放射光科学30年の歩みと展望

放射光による X 線 CT の最前線
上杉健太朗
公益財団法人高輝度光科学研究センター〒6795198 兵庫県佐用郡佐用町光都 111放射光を利用した X 線マイクロ CT 装置は 3 次元 X 線顕微鏡として機能し，空間分解能はおよそ100 nm に達している。広いレンジで調整可能な単色光を用いることで分析的な利用も可能であるし，時間分解能に関しては数秒■
要旨あるいは数ミリ秒での計測も可能となってきた。画像検出器をはじめとした計測技術の発展により，破壊現象の可視化など動的観察も多く実施されている。本稿では，放射光 X 線を利用することにより極めて有益なツールとなった X 線マイクロCT装置に関して，その原理これまでの発展の経緯最新の利用例に関して簡単な説明を行った。

から元の情報を再生する方法は（逆）ラドン変換5)として

1. はじめに知られていたが，実際のトモグラフィーでは計算機に適し

X 線 CT（computed tomography, computerized tomography など）法は X 線を用いて被写体の内部構造を可視化たアルゴリズムとして，逆投影法や逐次近似法が採用されている。

する手法である。 Hounsˆeld らにより医療診断用の X 線

ここでは数学的に明快でかつ断層像の再構成に広く使わ

CT スキャナーが開発1) されてから，医療診断分野においれているフィルター補正逆投影法（Filtered back projec-て多数用いられている。今日でもいくつかの医療機器メー

tion method, FBP 法）の原理について簡単に述べる。

カーにより最新型の CT スキャナーが開発されており，検出能力の向上計測時間の短縮被曝線量の低減などが進

Fig. 1 の配置において，物体の 1 次元投影像（projection

image）は，

められている。被写体の内部を可視化する技術としては，
トモシンセシスやステレオ投影法もあるが，CT 法は完全な 3 次元構造を X 線線吸収係数（Xray linear absorptioncoe‹cient,p ( x′,u)＝lnm(x, y)dy′(II((xx′′,,uu)))＝f0( 1)

LAC）の分布として表現するという点で他の手法とは一線を画するものである。

で得られる。ただし， m ( x, y )は物体の LAC を表す関数

材料科学など非生物試料を研究対象とする場合は，被曝で，単位は cm－1 である。 LAC は物体の組成により一意

線量はそれほど問題にならない。これにより単位面積あたに決まる質量吸収係数とその密度，照射 X 線エネルギー

りの X 線量を増やし 3 次元 X 線顕微鏡としての利用価値により決まる値である。通常，放射光 X 線を用いた CTが見いだされた。現状では空間分解能10 mm 以下のラボ用

撮影には単色 X 線が利用されるため，ここではある位置高分解能 CT 装置も市販され2,3) 様々な研究施設で用いらにおける LAC を単純に m(x, y)と表す。ここで，p(x′,u)をれている。放射光施設では2005年頃から 1 mm 程度の空間に対してフーリエ変換し，1 式を代入すると
x′

分解能での定常的な計測がなされ， 2017 年の時点ではサブミクロン（より正確には 100 300 nm ）分解能での CT計測が可能となっている。本稿では放射光 X 線を用いて

f
f
f

)dx′
, u) exp (ivx′pÂ (v, u)＝ p(x′の CT 計測に関して現状と今後の可能性について述べる。

2. CT の原理4)＝

exp (ivx′)dx′m(x, y)dy′( 2)となる。ここで，pÂ (v, u)＝mÂ (vx, vy)を利用し，さらに，

ここで CT の原理，つまり投影像からどのようにして断層像 を再構 成す るかを 示し ておく 。トモ グラ フィ ーの
TOMO は Slice を意味するギリシャ語であり，一次元の

( x′
p′
, u)＝

f

1
p
2

)g(v)dv
pÂ (v, u)exp (ivx′( 3)

投影像から二次元の情報を再構成する技術全般を意味している。現在ではあまり使われないが，日本語では断層像あと置き換えると

るいは断層撮影法と言う。数学的には多数方向からの投影

118 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2
(C) 2018 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research特集 ■ 放射光科学30年の歩みと展望

Fig. 1(Color online) The relation between real space and reciprocal space for Filtered back projection method. Detailed
operations such as ˆltering are omitted. CT imaging begins with acquiring a large number of lower left one-dimensional projection images, and the collected data turns to a CT image on the upper left through a counterclockwise
process in the ˆgure.

pfm(x, y)＝(x cos u＋y sin u, u)du
p′

(4)

0

での計測が望まれる。 1980 年代にいくつかの放射光施設において 10 100 mm 程度の空間分解能を目指した開発が進められた810) 。おそらくこれらがマイクロトモグラフとなる。 g( v )は再構成フィルター関数と呼ばれる。本来ィーあるいはマイクロ CT と呼ばれたはじめての装置であは変数変換の結果出てくるヤコビアンなので g( v )＝| v |ろう。あまり正確な表現ではないが，マイクロ CT とは医であるが，これを逆空間におけるフィルターととらえ，ノ療診断用の CT スキャナーよりも格段に空間分解能が上がイズ除去等の目的で様々なフィルター関数が考案されていったものという位置づけと思われる。

る6,7)。

さらに放射光 X 線マイクロ CT 装置では単色光を用いこの式の導出から注意しなければならないのは， p ( x ′,ることで，試料の材質や寸法に合わせた X 線のチューニの積分の範囲外に試料があu)が不完全なデータの場合（x′ン グ が 可 能 と な っ た 。 1988 年 に SSRL （ ア メ リ カ ） とる状態。つまり試料が検出器の視野からはみ出している場

NSLS（アメリカ）から，ほぼ同時期にヨウ素の K 吸収端合），最初の 1 次元のフーリエ変換から失敗することであ差分像を得るための X 線光学系が提案され，血管造影のる。その結果，CT 像であるm(x, y)にエラーを含む事にな

試験が行われた11,12)。空間分解能はそれほど高くないものる。したがって，m(x, y)を定量的に求めるためには，試料の，ラボ（あるいは医療機関）用の装置とは本質的に異なは x′の積分範囲よりも小さくなければならない。

るデータを示したことは高く評価したい。また同時期に放射光施設（ DESY, NSLS, KEK PF ）におけるマイクロ3. 放射光 X 線マイクロ CT の発展

CT の開発が始まった810) 。それらはどれも 10 mm 程度の空間分解能を達成した。

医療診断用の CT スキャナーでは一般的に空間分解能は

しかしそれらの装置がすぐに多数のユーザーに対する応1 mm 程度となっている。これは診断時に必要とされる解用研究に拡大することはなかった。その原因として，光源像度と被曝線量のバランスで決まっている。近年では低線検出器計算機の 3 つが挙げられる。

量型の装置も開発が進められているが，空間分解能は大き光源実用的な輝度とエネルギー領域が一般的な試料

くは変わっていない。材料科学等においては，空間分解能の CT 計測に適していなかったために，三次元計測に

1 mm 程度というのは不十分であり，より高い空間分解能

は膨大な時間を要した，あるいは意味のある試料サイ

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 119

Fig. 2

(Color online) (a) Schematic illustration of projection-type micro-tomography. It consists of light source,
monochromator, sample stages and Xray image detector. (b) Schematic illustration of imaging-type microtomography. It consists of light source, monochromator, condenser, sample stages objective ZP (FZP) and X
ray image detector. The distance between FZP and image detector could be a several meters to several tens ofmeters. It is possible to change to ``phase contrast imaging system'' using phase plate or grating interferometer.

ズでは事実上計測不能だった。

提としたマイクロ CT 装置の開発が始められた。 2000 年

検出器10 mm 程度の解像度はあったが，読み出し速

頃 に は APS で は 2BM と 13ID C ， ESRF で は ID19 ，

度とダイナミックレンジが不足しており精密な CT 計

SPring 8 で は BL20XU, BL20B2, BL47XU を 中 心 と し測には不十分だった。

て，いずれも準並行光を用いた投影型 CT 装置（Fig. 2(a)）

計算機現状の三次元マイクロ CT では 2000 × 2000

が稼動し，分解能 1 mm あるいは 10 mm でのマイクロ CT

× 2000 ＝ 8 × 109 程度の画像を 2 バイト長で計測して計測が可能となり，従来は光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察おり，一度の CT スキャン（おおよそ 15 分前後）でしていたような試料に対して適用され始めた。

16 GB のデータを生み出すが， 1990 年頃の計算機のマイクロ CT と同時期に大きく開発が進んだのが，硬 X

性能では，この容量の三次元 CT 再構成演算は実用的

線領域における顕微鏡光学系の開発である1315) 。結像型でなかったし，たとえ数百画素であろうとも長大な時

顕微鏡はサブミクロン（当初の数値目標としては100 nm）

間を要した。
この状況は 1990年代後半以降急激に変化してきた。PC

の空間分解能を達成するために開発が進められた。文献16 ）で詳細な解説がなされているが，フレネルゾーンプの性能は 1980 年代のスーパーコンピューターを超えるまレート（FZP）を用いた結像顕微鏡光学系（Fig. 2(b)）はでになってきた。また，計測用 CCD に関しては，X 線天X 線 CT と相性が良く，高分解能マイクロ CT 計測には最文などで開発された技術が市販素子にフィードバックされ適であると考えられている。

るようになり， CT 計測に十分な性能を持つ CCD が入手

2002 年ごろの SPring 8 BL47XU における計測では，出来るようになった。そして放射光施設に関しては，第三エネルギー 8 keV 実効画素サイズ 100 nm 程度の場合で世代光源と呼ばれる低エミッタンス高輝度高エネルギーのも計測時間は数時間かかっていたが， 2017 年の時点では施設がヨーロッパ（ESRF）アメリカ（APS）日本（SPr-

同程度の条件であれ ば 15 分程度の計測時間となっていing 8）で稼働し始め，それらの施設で共同利用公開を前る。また画質の大幅な改善がなされた。この間 SPring 8120 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

特集 ■ 放射光科学30年の歩みと展望

ではトップアップ運転が導入されたものの，照射 X 線の
光束密度にそれほどの変化はない。変わったのは X 線光
学素子と画像検出器である。光学素子は hollow cone 照明をする回転型コンデンサーが導入され，さらに近年開発された Apodization FZP （A FZP)17)が回折効率の向上と，エッジ強調やストリークノイズの削減に効果を発揮している。画像検出器は空間分解能と X 線からの変換効率を最適化し，当初用いていた検出器よりも 1 桁程度の効率ア
ップがなされている。さらに， 2010 年頃発表された撮像素子である scientiˆc CMOS （ sCMOS ）が超低読み出し
ノイズかつ高フレームレートを達成しており，これも計測速度の向上に寄与している18)。
X 線の画像計測技術として， X 線の強度変化を捉える

吸収コントラスト法に対して， X 線の位相シフト量を求める位相コントラスト法も存在する。これは X 線の波動性を利用し， X 線の位相が入射 X 線に対してどのくらいずれたかを計測する。位相コントラスト CT 法は，この位相シフト像を基に試料の各位置における位相シフト量を捉える手法である。 Momose らは Bonse-Hart 型干渉計19)を用いた位相計測法を開発し（ Fig. 3 ( a )），吸収だけではコントラストが付きにくい生体軟組織を造影剤等を用いずに可視化出来ることを示した20) 。さらに， 2003 年には回折格 子 干渉 計 を 利 用し た 位 相 計 測 法の 提 案 が な され21) ，Bonse-Hart 型干渉計を利用するよりも感度は低いもののFig. 3(Color online) (a) Schematic illustration of phase contrast
imaging optics using Bonse-Hart type interferometer. The
arrow shows the Xray pass. The interferometer is made ofsilicon single crystal with Si(220) re‰ection. The three blade
are called as splitter, mirror and analyzer. The phase of thereference wave is shifted by rotating phase plate inserted
from bottom. (b) Schematic illustration of phase contrast
imaging optics using grating interferometer. The ˆrst grating
is set just after the sample. Second grating is set at a certain
distance from ˆrst grating. The numbers are the parameters
used at BL20B2 in SPring8.

利用実験に適した実用的な計測系が確立された（Fig. 3(b)）
。
Bonse-Hart 型干渉計は単結晶シリコンの回折を利用したもので，位相変化を直接計測できるが，複数回の回折光を利用するため温度変化や振動などの外乱に弱い。つまり，試料周りを含め装置全体として高い安定性が求められるた

4. 放射光 X 線を利用した X 線 CT の
先端計測例

め動的計測は困難である。回折格子干渉計の場合，回折格

ここでは SPring 8 のマイクロ CT 装置を利用して実施子を利用して試料からの屈折光（微分位相成分）を検出すされた研究例を示す。いずれも放射光 X 線 CT でなけれる。通常回折格子のピッチは数ミクロン程度に設定されるば取得出来ないデータばかりである。人間の水晶体鉄鋼

ため， G1 および G2 の相対的位置精度に 1 ミクロン程度

材料微小岩石に関する例を示しているが，これ以外にもの安定性があればよく計測系を安定化させやすい。この特半導体デバイスや生体試料等の様々な物質の CT 計測が行徴を生かし，3 mg/cm3 という高い密度分解能を維持した

われている。

まま，温度変化や力学的条件変化に伴う試料の変形も追えるようになった22)。

Pierscionek らは位相 CT を用いることで，非破壊で試料の屈折率分布を得られることに着目した26) 。様々な年

位相シフト量をダイレクトに計測することは出来ない

齢のヒトの水晶体を測定し，その寸法形状屈折率分布が，重要な手法である Propagation based phase contrastを得た（ Fig. 4 ）。実験は SPring 8 BL20B2 で行われた。

imaging（ PBI ）について簡単に説明する。屈折コントラ

エネルギーは 25 keV，実行画素サイズは15.3 mm /pixel でスト法とも言われるこの手法はマイクロフォーカス X 線ある。位相計測はピッチ10 mm の回折格子型干渉計を用い源を用いても実現可能である23) 。しかし高輝度光源からて行われた。1 計測の時間はおよそ50分であった。

の単色 X 線を用いることで定量的な取り扱いが可能であ

16 歳から 91 歳までのヒト水晶体の計測の結果，水晶体ることと，撮影方法としては Bonse-Hart 型干渉計や回折の屈折率に関しては年齢差と言うよりも個人差の方が大き

格子干渉計で位相回復法として用いられるフリンジスキャ

いと言うことが示された。また水晶体の厚みは年齢が進むンを必要としない単純な撮影で済むことから，その利用価と若干厚くなると言う傾向が示された。

値は高い24,25)。

戸 田 らは 自 動 車 用 鋼板 な ど に 用 い ら れ て い る 二 相 鋼（Dual phase steel, DP 鋼）の破壊に関して，マイクロ CTを用いた研究を行った27)。実験は SPring8 BL20XU で行

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 121Fig. 4

(Color online) The measurement example of eye lens. Upper: The contour map shows the refractive index distribution obtained from the phase contrast CT image. Lower: Line proˆles in the horizontal direction near the center of the lens in the above ˆgures.

Fig. 5(Color online) The left four images visualize voids and cracks in the dual phase (DP) steel during the tensileloading. The direction of the loading is vertical. The number and volume of the voids are rapidly increased when
the strain becomes more than 20. The right image shows the phase contrast CT image of DP steel. Red is themartensite phase and yellow is the ferrite phase.

われた。エネルギーは 37.7 keV ，実効画素サイズは 0.5部の異常ストレスもイメージベースのデータ解析により発mm / pixel である。この実験では屈折コントラストによる見することが出来た。

2 相（フェライトとマルテンサイト）の弁別をするために，

h山らは探査機はやぶさにより持ち帰られた小惑星イト

試料と検出器の距離を700 mm 程度に設定した。透過像をカワの試料（の一部）を CT 計測した28)。この時に用いら撮影したのち，Paganin 法24)による位相回復処理を施し，れ た の は FZP を 利 用 し た 結 像 型 マ イ ク ロ CT 装 置 で あ

画像再構成を行った。この結果 1.4 の密度差しかない 2

る。また，鉄の K 吸収端の上下のエネルギーで撮影し，相の自動識別（単純な閾値処理）が可能となった。さらに差分像を作成する analytical dual energy 法も確立した。

DP 鋼中のボイドやクラックを観察するには吸収コントラ

こ の 研 究 で は Nakamura ら29) の XRD 計 測 結 果 と JAXA

スト法での撮影も組み合わせた。こちらも鋼材とボイドのによる初期記載結果を利用してイトカワ粒子を構成する主自動識別が可能である。

要鉱物の形状と量を同定することが出来た。これにより，

この結果，数の伸展でフェライト境界などのボイドが小惑星イトカワは地球に落ちてきている普通コンドライト

成長し始める様子や，後から発生したマルテンサイト中の隕石とほぼ同等の物質で出来ていることや誕生からこれま

クラックが急激に進展し，破壊に至る様子をとらえること

でのおおよその歴史が分かった。 Fig. 6 には粒子の一つでに成功した（Fig. 5）。また，破壊過程における材料ネック

ある RAQD0020024の CT 像と鉱物毎に色分けした像を122 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

特集 ■ 放射光科学30年の歩みと展望

Fig. 6(Color online) CT images of Itokawa particle (RAQD02
0024) at 7 keV and 8 keV. Each mineral has a diŠerent amount of iron inside therefore the image contrast changes below and above of iron K-edge (7.11 keV). The
right image is mineral map. The mineral phases were determined from Xray linear absorption coe‹cients at 7
keV and 8 keV. Pink: Low-Ca pyroxene, Orange: High-Ca pyroxene, Sky-blue: Plagioclase, Green: Olivine.

わずかな密度差の物質を識別できるようになった。しか示した。

し，空気と軟組織あるいは軟組織と骨，というような組
み合わせでの計測は難しい。これをうまくクリアすること

5. 放射光 X 線 CT 装置開発のこれからで，超高ダイナミックレンジのデータを得ることが出来れスケール比の破壊

ば，極めて有用な装置となろう。それには X 線光学物

ESRF で は 2018 年 か ら 2022 年 に か け て 4 本 の 新 し いビームライン建設を進めることを決定した30) 。そのうち

質科学計算科学等の専門家の協調が必要であることは疑いもない。

の一つが“A beamline for High Throughput Large Field
Phase-contrast”である。 1 m 程度のサイズの試料をサブ

ナノ CT の一般化高エネルギー化

ミクロンスケールで可視化するという目標を掲げている。

SPring8 では BL47XU をはじめ，いくつかのビームラ

これは大きな試料のすべてをサブミクロンで可視化する事

インで FZP を用いた結像型マイクロ CT 装置が稼働し，を意味しないと思われる。おそらく Local CT もしくは現状ではおよそ 100 nm 200 nm 程度の空間分解能を達成

Interior CT31) と言われる技術を用いて， Regionin-

している。もちろん世界各国の放射光施設でも同等の空間

terest（ ROI ）にズームしていく形を取るであろう。前述

分解能を持つ装置は稼働しており， 2010 年頃から「ナノの通り，標準的な画像再構成法を使う場合，視野と画素サ

CT（nano-tomography）」と呼ばれるようになっている。

イズ（おおよそ空間分解能の半分）の比は検出器の画素数

ただ， ESRF ID16 では拡大投影型ホロトモグラフィーをで決まる。現状でおよそ2000 : 1 であるが，試料回転軸の利 用 し た り33) ， SLS TOMCAT で は 照 明 光 学 系 と し て位置を視野の端のあたりまでずらし，試料の投影像を360

ビームシェーパーを利用したり34) と，施設毎にアプロー

度分撮影することで，視野を約 2 倍に広げるオフセット

チの仕方が異なる場合が多い。これは各施設の光源の特性

CT 計測技術を用いることでこの倍程度までは達成できやスタッフの研究開発の方向性が違ったりすることの結果る。さらに画像検出器の高精細化も進むと考えられるのであろう。それはさておき，ここまでの開発競争の結果，で ， 計 測 に 関 し て 言 え ば お お よ そ 10000 : 1 程 度 ま で は

高品質な X 線光学素子や高精度ステージなどが比較的容2020 年までには問題なく広げられるであろう。ただし，易に手になるようになり，ハッチ内環境（振動温度変化）

10000 : 1 というような条件は記念碑的な計測ではあり得の重要性も認識されてきている。 2 GeV 3 GeV くらいのるが，実際に計測から解析まで行うとなると膨大な計測時

中型リングでは SLS TOMCAT をひな形とすることで後間と計算機資源を投入せざるを得なくなる。多くの研究分

発の強みを生かそうとしているし，ナノ CT 装置をパッ野において広い空間に渡りすべての構造が重要であるケー

ケージとして販売する業者もある。これらの要因から多く

スはまれで，全体のうち一部のクリティカルな場所を詳細の施設でナノ CT 計測が可能になると考えられる。ただに調べれば良いケースがほとんどである。この観点からもし，空間分解能として（ルーチン計測や温度圧力の変化をFBP 法などとはアルゴリズムの異なる Local CT 等の技させるなど）一般的になりそうなのは100 nm 程度の空間術開発は必要不可欠なものとなる。また逆のアプローチと分解能までではないかと思われる。その理由は計測条件のして，オーバーサンプリング法を用いることも可能と考え難しさにある。CT 計測ではどうしても試料を回転させなられる32) 。これにより画像検出器の実効画素サイズよりければならない。理想的にはその間試料は軸ブレせずに回も小さな構造を検出することが可能となりうる。ここまで

転し，さらに試料自身も不変でなければならない。計測系

は空間スケールについて述べたが，もう一つのスケール軸も同程度の安定性が求められる。時間空間的なバランス

はコントラストである。位相計測では検出感度が上がり，はいったいどこにあるのか。さらに 100 nm を超える計測

of

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 123データの解釈はきわめて難しい。もちろん装置開発としているが，計算機技術の発達によりようやく X 線 CT 装置

は技術的に，あるいは新しい理論を適用することで空間分に実装されるようになった。これにより被曝線量を半分程解能をどこまで高めることが出来るかというのは追求しな度まで減らすことが可能となった。もちろん光源の改良やければならない。さらにここには Local CT などの要因も検出器の高性能化もあろうが，1/2低減というのは劇的で入る。すなわち比較的大きな試料をナノスケールで解像すある。新しいアルゴリズム開発も含め，計算機技術はこれることが求められる。この際に重要な技術は高エネルギー

からますます重要になるに違いない。

X 線でのナノ計測と位相計測であろう。高エネルギー化

は鉄鋼材料等を考慮すると，おそらく7080 keV まで求められるのではないか。もちろん計測時間は 10 分， 20 分と6. おわりに言ったオーダーにしなければあまり意味は無い。 CDI や

本稿では放射光 X 線マイクロ CT に関して，これまで

タイコグラフィーのような手法と比較すると空間分解能との技術の発展やこれからの方向性に関して非常に簡単に記いう点では物足りないかもしれないが，動的計測や硬い述した。個々の詳細な技術的側面に関してはそれぞれの文（重い）材料の計測では十分その能力を発揮し続けると思献を参考にして頂きたい。

われる。

最後に筆者が重要な事例ととらえていることを示す。最近 Kitchen らにより，生物の軟組織の観察においては単複合的あるいは動的な計測

純な吸収コントラスト像と同等の S/ N は，屈折コントラ

放射光 X 線マイクロ CT 計測は線吸収係数や位相シフ

スト像を用いた場合，2 桁ほど照射線量を減らしても得ら

ト量の 3 次元分布を得ることが出来る手法である。これれることが示された36) 。この研究では位相回復後の画像は他の計測技術ではほぼ不可能なものと考えられる。しか再構成には FBP 法を用いている（ここに逐次近似法を適し，物質科学的には若干物足りない。岩石や鉱物ではそこ用すればさらに低線量化が進められると思われる）。まに内包される鉱物相にそれまでに経験した温度や圧力など

た，ここで用いられた最も重要な実験的な手法は屈折コンの履歴が蓄積される。金属やセラミックス材料の破壊は結トラスト法で， Wilkins らが 1996 年に発表したものであ

晶相のひずみから始まる。2 相共存物質であれば，どちらる。そこから数年後に鈴木らや Paganin らにより数学的の相が支配的な役割を果たすのか。などなど，線吸収係数な近似解が得られた。さらにそれから 10 年ほど経過してや位相シフト量からは単純には分からないことが多い。放からこの研究で「屈折コントラスト法を用いると被曝線量

射光マイクロ CT は市販の装置とは異なり，ビームライン

を劇的に下げられる」という結論に達した。もちろんその毎に最適化して運用される。そのため複合計測装置として

間この手法は上述の応用研究としてあげた戸田らの例にあ稼働させるには装置担当者の裁量（力量かもしれない）だ

るように， S / N を改善する手法として便利に使われ続けけが重要である。また，無理に同時計測させる必要は無ていた。しかし X 線画像を専門に扱う集団にとっては単く，状況に応じて迅速にスイッチできれば良いケースも多に便利な手法と言うだけでなく，どこまで利用価値がある

いと思われる。どうやるべきかは研究分野や見たい現象にものか推し量る研究対象であった。その基礎的な研究とそよって異なるはずだが，濃密な議論の上で落としどころをの技術を利用した応用研究の双方がしっかりと絡み合って見つけるのは非常に楽しいひとときとなろう。また，単にいる。マイクロ CT の開発者と利用者はこのような関係を動的計測であれば 4DCT とも言われるようになったが，保っていくことが肝要なのではないだろうか。特に開発者

複合計測により 5D  6D と次元が増えていく。このとき側は一見何の価値があるか分からないような事柄も心の隅にどのような解析をしていけば良いかと言うことは，早めにとどめておき，いつでも巻き戻して研究可能な状態にしに検討すべき課題であろう。

ておくべきであろう。

動的計測であるが，非繰り返し現象の計測であれば単純

参考文献に「時間分解能は○○秒である」等と言うことができる。
しかし，弾性変形のような繰り返し現象であれば，1 投影に要する時間まで時間分解能は短縮できる。さらに様々な拘束条件の下で画像再構成可能なデータ取得を行うような場合は，1 投影に要する時間もすべてのデータ取得に要す
る時間も短縮可能である。要はそのデータから読み取りた
いこと，読み取れることを正確に把握し妥協点を見つける作業となる。医療診断用 CT 装置の話ではあるが，近年開

1)
2)
3)
4)
5)

発された低線量型の装置はその画像再構成エンジンに逐次近似法を用いているとのことである35) 。逐次近似法自体は PET 等の画像再構成法として1990年代から研究されて124 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

6)

G. N. Hounsˆeld: Br. J. Radiology. 46, 1016 (1973).
Carl Zeiss Microscopy:
https://www.zeiss.co.jp/microscopy/
Bruker:https://www.bruker.com/jp/products/microtomography/
A. C. Kak and M. Slaney: Principles of Computerized Tomographic Imaging, IEEE Press, New York, 1987.
J. Radon: Berichte Sachsische Akademie der Wissenchaften,
Leipzig, Mathematische-Physikalische Klasse 69, 262(1917).
L. A. Shepp and B. F. Logan: IEEE Trans. Nucl. Sci. NS21,
21(1974).

特集 ■ 放射光科学30年の歩みと展望

7)
8)

9)
10)

11)

12)
13)
14)
15)
16 )
17)
18)
19)
20)
21)
22)
23)
24)
25)
26)
27)

D. A. Chesler and S. J. Riederer: Physics in Medicine andBiology 20, 632 (1975).
J. H. Kinney, Q. C. Johnson, U. Bonse, M. C. Nichols, R. A.
Saroyan, R. Nusshardt, R. Pahl and J. M. Brase: MRS Bull.
13, 13 (1987).
P. Flannery, H. W. Deckman, W. G. Roberge and K. L.
D'Amico: Science 237, 1439 (1987).
Y. Suzuki, K. Usami, K. Sakamoto, H. Kozaka, T. Hirano,
H. Shiono and H. Kohno: Jpn. J. Appl. Phys. 27, L461
(1988).
A.C. Thompson, R. Hofstadter, J.N. Otis, H.D. Zeman, R.S.
KernoŠ, E. Rubenstein, J.C. Giacomini, H.J. Gordon, G.S.
Brown and W. Thomlinson: Nucl. Insrum. And Mehods
A266, 252 (1988).
P. Suortti and W. Thomlinson: Nucl. Insrum. And Mehods
A269, 639 (1988).
B. Lai et al.: Rev. Sci. Instrum. 66, 2287 (1995).
Y. Kagoshima et al.: J. Synchrotron Radiat. 9, 132 (2002).
A. Takeuchi, K. Uesugi, H. Takano and Y. Suzuki: Review
of Scientiˆc Instruments 73, 4246(2002).
竹内晃久，上杉健太朗，高野秀和，鈴木芳生放射光 16,
108 (2003).
A. Takeuchi, K. Uesugi and Y. Suzuki: J. Phys. Conf. Series
849, 012055 (2017).
K. Uesugi, M. Hoshino, A. Takeuchi, Y. Suzuki and N.
Yagi: proceedings of SPIE 8506, 85060I (2012).
U. Bonse and M. Hart: Appl. Phys. Lett. 6, 155 (1965).
A. Momose and J. Fukuda: Med. Phys. 22, 375 (1995).
A. Momose, S. Kawamoto, I. Koyama, Y. Hamaishi, K.
Takai and Y. Suzuki: Jpn. J. Appl. Phys. 42, L 866 (2003).
M. Hoshino, K. Uesugi and N. Yagi: J. Phys.: Conf. Ser. 849,
012054 (2017).
S. W. Wilkins, T. E. Gureyev, D. Gao, A. Pogany and A. W.
Stevenson: Nature 384, 335 (1996).
Y. Suzuki et al.: J. Synchrotron Rad. 9, 160 (2002).
D. Paganin et al.: J. Microscopy 206, 33 (2002).
B. Pierscionek, M. Bahrami, M. Hoshino, K. Uesugi, J.
Regini and N. Yagi: Oncotarget 6, 31 (2015).
H. Toda, A. Takijiri, M. Azuma, S. Yabu, K. Hayashi, D.

28)

29)
30)
31)
32)
33)
34)

35)
36)

Seo, M. Kobayashi, K. Hirayama, A. Takeuchi and K.
Uesugi: Acta Materialia 133, 441 (2017).
A. Tsuchiyama, T. Nakano, K. Uesugi, M. Uesugi, A.
Takeuchi, Y. Suzuki, R. Noguchi, T. Matsumoto, J.
Matsuno, T. Nagano, Y. Imai, T. Nakamura, T. Ogami, T.
Noguchi, M. Abe, T. Yada and A. Fujimura: Geochimica et
Cosmochimica Acta 116, 5 (2013).
T. Nakamura et al.: Science 333, 1113 (2011).
2017.6.28 の news，
http://www.esrf.eu/fr/home/news/general.html
Z. Wang and H. Kudo: Medical Imaging Technology 31, 113(2013).
R. Mizutani, A. Takeuchi, R. Y. Osamura, S. Takekoshi, K.
Uesugi and Y. Suzuki: Micron 41, 90 (2010).
M. Langer, A. Pacureanu, H. Suhonen, Q. Grimal, P.
Cloetens and F. Peyrin: PLoS ONE 7(8), e35691 (2012).
M. Stampanoni, F. Marone, P. Modregger, B. Pinzer, T.
Th äuring, J. Vila-Comamala, C. David and R. Mokso: AIP
Conference Proceedings 1266, 13 (2010).
木村文子埼玉医科大学雑誌 38, 106 (2012).
M. J. Kitchen, G. A. Buckley, T. E. Gureyev, M. J. Wallace,
N. Andres-Thio, K. Uesugi, N. Yagi and S. B. Hooper:
Scientiˆc Reports 7, 15953 (2017).

著者紹介
上杉健太朗
公益財団法人高輝度光科学研究センター
利 用 研 究 促 進 部 門 SPring 8 BL20B2,
BL47XU ビームライン担当者
Emailueken＠spring8.or.jp
専門 X 線 CT 装置開発
［略歴］
2000 年 東京工業大学理工学研究科博士課程中途退学。 2000 年より高輝度光科学
研究センター。 2013 年 博士（科学）東京大学大学院新領域創成科学研究科。

Current status and some future works of X
raymirco-tomography using synchrotron radiation
Kentaro UESUGIAbstract

Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Kouto 1-1-1, Sayo, Hyogo
679-5198 JapanXray micro-tomography using synchrotron radiation is one of the best technique for obtaining
three-dimensional structure of materials with micro-meter spatial resolution. The highest spatial
resolution of such system achieves 100 nm. The temporal resolution could be a few seconds or a
few milli-seconds in a certain condition. It is also possible to do chemical analysis using tunable
monochromatic Xray. A lot of improvements on instrumentations of synchrotron radiation facility enable us to visualize dynamic phenomena. In this paper, principle, history and recent activities
of synchrotron radiation Xray micro-tomography are simply described.

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 125