JPWO2019138705A1 - Ｘ線位相撮像システム - Google Patents

Abstract

Ｘ線位相撮像システム（１００）は、Ｘ線源（１）と、複数の格子（２，３）と、検出器（４）と、格子移動機構（８）と、画像処理部（５）とを備え、画像処理部（５）は、縞走査を短時間で複数回行うことにより取得された複数のＸ線画像セット（Ｒ）から抽出した複数の第１特徴量（１２）および第２特徴量（１４）に基づいて、位相コントラスト画像（１５）を生成するように構成されている。

Description

本発明は、Ｘ線位相撮像システムに関し、特に、複数の格子を用いて撮像を行うＸ線位相撮像システムに関する。

従来、複数の格子を用いて撮像を行うＸ線位相撮像システムが知られている。このようなＸ線位相差撮像システムは、たとえば、国際公開第２００９／１０４５６０号に開示されている。

国際公開第２００９／１０４５６０号に開示されているＸ線位相撮像システムは、タルボ干渉計によってＸ線撮像を行い、縞走査法によっ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。

ここで、タルボ干渉計では、位相格子と、吸収格子とを用いて撮像が行われる。具体的には、複数の格子のどちらか一方を、格子のパターンと直交する方向に並進させながら複数回撮像する。また、縞走査法とは、格子を並進移動させながら複数回撮像されたＸ線画像の各画素の画素値の強度変化に基づいて、位相コントラスト画像を生成する手法である。位相コントラスト画像には、吸収像、位相微分像および暗視野像が含まれる。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。

タルボ干渉計では、可干渉性の高いＸ線を位相格子に照射することにより、所定の位置に形成される位相格子の自己像と吸収格子とを干渉させることにより形成されるモアレ縞に基づいて、被写体の内部構造を画像化する。縞走査法を用いて位相コントラスト画像を生成する際は、位相格子または吸収格子を格子パターンと直交する方向に少なくとも格子の１周期分、並進移動させながら撮像したモアレ縞の各画素の画素値の強度変化の波形に基づいて位相コントラスト画像を生成する。

国際公開第２００９／１０４５６０号

しかしながら、国際公開第２００９／１０４５６０号のＸ線位相撮像システムで用いられているタルボ干渉計では、複数のＸ線画像の各画素の画素値の強度変化に基づいて位相コントラスト画像を生成している。そのため、格子を格子の周期の１周期分だけ並進移動させながら撮像を行う際に、複数の格子の少なくともいずれかに縞走査のための並進移動以外の移動が生じた場合、得られる強度変化の波形が変化する。また、格子を格子の周期の１周期分だけ並進移動させながら撮影する際にＸ線源に焦点移動が生じた場合、位相格子の自己像の位置が移動するため、得られる強度変化の波形が変化する。また、Ｘ線源や外部からの熱により、格子が熱変形した場合、格子の周期が変動するため、得られる強度変化の波形が変化する。すなわち、自己像と複数の格子との間の相対位置に、格子の並進移動に伴う位置ずれ以外の位置ずれが生じた場合、得られる強度変化の波形が変化し、生成される位相コントラスト画像の画質が劣化するという問題点がある。また、位相コントラスト画像の位相感度の向上のニーズがあり、格子の周期（ピッチ）の更なる微細化が進められている。格子の周期（ピッチ）を更に微細化すれば、自己像と複数の格子との間の相対位置に、格子の並進移動に伴う位置ずれ以外の位置ずれに起因する強度変化の波形の変化（画質の劣化）がさらに顕著になる。

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、自己像と複数の格子との間の相対位置に、格子の並進移動に伴う位置ずれ以外の位置ずれが生じた場合でも、得られる位相コントラスト画像の画質が劣化することを抑制することが可能なＸ線位相撮像システム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線位相撮像システムは、Ｘ線源と、Ｘ線源からＸ線が照射される第１格子と、第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子と、Ｘ線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、複数の格子の少なくともいずれか１つを移動させる格子移動機構と、検出器により検出された複数のＸ線画像を含むＸ線画像セットから位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備え、画像処理部は、縞走査を短時間で複数回行うことにより取得された複数のＸ線画像セットから、振幅と、平均画素値強度と、位相とのうち、少なくともいずれかを含む特徴量をそれぞれ抽出し、抽出した複数の特徴量に基づいて、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。なお、Ｘ線画像セットとは、１回の縞走査によって取得される複数のＸ線画像のセットのことである。

この発明の一の局面におけるＸ線位相撮像システムは、上記のように、縞走査を短時間で複数回行うことにより取得された複数のＸ線画像セットから抽出した特徴量に基づいて、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。ここで、Ｘ線源からの発熱および／または外部からの熱により、格子移動機構が熱変形を起こす場合がある。格子移動機構が熱変形を起こした場合、複数の格子の格子間における相対位置が変化する。Ｘ線源からの発熱および／または外部からの熱による熱変動は撮像中にも生じているため、複数の格子の格子間における相対位置は、常に変化している。また、Ｘ線源からの発熱および／または外部からの熱により格子に熱変形が生じる場合がある。格子が熱変形した場合、格子の周期が変動する。格子の周期の変動も撮像中は常に生じている。また、Ｘ線を照射している際に、Ｘ線源の焦点が移動する場合がある。Ｘ線源の焦点が移動した場合、格子の自己像が移動する。格子の自己像の移動も、撮像中は常に生じている。すなわち、撮像中は、格子の縞走査の並進移動以外に熱変動における格子の移動、格子の周期の変動およびＸ線源の焦点の移動が生じている。したがって、上記のように縞走査を短時間で複数回行うように構成することにより、格子の周期の１周期分、格子を並進移動させながら撮像する１回あたりの走査時間を短くすることができるので、縞走査の間に生じる自己像と格子との間の相対位置の変化を抑制することができる。その結果、得られる強度変化の波形が変化することを抑制することが可能となり、生成する位相コントラスト画像の画質が劣化することを抑制することができる。

上記一の局面におけるＸ線位相撮像システムにおいて、好ましくは、画像処理部は、複数のＸ線画像間の熱に起因する撮像条件が略変化しない範囲内の短時間で複数回縞走査を行うことにより取得されたＸ線画像セットから抽出した複数の特徴量に基づいて、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、熱に起因する撮像条件が略変化しない時間範囲内で縞走査を行うことができる。その結果、熱に起因する撮像条件が変化することによる位相コントラスト画像の画質の劣化を抑制することができる。なお、本明細書において、撮像条件とは、自己像と格子との間の相対位置のことであり、撮像条件の変化とは、格子の並進移動に伴う自己像と格子との間の相対位置の位置ずれ以外の自己像と格子との間の相対位置の位置ずれのことである。

上記一の局面におけるＸ線位相撮像システムにおいて、好ましくは、１００秒以内の短時間で複数回縞走査を行うことにより取得されたＸ線画像セットから抽出した複数の特徴量に基づいて、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、１００秒以内という、短時間でＸ線画像セットを取得するので、縞走査を行う際における熱に起因する撮像条件の変化の影響を極力受けにくくすることができる。その結果、得られる強度変化の波形が変化することをさらに抑制することが可能となり、得られる位相コントラスト画像の画質が劣化することをさらに抑制することができる。

上記一の局面におけるＸ線位相撮像システムにおいて、好ましくは、画像処理部は、被写体を配置せずに短時間で複数回縞走査を行うことにより撮像された複数のＸ線画像セットから複数の第１特徴量を取得し、被写体を配置して短時間で複数回縞走査を行うことにより撮像され複数のＸ線画像セットから複数の第２特徴量を取得し、複数の第１特徴量と、複数の第２特徴量とのうちそれぞれ少なくとも１つずつを用いて、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、短時間で縞走査を行うので、Ｘ線画像セットの取得中に生じる熱に起因する撮像条件の変化を極力受けない状態で取得された第１特徴量および第２特徴量を取得することができる。その結果、第１特徴量および第２特徴量を、Ｘ線画像セットの取得中に生じる熱に起因する撮像条件の変化を極力受けにくくすることが可能となるので、生成される位相コントラスト画像の画質が劣化することをより一層抑制することができる。

この場合、好ましくは、画像処理部は、複数の第１特徴量から１つの特徴量データを取得するとともに、１つの特徴量データと複数の第２特徴量とを用いて、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、短時間で撮影するために、各々の露光時間（電荷蓄積時間）が短い複数の第１特徴量から特徴量データを取得するので、複数の第１特徴量の各々よりもより特徴量のコントラストを付けることができる。そして、複数の第１特徴量の各々よりもコントラストがついた特徴量データと第２特徴量とを用いて位相コントラスト画像を生成することができる。その結果、短時間で撮像された複数の第１特徴量の各々よりも特徴量のコントラストが鮮明な特徴量データを用いることが可能となるので、生成される位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。

上記１つの特徴量データと複数の第２特徴量とを用いて位相コントラスト画像を生成する構成において、好ましくは、画像処理部は、複数の第１特徴量を加算または平均化することにより、特徴量データ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、短時間で撮像された複数の第１特徴量から複数の第１特徴量の各々よりも、量子ノイズが小さくなることにより特徴量のコントラストが鮮明な特徴量データを容易に取得することができる。

上記１つの特徴量データと複数の第２特徴量とを用いて位相コントラスト画像を生成する構成において、好ましくは、画像処理部は、複数の第２特徴量の各々と、特徴量データとに基づいて、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、特徴量データと複数の第２特徴量の各々とを用いて、位相コントラスト画像を生成することができる。その結果、たとえば、第１特徴量と複数の第２特徴量の各々とを用いて位相コントラスト画像を生成する場合と比較して、複数の第２特徴量の各々から生成した位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。

上記１つの特徴量データと複数の第２特徴量とを用いて位相コントラスト画像を生成する構成において、好ましくは、画像処理部は、複数の第２特徴量の各々と、特徴量データとに基づいて生成された位相コントラスト画像を加算または平均化するように構成されている。このように構成すれば、短時間で撮像された複数の第２特徴量に基づいて生成された複数の位相コントラスト画像から１つの位相コントラスト画像を生成することができる。その結果、たとえば、露光時間を長くして撮像する場合でも、１回の縞走査によって撮像された位相コントラスト画像と比べて、短時間で複数回縞走査を行うことが可能となるので、熱に起因する撮像条件の変化の影響が蓄積されることを抑制することができる。

上記一の局面におけるＸ線位相撮像システムにおいて、好ましくは、画像処理部は、縞走査におけるＸ線画像セットからの特徴量の抽出および補正処理と、次の縞走査におけるＸ線画像セットの取得とを並行して行うように構成されている。このように構成すれば、Ｘ線画像セットからの特徴量の抽出および補正処理と次の縞走査におけるＸ線画像セットの取得とを並行して行うことができるので、特徴量の抽出、補正処理および位相コントラスト画像の生成をＸ線画像セットを取得するたびに行う場合と比較して、位相コントラスト画像の生成効率を向上させることができる。

この場合、好ましくは、位相コントラスト画像は、位相微分像を含み、画像処理部は、補正処理として、位相微分像に対して、位相の折り返しにより生じる位相の不連続点を連続化するアンラップ処理を行うように構成されている。ここで、位相の不連続点は、被写体と背景との境界などで生じやすい。したがって、上記のように構成すれば、位相の折り返しにより生じる位相の不連続点をなくすことができる。その結果、被写体の写る位置が各Ｘ線画像において異なる場合でも、位相の不連続点が合成されることを抑制することが可能となり、生成される位相微分像の画質が劣化することを抑制することができる。

上記Ｘ線画像セットの補正処理を行う構成において、好ましくは、画像処理部は、補正処理として、少なくともＸ線源から照射されるＸ線の線量の変化を含む検出器で検出されるＸ線画像の変化を補正する輝度補正を行うように構成されている。このように構成すれば、撮像時間が短いことによる、検出器などの撮像装置に起因するＸ線画像の変化に伴って生じるアーチファクトを補正することができる。その結果、複数の位相コントラスト画像から１つの位相コントラスト画像を生成する場合でも、撮像時間が短いことによって各位相コントラスト画像に生じる検出器などの撮像装置に起因するアーチファクトを補正することが可能となるので、検出器などの撮像装置に起因するＸ線画像の変化に伴って生じるアーチファクトが蓄積することによる位相コントラスト画像の画質の劣化を抑制することができる。

上記一の局面におけるＸ線位相撮像システムにおいて、好ましくは、格子移動機構における格子の移動を制御する制御部をさらに備え、制御部は、格子移動機構により移動される格子の周期に基づいて、縞走査を行う時間を決定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、並進移動させる格子の周期が１０μｍの場合、走査時間を１０秒の短時間にするなど、格子の周期に基づいて適切な時間で縞走査を行うことができる。その結果、自己像と複数の格子との間の相対位置に、格子の並進移動に伴う位置ずれ以外の位置ずれによる影響を十分に抑制することが可能な時間範囲内で縞走査を行うことが可能となり、かつ、極力露光時間を確保することが可能となるので、画質の劣化をより一層低減することができる。

上記一の局面におけるＸ線位相撮像システムにおいて、好ましくは、制御部は、Ｘ線画像のそれぞれに写る位置基準部の位置に基づいて、Ｘ線源の焦点の移動速度を取得し、取得したＸ線源の焦点の移動速度に基づいて、縞走査を行う時間を決定するように構成されている。このように構成すれば、Ｘ線画像に写る位置基準部の位置に基づいて、Ｘ線源の焦点の移動を検知することができる。その結果、Ｘ線源の焦点が移動していた場合でも、Ｘ線源の焦点の移動に伴う影響を十分に抑制することが可能な時間範囲内で縞走査を行うことが可能となり、かつ、極力露光時間を確保することが可能となるので、Ｘ線源の焦点が移動することによって生じる自己像の移動に伴う画像の画質の劣化を抑制することができる。

上記一の局面におけるＸ線位相撮像システムにおいて、好ましくは、Ｘ線源と検出器と複数の格子とによって構成される撮像系と、被写体とを相対回転させる回転機構をさらに備え、画像処理部は、被写体と撮像系とを相対回転させながら複数の回転角度において撮像された複数の位相コントラスト画像から、３次元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、熱に起因する撮像条件の変化に伴う画質の劣化が抑制された各位相コントラスト画像を用いて３次元位相コントラスト画像を生成することができる。その結果、撮像時間が長時間となり、熱による撮像条件の変化の影響が生じやすい３次元位相コントラスト画像の取得においても、生成する３次元位相コントラスト画像の画質が劣化することを効果的に抑制することができる。

上記一の局面におけるＸ線位相撮像システムにおいて、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格子をさらに含んでいる。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線源の焦点径に依存することなく第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、自己像と複数の格子との間の相対位置に、格子の並進移動に伴う位置ずれ以外の位置ずれが生じた場合でも、得られる位相コントラスト画像の画質が劣化することを抑制することが可能なＸ線位相撮像システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態によるＸ線位相撮像システムをＸ方向から見た模式図である。 走査時間と画素における画素値の強度変化の波形の変化との関係を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態による画像処理部が特徴量データを取得する処理を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態による画像処理部が位相コントラスト画像を生成する処理を説明するための模式図である。 特徴量データを示す模式図（Ａ）、第２特徴量を示す模式図（Ｂ）および位相コントラスト画像を示す模式図（Ｃ）である。 本発明の第１実施形態による制御部がＸ線源の焦点の移動速度を取得する処理を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態による位相コントラスト画像取得処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態による走査時間決定処理を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態による第１Ｘ線画像セット取得処理を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態による第２Ｘ線画像セット取得処理を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態による位相コントラスト画像生成処理を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態による第１Ｘ線画像セット取得処理を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態による第２Ｘ線画像セット取得処理を説明するための模式図である。 本発明の第２実施形態による位相コントラスト画像生成処理を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例によるＸ線位相撮像システムをＸ方向から見た模式図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例によるＸ線位相撮像システムをＸ方向から見た模式図である。

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６を参照して、本発明の第１実施形態によるＸ線位相撮像システム１００の構成について説明する。

（Ｘ線位相撮像システムの構成）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態によるＸ線位相撮像システム１００の構成について説明する。

図１は、Ｘ線位相撮像システム１００をＸ方向から見た図である。図１に示すように、Ｘ線位相撮像システム１００は、Ｘ線源１と、第１格子２と、第２格子３と、検出器４と、画像処理部５と、制御部６と、記憶部７と、格子移動機構８とを備えている。なお、本明細書において、Ｘ線源１から第１格子２に向かう方向をＺ２方向、その逆向きの方向をＺ２方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内の左右方向をＸ方向とし、紙面の奥に向かう方向をＸ２方向、紙面の手前側に向かう方向をＸ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内の上下方向をＹ方向とし、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向とする。

Ｘ線源１は、制御部６からの信号に基づいて高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させるとともに、発生させたＸ線を検出器４（Ｚ方向）に向けて照射するように構成されている。

第１格子２は、一定方向に所定の周期（ピッチ）ｐ１で配列される複数のスリット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。図１に示す例では、各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ１で配列され、Ｘ方向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。

第１格子２は、Ｘ線源１と、第２格子３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１格子２は、タルボ効果により、第１格子２の自己像（図示せず）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、一定方向に所定の周期（ピッチ）ｐ２で配列される複数の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。図１に示す例では、各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ２で配列され、Ｘ方向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１格子２は、Ｘ線位相変化部２ｂとスリット２ａとの屈折率の違いによってＸ線の位相を変化させる機能を有する。第２格子３は、Ｘ線吸収部３ｂによりＸ線の一部を遮蔽する機能を有する。

第２格子３は、第１格子２と検出器４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からタルボ距離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、検出器４の検出表面上にモアレ縞（図示せず）を形成する。

検出器４は、Ｘ線を検出するとともに、検出された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４は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器４は、複数の変換素子（図示せず）と複数の変換素子上に配置された画素電極（図示せず）とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、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４は、取得した画像信号を、画像処理部５に出力するように構成されている。

画像処理部５は、検出器４から出力された画像信号に基づいて、複数のＸ線画像１１（図３参照）を含むＸ線画像セットＲ（図３参照）を生成するように構成されている。また、画像処理部５は、生成したＸ線画像セットＲに基づいて、第１特徴量１２（図３参照）、特徴量データ１３（図３参照）、および第２特徴量１４（図４参照）を取得するように構成されている。また、画像処理部５は、特徴量データ１３と第２特徴量１４とに基づいて、位相コントラスト画像１５（図４参照）を生成するように構成されている。画像処理部５が第１特徴量１２、特徴量データ１３、第２特徴量１４を取得する処理および位相コントラスト画像１５を生成する処理の詳細については後述する。画像処理部５は、たとえば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）または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６は、格子移動機構８を介して、第２格子３を格子面内において格子方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）にステップ移動させるように構成されている。また、制御部６は、第２格子３の周期ｐ２およびＸ線源１の焦点の移動に基づいて、第２格子３を格子方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）にステップ移動させる時間を決定するように構成されている。制御部６が第２格子３をステップ移動させる時間を決定する詳細な構成については後述する。また、制御部６は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサを含む。

記憶部７は、画像処理部５が生成したＸ線画像セットＲ、第１特徴量１２、特徴量データ１３、第２特徴量１４および位相コントラスト画像１５などを保存するように構成されている。記憶部７は、たとえば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）や不揮発性のメモリなどを含む。

格子移動機構８は、制御部６からの信号に基づいて、第２格子３を格子面内（ＸＹ面内）において格子方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）にステップ移動させるように構成されている。具体的には、格子移動機構８は、第２格子３の周期ｐ２をＭ分割し、ｐ２／Ｍずつ第２格子３をステップ移動させる。なお、Ｍは正の整数であり、第１実施形態では、たとえば、Ｍ＝４である。また、格子移動機構８は、たとえば、ステッピングモータやピエゾアクチュエータなどを含む。

（走査時間の違いと強度変化の波形との関係）
次に、図２を参照して、走査時間の違いと強度変化の波形１０との関係について説明する。なお、走査時間とは、格子移動機構８によって第２格子３をＭ回ステップ移動させる際の時間の事である。

図２は、画像処理部５が縞走査法によって位相コントラスト画像１５を生成する際に格子移動機構８によって第２格子３を並進移動させる時間を変更した際の強度変化の波形１０の違いを示す模式図である。図２に示す例では、強度変化の波形１０を分かりやすくするため、Ｍ＝８として、第２格子３を８ステップ分並進移動させた際の強度変化の波形１０を図示している。ここで、第１格子２と第２格子３の相対的な位置関係は、縞走査の並進運動以外に熱変動等の外的要因による一定の速度で変動が生じているとする。

外的要因による変動としては、たとえば、Ｘ線源１からの発熱および／または外部からの熱によって、格子移動機構８が熱変形することに伴う変動がある。格子移動機構８が熱変形を起こした場合、複数の格子の格子間における相対位置が変化する。Ｘ線源１からの発熱および／または外部からの熱による熱変動は撮像中にも生じているため、複数の格子の格子間における相対位置は、常に変化している。また、Ｘ線源１からの発熱および／または外部からの熱により第２格子３に熱変形が生じる場合がある。第２格子３が熱変形した場合、第２格子３の周期ｐ２が変動する。第２格子３の周期ｐ２の変動も撮像中は常に生じている。また、Ｘ線を照射している際に、Ｘ線源１の焦点が移動する場合がある。Ｘ線源１の焦点が移動した場合、第１格子２の自己像が移動する。第１格子２の自己像の移動も、撮像中は常に生じている。すなわち、撮像中は、格子の並進移動以外に熱変動における第２格子３の移動、第２格子３の周期ｐ２の変動およびＸ線源１の焦点の移動が生じている。これらにより、第１格子２の自己像と複数の格子との間の相対位置に、第２格子３の並進移動に伴う位置ずれ以外の位置ずれが生じる。したがって、図２に示すように、１回の縞走査の時間が長くなると、上記熱変動による影響により、第１格子２の自己像と複数の格子との間の相対位置に、第２格子３の並進移動に伴う位置ずれ以外の位置ずれが生じ、得られる強度変化の波形１０が変化する。

強度変化の波形１０ａ（実線のグラフ）、強度変化の波形１０ｂ（破線のグラフ）、および強度変化の波形１０ｃ（一点鎖線のグラフ）は、１回の縞走査を短時間で行った際の強度変化の波形１０である。強度変化の波形１０ａ〜１０ｃの走査時間は、たとえば、１０秒である。強度変化の波形１０ｄ（二点鎖線のグラフ）は、１回の縞走査を、強度変化の波形１０ａ〜１０ｃの走査時間の３倍の時間で行った際の強度変化の波形１０である。強度変化の波形１０ａ〜１０ｃは、それぞれの初期位相が異なるが、おおむね正弦波とみなすことができる形状をしている。一方、強度変化の波形１０ｄは、ステップが進むにつれて波形が歪み、正弦波とみなすことができない波形となっていることがわかる。縞走査法では、得られた強度変化の波形１０が正弦波であるものとみなして位相コントラスト画像１５を生成しているため、得られた強度変化の波形１０が歪むと、生成される位相コントラスト画像１５の画質が劣化する。そこで、第１実施形態では、Ｘ線位相撮像システム１００は、熱変動による影響を極力受けにくくし、得られる強度変化の波形１０が変化することを抑制することができるように構成されている。以下、得られる強度変化の波形１０が変化することを抑制することができる詳細な構成について説明する。

（画像処理部の構成）
次に、図３〜図５を参照して、第１実施形態による画像処理部５が位相コントラスト画像１５を生成する処理について説明する。

第１実施形態では、画像処理部５は、縞走査を短時間で複数回行うことにより取得された複数のＸ線画像セットＲから、振幅と、平均画素値強度と、位相とのうち、少なくともいずれかを含む特徴量１２（および特徴量１４）をそれぞれ抽出し、抽出した複数の特徴量１２（および特徴量１４）に基づいて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。具体的には、画像処理部５は、複数のＸ線画像１１間の熱に起因する撮像条件が略変化しない範囲内の短時間で複数回縞走査を行うことにより取得されたＸ線画像セットＲから抽出した複数の特徴量１２（および特徴量１４）に基づいて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。第１実施形態では、画像処理部５は、熱に起因する撮像条件が略変化しない範囲内の短時間として、１００秒以内の短時間で複数回縞走査を行うことにより取得されたＸ線画像セットＲから抽出した複数の特徴量１２（および特徴量１４）に基づいて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。

ここで、第１特徴量１２には、被写体Ｑを配置しない状態で撮像して得られる強度変化の波形１０の平均画素値強度に基づいて取得される吸収像用特徴量１２ａが含まれる。また、第１特徴量１２には、被写体Ｑを配置しない状態で撮像して得られる強度変化の波形１０の位相に基づいて取得される位相微分像用特徴量１２ｂが含まれる。また、第１特徴量１２には、被写体Ｑを配置しない状態で撮像して得られる強度変化の波形１０の振幅および平均画素値強度に基づいて取得される暗視野像用特徴量１２ｃが含まれる。また、特徴量データ１３には、複数の第１特徴量１２を加算平均することにより取得される１つの吸収像用特徴量データ１３ａ、１つの位相微分像用特徴量データ１３ｂおよび１つの暗視野像用特徴量データ１３ｃが含まれる。また、第２特徴量１４には、被写体Ｑを配置した状態で撮像して得られる強度変化の波形１０の平均画素値強度に基づいて取得される吸収像用特徴量１４ａが含まれる。また、第２特徴量１４には、被写体Ｑを配置した状態で撮像して得られる強度変化の波形１０の位相に基づいて取得される位相微分像用特徴量１４ｂが含まれる。また、第１特徴量１２には、被写体Ｑを配置した状態で撮像して得られる強度変化の波形１０の振幅および平均画素値強度に基づいて取得される暗視野像用特徴量１４ｃが含まれる。

第１実施形態では、画像処理部５は、被写体Ｑを配置せずに短時間で複数回縞走査を行うことにより撮像された複数の第１Ｘ線画像セットＲａから複数の第１特徴量１２を取得し、被写体Ｑを配置して短時間で複数回縞走査を行うことにより撮像され複数の第２Ｘ線画像セットＲｂから複数の第２特徴量１４を取得し、複数の第１特徴量１２と、複数の第２特徴量１４とのうちそれぞれ少なくとも１つずつを用いて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。

ここで、第１実施形態では、画像処理部５は、１００秒以内の短時間で１回の縞走査を行って撮像されたＸ線画像セットＲに基づいて、第１特徴量１２を取得するように構成されている。したがって、１回あたりの露光時間（電荷蓄積時間）が短くなる。そのため、複数の第１特徴量１２の各々のコントラストはあまり高くない。そこで、第１実施形態では、画像処理部５は、複数の第１特徴量１２から１つの特徴量データ１３を取得するとともに、１つの特徴量データ１３と複数の第２特徴量１４とを用いて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。

（第１特徴量および特徴量データの取得）
図３は、第１実施形態による画像処理部５が第１特徴量１２および特徴量データ１３を取得する処理を説明するための模式図である。

第１実施形態では、画像処理部５は、第１特徴量１２として、吸収像用特徴量１２ａ、位相微分像用特徴量１２ｂおよび暗視野像用特徴量１２ｃを取得するように構成されている。具体的には、画像処理部５は、被写体Ｑを配置しない状態で、第２格子３をＭ回（４回）ステップ移動させながら撮像したＭ枚（４枚）のＸ線画像１１（Ｘ線画像１１ａ〜１１ｄ）を含む第１Ｘ線画像セットＲａを複数セット取得するように構成されている。

被写体Ｑを配置せずに撮像したＸ線画像１１の画素の画素値をＩ^air _jk（ｘ、ｙ）とし、以下のＳ^air _j（ｘ、ｙ）を定義する。

ここで、Ｍは、第２格子３を並進移動させる回数である。また、ｋは第２格子３を並進移動させる際の各ステップの番号であり、１からＭまでの正の整数である。また、ｊは、１から取得するＸ線画像セットＲのセット数（個数）までの正の整数である。第１実施形態では、たとえば、ｊは１から１０までの正の整数である。また、ｘおよびｙは、Ｘ線画像１１における各画素のｘ座標およびｙ座標である。

画像処理部５は、第１Ｘ線画像セットＲａから第１特徴量１２として、以下の式（２）〜式（４）に基づいて、吸収像用特徴量１２ａ、位相微分像用特徴量１２ｂおよび暗視野像用特徴量１２ｃを取得するように構成されている。

ここで、Ｉ^air_sum _j（ｘ、ｙ）は、吸収像用特徴量１２ａである。また、φ^air _j（ｘ、ｙ）は、位相微分像用特徴量１２ｂである。また、Ｖ^air _j（ｘ、ｙ）は、暗視野像用特徴量１２ｃである。

図３に示す例では、画像処理部５は、第１Ｘ線画像セットＲａを複数セット（ｊ＝１から１０の１０セット）取得し、それぞれから特徴量１２を取得するように構成されている。そして、第１実施形態では、画像処理部５は、１０セットの第１Ｘ線画像セットＲａから、１つの特徴量データ１３を取得するように構成されている。具体的には、以下の式（５）〜式（７）に示すように、画像処理部５は、複数の第１特徴量１２を加算平均することにより、特徴量データ１３を取得するように構成されている。

（第２特徴量の取得および位相コントラスト画像の生成処理）
次に、図４および図５を参照して、第１実施形態による画像処理部５が第２特徴量１４を取得する構成および位相コントラスト画像１５を生成する構成について説明する。

図４に示すように、第１実施形態では、画像処理部５は、被写体Ｑを配置した状態で、第２格子３をＭ回（４回）ステップ移動させながら撮像したＭ枚（４枚）のＸ線画像１１（Ｘ線画像１１ｅ〜１１ｈ）を含む第２Ｘ線画像セットＲｂから、第２特徴量１４を取得するように構成されている。

被写体Ｑを配置して撮像したＸ線画像１１の画素の画素値をＩ^obj _jk（ｘ、ｙ）とし、以下のＳ^obj _j（ｘ、ｙ）を定義する。

また、被写体Ｑを配置した状態で、１回の縞走査で取得されるＸ線画像１１の画素値は、以下の式（９）により示すことができる。

また、被写体Ｑを配置した状態で撮像した際の位相は、以下の式（１０）により示すことができる。

ここで、φ^obj _j（ｘ、ｙ）は、位相微分像用特徴量１４ｂである。

また、被写体Ｑを配置した状態で撮像した際のＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙは、以下の式（１１）により示すことができる。

ここで、Ｖ^obj _j（ｘ、ｙ）は、暗視野像用特徴量１４ｃである。

吸収像１５ａ、位相微分像１５ｂおよび暗視野像１５ｃは、以下の式（１２）〜式（１４）により示すことができる。

ここで、Ｔ_j（ｘ、ｙ）は、吸収像１５ａの各画素の画素値である。また、φ_j（ｘ、ｙ）は、位相微分像１５ｂの各画素の画素値である。また、Ｄ_j（ｘ、ｙ）は、暗視野像１５ｃの各画素の画素値である。

第１実施形態では、上記式（１２）〜式（１４）により、画像処理部５は、複数の第２特徴量１４の各々と、特徴量データ１３とに基づいて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。図４に示す例では、画像処理部５は、第２Ｘ線画像セットＲｂを複数セット（ｊ＝１から３００の３００セット）取得し、それぞれから第２特徴量１４を取得するように構成されている。そして、第１実施形態では、画像処理部５は、複数の第２Ｘ線画像セットＲｂから取得した第２特徴量１４のそれぞれと、特徴量データ１３とを用いて、複数の位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。

具体的には、画像処理部５は、上記式（５）に基づいて取得される吸収像用特徴量データ１３ａと、上記式（９）に基づいて取得される複数の吸収像用特徴量１４ａと、上記式（１２）とを用いて、複数の吸収像１５ａを生成するように構成されている。また、画像処理部５は、上記式（６）に基づいて取得される位相微分像用特徴量データ１３ｂと、上記式（１０）に基づいて取得される複数の位相微分像用特徴量１４ｂと、上記式（１３）とを用いて、複数の位相微分像１５ｂを生成するように構成されている。また、画像処理部５は、上記式（７）に基づいて取得される暗視野像用特徴量データ１３ｃと、上記式（１１）に基づいて取得される複数の暗視野像用特徴量１４ｃと、上記式（１４）とを用いて、複数の暗視野像１５ｃを生成するように構成されている。

また、上述したように、第２特徴量１４の取得に用いる第２Ｘ線画像セットＲｂも短時間の縞走査によって撮像されているため、露光時間（電荷蓄積時間）が短い。したがって、第１実施形態では、画像処理部５は、複数の第２特徴量１４の各々と、特徴量データ１３とに基づいて生成された位相コントラスト画像１５を加算平均するように構成されている。図４に示す例では、画像処理部５は、生成した複数（３００枚）の吸収像１５ａ、位相微分像１５ｂおよび暗視野像１５ｃをそれぞれ加算または平均化することにより、１つの吸収像１５ａ、１つの位相微分像１５ｂ、および１つの暗視野像１５ｃを生成してもよい。

図５（Ａ）は、第１実施形態による画像処理部５が取得する特徴量データ１３の模式図である。図５（Ｂ）は、第１実施形態による画像処理部５が取得する第２特徴量１４の模式図である。図５（Ｃ）は、第１実施形態による画像処理部５が生成する位相コントラスト画像１５の模式図である。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、特徴量データ１３および第２特徴量１４には、背景にグラデーション状のアーチファクトＡが生じている。第１実施形態では、図５（Ｃ）に示すように、画像処理部５は、アーチファクトＡが生じている特徴量データ１３および第２特徴量１４を用いて位相コントラスト画像１５を生成するため、特徴量データ１３と第２特徴量１４とに基づいて生成された位相コントラスト画像１５からは、背景のグラデーション状のアーチファクトＡが除去されていることがわかる。

（走査時間の決定）
また、上述したように、撮像中は、Ｘ線源１および／または外部からの熱により、格子の並進移動以外に第２格子３の移動、第２格子３の周期ｐ２の変動およびＸ線源１の焦点の移動が生じている。そこで、第１実施形態では、制御部６は、熱変動による影響を極力受けないようにするために、１回の縞走査の時間を短時間に設定するように構成されている。第１実施形態では、制御部６は、たとえば、第２格子３の周期ｐ２が１０μｍの場合、熱変動による第２格子３の移動が１μｍ以下になるように走査時間を決定するように構成されている。なお、第１実施形態では、熱変動による第２格子３の移動速度は一定であるものとする。

また、第１実施形態では、制御部６は、Ｘ線画像１１のそれぞれに写る位置基準部１６（図６参照）の位置に基づいて、Ｘ線源１の焦点の移動速度を取得するように構成されており、制御部６は、取得されたＸ線源１の焦点の移動速度に基づいて、縞走査を行う時間を決定するように構成されている。

図６は、制御部６がＸ線源１の焦点速度を取得する処理を説明するための図である。図６に示すように、画像処理部５は、Ｘ線画像１１ｉ中に写る位置基準部１６の位置（ｘ１、ｙ１）を取得する。その後、画像処理部５は、ｔ秒後に撮像されたＸ線画像１１ｊ中に写る位置基準部１６の位置（ｘ２、ｙ２）を取得する。画像処理部５は、Ｘ線画像１１ｉとＸ線画像１１ｊとから、位置基準部１６の移動距離ｄを取得するように構成されている。また、制御部６は、取得した位置基準部１６の移動距離ｄとＸ線画像１１ｉの撮影とＸ線画像１１ｊの撮影との間の時間ｔ秒とを用いて、位置基準部１６の移動速度を取得するように構成されている。

ここで、位置基準部１６は、Ｘ線源１と第１格子２との間または第１格子２と第２格子３との間に固定して配置されている。また、位置基準部１６は、Ｘ線の吸収率が高いＸ線高吸収体により形成されている。Ｘ線高吸収体は、たとえば、重金属である。第１実施形態では、位置基準部１６として、たとえば、タングステン、金、鉛などの重金属を用いる。位置基準部１６は固定して配置されているため、Ｘ線画像１１中における位置基準部１６の位置が変化した場合は、Ｘ線源１の焦点の移動が生じたと考えられる。したがって、第１実施形態では、画像処理部５は、複数のＸ線画像１１中に写る位置基準部１６の位置の変化に基づいて取得した位置基準部１６の移動速度を、Ｘ線源１の焦点の移動速度として取得するように構成されている。

第１実施形態では、制御部６は、たとえば、Ｘ線源１の焦点の移動速度が１０μｍ／１００秒であり、第２格子３の周期ｐ２が１０μｍの場合、第２格子３の走査時間を１０秒の短時間に決定するように構成されている。

（位相コントラスト画像の生成処理）
次に、図７〜図１１を参照して、第１実施形態による位相コントラスト画像１５の生成処理について説明する。

図７に示すように、ステップＳ１において、制御部６は、Ｘ線画像セットＲを取得する前に、第２格子３の走査時間を決定する。次に、ステップＳ２において、画像処理部５は、被写体Ｑを配置せずに撮像された第１Ｘ線画像セットＲａを取得する。その後、処理はステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において、画像処理部５は、被写体Ｑを配置して撮像された第２Ｘ線画像セットＲｂを取得する。その後、ステップＳ４において、画像処理部５は、位相コントラスト画像１５を生成し、処理を終了する。

次に、図８〜図１１を参照して、各処理の詳細について説明する。まず、図８を参照して、図７のステップＳ１における、第２格子３の走査時間を決定する処理について説明する。

ステップＳ１０において、画像処理部５は、位置基準部１６が写る複数のＸ線画像１１を取得する。そして、制御部６は、位置基準部１６が写る複数のＸ線画像１１から、Ｘ線源１の焦点の移動速度を取得する。次に、ステップＳ１１において、制御部６は、取得されたＸ線源１の焦点の移動速度に基づいて、Ｘ線源１の焦点が移動しているか否かを判定する。Ｘ線源１の焦点が移動している場合、処理はステップＳ１２へ進む。Ｘ線源１の焦点が移動していない場合、処理はステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１２において、画像処理部５は、Ｘ線源１の焦点の移動速度に基づいて、第２格子３の走査時間を決定する。その後、処理はステップＳ２へ戻る。

また、ステップＳ１３において、制御部６は、格子移動機構８により移動される第２格子３の周期ｐ２に基づいて、縞走査を行う時間を決定する。具体的には、たとえば、第２格子３の周期ｐ２が１０μｍの場合、熱変動による第２格子３の移動が１μｍ以下になるように縞走査を行う時間を決定する。その後、処理はステップＳ２へ戻る。

次に、図９を参照して、図７のステップＳ２における第１Ｘ線画像セットＲａを取得する処理について説明する。

ステップＳ２０において、画像処理部５は、被写体Ｑを配置しない状態で第２格子３をＭ回（４回）並進移動させながら撮像されたＭ枚（４枚）のＸ線画像１１を取得する。ステップＳ２０において取得されたＭ枚（４枚）のＸ線画像１１の１セットが第１Ｘ線画像セットＲａである。その後、ステップＳ２１へ進む。

ステップＳ２１において、制御部６は、所定の回数縞走査が行われたかを判定する。言い換えると、制御部６は、所定のセット数だけ第１Ｘ線画像セットＲａが取得されたかを判定する。所定の数だけ第１Ｘ線画像セットＲａが取得された場合、処理はステップＳ３へ進む。所定の数だけ第１Ｘ線画像セットＲａが取得されていない場合、処理は、ステップＳ２０へ戻る。この結果、ｊセット（１０セット）の第１Ｘ線画像セットＲａが得られる。

次に、図１０を参照して、図７のステップＳ３における第２Ｘ線画像セットＲｂを取得する処理について説明する。

ステップＳ３０において、画像処理部５は、被写体Ｑを配置した状態で第２格子３をＭ回（４回）並進移動させながら撮像されたＭ枚（４枚）のＸ線画像１１を取得する。ステップＳ３０において取得されたＭ枚（４枚）のＸ線画像１１の１セットが第２Ｘ線画像セットＲｂである。その後、ステップＳ３１へ進む。

ステップＳ３１において、制御部６は、所定の回数縞走査が行われたかを判定する。言い換えると、制御部６は、所定のセット数だけ第２Ｘ線画像セットＲｂが取得されたかを判定する。所定の数だけ第２Ｘ線画像セットＲｂが取得された場合、処理はステップＳ４へ進む。所定の数だけ第２Ｘ線画像セットＲｂが取得されていない場合、処理は、ステップＳ３０へ戻る。この結果、ｊセット（３００セット）の第２Ｘ線画像セットＲｂが得られる。

次に、図１１を参照して、画像処理部５が、図７のステップＳ４における位相コントラスト画像１５を生成する処理について説明する。

ステップＳ４０において、画像処理部５は、上記式（２）〜式（４）に基づいて、複数の第１Ｘ線画像セットＲａから、複数の第１特徴量１２を取得する。その後、ステップＳ４１において、画像処理部５は、上記式（５）〜式（７）に基づいて、複数の第１特徴量１２から、１つの特徴量データ１３を取得する。その後、処理はステップＳ４２へ進む。

ステップＳ４２において、画像処理部５は、上記式（９）〜式（１１）に基づいて、複数の第２Ｘ線画像セットＲｂから、複数の第２特徴量１４を取得する。その後、ステップＳ４３において、画像処理部５は、上記式（１２）〜式（１４）に基づいて、１つの特徴量データ１３と、複数の第２特徴量１４の各々とから、複数の位相コントラスト画像１５を生成する。その後、処理はステップＳ４４へ進む。

ステップＳ４４において、画像処理部５は、複数の位相コントラスト画像１５を加算平均することにより、１つの位相コントラスト画像１５を取得する。その後、処理を終了する。
（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、Ｘ線位相撮像システム１００は、Ｘ線源１と、Ｘ線源１からＸ線が照射される第１格子２と、第１格子２からのＸ線が照射される第２格子３とを含む複数の格子と、Ｘ線源１から照射されたＸ線を検出する検出器４と、第２格子３を移動させる格子移動機構８と、検出器４により検出された複数のＸ線画像１１を含むＸ線画像セットＲから位相コントラスト画像１５を生成する画像処理部５とを備え、画像処理部５は、縞走査を短時間で複数回行うことにより取得された複数のＸ線画像セットＲから、振幅と、平均画素値強度と、位相とのうち、少なくともいずれかを含む特徴量１２（および特徴量１４）をそれぞれ抽出し、抽出した複数の特徴量１２（および特徴量１４）に基づいて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。これにより、第２格子３の周期ｐ２の１周期分、第２格子３を並進移動させながら撮像する１回の縞走査を行う時間を短くすることができるので、縞走査の間に生じる自己像と第２格子３との間の相対位置の変化を抑制することができる。その結果、得られる強度変化の波形１０が変化することを抑制することが可能となり、生成する位相コントラスト画像１５の画質が劣化することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、複数のＸ線画像１１間の熱に起因する撮像条件が略変化しない範囲内の短時間で複数回縞走査を行うことにより取得されたＸ線画像セットＲから抽出した複数の特徴量１２（および特徴量１４）に基づいて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。これにより、熱に起因する撮像条件が略変化しない時間範囲内で縞走査を行うことができる。その結果、熱に起因する撮像条件が変化することによる位相コントラスト画像１５の画質の劣化を抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、Ｘ線位相撮像システム１００は、１００秒以内の短時間で複数回縞走査を行うことにより取得されたＸ線画像セットＲから抽出した複数の特徴量１２（および特徴量１４）に基づいて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。これにより、１００秒以内という、短時間でＸ線画像セットＲを取得するので、縞走査を行う際における熱に起因する撮像条件の変化の影響を極力受けにくくすることができる。その結果、得られる強度変化の波形１０が変化することをさらに抑制することが可能となり、得られる位相コントラスト画像１５の画質が劣化することをさらに抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、被写体Ｑを配置せずに短時間で複数回縞走査を行うことにより撮像された複数の第１Ｘ線画像セットＲａから複数の第１特徴量１２を取得し、被写体Ｑを配置して短時間で複数回縞走査を行うことにより撮像され複数の第２Ｘ線画像セットＲｂから複数の第２特徴量１４を取得し、複数の第１特徴量１２と、複数の第２特徴量１４とのうちそれぞれ少なくとも１つずつを用いて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。これにより、短時間で縞走査を行うので、Ｘ線画像セットＲの取得中に生じる熱に起因する撮像条件の変化を極力受けない状態で取得された第１特徴量１２および第２特徴量１４を取得することができる。その結果、第１特徴量１２および第２特徴量１４を、Ｘ線画像セットＲの取得中に生じる熱に起因する撮像条件の変化を極力受けにくくすることが可能となるので、生成される位相コントラスト画像１５の画質が劣化することをより一層抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、複数の第１特徴量１２から１つの特徴量データ１３を取得するとともに、１つの特徴量データ１３と複数の第２特徴量１４とを用いて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。これにより、短時間で撮影するために、各々の露光時間（電荷蓄積時間）が短い複数の第１特徴量１２から特徴量データ１３を取得するので、複数の第１特徴量１２の各々よりも量子ノイズが小さくなり、より特徴量のコントラストを付けることができる。そして、複数の第１特徴量１２の各々よりもコントラストがついた特徴量データ１３と第２特徴量１４とを用いて位相コントラスト画像１５を生成することができる。その結果、短時間で撮像された複数の第１特徴量１２の各々よりも特徴量のコントラストが鮮明な特徴量データ１３を用いることが可能となるので、生成される位相コントラスト画像１５の画質を向上させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、複数の第１特徴量１２を加算平均することにより、特徴量データ１３を取得するように構成されている。これにより、短時間で撮像された複数の第１特徴量１２から容易に特徴量データ１３を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、画像処理部５は、複数の第２特徴量１４の各々と、特徴量データ１３とに基づいて、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。これにより、特徴量データ１３と複数の第２特徴量１４の各々とを用いて、位相コントラスト画像１５を生成することができる。その結果、たとえば、第１特徴量１２と複数の第２特徴量１４の各々とを用いて位相コントラスト画像１５を生成する場合と比較して、複数の第２特徴量１４の各々から生成した位相コントラスト画像１５の画質を向上させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、複数の第２特徴量１４の各々と、特徴量データ１３とに基づいて生成された位相コントラスト画像１５を加算または平均化するように構成されている。これにより、短時間で撮像された複数の第２特徴量１４に基づいて生成された複数の位相コントラスト画像１５から１つの位相コントラスト画像１５を生成することができる。その結果、たとえば、露光時間を長くして撮像する場合でも、１回の縞走査によって撮像された位相コントラスト画像１５と比べて、短時間で複数回縞走査を行うことが可能となるので、熱に起因する撮像条件の変化の影響が蓄積されることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、格子移動機構８における格子の移動を制御する制御部６をさらに備え、制御部６は、格子移動機構８により移動される第２格子３の周期ｐ２に基づいて、縞走査を行う時間を決定するように構成されている。これにより、たとえば、並進移動させる第２格子３の周期ｐ２が１０μｍの場合、走査時間を１０秒の短時間にするなど、第２格子３の周期ｐ２に基づいて適切な時間で縞走査を行うことができる。その結果、自己像と複数の格子との間の相対位置に、第２格子３の並進移動に伴う位置ずれ以外の位置ずれによる影響を十分に抑制することが可能な時間範囲内で縞走査を行うことが可能となり、かつ、極力露光時間を確保することが可能となるので、画質の劣化をより一層低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、Ｘ線画像１１のそれぞれに写る位置基準部１６の位置に基づいて、Ｘ線源１の焦点の移動速度を取得するように構成されており、制御部６は、取得されたＸ線源１の焦点の移動速度に基づいて、縞走査を行う時間を決定するように構成されている。これにより、Ｘ線画像１１に写る位置基準部１６の位置に基づいて、Ｘ線源１の焦点の移動を検知することができる。その結果、Ｘ線源１の焦点が移動していた場合でも、Ｘ線源１の焦点の移動に伴う影響を十分に抑制することが可能な時間範囲内で縞走査を行うことが可能となり、かつ、極力露光時間を確保することが可能となるので、Ｘ線源１の焦点が移動することによって生じる自己像の移動に伴う位相コントラスト画像１５の画質の劣化を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、図１および図１４を参照して、本発明の第２実施形態によるＸ線位相撮像システム２００について説明する。複数のＸ線画像セットＲを取得し、複数のＸ線画像セットＲそれぞれから第１特徴量１２、特徴量データ１３および第２特徴量１４を取得して、位相コントラスト画像１５を生成する第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、画像処理部５は、縞走査におけるＸ線画像セットＲからの特徴量１２（および特徴量１４）の抽出および補正処理と、次の縞走査におけるＸ線画像セットＲの取得とを並行して行うように構成されている。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。

第２実施形態では、画像処理部５は、縞走査におけるＸ線画像セットＲからの特徴量１２（および特徴量１４）の抽出および補正処理と、次の縞走査におけるＸ線画像セットＲの取得とを並行して行うように構成されている。また、第２実施形態では、画像処理部５は、補正処理として、位相微分像１５ｂに対して、位相の折り返しにより生じる位相の不連続点を連続化するアンラップ処理を行うように構成されている。また、画像処理部５は、補正処理として、少なくともＸ線源１から照射されるＸ線の線量の変化を含む検出器４で検出されるＸ線画像１１の変化を補正する輝度補正を行うように構成されている。具体的には、輝度補正は、以下のようにして行う。

第１格子２、第２格子３のない画像領域のＸ線画像１１を輝度補正用画像１１０として用いる。また、被写体Ｑを配置して撮像されたＸ線画像１１を輝度補正用画像１１１として用いる。輝度補正用画像１１０における画素値をＩ^air_bright _jk（ｘ、ｙ）、輝度補正用画像１１１における画素値をＩ^obj_bright _jk（ｘ、ｙ）とし、Ｉ^air_bright _jk（ｘ、ｙ）およびＩ^obj_bright _jk（ｘ、ｙ）の画像全体の画素値の平均値をそれぞれＢ^air _jk、Ｂ^{o bj} _jkとすると、以下の式（１５）および式（１６）が得られる。

ここで、ｎ_x、ｎ_yは輝度補正用画像１１０および輝度補正用画像１１１におけるＸ方向およびＹ方向の画素数である。また、最初の画像（ｊ＝１）の最初のステップ（ｋ＝１）の平均画素値Ｂは、Ｂ₁₁になる。

次に、輝度補正係数をＣ^air _jk、Ｃ^obj _jk以下のように定義する。

すなわち、上記式（１７）および式（１８）に示すように、輝度補正係数を、被写体Ｑを配置せずに撮像した最初の画像の最初のステップの平均画素値Ｂ₁₁を基準として決定する。

輝度補正した後の、被写体Ｑを配置せずに撮像したＸ線画像１１および被写体Ｑを配置して撮像したＸ線画像１１は、それぞれ以下の式（１９）および式（２０）で示すことができる。

すると、第１実施形態で用いた式（１）および式（８）は、それぞれ以下の式（２１）および式（２２）のように書き換えることができる。

第２実施形態では、画像処理部５は、第１実施形態で用いた式のうち、Ｓ^air _j（ｘ、ｙ）およびＳ^obj _j（ｘ，ｙ）を上記式（２１）および式（２１）のＳ^air _j（ｘ、ｙ）およびＳ^obj _j（ｘ，ｙ）に置き換えて、第１実施形態と同様の処理により、位相コントラスト画像１５を生成するように構成されている。

（位相コントラスト画像の生成処理）
次に、図７および図１２〜図１４を参照して、第２実施形態による位相コントラスト画像１５の生成方法について説明する。

まず、図１２を参照して、図７のステップＳ２における第１Ｘ線画像セットＲａの取得処理について説明する。

ステップＳ２２において、制御部６は、取得済みの第１Ｘ線画像セットＲａがあるか否かを確認する。取得済みの第１Ｘ線画像セットＲａがある場合、処理はステップＳ２３へ進む。取得済みの第１Ｘ線画像セットＲａがない場合、処理はステップＳ２４へ進む。

ステップＳ２３において、画像処理部５は、第１Ｘ線画像セットＲａの各Ｘ線画像１１に対して、補正処理を行う。その後、画像処理部５は、補正処理を行った複数の第１Ｘ線画像セットＲａから複数の第１特徴量１２を取得する。また、ステップＳ２３において、画像処理部５は、第１Ｘ線画像セットＲａの各Ｘ線画像１１の補正処理および第１特徴量１２の取得と並行して、次の第１Ｘ線画像セットＲａの取得を行う。また、ステップＳ２４において、画像処理部５は、第１Ｘ線画像セットＲａの取得を行う。ステップＳ２３およびステップＳ２４における第１Ｘ線画像セットＲａの取得処理は、上記第１実施形態のステップＳ２と同様であるため、詳しい説明は省略する。

その後、処理はステップＳ２１へ進み、第１Ｘ線画像セットＲａが所定セット数（ｊセット）取得されている場合は第２Ｘ線画像セットＲｂの取得処理（ステップＳ３）へ進む。

次に、図１３を参照して、図７のステップＳ３における第２Ｘ線画像セットＲｂを取得する処理について説明する。

ステップＳ３２において、画像処理部５は、複数の第２Ｘ線画像セットＲｂから複数の第２特徴量１４を取得する。また、ステップＳ３３において、画像処理部５は、第２特徴量１４の取得と並行して、次の第２Ｘ線画像セットＲｂの取得を行う。また、ステップＳ３４において、画像処理部５は、第２Ｘ線画像セットＲｂの取得を行う。ステップＳ３３およびステップＳ３４における第２Ｘ線画像セットＲｂの取得処理は、上記第１実施形態のステップＳ３と同様であるため、詳しい説明は省略する。

その後、処理はステップＳ３１へ進み、第２Ｘ線画像セットＲｂが所定セット数（ｊセット）取得されている場合は位相コントラスト画像１５の生成処理（ステップＳ４）へ進む。

次に、図１４を参照して、図７のステップＳ４における位相コントラスト画像１５の生成処理について説明する。

ステップＳ４５において、画像処理部５は、補正後の複数の第１特徴量１２と複数の第２特徴量１４とのうち、少なくとも１つ以上を用いて位相コントラスト画像１５を生成する。その後、処理はステップＳ４６へ進む。

ステップＳ４６において、画像処理部５は、生成した位相コントラスト画像１５に対して補正処理を行い、処理を終了する。

第２実施形態では、画像処理部５は、第１Ｘ線画像セットＲａに含まれる複数のＸ線画像１１の補正処理および複数の第１特徴量１２の取得と、次の第１Ｘ線画像セットＲａの取得とを並行して行うように構成されている。また、第２実施形態では、画像処理部５は、第２特徴量１４の取得と次の第２Ｘ線画像セットＲｂの取得とを並行して行うように構成されている。

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、画像処理部５は、縞走査におけるＸ線画像セットＲからの特徴量１２（および特徴量１４）の抽出および補正処理と、次の縞走査におけるＸ線画像セットＲの取得とを並行して行うように構成されている。これにより、Ｘ線画像セットＲからの特徴量１２（および特徴量１４）の抽出および補正処理と次の縞走査におけるＸ線画像セットＲの取得とを並行して行うことができるので、特徴量１２（および特徴量１４）の抽出、補正処理および位相コントラスト画像１５の生成をＸ線画像セットＲを取得するたびに行う場合と比較して、位相コントラスト画像１５の生成効率を向上させることができる。

また、第２実施形態では、上記のように、位相コントラスト画像１５は、位相微分像１５ｂを含み、画像処理部５は、補正処理として、位相微分像１５ｂに対して、位相の折り返しにより生じる位相の不連続点を連続化するアンラップ処理を行うように構成されている。ここで、位相の不連続点は、被写体Ｑと背景との境界などで生じやすい。したがって、アンラップ処理をおこなうことにより、位相の折り返しにより生じる位相の不連続点をなくすことができる。その結果、被写体Ｑの写る位置が各Ｘ線画像１１において異なる場合でも、位相の不連続点が合成されることを抑制することが可能となり、生成される位相微分像１５ｂの画質が劣化することを抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、画像処理部５は、補正処理として、少なくともＸ線源１から照射されるＸ線の線量の変化を含む検出器４で検出されるＸ線画像１１の変化を補正する輝度補正を行うように構成されている。これにより、撮像時間が短いことによる、検出器４などの撮像装置に起因するＸ線画像１１の変化に伴って生じるアーチファクトＡを補正することができる。その結果、複数の位相コントラスト画像１５から１つの位相コントラスト画像１５を生成する場合でも、撮像時間が短いことによって各位相コントラスト画像１５に生じる検出器４などの撮像装置に起因するアーチファクトＡを補正することが可能となるので、検出器４などの撮像装置に起因するＸ線画像１１の変化に伴って生じるアーチファクトＡが蓄積することによる位相コントラスト画像１５の画質の劣化を抑制することができる。

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。

（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および第２実施形態では、被写体Ｑを固定して撮像する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１５に示すＸ線位相撮像システム３００のように、Ｘ線源１と検出器４と複数の格子とによって構成される撮像系１７と、被写体Ｑとを相対回転させる回転機構１８をさらに備え、画像処理部５は、被写体Ｑと撮像系１７とを相対回転させながら複数の回転角度において撮像された複数の位相コントラスト画像１５から、３次元位相コントラスト画像を生成するように構成されていてもよい。このように構成すれば、熱に起因する撮像条件の変化に伴う画質の劣化が抑制された各位相コントラスト画像１５を用いて３次元位相コントラスト画像を生成することができる。その結果、撮像時間が長時間となり、熱による撮像条件の変化の影響が生じやすい３次元位相コントラスト画像の取得においても、生成する３次元位相コントラスト画像の画質が劣化することを効果的に抑制することができる。なお、回転機構１８は、制御部６からの信号に基づき、被写体Ｑと撮像系１７とを相対回転させるように構成されている。回転機構１８は、たとえば、モータなどによって駆動される回転ステージを含む。

また、上記第１および第２実施形態では、複数の格子として、第１格子２および第２格子３を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１６に示すＸ線位相撮像システム４００のように、Ｘ線源１と第１格子２との間に、第３格子１９を設ける構成でもよい。第３格子１９は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ３で配列される複数のスリット１９ａおよびＸ線吸収部１９ｂを有している。各スリット１９ａおよびＸ線吸収部１９ｂ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１９ａおよびＸ線吸収部１９ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。また、第３格子１９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１９は、各スリット１９ａを通過したＸ線を、各スリット１９ａの位置に対応する線光源とするように構成されている。これにより、第３格子１９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の焦点径に依存することなく第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。また、第３格子１９は、各スリット１９ａを通過したＸ線を、各スリット１９ａの位置に対応する線光源とするため、Ｘ線源１の焦点が移動した場合でも、第３格子１９が移動しなければ各スリット１９ａから照射されるＸ線の各焦点は移動しないため、第１格子２の自己像も移動しない。したがって、Ｘ線源１の焦点の移動に起因する撮像条件の変化をより受けにくくすることが可能となるので、生成される位相コントラスト画像１５の画質が劣化することをより一層抑制することができる。

また、上記第１および第２実施形態では、第１格子２として、位相格子を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１格子２として、吸収格子を用いてもよい。第１格子２として吸収格子を用いた場合、画像処理部５は、第１格子２を透過したＸ線の縞模様と第２格子３とにより位相コントラスト画像１５を生成する。したがって、第１格子２の自己像を用いることなく位相コントラスト画像１５を取得することが可能となるので、第１格子２の配置位置の自由度を向上させることができる。しかし、第１格子２として吸収格子を用いる場合、得られる位相コントラスト画像１５の画質が劣化するため、高画質の位相コントラスト画像１５を得たい場合は、第１格子２として位相格子を用いる方が好ましい。

また、上記第２実施形態では、補正処理として、アンラップ処理および輝度補正を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部５は、補正処理として、オフセット処理や欠損処理を行うように構成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、格子移動機構８が第２格子３を並進移動させる例を示したが、本発明はこれに限られない。第１格子２を並進移動させてもよい。移動させる格子はいずれの格子でもよい。

１ Ｘ線源
２ 第１格子
３ 第２格子
４ 検出器
５ 画像処理部
８ 格子移動機構
１１ Ｘ線画像
１２ 第１特徴量（特徴量）
１３ 特徴量データ
１４ 第２特徴量（特徴量）
１５ 位相コントラスト画像
１６ 位置基準部
１７ 撮像系
１８ 回転機構
１９ 第３格子
１００、２００、３００、４００Ｘ線位相撮像システム
Ｑ 被写体
Ｒ Ｘ線画像セット
ｐ２ 格子の周期

Claims (15)

1. Ｘ線源と、
   前記Ｘ線源からＸ線が照射される第１格子と、前記第１格子からの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線源から照射されたＸ線を検出する検出器と、
   前記複数の格子の少なくともいずれか１つを移動させる格子移動機構と、
   前記検出器により検出された複数のＸ線画像を含むＸ線画像セットから位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備え、
   前記画像処理部は、
   縞走査を短時間で複数回行うことにより取得された複数の前記Ｘ線画像セットから、振幅と、平均画素値強度と、位相とのうち、少なくともいずれかを含む特徴量をそれぞれ抽出し、
   抽出した複数の前記特徴量に基づいて、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、Ｘ線位相撮像システム。
2. 前記画像処理部は、複数の前記Ｘ線画像間の熱に起因する撮像条件が略変化しない範囲内の短時間で複数回縞走査を行うことにより取得された前記Ｘ線画像セットから抽出した複数の前記特徴量に基づいて、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線位相撮像システム。
3. 前記画像処理部は、１００秒以内の短時間で複数回縞走査を行うことにより取得された前記Ｘ線画像セットから抽出した複数の前記特徴量に基づいて、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線位相撮像システム。
4. 前記画像処理部は、
   被写体を配置せずに短時間で複数回縞走査を行うことにより撮像された複数の前記Ｘ線画像セットから複数の第１特徴量を取得し、
   被写体を配置して短時間で複数回縞走査を行うことにより撮像され複数の前記Ｘ線画像セットから複数の第２特徴量を取得し、
   複数の第１特徴量と、複数の第２特徴量とのうちそれぞれ少なくとも１つずつを用いて、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線位相撮像システム。
5. 前記画像処理部は、複数の前記第１特徴量から１つの特徴量データを取得するとともに、１つの前記特徴量データと複数の前記第２特徴量とを用いて、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４に記載のＸ線位相撮像システム。
6. 前記画像処理部は、複数の前記第１特徴量を加算または平均化することにより、前記特徴量データを取得するように構成されている、請求項５に記載のＸ線位相撮像システム。
7. 前記画像処理部は、複数の前記第２特徴量の各々と、前記特徴量データとに基づいて、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５に記載のＸ線位相撮像システム。
8. 前記画像処理部は、複数の前記第２特徴量の各々と、前記特徴量データとに基づいて生成された前記位相コントラスト画像を加算または平均化するように構成されている、請求項５に記載のＸ線位相撮像システム。
9. 前記画像処理部は、縞走査における前記Ｘ線画像セットからの前記特徴量の抽出および補正処理と、次の縞走査における前記Ｘ線画像セットの取得とを並行して行うように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相撮像システム。
10. 前記位相コントラスト画像は、位相微分像を含み、
    前記画像処理部は、前記補正処理として、前記位相微分像に対して、位相の折り返しにより生じる位相の不連続点を連続化するアンラップ処理を行うように構成されている、請求項９に記載のＸ線位相撮像システム。
11. 前記画像処理部は、前記補正処理として、少なくとも前記Ｘ線源から照射されるＸ線の線量の変化を含む前記検出器で検出される前記Ｘ線画像の変化を補正する輝度補正を行うように構成されている、請求項９に記載のＸ線位相撮像システム。
12. 前記格子移動機構における格子の移動を制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記格子移動機構により移動される格子の周期に基づいて、縞走査を行う時間を決定するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相撮像システム。
13. 前記制御部は、前記Ｘ線画像のそれぞれに写る位置基準部の位置に基づいて、前記Ｘ線源の焦点の移動速度を取得し、取得した前記Ｘ線源の焦点の移動速度に基づいて、縞走査を行う時間を決定するように構成されている、請求項１２に記載のＸ線位相撮像システム。
14. 前記Ｘ線源と前記検出器と前記複数の格子とによって構成される撮像系と、被写体とを相対回転させる回転機構をさらに備え、
    前記画像処理部は、被写体と前記撮像系とを相対回転させながら複数の回転角度において撮像された複数の前記位相コントラスト画像から、３次元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線位相撮像システム。
15. 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格子をさらに含んでいる、請求項１に記載のＸ線位相撮像システム。

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