放射線断層撮影装置および放射線断層撮影方法
【課題】高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できることにある。
【解決手段】放射線撮影装置11は、放射線検出器2の複数のチャンネルの内、その一部において放射線源から照射される放射線を遮蔽する遮蔽体74を備える。制御演算装置12の格納装置31は、放射線源１と放射線検出器2との間に被検体74が設置されてない状態における、放射線検出器2のリファレンスチャンネル以外の各チャンネルの出力I0(u,v)と、リファレンスチャンネルの出力I_refとの比(I0(u,v)/I_ref)からなるチャンネル定数k(u,v)を格納する。画像再構成装置22は、チャンネル定数k(u,v)に、リファレンスチャンネルの出力値I_refを乗じ、被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力I(u,v)で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル(u,v)の減衰率a(u,v)を算出する。
【解決手段】放射線撮影装置11は、放射線検出器2の複数のチャンネルの内、その一部において放射線源から照射される放射線を遮蔽する遮蔽体74を備える。制御演算装置12の格納装置31は、放射線源１と放射線検出器2との間に被検体74が設置されてない状態における、放射線検出器2のリファレンスチャンネル以外の各チャンネルの出力I0(u,v)と、リファレンスチャンネルの出力I_refとの比(I0(u,v)/I_ref)からなるチャンネル定数k(u,v)を格納する。画像再構成装置22は、チャンネル定数k(u,v)に、リファレンスチャンネルの出力値I_refを乗じ、被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力I(u,v)で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル(u,v)の減衰率a(u,v)を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に好適な放射線非破壊検査システム及び配管の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントや火力プラント、化学プラント等に設置された配管のように、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非破壊検査方法に、Ｘ線やγ線などの放射線を利用する放射線透過試験（ＲＴ：Radiographic Testing）がある。ＲＴは、検査対象となる構造物（被検体）に対して照射した放射線を、被検体を挟んで放射線源の反対側に設置した放射線検出器で計測し、被検体の２次元透過画像を撮影する方法である。ＲＴによる検査では、撮影した透過画像を用いて被検体内部の状況の確認や寸法計測などを実施する。
【０００３】
ＲＴによるプラント配管の減肉を検査する装置では、Ｃ字型アームと呼ぶ支持機構に放射線源と高感度のイメージインテンシファイア（放射線検出器）を取り付け、プラント配管を走査し、配管の透過画像を撮影し、その透過画像から減肉量を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、放射線を用いた別の非破壊検査方法として、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）が知られている。産業用のＸ線ＣＴ装置は、一般的にＸ線源および放射線検出器を固定し、それらの間に配置した円盤上に設置した被検体を回転させる。そして、被検体を回転させながら放射線を被検体に照射することで、被検体の全周方向から透過画像を撮影し、画像再構成により被検体の断層像を得る。ＲＴによる透過画像との違いは、被検体内部の３次元像が得られることにある。このため、被検体の内部構造について、より詳細な位置情報を取得できる。
【０００５】
さらに、配管を非破壊検査するための放射線ＣＴ装置として、配管溶接部の継ぎ目を検査するラミノグラフィと呼ばれる撮影方法に基づく撮影装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。ラミノグラフィは、被検体を挟んで対向するように設置された放射線源および放射線検出器が、互いに平行かつ反対方向に相対運動することにより、放射線源及び放射線検出器の運動方向と平行な断層像を撮影する方法である。放射線源の移動距離に対して、放射線検出器の移動距離を変化させることで、放射線源から見た撮影断層面の深さを変えることができる。
【０００６】
【非特許文献１】東芝レビュー，Vol.61, No.6(2006)，濱田、片山，「配管肉厚検査装置」， pp.68-71
【非特許文献２】16th WCNDT proceedings，(2004) ，B. Redmer, et. al, "MOBLE 3D-X-RAY TOMOGRAPHY FOR ANALYSIS OF PLANAR DEFECTS IN WELDS BY TOMOCARR"
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＲＴは、撮影方向によって、検査対象である配管に生じた減肉部の見え方が変わるという問題がある。そのため、ＲＴでは、配管の減肉部を観察できるような撮影方向を探索するために、被検体を複数の方向から撮影する必要があり、この作業には通常数分〜数十分程度かかっていた。
【０００８】
また、ＣＴは、被検体を回転させるか、あるいは放射線源および放射線検出器を被検体の周りに回転させる必要がある。しかし、プラントに設置された配管の場合、配管を回転させることは不可能である。また、配管の周囲は狭隘であり、放射線源および放射線検出器を配管の周囲に回転させる余裕はなく、ＣＴ撮影は困難である。
【０００９】
さらに、ラミノグラフィによる配管の断層撮影では、放射線検出器を固定して断層撮影を実施するため、１回の撮影範囲は放射線検出器の検出器サイズに依存する。したがって、長い配管全体の撮影には、時間を要することになる。
【００１０】
これらの問題を回避するために、最近、被検体を挟んで対向するように設置された放射線源および放射線検出器が、互いに平行で同方向に相対運動することにより、放射線源及び放射線検出器の運動方向と平行な透過像を撮影し、その透過像データから必要部分を用いて、断層像を再構成する装置が検討されている。
【００１１】
以上に述べたいずれの方法においても、通常、放射線源としては密封ガンマ線源またはＸ線管が使用される。放射線検出器には通常、２次元放射線検出器が用いられている。２次元検出器は、シンチレータ膜で放射線を光に変換し、その光をＣＣＤやＴＦＴパネルで受光し電荷に変換するものや、直接放射線を半導体検出器で検出し電荷に変換するものがあり、ＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）と呼ばれている。これらのＦＰＤは高い形状分解能を得るため、個々の検出器（画素）は小さく、そのために１度のデータ測定（すなわちＦＰＤからのデータ読み出し）に蓄積できる放射線による電荷量は限られ、多くの放射線が入射すると出力が飽和し、データとして使用できなくなるという問題点がある。
【００１２】
放射線測定では、その出力信号の揺らぎは検出器により検出した放射線フォトン数の平方に比例するため、検出器出力のＳ／Ｎ（信号対ノイズ比）は検出フォトン数が多いほど向上する。このため、放射線源はできるだけ高線量率のものを使用することが望ましいが、上記のように検出器が飽和する恐れがある。
【００１３】
被検体を透過すると、放射線は減衰するため、被検体部分を高画質に撮影するためには線源の強度を上げる必要がある。しかし、そうすると上記の理由により被検体のない部分（以下、空気層という）や被検体の薄い部分では、放射線量が大きすぎて検出器出力が飽和する。２次元検出器では多数の検出器（画素）の出力を直列に読み出すため、測定回路のゲインは画素ごとに変えることはできない。このため、測定回路のゲインを低く設定せざるを得ないので被検体部分の出力が小さくなり、デジタル値に変換する際の誤差が大きくなるという問題がある。
【００１４】
断層画像を再構成するためには空気層や被検体の薄い部分の測定データも使用する必要があり、放射線量を弱める必要がある。弱めると、被検体部分の検出器出力が小さくなりフォトンノイズが増加し、Ｓ／Ｎが悪化するという矛盾が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できる放射線断層撮影装置および放射線断層撮影方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、被検体をはさんで対向配置される放射線源と２次元放射線検出器とを有する放射線撮影装置と、前記放射線源から照射され、前記被検体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出して得られる前記被検体の透過データの集合から、前記被検体の断層像を構築する制御演算装置とを有する放射線断層撮影装置であって、前記放射線撮影装置は、前記放射線検出器の複数のチャンネルの内、その一部において前記放射線源から照射される放射線を遮蔽する遮蔽体を備え、該遮蔽体によって放射線が遮蔽されたチャンネルをリファレンスチャンネルとし、前記制御演算装置は、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネル以外の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を格納する格納装置と、前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記リファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態におけるリファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出する画像再構成装置とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるものとなる。
【００１７】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、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データの集合から、前記被検体の断層像を構築する放射線断層撮影方法であって、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの内、前記放射線源から照射される放射線を遮蔽体により遮蔽されたリファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆと、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネル以外のチャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）との比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を算出し、前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記リファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態におけるリファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換して、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出するようにしたものである。
かかる方法により、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるものとなる。
【００１８】
（３）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、被検体をはさんで対向配置される放射線源と２次元放射線検出器とを有する放射線撮影装置と、前記放射線源から照射され、前記被検体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出して得られる前記被検体の透過データの集合から、前記被検体の断層像を構築する制御演算装置とを有する放射線断層撮影装置であって、前記放射線撮影装置は、前記放射線源から照射される放射線が常に照射される位置に配置され、前記放射線検出器の各チャンネルよりも広いダイナミックレンジを有するモニター検出器を備え、前記制御演算装置は、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、前記モニター検出器の出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を格納する格納装置と、前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記モニター検出器の出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出する画像再構成装置とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるものとなる。
【００１９】
（４）上記目的を達成するために、本発明は、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データの集合から、前記被検体の断層像を構築する放射線断層撮影方法であって、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、 前記放射線源から照射される放射線が常に照射される位置に配置され、前記放射線検出器の各チャンネルよりも広いダイナミックレンジを有するモニター検出器の出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を算出し、前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記モニター検出器の出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出するようにしたものである。
かかる方法により、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜図１４を用いて、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置の構成及び動作について説明する。
本実施形態による放射線断層撮影装置では、放射線源と放射線検出器とを同一方向に移動させ、この運動方向と平行な透過像を撮影し、その透過像データから必要部分を用いて、断層像を再構成する。本実施形態は、かかる放射線断層撮影装置を、発電プラントなどに設置されている保温材を装着した配管を被検体として非破壊検査する場合について説明する。
【００２２】
最初に、図１を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。
【００２３】
本実施形態による放射線断層撮影装置は、放射線撮影装置１１と、制御演算装置１２とから構成される。
【００２４】
放射線撮影装置１１は、放射線源１と、放射線検出器２と、これらを支持するスキャナ装置３とを備える。放射線源１は、Ｘ線管である。放射線検出器２としては、放射線が入射するとその部分が発光するシンチレータ面の裏にＣＣＤ（電荷結合素子）パネルやＴＦＴ（薄膜トランジスタ）パネルを設置した２次元放射線検出器を用いる。放射線検出器２の検出器パネル７１の上面の一部には、放射線源１からの放出される放射線を遮蔽できる遮蔽体７４が設けられている。スキャナ装置３は、放射線源１と放射線検出器２の位置関係を保持したまま、保温材９９が装着された配管１０の長軸方向に、しかも同一方向に、並進走査する機能を有する。
【００２５】
放射線源１は、制御装置２１からの指令により出力電流を０から数ミリＡまで制御できる。出力電流を変化させることによりＸ線発生量を制御できる。放射線検出器２は、多数の検出器（以下、「チャンネル」と称する）からなる検出器パネル７１と、検出器パネル７１から出力される各画素の出力を増幅する増幅回路７２と、増幅器のアナログ出力をデジタル値に変換するＡＤ変換回路７３とを有する。ＡＤ変換回路７３の出力は、透過画像データ５１として順次制御装置２１に転送される。増幅回路７２のゲインは、制御装置２１からの指令により変えられるが、画素ごとに変更できるものではなく、測定前に予め適当なゲイン値に設定してある。
【００２６】
制御演算装置１２は、画像取込装置２０と、制御装置２１と、画像再構成装置２２と、判定装置２４と、格納装置３１と、再構成画像格納装置３２から構成されている。
【００２７】
画像取込装置２０は、放射線検出器２で撮影した複数の透過画像データ５１を取り込む。制御装置２１は、スキャナ装置３や放射線源１、放射線検出器２を制御する。格納装置３１は、画像取込装置２０に取り込んだ複数の透過画像データ５１と、放射線検出器２の各画素のチャンネル定数７５を格納する。前述の放射線検出器２の検出器パネル７１の上面に設けられた遮蔽体７４と、チャンネル定数７５を用いる点に本実施形態の特徴があり、この点については、後述する。
【００２８】
判定装置２４は、複数の透過画像データ５１を格納装置３１から読み込み、それらを静止画あるいは動画としてＰＣなどのモニタ上に表示し、表示された画像に基づき、操作者が画像再構成の要否判定結果や画像再構成領域を入力するために用いられる。画像再構成装置２２は、被検体の断層像あるいは３次元立体像を再構成する。再構成画像格納装置３２は、画像再構成装置２２により再構成された被検体の断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）を格納する。
【００２９】
なお、使用者の利便性を考慮し、断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）を用いた画像計測を実施する画像計測ソフトウェア等を搭載した画像計測装置２３も、必要に応じて追加可能である。
【００３０】
次に、図２を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置に用いる放射線検出器２の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置に用いる放射線検出器の構成を示す上面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３１】
放射線検出器２の検出器パネル７１の上面の一部には、遮蔽体７４が設けてある。遮蔽体７４の設置位置は、常に被検体を透過したＸ線ではなく、空気層のみを通過したＸ線ビームが直接入射する位置とする。すなわち、放射線源１から照射されるＸ線が、被検体によって遮られることのない位置に、設けられている。遮蔽体７４の厚さは、対象被検体の材質，厚さや、放射線検出器の感度と出力や、Ｘ線管１と放射線検出器２の距離や、Ｘ線管の出力や、増幅回路７２の設定ゲインなどにより適当に決定する必要がある。これについては後述する。
【００３２】
次に、図３を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における検査方法について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における検査方法を示すフローチャートである。
【００３３】
本実施形態の検査方法は、被検体撮影前の初期設定フロー３００１と、撮影により透過画像データを取得する撮影フロー２００１と、および取得した透過画像データに基づく画像再構成の要否判定および画像再構成を実施する画像処理フロー２００２とから構成される。
【００３４】
初期設定フロー３００１において、システムは被検体に設置しない状態で、Ｘ線管電流を０から最大値まで変化させながら、透過画像を撮影する（処理３００３）。本状態でのＸ線管１と放射線検出器２の位置関係は、その後に実施する被検体撮影時と同じにしておく。この処理時には、Ｘ線管１と放射線検出器２は移動する必要はないものである。その透過画像データを用いて、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関係から、チャンネル定数７５を求め（処理３００４）、格納装置３１に格納する（処理３００５）。
【００３５】
チャンネル定数７５は、遮蔽体付きのリファレンスチャンネル（ｕ１，ｖ１）の出力Ｉ＿ｒｅｆと、他のチャンネルの空気層出力Ｉ０（ｕ，ｖ）とから、両者の比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）として算出された値である。
【００３６】
撮影フロー２００１において、スキャナ装置３は、放射線源１および放射線検出器２を配管の長手方向に移動して、並進走査を開始する（処理２００３）。放射線源１は、現在のスキャナ位置において放射線を出射し、配管を透過した放射線が放射線検出器２に入射することで透過画像を撮影する（処理２００４）。画像取込装置２０が放射線検出器２から取り込んだ透過画像データは格納装置３１に保存される（処理２００５）。
【００３７】
そして、制御装置２１がスキャナ装置３を配管の長軸方向に指定距離だけ移動させ（処理２００６）、スキャナ装置３が配管の終端に到達しているか判定する（処理２００７）。処理２００７において、スキャナ装置３が配管の終端に到達していない場合、処理２００４に戻り、現在のスキャナ位置における透過画像を撮影する。一方、スキャナ装置３が配管の終端に到達した場合、撮影は終了する（処理２００８）。
【００３８】
画像処理フロー２００２では、格納装置３１に保存された透過画像データを読み出し、必要に応じて判定装置２４の画面に表示する（処理２００９）。複数の透過画像データ５１は、画面上において静止画または動画で表示される。
【００３９】
読み出された透過画像データに基づき、操作者は表示された複数の透過画像データ５１を目視確認し、配管の立体形状を観察するために配管の３次元画像を再構成する必要があるか否か判断する（処理２０１０，処理２０１１）。再構成の要否判定は、操作者の判断基準に基づいて実行してもよいし、何らかの基準を基準書であらかじめ決めておき、それに基づいて実行してもよい。画像再構成領域を指定し、判定装置２４に入力し、再構成処理を指示する（処理２０１３）。
【００４０】
画像再構成装置２２は判定装置２４からの実行指示により、該当する部分の透過画像データ５１とチャンネル定数データ７５を用いて画像再構成処理を行い、該当部分の３次元断層画像を出力する（２０１３）。そして、読み出した透過画像データが配管（検査対象）の終端の場合、処理は終了とし、終端でなければ読出し処理２０１０を繰り返す（処理２０１４）。なお、処理２０１１において画像再構成が不要と判断した場合、その透過画像データが配管の終端におけるデータであるか否か判定する（処理２０１４）。
【００４１】
なお、上述の説明では、撮影と画像処理を並行に実施しているが、撮影が全て終了してから画像処理を実施してもよい。また、透過画像データとして、測定した生データを用いており、被検体のない空気層部分のデータは飽和している。そのかわりに、後述するように各チャンネルの減衰率を透過画像データ５１とチャンネル定数データ７５を用いて計算し、透過画像に対応する減衰率データ５５を画像表示することもできる。
【００４２】
次に、図４〜図８を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における被検体の断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）の生成方法について説明する。
最初に、図４を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置の具体的構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置の具体的構成を示す斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００４３】
放射線撮影装置１１において、放射線源１および放射線検出器２は、Ｃ字型アーム３ａにより保持されている。Ｃ字型アーム３ａは、ガイドレール３ｂの上を走査される。ガイドレール３ｂは、床面上に設置された支持脚３ｃにより、保温材（図示せず）を装着した配管１０の長軸方向に沿うように配置される。また、Ｃ字型アーム３ａは、配管１０の外周面に沿うように形成されており、配管１０を挟んで、放射線源１と放射線検出器２が対向配置される。
【００４４】
Ｃ字型アーム３ａが配管の長軸方向に一定距離だけ移動するごとに、透過画像データを１枚測定する。放射線源１にはＸ線管を使用するので、Ｘ線は連続的に照射される。Ｃ字型アーム３ａが配管を走査中に放射線検出器２が撮影した透過画像データ５１は、放射線検出器２から画像取込装置２０に随時取り込まれる。一般的な２次元放射線検出器では３０枚／秒の透過画像データを出力する。
【００４５】
制御演算装置１２は、図示のような構成をとる。制御演算装置１２の各部は、図１にて説明したとおりである。
【００４６】
次に、図５を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における撮影状態について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における撮影状態の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００４７】
図５に示すように、放射線源１および放射線検出器２がＣ字型アームにより保持されたまま移動し、所定のタイミングで、すなわち、配管の長軸方向に一定距離だけ移動するごとに、透過画像データ５１が測定される。これにより、配管に沿って複数枚の透過画像データが得られる。
【００４８】
次に、図６を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成に必要となる透過画像データの収集範囲について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成に必要となる透過画像データの収集範囲の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。また、説明の簡単のため、図６では２次元撮影の場合を示している。３次元撮影の場合は、この２次元での考え方を拡張したものである。
【００４９】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、放射線源１および放射線検出器２が左から右に向かって並進走査する場合を考える。また、被検体として板状の物体１０ａを考え、この物体１０ａの内部の点１０ｂに着目する。
【００５０】
内部の点１０ｂを透過する放射線５は、図６（ａ）に示す方向で並進走査を開始し、図６（ｂ）の方向による透過を経て、図６（ｃ）に示す方向にて終了する。放射線の開き角をθとすると、この並進走査の間に内部の点１０ｂを透過する放射線５の角度範囲もθとなる。一般に、ＣＴ撮影により断層像を画像再構成するためには、被検体に対して１８０°〜３６０°の方向から放射線を透過させる必要がある。
【００５１】
これに対して、本実施形態の放射線撮影装置１１では、放射線の透過方向は角度θとなる。この角度θは、放射線源１の放射角または放射線検出器２の検出面の大きさにより決まり、４０°〜６０°程度となる。このような条件下において画像再構成をするためには、投影角度が制限された状態で画像再構成を行う手法（Limited Angle 画像再構成）が必要となる。
【００５２】
Limited Angle 画像再構成手法はこれまでに多数提案されている。以下ではその一手法であるＤＴＳ（Digital Tomosynthesis）法を例として、画像再構成の方法を説明する。もちろん、他のLimited Angle 画像再構成手法を適用することも可能である。
【００５３】
次に、図７を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法による画像再構成の原理について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法による画像再構成の原理の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００５４】
ここでは、説明の簡単のため、放射線源１のみが並進移動し、放射線検出器２は固定しているものとして説明する。
【００５５】
被検体は、厚さのない円形の被検体１０ｃおよび矩形の被検体１０ｄとする。被検体１０ｃおよび被検体１０ｄは、放射線源１から放射線検出器２に向かう方向軸に垂直であって、放射線検出器２に平行に配置されているものとする。また、被検体１０ｃおよび被検体１０ｄは、放射線源１からの距離が異なるものとする。
【００５６】
被検体１０ｃ，１０ｄは、放射線源１が並進走査する際の各位置に対応して、図に示すような透過画像データ５１が撮影される。これらの透過画像データ５１から円形の被検体１０ｃを含む断面を再構成する場合、各透過画像データ５１における被検体１０ｃの投影部が重ね合わさるように各透過画像データ５１を移動させた後、全ての透過画像データ５１を重ね合わせる。この処理により、円形の像が鮮明となる。各透過画像データ５１の移動量は、各透過画像データ５１を撮影する間の放射線源１の移動量、放射線源１と円形の被検体１０ｃを含む断面との距離、および円形の被検体１０ｃを含む断面と放射線検出器２との距離により決まる。
【００５７】
一方、各透過画像データ５１における被検体１０ｄの投影部は、上記透過画像データ５１の移動および重ね合わせ処理により、不鮮明な像となる。この結果、円形の被検体１０ｃと矩形の被検体１０ｄとにコントラスト差が発生し、被検体１０ｃの再構成画像である断層像５２を生成することができる。
【００５８】
同様に、放射線源１に対して被検体１０ｃと異なる深さ位置にある被検体１０ｄも、前述の再構成方法と同じ手法で再構成画像を生成できる。このように、配管をスクリーニングするために撮影する配管の透過画像を用いて、配管の断層像又は３次元画像を再構成することができるため、データの取り直しは必要ないものである。
【００５９】
次に、図８を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００６０】
放射線撮影装置１１およびＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合、再構成画像５２は、図８に示すように、放射線源１から放射線検出器２に向かう軸と平行な法線ベクトルを持つ断面として生成される。また、放射線源１と放射線検出器２の間に、放射線源１からの距離が異なる複数枚の再構成画像５２が生成される。この再構成画像５２を放射線源１から放射線検出器２に向かう軸方向に積み上げることで３次元立体像５３を構築できる。
【００６１】
次に画像再構成の処理フローを説明する。
【００６２】
最初に、図１７〜図１９を用いて、従来の画像再構成の処理について説明する。
図１７は、従来の画像再構成の処理内容を示すフローチャートである。図１８は、従来の画像再構成方法で使用するデータの説明図である。図１９は、従来の画像再構成方法におけるＸ線強度と検出器の出力の関係の説明図である。
【００６３】
最初に、図１７を用いて、従来の画像再構成の処理内容について説明する。
【００６４】
初めに、入力データ名や演算パラメータなどの演算条件を入力する条件入力処理９００１が実行される。次に、入力された演算条件に基づき、画像再構成装置が放射線撮影装置により撮影された透過画像データを格納装置から読み込む透過画像データ読込処理９００２、および空気層データを格納装置から読み込む空気層データ読込処理９００３が実行される。この透過画像データ読込処理９００２、空気層データ読込処理９００３では、配管の欠陥部の状態を確認するために画像の再構成を必要とする配管の部位を撮影した第１の透過画像データと、第１の透過画像データの前後で撮影された第２の透過画像データを読み込む。なお、空気層データとは、被検体がない状態で撮影したデータのことであり、減衰のない放射線強度を取得したものである。このデータは次の処理において使用する。
【００６５】
次に、対数変換処理９００４が実行される。対数変換処理とは、減衰のない放射線強度と被検体を透過して減衰した放射線強度との比を対数変換し、減衰率ａを求める処理であり、以下の式（１）で表される。
ａ（ｕ，ｖ）＝Ｉｎ（（Ｉ０（ｕ，ｖ））／Ｉ（ｕ，ｖ））＝∫μｄｔ …（１）
ここで、ａ（ｕ，ｖ）は放射線検出器上の位置（ｕ，ｖ）における減衰率、Ｉ０（ｕ，ｖ）は放射線検出器上のチャンネル（ｕ，ｖ）において放射線検出素子により検出された減衰のない放射線強度（検出器出力）、Ｉ（ｕ，ｖ）は同位置において検出された減衰のある放射線強度を表す。また、μは材質や放射線エネルギに依存した線減衰係数を、ｔは放射線の透過経路を表す。
【００６６】
画像の再構成は、式（１）の左辺を入力値として、線減衰係数μの空間分布を求める処理である。続いて、前処理９００５が実行される。前処理９００５では、多数の検出素子間におけるばらつきや欠陥のある素子に対する補正や装置に依存した補正などを実施する。この前処理９００５は、場合に応じて対数変換処理９００４の前で実施してもよい。
【００６７】
以上の処理の後、逆投影演算処理９００６が実行される。逆投影演算処理は、これまでに補正、変換したデータを２次元または３次元の空間にマッピング（逆投影）する処理である。先に説明したＤＴＳ法では、透過画像データの移動および重ねあわせ処理に対応する。この逆投影演算により最終的に２次元断層像または３次元立体像（再構成画像）が生成される。
【００６８】
次に、図１８を用いて、従来の方法で使用するデータについて説明する。
【００６９】
図１８は、従来の格納装置内に格納されたデータを示している。空気層データ９３２は、被検体を撮影する前に予め測定されている。空気層データ９３２と透過画像データ９３３を用いて、減衰率９３４が求められる。すなわち、予め求めておく空気層データが検出器出力飽和の状態で測定されたのでは意味がないので、被検体無しの状態でも検出器の出力は飽和しないように、Ｘ線発生装置の出力を絞る、または増幅回路のゲインを下げることが必要である。
【００７０】
次に、図１９を用いて、Ｘ線強度と検出器の出力の関係について説明する。図１９の横軸はＸ線強度、縦軸は検出器の出力（各チャンネルの出力を増幅器で増幅した電圧）を示している。
【００７１】
検出器の各チャンネルが蓄積できるＸ線により発生した電荷量に上限があること、また２次元検出器や増幅回路の増幅出力には上限があることから、検出器出力はある電圧で飽和する。一点鎖線９５３は増幅回路のゲインが高い場合（ケース１）、実線９５４は増幅器のゲインを適切により低く設定した場合（ケース２）を示す。検出器の出力は検出器や増幅回路の測定範囲９５５を越えると飽和する。
【００７２】
従って、Ｘ線強度が最も強い空気層の場合（９５６）にも検出器出力が飽和しないようにするためには、ケース２のようにＸ線強度と増幅回路のゲインを設定する必要がある。このように設定すれば、空気層測定時の検出器出力Ｉ０（９５７）を飽和出力以下に抑えることができる。
【００７３】
通常透過撮影に用いられる出力２２５ｋＶのＸ線管を使用した場合、被検体を透過したＸ線は鉄の厚さ２ｃｍで約２桁減衰することが予想される。すなわち、図１９において、被検体を透過したＸ線強度範囲９５８に対応する検出器出力Ｉ（９５９）は空気層の場合の出力Ｉ０（９５７）に比べて２桁小さなレベルとなることを意味する。このため、Ｘ線フォトン数の減少による出力揺らぎの増加や、ＡＤ変換時の誤差の増加により、測定データのＳ／Ｎが低下する恐れがある。透過画像データのＳ／Ｎの低下は断層画像の画質低下につながる。
【００７４】
しかしながら、前述のように被検体撮影時にも放射線検出器のすべてのチャンネルにおいて出力が飽和しないように撮影条件を決める必要があるため、測定データのＳ／Ｎが低下する恐れがあり、ひいては断層画像の画質低下につながるという問題点がある。
【００７５】
次に、図９〜図１１を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成の処理について説明する。
図９は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成の処理内容を示すフローチャートである。図１０は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法で使用するデータの説明図である。図１１は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法におけるＸ線強度と検出器の出力の関係の説明図である。
【００７６】
最初に、図９を用いて、本実施形態による画像再構成の処理内容について説明する。
【００７７】
初めに、入力データ名や演算パラメータなどの演算条件を入力する条件入力処理１００１が実行される。次に、入力された演算条件に基づき、画像再構成装置２２が放射線撮影装置１１により撮影された透過画像データ５１を格納装置３１から読み込む透過画像データ読込処理１００２、およびチャンネル定数データ７５を格納装置から読み込むチャンネル定数データ読込処理１００３が実行される。
【００７８】
本実施形態では、空気層データを格納装置に予め格納しておくのではなく、チャンネル定数データ７５を使用する。この透過画像データ読込処理１００２、チャンネル定数データ読込処理１００３では、配管の欠陥部の状態を確認するために画像の再構成を必要とする配管の部位を撮影した第１の透過画像データと、第１の透過画像データの前後で撮影された第２の透過画像データを読み込む。
【００７９】
次に、透過画像データから各チャンネルの空気層データを推定する空気層データ計算処理１００４が実施される。これは遮蔽体付きチャンネルの測定データとチャンネル定数データ７５を用いて各チャンネルの空気層データを計算する処理である。詳細は後述する。
【００８０】
次に、対数変換処理１００５が実行される。この処理は従来と同様に、減衰のない放射線強度（空気層データ）と被検体を透過して減衰した放射線強度との比を対数変換し減衰率ａを求める処理である。ただし、空気層データは空気層データ計算処理１００４で計算されたデータを用いる。
【００８１】
続いて、前処理１００６が実行され、逆投影演算処理１００７が実行され最終的に２次元断層像または３次元立体像（再構成画像）が生成される。
【００８２】
次に、図１０を用いて、本実施形態の方法で使用するデータについて説明する。
【００８３】
本実施形態では、空気層データを格納装置に予め格納しておくのではなく、チャンネル定数７５を使用する。図１０は、本実施形態における格納装置３１の格納データを示している。２次元放射線検出器２は、ｕ１×ｖ１のチャンネル数を有する。減衰率データ５５は、チャンネル定数７５と測定した透過画像データ５１から求まる。
【００８４】
なお、測定値Ｉ（ｕ，ｖ）が飽和している時は、減衰率は０である。
【００８５】
次に、図１１を用いて、本実施形態におけるＸ線強度と検出器の出力の関係について説明する。図１１の横軸は検出器に入るＸ線の強度、縦軸は検出器の出力（各チャンネルの出力を増幅器で増幅した電圧）を示している。
【００８６】
検出器の出力特性（増幅回路のゲインとＸ線管の出力電流）は被検体を透過したＸ線強度で検出器出力が飽和しない最大ゲインと最大電流に設定する。各チャンネルの出力特性１０１は、図１１に示すようになる。配管を透過したＸ線のレベル１０３が検出器に入射した場合の検出器出力１０４は検出器出力の飽和レベルＩｍａｘよりも低く且つできるだけ大きくなるように増幅回路のゲインとＸ線管の出力を決定する。とくに、Ｘ線管出力はできるだけ大きくし、Ｘ線フォトン数を増加させ、増幅回路のゲインはできるだけ低くし回路ノイズを低下させるように設定する。
【００８７】
以下の説明では、簡単のため、リファレンスチャンネルは１チャンネル（ｕ１，ｖ１）とし、Ｉ＿ｒｅｆ＝Ｉ（ｕ１，ｖ１）である。遮蔽体付きのリファレンスチャンネル（ｕ１，ｖ１）は被検体を透過しないＸ線１０５にさらされるが、遮蔽体によりＸ線が遮蔽されるためリファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆ（１０６）は検出器出力の飽和レベルＩｍａｘを超えることはなく、撮影中常に測定可能である。また、そのように遮蔽体の厚さを設定し、設置する。
【００８８】
遮蔽体は一定の厚さに固定して設置しておいても良いが、被検体が厚く増幅回路のゲインを上げる必要のある場合には厚く、被検体が薄く増幅回路のゲインを下げる場合には薄く、変更できるように取り外し式とすることも良い。遮蔽体はＸ線遮蔽能力の高い物質が望ましいため、タングステンやその合金がよい。もちろん、鉛などの密度と原子番号の高い物質が使用できる。
【００８９】
リファレンスチャンネル以外の通常のチャンネルは、被検体を透過しないＸ線（空気層）にさらされる場合には当然検出器出力が飽和するが、その空気層出力の推定値Ｉ０（ｕ，ｖ）は、次の式（２）となる。
Ｉ０（ｕ，ｖ）＝ｋ（ｕ，ｖ）×Ｉ＿ｒｅｆ …（２）
図１１では、この推定値１０７を示している。
【００９０】
従って、チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）は、以下の式（３）、式（４）により、求められる。
【００９１】
ここで、Ｉ（ｕ，ｖ）＜Ｉｍａｘの場合は、
ａ（ｕ，ｖ）＝Ｉｎ（ｋ（ｕ，ｖ）×Ｉ＿ｒｅｆ／Ｉ（ｕ，ｖ）） …（３）
すなわち、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）は、チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に遮蔽体で覆われたリファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、リファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして求められる。
【００９２】
また、Ｉ（ｕ，ｖ）＝Ｉｍａｘの場合は、
ａ（ｕ，ｖ）＝０ …（４）
となる。すなわち、測定値Ｉ（ｕ，ｖ）が飽和している時は、減衰率は０である。
【００９３】
ここで、ａ（ｕ，ｖ）は放射線検出器上の位置（ｕ，ｖ）における減衰率、ｋ（ｕ，ｖ）は放射線検出器上のチャンネル（ｕ，ｖ）のチャンネル定数、Ｉ（ｕ，ｖ）は同位置において検出された放射線強度、Ｉ＿ｒｅｆは遮蔽体付きリファレンスチャンネルの放射線強度、Ｉｍａｘは検出器の飽和出力を示している。
【００９４】
これまでの説明では、リファレンスチャンネルは１チャンネルであったが、２次元放射線検出器の各チャンネルのサイズは０．２から０．５ミリ角程度であるので、１チャンネルに遮蔽体を設置するのは困難である。また、遮蔽体によりそのチャンネルに入射するＸ線量が２桁ほど低下するため、複数チャンネルの測定から平均処理する。設置する遮蔽体の実用的な大きさを考慮すると５ミリ角の遮蔽体でも１００チャンネルを遮蔽できるので、平均処理によりリファレンスチャンネルの出力揺らぎを遮蔽体無しで測定するのと同等に保持できる。
【００９５】
以上述べたように、本実施形態によれば、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、被検体を透過するＸ線をＳ／Ｎ良く測定できるので、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できる。
【００９６】
次に、図１２〜図１４を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における表示例について説明する。
図１２及び図１３は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における複数の透過画像データの表示例の説明図である。図１４は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における３次元立体像の表示例の説明図である。
【００９７】
図１２及び図１３は、複数の透過画像データを判定装置２４の画面上に表示した画面の一例を示している。この図では、透過画像読込ボタン６０を押下することで、透過画像データ格納装置３１から透過画像データを読み込み、複数の透過画像データ５１を画面上に動画として表示する。図７に示すように、透過画像データ５１は放射線源１と放射線検出器２との間に位置する被検体１０ｃ及び１０ｄを深さ方向に重ね合わせた画像となる。そのため、配管の２次元画像や３次元画像を再構成しなくとも、透過画像データ５１における濃淡表示で配管の減肉部６３を表示することができる。また、減肉などの欠陥が生じた配管の箇所を透過画像によってスクリーニングすることで２次元画像や３次元画像を再構成する領域を絞り込むことができるため、画像再構成の演算量を低減することが可能である。更に、配管全長に渡って再構成する必要もないため、２次元画像や３次元画像を保存する再構成画像格納装置の記憶容量を削減することもできる。
【００９８】
操作者は透過画像データ５１を確認し、配管の減肉部６３を見つけた場合には、配管の３次元画像で減肉部６３を確認するために動画を停止するボタン６１を押下する。そして、画像再構成の要否を判定するボタン６２を押下して判定結果を入力する。
【００９９】
画像の再構成が必要と判断した場合には、画面が図１３に遷移する。この画面上で、ＰＣに接続されたマウスなどの入力装置を用いてポインタ６４で再構成領域６５を指定し、ボタン６６を押下して演算を実行する。ボタン６６を押下することで、画像再構成装置２２に対して画像の再構成を行う指令を出す。再構成領域６５を指定する際には、配管の減肉部６３を囲むように、矩形で指定すれば良い。
【０１００】
図１４は、透過画像の再構成領域６５に相当する配管部位について２次元断層像または３次元立体像を画面上に表示した結果を示している。２次元断層像又は３次元立体像を再構成することで、配管の減肉部６３の立体的形状を容易に確認することができる。このように、透過画像データにおいて配管の減肉など欠陥が疑われる箇所のみを２次元断層像又は３次元立体像で確認できる。
【０１０１】
以上述べたように、本実施形態によれば、被検体を透過するＸ線をＳ／Ｎ良く測定できるので、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるので、プラント等に据え付けられた配管等の放射線撮影による非破壊検査において、高画質の断層画像を得ることができる。
【０１０２】
次に、図１５及び図１６を用いて、本発明の他の一実施形態による放射線断層撮影装置の構成及び動作について説明する。
図１５は、本発明の他の一実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。図１６は、本発明の他の実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法で使用するデータの説明図である。
【０１０３】
本実施形態では、図１に示したように、放射線検出器２の検出器パネル７１上に遮蔽体を設けるのではなく、図１５に示すように、モニタ検出器８１を放射線検出器２の近傍に設けている。モニタ検出器８１は、放射線源１から発生する放射線が常に直接照射される位置に設置する。
【０１０４】
放射線検出器２は、図１にて説明したように、放射線が入射するとその部分が発光するシンチレータ面の裏にＣＣＤ（電荷結合素子）パネルやＴＦＴ（薄膜トランジスタ）パネルを設置した２次元放射線検出器である。したがって、放射線検出器２の各チャンネルのダイナミックレンジは狭いものである。
【０１０５】
一方、モニタ検出器８１は、出力が飽和しない半導体検出器、イオンチェンバなどの放射線検出器を電流出力で用いる。モニタ検出器８１は、例えば、放射線が入射するとその部分が発光するシンチレータ面の裏に、空乏層を有するシリコンを設置したものである。モニタ検出器８１は、放射線検出器２の個々のチャンネルの大きさよりも大きなものである。したがって、モニタ検出器８１は、放射線検出器２の各チャンネルに比べて、ダイナミックレンジが広いものである。すなわち、モニタ検出器８１におけるＸ線強度と検出器の出力の関係は、図１１に示した空気層出力の推定値１０７と同様の特性を有するものである。
【０１０６】
モニタ検出器８１の出力は、検出回路８２で増幅・ＡＤ変換され、制御装置により、透過画像データ５１の撮影と同期して、格納装置３１に格納される。
【０１０７】
次に、図１６を用いて、本実施形態における格納装置３１の格納データについて説明する。
【０１０８】
本実施形態では、チャンネル定数データ７６、透過画像データ５１の他に、モニタ検出器８１の測定データ（Ｉ＿ｒｅｆ）７７が格納され、減衰率データ７８はチャンネル定数データ７６、モニタ検出器８１の測定データ７７、および透過画像データ５１から求まる。チャンネル定数データはモニタ検出器の出力を基準に決定される。
【０１０９】
チャンネル定数データ７６は、モニタ検出器８１の測定データ（Ｉ＿ｒｅｆ）と、他のチャンネルの空気層出力Ｉ０（ｕ，ｖ）とから、（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）として算出された値である。
【０１１０】
各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）は、前述の式（３）により求められる。すなわち、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）は、チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）にモニタ検出器８１の測定データであるリファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、リファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして求められる。
【０１１１】
なお、測定値Ｉ（ｕ，ｖ）が飽和している時は、減衰率は０である。
【０１１２】
初期設定フローは、チャンネル定数データがモニタ検出器の出力を基準に決定されることを除けば、図３と同様であり、また、撮影フローと画像処理フローも同様であるので、説明は省略する。再構成処理もＩ＿ｒｅｆがモニタ検出器出力であることを除けば同様である。
【０１１３】
本実施形態によれば、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、被検体を透過するＸ線をＳ／Ｎ良く測定できるので、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できる。
【０１１４】
また、放射線検出器２の増幅回路７２のゲインを変更しても遮蔽体の厚さを変更する手間が省けるため、より簡便に実現できる。
【０１１５】
なお、以上の説明では、いずれも放射線源と放射線検出器を被検体に対して同方向に並進させる検査システムであったが、放射線源又は放射線検出器のいずれかを移動、回転させたり、逆方向に並進させたりするような検査システムでも同様の効果が得られるものである。
【０１１６】
また、産業用Ｘ線ＣＴ装置のようにターンテーブルに被検体をのせて、回転させ、断層像を得るシステムにおいても、被検体に常に遮蔽されない検出器に遮蔽体を設置したり、被検体に常に遮蔽されない位置に別のモニタ検出器を設置したりして、チャンネル定数とモニタ検出器の出力情報から書くチャンネルの空気層データを求めることにより、同様の効果が得られる。
【０１１７】
なお、本発明は、発電プラントに設置された配管だけでなく、航空機の翼など、大型の構造物に対しても放射線による検査が高画質で効率よく実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置に用いる放射線検出器の構成を示す上面図である。
【図３】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における検査方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置の具体的構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における撮影状態の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成に必要となる透過画像データの収集範囲の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法による画像再構成の原理の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法で使用するデータの説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法におけるＸ線強度と検出器の出力の関係の説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における複数の透過画像データの表示例の説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における複数の透過画像データの表示例の説明図である。
【図１４】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における３次元立体像の表示例の説明図である。
【図１５】本発明の他の一実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の他の実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法で使用するデータの説明図である。
【図１７】従来の画像再構成の処理内容を示すフローチャートである。
【図１８】従来の画像再構成方法で使用するデータの説明図である。
【図１９】従来の画像再構成方法におけるＸ線強度と検出器の出力の関係の説明図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１…放射線源、２…放射線検出器、３…スキャナ装置、３ａ…Ｃ字型アーム、３ｂ…ガイドレール、３ｃ…支持脚、５…放射線、１０…配管、１０ａ…物体、１０ｃ…被検体、１０ｄ…被検体、１１…放射線撮影装置、１２…制御演算装置、２２…画像再構成装置、２３…画像計測装置、２４…判定装置、２６…入力装置、２７…記憶装置、２８…減衰量計算プログラム、２９…演算装置、３０…記憶装置、３１…格納装置、４１…演算装置、４２…記憶装置、５１…透過画像データ、５２…再構成画像、５５、７８…減衰率データ、７１…検出器パネル、７２…増幅回路、７３…ＡＤ変換回路、７４…遮蔽体、７５…チャンネル定数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に好適な放射線非破壊検査システム及び配管の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントや火力プラント、化学プラント等に設置された配管のように、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非破壊検査方法に、Ｘ線やγ線などの放射線を利用する放射線透過試験（ＲＴ：Radiographic Testing）がある。ＲＴは、検査対象となる構造物（被検体）に対して照射した放射線を、被検体を挟んで放射線源の反対側に設置した放射線検出器で計測し、被検体の２次元透過画像を撮影する方法である。ＲＴによる検査では、撮影した透過画像を用いて被検体内部の状況の確認や寸法計測などを実施する。
【０００３】
ＲＴによるプラント配管の減肉を検査する装置では、Ｃ字型アームと呼ぶ支持機構に放射線源と高感度のイメージインテンシファイア（放射線検出器）を取り付け、プラント配管を走査し、配管の透過画像を撮影し、その透過画像から減肉量を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、放射線を用いた別の非破壊検査方法として、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）が知られている。産業用のＸ線ＣＴ装置は、一般的にＸ線源および放射線検出器を固定し、それらの間に配置した円盤上に設置した被検体を回転させる。そして、被検体を回転させながら放射線を被検体に照射することで、被検体の全周方向から透過画像を撮影し、画像再構成により被検体の断層像を得る。ＲＴによる透過画像との違いは、被検体内部の３次元像が得られることにある。このため、被検体の内部構造について、より詳細な位置情報を取得できる。
【０００５】
さらに、配管を非破壊検査するための放射線ＣＴ装置として、配管溶接部の継ぎ目を検査するラミノグラフィと呼ばれる撮影方法に基づく撮影装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。ラミノグラフィは、被検体を挟んで対向するように設置された放射線源および放射線検出器が、互いに平行かつ反対方向に相対運動することにより、放射線源及び放射線検出器の運動方向と平行な断層像を撮影する方法である。放射線源の移動距離に対して、放射線検出器の移動距離を変化させることで、放射線源から見た撮影断層面の深さを変えることができる。
【０００６】
【非特許文献１】東芝レビュー，Vol.61, No.6(2006)，濱田、片山，「配管肉厚検査装置」， pp.68-71
【非特許文献２】16th WCNDT proceedings，(2004) ，B. Redmer, et. al, "MOBLE 3D-X-RAY TOMOGRAPHY FOR ANALYSIS OF PLANAR DEFECTS IN WELDS BY TOMOCARR"
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＲＴは、撮影方向によって、検査対象である配管に生じた減肉部の見え方が変わるという問題がある。そのため、ＲＴでは、配管の減肉部を観察できるような撮影方向を探索するために、被検体を複数の方向から撮影する必要があり、この作業には通常数分〜数十分程度かかっていた。
【０００８】
また、ＣＴは、被検体を回転させるか、あるいは放射線源および放射線検出器を被検体の周りに回転させる必要がある。しかし、プラントに設置された配管の場合、配管を回転させることは不可能である。また、配管の周囲は狭隘であり、放射線源および放射線検出器を配管の周囲に回転させる余裕はなく、ＣＴ撮影は困難である。
【０００９】
さらに、ラミノグラフィによる配管の断層撮影では、放射線検出器を固定して断層撮影を実施するため、１回の撮影範囲は放射線検出器の検出器サイズに依存する。したがって、長い配管全体の撮影には、時間を要することになる。
【００１０】
これらの問題を回避するために、最近、被検体を挟んで対向するように設置された放射線源および放射線検出器が、互いに平行で同方向に相対運動することにより、放射線源及び放射線検出器の運動方向と平行な透過像を撮影し、その透過像データから必要部分を用いて、断層像を再構成する装置が検討されている。
【００１１】
以上に述べたいずれの方法においても、通常、放射線源としては密封ガンマ線源またはＸ線管が使用される。放射線検出器には通常、２次元放射線検出器が用いられている。２次元検出器は、シンチレータ膜で放射線を光に変換し、その光をＣＣＤやＴＦＴパネルで受光し電荷に変換するものや、直接放射線を半導体検出器で検出し電荷に変換するものがあり、ＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）と呼ばれている。これらのＦＰＤは高い形状分解能を得るため、個々の検出器（画素）は小さく、そのために１度のデータ測定（すなわちＦＰＤからのデータ読み出し）に蓄積できる放射線による電荷量は限られ、多くの放射線が入射すると出力が飽和し、データとして使用できなくなるという問題点がある。
【００１２】
放射線測定では、その出力信号の揺らぎは検出器により検出した放射線フォトン数の平方に比例するため、検出器出力のＳ／Ｎ（信号対ノイズ比）は検出フォトン数が多いほど向上する。このため、放射線源はできるだけ高線量率のものを使用することが望ましいが、上記のように検出器が飽和する恐れがある。
【００１３】
被検体を透過すると、放射線は減衰するため、被検体部分を高画質に撮影するためには線源の強度を上げる必要がある。しかし、そうすると上記の理由により被検体のない部分（以下、空気層という）や被検体の薄い部分では、放射線量が大きすぎて検出器出力が飽和する。２次元検出器では多数の検出器（画素）の出力を直列に読み出すため、測定回路のゲインは画素ごとに変えることはできない。このため、測定回路のゲインを低く設定せざるを得ないので被検体部分の出力が小さくなり、デジタル値に変換する際の誤差が大きくなるという問題がある。
【００１４】
断層画像を再構成するためには空気層や被検体の薄い部分の測定データも使用する必要があり、放射線量を弱める必要がある。弱めると、被検体部分の検出器出力が小さくなりフォトンノイズが増加し、Ｓ／Ｎが悪化するという矛盾が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できる放射線断層撮影装置および放射線断層撮影方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、被検体をはさんで対向配置される放射線源と２次元放射線検出器とを有する放射線撮影装置と、前記放射線源から照射され、前記被検体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出して得られる前記被検体の透過データの集合から、前記被検体の断層像を構築する制御演算装置とを有する放射線断層撮影装置であって、前記放射線撮影装置は、前記放射線検出器の複数のチャンネルの内、その一部において前記放射線源から照射される放射線を遮蔽する遮蔽体を備え、該遮蔽体によって放射線が遮蔽されたチャンネルをリファレンスチャンネルとし、前記制御演算装置は、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネル以外の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を格納する格納装置と、前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記リファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態におけるリファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出する画像再構成装置とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるものとなる。
【００１７】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、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データの集合から、前記被検体の断層像を構築する放射線断層撮影方法であって、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの内、前記放射線源から照射される放射線を遮蔽体により遮蔽されたリファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆと、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネル以外のチャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）との比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を算出し、前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記リファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態におけるリファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換して、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出するようにしたものである。
かかる方法により、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるものとなる。
【００１８】
（３）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、被検体をはさんで対向配置される放射線源と２次元放射線検出器とを有する放射線撮影装置と、前記放射線源から照射され、前記被検体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出して得られる前記被検体の透過データの集合から、前記被検体の断層像を構築する制御演算装置とを有する放射線断層撮影装置であって、前記放射線撮影装置は、前記放射線源から照射される放射線が常に照射される位置に配置され、前記放射線検出器の各チャンネルよりも広いダイナミックレンジを有するモニター検出器を備え、前記制御演算装置は、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、前記モニター検出器の出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を格納する格納装置と、前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記モニター検出器の出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出する画像再構成装置とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるものとなる。
【００１９】
（４）上記目的を達成するために、本発明は、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データの集合から、前記被検体の断層像を構築する放射線断層撮影方法であって、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、 前記放射線源から照射される放射線が常に照射される位置に配置され、前記放射線検出器の各チャンネルよりも広いダイナミックレンジを有するモニター検出器の出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を算出し、前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記モニター検出器の出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出するようにしたものである。
かかる方法により、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜図１４を用いて、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置の構成及び動作について説明する。
本実施形態による放射線断層撮影装置では、放射線源と放射線検出器とを同一方向に移動させ、この運動方向と平行な透過像を撮影し、その透過像データから必要部分を用いて、断層像を再構成する。本実施形態は、かかる放射線断層撮影装置を、発電プラントなどに設置されている保温材を装着した配管を被検体として非破壊検査する場合について説明する。
【００２２】
最初に、図１を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。
【００２３】
本実施形態による放射線断層撮影装置は、放射線撮影装置１１と、制御演算装置１２とから構成される。
【００２４】
放射線撮影装置１１は、放射線源１と、放射線検出器２と、これらを支持するスキャナ装置３とを備える。放射線源１は、Ｘ線管である。放射線検出器２としては、放射線が入射するとその部分が発光するシンチレータ面の裏にＣＣＤ（電荷結合素子）パネルやＴＦＴ（薄膜トランジスタ）パネルを設置した２次元放射線検出器を用いる。放射線検出器２の検出器パネル７１の上面の一部には、放射線源１からの放出される放射線を遮蔽できる遮蔽体７４が設けられている。スキャナ装置３は、放射線源１と放射線検出器２の位置関係を保持したまま、保温材９９が装着された配管１０の長軸方向に、しかも同一方向に、並進走査する機能を有する。
【００２５】
放射線源１は、制御装置２１からの指令により出力電流を０から数ミリＡまで制御できる。出力電流を変化させることによりＸ線発生量を制御できる。放射線検出器２は、多数の検出器（以下、「チャンネル」と称する）からなる検出器パネル７１と、検出器パネル７１から出力される各画素の出力を増幅する増幅回路７２と、増幅器のアナログ出力をデジタル値に変換するＡＤ変換回路７３とを有する。ＡＤ変換回路７３の出力は、透過画像データ５１として順次制御装置２１に転送される。増幅回路７２のゲインは、制御装置２１からの指令により変えられるが、画素ごとに変更できるものではなく、測定前に予め適当なゲイン値に設定してある。
【００２６】
制御演算装置１２は、画像取込装置２０と、制御装置２１と、画像再構成装置２２と、判定装置２４と、格納装置３１と、再構成画像格納装置３２から構成されている。
【００２７】
画像取込装置２０は、放射線検出器２で撮影した複数の透過画像データ５１を取り込む。制御装置２１は、スキャナ装置３や放射線源１、放射線検出器２を制御する。格納装置３１は、画像取込装置２０に取り込んだ複数の透過画像データ５１と、放射線検出器２の各画素のチャンネル定数７５を格納する。前述の放射線検出器２の検出器パネル７１の上面に設けられた遮蔽体７４と、チャンネル定数７５を用いる点に本実施形態の特徴があり、この点については、後述する。
【００２８】
判定装置２４は、複数の透過画像データ５１を格納装置３１から読み込み、それらを静止画あるいは動画としてＰＣなどのモニタ上に表示し、表示された画像に基づき、操作者が画像再構成の要否判定結果や画像再構成領域を入力するために用いられる。画像再構成装置２２は、被検体の断層像あるいは３次元立体像を再構成する。再構成画像格納装置３２は、画像再構成装置２２により再構成された被検体の断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）を格納する。
【００２９】
なお、使用者の利便性を考慮し、断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）を用いた画像計測を実施する画像計測ソフトウェア等を搭載した画像計測装置２３も、必要に応じて追加可能である。
【００３０】
次に、図２を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置に用いる放射線検出器２の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置に用いる放射線検出器の構成を示す上面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３１】
放射線検出器２の検出器パネル７１の上面の一部には、遮蔽体７４が設けてある。遮蔽体７４の設置位置は、常に被検体を透過したＸ線ではなく、空気層のみを通過したＸ線ビームが直接入射する位置とする。すなわち、放射線源１から照射されるＸ線が、被検体によって遮られることのない位置に、設けられている。遮蔽体７４の厚さは、対象被検体の材質，厚さや、放射線検出器の感度と出力や、Ｘ線管１と放射線検出器２の距離や、Ｘ線管の出力や、増幅回路７２の設定ゲインなどにより適当に決定する必要がある。これについては後述する。
【００３２】
次に、図３を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における検査方法について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における検査方法を示すフローチャートである。
【００３３】
本実施形態の検査方法は、被検体撮影前の初期設定フロー３００１と、撮影により透過画像データを取得する撮影フロー２００１と、および取得した透過画像データに基づく画像再構成の要否判定および画像再構成を実施する画像処理フロー２００２とから構成される。
【００３４】
初期設定フロー３００１において、システムは被検体に設置しない状態で、Ｘ線管電流を０から最大値まで変化させながら、透過画像を撮影する（処理３００３）。本状態でのＸ線管１と放射線検出器２の位置関係は、その後に実施する被検体撮影時と同じにしておく。この処理時には、Ｘ線管１と放射線検出器２は移動する必要はないものである。その透過画像データを用いて、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関係から、チャンネル定数７５を求め（処理３００４）、格納装置３１に格納する（処理３００５）。
【００３５】
チャンネル定数７５は、遮蔽体付きのリファレンスチャンネル（ｕ１，ｖ１）の出力Ｉ＿ｒｅｆと、他のチャンネルの空気層出力Ｉ０（ｕ，ｖ）とから、両者の比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）として算出された値である。
【００３６】
撮影フロー２００１において、スキャナ装置３は、放射線源１および放射線検出器２を配管の長手方向に移動して、並進走査を開始する（処理２００３）。放射線源１は、現在のスキャナ位置において放射線を出射し、配管を透過した放射線が放射線検出器２に入射することで透過画像を撮影する（処理２００４）。画像取込装置２０が放射線検出器２から取り込んだ透過画像データは格納装置３１に保存される（処理２００５）。
【００３７】
そして、制御装置２１がスキャナ装置３を配管の長軸方向に指定距離だけ移動させ（処理２００６）、スキャナ装置３が配管の終端に到達しているか判定する（処理２００７）。処理２００７において、スキャナ装置３が配管の終端に到達していない場合、処理２００４に戻り、現在のスキャナ位置における透過画像を撮影する。一方、スキャナ装置３が配管の終端に到達した場合、撮影は終了する（処理２００８）。
【００３８】
画像処理フロー２００２では、格納装置３１に保存された透過画像データを読み出し、必要に応じて判定装置２４の画面に表示する（処理２００９）。複数の透過画像データ５１は、画面上において静止画または動画で表示される。
【００３９】
読み出された透過画像データに基づき、操作者は表示された複数の透過画像データ５１を目視確認し、配管の立体形状を観察するために配管の３次元画像を再構成する必要があるか否か判断する（処理２０１０，処理２０１１）。再構成の要否判定は、操作者の判断基準に基づいて実行してもよいし、何らかの基準を基準書であらかじめ決めておき、それに基づいて実行してもよい。画像再構成領域を指定し、判定装置２４に入力し、再構成処理を指示する（処理２０１３）。
【００４０】
画像再構成装置２２は判定装置２４からの実行指示により、該当する部分の透過画像データ５１とチャンネル定数データ７５を用いて画像再構成処理を行い、該当部分の３次元断層画像を出力する（２０１３）。そして、読み出した透過画像データが配管（検査対象）の終端の場合、処理は終了とし、終端でなければ読出し処理２０１０を繰り返す（処理２０１４）。なお、処理２０１１において画像再構成が不要と判断した場合、その透過画像データが配管の終端におけるデータであるか否か判定する（処理２０１４）。
【００４１】
なお、上述の説明では、撮影と画像処理を並行に実施しているが、撮影が全て終了してから画像処理を実施してもよい。また、透過画像データとして、測定した生データを用いており、被検体のない空気層部分のデータは飽和している。そのかわりに、後述するように各チャンネルの減衰率を透過画像データ５１とチャンネル定数データ７５を用いて計算し、透過画像に対応する減衰率データ５５を画像表示することもできる。
【００４２】
次に、図４〜図８を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における被検体の断層像あるいは３次元立体像（再構成画像）の生成方法について説明する。
最初に、図４を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置の具体的構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置の具体的構成を示す斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００４３】
放射線撮影装置１１において、放射線源１および放射線検出器２は、Ｃ字型アーム３ａにより保持されている。Ｃ字型アーム３ａは、ガイドレール３ｂの上を走査される。ガイドレール３ｂは、床面上に設置された支持脚３ｃにより、保温材（図示せず）を装着した配管１０の長軸方向に沿うように配置される。また、Ｃ字型アーム３ａは、配管１０の外周面に沿うように形成されており、配管１０を挟んで、放射線源１と放射線検出器２が対向配置される。
【００４４】
Ｃ字型アーム３ａが配管の長軸方向に一定距離だけ移動するごとに、透過画像データを１枚測定する。放射線源１にはＸ線管を使用するので、Ｘ線は連続的に照射される。Ｃ字型アーム３ａが配管を走査中に放射線検出器２が撮影した透過画像データ５１は、放射線検出器２から画像取込装置２０に随時取り込まれる。一般的な２次元放射線検出器では３０枚／秒の透過画像データを出力する。
【００４５】
制御演算装置１２は、図示のような構成をとる。制御演算装置１２の各部は、図１にて説明したとおりである。
【００４６】
次に、図５を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における撮影状態について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における撮影状態の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００４７】
図５に示すように、放射線源１および放射線検出器２がＣ字型アームにより保持されたまま移動し、所定のタイミングで、すなわち、配管の長軸方向に一定距離だけ移動するごとに、透過画像データ５１が測定される。これにより、配管に沿って複数枚の透過画像データが得られる。
【００４８】
次に、図６を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成に必要となる透過画像データの収集範囲について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成に必要となる透過画像データの収集範囲の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。また、説明の簡単のため、図６では２次元撮影の場合を示している。３次元撮影の場合は、この２次元での考え方を拡張したものである。
【００４９】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、放射線源１および放射線検出器２が左から右に向かって並進走査する場合を考える。また、被検体として板状の物体１０ａを考え、この物体１０ａの内部の点１０ｂに着目する。
【００５０】
内部の点１０ｂを透過する放射線５は、図６（ａ）に示す方向で並進走査を開始し、図６（ｂ）の方向による透過を経て、図６（ｃ）に示す方向にて終了する。放射線の開き角をθとすると、この並進走査の間に内部の点１０ｂを透過する放射線５の角度範囲もθとなる。一般に、ＣＴ撮影により断層像を画像再構成するためには、被検体に対して１８０°〜３６０°の方向から放射線を透過させる必要がある。
【００５１】
これに対して、本実施形態の放射線撮影装置１１では、放射線の透過方向は角度θとなる。この角度θは、放射線源１の放射角または放射線検出器２の検出面の大きさにより決まり、４０°〜６０°程度となる。このような条件下において画像再構成をするためには、投影角度が制限された状態で画像再構成を行う手法（Limited Angle 画像再構成）が必要となる。
【００５２】
Limited Angle 画像再構成手法はこれまでに多数提案されている。以下ではその一手法であるＤＴＳ（Digital Tomosynthesis）法を例として、画像再構成の方法を説明する。もちろん、他のLimited Angle 画像再構成手法を適用することも可能である。
【００５３】
次に、図７を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法による画像再構成の原理について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法による画像再構成の原理の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００５４】
ここでは、説明の簡単のため、放射線源１のみが並進移動し、放射線検出器２は固定しているものとして説明する。
【００５５】
被検体は、厚さのない円形の被検体１０ｃおよび矩形の被検体１０ｄとする。被検体１０ｃおよび被検体１０ｄは、放射線源１から放射線検出器２に向かう方向軸に垂直であって、放射線検出器２に平行に配置されているものとする。また、被検体１０ｃおよび被検体１０ｄは、放射線源１からの距離が異なるものとする。
【００５６】
被検体１０ｃ，１０ｄは、放射線源１が並進走査する際の各位置に対応して、図に示すような透過画像データ５１が撮影される。これらの透過画像データ５１から円形の被検体１０ｃを含む断面を再構成する場合、各透過画像データ５１における被検体１０ｃの投影部が重ね合わさるように各透過画像データ５１を移動させた後、全ての透過画像データ５１を重ね合わせる。この処理により、円形の像が鮮明となる。各透過画像データ５１の移動量は、各透過画像データ５１を撮影する間の放射線源１の移動量、放射線源１と円形の被検体１０ｃを含む断面との距離、および円形の被検体１０ｃを含む断面と放射線検出器２との距離により決まる。
【００５７】
一方、各透過画像データ５１における被検体１０ｄの投影部は、上記透過画像データ５１の移動および重ね合わせ処理により、不鮮明な像となる。この結果、円形の被検体１０ｃと矩形の被検体１０ｄとにコントラスト差が発生し、被検体１０ｃの再構成画像である断層像５２を生成することができる。
【００５８】
同様に、放射線源１に対して被検体１０ｃと異なる深さ位置にある被検体１０ｄも、前述の再構成方法と同じ手法で再構成画像を生成できる。このように、配管をスクリーニングするために撮影する配管の透過画像を用いて、配管の断層像又は３次元画像を再構成することができるため、データの取り直しは必要ないものである。
【００５９】
次に、図８を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００６０】
放射線撮影装置１１およびＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合、再構成画像５２は、図８に示すように、放射線源１から放射線検出器２に向かう軸と平行な法線ベクトルを持つ断面として生成される。また、放射線源１と放射線検出器２の間に、放射線源１からの距離が異なる複数枚の再構成画像５２が生成される。この再構成画像５２を放射線源１から放射線検出器２に向かう軸方向に積み上げることで３次元立体像５３を構築できる。
【００６１】
次に画像再構成の処理フローを説明する。
【００６２】
最初に、図１７〜図１９を用いて、従来の画像再構成の処理について説明する。
図１７は、従来の画像再構成の処理内容を示すフローチャートである。図１８は、従来の画像再構成方法で使用するデータの説明図である。図１９は、従来の画像再構成方法におけるＸ線強度と検出器の出力の関係の説明図である。
【００６３】
最初に、図１７を用いて、従来の画像再構成の処理内容について説明する。
【００６４】
初めに、入力データ名や演算パラメータなどの演算条件を入力する条件入力処理９００１が実行される。次に、入力された演算条件に基づき、画像再構成装置が放射線撮影装置により撮影された透過画像データを格納装置から読み込む透過画像データ読込処理９００２、および空気層データを格納装置から読み込む空気層データ読込処理９００３が実行される。この透過画像データ読込処理９００２、空気層データ読込処理９００３では、配管の欠陥部の状態を確認するために画像の再構成を必要とする配管の部位を撮影した第１の透過画像データと、第１の透過画像データの前後で撮影された第２の透過画像データを読み込む。なお、空気層データとは、被検体がない状態で撮影したデータのことであり、減衰のない放射線強度を取得したものである。このデータは次の処理において使用する。
【００６５】
次に、対数変換処理９００４が実行される。対数変換処理とは、減衰のない放射線強度と被検体を透過して減衰した放射線強度との比を対数変換し、減衰率ａを求める処理であり、以下の式（１）で表される。
ａ（ｕ，ｖ）＝Ｉｎ（（Ｉ０（ｕ，ｖ））／Ｉ（ｕ，ｖ））＝∫μｄｔ …（１）
ここで、ａ（ｕ，ｖ）は放射線検出器上の位置（ｕ，ｖ）における減衰率、Ｉ０（ｕ，ｖ）は放射線検出器上のチャンネル（ｕ，ｖ）において放射線検出素子により検出された減衰のない放射線強度（検出器出力）、Ｉ（ｕ，ｖ）は同位置において検出された減衰のある放射線強度を表す。また、μは材質や放射線エネルギに依存した線減衰係数を、ｔは放射線の透過経路を表す。
【００６６】
画像の再構成は、式（１）の左辺を入力値として、線減衰係数μの空間分布を求める処理である。続いて、前処理９００５が実行される。前処理９００５では、多数の検出素子間におけるばらつきや欠陥のある素子に対する補正や装置に依存した補正などを実施する。この前処理９００５は、場合に応じて対数変換処理９００４の前で実施してもよい。
【００６７】
以上の処理の後、逆投影演算処理９００６が実行される。逆投影演算処理は、これまでに補正、変換したデータを２次元または３次元の空間にマッピング（逆投影）する処理である。先に説明したＤＴＳ法では、透過画像データの移動および重ねあわせ処理に対応する。この逆投影演算により最終的に２次元断層像または３次元立体像（再構成画像）が生成される。
【００６８】
次に、図１８を用いて、従来の方法で使用するデータについて説明する。
【００６９】
図１８は、従来の格納装置内に格納されたデータを示している。空気層データ９３２は、被検体を撮影する前に予め測定されている。空気層データ９３２と透過画像データ９３３を用いて、減衰率９３４が求められる。すなわち、予め求めておく空気層データが検出器出力飽和の状態で測定されたのでは意味がないので、被検体無しの状態でも検出器の出力は飽和しないように、Ｘ線発生装置の出力を絞る、または増幅回路のゲインを下げることが必要である。
【００７０】
次に、図１９を用いて、Ｘ線強度と検出器の出力の関係について説明する。図１９の横軸はＸ線強度、縦軸は検出器の出力（各チャンネルの出力を増幅器で増幅した電圧）を示している。
【００７１】
検出器の各チャンネルが蓄積できるＸ線により発生した電荷量に上限があること、また２次元検出器や増幅回路の増幅出力には上限があることから、検出器出力はある電圧で飽和する。一点鎖線９５３は増幅回路のゲインが高い場合（ケース１）、実線９５４は増幅器のゲインを適切により低く設定した場合（ケース２）を示す。検出器の出力は検出器や増幅回路の測定範囲９５５を越えると飽和する。
【００７２】
従って、Ｘ線強度が最も強い空気層の場合（９５６）にも検出器出力が飽和しないようにするためには、ケース２のようにＸ線強度と増幅回路のゲインを設定する必要がある。このように設定すれば、空気層測定時の検出器出力Ｉ０（９５７）を飽和出力以下に抑えることができる。
【００７３】
通常透過撮影に用いられる出力２２５ｋＶのＸ線管を使用した場合、被検体を透過したＸ線は鉄の厚さ２ｃｍで約２桁減衰することが予想される。すなわち、図１９において、被検体を透過したＸ線強度範囲９５８に対応する検出器出力Ｉ（９５９）は空気層の場合の出力Ｉ０（９５７）に比べて２桁小さなレベルとなることを意味する。このため、Ｘ線フォトン数の減少による出力揺らぎの増加や、ＡＤ変換時の誤差の増加により、測定データのＳ／Ｎが低下する恐れがある。透過画像データのＳ／Ｎの低下は断層画像の画質低下につながる。
【００７４】
しかしながら、前述のように被検体撮影時にも放射線検出器のすべてのチャンネルにおいて出力が飽和しないように撮影条件を決める必要があるため、測定データのＳ／Ｎが低下する恐れがあり、ひいては断層画像の画質低下につながるという問題点がある。
【００７５】
次に、図９〜図１１を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成の処理について説明する。
図９は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成の処理内容を示すフローチャートである。図１０は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法で使用するデータの説明図である。図１１は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法におけるＸ線強度と検出器の出力の関係の説明図である。
【００７６】
最初に、図９を用いて、本実施形態による画像再構成の処理内容について説明する。
【００７７】
初めに、入力データ名や演算パラメータなどの演算条件を入力する条件入力処理１００１が実行される。次に、入力された演算条件に基づき、画像再構成装置２２が放射線撮影装置１１により撮影された透過画像データ５１を格納装置３１から読み込む透過画像データ読込処理１００２、およびチャンネル定数データ７５を格納装置から読み込むチャンネル定数データ読込処理１００３が実行される。
【００７８】
本実施形態では、空気層データを格納装置に予め格納しておくのではなく、チャンネル定数データ７５を使用する。この透過画像データ読込処理１００２、チャンネル定数データ読込処理１００３では、配管の欠陥部の状態を確認するために画像の再構成を必要とする配管の部位を撮影した第１の透過画像データと、第１の透過画像データの前後で撮影された第２の透過画像データを読み込む。
【００７９】
次に、透過画像データから各チャンネルの空気層データを推定する空気層データ計算処理１００４が実施される。これは遮蔽体付きチャンネルの測定データとチャンネル定数データ７５を用いて各チャンネルの空気層データを計算する処理である。詳細は後述する。
【００８０】
次に、対数変換処理１００５が実行される。この処理は従来と同様に、減衰のない放射線強度（空気層データ）と被検体を透過して減衰した放射線強度との比を対数変換し減衰率ａを求める処理である。ただし、空気層データは空気層データ計算処理１００４で計算されたデータを用いる。
【００８１】
続いて、前処理１００６が実行され、逆投影演算処理１００７が実行され最終的に２次元断層像または３次元立体像（再構成画像）が生成される。
【００８２】
次に、図１０を用いて、本実施形態の方法で使用するデータについて説明する。
【００８３】
本実施形態では、空気層データを格納装置に予め格納しておくのではなく、チャンネル定数７５を使用する。図１０は、本実施形態における格納装置３１の格納データを示している。２次元放射線検出器２は、ｕ１×ｖ１のチャンネル数を有する。減衰率データ５５は、チャンネル定数７５と測定した透過画像データ５１から求まる。
【００８４】
なお、測定値Ｉ（ｕ，ｖ）が飽和している時は、減衰率は０である。
【００８５】
次に、図１１を用いて、本実施形態におけるＸ線強度と検出器の出力の関係について説明する。図１１の横軸は検出器に入るＸ線の強度、縦軸は検出器の出力（各チャンネルの出力を増幅器で増幅した電圧）を示している。
【００８６】
検出器の出力特性（増幅回路のゲインとＸ線管の出力電流）は被検体を透過したＸ線強度で検出器出力が飽和しない最大ゲインと最大電流に設定する。各チャンネルの出力特性１０１は、図１１に示すようになる。配管を透過したＸ線のレベル１０３が検出器に入射した場合の検出器出力１０４は検出器出力の飽和レベルＩｍａｘよりも低く且つできるだけ大きくなるように増幅回路のゲインとＸ線管の出力を決定する。とくに、Ｘ線管出力はできるだけ大きくし、Ｘ線フォトン数を増加させ、増幅回路のゲインはできるだけ低くし回路ノイズを低下させるように設定する。
【００８７】
以下の説明では、簡単のため、リファレンスチャンネルは１チャンネル（ｕ１，ｖ１）とし、Ｉ＿ｒｅｆ＝Ｉ（ｕ１，ｖ１）である。遮蔽体付きのリファレンスチャンネル（ｕ１，ｖ１）は被検体を透過しないＸ線１０５にさらされるが、遮蔽体によりＸ線が遮蔽されるためリファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆ（１０６）は検出器出力の飽和レベルＩｍａｘを超えることはなく、撮影中常に測定可能である。また、そのように遮蔽体の厚さを設定し、設置する。
【００８８】
遮蔽体は一定の厚さに固定して設置しておいても良いが、被検体が厚く増幅回路のゲインを上げる必要のある場合には厚く、被検体が薄く増幅回路のゲインを下げる場合には薄く、変更できるように取り外し式とすることも良い。遮蔽体はＸ線遮蔽能力の高い物質が望ましいため、タングステンやその合金がよい。もちろん、鉛などの密度と原子番号の高い物質が使用できる。
【００８９】
リファレンスチャンネル以外の通常のチャンネルは、被検体を透過しないＸ線（空気層）にさらされる場合には当然検出器出力が飽和するが、その空気層出力の推定値Ｉ０（ｕ，ｖ）は、次の式（２）となる。
Ｉ０（ｕ，ｖ）＝ｋ（ｕ，ｖ）×Ｉ＿ｒｅｆ …（２）
図１１では、この推定値１０７を示している。
【００９０】
従って、チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）は、以下の式（３）、式（４）により、求められる。
【００９１】
ここで、Ｉ（ｕ，ｖ）＜Ｉｍａｘの場合は、
ａ（ｕ，ｖ）＝Ｉｎ（ｋ（ｕ，ｖ）×Ｉ＿ｒｅｆ／Ｉ（ｕ，ｖ）） …（３）
すなわち、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）は、チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に遮蔽体で覆われたリファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、リファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして求められる。
【００９２】
また、Ｉ（ｕ，ｖ）＝Ｉｍａｘの場合は、
ａ（ｕ，ｖ）＝０ …（４）
となる。すなわち、測定値Ｉ（ｕ，ｖ）が飽和している時は、減衰率は０である。
【００９３】
ここで、ａ（ｕ，ｖ）は放射線検出器上の位置（ｕ，ｖ）における減衰率、ｋ（ｕ，ｖ）は放射線検出器上のチャンネル（ｕ，ｖ）のチャンネル定数、Ｉ（ｕ，ｖ）は同位置において検出された放射線強度、Ｉ＿ｒｅｆは遮蔽体付きリファレンスチャンネルの放射線強度、Ｉｍａｘは検出器の飽和出力を示している。
【００９４】
これまでの説明では、リファレンスチャンネルは１チャンネルであったが、２次元放射線検出器の各チャンネルのサイズは０．２から０．５ミリ角程度であるので、１チャンネルに遮蔽体を設置するのは困難である。また、遮蔽体によりそのチャンネルに入射するＸ線量が２桁ほど低下するため、複数チャンネルの測定から平均処理する。設置する遮蔽体の実用的な大きさを考慮すると５ミリ角の遮蔽体でも１００チャンネルを遮蔽できるので、平均処理によりリファレンスチャンネルの出力揺らぎを遮蔽体無しで測定するのと同等に保持できる。
【００９５】
以上述べたように、本実施形態によれば、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、被検体を透過するＸ線をＳ／Ｎ良く測定できるので、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できる。
【００９６】
次に、図１２〜図１４を用いて、本実施形態による放射線断層撮影装置における表示例について説明する。
図１２及び図１３は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における複数の透過画像データの表示例の説明図である。図１４は、本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における３次元立体像の表示例の説明図である。
【００９７】
図１２及び図１３は、複数の透過画像データを判定装置２４の画面上に表示した画面の一例を示している。この図では、透過画像読込ボタン６０を押下することで、透過画像データ格納装置３１から透過画像データを読み込み、複数の透過画像データ５１を画面上に動画として表示する。図７に示すように、透過画像データ５１は放射線源１と放射線検出器２との間に位置する被検体１０ｃ及び１０ｄを深さ方向に重ね合わせた画像となる。そのため、配管の２次元画像や３次元画像を再構成しなくとも、透過画像データ５１における濃淡表示で配管の減肉部６３を表示することができる。また、減肉などの欠陥が生じた配管の箇所を透過画像によってスクリーニングすることで２次元画像や３次元画像を再構成する領域を絞り込むことができるため、画像再構成の演算量を低減することが可能である。更に、配管全長に渡って再構成する必要もないため、２次元画像や３次元画像を保存する再構成画像格納装置の記憶容量を削減することもできる。
【００９８】
操作者は透過画像データ５１を確認し、配管の減肉部６３を見つけた場合には、配管の３次元画像で減肉部６３を確認するために動画を停止するボタン６１を押下する。そして、画像再構成の要否を判定するボタン６２を押下して判定結果を入力する。
【００９９】
画像の再構成が必要と判断した場合には、画面が図１３に遷移する。この画面上で、ＰＣに接続されたマウスなどの入力装置を用いてポインタ６４で再構成領域６５を指定し、ボタン６６を押下して演算を実行する。ボタン６６を押下することで、画像再構成装置２２に対して画像の再構成を行う指令を出す。再構成領域６５を指定する際には、配管の減肉部６３を囲むように、矩形で指定すれば良い。
【０１００】
図１４は、透過画像の再構成領域６５に相当する配管部位について２次元断層像または３次元立体像を画面上に表示した結果を示している。２次元断層像又は３次元立体像を再構成することで、配管の減肉部６３の立体的形状を容易に確認することができる。このように、透過画像データにおいて配管の減肉など欠陥が疑われる箇所のみを２次元断層像又は３次元立体像で確認できる。
【０１０１】
以上述べたように、本実施形態によれば、被検体を透過するＸ線をＳ／Ｎ良く測定できるので、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できるので、プラント等に据え付けられた配管等の放射線撮影による非破壊検査において、高画質の断層画像を得ることができる。
【０１０２】
次に、図１５及び図１６を用いて、本発明の他の一実施形態による放射線断層撮影装置の構成及び動作について説明する。
図１５は、本発明の他の一実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。図１６は、本発明の他の実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法で使用するデータの説明図である。
【０１０３】
本実施形態では、図１に示したように、放射線検出器２の検出器パネル７１上に遮蔽体を設けるのではなく、図１５に示すように、モニタ検出器８１を放射線検出器２の近傍に設けている。モニタ検出器８１は、放射線源１から発生する放射線が常に直接照射される位置に設置する。
【０１０４】
放射線検出器２は、図１にて説明したように、放射線が入射するとその部分が発光するシンチレータ面の裏にＣＣＤ（電荷結合素子）パネルやＴＦＴ（薄膜トランジスタ）パネルを設置した２次元放射線検出器である。したがって、放射線検出器２の各チャンネルのダイナミックレンジは狭いものである。
【０１０５】
一方、モニタ検出器８１は、出力が飽和しない半導体検出器、イオンチェンバなどの放射線検出器を電流出力で用いる。モニタ検出器８１は、例えば、放射線が入射するとその部分が発光するシンチレータ面の裏に、空乏層を有するシリコンを設置したものである。モニタ検出器８１は、放射線検出器２の個々のチャンネルの大きさよりも大きなものである。したがって、モニタ検出器８１は、放射線検出器２の各チャンネルに比べて、ダイナミックレンジが広いものである。すなわち、モニタ検出器８１におけるＸ線強度と検出器の出力の関係は、図１１に示した空気層出力の推定値１０７と同様の特性を有するものである。
【０１０６】
モニタ検出器８１の出力は、検出回路８２で増幅・ＡＤ変換され、制御装置により、透過画像データ５１の撮影と同期して、格納装置３１に格納される。
【０１０７】
次に、図１６を用いて、本実施形態における格納装置３１の格納データについて説明する。
【０１０８】
本実施形態では、チャンネル定数データ７６、透過画像データ５１の他に、モニタ検出器８１の測定データ（Ｉ＿ｒｅｆ）７７が格納され、減衰率データ７８はチャンネル定数データ７６、モニタ検出器８１の測定データ７７、および透過画像データ５１から求まる。チャンネル定数データはモニタ検出器の出力を基準に決定される。
【０１０９】
チャンネル定数データ７６は、モニタ検出器８１の測定データ（Ｉ＿ｒｅｆ）と、他のチャンネルの空気層出力Ｉ０（ｕ，ｖ）とから、（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）として算出された値である。
【０１１０】
各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）は、前述の式（３）により求められる。すなわち、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）は、チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）にモニタ検出器８１の測定データであるリファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、リファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして求められる。
【０１１１】
なお、測定値Ｉ（ｕ，ｖ）が飽和している時は、減衰率は０である。
【０１１２】
初期設定フローは、チャンネル定数データがモニタ検出器の出力を基準に決定されることを除けば、図３と同様であり、また、撮影フローと画像処理フローも同様であるので、説明は省略する。再構成処理もＩ＿ｒｅｆがモニタ検出器出力であることを除けば同様である。
【０１１３】
本実施形態によれば、測定データの高Ｓ／Ｎ化に必要な高放射線量と測定回路の高ゲイン設定を両立させ、被検体を透過するＸ線をＳ／Ｎ良く測定できるので、放射線透過画像データから断層画像を高画質に再構成できる。
【０１１４】
また、放射線検出器２の増幅回路７２のゲインを変更しても遮蔽体の厚さを変更する手間が省けるため、より簡便に実現できる。
【０１１５】
なお、以上の説明では、いずれも放射線源と放射線検出器を被検体に対して同方向に並進させる検査システムであったが、放射線源又は放射線検出器のいずれかを移動、回転させたり、逆方向に並進させたりするような検査システムでも同様の効果が得られるものである。
【０１１６】
また、産業用Ｘ線ＣＴ装置のようにターンテーブルに被検体をのせて、回転させ、断層像を得るシステムにおいても、被検体に常に遮蔽されない検出器に遮蔽体を設置したり、被検体に常に遮蔽されない位置に別のモニタ検出器を設置したりして、チャンネル定数とモニタ検出器の出力情報から書くチャンネルの空気層データを求めることにより、同様の効果が得られる。
【０１１７】
なお、本発明は、発電プラントに設置された配管だけでなく、航空機の翼など、大型の構造物に対しても放射線による検査が高画質で効率よく実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置に用いる放射線検出器の構成を示す上面図である。
【図３】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における検査方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置の具体的構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における撮影状態の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成に必要となる透過画像データの収集範囲の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法による画像再構成の原理の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置におけるＤＴＳ法のようなLimited Angle再構成画像手法を配管の撮影に適用した場合の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法で使用するデータの説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法におけるＸ線強度と検出器の出力の関係の説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における複数の透過画像データの表示例の説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における複数の透過画像データの表示例の説明図である。
【図１４】本発明の一実施形態による放射線断層撮影装置における３次元立体像の表示例の説明図である。
【図１５】本発明の他の一実施形態による放射線断層撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の他の実施形態による放射線断層撮影装置における画像再構成方法で使用するデータの説明図である。
【図１７】従来の画像再構成の処理内容を示すフローチャートである。
【図１８】従来の画像再構成方法で使用するデータの説明図である。
【図１９】従来の画像再構成方法におけるＸ線強度と検出器の出力の関係の説明図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１…放射線源、２…放射線検出器、３…スキャナ装置、３ａ…Ｃ字型アーム、３ｂ…ガイドレール、３ｃ…支持脚、５…放射線、１０…配管、１０ａ…物体、１０ｃ…被検体、１０ｄ…被検体、１１…放射線撮影装置、１２…制御演算装置、２２…画像再構成装置、２３…画像計測装置、２４…判定装置、２６…入力装置、２７…記憶装置、２８…減衰量計算プログラム、２９…演算装置、３０…記憶装置、３１…格納装置、４１…演算装置、４２…記憶装置、５１…透過画像データ、５２…再構成画像、５５、７８…減衰率データ、７１…検出器パネル、７２…増幅回路、７３…ＡＤ変換回路、７４…遮蔽体、７５…チャンネル定数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体をはさんで対向配置される放射線源と２次元放射線検出器とを有する放射線撮影装置と、前記放射線源から照射され、前記被検体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出して得られる前記被検体の透過データの集合から、前記被検体の断層像を構築する制御演算装置とを有する放射線断層撮影装置であって、
前記放射線撮影装置は、前記放射線検出器の複数のチャンネルの内、その一部において前記放射線源から照射される放射線を遮蔽する遮蔽体を備え、
該遮蔽体によって放射線が遮蔽されたチャンネルをリファレンスチャンネルとし、
前記制御演算装置は、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネル以外の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を格納する格納装置と、
前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記リファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態におけるリファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出する画像再構成装置とを備える
ことを特徴とする放射線断層撮影装置。
【請求項２】
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データの集合から、前記被検体の断層像を構築する放射線断層撮影方法であって、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの内、前記放射線源から照射される放射線を遮蔽体により遮蔽されたリファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆと、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネル以外のチャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）との比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を算出し、
前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記リファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態におけるリファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換して、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出することを特徴とする放射線断層撮影方法。
【請求項３】
被検体をはさんで対向配置される放射線源と２次元放射線検出器とを有する放射線撮影装置と、前記放射線源から照射され、前記被検体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出して得られる前記被検体の透過データの集合から、前記被検体の断層像を構築する制御演算装置とを有する放射線断層撮影装置であって、
前記放射線撮影装置は、前記放射線源から照射される放射線が常に照射される位置に配置され、前記放射線検出器の各チャンネルよりも広いダイナミックレンジを有するモニター検出器を備え、
前記制御演算装置は、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、前記モニター検出器の出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を格納する格納装置と、
前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記モニター検出器の出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出する画像再構成装置とを備える
ことを特徴とする放射線断層撮影装置。
【請求項４】
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データの集合から、前記被検体の断層像を構築する放射線断層撮影方法であって、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、 前記放射線源から照射される放射線が常に照射される位置に配置され、前記放射線検出器の各チャンネルよりも広いダイナミックレンジを有するモニター検出器の出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を算出し、
前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記モニター検出器の出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出することを特徴とする放射線断層撮影方法。
【請求項１】
被検体をはさんで対向配置される放射線源と２次元放射線検出器とを有する放射線撮影装置と、前記放射線源から照射され、前記被検体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出して得られる前記被検体の透過データの集合から、前記被検体の断層像を構築する制御演算装置とを有する放射線断層撮影装置であって、
前記放射線撮影装置は、前記放射線検出器の複数のチャンネルの内、その一部において前記放射線源から照射される放射線を遮蔽する遮蔽体を備え、
該遮蔽体によって放射線が遮蔽されたチャンネルをリファレンスチャンネルとし、
前記制御演算装置は、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネル以外の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を格納する格納装置と、
前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記リファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態におけるリファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出する画像再構成装置とを備える
ことを特徴とする放射線断層撮影装置。
【請求項２】
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データの集合から、前記被検体の断層像を構築する放射線断層撮影方法であって、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの内、前記放射線源から照射される放射線を遮蔽体により遮蔽されたリファレンスチャンネルの出力Ｉ＿ｒｅｆと、前記放射線検出器の前記リファレンスチャンネル以外のチャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）との比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を算出し、
前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記リファレンスチャンネルの出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態におけるリファレンスチャンネル以外の各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換して、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出することを特徴とする放射線断層撮影方法。
【請求項３】
被検体をはさんで対向配置される放射線源と２次元放射線検出器とを有する放射線撮影装置と、前記放射線源から照射され、前記被検体を透過した放射線を前記放射線検出器により検出して得られる前記被検体の透過データの集合から、前記被検体の断層像を構築する制御演算装置とを有する放射線断層撮影装置であって、
前記放射線撮影装置は、前記放射線源から照射される放射線が常に照射される位置に配置され、前記放射線検出器の各チャンネルよりも広いダイナミックレンジを有するモニター検出器を備え、
前記制御演算装置は、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、前記モニター検出器の出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を格納する格納装置と、
前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記モニター検出器の出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出する画像再構成装置とを備える
ことを特徴とする放射線断層撮影装置。
【請求項４】
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データの集合から、前記被検体の断層像を構築する放射線断層撮影方法であって、
前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置されてない状態における、前記放射線検出器の各チャンネルの出力Ｉ０（ｕ，ｖ）と、 前記放射線源から照射される放射線が常に照射される位置に配置され、前記放射線検出器の各チャンネルよりも広いダイナミックレンジを有するモニター検出器の出力Ｉ＿ｒｅｆとの比（Ｉ０（ｕ，ｖ）／Ｉ＿ｒｅｆ）からなるチャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）を算出し、
前記チャンネル定数ｋ（ｕ，ｖ）に、前記モニター検出器の出力値Ｉ＿ｒｅｆを乗じ、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記被検体が設置された状態における各チャンネルにおける出力Ｉ（ｕ，ｖ）で除したものを、対数変換したものとして、各チャンネル（ｕ，ｖ）の減衰率ａ（ｕ，ｖ）を算出することを特徴とする放射線断層撮影方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−２７６２８５（Ｐ２００９−２７６２８５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２９７６８（Ｐ２００８−１２９７６８）
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１６日（２００８．５．１６）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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