JP2014109575A - フラットパネル検出器の幾何学的結像特性を決定するための方法、相応して適合されたｘ線検査システム、および較正ファントム - Google Patents

Abstract

【課題】ｘ線検査システムにおいてフラットパネル検出器の幾何学的結像特性を決定するための方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの離散幾何学的物体を備える較正ファントム１３を、ｘ線源１１とフラットパネル検出器１２との間に配置するステップと、フラットパネル検出器１２によって較正ファントム１３の少なくとも１つのｘ線画像を記録するステップであって、少なくとも１つの離散幾何学的形状が、較正ファントム１３の少なくとも１つの離散幾何学的物体を結像することによってｘ線画像内に生成される、記録するステップと、少なくとも１つの離散幾何学的形状の少なくとも１つの特徴に基づいて少なくとも１つのｘ線画像からフラットパネル検出器１２の場所依存性歪誤差を決定するステップとを含む。場所依存性歪誤差を決定するために使用される少なくとも１つの離散幾何学的形状の全ての特徴は、較正ファントム１３の寸法に無関係である。
【選択図】図１

Description

本発明は、非破壊材料試験のためのｘ線検査システムにおいてフラットパネル検出器の幾何学的結像特性を決定するための方法に関しており、方法は、少なくとも１つの離散幾何学的物体を備える較正ファントムを、ｘ線源とフラットパネル検出器との間に配置するステップと、フラットパネル検出器によって較正ファントムの少なくとも１つのｘ線画像を記録するステップであって、少なくとも１つの離散幾何学的形状が、較正ファントムの少なくとも１つの離散幾何学的物体を結像することによってｘ線画像内に生成される、記録するステップと、少なくとも１つの離散幾何学的形状の少なくとも１つの特徴に基づいて少なくとも１つのｘ線画像からフラットパネル検出器の場所依存性歪誤差を決定するステップとを含む。本発明はさらに、相応して適合されたｘ線検査システムおよび対応する較正ファントムに関する。

フラットパネル検出器による非破壊材料試験のためのｘ線検査システムの試験精度は、特に、できる限り正確に実際の検出器の寸法に一致する再構成と評価の基礎として考えられる検出器の幾何学的モデルに依存する。先の仮定に反して、所望の高い試験精度の限度内にあるフラットパネル検出器は、平坦ではなく、検出器表面の屈曲または湾曲を示すことがわかった。たとえば、フラットパネル検出器のピクセルサイズは、一定であるのではなく、場所の関数である、すなわち、ライン番号およびカラム番号に依存することも可能である。したがって、歪誤差が引き起こされる。すなわち、たとえば１つの点の特徴の実際の画像の座標は、理想的な画像と比較すると、湾曲または一定でないピクセルサイズのせいでずれる。

フラットパネル検出器の歪誤差の補正について、文書ＷＯ ２０１２ ０６２５４３ Ａ２は、コンピュータ断層撮影用の測定機構を動作させるための方法を提案しており、較正ファントムが、放射源とフラットパネル検出器との間に配置され、較正ファントムの少なくとも１つのｘ線画像がフラットパネル検出器によって記録され、フラットパネル検出器の歪誤差が、較正ファントムの既知の寸法および場所の関数としての少なくとも１つのｘ線画像から決定される。較正ファントムは、複数の別個の構造、たとえば球を備えており、その寸法、すなわちサイズおよび距離は、正確にわかっていなければならない。これは、通常、たとえば座標測定機器を使用して、較正ファントムの高精度測定を必要とし、したがって、多大の時間および高いコストを伴う。

対応する歪誤差の補正を可能にし、したがって、ｘ線検査システムの測定精度を改善するために、フラットパネル検出器の幾何学的結像特性の正確な決定を可能にする簡単な手段を用いた、方法、ｘ線検査システム、および較正ファントムを提供することが本発明の目的である。

本発明は、独立請求項の特徴によってこの目的を解決する。本発明は、場所依存性歪誤差を決定するために構成ファントムの寸法の知識を有することが必要でないことを認識した。実際には、較正ファントムの寸法に無関係である少なくとも１つの離散幾何学的形状の特徴は、結果として得られる較正精度に悪い影響を及ぼすことなく、この目的のために十分である。従来の方法と比較して、これは、たとえば座標測定機器の使用による、以前の較正ファントムの時間がかかる高精度測定をなしで済ますことができるという主要な利点を提供する。

少なくとも１つの離散幾何学的形状の種々の特徴は、場所依存性歪誤差の決定に適する。以下では、異なる好ましい特徴がより詳細に説明される。

好ましい実施形態では、複数の離散幾何学的形状は、較正ファントムの少なくとも１つの離散幾何学的物体を結像することによって異なる位置で記録される。これは、特に、ｘ線デバイスによって同時に結像されうる複数の離散幾何学的物体を備える較正ファントムを使用することによって行われうる。代替的に、たとえば、較正ファントムは、検出器表面の、１つずつ異なる位置でｘ線デバイスによって結像されるたった１つの離散幾何学的物体を備えることも可能である。

有利には、幾何学的形状の基礎を形成する幾何学的物体は、均一であることができ、場所依存性歪誤差の決定のための基礎として考えられる特徴は、均一性からの幾何学的形状の逸脱度である。たとえば、幾何学的形状の基礎を形成する幾何学的物体は同じサイズであることができ、場所依存性歪誤差の決定のための基礎として考えられる特徴は、幾何学的形状の中の逸脱サイズである。この代替では、幾何学的形状の基礎を形成するサンプルの幾何学的物体は、高精度で同じサイズであることが必要とされるだけで、サイズ自体の知識を有することは必要でない。たとえば、幾何学的形状の基礎を形成する幾何学的物体は、同様に同じ形状を有することができ、場所依存性歪誤差の決定のための基礎として考えられる特徴は、幾何学的形状の中の逸脱形状である。さらなる実施形態では、幾何学的形状の基礎を形成する前記幾何学的物体は、一定間隔でおよび／または周期的に配置されることができ、場所依存性歪誤差の決定のための基礎として考えられる特徴は、規則性および／または周期性から逸脱する幾何学的形状の配置構成である。

複数の離散幾何学的形状が、検出器表面の異なる位置で記録されることは強制的ではない。検出器表面のかなりのエリアを覆うたった１つの離散幾何学的形状が記録される実施形態もまた可能である。

一実施形態では、幾何学的形状の基礎を形成する幾何学的物体は、少なくとも１つの直線であることができるかまたは少なくとも１つの直線で配置されることができ、場所依存性歪誤差の決定のための基礎として考えられる特徴は、直線性からの幾何学的形状の逸脱度である。別の実施形態では、幾何学的形状の基礎を形成する幾何学的物体は、一定の径を有する少なくとも１つの円柱物体であることができ、場所依存性歪誤差の決定のための基礎として考えられる特徴は、一定の径からの幾何学的形状の逸脱度である。

好ましくは、場所依存性歪誤差は、１つまたは複数の２次元放射線画像から決定されるのではなく、コンピュータ断層撮影を使用して特に再構成される３次元ｘ線画像から決定される。特に、コンピュータ断層撮影システムでは、これは、本（ｐｒｅｓｅｎｔ）再構成アルゴリズムが、同様に較正のために使用されうるという利点を提供する。さらに、コンピュータ断層撮影を使用して特に再構成される３次元ｘ線画像は、場所依存性歪誤差のより正確な決定を可能にする。

以下では、本発明は、添付図面を参照して、好ましい実施形態に基づいてより詳細に述べられる。

コンピュータ断層撮影システムの略図である。 一実施形態における較正ファントムの略縦断面図である。 図２による較正ファントムのｘ線画像の略複写である。 検出器延在部にわたる構成ファントムの球の径の変動の図である。 両方の検出器延在部にわたる構成ファントムの球の径の変動の２次元図である。 さらなる実施形態における較正ファントムの略縦断面図である。 図６の較正ファントムの略断面図である。 図６による較正ファントムのｘ線画像の略複写である。 代替の実施形態における較正ファントムの略図である。 図９による較正ファントムのｘ線画像の略複写である。

図１に示すコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムは、サンプル１３のｘ線投影像を記録するためのｘ線デバイス１０を含む。このために、ｘ線デバイス１０は、ｘ線源１１、特にｘ線コーン１４を放出するｘ線管、および、結像用ｘ線検出器１２を備える。さらに、好ましくは、垂直軸の周りにサンプル１３を回転させるように適合される、単に概略的に描かれたサンプルマニピュレータ２０が設けられる。代替的に、ｘ線デバイス１０は、固定されたサンプル１３の周りに回転されうる。サンプル１３は、好ましくは、サンプルマニピュレータ２０によって、ｘ方向、ｙ方向、および／またはｚ方向に直線的に変位されうる。一般に、ｘ線デバイス１０およびサンプル１３は、互いに対して相対的に、それぞれの場合に、１つまたは複数の軸の周りの回転および／または並進を含んで、適切に調整されうる。

結像用ｘ線検出器１２は、フラットパネル検出器、すなわち、固体検出器または半導体検出器であり、一実施形態では、入射ｘ線を光に変換するためのシンチレーション層、および、光を電気信号に変換するための、フォトセルまたはフォトダイオードによって特に形成された光感応性層を備える。別の実施形態では、たとえばセレンに基づくｘ線感応性光導体が、シンチレーション層および光感応性層に代わって設けられる。

サンプル１３のｘ線投影像のセットは、マニピュレータ２０が一度に１つの小さな角度ステップだけ回転され、１つのｘ線投影像が、各角度位置で記録されることによって記録される。たとえば図１に示すｘ線投影像１８は、２次元画像であり、ピクセル１７の検出される密度値、通常、グレートーンは、ｘ線源１１の焦点１６からサンプル１３を貫通する、対応するｘ線ビーム１５の減衰を示し、それにより、減衰したｘ線ビーム１９は、対応するピクセル１７をもたらす。検出器１２の感応性表面の湾曲のせいで、物体点は、理想的なピクセル１７上ではなく、別の位置または別のピクセル上に結像される。

記録されたｘ線投影像は、ｘ線検出器１２から読み出され、コンピュータデバイス４０に送信され、そこで、さらなる評価および処理のために記憶デバイス４４に記憶される。コンピュータデバイス４０は、特にマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを有するプログラマブルコンピュータ４１、および、ディスプレイ４３を有する操作端末４２を含む。コンピュータ４１は、記録されたｘ線投影像からサンプル１３の３次元再構成画像（体積画像）を決定するために、適切なＣＴ再構成アルゴリズムを実施するためのソフトウェアを含む。代替的に、別個のコンピュータが、再構成を実施するために設けられうる。図１による実施形態では、コンピュータ４１は、ｘ線デバイス１０、特にｘ線源１１、ｘ線検出器１２、およびサンプルマニピュレータ２０を制御するように適合される。代替的に、別個の制御デバイスが、ｘ線デバイス１０を制御するために設けられうる。

フラットパネル検出器１２の較正のために、較正ファントム１３が、ｘ線デバイス１０のビーム経路１４内に設置され、次に、較正ファントム１３のｘ線画像またはｘ線投影像が記録され、較正ファントム１３の体積密度が再構成される。

較正ファントム１３の一実施形態が、図２に示される。適した、好ましくは放射線透過性の材料、たとえば、プラスチック材料またはアルミニウムで作られた管２９内に、適した放射線吸収性材料、たとえば鋼またはセラミックで作られた球３０の単一列が、好ましくは、球が互いに接触するように配置される。球３０は、互いに接続されない複数の別個の較正物体を形成する。管２９の内径は、１つの球３０の径より大きいが、１つの球３０の径の２倍より小さい。管２９は、球３０が揺動することを防止するために管２９内に球３０を締結する、したがって固定する、たとえば発泡材料で作られた、好ましくは弾性の閉鎖物体３１によって両端で閉鎖されうる。所望の高精度で、たとえば、±１μｍの範囲内で、球３０は、同じ寸法、すなわち、同じ径を有し、その同じ寸法は、しかし、較正プロセスを実施するために同じ精度を持っていることがわかる必要はなく、通常、かなり高い公差を持っていることがわかるだけである。たとえば、球３０の径は、球３０の間の径の変動が小さい（たとえば、±１μｍの範囲内である）場合、公称値に対して±１００μｍ（またはそれ以上）の製造公差範囲内にありうる。たとえば、較正物体３０としてかなり費用効果的なボールベアリング球を使用することが可能である。ボールベアリング球の径は、実際には、ロットごとに著しく変動する可能性があるが、通常、非常に高精度である１つのロット内のボールベアリング球は、同じ径を有しているが、正確には同じ径であるかはわからない。この理由で、たとえば、同じロットのボールベアリング球は、単に本較正プロセスのための較正物体３０として使用されうる。すなわち、球３０の径の高精度測定は必要でない。

較正ファントム１３は、有利には、球３０が検出器１２の延在部（ここでは、高さ）にわたって分散されるように回転軸（垂直軸または図１のｙ軸）に沿ってまたは回転軸に平行に配置され、次に、ｘ線投影像が記録される。図２の較正ファントム１３のｘ線画像またはｘ線投影像は、たとえば図３に示される。較正ファントム１３の球３０の列は、ｘ線画像内に球形状３２の対応する列をもたらす。コンピュータ４１において、３次元球形状３２を有する較正ファントム１３の体積画像は、全ての投影像から再構成される。３次元球形状３２の径は、評価または画像処理によって、コンピュータ４１内で再構成された体積画像から決定される。３次元球形状３２の相対的な径変動３３は、たとえば、球の列にわたって図４にプロットされる（ここで、１０個の測定値は１０個の球３０に対応する）。より厳密には、図４は、たとえばピクセル内での、たとえば検出器延在部（ここでは、高さ）にわたるｍｍ単位の相対的な径逸脱度３３を示す。径逸脱度または径変動が一定でないため、検出器湾曲に関する結論は、対応する検出器位置への割当て後に引出されうる。

測定は、有利には、検出器１２の感応性表面の全体または大部分にわたって、較正ファントム１３が検出器１２の縦延在部に垂直に連続して変位され、対応するｘ線画像が記録されることによって実施される。較正ファントム１３が、たとえば、回転軸に平行に配置される場合、変位は、回転軸に垂直に適切に実施される。たとえばそれぞれピクセルにおける、たとえば検出器高さおよび検出器幅にわたるｍｍ単位での、結果として得られる２次元径逸脱度３４は図５に示される。検出器１２の２次元湾曲は、相応して決定されうる。場所依存性歪誤差、すなわち、各ピクセルのｘ座標およびｙ座標に依存するピクセル精密歪誤差は、検出器１２の湾曲から決定され、特に、コンピュータ４１に記憶されうる。その後測定される各ｘ線投影像は、決定された歪誤差に対して補正されることができ、それにより、測定された投影像、したがって同様に、再構成されたデータの精度が大幅に改善されうる。代替的に、歪誤差は、ｘ線投影像自体を補正する必要なしで、再構成中に考慮されうる。感応性検出器表面の湾曲に加えて、または、それの代替として、ピクセルサイズまたは局所的なピクセルサイズ逸脱度が、ピクセル精密方法で決定されうる。

較正ファントム１３の代替の実施形態は、図６および図７に示される。管２９の内径は、１つの球３０の径の２倍より大きい、好ましくは２．１５４７倍より大きい。こうして、複数の球３０、好ましくは少なくとも３つの球３０が、回転軸に垂直な平面内に配置されうる。次の球平面内で、３球グループは、図７による断面図から明らかであるように、６０°だけ回転される。この実施形態の利点は、各軸方向位置について、いくつかの測定値が利用可能であり、測定精度の平均化、したがって、改善を可能にする。回転軸に垂直な平面について２球または４球以上の球を有する実施形態もまた可能である。

較正ファントム１３のさらなる実施形態は図９および図１０に示される。ロッド状較正ファントム１３は、たとえばＣＦＲＰで作られた好ましくは放射線透過性ロッド３５を含み、そのそれぞれの端部に、適した材料、たとえばルビーで作られた１つの球状放射線吸収性較正物体３０が固定される。ロッドの長さは、わかる必要はなく、たとえば、２ｍｍと２００ｍｍとの間の範囲内にある。ロッド状較正ファントム１３は、検出器１２の異なる位置で記録され、検出器１２の湾曲は、互いに対する長さの相対的な逸脱度から導出されうる。図１０に示す対応するｘ線画像では、図９にまだ示していないホルダ３６が見られうる。

アプリケーションは、コンピュータ断層撮影システムに適用可能であるだけでなく、透過に基づく非ＣＴのｘ線検査システムにも適用可能である。アプリケーションは、好ましくは、非生物学的試験物体の非破壊検査用の検査システムに適用可能である。

較正ファントム１３は、示した実施形態に限定されない。代替的に、較正ファントムは、たとえばマスクの形態のプレート状較正ファントム１３であることができ、較正物体は、たとえば平行にまたは格子様に配置されたラインの形態であり、直線性からのラインの逸脱度がｘ線画像において決定される。較正物体は、たとえば、同様に等間隔に配置された円、十字、または同様なものでありうる。しかし、正確な距離は、わかる必要はない。別の実施形態は、たとえば軸に沿って高い径の不変性を有する鋼で作られたシリンダであり、シリンダ軸に沿う径の逸脱度がｘ線画像において決定される。較正ファントム１３の種々の代替の実施形態が可能である。

１０ ｘ線デバイス
１１ ｘ線源
１２ フラットパネル検出器
１３ 較正ファントム
１４ ｘ線コーン
１５、１９ ｘ線ビーム
１６ 焦点
１７ ピクセル
１８ ｘ線投影像
２０ サンプルマニピュレータ
２９ 円筒管
３０ 離散幾何学的物体（球）
３１ 閉鎖物体
３２ 離散幾何学的形状
４０ コンピュータデバイス
４１ コンピュータ
４２ 操作端末
４３ ディスプレイ
４４ 記憶デバイス

Claims (15)

1. ｘ線検査システムにおいてフラットパネル検出器（１２）の幾何学的結像特性を決定するための方法において、
   −少なくとも１つの離散幾何学的物体（３０）を備える較正ファントム（１３）を、ｘ線源（１１）と前記フラットパネル検出器（１２）との間に配置するステップと、
   −前記フラットパネル検出器（１２）によって前記較正ファントム（１３）の少なくとも１つのｘ線画像を記録するステップであって、少なくとも１つの離散幾何学的形状（３２）が、前記較正ファントム（１３）の前記少なくとも１つの離散幾何学的物体（３０）を結像することによって前記ｘ線画像内に生成される、記録するステップと、
   −前記少なくとも１つの離散幾何学的形状（３２）の少なくとも１つの特徴に基づいて前記少なくとも１つのｘ線画像から前記フラットパネル検出器（１２）の場所依存性歪誤差を決定するステップとを含む方法であって、
   前記場所依存性歪誤差を決定するために使用される前記少なくとも１つの離散幾何学的形状（３２）の全ての特徴は、前記較正ファントム（１３）の寸法に無関係であることを特徴とする方法。
2. 複数の離散幾何学的形状（３２）は、前記較正ファントム（１３）の前記少なくとも１つの離散幾何学的物体（３０）を結像することによって、検出器表面の異なる位置で記録されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記幾何学的形状（３２）の基礎を形成する前記幾何学的物体（３０）は均一であり、特徴は、均一性からの前記幾何学的形状（３２）の逸脱度であることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記幾何学的形状（３２）の基礎を形成する前記幾何学的物体（３０）は同じサイズであり、特徴は、前記幾何学的形状（３２）の中の逸脱サイズであることを特徴とする請求項２または３記載の方法。
5. 前記幾何学的形状（３２）の基礎を形成する前記幾何学的物体（３０）は同じ形状を有し、特徴は、前記幾何学的形状（３２）の中の逸脱形状であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記幾何学的形状（３２）の基礎を形成する前記幾何学的物体（３０）は、一定間隔でおよび／または周期的に配置され、特徴は、規則性（ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ）および／または周期性から逸脱する前記幾何学的形状（３２）の配置構成であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載の方法。
7. 記幾何学的形状（３２）の基礎を形成する前記幾何学的物体（３０）は、互いに接触するように配置されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項記載の方法。
8. 前記幾何学的形状の基礎を形成する前記幾何学的物体は、少なくとも１つの直線であるかまたは少なくとも１つの直線で配置され、特徴は、直線性からの前記幾何学的形状の逸脱度であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記幾何学的形状の基礎を形成する前記幾何学的物体は、一定の径を有する少なくとも１つの円柱物体であり、特徴は、前記一定の径からの前記幾何学的形状の逸脱度であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の方法。
10. 少なくとも１つの前記幾何学的形状の前記少なくとも１つの特徴および／または場所依存性歪誤差は、３次元再構成ｘ線画像から決定されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法。
11. ｘ線源（１１）、フラットパネル検出器（１２）、少なくとも１つの離散幾何学的物体（３０）を備える較正ファントム（１３）および電子データ処理デバイス（４１）を備えるｘ線検査システムにおいて、ｘ線検査システムは、前記ｘ線源（１１）と前記フラットパネル検出器（１２）との間に設置された前記較正ファントム（１３）の少なくとも１つのｘ線画像を記録するように適合され、少なくとも１つの離散幾何学的形状（３２）が、前記較正ファントム（１３）の前記少なくとも１つの離散幾何学的物体（３０）を結像することによって前記ｘ線画像内に生成され、前記データ処理デバイス（４１）は、前記離散幾何学的形状（３２）の少なくとも１つの特徴に基づいて前記少なくとも１つのｘ線画像から前記フラットパネル検出器（１２）の場所依存性歪誤差を決定するように適合される、ｘ線検査システムであって、前記場所依存性歪誤差を決定するために使用される前記少なくとも１つの離散幾何学的形状（３２）の全ての特徴は、前記較正ファントム（１３）の寸法に無関係であるかまたは前記較正ファントム（１３）の寸法を正確に知ることに無関係であることを特徴とするｘ線検査システム。
12. ｘ線検査システムにおいてフラットパネル検出器（１２）の幾何学的結像特性を決定するための較正ファントム（１３）であって、円筒管（２９）および前記円筒管（２９）内に配置された均一な幾何学的物体（３０）の行（ｒｏｗ）を含むことを特徴とする較正ファントム。
13. 前記幾何学的物体（３０）は同じ径を有する球であることを特徴とする請求項１２記載の較正ファントム。
14. 前記幾何学的物体（３０）は、互いに接続されない、かつ／または、互いに接触するように配置されることを特徴とする請求項１２または１３記載の較正ファントム。
15. 複数の幾何学的物体（３０）、好ましくは少なくとも３つの幾何学的物体は、前記管軸に垂直な平面内に配置されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の較正ファントム。