JAKK1 Conf 9-1 002
6. fttm
/7^J|jt>/:
1fi
1y
If
l/:'|'fl;r-7^t777
K/7 7 i
-ttl* * C Tflt
CNRCT) C
A 1 (0. 093cm"') A
. NRCTCR
(2. 5 c r •) * T O lOttO
1. & E fc H
C C - C C D )
if 7 7 A (N R) C
Coupled Devi ce) U - T -f ^ - v -t >
T ( N R C T )
9 9
cm"
1) l i l l f f l X C T (0.1-lOcii-
1)
4ft:
t Tffl l> k N R C T
PCD(Plasma
£ ft X ^ 5 [7],
NRCTT-li
8-2:©)» 1 9 8
, N R C T (0. l~l000
>. 1 9 8 9 ¥ < k
4 2 -j八EHI Cりnf 91 002 {札j土合J去;1市;IJJυ}~刊!JCC
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力
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フ
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卜刊叩刊，れ
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1
[-ラジ才ケラフイ
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搬
品
;
京
;
;
ートモグラフィー
立 教 大 学 原 子 力 研 究 所 小 林 久 夫 概 要 冷 却 型CCD
撮像装置の優れた特性、すなわち広いダイナミ vクレンジ、良 好な直線性、および無歪位置検出能は、静止画像の良好な計測を可能とすると もに、中性子CT(NRCT)
にも有効であることが当初から示唆されていた。 本研究においては、優れたNRCT
の可能性を実証するための予備実験を行っ た。用いた試料は、CT
値の直純性を検査するために製作されたものであり、 様々なCT
値を有するA1
(
0
.
0
9
3
c
m
回 1)からアクリル樹脂(
2
.5
c
m
-
1 )までの1
0
種の 物質で構成されている。NRCT
の例、CT
値とその実用的な価値など、検討 した二三の結果を報告する。1.注♀生
ζ 冷却型CCD
撮像装置(C
一CCD)
の特徴は、入力光子数と出力信号強度の良好な直 線性、検出位置信号の無歪性、信号検出感度の均質性に加え、素子冷却による S N比の向 上に伴う広いダイナミックレンジにある。筆者は、当初からこの点に着目し、これを中性 子ラジオグラフィ(NR)
に用い、第3
田中性子ラジオグラフィ世界会議などにその諸特性 を尭表してきた[1.2
]
。上の特徴は、そのまま高性能NRCT
の可能性を示唆しており、そ の成果は、第4
回世界会議などに発表されつつある[
3
-
7
J
。その中には、PC
D
(
P
l
a
s
m
a
C
o
u
p
l
e
d
D
e
v
ic
e
)
リニアイメージセンサを冷却して用いたNRCT
も発表さわしている[
7
]
。 そもそも、中性子CT(NRCT)
は、すでに1981
年米国サンディエゴで開催され た第l
田中性子ラジオグラフィ世界議会(
N
R
-
1:
①参照)にフィ )1-ム法を用いた例が報告され ている[8.9]。 その後、1988
年には仏国パリ(
N
R
-
2
:
②)、1989
年 大 阪(
N
R
-
3
:
@
)
、 1 9 9 2年サンフランシスコ(
N
R
-
4
:
④)で開催された第2---4回世界会議ではエレクトロニ クス法を用いたNRCT
の試みが多数報告されている。NR
における全巨視的断面積、すなわち線吸収係数値において、NR
C
T
(
0
.
1
-
-
-
1
0
0
0
c
m
-
I) は工業用XC
T
(
0
.
1
-
-
"
"
'
1
0
c
m
-
l) や医療用CT
の場合(
0
.l
-
-
"
"
'
l
c
m
-
l) と比較してはる かに広い測定範囲が要求される。この点、NRCT
に要求される条件は工業用XCT
より 更に厳しいものとなっている。試料寸法については、医療用の場合数cm
-
-
"
'
"
数1
O
c
m
を考えれ ばよいが、NRCT
では 1c
m
以下の小さいものからでき得れば数m
程度のものまで多種多 岐にわたって要求されることも困難を増大させている。したがって、良質のNRCT
を得 るためには、まずダイナミックレンジの拡大が優先されなければならない。1989
年よ り、筆者らはこの点を考慮して準備を進め、その予備的な成果を第4
回NR
世界会謡に報 42-JAICkl Conf SM 002
2.
2-1
£2. 9cm
10cm 0 CJgJf L / D 1100A» ^35 fc ^
fct2.6],
L to
•? CN R C
tiO.05"
2-2 N
Pig.
(rotation-rotation^st)
S l f t f f fc L,
. 1cm"
1A»<b2. 5c
mfffi ft
I c m 0: Base plale ( A l ) 1: Aluminium 2: Graphite (C) 3: Lead 4: Titanium 5: Copper (r. Iron 7. SUS..H4 <S: Acrvlic resin l)HD: Dry wood (high density) yi.D: Dry wood(low density) 10: ABS resin 11: Ciidmium
+ . Center of rotation
Fig.1 A sectional view of the object designed to test
the linearity of the CT value of various materials.
43
J^，':R[ C"lIf 9.1002 告した[
6
J
。ここでは、得られた成果および最近の成果について報告する。2
.
投 彫 画 像 の 取 得2.1
中 性 子 照 射 装 置NRCT
の た め の 投 彫 画 像 の 蝿 影 は 立 教 炉(
T
R
I
G
A
-
I
I
.
1
0
0
k
W
)
のNo
.
2
照射口を用いておこ なった。C
一CCD
の 欠 点 は 感 度 が 若 干 劣 る こ と に あ る が 、 中 性 子 照 射 口 内 の ダ イ ヤ ブ ラ ム 開 口 寸 法 を2
.9
c
m
o
から1
0
c
m
o
に広げL/D
を1
0
0
から3
5
と 劣 化 せ し め る 代 わ り に 中 性 子 束 を1
桁上げ1.5X 1
0
7n
/
c
m
Ls
とすることで解決した[
2
.
6
]
。 し/D
を3
5
と劣化せしめたことの 効 果 は 後 に 議 論 す る が 、 今 回 はCT
値 の 直 線 性 と ダ イ ナ ミ ッ ク レ ン ジ の 拡 大 を 重 視 し た 結 果による。NRCT
用 投 膨 画 像 の 撮 膨 は ダ イ パ ー ジ ン グ 型 ビ ー ム 中 に 試 料 を 置 き と れ を 回 転 す る 方 法 を 採 用 し て お り 、 医 療 用 の い わ ゆ る 第3
世代 Crotation-rotation方 式 ) と 等 価 な 方 法 で あるG 試 料 の 回 転 は 、 直 径5
c
m
の1
/
1
0
0
減 速 ハ ー モ ニ ッ ク ド ラ イ ブ 機 構 を 用 い た 。 こ の ド ラ イ ブ 機 構 は 、 名 目 上0
.
0
1
・ の 角 度 設 定 精 密 度 、 パ ッ ク ラ ッ シ ュ 補 正 後 の 角 度 決 定 の 正 確 度 は0
.
0
5
0 と評価されている。2
・2 NRC
1'用試料 被 写 体 はC
1'値の決定範囲と直線性を検査することのできる設計とし、その切断面を F'ig.1
に 示 し た 。 図 に 示 し た ご と く 、 全 巨 視 的 断 面 積O
.1
c
m
-
1から2
.5
c
m
-
1の様々な物質を I cm 0: Base p[Jle (AI) [: Aluminium 2: Graphitc (C) 3・Lead 4:丁目anium 5: Coppcr (): Iron i: SUS.，/I4 R: AじrvlicrcメIn リHD:Ory woud (high dcnsity) リLD:Drv wllod (Iow dcnsity) [0: AsS rcsin 11: C‘Idmium +.Ccnter of rOl3tionF'ig.
1
A
sectional view of the object designed to test the linearity of the CTvalue of various rnaterials.JAICKI Ccuif 94 (KG
Inn,
Life.
2 - 3
^
6L i F + ZnS (Ag)
, CCD
» 1 © ?
C C
2-4 C - C C D »
*>^> © 8
t , NR
510X492>
fc.
, (3)
^ C4)
fc,
2-5 £ IB
44 J:¥I-;I<I ('<川f9，¥(J()~5
c
m
qSのAI
製円盤上に配置しである。被写体の中心軸上部と下部には、おのおの1m
m
qSの Cd棒が挿入されており、試料回転軸の軸合わせ、および画像処理時の回転軸の座標決定に 用いられる。N R
においては、X
線の場合と同様、試料自身と周辺からの散乱線成分による擾乱がC
T
の信頼性を低下せしめる。そこで、被写体の前面、すなわちビーム入射側に幅5
m
m
、厚さ1
m
m
、 数 本 のCd榎を互いに平行にグリッド状に配置し固定たものを置き、回転被写体と共 に撮膨した。 この各グリッド中心線上の階調濃度値(中性子強度)はそのままその近傍の 散乱線成分を与える。そこで、グリッド聞を二次曲面関数近似で補間することで、投影画 像全面の散乱線成分の二次元分布を推定した。この方式の有効性は既に様々な研究者によ って確認されつつある[
2
.
1
0
.
1
1]。かくして、C T
に必要な直違透過成分像は、グリッド甑 の像で推定した散乱線成分の二次元像を、被写体投膨画像から差し引くことにより得、こ れをC T
用投影画像とした。このとき当然、オフセ、-y~ ¥暗電流成分、 y線パ、yクグラウ ンド成分はすべて同時に差し引かれることになる。2
，3 N
R
撮 像 系 投影画像の撮影は、 6L
i
F
+
Z
nS
(A
g)の蛍光コンパータで透過中性子線強度を光画像 信号に変え、 これを光学系でC
一CCD
素子に結像することにより達成した。光学系は、2
重 ミ ラ ー を 介 し て 焦 点 距 離f
=
5
5
m
m
、 開 口 数F=2.8
のマイクロニッコールレンズを、作 動 距 離8
0
c
m
、 倍 率X1
/
1
2
.
7
に条件を設定して撮像を行った。この条件においては、CCD
素子上の1
画素は、被写体の190μmX
150μm~-こ相当する。捕捜 y 線発生源となる第 1 のミ ラーを力メラが直接望まないように、すなわちCCD
素子の y線遮蔽が困難な光軸方向を 変更することを目的として、上述のような2
重ミラーを用いている。2
・4 C
一CCD
撮 像 装 置 従来報告されているエレクトロニクス法を用いたNRCT
は、通常の撮像管をからの8
ピットデータを、必要に応じて積分することにより、ダイナミックレンジを拡大し、N R
投影像を取得するのが普通であった。しかし、この方式では、積分の度に1
回で済むべき 読みだし雑音が加算されてしまうため、C T
としてはダイナミックレンジが尚不足し良質 のC T
像を得ることが困難となっていた。筆者らは当初からこの点を重視し、階調分解能1
2
ピットのC
一CCD
をN R
に適用するための基礎データを取得してきた日，2
]
。使用したCCD
素子は、S
O
N
Y
:
I
V
X
0
1
8
-
しのインターライン方式で、素子面積8
.8
m
m
X
6
.
6
m
m
、 画 素 数510X 4
9
2
、 画 素 寸 法17μmX13μm
のものである。これを3
段のベルチエ冷却素子を用いて-
4
0
.
C
に冷却して使用した。C
一CCD
の特徴は(1)ダイナミックレンジが広いこと、(
2
)
入力に対する出力階調 信号の直線性が優れていること、 (3)通常の撮像管にみられるシェーデイングが小さいこ と、 (4)空間歪みが無いこと、であり全てC T
にとって有益である。欠点としてはr
練に 有感であり、不要の雑音成分を付加することがあるが、これに関しては2
・3
節で述べた2
重ミラー光学系の使用、および1
0
c
m
以上の鉛r
線遮蔽を用いることで解消した[1，2
]
。2
・5
投 影 画 像 の 取 得N R
投膨画像の撮像は、最強信号強度が1
2
ピット上限近傍になるように、画像あたりの ← 44-JAKKI Q>nf 94 002
- £ fc U , 320
v - K • f -f 180*3 . N R C T
S64MB,
— * - # C J; 0 £ r ft -o
3 - 1
2.
3 .
4 .
5 .
6 . &S©*tIE£^7LfcK:!&iBffea'fcfl!)iM y ^ ? A Csinogram)
, J S » © 3, CTtt,
, I f - A ^ - K - >^*!lft*<N R
r>ttfc
- 4 5 JAERI Conf 9~ 002 蓄積時間1
4
0
s
の条件でおこなった。投膨画像は512X512X1
6
ピットのデータとして、3
2
0
M
B
のハード・ディスク上に記憶せしめた。上述の被写体を2
.
毎に回転せしめ3
6
0
・で1
8
0
の 投膨像を撮彫した。この投膨像は、後に述べる前処理過程において1
8
0
.
で折り返し、対応 する2
つの投影像を平均して新たな1
8
0
・-9
0
投膨像とする。これは、L/D
=35
と低く幾 何学的不鮮明度が無視できないため、1
8
0
・折り返しによりこれを軽減する目的で行うもの である。これにより幾何学的不鮮明度は平均化され、不要なアーティファクトを軽減して いる。3. N R C
T
処理 取得した投彫画像群は、ハード・ディスク装置から光磁気記憶装置に転送後、主記憶装 置64
問、外部記憶装置2
G
B
を有するサンスパークステーションー2(
2
8
.
5
削P
S
)
に再転送され、 これにより画像処理がおこなわれた。画像の表示は、2
4
ピットR
G
B
データとして1
9
インチフ ルカラーモニタによりおこなった。3
.
1
前処理C
一C C D
を用いた三次元C T
を行うに当たって、以下の前処理をおこなった。1
.
r
線および放射線損傷に起因する輝点(ホワイトスポット〕の除去、2.
散乱線成分の二次元分布の推定計算と補正、3.
中性子束分布イメージの平滑化とこれによる投影イメージの補正、4.
入射中性子線強度変動に対する補正、5.
回転軸位置検出とアフィン変換、6.
各種の補正を完了した投影画像からのサイノグラム(
s
i
n
o
g
r
a
m
)
群の作成、である。C
一C C D
をN R
に使用する際、r
線 がCCD
素子内で作るコンプトン電子による輝点 は、2
・4
節で述べた遮蔽によりほとんどが除去されているが、わずかに残る輝点は、時と して数ピクセルにわたることがある。この輝点の存在は、近傍の3σ
統計値と比較するこ とで判定し、その除去は、3x3
の中央値フィルターを繰り返すことで消滅せしめた。 前処理2
に関して、C T
は、指数関数的減衰量からその減衰係数の空間分布を得るので あるから、投影画像が純粋な指数関数的減衰像でなければ、得られたC T
像(いずれにせ よ像は得られるが〕は物理的意味の無いものになってしまう。この観点からX C T
の場合 同様、N R C T
の場合も散乱線成分の除去は、厳密な烹味でのC T
像を得る上できわめて 重要な役割を果たす。この点に関しては、2
・2
節で実用的な方法を提案し、信頼に足る方 法であることを明らかにした。なお、X C T
とでも同様、ビームハードニング効果がN R
C T
に予測される。この点に関する基礎的な研究も現在進行中である日1]。 前処理3
からe
は、X C T
など通常の処理と変わりないが、前処理3
の平滑化処理は被 写体の無い、中性子束分布を含むシェーディング像に対してのみ行っている。これは、可 能な限り取得データへの人工的な歪みの導入を極力避けようとしたためである。なおこの 段階ては、必要に応じ、2
・5
節で述べた1
8
0
・折り返し処理も含む。 前処理4
では、被写体の無い部分の上部左右の2
ヶ所、おのおの1
0
0
ピクセルの平均値を 基準として、全ての投影画像に対して補正をおこなっている。この段階でわずかのシェー ディング補正も行われる。-45-JAHRI Conf 94 002
(a)
Cb)
Pig. 2 Tomograms reconstructed from (a) the 90 projection images at the slice
number 230 and from (b) the 180 projection images at the slice number 250.
4 6 -J^EI~I Conf 94 002 前処理
5
において、回転軸の検出はl
ピクセル以内の精密度が要求される。この回転軸 の撮像面への投影座標は、特定イメージ(本研究ではCd
の小片を用いている)のサイノグ ラムから最小自乗適合により決定した。 さらに、この軸の座標因子を用い、回転軸をメモ リの x軸 中 央y軸に一致せしめるようなアフィン変換をおこなっている。 前処理6
は三次元C T
の取得を考え、ザイノグラム群として処理している。なお、後述 する疑似投彰画像の生成はこの段階でおこなわれる。(a)
¥ ¥¥
¥
(b)Fig.2 Tomograms reconstrucLed from (a) the 90 projection images at the slice number 230 and from (b) the 180 projection images at the slice number 250.
-46-JAKKI (\mf 9-1 002
3 - 2
( 1 ) 7 - ' J * S f t f f i , ( 2 )
( 3 )
S> ( 2 )
tf C3) c*s»t
-3fc
ufcfc*,
DSTP-9506)
© 7if,
: Toshiba
??tS/£l£Sheppfc Logan
j * C3) Cfcrjfe^
x *J©*©Fig. 2 (a) fccfctf (b)
<, 7-f- -<
•; y
-j-A "?r>? h ^
ig. 2 Cb) ti
(artifact) ©'>
> Fig.2 (a)
&*>\ F i g . 2 Cb) K*j^"C»
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3 - 3
77 >y v
She
PptLogan7 r V
5. NRC
N
LTtt
unit: SfcEHI number^ffi©^^^?*^ &
ttfc
CHounsfield
AK S i t f
C T = 935X
C F « ~ Co iu
C+93.
FB ob jC 1 )
4 7 -J八 EI~I Conf ~.1 OO:! 3・2 画像再構成 通 常 、 画 像 再 構 成 の ア ル ゴ リ ズ ム は 、 主 と し て (1 )フーリェ変換法、 (2)フィルタ 補 正 逆 投 影 法 、 お よ び (3) 重畳積分法が用いられている。また、上に逐次近似の手法を 併用する場合もある。おのおの利害得失があるが、詳しくは他にゆずらなければならない。 良いC T像を得る技術は、医療用において著しく進んでいると考えられるが、秘密のベー ルに閉ざされている部分が多く、例えばダイパージング型ビームに対する補正法、C
2)
およびC
3)における最適フィルターの考案など、あらたに独自に開尭しなければならな い面があったυ ただ、最近きわめて高速のフーリェ変換(PP
T)演算装置(例T
o
s
h
i
b
a
D
S
T
P
-
9
5
0
6
)
や高速ワークステーションなどが入手し得る状態になっており、原理に基づい たC T処理が行えるようになってきている。前節の前処理の後、再構成はSh
e
p
p
とLogan
のフィル夕日2
J
を用いた重畳積分法 (3) によりおこなった。異なったスライス番号2
3
0
お よび2
5
0
の結果を、おのおのPi
g
.
2
(
a
)
および(
b
)
に示す。 C Tの画質を改良する方法は、多数報告されているが、一例として疑似投影画像を内挿 法により求め、投影画像散を倍の1
8
0
(I8
0
'
)とした例をPi
g
.
2
(
b
)
に示す。方法の単純さ のわりに画質の改善は著しく、アーティファクト(
a
r
ti
f
a
c
t
)
の少ない画像が得られている。 この図は、スライス番号2
5
0
についての結果であり、Pi
g
.
2
C
a
)
との比較により、グラフ ァイトの太さ、および木片の木目位置の相違が認められる。なお、P
i
g
.
2
C
b
)
において、 リング状アーティファクトおよび端部効果による接線状アーティファクトがわずかに認め られるが、これは逐次繰り返し近似などでさらに改良可能と考えられる。 3・3
C T値 の 定 義 と そ の 直 線 性C T
画像を評価あるいは検査する方法は、XCT
の分野で数多く論じられている。画像 ノイズ測定用ファントム、コントラストスケール決定用ファントム、 M T P測定用スター ファントム、高コントラスト用および低コントラスト用分解能測定用ファントムなどが各 種考案されている。S
h
e
p
p
とLogan
ファントム口2
]
は、画像再構成処理の性能を検査する ための疑似ファントムである。NRCT
の分野ではこの辺のところは全く議論されてはい ないため、XCT
のものを流用するなどして、各研究者が各々自作して用いているのが現 状である。近々、組織的に何等かの統ーをはかる必要があろう。 ここでは、CT
値のみを対象として、われわれの得たNRCT
像の性能を検査する。N
RCT
におけるC T
値の決定法としては、共通のコンセンサスが得られたものはない。そ こでここでは、医療用XCT
における骨と空気の線吸収係数の差を1
0
0
0
倍C
H
o
u
n
s
f
i
e
l
d
u
n
i
t
:
また問1n
u
m
b
e
r
等他の表示方法もある)する代わりに、全巨視的線吸収係散を単純 に1
0
0
0
倍した値を、N R
におけるC T値と定義した。さらにここでは、Al
およびPe
のC T
値を、われわれの最近の実測口1
J
から、各々9
3:
t
1
7
お よ び1
0
2
8:
t
8
3
とした。すなわち 被写体、Al
、 お よ びPe
のCT
強度を各々C
白1、CFe
およびC
o
b
j
e
c
t
、 と し てI
Cobject -CAl
I
C
T
=935x
一 一 一 」 一 一 一 一 ー 一 十9
3
.
I
CFe -C
白1I
(1) を得る。この式による全巨視的断面積と C T値の関係をPi
g
.
3に示した。直線性はきわめ て良好であり、巨視的断面積の断層面分布、あるいは三次元的分布の取得が忠実に行われ-47-JAKRI O m f 9-1 002 3000 00 LU < 2000
u
Q UJ IS) UJ 1000 -o Slice N-o2M • Slice No.I2H • Dry wood Acrylic resin 1 10.1±(l.05l (I.77II-H.IISV cm PhWood (high density)
Wood (low density)
1
0 1 2 3
EFFECTIVE MACROSCOI'C CROSS SECTION, cm"1
Fig.3 Reconstructed CT values vs. total macroscopic cross sections
for various materials.
Fig.
3-4
>->'
It,
Tef f — Toax Train
S!fflftfrT..xt*» I tr ADC
, 2500(2.
5cm-T = H 2 t ) d t = l n [ I o / I ] = 10-
3- J [CTfifGdt: i
C 2 ), T
C.3J
If* *>*v SI: L-T, ln(Io)
48 -J^ERI umf 9~ 002 SI
i
c
.
Nu.2JOS
l
i
c
e
Nu.12ClD
r
y
wu"d。
. .
A
c
r
y
l
i
c
'
c
，
n
i
3000 2000 I IUJ:!:(I.051 cm叶，
w，側、~(hほh帥 ，ity)t
w，川J{Iow ~"n，ily AI 日 目 白 U 凸 リ 凶 凶 コ J ︿﹀↑υ
。凶ぽコ凶︿凶 F d 3 2 0 0 cm-IF
i
g
.
3
R
e
c
o
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l
s
.
EFFECTIVE MACROSCOPC CROSS SECTION.
たことが示されている。
Fi
g
.
2
には、乾操した木材の断面が木目と共に良く再構成されて いる。この木目の高密度部と低密度部のCT
値を求めた結果、明確に分離されて測定され ており、その結果もF
i
g
.
3
に示してある。以上、CT
値の決定精度は、2
5
0
0(
2
.
5
c
m
・1)以 下において:t5%""
:tl0%
の程度であった。CT
のダイナミックレンジ ここで、C T
の性能を決定づける指標として、表現できるC T
値のダイナミックレンジTerd
こ関する量を考える。すなわち、全巨視的断面積と試料厚t
の積の積分を3
・4
(2)
C
T
{
直のダイナミックレンジ、すなわち、T
被検体の「最大有効積厚T
同 XJおよび「最 無 単 位 量T=
S
(L:t)dt=ln[Io/I]=
1
O
-
3・S
[C
T
値]d
t
:
とする。ここで、(I/Io)
は透過率である。 値 の 解 析 可 能 最 大 範 囲 「 有 効 積 厚JT
e f fを、 低 有 効 積 厚T
m i nJ
と名付けこの2
値 の 差(3)
、 ‘ ， ， 内 ︾ ， •••. ， I、
n H lTefr=Tmax-Trnin
I
をA D C
の最大階調分解能1
デジットとして、 -48-理想的なT
m
e
xは、 で定義する。JAMK1 c:<>nf 94 002
fc
s lo/ « 5 I =exp(Teff)C 4 )
flgfc&S.
r
, 12tT
T.a« = 8 . 3 t
K
. t
, D = 2 2 6
f f t
Table 1 Effective cross sections and maximum thickne&s of materials
* « *
A l
Zn
P b
T i
Cu
P e
Ag
Au
I nCd
T7P> * 7 >? i; A 4-t ij X. 4- U<2> (cm"
1)
0 . 0 9 3
0 . 3 6
0 . 3 8
0 . 5 3
0 . 8 7
1.08
3 . 4
5. 4
6. 8
1 0 0.
0 . 3 4
2. 5
2. 5
y 3 . 3
t m a x (Cm)6 9 .
1 5. 3
1 4 . 5
1 0. 3
6. 3
5. 1
1. 6
1. 0
0. 8 1
0 . 0 6
1 6 . 2
2 . 2
2 . 2
1. 7
- 49-J八EI{ICOllf!J~ 002で与えられる。また、総合雑音成分を
δI
として、Tmin = ln(o 1
)
で与えられる。した がって、本来の機器のダイナミックレンジD
は D=
=
10/
o 1=
e
x
p ( T e f f )(4)
で与えられる。かくして、D
はC T
値のダイナミックレンジTef
Iと関連せしめることが可 能となる。 本研究においては、散乱線成分の推定に1
0
1
m
厚のCd
甑を用いているため、Cd
を散乱線成 分決定に用いる本方法では、Tmax=
1
0
と決まる。すなわちこれは、投膨画像のダイナミッ クレンジの2
.2x
10~:1 に相当する。しかし、使用したC-CCD
に付属するADC
は、1
2
ピ ット長(
4
0
9
6
カウント)を有している。したがって、Tmax=8.3
となる。一方、Tmi
n
は中 性 子 強 度 の 識 別l
ディジット、すなわち、Tmi
n
=
0
が理論値最低値となり、Tefl=Tmax
=8.3
が理想値となる。しかし、T
m
a
xは散乱線成分等により制限を受け、さらにT
rr.. r， は、 各種雑音成分により、より大となり、実際のダイナミックレンジは、当然この理論値より 劣化する。 今回の典型的な実例では、散乱線成分は7
2
2
カウン卜、 T線 成 分6
5
カウント、暗電流成分 は5
5
カウントであり、正味中性子透過信号強度は、3
1
5
8
カウントであった。したがって、 この場合Tm
a
x
=
=
8. 1
となる。一方、1
0x
1
0
画素平均時の全雑音成分は、1
4
カウント、す なわちTmin=2.6
であり、Terr=5.5
、すなわち、D=226
となる。 有 効 積 厚Teu
には、実用的な価値がある。すなわち、一度慌像糸のTeff
、あるいはD
が 決 定 さ れ る と 、 歪 み の な いC T
値決定の可否を事前に推定することが可能となる。すな わち、各種物質の実効的全巨視的断面積を<i:>とすると、無歪C T
が可能な試料の最大厚 t m a xは、C T
値一定として (2) 式から直ちにT
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lhickne~so
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物質量<
i:>
(
c
m
-
I ) tm
a
x
(
C
J
!
!
2
Al
0.083
68.
Zn
0.36
15.3
Pb
0.38
14.5
Ti
0.53
10.3
Cu
0.87
8.3
Fe
1
.
0 8
5. 1
Ag
3.4
1
.6
Au
5.4
1
.0
In
8.8
0.81Cd
100.
0.06
テフロン0.34
16.2
7，1(2.5
2.2
アクリル2.5
2.2
ポリエチレン3.3
1
.7
49JAKKI Conf 94 002
(5)
Table 1 K /f< L fc
3 - 5
, L/D =
5cm 0
fitt, 0.
1. 51' ^ -t
4 . iglft
«L/D
cc
1024X
ifflt
[1] H. Kobayashi, et a 1. .'"Neutron radiography using cooled CCD camera". NR-3
(1990) p. 421.
[2] H. Kobayashi: "Studies of neutron transmittance measurements using cooled
CCD camera". Proc. 1st Int. Topical Meeting on Neutron Radiography System
Design and Characterization.(Pembroke.1990), Paper No.14. (to be publised).
[3] E. McFarland, et al., "Multi-dimentional neutron-computed tomography using
cooled CCD", IEEE Trans. Nuci. Sci., NS-38, (Apr.) 612 (1991).
[1] I. Na, E. MacFarland and R. Lanza. "Quantitative evaluation of a neutron
radiography and tomography system using cooled charge coupled devices
designed for low fluence sources", NR-4(1992) Abst.p.90, (to be published).
[5] H. Na, E. MacFarland and R. Lanza, "A segmented array approach to large
scale neutron radiography and tomography systems using cooled charge
coupled devices" NR-4 (1992) Abst. p.108 (to be published).
[6] H. Koabyashi: "Recent development of cooled CCD camera for NR imaging
-Tomography", NR-4 (1992) Abst. p. 103 (to be published).
50
-.I '\I':I~I ('''nr9~ ()(J~ tmax= 1' eff/<~>(5 )
として与えられる。たとえば、今回の例では、1'err=5.5
であった。いくつかの物質に ついて、実測した実効的全巨視的断面積を用いてC
1'可能な tm B Xを推定した結果は、T
a
b
l
c
1
に示した。3
・5
空間解像度C
1'切断面内の位置分解能に関しては、現状では幾何学的不鮮明度が0
.
8
5
m
m
程度と大き い条件での測定結果であるために結論は出せていないが、C
1'画面上の分解能が1.2
m
m
と評 価されており、その結果 C 1'による分解能は、 Klasense の式口 3J を用いて ~o.8
m
m
と推定さ れた。これは、 CCD 素子上で ~4.5 ピクセルに相当する。なお、 JRR-3M の熱中性子ラジオ グラフィ施設は、 L/D=150~176 を有しており、 5cm ゅの被写体で最大の幾何学的不鮮明 度は、O
.
3
m
m
と評価される。この施設を用いることで、同一条件における分解能は上の程度、 すなわち~1.5
ピクセル程度は期待できる。4.
結論 以上、冷却型CCD
撮像装置を用いたNRC
1'は、予想通りの好結果を得たが、今後例 えば、 JRR3 の ~108n/cm2/s の高中性子束密度、高 L/D(
;
:
:
:
1
5
0
)
での実験により、更 に良質のC
1'像を得ることができるようになろう。また、日本原子力研究所では、1
0
2
4
x
1
0
2
4
ピクセル、階調分解能1
4
ピットの高性能冷却型CCD
揖像装置を近々導入する予定の ようであり、これにより静的エレクトロニクスNR
はもとより、NRC
1'の研究が一段と 進展することが期待できる。上の装置を用い、 C1'値の上限、解像度等の確定、基礎デー タの蓄積をはかり、実用化に結び付けていきたいと考えている。 文献 [1]H
.
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)
.
-50-JAKKI Conf 94 002
[7]
. Apr. 4-6,1989) E44.
[8] D. M. Tow, "Postirradiation examination using neutron tomography", NR-1
(1982) p. 425.
[9] G.Matsumoto & S.Krata. "The neutron computer tomography", NR-1(1982) p.899.
[10] Y. Murata et al.: "Two-dimensional neutron image excluding the effect of
scattered neutron", NR-4 (1992) Abst. p.96 (to be published).
[11] H. Kobayashi et al. : "Macroscopic cross section measurements and defect
detection in materials using neutron radiography technique", J. Nucl. Sci.
Technol. 29. (11), 1045 (1992).
[12] L. A. Shepp and B. F. Logan: "The Fourier reconstruction of a head section"
IEEE Trans. Nucl. Sci.. NS-21. (June). 21 (1974).
[13] H. A. Klasens: "Measurement and calculation of unsharpness combination in
X-ray photography", Philips Res. Rep., 1. 4 (Aug. 1946).
NR-1: "Neutron Radiography", eds. J. P. Barton and P. v.d. Hardt, (D. Reidel
Publ., Dordrecht. 1982), Proceedings of the 1st World Conference on Neutron
Radiography, (San Diego. Dec. 7-10. 1981).
NR-2: "Neutron Radiography", eds. J. P. Barton et al., (D. Reidel Publ.,
Dordrecht. 1987). Proceedings of the 2nd World Conference on Neutron
Radio-graphy, (Paris, June 16-20, 1986).
NR-3: "Neutron Radiography (3)", eds. S. Fujine et al., (Kluwer Publ.
Dordrecht, 1990), Proceedings of the 3rd World Conference on Neutron
Radio-graphy, (Osaka. May 14-18. 1989).
NR-4: "Neutron Radiography (4)". (in press). Proceedings of the 4th World
Conference on Neutron Radiography, (San Fransisco, May 10-16, 1992).
51 -Ji¥ERI ・(onf9~ 002
