JP7127608B2

JP7127608B2 - Ｘ線ｃｔ装置およびｘ線ｃｔ撮影方法

Info

Publication number: JP7127608B2
Application number: JP2019092171A
Authority: JP
Inventors: 泰行欅; 淳史鈴木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: JP2020187024A; CN111948232A; CN111948232B

Description

この発明は、Ｘ線ＣＴ装置およびＸ線ＣＴ撮影方法に関する。

産業用のＸ線ＣＴ装置は、各種製品の内部構造の観察および３次元形状の測定を非破壊で行うためのものであり、互いに対向配置させたＸ線源とＸ線検出器との間に、工業製品等の被写体を載置する回転ステージを配置し、回転ステージを鉛直方向を向く回転軸を中心に回転させることにより、被写体の周囲の各方向からのＸ線投影データを収集した後、断層画像を再構成することにより、その被写体の内部構造を３次元的に観察するものである（特許文献１参照）。

特開２００５－３５１８７９号公報

このようなＸ線ＣＴ装置においては、回転ステージ上の被写体は、回転ステージに対して所定の姿勢で固定されていることから、被写体の姿勢を変更するためには、Ｘ線ＣＴ撮影を一旦中断する必要がある。例えば、被写体として、立方体形状を有する電池を使用し、その角部の内部構造を観察する場合においては、Ｘ線源からＸ線検出器に至るＸ線の光路中に観察を行うべき被写体の角部のみを配置することにより、角部の領域をより鮮明に撮影することができる。このような場合に、被写体における複数の角部を撮影するためには、角部を撮影する度に、Ｘ線ＣＴ撮影を中断して、被写体の姿勢を変更する必要がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、回転ステージ上で被写体を移動させることにより連続してＸ線ＣＴ撮影を実行することが可能なＸ線ＣＴ装置およびＸ線ＣＴ撮影方法を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様は、被写体を回転させながら前記被写体にＸ線を照射して取得した投影データに基づいて前記被写体の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置であって、Ｘ線を発生するＸ線源と、前記Ｘ線源から照射され前記被写体を通過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線源から前記Ｘ線検出器に至るＸ線の光軸と直交する第１の回転軸を中心に回転する回転ステージと、前記回転ステージ上に配設され、前記被写体を支持して前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸を中心に回転する回転ユニットと、を備え、前記回転ユニットは、前記回転ステージ上に立設された支持支柱と、前記支持支柱に設けられたモータと、前記支持支柱に設けられ、前記モータにより前記第２の回転軸を中心に回転する回転部材と、を含むＸ線ＣＴ装置に関する。

この発明の第１の態様によれば、被写体を回転ステージの回転軸とは直交する回転軸を中心に回転させ、回転ステージ上において被写体を移動させることにより、被写体の異なる領域に対するＸ線ＣＴ撮影を連続して実行することが可能となる。

この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の概要図である。回転ユニットの斜視図である。回転ユニットの斜視図である。支持部材５０の斜視図である。支持部材５０の斜視図である。被写体１００に対してＸ線ＣＴ撮影を行う状態を示す説明図である。被写体１００に対してＸ線ＣＴ撮影を行う状態を示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の概要図である。なお、図１においては、後述する回転ユニットを取り外した状態を示している。

このＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を利用したＣＴ撮影（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ：コンピュータ断層撮影）を実行するためのものである。このＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線を円錐状に照射するＸ線管を有するＸ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置され、Ｘ線源１１から照射され後述する被写体１００（図４参照）を通過したＸ線を検出するためのＸ線検出器１２と、被写体１００を載置するための回転ステージ２１を含む移動機構と、制御部３０とを備える。Ｘ線源１１、Ｘ線検出器１２および移動機構は、Ｘ線非透過部材から構成されるケーシング１０内に収納されている。

移動機構は、定盤２６上に配設された一対のガイドレール２５に沿って移動可能な基台２４と、基台２４に対してＸ方向に移動可能なＸステージ２３と、Ｘステージ２３に対してＹ方向に移動可能なＹステージ２２と、Ｙステージ２２上において鉛直方向（Ｚ方向）を向く第１の回転軸を中心に回転する回転ステージ２１とを備える。Ｘステージ２３、Ｙステージ２２および回転ステージ２１は、基台２４に対して上下方向（Ｚ方向）に移動可能となっている。

後述する回転ユニットにおける支持部材５０（図４および図５参照）に支持された被写体１００は、Ｘステージ２３およびＹステージ２２により互いに直交するＸ、Ｙ方向に水平移動するとともに、回転ステージ２１により鉛直方向を向く回転軸を中心にＲ方向に回転する。なお、基台２４をガイドレール２５に沿ってＸ線源１１と近接あるいは離隔する方向に移動させることにより、Ｘ線検出器１２で検出される被写体１００の投影像の拡大率が変更される。

制御部３０は、Ｘ線ＣＴ装置全体の制御を行うためのものであり、Ｘ線コントローラ３１と、移動機構コントローラ３２と、画像処理部３３と、パーソナルコンピュータ３４と、から構成される。Ｘ線コントローラ３１は、被写体１００の材質やＸ線透過特性に応じて、Ｘ線源１１におけるＸ線管に供給する管電圧や管電流を制御する。移動機構コントローラ３２は、移動機構および後述する回転ユニットにおける各部の移動を制御する。画像処理部３３は、Ｘ線検出器１２により検出したＸ線に基づいて、Ｘ線画像を作成する。これらのＸ線コントローラ３１、移動機構コントローラ３２、画像処理部３３は、パーソナルコンピュータ３４の制御下に置かれている。画像処理部３３により画像処理されたＸ線画像は、パーソナルコンピュータ３４に取り込まれる。パーソナルコンピュータ３４では、取り込まれたＸ線画像データに基づいて、鉛直方向（Ｚ方向）を向く第１の回転軸に直交するＸ－Ｙ平面に沿った面でスライスした断層画像が構築される。

図２および図３は、被写体１００を、第１の回転軸と直交する水平方向（図１に示すＸ－Ｙ平面と平行な方向）を向く第２の回転軸を中心に回転させるための回転ユニットの斜視図である。ここで、図２と図３は、回転ユニットを互いに異なる方向から見た斜視図である。なお、図２においては、被写体１００を支持するための支持部材５０を装着した状態を示し、図３においては支持部材５０を取り外した状態を示している。

この回転ユニットは、回転ステージ２１上に位置決めされ載置されるベースプレート４１と、このベースプレート４１上に立設された支持支柱４３と、支持支柱４３に付設されたモータ４４の駆動により第２の回転軸を中心に回転する回転部材４５と、ベースプレート４１に付設された一対の取っ手４２と、を備える。この回転ユニットは、必要に応じ、回転ステージ２１上に位置決め、載置されて使用される。なお、回転ユニットを使用しない場合には、被写体１００は回転ステージ２１上に直接載置される。

図４および図５は、被写体１００を支持するための支持部材５０の斜視図である。ここで、図４と図５は、支持部材５０を互いに異なる方向から見た斜視図である。なお、図４および図５においては、被写体１００を支持部材５０により支持した状態を仮想線で示している。

この支持部材５０は、被写体１００を回転ユニットに対して支持するためのジグとして使用されるものである。この支持部材５０は、被写体１００のサイズに対応して各種のものが準備される。なお、この実施形態においては、被写体１００として、立方体形状を有する電池が使用されている。

この支持部材５０は、本体５１の端部に被写体１００の受け部５２、５３、５４、５６が付設された構成を有する。受け部５２には、弾性部材５９が固定されている。また、受け部５４における本体５１とは逆側の端部には、ネジ５７と螺合するネジ支持部５５が連結されている。ネジ５７の一端には、ツマミ６３が設けられており、他端には、被写体１００との当接部５８が設けられている。また、図５に示すように、本体５１のネジ支持部５５とは逆側には、この支持部材５０を図２および図３に示す回転部材４５に固定するときに使用される位置決め用突起６１と、位置決め用穴６２とが設けられている。位置決め用突起６１には、ネジ孔６５が形成されている。

この支持部材５０により被写体１００を支持するときには、被写体１００を受け部５４の上部において、受け部５２に固定された弾性部材５９と受け部５３との間に配置する。そして、ツマミ６３を利用してネジ５７を回転させ、当接部５８により被写体１００を押圧して、被写体１００における互いに対向する一対の面を当接部５８と本体５１とにより挟持することにより、被写体１００を支持部材５０に固定する。なお、被写体１００の固定後にネジ５７が緩むことを防止するため、ツマミ６３とネジ支持部５５との間に、弛み防止用のナットを設けてもよい。

被写体１００を支持した支持部材５０を回転部材４５に装着するときには、位置決め用突起６１を回転部材４５に形成された穴部４６（図３参照）に挿入するとともに、回転部材４５に設けられた位置決めピン４７（図３参照）を支持部材５０の本体５１に形成された位置決め用穴６２に挿入することにより、支持部材５０を回転部材４５に対して位置決めする。そして、図２に示すハンドル４８に連結された固定ボルト（図示せず）を支持部材５０における位置決め用突起６１に形成されたネジ孔６５と螺合させることにより、支持部材５０を回転部材４５に対して固定する。

次に、以上のような構成を有するＸ線ＣＴ装置により、被写体１００における角部の断層画像を得るためにＸ線ＣＴ撮影を行う動作について説明する。図６および図７は、被写体１００に対してＸ線ＣＴ撮影を行う状態を示す説明図である。

電池からなる被写体１００の角部の断層画像を得るためにＸ線ＣＴ撮影を行うときには、図６に示すように、被写体１００の上面および下面が水平方向を向き、その他の面が鉛直方向を向く状態で、図６において一点鎖線で示す鉛直方向を向く軸９９を中心にＲ方向に回転させながら、Ｘ線ＣＴ撮影を行ってもよい。しかしながら、この場合においては、図６において破線で示すように、被写体１００の角部以外の領域もＸ線源１１からＸ線検出器１２に至るＸ線の光軸上に配置されることから、不要な領域についてもＸ線撮影が行われることになる。

このような場合においては、図７に示すように、被写体１００を傾斜した状態で配置し、被写体１００の短辺側の４個の角部ａ、ｂ、ｃ、ｄのうちの一つの角部がＸ線源１１からＸ線検出器１２に至るＸ線の光軸と平行に配置されるようにし、この状態で被写体１００を図７において一点鎖線で示す鉛直方向を向く軸９９を中心にＲ方向に回転させる。これにより、被写体１００の角部がＸ線の光軸と平行な平面内で回転することになり、被写体１００の角部付近の領域のみにＸ線を照射してＸ線ＣＴ撮影を実行することができることから、より高精細な断層画像を得ることが可能となる。

このようなＸ線ＣＴ撮影を行う場合においては、図５に示すように、被写体１００を支持部材５０に装着する。そして、被写体１００を支持した支持部材５０を、図２および図３に示す回転ユニットの回転部材４５に装着する。しかる後、基台２４を一対のガイドレール２５に沿って移動させることにより、Ｘ線検出器１２で検出される被写体１００の投影像の拡大率を調整する。そして、Ｘステージ２３およびＹステージ２２を移動させるとともに、回転ユニットの回転部材４５を回転させることにより、被写体１００の４個の角部ａ、ｂ、ｃ、ｄのうちの一つの角部ａがＸ線源１１からＸ線検出器１２に至るＸ線の光軸と平行な平面上に配置されるようにする。

この状態において、回転ステージ２１を回転させながら、Ｘ線源１１からＸ線を照射し、被写体１００を通過したＸ線をＸ線検出器１２により検出する。このＸ線撮影動作を、回転ステージ２１の駆動により被写体１００を、第１の回転軸を中心に例えば３６０度回転させる間実行した後、Ｘ線撮影動作を停止する。そして、回転ユニットにより被写体１００を、第１の回転軸と直交する水平方向を向く第２の回転軸を中心に回転させることにより、次の角部ｂがＸ線源１１からＸ線検出器１２に至るＸ線の光軸と平行な平面上に配置されるようにする。そして、再度、回転ステージ２１を回転させながら、Ｘ線源１１からＸ線を照射し、被写体１００を通過したＸ線をＸ線検出器１２により検出する。このような動作を４回繰り返すことにより、被写体１００の４個の角部ａ、ｂ、ｃ、ｄを、より鮮明にＸ線ＣＴ撮影することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、支持部材５０が、立方体形状を有する被写体１００の互いに対向する一対の面を当接部５８と本体５１とにより挟持することにより被写体１００を支持部材５０に固定する構成を採用しているが、その他の機構により被写体１００を支持部材５０に固定してもよい。

また、上述した実施形態においては、支持部材５０により単一の被写体１００を支持しているが、支持部材５０により複数の被写体を支持し、回転ユニットにより複数の被写体を順次Ｘ線の光軸上に配置し、複数の被写体に対するＸ線ＣＴ撮影を連続して実行するようにしてもよい。例えば、支持機構として観覧車のように複数の被写体を支持し、それらを回転させながら連続してＸ線ＣＴ撮影を行ってもよい。

上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

この発明の第１の態様に係るＸ線ＣＴ装置は、被写体を回転させながら前記被写体にＸ線を照射して取得した投影データに基づいて前記被写体の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置であって、Ｘ線を発生するＸ線源と、前記Ｘ線源から照射され前記被写体を通過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、前記Ｘ線源から前記Ｘ線検出器に至るＸ線の光軸と直交する第１の回転軸を中心に回転する回転ステージと、前記回転ステージ上に配設され、前記被写体を支持して前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸を中心に回転する回転ユニットと、を備え、前記回転ユニットは、前記回転ステージ上に立設された支持支柱と、前記支持支柱に設けられたモータと、前記支持支柱に設けられ、前記モータにより前記第２の回転軸を中心に回転する回転部材と、を含む。

この発明の第１の態様に係るＸ線ＣＴ装置によれば、被写体を回転ステージの回転軸とは直交する回転軸を中心に回転させ、回転ステージ上において被写体を移動させることにより、被写体の異なる領域に対するＸ線ＣＴ撮影を連続して実行することが可能となる。

この発明の第１の態様の変形例に係るＸ線ＣＴ撮影装置は、前記回転ユニットは、さらに、前記回転部材に対して着脱自在に構成され、前記被写体を支持する支持部材を備える。

このような態様によれば、支持部材を利用して被写体を容易に回転部材に装着することが可能となる。

この発明の第１の態様の他の変形例に係るＸ線ＣＴ撮影装置は、前記被写体は立方体形状を有し、前記支持部材は、前記被写体の互いに対向する一対の面を挟持することにより前記被写体を固定する。

このような態様によれば、立方体形状を有する被写体を容易に固定することが可能となる。

この発明の他の態様に係るＸ線ＣＴ撮影方法は、上述した態様のＸ線ＣＴ装置を使用してＸ線ＣＴ撮影を行うものであって、前記被写体は、立方体形状を有し、前記被写体を前記回転ステージにより前記第１の回転軸を中心として回転させてＸ線ＣＴ撮影を行った後、前記被写体を前記回転ユニットにより前記第２の回転軸を中心として回転させる動作を複数回繰り返すことにより、前記被写体の角部の断層画像を得る。

この発明の他の態様の変形例に係るＸ線ＣＴ撮影方法は、前記被写体は、立体形状を有する電池である。

この発明の他の態様に係るＸ線ＣＴ撮影方法によれば、立方体形状を有する電池等の被写体の複数の角部に対して、Ｘ線ＣＴ撮影を連続して実行することが可能となる。

なお、上述した記載はこの発明の実施形態の説明のためのものであり、この発明を限定するものではない。

１０ケーシング
１１Ｘ線源
１２Ｘ線検出器
２１回転ステージ
２２Ｙステージ
２３Ｘステージ
３０制御部
４１ベースプレート
４３支持支柱
４５回転部材
４６穴部
４８ハンドル
５０支持部材
５１本体
５７ネジ
５８当接部
６１位置決め用突起
６３ツマミ
６５ネジ孔
１００被写体

Claims

被写体を回転させながら前記被写体にＸ線を照射して取得した投影データに基づいて前記被写体の断層画像を再構成するＸ線ＣＴ装置であって、
Ｘ線を発生するＸ線源と、
前記Ｘ線源から照射され前記被写体を通過したＸ線を検出するためのＸ線検出器と、
前記Ｘ線源から前記Ｘ線検出器に至るＸ線の光軸と直交する第１の回転軸を中心に回転する回転ステージと、
前記回転ステージ上に配設され、前記被写体を支持して前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸を中心に回転する回転ユニットと、
を備え、
前記回転ユニットは、前記回転ステージ上に立設された支持支柱と、前記支持支柱に設けられたモータと、前記支持支柱に設けられ、前記モータにより前記第２の回転軸を中心に回転する回転部材と、を含むＸ線ＣＴ装置。
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記回転ユニットは、さらに、
前記回転部材に対して着脱自在に構成され、前記被写体を支持する支持部材、
を備えるＸ線ＣＴ装置。
請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置において、
前記被写体は立方体形状を有し、
前記支持部材は、前記被写体の互いに対向する一対の面を挟持することにより前記被写体を固定するＸ線ＣＴ装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線ＣＴ装置を使用してＸ線ＣＴ撮影を行うＸ線ＣＴ撮影方法において、
前記被写体は、立方体形状を有し、
前記被写体を前記回転ステージにより前記第１の回転軸を中心として回転させてＸ線ＣＴ撮影を行った後、前記被写体を前記回転ユニットにより前記第２の回転軸を中心として回転させる動作を複数回繰り返すことにより、前記被写体の角部の断層画像を得るＸ線ＣＴ撮影方法。
請求項４に記載のＸ線ＣＴ撮影方法において、
前記被写体は、立体形状を有する電池であるＸ線ＣＴ撮影方法。