JP2013224878A - Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線の断面長が有限の値を持つような場合でも、検出器で得られる合成Ｘ線の強度分布から屈折Ｘ線の強度分布を抽出することで、コントラストの高い視認性の向上された位相コントラスト像を得ることが可能となるＸ線撮像装置を提供する。
【解決手段】検出手段によって得られた強度分布から、被検知物の位相コントラスト像を取得する演算手段を備えたＸ線撮像装置であって、
演算手段は、
被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値から、被検知物がない場合のＸ線の強度分布である参照強度の値を減算または除算することによって屈折Ｘ線の強度分布の値を演算する減除部と、
減除部での減算または除算により演算された屈折Ｘ線の強度分布の値を、屈折Ｘ線、吸収Ｘ線、および無応答Ｘ線が足し合わされた合成Ｘ線の強度分布の値から抽出する抽出部と、を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、Ｘ線を用いたＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法に関する。

Ｘ線の物質に対する高い透過性を利用したＸ線透過像は、非破壊で被検知物の内部構造を可視化できることから、工業や医療など様々な分野で多用されている。
Ｘ線透過像に現れるコントラストの生成は、被検知物の構成元素や密度、形状、用いるＸ線のエネルギーに依存するＸ線の透過率の差に起因する。
ところが、ソフトマテリアルや生体など軽元素により構成される被検知物や非常に薄いものでは透過率が高く、また密度差が小さい場合などには視認性のある十分なコントラストを得られない。
このような被検知物のＸ線撮像では、高コントラストを得る方法として、Ｘ線の透過率の差だけでなく物質を透過した際に生じるＸ線の位相差を検出する位相コントラスト法が利用される。

位相コントラスト法では様々な方法が提案されるが、特許文献１に示される方法では、複雑な光学系を必要とせず簡便に位相コントラスト像を得ることができる。以下に、特許文献１に示される従来法について説明する。
Ｘ線の位相変化は、例えば物質の界面など密度差のある部位において屈折として現れる。
よって、通常のＸ線透過像のように、Ｘ線を被検知物の広範囲に照射しその透過像を取得するのではなく、まず、Ｘ線を小さく絞り被検知物の局所的な部位に照射する。
Ｘ線は被検知物により屈折を受けるため、被検知物と検出器の距離を大きく取ると、Ｘ線が検出器に照射する位置は、被検知物が無い場合の位置から変化することになる。

特許文献１に示される方法では、Ｘ線の位置変化量を測定するために、また被検知物の多点を同時に測定するために、図１４（ａ）に概略図を示す装置構成を採る。
Ｘ線源１４０１から発生したＸ線は分割素子１４０２により空間的に分割される。分割されたＸ線は被検知物１４０３を透過した後に検出器１４０４に入射する。
検出器１４０４は２次元検出器であり、複数の画素により構成される。
ここで、被検知物１４０３と検知器１４０４の間にある実線と破線は、被検知物１４０３がある場合とない場合についてのＸ線の光路１４０５を示す。
図１４（ｂ）に検出器１４０４で検出されるＸ線の投影像について、その概略を示す。
図１４（ｂ）の各格子は検出器１４０４の画素を示し、破線で囲う円は試料が無い場合のＸ線の投影像１４０６を、実線で囲う円は被検知物により屈折したＸ線の投影像１４０７を示している。
それぞれのＸ線の位置は、その投影像の重心として各画素の強度と位置から求まる。
よって、屈折によるＸ線の位置変化量Δｒは、それぞれの重心位置の差より得ることができる。ここで屈折量Δθは、被検知物１４０３と検出が器１４０４との距離をＬとすると、次の式１のように表すことができる。

Δθ＝ａｒｃｔａｎ（Δｒ／Ｌ） 式１

ここで、ａｒｃｔａｎは逆正接関数を示す。
また位相変化量Δφは、用いたＸ線の波長をλとすると、次の式２により計算することができる。

Δφ＝２πΔθ／λ 式２

以上の操作を分割されたＸ線のそれぞれに行えば、被検知物１４０３によるＸ線の位相変化に相当する画像を出力することができる。
このような方法によれば、通常のＸ線透過像ではコントラストが得られない被検知物であっても、コントラストが得られる利点がある。

米国特許第５８０２１３７号明細書

しかしながら、上記従来法の特許文献１のＸ線撮像方法では、次のような課題を有している。
Ｘ線は界面などの局所的な部位において大きく屈折する。このため、被検知物によるＸ線の位相変化を詳細に捉えるためには、分割されたＸ線の断面長を非常に小さくすることが要求される。
しかし、非常に小さな断面長を持つＸ線を検出することは、Ｘ線の光子数が非常に少なくなるため困難である。
実際には、数十μｍ以上の断面長を持つＸ線により撮像を実施することが多い。このような有限の断面長を持つＸ線が被検知物に入射した場合、被検知物により吸収を受けまた屈折するが、入射Ｘ線の一部は被検知物の局所的な部位による屈折の効果を強く受けたＸ線（屈折Ｘ線）となり、他は吸収の影響を強く受けたＸ線（吸収Ｘ線）となる。
さらに、入射位置が被検知物の端である場合には、入射Ｘ線の一部は被検知物を透過することなく通過し、被検知物の影響を受けないＸ線（無応答Ｘ線）となる。
そのため、検出器で測定される強度分布は、屈折Ｘ線、吸収Ｘ線、および無応答Ｘ線が足し合わされたＸ線（合成Ｘ線）の強度分布である。
したがって、屈折Ｘ線の強度分布は、他の吸収Ｘ線と無応答Ｘ線の強度分布により平滑化される。
合成Ｘ線の強度分布には、位置の変化しない成分が多く含まれるため、従来法においてはＸ線の位置変化の検出量が低下する。

本発明は、上記課題に鑑み、Ｘ線の断面長が有限の値を持つような場合でも、 検出器で得られる合成Ｘ線の強度分布から屈折Ｘ線の強度分布を抽出することで、コントラストの高い視認性の向上された位相コントラスト像を得ることが可能となるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法の提供を目的とする。

本発明によるＸ線撮像装置は、
Ｘ線発生手段から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、
前記分割素子により分割され、被検知物を透過したＸ線の強度を検出する検出手段と、
前記検出手段によって得られた強度分布から、前記被検知物の位相コントラスト像を取得する演算手段と、
を備えたＸ線撮像装置であって、
前記演算手段は、
前記検出手段により取得された前記被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値を被検知強度とし、前記被検知物がない場合のＸ線の強度分布の値を参照強度とすることにより、
前記被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値から、前記参照強度の値を減算または除算することによって屈折Ｘ線の強度分布の値を演算する減除部と、
前記減除部での減算または除算により演算された前記屈折Ｘ線の強度分布の値を、前記屈折Ｘ線、吸収Ｘ線、および無応答Ｘ線が足し合わされた合成Ｘ線の強度分布の値から抽出する抽出部と、
を有することを特徴とする。
また、本発明によるＸ線撮像方法は、
Ｘ線発生手段から発生したＸ線を空間的に分割し、該分割されて被検知物を透過したＸ線の強度を検出手段によって検出し、該検出によって得られた強度分布から、前記被検知物の位相コントラスト像を取得するＸ線撮像方法であって、
前記検出手段により取得された前記被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値を被検知強度とし、前記被検知物がない場合のＸ線の強度分布の値を参照強度とすることにより、
前記被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値から、前記参照強度の値を減算または除算することによって屈折Ｘ線の強度分布の値を演算し、
前記減算または除算により演算された前記屈折Ｘ線の強度分布の値を、前記屈折Ｘ線、吸収Ｘ線、および無応答Ｘ線が足し合わされた合成Ｘ線の強度分布の値から抽出することを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線の断面長が有限の値を持つような場合でも、
検出器で得られる合成Ｘ線の強度分布から屈折Ｘ線の強度分布を抽出することで、コントラストの高い視認性の向上された位相コントラスト像を得ることが可能となるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法を提供することができる。

本発明の実施形態におけるＸ線撮像装置の概略図。 本発明の実施形態における入射Ｘ線の強度分布を示す図。 本発明の実施形態における合成Ｘ線の強度分布の計算例を示す図。 本発明の実施形態における計算例の説明図。 本発明の実施形態における演算手段のチャートを示す図。 本発明の実施形態における減算過程および減算抽出過程を示す図。 本発明の実施形態における除算過程および除算抽出過程を示す図。 本発明の実施例１における入射Ｘ線の投影像と強度分布を示す図。 本発明の実施例１における被検知強度と減算過程の演算結果を示す図。 本発明の実施例１における位置変化量の比較を示す図。 本発明の実施例２における除算過程の演算結果を示す図。 本発明の実施例３における画像化部の演算結果を示す図。 本発明の実施例４におけるＸ線の投影像の概略図。 従来法のＸ線撮像装置の概略図。

本発明の実施形態では、Ｘ線発生手段から発生したＸ線を、Ｘ線の分割手段を用いて空間的に分割し、分割されたＸ線が被検知物を透過した後に検出手段によって検出される強度分布から、屈折Ｘ線による強度分布を抽出する。
これにより、被検知物によるＸ線の位相変化に関する物理量を取得する演算手段を有している。
以下に具体的な実施形態について説明する。
（実施形態）
本発明の実施形態においては、位相コントラスト像を得るＸ線撮像装置の構成例について説明する。
本発明では被検知物によるＸ線の位相変化量、屈折量、位置変化量など、位相変化に起因する量によって得られる像を位相コントラスト像と呼ぶ。
図１に本実施形態におけるＸ線撮像装置の概略図を示す。Ｘ線発生手段１０１としてのＸ線源から発生されたＸ線は、分割手段１０２としての分割素子により空間的に分割される。
分割素子は、例えばラインアンドスペースを有したスリットアレイである。
なお、分割素子は、スリットの周期方向に対して垂直な方向に分割されている２次元スリットやピンホールアレイであっても構わない。
分割素子に設けられたスリットやピンホールはＸ線を透過する形態であれば、分割素子の基板を貫通しなくとも良い。
貫通しない場合、分割素子の基板にＸ線用のフィルタ材料を用いてもかまわない。分割素子を構成する材料としては、Ｘ線の吸収率が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗなどから選択される。あるいは、これらの材料を含む化合物であってもよい。

分割手段１０２により空間的に分割されたＸ線は、被検知物１０３によって位相が変化し屈折する。
また、Ｘ線は被検知物１０３によって吸収される。被検知物１０３を透過したＸ線は、検出手段１０４により検出される。
検出手段１０４により得たＸ線の強度分布の値は演算手段１０５としての演算装置により数的処理がなされ、モニタなどの表示手段１０６に出力される。
被検知物１０３としては、人体、人体以外としては無機材料、有機材料、無機有機複合材料等が挙げられる。
なお、分割手段１０２および検出手段１０４には自動ステージなどの分割素子および検出器の位置調整機構が含まれる。
単色Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線発生手段１０１と分割手段１０２の間にＸ線調整手段１０８を配置してもよい。
Ｘ線調整手段１０８としては、金属フィルタやスリットと組み合わせたモノクロメータ、チャンネルカットモノクロメータ、Ｘ線多層膜ミラーなどを用いることができる。

被検知物１０３には、その位置を調整する自動ステージなどの位置調整手段１０９を設けてもよい。
例えば、位置調整手段１０９を設ければ、被検知物１０３を適宜移動することができるため、被検知物１０３の特定個所についての像を得ることができる。
また、分割手段１０２は分割されたＸ線を被検知物１０３に対し離散的に照射するため、被検知物１０３のＸ線が照射されていない位置の情報を得ることができない。
そこで、被検知物１０３をＸ線に対して走査しながら測定することにより、被検知物１０３の全ての位置における情報を得ることができる。
検出手段１０４は、間接変換型、直接変換型を問わず種々の２次元Ｘ線検出器を用いることができる。
例えば、Ｘ線ＣＣＤカメラ、間接変換型フラットパネル検出器、直接変換型フラットパネル検出器などから選択される。

次に図２〜図７を用いて、本実施形態における演算手段１０５の原理を説明する。
以下では、被検知物１０３に関する位置について次のように表現する。配置位置、走査位置はそれぞれ、装置配置での被検知物１０３の位置、位置調整手段１０９によって移動する被検知物１０３の位置を示す。
原理の説明のため、被検知物１０３が直径１．０ｍｍの円柱状のポリスチレンであり、その柱軸方向を図１のｙ軸に平行に配置されるとき、
図２のようなｘ軸方向の断面強度分布を持つＸ線が被検知物１０３の端に入射する場合の、ｘ軸方向の合成Ｘ線の強度分布について考える。

図３に検出手段で得られる合成Ｘ線の強度分布（黒丸）の計算例を、入射Ｘ線の強度分布（破線）とともに示す。
図３を求めた計算では被検知物１０３によるＸ線の屈折の効果を明瞭にするため、被検知物１０３へ入射するＸ線は平行光であるとした。
Ｘ線のエネルギーは１７．４ｋｅＶである。
図３（ａ）、（ｃ）は被検知物１０３と検出器１０４との距離Ｌがそれぞれ０．５ｍｍ、５０ｃｍである場合の計算結果であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の一部拡大図である。

ここで、図３を得るための計算方法の説明図を図４に示す。
図１と図４のｘ、ｙ、ｚ軸の方位は一致している。合成Ｘ線の計算例である図３を得るためには、まず図２の強度分布を持つＸ線をｘ軸に垂直に線状に分け、ｚ軸に平行に被検知物４０２に入射させる配置（図４（ａ））を考える。
それぞれの線状Ｘ線４０４の被検知物４０２によるＸ線の屈折量と透過率を計算することで、検出器面４０３への照射位置とＸ線強度を計算する。
計算例では検出器の画素サイズを６μｍとし、検出器面４０３での照射位置から画素サイズごとに、それぞれの線状Ｘ線４０４の強度を積分した結果を合成Ｘ線の強度分布として示している。
各線状Ｘ線４０４の屈折量は、Ｘ線の被検知物４０２に対する入射点４０５（点ａ）、出射点４０６（点ｂ）においてスネルの公式を用いることで、入射Ｘ線に対する出射Ｘ線の方位差４０８（∠Ｒ）として解いた。
被検知物は空気中にあるものとし、スネルの式に用いる空気の屈折率は１、ポリスチレンの屈折率ｎは、次の式３で示される。

ｎ＝１−δ 式３

δはポリスチレンの化学組成および密度に基づきＸ線のエネルギーが１７．４ｋｅＶである場合の値を用いた。
ポリスチレンの屈折率が１よりわずかに小さいために、Ｘ線の被検知物４０２の表面に対する入射角４０９（∠ｉｎ）が臨界角より小さい場合、入射点４０５でのようにＸ線は被検知物４０２の内部に透過せず、反射点４０７（点ａ’）でのように反射する。
このような場合には、入射角４０９と反射角が等しいことから屈折量は入射角の２倍であるとした。ここで臨界角∠ｃは、次の式４で示される。

∠ｃ＝√（２δ） 式４

以上により入射角４０９が臨界角と一致した場合に屈折量は最大となるため、屈折量の最大値∠Ｒ＿ｍａｘは、次の式５で表される。

∠Ｒ＿ｍａｘ=２∠ｃ＝２√（２δ） 式５

ここで厳密には入射角が臨界角近傍にある場合、一つの入射Ｘ線によって被検知物に透過するＸ線とその表面で反射するＸ線の２つに分かれることを考慮すべきである。
しかし実際の被検知物の表面は理想的に平坦ではなく、ラフネスがあることを踏まえると、このような場合を想定すべき入射角度範囲が限定される。
よって、このような条件は計算において無視する。

Ｘ線の透過率Ｔは以下のように計算した。Ｘ線が被検知物４０２の表面で反射する場合には、被検知物４０２による吸収はないとし、そのＴは１とした。
Ｘ線が被検知物４０２を透過する場合には、入射点４０５から出射点４０６までの距離Ｌａｂを用いて、次の式６とした。

Ｔ＝ｅｘｐ(−Ｌａｂ／Ｌｅｘ) 式６

ここで、ＬｅｘはＸ線のポリスチレンに対する消衰距離であり、δと同様にして求めた。なお無応答Ｘ線の屈折量は零でありＴは１としている。
また、空気によるＸ線の散乱および吸収は考慮していない。

図３における計算ではｘ軸方向位置の原点を、図４（ａ）のように被検知物４０２の端にとっている。
また、計算では入射Ｘ線を平行光として扱っているために、被検知物４０２が無い場合に、被検知物４０２の設置位置で測定した入射Ｘ線の強度分布（図２）は、検出器位置での強度分布と一致する。
図３（ａ）ではＬが小さいために屈折の効果が表れにくく、またＸ線の透過率が高いために、合成Ｘ線と入射Ｘ線の強度分布がほぼ一致しているように見える。しかしその一部拡大図である図３（ｂ）を見ると、ｘ軸の負の側に被検知物４０２があるために、それによる吸収を受けた結果、入射Ｘ線の強度分布よりもわずかに合成Ｘ線の強度が減少している。
図３（ｃ）ではＬが大きいために、屈折によるＸ線の位置変化が明瞭に生じ、図３（ａ）とは異なった強度分布を示している。
特に、合成Ｘ線の一部が入射Ｘ線の強度分布以上の値を示していることは、屈折Ｘ線が検出器面４０３上で無応答Ｘ線や吸収Ｘ線に足し合わされたことに起因する。吸収の効果のみを考えれば、被検知物４０２を通過した後の合成Ｘ線に、入射Ｘ線を超える強度分布は現れない。

以上の計算例に示すように、被検知物の屈折による効果は入射Ｘ線を超える強度分布を合成Ｘ線に与える。
したがって、図５に示す演算手段１０５により、屈折Ｘ線による強度分布を合成Ｘ線の強度分布から抽出することで、従来法よりもＸ線の位置変化量を敏感に捉えた被検知物１０３の位相コントラスト像を得ることができる。
本発明における演算手段１０５は、減除部５０１と抽出部５０２、および画像化部５０３を有している。
減除部５０１と抽出部５０２において、屈折Ｘ線による強度分布を合成Ｘ線の強度分布より抽出する演算を行い、この演算結果より画像化部５０３において、屈折Ｘ線の位置を求める演算を通した位相コントラスト像を出力する。

減除部５０１と抽出部５０２の演算について以下に、第一の実施形態として減算過程５０４および減算抽出過程５０６を経る場合と、第二の実施形態として除算過程５０５および除算抽出過程５０７を経る場合について説明する。
第一の実施形態では、まず減算過程５０４において、検出手段１０４で取得する被検知物１０３の各位置を透過したＸ線の強度分布の値を被検知強度とし、
また、被検知物１０３がない場合の強度分布（初期強度）の値を参照強度とすることで、被検知強度より参照強度を減算する（図６（a））。
これは、次の式７で表される。

Ｆｓｕｂ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ）−Ｒ＿ｉ（ｒ＿ｉ） 式７

ここで、添え字のｉは分割手段１０２によってｉ個に分割されたそれぞれＸ線を示す。
ｒ＿ｉはｉ番目のＸ線を検出する検出手段１０４の画素の位置であり、Ｆｓｕｂ＿ｉ（ｒ＿ｉ）、Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ）、Ｒ＿ｉ（ｒ＿ｉ）はそれぞれｉ番目のＸ線に対する減算過程５０４による演算結果、被検知強度、参照強度である。
初期強度をＩ＿ｉ（ｒ＿ｉ）とすると、ここではＲ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝Ｉ＿ｉ（ｒ＿ｉ）である。
さらに、被検知物１０３をＸ線に対し走査する場合には、次の式８で表される。

Ｆｓｕｂ＿ｉ，ｋ（ｒ＿ｉ）＝Ｏ＿ｉ，ｋ（ｒ＿ｉ）−Ｒ＿ｉ，ｋ（ｒ＿ｉ） 式８

ここで添え字のｋはそれぞれの走査位置を示す。
但し、以降の原理説明では被検知物１０３を走査する場合についての記載を省くが、走査位置の取り扱いは式８と同様に行うとよい。
この減算過程５０４によって合成Ｘ線より無応答Ｘ線の強度分布を除く。先の計算例が示すように、屈折による効果は合成Ｘ線に参照強度を超える強度分布を与えるため、図６（ａ）の強度分布のうち、正の値が屈折Ｘ線の強度分布を有する。
よって、抽出部５０２の減算抽出過程５０６において、減算過程５０４の演算結果の正の領域を抽出し（図６（ｂ））、減算抽出強度分布とする。
ここで抽出を行う演算は、比較演算子などを用いてＦｓｕｂ＿ｉ（ｒ＿ｉ）の零未満の値を零とすることで抽出しても良いが、例えば、次の式９によっても良い。

Ｆｓｕｂ＋＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝
（｜Ｆｓｕｂ＿ｉ（ｒ＿ｉ）｜＋Ｆｓｕｂ＿ｉ（ｒ＿ｉ））／２ 式９

ここで、Ｆｓｕｂ＋＿ｉ（ｒ＿ｉ）は減算抽出強度分布である。
次に、画像化部５０３において減算抽出強度分布からＸ線の位置を求め、初期強度でのＸ線の位置との差から、被検知物１０３によるＸ線の位置変化量を算出する。以上の演算手段１０５を、すべてのｉ、ｋについて、すなわち分割されたＸ線のそれぞれに対して取得した強度分布、もしくはそれぞれの走査位置において取得した強度分布に対し行う。
このようにして得られたＸ線の位置変化量の、被検知物１０３の位置に対する分布を求めれば、被検知物１０３の位相コントラスト像を表示手段１０６へ出力することができる。

つぎに、第二の実施形態について説明する。
第二の実施形態では、まず除算過程５０５において、被検知強度より参照強度を除算する（図７（ａ））。ここでは被検知強度を零で除算することを避けるため、被検知強度および参照強度それぞれに一定の値ｍを加算することで、つぎの式１０とする。

Ｆｄｉｖ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝
（Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＋ｍ）／（Ｒ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＋ｍ） 式１０

ここで、Ｆｄｉｖ＿ｉ（ｒ＿ｉ）は除算過程５０５の演算結果を示す。
また図７（ａ）では、ｍ＝１０とした。この演算により無応答Ｘ線の強度は１となる。
ここで、屈折による効果は合成Ｘ線に参照強度を超える強度分布を与えるため、図７（ａ）の強度分布のうち１以上の値が屈折Ｘ線の強度分布を有している。
したがって、抽出部５０２の除算抽出過程５０７において、１以上の値の領域を抽出し（図７（ｂ））、除算抽出強度分布とする。
ここで、抽出を行う演算は、比較演算子などを用いてＦｄｉｖ＿ｉ（ｒ＿ｉ）より１未満の値を零とすることで抽出しても良いが、例えば、つぎの式１１によっても良い。

Ｆｄｉｖ＋＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝
（｜Ｆｄｉｖ＿ｉ（ｒ＿ｉ）−１｜＋Ｆｄｉｖ＿ｉ（ｒ＿ｉ）−１）／２ 式１１

ここでＦｄｉｖ＋＿ｉ（ｒ＿ｉ）は、除算抽出強度分布である。
この除算抽出強度分布の画像化部５０３における取り扱いは、減算抽出強度分布の場合と同じでよい。
図７（ａ）では横軸が１００μｍである付近に、図６（ａ）には見られないピーク形状をもった強度分布が見られる。
これは除算により、被検知強度に存在する屈折Ｘ線の弱い強度分布が強調されたものである。
このように除算抽出強度分布では減算抽出強度分布よりも、弱い強度分布が強調される利点がある。
しかし、その反面、強度検出におけるノイズの影響を受けやすくなる。
よって、ｍの値は、Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ）やＲ＿ｉ（ｒ＿ｉ）それぞれのＳ／Ｎ比が高い場合には小さい値で良いが、ノイズが大きい場合には、除算演算による誤差の伝播を加味した値をとるとよい。
また、ｍを変えた位相コントラスト像を出力し、それらのうち最もＳ／Ｎ比が良いものを選択するようにｍを決定してもよい。

ここで、第一の実施形態、第二の実施形態それぞれにおいて、被検知強度と参照強度の積分強度比を用いた演算を選択する場合について説明する。
このような選択は、被検知物１０３によるＸ線の吸収が大きい場合などに行うとよい。
被検知物１０３による吸収の効果が大きい場合に、被検知物１０３の端以外の部分を測定すると、合成Ｘ線に屈折Ｘ線の強度分布が存在したとしても、合成Ｘ線の強度分布が入射Ｘ線をすべて下回るようになる。
この場合には減算過程５０４、除算過程５０５での演算のように、被検知強度から初期強度である参照強度の減算または除算を行うと、正の値または１以上の値を得られない。
そこで、減算過程５０４、除算過程５０５において、被検知強度と参照強度の積分強度比に基づく重み付を行った演算を行う。
つまり、被検知強度から参照強度に積分強度比を乗算した値を、または、被検知強度に積分強度比を除算した値から参照強度を減算、除算すると良い。
ここで、積分強度比は、被検知強度の積分値から参照強度の積分値を除算したものを示す。すなわち、減算過程５０４における演算は、次の式１２または式１３となる。

Ｆｓｕｂ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝
Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ）−Ｒ＿ｉ（ｒ＿ｉ）・ＯＲ＿ｉ 式１２
または、
Ｆｓｕｂ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝
Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ）／ＯＲ＿ｉ−Ｒ＿ｉ（ｒ＿ｉ） 式１３

除算過程５０５は、次の式１４または式１５となる。

Ｆｄｉｖ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝
（Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＋ｍ）／（Ｒ＿ｉ（ｒ＿ｉ）・ＯＲ＿ｉ＋ｍ） 式１４
または、
Ｆｄｉｖ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＝
（Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ）／ＯＲ＿ｉ＋ｍ）／（Ｒ＿ｉ（ｒ＿ｉ）＋ｍ） 式１５

ここでＯＲ＿ｉは、次の式１６で表される積分強度比である。

ＯＲ＿ｉ＝Σ（Ｏ＿ｉ（ｒ＿ｉ））／Σ（Ｒ＿ｉ（ｒ＿ｉ）） 式１６

積分強度比に基づく重み付けの演算を加えることで、吸収の効果が大きい被検知物の場合でも、減算過程５０４では正の値の、除算過程５０５では１以上の値の領域を得る。
なぜならば、式１２または式１３において、除されるＯ＿ｉ（ｒ＿ｉ）と除すＲ＿ｉ（ｒ＿ｉ）・ＯＲ＿ｉ、または除されるＯ＿ｉ（ｒ＿ｉ）／ＯＲ＿ｉと除すＲ＿ｉ（ｒ＿ｉ）の積分値が一致している。
また式１４または１５において、分子に含まれるＯ＿ｉ（ｒ＿ｉ）と分母に含まれるＲ＿ｉ（ｒ＿ｉ）・ＯＲ＿ｉ、または分子に含まれるＯ＿ｉ（ｒ＿ｉ）／ＯＲ＿ｉと分母に含まれるＲ＿ｉ（ｒ＿ｉ）の積分値が一致している。
さらに、積分値が一致しかつ分布形状が異なる２つの強度分布の減算や除算においては、正の値や１以上の値が現れるからである。

もし演算する２つの強度分布の積分値が一致し、その分布形状が同じであれば、減算や除算において、正の値や１以上の値が現れない。
但し、被検知強度と参照強度の強度分布形状が同じになるのは、例えば被検知物１０３の密度や化学組成が一様の板状物体である場合であり、このような場合には被検知物１０３によるＸ線の屈折は、その端にＸ線が入射したときに限られる。
被検知物１０３の端で生じるＸ線の屈折については、被検知物１０３による吸収が大きい場合においても本発明により測定できる。
また、被検知物１０３の内部構造が一様であれば、そもそもＸ線の屈折は生じない。

さらに、第一の実施形態、第二の実施形態それぞれにおいて、参照強度に被検知物の特定の位置を透過したＸ線の強度分布を選択する場合について説明する。このような選択は位相コントラスト像において、被検知物の関心のある位置と他の位置との相対的な差を見る場合や、被検知物による吸収が非常に強く参照強度に初期強度を選択することが適当でない場合などに行うとよい。
この場合には、例えば、被検知物１０３を位置調整手段１０９により移動することで、被検知物１０３の関心のある位置にＸ線が入射されるようにする。
ここでの被検知物の走査位置をｊ、またｈ番目のＸ線が被検知物の関心位置に入射していたとする。
ここで、ｊ、ｈは特定の値である。したがって、Ｒ＿ｈ，ｋ（ｒ＿ｈ）＝Ｏ＿ｈ，ｊ（ｒ＿ｈ）となる。よって被検知物の走査をｈ番目のＸ線に対して行い、多数の走査位置ｋに関する被検知強度Ｏ＿ｈ，ｋ（ｒ＿ｈ）の測定を行えば、関心強度を参照強度とした位相コントラスト像の取得を行える。

第一の実施形態、第二の実施形態のいずれについても、画像化部５０３において、抽出部５０２より出力される強度分布からＸ線の位置を求めるには、
強度分布の重心を求める方法や、強度分布を適当なピーク形状を持つ関数によりフィッティングする方法などを用いればよい。
本発明による減除部５０１、抽出部５０２を経た強度分布を用いれば、いかなる位置決定法によっても効果的に屈折Ｘ線の位置変化量を評価することができ、従来法に比べ高感度に被検知物によるＸ線の位相変化を捉えることができる。
画像化部５０３によって算出される位置変化量や、位置変化量から式１、２により変換される屈折量、位相変化量を、被検知物１０３の位置に対する分布を求めれば、位相コントラスト像を表示手段１０６へ出力できる。また抽出部５０２より出力される強度分布の積分値の、被検知物１０３の位置に対する分布を求めることで、位相コントラスト像を得ても良い。
この場合にも、抽出部５０２より出力される強度分布は屈折Ｘ線によるため、被検知物１０３によるＸ線の位相変化に基づいた位相コントラスト像となる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例１]
実施例１として、演算手段１０５の、減除部５０１および抽出部５０２において、減算過程５０４および減算抽出過程５０６を用いた構成例について示す。
Ｘ線発生手段１０１には、Ｘ線ターゲットがＭｏである回転対陰極型のＸ線発生装置を用いた。Ｘ線光源のサイズは１００μｍである。
分割手段１０２には開口部のｘ軸、ｙ軸方向の幅が１００μｍ、２．０ｍｍであるＷ製のスリットを用いた。検出手段１０４は、Ｘ線蛍光体を用いた間接変換型２次元検出器であり、その画素サイズは５．９μｍである。被検知物１０３はポリスチレン製の直径が１．０ｍｍである球を用いた。Ｘ線発生手段１０１から被検知物１０３までの距離は１ｍ、被検知物１０３から検出手段１０４までの距離は５０ｃｍ、分割手段１０２と被検知物１０３の距離は３ｃｍである。
また、Ｘ線調整手段１０８としてＮｂ製の金属フィルタを用いることで、Ｍｏの特性Ｘ線（１７．４ｋｅＶ）のエネルギーを持つＸ線が被検知物１０３に照射されるようにした。

本実施例におけるスリットの開口部の形状により、被検知物１０３がない場合に、検出器により取得されるＸ線の投影像は、図８（ａ）の黒く塗りつぶした形状のように、ｙ軸方向に長手方向をもつ長方形状となる。図８（ｂ）に被検知物１０３がない場合の、ｘ軸方向のＸ線の強度分布を示す。
図８（ｂ）では、図８（ａ）に点線で囲った矩形領域について、ｙ軸方向に３画素分の強度を平均し、ｘ軸方向の強度分布として示した。
本実施例におけるＸ線は平行光でないため、検出器で得られる強度分布は、装置（Ｘ線光源、スリット、検出器）の幾何学的配置より決まる拡大率程度に拡大される。
本実施例での拡大率は１．５倍程度であるが、図８（ｂ）に見る強度分布の半値幅は、スリットのｘ軸方向の開口幅に拡大率をかけた１５０μｍ程度になっている。また検出器で取得されるＸ線のｙ軸方向の強度分布の半値幅は、スリットのｙ軸方向の開口幅の１．５倍程度の３ｍｍであった。

被検知物１０３の配置位置におけるＸ線のｙ軸方向の幅は、スリットと被検知物１０３の距離が近いために、スリットのｙ軸方向の開口幅である２ｍｍ程度である。
よって、この幅が被検知物１０３の直径よりも十分に大きいため、被検知物１０３をｘ軸方向に走査することで、ｙ軸方向へ走査することなく、被検知物１０３全体の被検知強度を得ることができる。
ｘ軸方向の被検知物１０３の走査位置の移動幅は１０μｍとした。被検知物１０３のｙ軸方向の位置変化による強度分布は、図８（ａ）に示すようなＸ線の強度分布を、点線で囲った矩形領域の位置をｙ軸方向に変え、Ｘ線の投影像を分割することで取得した。
このように本実施例で得られる被検知強度や参照強度はｘ軸方向の強度分布を持つため、演算手段１０５によって得るＸ線の位置変化の方位はｘ軸方向である。

ここで図８（ｂ）のような強度分布を取得する場合、Ｘ線の照射されていない画素についても、検出器のオフセット強度により零以外の強度が測定される。
このオフセット強度も誤差を含むため、減算や除算などの演算において誤差が伝播し、演算結果に乱れた強度分布を与える。
この乱れた強度分布はＸ線の位置決定の精度を下げる。そこで本実施例における図８（ｂ）や以降の図９（ａ）で示す強度分布では、検出器におけるオフセット強度を以下のように差し引いている。
つまり、演算手段１０５において被検知強度や参照強度として利用する強度分布Ｓ（ｒ）は、検出器で測定される強度分布をＤ（ｒ）とし、
検出器のオフセット強度分布Ｏｆｓ（ｒ）の平均値と標準偏差をＡｖ、Ｓｄとすると、Ｓ（ｒ）＝Ｄｒ（ｒ）−（Ａｖ＋３Ｓｄ）とした。
これはＯｆｓ（ｒ）について、そのノイズ成分と考えうるＯｆｓ（ｒ）−Ａｖの値が零を中心とした正規分布に従ったためである。
このような検出器で取得する強度分布へのノイズ処理や、各演算でのノイズ処理は、用いる検出器や演算方法などにより適宜行うとよい。

図９（ａ）は、被検知物１０３の端にＸ線が入射した場合の被検知強度である。図３（ｃ）の計算例と比べると、図９（ａ）では装置の拡大率により、強度分布の幅が１．５倍程度に拡大されている。
また、光源が有限のサイズを持つことなどによる、幾何学的不鋭の効果によって、強度分布形状の先鋭度を下げている
但し、これらは、非常に妥当な結果である。
図９（ａ）の被検知強度について、演算部１０５における減算過程５０４のうち、式１２による演算を行った結果を図９（ｂ）に示す。
この強度分布における正の値の領域が、屈折Ｘ線によるものである。他の被検知物１０３の位置を透過するＸ線についても同様に、減算過程５０４および減算抽出過程５０６を経た減算抽出強度分布を用いて、画像化部５０３においてＸ線の位置を強度分布の重心により算出し、被検知物１０３に対するＸ線の変化量の分布を求めた。

この分布のうち、被検知物１０３のｙ軸方向の中心付近を透過するＸ線により得た位置変化量を、被検知物１０３のｘ軸方向の位置を横軸にとり、図１０（ａ）に本発明による結果を、図１０（ｂ）に従来法による結果を示す。
図１０（ａ），（ｂ）の比較により、本発明による結果の方が、位置変化量を１０倍程度大きく捉えていることが分かる。
それぞれの結果について、被検知物１０３を透過しないＸ線から求めた位置変化量の標準偏差をノイズとし、図１０の位置変化量の最大値と最小値の差分をシグナルとしてＳ／Ｎ比を比較したところ、本発明による結果の方が２倍程度の大きいＳ／Ｎ比を示した。
したがって、本発明における演算手段１０５を用いることで、従来法よりも高感度に被検知物１０３によるＸ線の位置変化量を取得できることがわかった。

被検知物１０３によるＸ線の位置変化量の最大値Δｒ＿ｍａｘは、被検知物の材質が既知であれば、式５より、次の式１７となる。

Δｒ＿ｍａｘ＝Ｌ・ｔａｎ（２√（２δ）） 式１７

この式１７より、Δｒ＿ｍａｘは被検知物１０３の形状によらず決定できることが分かる。
したがって、分割手段１０２においては、分割されるＸ線の検出手段１０４における投影像が、Δｒ＿ｍａｘの２倍程度離れるように、Ｘ線を分割するようにすればよい。
このようにＸ線撮像装置を構成することは、例えば被検知物が正方形のように多面の外形や内部構造をもつ場合に適している。ただし一般的な被検知物では、様々の曲率をもった外形または内部構造をもつため、このΔｒ＿ｍａｘを満たすようにＸ線を屈折できる部位は非常に小さく、その屈折Ｘ線の強度は微弱であり検出できないことが多い。
よって被検知物の構造が特殊な場合を除き、Ｘ線の投影像がΔｒ＿ｍａｘの２倍程度以上離れるようにＸ線を分割しなくてよい。

[実施例２]
実施例２として、実施例１で取得された被検知強度と参照強度について、演算手段１０５のうち、除算過程５０５により演算した例について説明する。
被検知物１０３の端にＸ線が入射した場合の被検知強度（図９（ａ））を用いて、図１１に除算過程５０５のうち、式１４に基づいた演算結果を示す。
図１１（ａ）と（ｂ）についてｍは１と３００とした。
図１１（ａ）では、図８（ｂ）や図９（ａ）において弱い強度が測定される、横軸にして±１２５μｍ付近の画素位置に関し、除算により誤差が大きく伝播し乱れた強度分布を示している。
図１１（ｂ）では、ｍを大きくしたことにより、そのような強度分布の乱れが小さくなる。図１１（ｂ）の結果からは、良好な位相コントラスト像を得ることができる。
Ｓ／Ｎ比の小さい強度分布については、重心法によるＸ線位置の演算ではなく、適当なピーク形状を持たせる関数やスプライン関数により強度分布をフィッティングし位置を求めるか、フィッティング結果に対し重心法などによるＸ線位置の演算を行うとよい。

[実施例３]
実施例３として、実施例１において取得した減算抽出強度分布について、画像化部５０３においてその積分値の被検知物に関する分布を演算した例について説明する。
図１０と同様に、図１２は被検知物１０３のｙ軸方向の中心付近を透過したＸ線によるｘ軸方向の分布である。
本実施例では、Ｘ線の位置を求めるのではなく、屈折Ｘ線の強度分布の積分を行ったために、図１２では被検知物１０３の両端において正の値をとるピークが見られる。
一方で、従来法によって被検知情報の積分値の分布を求めると、このような正のピークは観測されず、単にＸ線透過像が得られる。
このため、特に吸収率の低い被検知物では、図１２のように高い視認性を持った像は得られない。

[実施例４]
実施例４として、実施例１で示したＸ線撮像装置のうち、分割手段１０２に開口部の形状が円形でその直径が１００μｍであるＷ製のピンホールを用いた例について説明する。
分割されたＸ線の１つについて、検出手段１０４であるところの二次元検出器１３０１で検出されるＸ線の投影像の概略図を、図１３に示す。
破線で囲う円は被検知物１０３がない場合のＸ線の投影像１３０２であり、実線で囲う円は被検知物１０３により屈折したＸ線の投影像１３０３である。
図１３の各格子は二次元検出器１３０１の画素を示す。被検知物１０３がない場合のＸ線を図１３のように、ｘ、ｙ軸方法それぞれに２つ以上の画素をもって検出することで、二次元的なＸ線の位置変化を画素サイズ以下の精度により取得することができる。
また、Ｘ線の位置変化を２次元的に求める場合には、Ｘ線の断面形状であるところの、検出器１３０１において検出されるＸ線投影像が図１３のように点対称に近い方が、ｘ、ｙ軸方向のＸ線位置の決定精度を同程度にできる。

本実施例においては、検出手段１０４によって得るＸ線の強度分布が２次元的であるため、演算手段１０５ではＸ線の位置変化だけでなく、Ｘ線の位置変化方位を求めてもよい。
演算手段１０５においては、Ｘ線の位置変化量を求めるために、参照強度によるＸ線の位置Ｘｒ＿ｉ０および屈折Ｘ線の位置Ｘｒ＿ｉ１を演算している。
これらは検出器面上の位置であり、Ｘｒ＿ｉ０およびＸｒ＿ｉ１にｘｙ座標を与え、Ｘｒ＿ｉ０＝（ｘ＿ｉ０，ｙ＿ｉ０）、Ｘｒ＿ｉ１＝（ｘ＿ｉ１，ｙ＿ｉ１）とすると、Ｘ線の位置変化ベクトル１３０４（Ｘｖ＿ｉ）は、つぎの式１８で表される。

Ｘｖ＿ｉ＝（ｘ＿ｉ１−ｘ＿ｉ０，ｙ＿ｉ１−ｙ＿ｉ０） 式１８

したがって、このベクトルの方位がＸ線の位置変化方位となる。
例えば、図１３のように位置変化方位の基準をｘ軸方向にとる場合、位置変化方位角１３０５（ψ）は、つぎの式１９のように表すことができる。

ψ＝ａｒｃｃｏｓ[（ｘ＿ｉ１−ｘ＿ｉ０）/√｛（ｘ＿ｉ１−ｘ＿ｉ０）＾２＋（ｙ＿ｉ１−ｙ＿ｉ０）＾２｝] 式１９

ここで、ａｒｃｃｏｓは逆余弦関数を示す。
また、式１８で示されるベクトルの大きさがＸ線の位置変化量Δｒである。
本実施例のようにＸ線の位置変化だけでなく位置変化方位を求めれば、例えば位相変化量だけでなく位相変化方向も得られ、被検知物１０３の描像をより詳細に得ることができる。

１０１：Ｘ線発生手段
１０２：分割手段
１０３：被検知物
１０４：検出手段
１０５：演算手段
１０６：表示手段
１０７：分割されたＸ線の光路（点線は被測定物１０３がない場合）
１０８：Ｘ線調整手段
１０９：位置調整手段
５０１：減除部
５０２：抽出部
５０３：画像化部
５０４：減算過程
５０５：除算過程
５０６：減算抽出過程
５０７：除算抽出過程

Claims (6)

1. Ｘ線発生手段から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、
   前記分割素子により分割され、被検知物を透過したＸ線の強度を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって得られた強度分布から、前記被検知物の位相コントラスト像を取得する演算手段と、
   を備えたＸ線撮像装置であって、
   前記演算手段は、
   前記検出手段により取得された前記被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値を被検知強度とし、前記被検知物がない場合のＸ線の強度分布の値を参照強度とすることにより、
   前記被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値から、前記参照強度の値を減算または除算することによって屈折Ｘ線の強度分布の値を演算する減除部と、
   前記減除部での減算または除算により演算された前記屈折Ｘ線の強度分布の値を、前記屈折Ｘ線、吸収Ｘ線、および無応答Ｘ線が足し合わされた合成Ｘ線の強度分布の値から抽出する抽出部と、
   を有することを特徴とするＸ線撮像装置。
2. 前記抽出部は、
   前記減除部での減算により演算された正の値を有する領域の強度分布の値を抽出し、
   または、前記減除部での除算により演算された１以上の値を有する領域の強度分布の値を抽出する抽出部であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
3. 前記演算手段は、
   前記検出手段によって得られた前記被検知物の各位置を透過したＸ線の強度分布の値から、前記参照強度に重み付けを行った値を減算または除算することによって、前記屈折Ｘ線の強度分布の値を演算し、
   または、前記被検知物の各位置を透過したＸ線の強度分布に重み付けを行った値から、前記参照強度を減算または除算することによって、前記屈折Ｘ線の強度分布の値を演算することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
4. Ｘ線発生手段から発生したＸ線を空間的に分割し、該分割されて被検知物を透過したＸ線の強度を検出手段によって検出し、該検出によって得られた強度分布から、前記被検知物の位相コントラスト像を取得するＸ線撮像方法であって、
   前記検出手段により取得された前記被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値を被検知強度とし、前記被検知物がない場合のＸ線の強度分布の値を参照強度とすることにより、
   前記被検知物の各位置を透過するＸ線の強度分布の値から、前記参照強度の値を減算または除算することによって屈折Ｘ線の強度分布の値を演算し、
   前記減算または除算により演算された前記屈折Ｘ線の強度分布の値を、前記屈折Ｘ線、吸収Ｘ線、および無応答Ｘ線が足し合わされた合成Ｘ線の強度分布の値から抽出することを特徴とするＸ線撮像方法。
5. 前記減算により演算された正の値を有する領域の強度分布の値を抽出し、
   または、前記除算により演算された１以上の値を有する領域の強度分布の値を抽出することを特徴とする請求項４に記載のＸ線撮像方法。
6. 前記検出手段によって得られた前記被検知物の各位置を透過したＸ線の強度分布の値から、前記参照強度に重み付けを行った値を減算または除算することにより、前記屈折Ｘ線の強度分布の値を演算し、
   または、前記被検知物の各位置を透過したＸ線の強度分布に重み付けを行った値から、前記参照強度を減算または除算することにより、前記屈折Ｘ線の強度分布の値を演算することを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮像方法。

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