JP2009276142A - 放射線検査システム及び放射線検査の撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精細な画像が得られるとともに、検査時間も短縮できる放射線検査システム及び放射線検査の撮像方法を提供することにある。
【解決手段】検出器103は、放射線源102に対して検査対象物104を挟んで配置される。移動装置108，109は、放射線源と検出器とを検査対象物の長手方向であって、かつ同一方向に平行移動する。回転装置105は、放射線源が平行移動する軸方向に対して照射方向を回転する。中央制御装置205は、放射線源から照射される照射方向が第１の方向であるときに、移動装置を制御して、放射線源と検出器を同一方向に移動して撮像データを得、さらに、放射線源から照射される照射方向が第２の方向であるときに、移動装置を制御して、放射線源から照射される放射線を検出できる位置に検出器を移動した後、さらに、放射線源と検出器を同一方向に移動して撮像データを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線検査システム及び放射線検査の撮像方法に係り、特に、放射線源と対向面に検出器を設置し、この放射線源と検出器との間に検査体を設置するものに好適な放射線検査システム及び放射線検査の撮像方法に関する。

発電所等で長期間使用されている配管は、内部減肉が生じる。これは、流体が配管壁面に繰り返し衝突することにより、表面が機械的に損傷を受け、その一部が脱離する現象（エロージョン）と化学的作用による腐食（コロージョン）との相互作用により発生する。特に曲がり個所、オリフィスなど流体の流れに乱れが生じる個所において減肉は顕著に見られる。この減肉量が限界値を超えると運転時の圧力に配管が耐えられず配管損傷が生じる恐れがある。

このような事故を未然に防止するために、配管検査が定期的に実施されており、従来は超音波探傷器等で配管に直接探触子を接触させて試験を実施していた。しかし、配管は外部が保温材にて被覆されていることが多く、超音波探傷では被覆材を外してから試験する必要があった。被覆材の撤去や再装着作業に時間と費用がかかり、さらには被覆材の廃棄処理費用が必要になる問題があった。

これに対し、放射線源と検出器の組合せによる配管内部検査は保温材が被覆された状態でも内部状況検査が可能であり、検査の効率化に有効な手段である（例えば、特許文献１参照）。しかし、従来実施されている透過撮像では、三次元物体の情報が二次元平面上に投影されるために、減肉位置、形状の把握や減肉の定量評価が困難である。

それに対して、配管内部情報を立体的に得るために有効な方法の一つとしてＣＴ（Computed Tomography）がある。ＣＴは、放射線源と検出器を被検体の周囲で回転することにより、全周方向からの透過データを取得し、画像再構成演算により断面像を得るものである。これによりミリメートル以下の分解能を持つ画像が得られる。

しかし、発電所など実際のプラントにおいては配管周囲に放射線源と検出器を回転でき得る空間がない場合が多い。そこで、放射線源と検出器を平行移動することで被検体の断層像を求め、立体情報を得るＣＬ（Computed Laminography）と言われる方式による検査手法が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開平９−８９８１０号公報 Proceedings BB 67-CD, Computerized Tomography for Industrial Applications and Image Processing in Radiography，(1999)，S.Gondrom, S.Schropfer :"Digital computed laminography and tomosynthesis - functional principles and industrial applications"

立体的な画像を得るための画像再構成演算は、再構成の対象となる領域の様々な角度の透過データを逆投影することで物体内部の画像を得る。そのため、透過角度が全周方向に近くなるように大きくすることで、精細な画像を得ることが容易になる。

しかしながら、ＣＬ方式においては、放射線源と検出器を同一方向に平行移動することで検査対象の透過データを得る。しかしながら、放射線源と検出器が平行移動する方式では検査対象の透過角度は通常のＣＴ撮像のような全周方向とはならず、放射線源の照射角度、あるいは検出器の大きさにより透過角度が限定された範囲となり高精細な画像を得ることが困難となる可能性がある。

そのため、従来は、放射線源と検出器が逆方向に移動するか、あるいはいずれか片方を固定してもう片方のみを平行移動することで透過角度を拡げていた。しかし、これらの方法では１箇所を検査するごとに、逆方向移動や片方の平行移動を繰り返さなければならず、検査時間が膨大なるという問題があった。

本発明の目的は、高精細な画像が得られるとともに、検査時間も短縮できる放射線検査システム及び放射線検査の撮像方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、放射線源と、該放射線源に対して検査対象物を挟んで配置されるとともに、前記放射線源から照射され、前記検査対象物を透過した透過放射線を検出する検出器と、前記放射線源と前記検出器とを前記検査対象物の長手方向であって、かつ同一方向に平行移動する移動装置と有する放射線検査システムであって、前記放射線源が平行移動する軸方向に対して照射方向を回転する回転機構と、前記放射線源から照射される照射方向が第１の方向であるときに、前記移動装置を制御して、前記放射線源と前記検出器を同一方向に移動して撮像データを得、さらに、前記回転機構を制御して、前記放射線源から照射される照射方向が第２の方向であるときに、前記移動装置を制御して、前記検出器を前記放射線源から照射される放射線を検出できる位置に前記検出器を移動した後、さらに、前記放射線源と前記検出器を同一方向に移動して撮像データを得る制御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、高精細な画像が得られるとともに、検査時間も短縮できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記放射線源と前記検出器との間に、放射線の減衰率の大きな細線を内部に有する校正用ファントムを設置し、前記制御装置は、前記ファントム中にある細線の透過像を撮像し、該透過像の形状から該放射線源の位置と、前記放射線源と前記検出器の間の距離を導出するアライメント方法を用いるようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記校正用ファントムの内部に有する細線を、検出器の検出面に対して垂直方向に、少なくとも２本配置するようにしたものである。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記検出器は、２次元平面検出器であり、前記制御装置は、各細線の透過像の延長線が交わる点を求め、該交点の垂直線上に前記放射線源の存在を導出するようにしたものである。

（５）上記（３）において、好ましくは、前記制御装置は、前記校正用ファントムに垂直に配置した細線の長さと、任意の２つの細線の間隔と、透過像における該細線の上端部を結んだ線分長さと、該細線の下端部を結んだ線分長さから放射線源と検出器間の距離を導出するようにしたものである。

（６）上記（３）において、好ましくは、前記校正用ファントムの内部に有する細線を、検出器の検出面に対して水平方向に、かつ、高さ方向に間隔をおいて少なくとも２本配置するようにしたものである。

（７）上記（６）において、好ましくは、前記検出器は、２次元平面検出器であり、前記校正用ファントムの水平方向の細線は、少なくとも二組備え、前記制御装置は、水平かつ平行に配置した二組の細線のそれぞれの平行間隔と、二組の細線間の高さ方向の距離と、透過像における二組の細線のそれぞれの平行間隔から放射線源と検出器間の距離を導出するようにしたものである。

（８）上記（２）において、好ましくは、前記校正用ファントムに用いる細線は、タングステンなどの高密度材である。

（９）上記（２）において、好ましくは、前記校正用ファントムはアクリル中に細線を設置したものである。

（１０）また、上記目的を達成するために、本発明は、放射線源と、該放射線源に対して検査対象物を挟んで配置されるとともに、前記放射線源から照射され、前記検査対象物を透過した透過放射線を検出する検出器と、前記放射線源と前記検出器とを前記検査対象物の長手方向であって、かつ同一方向に平行移動する移動装置とを有する放射線検査システムであって、前記放射線源は、それぞれ放射線を照射する方向が異なる複数の放射線源からなり、前記検出器は、前記複数の放射線源の異なる照射方向に対応して配置された複数の検出器からなり、前記複数の放射線源と前記複数の検出器を同一方向に移動して撮像データを得る制御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、高精細な画像が得られるとともに、検査時間も短縮できるものとなる。

（１１）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、放射線源と、該放射線源に対して検査対象物を挟んで配置されるとともに、前記放射線源から照射され、前記検査対象物を透過した透過放射線を検出する検出器と、前記放射線源と前記検出器とを前記検査対象物の長手方向であって、かつ同一方向に平行移動する移動装置とを有する放射線検査システムを用いて、撮像データを得る放射線検査の撮像方法であって、前記放射線源から照射される照射方向が第１の方向であるときに、前記放射線源と前記検出器を同一方向に移動して撮像データを得、さらに、前記放射線源から照射される照射方向が第２の方向としたときに、前記検出器を前記放射線源から照射される放射線を検出できる位置に前記検出器を移動した後、さらに、前記放射線源と前記検出器を同一方向に移動して撮像データを得るようにしたものである。
かかる方法により、高精細な画像が得られるとともに、検査時間も短縮できるものとなる。

本発明によれば、高精細な画像が得られるとともに、検査時間も短縮できるものとなる。

以下、図１〜図１１を用いて、本発明の第１の形態による放射線検査システムの構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による放射線検査システムの全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の形態による放射線検査システムの全体構成を示すシステム構成図である。

Ｘ線管１０２は、高圧電源（ＨＶ）２０１と冷却器（ＣＬ）２０２に接続されており、Ｘ線管システム制御部（ＸＣＵ）２０３により常に安定した管電圧と管電流を実現する。

Ｘ線管１０２は、回転装置１０５により、矢印Ｒ１方向に回動可能である。Ｘ線管１０２の回転角は、中央制御部（ＣＣＵ）２０５により制御される。Ｘ線管１０２は、２点鎖線で示す第１の照射位置１０６と、破線で示す第２の照射位置１０６’の２位置を取るように回転される。また、Ｘ線管１０２は、Ｘ線管移動装置（ＸＭＵ）１０８により、矢印Ｔ１方向に移動可能である。Ｘ線管１０２の移動は、中央制御部（ＣＣＵ）２０５により制御される。

検出器１０３は、被検体である配管１０４を透過したＸ線管１０２からのＸ線を検出する位置に配置される。すなわち、被検体である配管１０４を挟んで、Ｘ線管１０２と検出器１０３とは、対向配置される。検出器１０３は、２次元検出素子によりなり、シンチレータやシリコンなどの薄膜で形成され、Ｘ線を検出すると可視光を出し、この光はフォトダイオードにより電気信号へと変換される。検出器１０３の検出面は、検出器１０３の上面とする。フォトダイオードを含む電子回路２０７は、検出器１０３の下部に配置され、検出面を保護するカバー材２０８が検出器１０３の上面に設けられている。検出器制御部（ＤＣＵ）２０４により、データ取り込みタイミングやデータ収集が実施される。

検出器１０３は、検出器移動装置（ＤＭＵ）１０９により、矢印Ｔ１方向に移動可能である。検出器１０３の移動は、中央制御部（ＣＣＵ）２０５により制御される。中央制御部（ＣＣＵ）２０５は、Ｘ線管１０２を矢印Ｔ方向に移動制御する時は、同時に、検出器１０３も矢印Ｔ１方向に移動する。Ｘ線管１０２と検出器１０３は、相対的に同じ位置関係を保ちながら、同一方向に移動可能である。また、中央制御部（ＣＣＵ）２０５は、Ｘ線管１０２を第１の照射位置１０６に回転指向した時は、検出器１０３は、図示する検出器１０３の位置とし、Ｘ線管１０２を第２の照射位置１０６’に回転させた時は、Ｘ線管１０２から放射されるＸ線を検出できる検出器１０３’の位置に、検出器１０３を移動させる。

Ｘ線管システム制御部２０３及び検出器制御部２０４は、中央制御部（ＣＣＵ）２０５に接続されており、各機器の動作タイミング調整や、制御部内部にある演算装置にてデータ処理が実施される。装置の動作状態や、検査結果はモニタ２０６にて表示される。

次に、図２を用いて、本実施形態による放射線検査システムにおけるＸ線管と検出器の部分の詳細構成について説明する。
図２は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにおけるＸ線管と検出器の部分の詳細構成図である。なお、図２において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

Ｘ線管１０２は、その内部にＸ線源１０１を有している。Ｘ線管１０２と、２次元検出素子によりなる検出器１０３は、対向配置されている。検査対象物である配管１０４は、Ｘ線管１０２と検出器１０３の間に配置される。

Ｘ線管１０２は、回転装置１０５により、矢印Ｒ１方向に回転する。Ｘ線管１０２の回転中心軸は、Ｘ線管１０２及び検出器１０３の進行方向Ｔ１に対して垂直であり、かつ、検出器１０３の検出面と平行である。これによりＸ線管１０２から放射されたＸ線も第１の照射位置１０６から第２の照射位置１０６’に、管の回転に追随して回転する。この照射方向の変化に対応して検出器１０３も位置を平行移動して検出器１０３’の位置となる。

Ｘ線管１０２の照射角θ１を３０度とすると、第１の照射位置１０６とするには、検出器１０３の表面に垂直な線に対して、Ｘ線管１０２は、角度（θ１／２），すなわち、＋１５度回転させる。また、第２の照射位置１０６’とするには、検出器１０３の表面に垂直な線に対して、Ｘ線管１０２は、前述とは逆方向に角度（θ１／２），すなわち、−１５度回転させる。

Ｘ線管１０２を第１の照射位置１０６としたとき、検出器１０３は、Ｘ線管１０２から放射されるＸ線を検出できる検出器１０３の位置に位置づけられる。また、Ｘ線管１０２を第２の照射位置１０６’としたとき、検出器１０３は、Ｘ線管１０２から放射されるＸ線を検出できる検出器１０３’の位置に位置づけられる。

Ｘ線管１０２を第１の照射位置１０６とし、検出器１０３は、Ｘ線管１０２から放射されるＸ線を検出できる検出器１０３の位置に位置づけられた状態で、Ｘ線管１０２と検出器１０３は、両者の相対位置を保持した状態で、配管１０４の長手方向、すなわち、図示の矢印Ｔ１で示す方向に、配管１０４の全長に亘って移動され、検査対象物１０４の透過データを取得する。次に、Ｘ線管１０２を第２の照射位置１０６’とし、検出器１０３は、Ｘ線管１０２から放射されるＸ線を検出できる検出器１０３’の位置に位置づけられた状態で、Ｘ線管１０２と検出器１０３は、配管１０４の長手方向、すなわち、図示の矢印Ｔ１で示す方向に、配管１０４の全長に亘って移動され、検査対象物１０４の透過データを取得する。

このように管のそれぞれの回転角度で取得することで、総合的な検査対象物の透過角度を拡大することが可能となる。例えば、照射角度が３０度のＸ線管であれば、２回の回転による照射方向の変化により、６０度の透過角度を確保できる。これにより、放射線源の照射角度を２倍とすることができるので、より高精細な画像を得ることができる。

また、例えば、配管の長さを１ｍとしたとき、１回のＸ線管１０２と検出器１０３の移動に要する時間は、例えば、３分である。本実施形態では、Ｘ線管１０２の第１の照射位置１０６と、第２の照射位置１０６’のそれぞれに対して、Ｘ線管１０２と検出器１０３の移動が必要なため、全体としての時間は、６分となる。

一方、従来、高精細な画像を得る方式として、放射線源と検出器が逆方向に移動するか、あるいはいずれか片方を固定してもう片方のみを平行移動する方式の場合、長さ１ｍの配管に対して、移動に要する時間は１分程度である。しかし、１回の移動で得られる配管の情報は、配管の長さ５ｃｍ程度であるため、１ｍの配管全体のついて情報を得るには、２０回繰り返す必要があり、その場合、全体としての時間は２０分となる。また、１回の移動で得られる配管の情報は、配管の長さ１０ｃｍ程度とできる場合には、１ｍの配管全体について情報を得るには、１０回繰り返す必要があり、その場合、全体としての時間は１０分となる。

いずれにしても、本実施形態では、高精細な画像を得られ、かつ、検査に要する時間も短縮できる。

なお、以上の説明では、放射線源としてＸ線管について記載したが、他の放射線源についても同様であり、検出器と放射線源との相対位置を変えた透過データを取得することで透過角度を拡大することが可能となる。

また、以上の説明では、Ｘ線管１０２は、第１の照射位置と第２の照射位置の２位置をとるものとしたが、３位置以上とすることもできる。Ｘ線管１０２の照射角θ１を３０度とすると、第１の照射位置は、検出器１０３の表面に垂直な線の方向とし、第２の照射位置は、検出器１０３の表面に垂直な線からＸ線管１０２を、＋４５度回転させる。また、第３の照射位置は、検出器１０３の表面に垂直な線に対して、Ｘ線管１０２を、前述とは逆方向に−４５度回転させる。この３位置とすることで、照射角を実質的に９０度とすることができる。

次に、図３を用いて、本実施形態による放射線検査システムにおける画像再構成領域について説明する。
図３は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける画像再構成領域の説明図である。なお、図３において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態の装置構成においては、Ｘ線管１０２と検出器１０３は複数の相対位置で検査対象の透過データを取得し、これを再構成することで断層像を得る。画像再構成領域は、図３に示すような格子状３０１とすると、画像再構成を実施するにはＸ線源１０１と各相対位置における検出器１０３の各検出素子とを結ぶ線が画像再構成領域の格子３０１のどの箇所をどれくらいの長さ通過したかを正確に把握することが必要になる。そのためには、Ｘ線源１０１の検出器１０３からの位置と距離を知ることが必須である。さらに、検査の途中でＸ線源１０１と検出器１０３の相対位置が変化するため、検査対象物をセットした状態で位置を認識することも必要となる。

次に、図４を用いて、本実施形態による放射線検査システムにて用いる校正用ファントムについて説明する。
図４は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにて用いる校正用ファントムの説明図である。図４（Ａ）は側面であり、図４（Ｂ）は平面図である。

図４は、図３にて説明したＸ線源１０１と検出器１０３の相対位置を知るために用いる校正用ファントム４０１の構成を示している。校正用ファントム４０１は、アクリルなど剛性が高く、かつ比較的放射線の減衰率が小さい平板で形成されている。校正用ファントム４０１の内部には、タングステンなど放射線の減衰率が大きい部材を垂直に配置した垂直細線４０２が設けられている。校正用ファントム４０１の上面には、水平かつ平行に配置した２本一組の水平細線４０３ａが配置され、同部材の下面には水平かつ平行に配置した２本一組の水平細線４０３ｂが配置されている。垂直細線４０２は、校正用ファントム４０１の上面又は下面に対して垂直に配置される。校正用ファントム４０１の上面と下面は、平滑かつ平行な面となっていることが望ましい。

なお、Ｘ線源から照射された放射線の照射方向において、Ｘ線が最初に入射する面を校正用ファントムの上面、上面に対向する面を下面とする。ファントム４０１を検出器１０３の前面に配置し、透過像を撮像する。

次に、図５を用いて、本実施形態による放射線検査システムにおいて校正用ファントムを用いる場合の構成について説明する。
図５は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにおいて校正用ファントムを用いる場合の構成の説明図である。なお、図５において、図１及び図４と同一符号は、同一部分を示している。

本例では、放射線源としてＸ線源を使用する。Ｘ線源１０１を内部に有したＸ線管１０２と、２次元平面素子の検出器１０３は、検査対象物１０４を挟んで対向するように配置している。Ｘ線管１０２及び検出器１０３は、相対位置を固定された状態で、検査対象物１０４に対して移動する。

校正用ファントム４０１は、Ｘ線源１０１と検出器１０３の間に配置される。本例では、検出器１０３の上面にカバー材２０８を被せ、カバー材２０８の上面に校正用ファントム４０１を密着させている。カバー材２０８の上面に校正用ファントム４０１を密着させることで、検出器１０３の検出面と校正用ファントム４０１の垂直細線４０２とを垂直に位置決めすることが容易となる。

また、校正用ファントム４０１の上面・下面は、検出器１０３の検出面と平行であり、かつＸ線源１０１から照射されたＸ線１０６によって校正用ファントム内部の垂直細線４０２や水平細線４０３ａ，４０３ｂの透過像が検出器１０３にて検出できる位置に校正用ファントム４０１が設置される。

次に、図６を用いて、本実施形態による放射線検査システムにおいて校正用ファントムを用いる場合の垂直細線の透過像について説明する。
図６は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにおいて校正用ファントムを用いる場合の垂直細線の透過像の説明図である。

図６（Ａ）は、本例における垂直細線の透過像を示している。本例において、検出器１０３は２次元検出面を有しているため、透過像は平面像として得られる。図６（Ａ）において、垂直細線４０２が４本の場合である。なお、垂直細線４０２をＸ線源から見た場合、小さな点で表されるため、図６では垂直細線４０２を中抜きの丸印で表記している。

Ｘ線源１０１は１ｍｍ未満の微小な大きさであり、Ｘ線を放射状に照射している。そのため、垂直細線４０２の透過像６０１は、垂直細線４０２からＸ線源１０１を見込んだ方向の反対側に投影される。

したがって、図６（Ｂ）に示すように、それぞれの垂直細線４０２の透過像６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃ，６０１ｄを延長した線分６０２ａ，６０２ｂ，６０２ｃ，６０２ｄの交点６０３によって、検出面におけるＸ線源１０１の２次元配置を求めることができる。即ち、交点６０３から検出面の垂直方向（交点６０３の上部）にＸ線源１０１が位置する。なお、垂直細線４０２は、少なくとも２本以上あればＸ線源１０１の２次元配置を導出できる。但し、垂直細線４０２が２本の場合、２本の垂直細線４０２を結ぶ線分上にＸ線源１０１が位置しないことが必要条件となる。２本の垂直細線４０２を結ぶ線分上にＸ線源１０１が位置する場合、透過像を延長した２本の線分は同一軸となり、交点が現れないためである。

また、垂直細線４０２の透過像によりＸ線源１０１の２次元配置を導出するため、像の幅は極力細い方が望ましく、誤差を小さくすることが可能である。幅としては検出器１０３の素子程度が望ましい。よって、細線径も同様に検出器１０３の素子大きさと同程度とすることが望ましい。

ここで、垂直細線４０２の代わりに、丸孔を用いた場合、孔画像にボケが生じるため、楕円形の孔画像における扁平率を厳密に算出することは困難である。それに対して、細線を用いることで、細線の透過像から透過像を延長した線分の向きを正確に把握することができ、Ｘ線源１０１の２次元配置を導出して、高精度な位置決めが可能である。

なお、垂直細線４０２の数を増加することで位置精度を向上させることができる。具体的には、細線の数をｎ本とした場合、統計誤差は１／√ｎで減少する。

次に、図７を用いて、本実施形態による放射線検査システムにおける垂直細線による校正原理について説明する。
図７は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける垂直細線による校正原理の説明図である。なお、図７において、図１及び図４と同一符号は、同一部分を示している。

図７は、本例において垂直細線４０２によりＸ線源１０１と検出器１０３の検出面との距離を導出するための概念を示している。ここで、Ｘ線源１０１と検出器１０３の検出面又は垂直細線４０２との距離は、検出器２０３の検出面に対して垂直方向の軸におけるＸ線源１０１と検出器１０３の検出面又は垂直細線４０２との距離とする。垂直細線４０２を任意の２本選択し、細線の下端間の距離をＬ１、上端間の距離をＬ２とする。また、細線の高さをＤとする。これら３つの数値は、校正用ファントム製作時に精密に調整可能である。また、Ｘ線源１０１から垂直細線１０２下端部までの距離をＺ１、Ｘ線源１０１から垂直細線４０２上端部までの距離をＺ２とし、Ｘ線源１０１と検出器１０３の検出面までの距離をＨとする。これら３つの数値は未知数である。さらに、検出器２０３で得られた垂直細線４０２の透過像から、２つの下端部透過像の距離をＬ１′、上端部透過像の距離をＬ２′とする。

透過像の拡大率を下端部でｒ１、上端部でｒ２とすると、それぞれ、以下の式（１），式（２）のように表される。

ｒ１＝Ｌ１／Ｌ１’＝Ｚ１／Ｈ …（１）

ｒ２＝Ｌ２／Ｌ２’＝Ｚ２／Ｈ …（２）

これらを変形すると、以下の式（３），式（４）のように表される。

Ｚ１＝ｒ１×Ｈ …（３）

Ｚ２＝ ｒ２×Ｈ …（４）

ここで、細線高さＤはＺ１とＺ２の差であるから、細線高さＤは、以下の式（５）により算出できる。

Ｄ＝Ｚ１−Ｚ２＝ｒ１×Ｈ−ｒ２×Ｈ＝Ｈ（ｒ１−ｒ２）
∴Ｈ＝Ｄ／（ｒ１−ｒ２）＝Ｄ／（Ｌ１／Ｌ１’−Ｌ２／Ｌ２’） …（５）

これにより、既知の数値からＸ線源１０１と検出器１０３の検出面間の距離Ｈが導出される。なお、垂直細線のＬ１′，Ｌ２′は、細線透過像の頂点から導出している。

次に、図８及び図９を用いて、本実施形態による放射線検査システムにおける水平細線による校正原理について説明する。
図８及び図９は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける水平細線による校正原理の説明図である。なお、図８において、図１及び図４と同一符号は、同一部分を示している。

図８（Ａ）に示すように、水平細線４０３ａ，４０３ｂの透過像から両者の間隔を算出し、Ｘ線源と検出器の検出面との距離を求めることも可能である。この場合、図８（Ｂ）に示すように、平行に配置した細線間隔からＬ１′，Ｌ２′を導出できるため、平行線の複数個所から導出した数値を平均化することでＬ１′とＬ２′の誤差を減少させることが可能である。また、透過像（即ち、Ｘ線減衰量）は縁の部分でボケを有している。ボケはＸ線の透過距離や、Ｘ線源の大きさに由来する。垂直細線の場合、垂直細線４０２の上端・下端部の透過像から距離Ｌ１′とＬ２′を導出しており、透過データの減衰曲線が急激かつ不均一に変化するため、精度よく距離を導出することが難しい。それに対し、水平細線４０３ａ，４０３ｂを用いると細線径方向のボケとなるため、透過距離は細線の軸中心から縁部に向けて連続的に減少し、Ｘ線減衰量９０１は滑らかな変化をする（図９）。それゆえ透過像での細線中央軸を高精度に導出可能となり、細線の透過像の平行間隔Ｌ１′，Ｌ２′を高精度に導くことができる。このＬ１′，Ｌ２′を上式（１）から式（５）に適用して距離Ｈを求めることが可能である。

また、図８（Ａ）より、校正用ファントムの上面に設けた水平細線４０３ａと下面に設けた水平細線４０３ｂは、両者の投影像が重ならないようにすることが望ましい。両者の投影像が重なると、透過像の平行間隔Ｌ１′，Ｌ２′を正確に求めることが困難な場合があるからである。

次に、図１０を用いて、本実施形態による放射線検査システムにおける検査内容について説明する。
図１０は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける検査内容を示すフローチャートである。

まず、現地にて装置を組立てる（手順１００１）。

次に、Ｘ線管１０２を回転して照射方向を変化し、この照射方向に対応した位置に検出器１０３を平行移動する（手順１００２）。

次に、校正用ファントムを検出器前面に取り付け、検出器に対する校正用ファントムの角度を調整する（手順１００３）。これにより、ファントム中の垂直細線と水平細線がそれぞれ検出器の検出面に対して垂直方向，水平方向となるようにファントムは取り付けられる。そして、Ｘ線を照射してファントム内の垂直細線及び水平細線の透過像を取得（手順１００４）した後に、各垂直細線の透過像を延長して交点座標を導出する（手順１００５）。

次に、校正用ファントム上面と下面それぞれの水平細線の透過像の間隔を求める（手順１００６）。そして、垂直細線又は水平細線の間隔、及び垂直細線又は水平細線による透過像の間隔を用いてＸ線源と検出器検出面間の距離を導出する（手順１００７）。

つぎに、手順１００５により求められた検出面に対するＸ線源の２次元配置及び手順１００７により求められた放射線源と検出器の検出面との距離に基づき、検出器の各検出素子とＸ線源との幾何配置を決定する（手順１００８）。

その後校正用ファントムを取り外し（手順１００９）、配管を撮像する（手順１０１０）。配管撮像はＸ線源と検出器の並進移動によりデータ収集がなされる。撮像続行・終了の判定を実施し（手順１０１１）、続行の場合引き続きＸ線管１０２の回転、検出器１０３の平行移動後の校正用ファントムによるアライメントを実施して、Ｘ線源１０１と検出器１０３のそれぞれの相対位置による幾何配置を取得しながら配管の撮像データを取得することを所望の回数繰り返す。

それぞれの相対位置でのアライメントにより導出した幾何配置により、再構成領域において取得データが通過する経路を導出し、この結果から画像を再構成して、配管断層像を得る（手順１０１２）。

次に、図１１を用いて、本実施形態による放射線検査システムにおいて用いる校正用ファントムの製造方法について説明する。
図１１は、本発明の第１の形態による放射線検査システムにおいて用いる校正用ファントムの製造方法の説明図である。

校正用ファントムは、３つの部材から構成される。図１１（Ａ）は、第１の部材１１０１ａの側面図である。第１の部材１１０１ａは、１個用いられる。図１１（Ｂ）は、第２の部材１１０１ｂの側面図である。第２の部材１１０１ｂは、２個用いられる。

校正用ファントムを構成する部材１１０１ａ及び１１０１ｂは、校正用ファントムに設けられた垂直細線１０２の中心軸を通る平面で切断することにより、３つの部材に分割されている。部材１１０１ａの側面には、部材１１０１ａの上面に対して垂直方向に垂直細線４０２が接着されている。また、２つの部材１１０１ｂの側面には、垂直細線４０２を収納できる程度の溝１１０２が設けられている。

図１１（Ｃ）は、３つの部材により校正用ファントムを製造する際の分解上面図である。垂直細線４０２が溝１１０２に嵌め込まれるように部材１１０１ａ及び１１０１ｂを接合することで、一つの校正用ファントムを容易に製作することができる。また、垂直細線の位置精度や、角度精度が保持できる。

なお、以上の説明では、検出器１０３のカバー材１２０と校正用ファントム４０１を密着させているものとしたが、検出器１０３のカバー材１２０と校正用ファントム４０１との間に空間を設けていてもよいものである。検出器１０３の検出面に対して校正用ファントム４０１の垂直細線４０２が略垂直となっていれば、前述の数式と同様の考え方でＸ線源の２次元配置及びＸ線源と検出器との距離を求めることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、放射線源から検出器に照射される放射線ビームの広がり角が制限される場合の撮像条件においても、十分な透過角度を持った撮像データ取得が可能となり、高分解能画像再構成が可能となる。また、その際に検査の要する時間を短縮することができる。

次に、図１２を用いて、本発明の第２の形態による放射線検査システムの構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による放射線検査システムの全体構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による放射線検査システムにおけるＸ線管と検出器の部分の詳細構成は、図２に示したものと同様である。

図１２は、本発明の第２の形態による放射線検査システムにおいて校正用ファントムを用いる場合の構成の説明図である。なお、図１２において、図１及び図４と同一符号は、同一部分を示している。

図１２は、本実施例において垂直細線４０２によりＸ線源１０１と検出器１０３との距離を導出するための概念を示している。

図４に示した例との相違点は、図４の例では、検出器１０３の上部にカバー材１２０を取り付けていたのに対して、本実施形態では、このカバー材１２０を取り付けない構造としている点である。そのため、垂直細線４０２の下端部の間隔Ｌ１は、検出器の検出面における透過像の間隔Ｌ１′と等しくなる。

この場合、Ｌ１＝Ｌ１′となり、前述の式（５）が、以下の式（６）

Ｈ＝Ｄ／（１−Ｌ２／Ｌ２’） …（６）

と表される。従って、本例では、式（６）によって、Ｘ線源と検出器検出面との距離を導出することが可能である。

本実施形態によっても、放射線源から検出器に照射される放射線ビームの広がり角が制限される場合の撮像条件においても、十分な透過角度を持った撮像データ取得が可能となり、高分解能画像再構成が可能となる。また、その際に検査の要する時間を短縮することができる。

次に、図１３を用いて、本発明の第３の形態による放射線検査システムの構成及び動作について説明する。
図１３は、本発明の第３の形態による放射線検査システムの構成を示すシステム構成図である。なお、図１３において、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、２個のＸ線管１０２，１０２Ａと、２個の検出器１０３，１０３Ａを備えている。Ｘ線管１０２，１０２Ａは、それぞれ配管軸方向に対して逆向きに回転した配置で固定されている。また、各Ｘ線管に対応している検出器１０３，１０３Ａは、それぞれのＸ線管１０２，１０２Ａの照射野に適した位置に固定されている。

Ｘ線管１０２は、図２における第１の照射位置１０６を有するＸ線管に相当する。検出器１０３は、Ｘ線管１０２からのＸ線が照射される位置に配置される。Ｘ線管１０２Ａは、図２における第２の照射位置１０６’を有するＸ線管に相当する。検出器１０３Ａは、Ｘ線管１０２ＡからのＸ線が照射される位置に配置される。

この例においても、各Ｘ線源１０１と検出器１０３との幾何配置は、前述の校正用ファントム４０１を用いて導出する。

本実施形態によっても、放射線源から検出器に照射される放射線ビームの広がり角が制限される場合の撮像条件においても、十分な透過角度を持った撮像データ取得が可能となり、高分解能画像再構成が可能となる。また、その際に検査の要する時間は、１回の走査で済むため、図１に示した例の半分に短縮することができる。

以上説明した本発明は、放射線源と検出器を用いた検査装置に利用でき、プラントにおける配管の減肉検査や３次元形状データ取得に活用できる。

本発明の第１の形態による放射線検査システムの全体構成を示すシステム構成図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおけるＸ線管と検出器の部分の詳細構成図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける画像再構成領域の説明図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにて用いる校正用ファントムの説明図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおいて校正用ファントムを用いる場合の構成の説明図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおいて校正用ファントムを用いる場合の垂直細線の透過像の説明図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける垂直細線による校正原理の説明図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける水平細線による校正原理の説明図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける水平細線による校正原理の説明図である。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおける検査内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の形態による放射線検査システムにおいて用いる校正用ファントムの製造方法の説明図である。 本発明の第２の形態による放射線検査システムにおいて校正用ファントムを用いる場合の構成の説明図である。 本発明の第３の形態による放射線検査システムの構成を示すシステム構成図である。

符号の説明

１０１…Ｘ線源
１０２…Ｘ線管
１０３…検出器
１０５…回転装置
１０８，１０９…移動装置
４０１…校正用ファントム
４０２…垂直細線
４０３…水平細線

Claims (11)

1. 放射線源と、
   該放射線源に対して検査対象物を挟んで配置されるとともに、前記放射線源から照射され、前記検査対象物を透過した透過放射線を検出する検出器と、
   前記放射線源と前記検出器とを前記検査対象物の長手方向であって、かつ同一方向に平行移動する移動装置と
   を有する放射線検査システムであって、
   前記放射線源が平行移動する軸方向に対して照射方向を回転する回転機構と、
   前記放射線源から照射される照射方向が第１の方向であるときに、前記移動装置を制御して、前記放射線源と前記検出器を同一方向に移動して撮像データを得、さらに、前記回転機構を制御して、前記放射線源から照射される照射方向が第２の方向であるときに、前記移動装置を制御して、前記検出器を前記放射線源から照射される放射線を検出できる位置に前記検出器を移動した後、さらに、前記放射線源と前記検出器を同一方向に移動して撮像データを得る制御装置とを備えることを特徴とする放射線検査システム。
2. 請求項１記載の放射線検査システムにおいて、
   前記放射線源と前記検出器との間に、放射線の減衰率の大きな細線を内部に有する校正用ファントムを設置し、
   前記制御装置は、前記ファントム中にある細線の透過像を撮像し、該透過像の形状から該放射線源の位置と、前記放射線源と前記検出器の間の距離を導出するアライメント方法を用いることを特徴とする放射線検査システム。
3. 請求項２記載の放射線検査システムにおいて、
   前記校正用ファントムの内部に有する細線を、検出器の検出面に対して垂直方向に、少なくとも２本配置することを特徴とする放射線検査システム。
4. 請求項３記載の放射線検査システムにおいて、
   前記検出器は、２次元平面検出器であり、
   前記制御装置は、各細線の透過像の延長線が交わる点を求め、該交点の垂直線上に前記放射線源の存在を導出することを特徴とする放射線検査システム。
5. 請求項３記載の放射線検査システムにおいて、
   前記制御装置は、前記校正用ファントムに垂直に配置した細線の長さと、任意の２つの細線の間隔と、透過像における該細線の上端部を結んだ線分長さと、該細線の下端部を結んだ線分長さから放射線源と検出器間の距離を導出することを特徴とする放射線検査システム。
6. 請求項３記載の放射線検査システムにおいて、さらに、
   前記校正用ファントムの内部に有する細線を、検出器の検出面に対して水平方向に、かつ、高さ方向に間隔をおいて少なくとも２本配置することを特徴とする放射線検査システム。
7. 請求項６記載の放射線検査システムにおいて、
   前記検出器は、２次元平面検出器であり、
   前記校正用ファントムの水平方向の細線は、少なくとも二組備え、
   前記制御装置は、水平かつ平行に配置した二組の細線のそれぞれの平行間隔と、二組の細線間の高さ方向の距離と、透過像における二組の細線のそれぞれの平行間隔から放射線源と検出器間の距離を導出することを特徴とする放射線検査システム。
8. 請求項２記載の放射線検査システムにおいて、
   前記校正用ファントムに用いる細線は、タングステンなどの高密度材であることを特徴とする放射線検査システム。
9. 請求項２記載の放射線検査システムにおいて、
   前記校正用ファントムはアクリル中に細線を設置したことを特徴とする放射線検査システム。
10. 放射線源と、
    該放射線源に対して検査対象物を挟んで配置されるとともに、前記放射線源から照射され、前記検査対象物を透過した透過放射線を検出する検出器と、
    前記放射線源と前記検出器とを前記検査対象物の長手方向であって、かつ同一方向に平行移動する移動装置と
    を有する放射線検査システムであって、
    前記放射線源は、それぞれ放射線を照射する方向が異なる複数の放射線源からなり、
    前記検出器は、前記複数の放射線源の異なる照射方向に対応して配置された複数の検出器からなり、
    前記複数の放射線源と前記複数の検出器を同一方向に移動して撮像データを得る制御装置とを備えることを特徴とする放射線検査システム。
11. 放射線源と、 該放射線源に対して検査対象物を挟んで配置されるとともに、前記放射線源から照射され、前記検査対象物を透過した透過放射線を検出する検出器と、前記放射線源と前記検出器とを前記検査対象物の長手方向であって、かつ同一方向に平行移動する移動装置とを有する放射線検査システムを用いて、撮像データを得る放射線検査の撮像方法であって、
    前記放射線源から照射される照射方向が第１の方向であるときに、前記放射線源と前記検出器を同一方向に移動して撮像データを得、さらに、前記放射線源から照射される照射方向が第２の方向としたときに、前記検出器を前記放射線源から照射される放射線を検出できる位置に前記検出器を移動した後、さらに、前記放射線源と前記検出器を同一方向に移動して撮像データを得ることを特徴とする放射線検査の撮像方法。

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