WO2013051647A1 - 放射線撮影装置及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

ノイズがない精細な位相微分画像を得る。 Ｘ線撮影装置（１０）は、Ｘ線源（１１）、Ｘ線検出器（１３）、格子部（１２）、位相微分画像生成部（４０）、アンラップ処理部（４１）、ノイズ除去部（４３）を備える。Ｘ線源（１１）は、被検体に向けて放射線を射出する。Ｘ線検出器（１３）は、Ｘ線源から射出されたＸ線を検出して画像データを生成する。格子部（１２）は、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置される。位相微分画像生成部（４０）は、Ｘ線検出器により得られた画像データ（５１，５２）に基づいて位相微分画像を生成する。アンラップ処理部（４１）は、位相微分画像にアンラップ処理を施す。ノイズ除去部（４３）は、被検体Ｈがない場合のオフセットノイズを表すオフセット画像を、被検体Ｈを撮影して得られる被検体画像から減算したときに、被検体画像に残存するノイズであるトレンドを被検体画像から除去する。

Description

放射線撮影装置及び画像処理方法

　本発明は、被検体による放射線の位相変化に基づく画像を検出する放射線撮影装置及び画像処理方法に関する。

　放射線、例えばＸ線は、物質を構成する元素の重さ（原子番号）と物質の密度及び厚さとに依存して吸収されて減衰するという特性を有する。この特性に着目し、医療診断や非破壊検査等の分野において、被検体の内部を透視するためのプローブとしてＸ線が利用されている。

　一般的なＸ線撮影装置では、Ｘ線を放射するＸ線源と、Ｘ線を検出するＸ線画像検出器との間に被検体を配置して、被検体を透過したＸ線の撮影を行う。この場合、Ｘ線源からＸ線画像検出器に向けて放射されたＸ線は、被検体を透過する際に吸収されて減衰した後、Ｘ線画像検出器に入射する。そして、被検体によるＸ線の強度変化に基づく画像がＸ線画像検出器により検出される。

　Ｘ線吸収能は、原子番号が小さい元素ほど低くなるため、生体軟部組織やソフトマテリアルなどでは、Ｘ線の強度変化が小さく、画像に十分なコントラストが得られない等の問題がある。例えば、人体の関節を構成する軟骨部とその周辺の関節液は、いずれも殆どの成分が水であり、両者のＸ線吸収能の差が小さいため、コントラストが得られにくい。

　このような問題を背景に、被検体によるＸ線の強度変化に代えて、被検体によるＸ線の位相変化に基づいた画像を得るＸ線位相イメージングの研究が近年盛んに行われている。Ｘ線位相イメージングは、被検体に入射したＸ線の位相変化が強度変化より大きいことに基づき、Ｘ線の位相変化を画像化する方法であり、Ｘ線吸収能が低い被検体に対しても高コントラストの画像を得ることができる。Ｘ線位相イメージングの一種として、２枚の回折格子とＸ線画像検出器とを用いてＸ線タルボ干渉計を構成することにより、Ｘ線の位相変化を検出するＸ線撮影装置が知られている（例えば、ＷＯ２００４／０５８０７０参照）。

　このＸ線撮影装置は、Ｘ線源から見て被検体の背後に第１の回折格子を配置し、第１の回折格子からタルボ距離だけ離れた位置に第２の回折格子を配置し、その背後にＸ線画像検出器を配置したものである。タルボ距離は、第１の回折格子を通過したＸ線が、タルボ効果によって第１の回折格子の自己像（縞画像）を形成する距離であり、第１の回折格子の格子ピッチとＸ線波長とに依存する。この自己像は、被検体でのＸ線の位相変化で屈折が生じることにより変調される。この変調量を検出することにより、Ｘ線の位相変化が画像化される。

　上記変調量の検出方法として縞走査法が知られている。縞走査法とは、第１の回折格子に対して第２の回折格子を、第１の回折格子の面に平行でかつ第１の回折格子の格子線方向に垂直な方向に、所定の走査ピッチで並進移動（走査）させながら、各走査位置において、Ｘ線源からＸ線を放射し、被検体、第１及び第２の回折格子を通過したＸ線をＸ線画像検出器により撮影する方法である。このＸ線画像検出器により得られる各画素の画素値に対し、上記走査による変化を表す信号（強度変調信号）について位相ズレ量（被検体が存在しない場合の初期位置からの位相差）を算出することにより、上記変調量に関連する画像が得られる。この画像は、被検体の屈折率を反映した画像であり、Ｘ線の位相変化（位相シフト）の微分量に対応するため、位相微分画像と呼ばれる。

　ＷＯ２００４／０５８０７０に示されているように、上記位相ズレ量は、複素数の偏角を抽出する関数（ａｒｇ［…］）や、逆正接関数（ｔａｎ^－１［…］）を用いて算出される。このため、位相微分画像は、上記関数の値域（－πから＋π、または、－π／２から＋π／２）に畳み込まれた（ラップされた）値により表現される。このようにラップされた位相微分画像には、値域の上限から下限に変化する箇所、または下限から上限に変化する箇所で不連続点が生じることがあるため、この不連続点をなくして連続化するようにアンラップ処理を行うことが知られている（例えば、特開２０１１－０４５６５５号公報参照）。

　アンラップ処理は、画像内の所定位置を起点とし、該起点から所定の経路に沿って順に行われる。この経路中に上記不連続点が検出されると、この不連続点以降のデータに、上記関数の値域に相当する値が一律に加算または減算される。これにより、不連続点がなくなり、データが連続化する。

　また、位相微分画像にはノイズが重畳され、画像ムラが生じ、被検体の観察の妨げになることがある。ノイズは、例えば、各格子や線源等の配置誤差や撮影時の温度環境等、撮影時状況による様々な原因によって生じるが、配置誤差や温度環境等の撮影時の状況がほぼ同じであれば、被検体の有無に関わらず、同じ態様のノイズとして現れる。このため、被検体を撮影して得られた位相微分画像から、ほぼ同環境で被検体のない状態で撮影して得られた位相微分画像を減算することにより、被検体を撮影して得られた位相微分画像からノイズ成分を除去することが知られている（ＷＯ２００４／０５８０７０，特開２０１１－０４５６５５号公報参照）。

　従来は撮影環境によって発生するノイズ成分の除去についてのみ対策が取られていた。しかしながら、被検体を撮影して得られた位相微分画像から、被検体のない状態で撮影して得られた位相微分画像を減算した後にも、被写体の像とは関連しないノイズ成分（以下、トレンドという）が残存してしまうことが実験によってわかった。このトレンドは、撮影のたびに変化する点が、前述の被検体のない状態で撮影した位相微分画像の減算により除去されるノイズ成分と異なる。

　本発明は放射線撮影装置にほぼ固有のノイズ成分とともに、撮影のたびに変化するノイズ成分とを除去することができる放射線撮影装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。

　本発明の放射線撮影装置は、放射線源と、放射線検出器と、位相微分画像生成部と、ノイズ除去部と、を備える。放射線源は、被検体に向けて放射線を射出する。放射線検出器は、放射線源から射出された放射線を検出して画像データを生成する。位相微分画像生成部は、放射線源と放射線検出器との間に配置された格子部と、放射線検出器により得られた画像データに基づいて、位相微分画像を生成する。ノイズ除去部は、位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理部と、アンラップ処理後の位相微分画像である被検体画像から、被検体がない場合のオフセットノイズを表すオフセット画像を減算した際に残存するトレンドを除去する。

　ノイズ除去部は、オフセットノイズ除去部と、トレンド検出部と、トレンド除去部と、を備えることが好ましい。オフセットノイズ除去部は、被検体画像からオフセット画像を減算することにより、オフセットノイズを除去する。トレンド検出部は、オフセットノイズが除去された被検体画像に基づいて前記トレンドを検出する。トレンド除去部は、トレンド検出部により検出されたトレンドを、被検体画像から減算して除去する。

　トレンド検出部は、所定方向に沿ってオフセットノイズが除去された被検体画像の画素値を抽出し、トレンドの所定方向成分を検出する。そして、トレンド除去部は、トレンドの所定方向成分を所定方向に垂直な方向に沿って並べたトレンド成分画像を生成し、トレンド成分画像を被検体画像から減算することにより、被検体画像からトレンドの所定方向成分を除去する。このようにして、トレンド検出部及びトレンド除去部は、所定方向である第１方向と所定方向に垂直な第２方向の２方向についてトレンドの成分を検出及び除去することが好ましい。被検体画像は四角形をしており、第１方向及び第２方向は、前記四角形の一辺に沿った横方向または縦方向であることが好ましい。

　トレンド検出部は、抽出した被検体画像の画素値のうち、少なくとも被検体がない素抜け領域の画素値に基づいてトレンドの成分を検出するようにしても良い。

　トレンド検出部は、第１方向または第２方向に沿って被検体画像の画素値を抽出した後、少なくとも被検体がある被検体領域を平滑化することにより、トレンドの第１方向成分または第２方向成分を抽出するようにしても良い。

　さらに、トレンド検出部は、第１方向または第２方向に沿って被検体画像の画素値を抽出した後、素抜け領域のデータに基づいて、被検体がある被検体領域のデータを補間，外挿，またはフィッティングすることにより、トレンドの第１方向成分または第２方向成分を抽出することが好ましい。

　また、トレンド検出部は、第１方向または第２方向に沿って複数の行または列について、トレンドの第１方向成分または第２方向成分を検出し、各行または各列における第１方向成分または第２方向成分を平均化したデータを、第１方向成分または第２方向成分として検出しても良い。

　トレンド検出部は、第１方向と前記第２方向の少なくとも一方を、被検体を通らない方向に設定することが好ましい。また、被検体の配置を指定し、位相微分画像に被検体がない素抜け領域が生じるように被検体の配置を指定する指標を備えても良い。

　放射線検出器により得られた画像データに基づいて、放射線の吸収率を表す吸収画像を生成し、吸収画像を微分して吸収微分画像を生成する吸収微分画像生成部を備える場合、トレンド検出部は、吸収微分画像において周辺の画素と画素値がほぼ等しい画素を複数選出し、選出した複数の画素に各々対応する位置にある位相微分画像の画素の画素値に基づいて、トレンドを検出するようにしても良い。

　吸収微分画像生成部は、被写体がない場合に得られた画像データから第１吸収画像を、被写体がある場合に得られた画像データから第２吸収画像をそれぞれ生成し、第２吸収画像を第１吸収画像で割って得られる第３吸収画像を微分することにより、吸収微分画像を生成することが好ましい。また、トレンド検出部が選出する画素は、被検体がない素抜け領域の画素であることが好ましい。

　格子部は、放射線源からの放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、第１の周期パターン像を部分的に遮蔽して第２の周期パターン像を生成する第２の格子と有し、放射線画像検出器は、第２の周期パターン像を検出して画像データを生成することが好ましい。

　格子部は、第１の格子または第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、放射線画像検出器は、各走査位置で第２の周期パターン像を検出して画像データを生成し、位相微分画像生成部は、放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することが好ましい。

　第１の格子または第２の格子の移動方向は、格子線に直交する方向である。第１の格子または第２の格子の移動方向は、格子線に対して傾斜する方向でも良い。

　位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成しても良い。

　第１の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより第１の周期パターン像を生成することが好ましい。第１の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて第１の周期パターン像を生成するものでも良い。

　放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備えることが好ましい。

　本発明の画像処理方法は、オフセット画像生成ステップと、被検体画像生成ステップと、ノイズ除去ステップと、を備える。オフセット画像生成ステップでは、放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体のない状態で撮影を行うことにより得られる画像データに基づいて、被検体の有無によらず位相微分画像に重畳されるオフセットノイズが写し出された位相微分画像であるオフセット画像を生成する。被検体画像生成ステップでは、放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体の撮影を行うことにより得られる画像データに基づいて、位相微分画像である被検体画像を生成する。ノイズ除去ステップでは、被検体画像からオフセット画像を減算したときに被検体画像に残存するノイズであるトレンドを被検体画像から除去する。

　本発明によれば、放射線撮影装置にほぼ固有のノイズ成分（オフセットノイズ）とともに、撮影のたびに変化するノイズ成分（トレンド）も除去して、精細な位相微分画像を得ることができる。

Ｘ線撮影装置を示すブロック図である。 Ｘ線画像検出器の構成を示す模式図である。 第１及び第２の格子の構成を説明する説明図である。 強度変調信号を示すグラフである。 画像処理部の構成を示すブロック図である。 アンラップ処理の態様を示す説明図である。 プレ撮影時の処理を示すフローチャートである。 本撮影時の処理を示すフローチャートである。 プレ撮影画像データにモアレが生じる様子を示す説明図である。 モアレが位相微分画像中にノイズとして現れる態様を示す説明図である。 オフセットノイズの態様を示す説明図である。 本撮影時に生成される各種画像の態様を示す説明図である。 オフセット画像の減算によりトレンドが残存する態様を示す説明図である。 トレンドの横方向成分を検出する態様を示す説明図である。 横方向トレンド画像の例を示す説明図である。 トレンドの横方向成分を除去する様子を示す説明図である。 トレンドの縦方向成分を検出する態様を示す説明図である。 縦方向トレンド画像の例を示す説明図である。 トレンドの縦方向成分を除去する様子を示す説明図である。 全体に被検体が写し出された位相微分画像の例を示す図である。 周期的な特徴を有するトレンドを示す説明図である。 被検体の配置を制限するための指標の例を示す図である。 素抜け領域に擬似吸収体を設ける例を示す説明図である。 第２実施形態の画像処理部を示すブロック図である。 第２実施形態のトレンド検出方法を示す説明図である。 第３実施形態のノイズ除去部の態様を示すブロック図である。 第３実施形態の画像処理を示すフローチャートである。 第３実施形態の本撮影の画像処理を示すフローチャートである。 マルチスリットを有するＸ線撮影装置を説明する説明図である。

［第１実施形態］
　図１において、Ｘ線撮影装置１０は、Ｘ線源１１、格子部１２、Ｘ線画像検出器１３、メモリ１４、画像処理部１５、画像記録部１６、撮影制御部１７、コンソール１８、及びシステム制御部１９を備える。Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、撮影制御部１７の制御に基づき、被検体Ｈに向けてＸ線を放射する。

　格子部１２は、第１の格子２１、第２の格子２２、及び走査機構２３を備える。第１及び第２の格子２１，２２は、Ｘ線照射方向であるＺ方向に関してＸ線源１１に対向配置されている。Ｘ線源１１と第１の格子２１との間には、被検体Ｈが配置される。Ｘ線画像検出器１３は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器であり、第２の格子２２の背後に、検出面１３ａがＺ方向に直交するように配置されている。

　第１の格子２１は、Ｚ方向と直交して配置された吸収型格子であり、その格子面にＹ方向に延伸された複数のＸ線吸収部２１ａ及びＸ線透過部２１ｂを備えている。各Ｘ線吸収部２１ａ及びＸ線透過部２１ｂは、Ｘ方向に交互に配列されており、縞状のパターンを形成している。第２の格子２２も吸収型格子であり、第１の格子２１と同様にＹ方向に延伸され、かつＸ方向に交互に配列された複数のＸ線吸収部２２ａ及びＸ線透過部２２ｂを備えている。Ｘ線吸収部２１ａ，２２ａは、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等のＸ線吸収性を有する材料により形成されている。Ｘ線透過部２１ｂ，２２ｂは、シリコン（Ｓｉ）や樹脂等のＸ線透過性を有する材料や空隙により形成されている。

　第１の格子２１は、Ｘ線源１１から放射されたＸ線を部分的に通過させて第１の周期パターン像（以下、Ｇ１像という）を生成する。第２の格子２２は、第１の格子２１により生成されたＧ１像を部分的に透過させて第２の周期パターン像（以下、Ｇ２像という）を生成する。被検体Ｈが配置されていない場合において、Ｇ１像は、第２の格子２２の格子パターンとほぼ一致する。

　Ｘ線画像検出器１３は、Ｇ２像を検出して画像データを生成する。メモリ１４は、Ｘ線画像検出器１３から読み出された画像データを一時的に記憶する。画像処理部１５は、メモリ１４に記憶された画像データに基づいて位相微分画像を生成し、この位相微分画像に基づいて位相コントラスト画像を生成する。画像記録部１６は、位相微分画像と位相コントラスト画像とを記録する。

　走査機構２３は、第２の格子２２をＸ方向に間欠的に移動させ、第１の格子２１に対する第２の格子２２の相対位置を順次に変更する。走査機構２３は、圧電アクチュエータや静電アクチュエータにより構成され、各走査位置（各間欠移動後の位置）でＸ線画像を検出するように、撮影制御部１７の制御に基づいて駆動される。Ｘ線画像検出器１３は、第２の格子２２の間欠移動の停止中にＸ線画像を検出し、このＸ線画像の画像データがメモリ１４に記憶される。なお、第２格子２２を間欠的に移動させるかわりに、第２格子２２を連続的に移動させ、所定距離移動する毎にＸ線画像を検出しても良い。

　コンソール１８は、操作部１８ａ及びモニタ１８ｂを備えている。操作部１８ａは、キーボードやマウス等により構成され、Ｘ線源１１の管電圧、管電流、照射時間等の撮影条件の設定や、本撮影またはプレ撮影のモード選択、撮影実行指示等の操作入力を可能とする。本撮影とは、Ｘ線源１１と第１の格子２１との間に被検体Ｈを配置した状態で行う撮影モードである。プレ撮影とは、Ｘ線源１１と第１の格子２１との間に被検体Ｈを配置せずに行う撮影モードである。プレ撮影は、第１及び第２の格子２１，２２の製造誤差や配置誤差等により生じるバックグランド成分をオフセット画像として取得するために行われる。

　モニタ１８ｂは、撮影条件等の撮影情報や、画像記録部１６に記録された位相微分画像及び位相コントラスト画像の表示を行う。システム制御部１９は、操作部１８ａから入力される信号に応じて各部を統括的に制御する。

　図２において、Ｘ線画像検出器１３は、入射Ｘ線により半導体膜（図示せず）に生じた電荷を収集する画素電極３１と、画素電極３１によって収集された電荷を読み出すためのＴＦＴ（Thin Film Transistor）３２とを備えた画素部３０が２次元状に多数配列されたものである。半導体膜は、例えば、アモルファスセレンにより形成されている。

　また、Ｘ線画像検出器１３は、ゲート走査線３３、走査回路３４、信号線３５、及び読み出し回路３６を備える。ゲート走査線３３は、画素部３０の行ごとに設けられている。走査回路３４は、ＴＦＴ３２をオン／オフするための走査信号を各ゲート走査線３３に付与する。信号線３５は、画素部３０の列ごとに設けられている。読み出し回路３６は、各信号線３５を介して画素部３０から電荷を読み出し、画像データに変換して出力する。各画素部３０の詳細な層構成については、例えば、特開２００２－２６３００号公報に記載されている層構成と同様である。

　読み出し回路３６は、積分アンプ、Ａ／Ｄ変換器、補正回路（いずれも図示せず）等を備える。積分アンプは、各画素部３０から信号線３５を介して出力された電荷を積分して画像信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器は、積分アンプにより生成された画像信号を、デジタル形式の画像データに変換する。補正回路は、画像データに対して、暗電流補正、ゲイン補正、リニアリティ補正等を行う。この補正後の画像データがメモリ１４に記憶される。

　Ｘ線画像検出器１３は、入射Ｘ線を半導体膜で直接電荷に変換する直接変換型に限られず、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）やガドリウムオキシサルファイド（ＧＯＳ）等のシンチレータで入射Ｘ線を可視光に変換し、可視光をフォトダイオードで電荷に変換する間接変換型であってもよい。さらに、Ｘ線画像検出器１３を、シンチレータとＣＭＯＳセンサを組み合わせて構成してもよい。

　図３において、Ｘ線源１１から照射されるＸ線は、Ｘ線焦点１１ａを発光点としたコーンビームである。第１の格子２１は、タルボ効果が生じず、Ｘ線透過部２１ｂを通過したＸ線を幾何光学的に投影するように構成される。具体的には、Ｘ方向へのＸ線透過部２１ｂの幅を、Ｘ線源１１から照射されるＸ線のピーク波長より十分大きな値とし、Ｘ線の大部分がＸ線透過部２１ｂで回折しないようにすることで実現される。Ｘ線源１１の回転陽極としてタングステンを用い、管電圧を５０ｋＶとした場合には、Ｘ線のピーク波長は約０．４Åである。この場合には、Ｘ線透過部２１ｂの幅を１～１０μｍ程度とすればよい。

　これにより、Ｇ１像は、第１の格子２１からＺ方向下流への距離に依らず、常に第１の格子２１の自己像となる。Ｇ１像は、Ｘ線焦点１１ａからＺ方向下流への距離に比例して拡大される。

　第２の格子２２の格子ピッチｐ_２は、前述のように、第２の格子２２の格子パターンが第２の格子２２の位置におけるＧ１像に一致するように設定されている。具体的には、第２の格子２２の格子ピッチｐ_２は、第１の格子２１の格子ピッチｐ_１、Ｘ線焦点１１ａと第１の格子２１との間の距離Ｌ_１、第１の格子２１と第２の格子２２との間の距離Ｌ_２と、式（１）をほぼ満たすように設定されている。以下、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の座標を、ｘ，ｙ，ｚとする。

　Ｇ１像は、被検体ＨでＸ線に位相変化が生じて屈折することにより変調される。この変調量には、被検体ＨでのＸ線の屈折角φ（ｘ）が反映される。同図には、被検体ＨでのＸ線の位相変化を表す位相シフト分布Φ（ｘ）に応じて屈折するＸ線の経路が例示されている。符号Ｘ１は、被検体Ｈが存在しない場合にＸ線が直進する経路を示し、符号Ｘ２は、被検体Ｈにより屈折したＸ線の経路を示している。

　位相シフト分布Φ（ｘ）は、Ｘ線の波長をλ、被検体Ｈの屈折率分布をｎ（ｘ，ｚ）として、式（２）で表される。

　屈折角φ（ｘ）は、位相シフト分布Φ（ｘ）と、式（３）の関係にある。

　第２の格子２２の位置において、Ｘ線は、屈折角φ（ｘ）に応じた量だけＸ方向に変位する。この変位量Δｘは、Ｘ線の屈折角φ（ｘ）が微小であることに基づいて、近似的に式（４）で表される。

　このように、変位量Δｘは、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値に比例する。したがって、変位量Δｘを後述する縞走査により検出することにより、位相シフト分布Φ（ｘ）の微分値が得られ、位相微分画像が生成される。

　格子ピッチｐ_２をＭ個に分割した値（ｐ_２／Ｍ）を走査ピッチとしたときに、走査機構２３により、この走査ピッチで第２の格子２２を間欠移動させる。第２の格子２２の間欠移動毎に、Ｘ線源１１からＸ線を放射してＧ２像をＸ線画像検出器１３により撮影する。Ｍは３以上の整数であり、例えば、Ｍ＝５であることが好ましい。この第２の格子２２の間欠移動と、Ｘ線画像検出器１３の撮像によって、縞走査が行われる。

　式（１）を僅かに満たさない場合や、第１の格子２１と第２の格子２２との間にＺ方向周りの回転や、ＸＹ平面に対する傾斜が僅かに生じている場合には、Ｇ２像にはモアレ縞が生じる。このモアレ縞は、第２の格子２２の間欠移動に伴って移動し、Ｘ方向への移動距離が格子ピッチｐ_２に達すると元のモアレ縞に一致する。このモアレ縞の移動を確認することで、第２の格子２２の間欠移動量を検証することができる。

　上記縞走査により、Ｘ線画像検出器１３の各画素部３０について、Ｍ個の画素値が得られる。図４に示すように、Ｍ個の画素値Ｉ_ｋは、第２の格子２２の走査位置「ｋ」に対して周期的に変化する。走査位置「ｋ」は、第２の格子２２の間欠移動中の各停止位置である。走査位置「ｋ」に対する画素値Ｉ_ｋの変化を表す信号を強度変調信号と呼ぶ。

　同図中の破線は、被検体Ｈを配置しない状態で得られる強度変調信号を示している。これに対して、実線は、被検体Ｈを配置した状態で、被検体Ｈにより位相ズレ量ψ（ｘ）が生じた強度変調信号を示している。この位相ズレ量ψ（ｘ）は、上記変位量Δｘと式（５）の関係にある。

　したがって、各画素部３０について、縞走査で得られるＭ個の画素値Ｉ_ｋに基づき、強度変調信号の位相ズレ量ψ（ｘ）を求めることにより、位相微分画像が得られる。

　次に、位相ズレ量ψ（ｘ）の算出方法について説明する。強度変調信号は、一般に式（６）で表される。

　ここで、Ａ_０は入射Ｘ線の平均強度を表し、Ａ_ｎは強度変調信号の振幅を表す。「ｎ」は正の整数、「i」は虚数単位である。なお、図４に示すように、強度変調信号が正弦波を描く場合には、ｎ＝１である。

　本実施形態では、走査ピッチ（ｐ_２／Ｍ）が一定であるため、式（７）が成立する。

　式（７）を式（６）に適用すると、位相ズレ量ψ（ｘ）は、式（８）で表される。

　ここで、ａｒｇ［…］は、複素数の偏角を抽出する関数である。また、位相ズレ量ψ（ｘ）は、逆正接関数を用いて式（９）のように表すことも可能である。

　複素数の偏角は、値域が－πから＋πの範囲であるため、式（８）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、－πから＋πの範囲に畳み込まれた（ラップされた）値を取る。これに対して、逆正接関数は、通常、値域が－π／２から＋π／２の範囲であるため、式（９）に基づいて位相ズレ量ψ（ｘ）を算出した場合には、位相ズレ量ψ（ｘ）は、－π／２から＋π／２の範囲に畳み込まれた値を取る。なお、式（９）において、逆正接関数内の分母及び分子の正負を判別することにより、値域を－πから＋πとすることができるため、－πから＋πの範囲で位相ズレ量ψ（ｘ）を算出することも可能である。

　本実施形態では、各画素部３０について算出された位相ズレ量ψ（ｘ）を画素値とするデータを位相微分画像という。なお、位相ズレ量ψ（ｘ）に定数を乗じたり加算したりしたデータで表される画像を位相微分画像としてもよい。以下、位相微分画像の画素値は、幅αを有する所定の値域（例えば０からαの範囲）にラップされているとする。

　図５に示すように、画像処理部１５は、位相微分画像生成部４０、アンラップ処理部４１、オフセット画像記憶部４２、ノイズ除去部４３、位相コントラスト画像生成部４４等を備える。

　位相微分画像生成部４０は、プレ撮影の縞走査でＸ線画像検出器１３により得られるＭ枚分の画像データ（プレ撮影画像データ）５１を用い、式（８）または式（９）に基づいて演算を行うことにより、位相微分画像を生成する。同様に、位相微分画像生成部４０は、本撮影の縞走査でＸ線画像検出器１３により得られるＭ枚分の画像データ（本撮影画像データ）５２に基づいて位相微分画像を生成する。位相微分画像生成部４０で生成された位相微分画像は、アンラップ処理部４１に入力される。

　アンラップ処理部４１は、位相微分画像生成部４０から入力される位相微分画像にアンラップ処理を施す。アンラップ処理は、図６に示すように、所定の経路に沿って、位相微分画像の画素値が所定の値域にラップされていることにより大きく変化（いわゆる位相飛び）する点を不連続点ＤＰとして検出し、検出した不連続点ＤＰ以降の画素値に値域の幅αを加算または減算することで不連続点ＤＰをなくし、画素値の変化をほぼ連続化する処理である。不連続点ＤＰの検出は、画素値の変化量が所定量（例えば、α／２）以上である箇所を求めることにより行われる。

　また、アンラップ処理部４１は、位相微分画像の各行または各列の端部に位置する画素に起点を複数設定し、ある起点から所定の経路（例えば、行または列に沿った直線経路）に沿ってアンラップ処理を行った後、ここでアンラップ処理を行った起点と隣接する起点のアンラップ処理を行い、隣接する起点から経路に沿ってアンラップ処理を行うという処理を、起点及び経路を変更しながら順に繰り返すことにより、位相微分画像の全体にアンラップ処理を施す。

　アンラップ処理部４１は、プレ撮影時には、プレ撮影画像データ５１から生成された位相微分画像にアンラップ処理を施すと、これをオフセット画像として、オフセット画像記憶部４３に記憶させる。オフセット画像には、第１の格子２１や第２の格子２２の歪や僅かな位置ずれ（回転や傾斜を含む）、第２の格子２２を走査したときに生じる僅かな配置誤差等によって発生するノイズ成分（以下、オフセットノイズという）が写し出される。本撮影時のＸ線源１１の温度環境、撮影回数や被検体との接触状況に応じたＸ線検出器１３の温度環境等がプレ撮影時とほぼ同じであれば、本撮影時に得られる位相微分画像にもオフセット画像に写し出されるオフセットノイズとほぼ同じノイズ成分が重畳される。なお、オフセット画像記憶部４３は、新たにプレ撮影を行って新たなオフセット画像が入力された場合には、既に記憶されているオフセット画像を消去した後、新たに入力されたオフセット画像を記憶する。また、本撮影時には、アンラップ処理部４１は、本撮影画像データ５２から生成された位相微分画像にアンラップ処理を施し、ノイズ除去部４３に入力する。

　ノイズ除去部４３は、本撮影時に得られた位相微分画像からノイズを除去する。ノイズ除去部４３は、オフセット除去部４６、トレンド検出部４７、トレンド除去部４８を備える。

　オフセット除去部４６は、本撮影時に得られる位相微分画像からオフセットノイズを除去する。より具体的には、オフセット除去部４６は、本撮影時にアンラップ処理部４１から位相微分画像が入力されると、オフセット画像記憶部４２からオフセット画像を取得する。そして、入力された位相微分画像からオフセット画像を減算することにより、オフセットノイズが除去された位相微分画像を生成する。オフセットノイズが除去された位相微分画像は、トレンド検出部４７に入力される。

　トレンド検出部４７とトレンド除去部４８は、オフセットノイズが除去された位相微分画像から、残存するトレンドを検出して除去するトレンド検出除去手段を構成する。トレンド検出部４７は、オフセットノイズが除去された位相微分画像から所定方向のノイズ成分を検出し、トレンド除去部４８はトレンド検出部で検出されたトレンドを表すトレンド画像を生成する。そして、トレンド除去部４８は、オフセットノイズが除去された位相微分画像からトレンド画像を減算することにより、トレンドが除去された位相微分画像を生成し、位相コントラスト画像生成部４４に入力する。

　より具体的には、トレンド検出部４７は、位相微分画像が入力されると、位相微分画像の第１方向（例えば、位相微分画像の横方向（Ｘ方向））に重畳されたノイズ成分を検出する。トレンド除去部４８は、第１方向のノイズ成分を、第１方向に直交する第２方向（例えば、位相微分画像の縦方向（Ｙ方向））に一様に並べた第１トレンド画像を生成し、位相微分画像から減算する。これにより、位相微分画像からトレンドの第１方向成分が除去される。

　次いで、トレンド検出部４７は、トレンドの第１方向成分が除去された位相微分画像の第２方向に重畳されたノイズ成分を検出する。そして、トレンド除去部４８は、第２方向のノイズ成分を、第１方向に一様に並べた第２トレンド画像を生成し、トレンドの第１方向成分が除去された位相微分画像からさらに減算する。これにより、位相微分画像からトレンドが除去される。

　位相コントラスト画像生成部４４は、ノイズ除去部４３でオフセットノイズ及びトレンドが除去された位相微分画像をＸ方向に沿って積分処理することにより、位相シフト分布を表す位相コントラスト画像を生成する。トレンドが除去された位相微分画像と、位相コントラスト画像は、画像記録部１６に記録される。

　以下、Ｘ線撮影装置１０の作用を説明する。Ｘ線撮影装置１０を用いて被検体Ｈの撮影を行う場合、図７に示すように、被検体Ｈの撮影の前に、プレ撮影を行う。操作部１８ａを用いて撮影モードとしてプレ撮影モードが選択されると（ステップＳ１０）、撮影指示の入力待機状態となる（ステップＳ１１）。その後、操作部１８ａを用いて撮影指示が入力されると、走査機構２３により第２の格子２２が所定の走査ピッチずつ並進移動されながら、各走査位置「ｋ」において、Ｘ線源１１によるＸ線照射及びＸ線画像検出器１３によるＧ２像の検出が行われる（ステップＳ１２）。この縞走査の結果、Ｍ枚のプレ撮影画像データ５１が生成され、メモリ１４に格納される。

　プレ撮影画像データ５１は、画像処理部１５に読み出される。画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４０によってプレ撮影画像データ５１から位相微分画像が生成される（ステップＳ１３）。この位相微分画像は、アンラップ処理部４１によってアンラップ処理が施された後（ステップＳ１４）、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４２に記憶される。プレ撮影動作は、以上で終了する。なお、このプレ撮影は、Ｘ線撮影装置１０の立ち上げ時等に被検体Ｈを配置しない状態で少なくとも一度行われればよく、本撮影の前に毎回行われる必要はない。また、ここでは本撮影の前に予めオフセット画像を生成しておくためにプレ撮影を行う例を説明したが、本撮影後にオフセット画像を生成するための撮影を行っても良い。

　次に、図８に示すように、被検体Ｈを配置し、本撮影を行う。本撮影を行う場合、操作部１８ａを用いて本撮影モードが選択される（ステップＳ２０）。本撮影モードが選択されると、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ２１）。操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると、縞走査が行われ（ステップＳ２２）、メモリ１４にＭ枚の本撮影画像データ５２が格納される。

　その後、本撮影画像データ５２は、画像処理部１５に読み出される。画像処理部１５内では、位相微分画像生成部４０によって本撮影画像データ５２から位相微分画像が生成され（ステップＳ２３）、アンラップ処理部４１によってアンラップ処理が施される（ステップＳ２４）。

　アンラップ処理が施された位相微分画像はノイズ除去部４３に入力される。ノイズ除去部４３では、まず、オフセット除去部４６において位相微分画像からオフセット画像を減算することにより、オフセットノイズが除去される（ステップＳ２５）。

　次いで、トレンド検出部４７によってさらに残存するノイズ成分としてトレンドが検出され（ステップＳ２６）、トレンド除去部４８によってトレンドが除去される（ステップＳ２７）。

　なお、図８では、簡単のために、トレンドの検出（ステップＳ２８）とトレンドの除去（ステップ２７）をそれぞれ１回行うが、トレンドの検出及び除去は、トレンドが除去されるまで必要に応じて複数回行われるようにして良い。例えば、Ｘ線撮影装置１０は、トレンドの検出及び除去を少なくとも２回に分けて行う。具体的には、Ｘ線撮影装置１０は、トレンドのＸ方向成分を検出及び除去し、その後、トレンドのＹ方向成分を検出及び除去する。

　こうしてオフセットノイズ及びトレンドが除去された位相微分画像は、画像記録部１６に記録される。同時に、位相コントラスト画像生成部４４においてオフセットノイズ及びトレンドが除去された位相微分画像に積分処理が施され、位相シフト分布を表す位相コントラスト画像が生成され（ステップＳ２８）、画像記録部１６に記録される。その後、オフセットノイズ及びトレンドが除去された位相微分画像や位相コントラスト画像は、モニタ１８ｂに画像表示される（ステップＳ２９）。

　以上のように、Ｘ線撮影装置１０は、本撮影において生成した位相微分画像からオフセット画像を減算することによりオフセットノイズを除去し、また、オフセットノイズ除去後に残存するノイズ成分であるトレンドをさらに検出し除去する。このため、Ｘ線撮影装置１０によれば、単にオフセットノイズを除去する場合よりも、よりノイズが低減された精細な位相微分画像を得ることができる。また、精細な位相微分画像が得られるので、位相微分画像に積分処理をして得られる位相コントラスト画像も低ノイズである。

　以下、トレンドの発生原因やトレンドを除去するための処理態様をより具体的に説明する。まず、プレ撮影を行うとプレ撮影画像データ５１が得られるが、プレ撮影は被検体Ｈがない状態で行う撮影であるため、本来であればプレ撮影画像データ５１にはほぼ何も写し出されない。しかし、例えば、図９に示すように、プレ撮影画像データ５１にモアレ５６が発生することがある。モアレ５６は、例えば、プレ撮影画像データ５１上に破線で示すライン上の画素値Ｉ_ｋを抜き出してみれば、Ｘ方向に周期的に増減する縞状のノイズである。また、縞走査によるＭ枚のプレ撮影画像データ５１を比較すると、モアレ５６は走査位置「ｋ」に応じてＸ方向に徐々に移動する。

　モアレ５６は、第１の格子２１や第２の格子２２の歪や僅かな位置ずれ（回転や傾斜を含む）、第２の格子２２を走査したときに生じる僅かな配置誤差によって発生する。第１の格子２１や第２の格子２２の歪や僅かな位置ずれは、撮影回数や被検体との接触状況に応じた温度環境によっても変化することがあり、第１の格子２１や第２の格子２２の温度変化による膨張／収縮により、同様のモアレ５６が生じることがある。

　図１０に示すように、モアレ５６が発生したプレ撮影画像データ５１に基づいて位相微分画像５７を生成すると、モアレ５６は、元のプレ撮影画像データ５１上のモアレ周期の例えば１／２倍の周期を持ったノイズ５８に変換される。このモアレ５６に起因するノイズ５８は、値域の幅αを上限／下限とした、いわゆるのこぎり波状である。位相微分画像５７にアンラップ処理を施すと、のこぎり波状のノイズ５８は、図１１に示すように、Ｘ方向に画素値ψが単調増加するオフセットノイズ６１となってオフセット画像５９に重畳される。なお、ノイズ５８の周期がモアレ周期の１／２倍となるのは、式（９）で表される値域が－π／２から＋π／２の逆正接関数を用いて位相微分画像５７を生成した場合である。一方、式（８）で表される値域が－πから＋πの偏角抽出関数を用いた場合や、逆正接関数の値域を－πから＋πに拡張した場合には、位相微分画像５７のノイズ５８の周期は、モアレ周期と同一である。

　同様に、図１２（Ａ）に示すように、本撮影を行って得られる本撮影画像データ５２には、被検体Ｈが写し出されると同時に、モアレ６２が重畳されることがある。このようにモアレ６２が発生した本撮影画像データ５２に基づいて位相微分画像を生成すると、モアレ６２は、図１２（Ｂ）に示す位相微分画像６３のように１／２倍の周期ののこぎり波状のノイズ６４となり、さらにアンラップ処理を施すことによって図１２（Ｃ）に示す位相微分画像６５（被検体画像）のようにオフセットノイズ６６となる。

　プレ撮影時と本撮影時とで、第１の格子２１や第２の格子２２の歪や僅かな位置ずれ等がほぼ同じ状態であれば、オフセット画像５９上のオフセットノイズ６１と、本撮影時に得た位相微分画像６５上のオフセットノイズ６６は大局的にはほぼ同じ態様の像となっている。このため、位相微分画像６５からオフセット画像５９を減算すれば、位相微分画像６５からオフセットノイズ６６が除去される。

　しかし、プレ撮影時と本撮影時とで第１の格子２１や第２の格子２２の歪や僅かな位置ずれ等が厳密に同じ状態となることは殆どなく、プレ撮影時のモアレ５６と本撮影時のモアレ６２とを比較すると、周期や画像内での傾き等が若干異なっていることが通常である。したがって、モアレ５６，６２が反映されたオフセットノイズ６１，６６には若干の差異がある。このため、図１３に示すように、本撮影時に得られた位相微分画像５６からオフセット画像５９を減算して得られる位相微分画像７１には、プレ撮影時のオフセットノイズ６１と本撮影時のオフセットノイズ６６の差異によるノイズ成分がトレンド７２として残存する。図１３では、便宜上、オフセットノイズ６１，６６を示す濃淡と、トレンド７２を示す濃淡とが同程度に描いているが、トレンド７２は、例えばオフセットノイズ６１，６６の１／１０程度の大きさのノイズ成分である。

　トレンド検出部４７及びトレンド除去部４８は、以下に説明するように、トレンド７２が残存する位相微分画像７１からトレンド７２を検出し、除去する。

　トレンド検出部４７は、オフセット除去部４６から位相微分画像７１が入力されると、トレンド７２の横方向（Ｘ方向）成分を検出する。具体的には、図１４に示すように、トレンド検出部４７は、位相微分画像７１の画素値ψを行毎に抽出する。例えば、破線で示す行の画素値ψは、例えば被検体Ｈがある領域（以下、被検体領域という）Ｅ１では被検体Ｈの構造に応じて画素値ψが変化するが、被検体Ｈがない領域（以下、素抜け領域という）Ｅ２ａ，Ｅ２ｂでは、トレンド７２を反映してほぼ一様に変化する。このため、トレンド検出部４７は、抽出した画素値ψを平滑化する。これにより、素抜けの領域Ｅ２ａ，Ｅ２ｂは平滑化前に比べてほぼ変化しないが、被検体領域Ｅ１は、平滑化により、破線で示すようにトレンド７２の傾向とほぼ一致するデータとなり、行全体として一様に変化するトレンド７２の横方向成分となる。

　トレンド検出部４７は、上述のように各行の画素値ψを抽出し、平滑化することによって各行におけるトレンド７２の横方向成分を生成すると、各行におけるトレンドの横方向成分を平均したデータ（以下、横方向トレンドデータという）を生成する。トレンド検出部４７は、この横方向トレンドデータをトレンド７２の横方向成分として検出し、位相微分画像７１とともにトレンド除去部４８に入力する。

　図１５に示すように、トレンド除去部４８は、トレンド検出部４７で検出された横方向トレンドデータ７２を縦方向（Ｙ方向）に並べた画像７６（以下、横方向トレンド画像という）を生成する。次いで、図１６に示すように、元の位相微分画像７１から横方向トレンド画像７６を減算し、トレンド７２の横方向成分を除去した位相微分画像７７を生成する。この位相微分画像７７には、依然としてトレンド７８が重畳されている。トレンド７８は、元の位相微分画像７１のトレンド７２から横方向成分が除去されたものであるから、トレンド７２の縦方向（Ｙ方向）成分である。こうしてトレンド７２の横方向成分を除去した位相微分画像７７を生成すると、トレンド除去部４８は生成した位相微分画像７７をトレンド検出部４７に再び入力する。

　トレンド検出部４７は、トレンド除去部４８から位相微分画像７７が入力されると、位相微分画像７７からトレンド７８（トレンド７２の縦方向成分）を検出する。具体的には、まず、図１７に示すように、位相微分画像７７の各列の画素値ψを抽出し、各列のトレンド７８を検出する。例えば、図１７（Ａ）に示すように、「ａ」列のように素抜け領域の列の画素値ψを抽出すると、抽出した画素値ψはほぼトレンド７８そのものである。一方、図１７（Ｂ）に示すように、「ｂ」列のように被検体Ｈ上の列の画素値ψを抽出すると、トレンド７８と被写体Ｈが重畳されているので、抽出した画素値ψはトレンド７８を反映した一定の傾向があるが、被検体Ｈを反映して変化する。

　こうしたことから、トレンド検出部４７は、抽出した列上に被写体Ｈがあるか否かによらず、データを平滑化する。こうして各列の画素値ψを各々平滑化すると、「ａ」列のように素抜け領域の場合には、平滑化処理の前後でデータの態様はほぼ変化しないが、「ｂ」列のように被検体Ｈがある列では、被検体Ｈの情報がほぼ消失（低減）し、一点鎖線で示すようにトレンド７８とほぼ同様の傾向を有するデータとなる。

　トレンド検出部４７は、このように列毎に検出したトレンド７８を全列について平均したデータ（以下、縦方向トレンドデータという）を生成する。トレンド検出部４７は、この縦方向トレンドデータを元のトレンド７２の縦方向成分として検出し、トレンド除去部４８に入力する。

　図１８に示すように、トレンド除去部４８は、トレンド検出部７８から入力された縦方向トレンドデータを横方向に並べた画像（以下、縦方向トレンド画像という）を生成する。次いで、図１９に示すように、トレンド除去部４８は、位相微分画像７７から縦方向トレンド画像８１を減算することにより、位相微分画像８３を生成する。こうして生成された位相微分画像８３は、位相微分画像７１からトレンド７２の横方向成分と縦方向成分がともに除去されたことにより、トレンドが全て除去された位相微分画像である。

　Ｘ線撮影装置１０では、こうしてトレンドが全て除去された位相微分画像８３を画像記録部１６に記録する。また、位相コントラスト画像生成部４４では、位相微分画像８３から位相コントラスト画像を生成する。

　なお、上述の第１実施形態では、位相微分画像７１の中央部分に、部分的に被検体Ｈが写し出されているが、図２０に示すように、位相微分画像７１のほぼ全体に被検体Ｈが写し出されている場合にも、Ｘ線撮影装置１０は、トレンド７２を好適に検出，除去することができる。これは、トレンド７２の各方向成分を検出，除去するときに、各行（列）毎に検出したトレンド７２の各方向成分を平均化したデータをトレンド７２の各方向成分として検出するので、被検体Ｈがあることによる影響を受け難いからである。図２０は、被検体Ｈが骨部２０ａ，２０ｂと、軟部組織２０ｃとからなり、位相微分画像７１の左上領域はほぼ骨部２０ａに、右下領域はほぼ骨部２０ｂに占められ、これらの骨部２０ａ，２０ｂ間は軟部組織２０ｃであり、位相微分画像７１に素抜け領域がない例を示している。

　なお、上述の第１実施形態では、オフセットノイズ６６の除去後、トレンド７２の横方向成分を検出及び除去し、その後、トレンド７２の縦方向成分を検出及び除去しているが、トレンド７２の検出除去態様はこれに限らない。例えば、先にトレンド７２の縦方向成分を検出及び除去した後に、トレンド７２の横方向成分を検出及び除去しても良い。

　また、上述の第１実施形態では、トレンド７２を検出及び除去するときに、縦方向成分と横方向成分に分けて検出及び除去しているが、トレンド７２を検出及び除去することができれば、この態様に限らない。例えば、位相微分画像７１の縦横の辺に対して所定角度傾斜した斜め方向を第１方向とし、この第１方向に垂直な方向を第２方向として、トレンド７２の第１方向成分及び第２方向成分を検出及び除去しても良い。この場合も、トレンド７２を上述の第１実施形態と同様にトレンド７２が除去された位相微分画像８３を得ることができる。

　さらに、トレンド７２を検出及び除去する場合に、位相微分画像７１の縦横以外の２方向に分けて検出及び除去するときには、ノイズ除去部４３にさらに被検体検出部（図示しない）を設け、被検体Ｈが写し出された領域を検出し、この被検体Ｈの領域に方向性がある場合には、被検体Ｈの領域の方向に沿った方向を第１方向、これに垂直な方向を第２方向としても良い。

　例えば、位相微分画像の斜め４５度方向に被検体Ｈが写し出されている場合に、被検体Ｈに垂直な斜め１３５度方向を第１方向とし、被検体Ｈに沿った斜め４５度方向を第２方向とする。こうすると、少なくとも一つの方向（第２方向）において、被検体Ｈに重ならないようにトレンド７２の成分を検出する行が多くなるので、この方向（第２方向）におけるトレンド７２の検出精度がより向上する。また、上述の位相微分画像７１では、位相微分画像７１のほぼ中央に、被検体Ｈが縦方向に沿って写し出されているが、この場合は、横方向が第１方向であり、縦方向が第２方向である。前述の通り、縦方向の成分を検出する場合（図１７参照）は、素抜け領域で縦方向に沿って抽出した画素値ψは、トレンド７８そのものであるため、どの列も被検体Ｈを横切ってしまう横方向成分を検出及び除去する場合よりも、縦方向成分の検出及び除去はより正確である。このようにトレンド成分の検出方向を選択する態様は、トレンド７２の各方向成分を検出するときに、被検体Ｈがある箇所のデータを除いてトレンド７２の各方向成分を検出する場合に特に好適である。

　なお、上述の第１実施形態では、トレンド７２の縦横の各方向成分を検出する場合に、抽出した画素値ψを平滑化することにより、被検体Ｈの有無に関わらず、トレンド７２の各方向の成分を検出しているが、被検体領域のデータ（例えば、図１４における領域Ｅ１のデータ）を除き、素抜け領域のデータ（例えば、図１４における領域Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ）に基づいてトレンド７２の各方向成分を検出しても良い。このとき、除いた被検体領域部分のデータを算出する方法は任意である。単に被検体領域と素抜け領域の境界点（例えば、図１４における領域Ｅ１と領域Ｅ２ａ，Ｅ２ｂの境界点）を直線で結ぶデータを算出しても良いし、任意の直線やスプライン、その他曲線等で、補間，外挿，フィッティング等により算出しても良い。また、被検体領域の検出は、被検体領域を検出するための被検体領域検出部をノイズ除去部４３に設けておいても良いし、トレンド検出部４７で被検体領域を検出するようにしても良い。被検体領域の検出は、例えば、画素値ψの変化量等に基づいて検出することができる。

　なお、上述の第１実施形態では、簡単のために、トレンド７２が位相微分画像７１内で直線的に増大（減少）する傾向を有する例を説明したが、図２１に示すトレンド８６のように、周期的な特徴を有することがある。Ｘ線撮影装置１０はこうした場合にも好適にトレンドを検出，除去することができる。但し、前述のように被検体領域Ｅ１のデータを除き、素抜け領域Ｅ２ａ，Ｅ２ｂのデータに基づく補間，外挿，フィッティング等によりトレンドを検出する場合には、三角関数等を用いた曲線を用いて補間，外挿，フィッティング等をする必要がある。

　なお、前述の変形例のように、トレンド７２を検出するときに、被検体領域をまたがない素抜け領域だけのデータを用いることができる場合には、トレンド７２の検出精度がより向上する。このため、位相微分画像７１に素抜け領域ができやすくすることが好ましい。

　位相微分画像７１に素抜け領域ができやすくするためには、以下のようにすれば良い。例えば、図２２に示すように、第１，第２の格子２１，２２やＸ線画像検出器１３が収められた筐体９１の前面９１ａ（図２３参照）に、被検体Ｈを配置する推奨範囲を示す指標９２を設ける。また、指標９２の示す推奨範囲は、Ｘ線検出器１３の検出面１３ａのサイズよりも小さくしておく。この場合、指標９２にしたがって、被検体Ｈが指標９２内に配置されれば、検出面１３ａと指標９２との差分領域が素抜け領域になる。また、被検体Ｈの大きさが指標９２の示す範囲を超える場合であっても、検出面１３ａと指標９２との差分領域に素抜け領域ができやすい。図２２では、検出面１３ａの中央に指標９２が設けられているが、指標９２は検出面１３ａに対して上下左右のどの方向に偏って設けても良い。

　また、上述のように、位相微分画像７１に素抜け領域ができやすくするために、指標９２によって被検体Ｈの配置を制限する場合には、素抜け領域に被検体Ｈと同程度のＸ線吸収率を持つ擬似吸収体を配置しておくことが好ましい。例えば、図２３に示すように、素抜け領域Ｆ２ａ，Ｆ２ｂに対応する検出面１３ａの前面に、擬似吸収体９６を配置する。こうすると、素抜け領域Ｆ２ａ，Ｆ２ｂに対応する画素値ψが飽和して、トレンド７２の検出ができなくなってしまうことを防止することができる。なお、図２３では、Ｘ線検出器１３内に擬似吸収体９６を配置しているが、素抜け領域Ｆ２ａ，Ｆ２ｂに対応する位置に配置されていれば、擬似吸収体９６の配置は任意である。また、擬似吸収体９６は、例えば第２の格子２２とＸ線検出パネル１３の間や第１，第２の格子２１，２２の間に設けても良い。さらに、筐体９２の前面９２ａ（あるいは前面９２ａの筐体９２内部側）に、指標９２の外周を取り巻くように擬似吸収体９６を配置しても良い。

　なお、上述の第１実施形態では、行毎に位相微分画像の画素値ψを抽出し、各行におけるトレンドの横方向成分を検出し、さらにこれらを平均した横方向トレンドデータを、トレンド７２の横方向の成分として検出している。しかし、例えば、ある１行において検出したトレンド７２の横方向成分を、位相微分画像全体のトレンド７２の横方向成分としても良い。また、位相微分画像の全体ではなく、一部の行で検出したトレンド７２の横方向成分を平均化したデータを、トレンド７２の横方向成分としても良い。例えば、素抜け領域の行で検出したトレンド７２の横方向成分を、位相微分画像全体としてのトレンド７２の横方向成分として用いたり、素抜け領域の行で検出したトレンド７２の横方向成分だけを平均化したデータを位相微分画像全体としてのトレンド７２の横方向成分とすると、被検体領域をまたぐ行において検出したデータを用いる場合よりも、トレンド７２の横方向成分の検出精度が向上する。縦方向成分の検出時も同様である。また、前述のように、位相微分画像の辺に非平行な第１方向及び第２方向についてトレンド７２の成分を検出する場合も同様である。

　なお、上述の第１実施形態では、トレンド検出部４７は、位相微分画像７１の画素値ψを行毎に抽出した後、抽出した画素値ψを平滑化してトレンド７２の横方向成分を検出し、さらに各行のトレンドの横方向成分を平均化して１つの横方向トレンドデータを検出するが、抽出した画素値ψの平滑化は省略しても良い。すなわち、トレンド検出部４７は、行毎に抽出した画素値ψを平滑化せず、抽出した画素値ψそのものを平均化して横方向トレンドデータにしても良い。これは、各行間の画素値の平均化だけで、被写体Ｈの信号が鈍ってほぼトレンドだけのデータになる場合に有効である。

　また、上述の平滑化のみを行い、各行の横方向成分の平均化を省略しても良い。この場合、例えば、任意の行の画素値ψを平滑化し、この行の平滑化した画素値ψを横方向トレンドデータとしてトレンド除去部４８に入力する。これは、画素値ψの平滑化だけで、被写体Ｈの信号が鈍ってほぼトレンドだけのデータになる場合に有効である。

　さらに、上述の平滑化及び平均化を両方とも省略しても良い。例えば、トレンド検出部４７は、位相微分画像７１の任意の行の画素値ψを抽出し、その行の画素値ψをそのまま横方向トレンドデータとしてトレンド除去部４８に入力しても良い。これは、例えば、被写体Ｈの信号に比べてトレンド７２が大きい場合に有効である。

　もちろん、縦方向トレンドデータを検出する場合も、上述のように平滑化または平均化を省略、あるいは平滑化と平均化を両方とも省略して良い。また、後述の各実施形態においても同様である。

　なお、上述の第１実施形態では、トレンド検出部４７が横方向トレンドデータや縦方向トレンドデータを検出する場合に、画素値ψの大きさを考慮していないが、トレンド検出部４７は抽出した行（あるいは列）の画素値ψを所定閾値と比較し、その大小関係に基づいて、画素値ψが所定範囲の部分のみを各方向のトレンドデータの検出に利用するようにすることが好ましい。

　例えば、擬似吸収体９６が配置されていないために画素値ψが飽和してしまった素抜け領域や、被写体Ｈの固定治具の金属部分が写り込んで画素値が極端に少ない（例えばほぼ０になる）領域では、画素値ψ（位相微分値）は正常な値ではない。このため、これらの画素値ψが極端に大きい領域または画素値ψが極端に小さい領域の画素値ψまで考慮してトレンドデータを検出すると、これらの不適切な値に影響されて、検出されるトレンドデータが誤った値になってしまう場合がある。したがって、利用する画素値ψの下限を決める第１閾値と、利用する画素値ψの上限を決める第２閾値を予め定め、トレンド検出部４７では、各行または各列の画素値ψを抽出した後、第１閾値以上第２閾値以下の範囲に収まる範囲のデータのみを用いて各方向のトレンドデータを検出するようにすることが好ましい。

［第２実施形態］
　なお、前述の第１実施形態では、位相微分画像７１から画素値ψを行毎及び列毎に抽出し、平滑化することによって、トレンド７２の横方向及び縦方向の成分を検出しているが、トレンド７２の各方向成分を検出する態様はこれに限らない。例えば、以下に第２実施形態として説明するようにしてトレンド７２の各方向成分を検出しても良い。

　図２４に示すように、第２実施形態のＸ線撮影装置は、画像処理部１００に吸収微分画像生成部１０１を備える。吸収微分画像生成部１０１は、まず、縞走査によって得られたＭ枚の本撮影画像データ５２を取得し、これらを平均することによって、吸収画像を生成する。吸収画像は、被写体ＨのＸ線吸収率（透過率）がコントラストとして表現された画像である。

　各々の本撮影画像データ５２には、第１の格子２１と第２の格子２２による縞が写し出されているが、この縞は第２の格子２２の走査位置「ｋ」に応じて移動し、撮影順にＭ枚の本撮影画像データ５２を比較すれば１周期分移動する。このため、Ｍ枚の本撮影画像データ５２を平均すると、第１の格子２１と第２の格子２２による縞は平均化されてほぼ一様なバックグラウンドとなるので、吸収画像には縞はなく、被写体Ｈの像だけが写し出される。

　次に、吸収微分画像生成部１０１は、吸収画像を微分して吸収微分画像を生成する。吸収画像の微分は、例えば、所定の方向（微分する方向）に１画素ずらした画像との差分を取ることによって行うことができる。こうして吸収微分画像生成部１０１で生成された吸収微分画像は、トレンド検出部１０２に入力され、トレンド７２の検出時に利用される。なお、吸収画像を微分する方向は任意であるが、例えば、格子線に垂直なＸ方向（図１参照）に行うことが好ましい。

　トレンド検出部１０２は、第１実施形態のトレンド検出部４７と同様に、オフセットノイズが除去された位相微分画像からトレンド７２の各方向成分を検出するが、トレンド検出部１０２は吸収微分画像を参照しながらトレンド７２の各方向成分を検出する。

　図２５（Ａ）に示すように、撮影した画面を１０３とし、被写体Ｈが撮影画面１０３の中央にあるとする。また、ここでは簡単のため被写体Ｈは球形とする。このとき、吸収画像において図２５（Ａ）の撮影画面１０３の中央を横切る一点鎖線に対応する画素値を抽出すると、図２５（Ｂ）に示すように、オフセットノイズがない場合には実線１０５ａのように、素抜け領域１０４の部分では画素値は平坦であり、被写体Ｈの部分ではそのＸ線吸収率に応じた曲線等になる。一方、オフセットノイズがある場合には、破線１０５ｂで示すように、素抜け領域１０４ではオフセットノイズを反映して画素値が変化する。また、被写体Ｈの部分においてもオフセットノイズによって曲線形状が変化する。但し、被写体Ｈと素抜け領域１０４の境界位置は、オフセットノイズによって変化しない。

　したがって、図２５（Ｃ）の実線１０６ａ（オフセットノイズがない場合）及び破線１０６ｂ（オフセットノイズがある場合）に示すように、吸収微分画像においては、素抜け領域１０４に対応する領域Ｅ２ａ及び領域Ｅ２ｂでは、オフセットノイズの有無に関わらず、ほぼ平坦なデータとなる。

　トレンド検出部１０２は、上述のように素抜け領域１０４に対応する領域Ｅ２ａ及び領域Ｅ２ｂのデータを利用してトレンド７２の横方向成分を検出する。具体的には、まず、吸収微分画像において、画素値が平坦になる領域Ｅ２ａまたは領域Ｅ２ｂから少なくとも２点の画素を選出する。ここでは、領域Ｅ２ａのある画素Ａ１と領域Ｅ２ｂのある画素Ａ２を選出したとするが、領域Ｅ２ａまたは領域Ｅ２ｂの一方から２点を選出しても良い。また、３点以上の画素を選出しても良く、素抜け領域１０４に対応して画素値の変化が平坦な領域が３以上ある場合には各領域から各々１点を選出しても良い。

　こうして、素抜け領域１０４に対応する画素Ａ１，Ａ２を選出すると、図２５（Ｄ）に示すように、トレンド検出部１０２は、オフセット処理済みの位相微分画像から、吸収微分画像で選出した画素Ａ１，Ａ２に対応する画素（画素Ａ１，Ａ２と同位置にある画素）Ａ１’，Ａ２’の画素値を結ぶ直線を算出することにより、トレンド成分１０７を検出する。なお、３点以上の画素を選出した場合には、フィッティング等により、トレンド成分１０７を検出する。

　ここでは、トレンド検出部１０２によってトレンド７２の横方向成分を検出しているが、トレンド７２の縦方向成分を検出する場合も同様である。また、トレンド除去部４８において、検出したトレンド成分１０７を用いて位相微分画像からトレンド７２を除去する態様は、前述の第１実施形態と同様である。

　位相微分画像の画素値だけを用いる場合、被写体Ｈの態様等によっては素抜け領域１０４の明確な特定が難しいことがあるため、前述の第１実施形態のように抽出した画素値を平滑化する等の処理が必要であるが、上述のように、吸収微分画像を用いれば素抜け領域１０４の画素Ａ１’，Ａ２’を容易に特定可能であり、トレンド７２の各方向成分の検出を容易かつ迅速に行うことができる。

　なお、上述の第２実施形態では、吸収微分画像生成部１０１が本撮影画像データ５２から吸収微分画像を生成しているが、吸収微分画像は次のように生成することが好ましい。まず、吸収微分画像生成部１０１は、プレ撮影時にプレ撮影画像データ５１から第１吸収画像を生成し、例えばオフセット画像記憶部４２等に記憶しておく。次に、本撮影時には、吸収微分画像１０１は、本撮影画像データ５２から第２吸収画像を生成する。そして、第２吸収画像を第１吸収画像で割ることにより、第３吸収画像を生成し、さらに第３吸収画像を微分することによってトレンド検出部１０２に入力する吸収微分画像を生成する。こうすると、第１の格子２１や第２の格子２２の透過率のムラによるノイズ成分が低減されるので、トレンド検出部１０２で素抜け領域１０４の特定に用いる吸収微分画像としてより好適な画像となる。

　なお、上述の第２実施形態では、吸収微分画像から素抜け領域１０４の画素を選出しているが、トレンド検出部１０２は、素抜け領域１０４の画素に限らず、吸収微分画像の全体（被検体Ｈの領域も含む）から、周辺の画素と画素値がほぼ等しい画素を選出すれば良い。上述の第２実施形態では被検体Ｈを球形とているために、被検体Ｈ内部では画素値の変化が平坦になる箇所は殆どないが、通常の被写体の場合、被写体Ｈの内部においても、画素値の変化が殆どなく、周辺の画素と画素値がほぼ等しい領域が発生することがあるからである。周辺の画素と画素値がほぼ等しい画素であれば、被検体Ｈ内部の画素であっても、上述の第２実施形態と同様にトレンドの除去を行うことができる。また、被検体Ｈ内の画素を利用可能であることから明らかなように、撮影範囲１０の全体に被写体Ｈがある場合でも、上述の第２実施形態と同様の方法でトレンドの検出を行うことができる。

［第３実施形態］
　なお、上述の第１，第２実施形態では、オフセットノイズ６６の除去後にトレンド７２を除去しているが、オフセットノイズ６６やトレンド７２を除去する順序はこれに限らない。次に、図２６及び図２７を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、画像処理装置１２０が用いられる。なお、前述の第１実施形態と共通の部材等には同じ符号を付して、その説明は省略する。

　図２６に示すように、トレンド７２を先に除去する場合、ノイズ除去部４３は、トレンド除去部１２１（第１ノイズ除去部）とオフセット除去部１２２（第２ノイズ除去部）で構成する。

　トレンド除去部１２１は、アンラップ処理が施された位相微分画像がアンラップ処理部４１から入力されると、位相微分画像をフーリエ変換し、所定周波数以下の低周波数成分を除去する。その後、フーリエ逆変換を施し、低周波数成分が除去された位相微分画像を生成する。プレ撮影の場合、トレンド除去部１２１は、低周波数成分を除去した位相微分画像を、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４２に記憶する。本撮影の場合、トレンド除去部１２１は、低周波数成分を除去した位相微分画像をオフセット除去部１２２に入力する。

　オフセット除去部１２２は、本撮影時に、低周波数成分を除去した位相微分画像が入力されると、オフセット画像記憶部４２からオフセット画像を取得する。そして、本撮影による位相微分画像からオフセット画像を減算することにより、位相微分画像からオフセットノイズを除去する。

　上述のように構成されるＸ線撮影装置は、図２７に示すように、プレ撮影をする。まず、操作部１８ａを用いて撮影モードとしてプレ撮影モードが選択されると（ステップＳ５０）、撮影指示の入力待機状態となる（ステップＳ５１）。その後、操作部１８ａを用いて撮影指示が入力されると、走査機構２３により第２の格子２２が所定の走査ピッチずつ間欠移動されながら、各走査位置「ｋ」において、Ｘ線源１１によるＸ線照射及びＸ線画像検出器１３によるＧ２像の検出が行われる（ステップＳ５２）。この縞走査の結果、Ｍ枚のプレ撮影画像データ５１が生成され、メモリ１４に格納される。そして、プレ撮影画像データ５１は、画像処理部１５に読み出され、位相微分画像生成部４０によってプレ撮影画像データ５１から位相微分画像が生成されるとともに（ステップＳ５３）、アンラップ処理部４１でアンラップ処理が施される（ステップＳ５４）。

　その後、アンラップ処理が施された位相微分画像は、トレンド除去部１２１に入力され、フーリエ変換が施され（ステップＳ５５）、所定周波数以下の低周波数成分が除去され（ステップＳ５６）、さらに逆フーリエ変換が施される。これにより、入力された位相微分画像は、所定の低周波数成分が除去された位相微分画像になる。低周波数成分が除去された位相微分画像は、オフセット画像としてオフセット画像記憶部４２に記憶され、プレ撮影が完了する。

　図２８に示すように、本撮影時には、操作部１８ａを用いて撮影モードとして本撮影モードが選択される（ステップＳ７０）。本撮影モードが選択されると、撮影指示の待受状態となる（ステップＳ７１）。その後、操作部１８ａを用いて撮影指示がなされると、縞走査が行われ（ステップＳ７２）、メモリ１４にＭ枚の本撮影画像データ５２が格納される。本撮影画像データ５２は、画像処理部１５に読み出され、位相微分画像生成部４０によって位相微分画像が生成されるとともに（ステップＳ７３）、アンラップ処理部４１でアンラップ処理が施される（ステップＳ７４）。

　その後、アンラップ処理が施された位相微分画像は、トレンド除去部１２１に入力され、フーリエ変換が施され（ステップＳ７５）、所定周波数以下の低周波数成分が除去され（ステップＳ７６）、さらに逆フーリエ変換が施される。これにより、入力された位相微分画像は、所定の低周波数成分が除去された位相微分画像になる。低周波数成分が除去された位相微分画像は、オフセット除去部１２２に入力され、オフセット画像が減算されることにより、さらにオフセットノイズが除去される（ステップＳ７７）。オフセットノイズが除去された位相微分画像は、画像記録部１６に記録される。また、位相コントラスト画像生成部４４は、オフセットノイズが除去された位相微分画像から位相コントラスト画像を生成し、画像記録部１６に記録する（ステップＳ７８）。こうして生成された、位相微分画像や位相コントラスト画像は、モニタ１８ｂに画像表示される（ステップＳ７９）。

　上述のように、プレ撮影画像データ５１や本撮影画像データ５２から生成した位相微分画像をフーリエ変換し、所定の低周波数成分を除去すると、位相微分画像からオフセットノイズの低周波数成分が除去される。前述のように、トレンドは、プレ撮影時と本撮影時のオフセットノイズが完全に一致しないために、その差分がオフセット画像を減算したときに残存したものである。このため、上述のように、主としてオフセットノイズである低周波成分を予め除去した位相微分画像とオフセット画像の差分を取る場合には、トレンドは発生しない。

　なお、オフセットノイズには高周波成分もある。例えば、Ｘ線検出器１３の画素欠陥は高周波のオフセットノイズを発生させる。このため、上述の第３実施形態では、単に本撮影時に生成される位相微分画像から低周波成分を除去するだけでなく、オフセット画像も取得し、本撮影時に生成される位相微分画像低周波成分を除去したオフセット画像を減算している。これにより、高周波のオフセットノイズも除去される。Ｘ線検出器１３に画素欠陥がない場合や、画素欠陥が他の方法（例えば、画素欠陥の位置を予め測定し、本撮影画像データの時点で欠陥画素の画素値を補正する等）で補正される場合には、本撮影による位相微分画像から低周波数成分を除去することにより、オフセットノイズを除去するようにしても良い。これにより、オフセットノイズもトレンドも残存しない位相微分画像を得ることができる。

　なお、上記第１～第３実施形態では、被検体ＨをＸ線源１１と第１の格子２１との間に配置しているが、被検体Ｈを第１の格子２１と第２の格子２２との間に配置してもよい。

　また、上記第１～第３実施形態では、縞走査時に第２の格子２２を格子線に直交する方向（Ｘ方向）に移動させているが、本出願人により特願２０１１－０９７０９０号として出願されているように、第２の格子２２を格子線に対して傾斜する方向（ＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に直交しない方向）に移動させてもよい。この移動方向は、ＸＹ平面内で、かつＹ方向以外であれば、いずれの方向であってもよい。この場合には、第２の格子２２の移動のＸ方向成分に基づいて、走査位置「ｋ」を設定すればよい。第２の格子２２を格子線に対して傾斜する方向に移動させることにより、縞走査の一周期分の走査に要するストローク（移動距離）が長くなるため、移動精度が向上する等の利点がある。

　また、上記第１～第３実施形態では、縞走査時に第２の格子２２を移動させているが、第２の格子２２に代えて、第１の格子２１を格子線に直交する方向または傾斜する方向に移動させてもよい。

　また、上記第１～第３実施形態では、Ｘ線源１１から射出されるコーンビーム状のＸ線を射出するＸ線源１１を用いているが、平行ビーム状のＸ線を射出するＸ線源を用いることも可能である。この場合には、式（１）に代えて、ｐ_２＝ｐ_１をほぼ満たすように第１及び第２の格子２１，２２を構成すればよい。

　また、上記第１～第３実施形態では、Ｘ線源１１から射出されたＸ線を第１の格子２１に入射させており、Ｘ線源１１は単一焦点であるが、図２９に示すように、Ｘ線源１１の射出側直後に、ＷＯ２００６／１３１２３５号等に記されたマルチスリット（線源格子）を設けることにより、Ｘ焦点を分散化してもよい。マルチスリットの格子線方向はＹ方向である。これより、高出力のＸ線源を用いることが可能となり、Ｘ線量が向上するため、位相微分画像の画質が向上する。マルチスリット１５０の格子線（格子溝）は、Ｙ方向に延伸しており、第１及び第２の格子２１，２２の少なくとも一方の格子線と平行である。この場合、マルチスリット１５０のＸ方向への格子ピッチｐ_０は、式（１０）を満たす必要がある。ここで、距離Ｌ_０は、マルチスリット１５０から第１の格子２１までのＺ方向への距離である。

　このようにマルチスリット１５０を設けた場合には、マルチスリット１５０の位置がＸ線焦点の位置となるため、上記実施形態の距離Ｌ_１は、距離Ｌ_０に置き換えられる。

　また、マルチスリットを設けた場合には、マルチスリット１５０を固定したまま、第１の格子２１または第２の格子２２を移動させて縞走査を行うことの他に、第１及び第２の格子２１，２２を固定したまま、マルチスリット１５０を移動させることにより縞走査を行うことが可能である。この場合、マルチスリット１５０のピッチｐ_０を前述のＭで割った値（ｐ_０／Ｍ）を走査ピッチとして、マルチスリット１５０をＸ方向に間欠移動させればよい。これにより、第１及び第２の格子２１，２２に対するマルチスリット１５０の走査位置ｋは、ｋ＝０，１，２，・・・，Ｍ－１と順に変更される。

　また、上記第１～第３実施形態では、第１の格子２１が入射Ｘ線を幾何光学的に投影しているが、ＷＯ２００４／０５８０７０号等で知られているように、第１の格子２１をタルボ効果が生じる構成としてもよい。第１の格子２１でタルボ効果を生じさせるためには、Ｘ線の空間干渉性を高めるように、小焦点のＸ線光源を用いるか、マルチスリット１５０を用いればよい。

　第１の格子２１でタルボ効果を生じさせる場合には、第１の格子２１を、吸収型格子に代えて、位相型格子とすることも可能である。位相型格子は、吸収型格子のＸ線吸収部をＸ線位相形成部に置換することにより構成される。Ｘ線位相形成部は、隣接するＸ線透過部に対して所定の屈折率差を有する材料（空気、樹脂など）により形成される。この位相型格子としては、入射Ｘ線にπ／２の位相変調を与えて透過させるものと、入射Ｘ線にπの位相変調を与えて透過させるものとが知られている。

　第１の格子２１でタルボ効果が生じる場合には、第１の格子２１の自己像（Ｇ１像）が、第１の格子２１からＺ方向下流にタルボ距離Ｚ_ｍだけ離れた位置に生じるため、第１の格子２１から第２の格子２２までの距離Ｌ_２をタルボ距離Ｚ_ｍとする必要がある。

　タルボ距離Ｚ_ｍは、第１の格子２１の構成とＸ線のビーム形状とに依存する。第１の格子２１が吸収型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚ_ｍは、式（１１）で表される。ここで、「ｍ」は、正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ_１，ｐ_２は、式（１）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリット１５０を用いる場合には、距離Ｌ_１は距離Ｌ_０に置き換えられる）。

　また、第１の格子２１がＸ線にπ／２の位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚ_ｍは、式（１２）で表される。ここで、「ｍ」は、「０」または正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ_１，ｐ_２は、式（１）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリット１５０を用いる場合には、距離Ｌ_１は距離Ｌ_０に置き換えられる）。

　また、第１の格子２１がＸ線にπの位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線がコーンビーム状である場合には、タルボ距離Ｚ_ｍは、式（１３）で表される。ここで、「ｍ」は「０」または正の整数である。ここで、「ｍ」は、「０」または正の整数である。この場合には、Ｇ１像のパターン周期が第１の格子２１の格子周期の１／２倍となるため、格子ピッチｐ_１，ｐ_２は、式（１４）をほぼ満たすように設定される（ただし、マルチスリット１５０を用いる場合には、距離Ｌ_１は距離Ｌ_０に置き換えられる）。

　また、第１の格子２１が吸収型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚ_ｍは、式（１５）で表される。ここで、「ｍ」は、正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ_１，ｐ_２は、ｐ_２＝ｐ_１の関係をほぼ満たすように設定される。

　また、第１の格子２１がＸ線にπ／２の位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚ_ｍは、式（１６）で表される。ここで、「ｍ」は、「０」または正の整数である。この場合には、格子ピッチｐ_１，ｐ_２は、ｐ_２＝ｐ_１の関係をほぼ満たすように設定される。

　そして、第１の格子２１がＸ線にπの位相変調を与える位相型格子であり、Ｘ線源１１から射出されるＸ線が平行ビーム状である場合には、タルボ距離Ｚ_ｍは、式（１７）で表される。ここで、「ｍ」は、「０」または正の整数である。この場合には、Ｇ１像のパターン周期が第１の格子２１の格子周期の１／２倍となるため、格子ピッチｐ_１，ｐ_２は、ｐ_２＝ｐ_１／２の関係をほぼ満たすように設定される。

　また、上記第１～第３実施形態では、格子部１２に第１及び第２の格子２１，２２の２つの格子を設けているが、第２の格子２２を省略し、第１の格子２１のみとすることも可能である。

　例えば、特開平２００９－１３３８２３号公報に記されたＸ線画像検出器を用いることにより、第２の格子２２を省略し、第１の格子２１のみとすることが可能である。このＸ線画像検出器は、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＸ線画像検出器であり、各画素の電荷収集電極が複数の線状電極群を備える。１つの線状電極群は、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続したものであり、他の線状電極群と互いに位相が異なるように配置されている。この線状電極群が第２の格子２２として機能し、線状電極群が複数存在することにより、一度の撮影で位相の異なる複数のＧ２像の検出が行われる。したがって、この構成では、走査機構２３を省略することが可能である。

　また、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法がある。この方法として、本出願人により特願２０１０－２５６２４１号として出願されている画素分割法がある。この画素分割法では、第１の格子２１と第２の格子２２とを、Ｚ方向の回りに僅かに回転させて、Ｙ方向に周期を有するモアレ縞をＧ２像に発生させる。Ｘ線画像検出器１３により得られる単一の画像データを、該モアレ縞に対して互いに位相が異なる画素行（Ｘ方向に並ぶ画素）の群に分割し、分割された複数の画像データを、縞走査により互いに異なる複数のＧ２像に基づくものと見なして、上記縞走査法と同様な手順で位相微分画像を生成する。この画素分割法において、前述の強度変調信号は、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。

　さらに、画素分割法と同様に、走査機構２３を省略し、第１及び第２の格子２１，２２を介してＸ線画像検出器１３により得られる単一の画像データに基づいて位相微分画像を生成する方法として、ＷＯ２０１０／０５０４８３号に記載されたフーリエ変換法が知られている。このフーリエ変換法は、上記単一の画像データに対してフーリエ変換を行うことによりフーリエスペクトルを取得し、このフーリエスペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトル（位相情報を担うスペクトル）を分離した後、逆フーリエ変換を行なうことにより位相微分画像を生成する方法である。なお、このフーリエ変換法において、前述の強度変調信号は、画素分割法の場合と同様に、単一の画像データに生じるモアレ縞の１周期分の画素値の強度変化として表される。

　本発明は、医療診断用の放射線撮影装置の他に、工業用の放射線撮影装置等に適用することが可能である。また、放射線は、Ｘ線以外に、ガンマ線等を用いることも可能である。

Claims (22)

1. 　被検体に向けて放射線を射出する放射線源と、
   　前記放射線源から射出された放射線を検出して画像データを生成する放射線検出器と、
   　前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置された格子部と、
   　前記放射線検出器により得られた画像データに基づいて、位相微分画像を生成する位相微分画像生成部と、
   　前記位相微分画像にアンラップ処理を施すアンラップ処理部と、
   　前記アンラップ処理後の前記位相微分画像である被検体画像から、前記被検体がない場合のオフセットノイズを表すオフセット画像を減算した際に残存するトレンドを除去するノイズ除去部と、
   を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 　前記ノイズ除去部は、
   　前記被検体画像から前記オフセット画像を減算することにより、前記オフセットノイズを除去するオフセットノイズ除去部と、
   　前記オフセットノイズが除去された前記被検体画像に基づいて前記トレンドを検出するトレンド検出部と、
   　前記トレンド検出部により検出された前記トレンドを、前記被検体画像から減算して除去するトレンド除去部と、
   を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放射線撮影装置。
3. 　前記トレンド検出部は、所定方向に沿って前記オフセットノイズが除去された前記被検体画像の画素値を抽出し、前記トレンドの前記所定方向成分を検出し、
   　前記トレンド除去部は、前記トレンドの前記所定方向成分を前記所定方向に垂直な方向に沿って並べたトレンド成分画像を生成し、前記トレンド成分画像を前記被検体画像から減算することにより、前記被検体画像から前記トレンドの前記所定方向成分を除去するとともに、
   　前記トレンド検出部及び前記トレンド除去部は、前記所定方向である第１方向と前記所定方向に垂直な第２方向の２方向について前記トレンドの成分を検出及び除去することにより、前記被検体画像から前記トレンドを除去することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の放射線撮影装置。
4. 　前記被検体画像は四角形をしており、前記第１方向及び前記第２方向は、前記四角形の一辺に沿った横方向または縦方向であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線撮影装置。
5. 　前記トレンド検出部は、抽出した前記被検体画像の画素値のうち、少なくとも前記被検体がない素抜け領域の画素値に基づいて前記トレンドの成分を検出することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線撮影装置。
6. 　前記トレンド検出部は、前記第１方向または前記第２方向に沿って前記被検体画像の画素値を抽出した後、少なくとも前記被検体がある被検体領域を平滑化することにより、前記トレンドの前記第１方向成分または前記第２方向成分を抽出することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線撮影装置。
7. 　前記トレンド検出部は、前記第１方向または前記第２方向に沿って前記被検体画像の画素値を抽出した後、前記素抜け領域のデータに基づいて、前記被検体がある被検体領域のデータを補間，外挿，またはフィッティングすることにより、前記トレンドの前記第１方向成分または前記第２方向成分を抽出することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線撮影装置。
8. 　前記トレンド検出部は、前記第１方向または前記第２方向に沿って複数の行または列について、前記トレンドの前記第１方向成分または前記第２方向成分を検出し、各行または各列における前記第１方向成分または前記第２方向成分を平均化したデータを、前記第１方向成分または前記第２方向成分として検出することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線撮影装置。
9. 　前記トレンド検出部は、前記第１方向と前記第２方向の少なくとも一方を、前記被検体を通らない方向に設定することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放射線撮影装置。
10. 　前記被検体の配置を指定し、前記位相微分画像に前記被検体がない素抜け領域が生じるように前記被検体の配置を指定する指標を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放射線撮影装置。
11. 　前記放射線検出器により得られた前記画像データに基づいて、前記放射線の吸収率を表す吸収画像を生成し、前記吸収画像を微分して吸収微分画像を生成する吸収微分画像生成部を備え、
    　前記トレンド検出部は、前記吸収微分画像において周辺の画素と画素値がほぼ等しい画素を複数選出し、選出した複数の前記画素に各々対応する位置にある前記位相微分画像の画素の画素値に基づいて、前記トレンドを検出することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の放射線撮影装置。
12. 　前記吸収微分画像生成部は、前記被写体がない場合に得られた前記画像データから第１吸収画像を、前記被写体がある場合に得られた前記画像データから第２吸収画像をそれぞれ生成し、前記第２吸収画像を前記第１吸収画像で割って得られる第３吸収画像を微分することにより、前記吸収微分画像を生成することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の放射線撮影装置。
13. 　前記トレンド検出部が選出する前記画素は、前記被検体がない素抜け領域の画素であることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の放射線撮影装置。
14. 　前記格子部は、放射線源からの放射線を通過させて第１の周期パターン像を生成する第１の格子と、前記第１の周期パターン像を部分的に遮蔽して第２の周期パターン像を生成する第２の格子と有し、
    　前記放射線画像検出器は、前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放射線撮影装置。
15. 　前記格子部は、前記第１の格子または第２の格子を所定の走査ピッチで移動させ、複数の走査位置に順に設定する走査機構を備え、
    　前記放射線画像検出器は、前記各走査位置で前記第２の周期パターン像を検出して画像データを生成し、
    　前記位相微分画像生成部は、前記放射線画像検出器により生成される複数の画像データに基づいて位相微分画像を生成することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の放射線撮影装置。
16. 　前記第１の格子または第２の格子の移動方向は、格子線に直交する方向であることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の放射線撮影装置。
17. 　前記第１の格子または第２の格子の移動方向は、格子線に対して傾斜する方向であることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の放射線撮影装置。
18. 　前記位相微分画像生成部は、前記放射線検出器により得られる単一の画像データに基づいて前記位相微分画像を生成することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の放射線撮影装置。
19. 　前記第１の格子は、吸収型格子であり、入射した放射線を幾何光学的に投影することにより前記第１の周期パターン像を生成することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の放射線撮影装置。
20. 　前記第１の格子は、吸収型格子または位相型格子であり、入射した放射線にタルボ効果を生じさせて前記第１の周期パターン像を生成することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の放射線撮影装置。
21. 　前記放射線源から放射された放射線を部分的に遮蔽して焦点を分散化するマルチスリットを備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放射線撮影装置。
22. 　放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体のない状態で撮影を行うことにより得られる画像データに基づいて、前記被写体がない場合のオフセットノイズを表すオフセット画像を生成するオフセット画像生成ステップと、
    　放射線源と放射線検出器との間に格子部を配置して被検体の撮影を行うことにより得られる画像データに基づいて、被検体画像を生成する被検体画像生成ステップと、
    　前記被検体画像から前記オフセット画像を減算したときに前記被検体画像に残存するノイズであるトレンドを前記被検体画像から除去するノイズ除去ステップと、
    を備えることを特徴とする画像処理方法。

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