JP7006784B2 - Ｘ線イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線イメージング装置に関し、特に、被写体を移動させながら撮像するＸ線イメージング装置に関する。

従来、被写体を移動させながら撮像するＸ線イメージング装置が知られている。このようなＸ線イメージング装置は、たとえば、特開２０１７－４４６０３号公報に開示されている。

近年、生体軟組織や高分子材料などの物質を対象としたＸ線イメージング装置のニーズがある。生体軟組織や高分子材料などは、Ｘ線の吸収が少ないため、Ｘ線の吸収量のコントラストに基づいて画像化する従来のＸ線撮像では、コントラストの高い画像を得ることが難しい。Ｘ線の吸収が少ない生体軟組織や高分子材料などを撮像する手法として、位相コントラスト画像を生成する縞走査法という手法が知られている。縞走査法とは、複数の格子のうちのいずれかを、所定のピッチで並進させながら撮像し、画素ごとに検出されたＸ線強度に基づいて位相分布を取得し、取得した位相分布に基づいて画像化する方法である。なお、本明細書において、位相コントラスト画像とは、Ｘ線画像中の位相分布を用いてコントラストを生じさせた画像を意味する。

従来の縞走査法では、被写体と撮像系との相対位置を固定した状態で格子を並進移動させながら撮像するため、視野サイズが格子の大きさに限られるという不都合がある。そこで、特開２０１７－４４６０３号公報に開示されているＸ線イメージング装置は、被写体を移動させながら撮像するように構成されている。

具体的には、特開２０１７－４４６０３号公報に開示されているＸ線イメージング装置は、Ｘ線源と、第１格子と第２格子と第３格子とを含む格子群と、検出部と、被写体を移動させる搬送部と、画像演算部とを備えている。特開２０１７－４４６０３号公報に開示されているＸ線イメージング装置は、Ｘ線を照射された複数の格子によって検出面にモアレ縞を生じさせた状態で、搬送部によってモアレ縞の周期方向に被写体を移動させながら複数枚のＸ線画像を撮像する。そして、画像演算部が、得られた複数枚のＸ線画像から、吸収像、位相微分像および暗視野像の各位相コントラスト画像を生成する。なお、吸収像とは、Ｘ線が被写体を通過した際に生じるＸ線の減衰に基づいて画像化した像である。また、位相微分像とは、Ｘ線が被写体を通過した際に発生するＸ線の位相のずれをもとに画像化した像である。また、暗視野像とは、物体の小角散乱に基づくＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙの変化によって得られる、Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ像のことである。また、暗視野像は、小角散乱像とも呼ばれる。「Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ」とは、鮮明度のことである。

特開２０１７－４４６０３号公報

しかしながら、特開２０１７－４４６０３号公報では、Ｘ線の光軸方向における被写体の厚みが大きくなると、生成される位相コントラスト画像において、被写体中の画像化したい内部構造がぼける（像の輪郭が不明瞭となる）という不都合がある。すなわち、被写体の厚みが大きい場合、被写体の同一部位であっても、たとえば光軸方向の表面側と裏面側とでＸ線の入射角の差異が大きくなるため、表面側を通ったＸ線と裏面側を通ったＸ線とが検出器の異なる位置で検出されることになる。その結果、被写体の厚みに起因する検出位置のずれが位相分布に反映されるため、画像化したい内部構造の像がぼけて視認性が低下してしまう。そこで、厚みが大きい被写体であっても、ぼけの発生に起因して、画像化したい内部構造の視認性が低下することを抑制できるようにすることが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、厚みが大きい被写体であっても、画像化したい内部構造の視認性の低下を抑制することが可能なＸ線イメージング装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるＸ線イメージング装置は、Ｘ線源と、Ｘ線源から出射されたＸ線を検出する検出器と、Ｘ線源と検出器との間に配置され、Ｘ線源からＸ線が照射される第１格子と、第１格子を通過したＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、Ｘ線源、検出器および複数の格子を含む撮像系と、被写体とを、Ｘ線の光軸方向と交差する所定方向に相対移動させる移動機構と、画像化対象となる断層面の光軸方向における断層位置を取得する位置情報取得部と、所定方向における撮像系と被写体との複数の相対位置で被写体を撮像した複数のＸ線画像と、取得された断層位置とに基づいて、断層面における位相分布を取得することにより、断層面における位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備える。なお、本明細書において断層位置は、光軸方向における断層面の位置を示す概念である。断層位置は、Ｘ線源からの光軸方向の距離と言い換えてもよい。

この発明の一の局面におけるＸ線イメージング装置では、上記のように、画像化対象となる断層面の光軸方向における断層位置を取得する位置情報取得部と、所定方向における撮像系と被写体との複数の相対位置で被写体を撮像した複数のＸ線画像と、取得された断層位置とに基づいて、断層面における位相分布を取得することにより、断層面における位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を設ける。これにより、被写体のうちで、画像化したい内部構造が存在する断層面の光軸方向の位置（断層位置）を位置情報取得部によって取得することができる。そして、断層面上の点に対するＸ線の入射角は撮像系と被写体との相対位置によって決まるので、断層位置の情報と、Ｘ線画像が撮像された際の相対位置とにより、個々のＸ線画像における断層面上の点の位置が特定できる。これにより、画像処理部により、得られた断層位置の情報と、複数の相対位置での各Ｘ線画像とに基づいて、断層位置によって示される特定の断層面における位相分布が取得できる。その結果、位置情報取得部により取得された断層位置の断層面における位相分布から、その断層面に含まれる内部構造について画像のぼけが抑制された位相コントラスト画像（断層画像）が得られる。これにより、厚みが大きい被写体であっても、内部構造の視認性の低下を抑制することができる。

なお、位置情報取得部に取得させる断層位置を変更すれば、変更後の断層位置が示す断層面に含まれる内部構造が、画像のぼけが抑制された位相コントラスト画像（断層画像）によって視認可能となる。そのため、上記構成によれば、ユーザが画像化したい断層位置（たとえば、厚みが大きい被写体の表面側の断層面や裏面側の断層面）に応じて、任意の断層面における視認性の高い位相コントラスト画像（断層画像）を得ることができる。画像のぼけによる視認性の低下は、画像化したい内部構造が微細であるほど影響が大きいので、特に微細な構造や、内部構造の詳細な確認を行いたい場合に、上記構成が特に有効である。

上記一の局面におけるＸ線イメージング装置において、好ましくは、画像処理部は、個々のＸ線画像の撮像時の上記相対位置と、取得された断層位置とに基づいて、個々のＸ線画像内の位置座標を断層面上の座標系に座標変換し、座標変換後のそれぞれのＸ線画像の画素値に基づいて、断層面における位相分布を取得するように構成されている。このように、撮像系と被写体との所定方向の相対位置と、光軸方向の断層位置とから、個々のＸ線画像におけるＸ線源と被写体と検出器（すなわち、Ｘ線画像中の位置座標）との幾何学的な位置関係が決まる。そのため、幾何学的関係を利用して、断層面上における被写体の同一位置がＸ線画像上で相互に一致するように座標変換すれば、断層面における位相分布を容易に取得することができる。

上記一の局面におけるＸ線イメージング装置において、好ましくは、位置情報取得部は、光軸方向における基準位置に対する断層位置のずれ量を取得し、画像処理部は、光軸方向における基準位置および基準位置に対する断層位置のずれ量と、所定方向における撮像系と被写体との相対位置と、に基づいて、断層面における位相分布を取得するように構成されている。このように構成すれば、たとえば撮像時に、予め設定した基準位置に被写体の中心などの所定位置を配置することによって、光軸方向における被写体の断層位置を基準位置からの距離（ずれ量）として扱うことが可能となる。その結果、被写体における画像化したい断層位置を容易に特定して、所望の位相コントラスト断層画像を容易に得ることができる。

この場合、好ましくは、画像処理部は、光軸方向における基準位置に配置された標識物を、所定方向における複数の相対位置で撮像した複数の位置較正用画像に基づいて、移動機構による移動量とＸ線画像における相対位置の変化量とを関連付ける位置較正データを生成し、基準位置で取得された位置較正データを用いて上記断層面における位相分布を取得するように構成されている。ここで、位相コントラスト画像における画像のぼけを抑制するためには、撮像系と被写体との相対位置を精度よく特定することが重要となる。そこで、上記構成により位置較正データを生成することによって、基準位置を通る断層面上の点（標識物）の各Ｘ線画像上での実際の位置変化を精度よく取得することができる。基準位置を通る断層面上の点の位置を精度よく把握できるので、基準位置の位置較正データと、基準位置からのずれ量とによって、それぞれの断層位置で位置較正データを生成することなく、任意の断層面上の位置座標を精度よく把握できる。その結果、基準位置の位置較正データを生成するだけで、位置情報取得部によって取得される任意の断層面における位相分布を精度よく取得することができる。

上記位置較正データを生成する構成において、好ましくは、移動機構は、被写体を撮像する際、位置較正データの生成時における撮像系と標識物との各相対位置と同じ相対位置に、撮像系と被写体とを相対移動させるように構成されている。このように構成すれば、位置較正データの生成時と同一の相対位置で撮像されたＸ線画像に基づいて断層面の位相コントラスト画像（断層画像）を生成できる。そのため、位置較正データの誤差要因を極力排除して、個々のＸ線画像における撮像系と被写体との相対位置をより一層高精度に特定することができる。

上記一の局面におけるＸ線イメージング装置において、好ましくは、位置情報取得部は、光軸方向にずれた複数の断層面の断層位置を取得し、画像処理部は、それぞれの断層面における位相コントラスト画像を取得し、得られた位相コントラスト画像に基づいて、被写体の３次元データを生成するように構成されている。このように構成すれば、複数の断層画像から、被写体内の内部構造の光軸方向における分布を描写した３次元データを得ることができる。また、３次元データを構成する各断層画像について、それぞれ画像のぼけを抑制することができるので、被写体内の３次元構造をより精密に把握することができる。

上記一の局面におけるＸ線イメージング装置において、好ましくは、移動機構は、被写体を撮像する際に、撮像系と被写体とを連続的に相対移動させるように構成されており、画像処理部は、連続的に取得した各Ｘ線画像に基づいて、位相コントラスト画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、複数の相対位置でＸ線画像の撮像を行う場合でも、短時間で撮像を完了させることができるので、所望の断層位置の位相コントラスト画像を迅速に得ることができる。また、短時間で撮像を完了させることにより、各Ｘ線画像を撮像する間の熱変動による相対位置のずれなどの影響を抑制できる。

上記一の局面におけるＸ線イメージング装置において、好ましくは、移動機構は、被写体を撮像する際に、撮像系と被写体との相対移動と停止とを繰り返して複数の上記相対位置へ移動させるように構成されており、画像処理部は、複数の上記相対位置においてそれぞれ取得した各Ｘ線画像に基づいて、位相コントラスト画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、各Ｘ線画像を静止状態で撮像することができるので、相対位置のずれや画像のブレを極力抑制してＸ線画像を撮像することができる。

上記一の局面におけるＸ線イメージング装置において、好ましくは、移動機構は、撮像系に対して被写体を上記所定方向に移動させるように構成されている。このように構成すれば、Ｘ線源、各格子および検出器を含んだ撮像系の全体を移動させる場合と異なり、被写体だけを移動させればよいので、移動機構を簡素化および小型化することができるとともに、移動時の位置精度を容易に確保することができる。

上記一の局面におけるＸ線イメージング装置において、好ましくは、検出器は、第１格子を通過して到達したＸ線を検出する第１検出領域と、第１格子を通過せずに到達したＸ線を検出する第２検出領域とを含み、移動機構は、被写体が第１検出領域および第２検出領域にそれぞれ配置されるように撮像系と被写体とを相対移動させ、画像処理部は、第１検出領域において取得された複数の第１画像に基づいて、位相コントラスト画像を生成するとともに、第２検出領域において取得された複数の第２画像に基づいて、被写体の吸収像を生成するように構成されている。このように構成すれば、Ｘ線源と検出器との間に格子を備えた撮像系でありながら、格子を用いた位相コントラスト画像だけでなく、格子を介在させない吸収像を生成することができる。第２検出領域に到達するＸ線は、格子を通過せずに検出器に到達するので、格子によるＸ線の減衰、特に低エネルギー側のＸ線の減衰を抑制することができる。その結果、第１検出領域に到達するＸ線によって生成された吸収像と比較して、第２検出領域に到達するＸ線によって生成された吸収像のコントラストを向上させることができる。

この場合、好ましくは、画像処理部は、同一の断層面における位相コントラスト画像と吸収像とを合成した合成画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、同一の断層面における、第２検出領域において検出されたＸ線によって生成された高コントラストの吸収像と、位相コントラスト画像とを合成した合成画像を取得することができる。その結果、特定の断層面の断層画像とすることによって画像のぼけを抑制しつつ、その断層面における吸収（減衰）分布および位相分布の情報を含んだ高コントラストの断層画像（合成画像）を得ることができる。

上記合成画像を生成する構成において、好ましくは、位置情報取得部は、光軸方向にずれた複数の断層面の断層位置を取得し、画像処理部は、それぞれの断層面における位相コントラスト画像および吸収像を取得して、位相コントラスト画像の３次元データおよび吸収像の３次元データを生成し、それぞれの３次元データを合成した３次元合成データを生成するように構成されている。このように構成すれば、複数の断層面の各々における位相コントラスト画像および吸収像から、被写体内の内部構造の光軸方向における分布を描写した３次元データを得ることができる。また、位相コントラスト画像は、被写体の内部構造のうちでＸ線の屈折や散乱をもたらす境界部分や微細な構造変化の描写に好適であり、吸収像は、Ｘ線の減衰をもたらす中実部分の描写に好適である。そのため、位相コントラスト画像および吸収像の各々で描写可能な部分を合成した３次元合成データを得ることによって、被写体内の３次元構造を、より正確に描写することが可能となる。

上記一の局面におけるＸ線イメージング装置において、好ましくは、複数の格子は、Ｘ線源と第１格子との間に配置された第３格子をさらに含む。このように構成すれば、第３格子によってＸ線源から照射されるＸ線の可干渉性を高めることができる。その結果、Ｘ線源の焦点径が大きくても第１格子の自己像を形成させることが可能となるので、Ｘ線源の選択の自由度を向上させることができる。

本発明によれば、上記のように、厚みが大きい被写体であっても、画像化したい内部構造の視認性の低下を抑制することができる。

Ｘ線イメージング装置の全体構成を示した模式図である。 Ｘ線イメージング装置の複数の格子を説明するための模式図である。 格子移動機構の構成を説明するための模式図である。 各相対位置において撮像された複数のＸ線画像の模式図である。 撮像系と被写体との相対位置と、撮像されるＸ線画像における位置座標との関係を説明するための模式図である。 説明用の被写体のＹ－Ｚ平面図（Ａ）、Ｘ－Ｚ平面図（Ｂ）および斜視図（Ｃ）である。 Ｘ線源と、被写体内の断層面上の点と、検出器との幾何学的関係を示した図である。 複数の位置較正用画像を撮像する際の相対位置を示した模式図である。 位置較正データの取得方法を説明するための模式図である。 モアレ縞の位相情報を取得する方法を説明するための模式図である。 断層面上の被写体内の静止座標系に座標変換した場合の座標変換後の複数のＸ線画像と位相情報とを示した模式図である。 Ｘ線画像の各画素における位相値と画素値との強度信号曲線の模式図である。 第１実施形態による画像処理部が生成する位相コントラスト画像の模式図である。 各断層位置の断層画像における被写体の写り方を説明するための模式図（Ａ）～（Ｃ）である。 第１実施形態によるＸ線イメージング装置による位相コントラスト画像の生成処理を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態におけるＸ線画像の各画素における位相値と画素値との強度信号曲線の模式図である。 第３実施形態における被写体の３次元データを説明するための模式図である。 第３実施形態によるＸ線イメージング装置による３次元データの生成処理を説明するためのフローチャートである。 第４実施形態によるＸ線イメージング装置の構成を示した模式図である。 位相コントラスト画像と吸収像との合成画像を説明するための図である。 ３次元合成データを説明するための図である。 第４実施形態によるＸ線イメージング装置による３次元合成データの生成処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１～図１５を参照して、第１実施形態によるＸ線イメージング装置１００について説明する。

（Ｘ線イメージング装置の構成）
まず、図１～図３を参照して、第１実施形態によるＸ線イメージング装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、Ｘ線イメージング装置１００は、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用して、被写体Ｔの内部構造を画像化する装置である。Ｘ線イメージング装置１００は、たとえば、非破壊検査用途では、物体としての被写体Ｔの内部の画像化に用いることが可能である。

Ｘ線イメージング装置１００は、Ｘ線源１と、第１格子２と、第２格子３と、第３格子４と、検出器５と、画像処理部６と、制御部７と、移動機構８と、格子移動機構９とを備えている。Ｘ線源１と、第１格子２と、第２格子３と、第３格子４と、検出器５とによって、Ｘ線イメージング装置１００の撮像系ＣＳが構成されている。

以下、Ｘ線源１から出射されるＸ線の光軸（Ｘ線の光束の中心軸線）方向をＺ方向とし、Ｚ方向のうちＸ線源１から第１格子２に向かう方向をＺ２方向、その逆方向の方向をＺ１方向とする。Ｚ方向と直交する面内で直交する２方向を、それぞれＸ方向、Ｙ方向とする。特に限定されないが、以下では、便宜的にＹ方向を上下方向（鉛直方向）とし、Ｘ方向を水平方向とする。図１は、Ｘ線イメージング装置１００をＹ方向から見た図である。なお、第１実施形態では、撮像する被写体ＴのＸ方向の大きさＷ１が、第２格子３のＸ方向の幅Ｗ２よりも小さい場合の例を示す。

Ｘ線源１は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させる。Ｘ線源１は、発生させたＸ線をＺ２方向（検出器５）に向けて照射するように構成されている。Ｘ線源１は、検出器５と対向するように配置されている。Ｘ線源１は、たとえばＸ線源１からのＸ線の光軸が検出器５の検出面の中心を通る位置に配置される。光軸方向は、検出器５の検出面に対する法線方向と一致する。

第１実施形態では、Ｘ線イメージング装置１００は、第１格子２と、第２格子３と、第３格子４との、３つ（複数）の格子を備えている。第１格子２は、Ｘ線源１と検出器５との間に配置され、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第１格子２は、タルボ効果により、第１格子２の自己像を形成するために設けられている。可干渉性を有するＸ線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離（タルボ距離）離れた位置に、格子の像（自己像）が形成される。これをタルボ効果という。

第２格子３は、第１格子２と検出器５との間に配置されており、第１格子２を通過したＸ線が照射される。また、第２格子３は、第１格子２から所定のタルボ距離だけ離れた位置に配置される。第２格子３は、第１格子２の自己像と干渉して、モアレ縞３０（図４参照）を形成する。

第３格子４は、Ｘ線源１と第１格子２との間に配置されており、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第３格子４は、複数の各Ｘ線透過領域によって、Ｘ線源１の焦点径よりも小さな微小光源の配列を形成する。第１格子２および第２格子３に加えて、第３格子４を設ける事によって、いわゆるタルボ・ロー干渉計が構成される。

検出器５は、Ｘ線源１から出射されたＸ線を検出する。検出器５は、検出したＸ線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器５は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器５は、変換素子（図示せず）と変換素子上に配置された画素電極（図示せず）とにより構成された複数の画素を備える。複数の画素は、所定の周期（画素ピッチ）で、Ｘ方向およびＹ方向にアレイ状に配列されている。また、検出器５は、取得した画像信号を、画像処理部６に出力するように構成されている。

画像処理部６は、検出器５から出力された画像信号に基づいて、位相コントラスト画像１６を（図１３参照）を生成するように構成されている。画像処理部６は、たとえば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や画像処理用に構成されたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのプロセッサを含む。

制御部７は、Ｘ線イメージング装置１００の撮像動作を制御する。具体的には、制御部７は、移動機構８を制御して、撮像系ＣＳと被写体Ｔとを相対移動させるように構成されている。また、制御部７は、格子移動機構９を制御して、第１格子２を移動させるように構成されている。また、制御部７は、格子移動機構９を制御して第１格子２の位置を調整することにより、モアレ縞３０（図４参照）を、検出器５の検出面上に生じさせるように構成されている。制御部７は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶部とを含む。

第１実施形態では、制御部７は、位置情報取得部７ａを含む。位置情報取得部７ａは、画像化対象となる断層面４０の光軸方向における断層位置を取得するように構成されている。位置情報取得部７ａは、たとえば、ＣＰＵを位置情報取得部として動作させるプログラムによってソフトウェア的に実現されうる。位置情報取得部７ａは、制御部７が備えるキーボードなどの入力装置７ｂを介して、ユーザにより入力された断層位置を取得する。位置情報取得部７ａは、制御部７が備える記憶部や、外部記憶媒体などに予め格納された断層位置の情報を読み出すことにより、断層位置を取得し得る。後述するように、第１実施形態のＸ線イメージング装置１００は、取得された断層位置によって規定される断層面４０における位相コントラスト画像１６（断層画像）を生成することが可能である。

移動機構８は、撮像系ＣＳと、被写体Ｔとを、Ｘ線の光軸方向と交差する所定方向に相対移動させるように構成されている。第１実施形態では、光軸方向がＺ方向であり、所定方向は、光軸方向と直交するＸ方向である。また、移動機構８は、撮像系ＣＳと被写体Ｔとを、光軸方向と直交する面内でモアレ縞３０（図４参照）の周期方向（Ｘ方向）に相対移動させる。移動機構８は、撮像系ＣＳと被写体Ｔとのうちの一方、または両方を移動させるように構成し得る。第１実施形態では、移動機構８は、撮像系ＣＳに対して被写体ＴをＸ方向に移動させる。撮像系ＣＳは、格子移動機構９によって第１格子２が移動される以外は、少なくとも撮像時において固定されている。移動機構８は、たとえば、ベルトコンベア８ａまたは各種の直動機構と、電動モータなどの駆動源８ｂとを含む。直動機構は、たとえばリニアスライダなどの案内機構（図示せず）と、駆動源８ｂによる動力をＸ方向の移動に変換するボールねじ機構やラック－ピニオン機構などの変換機構（図示せず）とを含みうる。一例として、第１実施形態では、移動機構８は、ステッピングモータからなる駆動源８ｂを含む。

格子移動機構９は、第１格子２を移動可能に保持している。格子移動機構９は、制御部７の制御の下、第１格子２を移動させるように構成されている。また、格子移動機構９は、制御部７の制御の下、第１格子２の位置を所定位置に調整した状態で保持可能に構成されている。

（各格子の構造）
図２に示すように、第１格子２は、複数のスリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂを有している。各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂは、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）Ｄ１で配列されている。各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第１格子２は、いわゆる位相格子であるが、いわゆる吸収格子（Ｘ線位相変化部２ｂに代えてＸ線吸収部を設けたもの）であってもよい。

第２格子３は、複数のＸ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂを有する。各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂは、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）Ｄ２で配列されている。各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第２格子３は、いわゆる、吸収格子である。

第３格子４は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）Ｄ３で配列される複数のスリット４ａおよびＸ線吸収部４ｂを有している。各スリット４ａおよびＸ線吸収部４ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット４ａおよびＸ線吸収部４ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。

各格子において、スリットおよびＸ線透過部はそれぞれＸ線を透過させる。また、Ｘ線吸収部はＸ線を遮蔽する。また、Ｘ線位相変化部はスリットとの屈折率の違いによってＸ線の位相を変化させる。

（格子移動機構）
図３の構成例では、格子移動機構９は、６軸の移動ステージである。格子移動機構９は、Ｘ方向直動機構９０と、Ｙ方向直動機構９１と、Ｚ方向直動機構９２と、直動機構接続部９３と、ステージ支持部駆動部９４と、ステージ支持部９５と、ステージ駆動部９６と、ステージ９７とを含む。図示を省略するが、格子移動機構９は、ステージ９７上において第１格子２を保持している。

格子移動機構９は、Ｘ方向直動機構９０により、ステージ９７（第１格子２）をＸ方向に移動させる。格子移動機構９は、Ｙ方向直動機構９１により、ステージ９７（第１格子２）をＹ方向に移動させる。格子移動機構９は、Ｚ方向直動機構９２により、ステージ９７（第１格子２）をＺ方向に移動させる。それぞれの直動機構は、駆動源として電動モータなどを含む。これにより、格子移動機構９は、ステージ９７（第１格子２）をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各方向へ移動可能に構成されている。

ステージ支持部９５は、ステージ９７を下方（Ｙ１方向）から支持している。ステージ駆動部９６は、ステージ９７を概略Ｘ方向に移動させる。ステージ９７には、ステージ支持部９５に向けて凸曲面となる円弧状の底面が形成されており、Ｘ方向に移動されることにより、曲面に沿ってＺ方向の軸線周り（Ｒｚ方向）に回動する。また、ステージ支持部駆動部９４は、ステージ支持部９５を概略Ｚ方向に移動させる。ステージ支持部９５には、直動機構接続部９３に向けて凸曲面となる円弧状の底面が形成されており、曲面に沿ってＺ方向に移動されることにより、Ｘ方向の軸線周り（Ｒｘ方向）に回動する。また、直動機構接続部９３は、Ｙ方向の軸線周り（Ｒｙ方向）に回動可能にＸ方向直動機構９０に設けられている。これにより、格子移動機構９は、ステージ９７（第１格子２）をＲｘ方向、Ｒｙ方向およびＲｚ方向の各方向に回動させることができる。

（位相コントラスト画像の生成）
次に、図４～図１４を参照して、第１実施形態によるＸ線イメージング装置１００が位相コントラスト画像１６（図１３参照）を生成する構成について説明する。

第１実施形態では、Ｘ線イメージング装置１００は、図４に示すように、検出器５の検出面上に予めモアレ縞３０を発生させた状態で、モアレ縞３０を通過するように撮像系ＣＳに対して被写体Ｔを移動させながらＸ線画像１０を撮像する。Ｘ線イメージング装置１００は、それぞれの相対位置で得られた複数のＸ線画像１０に基づいて、位相コントラスト画像１６を生成する。位相コントラスト画像１６の生成のため、Ｘ線イメージング装置１００は、画像化対象となる断層位置の情報と、モアレ縞３０の位相情報１２（図１０参照）と、複数のＸ線画像１０が撮像された相対位置の情報と、を取得する。

そして、第１実施形態では、画像処理部６が、所定方向における撮像系ＣＳと被写体Ｔとの複数の相対位置で被写体Ｔを撮像した複数のＸ線画像１０と、取得された断層位置とに基づいて、断層面４０（図５参照）における位相分布を取得することにより、断層面４０における位相コントラスト画像１６（図１３参照）を生成する。

〈複数の相対位置でのＸ線画像の撮像〉
図４は、移動機構８によって被写体ＴをＸ方向に直線移動させながら撮像した複数のＸ線画像１０の模式図である。第１実施形態では、移動機構８は、被写体Ｔを撮像する際に、撮像系ＣＳと被写体Ｔとの相対移動と停止とを繰り返して複数の相対位置へ移動させるように構成されている。そして、画像処理部６は、複数の相対位置においてそれぞれ取得した各Ｘ線画像１０に基づいて、位相コントラスト画像１６を生成するように構成されている。

具体的には、図４は、被写体Ｔが撮像範囲の一方側（右側）から他方側（左側）へ、第１撮像位置～第６撮像位置の６か所の相対位置へ移動されて、撮像を行った例である。なお、第１撮像位置では、Ｘ方向における被写体Ｔの一部が検出器５の検出面範囲外に配置され、Ｘ線画像１０において被写体Ｔの一部が写っていない。図４において、被写体Ｔに固定された点Ｑに着目すると、相対位置の変化に応じて、各Ｘ線画像１０中の点Ｑの位置座標が変化する。

制御部７は、各相対位置に被写体Ｔを位置付けるための移動量に対応した指令値を移動機構８に入力することにより、被写体Ｔを各撮像位置へ移動させる。移動機構８への指令値は、たとえば移動機構８（駆動源８ｂ）に入力されるパルス数である。制御部７は、移動機構８によって、少なくともモアレ縞３０の1周期Ｄ４以上の距離だけ、被写体Ｔを移動させる。つまり、最初の撮像位置である第１撮像位置から最後の撮像位置である第６撮像位置までの間の移動量が、モアレ縞３０の1周期Ｄ４分以上となる。これにより、それぞれのＸ線画像１０に基づいて、被写体Ｔの像を構成する画素毎に、モアレ縞３０の１周期分以上の画素値変化（すなわち、位相変化）が取得できる。

図５は、上記のように複数の相対位置でＸ線画像を撮像する際の、被写体ＴとＸ線画像１０の位置座標との関係を示した図である。図５において、縦軸が光軸方向（Ｚ方向）の位置を示し、横軸が相対移動を行う所定方向（Ｘ方向）の位置を示す。光軸方向においてＸ線源１の焦点位置を原点とする。光軸方向における位置として、焦点から被写体Ｔの中心位置までの距離ＳＯＤ（ｓｏｕｒｃｅ ｏｂｊｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）だけ離れた位置を基準位置（以下、ＳＯＤという）とする。焦点から検出器５の検出面までの距離だけ離れた位置を検出面位置ＳＩＤ（ｓｏｕｒｃｅ ｉｍａｇｅ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）とする。

第１実施形態では、被写体Ｔの断層面４０の断層位置が、基準位置ＳＯＤからのずれ量として表現される。図５では、被写体Ｔの断層面４０として、スライス厚ｄだけずれた２ｊ＋１個の断層面４０（基準位置ＳＯＤの断層面を含む）を設定する。スライス厚ｄは、各断層面４０の間の距離であり、各断層面４０は光軸方向にスライス厚ｄを隔てて等間隔で配列される。ｊは、断層位置番号であり、基準位置ＳＯＤに対して正側（検出器５側）に＋ｊ個、負側（Ｘ線源１側）に－ｊ個の断層面４０が設定される。光軸方向におけるＳＯＤの座標をｚとすると、各断層面４０の断層位置は、（ｚ－ｊｄ）～（ｚ＋ｊｄ）で表される。

位置情報取得部７ａは、光軸方向における基準位置ＳＯＤに対する断層位置のずれ量を取得するように構成されている。すなわち、位置情報取得部７ａは、画像化対象となる断層面４０の光軸方向における断層位置（ｚ±ｊｄ）として、スライス厚ｄと、その断層面４０の断層位置番号（ｊ）とを取得する。なお、位置情報取得部７ａは、基準位置ＳＯＤを既知の情報として取得する。

そして、画像処理部６は、光軸方向における基準位置ＳＯＤ（＝ｚ）および基準位置ＳＯＤに対する断層位置のずれ量（±ｊｄ）と、所定方向（Ｘ方向）における撮像系ＣＳと被写体Ｔとの相対位置と、に基づいて、断層面４０における位相分布を取得するように構成されている。

ここで、説明の便宜のため、図６に示す形状の被写体Ｔを仮定する。被写体Ｔは、光軸方向（Ｚ方向）に厚みＨ、Ｘ方向（所定方向）に幅Ｗ１を有する。被写体Ｔのうち、Ｘ方向の同一位置に、３つの点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を仮定し、これらの各点Ｂ１～Ｂ３を各断層面４０における被写体ＴのＸ方向位置座標の基準とする。点Ｂ１は、光軸方向にｚの位置（断層位置番号＝０）にある。点Ｂ２は、ｚ＋ｄの位置（断層位置番号＝１）にあり、点Ｂ３は、ｚ＋ｊｄの位置（断層位置番号＝ｊ）にある。

なお、図６の被写体Ｔは、Ｙ方向へ向けて傾斜しており、各点Ｂ１～Ｂ３はＹ方向にずれた位置にある。各点Ｂ１～Ｂ３をＹ方向にずらしたのは、被写体ＴのＸ－Ｙ透視図に相当するＸ線画像１０において各点Ｂ１～Ｂ３がＹ方向にずれた位置に写るように便宜的に設定したものである。

図５に示すように、移動機構８により、被写体Ｔが各相対位置に移動されて撮像される。移動機構８上の座標系における被写体Ｔの位置をｘ（ｘ_０～ｘ_ｉ）で表す。ｉは相対位置を特定するための番号であり、たとえばｘ_０を初期位置として、図４の第１撮像位置～第６撮像位置がｘ_１～ｘ_６となる。各位置座標ｘ_０～ｘ_ｉにおける、各断層面４０（０～＋ｊ）に属する点の検出面（Ｘ線画像１０）への投影点のＸ座標を、ｘ´（ｘ´_００～ｘ´_ｊｉ）とする。なお、各断層面４０（０～－ｊ）も同様である。

被写体Ｔの点Ｂ１～Ｂ３を位置ｘ_０に移動させたとき、点Ｂ１（断層位置番号＝０）を通るＸ線は、検出面（Ｘ線画像１０）のｘ´_００の座標に写る。一方、点Ｂ２（断層位置番号＝１）を通るＸ線は、検出面（Ｘ線画像１０）のｘ´_１０の座標に写り、点Ｂ３（断層位置番号＝ｊ）を通るＸ線は、検出面（Ｘ線画像１０）のｘ´_ｊ０の座標に写る。被写体Ｔの位置座標ｘ_ｉと、断層位置（断層位置番号ｊ）とが決まると、検出面（Ｘ線画像１０）の位置座標ｘ´_ｊｉが特定される。このため、撮像系ＣＳと被写体Ｔとの相対位置は、移動機構８の座標系ではｘ_ｉで表され、Ｘ線画像１０の座標系ではｘ´_ｊｉで表される。

図５のように、被写体Ｔの厚みＨが大きい場合、Ｘ方向の同一位置における各点Ｂ１～Ｂ３の写る位置座標ｘ´が、Ｘ線画像１０上でずれることになるため、単純にＳＯＤを基準として各Ｘ線画像１０から位相コントラスト画像１６を生成する場合には、点Ｂ２および点Ｂ３にぼけが生じ、明瞭に画像化することが困難になる。そこで、第１実施形態では、画像処理部６は、個々のＸ線画像１０の撮像時の相対位置（ｘ´_ｊｉ）と、取得された断層位置（ｚ＋ｊｄ）とに基づいて、個々のＸ線画像１０内の位置座標を断層面４０上の座標系に座標変換し、座標変換後のそれぞれのＸ線画像１０の画素値に基づいて、断層面４０における位相分布を取得するように構成されている。

具体的には、図５において、被写体Ｔの位置ｘ_０における断層位置番号ｊ＝０の点Ｂ１と、検出面（Ｘ線画像１０）上における位置座標ｘ´_００とが、図７に示す相似関係から、以下の関係式で表される。ｘ_ｃは、検出面（Ｘ線画像１０）上における光軸（焦点を通る法線）のＸ座標を表す。

ここで、被写体Ｔの位置ｘ_０で、基準位置ＳＯＤからｊ番目の断層位置ｚ＋ｊｄにおける点（点Ｂ３）について、検出面（Ｘ線画像１０）上に写るＸ座標ｘ´_ｊ０が、図７に示す相似関係から、以下の関係式で表される。

式（２）から分かるように、基準位置ＳＯＤ（＝ｚ）上の位置座標ｘ´_００から任意の断層面４０上の位置座標ｘ´_ｊ０への変換が可能である。位置座標ｘ´_００と位置座標ｘ´_ｊ０とは、ＳＩＤに依存しない関係で表される。

したがって、移動機構８によって被写体Ｔが任意のｉ番目の位置ｘ_ｉに移動されたときの、任意のｊ番目の断層位置の点の位置座標ｘ´_ｊｉは、下式（３）で表される。

上式（３）を整理すれば、下式（４）が得られる。

以上から、移動機構８によって被写体Ｔが所定方向（Ｘ方向）の各相対位置ｘ_ｉにおいて撮像された各Ｘ線画像１０の位置座標を、基準位置ＳＯＤからずれた任意の断層位置（ｚ＋ｊｄ）の断層面４０上の断層画像の位置座標に変換することが可能である。

このように、画像処理部６は、光軸方向における基準位置ＳＯＤ（＝ｚ）および基準位置ＳＯＤに対する断層位置のずれ量（ｊｄ）と、所定方向（Ｘ方向）における撮像系ＣＳと被写体Ｔとの相対位置（ｘ´_０ｉ）と、に基づいて、断層面４０における位相分布を取得するように構成されている。

なお、被写体Ｔの相対位置（ｘ´_０ｉ）は、下式（５）により取得される。

ここで、また、Ｘ_startは、撮像開始時点の被写体Ｔの初期位置である。また、ｐ１は、移動機構８に入力される指令値（パルス数）に対するＸ線画像１０中での実際の被写体Ｔの移動量の変換係数［ｐｉｘｅｌ／ｐｕｌｓｅ］である。また、ｎｐは、ｘ_０～ｘ_ｉの各相対位置へ被写体Ｔを移動させる際に移動機構８に入力される指令値（パルス数）である。

画像処理部６は、得られたＸ線画像１０の各々について、上式（５）によって被写体Ｔの各相対位置（ｘ´_０ｉ）を取得し、上式（４）に代入することにより、断層位置番号ｊにより特定される断層面４０の断層画像となるよう座標変換を行う。

（位置較正データの生成）
上式（５）において、変換係数ｐ１［ｐｉｘｅｌ／ｐｕｌｓｅ］は、移動機構８の設計仕様の一部であり既知の情報として予め取得しうる。これに対して、第１実施形態では、画像処理部６は、移動機構８の移動量とＸ線画像１０における相対位置（ｘ´_０ｉ）の変化量とを関連付ける位置較正データ４５（図１参照）を生成し、基準位置ＳＯＤで取得された位置較正データ４５を用いて断層面４０における位相分布を取得するように構成されている。

具体的には、図８に示すように、画像処理部６は、光軸方向における基準位置ＳＯＤに配置された標識物Ｍを、所定方向における複数の相対位置で撮像した複数の位置較正用画像１３（図９参照）に基づいて、変換係数ｐ１を含む位置較正データ４５を生成する。

標識物Ｍは、Ｘ線画像上で所定方向（Ｘ方向）位置座標を識別可能であれば特に限定されないが、たとえばＸ線の透過率が低く、厚みおよびＸ方向の幅の小さい物体であることが好ましい。標識物Ｍは、たとえば線状のワイヤー部材または棒状部材や、樹脂プレートなどに線状に設けられたマーカ部材などであり得る。

位置較正データ４５は、移動機構８に入力する指令値と、位置較正用画像１３における標識物Ｍの実際の位置変化ｄｍ（図８参照）とに基づいて生成される。位置較正データ４５は、指令値と標識物Ｍの位置変化ｄｍとの関係を表す上式（５）に示した近似式として生成される。

図９は、縦軸が各位置較正用画像１３における標識物Ｍの位置［ｐｉｘｅｌ］であり、横軸が標識物Ｍを移動させた際の指令値［ｐｕｌｓｅ］であるグラフ３１である。グラフ３１のプロットｍｐは、入力した指令値と、実際に移動した標識物Ｍの相対位置（ｘ´_０ｉ）の値とをプロットした点である。画像処理部６は、複数の位置較正用画像１３から得られた各プロットｍｐの値を線形フィッティングすることにより、上式（５）における変換係数ｐ１を取得する。

第１実施形態では、移動機構８は、被写体Ｔを撮像する際、位置較正データ４５の生成時における撮像系ＣＳと標識物Ｍとの各相対位置と同じ相対位置に、撮像系ＣＳと被写体Ｔとを相対移動させるように構成されている。すなわち、画像処理部６は、位置較正データ４５の生成時に、移動機構８により、標識物Ｍを相対位置ｘ_０～ｘ_ｉに移動させて、それぞれ位置較正用画像１３を取得させる。これにより、基準位置ＳＯＤの断面上の位置座標（ｘ´_００～ｘ´_０ｉ）の実測値から、位置較正データ４５が生成される。そして、画像処理部６は、被写体Ｔを撮像する際に、移動機構８により、被写体Ｔを同じ相対位置ｘ_０～ｘ_ｉに移動させて、それぞれＸ線画像１０を取得させる。これにより、被写体Ｔの撮像時における、基準位置ＳＯＤの断面上の位置座標（ｘ´_００～ｘ´_０ｉ）の誤差が、変換係数ｐ１を含む位置較正データ４５（上式（５））を用いて極力低減される。

〈モアレ縞の位相情報〉
次に、断層面４０における位相分布を取得するための構成について説明する。Ｘ線イメージング装置１００は、被写体Ｔの撮像とは別に、格子移動機構９によって第１格子２を段階的に（ステップ状に）並進移動させることにより、図１０に示すような各ステップのモアレ縞画像１１を取得する。それぞれのモアレ縞画像１１は、第１格子２を並進移動させることによって検出器５の検出面上で移動させたモアレ縞３０を撮像したものであり、モアレ縞３０の画素値の明暗による縞模様を写した画像である。格子の並進移動は、たとえばモアレ縞３０の１周期をＭ分割した（１／Ｍ）周期分のステップ移動をＭ回行って、合計１周期分の距離を移動させる。画像処理部６は、各モアレ縞画像１１に基づいて、モアレ縞３０の位相情報１２を取得するように構成されている。図１０ではＭ＝４の例を示している。

具体的には、図１０の第１～第４ステップのモアレ縞画像１１をＩ_ｋ（ｘ、ｙ）とおき、以下の式（６）のようにＳ（ｘ、ｙ）を定義する。

ここで、ｋは、各ステップの番号である。ｘおよびｙは、検出器５の検出面上における画素位置（位置座標）である。

上記式（６）を用いると、モアレ縞３０の位相情報１２は、以下の式（７）によって表される。

ここで、φ（ｘ、ｙ）は、モアレ縞３０の位相情報１２である。なお、Ｉ_ｋ（ｘ、ｙ）をｋの関数として、サインカーブ（正弦波）によってフィッティングを行い、そのサインカーブの位相情報をモアレ縞３０の位相情報１２としてもよい。

図１０に示すモアレ縞３０の位相情報１２は、各画素値がその位置座標における位相値を表す。位相情報１２では、モアレ縞３０の位相値の２π（１周期）の範囲の変化が縞模様となって現れている。位相情報１２により、Ｘ線画像１０の各位置座標における位相値が取得される。

画像処理部６は、上式（４）および上式（５）を用いて、基準位置ＳＯＤでの各相対位置におけるＸ線画像１０（ｘ´_００～ｘ´_０ｉ）の任意の断面位置（ｚ±ｊｄ）の断層画像（ｘ´_ｊ０～ｘ´_ｊｉ）への座標変換を行うとともに、モアレ縞３０の位相情報１２についても相対位置毎に座標変換を行う。この結果、たとえば図５の点Ｂ３を含む断層面４０では、それぞれのＸ線画像１０および位相情報１２について、点Ｂ３（被写体Ｔ）が写る位置座標が一致した静止座標系へと座標変換される。

図１１に示すように、座標変換後の各Ｘ線画像１４では、被写体Ｔ（点Ｂ３）の位置が固定されてモアレ縞３０が被写体Ｔに対して相対移動する画像となる。また、座標変換後の位相情報１５は、座標変換後の各Ｘ線画像１０におけるモアレ縞３０の移動に応じて、位相値の分布が移動される。すなわち、座標変換後の各撮像位置における画素の位置と位相情報１５におけるモアレ縞３０の位相値の位置とは被写体Ｔを基準に１対１の関係で対応付いている。

図１２に示すように、画像処理部６は、座標変換後の各Ｘ線画像１４と、座標変換後の位相情報１５とを用いて、複数のＸ線画像１４における各画素値と、各画素の位相値とを１対１の関係で対応付けた画素値の強度信号曲線３２を取得する。強度信号曲線３２は、横軸が位相値を表し、縦軸が画素値を表す。図１２は、一例として、複数のＸ線画像１４の点Ｂ３における画素値と、複数の位相情報１５における点Ｂ３の位相値とに基づくプロットｐｂを取得し、正弦波によってフィッティングすることにより得られた強度信号曲線３２の例である。なお、図１１に示した空白の領域Ｅについてはモアレ縞３０の位相情報１２もないので、図１２においてサンプリングはしない。画像処理部６は、断層面４０における位相分布として、座標変換後のＸ線画像１４の画素毎の強度信号曲線３２を取得する。

画像処理部６は、取得した強度信号曲線３２に基づいて、断層面４０における位相コントラスト画像１６（断層画像）を生成するように構成されている。具体的には、図１３に示すように、画像処理部６は、吸収像１６ａと、位相微分像１６ｂと、暗視野像１６ｃとを生成する。

画像処理部６は、座標変換後のＸ線画像１４の強度信号曲線３２の定数値（平均値）から平均値像（図示せず）を生成する。画像処理部６は、強度信号曲線３２の位相値から位相像（図示せず）を生成する。画像処理部６は、強度信号曲線３２の振幅／定数値からビジビリティ像（図示せず）を生成する。これらの平均値像、位相像およびビジビリティ像を位相コントラスト画像１６として生成するだけでもよい。

画像処理部６は、被写体Ｔの撮像前、または撮像後のタイミングで、被写体Ｔを配置せずに撮像したエア画像（図示せず）を取得して、座標変換後のエア画像の画素毎の強度信号曲線３３（図１２参照）を取得し、被写体Ｔを撮像した上記Ｘ線画像１４と同様の手法で、被写体なしの平均値像、位相像およびビジビリティ像を生成する。画像処理部６は、被写体ありと被写体なしの各平均値像の比に基づいて吸収像１６ａを生成する。画像処理部６は、被写体ありと被写体なしの位相像の差分に基づいて位相微分像１６ｂを生成する。画像処理部６は、被写体ありと被写体なしのビジビリティ像の比に基づいて暗視野像１６ｃを生成する。各画像の生成手法は公知であるので、詳細な説明は省略する。画像処理部６は、以上の座標変換から位相コントラスト像の抽出までの作業（すなわち、Ｘ線画像１４の座標変換、座標変換後のＸ線画像１４の画素毎の強度信号曲線３２の取得、取得した強度信号曲線３２に基づく断層面４０における位相コントラスト画像１６（断層画像）の生成）を、各断層面４０に対して行う。

生成される吸収像１６ａ、位相微分像１６ｂおよび暗視野像１６ｃは、位置情報取得部７ａにより取得された断層位置（ｚ＋ｊｄ）の断層画像となる。図１４は、位相コントラスト画像１６の断層像（位相コントラスト断層画像）の概念図である。図１４（Ａ）に示すように、たとえば断層位置として、基準位置ＳＯＤ（＝ｚ）が取得された場合、それぞれのＸ線画像１０および位相情報１２が断層位置＝ｚの断層面４０上の点Ｂ１を基準として被写体Ｔの静止座標系に変換されることにより、断層位置＝ｚの断層面４０にピントが合った断層画像（吸収像１６ａ、位相微分像１６ｂ、暗視野像１６ｃ）が生成される。このとき、異なる断層面４０にある点Ｂ２および点Ｂ３の像には、ぼけが生じる。

図１４（Ｂ）に示すように、点Ｂ２がある断層面４０の断層位置（ｚ＋ｄ）が取得された場合、断層位置＝ｚ＋ｄの断層面４０上の点Ｂ２を基準として被写体Ｔの静止座標系に変換されることにより、断層位置＝ｚ＋ｄの断層面４０にピントが合った断層像が生成される。このとき、異なる断層面４０にある点Ｂ１および点Ｂ３の像には、ぼけが生じる。

図１４（Ｃ）に示すように、点Ｂ３がある断層面４０の断層位置（ｚ＋ｊｄ）が取得された場合、断層位置＝ｚ＋ｊｄの断層面４０上の点Ｂ３を基準として被写体Ｔの静止座標系に変換されることにより、断層位置＝ｚ＋ｊｄの断層面４０にピントが合った断層像が生成される。このとき、異なる断層面４０にある点Ｂ１および点Ｂ２の像には、ぼけが生じる。

このように、第１実施形態では、ユーザが指定した任意の断層面４０においてぼけを抑制した（ピントが合った）位相コントラスト断層画像が得られる。

次に、図１５を参照して、第１実施形態によるＸ線イメージング装置１００による位相コントラスト画像１６を生成する処理の流れについて説明する。

ステップＳ１において、制御部７は、移動機構８によって標識物Ｍを相対位置ｘ_０～ｘ_ｉに移動させながら、それぞれの相対位置で標識物Ｍの撮像を行う、制御部７は、各相対位置における被写体Ｔの指令値を取得し、画像処理部６は、それぞれの相対位置における複数の位置較正用画像１３を生成する。

ステップＳ２において、画像処理部６は、制御部７の制御の下、各相対位置の位置較正用画像１３における被写体Ｔの移動量ｄｍを取得し、標識物Ｍの移動量ｄｍと指令値とに基づいて近似式（位置較正データ４５）を取得する。

ステップＳ３において、画像処理部６は、モアレ縞３０の位相情報１２を取得する。ステップＳ４において、画像処理部６は、移動機構８によってＸ方向における複数の相対位置で複数のＸ線画像１０を取得する。移動機構８は、被写体Ｔをｘ_０～ｘ_ｉの各相対位置に移動させる。この際、被写体なしのエア画像（図示せず）も取得される。

ステップＳ５において、位置情報取得部７ａが、断層位置を取得する。位置情報取得部７ａは、たとえばユーザにより設定された、ＳＯＤ（＝ｚ）、スライス厚ｄおよび断層位置番号ｊの各設定値を取得する。断層位置（ｚ＋ｊｄ）の取得処理は、ステップＳ６の前であれば、どのタイミングで実施されてもよい。

ステップＳ６において、画像処理部６は、被写体Ｔのうち、取得された断層位置（ｚ＋ｊｄ）により特定される断層面４０上の点を基準として、それぞれの相対位置で取得された各Ｘ線画像１０および位相情報１２の位置座標の座標変換を行う。これにより、画像処理部６は、断層面４０上の被写体Ｔを基準とする静止座標系に座標変換された、座標変換後の各Ｘ線画像１４および位相情報１５を取得する。

ステップＳ７において、画像処理部６は、座標変換後の各Ｘ線画像１４および各位相情報１５に基づいて、断層面４０における位相分布を取得する。すなわち、画像処理部６は、断層面４０上の被写体Ｔを基準とした静止座標系における、各画素（各位置座標）の強度信号曲線３２を生成する。

ステップＳ８において、画像処理部６は、生成した強度信号曲線３２に基づいて、位相コントラスト画像１６を生成する。画像処理部６は、吸収像１６ａ、位相微分像１６ｂおよび暗視野像１６ｃを生成する。以上により、位相コントラスト画像の生成処理が完了する。

なお、ステップＳ１およびステップＳ２における位置較正データ４５の取得処理と、ステップＳ３におけるモアレ縞３０の位相情報１２の取得処理とは、どちらの処理を先に行ってもよい。位置較正データ４５の取得処理は、複数のＸ線画像１０の座標変換を行う前であれば、どのタイミングで行ってもよい。また、モアレ縞３０の位相情報１２を取得する処理は、位相情報１２の座標変換の前であれば、いつ行ってもよい。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、画像化対象となる断層面４０の光軸方向における断層位置（ｚ＋ｊｄ）を取得する位置情報取得部７ａと、所定方向における撮像系ＣＳと被写体Ｔとの複数の相対位置で被写体Ｔを撮像した複数のＸ線画像１０と、取得された断層位置（ｚ＋ｊｄ）とに基づいて、断層面４０における位相分布を取得することにより、断層面４０における位相コントラスト画像１６を生成する画像処理部６と、を設ける。これにより、被写体Ｔのうちで、画像化したい内部構造が存在する断層面４０の光軸方向の位置（ｚ＋ｊｄ）を位置情報取得部７ａによって取得することができる。そして、断層位置（ｚ＋ｊｄ）の情報と、Ｘ線画像１０が撮像された際の相対位置（ｘ´_０ｉ）とにより、個々のＸ線画像１０における断層面４０上の点の位置が特定できる。これにより、画像処理部６により、得られた断層位置（ｚ＋ｊｄ）の情報と、複数の相対位置での各Ｘ線画像１０とに基づいて、断層位置（ｚ＋ｊｄ）によって示される特定の断層面４０における位相分布が取得できる。その結果、位置情報取得部７ａにより取得された断層位置（ｚ＋ｊｄ）の断層面４０における位相分布から、その断層面４０に含まれる内部構造について画像のぼけが抑制された位相コントラスト画像１６（位相コントラスト断層画像）が得られる。これにより、厚みが大きい被写体Ｔであっても、内部構造の視認性の低下を抑制することができる。

なお、位置情報取得部７ａに取得させる断層位置（断層位置番号ｊ）を変更すれば、変更後の断層位置が示す断層面４０に含まれる内部構造にピントが合った位相コントラスト画像１６（断層画像）によって視認可能となる。そのため、第１実施形態では、ユーザが画像化したい断層位置に応じて、任意の断層面４０における視認性の高い位相コントラスト画像１６（断層画像）を得ることができる。画像のぼけによる視認性の低下は、画像化したい内部構造が微細であるほど影響が大きいので、特に微細な構造や、内部構造の詳細な確認を行いたい場合に、上記構成が特に有効である。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６を、個々のＸ線画像１０の撮像時の上記相対位置（ｘ´_０ｉ）と、取得された断層位置（ｚ＋ｊｄ）とに基づいて、個々のＸ線画像１０内の位置座標を断層面４０上の座標系に座標変換し、座標変換後のそれぞれのＸ線画像１４の画素値に基づいて、断層面４０における位相分布を取得するように構成する。図７のように、撮像系ＣＳと被写体Ｔとの相対位置と、断層位置（ｚ＋ｊｄ）とから、個々のＸ線画像１０におけるＸ線源１と被写体Ｔと検出器５（すなわち、Ｘ線画像１０中の位置座標）との幾何学的な位置関係が決まる。そのため、幾何学的関係を利用して、断層面４０上における被写体Ｔの同一位置がＸ線画像１０上で相互に一致するように各Ｘ線画像１０の位置座標を座標変換することによって、断層面４０における位相分布を容易に取得することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、光軸方向における基準位置ＳＯＤに対する断層位置のずれ量（ｊｄ）を取得するように位置情報取得部７ａを構成し、画像処理部６を、光軸方向における基準位置ＳＯＤ（＝ｚ）および基準位置ＳＯＤに対する断層位置のずれ量（ｊｄ）と、所定方向における撮像系ＣＳと被写体Ｔとの相対位置と、に基づいて、断層面４０における位相分布を取得するように構成する。これにより、撮像時に、予め設定した基準位置ＳＯＤに被写体Ｔの中心などの所定位置を配置することによって、光軸方向における被写体Ｔの断層位置を基準位置ＳＯＤからの距離（ずれ量ｊｄ）として扱うことが可能となる。その結果、被写体Ｔにおける画像化したい断層位置（ｚ＋ｊｄ）を容易に特定して、所望の断層画像を容易に得ることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６を、光軸方向における基準位置ＳＯＤに配置された標識物Ｍを、所定方向における複数の相対位置で撮像した複数の位置較正用画像１３に基づいて、移動機構８の移動量とＸ線画像１０における相対位置の変化量とを関連付ける位置較正データ４５を生成し、基準位置ＳＯＤで取得された位置較正データ４５を用いて上記断層面４０における位相分布を取得するように構成する。これにより、基準位置ＳＯＤを通る断層面４０上の点（標識物Ｍ）のＸ線画像１０上での実際の位置変化を精度よく取得することができる。基準位置ＳＯＤを通る断層面４０上の点の位置を精度よく把握できるので、それぞれの断層位置（ｚ＋ｊｄ）で位置較正データ４５を生成することなく、任意の断層面４０上の位置座標を精度よく把握できる。その結果、基準位置ＳＯＤの位置較正データ４５を生成するだけで、位置情報取得部７ａによって取得される任意の断層面４０における位相分布を精度よく取得することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、被写体Ｔを撮像する際、位置較正データ４５の生成時における撮像系ＣＳと標識物Ｍとの各相対位置（ｘ_ｉ）と同じ相対位置に、撮像系ＣＳと被写体Ｔとを相対移動させるように移動機構８を構成する。これにより、位置較正データ４５の生成時と同一の相対位置で撮像されたＸ線画像１０に基づいて位相コントラスト断層画像を生成できるので、位置較正データ４５の誤差要因を極力排除して、個々のＸ線画像１０における撮像系ＣＳと被写体Ｔとの相対位置をより一層高精度に特定することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、被写体Ｔを撮像する際に、撮像系ＣＳと被写体Ｔとの相対移動と停止とを繰り返して複数の相対位置（ｘ_ｉ）へ移動させるように移動機構８を構成する。これにより、各Ｘ線画像１０を静止状態で撮像することができるので、相対位置のずれや画像のブレを極力抑制してＸ線画像１０を撮像することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、撮像系ＣＳに対して被写体Ｔを所定方向に移動させるように移動機構８を構成する。これにより、撮像系ＣＳの全体を移動させる場合と異なり、被写体Ｔだけを移動させればよいので、移動機構８を簡素化および小型化することができるとともに、移動時の位置精度を容易に確保することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、複数の格子として、Ｘ線源１と第１格子２との間に配置された第３格子４を設ける。これにより、第３格子４によってＸ線源１から照射されるＸ線の可干渉性を高めることができる。その結果、Ｘ線源１の焦点径が大きくても第１格子２の自己像を形成させることが可能となるので、Ｘ線源１の選択の自由度を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、図１および図１６を参照して、第２実施形態によるＸ線イメージング装置２００（図１参照）について説明する。相対移動と停止とを繰り返して被写体Ｔを複数の相対位置（ｘｉ）へ移動させる上記第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、移動機構８は、被写体Ｔを撮像する際に、被写体Ｔを連続的に移動させる。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

（Ｘ線イメージング装置の構成）
第２実施形態では、移動機構８（図１参照）は、被写体Ｔを撮像する際に、撮像系ＣＳと被写体Ｔとを連続的に相対移動させるように構成されている。また、画像処理部６は、連続的に取得した各Ｘ線画像１０に基づいて、位相コントラスト画像１６を生成するように構成されている。すなわち、第２実施形態では、各Ｘ線画像１０は、所定のフレームレート（時間間隔）で連続的に撮像した動画像として取得される。

第２実施形態では、Ｘ線画像１０を動画像として取得するため、画像処理部６は、位置較正データ４５として、以下に示す式（８）を取得する。

ここで、ｖｐは、移動機構８が被写体Ｔを移動させる際の速度（pulse／s）である。また、ｆｐｓは、動画を撮像する際のフレームレート（frame／s）である。また、ｉは、動画像におけるフレーム番号である。

第２実施形態では、個々のＸ線画像１０は、動画像の各フレーム画像である。Ｘ_startは、最初のフレームの被写体Ｔの初期位置である。移動機構８の座標系における被写体Ｔの位置座標ｘ_ｉは、ｉフレームにおける被写体Ｔの位置を示す。（ｘ´_０ｉ）がｊ＝０断層のｉフレームの画像中における被写体Ｔの位置座標を示す。

画像処理部６は、位置較正データ４５を用いて得られた位置座標（ｘ´_００～ｘ´_０ｉ）を上式（４）に代入することにより、任意の断層位置（ｚ±ｊｄ）の断層画像への座標変換を行う。画像処理部６は、第１実施形態と同様に、座標変換後の各Ｘ線画像１４の画素と、座標変換後の位相情報１５とに基づいて、図１６に示す強度信号曲線３４を取得する。強度信号曲線３４は、第１実施形態における強度信号曲線３２と同様に、横軸が位相値であり、縦軸が画素値である。第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、画像処理部６は、強度信号曲線３４に基づいて、位相コントラスト画像１６を生成する。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、被写体Ｔを撮像する際に、撮像系ＣＳと被写体Ｔとを連続的に相対移動させるように移動機構８を構成し、連続的に取得した各Ｘ線画像１０に基づいて、位相コントラスト画像１６を生成するように画像処理部６を構成する。これにより、複数の相対位置でＸ線画像１０の撮像を行う場合でも、短時間で撮像を完了させることができるので、所望の断層位置（ｚ＋ｊｄ）の位相コントラスト画像１６を迅速に得ることができる。また、短時間で撮像を完了させることにより、各Ｘ線画像１０を撮像する間の熱変動による相対位置のずれなどの影響を抑制できる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
次に、図１、図５、図１７および図１８を参照して、第３実施形態によるＸ線イメージング装置３００（図１参照）について説明する。第３実施形態では、任意の断層位置の断層面４０における位相コントラスト画像１６を生成する第１および第２実施形態とは異なり、複数の断層面４０における各々の位相コントラスト画像１６に基づいて被写体Ｔの３次元データ５０を生成する例を示す。なお、上記第１および第２実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

（Ｘ線イメージング装置の構成）
第３実施形態では、位置情報取得部７ａ（図１参照）は、光軸方向にずれた複数の断層面４０の断層位置（ｚ＋ｊｄ）（図５参照）を取得するように構成されている。断層面４０の数や、断層面４０の位置については、特に限定はないが、光軸方向に等間隔で並んだ複数の断層面４０とすることが好ましい。位置情報取得部７ａは、たとえば、上記の基準位置ＳＯＤおよびスライス厚ｄと、取得する断層範囲として、断層位置番号ｊの範囲とを取得する。断層位置番号ｊの範囲は、たとえば連続する断層位置番号の開始番号と終了番号とのセットにより表される。図５の例で、たとえばｊ＝－２～ｊ＝＋２とすると、位置情報取得部７ａは、ｊ＝－２、－１、０、＋１、＋２の各断層位置番号により特定される５つの断層面４０の各断層位置を取得する。

第３実施形態では、画像処理部６は、それぞれの断層面４０における位相コントラスト画像１６を取得し、得られた位相コントラスト画像１６に基づいて、図１７に示す被写体Ｔの３次元データ５０を生成するように構成されている。

各断層面４０における位相コントラスト画像１６の取得方法は、上記第１実施形態または第２実施形態と同様である。画像処理部６は、複数の断層位置（ｚ＋ｊｄ）の数だけ、断層位置（ｚ＋ｊｄ）を変更して座標変換を繰り返すことにより、それぞれの断層面４０における位相コントラスト画像１６を生成する。なお、複数のＸ線画像１０および位相情報１２については、１回取得すれば足りる。

図１７に示すように、画像処理部６は、得られた各断層面４０の位相コントラスト画像１６を、断層位置番号順に光軸方向に配列して、被写体Ｔの３次元データ５０を生成する。３次元データ５０は、各断層面４０の複数の位相コントラスト画像１６と、光軸方向における各断層面４０の位置情報（断層位置）とを含む。３次元データ５０は、単にそれぞれの位相コントラスト画像１６を光軸方向の断層位置（ｚ－ｊｄ～ｚ＋ｊｄ）に従って配列したものでもよい。スライス厚ｄの設定値が小さいほど、断面間の距離が小さく、精密な３次元データが取得できる。画像処理部６は、公知の近似計算および補完処理を行うことにより、各断層面４０の位相コントラスト画像１６を、断層画像の配列ではなく、各断面間の領域を補完した立体形状の３次元データ５０として再構成してもよい。これにより、被写体Ｔ内において光軸方向に分布する内部構造ＩＳの３次元的な分布を描写することができる。

次に、図１８を参照して、第３実施形態によるＸ線イメージング装置３００において３次元データ５０を生成する処理の流れについて説明する。上記第１実施形態と同様の処理については、同一のステップ番号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０において、画像処理部６は、位置較正データ４５を生成する。ステップＳ１０は、図１５のステップＳ１およびステップＳ２をまとめたものであり、説明を省略する。画像処理部６は、ステップＳ３においてモアレ縞３０の位相情報１２を取得し、ステップＳ４において複数の相対位置におけるＸ線画像１０を取得する。

ステップＳ１１において、位置情報取得部７ａが、基準位置ＳＯＤ、スライス厚ｄおよび断層範囲（断層位置番号ｊの範囲）を取得する。ステップＳ１２において、画像処理部６は、取得された断層範囲のうちから、画像化する断層位置（断層位置番号ｊの値）を選択する。そして、画像処理部６は、ステップＳ６～Ｓ８において、選択した断層位置（ｚ＋ｊｄ）により特定される断層面４０の位置座標に座標変換し、位相分布を取得することにより、選択した断層位置（断層位置番号ｊ）により特定される断層面４０の位相コントラスト画像１６を生成する。

ステップＳ１３において、画像処理部６は、ステップＳ１１で取得された断層範囲に含まれる全ての断層画像が生成されたか否かを判断する。全ての断層画像が生成されていない場合、画像処理部６は、ステップＳ１２に戻り、取得された断層範囲のうちから、次に画像化する断層位置（断層位置番号ｊの値）を選択して、選択した断層面４０の位相コントラスト画像１６を生成する。断層範囲に含まれる全ての断層画像が生成されると、画像処理部６は、ステップＳ１４に進み、それぞれの断層面４０の位相コントラスト画像１６に基づいて、被写体Ｔの３次元データ５０を生成する。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１および第２実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、光軸方向にずれた複数の断層面４０の断層位置（ｚ＋ｊｄ）を取得する位置情報取得部７ａを設け、画像処理部６を、それぞれの断層面４０における位相コントラスト画像１６を取得し、得られた位相コントラスト画像１６に基づいて、被写体Ｔの３次元データ５０を生成するように構成する。これにより、複数の断層画像から、被写体Ｔ内の内部構造の光軸方向における分布を描写した３次元データ５０を得ることができる。また、３次元データ５０を構成する各断層画像について、それぞれ画像のぼけを抑制することができるので、被写体Ｔ内の３次元構造をより精密に把握することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

［第４実施形態］
次に、図１９～図２２を参照して、第４実施形態によるＸ線イメージング装置４００について説明する。第１格子２を通過したＸ線を検出して得られたＸ線画像１０に基づいて位相コントラスト画像１６を生成する第１～第３実施形態とは異なり、第４実施形態では、第１格子２を通過して到達したＸ線を検出する第１検出領域Ｒ１で得られた第１画像２１により位相コントラスト画像２３を生成し、第１格子２を通過せずに到達したＸ線を検出する第２検出領域Ｒ２で得られた第２画像２２により吸収像２４を生成する例を示す。上記第１～第３実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

（Ｘ線イメージング装置の構成）
図１９に示すように、第４実施形態では、検出器５は、第１格子２を通過して到達したＸ線を検出する第１検出領域Ｒ１と、第１格子２を通過せずに到達したＸ線を検出する第２検出領域Ｒ２とを含む。第１検出領域Ｒ１および第２検出領域Ｒ２は、移動機構８により被写体Ｔと撮像系ＣＳとを相対移動させる所定方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。移動機構８は、被写体Ｔが第１検出領域Ｒ１および第２検出領域Ｒ２にそれぞれ配置されるように撮像系ＣＳと被写体Ｔとを相対移動させる。

第１検出領域Ｒ１に入射するＸ線の光路上には、第１格子２および第２格子３が配置される。図１９では、第１検出領域Ｒ１に入射するＸ線の光路上に、第１格子２、第２格子３および第３格子４が配置されている。第１検出領域Ｒ１は、少なくともモアレ縞３０（図４参照）の１周期Ｄ４分が写る大きさを有する。

図１９の例では、第２検出領域Ｒ２に入射するＸ線の光路上には、格子（第１格子２、第２格子３および第３格子４）が配置されていない。第２検出領域Ｒ２は、格子が介在しない吸収像２４（図２０参照）を撮像する領域であるため、第２検出領域Ｒ２のＸ方向の大きさは、モアレ縞３０の１周期Ｄ４分の大きさよりも小さくてもよい。

第３実施形態では、Ｘ線イメージング装置３００は、コリメータ１７を含む。コリメータ１７は、第３格子４と第１格子２との間に配置されている。コリメータ１７は、Ｘ線を遮蔽する遮蔽部材により構成されており、開閉自在に構成されたコリメータ孔１７ａおよび１７ｂが形成されている。コリメータ孔１７ａは、Ｘ線源１から照射されたＸ線の内、第１格子２を通過して検出器５に照射されるＸ線の照射範囲（第１検出領域Ｒ１の範囲）を調整することが可能である。コリメータ孔１７ｂは、第１格子２を通過せずに検出器５に照射されるＸ線の範囲（第２検出領域Ｒ２の範囲）を調整することが可能である。

画像処理部６は、第１検出領域Ｒ１において取得された複数の第１画像２１（図２０参照）に基づいて、位相コントラスト画像２３（図２０参照）を生成するとともに、第２検出領域Ｒ２において取得された複数の第２画像２２（図２０参照）に基づいて、被写体Ｔの吸収像２４（図２０参照）を生成するように構成されている。

第３実施形態では、画像処理部６は、第１検出領域Ｒ１から、複数の相対位置で被写体Ｔを撮像した複数の第１画像２１を取得する。画像処理部６は、複数の第１画像２１の断層面４０における位相分布を取得することにより、図２０に示すように、断層面４０における位相コントラスト画像２３（位相微分像２３ａおよび暗視野像２３ｂ）を生成する。位相微分像２３ａおよび暗視野像２３ｂの生成手法は、上記第１実施形態と同様である。

また、画像処理部６は、第２検出領域Ｒ２から、複数の相対位置で被写体Ｔを撮像した複数の第２画像２２を取得する。画像処理部６は、複数の第２画像２２の断層面４０における信号強度の分布を取得することにより、断層面４０における吸収像２４を生成する。断層面４０における吸収像２４の生成は、取得された断層位置（ｚ＋ｊｄ）に基づいて、複数の第２画像２２の位置座標を断層面４０上の被写体Ｔを基準とする静止座標系に座標変換し、座標変換後の各第２画像２２の画素値を画素毎に加算することによって行われる。

画像処理部６は、図２０に示すように、同一の断層面４０における位相コントラスト画像２３と吸収像２４とを合成した合成画像２５を生成するように構成されている。画像処理部６は、第１画像２１に基づく位相コントラスト画像２３（位相微分像２３ａおよび暗視野像２３ｂ）と、第２画像２２に基づく吸収像２４とを、同一の断層面４０において生成する。そして、画像処理部６は、位相コントラスト画像２３および吸収像２４における被写体Ｔの位置が一致するように座標変換して合成することにより、合成画像２５を生成する。

図２１に示すように、第４実施形態においても、位置情報取得部７ａ（図１９参照）は、光軸方向にずれた複数の断層面４０の断層位置（断層位置番号ｊの範囲）を取得することが可能である。画像処理部６は、それぞれの断層面４０における位相コントラスト画像２３および吸収像２４を取得して、位相コントラスト画像２３の３次元データ５０ａおよび５０ｂと、吸収像２４の３次元データ５１とを生成する。そして、それぞれの３次元データを合成した３次元合成データ５２を生成するように構成されている。なお、３次元データ５０ａは、位相微分像２３ａの３次元データであり、３次元データ５０ｂは、暗視野像２３ｂの３次元データである。

それぞれの３次元データ５０の生成方法は、上記第３実施形態と同様である。画像処理部６は、位相コントラスト画像２３の３次元データ５０ａ、５０ｂおよび吸収像２４の３次元データ５１の各々における被写体Ｔの位置が一致するように座標変換して合成することにより、３次元合成データ５２を生成する。

次に、図２２を参照して、第４実施形態によるＸ線イメージング装置４００において３次元合成データ５２を生成する処理の流れについて説明する。

ステップＳ２０において、画像処理部６は、位置較正データ４５およびモアレ縞３０の位相情報１２を取得する。ステップＳ１０における位置較正データ４５およびモアレ縞３０の位相情報１２の取得処理は、図１５のステップＳ１～ステップＳ３の処理と同様である。

ステップＳ２１において、画像処理部６は、被写体Ｔを移動させながら撮像された複数の第１画像２１および複数の第２画像２２を取得する。その後、ステップＳ２２において、位置情報取得部７ａが、基準位置ＳＯＤ、スライス厚ｄおよび断層範囲（断層位置番号ｊの範囲）を取得する。ステップＳ２３において、画像処理部６は、複数の第１画像２１に基づいて、位相コントラスト画像２３を生成する。ステップＳ２４において、画像処理部６は、複数の第２画像２２に基づいて、吸収像２４を生成する。ステップＳ２５において、画像処理部６は、ステップＳ２２で取得された断層範囲に含まれる全ての断層画像が生成されたか否かを判断する。全ての断層画像が生成されていない場合、画像処理部６は、ステップＳ２３に戻り、取得された断層範囲のうちから、次に画像化する断層位置を選択して、選択した断層面４０の位相コントラスト画像２３および吸収像２４を生成する。

断層範囲に含まれる全ての断層画像が生成されると、画像処理部６は、ステップＳ２６に進み、それぞれの断層面４０の位相コントラスト画像２３に基づいて、位相コントラスト画像２３の３次元データ５０ａおよび５０ｂを生成する。また、ステップＳ２７において、画像処理部６は、それぞれの断層面４０の吸収像２４に基づいて、吸収像２４の３次元データ５１を生成する。

その後、ステップＳ２７において、画像処理部６は、位相コントラスト画像２３の３次元データ５０ａ、５０ｂと吸収像２４の３次元データ５１とを合成した３次元合成データ５２を生成する。この際、３次元合成データ５２に含まれる個々の断層画像は、同一の断層面４０における位相コントラスト画像２３と吸収像２４とを合成した合成画像２５として生成される。

なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１～第３実施形態と同様である。

（第４実施形態の効果）
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、上記のように、検出器５に、第１格子２を通過して到達したＸ線を検出する第１検出領域Ｒ１と、第１格子２を通過せずに到達したＸ線を検出する第２検出領域Ｒ２とを設ける。そして、移動機構８を、被写体Ｔが第１検出領域Ｒ１および第２検出領域Ｒ２にそれぞれ配置されるように撮像系ＣＳと被写体Ｔとを相対移動させるように構成し、画像処理部６を、第１検出領域Ｒ１において取得された複数の第１画像２１に基づいて、位相コントラスト画像２３を生成するとともに、第２検出領域Ｒ２において取得された複数の第２画像２２に基づいて、被写体Ｔの吸収像２４を生成するように構成する。これにより、格子を用いた位相コントラスト画像２３だけでなく、格子を介在させない吸収像２４を生成することができる。第２検出領域Ｒ２に到達するＸ線は、格子を通過せずに検出器５に到達するので、格子によるＸ線の減衰、特に低エネルギー側のＸ線の減衰を抑制することができる。その結果、第１検出領域Ｒ１に到達するＸ線によって生成された吸収像２４と比較して、第２検出領域Ｒ２に到達するＸ線によって生成された吸収像２４のコントラストを向上させることができる。

また、第４実施形態では、上記のように、画像処理部６を、同一の断層面４０における位相コントラスト画像２３と吸収像２４とを合成した合成画像２５を生成するように構成する。これにより、同一の断層面４０における、第２検出領域Ｒ２において検出されたＸ線によって生成された高コントラストの吸収像２４と、位相コントラスト画像２３とを合成した合成画像２５を取得することができる。その結果、特定の断層面４０の断層画像とすることによって画像のぼけを抑制しつつ、その断層面４０における吸収（減衰）分布および位相分布の情報を含んだ高コントラストの断層画像（合成画像２５）を得ることができる。

また、第４実施形態では、上記のように、位相コントラスト画像２３の３次元データ５０ａ、５０ｂおよび吸収像２４の３次元データ５１を生成し、それぞれの３次元データを合成した３次元合成データ５２を生成するように画像処理部６を構成する。これにより、複数の断層面４０の各々における位相コントラスト画像２３および吸収像２４から、被写体Ｔ内の内部構造ＩＳの光軸方向における分布を描写した３次元データ５０を得ることができる。また、位相コントラスト画像２３は、被写体Ｔの内部構造ＩＳのうちでＸ線の屈折や散乱をもたらす境界部分や微細な構造変化の描写に好適であり、吸収像２４は、Ｘ線の減衰をもたらす中実部分の描写に好適である。たとえば図２０において、位相微分像２３ａは、内部構造ＩＳの境界部分にコントラストが生じ易く、暗視野像２３ｂは、内部構造ＩＳのうちに存在する線状部分ＬＳなどの微細構造にコントラストが生じ易い。そのため、位相コントラスト画像２３および吸収像２４の各々で描写可能な部分を合成した３次元合成データ５２を得ることによって、被写体Ｔ内の３次元構造を、より正確に描写することが可能となる。

なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１～第３実施形態と同様である。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１～第４実施形態では、格子移動機構９が、第１格子２を移動させる例を示したが、本発明はこれに限られない。移動させる格子はいずれの格子であってもよい。

また、上記第１～第４実施形態では、Ｘ線イメージング装置１００（２００、３００、４００）が第３格子４を備える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。Ｘ線源１から照射されるＸ線の可干渉性が第１格子２の自己像を形成することができるほど十分に高い場合は、第３格子４を設けなくてもよい。

また、上記第１～第４実施形態では、第１格子２と第２格子３との間において被写体Ｔ（標識物Ｍ）を移動させる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第３格子４と第１格子２との間において、被写体Ｔ（標識物Ｍ）を移動させるように構成されていてもよい。

また、上記第１～第４実施形態では、指令値と移動量とに基づく近似式（上式（５）または上式（８））として位置較正データ４５を生成する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。各Ｘ線画像１０における画素の位置を取得することができれば、位置較正データ４５はどのようにして生成されてもよい。また、位置較正用画像１３により位置較正データ４５を生成するのではなく、変換係数ｐ１を既知の定数としてもよい。

また、上記第１～第４実施形態では、位相コントラスト画像１６（２３）として、吸収像、位相微分像および暗視野像を生成する例を示したが、本発明はこれに限られない。位相コントラスト画像１６（２３）として、吸収像、位相微分像および暗視野像のいずれか１つまたは２つを生成してもよい。

また、上記第４実施形態では、位相微分像２３ａおよび暗視野像２３ｂと吸収像２４とを合成した合成画像２５を生成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、位相微分像２３ａおよび暗視野像２３ｂのいずれか一方と吸収像２４とを合成して合成画像２５を生成してもよい。３次元合成データ５２についても同様である。

また、上記第１～第４実施形態において、撮像する被写体ＴのＸ方向の大きさＷ１には、特に制限がない。被写体ＴのＸ方向の大きさＷ１が第２格子３の幅Ｗ２や、第１検出領域Ｒ１および第２検出領域Ｒ２のＸ方向の幅よりも大きくてもよい。その場合、被写体Ｔを移動させながら撮像した被写体Ｔの一部の画像をＸ方向に接続するように合成することにより、被写体Ｔの全体が写る画像を生成することができる。

また、上記第１～第４実施形態では、撮像系ＣＳを固定し、移動機構８が被写体Ｔを移動させて撮像する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、移動機構８は、被写体Ｔを固定して、撮像系ＣＳを移動させることにより、被写体Ｔと撮像系ＣＳとを相対移動させるように構成されていてもよい。移動機構８は、被写体Ｔ（標識物Ｍ）と撮像系ＣＳとのうち、どちらを移動させてもよい。移動機構８が撮像系ＣＳを移動させる場合、移動機構８は、格子移動機構９およびコリメータ１７を移動させるように構成すればよい。

また、上記第１～第４実施形態では、焦点から被写体Ｔの中心位置までの距離ＳＯＤだけ離れた位置を基準位置とした例を示したが、本発明はこれに限られない。基準位置は、光軸方向のどのような位置に設定してもよい。たとえば基準位置を、検出面位置ＳＩＤとして、断層位置を検出面位置ＳＩＤからのずれ量としてもよい。上記の通り、基準位置は、位置較正データ４５を生成する際の標識物Ｍの位置（光軸方向における位置）とすることが、位置精度を確保する上で好ましい。

また、上記第１～第４実施形態において、断層位置を基準位置からのずれ量とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、基準位置を設定せずに、それぞれの断層面４０の断層位置をたとえばＸ線源１の焦点からの距離（光軸方向の位置）として定義してもよい。

１ Ｘ線源
２ 第１格子
３ 第２格子
４ 第３格子
５ 検出器
６ 画像処理部
７ 制御部
７ａ 位置情報取得部
８ 移動機構
１０、１４ Ｘ線画像
１３ 位置較正用画像
１６、２３ 位相コントラスト画像
１６ａ 吸収像（位相コントラスト画像）
１６ｂ、２３ａ 位相微分像（位相コントラスト画像）
１６ｃ、２３ｂ 暗視野像（位相コントラスト画像）
２１ 第１画像
２２ 第２画像
２４ 吸収像
２５ 合成画像
３２、３４ 強度信号曲線（位相分布）
４０ 断層面
４５ 位置較正データ
５０、５０ａ、５０ｂ、５１ ３次元データ
５２ ３次元合成データ
１００、２００、３００、４００ Ｘ線イメージング装置
ＣＳ 撮像系
Ｍ 標識物
Ｒ１ 第１検出領域
Ｒ２ 第２検出領域
ＳＯＤ 基準位置
Ｔ 被写体
Ｘ方向（所定方向）
Ｚ方向（光軸方向）

Claims (13)

1. Ｘ線源と、
   前記Ｘ線源から出射されたＸ線を検出する検出器と、
   前記Ｘ線源と前記検出器との間に配置され、前記Ｘ線源からＸ線が照射される第１格子と、前記第１格子を通過したＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、
   前記Ｘ線源、前記検出器および前記複数の格子を含む撮像系と、被写体とを、Ｘ線の光軸方向と交差する所定方向に相対移動させる移動機構と、
   画像化対象となる断層面の前記光軸方向における断層位置を取得する位置情報取得部と、
   前記所定方向における前記撮像系と被写体との複数の相対位置で被写体を撮像した複数のＸ線画像と、取得された前記断層位置とに基づいて、前記断層面における位相分布を取得することにより、前記断層面における位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、を備える、Ｘ線イメージング装置。
2. 前記画像処理部は、個々の前記Ｘ線画像の撮像時の前記相対位置と、取得された前記断層位置とに基づいて、個々の前記Ｘ線画像内の位置座標を前記断層面上の座標系に座標変換し、座標変換後のそれぞれの前記Ｘ線画像の画素値に基づいて、前記断層面における位相分布を取得するように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング装置。
3. 前記位置情報取得部は、前記光軸方向における基準位置に対する前記断層位置のずれ量を取得し、
   前記画像処理部は、前記光軸方向における前記基準位置および前記基準位置に対する前記断層位置のずれ量と、前記所定方向における前記撮像系と被写体との前記相対位置と、に基づいて、前記断層面における位相分布を取得するように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング装置。
4. 前記画像処理部は、
   前記光軸方向における前記基準位置に配置された標識物を、前記所定方向における複数の前記相対位置で撮像した複数の位置較正用画像に基づいて、前記移動機構による移動量と前記Ｘ線画像における前記相対位置の変化量とを関連付ける位置較正データを生成し、
   前記基準位置で取得された前記位置較正データを用いて前記断層面における位相分布を取得するように構成されている、請求項３に記載のＸ線イメージング装置。
5. 前記移動機構は、被写体を撮像する際、前記位置較正データの生成時における前記撮像系と前記標識物との各相対位置と同じ相対位置に、前記撮像系と被写体とを相対移動させるように構成されている、請求項４に記載のＸ線イメージング装置。
6. 前記位置情報取得部は、前記光軸方向にずれた複数の前記断層面の前記断層位置を取得し、
   前記画像処理部は、それぞれの前記断層面における前記位相コントラスト画像を取得し、得られた前記位相コントラスト画像に基づいて、被写体の３次元データを生成するように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング装置。
7. 前記移動機構は、被写体を撮像する際に、前記撮像系と被写体とを連続的に相対移動させるように構成されており、
   前記画像処理部は、連続的に取得した各前記Ｘ線画像に基づいて、前記位相コントラスト画像を生成するように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング装置。
8. 前記移動機構は、被写体を撮像する際に、前記撮像系と被写体との相対移動と停止とを繰り返して複数の前記相対位置へ移動させるように構成されており、
   前記画像処理部は、複数の前記相対位置においてそれぞれ取得した各前記Ｘ線画像に基づいて、前記位相コントラスト画像を生成するように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング装置。
9. 前記移動機構は、前記撮像系に対して被写体を前記所定方向に移動させるように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング装置。
10. 前記検出器は、前記第１格子を通過して到達したＸ線を検出する第１検出領域と、前記第１格子を通過せずに到達したＸ線を検出する第２検出領域とを含み、
    前記移動機構は、被写体が前記第１検出領域および前記第２検出領域にそれぞれ配置されるように前記撮像系と被写体とを相対移動させ、
    前記画像処理部は、前記第１検出領域において取得された複数の第１画像に基づいて、前記位相コントラスト画像を生成するとともに、前記第２検出領域において取得された複数の第２画像に基づいて、被写体の吸収像を生成するように構成されている、請求項１に記載のＸ線イメージング装置。
11. 前記画像処理部は、同一の前記断層面における前記位相コントラスト画像と前記吸収像とを合成した合成画像を生成するように構成されている、請求項１０に記載のＸ線イメージング装置。
12. 前記位置情報取得部は、前記光軸方向にずれた複数の前記断層面の前記断層位置を取得し、
    前記画像処理部は、それぞれの前記断層面における前記位相コントラスト画像および前記吸収像を取得して、前記位相コントラスト画像の３次元データおよび前記吸収像の３次元データを生成し、それぞれの３次元データを合成した３次元合成データを生成するように構成されている、請求項１１に記載のＸ線イメージング装置。
13. 前記複数の格子は、前記Ｘ線源と前記第１格子との間に配置された第３格子をさらに含む、請求項１に記載のＸ線イメージング装置。

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