JP7460577B2 - Ｘ線画像生成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、試料（被写体）を透過したＸ線における波としての性質を利用して試料の内部構造を高感度で観察するための技術に関するものである。
Ｘ線は、物体内部を透視するためのプローブとして、医用画像診断、非破壊検査、セキュリティチェックなどにおいて、広く利用されている。Ｘ線透視画像のコントラストは、Ｘ線減衰率の違いによっており、Ｘ線を強く吸収する物体はＸ線の影として描出される。Ｘ線吸収能は、原子番号が大きい元素を多く含むほど強くなる。逆に原子番号が小さい元素から成る物質についてはコントラストがつきにくいことも指摘でき、これが従来のＸ線透視画像の原理的欠点でもある。したがって、生体軟部組織や有機材料などに対しては、十分な感度を得ることができない。
一方、Ｘ線における波としての性質を利用すれば、一般的な従来のＸ線透視画像に比べて最高で約３桁の高感度化を実現できる。以降、これを位相コントラストＸ線撮像法と称する。この技術を、Ｘ線をあまり吸収しない軽元素からなる物質（生体軟部組織や有機材料など）の観察に適用すれば、従来法では難しかった検査が可能となるため、その実用化が期待される。すなわち、位相コントラストＸ線撮像法は、例えば、低吸収性の試料のコントラストを、従来からの吸収コントラスト画像と比較して高めるために使用される。
下記特許文献１には、画像検出器に加えて、多色Ｘ線源と、Ｘ線干渉計と、線源格子（いわゆるＧ０格子）と、位相格子（いわゆるＧ１格子）と、解析格子（いわゆるＧ２格子）とを有するＸ線干渉計装置が記載されている。線源格子と位相格子との間に被写体が配置される。これらの格子は、例えば金である吸収材料からなる複数のすだれ（周期的に配列された格子部材）間に、複数のＸ線透過スリットを有する構成となっている。この技術によれば、多色Ｘ線を用いていながら、位相コントラストを撮影することができる。しかしながら、このＸ線干渉計装置は、特定の１つの方向においてしか位相コントラスト情報を提供しない。
一方、下記特許文献２には、周期方向の異なる複数の格子部分を備えたＸ線干渉計装置が記載されている。この技術では、複数の格子部分に、それぞれ、１／ｎ周期オフセット（ｎ≧２）させた複数の領域を設ける。そして、複数の格子部分の各領域を被写体が移動する間にＸ線撮像を行うことにより、複数方向の位相コントラスト情報を取得する。
しかしながら、この技術では、少なくとも８個のライン検出器が必要であり、各ライン検出器は、それぞれの格子部分及び領域と一定の関連付けをもって配置されている必要がある。このため、この技術では、構成要素の数が増えてしまうばかりでなく、複数の構成要素間の精密な位置調整を必要とする。このため、実際上の製造コストや運用コストが増加してしまうという問題がある。
また、下記非特許文献１には、前記した位相格子の１／ｎ周期オフセットを不要とする撮像技術が記載されている。この技術は、Ｘ線干渉計を透過して生成されたモアレ干渉縞が理想的に等間隔で配置されているという前提を用いて、被写体を干渉縞に対して相対的に動かすことで縞走査法を実現するという手法である。
下記特許文献３には、理想的でないモアレ干渉縞を用いた場合でも被写体を干渉縞に対して相対的に動かすことで縞走査法を実現できる手法が記載されている。
下記特許文献４には、格子を動かしながら動画撮影することで縞走査を実現する技術が記載されている。
ただし、これら非特許文献１、特許文献３、及び特許文献４は、構成要素の複雑化と精密な位置調整に対する解決手段を提示するものであり、あくまで、一つの方向の位相コントラスト情報のみが取得可能なものに過ぎない。
下記非特許文献２には、１つの周期方向を持つ格子を備えたＸ線干渉計装置を用いて複数方向の情報を取得する手法が記載されている。この装置は、被写体の移動機構に加え、格子に対して被写体を回転させる機構を有し、被写体の移動と撮影を同時に行うことで、複数方向の情報を取得するものである。
この手法によれば、構成要素の複雑化や精密な位置調整を避けることはできる。しかしながらこの手法では、Ｘ線の透過する領域が被写体の回転角度ごとに変わるため、ある領域に対する複数方向での情報を、厳密な意味で重ねあわせることはできない。
また、この手法では、被写体を回転させる必要があるので、撮像装置の本来の視野が矩形であったとしても、実質的な視野は、矩形の短軸方向を直径とする円形に制限される。
更に、非特許文献３には、１つの方向の格子を備えたＸ線干渉計装置による複数方向の三次元的な情報を取得する手法が記載されている。この装置は、被写体の向きを格子に対して回転させる機構を有したＸ線ＣＴ装置であり、従来の縞走査法及び被写体回転によるＣＴを複数方向で行う。しかしながら、この技術では、視野が格子や回転機構などで制限されるため、被写体の大きさが限られるという問題がある。
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 78, 043710 2007
Appl. Phys. Lett. 112, 111902 (2018)
Scientific Reports volume 7, Article number: 3195 (2017)
本発明は、前記した状況に鑑みてなされたものである。本発明は、大視野でかつ複数方向における位相コントラスト情報の取得が容易になる技術を提供することを目的としている。
本発明は、以下の項目に記載の発明として表現することができる。
（項目１）
Ｘ線の強度分布画像を用いて、被写体のＸ線画像を生成するための装置であって、
線源と、格子部と、検出器と、移動機構とを備えており、
前記線源は、前記格子部に向けてＸ線を照射する構成となっており、
前記格子部は、タルボ干渉計を構成する複数の格子を備えており、
前記検出器は、前記格子部を通過した前記Ｘ線を、前記強度分布画像として検出する構成となっており、
前記移動機構は、前記格子部に向けて照射された前記Ｘ線を横切る方向に、前記被写体を前記格子部に対して相対的に移動させる構成となっており、
前記格子部は、前記移動機構による移動方向に沿う方向に配列されたＮ個（ただし２≦Ｎ）の領域を備えており、
前記Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目（ただし１≦ｉ≦Ｎ－1）の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向と、前記Ｎ個の領域のうちの第ｉ＋１番目の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向とが、異なる方向とされており、
前記複数の格子は、前記Ｎ個全ての領域で生成されたモアレ干渉縞が、いずれも、前記検出器でその周期的な強度変動を計測することができ、かつ前記移動機構による移動方向において少なくとも１周期以上の強度変動を有するように構成されている、
Ｘ線画像生成装置。
Ｘ線の強度分布画像を用いて、被写体のＸ線画像を生成するための装置であって、
線源と、格子部と、検出器と、移動機構とを備えており、
前記線源は、前記格子部に向けてＸ線を照射する構成となっており、
前記格子部は、タルボ干渉計を構成する複数の格子を備えており、
前記検出器は、前記格子部を通過した前記Ｘ線を、前記強度分布画像として検出する構成となっており、
前記移動機構は、前記格子部に向けて照射された前記Ｘ線を横切る方向に、前記被写体を前記格子部に対して相対的に移動させる構成となっており、
前記格子部は、前記移動機構による移動方向に沿う方向に配列されたＮ個（ただし２≦Ｎ）の領域を備えており、
前記Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目（ただし１≦ｉ≦Ｎ－1）の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向と、前記Ｎ個の領域のうちの第ｉ＋１番目の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向とが、異なる方向とされており、
前記複数の格子は、前記Ｎ個全ての領域で生成されたモアレ干渉縞が、いずれも、前記検出器でその周期的な強度変動を計測することができ、かつ前記移動機構による移動方向において少なくとも１周期以上の強度変動を有するように構成されている、
Ｘ線画像生成装置。
（項目２）
前記複数の格子は、前記タルボ干渉計を構成するＧ１格子とＧ２格子とを備えており、
前記Ｇ２格子における前記Ｎ個の領域での周期方向は、前記格子部のＧ１格子によって生成されかつＮ個の周期方向を持つ自己像に対して、一様に角度θ（ただしθ≠０）で回転して配置されており、これによって前記モアレ干渉縞を生成するようになっている
項目１に記載のＸ線画像生成装置。
前記複数の格子は、前記タルボ干渉計を構成するＧ１格子とＧ２格子とを備えており、
前記Ｇ２格子における前記Ｎ個の領域での周期方向は、前記格子部のＧ１格子によって生成されかつＮ個の周期方向を持つ自己像に対して、一様に角度θ（ただしθ≠０）で回転して配置されており、これによって前記モアレ干渉縞を生成するようになっている
項目１に記載のＸ線画像生成装置。
（項目３）
前記角度θは、前記Ｎ個全ての領域において下記の範囲を満たす、
項目２に記載のＸ線画像生成装置：
ただし、
ｄ：Ｇ２格子の格子周期；
ｌi：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域の、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の幅；
ψi：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域で、Ｇ１格子によって生成された自己像における周期方向の角度（被写体移動方向と平行な方向を0°とする）；
ｐ：検出器の画素サイズ
である。
前記角度θは、前記Ｎ個全ての領域において下記の範囲を満たす、
項目２に記載のＸ線画像生成装置：
ｄ：Ｇ２格子の格子周期；
ｌi：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域の、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の幅；
ψi：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域で、Ｇ１格子によって生成された自己像における周期方向の角度（被写体移動方向と平行な方向を0°とする）；
ｐ：検出器の画素サイズ
である。
（項目４）
前記画像検出領域の幅ｌiが、前記Ｎ個全ての領域において下記の範囲を満たす、
項目３に記載のＸ線画像生成装置：
ただし、
L：N個全ての領域についての、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の総幅。
前記画像検出領域の幅ｌiが、前記Ｎ個全ての領域において下記の範囲を満たす、
項目３に記載のＸ線画像生成装置：
L：N個全ての領域についての、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の総幅。
（項目５）
前記複数の格子は、いずれも、一枚の基板上に、異なる周期方向とされた前記格子構造が形成されたものとなっている
項目１～４のいずれか１項に記載のＸ線画像生成装置。
前記複数の格子は、いずれも、一枚の基板上に、異なる周期方向とされた前記格子構造が形成されたものとなっている
項目１～４のいずれか１項に記載のＸ線画像生成装置。
（項目６）
前記複数の格子は、タルボ・ロー干渉計を構成するＧ０格子をさらに備えている
項目１～５のいずれか１項に記載のＸ線画像生成装置。
前記複数の格子は、タルボ・ロー干渉計を構成するＧ０格子をさらに備えている
項目１～５のいずれか１項に記載のＸ線画像生成装置。
（項目７）
さらに処理部を備えており、
前記処理部は、Ｘ線画像生成部と、アーティファクト処理部とを備えており、
前記Ｘ線画像生成部は、前記検出器で取得された複数枚の強度分布画像を用いてＸ線画像を生成する構成となっており、
前記アーティファクト処理部は、前記Ｘ線画像におけるアーティファクトを、前記Ｘ線画像のうちで被写体の無い領域におけるＲＯＩ画像を用いて除去する構成となっている
項目１～６のいずれか１項に記載のＸ線画像生成装置。
さらに処理部を備えており、
前記処理部は、Ｘ線画像生成部と、アーティファクト処理部とを備えており、
前記Ｘ線画像生成部は、前記検出器で取得された複数枚の強度分布画像を用いてＸ線画像を生成する構成となっており、
前記アーティファクト処理部は、前記Ｘ線画像におけるアーティファクトを、前記Ｘ線画像のうちで被写体の無い領域におけるＲＯＩ画像を用いて除去する構成となっている
項目１～６のいずれか１項に記載のＸ線画像生成装置。
本発明によれば、大視野でありながら、複数方向における位相コントラスト情報の取得が容易になる技術を提供することが可能になる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るＸ線画像生成装置（以下「生成装置」又は「装置」と略称することがある）の構成を説明する。この装置は、Ｘ線の強度分布画像を用いて、被写体のＸ線画像を生成するための装置である。
本実施形態の生成装置は、図１に示されるように、線源１と、格子部２と、検出器３と、移動機構４とを備えている。さらにこの装置は、処理部５と、制御部６と、駆動部７とを追加的な要素として備えている。
（線源）
線源１は、窓１１（図２参照）から格子部２に向けて、被写体１０に対する透過性を有するＸ線を照射する構成となっている。線源１の構成は基本的に従来と同様でよいので、これ以上詳しい説明は省略する。
線源１は、窓１１（図２参照）から格子部２に向けて、被写体１０に対する透過性を有するＸ線を照射する構成となっている。線源１の構成は基本的に従来と同様でよいので、これ以上詳しい説明は省略する。
（格子部）
格子部２は、タルボ干渉計を構成する複数の格子を備えている。具体的には、格子部２は、Ｇ０格子（いわゆる線源格子）２１とＧ１格子（いわゆる位相格子）２２とＧ２格子（いわゆる解析格子）２３とを備えている。つまり、本実施形態の格子部２は、タルボ干渉計を構成するＧ１格子及びＧ２格子に加えて、タルボ・ロー干渉計を構成するＧ０格子をさらに備えている。
格子部２は、タルボ干渉計を構成する複数の格子を備えている。具体的には、格子部２は、Ｇ０格子（いわゆる線源格子）２１とＧ１格子（いわゆる位相格子）２２とＧ２格子（いわゆる解析格子）２３とを備えている。つまり、本実施形態の格子部２は、タルボ干渉計を構成するＧ１格子及びＧ２格子に加えて、タルボ・ロー干渉計を構成するＧ０格子をさらに備えている。
格子部２は、移動機構４による被写体１０の移動方向に沿う方向に配列されたＮ個（Ｎは２以上の自然数）の領域を備えている。具体的には、本実施形態の格子部２は、１番目の領域２０１と、２番目の領域２０２と、３番目の領域２０３とを備えている（図２参照）。領域の数としては、複数であればよく、４以上であってもよい。
各領域２０１～２０３に属する複数の格子２１～２３における隣接した格子構造の周期方向は、互いに異なったものとされている。これにより、本実施形態では、Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目（ただし１≦ｉ≦Ｎ－１）の領域に属する、複数の格子における格子構造の周期方向と、Ｎ個の領域のうちの第ｉ＋１番目の領域に属する、複数の格子における格子構造の周期方向とは、異なる方向とされている。図３には、Ｇ０格子２１の一例を示している。この格子においては、三つの領域２０１～２０３に応じて、異なる周期方向の格子構造を構成する格子部材２１１・２２１・２３１が設けられている。他の格子においても、同じ領域２０１～２０３においては同じ周期方向の格子構造とされており、異なる領域では、異なる周期方向とされている。
複数の格子２１～２３のうちの少なくとも一枚（例えばＧ２格子２３）は、「移動機構４による移動方向において少なくとも１周期以上の強度変動を有し、かつその強度変動が検出器３において計測可能であるモアレ干渉縞」を生成するため、「タルボ干渉計を構成するために配置されるべき位置において、Ｇ１格子２２によって生成された自己像に対し、角度θで回転して配置したもの」となっている（図４Ａ参照）。ただしθ≠０である。
さらに詳しくは、本実施形態における前記角度θ（rad）は、下記の範囲に設定されている：
ただし、
ｄ：Ｇ２格子の格子周期；
ｌi：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域の、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の幅；
ψi：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域で、Ｇ１格子によって生成された自己像における周期方向の角度（被写体移動方向と平行な方向を0°とする）；
ｐ：検出器の画素サイズ
である。なお式（１）の左項は、移動機構４による移動方向における回転モアレ干渉縞が生成する強度変動周期が、検出器３の検出面内で１周期以上観測できる条件を意味し、右項は、この強度変動周期が検出器３の３画素以上の幅を持つ条件を意味している。
ｄ：Ｇ２格子の格子周期；
ｌi：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域の、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の幅；
ψi：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域で、Ｇ１格子によって生成された自己像における周期方向の角度（被写体移動方向と平行な方向を0°とする）；
ｐ：検出器の画素サイズ
である。なお式（１）の左項は、移動機構４による移動方向における回転モアレ干渉縞が生成する強度変動周期が、検出器３の検出面内で１周期以上観測できる条件を意味し、右項は、この強度変動周期が検出器３の３画素以上の幅を持つ条件を意味している。
ここでψiがとる範囲は
となる。
このとき、各格子領域の配向角のうち、設計値からのずれ量をδψiとすると、
MAX(δψi)-MIN(δψi)＜2dcosψi
をとるような格子２１～２３を一枚の基板２４上に生成することが望ましい。
MAX(δψi)-MIN(δψi)＜2dcosψi
をとるような格子２１～２３を一枚の基板２４上に生成することが望ましい。
例えばd=5μm、l=10mm、ψ=45°、p=100μmとした場合、いずれかの格子２１～２３の回転角θ（rad）は、
0.00071 rad＜|θ|＜0.024 rad
の範囲内となる。
0.00071 rad＜|θ|＜0.024 rad
の範囲内となる。
また、liはψiに対して以下の条件を満たすように設定してもよい。
ただし、
L：N個全ての領域についての、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の総幅
である。なお式（３）は、移動機構４による移動方向における回転モアレ干渉縞が生成する強度変動周期が、検出器３の検出面内におけるＮ個全ての領域で、ψiによらず同数生成される条件である。これにより式（１）の左項がψiに依存せずＮ個の領域全てで一定の値をとるため、格子の調整が簡便になる。
L：N個全ての領域についての、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の総幅
である。なお式（３）は、移動機構４による移動方向における回転モアレ干渉縞が生成する強度変動周期が、検出器３の検出面内におけるＮ個全ての領域で、ψiによらず同数生成される条件である。これにより式（１）の左項がψiに依存せずＮ個の領域全てで一定の値をとるため、格子の調整が簡便になる。
ここで、Ｇ１格子２２による自己像におけるψiの取り方を図４Ｂに示す。図４Ｂでは、図中右端における領域２０１での周期方向の角度をψiとしている。
本実施形態の格子部２は、タルボ干渉計（タルボ・ロー干渉計である場合を含む）を構成するために必要な機械的構造及び幾何学的配置についての条件を満たしている。ただし、本実施形態においては、タルボ干渉計を構成する条件は、必要な検査を可能にするために十分な程度に満たされていればよく、数学的に厳密な意味で条件を満足する必要はない。
Ｇ０格子２１は、タルボ干渉計の一種であるタルボ・ロー干渉計を構成するための格子であって、吸収型格子が用いられる。Ｇ０格子により、タルボ・ロー干渉計の構成要素である微小光源アレイが実現される。Ｇ１格子は、通常は位相型格子とされるが、吸収型格子とすることも可能である。Ｇ２格子２３としては、吸収型格子が用いられる。
Ｇ０～Ｇ２格子２１～２３は、それぞれタルボ干渉計を構成するために決定される既定周期で配置された複数の格子部材２１１、２２１、２３１、及び、これらの格子部材を支持する基板２４をそれぞれ備えている（図３参照）。これにより、本実施形態における格子２１～２３は、いずれも、一枚の基板２４上に、異なる周期方向とされた格子構造が形成されたものとなっている。格子部材の既定周期は、タルボ・ロー干渉計を構成するために幾何学的に算出されるものであり、同じ格子における（つまり同じ基板２４上に立設された）格子部材２１１、２２１、２３１における既定周期は同一とされている。
本実施形態においては、１番目の領域２０１に属する格子部材は第１の方向、２番目の領域２０２に属する格子部材は第２の方向、３番目の領域２０３に属する格子部材は第３の方向と、それぞれ異なる方向に配列している。ここで第１の方向は、移動機構４による被写体１０の移動方向に対して－４５°の方向、第２の方向は、移動機構４による被写体１０の移動方向と平行な方向、第３の方向は、移動機構４による被写体１０の移動方向に対して＋４５°の方向とする。なお、これらの角度は、いずれかの格子を角度θで回転させる場合、回転前の角度である。また、第１～第３の方向は、必ずしも互いに直交する関係を含んでいなくてもよい。
それぞれの領域を透過したＸ線によるモアレ縞２０の一例を図５に示す。このモアレ縞２０は、Ｘ線の検出器３で観測される（この状態を図６に模式的に示す）。この時、干渉縞の空間周波数は、「移動機構４による被写体１０の移動方向において１／(検出器３の画素サイズ×３）cycle/mm以下」かつ「それぞれの部分領域内で１周期以上の強度変化が観測できる範囲内にある」のが望ましい。ここで本例では、厳密な干渉条件からずらすために、前記式（１）のように、Ｇ２格子２３を、Ｘ線投影による自己像に対して僅かに傾けている。
なお、式（１）の|θ|が大きくなりすぎると、検出器によっては縞の解像が困難となるため、２～ｌ/１０ｐの範囲内にモアレ縞２０の強度変化の周期を収めることが望ましい。これにより各領域において適切なモアレ縞が生成される（図５参照）。図５には、検出器３の画素サイズｐの一例を参考までに併せて示している。
Ｇ０～Ｇ２格子２１～２３における領域２０１～２０３の面積（格子部材２１１、２２１、２３１が配置される領域の面積）は、それぞれの格子２１～２３の位置と線源１の位置に応じて決定できる。ただし、各領域２０１～２０３の位置及び面積は、必要な干渉条件を満たす限り変更可能である。また、１枚の基板２４上の各領域２０１～２０３の面積がそれぞれ異なっていてもよい。例えば式（３）を満たすようなliに比例するよう、被写体の移動方向の領域長さをそれぞれ選択することで、各領域の強度変化の周期数が同数となり、格子の調整が簡便となる。
本実施形態のＧ０～Ｇ２格子２１～２３は、それぞれの格子部材２１１～２３１と線源１との距離が一定になるように、線源１を中心とした同心円状に配列されている（図１参照）。
また、Ｇ０～Ｇ２格子２１～２３は、被写体１０の並進方向に対して垂直方向に複数枚配列されており、これにより、視野の広さを格子一枚分以上に広げている。
（検出器）
検出器３は、格子部２を通過したＸ線を、強度分布画像として画素ごとに検出する構成となっている。具体的には、本実施形態の検出器３としては、被写体１０の移動方向とＸ線照射方向とが作る面に対して垂直方向に延伸された検出面において、画素ごとにＸ線を検出できるＸ線カメラが用いられている。
検出器３は、格子部２を通過したＸ線を、強度分布画像として画素ごとに検出する構成となっている。具体的には、本実施形態の検出器３としては、被写体１０の移動方向とＸ線照射方向とが作る面に対して垂直方向に延伸された検出面において、画素ごとにＸ線を検出できるＸ線カメラが用いられている。
検出器３は、格子部２における１～３番目の領域２０１～２０３のそれぞれを通過したＸ線を検出する構成となっている。また、検出器３の検出面内には、Ｐ×Ｑの画素で構成される矩形領域があり、移動機構４による被写体１０の移動方向がＰ方向またはＱ方向に平行となるように、検出器３の向きが設定されている。
（移動機構）
移動機構４は、格子部２に向けて照射されたＸ線を横切る方向に、被写体１０を格子部２に対して相対的に移動させる構成となっている。なお、本実施形態の移動機構４は、格子部２に対して被写体１０を移動させているが、被写体１０に対して格子部２を移動させることも可能である。また、移動方向としては、並進に限らず、回転であってもよい。例えば、被写体１０を中心として格子部２、線源１、検出器３等の装置を回転させることも可能である。
移動機構４は、格子部２に向けて照射されたＸ線を横切る方向に、被写体１０を格子部２に対して相対的に移動させる構成となっている。なお、本実施形態の移動機構４は、格子部２に対して被写体１０を移動させているが、被写体１０に対して格子部２を移動させることも可能である。また、移動方向としては、並進に限らず、回転であってもよい。例えば、被写体１０を中心として格子部２、線源１、検出器３等の装置を回転させることも可能である。
（処理部）
処理部５は、Ｘ線画像生成部５１と、アーティファクト処理部５２とを備えている（図７参照）。
処理部５は、Ｘ線画像生成部５１と、アーティファクト処理部５２とを備えている（図７参照）。
Ｘ線画像生成部５１は、検出器３で取得された複数枚の強度分布画像を用いてＸ線画像を生成する構成となっている。アーティファクト処理部５２は、生成されたＸ線画像におけるアーティファクトを、Ｘ線画像のうちで被写体１０の無い領域におけるＲＯＩ画像を用いて除去する構成となっている。処理部５の詳しい動作は、本実施形態のＸ線画像生成方法として後述する。
（制御部）
制御部６は、処理部５からの指示に基づいて移動機構４に指令を送り、必要なタイミングで被写体１０を移動させるようになっている。制御部６は、移動機構４からのフィードバックを受け取って被写体１０の位置を把握する構成であってもよい。本実施形態の制御部６は駆動部７の動作制御も行う（後述）。
制御部６は、処理部５からの指示に基づいて移動機構４に指令を送り、必要なタイミングで被写体１０を移動させるようになっている。制御部６は、移動機構４からのフィードバックを受け取って被写体１０の位置を把握する構成であってもよい。本実施形態の制御部６は駆動部７の動作制御も行う（後述）。
（駆動部）
駆動部７は、この実施形態では、被写体１０の移動方向とＸ線照射方向とがなす平面に対して垂直方向にＧ２格子２３を移動させる構成となっている。駆動部７は、Ｇ２格子２３を並進させるための適宜の機構、例えばボールねじ、リニアモータ、ピエゾ素子、静電アクチュエータなどを用いることが可能であるが、これらには制約されない。また、駆動部７は、Ｇ２格子２３に代えてＧ０格子２１又はＧ１格子２２を移動させる構成であってもよい。本実施形態の駆動部７は、制御部６からの指令によって、所定のタイミングで所定の向き（例えば往動方向又は復動方向）に格子を移動させる構成となっている。
駆動部７は、この実施形態では、被写体１０の移動方向とＸ線照射方向とがなす平面に対して垂直方向にＧ２格子２３を移動させる構成となっている。駆動部７は、Ｇ２格子２３を並進させるための適宜の機構、例えばボールねじ、リニアモータ、ピエゾ素子、静電アクチュエータなどを用いることが可能であるが、これらには制約されない。また、駆動部７は、Ｇ２格子２３に代えてＧ０格子２１又はＧ１格子２２を移動させる構成であってもよい。本実施形態の駆動部７は、制御部６からの指令によって、所定のタイミングで所定の向き（例えば往動方向又は復動方向）に格子を移動させる構成となっている。
（本実施形態のＸ線画像生成方法）
次に、本実施形態の装置を用いてＸ線画像を生成する方法を、図８をさらに参照しながら説明する。
次に、本実施形態の装置を用いてＸ線画像を生成する方法を、図８をさらに参照しながら説明する。
（図８のステップＳＡ－１）
このステップは、前記した特許文献４の手法を用いて、リファレンス画像（被写体がない状態でのモアレ画像）を生成するためのものである。
このステップは、前記した特許文献４の手法を用いて、リファレンス画像（被写体がない状態でのモアレ画像）を生成するためのものである。
まず被写体がない状態で、線源１から格子部２にＸ線を照射する。これにより、格子部２における第１～第３の領域２０１～２０３それぞれに対応する干渉縞（モアレ縞）を生成できる（図５参照）。
この状態において、駆動部７は、いずれかの格子（本実施形態ではＧ２格子）を等速かつ連続的に移動させる。これにより干渉縞を連続的に変化させることができる。
この動作と並行して、検出器３により、この干渉縞の連続的な変化を、継続的に（つまり動画として）撮影する。
ここで、駆動部７による格子の移動量は、１番目～３番目の各領域２０１～２０３それぞれにおける干渉縞について、少なくとも１周期以上となるようにする。
一般に、駆動部７による格子の移動方向と、１番目～３番目の領域２０１～２０３の格子方向（すなわち格子の周期方向）とがなす角は、領域ごとに異なる。すると、駆動部７の移動による、各領域における干渉縞の変化量もまたそれぞれ異なる。そこで、本実施形態では、前記のような手順を行う。
干渉縞を変化させながらの撮影が終了した後、駆動部７は初期状態に復帰する。すなわち、移動させられた格子は初期の位置に戻る。
ついで、処理部５は、１周期以上連続的に変化した干渉縞の一連の画像から、第１～第３の領域２０１～２０３のそれぞれにおいて、１／Ｍ周期ごとの離散的な画素値（変化）の集合であるＭ枚の画像Ａｋ（特許文献４参照）を作成する。
この離散的なＭ枚の干渉縞画像から、画素値正規化のための平均強度分布Ａ０を、第１～第３の領域２０１～２０３のそれぞれにおいて作成する。
さらに、検出器３上で生成された干渉縞において、「移動機構４による搬送方向と平行な方向に沿って干渉縞の変化の１周期分をＭ等分して生成される領域」におけるｋ番目に相当する領域の画素数の合計値Gk(q)（特許文献３におけるＮｋ（ｙ）に相当）の分布を、１番目の領域２０１、２番目の領域２０２、３番目の領域２０３についてそれぞれ作成する。
前記以外の手法は、前記した特許文献４と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
（図８のステップＳＡ－２）
ついで、移動機構４により被写体を移動させながら、実質的な縞走査を行う。この手法は、前記した特許文献３における手法と同様である。なお、前記したステップＳＡ－１の手法は、この特許文献３における、サンプルの無い状態での位相マップ（いわばリファレンス画像）の生成を、特許文献４の手法を用いて行うものといえる。
ついで、移動機構４により被写体を移動させながら、実質的な縞走査を行う。この手法は、前記した特許文献３における手法と同様である。なお、前記したステップＳＡ－１の手法は、この特許文献３における、サンプルの無い状態での位相マップ（いわばリファレンス画像）の生成を、特許文献４の手法を用いて行うものといえる。
このステップＳＡ－２において、移動機構４により移動させられる被写体１０は、線源１からのＸ線照射中に、１番目の領域２０１、２番目の領域２０２、３番目の領域２０３を、格子部２に対して相対的に並進移動しながら通過する（図６参照）。その間、検出器３は、格子部２を透過したＸ線の強度を連続的に計測する。
このときの並進速度をｖ、検出器３上の画素位置（ｐ，ｑ）におけるｔフレーム目の強度をI(p, q, t)とすると、検出器３上における被写体の相対的な位置は(p=x+vt, q=y)なので、拡大率を含めた被写体１０の相対的移動速度に対しtフレーム目の強度はI(p-vt, q, t)と記述できる。
すると、ステップＳＡ－１で求めたA0(p,q)、Gk(q)より、検出器３上の画素位置（ｐ，ｑ）における、干渉縞のｋ／Ｍ番目の位相量に相当する周期領域の強度は、
Jk(p, q)=Σ[I(p-vt, q, t)/A0(p, q)/Gk(q)]
と表現できる。
Jk(p, q)=Σ[I(p-vt, q, t)/A0(p, q)/Gk(q)]
と表現できる。
（図８のステップＳＡ－３）
したがって、本実施形態の処理部５により、
吸収像Abs(p, q)=ΣJk(p, q)
微分位相像φ(p, q)=arg[ΣJk(p,q)exp(i2πk/n)]
ビジビリティ像Vis(p, q)=2|ΣJk(p,q)exp(i2πk/n)|/Abs(p,q)
を、１番目の領域２０１、２番目の領域２０２、３番目の領域２０３においてそれぞれ算出できる。
したがって、本実施形態の処理部５により、
吸収像Abs(p, q)=ΣJk(p, q)
微分位相像φ(p, q)=arg[ΣJk(p,q)exp(i2πk/n)]
ビジビリティ像Vis(p, q)=2|ΣJk(p,q)exp(i2πk/n)|/Abs(p,q)
を、１番目の領域２０１、２番目の領域２０２、３番目の領域２０３においてそれぞれ算出できる。
前記以外の手法は、前記した特許文献３の手法と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。
（図８のステップＳＡ－４）
ついで、本実施形態では、ここで得られた各領域のビジビリティ像に対し、ストライプ状のアーティファクトの除去処理を行う。この処理は、「撮影開始位置及び撮影終了位置付近において被写体が存在しない領域」をROIに設定し、このROIでの画素値を利用して行う。
ついで、本実施形態では、ここで得られた各領域のビジビリティ像に対し、ストライプ状のアーティファクトの除去処理を行う。この処理は、「撮影開始位置及び撮影終了位置付近において被写体が存在しない領域」をROIに設定し、このROIでの画素値を利用して行う。
ここで、被写体１０のない状態において、１番目の領域２０１で得られたビジビリティ像強度をVis10、２番目の領域２０２で得られたビジビリティ強度をVis20、３番目の領域２０３で得られたビジビリティ強度をVis30とする。さらに、被写体のある状態においての前記のそれぞれのビジビリティ強度をVis1、Vis2、Vis3とする。すると、各領域での散乱強度はそれぞれ、
S1=-ln(Vis1/Vis10)、
S2=-ln(Vis2/Vis20)、
S3=-ln(Vis3/Vis30)
と表記できる。被写体１０の無い領域をROIに指定することにより、前記の計算を用いてアーティファクト除去が可能になる。ROIの具体的な取り方や計算方法は、下記実施例１～３において説明する。
S1=-ln(Vis1/Vis10)、
S2=-ln(Vis2/Vis20)、
S3=-ln(Vis3/Vis30)
と表記できる。被写体１０の無い領域をROIに指定することにより、前記の計算を用いてアーティファクト除去が可能になる。ROIの具体的な取り方や計算方法は、下記実施例１～３において説明する。
（配向度情報の取得）
以上の考察に基づき、
全方向散乱成分分布Sall=(S2+S3)/2
異方成分分布Saniso=√((S1-Sall)2+(S2-Sall)2)
配向度Orientation=Saniso/Sall
主配向方向分布θmain=0.5*atan2(2(S1-Sall),2(S2-Sall))
をそれぞれ求めることができる。この計算は処理部５で行うことができる。
以上の考察に基づき、
全方向散乱成分分布Sall=(S2+S3)/2
異方成分分布Saniso=√((S1-Sall)2+(S2-Sall)2)
配向度Orientation=Saniso/Sall
主配向方向分布θmain=0.5*atan2(2(S1-Sall),2(S2-Sall))
をそれぞれ求めることができる。この計算は処理部５で行うことができる。
本実施形態では、前記のようにして、複数方向における位相コントラスト情報を取得することができる。ここで、従来の技術では、試料を回転する必要があったため、視野が狭くなり、また、装置構成が複雑化するという問題があった。これに対して、本実施形態の技術では、試料回転を行わずに複数方向での位相コントラスト情報を得ることができるので、装置構成が簡略化するだけでなく、広い視野を得ることができるという利点がある。
また、本実施形態では、いずれかの格子を角度θだけ回転させることとしたので、各領域において、Ｘ線画像の生成に適切なモアレ縞を確実に発生させることができるという利点がある。
さらに、本実施形態では、基板２４上に格子部材２１１、２２１、２３１を立設したので、格子部材２１１、２２１、２３１を別々に構成して配置する場合に比較して、装置への格子２１～２３の設置作業を容易とすることができる。
また、格子部材２１１、２２１、２３１を別々に構成して装置に設置すると、格子部材の間に隙間を生じ、ファン角において格子が幅広となってしまう。これに対して、本実施形態では、基板２４上に格子部材２１１、２２１、２３１を立設したので、格子部材２１１、２２１、２３１の間の隙間を極小に（好ましくは０に）することができ、ファン角の広がりを防止することができる。これにより、無駄なＸ線の照射を抑制することが可能になる。
なお、本実施形態においてアーティファクト除去処理を省略することは可能である。
（実施例１）
ついで、本実施形態の実施例１に係るアーティファクト除去処理の手法を、図９をさらに参照しながら説明する。この実施例１の説明においては、前記した一実施形態の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
ついで、本実施形態の実施例１に係るアーティファクト除去処理の手法を、図９をさらに参照しながら説明する。この実施例１の説明においては、前記した一実施形態の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
本実施例では、まず、得られた画像中の画素値をI(x,y)とする。ついで、以下の手法を用いる。
（１）被写体の存在しない矩形領域１００（図９中太線参照）を設定し、領域のX座標両端をXroi1、Xroi2とする（図９（ａ））。
（２）Ibg(y)=(1/(Xroi2-Xroi1+1))ΣI(x,y)により、Y座標ごとにXroi1からXroi2の間における画素値の平均値をとる。
（３）吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(y)
でそれぞれを補正する。これにより、アーティファクト除去を行うことができる（図９（ｂ）参照）。
（１）被写体の存在しない矩形領域１００（図９中太線参照）を設定し、領域のX座標両端をXroi1、Xroi2とする（図９（ａ））。
（２）Ibg(y)=(1/(Xroi2-Xroi1+1))ΣI(x,y)により、Y座標ごとにXroi1からXroi2の間における画素値の平均値をとる。
（３）吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(y)
でそれぞれを補正する。これにより、アーティファクト除去を行うことができる（図９（ｂ）参照）。
（実施例２）
ついで、実施例２に係るアーティファクト除去処理の手法を、図１０をさらに参照しながら説明する。この実施例２の説明においては、前記した実施例１の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
ついで、実施例２に係るアーティファクト除去処理の手法を、図１０をさらに参照しながら説明する。この実施例２の説明においては、前記した実施例１の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
本実施例では、以下の手法を用いる。得られた画像中の画素値をI(x,y)とする。
（１）被写体１０の存在しない矩形領域１０１・１０２（図１０（ａ）の太線参照）を、スキャン開始点付近と終了点付近の２箇所において設定する。ここで、矩形領域のＸ座標端を、スキャン開始点付近においてXroi11、Xroi12とし、スキャン終了点付近においてXroi21、Xroi22とする。
（２）ついで、２領域１０１・１０２の平均をそれぞれとる。具体的には、
Ibg1(y)=(1/(Xroi12-Xroi11+1))ΣI(x,y)
Ibg2(y)=(1/(Xroi22-Xroi21+1))ΣI(x,y)
をｙごとに算出する。
（３）二つの領域１０１・１０２間でＸ方向において一次関数的に画素値が変化すると仮定する。
Ibg(x,y)=Ibg1(y)+x*(Ibg2(y)-Ibg1(y))/(Xroi21-Xroi11+1)
とする。
（４）吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(x,y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(x,y)
により、それぞれの像を補正することができる。これにより、アーティファクト除去を行うことができる（図１０（ｂ）参照）。
（１）被写体１０の存在しない矩形領域１０１・１０２（図１０（ａ）の太線参照）を、スキャン開始点付近と終了点付近の２箇所において設定する。ここで、矩形領域のＸ座標端を、スキャン開始点付近においてXroi11、Xroi12とし、スキャン終了点付近においてXroi21、Xroi22とする。
（２）ついで、２領域１０１・１０２の平均をそれぞれとる。具体的には、
Ibg1(y)=(1/(Xroi12-Xroi11+1))ΣI(x,y)
Ibg2(y)=(1/(Xroi22-Xroi21+1))ΣI(x,y)
をｙごとに算出する。
（３）二つの領域１０１・１０２間でＸ方向において一次関数的に画素値が変化すると仮定する。
Ibg(x,y)=Ibg1(y)+x*(Ibg2(y)-Ibg1(y))/(Xroi21-Xroi11+1)
とする。
（４）吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(x,y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(x,y)
により、それぞれの像を補正することができる。これにより、アーティファクト除去を行うことができる（図１０（ｂ）参照）。
（実施例３）
ついで、実施例３に係るアーティファクト除去処理の手法を、図１１をさらに参照しながら説明する。この実施例３の説明においては、前記した実施例１の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
ついで、実施例３に係るアーティファクト除去処理の手法を、図１１をさらに参照しながら説明する。この実施例３の説明においては、前記した実施例１の手法と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより説明を省略する。
本実施例では、以下の手法を用いる。
（１）被写体がない状態での撮影を行う。ついで、直線上の領域（ROI）１０３（図１１（ａ）の太線）を設定し、そのＸ方向両端をそれぞれXroi1、Xroi2とする。
（２）Xroi1からXroi2までの領域の画素値I(x,y)を、ｙごとに、二次関数Ax2+Bx+Cでフィッティングする。すなわち、Ibg(x,y)=A(y)x2+B(y)x+C(y)とし、yごとの係数A(y)、B(y)、C(y)を決定する。
（３）吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(x,y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(x,y)
でそれぞれの像を補正することができる。これにより、アーティファクト除去を行うことができる（図１１（ｂ）参照）。
（１）被写体がない状態での撮影を行う。ついで、直線上の領域（ROI）１０３（図１１（ａ）の太線）を設定し、そのＸ方向両端をそれぞれXroi1、Xroi2とする。
（２）Xroi1からXroi2までの領域の画素値I(x,y)を、ｙごとに、二次関数Ax2+Bx+Cでフィッティングする。すなわち、Ibg(x,y)=A(y)x2+B(y)x+C(y)とし、yごとの係数A(y)、B(y)、C(y)を決定する。
（３）吸収像・散乱像では
Ioff(x,y)=I(x,y)/Ibg(x,y)、
屈折像では
Ioff(x,y)=I(x,y)-Ibg(x,y)
でそれぞれの像を補正することができる。これにより、アーティファクト除去を行うことができる（図１１（ｂ）参照）。
なお、前記実施形態及び各実施例の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。
例えば、微小焦点Ｘ線源を用いてＧ０格子を省略する構成（つまりタルボ干渉計構成）も可能である。この場合、Ｇ１格子及びＧ２格子において、格子部材の周期方向を、領域ごとに異ならせればよい。
また、前記した実施形態では、各格子を、線源１を中心とした同心円状に形成したが、平板状とすることもできる。
さらに、本実施形態では、各格子において、三つの周期方向を持つように構成し、３方向への異方性を検出できるものとしたが、二つの周期方向を持つように構成して、２方向への異方性を検出する構成であってもよい。
１ 線源
１１ 窓
２ 格子部
２０１ １番目の領域
２０２ ２番目の領域
２０３ ３番目の領域
２１ Ｇ０格子
２１１ 格子部材（格子構造）
２２ Ｇ１格子
２２１ 格子部材（格子構造）
２３ Ｇ２格子
２３１ 格子部材（格子構造）
２４ 基板
３ 検出器
４ 移動機構
５ 処理部
５１ Ｘ線画像生成部
５２ アーティファクト処理部
６ 制御部
７ 駆動部
１０ 被写体
２０ モアレ縞
１００・１０１・１０２・１０３ 画像中の領域（ＲＯＩ）
１１ 窓
２ 格子部
２０１ １番目の領域
２０２ ２番目の領域
２０３ ３番目の領域
２１ Ｇ０格子
２１１ 格子部材（格子構造）
２２ Ｇ１格子
２２１ 格子部材（格子構造）
２３ Ｇ２格子
２３１ 格子部材（格子構造）
２４ 基板
３ 検出器
４ 移動機構
５ 処理部
５１ Ｘ線画像生成部
５２ アーティファクト処理部
６ 制御部
７ 駆動部
１０ 被写体
２０ モアレ縞
１００・１０１・１０２・１０３ 画像中の領域（ＲＯＩ）
Claims (5)
- Ｘ線の強度分布画像を用いて、被写体のＸ線画像を生成するための装置であって、
線源と、格子部と、検出器と、移動機構とを備えており、
前記線源は、前記格子部に向けてＸ線を照射する構成となっており、
前記格子部は、タルボ干渉計を構成する複数の格子を備えており、
前記検出器は、前記格子部を通過した前記Ｘ線を、前記強度分布画像として検出する構成となっており、
前記移動機構は、前記格子部に向けて照射された前記Ｘ線を横切る方向に、前記被写体を前記格子部に対して相対的に移動させる構成となっており、
前記格子部は、前記移動機構による移動方向に沿う方向に配列されたＮ個（ただし２≦Ｎ）の領域を備えており、
前記Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目（ただし１≦ｉ≦Ｎ－1）の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向と、前記Ｎ個の領域のうちの第ｉ＋１番目の領域に属する、前記複数の格子における格子構造の周期方向とが、異なる方向とされており、
前記複数の格子は、前記タルボ干渉計を構成するＧ１格子とＧ２格子とを備えており、
前記Ｇ２格子における前記Ｎ個の領域での周期方向は、前記格子部のＧ１格子によって生成されかつＮ個の周期方向を持つ自己像に対して、一様に角度θ（ただしθ≠０）で回転して配置されており、これによって前記Ｎ個全ての領域でモアレ干渉縞を生成するようになっており、
前記角度θは、前記Ｎ個全ての領域において下記の範囲を満たしており、
ただし、
ｄ：Ｇ２格子の格子周期；
ｌ i ：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域の、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の幅；
ψ i ：Ｎ個の領域のうちの第ｉ番目の領域で、Ｇ１格子によって生成された自己像における周期方向の角度（被写体移動方向と平行な方向を0°とする）；
ｐ：検出器の画素サイズ
であり、
これによって、前記複数の格子は、前記Ｎ個全ての領域で生成されたモアレ干渉縞が、いずれも、前記検出器でその周期的な強度変動を計測することができ、かつ前記移動機構による移動方向において少なくとも１周期以上の強度変動を有するように構成されている、
Ｘ線画像生成装置。 - 前記画像検出領域の幅ｌiが、前記Ｎ個全ての領域において下記の範囲を満たす、
請求項１に記載のＸ線画像生成装置：
ただし、
L：N個全ての領域についての、被写体の移動方向における、検出器上での画像検出領域の総幅。 - 前記複数の格子は、いずれも、一枚の基板上に、異なる周期方向とされた前記格子構造が形成されたものとなっている
請求項１又は２に記載のＸ線画像生成装置。 - 前記複数の格子は、タルボ・ロー干渉計を構成するＧ０格子をさらに備えている
請求項１～３のいずれか１項に記載のＸ線画像生成装置。 - さらに処理部を備えており、
前記処理部は、Ｘ線画像生成部と、アーティファクト処理部とを備えており、
前記Ｘ線画像生成部は、前記検出器で取得された複数枚の強度分布画像を用いてＸ線画像を生成する構成となっており、
前記アーティファクト処理部は、前記Ｘ線画像におけるアーティファクトを、前記Ｘ線画像のうちで被写体の無い領域におけるＲＯＩ画像を用いて除去する構成となっている
請求項１～４のいずれか１項に記載のＸ線画像生成装置。
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