JP6289337B2 - Ｘ線物質量測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、Ｘ線を用いて容器内の物質の量を測定するＸ線物質量測定装置に関する。特に、Ｘ線を用いて容器中の微少量の物質、例えば、微少量の液体の液量を測定するＸ線物質量測定装置に関する。
これまで、密閉された容器の液量測定にＸ線を用いて液面を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
上記の従来方法では、液面に対して水平方向にＸ線を照射しているので、容器全体で一定の液面を有する液体の場合しか検出できず、局所的に存在する微少量の液体の液量について測定することについては何も考慮されていなかった。
本発明は、容器中に局所的に存在する微少量の物質の量を測定するＸ線物質量測定装置を提供することを目的とする。
本発明に係るＸ線物質量測定装置は、被測定物質を含む容器の上方又は下方からＸ線を照射するＸ線照射手段と、
前記容器を挟んで前記Ｘ線照射装置と対向して配置され、前記容器を透過した透過Ｘ線に基づく画像データを得る撮像手段と、
得られた前記画像データを処理して、前記容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて前記被測定物質の量を算出する物質量算出手段と、
を備える。
前記容器を挟んで前記Ｘ線照射装置と対向して配置され、前記容器を透過した透過Ｘ線に基づく画像データを得る撮像手段と、
得られた前記画像データを処理して、前記容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて前記被測定物質の量を算出する物質量算出手段と、
を備える。
本発明に係るＸ線物質量測定装置によれば、容器内の上方又は下方からＸ線を照射して得られる画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて被測定物質の量を算出するので、容器全体にわたる液面を表す液体だけでなく、局所的に存在する微少量の物質であってもその量を測定できる。
第１の態様に係るＸ線物質量測定装置は、被測定物質を含む容器の上方又は下方からＸ線を照射するＸ線照射手段と、
前記容器を挟んで前記Ｘ線照射装置と対向して配置され、前記容器を透過した透過Ｘ線に基づく画像データを得る撮像手段と、
得られた前記画像データを処理して、前記容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて前記被測定物質の物質量を算出する物質量算出手段と、
を備える。
前記容器を挟んで前記Ｘ線照射装置と対向して配置され、前記容器を透過した透過Ｘ線に基づく画像データを得る撮像手段と、
得られた前記画像データを処理して、前記容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて前記被測定物質の物質量を算出する物質量算出手段と、
を備える。
第２の態様に係るＸ線物質量測定装置は、上記第１の態様において、前記物質量算出手段は、前記容器内の全画素にわたる透過Ｘ線の積算強度に基づいて前記容器内の前記被測定物質の物質量を算出してもよい。
第３の態様に係るＸ線物質量測定装置は、上記第１又は第２の態様において、前記物質量算出手段は、前記容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて前記画素ごとの前記被測定物質の高さを算出してもよい。
第４の態様に係るＸ線物質量測定装置は、上記第１から第３のいずれかの態様において、前記物質量算出手段は、複数の定量された前記被測定物質による透過Ｘ線の強度から得られた前記被測定物質の物質量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線に基づいて前記被測定物質の物質量を算出してもよい。
第５の態様に係るＸ線物質量測定装置は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記Ｘ線照射手段は、上面を密閉された容器の上方又は下方からＸ線を照射してもよい。
第６の態様に係るＸ線物質量測定装置は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記Ｘ線照射手段は、複数の容器が２次元配置されたマイクロプレートの上方又は下方からＸ線を照射してもよい。
第７の態様に係るＸ線物質量測定装置は、上記第１から第６のいずれかの態様において前記撮像手段は、エリアセンサであってもよい。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態におけるＸ線物質量測定装置について詳細に説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るＸ線物質量測定装置１０の構成を示すブロック図である。このＸ線物質量測定装置１０は、被測定物質である液体５を含む容器４の上方又は下方からＸ線６を照射するＸ線照射手段１と、容器４を挟んでＸ線照射装置１０と対向して配置され、容器４を透過した透過Ｘ線に基づく画像データを得る撮像手段２と、得られた画像データを処理して、容器４内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて被測定物質である液体の量を算出する物質量算出手段３と、を備える。
このＸ線物質量測定装置１０によれば、容器４内の上方又は下方からＸ線を照射して得られる画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて被測定物質である液体の量を算出する。そこで、容器４全体にわたる液面を表す液体だけでなく、局所的に存在する微少量の物質であってもその量を測定できる。
図１は、実施の形態１に係るＸ線物質量測定装置１０の構成を示すブロック図である。このＸ線物質量測定装置１０は、被測定物質である液体５を含む容器４の上方又は下方からＸ線６を照射するＸ線照射手段１と、容器４を挟んでＸ線照射装置１０と対向して配置され、容器４を透過した透過Ｘ線に基づく画像データを得る撮像手段２と、得られた画像データを処理して、容器４内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて被測定物質である液体の量を算出する物質量算出手段３と、を備える。
このＸ線物質量測定装置１０によれば、容器４内の上方又は下方からＸ線を照射して得られる画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて被測定物質である液体の量を算出する。そこで、容器４全体にわたる液面を表す液体だけでなく、局所的に存在する微少量の物質であってもその量を測定できる。
以下にこのＸ線物質量測定装置１０を構成する各構成部材について説明する。
＜Ｘ線照射手段＞
Ｘ線照射手段１としては、容器にＸ線６を照射しうるものであればよく、例えば、Ｘ線管、回転陽極Ｘ線管、放射光施設におけるビームライン等のいずれであってもよい。また、Ｘ線照射手段１によって照射するＸ線６は、特性Ｘ線、連続Ｘ線、単色光Ｘ線、等のいずれであってもよい。
このＸ線照射手段１は、被測定物質５を含む容器４の上方又は下方（すなわち、鉛直方向）からＸ線を照射する。
Ｘ線照射手段１としては、容器にＸ線６を照射しうるものであればよく、例えば、Ｘ線管、回転陽極Ｘ線管、放射光施設におけるビームライン等のいずれであってもよい。また、Ｘ線照射手段１によって照射するＸ線６は、特性Ｘ線、連続Ｘ線、単色光Ｘ線、等のいずれであってもよい。
このＸ線照射手段１は、被測定物質５を含む容器４の上方又は下方（すなわち、鉛直方向）からＸ線を照射する。
＜被測定物質＞
ここで、被測定物質としては、均一な物質であればよく、液体、粉粒体、小型の固形物、等のいずれであってもよい。なお、液体、粉粒体の場合には容器を必要とするが、小型の固形物の場合には容器はなくともよい。
ここで、被測定物質としては、均一な物質であればよく、液体、粉粒体、小型の固形物、等のいずれであってもよい。なお、液体、粉粒体の場合には容器を必要とするが、小型の固形物の場合には容器はなくともよい。
＜容器＞
Ｘ線照射手段１によってＸ線６を照射する容器４としては、例えば、上面を密閉された容器であってもよい。この場合、上面を可視光線を透過しない膜で密閉してもよい。
図４は、複数の容器２２が２次元配置されたマイクロプレート２０の平面図である。容器として、図４に示すような複数の容器２２が２次元配置されたマイクロプレート２０を用いてもよい。
上記従来技術の場合には、いずれもほぼ水平方向にＸ線を照射しており、単独の容器の場合には有効ではあっても、複数の容器２２を２次元配置したマイクロプレート２０等の各容器（パレット）２２の液量を測定することはできなかった。これに対して、実施の形態１に係るＸ線物質量測定装置１０によれば、複数の容器２２が２次元配置されたマイクロプレート２０の場合にも、マイクロプレート２０の上方又は下方からＸ線を照射するので、それぞれの容器（パレット）２２の被測定物質の物質量を測定できる。
Ｘ線照射手段１によってＸ線６を照射する容器４としては、例えば、上面を密閉された容器であってもよい。この場合、上面を可視光線を透過しない膜で密閉してもよい。
図４は、複数の容器２２が２次元配置されたマイクロプレート２０の平面図である。容器として、図４に示すような複数の容器２２が２次元配置されたマイクロプレート２０を用いてもよい。
上記従来技術の場合には、いずれもほぼ水平方向にＸ線を照射しており、単独の容器の場合には有効ではあっても、複数の容器２２を２次元配置したマイクロプレート２０等の各容器（パレット）２２の液量を測定することはできなかった。これに対して、実施の形態１に係るＸ線物質量測定装置１０によれば、複数の容器２２が２次元配置されたマイクロプレート２０の場合にも、マイクロプレート２０の上方又は下方からＸ線を照射するので、それぞれの容器（パレット）２２の被測定物質の物質量を測定できる。
＜撮像手段＞
撮像手段２は、透過Ｘ線を受光でき、画素ごとに透過Ｘ線の強度に基づく画像データを得ることができるものであればよい。撮像手段２として、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ、フラットパネルＸ線イメージセンサ等を用いてもよい。また、撮像手段２は、２次元画像データをそのまま得られるエリアセンサ（面状センサ）に限られず、ラインセンサであってもよい。ラインセンサの場合には、ラインセンサの延在方向と交差する方向への走査を行うことによって２次元画像データを得ることができる。あるいは、撮像手段は、ポイントセンサであってもよい。
撮像手段２は、透過Ｘ線を受光でき、画素ごとに透過Ｘ線の強度に基づく画像データを得ることができるものであればよい。撮像手段２として、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ、フラットパネルＸ線イメージセンサ等を用いてもよい。また、撮像手段２は、２次元画像データをそのまま得られるエリアセンサ（面状センサ）に限られず、ラインセンサであってもよい。ラインセンサの場合には、ラインセンサの延在方向と交差する方向への走査を行うことによって２次元画像データを得ることができる。あるいは、撮像手段は、ポイントセンサであってもよい。
＜物質量算出手段＞
物質量算出手段３によって、画像データを処理して、容器４、２２内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて容器内の被測定物質の物質量を算出する。この物質量算出手段３は、例えば、電気回路又は半導体回路によって実現してもよく、あるいは、コンピュータ上で動作するソフトウエアによってコンピュータを物質量算出手段３として実現してもよい。
図２は、コンピュータによって物質量算出手段３を実現する場合の物理的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、コンピュータは、一般的な物理的構成を有するものであればよく、ＣＰＵ１１、メモリ１２、記憶装置１３、入出力部１４、表示装置１５、インタフェース１６を備えていればよい。
物質量算出手段３によって、画像データを処理して、容器４、２２内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて容器内の被測定物質の物質量を算出する。この物質量算出手段３は、例えば、電気回路又は半導体回路によって実現してもよく、あるいは、コンピュータ上で動作するソフトウエアによってコンピュータを物質量算出手段３として実現してもよい。
図２は、コンピュータによって物質量算出手段３を実現する場合の物理的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、コンピュータは、一般的な物理的構成を有するものであればよく、ＣＰＵ１１、メモリ１２、記憶装置１３、入出力部１４、表示装置１５、インタフェース１６を備えていればよい。
この物質量算出手段３は、容器内の全画素にわたる透過Ｘ線の積算強度に基づいて容器内の被測定物質の物質量を算出してもよい。あるいは、容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて画素ごとの被測定物質の高さ（液体の場合には液面（液量））を算出してもよい。
図３は、被測定物質が液体である場合の液量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線を示すグラフである。Ｘ線が透過する液体の液量が増加するにつれて透過Ｘ線の強度は減少する。なお、透過Ｘ線の減少曲線は、例えば図３に示すように各データ点を全て通るように線形補間曲線で表してもよい。あるいは、各データ点を用いた線形近似曲線で表してもよい。さらに指数関数等を用いた非線形曲線等で近似してもよい。
この図３に示す液体の液量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線を用いることによって、透過Ｘ線の強度から被測定物質である液体の液量を算出することができる。この場合、検量線における透過Ｘ線の強度として画素ごとの強度とすることによって、そのまま各画素ごとに液量を算出できる。あるいは、容器内の全画素にわたる積分強度によって、容器内の平均としての液量を算出することもできる。
この物質量算出手段３は、複数の定量された液体による透過Ｘ線の強度から得られた液体の液量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線に基づいて、容器内の液量を算出してもよい。
図３は、被測定物質が液体である場合の液量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線を示すグラフである。Ｘ線が透過する液体の液量が増加するにつれて透過Ｘ線の強度は減少する。なお、透過Ｘ線の減少曲線は、例えば図３に示すように各データ点を全て通るように線形補間曲線で表してもよい。あるいは、各データ点を用いた線形近似曲線で表してもよい。さらに指数関数等を用いた非線形曲線等で近似してもよい。
この図３に示す液体の液量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線を用いることによって、透過Ｘ線の強度から被測定物質である液体の液量を算出することができる。この場合、検量線における透過Ｘ線の強度として画素ごとの強度とすることによって、そのまま各画素ごとに液量を算出できる。あるいは、容器内の全画素にわたる積分強度によって、容器内の平均としての液量を算出することもできる。
この物質量算出手段３は、複数の定量された液体による透過Ｘ線の強度から得られた液体の液量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線に基づいて、容器内の液量を算出してもよい。
（実施例）
図５（ａ）は、実施例１において、１次元的に配置された複数の容器２２において、被測定物質として液体を用い、各容器の液体の液量が異なる状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の１次元的に配置された複数の容器２２をラインに沿ってＸ線を照射した場合の透過Ｘ線の強度プロファイルである。
この例では、容器１から容器１３まで１３個の容器を一次元的に配置している。ラインに沿ってＸ線を照射した場合の透過Ｘ線の強度プロファイル（図５（ｂ））によれば、ほぼ均一な液面を有する場合には容器２２の全体にわたっておよそ同じ透過Ｘ線の強度を示す（容器４〜１３）。一方、容器の周辺に液体が局所的に存在する場合（容器１〜３）には、周辺でのみ透過Ｘ線の強度が減少する。なお、この例では、周辺に液体が残存する場合、つまり表面張力で接触角が鋭角となって液体が容器の壁に沿って存在する場合を示したが、これに限られない。例えば、接触角が鈍角となる場合であってもよい。
図５（ａ）は、実施例１において、１次元的に配置された複数の容器２２において、被測定物質として液体を用い、各容器の液体の液量が異なる状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の１次元的に配置された複数の容器２２をラインに沿ってＸ線を照射した場合の透過Ｘ線の強度プロファイルである。
この例では、容器１から容器１３まで１３個の容器を一次元的に配置している。ラインに沿ってＸ線を照射した場合の透過Ｘ線の強度プロファイル（図５（ｂ））によれば、ほぼ均一な液面を有する場合には容器２２の全体にわたっておよそ同じ透過Ｘ線の強度を示す（容器４〜１３）。一方、容器の周辺に液体が局所的に存在する場合（容器１〜３）には、周辺でのみ透過Ｘ線の強度が減少する。なお、この例では、周辺に液体が残存する場合、つまり表面張力で接触角が鋭角となって液体が容器の壁に沿って存在する場合を示したが、これに限られない。例えば、接触角が鈍角となる場合であってもよい。
図６は、一つの容器２２中で局所的に液体が存在する場合の各位置（１〜９）と対応する液体の高さ（ｈ１〜ｈ９）との関係を示す概略図である。
各位置（１〜９）に対応する各画素における透過Ｘ線は、各位置（１〜９）の液量（ｈ１〜ｈ９）に応じた強度を示す。そこで、各位置（１〜９）に対応する各画素における透過Ｘ線の強度に基づいて各画素ごとの液量（高さ）を算出できる。
各位置（１〜９）に対応する各画素における透過Ｘ線は、各位置（１〜９）の液量（ｈ１〜ｈ９）に応じた強度を示す。そこで、各位置（１〜９）に対応する各画素における透過Ｘ線の強度に基づいて各画素ごとの液量（高さ）を算出できる。
本発明に係るＸ線物質量測定装置は、容器内の上方又は下方からＸ線を照射して得られる画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて被測定物質の物質量を算出する。そこで、被測定物質として液体の場合に、容器全体にわたる液面を表す液体だけでなく、局所的に存在する微少量の液体について液量を測定する装置として利用できる。
１ Ｘ線照射手段
２ 撮像手段
３ 物質量算出手段
４ 容器
５ 液体（被測定物質）
６ Ｘ線
１０ Ｘ線物質量測定装置
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ 記憶装置
１４ 入出力部
１５ 表示装置
１６ インタフェース
２０ マイクロプレート
２２ 容器（パレット）
２ 撮像手段
３ 物質量算出手段
４ 容器
５ 液体（被測定物質）
６ Ｘ線
１０ Ｘ線物質量測定装置
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ 記憶装置
１４ 入出力部
１５ 表示装置
１６ インタフェース
２０ マイクロプレート
２２ 容器（パレット）
Claims (6)
- 被測定物質を含む容器の上方又は下方からＸ線を照射するＸ線照射手段と、
前記容器を挟んで前記Ｘ線照射装置と対向して配置され、前記容器を透過した透過Ｘ線に基づく画像データを得る撮像手段と、
得られた前記画像データを処理して、前記容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて前記被測定物質の物質量を算出する物質量算出手段と、
を備え、
前記物質量算出手段は、前記容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて前記画素ごとの前記被測定物質の高さを算出する、Ｘ線物質量測定装置。 - 前記物質量算出手段は、前記容器内の全画素にわたる透過Ｘ線の積算強度に基づいて前記容器内の物質量を算出する、請求項１に記載のＸ線物質量測定装置。
- 前記物質量算出手段は、複数の定量された前記被測定物質による透過Ｘ線の強度から得られた前記被測定物質の物質量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線に基づいて物質量を算出する、請求項１又は２に記載のＸ線物質量測定装置。
- 前記Ｘ線照射手段は、上面を密閉された容器の上方又は下方からＸ線を照射する、請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線物質量測定装置。
- 前記Ｘ線照射手段は、複数の容器が２次元配置されたマイクロプレートの上方又は下方からＸ線を照射する、請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線物質量測定装置。
- 前記撮像手段は、エリアセンサである、請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線物質量測定装置。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 2014-10-16 JP JP2014211976A patent/JP6289337B2/ja active Active
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- 2015-08-11 US US15/518,566 patent/US10451565B2/en active Active
- 2015-08-11 WO PCT/JP2015/072772 patent/WO2016059862A1/ja active Application Filing
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