X 線と中性子線による非破壊内部構造観察
1. はじめに
健康診断や空港での荷物検査のよう な非破壊内部検査は，一般的に元素の 吸収量の差を画像のコントラストとし て再現（透過像）する．X 線は，重い 元素ほど X 線の吸収量が大きい．健 康診断での胸部撮影の場合では，骨や 血液の部分は白く，たくさんの空気が 含まれる肺内部は黒く映る．そのため，
生体のような主に水や骨でできている サンプルは得意であるが，工業製品の ような密度の高い元素が含まれるサン プルには向いていない．一方，中性子 は，一部の元素に対しては非常に大き な吸収や散乱があるが，鉄などの密度 の高い元素に対して比較的透過力が高 い．そのため，X 線では困難であった 工業製品の内部観察に有効である．
透過像だけでなく，サンプル 1 周分 の投影像から断層像を再構成する CT
（Computed Tomography） も 有 効 な 内部観察の一つである．本稿では，X 線（とくに高輝度 X 線）と中性子線 を用いた非破壊内部構造観察例を紹介 する．
2.X 線の利用
現在，臨床用・工業用などいろいろ な CT 撮影装置が販売されている．し かし，より微細構造を可視化するため には X 線の高輝度化が必要である．
そこで，大型放射光施設 SPring-8 を 利用して，生体（主にマウスなどの小 動物）を対象にした撮影を行っている．
近年は遺伝子治療や再生医療が注目 され，新薬の開発が盛んに行われてお り，薬剤効果を経時的に追跡するため には，サンプルを生きたまま撮影する ことは有効である．そこでわれわれは，
マウスやラットが生きたまま撮影可能 な in vivo-CT システムを開発し，さ らに動態観察を行うために空間 3 次元 に時間 1 次元を加えた 4 次元（4 Ｄ）
in vivo-CT システムに応用し，心臓や 気管支の撮影を試みた（図 1）（1）．こ
こでは，照射 X 線の開閉シャッタ・
呼吸・心拍・露光を同期させることに よってモーションアーチファクトと放 射線線量を減らした．また 4D in vi- vo-CT では，撮影前に露光タイミング を設定し，そのタイミングを撮影ごと に変える prospective 法を採用してい る．この方法は，ほぼ同じ状態での投 影像から CT 再構成を行うため，モー ションアーチファクトの少ない画像が 期待できる反面，動態観察を行うには 何回もスキャンする必要があり時間が かかる．現在，臨床で用いられている 高速四次元スキャンが期待できる ret- rospective 法による 4D in vivo-CT シ ステムを検討している．
3. 中性子線の利用
X 線源に比べると，中性子源は放射 性同位体等を用いた装置以外はラボレ ベルで利用できる装置はほとんどな く，比較的大型装置に限られる．われ われのグループでは，将来の小型中性 子源の開発を目指し，現在，日本原子 力研究機構研究炉 JRR-3 や京都大学 原子炉実験所 KUR で予備的なイメー ジング実験を行っている．
現在，検出器や光学システム，画像 処理システムの検討を行っている．シ ンチレータと CCD カメラを組み合わ せた検出器を用いて，コンクリートや 樹脂と金属の複合体（ゼンマイ仕掛け のおもちゃ）の CT 撮影を行い，X 線 では撮影困難なサンプルに対する有用 性を確認した（図 2）（2）．そのほかにも，
金属管内の流体挙動，とくに混相流の イメージングなどにも利用され，ボイ ド率分布の計測も行われている（3，4）．
4. おわりに
X 線と中性子線は相補的な技術であ り，得られた画像は，コンピュータを 用いた力学シミュレーションによっ て，ものづくりやバイオエンジニアリ ングなどさまざまな分野に利用されて いる．今後，小型中性子線源の開発も
望まれるが，X 線と中性子線双方にお いて，光学装置や高感度検出器，撮影 システムなどの周辺技術の開発も進め る必要がある．
謝辞
本実験は，SPring-8 実験課題（Proposal Number：2008B1384）と京都大学原子炉 実験所共同利用研究 22P4-6 によって行わ れた．
（原稿受付 2011 年 2 月 14 日）
〔世良俊博 （独）理化学研究所（現：
大阪大学）〕
●文 献
（ 1 ）Sera, T., ほか，Physics in Medicine and Biology，53-16（2008），4285-4301．
（ 2 ）山形 豊・ほか，中性子イメージング研究 会，（2011-1）．
（ 3 ）竹中信幸・ほか，RADIOISOTOPES, 56，
（2007），487-493．
（ ４ ）竹中信幸・ほか，RADIOISOTOPES, 56，
（2007），699-707．
図１ 4D in vivo-CT の撮影例 ラット心臓の変形
マウス冠動脈（下向き矢印）と大動脈弁
（右向き矢印）
Aorta PA RA RCA
RV
500μm 500μm
CV
図 2 中性子ラジオグラフィー例 樹脂と金属の複合体
（ゼンマイ仕掛けのおもちゃ）
CT 画像から再構成した ボリュームレンダリング 透過像
日本機械学会誌 2011. 5 Vol. 114 No.1110 401
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