放射線撮影装置及び画像処理方法
【課題】アンラップエラーによって生じる筋状のノイズを除去した位相微分画像を得る。
【解決手段】Ｘ線画像検出器により得られた画像データに基づいて、幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込まれた位相微分画像を生成する位相微分画像生成部４０と、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４１と、アンラップ処理のエラーを補正する処理単位としてアンラップ処理済みの位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により最頻値を求める統計演算処理部４４と、最頻値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出し、各画素の画素値から整数ｎと幅αの積を減算することにより、アンラップ処理のエラーを補正する補正処理部４５と、を備える。
【解決手段】Ｘ線画像検出器により得られた画像データに基づいて、幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込まれた位相微分画像を生成する位相微分画像生成部４０と、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４１と、アンラップ処理のエラーを補正する処理単位としてアンラップ処理済みの位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により最頻値を求める統計演算処理部４４と、最頻値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出し、各画素の画素値から整数ｎと幅αの積を減算することにより、アンラップ処理のエラーを補正する補正処理部４５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体による放射線の位相変化に基づく画像を検出する放射線撮影装置及びこれに用いられる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るので、上記強度変調信号の強度や振幅が低下する。このため、高吸収体がある領域では位相ズレ量の算出精度が低下し、アンラップエラーが生じやすくなる。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、骨部領域上で一旦アンラップエラーが生じると、アンラップエラーが生じた箇所以降の経路にエラー値（上記関数の値域に相当する値）が積算される。この結果、アンラップ処理後の位相微分画像にはアンラップ処理の経路方向に沿った筋状のノイズが生じる。このノイズが軟部組織である軟骨部の一部に重なる場合には、Ｘ線位相イメージングでの関心領域である肝心の軟部組織の画像化を阻害してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アンラップエラーを補正することにより、アンラップエラーによって生じる筋状のノイズを除去した位相微分画像が得られる放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。また、アンラップエラーを補正するための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】
【００１４】
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、前記放射線検出器により得られた画像データに基づいて、幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込ま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、 前記アンラップ処理のエラーを補正する処理単位として前記アンラップ処理済みの前記位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により１つの基準値を求める統計演算処理部と、前記基準値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出し、前記整数ｎに応じて各画素の画素値から前記整数ｎと前記幅αの積を減算することにより、前記アンラップ処理のエラーを補正する補正処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記基準値は、前記小領域内の画素値の最頻値であることが好ましい。
【００１６】
前記アンラップ処理後の前記位相微分画像に基づいて、前記小領域のサイズを決定する小領域サイズ決定部を備えることが好ましい。
【００１７】
前記小領域サイズ決定部は、前記位相微分画像内に定められた複数の所定領域の画素値の平均値に基づいて前記位相微分画像の画素値の最大変化量を算出し、前記最大変化量と前記位相微分画像のサイズの比率に基づいて前記小領域のサイズを決定することが好ましい。
【００１８】
前記平均値を求める前記複数の所定領域は、前記位相微分画像の四隅に定められていることが好ましい。
【００１９】
前記小領域サイズ決定部は、前記位相微分画像のサイズの比率に応じて、前記小領域内での画素値の大局的な変化がα以下となるように、前記小領域のサイズを決定することが好ましい。
【００２０】
前記小領域サイズ決定部は、前記平均値に基づいて前記位相微分画像の横方向，縦方向，及び対角方向の最大変化量を各々算出し、横方向の前記最大変化量と前記対角方向の最大変化量に基づいて、前記小領域の横幅を決定するとともに、縦方向の前記最大変化量と前記対角方向の最大変化量に基づいて、前記小領域の縦幅を決定することが好ましい。
【００２１】
前記小領域は、前記位相微分画像の全体を過不足なく区分けするように位置が定められることが好ましい。
【００２２】
前記小領域は、隣接する他の前記小領域と一部が重複するように定められることが好ましい。
【００２３】
前記被検体がない状態で撮影して得られる位相微分画像をオフセット画像として記憶する記憶手段と、前記アンラップ処理のエラーが補正された前記位相微分画像から、前記オフセット画像を減算するオフセット処理部と、を備えることが好ましい。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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が好ましい。
【００２８】
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が好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
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が好ましい。
【００３１】
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。
【００３２】
本発明の画像処理方法は、幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込まれた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、前記アンラップ処理のエラーを補正する処理単位として前記アンラップ処理済みの前記位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により１つの基準値を求める統計演算処理ステップと、前記前記基準値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出する整数ｎ算出ステップと、前記整数ｎに応じて各画素の画素値から前記整数ｎと前記幅αの積を減算することにより、前記アンラップ処理のエラーを補正する補正ステップと、を備えることを特徴とする。
【００３３】
前記アンラップ処理が施された前記画像に基づいて、前記小領域のサイズを決定する小領域サイズ決定小領域サイズ決定ステップを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、アンラップエラーによって生じる筋状のノイズを除去した位相微分画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】Ｘ線撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線画像検出器の構成を示す模式図である。
【図３】第１及び第２の格子の構成を説明する説明図である。
【図４】強度変調信号を示すグラフである。
【図５】画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図６】アンラップ処理の起点及び経路の設定を示す説明図である。
【図７】アンラップ処理の態様を示す説明図である。
【図８】アンラップ処理でアンラップエラーが生じる態様を示す説明図である。
【図９】アンラップ処理後の位相微分画像を模式的に示す図である。
【図１０】小領域を決定する態様を示す説明図である。
【図１１】アンラップエラーの補正を行う態様を示す説明図である。
【図１２】画素値の出現頻度を示す頻度ヒストグラムである。
【図１３】アンラップエラーの補正と頻度ヒストグラムの対応関係を示す説明図である。
【図１４】プレ撮影の態様を示すフローチャートである。
【図１５】本撮影の態様を示すフローチャートである。
【図１６】小領域を決定する他の態様を示す説明図である。
【図１７】アンラップエラーの補正を行う他の態様を示す説明図である。
【図１８】オフセット処理後にアンラップエラーの補正を行うための構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
【数１】
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
【数２】
【００５５】
上記屈折角φ（ｘ）は、位相シフト分布Φ（ｘ）と、下式（３）の関係にある。
【００５６】
【数３】
【００５７】
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。
【００５８】
【数４】
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
【数５】
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
【数６】
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
【数７】
【００７１】
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。
【００７２】
【数８】
【００７３】
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。
【００７４】
【数９】
【００７５】
複素数の偏角は、値域が−πから＋πの範囲であるため、上式（８）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−πから＋πの範囲に畳み込まれた（ラップされた）値を取る。これに対して、逆正接関数は、通常、値域が−π／２から＋π／２の範囲であるため、上式（９）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−π／２から＋π／２の範囲に畳み込まれた値を取る。なお、上式（９）において、逆正接関数内の分母及び分子の正負を判別することにより、値域を−πから＋πとすることができるため、−πから＋πの範囲で位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することも可能である。
【００７６】
本実施形態では、各画素部３０について算出された位相ズレ量ψ（ｘ）を画素値とするデータを位相微分画像という。なお、位相ズレ量ψ（ｘ）に定数を乗じたり加算したりしたデータで表される画像を位相微分画像としてもよい。以下、位相微分画像の画素値は、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。
【００７７】
図５に示すように、画像処理部１５は、位相微分画像生成部４０、アンラップ処理部４１、オフセット画像記憶部４２、小領域サイズ決定部４３、統計演算処理部４４、補正処理部４５、オフセット処理部４６、位相コントラスト画像生成部４７等を備える。
【００７８】
位相微分画像生成部４０は、プレ撮影の縞走査でＸ線画像検出器１３により得られるＭ枚分の画像データ（プレ撮影画像データ）５１を用い、上式（８）または上式（９）に基づいて演算を行うことにより、位相微分画像を生成する。同様に、位相微分画像生成部４０は、本撮影の縞走査でＸ線画像検出器１３により得られるＭ枚分の画像データ（本撮影画像データ）５２に基づいて位相微分画像を生成する。
【００７９】
アンラップ処理部４１は、位相微分画像生成部４０から入力される位相微分画像にアンラップ処理を施す。プレ撮影時には、プレ撮影画像データ５１に基づいて生成された位相微分画像が位相微分画像生成部４０からアンラップ処理部４１に入力される。アンラップ処理部４１は、プレ撮影画像データ５１から生成された位相微分画像にアンラップ処理を施すと、これをオフセット画像として、オフセット画像記憶部４２に記憶させる。なお、オフセット画像記憶部４２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、既に記憶されているオフセット画像を消去した後、新たに入力されたオフセット画像を記憶する。
【００８０】
また、アンラップ処理部４１は、本撮影時には、本撮影画像データ５２に基づいて生成された位相微分画像にアンラップ処理を施し、小領域サイズ決定部４３に入力する。
【００８１】
図６に示すように、アンラップ処理部４１は、例えば、位相微分画像６１の角部に位置する画素に起点ＳＰ１を設定し、起点ＳＰ１から経路ＷＲ１に沿ってアンラップ処理を行った後、起点ＳＰ１と、これに隣接する起点ＳＰ２とのアンラップ処理を行い、起点ＳＰ２から経路ＷＲ２に沿ってアンラップ処理を行うという処理を、起点ＳＰｎ及び経路ＷＲｎを変更しながら順に繰り返す。
【００８２】
アンラップ処理は、前述のように位相微分画像の画素値が所定の値域にラップされていることにより大きく変化（いわゆる位相飛び）する点を不連続点ＤＰとして検出し、検出した不連続点ＤＰ以降の経路ＷＲｎ上の画素値に該値域の幅αを加算または減算することで不連続点ＤＰをなくし、画素値の変化をほぼ連続化する処理である。不連続点ＤＰの検出は、画素値の変化量が所定量（例えば、α／２）以上である箇所を求めることにより行われる。図７に示すように、位相微分画像にアンラップ処理を施すと、経路ＷＲｎ上に、位相飛びによる不連続点ＤＰだけが検出された場合には、画素値の変化は正常に連続化される。
【００８３】
一方、図８に示すように、経路ＷＲｎ上に、位相飛びによる不連続点ＤＰだけでなく、ノイズ等による不連続点Ｅｒｒが存在すると、アンラップ処理部４１は、位相飛びによる不連続点ＤＰとノイズ等による不連続点Ｅｒｒとを識別することができず、不連続点Ｅｒｒに対しても値域の幅αを加算または減算することがある。この場合、アンラップ処理後位相微分画像には、不連続点Ｅｒｒで幅αのギャップが生じてしまう。このギャップがアンラップエラーである。
【００８４】
なお、ノイズ等による不連続点Ｅｒｒが１点のデータだけで構成される場合には、結果的には正しくアンラップ処理される。これは、不連続点Ｅｒｒと直前のデータ点との差が不連続点を検出するための所定量を超え、かつ、不連続点Ｅｒｒと次のデータ点との差も所定量を超えるため、αを減算（加算）するアンラップ処理とαを加算（減算）するアンラップ処理が行われ、不連続点Ｅｒｒにおけるアンラップ処理は相殺されるからである。このため、図８に示す不連続点Ｅｒｒは、複数のデータ点からなる。例えば、不連続点Ｅｒｒが、データ点Ｅｒｒ１，Ｅｒｒ２の２点からなり、データ点Ｅｒｒ１と直前のデータ点との差が所定量を超え、データ点Ｅｒｒ１とデータ点Ｅｒｒ２の差、及びデータ点Ｅｒｒ２と次のデータ点との差が所定量を超えないとする。この場合、データ点Ｅｒｒ１と直前のデータ点との差を検出してアンラップ処理が行われるが、データ点Ｅｒｒ１とデータ点Ｅｒｒ２の差、及びデータ点Ｅｒｒ２と次のデータ点との差はアンラップ処理が必要な箇所としては検出されないので、結果的にデータ点Ｅｒｒ１と直前のデータ点との差を検出して行われるアンラップ処理がアンラップエラーとして残る。
【００８５】
プレ撮影は、前述のように被検体Ｈがない状態で行われる撮影であるから、プレ撮影画像データ５１及びプレ撮影画像データ５１から生成される位相微分画像には、位相飛びによる不連続点ＤＰ以外の不連続点Ｅｒｒは基本的に発生しない。このため、プレ撮影時に生成される位相微分画像にアンラップ処理を施してもアンラップエラーは生じない。
【００８６】
一方、本撮影時に得られる位相微分画像は、被検体Ｈが写し出された本撮影画像データ５１に基づいて生成されるので、位相微分画像にアンラップ処理を施すと、撮影した被検体Ｈによってはアンラップエラーが生じることがある。例えば、図９に示すように、被写体Ｈに、Ｘ線吸収能が高いためにコントラストが低くノイズが生じやすい骨部６６と、Ｘ線撮影装置１０による撮影の主要な関心領域である軟部組織６７（軟骨や関節液等）があるとする。骨部６６はコントラストが低く、アンラップエラーが生じやすいので、本撮影画像データ５２から直接生成された位相微分画像においては、骨部６６を通る経路ＷＲｎに沿ってアンラップエラーによる筋状のノイズ６７が発生することがある。破線で示す領域６８のように、ノイズ６７が軟部組織６７に重畳される箇所では、関心領域である軟部組織６７の観察が阻害される。
【００８７】
上述のように発生するアンラップエラーの補正は、小領域サイズ決定部４３、統計演算処理部４４、及び補正処理部４５によって行われる。
【００８８】
小領域サイズ決定部４３は、統計演算処理部４４で行う統計演算処理及び補正処理の処理単位（以下、小領域という）のサイズを決定する。具体的には、図１０に示すように、小領域サイズ決定部４３は、アンラップ処理部４１からアンラップ処理済みの位相微分画像が入力されると、まず、所定の領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤの画素値を抽出する。
【００８９】
所定の領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤは、サイズ及び位置が各々予め定められている。各領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズは、例えば、いずれも位相微分画像６１の横幅Ｗ及び縦幅（高さ）Ｈの１０％（０．１Ｗ×０．１Ｈの大きさ）である。また、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤは、小領域のサイズを精度良く決定することができるように互いにできるだけ離れた位置に定められる。例えば、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤは、位相微分画像６１の左上隅，右上隅，左下隅，右下隅に各々定められる。
【００９０】
次いで、小領域サイズ決定部４３は、各領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤ毎に、抽出した画素値の平均値μＡ，μＢ，μＣ，μＤを算出し、これらの各平均値μＡ，μＢ，μＣ，μＤに基づいて、位相微分画像６１に重畳されたオフセット等に起因する横方向（Ｗの方向），縦方向（Ｈの方向），斜め方向（ＤＬ１及びＤＬ２の各方向）の最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出する。
【００９１】
横方向の最大変化量ＮＷを算出する場合、まず、領域ＥＡから領域ＥＢへの変化量を表すＮＡＢ＝｜μＡ−μＢ｜を算出し、領域ＥＣから領域ＥＤへの変化量を表すＮＣＤ＝｜μＣ−μＤ｜を算出する。そして、ＮＡＢとＮＣＤのうち大きい方の値を、横方向の最大変化量ＮＷとする。
【００９２】
同様に、縦方向の最大変化量ＮＨを算出する場合、領域ＥＡから領域ＥＣへの変化量を表すＮＡＣ＝｜μＡ−μＣ｜を算出し、領域ＥＢから領域ＥＤへの変化量を表すＮＢＤ＝｜μＢ−μＤ｜を算出する。そして、これらのうち大きい方の値を、縦方向の最大変化量ＮＨとする。また、斜め方向ＤＬ１，ＤＬ２への最大変化量ＮＤＬ１，ＮＤＬ２は、それぞれ｜μＡ−μＤ｜，｜μＢ−μＣ｜によって算出する。
【００９３】
小領域サイズ決定部４３は、こうして算出した各方向の最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２に基づき、小領域内における大局的な画素値の変化量がα（アンラップ前の位相微分画像の値域に相当する値）を超えないように、小領域のサイズを決定する。具体的には、小領域サイズ決定部４３は、小領域の横幅を決定するときに、算出した各方向の最大変化量ＮＷ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２に基づいて、第１横基準長，第２横基準長，第３横基準長の３種の長さを決定する。
【００９４】
第１横基準長は、α（Ｗ／ＮＷ）であり、画素値の横方向への大局的な変化量がαに一致する長さである。第２横基準長は、対角方向ＤＬ１に沿った長さα（ＤＬ１／ＮＤＬ１）を位相微分画像６１の横辺に射影することにより算出され、位相微分画像６１が正方形の場合にはα（ＤＬ１／ＮＤＬ１）×ｃｏｓ４５°である。第２横基準長は、対角方向ＤＬ１への画素値の大局的な変化がαに一致する場合のその横方向への長さである。同様に、第３横基準長は、対角方向ＤＬ２に沿った長さα（ＤＬ２／ＮＤＬ２）を位相微分画像６１の横辺に射影することにより算出される。第３横基準長は、対角方向ＤＬ２への画素値の大局的な変化がαに一致する場合のその横方向への長さである。
【００９５】
小領域サイズ決定部４３は、第１横基準長，第２横基準長，第３横基準長のうちから最も短い横基準長以下で、かつ、位相微分画像６１の横幅Ｗを整数分割する長さを求め、これを小領域の横幅として決定する。この横幅を有する小領域内では、横方向への大局的な画素値の変化量がα以下に抑えられる。
【００９６】
また、小領域サイズ決定部４３は、同様に、最大変化量ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２に基づいて、第１縦基準長，第２縦基準長，第３縦基準長を算出することにより、小領域の縦幅を決定する。
【００９７】
第１縦基準長は、α（Ｗ／ＮＨ）であり、画素値の縦方向への大局的な変化量がαに一致する長さである。第２縦基準長は、対角方向ＤＬ１に沿った長さα（ＤＬ１／ＮＤＬ１）を位相微分画像６１の縦辺に射影することにより算出され、位相微分画像６１が正方形の場合にはα（ＤＬ１／ＮＤＬ１）×ｓｉｎ４５°である。第２横基準長は、対角方向ＤＬ１への画素値の大局的な変化がαに一致する場合のその縦方向への長さである。同様に、第３横基準長は、対角方向ＤＬ２に沿った長さα（ＤＬ２／ＮＤＬ２）を位相微分画像６１の縦辺に射影することにより算出される。第３横基準長は、対角方向ＤＬ２への画素値の大局的な変化がαに一致する場合のその縦方向への長さである。
【００９８】
小領域サイズ決定部４３は、第１縦基準長，第２縦基準長，第３縦基準長のうちから最も短い縦基準長以下であり、かつ、位相微分画像６１の縦幅Ｈを整数分割する長さを求め、これを小領域の縦幅として決定する。この縦幅を有する小領域内では、縦方向の大局的な画素値の変化量がα以下に抑えられる。
【００９９】
統計演算処理部４４は、図１１に示すように、小領域サイズ決定部４３により決定された横幅ＦＷ及び縦幅ＦＨを有する小領域７１により位相微分画像６１を分割し、各小領域７１に以下の統計演算処理を施す。この統計演算処理は、例えば、矢印で示す順に行う。なお、図１１では、小領域サイズ決定部４３により、横幅ＦＷがＷ／４、縦幅ＦＨがＨ／５と決定された例を示している。
【０１００】
統計演算処理部４４は、まず、小領域７１内について画素値ψの頻度分布を調べ、最頻値ψｍを求める。例えば、小領域７１内の画素値ψの頻度分布をヒストグラム化すると、図１２に示すように、ほぼαの広がり有する複数の小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・が現れる。この場合、最頻値ψｍは、小分布Ｐ０のほぼ平均値である。
【０１０１】
小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・のうち、最頻値ψｍを含む小分布Ｐ０は、実質的にアンラップエラーによるギャップがなく、正常な画素値を示す画素が属している。これは、小領域７１内での画素値の変化量はほぼαの範囲内であり、小領域７１内でのアンラップエラーの発生頻度は低く、正常な画素が大半を占めるためである。
【０１０２】
このため、小分布Ｐ０以外の小分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・は、アンラップエラーに起因した画素値が大半を占める。これらの小分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・は、小分布ピークＰ０を基準として概ね正負対称に生じる。これは、アンラップエラーの原因となるノイズがランダムであり、アンラップエラーがほぼ正負同等の確率で生じるためである。このため、各小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・は、全体として概ね二項分布となる。
【０１０３】
補正処理部４５は、算出した最頻値ψｍを基準として、小領域７１内の画素値の補正を行う。例えば、最頻値ψｍの画素値を基準値（０）として、−α／２以上＋α／２未満の範囲に属する画素値を有する画素を、実質的にアンラップエラーがない正常画素として分類する。また、画素値が＋α／２以上＋３α／２未満の範囲に属する画素値を有する画素を、アンラップエラーによってαが１回余分に加算された異常画素として分類する。同様に、画素値が−３α／２以上−α／２未満の範囲に属する画素値を有する画素を、アンラップエラーによってαが１回余分に減算された異常画素として分類する。その他の範囲についても同様である。
【０１０４】
頻度ヒストグラムを用いて説明したが、上述の各画素の分類は、数式に基づくアルゴリズムを用いて行う。具体的には、補正処理部４５は、小領域７１内の各画素の画素値ψ（ｘ，ｙ）と最頻値ψｍとの差分Δ（ｘ，ｙ）＝ψ（ｘ，ｙ）−ψｍを算出し、差分Δ（ｘ，ｙ）が下式（１０）を満たす整数ｎを算出する。そして、算出した整数ｎを用いて、下式（１１）に示すように、元の画素値ψ（ｘ，ｙ）を新たな画素値ψ’（ｘ，ｙ）に置き換える。
【０１０５】
【数１０】
【０１０６】
【数１１】
【０１０７】
この式（１０）及び式（１１）に基づく画素値の補正処理により、小領域７１内でアンラップエラーが補正される。ここで、“ｘ，ｙ”は、位相微分画像６１内における各画素の座標を表す。また、式（１０）では、差分Δの下限を、等号を含む不等号（≦）で表し、上限を、等号を含まない不等号（＜）で表しているが、整数ｎが一意に決定される範囲を規定するように不等号が表されていればよく、等号の位置は任意である。すなわち、式（１０）を次のように変形してもよい（ｎα−α／２＜Δ（ｘ，ｙ）≦ｎα＋α／２ ・・・（１０’））。
【０１０８】
上述の式（１０）及び式（１１）に基づく画素値の補正処理を、頻度ヒストグラムに対応付ければ、小分布Ｐ０に属する画素ではｎ＝０であるため、実質的に画素値の置換えは行われない。一方、小分布Ｐ１ａに属する画素ではｎ＝１であり、画素値はαだけ減算される。また、小分布Ｐ１ｂに属する画素ではｎ＝−１であり、画素値はαだけ加算される。同様に、小分布Ｐ２ａに属する画素ではｎ＝＋２であり、画素値は２αだけ減算され、ピークＰ２ｂに属する画素ではｎ＝−２であり、画素値は２αだけ加算される。その他の各小分布についても同様である。
【０１０９】
前述のように、小分布Ｐ０に属する画素は、アンラップエラーがない正常画素が大半を占めるため画素値の補正は不要である。一方、小分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂに属する画素はアンラップエラーによりαが１回だけ余分に加算または減算された異常画素が大半を占めるため、式（１０）及び式（１１）にしたがって逆にαを減算または加算することにより、アンラップエラーが補正された正常画素となる。これは図１３に示すように、小分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを、中心位置が最頻値ψｍとなるように移動させることに相当する。小分布Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ及びその他の各小分布に属する画素についても同様である。
【０１１０】
小領域７１のサイズが大きすぎる場合には、小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，・・・のそれぞれは分布が広がり、各々の裾が繋がってしまう等、各小分布が区別し難くなる。このように小領域７１のサイズが大きすぎる場合には、上述の式（１０）及び式（１１）による補正処理を行うと、小分布Ｐ０と小分布Ｐ１ａの重なり部分では、本来アンラップエラーがない小分布Ｐ０に属する正常画素に対して、統計演算処理部４４により補正処理が行われてしまうことがある。一方、小領域７１のサイズが小さすぎる場合には、小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，・・・の各分布が狭まるが、データ数が少ないため、最頻値ψｍの算出精度が悪化する。これにともなって、統計演算処理部４４による画素値の補正処理の精度も悪化する。
【０１１１】
オフセット処理部４６は、上述のように補正処理部４５によってアンラップエラーが補正された位相微分画像に対してオフセット補正を施す。オフセット補正は、アンラップエラーが補正された位相微分画像からオフセット画像を減算することにより、位相微分画像にバックグラウンドとして重畳されたノイズを減算する補正処理である。ここで、オフセットとして除去されるノイズ成分は、例えば、第１の格子２１や第２の格子２２の歪や僅かな位置ずれ（回転や傾斜を含む）や、これらの位置ずれによって生じるモアレ等によるものである。
【０１１２】
位相コントラスト画像生成部４７は、アンラップエラーが補正され、かつ、オフセットが除去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は、画像記録部１６に記録される。
【０１１３】
以下、Ｘ線撮影装置１０の作用を説明する。Ｘ線撮影装置１０を用いて被検体Ｈの撮影を行う場合、図１４に示すように、被検体Ｈの撮影の前に、プレ撮影を行う。操作部１８ａを用いて撮影モードとしてプレ撮影モードが選択されると（ステップＳ１０）、撮影指示の入力待機状態となる（ステップＳ１１）。操作部１８ａを用いて撮影指示が入力されると、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Ｓ１２）。この縞走査の結果、Ｍ枚のプレ撮影画像データ５１が生成され、メモリ１４に格納される。
【０１１４】
プレ撮影画像データ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４０によってプレ撮影画像データ５１から位相微分画像が生成される（ステップＳ１３）。この位相微分画像は、アンラップ処理部４１でアンラップ処理が施された後（ステップＳ１４）、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４２に記憶される。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。
【０１１５】
次に、被検体Ｈを配置し、本撮影を行う。本撮影を行う場合、図１５に示すように、操作部１８ａを用いて撮影モードとして本撮影モードが選択される（ステップＳ２０）。本撮影モードが選択されると、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ２１）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると、縞走査が行われ（ステップＳ２２）、メモリ１４にＭ枚の本撮影画像データ５２が格納される。
【０１１６】
その後、本撮影画像データ５２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４０によって本撮影画像データ５２から第１位相微分画像Ｋ１が生成され（ステップＳ２３）、アンラップ処理部４１によってアンラップ処理が施される（ステップＳ２４）、小領域サイズ決定部４３に入力される。
【０１１７】
小領域サイズ決定部４３では、統計演算処理部４４による統計演算処理及び補正処理の処理単位である小領域の最適なサイズを決定する（ステップＳ２５）。次に、統計演算処理部４４において、小領域サイズ決定部４３で算出された小領域毎に位相微分画像を区分けし、各小領域で画素値の最頻値ψｍを算出する（ステップＳ２６）。その後、小領域内の各画素の画素値ψ（ｘ，ｙ）と最頻値ψｍの差分Δ（ｘ，ｙ）を算出し（ステップＳ２７）、算出した差分Δ（ｘ，ｙ）が前述の式（１０）を満たす整数ｎを算出する（ステップＳ２８）。そして、前述の式（１１）に基づいて算出した整数ｎに応じた画素値の補正処理を行う（ステップＳ２９）。
【０１１８】
上述の各種処理のうち、統計演算処理部４４による最頻値ψｍの算出（Ｓ２６）、補正処理部４５による差分Δ（ｘ，ｙ）の算出（Ｓ２７）及び画素値の補正処理（Ｓ２９）は全ての小領域について行う（ステップＳ３０）。これにより、アンラップ済み位相微分画像に対するアンラップエラーの補正処理が完了する。
【０１１９】
統計演算処理部４４及び補正処理部４５による各種処理（Ｓ２６〜Ｓ２９）が全ての小領域について完了し、アンラップエラーの補正処理が完了すると、アンラップエラーの補正処理済み位相微分画像は、オフセット処理部４６に入力され、プレ撮影によって予め記憶されたオフセット画像を減算するオフセット処理が施される（ステップＳ３１）。こうしてオフセット処理された位相微分画像は、画像記録部１６に記録される。
【０１２０】
同時に、位相コントラスト画像生成部４７は、オフセット処理された位相微分画像に積分処理を施すことにより、位相コントラスト画像を生成し（ステップＳ３２）、画像記録部１６に記録する。その後、オフセット処理後の位相微分画像や位相コントラスト画像はモニタ１８ｂに表示される（ステップＳ３３）。
【０１２１】
以上のように、Ｘ線撮影装置１０は、アンラップエラーを補正する。このため、Ｘ線撮影装置１０は、アンラップエラーがない位相微分画像及び位相コントラスト画像を生成し、表示することができる。
【０１２２】
また、Ｘ線撮影装置１０は、アンラップエラーの補正をする時に、位相微分画像を小領域に区切り、小領域毎に最頻値ψｍを算出し、アンラップエラーの補正処理を行う。このため、アンラップ処理自体は、アンラップエラーが発生しやすい骨部６６の判別や、実際のアンラップエラーの有無等を考慮することなく、所定の経路に沿って行うことができる。Ｘ線撮影装置１０によれば、骨部６６等を判別し、迂回しながらアンラップ処理を行う等、そもそもアンラップエラーを発生させないようにするアンラップ処理を行う場合と比較して、容易にアンラップエラーがない位相微分画像を得られる。また、撮影部位等によらず、アンラップエラーを好適に補正することができる。
【０１２３】
さらに、Ｘ線撮影装置１０が行うアンラップエラーの補正処理には、補正処理の対象であるアンラップ処理後の位相微分画像以外のデータを必要としない。このため、Ｘ線撮影装置１０が行うアンラップエラーの補正処理は、容易かつ正確である。
【０１２４】
なお、上述の実施形態では、小領域サイズ決定部４３によって小領域のサイズを決定するときに、まず、位相微分画像６１の四隅に定められた所定の領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤの平均値μＡ，μＢ，μＣ，μＤを算出する例を説明したが、これらの領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤの配置箇所は任意である。例えば、図１６に示すように、位相微分画像６１の左辺中央，上辺中央，下辺中央，右辺中央に、それぞれ領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤを定めても良い。
【０１２５】
この場合、オフセット等による横方向の画素値の最大変化量ＮＷは、ＮＷ＝｜μＡ−μＤ｜、縦方向の最大変化量ＮＨは、ＮＨ＝｜μＢ−μＣ｜によって求めれば良い。また、対角方向ＤＬ１の最大変化量ＮＤＬ１は、｜μＡ−μＢ｜と｜μＤ−μＣ｜のうち大きい方の２倍の値とすれば良い。｜μＡ−μＢ｜と｜μＤ−μＣ｜の平均値の２倍を最大変化量ＮＤＬ１としても良い。対角方向ＤＬ２の最大変化量ＮＤＬ２についても同様である。また、この他の位置に領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤを定める場合もここで説明した変形例や上述の実施形態とほぼ同様の計算によって最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出することができる。但し、４箇所の領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤに基づいて、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出する場合には、上述の実施形態のように、これらの所定領域は位相微分画像６１の四隅に定めることが好ましい。これは、各所定領域間距離が最も長くとれ、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２の算出精度が良いからである。
【０１２６】
さらに、上述の実施形態では、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズを０．１Ｗ×０．１Ｈとしているが、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズはこれに限らず、任意である。但し、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズが大きすぎたり、小さすぎたりする場合、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２の検出精度が悪くなるので、上述の実施形態のように、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズは、０．１Ｗ×０．１Ｈ程度であることが好ましい。
【０１２７】
また、上述の実施形態では、小領域のサイズを決定するために、４つの領域が領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤをもちいているが、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出することができれば、領域の個数は任意である。例えば、位相微分画像６１の中央に領域ＥＥを設け、この領域ＥＥの平均値μＥをも加味して、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出しても良い。
【０１２８】
また、上述の実施形態では、位相微分画像６１を小領域７１に区分けした後、各小領域７１に対してアンラップエラーの補正処理を、図１１に示す矢印の順に行っているが、この補正処理を行う順序は任意である。また、隣接した小領域７１を順に処理して行く必要もない。
【０１２９】
また、上述の実施形態では、小領域によって位相微分画像６１を縦横に整数分割し、小領域によって位相微分画像を過不足なく区分けすることができるように、小領域のサイズを決定する例を説明したが、これに限らない。例えば、図１７に示すように、隣接する小領域の縦横の一部を重複させつつ、かつ、位相微分画像６１の全体で余りなくアンラップエラーの補正をするようにすることができるように各小領域の位置が定められることがより好ましい。具体的には、統計演算処理部４４は、小領域７１ａの次にアンラップエラーの補正を行う小領域７１ｂの位置を、小領域７１ａの下側の一部分と重複するようにを決める。同様に、小領域７１ｃの位置も、小領域７１ｂの下側の一部分と重複するように決める。また、小領域７１ａを初端とする列（位相微分画像６１の左端部分の列。）の隣の列では、小領域７１ｋのように、第１列で各小領域７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，・・・と左側の一部分が重複するように、小領域の位置を決定する。このように、小領域の一部が重複するように各小領域の位置を決定し、各小領域のアンラップエラーの補正を順に行うと、重複部分では既にアンラップエラーが補正されているために、アンラップエラーが多く含まれる場合であっても、少分布Ｐ０のピーク値が他の少分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ等と比べて有意に大きくなる。したがって、最頻値ψｍをより精度良く検出でき、アンラップエラーの補正の精度も向上する。なお、上述の実施形態のように各小領域に重複がない場合には、小領域の一部を重複させる場合よりも、アンラップエラーの補正処理に要する時間が短い。
【０１３０】
なお、このように、小領域を重複させながらアンラップエラーの補正を行う場合も、各小領域のサイズは、上述の実施形態と同様に小領域サイズ決定部４３で算出する大きさにすれば良い。但し、各小領域内での画素値の大局的な変化がα以下であればよいので、小領域のサイズは、小領域サイズ決定部４３で算出されるサイズ以下であれば良い。但し、前述のように、小領域のサイズが小さすぎる場合には、データの少ないことによって、補正処理部４５による補正処理の精度が悪化するので、各小領域の一部を重複させる場合にも、小領域のサイズは概ね上述の実施形態と同様のサイズにすることが好ましい。
【０１３１】
なお、上述のように隣接する小領域の一部を重複させる場合、各小領域の重複量は任意である。重複量が多いほど最頻値ψｍの検出精度は向上する。但し、重複量が多いほどアンラップエラーの補正処理に要する時間が長くなる。したがって、仕様等により、モニタ１８ｂに位相微分画像や位相コントラスト画像を表示するまでの時間の上限が予め設定されている場合には、アンラップエラーの補正処理及びその後の各処理に要する時間を逆算し、小領域の重複量や小領域のサイズを最適に調節しても良い。また、最頻値ψｍの検出精度とアンラップエラーの補正処理に要する時間を考慮し、最適な重複量を予め定めておいても良い。
【０１３２】
なお、上述の実施形態では、小領域サイズ決定部４３において、実際に位相微分画像に重畳されたオフセットの態様に応じて最適な小領域７１のサイズを決定する例を説明したが、小領域７１は位相微分画像に対して予め固定的に設定されていても良い。これはオフセットの具体的態様が撮影毎にほぼ変化しない場合に有効であり、小領域７１のサイズを算出しない分、迅速にアンラップエラーの補正処理を行うことができる。小領域７１のサイズを固定的に設定しておく場合には、Ｘ線撮影装置１０のメンテナンスやキャリブレーション時等に、上述の実施形態と同様に小領域７１のサイズを決定しておけば良い。なお、上述の実施形態のように小領域７１のサイズを決定する態様は、オフセットの態様が不意に変化しても、常に正確なアンラップエラーの補正処理を行うことができるという利点がある。
【０１３３】
なお、上述の実施形態では、小領域７１が２次元の範囲である例を説明したが、小領域７１は１次元の範囲（画素の列または行、もしくは画素の行または列の一部分）であっても良い。
【０１３４】
なお、上述の実施形態では、小領域７１の統計演算処理（最頻値ψｍの算出）及び画素値の補正を各小領域について順に行う例を説明したが、全ての小領域７１について統計演算処理を行った後に各小領域７１の画素値の補正を行っても良い。
【０１３５】
なお、上述の実施形態では、小領域７１に対してアンラップエラーの補正処理を行う画素値の基準値として、統計演算処理部４４により小領域７１内の画素値の最頻値ψｍを求めているが、最頻値ψｍ以外の値を基準値としても良い。例えば、小領域７１の画素値の平均値や中央値を基準値としても良い。
【０１３６】
なお、上述の実施形態では、アンラップエラーの補正を終えた後に、オフセット処理を行う態様を例に説明したが、オフセット処理を行った後にアンラップエラーの補正を行なっても良い。この場合、例えば、図１８に示すように、アンラップ処理部４１でアンラップ処理が施された位相微分画像はオフセット処理部４６に入力されるようにする。そして、オフセット処理部４６でオフセット処理が施された位相微分画像が小領域サイズ決定部４３に入力し、適切な小領域のサイズを決定した後、統計演算処理部４４で統計演算処理を、補正処理部４５でアンラップエラーの補正処理を順に行うようにすれば良い。
【０１３７】
なお、上述の実施形態では、位相微分画像と位相コントラスト画像を生成する例を説明したが、プレ撮影画像データ５１や本撮影画像データ５２から吸収画像、吸収画像の微分画像、または小角散乱画像を生成しても良い。吸収画像は、強度変調信号の平均強度を画像化することにより生成される。吸収画像の微分画像は、吸収画像を所定方向（例えば、ｘ方向）に微分処理することにより生成される。小角散乱画像は、強度変調信号の振幅を画像化することにより生成される。
【０１３８】
さらに、Ｘ線画像検出器１３、第１の格子２１、第２の格子２２に欠陥が生じたり、ゴミなどが付着したりした場合には、所定の画素部３０の画素値が常に高く、または低くなることがある。このような画素欠陥が生じた領域は、強度変調信号の平均強度、振幅等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。このようにアンラップエラーが画素欠陥に起因する場合にも本発明は有効であり、アンラップエラーを補正することができる。
【０１３９】
上述の画素欠陥に起因するアンラップエラーは、プレ撮影時にも発生する。このため、上述の実施形態では、本撮影時にだけアンラップエラーの補正処理を行う例を説明したが、画素欠陥がある場合に備えて、プレ撮影時にもアンラップエラーの補正処理を行うようにすることが好ましい。プレ撮影時にアンラップエラーを補正する態様は、上述の実施形態で説明した本撮影の場合と同様である。
【０１４０】
なお、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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
また、上記実施形態では、Ｘ線源１１から射出されたＸ線を第１の格子２１に入射させており、Ｘ線源１１は単一焦点であるが、Ｘ線源１１の射出側直後に、ＷＯ２００６／１３１２３５号公報等に記されたマルチスリット（線源格子）を設けることにより、Ｘ焦点を分散化してもよい。これより、高出力のＸ線源を用いることが可能となり、Ｘ線量が向上するため、位相微分画像の画質が向上する。この場合、マルチスリットのピッチｐ０は、下式（１２）を満たす必要がある。この場合、距離Ｌ１は、マルチスリットから第１の格子２１までの距離を表す。
【０１４５】
【数１２】
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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（１３）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１４９】
【数１３】
【０１５０】
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（１４）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１５１】
【数１４】
【０１５２】
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（１５）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１５３】
【数１５】
【０１５４】
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（１６）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１５５】
【数１６】
【０１５６】
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（１７）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１５７】
【数１７】
【０１５８】
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（１８）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１５９】
【数１８】
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
さらに、画素分割法と同様に、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法として、ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されたフーリエ変換法が知られている。このフーリエ変換法は、上記単一の画像データに対してフーリエ変換を行うことによりフーリエスペクトルを取得し、このフーリエスペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトル（位相情報を担うスペクトル）を分離した後、逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分画像を生成する方法である。なお、このフーリエ変換法において、前述の強度変調信号は、画素分割法の場合と同様に、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。
【０１６４】
なお、上述の実施形態では、位相微分画像に対してアンラップ処理を施したときに生じるアンラップエラーを補正する画像処理の態様を説明したが、本発明の画像処理方法の処理対象は位相微分画像に限らず、アンラップ処理が施された任意の画像であれば画素値の物理量が位相微分値でなくても良く、任意の画像に対して好適に用いることができる。
【０１６５】
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】
【０１６６】
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るので、上記強度変調信号の強度や振幅が低下する。このため、高吸収体がある領域では位相ズレ量の算出精度が低下し、アンラップエラーが生じやすくなる。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、骨部領域上で一旦アンラップエラーが生じると、アンラップエラーが生じた箇所以降の経路にエラー値（上記関数の値域に相当する値）が積算される。この結果、アンラップ処理後の位相微分画像にはアンラップ処理の経路方向に沿った筋状のノイズが生じる。このノイズが軟部組織である軟骨部の一部に重なる場合には、Ｘ線位相イメージングでの関心領域である肝心の軟部組織の画像化を阻害してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、アンラップエラーを補正することにより、アンラップエラーによって生じる筋状のノイズを除去した位相微分画像が得られる放射線画像撮影装置を提供することを目的とする。また、アンラップエラーを補正するための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】
【００１４】
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、前記放射線検出器により得られた画像データに基づいて、幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込ま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、 前記アンラップ処理のエラーを補正する処理単位として前記アンラップ処理済みの前記位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により１つの基準値を求める統計演算処理部と、前記基準値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出し、前記整数ｎに応じて各画素の画素値から前記整数ｎと前記幅αの積を減算することにより、前記アンラップ処理のエラーを補正する補正処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記基準値は、前記小領域内の画素値の最頻値であることが好ましい。
【００１６】
前記アンラップ処理後の前記位相微分画像に基づいて、前記小領域のサイズを決定する小領域サイズ決定部を備えることが好ましい。
【００１７】
前記小領域サイズ決定部は、前記位相微分画像内に定められた複数の所定領域の画素値の平均値に基づいて前記位相微分画像の画素値の最大変化量を算出し、前記最大変化量と前記位相微分画像のサイズの比率に基づいて前記小領域のサイズを決定することが好ましい。
【００１８】
前記平均値を求める前記複数の所定領域は、前記位相微分画像の四隅に定められていることが好ましい。
【００１９】
前記小領域サイズ決定部は、前記位相微分画像のサイズの比率に応じて、前記小領域内での画素値の大局的な変化がα以下となるように、前記小領域のサイズを決定することが好ましい。
【００２０】
前記小領域サイズ決定部は、前記平均値に基づいて前記位相微分画像の横方向，縦方向，及び対角方向の最大変化量を各々算出し、横方向の前記最大変化量と前記対角方向の最大変化量に基づいて、前記小領域の横幅を決定するとともに、縦方向の前記最大変化量と前記対角方向の最大変化量に基づいて、前記小領域の縦幅を決定することが好ましい。
【００２１】
前記小領域は、前記位相微分画像の全体を過不足なく区分けするように位置が定められることが好ましい。
【００２２】
前記小領域は、隣接する他の前記小領域と一部が重複するように定められることが好ましい。
【００２３】
前記被検体がない状態で撮影して得られる位相微分画像をオフセット画像として記憶する記憶手段と、前記アンラップ処理のエラーが補正された前記位相微分画像から、前記オフセット画像を減算するオフセット処理部と、を備えることが好ましい。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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が好ましい。
【００２８】
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が好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
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が好ましい。
【００３１】
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。
【００３２】
本発明の画像処理方法は、幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込まれた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、前記アンラップ処理のエラーを補正する処理単位として前記アンラップ処理済みの前記位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により１つの基準値を求める統計演算処理ステップと、前記前記基準値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出する整数ｎ算出ステップと、前記整数ｎに応じて各画素の画素値から前記整数ｎと前記幅αの積を減算することにより、前記アンラップ処理のエラーを補正する補正ステップと、を備えることを特徴とする。
【００３３】
前記アンラップ処理が施された前記画像に基づいて、前記小領域のサイズを決定する小領域サイズ決定小領域サイズ決定ステップを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、アンラップエラーによって生じる筋状のノイズを除去した位相微分画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】Ｘ線撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線画像検出器の構成を示す模式図である。
【図３】第１及び第２の格子の構成を説明する説明図である。
【図４】強度変調信号を示すグラフである。
【図５】画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図６】アンラップ処理の起点及び経路の設定を示す説明図である。
【図７】アンラップ処理の態様を示す説明図である。
【図８】アンラップ処理でアンラップエラーが生じる態様を示す説明図である。
【図９】アンラップ処理後の位相微分画像を模式的に示す図である。
【図１０】小領域を決定する態様を示す説明図である。
【図１１】アンラップエラーの補正を行う態様を示す説明図である。
【図１２】画素値の出現頻度を示す頻度ヒストグラムである。
【図１３】アンラップエラーの補正と頻度ヒストグラムの対応関係を示す説明図である。
【図１４】プレ撮影の態様を示すフローチャートである。
【図１５】本撮影の態様を示すフローチャートである。
【図１６】小領域を決定する他の態様を示す説明図である。
【図１７】アンラップエラーの補正を行う他の態様を示す説明図である。
【図１８】オフセット処理後にアンラップエラーの補正を行うための構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
【数１】
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
【数２】
【００５５】
上記屈折角φ（ｘ）は、位相シフト分布Φ（ｘ）と、下式（３）の関係にある。
【００５６】
【数３】
【００５７】
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。
【００５８】
【数４】
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
【数５】
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
【数６】
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
【数７】
【００７１】
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。
【００７２】
【数８】
【００７３】
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。
【００７４】
【数９】
【００７５】
複素数の偏角は、値域が−πから＋πの範囲であるため、上式（８）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−πから＋πの範囲に畳み込まれた（ラップされた）値を取る。これに対して、逆正接関数は、通常、値域が−π／２から＋π／２の範囲であるため、上式（９）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、−π／２から＋π／２の範囲に畳み込まれた値を取る。なお、上式（９）において、逆正接関数内の分母及び分子の正負を判別することにより、値域を−πから＋πとすることができるため、−πから＋πの範囲で位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することも可能である。
【００７６】
本実施形態では、各画素部３０について算出された位相ズレ量ψ（ｘ）を画素値とするデータを位相微分画像という。なお、位相ズレ量ψ（ｘ）に定数を乗じたり加算したりしたデータで表される画像を位相微分画像としてもよい。以下、位相微分画像の画素値は、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。
【００７７】
図５に示すように、画像処理部１５は、位相微分画像生成部４０、アンラップ処理部４１、オフセット画像記憶部４２、小領域サイズ決定部４３、統計演算処理部４４、補正処理部４５、オフセット処理部４６、位相コントラスト画像生成部４７等を備える。
【００７８】
位相微分画像生成部４０は、プレ撮影の縞走査でＸ線画像検出器１３により得られるＭ枚分の画像データ（プレ撮影画像データ）５１を用い、上式（８）または上式（９）に基づいて演算を行うことにより、位相微分画像を生成する。同様に、位相微分画像生成部４０は、本撮影の縞走査でＸ線画像検出器１３により得られるＭ枚分の画像データ（本撮影画像データ）５２に基づいて位相微分画像を生成する。
【００７９】
アンラップ処理部４１は、位相微分画像生成部４０から入力される位相微分画像にアンラップ処理を施す。プレ撮影時には、プレ撮影画像データ５１に基づいて生成された位相微分画像が位相微分画像生成部４０からアンラップ処理部４１に入力される。アンラップ処理部４１は、プレ撮影画像データ５１から生成された位相微分画像にアンラップ処理を施すと、これをオフセット画像として、オフセット画像記憶部４２に記憶させる。なお、オフセット画像記憶部４２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、既に記憶されているオフセット画像を消去した後、新たに入力されたオフセット画像を記憶する。
【００８０】
また、アンラップ処理部４１は、本撮影時には、本撮影画像データ５２に基づいて生成された位相微分画像にアンラップ処理を施し、小領域サイズ決定部４３に入力する。
【００８１】
図６に示すように、アンラップ処理部４１は、例えば、位相微分画像６１の角部に位置する画素に起点ＳＰ１を設定し、起点ＳＰ１から経路ＷＲ１に沿ってアンラップ処理を行った後、起点ＳＰ１と、これに隣接する起点ＳＰ２とのアンラップ処理を行い、起点ＳＰ２から経路ＷＲ２に沿ってアンラップ処理を行うという処理を、起点ＳＰｎ及び経路ＷＲｎを変更しながら順に繰り返す。
【００８２】
アンラップ処理は、前述のように位相微分画像の画素値が所定の値域にラップされていることにより大きく変化（いわゆる位相飛び）する点を不連続点ＤＰとして検出し、検出した不連続点ＤＰ以降の経路ＷＲｎ上の画素値に該値域の幅αを加算または減算することで不連続点ＤＰをなくし、画素値の変化をほぼ連続化する処理である。不連続点ＤＰの検出は、画素値の変化量が所定量（例えば、α／２）以上である箇所を求めることにより行われる。図７に示すように、位相微分画像にアンラップ処理を施すと、経路ＷＲｎ上に、位相飛びによる不連続点ＤＰだけが検出された場合には、画素値の変化は正常に連続化される。
【００８３】
一方、図８に示すように、経路ＷＲｎ上に、位相飛びによる不連続点ＤＰだけでなく、ノイズ等による不連続点Ｅｒｒが存在すると、アンラップ処理部４１は、位相飛びによる不連続点ＤＰとノイズ等による不連続点Ｅｒｒとを識別することができず、不連続点Ｅｒｒに対しても値域の幅αを加算または減算することがある。この場合、アンラップ処理後位相微分画像には、不連続点Ｅｒｒで幅αのギャップが生じてしまう。このギャップがアンラップエラーである。
【００８４】
なお、ノイズ等による不連続点Ｅｒｒが１点のデータだけで構成される場合には、結果的には正しくアンラップ処理される。これは、不連続点Ｅｒｒと直前のデータ点との差が不連続点を検出するための所定量を超え、かつ、不連続点Ｅｒｒと次のデータ点との差も所定量を超えるため、αを減算（加算）するアンラップ処理とαを加算（減算）するアンラップ処理が行われ、不連続点Ｅｒｒにおけるアンラップ処理は相殺されるからである。このため、図８に示す不連続点Ｅｒｒは、複数のデータ点からなる。例えば、不連続点Ｅｒｒが、データ点Ｅｒｒ１，Ｅｒｒ２の２点からなり、データ点Ｅｒｒ１と直前のデータ点との差が所定量を超え、データ点Ｅｒｒ１とデータ点Ｅｒｒ２の差、及びデータ点Ｅｒｒ２と次のデータ点との差が所定量を超えないとする。この場合、データ点Ｅｒｒ１と直前のデータ点との差を検出してアンラップ処理が行われるが、データ点Ｅｒｒ１とデータ点Ｅｒｒ２の差、及びデータ点Ｅｒｒ２と次のデータ点との差はアンラップ処理が必要な箇所としては検出されないので、結果的にデータ点Ｅｒｒ１と直前のデータ点との差を検出して行われるアンラップ処理がアンラップエラーとして残る。
【００８５】
プレ撮影は、前述のように被検体Ｈがない状態で行われる撮影であるから、プレ撮影画像データ５１及びプレ撮影画像データ５１から生成される位相微分画像には、位相飛びによる不連続点ＤＰ以外の不連続点Ｅｒｒは基本的に発生しない。このため、プレ撮影時に生成される位相微分画像にアンラップ処理を施してもアンラップエラーは生じない。
【００８６】
一方、本撮影時に得られる位相微分画像は、被検体Ｈが写し出された本撮影画像データ５１に基づいて生成されるので、位相微分画像にアンラップ処理を施すと、撮影した被検体Ｈによってはアンラップエラーが生じることがある。例えば、図９に示すように、被写体Ｈに、Ｘ線吸収能が高いためにコントラストが低くノイズが生じやすい骨部６６と、Ｘ線撮影装置１０による撮影の主要な関心領域である軟部組織６７（軟骨や関節液等）があるとする。骨部６６はコントラストが低く、アンラップエラーが生じやすいので、本撮影画像データ５２から直接生成された位相微分画像においては、骨部６６を通る経路ＷＲｎに沿ってアンラップエラーによる筋状のノイズ６７が発生することがある。破線で示す領域６８のように、ノイズ６７が軟部組織６７に重畳される箇所では、関心領域である軟部組織６７の観察が阻害される。
【００８７】
上述のように発生するアンラップエラーの補正は、小領域サイズ決定部４３、統計演算処理部４４、及び補正処理部４５によって行われる。
【００８８】
小領域サイズ決定部４３は、統計演算処理部４４で行う統計演算処理及び補正処理の処理単位（以下、小領域という）のサイズを決定する。具体的には、図１０に示すように、小領域サイズ決定部４３は、アンラップ処理部４１からアンラップ処理済みの位相微分画像が入力されると、まず、所定の領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤの画素値を抽出する。
【００８９】
所定の領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤは、サイズ及び位置が各々予め定められている。各領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズは、例えば、いずれも位相微分画像６１の横幅Ｗ及び縦幅（高さ）Ｈの１０％（０．１Ｗ×０．１Ｈの大きさ）である。また、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤは、小領域のサイズを精度良く決定することができるように互いにできるだけ離れた位置に定められる。例えば、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤは、位相微分画像６１の左上隅，右上隅，左下隅，右下隅に各々定められる。
【００９０】
次いで、小領域サイズ決定部４３は、各領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤ毎に、抽出した画素値の平均値μＡ，μＢ，μＣ，μＤを算出し、これらの各平均値μＡ，μＢ，μＣ，μＤに基づいて、位相微分画像６１に重畳されたオフセット等に起因する横方向（Ｗの方向），縦方向（Ｈの方向），斜め方向（ＤＬ１及びＤＬ２の各方向）の最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出する。
【００９１】
横方向の最大変化量ＮＷを算出する場合、まず、領域ＥＡから領域ＥＢへの変化量を表すＮＡＢ＝｜μＡ−μＢ｜を算出し、領域ＥＣから領域ＥＤへの変化量を表すＮＣＤ＝｜μＣ−μＤ｜を算出する。そして、ＮＡＢとＮＣＤのうち大きい方の値を、横方向の最大変化量ＮＷとする。
【００９２】
同様に、縦方向の最大変化量ＮＨを算出する場合、領域ＥＡから領域ＥＣへの変化量を表すＮＡＣ＝｜μＡ−μＣ｜を算出し、領域ＥＢから領域ＥＤへの変化量を表すＮＢＤ＝｜μＢ−μＤ｜を算出する。そして、これらのうち大きい方の値を、縦方向の最大変化量ＮＨとする。また、斜め方向ＤＬ１，ＤＬ２への最大変化量ＮＤＬ１，ＮＤＬ２は、それぞれ｜μＡ−μＤ｜，｜μＢ−μＣ｜によって算出する。
【００９３】
小領域サイズ決定部４３は、こうして算出した各方向の最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２に基づき、小領域内における大局的な画素値の変化量がα（アンラップ前の位相微分画像の値域に相当する値）を超えないように、小領域のサイズを決定する。具体的には、小領域サイズ決定部４３は、小領域の横幅を決定するときに、算出した各方向の最大変化量ＮＷ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２に基づいて、第１横基準長，第２横基準長，第３横基準長の３種の長さを決定する。
【００９４】
第１横基準長は、α（Ｗ／ＮＷ）であり、画素値の横方向への大局的な変化量がαに一致する長さである。第２横基準長は、対角方向ＤＬ１に沿った長さα（ＤＬ１／ＮＤＬ１）を位相微分画像６１の横辺に射影することにより算出され、位相微分画像６１が正方形の場合にはα（ＤＬ１／ＮＤＬ１）×ｃｏｓ４５°である。第２横基準長は、対角方向ＤＬ１への画素値の大局的な変化がαに一致する場合のその横方向への長さである。同様に、第３横基準長は、対角方向ＤＬ２に沿った長さα（ＤＬ２／ＮＤＬ２）を位相微分画像６１の横辺に射影することにより算出される。第３横基準長は、対角方向ＤＬ２への画素値の大局的な変化がαに一致する場合のその横方向への長さである。
【００９５】
小領域サイズ決定部４３は、第１横基準長，第２横基準長，第３横基準長のうちから最も短い横基準長以下で、かつ、位相微分画像６１の横幅Ｗを整数分割する長さを求め、これを小領域の横幅として決定する。この横幅を有する小領域内では、横方向への大局的な画素値の変化量がα以下に抑えられる。
【００９６】
また、小領域サイズ決定部４３は、同様に、最大変化量ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２に基づいて、第１縦基準長，第２縦基準長，第３縦基準長を算出することにより、小領域の縦幅を決定する。
【００９７】
第１縦基準長は、α（Ｗ／ＮＨ）であり、画素値の縦方向への大局的な変化量がαに一致する長さである。第２縦基準長は、対角方向ＤＬ１に沿った長さα（ＤＬ１／ＮＤＬ１）を位相微分画像６１の縦辺に射影することにより算出され、位相微分画像６１が正方形の場合にはα（ＤＬ１／ＮＤＬ１）×ｓｉｎ４５°である。第２横基準長は、対角方向ＤＬ１への画素値の大局的な変化がαに一致する場合のその縦方向への長さである。同様に、第３横基準長は、対角方向ＤＬ２に沿った長さα（ＤＬ２／ＮＤＬ２）を位相微分画像６１の縦辺に射影することにより算出される。第３横基準長は、対角方向ＤＬ２への画素値の大局的な変化がαに一致する場合のその縦方向への長さである。
【００９８】
小領域サイズ決定部４３は、第１縦基準長，第２縦基準長，第３縦基準長のうちから最も短い縦基準長以下であり、かつ、位相微分画像６１の縦幅Ｈを整数分割する長さを求め、これを小領域の縦幅として決定する。この縦幅を有する小領域内では、縦方向の大局的な画素値の変化量がα以下に抑えられる。
【００９９】
統計演算処理部４４は、図１１に示すように、小領域サイズ決定部４３により決定された横幅ＦＷ及び縦幅ＦＨを有する小領域７１により位相微分画像６１を分割し、各小領域７１に以下の統計演算処理を施す。この統計演算処理は、例えば、矢印で示す順に行う。なお、図１１では、小領域サイズ決定部４３により、横幅ＦＷがＷ／４、縦幅ＦＨがＨ／５と決定された例を示している。
【０１００】
統計演算処理部４４は、まず、小領域７１内について画素値ψの頻度分布を調べ、最頻値ψｍを求める。例えば、小領域７１内の画素値ψの頻度分布をヒストグラム化すると、図１２に示すように、ほぼαの広がり有する複数の小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・が現れる。この場合、最頻値ψｍは、小分布Ｐ０のほぼ平均値である。
【０１０１】
小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・のうち、最頻値ψｍを含む小分布Ｐ０は、実質的にアンラップエラーによるギャップがなく、正常な画素値を示す画素が属している。これは、小領域７１内での画素値の変化量はほぼαの範囲内であり、小領域７１内でのアンラップエラーの発生頻度は低く、正常な画素が大半を占めるためである。
【０１０２】
このため、小分布Ｐ０以外の小分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・は、アンラップエラーに起因した画素値が大半を占める。これらの小分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・は、小分布ピークＰ０を基準として概ね正負対称に生じる。これは、アンラップエラーの原因となるノイズがランダムであり、アンラップエラーがほぼ正負同等の確率で生じるためである。このため、各小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，・・・は、全体として概ね二項分布となる。
【０１０３】
補正処理部４５は、算出した最頻値ψｍを基準として、小領域７１内の画素値の補正を行う。例えば、最頻値ψｍの画素値を基準値（０）として、−α／２以上＋α／２未満の範囲に属する画素値を有する画素を、実質的にアンラップエラーがない正常画素として分類する。また、画素値が＋α／２以上＋３α／２未満の範囲に属する画素値を有する画素を、アンラップエラーによってαが１回余分に加算された異常画素として分類する。同様に、画素値が−３α／２以上−α／２未満の範囲に属する画素値を有する画素を、アンラップエラーによってαが１回余分に減算された異常画素として分類する。その他の範囲についても同様である。
【０１０４】
頻度ヒストグラムを用いて説明したが、上述の各画素の分類は、数式に基づくアルゴリズムを用いて行う。具体的には、補正処理部４５は、小領域７１内の各画素の画素値ψ（ｘ，ｙ）と最頻値ψｍとの差分Δ（ｘ，ｙ）＝ψ（ｘ，ｙ）−ψｍを算出し、差分Δ（ｘ，ｙ）が下式（１０）を満たす整数ｎを算出する。そして、算出した整数ｎを用いて、下式（１１）に示すように、元の画素値ψ（ｘ，ｙ）を新たな画素値ψ’（ｘ，ｙ）に置き換える。
【０１０５】
【数１０】
【０１０６】
【数１１】
【０１０７】
この式（１０）及び式（１１）に基づく画素値の補正処理により、小領域７１内でアンラップエラーが補正される。ここで、“ｘ，ｙ”は、位相微分画像６１内における各画素の座標を表す。また、式（１０）では、差分Δの下限を、等号を含む不等号（≦）で表し、上限を、等号を含まない不等号（＜）で表しているが、整数ｎが一意に決定される範囲を規定するように不等号が表されていればよく、等号の位置は任意である。すなわち、式（１０）を次のように変形してもよい（ｎα−α／２＜Δ（ｘ，ｙ）≦ｎα＋α／２ ・・・（１０’））。
【０１０８】
上述の式（１０）及び式（１１）に基づく画素値の補正処理を、頻度ヒストグラムに対応付ければ、小分布Ｐ０に属する画素ではｎ＝０であるため、実質的に画素値の置換えは行われない。一方、小分布Ｐ１ａに属する画素ではｎ＝１であり、画素値はαだけ減算される。また、小分布Ｐ１ｂに属する画素ではｎ＝−１であり、画素値はαだけ加算される。同様に、小分布Ｐ２ａに属する画素ではｎ＝＋２であり、画素値は２αだけ減算され、ピークＰ２ｂに属する画素ではｎ＝−２であり、画素値は２αだけ加算される。その他の各小分布についても同様である。
【０１０９】
前述のように、小分布Ｐ０に属する画素は、アンラップエラーがない正常画素が大半を占めるため画素値の補正は不要である。一方、小分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂに属する画素はアンラップエラーによりαが１回だけ余分に加算または減算された異常画素が大半を占めるため、式（１０）及び式（１１）にしたがって逆にαを減算または加算することにより、アンラップエラーが補正された正常画素となる。これは図１３に示すように、小分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを、中心位置が最頻値ψｍとなるように移動させることに相当する。小分布Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ及びその他の各小分布に属する画素についても同様である。
【０１１０】
小領域７１のサイズが大きすぎる場合には、小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，・・・のそれぞれは分布が広がり、各々の裾が繋がってしまう等、各小分布が区別し難くなる。このように小領域７１のサイズが大きすぎる場合には、上述の式（１０）及び式（１１）による補正処理を行うと、小分布Ｐ０と小分布Ｐ１ａの重なり部分では、本来アンラップエラーがない小分布Ｐ０に属する正常画素に対して、統計演算処理部４４により補正処理が行われてしまうことがある。一方、小領域７１のサイズが小さすぎる場合には、小分布Ｐ０，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，・・・の各分布が狭まるが、データ数が少ないため、最頻値ψｍの算出精度が悪化する。これにともなって、統計演算処理部４４による画素値の補正処理の精度も悪化する。
【０１１１】
オフセット処理部４６は、上述のように補正処理部４５によってアンラップエラーが補正された位相微分画像に対してオフセット補正を施す。オフセット補正は、アンラップエラーが補正された位相微分画像からオフセット画像を減算することにより、位相微分画像にバックグラウンドとして重畳されたノイズを減算する補正処理である。ここで、オフセットとして除去されるノイズ成分は、例えば、第１の格子２１や第２の格子２２の歪や僅かな位置ずれ（回転や傾斜を含む）や、これらの位置ずれによって生じるモアレ等によるものである。
【０１１２】
位相コントラスト画像生成部４７は、アンラップエラーが補正され、かつ、オフセットが除去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は、画像記録部１６に記録される。
【０１１３】
以下、Ｘ線撮影装置１０の作用を説明する。Ｘ線撮影装置１０を用いて被検体Ｈの撮影を行う場合、図１４に示すように、被検体Ｈの撮影の前に、プレ撮影を行う。操作部１８ａを用いて撮影モードとしてプレ撮影モードが選択されると（ステップＳ１０）、撮影指示の入力待機状態となる（ステップＳ１１）。操作部１８ａを用いて撮影指示が入力されると、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Ｓ１２）。この縞走査の結果、Ｍ枚のプレ撮影画像データ５１が生成され、メモリ１４に格納される。
【０１１４】
プレ撮影画像データ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４０によってプレ撮影画像データ５１から位相微分画像が生成される（ステップＳ１３）。この位相微分画像は、アンラップ処理部４１でアンラップ処理が施された後（ステップＳ１４）、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４２に記憶される。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。
【０１１５】
次に、被検体Ｈを配置し、本撮影を行う。本撮影を行う場合、図１５に示すように、操作部１８ａを用いて撮影モードとして本撮影モードが選択される（ステップＳ２０）。本撮影モードが選択されると、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ２１）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると、縞走査が行われ（ステップＳ２２）、メモリ１４にＭ枚の本撮影画像データ５２が格納される。
【０１１６】
その後、本撮影画像データ５２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４０によって本撮影画像データ５２から第１位相微分画像Ｋ１が生成され（ステップＳ２３）、アンラップ処理部４１によってアンラップ処理が施される（ステップＳ２４）、小領域サイズ決定部４３に入力される。
【０１１７】
小領域サイズ決定部４３では、統計演算処理部４４による統計演算処理及び補正処理の処理単位である小領域の最適なサイズを決定する（ステップＳ２５）。次に、統計演算処理部４４において、小領域サイズ決定部４３で算出された小領域毎に位相微分画像を区分けし、各小領域で画素値の最頻値ψｍを算出する（ステップＳ２６）。その後、小領域内の各画素の画素値ψ（ｘ，ｙ）と最頻値ψｍの差分Δ（ｘ，ｙ）を算出し（ステップＳ２７）、算出した差分Δ（ｘ，ｙ）が前述の式（１０）を満たす整数ｎを算出する（ステップＳ２８）。そして、前述の式（１１）に基づいて算出した整数ｎに応じた画素値の補正処理を行う（ステップＳ２９）。
【０１１８】
上述の各種処理のうち、統計演算処理部４４による最頻値ψｍの算出（Ｓ２６）、補正処理部４５による差分Δ（ｘ，ｙ）の算出（Ｓ２７）及び画素値の補正処理（Ｓ２９）は全ての小領域について行う（ステップＳ３０）。これにより、アンラップ済み位相微分画像に対するアンラップエラーの補正処理が完了する。
【０１１９】
統計演算処理部４４及び補正処理部４５による各種処理（Ｓ２６〜Ｓ２９）が全ての小領域について完了し、アンラップエラーの補正処理が完了すると、アンラップエラーの補正処理済み位相微分画像は、オフセット処理部４６に入力され、プレ撮影によって予め記憶されたオフセット画像を減算するオフセット処理が施される（ステップＳ３１）。こうしてオフセット処理された位相微分画像は、画像記録部１６に記録される。
【０１２０】
同時に、位相コントラスト画像生成部４７は、オフセット処理された位相微分画像に積分処理を施すことにより、位相コントラスト画像を生成し（ステップＳ３２）、画像記録部１６に記録する。その後、オフセット処理後の位相微分画像や位相コントラスト画像はモニタ１８ｂに表示される（ステップＳ３３）。
【０１２１】
以上のように、Ｘ線撮影装置１０は、アンラップエラーを補正する。このため、Ｘ線撮影装置１０は、アンラップエラーがない位相微分画像及び位相コントラスト画像を生成し、表示することができる。
【０１２２】
また、Ｘ線撮影装置１０は、アンラップエラーの補正をする時に、位相微分画像を小領域に区切り、小領域毎に最頻値ψｍを算出し、アンラップエラーの補正処理を行う。このため、アンラップ処理自体は、アンラップエラーが発生しやすい骨部６６の判別や、実際のアンラップエラーの有無等を考慮することなく、所定の経路に沿って行うことができる。Ｘ線撮影装置１０によれば、骨部６６等を判別し、迂回しながらアンラップ処理を行う等、そもそもアンラップエラーを発生させないようにするアンラップ処理を行う場合と比較して、容易にアンラップエラーがない位相微分画像を得られる。また、撮影部位等によらず、アンラップエラーを好適に補正することができる。
【０１２３】
さらに、Ｘ線撮影装置１０が行うアンラップエラーの補正処理には、補正処理の対象であるアンラップ処理後の位相微分画像以外のデータを必要としない。このため、Ｘ線撮影装置１０が行うアンラップエラーの補正処理は、容易かつ正確である。
【０１２４】
なお、上述の実施形態では、小領域サイズ決定部４３によって小領域のサイズを決定するときに、まず、位相微分画像６１の四隅に定められた所定の領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤの平均値μＡ，μＢ，μＣ，μＤを算出する例を説明したが、これらの領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤの配置箇所は任意である。例えば、図１６に示すように、位相微分画像６１の左辺中央，上辺中央，下辺中央，右辺中央に、それぞれ領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤを定めても良い。
【０１２５】
この場合、オフセット等による横方向の画素値の最大変化量ＮＷは、ＮＷ＝｜μＡ−μＤ｜、縦方向の最大変化量ＮＨは、ＮＨ＝｜μＢ−μＣ｜によって求めれば良い。また、対角方向ＤＬ１の最大変化量ＮＤＬ１は、｜μＡ−μＢ｜と｜μＤ−μＣ｜のうち大きい方の２倍の値とすれば良い。｜μＡ−μＢ｜と｜μＤ−μＣ｜の平均値の２倍を最大変化量ＮＤＬ１としても良い。対角方向ＤＬ２の最大変化量ＮＤＬ２についても同様である。また、この他の位置に領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤを定める場合もここで説明した変形例や上述の実施形態とほぼ同様の計算によって最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出することができる。但し、４箇所の領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤに基づいて、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出する場合には、上述の実施形態のように、これらの所定領域は位相微分画像６１の四隅に定めることが好ましい。これは、各所定領域間距離が最も長くとれ、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２の算出精度が良いからである。
【０１２６】
さらに、上述の実施形態では、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズを０．１Ｗ×０．１Ｈとしているが、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズはこれに限らず、任意である。但し、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズが大きすぎたり、小さすぎたりする場合、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２の検出精度が悪くなるので、上述の実施形態のように、領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤのサイズは、０．１Ｗ×０．１Ｈ程度であることが好ましい。
【０１２７】
また、上述の実施形態では、小領域のサイズを決定するために、４つの領域が領域ＥＡ，ＥＢ，ＥＣ，ＥＤをもちいているが、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出することができれば、領域の個数は任意である。例えば、位相微分画像６１の中央に領域ＥＥを設け、この領域ＥＥの平均値μＥをも加味して、最大変化量ＮＷ，ＮＨ，ＮＤＬ１，ＮＤＬ２を算出しても良い。
【０１２８】
また、上述の実施形態では、位相微分画像６１を小領域７１に区分けした後、各小領域７１に対してアンラップエラーの補正処理を、図１１に示す矢印の順に行っているが、この補正処理を行う順序は任意である。また、隣接した小領域７１を順に処理して行く必要もない。
【０１２９】
また、上述の実施形態では、小領域によって位相微分画像６１を縦横に整数分割し、小領域によって位相微分画像を過不足なく区分けすることができるように、小領域のサイズを決定する例を説明したが、これに限らない。例えば、図１７に示すように、隣接する小領域の縦横の一部を重複させつつ、かつ、位相微分画像６１の全体で余りなくアンラップエラーの補正をするようにすることができるように各小領域の位置が定められることがより好ましい。具体的には、統計演算処理部４４は、小領域７１ａの次にアンラップエラーの補正を行う小領域７１ｂの位置を、小領域７１ａの下側の一部分と重複するようにを決める。同様に、小領域７１ｃの位置も、小領域７１ｂの下側の一部分と重複するように決める。また、小領域７１ａを初端とする列（位相微分画像６１の左端部分の列。）の隣の列では、小領域７１ｋのように、第１列で各小領域７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，・・・と左側の一部分が重複するように、小領域の位置を決定する。このように、小領域の一部が重複するように各小領域の位置を決定し、各小領域のアンラップエラーの補正を順に行うと、重複部分では既にアンラップエラーが補正されているために、アンラップエラーが多く含まれる場合であっても、少分布Ｐ０のピーク値が他の少分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ等と比べて有意に大きくなる。したがって、最頻値ψｍをより精度良く検出でき、アンラップエラーの補正の精度も向上する。なお、上述の実施形態のように各小領域に重複がない場合には、小領域の一部を重複させる場合よりも、アンラップエラーの補正処理に要する時間が短い。
【０１３０】
なお、このように、小領域を重複させながらアンラップエラーの補正を行う場合も、各小領域のサイズは、上述の実施形態と同様に小領域サイズ決定部４３で算出する大きさにすれば良い。但し、各小領域内での画素値の大局的な変化がα以下であればよいので、小領域のサイズは、小領域サイズ決定部４３で算出されるサイズ以下であれば良い。但し、前述のように、小領域のサイズが小さすぎる場合には、データの少ないことによって、補正処理部４５による補正処理の精度が悪化するので、各小領域の一部を重複させる場合にも、小領域のサイズは概ね上述の実施形態と同様のサイズにすることが好ましい。
【０１３１】
なお、上述のように隣接する小領域の一部を重複させる場合、各小領域の重複量は任意である。重複量が多いほど最頻値ψｍの検出精度は向上する。但し、重複量が多いほどアンラップエラーの補正処理に要する時間が長くなる。したがって、仕様等により、モニタ１８ｂに位相微分画像や位相コントラスト画像を表示するまでの時間の上限が予め設定されている場合には、アンラップエラーの補正処理及びその後の各処理に要する時間を逆算し、小領域の重複量や小領域のサイズを最適に調節しても良い。また、最頻値ψｍの検出精度とアンラップエラーの補正処理に要する時間を考慮し、最適な重複量を予め定めておいても良い。
【０１３２】
なお、上述の実施形態では、小領域サイズ決定部４３において、実際に位相微分画像に重畳されたオフセットの態様に応じて最適な小領域７１のサイズを決定する例を説明したが、小領域７１は位相微分画像に対して予め固定的に設定されていても良い。これはオフセットの具体的態様が撮影毎にほぼ変化しない場合に有効であり、小領域７１のサイズを算出しない分、迅速にアンラップエラーの補正処理を行うことができる。小領域７１のサイズを固定的に設定しておく場合には、Ｘ線撮影装置１０のメンテナンスやキャリブレーション時等に、上述の実施形態と同様に小領域７１のサイズを決定しておけば良い。なお、上述の実施形態のように小領域７１のサイズを決定する態様は、オフセットの態様が不意に変化しても、常に正確なアンラップエラーの補正処理を行うことができるという利点がある。
【０１３３】
なお、上述の実施形態では、小領域７１が２次元の範囲である例を説明したが、小領域７１は１次元の範囲（画素の列または行、もしくは画素の行または列の一部分）であっても良い。
【０１３４】
なお、上述の実施形態では、小領域７１の統計演算処理（最頻値ψｍの算出）及び画素値の補正を各小領域について順に行う例を説明したが、全ての小領域７１について統計演算処理を行った後に各小領域７１の画素値の補正を行っても良い。
【０１３５】
なお、上述の実施形態では、小領域７１に対してアンラップエラーの補正処理を行う画素値の基準値として、統計演算処理部４４により小領域７１内の画素値の最頻値ψｍを求めているが、最頻値ψｍ以外の値を基準値としても良い。例えば、小領域７１の画素値の平均値や中央値を基準値としても良い。
【０１３６】
なお、上述の実施形態では、アンラップエラーの補正を終えた後に、オフセット処理を行う態様を例に説明したが、オフセット処理を行った後にアンラップエラーの補正を行なっても良い。この場合、例えば、図１８に示すように、アンラップ処理部４１でアンラップ処理が施された位相微分画像はオフセット処理部４６に入力されるようにする。そして、オフセット処理部４６でオフセット処理が施された位相微分画像が小領域サイズ決定部４３に入力し、適切な小領域のサイズを決定した後、統計演算処理部４４で統計演算処理を、補正処理部４５でアンラップエラーの補正処理を順に行うようにすれば良い。
【０１３７】
なお、上述の実施形態では、位相微分画像と位相コントラスト画像を生成する例を説明したが、プレ撮影画像データ５１や本撮影画像データ５２から吸収画像、吸収画像の微分画像、または小角散乱画像を生成しても良い。吸収画像は、強度変調信号の平均強度を画像化することにより生成される。吸収画像の微分画像は、吸収画像を所定方向（例えば、ｘ方向）に微分処理することにより生成される。小角散乱画像は、強度変調信号の振幅を画像化することにより生成される。
【０１３８】
さらに、Ｘ線画像検出器１３、第１の格子２１、第２の格子２２に欠陥が生じたり、ゴミなどが付着したりした場合には、所定の画素部３０の画素値が常に高く、または低くなることがある。このような画素欠陥が生じた領域は、強度変調信号の平均強度、振幅等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。このようにアンラップエラーが画素欠陥に起因する場合にも本発明は有効であり、アンラップエラーを補正することができる。
【０１３９】
上述の画素欠陥に起因するアンラップエラーは、プレ撮影時にも発生する。このため、上述の実施形態では、本撮影時にだけアンラップエラーの補正処理を行う例を説明したが、画素欠陥がある場合に備えて、プレ撮影時にもアンラップエラーの補正処理を行うようにすることが好ましい。プレ撮影時にアンラップエラーを補正する態様は、上述の実施形態で説明した本撮影の場合と同様である。
【０１４０】
なお、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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
また、上記実施形態では、Ｘ線源１１から射出されたＸ線を第１の格子２１に入射させており、Ｘ線源１１は単一焦点であるが、Ｘ線源１１の射出側直後に、ＷＯ２００６／１３１２３５号公報等に記されたマルチスリット（線源格子）を設けることにより、Ｘ焦点を分散化してもよい。これより、高出力のＸ線源を用いることが可能となり、Ｘ線量が向上するため、位相微分画像の画質が向上する。この場合、マルチスリットのピッチｐ０は、下式（１２）を満たす必要がある。この場合、距離Ｌ１は、マルチスリットから第１の格子２１までの距離を表す。
【０１４５】
【数１２】
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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（１３）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１４９】
【数１３】
【０１５０】
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（１４）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１５１】
【数１４】
【０１５２】
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（１５）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１５３】
【数１５】
【０１５４】
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（１６）で表される。ここで、ｍは正の整数である。
【０１５５】
【数１６】
【０１５６】
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（１７）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１５７】
【数１７】
【０１５８】
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（１８）で表される。ここで、ｍは０または正の整数である。
【０１５９】
【数１８】
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
さらに、画素分割法と同様に、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法として、ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されたフーリエ変換法が知られている。このフーリエ変換法は、上記単一の画像データに対してフーリエ変換を行うことによりフーリエスペクトルを取得し、このフーリエスペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトル（位相情報を担うスペクトル）を分離した後、逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分画像を生成する方法である。なお、このフーリエ変換法において、前述の強度変調信号は、画素分割法の場合と同様に、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。
【０１６４】
なお、上述の実施形態では、位相微分画像に対してアンラップ処理を施したときに生じるアンラップエラーを補正する画像処理の態様を説明したが、本発明の画像処理方法の処理対象は位相微分画像に限らず、アンラップ処理が施された任意の画像であれば画素値の物理量が位相微分値でなくても良く、任意の画像に対して好適に用いることができる。
【０１６５】
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】
【０１６６】
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、
前記放射線検出器により得られた画像データに基づいて、幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込ま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、
前記アンラップ処理のエラーを補正する処理単位として前記アンラップ処理済みの前記位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により１つの基準値を求める統計演算処理部と、
前記基準値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出し、各画素の画素値から前記整数ｎと前記幅αの積を減算する補正処理部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記基準値は、前記小領域内の画素値の最頻値であることを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記アンラップ処理後の前記位相微分画像に基づいて、前記小領域のサイズを決定する小領域サイズ決定部を備えることを特徴とする請求項１または２記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記小領域サイズ決定部は、前記位相微分画像内に定められた複数の所定領域の画素値の平均値に基づいて前記位相微分画像の画素値の最大変化量を算出し、前記最大変化量と前記位相微分画像のサイズの比率に基づいて前記小領域のサイズを決定することを特徴とする請求項３記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記複数の所定領域は、前記位相微分画像の四隅に定められていることを特徴とする請求項４記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記小領域サイズ決定部は、前記位相微分画像のサイズの比率に応じて、前記小領域内での画素値の大局的な変化がα以下となるように、前記小領域のサイズを決定することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記小領域サイズ決定部は、前記平均値に基づいて前記位相微分画像の横方向，縦方向，及び対角方向の最大変化量を各々算出し、横方向の前記最大変化量と前記対角方向の最大変化量に基づいて、前記小領域の横幅を決定するとともに、縦方向の前記最大変化量と前記対角方向の最大変化量に基づいて、前記小領域の縦幅を決定することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記小領域は、前記位相微分画像の全体を過不足なく区分けするように位置が定められることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
前記小領域は、隣接する他の前記小領域と一部が重複するように定められることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記被検体がない状態で撮影して得られる位相微分画像をオフセット画像として記憶する記憶手段と、
前記アンラップ処理のエラーが補正された前記位相微分画像から、前記オフセット画像を減算するオフセット処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１１】
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１〜１０のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
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１１記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
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１２記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
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１２記載の放射線撮影装置。
【請求項１５】
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１１記載の放射線撮影装置。
【請求項１６】
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１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１７】
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１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１８】
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１〜１７のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１９】
幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込まれた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、
前記アンラップ処理のエラーを補正する処理単位として前記アンラップ処理済みの前記位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により１つの基準値を求める統計演算処理ステップと、
前記前記基準値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出する整数ｎ算出ステップと、
前記整数ｎに応じて各画素の画素値から前記整数ｎと前記幅αの積を減算することにより、前記アンラップ処理のエラーを補正する補正ステップと、
を備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２０】
前記アンラップ処理が施された前記画像に基づいて、前記小領域のサイズを決定する小領域サイズ決定小領域サイズ決定ステップを備えることを特徴とする請求項１９記載の画像処理方法。
【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、
前記放射線検出器により得られた画像データに基づいて、幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込ま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、
前記アンラップ処理のエラーを補正する処理単位として前記アンラップ処理済みの前記位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により１つの基準値を求める統計演算処理部と、
前記基準値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出し、各画素の画素値から前記整数ｎと前記幅αの積を減算する補正処理部と、
を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記基準値は、前記小領域内の画素値の最頻値であることを特徴とする請求項１記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記アンラップ処理後の前記位相微分画像に基づいて、前記小領域のサイズを決定する小領域サイズ決定部を備えることを特徴とする請求項１または２記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記小領域サイズ決定部は、前記位相微分画像内に定められた複数の所定領域の画素値の平均値に基づいて前記位相微分画像の画素値の最大変化量を算出し、前記最大変化量と前記位相微分画像のサイズの比率に基づいて前記小領域のサイズを決定することを特徴とする請求項３記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記複数の所定領域は、前記位相微分画像の四隅に定められていることを特徴とする請求項４記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記小領域サイズ決定部は、前記位相微分画像のサイズの比率に応じて、前記小領域内での画素値の大局的な変化がα以下となるように、前記小領域のサイズを決定することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
前記小領域サイズ決定部は、前記平均値に基づいて前記位相微分画像の横方向，縦方向，及び対角方向の最大変化量を各々算出し、横方向の前記最大変化量と前記対角方向の最大変化量に基づいて、前記小領域の横幅を決定するとともに、縦方向の前記最大変化量と前記対角方向の最大変化量に基づいて、前記小領域の縦幅を決定することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記小領域は、前記位相微分画像の全体を過不足なく区分けするように位置が定められることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
前記小領域は、隣接する他の前記小領域と一部が重複するように定められることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記被検体がない状態で撮影して得られる位相微分画像をオフセット画像として記憶する記憶手段と、
前記アンラップ処理のエラーが補正された前記位相微分画像から、前記オフセット画像を減算するオフセット処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１１】
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１〜１０のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１２】
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１１記載の放射線撮影装置。
【請求項１３】
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１２記載の放射線撮影装置。
【請求項１４】
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１２記載の放射線撮影装置。
【請求項１５】
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１１記載の放射線撮影装置。
【請求項１６】
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１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１７】
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１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１８】
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１〜１７のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項１９】
幅αを有する所定の値域に画素値が畳み込まれた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、
前記アンラップ処理のエラーを補正する処理単位として前記アンラップ処理済みの前記位相微分画像内に定められる小領域について、画素値の統計演算により１つの基準値を求める統計演算処理ステップと、
前記前記基準値と各画素の画素値の差分Δがｎα−α／２≦Δ＜ｎα＋α／２を満たす整数ｎを画素毎に算出する整数ｎ算出ステップと、
前記整数ｎに応じて各画素の画素値から前記整数ｎと前記幅αの積を減算することにより、前記アンラップ処理のエラーを補正する補正ステップと、
を備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２０】
前記アンラップ処理が施された前記画像に基づいて、前記小領域のサイズを決定する小領域サイズ決定小領域サイズ決定ステップを備えることを特徴とする請求項１９記載の画像処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−７８４６４（Ｐ２０１３−７８４６４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９８８８（Ｐ２０１１−２１９８８８）
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【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５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【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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