に入射させており、Ｘ線源１１は単一焦点であるが、Ｘ線源１１の射出側直後に、ＷＯ２００６／１３１２３５号公報等に記されたマルチスリット（線源格子）を設けることにより、Ｘ焦点を分散化してもよい。これより、高出力のＸ線源を用いることが可能となり、Ｘ線量が向上するため、位相微分画像の画質が向上する。この場合、マルチスリットのピッチｐ０は、下式（１０）を満たす必要がある。この場合、距離Ｌ１は、マルチスリットから第１の格子２１までの距離を表す。
【０１０３】
【数１０】
【０１０４】
また、上記実施形態では、第１の格子２１が入射Ｘ線を幾何光学的に投影するように構成しているが、ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等で知られているように、第１の格子２１をタルボ効果が生じる構成としてもよい。第１の格子２１でタルボ効果を生じさせるためには、Ｘ線の空間干渉性を高めるように、小焦点のＸ線光源を用いるか、上記マルチスリットを用いればよい。
【０１０５】
第１の格子２１でタルボ効果が生じる場合には、第１の格子２１の自己像（Ｇ１像）が、第１の格子２１からｚ方向下流にタルボ距離Ｚｍだけ離れた位置に生じるため、第１の格子２１から第２の格子２２までの距離Ｌ２をタルボ距離Ｚｍとする必要がある。
【０１０６】
タルボ距離Ｚｍは、第１の格子２１の構成とＸ線のビーム形状とに依存する。第１の格子２１が吸収型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１１）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１０７】
【数１１】
【０１０８】
また、第１の格子２１がＸ線にπ／２の位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１２）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１０９】
【数１２】
【０１１０】
また、第１の格子２１がＸ線にπの位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１３）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１１１】
【数１３】
【０１１２】
また、第１の格子２１が吸収型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１４）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１１３】
【数１４】
【０１１４】
また、第１の格子２１がＸ線にπ／２の位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１５）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１１５】
【数１５】
【０１１６】
そして、第１の格子２１がＸ線にπの位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚｍは、下式（１６）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１１７】
【数１６】
【０１１８】
また、上記実施形態では、格子部１２に第１及び第２の格子２１，２２の２つの格子を設けているが、第２の格子２２を省略し、第１の格子２１のみとすることも可能である。
【０１１９】
例えば、特開平２００９−１３３８２３号公報に記されたＸ線画像検出器を用いることにより、第２の格子２２を省略し、第１の格子２１のみとすることが可能である。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線画像検出器であり、各画素の電荷収集電極が複数の線状電極群を備える。１つの線状電極群は、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たものであり、他の線状電極群と互いに位相が異なるように配置されている。この線状電極群が第２の格子２２として機能し、線状電極群が複数存在することにより、一度の撮影で位相の異なる複数のＧ２像の検出が行われる。したがって、この構成では、走査機構２３を省略することが可能である。
【０１２０】
また、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法がある。この方法として、本出願人により特願２０１０−２５６２４１号として出願されている画素分割法がある。この画素分割法では、第１の格子２１と第２の格子２２とを、ｚ方向の回りに僅かに回転させて、ｙ方向に周期を有するモアレ縞をＧ２像に発生させる。Ｘ線画像検出器１３により得られる単一の画像データを、該モアレ縞に対して互いに位相が異なる画素行（ｘ方向に並ぶ画素）の群に分割し、分割された複数の画像データを、縞走査により互いに異なる複数のＧ２像に基づくものと見なして、上記縞走査法と同様な手順で位相微分画像を生成する。この画素分割法において、前述の強度変調信号は、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。
【０１２１】
さらに、画素分割法と同様に、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法として、ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されたフーリエ変換法が知られている。このフーリエ変換法は、上記単一の画像データに対してフーリエ変換を行うことによりフーリエスペクトルを取得し、このフーリエスペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトル（位相情報を担うスペクトル）を分離した後、逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分画像を生成する方法である。なお、このフーリエ変換法において、前述の強度変調信号は、画素分割法の場合と同様に、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。
【０１２２】
本発明は、医療診断用の放射線撮影装置の他に、工業用の放射線撮影装置等に適用することが可能である。また、放射線は、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】
【０１２３】
１０ Ｘ線撮影装置
１２ 格子部
２０ Ｘ線画像検出器
２１ 第１の格子
２１ａ Ｘ線吸収部
２１ｂ Ｘ線透過部
２２ 第２の格子
２２ａ Ｘ線吸収部
２２ｂ Ｘ線透過部
３０ 画素部
３１ 画素電極
３３ ゲート走査線
３５ 信号線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源から射出され、被検体を透過した放射線を検出して画像データを生成する放射線検出器と、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、
前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
前記位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出するＯＫ／ＮＧ領域検出部と、
前記ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながら前記ＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理するアンラップ処理部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影において、前記位相微分画像生成部により生成された位相微分画像をオフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部を備え、前記アンラップ処理部は、前記オフセット画像に対しても前記アンラップ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記アンラップ処理後のオフセット画像を減算するオフセット処理部を備えることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記アンラップ処理部は、基準点に対して互いに直交する４方向に隣接する隣接画素のうち、前記ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を同時にアンラップ処理することを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記アンラップ処理部は、基準点に対して１方向に隣接し、前記ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を１画素ずつアンラップ処理することを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記アンラップ処理部は、前記ＯＫ領域が複数存在する場合に、前記各ＯＫ領域中に前記起点を設定して前記アンラップ処理を行うことを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記格子部は、放射線源からの放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽して第２の周期パターン像を生成する第２の格子と有し、
前記放射線画像検出器は、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成することを特徴とする請求項１から６いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記格子部は、前記第１の格子または第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、
前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成し、
前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に直交する方向に移動させることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に対して傾斜する方向に移動させることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
【請求項１１】
前記位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて前記位相微分画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
前記ＯＫ／ＮＧ領域検出部は、画素値の強度変化を表す強度変調信号の平均強度、振幅、ビジビリティのうち１つまたは複数の組み合わせに基づいてＮＧ領域を検出することを特徴とする請求項８から１１いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
吸収画像、吸収画像の微分画像、小角散乱画像のうちいずれかを生成し、前記位相微分画像の前記ＮＧ領域を置換するＮＧ領域画像置換部を備えることを特徴とする請求項８から１２いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
前記第１の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより前記第１の周期パターン像を生成することを特徴とする請求項７から１３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１５】
前記第１の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて前記第１の周期パターン像を生成することを特徴とする請求項７から１３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１６】
前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備えることを特徴とする請求項１から１５いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１７】
所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出し、前記ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながら前記ＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理することを特徴とするアンラップ処理方法。
【請求項１】
放射線源から射出され、被検体を透過した放射線を検出して画像データを生成する放射線検出器と、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、
前記画像データに基づき、所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
前記位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出するＯＫ／ＮＧ領域検出部と、
前記ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながら前記ＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理するアンラップ処理部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影において、前記位相微分画像生成部により生成された位相微分画像をオフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部を備え、前記アンラップ処理部は、前記オフセット画像に対しても前記アンラップ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記アンラップ処理後のオフセット画像を減算するオフセット処理部を備えることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記アンラップ処理部は、基準点に対して互いに直交する４方向に隣接する隣接画素のうち、前記ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を同時にアンラップ処理することを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記アンラップ処理部は、基準点に対して１方向に隣接し、前記ＯＫ領域内で、かつアンラップ処理が行われていない隣接画素を１画素ずつアンラップ処理することを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記アンラップ処理部は、前記ＯＫ領域が複数存在する場合に、前記各ＯＫ領域中に前記起点を設定して前記アンラップ処理を行うことを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記格子部は、放射線源からの放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽して第２の周期パターン像を生成する第２の格子と有し、
前記放射線画像検出器は、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成することを特徴とする請求項１から６いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記格子部は、前記第１の格子または第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、
前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成し、
前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に直交する方向に移動させることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記走査機構は、前記第１の格子または第２の格子を、格子線に対して傾斜する方向に移動させることを特徴とする請求項８に記載の放射線撮影装置。
【請求項１１】
前記位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて前記位相微分画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
前記ＯＫ／ＮＧ領域検出部は、画素値の強度変化を表す強度変調信号の平均強度、振幅、ビジビリティのうち１つまたは複数の組み合わせに基づいてＮＧ領域を検出することを特徴とする請求項８から１１いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
吸収画像、吸収画像の微分画像、小角散乱画像のうちいずれかを生成し、前記位相微分画像の前記ＮＧ領域を置換するＮＧ領域画像置換部を備えることを特徴とする請求項８から１２いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
前記第１の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより前記第１の周期パターン像を生成することを特徴とする請求項７から１３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１５】
前記第１の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて前記第１の周期パターン像を生成することを特徴とする請求項７から１３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１６】
前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備えることを特徴とする請求項１から１５いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１７】
所定の範囲にラップされた値で表現された位相微分画像においてアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するとともに、それ以外の領域をＯＫ領域として検出し、前記ＯＫ領域中に起点を設定し、この起点を基準点として隣接画素をアンラップ処理した後、アンラップ処理が行われた画素に基準点を変更しながら前記ＯＫ領域内の画素を順にアンラップ処理することを特徴とするアンラップ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【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】
【公開番号】特開２０１３−４２７８８（Ｐ２０１３−４２７８８Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０５３４（Ｐ２０１１−１８０５３４）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【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２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]