JP5476586B2

JP5476586B2 - 放射線検査システム

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Publication number: JP5476586B2
Application number: JP2010254766A
Authority: JP
Inventors: 名雲　　靖; 淳額賀; 紀行定岡
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: JP2012107877A

Description

本発明は、被検体を挟むように放射線源及び放射線検出器を配置するとともに、放射線源及び放射線検出器を同一方向に並行移動させて被検体を走査する放射線検査システムに係わり、特に、放射線検出器に対する放射線源の相対位置及び照射方向が異なる条件で複数回の走査を行う放射線検査システムに関する。

例えば原子力や火力の発電プラント、化学プラント、及び石油プラント等に設置された配管の健全性を確保するため、放射線撮影装置を用いて配管（被検体）の内部を非破壊検査するニーズが増加している。プラントの配管は狭隘な場所に設置されていることが多く、一般的なＸ線ＣＴ装置を用いることが困難である。そのため、例えばラミノグラフィと呼ばれる撮影方法を採用した検査装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。一般的なＸ線ＣＴ装置では、放射線源（Ｘ線発生器）及び放射線検出器を固定し、それらの間に配置した被検体を例えば３６０°（最低でも、１８０°＋放射線ビームの広がり角度）回転させることにより、複数の方向から被検体の透過画像を撮影し、画像再構成演算により被検体内部の断層画像又は立体画像を生成する。これに対し、特許文献１に記載の検査装置では、配管を挟むように放射線源及び放射線検出器を配置するとともに、放射線源及び放射線検出器を配管の長軸方向に並行移動させて配管を走査することにより、複数の方向から配管の透過画像を撮影し、画像再構成演算により配管内部の断層画像または立体画像を生成する。したがって、配管の周囲に放射線源及び放射線検出器を回転させる余裕がない場合でも、配管の検査が行えるようになっている。

特許文献１に記載の配管の撮影方法を、図１７を用いて詳しく説明する。例えば、図１７（ａ）→図１７（ｂ）→図１７（ｃ）の順で示すように、放射線源１及び放射線検出器２を配管３の長軸方向（図中右方向）に一定の速度で並行移動させて配管３を走査する。この走査の間、放射線源１からは定常的に円錐状の放射線ビーム（コーンビーム）が照射される。放射線検出器２は、所定の時間間隔で（言い換えれば、所定の移動間隔で）、放射線源１から照射され配管３を透過した放射線の強度分布（２次元分布）を検出して配管３の透過画像を生成する。このとき、配管３の内部の点３ａを透過する放射線は、図１７（ａ）中点線矢印Ａで示す方向から始まり、図１７（ｂ）中点線矢印Ｂで示す方向を経て、図１７（ｃ）中点線矢印Ｃで示す方向で終了する。したがって、放射線源１から照射される放射線ビームの広がり角度（コーンビーム角度）をθ（例えば３０°〜６０°程度）とすれば、走査の間に配管３の内部の点３ａを透過する放射線の透過角度範囲（言い換えれば、前述した点線矢印Ａから点線矢印Ｃまでの角度範囲）もθとなる。

上述した検査装置において、配管の断層像又は立体像の再現性を向上させるためには、放射線の透過角度範囲を大きくすることが望まれる。そこで、放射線検出器に対する放射線源の相対位置及び照射方向が異なる条件で被検体を複数回走査することにより、透過角度範囲を総合して大きくする方法が提唱されている（例えば、特許文献２参照）。

詳しく説明すると、例えば、放射線ビームの広がり角度θ＝３０°である場合において、１回目の走査では、放射線源の照射方向を放射線検出器の検出面に垂直な方向から＋１５°傾けた方向とし、これに対応して放射線検出器と放射線源との相対位置を設定する。２回目の走査では、放射線源の照射方向を放射線検出器の検出面に垂直な方向から−１５°傾けた方向とし、これに対応して放射線検出器と放射線源との相対位置を設定する。このような条件で２回走査することにより、総合的な透過角度範囲を６０°とすることが可能である。したがって、配管の断層像又は立体像の再現性を向上させることができる。

あるいは、例えば、放射線ビームの広がり角度θ＝３０°である場合において、１回目の走査では、放射線源の照射方向を放射線検出器の検出面に垂直な方向とし、これに対応して放射線検出器と放射線源との相対位置を設定する。２回目の走査では、放射線源の照射方向を放射線検出器の検出面に垂直な方向から＋４５°傾けた方向とし、これに対応して放射線検出器と放射線源との相対位置を設定する。３回目の走査では、放射線源の照射方向を放射線検出器の検出面に垂直な方向から−４５°傾けた方向とし、これに対応して放射線検出器と放射線源との相対位置を設定する。このような条件で３回走査することにより、総合的な透過角度範囲を９０°とすることが可能である。したがって、配管の断層像又は立体像の再現性を向上させることができる。

また、特許文献２では、各回の走査開始前に校正用ファントムを取り付け、その際に放射線検出器から得られた透過画像に基づき、放射線源と放射線検出器との相対位置を計測する。これにより、放射線源と放射線検出器との相対位置の誤差を低減し、配管の断層像又は立体像の再現性を向上させることができる。

特開２００８−２７５３５２号公報特開２００９−２７６１４２号公報

上記特許文献２では、配管の断層像又は立体像の再現性を向上させるため、各回の走査開始前に（言い換えれば、放射線検出器に対する放射線源の相対位置及び照射方向を設定する度に）校正用ファントムを取り付けて放射線源と放射線検出器との相対位置を計測する。そのため、検査時間の短縮の面で改善の余地があった。

本発明の目的は、検査時間を短縮しつつ、被検体の断層像又は立体像の再現性を向上させることができる放射線検査システムを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、放射線源と、前記放射線源に対して被検体を挟んで配置され、前記放射線源から照射され前記被検体を透過した放射線の強度分布を検出して前記被検体の透過画像を生成する放射線検出器と、前記放射線源及び前記放射線検出器を同一方向に並行移動させて前記被検体を走査する走査機構と、前記放射線検出器に対する前記放射線源の相対位置及び照射方向を変更する照射方向可変機構と、前記照射方向可変機構及び前記走査機構を制御して前記放射線源の相対位置及び照射方向が異なる条件で前記被検体を複数回走査し、その際に前記放射線検出器から得られた複数の透過画像に基づき前記被検体の断層像又は立体像を構築する制御演算装置とを備えた放射線検査システムにおいて、前記制御演算装置は、前記複数回の走査のうちの一回の走査の際で前記放射線源が任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、前記複数回の走査のうちの他の回の走査の際で前記放射線源が前記任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、を照合して、それら放射線の強度分布が重なり合うはずの部分のずれ量を演算し、そのずれ量に基づき前記放射線源の焦点位置の誤差を演算する焦点位置誤差演算手段と、前記焦点位置誤差演算手段で演算された前記放射線源の焦点位置の誤差に基づき前記複数の透過画像を補正する画像補正手段とを有する。

（２）上記（１）において、好ましくは、焦点位置誤差演算手段は、前記複数回の走査のうちの一回の走査の際で前記放射線源が任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、前記複数回の走査のうちの他の回の走査の際で前記放射線源が前記任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、を照合して、それら放射線の強度分布が重なり合うはずのピークのずれ量を演算し、そのずれ量に基づき前記放射線源の焦点位置の誤差を演算する。

（３）上記（１）において、好ましくは、焦点位置誤差演算手段は、前記複数回の走査のうちの一回の走査の際で前記放射線源が任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、前記複数回の走査のうちの他の回の走査の際で前記放射線源が前記任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、を照合して、それら放射線の強度分布を各点の微分係数の誤差が小さくなるように重なり合わせるためのずれ量を演算し、そのずれ量に基づき前記放射線源の焦点位置の誤差を演算する。

本発明によれば、例えば校正用ファントムを用いる場合と比べ、検査時間を短縮しつつ、被検体の断層像又は立体像の再現性を向上させることができる。

本発明の一実施形態における放射線検査システムの全体構成を表す概略図である。本発明の一実施形態における放射線源及びその駆動機構を放射線検出器側から見た図である。本発明の一実施形態における１回目の走査での放射線源の相対位置及び照射方向を表す図と透過角度範囲を表す図である。本発明の一実施形態における２回目の走査での放射線源の相対位置及び照射方向を表す図と透過角度範囲を表す図である。本発明の一実施形態における１回目の走査での放射線源の照射方向と２回目の走査での放射線源の照射方向とを重ねて表す図である。本発明の一実施形態における１回目の走査での透過角度範囲と２回目の走査での透過角度範囲とを重ねて表す図である。本発明の一実施形態における１回目の走査の際で放射線源が任意の目標位置に移動されたときに放射線検出器から得られた出力分布を表す図、２回目の走査の際で放射線源が同じ目標位置に走査されたときに放射線検出器から得られた出力分布を表す図、及びそれらの出力分布の重ねて表す図であり、放射線源の焦点位置に誤差が生じない場合を示す。本発明の一実施形態における１回目の走査での放射線源の照射方向と２回目の走査での放射線源の照射方向とを重ねて表す図であり、放射線源の焦点位置に誤差が生じた場合を示す。本発明の一実施形態における１回目の走査の際で放射線源が任意の目標位置に移動されたときに放射線検出器から得られた出力分布と２回目の走査の際で放射線源が任意の目標位置に移動されたときに放射線検出器から得られた出力分布とを表す図であり、放射線源の焦点位置に誤差が生じた場合を示す。本発明の他の実施形態における１回目の走査での放射線源の相対位置及び照射方向を表す図と透過角度範囲を表す図である。本発明の他の実施形態における２回目の走査での放射線源の相対位置及び照射方向を表す図と透過角度範囲を表す図である。本発明の他の実施形態における３回目の走査での放射線源の相対位置及び照射方向を表す図と透過角度範囲を表す図である。本発明の他の実施形態における１回目の走査での放射線源の照射方向と２回目の走査での放射線源の照射方向と３回目の走査での放射線源の照射方向とを重ねて表す図である。本発明の他の実施形態における１回目の走査での透過角度範囲と２回目の走査での透過角度範囲と３回目の走査での透過角度範囲とを重ねて表す図である。本発明の他の実施形態における１回目の走査の際で放射線源が任意の目標位置に走査されたときに放射線検出器から得られた出力分布と２回目の走査の際で放射線源が同じ目標位置に走査されたときに放射線検出器から得られた出力分布とを表す図、３回目の走査の際で放射線源が同じ目標位置に走査されたときに放射線検出器から得られた出力分布を表す図、及びそれらの出力分布の重ねて表す図であり、放射線源の焦点位置に誤差が生じない場合を示す。本発明の他の実施形態における１回目の走査の際で放射線源が任意の目標位置に走査されたときに放射線検出器から得られた出力分布と２回目の走査の際で放射線源が同じ目標位置に走査されたときに放射線検出器から得られた出力分布と３回目の走査の際で放射線源が同じ目標位置に走査されたときに放射線検出器から得られた出力分布とを表す図であり、放射線源の焦点位置に誤差が生じた場合を示す。従来技術における１回の走査での透過角度範囲を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、保温材で覆われた配管３の内部を検査する放射線検査システムを例にとって説明する。

図１は、本実施形態における放射線検査システムの全体構成を表す図である。

この図１において、放射線検査システムは、大別して、透過画像撮影装置４と、制御演算装置５とで構成されている。

透過画像撮影装置４は、配管３の径方向一方側（図１中上側）に配置された放射線源１（例えばＸ線発生器）と、配管３に対して放射線源１とは反対側（図１中下側）に配置された（言い換えれば、放射線源１に対して配管３を挟んで配置された）放射線検出器２と、これら放射線源１及び放射線検出器２を配管３の長軸方向（図１中矢印方向）に並行移動させて配管３を走査する走査機構６とを備えている。

走査機構６は、配管３の長軸方向に配設された複数の支持脚７と、これら支持脚７で支持され配管３の長軸方向に延在するガイドレール８と、このガイドレール８に沿ってスライド可能に設けられた例えばコの字状のアーム９と、このアーム９をガイドレール８に沿ってスライドさせる駆動装置（図示せず）とを備えている。アーム９の下部には放射線検出器２が取り付けられ、アーム９の上部には放射線源駆動機構１０を介し放射線源１が取り付けられている。そして、アーム９をガイドレール８に沿ってスライドさせることにより、放射線源１と放射線検出器２の相対的な位置関係を保持したまま、放射線源１と放射線検出器２を配管３の長軸方向に並行移動させて配管３を走査するようになっている。

走査の間、放射線源１からは円錐状の放射線ビーム（コーンビーム）が照射される。放射線検出器２は、所定の時間間隔で（言い換えれば、所定の移動間隔で）、放射線源１から照射され配管３を透過した放射線の強度分布（２次元分布）を検出して配管３の透過画像Ｐを生成するようになっている。なお、放射線検出器２の検出面は、走査機構６の走査方向に対して平行となっている。

なお、以降、座標系は、配管３の長軸方向（すなわち、走査機構６の走査方向）をｘ方向、放射線源１と放射線検出器２との配列方向（図１中上下方向）をｙ方向、これらｘ方向及びｙ方向に対して垂直な方向をｚ方向として定義する。

図２は、放射線源１及び放射線源駆動機構１０を放射線検出器２側（図１中下側）から見た図である。

この図２において、放射線源駆動機構１０は、アーム９の上部に固定された支持枠１１と、この支持枠１１内にｘ方向（すなわち、走査機構６の走査方向）にスライド可能に設けられ、放射線源１をｘ方向に回転可能に支持する台座１２と、支持枠１１に対して台座１２をｘ方向にスライドさせる駆動装置１３と、台座１２に対して放射線源１をｘ方向に回転させて放射線源１の照射窓１ａの回転位置を変更させる回転装置（図示せず）とを備えている。

前述の図１に戻り、制御演算装置５は、例えば、制御・画像取込装置１４と、画像補正装置１５と、画像再構成装置１６と、記憶装置記憶装置１７Ａ，１７Ｂとを備えている。制御・画像取込装置１４は、放射線源駆動機構１０の駆動装置１３を駆動制御して、放射線検出器２に対する放射線源１の相対位置を変更するとともに、放射線源駆動機構１０の回転装置を駆動制御して、放射線検出器２に対する放射線源１の照射方向を変更する。また、走査機構６の駆動装置を駆動制御して、放射線源１及び放射線検出器２を配管３の長軸方向に一定の速度で並行移動させて配管３を走査する。そして、走査の間に、放射線検出器２からの透過画像Ｐを取り込み、記憶装置１７Ａに保存させるようになっている。

本実施形態の要部である画像補正装置１５は、記憶装置１７Ａに保存された複数の透過画像Ｐを補正し（詳細は後述）、補正後の透過画像Ｐ’を記憶装置１７Ａに保存させる。画像再構成装置１６は、記憶装置１７Ａに保存された複数の透過画像Ｐ，Ｐ’に基づき配管３の断層像又は立体像を構築し、その断層像又は立体像を記憶装置１７Ｂに保存させるようになっている。

なお、上述した制御演算装置５の構成は一例であり、例えば記憶装置１７Ａ，１７Ｂを別体ではなく同一の記憶装置となるように構成してもよい。

ここで、本実施形態においては、制御・画像取込装置１４の制御により、放射線検出器２に対する放射線源１の相対位置及び照射方向が異なる条件で２回走査するようになっている。その詳細を以下説明する。

図３（ａ）は、１回目の走査での放射線源１の相対位置及び照射方向を表す図であり、図３（ｂ）は、１回目の走査での投影角度範囲を表す図である。図４（ａ）は、２回目の走査での放射線源１の相対位置及び照射方向を表す図であり、図４（ｂ）は、２回目の走査での投影角度範囲を表す図である。なお、本実施形態では、放射線源１から照射される放射線ビームの広がり角度（コーンビーム角度）θ＝４０°程度である場合を例にとって説明する。

図３（ａ）で示すように１回目の走査では、放射線源１は、放射線検出器２のｘ方向中心線ＣＬからｘ方向負側（すなわち、走査方向とは反対方向）に距離ｄ_１（但し、距離ｄ_１は、放射線検出器２のｘ方向幅寸法Ｗの半分より小さくなるように設定した値）だけ移動した相対位置に設定する。そして、放射線検出器２が放射線源１からの放射線ビーム全体をカバーできるように、放射線源１の照射方向を設定する。すなわち、放射線源１の照射方向を放射線検出器２の検出面に垂直な方向から例えば＋１５°程度傾けた方向に設定する。このときの放射線源１の焦点位置Ｆ_１から放射線検出器２の検出面に対し垂直な線ＰＬを引けば、図示のように放射線ビームの広がり角度θ＝θ_ａ＋θ_ｂ（但し、θ_ａ＞θ_ｂ）となり、例えばθ_ａ＝３０°程度、θ_ｂ＝１０°程度となる。そして、このような条件で１回目の走査を行えば、図３（ｂ）で示すように、配管３の内部の点３ａを透過する放射線の透過角度範囲は、放射線ビームの広がり角度θと同じになる。

図４（ａ）で示すように２回目の走査では、放射線源１は、放射線検出器２のｘ方向中心線ＣＬからｘ方向正側（すなわち、走査方向）に距離ｄ_１だけ移動した相対位置に設定する。そして、放射線検出器２が放射線源１からの放射線ビーム全体をカバーできるように、放射線源１の照射方向を設定する。すなわち、放射線源１の照射方向を放射線検出器２の検出面に垂直な方向から例えば−１５°程度傾けた方向に設定する。このときの放射線源１の焦点位置Ｆ_２から放射線検出器２の検出面に対し垂直な線ＰＬを引けば、図示のように放射線ビームの広がり角度θ＝θ_ａ＋θ_ｂとなる。そして、このような条件で２回目の走査を行えば、図４（ｂ）で示すように、配管３の内部の点３ａを透過する放射線の透過角度範囲は、放射線ビームの広がり角度θと同じになる。

そして、上述した２回の走査を行うことにより、放射線ビームの広がり角度を総合して大きくすることができ、放射線の透過角度範囲も総合して大きくすることができる。すなわち、図５で示すように、放射線源１の焦点位置Ｆ_１，Ｆ_２が同じとして１回目の走査における放射線の照射方向と２回目の走査における放射線の照射方向を重ねれば、総合的な放射線ビームの広がり角度を２θ_ａ（例えば６０°程度）と大きくすることができる。なお、本実施形態では、後述する放射線源１の焦点位置の誤差の演算のために、あえて、１回目の走査における放射線ビームの広がり角度と２回目の走査における放射線ビームの広がり角度との間でオーバラップする角度範囲２θ_ｂ（例えば２０°程度）を生じさせている。そして、図６で示すように、総合的な放射線の透過角度範囲も２θ_ａと大きくすることができる。

ところで、上述したように放射線源駆動機構１０によって放射線源１を移動させて放射線源１の相対位置を変更したり、放射線源１を回転させて放射線源１の照射方向を変更したりすることから、１回目の走査における放射線源１の焦点位置Ｆ_１と２回目の走査における放射線源１の焦点位置Ｆ_２との相対的な関係に誤差が生じる可能性がある。そこで、本実施形態においては、画像補正装置１５は、１回目の走査の際で放射線源１が任意の目標位置に移動されたときに放射線検出器２から得られた放射線の走査方向強度分布（出力分布）と、２回目の走査で放射線源１が同じ目標位置に移動されたときに放射線検出器２から得られた放射線の走査方向強度分布（出力分布）とを照合する。そして、前述した出力分布が重なり合うはずの部分のずれ量を演算し、これに基づき放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_２の間のずれ量（誤差）を演算する。その詳細を以下説明する。

まず、例えば放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_２の間にずれが生じない理想的な場合について説明する。例えば、１回目の走査の際で放射線源１が任意の目標位置に移動されたときに図７（ａ）で示すような出力分布が得られ、２回目の走査の際で放射線源１が同じ目標位置に移動されたときに図７（ｂ）で示すような出力分布が得られる。これらの出力分布は、放射線の透過距離に応じて放射線の減衰が変動するために生じる出力分布である。そして、１回目の走査の出力分布と２回目の走査の出力分布を照合すれば、図７（ｃ）で示すように重なり合うはずである。

しかし、例えば図８で示すように放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_２の間にｘ方向及びｙ方向のずれが生じた場合は、図９で示すように１回目の走査の出力分布と２回目の走査の出力分布が重なり合わない。そこで、１回目の走査の出力分布と２回目の走査の出力分布が重なり合うはずの出力ピーク点のずれ量を演算し（なお、出力分布にノイズが重畳する場合には、多項式等の近似曲線を作成してもよい）、これに基づき放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_２の間のずれ量を演算する。具体的には、１回目の走査の出力分布における出力ピーク点のｘ方向位置と２回目の走査の出力分布における出力ピーク点のｘ方向位置との差を演算し、その差を放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_２の間のｘ方向ずれ量（ｘ方向誤差）Δｘとする。また、１回目の走査の出力分布における出力ピーク値Ｉ１と２回目の走査の出力分布における出力ピーク値Ｉ２との差ΔＩを演算する。そして、放射線の強度が放射線源１の焦点位置と放射線検出器２との距離の２乗に比例する関係を用いて、下記の数式１により、放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_２の間のｙ方向ずれ量（ｘ方向誤差）Δｙを演算する。なお、ｙ_１は、１回目の走査における放射線源１の焦点位置のｙ座標値である。

そして、画像補正装置１５は、求めたΔｘ，Δｙにより、２回目の走査における放射線源１の焦点位置Ｆ_２を補正し、さらに、２回目の走査の際に放射線検出器２から得られた透過画像Ｐを補正する。具体例の一つとしては、１回目の走査における放射線源１の焦点位置ｘ_ｎ（ｎ＝１，２，…）での透過画像Ｐに対応するため、２回目の走査における放射線源１の焦点位置ｘ_ｎ＋Δｘでの透過画像Ｐと焦点位置ｘ_ｎ−１＋Δｘでの透過画像Ｐから補間して（例えば加重平均処理により）２回目の走査における放射線源１の焦点位置ｘ_ｎでの透過画像を生成する。さらに、放射線源１の焦点位置のｙ方向のずれ量Δｙにより発生する拡大率を補正する。このようにして補正した透過画像Ｐ’は、記憶装置１７Ａに保存する。

以上のようにして本実施形態においては、１回目の走査の出力分布と２回目の走査の出力分布とを照合して、それら出力分布が重なり合うはずの出力ピーク点のずれ量を演算し、そのずれ量に基づき放射線源１の焦点位置の誤差を演算し、その誤差に基づき２回目の走査での複数の透過画像Ｐを補正する。そして、１回目の走査での複数の透過画像Ｐと２回目の走査での複数の補正透過画像Ｐ’に基づき配管３の断層像又は立体像を構築する。したがって、配管３の断層像又は立体像の再現性を向上させることができる。また、例えば校正用ファントムを用いる場合と比べ、検査時間を短縮することができる。

なお、上記一実施形態においては、１回目の走査での放射線源１の相対位置と２回目の走査での放射線源１の相対位置を、放射線検出器２のｘ方向中心線ＣＬに対し対称となるように設定した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、１回目の走査での放射線ビームの広がり角度と２回目の走査での放射線ビームの広がり角度との間でオーバラップする角度範囲を生じさせるように設定すればよいのであって、非対称となるように設定してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態を図１０〜図１６により説明する。なお、本実施形態において、上記一実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態では、制御・画像取込装置１４の制御により、放射線検出器２に対する放射線源１の相対位置及び照射方向が異なる条件で３回走査するようになっている。その詳細を以下説明する。

図１０（ａ）は、１回目の走査での放射線源１の相対位置及び照射方向を表す図であり、図１０（ｂ）は、１回目の走査での投影角度範囲を表す図である。図１１（ａ）は、２回目の走査での放射線源１の相対位置及び照射方向を表す図であり、図１１（ｂ）は、２回目の走査での投影角度範囲を表す図である。図１２（ａ）は、３回目の走査での放射線源１の相対位置及び照射方向を表す図であり、図１３（ｂ）は、３回目の走査での投影角度範囲を表す図である。なお、本実施形態では、放射線源１から照射される放射線ビームの広がり角度（コーンビーム角度）θ＝４０°程度である場合を例にとって説明する。

図１０（ａ）で示すように１回目の走査では、放射線源１は、放射線検出器２のｘ方向中心線ＣＬからｘ方向負側（すなわち、走査方向とは反対方向）に距離ｄ_２（但し、距離ｄ_２は、放射線検出器２のｘ方向幅寸法Ｗの半分より大きくなるように設定した値）だけ移動した相対位置に設定する。そして、放射線検出器２が放射線源１からの放射線ビーム全体をカバーできるように、放射線源１の照射方向を設定する。すなわち、放射線源１の照射方向を放射線検出器２の検出面に垂直な方向から例えば＋４５°程度傾けた方向に設定する。このときの放射線源１の焦点位置Ｆ_１から放射線検出器２の検出面に対し垂直な線ＰＬを引けば、図示のように放射線ビームの広がり角度θ＝θ_ｃ−θ_ｄ（但し、θ_ｃ＞θ_ｄ，θ_ｄ＜θ／２となり、例えばθ_ｃ＝５５°程度、θ_ｄ＝１５°程度となる。そして、このような条件で１回目の走査を行えば、図１０（ｂ）で示すように、配管３の内部の点３ａを透過する放射線の透過角度範囲は、放射線ビームの広がり角度θと同じになる。

図１１（ａ）で示すように２回目の走査では、放射線源１は、放射線検出器２のｘ方向中心線ＣＬからｘ方向正側（すなわち、走査方向）に距離ｄ_２だけ移動した相対位置に設定する。そして、放射線検出器２が放射線源１からの放射線ビーム全体をカバーできるように、放射線源１の照射方向を設定する。すなわち、放射線源１の照射方向を放射線検出器２の検出面に垂直な方向から例えば−４５°程度傾けた方向に設定する。このときの放射線源１の焦点位置Ｆ_２から放射線検出器２の検出面に対し垂直な線ＰＬを引けば、図示のように放射線ビームの広がり角度θ＝θ_ｃ−θ_ｄとなる。そして、このような条件で２回目の走査を行えば、図１１（ｂ）で示すように、配管３の内部の点３ａを透過する放射線の透過角度範囲は、放射線ビームの広がり角度θと同じになる。

図１２（ａ）で示すように３回目の走査では、放射線源１は、放射線検出器２のｘ方向中心線ＣＬ上に位置する相対位置に設定する。そして、放射線源１の照射方向を放射線検出器２の検出面に垂直な方向に設定する。そして、このような条件で３回目の走査を行えば、図１２（ｂ）で示すように、配管３の内部の点３ａを透過する放射線の透過角度範囲は、放射線ビームの広がり角度θと同じになる。

そして、上述した３回の走査を行うことにより、放射線ビームの広がり角度を総合して大きくすることができ、放射線の透過角度範囲も総合して大きくすることができる。すなわち、図１３で示すように、放射線源１の焦点位置Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３が同じとして１回目の走査における放射線の照射方向と２回目の走査における放射線の照射方向と３回目の走査における放射線の照射方向を重ねれば、総合的な放射線ビームの広がり角度を２θ_ｃ（例えば１１０°程度）と大きくすることができる。なお、本実施形態では、後述する放射線源１の焦点位置の誤差の演算のために、あえて、１回目の走査における放射線ビームの広がり角度と３回目の走査における放射線ビームの広がり角度との間でオーバラップする角度範囲（θ／２−θ_ｄ）（例えば５°程度）を生じさせている。そして、図１４で示すように、総合的な放射線の透過角度範囲も２θ_ｃと大きくすることができる。

ここで、本実施形態においても、１回目の走査における放射線源１の焦点位置Ｆ_１と２回目の走査における放射線源１の焦点位置Ｆ_２と３回目の走査における放射線源１の焦点位置Ｆ_３との相対的な関係に誤差が生じる可能性がある。そこで、本実施形態においては、画像補正装置１５は、１回目の走査の際で放射線源１が任意の目標位置に移動されたときに放射線検出器２から得られた放射線の走査方向強度分布（出力分布）と、３回目の走査で放射線源１が同じ目標位置に移動されたときに放射線検出器２から得られた放射線の走査方向強度分布（出力分布）とを照合する。そして、前述した出力分布が重なり合うはずの部分のずれ量を演算し、これに基づき放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_３の間のずれ量（誤差）を演算する。同様に、２回目の走査の際で放射線源１が任意の目標位置に移動されたときに放射線検出器２から得られた放射線の走査方向強度分布（出力分布）と、３回目の走査で放射線源１が同じ目標位置に移動されたときに放射線検出器２から得られた放射線の走査方向強度分布（出力分布）とを照合する。そして、前述した出力分布が重なり合うはずの部分のずれ量を演算し、これに基づき放射線源１の焦点位置Ｆ_２とＦ_３の間のずれ量（誤差）を演算する。その詳細を以下説明する。

まず、例えば放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_２とＦ_３の間にずれが生じない理想的な場合について説明する。例えば、１回目の走査の際で放射線源１が任意の目標位置に移動されたときに図１５（ａ）で示すような出力分布が得られ、２回目の走査の際で放射線源１が同じ目標位置に移動されたときに図１５（ｂ）で示すような出力分布が得られ、３回目の走査の際で放射線源１が同じ目標位置に移動されたときに図１５（ｂ）で示すような出力分布が得られる。そして、１回目の走査の出力分布と２回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布を照合すれば、図１５（ｃ）で示すように、１回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布はオーバラップ範囲ＯＶで重なり合い、２回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布はオーバラップ範囲ＯＶで重なり合うはずである。

しかし、例えば放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_３の間にｘ方向及びｙ方向のずれが生じ、放射線源１の焦点位置Ｆ_２とＦ_３の間にｘ方向及びｙ方向のずれが生じた場合は、図１６で示すように１回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布が重なり合わず、２回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布が重なり合わない。

そこで、各点の微分係数の誤差が小さくなるように１回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布を重なり合わせるためのずれ量を演算し、これに基づき放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_３の間のずれ量を演算する。具体的には、３回目の走査の出力分布の端部において、上述したずれが生じない場合のオーバラップ範囲ＯＶを包含するように探索部分Ｅａを設定し、１回目の走査の出力分布の端部において、探索部分Ｅａと同じ幅の探索部分Ｅｂを設定する。そして、探索部分Ｅａ，Ｅｂにおける各点の微分係数を差分計算等により演算し、探索部分Ｅｂをずらして探索部分Ｅａに重ね合わせたときの各点の微分係数の二乗誤差の総和が最小となるように反復計算を行う。これにより、１回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布を重なり合わせるためのｘ方向のずれ量が求められ、これを放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_３の間のずれ量Δｘとする。また、１回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布を重なり合わせるための出力値のずれ量ΔＩが求められ、上記の数式１（但し、１回目の走査における放射線源１の焦点位置のｙ座標値ｙ_１に代えて、３回目の走査における放射線源１の焦点位置のｙ座標値ｙ_３とする）により、放射線源１の焦点位置Ｆ_１とＦ_３の間のｙ方向ずれ量（ｘ方向誤差）Δｙを演算する。

そして、画像補正装置１５は、求めたΔｘ，Δｙにより、１回目の走査における放射線源１の焦点位置Ｆ_１を補正し、さらに、１回目の走査の際に放射線検出器２から得られた透過画像Ｐを補正する。このようにして補正した透過画像Ｐ’は、記憶装置１７Ａに保存する。

同様に、各点の微分係数の誤差が小さくなるように２回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布を重なり合わせるためのずれ量を演算し、これに基づき放射線源１の焦点位置Ｆ_２とＦ_３の間のずれ量を演算する。具体的には、３回目の走査の出力分布の端部において、上述したずれが生じない場合のオーバラップ範囲ＯＶを包含するように探索部分Ｅｃを設定し、２回目の走査の出力分布の端部において、探索部分Ｅｃと同じ幅の探索部分Ｅｄを設定する。そして、探索部分Ｅｃ，Ｅｄにおける各点の微分係数を差分計算等により演算し、探索部分Ｅｄをずらして探索部分Ｅｂに重ね合わせたときの各点の微分係数の二乗誤差の総和が最小となるように反復計算を行う。これにより、２回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布を重なり合わせるためのｘ方向のずれ量が求められ、これを放射線源１の焦点位置Ｆ_２とＦ_３の間のずれ量Δｘとする。また、２回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布を重なり合わせるための出力値のずれ量ΔＩが求められ、上記の数式１（但し、１回目の走査における放射線源１の焦点位置のｙ座標値ｙ_１に代えて、３回目の走査における放射線源１の焦点位置のｙ座標値ｙ_３とする）により、放射線源１の焦点位置Ｆ_２とＦ_３の間のｙ方向ずれ量（ｘ方向誤差）Δｙを演算する。

そして、画像補正装置１５は、求めたΔｘ，Δｙにより、２回目の走査における放射線源１の焦点位置Ｆ_２を補正し、さらに、２回目の走査の際に放射線検出器２から得られた透過画像Ｐを補正する。このようにして補正した透過画像Ｐ’は、記憶装置１７Ａに保存する。

以上のようにして本実施形態においては、１回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布とを照合して、それら出力分布が重なり合うはずの部分のずれ量を演算し、そのずれ量に基づき放射線源１の焦点位置の誤差を演算し、その誤差に基づき１回目の走査での複数の透過画像Ｐを補正する。同様に、２回目の走査の出力分布と３回目の走査の出力分布とを照合して、それら出力分布が重なり合うはずの部分のずれ量を演算し、そのずれ量に基づき放射線源１の焦点位置の誤差を演算し、その誤差に基づき２回目の走査での複数の透過画像Ｐを補正する。そして、１回目の走査での複数の補正透過画像Ｐ’と２回目の走査での複数の補正透過画像Ｐ’と３回目の走査での複数の透過画像Ｐに基づき配管３の断層像又は立体像を構築する。したがって、配管３の断層像又は立体像の再現性を向上させることができる。また、例えば校正用ファントムを用いる場合と比べ、検査時間を短縮することができる。

なお、上記他の実施形態においては、１回目の走査での放射線源１の相対位置と２回目の走査での放射線源１の相対位置を、放射線検出器２のｘ方向中心線ＣＬに対し対称となるように設定した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、１回目の走査での放射線ビームの広がり角度範囲と３回目の走査での放射線ビームの広がり角度範囲との間でオーバラップする角度範囲を生じさせ、かつ、２回目の走査での放射線ビームの広がり角度範囲と３回目の走査での放射線ビームの広がり角度範囲との間でオーバラップする角度範囲を生じさせるように設定すればよいのであって、非対称となるように設定してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、放射線検出器２に対する放射線源１の相対位置及び照射方向を変更する照射方向可変機構として、放射線源１を移動させるとともに回転させる放射線源駆動機構１０を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、放射線検出器２を移動させる放射線検出器駆動機構をさらに備えた構成としてもよい。また、例えば、放射線源１を回転させる放射線源駆動機構と、放射線検出器２を移動させる放射線検出器駆動機構とを備えた構成としてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

１放射線源
２放射線検出器
３配管（被検体）
４透過画像撮影装置
５制御演算装置
６走査機構
１０放射線源駆動機構（照射方向可変機構）
１６画像補正装置（焦点位置誤差演算手段、画像補正手段）

Claims

放射線源と、
前記放射線源に対して被検体を挟んで配置され、前記放射線源から照射され前記被検体を透過した放射線の強度分布を検出して前記被検体の透過画像を生成する放射線検出器と、
前記放射線源及び前記放射線検出器を同一方向に並行移動させて前記被検体を走査する走査機構と、
前記放射線検出器に対する前記放射線源の相対位置及び照射方向を変更する照射方向可変機構と、
前記照射方向可変機構及び前記走査機構を制御して前記放射線源の相対位置及び照射方向が異なる条件で前記被検体を複数回走査し、その際に前記放射線検出器から得られた複数の透過画像に基づき前記被検体の断層像又は立体像を構築する制御演算装置とを備えた放射線検査システムにおいて、
前記制御演算装置は、
前記複数回の走査のうちの一回の走査の際で前記放射線源が任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、前記複数回の走査のうちの他の回の走査の際で前記放射線源が前記任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、を照合して、それら放射線の強度分布が重なり合うはずの部分のずれ量を演算し、そのずれ量に基づき前記放射線源の焦点位置の誤差を演算する焦点位置誤差演算手段と、
前記焦点位置誤差演算手段で演算された前記放射線源の焦点位置の誤差に基づき前記複数の透過画像を補正する画像補正手段とを有することを特徴とする放射線検査システム。
請求項１記載の放射線検査システムにおいて、
焦点位置誤差演算手段は、
前記複数回の走査のうちの一回の走査の際で前記放射線源が任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、前記複数回の走査のうちの他の回の走査の際で前記放射線源が前記任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、を照合して、それら放射線の強度分布が重なり合うはずのピークのずれ量を演算し、そのずれ量に基づき前記放射線源の焦点位置の誤差を演算することを特徴とする放射線検査システム。
請求項１記載の放射線検査システムにおいて、
焦点位置誤差演算手段は、
前記複数回の走査のうちの一回の走査の際で前記放射線源が任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、前記複数回の走査のうちの他の回の走査の際で前記放射線源が前記任意の目標位置に移動されたときに前記放射線検出器から得られた放射線の強度分布と、を照合して、それら放射線の強度分布を各点の微分係数の誤差が小さくなるように重なり合わせるためのずれ量を演算し、そのずれ量に基づき前記放射線源の焦点位置の誤差を演算することを特徴とする放射線検査システム。