産業用CTスキャナ

産業用CTスキャナとは

産業用CTスキャナは、X線や中性子線を用いて物体を走査し、得られたデータをコンピュータで処理することで、物体の内部構造を3次元的に可視化する装置です。医療用CTスキャナとは異なり、人体への放射線被曝を考慮する必要がないため、より長時間のスキャンが可能となり、高解像度の画像を得ることができます。

日本においては、1983年にTOSCANER 3000シリーズが初の産業用X線CTスキャナとして発表されました。かつては非常に高価でしたが、近年では卓上設置可能な小型機種の開発が進み、価格も比較的安価になってきています。

産業用CTスキャナの構造と原理

初期のCTスキャナでは、ペンシルビーム型の線源や単列型の検出器が用いられ、試料を回転させながらX線を照射していました。近年では、医療用CTスキャナと同様に、複列型の検出器やヘリカルスキャン、フラットパネルディテクタを使用する例が増えています。

試料はターンテーブル上で回転し、全方位からX線照射を受けます。X線は試料を通過する際に一部吸収されて減衰し、検出器に到達します。検出器で得られた信号はAD変換器によってデジタル値に変換され、コンピュータで画像が再構成されます。以前は専用のハードウェアが必要でしたが、現在は汎用PCでソフトウェア処理が可能です。

2次元CTと3次元CT

2次元CTでは、X線管球から照射されたX線はコリメータによって扇型（ファンビーム）に絞られます。ラインセンサが検出器として用いられ、X線の散乱の影響を抑え、鮮明な画像を取得できます。試料全体をスキャンするには時間がかかりますが、関心領域を限定した部分スキャンも可能です。

3次元CTでは、X線はコーン状（コーンビーム）に照射され、イメージインテンシファイアやフラットパネルディテクタが検出器として用いられます。一度に撮像できる領域が広いため、短時間でのスキャンが可能です。

ヘリカルCTは、医療用CTと同様に、X線源と検出器が固定され、試料が回転しながら高さ方向に移動します。これにより、切れ目のないデータを得ることができます。

X線管球の種類

密閉管は、管球内を真空に保つことで、小型化が可能で長寿命です。主にマイクロフォーカス管やミニフォーカス管に使用されます。X線出力は反射式が多く、高出力を得やすい反面、幾何学的拡大率を上げるのが難しいです。

開放管は、真空ポンプで管内を真空に保ちます。フィラメントやターゲットの交換が可能で、長期使用が可能です。焦点サイズを小さくできるため、マイクロフォーカス管やナノフォーカス管に使用されます。ナノフォーカス管は透過式が多く、幾何学的拡大率を上げやすいです。

ターゲットの種類

透過型は、試料に物理的に近づけるため、高い幾何学的拡大率が得られます。ただし、高出力は難しいです。

反射型は、X線をターゲットで反射させることで、高出力が可能となります。

焦点サイズ

ナノフォーカス管は焦点寸法が1μm以下のX線管球で、主に透過型を使用しています。

マイクロフォーカス管は焦点寸法が100μmより小さく、透過型と反射型があります。

ミニフォーカス管は焦点寸法が100μm以上で、主に反射型を使用し、高エネルギーが必要な場合に使われます。

幾何学拡大率と幾何学不鮮明度

幾何学拡大率(M)は、FDD（Focus Detector Distance：線源から検出器までの距離）をFOD（Focus Object Distance：線源から試料までの距離）で割った値として計算されます。試料を線源に近づけるほど拡大率は大きくなります。

ボクセルサイズ(V)は、検出器のピクセルピッチ(P)を幾何学拡大率で割った値として計算されます。

幾何学不鮮明度(Ug)は、焦点サイズ(F)に(M-1)をかけた値で計算されます。焦点サイズが大きいと画像が不鮮明になるため、試料を検出器に近づけて拡大率を下げることで影響を小さくすることがあります。

産業用CTスキャナの用途

産業用CTスキャナは、品質管理、内部構造解析、欠陥検査、リバースエンジニアリングなど、様々な分野で活用されています。考古学や美術品の鑑定、化石標本や隕石の調査にも用いられています。近年では、テロ対策や犯罪防止のために手荷物検査への導入も進んでいます。

主な製造企業

産業用CTスキャナは、以下の企業などによって開発・販売されています。

東芝
日立
ニコン
島津製作所
アールエフ
エクスロンインターナショナル
ベアト
ブルカー
カールツァイス
[ゼネラル・エレクトリック]

外部リンク

* X線CT（X線コンピュータ断層撮影）（原子力百科事典 ATOMICA）

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