WO2016059862A1 - Ｘ線物質量測定装置 - Google Patents

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末喜 馬場
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株式会社ビームセンス
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    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
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    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/639—Specific applications or type of materials material in a container

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray substance amount measuring apparatus that measures the amount of a substance in a container using X-rays.
  • the present invention relates to an X-ray substance amount measuring apparatus for measuring a minute amount of a substance in a container, for example, a minute amount of liquid using X-rays.
  • An object of the present invention is to provide an X-ray substance amount measuring apparatus that measures the amount of a minute amount of a substance locally present in a container.
  • An X-ray substance amount measuring apparatus includes an X-ray irradiation means for irradiating X-rays from above or below a container containing a substance to be measured, An imaging unit that is arranged to face the X-ray irradiation device across the container and obtains image data based on transmitted X-rays transmitted through the container; A substance amount calculating means for processing the obtained image data and calculating the amount of the substance to be measured based on the intensity of transmitted X-rays for each pixel in the container; Is provided.
  • the amount of the substance to be measured is calculated based on the intensity of transmitted X-rays for each pixel obtained by irradiating X-rays from above or below in the container. Not only the liquid representing the liquid level over the entire container, but also a minute amount of a locally present substance can be measured.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an X-ray substance amount measuring device according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the physical structure in the case of implement
  • (A) is a top view which shows the state from which the liquid amount of each container differs in Example 1 using the liquid as a to-be-measured substance in the several container arrange
  • the X-ray substance amount measuring apparatus includes an X-ray irradiation means for irradiating X-rays from above or below a container containing a substance to be measured, An imaging unit that is arranged to face the X-ray irradiation device across the container and obtains image data based on transmitted X-rays transmitted through the container; A substance amount calculating means for processing the obtained image data and calculating a substance amount of the substance to be measured based on the intensity of transmitted X-rays for each pixel in the container; Is provided.
  • the substance amount calculating means is configured to allow the substance in the container to be in the container based on an accumulated intensity of transmitted X-rays over all pixels in the container. The amount of substance to be measured may be calculated.
  • the X-ray substance amount measuring apparatus is configured so that the substance amount calculating unit is configured for each pixel based on transmitted X-ray intensity for each pixel in the container. The height of the substance to be measured may be calculated.
  • the substance amount calculating means is configured to determine the intensity of transmitted X-rays by a plurality of quantified substances to be measured.
  • the substance amount of the substance to be measured may be calculated based on a calibration curve indicating the relationship between the substance quantity of the substance to be measured and the intensity of transmitted X-rays.
  • the X-ray irradiation means irradiates X-rays from above or below a container whose upper surface is sealed. May be.
  • the X-ray substance amount measuring device is the X-ray irradiation means from above or below the microplate in which a plurality of containers are two-dimensionally arranged. X-rays may be irradiated.
  • the imaging means may be an area sensor.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an X-ray substance amount measuring apparatus 10 according to the first embodiment.
  • This X-ray substance amount measuring apparatus 10 includes an X-ray irradiation means 1 that irradiates X-rays 6 from above or below a container 4 containing a liquid 5 that is a substance to be measured, and an X-ray irradiation apparatus 10 that sandwiches the container 4. Based on the intensity of the transmitted X-rays for each pixel in the container 4, the imaging means 2 that obtains image data based on the transmitted X-rays that are arranged to face each other and transmit through the container 4. And a substance amount calculating means 3 for calculating the amount of the liquid to be measured.
  • the amount of liquid as a substance to be measured is calculated based on the intensity of transmitted X-rays for each pixel obtained by irradiating X-rays from above or below in the container 4. . Therefore, not only the liquid representing the liquid level over the entire container 4 but also the amount of a small amount of a locally existing substance can be measured.
  • the X-ray irradiation unit 1 may be any unit that can irradiate the container with X-rays 6, and may be, for example, an X-ray tube, a rotary anode X-ray tube, a beam line in a radiation facility, or the like.
  • the X-ray 6 irradiated by the X-ray irradiation means 1 may be any of characteristic X-rays, continuous X-rays, monochromatic light X-rays, and the like.
  • This X-ray irradiation means 1 irradiates X-rays from above or below (that is, in the vertical direction) the container 4 containing the substance 5 to be measured.
  • the substance to be measured may be a uniform substance, and may be any of a liquid, a granular material, a small solid, and the like.
  • a container is required, but in the case of a small solid material, the container is not necessary.
  • the container 4 that irradiates the X-ray 6 by the X-ray irradiation unit 1 may be, for example, a container whose upper surface is sealed. In this case, the upper surface may be sealed with a film that does not transmit visible light.
  • FIG. 4 is a plan view of the microplate 20 in which a plurality of containers 22 are two-dimensionally arranged. As the container, a microplate 20 in which a plurality of containers 22 as shown in FIG. 4 are two-dimensionally arranged may be used.
  • each of the microplates 20 in which a plurality of containers 22 are two-dimensionally arranged is effective in the case of a single container.
  • the amount of liquid in the container (pallet) 22 could not be measured.
  • the X-ray substance amount measuring apparatus 10 according to the first embodiment even in the case of the microplate 20 in which the plurality of containers 22 are two-dimensionally arranged, the X-rays from above or below the microplate 20. Therefore, the amount of the substance to be measured in each container (pallet) 22 can be measured.
  • the imaging means 2 only needs to be able to receive transmitted X-rays and obtain image data based on the intensity of transmitted X-rays for each pixel.
  • the imaging unit 2 for example, a CCD, a CMOS sensor, a flat panel X-ray image sensor, or the like may be used.
  • the imaging unit 2 is not limited to an area sensor (planar sensor) that can obtain two-dimensional image data as it is, but may be a line sensor. In the case of a line sensor, two-dimensional image data can be obtained by scanning in a direction intersecting with the extending direction of the line sensor. Alternatively, the imaging unit may be a point sensor.
  • the substance amount calculation means 3 processes the image data, and calculates the substance amount of the substance to be measured in the container based on the transmitted X-ray intensity for each pixel in the container 4 or 22.
  • the substance amount calculating unit 3 may be realized by, for example, an electric circuit or a semiconductor circuit, or a computer may be realized as the substance amount calculating unit 3 by software operating on a computer.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a physical configuration when the substance amount calculating means 3 is realized by a computer. As shown in FIG. 2, the computer only needs to have a general physical configuration, and may include a CPU 11, a memory 12, a storage device 13, an input / output unit 14, a display device 15, and an interface 16. .
  • This substance amount calculation means 3 may calculate the substance amount of the substance to be measured in the container based on the integrated intensity of transmitted X-rays over all the pixels in the container. Alternatively, the height of the substance to be measured for each pixel (liquid level (liquid amount) in the case of liquid) may be calculated based on the intensity of transmitted X-rays for each pixel in the container.
  • FIG. 3 is a graph showing a calibration curve showing the relationship between the amount of liquid and the intensity of transmitted X-ray when the substance to be measured is a liquid. The intensity of transmitted X-rays decreases as the amount of liquid that transmits X-rays increases.
  • the transmission X-ray decrease curve may be represented by a linear interpolation curve so as to pass through all the data points as shown in FIG. 3, for example. Or you may represent with the linear approximation curve using each data point. Further, approximation may be performed by a non-linear curve using an exponential function or the like.
  • the liquid volume of the substance to be measured can be calculated from the transmitted X-ray intensity. In this case, the liquid amount can be calculated for each pixel as it is by setting the intensity for each pixel as the intensity of the transmitted X-ray in the calibration curve.
  • the liquid amount as an average in the container can be calculated based on the integrated intensity over all the pixels in the container.
  • the substance amount calculation means 3 calculates the amount of liquid in the container based on a calibration curve indicating the relationship between the amount of liquid X-ray and the intensity of transmitted X-ray obtained from the intensity of transmitted X-rays from a plurality of quantified liquids. May be calculated.
  • FIG. 5A is a plan view showing a state in which a plurality of containers 22 arranged one-dimensionally in Example 1 uses liquid as a substance to be measured and the amount of liquid in each container is different.
  • (B) is an intensity profile of transmitted X-rays when the plurality of one-dimensionally arranged containers 22 of (a) are irradiated with X-rays along the lines.
  • 13 containers from the container 1 to the container 13 are arranged one-dimensionally.
  • the intensity of the transmitted X-rays is approximately the same throughout the entire container 22 in the case of having a substantially uniform liquid level.
  • the intensity of transmitted X-rays decreases only around the container.
  • the case where the liquid remains in the periphery that is, the case where the liquid is present along the wall of the container with the contact angle being acute due to the surface tension is not limited to this.
  • the contact angle may be an obtuse angle.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between each position (1 to 9) and the corresponding liquid height (h1 to h9) when the liquid is locally present in one container 22.
  • the transmitted X-rays at each pixel corresponding to each position (1 to 9) indicate the intensity corresponding to the liquid amount (h1 to h9) at each position (1 to 9). Therefore, the liquid amount (height) for each pixel can be calculated based on the intensity of transmitted X-rays at each pixel corresponding to each position (1 to 9).
  • the X-ray substance amount measuring apparatus calculates the substance amount of the substance to be measured based on the intensity of transmitted X-rays for each pixel obtained by irradiating X-rays from above or below in the container. Therefore, when the substance to be measured is a liquid, it can be used as an apparatus for measuring the liquid amount not only for the liquid representing the liquid level over the entire container but also for a small amount of liquid that exists locally.

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Abstract

　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、容器を挟んでＸ線照射装置と対向して配置され、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、得られた画像データを処理して、容器内の画素ごとの透過Ｘ線の強度に基づいて被測定物質の量を算出する物質量算出手段と、を備える。

Description

Ｘ線物質量測定装置
　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。）。
特開平５－３２２６３０号公報 特開２００２－３５７４７２号公報
　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。
　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。
実施の形態１に係るＸ線物質量測定装置の構成を示すブロック図である。 Ｘ線物質量測定装置の物質量算出手段について、コンピュータによって実現する場合の物理的な構成を示すブロック図である。 被測定物質が液体である場合の液体の液量と透過Ｘ線の強度との関係を示す検量線を示すグラフである。 複数の容器が２次元配置されたマイクロプレートの平面図である。 （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において、被測定物質として液体を用い、各容器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。 一つの容器中で局所的に液体が存在する場合の各位置と対応する液体の高さとの関係を示す概略図である。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　＜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。
　＜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。
　＜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。
　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。
（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。
　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）

Claims (7)

  1. 　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、
    を備えた、Ｘ線物質量測定装置。
  2. 　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。
  3. 　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、請求項１又は２に記載のＸ線物質量測定装置。
  4. 　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から３のいずれか一項に記載のＸ線物質量測定装置。
  5. 　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４のいずれか一項に記載のＸ線物質量測定装置。
  6. 　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５のいずれか一項に記載のＸ線物質量測定装置。
  7. 　前記撮像手段は、エリアセンサである、請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線物質量測定装置。
PCT/JP2015/072772 2014-10-16 2015-08-11 Ｘ線物質量測定装置 WO2016059862A1 (ja)

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