(57)【要約】光源部のＸ線光源から照射されて被測定物を透過したＸ線を検出したデータを処理する処理部を備え、処理部は、２種類以上の校正用治具を複数のエネルギー領域でそれぞれ測定したデータから各校正用治具の各エネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、求めた各校正用治具の吸収係数から、下記数式（３）に基づいて各エネルギー領域ｋにおける校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を算出し、測定対象を複数のエネルギー領域でそれぞれ測定したデータから、測定対象の各エネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、測定対象の各エネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）と各エネルギー領域ｋにおける校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）から、下記数式（４）に基づいて測定対象の電子密度ρｅ及び実効原子番号Ｚを算出するＸ線ＣＴ装置を構成する。2018062308.tif 0000162018062308.tif 000017
2018062308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線光源を有し、複数のエネルギー領域のＸ線を被測定物に照射することが可能な光源部と、
前記光源部の前記Ｘ線光源から照射されて前記被測定物を透過したＸ線を検出する検出部と、
前記検出部で検出したＸ線のデータを処理する処理部を備え、
前記処理部は、均質であり実効原子番号と電子密度が計算可能である、単一元素又は化合物により構成された校正用治具を２種類以上使用して、各前記校正用治具を前記複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して検出したデータから、各前記校正用治具のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、各前記校正用治具のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）から、下記数式（３）に基づいて、それぞれのエネルギー領域ｋにおける校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を算出し、
2018062308.tif 000012
［数式（３）において、ρｅは前記校正用治具の電子密度を示し、Ｚは前記校正用治具の実効原子番号を示す。］
さらに、前記処理部は、測定対象を前記複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して検出したデータから、前記測定対象のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、前記測定対象のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）と、それぞれのエネルギー領域ｋにおける前記校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）とから、下記数式（４）に基づいて、前記測定対象の電子密度ρｅ及び実効原子番号Ｚを算出する
2018062308.tif 000013
［数式（４）において、ρｅは前記測定対象の電子密度を示し、Ｚは前記測定対象の実効原子番号を示す。］
Ｘ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記校正用治具と前記測定対象を切り替える、切り替え機構を有する請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記切り替え機構は、前記校正用治具と前記測定対象を自動的に切り替えるように制御される請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記光源部の前記Ｘ線光源は、前記複数のエネルギー領域にわたるスペクトルを有する連続Ｘ線を照射する構成であり、前記検出部は、Ｘ線を特定のエネルギー領域ごとに弁別して検出する構成である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
Ｘ線ＣＴ装置を用いて、測定対象の電子密度及び実効原子番号を測定する方法であって、
均質であり実効原子番号と電子密度が計算可能である、単一元素又は化合物により構成された校正用治具を２種類以上使用して、前記Ｘ線ＣＴ装置により、各前記校正用治具を、複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して、各前記校正用治具のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、
各前記校正用治具のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）から、下記数式（３）に基づいて、それぞれのエネルギー領域ｋにおける校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を算出し、
2018062308.tif 000014
［数式（３）において、ρｅは前記校正用治具の電子密度を示し、Ｚは前記校正用治具の実効原子番号を示す。］
前記Ｘ線ＣＴ装置により、測定対象を、前記複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して、前記測定対象のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、
前記測定対象のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）と、それぞれのエネルギー領域ｋにおける前記校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）とから、下記数式（４）に基づいて、前記測定対象の電子密度ρｅ及び実効原子番号Ｚを算出する
2018062308.tif 000015
［数式（４）において、ρｅは前記測定対象の電子密度を示し、Ｚは前記測定対象の実効原子番号を示す。］
電子密度及び実効原子番号の測定方法。
【請求項６】
前記Ｘ線ＣＴ装置が、Ｘ線光源から前記複数のエネルギー領域にわたるスペクトルを有する連続Ｘ線を被測定物に照射し、前記被測定物を透過したＸ線を特定のエネルギー領域ごとに弁別して検出する構成である、請求項５に記載の電子密度及び実効原子番号の測定方法。
【請求項７】
前記Ｘ線ＣＴ装置が、前記校正用治具を取り出すことが可能な構成である、請求項５又は請求項６に記載の電子密度及び実効原子番号の測定方法。
【請求項８】
前記校正用治具に、カーボン、マグネシウム、アルミニウムから選ばれる物質を使用する請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の電子密度及び実効原子番号の測定方法。
【請求項９】
人体の被検体に対してＣＴ検査を行うＣＴ検査方法であって、
請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の電子密度及び実効原子番号の測定方法において、前記測定対象を前記被検体として、前記被検体の前記電子密度及び前記実効原子番号を測定し、
測定した前記被検体の前記電子密度及び前記実効原子番号に基づいて、前記被検体の内部の電子密度マップを得る
ＣＴ検査方法。
【請求項１０】
物体を検査して、前記物体における爆発物の有無を検知する検査方法であって、
請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の電子密度及び実効原子番号の測定方法において、前記測定対象を前記物体として、前記物体の前記電子密度及び前記実効原子番号を測定し、
測定した前記物体の前記電子密度及び前記実効原子番号に基づいて、前記物体の内部の物質を特定することにより、前記爆発物の有無を検知する
検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置、並びに、Ｘ線ＣＴ装置を用いた電子密度及び実効原子番号の測定方法に関する。また、Ｘ線ＣＴ装置を用いた被検体のＣＴ検査方法、Ｘ線ＣＴ装置を用いて物体の内部の爆発物の有無等を検査する検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
がんの診断において、ＣＴ検査は不可欠である。
ＣＴの情報は、画像診断だけでなく、更にがんの放射線治療において、治療の質を左右する治療計画に必要不可欠な情報を与える。
ＣＴの画像は、被写体の減弱の大きさから得られるＣＴ値が基本となって構成されている。
Ｘ線治療計画においては、ＣＴ値−電子密度変換表を用いてＣＴ値が電子密度に変換され、その電子密度の情報に基づいて、Ｘ線または重粒子線の治療計画が立てられる。【０００３】
重粒子線治療においては、治療計画立案にあたり、水等価な部位で±１％以下、肺等の臓器で±２％以下の精度で電子密度分布を求めるよう提案されている（IPEM81）。
また、Ｘ線照射治療（定位放射線治療（SRT）、強度変調放射線治療（IMRT））においては、±３％の精度で電子密度を求めるよう提案されている（日本放射線技術学会、(京都)、２００３年）。
しかし、研究調査によれば（非特許文献１を参照）、日本国内の２００以上の施設において、ＣＴ値−電子密度変換表の数値にばらつきが大きく、平均で±６％、平均値からのずれは最大で２５％であることが報告されており、現状の技術ではその定量性は必ずしも十分ではない。【０００４】
ＣＴ値−電子密度変換表の数値のばらつきに対する解決法として、２種類のエネルギーのＸ線を用いる２色Ｘ線ＣＴ（Dual Source ＣＴ）、あるいは、Ｘ線のエネルギー情報を用いてＣＴ画像を撮影するPhoton Counting ＣＴが提案されている。
そして、特許文献１〜特許文献１１においては、Photon Counting ＣＴの装置構成とデータの再構成プログラムに関する技術が述べられている。【０００５】
また、特許文献１２に記載された装置を用いて、特許文献１３に記載された装置及びプログラムを利用することで、ＣＴ値から電子密度・実効原子番号を求める手法が述べられている。また、同じ発明者による学術文献（非特許文献２を参照）には、実施例が掲載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−３２６３５号公報
【特許文献２】特開２０１６−１６１３０号公報
【特許文献３】特開２０１５−２２３３５０号公報
【特許文献４】特開２０１５−１８０８５９号公報
【特許文献５】特開２０１５−１６０１３５号公報
【特許文献６】特開２０１５−１４４８０９号公報
【特許文献７】特開２０１５−１４４８０８号公報
【特許文献８】特開２０１５−６２６５７号公報
【特許文献９】特開２０１５−１３１０２８号公報
【特許文献１０】特開２０１４−１４０７０７号公報
【特許文献１１】特開２０１４−１２８４５６号公報
【特許文献１２】特開２００７−２７１４６８号公報
【特許文献１３】特開２００９−５３０９０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】松田外、日本放射線技術学会誌、６３巻、２００８年、p.888
【非特許文献２】W. Zou et al, JJAP47, pp. 7317-7323(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜特許文献１１に開示された、Photon Counting ＣＴの装置構成とデータの再構成プログラムに関する技術では、ＣＴ値から高精度に電子密度を取得する方法については解決されていない。【０００９】
また、特許文献１３及び非特許文献２に開示された手法は、非特許文献２に記載された実施例の電子密度の測定誤差は１０％程度であり、電子密度の測定精度に関しては従来のＸ線ＣＴと比較して進歩性はない。これは、実際の測定におけるバックグラウンド、多重散乱等複数の要因に起因する誤差が含まれているためである。【００１０】
また、患者の治療目的以外の用途、例えば、荷物検査等の測定対象の材質を識別する用途や、被測定物の亀裂や欠陥等を検査する用途においても、高精度に電子密度を取得することが必要になる場合がある。【００１１】
上述した課題に対して、本発明は、測定対象（被検体、その他の物体）の内部の電子密度及び実効原子番号を高精度で推定することができる、Ｘ線ＣＴ装置、並びに、Ｘ線ＣＴ装置を用いた電子密度及び実効原子番号の測定方法を提供するものである。また、本発明の電子密度及び実効原子番号の測定方法を適用した、ＣＴ検査方法、検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線光源を有し、複数のエネルギー領域のＸ線を被測定物に照射することが可能な光源部と、光源部のＸ線光源から照射されて被測定物を透過したＸ線を検出する検出部と、検出部で検出したＸ線のデータを処理する処理部を備えている。そして、処理部は、均質であり実効原子番号と電子密度が計算可能である、単一元素又は化合物により構成された校正用治具を２種類以上使用して、各校正用治具を複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して検出したデータから、各校正用治具のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、各校正用治具のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）から、下記数式（３）に基づいて、それぞれのエネルギー領域ｋにおける校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を算出する。【００１３】
【数１】
2018062308.tif 000003
［数式（３）において、ρｅは校正用治具の電子密度を示し、Ｚは校正用治具の実効原子番号を示す。］【００１４】
さらに、処理部は、測定対象を複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して検出したデータから、測定対象のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、測定対象のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）と、それぞれのエネルギー領域ｋにおける校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）とから、下記数式（４）に基づいて、測定対象の電子密度ρｅ及び実効原子番号Ｚを算出する。【００１５】
【数２】
2018062308.tif 000004
［数式（４）において、ρｅは測定対象の電子密度を示し、Ｚは測定対象の実効原子番号を示す。］【００１６】
本発明の電子密度及び実効原子番号の測定方法は、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、測定対象の電子密度及び実効原子番号を測定する方法であって、均質であり実効原子番号と電子密度が計算可能である、単一元素又は化合物により構成された校正用治具を２種類以上使用して、Ｘ線ＣＴ装置により、各校正用治具を、複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して、各校正用治具のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求める。そして、各校正用治具のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）から、下記数式（３）に基づいて、それぞれのエネルギー領域ｋにおける校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を算出する。【００１７】
【数３】
2018062308.tif 000005
［数式（３）において、ρｅは校正用治具の電子密度を示し、Ｚは校正用治具の実効原子番号を示す。］【００１８】
さらに、Ｘ線ＣＴ装置により、測定対象を、複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して測定対象のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を求め、測定対象のそれぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）と、それぞれのエネルギー領域ｋにおける校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）とから、下記数式（４）に基づいて、測定対象の電子密度ρｅ及び実効原子番号Ｚを算出する。【００１９】
【数４】
2018062308.tif 000006
［数式（４）において、ρｅは測定対象の電子密度を示し、Ｚは測定対象の実効原子番号を示す。］【００２０】
本発明のＣＴ検査方法は、人体の被検体に対してＣＴ検査を行うＣＴ検査方法であって、上記本発明の電子密度及び実効原子番号の測定方法において、測定対象を被検体として、被検体の電子密度及び実効原子番号を測定し、測定した被検体の電子密度及び実効原子番号に基づいて、被検体の内部の電子密度マップを得るものである。【００２１】
本発明の検査方法は、物体を検査して、その物体における爆発物の有無を検知する検査方法であって、上記本発明の電子密度及び実効原子番号の測定方法において、測定対象を物体として、物体の電子密度及び実効原子番号を測定し、測定した物体の電子密度及び実効原子番号に基づいて、物体の内部の物質を特定することにより、爆発物の有無を検知するものである。
【発明の効果】
【００２２】
上述の本発明によれば、校正用治具を測定して得られる校正係数を用いて、測定対象の実測値に対して校正を行うので、実測値に含まれるバックグラウンド、多重散乱等複数の誤差要因を同時に消去し、測定対象の電子密度および実効原子番号を高精度で算出することができる。【００２３】
本発明のＣＴ検査方法によれば、測定対象である被検体の電子密度および実効原子番号を高精度で算出することができるので、高い精度の人体の電子密度マップを得ることができ、治療計画時に、より高精度な飛程計算を推定することが可能となる。
従って、Ｘ線治療や重粒子線治療の際の照射精度の向上を図ることができる。【００２４】
本発明の検査方法によれば、測定対象である物体の実効原子番号と電子密度を高い精度で算出することができるので、測定対象の内部に存在する物質を位置精度良く検出することが可能になり、爆発物の有無を精度良く検知することができる。
従って、本発明の検査方法を、手荷物や貨物の検査に適用すれば、高い精度の検査を行うことが可能になる。【００２５】
また、本発明のＸ線ＣＴ装置や、本発明の電子密度及び実効原子番号の測定方法を、被検体以外の物体の検査に適用した場合には、測定対象の物体の実効原子番号と電子密度を高い精度で算出することができるので、物体の内部に存在する、物質（例えば、危険物、腐食物）や欠陥等を、位置精度良く検出することが可能になる。
従って、本発明のＸ線ＣＴ装置や本発明の電子密度及び実効原子番号の測定方法を、製品の不良の有無の検査等に適用すれば、高い精度の検査を行うことが可能になる。【００２６】
また、本発明によれば、予め校正用治具の測定によって算出した校正係数を用いて、測定対象の電子密度の算出を行うので、逐次近似を行っていた場合等の従来の手法と比較して、電子密度の算出の際の計算量を大幅に少なくすることができる。これにより、短い時間で電子密度の算出を行うことが可能になり、また大型のコンピュータを使用する必要が無くなり、パーソナルコンピュータ等でも算出を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のＸ線ＣＴ装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１のＸ線ＣＴ装置における校正係数及び電子密度及び実効原子番号を算出する過程を説明するフローチャートである。
【図３】本発明のＸ線ＣＴ装置の他の実施の形態の概略構成図である。
【図４】実施例の測定に用いたＸ線ＣＴ装置の概略構成図である。
【図５】Ａ〜Ｄ  実施例の測定結果から校正係数を算出した結果を示す図である。
【図６】Ａ〜Ｃ  実施例において、電子密度と実効原子番号を算出した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要と原理について説明する。
【００２９】
本発明のＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置（以下、「本発明の装置」とも略す）は、Ｘ線光源を有し、複数のエネルギー領域のＸ線を被測定物に照射することが可能な光源部と、光源部のＸ線光源から照射されて被測定物を透過したＸ線を検出する検出部と、検出部で検出したＸ線のデータを処理する処理部を備えている。そして、処理部は、均質であり実効原子番号と電子密度が計算可能である、単一元素又は化合物により構成された校正用治具を２種類以上使用して、各校正用治具を複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して検出したデータから、各校正用治具のそれぞれのエネルギー領域における吸収係数を求め、各校正用治具のそれぞれのエネルギー領域における吸収係数から、それぞれのエネルギー領域における校正係数を算出し、測定対象を複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して検出したデータから、測定対象のそれぞれのエネルギー領域における吸収係数を求め、測定対象のそれぞれのエネルギー領域における吸収係数と、それぞれのエネルギー領域における校正係数とから、測定対象の電子密度及び実効原子番号を算出するものである。
【００３０】
本発明の電子密度及び実効原子番号の測定方法（以下、「本発明の測定方法」とも略す）は、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、測定対象の電子密度及び実効原子番号を測定する方法である。そして、均質であり実効原子番号と電子密度が計算可能である、単一元素又は化合物により構成された校正用治具を２種類以上使用して、Ｘ線ＣＴ装置により、各校正用治具を、複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して、各校正用治具のそれぞれのエネルギー領域における吸収係数を求め、各校正用治具のそれぞれのエネルギー領域における吸収係数から、それぞれのエネルギー領域の校正係数を算出し、Ｘ線ＣＴ装置により、測定対象を、複数のエネルギー領域でそれぞれ測定して測定対象のそれぞれのエネルギー領域における吸収係数を求め、測定対象のそれぞれのエネルギー領域における吸収係数と、それぞれのエネルギー領域における校正係数とから、測定対象の電子密度及び実効原子番号を算出する。
【００３１】
本発明のＣＴ検査方法は、人体の被検体に対してＣＴ検査を行うＣＴ検査方法であって、本発明の測定方法において、測定対象を被検体として、被検体の電子密度及び実効原子番号を測定し、測定した被検体の電子密度及び実効原子番号に基づいて、被検体の内部の電子密度マップを得る。
【００３２】
本発明の検査方法は、物体を検査して、その物体における爆発物の有無を検知する検査方法であって、本発明の測定方法において、測定対象を物体として、物体の電子密度及び実効原子番号を測定し、測定した物体の電子密度及び実効原子番号に基づいて、物体の内部の物質を特定することにより、爆発物の有無を検知する。
【００３３】
本発明の装置においては、基本的に、装置内に処理部を有している。処理部は、コンピュータプログラムにより、Ｘ線ＣＴ測定の際に検出部で検出されたデータの処理を行う。
そして、例えば、光源部と検出部を含む測定部に対して、測定部内に処理部を内蔵した構成、もしくは、測定部の外に処理部が付随している構成とすることができる。
【００３４】
本発明の測定方法は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置を使用する。
本発明の測定方法が使用するＸ線ＣＴ装置としては、上述の本発明の装置、即ち、測定対象の電子密度及び実効原子番号の算出を行う処理部を備えたＸ線ＣＴ装置だけでなく、その他の構成のＸ線ＣＴ装置（例えば、従来公知のＸ線ＣＴ装置）を使用することも可能である。
そして、本発明の測定方法には、Ｘ線ＣＴ装置の外部で、測定対象の電子密度及び実効原子番号の算出等のデータの処理を行う場合も含まれる。例えば、Ｘ線ＣＴ装置が測定したデータを記憶媒体に記憶して、外部で記憶媒体に記憶したデータの処理を行うことや、外部の処理装置に有線又は無線によってデータを送信して処理を行うことや、データの処理をネットワーク上のプログラムによって処理を行うことも、可能である。
【００３５】
本発明の装置及び本発明の測定方法において、Ｘ線ＣＴ装置は、複数（２つ以上）のエネルギー領域のＸ線を被測定物に照射して、被測定物を透過したＸ線をエネルギー領域毎に検出する。この条件を満たす限り、Ｘ線ＣＴ装置における、Ｘ線光源からＸ線を照射する光源部と、被測定物を透過したＸ線を検出する検出部のそれぞれの構成は、様々な構成を使用することが可能である。
【００３６】
本発明の装置及び本発明の測定方法における、Ｘ線ＣＴ装置の光源部と検出部の組合せとしては、例えば、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の構成が挙げられる。
【００３７】
（Ａ）光源部が、第１のエネルギーのＸ線を照射する第１のＸ線光源と、第１のエネルギーとは異なる第２のエネルギーのＸ線を照射する第２のＸ線光源を少なくとも有する構成である。
検出部は、光源部の各Ｘ線光源に対して、それぞれ検出器を有する。
光源部の構成としては、例えば、特開平１０−１０４１７５号公報の図３に開示されているように、第１のＸ線光源から高いエネルギーのＸ線束を照射し、第２のＸ線光源から低いエネルギーのＸ線束を照射する構成を採用することができる。
また、光源部が、互いにエネルギーの異なる３つ以上のＸ線光源を有していてもよい。
Ｘ線光源は、単色Ｘ線を照射する構成も、ある程度のエネルギー分布を有する連続Ｘ線を照射する構成も、いずれも可能である。Ｘ線光源を、ある程度の連続Ｘ線を照射する構成とする場合には、上述の「第１のエネルギー」及び「第２のエネルギー」を、「第１のエネルギー領域」及び「第２のエネルギー領域」と読み替える。
なお、（Ａ）の構成では、照射するＸ線が単色Ｘ線のようにエネルギー分布が狭い方が、電子密度等の算出の精度を高くすることができる。
【００３８】
（Ｂ）光源部が、Ｘ線光源に供給する加速電圧等の変更により、１つのＸ線光源から照射するＸ線のエネルギーを変更することが可能な構成である。
検出部は、光源部の１つのＸ線光源に対して検出器を有する。
１つのＸ線光源（Ｘ線管）に供給する加速電圧等を変更することにより、Ｘ線光源から照射するＸ線のエネルギーを変更する。そして、例えば、第１のエネルギーのＸ線の照射、第２のエネルギーのＸ線の照射、第３のエネルギーのＸ線の照射、という具合に、順次エネルギーの異なるＸ線の照射を行って、それぞれのエネルギーのＸ線による測定を行う。
Ｘ線光源は、単色Ｘ線を照射する構成も、ある程度のエネルギー分布を有する連続Ｘ線を照射する構成も、いずれも可能である。Ｘ線光源を、ある程度の連続Ｘ線を照射する構成とする場合には、上述の「Ｘ線のエネルギー」を、「Ｘ線のエネルギー領域」と読み替える。
なお、（Ｂ）の構成では、照射するＸ線が単色Ｘ線のようにエネルギー分布が狭い方が、電子密度等の算出の精度を高くすることができる。
【００３９】
（Ｃ）光源部のＸ線光源から照射するＸ線のエネルギー分布のうち、検出部が２つ以上のエネルギー領域をエネルギー領域毎に弁別して検出する構成である（例えば、上記の特許文献１３を参照）。
所謂フォトンカウンティングＣＴ装置は、この構成を採用している。
光源部のＸ線光源は、連続Ｘ線を照射する構成とし、比較的広い範囲のエネルギー領域にわたるスペクトル分布を有することが望ましい。
この構成では、１回のＸ線照射で２つ以上のエネルギー領域の測定を同時に行えるため、被爆線量を少なくすることができる。また、単色Ｘ線ではなく、連続Ｘ線を使用するので、大がかりな設備を必要としない。
従って、この構成を採用した場合、病院等でも容易に設置することができる。
光源部と検出部を（Ｃ）の構成とする場合、光源部のＸ線光源や、検出部の検出器は、従来公知のフォトンカウンティングＣＴ装置と同様の構成を採用することができる。
【００４０】
なお、上述の（Ａ）〜（Ｃ）の各構成は、基本的な構成である。変形例として、例えば、それぞれの基本的な構成において、同一のエネルギーを照射するＸ線光源を複数個設けても良い。
【００４１】
光源部を複数のＸ線光源で構成したときには、例えば、特許文献１３に記載された構成（図２、図４等）と同様に、複数のＸ線光源によるＸ線の照射方向を互いに異ならせることも可能になる。
例えば、上述した（Ａ）の構成において、複数のＸ線光源によるＸ線の照射方向を互いに異ならせることができる。
複数のＸ線光源によるＸ線の照射方向を互いに異ならせた場合には、複数のＸ線光源から同時にＸ線を照射して測定を行うことが可能である。
【００４２】
本発明の装置及び本発明の測定方法では、標準物質となる、校正用治具を使用する。
そして、校正用治具としては、均質であり実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅが計算可能である、単一元素又は化合物により構成された物質を使用する。
校正用治具として使用する物質は、実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅが計算可能である限りにおいて、任意の元素又は化合物で構成された物質を使用することが可能である。
ただし、原子番号が大きくなると、算出される電子密度の誤差が大きくなるため、原子番号が１〜３０の範囲の元素で構成された物質を使用することが好ましい。
【００４３】
いくつかの元素に関しては、その元素の既知の実効原子番号Ｚｅｆｆ及び電子密度ρｅの理論値を使用することができる。
その他の元素や化合物に関しては、文献に記載されている計算式を用いて、実効原子番号Ｚｅｆｆ及び電子密度ρｅを計算することができる。
実効原子番号Ｚｅｆｆの計算式は、例えば、Khan’s The Physics of Radiation Therapy, Faiz M. Khan, John P. Gibbons(Jr.), Lippincott Wiliams & Wikins, 2014 (p.78の式(6.4))に記載されている。
電子密度ρｅの計算式は、例えば、J Med Phys. 2009 Jul-Sep; 34(3):176-179. Doi: 10.4103/0971-6203.54853(Introduction中の最後の式)に記載されている。
例えば、カーボン、マグネシウム、アルミニウムから選ばれる物質を、校正用治具に使用することができる。これらカーボン、マグネシウム、アルミニウムは、従来校正用治具として使用されたことがない物質である。
また、校正用治具としては、液体等も可能ではあるが、なるべく常温で安定して固体の状態を保持することができる物質を使用することが望ましい。
【００４４】
校正用治具の形状は、取り扱いや測定が容易である形状とすることが望ましい。例えば、四角柱状や円柱状等が挙げられる。
校正用治具の大きさについては、測定対象の物体の種類や、要求される電子密度の精度に対応して、適切な大きさを選定する。例えば、Ｘ線が透過する部分の厚さが数ｍｍ程度〜数ｃｍ程度となるような大きさとする。
【００４５】
続いて、本発明の原理について説明する。
【００４６】
２種類以上のエネルギーｋのＸ線を照射して、被測定物のＸ線の吸収係数を求めるとき、吸収係数μ（ｋ）は、次式（１）で求められる（例えば、M. Torikoshi et al., Phys. Med. Boil, 48, 673, (2003)を参照）。
【数５】
2018062308.tif 000007
【００４７】
従来は、例えば、上記式（１）から、２つのエネルギーの単色Ｘ線で吸収係数μを測定して、吸収係数μの測定値と、原子番号Ｚの理論値を用いて、電子密度ρｅを求めていた。また、例えば、原子番号Ｚとして適当な値を入れることにより、逐次的に近似を行って、実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅを求めていた。
吸収係数μの測定値は、誤差やバックグラウンドを含んでいるため、吸収係数μの測定値と、原子番号Ｚの理論値とからでは、電子密度ρｅを精度良く求めることが難しい。
また、逐次的に近似を行うと、計算量が膨大になることから、計算に時間がかかり、パソコン等では計算処理が難しくなる。
【００４８】
これに対して、本発明では、逐次的な近似等の従来の手法とは異なる手法により、測定対象の実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅを求める。
以下、本発明の手法を説明する。
【００４９】
上記式（１）において、係数Ｆ，Ｇは原子番号依存性が小さいので、原子番号依存性がないと仮定する。
式（１）は、原子番号依存性がないと仮定すると、次の式（２）のように表される。
【数６】
2018062308.tif 000008
【００５０】
さらに、式（２）を変形すると、下記の式（３）となる。
【数７】
2018062308.tif 000009
【００５１】
ここで、均質で実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅが計算可能である、単一元素又は化合物により構成された物質を、２種類以上用いて、それぞれの物質について、複数（２つ以上）のエネルギーにおける吸収係数μを測定する。そして、式（３）がＺ４に対して線形であることを利用すれば、あるエネルギーｋにおいて、それぞれの物質の吸収係数μの測定値と原子番号Ｚ及び電子密度ρｅの値（既知の理論値又は計算値）から、当該エネルギーｋにおける、Ｆ（ｋ）とＧ（ｋ）が求められる。
【００５２】
さらに、式（２）は、下記の式（４）のように変形できる。
【数８】
2018062308.tif 000010
【００５３】
複数（２つ以上）のエネルギーｋで測定対象の吸収係数μ（ｋ）を測定し、同じエネルギーｋに対応するＦ（ｋ），Ｇ（ｋ）が予め求めてあれば、式（４）式がＦ（ｋ）／Ｇ（ｋ）に対して線形であることを利用して、測定対象の電子密度ρｅが求められる。
【００５４】
本発明では、上述した原理に基づいて、前述したように、均質であり実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅが計算可能である、単一元素又は化合物により構成された物質を校正用治具として用い、この校正用治具を元素が異なる２種類以上用意する。
そして、予め、校正用治具の測定を行って、校正係数を求めておく。
その後、測定対象（被検体やその他の物体）の測定を行い、測定対象の測定値に対して、求めておいた校正係数を使用した校正を行って、測定対象の実効原子番号Ｚｅｆｆ及び電子密度を求める。
以下、これらの手順をさらに詳しく説明する。
【００５５】
まず、それぞれの校正用治具について、複数（２つ以上）のエネルギーｋのそれぞれのエネルギーｋにおいて、吸収係数μ（ｋ）を測定して、それぞれのエネルギーｋに対応するＦ（ｋ）及びＧ（ｋ）を求め、求めたＦ（ｋ）及びＧ（ｋ）を各エネルギーｋの校正係数とする。
具体的には、式（３）がＺ４に対して線形であるので、それぞれのエネルギーｋにおいて、Ｚ４を横軸にして、μ／ρｅを縦軸にして、２種類以上の校正用治具の値をプロットする。プロットにより得られる直線の傾きと直線の切片から、当該エネルギーｋにおける校正係数Ｆ（ｋ）とＧ（ｋ）を求めることができる。
このとき、直線を得るためには、２点以上のプロットが必要であるため、２種類以上の校正用治具を使用する。
【００５６】
次に、複数（２つ以上）のエネルギーｋのそれぞれのエネルギーｋにおいて、測定対象（被検体やその他の物体）の吸収係数μ（ｋ）を測定する。
そして、それぞれのエネルギーｋにおける、測定対象の吸収係数μ（ｋ）の測定値と、上述のようにして予め求めた校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を用いて、測定対象の電子密度ρｅを算出する。
具体的には、式（４）がＦ（ｋ）／Ｇ（ｋ）に対して線形であるので、Ｆ（ｋ）／Ｇ（ｋ）を横軸にして、μ（ｋ）／Ｇ（ｋ）を縦軸にして、２つ以上のエネルギーｋの各エネルギーｋの値をプロットする。プロットにより得られる直線の傾きからＺ４ρｅを求め、直線の切片からρｅを求める。そして、これらの値から、測定対象の電子密度ρｅと実効原子番号Ｚｅｆｆを求めることができる。
このとき、直線を得るためには、２点以上のプロットが必要であるため、複数（２つ以上）のエネルギーｋで測定及び校正係数の算出を行う。
【００５７】
本発明によれば、上述した手法を採用していることにより、測定対象の実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅを、高い精度で算出することが可能になる。
【００５８】
本発明のＣＴ検査方法によれば、測定対象である被検体の電子密度および実効原子番号を高精度で算出することができるので、高い精度の人体の電子密度マップを得ることができ、治療計画時に、より高精度な飛程計算を推定することが可能となる。
従って、Ｘ線治療や重粒子線治療の際の照射精度の向上を図ることができる。
【００５９】
本発明の検査方法によれば、測定対象である物体の実効原子番号と電子密度を高い精度で算出することができるので、測定対象の内部に存在する物質を位置精度良く検出することが可能になり、爆発物の有無を精度良く検知することができる。
従って、本発明の検査方法を、手荷物や貨物の検査に適用すれば、高い精度の検査を行うことが可能になる。
【００６０】
また、本発明の装置や本発明の測定方法を、被検体以外の物体の検査に適用した場合、測定対象の物体の実効原子番号と電子密度を高い精度で算出することが可能になるため、非破壊で、物体の内部に存在する、物質（例えば、危険物、腐食物）や欠陥等を、位置精度良く検出することが可能になる。
従って、本発明の装置や本発明の測定方法を、製品の不良の有無の検査等に適用すれば、高い精度の検査を行うことが可能になる。
【００６１】
測定対象の吸収係数μを測定した場合、実測値には、バックグラウンドや多重散乱等の要因が含まれる。
従来のように、測定対象の測定値と原子番号の値から直接電子密度を求めると、バックグラウンドや多重散乱等の要因を十分に消去できず、電子密度の精度が悪化してしまう。
これに対して、本発明の手法を採用して、校正用治具を測定して得られる校正係数を用いて校正を行うことにより、実測値に含まれるバックグラウンド、多重散乱等複数の誤差要因を同時に消去し、電子密度および実効原子番号を高精度で算出することができる。
【００６２】
また、本発明によれば、予め校正用治具の測定データから算出した校正係数を用いて、測定対象の電子密度の算出を行うので、逐次近似を行っていた場合等の従来の手法と比較して、電子密度の算出の際の計算量を大幅に少なくすることができる。これにより、短い時間で電子密度の算出を行うことが可能になり、また大型のコンピュータを使用する必要が無くなり、パーソナルコンピュータ等でも算出を行うことが可能になる。
【００６３】
校正用治具の測定の頻度は、測定対象の１回の測定毎ではなくても良く、必要とされる精度にもよるが、Ｘ線管球の劣化やスペクトル状態のゆらぎなどを考慮して、高めの頻度（例えば、１日複数回〜数日に１回程度）とすることが望ましい。
例えば、１日１回程度とすることができる。この場合、例えば、毎日の始業時に校正用治具の測定を行うことが考えられる。
【００６４】
校正用治具の測定においては、測定対象を測定する位置と、同一の位置で測定を行うことが望ましい。同一の位置で測定することにより、光源からの距離による吸収係数の測定値への影響を排除することができる。
校正用治具の測定位置の精度は、要求される電子密度の精度にもよる。被検体を測定対象とする場合、例えば、２０ｃｍ程度の被検体の患部に対して±１％（２ｍｍ程度）以内とすることが考えられる。
【００６５】
本発明の装置及び本発明の測定方法において、操作者の手や装置外の機械等により、校正用治具の測定位置への設置と測定位置からの除去を行う構成も考えられるが、この構成では、校正用治具の測定が煩雑になる。
そこで、校正用治具の測定を容易に行うために、Ｘ線ＣＴ装置が、校正用治具の測定と被検体等の測定対象の測定とを切り替えるための、切り替え機構を有していることが望ましい。例えば、アームやスライダ等の切り替え機構によって校正用治具を出し入れして、校正用治具の測定と、測定対象の測定とを、切り替えて行うことができるようにする。
切り替え機構は、手動でスライダ等を動かして切り替えを行う構成や、ボタンを押すことにより切り替えが行われる構成も考えられるが、より好ましくは、コンピュータプログラム等の制御により、自動的に切り替えを行う構成とする。
例えば、前述した始業時に校正用の治具の測定を行う場合に、電源投入後、自動的に、校正用治具の測定位置への設置と、校正用治具の測定の測定と、校正用治具の収納が、順次行われるように、自動的に制御する構成とすれば良い。
校正用治具と測定対象とを切り替える切り替え機構を有する構成は、測定対象の電子密度及び実効原子番号の算出を行う処理部を備えた本発明のＸ線ＣＴ装置にも、当該処理部を備えていない、その他のＸ線ＣＴ装置（例えば、従来公知のＸ線ＣＴ装置）にも、適用することが可能である。
また、Ｘ線ＣＴ装置を、校正用治具を取り出すことが可能な構成とすることができる。
【００６６】
続いて、本発明の具体的な実施の形態について説明する。
【００６７】
本発明のＸ線ＣＴ装置の一実施の形態の概略構成図を、図１に示す。
本実施の形態は、測定対象を被検体としたＸ線ＣＴ装置に適用した場合である。
【００６８】
図１に示すＸ線ＣＴ装置１は、Ｘ線透過強度測定部１０と、電子密度及び実効原子番号校正システム部２０の２つの部分から構成されている。Ｘ線透過強度測定部１０は、本発明の装置の光源部と検出部を含む。電子密度及び実効原子番号校正システム部２０は、本発明の装置の処理部を含む。
【００６９】
Ｘ線透過強度測定部１０は、Ｘ線光源１１、スリット又はコリメータ１２、寝台装置１４、スリット又はコリメータ１５、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器１６、データ収集部１７を有する。
Ｘ線光源１１の下に、スリット又はコリメータ１２が配置され、Ｘ線光源１１から下方にＸ線が照射される。
測定対象である被検体（患者Ｐ）３０の下方に、スリット又はコリメータ１５を介して、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器１６が配置されている。
データ収集部１７は、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器１６に接続され、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器１６で検出したデータを収集する。
図１の下方に示すように、寝台装置１４は、ＸＹＺθ精密自動ステージを有し、さらに図示しない切り替え機構が設けられている。切り替え機構により、図中矢印で示すように、校正用治具１３と、被検体（患者Ｐ）３０とを切り替えて、それぞれの測定を行うことができる。
校正用治具１３は、均質であり実効原子番号と電子密度が計算可能である、標準物質となる単一元素又は化合物により構成された物質であり、異なる２種類以上用意されている。それぞれの校正用治具１３を、切り替え機構で切り替えて、校正用治具１３の測定が順次行われる。
【００７０】
電子密度及び実効原子番号校正システム部２０は、制御部２１、校正部２２、解析部２３を有している。電子密度及び実効原子番号校正システム部２０は、パーソナルコンピュータ等で構成され、コンピュータプログラムで動作する構成とする。校正部２２及び解析部２３は、本発明の装置の処理部に含まれる。
制御部２１は、Ｘ線透過強度測定部１０の、Ｘ線光源１１、スリット又はコリメータ１２、校正用治具１３と被検体３０の切り替え機構、データ収集部１７の制御を行う。
校正部２２は、Ｘ線透過強度測定部１０のデータ収集部１７で収集したデータから、校正係数の算出等を行う。
解析部２３は、校正部２２で算出した校正係数を適用して、電子密度及び実効原子番号の解析を行う。
【００７１】
続いて、図１のＸ線ＣＴ装置１の動作を説明する。
図１のＸ線ＣＴ装置１における校正係数及び電子密度及び実効原子番号を算出する過程のフローチャートを、図２に示す。
【００７２】
図２のフローチャートに示すように、ステップＳ１において、校正部２２を用いた校正測定を開始する。
次に、ステップＳ２において、校正用治具１３を、寝台装置１４の被検体３０の該当部（測定位置）に設置する。即ち、切り替え機構の動作により、校正用治具１３を測定位置に設置する。
【００７３】
次に、ステップＳ３において、校正用治具１３のＣＴ撮影を行う。即ち、Ｘ線光源１１からＸ線を照射して、校正用治具１３を透過したＸ線をエネルギー弁別Ｘ線検出器１６で検出し、検出したデータをデータ収集部１７で収集する。校正用治具１３のＣＴ撮影が終了したら、切り替え機構により校正用治具１３を測定位置から除去して、所定の場所に収容する。
【００７４】
なお、校正用治具１３は２種類以上あるので、それぞれの校正用治具１３について、校正用治具１３の測定位置への設置、校正用治具１３のＣＴ撮影、撮影した校正用治具１３の測定位置からの除去を繰り返す。
【００７５】
次に、ステップＳ４において、吸収係数の取得を行う。即ち、データ収集部１７で収集した、校正用治具１３のデータから、校正部２２において、吸収係数μ（ｋ）を取得する。
【００７６】
次に、ステップＳ５において、校正係数の算出を行う。即ち、校正部２２において、吸収係数μ（ｋ）と、各校正用治具１３の実効原子番号Ｚｅｆｆ及び電子密度ρｅの値（理論値又は計算値）とから、校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を算出する。
【００７７】
次に、ステップＳ６において、解析部２３を用いた被検体３０の測定を開始する。
そして、ステップＳ７において、被検体（患者Ｐ）３０を寝台装置１４に設置する。
【００７８】
次に、ステップＳ８において、被検体３０のＣＴ撮影を行う。即ち、Ｘ線光源１１からＸ線を照射して、被検体３０を透過したＸ線をエネルギー弁別Ｘ線検出器１６で検出し、検出したデータをデータ収集部１７で収集する。
【００７９】
次に、ステップＳ９において、吸収係数の取得を行う。即ち、データ収集部１７で収集した、被検体３０のデータから、解析部２３において、被検体３０の吸収係数μ（ｋ）を取得する。
【００８０】
次に、ステップＳ１０において、校正係数の適用を行う。即ち、被検体３０の吸収係数μ（ｋ）に、予めステップＳ５で算出した校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を適用する。
【００８１】
次に、ステップＳ１１において、電子密度・実効原子番号の解析を行う。即ち、解析部２２において、被検体３０の吸収係数μ（ｋ）と校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）とから、被検体３０の電子密度ρｅと実効原子番号Ｚｅｆｆを解析する。
【００８２】
その後、ステップＳ１２において、他の被検体３０を測定するか判断する。
他の被検体３０を測定する場合には、ステップＳ６に戻って、他の被検体３０の測定を行う。
他の被検体３０を測定しない場合には、測定を終了する。
【００８３】
このようにして、校正用治具１３を用いて算出した校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）によって、被検体３０の測定値を校正することにより、被検体３０の電子密度及び実効原子番号を高い精度で算出することができる。
【００８４】
上述の本実施の形態によれば、校正用治具１３の測定により取得された吸収係数から校正係数を算出し、被検体３０の測定により取得された吸収係数に、校正係数を適用することにより、被検体３０の実効原子番号及び電子密度を算出している。そのため、実測値に含まれるバックグラウンド、多重散乱等複数の誤差要因を同時に消去することができ、被検体３０の実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅを、高い精度で算出することが可能になる。
これにより、高い精度の人体の電子密度マップを得ることができることから、治療計画時に、より高精度な飛程計算を推定することが可能となる。
従って、Ｘ線治療や重粒子線治療の際の照射精度の向上を図ることができる。
【００８５】
また、予め校正用治具１３の測定データから算出した校正係数を用いて、被検体３０の電子密度の算出を行うので、逐次近似を行っていた場合等の従来の手法と比較して、電子密度の算出の際の計算量を大幅に少なくすることができる。これにより、短い時間で電子密度の算出を行うことが可能になり、また大型のコンピュータを使用する必要が無くなり、パーソナルコンピュータ等でも算出を行うことが可能になる。
【００８６】
本発明のＸ線ＣＴ装置の他の実施の形態の概略構成図を、図３に示す。
本実施の形態は、測定対象を被検体以外の物体としたＸ線ＣＴ装置に適用した場合である。
【００８７】
図３に示すＸ線ＣＴ装置４０は、Ｘ線透過強度測定部５０と、電子密度及び実効原子番号校正システム部６０の２つの部分から構成されている。Ｘ線透過強度測定部５０は、本発明の装置の光源部と検出部を含む。電子密度及び実効原子番号校正システム部６０は、本発明の装置の処理部を含む。
【００８８】
Ｘ線透過強度測定部５０は、Ｘ線光源５１、ＸＹＺ精密自動ステージ５２、スリット又はコリメータ５３、ＸＹＺθ精密自動ステージ５６、スリット又はコリメータ５７、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器５８、ＸＹＺ精密自動ステージ５９を有する。
Ｘ線光源５１の前方に、スリット又はコリメータ５３が配置され、Ｘ線光源５１から前方にＸ線が照射される。Ｘ線光源５１は、ＸＹＺ精密自動ステージ５２により、位置を変更することが可能になっている。
ＸＹＺθ精密自動ステージ５６には、図示しない切り替え機構が設けられている。切り替え機構により、図中矢印で示すように、校正用治具５４と測定対象（物体）５５とを切り替えて、それぞれの測定を行うことができる。また、ＸＹＺθ精密自動ステージ５６は、その上に設置された、校正用治具５４又は測定対象５５の位置や向きを変更することが可能になっている。
校正用治具５４又は測定対象５５の前方に、スリット又はコリメータ５７を介して、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器５８が配置されている。エネルギー弁別Ｘ線検出器５８は、ＸＹＺ精密自動ステージ５９により、位置を変更することが可能になっている。
校正用治具５４は、均質であり実効原子番号と電子密度が計算可能である、標準物質となる単一元素又は化合物により構成された物質であり、異なる２種類以上用意されている。それぞれの校正用治具５４を、切り替え機構で切り替えて、校正用治具５４の測定が順次行われる。
【００８９】
電子密度及び実効原子番号校正システム部６０は、制御部６１、校正部６２、解析部６３を有している。電子密度及び実効原子番号校正システム部６０は、パーソナルコンピュータ等で構成され、コンピュータプログラムで動作する構成とする。校正部６２及び解析部６３は、本発明の装置の処理部に含まれる。
制御部６１、校正部６２、解析部６３の機能や動作は、図１のＸ線ＣＴ装置１の電子密度及び実効原子番号校正システム部２０の制御部２１、校正部２２、解析部２３とほぼ同様である。
制御部６１は、Ｘ線透過強度測定部５０の、Ｘ線光源５１、ＸＹＺ精密自動ステージ５２、ＸＹＺθ精密自動ステージ５６、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器５８、ＸＹＺ精密自動ステージ５９の各部や、校正用治具５４と測定対象５５を切り替える切り替え機構に対して、制御を行う。
校正部６２は、Ｘ線透過強度測定部５０で収集したデータから、校正係数の算出等を行う。
解析部６３は、校正部６２で算出した校正係数を適用して、電子密度及び実効原子番号の解析を行う。
【００９０】
そして、このＸ線ＣＴ装置４０では、先の実施の形態のＸ線ＣＴ装置１の図２に示したフローチャートと同様の手順により、校正用治具５４の測定、校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）の算出、測定対象５５の測定、測定対象５５の電子密度ρｅ及び実効原子番号Ｚｅｆｆの解析、の各過程を行う。
校正用治具５４を用いて算出した校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）によって、測定対象５５の測定値を校正することにより、測定対象５５の電子密度及び実効原子番号を高い精度で算出することができる。
【００９１】
上述の本実施の形態によれば、校正用治具５４の測定により取得された吸収係数から校正係数を算出し、測定対象５５の測定により取得された吸収係数に、校正係数を適用することにより、測定対象の実効現地番号及び電子密度を算出している。そのため、実測値に含まれるバックグラウンド、多重散乱等複数の誤差要因を同時に消去することができ、測定対象５５の実効原子番号Ｚｅｆｆと電子密度ρｅを、高い精度で算出することが可能になる。
これにより、非破壊で、測定対象５５の内部に存在する、物質（例えば、危険物、腐食物）や欠陥等を、位置精度良く検出することが可能になる。
【００９２】
また、予め校正用治具５４の測定データから算出した校正係数を用いて、測定対象５５の電子密度の算出を行うので、逐次近似を行っていた場合等の従来の手法と比較して、電子密度の算出の際の計算量を大幅に少なくすることができる。これにより、短い時間で電子密度の算出を行うことが可能になり、また大型のコンピュータを使用する必要が無くなり、パーソナルコンピュータ等でも算出を行うことが可能になる。
【００９３】
上述の各実施の形態のＸ線ＣＴ装置１，４０は、いずれも、従来のフォトンカウンティングＣＴ装置と同様に、連続Ｘ線を照射するＸ線光源とエネルギー弁別検出器を有する構成であった。即ち、光源部と検出部の組合せが、前述した（Ｃ）の構成であった。
本発明の装置及び方法は、（Ｃ）の構成に限定されるものではなく、前述した（Ａ）の構成や（Ｂ）の構成にも、適用することができる。
【００９４】
本発明を（Ａ）の構成に適用する場合には、例えば、校正用治具の測定及び測定対象の測定の際に、各Ｘ線光源からのエネルギー（もしくはエネルギー領域）が異なるＸ線の照射を、順次或いは同時に行う。これにより、校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）と測定対象の電子密度を算出するために必要なデータが得られる。
【００９５】
本発明を（Ｂ）の構成に適用する場合には、例えば、校正用治具の測定及び測定対象の測定の際に、Ｘ線の照射、照射するＸ線のエネルギー（もしくはエネルギー領域）の変更、Ｘ線の照射、を繰り返して、複数のエネルギー（もしくはエネルギー領域）のＸ線による測定を行う。これにより、校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）と測定対象の電子密度を算出するために必要なデータが得られる。
【実施例】
【００９６】
実際に、校正用治具を用いて校正係数を算出し、校正係数を適用して測定対象の解析を行った。【００９７】
校正用治具として、炭素Ｃ、マグネシウムＭｇ、アルミニウムＡｌの３種類を用意した。
具体的には、それぞれの元素単体から成る、直径５ｍｍの円柱形の校正用治具を用意した。
また、この実施例では、３種類の校正用治具そのものを測定対象とした。【００９８】
実施例の測定に用いたＸ線ＣＴ装置の概略構成図を、図４に示す。
図４に示すＸ線ＣＴ装置７０は、定盤７１上に、Ｘ線光源７２、ＸＹＺ精密自動ステージ７３、スリット７４、ＸＹＺθ精密自動ステージ７６、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器７７、ＸＹＺ精密自動ステージ７８を有する。また、定盤７１の外に、ＣＴ撮影用制御ＰＣ（パーソナルコンピュータ）７９が設けられている。【００９９】
Ｘ線光源７２の前方にスリット７４が配置され、Ｘ線光源７２から前方にＸ線が照射される。Ｘ線光源７２は、ＸＹＺ精密自動ステージ７３上に配置され、ＸＹＺ精密自動ステージ７３により、位置を変更することが可能になっている。
ＸＹＺθ精密自動ステージ７６に、校正用治具と測定対象を兼ねる、試料７５が配置されている。ＸＹＺθ精密自動ステージ７６は、その上に配置された試料７５の位置や向きを変更することが可能になっている。
試料５５の前方の、ＸＹＺ精密自動ステージ７８上に、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器７７が配置されている。エネルギー弁別Ｘ線検出器７７は、ＸＹＺ精密自動ステージ７８により、位置を変更することが可能になっている。
そして、Ｘ線光源７２として、ＷアノードのＸ線光源を使用した。また、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器７７として、フォトンカウンティングライン検出器を用いた。
定盤７１は、縦１ｍ×横２ｍの広さである。【０１００】
ＣＴ撮影用制御ＰＣ７９は、図４では詳細な図示を省略しているが、Ｘ線光源７２及びＸＹＺ精密自動ステージ７３、試料７５用のＸＹＺθ精密自動ステージ７６、エネルギー弁別Ｘ線強度検出器７７及びＸＹＺ精密自動ステージ７８とそれぞれ接続されている。【０１０１】
まず、炭素Ｃ、マグネシウムＭｇ、アルミニウムＡｌの各校正用治具を試料７５として、それぞれＣＴ撮影を行った。
Ｘ線光源７２から、広い範囲のエネルギー領域に連続するスペクトルのＸ線を発生させて、試料７５に照射した。
そして、試料７５を透過したＸ線を、エネルギー弁別Ｘ線検出器７７において、５０〜６０ＫｅＶ、６０〜７０ｋｅＶ、７０〜８０ｋｅＶ、８０〜９０ｋｅＶの各エネルギー領域に弁別して検出した。そして、検出した各エネルギー領域の測定値から、それぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を算出した。【０１０２】
算出した吸収係数（ｋ）と、各校正用治具（Ｃ，Ｍｇ，Ａｌ）の原子番号Ｚ及び電子密度ρｅの理論値から、μ／ρｅとＺ４を算出して、各エネルギー領域において、それぞれ３つの校正用治具のμ／ρｅとＺ４の値をプロットして、３点の近似直線を求めた。
それぞれのエネルギー領域の結果を、図５Ａ〜図５Ｄに示す。エネルギー領域５０〜６０ｋｅＶの結果を図５Ａに示し、エネルギー領域６０〜７０ｋｅＶの結果を図５Ｂに示し、エネルギー領域７０〜８０ｋｅＶの結果を図５Ｃに示し、エネルギー領域８０〜９０ｋｅＶの結果を図５Ｄに示す。【０１０３】
図５Ａ〜図５Ｄより、いずれのエネルギー領域においても、３点がほぼ直線に並び、近似直線が精度良く得られている。近似直線を、μ／ρｅ＝Ｆ（ｋ）×Ｚ４＋Ｇ（ｋ）として、近似直線の傾きと切片から、各エネルギー領域ｋの校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）を求めた。
図５Ａに示すエネルギー領域５０〜６０ｋｅＶでは、Ｆ（ｋ）＝２．０９７６×１０−２９、Ｇ（ｋ）＝６．０１８６×１０−２５となった。
図５Ｂに示すエネルギー領域６０〜７０ｋｅＶでは、Ｆ（ｋ）＝１．３２４４×１０−２９、Ｇ（ｋ）＝５．９４３×１０−２５となった。
図５Ｃに示すエネルギー領域７０〜８０ｋｅＶでは、Ｆ（ｋ）＝９．５６８５×１０−３０、Ｇ（ｋ）＝５．５８７×１０−２５となった。
図５Ｄに示すエネルギー領域８０〜９０ｋｅＶでは、Ｆ（ｋ）＝６．５５５４×１０−３０、Ｇ（ｋ）＝５．４４３４×１０−２５となった。【０１０４】
次に、測定対象として、各校正用治具（Ｃ，Ｍｇ，Ａｌ）を試料７５に用いて、再度ＣＴ撮影を行った。
Ｘ線光源７２から、広い範囲のエネルギー領域に連続するスペクトルのＸ線を発生させて、試料７５に照射した。
そして、試料７５を透過したＸ線を、エネルギー弁別Ｘ線検出器７７において、５０〜６０ＫｅＶ、６０〜７０ｋｅＶ、７０〜８０ｋｅＶ、８０〜９０ｋｅＶの各エネルギー領域に弁別して検出した。そして、検出した各エネルギー領域の測定値から、それぞれのエネルギー領域ｋにおける吸収係数μ（ｋ）を算出した。【０１０５】
算出した吸収係数μ（ｋ）と、先に求めた、各エネルギー領域ｋの校正係数Ｆ（ｋ），Ｇ（ｋ）から、μ（ｋ）／Ｇ（ｋ）及びＦ（ｋ）／Ｇ（ｋ）を算出して、３つの試料７５の各試料において、それぞれ４つのエネルギー領域のμ（ｋ）／Ｇ（ｋ）及びＦ（ｋ）／Ｇ（ｋ）をプロットして、４点の近似直線を求めた。
それぞれの試料の結果を、図６Ａ〜図６Ｃに示す。炭素Ｃの結果を図６Ａに示し、マグネシウムＭｇの結果を図６Ｂに示し、アルミニウムＡｌの結果を図６Ｃに示す。【０１０６】
図６Ａ〜図６Ｄより、いずれの試料においても、４点がほぼ直線に並び、近似直線が精度良く得られている。近似直線を、μ（ｋ）／Ｇ（ｋ）＝ρｅＺ４｛Ｆ（ｋ）／Ｇ（ｋ）｝＋ρｅとして、近似直線の傾きと切片から、各試料のρｅＺ４とρｅを求めた。
図６Ａに示す炭素Ｃの試料では、ρｅＺ４＝５．７３２８×１０２６、ρｅ＝５．６６２９×１０２３となった。
図６Ｂに示すマグネシウムＭｇの試料では、ρｅＺ４＝１．１２６５×１０２８、ρｅ＝５．２１９６×１０２３となった。
図６Ｃに示すアルミニウムＡｌの試料では、ρｅＺ４＝２．１４１７×１０２８、ρｅ＝７．６５４２×１０２３となった。【０１０７】
そして、求めたρｅＺ４とρｅとから、実効原子番号Ｚｅｆｆを算出した。また、各元素の電子密度ρｅ及び実効原子番号Ｚｅｆｆの理論値と、算出した電子密度及び実効原子番号の解析結果とから、誤差の割合を求めた。各試料の結果をまとめて表１に示す。
なお、表１において、理論値が小数点以下３桁であるため、先に示した解析結果の値も小数点以下第４桁を四捨五入して桁を合わせている。そして、誤差の割合は、有効数字２桁としている。【０１０８】
【表１】
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【０１０９】
表１より、相対誤差は、電子密度ρｅ＜０．７％、実効原子番号Ｚｅｆｆ＜６．０％であり、それぞれ精度良く算出できていることがわかる。【０１１０】
なお、上述の実施例では、単一元素からなる校正用治具をそのまま測定対象として用いたが、これらの元素の２種類以上を有する化合物又は合金や、これらの元素のいずれかを含む物体を測定対象としても、同様に電子密度及び実効原子番号を精度良く算出することができる。
また、上述の実施例では、単一元素からなる校正用治具を使用したが、均質で実効原子番号及び電子密度の計算が可能な化合物により構成された物質を校正用治具に使用しても、同様に測定対象の電子密度及び実効原子番号を精度良く算出することができる。【０１１１】
本発明は、上述した実施の形態や実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の範囲内であれば、その他の様々な構成を採用することが可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１，４０，７０  Ｘ線ＣＴ装置、１０，５０  Ｘ線透過強度測定部、１１，５１，７２  Ｘ線光源、１２，１５，５３，５７  スリット又はコリメータ、１３，５４  校正用治具、１４  寝台装置、１６，５８，７７  エネルギー弁別Ｘ線強度検出器、１７  データ収集部、２０，６０  電子密度及び実効原子番号校正システム部、２１，６１  制御部、２２，６２  校正部、２３，６３  解析部、３０  被検体、５２，５９，７３，７８  ＸＹＺ精密自動ステージ、５５  測定対象、５６，７６  ＸＹＺθ精密自動ステージ、７１  定盤、７４  スリット、７５  試料、７９  ＣＴ撮影用制御ＰＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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