WO2020039655A1 - Ｘ線位相イメージング装置 - Google Patents

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WO2020039655A1
WO2020039655A1 PCT/JP2019/017376 JP2019017376W WO2020039655A1 WO 2020039655 A1 WO2020039655 A1 WO 2020039655A1 JP 2019017376 W JP2019017376 W JP 2019017376W WO 2020039655 A1 WO2020039655 A1 WO 2020039655A1
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image
ray
subject
background
detector
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PCT/JP2019/017376
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English (en)
French (fr)
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直樹 森本
木村　健士
太郎 白井
貴弘 土岐
哲 佐野
日明 堀場
Original Assignee
株式会社島津製作所
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Filing date
Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/041—Phase-contrast imaging, e.g. using grating interferometers

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray phase imaging apparatus, and more particularly, to an X-ray phase imaging apparatus that generates a phase contrast image including at least one of an absorption image, a phase differential image, and a dark field image.
  • an X-ray phase imaging apparatus that generates a phase contrast image including at least one of an absorption image, a phase differential image, and a dark field image is known.
  • Such an X-ray phase imaging apparatus is disclosed, for example, in International Publication WO2014 / 030115.
  • WO 2014/030115 discloses an X-ray source, an X-ray detector, and a plurality of gratings (a source grating, a phase grating (first grating) and a plurality of gratings arranged between the X-ray source and the X-ray detector).
  • X-ray phase imaging apparatus having an analysis grating (second grating)).
  • a source grating, a phase grating, and an analysis grating are arranged in this order from the X-ray source side to the X-ray detector side.
  • X-rays emitted from an X-ray source and passed through a source grating pass through the phase grating, so that the phase grating is positioned at a predetermined distance from the phase grating.
  • a self-image is formed.
  • the X-ray detector is configured to detect interference fringes (moire fringes) generated by interference between the self-image and the analysis grating.
  • X-ray detection is performed by detecting a change in moiré fringes that is changed by translating (scanning fringes) one of a plurality of gratings (source grating) at a predetermined cycle.
  • the detector is configured to generate a plurality of X-ray images.
  • a plurality of X-ray images background acquired images
  • the X-ray source and the X-ray A plurality of X-ray images (subject acquired images) when a subject is arranged between the detector and the detector are generated.
  • the generated plurality of acquired background images and the plurality of acquired subject images are analyzed, and a background analysis image and a subject analysis image are generated, respectively.
  • a phase contrast image including an absorption image, a phase differential image, and a dark field image is generated based on the generated background analysis image and subject analysis image.
  • the absorption image is an X-ray image formed based on the difference in the degree of X-ray absorption by the subject.
  • the phase differential image is an X-ray image formed based on the phase shift of the X-ray.
  • the dark-field image is a visibility image obtained by a change in visibility (clarity) based on small-angle scattering of an object.
  • the generated X-ray image includes the statistical variation of the X-ray dose. This causes noise (quantum noise). Then, as the quantum noise increases, the image quality of the phase contrast image generated based on the background acquired image and the subject acquired image decreases. Note that, as the imaging time (X-ray detection time) becomes longer, the statistical variation of the X-ray dose converges, so that the quantum noise generated in the X-ray image is reduced. That is, there is a trade-off between shortening the shooting time and improving the image quality.
  • the quantum noise is sufficiently reduced in order to secure a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image.
  • the imaging time X-ray detection time
  • An advantage of some aspects of the invention is to reduce a photographing time while securing a predetermined level of image quality in a generated phase contrast image. It is an object of the present invention to provide an X-ray phase imaging apparatus capable of performing the above.
  • an X-ray phase imaging apparatus includes an X-ray source, a detector that detects X-rays emitted from the X-ray source, an X-ray source and a detector. And a plurality of gratings including a first grating for forming a self-image by X-rays emitted from the X-ray source, and a second grating for causing interference with the self-image of the first grating.
  • Phase contrast including at least one And an image processing unit for generating an image, wherein the image processing unit detects an X-ray amount detected by a detector in at least one of the background acquired image and the background analysis image before the phase contrast image is generated. It is configured to perform noise reduction processing for reducing quantum noise due to statistical fluctuation of.
  • the image processing unit applies quantum noise to at least one of the background acquired image and the background analysis image before the phase contrast image is generated. It is configured to perform noise reduction processing for reducing noise.
  • noise reduction processing By performing the noise reduction processing on either the background acquired image or the background analysis image, a phase contrast image can be generated based on the background analysis image in which the quantum noise has been reduced and the subject analysis image. it can.
  • a phase contrast image with reduced influence of quantum noise is generated. be able to. This makes it possible to shorten the photographing time while securing a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image.
  • the noise reduction processing for reducing quantum noise corresponds to filtering processing for smoothing an image.
  • the image processing unit does not perform noise reduction processing on any of the subject acquisition image and the subject analysis image, and at least one of the background acquisition image and the background analysis image. It is configured to generate a phase contrast image by performing noise reduction processing on one side.
  • the noise reduction processing is not performed on the subject acquired image and the subject analysis image including the subject spatial information, and the background acquired image and the background analysis image that do not include the subject spatial information are included. Since at least one of the noise reduction processes is performed, a phase contrast image is generated in which the deterioration of the image quality due to the influence of quantum noise is suppressed without adversely affecting the spatial information of the subject, such as a reduction in spatial resolution due to smoothing. can do.
  • the detection time for generating the background acquisition image is shorter than the detection time for X-rays by the detector for generating the subject acquisition image. ing.
  • the detection time for generating the background acquisition image is relatively short, so that it is possible to reliably shorten the shooting time while securing a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image. it can.
  • the image processing unit is configured to adjust so as to increase the degree of noise reduction in the noise reduction processing as the detection time for generating the background acquired image is shortened.
  • the quantum noise increased by shortening the detection time can be reliably reduced from either the background acquisition image or the background analysis image.
  • the image processing unit is configured to perform a predetermined correction process on the background acquired image or the background analysis image before performing the noise reduction process.
  • the background acquired image may have a singular point derived from the detector such as a pixel defect.
  • a wrapping region where the phase value is discontinuous between the background acquired images may occur due to a displacement of a lattice when acquiring the background acquired images. is there. Therefore, with the above configuration, the noise reduction processing (filtering processing for smoothing an image) for reducing the quantum noise is performed on the singular point and the wrapping area, so that the singular point and the wrapping area are smoothed with the surroundings. It is possible to suppress the formation of artifacts (virtual images) caused by the conversion.
  • the predetermined correction processing includes at least one of dark correction, gain correction, loss correction, and unwrapping correction.
  • the singular point can be easily corrected by dark correction, gain correction, and loss correction.
  • the wrapping area can be easily corrected by the unwrapping correction.
  • the noise reduction processing includes at least one of an averaging filter, a Gaussian filter, a low-pass filter, and a median filter.
  • a filter generally used for smoothing an image such as an averaging filter, a Gaussian filter, a low-pass filter, or a median filter, causes quantum noise, which is noise due to statistical variation in X-ray dose, to be generated. Can be easily reduced.
  • the X-ray phase imaging apparatus preferably, at least one of the plurality of gratings, the X-ray source, the subject, and the detector is subjected to fringe scanning for translating at a predetermined cycle.
  • the image processing unit generates a plurality of background acquired images and a plurality of subject acquired images detected by the detector by performing stripe scanning, and a plurality of background acquired images and a plurality of subject acquired images. Are analyzed to generate a background analysis image and a subject analysis image, respectively.
  • the image processing unit generates one background acquired image and one subject acquired image based on the X-ray, and one background acquired image and one subject acquired image.
  • the image is configured to generate a background analysis image and a subject analysis image by performing a Fourier transform process and an inverse Fourier transform process, respectively.
  • the imaging is performed while securing a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image. Time can be shortened.
  • the plurality of gratings are arranged between the X-ray source and the first grating to enhance coherence of X-rays emitted from the X-ray source.
  • a third grating preferably, the third grating can form the self-image of the first grating without depending on the focal diameter of the X-ray source, so that the degree of freedom in selecting the X-ray source can be improved. it can.
  • the shooting time can be shortened while securing a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an X-ray phase imaging apparatus according to an embodiment (first modification, second modification, and third modification) of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a grating position adjusting mechanism of the X-ray phase imaging device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining generation of a phase contrast image in the X-ray phase imaging apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining noise reduction processing on an image in the X-ray phase imaging apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining noise reduction processing on an image in the X-ray phase imaging apparatus according to the first modification of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an X-ray phase imaging apparatus according to an embodiment (first modification, second modification, and third modification) of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a grating position adjusting mechanism of the X-
  • FIG. 11 is a diagram for describing noise reduction processing on an image in an X-ray phase imaging apparatus according to a second modified example of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining noise reduction processing on an image in the X-ray phase imaging apparatus according to the third modification of the present invention.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 is an apparatus that images the inside of the subject P using the Talbot effect.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 includes an X-ray tube 11, a detector 12, a plurality of gratings G including a first grating G1, a second grating G2, and a third grating G3, a control unit 13, A lattice position adjusting mechanism 14, a subject stage 15, and a filter 16 are provided.
  • the X-ray tube 11 is an example of the “X-ray source” in the claims.
  • the X-ray tube 11, the third grating G3, the first grating G1, the second grating G2, and the detector 12 are arranged so that the X-ray irradiation axis direction (optical axis direction, Z Direction) in this order. That is, the first grating G1, the second grating G2, and the third grating G3 are arranged between the X-ray tube 11 and the detector 12.
  • the direction from the X-ray tube 11 toward the first grating G1 is defined as a Z2 direction
  • the opposite direction is defined as a Z1 direction.
  • a direction in which a later-described lattice G of each of the plurality of lattices G extends is defined as an X direction
  • a direction orthogonal to the Z direction and the X direction is defined as a Y direction.
  • the X-ray tube 11 is an X-ray generator capable of generating X-rays when a high voltage is applied.
  • the X-ray tube 11 is configured to irradiate the generated X-ray in the Z2 direction.
  • the detector 12 detects the X-rays emitted from the X-ray tube 11 and converts the detected X-rays into an electric signal.
  • the detector 12 is, for example, an FPD (Flat @ Panel @ Detector).
  • the detector 12 includes a plurality of conversion elements (not shown) and pixel electrodes (not shown) arranged on the plurality of conversion elements.
  • the plurality of conversion elements and the pixel electrodes are arranged in the X direction and the Y direction at a predetermined cycle (pixel pitch).
  • the detection signal (image signal) of the detector 12 is sent to an image processing unit 13a (described later) provided in the control unit 13.
  • the first grating G1 has slits G1a and X-ray phase change portions G1b arranged at a predetermined period (grating pitch) d1 in the Y direction. Each slit G1a and the X-ray phase change portion G1b are formed so as to extend linearly in the X direction.
  • the first grating G1 is a so-called phase grating.
  • the first grating G1 is disposed between the X-ray tube 11 and the second grating G2, and is provided to form a self-image (by the Talbot effect) by the X-rays emitted from the X-ray tube 11. I have.
  • the Talbot effect is such that when the coherent X-ray passes through the first grating G1 in which the slit G1a is formed, the first grating G1 is located at a predetermined distance (Talbot distance) from the first grating G1. (Self image) is formed.
  • the second grating G2 has a plurality of X-ray transmitting portions G2a and X-ray absorbing portions G2b arranged at a predetermined period (grating pitch) d2 in the Y direction. Each X-ray transmitting portion G2a and X-ray absorbing portion G2b are formed so as to extend linearly in the X direction.
  • the second grating G2 is a so-called absorption grating.
  • the second grating G2 is arranged between the first grating G1 and the detector 12, and is configured to interfere with the self-image formed by the first grating G1.
  • the second grating G2 is arranged at a position away from the first grating G1 by the Talbot distance in order to cause the self-image and the second grating G2 to interfere with each other. That is, in the X-ray phase imaging apparatus 100, the interference fringes (Moire fringes) generated by the interference between the self-image and the second grating G2 are detected by the detector 12 as X-rays.
  • the third grating G3 has a plurality of slits G3a and X-ray absorbing portions G3b arranged at a predetermined period (pitch) d3. Each of the slits G3a and the X-ray absorbing portion G3b is formed to extend linearly in the X direction.
  • the third grating G3 is arranged between the X-ray tube 11 and the first grating G1, and is irradiated with X-rays from the X-ray tube 11.
  • the third grating G3 is configured to use the X-rays that have passed through each slit G3a as a line light source corresponding to the position of each slit G3a. That is, the third grating G3 is provided to increase the coherence of the X-rays emitted from the X-ray tube 11.
  • the control unit 13 includes an image processing unit 13a that can generate an image.
  • the control unit 13 is configured to control the operations of the lattice position adjustment mechanism 14 and the subject stage 15.
  • Control unit 13 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.
  • the image processing unit 13a is configured to generate an image such as a phase contrast image C (see FIG. 3) based on the detection signal sent from the detector 12.
  • the image processing unit 13a includes, for example, a processor such as a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) configured for image processing. The details of the generation of the phase contrast image C (see FIG. 3) by the image processing unit 13a will be described later.
  • the grating position adjusting mechanism 14 adjusts the first grating G1 to the X direction, the Y direction, the Z direction, the rotation direction Rz around the axis in the Z direction, the rotation direction Rx around the axis in the X direction, and , And is movable in a rotation direction Ry about an axis in the Y direction.
  • the lattice position adjustment mechanism 14 includes an X-direction translation mechanism 14a, a Z-direction translation mechanism 14b, a Y-direction translation mechanism 14c, a translation mechanism connection section 14d, a stage support driving section 14e, and a stage support section. 14f, a stage driving unit 14g, and a stage 14h.
  • the X-direction translation mechanism 14a, the Z-direction translation mechanism 14b, and the Y-direction translation mechanism 14c are configured to be movable in the X, Z, and Y directions, respectively.
  • the X-direction translation mechanism 14a, the Z-direction translation mechanism 14b, and the Y-direction translation mechanism 14c include, for example, a stepping motor.
  • the lattice position adjusting mechanism 14 moves the first lattice G1 in the X direction, the Z direction, and the Y direction, respectively, by the operations of the X direction linear moving mechanism 14a, the Z direction linear moving mechanism 14b, and the Y direction linear moving mechanism 14c. It is configured as follows.
  • the stage support 14f supports the stage 14h for mounting (or holding) the first lattice G1 from the Z2 direction.
  • the stage drive unit 14g is configured to reciprocate the stage 14h in the X direction.
  • the stage 14h has a bottom formed in a convex curved shape toward the stage support portion 14f, and is configured to rotate around an axis in the Y direction (Ry direction) by being reciprocated in the X direction. I have.
  • the stage support driving unit 14e is configured to reciprocate the stage support 14f in the Y direction.
  • the linear motion mechanism connecting portion 14d is provided on the X direction linear motion mechanism 14a so as to be rotatable around the axis in the Z direction (Rz direction).
  • the stage support portion 14f has a bottom portion formed in a convex curved shape toward the linear motion mechanism connection portion 14d, and reciprocates in the Y direction to rotate around the axis in the X direction (Rx direction). It is configured as follows.
  • the grid position adjusting mechanism 14 may have a mechanism for holding the first grid G1, such as a chuck mechanism or a hand mechanism, for example.
  • the subject stage 15 has a mounting surface (not shown) on which the subject P is mounted.
  • the subject stage 15 is configured to be movable in the X and Y directions under the control of the control unit 13 while the subject P is placed on the placement surface.
  • the subject stage 15 is composed of, for example, an XY stage.
  • the subject stage 15 may have a mechanism for holding the subject P, such as a chuck mechanism or a hand mechanism, for example.
  • the filter 16 is a filter for adjusting the spectrum of the X-ray emitted from the X-ray tube 11.
  • the filter 16 is arranged between the X-ray tube 11 and the third grating G3.
  • the filter 16 includes, for example, silver, rhodium, or the like. Accordingly, the low-energy X-rays that do not contribute to the generation of the phase contrast image C can be shielded by the filter 16, so that the exposure dose of the subject P can be suppressed from increasing.
  • a phase contrast image C refers to at least one of the plurality of gratings G, the X-ray tube 11, the subject P, and the detector 12 at a predetermined cycle. This is an image generated based on an image detected by the detector 12 by performing stripe scanning for translation (step).
  • the first grating G1 is operated by the operation of the Y-direction linear movement mechanism 14c (see FIG. 2) of the grating position adjusting mechanism 14. Is configured to scan stripes.
  • the image processing unit 13a is configured to generate an AIR acquired image A10 and a SAMPLE acquired image S10 detected by the detector 12 by performing the fringe scanning. ing.
  • the AIR acquired image A10 is an image obtained by imaging a detection signal detected by the detector 12 in a state where the subject P is not arranged between the X-ray tube 11 and the detector 12.
  • the SAMPLE acquired image S10 is an image obtained by imaging a detection signal detected by the detector 12 in a state where the subject P is arranged between the X-ray tube 11 and the detector 12.
  • the AIR acquired image A10 and the SAMPLE acquired image S10 are examples of the “background acquired image” and the “subject acquired image” in the claims, respectively.
  • the image processing unit 13a is configured to generate an AIR intermediate image A20 and a SAMPLE intermediate image S20.
  • the AIR intermediate image A20 and the SAMPLE intermediate image S20 are images obtained by analyzing the AIR acquired image A10 and the SAMPLE acquired image S10, respectively.
  • the AIR intermediate image A20 and the SAMPLE intermediate image S20 are examples of a “background analysis image” and a “subject analysis image”, respectively.
  • the image processing unit 13a is configured to generate a final image (phase contrast image C) based on the AIR intermediate image A20 and the SAMPLE intermediate image S20.
  • the phase contrast image C includes an absorption image C1, a phase differential image C2, and a dark field image C3.
  • the absorption image C1 is an image formed based on the difference in the degree of X-ray absorption by the subject P.
  • the phase differential image C2 is an image formed based on the phase shift of the X-ray.
  • the dark-field image C3 is a visibility image obtained by a change in visibility (clarity) based on small-angle scattering of an object.
  • the dark-field image is also called a small-angle scattering image.
  • the first grid G1 is moved by the grid position adjusting mechanism 14 in the direction of the grid pitch (Y X-rays are detected at a plurality of positions while scanning stripes at a predetermined period in the direction (direction). Then, as shown in FIG. 3, the image processing unit 13a generates a plurality of AIR-acquired images A10 having different intensities of the detection signals based on the detection signals detected by the detector 12. Further, as shown in FIG.
  • the first grid G1 is moved in the direction of the grid pitch (Y direction) by the grid position adjusting mechanism 14. X-rays are detected at a plurality of positions while performing stripe scanning at a predetermined cycle. Then, as shown in FIG. 3, the image processing unit 13a generates a plurality of SAMPLE acquired images S10 having different detection signal intensities based on the detection signals detected by the detector 12.
  • FIG. 3 shows an example in which four AIR acquired images A10 and four SAMPLE acquired images S10 are generated.
  • the image processing unit 13a acquires a signal intensity change curve (step curve) in which the signal intensity is fitted with a sine function for each of the plurality of AIR acquired images A10. Then, the image processing unit 13a generates three types of fitting coefficients (average value, phase, and amplitude) acquired from the step curve as AIR intermediate images A21, A22, and A23, respectively. Further, the image processing unit 13a acquires a signal intensity change curve (step curve) obtained by fitting the signal intensity with a sine function for each of the plurality of SAMPLE acquired images S10. Then, the image processing unit 13a generates three types of fitting coefficients (average value, phase, and amplitude) acquired from the step curve as SAMPLE intermediate images S21, S22, and S23, respectively.
  • the image processing unit 13a generates the absorption image C1 by calculating the average value (SAMPLE) / average value (AIR) for each pixel. Further, the image processing unit 13a generates a phase differential image C2 by calculating a phase (SAMPLE) -phase (AIR) for each pixel. Further, a dark field image C3 is generated by calculating (amplitude (SAMPLE) / average value (SAMPLE)) / (amplitude (AIR) / average value (AIR)) for each pixel.
  • the average value (AIR), phase (AIR), and amplitude (AIR) are fitting coefficients of the AIR intermediate images A21, A22, and A23, respectively.
  • the average value (SAMPLE), phase (SAMPLE), and amplitude (SAMPLE) are fitting coefficients of the SAMPLE intermediate images S21, S22, and S23, respectively.
  • the image processing unit 13a is configured to perform a noise reduction process for reducing quantum noise on the AIR acquired image A10 before the phase contrast image C is generated. . Specifically, the image processing unit 13a generates the phase contrast image C by performing the noise reduction processing on the AIR acquired image A10 without performing the noise reduction processing on any of the SAMPLE acquired image S10 and the SAMPLE intermediate image S20. It is configured to be. Further, the image processing unit 13a is configured to perform a predetermined correction process for correcting a singular point in an image or a wrapping region between images on the AIR acquired image A10 before performing the noise reduction process. .
  • the image processing unit 13a first performs a predetermined correction process on the AIR acquired image A10 to correct a singular point in the image or a wrapping area between the images.
  • the AIR acquired image A10 subjected to the predetermined correction processing becomes an AIR acquired image A10a in which a singular point in the image and a wrapping area between the images have been corrected.
  • the image processing unit 13a performs a noise reduction process on the AIR acquired image A10a to reduce quantum noise.
  • the AIR acquired image A10a on which the noise reduction processing has been performed becomes the AIR acquired image A10b with reduced quantum noise.
  • the image processing unit 13a generates the AIR intermediate image A20 in which the quantum noise is reduced by analyzing the AIR acquired image A10b in which the quantum noise is reduced.
  • the AIR acquired image A10a and the AIR acquired image A10b are examples of the "background acquired image" in the claims.
  • the image processing unit 13a generates the SAMPLE intermediate image S20 by analyzing the SAMPLE acquired image S10 without performing a predetermined correction process and a noise reduction process on the SAMPLE acquired image S10. Then, the image processing unit 13a performs a predetermined correction process and a noise reduction process on the SAMPLE intermediate image S20, and based on the AIR intermediate image A20 in which the quantum noise is reduced and the SAMPLE intermediate image S20, A phase contrast image C in which a decrease in image quality is suppressed is generated.
  • the noise reduction processing includes at least one of an averaging filter, a Gaussian filter, a low-pass filter, a median filter, and the like. That is, the noise reduction process is a filtering process for smoothing an image for reducing quantum noise.
  • the predetermined correction processing includes at least one of dark correction, gain correction, loss correction, and unwrapping correction.
  • the dark correction is a process of subtracting an image (dark image) shot without X-ray irradiation from an image shot with X-ray irradiation.
  • the gain correction is a process of dividing an image captured by irradiating X-rays without placing the grid G from an image captured by placing the grid G.
  • the loss correction is a process of correcting a loss portion where the sensitivity of the detector 12 is significantly reduced, by averaging with surrounding pixels or the like. That is, the dark correction, the gain correction, and the loss correction are processes for correcting a singular point derived from the detector 12.
  • the unwrapping correction is a process of correcting the phase value of a wrapping region, which is discontinuous due to a shift of a phase value between images of pixels by one period, so that the phase value changes continuously.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 sets the detection time for generating the AIR acquired image A10 to be shorter than the X-ray detection time for the detector 12 for generating the SAMPLE acquired image S10. Is configured. Further, the image processing unit 13a is configured to adjust so as to increase the degree of noise reduction in the noise reduction processing as the detection time for generating the AIR acquired image A10 is shortened. For example, the standard detection time of X-rays by the detector 12 for generating the SAMPLE acquired image S10 and the AIR acquired image A10 is 10 minutes, respectively.
  • the degree of the noise reduction processing (the degree of image smoothing) is set to 10 so as to reduce the increased noise of 10%.
  • the degree of noise reduction processing is set to 20 so as to reduce the increased noise of 20%.
  • the image processing unit 13a is configured to perform the noise reduction processing for reducing the quantum noise on the AIR acquired image A10 before the phase contrast image C is generated.
  • the phase contrast image C can be generated based on the AIR intermediate image A20 and the SAMPLE intermediate image S20 in which the quantum noise has been reduced.
  • the phase contrast image C in which the influence of the quantum noise is reduced is generated. can do. This makes it possible to shorten the photographing time while securing a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image C.
  • the image processing unit 13a performs the noise reduction processing on the AIR acquired image A10 without performing the noise reduction processing on any of the SAMPLE acquired image S10 and the SAMPLE intermediate image S20.
  • a phase contrast image C is generated. Accordingly, the noise reduction processing is not performed on the SAMPLE acquired image S10 and the SAMPLE intermediate image S20 including the spatial information of the subject P, and the noise reduction processing is performed on the AIR acquired image A10 not including the spatial information of the subject P. Therefore, it is possible to generate the phase contrast image C in which the deterioration of the image quality due to the influence of the quantum noise is suppressed, without adversely affecting the spatial information of the subject P such as a decrease in the spatial resolution.
  • the X-ray phase imaging apparatus 100 performs the detection for generating the AIR acquired image A10 more than the detection time of the X-ray by the detector 12 for generating the SAMPLE acquired image S10. Configure to reduce time.
  • the detection time for generating the AIR-acquired image A10 becomes relatively short, so that the imaging time can be reliably shortened while securing a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image C.
  • the image processing unit 13a increases the degree of noise reduction in the noise reduction processing as the detection time for generating the AIR-acquired image A10 decreases. Configure to adjust. Thereby, the quantum noise increased by shortening the detection time can be reliably reduced from the AIR acquired image A10.
  • the image processing unit 13a is configured to perform a predetermined correction process on the AIR acquired image A10 before performing the noise reduction process. Due to this, noise reduction processing (filtering processing for smoothing an image) for reducing quantum noise is performed on a singular point or a wrapping area, so that the singular point or the wrapping area is smoothed with the surroundings. It is possible to suppress the formation of an artifact (virtual image).
  • the predetermined correction processing includes at least one of dark correction, gain correction, loss correction, and unwrapping correction. This makes it possible to easily correct a singular point or a wrapping area.
  • the noise reduction processing includes at least one of an averaging filter, a Gaussian filter, a low-pass filter, and a median filter.
  • an averaging filter a Gaussian filter
  • a low-pass filter a filter that reduces quantum noise
  • a median filter a filter that reduces quantum noise due to statistical variation in X-ray dose
  • the first grating G1 is configured to perform the fringe scanning for translating and moving at a predetermined cycle.
  • the image processing unit 13a generates a plurality of AIR-acquired images A10 and a plurality of SAMPLE-acquired images S10 detected by the detector 12 by performing stripe scanning, and a plurality of AIR-acquired images A10 and a plurality of SAMPLE-acquired images.
  • the image S10 is analyzed to generate an AIR intermediate image A20 and a SAMPLE intermediate image S20, respectively. Accordingly, in the configuration in which the AIR acquisition image A10 and the SAMPLE acquisition image S10 are generated by performing the fringe scanning, the imaging time can be shortened while securing a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image C. .
  • the plurality of gratings G are arranged between the X-ray tube 11 and the first grating G1, and increase the coherence of X-rays emitted from the X-ray tube 11.
  • the self-image of the first grating G1 can be formed by the third grating G3 without depending on the focal diameter of the X-ray tube 11, so that the degree of freedom in selecting the X-ray tube 11 can be improved. it can.
  • the image processing unit 13a is configured to perform a predetermined correction process on the AIR-acquired image A10 before performing the noise reduction process.
  • the image processing unit 113a does not perform predetermined correction processing on the AIR-acquired image A10 before performing the noise reduction processing. It may be configured as follows.
  • the image processing unit 113a performs a noise reduction process on the AIR acquired image A10 to reduce quantum noise.
  • the AIR acquired image A10 subjected to the noise reduction processing becomes an AIR acquired image A210b in which the quantum noise has been reduced.
  • the image processing unit 113a analyzes the AIR acquired image A210b in which the quantum noise has been reduced, thereby generating an AIR intermediate image A220 in which the quantum noise has been reduced.
  • the image processing unit 113a performs a predetermined correction process and a noise reduction process on the SAMPLE intermediate image S20, and based on the AIR intermediate image A220 in which the quantum noise is reduced and the SAMPLE intermediate image S20.
  • a phase contrast image C200 in which a decrease in image quality is suppressed is generated.
  • the AIR acquired image A210b is an example of the “background acquired image” in the claims.
  • the AIR intermediate image A220 is an example of the “background analysis image” in the claims.
  • the image processing unit 13a is configured to adjust so as to increase the degree of noise reduction in the noise reduction processing as the detection time for generating the AIR acquired image A10 is shortened.
  • the present invention is not limited to this.
  • the image processing unit may be configured to adjust the degree of noise reduction in the noise reduction processing regardless of the detection time for generating the AIR acquired image A10.
  • the image processing unit 13a is configured to perform the noise reduction processing for reducing the quantum noise on the AIR acquired image A10, but the present invention is not limited to this.
  • the image processing unit 213a see FIG. 1 of the second modified example shown in FIG. 6 and the image processing unit 313a (see FIG. 1) of the third modified example shown in FIG.
  • a noise reduction process for reducing quantum noise may be performed.
  • the image processing unit may be configured to perform noise reduction processing for reducing quantum noise on both the AIR acquired image A10 and the AIR intermediate image A20.
  • a predetermined correction process is performed on the image on which the noise reduction process is performed before the noise reduction process is performed.
  • the AIR intermediate image A320 is an example of the “background analysis image” in the claims.
  • the image processing unit 213a In the second modification shown in FIG. 6, the image processing unit 213a generates an AIR intermediate image A320 from the AIR acquired image A10 without performing a predetermined correction process and a noise reduction process on the AIR acquired image A10. .
  • the image processing unit 213a performs a predetermined correction process on the AIR intermediate image A320 to correct a singular point in the image or a wrapping area between the images.
  • the AIR intermediate image A320 that has been subjected to the predetermined correction processing becomes an AIR intermediate image A320a in which a singular point in the image and a wrapping area between the images have been corrected.
  • the image processing unit 213a performs a noise reduction process on the AIR intermediate image A320a to reduce quantum noise.
  • the AIR intermediate image A320a on which the noise reduction processing has been performed becomes an AIR intermediate image A320b with reduced quantum noise. Then, the image processing unit 213a performs a predetermined correction process and a noise reduction process on the SAMPLE intermediate image S20, and based on the AIR intermediate image A320b in which the quantum noise is reduced and the SAMPLE intermediate image S20. A phase contrast image C300 in which a decrease in image quality is suppressed is generated.
  • the AIR intermediate image A320a and the AIR intermediate image A320b are examples of the "background analysis image" in the claims.
  • the image processing unit 313a performs the AIR acquisition without performing the predetermined correction process and the noise reduction process on the AIR acquired image A10, as in the example illustrated in FIG.
  • An AIR intermediate image A320 is generated from the image A10.
  • the image processing unit 313a performs a noise reduction process on the AIR intermediate image A320 to reduce quantum noise.
  • the AIR intermediate image A320a that has been subjected to the noise reduction processing becomes an AIR intermediate image A420b in which the quantum noise has been reduced.
  • the image processing unit 313a performs a predetermined correction process and a noise reduction process on the SAMPLE intermediate image S20, and based on the AIR intermediate image A420b in which the quantum noise has been reduced and the SAMPLE intermediate image S20.
  • a phase contrast image C400 in which a decrease in image quality is suppressed is generated.
  • the AIR intermediate image A420b is an example of the “background analysis image” in the claims.
  • the first grating G1 is configured to perform the fringe scanning that translates in a predetermined cycle, but the present invention is not limited to this.
  • it may be configured to perform a fringe scan for translating any one of the second grating G2, the third grating G3, the X-ray tube 11, the subject P, and the detector 12 at a predetermined cycle.
  • it is also possible to perform a fringe scan in which a plurality of the first grating G1, the second grating G2, the third grating G3, the X-ray tube 11, the subject P and the detector 12 are translated at a predetermined cycle. Good.
  • the image processing unit 13a generates a plurality of AIR-acquired images A10 and a plurality of SAMPLE-acquired images S10 detected by the detector 12 by performing a fringe scan. Also, an example has been shown in which the SAMPLE acquired images S10 are analyzed to generate the AIR intermediate image A20 and the SAMPLE intermediate image S20, respectively, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the image processing unit generates one AIR acquired image A10 and one SAMPLE acquired image S10 based on X-rays, and performs Fourier transform on one AIR acquired image A10 and one SAMPLE acquired image S10, respectively.
  • the AIR intermediate image A20 and the SAMPLE intermediate image S20 may be generated by performing the processing and the inverse Fourier transform processing.
  • the photographing time is maintained while securing a predetermined level of image quality in the generated phase contrast image C. Can be shortened.
  • the plurality of gratings G are arranged between the X-ray tube 11 and the first grating G1, and the third grating G for increasing the coherence of the X-ray emitted from the X-ray tube 11 is provided.
  • G3 is included
  • the present invention is not limited to this. In the present invention, the third grating G3 may not be included.
  • the present invention is not limited to this.
  • an absorption grating may be used instead of the phase grating.
  • a region (a non-interferometer) where a stripe pattern simply occurs due to optical conditions such as a distance, and a region where a self-image due to the Talbot effect occurs (an interferometer) are generated.
  • X-ray phase imaging device A10, A10a, A10b, A210b AIR acquired image (background acquired image) A20 (A21, A22, A23), A20a, A20b, A220, A320, A320a, A320b, A420b AIR intermediate image (background analysis image) C, C200, C300, C400 Phase contrast image C1 Absorption image C2 Phase differential image C3 Dark field image G Grid G1 First grid G2 Second grid G3 Third grid P Subject S10 SAMPLE acquired image (subject acquired image) S20 (S21, S22, S23) SAMPLE intermediate image (subject analysis image)

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Abstract

このＸ線位相イメージング装置（１００）では、画像処理部（１３ａ）は、位相コントラスト画像（Ｃ）が生成される前に、Ｘ線源（１１）と検出器（１２）との間に被写体（Ｐ）を配置しない状態で検出器により検出された背景取得画像（Ａ１０）に量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成されている。

Description

Ｘ線位相イメージング装置
　本発明は、Ｘ線位相イメージング装置に関し、特に、吸収像、位相微分像および暗視野像のうちの少なくとも１つを含む位相コントラスト画像を生成するＸ線位相イメージング装置に関する。
　従来、吸収像、位相微分像および暗視野像のうちの少なくとも１つを含む位相コントラスト画像を生成するＸ線位相イメージング装置が知られている。このようなＸ線位相イメージング装置は、たとえば、国際公開２０１４／０３０１１５号に開示されている。
　国際公開２０１４／０３０１１５号には、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置される複数の格子（ソース格子、位相格子（第１格子）および分析格子（第２格子)）と、を備えたＸ線位相イメージング装置が開示されている。国際公開２０１４／０３０１１５号のＸ線位相イメージング装置では、ソース格子と、位相格子と、分析格子とが、Ｘ線源側からＸ線検出器側に向かって、この順に並んで配置されている。国際公開２０１４／０３０１１５号のＸ線位相イメージング装置では、Ｘ線源から照射されソース格子を通過したＸ線が位相格子を通過することにより、位相格子から所定の距離だけ離れた位置に位相格子の自己像が形成される。そして、自己像と分析格子とが干渉することにより生じた干渉縞（モアレ縞）をＸ線検出器で検出することが可能に構成されている。
　国際公開２０１４／０３０１１５号のＸ線位相イメージング装置では、複数の格子のうちの１つ（ソース格子）を所定の周期で並進移動（縞走査）させることにより変化するモアレ縞の変化をＸ線検出器で検出して、複数のＸ線画像を生成するように構成されている。国際公開２０１４／０３０１１５号のＸ線位相イメージング装置では、Ｘ線源とＸ線検出器との間に被写体を配置しない場合の複数のＸ線画像（背景取得画像）と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に被写体を配置した場合の複数のＸ線画像（被写体取得画像）とが生成される。そして、生成された複数の背景取得画像および複数の被写体取得画像が解析されて、それぞれ、背景解析画像および被写体解析画像が生成される。そして、生成された背景解析画像と被写体解析画像とに基づいて、吸収像、位相微分像および暗視野像を含む位相コントラスト画像が生成される。なお、吸収像は、被写体によるＸ線の吸収度合の差に基づいて画像化したＸ線画像である。位相微分像は、Ｘ線の位相のずれに基づいて画像化したＸ線画像である。暗視野像は、物体の小角散乱に基づくＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ（鮮明度）の変化によって得られる、Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ像のことである。
国際公開２０１４／０３０１１５号
　ここで、Ｘ線源から照射されるＸ線（光子）量には、量子レベルにおいて統計的なバラつき（変動）があるので、生成されるＸ線画像には、Ｘ線量の統計的なバラつきに起因するノイズ（量子ノイズ）が生じる。そして、量子ノイズが増加するにしたがって、背景取得画像と被写体取得画像とに基づいて生成された位相コントラスト画像は、画質が低下する。なお、撮影時間（Ｘ線の検出時間）が長くなるにしたがって、Ｘ線量の統計的なバラつきが収束されるので、Ｘ線画像に生じる量子ノイズは低減される。すなわち、撮影時間を短くすることと、画質を向上させることとの間には、トレードオフの関係がある。このため、国際公開２０１４／０３０１１５号に記載のような従来のＸ線位相イメージング装置では、生成される位相コントラスト画像において所定の水準の画質を確保するために、量子ノイズが十分に低減されるように、撮影時間（Ｘ線の検出時間）を比較的長くする必要があるという問題点がある。
　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、生成される位相コントラスト画像において所定の水準の画質を確保しながら、撮影時間を短くすることが可能なＸ線位相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線位相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線源から照射されるＸ線により自己像を形成するための第１格子と、第１格子の自己像と干渉させるための第２格子と、を含む複数の格子と、Ｘ線源と検出器との間に被写体を配置しない状態で検出器により検出された背景取得画像と、背景取得画像を解析した背景解析画像と、Ｘ線源と検出器との間に被写体を配置した状態で検出器により検出された被写体取得画像と、被写体取得画像を解析した被写体解析画像と、背景解析画像と被写体解析画像とに基づいて、吸収像、位相微分像または暗視野像の少なくともいずれか１つを含む位相コントラスト画像と、を生成する画像処理部と、を備え、画像処理部は、位相コントラスト画像が生成される前に、背景取得画像および背景解析画像のうちの少なくとも一方に検出器で検出されるＸ線量の統計的変動による量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成されている。
　この発明の一の局面によるＸ線位相イメージング装置では、上記のように、画像処理部は、位相コントラスト画像が生成される前に、背景取得画像および背景解析画像のうちの少なくとも一方に量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成されている。これにより、背景取得画像または背景解析画像のいずれかにノイズ低減処理が行なわることにより、量子ノイズが低減された背景解析画像と、被写体解析画像とに基づいて、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、Ｘ線撮影の時間が比較的短いことに起因して、生成された背景取得画像に量子ノイズが比較的多く生じた場合でも、量子ノイズの影響が低減された位相コントラスト画像を生成することができる。これにより、生成される位相コントラスト画像において所定の水準の画質を確保しながら、撮影時間を短くすることができる。なお、量子ノイズを低減するノイズ低減処理は、画像を平滑化するフィルタリング処理に相当する。
　上記一の局面によるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、画像処理部は、被写体取得画像および被写体解析画像のいずれにもノイズ低減処理を行わずに、背景取得画像および背景解析画像のうちの少なくとも一方にノイズ低減処理を行うことにより、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、被写体の空間情報が含まれる被写体取得画像および被写体解析画像に対してノイズ低減処理が行われずに、被写体の空間情報が含まれない背景取得画像および背景解析画像のうちの少なくとも一方にノイズ低減処理が行われるので、被写体の空間情報に対して平滑化による空間分解能の低下等の悪影響を与えることなく、量子ノイズの影響による画質の低下が抑制された位相コントラスト画像を生成することができる。
　上記一の局面によるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、被写体取得画像を生成するための検出器によるＸ線の検出時間よりも背景取得画像を生成するための検出時間を短くするように構成されている。このように構成すれば、背景取得画像を生成するための検出時間が比較的短くなるので、生成される位相コントラスト画像において所定の水準の画質を確保しながら、確実に撮影時間を短くすることができる。
　この場合、好ましくは、画像処理部は、背景取得画像を生成するための検出時間を短くするのにしたがって、ノイズ低減処理のノイズの低減の程度を大きくするように調整するように構成されている。このように構成すれば、検出時間を短くしたことにより増加した量子ノイズを背景取得画像および背景解析画像のいずれか一方から確実に低減することができる。
　上記一の局面によるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、画像処理部は、ノイズ低減処理を行う前に、背景取得画像または背景解析画像に対して、所定の補正処理を行うように構成されている。ここで、背景取得画像には、画素欠損等の検出器由来の特異点がある場合がある。また、複数の背景取得画像を取得した場合には、背景取得画像を取得する際の格子の位置ずれ等に起因して、背景取得画像間で位相値が不連続となるラッピング領域が生じる場合がある。したがって、上記のように構成すれば、量子ノイズを低減するノイズ低減処理（画像を平滑化するフィルタリング処理）が特異点やラッピング領域に対して行われることにより、特異点やラッピング領域が周囲と平滑化されてしまうことに起因するアーチファクト（虚像）が形成されてしまうのを抑制することができる。
　この場合、好ましくは、所定の補正処理は、ダーク補正、ゲイン補正、欠損補正およびアンラッピング補正のうちの少なくともいずれか１つを含む。このように構成すれば、ダーク補正、ゲイン補正および欠損補正により特異点を容易に補正することができる。また、アンラッピング補正により、ラッピング領域を容易に補正することができる。
　上記一の局面によるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、ノイズ低減処理は、平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ、ローパスフィルタおよびメディアンフィルタのうちの少なくともいずれか１つを含む。このように構成すれば、平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ、ローパスフィルタまたはメディアンフィルタ等の画像の平滑化に一般的に使用されるフィルタにより、Ｘ線量の統計的なバラつきに起因するノイズである量子ノイズを容易に低減することができる。
　上記一の局面によるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、複数の格子のいずれか、Ｘ線源、被写体および検出器のうちの少なくとも１つを、所定の周期で並進移動させる縞走査を行うように構成されており、画像処理部は、縞走査を行うことにより検出器で検出された複数の背景取得画像および複数の被写体取得画像を生成するとともに、複数の背景取得画像および複数の被写体取得画像を解析して、それぞれ、背景解析画像および被写体解析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、縞走査を行うことにより背景取得画像および被写体取得画像を生成する構成において、生成される位相コントラスト画像において所定の水準の画質を確保しながら、撮影時間を短くすることができる。
　上記一の局面によるＸ線位相イメージング装置において、好ましくは、画像処理部は、Ｘ線に基づく１つの背景取得画像および１つの被写体取得画像を生成するとともに、１つの背景取得画像および１つの被写体取得画像を、それぞれ、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより背景解析画像および被写体解析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、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより背景解析画像および被写体解析画像を生成する構成において、生成される位相コントラスト画像において所定の水準の画質を確保しながら、撮影時間を短くすることができる。
　上記一の局面によるＸ線位相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、Ｘ線源から照射されたＸ線の可干渉性を高めるための第３格子をさらに含む。このように構成すれば、第３格子により、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できるので、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、生成される位相コントラスト画像において所定の水準の画質を確保しながら、撮影時間を短くすることができる。
本発明の一実施形態（第１変形例、第２変形例、第３変形例）によるＸ線位相イメージング装置の全体構成を示した図である。 本発明の一実施形態によるＸ線位相イメージング装置の格子位置調整機構を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるＸ線位相イメージング装置における位相コントラスト画像の生成を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるＸ線位相イメージング装置における画像に対するノイズ低減処理を説明するための図である。 本発明の第１変形例によるＸ線位相イメージング装置における画像に対するノイズ低減処理を説明するための図である。 本発明の第２変形例によるＸ線位相イメージング装置における画像に対するノイズ低減処理を説明するための図である。 本発明の第３変形例によるＸ線位相イメージング装置における画像に対するノイズ低減処理を説明するための図である。
　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。
　まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００の構成について説明する。
　図１に示すように、Ｘ線位相イメージング装置１００は、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用して、被写体Ｐの内部を画像化する装置である。Ｘ線位相イメージング装置１００は、Ｘ線管１１と、検出器１２と、第１格子Ｇ１と、第２格子Ｇ２と、第３格子Ｇ３と、を含む複数の格子Ｇと、制御部１３と、格子位置調整機構１４と、被写体ステージ１５と、フィルタ１６と、を備えている。なお、Ｘ線管１１は、特許請求の範囲の「Ｘ線源」の一例である。
　Ｘ線位相イメージング装置１００では、Ｘ線管１１と、第３格子Ｇ３と、第１格子Ｇ１と、第２格子Ｇ２と、検出器１２とが、Ｘ線の照射軸方向（光軸方向、Ｚ方向）に、この順に並んで配置されている。すなわち、第１格子Ｇ１、第２格子Ｇ２および第３格子Ｇ３は、Ｘ線管１１と検出器１２との間に配置されている。なお、本明細書では、Ｘ線管１１から第１格子Ｇ１に向かう方向をＺ２方向、その逆方向をＺ１方向とする。また、複数の格子Ｇそれぞれの後述する格子Ｇが延びる方向をＸ方向とし、Ｚ方向およびＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。
　Ｘ線管１１は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させることが可能なＸ線発生装置である。Ｘ線管１１は、発生させたＸ線をＺ２方向に照射するように構成されている。
　検出器１２は、Ｘ線管１１から照射された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する。検出器１２は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ　Ｐａｎｅｌ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器１２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方向に並んで配置されている。検出器１２の検出信号（画像信号）は、制御部１３が備える画像処理部１３ａ（後述する）に送られる。
　第１格子Ｇ１は、Ｙ方向に所定の周期（格子ピッチ）ｄ１で配列されるスリットＧ１ａおよびＸ線位相変化部Ｇ１ｂを有している。各スリットＧ１ａおよびＸ線位相変化部Ｇ１ｂは、Ｘ方向に直線状に延びるように形成されている。第１格子Ｇ１は、いわゆる位相格子である。第１格子Ｇ１は、Ｘ線管１１と第２格子Ｇ２との間に配置されており、Ｘ線管１１から照射されたＸ線により（タルボ効果によって）自己像を形成するために設けられている。なお、タルボ効果は、可干渉性を有するＸ線が、スリットＧ１ａが形成された第１格子Ｇ１を通過すると、第１格子Ｇ１から所定の距離（タルボ距離）離れた位置に、第１格子Ｇ１の像（自己像）が形成されることを意味する。
　第２格子Ｇ２は、Ｙ方向に所定の周期（格子ピッチ）ｄ２で配列される複数のＸ線透過部Ｇ２ａおよびＸ線吸収部Ｇ２ｂを有している。各Ｘ線透過部Ｇ２ａおよびＸ線吸収部Ｇ２ｂは、Ｘ方向に直線状に延びるように形成されている。第２格子Ｇ２は、いわゆる、吸収格子である。第２格子Ｇ２は、第１格子Ｇ１と検出器１２との間に配置されており、第１格子Ｇ１により形成された自己像に干渉するように構成されている。第２格子Ｇ２は、自己像と第２格子Ｇ２とを干渉させるために、第１格子Ｇ１からタルボ距離だけ離れた位置に配置されている。すなわち、Ｘ線位相イメージング装置１００では、自己像と第２格子Ｇ２とが干渉することにより生成された干渉縞（モアレ縞）が、Ｘ線として検出器１２で検出される。
　第３格子Ｇ３は、所定の周期（ピッチ）ｄ３で配列される複数のスリットＧ３ａおよびＸ線吸収部Ｇ３ｂを有している。各スリットＧ３ａおよびＸ線吸収部Ｇ３ｂはそれぞれ、Ｘ方向に直線状に延びるように形成されている。第３格子Ｇ３は、Ｘ線管１１と第１格子Ｇ１との間に配置されており、Ｘ線管１１からＸ線が照射される。第３格子Ｇ３は、各スリットＧ３ａを通過したＸ線を、各スリットＧ３ａの位置に対応する線光源とするように構成されている。すなわち、第３格子Ｇ３は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線の可干渉性を高めるために設けられている。
　制御部１３は、画像を生成可能な画像処理部１３ａを備えている。また、制御部１３は、格子位置調整機構１４および被写体ステージ１５の動作を制御するように構成されている。制御部１３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１３ａは、検出器１２から送られた検出信号に基づいて、位相コントラスト画像Ｃ（図３参照）等の画像を生成するように構成されている。画像処理部１３ａ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。なお、画像処理部１３ａによる位相コントラスト画像Ｃ（図３参照）の生成の詳細は後述する。
　図２に示すように、格子位置調整機構１４は、第１格子Ｇ１を、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に移動可能に構成されている。格子位置調整機構１４は、Ｘ方向直動機構１４ａと、Ｚ方向直動機構１４ｂと、Ｙ方向直動機構１４ｃと、直動機構接続部１４ｄと、ステージ支持部駆動部１４ｅと、ステージ支持部１４ｆと、ステージ駆動部１４ｇと、ステージ１４ｈと、を含む。
　Ｘ方向直動機構１４ａ、Ｚ方向直動機構１４ｂおよびＹ方向直動機構１４ｃは、それぞれ、Ｘ方向、Ｚ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている。Ｘ方向直動機構１４ａ、Ｚ方向直動機構１４ｂおよびＹ方向直動機構１４ｃは、たとえば、ステッピングモータなどを含む。格子位置調整機構１４は、Ｘ方向直動機構１４ａ、Ｚ方向直動機構１４ｂおよびＹ方向直動機構１４ｃの動作により、それぞれ、第１格子Ｇ１を、Ｘ方向、Ｚ方向およびＹ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１４ｆは、第１格子Ｇ１を載置（または保持）させるためのステージ１４ｈをＺ２方向から支持している。ステージ駆動部１４ｇは、ステージ１４ｈ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１４ｈは、底部がステージ支持部１４ｆ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、Ｙ方向の軸線周り（Ｒｙ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１４ｅは、ステージ支持部１４ｆをＹ方向に往復移動させるように構成されている。また、直動機構接続部１４ｄは、Ｚ方向の軸線周り（Ｒｚ方向）に回動可能にＸ方向直動機構１４ａに設けられている。また、ステージ支持部１４ｆは底部が直動機構接続部１４ｄに向けて凸曲面状に形成されており、Ｙ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。なお、格子位置調整機構１４は、たとえば、チャック機構やハンド機構等の第１格子Ｇ１を保持するための機構を有していてもよい。
　図１に示すように、被写体ステージ１５は、被写体Ｐを載置させるための載置面（図示しない）を有する。被写体ステージ１５は、制御部１３の制御により、被写体Ｐを載置面に載置させた状態で、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている。被写体ステージ１５は、たとえば、Ｘ－Ｙステージにより構成されている。なお、被写体ステージ１５は、たとえば、チャック機構やハンド機構等の被写体Ｐを保持するための機構を有していてもよい。
　フィルタ１６は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線のスペクトルを調整するためのフィルタである。フィルタ１６は、Ｘ線管１１と第３格子Ｇ３との間に配置されている。フィルタ１６は、たとえば、銀やロジウム等を含む。これにより、位相コントラスト画像Ｃの生成に寄与しない低エネルギーのＸ線をフィルタ１６により遮蔽することができるので、被写体Ｐの被曝線量が大きくなるのを抑制することができる。
　（位相コントラスト画像の生成）
　次に、図１および図３を参照しながら、画像処理部１３ａによる位相コントラスト画像Ｃの生成について詳細に説明する。
　図１に示すように、位相コントラスト画像Ｃ（図３参照）とは、複数の格子Ｇのいずれか、Ｘ線管１１、被写体Ｐおよび検出器１２のうちの少なくとも１つを、所定の周期で並進移動（ステップ）させる縞走査を行うことにより、検出器１２で検出された画像に基づいて生成される画像である。なお、Ｘ線位相イメージング装置１００では、位相コントラスト画像Ｃ（図３参照）を生成するために、格子位置調整機構１４のＹ方向直動機構１４ｃ（図２参照）の動作により、第１格子Ｇ１を縞走査させるように構成されている。
　詳細には、図３に示すように、画像処理部１３ａは、縞走査を行うことにより検出器１２で検出された、ＡＩＲ取得画像Ａ１０と、ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０と、を生成するように構成されている。ＡＩＲ取得画像Ａ１０は、Ｘ線管１１と検出器１２との間に被写体Ｐを配置しない状態で検出器１２により検出された検出信号を画像化した画像である。ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０は、Ｘ線管１１と検出器１２との間に被写体Ｐを配置した状態で検出器１２により検出された検出信号を画像化した画像である。なお、ＡＩＲ取得画像Ａ１０およびＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０は、それぞれ、特許請求の範囲の「背景取得画像」および「被写体取得画像」の一例である。
　また、画像処理部１３ａは、ＡＩＲ中間画像Ａ２０と、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０と、を生成するように構成されている。ＡＩＲ中間画像Ａ２０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０は、それぞれ、ＡＩＲ取得画像Ａ１０およびＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を解析した画像である。なお、ＡＩＲ中間画像Ａ２０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０は、それぞれ、「背景解析画像」および「被写体解析画像」の一例である。
　また、画像処理部１３ａは、ＡＩＲ中間画像Ａ２０とＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０とに基づいて、最終画像（位相コントラスト画像Ｃ）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Ｃは、吸収像Ｃ１と、位相微分像Ｃ２と、暗視野像Ｃ３と、を含む。吸収像Ｃ１は、被写体ＰによるＸ線の吸収度合の差に基づいて画像化した画像である。位相微分像Ｃ２は、Ｘ線の位相のずれに基づいて画像化した画像である。暗視野像Ｃ３は、物体の小角散乱に基づくＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ（鮮明度）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。
　具体的には、図１に示すように、Ｘ線管１１と検出器１２との間に被写体Ｐを配置しない状態で、格子位置調整機構１４により、第１格子Ｇ１を格子ピッチの方向（Ｙ方向）に所定の周期で縞走査させながら、複数の位置でＸ線を検出する。そして、図３に示すように、画像処理部１３ａは、検出器１２で検出される検出信号に基づいて、検出信号の強度の異なる複数のＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成する。また、図１に示すように、Ｘ線管１１と検出器１２との間に被写体Ｐを配置した状態で、格子位置調整機構１４により、第１格子Ｇ１を格子ピッチの方向（Ｙ方向）に所定の周期で縞走査させながら、複数の位置でＸ線を検出する。そして、図３に示すように、画像処理部１３ａは、検出器１２で検出される検出信号に基づいて、検出信号の強度の異なる複数のＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を生成する。なお、図３では、ＡＩＲ取得画像Ａ１０およびＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を、それぞれ、４つずつ生成した例を示している。
　次に、画像処理部１３ａは、複数のＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、各画素毎に、信号強度を正弦関数でフィッテングした信号強度変化曲線（ステップカーブ）を取得する。そして、画像処理部１３ａは、ステップカーブから取得した３種類のフィッテング係数（平均値、位相および振幅）を、それぞれ、ＡＩＲ中間画像Ａ２１、Ａ２２およびＡ２３として生成する。また、画像処理部１３ａは、複数のＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０に対して、各画素毎に、信号強度を正弦関数でフィッテングした信号強度変化曲線（ステップカーブ）を取得する。そして、画像処理部１３ａは、ステップカーブから取得した３種類のフィッテング係数（平均値、位相および振幅）を、それぞれ、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２１、Ｓ２２およびＳ２３として生成する。
　次に、画像処理部１３ａは、各画素毎に、平均値（ＳＡＭＰＬＥ）／平均値（ＡＩＲ）を計算することにより、吸収像Ｃ１を生成する。また、画像処理部１３ａは、各画素毎に、位相（ＳＡＭＰＬＥ）－位相（ＡＩＲ）を計算することにより、位相微分像Ｃ２を生成する。また、各画素毎に、（振幅（ＳＡＭＰＬＥ）／平均値（ＳＡＭＰＬＥ））／（振幅（ＡＩＲ）／平均値（ＡＩＲ））を計算することにより、暗視野像Ｃ３を生成する。なお、平均値（ＡＩＲ）、位相（ＡＩＲ）および振幅（ＡＩＲ）は、それぞれ、ＡＩＲ中間画像Ａ２１、Ａ２２およびＡ２３のフィッテング係数である。また、平均値（ＳＡＭＰＬＥ）、位相（ＳＡＭＰＬＥ）および振幅（ＳＡＭＰＬＥ）は、それぞれ、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２１、Ｓ２２およびＳ２３のフィッテング係数である。
　（ＡＩＲ取得画像に対するノイズ低減処理）
　次に、図４を参照しながら、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対するノイズ低減処理について説明する。
　図４に示すように、本実施形態では、画像処理部１３ａは、位相コントラスト画像Ｃが生成される前に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成されている。詳細には、画像処理部１３ａは、ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０のいずれにもノイズ低減処理を行わずに、ＡＩＲ取得画像Ａ１０にノイズ低減処理を行うことにより、位相コントラスト画像Ｃを生成するように構成されている。また、画像処理部１３ａは、ノイズ低減処理を行う前に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、画像中の特異点や画像間のラッピング領域を補正する所定の補正処理を行うように構成されている。
　具体的には、画像処理部１３ａは、まず、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、画像中の特異点や画像間のラッピング領域を補正する所定の補正処理を行う。所定の補正処理が行われたＡＩＲ取得画像Ａ１０は、画像中の特異点や画像間のラッピング領域が補正されたＡＩＲ取得画像Ａ１０ａとなる。次に、画像処理部１３ａは、ＡＩＲ取得画像Ａ１０ａに対して、量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行う。ノイズ低減処理が行われたＡＩＲ取得画像Ａ１０ａは、量子ノイズが低減されたＡＩＲ取得画像Ａ１０ｂとなる。そして、画像処理部１３ａは、量子ノイズが低減されたＡＩＲ取得画像Ａ１０ｂを解析することにより、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ２０を生成する。なお、ＡＩＲ取得画像Ａ１０ａおよびＡＩＲ取得画像Ａ１０ｂは、特許請求の範囲の「背景取得画像」の一例である。
　また、画像処理部１３ａは、ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０に対して、所定の補正処理およびノイズ低減処理を行わずに、ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を解析することにより、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０を生成する。そして、画像処理部１３ａは、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０に対して、所定の補正処理およびノイズ低減処理を行わずに、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ２０と、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０とに基づいて、画質の低下が抑制された位相コントラスト画像Ｃを生成する。
　なお、本実施形態では、ノイズ低減処理は、平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ、ローパスフィルタおよびメディアンフィルタ等のうちの少なくともいずれか１つを含む。すなわち、ノイズ低減処理は、量子ノイズを低減するための画像を平滑化するフィルタリング処理である。
　また、本実施形態では、所定の補正処理は、ダーク補正、ゲイン補正、欠損補正およびアンラッピング補正のうちの少なくともいずれか１つを含む。ダーク補正とは、Ｘ線を照射しない状態で撮影した画像（ダーク画像）を、Ｘ線を照射して撮影した画像から減算する処理である。また、ゲイン補正とは、格子Ｇを置かずにＸ線を照射して撮影した画像を、格子Ｇを置いて撮影した画像から除算する処理である。また、欠損補正とは、検出器１２の感度が著しく低下した欠損箇所について、周囲の画素との平均化処理などにより、その部分を補正する処理である。すなわち、ダーク補正、ゲイン補正および欠損補正は、検出器１２由来の特異点を補正する処理である。また、アンラッピング補正とは、各画素の画像間における位相値が１周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を連続的な変化となるように補正する処理である。
　また、本実施形態では、Ｘ線位相イメージング装置１００は、ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を生成するための検出器１２によるＸ線の検出時間よりもＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間を短くするように構成されている。また、画像処理部１３ａは、ＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間を短くするのにしたがって、ノイズ低減処理のノイズの低減の程度を大きくするように調整するように構成されている。たとえば、ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０およびＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出器１２によるＸ線の標準検出時間を、それぞれ、１０分とする。そして、ＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間を１０分から８分にした場合に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に生じる量子ノイズが略１０％増加したとする。この場合、増加した１０％分のノイズを低減するようにノイズ低減処理の程度（画像の平滑化の程度）を１０とする。また、ＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間を１０分から６分にした場合に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に生じる量子ノイズが略２０％増加したとする。この場合、増加した２０％分のノイズを低減するようにノイズ低減処理の程度（画像の平滑化の程度）を２０とする。
　（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、画像処理部１３ａを、位相コントラスト画像Ｃが生成される前に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成する。これにより、ＡＩＲ取得画像Ａ１０にノイズ低減処理が行なわることにより、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ２０と、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０とに基づいて、位相コントラスト画像Ｃを生成することができる。その結果、Ｘ線撮影の時間が比較的短いことに起因して生成されたＡＩＲ取得画像Ａ１０に量子ノイズが比較的多く生じた場合でも、量子ノイズの影響が低減された位相コントラスト画像Ｃを生成することができる。これにより、生成される位相コントラスト画像Ｃにおいて所定の水準の画質を確保しながら、撮影時間を短くすることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、画像処理部１３ａを、ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０のいずれにもノイズ低減処理を行わずに、ＡＩＲ取得画像Ａ１０にノイズ低減処理を行うことにより、位相コントラスト画像Ｃを生成するように構成する。これにより、被写体Ｐの空間情報が含まれるＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０に対してノイズ低減処理が行われずに、被写体Ｐの空間情報が含まれないＡＩＲ取得画像Ａ１０にノイズ低減処理が行われるので、被写体Ｐの空間情報に対して空間分解能の低下等の悪影響を与えることなく、量子ノイズの影響による画質の低下が抑制された位相コントラスト画像Ｃを生成することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、Ｘ線位相イメージング装置１００を、ＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を生成するための検出器１２によるＸ線の検出時間よりもＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間を短くするように構成する。これにより、ＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間が比較的短くなるので、生成される位相コントラスト画像Ｃにおいて所定の水準の画質を確保しながら、確実に撮影時間を短くすることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、画像処理部１３ａを、ＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間を短くするのにしたがって、ノイズ低減処理のノイズの低減の程度を大きくするように調整するように構成する。これにより、検出時間を短くしたことにより増加した量子ノイズをＡＩＲ取得画像Ａ１０から確実に低減することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、画像処理部１３ａを、ノイズ低減処理を行う前に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、所定の補正処理を行うように構成する。これにより、量子ノイズを低減するノイズ低減処理（画像を平滑化するフィルタリング処理）が特異点やラッピング領域に対して行われることにより、特異点やラッピング領域が周囲と平滑化されてしまうことに起因するアーチファクト（虚像）が形成されてしまうの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、所定の補正処理は、ダーク補正、ゲイン補正、欠損補正およびアンラッピング補正のうちの少なくともいずれか１つを含む。これにより、特異点やラッピング領域を容易に補正することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、ノイズ低減処理は、平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ、ローパスフィルタおよびメディアンフィルタのうちの少なくともいずれか１つを含む。これにより、平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ、ローパスフィルタまたはメディアンフィルタ等の画像の平滑化に一般的に使用されるフィルタにより、Ｘ線量の統計的なバラつきに起因するノイズである量子ノイズを容易に低減することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、第１格子Ｇ１を、所定の周期で並進移動させる縞走査を行うように構成する。そして、画像処理部１３ａを、縞走査を行うことにより検出器１２で検出された複数のＡＩＲ取得画像Ａ１０および複数のＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を生成するとともに、複数のＡＩＲ取得画像Ａ１０および複数のＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を解析して、それぞれ、ＡＩＲ中間画像Ａ２０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０を生成するように構成する。これにより、縞走査を行うことによりＡＩＲ取得画像Ａ１０およびＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を生成する構成において、生成される位相コントラスト画像Ｃにおいて所定の水準の画質を確保しながら、撮影時間を短くすることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、複数の格子Ｇは、Ｘ線管１１と第１格子Ｇ１との間に配置され、Ｘ線管１１から照射されたＸ線の可干渉性を高めるための第３格子Ｇ３を含む。これにより、第３格子Ｇ３により、Ｘ線管１１の焦点径に依存することなく第１格子Ｇ１の自己像を形成させることができるので、Ｘ線管１１の選択の自由度を向上させることができる。
　［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、画像処理部１３ａを、ノイズ低減処理を行う前に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、所定の補正処理を行うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図５に示す第１変形例のように、画像処理部１１３ａ（図１参照）を、ノイズ低減処理を行う前に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、所定の補正処理を行わないように構成してもよい。
　図５に示す第１変形例では、画像処理部１１３ａは、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行う。ノイズ低減処理が行われたＡＩＲ取得画像Ａ１０は、量子ノイズが低減されたＡＩＲ取得画像Ａ２１０ｂとなる。そして、画像処理部１１３ａは、量子ノイズが低減されたＡＩＲ取得画像Ａ２１０ｂを解析することにより、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ２２０を生成する。そして、画像処理部１１３ａは、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０に対して、所定の補正処理およびノイズ低減処理を行わずに、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ２２０と、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０とに基づいて、画質の低下が抑制された位相コントラスト画像Ｃ２００を生成する。なお、ＡＩＲ取得画像Ａ２１０ｂは、特許請求の範囲の「背景取得画像」の一例である。また、ＡＩＲ中間画像Ａ２２０は、特許請求の範囲の「背景解析画像」の一例である。
　また、上記実施形態では、画像処理部１３ａを、ＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間を短くするのにしたがって、ノイズ低減処理のノイズの低減の程度を大きくするように調整するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像処理部を、ＡＩＲ取得画像Ａ１０を生成するための検出時間に関係なく、ノイズ低減処理のノイズの低減の程度を調整するように構成してもよい。
　また、上記実施形態では、画像処理部１３ａを、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図６に示す第２変形例の画像処理部２１３ａ（図１参照）および図７に示す第３変形例の画像処理部３１３ａ（図１参照）のように、ＡＩＲ中間画像Ａ３２０に対して量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成してもよい。また、画像処理部を、ＡＩＲ取得画像Ａ１０およびＡＩＲ中間画像Ａ２０の両方に対して量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成してもよい。なお、いずれの場合でも、ノイズ低減処理を行う前に、ノイズ低減処理を行う画像に対して、所定の補正処理が行われるのが好ましい。なお、ＡＩＲ中間画像Ａ３２０は、特許請求の範囲の「背景解析画像」の一例である。
　図６に示す第２変形例では、画像処理部２１３ａは、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、所定の補正処理およびノイズ低減処理が行われずに、ＡＩＲ取得画像Ａ１０からＡＩＲ中間画像Ａ３２０が生成される。次に、画像処理部２１３ａは、ＡＩＲ中間画像Ａ３２０に対して、画像中の特異点や画像間のラッピング領域を補正する所定の補正処理を行う。所定の補正処理が行われたＡＩＲ中間画像Ａ３２０は、画像中の特異点や画像間のラッピング領域が補正されたＡＩＲ中間画像Ａ３２０ａとなる。次に、画像処理部２１３ａは、ＡＩＲ中間画像Ａ３２０ａに対して、量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行う。ノイズ低減処理が行われたＡＩＲ中間画像Ａ３２０ａは、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ３２０ｂとなる。そして、画像処理部２１３ａは、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０に対して、所定の補正処理およびノイズ低減処理を行わずに、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ３２０ｂと、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０とに基づいて、画質の低下が抑制された位相コントラスト画像Ｃ３００を生成する。なお、ＡＩＲ中間画像Ａ３２０ａおよびＡＩＲ中間画像Ａ３２０ｂは、特許請求の範囲の「背景解析画像」の一例である。
　また、図７に示す第３変形例では、画像処理部３１３ａは、図６に示す例と同様に、ＡＩＲ取得画像Ａ１０に対して、所定の補正処理およびノイズ低減処理が行われずに、ＡＩＲ取得画像Ａ１０からＡＩＲ中間画像Ａ３２０が生成される。次に、画像処理部３１３ａは、ＡＩＲ中間画像Ａ３２０に対して、量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行う。ノイズ低減処理が行われたＡＩＲ中間画像Ａ３２０ａは、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ４２０ｂとなる。そして、画像処理部３１３ａは、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０に対して、所定の補正処理およびノイズ低減処理を行わずに、量子ノイズが低減されたＡＩＲ中間画像Ａ４２０ｂと、ＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０とに基づいて、画質の低下が抑制された位相コントラスト画像Ｃ４００を生成する。なお、ＡＩＲ中間画像Ａ４２０ｂは、特許請求の範囲の「背景解析画像」の一例である。
　また、上記実施形態では、第１格子Ｇ１を、所定の周期で並進移動させる縞走査を行うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２格子Ｇ２、第３格子Ｇ３、Ｘ線管１１、被写体Ｐまたは検出器１２のいずれかを所定の周期で並進移動させる縞走査を行うように構成してもよい。また、第１格子Ｇ１、第２格子Ｇ２、第３格子Ｇ３、Ｘ線管１１、被写体Ｐおよび検出器１２の内の複数を所定の周期で並進移動させる縞走査を行うように構成してもよい。
　また、上記実施形態では、画像処理部１３ａを、縞走査を行うことにより検出器１２で検出された複数のＡＩＲ取得画像Ａ１０および複数のＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を生成するとともに、複数のＡＩＲ取得画像Ａ１０および複数のＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を解析して、それぞれ、ＡＩＲ中間画像Ａ２０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０を生成するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像処理部を、Ｘ線に基づく１つのＡＩＲ取得画像Ａ１０および１つのＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を生成するとともに、１つのＡＩＲ取得画像Ａ１０および１つのＳＡＭＰＬＥ取得画像Ｓ１０を、それぞれ、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことによりＡＩＲ中間画像Ａ２０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０を生成するように構成してもよい。この場合、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことによりＡＩＲ中間画像Ａ２０およびＳＡＭＰＬＥ中間画像Ｓ２０を生成する構成において、生成される位相コントラスト画像Ｃにおいて所定の水準の画質を確保しながら、撮影時間を短くすることができる。
　また、上記実施形態では、複数の格子Ｇは、Ｘ線管１１と第１格子Ｇ１との間に配置され、Ｘ線管１１から照射されたＸ線の可干渉性を高めるための第３格子Ｇ３を含むように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３格子Ｇ３を含まないように構成してもよい。
　また、上記実施形態では、タルボ効果による自己像を形成するために、第１格子Ｇ１を位相格子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、自己像は縞模様であればよいので、位相格子の代わりに吸収格子を用いてもよい。吸収格子を用いると、距離などの光学条件により単純に縞模様が発生する領域（非干渉計）と、タルボ効果による自己像が生じる領域（干渉計）とが生じる。
　１１　Ｘ線管（Ｘ線源）
　１２　検出器
　１３ａ、１１３ａ、２１３ａ、３１３ａ　画像処理部
　１００　Ｘ線位相イメージング装置
　Ａ１０、Ａ１０ａ、Ａ１０ｂ、Ａ２１０ｂ　ＡＩＲ取得画像（背景取得画像）
　Ａ２０（Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３）、Ａ２０ａ、Ａ２０ｂ、Ａ２２０、Ａ３２０、Ａ３２０ａ、Ａ３２０ｂ、Ａ４２０ｂ　ＡＩＲ中間画像（背景解析画像）
　Ｃ、Ｃ２００、Ｃ３００、Ｃ４００　位相コントラスト画像
　Ｃ１　吸収像
　Ｃ２　位相微分像
　Ｃ３　暗視野像
　Ｇ　格子
　Ｇ１　第１格子
　Ｇ２　第２格子
　Ｇ３　第３格子
　Ｐ　被写体
　Ｓ１０　ＳＡＭＰＬＥ取得画像（被写体取得画像）
　Ｓ２０（Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３）　ＳＡＭＰＬＥ中間画像（被写体解析画像）

Claims (10)

  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線源から照射される前記Ｘ線により自己像を形成するための第１格子と、前記第１格子の自己像と干渉させるための第２格子と、を含む複数の格子と、
    　前記Ｘ線源と前記検出器との間に被写体を配置しない状態で前記検出器により検出された背景取得画像と、前記背景取得画像を解析した背景解析画像と、前記Ｘ線源と前記検出器との間に前記被写体を配置した状態で前記検出器により検出された被写体取得画像と、前記被写体取得画像を解析した被写体解析画像と、前記背景解析画像と前記被写体解析画像とに基づいて、吸収像、位相微分像および暗視野像のうちの少なくとも１つを含む位相コントラスト画像と、を生成する画像処理部と、
    を備え、
    　前記画像処理部は、前記位相コントラスト画像が生成される前に、前記背景取得画像および前記背景解析画像のうちの少なくとも一方に前記検出器で検出されるＸ線量の統計的変動による量子ノイズを低減するノイズ低減処理を行うように構成されている、Ｘ線位相イメージング装置。
  2. 　前記画像処理部は、前記被写体取得画像および前記被写体解析画像のいずれにも前記ノイズ低減処理を行わずに、前記背景取得画像および前記背景解析画像のうちの少なくとも一方に前記ノイズ低減処理を行うことにより、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線位相イメージング装置。
  3. 　前記被写体取得画像を生成するための前記検出器による前記Ｘ線の検出時間よりも前記背景取得画像を生成するための前記検出時間を短くするように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相イメージング装置。
  4. 　前記画像処理部は、前記背景取得画像を生成するための前記検出時間を短くするのにしたがって、前記ノイズ低減処理のノイズの低減の程度を大きくするように調整するように構成されている、請求項３に記載のＸ線位相イメージング装置。
  5. 　前記画像処理部は、前記ノイズ低減処理を行う前に、前記背景取得画像または前記背景解析画像に対して、所定の補正処理を行うように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相イメージング装置。
  6. 　前記所定の補正処理は、ダーク補正、ゲイン補正、欠損補正およびアンラッピング補正のうちの少なくともいずれか１つを含む、請求項５に記載のＸ線位相イメージング装置。
  7. 　前記ノイズ低減処理は、平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ、ローパスフィルタおよびメディアンフィルタのうちの少なくともいずれか１つを含む、請求項１に記載のＸ線位相イメージング装置。
  8. 　前記複数の格子のいずれか、前記Ｘ線源、前記被写体および前記検出器のうちの少なくとも１つを、所定の周期で並進移動させる縞走査を行うように構成されており、
    　前記画像処理部は、前記縞走査を行うことにより前記検出器で検出された複数の前記背景取得画像および複数の前記被写体取得画像を生成するとともに、前記複数の背景取得画像および前記複数の被写体取得画像を解析して、それぞれ、前記背景解析画像および前記被写体解析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線位相イメージング装置。
  9. 　前記画像処理部は、前記Ｘ線に基づく１つの前記背景取得画像および１つの前記被写体取得画像を生成するとともに、前記１つの背景取得画像および前記１つの被写体取得画像を、それぞれ、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより前記背景解析画像および前記被写体解析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線位相イメージング装置。
  10. 　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、前記Ｘ線源から照射されたＸ線の可干渉性を高めるための第３格子をさらに含む、請求項１に記載のＸ線位相イメージング装置。
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