JPWO2020188856A1 - Ｘ線イメージング装置 - Google Patents

Abstract

このＸ線イメージング装置（１００）は、複数のＸ線スキャン画像（１０）のモアレ縞に重畳したＸ線の減衰に起因する明暗のグラデーションを除去するとともに、グラデーションが除去された複数のＸ線スキャン画像（１０）と複数のモアレ画像（１１）の位相情報とに基づいて位相コントラスト画像を生成する画像処理部（７）を備える。

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線撮影装置は、たとえば、特開２０１７−４４６０３号公報に開示されている。

上記特開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、上記特開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、格子Ｇ０と格子Ｇ１と格子Ｇ２とを含む格子群と、検出部と、試料を移動させる搬送部と、画像生成部とを備えている。上記特開２０１７−４４６０３号公報に開示されているＸ線イメージング装置は、格子Ｇ０と格子Ｇ１との間に試料を通過させて、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。

特開２０１７−４４６０３号公報

本願発明者は、上記特開２０１７−４４６０３号公報のような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おいて、位相コントラスト画像（特に位相微分像）を生成したときに、位相コントラスト画像に明暗のグラデーションが重畳されるという問題点があることを見出した。

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、位相コントラスト画像に明暗のグラデーションが重畳することを抑制することが可能なＸ線イメージングを提供することである。

本願発明者が上記課題を解決するために鋭意検討したところ、位相コントラスト画像を生成する前のＸ線スキャン画像のモアレ縞に明暗のグラデーションが重畳していることを見出した。そこで、本願発明者は、明暗のグラデーションを除去したＸ線スキャン画像を用いて位相コントラスト画像を生成したところ、位相コントラスト画像のモアレ縞に明暗のグラデーションが重畳することを抑制することが可能であることを見出した。そして、本発明を完成させるに到った。

すなわち、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線源から照射された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を含む撮像系と、被写体または撮像系を移動させる第１の移動機構と、第１格子または第２格子を移動させる第２の移動機構と、第１の移動機構により被写体と撮像系との相対位置を変更しながら撮像された複数のＸ線画像と、第２の移動機構により第１格子と第２格子との相対位置を変更しながら撮像された複数のモアレ画像を取得する画像取得部と、複数のＸ線画像のモアレ縞に重畳したグラデーションを除去するとともに、複数のモアレ画像の位相情報に基づいて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。

本発明によれば、複数のＸ線画像のモアレ縞に重畳したグラデーションを除去することによって、位相コントラスト画像に明暗のグラデーションが重畳することを抑制することが可能なＸ線イメージングを提供することができる。

本実施形態によるＸ線イメージング装置の全体構造を示すブロック図である。 本実施形態によるＸ線イメージング装置における、複数の格子の配置を説明するための模式図である。 本実施形態によるＸ線イメージング装置における、複数の格子の構造を説明するための模式図である。 本実施形態によるＸ線スキャン画像を示す図である。 本実施形態によるモアレ画像を示す図である。 本実施形態による位相コントラスト画像を示す図である。 本実施形態による第２の位置調整機構の構成を説明するための模式図である。 本実施形態による輝度分布画像の生成を説明するための図である。 本実施形態によるＸ線スキャン撮影画像の補正を説明するための図である。 図９のプロファイルを示す図である。 本実施形態による位置構成画像を示す図である。 本実施形態による複数の画像の各画素の各位相値と各画素値とを１対１の関係で対応付けて得られるステップカーブの模式図である。 格子の延びる方向と被写体の移動方向とが同じ場合の位相微分像を示す図である。 格子の延びる方向と被写体の移動方向とが異なる場合の位相微分像を示す図である。 本実施形態における、明暗のグラデーションを除去する補正を行った位相微分像と、補正を行っていない位相微分像とを示す図である。 変形例の撮像系を示す図である。

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１５を参照して、本発明の実施形態によるＸ線イメージング装置１００の構成について説明する。

（Ｘ線イメージング装置の構成）
図１に示すように、Ｘ線イメージング装置１００は、Ｘ線源１と、検出器２と、第１格子３と、第２格子４と、第３格子５と、画像取得部６と、画像処理部７と、第１の移動機構８と、第２の移動機構９とを備えている。なお、本実施形態では、Ｘ線源１と、検出器２と、第１格子３と、第２格子４と、第３格子５とをまとめて撮像系２０とする。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８０の内部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８０の内部の画像化に用いることが可能である。また、Ｘ線イメージング装置１００は、たとえば、医療用途では、生体としての被写体８０の内部の画像化に用いることが可能である。

図２は、Ｘ線イメージング装置１００をＹ１側から見た図である。なお本明細書において、Ｘ線源１から第１格子３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。また、図２において、Ｚ方向に直交する面内の左右方向をＸ方向とし、左方向をＸ１方向、右方向をＸ２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、図２の紙面の奥に向かう方向をＹ２方向、図２の紙面の手前側に向かう方向をＹ１方向とする。なお、Ｙ方向は、特許請求の範囲の「検出器の上下方向とほぼ平行な方向」である。また、Ｘ方向は、特許請求の範囲の「検出器の上下方向とほぼ直交する方向」である。

（Ｘ線源）
Ｘ線源１は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させるとともに、発生されたＸ線をＺ２方向に向けて照射するように構成されている。Ｘ線源１からは、円錐状にＸ線（コーンビーム）が照射される。

（検出器）
検出器２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２は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器２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２は、取得した画像信号を、画像取得部６に出力するように構成されている。

（回折格子）
図３に基づいて、第１格子３、第２格子４、および第３格子５について説明する。第１格子３は、複数のスリット３ａおよびＸ線位相変化部３ｂを有している。各スリット３ａおよびＸ線位相変化部３ｂは、Ｘ方向に所定の周期（ピッチ）３ｃで配列されている。各スリット３ａおよびＸ線位相変化部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、各スリット３ａおよびＸ線位相変化部３ｂ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３は、いわゆる位相格子である。回折格子は、基板の上に格子が形成されている。格子が延びる方向とは、格子の長辺に沿った方向を指す。また、第１格子３、第２格子４、および第３格子５の格子の延びる方向はすべて同じでもよく、異なっていてもよい。

第１格子３は、Ｘ線源１と、第２格子４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３は、タルボ効果により、第１格子３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４は、複数のＸ線透過部４ａおよびＸ線吸収部４ｂを有する。各Ｘ線透過部４ａおよびＸ線吸収部４ｂは、Ｘ方向に所定の周期（ピッチ）４ｃで配列されている。各Ｘ線透過部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Ｘ線透過部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。第２格子４は、いわゆる、吸収格子である。各Ｘ線透過部４ａは、Ｘ線を透過させる。また、Ｘ線吸収部４ｂはＸ線を遮蔽する。

第２格子４は、第１格子３と検出器２との間に配置されており、第１格子３を通過したＸ線が照射される。また、第２格子４は、第１格子３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４は、第１格子３の自己像と干渉して、モアレ縞を形成する。

第３格子５は、Ｘ方向に所定の周期（ピッチ）５ｃで配列される複数のスリット５ａおよびＸ線吸収部５ｂを有している。各スリット５ａおよびＸ線吸収部５ｂ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５ａおよびＸ線吸収部５ｂ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５は、各スリット５ａを通過したＸ線を、各スリット５ａ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５は、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可能である。

（画像取得部）
図１に示すように、画像取得部６は、検出器２から出力された画像信号に基づいて、Ｘ線スキャン画像１０（図４参照）およびモアレ画像１１（図５参照）を取得するように構成されている。画像取得部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。Ｘ線スキャン画像１０は、第１の移動機構８によって、被写体８０を連続的に移動させることにより、被写体８０と撮像系２０との相対位置を変更しながら撮像された画像である。モアレ画像１１は、第２の移動機構９によって、第１格子３を移動させることにより、第１格子３と第２格子４との相対位置を変更しながら撮影された画像である。

（画像処理部）
図１および図６に示すように、画像処理部７は、モアレ画像１１（図５参照）の位相情報に基づいて、Ｘ線スキャン画像１０（図４参照）から位相コントラスト画像を生成する。位相コントラスト画像は、吸収像１２ａ、位相微分像１２ｂ、および、暗視野像１２ｃを含む。なお、吸収像１２ａとは、Ｘ線が被写体８０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１２ｂとは、Ｘ線が被写体８０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１２ｃ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１２ｃは、小角散乱像とも呼ばれる。「Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ」とは、鮮明度のことである。画像処理部７は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。

画像処理部７は、第１の移動機構８による被写体８０の移動方向（Ｘ方向）と、第１格子３、第２格子４、および第３格子５の少なくとも一つの格子の延びる方向（Ｙ方向）とが直交する場合に、画像取得部６で取得されたＸ線スキャン画像１０のモアレ縞１０ａに重畳したグラデーションを除去するように構成されている（図１０参照）。この場合、画像処理部７は、モアレ画像１１の位相情報に基づいて、重畳したグラデーションを除去したＸ線スキャン画像１０から位相コントラスト画像を生成する。

（第１の移動機構）
図２および図３に示すように、第１の移動機構８は、被写体８０をＸ１方向からＸ２方向に移動させることにより、被写体８０と撮像系２０とを相対移動させるように構成されている。第１の移動機構８は、たとえば、ベルトコンベアまたは各種の直動機構によって構成されている。第１の移動機構８は、Ｘ線スキャン画像１０を撮影する時に使用する。

（第２の移動機構）
図２に示すように、第２の移動機構９は、第１格子３を保持し、第１格子３を移動可能に構成されている。第２の移動機構９は、第１格子３の位置を調整することにより、モアレ縞を生じさせるように構成されている。第２の移動機構９は、モアレ画像１１を撮影する時に使用され、第１格子３と第２格子４との相対位置を変更させてモアレ縞１１ａを発生させるように構成されている。第２の移動機構９は、第１格子３の１周期をｎ分割し、ｎ回ステップ移動させる。ｎは、たとえば、４である。

図７に示すように、第２の移動機構９は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｚ方向の軸線周りの回転方向Ｒｚ、Ｘ方向の軸線周りの回転方向Ｒｘ、および、Ｙ方向の軸線周りの回転方向Ｒｙに第１格子３を移動可能に構成されている。具体的には、第２の移動機構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。Ｘ方向直動機構９０は、Ｘ方向に移動可能に構成されている。Ｘ方向直動機構９０は、たとえば、モータなどを含む。Ｙ方向直動機構９１は、Ｙ方向に移動可能に構成されている。Ｙ方向直動機構９１は、たとえば、モータなどを含む。Ｚ方向直動機構９２は、Ｚ方向に移動可能に構成されている。Ｚ方向直動機構９２は、たとえば、モータなどを含む。

第２の移動機構９は、Ｘ方向直動機構９０の動作により、第１格子３をＸ方向に移動させるように構成されている。また、第２の移動機構９は、Ｙ方向直動機構９１の動作により、第１格子３をＹ方向に移動させるように構成されている。また、第２の移動機構９は、Ｚ方向直動機構９２の動作により、第１格子３をＺ方向に移動させるように構成されている。

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Ｘ方向に往復移動させるように構成されている。ステージ９７は、底部がステージ支持部９５に向けて凸曲面状に形成されており、Ｘ方向に往復移動されることにより、Ｚ方向の軸線周り（Ｒｚ方向）に回動するように構成されている。また、ステージ支持部駆動部９４は、ステージ支持部９５をＺ方向に往復移動させるように構成されている。また、ステージ支持部９５は底部が直動機構接続部９３に向けて凸曲面状に形成されており、Ｚ方向に往復移動されることにより、Ｘ方向の軸線周り（Ｒｘ方向）に回動するように構成されている。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。したがって、第２の移動機構９は、格子をＹ方向の中心軸線周りに回動させることができる。

（位相微分像の生成）
本実施形態では、撮像系２０は、図３に示すように、検出器２の上下方向とほぼ平行な方向（Ｙ方向）に、第１格子３、第２格子４および第３格子５が延びるように設けられている撮像系２０を用いて位相微分像１２ｂを取得する場合を説明する。

画像取得部６は、第１の移動機構８により被写体８０をＸ方向に移動させながら、被写体８０を撮影することにより、複数のＸ線スキャン画像１０を取得するように構成されている（図３および図４参照）。さらに、画像取得部６は、第２の移動機構９によって、格子１周期分を分割した所定距離ずつ格子を並進移動させることにより、複数のモアレ画像１１を取得するように構成されている。

図８に示すように、画像処理部７は、画像取得部６で取得された複数のモアレ画像１１から輝度分布画像１３を生成する。画像処理部７は、複数のモアレ画像１１間の同一画素の画素値を平均化するように構成されている。たとえば、モアレ画像１１を４枚取得した場合は、画素毎に、画像処理部７は、１枚目から４枚目の画素値を平均化する。第１格子３の１周期を分割してステップ移動させているため、モアレ画像１１の画素値を平均化することにより、画素値が０になりモアレ縞１１ａが除去される。モアレ縞１１ａが除去されることにより、モアレ画像１１に重畳した明暗のグラデーションを抽出することができる。これによりＸ方向に画素値が小さくなる明暗のグラデーションが現れた輝度分布画像１３が生成される。これは、Ｘ線源１からコーンビームが照射されるため、光軸に近い部分の画素値が大きく、光軸から離れるにつれてＸ線が減衰する。また、格子のスリットが延びる方向には明暗の差が出ないため、本実施形態の格子の延びる方向であるＹ方向には、明暗のグラデーションが現れない。なお、図８では、画素値が小さい部分にハッチングを付して表している。

図９に示すように、画像処理部７は、Ｘ線スキャン画像１０を輝度分布画像１３で除算するように構成されている。具体的には、画像処理部７は、画素毎に、Ｘ線スキャン画像１０を輝度分布画像１３で割ることにより、Ｘ線スキャン画像１０のモアレ縞１０ａに重畳した明暗のグラデ―ションを除去するように構成されている。ここで、モアレ縞１０ａは、第１格子３と第２格子４との周期のずれにより形成された縞模様に現れた被写体８０の自己像を指す。グラデーションとは、Ｘ線の減衰等により現れる明暗のグラデーションであり、モアレ縞１０ａとは異なり意図せずＸ線画像に現れたグラデーションを指す。

図１０は、補正前のＸ線スキャン画像１０の移動方向Ｘの線３０に沿ったプロファイル、輝度分布画像１３の移動方向の線４０に沿ったプロファイル、および、補正後のＸ線スキャン画像１０の移動方向の線５０に沿ったプロファイルを示す。図１０では、横軸はＸ線画像上の画素を表し、縦軸は画素毎の画素値を表す。図１０に示すように、補正前のＸ線スキャン画像１０では、画素毎の画素値の差が大きくばらついていたが、補正後のＸ線スキャン画像１０ではばらつきが低減されている。Ｘ線スキャン画像１０を輝度分布画像１３で除算することにより、輝度値のばらつきが低減される。

画像処理部７は、モアレ縞１１ａの位相情報を取得するように構成されている。モアレ縞１１ａの位相情報は、モアレ縞１１ａの位相値の変化が１周期毎に繰り返された縞模様の画像である。具体的には、モアレ縞１１ａの位相情報は、モアレ縞１１ａの位相値の−πからπまでの変化を縞模様で図示した画像である。モアレ縞１１ａの位相情報は、範囲が２πであれば、−πからπの範囲でも０から２πの範囲でもよい。

画像処理部７は、被写体８０と撮像系２０とを相対移動させながら撮像した複数のＸ線スキャン画像１０と、複数のＸ線スキャン画像１０に生じたモアレ縞１０ａの位相情報とに基づいて、複数のＸ線スキャン画像１０における被写体８０の各画素における画素値と、各画素におけるモアレ縞１０ａの位相値とを対応付けるように構成されている。また、画像処理部７は、複数のＸ線スキャン画像１０における被写体８０の同一位置の画素の位置情報と、位相値と対応付けた各画素の画素値とに基づいて複数のＸ線スキャン画像１０における被写体８０の同一位置の画素の位置合わせを行うことにより、位相微分像１２ｂを生成するように構成されている。

図１１に示すように、画像処理部７は、位置較正データを作成し、作成した位置較正データを用いて複数のＸ線スキャン画像１０における被写体８０の同一位置の画素の位置合わせを行うように構成されている。具体的には、画像処理部７は、標識物７０と撮像系２０とを相対移動させながら撮像された複数の位置較正用画像１４に基づいて、複数のＸ線スキャン画像１０における被写体８０の同一位置の画素の位置合わせに用いる位置較正データを作成するように構成されている。標識物７０は、Ｘ線を吸収するものであればどのようなものであってもよい。標識物７０は、たとえば、ワイヤなどを含む。

（位置較正データの作成）
図１１は、第１の移動機構８によって標識物７０をＸ方向に移動させながら撮像した位置較正用画像１４の模式図である。図６に示す位置較正用画像１４は、標識物７０を第１撮像位置〜第６撮像位置に移動させながら撮像された画像の例である。また、図６に示す例では、標識物７０を写した各画素のうち、画素７１に着目して標識物７０の移動量７２を取得している。位置較正データは、第１の移動機構８によって標識物７０と撮像系２０とを相対移動させる際に第１の移動機構８に入力される移動量７２に関する指令値と、指令値に基づいて標識物７０と撮像系２０とを相対移動させた際の位置較正用画像１４中における標識物の実際の移動量７２に基づいて作成される。具体的には、位置較正データは、複数の位置較正用画像１４における標識物７０の同一位置の各画素の位置に基づいて、指令値と標識物７０の移動量７２との関係を示す近似式を取得することにより作成される。

画像処理部７は、位置較正データを用いて被写体８０の同一位置の画素の各Ｘ線スキャン画像１０における位置を取得し、各Ｘ線スキャン画像１０における画素の位置合わせを行う。画像処理部７は、位置合わせ後の各Ｘ線スキャン画像１０の各画素におけるモアレ縞１０ａの位相値を取得するために、モアレ縞１０ａの位相情報についても、位置較正データを用いて位置合わせを行う。各撮像位置における画素の位置と位置合わせ後の位相情報におけるモアレ縞１１ａの位相値の位置とは１対１の関係で対応付いている。したがって、図１２に示すように、画像処理部７は、位置合わせ後の各Ｘ線スキャン画像１０における画素について、位相値と画素値との関係を示すステップカーブ１５を取得することができる。画像処理部７は、取得したステップカーブ１５に基づいて、位相微分像１２ｂを生成するように構成されている。図１２は、横軸が位相値であり、縦軸が画素値である。

本実施形態のＸ線イメージング装置１００は、Ｘ線スキャン画像１０から明暗のグラデーションを除去することにより、明暗のグラデーションが重畳されない位相コントラスト画像を生成することが可能である。

本願発明者は、図１３に示すように、第１の移動機構８により被写体８０を移動させる方向がＸ方向の場合に、格子の延びる方向が同じＸ方向である場合は、生成される位相コントラスト画像（位相微分像１２ｂ）には明暗のグラデーションは重畳されないことを見出した。一方、図１４に示すように、本願発明者は、格子の延びる方向がＹ方向と異なる場合に位相コントラスト画像、特に位相微分像１２ｂの上下方向（Ｙ方向）に意図しない明暗のグラデーションが現れることを見出した。高画質の位相コントラスト画像を取得するためには、位相コントラスト画像に重畳された意図しない明暗のグラデーションを取り除くことが好ましい。また、本願発明者は、スリットの格子の延びる方向を検出器２の上下方向（Ｙ方向）と平行にした場合に位相コントラスト画像を生成するＸ線スキャン画像１０に現れるグラデーションは、スリットが延びる方向（Ｙ方向）に現れないが、左右方向には（Ｘ方向）には、Ｘ線の減衰により現れることを見出した（図９参照）。

そこで、本願発明者は、Ｘ線スキャン画像１０に現れる明暗のグラデーションの除去を検討したところ、ステップ撮影で得られた複数枚のモアレ画像１１を画素値毎に平均して得られた輝度分布画像１２によって、Ｘ線スキャン画像１０を除算するとＸ線スキャン画像１０から明暗のグラデーションを除去することができることを見出した。さらに、図１５に示すように、明暗のグラデーションを除去する補正を行ったＸ線スキャン画像１０を用いて位相コントラスト画像を生成したところ、位相コントラスト画像（位相微分像１２ｂ）に明暗のグラデーションが重畳されなかった。その結果、本願発明者は、Ｘ線スキャン画像１０と位相コントラスト画像とで明暗のグラデーションの現れる方向が異なるが、Ｘ線スキャン画像１０から明暗のグラデーションを除去することにより、位相コントラスト画像から明暗のグラデーションを除去することができるという知見を得て、本発明を完成させた。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、Ｘ線イメージング装置１００は、複数のＸ線スキャン画像１０のモアレ縞１０ａに重畳したＸ線の減衰に起因する明暗のグラデーションを除去するとともに、グラデーションが除去された複数のＸ線スキャン画像１０と複数のモアレ画像１１の位相情報とに基づいて位相コントラスト画像を生成する画像処理部７を備える。これにより、画像処理部７が、位相コントラスト画像を生成する前のＸ線スキャン画像１０のモアレ縞１０ａに重畳した明暗のグラデーションを除去するため、生成された位相コントラスト画像に明暗のグラデーションが重畳することを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、画像処理部７は、複数のＸ線スキャン画像１０の輝度値のばらつきを低減する補正を行うことにより、複数のＸ線スキャン画像１０のモアレ縞１０ａに重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている。これにより、明暗のグラデーションは、輝度値のばらつきによって起こるため、画像処理部７が、輝度値のばらつきを抑えることにより、モアレ縞１０ａに重畳した明暗のグラデーションを除去することができる。

また、本実施形態では、上記のように、画像処理部７は、複数のモアレ画像１１からモアレ縞１１ａが除去された輝度分布画像１３によって複数のＸ線スキャン画像１０の輝度値のばらつきを低減する補正を行うように構成されている。これにより、得られる輝度分布画像１２は、複数のモアレ画像１１からモアレ縞１１ａを除去するため、モアレ縞１１ａ以外にモアレ画像１１中に現れるグラデーションを抽出することができる。そのため、画像中に現れるグラデーションを抽出した輝度分布画像１３を用いて補正することにより、Ｘ線スキャン画像１０中の自己像のモアレ縞１０ａが変化することを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、画像処理部７は、格子の１周期分の複数のモアレ画像１１間の各画素の画素値を平均化することによりモアレ縞１１ａを除去して輝度分布画像１３を生成するように構成されている。これにより、格子１周期分の画像を平均化することにより、画素値が０になりモアレ縞１１ａを精度よく除去することができる。そのため、明暗のグラデーションを精度よく抽出することができる。

また、本実施形態では、画像処理部７は、複数のＸ線スキャン画像１０の画素値を、輝度分布画像１３の画素値によって除算することにより複数のＸ線スキャン画像１０のモアレ縞１０ａに重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている。これにより、画像処理部７により複数のＸ線スキャン画像１０の画素値を、輝度分布画像１３の画素値によって除算することにより、輝度分布画像１３において画素値が大きい画素は、除算の結果、画素値が小さくなるので、画素値のばらつきを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第１の移動機構８による被写体８０または撮像系２０の移動方向と、複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向とが、異なっている場合に、画像処理部７は、複数のＸ線スキャン画像１０のモアレ縞１０ａに重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている。ここで、上記の通り、第１の移動機構８による被写体８０または撮像系２０の移動方向と、複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向とが、異なっている場合は、第１の移動機構８による被写体８０または撮像系２０の移動方向と、複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向とが同じ場合と比べて、位相コントラスト画像に明暗のグラデーションが現れやすい。そのため、第１の移動機構８による被写体８０または撮像系２０の移動方向と、複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向とが異なっている場合に補正をすることにより、明確な位相コントラスト画像を取得することができる点は特に有効である。

また、本実施形態では、上記のように、画像処理部７は、検出器２の上下方向とほぼ平行な方向に第１格子３および第２格子４のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合と、検出器２の上下方向とほぼ直交する方向に第１格子３および第２格子４のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合との両方において複数のＸ線スキャン画像１０を取得するとともに、検出器２の上下方向とほぼ平行な方向に第１格子３および第２格子４のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合でかつ第１の移動機構８による被写体８０または撮像系２０の移動方向と、複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向が検出器２の上下方向とほぼ直交する方向である場合に、複数のＸ線スキャン画像１０のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている。これにより、被写体８０の内部構造が不明な場合でも、格子の配置が異なる撮像系２０を用いて撮影することにより確実に位相コントラスト画像を取得することができる。また、明暗のグラデーションが現れやすい、第１の移動機構８による被写体８０または撮像系２０の移動方向と、複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向とが異なっている場合に補正をすることにより、グラデーションの影響が大きい画像に対して補正できるため、効果的に明確な位相コントラスト画像を取得することができる。

また、本実施形態では、上記のように、画像処理部７は、複数のＸ線スキャン画像１０のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するとともに、グラデーションが除去された複数のＸ線スキャン画像１０と複数のモアレ画像１１の位相情報とに基づいて位相微分像１２ｂを生成するように構成されている。ここで、本願発明者は、明暗のグラデーションが位相微分像１２ｂに顕著に現れることを知得している。そのため、グラデーションが除去された複数のＸ線スキャン画像１０を用いることにより、位相微分像１２ｂに明暗のグラデーションが現れることを抑制することができる。

（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、特許請求の範囲によって示され、さらに特許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、上記実施形態では、Ｘ線イメージング装置は、第３格子が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、Ｘ線源の可干渉性が十分に高い場合、Ｘ線イメージング装置は、第３格子が設けられてなくてもよい。

また、上記実施形態では、第１の移動機構が、被写体を移動させるように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１の移動機構が、撮像系を移動させるように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、第２の移動機構が、第１格子を移動させるように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２の移動機構が、第２格子を移動させるように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、格子の延びる方向が検出部の上下方向と平行であり、被写体が移動する方向が格子の延びる方向と異なる撮像系の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１６に示すように、格子の延びる方向が検出部の上下方向と平行である格子と、格子の延びる方向が検出部の上下方向と直交する方向である格子とを含む撮像系であってもよい。この場合、被写体の移動する方向と格子の延びる方向とが異なる格子で撮影されたＸ線画像から明暗のグラデーションを除去する補正を行うように構成されてもよい。

また、上記実施形態では、画像処理部が、明暗のグラデーションを除去したＸ線スキャン画像から位相微分像を生成するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部は、明暗のグラデーションを除去したＸ線スキャン画像から吸収像および暗視野像を生成するように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、画像処理部が、モアレ画像から取得した輝度分布画像を用いて、複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部は、輝度分布画像を用いずに、補正後のサインカーブを仮定し、Ｘ線スキャン画像のサインカーブから多項式の成分を抽出し、多項式を立てて値を算出し除算するように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、画像処理部は、検出器の上下方向とほぼ平行な方向に第１格子および第２格子のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合に、複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部は、検出器の上下方向とほぼ直交する方向に第１格子および第２格子のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合に、複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、画像処理部は、第１の移動機構による被写体または撮像系の移動方向と、複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向が検出器の上下方向とほぼ直交する方向である場合に、画像処理部が、複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１の移動機構による被写体または撮像系の移動方向と、複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向が検出器の上下方向とほぼ平行の場合に、画像処理部は、複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されていてもよい。

［態様］
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（項目１）
Ｘ線源と、
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格子からのＸ線が照射される第２格子とを有する複数の格子とを含む撮像系と、
被写体または前記撮像系を移動させる第１の移動機構と、
前記第１格子または前記第２格子を移動させる第２の移動機構と、
前記第１の移動機構により被写体と前記撮像系との相対位置を変更しながら撮像された複数のＸ線スキャン画像と、前記第２の移動機構により前記第１格子と前記第２格子との相対位置を変更しながら撮像された複数のモアレ画像を取得する画像取得部と、
前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳したＸ線の減衰に起因する明暗のグラデーションを除去するとともに、グラデーションが除去された前記複数のＸ線スキャン画像と前記複数のモアレ画像の位相情報とに基づいて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。
（項目２）
前記画像処理部は、前記複数のＸ線スキャン画像の輝度値のばらつきを低減する補正を行うことにより、前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている、項目１に記載のＸ線イメージング装置。
（項目３）
前記画像処理部は、前記複数のモアレ画像からモアレ縞が除去された輝度分布画像によって前記複数のＸ線スキャン画像の輝度値のばらつきを低減する補正を行うように構成されている、項目１または２に記載のＸ線イメージング装置。
（項目４）
前記画像処理部は、格子の１周期分の前記複数のモアレ画像間の各画素の画素値を平均化することによりモアレ縞を除去して前記輝度分布画像を生成するように構成されている、項目３に記載のＸ線イメージング装置。
（項目５）
前記画像処理部は、前記複数のＸ線スキャン画像の画素値を、前記輝度分布画像の画素値によって除算することにより前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている、項目３または４に記載のＸ線イメージング装置。
（項目６）
前記第１の移動機構による前記被写体または前記撮像系の移動方向と、前記複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向とが、異なっている場合に、前記画像処理部７は、前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている、項目１〜５のいずれか１項に記載のＸ線イメージング装置。
（項目７）
前記画像処理部は、前記検出器の上下方向とほぼ平行な方向に前記第１格子および前記第２格子のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合と、前記検出器の上下方向とほぼ直交する方向に前記第１格子および前記第２格子のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合との両方において前記複数のＸ線スキャン画像を取得するとともに、前記検出器の上下方向とほぼ平行な方向に前記第１格子および前記第２格子のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合でかつ前記第１の移動機構による前記被写体または前記撮像系の移動方向と、前記複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向が前記検出器の上下方向とほぼ直交する方向である場合に、前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている、項目６に記載のＸ線イメージング装置。
（項目８）
前記画像処理部は、前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するとともに、グラデーションが除去された前記複数のＸ線スキャン画像と前記複数のモアレ画像の位相情報とに基づいて位相微分像を生成するように構成されている、項目１〜７のいずれか１項に記載のＸ線イメージング装置。

１ Ｘ線源
２ 検出器
３ 第１格子
４ 第２格子
６ 画像取得部
７ 画像処理部
８ 第１の移動機構
９ 第２の移動機構
１０ Ｘ線スキャン画像
１１ モアレ画像
１２ｂ 位相微分像
１３ 輝度分布画像
２０ 撮像系
８０ 被写体
１００ Ｘ線イメージング装置

すなわち、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線源から照射された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を含む撮像系と、被写体または撮像系を移動させる第１の移動機構と、第１格子または第２格子を移動させる第２の移動機構と、第１の移動機構により被写体と撮像系との相対位置を変更しながら撮像された複数のＸ線画像と、第２の移動機構により第１格子と第２格子との相対位置を変更しながら撮像された複数のモアレ画像を取得する画像取得部と、複数のＸ線画像のモアレ縞に重畳したグラデーションを除去するとともに、複数のモアレ画像の位相情報に基づいて位相微分像を生成する画像処理部とを備える。

本発明によれば、複数のＸ線画像のモアレ縞に重畳したグラデーションを除去することによって、位相微分像に明暗のグラデーションが重畳することを抑制することが可能なＸ線イメージングを提供することができる。

Claims (8)

1. Ｘ線源と、
   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格子からのＸ線が照射される第２格子とを有する複数の格子とを含む撮像系と、
   被写体または前記撮像系を移動させる第１の移動機構と、
   前記第１格子または前記第２格子を移動させる第２の移動機構と、
   前記第１の移動機構により被写体と前記撮像系との相対位置を変更しながら撮像された複数のＸ線スキャン画像と、前記第２の移動機構により前記第１格子と前記第２格子との相対位置を変更しながら撮像された複数のモアレ画像を取得する画像取得部と、
   前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳したＸ線の減衰に起因する明暗のグラデーションを除去するとともに、グラデーションが除去された前記複数のＸ線スキャン画像と前記複数のモアレ画像の位相情報とに基づいて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、前記複数のＸ線スキャン画像の輝度値のばらつきを低減する補正を行うことにより、前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去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. 前記画像処理部は、前記複数のモアレ画像からモアレ縞が除去された輝度分布画像によって前記複数のＸ線スキャン画像の輝度値のばらつきを低減する補正を行う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、格子の１周期分の前記複数のモアレ画像間の各画素の画素値を平均化することによりモアレ縞を除去して前記輝度分布画像を生成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. 前記画像処理部は、前記複数のＸ線スキャン画像の画素値を、前記輝度分布画像の画素値によって除算することにより前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去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。
6. 前記第１の移動機構による前記被写体または前記撮像系の移動方向と、前記複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向とが、異なっている場合に、前記画像処理部は、前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去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. 前記画像処理部は、前記検出器の上下方向とほぼ平行な方向に前記第１格子および前記第２格子のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合と、前記検出器の上下方向とほぼ直交する方向に前記第１格子および前記第２格子のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合との両方において前記複数のＸ線スキャン画像を取得するとともに、前記検出器の上下方向とほぼ平行な方向に前記第１格子および前記第２格子のうち少なくとも１枚の格子が延びる場合でかつ前記第１の移動機構による前記被写体または前記撮像系の移動方向と、前記複数の格子のうち少なくとも１枚の格子の延びる方向が前記検出器の上下方向とほぼ直交する方向である場合に、前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するように構成されている、請求項６に記載のＸ線イメージング装置。
8. 前記画像処理部は、前記複数のＸ線スキャン画像のモアレ縞に重畳した明暗のグラデーションを除去するとともに、グラデーションが除去された前記複数のＸ線スキャン画像と前記複数のモアレ画像の位相情報とに基づいて位相微分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。

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