JP4157945B2 - X-ray CT system - Google Patents

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Description

本発明は、X線CT装置に関する発明であり、工業用非破壊検査、移動体の可視化、混相流可視化および界面速度計測、不透明流体の分布計測、化学工学、粉体輸送等の速度計測、オイル−水−空気などが混合した流れの速度、体積計測、並びに不透明流体の流速・流量計などの分野に利用されるX線CT装置に関する発明である。 The present invention relates to an X-ray CT apparatus, which is an industrial nondestructive inspection, visualization of moving objects, multiphase flow visualization and interface velocity measurement, opaque fluid distribution measurement, chemical engineering, powder transportation velocity measurement, oil -It is an invention related to an X-ray CT apparatus used in fields such as flow velocity, volume measurement, opaque fluid flow velocity / flowmeter, etc. mixed with water-air.

医療用、工業用一般に用いられているX線CT(コンピュータトモグラフィ)装置は、人体の臓器や構造物など静止している測定物の断面内の吸収係数分布を測定するために用いられる。これらは、スキャン時間中すなわち、多方向からX線を照射してデータを収集している時間中は、物体は静止していることが前提条件となっている。   An X-ray CT (computer tomography) apparatus generally used for medical and industrial purposes is used to measure an absorption coefficient distribution in a cross section of a stationary measurement object such as a human organ or structure. These preconditions are that the object is stationary during the scan time, that is, during the time when data is collected by irradiating X-rays from multiple directions.

もし、撮影中に測定物が動いたりすると、画像再構成時のバックプロジェクションのプロセスで重ね合わせが正確に行われなくなるので、再構成された断層像にはモーションアーティファクトといわれる画像のブレとなって現れる。   If the measurement object moves during imaging, the overlay will not be accurately performed in the back projection process at the time of image reconstruction. Therefore, the reconstructed tomographic image becomes an image blur called a motion artifact. appear.

(高速X線CT)
しかし、超高速X線CTスキャナ(特許文献1参照。)、高空間分解能高速X線CTスキャナ(特許文献2参照。)などの高速X線CTスキャナといわれる装置(他に非特許文献1、2参照。)では、本来、気体と液体等を含む混相流体を想定して設計されているため、流体の変化時間に比べて、スキャン時間を極端に短く設定できる特徴がある。
(High-speed X-ray CT)
However, devices called high-speed X-ray CT scanners such as an ultrahigh-speed X-ray CT scanner (see Patent Document 1) and a high spatial resolution high-speed X-ray CT scanner (see Patent Document 2) (in addition to Non-Patent Documents 1 and 2). Reference)) is originally designed assuming a multiphase fluid including gas and liquid, and therefore has a feature that the scan time can be set extremely short compared to the change time of the fluid.

高速スキャンを実現するためには、測定物の周囲に検出器を固定配置して、X線源を機械的に回転させる第4世代CTといわれる方式が検討されているが(特許文献4参照)、高速X線CTの用途ではさらに高速のスキャンを必要とするので、複数のX線源を検出器の外側に固定配置し、電気的にスイッチングしてX線照射を高速化する方式で、第5世代CTといわれる方式に属する。   In order to realize high-speed scanning, a method called fourth generation CT in which a detector is fixedly arranged around a measurement object and an X-ray source is mechanically rotated has been studied (see Patent Document 4). In the application of high-speed X-ray CT, since a higher-speed scan is required, a plurality of X-ray sources are fixedly arranged outside the detector and electrically switched to increase the X-ray irradiation speed. It belongs to a system called 5-generation CT.

高速X線CT装置は、一断面のデータ収集に要する時間(=スキャン時間)が4ミリ秒以下と非常に短く、医療用で高速といわれるX線CTに比べても、スキャン時間は約1/100となっている。   The high-speed X-ray CT apparatus has a very short time (= scanning time) required for data collection of one cross section of 4 milliseconds or less, and the scanning time is about 1 / seven compared to X-ray CT which is said to be high speed for medical use. 100.

このような高速性を実現するための従来の高速X線CTを図1に示す。図1の高速X線CT装置1は、X線発生器(パルスX線源)2と検出器3を固定配置した特殊な構造を有している。   A conventional high-speed X-ray CT for realizing such high speed is shown in FIG. The high-speed X-ray CT apparatus 1 shown in FIG. 1 has a special structure in which an X-ray generator (pulse X-ray source) 2 and a detector 3 are fixedly arranged.

ところで、高速X線CT装置ではない通常のX線CT装置(第3世代および第4世代CTに属する装置)では、1本のX線源と検出器の組み合わせを、測定物のまわりを回転させたり、X線源と検出器を固定して、測定物を回転させるなどの手段をとっている。このような手段では、データ収集中に機械的な運動を伴なうため、ミリ秒オーダーの高速なスキャン時間を実現することはかなり困難である。   By the way, in a normal X-ray CT apparatus (apparatus belonging to the third generation and fourth generation CT) which is not a high-speed X-ray CT apparatus, a combination of one X-ray source and a detector is rotated around a measurement object. Or, an X-ray source and a detector are fixed and a measure is rotated. In such a means, since a mechanical motion is accompanied during data collection, it is very difficult to realize a high-speed scan time on the order of milliseconds.

これに対して、図1に示す高速X線CT装置1では、複数のパルスX線源2と、該パルスX線源2に対応して複数の検出器画素4(図2参照)から成る検出器3を測定領域5(測定物)のまわりに固定配置して、機械的な可動部分を排除した構成となっている。   On the other hand, in the high-speed X-ray CT apparatus 1 shown in FIG. 1, a detection comprising a plurality of pulse X-ray sources 2 and a plurality of detector pixels 4 (see FIG. 2) corresponding to the pulse X-ray sources 2. The instrument 3 is fixedly arranged around the measurement region 5 (measurement object), and mechanically movable parts are excluded.

高速X線CT装置1では、通常のX線CT装置と等価なスキャン動作を行なうため、複数のX線源2を電気的に制御して、各X線源2から順次パルス的にX線を照射してスキャンを完了する。   In the high-speed X-ray CT apparatus 1, in order to perform a scanning operation equivalent to a normal X-ray CT apparatus, a plurality of X-ray sources 2 are electrically controlled, and X-rays are sequentially pulsed from each X-ray source 2. Irradiate to complete the scan.

X線源2、検出器画素4及び測定領域5について、その構成及びパルスX線発生の仕組みを図2(図1の点線部分の詳細図)に示す。個々のX線源2をパルス的に動作させるため、フィラメント6から放出される熱電子を、フィラメント6の上部に位置するバイアスグリッド7を負に帯電させて照射のタイミングを制御する(図2)。   The configuration of the X-ray source 2, the detector pixel 4, and the measurement region 5 and the mechanism of pulse X-ray generation are shown in FIG. In order to operate each X-ray source 2 in a pulsed manner, thermoelectrons emitted from the filament 6 are negatively charged to the bias grid 7 positioned above the filament 6 to control the irradiation timing (FIG. 2). .

すなわち、バイアスグリッド7の負電界が解除された瞬間のみ、フィラメント6から発生する電子が加速電界に到達して加速され、タングステンなどのターゲット8に衝突してX線を発生する仕組みである。   That is, only when the negative electric field of the bias grid 7 is released, the electrons generated from the filament 6 reach the acceleration electric field and are accelerated, and collide with the target 8 such as tungsten to generate X-rays.

ここで、バイアスグリッド7の解除のタイミングと時間は、使用者が作成したタイミングチャートにしたがって、外部コントローラから信号を入力し、データ収集系とも同期させている。   Here, the release timing and time of the bias grid 7 are synchronized with the data collection system by inputting a signal from an external controller according to a timing chart created by the user.

このような装置では、たとえ移動する測定物9(例えば、図2に示す管内を移動する気泡)でも、ミリ秒オーダーのスキャン時間中は近似的に静止しているとみなせるので、速度が1m/s程度で動くものでも断層撮影が可能で、瞬時の被写体内部の吸収係数分布を可視化することができる。   In such an apparatus, even if the moving measurement object 9 (for example, a bubble moving in the tube shown in FIG. 2) can be regarded as being approximately stationary during a scan time on the order of milliseconds, the velocity is 1 m / Tomography can be performed even with a moving object at about s, and the absorption coefficient distribution inside the subject can be visualized instantaneously.

(高速X線CTを利用した速度計測)
ところで、流体計測に重要となる速度を計測するには、移動方向にある距離だけ離れた位置に、もう1つの検出面を設け、この距離を通過する時間を求める必要がある。したがって、測定断面は最低でも2つ必要となる。
(Velocity measurement using high-speed X-ray CT)
By the way, in order to measure a speed that is important for fluid measurement, it is necessary to provide another detection surface at a position separated by a certain distance in the moving direction and to obtain a time for passing this distance. Therefore, at least two measurement cross sections are required.

このような動機に基づいて、本発明者は、すでに、高速X線CTで速度計測について、「高速X線CTによる被写移動体速度及び高解像度情報の計測方法及びその装置」の発明をした(特許文献3参照。)。   Based on such motivation, the present inventor has already invented the "measurement method and apparatus for moving object speed and high resolution information by high-speed X-ray CT" for speed measurement by high-speed X-ray CT. (See Patent Document 3).

この例では、図3、4に示すように、検出器モジュール10の画素となる直方体形状の半導体受光素子11の一端が互い違いに並列して重なるように配列するとともに、2つのスリット12によって、第1断面位置13と第2断面位置14に対してのみX線15が透過可能なようにするものである。2つのスリット12の間の距離である二断面間距離ΔZは、ΔZの異なるスリットを交換して調節することができる。   In this example, as shown in FIGS. 3 and 4, one end of the rectangular parallelepiped-shaped semiconductor light receiving elements 11 to be the pixels of the detector module 10 are arranged so as to be alternately overlapped in parallel, and the two slits 12 are used to X-rays 15 can be transmitted only through the first cross-sectional position 13 and the second cross-sectional position 14. The distance ΔZ between the two cross sections, which is the distance between the two slits 12, can be adjusted by exchanging slits having different ΔZ.

図3、4に示すような装置を計測に使う場合は、半導体受光素子11の長手方向が、測定物9の移動方向に平行になるように検出器モジュール10を設置し、2つのスリット12の長手方向が測定物の移動方向に垂直になるよう、検出器モジュール10のX線側前面に配置して利用する。   When the apparatus as shown in FIGS. 3 and 4 is used for measurement, the detector module 10 is installed so that the longitudinal direction of the semiconductor light receiving element 11 is parallel to the moving direction of the measurement object 9, and the two slits 12 are formed. The detector module 10 is used by being arranged on the X-ray side front surface so that the longitudinal direction is perpendicular to the moving direction of the measurement object.

そして、X線15は線源2の焦点から円錐状に発生するので、スリット12の幅で規定されたX線ビームのみが同時にスリット12を通過して、同時に検出器の半導体受光素子11に到達する。これを同時にサンプリングすることで、第1断面位置13と第2断面位置14のデータを同時に収集できる。
特開平5−60381 特開平10−295682 特許第3208426号 特開平4−354942 Hori, K., Fujimoto,T., Kawanishi, K., Nishikawa,H., "Advanced high-speed X-ray CT scanner for measurement and visualization of multiphase flow", OECD/CSNI Specialist Meeting on Advanced Instrumentation and Measurement Techniques, Santa Barbara, March 17-20, USA (1997) 三澤雅樹、市川直樹、赤井誠、堀慶一、田村耕一郎、松井剛一、”Development of Fast X-ray CT System for Transient Two-phase Flow Measurement”,Proc.6th International Conference on Nuclear Engineering,San Diego.USA.CD-ROM,6383-,pp.1-18 (1998)
Since the X-ray 15 is generated conically from the focal point of the radiation source 2, only the X-ray beam defined by the width of the slit 12 passes through the slit 12 at the same time and reaches the semiconductor light receiving element 11 of the detector at the same time. To do. By sampling this simultaneously, data of the first cross-sectional position 13 and the second cross-sectional position 14 can be collected simultaneously.
JP-A-5-60381 JP 10-295682 A Japanese Patent No. 3208426 JP-A-4-354492 Hori, K., Fujimoto, T., Kawanishi, K., Nishikawa, H., "Advanced high-speed X-ray CT scanner for measurement and visualization of multiphase flow", OECD / CSNI Specialist Meeting on Advanced Instrumentation and Measurement Techniques , Santa Barbara, March 17-20, USA (1997) Masaki Misawa, Naoki Ichikawa, Makoto Akai, Keiichi Hori, Koichiro Tamura, Goichi Matsui, “Development of Fast X-ray CT System for Transient Two-phase Flow Measurement”, Proc. 6th International Conference on Nuclear Engineering, San Diego.USA. CD-ROM, 6383-, pp.1-18 (1998)

前述の高速X線CT装置は、移動する測定物の瞬時の断層像を再現できる特徴をもっている。しかし、測定対称が流体などの場合、吸収係数の分布のほかに、移動速度が重要な情報となる。高速X線CT装置では、ある時刻の一枚の断層像を再現できるが、測定物が時間的に変形を伴なう気泡のような場合、連続する断層像の時間間隔はわかっても、移動時間が未定なので、速度を求めることはできない。   The above-described high-speed X-ray CT apparatus has a feature capable of reproducing an instantaneous tomographic image of a moving measurement object. However, when the measurement symmetry is fluid or the like, the moving speed is important information in addition to the distribution of the absorption coefficient. A high-speed X-ray CT system can reproduce a single tomographic image at a certain time. However, if the measurement object is a bubble with temporal deformation, it can move even if the time interval between successive tomographic images is known. Since time is undecided, the speed cannot be determined.

つまり、同じ位置で撮影した断層像だけでは、たとえ連続した断層像でも、流れの方向の移動速度を求めることはできない。速度が算出できるのは、測定物の寸法が既知の場合だが、可視光で計測できない不透明な測定物の分布を求めるためにX線を使っている場合が多いので、このような例は稀である。   In other words, the moving speed in the direction of flow cannot be obtained only with tomographic images taken at the same position, even with continuous tomographic images. Although the speed can be calculated when the dimensions of the measurement object are known, X-rays are often used to determine the distribution of opaque measurement objects that cannot be measured with visible light, so this is rare. is there.

特に、前記特許文献1、2記載の高速X線CT装置1についてみれば、複数の測定断面を持たないので、速度計測はできない。また、断層像内の測定物の移動に対して、速度計測方法については、特に、言及されていない。   In particular, the high-speed X-ray CT apparatus 1 described in Patent Documents 1 and 2 cannot measure speed because it does not have a plurality of measurement cross sections. Further, no particular reference is made to the speed measurement method for the movement of the measurement object in the tomographic image.

特許文献3の例では、ΔZは測定物9の速度に応じて連続的に変化させるのが望ましいが、この装置では、ΔZが製作したスリット12によって決められてしまい、速度に応じて可変にできない。また、製作可能な半導体受光素子11の長さにも限界があるので、移動速度が大きい場合、スリット間距離ΔZを大きく取れない可能性がある。   In the example of Patent Document 3, it is desirable that ΔZ is continuously changed according to the speed of the measurement object 9. However, in this apparatus, ΔZ is determined by the manufactured slit 12 and cannot be varied according to the speed. . Further, since the length of the semiconductor light-receiving element 11 that can be manufactured is limited, there is a possibility that the slit distance ΔZ cannot be increased when the moving speed is high.

また、半導体受光素子11を互い違いに配置するので、それぞれの断面の空間分解能は、密に配列した場合の1/2になり、再構成した断層像で空間分解能が低下するデメリットがある。本発明は、以上の従来の問題点を解決することを目的とするものである。   In addition, since the semiconductor light receiving elements 11 are arranged alternately, the spatial resolution of each cross section is ½ that of a dense array, and there is a demerit that the spatial resolution is reduced in the reconstructed tomographic image. The object of the present invention is to solve the above conventional problems.

本発明は上記課題を解決するために、測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された2系統の高感度X線検出器を備えたX線CT装置であって、前記2系統の高感度X線検出器は、それぞれ移動する前記測定物を経時的に断層像を検出するものであり、該経時的に検出されたそれぞれ異なる断層像のデータに基づいて密度および減衰係数の異なる前記測定物の速度を求めることができることを特徴とするX線CT装置を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention is an X-ray CT apparatus provided with two high-sensitivity X-ray detectors arranged at a minute distance with respect to the moving direction of the measurement object. The high-sensitivity X-ray detector of the system detects tomograms over time for each of the moving objects, and the density and attenuation coefficient are determined based on the data of the different tomograms detected over time. Provided is an X-ray CT apparatus characterized in that the speeds of different measurement objects can be obtained.

前記2系統の高感度X線検出器のそれぞれの検出面の間の距離である検出面間距離と、前記それぞれの検出面における検出データから再構成した測定物の断層像から求められた時間間隔に基づいて、測定物の移動速度を求めることが可能である。   The distance between the detection surfaces, which is the distance between the detection surfaces of the two high-sensitivity X-ray detectors, and the time interval obtained from the tomographic image of the measurement object reconstructed from the detection data on the respective detection surfaces Based on the above, it is possible to determine the moving speed of the measurement object.

前記2系統の検出面間距離を、前記測定物の移動速度に応じて任意に設定できる駆動機構を備えたことを特徴とする。   A drive mechanism that can arbitrarily set the distance between the detection surfaces of the two systems according to the moving speed of the measurement object is provided.

本発明は上記課題を解決するために、測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された1系統の高感度X線検出器を3系統以上備えたX線CT装置であって、 前記1系統の高感度X線検出器は、移動する前記測定物を経時的に断層像を検出し、2次元断層像の再構成を可能とする1列のライン状画素列から成るCT用検出器であり、前記3系統以上の高感度X線検出器の連続する2系統の検出器の組み合わせにより検出されたデータに基づいて再構成した測定物の断層像から求められた時間間隔に基づいて前記測定物の速度の時間変化、すなわち、加速度を求めることが可能であることを特徴とするX線CT装置を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an X-ray CT apparatus provided with three or more high-sensitivity X-ray detectors arranged at a minute distance from the moving direction of the measurement object. The high-sensitivity X-ray detector of one system detects a tomographic image of the moving measurement object over time, and allows for reconstruction of a two-dimensional tomographic image. Based on a time interval obtained from a tomogram of a measurement object reconstructed based on data detected by a combination of two consecutive detectors of the three or more highly sensitive X-ray detectors. The X-ray CT apparatus is characterized in that it is possible to obtain the time change of the speed of the measurement object, that is, the acceleration.

本発明は上記課題を解決するために、測定物の移動方向に対して、微小距離だけ離して配置された2系統の高感度X線検出器を用いて、前記測定物を経時的に断層像を検出し、前記2系統の高感度X線検出器から取得したデータを基に再構成した断層像の空間平均輝度値の時間変化を比較し、類似したプロファイルの時間のずれを、相互相関を用いてもとめ、この時間差から測定物の移動速度を算出することを特徴とするX線CT装置を用いた測定物の移動速度を算出する方法を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention uses two high-sensitivity X-ray detectors that are arranged at a minute distance from the moving direction of the measured object, and the tomographic image of the measured object over time. And compare temporal changes in spatial average luminance values of tomographic images reconstructed based on the data obtained from the two high-sensitivity X-ray detectors, and cross-correlate the time lag of similar profiles. There is also provided a method for calculating a moving speed of a measuring object using an X-ray CT apparatus characterized by calculating the moving speed of the measuring object from this time difference.

本発明は上記課題を解決するために、移動する測定物に対して配置されたX線CT装置の1系統の高感度X線検出器により、移動する前記測定物の一連の断層像を経時的に検出し、該経時的に検出データで再構成した一連の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、測定物断面の重心位置の変化から、半径方向の移動速度を算出することを特徴とするX線CT装置を用いた測定物の移動速度を算出する方法を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a high-sensitivity X-ray detector of an X-ray CT apparatus arranged with respect to a moving measurement object, and a series of tomographic images of the moving measurement object over time. The brightness value distributions of successive tomographic images are compared with a series of tomographic images that are reconstructed with the detection data over time, and the moving speed in the radial direction is calculated from the change in the center of gravity position of the cross section of the measurement object. There is provided a method for calculating a moving speed of a measurement object using an X-ray CT apparatus.

本発明は上記課題を解決するために、経時的に検出データで再構成した一連の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、設定した解析領域内の測定物断面の重心位置の変化から半径方法の移動速度を算出した後、さらに移動速度の時間変化から加速度を算出するX線CT装置を用いた測定物の移動変化を算出する方法としてもよい。   In order to solve the above-mentioned problem, the present invention compares the luminance value distributions of successive tomographic images with a series of tomographic images reconstructed with detection data over time, and the position of the center of gravity of the measurement object cross section within the set analysis region. Alternatively, after calculating the moving speed of the radius method from the change of the distance, a moving change of the measurement object may be calculated using an X-ray CT apparatus that calculates the acceleration from the temporal change of the moving speed.

本発明は上記課題を解決するために、移動する測定物に対して配置されたX線CT装置の1系統の高感度X線検出器により、移動する前記測定物の一連の断層像を経時的に検出し、該経時的に検出データで再構成した一連の断層像で、連続する断層像の輝度値分布を比較し、測定物断面の輪郭形状の変化から、輪郭の変化率を算出することを特徴とするX線CT装置を用いた測定物断面の輪郭の変化率を算出する方法を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a high-sensitivity X-ray detector of an X-ray CT apparatus arranged with respect to a moving measurement object, and a series of tomographic images of the moving measurement object over time. The luminance value distributions of successive tomographic images are compared with a series of tomographic images that are reconstructed with the detection data over time, and the change rate of the contour is calculated from the change in the contour shape of the cross section of the measurement object. A method for calculating the change rate of the contour of the cross section of the measurement object using an X-ray CT apparatus characterized by

本発明は、以上の構成であるから、測定物の移動方向に、微小距離離れた2系統の検出面を有するX線検出器を用いれば、空間的な高分解能を維持したままで、2断面間距離を、連続的に、大きく変えることが可能となり、前述の特許文献3記載の発明にに不足した性能を補うことができる。   Since the present invention has the above configuration, if an X-ray detector having two detection surfaces separated by a minute distance is used in the moving direction of the object to be measured, two cross sections can be maintained while maintaining high spatial resolution. The distance can be changed continuously and greatly, and the performance lacking in the invention described in Patent Document 3 can be compensated.

また、2系統の検出器からのデータをもとに、再構成画像の輝度値の時間変化、および、画像再構成して得られた断層像における吸収係数分布の時間変化から、測定物の垂直方向および水平方向の移動速度を算出することができる。   Also, based on the data from the two detectors, the vertical value of the measured object can be calculated from the temporal change in the luminance value of the reconstructed image and the temporal change in the absorption coefficient distribution in the tomographic image obtained by the image reconstruction. The moving speed in the direction and the horizontal direction can be calculated.

さらに、3系統以上の測定断面で計測された移動速度の時間変化および経時的に記録された連続する3枚以上の断層像から、測定物の垂直および水平方向の加速度を算出することができる。   Further, the vertical and horizontal accelerations of the measurement object can be calculated from the temporal change of the moving speed measured in three or more measurement cross sections and three or more continuous tomographic images recorded over time.

これは、断層像の吸収係数分布に対応した混相流の相分布に、移動速度および加速度という新しい情報が加わるので、不透明な物質内の移動体の体積、表面積の計測や、混相流体の流速計としても作用する。また、加速度は作用する力を表すので、流体解析に重要な物理量となる。このような測定物のダイナミクスに関する情報を得られるX線CTまたは高速X線CTは、これまでになかった。   This is because new information such as moving velocity and acceleration is added to the phase distribution of the multiphase flow corresponding to the absorption coefficient distribution of the tomographic image, so the volume and surface area of the moving body in the opaque material, and the velocimeter of the multiphase fluid Also works. In addition, since acceleration represents an acting force, it becomes an important physical quantity for fluid analysis. There has never been an X-ray CT or a high-speed X-ray CT capable of obtaining information on the dynamics of such a measurement object.

本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings based on the embodiments.

本発明に係る高速X線CT用検出器は、2つの高感度半導体ラインセンサを駆動ステージ上に設置し、2つのラインセンサの受光部を測定物の移動方向に対して、相対的に、任意の刻み幅で移動できる機構を備えた構成とを特徴とする。そして、本発明では、これを用いた速度算出方法を提供するものである。   In the detector for high-speed X-ray CT according to the present invention, two high-sensitivity semiconductor line sensors are installed on the drive stage, and the light receiving portions of the two line sensors are relatively arbitrary with respect to the moving direction of the measurement object. And a structure having a mechanism capable of moving at a step size. And in this invention, the speed calculation method using this is provided.

本発明に係る高速X線CT用検出器20の構成を説明する。高速X線CT用検出器20の前提となる全体構造は、図1、2と同様に、複数のパルスX線源2と、該パルスX線源2に対応した検出器3を、測定領域5、測定物9のまわりに固定配置して成る。   The configuration of the high-speed X-ray CT detector 20 according to the present invention will be described. 1 and 2, the entire structure as a premise of the high-speed X-ray CT detector 20 includes a plurality of pulse X-ray sources 2 and a detector 3 corresponding to the pulse X-ray source 2 in a measurement region 5. , Fixedly arranged around the measurement object 9.

そして、本発明に係るパルスX線発生器20の構造及びそのパルスX線発生器の仕組みは、図1、2に示すパルスX線発生器と同じ構造であり、複数のX線源2を電気的に制御して、各X線源2から順次パルス的にX線を照射してスキャンを行うものである。   The structure of the pulse X-ray generator 20 and the mechanism of the pulse X-ray generator according to the present invention are the same as those of the pulse X-ray generator shown in FIGS. Therefore, scanning is performed by sequentially irradiating X-rays from each X-ray source 2 in a pulsed manner.

このような全体構造において、本発明の特徴は、図5において、測定対象となる配管21内の流れのまわりに、測定領域5の中心を中心とする同心円に沿って、外側から順に、複数のパルスX線源2と、第1断面検出器22と、第2断面検出器23とが配置されて成る構成である。第1断面検出器22と第2断面検出器23との半径方向(図のXおよびY方向)の距離は、お互いに干渉しない最短の距離に設定されている。   In such an overall structure, the feature of the present invention is that, in FIG. 5, the flow around the flow in the pipe 21 to be measured is around a concentric circle centering on the center of the measurement region 5, and a plurality of them in order from the outside. The pulse X-ray source 2, the first cross-section detector 22, and the second cross-section detector 23 are arranged. The distance between the first cross-section detector 22 and the second cross-section detector 23 in the radial direction (X and Y directions in the figure) is set to the shortest distance that does not interfere with each other.

第1断面検出器22は、複数の第1断面検出器モジュール24を円周に沿って配置した多角形状になって成る。又、第2断面検出器23は、複数の第2断面検出器モジュール25を円周に沿って配置した多角形状になって成る。   The first cross-section detector 22 has a polygonal shape in which a plurality of first cross-section detector modules 24 are arranged along the circumference. The second cross-section detector 23 has a polygonal shape in which a plurality of second cross-section detector modules 25 are arranged along the circumference.

第1断面検出器モジュール24及び第2断面検出器モジュール25は、それぞれ矩形のモジュール支持壁の内面に複数の受光部画素が周方向にライン状に連続的に取り付けられ、第1検出面及び第2検出面を形成している。   In the first cross-section detector module 24 and the second cross-section detector module 25, a plurality of light-receiving unit pixels are continuously attached in a line shape in the circumferential direction on the inner surface of a rectangular module support wall, respectively. Two detection surfaces are formed.

第1断面検出器モジュール24及び第2断面検出器モジュール25は、それぞれ複数の画素(例えば、16、32、64個など)と信号処理用プロセッサで構成される。   Each of the first cross-section detector module 24 and the second cross-section detector module 25 includes a plurality of pixels (for example, 16, 32, 64, etc.) and a signal processing processor.

検出器モジュール24、25は、図11(a)、(b)に示されるように、長方形の配線基板26の下端に、フォトリソグラフィ加工によって1列の画素電極パターンを形成した化合物半導体(ここではCdTe)片を設置し、これが受光部27となる。   As shown in FIGS. 11A and 11B, the detector modules 24 and 25 are compound semiconductors (in this case, a pixel electrode pattern of one column is formed by photolithography at the lower end of a rectangular wiring board 26, here. CdTe) piece is installed, and this is the light receiving unit 27.

受光部27は、信号処理用プリアンプ28と接続し、配線基板16上の配線29とコネクタ30を通して、信号処理アンプ46に接続される。基板上の配線とコネクタを通して、メインアンプに接続する構成になっている。信号処理用プリアンプ28は、放射線損傷を避けるため、鉛遮蔽板31でカバーされている。   The light receiving unit 27 is connected to the signal processing preamplifier 28 and is connected to the signal processing amplifier 46 through the wiring 29 on the wiring substrate 16 and the connector 30. It is configured to connect to the main amplifier through wiring and connectors on the board. The signal processing preamplifier 28 is covered with a lead shielding plate 31 to avoid radiation damage.

画素電極パターンを形成した化合物半導体が検出効率の高い受光部27として動作する。配線基板16の下端に、受光部17を取り付けたのは、図5の第1断面検出器33と、第2断面検出器34の相対的な距離(ΔZ)を任意の値に設定するとき、第2断面検出器23の配線基板16によって、X線15が遮られず、同時に第1断面検出器33と第2断面検出器34に透過像を検出させるためである。   The compound semiconductor in which the pixel electrode pattern is formed operates as the light receiving unit 27 with high detection efficiency. The light receiving unit 17 is attached to the lower end of the wiring board 16 when the relative distance (ΔZ) between the first cross-section detector 33 and the second cross-section detector 34 in FIG. 5 is set to an arbitrary value. This is because the X-ray 15 is not obstructed by the wiring board 16 of the second cross-section detector 23, and at the same time, the first cross-section detector 33 and the second cross-section detector 34 detect the transmission image.

本発明では、2系統の独立した検出器(第1断面検出器22と第2断面検出器23)を使用しているが、今日では、2次元の画素配列を持ったフラットパネル型の2次元検出器が普及している。このような2次元検出器の問題は、大量のデータを転送するのに時間がかかる点であるが、高速化が図られた2次元検出器であれば、2次元画素列の中から、第1断面や第2断面に相当する1列の画素列を抽出しても、本発明の解析手法が適用できる。   In the present invention, two independent detectors (first cross section detector 22 and second cross section detector 23) are used, but today, a flat panel type two-dimensional having a two-dimensional pixel array. Detectors are widespread. The problem with such a two-dimensional detector is that it takes a long time to transfer a large amount of data. The analysis method of the present invention can be applied even if one pixel column corresponding to one cross section or the second cross section is extracted.

第1及び第2の検出器モジュール24、25の周方向幅が、測定領域中心Oからみて、同じ広がり角度θになるようにするため、第2断面検出器モジュール25の周方向の幅Wは、第1断面検出器モジュール24の周方向の幅Wよりも小さくしてある。このため、画素数は同じでも、周方向の画素ピッチは、第2断面検出器モジュール25の方が小さい。 In order to make the circumferential width of the first and second detector modules 24 and 25 the same spread angle θ as seen from the measurement region center O, the circumferential width W 2 of the second cross-section detector module 25. Is smaller than the circumferential width W 1 of the first cross-section detector module 24. For this reason, even if the number of pixels is the same, the second cross-section detector module 25 has a smaller pixel pitch in the circumferential direction.

また、パルスX線源2のX線発生面32(図2、5参照)は、第1検出面33の下方(図中Z軸のマイナス方向)に設定されており、X線の測定領域に向けての照射方向は、X線焦点(X線源、より詳しくは図2のターゲット面でのX線焦点)から、第1検出面33、第2検出面34に向けて所定の角度α1、α2だけ上方(図中Z軸の上向きのプラス方向)に打ち上げられている。   Further, the X-ray generation surface 32 (see FIGS. 2 and 5) of the pulse X-ray source 2 is set below the first detection surface 33 (in the negative direction of the Z axis in the figure), and in the X-ray measurement region. The irradiation direction is directed from the X-ray focal point (X-ray source, more specifically, the X-ray focal point at the target surface in FIG. 2) toward the first detection surface 33 and the second detection surface 34 by a predetermined angle α1, It is launched upward by α2 (upward plus direction in the Z axis in the figure).

これにより、第1断面検出器モジュール24及び第2断面検出器モジュール25が測定物9を取り囲むように配置されていても、測定領域5を透過する前にX線ファンビーム35が第1及び第2検出器22、23と干渉することをを回避することができる。   As a result, even if the first cross-section detector module 24 and the second cross-section detector module 25 are arranged so as to surround the measurement object 9, the X-ray fan beam 35 is transmitted through the first and first X-ray fan beams before passing through the measurement region 5. Interference with the two detectors 22 and 23 can be avoided.

外部コントローラからの信号に従って、複数のパルスX線源2は、順次、あるいは選択的に点燈してパルスX線を射出して測定領域にある測定物の照射して透過し、画像再構成に必要な多方向からの投影データを、第1断面検出器22及び第2断面検出器23でそれぞれ計測する。   In accordance with a signal from the external controller, the plurality of pulse X-ray sources 2 are turned on sequentially or selectively to emit pulse X-rays, irradiate and transmit the measurement object in the measurement region, and perform image reconstruction. Necessary projection data from multiple directions are measured by the first cross-section detector 22 and the second cross-section detector 23, respectively.

第1断面検出器22と第2断面検出器23のデータ収集系は、それぞれ独立しており、データ収集開始のために同時にトリガが与えられ、1回のX線パルス照射で、微小距離ΔZ離れた異なる高さ位置(第1検出面33及び第2検出面34の位置)で、同時に2断面のデータ収集が行われる。第1断面検出器22と第2断面検出器23のZ方向の高さの差ΔZは、測定物9の移動速度に応じて、連続的に可変とする。   The data acquisition systems of the first cross-section detector 22 and the second cross-section detector 23 are independent of each other. A trigger is given at the same time to start data acquisition, and a small distance ΔZ is separated by one X-ray pulse irradiation. Data acquisition of two cross sections is simultaneously performed at different height positions (positions of the first detection surface 33 and the second detection surface 34). The height difference ΔZ between the first cross-section detector 22 and the second cross-section detector 23 in the Z direction is continuously variable according to the moving speed of the measurement object 9.

図6は、データ収集のタイミングを説明する図である。スキャン時間Δtsは、すべてのX線源2が点燈終了するまでの時間で、X線源2の本数をNxとすると、
Δts=Nx x Δtx
ここで、Δtxは1個のパルスX線が点燈し(ΔtxON)消灯(ΔtxOFF)するまでの時間で、
Δtx=ΔtxON +ΔtxOFF
となる。ここで、ΔtxON、ΔtxOFFの時間幅(デューティ)は、外部コントローラで制御可能である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the timing of data collection. The scan time Δts is the time until all the X-ray sources 2 are turned on. If the number of X-ray sources 2 is Nx,
Δts = Nx x Δtx
Here, Δtx is the time until one pulse X-ray is turned on (ΔtxON) and extinguished (ΔtxOFF).
Δtx = ΔtxON + ΔtxOFF
It becomes. Here, the time width (duty) of ΔtxON and ΔtxOFF can be controlled by an external controller.

第1検出面33および第2検出面34のデータ収集開始トリガ信号(図6中の第1断面及び第2断面におけるそれぞれのトリガ信号)は、X線照射開始とほぼ同時に与えられ、データ蓄積は、X線源2が点燈している時間内に終了する。すなわち、第1検出面33および第2検出面34の検出データ蓄積時間をそれぞれΔtp1、Δtp2とすると、
Δtp1、Δtp2 < ΔtxON
という条件下でデータ収集が行なわれる。Δtp1、Δtp2は通常、同じに設定されるが、検出器の感度や特性に応じて、異なる値を設定することも可能である。この方式で撮影された第1検出面33と第2検出面34の投影データを用いて、画像再構成を行なう。
The data acquisition start trigger signals (respective trigger signals in the first cross section and the second cross section in FIG. 6) of the first detection surface 33 and the second detection surface 34 are given almost simultaneously with the start of X-ray irradiation, and data accumulation is performed. , And ends within the time when the X-ray source 2 is on. That is, assuming that the detection data accumulation times of the first detection surface 33 and the second detection surface 34 are Δtp1 and Δtp2, respectively.
Δtp1, Δtp2 <ΔtxON
Data collection is performed under the conditions. Δtp1 and Δtp2 are usually set to be the same, but different values can be set according to the sensitivity and characteristics of the detector. Image reconstruction is performed using the projection data of the first detection surface 33 and the second detection surface 34 photographed by this method.

図7に示すように、それぞれの断面ごとに、等時間間隔で撮影された断層面の輝度平均を求めて輝度値の時間変化をプロットすると、両者は類似したプロットでありながら、微小距離ΔZの移動時間に応じて、時間軸がわずかにずれたプロットとなる。   As shown in FIG. 7, when the luminance average of the tomographic planes taken at equal time intervals is obtained for each cross section and the temporal change of the luminance value is plotted, the two are similar plots, but the minute distance ΔZ Depending on the travel time, the time axis is slightly shifted.

2つの時系列データの時間差Δtvを求めるには、2つの時系列データの比較したい区間について、相互相関を求めることにより、スキャン時間Δtsの倍数として、時間差Δtvを算出する事ができる。この倍数をnとすると、時間差は
Δtv=n x Δts
と表されるので、測定物のZ方向(例えば図5のZ方向)の瞬時の移動速度Vzは、
Vz=ΔZ / Δtv
で与えられる。
In order to obtain the time difference Δtv between the two time series data, the time difference Δtv can be calculated as a multiple of the scan time Δts by obtaining the cross-correlation for the section to be compared between the two time series data. When this multiple is n, the time difference is Δtv = n × Δts.
Therefore, the instantaneous moving speed Vz of the measurement object in the Z direction (for example, the Z direction in FIG. 5) is
Vz = ΔZ / Δtv
Given in.

3系統の検出面を有する装置で垂直方向の加速度を求める場合、前述の方法で、隣接する2断面から時間差△tvl、△tv2、および移動速度Vz1、Vz2を求める事ができる。時間差が微小であれば、直線的な移動とみなせるので、速度差(Vzl−Vz2)を時間(△tvl+△tv2)で割る事で、加速度Az12を求めることができる。
Az12=(Vzl−Vz2)/(△tvl+△tv2)
3系統以上の検出面がある場合も、同様の手法で連続的に加速度を算出できる。
When the vertical acceleration is obtained by an apparatus having three detection surfaces, the time differences Δtvl and Δtv2 and the moving speeds Vz1 and Vz2 can be obtained from the two adjacent cross sections by the method described above. If the time difference is small, it can be regarded as a linear movement, and the acceleration Az12 can be obtained by dividing the speed difference (Vzl−Vz2) by the time (Δtvl + Δtv2).
Az12 = (Vzl−Vz2) / (Δtvl + Δtv2)
Even when there are three or more detection surfaces, acceleration can be calculated continuously by the same method.

これに対して、個々の測定物の半径方向の移動速度Vriは、第1検出面33のみ、または、第2検出面34のみの時間的に連続する断層像を比較することで算出可能となる。図8に示すように、例えば、第1検出面33で得られたある時刻の連続する2枚の断層像を比較する。   On the other hand, the moving speed Vri in the radial direction of each measurement object can be calculated by comparing temporally continuous tomographic images of only the first detection surface 33 or only the second detection surface 34. . As shown in FIG. 8, for example, two continuous tomographic images obtained at the first detection surface 33 at a certain time are compared.

断層像に表示された測定物の形状を特定するために、輝度値の変化率が最大になる値などの適当なしきい値を設定して、断層像を二値化する。抽出された測定物の検出面に相当する輝度分布の重心を画像から算出し、連続する断層像で重心点の位置を接続する事によって、その変位ΔRiから、個々の測定物の瞬時の半径方向速度VRiが下記によって求められる。
VRi = ΔRi / Δts
スキャン時間Δtsを移動時間にくらべて十分短く設定すれば、重心の移動量ΔRiは線形近似できるので、瞬時の速度が求められる。
In order to specify the shape of the measurement object displayed on the tomographic image, an appropriate threshold value such as a value at which the change rate of the luminance value is maximized is set, and the tomographic image is binarized. By calculating the centroid of the luminance distribution corresponding to the detection surface of the extracted measurement object from the image and connecting the positions of the centroid points with successive tomographic images, the instantaneous radial direction of each measurement object is obtained from the displacement ΔRi. Speed VRi is determined by:
VRi = ΔRi / Δts
If the scan time Δts is set sufficiently shorter than the movement time, the center-of-gravity movement amount ΔRi can be linearly approximated, so an instantaneous speed is obtained.

半径方向の加速度を求める場合、連続する2断面から時間差△trl、△tr2、および重心移動速度VR1、VR2を求める事ができる。時間差が微小であれば、直線的な移動とみなせるので、速度差(VRl−VR2)を時間(△trl+△tr2)で割る事で、加速度AR12を求めることができる。
AR12=(VRl−VR2)/(△trl+△tr2)
3断面以上の断層データがある場合も、同様の手法で連続的に加速度を算出できる。
When obtaining the acceleration in the radial direction, the time differences Δtrl and Δtr2 and the center-of-gravity moving speeds VR1 and VR2 can be obtained from two consecutive cross sections. If the time difference is small, it can be regarded as a linear movement. Therefore, the acceleration AR12 can be obtained by dividing the speed difference (VR1−VR2) by the time (Δtrl + Δtr2).
AR12 = (VRl−VR2) / (Δtrl + Δtr2)
Even when there are tomographic data of three or more cross sections, acceleration can be continuously calculated by the same method.

測定物9が液体の中の気泡のように、移動しながら変形する場合、装置の設計や解析では界面の変形速度や界面面積が重要な物理量となる。その場合、図9に示すように、第1検出面のみ、または、第2検出面のみの時間的に連続する断層像の輪郭を、画像処理により抽出し、T=t1とT=t1+Δtsの断層像の輪郭を、同じ数だけ分割して、対応する点を結ぶことで、Δts間の変位ΔLiが求められる。   When the measurement object 9 is deformed while moving like bubbles in a liquid, the interface deformation speed and the interface area are important physical quantities in the design and analysis of the apparatus. In that case, as shown in FIG. 9, only the first detection plane or only the second detection plane is extracted by image processing, and the tomograms of T = t1 and T = t1 + Δts are extracted. By dividing the contour of the image by the same number and connecting corresponding points, a displacement ΔLi between Δts is obtained.

ただし、変位ΔLiが線形近似できるように、スキャン時間Δtsを変形時間に比べて十分小さく設定することが必要である。スキャン時間Δtsと変位ΔLiから、輪郭の変化率VLiは、以下の式で求められる。
VLi=ΔLi /Δts
However, it is necessary to set the scan time Δts sufficiently smaller than the deformation time so that the displacement ΔLi can be linearly approximated. From the scan time Δts and the displacement ΔLi, the contour change rate VLi is obtained by the following equation.
VLi = ΔLi / Δts

以上の例は、第1断面検出器22と第2断面検出器23という2つの検出器で実施例を説明したが、3個以上の断面を有する高速サンプリング可能な2次元検出器でも、同様に適用できる。   In the above example, the first cross-section detector 22 and the second cross-section detector 23 have been described as examples. However, even in a two-dimensional detector having three or more cross sections and capable of high-speed sampling, the same applies. Applicable.

本発明に係る高速X線CT装置36の実施例を図10に示す。この高速X線CT装置36は、高さ方向で位置の異なる検出面を備えた検出器を装備した。高速X線CT装置36は、X線発生器37と検出部38とを備えている。X線発生器37は、検出部38を収納できるスペース39を有し、測定物9を流す配管21が軸心を一致して配置された凹所40を有する。   An embodiment of the high-speed X-ray CT apparatus 36 according to the present invention is shown in FIG. The high-speed X-ray CT apparatus 36 was equipped with a detector having detection surfaces with different positions in the height direction. The high-speed X-ray CT apparatus 36 includes an X-ray generator 37 and a detection unit 38. The X-ray generator 37 has a space 39 in which the detection unit 38 can be accommodated, and has a recess 40 in which the pipe 21 through which the measurement object 9 flows is arranged with its axis aligned.

X線発生器37上にレベラ49を介して第1断面ステージ41及び第2断面ステージ42が配置されている。検出部38は、第1断面ステージ41及び第2断面ステージ42を介して固定された第1断面検出器モジュール24と第2断面の検出器モジュール25を、円周にそって多角形状に配置して構成される。   A first cross-section stage 41 and a second cross-section stage 42 are disposed on the X-ray generator 37 via a leveler 49. The detection unit 38 arranges the first cross-section detector module 24 and the second cross-section detector module 25 fixed through the first cross-section stage 41 and the second cross-section stage 42 in a polygonal shape along the circumference. Configured.

X線発生器37の内部は真空に維持されており、複数のX線源2が配管21の軸心の周囲に、かつ第1断面検出器モジュール24と第2断面の検出器モジュール25の外側に、円周に沿って配列されるように収納されている。即ち、各X線源2は、それらの焦点が測定領域5を中心とする円に沿った水平面上にくるように配列されている。   The inside of the X-ray generator 37 is maintained in a vacuum, and a plurality of X-ray sources 2 are arranged around the axis of the pipe 21 and outside the first cross-section detector module 24 and the second cross-section detector module 25. Are arranged so as to be arranged along the circumference. That is, the X-ray sources 2 are arranged so that their focal points are on a horizontal plane along a circle centered on the measurement region 5.

X線は、各X線源2の焦点から、薄い金属窓43を貫通して、測定物9に照射される。前述のように、各X線源2からパルスX線を発生するパルスX線発生面32は、第1検出面33よりも下方に設定されており、X線ファンビーム35が僅かに上方に放射されるので、第1検出面33と干渉せずに、測定物9を透過したX線が第1及び第2検出面33、34で検知される。   X-rays are irradiated from the focal point of each X-ray source 2 to the measurement object 9 through the thin metal window 43. As described above, the pulse X-ray generation surface 32 for generating pulse X-rays from each X-ray source 2 is set below the first detection surface 33, and the X-ray fan beam 35 is emitted slightly upward. Therefore, the X-rays that have passed through the measurement object 9 are detected by the first and second detection surfaces 33 and 34 without interfering with the first detection surface 33.

X線発生面32と第1検出面33の距離は、レベラ49により第1断面ステージ41を介して調節可能である。ここで、第1断面検出器モジュール24及び第2断面検出器モジュール25は、検出器モジュール保持リング44を介して第1及び第2ステージ41、42に固定されており、さらに第2断面ステージ42は、駆動機構45によって、第1断面ステージ41に対して、相対的にZ方向に移動できるように設計されている。このように駆動機構45を調整することによって、第1検出面33と第2検出面34の検出面距離ΔZは、測定物9の移動速度に応じて、任意量だけ変化させることができる。   The distance between the X-ray generation surface 32 and the first detection surface 33 can be adjusted by the leveler 49 via the first section stage 41. Here, the first cross-section detector module 24 and the second cross-section detector module 25 are fixed to the first and second stages 41 and 42 via the detector module holding ring 44, and further the second cross-section stage 42. Is designed so that it can be moved in the Z direction relative to the first section stage 41 by the drive mechanism 45. By adjusting the drive mechanism 45 in this way, the detection surface distance ΔZ between the first detection surface 33 and the second detection surface 34 can be changed by an arbitrary amount according to the moving speed of the measurement object 9.

ここで、駆動機構45は、自動または手動操作により、例えば、ダイヤル48を回転操作して、周知のラックアンドピニオン等の伝導機構を動作させて、第1断面ステージ41に対して第2断面ステージ42を相対的に移動して、第一検出面33と第2検出面34の高さを相対的に任意量変える事ができる機構である。   Here, the drive mechanism 45 is operated automatically or manually, for example, by rotating the dial 48 to operate a conduction mechanism such as a well-known rack and pinion, so that the second cross-section stage relative to the first cross-section stage 41. This is a mechanism that can relatively move the heights of the first detection surface 33 and the second detection surface 34 by relatively moving 42.

第1断面検出器モジュール24及び第2断面検出器モジュール25は、それぞれ図示しない第1信号処理アンプ46及び第2信号処理アンプ47と接続されている。第1信号処理アンプ及び第2信号処理アンプは、それぞれ第1断面ステージ41及び第2断面ステージ42に対応して固定されているので、第1断面検出器モジュール24と第1信号処理アンプ46は、互いに相対的には移動しない。同様に、第2断面検出器モジュール25と第2信号処理アンプ47は、互いに相対的には移動しない。   The first cross-section detector module 24 and the second cross-section detector module 25 are connected to a first signal processing amplifier 46 and a second signal processing amplifier 47 (not shown), respectively. Since the first signal processing amplifier and the second signal processing amplifier are fixed to correspond to the first section stage 41 and the second section stage 42, respectively, the first section detector module 24 and the first signal processing amplifier 46 are , Do not move relative to each other. Similarly, the second cross-section detector module 25 and the second signal processing amplifier 47 do not move relative to each other.

第1信号処理アンプ46及び第2信号処理アンプ47からの出力は、第2ステージ42の移動を妨げない柔軟なケーブルで検出器から転送されたデータをパソコンに取り込むボード、すなわちフレームグラバと接続され、データ収録用のパソコンに転送される。パソコンでは、上記測定物の移動速度の算出等のデータの処理が行われる。   The outputs from the first signal processing amplifier 46 and the second signal processing amplifier 47 are connected to a board that captures data transferred from the detector into a personal computer with a flexible cable that does not interfere with the movement of the second stage 42, that is, a frame grabber. And transferred to a data recording PC. In the personal computer, data processing such as calculation of the moving speed of the measurement object is performed.

本発明は以上の構成であるから、工業用非破壊検査、混相流可視化および界面速度計測、化学工学、オイル−水−空気などが混合した流れの速度、体積計測、不透明流体の流速・流量計、液体中に固体が含まれる流れの固体量計測、ガスで固体を輸送する場合の体積流量計測などに適用できる。   Since the present invention has the above-described configuration, industrial nondestructive inspection, multiphase flow visualization and interface velocity measurement, chemical engineering, velocity of oil-water-air mixed flow, volume measurement, flow rate and flowmeter of opaque fluid The present invention can be applied to the measurement of the solid amount of a flow in which a solid is contained in a liquid, the volume flow measurement when a solid is transported by gas, and the like.

高速X線CTの基本的な構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of high-speed X-ray CT. パルスX線発生の基本的な仕組を説明する図である。It is a figure explaining the basic mechanism of pulse X-ray generation. 従来例(特許第3208426号)の検出器モジュールを示す図である。It is a figure which shows the detector module of a prior art example (patent 3208426). 従来例(特許第3208426号)の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the Example of a prior art example (patent 3208426). 本発明の2断面計測実施装置及び方法の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the two-section measurement implementation apparatus and method of this invention. X線照射と2断面のデータ収集タイミングを示す図である。It is a figure which shows X-ray irradiation and the data collection timing of 2 cross sections. 本発明の軸方向(Z方向)の速度を求める方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating | requiring the speed of the axial direction (Z direction) of this invention. 本発明の半径方向(X−Y方向)の速度を求める方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating | requiring the speed of the radial direction (XY direction) of this invention. 本発明の輪郭の拡大率(X−Y方向)を求める方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of calculating | requiring the expansion rate (XY direction) of the outline of this invention. 2断面検出器を設置した本発明の高速X線CT装置を示す図である。It is a figure which shows the high-speed X-ray CT apparatus of this invention which installed the two-section detector. 本発明の検出器モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the detector module of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 高速X線CT装置
2 (パルス)X線源
3 検出器
4 検出器画素
5 測定領域
6 フィラメント
7 バイアスグリッド
8 ターゲット
9 測定物
10 検出器モジュール
11 半導体受光素子
12 スリット
13 第1断面位置
14 第2断面位置
15 X線
20 高速X線CT用検出器
21 配管
22 第1断面検出器
23 第2断面検出器
24 第1断面検出器モジュール
25 第2断面検出器モジュール
26 配線基板
27 受光部
28 信号処理用プリアンプ
29 配線基板上の配線
30 コネクタ
31 鉛遮蔽板
32 X線発生面
33 第1検出面
34 第2検出面
35 X線ファンビーム
36 高速X線CT装置
37 X線発生器
38 検出部
39 スペース
40 凹所
41 第1断面ステージ
42 第2断面ステージ
43 金属窓
44 検出器モジュール保持リング
45 駆動機構
46 第1信号処理アンプ
47 第2信号処理アンプ
48 ダイヤル
49 レベラ
Z方向 測定物の移動方向
X、Y方向 測定物の移動方向と垂直の方向
ΔZ 第1断面検出面と第2断面検出面のZ方向距離
Δts スキャン時間
Δtx パルスX線照射時間間隔
ΔtxON パルスX線の点燈時間
ΔtxOFF パルスX線の消灯時間
Δtp1 第1断面のデータ蓄積時間
Δtp2 第2断面のデータ蓄積時間
Δtv 断層面平均輝度値の時間変化から求めた測定物の移動時間
n 輝度値の時間変化が一致するスライス数
Vz 測定物のZ方向移動速度
VRi 測定物の半径方向移動速度
ΔRi スキャン時間中の重心位置の移動量
VLi 測定物の輪郭の変化率
ΔLi スキャン時間中の輪郭の移動量
1 High-speed X-ray CT system
2 (Pulse) X-ray source
3 Detector
4 detector pixels
5 Measurement area
6 Filament
7 Bias grid
8 Target
9 Measurement object
10 Detector module
11 Semiconductor light receiving element
12 Slit
13 First section position
14 Second section position
15 X-ray
20 Detector for high-speed X-ray CT
21 Piping
22 First section detector
23 Second section detector
24 First cross-section detector module
25 Second section detector module
26 Wiring board
27 Receiver
28 Preamplifier for signal processing
29 Wiring on the wiring board
30 connectors
31 Lead shield
32 X-ray generation surface
33 First detection surface
34 Second detection surface
35 X-ray fan beam
36 High-speed X-ray CT system
37 X-ray generator
38 detector
39 space
40 recess
41 First section
42 Second Section Stage
43 metal windows
44 Detector module retaining ring
45 Drive mechanism
46 First signal processing amplifier
47 Second signal processing amplifier
48 dial 49 leveler
Z direction Movement direction X and Y direction of the measurement object Direction ΔZ perpendicular to the movement direction of the measurement object ΔZ Distance Zts between the first cross section detection surface and the second cross section detection surface Δts Scan time
Δtx Pulse X-ray irradiation time interval ΔtxON Pulse X-ray lighting time ΔtxOFF Pulse X-ray extinguishing time Δtp1 First cross-section data storage time Δtp2 Second cross-section data storage time Δtv Determined from time variation of tomographic plane average luminance value Measurement time
n Number of slices with which temporal changes in brightness value Vz V-direction moving speed VRi of the measurement object Radial movement speed ΔRi of the measurement object VLi Amount of movement of the center of gravity during the scan time VLi Change rate of the contour of the measurement object ΔLi During the scan time Contour movement

Claims (2)

測定物である混相流の移動方向に対して、微小距離だけ離し配置されたそれぞれ独立した2系統の高感度X線検出器を備え、該2系統の高感度X線検出器は、それぞれ混相流のまわりに配置され上下方向に移動可能な保持リングに保持され、複数のパルスX線源により前記測定物に対して順次照射されて透過されたX線を検出するX線CT装置であって、
前記2系統の高感度X線検出器は、それぞれフォトリソグラフィ加工により形成され複数の受光部画素が周方向にライン状に連続的に取り付けられてなる検出面を有し、移動する前記測定物の断層像を経時的に検出するものであり、
前記複数のパルスX線源は、前記2系統の高感度X線検出器の検出面より下方に設けられて前記測定物を透過したX線を互いに干渉せずに検出可能な構成とし、
該経時的に検出されたそれぞれ異なる断層像のデータに基づいて密度および減衰係数の異なる前記測定物の速度を求めることができ、
前記2系統の高感度X線検出器の一方の高感度X線検出器は、他方の高感度X線検出器に対して駆動機構により測定物の移動方向に連続的かつ相対的に移動可能であり、前記2系統の高感度X線検出器のそれぞれの検出面の間の距離である検出面間距離を、前記測定物の移動速度に応じて任意に設定できることを特徴とするX線CT装置。
The moving direction of the measurement object is a multi-phase flow, with a high sensitivity X-ray detector of independent two systems are separated by a small distance arrangement, sensitive X-ray detector of the two systems, respectively multiphase flow An X-ray CT apparatus for detecting X-rays that are arranged around and held by a holding ring that is movable in the vertical direction and are sequentially irradiated and transmitted by the plurality of pulse X-ray sources to the measurement object,
The two high-sensitivity X-ray detectors each have a detection surface that is formed by photolithography and has a plurality of light receiving unit pixels that are continuously attached in a line in the circumferential direction. To detect tomograms over time,
The plurality of pulse X-ray sources are configured below the detection surfaces of the two high-sensitivity X-ray detectors and configured to detect X-rays transmitted through the measurement object without interfering with each other,
Based on the data of the different tomographic images detected over time, the speed of the measurement object having different density and attenuation coefficient can be obtained,
One high-sensitivity X-ray detector of the two high-sensitivity X-ray detectors can move continuously and relatively in the moving direction of the object to be measured by the drive mechanism with respect to the other high-sensitivity X-ray detector. An X-ray CT apparatus characterized in that a distance between detection surfaces, which is a distance between detection surfaces of the two high-sensitivity X-ray detectors, can be arbitrarily set according to the moving speed of the measurement object. .
前記2系統の検出面間距離と、前記それぞれの検出面における検出データから再構成した測定物の断層像から求められた時間間隔に基づいて、測定物の移動速度を求めることが可能であることを特徴とする請求項1記載のX線CT装置。
It is possible to determine the moving speed of the measurement object based on the distance between the two detection surfaces and the time interval obtained from the tomographic image of the measurement object reconstructed from the detection data on the respective detection surfaces. The X-ray CT apparatus according to claim 1.
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