(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体をはさんで放射線源と放射線検出器を対向配置し、撮影した前記被検体の透過画像データから、前記被検体の断層像又は立体像を構築する放射線断層撮影方法であって、  前記放射線源の焦点位置と前記放射線源の焦点が前記検出器に投影される位置との距離Ｈ、前記検出器上の任意の座標位置（ｕ，ｖ）、前記透過画像データに映り込んだ空気層部分の座標位置（ｕ′，ｖ′）、空気層部分の前記座標位置（ｕ′，ｖ′）の放射線強度Ｉref(ｕ′，ｖ′)に基づき、前記被検体がないと仮定した場合に、前記任意の座標位置（ｕ，ｖ）の検出素子が検出する放射線の強度を推定して擬似エアデータを生成し、前記擬似エアデータを用いて画像再構成演算を行うことを特徴とする放射線断層撮影方法。
【請求項２】
請求項１記載の放射線断層撮影方法であって、
前記放射線強度Ｉref(ｕ′，ｖ′)は、前記放射線源の焦点が前記検出器に投影される位置を中心とした円の周上をサンプリングして得ることを特徴とする放射線断層撮影方法。
【請求項３】
被検体をはさんで放射線源と放射線検出器を対向配置し、撮影した前記被検体の透過画像データから、前記被検体の断層像又は立体像を構築する放射線断層撮影装置であって、  画像再構成演算装置は、前記放射線源の焦点位置と前記放射線源の焦点が前記検出器に投影される位置との距離Ｈ、前記検出器上の任意の座標位置（ｕ，ｖ）、前記透過画像データに映り込んだ空気層部分の座標位置（ｕ′，ｖ′）、空気層部分の前記座標位置（ｕ′，ｖ′）の放射線強度Ｉref(ｕ′，ｖ′)に基づき、前記被検体がないと仮定した場合に、前記任意の座標位置（ｕ，ｖ）の検出素子が検出する放射線の強度を推定して擬似エアデータを生成する空気層データ推定手段と、
前記擬似エアデータを用いて画像再構成演算を行う再構成演算部を備えることを特徴とする放射線断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線断層撮影方法および放射線断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力や火力等の発電プラントや、化学プラント，石油プラントに設置された配管の健全性を確保するために、断層撮影が可能なＸ線ＣＴ装置を用いて、これらの配管内面を現地で非破壊検査するニーズが増加している。但し、上記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い。そして、従来のＸ線ＣＴ装置は、検査対象物の周囲を１８０°＋放射線ファンビーム角度乃至は一般的には３６０°の角度方向から撮影した複数の投影データに基づいて断層画像または立体像を構築するため、装置が大型化する。従って、産業用Ｘ線ＣＴ装置はプラント配管の検査に適用することが困難である。
【０００３】
これに対して、特許文献１は現地のプラント配管を断層撮影する方法を開示する。特許文献１の方法では、Ｘ線ＣＴ装置が必要とする角度よりも小さい角度でのみ撮影された複数の投影データにより断層像または立体像を構築することが可能である。配管検査では、配管の長軸方向に放射線源と検出器を並進移動させて撮影している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７６２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術は、放射線検出器の上面に遮蔽体を設け、遮蔽体付きチャンネルの出力とその他のチャンネルの出力との関係からチャンネル定数を求めている。そして、特許文献１の放射線断層撮影装置がチャンネル定数を求める時、この放射線断層撮影装置は、被検体がない状態で計測する「初期設定フロー」が必要となる。
【０００６】
しかし、現地プラント配管を撮影する場合、既に設置された配管を取り除くことはできない。そのため、チャンネル定数を取得するために、被検体撮影場所とは別の場所に放射線断層撮影装置を移動させる必要がある。このように撮影装置を移動させる場合、被検体のない場所で撮影装置を組み上げ、アライメントを実施し、透過画像を撮影して、チャンネル定数を算出する。その後、撮影装置を被検体に設置し、アライメントを実施した上で被検体の撮影を実施する。このように、特許文献１の撮影装置では、段取りや工数が多く、作業が煩雑になり、使い勝手が悪いという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、プラント配管検査のように被検体の移動が不可能な場合であっても、放射線断層撮影の作業を簡素化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、放射線源の焦点位置と放射線源の焦点が検出器に投影される位置との距離Ｈ，検出器上の任意の座標位置（ｕ，ｖ），透過画像データに映り込んだ空気層部分の座標位置（ｕ′，ｖ′），空気層部分の座標位置（ｕ′，ｖ′）の放射線強度Ｉref(ｕ′，ｖ′)に基づき、被検体がないと仮定した場合に、任意の座標位置（ｕ，ｖ）の検出素子が検出する放射線の強度を推定して擬似エアデータを生成し、擬似エアデータを用いて画像再構成演算を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プラント配管検査のように被検体の移動が不可能な場合であっても、放射線断層撮影の作業を簡素化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】配管断層撮影装置の一例を表した図である。
【図２】配管断層撮影方法による撮影状況の概念を示した図である。
【図３】配管断層撮影装置により撮影された透過画像を用いて構築された立体像の一例を示した図である。
【図４】配管の透過画像の一例を示した図である。
【図５】エアデータの一例を表した図である。
【図６】実施例１における投影フローの概要の一例を示した図である。
【図７】擬似エアデータ推定方法に関して模式的に説明した図である。
【図８】擬似エアデータ推定方法に関して模式的に説明した図である。
【図９】擬似エアデータ推定方法に関して模式的に説明した図である。
【図１０】参照用のデータをあらかじめ取得して参照する場合の方法について説明した図である。
【図１１】実施例２における投影フローの概要の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の実施例は、放射線断層撮影装置および放射線断層撮影方法に係り、特に、配管のような特定の場所に据え付けられた構造物の内部を可視化して検査するのに好適な放射線断層撮影装置および放射線断層撮影方法に関する。
【００１２】
ここでは、発電プラントなどに設置された配管を例として図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、放射線断層撮影装置５０１の概要を示す。図１の装置は、直管に設置された場合を示す。
【００１４】
放射線源１および検出器２は、保温材１１を装着した配管１０をはさむようにスライド機構３ａで取り付けられている。このスライド機構３ａは、指示脚３ｃで支持されたスキャナ３ｂにより、配管長軸方向に放射線源１および検出器２をスライドさせる。スライド機構３ａは、配管１０の径方向に放射線源１，検出器２をそれぞれスライドさせるための装置である。
【００１５】
放射線断層撮影装置は、放射線源１および検出器２を一定の速度で移動させ、その移動中に等間隔距離で透過像撮影を実施し、複数の透過画像５１を取得する。制御・画像取込装置２１は、スキャナ３ｂや検出器２による透過画像を取り込む際の制御をする。記憶装置３１は、取り込まれた透過画像５１を保存する。その後、画像再構成演算装置２２は、記憶装置３１から透過画像５１を呼び出し、断層像または立体像を構築する。記憶装置３２は、構築された断層像または立体像を保存する。画像計測装置２３は、記憶装置３２から断層像（立体像）を呼び出し、欠陥評価を行う。ここで、図１に示す制御・画像取込装置２１，記憶装置３１，画像再構成演算装置２２，記憶装置３２，画像計測装置２３の構成は一例であり、例えば記憶装置３１と３２は同一の装置を使用することも可能である。また、記憶装置３１と３２は、透過画像・断層像などをデータとして保存する。
【００１６】
図２は、放射線断層撮影装置５０１による撮影状況の概念を示す。放射線源１と放射線検出器２は配管１０の長軸方向に並進移動し、放射線検出器２は、配管１０の透過画像５１を一定間隔で連続撮影する。画像再構成演算装置２２は、インストールされた画像再構成演算プログラムにより、撮影した透過画像５１の集合から配管の断層像または立体像を構築する。画像再構成演算装置２２は、空気層データ選択手段，空気層データ推定手段，格納手段，減衰率算出手段，再構成演算手段を有する。図３は、画像再構成演算により構築された立体像１０１の模式図を示す。
【００１７】
図４および図５は、配管の透過画像の一例、およびエアデータの一例をそれぞれ示す。図４に示すように、配管の透過画像は、いわゆるレントゲン写真として撮影される。一方、エアデータは、被検体がない状態の空気層を透過したデータであるため、図５に示すように濃淡の変化がほとんど見られない画像として表示される。Ｘ線ＣＴや配管検査のためのラミノグラフィといった放射線断層撮影装置は、被検体をスキャンする際に、被検体を各方向から撮影する。そして、放射線断層撮影装置は、エアデータをそれぞれの透過画像データで除して、対数変換した減衰率と呼ばれるデータを使用する。
【００１８】
減衰率の算出方法を以下に説明する。ここでは、検出器として２次元平面型検出器（フラットパネルディテクタ，ＦＰＤ）を想定する。ＦＰＤは多数の微小な放射線検出素子が縦横に稠密に配列されている。図４または図５に示すように、画像の横軸をｕ、縦軸をｖとし、各座標における減衰率をＰ(ｕ，ｖ)とする。そして、配管の透過画像（図４）において各座標位置で検出される放射線強度はＩ(ｕ，ｖ)とし、エアデータ（図５）における各座標位置で検出される放射線強度はＩｏ(ｕ，ｖ)とする。このとき、Ｐ(ｕ，ｖ)，Ｉ(ｕ，ｖ)、およびＩｏ(ｕ，ｖ)の関係は以下の（１）式で表される。
【００１９】
【数１】
0005492634.tif 000002
【００２０】
すなわち減衰率Ｐ(ｕ，ｖ)は、それぞれの放射線検出素子の位置において求められる数値である。また、被検体の透過画像は複数存在する。そのため、それぞれの透過画像に対応する放射線強度をＩi(ｕ，ｖ)（ｉ＝１，…，Ｎ）とする。従って、減衰率のデータは被検体の透過画像と同じ数だけ存在することになり、以下の（２）式のように表される。
【００２１】
【数２】
0005492634.tif 000003
【００２２】
以下では、表記を単純化するために（１）式の表記に基づき説明する。
【００２３】
Ｐ(ｕ，ｖ)の物理的意味は、Ｘ線やγ線が被検体の内部を透過するに伴い減衰する割合である。そして、（３）式で示される。
【００２４】
【数３】
0005492634.tif 000004
【００２５】
ここで、μ（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像再構成演算を行う空間的な計算範囲内における座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）での線減弱係数を表す。線減弱係数とは、Ｘ線やγ線が物質内を単位長さ透過する際に減衰する量を表している。また、ｓは線積分における積分経路を表し、ここでは放射線源とＦＰＤ上において着目した一つの検出素子とを結ぶ直線に相当する。画像再構成演算により構築される断層像または立体像は、線減弱係数μ（ｘ，ｙ，ｚ）の空間的分布を表したものである。このため、被検体の透過画像だけでなく、被検体がない場合のエアデータが必要となる。ここではＦＰＤを例に説明したが、イメージインテンシファイアなどの他の検出器であっても同様である。
【００２６】
図６は、撮影フローの概要を示す。本実施例では、配管の透過画像データに映りこむ空気層部分のデータから擬似的なエアデータを作成する。そのため、本実施例の撮影フローは、特許文献１で実施していた「初期設定フロー」とそれに伴うアライメント等の実施が不要となる。具体的には、処理１００２は、定められた配管場所を撮影するために放射線断層撮影装置５０１を装着し、必要なアライメント作業を実施する。その後、処理１００３は、配管撮影を実施する。処理１１０１，１１０２は、撮影した透過画像から、その画像に映りこむ空気層部分のデータを抽出する。そして、処理１１０１，１１０２は、透過画像上における、Ｘ線が配管を透過し減衰した部分（透過画像上の灰色部分に相当）に対して、配管がない場合に検出素子が検出する放射線強度を推定した擬似エアデータ５２を画像再構成演算装置２２により求める。処理１００４は、得られた擬似エアデータ５２を用いて対数変換等の処理を実施した上で、画像再構成演算装置２２の再構成演算手段は画像再構成演算を実施する。処理１１０１，１１０２は、演算装置上で自動実行されるため、現場での特別な作業は不要である。このため、本実施例では、特許文献１に示す「初期設定フロー」とそれに付随する作業が削減できるため、使い勝手が向上する。
【００２７】
次に、図７〜図９を用いて、処理１１０１，１１０２を実現する具体的方法の一例を説明する。この処理１１０１，１１０２は、画像再構成演算装置２２が行う。
【００２８】
図７は、放射線源１と、放射線源１の焦点が検出器２に投影される位置、および検出器２上のある一つの検出素子の座標位置（ｕ，ｖ）との関係を示したものである。ここで、検出器座標の原点Ｏは、放射線源１の焦点が検出器２に投影される位置としている。そして、Ｘ線が配管を透過した部分において、配管がないと仮定した場合に検出素子が検出する放射線の強度を推定する。
【００２９】
放射線源１と検出器２の位置関係は、放射線源１の焦点位置とその焦点が検出器２に投影された位置０との距離をＨ、その投影位置０における放射線検出強度をＩｏ（０，０）、放射線源１の焦点位置と検出器２上の座標位置（ｕ，ｖ）との距離をＬ、座標位置（ｕ，ｖ）における放射線検出強度をＩｏ(ｕ，ｖ)とする。
【００３０】
ここでは、Ｘ線やγ線の強度は距離の二乗に反比例することを利用する。そして、前述の座標・距離は、（４）式の関係で表される。
【００３１】
【数４】
0005492634.tif 000005
【００３２】
図８は、配管を透過した座標位置（ｕ，ｖ）において、配管がないと仮定した場合に、座標位置（ｕ，ｖ）の検出素子が検出する放射線の強度を推定する方法を模式的に説明した図である。この推定方法は、配管の透過画像に映りこんだ空気層部分（ｕ′，ｖ′）のデータを用いる。図のように、空気層データ選択手段は、空気層部分のデータのうち、検出器２上の座標位置（ｕ′，ｖ′）を選択し、この位置における放射線強度Ｉref(ｕ′，ｖ′)を参照データとする。このとき、（４）式からＩｏ（０，０）は以下のようにして求められる。
【００３３】
【数５】
0005492634.tif 000006
【００３４】
この結果、空気層データ推定手段は、配管がない場合を仮定して、任意の座標位置（ｕ，ｖ）の検出素子が検出する放射線強度の推定値Ｉｏ(ｕ，ｖ)を、Ｉｏ（０，０）および（４）式から求めることができる。この推定値Ｉｏ(ｕ，ｖ)が擬似エアデータとなり、格納手段に格納される。そして、減衰率算出手段は、擬似エアデータに基づき、検出器の各座標における減衰率を算出する。
【００３５】
このように、本実施例では、放射線源の焦点位置と放射線源の焦点が検出器に投影される位置との距離Ｈ，検出器上の任意の座標位置（ｕ，ｖ），透過画像データに映り込んだ空気層部分の座標位置（ｕ′，ｖ′），座標位置（ｕ′，ｖ′）の放射線強度Ｉref(ｕ′，ｖ′)に基づき、配管がないと仮定した場合に、任意の座標位置（ｕ，ｖ）の検出素子が検出する放射線の強度を推定して擬似エアデータを生成し、擬似エアデータを用いて画像再構成演算を行う。従って、エアデータを求めるために、放射線断層撮影装置を配管から取り外す必要がなくなる。そのため、アライメントを複数回実施する必要がなくなり、段取りや工数が低減し、使い勝手が向上する。このように、プラント配管検査のように被検体の移動が不可能な場合であっても、放射線断層撮影の作業を簡素化することが可能となる。
【００３６】
（実施例１の変形例）
以上は、ノイズ等がない理想的な場合に適用可能な方法である。但し、実際には、取得データの中に、放射線の統計的揺らぎによるノイズや検出器回路に起因するノイズ等が含まれる。図９は、配管がないと仮定して、座標位置（ｕ，ｖ）の検出素子が検出する放射線の強度を推定する際に、取得データに含まれるノイズを考慮した手法である。先述の場合と同様、空気層部分のデータのうち、検出器２上の座標位置（ｕ′，ｖ′）を選択し、この位置における放射線強度Ｉref(ｕ′，ｖ′)を参照データとする。この位置の原点からの距離をｒ、原点とこの点を結んだ直線のｕ軸とのなす角をθとすると、ｕ′，ｖ′，ｒ，θは以下の関係式で表される。
【００３７】
【数６】
0005492634.tif 000007
【００３８】
図に示す点線は、ｒを半径とし、原点を中心とする円を示している。Ｉref(ｕ′，ｖ′)は、この円周上にあり、かつ空気層部分に相当する場所のデータをサンプリングし、これらの平均値とする。平均値を使用することで、ノイズの影響を低減できる。そして、（５）式によりＩｏ（０，０）を算出する。任意の位置（ｕ，ｖ）における放射線強度の推定値Ｉｏ(ｕ，ｖ)は、Ｉｏ（０，０）および（４）式から算出できる。
【００３９】
また、配管がないと仮定した場合に検出素子が検出する放射線の強度を推定する別の方法として、以下に述べる方法がある。先に述べた半径ｒの円を複数使用すれば良い。具体的には、参照用の放射線強度Ｉref(ｕ′，ｖ′)を複数の半径に対して求め、それらのデータから内外挿する。そして、任意の位置（ｕ，ｖ）における放射線強度の推定値Ｉｏ(ｕ，ｖ)を求める方法である。その際、求めておく参照用の放射線強度値の数が多ければ多いほど、内外挿による推定の精度が向上する。
【００４０】
また、参照データＩref(ｕ′，ｖ′)の選択には、散乱線の影響を考慮することが望ましい。散乱線とは、主に被検体内部の電子と透過Ｘ線（またはγ線）との相互作用（コンプトン散乱）により散乱されたＸ線（またはγ線）のことである。散乱線の影響は被検体近傍で大きく、実際の空気層の値よりも優位に高くなる場合がある。このため、参照データを選択する場合、被検体近傍のデータは利用しない方が望ましい。
【００４１】
また、放射線源１の放射角度や検出器２の検出面サイズよりも大きな被検体を撮影する場合、放射線源１や検出器２を移動させて、被検体全体が収まるように撮影する必要がある。このような場合、被検体の両端において、空気層が映りこむように撮影すれば、本実施例に記載した方法を適用することは可能である。
【００４２】
以上の方法により、エアデータの取得を別途実施せずとも、被検体撮影時のデータからエアデータを構築できるため、エアデータ取得を簡素化可能である。
【実施例２】
【００４３】
図１０，図１１は、別の実施例を示す。本実施例は、少なくとも１回、被検体がない状態でエアデータをあらかじめ取得しておく。このエアデータは、参照用エアデータとする。そして、実際の撮影時に、被検体撮影時に映りこむ空気層部分のデータと参照用エアデータを比較することで、擬似エアデータを作成する方法である。
【００４４】
まず、処理１００１は、被検体がない状態で参照用エアデータをあらかじめ取得しておく。処理１００２，１００３は、撮影装置を配管に装着し、配管撮影を実施する。処理１１０１ａは、画像再構成演算装置２２のデータ比較手段が、参照用エアデータと透過画像データを比較する。そして、処理１１０２は、擬似エアデータを作成する。その後、処理１００４は、画像再構成演算装置２２が再構成演算を実施する。
【００４５】
ここで、処理１１０１ａの処理内容を説明する。図１０に示すように、データ比較手段は、参照用エアデータと透過画像データの同一部分（線分ＡＡ）のラインプロファイルを抽出し、それらのデータを比較する。そして、データ比較手段は、線分ＡＡにおける擬似エアデータのラインプロファイルを生成する。なお、参照用エアデータと透過画像データの空気層部分Ｂは、検出器出力値が一致しない場合もある。しかし、プロファイルの定性的傾向は一致する。そこで、透過画像データの空気層部分の値に基づき、参照用データのプロファイル形状を適用することで、精度よく擬似エアデータを構築することができる。
【００４６】
現地で装置を組み上げるため、参照用エアデータ取得時と配管検査時において、放射線源１が検出器２上に投影される位置の「ずれ」が生じる場合もある。そこで、参照用エアデータ取得の際に、放射線源１が検出器２上に投影される位置等のアライメント情報を把握しておくことが望ましい。このアライメント情報を把握しておけば、「ずれ」を定量的に把握できる。そして、擬似エアデータ構築の際に、「ずれ」量を考慮してプロファイルのフィッティングを行うことが可能である。
【００４７】
また、撮影対象によっては、Ｘ線発生器の電圧や、γ線源のエネルギを変える場合もある。あらかじめ検出器の放射線エネルギに対する検出器出力を把握しておくことが望ましい。放射線源の放射線エネルギに対する検出器出力の関係に従い、プロファイルをフィッティングすることも可能である。
【００４８】
また、参照用エアデータの取得は、装置を現地に搬入する前、例えば発送元の場内においてあらかじめ実施しておくことで、現地での作業を軽減することができる。参照用エアデータは、装置を現地に搬入する前に一度作成しておけば、現地で検査する度に再作成する必要はない。
【００４９】
本実施例では、参照用エアデータを取得し、前記参照用エアデータと前記透過画像データの同一部分におけるラインプロファイルを比較して擬似エアデータを作成し、前記擬似エアデータを用いて画像再構成演算を行う。透過画像データと参照用エアデータを組み合わせて使用することにより、擬似エアデータをより高精度に構築できる。
【００５０】
本実施例の方法によれば、高精度に擬似エアデータを構築でき、かつエアデータ取得を簡素化可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の方法及び装置を用いることで、発電プラントの配管のように狭隘な場所で断層撮影を実施する場合に、撮影に伴う段取りや工数の削減、使い勝手向上により、効率的な検査が可能となる。また、本発明の方法は、産業用Ｘ線ＣＴ装置のように、ターンテーブルに被検体を乗せて回転させ、断層像を得るシステムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  放射線源
２  検出器
１０  配管
２１  制御・画像取込装置
２２  画像再構成演算装置
２３  画像計測装置
３１，３２  記憶装置
５１  透過画像
５２  擬似エアデータ
１０１  立体像
５０１  放射線断層撮影装置
１００１，１００２，１００３，１００４，１１０１，１１０２  処理
【図１】
0005492634.tif 000008
【図２】
0005492634.tif 000009
【図３】
0005492634.tif 000010
【図４】
0005492634.tif 000011
【図５】
0005492634.tif 000012
【図６】
0005492634.tif 000013
【図７】
0005492634.tif 000014
【図８】
0005492634.tif 000015
【図９】
0005492634.tif 000016
【図１０】
0005492634.tif 000017
【図１１】
0005492634.tif 000018