JP2006034800A - Ｘ線源焦点サイズの測定装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のＸ線源焦点サイズの測定方法であるピンホール法による測定では、Ｘ線のエネルギー強度が高いＸ線ＣＴ装置のＸ線焦点サイズを求める場合、遮蔽体のピンホールのエッジ部分をＸ線が透過してしまい、そのエッジ部分の画像がぼやけて正確な焦点サイズを測定することが困難であった。
【解決手段】 Ｘ線源焦点サイズの測定装置は、測定対象であるＸ線源１と、Ｘ線源１に対向配置されるイメージングプレート２と、Ｘ線源１とイメージングプレート２との間に配置されるＸ線の遮蔽体３と、遮蔽体３を、Ｘ線源１とイメージングプレート２とを結ぶ線に対して直交する方向へ移動させる移動手段であるテーブル４とを備え、遮蔽体３は、Ｘ線源１から照射されるＸ線を完全に遮蔽するだけの厚みＤを備えており、該遮蔽体３には、Ｘ線源１とイメージングプレート２とを結ぶ線に並行な方向に貫通するピンホール３ａが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線源の焦点サイズを定量化する技術に関する。

従来から、Ｘ線を検査対象に照射して検査対象の画像を得るＸ線ＣＴ装置が、医療検査や非破壊検査等に用いられている。Ｘ線ＣＴ装置としては、例えば、特許文献１に示されるものがある。また、非破壊検査用のＸ線ＣＴ装置は、例えば、鋳物製品であるエンジン等といった自動車部品の内部検査用として用いられている。
このＸ線ＣＴ装置においては、Ｘ線源の焦点サイズが画像分解能に影響を与え、画像分解能を高めるためには焦点サイズを小径化することが有効であることが分かっている。
従って、Ｘ線ＣＴ装置の画像分解能を高精度化するためには、まずＸ線源の焦点サイズを正確に把握することが重要である。

Ｘ線源の焦点サイズを測定する方法としては、例えばピンホール法が知られている。
ピンホール法では、図１１に示すように、Ｘ線源１０１と、Ｘ線源１０１に対向して配置されたフィルム１０２との間にピンホール１０３ａが形成された遮蔽体１０３を介在させた状態で、Ｘ線源１０１からフィルム１０２側へＸ線を照射する。すると、照射されたＸ線はピンホール１０３ａを通じてフィルム１０２まで到達し、該フィルム１０２上に画像が得られる。この得られた画像のサイズを測定することで、焦点サイズを把握することができる。
具体的には、焦点サイズをＤ１、フィルム１０２上に得られた画像サイズをＤ２、Ｘ線源１０１から遮蔽体１０３のピンホール１０３ａまでの距離をＬ１、遮蔽体１０３のピンホール１０３ａからフィルム１０２までの距離をＬ２、ピンホール１０３ａの直径をｄとすると、Ｄ１＝（Ｄ２×Ｌ１／Ｌ２）−（ｄ×（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ２）により、焦点サイズＤ１を求めることが可能である。

また、Ｘ線焦点サイズを把握する方法として、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）という指標を用いるものがある。ＭＴＦは、ある空間周波数特性における白黒２色のコントラスト比を主に示しており、このＭＴＦを用いてＸ線ＣＴ装置により得られた白黒画像の評価を行うものである。
図１２に示すように、ＭＴＦは、空間周波数を大きく（評価する白黒画像の評価範囲を狭く）するにつれて、画像のＭＴＦ値（コントラスト比）は小さくなっていき、最終的には０に収束する。また、ＭＴＦ値がある値よりも小さくなるとノイズに埋もれてしまうが、このＭＴＦがノイズに埋もれてしまう空間周波数がＸ線ＣＴ装置の限界性能であるといえる（図１２では、ＭＴＦ値がＲ１以下となる領域がノイズに埋もれる領域であり、ＭＴＦ値がＲ１のときの空間周波数Ｆ１が限界値となっている）。
そして、図１２に示す曲線の減少の傾きが大きく、限界値である空間周波数Ｆ１の値が高いほどＸ線ＣＴ装置の画像分解能が高いと評価することができる。
Ｘ線焦点サイズの評価としては、限界空間周波数Ｆ１とＸ線焦点サイズとの関係を予め実験により求めておき、得られた限界空間周波数Ｆ１から当該Ｘ線ＣＴ装置のＸ線焦点サイズを推測するものである。
特開２００３−３１０５９７号公報

前述のピンホール法にて、Ｘ線のエネルギー強度が高いＸ線ＣＴ装置のＸ線焦点サイズを求める場合、Ｘ線の透過力が大きくなるため、遮蔽体１０３のピンホール１０３ａのエッジ部分をＸ線が透過してしまい、そのエッジ部分の画像がぼやけて正確な焦点サイズを測定することが困難であった。
さらに、前記距離Ｌ１・Ｌ２の設定や、Ｘ線源１０１、フィルム１０２、および遮蔽体１０３の相対位置は厳密に設定する必要があるが、これらの調節等は手作業で行われており、さらには得られた画像の寸法測定も人の目による判断に基づいていたので、焦点サイズを正確に測定することが困難であった。

また、ＭＴＦを用いた場合も、実験により求めた限界空間周波数Ｆ１とＸ線焦点サイズとの関係によりＸ線焦点サイズを推測するものであったので、正確な焦点サイズを求めることができない。
とくに、ＭＴＦによる評価は、Ｘ線源自体の焦点サイズを直接求めるものではなく、Ｘ線ＣＴ装置全体の評価を行うこととなるので、正確な焦点サイズを把握することは困難である。

そこで、本発明では、Ｘ線源自体の焦点サイズを定量化して正確に把握することができるＸ線源焦点サイズの測定装置および方法を提供するものである。

上記課題を解決するＸ線源焦点サイズの測定装置および方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、測定対象であるＸ線源と、Ｘ線源に対向配置されるイメージングプレートと、Ｘ線源とイメージングプレートとの間に配置されるＸ線の遮蔽体と、遮蔽体を、Ｘ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に対して直交する方向へ移動させる移動手段とを備え、遮蔽体は、Ｘ線源から照射されるＸ線を完全に遮蔽するだけの厚みを備えており、該遮蔽体には、Ｘ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に並行な方向に貫通するピンホールが形成される。
これにより、Ｘ線源の焦点サイズを迅速かつ容易に求めて、正確に定量化することが可能となる。特に、Ｘ線源から照射されるＸ線のエネルギー強度が高くても正確なエネルギー強度のプロファイルを得ることができ、高精度に焦点サイズを求めることが可能となる。

また、請求項２記載の如く、前記Ｘ線源焦点サイズの測定装置においては、Ｘ線源からイメージングプレート側へ向けてＸ線を照射している状態で、遮蔽体がＸ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に対して直交する方向へ２次元的に移動する。
これにより、Ｘ線源、イメージングプレート、および遮蔽体の相対位置をそれほど厳密に設定しなくても、精密な画像を得ることが可能となり、焦点サイズを正確に把握することができる。

また、請求項３記載の如く、Ｘ線源とＸ線源に対向配置されるイメージングプレートとの間に、Ｘ線源から照射されるＸ線を完全に遮蔽するだけの厚みを備えるとともに、Ｘ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に並行な方向に貫通するピンホールが形成された遮蔽体を配置して、Ｘ線源からイメージングプレート側へ向けてＸ線を照射している状態で、遮蔽体をＸ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に対して直交する方向へ２次元的に移動させて、イメージングプレートを感光させる。
これにより、Ｘ線源の焦点サイズを迅速かつ容易に求めて、正確に定量化することが可能となる。特に、Ｘ線源から照射されるＸ線のエネルギー強度が高くても正確なエネルギー強度のプロファイルを得ることができ、高精度に焦点サイズを求めることが可能となる。

本発明によれば、Ｘ線源の焦点サイズを迅速かつ容易に求めて、正確に定量化することが可能となる。特に、Ｘ線源から照射されるＸ線のエネルギー強度が高くても正確なエネルギー強度のプロファイルを得ることができ、高精度に焦点サイズを求めることが可能となる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１、図２に示すように、本発明にかかるＸ線源焦点サイズの測定装置は、焦点サイズの測定対象であるＸ線源１と、Ｘ線源１に対向配置されるイメージングプレート２と、Ｘ線源１とイメージングプレート２との間に配置されるＸ線の遮蔽体３と、載置した遮蔽体３を、Ｘ線源１とイメージングプレート２とを結ぶ線に対して直交する方向へ移動させる移動手段としてのテーブル４とを備えている。
本例では、テーブル４は、遮蔽体３を左右方向および上下方向へ移動可能に構成されている。

イメージングプレート（ＩＰ）２は、輝尽発光現象を示す蛍光体を板状部材に塗布して構成される放射線画像センサの一種であり、放射線に対して高感度かつ広いダイナミックレンジを示すものである。そして、高空間分解能かつ大面積の二次元分布計測が可能である。

遮蔽体３には、Ｘ線源１とイメージングプレート２とを結ぶ線に並行な方向に貫通するピンホール３ａが形成されている（図２では、ピンホール３ａは遮蔽体３を左右方向に貫通している）。
また、遮蔽体３の厚み寸法Ｄは、Ｘ線源１から照射されるＸ線を完全に遮蔽するだけの厚みに形成されており、Ｘ線源１から照射されたＸ線はピンホール３ａ以外の部分からイメージングプレート２に到達することはない。
逆に、ピンホール３ａを通過したＸ線はイメージングプレート２に到達し、Ｘ線が到達した部分のイメージングプレート２には画像が形成される。
イメージングプレート２に形成される画像は白黒画像であり、到達したＸ線の強度が大きい箇所では濃度の濃い画像が、強度が小さい箇所では濃度の薄い画像が形成される。

前記テーブル４は、図示せぬ駆動機構により水平方向および垂直方向へ移動可能に構成されており、上述のように構成されるＸ線源焦点サイズの測定装置においては、Ｘ線源１からＸ線が照射された状態で、テーブル４が所定寸法だけ水平方向へ移動した後に、所定寸法だけ垂直方向へ移動する動作を繰り返す。
例えば、テーブル４が、イメージングプレート２の右方に位置する箇所から所定寸法だけ左方へ水平移動した後に所定寸法だけ上昇し、さらに所定寸法だけ右方へ移動した後に所定寸法だけ上昇するといった動作を繰り返し行う。

テーブル４がこのような動作を行うことで、テーブル４上に載置された遮蔽体３のピンホール３ａは、図３に示すような軌跡をたどることとなる。
つまり、遮蔽体３のピンホール３ａが、イメージングプレート２上を２次元的に走査することとなる。
この場合、テーブル４は、等ピッチで断続的に移動、または等速で連続的に移動を行う。

なお、本例では、テーブル４により遮蔽体３が水平方向および垂直方向へ移動するように構成しているが、遮蔽体３とＸ線源１およびイメージングプレート２とは相対的に移動すればよいので、遮蔽体３の位置を固定しつつ、Ｘ線源１およびイメージングプレート２を水平方向および垂直方向へ移動するように構成したり、遮蔽体３を水平方向または垂直方向のいずれか一方に移動可能とし、Ｘ線源１およびイメージングプレート２を水平方向または垂直方向のいずれか他方に移動可能に構成したりしてもよい。

ここで、Ｘ線源１から照射されるＸ線は、Ｘ線源１から放射状に拡散するため、図４に示すように、ピンホール３ａがＸ線源１の照射中心Ｏの近傍に位置しているときには、イメージングプレート２に到達するＸ線のエネルギー強度Ｅ１は高く、図５に示すように、ピンホール３ａがＸ線源１の照射中心Ｏから離れて位置しているときには、イメージングプレート２に到達するＸ線のエネルギー強度Ｅ２は低くなる。
なお、図４、図５は水平方向の位置によるＸ線のエネルギー強度を示しているが、垂直方向のエネルギー強度も同様である。

従って、Ｘ線源１からＸ線が照射された状態で、ピンホール３ａが図３に示すように２次元的に移動した場合、イメージングプレート２上には図６に示すような同心円状の画像が得られる。
図６における画像は、円の中心部の濃度が濃く、外周側へいくに従って濃度が薄くなっていく画像となっている。濃度の濃さはＸ線のエネルギー強度を示しており、濃度が濃い箇所はＸ線のエネルギー強度が高く、濃度が薄い箇所はエネルギー強度が低いことを示している。

このように、Ｘ線源１からＸ線を照射しながら遮蔽体３を移動させた結果得られた画像のなかで、最も濃度が濃い箇所（つまりＸ線強度が最も大きい箇所）を通る線Ｌ上でのエネルギー強度プロファイルを測定する。線Ｌは、例えば、水平方向へ延びる直線となっている。
得られたＸ線のエネルギー強度プロファイルは図７に示す如くとなっており、水平方向位置が、最も高いエネルギー強度値Ｆを示す位置から左右に離れていくに従って、エネルギー強度値は減少している。

次に、図７に示すプロファイルにおいて、エネルギー強度値Ｆの半分の値であるエネルギー強度値Ｆ／２となる部分のプロファイル幅Ｗ（半値幅）を測定し、このプロファイル幅Ｗの寸法をＸ線源１の焦点サイズとする。

このようにしてＸ線源１の焦点サイズを得ることができるが、イメージングプレート２に形成される画像はデジタルデータとして捉えることが可能であるため、このデジタルデータを解析して前述のエネルギー強度プロファイルおよびＸ線源１の焦点サイズを演算装置により算出することができ、焦点サイズを迅速かつ容易に求めて、正確に定量化することが可能となっている。

また、本測定装置では、大きなダイナミックレンジを有するイメージングプレート２に画像を形成しているので、エネルギー強度が高くても正確なエネルギー強度のプロファイルを得ることができる。
つまり、エネルギー強度が高い場合に、従来のピンホール方で用いられるダイナミックレンジがさほど大きくないＸ線フィルムを用いると、図８に示すように、最も高いエネルギー強度値がＦであった場合でも、それよりも低いエネルギー強度値Ｆａまでのプロファイルしか得ることができず、正確なプロファイルを得ることができなが、ダイナミックレンジが大きなイメージングプレート２を用いると、最も高いエネルギー強度値Ｆを得ることが可能となる。

また、イメージングプレート２に形成される２次元画像は、対向配置されたＸ線源１とイメージングプレート２との間の遮蔽体３を２次元的に移動させることで得ることができるので、Ｘ線源１、イメージングプレート２、および遮蔽体３の相対位置をそれほど厳密に設定しなくても、精密な画像を得ることが可能となっており、焦点サイズを正確に把握することができる。

また、図９（ａ）に示すように、遮蔽体３の厚み寸法Ｄは、Ｘ線源１から照射されるＸ線を完全に遮蔽するだけの寸法となっており、該厚み寸法Ｄは、ピンホール３ａの直径寸法ｄに対して十分に大きく（例えば１００倍程度）、厚み寸法Ｄの大きさに比して直径寸法ｄの大きさが無視できるようになっている。
これに対し、従来のピンホール法に用いられる遮蔽体１０３においては、図９（ｂ）に示すように、遮蔽体１０３の厚み寸法Ｄはピンホール１０３ａの直径寸法ｄに比してさほど大きなものではない。

図９（ｂ）に示すように、遮蔽体１０３の厚み寸法Ｄがピンホール１０３ａの直径寸法ｄに比べて大きくない場合には、Ｘ線のピンホール１０３ａからの出射角θ２は大きく、Ｘ線のエネルギー強度が高い場合には、ピンホール１０３ａのエッジ部分のＸ線は遮蔽体１０３を通り抜けてフィルム１０２に到達してしまう（図９（ｂ）において２点鎖線で示す線）。このエッジ部分を透過するＸ線が、フィルム１０２に形成される画像がぼやける原因となっている。

これに対して、図９（ａ）に示すように、遮蔽体３の厚み寸法Ｄがピンホール３ａの直径寸法ｄに比べて大きい場合はＸ線のピンホール３ａからの出射角θ１が小さく、ピンホール３ａのエッジ部分のＸ線は、通過する遮蔽体３の距離が長いため、Ｘ線のエネルギー強度が高い場合でも、途中で減衰して遮蔽体３を通り抜けることはない。（図９（ａ）において２点鎖線で示す線）。
これにより、イメージングプレート２に形成される画像の周縁部がぼやけることはなく、精密な画像を得ることが可能となっている。

以上のようにして行われるＸ線源１の焦点サイズの測定は、図１０に示すように、X線源１をＸ線ＣＴ装置５０の加速器５１内に装着した状態でも行うことが可能である。
つまり、Ｘ線ＣＴ装置５０のターンテーブル５３上にピンホール３ａが形成された前記遮蔽体３を載置し、Ｘ線ＣＴ装置５０の検出器５２にイメージングプレート２をセットして、加速器５１に装着されたＸ線源１からＸ線を照射することで、焦点サイズの測定を行うことができる。
図１０に示すＸ線ＣＴ装置５０の場合は、例えばターンテーブル５３が水平方向に移動可能に構成され、加速器５１および検出器５２が垂直方向に移動可能に構成されていて、これにより、加速器５１および検出器５２と遮蔽体３とが相対的に２次元方向に移動可能となっている。

本発明にかかるＸ線源焦点サイズの測定装置を示す斜視図である。 Ｘ線源焦点サイズの測定装置を示す平面断面図である。 測定装置の動作時における遮蔽体のピンホールの軌跡を示す図である。 ピンホールがＸ線源の照射中心の近傍に位置しているときの、イメージングプレートに到達するＸ線のエネルギー強度を示す図である。 ピンホールがＸ線源の照射中心から離れて位置しているときの、イメージングプレートに到達するＸ線のエネルギー強度を示す図である。 イメージングプレートに形成される画像を示す斜視図である。 Ｘ線のエネルギー強度プロファイルを示す図である。 照射されるＸ線のエネルギー強度が高いときにＸ線フィルムを用いた場合のＸ線のエネルギー強度プロファイルを示す図である。 ピンホールのエッジ部分におけるＸ線の透過の様子を示す図であって、（ａ）は本発明にかかる遮蔽体の場合の様子を示しており、（ｂ）は従来の遮蔽体の場合の様子を示している。 Ｘ線源をＸ線ＣＴ装置に装着した状態でＸ線源焦点サイズの測定を行う様子を示す概略図である。 従来のＸ線源焦点サイズの測定方法を示す図である。 従来のＸ線源焦点サイズの測定方法の第２の例を示す図である。

符号の説明

１ Ｘ線源
２ イメージングプレート
３遮蔽体
３ａ ピンホール
４ テーブル

Claims (3)

1. 測定対象であるＸ線源と、
   Ｘ線源に対向配置されるイメージングプレートと、
   Ｘ線源とイメージングプレートとの間に配置されるＸ線の遮蔽体と、
   遮蔽体を、Ｘ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に対して直交する方向へ移動させる移動手段とを備え、
   遮蔽体は、Ｘ線源から照射されるＸ線を完全に遮蔽するだけの厚みを備えており、
   該遮蔽体には、Ｘ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に並行な方向に貫通するピンホールが形成されることを特徴とするＸ線源焦点サイズの測定装置。
2. 前記Ｘ線源焦点サイズの測定装置においては、Ｘ線源からイメージングプレート側へ向けてＸ線を照射している状態で、遮蔽体がＸ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に対して直交する方向へ２次元的に移動することを特徴とする請求項１に記載のＸ線源焦点サイズの測定装置。
3. Ｘ線源とＸ線源に対向配置されるイメージングプレートとの間に、Ｘ線源から照射されるＸ線を完全に遮蔽するだけの厚みを備えるとともに、Ｘ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に並行な方向に貫通するピンホールが形成された遮蔽体を配置して、
   Ｘ線源からイメージングプレート側へ向けてＸ線を照射している状態で、遮蔽体をＸ線源とイメージングプレートとを結ぶ線に対して直交する方向へ２次元的に移動させて、イメージングプレートを感光させることを特徴とするＸ線源焦点サイズの測定方法。
   
   

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