(57)【要約】【課題】本発明の目的は、非常に簡単な方法によってアーチファクトによるノイズを減少させる方法を提供することである。【解決手段】本発明のＸ線ＣＴ撮影法は、Ｘ線発生手段と、このＸ線発生手段に対向してＸ線照射方向に直交し、かつ断層像を得るための試料のスライス面に沿うように配置されたＸ線検出器と、このＸ線検出器と前記Ｘ線発生手段との間に配置され、試料を搭載して上記スライス面に直交する軸の周りに回動させ、かつ、直交軸に沿って移動可能な試料ステージとを備え、試料ステージを駆動して試料を回動させつつ、Ｘ線検出器により検出した試料のＸ線透過情報から、前記のスライス面で切断した試料の断層像を再構成するＸ線ＣＴ撮影法において、試料を試料と同一または極めて近い密度を有する粉末中に埋設してＸ線照射することにより試料の断層像を得ることを特徴とする撮影法である。ここで、試料はプラスティック等のＸ線の透過を妨げない材質からなる円形容器中で平均粒径が３０〜２００μｍである粉末中に埋設されることが望ましい。【選択図】図１
2004219385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生手段と、
該Ｘ線発生手段に対向して該Ｘ線照射方向に直交し、かつ断層像を得るための試料のスライス面に沿うように配置されたＸ線検出器と、
該Ｘ線検出器と前記Ｘ線発生手段との間に配置され、試料を搭載して上記スライス面に直交する軸の周りに回動させ、かつ、該直交軸に沿って移動可能な試料ステージと、を備え、
該試料ステージを駆動して前記試料を回動させつつ、前記Ｘ線検出器により検出した該試料のＸ線透過情報から、前記スライス面で切断した該試料の断層像を再構成するＸ線ＣＴ撮影法において、
前記試料を該試料と同一または極めて近い密度を有する粉末中に埋設してＸ線照射することにより前記試料の断層像を得ることを特徴とするＸ線ＣＴ撮影法。
【請求項２】
前記試料は円形容器中で前記粉末中に埋設される請求項１に記載のＸ線ＣＴ撮影法。
【請求項３】
前記円形容器はプラスティック容器である請求項２に記載のＸ線ＣＴ撮影法。
【請求項４】
前記粉末の平均粒径は３０〜２００μｍである請求項１又は２のいずれかに記載のＸ線ＣＴ撮影法。
【請求項５】
Ｘ線発生手段と、
該Ｘ線発生手段に対向して該Ｘ線照射方向に直交し、かつ断層像を得るための試料のスライス面に沿うように配置されたＸ線検出器と、
該Ｘ線検出器と前記Ｘ線発生手段との間に配置され、試料を搭載して上記スライス面に直交する軸の周りに回動させ、かつ、該直交軸に沿って移動可能な試料ステージと、を備え、
該試料ステージを駆動して前記試料を回動させつつ、前記Ｘ線検出器により検出した該試料のＸ線透過情報から、前記スライス面で切断した該試料の断層像を再構成するＸ線ＣＴ撮影法において、
前記試料を該試料と同一または極めて近い密度を有する粉末中に埋設してＸ線照射することにより得られるＸ線ＣＴ値から該試料の各部位の密度を求めることを特徴とする密度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線ＣＴ撮影法および密度計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置は、一般に図１０に模式的に示すように、Ｘ線Ｂを出力するＸ線発生源１０と、このＸ線発生源１０に対向して、試料Ｗをスライスすべき面Ｓに沿ったｙ方向に直線状に配置されたＸ線検出器２０と、Ｘ線発生源１０とＸ線検出器２０との間に配置された試料ステージ３０とから構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
試料ステージ３０上に試料Ｗを載置して、試料ＷをＸ線発生源１０からのＸ線照射方向（ｘ方向）に直交するｚ軸の周りに回動させ、また、そのｚ軸に沿って上下に移動させて、試料Ｗの回動軸ｚに直交する任意の断面位置における全部位・全方位の透過Ｘ線情報を採取する。次に、得られた透過Ｘ線情報を変換して再構成することにより、試料Ｗの回動軸ｚ上の任意の位置における断層像を得ることができる。このようにして得られた断層像は密度分布を示しているので、試料Ｗのその断面上の各部分の密度を知ることができる。
【０００４】
しかし、Ｘ線ＣＴでは試料の形状によってアーチファクトと呼ばれる特有のノイズを発生する。このため従来のＸ線ＣＴ撮影方法により得られる断層像は、精度のよい密度分布を示すものではなかった。
【０００５】
アーチファクトの原因としては種々考えられるが、主として、Ｘ線が被測定物と空気との境界を通ることによるパーシャルボリューム効果と、Ｘ線が被測定物中を透過する際に減衰して変質することによるビームハードニング効果とを指摘することができる。図７はパーシャルボリューム効果を示す模式図であり、Ｘ線ＣＴ撮影を上から見た様子を示している。Ｘ線発生源１０から照射されたＸ線Ｂは試料ステージ３０上に載置された試料Ｗを透過してＸ線検出器２０に到達する。ここで、Ｘ線検出器２０は多数のＸ線センサ４０から構成されているので、例えば、図７の状態のＸ線センサ４１では試料と空気との境界を通過したＸ線を感知することになる。すなわち、Ｘ線の感知幅ａに対してｂ／ａは試料を透過したＸ線を感知して、（ａ−ｂ）／ａは空気中を通過したＸ線を感知することになる。このことによるＸ線検出の誤差をパーシャルボリューム効果と呼ぶ。このようなパーシャルボリュウーム効果は、図９に点線で示した試料Ｗの周辺部Ｄで発生しやすい。また、図８に示すように試料形状が例えば長方形のように回転することによってＸ線の透過パスの長さが大きく異なるような場合には、ビームハードニング効果が発生しやすい。図８で試料Ｗは長辺の長さがｌ１で短辺の長さがｌ２の長方形断面を有している。従って、図８の（ａ）のように長辺がＸ線の照射方向に平行の場合には、Ｘ線の透過距離はｌ１であるが、試料が９０゜回転した（ｂ）の場合のＸ線の透過距離はｌ２であり、Ｘ線の照射方向に対する試料の方向によってＸ線の透過距離は大きく異なる。このようにＸ線が物体中を透過する際に減衰して変質することにより生じるＸ線検出の誤差をビームハードニング効果と呼ぶ。
【０００６】
このため、例えば、アルミニウムと鉄といったように材質が異なるほどの密度差がある場合には、これらのアーチファクトは無視できるほど小さいが、同一材料からなる部材のＸ線ＣＴ撮影においては、これらのアーチファクトはノイズとして画像を乱すために無視することはできず、何らかの方法でこのアーチファクトを解消することが望まれていた。
【０００７】
歯科診療など医療分野においてはアーチファクトによる偽像を除去するために多くの提案がなされている（例えば特許文献２参照）。例えば、被検体組織の状態に応じたビームハードニング補正曲線をメモリに用意しておき、生データから得た特徴量に従って対応する補正曲線を選んで補正を行うソフト的に対応する方法である。しかし、工業製品のＸ線ＣＴ撮影におけるアーチファクトの除去方法については知られていない。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１３０９１号公報
【特許文献２】
特開平５−２６１０９２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決しようとするもので、本発明の目的は、非常に簡単な方法によってパーシャルボリューム効果や、ビームハードニング効果といったアーチファクトによるノイズを減少させる方法を提供すると共に、試料密度の計測精度を向上させる方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線ＣＴ撮影法は、Ｘ線発生手段と、このＸ線発生手段に対向してＸ線照射方向に直交し、かつ断層像を得るための試料のスライス面に沿うように配置されたＸ線検出器と、このＸ線検出器と前記Ｘ線発生手段との間に配置され、試料を搭載して上記スライス面に直交する軸の周りに回動させ、かつ、直交軸に沿って移動可能な試料ステージとを備え、試料ステージを駆動して試料を回動させつつ、Ｘ線検出器により検出した試料のＸ線透過情報から、前記のスライス面で切断した試料の断層像を再構成するＸ線ＣＴ撮影法において、試料を試料と同一または極めて近い密度を有する粉末中に埋設してＸ線照射することにより試料の断層像を得ることを特徴とする撮影法である。
【００１１】
ここで、試料はプラスティック等のＸ線の透過を妨げない材質からなる円形容器中で平均粒径が３０〜２００μｍである粉末中に埋設されることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の密度計測方法は、Ｘ線発生手段と、このＸ線発生手段に対向してＸ線照射方向に直交し、かつ断層像を得るための試料のスライス面に沿うように配置されたＸ線検出器と、このＸ線検出器と前記Ｘ線発生手段との間に配置され、試料を搭載して上記スライス面に直交する軸の周りに回動させ、かつ、直交軸に沿って移動可能な試料ステージとを備え、試料ステージを駆動して前記試料を回動させつつ、Ｘ線検出器により検出した試料のＸ線透過情報から、前記スライス面で切断した試料の断層像を再構成するＸ線ＣＴ撮影法において、試料を試料と同一または極めて近い密度を有する粉末中に埋設してＸ線照射することにより得られるＸ線ＣＴ値から該試料の各部位の密度を求めることを特徴とする密度計測方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のＸ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）撮影法を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態の要部構成を示す模式的な一部断面の側面図である。また、図２はその平面模式図である。Ｘ線発生源１０は、例えば高エネルギＸ線源であって、水平面上でｘ方向に向けてＸ線Ｂを出力することができる。Ｘ線発生源１０からｘ方向に直交するｙ方向に沿って延びる一直線上にＸ線センサ群からなるＸ線検出器２０が配置されている。また、Ｘ線発生源１０とＸ線検出器２０との間には、試料ステージ３０が設けられている。
【００１４】
試料ステージ３０は、試料Ｗを埋設した容器５０を搭載してｘ方向、およびｙ方向の双方に直交する鉛直のｚ軸の周りに例えば矢印イの方向へ回動させ、また、そのｚ軸に沿って矢印ロの方向へ移動させることができる。
【００１５】
容器５０には試料Ｗが治具７０上に載置され、かつ、粉末６０中に埋設されている。
【００１６】
以上の構成からなるＸ線ＣＴ装置を用いて試料ＷのＳ断面での断層像を得ることができる。
【００１７】
なお、ここでは、Ｘ線発生源とＸ線検出器とは固定として、試料ステージが回動及び移動することとしたが、試料ステージを固定として、Ｘ線発生源とＸ線検出器とが試料ステージを中心として回動又は移動できる構成でも差し支えない。
【００１８】
また、試料を収容する容器はＸ線の透過力を妨げないものであれば特に限定はなく、密度の低いプラスティック、紙、ガラスなどを例示することができる。容器の形状は特に限定はないが、粉末を充填することにより試料の形状異方性を小さくするという観点からは、円形断面であることが望ましい。
【００１９】
さらに、試料を埋設する粉末は密度が試料と同一かあるいは試料に極めて近い密度の粉末であることが望ましい。粉末の平均粒径は３０〜２００μｍであることが好ましい。容器と試料との空隙を充填する粉末は充填した状態で試料と同一の密度であることが望ましいので、粉末間の空気をできるだけ排除するために粉末の平均粒径は小さいほど望ましい。しかし、３０μｍ未満では取り扱いが困難であり、２００μｍを越えると試料と粉体部との密度差が大きくなり過ぎるので好ましくない。より好ましくは５０〜１５０μｍである。
【００２０】
治具７０は粉末中で試料を意図した姿勢に保持するためのものであり、特に限定されるものではない。しかし、試料と同一密度、又は試料密度に近接した密度を有する材料で形成することが望ましい。
【００２１】
以上のように円形断面の容器に試料を収容して、容器と試料との間の空隙を粉末で充填することにより、Ｘ線は回転している円形容器を透過することとなる。試料の周囲は試料と同等密度の粉末で充填されているので、Ｘ線が試料と空気との境界を通過することにより生じるパーシャルボリューム効果は解消される。また、試料は粉末と共に円形断面の容器に収容されているので試料の形状異方性に起因するビームハードニング効果も解消される。すなわち、本発明の方法によりアーチファクトによるノイズを極めて小さくすることができるので、精度の高い断層像を得ることができ、さらに得られたＸ線ＣＴ値から各部位の密度を高精度で計測することができる。
【００２２】
本発明によるＸ線ＣＴ撮影法についてその一例を図によって説明する。
試料として焼結部材であるコンロッドを用いた。まず、試料Ｗを試料ステージにそのまま載置して（粉末中に埋設しないで）Ｘ線を照射し、Ｘ線ＣＴ撮影した断層像を図３に示す。図３は得られたＸ線の白黒濃淡画像の輝度値それぞれにカラーマップを割り当てることにより密度の変化を見やすくしたものである。図中黒く見えるところは周囲に比べて密度の高い部分であるが、図３では多数の直線状に走るノイズ（アーチファクト）が認められ計測精度の低いことが分かる。
【００２３】
図４は本発明の試料を粉末中に埋設する方法で図３と同一のコンロッドをＸ線ＣＴ撮影した断層像である。コンロッドは円形断面の容器に収容し、容器と試料との空隙を焼結部材であるコンロッドの原料粉末で充填した。このため図４では、図３で認められたような直線状のノイズ（アーチファクト）は認められない。ここで、黒く見えるＣ部が最も密度が高く、白っぽく見えるＤの部分はＣ部に比べて密度は低くなっている。
【００２４】
本発明の密度計測方法は、上記のように試料を粉末中に埋設して得られたＸ線ＣＴ値を用いることを特徴とする。このようにアーチファクトを除去したＸ線ＣＴ値を使用することにより計測部位の密度を高精度で知ることができる。
【００２５】
本発明による密度計測の一例を試験例で説明する。
【００２６】
【試験例】
密度が既知の試料を用いて、実密度と粉末充填の有無によるＸ線ＣＴ値との関係を求めた。
（供試材）
Ｆｅ−２％Ｃｕ−０．５％Ｃからなる平均粒径８０μｍの粉末を焼結して密度の異なる３０個のタブレット（直径１１ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）を作成した。
（試験方法）
まず、上記の３０個のタブレットの各々について水没法により平均密度を求め実密度とした。
【００２７】
次に、これらのタブレットをＸ線ＣＴ装置の試料ステージ上に図５のように載置して撮影し、各タブレットのＸ線ＣＴ値を求め密度１とした。
【００２８】
さらに、円筒形のプラスティック容器（外径２００ｍｍ×深さ２００ｍｍ）にタブレットの原料であるＦｅ−２％Ｃｕ−０．５％Ｃの粉末を約５０ｍｍ充填し、その上に上記の３０個のタブレットを密度１の測定時と同一の配列で配置し、その上からさらに前記のＦｅ−２％Ｃｕ−０．５％Ｃの粉末をタブレットが完全に隠れるまで充填してＸ線ＣＴ撮影した。得られたＸ線ＣＴ値を密度２とした。
（評価）
結果を図６にグラフで示した。図６は縦軸に水没法で得られた実密度をとり、横軸をＸ線ＣＴ値として各タブレットで得られた値をプロットしたものである。○はタブレットを粉末中に埋設して得られた密度２と実密度との関係であり、□は粉末充填なしで得られた密度１と実密度との関係を示している。実密度とＸ線ＣＴ値とは比例関係にあるが、粉末充填した密度２と実密度との関係は、ｒ＝０．９９７と非常に高い相関が得られた。一方、粉末充填をしなかった密度１と実密度との関係は、ｒ＝０．９５２と、本発明の粉末充填をした場合に比べて、各値のバラツキが大きいことが分かった。すなわち、このバルツキがタブレットの配置によるノイズ（試料の形状異方性に相当する）である。例えば図５のタブレットＡに着目すると、粉末が充填されていなければ、Ｘ線がＢ１の方向から照射された場合には、Ｘ線は５個のターブレットを通過してＸ線検出器に到達する。一方、試料テーブルが回動してＸ線がＢ２の方向から照射された場合には、Ｘ線は２個のターブレットを通過してＸ線検出器に到達することとなり、同じＡのタブレットから得られるＸ線吸収情報は大きく異なることになる。しかし、タブレットの周囲をタブレットの原料粉末で充填することにより、この相違（Ｘ線の透過長さの差）は緩和され、ノイズを解消することができるわけである。
【００２９】
以上のように実密度とＸ線ＣＴ値との検量線を作成することにより試料の任意の部分の密度を精度よく知ることができる。また、Ｘ線の白黒濃淡画像に割り当てるカラーマップに実密度の数値を対応させることで、密度分布を示す断層像から各部位の密度を容易に知ることもできる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のＸ線ＣＴ撮影法は、試料を粉末に埋設してＣＴ撮影するという極めて簡便な方法で、同一材料からなる部材の密度分布を精度よく撮影することができる。粉末中に埋設することにより、Ｘ線が試料と空気との境界を通ることにより生じるパーシャルボリューム効果を解消し、また、円形の容器に収容してＣＴ撮影することにより、試料の形状異方性に起因するビームハードニング効果を解消することができる。本発明は、例えば同一材料からなる部材の密度分布を知る上で顕著な効果を奏する。特に焼結部材に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の要部構成を示す模式的な一部断面の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の要部構成を示す平面模式図である。
【図３】コンロッドをそのまま撮影したＸ線ＣＴによる密度分布を示す撮像図である。
【図４】コンロッドを粉末中に埋設して撮影したＸ線ＣＴによる密度分布を示す撮像図である。
【図５】試験例のタブレット（テストピース）の配列を示す図である。
【図６】試験例において粉末充填の有無によるＣＴ値と実密度との関係を示す図である。
【図７】アーチファクト（パーシャルボリューム効果）を説明する概略説明図である。
【図８】アーチファクト（ビームハードニング効果）を説明する概略説明図である。
【図９】アーチファクトの大きい領域を示す説明図である。
【図１０】従来技術になるＸ線ＣＴ法の要部構成を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１０：Ｘ線発生源  ２０：Ｘ線検出器  ３０：試料ステージ  ４０：Ｘ線センサ５０：容器  ６０：粉末  ７０：治具  Ｂ：Ｘ線  Ｗ：試料    Ｓ：撮影断層面
【図１】
2004219385.tif 000003
【図２】
2004219385.tif 000004
【図３】
2004219385.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004219385.tif 000009
【図８】
2004219385.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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