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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-24
(45)【発行日】2022-11-01
(54)【発明の名称】Ｘ線位相差撮影システム
(51)【国際特許分類】
G01N 23/041 20180101AFI20221025BHJP
G01N 23/046 20180101ALI20221025BHJP
【ＦＩ】
G01N23/041
G01N23/046
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020554766
(86)(22)【出願日】2019-07-25
(86)【国際出願番号】 JP2019029232
(87)【国際公開番号】W WO2020090168
(87)【国際公開日】2020-05-07
【審査請求日】2021-03-01
(31)【優先権主張番号】P 2018205454
(32)【優先日】2018-10-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001993
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100104433
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 博一
(72)【発明者】
【氏名】白井 太郎
(72)【発明者】
【氏名】木村 健士
(72)【発明者】
【氏名】土岐 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】森本 直樹
【審査官】越柴 洋哉
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１３－５２４８９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５２４１３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２２７４７６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００３－０７９６１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２７９２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２０４１８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２９０２１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２１４８７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６
Ａ６１Ｂ ６／００ － Ａ６１Ｂ ６／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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た複数の格子と、
被写体と、前記Ｘ線源と前記検出器と前記複数の格子とによって構成される撮像系とを相対的に回転させる回転機構と、
前記回転機構により回転された場合における複数の回転角度の各々において、前記検出器により検出されたＸ線の強度分布に基づいて、少なくとも、Ｘ線の散乱に起因する暗視野像を生成する画像処理部と、
被写体を撮影する際の回転角度によるＸ線の散乱度合いの大きさに基づいて撮影条件を切り替える制御を行う制御部とを備え、
前記画像処理部は、前記Ｘ線の散乱度合いまたは前記暗視野像の画素値に基づく特徴量を取得するように構成されており、
前記制御部は、前記特徴量に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている、Ｘ線位相差撮影システム。
【請求項2】
前記制御部は、複数の回転角度のうち、第１回転角度範囲において、第１撮影条件によって撮影を行い、前記第１回転角度範囲よりも被写体によるＸ線の散乱度合いが相対的に大きくなる第２回転角度範囲では、前記第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替える制御を行うように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項3】
前記制御部は、前記特徴量と閾値とを比較することにより、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項4】
前記制御部は、第１撮影条件によって複数の回転角度において被写体を撮影する制御を行うとともに、撮影した後に、前記第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて、前記特徴量が第１閾値よりも小さい回転角度範囲のそれぞれにおいて、再び被写体を撮影する制御を行うように構成されている、請求項３に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項5】
前記制御部は、第１撮影条件による撮影をしながら、前記特徴量が第１閾値よりも小さくなった場合に、前記第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて撮影するとともに、前記第２撮影条件による撮影をしながら、前記特徴量が、前記第１閾値よりも大きい第２閾値よりも大きくなった場合に、前記第１撮影条件に切り替えて撮影する制御を行うように構成されている、請求項３に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項6】
前記制御部は、前記第１撮影条件よりも前記Ｘ線源に印加する電圧を大きくすること、および、前記Ｘ線源に設けるＸ線フィルタを変更することのうち、少なくともいずれかを行うことにより、前記検出器に向けて照射されるＸ線の実効エネルギーを相対的に大きくすることによって、前記第２撮影条件に切り替える制御を行うように構成されている、請求項２に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項7】
前記複数の格子のいずれかを並進移動させる格子移動機構をさらに備え、前記制御部は、前記第２撮影条件において被写体を撮影する際に、前記第１撮影条件よりも前記Ｘ線源に印加する電流を大きくすること、前記検出器における蓄積時間を大きくすること、および、前記格子移動機構による前記複数の格子のいずれかを並進移動させる際のステップ数を大きくすることのうち、少なくともいずれかを行うことによって、前記検出器に到達するＸ線量を増加させる制御を行うように構成されている、請求項６に記載のＸ線位相差撮影システム。
【請求項8】
前記画像処理部は、複数の回転角度において被写体を撮影する際に、撮影条件の切り替えによって不連続になった前記Ｘ線の散乱度合いまたは前記暗視野像の画素値を滑らかに連結する補正を行うように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、Ｘ線位相差撮影システムに関し、特に、被写体と撮像系とを相対回転させながら撮影するＸ線位相差撮影システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、被写体と撮像系とを相対回転させながら撮影するＸ線位相差撮影システムが知られている。このようなＸ線位相差撮影システムは、たとえば、M Bech, et al., Quantitative x-ray dark-field computed tomography, PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY, 55(2010), P.5529- 5539（以下、非特許文献１という）に開示されている。
【0003】
上記非特許文献１のＸ線位相差撮影システムは、Ｘ線源と、位相格子と、検出器と、画像処理装置とを備えている。Ｘ線源からのＸ線は、被写体により散乱され、位相格子を通過して検出器に照射される。検出器により検出されるＸ線の干渉強度に基づいて、画像処理装置により暗視野像が生成される。また、被写体が３６０度回転された場合における各々の回転角度において撮影することにより暗視野像の生成が行われる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【文献】M Bech, et al., Quantitative x-ray dark-field computed tomography, PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY, 55(2010), P.5529- 5539
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記非特許文献１には明記されていないが、上記非特許文献１に記載されているような従来のＸ線位相差撮影システムにおいて、被写体を回転させながら撮影する際に、回転角度に応じてＸ線が透過する経路長が異なる場合がある。たとえば、被写体として、板状形状を有する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を回転させながら撮影する際に、板状形状の長手方向に沿った特定範囲の回転角度（撮影角度）においてＸ線が透過する経路長が長くなることによってＸ線の散乱度合いが大きくなり、ビジビリティ（鮮明度）がゼロ付近まで低下する場合がある。ビジビリティがゼロ付近まで低下した場合、Ｘ線の干渉強度を正確に抽出することが困難になり、暗視野像の画質が劣化するという問題点がある。
【0006】
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、回転角度に基づいてＸ線の散乱度合いが大きくなることに起因して、被写体の暗視野像の画質が劣化することを抑制することが可能なＸ線位相差撮影システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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線位相差撮影システムは、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た複数の格子と、被写体と、Ｘ線源と検出器と複数の格子とによって構成される撮像系とを相対的に回転させる回転機構と、回転機構により回転された場合における複数の回転角度の各々において、検出器により検出されたＸ線の強度分布に基づいて、少なくとも、Ｘ線の散乱に起因する暗視野像を生成する画像処理部と、被写体を撮影する際の回転角度によるＸ線の散乱度合いの大きさに基づいて撮影条件を切り替える制御を行う制御部とを備え、画像処理部は、Ｘ線の散乱度合いまたは暗視野像の画素値に基づく特徴量を取得するように構成されており、制御部は、特徴量に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。
【0008】
この発明の一の局面におけるＸ線位相差撮影システムでは、上記のように、被写体を撮影する際の回転角度によるＸ線の散乱度合いの大きさに基づいて撮影条件を切り替える制御を行う制御部を備え、画像処理部は、Ｘ線の散乱度合いまたは暗視野像の画素値に基づく特徴量を取得するように構成されており、制御部は、特徴量に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。これにより、たとえば、回転角度に基づいてＸ線の散乱度合いが大きくなった場合でも、Ｘ線のビジビリティが低下することを抑制することが可能な撮影条件に変更して撮影することができる。その結果、ビジビリティがゼロ付近まで低下することを抑制することが可能となるので、回転角度に基づいてＸ線の散乱度合いが大きくなることに起因して、被写体の暗視野像の画質が劣化することを抑制することができる。また、このように構成すれば、複数の回転角度の各々における検出器の検出画素ごとのＸ線の散乱度合い、または、複数の回転角度の各々における暗視野像の画素ごとの画素値を比較することにより撮影条件を切り替える判定を行う構成と比較して、複数の画素におけるＸ線の散乱度合いまたは画素値に基づいて取得された特徴量によって撮影条件を切り替える回転角度を決定することにより、撮影条件を切り替える回転角度を決定する際に用いる情報量を低減することができる。その結果、撮影条件を切り替える判定を行う際の計算負荷を軽減することができる。なお、特徴量とは、検出器におけるＸ線の散乱度合いの大きさの最小値または平均値、または、暗視野像において被写体が写っている領域の画素値の最小値または平均値などである。
【0009】
上記一の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、制御部は、複数の回転角度のうち、第１回転角度範囲において、第１撮影条件によって撮影を行い、第１回転角度範囲よりも被写体によるＸ線の散乱度合いが相対的に大きくなる第２回転角度範囲では、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替える制御を行うように構成されている。このように構成すれば、Ｘ線の散乱度合いが相対的に大きくなる第２回転角度範囲において撮影する場合に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件によって撮影することにより、Ｘ線を散乱しにくくすることができる。その結果、Ｘ線の散乱度合いが大きい被写体を撮影する場合でも、第１撮影条件によって撮影する場合と比較して、ビジビリティが低下することを抑制することが可能となるので、暗視野像を精度よく生成することができる。
【0012】
上記特徴量に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定する構成において、好ましくは、制御部は、特徴量と閾値とを比較することにより、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。このように構成すれば、各回転角度における特徴量と閾値とを比較することにより、各回転角度におけるＸ線のビジビリティの低下度合いを容易に把握することができる。その結果、撮影条件を切り替える回転角度を容易に決定することができる。
【0013】
この場合、好ましくは、制御部は、第１撮影条件によって複数の回転角度において被写体を撮影する制御を行うとともに、撮影した後に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて、特徴量が第１閾値よりも小さい回転角度範囲のそれぞれにおいて、再び被写体を撮影する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、第１条件による撮影と、第２撮影条件による撮影とを２回に分けて行うことができる。その結果、撮影中において撮影条件を切り替える回数を１回にすることが可能となるので、Ｘ線の散乱度合いの大きさに基づいて第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替えながらリアルタイムに撮影する構成と比較して、制御が複雑化することを抑制することができる。
【0014】
上記特徴量と閾値とを比較することにより、撮影条件を切り替える回転角度を決定する構成において、好ましくは、制御部は、第１撮影条件による撮影をしながら、特徴量が第１閾値よりも小さくなった場合に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて撮影するとともに、第２撮影条件による撮影をしながら、特徴量が、第１閾値よりも大きい第２閾値よりも大きくなった場合に、第１撮影条件に切り替えて撮影する制御を行うように構成されている。このように構成すれば、１度の撮影中に第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替えながらリアルタイムに撮像することができる。その結果、第１撮影条件によって撮影した後に、特徴量が第１閾値よりも小さくなった撮影角度範囲において第２撮影条件によって再び撮影する場合と比較して、撮影回数を低減することが可能となるので、撮影に要する時間を短縮することができる。
【0015】
上記第１回転角度範囲よりも被写体によるＸ線の散乱度合いが相対的に大きくなる第２回転角度範囲において、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替える構成おいて、好ましくは、制御部は、第１撮影条件よりもＸ線源に印加する電圧を大きくすること、および、Ｘ線源に設けるＸ線フィルタを変更することのうち、少なくともいずれかを行うことにより、検出器に向けて照射されるＸ線の実効エネルギーを相対的に大きくすることによって、第２撮影条件に切り替える制御を行うように構成されている。このように構成すれば、Ｘ線源に印加する電圧を大きくすることまたはＸ線源に設けるＸ線フィルタを変更することにより、Ｘ線源を交換することなく照射されるＸ線の実効エネルギーを大きくすることができる。その結果、たとえば、互いに異なるＸ線の実効エネルギーが予め設定されている複数のＸ線源を交換することにより撮影条件を切り替える構成と比較して、システム構成が複雑化することを抑制することができる。
【0016】
この場合、好ましくは、複数の格子のいずれかを並進移動させる格子移動機構をさらに備え、制御部は、第２撮影条件において被写体を撮影する際に、第１撮影条件よりもＸ線源に印加する電流を大きくすること、検出器における蓄積時間を大きくすること、および、格子移動機構による複数の格子のいずれかを並進移動させる際のステップ数を大きくすることのうち、少なくともいずれかを行うことによって、検出器に到達するＸ線量を増加させる制御を行うように構成されている。このように構成すれば、各回転角度における暗視野像のＳ／Ｎ比（信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ））を大きくすることができる。その結果、たとえば、各回転角度における暗視野像を再構成することによってＣＴ画像を取得する場合、取得されるＣＴ画像のＳ／Ｎ比を大きくすることが可能となるので、ノイズに起因してＣＴ画像の画質が劣化することを抑制することができる。
【0017】
上記一の局面におけるＸ線位相差撮影システムにおいて、好ましくは、画像処理部は、複数の回転角度において被写体を撮影する際に、撮影条件の切り替えによって不連続になったＸ線の散乱度合いまたは暗視野像の画素値を滑らかに連結する補正を行うように構成されている。このように構成すれば、撮影条件の切り替えにより生じたＸ線の散乱度合いの不連続または暗視野像の画素値の不連続に起因してアーチファクト（ノイズ）などが発生することを抑制することができる。その結果、たとえば、各回転角度における暗視野像を再構成することによってＣＴ画像を取得する場合、暗視野像に生じるアーチファクトに起因して、ＣＴ画像の画質が劣化することを抑制することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、上記のように、回転角度に基づいてＸ線の散乱度合いが大きくなることに起因して、被写体の暗視野像の画質が劣化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第１実施形態によるＸ線位相差撮影システムの構成を示した模式図である。
【図2】第１実施形態による画像処理部が生成する吸収像（Ａ）、位相微分像（Ｂ）、暗視野像（Ｃ）、３次元吸収像（Ｄ）、３次元位相像（Ｅ）、および、３次元暗視野像（Ｆ）である。
【図3】Ｘ線が被写体を透過する経路長が短い場合のステップカーブを説明するための模式図である。
【図4】Ｘ線が被写体を透過する経路長が長い場合のステップカーブを説明するための模式図である。
【図5】Ｘ線の実効エネルギーの違いによるビジビリティの低下度合いの違いを説明するためのグラフである。
【図6】第１回転角度範囲および第２回転角度範囲を説明するための模式図である。
【図7】第１撮影条件によって被写体を撮影した際の特徴量のグラフを示す模式図（Ａ）、第２撮影条件によって被写体を撮影した際の特徴量のグラフを示す模式図（Ｂ）および補正後の特徴量のグラフを示す模式図（Ｃ）である。
【図8】第１実施形態によるＸ線位相差撮影システムが３次元暗視野像を取得する処理を説明するためのフローチャートである。
【図9】第２実施形態によるＸ線位相差撮影システムが第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替えながら被写体を撮影した際の特徴量のグラフを示す模式図（Ａ）および補正後の特徴量のグラフを示す模式図（Ｂ）である。
【図10】第２実施形態によるＸ線位相差撮影システムが３次元暗視野像を取得する処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
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。
【0021】
【0022】
（Ｘ線位相差撮影システムの構成）
図１に示すように、Ｘ線位相差撮影システム１００は、被写体Ｔを通過したＸ線の拡散（散乱）を利用して、被写体Ｔの暗視野像２２（図２参照）を生成する。具体的には、Ｘ線位相差撮影システム１００は、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用して、少なくとも被写体Ｔの暗視野像２２を生成する。Ｘ線位相差撮影システム１００は、たとえば、非破壊検査用途では、物体の内部の画像化に用いることが可能である。第１実施形態では、被写体Ｔとして、たとえば、板状形状を有する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を撮影する例を示す。
図１に示すように、Ｘ線位相差撮影システム１００は、被写体Ｔを通過したＸ線の拡散（散乱）を利用して、被写体Ｔの暗視野像２２（図２参照）を生成する。具体的には、Ｘ線位相差撮影システム１００は、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用して、少なくとも被写体Ｔの暗視野像２２を生成する。Ｘ線位相差撮影システム１００は、たとえば、非破壊検査用途では、物体の内部の画像化に用いることが可能である。第１実施形態では、被写体Ｔとして、たとえば、板状形状を有する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を撮影する例を示す。
【0023】
図１は、Ｘ線位相差撮影システム１００をＸ方向から見た図である。図１に示すように、Ｘ線位相差撮影システム１００は、Ｘ線源１と、第１格子２と第２格子３と第３格子４とを含む複数の格子と、検出器５と、画像処理部６と、制御部７と、回転機構８と、格子移動機構９とを備えている。なお、本明細書において、Ｘ線源１から第１格子２に向かう方向をＺ２方向、その逆向きの方向をＺ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内において、互いに直交する２方向のうち、一方方向をＸ方向とし、紙面の奥に向かう方向をＸ２方向、紙面の手前側に向かう方向をＸ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内において、互いに直交する２方向のうち、他方方向をＹ方向とし、紙面の上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向とする。
【0024】
Ｘ線源１は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させるとともに、発生されたＸ線をＺ２方向に向けて照射するように構成されている。また、Ｘ線源１には、Ｘ線フィルタ１０が設けられている。Ｘ線フィルタ１０は、金属板を含み、所定の波長範囲のＸ線のみを透過するように構成されている。
【0025】
第１格子２は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ１で配列される複数のスリット２ａ、および、Ｘ線位相変化部２ｂを有している。各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第１格子２は、いわゆる位相格子である。
【0026】
第１格子２は、Ｘ線源１と、第２格子３との間に配置されており、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第１格子２は、タルボ効果により、第１格子２の自己像（図示せず）を形成するために設けられている。なお、可干渉性を有するＸ線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離（タルボ距離）離れた位置に、格子の像（自己像）が形成される。これをタルボ効果という。
【0027】
第２格子３は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ２で配列される複数のＸ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂを有する。Ｘ線吸収部３ｂは、Ｘ線位相変化部２ｂが延びる方向に沿って延びている。各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第２格子３は、いわゆる、吸収格子である。第１格子２、第２格子３はそれぞれ異なる役割を持つ格子であるが、スリット２ａおよびＸ線透過部３ａはそれぞれＸ線を透過させる。また、Ｘ線吸収部３ｂはＸ線を遮蔽する役割を担っており、Ｘ線位相変化部２ｂはスリット２ａとの屈折率の違いによってＸ線の位相を変化させる。
【0028】
第２格子３は、第１格子２と検出器５との間に配置されており、第１格子２を通過したＸ線が照射される。また、第２格子３は、第１格子２からタルボ距離離れた位置に配置される。第２格子３は、第１格子２の自己像と干渉して、検出器５の検出表面上にモアレ縞（図示せず）を形成する。
【0029】
第３格子４は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ３で配列される複数のＸ線透過部４ａおよびＸ線吸収部４ｂを有する。各Ｘ線透過部４ａおよびＸ線吸収部４ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各Ｘ線透過部４ａおよびＸ線吸収部４ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第３格子４は、いわゆる、マルチスリットである。
【0030】
第３格子４は、Ｘ線源１と第１格子２との間に配置されている。第３格子４は、各Ｘ線透過部４ａを通過したＸ線を線光源とするように構成されている。３枚の格子（第１格子２、第２格子３、および、第３格子４）のピッチと格子間の距離とが一定の条件を満たすことにより、Ｘ線源１から照射されるＸ線の可干渉性を高めることが可能である。これを、ロー効果という。これにより、Ｘ線源１の管球の焦点サイズが大きくても干渉強度を保持できる。このように、第１実施形態におけるＸ線位相差撮影システム１００は、いわゆるタルボ・ロー干渉計により構成される。
【0031】
検出器５は、Ｘ線を検出するとともに、検出されたＸ線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器５は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器５は、複数の変換素子（図示せず）と複数の変換素子上に配置された画素電極（図示せず）とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、所定の周期（画素ピッチ）で、Ｘ方向およびＹ方向にアレイ状に配列されている。また、検出器５は、取得した画像信号を、画像処理部６に出力するように構成されている。
【0032】
画像処理部６は、検出器５により検出されたＸ線の強度分布に基づいて、吸収像２０（図２参照）を生成するように構成されている。また、画像処理部６は、検出器５により検出されたＸ線の強度分布に基づいて、位相微分像２１（図２参照）を生成するように構成されている。また、画像処理部６は、検出器５により検出されたＸ線の強度分布に基づいて、Ｘ線の散乱に起因する暗視野像２２（図２参照）を生成するように構成されている。ここで、吸収像２０とは、被写体ＴによるＸ線の吸収の差によって生じるコントラストを画像化したものである。すなわち、吸収像２０とは、被写体ＴによるＸ線の透過率を画像化したものである。また、位相微分像２１とは、Ｘ線が被写体Ｔを通過した際に発生するＸ線の位相のずれをもとに画像化した像である。すなわち、位相微分像２１とは、Ｘ線の位相の変化をコントラストとして画像化してものである。また、暗視野像２２とは、被写体Ｔの内部にある微細構造によるＸ線の屈折（散乱）度合いをコントラストとして画像化したものである。言い換えると、暗視野像２２は、検出器５におけるビジビリティＶの低下を画像化したものであり、ビジビリティＶの変化は被写体Ｔの散乱の程度に依存する。
【0033】
また、画像処理部６は、回転機構８によって被写体Ｔを回転させながら（複数の回転角度の各々において）撮像された複数の吸収像２０、複数の位相微分像２１および複数の暗視野像２２をそれぞれ再構成することにより、３次元吸収像３０（図２参照）、３次元位相像３１（図２参照）および３次元暗視野像３２（図２参照）を生成する。また、画像処理部６は、たとえば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や画像処理用に構成されたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのプロセッサを含む。
【0034】
制御部７は、回転機構８により、被写体Ｔと、Ｘ線源１、検出器５、および、複数の格子（第１格子２、第２格子３、および、第３格子４）によって構成される撮像系１１とを相対的に回転させるように構成されている。また、制御部７は、格子移動機構９により、第１格子２を格子面内において格子方向と直交する方向にステップ移動させるように構成されている。Ｘ線位相差撮影システム１００では、第１格子２を一定周期間隔に走査することにより得られた複数のモアレ縞（画像）から再構成画像を取得する手法（縞走査法）が用いられている。また、制御部７は、Ｘ線の散乱度合いの大きさに基づいて、撮影条件を切り替える制御を行うように構成されている。制御部７が撮影条件を切り替える構成の詳細については後述する。制御部７は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサを含む。
【0035】
回転機構８は、制御部７からの信号に基づいて、被写体Ｔと撮像系１１とを相対的に回転させるように構成されている。具体的には、回転機構８は、被写体ＴをＹ方向に沿って延びる軸線ＡＲ周りに回転させることにより、撮像系１１に対して被写体Ｔを相対的に回転させるように構成されている。回転機構８は、たとえば、モータなどによって駆動される回転ステージ８ａを含む。
【0036】
画像処理部６は、複数の回転角度のそれぞれにおいて被写体Ｔを撮影することにより取得した複数の吸収像２０、複数の位相微分像２１、および、複数の暗視野像２２をそれぞれ再構成することにより、３次元吸収像３０、３次元位相像３１、および、３次元暗視野像３３を生成する。
【0037】
格子移動機構９は、制御部７からの信号に基づいて、第１格子２を格子面内（ＸＹ面内）において格子方向と直交する方向（図１ではＹ方向）にステップ移動させるように構成されている。具体的には、格子移動機構９は、第１格子２の周期ｐ１をｎ分割し、ｐ１／ｎずつ第１格子２をステップ移動させる。格子移動機構９は、少なくとも第１格子２の１周期ｐ１分、第１格子２をステップ移動させるように構成されている。画像処理部６は、格子移動機構９によって第１格子２をステップ移動させながら撮影した際の各ステップにおけるＸ線の信号強度に基づいて、ステップカーブＳＣ（図３参照）を取得する。なお、ｎは正の整数であり、たとえば、４などである。また、格子移動機構９は、たとえば、ステッピングモータやピエゾアクチュエータなどを含む。
【0038】
（暗視野像の生成方法）
ここで、画像処理部６による暗視野像２２の生成の方法について説明する。画像処理部６は、被写体Ｔが配置されていない状態で撮影を行うことにより取得されたビジビリティＶと、被写体Ｔが配置されている状態で撮影を行うことにより取得されたビジビリティＶとの比に基づいて、暗視野像２２を生成する。なお、ビジビリティＶは、鮮明度を意味する。また、ステップカーブＳＣ（図３参照）における輝度値の最大値および最小値をそれぞれＩｍａｘおよびＩｍｉｎとすると、ビジビリティＶは、Ｖ＝（Ｉｍａｘ－Ｉｍｉｎ）/（Ｉｍａｘ+Ｉｍｉｎ）で表される。
ここで、画像処理部６による暗視野像２２の生成の方法について説明する。画像処理部６は、被写体Ｔが配置されていない状態で撮影を行うことにより取得されたビジビリティＶと、被写体Ｔが配置されている状態で撮影を行うことにより取得されたビジビリティＶとの比に基づいて、暗視野像２２を生成する。なお、ビジビリティＶは、鮮明度を意味する。また、ステップカーブＳＣ（図３参照）における輝度値の最大値および最小値をそれぞれＩｍａｘおよびＩｍｉｎとすると、ビジビリティＶは、Ｖ＝（Ｉｍａｘ－Ｉｍｉｎ）/（Ｉｍａｘ+Ｉｍｉｎ）で表される。
【0039】
（被写体の撮影角度とビジビリティとの関係）
第１実施形態では、回転機構８によって被写体Ｔと撮像系１１とを相対回転させながら撮影を行う。板状形状を有する被写体Ｔを撮影する場合、被写体Ｔを撮影する際の回転角度が変化することによって、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が変化する。被写体Ｔを透過する経路長が長くなると、被写体ＴによるＸ線の散乱度合いが大きくなる。
第１実施形態では、回転機構８によって被写体Ｔと撮像系１１とを相対回転させながら撮影を行う。板状形状を有する被写体Ｔを撮影する場合、被写体Ｔを撮影する際の回転角度が変化することによって、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が変化する。被写体Ｔを透過する経路長が長くなると、被写体ＴによるＸ線の散乱度合いが大きくなる。
【0040】
図３に示す例は、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が短い場合の例である。たとえば、板状形状を有するＣＦＲＰなどを被写体Ｔとする場合、被写体Ｔの短手方向からＸ線が照射される回転角度となった際の例である。図４に示す例は、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が長い場合の例である。たとえば、板状形状を有する被写体Ｔを撮影する場合、被写体Ｔの長手方向からＸ線が照射される回転角度となった際の例である。
【0041】
図３に示すように、被写体Ｔの短手方向からＸ線が照射された場合に、Ｘ線の光軸ＸＲに沿って照射されるＸ線が被写体Ｔを透過する経路長を距離ｄ１とする。また、図４に示すように被写体Ｔの長手方向からＸ線が照射された場合に、Ｘ線の光軸ＸＲに沿って照射されるＸ線が被写体Ｔを透過する経路長を距離ｄ２とする。被写体Ｔは板状形状を有するため、被写体Ｔを透過する経路長の距離ｄ１は、被写体Ｔを透過する経路長の距離ｄ２よりも短くなる。
【0042】
被写体Ｔを透過する経路長の距離ｄ１が短い場合、図３のグラフＧ１に示すように、ステップカーブＳＣ１の振幅Ａ１の大きさは、図４のグラフＧ２に示すステップカーブＳＣ２の振幅Ａ２の大きさよりも大きくなる。言い換えると、Ｘ線の散乱度合いが大きくなると、得られるステップカーブＳＣの振幅Ａの大きさが小さくなる。ステップカーブＳＣの振幅Ａの大きさが小さくなると、位相微分像２１および暗視野像２２を正確に抽出することが困難になる。なお、ステップカーブＳＣの振幅Ａは、ＩｍａｘとＩｍｉｎとの差であるため、被写体ＴによるＸ線吸収量が小さい場合は、ビジビリティＶと等しいと見なすことができる。すなわち、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が長くなる回転角度においてＸ線を照射した場合、ビジビリティＶが低下する。
【0043】
（被写体を透過するＸ線の経路長とビジビリティとの関係）
図５を参照して、Ｘ線の経路長とビジビリティＶとの関係について説明する。図５に示すグラフＧ３ａおよびグラフＧ３ｂは、Ｘ線源１から照射されるＸ線が被写体Ｔを透過する経路長とビジビリティＶとの関係を示したグラフである。グラフＧ３ａおよびグラフＧ３ｂは、それぞれ、横軸が、Ｘ線が透過する経路長であり、縦軸がビジビリティである。所定の実効エネルギー（設計エネルギー）によってＸ線を照射した場合の被写体Ｔを透過するＸ線の経路長とビジビリティＶとの関係を示すグラフが、グラフＧ３ａである。グラフＧ３ａに示すように、Ｘ線の経路長が増加するにつれて、ビジビリティＶが低下する。これは、Ｘ線の経路長が長くなることにより、被写体ＴによるＸ線の散乱度合いが大きくなることが原因であると考えられる。
図５を参照して、Ｘ線の経路長とビジビリティＶとの関係について説明する。図５に示すグラフＧ３ａおよびグラフＧ３ｂは、Ｘ線源１から照射されるＸ線が被写体Ｔを透過する経路長とビジビリティＶとの関係を示したグラフである。グラフＧ３ａおよびグラフＧ３ｂは、それぞれ、横軸が、Ｘ線が透過する経路長であり、縦軸がビジビリティである。所定の実効エネルギー（設計エネルギー）によってＸ線を照射した場合の被写体Ｔを透過するＸ線の経路長とビジビリティＶとの関係を示すグラフが、グラフＧ３ａである。グラフＧ３ａに示すように、Ｘ線の経路長が増加するにつれて、ビジビリティＶが低下する。これは、Ｘ線の経路長が長くなることにより、被写体ＴによるＸ線の散乱度合いが大きくなることが原因であると考えられる。
【0044】
図５に示すグラフＧ３ｂは、グラフＧ３ａよりも実効エネルギーが大きいＸ線を照射した場合のグラフである。グラフＧ３ｂでは、照射されるＸ線の実効エネルギーが大きいため、Ｘ線が散乱されにくくなる。そのため、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が０（ゼロ）の場合のビジビリティＶは、グラフＧ３ａにおける被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が０（ゼロ）の場合のビジビリティＶよりも小さくなる。一方、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が増加するにつれて、グラフＧ３ｂのビジビリティＶの値は、グラフＧ３ａのビジビリティＶの値よりも大きくなる。これは、Ｘ線の実効エネルギーが大きくなったことにより、Ｘ線が散乱しにくくなるため、Ｘ線の散乱度合いによる影響を受けにくくなるためであると考えられる。すなわち、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が長い場合に、Ｘ線の実効エネルギーを大きくすることにより、被写体Ｔによる散乱の影響を受けにくくなるため、ステップカーブＳＣの振幅Ａが小さくなることを抑制することができる。
【0045】
（撮影条件の切り替え）
そこで、第１実施形態では、制御部７は、被写体Ｔを撮影する際の回転角度によるＸ線の散乱度合いの大きさに基づいて撮影条件を切り替える制御を行うように構成されている。なお、撮影条件とは、Ｘ線源１に印加される電圧（管電圧）、Ｘ線源１に設けられるＸ線フィルタ１０、Ｘ線源１に印加される電流（管電流）、検出器５による蓄積時間、格子移動機構９による第１格子２をステップ移動させる回数などに基づく条件である。
そこで、第１実施形態では、制御部７は、被写体Ｔを撮影する際の回転角度によるＸ線の散乱度合いの大きさに基づいて撮影条件を切り替える制御を行うように構成されている。なお、撮影条件とは、Ｘ線源１に印加される電圧（管電圧）、Ｘ線源１に設けられるＸ線フィルタ１０、Ｘ線源１に印加される電流（管電流）、検出器５による蓄積時間、格子移動機構９による第１格子２をステップ移動させる回数などに基づく条件である。
【0046】
図６は、回転機構８に配置された被写体ＴをＹ１方向から見た模式図である。第１実施形態では、制御部７は、被写体ＴによるＸ線の散乱度合いが小さい回転角度範囲を、第１回転角度範囲ＦＲと設定する。なお、図６に示す例は、便宜上、回転機構８の図示を省略している。
【0047】
第１実施形態では、制御部７は、複数の回転角度のうち、第１回転角度範囲ＦＲにおいて、第１撮影条件によって撮影を行い、第１回転角度範囲ＦＲよりも被写体ＴによるＸ線の散乱度合いが相対的に大きくなる第２回転角度範囲ＳＲでは、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替える制御を行うように構成されている。なお、第１撮影条件とは、Ｘ線位相差撮影システム１００（撮像系１１）の設計エネルギーに基づいて、Ｘ線源１に印加する電圧やＸ線源１に設けるＸ線フィルタ１０などが決定された撮影条件である。
【0048】
第１実施形態では、制御部７は、第１撮影条件よりもＸ線源１に印加する電圧（管電圧）を大きくすることにより、検出器５に向けて照射されるＸ線の実効エネルギーを相対的に大きくするように構成されている。これにより、制御部７は、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替える制御を行うように構成されている。
【0049】
また、制御部７は、撮影条件を切り替える回転角度を、複数の回転角度の各々において生成されたＸ線の散乱に起因する暗視野像２２の画素値に基づいて決定した回転角度において取得するように構成されている。具体的には、画像処理部６は、暗視野像２２の画素値に基づく特徴量を取得するように構成されている。特徴量としては、たとえば、暗視野像２２において被写体Ｔが写っている領域の画素値の最小値または平均値を採用できる。第１実施形態では、画像処理部６は、特徴量として、暗視野像２２において被写体Ｔが写っている領域の画素値の最小値を取得するように構成されている。
【0050】
（撮影条件を切り替える回転角度の決定）
制御部７は、特徴量に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。具体的には、制御部７は、特徴量と閾値とを比較することにより、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。より具体的には、図７に示すように、制御部７は、第１撮影条件によって複数の回転角度において被写体Ｔを撮影する制御を行うとともに、撮影した後に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さい回転角度範囲（第２回転角度範囲ＳＲ）のそれぞれにおいて、再び被写体Ｔを撮影する制御を行うように構成されている。なお、第１閾値ＴｈｒＡは、暗視野像２２を画像化可能な範囲であれば、任意の値に設定すればよい。第１実施形態では、第１閾値ＴｈｒＡは、たとえば、被写体Ｔを配置せずに撮影した際の画素値の１０％の値に設定する。
制御部７は、特徴量に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。具体的には、制御部７は、特徴量と閾値とを比較することにより、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。より具体的には、図７に示すように、制御部７は、第１撮影条件によって複数の回転角度において被写体Ｔを撮影する制御を行うとともに、撮影した後に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さい回転角度範囲（第２回転角度範囲ＳＲ）のそれぞれにおいて、再び被写体Ｔを撮影する制御を行うように構成されている。なお、第１閾値ＴｈｒＡは、暗視野像２２を画像化可能な範囲であれば、任意の値に設定すればよい。第１実施形態では、第１閾値ＴｈｒＡは、たとえば、被写体Ｔを配置せずに撮影した際の画素値の１０％の値に設定する。
【0051】
図７（Ａ）に示すように、制御部７は、第１撮影条件によって被写体Ｔを３６０度回転させながら撮影を行う。グラフＧ４は、被写体Ｔの回転角度を横軸に、特徴量を縦軸にしたグラフである。グラフＧ４に示すように、被写体Ｔの回転角度が９０度付近および２７０度付近になった場合、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さくなる。そこで、制御部７は、第１撮影条件による被写体Ｔの撮影が終了した後に、撮影条件を、第２撮影条件を切り替える制御を行い、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さくなった回転角度において、再び被写体Ｔを撮影する。
【0052】
図７（Ａ）に示す例では、たとえば、８０度以上１００度以下の範囲と、２６０度以上２７０度以下の範囲とにおいて、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡ以下となっている。そこで、制御部７は、８０度以上１００度以下の範囲と、２６０度以上２７０度以下の範囲とを、それぞれ、第２回転角度範囲ＳＲとする。図７（Ｂ）に示すグラフＧ５のように、制御部７は、第２回転角度範囲ＳＲにおいて、第２撮影条件に切り替えて被写体Ｔを撮影する。なお、図７（Ｂ）のグラフＧ５に示す例では、第２回転角度範囲ＳＲの全範囲において、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも大きい値となっている。しかし、第２撮影条件における撮影では、第１撮影条件における撮影時よりも特徴量が大きくなっていればよいので、第２回転角度範囲ＳＲの全範囲において特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも大きくなっていなくてもよい。すなわち、第２回転角度範囲ＳＲにおいて、第２撮影条件における撮影時の特徴量の最小値が、第１撮影条件における撮影時の特徴量の最小値よりも大きくなっていればよい。
【0053】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、撮影条件を切り替えて被写体Ｔを撮影したため、Ｘ線の実効エネルギーが変化し、特徴量（暗視野像２２の画素値）のグラフが不連続となる。したがって、各回転角度における暗視野像２２を再構成することにより３次元暗視野像３２を生成した場合、３次元暗視野像３２において、アーチファクトが生じる原因となる。そこで、図７（Ｃ）に示すグラフＧ６のように、画像処理部６は、複数の回転角度において被写体Ｔを撮影する際に、撮影条件の切り替えによって不連続になった暗視野像２２の画素値を滑らかに連結する補正を行うように構成されている。画像処理部６は、たとえば、第１撮影条件における暗視野像２２の画素値の感度と、第２撮影条件における暗視野像２２の画素値の感度とを予め取得しておき、感度が等しくなるように補正するように構成されていてもよい。また、画像処理部６は、各回転角度における暗視野像２２の画素値を揃えることにより補正するように構成されていてもよい。
【0054】
また、第１実施形態では、制御部７は、Ｘ線のフォトン数に依存するノイズ（量子ノイズ）や、検出器５由来のノイズに起因して暗視野像２２の画質が劣化することを抑制するために、補正処理を行うように構成されている。具体的には、制御部７は、第２撮影条件において被写体Ｔを撮影する際に、第１撮影条件よりもＸ線源１に印加する電流を大きくすること、検出器５における蓄積時間を大きくすること、および、格子移動機構９による第１格子２を並進移動させる際のステップ数を大きくすることのうち、少なくともいずれかを行うことによって、検出器５に到達するＸ線量を増加させる制御を行うように構成されている。なお、制御部７は、Ｘ線源１に印加する電流を大きくすること、検出器５における蓄積時間を大きくすること、および、格子移動機構９による第１格子２を並進移動させる際のステップ数を大きくすることのうち、いくつかの制御を組み合わせて行ってもよいし、全ての制御を行ってもよい。
【0055】
次に、図８を参照して、第１実施形態によるＸ線位相差撮影システム１００が３次元暗視野像３２を生成する処理について説明する。なお、図８に示す処理は、ユーザの操作によって入力された撮影開始の信号を制御部７が取得したことをトリガーとして開始される。
【0056】
ステップＳ１において、制御部７は、撮影条件を第１撮影条件に設定する。なお、撮影条件がすでに第１撮影条件に設定されている場合には、ステップＳ１の処理は省略可能である。
【0057】
次に、ステップＳ２において、制御部７は、回転機構８を制御することにより、被写体Ｔを３６０度回転させながら撮影を行う。すなわち、制御部７は、３６０度の回転範囲を、第１回転角度範囲ＦＲとして撮影を行う。その後、処理は、ステップＳ３へ進む。
【0058】
ステップＳ３において、画像処理部６は、各回転における暗視野像２２から、特徴量を取得する。制御部７は、各回転角度における暗視野像２２の特徴量と第１閾値ＴｈｒＡとを比較する。制御部７は、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡ以下となる回転角度を記憶部（図示せず）などに記憶する。特徴量が第１閾値ＴｈｒＡ以下となる回転角度がある場合には、処理は、ステップＳ４へ進む。特徴量が第１閾値ＴｈｒＡ以下となる回転角度がない場合には、処理は、ステップＳ６へ進む。
【0059】
ステップＳ４において、制御部７は、撮影条件を第２撮影条件に切り替える。次に、ステップＳ５において、制御部７は、記憶部などに記憶しておいた回転角度に被写体Ｔを回転させ、各回転角度において撮影を行う。すなわち、制御部７は、ステップＳ２において、第１回転角度範囲ＦＲとして撮影した回転角度のうち、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡ以下となった角度範囲を第２回転角度範囲ＳＲとし、第２撮影条件によって再度撮影を行う。また、制御部７は、上記した検出器５に到達するＸ線量を増加させる制御を行う。
【0060】
次に、ステップＳ６において、画像処理部６は、各回転角度における暗視野像２２を生成する。また、画像処理部６は、上記した暗視野像２２の画素値を滑らかに連結する補正を行う。次に、ステップＳ７において、画像処理部６は、各回転角度における暗視野像２２を再構成することにより、３次元暗視野像３２を生成し、処理を終了する。なお、画像処理部６は、３次元暗視野像３２を生成する際には、第２回転角度範囲ＳＲに含まれる回転角度において、第２撮影条件によって再度撮影することにより得られた暗視野像２２を用いる。
【0061】
なお、ステップＳ６において、画像処理部６は、各回転角度において撮影された複数の吸収像２０および複数の位相微分像２１をそれぞれ再構成することにより、３次元吸収像３０および３次元位相像３１を生成する。画像処理部６は、３次元位相像３１を生成する際には、３次元暗視野像３２の生成と同等に、第２回転角度範囲ＳＲに含まれる回転角度において、第２撮影条件によって再度撮影することにより得られた位相微分像２１を用いる。
【0062】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0063】
第１実施形態では、上記のように、Ｘ線位相差撮影システム１００は、Ｘ線源１と、Ｘ線源１から照射されたＸ線を検出する検出器５と、Ｘ線源１と検出器５との間に配置された複数の格子（第１格子２、第２格子３および第３格子４）と、被写体Ｔと、Ｘ線源１と検出器５と複数の格子とによって構成される撮像系１１とを相対的に回転させる回転機構８と、回転機構８により回転された場合における複数の回転角度の各々において、検出器５により検出されたＸ線の強度分布に基づいて、少なくとも、Ｘ線の散乱に起因する暗視野像２２を生成する画像処理部６と、被写体Ｔを撮影する際の回転角度によるＸ線の散乱度合いの大きさに基づいて撮影条件を切り替える制御を行う制御部７とを備える。これにより、Ｘ線の散乱度合いが大きくなった場合でも、Ｘ線のビジビリティＶが低下することを抑制することが可能な撮影条件に変更して撮影することができる。その結果、ビジビリティＶがゼロ付近まで低下することを抑制することが可能となるので、Ｘ線の散乱度合いが大きくなることに起因して、再構成された被写体ＴのＣＴ画像（３次元暗視野像３２）の画質が劣化することを抑制することができる。
【0064】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、複数の回転角度のうち、第１回転角度範囲ＦＲにおいて、第１撮影条件によって撮影を行い、第１回転角度範囲ＦＲよりも被写体ＴによるＸ線の散乱度合いが相対的に大きくなる第２回転角度範囲ＳＲでは、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替える制御を行うように構成されている。これにより、Ｘ線の散乱度合いが相対的に大きくなる第２回転角度範囲ＳＲにおいて撮影する場合に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件によって撮影することにより、Ｘ線を散乱しにくくすることができる。その結果、Ｘ線の散乱度合いが大きい被写体Ｔを撮影する場合でも、第１撮影条件によって撮影する場合と比較して、ビジビリティＶが低下することを抑制することが可能となるので、暗視野像２２を精度よく生成することができる。また、Ｘ線の散乱度合いが大きくなる回転角度を予め把握できる場合でも、ユーザが入力することなく撮影条件を切り替えることができる。その結果、ユーザビリティ（ユーザの利便性）を向上させることができる。
【0065】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、撮影条件を切り替える回転角度を、複数の回転角度の各々において生成されたＸ線の散乱に起因する暗視野像２２の画素値に基づいて決定した回転角度において取得するように構成されている。これにより、被写体Ｔの形状からではＸ線の散乱度合いが大きくなる回転角度が予め把握できない場合は、一度被写体Ｔを撮影することによって、暗視野像２２の画素値の実測値に基づいて、正確に撮影条件を切り替える角度を決定することができる。その結果、被写体Ｔが所定の角度範囲でＸ線の散乱度合いが大きくなる構造を有している場合でも、所定の角度範囲においてビジビリティＶが低下することを抑制することが可能となるので、所定の角度範囲における暗視野像２２を精度よく生成することができる。
【0066】
また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６は、暗視野像２２の画素値に基づく特徴量を取得するように構成されており、制御部７は、特徴量に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。これにより、複数の回転角度の各々における検出器５の検出画素ごとのＸ線の散乱度合い、または、複数の回転角度の各々における暗視野像２２の画素ごとの画素値を比較することにより撮影条件を切り替える判定を行う構成と比較して、複数の画素におけるＸ線の散乱度合いまたは画素値に基づいて取得された特徴量によって撮影条件を切り替える回転角度を決定することにより、撮影条件を切り替える回転角度を決定する際に用いる情報量を低減することができる。その結果、撮影条件を切り替える判定を行う際の計算負荷を軽減することができる。
【0067】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、特徴量と閾値とを比較することにより、撮影条件を切り替える回転角度を決定するように構成されている。これにより、各回転角度における特徴量と閾値とを比較することにより、各回転角度におけるＸ線のビジビリティＶの低下度合いを容易に把握することができる。その結果、撮影条件を切り替える回転角度を容易に決定することができる。
【0068】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、第１撮影条件によって複数の回転角度において被写体Ｔを撮影する制御を行うとともに、撮影した後に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さい回転角度範囲のそれぞれにおいて、再び被写体Ｔを撮影する制御を行うように構成されている。これにより、第１条件による撮影と、第２撮影条件による撮影とを２回に分けて行うことができる。その結果、撮影中において撮影条件を切り替える回数を１回にすることが可能となるので、Ｘ線の散乱度合いの大きさに基づいて第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替えながらリアルタイムに撮影する構成と比較して、制御が複雑化することを抑制することができる。
【0069】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、第１撮影条件よりもＸ線源１に印加する電圧を大きくすることにより、検出器５に向けて照射されるＸ線の実効エネルギーを相対的に大きくすることによって、第２撮影条件に切り替える制御を行うように構成されている。これにより、Ｘ線源１に印加する電圧を大きくすることによって、Ｘ線源１を交換することなく照射されるＸ線の実効エネルギーを大きくすることができる。その結果、たとえば、互いに異なるＸ線の実効エネルギーが予め設定されている複数のＸ線源１を交換することにより撮影条件を切り替える構成と比較して、システム構成が複雑化することを抑制することができる。
【0070】
また、第１実施形態では、上記のように、制御部７は、第２撮影条件において被写体Ｔを撮影する際に、第１撮影条件よりもＸ線源１に印加する電流を大きくすること、検出器５における蓄積時間を大きくすること、および、格子移動機構９による第１格子２を並進移動させる際のステップ数を大きくすることのうち、少なくともいずれかを行うことによって、検出器５に到達するＸ線量を増加させる制御を行うように構成されている。これにより、各回転角度における暗視野像２２のＳ／Ｎ比（信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ））を大きくすることができる。その結果、たとえば、各回転角度における暗視野像２２を再構成することによってＣＴ画像（３次元暗視野像３２）を取得する場合、取得されるＣＴ画像（３次元暗視野像３２）のＳ／Ｎ比を大きくすることが可能となるので、ノイズに起因してＣＴ画像（３次元暗視野像３２）の画質が劣化することを抑制することができる。
【0071】
また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部６は、複数の回転角度において被写体Ｔを撮影する際に、撮影条件の切り替えによって不連続になった暗視野像２２の画素値を滑らかに連結する補正を行うように構成されている。これにより、撮影条件の切り替えにより生じた暗視野像２２の画素値の不連続に起因してアーチファクト（ノイズ）などが発生することを抑制することができる。その結果、たとえば、各回転角度における暗視野像２２を再構成することによってＣＴ画像（３次元暗視野像３２）を取得する場合、暗視野像２２に生じるアーチファクトに起因して、ＣＴ画像（３次元暗視野像３２）の画質が劣化することを抑制することができる。
【0072】
［第２実施形態］
次に、図１、図９および図１０を参照して、第２実施形態によるＸ線位相差撮影システム２００（図１参照）について説明する。第１撮影条件によって撮影した後に、第２撮影条件に切り替えて撮影する第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、制御部７０（図１参照）は、被写体Ｔを回転させながら撮影する際に、特徴量と閾値とを比較し、第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替えながら撮影する制御を行うように構成されている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
次に、図１、図９および図１０を参照して、第２実施形態によるＸ線位相差撮影システム２００（図１参照）について説明する。第１撮影条件によって撮影した後に、第２撮影条件に切り替えて撮影する第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、制御部７０（図１参照）は、被写体Ｔを回転させながら撮影する際に、特徴量と閾値とを比較し、第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替えながら撮影する制御を行うように構成されている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【0073】
図１に示すように、Ｘ線位相差撮影システム２００は、制御部７０を備える点を除いて、上記第１実施形態によるＸ線位相差撮影システム１００と同様の構成を有している。
【0074】
制御部７０は、第１撮影条件による撮影をしながら、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さくなった場合に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて撮影するとともに、第２撮影条件による撮影をしながら、特徴量が、第１閾値ＴｈｒＡよりも大きい第２閾値ＴｈｒＢよりも大きくなった場合に、第１撮影条件に切り替えて撮影する制御を行うように構成されている。なお、第２閾値ＴｈｒＢは、暗視野像２２を画像化可能な範囲で、かつ、第１閾値ＴｈｒＡのよりも大きければ、任意の値に設定すればよい。第２実施形態では、第２閾値ＴｈｒＢは、たとえば、被写体Ｔを配置せずに撮影した際の画素値の２０％の値に設定する。
【0075】
図９（Ａ）に示すように、制御部７０は、第１回転角度範囲ＦＲにおいて、第１撮影条件によって撮影をしながら、暗視野像２２（図２参照）の特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さくなった場合、回転角度を変更せずに撮影条件を第２撮影条件に切り替える。そして、暗視野像２２の特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さくなった回転角度において、第２撮影条件において再び被写体Ｔの撮影を行う。その後、第２回転角度範囲ＳＲにおいて、第２撮影条件によって被写体Ｔの撮影を行う。制御部７０は、各回転角度において撮影を行う度に、特徴量が第２閾値ＴｈｒＢを超えているか否かの判定を行う。特徴量が第２閾値ＴｈｒＢを超えた場合には、制御部７０は、撮影条件を第１撮影条件に切り替えて、再び撮影を行う。すなわち、制御部７０は、第１回転角度範囲ＦＲと第２回転角度範囲ＳＲとにおいて、第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替えながら撮影を行う制御を行うように構成されている。なお、Ｘ線源１に印加する電圧を変更することにより撮影条件を切り替えた場合には、Ｘ線源１が安定するまでに、所定の時間間隔を設けることが好ましい。
【0076】
第２実施形態においても、撮影条件を切り替えて撮影するため、特徴量のグラフＧ７は、不連続となる。そこで、画像処理部６は、第１実施形態における制御部７と同様に、図９（Ｂ）に示すグラフＧ８のように、撮影条件の切り替えによって不連続になった暗視野像２２の画素値を滑らかに連結する補正を行う。
【0077】
次に、図１０を参照して、第２実施形態によるＸ線位相差撮影システム２００が３次元暗視野像３２を生成する処理について説明する。なお、図１０に示す処理も、上記第１実施形態と同様に、ユーザの操作によって入力された撮影開始の信号を制御部７０が取得したことをトリガーとして開始される。また、上記第１実施形態における処理と同様の処理を行うステップについては、詳細な説明は省略する。
【0078】
ステップＳ１において、制御部７は、撮影条件を第１撮影条件に設定する。なお、上記第１実施形態と同様に、撮影条件がすでに第１撮影条件に設定されている場合には、ステップＳ１の処理は省略可能である。
【0079】
次に、ステップＳ８において、被写体Ｔの撮影を行う。その後、処理は、ステップＳ９へ進む。
【0080】
ステップＳ９において、制御部７０は、暗視野像２２の特徴量に基づいて、撮影条件の切り替えが必要か否かを判定する。具体的には、制御部７０は、第１撮影条件において撮影している際には、特徴量と第１閾値ＴｈｒＡとを比較することにより、撮影条件の切り替えが必要か否かを判定する。また、制御部７０は、第２撮影条件において撮影している際には、特徴量と第２閾値ＴｈｒＢとを比較することにより、撮影条件の切り替えが必要か否かを判定する。撮影条件の切り替えが必要な場合には、処理は、ステップＳ１０へ進む。撮影条件の切り替えが必要ない場合には、処理は、ステップＳ１２へ進む。
【0081】
ステップＳ１０において、制御部７０は、撮影条件を切り替える。具体的には、制御部７０は、第１撮影条件によって撮影していた場合には、第２撮影条件に切り替える制御を行う。また、制御部７０は、第２撮影条件によって撮影していた場合には、第１撮影条件に切り替える制御を行う。次に、ステップＳ１１において、制御部７は、回転角度を変更することなく、被写体Ｔを撮影する。ステップＳ１１では回転角度を変更することなく、被写体Ｔを撮影しているが、所定角度分回転させてから、被写体Ｔを撮影しても良い。この場合は、ステップＳ１１の処理は省略可能である。その後、処理は、ステップＳ１２へ進む。
【0082】
次に、ステップＳ１２において、制御部７０は、３６０度回転させて被写体Ｔを撮影したか否かの判定を行う。３６０度回転させて被写体Ｔを撮影した場合には、処理は、ステップＳ６、ステップＳ７へと進み、画像処理部６は、３次元暗視野像３２を生成して処理を終了する。３６０度回転させて被写体Ｔを撮影していない場合には、処理は、ステップＳ１３へ進む。
【0083】
ステップＳ１３において、制御部７０は、回転機構８を制御することにより、被写体Ｔを所定の回転角度分だけ回転させる。その後、処理は、ステップＳ８へ進む。
【0084】
なお、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ６において、第２撮影条件によって被写体Ｔを撮影する際には、制御部７０は、検出器５に到達するＸ線量を増加させる制御を行ってもよい。また、ステップＳ７において暗視野像２２を生成する際には、画像処理部６は、暗視野像２２の画素値を滑らかに連結する補正を行ってもよい。
【0085】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【0086】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0087】
第２実施形態では、上記のように、制御部７０は、第１撮影条件による撮影をしながら、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さくなった場合に、第１撮影条件よりもＸ線の実効エネルギーが相対的に大きい第２撮影条件に切り替えて撮影するとともに、第２撮影条件による撮影をしながら、特徴量が、第１閾値ＴｈｒＡよりも大きい第２閾値ＴｈｒＢよりも大きくなった場合に、第１撮影条件に切り替えて撮影する制御を行うように構成されている。これにより、１度の撮影中に第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替えながらリアルタイムに撮像することができる。その結果、第１撮影条件によって撮影した後に、特徴量が第１閾値ＴｈｒＡよりも小さくなった撮影角度範囲において第２撮影条件によって再び撮影する場合と比較して、撮影回数を低減することが可能となるので、撮影に要する時間を短縮することができる。
【0088】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【0089】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【0090】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、制御部７（７０）が暗視野像２２の画素値に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部７（７０）は、撮影条件を切り替える回転角度を、Ｘ線の散乱度合いに寄与する被写体Ｔの形状に基づいて予め設定された設定値に基づいて決定した回転角度において取得するように構成されていてもよい。たとえば、被写体Ｔが板状の形状を有している場合、図６に示すように、被写体Ｔの回転角度が９０度および１８０度から所定の角度範囲において、被写体Ｔを透過するＸ線の経路長が長くなることがわかる。そこで、ユーザは、９０度および１８０度から所定の角度範囲を、第２回転角度範囲ＳＲと設定する。図６に示す例では、たとえば、８０度から１００度の角度範囲、および、２６０度から２８０度の角度範囲を、第２回転角度範囲ＳＲと設定する。また、ユーザは、それ以外の回転角度範囲を、第１回転角度範囲ＦＲと設定する。制御部７（７０）は、ユーザが設定した回転角度範囲に応じて、撮影条件を切り替える制御を行うように構成されればよい。
【0091】
上記のように構成すれば、板状形状を有する被写体Ｔを撮影する場合など、Ｘ線の散乱度合いが大きくなる回転角度をユーザが予め把握できる場合には、被写体Ｔを撮影することなく撮影条件を切り替える角度を設定することができる。その結果、撮影条件を切り替える角度を取得するために事前に撮影を行う必要がなくなるので、撮影回数が増加することを抑制することができる。
【0092】
また、上記第１および第２実施形態では、制御部７（７０）が暗視野像２２の画素値に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部７（７０）は、撮影条件を切り替える回転角度を、複数の回転角度の各々において検出器５により検出されたＸ線の散乱度合いに基づいて決定した回転角度において取得するように構成されていてもよい。このように構成すれば、被写体Ｔの形状からではＸ線の散乱度合いが大きくなる回転角度が予め把握できない場合でも、一度被写体Ｔを撮影することによって、Ｘ線の散乱度合いの実測値に基づいて、正確に撮影条件を切り替える角度を決定することができる。その結果、被写体Ｔが所定の角度範囲でＸ線の散乱度合いが大きくなる構造を有している場合でも、ビジビリティＶが低下することを抑制することが可能となるので、暗視野像２２を精度よく生成することができる。
【0093】
また、上記第１および第２実施形態では、制御部７（７０）が暗視野像２２の画素値に基づいて、撮影条件を切り替える回転角度を決定する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、撮影条件を切り替える回転角度は、暗視野像２２の画素値が低い範囲をユーザが指定することにより決定されてもよい。
【0094】
また、上記第１および第２実施形態では、画像処理部６が、暗視野像２２の画素値に基づいて特徴量を取得する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部６は、Ｘ線の散乱度合いに基づいて、特徴量を取得するように構成されていてもよい。ステップカーブＳＣの振幅Ａの大きさを把握することができれば、どのような値を特徴量としてもよい。たとえば、画像処理部６は、暗視野像２２の全画素値の和や、暗視野像２２の全画素値の対数値の和などを特徴量として取得してもよい。
【0095】
また、上記第１および第２実施形態では、制御部７（７０）が、Ｘ線源１に印加する電圧を大きくすることにより、第２撮影条件に切り替える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部７（７０）は、Ｘ線源１に設けられるＸ線フィルタ１０を交換することにより、第２撮影条件に切り替えるように構成されていてもよい。Ｘ線フィルタ１０を交換することにより第２撮影条件に切り替える構成の場合、制御部７（７０）は、Ｘ線フィルタ１０が透過可能なＸ線の波長をより低波長側に設計されたＸ線フィルタに交換することにより、Ｘ線の実効エネルギーを大きくすることができる。
【0096】
また、上記第１および第２実施形態では、制御部７（７０）が、暗視野像２２のノイズを低減する制御を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部７（７０）は、暗視野像２２のノイズを低減する制御を行わなくてもよい。しかしながら、暗視野像２２に生じるノイズが増加すると、３次元暗視野像３２の画質が劣化するため、暗視野像２２のノイズを低減する制御を行う方が好ましい。
【0097】
また、上記第１および第２実施形態では、画像処理部６が、暗視野像２２の画素値を滑らかに連結する補正を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部６は、Ｘ線の散乱度合いが滑らかに連結する補正を行うように構成されていてもよい。
【0098】
また、上記第１および第２実施形態では、被写体Ｔを回転機構８により回転させてＣＴ撮影を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、撮像系１１を回転させてＣＴ撮影を行ってもよい。
【0099】
また、上記第１および第２実施形態では、第３格子４が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。可干渉性が高いＸ線を照射するＸ線源１を用いる場合、第３格子４が設けられていなくてもよい。
【0100】
また、上記第１および第２実施形態では、縞走査法によって暗視野像２２を生成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１格子２、第２格子３、または、第３格子４のうちのいずれかを、Ｘ線の光軸ＸＲ方向（Ｚ方向）に直交する平面内において回転させる手法（いわゆる、モアレ１枚撮り手法）によって、暗視野像２２を生成してもよい。
【0101】
また、上記第１および第２実施形態では、第１格子２が位相格子である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１格子２は吸収格子であってもよい。
【0102】
また、上記第１および第２実施形態では、第１格子２を格子面内においてステップ移動させる例を示したが、本発明はこれに限られない。複数の格子のうち、いずれの格子をステップ移動させてもよい。
【0103】
また、上記第１および第２実施形態では、被写体Ｔとして、板状形状を有する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を撮像する例を示したが、本発明はこれに限られない。被写体Ｔの回転角度に応じてＸ線が透過する経路長が変化する被写体Ｔであれば、どのようなものを被写体Ｔとしてもよい。
【0104】
また、上記第１および第２実施形態では、制御部７（７０）が、第１撮影条件と第２撮影条件とを切り替える制御を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部７（７０）は、３つ以上の撮影条件を切り替える制御を行うように構成されていてもよい。
【0105】
また、上記第１および第２実施形態では、制御部７（７０）が、暗視野像２２の画質が劣化することを抑制するために撮影条件を切り替える制御を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部７（７０）は、位相微分像２１の画質が劣化することを抑制するために撮影条件を切り替える制御を行うように構成されていてもよい。位相微分像２１の画質が劣化することを抑制するために撮影条件を切り替える制御を行う場合、画像処理部６は、位相微分像２１の画素値の平均値、位相微分像２１の画素値の最小値、または被写体Ｔを配置せずに撮影した際のステップカーブＳＣと、被写体Ｔを配置して撮影した際のステップカーブＳＣとの位相のずれなどを特徴量として取得するように構成すればよい。また、制御部７（７０）は、画像処理部６が取得した位相微分像２１の特徴量に基づいて、撮影条件を切り替える制御を行うように構成すればよい。
【0106】
また、上記第１および第２実施形態では、説明の便宜上、制御部７（７０）の処理を「フロー駆動型」のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。制御部７（７０）の処理をイベント単位で実行する「イベント駆動型」により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
【符号の説明】
【0107】
１ Ｘ線源
２ 第１格子（複数の格子）
３ 第２格子（複数の格子）
４ 第３格子（複数の格子）
５ 検出器
６ 画像処理部
７、７０ 制御部
８ 回転機構
９ 格子移動機構
１０ Ｘ線フィルタ
１１ 撮像系
２２ 暗視野像
１００、２００ Ｘ線位相差撮影システム
ＦＲ 第１回転角度範囲
ＳＲ 第２回転角度範囲
Ｔ 被写体
ＴｈｒＡ 第１閾値
ＴｈｒＢ 第２閾値
２ 第１格子（複数の格子）
３ 第２格子（複数の格子）
４ 第３格子（複数の格子）
５ 検出器
６ 画像処理部
７、７０ 制御部
８ 回転機構
９ 格子移動機構
１０ Ｘ線フィルタ
１１ 撮像系
２２ 暗視野像
１００、２００ Ｘ線位相差撮影システム
ＦＲ 第１回転角度範囲
ＳＲ 第２回転角度範囲
Ｔ 被写体
ＴｈｒＡ 第１閾値
ＴｈｒＢ 第２閾値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】