特許 7559621 Ｘ線分析装置およびＸ線分析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】Ｘ線分析装置およびＸ線分析方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/046 20180101AFI20240925BHJP

   G21K 5/10 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

G01N23/046

G21K5/10 T

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021033776

(22)【出願日】2021-03-03

(65)【公開番号】P2022134573

(43)【公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-06-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】弁理士法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】欅 泰行

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／２５４００６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３５０１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０６１６０９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００－Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

Ｇ２１Ｋ １／００－Ｇ２１Ｋ ３／００

Ｇ２１Ｋ ５／００－Ｇ２１Ｋ ７／００

Ｇ０１Ｂ １５／００－Ｇ０１Ｂ １５／０８

Ａ６１Ｂ ６／００－Ａ６１Ｂ ６／５８

Ｇ０１Ｂ １１／００－Ｇ０１Ｂ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線源と、前記Ｘ線源から照射されるＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置され撮影対象を回転可能に保持する回転ステージと、を備えたＸ線分析装置において、
前記回転ステージにより前記撮影対象を回転させながら前記Ｘ線源から照射されるＸ線のＸ線光軸と同じ光軸上に光を照射して前記Ｘ線検出器の位置に前記撮影対象の影の像を投影する光照射機構を備えていることを特徴とするＸ線分析装置。

【請求項2】

前記光照射機構から照射された光で投影される前記撮影対象の影の像は、前記Ｘ線源から照射されるＸ線で形成される前記撮影対象のＸ線透過画像で構成される領域を示すものであることを特徴とする請求項１に記載のＸ線分析装置。

【請求項3】

前記光照射機構は、可視光を照射する光源と、前記光源から照射される光を前記Ｘ線光軸と同軸上に反射して前記撮影対象に照射させる反射板と、を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線分析装置。

【請求項4】

前記反射板と、前記撮影対象の間に、マーカ部材を配置したことを特徴とする請求項３に記載のＸ線分析装置。

【請求項5】

前記Ｘ線分析装置は、Ｘ線ＣＴ装置であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＸ線分析装置。

【請求項6】

回転ステージ上に回転可能に保持された撮影対象に、Ｘ線源からＸ線を照射し、撮影対象を透過したＸ線をＸ線検出器で検出して撮影対象の分析を行うＸ線分析方法において、
前記回転ステージにより前記撮影対象を回転させながら前記Ｘ線源から照射されるＸ線のＸ線光軸と同じ光軸上に、光照射機構により光を照射して前記Ｘ線検出器の位置に前記撮影対象の影の像を投影し、前記撮影対象の影の像により前記撮影対象がＸ線による撮影視野範囲にあるか否かを目視確認することを特徴とするＸ線分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線分析装置およびＸ線分析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

産業用のＸ線ＣＴ装置においては、一般に、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に、Ｘ線光軸に直交する軸の回りに回転する回転ステージを配置し、その回転ステージ上に撮影対象を保持した状態でＸ線を照射しつつ、回転ステージを所定の微小角度ずつ回転させるごとにＸ線検出器からのＸ線透過データを取り込むものが知られている。
この場合に、産業用のＸ線ＣＴ装置は、様々な大きさ・形の撮影対象をＣＴ撮影することが求められており、毎回適切な位置に撮影対象をセットする必要がある。撮影対象の位置決めが不適切な場合、注目箇所がＣＴ撮影視野の範囲外となり、本来観察したい部位が断面画像上に写っていないことがＣＴ撮影後に判明し、再撮影を要するケースが生じる。

【0003】

そのため、従来は、撮影対象がCT撮影視野範囲に収まっているかどうかを確認するために、Ｘ線を照射し透視画像から確認するか、一度簡易的な条件でＣＴ撮影を実施するといった方法が用いられていた。
しかしながら、Ｘ線透視画像やＣＴ撮影結果から撮影対象の位置を確認する場合、撮影対象をセット後、一度扉を閉じる必要がある。そのため、CT装置に撮影対象の位置決め用の機構が設けられていない場合、撮影対象の位置合わせをするために、再度扉を開け、撮影対象の位置合わせを実施する必要があり、非常に手間がかかる。

【0004】

そのため、従来から、例えば、回転ステージ上に載せられた撮影対象を光学カメラによって撮影し、そのデータを用いた画像処理により、撮影対象の形状、大きさおよび回転軸に対する位置情報を得て、それに基づいて撮影対象とＸ線源の干渉を監視し、あるいは干渉せずに最もＸ線源に接近する位置に回転ステージを自動的に位置決めする技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】ＷＯ２００６／０５１６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、前記従来の技術では、撮影対象に対して上方から光学カメラで撮影した画像に基づいて、回転ステージの位置決めを行うものであるため、撮影対象にＸ線を照射した場合に得られるＸ線透過画像と、完全に一致した撮影対象の撮影範囲を位置決めすることは困難である。
特に、オフセット走査と呼ばれるＸ線検出器を横方向にシフトしてＣＴ撮影する手法においては、Ｘ線透過画像が実際に撮影されるＣＴ撮影視野範囲の半分程度しか得られないため、透視画像によりＣＴ撮影視野範囲を確認するのは容易ではない。

【0007】

本発明は、Ｘ線透過画像を得るための撮影対象の位置決めを容易に、かつ、正確に行うことができるＸ線分析装置およびＸ線分析方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の態様は、Ｘ線源と、前記Ｘ線源から照射されるＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置され撮影対象を回転可能に保持する回転ステージと、を備えたＸ線分析装置において、前記回転ステージにより前記撮影対象を回転させながら前記Ｘ線源から照射されるＸ線のＸ線光軸と同じ光軸上に光を照射して前記Ｘ線検出器の位置に前記撮影対象の影の像を投影する光照射機構を備えていることを特徴とするＸ線分析装置である。

【発明の効果】

【0009】

本発明の第１の態様によれば、光照射機構により撮影対象の影の像を形成するようにしているので、撮影対象の影の像を目視することで、撮影対象に対してＸ線が照射される領域を確認することができ、撮影対象の位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。そのため、オフセット走査を行う場合でも、撮影対象の位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係るＸ線分析装置の概略構成を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本実施の形態においては、本発明をＸ線分析装置としてのＸ線ＣＴ装置に適用した場合の例について説明する。
図１は、本実施の形態に係るＸ線ＣＴ装置の概略を示す斜視図である。

【0012】

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、撮影対象Ｗに対してＸ線を照射するＸ線源１０と、Ｘ線源１０から照射されるＸ線を検出するＸ線検出器１１と、を備えている。
Ｘ線源１０とＸ線検出器１１と間には、撮影対象Ｗに回転を与えるためのステージとしての回転ステージ１２が配置されている。この回転ステージ１２は、Ｘ線源１０からのＸ線光軸Ｌに沿ったｘ軸方向に直交するｚ軸方向の回転軸を中心として回転駆動されるとともに、ｘ軸方向に移動自在に構成されている。

【0013】

ＣＴ撮影に際しては、撮影対象Ｗを回転ステージ１２上に載置した状態で、Ｘ線源１０からＸ線を照射しつつ、回転ステージ１２を回転させ、微小回転角度ごとにＸ線検出器１１からのＸ線透過データを取得し、取得した３６０°分の撮影対象ＷのＸ線透過データを用いて、撮影対象Ｗの断層像を得るようになっている。

【0014】

また、本実施の形態においては、撮影対象Ｗに対して光を照射するための光照射機構２０が設けられている。
光照射機構２０は、本実施の形態においては、白色光などの可視光を照射する光源２１と、反射板２２と、マーカ部材２３と、を備えている。
光源２１は、可視光を照射するものである。反射板２２は、例えば、アクリルなどの樹脂により形成され、光源２１からの照射される光を、Ｘ線光軸Ｌであるｘ軸方向に反射させるものである。反射板２２で反射された光は、マーカ部材２３を通って撮影対象Ｗに照射されるように構成されている。

【0015】

光源２１は、光源２１から照射される光が反射板２２で反射されて撮影対象Ｗに照射され、Ｘ線検出器１１に影として投影される際に、形成される撮影対象Ｗの影の大きさと、Ｘ線源１０から撮影対象Ｗに照射されるＸ線で形成される撮影対象ＷのＸ線透過像とが、同一の大きさになる位置に設置される。
これにより、光源２１からの光を撮影対象Ｗに照射することで、Ｘ線検出器１１にＸ線を照射した場合に得られるＸ線透過画像と、同一の影の像ＷＳを投影することができる。そのため、光源２１からの照射光により投影される撮影対象Ｗの影の像ＷＳを目視することで、Ｘ線透過画像を取得する範囲を確認することができる。
なお、光源２１としては、白色光の代わりに他の色の光を用いるようにしてもよいし、レーザ光を用いるようにしてもよい。

【0016】

また、本実施の形態においては、反射板２２と回転ステージ１２との間には、マーカ部材２３が配置される。マーカ部材２３は、例えば、透明な樹脂で形成され、マーカ部材２３には、四角形状の外側マーカ２４と、この外側マーカ２４の内側に位置し略十字状の内側マーカ２５と、が印刷などにより形成されている。
外側マーカ２４は、Ｘ線の照射により得られる撮影対象ＷのＸ線透過画像の撮影視野範囲に形成されている。内側マーカ２５は、十字状の交差する点が、Ｘ線光軸Ｌと位置するように形成されている。
なお、マーカ部材２３の代わりとして、反射板２２の表面にマーカ部材のようなパターンを印刷することで、Ｘ線による撮影視野範囲を確認するようにしてもよいし、光源２１をレーザ光源として、レーザ光をマーカ部材のようなパターンを投影することで、Ｘ線による撮影視野範囲を確認するようにしてもよい。

【0017】

そして、光源２１から反射板２２を介して光を照射することで、マーカ部材２３の外側マーカ２４の影２４Ｓおよび内側マーカ２５の影２５ＳがＸ線検出器１１に形成されることになる。Ｘ線源１０から撮影対象ＷにＸ線を照射することにより得られる撮影対象ＷのＸ線透過画像は、外側マーカ２４で囲まれた範囲に形成されるため、Ｘ線検出器１１に投影された外側マーカ２４の影２４Ｓの範囲に、投影された撮影対象Ｗの影の像ＷＳを位置させることで、撮影対象ＷがＣＴ撮影視野領域に収まることを確認することができる。

【0018】

また、オフセット撮影の場合は、Ｘ線源からのＸ線が撮影対象の全体には照射されないため、光源からの光をオフセットした状態で撮影対象に照射しても、撮影対象の全体の影の像を得ることができない。
そのため、このようなオフセット撮影の場合は、Ｘ線検出器の検出面のＸ線をオフセットしていない側に、例えば、スクリーンなどを設置するとともに、光源からの光が撮影対象の略中心を通るように設定する。この状態で、光源からの光を撮影対象に照射することで、オフセット撮影時における撮影対象が、ＣＴ撮影視野領域に収まるか否かを確認することが可能となる。

【0019】

なお、本実施の形態においては、光照射機構２０は、光源２１からの光を反射板２２を介して撮影対象Ｗに照射するように構成したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、Ｘ線光軸Ｌ上に光源２０を配置し、この光源２０から撮影対象Ｗに光を直接照射することにより、撮影対象Ｗの影の像ＷＳを投影するようにしてもよい。この場合に、撮影対象ＷにＸ線を照射する際に光源２０が邪魔になるので、Ｘ線を照射する際には、光源２０を待避させる構造とする必要がある。

【0020】

次に、前記Ｘ線ＣＴ装置１を用いた本発明のＸ線分析方法について説明する。
まず、回転ステージ１２上に所定の撮影対象Ｗを載置する。
この状態で、光源２１から光を照射する。光源２１から照射された光は、反射板２２で反射され、マーカ部材２３を透過して撮影対象Ｗに照射される。
これにより、Ｘ線検出器１１に、撮影対象Ｗの影の像ＷＳが投影される。この状態で、回転ステージ１２を３６０°回転させ、撮影対象Ｗの３６０°分の影の像ＷＳを投影させる。このとき、Ｘ線検出器１１には、マーカ部材２３の外側マーカ２４および内側マーカ２５の影も一緒に投影される。なお、回転ステージ１２を回転させる角度は、３６０°に限定されるものではなく、例えば、１８０°、９０°など撮影対象に応じて撮影者が適宜設定するものである。

【0021】

使用者は、撮影対象Ｗの影の像ＷＳを視認することで、撮影対象Ｗがマーカ部材２３の外側マーカ２４の内側に位置しているか否かを目視することができ、光源２１からの照射光により投影される撮影対象Ｗの影の像ＷＳを目視することで、Ｘ線透過画像を取得する範囲を確認することができる。
そして、撮影対象Ｗの影の像ＷＳを確認することで、撮影対象Ｗを回転ステージ１２上に正しく設置する。
その後、Ｘ線源１０から撮影対象Ｗに対してＸ線を照射し、このＸ線をＸ線検出器１１で検出することにより、所定のＸ線透過画像を得ることができる。

【0022】

本実施形態によれば、次の効果を奏する。

【0023】

本実施形態のＸ線ＣＴ装置１では、Ｘ線源１０と、Ｘ線源１０から照射されるＸ線を検出するＸ線検出器１１と、Ｘ線源１０とＸ線検出器１１との間に配置され撮影対象Ｗを保持する回転ステージ１２（ステージ）と、を備え、Ｘ線源１０から照射されるＸ線のＸ線光軸Ｌと同じ光軸上に光を照射してＸ線検出器１１の位置に撮影対象Ｗの影を形成する光照射機構２０を備えている構成とした。
これにより、光照射機構２０により撮影対象Ｗの影の像ＷＳを形成するようにしているので、撮影対象Ｗの影の像ＷＳを目視することで、ＣＴ撮影視野範囲領域に収まることを確認することができる。そのため、撮影対象Ｗに対してＸ線が照射される領域を確認することができ、撮影対象Ｗの位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。
また、オフセット撮影の場合も、スクリーンなどを設置するとともに、光源からの光が撮影対象の略中心を通るように設定して、光源からの光を撮影対象に照射することで、オフセット撮影時における撮影対象が、ＣＴ撮影視野領域に収まるか否かを確認することができる。そのため、オフセット走査を行う場合でも、撮影対象Ｗの位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。

【0024】

本実施形態のＸ線ＣＴ装置１では、光照射機構２０から照射された光で投影される撮影対象Ｗの影の像ＷＳは、Ｘ線源１０から照射されるＸ線で形成される撮影対象ＷのＸ線透過画像で構成される領域を示す構成とした。
これにより、光照射機構２０からの照射光で投影される撮影対象Ｗの影の像ＷＳを、Ｘ線源１０から照射されるＸ線で形成される撮影対象ＷのＸ線透過画像で構成される領域を示す構成としたので、撮影対象Ｗに対してＸ線が照射される領域を確実に確認することができ、撮影対象Ｗの位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。

【0025】

本実施形態のＸ線ＣＴ装置１では、光照射機構２０は、可視光を照射する光源２１と、光源２１から照射される光をＸ線光軸Ｌと同軸上に反射して撮影対象Ｗに照射させる反射板２２と、を備えた構成とした。
これにより、光源２１からの照射光を反射板２２を介して撮影対象Ｗに照射することができ、Ｘ線検出器１１に撮影対象Ｗの影の像ＷＳを投影することができる。

【0026】

本実施形態のＸ線ＣＴ装置１では、反射板２２と、撮影対象Ｗの間に、マーカ部材２３を配置した構成とした。
これにより、投影された撮影対象Ｗが投影されたマーカ部材２３に対する位置を目視確認することで、撮影対象Ｗが正しい位置にあるか否かを判断することができる。

【0027】

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形、及び応用が可能である。
また、上述した実施形態における水平、及び垂直等の方向や各種の数値、形状は、特段の断りがない限り、それら方向や数値、形状と同じ作用効果を奏する範囲（いわゆる均等の範囲）を含む。

【0028】

［態様］
上述した例示的な実施形態、及び変形例は、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。

【0029】

（第１項）一態様に係るＸ線分析装置は、Ｘ線源と、前記Ｘ線源から照射されるＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置され撮影対象（Ｗ）を保持するステージと、を備えたＸ線分析装置において、前記Ｘ線源から照射されるＸ線のＸ線光軸と同じ光軸上に光を照射して前記Ｘ線検出器の位置に前記撮影対象の影の像を投影する光照射機構を備えている。

【0030】

第１項の態様によれば、光照射機構により撮影対象の影の像を形成するようにしているので、撮影対象の影の像を目視することで、撮影対象に対してＸ線が照射される領域を確認することができ、撮影対象の位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。そのため、オフセット走査を行う場合でも、撮影対象の位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。

【0031】

（第２項）第１項に記載のＸ線分析装置において、前記光照射機構から照射された光で投影される前記撮影対象の影の像は、前記Ｘ線源から照射されるＸ線で形成される前記撮影対象のＸ線透過画像で構成される領域を示すものでもよい。

【0032】

第２項の態様によれば、光照射機構からの照射光で投影される撮影対象の影の像を、Ｘ線源から照射されるＸ線で形成される撮影対象のＸ線透過画像で構成される領域を示すものとしたので、撮影対象に対してＸ線が照射される領域を確実に確認することができ、撮影対象の位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。

【0033】

（第３項）第１項または請求項２に記載のＸ線分析装置において、前記光照射機構は、可視光を照射する光源と、前記光源から照射される光を前記Ｘ線光軸と同軸上に反射して前記撮影対象に照射させる反射板と、を備えていてもよい。

【0034】

第３項の態様によれば、光源からの照射光を反射板を介して撮影対象に照射することができ、Ｘ線検出器に撮影対象の影の像を投影することができる。

【0035】

（第４項）第３項に記載のＸ線分析装置において、前記反射板と、前記撮影対象の間に、マーカ部材を配置してもよい。

【0036】

第４項の態様によれば、投影された撮影対象が投影されたマーカ部材に対する位置を目視確認することで、撮影対象が正しい位置にあるか否かを判断することができる。

【0037】

（第５項）第１項から請求項４のいずれか一項に記載のＸ線分析装置において、前記Ｘ線分析装置は、Ｘ線ＣＴ装置であってもよい。

【0038】

第５項の態様によれば、Ｘ線分析装置として、Ｘ線ＣＴ装置に適用が可能である。

【0039】

（第６項）一態様に係るＸ線分析方法は、ステージ上に保持された撮影対象に、Ｘ線源からＸ線を照射し、撮影対象を透過したＸ線をＸ線検出器で検出して撮影対象の分析を行うＸ線分析方法において、前記Ｘ線源から照射されるＸ線のＸ線光軸と同じ光軸上に、光照射機構により光を照射して前記Ｘ線検出器の位置に前記撮影対象の影の像を投影し、前記撮影対象の影の像により前記撮影対象がＸ線による撮影視野範囲にあるか否かを目視確認する。

【0040】

第６項の態様によれば、光照射機構により撮影対象の影の像を形成するようにしているので、撮影対象の影の像を目視することで、撮影対象に対してＸ線が照射される領域を確認することができ、撮影対象の位置合わせを容易に、かつ、正確に行うことができる。

【符号の説明】

【0041】

１ Ｘ線ＣＴ装置
１０ Ｘ線源
１１ Ｘ線検出器
１２ 回転ステージ
２０ 光照射機構
２１ 光源
２２ 反射板
２３ マーカ部材
２４ 外側マーカ
２５ 内側マーカ
Ｗ 撮影対象
Ｌ Ｘ線光軸
ＷＳ 影の像

【図1】