JP4261125B2

JP4261125B2 - 位相情報復元方法及び位相情報復元装置、並びに、位相情報復元プログラム

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Publication number: JP4261125B2
Application number: JP2002128662A
Authority: JP
Inventors: 英之境田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003319928A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線撮像等により得られた画像情報に基づいて画像を構成するために用いられる位相情報復元方法及び位相情報復元装置、並びに、位相情報復元プログラムに関する。なお、本願において、放射線とはＸ線、α線、β線、γ線、紫外線等の一般的な放射線に加えて、電子線等の粒子線や電磁波を含む広義の放射線を指すものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、Ｘ線等を用いた撮像方法は様々な分野で利用されており、特に医療分野においては、診断のための最も重要な手段の一つとなっている。最初のＸ線写真が実現されてから、Ｘ線写真法は数々の改良を重ねられ、現在では蛍光スクリーンとＸ線フィルムを組み合わせた方法が主流となっている。一方、近年においては、Ｘ線ＣＴや超音波、ＭＲＩ等の様々なディジタル化された装置が実用化されており、病院内での診断情報処理システム等の構築が進められようとしている。Ｘ線画像についても、撮像システムをディジタル化するための多くの研究がなされている。撮像システムをディジタル化することにより、画質の劣化を招くことなく、大量のデータを長期間保存することが可能であり、医療診断情報システムへの発展にも役立つものである。
【０００３】
ところで、このようにして得られる放射線画像は、被写体を透過した放射線の強度を画像の明度に換算することにより生成されたものである。例えば、骨部を含む領域を撮像する場合に、骨部を透過した放射線は大きく減衰し、骨部以外の部位、即ち、軟部を透過した放射線は僅かに減衰する。この場合には、異なる組織を透過した放射線の強度差が大きいので、高コントラストの放射線画像を得ることができる。
【０００４】
一方、例えば、***等の軟部領域を撮像する場合に、軟部においては全体的に放射線が透過しやすいので、軟部における組織の違いが透過放射線の強度差として現れ難い。このため、軟部については、低コントラストの放射線画像しか得ることができない。このように、放射線撮像法は、軟部における僅かな組織の違いを可視化する方法としては適当ではない。
【０００５】
ここで、被写体を透過した放射線に含まれている情報としては、強度情報の他に位相情報がある。近年、この位相情報を利用して画像を生成する位相コントラスト法が研究されている。位相コントラスト法は、Ｘ線等が被写体を透過することにより生じた位相差を画像の明度に変換する位相情報復元技術である。
【０００６】
位相コントラスト法には、干渉計やゾーンプレートを用いることにより生じた干渉光に基づいて位相差を求める手法や、回折光に基づいて位相差を求める手法がある。この内、回折光に基づいて位相差を求める回折法は、次のような原理に基づいて位相差を求める。例えば、Ｘ線は、光と同様に波が進行することにより物質中を伝搬する。その伝搬する速度は、物質が有する屈折率によって異なる。このため、位相の揃ったＸ線を被写体に向けて照射すると、被写体における組織の違いによりＸ線の伝わり方に相違が生じる。これにより被写体を透過するＸ線の波面が歪むので、透過Ｘ線に基づいて得られたＸ線画像に回折縞が生じる。この回折縞のパターンは、Ｘ線を結像させるスクリーンと被写体との距離やＸ線の波長によって異なっている。従って、回折縞パターンの異なる２枚以上のＸ線画像を解析することにより、スクリーンの各位置において生じたＸ線の位相差を求めることができる。この位相差を明度に換算することにより、被写体における組織の違いが明確に現れたＸ線画像を得ることができる。
【０００７】
特に、被写体の軟部を透過した後の放射線においては、透過した組織の違いにより、透過放射線において強度差よりも位相差の方が大きくなるので、位相コントラスト法を用いることにより、組織間の微妙な相違を可視化することができる。
このような位相コントラスト法を用いるために、放射線撮像における撮像条件や、回折縞パターンから位相を復元する手法が検討されている。
【０００８】
例えば、B. E. Allmanらによる「Noninterferometric quantitative phase imaging with soft x rays」（J. Optical Society of America A, Vol. 17, No. 10 (October 2000), pp. 1732-1743）には、軟Ｘ線撮像を行うことによって得られた画像情報に基づいて位相復元を行い、Ｘ線画像を構成することが述べられている。
【０００９】
この文献においては、位相復元の基本式であるＴＩＥ（transport of intensity equation）が用いられている。
【数１】

【００１０】
ここで、位相復元の原理について、図７を用いて説明する。図７に示すように、波長λを有するＸ線は、図の左側から出射し、物体面１０１を透過し、物体面１０１から距離ｚだけ離れたスクリーン１０２に入射する。この際に、スクリーン１０２上の位置（ｘ，ｙ）におけるＸ線の強度をＩ（ｘ，ｙ）、位相をφ（ｘ，ｙ）とする。このとき、強度Ｉ（ｘ，ｙ）と位相φ（ｘ，ｙ）との間には、次式に示す関係が成り立つ。ここで、強度Iは、波の振幅の２乗である。
【数２】

式（２）においてκ＝２π／λとおき、（ｘ，ｙ）成分をベクトルｒに書き換えると、式（１）に示すＴＩＥが導かれる。
【００１１】
しかしながら、このようなＴＩＥを解くことは困難であるため、ＴＩＥは、主に近似して用いられていた。例えば、T. E. Gureyevらによる「Hard X-ray quantitative non-interferometric phase-contrast imaging」（SPIE Vol. 3659 (1999), p. 356-p. 364）には、硬Ｘ線撮像によって得られた画像情報に基づいて位相復元を行い、Ｘ線画像を構成することが述べられている。
【００１２】
この文献においては、式（１）に示すＴＩＥを次のように近似している。まず、式（１）を展開する。なお、以下において、上記文献におけるベクトルｒは（ｘ，ｙ）成分に書き換えられている。
【数３】

【００１３】
式（３）の右辺第２項をゼロに近似すると、次式（４）に示す近似式が得られる。
【数４】

式（４）においては、有限要素法等の解法により、Ｉ（ｘ，ｙ）からφ（ｘ，ｙ）を求めることができる。
【００１４】
しかしながら、このような近似式（４）においては、式（３）に含まれる右辺第２項∇Ｉ（ｘ，ｙ）・∇φ（ｘ，ｙ）をゼロとする近似が適切でない場合に、位相φ（ｘ，ｙ）の推定精度が悪くなるという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、位相コントラスト法により放射線画像を構成する際に、位相の推定精度を高めることができる位相情報復元方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような位相情報復元方法を行う位相情報復元装置、並びに、位相情報復元プログラムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明に係る位相情報復元方法は、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた画像信号に基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する方法であって、被写体からの距離が異なる平行な少なくとも４つの平面において放射線の強度を検出することにより得られ、少なくとも４つの平面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも４つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す第１の差分信号を少なくとも３つ求めるステップ（ａ）と、少なくとも３つの画像信号について、平面内で直交する２方向に関する画像信号の差分を表す第２の差分信号及び第３の差分信号を求めるステップ（ｂ）と、少なくとも３つの画像信号及び少なくとも３つの第１〜第３の差分信号に基づいて、位相のラプラシアンを求めるステップ（ｃ）と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相情報を復元するステップ（ｄ）とを具備する。
【００１７】
また、本発明に係る位相情報復元装置は、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた画像信号に基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する装置であって、被写体からの距離が異なる平行な少なくとも４つの平面において放射線の強度を検出することにより得られ、少なくとも４つの平面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも４つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す第１の差分信号を少なくとも３つ求めると共に、少なくとも３つの画像信号について、平面内で直交する２方向に関する画像信号の差分を表す第２の差分信号及び第３の差分信号を求める差分処理手段と、少なくとも３つの画像信号及び少なくとも３つの第１〜第３の差分信号に基づいて、位相のラプラシアンを求めるラプラシアン処理手段と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相情報を復元する逆ラプラシアン処理手段とを具備する。
【００１８】
さらに、本発明に係る位相情報復元プログラムは、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた画像信号に基づいて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元するために用いるプログラムであって、被写体からの距離が異なる平行な少なくとも４つの平面において放射線の強度を検出することにより得られ、少なくとも４つの平面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも４つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す第１の差分信号を少なくとも３つ求める手順と、少なくとも３つの画像信号について、平面内で直交する２方向に関する画像信号の差分を表す第２の差分信号及び第３の差分信号を求める手順と、少なくとも３つの画像信号及び少なくとも３つの第１〜第３の差分信号に基づいて、位相のラプラシアンを求める手順と、位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相情報を復元する手順とをＣＰＵに実行させる。
【００１９】
本発明によれば、位相復元の式を用いる際に、強度の差分係数部分以外には近似を行わないので、精度の高い位相復元を行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムを示すブロック図である。このＸ線撮像システムは、被写体にＸ線を照射することにより被写体に関する画像情報を表す検出データを出力する撮像部１と、検出データに基づいて画像データを生成する位相情報復元装置２と、画像データに基づいて可視画像を表示する表示部３と、可視画像をフィルム等にプリント出力する出力部４とを有している。
【００２２】
図２は、撮像部１の構成を示す模式図である。放射線源１１としては、コヒーレント性及び単色性が高い放射線ビームを発生する放射線源を用いることが望ましい。ここで、単色性が高いビームとは、主に単一波長を有するビームのことをいう。このため、本実施形態においては、放射線源１１として、Ｘ線を発生する放射光源を用いている。放射光とは、電子を加速したり、電子の進行方向を曲げることによって発生する電磁波のことをいう。放射線源１１から発生したＸ線は、被写体１０を透過し、センサ１２に入射する。
【００２３】
センサ１２は、入射したＸ線を検出する。センサ１２としては、例えば、ＣＣＤ（coupled charge device）等のように、照射されたＸ線の強度を電気信号に変換して出力する複数の検出素子を有する２次元センサが用いられる。センサ１２から出力された検出信号は、増幅器１５によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器１６によってディジタル信号（検出データ）に変換され、位相情報復元装置２に出力される。
【００２４】
センサ１２は、保持部１３によって保持されている。保持部１３は、レール１４上に移動可能な状態で支持されている。保持部１３の位置は、後述する位相情報復元装置２の制御部によって制御されており、この制御によって被写体１０とセンサ１２との距離が変更される。なお、以下において、被写体１０とセンサ１２との距離を、撮像距離という。
【００２５】
再び、図１を参照すると、位相情報復元装置２は、撮像部１から出力された検出データを一時的に記憶する記憶部２１と、撮像距離の異なる検出データの間における差分係数や、同一撮像距離の検出データにおける差分係数を求める差分処理部２２と、位相のラプラシアンに相当する値を算出するラプラシアン処理部２３と、位相復元を行うための逆ラプラシアン演算を行う逆ラプラシアン処理部２４と、復元された位相情報に基づいて画像データを生成する画像処理部２５と、上記の各部２１〜２５及び撮像部１における撮像距離を制御する制御部２６とを有している。位相情報復元装置２は、ディジタル回路で構成しても良いし、ソフトウェアとＣＰＵで構成しても良い。その場合には、ＣＰＵを含む制御部２６が、記録媒体２７に記録された位相情報復元プログラムに基づいて検出データを処理する。記録媒体２７としては、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤＲＯＭ、またはＤＶＤＲＯＭ等が該当する。
【００２６】
表示部３は、例えば、ＣＲＴ等のディスプレイ装置であり、位相情報復元装置２によって復元された位相情報を表す画像データに基づいて可視画像を表示する。また、出力部４は、例えば、レーザプリンタであり、画像データに基づいて可視画像をフィルム等にプリント出力する。
【００２７】
次に、本発明に係る位相情報復元方法の原理について説明する。本発明に係る位相情報復元方法は、位相コントラスト法により可視画像を構成する方法であり、被写体について得られた複数枚の回折縞画像に基づいて、位相復元の基本式ＴＩＥ（transport of intensity equation）を用いて位相復元を行う。
【００２８】
次式（５）に示すＴＩＥを変形することにより、式（６）が得られる。
【数５】

【数６】

ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は、被写体との距離ｚにある面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光強度を示す検出データである。
【００２９】
式（６）においては、求めるべき位相φ（ｘ，ｙ）のラプラシアン∇²φ（ｘ，ｙ）及び勾配（∂φ（ｘ，ｙ）／∂ｘ，∂φ（ｘ，ｙ）／∂ｙ）が未知となっている。そこで、少なくとも３つの回折光強度の勾配∇Ｉ＝（∂Ｉ／∂ｘ，∂Ｉ／∂ｙ，∂Ｉ／∂ｚ）を求めることができれば、式（６）を解くことが可能になる。
【００３０】
式（６）に回折光強度の勾配∇Ｉ₁〜∇Ｉ₃の成分を代入し、さらに行列を使って表すと、式（７）のようになる。
【数７】

式（７）は例えば、逆行列を用いることにより解くことができる。
【００３１】
このように、本実施形態においては、位相復元の精度を高めるためにＴＩＥにおける近似を最小限に抑えるとともに、行列形式を用いることにより演算を簡単にしている。
【００３２】
次に、図１〜図３を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元方法について説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。本実施形態においては、図２に示すように、撮像距離を変えて撮像された６枚の回折縞画像を表す検出データを用いて可視画像を構成する。
【００３３】
まず、ステップＳ１において、Ｘ線撮像を行う。即ち、図２に示すように、撮像距離がｚ₁となる位置にセンサ１２を配置し、被写体１０にＸ線を照射することによりＸ線撮像を行う。次に、撮像距離が（ｚ₁＋Δｚ₁）となる位置にセンサ１２を移動させ、Ｘ線撮像を行う。同様に、撮像距離がｚ₂、（ｚ₂＋Δｚ₂）、ｚ₃、及び、（ｚ₃＋Δｚ₃）となる位置にセンサ１２を配置し、Ｘ線撮像を行う。これにより、回折縞画像を表す検出データが得られる。
【００３４】
ステップＳ１におけるＸ線撮像により、検出データＩ₁（ｘ，ｙ）、Ｉ₁’（ｘ，ｙ）、Ｉ₂（ｘ，ｙ）、Ｉ₂’（ｘ，ｙ）、Ｉ₃（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ₃’（ｘ，ｙ）が、位相情報復元装置２に順次入力される。ここで、検出データＩ₁（ｘ，ｙ）は、撮像距離ｚ₁面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光の強度を表す。同様に、検出データＩ₁’（ｘ，ｙ）、Ｉ₂（ｘ，ｙ）、Ｉ₂’（ｘ，ｙ）、Ｉ₃（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ₃’（ｘ，ｙ）は、撮像距離（ｚ₁＋Δｚ₁）、ｚ₂、（ｚ₂＋Δｚ₂）、ｚ₃、及び、（ｚ₃＋Δｚ₃）面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光の強度をそれぞれ表す。これらの検出データは、位相情報復元装置２の記憶部２１に順次記憶される。
【００３５】
次に、ステップＳ２〜Ｓ６において、位相情報復元装置２は、記憶部２１に記憶されている検出データに基づいて位相を復元する。
まず、ステップＳ２において、差分処理部２２は、次式（８）を用いて検出データＩ_Nと検出データＩ_N’との差分係数を求める。ここで、Δｚ_N＝ｚ_N’−ｚ_Nである。また、Ｎ＝１、２、３である。
【数８】

【００３６】
次に、ステップＳ３において、ラプラシアン処理部２３は、各位置（ｘ，ｙ）ごとに検出データのｘｙ平面における勾配∂Ｉ（ｘ，ｙ）／∂ｘ及び∂Ｉ（ｘ，ｙ）／∂ｙを求め、式（９）に示す３行３列の行列Ａ（ｘ，ｙ）を作成する。
【数９】

また、ラプラシアン処理部２３は、式（８）によって求められた差分係数に基づいて、式（１０）に示すベクトルＤ（ｘ，ｙ）を作成する。
【数１０】

【００３７】
次に、ステップＳ４において、ラプラシアン処理部２３は、式（９）及び式（１０）によって求められた行列Ａ（ｘ，ｙ）及びベクトルＤ（ｘ，ｙ）を用いて行列の関係式（１１）を導く。
【数１１】

【００３８】
さらに、ステップＳ５において、ラプラシアン処理部２３は、式（１２）に示すように、式（１１）の両辺に左側から行列Ａ（ｘ，ｙ）の逆行列を掛けることにより、ベクトルΦ（ｘ，ｙ）を求める。
【数１２】

このベクトルΦ（ｘ，ｙ）の第１成分が、位相のラプラシアン∇²φ（ｘ，ｙ）に相当する。
【００３９】
次に、ステップＳ６において、逆ラプラシアン処理部２４は、ステップＳ５において求められた位相のラプラシアンｆ（ｘ，ｙ）＝∇²φ（ｘ，ｙ）について逆ラプラシアン演算を行うことにより、位相φ（ｘ，ｙ）を求める。
ここで、逆ラプラシアン演算について、詳しく説明する。ｆ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換は、次式（１３）のように表される。
【数１３】

ここで、ｕ、ｖは、ｘ、ｙに対応する空間周波数である。
【００４０】
これより、位相φ（ｘ，ｙ）は式（１４）のように表される。
【数１４】

【００４１】
この式（１４）を利用することにより、逆ラプラシアン演算を行うことができる。即ち、ｆ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換し、｛−４π²（ｕ²＋ｖ²）｝^-1を掛け、さらに、これを逆フーリエ変換することにより、復元された位相φ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００４２】
ここで、｜ｕ｜及び｜ｖ｜が所定の値以下となる範囲内で｛−４π²（ｕ²＋ｖ²）｝^-1を予め算出しておき、式（１４）に示す演算を行う際にこれを利用しても良い。即ち、所定の値ｃｏｎｓｔを設定すると、｜ｕ｜，｜ｖ｜≦ｃｏｎｓｔの場合には、式（１４）において次式の値を用いる。
｛−４π²（ｕ²＋ｖ²）｝^-1＝（予め算出された値）
また、｜ｕ｜，｜ｖ｜＞ｃｏｎｓｔの場合には、式（１４）において、次式の値を用いる。
｛−４π²（ｕ²＋ｖ²）｝^-1＝０
これにより、逆ラプラシアン演算を高速に行うことができる。
【００４３】
次に、ステップＳ７において、画像処理部２５は、復元された位相φ（ｘ，ｙ）に基づいて画像データを生成する。すなわち、画像処理部２５は、それぞれの画素における位相φ（ｘ，ｙ）を、明度を表すデータに変換すると共に、階調処理や補間処理等の必要な画像処理を施す。
ステップＳ８において、表示部３や出力部４は、このようにして生成された画像データに基づいて可視画像を画面やフィルム等に表示する。
【００４４】
なお、本実施形態においては、撮像距離を変えて撮像された６枚の干渉縞画像から得られた３つの差分係数を用いて位相を復元する方法について説明したが、７枚以上の干渉縞画像から得られた４つ以上の差分係数を用いて位相を復元しても良い。また、式（１１）について、式（１５）に示すように、最小二乗法を用いてベクトルΦ（ｘ，ｙ）を求め、このベクトルΦ（ｘ，ｙ）に基づいて位相を復元しても良い。
【数１５】

【００４５】
さらに、次式（１６）に示すように、逆行列を用いないで、式（１１）における成分の中から∇²φ（ｘ，ｙ）を求めるのに必要な箇所だけを計算しても良い。
【数１６】

【００４６】
また、本実施形態においては、被写体を撮像する際にＸ線を用いているが、被写体を透過して回折像を形成することができるビームであればＸ線に限らず用いることができる。例えば、電子線を含む粒子線等が挙げられる。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、被写体を撮像する際に放射光源を用いているが、放射光ではないビームを発生する放射線源を用いても良い。例えば、立命館大学が開発した電子蓄積型高輝度硬Ｘ線発生装置は、卓上型でありながら放射光並みに輝度及び指向性の高いＸ線を発生することができる。この装置が発生するＸ線はコヒーレント性を有しており、また、単一波長ではないが、単色化結晶と組み合わせることにより単色化することが可能である。また、技術研究組合フェムト秒テクノロジー研究機構（ＦＥＳＴＡ）が開発した線源は、逆コンプトン散乱の原理に基づいて極短パルス高輝度Ｘ線を発生する。この線源は、小型で持ち運びが可能であり、干渉性を有すると共に、指向性及び単色性の高いＸ線を発生することができる。なお、放射線源として点放射線源を用いる場合には、位相情報復元装置においてデータ処理を行う際に、拡大率を含めて補正することが望ましい。
【００４８】
次に、本発明の一実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムの変形例について、図４を参照しながら説明する。図４に示すＸ撮像システムは、読取り部５及び撮像部６を有している。その他の構成については、図１に示すＸ線撮像システムと同様である。
【００４９】
撮像部６においては、画像情報を記録するために用いられるスクリーンとして、図２に示す撮像部１におけるセンサ１２の替わりに、輝尽性蛍光体シート（記録シート）が用いられる。
輝尽性蛍光体（蓄積性蛍光体）とは、放射線を照射するとその放射線エネルギの一部が蓄積され、その後、可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネルギに応じて輝尽発光する物質である。この輝尽性蛍光体を塗布したシートに人体等の被写体の放射線画像を撮像記録し、この輝尽性蛍光体シートをレーザ光等の励起光で走査すると輝尽発光光が生じるので、この光を光電的に読み取ることにより検出データを得ることができる。この検出データを適切に処理した後、ＣＲＴ等のディスプレイに出力したり、レーザプリンタ等によりフィルムに印刷して、放射線画像を可視画像として表示することができる。
【００５０】
図４に示す読取り部５は、記録シートに記録された放射線画像を読み取るために用いられる。ここで、図５を参照しながら、読取り部５の構成及び動作について説明する。画像情報が記録された記録シート５０は、読取り部５の所定位置にセットされる。記録シート５０は、モータ５１により駆動されるシート搬送手段５２により、矢印Ｙ方向に搬送される。一方、レーザ光源５３より発振したビームＬ１は、モータ５４により駆動されて矢印方向に高速回転する回転多面鏡５５により反射偏向され、収束レンズ５６を通過する。その後、ビームＬ１は、ミラー５７により光路を変えて、記録シート５０を矢印Ｘ方向に走査する。この走査により、励起光Ｌ２が記録シート５０に照射され、照射された部分からは蓄積記録されている放射線画像情報に応じた光量の輝尽発光光Ｌ３が発散される。輝尽発光光Ｌ３は、光ガイド５８により導かれ、フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）５９により光電的に検出される。フォトマルチプライヤ５９から出力されたアナログ信号は、増幅器６０により増幅され、Ａ／Ｄ変換器６１によりディジタル化される。Ａ／Ｄ変換器６１から出力された検出データは、位相情報復元装置２に入力される。
【００５１】
撮像部６において、撮像距離を変えて複数枚の記録シートを用いて放射線撮像を行い、読取り部５において、それぞれの記録シートから画像情報を読み取ることにより、異なる撮像距離において得られた複数の干渉縞画像を表す画像情報が得られる。位相情報復元装置２は、この画像情報に基づいて位相復元を行い、画像データを生成する。位相情報復元装置２における処理については、図３を用いて説明したのと同様である。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元方法について、図１、図３、及び、図６を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係る位相情報復元方法を説明するための図であり、撮像部におけるＸ線撮像の様子を示している。本実施形態に係る位相情報復元方法においては、撮像距離を変えて撮像された４枚の回折縞画像を表す画像情報に基づいて可視画像を構成する。
【００５３】
まず、ステップＳ１において、Ｘ線撮像を行う。即ち、図６に示すように、撮像距離がｚ_１となる位置にセンサ１２を配置し、被写体１０にＸ線を照射することによりＸ線撮像を行う。続いて、撮像距離がｚ_２となる位置にセンサ１２を移動させ、同様にＸ線撮像を行う。さらに、撮像距離がｚ_３及びｚ_４となる位置にセンサ１２を配置し、同様にＸ線撮像を行う。これにより、回折縞画像を表す検出データが得られる。
【００５４】
ステップＳ１におけるＸ線撮像により、検出データＩ₁（ｘ，ｙ）、Ｉ₂（ｘ，ｙ）、Ｉ₃（ｘ，ｙ）、及び、Ｉ₄（ｘ，ｙ）が位相情報復元装置２に順次入力され、記憶部２１に記憶される。ここで、検出データＩ₁（ｘ，ｙ）は、撮像距離ｚ₁面上の位置（ｘ，ｙ）における回折光の強度を表す。検出データＩ₂（ｘ，ｙ）〜Ｉ₄（ｘ，ｙ）についても同様である。
【００５５】
次に、ステップＳ２において、差分処理部２２は、次式（１７）を用いて検出データＩ _Ｎと検出データＩ _Ｎ＋１’との差分係数を求める。ここで、Ｎ＝１、２、３である。
【数１７】

Ｓ３〜Ｓ８における処理については、図３を用いて説明したのと同様である。
【００５６】
なお、本実施形態においては、撮像距離を変えて撮像された４枚の干渉縞画像から得られた３つの差分係数を用いて位相を復元しているが、５枚以上の画像を用いて４つ以上の差分係数に基づいて位相を復元しても良い。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＴＩＥにおける近似を最小限に抑え、行列を用いて演算処理を行うので、精度の高い位相復元を、簡単に行うことができる。従って、位相コントラスト法により、良好な画質の可視画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像部の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る位相情報復元方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る位相情報復元装置を含むＸ線撮像システムの変形例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す読取り部の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る位相情報復元方法について説明するための図である。
【図７】位相復元の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１、６撮像部
２位相情報復元装置
３表示部
４出力部
５読取り部
１０被写体
１１放射線源
１２センサ
１３保持台
１４レール
１５、６０増幅器
１６、６１Ａ／Ｄ変換器
２１記憶部
２２差分処理部
２３ラプラシアン処理部
２４逆ラプラシアン処理部
２５画像処理部
２６制御部
２７記録媒体
５０輝尽性蛍光体シート（記録シート）
５１モータ
５２シート搬送手段
５３レーザ光源
５４モータ
５５回転多面鏡
５６収束レンズ
５７ミラー
５８光ガイド
５９フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）
１０１物体面
１０２スクリーン

Claims

放射線撮像システムにおいて、被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた画像信号に基づき位相復元の基本式ＴＩＥを用いて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する方法であって、
被写体からの距離が異なる平行な少なくとも４つの平面において放射線の強度を検出することにより得られ、前記少なくとも４つの平面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも４つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す第１の差分信号を少なくとも３つ求めて、これら第１差分信号を要素とするベクトルＤを作成するステップ（ａ）と、
少なくとも３つの画像信号について、前記平面内で直交する２方向に関する画像信号の差分を表す第２の差分信号及び第３の差分信号を求めて、これら画像信号と第２差分信号と第３差分信号を要素とする行列Ａを作成するステップ（ｂ）と、
κを波数としてΦ＝ - κＡ ^−１Ｄの関係式からベクトルΦを求め、ベクトルΦの成分として位相のラプラシアンを求めるステップ（ｃ）と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相情報を復元するステップ（ｄ）と、
を具備する位相情報復元方法。
請求項１記載の位相情報復元方法において、ステップ（ｃ）で使用する関係式がΦ＝ - κ（Ａ ^ｔＡ） ^−１Ａ ^ｔＤであることを特徴とする位相情報復元方法。
ステップ（ｃ）が、３つの画像信号及び３つの第２及び第３の差分信号を成分とする行列を用いて、位相のラプラシアンを求めることを含む、請求項１記載の位相情報復元方法。
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた画像信号に基づき位相復元の基本式ＴＩＥを用いて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元する装置であって、
被写体からの距離が異なる平行な少なくとも４つの平面において放射線の強度を検出することにより得られ、前記少なくとも４つの平面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも４つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す第１の差分信号を少なくとも３つ求めてこれら第１差分信号を要素とするベクトルＤを作成すると共に、少なくとも３つの画像信号について、前記平面内で直交する２方向に関する画像信号の差分を表す第２の差分信号及び第３の差分信号を求めてこれら画像信号と第２差分信号と第３差分信号を要素とする行列Ａを作成する差分処理手段と、
少なくとも３つの画像信号及び少なくとも３つの第１〜第３の差分信号に基づいて、κを波数としてΦ＝ - κＡ ^−１Ｄの関係式から求めたベクトルΦの成分として位相のラプラシアンを求めるラプラシアン処理手段と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相情報を復元する逆ラプラシアン処理手段と、
を具備する位相情報復元装置。ここで、κは波数である。
請求項３記載の位相情報復元装置において、ラプラシアン処理手段で使用する関係式がΦ＝ - κ（Ａ ^ｔＡ） ^−１Ａ ^ｔＤであることを特徴とする位相情報復元装置。
前記ラプラシアン処理手段が、３つの画像信号及び３つの第２及び第３の差分信号を成分とする行列の逆行列を用いて、位相のラプラシアンを求める、請求項３記載の位相情報復元装置。
被写体を透過した放射線の強度を検出することにより得られた画像信号に基づき位相復元の基本式ＴＩＥを用いて、被写体を透過した放射線の位相情報を復元するために用いられるプログラムであって、
被写体からの距離が異なる平行な少なくとも４つの平面において放射線の強度を検出することにより得られ、前記少なくとも４つの平面における放射線画像情報をそれぞれ表す少なくとも４つの画像信号に基づいて、１つの画像信号と他の画像信号との差分を表す第１の差分信号を少なくとも３つ求めてベクトルＤを作成する手順と、
少なくとも３つの画像信号について、前記平面内で直交する２方向に関する画像信号の差分を表す第２の差分信号及び第３の差分信号を求めて行列Ａを作成する手順と、
少なくとも３つの画像信号及び少なくとも３つの第１〜第３の差分信号に基づいて、κを波数として、Φ＝-κＡ^−１ＤまたはΦ＝-κ（Ａ^ｔＡ）^−１Ａ^ｔＤの関係式からベクトルΦを求め、ベクトルΦの成分として位相のラプラシアンを求める手順と、
位相のラプラシアンに逆ラプラシアン演算を施すことにより位相情報を復元する手順と、
をＣＰＵに実行させる位相情報復元プログラム。