JP2011128007A

JP2011128007A - Ｘ線透視装置及びｘ線透視方法

Info

Publication number: JP2011128007A
Application number: JP2009286628A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kuwabara; 一桑原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】従来よりも空間分解能の高い透視画像を生成することを目的とする。
【解決手段】逆コンプトン散乱Ｘ線を透視対象物に走査して照射するＸ線照射手段と、前記透視対象物で発生する後方散乱Ｘ線光子を検出するＸ線検出部と、該Ｘ線検出部のＸ線光子のうち、所定の評価範囲内のエネルギーに属するＸ線光子を抽出する抽出手段と、該抽出手段の抽出結果に基づいて透視対象物の透視画像を作成する透視画像作成手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線透視装置及びＸ線透視方法に関する。

下記特許文献１には、被検査物から離れた位置であっても後方散乱Ｘ線を高いＳ／Ｎ比で検出して透視画像を生成することができる遠隔Ｘ線透視装置及び遠隔Ｘ線透視方法が開示されている。この遠隔Ｘ線透視装置は、広がり角が十分小さい高指向性のパルスＸ線を周期的に発生するＸ線源（逆コンプトン散乱Ｘ線源）と、パルスＸ線を被検査物に走査状に照射するＸ線走査装置と、被検査物で発生する後方散乱Ｘ線を検出する後方散乱Ｘ線検出器と、被検査物で散乱された後方散乱Ｘ線のみを検出するように、パルスＸ線の発生と同期させて後方散乱Ｘ線を検出する検出制御装置とを備える。このような遠隔Ｘ線透視装置は、被検査物から離れた位置（１０メートル程度）で後方散乱Ｘ線を検出する場合であっても、後方散乱Ｘ線を高いＳ／Ｎ比で検出できるので十分な品質の透視画像を得ることができる。

特開２００８−００２９４０号公報

ところで、上記遠隔Ｘ線透視装置は、後方散乱Ｘ線をパルスＸ線の発生と同期させて検出するのみであり、被検査物から１回の散乱で返ってきたＸ線（１回散乱Ｘ線）と多数回散乱の後に返ってきたＸ線（多数回散乱Ｘ線）とを分別していない。上記１回散乱Ｘ線は、１次Ｘ線ビーム軸上にある被検査物の部位の情報を持つのに対し、多数回散乱Ｘ線は、１次Ｘ線ビーム軸から外れた部位の影響を受けている。したがって、上記従来技術では、多数回散乱Ｘ線の影響で被検査物の透視画像の空間分解能が低下するという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも空間分解能の高い透視画像を生成することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、Ｘ線透視装置に係る第１の解決手段として、逆コンプトン散乱Ｘ線を透視対象物に走査して照射するＸ線照射手段と、前記透視対象物で発生する後方散乱Ｘ線光子を検出するＸ線検出部と、該Ｘ線検出部のＸ線光子のうち、所定の評価範囲内のエネルギーに属するＸ線光子を抽出する抽出手段と、該抽出手段の抽出結果に基づいて透視対象物の透視画像を作成する透視画像作成手段とを具備するという手段を採用する。

本発明では、Ｘ線透視装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、Ｘ線検出部は、後方散乱Ｘ線のエネルギーを検出し、抽出手段は、所定の光子エネルギー範囲のＸ線光子のみを抽出結果とするという手段を採用する。

本発明では、Ｘ線透視装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、Ｘ線検出部は、カドミウムテルライドからなる検出素子を用いるという手段を採用する。

本発明では、Ｘ線透視装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記Ｘ線検出部の検出面は、２次元状に形成されるという手段を採用する。

また、本発明では、Ｘ線透視方法に係る解決手段として、逆コンプトン散乱Ｘ線が照射されて透視対象物を走査するＸ線照射工程と、前記透視対象物で発生する後方散乱Ｘ線光子が検出されるＸ線検出工程と、該Ｘ線検出工程のＸ線光子のうち、所定の評価範囲内のエネルギーに属するＸ線光子が抽出される抽出工程と、該抽出工程の抽出結果に基づいて透視対象物の透視画像が作成される透視画像作成工程とを具備するという手段を採用する。

本発明によれば、透視対象物で発生する後方散乱Ｘ線のうち、所定の評価範囲内のエネルギーに属する後方散乱Ｘ線のみを検出するので、逆コンプトン散乱Ｘ線のビーム軸から外れた部位から得られる多数回散乱Ｘ線、つまり上記評価範囲を逸脱するエネルギーの後方散乱Ｘ線を排除し、逆コンプトン散乱Ｘ線のビーム軸から得られる１回散乱Ｘ線のみに基づいて透視画像を生成することが可能となる。したがって、本発明によれば、上記評価範囲による強度制限を行わない従来技術よりも空間分解能の高い透視画像を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るＸ線透視装置Ａの概略構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るＸ線透視装置ＡのＸ線検出部３の概略構成及び透視対象物Ｃで発生する後方散乱Ｘ線を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るＸ線透視装置Ａにおいて、１回散乱Ｘ線Ｘ１ａ,Ｘ１ｂ及び多数回散乱Ｘ線Ｘｎの光子エネルギーを例示したグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
最初に、本実施形態に係るＸ線透視装置Ａの概略構成について、図１を参照して説明する。Ｘ線透視装置Ａは、図１に示すように車両Ｂに搭載されている。このような車両搭載型のＸ線透視装置Ａでは、Ｘ線透視装置Ａを容易に移動させることができるので、透視対象物Ｃの検査の際に、透視対象物Ｃとの距離を最適距離（約１０ｍ）に容易に設定することができる。なお、車両Ｂは、例えばトレーラまたはトラック等である。

このようなＸ線透視装置Ａは、図１に示すように、Ｘ線源１、Ｘ線走査部２、Ｘ線検出部３、カウンタ４及び制御演算部５から構成されている。Ｘ線源１及びＸ線走査部２は、本実施形態におけるＸ線照射手段を構成し、カウンタ４及び制御演算部５は、本実施形態における抽出手段を構成し、また制御演算部５は、本実施形態における透視画像作成手段である。

Ｘ線源１は、制御演算部５の制御の下、加速器で加速した高エネルギーの電子ビームとレーザー光とを衝突（逆コンプトン散乱）させ、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを発生する逆コンプトン散乱Ｘ線源である。Ｘ線源１が発生した逆コンプトン散乱Ｘ線源は、Ｘ線走査部２によって透視対象物Ｃに走査状に照射される。この逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚは、準単色性という特徴、つまり強度スペクトルが極めて急峻であるという特徴を持つ。また、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚは、高指向性かつ短パルスであるという特徴も持つ。

例えば、Ｘ線源１は、パルス周期１０ｐｐｓ以上であり、パルス幅が１μｓ以下であり、広がり角が１ｍｒａｄ以下であり、１０^６光子／ｃｍ^２／ｓｈｏｔ以上のＸ線光子を発生する。逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚの広がり角が１ｍｒａｄ以下、例えば０．５ｍｒａｄの場合、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚのビーム径は、Ｘ線源１から１０ｍ離れた位置で１０ｍｍ以下になる。

Ｘ線走査部２は、Ｘ線走査光学系であり、制御演算部５の制御の下、Ｘ線源１が発生した逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを透視対象物Ｃに走査状に照射する。Ｘ線走査部２は、走査間隔がビーム径の半分（例えば５ｍｍ）である場合に、パルス周期が１０ｐｐｓであるとすると、５０ｍｍ／ｓの速度で透視対象物Ｃ上を逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚで走査する。従って、透視対象物Ｃの大きさが例えば２５０ｍｍ×２５０ｍｍの場合、水平走査（５秒）を５ｍｍピッチで５０回繰り返すことにより、透視対象物Ｃの全面を２５０秒（約４分）で走査する。

Ｘ線検出部３は、透視対象物Ｃに正対するように配置され、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚが照射された透視対象物Ｃで発生する後方散乱Ｘ線のエネルギーを検出するものである。このＸ線検出部３は、約１ｍｍ平方程度の検出素子が縦に並んで形成される帯状の検出器３ａを横方向に複数隣接するように並べたものであり、図２に示すように２次元状の検出面を形成する。上記検出素子は、Ｘ線のエネルギー（Ｘ線光子個々のエネルギー）に応じた電流を発生するカドミウムテルライド（ＣｄＴｅ）から形成されたものである。

上記各検出器３ａは、上記各検出素子と、各検出素子が出力する電流を電圧に変換して増幅する増幅器と、該増幅器から出力される電圧信号をデジタル信号（光子検出信号）に変換するＡ／Ｄ変換器とからなる。上記カドミウムテルライドは、Ｘ線（光子）が当たると結晶の結合が分離して正孔と電子との対を発生するものであり、Ｘ線（光子）のエネルギーに比例した個数の電子の流れ、つまり電流を出力する。
なお、このような検出器３ａから構成されるＸ線検出部３は、自然放射線によるノイズを低減するために、透視対象物Ｃに対向しない方向からの自然放射線を遮断するシールドを備えている。

このようなＸ線検出部３は、上記光子検出信号をカウンタ４に出力する。カウンタ４は、光子検出信号に基づいて後方散乱Ｘ線の所定のエネルギー範囲毎の到達後方散乱Ｘ線光子をカウントし、その光子数を制御演算部５に出力する。このカウンタ４は、自然放射線をできるだけ除外して透視対象物Ｃで発生する後方散乱Ｘ線の光子数をカウントするために、制御演算部５から入力される同期信号に基づいてＸ線源１における逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚの発生に同期させて光子数をカウントする。

制御演算部５は、例えばデスクトップ型またはノート型のパーソナルコンピュータであり、キーボード等の操作部から入力された操作指示に基づいてＸ線透視装置Ａの全体の動作を制御すると共に、上記光子数に基づいて透視対象物Ｃの透視画像を作成（生成）する。具体的には、制御演算部５は、同期信号をＸ線源１及びカウンタ４に出力し、この結果としてカウンタ４から入力された光子数に基づいて透視画像を作成してディスプレイに表示する。

例えば、Ｘ線源１がパルス幅１μｓの逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを発生する場合、カウンタ４は、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚのパルスの発生に同期させながら１μｓの間に光子数をカウントする。これにより、カウンタ４は、自然放射線の光子をカウントすることを避けることができる。すなわち、本Ｘ線透視装置Ａでは、このようなカウンタ４によって逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚのパルスの発生に同期させて光子の数をカウントするので、大地および宇宙からの自然放射線の影響を大幅に低減することができる。

また、制御演算部５は、総光子数をそのまま用いて透視対象物Ｃの透視画像を作成するのではなく、所定の評価エネルギー範囲に属する光子のみを抽出して透視画像を作成する。このような制御演算部５の処理の詳細については後述するが、この光子のエネルギー値を評価範囲に限定する処理は、本Ｘ線透視装置Ａの主な特徴点である。

次に、このように構成された本Ｘ線透視装置Ａの動作について、詳しく説明する。
まず、Ｘ線透視装置Ａで透視対象物Ｃを透視検査しようとする場合、ユーザは、制御演算部５の操作部から透視開始指示を入力する。制御演算部５は、透視開始指示を受け付けると、Ｘ線源１に逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚを発生させ、Ｘ線走査部２に当該逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚで透視対象物Ｃ上を走査させる。

一方、透視対象物Ｃでは逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚが照射されると、後方散乱Ｘ線が発生する。図２に示すように、透視対象物Ｃでは後方散乱Ｘ線として、１回の散乱でＸ線透視装置Ａに返るＸ線（１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂ）と、多数回の散乱でＸ線透視装置Ａに返るＸ線（多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎ）とが発生する。

１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂは、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚのビーム軸上における透視対象物Ｃの部位の情報を持つのに対し、多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎは、逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚのビーム軸から外れた透視対象物Ｃの部位の影響を受けている。１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂと多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎとにおいて、多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎは、散乱回数が多い分だけ１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂよりも多くのエネルギーを失っている。

本Ｘ線透視装置Ａでは、Ｘ線検出部３が１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂ及び多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎを検出すると、各後方散乱Ｘ線の光子のエネルギーに比例した光子検出信号をカウンタ４に出力する。
カウンタ４は、Ｘ線検出部３から光子検出信号が入力されると、光子検出信号に基づいて、１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂ及び多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎの光子のエネルギーを算出し、各後方散乱Ｘ線の所定のエネルギー範囲毎の到達後方散乱Ｘ線光子数を制御演算部５に出力する。

制御演算部５は、各後方散乱Ｘ線の光子エネルギー値が所定の評価範囲に属するか否か判定する。上記評価範囲は、予め１回散乱Ｘ線の光子のエネルギーを理論的に計算し、当該計算結果に基づいて決定された範囲（誤差を含む）である。すなわち、光子エネルギー値が上記評価範囲内に属する後方散乱Ｘ線は、１回散乱Ｘ線である可能が高い。

図３は、本実施形態に係るＸ線透視装置Ａの制御演算部５に入力された１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂ及び多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎの光子エネルギー値を例示したグラフである。
制御演算部５は、１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂ及び多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎの光子エネルギー値が図３に示すものである場合に、上記評価範囲に属する１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂを抽出し、多数回散乱Ｘ線光子Ｘｎを除外する。そして、制御演算部５は、抽出した１回散乱Ｘ線光子Ｘ１ａ, Ｘ１ｂの光子数に基づいて透視対象物Ｃの透視画像を作成し、当該透視画像をディスプレイに表示する。

以上のような本実施形態に係るＸ線透視装置Ａでは、Ｘ線走査部２が逆コンプトン散乱Ｘ線Ｘｚで透視対象物Ｃを走査し、Ｘ線検出部３が透視対象物Ｃで発生する後方散乱Ｘ線を検出する。そして、Ｘ線検出部３は、検出素子がカドミウムテルライドであり、各後方散乱Ｘ線光子のエネルギーに比例した光子検出信号をカウンタ４に出力する。

カウンタ４は、光子検出信号が入力されると、当該光子検出信号に基づいて後方散乱Ｘ線の所定のエネルギー範囲毎の到達後方散乱Ｘ線光子数をカウントし、所定のエネルギー範囲毎の光子数を制御演算部５に出力する。制御演算部５は、所定のエネルギー範囲毎の光子数情報が入力されると、評価範囲に属する光子数、すなわち１回散乱Ｘ線である可能性の高い後方散乱Ｘ線を抽出し、当該後方散乱Ｘ線の光子数に基づいて透視画像を作成する。このように、Ｘ線透視装置Ａでは、逆コンプトン散乱Ｘ線ビーム軸から外れた領域の影響を受けている多数回散乱Ｘ線を除去し、１回散乱Ｘ線の数に基づいて透視画像を作成することで、従来よりも空間分解能の高い透視画像を作成すことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、Ｘ線検出部３の検出面は、２次元状に形成されているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、Ｘ線検出部３の検出面を１次元状、すなわちライン状に形成するようにしてもよい。ただし、Ｘ線検出部３の検出面の面積が大きいほど、より確実に後方散乱Ｘ線を検出することができるため、２次元状であることが好ましい。

（２）上記実施形態では、Ｘ線検出部３の検出素子は、カドミウムテルライドから構成されているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、Ｘ線検出部３の検出素子を、カドミウムテルライドの代わりにカドミウムテルル亜鉛（ＣＺＴ）で構成するようにしてもよい。すなわち、Ｘ線検出部３は、Ｘ線のエネルギーを検出できるものであればよい。

Ａ…Ｘ線透視装置、Ｂ…車両、Ｃ…透視対象物、１…Ｘ線源（Ｘ線走査部２とともにＸ線照射手段を構成）、２…Ｘ線走査部（Ｘ線源１とともにＸ線照射手段を構成）、３…Ｘ線検出部、３ａ…検出器、４…カウンタ（制御演算部５とともに抽出手段を構成）、５…制御演算部（カウンタ４とともに抽出手段を構成、透視画像作成手段）

Claims

逆コンプトン散乱Ｘ線を透視対象物に走査して照射するＸ線照射手段と、
前記透視対象物で発生する後方散乱Ｘ線光子を検出するＸ線検出部と、
該Ｘ線検出部のＸ線光子のうち、所定の評価範囲内のエネルギーに属するＸ線光子を抽出する抽出手段と、
該抽出手段の抽出結果に基づいて透視対象物の透視画像を作成する透視画像作成手段と
を具備することを特徴とするＸ線透視装置。
Ｘ線検出部は、後方散乱Ｘ線のエネルギーを検出し、
抽出手段は、所定の光子エネルギー範囲のＸ線光子のみを抽出結果とする請求項１に記載のＸ線透視装置。
Ｘ線検出部は、カドミウムテルライドからなる検出素子を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線透視装置。
前記Ｘ線検出部の検出面は、２次元状に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＸ線透視装置。
逆コンプトン散乱Ｘ線が照射されて透視対象物を走査するＸ線照射工程と、
前記透視対象物で発生する後方散乱Ｘ線光子が検出されるＸ線検出工程と、
該Ｘ線検出工程のＸ線光子のうち、所定の評価範囲内のエネルギーに属するＸ線光子が抽出される抽出工程と、
該抽出工程の抽出結果に基づいて透視対象物の透視画像が作成される透視画像作成工程と
を具備することを特徴とするＸ線透視方法。