JP2012020107A - 放射線位相画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の格子および第２の格子を用いた放射線位相画像撮影装置において、これらの格子の配置ずれ量を高精度に検出する。
【解決手段】放射線源からの放射線を透過する部分と遮蔽する部分とからなる格子構造が周期的に配置される第１の格子２、および第１の格子が形成した周期パターン像を透過する部分と遮蔽する部分とからなる格子構造が周期的に配置される第２の格子３の、少なくとも一方にその格子の配置ずれを検出するための配置ずれ検出用パターン２３，３３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、格子を利用した放射線位相画像撮影装置に関するものである。

従来、Ｘ線タルボ干渉計を用いて、被写体に入射するＸ線の透過経路中の媒質の屈折率の違いによる波面の変化を検出し、画像化する方法が提案されている。

この方法は、基本的に単色・平行なＸ線を必要とする結晶分析体を用いるような他の位相イメージング方法に対して、コーンビームなどのＸ線源が利用できる可能性があるという特徴がある。

そして、上述したようなタルボ干渉計を用いた方法として、たとえば、特許文献１には、第１の格子と第２の格子の２つの格子を所定の間隔で平行に配列し、第１の格子によるタルボ効果によって第１の格子の自己像を形成し、この自己像を第２の格子によって強度変調することによって放射線位相コントラスト画像を取得することが提案されている。

ここで、タルボ干渉計を用いて適切な放射線位相コントラスト画像を取得するためには、第１の格子、第２の格子、放射線源および放射線画像検出器が正確に位置決めされている必要がある。もし、これらの位置関係にずれが生じた場合には、取得される放射線位相コントラスト画像の画質の劣化を招いたり、位置ずれの程度によっては放射線位相コントラスト画像が取得できなかったりする恐れもある。

そこで、たとえば、特許文献２においては、第１の格子や第２の格子に加速度センサーを設け、この加速度センサーによって検出された加速度が所定の範囲外になったときに警告をする方法が提案されている。

国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報 特開２００８−２００３６０号公報 特開２００８−２００３５９号公報

しかしながら、特許文献２においては、たとえば第１の格子が動いたという事実は検出しているが、第１の格子が第２の格子に対して相対的に位置ずれを生じたかどうかは検出していない。たとえば、システム全体で振動したが相対的な位置ずれは生じなかった場合でも警告をすることになる。また、振動検出後の終状態において格子などに位置ずれが生じているか否かは検出することができない。

また、特許文献３には、上述したような位置ずれが生じないような構成を採用することが記載されているが、位置ずれ量を検出することについては一切提案されていない。

本発明は、上記の事情に鑑み、第１の格子および第２の格子の配置ずれ量を高精度に検出することができる放射線位相画像撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の放射線位相画像撮影装置は、放射線を射出する放射線源と、放射線源から射出された放射線を透過する部分と遮蔽する部分とからなる格子構造が周期的に配置され、放射線源から射出された放射線を通過させて周期パターン像を形成する第１の格子と、第１の格子により形成された周期パターン像を透過する部分と遮蔽する部分とからなる格子構造が周期的に配置され、位相情報パターンを形成することを可能とする第２の格子と、第２の格子により形成された位相情報パターンを検出する放射線画像検出器とを備え、第１および第２の格子の少なくとも一方にその格子の配置ずれを検出するための配置ずれ検出用パターンが形成されていることを特徴とする。

また、配置ずれ検出用パターンを、上記少なくとも一方の格子の格子構造の延伸方向またはその延伸方向に直交する方向に延設された放射線吸収部材とすることができる。

また、配置ずれ検出用パターンを、放射線画像検出器の画素の配列方向に対して傾きを有する辺をもつものとできる。

また、配置ずれ検出用パターンを、少なくとも一方の格子の格子構造の延伸方向に対して傾きを有する辺をもつものとできる。

また、配置ずれ検出用パターンを、少なくとも一方の格子に対して複数設けることができる。

また、放射線画像検出器を、配置ずれ検出用パターンによって形成された放射線の像を検出して配置ずれ検出用信号を出力するものとし、その放射線画像検出器から出力された配置ずれ検出用信号に基づいて少なくとも一方の格子の配置ずれ量を算出する配置ずれ量算出部を設けることができる。

また、配置ずれ検出用パターンとして直線からなる辺を有するものを用い、配置ずれ量算出部を、配置ずれ検出用信号に基づいて１次関数を算出し、その１次関数に基づいて少なくとも一方の格子の配置ずれ量を算出するものとすることができる。

また、配置ずれ検出用パターンとして曲線からなる辺を有するものを用い、配置ずれ量算出部を、配置ずれ検出用信号に基づいて上記曲線に応じた所定の関数を算出し、その所定の関数に基づいて少なくとも一方の格子の配置ずれ量を算出するものとすることができる。

また、配置ずれ量算出部を、上記関数に基づいて少なくとも一方の格子の配置ずれ量として回転ずれ量を算出するものとすることができる。

また、配置ずれ量算出部により算出された配置ずれ量に基づいて、少なくとも一方の格子の配置を変更して配置ずれを補正する補正機構を設けることができる。

また、配置ずれ量算出部により算出された配置ずれ量に基づいて、放射線画像検出器から出力された放射線画像信号を補正する画像補正部を設けることができる。

本発明の放射線位相画像撮影装置によれば、第１および第２の格子の少なくとも一方にその格子の配置ずれを検出するための配置ずれ検出用パターンが形成するようにしたので、たとえば、その配置ずれ検出用パターンによって形成された像を放射線画像検出器によって検出し、その検出した信号に基づいて格子の配置ずれ量を算出し、その配置ずれ量に基づいて格子の配置を調整するようにすれば、格子の配置ずれ量を高精度に検出することができ、画質の良好な放射線位相コントラスト画像を取得することができる。

本発明の放射線位相画像撮影装置の一実施形態の概略構成図 図１に示す放射線位相画像撮影装置の上面図 第１の格子の概略構成図 第２の格子の概略構成図 第１の格子の配置検出パターンと第２の格子の配置検出パターンの一例を示す図 放射線画像検出器が１画素×５画素の場合における格子の配置ずれの検出原理を説明するための図 配置ずれ検出の統計誤差を説明するための図 放射線画像検出器が４画素×５画素の場合における格子の配置ずれの検出原理を説明するための図 配置ずれ量算出部において取得される一次関数の一例を示す図 （Ａ）２次曲線の辺を有する配置ずれ検出用パターンの一例を示す図、（Ｂ）配置ずれ量算出部において取得される２次関数の一例を示す図 （Ａ）円弧の辺を有する配置ずれ検出用パターンの一例を示す図、（Ｂ）配置ずれ量算出部において取得される円弧の関数の一例を示す図 （Ａ）Ｚ軸を回転軸とする回転ずれ量を示す図、（Ｂ）Ｘ軸を回転軸とする回転ずれ量を示す図、（Ｃ）Ｙ軸を回転軸とする回転ずれ量を示す図

以下、図面を参照して本発明の放射線位相画像撮影装置の一実施形態について説明する。図１に本実施形態の放射線位相画像撮影装置の概略構成を示す。図２に図１に示す放射線位相画像撮影装置の上面図（Ｘ−Ｚ断面図）を示す。図２の紙面厚さ方向が図１のＹ方向である。

放射線位相画像撮影装置は、図１に示すように、放射線源１、第１の格子２、第２の格子３、放射線画像検出器４、移動機構５、位相画像取得部６、配置ずれ量算出部７、補正機構８を備えている。

放射線源１は、被写体１０に向けて放射線を射出するものであり、第１の格子２に被写体１０を透過した放射線を照射したとき、タルボ効果を発生させうるだけの空間的干渉性を有するものである。たとえば、放射線の発光点のサイズ（つまり、放射線源の開口径）を３０ミクロン程度とし、その放射線源から約５メートル以上の位置での空間的干渉性がそれに相当する。放射線源１としては、マイクロフォーカスＸ線管やプラズマＸ線源を利用することができる。また、比較的サイズの大きな通常の放射線源を用いる場合は、放射線が通過するマルチスリットを放射線の射出側に設置して使用することができる。この場合の詳細な構成は、たとえば、“Franz Pfeiffer, Timm Weikamp, Oliver Bunk, Christian David, Nature Physics 2, 258-261(01 Apr 2006)Letters, Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources”に記されているが、そのスリットのピッチＰ_０は以下の式を満たすような大きさとする必要がある。

なお、Ｐ_２は第２の格子３のピッチ、Ｚ_１は放射線源１（マルチスリットを用いる場合はマルチスリットの位置）から第１の格子２までの距離、Ｚ_２は第１の格子２から第２の格子３までの距離である（図２参照）。

第１の格子２は、図３に示すように、放射線を透過する基板２１と、基板２１上に設けられた複数の部材２２とを備えている。複数の部材２２は、放射線を遮蔽するものであり、いずれも一方向（図３中紙面の厚さ方向）に延びる線状形状で形成されている。複数の部材２２どうしの間隔（つまり、格子の周期）Ｐ_１は、本実施形態では一定とされている。部材２２の素材としては、たとえば、金やシリコンを用いることができる。また、部材２２としては、照射される放射線に対して約９０°または約１８０°の位相変調を与える、いわゆる位相変調型格子を構成するものであることが望ましい。たとえば、通常の医療診断用のＸ線エネルギー領域において必要な金の厚さは１μｍ〜数μｍ程度になる。また、振幅変調型格子を用いることもできる。この場合、部材２２は放射線を十分に吸収する厚さが必要である。たとえば、通常の医療診断用のＸ線エネルギー領域において必要な金の厚さは１０μｍ〜数１０μｍ程度になる。

第２の格子３は、図４に示すように、第１の格子２と同様に、放射線を透過する基板３１と、基板３１に設けられた複数の部材３２とを備えている。複数の部材３２は、放射線を遮蔽するものであり、いずれも一方向（図４中紙面の厚さ方向）に延びる線状形状で形成されている。複数の部材３２どうしの間隔（つまり、格子の周期）Ｐ_２は、この実施形態では一定とされている。複数の部材３２の素材としては、たとえば、金を用いることができる。第２の格子３については、部材３２をより厚くした振幅変調型格子であることが望ましい。このとき、部材３２は放射線を十分に吸収する厚さが必要である。たとえば、通常の医療診断用のＸ線エネルギー領域において必要な金の厚さは１０μｍ〜数１０μｍ程度になる。

ここで、放射線源１から照射される放射線が、平行ビームではなく、コーンビームである場合には、第１の格子２を通過して形成される第１の格子２の自己像は、放射線源１からの距離に比例して拡大される。そして、本実施形態においては、第２の格子３の格子ピッチＰ_２と間隔ｄ_２は、そのスリット部が、第２の格子３の位置における第１の格子２の自己像の明部の周期パターンとほぼ一致するように決定される。すなわち、放射線源１の焦点から第１の格子２までの距離をＺ_１、第１の格子２から第２の格子３までの距離をＺ_２とした場合、第２の格子ピッチＰ_２および間隔ｄ_２は、次式（２）および次式（３）の関係を満たすように決定される。

なお、放射線源１から照射される放射線が平行ビームである場合には、Ｐ_２＝Ｐ_１，ｄ_２＝ｄ_１を満たすように決定される。

また、本実施形態の第１の格子２と第２の格子３とには、図１および図５に示すように、それぞれ配置ずれ検出用パターン２３，３３が形成されている。具体的には、第１の格子２の部材２２が設けられ、被写体１０を透過した放射線が照射される範囲である関心領域２ａよりも外側の周辺領域に複数の配置ずれ検出用パターン２３が設けられるとともに、第２の格子３の部材３２が設けられ、被写体１０を透過した放射線が照射される範囲である関心領域３ａよりも外側の周辺領域に複数の配置ずれ検出用パターン３３が設けられる。

そして、本実施形態においては、配置ずれ検出用パターン２３,３３は、被写体１０を透過した放射線が照射される範囲である関心領域２ａ，３ａの各辺に対向してそれぞれ設けられ、第１の格子２および第２の格子３の部材２２，３２の延伸方向およびその延伸方向に直交する方向に延設されるものである。

また、第１の格子２の配置ずれ検出用パターン２３によって放射線画像検出器４上に形成される配置ずれ検出用の像と、第２の格子３の配置ずれ検出用パターン３３によって放射線画像検出器４上に形成される配置ずれ検出用の像とが放射線画像検出器４上で重ならないように、図５に示すように、第２の格子３の配置ずれ検出用パターン３３の方が第１の格子２の配置ずれ検出用パターン２３よりも外側に設けられている。なお、本実施形態においては、第１の格子２の配置ずれ検出用パターン２３と第２の格子３の配置ずれ検出用パターン３３とを上述したような配置としたが、それぞれによって形成される配置ずれ検出用の像が重ならない配置であればその他の配置としてもよい。

また、本実施形態においては、各配置ずれ検出用パターン２３，３３は、放射線画像検出器４の画素の配列方向、すなわちＸ方向またはＹ方向に対して傾く辺を有する三角形状で形成されている。なお、本実施形態においては、配置ずれ検出用パターン２３，３３として上述したような三角形状のものを用いるようにしたが、必ずしも三角形状でなくてもよく、Ｘ方向またはＹ方向に対して傾く辺を有する形状であれば如何なる形状を採用するようにしてもよい。また、Ｘ方向またはＹ方向に対して傾く辺は必ずしも直線でなくてもよく、２次関数によって表される曲線や、円弧、放物線としてもよい。

配置ずれ検出用パターン２３，３３の材料としては、放射線吸収が十分に大きいものが用いられ、たとえば、金や鉛を用いることができる。

放射線画像検出器４は、第１の格子２に入射した放射線が形成する第１の格子２の自己像を第２の格子３によって強度変調された画像信号として検出するものである。このような放射線画像検出器４としては、直接変換型および間接変換型のフラットパネル検出器、イメージングプレート、増感スクリーンとフィルムの組合せなど従来の放射線位相画像撮影装置に使われているものを用いることができる。そして、たとえばフラットパネル検出器を用いた場合には、図１に示すＸ−Ｙ方向に２次元状に配列された各検出素子（画素）からそれぞれ画素信号が読み出され、イメージングプレートやフィルムの場合には、所定の読取装置によってＸ−Ｙ方向に沿って走査されて読み出されることによって、イメージングプレートやフィルム上の各画素に対応する画素信号が取得される。

そして、放射線源１、第１の格子２、第２の格子３および放射線画像検出器４によって放射線位相コントラスト画像を取得可能な放射線位相画像撮影装置が構成されるが、本構成をタルボ干渉計として機能させるためには、さらにいくつかの条件をほぼ満たさねばならない。その条件について以下に説明する。

まず、第１の格子２と第２の格子３とのグリッド面が、図１に示すＸ−Ｙ平面に平行であることが必要である。

そして、さらに、第１の格子２と第２の格子３との距離Ｚ_２は、第１の格子２が９０°の位相変調を与える位相変調型格子である場合、次の条件をほぼ満たさなければならない。

ただし、λは放射線の波長（通常はピーク波長）、ｍは０か正の整数、Ｐ_１は上述した第１の格子２の格子ピッチ、Ｐ_２は上述した第２の格子３の格子ピッチである。

また、第１の格子２が１８０°の位相変調を与える位相変調型格子である場合には、次の条件をほぼ満たさなければならない。

ただし、λは放射線の波長（通常はピーク波長）、ｍは０か正の整数、Ｐ_１は上述した第１の格子２の格子ピッチ、Ｐ_２は上述した第２の格子３の格子ピッチである。

さらに、第１の格子２が振幅変調型格子である場合には、次の条件をほぼ満たさなければならない。

ただし、λは放射線の波長（通常はピーク波長）、ｍは正の整数、Ｐ_１は上述した第１の格子２の格子ピッチ、Ｐ_２は上述した第２の格子３の格子ピッチである。

なお、上式（４），（５），（６）は、放射線源１により照射される放射線がコーンビームである場合であり、放射線が平行ビームである場合には、上式（４）に代えて下式（７）、上式（５）に代えて下式（８）、上式（６）に代えて下式（９）となる。

移動機構５は、第２の格子３をＸ方向に移動させるものであるが、たとえば、第２の格子３の格子ピッチＰ_２の１／ｎ（ｎは２以上の整数）ずつ動かして、それぞれのｎに対する位置で放射線画像の撮影を行なうことにより第２の格子３によって強度変調されたｎ種類ｎ枚の画像信号を取得することができる。移動機構５は、たとえば公知のアクチュエーターを用いて構成することができる。

位相画像取得部６は、放射線画像検出器４により検出されたｎ種類ｎ枚の画像信号に基づいて放射線位相コントラスト画像を取得するものである。具体的には、ｎ枚の画像信号からは、たとえば、“K. A. Stetson and W. R. Brohinsky : Appl. Oct. 24, 3631(1985)”に記載の縞走査法を用いることにより、各画素ごとの位相シフトの微分量、すなわち被写体１０によって生じた放射線の屈折角度に応じた量を復元することができ、様々な画像処理とその表現を介して、いわゆる位相コントラスト画像として取得することができる。

配置ずれ量算出部７は、上述した第１の格子２に設けられた配置ずれ検出用パターン２３と第２の格子３に設けられた配置ずれ検出用パターン３３とによって形成された配置ずれ検出用の像に基づいて、放射線画像検出器４によって取得された配置ずれ検出用信号にから第１の格子２と第２の格子３の配置ずれ量を算出するものである。配置ずれ量の算出方法については、後で詳述する。

補正機構８は、配置ずれ量算出部７によって算出された配置ずれ量に基づいて、第１の格子２と第２の格子３の配置が、上述した条件を満たすように予め設定された配置となるように第１の格子２と第２の格子３の配置を変更するものである。補正機構８は、第１の格子２と第２の格子３の配置を変更可能なように機械的に構成されたものであり、公知のアクチュエーターを用いて構成することができる。

次に、本実施形態の放射線位相画像撮影装置の作用について説明する。

本実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、被写体１０の放射線位相コントラスト画像の撮影の前に、第１の格子２と第２の格子３とに設けられた配置ずれ検出用パターン２３，３３を用いて第１の格子２と第２の格子３の配置ずれ量を検出し、その配置ずれ量に基づいて補正機構８によって第１の格子２と第２の格子３との配置を予め設定された配置となるように調整する。以下、配置ずれ検出用パターン２３，３３を用いて第１の格子２と第２の格子３の配置ずれ量を検出する方法について具体的に説明する。

まず、被写体１０を配置していない状態で放射線源１から放射線が射出され、第１の格子２と第２の格子３を透過した放射線が放射線画像検出器４に照射され、放射線画像検出器４によって配置ずれ検出用パターン２３，３３による配置ずれ検出用の像が検出される。そして、この配置ずれ検出用の像を表す配置ずれ検出用信号が放射線画像検出器４から読み出され、読み出された配置ずれ検出用信号が配置ずれ量算出部７によって取得される。そして、配置ずれ量算出部７において、配置ずれ検出用信号に基づいて第１の格子２と第２の格子３との配置ずれ量がそれぞれ算出される。

ここで、配置ずれ検出用信号に基づく配置ずれ量の検出の原理について説明する。説明をわかりやすくするため、まずは、１画素×５画素の放射線画像検出器から読み出された配置ずれ検出用信号に基づいて配置ずれ量を検出する方法について説明する。

放射線画像検出器から読み出される信号は受光量に比例し、また配置ずれ検出用パターンが完全に光を遮蔽すると仮定し、さらにわかりやすくするため放射線画像検出器の各画素に対し同じ放射線量が与えられたものとすると、放射線画像検出器から読み出される配置ずれ検出用信号の大きさは、たとえば、図６（Ａ）に示すような数値となる。なお、図６（Ａ）に示す１つの四角は１画素を表すものとし、四角内の数値が配置ずれ検出用信号の大きさを表しているものとする。

そして、配置ずれ検出用信号が最小値の画素に隣接する画素を探索し、その画素の配置ずれ検出用信号の大きさから放射線画像検出器に対する配置ずれ検出用パターン２３または配置ずれ検出用パターン３３の位置を推測することができ、第１の格子２または第２の格子３の配置ずれ量を検出することができる。具体的には、たとえば、第１の格子２または第２の格子３の配置ずれが生じていない状態で、図６（Ａ）に示すような配置ずれ検出用信号が取得されたとすると、配置ずれ検出用信号が最小値（ゼロ）の画素に隣接する画素の値が５０であるので、配置ずれ検出用パターン２３，３３は、最小値の画素の位置から１．５ピクセルの位置に配置されていることがわかる。なお、第１の格子２または第２の格子３の配置ずれが生じていない状態での最初値の画素に隣接する画素の位置と値は、予め設定されているものとする。

そして、第１の格子２または第２の格子３の配置ずれが生じている状態で、図６（Ｂ）に示すような配置ずれ検出用信号が取得されたとすると、配置ずれ検出用信号が最小値（ゼロ）の画素に隣接する画素の値が７０であるので、配置ずれ検出用パターン２３，３３は、最小値の画素の位置から１．３ピクセルの位置に配置されていることがわかる。

すなわち、図６（Ａ）示すような配置ずれ検出用信号の値から図６（Ｂ）に示すような配置ずれ検出用信号の値となった場合には、配置ずれ検出用パターン２３，３３が左側に０．２ピクセルだけ移動したことになる。すなわち、第１の格子２または第２の格子３の配置ずれ量は０．２ピクセルとなる。このようにして、実質的に画素サイズよりも小さい配置分解能で第１の格子２、第２の格子３の配置ずれ量を算出することができる。

基本的な配置ずれ量の検出原理は、上述したとおりであるが、次に、実際的な問題として生じる誤差について検討する。放射線画像検出器の出力には放射線量の統計誤差や電気的なノイズなどが発生する。上述した図６（Ａ）の例では、最小値の画素に隣接する画素の値が５０であった。しかしながら、たとえば統計誤差を考慮すると、５０を中心として確率的に±７程度の幅で分布することになる。この場合、図７に示すような±０．７ピクセルの配置ずれは検出できないことになる。

しかしながら、本実施形態においては、上述したように配置ずれ検出用パターンの形状をＸ方向またはＹ方向に対して傾く辺を有する形状としたので、上述したような誤差の発生による精度劣化を抑制することができる。その理由を以下に説明する。

上記説明では、１画素×５画素の放射線画像検出器の場合を説明したが、今度は、４画素×５画素の放射線画像検出器の場合を考える。たとえば、上述したような統計誤差がなければ図８（Ａ）に示すような配置ずれ検出用信号が取得されたとすると、実際には統計誤差が含まれるので図８（Ｂ）に示すような配置ずれ検出用信号が取得されることになる。そして、図８（Ｂ）に示すような各画素の配置ずれ検出用信号を、プロットすると図９に示すような分布となる。

ここで、上述した１画素×５画素の放射線画像検出器の場合と大きく違うのは、このプロットした分布が直線をとるべきものであることがわかっている点にある。したがって、図９に示す分布に基づいて、たとえば最小二乗法を用いることによって最も確からしい一次関数を求めることができる。そして、このようにして求めた直線を用いて推定される第１の格子２または第２の格子３の配置ずれ量の配置分解能は、当然に個々の画素の値のみを用いて推定される配置分解能よりも向上することになる。

なお、上記説明では、配置ずれ検出用パターン２３，３３が、Ｘ方向またはＹ方向に対して傾く直線を有するものであるので、配置ずれ検出用信号に基づいて一次関数を求めるようにしたが、直線ではなく、たとえば、図１０（Ａ）に示すような２次関数で表される曲線の場合には、図１０（Ｂ）に示すような各画素の配置ずれ検出用信号がプロットされることになるので、このプロットされた点に基づいて２次関数の近似曲線を求めて配置ずれ量を算出するようにすればよい。

また、図１１（Ａ）に示すような円弧の場合には、図１１（Ｂ）に示すような各画素の配置ずれ検出用信号がプロットされることになるので、このプロットされた点に基づいて円の方程式に基づいた近似曲線を求めて配置ずれ量を算出するようにすればよい。また、放物線である場合には、上記と同様にその放物線に近似する近似曲線を求めて配置ずれ量を算出するようにすればよい。

以上が、本実施形態の放射線位相画像撮影装置における配置ずれ量の検出原理の説明である。

上述したような検出原理により、配置ずれ量算出部７は、各配置ずれ検出用パターン２３，３３に対応する放射線画像検出器４の各画素の配置ずれ検出用信号に基づいて、配置ずれ検出用の直線を求め、その直線の配置ずれ量によって第１の格子２および第２の格子３の配置ずれ量を算出する。

配置ずれ量算出部７において算出される配置ずれ量としては、Ｘ方向の配置ずれ量およびＹ方向の配置ずれ量があるが、Ｚ方向の配置ずれ量も算出することができる。具体的には、Ｚ方向について第１の格子２または第２の格子３が配置ずれしている場合には、配置ずれ検出用パターン２３，３３の像の拡大率が変わるため、Ｘ方向とＹ方向との両方に配置ずれを生じている場合と同じような影響をもたらす。

そして、本実施形態においては、Ｘ方向およびＹ方向の並進による配置ずれ量とＺ方向の配置ずれ量とを区別するために、各格子について複数の配置ずれ検出用パターン２３，３３を対向させて設けるようにしている。このように設けることによって、たとえば上下に対向する配置ずれ検出用パターン２３，３３に対応する直線の配置ずれの方向が同じ方向である場合には、それはＹ方向の並進による配置ずれ量と判定することができ、左右に対向する配置ずれ検出用パターン２３，３３に対応する直線の配置ずれの方向が同じ方向である場合には、それはＸ方向の並進による配置ずれ量と判定することができ、配置ずれの方向が上下の組、左右の組ともに互い逆方向である場合には、それはＺ方向の配置ずれ量と判定することができる。

さらに、第１の格子２の部材２２の延伸方向と配置ずれ検出用パターン２３の斜めの辺とがなす角度と、第２の格子３の部材３２の延伸方向と配置ずれ検出用パターン３３の斜めの辺とがなす角度とをそれぞれ予め設定しておくようにしてもよい。そして、たとえば、配置ずれ量算出部７において算出された直線の傾きとこの直線に対応する配置ずれ検出用パターン２３の斜めの辺がなす角度とに基づいて第１の格子２の回転ずれを検出し、また、配置ずれ量算出部７において算出された直線の傾きとこの直線に対応する配置ずれ検出用パターン３３の斜めの辺がなす角度とに基づいて第２の格子３の回転ずれを検出するようにしてもよい。

また、第１の格子２の回転ずれと第２の格子３の回転ずれについては、上述したようにして図１２（Ａ）に示すようなＺ方向を回転軸とする回転ずれθｚを検出することができるが、これだけでなく、図１２（Ｂ）に示すようなＸ方向を回転軸とする回転ずれθｘや、図１２（Ｃ）に示すようなＹ方向を回転軸とする回転ずれθｙも検出することができる。

図１２（Ｂ）に示すようなＸ方向を回転軸とする回転ずれを検出する場合には、たとえば、Ｙ方向（上下方向）について対向して配置された２つの配置ずれ検出用パターンに対応する直線の配置ずれが互いに逆方向であるとともに、これらの直線間の距離が短くなることを検出するようにすればよい。

また、図１２（Ｃ）に示すようなＹ方向を回転軸とする回転ずれを検出する場合には、たとえば、Ｘ方向（左右方向）について対向して配置された２つの配置ずれ検出用パターンに対応する直線の配置ずれが互いに逆方向であるとともに、これらの直線間の距離が短くなることを検出するようにすればよい。

そして、配置ずれ量算出部７において算出された配置ずれ量は、補正機構８に出力され、補正機構８は、入力されたＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の並進による配置ずれ量と回転ずれ量とに基づいて第１の格子２および第２の格子３との配置をそれぞれ変更して、予め設定された適切な配置に調整する。

そして、上述したような第１の格子２と第２の格子３との配置調整の後、実際の放射線位相コントラスト画像の撮影が行われる。

具体的には、まず、図１に示すように、放射線源１と第１の格子２との間に、被写体１０が配置される。次に、放射線源１から放射線が射出され、その放射線は被写体１０を透過した後、第１の格子２に照射される。照射された放射線は、第１の格子２で回折されることにより、第１の格子２から放射線の光軸方向において所定の距離において、タルボ干渉像を形成する。

これをタルボ効果と呼び、光波が格子を通過したとき、格子から所定の距離において、格子の自己像を形成する。たとえば、第１の格子２が、９０°の位相変調を与える位相変調型格子の場合、上式（４）または上式（７）（１８０°の位相変調型格子の場合は上式（５）または上式（８）、強度変調型格子の場合は上式（６）または上式（９））で与えられる距離において第１の格子２の自己像を形成する一方、被写体１０によって、第１の格子２に入射する放射線の波面は歪むため、第１の格子２の自己像はそれに従って変形している。

続いて、放射線は、第２の格子３を通過する。その結果、上記の変形した第１の格子２の自己像は第２の格子３との重ね合わせにより、強度変調を受け、上記波面の歪みを反映した画像信号として放射線画像検出器４により検出される。

続いて順次、移動機構５により第２の格子３がＸ方向について第２の部材のピッチＰ_２の１／ｎ（ｎは２以上の整数）ずつ動かされ、放射線画像検出器４により、それぞれのｎに対する波面の歪みを反映した画像信号が検出される。

ｎ種の波面の歪みを反映した画像信号は位相画像取得部６に入力され、位相画像取得部６は、ｎ種の波面の歪みを反映した画像を解析することにより、放射線位相コントラスト画像を生成する。波面の歪みは、被写体１０による屈折効果によって放射線が曲げられた角度に比例している。したがって、放射線画像検出器４により検出されたｎ種類の波面の歪みを反映した画像から各画素での位相変調量を解析することにより、被写体１０の内部の屈折率分布に依存した量を検出することができる。

なお、上記実施形態においては、配置ずれ量算出部７において算出された配置ずれ量に基づいて、補正機構８によって第１の格子２または第２の格子３の配置を変更するようにしたが、これに限らず、たとえば、位相画像取得部６において、配置ずれ量算出部７において算出された配置ずれ量に基づいて画像補正を行うようにしてもよい。具体的には、以下のような画像補正を行うことができる。

上述した被写体の放射線位相コントラスト画像を得る際には、被写体を設置しているときに得られる位相画像情報から被写体が設置されていないときに得られる初期位相画像情報を差し引くことになる。

したがって、被写体を設置している場合と被写体を設置していない場合とで、少なくとも２度の撮影が必要となるが、この２度の撮影の間で第２の格子３の位置は移動機構５の位置精度に依存してずれている。そこで、たとえば、被写体を設置していない状態での撮影における第２の格子３の配置と被写体を設置した状態での撮影における第２の格子３の配置との配置ずれ量を算出し、被写体を設置していない状態で撮影した初期位相画像情報に対して、上記配置ずれ量に基づいて平行移動や回転移動などを行って画像補正を施すことによって補正済初期位相画像情報を取得し、この補正済初期位相画像情報を、被写体を設置した状態で取得した位相画像情報から差し引くようにすればよい。このように画像補正を行うことによって、被写体を設置していない状態での撮影における第２の格子３の配置と被写体を設置した状態での撮影における第２の格子３の配置との配置ずれの影響を減殺することができる。

なお、上記説明では、第２の格子３の配置ずれが生じている場合の画像補正方法について説明したが、第１の格子２のみに配置ずれが生じている場合にも、上記と同様にして配置ずれ量に基づいて画像補正を行うようにすればよい。また、第１の格子２と第２の格子３との両方の配置ずれが生じている場合には、第１の格子２に対する第２の格子３の相対的な配置ずれ量を算出し、その配置ずれ量に基づいて、上記と同様に画像補正を行うようにすればよい。

また、上記実施形態の説明においては、放射線画像検出器４に対する第１の格子２の配置ずれ量と第２の格子３の配置ずれ量とをそれぞれ検出するようにしたが、配置決めで重要なのは第１の格子２と第２の格子３との相対配置であって、放射線画像検出器４のみ並進ずれしていても何ら問題はない。したがって、放射線画像検出器４に対する第１の格子２の配置ずれ量と第２の格子３の配置ずれ量とをそれぞれ検出する代わりに、第１の格子２の配置ずれ量と第２の格子３の配置ずれ量との相対的配置ずれ量を検出するようにしてもよい。そして、その相対的配置ずれ量に基づいて、補正機構８によって第１の格子２および第２の格子３のいずれか一方、もしくは双方の配置を変更するようにしてもよい。

また、上記実施形態の放射線位相画像撮影装置は、第１の格子２から第２の格子３までの距離Ｚ_２がタルボ干渉距離となるようにしたが、これに限らず、第１の格子２が入射放射線を回折せずに投影させる構成とするようにしてもよい。このように構成すれば第１の格子２を通過して射影される投影像が、第１の格子２の後方の全ての位置で相似的に得られるため、第１の格子２から第２の格子３までの距離Ｚ_２を、タルボ干渉距離を無関係に設定することができる。

具体的には、第１の格子２と第２の格子３とを、ともに吸収型（振幅変調型）格子として構成するとともに、タルボ干渉効果の有無に関わらず、スリット部を通過した放射線を幾何学的に投影するように構成する。より詳細には、第１の格子２の間隔ｄ_１と第２の格子３の間隔ｄ_２とを、放射線源１から照射される放射線のピーク波長より十分大きな値とすることで、照射放射線に含まれる大部分をスリット部で回折せずに、直進性を保ったまま通過するように構成することができる。たとえば、放射線源のターゲットとしてタングステンを用い、管電圧を５０ｋＶとした場合には、放射線のピーク波長は約０．４Åである。この場合には、第１の格子２の間隔ｄ_１と第２の格子３の間隔ｄ_２を、１μｍ〜１０μｍ程度とすればスリット部で大部分の放射線が回折されずに幾何学的に投影される。

なお、第１の格子２の格子ピッチＰ_１と第２の格子３の格子ピッチＰ_２との関係と、第１の格子２の間隔ｄ_１と第２の格子３の間隔ｄ_２との関係とについては、上記第１の実施形態と同様である。

そして、上記のような構成の放射線位相画像撮影装置においては、第１の格子２と第２の格子３との距離Ｚ_２を、上式（６）においてｍ＝１とした場合の最小のタルボ干渉距離より短い値に設定することができる。すなわち、上記距離Ｚ_２が、次式（１０）を満たす範囲の値に設定する。

なお、第１の格子２の部材２２と第２の格子３の部材３２とは、コントラストの高い周期パターン像を生成するためには、放射線を完全に遮蔽（吸収）することが好ましいが、上述した放射線吸収に優れる材料（金、白金等）を用いたとしても、吸収されずに透過する放射線が少なからず存在する。このため、放射線の遮蔽性を高めるためには、部材２２，３２のそれぞれの厚みを、可能な限り厚くすることが好ましい。部材２２，３２による遮蔽は、照射放射線の９０％以上であることが好ましく、たとえば、放射線源１の管電圧が５０ｋＶの場合には、厚みは、金（Ａｕ）換算で３０μｍ以上であることが好ましい。

上記のような構成の放射線位相画像撮影装置によれば、第１の格子２と第２の格子３との距離Ｚ_２をタルボ干渉距離よりも短くすることができるので、一定のタルボ干渉距離を確保しなければならない上記実施形態の放射線位相画像撮影装置と比較すると、撮影装置をより薄型化することができる。

また、上記実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、Ｘ−Ｙ平面上での第１の格子２の部材２２の傾きと第２の格子３の部材３２の傾きとを一致させるようにしたが、これに限らず、第１の格子２の部材２２の延伸方向と第２の格子３の部材３２の延伸方向とを相対的に傾けて設置するようにしてもよい。

１ 放射線源
２ 第１の格子
３ 第２の格子
２ａ，３ａ 関心領域
４ 放射線画像検出器
５ 移動機構
６ 位相画像取得部
７ 配置ずれ量算出部
８ 補正機構
１０ 被写体
２３，３３ 配置ずれ検出用パターン

Claims (11)

1. 放射線を射出する放射線源と、
   該放射線源から射出された放射線を透過する部分と遮蔽する部分とからなる格子構造が周期的に配置され、前記放射線源から射出された放射線を通過させて周期パターン像を形成する第１の格子と、
   該第１の格子により形成された周期パターン像を透過する部分と遮蔽する部分とからなる格子構造が周期的に配置され、位相情報パターンを形成することを可能とする第２の格子と、
   該第２の格子により形成された位相情報パターンを検出する放射線画像検出器とを備え、
   前記第１および第２の格子の少なくとも一方に該格子の配置ずれを検出するための配置ずれ検出用パターンが形成されていることを特徴とする放射線位相画像撮影装置。
2. 前記配置ずれ検出用パターンが、前記少なくとも一方の格子の格子構造の延伸方向または該延伸方向に直交する方向に延設された放射線吸収部材であることを特徴とする請求項１記載の放射線位相画像撮影装置。
3. 前記配置ずれ検出用パターンが、前記放射線画像検出器の画素の配列方向に対して傾きを有する辺をもつものであることを特徴とする請求項１記載の放射線位相画像撮影装置。
4. 前記配置ずれ検出用パターンが、前記少なくとも一方の格子の格子構造の延伸方向に対して傾きを有する辺をもつものであることを特徴とする請求項１または２記載の放射線位相画像撮影装置。
5. 前記配置ずれ検出用パターンが、前記少なくとも一方の格子に対して複数設けられていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の放射線位相画像撮影装置。
6. 前記放射線画像検出器が、前記配置ずれ検出用パターンによって形成された放射線の像を検出して配置ずれ検出用信号を出力するものであり、
   該放射線画像検出器から出力された配置ずれ検出用信号に基づいて前記少なくとも一方の格子の配置ずれ量を算出する配置ずれ量算出部を備えたことを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の放射線位相画像撮影装置。
7. 前記配置ずれ検出用パターンが、直線からなる辺を有するものであり、
   前記配置ずれ量算出部が、前記配置ずれ検出用信号に基づいて１次関数を算出し、該１次関数に基づいて前記少なくとも一方の格子の配置ずれ量を算出するものであることを特徴とする請求項６記載の放射線位相画像撮影装置。
8. 前記配置ずれ検出用パターンが、曲線からなる辺を有するものであり、
   前記配置ずれ量算出部が、前記配置ずれ検出用信号に基づいて前記曲線に応じた所定の関数を算出し、該所定の関数に基づいて前記少なくとも一方の格子の配置ずれ量を算出するものであることを特徴とする請求項６記載の放射線位相画像撮影装置。
9. 前記配置ずれ量算出部が、前記関数に基づいて前記少なくとも一方の格子の配置ずれ量として回転ずれ量を算出するものであることを特徴とする請求項７または８記載の放射線位相画像撮影装置。
10. 前記配置ずれ量算出部により算出された配置ずれ量に基づいて、前記少なくとも一方の格子の配置を変更して前記配置ずれを補正する補正機構を備えたことを特徴とする請求項６から９いずれか１項記載の放射線位相画像撮影装置。
11. 前記配置ずれ量算出部により算出された配置ずれ量に基づいて、前記放射線画像検出器から出力された放射線画像信号を補正する画像補正部を備えたことを特徴とする請求項６から９いずれか１項記載の放射線位相画像撮影装置。

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