放射線撮影装置及び画像処理方法
【課題】アンラップ処理のための複雑な経路設定処理を不要とし、簡便にアンラップエラーを防止する。
【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５０を生成する。ＮＧ領域検出部は、画像データ５０に基づき、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出する。ノイズ低減処理部は、画像データ５０のＮＧ領域に移動平均処理を施すことによりノイズを低減する。位相微分画像生成部は、ノイズ低減処理後の前記画像データに基づき位相微分画像を生成する。アンラップ処理部は、位相微分画像にアンラップ処理を施す。
【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５０を生成する。ＮＧ領域検出部は、画像データ５０に基づき、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出する。ノイズ低減処理部は、画像データ５０のＮＧ領域に移動平均処理を施すことによりノイズを低減する。位相微分画像生成部は、ノイズ低減処理後の前記画像データに基づき位相微分画像を生成する。アンラップ処理部は、位相微分画像にアンラップ処理を施す。
【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画像処理方法に関する。
【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】
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
【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、該高吸収体がＸ線を大きく減衰させ、上記強度変調信号の強度や振幅を低下させるため、位相ズレ量の算出精度を低下させてしまう。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】
例えば、アンラップ処理を行う経路上に骨部領域がある場合には、骨部領域ではアンラップエラーが生じやすく、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る。このノイズが骨部領域の周囲の軟骨部領域（軟部組織領域）の一部に重なり、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】
そこで、位相微分画像からアンラップエラーが生じやすい領域（ＮＧ領域）を判別し、ＮＧ領域を避けてそれ以外の領域（ＯＫ領域）のみにアンラップ処理経路を設定してアンラップ処理を行う方法が考えられる。しかしながら、この方法では、ＯＫ領域の形状に応じて、最適なアンラップ処理経路を逐一設定することが不可欠であり、複雑な経路設定処理が要されるという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アンラップ処理のための複雑な経路設定処理が不要であり、簡便にアンラップエラーを防止することを可能とする放射線撮影装置及び画像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】
【００１５】
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、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するＮＧ領域検出部と、前記画像データの前記ＮＧ領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理部と、前記ノイズ低減処理後の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アンラップ処理を施すアンラップ処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
前記ノイズ低減処理は、前記画像データの前記ＮＧ領域内を平滑化する平滑化処理であることが好ましい。また、前記平滑化処理は、前記ＮＧ領域内の各画素値を注目画素とし、注目画素の画素値を、注目画素を含む所定領域の画素値の平均値に置き換える移動平均処理であることが好ましい。
【００１７】
オフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部と、前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記オフセット画像を減算するオフセット処理部とを備え、前記オフセット画像は、前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影時において、前記位相微分画像生成部が、前記放射線検出器により生成される画像データに基づいて位相微分画像を生成し、前記アンラップ処理部がアンラップ処理を施したものであることが好ましい。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
前記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。
【００２２】
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。また、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も好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明の画像処理方法は、放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体の撮影を行うことにより得られた画像データに基づき、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するＮＧ領域検出ステップと、前記画像データの前記ＮＧ領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理ステップと、前記ノイズ低減処理後の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ステップと、前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出し、画像データのＮＧ領域にノイズ低減処理を施したうえで、位相微分画像を生成してアンラップ処理を行うので、アンラップ処理のための複雑な経路設定処理が不要であり、どのような経路に沿ってアンラップ処理を行ったとしてもアンラップエラーは生じない。このように、本発明によれば、簡便にアンラップエラーを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】移動平均処理を説明する説明図である。
【図７】アンラップ処理を説明する説明図である。
【図８】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９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
【数１】
【００４３】
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。
【００４４】
位相シフト分布Φ（ｘ）は、Ｘ線の波長をλ、被検体Ｈのｘｚ面内での屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）として、下式（２）で表される。
【００４５】
【数２】
【００４６】
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。
【００４７】
【数３】
【００４８】
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。
【００４９】
【数４】
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
【数５】
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
【数６】
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
【数７】
【００６２】
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。
【００６３】
【数８】
【００６４】
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。
【００６５】
【数９】
【００６６】
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の範囲にラップされた値を取る。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。
【００６７】
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を位相微分画像としてもよい。以下、位相微分画像の画素値は、幅αを有する所定の値域（例えば０からαの範囲）にラップされているとする。
【００６８】
図５において、画像処理部１５は、ＮＧ領域検出部４０、ノイズ低減処理部４１、位相微分画像生成部４２、アンラップ処理部４３、オフセット画像記憶部４４、オフセット処理部４５、及び位相コントラスト画像生成部４６を備える。画像処理部１５には、本撮影によりメモリ１４に格納されたＭ枚分の画像データ（本画像データ）５０と、プレ撮影によりメモリ１４に格納されたＭ枚分の画像データ（プレ画像データ）５１とがそれぞれ入力される。
【００６９】
ＮＧ領域検出部４０は、本画像データ５０に基づき、位相微分画像を生成した場合に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。具体的には、ＮＧ領域検出部４０は、本画像データ５０に基づき、各画素部３０について前述の強度変調信号を生成し、強度変調信号の平均強度Ａ０が所定の閾値より低い領域、振幅Ａ１が所定の閾値より低い領域、またはビジビリティＡ１／Ａ０が所定の閾値より低い領域をＮＧ領域として検出する。
【００７０】
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領域が散在して、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。
【００７１】
ノイズ低減処理部４１は、Ｍ枚分の各本画像データ５０に対して、ＮＧ領域検出部４０により検出されたＮＧ領域に移動平均処理を施すことによりノイズを低減する。具体的には、図６に示すように、ノイズ低減処理部４１は、各本画像データ５０のＮＧ領域内の各画素を注目画素Ｑｘ，ｙとし、各注目画素Ｑｘ，ｙの画素値を、注目画素Ｑｘ，ｙの画素値と、注目画素Ｑｘ，ｙの周囲に隣接する８個の隣接画素Ｑｘ−１，ｙ−１，Ｑｘ，ｙ−１，Ｑｘ＋１，ｙ−１，Ｑｘ−１，ｙ，Ｑｘ＋１，ｙ，Ｑｘ−１，ｙ＋１，Ｑｘ，ｙ＋１，Ｑｘ＋１，ｙ＋１の画素値との平均値で置き換える移動平均処理を施す。これにより、各本画像データ５０のＮＧ領域内の画素値が平滑化され、ノイズが低減される。
【００７２】
本実施形態では、注目画素Ｑｘ，ｙを含む９個の画素を用いて平均値を算出しているが、平均値を算出する画素数は任意である。但し、この画素数が大きい場合には、本画像データ５０に基づいて生成される位相微分画像のＮＧ領域の解像度が必要以上に低下してしまう。一方、この画素数が少ない場合には、ノイズが十分に低減されず、後述するアンラップ処理でアンラップエラーが発生する可能性がある。このため、移動平均処理において平均値を算出するための画素数は、解像度とアンラップエラーの発生度合いとの兼ね合いから適正に設定されることが好ましい。
【００７３】
位相微分画像生成部４２は、ノイズ低減処理部４１によりＮＧ領域にノイズ低減処理が施されたＭ枚分の各本画像データ５０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第１の位相微分画像を生成する。一方、プレ撮影時には、Ｍ枚分のプレ画像データ５１は位相微分画像生成部４２に直接入力され、位相微分画像生成部４２は、上式（８）または上式（９）に基づいて演算を行うことにより第２の位相微分画像を生成する。
【００７４】
アンラップ処理部４３は、位相微分画像生成部４２により生成された第１及び第２の位相微分画像にそれぞれアンラップ処理を施す。アンラップ処理部４３は、プレ撮影時には、第２の位相微分画像にアンラップ処理を施したものを、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４４に記憶させる。なお、オフセット画像記憶部４４は、新たにプレ撮影を行って新たなオフセット画像が入力された場合には、既に記憶しているオフセット画像を消去して、新たに入力されたオフセット画像を記憶する。また、アンラップ処理部４３は、本撮影時には、第１の位相微分画像にアンラップ処理を施したものを、アンラップ済み位相微分画像としてオフセット処理部４５に入力する。
【００７５】
オフセット処理部４５は、アンラップ処理部４３から入力されたアンラップ済み位相微分画像から、オフセット画像記憶部４４に記憶された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４６は、オフセット処理部４５によりオフセット補正が施されたアンラップ済み位相微分画像を、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７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具体的に説明する。アンラップ処理部４３は、第１の位相微分画像６０について、端部の一辺に沿って起点群ＳＰ１〜ＳＰｎを設定するとともに、起点群ＳＰ１〜ＳＰｎの配列方向と直交する方向に直線経路ＵＲ１〜ＵＲｎを設定する。アンラップ処理部４３は、起点群ＳＰ１〜ＳＰｎをアンラップ処理を行った後、各直線経路ＵＲ１〜ＵＲｎに沿ってアンラップ処理を行う。
【００７７】
このアンラップ処理は、アンラップ経路上において隣接する画素の画素値の変化量が所定量（例えば、α／２）以上である不連続点を検出し、検出した不連続点以降のアンラップ経路上に存在する画素の画素値に、前述の画素値がラップされた幅αを加算または減算する処理である。これにより、アンラップ経路上の画素値の変化がほぼ連続化される。第１の位相微分画像６０のＮＧ領域は、本画像データ５０の段階でノイズ低減処理部４１が低減されているため、画素値のノイズが少なく、アンラップエラーの発生が防止される。アンラップ処理部４３は、第２の位相微分画像についても上記と同一のアンラップ処理を行う。なお、本実施形態では、起点群ＳＰ１〜ＳＰｎの配列方向をｘ方向としているが、ｙ方向としてもよい。
【００７８】
以下、図８及び図９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Ｓ１０）、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Ｓ１１）。プレ撮影である場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ１２）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ１２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Ｓ１３）。この縞走査の結果、Ｍ枚分のプレ画像データ５１が生成され、メモリ１４に格納される。
【００７９】
Ｍ枚分のプレ画像データ５１は、画像処理部１５に読み出される。画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４２により、Ｍ枚分のプレ画像データ５１に基づき第２の位相微分画像が生成される（ステップＳ１４）。この第２の位相微分画像は、アンラップ処理部４３によりアンラップ処理が施され（ステップＳ１５）、アンラップ処理後の第２の位相微分画像がオフセット画像としてオフセット画像記憶部４４に記憶される（ステップＳ１６）。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。
【００８０】
次に、被検体Ｈが配置され、ステップＳ１０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Ｓ１１でＮＯ）、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ２０）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ２０でＹＥＳ）、縞走査が行われ（ステップＳ２１）、メモリ１４にＭ枚分の本画像データ５０が格納される。
【００８１】
Ｍ枚分の本画像データ５０は、画像処理部１５に読み出される。画像処理部１５内では、ＮＧ領域検出部４０によりＮＧ領域の検出が行われ（ステップＳ２２）、ノイズ低減処理部４１により各本画像データ５０のＮＧ領域に移動平均処理が施され、ノイズが低減される（ステップＳ２３）。この後、位相微分画像生成部４２により、ノイズ低減処理が施されたＭ枚分の本画像データ５０に基づき第１の位相微分画像が生成される（ステップＳ２４）。
【００８２】
この第１の位相微分画像は、アンラップ処理部４３によりアンラップ処理が施され（ステップＳ２５）、アンラップ処理後の第１の位相微分画像がアンラップ済み位相微分画像としてオフセット処理部４５に入力される。オフセット処理部４５では、アンラップ済み位相微分画像から、オフセット画像記憶部４４に記憶された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Ｓ２６）。
【００８３】
そして、位相コントラスト画像生成部４６がオフセット補正後の位相微分画像を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Ｓ２７）、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Ｓ２８）。
【００８４】
以上のように、本撮影時に本画像データ５０からアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出し、このＮＧ領域にノイズ低減処理を施したうえで第１の位相微分画像を生成しているため、第１の位相微分画像のアンラップ処理時にはアンラップエラーの発生が防止される。このため、ＮＧ領域（骨部領域等）の周囲に位置する軟部組織領域（図７参照）は、従来のようにアンラップエラーによる筋状のノイズで画像化が阻害されることはなく、視認性が良好である。
【００８５】
なお、上記実施形態では、図７に示すように、アンラップ処理部４３は、ＮＧ領域を含む第１及び第２の位相微分画像の全体を対象としてアンラップ処理を行っているが、ＮＧ領域以外のＯＫ領域に起点を設定して、ＯＫ領域のみを対象としてアンラップ処理を行ってもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部４１は、線形フィルタ処理である移動平均処理によってＮＧ領域内のノイズの低減を行っているが、ＮＧ領域内の画素値を平滑化しノイズを低減することができる処理であれば、その他の平滑化処理方法を用いることが可能である。例えば、ノイズ低減処理として、周知のメディアンフィルタ処理や最頻値フィルタ処理等の非線形フィルタ処理を用いてもよい。メディアンフィルタ処理は、注目画素を含む所定領域内の画素値の中央値で注目画素の画素値を置き換える処理である。最頻値フィルタ処理は、注目画素を含む所定領域内の画素値の最頻値で注目画素の画素値を置き換える処理である。さらに、線形処理と非線形処理とを組み合わせてノイズ低減処理を行うことも可能である。例えば、フィルタ行列の重み付け（線形処理）と閾値判定（非線形処理）とによりノイズ低減処理を行う。
【００８７】
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部４１は、ＮＧ領域内で注目画素を１画素ずつ変更し、各注目画素の画素値を、それを含む領域の画素値の平均値、中央値、最頻値等で置き換える方法を用いているが、ＮＧ領域を複数の領域に区分し、区分された各領域内の画素値を、該領域内の画素値の平均値、中央値、最頻値等ですべて置き換える方法によりノイズの低減を行ってもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部４１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ＮＧ領域を検出しているが、ＮＧ領域の検出方法はこれに限られず、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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、特定の画素部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。
【００９２】
上記のような素抜けや画素欠陥に起因するＮＧ領域が検出された場合においても、ノイズ低減処理部４１によるノイズ低減処理によりアンラップエラーが防止される。このような素抜けや画素欠陥に起因するＮＧ領域は、プレ画像データ５１においても検出可能であるため、プレ画像データ５１に対してもＮＧ領域検出部４０によるＮＧ領域の検出、及びノイズ低減処理部４１によるノイズ低減処理を施した後、位相微分画像生成部４２により、第２の位相微分画像を生成することも好ましい。
【００９３】
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。
【００９４】
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。この移動方向は、ｘｙ平面内で、かつｙ方向以外であれば、いずれの方向であってもよい。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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。マルチスリットの格子線は、ｙ方向に沿っている。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。ここで、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。
【００９８】
【数１０】
【００９９】
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。
【０１００】
第１の格子２１でタルボ効果を生じさせる場合には、第１の格子２１を、吸収型格子に代えて、位相型格子とすることも好ましい。位相型格子は、吸収型格子のＸ線吸収部をＸ線位相形成部に置換することにより構成される。Ｘ線位相形成部は、隣接するＸ線透過部に対して所定の屈折率差を有する材料により形成される。この位相型格子としては、入射Ｘ線にπ／２の位相変調を与えて透過させるものと、入射Ｘ線にπの位相変調を与えて透過させるものがある。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
【数１１】
【０１０４】
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。
【０１０５】
【数１２】
【０１０６】
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。
【０１０７】
【数１３】
【０１０８】
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。
【０１０９】
【数１４】
【０１１０】
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。
【０１１１】
【数１５】
【０１１２】
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。
【０１１３】
【数１６】
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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】
【０１１９】
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、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画像処理方法に関する。
【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】
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
【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、該高吸収体がＸ線を大きく減衰させ、上記強度変調信号の強度や振幅を低下させるため、位相ズレ量の算出精度を低下させてしまう。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】
例えば、アンラップ処理を行う経路上に骨部領域がある場合には、骨部領域ではアンラップエラーが生じやすく、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る。このノイズが骨部領域の周囲の軟骨部領域（軟部組織領域）の一部に重なり、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】
そこで、位相微分画像からアンラップエラーが生じやすい領域（ＮＧ領域）を判別し、ＮＧ領域を避けてそれ以外の領域（ＯＫ領域）のみにアンラップ処理経路を設定してアンラップ処理を行う方法が考えられる。しかしながら、この方法では、ＯＫ領域の形状に応じて、最適なアンラップ処理経路を逐一設定することが不可欠であり、複雑な経路設定処理が要されるという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アンラップ処理のための複雑な経路設定処理が不要であり、簡便にアンラップエラーを防止することを可能とする放射線撮影装置及び画像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】
【００１５】
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、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するＮＧ領域検出部と、前記画像データの前記ＮＧ領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理部と、前記ノイズ低減処理後の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アンラップ処理を施すアンラップ処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
前記ノイズ低減処理は、前記画像データの前記ＮＧ領域内を平滑化する平滑化処理であることが好ましい。また、前記平滑化処理は、前記ＮＧ領域内の各画素値を注目画素とし、注目画素の画素値を、注目画素を含む所定領域の画素値の平均値に置き換える移動平均処理であることが好ましい。
【００１７】
オフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部と、前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記オフセット画像を減算するオフセット処理部とを備え、前記オフセット画像は、前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影時において、前記位相微分画像生成部が、前記放射線検出器により生成される画像データに基づいて位相微分画像を生成し、前記アンラップ処理部がアンラップ処理を施したものであることが好ましい。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
前記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。
【００２２】
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。また、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も好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明の画像処理方法は、放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体の撮影を行うことにより得られた画像データに基づき、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するＮＧ領域検出ステップと、前記画像データの前記ＮＧ領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理ステップと、前記ノイズ低減処理後の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ステップと、前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出し、画像データのＮＧ領域にノイズ低減処理を施したうえで、位相微分画像を生成してアンラップ処理を行うので、アンラップ処理のための複雑な経路設定処理が不要であり、どのような経路に沿ってアンラップ処理を行ったとしてもアンラップエラーは生じない。このように、本発明によれば、簡便にアンラップエラーを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】移動平均処理を説明する説明図である。
【図７】アンラップ処理を説明する説明図である。
【図８】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９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
【数１】
【００４３】
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。
【００４４】
位相シフト分布Φ（ｘ）は、Ｘ線の波長をλ、被検体Ｈのｘｚ面内での屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）として、下式（２）で表される。
【００４５】
【数２】
【００４６】
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。
【００４７】
【数３】
【００４８】
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。
【００４９】
【数４】
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
【数５】
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
【数６】
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
【数７】
【００６２】
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。
【００６３】
【数８】
【００６４】
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。
【００６５】
【数９】
【００６６】
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の範囲にラップされた値を取る。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。
【００６７】
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を位相微分画像としてもよい。以下、位相微分画像の画素値は、幅αを有する所定の値域（例えば０からαの範囲）にラップされているとする。
【００６８】
図５において、画像処理部１５は、ＮＧ領域検出部４０、ノイズ低減処理部４１、位相微分画像生成部４２、アンラップ処理部４３、オフセット画像記憶部４４、オフセット処理部４５、及び位相コントラスト画像生成部４６を備える。画像処理部１５には、本撮影によりメモリ１４に格納されたＭ枚分の画像データ（本画像データ）５０と、プレ撮影によりメモリ１４に格納されたＭ枚分の画像データ（プレ画像データ）５１とがそれぞれ入力される。
【００６９】
ＮＧ領域検出部４０は、本画像データ５０に基づき、位相微分画像を生成した場合に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。具体的には、ＮＧ領域検出部４０は、本画像データ５０に基づき、各画素部３０について前述の強度変調信号を生成し、強度変調信号の平均強度Ａ０が所定の閾値より低い領域、振幅Ａ１が所定の閾値より低い領域、またはビジビリティＡ１／Ａ０が所定の閾値より低い領域をＮＧ領域として検出する。
【００７０】
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領域が散在して、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。
【００７１】
ノイズ低減処理部４１は、Ｍ枚分の各本画像データ５０に対して、ＮＧ領域検出部４０により検出されたＮＧ領域に移動平均処理を施すことによりノイズを低減する。具体的には、図６に示すように、ノイズ低減処理部４１は、各本画像データ５０のＮＧ領域内の各画素を注目画素Ｑｘ，ｙとし、各注目画素Ｑｘ，ｙの画素値を、注目画素Ｑｘ，ｙの画素値と、注目画素Ｑｘ，ｙの周囲に隣接する８個の隣接画素Ｑｘ−１，ｙ−１，Ｑｘ，ｙ−１，Ｑｘ＋１，ｙ−１，Ｑｘ−１，ｙ，Ｑｘ＋１，ｙ，Ｑｘ−１，ｙ＋１，Ｑｘ，ｙ＋１，Ｑｘ＋１，ｙ＋１の画素値との平均値で置き換える移動平均処理を施す。これにより、各本画像データ５０のＮＧ領域内の画素値が平滑化され、ノイズが低減される。
【００７２】
本実施形態では、注目画素Ｑｘ，ｙを含む９個の画素を用いて平均値を算出しているが、平均値を算出する画素数は任意である。但し、この画素数が大きい場合には、本画像データ５０に基づいて生成される位相微分画像のＮＧ領域の解像度が必要以上に低下してしまう。一方、この画素数が少ない場合には、ノイズが十分に低減されず、後述するアンラップ処理でアンラップエラーが発生する可能性がある。このため、移動平均処理において平均値を算出するための画素数は、解像度とアンラップエラーの発生度合いとの兼ね合いから適正に設定されることが好ましい。
【００７３】
位相微分画像生成部４２は、ノイズ低減処理部４１によりＮＧ領域にノイズ低減処理が施されたＭ枚分の各本画像データ５０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第１の位相微分画像を生成する。一方、プレ撮影時には、Ｍ枚分のプレ画像データ５１は位相微分画像生成部４２に直接入力され、位相微分画像生成部４２は、上式（８）または上式（９）に基づいて演算を行うことにより第２の位相微分画像を生成する。
【００７４】
アンラップ処理部４３は、位相微分画像生成部４２により生成された第１及び第２の位相微分画像にそれぞれアンラップ処理を施す。アンラップ処理部４３は、プレ撮影時には、第２の位相微分画像にアンラップ処理を施したものを、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４４に記憶させる。なお、オフセット画像記憶部４４は、新たにプレ撮影を行って新たなオフセット画像が入力された場合には、既に記憶しているオフセット画像を消去して、新たに入力されたオフセット画像を記憶する。また、アンラップ処理部４３は、本撮影時には、第１の位相微分画像にアンラップ処理を施したものを、アンラップ済み位相微分画像としてオフセット処理部４５に入力する。
【００７５】
オフセット処理部４５は、アンラップ処理部４３から入力されたアンラップ済み位相微分画像から、オフセット画像記憶部４４に記憶された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４６は、オフセット処理部４５によりオフセット補正が施されたアンラップ済み位相微分画像を、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７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具体的に説明する。アンラップ処理部４３は、第１の位相微分画像６０について、端部の一辺に沿って起点群ＳＰ１〜ＳＰｎを設定するとともに、起点群ＳＰ１〜ＳＰｎの配列方向と直交する方向に直線経路ＵＲ１〜ＵＲｎを設定する。アンラップ処理部４３は、起点群ＳＰ１〜ＳＰｎをアンラップ処理を行った後、各直線経路ＵＲ１〜ＵＲｎに沿ってアンラップ処理を行う。
【００７７】
このアンラップ処理は、アンラップ経路上において隣接する画素の画素値の変化量が所定量（例えば、α／２）以上である不連続点を検出し、検出した不連続点以降のアンラップ経路上に存在する画素の画素値に、前述の画素値がラップされた幅αを加算または減算する処理である。これにより、アンラップ経路上の画素値の変化がほぼ連続化される。第１の位相微分画像６０のＮＧ領域は、本画像データ５０の段階でノイズ低減処理部４１が低減されているため、画素値のノイズが少なく、アンラップエラーの発生が防止される。アンラップ処理部４３は、第２の位相微分画像についても上記と同一のアンラップ処理を行う。なお、本実施形態では、起点群ＳＰ１〜ＳＰｎの配列方向をｘ方向としているが、ｙ方向としてもよい。
【００７８】
以下、図８及び図９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Ｓ１０）、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Ｓ１１）。プレ撮影である場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ１２）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ１２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Ｓ１３）。この縞走査の結果、Ｍ枚分のプレ画像データ５１が生成され、メモリ１４に格納される。
【００７９】
Ｍ枚分のプレ画像データ５１は、画像処理部１５に読み出される。画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４２により、Ｍ枚分のプレ画像データ５１に基づき第２の位相微分画像が生成される（ステップＳ１４）。この第２の位相微分画像は、アンラップ処理部４３によりアンラップ処理が施され（ステップＳ１５）、アンラップ処理後の第２の位相微分画像がオフセット画像としてオフセット画像記憶部４４に記憶される（ステップＳ１６）。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。
【００８０】
次に、被検体Ｈが配置され、ステップＳ１０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Ｓ１１でＮＯ）、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ２０）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると（ステップＳ２０でＹＥＳ）、縞走査が行われ（ステップＳ２１）、メモリ１４にＭ枚分の本画像データ５０が格納される。
【００８１】
Ｍ枚分の本画像データ５０は、画像処理部１５に読み出される。画像処理部１５内では、ＮＧ領域検出部４０によりＮＧ領域の検出が行われ（ステップＳ２２）、ノイズ低減処理部４１により各本画像データ５０のＮＧ領域に移動平均処理が施され、ノイズが低減される（ステップＳ２３）。この後、位相微分画像生成部４２により、ノイズ低減処理が施されたＭ枚分の本画像データ５０に基づき第１の位相微分画像が生成される（ステップＳ２４）。
【００８２】
この第１の位相微分画像は、アンラップ処理部４３によりアンラップ処理が施され（ステップＳ２５）、アンラップ処理後の第１の位相微分画像がアンラップ済み位相微分画像としてオフセット処理部４５に入力される。オフセット処理部４５では、アンラップ済み位相微分画像から、オフセット画像記憶部４４に記憶された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Ｓ２６）。
【００８３】
そして、位相コントラスト画像生成部４６がオフセット補正後の位相微分画像を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Ｓ２７）、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Ｓ２８）。
【００８４】
以上のように、本撮影時に本画像データ５０からアンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出し、このＮＧ領域にノイズ低減処理を施したうえで第１の位相微分画像を生成しているため、第１の位相微分画像のアンラップ処理時にはアンラップエラーの発生が防止される。このため、ＮＧ領域（骨部領域等）の周囲に位置する軟部組織領域（図７参照）は、従来のようにアンラップエラーによる筋状のノイズで画像化が阻害されることはなく、視認性が良好である。
【００８５】
なお、上記実施形態では、図７に示すように、アンラップ処理部４３は、ＮＧ領域を含む第１及び第２の位相微分画像の全体を対象としてアンラップ処理を行っているが、ＮＧ領域以外のＯＫ領域に起点を設定して、ＯＫ領域のみを対象としてアンラップ処理を行ってもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部４１は、線形フィルタ処理である移動平均処理によってＮＧ領域内のノイズの低減を行っているが、ＮＧ領域内の画素値を平滑化しノイズを低減することができる処理であれば、その他の平滑化処理方法を用いることが可能である。例えば、ノイズ低減処理として、周知のメディアンフィルタ処理や最頻値フィルタ処理等の非線形フィルタ処理を用いてもよい。メディアンフィルタ処理は、注目画素を含む所定領域内の画素値の中央値で注目画素の画素値を置き換える処理である。最頻値フィルタ処理は、注目画素を含む所定領域内の画素値の最頻値で注目画素の画素値を置き換える処理である。さらに、線形処理と非線形処理とを組み合わせてノイズ低減処理を行うことも可能である。例えば、フィルタ行列の重み付け（線形処理）と閾値判定（非線形処理）とによりノイズ低減処理を行う。
【００８７】
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部４１は、ＮＧ領域内で注目画素を１画素ずつ変更し、各注目画素の画素値を、それを含む領域の画素値の平均値、中央値、最頻値等で置き換える方法を用いているが、ＮＧ領域を複数の領域に区分し、区分された各領域内の画素値を、該領域内の画素値の平均値、中央値、最頻値等ですべて置き換える方法によりノイズの低減を行ってもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、ノイズ低減処理部４１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ＮＧ領域を検出しているが、ＮＧ領域の検出方法はこれに限られず、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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、特定の画素部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。
【００９２】
上記のような素抜けや画素欠陥に起因するＮＧ領域が検出された場合においても、ノイズ低減処理部４１によるノイズ低減処理によりアンラップエラーが防止される。このような素抜けや画素欠陥に起因するＮＧ領域は、プレ画像データ５１においても検出可能であるため、プレ画像データ５１に対してもＮＧ領域検出部４０によるＮＧ領域の検出、及びノイズ低減処理部４１によるノイズ低減処理を施した後、位相微分画像生成部４２により、第２の位相微分画像を生成することも好ましい。
【００９３】
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。
【００９４】
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。この移動方向は、ｘｙ平面内で、かつｙ方向以外であれば、いずれの方向であってもよい。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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。マルチスリットの格子線は、ｙ方向に沿っている。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。ここで、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。
【００９８】
【数１０】
【００９９】
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。
【０１００】
第１の格子２１でタルボ効果を生じさせる場合には、第１の格子２１を、吸収型格子に代えて、位相型格子とすることも好ましい。位相型格子は、吸収型格子のＸ線吸収部をＸ線位相形成部に置換することにより構成される。Ｘ線位相形成部は、隣接するＸ線透過部に対して所定の屈折率差を有する材料により形成される。この位相型格子としては、入射Ｘ線にπ／２の位相変調を与えて透過させるものと、入射Ｘ線にπの位相変調を与えて透過させるものがある。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
【数１１】
【０１０４】
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。
【０１０５】
【数１２】
【０１０６】
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。
【０１０７】
【数１３】
【０１０８】
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。
【０１０９】
【数１４】
【０１１０】
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。
【０１１１】
【数１５】
【０１１２】
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。
【０１１３】
【数１６】
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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】
【０１１９】
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、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するＮＧ領域検出部と、
前記画像データの前記ＮＧ領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理部と、
前記ノイズ低減処理後の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アンラップ処理を施す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】
前記ノイズ低減処理は、前記画像データの前記ＮＧ領域内を平滑化する平滑化処理であ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】
前記平滑化処理は、前記ＮＧ領域内の各画素値を注目画素とし、注目画素の画素値を、注目画素を含む所定領域の画素値の平均値に置き換える移動平均処理であることを特徴とする請求項２記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
オフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部と、前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記オフセット画像を減算するオフセット処理部とを備え、
前記オフセット画像は、前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影時において、前記位相微分画像生成部が、前記放射線検出器により生成される画像データに基づいて位相微分画像を生成し、前記アンラップ処理部がアンラップ処理を施したものであ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４いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
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５に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
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６に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
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６に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
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５に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記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６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５から１０いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
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５から１０いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
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１２いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体の撮影を行うことにより得られた画像データに基づき、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するＮＧ領域検出ステップと、
前記画像データの前記ＮＧ領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理ステップと、
前記ノイズ低減処理後の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ステップと、
前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理ステップと、
を備えることを特徴とする画像処理方法。
【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、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するＮＧ領域検出部と、
前記画像データの前記ＮＧ領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理部と、
前記ノイズ低減処理後の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アンラップ処理を施す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】
前記ノイズ低減処理は、前記画像データの前記ＮＧ領域内を平滑化する平滑化処理であ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】
前記平滑化処理は、前記ＮＧ領域内の各画素値を注目画素とし、注目画素の画素値を、注目画素を含む所定領域の画素値の平均値に置き換える移動平均処理であることを特徴とする請求項２記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
オフセット画像として記憶するオフセット画像記憶部と、前記アンラップ処理後の位相微分画像から前記オフセット画像を減算するオフセット処理部とを備え、
前記オフセット画像は、前記被検体を配置しない状態で行われるプレ撮影時において、前記位相微分画像生成部が、前記放射線検出器により生成される画像データに基づいて位相微分画像を生成し、前記アンラップ処理部がアンラップ処理を施したものであ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４いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
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５に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
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６に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
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６に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
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５に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記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６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５から１０いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
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５から１０いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
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１２いずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体の撮影を行うことにより得られた画像データに基づき、アンラップエラーが生じやすいＮＧ領域を検出するＮＧ領域検出ステップと、
前記画像データの前記ＮＧ領域にノイズ低減処理を施すノイズ低減処理ステップと、
前記ノイズ低減処理後の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ステップと、
前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理ステップと、
を備えることを特徴とする画像処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６３０９８（Ｐ２０１３−６３０９８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１８１２（Ｐ２０１１−２０１８１２）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【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４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【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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