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WO2020090168A1 - Ｘ線位相差撮影システム - Google Patents

Ｘ線位相差撮影システム Download PDF

Info

Publication number
WO2020090168A1
WO2020090168A1 PCT/JP2019/029232 JP2019029232W WO2020090168A1 WO 2020090168 A1 WO2020090168 A1 WO 2020090168A1 JP 2019029232 W JP2019029232 W JP 2019029232W WO 2020090168 A1 WO2020090168 A1 WO 2020090168A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ray
subject
imaging
rotation angle
condition
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/029232
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
太郎 白井
木村　健士
貴弘 土岐
直樹 森本
Original Assignee
株式会社島津製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社島津製作所 filed Critical 株式会社島津製作所
Priority to JP2020554766A priority Critical patent/JP7163969B2/ja
Publication of WO2020090168A1 publication Critical patent/WO2020090168A1/ja

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Classifications

    • 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
    • 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
    • G01N23/046—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 using tomography, e.g. computed tomography [CT]

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray phase-contrast imaging system, and more particularly to an X-ray phase-contrast imaging system that captures an image while relatively rotating a subject and an imaging system.
  • the X-ray phase contrast imaging system of Non-Patent Document 1 includes an X-ray source, a phase grating, a detector, and an image processing device.
  • the X-ray from the X-ray source is scattered by the subject, passes through the phase grating, and is applied to the detector.
  • the dark field image is generated by the image processing device based on the interference intensity of the X-ray detected by the detector. Further, a dark field image is generated by photographing at each rotation angle when the subject is rotated by 360 degrees.
  • Non-Patent Document 1 in the conventional X-ray phase contrast imaging system as described in Non-Patent Document 1, when taking an image while rotating the subject, the rotation angle is changed.
  • the path length through which the X-rays pass may differ depending on the case. For example, when a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) having a plate-like shape is rotated and photographed as an object, X-rays are transmitted at a specific range of rotation angle (imaging angle) along the longitudinal direction of the plate-like shape. As the path length increases, the degree of X-ray scattering increases, and the visibility (definition) may decrease to near zero. When the visibility is reduced to near zero, it becomes difficult to accurately extract the X-ray interference intensity, and there is a problem that the image quality of the dark field image deteriorates.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the present invention has been made to solve the above problems, and one object of the present invention is to increase the degree of scattering of X-rays based on the rotation angle, resulting in a dark object.
  • An object of the present invention is to provide an X-ray phase contrast imaging system capable of suppressing deterioration of the image quality of a field image.
  • an X-ray phase contrast imaging system includes an X-ray source, a detector that detects X-rays emitted from the X-ray source, an X-ray source and a detector.
  • a plurality of gratings arranged between the two, a subject, and an imaging system composed of an X-ray source, a detector, and a plurality of gratings, and a rotating mechanism that relatively rotates the rotating mechanism.
  • the image processing unit that generates at least a dark field image caused by X-ray scattering based on the intensity distribution of the X-ray detected by the detector, and And a control unit that controls switching of imaging conditions based on the degree of X-ray scattering depending on the rotation angle.
  • a control unit that performs control for switching imaging conditions based on the magnitude of the degree of X-ray scattering depending on the rotation angle when imaging a subject.
  • a control unit that performs control for switching imaging conditions based on the magnitude of the degree of X-ray scattering depending on the rotation angle when imaging a subject.
  • the control unit performs imaging under a first imaging condition in a first rotation angle range among the plurality of rotation angles, and the imaging unit is more than the first rotation angle range.
  • control is performed to switch to the second imaging condition in which the effective energy of X-rays is relatively larger than the first imaging condition.
  • the control unit sets the rotation angle for switching the imaging conditions to a preset value based on the shape of the subject that contributes to the degree of X-ray scattering.
  • the rotation angle for switching the imaging conditions to a preset value based on the shape of the subject that contributes to the degree of X-ray scattering.
  • the control unit sets the rotation angle for switching the imaging conditions to a preset value based on the shape of the subject that contributes to the degree of X-ray scattering.
  • the image processing unit is configured to acquire the feature amount based on the degree of X-ray scattering or the pixel value of the dark field image, and the control unit sets the imaging condition based on the feature amount. It is configured to determine the rotation angle to be switched.
  • the degree of X-ray scattering for each detection pixel of the detector at each of the plurality of rotation angles or the pixel value for each pixel of the dark field image at each of the plurality of rotation angles is compared.
  • the shooting condition is switched by determining the rotation angle for switching the shooting condition according to the feature amount acquired based on the X-ray scattering degree or the pixel value in a plurality of pixels.
  • the amount of information used when determining the rotation angle can be reduced. As a result, it is possible to reduce the calculation load when making the determination of switching the shooting conditions.
  • the feature amount is the minimum value or average value of the X-ray scattering degree in the detector, or the minimum value or average value of the pixel values of the region in which the subject appears in the dark field image.
  • the control unit is configured to determine the rotation angle for switching the shooting condition by comparing the feature amount with a threshold value. ing. According to this structure, by comparing the feature amount at each rotation angle with the threshold value, it is possible to easily grasp the degree of decrease in the X-ray visibility at each rotation angle. As a result, it is possible to easily determine the rotation angle for switching the shooting conditions.
  • the control unit controls the imaging of the subject at a plurality of rotation angles according to the first imaging condition, and after the imaging, the effective energy of the X-ray is relatively larger than that of the first imaging condition. It is configured to switch to the two shooting conditions and perform control to shoot the subject again in each of the rotation angle ranges in which the feature amount is smaller than the first threshold value. According to this structure, it is possible to perform the shooting under the first shooting condition and the shooting under the second shooting condition in two steps. As a result, since it is possible to change the number of times the photographing conditions are changed to one during photographing, the photographing is performed in real time while switching the first photographing condition and the second photographing condition based on the magnitude of the degree of X-ray scattering. Comparing with the configuration described above, it is possible to suppress the control from becoming complicated.
  • the control unit performs the shooting under the first shooting condition while the feature amount is smaller than the first threshold value.
  • the characteristic amount is greater than the first threshold value while imaging under the second imaging condition.
  • the control unit performs at least one of increasing the voltage applied to the X-ray source more than the first imaging condition and changing the X-ray filter provided in the X-ray source. By doing so, the control is performed such that the effective energy of the X-rays emitted toward the detector is relatively increased to switch to the second imaging condition.
  • control unit further includes a lattice moving mechanism that translates any one of the plurality of lattices, and the control unit applies the X-ray source to the X-ray source more than the first imaging condition when photographing the subject under the second imaging condition.
  • At least one of increasing the current to be applied, increasing the storage time in the detector, and increasing the number of steps for translating any one of the plurality of grids by the grid moving mechanism. Is configured to increase the X-ray dose reaching the detector.
  • the S / N ratio signal-to-noise ratio
  • the image processing unit when the subject is imaged at a plurality of rotation angles, the degree of scattering or darkness of X-rays discontinuous due to switching of the imaging conditions.
  • the correction is performed so as to smoothly connect the pixel values of the visual field image.
  • the present invention it is possible to prevent the image quality of the dark-field image of the subject from being deteriorated due to the increase in the degree of X-ray scattering based on the rotation angle as described above.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram showing a configuration of an X-ray phase contrast imaging system according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a graph for explaining the difference in the degree of reduction in visibility due to the difference in effective energy of X-rays. It is a schematic diagram for demonstrating a 1st rotation angle range and a 2nd rotation angle range.
  • the schematic diagram (A) showing the graph of the characteristic amount when the X-ray phase contrast imaging system according to the second embodiment images the subject while switching between the first imaging condition and the second imaging condition and the graph of the corrected feature amount. It is a schematic diagram (B) which shows. 9 is a flowchart for explaining a process of acquiring a three-dimensional dark field image by the X-ray phase contrast imaging system according to the second embodiment.
  • the X-ray phase contrast imaging system 100 uses the diffusion (scattering) of X-rays that have passed through the subject T to generate a dark field image 22 (see FIG. 2) of the subject T. Specifically, the X-ray phase contrast imaging system 100 uses the Talbot effect to generate at least the dark field image 22 of the subject T.
  • the X-ray phase contrast imaging system 100 can be used to image the interior of an object, for example, in non-destructive inspection applications.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • FIG. 1 is a view of the X-ray phase contrast imaging system 100 viewed from the X direction.
  • an X-ray phase contrast imaging system 100 includes an X-ray source 1, a plurality of gratings including a first grating 2, a second grating 3, and a third grating 4, a detector 5, an image.
  • the processing unit 6, the control unit 7, the rotation mechanism 8, and the lattice moving mechanism 9 are provided.
  • the direction from the X-ray source 1 to the first grating 2 is the Z2 direction
  • the opposite direction is the Z1 direction.
  • one of the two directions orthogonal to each other is defined as the X direction
  • the direction toward the back of the paper is the X2 direction
  • the direction toward the front of the paper is the X1 direction
  • the other of the two directions orthogonal to each other is the Y direction
  • the upward direction of the paper is the Y1 direction
  • the downward direction is the Y2 direction.
  • the X-ray source 1 is configured to generate X-rays by applying a high voltage and irradiate the generated X-rays in the Z2 direction. Further, the X-ray source 1 is provided with an X-ray filter 10.
  • the X-ray filter 10 includes a metal plate and is configured to transmit only X-rays in a predetermined wavelength range.
  • the first grating 2 has a plurality of slits 2a arranged at a predetermined period (pitch) p1 in the Y direction, and an X-ray phase changing portion 2b.
  • Each of the slits 2a and the X-ray phase changing portion 2b is formed so as to extend linearly. Further, each slit 2a and X-ray phase changing portion 2b are formed so as to extend in parallel.
  • the first grating 2 is a so-called phase grating.
  • the first grating 2 is arranged between the X-ray source 1 and the second grating 3 and is irradiated with X-rays from the X-ray source 1.
  • the first grating 2 is provided to form a self-image (not shown) of the first grating 2 by the Talbot effect.
  • an image (self-image) of the grating is formed at a position separated from the grating by a predetermined distance (Talbot distance). This is called the Talbot effect.
  • the second grating 3 has a plurality of X-ray transmitting portions 3a and X-ray absorbing portions 3b arranged in the Y direction at a predetermined cycle (pitch) p2.
  • the X-ray absorbing portion 3b extends along the direction in which the X-ray phase changing portion 2b extends.
  • Each X-ray transmitting portion 3a and X-ray absorbing portion 3b is formed so as to extend linearly. Further, each X-ray transmitting portion 3a and X-ray absorbing portion 3b are formed so as to extend in parallel.
  • the second grating 3 is a so-called absorption grating.
  • the slit 2a and the X-ray transmitting portion 3a respectively transmit X-rays.
  • the X-ray absorbing section 3b plays a role of blocking X-rays, and the X-ray phase changing section 2b changes the phase of X-rays depending on the difference in the refractive index with the slit 2a.
  • the second grating 3 is arranged between the first grating 2 and the detector 5 and is irradiated with the X-rays that have passed through the first grating 2.
  • the second grating 3 is arranged at a position away from the first grating 2 by the Talbot distance.
  • the second grating 3 interferes with the self-image of the first grating 2 to form moire fringes (not shown) on the detection surface of the detector 5.
  • the third grating 4 has a plurality of X-ray transmitting portions 4a and X-ray absorbing portions 4b arranged in the Y direction at a predetermined cycle (pitch) p3. Each X-ray transmitting portion 4a and X-ray absorbing portion 4b is formed so as to extend linearly. Further, each X-ray transmitting portion 4a and X-ray absorbing portion 4b are formed so as to extend in parallel.
  • the third grating 4 is a so-called multi-slit.
  • the third grating 4 is arranged between the X-ray source 1 and the first grating 2.
  • lattice 4 is comprised so that the X-ray which passed each X-ray transmission part 4a may be used as a line light source.
  • the pitches of the three gratings (the first grating 2, the second grating 3, and the third grating 4) and the distance between the gratings satisfy certain conditions, the X-rays emitted from the X-ray source 1 It is possible to increase coherence. This is called the low effect. Thereby, the interference intensity can be maintained even if the tube size of the X-ray source 1 is large.
  • the X-ray phase contrast imaging system 100 in the first embodiment is configured by the so-called Talbot-Lau interferometer.
  • the detector 5 is configured to detect X-rays, convert the detected X-rays into an electric signal, and read the converted electric signal as an image signal.
  • the detector 5 is, for example, an FPD (Flat Panel Detector).
  • the detector 5 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 an array in the X direction and the Y direction at a predetermined cycle (pixel pitch). Further, the detector 5 is configured to output the acquired image signal to the image processing unit 6.
  • the image processing unit 6 is configured to generate an absorption image 20 (see FIG. 2) based on the X-ray intensity distribution detected by the detector 5. Further, the image processing unit 6 is configured to generate the phase differential image 21 (see FIG. 2) based on the intensity distribution of the X-ray detected by the detector 5. The image processing unit 6 is also configured to generate a dark-field image 22 (see FIG. 2) due to X-ray scattering, based on the X-ray intensity distribution detected by the detector 5.
  • the absorption image 20 is an image of a contrast caused by a difference in absorption of X-rays by the subject T. That is, the absorption image 20 is an image of the X-ray transmittance of the subject T.
  • the phase differential image 21 is an image formed based on the phase shift of X-rays generated when the X-rays pass through the subject T. That is, the phase differential image 21 is an image when the change in the phase of the X-ray is used as contrast.
  • the dark field image 22 is an image in which the degree of refraction (scattering) of X-rays due to the fine structure inside the subject T is used as contrast. In other words, the dark field image 22 is an image of the decrease in the visibility V in the detector 5, and the change in the visibility V depends on the degree of scattering of the subject T.
  • the image processing unit 6 generates a plurality of absorption images 20, a plurality of phase differential images 21, and a plurality of dark field images 22 which are captured while rotating the subject T by the rotating mechanism 8 (at each of a plurality of rotation angles).
  • the three-dimensional absorption image 30 (see FIG. 2), the three-dimensional phase image 31 (see FIG. 2), and the three-dimensional dark field image 32 (see FIG. 2) are generated by reconstructing each.
  • the image processing unit 6 includes a processor such as a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) configured for image processing.
  • the control unit 7 is configured of the subject T, the X-ray source 1, the detector 5, and a plurality of gratings (the first grating 2, the second grating 3, and the third grating 4) by the rotation mechanism 8. It is configured to relatively rotate the imaging system 11. Further, the control unit 7 is configured to move the first grating 2 stepwise in the lattice plane in a direction orthogonal to the lattice direction by the lattice moving mechanism 9.
  • the X-ray phase contrast imaging system 100 uses a method (a fringe scanning method) of acquiring a reconstructed image from a plurality of moire fringes (images) obtained by scanning the first grating 2 at regular intervals. ..
  • control unit 7 is configured to perform control for switching imaging conditions based on the magnitude of the degree of X-ray scattering. Details of the configuration in which the control unit 7 switches the shooting conditions will be described later.
  • the control unit 7 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit), for example.
  • the rotation mechanism 8 is configured to relatively rotate the subject T and the imaging system 11 based on a signal from the control unit 7. Specifically, the rotation mechanism 8 is configured to rotate the subject T about an axis AR extending along the Y direction, thereby rotating the subject T relative to the imaging system 11.
  • the rotating mechanism 8 includes a rotating stage 8a driven by, for example, a motor.
  • the image processing unit 6 reconstructs the plurality of absorption images 20, the plurality of phase differential images 21, and the plurality of dark field images 22 obtained by photographing the subject T at each of the plurality of rotation angles.
  • a three-dimensional absorption image 30, a three-dimensional phase image 31, and a three-dimensional dark field image 33 are generated.
  • the grating moving mechanism 9 is configured to move the first grating 2 stepwise in a direction orthogonal to the grating direction (Y direction in FIG. 1) in the grating plane (XY plane) based on the signal from the control unit 7. Has been done. Specifically, the grating moving mechanism 9 divides the period p1 of the first grating 2 into n, and moves the first grating 2 stepwise by p1 / n. The grating moving mechanism 9 is configured to move the first grating 2 stepwise by at least one cycle p1 of the first grating 2. The image processing unit 6 acquires the step curve SC (see FIG.
  • n is a positive integer, such as 4, for example.
  • the grid moving mechanism 9 also includes, for example, a stepping motor, a piezo actuator, or the like.
  • the image processing unit 6 determines the ratio of the visibility V acquired by performing the image capturing in the state where the subject T is not arranged and the visibility V obtained by performing the image capturing in the state where the subject T is disposed. Based on this, the dark field image 22 is generated.
  • photographing is performed while the subject T and the imaging system 11 are relatively rotated by the rotation mechanism 8.
  • the path angle of X-rays passing through the subject T changes due to a change in the rotation angle when the subject T is taken.
  • the degree of X-ray scattering by the subject T becomes greater.
  • the example shown in FIG. 3 is an example in which the path length of the X-ray passing through the subject T is short.
  • a subject T is a CFRP having a plate-like shape
  • the rotation angle at which the X-rays are emitted from the shorter direction of the subject T is reached.
  • the example shown in FIG. 4 is an example in which the path length of the X-ray passing through the subject T is long.
  • the rotation angle is such that X-rays are emitted from the longitudinal direction of the subject T.
  • the path length through which the X-rays emitted along the optical axis XR of the X-rays penetrate the subject T is defined as a distance d1. ..
  • the path length through which the X-rays emitted along the optical axis XR of the X-rays pass through the subject T is defined as a distance d2. .. Since the subject T has a plate-like shape, the path length distance d1 through the subject T is shorter than the path length distance d2 through the subject T.
  • the magnitude of the amplitude A1 of the step curve SC1 is the magnitude of the amplitude A2 of the step curve SC2 shown in the graph G2 of FIG. 4, as shown in the graph G1 of FIG. Will be bigger than In other words, as the degree of X-ray scattering increases, the amplitude A of the obtained step curve SC decreases.
  • the magnitude of the amplitude A of the step curve SC becomes small, it becomes difficult to accurately extract the phase differential image 21 and the dark field image 22. Since the amplitude A of the step curve SC is the difference between Imax and Imin, it can be regarded as equal to the visibility V when the amount of X-ray absorption by the subject T is small. That is, when the X-ray is emitted at a rotation angle at which the path length of the X-ray passing through the subject T becomes long, the visibility V decreases.
  • Graphs G3a and G3b shown in FIG. 5 are graphs showing the relationship between the path length and the visibility V through which the X-rays emitted from the X-ray source 1 pass through the subject T.
  • the horizontal axis represents the path length through which X-rays pass
  • the vertical axis represents the visibility.
  • a graph G3a is a graph showing the relationship between the visibility V and the path length of the X-rays that pass through the subject T when the X-rays are irradiated with a predetermined effective energy (design energy). As shown in the graph G3a, the visibility V decreases as the X-ray path length increases. It is considered that this is because the degree of scattering of X-rays by the subject T increases as the path length of X-rays increases.
  • the graph G3b shown in FIG. 5 is a graph when an X-ray having a larger effective energy than that of the graph G3a is irradiated.
  • the X-rays are less likely to be scattered because the effective energy of the irradiated X-rays is large. Therefore, the visibility V when the path length of the X-rays passing through the subject T is 0 (zero) is smaller than the visibility V when the path length of the X-rays passing through the subject T in the graph G3a is 0 (zero). Become.
  • the value of visibility V of the graph G3b becomes larger than the value of visibility V of the graph G3a. It is considered that this is because the increase in the effective energy of the X-rays makes it difficult for the X-rays to scatter, and thus makes it less likely to be affected by the degree of scattering of the X-rays. That is, when the path length of X-rays passing through the subject T is long, increasing the effective energy of the X-rays makes it less susceptible to scattering by the subject T, and thus the amplitude A of the step curve SC becomes smaller. Can be suppressed.
  • the control unit 7 is configured to perform switching control of the imaging conditions based on the magnitude of the degree of X-ray scattering depending on the rotation angle when imaging the subject T.
  • the imaging conditions include the voltage (tube voltage) applied to the X-ray source 1, the X-ray filter 10 provided in the X-ray source 1, the current (tube current) applied to the X-ray source 1, and the detector 5. Is a condition based on the accumulation time, the number of steps of moving the first grating 2 by the grating moving mechanism 9, and the like.
  • FIG. 6 is a schematic view of the subject T placed on the rotation mechanism 8 as viewed from the Y1 direction.
  • the control unit 7 sets the rotation angle range in which the degree of X-ray scattering by the subject T is small as the first rotation angle range FR.
  • the rotation mechanism 8 is omitted for convenience.
  • the control unit 7 performs imaging in the first rotation angle range FR of the plurality of rotation angles under the first imaging condition, and scatters X-rays by the subject T more than in the first rotation angle range FR.
  • the second rotation angle range SR in which the degree is relatively large, control is performed to switch to the second imaging condition in which the effective energy of X-rays is relatively larger than the first imaging condition.
  • the first imaging condition is determined based on the design energy of the X-ray phase contrast imaging system 100 (imaging system 11) such as the voltage applied to the X-ray source 1 and the X-ray filter 10 provided in the X-ray source 1. These are the taken shooting conditions.
  • the control unit 7 sets the voltage (tube voltage) applied to the X-ray source 1 larger than that in the first imaging condition, so that the effective energy of the X-rays emitted toward the detector 5 is reduced. It is configured to be relatively large. Thereby, the control unit 7 is configured to perform control to switch to the second imaging condition in which the effective energy of X-ray is relatively larger than the first imaging condition.
  • control unit 7 acquires the rotation angle for switching the imaging conditions at the rotation angle determined based on the pixel value of the dark field image 22 caused by the scattering of the X-rays generated at each of the plurality of rotation angles.
  • the image processing unit 6 is configured to acquire the feature amount based on the pixel value of the dark field image 22.
  • the feature amount for example, the minimum value or the average value of the pixel values of the region in which the subject T is shown in the dark field image 22 can be adopted.
  • the image processing unit 6 is configured to acquire, as the feature amount, the minimum pixel value of the region in the dark field image 22 in which the subject T is captured.
  • the control unit 7 is configured to determine the rotation angle for switching the shooting conditions based on the feature amount. Specifically, the control unit 7 is configured to determine the rotation angle for switching the shooting condition by comparing the feature amount with the threshold value. More specifically, as shown in FIG. 7, the control unit 7 controls the imaging of the subject T at a plurality of rotation angles according to the first imaging condition, and after the imaging is performed, the X-rays are acquired more than the first imaging condition. Is switched to the second shooting condition in which the effective energy is relatively large, and control is performed to shoot the subject T again in each of the rotation angle ranges (second rotation angle range SR) in which the feature amount is smaller than the first threshold ThrA. Is configured.
  • the first threshold ThrA may be set to any value as long as it is within a range in which the dark field image 22 can be imaged.
  • the first threshold ThrA is set to, for example, a value that is 10% of the pixel value when the subject T is photographed without being placed.
  • the control unit 7 shoots while rotating the subject T 360 degrees according to the first shooting condition.
  • the graph G4 is a graph in which the horizontal axis represents the rotation angle of the subject T and the vertical axis represents the feature amount. As shown in the graph G4, when the rotation angle of the subject T is near 90 degrees and around 270 degrees, the feature amount becomes smaller than the first threshold ThrA. Therefore, the control unit 7 controls to switch the shooting condition between the second shooting condition after the shooting of the subject T under the first shooting condition is completed, and at the rotation angle at which the feature amount is smaller than the first threshold value ThrA. , The subject T is photographed again.
  • the feature amount is less than or equal to the first threshold ThrA in the range of 80 degrees or more and 100 degrees or less and the range of 260 degrees or more and 270 degrees or less. Therefore, the control unit 7 sets the range of 80 degrees or more and 100 degrees or less and the range of 260 degrees or more and 270 degrees or less as the second rotation angle range SR. As shown in a graph G5 shown in FIG. 7B, the control unit 7 switches to the second shooting condition and shoots the subject T in the second rotation angle range SR. In the example shown in the graph G5 of FIG. 7B, the feature amount is a value larger than the first threshold value ThrA in the entire second rotation angle range SR.
  • the feature amount is larger than the first threshold value ThrA in the entire range of the second rotation angle range SR. It doesn't have to be. That is, in the second rotation angle range SR, it is sufficient that the minimum value of the feature amount at the time of shooting under the second shooting condition is larger than the minimum value of the feature amount at the time of shooting under the first shooting condition.
  • the image processing unit 6 obtains, for example, the sensitivity of the pixel value of the dark field image 22 under the first shooting condition and the sensitivity of the pixel value of the dark field image 22 under the second shooting condition in advance, and the sensitivity becomes equal. It may be configured to correct. Further, the image processing unit 6 may be configured to perform correction by aligning the pixel values of the dark field image 22 at each rotation angle.
  • the control unit 7 suppresses deterioration of the image quality of the dark-field image 22 due to noise (quantum noise) depending on the number of X-ray photons and noise from the detector 5. In order to do so, a correction process is performed. Specifically, when the subject T is imaged under the second imaging condition, the control unit 7 makes the current applied to the X-ray source 1 larger than that in the first imaging condition, and increases the accumulation time in the detector 5. And increasing the number of steps for translationally moving the first grating 2 by the grating moving mechanism 9 to control at least one of increasing the X-ray dose reaching the detector 5. Is configured to do.
  • control unit 7 increases the current applied to the X-ray source 1, increases the accumulation time in the detector 5, and the number of steps when translating the first grating 2 by the grating moving mechanism 9.
  • the control may be performed by combining some controls or by increasing all the controls.
  • FIG. 8 a process in which the X-ray phase contrast imaging system 100 according to the first embodiment generates the three-dimensional dark field image 32 will be described. Note that the processing illustrated in FIG. 8 is triggered by the fact that the control unit 7 has acquired a signal to start shooting input by a user operation.
  • step S1 the control unit 7 sets the shooting condition to the first shooting condition. If the shooting condition is already set to the first shooting condition, the process of step S1 can be omitted.
  • step S2 the control unit 7 controls the rotation mechanism 8 to take an image while rotating the subject T by 360 degrees. That is, the control unit 7 performs the photographing with the rotation range of 360 degrees as the first rotation angle range FR. Thereafter, the process proceeds to step S3.
  • step S3 the image processing unit 6 acquires a feature amount from the dark field image 22 in each rotation.
  • the control unit 7 compares the feature amount of the dark field image 22 at each rotation angle with the first threshold ThrA.
  • the control unit 7 stores the rotation angle at which the feature amount is equal to or less than the first threshold value ThrA in a storage unit (not shown) or the like. If there is a rotation angle at which the feature amount is less than or equal to the first threshold ThrA, the process proceeds to step S4. If there is no rotation angle at which the feature amount is equal to or less than the first threshold ThrA, the process proceeds to step S6.
  • step S4 the control unit 7 switches the shooting condition to the second shooting condition.
  • step S5 the control unit 7 rotates the subject T at the rotation angles stored in the storage unit or the like, and shoots at each rotation angle. That is, in step S2, the control unit 7 sets, as the second rotation angle range SR, an angle range in which the feature amount is equal to or less than the first threshold ThrA among the rotation angles photographed as the first rotation angle range FR, and the second photography. Take the picture again depending on the conditions.
  • the control unit 7 also performs control to increase the X-ray dose reaching the detector 5 described above.
  • step S6 the image processing unit 6 generates the dark field image 22 at each rotation angle. Further, the image processing unit 6 performs a correction for smoothly connecting the pixel values of the dark field image 22 described above.
  • step S7 the image processing unit 6 reconstructs the dark field image 22 at each rotation angle to generate the three-dimensional dark field image 32, and ends the process.
  • the image processing unit 6 generates the three-dimensional dark field image 32, the dark field image obtained by re-imaging under the second imaging condition at the rotation angle included in the second rotation angle range SR. 22 is used.
  • step S6 the image processing unit 6 reconstructs the plurality of absorption images 20 and the plurality of phase differential images 21 captured at each rotation angle, respectively, to thereby obtain the three-dimensional absorption image 30 and the three-dimensional phase image 31.
  • the image processing unit 6 captures the image again at the rotation angle included in the second rotation angle range SR under the second capturing condition, similarly to the generation of the three-dimensional dark field image 32.
  • the phase differential image 21 obtained by doing is used.
  • the X-ray phase contrast imaging system 100 includes the X-ray source 1, the detector 5 that detects the X-rays emitted from the X-ray source 1, and the X-ray source 1. It is composed of a plurality of gratings (first grating 2, second grating 3 and third grating 4) arranged between the detector 5 and the object T, the X-ray source 1, the detector 5 and a plurality of gratings. Based on the intensity distribution of the X-ray detected by the detector 5 at each of the rotation mechanism 8 that relatively rotates the imaging system 11 that rotates and the plurality of rotation angles when rotated by the rotation mechanism 8.
  • the photographing conditions so as to suppress deterioration of the visibility V of X-rays and perform photographing.
  • the visibility V from decreasing to near zero, and the CT image (three-dimensional dark field) of the reconstructed subject T is caused by the increase in the degree of X-ray scattering. It is possible to suppress deterioration of the image quality of the image 32).
  • the control unit 7 performs shooting under the first shooting condition in the first rotation angle range FR of the plurality of rotation angles, and the shooting speed is lower than that in the first rotation angle range FR.
  • control is performed to switch to the second imaging condition in which the effective X-ray energy is relatively larger than the first imaging condition.
  • the imaging is performed under the second imaging condition in which the effective energy of X-rays is relatively larger than in the first imaging condition. This makes it difficult to scatter X-rays.
  • the control unit 7 sets the rotation angle for switching the imaging conditions to the pixel value of the dark field image 22 caused by the scattering of the X-rays generated at each of the plurality of rotation angles. Is configured to be acquired at the rotation angle determined based on.
  • the subject T has a structure in which the degree of X-ray scattering increases in a predetermined angle range, it is possible to prevent the visibility V from decreasing in the predetermined angle range.
  • the dark-field image 22 in the angle range can be accurately generated.
  • the image processing unit 6 is configured to acquire the feature amount based on the pixel value of the dark field image 22, and the control unit 7 is based on the feature amount.
  • the rotation angle for switching the shooting condition is determined. Accordingly, the X-ray scattering degree for each detection pixel of the detector 5 at each of the plurality of rotation angles, or the pixel value for each pixel of the dark-field image 22 at each of the plurality of rotation angles is compared to obtain the imaging condition.
  • the rotation angle for switching the imaging conditions is determined by determining the rotation angle for switching the imaging conditions according to the feature amount acquired based on the X-ray scattering degree or the pixel value in a plurality of pixels, as compared with the configuration for performing the determination for switching the imaging conditions. It is possible to reduce the amount of information used when determining As a result, it is possible to reduce the calculation load when making the determination of switching the shooting conditions.
  • control unit 7 is configured to determine the rotation angle for switching the shooting condition by comparing the feature amount with the threshold value. Accordingly, by comparing the feature amount at each rotation angle with the threshold value, the degree of decrease in the visibility V of the X-ray at each rotation angle can be easily grasped. As a result, it is possible to easily determine the rotation angle for switching the shooting conditions.
  • the control unit 7 controls the imaging of the subject T at a plurality of rotation angles according to the first imaging condition, and after the imaging, the X-rays are taken more than the first imaging condition. Is switched to the second shooting condition in which the effective energy is relatively large, and the control is performed again to shoot the subject T in each of the rotation angle ranges in which the feature amount is smaller than the first threshold ThrA.
  • the shooting under the first condition and the shooting under the second shooting condition can be performed twice.
  • the photographing is performed in real time while switching the first photographing condition and the second photographing condition based on the magnitude of the degree of X-ray scattering. Comparing with the configuration described above, it is possible to suppress the control from becoming complicated.
  • the control unit 7 increases the voltage applied to the X-ray source 1 compared to the first imaging condition, so that the X-rays emitted toward the detector 5 are controlled. It is configured to control to switch to the second imaging condition by relatively increasing the effective energy.
  • the effective energy of the X-rays emitted can be increased without replacing the X-ray source 1.
  • the control unit 7 makes the current applied to the X-ray source 1 larger than that in the first imaging condition when imaging the subject T under the second imaging condition.
  • the detector 5 is reached by performing at least one of increasing the accumulation time in the detector 5 and increasing the number of steps for translationally moving the first grating 2 by the grating moving mechanism 9.
  • the X-ray dose is controlled to increase.
  • the S / N ratio signal-to-noise ratio
  • the image processing unit 6 sets the pixel values of the dark-field image 22 that are discontinuous due to switching of shooting conditions when shooting the subject T at a plurality of rotation angles. It is configured to perform a smooth connection correction. As a result, it is possible to suppress the occurrence of artifacts (noise) or the like due to the discontinuity of the pixel values of the dark field image 22 caused by the switching of the shooting conditions. As a result, for example, when the CT image (three-dimensional dark field image 32) is acquired by reconstructing the dark field image 22 at each rotation angle, the CT image (3 It is possible to suppress deterioration of the image quality of the three-dimensional dark field image 32).
  • an X-ray phase contrast imaging system 200 (see FIG. 1) according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 9 and 10.
  • the control unit 70 shoots while rotating the subject T.
  • the feature amount and the threshold value are compared with each other, and control is performed to perform shooting while switching between the first shooting condition and the second shooting condition.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the X-ray phase contrast imaging system 200 has the same configuration as the X-ray phase contrast imaging system 100 according to the first embodiment except that a control unit 70 is provided.
  • the control unit 70 performs the second imaging condition in which the effective energy of the X-ray is relatively larger than the first imaging condition when the feature amount becomes smaller than the first threshold ThrA while performing the imaging under the first imaging condition.
  • Control for switching to the first shooting condition and shooting when the feature amount becomes larger than the second threshold ThrB that is larger than the first threshold ThrA while shooting under the second shooting condition Is configured to do.
  • the second threshold ThrB may be set to any value as long as it is within the range in which the dark field image 22 can be imaged and is larger than the first threshold ThrA.
  • the second threshold ThrB is set to, for example, 20% of the pixel value when the subject T is photographed without being placed.
  • the control unit 70 captures the first rotation angle range FR under the first capturing condition while the feature amount of the dark field image 22 (see FIG. 2) is the first threshold ThrA.
  • the shooting condition is switched to the second shooting condition without changing the rotation angle.
  • the subject T is photographed again under the second photographing condition.
  • the subject T is photographed in the second rotation angle range SR under the second photographing condition.
  • the control unit 70 determines whether or not the feature amount exceeds the second threshold value ThrB each time the image capturing is performed at each rotation angle.
  • the control unit 70 switches the shooting condition to the first shooting condition and shoots again. That is, the control unit 70 is configured to perform control while performing shooting while switching between the first shooting condition and the second shooting condition in the first rotation angle range FR and the second rotation angle range SR.
  • the imaging conditions are switched by changing the voltage applied to the X-ray source 1, it is preferable to provide a predetermined time interval until the X-ray source 1 stabilizes.
  • the graph G7 of the feature amount is discontinuous. Therefore, like the control unit 7 in the first embodiment, the image processing unit 6 changes the pixel values of the dark field image 22 discontinuous due to the switching of the shooting conditions, as shown in the graph G8 in FIG. 9B. Perform a correction to smoothly connect the.
  • FIG. 10 a process in which the X-ray phase contrast imaging system 200 according to the second embodiment generates the three-dimensional dark field image 32 will be described. Note that the processing shown in FIG. 10 is also started by the acquisition of a signal to start shooting input by the user's operation by the control unit 70, as in the first embodiment. Further, detailed description of steps that perform the same processing as the processing in the first embodiment will be omitted.
  • step S1 the control unit 7 sets the shooting condition to the first shooting condition.
  • the process of step S1 can be omitted.
  • step S8 the subject T is photographed. Then, a process progresses to step S9.
  • step S9 the control unit 70 determines whether or not it is necessary to switch the shooting conditions based on the feature amount of the dark field image 22. Specifically, when shooting under the first shooting condition, the control unit 70 compares the feature amount with the first threshold ThrA to determine whether the shooting condition needs to be switched. Further, the control unit 70 determines whether or not the switching of the shooting conditions is necessary by comparing the feature amount with the second threshold value ThrB while shooting under the second shooting conditions. If it is necessary to switch the shooting conditions, the process proceeds to step S10. If it is not necessary to switch the shooting conditions, the process proceeds to step S12.
  • step S10 the control unit 70 switches shooting conditions. Specifically, the control unit 70 controls to switch to the second shooting condition when shooting is performed under the first shooting condition. In addition, the control unit 70 controls to switch to the first shooting condition when shooting is performed under the second shooting condition.
  • step S11 the control unit 7 photographs the subject T without changing the rotation angle. Although the subject T is photographed without changing the rotation angle in step S11, the subject T may be photographed after rotating the subject T by a predetermined angle. In this case, the process of step S11 can be omitted. Then, a process progresses to step S12.
  • step S12 the control unit 70 determines whether or not the subject T is photographed by rotating 360 degrees.
  • the process proceeds to steps S6 and S7, and the image processing unit 6 generates the three-dimensional dark field image 32 and ends the process. If the subject T has not been photographed by rotating 360 degrees, the process proceeds to step S13.
  • step S13 the control unit 70 controls the rotation mechanism 8 to rotate the subject T by a predetermined rotation angle. Thereafter, the processing proceeds to step S8.
  • step S6 when the subject T is photographed under the second photographing condition, the control unit 70 may perform control to increase the X-ray dose reaching the detector 5. Good. Further, when the dark field image 22 is generated in step S7, the image processing unit 6 may perform correction for smoothly connecting the pixel values of the dark field image 22.
  • the control unit 70 when the feature amount becomes smaller than the first threshold value ThrA while performing the imaging under the first imaging condition, the control unit 70 emits X-rays more than the first imaging condition.
  • the characteristic amount becomes larger than the second threshold value ThrB which is larger than the first threshold value ThrA while performing the photographing under the second shooting condition while switching to the second shooting condition where the effective energy is relatively large.
  • control unit 7 (70) determines the rotation angle for switching the shooting conditions based on the pixel value of the dark field image 22 . It is not limited to this.
  • the control unit 7 (70) acquires the rotation angle for switching the imaging conditions at the rotation angle determined based on the preset value set based on the shape of the subject T contributing to the degree of X-ray scattering. May be configured. For example, when the subject T has a plate shape, as shown in FIG. 6, a path of X-rays that penetrates the subject T in a predetermined angle range from 90 degrees and 180 degrees of the rotation angle of the subject T. You can see that the length becomes longer.
  • the user sets a predetermined angle range from 90 degrees and 180 degrees as the second rotation angle range SR.
  • the angle range of 80 degrees to 100 degrees and the angle range of 260 degrees to 280 degrees are set as the second rotation angle range SR.
  • the user also sets the other rotation angle range as the first rotation angle range FR.
  • the control unit 7 (70) may be configured to perform control for switching the shooting conditions according to the rotation angle range set by the user.
  • control unit 7 (70) determines the rotation angle for switching the photographing conditions based on the pixel value of the dark field image 22 in the first and second embodiments
  • the present invention is not limited to this. It is not limited to this.
  • the control unit 7 (70) is configured to acquire the rotation angle for switching the imaging condition at the rotation angle determined based on the degree of X-ray scattering detected by the detector 5 at each of the plurality of rotation angles. It may have been done. According to this structure, even when the rotation angle at which the degree of scattering of X-rays becomes large cannot be grasped in advance from the shape of the subject T, once the subject T is photographed, based on the measured value of the degree of scattering of X-rays.
  • control unit 7 (70) determines the rotation angle for switching the photographing conditions based on the pixel value of the dark field image 22 in the first and second embodiments
  • the present invention is not limited to this. It is not limited to this.
  • the rotation angle for switching the shooting condition may be determined by the user designating a range in which the pixel value of the dark field image 22 is low.
  • the image processing unit 6 acquires the feature amount based on the pixel value of the dark field image 22 is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the image processing unit 6 may be configured to acquire the feature amount based on the degree of X-ray scattering. Any value may be used as the feature amount as long as the magnitude of the amplitude A of the step curve SC can be grasped.
  • the image processing unit 6 may acquire the sum of all pixel values of the dark field image 22 or the sum of logarithmic values of all pixel values of the dark field image 22 as the feature amount.
  • the control unit 7 (70) shows an example of a configuration in which the voltage applied to the X-ray source 1 is increased to switch to the second imaging condition. Is not limited to this.
  • the control unit 7 (70) may be configured to switch to the second imaging condition by replacing the X-ray filter 10 provided in the X-ray source 1.
  • the control unit 7 (70) controls the X-ray wavelength that can be transmitted by the X-ray filter 10 to a lower wavelength side. By exchanging with a filter, the effective energy of X-rays can be increased.
  • control unit 7 (70) shows an example of the configuration for performing the control for reducing the noise of the dark field image 22, but the present invention is not limited to this.
  • the control unit 7 (70) does not have to perform the control for reducing the noise of the dark field image 22.
  • the noise generated in the dark field image 22 increases, the image quality of the three-dimensional dark field image 32 deteriorates. Therefore, it is preferable to perform the control for reducing the noise of the dark field image 22.
  • the image processing unit 6 shows an example of the configuration for performing correction for smoothly connecting the pixel values of the dark field image 22, but the present invention is not limited to this.
  • the image processing unit 6 may be configured to perform correction for smoothly connecting the X-ray scattering degree.
  • CT imaging may be performed by rotating the imaging system 11.
  • the third lattice 4 is provided, but the present invention is not limited to this.
  • the X-ray source 1 that emits X-rays having high coherence is used, the third grating 4 may not be provided.
  • the dark field image 22 is generated by the fringe scanning method
  • the present invention is not limited to this.
  • a method of rotating any of the first grating 2, the second grating 3, or the third grating 4 in a plane orthogonal to the X-ray optical axis XR direction (Z direction) (so-called moire 1
  • the dark-field image 22 may be generated by a single-shot method.
  • the first grating 2 is a phase grating
  • the present invention is not limited to this.
  • the first grating 2 may be an absorption grating.
  • first grating 2 is step-moved in the lattice plane
  • present invention is not limited to this. Any of the plurality of grids may be moved in steps.
  • the present invention is not limited to this. Any subject T may be used as long as it is a subject T whose path length through which X-rays pass changes depending on the rotation angle of the subject T.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • control unit 7 (70) shows an example of a configuration for performing control for switching between the first shooting condition and the second shooting condition, but the present invention is not limited to this. Absent.
  • control unit 7 (70) may be configured to control switching of three or more shooting conditions.
  • control unit 7 (70) has been described as an example of a configuration in which the shooting condition is controlled to suppress the deterioration of the image quality of the dark field image 22.
  • the present invention is not limited to this.
  • the control unit 7 (70) may be configured to perform control to switch the shooting conditions in order to suppress deterioration of the image quality of the phase differential image 21.
  • the image processing unit 6 determines the average of the pixel values of the phase differential image 21 and the minimum of the pixel values of the phase differential image 21.
  • a value, or a phase shift between the step curve SC when the subject T is photographed without arranging and the step curve SC when the subject T is photographed, may be acquired as a feature amount. .. Further, the control unit 7 (70) may be configured to perform control for switching the shooting conditions based on the feature amount of the phase differential image 21 acquired by the image processing unit 6.
  • control unit 7 (70) is described using the “flow driven type” flowchart for convenience of description, but the present invention is not limited to this.
  • the process of the control unit 7 (70) may be performed by an “event-driven type” in which the process is performed in event units.
  • the event driving may be performed completely, or the event driving and the flow driving may be combined.

Landscapes

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Abstract

このＸ線位相差撮影システム（１００）は、Ｘ線源（１）と、検出器（５）と、複数の格子と、被写体（Ｔ）と撮像系（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、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。

Description

Ｘ線位相差撮影システム
　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。
　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。
　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。
M Bech, et al., Quantitative x-ray dark-field computed tomography, PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY, 55(2010), P.5529- 5539
　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。
　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。
　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る。
　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。
　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。
　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、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の形状に基づいて予め設定された設定値、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線の散乱度合い、または、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の画素値のいずれか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。このように構成すれば、板状形状を有する被写体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。また、被写体の形状からでは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、一度被写体を撮影することによって、Ｘ線の散乱度合いまたは暗視野像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。
　この場合、好ましくは、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
　以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
　［第１実施形態］
　図１～図７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の構成について説明する。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（第１実施形態の効果）
　第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　第１実施形態では、上記のように、Ｘ線位相差撮影システム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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
　（第２実施形態の効果）
　第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　第２実施形態では、上記のように、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。
　なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
　（変形例）
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
　たとえば、上記第１および第２実施形態では、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

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る、Ｘ線位相差撮影システム。
  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、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。
  3. 　前記制御部は、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の形状に基づいて予め設定された設定値、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線の散乱度合い、または、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前記暗視野像の画素値のいずれか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、請求項１に記載のＸ線位相差撮影システム。
  4. 　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、請求項３に記載のＸ線位相差撮影システム。
  5. 　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４に記載のＸ線位相差撮影システム。
  6. 　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５に記載のＸ線位相差撮影システム。
  7. 　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５に記載のＸ線位相差撮影システム。
  8. 　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。
  9. 　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８に記載のＸ線位相差撮影システム。
  10. 　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。
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