JP7033779B2 - 放射線画像生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料（被写体）を透過した放射線、例えばＸ線における波としての性質を利用して試料の内部構造を高感度で観察するための技術に関するものである。

透過力が高い放射線、例えばＸ線は、物体内部を透視するためのプローブとして、医用画像診断、非破壊検査、セキュリティチェックなどにおいて、広く利用されている。Ｘ線透視画像のコントラストは、Ｘ線減衰率の違いによっており、Ｘ線を強く吸収する物体はＸ線の影として描出される。Ｘ線吸収能は、原子番号が大きい元素を多く含むほど強くなる。逆に原子番号が小さい元素から成る物質についてはコントラストがつきにくいことも指摘でき、これが従来のＸ線透視画像の原理的欠点でもある。したがって、生体軟部組織や有機材料などに対しては、十分な感度を得ることができない。

一方、Ｘ線における波としての性質を利用すれば、一般的な従来のＸ線透視画像に比べて最高で約３桁の高感度化を実現できる。以降、これをＸ線位相コントラスト法と称する。この技術を、Ｘ線をあまり吸収しない軽元素からなる物質（生体軟部組織や有機材料など）の観察に適用すれば、従来法では難しかった検査が可能となるため、その実用化が期待される。

Ｘ線位相コントラスト法を利用した高感度撮像法を実現するアプローチとして、透過格子を用いる方法が知られている（下記特許文献１及び２参照）。これは、Ｘ線が照射されている透過格子がＸ線検出器上で形成する強度パターンが、同じＸ線で照射されている被写体における僅かなＸ線の屈折や散乱によって変化する現象を通じ、被写体の構造を表すコントラストを得る方法である。この方法では、従来の透視画像に対応する吸収画像と、被写体によるＸ線の屈折の大小を示す屈折画像と、被写体による散乱の大小を示す散乱画像とを一般的に生成することができる。使用する透過格子の格子周期が微細な場合は、格子による干渉効果（言い換えれば回折効果）による分数Talbot効果を考慮して、上記強度パターンが強く現れる位置に検出器が配置される。また、上記強度パターンが直接検出器で解像できないほど細かくなる場合は、その位置にもう一枚の透過格子を配置し、モアレを生成させることにより強度パターンの変化を可視化できる。なお、以降、最初の透過格子をG1、第二の透過格子をG2と称する。G1とG2からなる構成はTalbot干渉計と呼ばれる。

Talbot干渉計を動作させるには、G1に照射する放射線の空間的可干渉距離が、G1周期と同等かそれ以上であることが望ましい。これは、放射線の波が揃っていることを要求するものであり、たとえばＸ線では、シンクロトロン放射光やマイクロフォーカスＸ線源を使うことによりこの条件を満たすことができる。特に、マイクロフォーカスＸ線源は実験室で使用できる線源であるので、実用性を考える際には特筆される点である。しかし、一般的にマイクロフォーカスＸ線源の出力は限られているので、通常数分から数十分の露光時間が必要となる。一般的に使われているＸ線源はマイクロフォーカスＸ線源よりハイパワーであるが、そもそもＸ線Talbot干渉計を動作させるために必要な空間的可干渉性が望めない。

そこで、第３の格子（以降、G0）を一般的なＸ線源の近傍に配置するTalbot-Lau干渉計が知られている。G0はマルチスリットとして働く。G0における一つのスリットに注目する。ここを通るＸ線は、下流のTalbot干渉計（G1とG2）を機能させる。すなわち、G0は、仮想的にマイクロフォーカスＸ線源の配列を作成するものであると解釈できる。G0において、上で注目したスリットの隣のスリットを通るＸ線に注目する。これもやはり下流のTalbot干渉計を動作させるが、G1による強度パターンがG2位置で、ちょうど1周期（厳密には１周期の整数倍）だけずれるようにG0の周期を調整できる。こうしてやれば、干渉性は殆どないが高出力の一般的なＸ線源を使いつつ、Talbot干渉計によりモアレ画像を生成できるので、位相コントラスト撮影における露光時間を短縮できる。したがって、Talbot-Lau干渉計は、複数のTalbot干渉計の重ね合わせと把握することができ、G0は、線源の一部と把握することができる。また、G0とG1のみを線源近くに配置し、G2は省略し、拡大された上記強度パターンを直接検出器で撮影する方式も可能であり、これをLau干渉計と呼んでいる（下記特許文献３参照）。

いずれの構成の場合であっても、記録される強度パターンあるいはモアレ画像を直接利用することは稀であり、記録された画像をコンピュータにより所定の手順で処理し、吸収画像、屈折画像、および、散乱画像などの放射線画像を生成し、利用することができる。従来の技術では、被写体が視野内で静止していることを前提に、縞走査法を放射線画像生成のために使用している。縞走査法とは、いずれかの格子をその周期方向に並進させ、複数の強度パターンあるいはモアレ画像を撮影し、画像演算を行う方法である。より具体的には、いずれかの格子をその周期dの1/Mだけ並進させて撮影し、これをM回繰り返して得られたM枚の画像を用いて画像演算を行う。Mは3以上の整数である。

また、下記特許文献４には、ベルトコンベア上を移動する被写体について上記と同様の撮影を可能とするための、本発明者らによる技術が示されている。この技術では、格子自体の歪やわずかな傾斜によるモアレ縞を生じた撮影視野内を移動する被写体の動画像を撮影することによって、格子並進を行わずに、縞走査法に必要なデータを取得できる。

国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報 米国特許第５８１２６２９号公報 特開２０１２－０１６３７０号公報 特開２０１７－０４４６０３号公報

ところで、特許文献４の技術について本発明者らがさらに研究を進めた結果、次の知見を得た。すなわち、放射状（つまりコーンビーム状）に放射されるコーンビーム放射線の中を被写体が並進する場合、立体形状の（つまり厚みのある）被写体の撮影においては、被写体のうちで線源に近い部位と線源から遠い部位では、撮影倍率が異なる。したがって、被写体が厚いほど、この倍率の相違（誤差）による不鮮明さを生じることになる。言い換えれば、撮影できる被写体の厚さには、この誤差に起因する制限が発生する。この点に鑑みると、放射方向での深さ位置（試料を横切る平面の深さ位置）に対応する撮影倍率が判れば、その深さ位置での鮮明な画像を得ることができる。

本発明は、前記した知見に基づいてなされたものである。本発明は、相対的に視野内を移動する被写体の構造を、奥行方向において分離して観察するための技術を提供することを目的としている。

本発明は、以下の項目に記載の発明として表現することができる。

（項目１）
コーンビームの放射線の経路上に配置された立体形状の試料と格子群とを透過した前記放射線についての強度分布画像を用いて、前記試料についての放射線画像を生成するための装置であって、
画素値演算部と、画像演算部とを備えており、
前記画素値演算部は、前記経路に交差する方向に移動する前記試料についての複数の強度分布画像を用いて、前記試料内での注目点に対応する各強度分布画像上の点（ｐ，ｑ）での画素値を足し合わせることによって、前記強度分布画像上の各領域（Ａｋ）における合計画素値（Ｊｋ）を求める構成となっており、
ここで、前記点（ｐ，ｑ）の位置は、前記放射線の放射方向における前記注目点の深さ情報又は前記強度分布画像上での前記試料の倍率情報と、前記試料の真の移動速度情報とに基づいて設定されており、
またここで、前記点（ｐ，ｑ）は、前記複数の強度分布画像の時系列に沿って、前記領域（Ａｋ）内を移動するようになっており、
前記画像演算部は、前記領域（Ａｋ）における合計画素値（Ｊｋ）を用いて、必要な放射線画像を生成する構成となっている
ことを特徴とする放射線画像生成装置。

（項目２）
前記点（ｐ，ｑ）の位置は、前記強度分布画像上での前記点（ｐ，ｑ）の並進速度（ｖ）に基づいて決定されており、前記並進速度（ｖ）は、前記注目点の深さ情報又は前記試料の倍率情報と、前記試料の真の移動速度情報とに基づいて決定されている
項目１に記載の放射線画像生成装置。

（項目３）
前記注目点の深さ情報又は前記試料の倍率情報は、前記試料内での複数の深さ位置に対応してそれぞれ設定されており、これにより、前記画像演算部は、前記試料内での異なる深さ位置に対応した複数の放射線画像を生成する構成となっている
項目１又は２に記載の放射線画像生成装置。

（項目４）
医療用途に用いられている
項目１～３のいずれか１項に記載の放射線画像生成装置。

（項目５）
食品、工業部品、又は工業製品の検査用途に用いられている
項目１～３のいずれか１項に記載の放射線画像生成装置。

（項目６）
項目１～３のいずれか１項に記載の放射線画像生成装置と、線源部と、前記格子群と、検出部とを備えており、
前記線源部は、前記コーンビームの放射線を前記検出部に向けて放射する構成とされており、
前記検出部は、前記線源部から前記検出部までの経路上に配置された前記試料と前記格子群とを透過した前記コーンビームの放射線についての前記強度分布画像を取得する構成となっており、
前記格子群は、少なくとも２枚の格子を備えている
放射線検査装置。

（項目７）
医療用途に用いられている
項目６に記載の放射線検査装置。

（項目８）
食品、工業部品、又は工業製品の検査用途に用いられている
項目６に記載の放射線検査装置。

（項目９）
コーンビームの放射線の経路上に配置された立体形状の試料と格子群とを透過した前記放射線についての強度分布画像を用いて、前記試料についての放射線画像を生成するための方法であって、
前記経路に交差する方向に移動する前記試料についての複数の強度分布画像を用いて、前記試料内での注目点に対応する各強度分布画像上の点（ｐ，ｑ）での画素値を足し合わせることによって、前記強度分布画像上の各領域（Ａｋ）における合計画素値（Ｊｋ）を求めるステップと、
前記領域（Ａｋ）における合計画素値（Ｊｋ）を用いて、必要な放射線画像を生成するステップとを備えており、
ここで、前記点（ｐ，ｑ）の位置は、前記放射線の放射方向における前記注目点の深さ情報又は前記強度分布画像上での前記試料の倍率情報と、前記試料の真の移動速度情報とに基づいて設定されており、
またここで、前記点（ｐ，ｑ）は、前記複数の強度分布画像の時系列に沿って、前記領域（Ａｋ）内を移動するようになっている、
ことを特徴とする放射線画像生成方法。

（項目１０）
医療用途に用いられている
項目９に記載の放射線画像生成方法。

（項目１１）
食品、工業部品、又は工業製品の検査用途に用いられている
項目９に記載の放射線画像生成方法。

（項目１２）
項目９に記載の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

このコンピュータプログラムは、適宜な記録媒体（例えば電子的、光学的、磁気的、あるいは光磁気的記録媒体）に格納することができる。このコンピュータプログラムは、インターネットなどの通信回線を介して伝送されることができる。

本発明によれば、相対的に視野内を移動する被写体の構造を、奥行方向において分離して観察することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る放射線画像生成装置を用いた放射線検査装置の概略的な構成を示す説明図である。 図１を側面から見た状態での、一部を省略した説明図である。 図１の装置に用いる画像生成部を説明するためのブロック図である。 図１の装置に用いる領域特定部を説明するためのブロック図である。 図１の装置を用いた画像生成方法の概略を示すフローチャートである。 図１の装置を用いた画像生成方法の概略を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る放射線画像生成装置を用いた放射線検査装置の例を説明する。

（本実施形態における放射線検査装置）
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る放射線検査装置の構成を説明する。この放射線検査装置は、試料１０として、立体形状を有する生体、又は、生体以外の物体のいずれかを対象とするものである。また、この装置は、医療用又は非医療用の用途において用いることができるものである。非医療用の用途としては、例えば、食品、工業部品、あるいは工業製品の検査用途、あるいは、保安目的の荷物検査を例示することができるが、これらに制約されるものではない。また、この明細書において、立体形状とは、放射線の放射方向（いわゆるｚ方向）において奥行きを持つことをいう。

（放射線検査装置の全体的構成）
本実施形態の放射線検査装置（図１参照）は、線源部１と、格子群２と、検出部３と、搬送部４と、画像生成部５とを備えている。さらにこの装置は、制御部６と、出力部７とを追加的に備えている。

（線源部）
線源部１は、試料１０に対する透過性を有するコーンビームの放射線１１を、格子群２に向けて放射する構成となっている。具体的には、本実施形態では、放射線源１として、Ｘ線を発生するＸ線源が用いられている。放射線源１としては、例えば、ターゲットに電子線を照射することによって、所定の頂角で広がるＸ線（すなわちコーンビーム状の放射線）を発生するＸ線源を用いることができる。放射線源１の具体的構成は、既存のＸ線源と同様とすることができるので、これについてのこれ以上詳しい説明は省略する。

（格子群）
格子群２は、この格子群２に向けて照射された放射線が透過可能な複数枚の格子を備えている。格子群２は、タルボ干渉計（タルボ・ロー干渉計、ロー干渉計である場合を含む）を構成するために必要な機械的構造及び幾何学的配置についての条件を満たしている。ただし、本実施形態においては、タルボ干渉計を構成する条件は、必要な検査を可能にするために十分な程度に満たされていればよく、数学的に厳密な意味で条件を満足する必要はない。

具体的には、本実施形態の格子群２は、格子Ｇ０と、格子Ｇ１と、格子Ｇ２という３枚の格子によって構成されている。格子Ｇ０は、タルボ干渉計の一種であるタルボ・ロー干渉計を構成するための格子であって、吸収型格子が用いられる。格子Ｇ０により、タルボ・ロー干渉計の構成要素である微小光源アレイ（アレイ中の一つの光源に着目すればタルボ干渉計）が実現される。格子Ｇ１としては、通常は位相型格子が用いられるが、吸収型格子とすることも可能である。格子Ｇ２としては、吸収型格子が用いられる。なお、Ｇ２の配置を省略する構成も可能である（ロー干渉計。前記特許文献３参照）。

本例の格子群２では、いずれかの格子において、何らかの歪を有していてもよい。ここで歪とは、歪に起因するなんらかのモアレ縞（例えば特許文献４の図５参照）を生じるような、理想状態からの格子の「ずれ」、「ばらつき」あるいは「傾き」をいうものとする。このような歪の存在は、通常の格子製造方法では避けられない。

本実施形態の格子Ｇ０～Ｇ２は、線源部１の近傍を通りかつ試料１０の移動方向とほぼ平行となる位置に軸線方向が配置された円筒状に形成されている（図２参照）。また、各格子Ｇ０～Ｇ２におけるスリット（周期構造）の延長方向は、試料１０の移動方向と平行とされている。なお、図２の紙面に平行な面において、放射線１１が放射される範囲が狭い角度範囲に限られるときは、格子Ｇ０～Ｇ２は平板状に形成されていてもよい。

上記以外の点における格子Ｇ０～Ｇ２の構成は、従来のタルボ干渉計（タルボ・ロー干渉計及びロー干渉計の場合を含む）と同様でよいので、これ以上詳しい説明は省略する。

（検出部）
本実施形態の検出部３は、線源部１から検出部３までの経路上に配置された試料１０と格子群２とを透過した放射線１１についての強度分布画像を取得できる構成となっている。

より詳しくは、検出部３は縦横二次元的に画素を並べた構成を持ち、複数の格子Ｇ０～Ｇ２を通過して到達する放射線を画素ごとに検出する構成となっている。

また、検出部３は、所定のフレームレートでの動画像（すなわち時間的に離散して取得された静止画像）を取得できるものである。

（搬送部）
搬送部４は、試料１０を、格子群２に対して、放射線の放射方向に交差する方向（図１の例では図中右方向）に移動させる構成となっている。具体的には、本実施形態の搬送部４は、試料１０を横方向に移動させるベルトコンベアによって構成されている。また、搬送部４は、この実施形態では、格子Ｇ１と格子Ｇ２の間の空間であって、放射線１１が通過する部分を、試料１０が通過できるように、この試料１０を搬送するものである。なお、搬送部４は、格子Ｇ０とＧ１との間に試料１０を通過させるものであってもよい。なお、ロー干渉計の構成（前記特許文献４参照）とする場合は、格子Ｇ１と検出部３の間において試料１０を通過させる。

搬送部４としてのベルトコンベアに使用されるベルトとしては、使用される放射線の透過率が高いものでかつ、内部に放射線を散乱させるような細かい構造を持たないものを選ぶことが好ましい。なお、搬送部４としては、ベルトコンベアに限らず、所望の方向に試料１０を搬送できるものであれば、適宜の構成とすることができる。また、試料１０を固定とし、放射線源、格子群、及び検出部の全体を試料１０に対して相対移動させる構成も可能である。つまり、本明細書における試料の移動とは、試料に対して格子等の装置側が移動する場合を含む。

（画像生成部）
画像生成部５（図３参照）は、画素値演算部５１と、画像演算部５２とを備えている。さらに、本実施形態の画像生成部５は、領域特定部５３を追加的に備えている。

画素値演算部５１は、線源部１から検出部３への放射線経路に交差する方向（図１の例では図中右方向）に移動する試料１０についての複数の強度分布画像を用いて、試料１０内での注目点に対応する各強度分布画像上の点（ｐ，ｑ）での画素値を足し合わせることによって、強度分布画像上の各領域（Ａｋ）における合計画素値（Ｊｋ）を求めるものである。

画像演算部５２は、領域Ａｋに対応する合計画素値Ｊｋを用いて、必要な放射線画像を生成する構成となっている。

領域特定部５３（図４参照）は、初期画像演算部５３１と、初期画像判定部５３２と、範囲算出部５３３と、画素数算出部５３４とを備えている。

初期画像演算部５３１は、試料１０がない状態で、線源部１と格子群２と検出部３との位置関係を少なくとも部分的に変化させながら取得された複数の強度分布画像を用いて、ラップされた微分位相像（φ_０）を少なくとも算出する構成となっている。ラップされた微分位相像とは、逆正接の演算によって値域が-πから+πとなっている画像である。すなわち、たとえば、本来の値が1.5πである画素値が-0.5πで表示される。

初期画像判定部５３２は、ラップされた微分位相像の画素値が、試料１０の移動方向において、-πから+πの値域で連続的に分布しているかどうかを判定する構成となっている。

範囲算出部５３３は、ラップされた微分位相像の画素値が特定の範囲内となる画素の集合である領域（Ａｋ）を決める構成となっている。

画素数算出部５３４は、各領域（Ａｋ）に属する画素数を算出する構成となっている。

画像生成部５におけるより詳しい構成は、動作方法の説明として追って記載する。

（制御部）
制御部６は、搬送部４に駆動信号を送り、かつ、画像生成部５に試料１０の移動速度情報（命令値又は検出値）を送る構成となっている。

（出力部）
出力部７は、画像生成部５で生成された画像を出力できる構成となっている。出力部７としては、ユーザに画像を呈示できるディスプレイ、画像を一時的又は永続的に保存できるメモリ手段、その他の適宜な装置を用いることができる。出力部７は、ネットワークを介して画像データを他の装置に伝送する構成であってもよい。

（本実施形態の放射線検査装置の動作）
以下、本実施形態の放射線検査装置を用いた画像生成方法を説明する。この方法は、大きく分けて、領域特定段階（図５）と、画像生成段階（図６）とから構成される。まず、図５の領域特定段階について説明する。なお、この領域特定の手法は、基本的には、前記した特許文献４と同様なので、以下においては概略のみ説明する。

（領域特定段階）
（図５のステップＳＡ－１）
まず、搬送部４を停止させ、試料１０を用いない状態（試料なしの状態）とする。この状態で、従来の縞走査法を行う。すなわち、いずれかの格子における格子周期をＴとする。距離Ｔ×１／Ｍ（Ｍは３以上の自然数）ずつ、当該格子を順次並進させつつ、Ｘ線による撮像を行う。これにより、検出部３で、複数の強度分布画像を取得することができる。この画像は、「線源部１と格子群２と検出部３との位置関係を少なくとも部分的に変化させながら取得された複数の強度分布画像」の一例に相当する。

（図５のステップＳＡ－２）
ついで、領域特定部５３の初期画像演算部５３１は、取得された複数の強度分布画像を用いて、初期画像として、ラップされた微分位相像φ_０（ｘ，ｙ）を少なくとも算出する。ここで、（ｘ，ｙ）は、検出部３での視野上あるいは画像取込み範囲上の座標を示す。本例の初期画像演算部５３１は、さらに、強度像Ａ_０（ｘ，ｙ）と、ビジビリティ像Ｖ_０（ｘ，ｙ）とを算出する。

（図５のステップＳＡ－３）
ついで、領域特定部５３の初期画像判定部５３２は、座標（ｘ，ｙ）の各ｙにおいて、ラップされた微分位相像φ_０（ｘ，ｙ）の値が、試料１０の移動方向（図１の例では図中右方向）において、（－π～＋π）の値域で連続的に分布しているかどうかを判定する。つまり、－π～＋πにわたる連続的な位相変化があるかどうかを判定する。この段階では、試料１０は実際には使用されていないので、前記移動方向とは、試料１０が移動すべき方向という意味である。

もし、このステップにおける判定がＮｏであれば、後述のステップＳＡ－４に進み、Ｙｅｓであれば後述のステップＳＡ－５に進む。

（図５のステップＳＡ－４）
座標（ｘ，ｙ）の各ｙにおいて、ラップされた微分位相像φ_０（ｘ，ｙ）の値が、試料１０の移動方向において、－π～＋πの値域で連続的に分布していない場合は、格子のアライメントを行う。ここで、格子のアライメントとは、格子における何らかの相対的配置状態の変更を意味し、例えば、格子の傾き、格子間の距離、格子の湾曲などが含まれる。アライメントの作業自体については、作業者が手動で行うこともできるし、何らかの自動化手段により自動的に行うこともできる。その後、前記したステップＳＡ－１に戻り、以降のステップを繰り返す。

（図５のステップＳＡ－５）
ステップＳＡ－４での判断がＹｅｓであったとき、範囲算出部５３３は、ラップされた微分位相像φ_０（ｘ，ｙ）の値に基づいて領域（Ａｋ）を決める。

より具体的には、視野領域をｎ個（ただしｎは３以上の整数）に分割するとすると、領域Ａｋは以下の規則により定義できる。なお、ｋ＝１，２，…，ｎである。

このようにして分割された領域の例は特許文献４の図７に示されている。一つの領域Ａｋとは、この例では、離散的に存在する各領域を併せた部分を意味する。また、視野領域の全ては領域Ａｋにより重なりなく覆われることになる。

以上の処理により、強度分布画像を分割すべき領域Ａｋを特定することができる。

（図５のステップＳＡ－６）
ついで、画素数算出部５３４は、各領域（Ａｋ）における、視野上の座標における点（ｐ，ｑ）の軌跡（つまり、試料の移動に伴って各領域を横切る軌跡）に属する画素数をそれぞれ算出する。点（ｐ，ｑ）の軌跡は、試料内に含まれるいずれかの点が、視野を横切るときの軌跡ということができる。

より具体的には、本例における画素数算出部５３４は、各ｙにおいて、ｘ軸方向に沿って数えられる領域Ａｋに属する画素数Ｎｋのテーブルｇ（ｙ）
g(y) = (N₁(y) , N₂(y) , …, N_n(y) )
を作る。

前記の手順については、特許文献４と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。

（実際の画像生成段階）
次に、図６に示す画像生成段階について説明する。

（図６のステップＳＢ－１）
まず、検出部３における視野を横切るように、搬送部４により、速度ｖ_０で試料１０を移動させる。ここで、速度ｖ_０は、ワールド座標系における試料１０の真の移動速度である。

（図６のステップＳＢ－２）
ついで、移動中の試料１０を撮影する。すなわち、検出部３が、線源部１から検出部３までの経路を横切る方向に移動する試料１０について、複数の強度分布画像（すなわち、時間的に離散して撮影された静止画からなる動画像）を取得する。

強度分布画像については、以降の説明においてＩ（ｘ，ｙ，ｔ）で表すことがある。ここでｘ，ｙは視野内の座標、ｔは当該フレームの取得時刻である。したがってＩ（ｘ，ｙ，ｔ）のうちのｔの変化により動画像を表現することができる。ここで符号ｘは試料の移動方向に沿った座標を示す。

すると、試料内での注目点（注目面上の点）に対応する強度分布画像上の点（ｐ,ｑ）は、以下のように表される。
p = x + vt,
q = y

ここでｖは、画像平面上又は検出面上における、試料１０のｘ軸方向での並進速度である。

ここまでの手順は、特許文献４の技術と基本的に同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。

（図６のステップＳＢ－３）
ついで、画素値演算部５１は、点（ｐ,ｑ）の特定に用いるための、画像平面上（検出面上）の並進速度ｖを決定する。試料１０の真の移動速度をｖ_０、コーンビームによる試料１０の倍率をＭとすると、ｖ＝Ｍｖ_０となる。ここで倍率Ｍは、試料１０における注目点の深さ方向（ｚ方向）での位置により決定されるので、ｖはｖ＝ｚ_０ｖ_０／ｚのように記載できる。ここで、ｚ_０は検出器の深さ方向（ｚ方向）での位置、ｚは注目点の深さ方向位置である。

したがって、本実施形態において、点（ｐ，ｑ）の位置を決める並進速度ｖは、放射線の放射方向における注目点の深さ情報ｚ、又は、強度分布画像上での試料の倍率情報Ｍと、試料の真の移動速度情報ｖ_０とに基づいて設定されていることになる。

また、前記説明から分かるように、本実施形態における点（ｐ，ｑ）は、複数の強度分布画像の時系列に沿って、並進速度ｖで領域（Ａｋ）内を移動するものである。

（図６のステップＳＢ－４）
ついで、画素値演算部５１は、線源部１から検出部３までの経路に交差する方向に移動する試料１０についての複数の強度分布画像について、試料１０内の注目点に対応する点（ｐ，ｑ）（すなわち画像上の点）が領域（Ａｋ）に属する場合の画素値を合計することにより合計画素値（Ｊｋ）を求めることができる。

この処理は具体的には以下のように実行可能である。すなわち、速度ｖで並進する点（ｐ,ｑ,ｖ）がある領域Ａｋにあるとき、スタックＪｋ（ｐ,ｑ,ｖ）にＩ（ｐ－ｖｔ，ｙ，ｔ）／Ｎｋ（ｙ）を加算する。これを全ての動画像フレーム（つまり各ｔに対応するフレーム）について行う。ここで、Ｎｋ（ｙ）で割っているのは、画素数に応じて画素値Ｉの値を正規化（つまり平均化）するためである。

より具体的には、前記手順は以下のように記述できる。

なお、この式においてＡ_０は、初期画像演算部５３１で得られた強度像のデータと同じものであり、試料１０に照射される放射線の強度ムラを補正するための係数として用いられている。

スタックＪｋに対応する画像（すなわち、すべてのフレームを足し合わせた画像）の生成手順は、特許文献４と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。ただし、本実施形態では、前記の通り、スタックＪｋを、並進速度ｖの関数として求めている。

画像演算部５２は、合計画素値（Ｊｋ）を用いて、必要な放射線画像を生成する。

より具体的には、本実施形態では、得られたJ_k (p,q,v)（k=1,2,…,n）を用いて、吸収画像Ａ_ｂｓ、屈折画像φ、および、散乱画像Ｖ_ｉｓをそれぞれ

として演算することができる。ただしここで、

である。FOVは試料を横切る注目面であり、Ｖ_０は初期画像として得られたビジビリティ像である。なお、これらはあくまで、必要に応じて生成される放射線画像の一例であり、これらをすべて生成する必要はない。また、他の種類の画像を生成することも可能である。

（図６のステップＳＢ－５～ＳＢ－７）
ついで、画像演算部５２は、ほかに注目面があれば、速度ｖを更新して、ステップＳＢ－４から処理を繰り返す。速度ｖは注目面の深さ位置に対応する。注目面がそれ以上存在しない場合は、それまで生成した画像を記録する。これにより、本実施形態によれば、試料１０内における異なる深さ位置（注目面）に対応した放射線画像を得ることができ、したがって、疑似的な三次元画像を簡便に得ることができる。なお、試料内において、注目面から離れた位置の構造は、注目面からの距離に比例して、ぼやけた像として検出される。特に、図１の紙面に平行な面において、Ｘ線が放射される角度範囲（コーンビームの頂角）が広く設定されているほど、上記のぼやけの効果は顕著となり、より良好な疑似三次元画像が得られる。

また、本実施形態では、各格子を湾曲させているので、格子を抜けられないことによる放射線の損失量を低減させることができるという利点がある。

さらに、本実施形態では、注目面からずれた位置での試料内の構造に起因するボケを、前処理としてハイパスフィルタを用いて除去することにより、注目面に対する画像の鮮明度を向上させることもできる。

前記した画像生成部の動作は、コンピュータに適宜のコンピュータソフトウエアを組み込むことにより実施することができる。

なお、前記実施形態および実施例の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。

例えば、前記実施形態では、線源部としてＸ線源を用いたが、試料に対して透過性のある他の放射線、例えば中性子線源を用いることができる。もちろん、この場合、検出部としては、用いる放射線を検出できるものが用いられる。

また例えば、画像生成部及びその構成要素は、機能ブロックとして存在していればよく、独立したハードウエアとして存在しなくても良い。また、実装方法としては、ハードウエアを用いてもコンピュータソフトウエアを用いても良い。さらに、本発明における一つの機能要素が複数の機能要素の集合によって実現されても良く、本発明における複数の機能要素が一つの機能要素により実現されても良い。

また、機能要素は、物理的に離間した位置に配置されていてもよい。この場合、機能要素どうしがネットワークにより接続されていても良い。グリッドコンピューティング又はクラウドコンピューティングにより機能を実現し、あるいは機能要素を構成することも可能である。

Ｇ_０～Ｇ_２ 格子
１ 線源部
１１ 放射線（Ｘ線）
２ 格子群
３ 検出部
４ 搬送部
５ 画像生成部
５１ 画素値演算部
５２ 画像演算部
５３ 領域特定部
５３１ 初期画像演算部
５３２ 位相分布算出部
５３３ 範囲算出部
５３４ 画素数算出部
６ 制御部
７ 出力部
１０ 試料

Claims (11)

1. コーンビームの放射線の経路上に配置された立体形状の試料と格子群とを透過した前記放射線についての強度分布画像を用いて、前記試料についての放射線画像を生成するための装置であって、
   画素値演算部と、画像演算部とを備えており、
   前記画素値演算部は、前記経路に交差する方向に移動する前記試料についての複数の強度分布画像を用いて、前記試料内での注目点に対応する各強度分布画像上の点（ｐ，ｑ）での画素値を足し合わせることによって、前記強度分布画像上の各領域（Ａｋ）における合計画素値（Ｊｋ）を求める構成となっており、
   ここで、前記点（ｐ，ｑ）の位置は、前記放射線の放射方向における前記注目点の深さ情報又は前記強度分布画像上での前記試料の倍率情報と、前記試料の真の移動速度情報（ｖ _０ ）とに基づいて決定される、前記強度分布画像上での前記点（ｐ，ｑ）の並進速度（ｖ）に基づいて設定されており、
   またここで、前記点（ｐ，ｑ）は、前記複数の強度分布画像の時系列に沿って、前記領域（Ａｋ）内を移動するようになっており、
   さらに、前記画素値演算部は、前記並進速度（ｖ）を更新して、同じ前記複数の強度分布画像から、前記強度分布画像上の各領域（Ａｋ）における更新された合計画素値（Ｊｋ）を求める構成となっており、
   前記画像演算部は、前記領域（Ａｋ）における前記合計画素値（Ｊｋ）及び前記更新された合計画素値（Ｊｋ）を用いて、必要な複数の注目面に対応した放射線画像を生成する構成となっている
   ことを特徴とする放射線画像生成装置。
2. 前記注目点の深さ情報又は前記試料の倍率情報は、前記試料内での複数の深さ位置に対応してそれぞれ設定されており、これにより、前記画像演算部は、前記試料内での異なる深さ位置に対応した複数の放射線画像を生成する構成となっている
   請求項１に記載の放射線画像生成装置。
3. 医療用途に用いられている
   請求項１又は２に記載の放射線画像生成装置。
4. 食品、工業部品、又は工業製品の検査用途に用いられている
   請求項１又は２に記載の放射線画像生成装置。
5. 請求項１又は２に記載の放射線画像生成装置と、線源部と、前記格子群と、検出部とを備えており、
   前記線源部は、前記コーンビームの放射線を前記検出部に向けて放射する構成とされており、
   前記検出部は、前記線源部から前記検出部までの経路上に配置された前記試料と前記格子群とを透過した前記コーンビームの放射線についての前記強度分布画像を取得する構成となっており、
   前記格子群は、少なくとも２枚の格子を備えている
   放射線検査装置。
6. 医療用途に用いられている
   請求項５に記載の放射線検査装置。
7. 食品、工業部品、又は工業製品の検査用途に用いられている
   請求項５に記載の放射線検査装置。
8. コーンビームの放射線の経路上に配置された立体形状の試料と格子群とを透過した前記放射線についての強度分布画像を用いて、前記試料についての放射線画像を生成するための方法であって、
   前記経路に交差する方向に移動する前記試料についての複数の強度分布画像を用いて、前記試料内での注目点に対応する各強度分布画像上の点（ｐ，ｑ）での画素値を足し合わせることによって、前記強度分布画像上の各領域（Ａｋ）における合計画素値（Ｊｋ）を求めるステップと、
   同じ前記複数の強度分布画像から、前記強度分布画像上の各領域（Ａｋ）における更新された合計画素値（Ｊｋ）を求めるステップと、
   前記領域（Ａｋ）における前記合計画素値（Ｊｋ）及び前記更新された合計画素値（Ｊｋ）を用いて、必要な複数の注目面に対応した放射線画像を生成するステップとを備えており、
   ここで、前記点（ｐ，ｑ）の位置は、前記放射線の放射方向における前記注目点の深さ情報又は前記強度分布画像上での前記試料の倍率情報と、前記試料の真の移動速度情報（ｖ _０ ）とに基づいて決定される、前記強度分布画像上での前記点（ｐ，ｑ）の並進速度（ｖ）に基づいて設定されており、
   前記更新された合計画素値（Ｊｋ）は、前記並進速度（ｖ）を更新して、前記試料内での注目点に対応する各強度分布画像上の点（ｐ，ｑ）での画素値を足し合わせることによって得られるものであり、
   またここで、前記点（ｐ，ｑ）は、前記複数の強度分布画像の時系列に沿って、前記領域（Ａｋ）内を移動するようになっている、
   ことを特徴とする放射線画像生成方法。
9. 医療用途に用いられている
   請求項８に記載の放射線画像生成方法。
10. 食品、工業部品、又は工業製品の検査用途に用いられている
    請求項８に記載の放射線画像生成方法。
11. 請求項８に記載の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

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