JP2011045655A - Ｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高画質な位相コントラスト撮影が可能なＸ線撮影装置を実用化する。
【解決手段】Ｘ線撮影装置１は、Ｘ線を照射するＸ線源１１と、被写体台１３と、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器１６と、複数のスリットを有する第１格子１４及び第２格子１５と、を備えている。Ｘ線源１１によるＸ線の照射方向に、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６がこの順に配置され、第１格子１４及び第２格子１５は同一の保持部１７に保持され、Ｘ線の照射方向における第１格子１４及び第２格子１５の位置関係が固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線撮影装置に関する。

診断に広く用いられる医療用のＸ線画像のほとんどは、吸収コントラスト法による画像である。吸収コントラスト法は、Ｘ線が被写体を透過したときのＸ線強度の減衰の差によりコントラストを形成する。一方、Ｘ線の吸収ではなく、Ｘ線の位相変化によってコントラストを得る位相コントラスト法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
吸収コントラスト法は骨等のＸ線吸収が大きい被写体の撮影に有効である。これに対し、位相コントラスト法はＸ線吸収差が小さく、吸収コントラスト法によっては画像として現れにくい乳房の組織や関節軟骨、関節周辺の軟部組織をも画像化することが可能であり、Ｘ線画像診断への適用が期待されている。

位相コントラスト撮影の実用化に向けては、１つの方法としてタルボ干渉計が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
タルボ干渉計はタルボ効果を利用した干渉計である。タルボ効果とは、一定の周期でスリットが設けられた第１格子を、干渉性の光が透過すると、光の進行方向に一定周期でその格子像を結ぶ現象をいう。この格子像は自己像と呼ばれる。タルボ干渉計は自己像を結ぶ位置に第２格子を配置し、この第２格子をわずかにずらすことで生じる干渉縞（モアレ）を測定する。

第１格子の前に物体を配置するとモアレが乱れることから、タルボ干渉計によるＸ線撮影によれば、第１格子の前に被写体を配置して干渉性Ｘ線を照射し、得られたモアレの画像を演算することによって被写体の再構成画像を得ることが可能である。

特開平１０−２４８８３３号公報 特許第３８６１５７２号公報

P. Cletens, J. P. Guigay, C. De Martino et al. Fractional Talbot imaging of phase grating with hard x rays, Optc. Lett. 1997;22(14): 1059-1061

しかしながら、ピントの合った自己像を得るためには第１格子と第２格子の位置関係を精度良く調整しなければならず、タルボ干渉計を用いたＸ線撮影装置を実際に医療施設に設置し、実用化するには様々な問題が考えられる。例えば、Ｘ線撮影装置の出荷段階で第１格子と第２格子の位置を調整したとしても、搬送や設置時の衝撃等により位置関係がずれることが考えられる。設置時には再調整が必要となり、オペレータは高精度な位置調整が求められ、負担となる。設置時に調整したとしても、患者が被写体台に手足を載せるだけでＸ線撮影装置には衝撃や振動が伝わり、経年変化によって第１の格子と第２の格子の位置関係がずれることが考えられる。

また、実用化を考慮すると、Ｘ線源を点線源とするため、Ｘ線源と第１格子間にマルチスリットを設置するタルボ・ロー干渉計も検討される。この場合、第１格子、第２格子に加え、マルチスリットの相対位置関係も考慮しなければならない。

本発明の課題は、高画質な位相コントラスト撮影が可能なＸ線撮影装置を実用化することである。

請求項１に記載の発明によれば、
Ｘ線を照射するＸ線源と、
被写体台と、
照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、
複数のスリットを有する第１格子及び第２格子と、を備え、
Ｘ線源によるＸ線の照射方向に、前記被写体台、前記第１格子、前記第２格子、前記Ｘ線検出器がこの順に配置され、
前記第１格子及び前記第２格子は同一の保持部に保持され、Ｘ線の照射方向における前記第１格子及び前記第２格子の位置関係が固定されているＸ線撮影装置が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、
前記Ｘ線源と前記被写体台との間に、マルチスリットを備え、
前記マルチスリットは、前記保持部に前記第１格子及び第２格子と一体的に保持され、前記第１格子及び前記第２格子とのＸ線の照射方向における位置関係が固定されている請求項１に記載のＸ線撮影装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、
前記Ｘ線検出器は、前記保持部に前記第１格子及び前記第２格子と一体的に保持され、前記第１格子及び前記第２格子とのＸ線の照射方向における位置関係が固定されている請求項１又は２に記載のＸ線撮影装置が提供される。

請求項４に記載の発明によれば、
前記被写体台は、前記保持部に緩衝部材を介して保持されている請求項１〜３の何れか一項に記載のＸ線撮影装置が提供される。

請求項５に記載の発明によれば、
前記被写体台は前記第１格子及び前記第２格子とは別の保持部により保持され、
前記被写体台の位置をＸ線の照射方向に移動させる駆動部を備える請求項１〜３の何れか一項に記載のＸ線撮影装置が提供される。

本発明によれば、Ｘ線撮影装置の設置時や使用時における衝撃や振動による第１格子及び第２格子の位置関係の変動を抑え、第１格子及び第２格子のＸ線の照射方向における位置関係を維持することができる。位置関係を維持することにより、タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影によって高画質なモアレ画像を得ることができ、モアレ画像から作成される被写体の再構成画像の再現性を向上させることができる。従って、高画質な位相コントラスト撮影が可能であり、実際の使用に耐久できる実用的なＸ線撮影装置を提供することができる。

本実施の形態に係るＸ線撮影装置の側面図である。 マルチスリットの平面図である。 本体部の機能的構成を示すブロック図である。 タルボ干渉計の原理を説明する図である。 Ｘ線撮影装置によるＸ線撮影時の処理を示すフローチャートである。 第２格子の移動とＸ線照射を開始するタイミングの関係を説明する図である。 ５ステップの撮影により得られるモアレ画像を示す図である。 各ステップのモアレ画像の注目画素のＸ線相対強度を示すグラフである。 コントローラによる処理を示すフローチャートである。 被写体台を第１格子及び第２格子の保持部と別の保持部に保持した場合のＸ線撮影装置を示す側面図である。 図１０に示すＸ線撮影装置の上面図である。 他の実施形態に係るＸ線撮影装置（縦置き型）を示す側面図である。 図１２に示すＸ線撮影装置により行われる通常のＸ線撮影の様子を示す図である。 他の実施形態に係るＸ線撮影装置（横置き型）を示す側面図である。 図１４に示すＸ線撮影装置の上面図である。 図１４に示すＸ線撮影装置により行われる通常のＸ線撮影の様子を示す図である。 シャッターの一例を示す図である。 Ｘ線撮影にシャッターを用いる場合のＸ線源、シャッター、Ｘ線検出器、第２格子の駆動部のそれぞれの動作タイミングを示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は本実施形態に係るＸ線撮影装置１の側面図である。Ｘ線撮影装置１はタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影を行う。

Ｘ線撮影装置１は、図１に示すように、Ｘ線源１１、マルチスリット１２、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６、保持部１７、本体部１８を備える。
Ｘ線源１１、マルチスリット１２、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６は、この順序に従ってＸ線源１１によるＸ線の照射方向であるｚ方向に配置される。Ｘ線源１１の焦点とマルチスリット１２間の距離をｄ１（ｍｍ）、Ｘ線源１１の焦点とＸ線検出器１６間の距離をｄ２（ｍｍ）、マルチスリット１２と第１格子１４間の距離をｄ３（ｍｍ）、第１格子１４と第２格子１５間の距離をｄ４（ｍｍ）で表す。

距離ｄ１は好ましくは５〜５００（ｍｍ）であり、さらに好ましくは５〜３００（ｍｍ）である。
距離ｄ２は、一般的に撮影室の高さは３（ｍ）程度又はそれ以下であることから、少なくとも３０００（ｍｍ）以下であることが好ましい。なかでも、距離ｄ２は４００〜５０００（ｍｍ）が好ましく、さらに好ましくは５００〜２０００（ｍｍ）である。
Ｘ線源１１の焦点と第１格子１４間の距離（ｄ１＋ｄ３）は、好ましくは３００〜５０００（ｍｍ）であり、さらに好ましくは４００〜１８００（ｍｍ）である。
Ｘ線源１１の焦点と第２格子１５間の距離（ｄ１＋ｄ３＋ｄ４）は、好ましくは４００〜５０００（ｍｍ）であり、さらに好ましくは５００〜２０００（ｍｍ）である。
それぞれの距離は、Ｘ線源１１から照射されるＸ線の波長から、第２格子１５上に第１格子１４による格子像（自己像）が重なる最適な距離を算出し、設定すればよい。

Ｘ線源１１、マルチスリット１２、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６は、同一の保持部１７に一体的に保持され、ｚ方向における位置関係が固定されている。保持部１７はＣ型のアーム状に形成され、本体部１８に設けられた駆動部１８ａによりｚ方向に移動可能に本体部１８に取り付けられている。
Ｘ線源１１及び被写体台１３は、緩衝部材１７ａを介して保持されている。緩衝部材１７ａは、衝撃や振動を吸収できる材料であれば何れの材料を用いてもよいが、例えばエラストマー等が挙げられる。Ｘ線源１１はＸ線の照射によって発熱するため、Ｘ線源１１側の緩衝部材１７ａは加えて断熱素材であることが好ましい。

Ｘ線源１１はパルス照射可能なＸ線管を備え、当該Ｘ線管によりＸ線を発生させて照射する。Ｘ線管としては、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジＸ線管や回転陽極Ｘ線管を用いることができる。陽極としては、タングステンやモリブデンを用いることができる。
Ｘ線の焦点径は、０．０３〜３（mm）が好ましく、さらに好ましくは０．１〜１（mm）である。

マルチスリット１２は回折格子であり、図２に示すようにｘ方向に複数のスリットが所定間隔で設けられている。マルチスリット１２はシリコンやガラスといったＸ線の吸収率が低い材質の基板上に、タングステン、鉛、金といったＸ線の遮蔽力が大きい、つまりＸ線の吸収率が高い材質により形成される。例えば、フォトリソグラフィーによりレジスト層がスリット状にマスクされ、ＵＶが照射されてスリットのパターンがレジスト層に転写される。露光によって当該パターンと同じ形状のスリット構造が得られ、電鋳法によりスリット構造間に金属が埋め込まれて、マルチスリット１２が形成される。

マルチスリット１２のスリット周期は１〜６０（μｍ）である。スリット周期は、図２に示すように隣接するスリット間の距離を１周期とする。スリットの幅（ｘ方向の長さ）はスリット周期の１〜６０（％）の長さであり、さらに好ましくは１０〜４０（％）である。スリットの高さ（ｚ方向の長さ）は１〜５００（μｍ）であり、好ましくは１〜１５０（μｍ）である。
マルチスリット１２のスリット周期をｗ_０（μｍ）、第１格子１４のスリット周期をｗ_１（μｍ）とすると、スリット周期ｗ_０は下記式により求めることができる。
ｗ_０＝ｗ_１・（ｄ３＋ｄ４）／ｄ４
当該式を満たすように周期ｗ_０を決定することにより、マルチスリット１２及び第１格子１４の各スリットを通過したＸ線により形成される自己像が、それぞれ第２格子１５上で重なり合い、いわばピントが合った状態とすることができる。

第１格子１４は、マルチスリット１２と同様にｘ方向に複数のスリットが設けられた回折格子である。第１格子１４は、マルチスリット１２と同様にＵＶを用いたフォトリソグラフィーによって形成することもできるし、いわゆるＩＣＰ法によりシリコン基板に微細細線で深掘加工を行い、シリコンのみで格子構造を形成することとしてもよい。第１格子１４のスリット周期は１〜２０（μｍ）である。スリットの幅はスリット周期の２０〜７０（％）であり、好ましくは３５〜６０（％）である。スリットの高さは１〜１００（μｍ）である。

第１格子１４として位相型を用いる場合、スリットの高さはスリット周期を形成する２種の素材、つまりスリット部分のＸ線透過部とその他のＸ線遮蔽部の素材による位相差がπ／８〜１５×π／８となる高さとする。好ましくは、π／４〜３×π／４となる高さである。第１格子１４として吸収型を用いる場合、スリットの高さはＸ線遮蔽部によりＸ線が十分吸収される高さとする。

第１格子１４が位相型である場合、第１格子１４と第２格子１５間の距離ｄ４は、次の条件をほぼ満たすことが必要である。
ｄ４＝（ｍ＋１／２）・ｗ_１ ^２／λ
なお、ｍは整数であり、λはＸ線の波長である。

第２格子１５は、マルチスリット１２と同様にｘ方向に複数のスリットが設けられた回折格子である。第２格子１５もフォトリソグラフィーにより形成することができる。第２格子１５のスリット周期は１〜２０（μｍ）である。スリットの幅はスリット周期の３０〜７０（％）であり、好ましくは３５〜６０（％）である。スリットの高さは１〜１００（μｍ）である。

第１格子１４はその格子面がｚ方向に対し垂直となるように配置されるが、第２格子１５はその格子面が垂直ではなく、所定角度だけ傾けて配置される。これにより、Ｘ線検出器１６の検出面上にモアレが形成される。

第２格子１５に隣接して、第２格子１５をｘ方向に移動させる駆動部１５ａが設けられる。駆動部１５ａとしては、例えばウォーム減速機等の比較的大きな減速比系の駆動機構を単体で又は組合せて用いることができる。
また、第２格子１５の付近には安定移動センサ１５ｂが設けられている。安定移動センサ１５ｂは第２格子１５の移動が一定速度となる定常状態に達したことを検知すると、ＯＮ信号を出力する。駆動部１５ａの起動直後は、制御量（例えば、パルスモータの駆動パルス数）と実際の移動量とが比例せずに不安定である。しかし、安定移動センサ１５ｂが移動する第２格子１５を検出してＯＮ信号を出力した以降においては、制御量と実際の移動量が比例する定常状態となっている。そこで、このＯＮ信号が出力された時点を起点として、高精度の移動が要求される第２格子１５の移動制御を行うことが好ましい。

上記マルチスリット１２、第１格子１４、第２格子１５は、例えば下記（１）〜（３）のように構成することができる。
（１）Ｘ線源１１のＸ線管の焦点径：３００（μｍ）、管電圧：４０（ｋＶｐ）、付加フィルタ：アルミ２．５（ｍｍ）の条件下において、
Ｘ線源１１の焦点からマルチスリット１２までの距離ｄ１ ：０．０５（ｍ）
マルチスリット１２から第１格子１４までの距離ｄ３ ：１．６９（ｍ）
マルチスリット１２から第２格子１５までの距離ｄ３＋ｄ４：１．９９（ｍ）
マルチスリット１２のサイズ：５（ｍｍ四方）、スリット周期：３０（μｍ）
第１格子１４のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：４．５（μｍ）
第２格子１５のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：５．３（μｍ）

（２）Ｘ線源１１のＸ線管の焦点径：３００（μｍ）、管電圧：４０（ｋＶｐ）、付加フィルタ：アルミ１．６（ｍｍ）の条件下において、
Ｘ線源１１の焦点からマルチスリット１２までの距離ｄ１ ：０．０５（ｍ）
マルチスリット１２から第１格子１４までの距離ｄ３ ：１．１１（ｍ）
マルチスリット１２から第２格子１５までの距離ｄ３＋ｄ４：１．３６（ｍ）
マルチスリット１２のサイズ：５（ｍｍ四方）、スリット周期：２２．８（μｍ）
第１格子１４のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：４．３（μｍ）
第２格子１５のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：５．３（μｍ）
（２）の構成によれば、第１格子１４のスリット周期を小さくすることで、上記（１）の構成に比較してＸ線撮影装置１を小型化することができる。

（３）Ｘ線源１１のＸ線管の管電圧：３０（ｋＶｐ）、付加フィルタ：ロジウム５０（μｍ）の条件下において、
Ｘ線源１１の焦点からマルチスリット１２までの距離ｄ１ ：０．０５（ｍ）
マルチスリット１２から第１格子１４までの距離ｄ３ ：０．６９（ｍ）
マルチスリット１２から第２格子１５までの距離ｄ３＋ｄ４：０．８５（ｍ）
マルチスリット１２のサイズ：５（ｍｍ四方）、スリット周期：２２．８（μｍ）
第１格子１４のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：４．３（μｍ）
第２格子１５のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：５．３（μｍ）
（３）の構成によれば、第１格子１４のスリット周期を小さくするとともに、Ｘ線を低エネルギー化することによって、（２）の構成よりさらにＸ線撮影装置１を小型化できる。

Ｘ線検出器１６は、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取る。
Ｘ線検出器１６の画素サイズは１０〜３００（μｍ）であり、さらに好ましくは５０〜２００（μｍ）である。

Ｘ線検出器１６は第２格子１５に当接するように保持部１７に位置を固定することが好ましい。第２格子１５とＸ線検出器１６間の距離が大きくなるほど、Ｘ線検出器１６により得られるモアレ画像がボケるからである。
Ｘ線検出器１６としては、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）を用いることができる。ＦＰＤには、検出されたＸ線を光電変換素子を介して電気信号に変換する間接変換型、検出されたＸ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。

間接変換型は、ＣｓＩやＧｄ_２Ｏ_２等のシンチレータプレートの下に、光電変換素子がＴＦＴ（薄膜トランジスタ）とともに２次元状に配置されて各画素を構成する。Ｘ線検出器１６に入射したＸ線がシンチレータプレートに吸収されると、シンチレータプレートが発光する。この発光した光により、各光電変換素子に電荷が蓄積され、蓄積された電荷は画像信号として読み出される。

直接変換型は、アモルファスセレンの熱蒸着により、１００〜１０００（μm）の膜圧のアモルファスセレン膜がガラス上に形成され、２次元状に配置されたＴＦＴのアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がＸ線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、電極間の電圧信号がＴＦＴにより読み取られる。
なお、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｘ線カメラ等の撮影手段をＸ線検出器１６として用いてもよい。

Ｘ線撮影時のＦＰＤによる一連の処理を説明する。
まずＦＰＤはリセットを行い、前回の撮影により残存する不要な電荷を取り除く。その後、Ｘ線の照射が開始するタイミングで電荷の蓄積が行われ、Ｘ線の照射が終了するタイミングで蓄積された電荷が画像信号として読み取られる。なお、リセットの直後や画像信号の読み取り後に、蓄積されている電荷の電圧値を検出するダーク読み取りを行い、当該電圧値を補正値としてＸ線照射後に蓄積された電荷の電圧値から補正値を差し引いた電圧値を画像信号として出力してもよい。これにより、画像信号に対しいわゆるオフセット補正を行うことができる。

タルボ干渉計及びタルボ・ロー干渉計ともに、被写体像の再構成に縞走査法を用いる場合、第１格子１４に対して第２格子１５を一定距離ずつ平行移動させる毎に繰り返し撮影を行って得られる複数枚のモアレ画像が必要となる。従って、各々の撮影に際し、駆動部１５ａの起動と停止を繰り返して撮影を行うと、駆動部１５ａの構成によってはバックラッシュ等の影響により制御量と実際の移動量との誤差が大きくなる。誤差の拡大により良好な画像を得難い場合があるため、連続的に第２格子１５を移動させながら複数回の撮影を連続して行う連続撮影方式が好ましい。

連続撮影方式の場合、所定時間内に複数回の撮影を行うため、Ｘ線検出器１６としては、対応できるフレームレート（単位時間あたり撮影可能な回数）が大きく、動画撮影が可能なＦＰＤが好ましい。数百ｍ秒〜数秒の間に５回以上の撮影を行うことを想定すると、少なくとも１０フレーム／秒のフレームレートが必要であり、好ましくは２０フレーム／秒以上のフレームレートである。

本体部１８は、図３に示すように、制御部１８１、操作部１８２、表示部１８３、通信部１８４、記憶部１８５を備えて構成されている。
制御部１８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、記憶部１８５に記憶されているプログラムとの協働により、各種処理を実行する。例えば、制御部１８１はコントローラ５から入力される撮影条件の設定情報に従って、Ｘ線源１１からのＸ線照射のタイミングやＸ線検出器１６による画像信号の読取タイミング等を制御する。

操作部１８２は爆射スイッチや撮影条件等の入力操作に用いるキー群の他、表示部１８３のディスプレイと一体に構成されたタッチパネルを備え、これらの操作に応じた操作信号を生成して制御部１８１に出力する。
表示部１８３は制御部１８１の表示制御に従って、ディスプレイに操作画面やＸ線撮影装置１の動作状況等を表示する。

通信部１８４は通信インターフェイスを備え、ネットワーク上のコントローラ５と通信する。例えば、通信部１８４はＸ線検出器１６によって読み取られ、記憶部１８５に記憶されたモアレ画像をコントローラ５に送信する。
記憶部１８５は、制御部１８１により実行されるプログラム、プログラムの実行に必要なデータを記憶している。また、記憶部１８５はＸ線検出器１６によって得られたモアレ画像を記憶する。

コントローラ５は、オペレータによる操作に従ってＸ線撮影装置１の撮影動作を制御し、Ｘ線撮影装置１により得られたモアレ画像を用いて被写体像の再構成画像を作成する。

上記Ｘ線撮影装置１のタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影方法を説明する。
図４に示すように、Ｘ線源１１から照射されたＸ線が第１格子１４を透過すると、透過したＸ線がｚ方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像といい、自己像が形成される現象をタルボ効果という。自己像を結ぶ位置に第２格子１５が配置され、当該第２格子１５はその面が第１格子１４の面と平行な位置からわずかに傾けられているので、第２格子１５を透過したＸ線によりモアレ画像Ｍが得られる。Ｘ線源１１と第１格子１４間に被写体Ｈが存在すると、被写体ＨによってＸ線の位相がずれるため、図４に示すようにモアレ画像Ｍ上の干渉縞は被写体Ｈの辺縁を境界に乱れる。この干渉縞の乱れを、モアレ画像Ｍを処理することによって検出し、被写体像を画像化することができる。これがタルボ干渉計の原理である。

Ｘ線撮影装置１では、Ｘ線源１１と第１格子１４との間のＸ線源１１に近い位置に、マルチスリット１２が配置され、タルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影が行われる。タルボ干渉計はＸ線源１１が理想的な点線源であることを前提としているが、実際の撮影にはある程度焦点径が大きい焦点が用いられるため、マルチスリット１２によってあたかも点線源が複数連なってＸ線が照射されているかのように多光源化する。これがタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影法であり、焦点径がある程度大きい場合にも、タルボ干渉計と同様のタルボ効果を得ることができる。

図５は、Ｘ線撮影装置１によるＸ線撮影の流れを示すフローチャートである。
Ｘ線撮影には上述のタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影方法が用いられ、被写体像の再構成には縞走査法が用いられる。Ｘ線撮影装置１では第２格子１５が等間隔毎に複数ステップ移動され、ステップ毎に撮影が行われて、各ステップのモアレ画像が得られる。

図５に示すように、オペレータにより爆射スイッチがＯＮ操作されると（ステップＳ１；Ｙ）、第２格子１５の駆動部１５ａが起動し、第２格子１５の移動が開始される（ステップＳ２）。移動は連続的に行われ、移動中に複数ステップ分の撮影が連続して行われる。連続撮影は爆射スイッチＯＮ後、すぐに開始されるのではなく、安定移動センサ１５ｂのＯＮ信号の検知が待機される。駆動部１５ａにはウォーム減速機等が用いられ、減速比の大きな伝達系を数段経由して第２格子１５が移動されるが、駆動部１５ａの駆動源への通電開始から第２格子１５の移動速度が一定となる定常状態に至るには若干時間を要する。定常状態に至らないうちに撮影を行うと、一定周期間隔のモアレ画像が得られない。よって、図６に示すように、第２格子１５が移動を開始後、安定移動センサ１５ｂのＯＮ信号が検知された時点で（ステップＳ３；Ｙ）、連続撮影が開始される（ステップＳ４）。

連続撮影時、Ｘ線源１１によるＸ線のパルス照射が一定時間毎に所定のステップ数分だけ繰り返し行われる。Ｘ線検出器１６ではリセット後、Ｘ線が照射されるタイミングに合わせて電荷が蓄積され、Ｘ線の照射停止のタイミングに合わせて蓄積された電荷が画像信号として読み取られるという一連の処理がステップ毎に繰り返される。Ｘ線検出器１６は各ステップの撮影毎にオフセット補正を行うことが可能であるが、各ステップの撮影間隔が短く、オフセット補正を行う余裕が無い場合は、最初のステップの撮影時のみダーク読み取りを行い、補正値（リセット直後の電荷の電圧値）を得て、当該補正値を後のステップの撮影にも適用してもよい。或いは、一連の撮影終了後にダーク読み取りを行って補正値を得て、当該補正値を各撮影に共通に使用することとしてもよい。
読み取られた画像信号はモアレ画像として本体部１８に出力される。

ステップ数は２〜２０、さらに好ましくは３〜１０である。視認性の高い再構成画像を短時間で得るという観点からすれば、５ステップが好ましい（参照文献（１）K.Hibino, B.F.Oreb and D.I.Farrant, Phase shifting for nonsinusoidal wave forms with phase-shift errors, J.Opt.Soc.Am.A, Vol.12, 761-768(1995)、参照文献（２）A.Momose, W.Yashiro, Y. Takeda, Y.Suzuki and T.Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometetry for biological imaging, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.45, 5254-5262(2006)）。
例えば、第２格子１５のスリット周期を５．３（μｍ）とし、５ステップの撮影を１０秒で行うとする。この場合、第２格子１５が一定速度で移動することを前提として、第２格子１５がそのスリット周期の１／５に該当する１．０６（μｍ）移動する毎に撮影が行われる。撮影時間でいえば安定移動センサ１５ｂのＯＮ信号が検知されてから２、４、６、８、１０秒後にそれぞれ撮影が行われる。

このとき、各ステップの前後でさらに予備撮影を行うこととしてもよい。
駆動部１５ａが理想的な送り精度により第２格子１５を一定の送り量、つまり一定の移動速度で移動できた場合、図７に示すように、５ステップの撮影で第２格子１５のスリット周期１周期分のモアレ画像５枚が得られる。各ステップのモアレ画像は０．２周期という一定周期間隔毎に縞走査をした結果であるので、各モアレ画像の任意の１画素に注目すると、その信号値を正規化して得られるＸ線相対強度は、図８に示すようにサインカーブを描く。しかし、経年変化や駆動部１５ａのバックラッシュ、起動時の慣性影響等によって、送り量にずれが生じると、一定周期間隔のモアレ画像が得られない。例えば、図８に示すように、３ステップのモアレ画像は本来０．４周期に該当するが、３ステップのときの駆動部１５ａの送り量がずれると、０．４周期前後のモアレ画像が得られる。

このように各ステップのモアレ画像の周期がばらつくと、正確な位相が計算できず、再構成画像において被写体像を正確に再現できない。そこで、例えば撮影時間が２、４、６、８、１０秒の各ステップの撮影に、各撮影時間±０．１秒の撮影時間で撮影を行う予備撮影を加えて合計１５回の撮影を行う。これにより、１ステップでは１．９秒、２．０秒、２．１秒の各撮影時間のモアレ画像が得られる等、各ステップにつきそれぞれ３枚のモアレ画像が得られるので、そのうちＸ線相対強度のサインカーブに最も近いモアレ画像を選択して用いる。これにより、駆動部１５ａの送り量に誤差が生じたとしても、再構成画像の再現性の向上を図ることができる。

予備撮影する調整時間として上記に挙げた±０．１秒は例示であり、調整時間はテスト撮影によって適宜決定すればよい。例えば、Ｘ線撮影装置１の設置時に、各ステップの撮影の前後で、±０．１秒、±０．２秒等、予備撮影時の調整時間を変えてテスト撮影を行い、最もサインカーブに一致しやすい調整時間を求めることとしてもよい。これにより、駆動部１５ａの機器特性によって必要な調整時間が異なる場合にも対応することができる。

各ステップの撮影が終了すると、本体部１８からコントローラ５に、各ステップのモアレ画像が送信される（ステップＳ５）。本体部１８からコントローラ５に対しては各ステップの撮影が終了する毎に１枚ずつ送信することとしてもよいし、連続撮影が終了し、全てのモアレ画像が得られた後、まとめて送信することとしてもよい。

図９は、モアレ画像を受信した後のコントローラ５の処理の流れを示すフローチャートである。
図９に示すように、まずモアレ画像の解析が行われ（ステップＳ１１）、再構成画像の作成に使用できるか否かが判断される（ステップＳ１２）。例えば、コントローラ５は得られた各ステップのモアレ画像のある画素に注目してＸ線相対強度を求める。各モアレ画像から求められたＸ線相対強度が、図８に示すようなサインカーブを形成すれば、一定周期間隔のモアレ画像が得られているので、再構成画像の作成に使用できると判断することができる。各ステップで予備撮影を行っている場合、予備撮影によるモアレ画像を含めてサインカーブが形成できるか否かを判断すればよい。予備撮影によるモアレ画像の中にサインカーブを形成できるモアレ画像がある場合は、当該予備撮影によるモアレ画像を後述の再構成画像の作成に用いる。

各ステップのモアレ画像の中にサインカーブから外れるモアレ画像がある場合、再構成画像の作成に使用できないと判断され（ステップＳ１２；Ｎ）、撮影のタイミングを変更して再撮影するよう指示する制御情報がコントローラ５からＸ線撮影装置１に送信される（ステップＳ１３）。例えば、図８に示すように、３ステップ目は本来０．４周期のところ、周期がずれて０．３５周期のモアレ画像が得られた場合、駆動部１５ａの送り精度の低下が原因（例えば、パルスモータの駆動パルスへのノイズ重畳等）と考えられる。よって、０．０５周期分だけ撮影時間を早めて３ステップ目のみ再撮影を行うよう指示すればよい。或いは、５ステップ全てについて再撮影し、３ステップ目のみ０．０５周期分の撮影時間を早めるように指示してもよい。５ステップ全てのモアレ画像が所定量ずつサインカーブからずれている場合、駆動部１５ａの起動から停止までの駆動パルス数を増やすか、或いは減らすように指示してもよい。
Ｘ線撮影装置１では、当該制御情報に従って撮影のタイミングが調整され、図５に示すＸ線撮影の処理が再度実行される。

一方、再構成画像の作成にモアレ画像を使用できると判断された場合（ステップＳ１２；Ｙ）、コントローラ５によってモアレ画像が処理され、被写体像の再構成画像が作成される（ステップＳ１４）。具体的には、５枚のモアレ画像の各画素についてステップ毎の強度変化（信号値の変化）が算出され、当該強度変化より微分位相が算出される。必要であれば、位相接続（位相アンラップ）が行われ、ステップ全体の位相が求められる。当該位相からｚ方向における光路差が算出され、被写体の形状を表す再構成画像が作成される（上記参照文献（１）、（２））。

作成された再構成画像はコントローラ５に表示されるので、オペレータは当該再構成画像を確認することができる。

なお、タルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影を行う例を示したが、点線源に近い焦点を用いることができるのであれば、マルチスリット１２を用いずに、タルボ干渉計によるＸ線撮影を行ってもよい。

以上のように、本実施形態によれば、Ｘ線撮影装置１は、Ｘ線を照射するＸ線源１１と、被写体台１３と、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器１６と、複数のスリットを有する第１格子１４及び第２格子１５と、を備えている。Ｘ線源１１によるＸ線の照射方向に、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６がこの順に配置され、第１格子１４及び第２格子１５は同一の保持部１７に保持され、Ｘ線の照射方向における第１格子１４及び第２格子１５の位置関係が固定されている。

また、Ｘ線撮影装置１はＸ線源１１と被写体台１３との間に、マルチスリット１２を備えている。マルチスリット１２は、保持部１７に第１格子１４及び第２格子１５と一体的に保持され、第１格子１４及び第２格子１５とのＸ線の照射方向における位置関係が固定されている。

これにより、Ｘ線撮影装置１の設置時や使用時に生じた衝撃や振動による第１格子１４及び第２格子１５の位置関係の変動を抑え、第１格子１４及び第２格子１５のＸ線の照射方向における位置関係を維持することができる。位置関係を維持することにより、タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影によって高画質なモアレ画像を得ることができ、モアレ画像から作成される被写体の再構成画像の再現性を向上させることができる。従って、高画質な位相コントラスト撮影が可能であり、実際の使用に耐久できる実用的なＸ線撮影装置１を提供することができる。

また、Ｘ線検出器１６は、保持部１７に第１格子１４及び第２格子１５と一体的に保持され、第１格子１４及び第２格子１５とのＸ線の照射方向における位置関係が固定されている。
これにより、Ｘ線検出器１６と第１格子１４及び第２格子１５との位置関係を維持することができる。一般的に、Ｘ線撮影装置１の出荷時には第２格子１５により形成されるモアレ画像がボケない位置にＸ線検出器１６が配置されるため、この位置関係を維持することにより、位置関係の変動によるモアレ画像のボケを防止することができる。

また、被写体台１３は、保持部１７に緩衝部材１７ａを介して保持されている。
被写体の位置がｚ方向に変化すると、各ステップのモアレ画像における被写体の大きさが変化し、正確な位相の計算ができない。本実施形態によれば、保持部１７により各ステップの撮影において被写体と第１格子１４の位置関係を固定することができ、再構成画像の再現性を向上させることができる。また、緩衝部材１７ａにより、被写体台１３からの振動や衝撃が、保持部１７に保持されているマルチスリット１２、第１格子１４、第２格子１５の位置関係に及ぼす影響を低減することができる。

なお、上記実施形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。
例えば、被写体台１３は患者との接触により振動を伝えやすい。よって、被写体台１３を高精度な位置調整が必要な第１格子１４、第２格子１５等が含まれる保持部１７と切り離し、別の保持部に保持することとしてもよい。図１０は被写体台１３を別の保持部１３ｂにより保持したときの側面図、図１１は上面図である。このように被写体台１３を第１格子１４、第２格子１５等から離間させて別体構成とすることにより、マルチスリット１２、第１格子１４、第２格子１５の位置関係に及ぶ影響をできるだけ減らし、当該位置関係の維持を図ることができる。

被写体台１３を別体構成とした場合、図１０及び図１１に示すように、被写体台１３をｚ方向に移動させる駆動部１３ａを保持部１３ｂに設ける。これにより、被写体の高さに合わせて、被写体台１３の位置を調整することができる。

また、上記実施形態において、第２格子１５を連続的に移動させながら各ステップの連続撮影を行い、駆動部１５ａの起動と停止の繰り返しにより想定されるバックラッシュ等による送り精度の低下防止を図った。しかし、起動と停止の繰り返しによる送り精度の低下が問題無い程度であれば、ステップ毎に第２格子１５を移動、停止させて撮影を行うこととしてもよい。例えば、爆射スイッチのＯＮ操作がされると、１ステップの撮影が行われる。撮影が終了すると、第２格子１５が移動され、スリット周期の１／５に該当する距離だけ移動すると移動を停止して２ステップの撮影が行われる。このようにして、第２格子１５は各ステップの撮影毎にスリット周期の１／５ずつ移動して停止することを繰り返す。

また、上記実施形態により第２格子１５を移動させて複数ステップのモアレ画像を得る例を示したが、第１格子１４を移動させてモアレ画像を得ることとしてもよい。この場合、第１格子１４に駆動部１５ａと安定移動センサ１５ｂを設け、各ステップの撮影間隔は第１格子１４のスリット周期から求める。

また、縞走査法により複数ステップの撮影を行う例を示したが、フーリエ変換法によって再構成画像を作成する場合は第２格子１５の移動は不要となるので、１回の撮影のみ行えばよい。

〈他の実施形態〉
上記実施形態に係るＸ線撮影装置１は、タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影専用の構成を有する。しかし、医療施設によっては、通常のＸ線撮影用にＸ線源が予め施設の天井部分に取り付けられていたり、被写体台が床に固定されていたりする場合がある。ここへＸ線撮影装置１を導入すれば、備え付けのＸ線撮影機器を有効利用できない。以下、他の実施形態として、既存のＸ線撮影機器を利用して通常のＸ線撮影と、タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影の両方が可能なＸ線撮影装置の例を示す。

図１２は他の実施形態に係るＸ線撮影装置２を示す側面図である。Ｘ線撮影装置２において、Ｘ線撮影装置１と同一の構成部には同一の符号を付している。図１２に示すように、Ｘ線撮影装置２は、Ｘ線源２１、被写体台１３及びＸ線検出器１６が別体構成とされている。保持部１７にはマルチスリット１２と第１格子１４及び第２格子１５が保持され、Ｘ線の照射方向（ｚ方向）にその位置関係が固定されている。本体部１８の下部には車輪が設けられており、本体部１８及び保持部１７の位置を自在に移動させることが可能である。

Ｘ線源２１、被写体台１３、Ｘ線検出器１６は、医療施設に予め備え付けられたＸ線撮影機器であり、Ｘ線源２１はパルス照射に対応していない。Ｘ線源２１は天井部分に設置され、被写体台１３及Ｘ線検出器１６は床に固定された保持部１３ｂ、１６ｂにそれぞれ保持されている。保持部１３ｂ、１６ｂにはそれぞれ駆動部１３ａ、１６ａが設けられており、駆動部１３ａ、１６ａにより被写体台１３及びＸ線検出器１６をｚ方向に移動させることができる。

Ｘ線撮影装置２において、マルチスリット１２、第１格子１４、第２格子１５は、例えば次のように構成することができる。
Ｘ線源１１のＸ線管の焦点径：６００（μｍ）、管電圧：４０（ｋＶｐ）、付加フィルタ：アルミ２．５（ｍｍ）の条件下において、
Ｘ線源１１の焦点からマルチスリット１２までの距離ｄ１ ：０．２４（ｍ）
マルチスリット１２から第１格子１４までの距離ｄ３ ：１．６９（ｍ）
マルチスリット１２から第２格子１５までの距離ｄ３＋ｄ４：１．９９（ｍ）
マルチスリット１２のサイズ：１０（ｍｍ四方）、スリット周期：３０（μｍ）
第１格子１４のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：４．５（μｍ）
第２格子１５のサイズ：５０（ｍｍ四方）、スリット周期：５．３（μｍ）

タルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影を行う場合、図１２に示すように、まず被写体の高さ位置に合わせて被写体台１３が移動される。次に、被写体台１３から離間するようにＸ線検出器１６が移動されると、その間に第１格子１４及び第２格子１５が配置されるように、本体部１８が移動され、位置が固定される。その後、被写体台１３と第１格子１４が近接するように保持部１７の位置が移動される。さらに、第２格子１５とＸ線検出器１６が近接するように、Ｘ線検出器１６の位置が移動され、Ｘ線源２１がマルチスリット１２に近接するように、Ｘ線源２１が移動される。

一方、通常のＸ線撮影を行う場合、図１３に示すように、本体部１８が移動されて、被写体台１３とＸ線検出器１６間から保持部１７が取り外される。通常のＸ線撮影とは吸収コントラスト法による撮影であり、被写体とＸ線検出器１６が密着した位置に配置される密着撮影である。保持部１７の除去後、被写体の高さ位置に合わせて被写体台１３が移動され、Ｘ線検出器１６は被写体台１３に密着するように移動される。

このように、既存のＸ線源２１、被写体台１３、Ｘ線検出器１６を用いてＸ線撮影装置２を構成することも可能である。

また、Ｘ線撮影装置２のような縦置き型ではなく、図１４及び図１５に示すように、横置き型のＸ線撮影装置３を構成することもできる。図１４はＸ線撮影装置３の側面図、図１５は上面図である。Ｘ線撮影装置３において、Ｘ線撮影装置１と同一の構成部には同一の符号を付している。

図１４及び図１５に示すように、Ｘ線撮影装置３は、Ｘ線撮影装置１、２のように重力方向ではなく、左右方向（図１４、図１５に示すｚ方向）にＸ線を照射するように各構成部が配置されている。Ｘ線撮影装置２と同様に、Ｘ線撮影装置３はＸ線源２１、被写体台１３、Ｘ線検出器１６が、保持部１７や本体部１８とは別体構成とされ、医療施設に予め備え付けられているＸ線源２１、被写体台１３、Ｘ線検出器１６が用いられる。本体部１８、被写体台１３の保持部１３ｂ、Ｘ線検出器１６の保持部１３ｂに、それぞれ駆動部１８ａ、１３ａ、１６ａが設けられ、保持部１７、被写体台１３、Ｘ線検出器１６をｙ方向に移動させることができる。また、Ｘ線源２１は天井からつり下げられ、ｙ方向及びｚ方向に移動可能である。

タルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影を行う場合、図１４及び図１５に示すように、まず被写体の高さ位置に合わせて、被写体台１３のｙ方向の位置が移動される。被写体台１３の移動に合わせてＸ線源２１、保持部１７、Ｘ線検出器１６のｙ方向の位置が移動される。次いで、本体部１８が移動され、被写体台１３とＸ線検出器１６間に、第１格子１４及び第２格子１５の保持部分が挿入され、第２格子１５がＸ線検出器１６に近接するように配置される。さらに、Ｘ線源２１とマルチスリット１２に近接するように、Ｘ線源２１が移動される。

一方、通常のＸ線撮影を行う場合、図１６に示すように、本体部１８が移動されてＸ線の照射範囲から本体部１８及び保持部１７が取り外される。被写体台１３も撮影部位によって不要であれば取り除かれ、Ｘ線源２１及びＸ線検出器１６のみの配置とされる。

上記Ｘ線撮影装置２又はＸ線撮影装置３により、タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計によるＸ線撮影を行う場合、医療施設に備え付けのＸ線源２１はパルス照射に対応していないため、図１２〜図１６に示すように、Ｘ線源２１のＸ線照射口の付近にシャッター２２が設けられる。シャッター２２として、カメラ等に一般的に用いられるシャッター機構を用いてもよいが、図１７に例示する構成とし、照射野絞りの機能も備えることとしてもよい。

図１７に示すシャッター２２は、円盤状のＸ線遮蔽部２２１に開口部２２２が設けられて構成されている。回転軸２２３を介してＸ線遮蔽部２２１が回転し、Ｘ線源２１のＸ線照射範囲にＸ線遮蔽部２２１が位置する間は、シャッター２２は閉状態となる。Ｘ線源２１のＸ線照射範囲に開口部２２２が一致する間は、シャッター２２が開状態となり、開口部２２２を介してＸ線が照射される。このように、シャッター２２の開閉によってパルス照射と同様のＸ線照射を行うことができる。開口部２２２は絞りとしても機能し、開口部２２２の大きさを調整することによりＸ線の照射野を調整することができる。

シャッター２２の回転速度は、５ステップの撮影間隔に合わせてシャッター２２が開閉されるように調整される。図１８は、５ステップの連続撮影時のＸ線源１１、シャッター２２、Ｘ線検出器１６、駆動部１５ａのタイミングチャートを示す。図１８に示すように、爆射スイッチがＯＮされると、第２格子１５の移動が開始される。その後、安定移動センサ１５ｂのＯＮ信号が検知されると、Ｘ線源２１によるＸ線照射が開始される。Ｘ線照射の開始と同時にシャッター２２が開かれ、Ｘ線検出器１６による電荷蓄積が行われる。所定時間後、シャッター２２が閉じられると、そのタイミングに合わせてＸ線検出器１６により蓄積された電荷が画像信号として読み取られる。このように、Ｘ線照射の開始後、シャッター２２の開閉に合わせてＸ線検出器１６による画像信号の蓄積と読み取りが５ステップ分繰り返される。５ステップを終えたタイミングで、Ｘ線源２１によるＸ線照射が停止され、シャッター２２の回転停止によりシャッター２２の開閉動作も停止される。また、Ｘ線検出器１６による電荷の蓄積及び読み取り、第２格子１５の移動も停止される。

なお、上記Ｘ線撮影装置２、３において、Ｘ線源２１がパルス照射可能であれば、シャッター２２は不要であり、Ｘ線撮影装置１と同様の処理（図５参照）によってＸ線撮影を行えばよい。

１ Ｘ線撮影装置
１１ Ｘ線源
１２ マルチスリット
１３ 被写体台
１４ 第１格子
１５ 第２格子
１５ａ 駆動部
１５ｂ 安定移動センサ
１６ Ｘ線検出器
１７ 保持部
１７ａ 緩衝部材
１８ 本体部
５ コントローラ
・ Ｘ線撮影装置（他の実施形態）
１３ｂ 保持部
１６ｂ 保持部
２１ Ｘ線源
２２ シャッター
２２２ 開口部

Claims (5)

1. Ｘ線を照射するＸ線源と、
   被写体台と、
   照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が２次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るＸ線検出器と、
   複数のスリットを有する第１格子及び第２格子と、を備え、
   Ｘ線源によるＸ線の照射方向に、前記被写体台、前記第１格子、前記第２格子、前記Ｘ線検出器がこの順に配置され、
   前記第１格子及び前記第２格子は同一の保持部に保持され、Ｘ線の照射方向における前記第１格子及び前記第２格子の位置関係が固定されているＸ線撮影装置。
2. 前記Ｘ線源と前記被写体台との間に、マルチスリットを備え、
   前記マルチスリットは、前記保持部に前記第１格子及び第２格子と一体的に保持され、前記第１格子及び前記第２格子とのＸ線の照射方向における位置関係が固定されている請求項１に記載のＸ線撮影装置。
3. 前記Ｘ線検出器は、前記保持部に前記第１格子及び前記第２格子と一体的に保持され、前記第１格子及び前記第２格子とのＸ線の照射方向における位置関係が固定されている請求項１又は２に記載のＸ線撮影装置。
4. 前記被写体台は、前記保持部に緩衝部材を介して保持されている請求項１〜３の何れか一項に記載のＸ線撮影装置。
5. 前記被写体台は前記第１格子及び前記第２格子とは別の保持部により保持され、
   前記被写体台の位置をＸ線の照射方向に移動させる駆動部を備える請求項１〜３の何れか一項に記載のＸ線撮影装置。