JP6458859B2 - 放射線位相差撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体を透過した放射線の位相差を利用して物体の内部構造をイメージングすることができる放射線位相差撮影装置に関する。

従来、物体に放射線を透過させて物体の内部構造をイメージングする放射線撮影装置として様々なものが考え出されている。このような放射線撮影装置の一般的なものとしては、物体に放射線を当て、物体を通過させることにより放射線の投影像を撮影するものである。このような投影像には、放射線を通しやすさに応じて濃淡が現れており、これが物体の内部構造を表している。

このような放射線撮影装置では、ある程度放射線を吸収する性質を有する物体しか撮影することができない。例えば生体軟部組織などは、放射線をほとんど吸収しない。一般的な装置でこのような組織を撮影したとしても、投影像にはほとんど何も写らない。このように放射線を吸収しない物体の内部構造をイメージングしようとするときは、一般的な放射線撮影装置では原理上の限界がある。

そこで、透過放射線の位相差を利用して物体の内部構造をイメージングする放射線位相差撮影装置が考え出されてきている。このような装置は、タルボ干渉を利用して物体の内部構造をイメージングする。

タルボ干渉について説明する。図１０の放射線源５３からは、位相のそろった放射線が照射されている。この放射線がスダレ状となっている位相格子５５を通過させると、位相格子５５から所定の距離（タルボ距離）離れた投影面上に位相格子５５の像が現れる。この像を自己像と呼ぶ。自己像は、単なる位相格子５５の投影像ではない。自己像は、投影面が位相格子５５からタルボ距離だけ離れた位置でしか生じない。自己像は、光の干渉によって生じた干渉縞から構成される。タルボ距離において位相格子５５の自己像が現れる理由は放射線源５３から生じる放射線の位相がそろっているからである。放射線の位相が乱れると、タルボ距離に表れる自己像も乱れる。

放射線位相差撮影装置は自己像の乱れを利用して物体の内部構造をイメージングする。放射線源と位相格子５５との間に物体を置いたものとする。この物体は、放射線をほとんど吸収しないので、物体に入射した放射線のほとんどは位相格子５５側に出射する。

放射線は物体を完全に素通りであったかいうとそうではない。放射線の位相が物体を通過する間に変わるのである。物体を出射した放射線は位相が変化したまま位相格子５５を通過する。この放射線をタルボ距離に置いた投影面で観察すると、位相格子５５の自己像に乱れが生じている。この自己像の乱れの程度は放射線の位相変化を表している。

物体を透過した放射線の位相が具体的にどの程度変更するかは、放射線が物体のどこを通過したかによって変わる。仮に物体が均質な構成であれば、放射線の位相の変化は物体のどこを通っても同じである。しかし、一般的に物体は何らかの内部構造を有している。このような物体に放射線を透過させると位相の変化が同じとならないのである。

したがって、位相の変化が分かれば物体の内部構造を知ることができる。位相の変化はタルボ距離における位相格子５５の自己像を観察することで知ることができる。

位相格子５５の自己像は、位相格子５５に所定の距離だけ離間して配置される放射線検出器で検出されることになる。位相格子５５と放射線検出器との間の離間距離は、どのようなものであってもよいというわけではない。離間距離を適切なものとしないと、自己像が放射線検出器に写り込まなくなってしまう。適切な離間距離は、放射線源５３から位相格子５５までの距離、位相格子５５を構成するスダレ模様の細かさ、および放射線源５３から出力される放射線の波長で決まる。特許文献１には、これらのパラメータを関連づけた数式が紹介されている。適切な離間距離を求めたければ、放射線源５３から位相格子５５までの距離等その他のパラメータを数式に代入するとよい。

特開２０１２−１６３７０号公報

しかしながら、上述の従来技術には下記のような問題点がある。
すなわち、従来構成の装置は、十分に放射線源の実情に即した構成とはなっていない。

一定の波長しか出力しない単色光出力タイプの放射線源を用意するのは実はかなり難しい。従って、実際の装置に用いる放射線源としては、放射線源から様々な波長の放射線を出力するものを選択するしかなくなってしまう。

このような放射線源５３を用いるとして、位相格子５５と放射線検出器との間の離間距離を適切にするにはどうすればいいかを考えてみる。放射線源５３から位相格子５５までの距離、位相格子５５を構成するスダレ模様の細かさが一定であるとすると、適切な離間距離は放射線の波長で決まることになる。放射線源５３から照射される放射線の波長が一定であれば、その波長に基づいて適切な離間距離を容易に決定できる。しかし、多様な波長を放射する放射線源５３を用いるとなると、適切な離間距離を求める数式にどのような波長を代入していいのか分からなくなってしまう。

一つの解決方法として、放射線源５３から出力される放射線の波長のうち最も強度が強い放射線の波長に基づいて適切な離間距離を求めるという考え方はある。しかし、このようにして決めた離間距離が本当に適切であるという保証はない。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、位相格子と放射線検出器との間の離間距離が最適化されている放射線位相差撮影装置を提供することにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線位相差撮影装置は、波長の異なる複数種類の放射線を照射する放射線源と、放射線を吸収する１方向に伸びる吸収体が１方向と直交する方向に配列されている位相格子と、放射線を検出する検出面でタルボ干渉によって生じる位相格子の自己像を検出する検出部と、検出部の出力に基づいて自己像を写し込んだ自己像画像を生成する自己像生成部と、自己像画像に基づいて被写体内の位相差がイメージングされた透視画像を生成する透視画像生成部を備え、位相格子と検出部の検出面との距離は、検出面に写り込む自己像がどの程度ノイズにより乱されるかを基準に決定されており、位相格子と検出部との距離は、自己像画像にどの程度ノイズ成分の影響が現れるかを示すノイズ影響度が透視画像の視認性を保証する基準を満たすかで決定されることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明によれば、位相格子と放射線検出器との間の離間距離が最適化されている放射線位相差撮影装置を確実に提供できる。確かに、タルボ干渉の原理に基づけば、位相格子と放射線検出器との間の離間距離はタルボ距離として求めることができる。しかし、タルボ距離を一義的に求められるのは、放射線源が単一の波長を照射する場合に限られる。
本発明によれば、位相格子と検出部の検出面との離間距離は、検出面に写り込む自己像がどの程度ノイズにより乱されるかを基準に決定される。すなわち、本発明の構成では、ノイズの影響の大きさを離間距離の評価の基準に定めている。そして、本発明によれば位相格子と検出部の検出面との距離をある距離Ｚｄとしたときに得られる自己画像上の自己像がどの程度ノイズに乱されるかで距離Ｚｄが撮影に適切か判断する。ノイズの乱れが十分に小さく距離Ｚｄが撮影に適切と判断された場合は、位相格子と検出部の検出面との離間距離を距離Ｚｄに定めることが可能であるし、ノイズの乱れが大きすぎて距離Ｚｄが撮影に不適切と判断された場合は、離間距離を変えながら適切性の判断を繰り返すことにより、撮影に適切な距離を見つけ出すことができる。このようにすれば、複数種類の放射線を照射する実際の放射線源の実情に基づいて離間距離の最適化ができる。
また、上述のように自己像画像にどの程度ノイズ成分の影響が現れるかをノイズ影響度という評価値で示すようにすれば、より確実に位相格子と検出部の検出面との距離の適性を評価することができる。

また、本発明に係る放射線位相差撮影装置は、波長の異なる複数種類の放射線を照射する放射線源と、放射線を吸収する１方向に伸びる吸収体が１方向と直交する方向に配列されている位相格子と、放射線を検出する検出面でタルボ干渉によって生じる位相格子の自己像を検出する検出部と、検出部の出力に基づいて自己像を写し込んだ自己像画像を生成する自己像生成部と、自己像画像に基づいて被写体内の位相差がイメージングされた透視画像を生成する透視画像生成部を備え、位相格子と検出部の検出面との距離は、検出面に写り込む自己像がどの程度ノイズにより乱されるかを基準に決定されており、位相格子と検出面とがある距離Ｚｄだけ離れているときの自己像画像に写り込む自己像のコントラストおよび自己像画像に写り込むノイズ成分の強度を示すノイズの強度とに基づいて算出されるノイズ影響度に基づいて位相格子と検出面との距離の決定がなされている。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の装置の別の構成を示すものとなっている。位相格子と検出面とがある距離Ｚｄだけ離れているときの自己像のコントラストとノイズの強度を算出し、これらより算出されるノイズ影響度に基づいて距離Ｚｄが自己像の撮影に許容される設定であるかどうかを評価するようにすれば、より確実に位相格子と検出部の検出面との距離の適性を評価することができる。

また、上述の放射線位相差撮影装置において、ノイズ影響度は、コントラストをノイズの強度で除算することによってノイズ影響度が算出されたものであり、ノイズ影響度が所定の上限値以下であるとき距離Ｚｄが自己像の撮影に許容される設定であると評価され、所定の上限値より大であるとき距離Ｚｄが自己像の撮影に許容されない設定であると評価されればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の装置をより具体的に示すものとなっている。コントラストをノイズの強度で除算することによってノイズ影響度を算出すれば、ノイズ影響度は確実に算出される。また、ノイズ影響度が所定の上限値以下であるとき距離Ｚｄが自己像の撮影に許容される設定であると評価され、所定の上限値より大であるとき距離Ｚｄが自己像の撮影に許容されない設定であると評価されれば、位相格子と検出面との距離を自己像にノイズの影響が強く出る設定にすることを確実に抑制することができる。

また、上述の放射線位相差撮影装置において、実測された自己像画像またはシミュレーションに基づいてコントラストおよびノイズの強度を算出すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の装置をより具体的に示すものとなっている。強度算出部は、実測された自己像画像またはシミュレーションに基づいてコントラストおよびノイズの強度を算出すれば、より確実にノイズ影響度を算出することができる。

本発明によれば、位相格子と検出部の検出面との離間距離は、検出面に写り込む自己像がどの程度ノイズにより乱されるかを基準に決定される。すなわち、本発明の構成では、ノイズの影響の大きさを離間距離の評価の基準に定めている。そして、本発明によれば位相格子と検出部の検出面との距離をある距離Ｚｄとしたときに得られる自己画像上の自己像がどの程度ノイズに乱されるかで距離Ｚｄが撮影に適切か判断する。このようにすれば、複数種類の放射線を照射する実際の放射線源の実情に基づいて離間距離の最適化ができる。

実施例１に係る放射線位相差撮影装置の全体構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係るＦＰＤおよび位相格子の構成を説明する平面図である。 実施例１に係る距離判断部の構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係る位相格子とＦＰＤ間の距離が撮影に適しているかの判断方法を説明する模式図である。 実施例１に係る位相格子とＦＰＤ間の距離が撮影に適しているかの判断方法を説明する模式図である。 実施例１に係る位相格子とＦＰＤ間の距離が撮影に適しているかの判断方法を説明する模式図である。 実施例１に係る位相格子とＦＰＤ間の距離が撮影に適しているかの判断方法を説明する模式図である。 実施例１に係る位相格子とＦＰＤ間の距離が撮影に適しているかの判断方法を説明する模式図である。 本発明の１変形例を説明する模式図である。 従来の装置構成について説明する模式図である。

続いて、発明を実施するための形態について各実施例を参照しながら説明する。実施例におけるＸ線は、本発明の放射線に相当する。なお、実施例におけるＦＰＤはフラットパネルディテクタの略である。本発明の放射線位相差撮影装置は、放射線吸収が少ない被写体Ｍに対しても撮影ができるので、工業用途としては基板の透視、医療用途としては***の透視などに向いている。Ｘ線源３と位相格子５との距離および位相格子５に配列される吸収線５ａの配列ピッチは一定であるものとする。一方、位相格子５とＦＰＤ４との距離は、ＦＰＤ４を位相格子５に対して移動させることで調整できるものとする。

本発明に係る放射線位相差撮影装置について説明する。図１は、本発明に係る撮影装置１の全体構成を示している。撮影装置１は、図１に示すように被写体Ｍを載置する載置台２と、載置台２の上側に設けられるとともに角錐形状に広がるＸ線ビームを照射するＸ線源３と、Ｘ線源３から生じ、載置台２上の被写体Ｍを透過してきたＸ線を検出するＦＰＤ４を備えている。ＦＰＤ４と載置台２との挟まれる位置にはタルボ干渉を生じさせる位相格子５が設けられている。ＦＰＤ４は、Ｘ線を検出する検出面４ａでタルボ干渉によって生じる位相格子５の自己像を検出する構成となっている。Ｘ線源３は本発明の放射線源に相当し、ＦＰＤ４は本発明の検出部に相当する。

Ｘ線源３は、波長の異なる複数種類のＸ線を照射する。すなわち、Ｘ線源３が出力するＸ線には同じＸ線であっても波長の比較的長いものと比較的短いものとが含まれている。したがって、Ｘ線源３は、単色光のＸ線を放射するわけではない。Ｘ線源３が出力するＸ線の波長スペクトルの形状は一定となっている。

撮影装置１は、タルボ干渉を利用した放射線撮影装置である。したがって、Ｘ線源３は位相のそろったＸ線ビームを出力する構成となっている。ＦＰＤ４のＸ線を検出する検出面上には位相格子５の自己像が現れる。通常ならば位相格子５とＦＰＤ４との間の距離をタルボ距離に設定するところであるが、本発明は、このような慣例にとらわれず別の観点で距離を決定する構成とすることに特徴がある。本発明の構成において位相格子５とＦＰＤ４との間の距離を厳密にタルボ距離に設定するのは難しい。Ｘ線源３は、複数の異なる波長のＸ線を照射するからである。

自己像画像生成部１１は、ＦＰＤ４の出力に基づいて位相格子５の自己像を生成する。生成された自己像は透視画像生成部１２に出力される。透視画像生成部１２は、位相格子５の自己像に基づいて被写体Ｍで生じたＸ線の位相差がイメージングされた透視画像Ｐａを生成する。

Ｘ線源制御部６は、Ｘ線源３を制御する目的で設けられている。撮影中、Ｘ線源制御部６は、パルス状にＸ線ビームを出力するようにＸ線源３を制御する。Ｘ線源３がＸ線ビームを出力すると、ＦＰＤ４は載置台２上の被写体Ｍおよび位相格子５を透過してきたＸ線を検出し検出データを自己像画像生成部１１に送出する。このように本発明の装置は、Ｘ線撮影を撮影することにより自己像を生成する構成となっている。

図２左側は、ＦＰＤ４の検出面４ａについて説明している。ＦＰＤ４の検出面４ａには縦２０μｍ×横２０μｍの矩形をしている検出素子４ｐが縦横に配列されている。検出素子４ｐおよび検出面４ａの大きさは適宜変更が可能である。

ＦＰＤ４は、直接変換型のＸ線検出器である。すなわち、ＦＰＤ４は、Ｘ線を電子およびホールの対（キャリア対）に変換する変換層を有している。変換層で生じたキャリアは、検出素子４ｐの各々に捕獲され、蓄積される。検出素子４ｐにキャリアを出力する信号を送ると、検出素子４ｐは蓄積していたキャリアを検出信号として出力する。この検出素子４ｐの細かさがＦＰＤ４の空間分解能を決定する主な要因となっている。検出素子４ｐが小さいほどＦＰＤ４の空間分解能はよくなり、より微細な構造を検出できるようになる。

図２右側は、位相格子５について説明している。位相格子５は、ＦＰＤ４の検出面４ａの全域にＸ線ビームの投影が写り込むような形状をしている。したがって、位相格子５は、ＦＰＤ４の検出面４ａと同じように矩形の構造をしている。

位相格子５は、Ｘ線を吸収する線状に伸びる複数の吸収線５ａを有している。吸収線５ａは、延びる方向に直交する方向に所定のピッチで配列している。位相格子５が有する吸収線５ａの伸びる方向は、ＦＰＤ４の検出面４ａにおける検出素子４ｐが配列される方向である縦方向に一致し、位相格子５が有する吸収線５ａの配列する方向は、ＦＰＤ４の検出面４ａの横方向に一致している。位相格子５は、Ｘ線を吸収する１方向に伸びる吸収体が１方向と直交する方向に配列されている。

ＦＰＤ４は、Ｘ線の検出信号を自己像画像生成部１１に送出する。自己像画像生成部１１は、送出された検出信号に基づいて自己像が写り込んだ自己像画像Ｐ１を生成する。この自己像画像Ｐ１は、全体的に位相格子５が写り込んだ画像となっている。図１に示すように被写体Ｍがセットされた状態で撮影された自己像画像Ｐ１は、位相格子５の吸収線５ａがところどころ歪んで写り込んでいる。この歪みは、Ｘ線が被写体Ｍを通過する間にＸ線の位相差にムラができたことに起因し、被写体Ｍの内部構造を表したものとなっている。

自己像画像Ｐ１は、透視画像生成部１２に送出される。透視画像生成部１２は、自己像画像生成部１１より生成された自己像画像Ｐ１に基づいて被写体内の位相差がイメージングされた透視画像Ｐａを生成する。

距離判断部１５は、位相格子５とＦＰＤ４との間の距離を決定する構成である。ここでいう距離とは、位相格子５からＦＰＤ４の検出面４ａまでの距離である。実施例１においては、撮影装置１に距離判断部１５が搭載された構成となっているが、本発明はこの構成に限られない。距離判断部１５を撮影装置１から独立した装置とし、当該装置の出力に基づいて撮影装置１における位相格子５とＦＰＤ４との位置関係を調整するようにしてもよい。

図３は、位相格子５とＦＰＤ４との距離を決定する距離判断部１５の構成を説明している。距離判断部１５は、図３に示すように、実測された自己像画像Ｐ１Ｚｄを基に理想画像Ｐ２Ｚｄを推定し、理想画像Ｐ２Ｚｄに基づいて自己像のコントラストを算出し、理想画像Ｐ２Ｚｄに基づいて自己像画像Ｐ１Ｚｄに含まれるノイズ成分を推定してノイズ画像Ｐ３Ｚｄを生成し、ノイズ画像Ｐ３Ｚｄに基づいて自己像画像Ｐ１Ｚｄにおけるノイズの強度を算出し、コントラストＩ（Ｚｄ）ｍａｘ−Ｉ（Ｚｄ）ｍｉｎおよびノイズの強度σ（Ｚｄ）に基づいてノイズにより自己像画像上の自己像がどの程度乱されるかを示すノイズ影響度を算出し、ノイズ影響度に基づいて自己像画像Ｐ１Ｚｄを撮影したときの位相格子５とＦＰＤ４との距離が自己像の撮影に適切か評価する構成となっている。これらの動作は、理想画像推定部１５ａ，自己像コントラスト算出部１５ｂ，ノイズ画像推定部１５ｃ，ノイズ強度算出部１５ｄ，ノイズ影響度算出部１５ｅ，および評価部１５ｆにより実現される。自己像コントラスト算出部１５ｂは本発明の強度算出部に相当し、ノイズ強度算出部１５ｄは本発明の強度算出部に相当する。

＜位相格子５とＦＰＤ４との間の距離の決定方法＞
距離判断部１５がどのようにして位相格子とＦＰＤ４との間の距離を決定するかについて概念的に説明する。位相格子５とＦＰＤ４との距離としては、タルボ干渉の原理に基づいた最適な距離があるものと考えられる。しかし、装置を構成するときのことまで考慮すると、実際の装置における最適な距離がタルボ干渉の原理に基づく計算で算出できるとは限らない。タルボ干渉の原理に基づく計算では、Ｘ線源３は単波長のＸ線のみを照射するという前提で距離を算出するようになっているからである。本発明におけるＸ線源３は、波長の異なる複数のＸ線を照射する構成であるので、これを無視して計算をしても、撮影に適切な距離が算出できる保証はない。

また、実際の装置では装置全体のサイズや、ＦＰＤ４のサイズ、位相格子５のサイズ等に制限があったり、部材の配置に制限があったりするので、最適な距離が装置内で実現できるとは限らない。したがって、本発明の構成によれば、最適な距離を算出するというよりは、操作者が考えついたある距離が自己像を撮影する目的上許容できるかどうかを検定するという構成をとる。

距離が自己像の撮影に適当であるかどうかを具体的にどのように検定するかについて適当な基準が必要となる。この点については、本発明の構成は、自己像画像に写り込むノイズに注目している。位相格子５とＦＰＤ４との距離が変わると自己像画像に写り込むノイズの影響が変化する。位相格子５とＦＰＤ４の距離によっては、ノイズの影響が大きくなったり、小さくなったりする。この点に注目して本発明の構成では、ある距離について自己像に写り込むノイズの影響の程度を算出し、その結果に基づいてその距離が自己像の撮影に適するかどうかを検定するようにしている。位相格子５とＦＰＤ４の検出面４ａとの距離は、検出面４ａに写り込む自己像がどの程度ノイズにより乱されるかを基準に決定される。

本発明では、ノイズの影響の程度を示す値としてノイズ影響度という値を考える。ノイズ影響度が小さいほど自己像画像に写り込むノイズの影響は大きい。位相格子５とＦＰＤ４との距離が変化するとそれに伴いノイズ影響度も変化する。したがって、ノイズ影響度は距離の変数であるということになる。位相格子５とＦＰＤ４との距離は、自己像画像Ｐ１にどの程度ノイズ成分の影響が現れるかを示すノイズ影響度が透視画像Ｐａの視認性を保証する基準を満たすかで決定される。

＜ＣＮＲの算出方法＞
以降、ノイズ影響度の算出方法の例として撮影装置１を構成する位相格子５とＦＰＤ４の検出面４ａとの間の距離がＺｄであるときのノイズ影響度の算出手順について説明する。このとき算出されるノイズ影響度が十分低い場合、距離Ｚｄは撮影に適していると言える。このノイズ影響度を算出するには、位相格子５からＦＰＤ４の検出面４ａを実際に距離Ｚｄに離間させた状態となっている撮影装置１で自己像の撮影をする。図４は、この撮影により、距離Ｚｄに係る自己像画像Ｐ１Ｚｄが生成される様子を示している。この自己像画像Ｐ１Ｚｄは、載置台２に何も置いていない状態で撮影される。また、載置台２を撮影装置１から取り外した状態で自己像画像Ｐ１Ｚｄの撮影を行うようにしてもよい。撮影された自己像画像Ｐ１Ｚｄには、図４の縦縞で示す自己像と、網掛けで示すノイズとが同時に写り込んだような画像となっている。自己像画像Ｐ１Ｚｄは、被写体Ｍが写り込んだ上述の自己像画像Ｐ１とは区別されているので注意が必要である。

生成された自己像画像Ｐ１Ｚｄは、距離判断部１５の理想画像推定部１５ａに送出される。理想画像推定部１５ａは、図５に示すように自己像画像Ｐ１Ｚｄに写り込む自己像を推定して理想画像Ｐ２Ｚｄを生成する。理想画像Ｐ２Ｚｄは、自己像画像Ｐ１の撮影時にノイズが全く写り込まなかったとしたときに得られるはずの自己像を表している。

図６は、理想画像推定部１５ａの動作をより具体的に示したものとなっている。理想画像推定部１５ａは、自己像画像Ｐ１Ｚｄにおける縦方向に並ぶ画素の列に注目し、各列について画素値の平均値を取得して、各画素列に対応する平均値を各画素列の配列順に横方向に並べることにより平均値プロファイルｐを生成する。つまり、理想画像推定部１５ａは、画素値の平均処理を自己像画像Ｐ１Ｚｄにおける自己像の縞模様が伸びる方向（図６の縦方向）に実行するということになる。自己像に重畳していたノイズ成分は、平均処理によって互いに相殺されて平均値プロファイルｐ上には現れない。一方、縦方向に伸びる暗線から構成される自己像は、平均処理により暗線を構成する画素同士で画素値の平均がなされるだけある。したがって、平均値プロファイルｐ上に自己像が現れる。

理想画像推定部１５ａは、平均値プロファイルｐを縦方向に並べて理想画像Ｐ２Ｚｄを生成する。こうして生成される理想画像Ｐ２Ｚｄは、自己像画像Ｐ１Ｚｄに配列されているのと同じ数だけの画素が縦横に並んでいる。こうして生成された理想画像Ｐ２Ｚｄは、あたかも自己像画像Ｐ１Ｚｄから縞模様の自己像を抽出したような画像となる。

理想画像Ｐ２Ｚｄは、自己像コントラスト算出部１５ｂに送出される。自己像コントラスト算出部１５ｂは、理想画像Ｐ２Ｚｄの明線を構成する画素の画素値Ｉ（Ｚｄ）ｍａｘと、暗線を構成する画素の画素値Ｉ（Ｚｄ）ｍｉｎとをサンプリングし、これらの差分であるコントラストを算出する。コントラストは、Ｉ（Ｚｄ）ｍａｘ−Ｉ（Ｚｄ）ｍｉｎで表すことができる。画素値Ｉ（Ｚｄ）ｍａｘの決定方法としては、最も明るい画素の画素値を理想画像Ｐ２Ｚｄから選抜する方法が考えられる。また、画素値Ｉ（Ｚｄ）ｍｉｎの決定方法としては、最も暗い画素の画素値を理想画像Ｐ２Ｚｄから選抜する方法が考えられる。自己像コントラスト算出部１５ｂは、必ずしも理想画像Ｐ２Ｚｄに基づいてコントラストを算出する必要はない。理想画像推定部１５ａは、画像処理の間に生成した平均値プロファイルｐに基づいてコントラストを算出することもできる。

いずれにせよ、自己像コントラスト算出部１５ｂは、位相格子５と検出面４ａとがある距離Ｚｄだけ離れているときに、撮影される自己像画像Ｐ１Ｚｄに写り込む自己像のコントラストを算出する。自己像コントラスト算出部１５ｂは、実測された自己像画像Ｐ１Ｚｄに基づいてコントラストを算出する。

理想画像Ｐ２Ｚｄは、ノイズ画像推定部１５ｃにも送出される。ノイズ画像推定部１５ｃは、図７に示すように自己像画像Ｐ１Ｚｄから理想画像Ｐ２Ｚｄを減算し、自己像画像Ｐ１Ｚｄ上のノイズ成分のみが写り込んだノイズ画像Ｐ３Ｚｄを生成する。このノイズ画像Ｐ３Ｚｄは、あたかも自己像画像Ｐ１Ｚｄから砂嵐状のノイズ成分を抽出したような画像となっている。

ノイズ画像Ｐ３Ｚｄは、ノイズ強度算出部１５ｄに送出される。ノイズ強度算出部１５ｄは、ノイズ画像Ｐ３Ｚｄを構成する画素の画素値に統計的な評価をすることによって、ノイズ画像Ｐ３Ｚｄに写り込むノイズの強度σ（Ｚｄ）を算出する。ノイズの強度の指標としては半値全幅等、統計上数値のバラツキを示す様々な指標が考えられるが、例えば、ノイズの強度σ（Ｚｄ）は、画素値の分散であってもよい。ノイズ強度算出部１５ｄは、位相格子５と検出面４ａとがある距離Ｚｄだけ離れているときに、自己像画像Ｐ１を生成する際にＦＰＤ４が出力するノイズ成分の強度を示すノイズの強度σ（Ｚｄ）を算出する。ノイズ強度算出部１５ｄは、実測された自己像画像Ｐ１に基づいてノイズの強度σ（Ｚｄ）を算出する。

コントラストおよびノイズの強度σ（Ｚｄ）は、ノイズ影響度算出部１５ｅに送出される。ノイズ影響度算出部１５ｅは、コントラストからノイズの強度（Ｚｄ）を除算して、ノイズ影響度（ＣＮＲ（Ｚｄ））を算出する。このノイズ影響度は、Ｓ／Ｎ比に似た概念であり、自己像画像Ｐ１Ｚｄ上の自己像がどの程度ノイズにより乱されているかを示す指標となっている。図８は、自己像コントラスト算出部１５ｂ，ノイズ強度算出部１５ｄ，ノイズ影響度算出部１５ｅの動作を概念的に示している。このようにして、ノイズ影響度算出部１５ｅは、コントラストとノイズの強度σ（Ｚｄ）とに基づいて、ノイズ影響度（ＣＮＲ（Ｚｄ）））を算出する。

ノイズ影響度は、評価部１５ｆに送出される。評価部１５ｆは、ノイズ影響度が記憶部２７に記憶されている上限値（参照値）以下となっている場合、距離Ｚｄは自己像を撮影する目的からして位相格子５からＦＰＤ４の検出面４ａまでの距離として許容されるという評価を行う。一方、評価部１５ｆは、ノイズ影響度が上限値よりも大きい場合、距離Ｚｄは、自己像を撮影する目的からして位相格子５からＦＰＤ４の検出面４ａまでの距離として許容されないという評価を行う。操作者は、評価部１５ｆが出力する評価によって、距離Ｚｄが撮影に適切か知ることができる。ＦＰＤ４の検出面４ａを不適切であると評価された距離だけ位相格子５から離間させるべきではない。さもなければ、鮮明な自己像が撮影できないのである。このようにして、評価部１５ｆは、ノイズ影響度に基づいて、距離Ｚｄが自己像の撮影に許容される設定であるかどうかを評価する。

記憶部２７が記憶する上限値は、自己像を撮影するときに許容されるノイズ影響度の限界を示している。ノイズ影響度が上限値よりも大きいと、自己像画像Ｐ１Ｚｄに写り込むノイズが激しすぎて自己像を撮影することができないものと判断できる。この上限値は、自己像の視認性に基づいて決められるというよりも、むしろ自己像に基づいて生成される透視画像Ｐａの視認性に基づいて決められる。透視画像Ｐａは、縞模様となっている自己像を解析して得られるものであり、被写体の内部構造が表現されている。

図１に示すように被写体Ｍを載置台２にセットして撮影を実行すると、撮影された自己像画像は自己像そのものである縞模様に砂嵐状のノイズが重畳した画像となる。このような自己像画像に基づいて透視画像Ｐａを生成すると、透視画像上の被写体像は、自己像画像上のノイズの影響を受けて乱れてしまう。このように透視画像Ｐａは、自己像画像上のノイズに起因して乱れるわけであるが、あまりに乱れが強すぎると透視画像上の被写体像の観察に支障が出てしまう。

記憶部２７が記憶する上限値は、被写体像の乱れがこれ以上大きいと視認に支障があると考えられる透視画像Ｐａの基になった自己像画像のノイズ影響度を表している。したがって、ノイズ影響度が上限値よりも大きな自己像画像に基づいて透視画像Ｐａを生成したとしても、視認性に支障がある透視画像Ｐａしか得られない。ノイズ影響度が上限値よりも大きな自己像画像は、初めから撮影するべきでない。このような自己像画像は、位相格子５からＦＰＤ４の検出面４ａまでの距離が不適切な状態で撮影されたのである。

本発明によれば、自己像画像のノイズ影響度の上限値を予め設定しておくことで、位相格子５からＦＰＤ４の検出面４ａまでの距離が不適切となっていることに起因して、視認に支障があるほどに乱れた透視画像Ｐａが生成されるのを防いでいる。

上限値の決定方法としては、被写体を載置台２に置いた状態で撮影された自己像画像に砂嵐状のノイズ成分を合成して合成画像を生成し、この合成画像に基づいて生成された透視画像Ｐａを確認して得ることができる。自己像画像に合成するノイズ成分の強さを変えて複数の合成画像を生成し、これらに基づいて透視画像Ｐａを生成すると、視認性が辛うじて許容できる程にノイズ成分が強い透視画像Ｐａが現れる。この透視画像Ｐａの基になった合成画像のノイズ影響度が上限値である。このときのノイズ影響度は、自己像画像から算出されたコントラストとノイズ成分から算出されたノイズの強度から求めることができる。なお、合成前の自己像画像のノイズ成分は、できるだけ少ない方がよい。したがって、上限値の決定するときの自己像の撮影は、露光時間を長くして行った方がよい。

図１に示す主制御部２１は、各部６，１１，１２，１４，１５を統括的に制御する目的で設けられている。この主制御部２１は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各部を実現している。また、これら各部６，１１，１２，１４，１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、これらを担当する演算装置に分割して実行されてもよい。各部は必要に応じて記憶部２７にアクセスすることができる。操作卓２５は、操作者の指示を入力する目的で設けられている。また、表示部２６は、透視像を表示する目的で設けられている。

以上のように、本発明によれば、位相格子５とＸ線検出器との間の離間距離が最適化されているＸ線位相差撮影装置を確実に提供できる。確かに、タルボ干渉の原理に基づけば、位相格子５とＸ線検出器との間の離間距離はタルボ距離として求めることができる。しかし、タルボ距離を一義的に求められるのは、Ｘ線源３が単一の波長を照射する場合に限られる。

したがって本発明によれば、位相格子５とＦＰＤ４の検出面４ａとの離間距離は、検出面４ａに写り込む自己像がどの程度ノイズにより乱されるかを基準に決定される。すなわち、本発明の構成では、ノイズの影響の大きさを離間距離の評価の基準に定めている。そして、本発明によれば位相格子５とＦＰＤ４の検出面４ａとの距離をある距離Ｚｄとしたときに得られる自己画像上の自己像がどの程度ノイズに乱されるかで距離Ｚｄが撮影に適切か判断する。距離Ｚｄが撮影に適切と判断された場合は、位相格子５とＦＰＤ４の検出面４ａとの離間距離を距離Ｚｄに定めることが可能であるし、距離Ｚｄが撮影に不適切と判断された場合は、離間距離を変えながら適切性の判断を繰り返すことにより、撮影に適切な距離を見つけ出すことができる。このようにすれば、複数種類のＸ線を照射する実際のＸ線源３の実情に基づいて離間距離の最適化ができる。

本発明は、実施例に限定されることなく下記のような変形実施が可能である。

（１）実施例の構成では、自己像画像Ｐ１を実測することによりノイズ影響度を算出するようにしていたが、本発明はこの構成に限られない。ノイズ影響度をシミュレーションにより算出することもできる。ノイズ影響度をシミュレーションによって求める方法について説明する。

シミュレーションによる場合であっても、自己像画像Ｐ１のコントラストとノイズの強度σとを推定して、これらを除算することでノイズ影響度を求めるという流れは変わらない。そこでまず、自己像画像Ｐ１のコントラストをいかにして求めるかについて説明する。

ここでまず、Ｘ線源３が単波長のＸ線を放射するものと仮定する。このとき、位相格子５から所定の距離Ｚｄだけ離れたＦＰＤ４の検出面４ａにどのような自己像が写り込むかは、容易にシミュレーションで得ることができる。この仮定でＸ線源３が放射するＸ線の波長をλａとし、このときＦＰＤ４の検出面４ａに現れる自己像をＳ（Ｚｄ）_λａとする。自己像はＺｄが変化するのに応じて変化する。このλａさえ決まってしまえば、任意の距離Ｚｄに対応する自己像Ｓ（Ｚｄ）_λａは、シミュレーションで得ることができる。

一方、Ｚｄさえ決まってしまえば、任意の波長λ１に対応する自己像Ｓ（Ｚｄ）_λ１もシミュレーションで得ることができる。波長λを変えて複数の自己像を得ることもできる。ここでは、波長λ１，λ２，λ３，…について、自己像Ｓ（Ｚｄ）_λ１，Ｓ（Ｚｄ）_λ２，Ｓ（Ｚｄ）_λ３，…を算出したものとする。これを単にＳ_λ１，Ｓ_λ２，Ｓ_λ３，…と書くものとする。

実際のＸ線源３は、異なる波長λ１，λ２，λ３，…を有する複数の放射線を含むものする。このようなＸ線源３を用いて自己像の撮影を行ったとすると、位相格子５から所定の距離Ｚｄだけ離れたＦＰＤ４の検出面４ａには、ある自己像Ｓ（Ｚｄ）_{λ１，λ２，λ３，…}が現れる。これを単にＳ_{λ１，λ２，λ３，…}と書くものとする。この自己像は、先ほどシミュレーションで求めた自己像Ｓ_λ１，Ｓ_λ２，Ｓ_λ３，…で次のように表すことができる。
Ｓ_{λ１，λ２，λ３，…}＝ｋ１・Ｓ_λ１＋ｋ２・Ｓ_λ２＋ｋ３・Ｓ_λ３＋…
ここで、ｋ１，ｋ２，ｋ３，…は、各波長λ１，λ２，λ３，…が実際のＸ線源３からどの程度出力されるのかによって決まる係数である。この係数は、Ｘ線源３から出力されるＸ線の波長スペクトルによって容易に求めることができる。

このようにして、シミュレーションにより自己像Ｓ（Ｚｄ）_{λ１，λ２，λ３，…}を算出することができる。自己像Ｓ（Ｚｄ）_{λ１，λ２，λ３，…}は、実施例１における理想画像Ｐ２Ｚｄに当たる画像であり、理想画像推定部１５ａが推定する。

続いて、自己像画像Ｐ１のノイズの強度σ（Ｚｄ）をいかにして求めるかについて説明する。ノイズの強度σ（Ｚｄ）の求め方の実際は、上述で説明した自己像Ｓ（Ｚｄ）_{λ１，λ２，λ３，…}と同様である。

すなわちまず、Ｘ線源３が単波長のＸ線を放射するものと仮定する。このとき、位相格子５から所定の距離Ｚｄだけ離れたＦＰＤ４の検出面４ａにどのようなノイズの成分が写り込むかは、容易にシミュレーションで得ることができる。この仮定でＸ線源３が放射するＸ線の波長をλａとし、このときＦＰＤ４の検出面４ａに現れるノイズの強度をσ（Ｚｄ）_λａとする。自己像はＺｄが変化するのに応じて変化する。このλａさえ決まってしまえば、任意の距離Ｚｄに対応するノイズの強度σ（Ｚｄ）_λａは、シミュレーションで得ることができる。

一方、Ｚｄさえ決まってしまえば、任意の波長λ１に対応するノイズの強度σ（Ｚｄ）_λ１もシミュレーションで得ることができる。波長λを変えて複数の自己像を得ることもできる。ここでは、波長λ１，λ２，λ３，…について、ノイズの強度σ（Ｚｄ）_λ１，σ（Ｚｄ）_λ２，σ（Ｚｄ）_λ３，…を算出したものとする。これを単にσ_λ１，σ_λ２，σ_λ３，…と書くものとする。

実際のＸ線源３は、異なる波長λ１，λ２，λ３，…を有する複数の放射線を含むものする。このようなＸ線源３を用いて自己像の撮影を行ったとすると、位相格子５から所定の距離Ｚｄだけ離れたＦＰＤ４の検出面４ａには、あるノイズの強度σ（Ｚｄ）_{λ１，λ２，λ３，…}が現れる。これを単にσ_{λ１，λ２，λ３，…}と書くものとする。この自己像は、先ほどシミュレーションで求めたノイズの強度σ_λ１，σ_λ２，σ_λ３，…で次のように表すことができる。
σ_{λ１，λ２，λ３，…}＝ｋ１・σ_λ１＋ｋ２・σ_λ２＋ｋ３・σ_λ３＋…
ここで、ｋ１，ｋ２，ｋ３，…は、各波長λ１，λ２，λ３，…が実際のＸ線源３からどの程度出力されるのかによって決まる係数である。この係数は、Ｘ線源３から出力されるＸ線の波長スペクトルによって容易に求めることができる。

このようにして、シミュレーションによりノイズの強度σ（Ｚｄ）_{λ１，λ２，λ３，…}を算出することができる。ノイズの強度σ（Ｚｄ）_{λ１，λ２，λ３，…}は、実施例１におけるノイズの強度（Ｚｄ）に相当し、ノイズ強度算出部１５ｄが推定する。

本変形例の自己像コントラスト算出部１５ｂ，ノイズ影響度算出部１５ｅ，評価部１５ｆの動作は実施例１と同様である。このように、本変形例における自己像コントラスト算出部１５ｂは、シミュレーションに基づいてコントラストを算出し、ノイズ強度算出部１５ｄは、シミュレーションに基づいてノイズ強度を算出する。

（２）実施例１の構成では、格子として位相格子５のみを有する構成であったが、本発明はこの構成に限られない。図９に示すように、ＦＰＤ４の検出面４ａを覆うように吸収格子７を設けるようにしてもよい。この吸収格子７は位相格子５と同様に吸収線が配列された構成となっており、位相格子５の自己像と干渉してモアレを発生させる目的で設けられている。ＦＰＤ４はこのモアレを検出することで自己像を推定することができる。すなわち、本変形例の位相格子５とＦＰＤ４との間には、位相格子５の自己像との間でモアレを発生させる吸収格子７が設けられている。

（３）実施例１の構成では、Ｘ線源３は単焦点であったが、本発明はこの構成に限られない。本発明はＸ線源３が複数のＸ線発生点を有している構成にも適用することができる。

以上のように、本発明は、医用の撮影装置に適している。

３ 放射線源
４ ＦＰＤ（検出部）
４ａ 検出面
５ 位相格子
７ 吸収格子
Ｐ１ 自己像画像
Ｐａ 透視画像
１１ 自己像生成部
１２ 透視画像生成部
１５ｂ 自己像コントラスト算出部（強度算出部）
１５ｄ ノイズ強度算出部（強度算出部）
１５ｅ ノイズ影響度算出部（ノイズ影響度算出部）

Claims (4)

1. 波長の異なる複数種類の放射線を照射する放射線源と、
   放射線を吸収する１方向に伸びる吸収体が１方向と直交する方向に配列されている位相格子と、
   放射線を検出する検出面でタルボ干渉によって生じる前記位相格子の自己像を検出する検出部と、
   前記検出部の出力に基づいて自己像を写し込んだ自己像画像を生成する自己像生成部と、
   前記自己像画像に基づいて被写体内の位相差がイメージングされた透視画像を生成する透視画像生成部を備え、
   前記位相格子と前記検出部の前記検出面との距離は、前記検出面に写り込む自己像がどの程度ノイズにより乱されるかを基準に決定されており、
   前記位相格子と前記検出部との距離は、前記自己像画像にどの程度ノイズ成分の影響が現れるかを示すノイズ影響度が前記透視画像の視認性を保証する基準を満たすかで決定される、放射線位相差撮影装置。
2. 波長の異なる複数種類の放射線を照射する放射線源と、
   放射線を吸収する１方向に伸びる吸収体が１方向と直交する方向に配列されている位相格子と、
   放射線を検出する検出面でタルボ干渉によって生じる前記位相格子の自己像を検出する検出部と、
   前記検出部の出力に基づいて自己像を写し込んだ自己像画像を生成する自己像生成部と、
   前記自己像画像に基づいて被写体内の位相差がイメージングされた透視画像を生成する透視画像生成部を備え、
   前記位相格子と前記検出部の前記検出面との距離は、前記検出面に写り込む自己像がどの程度ノイズにより乱されるかを基準に決定されており、
   前記位相格子と前記検出面とがある距離Ｚｄだけ離れているときの前記自己像画像に写り込む自己像のコントラストおよび前記自己像画像に写り込むノイズ成分の強度を示すノイズの強度とに基づいて算出されるノイズ影響度に基づいて前記位相格子と前記検出面との距離の決定がなされている、放射線位相差撮影装置。
3. 請求項２に記載の放射線位相差撮影装置において、
   前記ノイズ影響度は、前記コントラストを前記ノイズの強度で除算することによって前記ノイズ影響度が算出されたものであり、
   前記ノイズ影響度が所定の上限値以下であるとき前記距離Ｚｄが自己像の撮影に許容される設定であると評価され、所定の上限値より大であるとき前記距離Ｚｄが自己像の撮影に許容されない設定であると評価される、放射線位相差撮影装置。
4. 請求項２に記載の放射線位相差撮影装置において、
   実測された前記自己像画像またはシミュレーションに基づいて前記コントラストおよび前記ノイズの強度が算出される、放射線位相差撮影装置。

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