JPS62290445A - Ｘ線断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は白色Ｘ線源を利用したＸ線断層撮影装置に係り
、特に、工業材料の任意断面の密度、欠陥２元素分布を
得るのに好適で、且つ、異なるエネルギのＸ線による差
分像を得る場合の工夫を施したＸ線断層撮影装置に関す
る。

〔従来の技術〕

Ｘ線断層撮影法（Ｘ線ＣＴ　：　Ｘ　−ｒａｙＣｏｍａ
ｐｕｔｅｒｉｚｃｄτｏｍｏｇｒａｐｈｙ）は、人体の
診断手法として開発され、現在では広く医療機関で用い
られている。近年１本手法を用いた工業材料の内部欠陥
の非破壊検出等への応用が注目されている。しかし、従
来の医療用ＣＴは、光源に通常のＸ線管球から生じる白
色Ｘ、Ｗｔをそのまま用い、また、検出器もエネルギ分
解型ではないので、欠陥の分布は得られても、材料の評
価において重要である正確な密度分布や元素分布等は得
られない、この問題点に対し、単色ｘｍを用いた断層撮
影法が出願されている（特開昭５４−１５１３８７　；
東芝）、更に、強力な白色Ｘ線源であるシンクロトロン
軌道放射光（Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ　０ｒｂｉｔａｌ
　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ、以下ＳＯＲと略す）を用い、結
晶分光器で単色化されたＸ線による断層撮影法で提案さ
れている（文献；Ｌ。

ＧｒｏｄｚｉｎｓｔＮｕｃｌｅａｒ　　Ｉｎｓｔｒｕｍ
ｅｎｔｓ　　ａｎｄ　　Ｍｅｔｈｏｄｓ　　２０６ｐ、
５４１．　ｐ、５４７（１９８３）、及び、Ａ、Ｃ，Ｔ
ｈｏｓ＋ｐｓｏｎａｔａ１．、　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎ
ｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　１ｎＰ
ｈｙｓｉｃｓ　Ｒｅ５ａａｒｃｈ　２２２　、　ｐ、　
３１９　（１９８４））ａこの場合、任意の波長が選択
できるので、特定元素の吸収端前後のエネルギのＸ線で
測定したＣＴ像の差分をとることで、その元素分布を求
めることができる。この手法は、注目する特定元素以外
の像の濃淡を除去し、元素分布のみを表示する優れた手
法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明も、この強力な白色Ｘ線源を用いた、元素分布測
定を特徴とするＸ線断ＭＭｈ影装置に関するものである
。この元素分布測定において、前述の従来の手法では、
吸収端前後の一方のエネルギでＣＴ像を得た後、他のエ
ネルギでのＣＴ像の作成を行い、得られた二つのＣＴ像
の差分をとっていた。

ところで、ＳＯＲ等の強力なｘ、ｉ＋ｘｇは、走査の際
動かすのは困難である。よって、走査はもっばら被検体
の回転や並進による。その際、ＣＴが正確に同一平面内
での多方向からの透過量測定を必要とする上に、差分を
とるには、両エネルギでの測定がやはり正確に同じ場所
で行われる必要がある。工業材料を対象とする本装置で
は、差分をとる際、マイクロメータ（μｍ）オーダの被
検体の位置再現性が必要であるが、従来の方式では高精
度の位置再現性を実現することは困難であった。

本発明の目的は、複数のエネルギのＸｓに対する差分像
を得るのに適したＸ線断層撮影装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するため手段〕

本発明は、この点に注目し、−回ないし数回の透過量測
定毎に複数のエネルギでの測定を行い、その差分をとっ
て、それを繰り返し行った後に画像処理をして差分のＣ
Ｔ像を得るようにした。

被検体の良い位置再現性を実現するには、被検体の走査
に伴う位置ぶれを抑えることが重要で、その為には、被
検体の駆動回数の減少や、同一場所での相異なるエネル
ギのＸ線による測定は連続して行い、その間は被検体は
動かさない等の手法が有効である。エネルギ分解型の検
出器を用いる手法も、相異なるエネルギのＸ線の透過量
を同時に測定できるので有効である。また、ペンシルビ
ームではなく、横に広がったＸ線ビームを位置敏感型の
検出器を用いて検出する方法も１位置ぶれの抑制に役立
つ０本発明は、これらの改善を図ったものである。

本発明は、また別の意味においても有益である。

ＳＯＲを光源に用いると、長い測定時間の間に蓄積リン
グの電流が変動し、従来の手法では、相異なるエネルギ
でのＣＴ像測定の間に、照射光重〇が大きく変化する可
能性があった。これは、各測定値をＩｏで規格化するこ
とで一応対処できるが、本発明では、同一場所での相異
なるエネルギのＸ線による測定が連続して行われるため
、その間。

Ｉｏはほとんど変化しないし、差分をとるにもより正確
な結果が得られる。

以上のような目的を達成するため、幾つかの手法を採用
することができる。まず、入射光をＸ線結晶分光器で単
色化した後、被検体を照射し、それをＸ線検出器、特に
、位置敏感型の検出器で受光する系で、差分をとる場合
には、−測定毎にＸ線分光器を少し回転して異なるエネ
ルギのＸ線を取り出すようなシステムを組むことで、目
的を達成することができる（第１図）、また第３図のよ
うに、少し傾きを変えた結晶を横に並べたような構造を
もつ分光器を用いれば、回転の代わりに並進を用いて異
なるエネルギのＸ線を取り出すことも可能である。これ
らの手法は、横に広がったビームと位置敏感型の検出器
を組み合わせて用いることにより、一層効果的であるが
、必ずしもそれに限定されるものではなく、ペンシルビ
ームを用いることも可能である。また、セクタースキャ
ン方式のように、並進と回転を組み合わせた被検体の走
査方式を用いる場合に、−測定毎ではなく、被検体の並
進運動毎に数回分の測定を行った後、エネルギを変えて
測定を行なうような方式も考えられる。

別の方式は、白色Ｘ線をそのまま被検体に照射して、そ
の透過光をＸ線分光器で分光して単色成分の透過量を求
める系で、Ｘ線分光器の回転ないし並進で異なるエネル
ギの測定結果を取り出すようなシステムを組むことがで
きる（第４図）、この場合も、横に広がったビームと位
置敏感型の検出器の組み合わせが有効であるが、やはり
ペンシルビームの利用や数回毎のエネルギ変換の手法を
採用することも可能である。

更に別の方式として、やはり白色Ｘａ、を被検体に照射
して、その透過光をエネルギ分解能をもつＸａ検出器で
受光する手法も考えられる。この場合は、差分を取るた
めの相異なるエネルギでの測定結果を全く同時に求める
ことができる（第５図）。この手法でも、横に広がった
ビームと位置敏感型の検出器の組み合わせが有効である
が、エネルギ分解能を持ち、且つ、位置敏感型の検出器
は一般的に試作段階であり、ここではペンシルビームを
利用した。

〔作用〕

前述したような手法により、−測定毎あるいは数回の測
定毎に相異なるエネルギでの測定を行い。

それらの差分の結果を用いたＣＴ像の画像作成が可能と
なる。この手法を用いると、走査時の被検体の駆動回数
は減少し、また、同一場所での相異なるエネルギのＸ線
による測定は、被検体を動かさずに連続して行われるの
で、被検体の位置再現性不足による位置ぶれが起こりに
くい、また１本手法は、照射光Ｉｏの変動の影響を受け
にくい点でも優れている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。

第１図に、始めにＸ線分光器で単色化を行う場合の実施
例を示す。平行な白色Ｘ線源１．単色光を取り出すため
の結晶分光器２、被検体へ入射するＸ線の形状を決める
スリット３、被検体とその支持台４．散乱Ｘ線を除去す
るスリット５、Ｘ線検出器６、ＣＴ像や本発明の特徴で
ある差分ＣＴ像を得るために、システムを制御・駆動す
るコントローラ７、及び、得られた像を表示する画像表
示装置８より構成されている。光源は必ずしも平行であ
る必要はないが、平行である方がより有効に光を利用で
きるし、また現状では最も適した光源であるＳＯＲも平
行光であり、これが役立っている０分光器は図に示すよ
うな二枚の結晶板をもつものが良い、というのは、エネ
ルギの変換で被検体４や検出器６を移動する必要が無い
からである。

第２図に示すような、大きな単結晶から切り出されたチ
ャンネルカッ１〜型（一体型）の結晶分光器が大変都合
が良い、この型の分光器を用いると和尚かう二枚の結晶
面は全く平行であるため、難かしい二枚の結晶板の微調
整を全く必要としないからである。また、検出器には、
位置敏感型の検出器を用いると、横に広がったビームと
組み合わせて一方向の透過量が一度に測定可能で、ペン
シルビームを用いる手法では必要な検出器の並進の走査
が省略できるため１位置ぶれを抑える点で格段に優れて
いる。検出器の前に非対称反射を利用した像の拡大を行
うための結晶板を置くことも、空間分解能向上の上で大
きなメリットがある。

本実施例では、ＳＯＲ光源と結晶面が（１１１）面であ
るチャンネルカット型Ｓｉ単結晶分光器と、可視光変換
のために蛍光剤を塗布したピッチ２５μｍ、高さ２．５
ｍｍ、素子数１０２４色のＭＯＳ型のフォトダイオード
アレイ検出器（ＲＥＴＩＣＯＮ製５ＦＸ−１０２４）を
用いたが、必ずしもこの実施例に限定されるものではな
い、なお、フオトダへ イオードアレイ検出器はダイナミックレンジが大きいた
め、差分像の作製に有効である。結晶分光器には（２２
０）面や（４００）面等のチャンネルカット型Ｓｉ単結
晶分光器や、それぞれが独立した二枚の結晶板をもつ結
晶分光器等が利用できる。また、検出器には、従来良く
利用されているイオンチュンバーや、サチコン管等の撮
像管等も使用できる。特に、サチコン管は空間分解能の
点で優れている。この系で、−測定毎に相異なるエネル
ギの透過量を測定するとともにその差分をとり、それを
繰り返し行った後、画像処理することが差分のＣＴ像が
得られる。たとえば、被検体中のＺｒの分布状況は、Ｚ
ｒのに吸収端１７．９９３（ｋｅＶ）の前後、　１７．
９９３±０．０５０（ｋａＶ）における測定結果の差分
ＣＴ像により求めることができる。

具体的な操作は、−透過量測定後、分光器のわずかな回
転（回転角約０．０３５２度）によりもう一方のエネル
ギでの測定を行なう。両者の差分をとるとともに１分光
器を元の位置迄回転して戻す。そして、被検体を少し回
転し１次の測定に移る。この一連の過程を繰り返して得
た測定値から、差分ＣＴ像、即ち、Ｚｒの分布状況を画
像表示袋ｆｆ８に表示することができる。尚、これらの
駆動系の制御、及び画像処理はコントローラ７によって
行なわれる。また、注目する元素により吸収端が異なる
ので、元素の種類によっては、吸収端前後のエネルギの
Ｘ線をとり出せるように、光学系を変換する必要が生じ
る。

次の実施例は、第４図に示すような、白色Ｘ線を被検体
へ照射し、その透過光を結晶分光器で分光することによ
り単色成分の透過量を求めることを特徴とするシステム
である。このシステムを構成する１から８迄の部分は、
全て第１図の場合と同様である。ただ、結晶分光器２が
後方へずれて、被検体の透過光を分光している点のみが
異なる。

この場合も結晶分光器２は、二枚の結晶面をもつもので
、特にチャンネルカット型のものが良い。

これはやはり、検出器の位置をほぼ一定に保てるためで
ある。位置敏感型の検出器を用いた方がより有利である
点等も、前実施例と同様である６本実施例では、前の実
施例と同様に、（１１１）面を結晶面とするチャンネル
カット結晶分光器と、１０２４チヤンネルの一次元フオ
ドダイオードアレイ検出器（ＲＥＴＩＣＯＮ製５ＦＸ−
１０２４）を用いた。本装置により、たとえば、被検体
中のＺｒの分布計？１１１１を行う場合、前実施例と全
く同様に、Ｚｒのに吸収端の前後１７．９９：１±０．
０５０　（ｋｅ　Ｖ　］それぞれの単色成分を取り出せ
るように分光器を設定・回転させ、それを繰り返し行な
うことで、差分ＣＴ像、即ち、Ｚｒの元素分布を求める
ことができる。本実施例では、被検体による吸収量を測
定するには、予め分光器による反射効率を求めておく必
要がある。

最後の実施例は、第５図に示すような、白色Ｘ線を被検
体へ照射し、その透過光を半導体検出器等エネルギ分解
能をもつ検出器で検出することを特徴とする。図中、結
晶分光器２が無いこと、及び検出器にエネルギ分解能を
もつものを用いている点が異なる。位置敏感型の検出器
を用いた方が有利であるのは、これ迄の実施例と同様で
ある。

本実施例の特徴は、検出器がエネルギ分解能をもつため
、差分をとるための相異なる複数のエネルギをはじめ、
全てのエネルギにおける透過量を同時に測定できること
にある。即ち、コントローラ７における情報処理量は増
加するけれども、通常のＣＴ定走査行うだけで差分ＣＴ
像を求めることができる。本実施例では、エネルギ分解
能をもつ検出器として、ＬｉをドープしたＳｉ半導体検
出器を用い、走査はペンシルビームによって行なった。

エネルギ分解能をもち、且つ、位置敏感型の検出器は１
００画素のもの迄報告されているが、まだ、開発途上で
あり、本実施例に適した多画素の検出器が開発されれば
、本手法は更に、有力なものとなると考えられる０本装
置では、たとえば、被検体中のＺｒの分布計測をするに
当たっては、Ｚｒのに吸収端の前後１９．９９３±０．
１００（ｋｅＶ）でのデータを演算処理することで、通
常のＣＴ走査により、差分ＣＴ像、即ち、Ｚｒの元素分
布を求めることができる０本手法で、吸収端前後のエネ
ルギ幅を広くとったのは、検出器のエネルギ分解能が１
００〜１５０（ｅＶ）と低いためである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、測定時の被検体の駆動回数が減少する
上に、同一場所での相異なるエネルギのＸ線による測定
は連続して行なわれるので、走査時の位置再現性不足に
基づく位置ぶれを抑制できる。また、本手法により、照
射光ＩＯの変動の影響も受けにくくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＸＷ＆断層撮影装置の基本
構成図、第２図はチャンネルカット型結晶分光器の概略
図、第３図は特殊な結晶分売春の概略図、第４図は本発
明の白色Ｘ線の照射と透過光の分光を特徴とするＸ線断
層撮影装置の基本構成図、第５図は本発明の白色Ｘ線の
照射とエネルギ分解能をもつ検出器による受光を特徴と
するＸ線断層撮影装置の基本構成図である。 １・・・平行な白色Ｘ線源、２．２’・・・Ｘ線結晶分
光器、３，５・・・スリット、４・・・被検体とその支
持台、６・・・Ｘ線検出器、６′・・・エネルギ分解能
をもつＸ線検出器、７・・・コントローラ、８・・・画
像表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、白色Ｘ線を光源に用い、被検体を走査、回転するこ
   とで得られた多くの透過量測定データより被検体の断層
   像を得るＸ線断層撮影装置において、 透過量の測定毎に、相異なる複数のエネルギのＸ線検出
   器による測定結果の差分をとり、それを繰り返し行った
   後、画像処理を施こすことで、差分のＣＴ像を得ること
   を特徴とするＸ線断層撮影装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 異なる複数の前記エネルギとして、任意の特定元素のＸ
   線吸収端前後のエネルギを用いることで、得られる差分
   のＣＴ像が特定元素の分布を表わすことを特徴とするＸ
   線断層撮影装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   Ｘ線検出器を位置敏感型とすることを特徴とするＸ線断
   層撮影装置。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項におい
   て、 前記白色Ｘ線をＸ線分光器により単色化した後、前記被
   検体に照射し、差分をとるにあたっては、前記Ｘ線分光
   器を回転ないし並進させて異なるエネルギのＸ線を得る
   ことを特徴とするＸ線断層撮影装置。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項におい
   て、 前記白色Ｘ線をそのまま前記被検体に照射し、その透過
   光をＸ線分光器で分光して単色成分の透過量を求め、差
   分をとる際前記Ｘ線分光器を回転ないし並進させて異な
   るエネルギの結果を得ることを特徴とするＸ線断層撮影
   装置。 ６、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項におい
   て、 前記白色Ｘ線をそのまま前記被検体に照射し、その透過
   光をエネルギ分解能をもつＸ線検出器で測定することを
   特徴とするＸ線断層撮影装置。