JP2015072263A

JP2015072263A - Ｘ線撮像システム

Info

Publication number: JP2015072263A
Application number: JP2014178453A
Authority: JP
Inventors: 宗一郎半田; Soichiro Handa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2015-04-16
Also published as: US20150071402A1

Abstract

【課題】サイズの大きいＸ線源を使用する場合でも、鮮鋭度の高い被検体画像を得ることのできるＸ線撮像システムを提供する。
【解決手段】本発明の第一側面に係るＸ線撮像システムは、Ｘ線源から放射されるＸ線を部分的に遮蔽することで微小Ｘ線源アレイを形成する微小Ｘ線源アレイ形成部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を備え、前記微小Ｘ線源アレイ形成部は、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器のあいだに配置された複数の格子を有し、前記Ｘ線源から発生するＸ線のうち前記複数の格子をすべて通過し得る通過Ｘ線の割合が前記Ｘ線源上のＸ線発生点の位置に依存して変化することにより、通過Ｘ線の割合の変化に応じたパターンの微小Ｘ線源アレイを形成するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線撮像システムに関する。

Ｘ線による一般的な撮像法では、Ｘ線源から発生させたＸ線を被検体に照射し、透過したＸ線の強度分布を検出することにより、被検体の透過率分布に基づく画像を取得する。また近年、Ｘ線が被検体を透過する際の位相シフトの情報を利用して被検体の撮像を行う方法（位相イメージング法）も研究開発されている。

特許第４４４５３９７号公報

ＡｎｔｏｎｉｏＬ．Ｄａｍａｔｏｅｔａｌ．， "ＣｏｄｅｄＳｏｕｒｃｅＩｍａｇｉｎｇｆｏｒＮｅｕｔｒｏｎｓａｎｄＸ‐Ｒａｙｓ" ２００６ＩＥＥＥＮｕｃｌｅａｒＳｃｉｅｎｃｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＲｅｃｏｒｄ，１９９‐２０３（２００６）ＦｒａｎｚＰｆｅｉｆｆｅｒｅｔａｌ．， "Ｐｈａｓｅｒｅｔｒｉｅｖａｌａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｈａｓｅ‐ｃｏｎｔｒａｓｔｉｍａｇｉｎｇｗｉｔｈｌｏｗ‐ｂｒｉｌｌｉａｎｃｅＸ‐ｒａｙｓｏｕｒｃｅｓ" ＮａｔｕｒｅＰｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．２，２５８‐２６１（２００６）

一般的なＸ線撮像法において、Ｘ線源のサイズが大きすぎる場合、所謂幾何学的不鋭（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｕｎｓｈａｒｐｎｅｓｓ）の効果により、被検体画像の鮮鋭度が低下することがある。また、多くの位相イメージング法においても同様の問題が存在する。さらに、いくつかの位相イメージング法においては被検体とＸ線検出器との間に一定以上の距離が空いている必要があることにより、幾何学的不鋭の効果がより大きくなる傾向がある。Ｘ線源のサイズとは、Ｘ線発生装置内の有効Ｘ線を発生する部分（Ｘ線発生部）の空間的な広がり（径、一辺の長さ、もしくは面積で表される）をいい、焦点サイズとも呼ばれる。

幾何学的不鋭の効果は、よりサイズの小さいＸ線源を使用することにより抑制できる。しかし、一般にはサイズの小さいＸ線源ほど、Ｘ線発生装置の機械的精度や安定性に対する要求が高くなったり、単位時間当たりのＸ線発生量が少なくなったりする。それゆえ、Ｘ線源のサイズを小さくしようとすると、装置コストの増大や、撮影時間の長大を招き、実用性に欠けるという課題がある。

本発明は、サイズの大きいＸ線源を使用する場合でも、鮮鋭度の高い被検体画像を得ることのできるＸ線撮像システムを提供することを目的とする。

本発明の第一側面は、Ｘ線源から放射されるＸ線を部分的に遮蔽することで微小Ｘ線源アレイを形成する微小Ｘ線源アレイ形成部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出
器と、を備え、前記微小Ｘ線源アレイ形成部は、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器のあいだに配置された複数の格子を有し、前記Ｘ線源から発生するＸ線のうち前記複数の格子をすべて通過し得る通過Ｘ線の割合が前記Ｘ線源上のＸ線発生点の位置に依存して変化することにより、通過Ｘ線の割合の変化に応じたパターンの微小Ｘ線源アレイを形成するものであることを特徴とするＸ線撮像システムを提供する。

本発明の第二側面は、Ｘ線源から放射されるＸ線を部分的に遮蔽することで微小Ｘ線源アレイを形成する微小Ｘ線源アレイ形成部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を備えるＸ線撮像システムにおいて、前記微小Ｘ線源アレイ形成部は、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器のあいだに配置された複数の格子を有し、前記複数の格子の重ね合わせにより生じるモアレに応じたパターンの微小Ｘ線源アレイを形成するものであることを特徴とするＸ線撮像システムを提供する。

本発明によれば、サイズの大きいＸ線源を使用する場合でも、鮮鋭度の高い被検体画像を得ることのできるＸ線撮像システムを提供することができる。

第１実施形態のＸ線撮像システムを示した模式図。第１と第２の格子によりＰＳＦに変調を与える様子を示した模式図。第１と第２の格子のパターンと符号化線源の一例を示した図。第１と第２の格子のパターンと符号化線源の一例を示した図。第１と第２の格子のパターンと符号化線源の一例を示した図。第１実施形態のＸ線撮像システムの変形例を示した模式図。第２実施形態のＸ線撮像システムを示した模式図。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

本発明の一実施形態に係るＸ線撮像システムは、幾何学的不鋭の効果を抑制するために、所謂符号化線源イメージング（非特許文献１参照）と同様の原理を利用する。

一般にＸ線撮像により得られる被検体画像に関して、幾何学的不鋭の効果は、理想的な点状Ｘ線源を用いた場合に得られる被検体画像（以下、理想被検体画像とも呼ぶ）に対する特定の点拡がり関数によるコンボリューションという形で数学的に表現できる。以下、点拡がり関数をＰｏｉｎｔＳｐｒｅａｄＦｕｎｃｔｉｏｎ（ＰＳＦ）と呼ぶ。Ｘ線撮像における幾何学的不鋭を表現するＰＳＦは、被検体設置面上のある微小領域に入射し、かつＸ線検出面まで到達するＸ線の角度分布と実質的に同様の分布を有すると考えられる。したがって、このＰＳＦは通常は被検体の設置位置から眺めた時の見かけ上の（実効的な）Ｘ線源形状と同様の分布を有している。また、Ｘ線検出面上におけるＰＳＦの全体的な空間的広がりは撮像光学系の拡大率により変化する。なお、本明細書において、Ｘ線源の形状とは、放射されるＸ線のエネルギー強度の空間的な分布（光軸に垂直な面内に投影したＸ線の強度分布）を意味する。

符号化線源イメージング法では、複雑な形状を持つ微小Ｘ線源アレイ（以下、符号化Ｘ線源または符号化線源と呼ぶことがある）を使用する。このような符号化Ｘ線源を用いて撮像した被検体画像は、理想被検体画像に対するコンボリューションの相手となるＰＳＦが複雑な形状を有していることにより、一般には複数の画像が重なったような複雑な画像（被検体形状が容易に把握できないような画像）となる。符号化Ｘ線源を用いて被検体画
像を撮影することにより、本来得られるべき理想被検体画像が複雑な画像に変換されることを被検体画像の符号化と呼ぶこともある。

このように、符号化された画像自体は複数の画像が重なったような複雑な画像であるため、被検体形状の可視化という観点から見ると必ずしも利用価値の高い画像ではないことが多い。しかしながら、得られた画像に対して適切なデコンボリューション処理を行うことにより、理想被検体画像により近い画像を復元することができる。このようにして復元される被検体画像の鮮鋭度は、ＰＳＦの全体的な空間的広がりよりもむしろ、ＰＳＦを構成する個々の微細な極大部分（ローブ）の空間的広がりにより決定される。すなわち、この鮮鋭度は、前述の符号化Ｘ線源を構成する複数の微小なＸ線源のサイズにより間接的に決定される。したがって、このような被検体画像は、Ｘ線源の全体的なサイズから推測されるものよりも高い鮮鋭度を有することができる。このような画像の復元のことを、被検体画像の復号と呼ぶこともある。

符号化Ｘ線源は、例えば、所望するＸ線源形状と同様のパターンの開口を有するＸ線遮蔽マスクをＸ線源の近くに設置することで得ることができる。このようなＸ線遮蔽マスクは、一般に、符号化開口（ＣｏｄｅｄＡｐｅｒｔｕｒｅ）または符号化開口マスク（ＣｏｄｅｄＡｐｅｒｔｕｒｅＭａｓｋ）と呼ばれる。

一方で、多くのＸ線発生装置においては、Ｘ線源（Ｘ線発生部）が真空容器で囲われていたり、面状のＸ線発生部から発生するＸ線を斜め方向から取り出す構造になっていたりするため、構造上、Ｘ線源に符号化開口マスクを密着させることが困難である。したがってこの場合、Ｘ線源と符号化開口マスクの間には一定の距離が空くことになる。

このようにＸ線源と符号化開口マスクとの間に距離が空く場合、視差の影響により、被検体設置面上の面内位置に依存して見かけ上のＸ線源形状が急激に変化したり、Ｘ線の照射領域が開口により制限されたりするという問題がある。被検体設置面上の面内位置に依存して見かけ上のＸ線源形状が急激に変化する状況では、前述のＰＳＦの形状が位置に依存して急激に変化するため、被検体画像の復号処理が複雑化したり、正確な画像の復元が困難になったりする虞がある。

本実施形態ではこの問題を避けるため、前述のような符号化開口マスクを用いる代わりに、周期的なパターンの開口を有するＸ線遮蔽マスクを複数枚組み合わせる。複数のＸ線遮蔽マスクによりＸ線源から放射されるＸ線を部分的に遮蔽し、ＰＳＦの形状に空間的な変調を与え、所望の強度分布をもつ符号化Ｘ線源を形成する。以下ではこのような周期的なパターンの開口（Ｘ線透過部）を有するＸ線遮蔽マスクのことを「格子」と呼ぶ。符号化Ｘ線源を形成するために使用する格子の数は３枚以上であっても良いが、以下では２枚の格子を使用した構成例について説明する。本明細書では、符号化Ｘ線源を形成するために使用する複数の格子の組を指して、符号化線源形成部と呼ぶ。

以下、第１実施形態では、一般的な、主として被検体のＸ線透過率分布の検出に基づく撮像に関して本発明を応用する場合について説明する。また、第２実施形態では、所謂トールボット・ロー干渉計による撮像に関して本発明を応用する場合について説明する。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態では、一般的な、主として被検体のＸ線透過率分布の検出に基づく撮像に関して本発明を応用する場合について説明する。

図１は本発明の第１実施形態のＸ線撮像システムの構成例を示している。図１において、Ｘ線撮像システムは、Ｘ線源１、第１の格子２、第２の格子３、Ｘ線検出器４、および
、演算装置５を有している。第１の格子２と第２の格子３は、Ｘ線源１と被検体６のあいだに配置されている。Ｘ線源１から発生したＸ線は、第１の格子２と第２の格子３を通過した後に被検体６を透過し、Ｘ線検出器４に入射する。Ｘ線検出器４は検出面に入射するＸ線の強度分布（すなわち、被検体画像）を検出し、検出した被検体画像の情報を演算装置５に伝送する。

演算装置５は、プロセッサ、メモリ、記憶装置、入出力装置などを有するコンピュータである。演算装置５は、Ｘ線検出器４から得られた画像情報の処理や分析のほか、Ｘ線撮像システムの各部を制御する機能を担う。これらの処理はメモリまたは記憶装置に格納されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現されるとよい。あるいは、一部の機能を論理回路などのハードウェアで代替することもできる。なお、演算装置５は汎用のコンピュータで構成してもよいし、ボードコンピュータやＡＳＩＣのような専用のハードウェアで構成してもよい。

Ｘ線検出器４により検出される被検体画像の幾何学的不鋭を表現するＰＳＦの形状は、第１の格子２と第２の格子３の組み合わせ（重ね合わせ）による効果により変調を受ける。したがって、検出される被検体画像は符号化されている。第１の格子２と第２の格子３が無い状況におけるＸ線源１の見かけ上の形状（つまり、Ｘ線源１のオリジナルの形状）は最終的な画質に影響を与える要素の一つであるが、特に厳密に設計される必要は無い。発光点サイズが比較的大きく且つ一様な強度分布をもつ（起伏の少ない形状）一般的なＸ線源１を用いることで、コスト低減を図るとよい。演算装置５は、取得した被検体画像のデコンボリューションを行い、理想被検体画像により近い被検体画像を算出する。第１の格子２と第２の格子３により形成される符号化Ｘ線源の形状（ＰＳＦの形状）をあらかじめ取得しておき、演算装置５では、このＰＳＦに応じたデコンボリューションを行うとよい。

第１の格子２と第２の格子３によりＰＳＦに変調を与える様子は図２のような形で模式的に示すことができる。尚、ここではＸ線の回折の効果は十分小さいと考えて無視している。また図２は、第１の格子２と第２の格子３が共に、一周期の中にＸ線遮蔽部と単一の開口（Ｘ線透過部）とを有する単純な周期構造を有している場合を示している。以下、図の縦方向に関する周期について説明するが、２次元格子の場合には、図２の奥行き方向に関する周期についても同じように考えればよい。

符号化線源形成部（符号化開口）としての役割を担う複数の格子は、格子の周期とＸ線源１からの距離の比がすべての格子で等しくなるように設定されていることが好ましい。このような条件を満足する場合に、前述した視差の影響を最小化できるからである。具体的には、第１の格子２の周期をｄ_Ａ、Ｘ線源１から第１の格子２までの距離をＬ_Ａ、第２の格子３の周期をｄ_Ｂ、第１の格子２から第２の格子３までの距離をＬ_Ｂとしたとき、

が成立していることが好ましい。尚、以下の議論においては、ｄ_Ａやｄ_ＢがＬ_ＡやＬ_Ａ＋Ｌ_Ｂに比べて非常に小さい場合を想定している。

この時、図２に示すように、Ｘ線源１の内部には、発生したＸ線が２枚の格子の開口を比較的通り抜けやすいＸ線発生点と、発生したＸ線がどちらかの格子により遮られることにより、２枚の格子を通り抜けにくいＸ線発生点とが現れる。例えば、図２において実線で示した軌跡を通るＸ線は２枚の格子両方の開口部を通り抜けることができるが、図２に
おいて点線で示した軌跡を通るＸ線は、第１の格子２の開口は通り抜けられるものの、その後第２の格子３のＸ線遮蔽部により遮られる。すなわち、図２に示したＸ線源１の内部において実線の収束している点から発生したＸ線は２枚の格子両方を通過できる確率が比較的高いが、点線の収束している点から発生したＸ線は２枚の格子両方を通過できる確率が比較的低い。言い換えると、Ｘ線源１から発生するＸ線のうち両方の格子２，３を通過し得るＸ線（以下、通過Ｘ線とも呼ぶ）の割合がＸ線源上のＸ線発生点の位置に依存して変化している。

このような効果により、本撮像システムに関する前述の幾何学的不鋭を表現するためのＰＳＦは変調を受け、仮想的に符号化Ｘ線源が形成される。このような形で変調を受けたＰＳＦは、その低周波成分に関しては、被検体設置面上の位置に依存した変化が比較的少ない。

図２から分かるように、このような符号化Ｘ線源は、通過Ｘ線の割合の変化に応じた周期的なパターンをもち、放射されるＸ線の強度分布における空間的な変調の周期ｄ_Ｓは、

と概ね表せる。すなわち、格子２，３により形成される符号化Ｘ線源は、放射されるＸ線の強度がｄ_Ｂ×Ｌ_Ａ／Ｌ_Ｂの周期で変化するパターンを有するものとなる。

このような複数の格子２，３の組み合わせによる符号化Ｘ線源の形成は、本実施形態においては、被検体設置面上のある位置から見て、見かけ上のＸ線源形状が複数の格子２，３の重ね合わせにより生じるモアレにより変調を受けることに相当する。すなわち、複数の格子２，３により仮想的に形成される符号化Ｘ線源は、格子２，３の重ね合わせにより生じるモアレに応じたパターン（形状、周期）を有する。

図３、図４、図５は、第１の格子２と第２の格子３それぞれのパターンと、両格子により形成されるモアレと、第１の格子２と第２の格子３の効果により変調された、被検体画像の幾何学的不鋭を表現するためのＰＳＦの形状（つまり符号化Ｘ線源の形状）の例である。尚、ここでは、格子の個々の開口の影響に相当するような高周波成分を抑える画像処理を施した後のＰＳＦの例を表示している。実際の撮像システムにおける被検体画像の鮮鋭度は、Ｘ線検出器４の性能なども含めた複数の不鋭の要因が総合的に作用する結果として決定される。そのため、個々の要因の効果を表すＰＳＦにおける一定以上高い周波数の成分は、現実的にも問題とならないことが多い。また、ＰＳＦの算出においては、Ｘ線源１が見かけ上正方形に近い形状を有している場合を想定している。

図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、第１の格子２と第２の格子３が正方格子状のパターンを有する例を示している。図３（Ａ）が第１の格子２のパターン、図３（Ｂ）が第２の格子３のパターン、図３（Ｃ）が２枚の格子により形成されるモアレのパターンである。図３（Ｄ）は、幾何学的不鋭を表現するためのＰＳＦの形状を表している。２つの格子２，３を通すことで、図３（Ｄ）のように、正方形状のオリジナルのＸ線源がモアレにより４つの小さなＸ線源に分割され、仮想的な符号化Ｘ線源が形成されることがわかる。

図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、第１の格子２と第２の格子３が１次元格子状のパターンを有する例を示している。また、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、第１の格子２と第２の格子３が六角格子状のパターンを有する例を示している。このように、第１の格子２と第２の格子３のパターンを変えることにより、ＰＳＦの変調のパターンを変えることができる。

図３〜図５に示した例は、第１と第２の格子のパターンとして最も基本的な周期パターンを採用した場合の例であり、本発明の範囲を限定するものではない。格子のパターンは周期的でありさえすれば良く、一周期内のパターンは自由である。例えば、開口の径（あるいは幅）の周期に対する比率を変えても良いし、開口の形状を変えても良い。また、一周期内に複数の開口を有していても良い。さらに、第１の格子２の一周期内のパターンと第２の格子３の一周期内のパターンとで異なるパターンを使用しても良い。このように第１の格子２と第２の格子３における一周期内のパターンを様々に変えることにより、ＰＳＦの変調パターンを大きく変えることもできる。

演算装置５による被検体画像のデコンボリューションは、一般的に知られているような種々のデコンボリューション処理の手法を用いて行うことができる。この際、デコンボリューションは、符号化Ｘ線源が式（２）のｄｓで示される周期を有するものとして行う。また、予め符号化Ｘ線源のパターンを指定しないデコンボリューション（ブラインドデコンボリューション）を行う場合であっても、結果として、デコンボリューションは符号化Ｘ線源が式（２）のｄｓで示される周期を有するものとして行われることになる。

尚、図１では、Ｘ線源１と被検体６のあいだに第１の格子２と第２の格子３を配置した例を示したが、各格子２，３の配置はこれに限られない。図６（Ａ）に示すように、Ｘ線源１と被検体６のあいだに第１の格子２を配置し、被検体６とＸ線検出器４のあいだに第２の格子３を配置してもよい。また、図６（Ｂ）に示すように、被検体６とＸ線検出器４のあいだに第１の格子２と第２の格子３を配置してもよい。さらに格子の数を増やす場合でも、Ｘ線源１とＸ線検出器４のあいだの任意の位置に格子を配置できる。すなわち、Ｘ線源１から放射されたＸ線が被検体６を透過しＸ線検出器４に入射するまでの経路の途中に、所望のパターンのモアレを形成するように複数の格子が配置されていれば、同様の効果を得ることが可能である。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態では、本発明を所謂トールボット干渉計に応用する場合について説明する。

トールボット干渉計とは、被検体を透過したＸ線を回折するＧ１格子と、Ｇ１格子を通過したＸ線の干渉縞（自己像と呼ばれる）が形成される位置に配置されたＧ２格子とを用い、干渉縞とＧ２格子により発生するモアレ縞を観察する方式の干渉計である。被検体を透過したＸ線の波面歪みに応じてＧ１格子の自己像が変形するため、モアレ縞の歪みを画像解析することにより被検体の位相情報を得ることができる。また、Ｘ線源が大きすぎることにより干渉縞を得るための十分なコヒーレンシーが得られない条件で使用する場合には、スリットや微小開口を一定周期で配置したＧ０格子をＸ線源と被検体のあいだに配置することで、Ｘ線源を周期的に配列した多数の線状あるいは点状のＸ線源に変換する方法が採られる。このようなＧ０格子を用いる構成は、トールボット・ロー干渉計と呼ばれる（非特許文献２参照）。Ｇ０格子は線源格子、Ｇ１格子はビームスプリッター格子、Ｇ２格子はアナライザー格子とも呼ばれる。トールボット干渉計においても、符号化線源イメージング法の原理を近似的に用いることが可能である。

図７（Ａ）は、本発明の第２実施形態のＸ線撮像システムの構成例を示している。本実施形態の第１実施形態との違いは、ビームスプリッター格子７とアナライザー格子８を備えることで、トールボット干渉計を構成していることである。さらに、第１の格子２は、トールボット干渉計における線源格子としての役割を同時に担っている。位置決めステージ９には移動部としてアクチュエータが接続されており、ビームスプリッター格子７を面内平行移動させることができ、これにより、位相シフト法によるトールボット干渉計測を
可能にしている。尚、ビームスプリッター格子は回折格子であり、周期的にＸ線の位相を変調する位相型の回折格子（位相格子）でも、周期的にＸ線の振幅を変調する振幅型の回折格子(遮蔽格子)でも良いが、Ｘ線の損失が少ないため、位相格子が用いられることが多い。アナライザー格子としては、Ｘ線透過部と遮蔽部とが配列したＸ線遮蔽格子が用いられることが多い。

第１の格子２を線源格子として同時に利用することにより、全体として必要な格子の数を抑えられるため装置構成が簡略化でき、さらに、格子により構成される光学系全体のＸ線透過率の低下を比較的抑えられるという利点がある。

第１の格子２を線源格子として同時に利用するためには、例えば、第１の格子２のパターンとして図３（Ａ）のようなパターンを採用する場合、第１の格子２の周期ｄ_Ａを、

となるように構成すれば良い。ここで、ｄ_Ｉはアナライザー格子８上に形成されるＸ線干渉縞の周期、Ｌ_１は第１の格子２とビームスプリッター格子７との間の距離、Ｌ_２はビームスプリッター格子７とアナライザー格子８との間の距離である。また、形成される干渉縞のパターンはここでは正方格子（メッシュ）状とする。

本実施形態においても、実施形態１と同様に、見かけ上のＸ線源の形状は、第１の格子２と第２の格子３の重ね合わせにより生じるモアレにより変調を受ける。よって、第１の格子２と第２の格子３のパターンとして図３（Ａ）と図３（Ｂ）のようなパターンを採用すると、２枚の格子の重ね合わせにより図３（Ｃ）のようなモアレのパターンが形成される。図３（Ｃ）のモアレのパターンを見ると、縦横に約５×５並んだ丸状の開口部の中に、小さな開口部が複数形成されている。言い換えると、図３（Ｃ）のモアレは、小さな開口部の集合により大きなドットパターンが形成されたモアレである。この丸状の開口部が単純な１つの丸状の開口部であると、開口部が大きすぎることにより干渉縞を得るための十分なコヒーレンシーが得られない。しかしながら、本実施形態においては第１の格子を式（３）が成立するようなピッチとする。これにより、符号化されたＸ線源を構成する丸状の開口部の一つ一つが更に微小なＸ線源（丸状の開口部の中の小さな開口部）で構成されるため、干渉縞を得るための十分なコヒーレンシーを得ることができる。

尚、第１の格子２を線源格子として同時に利用するための開口パターンは必ずしも図３（Ａ）のようなパターンでなくとも良い。さらに、式（３）の成立する構成はあくまで典型的な場合の一例であり、式（３）が満たされなくとも、第１の格子２が実質的に線源格子として機能するような開口パターン、周期及び配置の組み合わせであれば詳細は自由に決めて良い。

演算装置５は第１実施形態と同様に、取得した被検体画像のデコンボリューションを行い、理想被検体画像により近い被検体画像を算出する。
この後、演算装置５はビームスプリッター格子７の位置を変えて取得した複数の被検体画像を元に、位相シフトアルゴリズムに基づく解析を行うことで、被検体を透過したＸ線の微分位相分布等を算出しても良い。尚、Ｘ線トールボット干渉計における位相シフト法の利用方法については特許文献１等に詳しく記述されているのでここでは説明を省略する。

ただし、Ｘ線干渉縞とアナライザー格子８との間に発生するモアレの周期が比較的短い
際には、Ｘ線検出器４により取得されるＸ線強度分布の直接的なデコンボリューションにより理想被検体画像に近い画像を得ることが困難となる場合がある。このような場合、演算装置５は取得した複数の被検体画像を元に位相回復（位相シフト法を行う本実施形態の場合、位相シフトアルゴリズムに基づく解析）を先に行い、被検体を透過したＸ線の仮の被検体情報（例えば、微分位相分布等）を算出し、その後、仮の被検体情報のデコンボリューションを行っても良い。被検体情報とは、被検体に依るＸ線の位相変化に基づく情報（微分位相分布など）、被検体に依るＸ線の強度変化に基づく情報（透過率分布）、被検体に依るＸ線の小角散乱に基づく情報（散乱分布）などのことを指す。

尚、本実施形態では、符号化Ｘ線源を形成するための複数の格子をトールボット・ロー干渉計に適用する場合に、そのうちの一つの格子（第１の格子２）が線源格子を兼ねるようにしたが、本発明の構成はこれに限られない。例えば、第２の格子３が線源格子としての役割を兼ねていてもよい。また、図７（Ｂ）に示すように、ビームスプリッター格子７とＸ線検出器４のあいだに第１の格子２と第２の格子３を配置し、第１の格子２と第２の格子３のいずれかがアナライザー格子の役割を兼ねるように構成してもよい。図７（Ｂ）の符号１０は線源格子を示している。あるいは、単純に、線源格子やアナライザー格子とは別に、符号化Ｘ線源を形成するための複数の格子を追加してもよい。その場合は、装置全体の格子数が増えるという不利はあるものの、Ｘ線源１とＸ線検出器４のあいだの任意の位置に格子を配置できるので設計の自由度があがるという利点がある。

以下では、各実施形態のより具体的な実施例について記述する。

（実施例１）
実施例１は第１実施形態の具体的な実施例である。
Ｘ線源１は回転陽極型Ｘ線管における陽極上のＸ線発生部である。陽極材料はモリブデンであり、３０ｋＶの管電圧の下で使用する。Ｘ線源１の見た目上の形状は、一辺の長さが６００μｍの正方形に近い形状である。第１の格子２と第２の格子３は共に厚さ１００μｍの金製の格子であり、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すような正方格子状の開口パターンを有している。第１の格子２の開口の周期ｄ_Ａは１０．０００μｍであり、開口形状は直径５．６４２μｍの円形である。一方、第２の格子３の開口の周期ｄ_Ｂは１０．３４５μｍであり、開口形状は直径５．８３７μｍの円形である。また、Ｘ線検出器４はフラットパネル検出器であり、画素サイズは５０μｍである。

各構成要素の配置は図１と同様である。Ｘ線源１と第１の格子２の間の距離Ｌ_Ａは１５０．００ｍｍ、第１の格子２と第２の格子３の間の距離Ｌ_Ｂは５．１７ｍｍである。また、Ｘ線源１と被検体６の設置面との間の距離Ｌ_Ｓは１ｍ、被検体６の設置面とＸ線検出器４との間の距離Ｌ_Ｄは１ｍである。

この時、第１の格子２と第２の格子３の効果によるＸ線源の変調周期ｄ_Ｓは、式（２）より約３００μｍと計算される。さらに、Ｌ_Ｓ＝Ｌ_Ｄであることから、本撮像系における幾何学的不鋭を表現するためのＰＳＦは、１辺の長さが６００μｍの正方形が約３００μｍの周期で変調されたものに近い形状となり、ちょうど図３（Ｄ）に近いものとなる。

演算装置５はＸ線検出器４より取得した符号化された被検体画像データをデコンボリューション処理することにより、理想被検体画像に近い画像を復元する。

（実施例２）
実施例２は第２実施形態の具体的な実施例である。
Ｘ線源１に関しては実施例１と同様である。第１の格子２と第２の格子３は共に厚さ１００μｍの金製の格子であり、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すような正方格子状の開口パ
ターンを有している。第１の格子２の開口の周期ｄ_Ａは１６．０００μｍであり、開口形状は直径９．０２７μｍの円形である。一方、第２の格子３の開口の周期ｄ_Ｂは１６．９０１μｍであり、開口形状は直径９．５３５μｍの円形である。また、Ｘ線検出器４はフラットパネル検出器であり、画素サイズは５０μｍである。

トールボット干渉計の設計は、モリブデンの特性Ｘ線に合わせて光子エネルギー１７．５ｋｅＶのＸ線に最適化されている。ビームスプリッター格子７とアナライザー格子８は１次元格子状のパターンを有している。ビームスプリッター格子７はシリコン製の位相型回折格子であり、幅８．０００μｍの位相進行部と、同じく幅８．０００μｍの位相遅延部とが交互に配列したパターンを有することで、光子エネルギー１７．５ｋｅＶの透過Ｘ線に対してπｒａｄの位相変調を与えることができる。アナライザー格子８は厚さ１００μｍの金製の格子であり、幅８．０００μｍのスリット状開口が１６．０００μｍ周期で形成されている。

各構成要素の配置は図７（Ａ）と同様である。Ｘ線源１と第１の格子２の間の距離Ｌ_Ａは１５０．００ｍｍ、第１の格子２と第２の格子３の間の距離Ｌ_Ｂは８．４５ｍｍである。また、第１の格子２とビームスプリッター格子７の間の距離Ｌ_１は９０３．３４ｍｍ、ビームスプリッター格子７とアナライザー格子８との間の距離Ｌ_２は９０３．３４ｍｍである。また、Ｘ線源１と被検体６の設置面との間の距離Ｌ_Ｓは１ｍ、被検体６の設置面とＸ線検出器４との間の距離Ｌ_Ｄは１ｍである。

Ｘ線検出器４はビームスプリッター格子７により形成される干渉パターンとアナライザー格子８との間に発生するモアレ画像を被検体画像として検出する。本実施例ではモアレ周期が十分に大きくなるように調整した状態で被検体画像の検出を行う。続いて、演算装置５はＸ線検出器４より取得した符号化された被検体画像データをデコンボリューション処理することにより、理想被検体画像に近い画像を復元する。

また、演算装置５はビームスプリッター格子７の位置を変えて検出した複数の被検体画像をデコンボリューション処理することで得た複数の画像を元に、位相シフトアルゴリズムに基づく解析を行う。最終的に演算装置５は解析の結果として、被検体を透過したＸ線の微分位相分布等を出力する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。また、本発明及び本明細書において撮像とは、被検体の情報に基づく画像を取得することに限定されず、被検体に照射されたＸ線の強度を、複数の位置において検出すること全般を被検体の撮像と呼ぶ。

１Ｘ線源
２第１の格子
３第２の格子
４Ｘ線検出器
５演算装置

Claims

Ｘ線源から放射されるＸ線を部分的に遮蔽することで微小Ｘ線源アレイを形成する微小Ｘ線源アレイ形成部と、
被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
を備え、
前記微小Ｘ線源アレイ形成部は、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器のあいだに配置された複数の格子を有し、前記Ｘ線源から発生するＸ線のうち前記複数の格子をすべて通過し得る通過Ｘ線の割合が前記Ｘ線源上のＸ線発生点の位置に依存して変化することにより、通過Ｘ線の割合の変化に応じたパターンの微小Ｘ線源アレイを形成するものであることを特徴とするＸ線撮像システム。
前記微小Ｘ線源アレイ形成部は、通過Ｘ線の割合が前記Ｘ線源上のＸ線発生点の位置に依存して周期的に変化するように構成され、通過Ｘ線の割合の周期的な変化に応じたパターンの微小Ｘ線源アレイを形成するものである
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像システム。
Ｘ線源から放射されるＸ線を部分的に遮蔽することで微小Ｘ線源アレイを形成する微小Ｘ線源アレイ形成部と、
被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
を備えるＸ線撮像システムにおいて、
前記微小Ｘ線源アレイ形成部は、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器のあいだに配置された複数の格子を有し、前記複数の格子の重ね合わせにより生じるモアレに応じたパターンの微小Ｘ線源アレイを形成するものである
ことを特徴とするＸ線撮像システム。
前記複数の格子は、第１の格子と、前記第１の格子と前記Ｘ線検出器のあいだに配置される第２の格子とを含み、
前記第１の格子の周期をｄ_Ａ、前記Ｘ線源から前記第１の格子までの距離をＬ_Ａ、前記第２の格子の周期をｄ_Ｂ、前記第１の格子から前記第２の格子までの距離をＬ_Ｂとしたとき、
ｄ_Ａ／Ｌ_Ａ＝ｄ_Ｂ／（Ｌ_Ａ＋Ｌ_Ｂ）
が成立するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
前記微小Ｘ線源アレイは、放射されるＸ線の強度がｄ_Ｂ×Ｌ_Ａ／Ｌ_Ｂの周期で変化するパターンを有する
ことを特徴とする請求項４に記載のＸ線撮像システム。
前記Ｘ線源のサイズがｄ_Ｂ×Ｌ_Ａ／Ｌ_Ｂよりも大きい
ことを特徴とする請求項４または５に記載のＸ線撮像システム。
前記複数の格子が、前記Ｘ線源と被検体のあいだに配置されている
ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
前記複数の格子が、前記Ｘ線源と被検体のあいだに配置されている格子と、前記被検体と前記Ｘ線検出器のあいだに配置されている格子とを含む
ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
前記複数の格子が、被検体と前記Ｘ線検出器のあいだに配置されている
ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
前記Ｘ線撮像システムは、トールボット・ロー干渉計であり、
前記複数の格子のうちのいずれかの格子が線源格子を兼ねている
ことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
前記Ｘ線撮像システムは、トールボット・ロー干渉計であり、
前記複数の格子のうちのいずれかの格子がアナライザー格子を兼ねている
ことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
前記微小Ｘ線源アレイの形状に基づいて、Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度分布の情報のデコンボリューションを行う演算装置を備える
ことを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
前記演算装置は、前記Ｘ線の強度分布の情報を用いて前記被検体の仮情報を取得してから、前記デコンボリューションを行うことで前記被検体の情報を取得する
ことを特徴とする請求項１２に記載のＸ線撮像システム。