放射線撮影装置及び放射線撮影方法
【課題】縞走査法で取得される複数の画像データの一部に異常が生じた場合でも精度よく位相微分画像を生成可能とする。
【解決手段】Ｘ線源から放射された放射線を第１の格子を通過させて第１の周期パターン像（Ｇ１像）を生成する。Ｇ１像を第２の格子により部分的に遮蔽して第２の周期パターン像（Ｇ２像）を生成する。第１の格子に対して第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、第２の格子を複数の走査位置に順に設定する。各走査位置でＧ２像をＸ線画像検出器により検出して画像データを生成する。各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定する。各画像データから異常画素値を除去する。異常画素値が除去された各画像データに基づき、位相微分画像を生成する。
【解決手段】Ｘ線源から放射された放射線を第１の格子を通過させて第１の周期パターン像（Ｇ１像）を生成する。Ｇ１像を第２の格子により部分的に遮蔽して第２の周期パターン像（Ｇ２像）を生成する。第１の格子に対して第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、第２の格子を複数の走査位置に順に設定する。各走査位置でＧ２像をＸ線画像検出器により検出して画像データを生成する。各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定する。各画像データから異常画素値を除去する。異常画素値が除去された各画像データに基づき、位相微分画像を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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放射線撮影方法に関する。
【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う特性を有する。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の格子を配置し、第１の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。縞走査法では、第１の格子に対して第２の格子を、所定のピッチで間欠移動させながら、その停止中にＸ線源からＸ線を放射し、被検体、第１及び第２の格子を通過したＸ線をＸ線画像検出器で検出することにより画像データを生成する。この間欠移動は、第１の格子の面に平行でかつ第１の格子の格子線方向に垂直な方向に行う。Ｘ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き、画素毎に画素値の強度変調を表す強度変調信号を生成し、この強度変調信号の位相ズレ量（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、上記変調量の二次元分布を表す位相微分画像が得られる。
【０００８】
しかし、縞走査法では、一連の撮影動作中に振動等が生じて位置ずれが生じた場合には、複数の画像データのうち一部が異常となり、位相ズレ量の算出精度が低下することにより、位相微分画像の画質が劣化するという問題がある。そこで、第１及び第２の格子の振動を検出する振動センサを設け、この振動センサにより所定値以上の振動が検出された場合に、Ｘ線源によるＸ線放射を停止させ、操作者に再撮影を促すことが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０５８０７０号公報
【特許文献２】特開２００８−２００３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に記載のＸ線撮影システムでは、縞走査法における一連の撮影動作中に振動が検出されるたびに、Ｘ線放射が停止されて再撮影が促されるため、再撮影を行う手間が生じるだけでなく、再撮影により被検体（患者）が余計に被曝するという問題がある。
【００１１】
また、複数の画像データの一部が異常となる原因として、第１及び第２の格子の振動の他に、被検体の振動や、Ｘ線源によるＸ線放射のばらつき、Ｘ線画像検出器への静電気放電によるノイズ等も考えられる。
【００１２】
本発明は、縞走査法で取得される複数の画像データの一部に異常が生じた場合でも精度よく位相微分画像を生成可能とする放射線撮影装置及び放射線撮影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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影装置は、放射線源に対向配置された複数の格子と、前記複数の格子のうちいずれか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と、前記各走査位置で、前記放射線源から放射され前記複数の格子を通過した放射線を検出して画像データを生成する放射線画像検出器と、前記各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定する異常画素値判定部と、前記各画像データから前記異常画素値を除去する異常画素値除去部と、前記異常画素値が除去された前記各画像データに基づいて位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、を備えるものである。
【００１４】
前記異常画素値以外の正常画素値の数を、前記各画像データにおいて対応する画素毎にカウントする正常画素値計数部を備えることが好ましい。
【００１５】
前記異常画素値判定部は、前記走査機構により設定される全ての前記複数の走査位置で前記放射線画像検出器により前記画像データが生成された後、前記判定を行うことが好ましい。
【００１６】
前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数以上存在する場合にエラー報知を行うエラー報知部をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
前記異常画素値判定部は、前記走査機構により設定される前記各走査位置で前記放射線画像検出器により前記画像データが生成されるたびに前記判定を行い、前記正常画素値計数部は、前記異常画素値判定部により前記判定が行われるたびに前記正常画素値の数をカウントしてもよい。
【００１８】
この場合、前記走査機構は、前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数より少なくなるまで、前記複数の格子のうちいずれかを移動させて新たな走査位置を設定し、前記放射線画像検出器は、前記走査機構により設定された新たな走査位置で前記画像データを生成することが好ましい。
【００１９】
また、前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数以上とならないまま、前記画像データの生成回数が規定回数に達した場合に、エラー報知を行うエラー報知部をさらに備えることが好ましい。
【００２０】
前記画像データ中の前記異常画素値の数に基づき、前記画像データが正常であるか否かを判定する画像データ判定部をさらに備え、前記走査機構は、所定枚の正常な画像データが得られるまで、前記複数の格子のうちいずれかを移動させて新たな走査位置を設定し、前記放射線画像検出器は、前記走査機構により設定された新たな走査位置で前記画像データを生成してもよい。
【００２１】
この場合には、所定枚の正常な画像データが得られないまま、前記画像データの生成回数が規定回数に達した場合に、エラー報知を行うエラー報知部を備えることが好ましい。
【００２２】
前記判定基準は、前記正常画素値が取り得る下限及び上限により規定される。前記放射線源から放射される放射線の放射線量を計測する放射線量計測部と、前記放射線量検出部により検出された放射線量に基づいて前記判定基準を決定する判定基準決定部と、をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
前記放射線量計測部は、前記放射線源から放射される放射線の放射線量を、前記複数の格子を介さずに検出する放射線量センサであることが好ましい。前記放射線量計測部は、前記放射線源の管電流を検出するとともに、検出した管電流を時間積算することにより放射線量を計測する管電流時間積算部であってもよい。
【００２４】
前記位相微分画像を積分処理して位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部を備えることが好ましい。
【００２５】
前記異常画素値判定部により判定された異常画素値が補正可能であるか否かを判定する補正可否判定部と、前記補正可否判定部により補正可能と判定された異常画素値を、その周辺の正常画素値に基づいて補正する補正処理部と、を備えてもよい。
【００２６】
前記複数の格子は、放射線源から放射された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の格子とからなり、前記走査機構は、前記第１の格子または前記第２の格子を移動させることが好ましい。
【００２７】
前記複数の格子は、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線源格子と、前記線源格子から射出される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の格子とからなり、前記走査機構は、前記線源格子、前記第１の格子、前記第２の格子のうちいずれかを移動させることが好ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
本発明の放射線撮影方法は、放射線源に対向配置された複数の格子のうちいずれか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ステップと、前記各走査位置で、前記放射線源から放射され前記複数の格子を通過した放射線を放射線画像検出器により検出して画像データを生成するステップと、前記各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定するステップと、前記各画像データから前記異常画素値を除去するステップと、前記異常画素値が除去された前記各画像データに基づいて位相微分画像を生成するステップと、を備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定し、各画像データから異常画素値を除去し、異常画素値が除去された各画像データに基づいて位相微分画像を生成するので、複数の画像データの一部に異常が生じた場合でも精度よく位相微分画像を生成ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】Ｘ線撮影装置の構成を示す模式図である。
【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】異常画素値の判定基準を説明する説明図である。
【図７】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８】異常画素値の判定基準の変形例を説明する説明図である。
【図９】第２実施形態の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】第３実施形態の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】第４実施形態のＸ線撮影装置の構成を示す模式図である。
【図１２】第４実施形態の変形例を示す模式図である。
【図１３】第５実施形態のＸ線撮影装置の作用を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１実施形態）
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、周知のように、回転陽極型のＸ線管（図示せず）と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータ（図示せず）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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に記憶された複数の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、位相微分画像及び位相コントラスト画像を記録する。
【００３７】
走査機構２３は、第２の格子２２をＸ方向に間欠的に移動させ、第１の格子２１に対する第２の格子２２の位置（走査位置）を順に変更する。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を有し、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、走査機構２３により変更される第１の格子２１に対する第２の格子２２の各走査位置でＸ線画像検出器１３により生成された画像データが一括して記憶される。
【００３８】
コンソール１８は、操作部１８ａ及びモニタ１８ｂを有する。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、撮影実行指示等の操作入力を可能とする。
【００３９】
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。
【００４０】
図２において、Ｘ線画像検出器１３は、周知のように、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。
【００４１】
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を有する。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号公報に記載された層構成と同様である。
【００４２】
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）等を有する。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、欠陥画素補正、暗電流補正、ゲイン補正、リニアリティ補正等を行う。このうち、欠陥画素補正は、前もって得られている欠陥画素情報に基づいて行う。この補正後の画像データがメモリ１４に記憶される。この画像データの画素値は、ＱＬ値という濃度値で表される。
【００４３】
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として、シンチレータと、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等の固体撮像素子とを組み合わせたものを用いてもよい。
【００４４】
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状である。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線をほぼ幾何光学的に投影するように構成されている。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線の実効波長より十分大きな値とし、Ｘ線透過部２１ｂを通過する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線の実効波長は約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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
【数１】
【００４８】
Ｇ１像は、Ｘ線が被検体Ｈで位相変化し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におけるＸ線のＸ方向への屈折角φ（ｘ）が反映される。同図には、被検体Ｈにおける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。
【００４９】
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。
【００５０】
【数２】
【００５１】
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。
【００５２】
【数３】
【００５３】
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。
【００５４】
【数４】
【００５５】
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、縞走査法を用いて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。
【００５６】
縞走査法は、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を間欠移動させ、その停止中に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、例えば５とする。
【００５７】
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に達すると元のパターンに一致する。このモアレ縞の移動を確認することで、第２の格子２２の移動量を確認することができる。
【００５８】
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、座標ｘ，ｙに位置するＭ個の画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）は、第１の格子２１に対する第２の格子２２の走査位置ｋに応じ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（ｘ，ｙ）の変化を表す信号を強度変調信号という。
【００５９】
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。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，ｙ）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，ｙ）は、変位量Δｘと下式（５）の関係にある。
【００６０】
【数５】
【００６１】
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（ｘ，ｙ）に基づき、強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を求めることにより、位相微分画像が得られる。
【００６２】
次に、位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）の算出方法について説明する。走査位置ｋに対する画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）の変化を表す強度変調信号は、一般に下式（６）で表される。
【００６３】
【数６】
【００６４】
ここで、Ａ０は入射Ｘ線の強度に対応し、Ａｎは強度変調信号の振幅に対応する値である。ｎは正の整数、iは虚数単位である。また、δｋは、下式（７）で表される参照位相である。
【００６５】
【数７】
【００６６】
上式（６）において、ｎ≧２以上の高次の項を無視することにより、強度変調信号は、図４に示した正弦波を示す下式（８）で表される。
【００６７】
【数８】
【００６８】
上式（８）を満たす画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）は理論値である。一方、Ｘ線画像検出器２０により実際に得られる画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）は誤差を含んでいる。Ｘ線画像検出器２０により得られる画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）から位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出するために、まず、上式（８）を下式（９）のように変形する。
【００６９】
【数９】
【００７０】
ここで、パラメータａ０，ａ１，ａ２は、それぞれ下式（１０）〜（１２）で表される。
【００７１】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【００７２】
そして、最小二乗法等を用いて、画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）の理論値と実測値との差を最小にするパラメータａ０，ａ１，ａ２の値を求めれば、下式（１３）を用いて、位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）が算出される。
【００７３】
【数１３】
【００７４】
この最小二乗法を用いた位相ズレ量の方法は、「応用光学 光計測入門 谷田貝豊彦著 第二版 平成１７年２月１５日発行 丸善株式会社 （第１９６頁〜第１９８頁）」により知られている。この最小二乗法により導かれる下記の連立方程式（１４）〜（１６）を解くことにより、パラメータａ０，ａ１，ａ２を決定することができる。
【００７５】
【数１４】
【数１５】
【数１６】
【００７６】
なお、上記説明では、上式（６）からｎ≧２以上の高次の項を無視して上式（９）に変形しているが、ｎ≧２以上の項は、線形結合として付加される項であるため、ｎ≧２以上の項を含めた場合においても同様に上式（１３）〜（１６）が成立する。
【００７７】
図５において、画像処理部１５は、異常画素値判定部４０、異常画素値除去部４１、位相微分画像生成部４２、位相コントラスト画像生成部４３、及び正常画素値計数部４４を有する。異常画素値判定部４０は、メモリ１４に記憶されたＭ枚の画像データＤｋの各画素について、各画素値が正常画素値であるか異常画素値であるかを判定する。
【００７８】
異常画素値除去部４１は、異常画素値判定部４０により判定された異常画素値を除去する。位相微分画像生成部４２は、Ｍ枚の画像データＤｋから、異常画素値判定部４０により除去された異常画素値以外の正常画素値を用いて位相微分画像を生成する。位相コントラスト画像生成部４３は、位相微分画像生成部４２により生成された位相微分画像を、Ｘ方向に沿って積分処理することにより、位相コントラスト画像を生成する。
【００７９】
具体的には、異常画素値判定部４０は、図６に示すように、正常な強度変調信号が取り得る所定範囲（下限ＩＭＩＮ〜上限ＩＭＡＸ）に含まれる画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）を正常画素値と判定し、それ以外の画素値を異常画素値と判定する。同図の場合には、画素値Ｉ２（ｘ，ｙ）は所定範囲外であるため、異常画素値判定部４０により異常画素値と判定され、異常画素除去部４１により除去される。
【００８０】
位相微分画像生成部４２は、画像データＤｋから異常画素除去部４１を介して正常画素値のみを受け取り、正常画素値のみを用いて強度変調信号を構成し、この強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出することにより位相微分画像を生成する。具体的には、連立方程式（１４）〜（１６）において、各左辺の和から異常画素値に対応する走査位置ｋの項を除外して演算を行う。ここで、異常画素値に対応する走査位置ｋの項が除外されることにより、参照位相δｋは非等間隔となる。図６の場合には、ｋ＝２の項が連立方程式（１４）〜（１６）の各左辺の和から除外され、非等間隔の参照位相δ０，δ１，δ３，δ４に対応する正常画素値Ｉ０（ｘ，ｙ），Ｉ１（ｘ，ｙ），Ｉ３（ｘ，ｙ），Ｉ４（ｘ，ｙ）を用いて演算が行われる。これは、同図に示すように、正常画素値Ｉ０（ｘ，ｙ），Ｉ１（ｘ，ｙ），Ｉ３（ｘ，ｙ），Ｉ４（ｘ，ｙ）のみを正弦波でフィッティングし、このフィッティング波形の位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出することに相当する。
【００８１】
正常画素値計数部４４は、異常画素値判定部４０により判定された正常画素値の数を対応する画素ごとにカウントする。システム制御部１９は、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓ（例えば３）より少ない画素が所定数以上（例えば、１以上）存在するか否かを判定する。カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在する場合には、該画素部３０に対応する強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）が精度よく算出されないため、システム制御部１９は、モニタ１８ｂを制御して、異常が生じている旨のエラーメッセージの表示（エラー報知）を行う。ここで、システム制御部１９及びモニタ１８ｂがエラー報知部を構成する。なお、このエラー報知を、音声やランプの点灯等により行ってもよい。
【００８２】
なお、位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）の算出は、上式（１４）〜（１６）でパラメータがａ０，ａ１，ａ２の３個であることから分かるように、強度変調信号を構成する正常画素値の数は、最低３個必要である。このため、基準値Ｓを“３”とすることが好ましい。また、いわゆるサンプリング定理を満たすためには、強度変調信号を構成する正常画素値の数は、最低４個必要であるため、より厳しく、基準値Ｓを“４”とすることも好ましい。
【００８３】
次に、図７に示すフローチャートに沿ってＸ線撮影装置１０の作用を説明する。被検体Ｈが配置され、操作部１８ａにより撮影指示がなされると（ステップＳ１０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間欠移動されながら、各走査位置ｋにおいて、Ｘ線源１１によるＸ線照射と、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Ｓ１１）。この縞走査の結果、Ｍ枚の画像データＤｋが生成され、メモリ１４に格納される。
【００８４】
このＭ枚の画像データＤｋに基づき、異常画素値判定部４０により、各画像データＤｋの各画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）が正常画素値であるか異常画素値であるかが判定される（ステップＳ１２）。この判定が終了すると、正常画素値計数部４４により、正常画素値の数が対応する画素ごとにカウントされる（ステップＳ１３）。システム制御部１９により、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在するか否かが判定され（ステップＳ１４）、カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在する場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、モニタ１８にエラーメッセージの表示が行われ（ステップＳ１５）、位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成が行われずに動作が終了する。
【００８５】
一方、カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在しない場合には（ステップＳ１４でＮＯ）、異常画素除去部４１により異常画素値が除去される（ステップＳ１６）。この後、位相微分画像生成部４２により、正常画素値のみを用いて強度変調信号が構成され、この位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出することにより位相微分画像が生成される（ステップＳ１７）。
【００８６】
そして、位相コントラスト画像生成部４３により、位相微分画像に対して積分処理が行われ、位相コントラスト画像が生成され（ステップＳ１８）、モニタ１８ｂに、位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像表示される（ステップＳ１９）。
【００８７】
異常画素値が生じる原因としては、Ｘ線撮影装置１０や被検体Ｈに生じる振動、Ｘ線源１１によるＸ線放射のばらつき、Ｘ線画像検出器１３への静電気放電によるノイズ等がある。振動が生じた場合には、画像データＤｋに全体的に異常画素が生じやすい。一方、Ｘ線放射のばらつきや静電気放電が生じた場合には、画像データＤｋに部分的に異常画素が生じやすい。本実施形態では、いずれの場合においても異常画素値の除去が行われるため、位相微分画像が精度よく生成される。
【００８８】
なお、Ｘ線画像検出器１３の画素部３０の欠陥により、欠陥画素（画素値が固定的な欠陥）が生じる可能性があるが、この欠陥画素は、前述のように読み出し回路３６内で補正が行われるため、異常画素値判定部４０では異常画素値と判定されない。
【００８９】
上記実施形態では、異常画素値判定部４０は、正常な強度変調信号が取り得る所定範囲に含まれる画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）が含まれるか否かに基づいて異常画素値を判定しているが、図８に示すように、判定対象の画素値Ｉｊ（ｘ，ｙ）が、その前後の画素値Ｉｊ−１（ｘ，ｙ），Ｉｊ＋１（ｘ，ｙ）から推定される範囲Ｗに含まれるか否かに基づいて異常画素値を判定してもよい。同図の場合には、画素値Ｉｊ（ｘ，ｙ）は、範囲Ｗに含まれないため、異常画素値と判定される。なお、強度変調信号の端部に位置する画素値Ｉ０（ｘ，ｙ）の判定を行う場合には、その前後の画素値として、画素値Ｉ１（ｘ，ｙ）と画素値ＩＭ−１（ｘ，ｙ）とを用いる。同様に、強度変調信号の端部に位置する画素値ＩＭ−１（ｘ，ｙ）の判定を行う場合には、その前後の画素値として、画素値ＩＭ−２（ｘ，ｙ）と画素値Ｉ０（ｘ，ｙ）とを用いる。
【００９０】
また、上記実施形態では、カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在する場合に、位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成が行わずに動作を終了しているが、この終了動作を行わずに位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成を行い、これらを画像表示するとともにエラー報知を行ってもよい。
【００９１】
なお、カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が少なくとも１つ以上存在する場合に位相微分画像の生成を行うには、異常画素値を補正することが好ましい。この異常画素値の補正方法として、２つの補正方法がある。第１の補正方法は、画像データＤｋにおいて異常画素値を、その周囲の正常画素値を用いて補正する方法である。第２の補正方法は、画像データＤｋの状態で補正を行わずに、位相微分画像を生成した後、画像データＤｋ上での異常画素値に対応する画素値（異常位相微分値）を、その周囲の正常画素値に対応する画素値（正常位相微分値）を用いて補正する方法である。
【００９２】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、縞走査によりＭ枚の画像データＤｋが生成された後に正常画素値及び異常画素値の判定を行っているが、本実施形態では、１枚の画像データＤｋが生成されるたびに正常画素値及び異常画素値の判定を行う。本実施形態は、システム制御部１９による各部の制御方法が異なること以外は、第１実施形態と同一であるため、各部の説明は省略する。
【００９３】
図９において、被検体Ｈが配置され、操作部１８ａにより撮影指示がなされると（ステップＳ２０でＹＥＳ）、まず、第２の格子２２がｋ＝０の初期位置に配置された状態で、Ｘ線源１１によりＸ線照射が行われる（ステップＳ２１）。Ｘ線画像検出器１３により画像データＤ０が生成される（ステップＳ２２）と、異常画素値判定部４０により、画像データＤ０の各画素値Ｉ０（ｘ，ｙ）が正常画素値であるか異常画素値であるかが判定される（ステップＳ２３）。そして、正常画素値計数部４４により、正常画素値の数が画素ごとにカウントされる（ステップＳ２４）。
【００９４】
次いで、システム制御部１９により、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓ（例えば４）より少ない画素が所定数以上存在するか否かが判定される（ステップＳ２５）。ここでは、カウント数Ｃは、高々１であるため、カウント数Ｃが所定の基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在すると判定される（ステップＳ２５でＹＥＳ）。
【００９５】
そして、システム制御部１９により、撮影指示がなされてからのＸ線照射回数（すなわち、画像データの生成回数）が照射制限回数（例えば７回）に達したか否かが判定される（ステップＳ２６）。ここでは、まだ１回しかＸ線照射が行われていないため、照射制限回数に達していないと判定される（ステップＳ２６でＮＯ）。この後、走査機構２３により第２の格子２２が１走査ピッチだけ移動され（ステップＳ２７）、同様に、ステップＳ２１〜Ｓ２７が繰り返し実行される。
【００９６】
ステップＳ２５において、カウント数Ｃが所定の基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在しないと判定されると（ステップＳ２５でＮＯ）、第１実施形態と同様に、異常画素除去部４１により異常画素値が除去されたうえで（ステップＳ２８）、位相微分画像生成部４２により位相微分画像が生成され（ステップＳ２９）、位相コントラスト画像生成部４３により位相コントラスト画像が生成される（ステップＳ３０）。そして、モニタ１８ｂに、位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像表示される（ステップＳ３１）。
【００９７】
ステップＳ２６において、Ｘ線照射回数が照射制限回数に達したと判定された場合には（ステップＳ２６でＹＥＳ）、モニタ１８にエラーメッセージの表示（エラー報知）が行われ（ステップＳ３２）、位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成が行われずに動作が終了する。
【００９８】
なお、本実施形態では、照射制限回数をＭより大きな値に設定した場合には、正常画素値が強度変調信号の１周期分を超える数だけ得られる可能性がある。この場合には、上式（１４）〜（１６）のＭを、その１周期分を超える数に置き換えることにより、同様に位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出することができる。
【００９９】
本実施形態では、照射制限回数を上限として、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓに達するまでＸ線照射及び画像データＤｋの生成が行われるため、カウント数Ｃが基準値Ｓに達せず異常終了する確率が減る。また、照射制限回数を規定しているので、被検体Ｈが所定量以上被曝することはない。
【０１００】
なお、本実施形態では、Ｘ線照射回数が照射制限回数に達した場合に、位相微分画像および位相コントラスト画像の生成が行わずに動作を終了しているが、この終了動作を行わずに位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成を行い、これらを画像表示するとともにエラー報知を行ってもよい。
【０１０１】
この場合、異常画素値の補正を行うことが好ましい。この異常画素値の補正方法として、２つの補正方法がある。第１の補正方法は、画像データＤｋにおいて異常画素値を、その周囲の正常画素値を用いて補正する方法である。第２の補正方法は、画像データＤｋの状態で補正を行わずに、位相微分画像を生成した後、画像データＤｋ上での異常画素値に対応する画素値（異常位相微分値）を、その周囲の正常画素値に対応する画素値（正常位相微分値）を用いて補正する方法である。
【０１０２】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、画素部３０ごとに正常画素値の数をカウントし、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓに達するまでＸ線照射及び画像データＤｋの生成を行っているが、画像データＤｋが得られるたびに画像データＤｋが正常であるか否かを判定し、所定枚の正常な画像データＤｋが得られるまでＸ線照射及び画像データＤｋの生成を行うようにしてもよい。
【０１０３】
本実施形態では、図１０に示すように、第２実施形態と同様に、撮影指示がなされ（ステップＳ４０でＹＥＳ）、第２の格子２２がｋ＝０の初期位置に配置された状態でＸ線照射が行われ（ステップＳ４１）、画像データＤ０が生成されると（ステップＳ４２）、異常画素値判定部４０により、画像データＤ０の各画素値Ｉ０（ｘ，ｙ）が異常画素値であるか否かが判定される（ステップＳ４３）。そして、システム制御部１９により、画像データＤ０が正常であるか否かが判定される（ステップＳ４４）。この判定は、画像データＤ０中の異常画素値の数が所定数未満であるか否かに基づいて行われる。なお、システム制御部１９が画像データ判定部を構成する。
【０１０４】
次いで、画像データＤ０が正常であると判定された場合には（ステップＳ４４でＹＥＳ）、システム制御部１９により、所定枚（例えば、４枚）の正常な画像データＤｋが得られたか否かが判定される（ステップＳ４５）。ここでは、画像データＤ０の１枚しか得られていないため、所定枚の正常な画像データＤｋは得られていないと判定される（ステップＳ４５でＮＯ）。
【０１０５】
そして、システム制御部１９により、撮影指示がなされてからのＸ線照射回数（画像データの生成回数）が照射制限回数に達したか否かが判定される（ステップＳ４６）。ここでは、まだ１回しかＸ線照射が行われていないため、照射制限回数に達していないと判定される（ステップＳ４６でＮＯ）。この後、走査機構２３により第２の格子２２が１走査ピッチだけ移動され（ステップＳ４７）、同様に、ステップＳ４１〜Ｓ４７が繰り返し実行される。なお、ステップＳ４４において、画像データＤｋが正常でないと判定された場（ステップＳ４４でＮＯ）合には、ステップＳ４６に移行する。
【０１０６】
ステップＳ４５において、所定枚の正常な画像データＤｋが得られたと判定されると（ステップＳ４５でＮＯ）、第２実施形態と同様に、異常画素除去部４１により異常画素値が除去されたうえで（ステップＳ４８）、位相微分画像が生成され（ステップＳ４９）、位相コントラスト画像が生成される（ステップＳ５０）。そして、モニタ１８ｂに、位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像表示される（ステップＳ５１）。
【０１０７】
なお、本実施形態では、Ｘ線照射回数が照射制限回数に達した場合に、位相微分画像および位相コントラスト画像の生成が行わずに動作を終了しているが、この終了動作を行わずに位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成を行い、これらを画像表示するとともにエラー報知を行ってもよい。
【０１０８】
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、異常画素値判定部４０は、所定範囲（下限ＩＭＩＮ〜上限ＩＭＡＸ）に基づいて正常画素値及び異常画素値を判定しているが、本実施形態では、この判定基準をＸ線源１１から放射されるＸ線量を計測することにより決定する。本実施形態では、第１実施形態と同一構成については同一の符号を付し、説明は省略する。
【０１０９】
図１１において、本実施形態のＸ線撮影装置５０は、第１実施形態の構成に加えて、Ｘ線量センサ５１と判定基準決定部５２とを備える。Ｘ線量センサ５１は、Ｘ線画像検出器１３の検出面１３ａにおいて、Ｘ線源１１からＸ線が第１及び第２の格子２１，２２を介さずに照射される領域１３ｂ上に配置されている。
【０１１０】
判定基準決定部５２は、Ｘ線の非照射時と照射時においてＸ線量センサ５１により検出されるＸ線量に基づいて、下限ＩＭＩＮと上限ＩＭＡＸとを決定する。異常画素値判定部４０は、判定基準決定部５２により決定された下限ＩＭＩＮ及び上限ＩＭＡＸに基づいて正常画素値及び異常画素値の判定を行う。
【０１１１】
なお、判定基準決定部５２による下限ＩＭＩＮ及び上限ＩＭＡＸの決定は、Ｘ線源１１からＸ線照射が行われるたびに行ってもよいが、第１回目のＸ線照射時にのみ行い、第２回目のＸ線照射時以降において、第１回目のＸ線照射時に決定された下限ＩＭＩＮ及び上限ＩＭＡＸを用いてもよい。また、Ｘ線量センサ５１を、Ｘ線画像検出器１３の一部の画素部３０を用いて構成してもよい。
【０１１２】
また、本実施形態の変形例として、図１２に示すように、Ｘ線量センサ５１に代えて、Ｘ線源１１の管電流を計測する管電流時間積算部５４を設けてもよい。管電流時間積算部５４は、Ｘ線源１１による各Ｘ線照射時に管電流を検出するとともに、検出した管電流を時間積算することによりＸ線量を計測する。判定基準決定部５２は、管電流時間積算部５４により得られるＸ線量に基づいて、下限ＩＭＩＮと上限ＩＭＡＸとを決定する。
【０１１３】
なお、Ｘ線量センサ５１に加えて管電流時間積算部５４を設け、Ｘ線量センサ５１と管電流時間積算部５４との２つのＸ線量の検出値を考慮して下限ＩＭＩＮと上限ＩＭＡＸとを決定してもよい。Ｘ線量センサ５１または管電流時間積算部５４が放射線量計測部を構成する。この放射線量モニタ部及び判定基準決定部を、上記第２及び第３実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１１４】
（第５実施形態）
上記各実施形態では、Ｘ線画像検出器１３により生成された画像データＤｋから異常画素値判定部４０により異常画素値を検出しているが、静電気放電が起因の場合には、異常画素値は、１枚の画像データＤｋ中に孤立して生じる場合があり、異常画素値の周囲の正常画素値で補正が可能な場合がある。
【０１１５】
そこで、本実施形態では、図１３に示すように、Ｘ線画像検出器１３により１枚の画像データＤｋが生成された（ステップＳ６０）後、異常画素値判定部４０により画像データＤｋ中の異常画素値を判定する（ステップＳ６１）。画像データＤｋ中の隣接画素同士の画素値の差は本来あまり大きくないが、静電気放電等により異常画素値が生じた場合には、異常画素値は、それに隣接する画素値との差が大きくなるため、隣接する画素値との比較により容易に検出可能である。
【０１１６】
次いで、ステップＳ６１で判定された複数の異常画素値のうちから１つの異常画素値を選択し（ステップＳ６２）、その周囲の正常画素値から補正可能であるか否かを判定する（ステップＳ６３）。該異常画素値が孤立しており補正が可能な場合には（ステップＳ６３でＹＥＳ）、該異常画素値をその周囲の正常画素値で補正する（ステップＳ６４）。一方、複数の正常画素値が塊状に生じており、周囲の正常画素値で補正が行えない場合には（ステップＳ６３でＮＯ）、補正処理は行わない。
【０１１７】
この後、選択中の異常画素値が最終の異常画素値であるか否かを判定し（ステップＳ６５）、最終の異常画素値に達するまでの間、別の異常画素値を選択し（ステップＳ６６）、ステップＳ６３〜Ｓ６５を繰り返し実行する。最終の異常画素値に達した場合には（ステップＳ６５でＹＥＳ）、画像データＤｋ中の異常画素値を確定する（ステップＳ６７）。この後、確定された異常画素値が異常画素値除去部４１により除去される。また、確定された正常画素値が正常画素値計数部４４によりカウントされる。本実施形態のその他の構成及び作用は、上記各実施形態と同一である。
【０１１８】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、被検体Ｈを配置した状態でのみ撮影を行なっているが、被検体Ｈを配置せずに同様に撮影を行うことにより、位相微分画像を生成して、これをオフセット画像として記憶しておき、被検体Ｈを配置して撮影が行われた場合に生成された位相微分画像からオフセット画像を減算してもよい。このように被検体Ｈを配置せずに行う撮影についても本発明を適用可能である。
【０１１９】
また、上記各実施形態では、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。
【０１２０】
また、上記各実施形態では、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。
【０１２１】
また、上記各実施形態では、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。
【０１２２】
また、上記各第実施形態では、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。
【０１２３】
また、上記各実施形態では、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。マルチスリットの格子線はＹ方向に平行である。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（１７）を満たす必要がある。ここで、距離Ｌ０は、マルチスリットから第１の格子２１までのＺ方向への距離を表す。
【０１２４】
【数１７】
【０１２５】
その他の構成や作用については、上記各実施形態と同一である。本実施形態では、マルチスリットの位置がＸ線焦点の位置となるため、上記各実施形態において、距離Ｌ１を、距離Ｌ０に置き換えればよい。
【０１２６】
また、上記各実施形態では、縞走査において第１の格子２１または第２の格子２２を移動させているが、マルチスリットを設けた場合には、第１及び第２の格子２１，２２を固定したまま、マルチスリットを移動させることにより縞走査を行うことが可能である。この場合、マルチスリットのピッチｐ０を前述のＭで割った値（ｐ０／Ｍ）を走査ピッチとして、マルチスリットをＸ方向に間欠移動させればよい。これにより、第１及び第２の格子２１，２２に対するマルチスリット６０の相対位置ｋは、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１と順に変更される。その他の構成及び作用は、上記各実施形態と同一である。
【０１２７】
また、上記各実施形態では、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て小焦点化すればよい。
【０１２８】
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。この場合には、第１の格子２１を位相型格子としてもよい。
【０１２９】
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（１８）で表される。ここで、ｍは正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ１，ｐ２は、上式（１）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリットを用いる場合には、距離Ｌ１は距離Ｌ０に置き換えられる）。
【０１３０】
【数１８】
【０１３１】
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（１９）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ１，ｐ２は、上式（１）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリットを用いる場合には、距離Ｌ１は距離Ｌ０に置き換えられる）。
【０１３２】
【数１９】
【０１３３】
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（２０）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。この場合には、Ｇ１像のパターン周期が第１の格子２１の格子周期の１／２倍となるため、格子ピッチｐ１，ｐ２は、次式（２１）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリットを用いる場合には、距離Ｌ１は距離Ｌ０に置き換えられる）。
【０１３４】
【数２０】
【数２１】
【０１３５】
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（２２）で表される。ここで、ｍは正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ１，ｐ２は、ｐ２＝ｐ１の関係をほぼ満たすように設定される。
【０１３６】
【数２２】
【０１３７】
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（２２）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ１，ｐ２は、ｐ２＝ｐ１の関係をほぼ満たすように設定される。
【０１３８】
【数２２】
【０１３９】
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（２３）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。この場合には、Ｇ１像のパターン周期が第１の格子２１の格子周期の１／２倍となるため、格子ピッチｐ１，ｐ２は、ｐ２＝ｐ１／２の関係をほぼ満たすように設定される。
【０１４０】
【数２３】
【０１４１】
上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせてもよい。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】
【０１４２】
１０ Ｘ線撮影装置
１２ 格子部
１３ 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、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放射線撮影方法に関する。
【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う特性を有する。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の格子を配置し、第１の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。縞走査法では、第１の格子に対して第２の格子を、所定のピッチで間欠移動させながら、その停止中にＸ線源からＸ線を放射し、被検体、第１及び第２の格子を通過したＸ線をＸ線画像検出器で検出することにより画像データを生成する。この間欠移動は、第１の格子の面に平行でかつ第１の格子の格子線方向に垂直な方向に行う。Ｘ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き、画素毎に画素値の強度変調を表す強度変調信号を生成し、この強度変調信号の位相ズレ量（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、上記変調量の二次元分布を表す位相微分画像が得られる。
【０００８】
しかし、縞走査法では、一連の撮影動作中に振動等が生じて位置ずれが生じた場合には、複数の画像データのうち一部が異常となり、位相ズレ量の算出精度が低下することにより、位相微分画像の画質が劣化するという問題がある。そこで、第１及び第２の格子の振動を検出する振動センサを設け、この振動センサにより所定値以上の振動が検出された場合に、Ｘ線源によるＸ線放射を停止させ、操作者に再撮影を促すことが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０５８０７０号公報
【特許文献２】特開２００８−２００３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に記載のＸ線撮影システムでは、縞走査法における一連の撮影動作中に振動が検出されるたびに、Ｘ線放射が停止されて再撮影が促されるため、再撮影を行う手間が生じるだけでなく、再撮影により被検体（患者）が余計に被曝するという問題がある。
【００１１】
また、複数の画像データの一部が異常となる原因として、第１及び第２の格子の振動の他に、被検体の振動や、Ｘ線源によるＸ線放射のばらつき、Ｘ線画像検出器への静電気放電によるノイズ等も考えられる。
【００１２】
本発明は、縞走査法で取得される複数の画像データの一部に異常が生じた場合でも精度よく位相微分画像を生成可能とする放射線撮影装置及び放射線撮影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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の放射線撮影装置は、放射線源に対向配置された複数の格子と、前記複数の格子のうちいずれか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と、前記各走査位置で、前記放射線源から放射され前記複数の格子を通過した放射線を検出して画像データを生成する放射線画像検出器と、前記各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定する異常画素値判定部と、前記各画像データから前記異常画素値を除去する異常画素値除去部と、前記異常画素値が除去された前記各画像データに基づいて位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、を備えるものである。
【００１４】
前記異常画素値以外の正常画素値の数を、前記各画像データにおいて対応する画素毎にカウントする正常画素値計数部を備えることが好ましい。
【００１５】
前記異常画素値判定部は、前記走査機構により設定される全ての前記複数の走査位置で前記放射線画像検出器により前記画像データが生成された後、前記判定を行うことが好ましい。
【００１６】
前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数以上存在する場合にエラー報知を行うエラー報知部をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
前記異常画素値判定部は、前記走査機構により設定される前記各走査位置で前記放射線画像検出器により前記画像データが生成されるたびに前記判定を行い、前記正常画素値計数部は、前記異常画素値判定部により前記判定が行われるたびに前記正常画素値の数をカウントしてもよい。
【００１８】
この場合、前記走査機構は、前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数より少なくなるまで、前記複数の格子のうちいずれかを移動させて新たな走査位置を設定し、前記放射線画像検出器は、前記走査機構により設定された新たな走査位置で前記画像データを生成することが好ましい。
【００１９】
また、前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数以上とならないまま、前記画像データの生成回数が規定回数に達した場合に、エラー報知を行うエラー報知部をさらに備えることが好ましい。
【００２０】
前記画像データ中の前記異常画素値の数に基づき、前記画像データが正常であるか否かを判定する画像データ判定部をさらに備え、前記走査機構は、所定枚の正常な画像データが得られるまで、前記複数の格子のうちいずれかを移動させて新たな走査位置を設定し、前記放射線画像検出器は、前記走査機構により設定された新たな走査位置で前記画像データを生成してもよい。
【００２１】
この場合には、所定枚の正常な画像データが得られないまま、前記画像データの生成回数が規定回数に達した場合に、エラー報知を行うエラー報知部を備えることが好ましい。
【００２２】
前記判定基準は、前記正常画素値が取り得る下限及び上限により規定される。前記放射線源から放射される放射線の放射線量を計測する放射線量計測部と、前記放射線量検出部により検出された放射線量に基づいて前記判定基準を決定する判定基準決定部と、をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
前記放射線量計測部は、前記放射線源から放射される放射線の放射線量を、前記複数の格子を介さずに検出する放射線量センサであることが好ましい。前記放射線量計測部は、前記放射線源の管電流を検出するとともに、検出した管電流を時間積算することにより放射線量を計測する管電流時間積算部であってもよい。
【００２４】
前記位相微分画像を積分処理して位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部を備えることが好ましい。
【００２５】
前記異常画素値判定部により判定された異常画素値が補正可能であるか否かを判定する補正可否判定部と、前記補正可否判定部により補正可能と判定された異常画素値を、その周辺の正常画素値に基づいて補正する補正処理部と、を備えてもよい。
【００２６】
前記複数の格子は、放射線源から放射された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の格子とからなり、前記走査機構は、前記第１の格子または前記第２の格子を移動させることが好ましい。
【００２７】
前記複数の格子は、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線源格子と、前記線源格子から射出される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の格子とからなり、前記走査機構は、前記線源格子、前記第１の格子、前記第２の格子のうちいずれかを移動させることが好ましい。
【００２８】
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。
【００２９】
本発明の放射線撮影方法は、放射線源に対向配置された複数の格子のうちいずれか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ステップと、前記各走査位置で、前記放射線源から放射され前記複数の格子を通過した放射線を放射線画像検出器により検出して画像データを生成するステップと、前記各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定するステップと、前記各画像データから前記異常画素値を除去するステップと、前記異常画素値が除去された前記各画像データに基づいて位相微分画像を生成するステップと、を備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定し、各画像データから異常画素値を除去し、異常画素値が除去された各画像データに基づいて位相微分画像を生成するので、複数の画像データの一部に異常が生じた場合でも精度よく位相微分画像を生成ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】Ｘ線撮影装置の構成を示す模式図である。
【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】異常画素値の判定基準を説明する説明図である。
【図７】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８】異常画素値の判定基準の変形例を説明する説明図である。
【図９】第２実施形態の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】第３実施形態の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】第４実施形態のＸ線撮影装置の構成を示す模式図である。
【図１２】第４実施形態の変形例を示す模式図である。
【図１３】第５実施形態のＸ線撮影装置の作用を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第１実施形態）
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、周知のように、回転陽極型のＸ線管（図示せず）と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータ（図示せず）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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に記憶された複数の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、位相微分画像及び位相コントラスト画像を記録する。
【００３７】
走査機構２３は、第２の格子２２をＸ方向に間欠的に移動させ、第１の格子２１に対する第２の格子２２の位置（走査位置）を順に変更する。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を有し、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、走査機構２３により変更される第１の格子２１に対する第２の格子２２の各走査位置でＸ線画像検出器１３により生成された画像データが一括して記憶される。
【００３８】
コンソール１８は、操作部１８ａ及びモニタ１８ｂを有する。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、撮影実行指示等の操作入力を可能とする。
【００３９】
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。
【００４０】
図２において、Ｘ線画像検出器１３は、周知のように、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。
【００４１】
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を有する。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号公報に記載された層構成と同様である。
【００４２】
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）等を有する。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、欠陥画素補正、暗電流補正、ゲイン補正、リニアリティ補正等を行う。このうち、欠陥画素補正は、前もって得られている欠陥画素情報に基づいて行う。この補正後の画像データがメモリ１４に記憶される。この画像データの画素値は、ＱＬ値という濃度値で表される。
【００４３】
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として、シンチレータと、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等の固体撮像素子とを組み合わせたものを用いてもよい。
【００４４】
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状である。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線をほぼ幾何光学的に投影するように構成されている。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線の実効波長より十分大きな値とし、Ｘ線透過部２１ｂを通過する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線の実効波長は約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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
【数１】
【００４８】
Ｇ１像は、Ｘ線が被検体Ｈで位相変化し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におけるＸ線のＸ方向への屈折角φ（ｘ）が反映される。同図には、被検体Ｈにおける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。
【００４９】
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。
【００５０】
【数２】
【００５１】
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。
【００５２】
【数３】
【００５３】
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。
【００５４】
【数４】
【００５５】
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、縞走査法を用いて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。
【００５６】
縞走査法は、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を間欠移動させ、その停止中に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、例えば５とする。
【００５７】
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に達すると元のパターンに一致する。このモアレ縞の移動を確認することで、第２の格子２２の移動量を確認することができる。
【００５８】
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、座標ｘ，ｙに位置するＭ個の画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）は、第１の格子２１に対する第２の格子２２の走査位置ｋに応じ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（ｘ，ｙ）の変化を表す信号を強度変調信号という。
【００５９】
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。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，ｙ）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，ｙ）は、変位量Δｘと下式（５）の関係にある。
【００６０】
【数５】
【００６１】
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（ｘ，ｙ）に基づき、強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を求めることにより、位相微分画像が得られる。
【００６２】
次に、位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）の算出方法について説明する。走査位置ｋに対する画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）の変化を表す強度変調信号は、一般に下式（６）で表される。
【００６３】
【数６】
【００６４】
ここで、Ａ０は入射Ｘ線の強度に対応し、Ａｎは強度変調信号の振幅に対応する値である。ｎは正の整数、iは虚数単位である。また、δｋは、下式（７）で表される参照位相である。
【００６５】
【数７】
【００６６】
上式（６）において、ｎ≧２以上の高次の項を無視することにより、強度変調信号は、図４に示した正弦波を示す下式（８）で表される。
【００６７】
【数８】
【００６８】
上式（８）を満たす画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）は理論値である。一方、Ｘ線画像検出器２０により実際に得られる画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）は誤差を含んでいる。Ｘ線画像検出器２０により得られる画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）から位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出するために、まず、上式（８）を下式（９）のように変形する。
【００６９】
【数９】
【００７０】
ここで、パラメータａ０，ａ１，ａ２は、それぞれ下式（１０）〜（１２）で表される。
【００７１】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【００７２】
そして、最小二乗法等を用いて、画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）の理論値と実測値との差を最小にするパラメータａ０，ａ１，ａ２の値を求めれば、下式（１３）を用いて、位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）が算出される。
【００７３】
【数１３】
【００７４】
この最小二乗法を用いた位相ズレ量の方法は、「応用光学 光計測入門 谷田貝豊彦著 第二版 平成１７年２月１５日発行 丸善株式会社 （第１９６頁〜第１９８頁）」により知られている。この最小二乗法により導かれる下記の連立方程式（１４）〜（１６）を解くことにより、パラメータａ０，ａ１，ａ２を決定することができる。
【００７５】
【数１４】
【数１５】
【数１６】
【００７６】
なお、上記説明では、上式（６）からｎ≧２以上の高次の項を無視して上式（９）に変形しているが、ｎ≧２以上の項は、線形結合として付加される項であるため、ｎ≧２以上の項を含めた場合においても同様に上式（１３）〜（１６）が成立する。
【００７７】
図５において、画像処理部１５は、異常画素値判定部４０、異常画素値除去部４１、位相微分画像生成部４２、位相コントラスト画像生成部４３、及び正常画素値計数部４４を有する。異常画素値判定部４０は、メモリ１４に記憶されたＭ枚の画像データＤｋの各画素について、各画素値が正常画素値であるか異常画素値であるかを判定する。
【００７８】
異常画素値除去部４１は、異常画素値判定部４０により判定された異常画素値を除去する。位相微分画像生成部４２は、Ｍ枚の画像データＤｋから、異常画素値判定部４０により除去された異常画素値以外の正常画素値を用いて位相微分画像を生成する。位相コントラスト画像生成部４３は、位相微分画像生成部４２により生成された位相微分画像を、Ｘ方向に沿って積分処理することにより、位相コントラスト画像を生成する。
【００７９】
具体的には、異常画素値判定部４０は、図６に示すように、正常な強度変調信号が取り得る所定範囲（下限ＩＭＩＮ〜上限ＩＭＡＸ）に含まれる画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）を正常画素値と判定し、それ以外の画素値を異常画素値と判定する。同図の場合には、画素値Ｉ２（ｘ，ｙ）は所定範囲外であるため、異常画素値判定部４０により異常画素値と判定され、異常画素除去部４１により除去される。
【００８０】
位相微分画像生成部４２は、画像データＤｋから異常画素除去部４１を介して正常画素値のみを受け取り、正常画素値のみを用いて強度変調信号を構成し、この強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出することにより位相微分画像を生成する。具体的には、連立方程式（１４）〜（１６）において、各左辺の和から異常画素値に対応する走査位置ｋの項を除外して演算を行う。ここで、異常画素値に対応する走査位置ｋの項が除外されることにより、参照位相δｋは非等間隔となる。図６の場合には、ｋ＝２の項が連立方程式（１４）〜（１６）の各左辺の和から除外され、非等間隔の参照位相δ０，δ１，δ３，δ４に対応する正常画素値Ｉ０（ｘ，ｙ），Ｉ１（ｘ，ｙ），Ｉ３（ｘ，ｙ），Ｉ４（ｘ，ｙ）を用いて演算が行われる。これは、同図に示すように、正常画素値Ｉ０（ｘ，ｙ），Ｉ１（ｘ，ｙ），Ｉ３（ｘ，ｙ），Ｉ４（ｘ，ｙ）のみを正弦波でフィッティングし、このフィッティング波形の位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出することに相当する。
【００８１】
正常画素値計数部４４は、異常画素値判定部４０により判定された正常画素値の数を対応する画素ごとにカウントする。システム制御部１９は、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓ（例えば３）より少ない画素が所定数以上（例えば、１以上）存在するか否かを判定する。カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在する場合には、該画素部３０に対応する強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）が精度よく算出されないため、システム制御部１９は、モニタ１８ｂを制御して、異常が生じている旨のエラーメッセージの表示（エラー報知）を行う。ここで、システム制御部１９及びモニタ１８ｂがエラー報知部を構成する。なお、このエラー報知を、音声やランプの点灯等により行ってもよい。
【００８２】
なお、位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）の算出は、上式（１４）〜（１６）でパラメータがａ０，ａ１，ａ２の３個であることから分かるように、強度変調信号を構成する正常画素値の数は、最低３個必要である。このため、基準値Ｓを“３”とすることが好ましい。また、いわゆるサンプリング定理を満たすためには、強度変調信号を構成する正常画素値の数は、最低４個必要であるため、より厳しく、基準値Ｓを“４”とすることも好ましい。
【００８３】
次に、図７に示すフローチャートに沿ってＸ線撮影装置１０の作用を説明する。被検体Ｈが配置され、操作部１８ａにより撮影指示がなされると（ステップＳ１０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間欠移動されながら、各走査位置ｋにおいて、Ｘ線源１１によるＸ線照射と、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Ｓ１１）。この縞走査の結果、Ｍ枚の画像データＤｋが生成され、メモリ１４に格納される。
【００８４】
このＭ枚の画像データＤｋに基づき、異常画素値判定部４０により、各画像データＤｋの各画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）が正常画素値であるか異常画素値であるかが判定される（ステップＳ１２）。この判定が終了すると、正常画素値計数部４４により、正常画素値の数が対応する画素ごとにカウントされる（ステップＳ１３）。システム制御部１９により、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在するか否かが判定され（ステップＳ１４）、カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在する場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、モニタ１８にエラーメッセージの表示が行われ（ステップＳ１５）、位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成が行われずに動作が終了する。
【００８５】
一方、カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在しない場合には（ステップＳ１４でＮＯ）、異常画素除去部４１により異常画素値が除去される（ステップＳ１６）。この後、位相微分画像生成部４２により、正常画素値のみを用いて強度変調信号が構成され、この位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出することにより位相微分画像が生成される（ステップＳ１７）。
【００８６】
そして、位相コントラスト画像生成部４３により、位相微分画像に対して積分処理が行われ、位相コントラスト画像が生成され（ステップＳ１８）、モニタ１８ｂに、位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像表示される（ステップＳ１９）。
【００８７】
異常画素値が生じる原因としては、Ｘ線撮影装置１０や被検体Ｈに生じる振動、Ｘ線源１１によるＸ線放射のばらつき、Ｘ線画像検出器１３への静電気放電によるノイズ等がある。振動が生じた場合には、画像データＤｋに全体的に異常画素が生じやすい。一方、Ｘ線放射のばらつきや静電気放電が生じた場合には、画像データＤｋに部分的に異常画素が生じやすい。本実施形態では、いずれの場合においても異常画素値の除去が行われるため、位相微分画像が精度よく生成される。
【００８８】
なお、Ｘ線画像検出器１３の画素部３０の欠陥により、欠陥画素（画素値が固定的な欠陥）が生じる可能性があるが、この欠陥画素は、前述のように読み出し回路３６内で補正が行われるため、異常画素値判定部４０では異常画素値と判定されない。
【００８９】
上記実施形態では、異常画素値判定部４０は、正常な強度変調信号が取り得る所定範囲に含まれる画素値Ｉｋ（ｘ，ｙ）が含まれるか否かに基づいて異常画素値を判定しているが、図８に示すように、判定対象の画素値Ｉｊ（ｘ，ｙ）が、その前後の画素値Ｉｊ−１（ｘ，ｙ），Ｉｊ＋１（ｘ，ｙ）から推定される範囲Ｗに含まれるか否かに基づいて異常画素値を判定してもよい。同図の場合には、画素値Ｉｊ（ｘ，ｙ）は、範囲Ｗに含まれないため、異常画素値と判定される。なお、強度変調信号の端部に位置する画素値Ｉ０（ｘ，ｙ）の判定を行う場合には、その前後の画素値として、画素値Ｉ１（ｘ，ｙ）と画素値ＩＭ−１（ｘ，ｙ）とを用いる。同様に、強度変調信号の端部に位置する画素値ＩＭ−１（ｘ，ｙ）の判定を行う場合には、その前後の画素値として、画素値ＩＭ−２（ｘ，ｙ）と画素値Ｉ０（ｘ，ｙ）とを用いる。
【００９０】
また、上記実施形態では、カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在する場合に、位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成が行わずに動作を終了しているが、この終了動作を行わずに位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成を行い、これらを画像表示するとともにエラー報知を行ってもよい。
【００９１】
なお、カウント数Ｃが基準値Ｓより少ない画素が少なくとも１つ以上存在する場合に位相微分画像の生成を行うには、異常画素値を補正することが好ましい。この異常画素値の補正方法として、２つの補正方法がある。第１の補正方法は、画像データＤｋにおいて異常画素値を、その周囲の正常画素値を用いて補正する方法である。第２の補正方法は、画像データＤｋの状態で補正を行わずに、位相微分画像を生成した後、画像データＤｋ上での異常画素値に対応する画素値（異常位相微分値）を、その周囲の正常画素値に対応する画素値（正常位相微分値）を用いて補正する方法である。
【００９２】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、縞走査によりＭ枚の画像データＤｋが生成された後に正常画素値及び異常画素値の判定を行っているが、本実施形態では、１枚の画像データＤｋが生成されるたびに正常画素値及び異常画素値の判定を行う。本実施形態は、システム制御部１９による各部の制御方法が異なること以外は、第１実施形態と同一であるため、各部の説明は省略する。
【００９３】
図９において、被検体Ｈが配置され、操作部１８ａにより撮影指示がなされると（ステップＳ２０でＹＥＳ）、まず、第２の格子２２がｋ＝０の初期位置に配置された状態で、Ｘ線源１１によりＸ線照射が行われる（ステップＳ２１）。Ｘ線画像検出器１３により画像データＤ０が生成される（ステップＳ２２）と、異常画素値判定部４０により、画像データＤ０の各画素値Ｉ０（ｘ，ｙ）が正常画素値であるか異常画素値であるかが判定される（ステップＳ２３）。そして、正常画素値計数部４４により、正常画素値の数が画素ごとにカウントされる（ステップＳ２４）。
【００９４】
次いで、システム制御部１９により、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓ（例えば４）より少ない画素が所定数以上存在するか否かが判定される（ステップＳ２５）。ここでは、カウント数Ｃは、高々１であるため、カウント数Ｃが所定の基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在すると判定される（ステップＳ２５でＹＥＳ）。
【００９５】
そして、システム制御部１９により、撮影指示がなされてからのＸ線照射回数（すなわち、画像データの生成回数）が照射制限回数（例えば７回）に達したか否かが判定される（ステップＳ２６）。ここでは、まだ１回しかＸ線照射が行われていないため、照射制限回数に達していないと判定される（ステップＳ２６でＮＯ）。この後、走査機構２３により第２の格子２２が１走査ピッチだけ移動され（ステップＳ２７）、同様に、ステップＳ２１〜Ｓ２７が繰り返し実行される。
【００９６】
ステップＳ２５において、カウント数Ｃが所定の基準値Ｓより少ない画素が所定数以上存在しないと判定されると（ステップＳ２５でＮＯ）、第１実施形態と同様に、異常画素除去部４１により異常画素値が除去されたうえで（ステップＳ２８）、位相微分画像生成部４２により位相微分画像が生成され（ステップＳ２９）、位相コントラスト画像生成部４３により位相コントラスト画像が生成される（ステップＳ３０）。そして、モニタ１８ｂに、位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像表示される（ステップＳ３１）。
【００９７】
ステップＳ２６において、Ｘ線照射回数が照射制限回数に達したと判定された場合には（ステップＳ２６でＹＥＳ）、モニタ１８にエラーメッセージの表示（エラー報知）が行われ（ステップＳ３２）、位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成が行われずに動作が終了する。
【００９８】
なお、本実施形態では、照射制限回数をＭより大きな値に設定した場合には、正常画素値が強度変調信号の１周期分を超える数だけ得られる可能性がある。この場合には、上式（１４）〜（１６）のＭを、その１周期分を超える数に置き換えることにより、同様に位相ズレ量ψ（ｘ，ｙ）を算出することができる。
【００９９】
本実施形態では、照射制限回数を上限として、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓに達するまでＸ線照射及び画像データＤｋの生成が行われるため、カウント数Ｃが基準値Ｓに達せず異常終了する確率が減る。また、照射制限回数を規定しているので、被検体Ｈが所定量以上被曝することはない。
【０１００】
なお、本実施形態では、Ｘ線照射回数が照射制限回数に達した場合に、位相微分画像および位相コントラスト画像の生成が行わずに動作を終了しているが、この終了動作を行わずに位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成を行い、これらを画像表示するとともにエラー報知を行ってもよい。
【０１０１】
この場合、異常画素値の補正を行うことが好ましい。この異常画素値の補正方法として、２つの補正方法がある。第１の補正方法は、画像データＤｋにおいて異常画素値を、その周囲の正常画素値を用いて補正する方法である。第２の補正方法は、画像データＤｋの状態で補正を行わずに、位相微分画像を生成した後、画像データＤｋ上での異常画素値に対応する画素値（異常位相微分値）を、その周囲の正常画素値に対応する画素値（正常位相微分値）を用いて補正する方法である。
【０１０２】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、画素部３０ごとに正常画素値の数をカウントし、正常画素値のカウント数Ｃが所定の基準値Ｓに達するまでＸ線照射及び画像データＤｋの生成を行っているが、画像データＤｋが得られるたびに画像データＤｋが正常であるか否かを判定し、所定枚の正常な画像データＤｋが得られるまでＸ線照射及び画像データＤｋの生成を行うようにしてもよい。
【０１０３】
本実施形態では、図１０に示すように、第２実施形態と同様に、撮影指示がなされ（ステップＳ４０でＹＥＳ）、第２の格子２２がｋ＝０の初期位置に配置された状態でＸ線照射が行われ（ステップＳ４１）、画像データＤ０が生成されると（ステップＳ４２）、異常画素値判定部４０により、画像データＤ０の各画素値Ｉ０（ｘ，ｙ）が異常画素値であるか否かが判定される（ステップＳ４３）。そして、システム制御部１９により、画像データＤ０が正常であるか否かが判定される（ステップＳ４４）。この判定は、画像データＤ０中の異常画素値の数が所定数未満であるか否かに基づいて行われる。なお、システム制御部１９が画像データ判定部を構成する。
【０１０４】
次いで、画像データＤ０が正常であると判定された場合には（ステップＳ４４でＹＥＳ）、システム制御部１９により、所定枚（例えば、４枚）の正常な画像データＤｋが得られたか否かが判定される（ステップＳ４５）。ここでは、画像データＤ０の１枚しか得られていないため、所定枚の正常な画像データＤｋは得られていないと判定される（ステップＳ４５でＮＯ）。
【０１０５】
そして、システム制御部１９により、撮影指示がなされてからのＸ線照射回数（画像データの生成回数）が照射制限回数に達したか否かが判定される（ステップＳ４６）。ここでは、まだ１回しかＸ線照射が行われていないため、照射制限回数に達していないと判定される（ステップＳ４６でＮＯ）。この後、走査機構２３により第２の格子２２が１走査ピッチだけ移動され（ステップＳ４７）、同様に、ステップＳ４１〜Ｓ４７が繰り返し実行される。なお、ステップＳ４４において、画像データＤｋが正常でないと判定された場（ステップＳ４４でＮＯ）合には、ステップＳ４６に移行する。
【０１０６】
ステップＳ４５において、所定枚の正常な画像データＤｋが得られたと判定されると（ステップＳ４５でＮＯ）、第２実施形態と同様に、異常画素除去部４１により異常画素値が除去されたうえで（ステップＳ４８）、位相微分画像が生成され（ステップＳ４９）、位相コントラスト画像が生成される（ステップＳ５０）。そして、モニタ１８ｂに、位相微分画像及び位相コントラスト画像が画像表示される（ステップＳ５１）。
【０１０７】
なお、本実施形態では、Ｘ線照射回数が照射制限回数に達した場合に、位相微分画像および位相コントラスト画像の生成が行わずに動作を終了しているが、この終了動作を行わずに位相微分画像及び位相コントラスト画像の生成を行い、これらを画像表示するとともにエラー報知を行ってもよい。
【０１０８】
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、異常画素値判定部４０は、所定範囲（下限ＩＭＩＮ〜上限ＩＭＡＸ）に基づいて正常画素値及び異常画素値を判定しているが、本実施形態では、この判定基準をＸ線源１１から放射されるＸ線量を計測することにより決定する。本実施形態では、第１実施形態と同一構成については同一の符号を付し、説明は省略する。
【０１０９】
図１１において、本実施形態のＸ線撮影装置５０は、第１実施形態の構成に加えて、Ｘ線量センサ５１と判定基準決定部５２とを備える。Ｘ線量センサ５１は、Ｘ線画像検出器１３の検出面１３ａにおいて、Ｘ線源１１からＸ線が第１及び第２の格子２１，２２を介さずに照射される領域１３ｂ上に配置されている。
【０１１０】
判定基準決定部５２は、Ｘ線の非照射時と照射時においてＸ線量センサ５１により検出されるＸ線量に基づいて、下限ＩＭＩＮと上限ＩＭＡＸとを決定する。異常画素値判定部４０は、判定基準決定部５２により決定された下限ＩＭＩＮ及び上限ＩＭＡＸに基づいて正常画素値及び異常画素値の判定を行う。
【０１１１】
なお、判定基準決定部５２による下限ＩＭＩＮ及び上限ＩＭＡＸの決定は、Ｘ線源１１からＸ線照射が行われるたびに行ってもよいが、第１回目のＸ線照射時にのみ行い、第２回目のＸ線照射時以降において、第１回目のＸ線照射時に決定された下限ＩＭＩＮ及び上限ＩＭＡＸを用いてもよい。また、Ｘ線量センサ５１を、Ｘ線画像検出器１３の一部の画素部３０を用いて構成してもよい。
【０１１２】
また、本実施形態の変形例として、図１２に示すように、Ｘ線量センサ５１に代えて、Ｘ線源１１の管電流を計測する管電流時間積算部５４を設けてもよい。管電流時間積算部５４は、Ｘ線源１１による各Ｘ線照射時に管電流を検出するとともに、検出した管電流を時間積算することによりＸ線量を計測する。判定基準決定部５２は、管電流時間積算部５４により得られるＸ線量に基づいて、下限ＩＭＩＮと上限ＩＭＡＸとを決定する。
【０１１３】
なお、Ｘ線量センサ５１に加えて管電流時間積算部５４を設け、Ｘ線量センサ５１と管電流時間積算部５４との２つのＸ線量の検出値を考慮して下限ＩＭＩＮと上限ＩＭＡＸとを決定してもよい。Ｘ線量センサ５１または管電流時間積算部５４が放射線量計測部を構成する。この放射線量モニタ部及び判定基準決定部を、上記第２及び第３実施形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１１４】
（第５実施形態）
上記各実施形態では、Ｘ線画像検出器１３により生成された画像データＤｋから異常画素値判定部４０により異常画素値を検出しているが、静電気放電が起因の場合には、異常画素値は、１枚の画像データＤｋ中に孤立して生じる場合があり、異常画素値の周囲の正常画素値で補正が可能な場合がある。
【０１１５】
そこで、本実施形態では、図１３に示すように、Ｘ線画像検出器１３により１枚の画像データＤｋが生成された（ステップＳ６０）後、異常画素値判定部４０により画像データＤｋ中の異常画素値を判定する（ステップＳ６１）。画像データＤｋ中の隣接画素同士の画素値の差は本来あまり大きくないが、静電気放電等により異常画素値が生じた場合には、異常画素値は、それに隣接する画素値との差が大きくなるため、隣接する画素値との比較により容易に検出可能である。
【０１１６】
次いで、ステップＳ６１で判定された複数の異常画素値のうちから１つの異常画素値を選択し（ステップＳ６２）、その周囲の正常画素値から補正可能であるか否かを判定する（ステップＳ６３）。該異常画素値が孤立しており補正が可能な場合には（ステップＳ６３でＹＥＳ）、該異常画素値をその周囲の正常画素値で補正する（ステップＳ６４）。一方、複数の正常画素値が塊状に生じており、周囲の正常画素値で補正が行えない場合には（ステップＳ６３でＮＯ）、補正処理は行わない。
【０１１７】
この後、選択中の異常画素値が最終の異常画素値であるか否かを判定し（ステップＳ６５）、最終の異常画素値に達するまでの間、別の異常画素値を選択し（ステップＳ６６）、ステップＳ６３〜Ｓ６５を繰り返し実行する。最終の異常画素値に達した場合には（ステップＳ６５でＹＥＳ）、画像データＤｋ中の異常画素値を確定する（ステップＳ６７）。この後、確定された異常画素値が異常画素値除去部４１により除去される。また、確定された正常画素値が正常画素値計数部４４によりカウントされる。本実施形態のその他の構成及び作用は、上記各実施形態と同一である。
【０１１８】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、被検体Ｈを配置した状態でのみ撮影を行なっているが、被検体Ｈを配置せずに同様に撮影を行うことにより、位相微分画像を生成して、これをオフセット画像として記憶しておき、被検体Ｈを配置して撮影が行われた場合に生成された位相微分画像からオフセット画像を減算してもよい。このように被検体Ｈを配置せずに行う撮影についても本発明を適用可能である。
【０１１９】
また、上記各実施形態では、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。
【０１２０】
また、上記各実施形態では、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。
【０１２１】
また、上記各実施形態では、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。
【０１２２】
また、上記各第実施形態では、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。
【０１２３】
また、上記各実施形態では、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。マルチスリットの格子線はＹ方向に平行である。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（１７）を満たす必要がある。ここで、距離Ｌ０は、マルチスリットから第１の格子２１までのＺ方向への距離を表す。
【０１２４】
【数１７】
【０１２５】
その他の構成や作用については、上記各実施形態と同一である。本実施形態では、マルチスリットの位置がＸ線焦点の位置となるため、上記各実施形態において、距離Ｌ１を、距離Ｌ０に置き換えればよい。
【０１２６】
また、上記各実施形態では、縞走査において第１の格子２１または第２の格子２２を移動させているが、マルチスリットを設けた場合には、第１及び第２の格子２１，２２を固定したまま、マルチスリットを移動させることにより縞走査を行うことが可能である。この場合、マルチスリットのピッチｐ０を前述のＭで割った値（ｐ０／Ｍ）を走査ピッチとして、マルチスリットをＸ方向に間欠移動させればよい。これにより、第１及び第２の格子２１，２２に対するマルチスリット６０の相対位置ｋは、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１と順に変更される。その他の構成及び作用は、上記各実施形態と同一である。
【０１２７】
また、上記各実施形態では、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て小焦点化すればよい。
【０１２８】
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。この場合には、第１の格子２１を位相型格子としてもよい。
【０１２９】
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（１８）で表される。ここで、ｍは正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ１，ｐ２は、上式（１）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリットを用いる場合には、距離Ｌ１は距離Ｌ０に置き換えられる）。
【０１３０】
【数１８】
【０１３１】
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（１９）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ１，ｐ２は、上式（１）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリットを用いる場合には、距離Ｌ１は距離Ｌ０に置き換えられる）。
【０１３２】
【数１９】
【０１３３】
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（２０）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。この場合には、Ｇ１像のパターン周期が第１の格子２１の格子周期の１／２倍となるため、格子ピッチｐ１，ｐ２は、次式（２１）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリットを用いる場合には、距離Ｌ１は距離Ｌ０に置き換えられる）。
【０１３４】
【数２０】
【数２１】
【０１３５】
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（２２）で表される。ここで、ｍは正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ１，ｐ２は、ｐ２＝ｐ１の関係をほぼ満たすように設定される。
【０１３６】
【数２２】
【０１３７】
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（２２）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ１，ｐ２は、ｐ２＝ｐ１の関係をほぼ満たすように設定される。
【０１３８】
【数２２】
【０１３９】
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（２３）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。この場合には、Ｇ１像のパターン周期が第１の格子２１の格子周期の１／２倍となるため、格子ピッチｐ１，ｐ２は、ｐ２＝ｐ１／２の関係をほぼ満たすように設定される。
【０１４０】
【数２３】
【０１４１】
上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせてもよい。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】
【０１４２】
１０ Ｘ線撮影装置
１２ 格子部
１３ 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】
放射線源に対向配置された複数の格子と、
前記複数の格子のうちいずれか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と、
前記各走査位置で、前記放射線源から放射され前記複数の格子を通過した放射線を検出して画像データを生成する放射線画像検出器と、
前記各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定する異常画素値判定部と、
前記各画像データから前記異常画素値を除去する異常画素値除去部と、
前記異常画素値が除去された前記各画像データに基づいて位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記異常画素値以外の正常画素値の数を、前記各画像データにおいて対応する画素毎にカウントする正常画素値計数部を備える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】
前記異常画素値判定部は、前記走査機構により設定される全ての前記複数の走査位置で前記放射線画像検出器により前記画像データが生成された後、前記判定を行う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】
前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数以上存在する場合にエラー報知を行うエラー報知部を備えることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記異常画素値判定部は、前記走査機構により設定される前記各走査位置で前記放射線画像検出器により前記画像データが生成されるたびに前記判定を行い、
前記正常画素値計数部は、前記異常画素値判定部により前記判定が行われるたびに前記正常画素値の数をカウントす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６】
前記走査機構は、前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数より少なくなるまで、前記複数の格子のうちいずれかを移動させて新たな走査位置を設定し、
前記放射線画像検出器は、前記走査機構により設定された新たな走査位置で前記画像データを生成することを請求項５に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数以上とならないまま、前記画像データの生成回数が規定回数に達した場合に、エラー報知を行うエラー報知部を備えることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記画像データ中の前記異常画素値の数に基づき、前記画像データが正常であるか否かを判定する画像データ判定部を備え、
前記走査機構は、所定枚の正常な画像データが得られるまで、前記複数の格子のうちいずれかを移動させて新たな走査位置を設定し、
前記放射線画像検出器は、前記走査機構により設定された新たな走査位置で前記画像データを生成することを請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
所定枚の正常な画像データが得られないまま、前記画像データの生成回数が規定回数に達した場合に、エラー報知を行うエラー報知部を備え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】
前記判定基準は、前記正常画素値が取り得る下限及び上限により規定されていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１１】
前記放射線源から放射される放射線の放射線量を計測する放射線量計測部と、前記放射線量検出部により検出された放射線量に基づいて前記判定基準を決定する判定基準決定部と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
前記放射線量計測部は、前記放射線源から放射される放射線の放射線量を、前記複数の格子を介さずに検出する放射線量センサであることを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
前記放射線量計測部は、前記放射線源の管電流を検出するとともに、検出した管電流を時間積算することにより放射線量を計測する管電流時間積算部であることを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
前記位相微分画像を積分処理して位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部を備えることを特徴とする請求項１から１３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１５】
前記異常画素値判定部により判定された異常画素値が補正可能であるか否かを判定する補正可否判定部と、前記補正可否判定部により補正可能と判定された異常画素値を、その周辺の正常画素値に基づいて補正する補正処理部と、を備えることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１６】
前記複数の格子は、放射線源から放射された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の格子とからなり、
前記走査機構は、前記第１の格子または前記第２の格子を移動させ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】
前記複数の格子は、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線源格子と、前記線源格子から射出される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の格子とからなり、
前記走査機構は、前記線源格子、前記第１の格子、前記第２の格子のうちいずれかを移動させ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１８】
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１から１７いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１９】
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１から１７いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項２０】
放射線源に対向配置された複数の格子のうちいずれか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ステップと、
前記各走査位置で、前記放射線源から放射され前記複数の格子を通過した放射線を放射線画像検出器により検出して画像データを生成するステップと、
前記各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定するステップと、
前記各画像データから前記異常画素値を除去するステップと、
前記異常画素値が除去された前記各画像データに基づいて位相微分画像を生成するステップと、
を備えることを特徴とする放射線撮影方法。
【請求項１】
放射線源に対向配置された複数の格子と、
前記複数の格子のうちいずれか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と、
前記各走査位置で、前記放射線源から放射され前記複数の格子を通過した放射線を検出して画像データを生成する放射線画像検出器と、
前記各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定する異常画素値判定部と、
前記各画像データから前記異常画素値を除去する異常画素値除去部と、
前記異常画素値が除去された前記各画像データに基づいて位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記異常画素値以外の正常画素値の数を、前記各画像データにおいて対応する画素毎にカウントする正常画素値計数部を備える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】
前記異常画素値判定部は、前記走査機構により設定される全ての前記複数の走査位置で前記放射線画像検出器により前記画像データが生成された後、前記判定を行う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】
前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数以上存在する場合にエラー報知を行うエラー報知部を備えることを特徴とする請求項３に記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記異常画素値判定部は、前記走査機構により設定される前記各走査位置で前記放射線画像検出器により前記画像データが生成されるたびに前記判定を行い、
前記正常画素値計数部は、前記異常画素値判定部により前記判定が行われるたびに前記正常画素値の数をカウントす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６】
前記走査機構は、前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数より少なくなるまで、前記複数の格子のうちいずれかを移動させて新たな走査位置を設定し、
前記放射線画像検出器は、前記走査機構により設定された新たな走査位置で前記画像データを生成することを請求項５に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記正常画素値の数が基準値より少ない画素が所定数以上とならないまま、前記画像データの生成回数が規定回数に達した場合に、エラー報知を行うエラー報知部を備えることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記画像データ中の前記異常画素値の数に基づき、前記画像データが正常であるか否かを判定する画像データ判定部を備え、
前記走査機構は、所定枚の正常な画像データが得られるまで、前記複数の格子のうちいずれかを移動させて新たな走査位置を設定し、
前記放射線画像検出器は、前記走査機構により設定された新たな走査位置で前記画像データを生成することを請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
所定枚の正常な画像データが得られないまま、前記画像データの生成回数が規定回数に達した場合に、エラー報知を行うエラー報知部を備え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】
前記判定基準は、前記正常画素値が取り得る下限及び上限により規定されていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１１】
前記放射線源から放射される放射線の放射線量を計測する放射線量計測部と、前記放射線量検出部により検出された放射線量に基づいて前記判定基準を決定する判定基準決定部と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
前記放射線量計測部は、前記放射線源から放射される放射線の放射線量を、前記複数の格子を介さずに検出する放射線量センサであることを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
前記放射線量計測部は、前記放射線源の管電流を検出するとともに、検出した管電流を時間積算することにより放射線量を計測する管電流時間積算部であることを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
前記位相微分画像を積分処理して位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部を備えることを特徴とする請求項１から１３いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１５】
前記異常画素値判定部により判定された異常画素値が補正可能であるか否かを判定する補正可否判定部と、前記補正可否判定部により補正可能と判定された異常画素値を、その周辺の正常画素値に基づいて補正する補正処理部と、を備えることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１６】
前記複数の格子は、放射線源から放射された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の格子とからなり、
前記走査機構は、前記第１の格子または前記第２の格子を移動させ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】
前記複数の格子は、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線源格子と、前記線源格子から射出される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の格子とからなり、
前記走査機構は、前記線源格子、前記第１の格子、前記第２の格子のうちいずれかを移動させ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１８】
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１から１７いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１９】
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１から１７いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項２０】
放射線源に対向配置された複数の格子のうちいずれか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ステップと、
前記各走査位置で、前記放射線源から放射され前記複数の格子を通過した放射線を放射線画像検出器により検出して画像データを生成するステップと、
前記各画像データの各画素値が異常画素値であるか否かを所定の判定基準に基づいて判定するステップと、
前記各画像データから前記異常画素値を除去するステップと、
前記異常画素値が除去された前記各画像データに基づいて位相微分画像を生成するステップと、
を備えることを特徴と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１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１０６８８２（Ｐ２０１３−１０６８８２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６０３２（Ｐ２０１１−２５６０３２）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【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６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【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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