JP4118535B2

JP4118535B2 - Ｘ線検査装置

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Publication number: JP4118535B2
Application number: JP2001201749A
Authority: JP
Inventors: 広則植木; 健一岡島
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: CN1393205A; CN1265764C; JP2003018463A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線、γ線等の放射線を用いる放射線検査装置、特に、非破壊検査用、医療用のＸ線検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種の散乱Ｘ線成分を除去する方法、装置が報告されている。例えば、Ｘ線検出器の検出画素ピッチと同一または整数分の１のグリッド周波数を持つＸ線グリッドを前記Ｘ線検出器面上に形成し、検出器面に対して斜めに入射する散乱線成分を除去する方法が報告されている（従来技術１：「特開平９−７５３３２号公報」）。
【０００３】
また、予め計測しておいた散乱Ｘ線の点広がり関数に基づいて、デコンボリューションフイルタを用いて散乱Ｘ線成分を除去する方法が報告されている（従来技術２：「M.Honda, et al., Med. Phys., 20(1), 56-69(1993)」）。
【０００４】
また、被写体の前面に配置したＸ線スリットをスキャンすることにより、散乱Ｘ線成分を直接計測し、散乱Ｘ線成分を除去する装置が報告されている（従来技術３：「K.Doi, et al., Radiology, 161, 513-518(1986)」）。
【０００５】
また、周期構造を有する原画像データに対してウェーブレット変換を施して縮小画像を得る場合に、モアレのない高画質な縮小画像を得る方法が報告されている（従来技術４：「特開平１０−０３１７３７号公報」）。
【０００６】
さらに、Ｘ線管と被写体の間にＸ線グリッドを配置し、Ｘ線の線質や線量の放射角度依存性を補正する方法が報告されている（従来技術５：「特開２０００−２４５７３１号公報」）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
散乱Ｘ線成分は、場合によっては検出されたＸ線透過像の信号成分の５０％以上を占め、非破壊検査用検査装置、医療用のＸ線検査検査装置のコントラストを低下させる。
【０００８】
従来技術１では、Ｘ線グリッドを構成するＸ線透過材料が、散乱Ｘ線ばかりでなく直接Ｘ線も遮断してしまうため、Ｘ線検出器で検出される信号量が減少してしまうという課題を有していた。検出信号量を増加するためには、被写体に入射するＸ線量を増加する必要があり、その結果被写体のＸ線被曝量が増加するという課題を有していた。また、検出器への入射角度が小さい散乱Ｘ線を除去することができないこと、さらには、検出器前面にＸ線グリッドを形成することが困難であるというような課題を有していた。
【０００９】
従来技術２では、一定の管電圧、均一な被写体に対して予め散乱Ｘ線の点広がり関数を計測して散乱Ｘ線補正を行なう。また、前記散乱Ｘ線補正は被写体の組成が均一であるという仮定のもとに行われる。しかし、実際の撮影では、被写体の組成、厚さは種々変化し、また管電圧も種々変化する。従って、散乱Ｘ線成分を完全に除去することができず、補正の精度が悪いという課題を有していた。
【００１０】
従来技術３では、Ｘ線スリットをスキャンしながら撮影を行なうため、短時間の撮影やＸ線透視が行えないという課題を有していた。
【００１１】
従来技術４では、高画質な観察用の縮小画像を得るが、原画像に含まれる散乱Ｘ線成分の除去については言及がない。
【００１２】
従来技術５では、回転陽極Ｘ線管から放射されるＸ線の放射角度依存性が軽減されるため、均質で高品位なＸ線画像を得ることができるが、散乱Ｘ線成分の除去については言及がない。
【００１３】
本発明の目的は、２次元Ｘ線検出器で検出された検査対象のＸ線透過像の画像から散乱Ｘ線成分を除去したＸ線画像を得ることができるＸ線検査方法及びＸ線検査装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、検査対象のＸ線被曝量を減少すると同時に高品質のＸ線画像を得ることができるＸ線検査方法及びＸ線検査装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、Ｘ線源と検査対象の間にＸ線グリッドを配置し、検査対象のＸ線透過像を２次元Ｘ線検出器で検出する。検査対象へ入射するＸ線は、Ｘ線グリッドを通過したスリット状のＸ線である。検査対象を透過したＸ線は、スリット状の高周波成分（直接Ｘ線成分）と、検査対象により散乱された非スリット状の低周波成分（散乱Ｘ線成分）とを含んでいる。検査対象のＸ線透過像を２次元Ｘ線検出器で検出すると、直接Ｘ線成分は２次元Ｘ線検出器とＸ線グリッドとの間で干渉縞を生じるが、散乱Ｘ線成分は干渉縞を生じない。
【００１６】
いま、Ｘ線源の焦点と２次元Ｘ線検器の検出面の中心とを結ぶ方向にほぼ直交する方向で、Ｘ線グリッドの位置を微小距離だけ変化させると、干渉縞の位相が変化する。このとき、干渉縞の振幅は、直接Ｘ線成分量を反映する。すなわち、Ｘ線グリッドの位置の変化に伴い、変化する信号成分は直接線成分であり、変化しない信号成分は散乱Ｘ線成分に相当する。
【００１７】
以上より、検査対象のＸ線透過像の画像に含まれる散乱Ｘ線成分の分布画像（以下、散乱Ｘ線分布画像）を干渉縞の振幅から求めることができる。また、Ｘ線透過像から散乱Ｘ線分布画像を減算して直接Ｘ線分布画像を求めることができる。上記直接Ｘ線分布画像を求める作業を、以下では散乱Ｘ線補正と呼ぶ。
【００１８】
干渉縞の振幅を求めるためには、計測画像を干渉縞成分の画像（以下、干渉縞画像）と、それ以外の成分の画像（以下、非干渉縞画像）とに分離する必要がある。干渉縞画像を得るためには、ほぼ１８０°異なる位相をもつ干渉縞が出現する２つのＸ線透過像を検出して、２つのＸ線透過像の差分画像を作成すればよい。一方、非干渉縞画像を得るためには、前記位相がほぼ１８０°異なる２つのＸ線透過像の加算画像を作成すればよい。ただし、２つのＸ線透過像の間で、位相がほぼ１８０°異なる干渉縞を出現させるためには、Ｘ線グリッドの位置の微小距離変化を正確に制御する必要がある。
【００１９】
一方、位相がほぼ１８０°異なる２つのＸ線透過像は、以下の方法でも作成できる。以下の説明では、Ｘ線グリッドのグリッド密度は、直接Ｘ線成分が、２次元Ｘ線検出器とＸ線グリッドとの間で生じる干渉縞が発生しにくい（目立たないような）値とする。また、Ｘ線グリッド中のスリットが配列する方向をスリット配列方向と呼ぶ。
【００２０】
Ｘ線透過像から、スリット配列方向に、１画素おきに画素を間引いて抽出した画像（以下、抽出画像）を作成する。１画素おきの抽出により、抽出画像中には干渉縞が発生する。抽出画像は２枚作成される。ただし、２枚の抽出画像は画素の抽出位置がスリット配列方向において互いに１画素ずらして作成される。このとき、２枚の抽出画像中に出現する干渉縞は、ほぼ１８０°異なる位相をもつ。従って、この２枚の抽出画像の差分をとり、干渉縞画像を作成することができる。また、干渉縞画像に基づき、散乱Ｘ線補正を行うことができる。
【００２１】
散乱Ｘ線補正では、干渉縞の振幅に基づいて直接Ｘ線成分量を求める。干渉縞の振幅は直接Ｘ線成分量に比例し、その比率（以下、振幅比）は予め計測によって求められる。振幅比は、検査対象が置かれない状態で得られたエア画像を使用して求める。エア画像は、Ｘ線管の１又は複数の管電圧と、１又は複数の散乱Ｘ線除去率の異なるＸ線グリッドとの組合せにより検出された１又は複数のエア画像である。各エア画像に対して上記と同様の方法を用いて干渉縞画像を作成する。このとき、振幅比は直接Ｘ線成分量の干渉縞振幅に対する比として求められる。ただし、直接Ｘ線成分量はエア画像自体の信号量として求めることができる。
【００２２】
振幅比はエア画像中の位置に応じて変化する。従って、振幅比の分布をキャリブレーション画像として作成し、メモリに保存しておく。キャリブレーション画像を作成するには、まず、エア画像に対して干渉縞画像を作成する。次に、前記干渉縞画像基づいて干渉縞の振幅分布画像を作成する。最後に、エア画像の各画素値を振幅分布画像の画素値で除算して作成した画像をキャリブレーション画像とする。
【００２３】
キャリブレーション画像を用いて、任意のＸ線透過像に対して散乱線補正を行う手順は以下の通りである。まずＸ線透過像（元画像）に対して干渉縞画像を作成する。次に前記干渉縞画像に基づいて干渉縞の振幅分布画像を作成する。さらに、キャリブレーション画像をメモリから読み出し、前記キャリブレーション画像と前記振幅分布画像との積を前記Ｘ線透過像（元画像）から減算して散乱Ｘ線分布画像を求める。最後に、前記Ｘ線透過像（元画像）から前記散乱Ｘ線分布画像を減算して直接Ｘ線分布画像を作成する。
【００２４】
キャリブレーション画像をメモリから読み出す場合には、Ｘ線透過像が検出された時の管電圧、Ｘ線グリッドの組合せに対応するキャリブレーション画像をメモリから読み出す。
【００２５】
検査対象のほぼ同一部位が連続して検出される場合には、特定の時間間隔において、同一の散乱Ｘ線分布画像を用いて、複数のＸ線透過像の画像から散乱Ｘ線成分を除去することができる。
【００２６】
以上の説明で使用するＸ線グリッドとしては、平行グリッド、又は焦点付きグリッドが使用でき、また、２枚の平行グリッド、又は焦点付きグリッドを交差させて重ねて配置するクロスグリッドが使用できる。
【００２７】
以上説明したように、本発明では、簡単な演算処理により精度良く散乱Ｘ線補正を実行できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例に係るＸ線検査装置の構成を説明するための図である。なお、図１において、紙面内における左右方向をｙ軸、紙面内における上下方向をｚ軸、紙面に対し垂直方向をｘ軸とする。
【００２９】
本実施例１に係るＸ線検査装置は、Ｘ線管１、コリメータ２、Ｘ線グリッド３、平面型Ｘ線検出器４、支柱５、被検体（検査対象）６、寝台天板７、寝台８、モニタ９、コンソール１０、臨床コンソール１１、画像メモリ１００、画像処理手段１０１、キャリブレーション画像保存メモリ１０２、散乱線画像保存メモリ１０３等により構成される。なお、上記各装置および機構は公知のものを用いる。以下では、Ｘ線管１、コリメータ２、Ｘ線グリッド３、および平面型Ｘ線検出器４で構成される系を撮影系と呼ぶ。
【００３０】
撮影系は、支柱５に固定される。支柱５は図示しない傾斜機構によって、寝台天板７に対して傾斜することができる。ただし、傾斜方向はｙｚ平面に平行な方向である。支柱５を傾斜することで、被検体６に対するＸ線の照射方向を自由に変えることができる。また寝台８は、公知の移動機構によって寝台天板７および寝台天板７の上に配置される被検体６の位置をｘ、ｙおよびｚ方向に移動することができる。更にＸ線グリッド３の支柱５に対するｘ、ｙおよびｚ方向の位置は、図示しない位置調節装置によって調節することができる。
【００３１】
図１において、Ｘ線管１のＸ線発生点と平面型Ｘ線検出器４の入力面との距離は１００ｃｍである。また、平面型Ｘ線検出器４のＸ線入力面は１辺が２０４．８ｍｍの正方形である。平面型Ｘ線検出器４の画素数は１０２４×１０２４ピクセルであり、各画素の１辺の大きさは２００μｍである。また、Ｘ線透視時における平面型Ｘ線検出器４の代表的なフレームレートは３０［フレーム/秒］であるが、７．５または１５［フレーム/秒］とすることも可能である。なお、平面型Ｘ線検出器４には、既知の直接型Ｘ線検出器あるいは間接型Ｘ線検出器を用いる。直接型検出器および間接型検出器の代表的な例としては、それぞれ「M. Choquette, et al., SPIE Vol.3977, 128-136(2000)」（以下、文献１）および「Tom J. C. Bruijns, et al., SPIE Vol.3977, 117-127(2000)」（以下、文献２）などが挙げられる。
【００３２】
Ｘ線管１のＸ線発生点とＸ線グリッド３の入力面との距離は４０ｃｍである。Ｘ線グリッド３は既知のグリッドであり、Ｘ線吸収材料とＸ線透過材料の交互配置による多数のスリット形成される。Ｘ線グリッド３のスリット方向は一方向のみに形成されており、前記スリット方向がｙ軸に平行になるように支柱５に配置される。本Ｘ線グリッド３はＸ線吸収材料に鉛、Ｘ線透過材料に紙を使用しているが、これらの材料に限定されるものでなく、例えばタングステンとアルミニウム等でこれらを代用してもよい。グリッド比（格子比）は１２：１、グリッド密度は７０［本/ｃｍ］、鉛箔の厚さは５０［μｍ］である。また、Ｘ線グリッド３は焦点を有しており、その焦点距離は４０［ｃｍ］である。
【００３３】
次に、本実施例１に係るＸ線検査装置の動作を説明する。本Ｘ線検査装置は、被検体６のＸ線透視画像およびＸ線撮影画像を取得し、これらの画像中に含まれる散乱線成分を除去した後にモニタ９に表示する。Ｘ線透視およびＸ線撮影時におけるＸ線の照射から、散乱線補正画像の表示に至るまでの手順は以下の通りである。
【００３４】
まず、検者（操作者）は、コンソール１０または臨床コンソール１１を用いてＸ線透視または撮影の開始を指示し、Ｘ線管１からＸ線を放射する。次に被検体６を透過したＸ線は平面型Ｘ線検出器４によって検出され、直ちに画像メモリ１００に記録される。更に画像処理手段１０１は、画像メモリ１００に記録されたＸ線透過像中の散乱線成分のみを抽出し、散乱線画像保存メモリ１０３に保存する。最後に減算器１０４は、画像メモリ１００に保存されたＸ線透過像から散乱線画像保存メモリ１０３に保存された散乱線成分画像を減算して散乱線補正画像を作成し、モニタ９に表示する。なおＸ線透視時には、検者によって透視終了の指示がなされるまで、上記一連の作業が繰り返し行われる。
【００３５】
このとき、散乱線成分画像は画像メモリ１００にＸ線透視像が入力される度に作成してもいいが、数フレーム毎（通常２〜３０フレーム）に作成してもよい。数フレーム毎に散乱線成分画像を作成する場合は、次の散乱線成分画像が作成されるまでの間、同一の散乱線成分画像を用いて近似的に散乱線補正を行う。以下では、Ｘ線透視時におけるこのような近時的な補正方法を間引き補正と呼ぶ。被写体６の動きが平面型Ｘ線検出器４のフレームレートに対してそれ程大きくない場合、間引き補正を行うことができる。間引き補正を採用することにより、画像処理手段１０１に要求される処理速度を落とすことができるので、装置構成を簡略化することができる。
【００３６】
上記散乱線成分の抽出には、キャリブレーション画像保存メモリ１０２に保存されたキャリブレーション画像を使用する。画像処理手段１０１による散乱線成分抽出演算、およびキャリブレーション画像の詳細については後述する。
【００３７】
図２は、散乱Ｘ線除去の原理を説明するための図である。このうち、図２（Ａ）は被検体６を透過する直接Ｘ線と平面型Ｘ線検出器４との関係を表す図であり、また図２（Ｂ）は被検体６の内部で散乱された散乱Ｘ線と平面型Ｘ線検出器４との関係を表す図である。
【００３８】
まず、図２（Ａ）において、Ｘ線発生点２０から発生された一様なＸ線２００は、Ｘ線グリッド３の内部のＸ線吸収材料２１によって一部遮断される。従って、Ｘ線グリッド３透過後のＸ線はスリット状のＸ線２０１となる。以下では、このようなスリット状のＸ線２０１を変調Ｘ線と呼ぶ。変調Ｘ線２０１は、略矩形状のＸ線ビームであり、それ自身が高周波の信号成分をもつ。このため被検体６の内部を透過したＸ線（直接Ｘ線）は、平面型Ｘ線検出器４の画素２２との間で干渉を起こし、干渉縞（モアレ）を発生する。一方、図２（Ｂ）において、被検体６の内部で散乱されたＸ線（散乱Ｘ線）２０２は、散乱によって高周波の信号成分が失われるため、画素２２との間に干渉縞を発生しない。
【００３９】
以上より、干渉縞は直接Ｘ線のみを反映し、干渉縞の振幅は直接Ｘ線成分量に比例することがわかる。従って、干渉縞の振幅を求めることによって、検出信号を直接線成分と散乱線成分に分離して散乱線補正を行うことができる。ただし、散乱線補正を行うには、以下の２つの課題を解決する必要がある。すなわち、干渉縞の振幅と直接Ｘ線成分の比を求めること（課題１）と、干渉縞の振幅を求めること（課題２）である。
【００４０】
課題１に関しては、被検体６を配置しない状態で検出したＸ線透過像（以下、エア画像とする）を用いて干渉縞の振幅と直接線成分の比（以下、キャリブレーション比とする）を求めることができる。すなわち、エア画像に含まれる信号は直接線成分のみであるため、干渉縞の振幅を求めることができれば、キャリブレーション比を容易に求めることができる。
【００４１】
課題２に関しては、例えばＸ線グリッド３の位置を水平方向に微小に移動しながら干渉縞の位相変化を観察することで干渉縞の振幅を求めることができる。ただし、上記方法はＸ線グリッド３の移動を高速かつ高精度に行うという、技術的な困難を伴う。このため、本実施例１では、画素の間引きサンプリングによって干渉縞の振幅を計測する方法を採用する。間引きサンプリングの詳細については後述する。
【００４２】
図３は、Ｘ線グリッド３および平面型Ｘ線検出器４の位置関係を説明するための図である。Ｘ線発生点２０からＸ線グリッド３の入力面までの距離をｄ、Ｘ線発生点２０から平面型Ｘ線検出器４の入力面までの距離をＤと表す。本実施例１におけるｄの値は４０［ｃｍ］、Ｄの値は１００［ｃｍ］である。Ｘ線グリッド３のスリット方向は、ｙ軸方向に平行になるように配置される。
【００４３】
また、Ｘ線検出器４は、画素の配列がｘおよびｙ方向に平行になるように配置する。画素配列のｘおよびｙ方向の位置をそれぞれi、j方向とし、その位置を(i、j)（i、j＝0、 1、 …、 1023）と表す。また、以下の説明では簡単のため、被検体６としてアクリルファントム３０を用いる。ただし、アクリルファントム３０はアクリル板および鉛棒３１で構成される。鉛棒３１はアクリル板の中心に、その長手方向がｙ方向と平行となるように配置される。
【００４４】
図４は、平面型Ｘ線検出器４によるＸ線透過像の検出において、検出画素位置を説明するための図である。図４（Ａ）に示されるように、Ｘ線検出器４のi、j方向の画素間隔をΔｄで示す。ただし、本実施例１において、Δｄは２００［μｍ］である。Ｘ線透視およびＸ線撮影時には、全ての画素位置(i、j)においてＸ線を検出する。検出画像のプロファイルの一例を図４（Ｂ）に示す。ただし、図４（Ｂ）は、アクリルファントム３０のi方向のプロファイルを示したものである。このとき、Ｘ線グリッド３の仕様および空間配置が、後述する方法に基づき適正に設定されていれば、図４（Ｂ）に示されるように、i方向のプロファイルに発生する干渉縞を小さく抑えることができる。図４（Ｂ）に示される信号は、図４（Ｃ）に示されるような直接Ｘ線成分と図４（Ｄ）に示されるような散乱Ｘ線成分が同時に検出されたものである。散乱線補正処理は、図４（Ｂ）に示される検出信号から図４（Ｃ）に示される直接Ｘ線成分を抽出する処理に相当する。
【００４５】
図５は、直接Ｘ線成分および散乱Ｘ線成分の空間周波数分布と平面型Ｘ線検出器４のナイキスト周波数との関係を説明するための図である。直接Ｘ線の周波数成分５００には、変調Ｘ線２０１の周波数特性、被検体６を透過する直接Ｘ線の周波数特性、および平面型Ｘ線検出器４の周波数応答の情報が含まれる。通常平面型Ｘ線検出器４の周波数応答は高周波になるに従い低下する。変調Ｘ線２０１の周波数特性はＸ線グリッド３の構造情報を表し、グリッドの周期に関する情報が多く含まれている。
【００４６】
いま、グリッド密度をf_g［本/ｃｍ］とすると、平面型Ｘ線検出器４の面上に投影される投影グリッド密度f_dは、次式で表される。
【００４７】
【数１】

………（数１）
（数１）より、f_dの値は、f_g、ｄ、Ｄの値を変えることによって任意に設定することができる。図５には、f_dの値を検出器のナイキスト周波数f_qより僅かに低く設定した例が示される。周波数f_dにおける周波数強度５０２は、f_dがナイキスト周波数f_qに近づくに従って小さくなる。これは平面型Ｘ線検出器４のボケにより、Ｘ線グリッド４の周期的な構造情報（以下、グリッド縞とする）が目立たなくなることを意味する。ここで、ナイキスト周波数f_qと投影グリッド密度f_dとの差を、ビート周波数f_bとして、次式で定義する。
【００４８】
【数２】

………（数２）
すなわち、Ｘ線透過像中に含まれるグリッド縞を目立たなくするためには、f_bをできるだけ小さくすればよい。一方、散乱Ｘ線の周波数成分５０１には低周波成分の情報のみが含まれる。
【００４９】
図６は、検出されたＸ線透過像に対する間引きサンプリングを説明するための図である。また、図７は、間引きサンプリング時におけるナイキスト周波数と直接Ｘ線成分および散乱Ｘ線成分の空間周波数分布との関係を説明するための図である。図４（Ａ）に説明したように、Ｘ線透過像は平面型Ｘ線検出器４の全画素を用いて検出する。すなわち、画素位置(i、j)において検出された信号量をf(i、j)とすると、Ｘ線透過像はf(i、j)（i、j＝0〜N-1）と表すことができる。ただし、Nを平面型Ｘ線検出器４のi、j方向の画素数とした。本実施例１では、N＝1024である。間引きサンプリングは、図６（Ａ）および（Ｃ）に示されるように、f(i、j)中から、i方向に１画素おきに画素値を抽出して画像を作成する方法である。このとき、画素の抽出位置によって、以下の２種類の抽出画像を作成することができる。
【００５０】
【数３】

………（数３）
【００５１】
【数４】

………（数４）
ｆ₁(m、n)およびf₂(m、n)のm方向のナイキスト周波数f'_q（＝１/（４Δｄ））は、f(i、j)のナイキスト周波数f_q（＝１/（２Δｄ））の半分となる。すなわち、f'_q＝f_q/２である。図７に示されるように、間引きサンプリング時の直接Ｘ線成分５００は、f'_qを中心に線対称に折れ込んでエリアシングを発生する。図７中、７０２は直接Ｘ線成分５００のエリアシングによる折り返し成分であり、また、７０１は散乱Ｘ線成分５０１のエリアシングによる折り返し成分である。
【００５２】
この結果、投影グリッド密度f_dの成分５０２が、周波数f_bのビート成分７０２となって低周波数側に現れ、干渉縞を発生する。従って、抽出画像f₁(m、n)およびf₂(m、n)のm方向のプロファイルには干渉縞が含まれる（図６（Ｂ）および（Ｄ）参照）。
【００５３】
上述のように、散乱線補正を行うためには上記干渉縞の振幅を計測すればよい。しかし、抽出画像f₁(m、n)およびf₂(m、n)には、それぞれ干渉縞信号の他に、被検体６の構造情報も含まれているため、干渉縞成分の振幅を正確に抽出するのは難しい。
【００５４】
干渉縞成分の振幅を正確に抽出するためには、f₁(m、n)およびf₂(m、n)の差分画像s(m、n)を次式によって作成する。
【００５５】
【数５】

………（数５）
（数３）および（数４）に示されるように、f₁(m、n)およびf₂(m、n)のf(i、j)に対するサンプリング位置は、i方向に互いに１画素ずつずれている。このため、f₁(m、n)およびf₂(m、n)中に含まれる干渉縞は、m方向に互いに１８０度位相がずれる。従って、差分画像s(m、n)は、図６（Ｅ）に示されるような干渉縞成分のみが含まれるため、s(m、n)から容易に干渉縞の振幅を求めることができる。
【００５６】
図４〜図６を用いた説明においては、投影グリッド密度f_dをナイキスト周波数f_qよりビート周波数f_b分だけ低い値に設定した（以下、非エリアシング設定と呼ぶ）。このとき、Ｘ線透過像f(i、j)中に現れるグリッド縞の周波数はf_d＝(f_q−f_b)であり、抽出画像f₁(m、n)およびf₂(m、n)中に現れる干渉縞の周波数はf_bであった。上述のように、グリッド縞を目立たなくするためにはf_bをできるだけ小さくする必要がある。しかし、このとき同時に干渉縞の周波数f_bが小さくなり、その位置分解能が低下してしまう。このように、f_bは大きくし過ぎても、小さくし過ぎてもいけない。通常、f_bは、２〜５［本/ｃｍ］程度に設定するのが望ましい。
【００５７】
図８は、投影グリッド密度の別の設定方法を説明するための図である。非エリアシング設定においては、投影グリッド密度f_dをナイキスト周波数f_qよりビート周波数f_b分だけ低い値に設定した。これに対し、以下では投影グリッド密度f_dをナイキスト周波数f_qよりビート周波数f_b分だけ高い値に設定する方法（以下、エリアシング設定とする）について説明する。エリアシング設定時には、全画素サンプリングにおいてもエリアシングが発生する。このとき、投影グリッド密度f_dの周波数成分５０２は、エリアシングによって周波数（f_q−f_d）の成分７０２となって観察される（図８（Ａ）参照）。
【００５８】
周波数f_q−f_bという値は、非エリアシング設定の場合と同じ値であるが、エリアシング設定の場合、f_qを中心とする折り返し成分としてグリッド縞が観察されているため、図５の場合よりスペクトル強度が小さくなる。すなわちエリアシング設定にすることで、非エリアシング設定の場合よりもグリッド縞を目立たなくすることができる。
【００５９】
一方、間引きサンプリング時にも、投影グリッド密度f_dにおける周波数成分５０２はエリアシングによって周波数f_bの干渉縞成分として観察される。ただし、本干渉縞成分のスペクトル強度も、非エリアシング設定の場合に比べて小さくなるため、干渉縞振幅の測定精度が低下するという問題もある。以上のように、投影グリッド密度の設定はグリッド縞の抑制を優先するか、干渉縞振幅の測定精度の向上を優先するかによって、エリアシング設定か非エリアシング設定かを選択できる。
【００６０】
なお、本実施例１ではグリッド密度f_gを７０［本/ｃｍ］、Ｘ線発生点−グリッド距離ｄを４０［ｃｍ］、Ｘ線発生点−検出器距離Ｄを１００［ｃｍ］としたので、数１より投影グリッド密度f_dは２８［本/ｃｍ］となる。一方、画素間隔Δｄが２００［μｍ］であるため、ナイキスト周波数f_qは２５［本/ｃｍ］である。従って、投影グリッド密度はエリアシング設定されており、そのビート周波数は３［本/ｃｍ］である。なお、投影グリッド密度f_dを非エリアシング設定するためには、例えば上記設定においてｄを３１.４［ｃｍ］とすればよい。このとき投影グリッド密度f_dは２２［本/ｃｍ］となり、同じくビート周波数３［本/ｃｍ］の干渉縞が発生する。
【００６１】
図９は、干渉縞画像に基づき干渉縞振幅の空間分布を導出する方法を説明するための図である。（数５）により得られた差分画像s(m、n)（m＝0〜N/2-1、n＝0〜N-1）は、干渉縞成分のみを含む干渉縞画像９０である（図９中の（ａ））。干渉縞振幅分布演算手段１１０４は、干渉縞画像９０に基づいて干渉縞の振幅分布画像９５を求める手段であり、以下の演算手順からなる。
【００６２】
まず、干渉縞ピーク検出手段９１は、干渉縞画像９０のm方向のプロファイルに対して干渉縞９９のピーク位置（極大値および極小値）を検出する（図９中の（ｂ））。上記m方向のピーク検出は、全てのn（＝0〜N-1）の位置に対して行われる。次にピーク間画素補間手段９２は、m方向に隣接する極大値同士および極小値同士を直線で結び、干渉縞９９の上限包絡線９６および下限包絡線９７とする（図９中の（ｃ））。
【００６３】
また、上記補間値は、画素位置m（＝0〜N/2-1）上の点のみならず、m方向に隣接する画素の中間位置においても求める。画素の中間位置において補間値を求めることで、間引きサンプリング後にN/２個となっていたm方向の画素数を再びNに戻すことができる。上記補間は全てのn（＝0〜N-1）の位置に対して行われる。n方向の位置は全サンプリング画像のj方向の位置と一致するため、補間終了時には画素マトリックスを再び(i、j)（i、j＝0〜N-1）に戻すことができる。上限包絡線９６と下限包絡線９７の差分９８は、干渉縞９９の振幅に相当する。
【００６４】
従って、次に振幅演算手段９３は全ての位置(i、j)（i、j＝0〜N-1）において差分９８を求め、各位置における干渉縞振幅分布とする（図９中の（ｄ））。ただし、上記干渉縞分布は上記直線補間によって生じた高周波成分が含まれるため、２次元ＬＰＦ（Low Pass Filter）９４を用いて高周波成分を除去し、最終的な振幅分布画像A(i、j) を得る（図９中の（ｅ））。２次元ＬＰＦ９４の例としては、既知の移動平均処理（移動平均をとる画素領域：２×２画素〜５×５画素程度）等が挙げられる。
【００６５】
図１０は、間引きサンプリングにおける別のサンプリング方法を説明するための図である。図６においては、間引きサンプリングとしてi方向に１画素おきに画素を抽出する方法を示したが、抽出の間隔を一般にk画素おき（1≦k）として拡張してもよい。一例として、図１０には、２画素おきに抽出する例を示す。この場合、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すような３種類の抽出方法が存在し、サンプリング位置がi方向に１画素シフトする毎に、間引きサンプリングによって発生する干渉縞の位相シフトが１２０度変化する。
【００６６】
すなわち、図１０（Ａ）と（Ｂ）の間、および図１０（Ｂ）と（Ｃ）の間における干渉縞の位相シフトは１２０度となる。また、図１０（Ａ）と（Ｃ）の間における干渉縞の位相シフトは２４０度である。いずれの場合も、両画像の差分画像を作成すると信号中の被写体の構造情報が取り除いて干渉縞のみを抽出することができる。
【００６７】
また、差分をとる画像間の位相シフト量に応じて抽出される干渉縞の位相が変化するが、その振幅分布は変化しない。すなわち、上記図１０（Ａ）〜（Ｃ）の、どの組み合わせに対して差分画像を作成しても、後述する図１１における干渉縞振幅分布演算手段１１０４によって最終的に得られる振幅分布画像A(i、j)には大差が生じない。ただし、差分によって被写体の構造情報を精度よく除去するには、差分画像間の画素抽出位置がなるべく近い方がよい。すなわち、画素抽出位置が隣接する２つの抽出画像を用いて差分を行うのが望ましい。一般に、k画素おきに間引きサンプリングを行ったとすると、画素抽出位置が隣接する２つの抽出画像間の位相シフト量qは、次式で表される。
【００６８】
【数６】

………（数６）
差分画像中にはＸ線の量子ノイズが含まれており、干渉縞振幅の測定精度を劣化することがある。このため、間引きサンプリングを行う前に、元画像f(i、j)（i、j＝0〜N-1）に対して移動平均処理を行って量子ノイズを軽減してもよい。i、j方向に移動平均をとる画素数を、それぞれ、2I+1、2J+1（I、J＝0、1、2、…）とすると、移動平均後の画像f_m(i、j)は、次式で計算される。
【００６９】
【数７】

………（数７）
ただし、i方向の移動平均を行うと高周波成分が低下して、間引き画像中の干渉縞強度が低下する。このため、i方向の移動平均は行わないのが一般的である。一方、j方向には通常I＝5〜10程度の範囲で移動平均をとる。
【００７０】
上記移動平均処理、間引きサンプリング処理、振幅分布画像導出処理は、Ｘ線グリッド３のスリット方向がj方向に垂直であるものとして説明した。これに対し、Ｘ線グリッド３のスリット方向がi方向に配置されている場合には、上記全ての処理においてi方向とj方向を入れ替えればよい。また、Ｘ線グリッド３として格子状のスリットを有するものを使用した場合、上記全ての処理をi方向およびj方向の両方について行えばよい。
【００７１】
以上、間引きサンプリングを用いて干渉縞の振幅分布画像を示したが、以下では、振幅分布画像を用いて散乱線補正を行う方法について説明する。
【００７２】
Ｘ線透過像中のある画素値f(i、j)（I＝0〜N-1）に含まれる直接線成分量をf_d(i、j)とすると、f_d(i、j)は同じ位置における干渉縞の振幅A(i、j)に比例する。従って、干渉縞の振幅と直接線成分量の比率（キャリブレーション比）を予め求めておくことで、直接線分布画像f_d(i、j)を求めることができる。
【００７３】
キャリブレーション比は、エア画像を用いて求めることができる。一般に、キャリブレーション比は平面型Ｘ線検出器４上の検出位置によって多少異なるため、その分布をキャリブレーション画像として求める。いま、キャリブレーション画像をr(i、j)で表すと、r(i、j)は次式で求められる。
【００７４】
【数８】

………（数８）
ただし、f_air(i、j)は被検体６を配置しない状態で計測したエア画像であり、A_air(i、j)はf_air(i、j)に対して求めた振幅分布画像である。
【００７５】
このとき、任意のＸ線透過像f(i、j)に対して、その直接線成分量を、次式で概算することができる．
【００７６】
【数９】

………（数９）
ここで、（数９）の計算結果を直接線成分の概算値としたのは、f_d'(i、j)中には高周波成分が欠如しているためである。なお、上記高周波成分の欠如は振幅分布画像A(i、j)中の高周波成分の欠如に起因し、A(i、j)中の高周波成分の欠如はピーク間画素補間手段９２による補間処理に起因する。直接線成分概算値f_d'(i、j)から正確な直接線分布画像f_d(i、j)を得るためには、まず散乱線分布画像f_s(i、j)を求め、次に元画像f(i、j)からf_s(i、j)を減算すればよい。散乱線分布画像は、次式で求まる。
【００７７】
【数１０】

………（数１０）
ただし、g(i、j)は２次元ＬＰＦ(Low Pass Filter)であり、演算**は２次元畳み込み積分を表すものとする。（数１０）において、右辺｛｝内の計算結果は散乱線成分と、直接線の高周波成分を含む。このため、ＬＰＦを用いて高周波成分（直接線成分）を取り除き、散乱線成分のみを抽出する。ＬＰＦとしては通常のデジタルフィルタ、もしくは移動平均処理などを用いる。散乱線分布画像f_s(i、j)が求まったら、直接線分布画像f_d(i、j)は、次式で求めることができる。
【００７８】
【数１１】

………（数１１）
以上、キャリブレーション画像を用いて散乱線補正を行う方法について説明した。なおキャリブレーション画像中におけるキャリブレーション比の変化が比較的小さい場合はr(i、j)＝roとして近似してもよい。この場合、roには、例えばr(i、j)の平均値等を用いる。また、r(i、j)もしくはroの値は、Ｘ線管１の管電圧によって多少変化する。従って、予め数種類の管電圧に対してr(i、j)またはroを測定しておき、撮影または透視時の管電圧に応じてこれらを選択してもよい。
【００７９】
図１１は、キャリブレーション画像を求める手順を説明するためのブロック図である。キャリブレーション画像の作成は、まずエア画像の撮影から行う。エア画像の撮影によって、画像メモリ１００にエア画像f_air(i、j)が確保される。次に、移動平均演算手段１１００を用いてi、j方向の移動平均を行う。なお、移動平均の計算には（数７）を用いる。
【００８０】
次に、間引き画像作成手段１１０１および１１０２を用いて、抽出画像f₁(m、n)およびf₂(m、n)をそれぞれ作成する。なお、抽出画像の作成には、（数３）および（数４）を用いる。次に、減算器１１０３により抽出画像f₁(m、n)およびf₂(m、n)の差分がとられ、差分画像s(m、n)が作成される。次に、干渉縞振幅分布演算手段１１０４によって、エア画像に対する振幅分布画像A_air(i、j)が作成される。なお、干渉縞振幅分布演算手段１１０４による演算については、図９を用いて詳細を説明したので、ここでは説明を省略する。
【００８１】
次に、除算器１１０５により振幅分布画像A_air(i、j)とf_air(i、j)の比が計算され、キャリブレーション画像r(i、j)が作成される。最後にキャリブレーション画像r(i、 j)は、コンソール１０から入力される管電圧の情報と共にキャリブレーション画像保存メモリ１０２に保存される。
【００８２】
図１２は、キャリブレーション画像に基づいて散乱線分布画像を求める手順を説明するためのブロック図である。まずＸ線透視像または撮影像f(i、j)が、画像メモリ１００に確保される。引き続き行われる移動平均演算手段１１００〜干渉縞振幅分布演算手段１１０４に至るまでの過程は、図１１に示した上記キャリブレーション画像の作成手段と同一のため、説明を省略する。上記過程によって振幅分布画像A(i、 j)が作成される。
【００８３】
次に、積算器１２００は、振幅分布画像A(i、j)とキャリブレーション画像保存メモリ１０２に保存されたキャリブレーション画像r(i、j)を積算して、直接線成分概算画像f'_d(i、j)を作成する。なお、本積算は上記（数９）の演算に相当する。また上記積算においては、元画像f(i、j)を作成した時の管電圧に最も近い管電圧で作成されたキャリブレーション画像r(i、j)が選択される。次に、減算器１２０１は元画像f(i、j)から直接線成分概算画像f'_d(i、j)を減算し、引き続きＬＰＦ１２０２は上記減算画像の高周波成分を遮断して散乱線成分画像f_s(i、j)を作成する。なお、上記減算器１２０１およびＬＰＦ１２０２による一連の作業は（数１０）に相当する。最後に、散乱線成分画像f_s(i、j)は散乱線画像保存メモリ１０３に保存される。
【００８４】
以上示したように、本実施例１では間引きサンプリングによって作成した２枚の抽出画像に基づいて干渉縞の振幅分布を計測し、散乱線補正を行う。１枚のＸ線透過像から正確に干渉縞を得ることができるため、高速かつ高精度の散乱線補正を行うことができる。
【００８５】
（実施例２）
図１３は、本発明の第２の実施例に係るＸ線検査装置の構成を説明するための図である。
【００８６】
以下、実施例１に係るＸ線検査装置との相違点のみについて説明すると、実施例１に係るＸ線検査装置ではＸ線管１、コリメータ２、およびＸ線グリッド３が被検体６の上面に配置されていた（以下、オーバーチューブ構成とする）のに対し、本実施例２に係るＸ線検査装置では、Ｘ線管１、コリメータ２、およびＸ線グリッド３が全て寝台天板７の下面に配置される（以下、アンダーチューブ構成とする）。
【００８７】
オーバーチューブ構成の場合、Ｘ線グリッド３と被検体６との間の距離が狭いため被検体６が誤ってＸ線グリッド３に接触する可能性が高いという問題があったが、アンダーチューブ構成にすることで、Ｘ線グリッド３が被検体６に誤って接触してしまう危険を回避することができる。
【００８８】
（実施例３）
図１４は、本発明の第３の実施例に係るＸ線検査装置の構成を説明するための図である。本実施例３では、間引きサンプリングを用いずに干渉縞振幅分布を計測する。以下、実施例１に係るＸ線検査装置との相違点のみを説明する。
【００８９】
本実施例３に係るＸ線検査装置はグリッド位置制御器１４００を有する。グリッド位置制御器１４００は、図示しない位置変動機構を用いてＸ線グリッド３の位置をｘ軸方向に高速に変動することができる。Ｘ線グリッド３のグリッド比は１２：１、グリッド密度は１１７.５［本/ｃｍ］、鉛箔の厚さは４０［μｍ］である。なお、上記位置変動機構は圧電材料等を用いて実現する。
【００９０】
Ｘ線撮影時には、時間間隔Δｔを隔ててパルス状のＸ線が２回放射される。また、上記２回のパルスＸ線の放射に同期して、平面型Ｘ線検出器４が２枚のＸ線撮影像を検出する。一方、Ｘ線透視時には、時間間隔Δｔ毎にパルスＸ線が継続的に放射される。また、上記パルスＸ線の放射に同期して平面型Ｘ線検出器４によるＸ線透視像の検出が継続的に行われる。上記撮影および透視におけるＸ線パルス間隔Δｔの代表例は３３.３［ｍｓ］であるが、６６.６［ｍｓ］とすることも可能である。
【００９１】
グリッド位置制御器１４００は、撮影時および透視時における上記パルスＸ線の放射に同期してＸ線グリッド３のｘ軸方向の位置を変動する。なお、このときの変動量については後述する。
【００９２】
図１５は、本発明の実施例３において投影グリッド密度と平面型Ｘ線検出器４のナイキスト周波数との関係を説明するための図である。本実施例３に係るＸ線検査装置においては、Ｘ線透過像そのものに干渉縞を発生させる。このため、投影グリッド密度f_dをナイキスト周波数f_qの２倍の値に近づけるように設定する。いま、２f_qとf_dとの差をf'_bとすると、Ｘ線透過像中にはエリアシングによって周波数f'_bの干渉縞成分７０２が発生する。
【００９３】
なお、本実施例３においては、Ｘ線グリッド３のグリッド密度を１１７.５［本/ｃｍ］、Ｘ線発生点−グリッド距離ｄを４０［ｃｍ］、Ｘ線発生点−検出器距離Ｄを１００［ｃｍ］とした。従って、（数１）より、投影グリッド密度f_dは４７［本/ｃｍ］となる。一方、画素間隔Δｄが２００［μｍ］であるため、ナイキスト周波数f_qは２５［本/ｃｍ］である。以上より、Ｘ線透過像中に発生する干渉縞の周波数f'_bは、３［本/ｃｍ］となる。
【００９４】
図１６は、本発明の実施例３においてＸ線グリッドの微小変動を説明するための図である。上述ように、本実施例３に係るＸ線検査装置においては、Ｘ線パルス間隔Δｔの間にＸ線グリッド３をｘ軸方向に微小移動させる。そして、その移動量はＸ線グリッド３を構成するＸ線吸収材料２１の周期Δｈによって規定される。
【００９５】
まず、撮影時においてはＸ線パルスが２回照射され、２枚の撮影画像が計測される。このときグリッド位置制御器１４００は、２回の撮影間でＸ線グリッド３の位置がｘ軸方向にΔｈ/２だけシフトするように、Ｘ線グリッド３の位置を制御する。すなわち、１回目の撮影時におけるＸ線グリッド３の位置を図１６（Ａ）とすると、２回目の撮影時におけるＸ線グリッドの位置は図１６（Ｂ）である。
【００９６】
一方、透視時においては、Ｘ線パルスが連続的に発生される。このためグリッド位置制御器１４００は、Ｘ線パルスを発生するたびにＸ線グリッド３の位置が図１６（Ａ）→（Ｂ）→（Ａ）→（Ｂ）→…となるようにＸ線グリッドを振動させる。
【００９７】
上記Ｘ線グリッド３の位置変動に伴い、Ｘ線透過像中に発生する干渉縞の位相がｘ方向に１８０度シフトする。従って、位相が１８０度異なる干渉縞を有する２枚のＸ線透過像を得ることができる。これら２枚のＸ線透過像の差分画像用いて干渉縞を抽出し散乱線補正を行う方法については、実施例１において説明した方法と同一であるため説明を省略する。なお、Ｘ線透過像中の干渉縞成分を取り除くためには、上記２枚のＸ線透過像の加算画像を作成すればよい。本加算によりＸ線透過像中に含まれる干渉縞を相殺し、取り除くことができる。散乱線補正は、上記加算画像に対して行われる。
【００９８】
（実施例４）
図１７は、本発明の第４の実施例に係るＸ線検査装置の構成を説明するための図である。本実施例４は、実施例１で説明した間引きサンプリングに基づく散乱線補正方法を、Ｘ線ＣＴに適用したものである。このため、Ｘ線透過像取得後の散乱線補正処理は実施例１で示した方法と同一であるため省略し、装置構成および撮影方法における相違点のみを説明する。
【００９９】
本実施例４に係るＸ線検査装置は、Ｘ線管１、Ｘ線フィルタ１２、コリメータ２、Ｘ線グリッド３、Ｘ線固体検出器４、被検体６、寝台天板７、回転板１７０１、ガントリ１７００、モニタ９、コンソール１０、画像メモリ１００、画像処理手段１０１、キャリブレーション画像保存メモリ１０２、散乱線画像保存メモリ１０３、画像再構成手段１７０２等から構成される。なお、上記各装置および機構は公知のものを用いる。
【０１００】
以下では、Ｘ線管１、Ｘ線フィルタ１２、コリメータ２、Ｘ線グリッド３、およびＸ線検出器４で構成される系を撮影系と呼ぶ。撮影系は回転板１７０１に固定され、図示しない既知の駆動モータによって回転する。また、以下では、回転板１７０１の回転軸をＺ軸とする。また、回転中心Ｏを原点とする水平および垂直方向の座標軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とする。回転板１７０１全体はガントリ１７００によって支持されている。
【０１０１】
図１７において、Ｘ線発生点２０と回転板１７０１の回転中心Ｏとの距離は６９［ｃｍ］、Ｘ線発生点２０とＸ線グリッド３の入力面の距離は３２［ｃｍ］、Ｘ線発生点２０とＸ線検出器４の入力面との距離は１０７［ｃｍ］、Ｘ線検出器４の回転中心Ｏを中心とする有効視野は直径４８［ｃｍ］、開口部１７０３の直径は７０［ｃｍ］である。回転板１７０１の１回転のスキャンに要する時間の代表例は０.６秒である。Ｘ線検出器４はセラミックシンチレータ素子から構成される固体検出器であり、ＸＹ平面方向の素子数は８９６チャンネル、Ｚ軸方向の素子数は６４チャンネルである。前記各素子のＸＹ面方向およびＺ軸方向のサイズは、１［ｍｍ］である。また、各素子はＸ線発生点Ｓから略等距離の円弧上に配置される。回転板１７０１の１回転における撮影枚数の代表例は９００枚であり、回転板１７０１の０.４度の回転毎に１回の撮影が行われる。
【０１０２】
撮影時には、Ｘ線検出器４で撮影された撮影画像が、図示しない既知のスリップリング機構を通して順次画像メモリ１００に保存される。画像メモリ１００に記録されたＸ線撮影像は、実施例１で説明した方法と同一の方法を用いて散乱線補正が行われた後に画像再構成手段１７０２に入力される。画像再構成手段１７０２は、公知の画像再構成アルゴリズムを用いて被検体６のＣＴ断層像を作成し、モニタ９に表示する。
【０１０３】
図１８は、本発明の実施例４に係るＸ線検査装置のＸ線グリッド３およびＸ線検出器４の位置関係を説明するための図である。Ｘ線グリッド３は、Ｘ線発生点２０を中心とする円弧上にＸ線吸収材料およびＸ線透過材料が交互に配置され、スリットを形成する。また、上記スリットは、Ｚ軸に平行な方向に配置される。本Ｘ線グリッド３のＸ線吸収材料には鉛、Ｘ線透過材料に紙を使用しているが、これらの材料に限定されるものでなく、例えばタングステンとアルミニウム等でこれらを代用してもよい。Ｘ線グリッド３のグリッド比は１４：１、グリッド密度は２７［本/ｃｍ］、鉛箔の厚さは１００［μｍ］である。また、Ｘ線グリッド３は焦点を有しており、その焦点距離は４０［ｃｍ］である。Ｘ線検出器４の画素は回転面方向の位置をi、回転軸（Ｚ軸）方向の位置をjとするマトリクス状に配置されている。Ｘ線グリッド３のスリットはj方向に投影され、i軸方向の干渉縞を発生する。
【０１０４】
本実施例４では、グリッド密度fgを７０［本/ｃｍ］、Ｘ線発生点−グリッド距離ｄを３２［ｃｍ］、Ｘ線発生点−検出器距離Ｄを１０７［ｃｍ］としたので、（数１）より投影グリッド密度f_dは８［本/ｃｍ］となる。一方、画素間隔Δｄが１［ｍｍ］であるため、ナイキスト周波数f_qは５［本/ｃｍ］である。従って、投影グリッド密度はエリアシング設定されており、そのビート周波数は３［本/ｃｍ］である。本干渉縞成分波形を用いて、実施例１で説明した間引きサンプリングを用いて散乱線補正を行うことができる。
【０１０５】
以上、実施例１〜４に基づいて本発明を具体的に説明した。従来の散乱線補正方法であるＸ線グリッド法では、グリッド比（格子比）の大きなＸ線グリッドを製作するのが物理的に困難であるため、散乱Ｘ線が完全に除去されることはなかった。一例として、グリッド密度６０［本/ｃｍ］、グリッド比１０：１、鉛箔の厚さ５０［μｍ］のＸ線グリッドを用いて、厚さ３０［ｃｍ］の水槽のＸ線撮影を行った場合（管電圧１２０［ｋＶ］）、検出されるＸ線信号に占める散乱Ｘ線成分の割合（散乱線成分比）は約５０％であった。
【０１０６】
これに対して、本発明を用いれば散乱線成分比を約５％程度に抑えることができるため、Ｘ線透過像の画質を大幅に改善することができる。また、従来のＸ線グリッド法ではＸ線グリッドをＸ線検出器と被検体の間に配置するため、被検体の無効被曝が発生するという問題があった。これに対して、本方法ではＸ線グリッドをＸ線源と被検体の間に配置するので上記無効被曝を解消し、上記Ｘ線グリッド法に比べて被検体の被曝量を３０〜４０％減少することが可能である。
【０１０７】
本発明は、上記実施例１〜４のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更しうることはいうまでもない。
【０１０８】
例えば、本実施例ではＸ線源としてＸ線管を使用したが、放射光などでこれを代用してもよい。また、Ｘ線以外の放射線、可視光線、紫外線、赤外線等に本方法を応用してもよい。さらには、本発明は、Ｘ線ＣＴ装置、Ｘ線透視撮影装置の他に、Ｘ線非破壊検査装置、Ｘ線手荷物検査装置等に適用することも可能である。
【０１０９】
最後に、本発明に基づくＸ線検査方法を以下に示す。
（１）本発明のＸ線検査方法は、Ｘ線を発生するＸ線源と検査対象の間にＸ線グリッドを配置して、前記検査対象に前記Ｘ線を照射して前記検査対象の透過像を２次元Ｘ線検出器により検出する工程と、所定の個数の画素の間隔をおいたサンプリング周波数で、前記Ｘ線グリッドのＸ線吸収体グリッドが配列する方向で前記透過像の画像から画素を抽出し、所定の角度だけ異なる位相をもつ干渉縞がそれぞれ出現する２つの抽出画像を求める工程と、前記２つの抽出画像の間の画素値の差分から干渉縞の振幅の分布を表わす振幅分布画像を求める工程と、前記振幅分布画像を用いて前記透過像の画像に含まれる散乱Ｘ線成分の分布を表わす散乱Ｘ線分布画像を求める工程と、前記透過像の画像の画素値から前記散乱Ｘ線分布画像の画素値を減算して、前記透過像の画像から前記散乱Ｘ線成分を除去する工程と有する。
（２）（１）Ｘ線検査方法において、前記透過像の画像の画素値から、前記透過像の画像に含まれる直接Ｘ線成分の分布を推定するために予め求めらている推定画像を記憶するメモリから読み出した前記推定画像の画素値と前記振幅分布画像の画素値との積を減算して、前記透過像の画像に含まれる散乱Ｘ線成分の分布を表わす散乱Ｘ線分布画像を求める工程と、前記透過像の画像の画素値から前記散乱Ｘ線分布画像の画素値を減算する工程とを有し、前記透過像の画像から前記散乱Ｘ線成分を除去する。
（３）（２）のＸ線検査方法において、前記Ｘ線源としてＸ線管が使用され、前記透過像が検出された時の前記Ｘ線管の管電圧、前記Ｘ線グリッドの組合せに対応する前記推定画像を前記メモリから読み出して、前記散乱Ｘ線成分を除去する。
（４）（２）のＸ線検査方法において、前記所定の個数の画素の間隔をおいた前記サンプリング周波数で、前記Ｘ線吸収体グリッドが配列する方向で、前記検査対象が置かれない状態で検出されたエア画像から画素を抽出し、前記所定の角度だけ異なる位相をもつ干渉縞がそれぞれ出現する２つのエア抽出画像を求める工程と、前記２つのエア抽出画像の間の画素値の差分から干渉縞の振幅の分布を表わすエア振幅分布画像を求める工程と、前記エア画像の前記Ｘ線グリッドを通過した直接Ｘ線成分の分布を表わすエア分布画像の画素値の前記エア振幅分布画像の画素値に対する比を画素値としてもつ前記推定画像を求める工程とを有し、前記推定画像を前記メモリに記憶する。
（５）（２）のＸ線検査方法において、前記Ｘ線源としてＸ線管を使用し、１又は複数の管電圧と、１又は複数の散乱Ｘ線除去率の異なる前記Ｘ線グリッドとの組合せにより、前記検査対象が置かれない状態で検出された１又は複数のエア画像に対して、前記所定の個数の画素の間隔をおいた前記サンプリング周波数で、前記Ｘ線吸収体グリッドが配列する方向で、前記エア画像から画素を抽出し、前記所定の角度だけ異なる位相をもつ干渉縞がそれぞれ出現する２つのエア抽出画像を求める工程と、前記２つのエア抽出画像の間の画素値の差分から干渉縞の振幅の分布を表わすエア振幅分布画像を求める工程と、前記エア画像の前記Ｘ線グリッドを通過した直接Ｘ線成分の分布を表わすエア分布画像の画素値の前記エア振幅分布画像の画素値に対する比を画素値としてもつ前記推定画像を求める工程とを有し、前記各エア画像に対して行ない、前記各エア画像に対する前記推定画像をメモリに記憶する。
（６）（２）のＸ線検査方法において、前記所定の個数が、１、２、３の何れかであることを特徴とするＸ線検査方法。
（７）（２）のＸ線検査方法において、前記所定の角度が、９０°、１２０°、１８０°、２４０°、２７０°の何れかの近傍の角度である。
（８）（２）のＸ線検査方法において、予め求められている同一の前記推定画像を用いて、複数の前記透過像の画像から前記散乱Ｘ線成分を除去する。
（９）（２）のＸ線検査方法において、前記２次元Ｘ線検出器の検出面に於ける前記Ｘ線吸収体グリッドの配列の空間周波数と前記サンプリング周波数との差が、前記サンプリング周波数よりも小さい。
（１０）（２）のＸ線検査方法において、前記２次元Ｘ線検出器の検出面に於ける前記Ｘ線吸収体グリッドの配列の空間周波数と前記Ｘ線検出器のナイキスト周波数との差が、前記ナイキスト周波数の半分の値よりも小さくなるように、前記空間周波数を設定、又は／及び、前記Ｘ線グリッドを配置する位置を設定する。
（１１）（２）のＸ線検査方法において、前記Ｘ線吸収体グリッドが配列する方向で、前記透過像の画素の隣接する複数の画素の画素値を加算して得られる加算画像から、前記所定の個数の画素の間隔をおいた前記サンプリング周波数で画素を抽出して前記抽出画像を求める工程を有する。
（１２）本発明のＸ線検査方法は、Ｘ線を発生するＸ線源と検査対象の間にＸ線グリッドを配置して、前記検査対象に前記Ｘ線を照射して前記検査対象の透過像を２次元Ｘ線検出器により検出する工程と、前記Ｘ線グリッドのＸ線吸収体グリッドが配列する方向で前記透過像の画像から画素を抽出し、所定の角度だけ異なる位相をもつ干渉縞がそれぞれ出現する２つの抽出画像を求める工程と、前記２つの抽出画像から求めた干渉縞の振幅の分布を表わす振幅分布画像を用いて、前記透過像の画像に含まれる散乱Ｘ線成分の分布を表わす散乱Ｘ線分布画像を求める工程と、前記透過像の画像の画素値から前記散乱Ｘ線分布画像の画素値を減算して、前記透過像の画像から前記散乱Ｘ線成分を除去する工程とを有する。
（１３）本発明のＸ線検査方法は、Ｘ線を発生するＸ線源と検査対象の間にＸ線グリッドを配置して、前記検査対象に前記Ｘ線を照射して前記検査対象の透過像を２次元Ｘ線検出器により検出する工程と、ｎを整数として、前記２次元Ｘ線検出器の前記空間サンプリング周波数の（１/ｎ）の空間サンプリング周波数で、前記透過像の画像の画素データをサンプリングして所定の逆転する位相をもつ干渉縞がそれぞれ出現する２つの抽出画像を求める工程と、前記２つの抽出画像の間の画素値の差分により干渉縞の振幅の分布を表わす振幅分布画像を求める工程と、前記振幅分布画像を用いて、前記透過像の画像に含まれる散乱Ｘ線成分の分布を表わす散乱Ｘ線分布画像を求める工程と、前記透過像の画像の画素値から前記散乱Ｘ線分布画像の画素値を減算して、前記透過像の画像から前記散乱Ｘ線成分を除去する。
（１４）（１３）のＸ線検査方法において、ｎは２、３、４の何れかである。
（１５）本発明のＸ線検査方法は、Ｘ線を発生するＸ線源と検査対象との間に配置されたＸ線グリッドを通して前記検査対象に前記Ｘ線を照射する工程と、前記Ｘ線照射によって得られる前記検査対象の透過像をＸ線検出器により検出する工程と、前記検査対象の透過像中に発生する干渉縞の振幅に基づいて、前記透過像に含まれる散乱Ｘ線成分を抽出し、除去する工程とを有することを特徴とする。
【０１１０】
なお、以上のＸ線検査方法は、検査対象を人体とする医用のＸ線検査方法、人体を除く一般の検査対象を対象とする手荷物検査方法等の非破壊検査方法に適用可能であることは言うまでもない。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ線透過像中に含まれる散乱線成分を干渉縞の振幅に基づき直接抽出した後に除去するので、高精度の散乱線補正を行うことができる。また、Ｘ線グリッドをＸ線源と被検体の間に配置するため、被検体の無効被曝が解消され、被曝線量を抑えることができる。
【０１１２】
以上より、少ない被曝線量で高画質のＸ線撮影像、Ｘ線透視像、Ｘ線ＣＴ像等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＸ線検査装置の構成を説明するための図。
【図２】散乱Ｘ線除去の原理を説明するための図。
【図３】Ｘ線グリッドおよび平面型Ｘ線検出器の位置関係を説明するための図。
【図４】平面型Ｘ線検出器によるＸ線透過像の検出において、検出画素位置を説明するための図。
【図５】直接Ｘ線成分および散乱Ｘ線成分の空間周波数分布と平面型Ｘ線検出器のナイキスト周波数との関係を説明するための図。
【図６】検出されたＸ線透過像に対する間引きサンプリングを説明するための図。
【図７】間引きサンプリング時におけるナイキスト周波数と直接Ｘ線成分および散乱Ｘ線成分の空間周波数分布との関係を説明するための図。
【図８】投影グリッド密度の別の設定方法を説明するための図。
【図９】干渉縞画像に基づき干渉縞振幅の空間分布を導出する方法を説明するための図。
【図１０】間引きサンプリングにおける別のサンプリング方法を説明するための図。
【図１１】キャリブレーション画像を求める手順を説明するためのブロック図。
【図１２】キャリブレーション画像に基づいて散乱線分布画像を求める手順を説明するためのブロック図。
【図１３】本発明の第２の実施例に係るＸ線検査装置の構成を説明するための図。
【図１４】本発明の第３の実施例に係るＸ線検査装置の構成を説明するための図。
【図１５】本発明の第３の実施例において投影グリッド密度と平面型Ｘ線検出器のナイキスト周波数との関係を説明するための図。
【図１６】本発明の第３の実施例においてＸ線グリッドの微小変動を説明するための図。
【図１７】本発明の第４の実施例に係るＸ線検査装置の構成を説明するための図。
【図１８】本発明の第４の実施例に係るＸ線検査装置のＸ線グリッドおよびＸ線検出器の位置関係を説明するための図。
【符号の説明】
１…Ｘ線管、２…コリメータ、３…Ｘ線グリッド、４…平面型Ｘ線検出器、５…支柱、６…被検体、７…寝台天板、８…寝台、９…モニタ、１０…コンソール、１１…臨床コンソール、１００…画像メモリ、１０１…画像処理手段、１０２…キャリブレーション画像保存メモリ、１０３…散乱線画像保存メモリ、１７００…ガントリ、１７０１…回転板、１７０２…画像再構成手段、１７０３…開口部。

Claims

Ｘ線を発生するＸ線源と、検査対象を透過した前記Ｘ線から透過像を検出する２次元Ｘ線検出器と、前記Ｘ線源と前記検査対象の間に配置されるＸ線グリッドと、前記２次元Ｘ線検出器の出力の演算処理を行なう演算処理手段とを有し、前記演算処理手段は、所定の個数の画素の間隔をおいたサンプリング周波数で、前記Ｘ線グリッドのＸ線吸収体グリッドが配列する方向で前記透過像の画像から画素を抽出し、所定の角度だけ異なる位相をもつ干渉縞がそれぞれ出現する２つの抽出画像を求める演算と、前記２つの抽出画像の間の画素値の差分から干渉縞の振幅の分布を表わす振幅分布画像を求める演算と、前記振幅分布画像を用いて前記透過像の画像に含まれる散乱Ｘ線成分の分布を表わす散乱Ｘ線分布画像を求める演算と、前記透過像の画像の画素値から前記散乱Ｘ線分布画像の画素値を減算して、前記透過像の画像から前記散乱Ｘ線成分を除去する演算とを行なうことを特徴とするＸ線検査装置。
Ｘ線を発生するＸ線源と、検査対象を透過した前記Ｘ線から透過像を検出する２次元Ｘ線検出器と、前記Ｘ線源と前記検査対象の間に配置されるＸ線グリッドと、前記２次元Ｘ線検出器の出力の演算処理を行なう演算処理手段とを有し、前記演算処理手段は、前記Ｘ線グリッドのＸ線吸収体グリッドが配列する方向で前記透過像の画像から画素を抽出し、所定の角度だけ異なる位相をもつ干渉縞がそれぞれ出現する２つの抽出画像を求める演算と、前記２つの抽出画像から求めた干渉縞の振幅の分布を表わす振幅分布画像を用いて、前記透過像の画像に含まれる散乱Ｘ線成分の分布を表わす散乱Ｘ線分布画像を求める演算と、前記透過像の画像の画素値から前記散乱Ｘ線分布画像の画素値を減算して、前記透過像の画像から前記散乱Ｘ線成分を除去する演算とを行なうことを特徴とするＸ線検査装置。
Ｘ線を発生するＸ線源と、検査対象を透過した前記Ｘ線から透過像を予め設定された空間サンプリング周波数で検出する２次元Ｘ線検出器と、前記Ｘ線源と前記検査対象の間に配置されるＸ線グリッドと、前記２次元Ｘ線検出器の出力の演算処理を行なう演算処理手段とを有し、前記演算処理手段は、ｎを整数として、前記２次元Ｘ線検出器の前記空間サンプリング周波数の（１／ｎ）の空間サンプリング周波数で、前記透過像の画像の画素データをサンプリングして所定の逆転する位相をもつ干渉縞がそれぞれ出現する２つの抽出画像を求める演算と、前記２つの抽出画像の間の画素値の差分により干渉縞の振幅の分布を表わす振幅分布画像を求める演算と、前記振幅分布画像を用いて、前記透過像の画像に含まれる散乱Ｘ線成分の分布を表わす散乱Ｘ線分布画像を求める演算と、前記透過像の画像の画素値から前記散乱Ｘ線分布画像の画素値を減算して、前記透過像の画像から前記散乱Ｘ線成分を除去する演算とを行なうことを特徴とするＸ線検査装置。
Ｘ線を発生するＸ線源と、検査対象を透過した前記Ｘ線から透過像を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記検査対象との間に配置されたＸ線グリッドと、前記検査対象の透過像中に発生する干渉縞の振幅に基づいて、前記透過像に含まれる散乱Ｘ線成分を抽出し、除去する演算処理手段とを備えるよう構成したことを特徴とするＸ線検査装置。
請求項４に記載のＸ線検査装置において、前記検査対象を支持する検査対象支持手段を有し、前記検査対象支持手段の上面に前記検査対象が配置され、前記検査対象支持手段の下面に前記Ｘ線源が配置され、前記Ｘ線源と前記検査対象支持手段の下面の間に前記Ｘ線グリッドが配置されることを特徴とするＸ線検査装置。
請求項４に記載のＸ線検査装置において、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器の対から構成される撮影系を前記検査対象の周囲に回転する撮影系回転手段を有し、前記Ｘ線源と前記検査対象の間に前記Ｘ線グリッドが配置され、前記撮影系回転手段は前記撮影系に対する前記Ｘ線グリッドの位置を略一定に保持したまま前記撮影系を回転させて、前記検査対象に対して複数の方向から複数枚のＸ線透過像の撮影を行い前記検査対象のＸ線断層像を生成し表示することを特徴とするＸ線検査装置。
請求項４に記載のＸ線検査装置において、前記Ｘ線源と前記Ｘ線グリッドとが、前記検査対象の上面に配置されていることを特徴とするＸ線検査装置。