JP2015213665A - 放射線撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】放射線撮像装置において被写体に合わせたダイナミックレンジで撮像を行うことを可能にする放射線撮像装置を提供する。
【解決手段】放射線撮像装置が、ビームスプリッター４と、前記ビームスプリッター及び被写体６を通過した放射線を検出する検出器１４と、前記検出器で得られるデータをもとに前記被写体の内部の情報を表す画像データを生成する処理装置１６と、を有する。前記ビームスプリッターと前記被写体のあいだの距離である第一の距離が変更可能である。前記処理装置は、前記検出器で得られるデータをもとに算出される前記被写体の内部の情報の値が前記画像データのダイナミックレンジに収まるように、前記被写体を撮像するときに設定すべき前記第一の距離を決定する決定手段を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線撮像装置に関する。
Ｘ線をはじめとする放射線を用いて被写体の内部情報を画像化する撮像装置が医療診断や非破壊検査などの分野において多目的に利用される。近年、被写体を通過した放射線強度パターンの変化（歪み）から、被写体による位相変調や散乱強度に関する画像を生成する方法が注目されている。この方法は放射線位相イメージングと呼ばれ、例えば、回折格子で発生する干渉パターンを用いたトールボット干渉計などが知られている。
位相変調の画像（位相画像）は、被写体内部の放射線の屈折率の分布（放射線の屈折角の差）をコントラストとして画像化したものであり、内部構造の輪郭などを可視化することができる。散乱強度の画像（散乱画像）は、被写体内部における放射線の散乱強度の分布をコントラストとして画像化したものである。被写体を通過するときに放射線の散乱が生じると、放射線強度パターンの鮮明さ（ビジビリティと呼ばれる）が低下する。このビジビリティを数値化した情報が散乱画像である。例えば、数μｍから数十μｍの微小な構造体が密集している部分では放射線の散乱が強くなることから、散乱画像により、微小な構造体の密度や密集部分の情報を得ることができる。
一般に撮像装置で出力可能な画像データのダイナミックレンジは予め決まっており、そのダイナミックレンジを超える信号を発生する被写体は画像化することができない。したがって、放射線に対する特性が著しく異なる複数の被写体を同じ撮像装置で撮像した場合に、良好な画像データが得られる被写体とそうでない被写体とがでてくる可能性がある。例えば、散乱強度が大きすぎる被写体では、強度パターンのビジビリティが全体的に低下するため、微小構造体の有無（密度の違い）によるコントラストがほとんど現れない。また、屈折角が大きすぎる被写体では、位相変化量が−πから＋πの範囲を超える部分で位相のラッピング（位相が±２πずれること）が生じ、位相画像に位相飛びと呼ばれるアーチファクトが発生する場合がある。
撮像したい被写体の種類が多い場合や被写体の特性ばらつきが大きな場合、すべての被写体で良好な画像を得られるようにダイナミックレンジを設定することは容易でない。そのため、例えば位相画像に関しては、ソフトウェアなどによる画像処理で疑似的にダイナミックレンジを広げることが行われている。特許文献１には、アンラップ処理を行い位相飛びを補正する方法が記載されている。
特開２０１３−４２７８８号公報
しかしながら、コントラストの低いデータからコントラストを復元する処理や、ラッピングされた位相を復元（アンラッピング）する処理では、復元誤差が生じたりノイズが増大される可能性があり、信頼性の高い画像データを得ることが難しい。
そこで、本発明は、放射線撮像装置において被写体に合わせたダイナミックレンジで撮像を行うことを可能にするための技術を提供することを目的とする。
本発明は、放射線を用いて被写体を撮像する放射線撮像装置であって、ビームスプリッターと、前記ビームスプリッター及び被写体を通過した放射線を検出する検出器と、前記検出器で得られるデータをもとに前記被写体の内部の情報を表す画像データを生成する処理装置と、を有し、前記ビームスプリッターと前記被写体のあいだの距離である第一の距離が変更可能であり、前記処理装置は、前記検出器で得られるデータをもとに算出される前記被写体の内部の情報の値が前記画像データのダイナミックレンジに収まるように、前記被写体を撮像するときに設定すべき前記第一の距離を決定する決定手段を有することを特徴とする放射線撮像装置を提供する。
本発明によれば、放射線撮像装置において被写体に合わせたダイナミックレンジで撮像を行うことが可能になる。
本発明の実施形態に係る放射線撮像装置を説明する模式図。 本発明の実施形態に係る放射線撮像装置を説明する模式図。 本発明の実施例１に係る撮像プロセスを説明する模式図。 本発明の実施例２に係る撮像プロセスを説明する模式図。 本発明の実施例３に係る撮像プロセスを説明する模式図。 本発明の実施例４に係る撮像プロセスを説明する模式図。 第一の距離ｄと散乱情報（ビジビリティ）の関係を説明するグラフ。 第一の距離ｄと位相感度の関係を説明する模式図。
本発明は、Ｘ線、β線、γ線などの放射線を用いて被写体を撮像する放射線撮像装置に関し、詳しくは、被写体を通過した放射線強度パターンの変化（歪み）に基づき被写体の内部の情報（位相情報、散乱情報など）を取得する放射線位相イメージングに関する。本発明は、例えば医療用撮像装置や非破壊検査装置などに好ましく適用できる。医療用撮像装置の場合の被写体は生体であり、非破壊検査装置の場合の被写体は工業製品などの被検査物である。
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
［実施形態］
図１は本発明の実施形態に係る放射線撮像装置を説明する模式図である。
図１の放射線撮像装置は、放射線源２、ビームスプリッター４、検出器１４、処理装置１６で構成される。放射線源２として、電子線をターゲットに衝突させて発生する制動Ｘ線や特性Ｘ線を用いても良いし、放射性同位体から発生するＸ線やβ線を用いても良い。ビームスプリッター４は、放射線源２から発生した放射線の強度を空間的に変調し、所望の空間周期をもつ強度パターンを形成する機能を有する部材である。ビームスプリッター４には、例えば、放射線が透過可能な領域（透過領域）と透過不可能な領域（非透過領域）が交互に配列した格子（マルチスリットやマルチピンホールとも呼ばれる）や、干渉パターンを発生する回折格子などがある。検出器１４は複数の放射線検出素子をアレイ状に配置した２次元の放射線検出器である。検出器１４で検出した放射線強度の空間的な分布を表す２次元画像データ（放射線強度画像データ）が出力される。処理装置１６は、検出器１４で得られた画像データに対し画像処理を行い、目的に応じた情報の抽出や画像データの生成を行う画像処理装置としての機能と、撮像装置全体の動作を制御する制御装置と
しての機能を有する。
放射線源２と検出器１４との間の放射線の伝播経路の途中に被写体６を配置した場合、放射線が被写体６を通過するときに吸収、屈折、散乱を生じる。そのため、検出器１４で得られる画像データは、被写体６の内部構造や組成を反映した吸収情報、位相情報、散乱情報を含んでいる。処理装置１６は、検出器１４で得られた画像データから吸収情報、位相情報、散乱情報などを抽出し、被写体６の内部の情報を表す画像データを生成する機能をもつ。吸収情報、すなわち被写体内部の放射線の吸収率の分布をコントラストとして画像化したものは、吸収画像データと呼ばれる。位相情報、すなわち被写体内部の放射線の屈折率の分布をコントラストとして画像化したものは、位相画像データと呼ばれる。散乱情報、すなわち被写体内部の放射線の散乱強度の分布をコントラストとして画像化したものは、散乱画像データと呼ばれる。処理装置１６で抽出した情報や生成した画像データは、表示装置に表示したり、外部コンピュータに出力することができる。
処理装置１６は、ＣＰＵ（演算装置）、メモリ、補助記憶装置、入力装置、表示装置、入出力インタフェース、通信装置などを備えるコンピュータにより構成可能である。画像処理や撮像装置の制御に係る各種機能は、ＣＰＵが補助記憶装置に格納されたプログラムを読み込み実行することで実現される。処理装置１６は、汎用のパーソナルコンピュータで構成してもよいし、組み込みコンピュータで構成してもよい。また、機能の全部又は一部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路で実現してもよい。
位相情報、散乱情報として算出される値の大きさは、放射線撮像装置の構造によって決定される位相感度によって決まる。一般に、算出される値は、ある有限な範囲（ダイナミックレンジ）の間の値として算出される。算出される値がダイナミックレンジを超える場合、値が飽和し一定値となるか、または畳み込まれることとなる。例えば、吸収情報や散乱情報は最小値や最大値で飽和し、位相情報は−πからπの範囲に畳み込まれる。
そこで、本実施形態の放射線撮像装置では、被写体６とビームスプリッター４のあいだの距離（第一の距離ｄと呼ぶ）を変更可能な構成を採用する。そして、被写体６に合わせて第一の距離ｄを変更することで、放射線撮像装置の位相感度を調整する（例えば、屈折率の高い被写体や散乱強度の大きい被写体の場合に位相感度を下げる）。これにより、検出器１４で得られる画像データから算出される位相情報や散乱情報等の値（被写体内部の情報の値）がダイナミックレンジに収まるように制御することができる。その結果、従来のようなコントラスト補正や位相アンラッピングなどの後処理が不要となるため、復元誤差やアーチファクトの無い被写体画像を得ることができる。尚、本実施形態の放射線撮像装置においては、ビームスプリッター４と検出器の間の距離は固定するものとする。
第一の距離ｄは無次元化された距離で考えるとよい。例えば被写体６がビームスプリッター４と検出器１４との間に有る場合、被写体６とビームスプリッター４との距離をビームスプリッター４と検出器１４との距離で除した値とする。このとき、第一の距離ｄは０から１のあいだの値をとる。
図８（ａ）と図８（ｂ）は、第一の距離ｄの変更により位相感度が変化する理由を説明する模式図である。図８（ａ）は被写体６をビームスプリッター４と検出器１４の間の第一の距離ｄ＝ｄ１に配置した例であり、図８（ｂ）は同じ被写体６を第一の距離ｄ＝ｄ２（ｄ１＜ｄ２）に配置した例である。放射線位相イメージングでは、被写体６が無い場合（つまり放射線が直進した場合）と被写体６が有る場合（つまり放射線が屈折した場合）の間の変化を検出器１４で位相コントラストとして捉える。図８（ａ）と図８（ｂ）から分かるように、被写体６と検出器１４との距離が大きいほど、検出器１４で検出される変化（位相コントラスト）は大きくなる。被写体６での屈折角ａに対して検出器１４で検出
される変化量ｂを位相感度と呼ぶと、被写体６と検出器１４との距離が大きいほど位相感度は高く、逆に被写体６と検出器１４の距離が小さいほど位相感度は小さくなる。言い換えると、図８（ａ）の配置においては、第一の距離ｄが小さいほど位相感度は高く、第一の距離ｄが大きいほど位相感度は小さくなる。
ビームスプリッター４として、放射線用回折格子を用いてもよい。ビームスプリッター４の透過領域が小さくなると回折現象により透過放射線の広がりが生じ、強度変調の劣化が生じる。回折格子を用いて回折現象を空間的強度変調に利用することで、良好な空間的強度変調を得ることができる。また、回折格子として透過型位相格子を用いてもよい。透過型位相格子を用いることでビームスプリッター４の放射線に対する開口率が１００％となり、放射線の利用効率が向上する。位相格子を用いた場合、位相格子と検出器の距離は干渉パターンの濃淡が高い、所謂トールボット距離に配置するとよい。このタイプの干渉計はトールボット（Ｔａｌｂｏｔ）干渉計と呼ばれる。
ビームスプリッター４として回折格子を用いた場合、図２に示すように検出器１４の前面に吸収格子１２を備えるとよい。回折格子を用いた場合の放射線の空間的強度変調の波長は、一般的な放射線の検出画素の一辺の長さより小さいことがある。その場合、回折格子により形成される干渉パターンを検出器１４で解像することができない。そこで、空間的強度変調の周期と同じまたは近い周期を有する吸収格子（遮蔽格子）１２を配置し、干渉パターンと吸収格子１２によるモアレを生じさせる。このモアレは干渉パターンの周期を拡大した像に相当する。これにより、一般的な分解能の検出器１４を用いて干渉パターン（放射線強度分布）の画像化が可能となる。
また、ビームスプリッター４として回折格子を用いた場合、図２に示すように放射線源２の前面に線源格子１０を配置しても良い。回折格子で干渉を生じるには放射線が空間干渉性を有する必要がある。空間干渉性を決定づける要因として放射線源２の大きさと放射線源２と回折格子との距離がある。一般に、放射線源２から１メートルの距離において、検出器１４の検出画素よりも小さな回折格子で干渉を生じるのに必要な放射線源２の大きさは数マイクロメートル程度となる。放射線源２の焦点の大きさが小さい場合、発生する放射線の強度が小さくなり、良好な信号ノイズ比の画像を得るために長時間の撮像時間が必要となる。そこで、大きな放射線源２に線源格子１０を用いることで、放射線の強度と空間干渉性を両立することができる。このタイプの干渉計もトールボット干渉計であるが、特に、トールボット・ロー（Ｔａｌｂｏｔ−Ｌａｕ）干渉計と呼ばれる。
図１及び図２では、ビームスプリッター４と検出器１４との間に被写体６を配置している。この構成は、第一の距離ｄを変更しても検出器１４の撮像面に形成される被写体像のサイズが変わらないため、撮像面積（視野）を確保できるという利点がある。一方、図示しないが、放射線源２とビームスプリッター４との間に被写体６を配置する構成を採用しても良い。この場合、被写体６とビームスプリッター４との距離を放射線源２とビームスプリッター４との距離で除した値を第一の距離ｄとする。被写体６を放射線源２とビームスプリッター４との間に配置すると、第一の距離ｄに応じて被写体６を拡大撮像することができるという利点がある。尚、このように放射線源２とビームスプリッターとの間に被写体を配置すると、第一の距離が小さいほど位相感度が低くなる。
第一の距離ｄを変更する方法としては、被写体６を移動させる方法、ビームスプリッター４を移動させる方法、被写体６とビームスプリッター４の両方を移動させる方法のいずれでもよい。移動手段としては、被写体台のように被写体を保持又は固定する保持手段がある場合は、保持手段を自動（処理装置１５による制御）又は手動で移動してもよいし、被写体６がヒトである場合は、被写体６自身が位置や姿勢を変えてもよい。手動で移動する場合、又は、被写体６自身が位置や姿勢を変える場合には、どの程度位置を変えるか、
あるいは、どの場所に移動するか、といったガイドを文字・画像・音声などで出力するとよい。また、自動で移動する場合、又は、手動で移動する場合であって、保持手段の移動量を手動で入力することで保持手段を移動する場合には、処理装置１５又は移動量入力手段からの指示が移動手段に出力される。この場合、移動手段は保持手段を移動させることができれば良く、例えばアクチュエータ等を用いることができる。ビームスプリッター４を移動させる場合も保持手段を移動させる場合と同様に、自動又は手動で移動することができる。
図２の構成において、ビームスプリッター４として回折格子を用い、被写体６をビームスプリッター４と検出器１４との間に配置する場合、線源格子１０とビームスプリッター４とが支持部材で連結されてもよい。第一の距離ｄの調整において、被写体６の移動が容易でない場合がある。被写体６の移動が容易でない場合は、ビームスプリッター４を移動する必要がある。線源格子１０とビームスプリッター４とが支持部材で連結されることで、線源格子１０とビームスプリッター４の相対位置を保ったままのビームスプリッター４の移動が容易になり、線源格子１０とビームスプリッター４の相対位置調整が不要となる。同じ理由から、ビームスプリッター４と吸収格子１２（又は検出器１４）のあいだの距離が変わらないように、ビームスプリッター４と吸収格子１２（又は検出器１４）を連結する支持部材を設けてもよい。
本実施形態の処理装置１６は、被写体６を撮像するときに設定すべき第一の距離ｄを、当該被写体６に関する情報を基に、決定する。第一の距離ｄを決定するために参照する被写体６に関する情報としては、この被写体６の内部の情報（位相情報、散乱情報など）の最小値、最大値、又は値域などと関連性のある情報であれば、どのような情報を用いてもよい。
例えば、予め撮像された被写体６の画像データから抽出される特徴量を、被写体６に関する情報としてもよい。この場合、被写体６の本撮像の前にプレ撮像を行い、プレ撮像で得られたデータから被写体６に関する情報を算出するとよい。プレ撮像データから被写体の情報の値を求め、ダイナミックレンジ内に収まるように第一の距離ｄを調整することで、本撮像において良好な画像を算出することができる。プレ撮像を本撮像よりも低い線量で行うことで、被ばく量を低減しつつも良好な画像を得ることができる。
被写体６に関連する情報として、被写体６の位相情報を用いてもよい。被写体６の位相変化量に対して撮像装置の位相感度が高い場合、被写体６の位相情報が-πから＋πのダ
イナミックレンジを超えて算出され、位相の畳み込み（ラッピング）が生じる。例えばプレ撮像で得られたデータを元に生成した微分位相像のデータを解析し、位相の不連続によるアーチファクトを検出することで、位相飛びの有無を判断し得る。図２の構成の場合の位相感度は第一の距離ｄに反比例するため、第一の距離ｄを大きくすることで位相感度を抑え、ダイナミックレンジの範囲内に算出値を収めることで、位相飛びのない位相情報分布を得ることができる。
また、被写体６に関連する情報として、被写体６の散乱情報（ビジビリティ）を用いても良い。被写体６の散乱強度に対して撮像装置の位相感度が高い場合、算出した値が飽和してしまい、被写体内部で微小構造体の密度の分布があったとしても、算出される散乱強度の値に有意な差が出なかったり（コントラストの消失）、ノイズと区別できないことがある。そこで、例えばプレ撮像データを元に被写体６の散乱強度の代表値（平均など）を計算し、散乱強度の値が所定値（最適値）より小さいときは位相感度を上げ、所定値（最適値）より大きいときは位相感度を下げるように、第一の距離ｄを調整するとよい。
第一の距離ｄと散乱強度の関係式は、計算機シミュレーションにより又は解析的に導く
ことができる。例えば、図７は、ある被写体モデルにおける、第一の距離ｄと散乱強度の関係を示している。横軸が第一の距離ｄであり、ｄ＝０は被写体６がビームスプリッター４に接している状態、ｄ＝１は被写体６が検出器１４（又は吸収格子１２）に接している状態に対応する。縦軸は、画像全体のビジビリティの値Ｖを、被写体６が存在しない状態の画像（バックグラウンド画像）全体のビジビリティの値Ｖ０で割った値Ｖ／Ｖ０（規格化ビジビリティ）を示している。画像全体のビジビリティの値は、画像全体をフーリエ変換し、その１次スペクトルのピーク値を０次スペクトルのピーク値で割ることで計算できる。規格化ビジビリティの値は、被写体６の散乱強度の平均値に相当し、散乱強度と負の相関を有している（つまり被写体全体の散乱強度が大きいと規格化ビジビリティは０に近づき、散乱強度が小さいと規格化ビジビリティは１に近づく）。
被写体６内部の局所的な散乱強度の値は、画像全体の散乱強度の平均値を中心に分布すると考えられるため、規格化ビジビリティの値は０．５付近にあるとよいといえる（つまり０．５が最適値）。一方、図７に示すように、第２の構成では、第一の距離ｄが大きくなるほど位相感度が低下し、規格化ビジビリティの値が大きくなることが分かる。そこで例えば、プレ撮像で得たデータから画像全体の規格化ビジビリティの値を計算し、その値が０．５に近づくように第一の距離ｄを調整する。すなわち、規格化ビジビリティが０．５より小さければ第一の距離ｄを大きくし、０．５より大きければ第一の距離ｄを小さくする。このように散乱強度の代表値に応じて位相感度を調整することで、被写体６の散乱強度の値の飽和を防ぎ、散乱強度の分布をダイナミックレンジに収めることが可能となる。
また、被写体６に関する情報は、データベースに基づいてもよい。例えば被写体が人体の場合、性別や年齢または撮像部位に応じて、実験データなどを基に人体の構造や屈折率の標準的な値を求める。標準的な値の被写体を撮像した場合に算出される被写体の内部の情報の値がダイナミックレンジに収まるような第一の距離ｄを、性別・年齢・撮像部位などの被写体の特性ごとに求める。そして、被写体の特性（性別、年齢、部位）と第一の距離ｄの対応関係をデータベースとして用意する。実際に被写体６を撮像する際に、処理装置１６がデータベースから被写体６の特性に対応する第一の距離ｄを読み出し、設定する。この方法によれば、プレ撮像が不要となるため、処理の高速化と被ばく量の一層の低減を図ることができる。
以下、本実施形態のより具体的な実施例について、図を用いて説明する。
［実施例１］
実施例１では、プレ撮像と本撮像を用いて散乱情報の良好な画像を得る放射線撮像装置について説明する。
本実施例の放射線撮像装置は、図２に示すように、放射線源２、線源格子１０、ビームスプリッター４、被写体台５、吸収格子１２、検出器１４、処理装置１６を有している。処理装置１６を除く構成物は放射線源２から発生する放射線の光軸上に配置する。配置する順序としては、放射線源２、線源格子１０、ビームスプリッター４、被写体台５、吸収格子１２、検出器１４の順である。
放射線として、例えば、エネルギー３５ｋｅＶのＸ線を用いる。３５ｋｅＶのＸ線を用いる場合、放射線源２は例えばタングステンをターゲットとした回転対陰極Ｘ線を用いることができる。処理装置１６として、いわゆるワークステーションやパーソナルコンピュータのような演算装置を用いる。線源格子１０及び吸収格子１２は、Ｘ線の透過領域と遮蔽領域が周期的に繰り返される構造をしている。透過領域はシリコンで形成され、遮蔽領域は金で形成されている。透過領域はＸ線の減弱係数が小さな軽元素で構成されていればよく、また、遮蔽領域はＸ線の減弱係数が大きな重元素で構成されればよい。遮蔽領域が
、例えば網目状など、自立可能な構造の場合、透過領域は中空でもよい。
ビームスプリッター４として、放射線の波面に位相空間変調を与える位相格子を用いる。位相格子は例えばＸ線の減弱係数の小さな軽元素で構成され、位相の変調量が相対的に異なる一方の領域と他方の領域が交互に配列した構造を有する。変調量を相対的に違えるために、同じ元素で厚さを変えても良いし、異なる元素を用いても良い。本実施例ではビームスプリッター４として位相格子を用いる例を示すが、ビームスプリッター４として遮蔽格子又はレンズアレイを用いてもよい。ビームスプリッター４、線源格子１０、吸収格子１２は、ＭＥＭＳプロセスを用いて作製してもよいし、機械加工を用いてもよいし、またナノインプリント技術で作製してもよい。
線源格子１０を透過したＸ線はビームスプリッター４により干渉パターンを発生する。干渉パターンとは、放射線強度の高い領域と低い領域の周期的な変化の集合のことを指す。ビームスプリッター４として回折格子を用いると、干渉パターンは回折格子の周期とＸ線の波長に応じて決まる所謂トールボット距離で最も明瞭になる。このトールボット距離に吸収格子１２を配置し、検出器１４で干渉パターンを撮像する。この干渉パターンから被写体６の内部の情報を算出する。
次に、第一の距離ｄを調整する方法について説明する。本実施例においては、被写体６はビームスプリッター４と吸収格子１２の間に配置した被写体台５に接触する形で設置する。被写体６を被写体台５に密接するよう配置すれば、被写体台５の位置を変更することで、被写体６とビームスプリッター４との距離、すなわち第一の距離ｄを調整することができる。
次に被写体６の内部の情報の算出について説明する。被写体６の内部の情報は、処理装置１６が検出器１４から得た干渉パターンの画像データを処理することで得る。処理は例えばフーリエ変換法を用いる。また、縞走査法を用いてよい。例えばフーリエ変換法を用い、被写体６の無い場合の干渉パターン（歪みの無いデータ）と被写体６のある場合の干渉パターン（被写体６による歪みを含むデータ）の変化から、各種情報を算出することができる。本実施例においては、干渉パターンのビジビリティの変化から散乱情報を算出する。散乱情報以外に、干渉パターンの平均強度の変化から吸収情報を算出してもよいし、干渉パターンの空間位相の変化から位相情報を算出してもよい。
図３を参照して、本実施例の撮像の手順について説明する。本実施例では、人体の胸部の散乱情報を取得する例を用いて説明する。人体の肺は肺胞の集合であり、肺胞による散乱強度の分布として散乱情報が得られる。なお、図３に示す処理動作は、処理装置１６が撮像装置の各部を制御すると共に、得られたデータを演算することで実現される（図４から図６も同様）。
まず、処理装置１６の制御の下、プレ撮像として、本撮像よりも被ばく量が１０分の１となるような小さな管電流で撮像を行う（ステップＳ２０）。例えば、管電圧８０ｋＶ、管電流３００ｍＡ、露光時間４０ミリ秒で撮像を行う。プレ撮像で得られた画像データをプレ撮像データと呼ぶ。次に、処理装置１６が、フーリエ変換法を用いて、プレ撮像データから画像全体の散乱強度の平均値を表す規格化ビジビリティを算出する（ステップＳ２１）。具体的な計算方法は前述したとおりである。そして、処理装置１６は、規格化ビジビリティの値に応じた位相感度になるよう、第一の距離ｄを適切な値に変更する（ステップＳ２２）。なお、プレ撮像データから得られた規格化ビジビリティの値が所定の最適値（例えば０．４〜０．６）を満たし、十分なコントラストが得られると考えられる場合には、ステップＳ２２の位置調整はスキップしても構わない。
第一の距離ｄの変更は、被写体台５の移動により行う。被写体台５の移動は、手動で行っても良い。この場合は処理装置１６が文字・画像・音声などで被写体台５の最適位置をガイドするとよい。被写体台５の移動機構がある場合は、処理装置１６が決定した第一の距離ｄに基づいて、自動で被写体台５の位置を調整してもよい。被写体６又は被写体台５の位置決めには予め用意された測長装置を用いても良い。例えば、レーザーを用いた測長装置を用いれば、ビームスプリッター４に触れることなく測長でき、被写体６又は被写体台５の位置決めを精度良く行うことができる。定規のように目盛などが振られた位置指示器を被写体台５の可動範囲に設けておき、第一の距離ｄを視認できるようにしてもよい。
被写体台５の移動後、露光時間を４００ミリ秒で本撮像を行う（ステップＳ２３）。処理装置１６は、フーリエ変換法により、本撮像で得られたデータから被写体の散乱情報（散乱画像）を生成する（ステップＳ２４）。以上の処理により、被写体への被ばくを抑えつつ、良好な散乱画像データを得ることができる。
本実施例では、散乱情報を例に撮像方法を説明したが、位相情報を用いても良い。位相情報を用いた撮像方法の例は実施例３で説明する。また、各々の情報は、本実施例のように単独で用いても良いし、二つ以上の情報を演算した複合情報を用いても良い。その際の情報は位相情報、吸収情報、散乱情報のいずれか二つをもちいる。例えば、散乱情報には異なる原理でコントラストが発生する被写体６の輪郭と輪郭以外とがある。被写体６の輪郭以外の散乱情報を画像化することが望ましい場合、輪郭以外の値で散乱情報の画像を最適化することが望ましい。そこで、吸収情報と散乱情報を用いて、吸収情報を空間的に微分することで被写体６の輪郭を抽出した微分吸収情報で散乱情報から被写体６の輪郭の影響を除去することで、被写体６の輪郭以外の散乱情報として扱うことができる。輪郭の情報は、吸収情報を用いても良いし、位相情報を用いて求めても良い。
また、本実施例では被写体台を用いた例を示したが、被写体台の代わりに寝台を用いてもよい。その場合、寝台を移動させてもよいし、固定された寝台に対して放射線撮像装置を移動させても良い。また、被写体６が一定時間位置を保持できる場合は台を用いなくともよい。ここで一定時間とは、例えば撮像に要する時間を意味する。
［実施例２］
実施例２は、プレ撮像と本撮像で被写体６の異なる関心領域の情報を得る点で実施例１と異なる。放射線撮像装置の構成は実施例１と同様であるため、説明は省略する。
本実施例では、人体の手の位相情報と散乱情報を取得する例を用いて、その撮像の手順について説明する。人体の手は、撮像対象として、靭帯や腱、軟骨を含む所謂軟組織で構成される軟組織領域と、硬い骨で構成される骨領域とを含む。位相情報は軟組織領域を画像化するのに向いており、散乱情報は骨領域を画像化するのに向いている。ただし、位相情報と散乱情報とでは、最適な位相感度がかならずしも同じではない。
図４に示すように、はじめに、第一の距離ｄを最小、すなわち位相感度を最大にして軟組織領域のプレ撮像を行う（ステップＳ４０）。処理装置１６は、このプレ撮像データから位相情報（位相画像データ）を生成する（ステップＳ４１）。最大位相感度が、軟組織の情報取得に十分であれば、軟組織領域の位相情報が得られる。一方、骨領域に関しては、一般に骨に含まれる海面骨は散乱が大きいため、位相感度が高すぎる装置では最適なダイナミックレンジで骨領域の散乱情報を得られない。そこで、処理装置１６はプレ撮像データから骨領域の散乱強度の代表値（規格化ビジビリティ）を計算し（ステップＳ４２）、その値に基づいて、骨領域の散乱情報を得るのに最適な第一の距離ｄを計算し、被写体６の位置を調整する（ステップＳ４３）。そして、調整後の第一の距離ｄにて本撮像を行う（ステップＳ４４）。本撮像で得られたデータを元に散乱画像データを生成する（ステ
ップＳ４５）ことで、骨領域の構造が明りょうに描出された散乱画像データを取得することができる。
ステップＳ４１で得られた位相画像データとステップＳ４５で得られた散乱画像データは、表示装置に並べて表示したり切り替えて表示したりしてもよい。あるいは、処理装置１６が二つの画像データを元に、軟組織領域を位相情報で描出し、骨領域を散乱情報で描出する合成画像データを生成し、合成画像データを表示装置に表示してもよい。
本実施例では、プレ撮像により軟組織領域の位相情報を取得したが、軟組織領域の散乱情報を取得しても良い。軟組織内には石灰化により微小石灰群が形成される場合がある。これらは散乱情報として得られるため、本撮像とは異なる第一の距離ｄに設定したプレ撮像で軟組織領域内の微小石灰群を撮像してもよい。プレ撮像、本撮像で得る情報は１種類でもよいし、複数種類でもよい。各々の撮像で対象とする関心領域に最適化することで、放射線撮像装置として最も良好な画像を取得する。
［実施例３］
実施例３は、プレ撮像と本撮像を用いて位相飛びのない位相情報を得る点で実施例１と異なる。放射線撮像装置の構成は実施例１と同様であるため、説明は省略する。
本実施例ではプレ撮像により被写体６の位相情報を算出する。トールボット干渉計で得られる位相情報は、干渉パターンの位相変化として画像に現れる。一般に、位相の変化は−πからπの間に畳み込まれてしまう。そのため、位相情報の算出値がπを超える場合、連続的な位相変化でも位相がπから−πへと急激に変化する、所謂位相飛びが発生する。
そこで本実施例では、図５に示すように、まずプレ撮像を行い（ステップＳ３０）、処理装置１６がプレ撮像データを用いて位相飛びを検出する（ステップＳ３１）。位相飛びの検出はどのような方法を用いてもよい。例えば、プレ撮像データから生成した位相画像データと吸収画像データ（又は散乱画像データ）を比較し、位相画像データに含まれるエッジが吸収画像データ（又は散乱画像データ）にも現れているか調べる。吸収画像データ（又は散乱画像データ）にエッジのような特徴が現れていなければ、位相飛びによるアーチファクトである可能性が高い。
位相飛びがあると判断された場合（ステップ３２のＹＥＳ）、処理装置１６は、位相感度が下がるように第一の距離ｄを変更する（ステップＳ３３）。例えば、図２の構成であれば、第一の距離ｄを所定量（例えば、０．２）だけ大きくする。そして、再びプレ撮像を行い（ステップＳ３０）、位相飛びの有無を判断する（ステップＳ３１、Ｓ３２）。このように位相飛びの有無の判断と第一の距離ｄの変更を繰り返し、位相飛びの生じない位相感度となるように最適な第一の距離ｄを決定する。位相飛びの無い状態になった後（ステップ３２のＮＯ）、本撮像を行う（ステップＳ３４）。本撮像で得られたデータでは、位相変化がダイナミックレンジ（−πから＋π）に収まっているため、位相飛びの無い位相画像データを生成することが可能となる（ステップＳ３５）。
［実施例４］
実施例４は、本撮像における第一の距離ｄをデータベースに基づいて撮像する点で実施例１と異なる。放射線撮像装置の構成は実施例１と同様であるため、説明は省略する。
本実施例では、人体の胸部を撮像する例を用いて説明する。人体の特性パラメータ（具体的には、性別、年齢、体重、身長）と、対応する最適な第一の距離ｄとを関連付けたデータベースを予め用意する。データベースは、処理装置１６の内部記憶装置に格納してもよいし、外部記憶装置や他のサーバに格納してもよい。最適な第一の距離ｄは、シミュレ
ーションで求めたものでもよいし、臨床試験のデータに基づいて求めたものでも良い。
図６に示すように、放射線撮像装置の操作者は、被写体６の性別、年齢、体重、身長の情報を処理装置１６に入力する（ステップＳ５０）。処理装置１６は、入力された被写体６の情報をもとにデータベースを参照し、最も合致する第一の距離ｄの値を取得する（ステップＳ５１）。次に処理装置１６は、ステップ５２で決定した第一の距離ｄにしたがって被写体台５を制御し、被写体６の位置を調整する（ステップＳ５２）。その後、本撮像を行い（ステップＳ５３）、本撮像で得られたデータを元に散乱画像データや位相画像データを生成する（ステップＳ５４）。このような方法によっても、上記実施例１〜３と同様、適切なデータ取得が可能となる。さらに、本実施例の場合はプレ撮像が不要となるため、上記実施例１〜３よりも被ばく量を低減することができる。
本実施例では、被写体６として人体を例に説明したが、被写体６は人体以外でもよい。データベースのパラメータも性別、年齢、体重、身長に限らない。例えば、形状、体積、材質をパラメータとして用いても良い。第一の距離ｄを決定する際に、全部のパラメータを用いても良いし、一部のパラメータだけを用いても良い。
上記した各実施例は本発明の好ましい具体例を示したものにすぎず、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。本発明はその技術思想の範囲内で様々な具体的な形態を採り得る。例えば、実施例１〜実施例４で述べた処理を組み合わせることも可能である。
２：放射線源、４：ビームスプリッター、５：被写体台、６：被写体、１０：線源格子、１２：吸収格子、１４：放射線検出器、１６：処理装置

Claims (14)

  1. 放射線を用いて被写体を撮像する放射線撮像装置であって、
    ビームスプリッターと、
    前記ビームスプリッター及び被写体を通過した放射線を検出する検出器と、
    前記検出器で得られるデータをもとに前記被写体の内部の情報を表す画像データを生成する処理装置と、を有し、
    前記ビームスプリッターと前記被写体のあいだの距離である第一の距離が変更可能であり、
    前記処理装置は、前記検出器で得られるデータをもとに算出される前記被写体の内部の情報の値が前記画像データのダイナミックレンジに収まるように、前記被写体を撮像するときに設定すべき前記第一の距離を決定する決定手段を有する
    ことを特徴とする放射線撮像装置。
  2. 前記決定手段により決定された前記第一の距離に応じて、前記ビームスプリッターと前記被写体のいずれか又は両方の位置を移動するための移動手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
  3. 前記被写体を保持する保持手段をさらに有し、
    前記移動手段は、前記ビームスプリッターと前記被写体のあいだの距離が前記決定手段により決定された前記第一の距離になるように、前記保持手段を移動させる
    ことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
  4. 前記決定手段は、プレ撮像によって得られた前記被写体のプレ撮像データを用いて、前記被写体を本撮像するときに設定すべき前記第一の距離を決定する
    ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  5. 前記プレ撮像では、前記本撮像よりも低い線量で前記被写体の撮像を行う
    ことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像装置。
  6. 前記決定手段は、前記プレ撮像データから前記被写体の散乱強度の代表値を算出し、前記代表値が所定値より小さいときは前記プレ撮像のときよりも位相感度が上がり、前記代表値が前記所定値より大きいときは前記プレ撮像のときよりも位相感度が下がるように、前記第一の距離を決定する
    請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
  7. 前記決定手段は、前記プレ撮像データから前記被写体の位相画像データを生成し、前記位相画像データのなかに位相飛びが含まれている場合には、前記プレ撮像のときよりも位相感度が下がるように前記第一の距離を決定する
    請求項４又は５に記載の放射線撮像装置。
  8. 前記決定手段は、被写体の特性ごとに対応する第一の距離を関連付けたデータベースを参照することにより、前記被写体を本撮像するときに設定すべき前記第一の距離を決定する
    ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  9. 前記ビームスプリッターは位相格子であり、前記位相格子と前記検出器のあいだの距離はトールボット距離に設定されている
    ことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  10. 前記検出器の前面に配置される吸収格子をさらに有する
    ことを特徴とする請求項９に記載の放射線撮像装置。
  11. 放射線を発生する放射線源と前記ビームスプリッターのあいだに配置される線源格子をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  12. 前記線源格子と前記ビームスプリッターとのあいだの距離が変わらないように、前記線源格子と前記ビームスプリッターとを連結する支持手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の放射線撮像装置。
  13. 前記ビームスプリッターと前記検出器のあいだに前記被写体を配置して撮像を行う
    ことを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
  14. 放射線を発生する放射線源と前記ビームスプリッターのあいだに前記被写体を配置して撮像を行う
    ことを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
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