CN110049725A - X射线相位成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种X射线相位成像装置(100)，其包括控制部(5)，所述控制部(5)针对已通过调整机构部(3)而变化的被摄物(S)与成像光栅部(G1)的多个相对的位置的各个，分别生成暗视场像(Iv)，获取各个暗视场像中(Iv)的感兴趣区域(ROI)的对比度，并且以根据已获取的各个对比度，调整被摄物(S)与成像光栅部(G1)的相对的位置的方式控制调整机构部(3)。

Description

X射线相位成像装置
技术领域
本发明涉及一种X射线相位成像装置，且特别涉及一种进行光栅与被摄物的相对的位置的移动的X射线相位成像装置。
背景技术
以前，已知有一种进行光栅与被摄物的相对的位置的移动的X射线相位成像装置。例如在日本专利特表2015-529510号公报中公开了此种X射线相位成像装置。
在所述日本专利特表2015-529510号公报中公开了一种相位微分对比度摄像用的X射线摄像系统装置(X射线相位成像装置)，其包括：X射线源、X射线的检测部、光栅装置(grating arrangement)、相位微分装置、及处理单元(控制部)。在此X射线摄像系统装置中，光栅装置具有配置在X射线源与检测部之间的相位光栅(phase grating)(成像光栅部)、配置在相位光栅与X射线源之间的源光栅(source grating)(光源光栅部)、及配置在相位光栅与检测部之间的分析光栅(吸收光栅部)。另外，相位微分装置包含光栅装置、及用于正在检查的对象物(被摄物)与至少一个光栅之间的相对移动的移动装置(调整机构部)。而且，此X射线摄像系统装置为了使由光栅所生成的规定的莫尔图案(moire pattern)(成为表示X射线的相位的变化的相位微分像的基础的像)产生，以使源光栅并进的方式构成。另外，此X射线摄像系统装置以进行相位微分装置(装置中与被拍摄的X射线的光学路径相关的构件)与正在检查的对象物(被摄物)的相对移动的方式构成。
另外，以前已知有如下的方法，当在射入光栅中的X射线的路径上存在正在检查的对象物(被摄物)时与不存在正在检查的对象物(被摄物)时，在相对于照射至相位光栅(成像光栅部)中的X射线大致垂直且变成与相位光栅所具有的一条一条的光栅的延长方向大致垂直的方向上移动，针对相位光栅的多个不同的位置的各个，拍摄由相位光栅所产生的多个光栅像(X射线图像)，并进行比较。在此方法中，通过对多个光栅像(X射线图像)进行比较，而获取起因于由被摄物的有无所产生的X射线的散射的表示X射线的清晰度的变化的暗视场像。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特表2015-529510号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在所述日本专利特表2015-529510号公报的相位微分对比度摄像用的X射线摄像系统装置(X射线相位成像装置)中，以使对象物(被摄物)与各光栅部的相对位置、或被摄物与相位微分装置(装置中与被拍摄的X射线的光学路径相关的构件)的相对位置移动，由此规定的莫尔图案适当地出现的方式进行调整。但是，即便莫尔图案已作为X射线图像整体而适当地出现，也依存于各光栅部中所包含的一条一条的光栅延长的方向，产生暗视场像中的X射线散射的信息被适当地检测的部分、及几乎不被检测的部分。具体而言，X射线的散射在相对于光栅延长的方向垂直的方向上容易被捕捉(即，对比度(contrast)变高)，另一方面，在沿着光栅延长的方向的方向上难以捕捉(对比度变低)。因此，即便以莫尔图案适当地出现的方式进行了调整，也存在未必可在暗视场像中的被摄物的感兴趣区域(region ofinterest)中充分地获得对比度这一问题点。
本发明是为了解决如上所述的问题而成者，本发明的一个目的在于提供一种可在暗视场像中的被摄物的感兴趣区域中充分地获得对比度的X相位成像装置。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，本发明的一形态中的X射线相位成像装置包括：X射线源，对被摄物照射X射线；成像光栅部，通过从X射线源照射至被摄物上的X射线穿过而生成光栅像；检测部，对穿过了成像光栅部的X射线进行检测；调整机构部，使被摄物与成像光栅部的相对的位置变化的同时进行调整；以及控制部，针对已通过调整机构部而变化的被摄物与成像光栅部的多个相对的位置的各个，根据由检测部所检测到的X射线的信号，分别生成表示被摄物存在时与被摄物不存在时的X射线的清晰度的变化的暗视场像，获取各个暗视场像中的感兴趣区域的对比度，并且以根据已获取的各个对比度调整被摄物与成像光栅部的相对的位置的方式，控制调整机构部。
在根据本发明的一形态的X射线相位成像装置中，如上所述，针对已通过调整机构部而变化的被摄物与成像光栅部的多个相对的位置的各个，根据由检测部所检测到的X射线的信号，分别生成表示存在被摄物时与不存在被摄物时的X射线的清晰度的变化的暗视场像，获取各个暗视场像中的感兴趣区域的对比度，并且根据已获取的各个对比度，调整被摄物与成像光栅部的相对的位置。由此，根据暗视场像中的被摄物的对比度来调整被摄物与成像光栅部的相对的位置，由此可在暗视场像中的被摄物的感兴趣区域中充分地获得对比度。
在根据所述一形态的X射线相位成像装置中，优选控制部使调整机构部以对应于感兴趣区域的对比度相对地变高的暗视场像的方式，调整被摄物与成像光栅部的相对的位置。若如此构成，则在对比度不充分的情况下，能够以对比度相对地变高的方式调整被摄物与成像光栅部的相对的位置，因此可容易地获取在感兴趣区域中具有足够大的对比度的暗视场像。
在根据所述一形态的X射线相位成像装置中，优选控制部以如下方式构成：当根据已获取的各个对比度，使被摄物与成像光栅部的相对的位置变化时，根据对比度，使感兴趣区域的位置追随被摄物与成像光栅部的相对的位置的变化。若如此构成，则即便在被摄物相对于暗视场像中所设定的感兴趣区域已移动的情况下，暗视场像中的感兴趣区域的位置也进行追随，因此暗视场像中所设定的感兴趣区域不会脱离被摄物中的原来的感兴趣区域。
在根据所述一形态的X射线相位成像装置中，优选控制部以如下方式构成：针对被摄物与成像光栅部的多个相对的位置，分别获取暗视场像及被摄物与成像光栅部的相对的位置的信息，并且将暗视场像与相对的位置的信息建立关联来存储。若如此构成，则暗视场像与相对的位置以建立了关联的状态被存储，因此即便在已自获得了暗视场像的时间点的被摄物与成像光栅部的相对的位置挪动后，也可以再次调整成获得了暗视场像的时间点的被摄物与成像光栅部的相对的位置，而恢复位置关系。即，能够以变成对应于获得了所期望的对比度的状态的被摄物与成像光栅部的相对的位置的方式，容易地重新调整。
在根据所述一形态的X射线相位成像装置中，优选控制部以如下方式构成：使被摄物与成像光栅部中的至少一者从在第一方向上所获得的多个暗视场像的感兴趣区域的对比度被判断为最大的被摄物与成像光栅部的相对的位置，朝与第一方向不同的第二方向上的被摄物与成像光栅部的多个相对的位置移动，而增加暗视场像的对比度。若如此构成，则可根据在第一方向上感兴趣区域的对比度变成最大的被摄物与成像光栅部的相对的位置关系，开始朝第二方向的相对的位置的移动。其结果，可通过调查相对于已获得的对于第一方向的最大的对比度，是否进一步产生由朝第二方向的相对的位置的移动(位置的变动)所引起的对比度的增加，而高效率地增加对比度。
在根据所述一形态的X射线相位成像装置中，优选控制部以如下方式构成：根据感兴趣区域中的像素值的平均值与背景区域中的像素值的平均值的差的绝对值，获取暗视场像的对比度。若如此构成，则可将变成大致固定的值的背景区域中的像素值作为基准对感兴趣区域中的像素值进行比较，因此可容易且高精度地获取暗视场像的对比度。
在根据所述一形态的X射线相位成像装置中，优选还包括以下各部的至少一者：吸收光栅部，配置在X射线源与检测部之间，并且从X射线源来看配置在被摄物及成像光栅部的后方，用于检测由成像光栅部所生成的光栅像；以及光源光栅部，配置在X射线源与检测部之间，并且从X射线源来看配置在被摄物及成像光栅部的前方，用于以已穿过的X射线发生干涉的方式使相位一致；且调整机构部以如下方式构成：在调整被摄物与成像光栅部的相对的位置时，维持吸收光栅部及光源光栅部的至少一者与成像光栅部的相对的位置。若如此构成，则相位已通过光源光栅部而一致的X射线发生干涉，因此不论从X射线源进行了照射的时间点的X射线的相位是否一致，均可获得由成像光栅部所生成的清楚的光栅像。另外，通过吸收光栅部，根据光栅像的形状来吸收对应于由成像光栅部所生成的光栅像的X射线，因此可获得由成像光栅部所生成的清楚的光栅像。另外，一边维持吸收光栅部及光源光栅部与成像光栅部的相对的位置，一边调整被摄物与成像光栅部的相对的位置，因此可一边维持获得清楚的暗视场像的状态，一边提升暗视场像的感兴趣区域中的对比度。
在根据所述一形态的X射线相位成像装置中，优选调整机构部以如下方式构成：一边维持X射线源及检测部的相对于成像光栅部的相对的位置，一边调整被摄物与成像光栅部的相对的位置。若如此构成，则由于一边维持X射线源及检测部的相对于成像光栅部的相对的位置，一边调整被摄物与成像光栅部的相对的位置，因此可一边维持获得清楚的暗视场像的状态，一边提升暗视场像的感兴趣区域中的对比度。
在根据所述一形态的X射线相位成像装置中，优选控制部以还获取表示被摄物对X射线的吸收程度的吸收像、及表示由被摄物所引起的X射线的相位的变化的相位微分像的方式构成。若如此构成，则除暗视场像以外，可从已获得的X射线检测的信息中获取吸收像与相位微分像，因此可进行被摄物的更多方面的分析。
[发明的效果]
根据本发明，如上所述，可在暗视场像中的被摄物的感兴趣区域中充分地获得对比度。
附图说明
图1是表示根据本发明的一实施方式的X射线相位成像装置的整体结构的图。
图2是用于说明根据本发明的一实施方式的调整机构部的示意图。
图3是用于说明根据本发明的一实施方式的自身像与光栅部的位置关系及阶段曲线的图。
图4是根据本发明的一实施方式的阶段曲线的图表。
图5是用于说明根据本发明的一实施方式的吸收像、相位微分像及暗视场像的图。
图6是用于说明由微小粒子所引起的散射的图。
图7是用于说明根据本发明的一实施方式的暗视场像的对比度的表现方式与光栅的延长方向的关系及对比度调整的图。
图8是表示根据本发明的一实施方式的感兴趣区域及背景区域的一例的图。
图9是表示根据本发明的一实施方式的暗视场像的对比度调整中的被摄物的移动的一例的图。
图10是用于说明根据本发明的一实施方式的X射线图像获取处理的流程图。
图11是用于说明根据本发明的一实施方式的暗视场像对比度调整处理的流程图。
图12是表示根据本发明的一实施方式的变形例的二维的光栅部的示意图。
图13是表示根据本发明的一实施方式的变形例的变更了被摄物S的配置的X射线相位成像装置的整体结构的图。
图14是表示根据本发明的一实施方式的变形例的各光栅部可移动地构成的X射线相位成像装置的整体结构的图。
图15是表示根据本发明的一实施方式的变形例的X射线源、检测部及各光栅部可移动地构成的X射线相位成像装置的整体结构的图。
图16是表示根据本发明的一实施方式的变形例的X射线源、检测部、各光栅部及被摄物可移动地构成的X射线相位成像装置的整体结构的图。
图17是表示根据本发明的一实施方式的变形例的省略了吸收光栅部的配置的X射线相位成像装置的整体结构的图。
图18是表示根据本发明的一实施方式的变形例的省略了光源光栅部的配置的X射线相位成像装置的整体结构的图。
图19是表示根据本发明的一实施方式的变形例的成像光栅部包含吸收型光栅的X射线相位成像装置的整体结构的图。
具体实施方式
以下，根据图式对将本发明具体化的实施方式进行说明。
(X射线相位成像装置的结构)
首先，参照图1及图2，对根据本实施方式的X射线相位成像装置100的结构进行说明。
如图1所示，X射线相位成像装置100以对被摄物S照射X射线，进行被摄物S的摄影部位(透视部位或摄像部位)的透视或摄像的方式构成。另外，X射线相位成像装置100包括对被摄物照射X射线的X射线源1。X射线源1例如包含X射线管等。
另外，X射线相位成像装置100包括通过从X射线源1照射至被摄物S上的X射线透过而生成光栅像的成像光栅部G1。被摄物S从X射线源1来看，被载置在成像光栅部G1的前方且光源光栅部G3(后述)的后方。成像光栅部G1包含相位型衍射光栅(diffraction grating)。成像光栅部G1例如以如下方式形成：由已被硅镀覆的金等所形成的用于吸收X射线的吸收构件1a在相对于照射X射线变成大致垂直方向的一维方向(X方向)上等间隔地排列。X射线在穿过了吸收构件1a的X射线与穿过了透明部分(无吸收构件的部分)的X射线之间，被赋予固定的相位差(例如，π或π/2等)。另外，吸收构件1a在作为纸面内方向的Y方向上以规定的长度一样地伸长。吸收构件1a的X方向的周期(间距)为d1。d1以波长λ的照射X射线产生由衍射所引起的干涉的程度足够小地构成。由此，透过了成像光栅部G1的衍射X射线在成像光栅部G1的后方产生干涉条纹，以某个固定的距离间隔生成成像光栅部G1的形状经扩大的自身像G0。将此种由干涉所引起的自身像G0的生成称为塔尔博特(Talbot)效应。另外，将生成自身像G0的位置称为塔尔博特距离。其后对塔尔博特距离进行详细说明。另外，自身像G0是权利要求书的“光栅像”的一例。
另外，X射线相位成像装置100包括对穿过了成像光栅部G1的X射线进行检测的检测部2。检测部2在相对于X射线照射方向垂直的面内，包含与各像素对应的未图示的检测元件。检测元件将已射入的X射线转换成电信号(检测信号)后输出至控制部5(后述)中。检测部2例如包含平板探测器(Flat Panel Detector，FPD)等。
另外，X射线相位成像装置100包括吸收光栅部G2，所述吸收光栅部G2配置在X射线源1与检测部2之间，并且从X射线源来看配置在被摄物S及成像光栅部G1的后方，用于检测由成像光栅部G1所生成的自身像G0。吸收光栅部G2包含振幅型衍射光栅。吸收光栅部G2配置在产生自身像G0的塔尔博特距离处。另外，吸收光栅部G2构成有吸收X射线的金等吸收构件2a的图案(光栅)。由此，吸收(理想的是遮断)射入吸收构件2a的位置上的X射线。吸收构件2a在X射线的照射方向(Z方向)上足够长地形成，相对于间距d2变成高纵横尺寸比。此处，吸收构件2a以变成与自身像G0相同的形状的方式构成。具体而言，吸收构件的X方向的周期(间距)为d2，与自身像G0的X方向的周期(间距)一致。另外，吸收构件1a在作为纸面内方向的Y方向上以规定的长度一样地伸长。此处，当在X射线的路径上存在被摄物S时，自身像G0因被摄物S的影响而从成像光栅部G1的形状变形。通过使吸收光栅部G2与所述已变形的自身像G0重叠，而产生自身像G0与由吸收光栅部G2所进行的吸收的莫尔像(moire image)。莫尔像的周期变得比自身像G0的周期(成像光栅部G1的光栅图案的周期)大，因此在检测部2中检测所需要的分辨率下降，容易检测自身像G0的变形(由被摄物S的有无所引起的差异)。
另外，X射线相位成像装置100包括光源光栅部G3，所述光源光栅部G3配置在X射线源1与检测部2之间，并且从X射线源来看配置在被摄物S及成像光栅部G1的前方，用于以已穿过的X射线发生干涉的方式使相位一致。光源光栅部G3包含振幅型衍射光栅。吸收构件3a是用于去除干涉中不需要的X射线，以使自身像G0产生的构件。即便在从X射线源1照射的X射线的相位不一致的情况下，也通过穿过光源光栅部G3而使X射线的相位在检测位置上一致。如此，将使已穿过的X射线的相位一致的效应称为劳(Lau)效应。另外，光源光栅部G3的周期(间距)为d3。
此处，对X射线源1、检测部2、成像光栅部G1、吸收光栅部G2、及光源光栅部G3的位置关系进行说明。如上所述，吸收光栅部G2配置在出现由成像光栅部G1所生成的成像光栅部G1的自身像G0的位置或其附近。塔尔博特距离(出现自身像G0的位置)zp由下述的式(1)表示。
[数学式1]
此处，d1为成像光栅部G1的周期(间距)，λ为X射线的波长。另外，R31为光源光栅部G3与成像光栅部G1之间的Z方向的距离。另外，p为塔尔博特次数，表示出现自身像G0的位置。另外，对应于自身像的p的值根据由成像光栅部G1进行调变的相位的大小而不同。
此时，自身像G0的X方向的周期(间距)d0由下述的式(2)表示。
[数学式2]
此处，R12为成像光栅部G1与吸收光栅部G2之间的Z方向的距离。因此，以变成R12＝zp、且d2＝d0的方式配置吸收光栅部G2。另外，为了使光源光栅部G3的各狭缝(无吸收构件3a的透明部分)所生成的自身像G0的各自的相位一致并互相重叠，以变成d3：d0＝R31：zp的方式配置光源光栅部G3。
另外，X射线相位成像装置100包括使被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置变化的同时进行调整的调整机构部3。调整机构部3兼任载置被摄物S的底座，以使被摄物S的相对于成像光栅的相对的位置变化的方式构成。具体而言，如图2(a)所示，调整机构部3包含电动定位台(图2(b)、图2(c)、图2(d)及图2(e)中所示的台的任一者)的组合。以下，图2中的斜线的区域是可移动地构成的台座部分。图2(b)中所示的升降台可使被摄物S在X方向(上下方向)上移动。图2(c)中所示的并进台可使被摄物S在Y方向或Z方向(水平方向)上移动。图2(d)中所示的测角台(goniometer stage)(倾斜台)可使被摄物S在10度～20度左右的范围内，在Y轴旋转方向或Z轴旋转方向上移动。图2(e)中所示的旋转台可使被摄物S至少在360度的范围内，在X轴旋转方向上移动。另外，这些定位台具有步进马达或压电致动器，能够以微米或0.01度的高精度的间隔调整被摄物S的位置。通过此种定位台的组合，如图2(f)所示，可使被摄物S在(1)X并进方向、(2)Y并进方向、(3)Z并进方向、(4)X轴旋转方向、(5)Y轴旋转方向及(6)Z轴旋转方向上移动。另外，调整机构部3只要包含对应于并进方向或旋转方向的至少一个定位台即可。另外，也可以使用可通过一台来使被摄物S在多个方向上移动的定位台。
另外，X射线相位成像装置100包括使吸收光栅部G2在X方向上，相对于成像光栅部G1进行上下移动的移动机构部4。移动机构部4包含升降台等。
此处，在本实施方式中，如图1所示，X射线相位成像装置100包括控制部5。控制部5针对已通过调整机构部3而变化的被摄物S与成像光栅部G1的多个相对的位置(摄像位置)的各个，根据由检测部2所检测到的X射线的信号，分别生成表示存在被摄物S时与不存在被摄物S时的X射线的清晰度的变化的暗视场像Iv、表示X射线的吸收的程度的吸收像Ia、及表示X射线的相位的变化的相位微分像Id。
具体而言，控制部5包含个人计算机(Personal Computer，PC)等信息处理装置，与X射线源1、检测部2、调整机构部3及移动机构部4进行信号(信息)的交换。具体而言，控制部5包括：中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等主控制部51、硬盘驱动器(HardDisk Drive，HDD)及存储器等存储部52、驱动控制部53、以及图像处理部54。图像处理部54可以是图像处理专用的运算处理部，也可以通过使CPU执行图像处理程序而作为图像处理部54发挥功能。另外，也可以设置图像处理专用的装置作为图像处理部54。另外，由双点划线所表示的箭头表示正在进行信号的交换。
主控制部51执行已被存储在存储部52中的控制程序，由此使PC作为X射线相位成像装置100的控制部5发挥功能。
在存储部52中存储有主控制部51、驱动控制部53或图像处理部54所执行的各种程序，以及由检测部2所拍摄的X射线图像I的数据或拍摄了X射线图像I时的成像光栅部G1及被摄物S的位置(调整机构部3及移动机构部4的位置参数)。
驱动控制部53对X射线源1的X射线照射、或调整机构部3的位置(摄像位置)及移动机构部4的位置(光栅位置)进行控制。另外，将调整机构部3的位置(摄像位置)及移动机构部4的位置(光栅位置)的信息(位置参数)输出至存储部52中进行存储。
图像处理部54对X射线图像I施加图像处理。另外，从多个X射线图像I获取表示被摄物S对X射线的吸收程度的吸收像Ia、表示由被摄物S所引起的X射线的相位的变化的相位微分像Id、及表示存在被摄物S时与不存在被摄物S时的X射线的清晰度的变化的暗视场像Iv，并将它们输出至存储部52中。
(吸收像、相位微分像及暗视场像的获取)
以下，根据图3～图5，对吸收像Ia、相位微分像Id及暗视场像Iv的获取进行说明。吸收像Ia、相位微分像Id及暗视场像Iv可通过不存在被摄物S时的X射线图像Ir与载置有被摄物S时的X射线图像Is的比较而获得。
改变吸收光栅部G2的位置(光栅位置)来多次拍摄X射线图像Ir及X射线图像Is。另外，为了比较，分别在对应的同一个光栅位置上拍摄X射线图像Ir及X射线图像Is。图3(a)、图3(b)及图3(c)表示由成像光栅部G1所生成的自身像G0与吸收光栅部G2的位置关系。图3(a)～(c)均为从X射线摄像方向观察的图。自身像G0中，以涂白来表示的长方形的中部对应于X射线因干涉而相互增强的部分，除此以外的部分对应于因干涉而相互减弱的部分。如图3(a)～(c)那样，作为塔尔博特距离zp中的光栅像的自身像G0变成反映了成像光栅部G1的形状的X射线的明暗的条纹。另外，吸收光栅部G2的由斜线所表示的长方形的中部对应于吸收构件2a。
此处，吸收光栅部G2以与自身像G0大致重叠的方式构成。因此，如图3(a)那样，将自身像G0与吸收光栅部G2的吸收构件重叠配置，由此可遮断自身像G0的X射线。但是，为了容易理解，以在左右方向(Y方向)上略微挪动的状态表示吸收光栅部G2。使吸收光栅部G2在上下方向(X方向)上以固定间隔进行移动，在各个光栅位置上拍摄X射线图像Ir及X射线图像Is。图3(b)表示以吸收光栅部G2与自身像G0仅重叠大致一半的方式，朝下侧挪动来配置的状态。另外，图3(c)表示以吸收光栅部G2与自身像G0不重叠的方式，朝下侧进一步挪动来配置的状态。
图3(d)是在被摄物S位于X射线的路径上的状态与不位于X射线的路径上的状态下获取的对应于各光栅位置(各阶段)的X射线图像Ir与X射线图像Is的一个像素的像素值(例如，表示X射线检测量的大小的亮度值)的阶段曲线。纵轴表示经检测的X射线的强度。横轴表示摄像的光栅位置(阶段)的编号(移动距离)。针对所有像素获取此种阶段曲线。像素值分别在八个阶段(八个光栅位置)获取。图3(a)、图3(b)及图3(c)分别对应于由虚线所表示的光栅位置(阶段)的编号(移动距离)3、编号5及编号7。在图3(a)、图3(b)及图3(c)中，通过吸收光栅部G2中的X射线吸收，像素值按此顺序下降。另外，图3(a)的光栅位置对应于像素值最小的阶段，图3(c)的光栅位置对应于像素值最大的阶段。当存在被摄物S时与不存在被摄物S时，在阶段曲线的形状中也产生变形(由被摄物S的有无所引起的差异)。另外，以在摄像中途不使被摄物S相对于调整机构部3移动的方式，获取不存在被摄物S的状态的阶段曲线后，获取载置有被摄物S的状态的阶段曲线。
针对各像素，对以所述方式获得的不存在被摄物S时(X射线图像Ir)及存在被摄物S时(X射线图像Is)的两条阶段曲线进行比较。图4是针对某一个像素所获得的阶段曲线。根据不存在被摄物S时(r)及存在被摄物S时(s)的各自的阶段曲线，可获得平均强度Cr及平均强度Cs、振幅Ar及振幅As、相位差ΔΦ。由此，在各像素中，可获得平均强度的比T、相位变化的大小ΔΦ、清晰度(利用平均强度将振幅加以规格化而成者)的比v。T、ΔΦ及v由下述的式(3)～式(5)表示。
[数学式3]
[数学式4]
[数学式5]
此处，Irmax及Irmin是不存在被摄物S时的阶段曲线的最大值及最小值。另外，Ismax及Ismin是存在被摄物S时的阶段曲线的最大值及最小值。
通过这些值，可获得如图5所示的果实Sa(被摄物S的一例)的吸收像Ia、相位微分像Id及暗视场像Iv。图5(a)中所示的将各像素中的平均强度的比T加以图像化而成者是吸收像Ia。吸收像Ia表示已由被摄物吸收的X射线的吸收的程度。另外，图5(b)中所示的将各像素中的相位变化的大小ΔΦ加以图像化而成者是相位微分像Id。相位的变化因介质所具有的折射率的差异而产生，因此相位微分像Id可获得介质的边界面等比较浅的位置的信息。另外，果皮在果实Sa的上端被拍摄得黑，在下端被拍摄得白反映了包含正负在内获取相位变化的大小。另外，图5(c)中所示的将各像素中的清晰度的比v加以图像化而成者是暗视场像Iv。因由被摄物所具有的微小结构所引起的X射线的散射(小角散射)，与不存在被摄物S的情况相比，射入检测部2中的相位一致的X射线的量相对地减少。其结果，由相位一致的X射线所产生的干涉的程度减少，因此阶段曲线的最大值与最小值的差(相互增强与相互减弱的程度的差)变小，清晰度下降。
图5(c)是在摄像后与摄像方向垂直地切断的果实Sa的剖面。吸收的程度依存于原子核的重量，因此在轻元素中小，而难以进行摄像。但是，相位的变化及散射在轻元素中也比吸收的程度大，而可进行摄像。实际上，可知在相位微分像Id及暗视场像Iv中获得了在吸收像Ia中无法获得的种子、果皮、维管束、子房室等结构的信息。尤其，在暗视场像Iv中，拍摄到由果皮、种子或维管束所具有的小细胞或多孔质等微细结构(微小粒子)所引起的散射。另外，在暗视场像Iv中，由与X射线的波长λ相同程度的大小的结构(微小粒子)所引起的散射被良好地拍摄。
(暗视场像的对比度)
此处，根据图6以及图7，对暗视场像Iv的对比度进行更详细的说明。
首先，根据图6，对由微小粒子所引起的散射(小角散射)进行说明。在如图5所示，将一个微小粒子近似成球形的情况下，已射入微小粒子中的大致平行的X射线的光束如图6(a)或图6(b)那样散射。此处，n1为微粒子外部的介质的折射率，n2为微粒子的折射率。图6(a)以从微小粒子(球)的中心进行扩散的方式产生散射。另外，图6(b)以朝微小粒子(球)的中心收敛的方式产生散射。但是，在图6(b)中，在足够远的地方已射入的X射线的光束也进行扩散。产生图6(a)及图6(b)的哪一种的散射由折射率n1、折射率n2与X射线的波长λ来决定。通常，已知在射入光变成可见光的区域中，产生图6(a)的散射，在射入光变成X射线(放射线)的区域中，产生图6(b)的散射。另外，在图6(a)及图6(b)的任一者中，射入光越接近微小粒子的边缘(边界部分)，越受到更大的角度的散射。
继而，根据图7，对由果实Sa的果皮所引起的散射进行说明。越是果皮的表面，包含越多的微小粒子，因此容易产生X射线的散射。图7的(与图4相同)暗视场像Iv中的果皮在上下端(X方向上的端部)被清楚地拍摄，但在左右端(Y方向上的端部)几乎未被拍摄。这些散射的灵敏度的差异依存于成像光栅部G1及吸收光栅部G2所具有的光栅的方向。
此处，将果皮假定为微小粒子的薄层，仅考虑由微小粒子的边缘所引起的散射。另外，上端及左端的果皮的微粒子层与使正面的果皮的微粒子层分别以Y轴及X轴为中心进行了旋转的结构大致一致。当X射线从正面射入果皮的微粒子层中时，X射线穿过的区域的微粒子的数密度(边缘的量)小，因此仅在少许的X射线中产生散射。另一方面，当X射线倾斜地射入果皮的微粒子层中时，X射线穿过的区域的微粒子的数密度(边缘的量)比较大，因此被散射的X射线的比例也变大。即，在相当于果实Sa的轮廓的部分中被散射的X射线的比例变大。
在果皮的端部，可认为虽然方向不同，但产生大致相同的量的散射。但是，自身像G0的变形(差异)只有当在作为相对于光栅(成像光栅部G1及吸收光栅部G2)的延长方向垂直的方向的X方向上产生时才能检测。因此，已在作为光栅的延长方向的Y方向上产生的自身像G0的变形(由散射等所引起的清晰度的差异)不被检测。
如上所述，即便按照塔尔博特距离来适当地配置了成像光栅部G1、吸收光栅部G2及光源光栅部G3，因由被摄物S所产生的X射线的散射的方向与光栅的延长方向的关系性，而未必可适当地获得暗视场像Iv的对比度。因此，为了充分地获得暗视场像Iv的对比度，控制部5使调整机构部3调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置。
(暗视场像的对比度调整)
以下，根据图8以及图9，对暗视场像Iv的对比度调整进行说明。X射线源1、检测部2、成像光栅部G1、吸收光栅部G2及光源光栅部G3的相对的位置已以自身像被适当地拍摄的方式得到调整，在暗视场像的对比度调整中进行固定。但是，用于获得阶段曲线的吸收光栅部G2的上下移动(相对于成像光栅部G1的X方向的相对的移动)除外。
即，调整机构部3以如下方式构成：在调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置时，维持吸收光栅部G2及光源光栅部G3与成像光栅部G1的相对的位置。
另外，调整机构部3以如下方式构成：一边维持X射线源1及检测部2的相对于成像光栅部G1的相对的位置，一边调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置。
此处，在本实施方式中，控制部5获取各个暗视场像Iv中的感兴趣区域ROI的对比度，并且以根据已获取的各个对比度，调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置的方式控制调整机构部3。
另外，控制部5以如下方式构成：根据感兴趣区域ROI中的像素值的平均值IROI与背景区域BG中的像素值的平均值中IBG的差的绝对值，获取暗视场像Iv的对比度。
具体而言，控制部5(图像处理部54)在已将被摄物S载置在某一个经固定的位置(包含相对于成像光栅部G1的角度的相对的位置)上的状态下，获取暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id。此时，控制部5在暗视场像Iv中，获取被摄物S内所设定的感兴趣区域ROI中的对比度。此时，对比度通过图8中所示的被摄物S内所设定的感兴趣区域ROI内的像素的像素值(例如，表示清晰度的比的大小的亮度值)的平均值IROI、与作为被摄物S不映入的区域的背景区域BG内的像素的像素值的平均值IBG的差的绝对值来求出。即，若将感兴趣区域ROI内的对比度设为α，则通过下述的式(6)来算出。
[数学式6]
α＝|IROI-IBG|...(6)
而且，以感兴趣区域ROI中的对比度充分地变大的方式，根据已获取的感兴趣区域ROI中的对比度，使调整机构部3变更被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置。另外，针对被摄物S与成像光栅部G1的新的相对的位置，获取暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id。另外，采用大的感兴趣区域ROI及背景区域BG会减少由X射线源的照射不均(噪声)所产生的影响，且信噪(Signal/Noise，S/N)比变得良好。
另外，控制部5使调整机构部3以对应于感兴趣区域ROI的对比度相对地变高的暗视场像Iv的方式，调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置。
具体而言，控制部5使调整机构部3以在被摄物S与成像光栅部G1的新的相对的位置上，与变化之前的位置相比暗视场像Iv的感兴趣区域ROI中的对比度变大的方式进行调整。
另外，控制部5以如下方式构成：当根据已获取的各个暗视场像Iv的对比度，使被摄物与成像光栅部G1的相对的位置变化时，根据对比度，使感兴趣区域ROI的位置追随被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置的变化。
具体而言，载置有被摄物S的调整机构部3的底座的位置参数由控制部5来控制。由此，控制部5(驱动控制部53)在使调整机构部3的载置被摄物S的底座的位置参数变化的情况下，知道经载置的被摄物S相对于被拍摄的X射线图像I如何移动。因此，控制部5可经由位置参数，在X射线图像I中，使被摄物S内所设定的感兴趣区域ROI追随被摄物S的移动。
另外，控制部5以如下方式构成：针对被摄物S与成像光栅部G1的多个相对的位置，分别获取暗视场像Iv及被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置的信息，并且将暗视场像Iv与相对的位置的信息建立关联来存储。
具体而言，控制部5(存储部52)每次拍摄X射线时，均获取用于获得多个暗视场像Iv的作为被摄物S的相对于成像光栅部G1的相对的位置的调整机构部3的位置参数，并将其与X射线图像I建立关联来存储。另外，控制部5(存储部52)每次拍摄X射线时，均获取用于获得阶段曲线的作为吸收光栅部G2的相对于成像光栅部G1的相对的位置(上下方向位置)的移动机构部4的位置参数，并将其与X射线图像I建立关联来存储。另外，获取各个位置参数的时机也可以不是每次拍摄，而以每次变更位置参数时获取的方式构成。
另外，控制部5以如下方式构成：使被摄物S与成像光栅部G1中的至少一者从在第一方向上所获得的多个暗视场像的感兴趣区域ROI的对比度被判断为最大的被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置，朝与第一方向不同的第二方向上的被摄物S与成像光栅部G1的多个相对的位置移动，而增加暗视场像Iv的对比度。
具体而言，利用调整机构部3所进行的相对于成像光栅部G1的被摄物S的相对的位置的移动最多存在六个方向(参照图2)。此处，若由使用者进行移动方向及移动范围的输入，则控制部5根据用于使感兴趣区域ROI中的对比度有效率地增加的由使用者指定或事先设定的优先顺位，决定一个移动方向(例如，Z轴旋转方向)。在被摄物S的初始位置上，使吸收光栅部G2的位置变化，而获取暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id(以下，三个像)。以后，在已决定的一个方向及范围内，以某个阶段(次数)使被摄物S的相对于成像光栅部G1的相对的位置移动，并在各个位置上分别获取三个像。阶段的数量根据摄像时间及三个像的想要获得的精度等来决定。
继而，控制部5在根据一个移动方向(例如，Z轴旋转)获取三个像后，计算已获得的多个相对的位置上的暗视场像Iv的各自的感兴趣区域ROI内的对比度。而且，确定对比度变成最大的暗视场像Ivmax，并使被摄物S的位置回到对应的位置上。即，控制部5使调整机构部3再次调整成与暗视场像Ivmax对应的位置参数。
此时，被摄物S的感兴趣区域ROI内的对比度在第一方向(所述一个方向。例如，Z轴旋转方向)的测定范围内变成最大。因此，控制部5使被摄物S的相对于成像光栅部G1的位置在第二方向(例如，Y轴旋转方向)上变化，并获取对于各位置的对比度。然后，控制部5对通过第二方向内的移动所获得的对比度与在第一方向内所获得的最大的对比度进行比较，并使被摄物S移动至新变成最大的对比度的位置上。进而，控制部5对于第三、第四……方向(例如，X并进移动等)也进行相同的摄像，而针对已被输入或设定的所有方向结束摄像。
另外，当使被摄物S的位置变化来进行摄像时，被摄物S的移动量由调整机构部3的移动精度、被摄物的感兴趣区域的大小及摄像所花费的时间等来决定。作为例子，当使被摄物S在5度的范围内以每次0.1度进行旋转时，暗视场像Iv的摄像次数变成50次。
图9是编入了细纤维的纤维原材料Sb(被摄物S的一例)的图。如图9(a)所示，纤维原材料Sb具有纤维的编入方向(左右或上下)不同的区域，在可见光区域中，看起来像是方格图案(checkered pattern)。此处，若使X射线射入纤维原材料中，则沿着纤维的延长方向进行散射的方向不同。因此，暗视场像Iv也变成反映了方格图案的像。此时，相对于射入的X射线改变纤维原材料Sb的角度，由此对于纤维的方向的射入角度变化。由此，产生X射线的散射的比例增减，因此暗视场像Iv的感兴趣区域ROI内的对比度变化。
如图9(b)所示，当以相对于X射线的射入角度变成浅角度的方式载置了纤维原材料Sb时，纤维的结构不那么清楚地显现。另一方面，如图9(c)所示，当以相对于X射线的射入角度变成深角度的方式载置了纤维原材料Sb时，纤维的结构清楚地显现。即，通过使纤维原材料Sb在X轴旋转方向上移动，可增加暗视场像的对比度。如此，通过使纤维原材料Sb(被摄物S)的相对于X射线照射方向的相对的位置(即，相对于成像光栅部G1的相对的位置)变化，可增加暗视场像Iv的对比度。另外，当对纤维原材料Sb的对比度变低的朝与光栅的延长方向相反的方向延长的纤维的区域进行摄像时，例如只要使纤维原材料Sb在与X射线照射方向垂直的面内旋转(在Z轴旋转方向上移动)即可。
同样地，例如当想要对由果实Sa(参照图7)的左端部分的果皮所引起的散射进行摄像时，以使果实Sa在Z轴旋转方向上移动90度，而使想要看到的部分(感兴趣区域)的果皮来到上端或下端的方式进行调整。另外，例如当想要对由果实Sa的正面部分的果皮所引起的散射进行摄像时，以使果实Sa在Y轴旋转方向移动，而使想要看到的部分的果皮来到上端或下端的方式进行调整。
本实施方式的X射线相位成像装置100通过进行所述摄像及位置的调整，可获取暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id，并且使暗视场像Iv的对比度最大化。
以下，根据图10及图11中所示的流程图，对由控制部5所进行的X射线图像获取处理及暗视场像对比度调整处理进行说明。
(X射线图像获取处理)
首先，根据图10，对在被摄物S与成像光栅部G1的一个经固定的相对的位置上，获取暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id的X射线图像获取处理进行说明。另外，不载置被摄物S时的X射线图像Ir的摄像顺序也与以下相同。另外，先获取所有无被摄物的X射线图像Ir后，获取有被摄物的X射线图像Is。
在X射线相位成像装置100中，若开始X射线摄像，则在步骤S1中，控制部5使移动机构部4将吸收光栅部G2移动至初始位置上，然后进入步骤S2。初始位置例如为与阶段曲线的端点的一侧对应的位置。
在步骤S2中，控制部5获取调整机构部3及移动机构部4的位置参数的信息，然后进入步骤S3。另外，位置参数是用于决定被摄物S的位置(摄像位置)及吸收光栅部G2的位置(光栅位置)的调整机构部3及移动机构部4的控制参数。
在步骤S3中，控制部5使X射线源1照射X射线，并获取由检测部2所检测到的X射线图像I的数据。然后，控制部5将已获取的X射线图像I的数据与各种位置参数建立关联来存储，然后进入步骤S4。
在步骤S4中，若吸收光栅部G2的光栅位置(摄像的阶段)为终端(是)，则控制部5结束X射线图像获取处理。另外，在步骤S4中，若仍然残存吸收光栅部G2的成为摄像对象的光栅位置(摄像的阶段)，而并非终端(否)，则进入步骤S5。
在步骤S5中，控制部5使吸收光栅部G2移动至下一个光栅位置(摄像的阶段)上，并回到步骤S2。
如上所述，本实施方式的X射线相位成像装置100通过重复步骤S2～步骤S5，可获取成为为了获取暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id而需要的阶段曲线的基础的多个X射线图像I。
(暗视场像对比度调整处理)
继而，根据图11，对一边使被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置变化，一边获取暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id，并且将所获取的暗视场像Iv的感兴趣区域ROI中的对比度最大化的暗视场像对比度调整处理进行说明。
若开始暗视场像对比度调整处理，则在步骤S11中，若有移动方向及移动范围的输入、或在事先设定的范围内的摄像的指示(是)，则控制部5进入步骤S12。若无移动方向等的输入，则回到步骤S11。
在步骤S12中，控制部5根据使用者的输入、或事先的设定，决定一个移动方向(例如，Z轴旋转方向等)，然后进入步骤S13。另外，移动方向的输入或设定只要至少有一个方向即可。
在步骤S13中，控制部5进行X射线图像获取处理(参照图10的步骤S1～步骤S5)，然后进入步骤S14。
在步骤S14中，若在移动方向内成为摄像的对象的摄像位置(被摄物S的相对于成像光栅部G1的相对位置、阶段)为终端(是)，则控制部5进入步骤S16。另外，若在移动方向内摄像位置(阶段)并非终端(否)，仍然残存成为摄像的对象的摄像位置，则控制部5进入步骤S15。
在步骤S15中，控制部5通过调整机构部3来使被摄物S移动至下一个摄像位置(阶段)上，并回到步骤S13。
在步骤S16中，控制部5获取(算出)已获得的多个摄像位置上的暗视场像Iv的感兴趣区域ROI内的对比度，然后进入步骤S17。
在步骤S17中，控制部5使被摄物S再次移动至与已获取的暗视场像Iv的感兴趣区域ROI内的对比度之中，在所有移动方向上变成最大的暗视场像Ivmax对应的位置上，然后进入步骤S18。
在步骤S18中，控制部5获取对于预定的所有移动方向的摄像是否已结束，若摄像已全部结束(是)，则结束暗视场像对比度调整处理。另外，若对于预定的所有移动方向的摄像未全部结束(否)，残存其他移动方向，则控制部5进入步骤S19。
在步骤S19中，控制部5根据使用者的输入、或事先的设定，设定被摄物S的新的移动方向，并回到步骤S13。
如上所述，本实施方式的X射线相位成像装置100通过重复步骤S13～步骤S19，能够以将暗视场像Iv的对比度最大化的方式进行调整。
(实施方式的效果)
在本发明的实施方式中，可获得如下的效果。
在本实施方式中，如上所述，控制部5针对已通过调整机构部3而变化的被摄物S与成像光栅部G1的多个相对的位置的各个，根据由检测部2所检测到的X射线的信号，分别生成表示存在被摄物S时与不存在被摄物S时的X射线的清晰度的变化的暗视场像Iv，获取各个暗视场像Iv中的感兴趣区域ROI的对比度，并且根据已获取的各个对比度，调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置。由此，根据暗视场像Iv中的被摄物S的对比度来调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置，由此可在暗视场像Iv中的被摄物S的感兴趣区域ROI中充分地获得对比度。
另外，在本实施方式中，如上所述，控制部5使调整机构部3以对应于感兴趣区域ROI的对比度相对地变高的暗视场像Iv的方式，调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置。由此，在对比度不充分的情况下，能够以对比度相对地变高的方式调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置，因此可容易地获取在感兴趣区域ROI中具有足够大的对比度的暗视场像Iv。
另外，在本实施方式中，如上所述，以如下方式构成控制部5：当根据已获取的暗视场像Iv的各个对比度，使被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置变化时，根据对比度，使感兴趣区域ROI的位置追随被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置的变化。由此，即便在被摄物S相对于暗视场像Iv中所设定的感兴趣区域ROI已移动的情况下，暗视场像Iv中的感兴趣区域ROI的位置也进行追随，因此暗视场像Iv中所设定的感兴趣区域ROI不会脱离被摄物S中的原来的感兴趣区域ROI。
另外，在本实施方式中，如上所述，以如下方式构成控制部5：针对被摄物S与成像光栅部G1的多个相对的位置，分别获取暗视场像Iv及被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置的信息(调整机构部3及移动机构部4的位置参数)，并且将暗视场像Iv与相对的位置的信息(调整机构部3及移动机构部4的位置参数)建立关联来存储。由此，暗视场像Iv与相对的位置以建立了关联的状态被存储，因此即便在已自获得了暗视场像Iv的时间点的被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置挪动后，也可以再次调整成获得了暗视场像Iv的时间点的被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置，而恢复位置关系。即，能够以变成对应于获得了所期望的对比度的状态的被摄物S与成像光栅部的相对的位置的方式，容易地重新调整。
另外，在本实施方式中，如上所述，以如下方式构成控制部5：使被摄物S与成像光栅部G1中的至少一者从在第一方向上所获得的多个暗视场像Iv的感兴趣区域的对比度被判断为最大的被摄物S与成像光栅部的相对的位置，朝与第一方向不同的第二方向上的被摄物S与成像光栅部G1的多个相对的位置移动，而增加暗视场像Iv的对比度。由此，可根据在第一方向上感兴趣区域ROI的对比度变成最大的被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置关系，开始朝第二方向的相对的位置的移动。其结果，可通过调查相对于已获得的对于第一方向的最大的对比度，是否进一步产生由朝第二方向的相对的位置的移动(位置的变动)所引起的对比度的增加，而高效率地增加对比度。
另外，在本实施方式中，如上所述，以如下方式构成控制部5：根据感兴趣区域ROI的像素值(例如，表示清晰度的比的大小的亮度值)的平均值与背景区域BG中的像素值的平均值的差的绝对值，获取暗视场像Iv的对比度。由此，可将变成大致固定的值的背景区域BG中的像素值作为基准对感兴趣区域ROI中的像素值进行比较，因此可容易且高精度地获取暗视场像中的感兴趣区域ROI的对比度。
另外，在本实施方式中，如上所述，还包括：吸收光栅部G2，配置在X射线源1与检测部2之间，并且从X射线源1来看配置在被摄物S及成像光栅部G1的后方，用于检测由成像光栅部G1所生成的光栅像(例如自身像G0)；以及光源光栅部G3，配置在X射线源1与检测部2之间，并且从X射线源1来看配置在被摄物S及成像光栅部G1的前方，用于以已穿过的X射线发生干涉的方式使相位一致；且以如下方式构成调整机构部3：在调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置时，维持吸收光栅部G2及光源光栅部G3与成像光栅部G1的相对的位置。由此，相位已通过光源光栅部G3而一致的X射线发生干涉，因此不论从X射线源1进行了照射的时间点的X射线的相位是否一致，均可获得由成像光栅部G1所生成的清楚的光栅像(例如自身像G0)。另外，通过吸收光栅部G2，根据光栅像的形状来吸收对应于由成像光栅部G1所生成的光栅像的X射线，因此可获得由成像光栅部G1所生成的清楚的光栅像(例如自身像G0)。另外，一边维持吸收光栅部G2及光源光栅部G3与成像光栅部G1的相对的位置，一边调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置，因此可一边维持获得清楚的暗视场像Iv的状态，一边提升暗视场像Iv的感兴趣区域ROI中的对比度。
另外，在本实施方式中，如上所述，以如下方式构成调整机构部3：一边维持X射线源1及检测部2的相对于成像光栅部G1的相对的位置，一边调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置。由此，由于一边维持X射线源1及检测部2的相对于成像光栅部G1的相对的位置，一边调整被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置，因此可一边维持获得清楚的暗视场像Iv的状态，一边提升暗视场像Iv的感兴趣区域ROI中的对比度。
另外，在本实施方式中，如上所述，控制部5以还获取表示被摄物S对X射线的吸收程度的吸收像Ia、及表示由被摄物S所引起的X射线的相位的变化的相位微分像Id的方式构成。由此，除暗视场像Iv以外，可从已获得的X射线检测的信息(由多个X射线图像Is及X射线图像Ir所形成的阶段曲线)中获取吸收像Ia与相位微分像Id，因此可进行被摄物S的更多方面的分析。
(变形例)
另外，本次所公开的实施方式应认为在所有方面均为例示而非进行限制者。本发明的范围由权利要求书的范围而非所述实施方法的说明来表示，且还包括与权利要求书的范围均等的意思及范围内的所有变更(变形例)。
另外，在图中，对与所述实施方式相同的结构赋予相同符号来图示，并省略其说明。
例如，在所述实施方式中，以当将暗视场像Iv的感兴趣区域ROI中的对比度最大化时，对一方向进行一次连续的摄像的方式构成，但本发明并不限定于此。在本发明中，也能够以对一方向进行多次的连续的摄像的方式构成。在此情况下，控制部5以如下方式构成：针对某一方向，使被摄物S每次以大的单位(例如10μm或1度)移动来进行摄像，而暂时获取对比度已变成最大的位置。其后，以如下方式构成：将对比度已变成最大的位置作为中心，重新使被摄物S每次以小的单位(例如1μm或0.1度)移动来进行摄像，而再次获取对比度变成最大的位置。在此情况下，例如第一方向与第二方向是同一个方向。由此，可减少摄像次数，因此可谋求X射线的照射量的减少及摄像时间的缩短。
另外，在所述实施方式中，表示了以在结束对于一个移动方向的摄像后，对已获取的暗视场像Iv的对比度进行比较的方式构成的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也能够以在对于一个移动方向的摄像的中途，实时地获取暗视场像Iv的对比度，并进行比较的方式构成。在此情况下，控制部5以暗视场像Iv的感兴趣区域ROI中的对比度增加的方式，使被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置变化。具体而言，一边在第一方向上移动一边进行X射线图像的摄像，将在摄像的中途对比度已从增加变化成减少的位置(对比度的极大值)作为最大值(极大值)来获取。另外，控制部5停止对于第一方向的移动。而且，控制部5从在第一方向上对比度已从增加变化成减少的位置(对比度的极大值)，开始第二方向上的摄像，并同样地以使对比度增加的方式调整被摄物S的位置。由此，不对所有摄像范围进行摄像而获取暗视场像Iv的增加的位置，因此可谋求X射线的照射量的减少及摄像时间的缩短。
另外，在所述实施方式中，表示了当使暗视场像的对比度像最大化时，在所有暗视场像Iv中，获取感兴趣区域ROI内的对比度变成最大者的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，控制部5也能够以对比度变成最大的方式，仅从感兴趣区域ROI的可见性比较良好的暗视场像Iv中进行选择。另外，控制部5也可以进而加入吸收像Ia或相位微分像Id的摄像的情况进行对比度调整。
另外，在所述实施方式中，表示了根据感兴趣区域ROI中的像素值的平均值IROI与背景区域BG中的像素值的平均值IBG的差的绝对值，获取(算出)暗视场像Iv的感兴趣区域ROI中的对比度的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，控制部5也可以利用其他方法(例如，通过区域中的像素值的中央值的差的绝对值来获取的方法)获取对比度。
另外，在所述实施方式中，表示了各光栅部(成像光栅部G1、吸收光栅部G2及光源光栅部G3)所具有的光栅仅在一维方向上延长的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，如图12那样，各光栅部所具有的光栅的延长方向也可以是二维方向(两个方向)。此处，分别适当地设定X方向(上下方向)的周期(间距)dX及Y方向(水平方向)的周期(间距)dY。在此情况下，可同时检测X方向及Y方向的光栅像的变形(由被摄物的有无所引起的差异)。但是，在此情况下，倾斜方向(45度方向及135度方向)上的光栅像的变形也难以被检测。因此，即便在使用具有二维结构的光栅的情况下，也进行暗视场像Iv的对比度调整。另外，若光栅的方向为一维方向，则可获得X射线的吸收量少且明亮的图像。另外，若光栅的方向为二维方向，则如上所述可检测对于两个方向的光栅像的变形。另外，各光栅部并不限定于所述形状，也可以广泛使用具有周期结构的光栅。
另外，在所述实施方式中，表示了拍摄自身像G0的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以拍摄与不生成自身像G0的塔尔博特次数p对应的光栅像。在此情况下，也可以从特有的光栅像获取相同的暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id。
另外，在所述实施方式中，表示了将整机构部3用于暗视场像Iv的对比度调整的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也能够以如下方式构成：使用调整机构部3，改变被摄物S的摄像范围来进行摄像，由此将已获得的多个X射线图像I连接起来。由此，可对被摄物S的更大的范围进行摄像。
另外，在所述实施方式中，表示了利用根据使吸收光栅部G2在上下方向(作为与光栅垂直的方向的X方向)上移动所获得的阶段曲线，获取三个图像(暗视场像Iv、吸收像Ia及相位微分像Id)的所谓的条纹扫描法所进行的图像分析的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以通过利用傅里叶变换法所进行的图像分析来求出三个图像。在傅里叶变换法中，使吸收光栅部G2在相对于成像光栅部G1水平的面内略微旋转(Z轴旋转)。由此，由检测部2所获得的X射线图像I生成由旋转所产生的莫尔条纹(moire fringe)。控制部5对所述由旋转所产生的莫尔条纹实施傅里叶变换及逆傅里叶变换并进行分析，由此可获取三个像。在傅里叶变换法中，虽然所获得的图像的分辨率受到莫尔条纹的周期限制，但可从一张莫尔像获取三个像，因此可缩短摄像时间。
另外，在所述实施方式中，表示了将为了获得阶段曲线而进行摄像的吸收光栅部G2的光栅位置(阶段)设为八个的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，进行摄像的吸收光栅部G2的光栅位置也可以不是八个。
另外，在所述实施方式中，表示了被摄物S从X射线源1来看，被载置在成像光栅部G1的前方的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以将被摄物S从X射线源来看，载置在成像光栅部G1的后方且吸收光栅部G2的前方。具体而言，如图13所示，例如在X射线相位成像装置200中，将被摄物S及调整机构31配置在成像光栅部G1与吸收光栅部G2之间。
另外，在所述实施方式中，表示了通过使载置被摄物S的调整机构部3移动，而使被摄物S相对于成像光栅部G1相对地进行移动的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以使被摄物S以外的结构移动。具体而言，例如如图14所示，X射线相位成像装置300也可以还包括用于使成像光栅部G1移动的调整机构部32、用于使光源光栅部G3移动的调整机构部33、及用于使吸收光栅部G2移动的移动机构部41。在此情况下，控制部5通过调整机构部32、调整机构部33及移动机构部41来使成像光栅部G1移动，由此使被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置变化。另外，控制部5此时一边维持相对于成像光栅部G1的吸收光栅部G2及光源光栅部G3的相对的位置，一边使它们移动。另外，利用移动机构部41所进行的移动兼任用于获得阶段曲线的吸收光栅部G2的移动、及相对于被摄物S的吸收光栅部G2的相对位置的移动。另外，在此情况下，不存在调整机构部3，被摄物S被放置在不包含调整机构的载置台上。因此，被摄物S的位置维持固定。
另外，例如如图15所示，X射线相位成像装置400除所述调整机构部32、调整机构部33及移动机构部41以外，也可以还包括用于使X射线源1移动的调整机构部34、及用于使检测部2移动的调整机构部35。此时，一边维持相对于成像光栅部G1的X射线源1、检测部2、吸收光栅部G2及光源光栅部G3的相对的位置，一边使它们移动。在此情况下，控制部5例如使X射线相位成像装置400整体相对于被摄物S进行移动，由此使被摄物S与成像光栅部G1的相对的位置变化。
另外，例如如图16所示，X射线相位成像装置500也可以在相对于成像光栅部G1维持X射线源10、检测部20、吸收光栅部G20及光源光栅部G30的相对的位置的状态下使各部移动，并且使被摄物S移动。在此情况下，例如被摄物S是横卧在移动式作业台上的人体，伴随移动式作业台的移动而移动。例如，成像光栅部G10等可朝箭头的方向移动，移动式作业台可相对于纸面朝前后(里面与跟前)方向移动。
另外，在所述实施方式中，表示了配置吸收光栅部G2的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以省略吸收光栅部G2的配置。在此情况下，检测部2的检测面理想的是配置在出现由成像光栅所产生的自身像G0的位置上。具体而言，变成如图17中所示的X射线相位成像装置600那样。此处，检测部的2检测面与成像光栅部G1的距离L以变成与式(1)的zp相等的方式构成。此时，检测部2直接检测由成像光栅部G1所生成的自身像(光栅像)G0，因此理想的是包含分辨率高(每一个像素的尺寸小)的高灵敏度的检测器。另外，由检测部2所检测的光栅像也可以不是自身像G0。
另外，在所述实施方式中，表示了配置光源光栅部G3的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以省略光源光栅部G3的配置。具体而言，变成如图18中所示的X射线相位成像装置700那样。在此情况下，从X射线源1中照射的X射线的相位必须一致。因此，X射线源1例如包含同步加速器辐射(synchrotron radiation)设施(加速器设施)或微焦点X射线源等。另外，也可以替换成未图示的单狭缝(一维或点状的单一的狭缝)来代替光源光栅部G3。
另外，在所述实施方式中，表示了包含已穿过成像光栅部G1的X射线产生由衍射所引起的干涉的相位型衍射光栅的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以配置利用吸收型光栅的成像光栅部G11。具体而言，变成如图19中所示的X射线相位成像装置800那样。在此情况下，作为成像光栅部G11的周期(间距)的d11以不产生由X射线所引起的干涉的程度比较大地构成。由此，已穿过成像光栅部G11(已衍射)的X射线不产生干涉条纹。其结果，成像光栅部G11所生成的光栅像变成反映了由成像光栅部G11的吸收构件11a与透明部分所进行的X射线吸收的不由干涉产生的明暗的条纹。在此情况下，在获取光栅像的位置上不存在如自身像G0那样的限制，因此可比较自由地配置各光栅部。另外，通过采用大的成像光栅部G11的周期(间距)，也可以分别采用大的吸收光栅部G2及光源光栅部G3的周期(间距)。由此，各光栅部的制造分别变得容易。另外，与利用相位型衍射光栅的成像光栅部G1相比，容易将利用吸收型衍射光栅的成像光栅部G11的开口面积大型化。由此，在对应于一个位置的摄像中，可获取比较大的X射线图像I。
另外，所述被摄物S的配置的变更、相对地移动的对象(被摄物S及装置的结构的至少任一者)的变更、吸收光栅部G2的省略、光源光栅部G3的省略及成像光栅部G1的种类的变更也可以相互组合。另外，在根据所述变形例的X射线相位成像装置200、X射线相位成像装置300、X射线相位成像装置400、X射线相位成像装置500、X射线相位成像装置600、X射线相位成像装置700、X射线相位成像装置800中，关于与所述实施方式相同的结构及效果，省略其说明。
另外，在所述实施方式中，为了便于说明，使用“流程驱动型”的流程图对由控制部5所进行的X射线图像获取处理及暗视场像对比度调整处理进行了说明，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以通过以事件单位执行控制部5的处理的“事件驱动型”来进行。在此情况下，可以通过完全的事件驱动型来进行，也可以将事件驱动及流程驱动组合来进行。
[符号的说明]
1、10：X射线源
2、20：检测部
3、31、32、33、34、35：调整机构部
4、41：移动机构部
5：控制部
100、200、300、400、500、600、700、800：X射线相位成像装置
G1、G10、G11：成像光栅部
G2、G20：吸收光栅部
G3、G30：光源光栅部
Ia：吸收像
Id：相位微分像
Iv：暗视场像
ROI：感兴趣区域
S：被摄物
Sa：果实
Sb：纤维原材料

Claims (9)

1.一种X射线相位成像装置，包括：
X射线源，对被摄物照射X射线；
成像光栅部，通过从所述X射线源照射至所述被摄物上的所述X射线穿过而生成光栅像；
检测部，对穿过了所述成像光栅部的所述X射线进行检测；
调整机构部，使所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置变化的同时进行调整；以及
控制部，针对已通过所述调整机构部而变化的所述被摄物与所述成像光栅部的多个相对的位置的各个，根据由所述检测部所检测到的所述X射线的信号，分别生成表示所述被摄物存在时与所述被摄物不存在时的X射线的清晰度的变化的暗视场像，获取各个所述暗视场像中的感兴趣区域的对比度，并且以根据已获取的各个所述对比度调整所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置的方式，控制所述调整机构部。
2.根据权利要求1所述的X射线相位成像装置，其中所述控制部使所述调整机构部以对应于所述感兴趣区域的所述对比度相对地变高的所述暗视场像的方式，调整所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置。
3.根据权利要求1所述的X射线相位成像装置，其中所述控制部以如下方式构成：当根据已获取的各个所述对比度，使所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置变化时，根据所述对比度，使所述感兴趣区域的位置追随所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置的变化。
4.根据权利要求1所述的X射线相位成像装置，其中所述控制部以如下方式构成：针对所述被摄物与所述成像光栅部的多个相对的位置，分别获取所述暗视场像及所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置的信息，并且将所述暗视场像与相对的位置的信息建立关联来存储。
5.根据权利要求1所述的X射线相位成像装置，其中所述控制部以如下方式构成：使所述被摄物与所述成像光栅部中的至少一者从在第一方向上所获得的多个所述暗视场像的所述感兴趣区域的所述对比度被判断为最大的所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置，朝与所述第一方向不同的第二方向上的所述被摄物与所述成像光栅部的多个相对的位置移动，而增加所述暗视场像的所述对比度。
6.根据权利要求1所述的X射线相位成像装置，其中所述控制部以如下方式构成：根据所述感兴趣区域中的像素值的平均值与背景区域中的像素值的平均值的差的绝对值，获取所述暗视场像的所述对比度。
7.根据权利要求1所述的X射线相位成像装置，其还包括以下各部的至少一者：吸收光栅部，配置在所述X射线源与所述检测部之间，并且从所述X射线源来看配置在所述被摄物及所述成像光栅部的后方，用于检测由所述成像光栅部所生成的所述光栅像；以及光源光栅部，配置在所述X射线源与所述检测部之间，并且从所述X射线源来看配置在所述被摄物及所述成像光栅部的前方，用于以已穿过的所述X射线发生干涉的方式使相位一致；且
所述调整机构部以如下方式构成：在调整所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置时，维持所述吸收光栅部及所述光源光栅部的至少一者与所述成像光栅部的相对的位置。
8.根据权利要求1所述的X射线相位成像装置，其中所述调整机构部以如下方式构成：一边维持所述X射线源及所述检测部的相对于所述成像光栅部的相对的位置，一边调整所述被摄物与所述成像光栅部的相对的位置。
9.根据权利要求1所述的X射线相位成像装置，其中所述控制部以还获取表示所述被摄物对X射线的吸收程度的吸收像、及表示由所述被摄物所引起的X射线的相位的变化的相位微分像的方式构成。
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