CN103027701A - 放射线成像设备和图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供放射线成像设备和图像处理方法。一种放射线成像设备设置有微分相位图像产生部、相位解缠部、统计运算部和校正处理部。微分相位图像产生部基于利用X射线图像检测器获得的图像数据产生其中像素值被缠卷到预定范围α中的微分相位图像。相位解缠部对于微分相位图像执行相位解缠过程。统计运算部由在解缠微分相位图像中分割的每一个子区域中的像素值的统计运算获得众数。各个子区域是其中由相位解缠过程引起的误差将被校正的单元。校正处理部对于每一个像素计算允许在众数和每一个像素的像素值之间的差值Δ满足nα-α/2≤Δ<nα+α/2的整数“n”，并且从各个像素值减去n·α。因此，误差得到校正。

Description

放射线成像设备和图像处理方法

技术领域

本发明涉及一种用于基于由被检体引起的放射线的相移来检测图像的放射线成像设备和一种用于在放射线成像设备中使用的图像处理方法。

背景技术

放射线例如X射线根据构成物质的元素的重量（原子序数）以及物质的密度和厚度而衰减。通过利用这个衰减特性，在医疗诊断和非破坏检测中使用X射线作为用于检查被检体的内部的探测器。

普通的X射线成像设备设置有用于发射X射线的X射线源和用于检测X射线的X射线图像检测器。被检体被置放在X射线源和X射线图像检测器之间。从X射线源发射的X射线被被检体衰减或者吸收并且然后入射在X射线图像检测器上。结果，使用X射线图像检测器检测到反映由被检体引起的X射线的强度变化的图像。

物质的X射线吸收性能随着构成物质的元素的原子序数降低而降低。这引起不能在活体软组织或者柔软材料的X射线吸收图像中获得足够的对比度的问题。例如，构成人体的关节的软骨部分和包围软骨部分的滑液主要地由水构成，从而在它们的X射线吸收量之间存在很小的差异，这导致在对比度中的差异很小。

近来，已经活跃地研究了X射线相位成像以解决以上问题。X射线相位成像被用于基于由X射线通过其的被检体引起的X射线的相移，而非强度改变，来获得图像（此后被称作相位对比图像）。X射线相位成像是基于以下事实对于X射线的相移成像的方法，即，当X射线在被检体上入射时，X射线的相移在幅度方面比X射线的强度变化更大。由此，即便被检体由在X射线吸收性方面具有很小的差异的成分构成，也获得了高对比度图像。作为一种类型的X射线相位成像设备，使用X射线泰伯（Talbot）干涉仪检测X射线的相移的X射线成像设备是已知的。X射线泰伯干涉仪使用两个衍射光栅和X射线图像检测器（例如见美国专利No.7，180，979（对应于WO2004/058070））。

在X射线成像设备中，当从X射线源观察时，第一衍射光栅被置放在被检体后面。第二衍射光栅被以泰伯长度放置在第一衍射光栅的下游处。X射线图像检测器被置放在第二衍射光栅后面。泰伯长度是在第一衍射光栅和通过第一衍射光栅的X射线在此处由于泰伯（Talbot）效应而形成第一衍射光栅的自身图像（条纹图像）的位置之间的距离。泰伯长度由第一衍射光栅的光栅栅距和X射线波长确定。通过由于由被检体引起的相移所引起的、X射线的折射来调制自身图像。通过检测调制量而产生表示相移的图像。

作为一种用于检测调制量的方法，条纹扫描方法是已知的。在条纹扫描方法中，第二衍射光栅沿着平行于第一衍射光栅并且垂直于第一衍射光栅的光栅线（栅线）的方向以预定扫描间距相对于第一衍射光栅以平移方式移动（扫描）。每次第二衍射光栅移动时，X射线源都发射X射线并且X射线检测器对于通过被检体以及第一和第二衍射光栅的X射线成像。从表示在扫描期间利用X射线图像检测器获得的各个像素的像素值的变化的强度调制信号计算相移值（从被检体不存在时的初始位置的相位差）。由此，与调制量有关的图像得以产生。被称作微分相位图像的图像反映被检体的折射率，并且对应于X射线的相移的微分值。

如在美国专利No.7，180，979中所公开地，使用用于提取复数的辐角的函数（arg[…]）或者反正切函数（tan^-1[…]）计算相移值。相应地，微分相位图像由被缠卷到函数的范围（-π到+π，或者-π/2到+π/2）中的值表示。“缠卷”微分相位图像可以在值在此处从范围的上限改变为下限或者从其下限改变为上限的数据点处具有相位不连续点。执行相位解缠过程以消除相位不连续点并且使得值平滑地改变（例如，见日本专利特开公开No.2011-045655）。

相位解缠过程从微分相位图像中的始点开始并且沿着路径顺序地执行。当在路径中检测到相位不连续点时，对应于上述函数的范围的值被添加到相位不连续点上及其后的各个数据或者被从其减去。由此，相位不连续点被消除，从而使得数据是连续的。

当被检体包括具有高X射线吸收特性的身体部位例如骨部时，该身体部位显著地衰减X射线。这降低了强度调制信号的强度和振幅。在带有具有高X射线吸收特性的身体部位的区域中，相移值的计算准确度降低，这经常导致相位解缠误差。当在被错误地检测为相位不连续点的正常数据点上执行相位解缠过程时，相位解缠误差发生。当相位不连续点被错误地检测为正常数据点并且相位解缠过程未被执行时，相位解缠误差也发生。

例如，当骨部处于相位解缠过程的路径上并且引起相位解缠误差时，误差值（对应于上述函数的范围）被添加到在路径上的随后的数据。这沿着相位解缠过程的路径的方向在微分相位图像中引起条带噪声。当条带噪声与软组织例如软骨部分重叠时，条带噪声阻碍是在X射线相位成像中感兴趣的区域的软组织的成像。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于校正相位解缠误差以获得不含条带噪声的微分相位图像的放射线成像设备，和一种用于校正相位解缠误差的图像处理方法。

本发明的放射线成像设备包括放射线图像检测器、光栅单元、微分相位图像产生部、相位解缠部、统计运算部和校正处理部。放射线图像检测器检测从放射线源发射并且通过被检体的放射线，并且产生图像数据。光栅单元被置放在放射线源和放射线图像检测器之间。微分相位图像产生部基于利用放射线图像检测器获得的图像数据产生微分相位图像。微分相位图像具有被缠卷到范围α中的像素值。相位解缠部对于微分相位图像执行相位解缠过程。统计运算部由在相位解缠过程之后的微分相位图像中分割的每一个子区域中的像素的像素值的统计运算获得基准值。子区域是其中由相位解缠过程引起的误差将被校正的单元。校正处理部校正由相位解缠处理引起的误差。校正处理部对于子区域中的具有不同于基准值的像素值的每一个像素计算整数n。整数n允许在基准值和像素值之间的差值Δ满足nα-α/2≤Δ<nα+α/2。校正处理部从各个像素值减去n·α。

优选的是，基准值是在子区域中的像素值的众数。

优选的是，该放射线成像设备进一步包括用于基于在相位解缠过程之后的微分相位图像确定子区域的尺寸的尺寸确定部。

优选的是，尺寸确定部基于在微分相位图像中的每一个预定区域中的平均像素值计算在微分相位图像中的像素值之间的最大变化量。优选的是，尺寸确定部基于在最大变化量和微分相位图像的尺寸之间的比率确定子区域的尺寸。

优选的是，所述区域位于微分相位图像的四个分别的角部中。

优选的是，尺寸确定部根据微分相位图像的尺寸的比率确定子区域的尺寸，以便在子区域中的像素值之间的变化量小于或者等于范围α。

优选的是，尺寸确定部基于平均像素值计算沿着微分相位图像的宽度方向、长度方向和对角方向中的每一个方向在像素值之间的最大变化量。优选的是，尺寸确定部基于沿着宽度方向的最大变化量和沿着对角方向的最大变化量确定子区域的宽度。优选的是，尺寸确定部基于沿着长度方向的最大变化量和沿着对角方向的最大变化量确定子区域的长度。

优选的是，子区域被定位以对整个微分相位图像进行分割。

优选的是，相邻的子区域被定位成相互重叠。

优选的是，该放射线成像设备进一步包括存储部和偏移处理部。存储部存储在不存在被检体时捕获的微分相位图像作为偏移图像。偏移处理部从相位解缠误差得到校正的微分相位图像减去偏移图像。

优选的是，光栅单元由第一光栅和第二光栅构成。第一光栅通过来自放射线源的放射线以形成第一周期图案图像，并且第二光栅部分地阻挡第一周期图案图像以形成第二周期图案图像，并且放射线图像检测器检测第二周期图案图像以产生图像数据。

优选的是，光栅单元设置有扫描机构。扫描机构以预定的扫描间距移动第一光栅或者第二光栅并且顺序地将第一光栅或者第二光栅置于每一个扫描位置。每次第一光栅或者第二光栅被移动到扫描位置之一时放射线图像检测器检测第二周期图案图像并且产生图像数据。微分相位图像产生部基于由放射线图像检测器产生的图像数据产生微分相位图像。

优选的是，扫描机构沿着垂直于光栅线的方向移动第一光栅或者第二光栅。

优选的是，扫描机构沿着相对于光栅线倾斜的方向移动第一光栅或者第二光栅。

优选的是，微分相位图像产生部基于利用放射线图像检测器获得的单个图像数据产生微分相位图像。

优选的是，第一光栅是以几何光学方式投射入射的放射线以产生第一周期图案图像的吸收型光栅。

优选的是，第一光栅是吸收型光栅或者相位型光栅，并且第一光栅产生泰伯效应以产生第一周期图案图像。

优选的是，该放射线成像设备进一步包括用于部分地阻挡来自放射线源的放射线以分散焦斑的多狭缝。

本发明的一种图像处理方法包括解缠步骤、分割步骤、统计运算步骤、计算步骤、校正步骤和重复步骤。在解缠步骤中，对于具有被缠卷到范围α中的像素值的微分相位图像执行相位解缠过程。在分割步骤中，在解缠步骤之后将微分相位图像分割成子区域。各个子区域是其中相位解缠误差将被校正的单元。每一个子区域包含多个像素。在统计运算步骤中，由子区域中的像素的像素值的统计运算获得基准值。在计算步骤中，对于子区域中具有不同于基准值的像素值的每一个像素计算整数n。整数n允许在基准值和各个像素值之间的差值Δ满足nα-α/2≤Δ<nα+α/2。在校正步骤中，从子区域中的不同于基准值的各个像素值减去n·α以校正相位解缠误差。在重复步骤中，重复统计运算步骤、计算步骤和校正步骤直至相位解缠误差在每一个子区域中均被校正。

优选的是，该图像处理方法包括用于基于在解缠步骤之后分割步骤之前的微分相位图像确定每一个子区域的尺寸的确定步骤。

根据本发明，获得了不含由相位解缠误差引起的条带噪声的微分相位图像。

附图简要说明

当结合附图阅读时，从优选实施例的以下详细描述，本发明的以上和其它目的以及优点将是更加清楚的，其中贯穿数个视图地，类似的附图标记表示类似的或者相应的部分，并且其中：

图1是X射线成像设备的框图；

图2是X射线图像检测器的示意性视图；

图3是第一和第二光栅的解释性视图；

图4是示出强度调制信号的曲线图；

图5是图像处理器的框图；

图6是示出相位解缠过程的始点和路径的解释性视图；

图7是相位解缠过程的解释性视图；

图8是示出相位解缠误差如何发生的解释性视图；

图9是在相位解缠过程之后的微分相位图像的示意性视图；

图10是通过实例示出如何确定子区域的解释性视图；

图11是示出如何校正相位解缠误差的解释性视图；

图12是示出像素值的频率的频率柱状图；

图13是示出在相位解缠误差的校正和频率柱状图之间的关系的解释性视图；

图14是示出初步成像的步骤的流程图；

图15是示出主要成像的步骤的流程图；

图16是示出如何确定子区域的另一个实例的解释性视图；

图17是示出如何校正相位解缠误差的另一个实例的解释性视图；并且

图18是其中在偏移处理之后校正相位解缠误差的配置的框图。

具体实施方式

在图1中，X射线成像设备10设置有X射线源11、光栅单元12、X射线图像检测器13、存储器14、图像处理器15、图像存储单元16、成像控制器17、控制台18和系统控制器19。X射线源11例如具有旋转阳极类型X射线管和准直器。准直器限制X射线场。成像控制器17控制X射线源11以朝向被检体9发射X射线。

光栅单元12设置有第一光栅21、第二光栅22和扫描机构23。第一和第二光栅21和22沿着是X射线发射方向的Z方向与X射线源11相对地定位。在X射线源11和第一光栅21之间存在足以安置被检体9的空间。X射线图像检测器13例如是使用半导体电路的平板检测器。X射线图像检测器13被置放在第二光栅22后面从而X射线图像检测器13的检测面13a垂直于Z方向。

第一光栅21是吸收型光栅。第一光栅21设置有多个X射线吸收部21a和多个X射线透射部21b，这两者均沿着垂直于Z方向的Y方向延伸。X射线吸收部21a和X射线透射部21b沿着垂直于Z和Y方向的X方向交替地布置，从而形成条状图案。类似于第一光栅21，第二光栅22是吸收型光栅并且设置有多个X射线吸收部22a和多个X射线透射部22b，这两者均沿着Y方向延伸并且沿着X方向交替地布置。X射线吸收部21a和22a由吸收X射线的金属例如金（Au）、铂（Pt）等形成。X射线透射部21b和22b是间隙，或者由X射线透射性材料诸如硅（Si）或者树脂形成。

从X射线源11发射的X射线的一部分通过第一光栅21以形成第一周期图案图像（在下文中被称作G1图像）。G1图像的一部分通过第二光栅22以形成第二周期图案图像（在下文中被称作G2图像）。换言之，第二光栅22部分地阻挡G1图像以形成G2图像。在被检体9不存在时，G1图像基本与第二光栅22的光栅图案相一致。

X射线图像检测器13检测G2图像以产生图像数据。存储器14暂时地存储从X射线图像检测器13读出的图像数据。图像处理器15基于被存储在存储器14中的图像数据产生微分相位图像，并且基于微分相位图像产生相位对比图像。图像存储单元16存储微分相位图像和相位对比图像。

扫描机构23沿着X方向以平移方式移动第二光栅22从而相对于第一光栅21顺次地改变第二光栅22的位置。扫描机构由压电致动器或者静电致动器构成。成像控制器17控制并且驱动扫描机构23以执行将在下面描述的条纹扫描。使用X射线图像检测器13在条纹扫描的各个扫描位置处获得的图像数据被存储在存储器14中。

控制台18设置有操作单元18a和监视器18b。操作单元18a由鼠标、键盘等构成。操作单元18a被用于设定成像条件诸如管电压、管电流和曝光时间，以在成像模式之间切换，并且用于输入操作命令以例如执行成像。成像模式包括初步成像模式和主要成像模式。在主要成像模式中，在被检体9被置放在X射线源11和第一光栅21之间时执行成像（在下文中可以被称作主要成像）。在初步成像模式中，在被检体9不存在时执行成像（在下文中可以被称作初步成像）。执行初步成像以获得由制造误差或者第一和第二光栅21和22的排布（alignment）误差引起的背景分量，作为将在下面描述的偏移图像。

监视器18b显示微分相位图像和相位对比图像，这两者均被存储在图像存储单元16中，和成像信息诸如成像条件。系统控制器19响应于从操作单元18a输入的信号来控制各个部。

在图2中，X射线图像检测器13具有被二维地布置的多个像素单元30。每一个像素单元30设置有像素电极31和TFT（薄膜晶体管）32。像素电极31收集由于入射的X射线而在半导体薄膜（未示出）中产生的电荷。TFT32被用于读出由像素电极31收集的电荷。例如从无定形硒形成半导体薄膜。

X射线图像检测器13设置有栅极扫描线33、扫描电路34、信号线35和读出电路36。为每行像素单元30提供栅极扫描线33。扫描电路34向各条栅极扫描线33供应扫描信号以接通和关断TFT32。为每列像素单元30提供信号线35。读出电路36通过信号线35从像素单元30读出电荷，并且将电荷转换成图像数据并且输出图像数据。像素单元30的层配置类似于例如在日本专利特开公开No.2002-26300中公开的层配置。

读出电路36设置有积分放大器、A/D转换器、校正电路等（全部未示出）。积分放大器对通过信号线35从各个像素单元30输出的电荷进行积分以产生图像信号。A/D转换器将由积分放大器产生的图像信号转换成数字图像数据。校正电路对于图像数据执行例如暗电流校正、增益校正和线性校正。此后，图像数据被存储在存储器14中。

X射线图像检测器13不限于使用半导体薄膜以直接地将入射的X射线转换成电荷的直接转换类型。X射线图像检测器13可以是使用由碘化铯（CsI）、硫氧化钆（GOS）等制成以将入射的X射线转换成可见光的闪烁器和用于将可见光转换成电荷的光电二极管的间接转换类型。X射线图像检测器13可以设置有闪烁器和CMOS传感器的组合。

在图3中，X射线源11从是发光点的X射线焦斑11a发射锥形X射线束。第一光栅21被配置为以不引起泰伯效应的基本上几何光学的方式投射通过X射线透射部21b的X射线。更加具体地，X射线透射部21b沿着X方向的宽度足够地大于从X射线源11发射的X射线的峰值波长。由此，大部分X射线并不通过第一光栅21衍射。例如，当X射线源11的旋转阳极由钨制成并且管电压被设为50kV时，X射线的峰值波长大致为

在此情形中，X射线透射部21b的宽度在1到10μm的量级上。

由此，与距第一光栅21的距离无关地在沿着Z方向的第一光栅21下游的任何位置处形成是第一光栅21的自身图像的G1图像。

如上所述，第二光栅22的光栅栅距p₂被如此设定，使得第二光栅22的光栅图案与在第二光栅22的位置处形成的G1图像相一致。更加具体地，第二光栅22的光栅栅距p₂被设为基本满足表达式（1），其中p₁表示第一光栅21的光栅栅距，L₁表示在X射线焦斑11a和第一光栅21之间的距离，并且L₂表示在第一光栅21和第二光栅22之间的距离。

$p_2=\frac{L_1+L_2}{L_1}{p}_1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

G1图像被利用当X射线在被检体9上入射时的X射线折射所引起的X射线的相移来调制。调制量反映被被检体9折射的X射线的折射角

图3示出根据表示由被检体9引起的X射线的相移的相移分布Φ（x）折射的X射线的路径。在被检体9不存在时，X射线在路径“X1”中线性地行进。在该实例中，在路径X1中的X射线通过第一和第二光栅21和22并且然后入射在X射线图像检测器13上。当被检体9被置放在X射线源11和第一光栅21之间时，被被检体9折射的X射线在路径“X2”中行进。在路径“X2”中的X射线通过第一光栅21，但是入射在第二光栅22的X射线吸收部22a上并且被其吸收。

相移分布Φ（x）由表达式（2）表示，其中λ表示X射线的波长并且n（x,z）表示被检体9的折射率分布。

$\mathrm{\&Phi;}\left(x\right)=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}\&Integral;[1-n(x,z)]\mathrm{dz}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

折射角度φ(x)与相移分布Ф(x)有关从而它们满足表达式（3）：

$\mathrm{\&phi;}\left(x\right)=\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2\mathrm{\&pi;}}\frac{\&PartialD;\mathrm{\&Phi;}\left(x\right)}{\&PartialD;x}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

在第二光栅22的位置处，X射线以对应于折射角度φ(x)的量在X方向上移位。位移量Δx基本由表达式（4）表示，因为X射线的折射角度φ(x)是微小的。

Δx≈L₂φ(x)…(4)

如上所述，位移量Δx与相移分布Φ（x）的微分值成比例。相应地，通过使用条纹扫描检测位移量Δx来获得相移分布Φ（x）的微分值。因此，产生微分相位图像。

如下地执行条纹扫描。扫描机构23以是光栅栅距p₂除以数字M（p₂/M）的扫描间距以平移方式移动第二光栅22。每次第二光栅22被以平移方式移动时，X射线源11发射X射线并且X射线图像检测器13捕获G2图像。数字M是大于或者等于3的整数。优选的是例如M=5。

当稍微不同于表达式（1）地设定光栅时或者当第一光栅21和/或第二光栅22相对于Z方向旋转或者相对于XY平面稍微地倾斜时，在G2图像中发生莫尔（Moiré）条纹。莫尔条纹随着第二光栅22的平移运动而移动。当沿着X方向的移动距离达到光栅栅距p₂的长度时，莫尔条纹返回原始位置。从莫尔条纹的移动获得第二光栅22的平移运动的量。

在条纹扫描中，从X射线图像检测器13的每一个像素单元30获得“M”数目个像素值。如在图4中所示，“M”数目个像素值I_k相对于第二光栅22的、相应的扫描位置k周期性地改变。扫描位置k指的是当第二光栅22被以平移方式移动一个周期时，即，当第二光栅22被以扫描间距（p₂/M）移动时第二光栅的位置。表示像素值I_k相对于相应的扫描位置k的变化的信号被称作强度调制信号。

图4中的虚线表示在被检体9不存在时获得的强度调制信号。实线表示在被检体9存在时获得的强度调制信号。在此情形中，强度调制信号被以由被检体9引起的相移值ψ（x）移位。相移值ψ（x）和位移量Δx满足表达式（5）：

$\mathrm{\&psi;}\left(x\right)=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p_2}\mathrm{\&Delta;x}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right)$

相应地，基于使用条纹扫描获得的每一个像素单元30的“M”数目个像素值Ik确定强度调制信号的相移值ψ（x）。由此，微分相位图像得以产生。

下面，描述了一种用于计算相移值ψ（x）的方法。一般地，强度调制信号由表达式（6）表示：

$I_k=A_0+\underset{n>0}{\mathrm{\&Sigma;}}{A}_n\exp \left[\mathrm{ni}\right\{\mathrm{\&psi;}\left(x\right)+2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{M}\left\}\right]\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(6\right)$

在表达式（6）中，A₀表示入射的X射线的平均强度，A_n表示强度调制信号的振幅，“n”表示一正整数，并且“i”表示虚数单位。如在图4中所示，当强度调制信号是正弦波时，n=1。

在该实施例中，表达式（7）得以满足，因为扫描间距（p₂/M）是恒定的。

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\exp (-2\mathrm{\&pi;i}\frac{k}{M})=0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(7\right)$

当表达式（7）被应用于表达式（6）时，相移值ψ（x）由表达式（8）表示：

$\mathrm{\&psi;}\left(x\right)=\arg \left[\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_k\exp (-2\mathrm{\&pi;i}\frac{k}{M})\right]\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(8\right)$

在表达式（8）中，arg[…]是用于提取复数的辐角的函数。相移值ψ（x）能够由使用反正切函数的表达式（9）表示。

$\mathrm{\&psi;}\left(x\right)=-{\tan }^{-1}\frac{\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_k\sin \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{M}\right)}{\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_k\cos \left(2\mathrm{\&pi;}\frac{k}{M}\right)}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(9\right)$

复数的辐角被缠卷到-π到+π的范围中。相应地，当基于表达式（8）计算相移值ψ（x）时，相移值ψ（x）被缠卷到-π到+π的范围中。反正切函数通常在-π/2到+π/2的范围中。相应地，当基于表达式（9）计算相移值ψ（x）时，相移值ψ（x）被缠卷到-π/2到+π/2的范围中。注意，在表达式（9）中，通过在反正切函数的分母和分子的正号/负号之间加以区别，该范围被设为从-π到+π。由此，计算在-π到+π的范围中的相移值ψ（x）。

在该实施例中，作为像素值为每一个像素单元30计算的、具有相移值ψ（x）的数据被称作微分相位图像。注意微分相位图像可以被定义为由是相移值ψ（x）和常数的乘积的数据，或者相移值ψ（x）和常数的加和所表示的图像。在下文中，微分相位图像的像素值被缠卷到预定范围中，例如，在0到α的范围中（见图7）。

如在图5中所示，图像处理器15设置有微分相位图像产生部40、相位解缠部41、偏移图像存储部42、尺寸确定部43、统计运算部44、校正处理部45、偏移处理部46、相位对比图像产生部47等。

微分相位图像产生部40通过使用M数目个图像数据（初步成像数据）51基于表达式（8）或者（9）执行算术运算。由此，微分相位图像得以产生。在初步成像中使用条纹扫描利用X射线图像检测器13获得该M数目个初步成像数据51。以类似的方式，微分相位图像产生部40基于M数目个图像数据（主要成像数据）52产生微分相位图像。在主要成像中使用条纹扫描利用X射线图像检测器13获得该M数目个主要成像数据52。

相位解缠部41对于从微分相位图像产生部40输入的微分相位图像执行相位解缠过程。在初步成像中，微分相位图像产生部40向相位解缠部41输入基于初步成像数据51产生的微分相位图像。在相位解缠过程之后，相位解缠部41将从初步成像数据51产生的微分相位图像作为偏移图像存储在偏移图像存储部42中。注意，当在随后的初步成像之后输入新的偏移图像时，偏移图像存储部42删除已经存储的偏移图像并且存储新的偏移图像。

在主要成像中，相位解缠部41对于基于主要成像数据52产生的微分相位图像执行相位解缠过程。在相位解缠过程之后，相位解缠部41向尺寸确定部43输入微分相位图像。

如在图6中所示，相位解缠部41使用例如位于微分相位图像61的角部中的一像素作为始点SP₁。沿着路径WR₁从始点SP₁执行相位解缠过程。然后，执行始点SP₁和邻近于始点SP₁的始点SP₂的相位解缠过程。此后，沿着路径WR₂从始点SP₂执行相位解缠过程。利用新的始点SP_n和新的路径WR_n重复该过程。

如在图7中所示，在相位解缠过程中，检测到相位不连续点DP。相位不连续点DP是微分相位图像的像素值由于在预定范围中缠卷的微分相位图像的像素值而在此处显著地改变（被称作相位跃变）的数据点。通过向/从沿着路径WR_n在相位不连续点DP上及其后的各个像素值加上或者减去范围“α”而消除不连续点DP。因此，使得像素值的变化基本上是连续的。当在相邻的像素值之间的差异大于或者等于范围“α”的1/2时检测到相位不连续点DP。

如在图8中所示，除了由于相位跃变引起的相位不连续点DP，当在路径WR_n上存在由于噪声等引起的相位不连续点Err时，相位解缠部41不能将相位不连续点Err与相位不连续点DP辨别开。在此情形中，相位解缠部41错误地向/从相位不连续点Err加上或者减去范围“α”。结果，相位不连续点Err在相位解缠过程之后的微分相位图像中引起具有范围“α”的间隙。该间隙被称作相位解缠误差。

注意，当由噪声等引起的相位不连续点Err由单个数据构成时，无相位解缠误差地执行相位解缠过程。这是因为，在相位不连续点Err和前一数据点之间的差异和在相位不连续点Err和随后的数据点之间的差异中的每一个均超过用于检测相位不连续点的预定值。结果，执行相位解缠过程以向/从分别的差异加上和减去（或者减去和加上）范围“α”，这是相互抵消的。在另一方面，图8所示相位不连续点Err由多个数据点构成。例如，相位不连续点Err由两个数据点Err1和Err2构成，并且在数据点Err1和前一数据点之间的差异超过预定值，但是在数据点Err1和Err2之间的差异和在数据点Err2和随后的数据点之间的差异并不超过该预定值。在此情形中，通过检测在数据点Err1和前一数据点之间的差异而执行相位解缠过程。然而，在数据点Err1和Err2之间的差异和在数据点Err2和随后的数据点之间的差异不被检测为在此处需要相位解缠过程的数据点。因此，通过检测在数据点Err1和前一数据点之间的差异而执行的相位解缠过程产生相位解缠误差。

如上所述，在被检体9不存在时执行初步成像。基本上，除了由相位跃变引起的相位不连续点DP之外，在初步成像数据51和从初步成像数据51产生的微分相位图像中，相位不连续点Err并不发生。相应地，当在初步成像中产生的微分相位图像经历相位解缠过程时，相位解缠误差并不发生。

在主要成像中，基于在被检体9存在时获得的主要成像数据51产生微分相位图像。微分相位图像的相位解缠过程可以根据被检体9引起相位解缠误差。例如，如在图9中所示，被检体9包括骨部66和软组织67（软骨、滑液等）。软组织67是在利用X射线成像设备10成像时感兴趣的区域。骨部66具有低对比度并且因为它的高X射线吸收特性而很可能引起噪声。在从主要成像数据52产生的微分相位图像中，由相位解缠误差导致的条带噪声69可以沿着穿过骨部66的路径WRn发生。例如，在被虚线包围的区域68中，噪声69被迭加到软组织67上。这阻碍了对于是感兴趣的区域的软组织67的观察。

尺寸确定部43、统计运算部44和校正处理部45执行相位解缠误差的校正（在下文中可以被称作解缠误差校正）。

尺寸确定部43确定将经历在统计运算部44中的统计运算和在校正处理部45中的校正处理的、在微分相位图像61中的单元（在下文中被称作子区域）的尺寸。更加具体地，如在图10中所示，当从相位解缠部41输入解缠后的微分相位图像时，尺寸确定部43提取各个预定区域E_A、E_B、E_C和E_D的像素值。

区域E_A、E_B、E_C和E_D中的每一个的尺寸和位置被预先地确定。例如，E_A、E_B、E_C和E_D中的每一个具有是微分相位图像61的宽度“W”的10%的宽度和是微分相位图像61的长度“H”的10%的长度（高度）（即，0.1W×0.1H）。为了精确地确定子区域的尺寸，区域E_A、E_B、E_C和E_D被置放在尽可能相互远离的位置中。例如，区域E_A被置放在微分相位图像61的左上角部中。区域E_B被置放在微分相位图像61的右上角部中。区域E_C被置放在微分相位图像61的左下角部中。区域E_D被置放在微分相位图像61的右下角部中。

尺寸确定部43分别地对于区域E_A、E_B、E_C和E_D计算所提取的像素值的平均像素值μ_A、μ_B、μ_C和μ_D。基于平均像素值μ_A、μ_B、μ_C和μ_D，尺寸确定部43计算在平均像素值之间的沿着宽度（W）方向的最大变化量N_W、沿着长度（H）方向的最大变化量N_H、沿着DL₁方向的最大变化量N_DL1、和沿着DL₂方向的最大变化量N_DL2。DL₁和DL₂方向是对角方向。在平均像素值之间的变化量是由于在微分相位图像61上迭加的偏移等引起的。

为了计算最大变化量N_W，计算表示在区域E_A的平均像素值μ_A和区域E_B的平均像素值μ_B之间的变化量的N_AB=|μ_A-μ_B|，并且计算表示在区域E_C的平均像素值μ_C和区域E_D的平均像素值μ_D之间的变化量的N_CD=|μ_C-μ_D|。N_AB和N_CD中的较大的一个被用作沿着W方向的最大变化量N_W。

以类似的方式，为了计算沿着H方向的最大变化量N_H，计算表示在区域E_A的平均像素值μ_A和区域E_C的平均像素值μ_C之间的变化量的N_AC=|μ_A-μ_C|，并且计算表示在区域E_B的平均像素值μ_B和区域E_D的平均像素值μ_D之间的变化量的N_BD=|μ_B-μ_D|。N_AC和N_BD中的较大的一个被用作沿着H方向的最大变化量N_H。分别地使用|μ_A-μ_D|和|μ_B-μ_C|计算沿着对角（DL₁和DL₂）方向的最大变化量N_DL1和N_DL2。

基于最大变化量N_W、N_H、N_DL1和N_DL2，尺寸确定部43确定子区域的尺寸从而在子区域中的像素值之间的变化量并不超过是在相位解缠过程之前的微分相位图像的范围的“α”。更加具体地，为了确定子区域的宽度，尺寸确定部43基于最大变化量N_W、N_DL1和N_DL2确定第一基准宽度、第二基准宽度和第三基准宽度。

第一基准宽度是α（W/N_W）。沿着宽度（W）方向在像素值之间的变化量（变化量）与范围“α”相一致。通过将α（DL₁/N_DL1），即，沿着对角方向DL₁的长度，投影到微分相位图像61沿着W方向的边上而计算第二基准宽度。当微分相位图像61是正方形时，第二基准宽度是α（DL₁/N_DL1）×cos45°。当沿着对角方向DL₁在像素值之间的变化量与范围“α”相一致时，第二基准宽度对应于沿着W方向投影的宽度。以类似的方式，通过将α（DL₂/N_DL2），即，沿着对角方向DL₂的长度，投影到微分相位图像61沿着W方向的一边上而计算第三基准宽度。当沿着对角方向DL₂在像素值之间的变化量与范围“α”相一致时，第三基准宽度对应于沿着W方向投影的宽度。

尺寸确定部43计算小于或者等于第一到第三基准宽度中的最短基准宽度并且无余数地分割微分相位图像61的宽度W的宽度。所计算的宽度被确定作为子区域的宽度。由此，在子区域中沿着W方向在像素值之间的变化量小于或者等于范围“α”。

以类似于以上的方式，尺寸确定部43基于最大变化量N_H、N_DL1和N_DL2计算第一基准长度、第二基准长度和第三基准长度，以确定子区域的长度。

第一基准长度是α（W/N_H）。沿着H方向在像素值之间的变化量与范围“α”相一致。通过将沿着对角方向DL₁的长度α（DL₁/N_DL1）投影到微分相位图像的（沿着H方向的）边上而计算第二基准长度。当微分相位图像是正方形时，第二基准长度是α（DL₁/N_DL1）×sin45°。当沿着对角方向DL₁在像素值之间的变化量与范围“α”相一致时，第二基准长度对应于沿着H方向投影的长度。以类似的方式，通过将沿着对角方向DL₂的长度α（DL₂/N_DL2）投影到微分相位图像61的（沿着H方向的）边上而计算第三基准长度。当沿着对角方向DL₂在像素值之间的变化量与范围“α”相一致时，第三基准长度对应于沿着H方向投影的长度。

尺寸确定部43计算小于或者等于第一到第三基准长度中的最短基准长度并且无余量地分割微分相位图像61的长度H的长度。所计算的长度被确定作为子区域的长度。由此，在子区域中沿着H方向在像素值之间的变化量小于或者等于范围“α”。

如在图11中所示，统计运算部44将微分相位图像61分割成子区域71。每一个子区域71具有由尺寸确定部43确定的宽度F_W和长度F_H。统计运算部44对于每一个子区域71执行统计运算。例如按照由箭头示意的次序执行统计运算。注意，在图11中，例如尺寸确定部43确定子区域71的宽度F_W为W/4并且子区域71的长度F_H为H/5。

统计运算部44首先检查在子区域71中像素值ψ的频率分布以获得众数ψ_m。例如，如在图12中所示，当将在子区域71中像素值ψ的频率分布制成柱状图时，子分布诸如P₀、P_1a、P_1b、P_2a、P_2b、P_3a和P_3b出现。每一个子分布具有大致“α”的范围。众数ψ_m近似地是在子分布P₀中的平均值。

在子分布P₀、P_1a、P_1b、P_2a、P_2b、P_3a和P_3b中，包括众数ψ_m的子分布P₀基本上并不具有由相位解缠误差引起的间隙并且包含正常的像素值。这是因为在子区域71中，在像素值之间的变化量（变化量）近似地在“α”的范围中，并且相位解缠误差的频率是低的，并且大多数的像素值是正常的。

在除了子分布P₀之外的子分布P_1a、P_1b、P_2a、P_2b、P_3a和P_3b中，大多数的像素值得自于相位解缠误差。子分布P_1a、P_1b、P_2a、P_2b、P_3a和P_3b围绕子分布P₀的峰值是近似对称的。这是因为引起相位解缠误差的噪声是随机的并且相位解缠误差对于正值和负值具有基本相等的概率。相应地，子分布P₀、P_1a、P_1b、P_2a、P_2b、P_3a和P_3b整体上形成二项分布。

校正处理部45使用众数ψ_m作为基准值以校正在各个子区域71中的像素值。例如，众数ψ_m的像素值被用作基准值（0）。具有在-α/2或者更大并且小于+α/2的范围中的像素值的像素被分类成基本上不具有相位解缠误差的正常像素。具有在+α/2或者更大并且小于+3α/2的范围中的像素值的像素被分类成由于相位解缠误差而将α添加到像素值的异常像素。具有在-3α/2或者更大并且小于-α/2的范围中的像素值的像素被分类成由于相位解缠误差而从像素值减去α的异常像素。以类似的方式，在其它范围中的像素也被分类成异常像素。

例如使用频率柱状图描述了像素的分类。使用基于表达式的算法分类像素。更加具体地，校正处理部45计算在子区域71中各个像素值ψ（x,y）和众数ψ_m之间的差值Δ（x,y）=ψ（x,y）-ψ_m，并且计算允许差值Δ（x,y）满足表达式（10）的整数“n”。如由表达式（11）示出地，通过使用整数n，像素值ψ（x,y）被计算的像素值ψ’（x,y）替代。在校正处理部45中执行的步骤可以被称作校正处理。

$\mathrm{n\&alpha;}-\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\&le;\mathrm{\&Delta;}(x,y)<\mathrm{n\&alpha;}+\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(10\right)$

ψ(x,y)→ψ'(x,y)=ψ(x,y)-nα…(11)

通过基于表达式（10）和（11）的像素值的校正处理，在每一个子区域71b中校正了相位解缠误差。“x,y”表示在微分相位图像61中各个像素的坐标。在表达式（10）中，非严格不等号（≤）限制差值Δ的下限，并且严格不等号（<）限制差值Δ的上限。在必要时使用严格和非严格不等号，只要它们规定在其中唯一地规定整数“n”的范围。例如，表达式（10）可以被改变为表达式（10’）nα-α/2<Δ（x,y）≤nα+α/2。

基于表达式（10）和（11）的像素值的校正处理被与频率柱状图相关联。在子分布P₀中的像素的像素值未被替代，因为n=0。对于在子分布P_1a中的各个像素，从像素值减去“α”，因为n=1。对于在子分布P_1b中的各个像素，将“α”添加到像素值，因为n=-1。对于在子分布P_2a中的各个像素，从像素值减去“2α”，因为n=+2。对于在子分布P_2b中的各个像素，将“2α”添加到像素值，因为n=-2。以类似的方式，向在另一个子分布中的各个像素的像素值加上或者从其减去n和α的乘积（即，“n·a”）。

如上所述，因为在子分布P₀中的大多数像素是不带任何相位解缠误差的正常像素，所以像素值的校正是不必要的。在子分布P_1a和P_1b中的大多数像素是具有由于相位解缠误差而向其中的各个加上或者减去“α”的像素值的异常像素。为了校正相位解缠误差，根据表达式（10）和（11）的结果，“α”被添加到各个像素值或者被从其减去。因此，带有经校正的像素值的像素变成正常像素。这意味着子分布P_1a和P_1b被移动从而它们的中心（众数）与众数ψ_m一致，如在图13中所示。以类似的方式，在其它子分布中的各个像素的像素值的相位解缠误差得到校正。

当每一个子区域71的尺寸太大时，例如，当子分布P₀、P_1a、P_1b等等中的每一个加宽从而子分布的尾部相互连接时，变得难以将子分布彼此区别开。在此情形中，推测处于子分布P₀内的正常像素可能位于其中子分布P₀和P_1a重叠的区域中。结果，校正处理部45可能错误地通过使用表达式（10）和（11）执行在重叠区域中的正常像素的像素值的校正处理。在另一方面，当每一个子区域71的尺寸太小时，子分布P₀、P_1a、P_1b等等中的每一个变窄并且在每一个子分布中的数据的数目降低。结果，众数ψ_m的计算准确度劣化。这降低了由校正处理部45执行的像素值的校正处理的准确度。

在相位解缠误差如上所述被校正处理部45校正之后，偏移处理部46对于微分相位图像执行偏移校正。偏移校正在于从相位解缠误差的校正之后的微分相位图像减去偏移图像。由此，在微分相位图像上作为背景噪声迭加的噪声被减去。是所要移除的偏移值的噪声分量是由例如第一和第二光栅21和22的扭曲、轻微的位移或者错位（包括旋转和倾斜）和由扭曲等引起的莫尔条纹所引起的。

在相位解缠误差被校正并且偏移被从微分相位图像移除之后，相位对比图像产生部47沿着X方向对微分相位图像积分以产生表示相移分布的相位对比图像。经偏移校正的微分相位图像和相位对比图像被存储在图像存储单元16中。

在下文中，描述了X射线成像设备10的操作。如在图14中所示，在被检体9的主要成像之前执行初步成像。当使用操作单元18a选择初步成像模式时（S10），X射线成像设备10被置于待用状态中，直至输入成像命令（S11）。当使用操作单元18a输入成像命令时，扫描机构23以预定扫描间距将第二光栅22以平移方式移动到每一个扫描位置k。X射线源11发射X射线并且每次第二光栅22被移动到扫描位置k之一时X射线图像检测器13就检测G2图像（S12）。条纹扫描的结果是，M数目个初步成像数据51得以产生并且被存储在存储器14中。

图像处理器15读出初步成像数据51。在图像处理器15中，微分相位图像产生部40从初步成像数据51产生微分相位图像（S13）。微分相位图像在相位解缠部41中被解缠（S14）。此后，在偏移图像存储部42中存储微分相位图像作为偏移图像。由此，初步成像的操作完成。注意，在被检体9不存在时，例如，当X射线成像设备10启动时，初步成像被执行至少一次。并非在主要成像之前每次均需执行初步成像。

接着，在被检体9存在时执行主要成像。为了执行主要成像，如在图15中所示，使用操作单元18a选择主要成像模式（S20）。当选择主要成像模式时，X射线成像设备10被置于准备接受成像命令的待用状态中（S21）。当使用操作单元18a输入成像命令时，执行条纹扫描（S22），并且M数目个主要成像数据52被存储在存储器14中。

此后，图像处理器15读出主要成像数据52。在图像处理器15中，微分相位图像产生部40从主要成像数据52产生第一微分相位图像K1（S23）。然后，相位解缠部41执行第一微分相位图像K1的相位解缠过程（S24）。此后，第一微分相位图像K1被输入尺寸确定部43。

尺寸确定部43确定子区域的最佳尺寸（S25）。子区域是将被校正的单元。即，子区域是其中分别地由统计运算部44和校正处理部45执行统计运算和校正处理的单元。接着，统计运算部44利用由尺寸确定部43确定的尺寸将微分相位图像分割成子区域。统计运算部44计算在各个子区域中的像素值的众数ψ_m（S26）。然后，计算在子区域中的各个像素的像素值ψ（x,y）和众数ψ_m之间的差值Δ（x,y）（S27）。然后，计算允许差值Δ（x,y）满足表达式（10）的整数“n”（S28）。此后，执行基于表达式（11）计算的、对应于整数“n”的像素值的校正处理（S29）。

在以上处理步骤中，为每一个子区域执行（S30）众数ψ_m的计算（由统计运算部44执行）（S26）、差值Δ（x,y）的计算（由校正处理部45执行）（S27）、和像素值的校正处理（S29）。由此，解缠后的微分相位图像的解缠误差校正完成。

当对于每一个子区域执行了由统计运算部44和校正处理部45执行的处理步骤（S26到S29）并且因此解缠误差校正完成时，经校正的微分相位图像被输入偏移处理部46。在偏移处理部46中，微分相位图像经历其中从微分相位图像减去偏移图像的偏移处理（S31）。偏移图像是从初步成像产生的并且被预先存储。在偏移处理之后，微分相位图像被存储在图像存储单元16中。

同时，在偏移处理之后，相位对比图像产生部47对微分相位图像进行积分以产生相位对比图像（S32），并且在图像存储单元16中存储相位对比图像。此后，在监视器18b上显示已经经历偏移处理的微分相位图像和相位对比图像（S33）。

X射线成像设备10如上所述地校正相位解缠误差。因此，X射线成像设备10产生并且显示微分相位图像和相位对比图像，这两者均不含相位解缠误差。

为了校正相位解缠误差，X射线成像设备10将微分相位图像分割成子区域并且计算在每一个子区域中的众数ψ_m。这意味着相位解缠过程自身被沿着预定路径执行而不区别很可能引起相位解缠误差的骨部66等并且不考虑相位解缠误差的存在与否。通过使用X射线成像设备10，当与其中在尝试不引起相位解缠误差时执行相位解缠过程例如区别并且避免骨部66等或者在相位解缠过程中实现绕行的情形相比时，容易地获得了不含相位解缠误差的微分相位图像。因此，与所被成像的身体部位无关地，相位解缠误差被准确地校正。

使用X射线成像设备10的解缠误差校正仅仅需要已经经历相位解缠过程的微分相位图像的数据。因此，X射线成像设备10容易地并且准确地执行解缠误差校正。

注意，在以上实施例中，例如在由尺寸确定部43确定子区域的尺寸之前，分别地计算定位于微分相位图像61的角部中的预定区域E_A、E_B、E_C和E_D的平均像素值μ_A、μ_B、μ_C和μ_D。区域E_A、E_B、E_C和E_D的位置不限于以上实例并且可以按需确定。例如，如在图16中所示，区域E_A可以定位于微分相位图像61的左边中央处。区域E_B可以定位于微分相位图像61的上边中央处。区域E_C可以定位于微分相位图像61的底边中央处。区域E_D可以定位于微分相位图像61的右边中央处。

从表达式N_W=|μ_A-μ_D|获得沿着W方向的像素值的最大变化量N_W。从表达式N_H=|μ_B-μ_C|获得沿着H方向的最大变化量N_H。沿着对角方向DL₁的最大变化量N_DL1被确定为|μ_A-μ_B|和|μ_D-μ_C|中的较大的一个的值的两倍。可替代地，最大变化量N_DL1可以被确定为|μ_A-μ_B|和|μ_D-μ_C|的平均值的两倍。沿着对角方向DL₂的最大变化量N_DL2被以类似的方式确定。即便区域E_A、E_B、E_C，和E_D被设置在不同于上述那些的位置中，也以类似于以上实施例或者以上实施例的这个修改实例的方式计算最大变化量N_W、N_H、N_DL1和N_DL2。然而，当使用该四个区域E_A、E_B、E_C和E_D计算最大变化量N_W、N_H、N_DL1和N_DL2时，优选的是如在以上实施例中描述地将区域E_A、E_B、E_C和E_D置于微分相位图像61的相应角部中。这允许在区域之间的距离是最长的，从而改进最大变化量N_W、N_H、N_DL1和N_DL2的计算准确度。

在以上实施例中，区域E_A、E_B、E_C和E_D中的每一个的尺寸例如为0.1W×0.1H。区域E_A、E_B、E_C和E_D的尺寸不限于以上实例并且可以按需确定。然而，当区域E_A、E_B、E_C和E_D太大或者太小时，最大变化量N_W、N_H、N_DL1和N_DL2的检测准确度劣化。相应地，优选的是区域E_A、E_B、E_C和E_D中的每一个的尺寸具有0.1W×0.1H的量级。

在以上实施例中，例如使用四个区域E_A、E_B、E_C和E_D确定子区域的尺寸。可以按需改变区域的数目，只要能够计算最大变化量N_W、N_H、N_DL1和N_DL2。例如，可以在微分相位图像61的中心处设置区域E_E（未示出）。可以对于在区域E_E中的像素的像素值的平均值μ_E加以考虑地计算最大变化量N_W、N_H、N_DL1和N_DL2。

在以上实施例中，微分相位图像61被分割成子区域71，并且然后每一个子区域71按照由图11所示箭头指示的次序经历解缠误差校正。可以按需改变解缠误差校正的次序。相邻的子区域71的解缠误差校正并非一定要顺序地执行。

在以上实施例中，子区域的尺寸被如此确定，使得微分相位图像61无剩余空间地被分割成子区域的行和列。可替代地，例如，如在图17中所示，更加优选的是如此确定子区域71a、71b、71c、……和71k的位置，使得相邻的子区域相互重叠以遍布微分相位图像61地校正相位解缠误差。更加具体地，统计运算部44如此确定子区域71b的位置，使得子区域71b的上部与子区域71a的下部重叠。在子区域71a的相位解缠误差被校正之后，子区域71b的相位解缠误差被校正。类似地，统计运算部44如此确定子区域71c的位置，使得子区域71c的上部与子区域71b的下部重叠。在微分相位图像61中接着最左子区域列的子区域列中，如此确定每一个子区域的位置，使得子区域的左部分与在最左列中的（一个或者多个）子区域的（一个或者多个）右部分重叠。例如，子区域71k的左部分与子区域71a和71b的右部分重叠。因此，子区域的位置被确定为相互重叠。每一个子区域的相位解缠误差被顺序地校正。因为子区域包括其中相位解缠误差已经被校正的重叠部分，所以即便子区域包含大量的相位解缠误差，子分布P₀的峰值也显著地高于子分布P_1a、P_1b等等的峰值。结果，众数ψ_m被准确地检测，从而改进解缠误差校正的准确度。注意，当在子区域之间不存在重叠时，在微分相位图像61中用于解缠误差校正的时间比重叠的子区域的解缠误差校正的时间更短。

注意即使当使用相互重叠的子区域校正相位解缠误差时，也以类似于以上实施例的方式由尺寸确定部43确定每一个子区域的尺寸。在各个子区域中的像素值之间的变化量（差异）需要小于或者等于范围“α”。即，各个子区域的尺寸最大为由尺寸确定部43计算的尺寸或者更小。然而，当各个子区域的尺寸太小时，由于很少的数据，由校正处理部45执行的校正处理的准确度劣化。优选的是，即便子区域被定位成相互重叠，也使得子区域的尺寸类似于在以上实施例中描述的尺寸。

注意，当相邻子区域如在以上实施例中描述地相互重叠时，可以按需确定重叠量。众数ψ_m的检测准确度随着重叠量的增加而提高。然而，解缠误差校正需要的时间随着重叠量的增加而增加。规定等可以对于在于监视器18b上显示微分相位图像或者相位对比图像之前的等待时间或者装载时间设定上限。在此情形中，解缠误差校正和随后的处理所需的时间被预先计数，并且子区域的重叠量和各个子区域的尺寸可以得到调节以遵守时间极限。可替代地，可以考虑到众数ψ_m的检测准确度和解缠误差校正所需的时间预先确定最佳重叠量。

注意，在以上实施例中，尺寸确定部43例如根据在微分相位图像上迭加的偏移来确定（改变）子区域71的最佳尺寸。可替代地，可以相对于微分相位图像固定子区域71的尺寸。当偏移条件是基本固定的而不在每一个成像中改变时，这是有效的，因为它允许省略子区域71的尺寸的计算。结果，解缠误差校正在更短的时间中完成。为了固定子区域71的尺寸，可以以类似于以上实施例的方式预先在X射线成像设备10的维护或者校准时确定子区域71的尺寸。然而，注意，当如在以上实施例中描述地确定子区域71的尺寸时，即便偏移条件意外地改变，相位解缠误差也被准确地校正。

注意，在以上实施例中，每一个子区域71例如是二维的。可替代地，每一个子区域71可以是一维的（一行或者一列像素，或者该行或者该列像素的一个部分）。

注意，在以上实施例中，在每一个子区域71中的统计运算（即，众数ψ_m的计算）和像素值的校正处理例如逐个子区域地被顺序地执行。可替代地，可以首先在每一个子区域71中执行统计运算，并且然后可以在各个子区域71中校正像素值。

注意，在以上实施例中，统计运算部44计算在各个子区域71中的像素值的众数ψ_m，作为被用于解缠误差校正的基准值。该基准值可以是除了众数ψ_m之外的值。例如，可以使用在各个子区域71中的像素值的平均值或者中值作为基准值。

注意，在以上实施例中，例如在解缠误差校正之后执行偏移处理。可替代地，可以在偏移处理之后校正相位解缠误差。例如，如在图18中所示，在相位解缠部41中解缠的微分相位图像被输入偏移处理部46。在偏移处理部46中的偏移处理之后，微分相位图像被输入确定子区域的适当尺寸的尺寸确定部43。然后，统计运算部44执行统计运算。校正处理部45执行相位解缠误差的校正处理。此后，微分相位图像被输入相位对比图像产生部47。

注意，在以上实施例中，例如产生了微分相位图像和相位对比图像。可替代地或者另外地，可以从初步成像数据51或者主要成像数据52产生吸收图像、吸收图像的微分图像或者小角度散射图像。通过对于强度调制信号的平均强度的成像而产生吸收图像。利用吸收图像沿着预定方向（例如，X方向）的微分产生吸收图像的微分图像。通过对于强度调制信号的振幅的成像而产生小角度散射图像。

当在X射线图像检测器13、第一光栅21或者第二光栅22上发生缺陷或者沉积尘土时，像素单元30的像素值可以变得极高或者极低。带有像素缺陷的区域具有强度调制信号的异常平均强度、异常振幅等。相应地，带有像素缺陷的区域很可能引起相位解缠误差。在校正由像素缺陷引起的相位解缠误差方面，本发明也是有效的。

因为由像素缺陷引起的相位解缠误差也在初步成像期间发生，所以优选的是在初步成像期间校正相位解缠误差。以类似于在以上实施例中描述的、在主要成像中的解缠误差校正的方式校正在初步成像中的相位解缠误差。

注意，在以上实施例中，被检体9被置放在X射线源11和第一光栅21之间。可替代地，被检体9可以被置放在第一光栅21和第二光栅22之间。

在以上实施例中，第二光栅22沿着垂直于光栅线（栅线）的方向（X方向）移动以执行条纹扫描。可替代地，如在由本发明的受让人提交的日本专利申请No.2011-097090中描述地，第二光栅22可以沿着相对于光栅线倾斜的方向（在XY平面中不垂直于X和Y方向的方向）移动。在此情形中，第二光栅22可以沿着除了Y方向之外的、在XY平面中的任何方向移动。可以基于第二光栅22的运动沿着X方向的分量来确定扫描位置“k”。沿着相对于光栅线倾斜的方向移动第二光栅22增加了对于一个周期的扫描而言所需的冲程（运动距离）。这在改进运动准确度方面是有利的。

在以上实施例中，第二光栅22移动以执行条纹扫描。可替代地，第一光栅21可以沿着垂直于光栅线或者相对于其倾斜的方向移动。

在以上实施例中，使用发射锥形X射线束的X射线源11。可替代地，可以使用发射平行X射线束的X射线源。在此情形中，替代表达式（1）地，第一和第二光栅21和22被配置为基本满足p₂=p₁。

在以上实施例中，来自X射线源11的X射线在第一光栅21上入射。X射线源11具有单个焦斑。例如，如在美国专利申请公报No.2009/0092227（对应于WO2006/131235）中所公开地，可以利用在出射侧上紧接着在X射线源11之后置放的多狭缝（源光栅）分散X射线焦斑。由此，使用具有高输出的X射线源。这增加了X射线剂量并且改进了微分相位图像的图像质量。多狭缝的间距p₀满足表达式（12）是必要的。距离L₁表示在多狭缝和第一光栅21之间的距离。

$p_0=\frac{L_1}{L_2}{p}_2\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(12\right)$

在以上实施例中，第一光栅21以几何光学方式投射入射的X射线。可替代地，例如，如在美国专利7，180，979（对应于WO2004/058070）中所公开地，第一光栅21可以被配置为产生泰伯效应。为了利用第一光栅21产生泰伯效应，可以使用带有小焦斑的X射线源或者多狭缝改进X射线的空间相干性。

当通过使用第一光栅21产生泰伯效应时，沿着Z方向以泰伯长度Z_m在第一光栅21的下游处形成第一光栅21的自身图像（G1）。这意味着在第一光栅21和第二光栅22之间的距离需要被设为泰伯长度Z_m。

利用第一光栅21的配置和X射线束的形状确定泰伯长度Z_m。当第一光栅21是吸收型光栅并且来自X射线源11的X射线是锥形束时，泰伯长度Z_m由表达式（13）表示，其中“m”表示整数。

$Z_m=m\frac{p_1{p}_2}{\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(13\right)$

当第一光栅21是向X射线提供π/2的相位调制的相位光栅并且来自X射线源11的X射线是锥形束时，泰伯长度Z_m由表达式（14）表示，其中“m”是“0”或者正整数。

$Z_m=(m+\frac{1}{2})\frac{p_1{p}_2}{\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(14\right)$

当第一光栅21是向X射线提供π的相位调制的相位型光栅并且来自X射线源11的X射线是锥形束时，泰伯长度Z_m由表达式（15）表示，其中“m”是“0”或者正整数。

$Z_m=(m+\frac{1}{2})\frac{p_1{p}_2}{2\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(15\right)$

当第一光栅21是吸收型光栅并且来自X射线源11的X射线是平行束时，泰伯长度Z_m由表达式（16）表示，其中“m”是正整数。

$Z_m=m\frac{{p_1}^2}{\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(16\right)$

当第一光栅21是向X射线提供π/2的相位调制的相位型光栅并且来自X射线源11的X射线是平行束时，泰伯长度Z_m由表达式（17）表示，其中“m”是“0”或者正整数。

$Z_m=(m+\frac{1}{2})\frac{{p_1}^2}{\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(17\right)$

当第一光栅21是向X射线提供π的相位调制的相位型光栅并且来自X射线源11的X射线是平行束时，泰伯长度Z_m由表达式（18）表示，其中“m”是“0”或者正整数。

$Z_m=(m+\frac{1}{2})\frac{{p_1}^2}{4\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(18\right)$

在以上实施例中，光栅单元12设置有第一和第二光栅21和22。可替代地，可以省略第二光栅22而仅仅使用第一光栅21。

例如，在日本专利特开公开No.2009-133823中公开的X射线图像检测器仅仅使用第一光栅21并且允许省略第二光栅22。X射线图像检测器是设置有转换层和电荷收集电极的直接转换类型。转换层将X射线转换成电荷。每一个电荷收集电极收集在转换层中转换的电荷。在各个像素中的电荷收集电极设置有多个线性电极组。每一个线性电极组具有被以预定周期布置并且被相互电连接的线性电极。线性电极组被相互异相地置放。各个线性电极组用作第二光栅22。线性电极组通过单个图像捕获来检测相互异相的G2图像。因此，这种配置省略了扫描机构23。

存在基于利用X射线图像检测器13获得的单个图像数据产生微分相位图像的另一种方法。在这种方法中，使用第一和第二光栅21和22，但是省略了扫描机构23。在由本发明的受让人提交的日本专利申请No.2010-256241中公开的像素划分方法例示了该方法。在像素划分方法中，第一光栅21和第二光栅22稍微地围绕Z方向旋转以在G2图像中引起莫尔条纹。莫尔条纹具有沿着Y方向的周期性。利用X射线图像检测器13获得的单个图像数据被划分成组，每一个组由一行像素（被沿着X方向布置的像素）构成。相对于莫尔条纹，成行像素是相互异相的。所被划分的图像数据的块被视为基于通过条纹扫描形成的不同的G2图像所产生的那些。以类似于上述条纹扫描的方式产生微分相位图像。在像素划分方法中，强度调制信号表示在莫尔条纹的周期中在单个图像数据中的像素值的强度变化。

作为用于基于利用X射线图像检测器13获得的单个图像数据产生微分相位图像的方法，在美国专利申请公报No.2011/0158493（对应于WO2010/050483）中公开的傅里叶变换方法也是已知的。类似于像素划分方法地，该傅里叶变换方法使用第一和第二光栅21和22但是省略扫描机构23。在傅里叶变换方法中，单个图像数据经历傅里叶变换。由此，获得了傅里叶谱。对应于载波频率的谱（携载相位信息）被从傅里叶谱分离，并且执行了逆傅里叶变换。由此，产生了微分相位图像。注意，在傅里叶变换方法中，类似于像素划分方法，强度调制信号表示在莫尔条纹的周期中在单个图像数据中的像素值的强度改变。

注意，在以上实施例中，在微分相位图像中由相位解缠过程引起的相位解缠误差得到校正。与像素值的物理量是否是微分相位值无关地，本发明的图像处理方法能够被应用于已经经历相位解缠过程的任何图像。

除了用于医疗诊断的放射线成像设备，本发明能够被应用于用于工业使用的放射线成像设备等。替代X射线地，放射可以例如是伽马射线。

各种改变和修改在本发明中都是可能的并且可以被理解为是在本发明的范围内的。

Claims (20)

1.一种放射线成像设备，包括：

放射线图像检测器，所述放射线图像检测器用于检测从放射线源发射并且通过被检体的放射线，并且产生图像数据；

光栅单元，所述光栅单元被置放在所述放射线源和所述放射线图像检测器之间；

微分相位图像产生部，所述微分相位图像产生部用于基于利用所述放射线图像检测器获得的图像数据产生微分相位图像，所述微分相位图像具有被缠卷到范围α中的像素值；

相位解缠部，所述相位解缠部用于对于所述微分相位图像执行相位解缠过程；

统计运算部，所述统计运算部用于由所述相位解缠过程之后的所述微分相位图像中分割的各个子区域中的像素的像素值的统计运算来获得基准值，所述子区域是其中由所述相位解缠过程引起的误差将被校正的单元；和

校正处理部，所述校正处理部用于校正由相位解缠处理引起的误差，所述校正处理部对于具有不同于子区域中的基准值的像素值的每一个像素计算整数n，整数n允许在基准值和像素值之间的差值Δ满足nα-α/2≤Δ<nα+α/2，所述校正处理部从各个像素值减去n·α。

2.根据权利要求1所述的放射线成像设备，其中所述基准值是在所述子区域中的像素值的众数。

3.根据权利要求1所述的放射线成像设备，进一步包括用于基于在所述相位解缠过程之后的所述微分相位图像确定所述子区域的尺寸的尺寸确定部。

4.根据权利要求3所述的放射线成像设备，其中所述尺寸确定部基于在所述微分相位图像中的各个预定的区域中的平均像素值计算在所述微分相位图像中的像素值之间的最大变化量，并且所述尺寸确定部基于在所述最大变化量和所述微分相位图像的尺寸之间的比率确定所述子区域的尺寸。

5.根据权利要求4所述的放射线成像设备，其中所述区域位于所述微分相位图像的四个相应的角部中。

6.根据权利要求3所述的放射线成像设备，其中所述尺寸确定部根据所述微分相位图像的尺寸的比率确定所述子区域的尺寸从而在所述子区域中的像素值之间的变化量小于或者等于范围α。

7.根据权利要求4到6之一所述的放射线成像设备，其中所述尺寸确定部基于所述平均像素值计算沿着所述微分相位图像的宽度方向、长度方向和对角方向中的各个方向在像素值之间的最大变化量，并且所述尺寸确定部基于沿着宽度方向的最大变化量和沿着对角方向的最大变化量确定所述子区域的宽度，并且所述尺寸确定部基于沿着长度方向的最大变化量和沿着对角方向的最大变化量确定所述子区域的长度。

8.根据权利要求1或者2所述的放射线成像设备，其中所述子区域被定位成分割整个微分相位图像。

9.根据权利要求1或者2所述的放射线成像设备，其中相邻的子区域被定位成相互重叠。

10.根据权利要求1或者2所述的放射线成像设备，进一步包括：

存储部，所述存储部用于存储在所述被检体不存在时捕获的所述微分相位图像作为偏移图像；和

偏移处理部，所述偏移处理部用于从相位解缠误差得到校正的所述微分相位图像减去所述偏移图像。

11.根据权利要求1所述的放射线成像设备，其中所述光栅单元由第一光栅和第二光栅构成，并且所述第一光栅通过来自所述放射线源的放射线以形成第一周期图案图像，并且所述第二光栅部分地阻挡所述第一周期图案图像以形成第二周期图案图像，并且所述放射线图像检测器检测所述第二周期图案图像以产生图像数据。

12.根据权利要求11所述的放射线成像设备，其中所述光栅单元设置有扫描机构，并且所述扫描机构以预定的扫描间距移动所述第一光栅或者所述第二光栅并且顺序地将所述第一光栅或者所述第二光栅置于各个扫描位置，并且每次所述第一光栅或者所述第二光栅被移动到所述扫描位置之一时所述放射线图像检测器检测所述第二周期图案图像并产生图像数据，并且所述微分相位图像产生部基于由所述放射线图像检测器产生的图像数据产生所述微分相位图像。

13.根据权利要求12所述的放射线成像设备，其中所述扫描机构沿着垂直于光栅线的方向移动所述第一光栅或者所述第二光栅。

14.根据权利要求12所述的放射线成像设备，其中所述扫描机构沿着相对于光栅线倾斜的方向移动所述第一光栅或者所述第二光栅。

15.根据权利要求11所述的放射线成像设备，其中所述微分相位图像产生部基于利用所述放射线图像检测器获得的单个图像数据产生所述微分相位图像。

16.根据权利要求11到15之一所述的放射线成像设备，其中所述第一光栅是以几何光学方式投射入射的放射线以产生所述第一周期图案图像的吸收型光栅。

17.根据权利要求11到15之一所述的放射线成像设备，其中所述第一光栅是吸收型光栅或者相位型光栅，并且所述第一光栅产生泰伯效应以产生所述第一周期图案图像。

18.根据权利要求1到17之一所述的放射线成像设备，进一步包括用于部分地阻挡来自所述放射线源的放射线以分散焦斑的多狭缝。

19.一种图像处理方法，包括以下步骤：

（A）对于具有被缠卷到范围α中的像素值的微分相位图像执行相位解缠过程；

（B）在步骤（A）之后将微分相位图像分割成子区域，各个所述子区域是其中相位解缠误差将被校正的单元，各个所述子区域包含像素；

（C）由在所述子区域中的像素的像素值的统计运算获得基准值；

（D）对于具有不同于在所述子区域中的基准值的像素值的每一个像素计算整数n，整数n允许在基准值和所述每一个像素值之间的差值Δ满足nα-α/2≤Δ<nα+α/2；

（E）从不同于在所述子区域中的基准值的各个像素值减去n·α以校正所述相位解缠误差；和

（F）重复步骤（C）、（D）和（E），直至在每一个子区域中都校正了所述相位解缠误差。

20.根据权利要求19所述的图像处理方法，进一步包括以下步骤：（G）在所述步骤（A）之后并且在所述步骤（B）之前基于所述微分相位图像确定各个子区域的尺寸。

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