JPH06507019A - 物体の内部構造の像を得るための方法 - Google Patents

物体の内部構造の像を得るための方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 物体の内部構造の像を得るための方法 技術分野 本発明は一般に透過線を利用する物体の非破壊的検査のための方法に関連し、そ してより詳しくは物体の内部構造の像を得るための方法に関連する。
背景技術 物体の内部構造の像を得るためのすでに開発されている方法は、検査下にある物 体にX線を照射し、そして検出器、例えばX線感応フィルムの補助を伴って物体 を通過する放射線を記録することを含んで成ることが広く知られている。有用な る情報は、検査下にある物体の種々の度合いの放射線半透過性を有する領域によ り吸収される放射線の量に基づくデータとしてのX線写真を解読した後に明らか にされる。
しかしながら、現在まで知られている方法において用いられているX線は連Vt X線スペクトル多色放射線である。このことは得られる結果の解釈において多少 の困難性を授け、なぜなら長いスペクトル領域は原則として物体自体により吸収 され、従って吸収される放射線の率は物体間で変わり、これを常に計算に入れる ことができないためである。換言すれば、このことは検査下にある物体の内部構 造の診断結果の信転性に悪影響を及ぼす。
物体の内部構造の像を得るためのもう一種類のすでに開発されている方法は、検 査下にある物体に単結晶モノクロメータ−により規準(co I ] ima  te)せしめたX線ビームを施し、次いで物体を通過した放射線を検出器で記録 することで知られている(W、A、 Ellingson。
門、縁、Vanier″Application of Dual−energ y X−ray ComputedTomography to 5truct ural Ceras+ics”、Adv、、X−ray+ Anal、+ 1 988+第32巻1頁629−640)。
上記の方法は単色放射の利用に基づき、より高感度であり且つ信転性のある診断 結果を提供する。
しかしながら、問題の方法は前記した通り、透過線の吸収の弱さを特徴とする物 体の内部構造、特に検査下にある物体のこのような領域であってそのX線透過率 の程度が周辺の媒質のそれに近いものの検査に関しては実用上不適当である。
最後に、!源より放射される透過線の束を第一の単結晶モノクロメータ−により 規準せしめ、物体にこの規準放射線を照射し、この物体を通過した放射線を第二 の単結晶モノクロメータ−により規準せしめ、次いで検出器により記録すること より成る、物体の内部構造の像を得る方法も知られている(SO,A、第1,4 02,871号)。
検討下にある方法に従うと、物体に入射し且つそれを通過する放射線は、検査下 にある物体の密度の異なる媒質の界面で生ずる問題の放射線の屈折の特徴的な角 度に相応する角範囲となる。規準のために用いられているのは、完全品質単結晶 でありこれは検査下にある物体の前後において互いに平行に置かれており、これ によりその反射面のミラー指数は同じ値を有し且つその符号が反対となっている 。
上記の条件を実現することにより、物体を通過する際に屈折せず、且つ第一単結 晶モノクロメータ−により設定された初期方向から偏向していない線は第二単結 晶モノクロメータ−から反射し、これを回折ビームとして検出器により記録され る。同時に、二種類の密度の異なる媒質の界面にて初期方向から偏向した線は第 二単結晶のブラング反射率の範囲の限界を超え、従って前記界面での回折ビーム の、検出器における放射線強度の低下が起こる。このようにして、上記の方法に より物体の内部構造の像が樹立される。この方法は吸収された放射線の量に応答 する物体の内部構造の検査に関して、前述の方法と比べて高感度であることを特 徴とし、従って透過線の吸収の弱さを特徴とするような物体の検査が可能となる 。
しかしながら、検査下にある物体が二種の媒質間の界面を特徴とし、ここでそれ らの屈折率が互いに非常に近くてこの界面での偏向角が第二単結晶のブラング反 射角の範囲内に属するとき、このような界面は検出器によって記録されないこと があり、なぜならこの界面で偏向した線は、偏向せずに物体を通過した線と同時 に検出器受容面の上に進行するからである。従って、この偏向線は非偏向線の背 景に対して認識されるような放射線強度の低下を生じせしめない。
発明の概要 本発明は物体の内部構造の像を得るための方法の提供を目的とし、この方法は検 査下にある物体における二種類の媒質の界面にて第二単結晶におけるブラッグ反 射の範囲よりも小さい角度で偏向した線を検出器上に記録せしめることを可能と し、これによって感度を高め、それ故この方法をより情報性にする。
上記の目的は本発明により、線源より放射される透過線の束を第一の単結晶モノ クロメータ−により規準せしめ、検査下にある物体に前記の規準放射線を照射し 、前記物体を通過した放射線を第二の単結晶モノクロメータ−により規準せしめ 、そして検出器により記録することより成る、物体の内部構造の像を得る方法に 事実上基づいて達成され、検査下にある物体には単結晶モノクロメータ−由来の 放射線の非対称性反射を照射し、従って広角波面シェードシート様ビームが形成 されており、これはそのブラッグ回折面における発散が第二単結晶モノクロメー タ−のブラッグ反射範囲の幅よりも半分以下であることで特色をなし、ここで前 記第二単結晶モノクロメータ−の位置は、単結晶モノクロメータ−により形成さ れるシュードシート樟ビームに対応するブラッグ反射条件が前記第二結晶モノク ロメータ−の反射面を満足せしめるような位置に設定されている。
最大の像コントラストを得るには、記録する前にこの第二単結晶モノクロメータ −をその面に広がり且つブラング回折面と直角をなす軸の廻りで、ブラッグ反射 角の範囲内において回転させることが好都合であり、検査下にある物体の内部構 造の干渉パターンは単結晶モノクロメータ−の種々の回転角度にて観察され、そ して検査下にある物体の所望する領域の像の最大コントラストに対応する位置に ある後部の単結晶モノクロメータ−により記録を行う。
像コントラストを増強するには、この第二単結晶モノクロメータ−を、そのまさ にブラッグ位置からブラッグ回折角の範囲において、このブラッグ位置に対して 同角度にて択一的に両方向において偏向させて前記の位置の両方において物体の 像を獲得し、前記の像の代数的加算を行い、そして前記加算の結果を記録するこ とにより行うことができる。
物体の内部構造の像を透過及び回折放射線ビームにおいて同時に観察し、そして より強い強度を有する像を記録することが可能であり、これによって像における 人工産物(アーティファクト)の検出の可能性が提供される。
この第二単結晶モノクロメータ−の厚みがたとえ透過線の10%以下がそれに吸 収されるようなものであろうと、透過及び回折ビームにおいて得られる像の代数 的加算を行い、そして前記加算の結果を記Hすることによって像コントラストは 増強されうる。
検査下にある物体による放射線の光電気吸収に由来する要因を除くため、この第 二単結晶モノクロメータ−をまずブラッグ反射角の範囲を趙える角度に偏向させ 、次いで前記偏向位置にある単結晶モノクロメータ−より得られる物体の像を最 大コントラスト位置にて観察される像に代数的に加算し、そして加算結果を記録 する。
0.3Å以下の波長を有する強い放射線源を用いるとき、装置全体の寸法を小さ くする目的で、第二単結晶モノクロメータ−の出力面を越えたすぐ後にて像を記 録することが好都合である。
本発明に関する物体の内部構造の像を得るための方法は高感度から低密度勾配に より特徴付けられ、そしてこれは物体の内部構造のコントラスト像を得るための 手段であり、更には透過線の放射線が第二単結晶モノクロメータ−のブラッグ反 射角の範囲よりも小さい角度で偏向するような物体界面に基づく情報を提供する 。
本発明に関する方法は、検査下にある物体の材質における光電気吸収を伴わない 本質的に最良なる方法をもたらす。この方法の実用上の利用は最小に吸収される 放射線照射量、高感度及び情報提供能力を提供し、このことは末法が医療におけ る用途に最も適することをもたらす。
図面の簡単な説明 本発明を添付した図面を参照しながらそのいくつかの特定の実施態様の詳細な説 明においてこれより開示し、ここで:図1は、本発明に従う、検査下にある物体 の内部構造の像を得るための方法を実施するための装置の略図であり;図2は強 い放射線の利用のための装置の態様を示す図1の図面であり; 図3は像の代数的加算に関するユニットの構成図であり;図4は第二単結晶モノ クロメータ−から反射されたビームの積算本発明の実施の最良態様 本発明に従う検査下にある物体の内部構造の像を得るための方法を実施するため の図工において略図する装置は、透過線、例えばX線の線源1、この放射線[1 のビームを形成せしめるスリット配列2.3、前記放射線ビームの経路を横ぎっ て置かれ且つ線源lより放射される放射線がすれすれの角度αにて単結晶モノク ロメータ−の入力面に入射するように向いている単結晶モノクロメータ−4を含 んで成る。検査下にある物体7は、単結晶モノクロメータ−4から反射してスリ ット配列6を通過したビーム5の経路を横ぎって置かれており、この物体7はホ ルダーの中にセントされている(図面では省略)。放射線の経路に沿って、物体 7の後ろに配置されているのは第二単結晶モノクロメータ−8(以後結晶分析器 8と呼ぶ)、及び調整感応(coordinate−sensitive)ビー ム検出器9である。
図2に紹介する装置の態様に間しては図1に示す装置とは異なり、単結晶モノク ロメータ−は二つの結晶4−1と4−2より成る。
本発明に関する物体の内部構造の像を得るめなの方法は、以下の通りに実施され る。
線源l、例えばM、陽極を有するX線管により発せられるX線の発散が単結晶モ ノクロメータ−8のブラング反射範囲の幅の半分以下であるシェードシートmビ ーム5を形成させる。
単結晶モノクロメータ−4として用いられるのは完全結晶、例えば珪素、ゲルマ ニウム又は石英であって、その有効面が数十又は数百平方センチメーターを数え 、且つ4を超える非対称性係数を有するものである。この特定の場合においては 、25に相当する非対称性の係数を有するような単結晶モノクロメータ−が選ば れている。これは第一に、単結晶モノクロメータ−4の入射面に入射するもとの ビームの前面(front)を反射ビーム5において25倍に拡大し、そして第 二に、反射ビーム5の発散をブラッグ反射の角度範囲の幅よりJ汗倍以下にする であろうことを意味する。
単結晶モノクロメータ−4へのビーム入射のすれすれ角度αが小さいほど、利用 される放射線の非対称性の程度は高まり、従ってこの単結晶モノクロメータ−4 により形成されるシュードシート様ビーム5の発散は小さくなる。すれすれのビ ームの角度はQm>α〉α0の限界において選ばれ、ここでα、は単結晶モノク ロメータ−4からのX線の全外部反射の角度である。従って、単結晶モノクロメ ータ−4に入射するX線ビームの角度の幅を小さくしてショートシート波を作る ことによりこの波面は広がる。前記角度の幅の縮小の程度又は前記波面の増大の 程度が物体4を照射せしめるビーム5の形成にとって不十分なものであるとき、 図2に示す単結晶モノクロメータ−4−1と4−2のバンク(2個以上より成る )が利用される。例えば、単結晶モノクロメータ−4−1の非対称性係数が25 に相当し、そして単結晶モノクロメータ−4−2のそれが30であるとき、ビー ム5は0.08“の発散を特色とするであろう。
以上の条件のもとで、l又は複数個の単結晶モノクロメータ−4は、前記ビーム 5により照射される物体7のインターフェログラム(格子)像を樹立するのに適 する特色を有するシュードシート様ビーム5を形成せしめる。
結晶分析器8は、単結晶モノクロメータ−4により形成されるシュードシート様 ビーム5に関連して、その反射面にとってのブラッグ反射条件を満たすように配 置され、例えば結晶分析器8は鏡映(220)において配置される。 。
結晶分析器8として用いられるのは、マクロストレス、転位又は結晶分析器8は 、その反射面が「透過のため」又は「反射のため」に並んでいるような位置に設 定されうる。この反射面自体は対称性でも非対称性であってもよい。
結晶分析器8の入射面に入射し、且つ偏向することな(物体7を通過する単結晶 モノクロメータ−4によって形成されるシュードシート様ビーム5に属する線、 及び密度の異なる媒質の界面で微小散乱を受け且つ更なる相シフトを受けた線は 、結晶分析器8の反射面に干渉する。従って、物体7の格子像の形成に参入する のは、偏向されずに物体7を通過した線と界面にて偏向された線の両者であり、 それには単結晶モノクロメータ−4及び物体7の後に1かれた結晶分析器8によ り行われた規準の角度より小さい角で偏向されたものが含まれる。その結果、物 体7の内部構造の格子像が結晶分析n8の出力部で作られる。これによって得ら れる格子像は、物体における媒質の界面でのブラッグ反射角の範囲を超える角度 での線の偏向に起因する、低い放射線強度により得られる界面(明るい背景に対 されるような界面に基づく情報も有している。このような界面は物体7の像にお いて、更なる黒白及び白黒コントラスト像として存在している。
本発明の方法に従い、モニタースクリーンへと像を伝達する調整感応検出器9を 用いての物体の内部構造の記録の前に、この結晶分析器を、その平面上にあり且 つブラッグ回折面に対して直角にある軸のまわりで、ブラッグ反射角の範囲にお いて、換言すれば反射曲線の幅内において、まさにブラッグ位置Q、に対して時 計方向及び反時計方向の両方に回転させることによって、結晶分析器8の角度の 位置を変える。この場合、異なる密度勾配を特色とする物体における界面の境界 像は、結晶分析器8がこの境界それぞれに最も適した位置にあるときにのみの最 大コントラストにて観察される。従って、例えば図4における点Aに相当する結 晶分析器8の角度位置は物体の外形をよりよく示し、そして点Cに相当するその 角度位置は物体の内部構造を示すであろう。結晶分析機8のまさにブラッグ位置 Q@ (図1)は、実際には物体の外形及びその内部構造の像の最大コントラス トに相当することはまずない。結晶分析器8を偏向せしめることにより、物体7 の内部構造のインターフェログラム像を観察することができ、且つ最大コントラ ストを含む部分の像を提供するような結晶分析器8の位置を選ぶことができる。
本発明に関する方法の他の態様に従うと、結晶分析器8をまさにブラッグ位WQ aに対して等角に時計方向及び反時計方向に、ブラッグ反射角の範囲(図4にお ける点C及びC’)において偏向させる。この第−及び第二位置にあるこの結晶 分析器8により得られる像を(反対符号を有する)代数的加算し、そして加算の 結果を記録する。コントラストの符号においてのみ異なる類似の像(即ち、一方 は黒白そして他方は白黒)のこのような代数的加算は、得られる且つこのような 加算の結果である像のコントラストを実質的に増強することを可能とする。
本発明の方法に関して、結晶分析器8から発せられる両ビーム、即ち透過ビーム R0及び回折ビームR,は物体7の内部構造上の情報を提供する。従って、ビー ムR0とRllの両方における物体の同時観察は像における人工産物、例えば記 録器又は検出器の欠陥の検出を可能にする。この特徴は、ビームR0及びRイに おいて見られる物体7における同じ二種類の媒質間の界面の像コントラストが、 それぞれのビームに関して異なってはいるが両ビームにおいて必然的に存在して いることにある。このようなビームのうちの一方において検出される像が、他の ビームにおいて記録された像にはないいくつかの要素を有しているとき、これは 偶発的な欠陥、例えばX線フィルム上の感光乳剤のそれの存在の指標である。
結晶分析器8の厚みが、透過線の10%以下がそれに吸収されるようなものであ る場合、透過ビームR0及び回折ビームR,において見られる物体における界面 の像は原則として対応している、即ち黒色及び白黒である。この場合、ビームR 0及びR,において記録される像を反対符号を伴って合計する。得られる像にお ける界面像のコントラストは、光電気吸収のみが起こる領域上の情報を差し引く ことによって更に高められる。
末法の上記の態様は結晶分析器8の正確な配置を必要としないで高い像コントラ ストを得る手段となる。
本明細書に開示する方法のもう一種類のw4様は、結晶分析器8をまずブラッグ 反射角の範囲を超える角度(図4の点D)に偏向させて、上記の位置の結晶分析 器8により物体7の像を得ることより成る。この像は光電気吸収において異なる 物体7の領域における分布に基づく情報のみを含んでいる。この像が検出された ら、物体像の最大コントラストが得られる位置にこの結晶分析器8を設定し、そ して反対符号を有する像を合計し、その結果この像から光電気吸収に由来するコ ントラストが除かれる。
生存生物の医療診断の場合である、0.3Å以下の波長を特徴とする強い放射線 源を用いるとき、反射面のブラッグ角は数度(severaldegrees) に、相当するため、結晶分析器8が透過ビームR0及び回折ビームRNにおける 物体7の像のそれぞれの記録にとっての「透過のためJに配向されている場合、 検出器9は結晶分析器8からかなりの距離(約1m)隔てられていなければなら ず、その結実装置の全寸法はかなり増大する。
このような場合、物体7の像は結晶分析器8の出力面のすぐ後の、透過及び回折 ビームRo、RHのそれぞれが互いから実際にまだ分離していない領域において 検出する。このことは、同じ全寸法の装置によってコントラスト像を得ることを 可能にする。この目的のため、検出器9は図2に示す通り、結晶分析器8の出力 面の近くに置く。
図3は像の数値代数的加算を行う装置の構成図の可能な種類の一つを示す。図1 を参照しながら説明した要素の他に、図3の装置は二台の調整感応検出器9−1 ..9−2を含んで成り、そのうちの検出器9−1は回折ビームR)+を検出す るために装っており、そして検出器9−2は透過ビームR0を検出するために装 っている。検出器9−2の出力部に接続されているのはアナログ対デジタル変換 器10であり、その出力部にはIl衝記憶装置ユニノ[1,12があり、それぞ れの出力部を介して加算器13が接続されている。加算器13の出力部に接続さ れているのは、連続的に接続された緩衝記憶装置ユニット14、デジタル対アナ ログ変換器15及びビデオモニターI6である。
検出器9−1の出力部はフィードハックユニット17を介して正確に配置された 結晶分析器8のアクチュエーターの人力部に接続されている。
加算された検出像の組それぞれをアナログ対デジット変換器1oにより、像の構 成要素のそれぞれにおける信号振幅に基づく情報を提供する数値コードの配列に 変換させる。像の構成要素の調整は数値配列における一定の要素に相当するコー ドの位置により規定される。
加算器13はこのコードの代数的要素間加算を行い、そしてここで得られる情報 を同し要素間技術を用いて緩衝記憶ユニット14に入れ、これよりこの情報はデ ジット対アナログ変換器15の中で処理され、次いでビデオモニター16のスク リーンに運ばれる。
本発明に関する方法はアモルファス構造、結晶構造又はこの両者の複合構造を有 する物体の検査に適当である。検査下にある物体は生物起源でもありうる。
検査下にある物体に基づく唯一の規制は、その透過線の最大吸収が50%を趙え てはならないこと、換言すればインターフェログラム像が観察されないであろう ように物体における界面にて微小散乱されたビームがそれに吸収されないことよ り成る。
従って、検査下にある物体の照射にわたり、単結晶モノクロメータ−の非対称面 から反射により形成されるシュードシート様ビームの利用は、検査下にある領域 の大きさの拡大及び低密度勾配に対する本性の高感度をもたらし、従って本発明 により、検出ビームの角偏向の選択の精度及びその決定は、既知の方法のように 反射曲線の幅により規定されるのではなく、検査下にある物体に入射するシュー ドシート様ビームの発散により規定され、この発散はこの反射曲線の幅よりも実 質的に小さくてよい。以上の特徴に基づき、利用する放射線の屈折率の値が近い 媒質の界面でのコントラストも増強される。
異なる角位置にある結晶分析器8によって複数の像が得られる可能性は、物体の 内部構造のより詳しい知識を得ることを可能とし、なぜならこの界面にて異なる 角度で偏向されるビームが結晶分析器8のそれぞれの角位置において形成される からである。
二種のビーム、即ち、透過及び回折したものにおける像の同時記録は、微小及び 低コントラスト像要素のより正確な信顛性を決めること、並びに像検出器の不備 に基づく像の解釈における誤まりをなくすことを可能にする。更に、前記像の代 数的加算は密度の異なる同じ目的は、まさにブラッグ位置から同角に偏向させた 角位置にある結晶分析器による像の連続的記録、それに続く前記像の代数的加算 によって、更には二種類の角度位置であって一方が反射曲線の限界内にありそし て他方がこの曲線の限界外にあるような位置にある結晶分析器8による前記像の 連続的記録によって成し得る。
透過及び回折ビームにおいて形成された像の重ね合わせに由来する合わせ像の記 録は、小さな回折角を有する強い放射線を用いての、検査下にある物体の内部構 造における界面のコントラスティングを含む像形成処理を簡単にし、且つ分解能 損失をわずかにする。
本明細書に開示した方法は強い放射線源、特に強い透過vA源を用いたときに最 も有用であることが見い出され、そしてこれは生物学的物体、セラミック、複合 材料、ポリマー並びに密度の異なる液体の混合物の検査に有用である。
産業上の利用性 物体の内部構造の像を得るための本性は、金属、セラミック、複合材料、ポリマ ー及び生物学的物体を含む種々の物質より成る物体の非破壊的検査に有用性が見 い出せる。
本性は、構成成分の通過線の吸収程度が弱く、且つ密度の低勾配を有することを 特徴とする物体の診断、例えば生存生物又はポリマー及びセラミック製品の診断 のために好適に利用できる。
フロントページの続き (71)出願人 工ファノフ、バレリ パプロビチロシア連邦、 117485 .モスコー、ウリツアプ口フソユズナヤ、デー、92.クバルチーラ 124 (72)発明者 インガル、ビクトル ナタノビチロシア連邦、 195426 .サンクトーペテルブルグ、インドユストリアルニ プロスペクト、デー 13 .クバルチーラ 169(72)発明者 ベルヤエブスカヤ、エレナ アナトリ エブナ ロシア連邦、 194356.サンクトーペテルブルグ、プロスペクト エンゲ ルサ、デー。
135、クバルチーラ 40 (72)発明者 エファノフ、バレリ パブロビチロシア連邦、 117485 .モスコー、ウリツァプロフソユズナヤ、デー、92.クバルチーラ 124

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.物体の内部構造の像を得るための方法であって、放射線源により発せられる 透過線の束を第一単結晶モノクロメーターにより視準せしめ、検査下にある物体 にこの視準放射線を照射せしめ、この物体を透過した放射線を第二単結晶モノク ロメーターにより視準せしめ、そして検出器によって記録することより構成され 、この物体の照射のために用いられるのは単結晶モノクロメーターからの放射線 の非対称性反射であり、従って広角波面シュードシート様ビームが形成され、こ れはブラッグ回折面におけるその発散がこの第一単結晶モノクロメーターのブラ ッグ反射範囲の幅の半分以下であることを特色とし、この第二結晶モノクロメー ターが、この第二結晶モノクロメーターの反射面に対してこの単結晶モノクロメ ーターにより形成されるシュードシート様ビームに関するブラッグ反射条件が満 足されるような位置に設置されていることを特徴とする方法。
  2. 2.記録する前に、この第二単結晶モノクロメーターを、それと同じ平面上にあ り且つブラッグ回折面と垂直に配置している軸のまわりでブラッグ回折角の範囲 において回転させ、この物体の内部構造の干渉パターンをこの単結晶モノクロメ ーターの種々の回転角にて観察し、そしてこの物体に含まれている所望する領域 の像の最大コントラストに対応する位置にあるこのパターンを記録することを特 徴とする、請求の範囲1に記載の方法。
  3. 3.第二単結晶モノクロメーターをそのまさにブラッグ位置から、このまさにブ ラッグ位置に関して同角に両方向に、ブラッグ回折角の範囲において偏向させ、 前記のこの両方の位置において物体の像を観察し、そしてこれらを代数的に合計 し、次いで加算の結果を記録することを特徴とする、請求の範囲1に記載の方法 。
  4. 4.物体の内部構造の像を透過及び回折放射線ビームにおいて同時に観察し、そ して強度の高い像を記録することを特徴とする、請求の範囲1又は2に記載の方 法。
  5. 5.透過及び回折ビームにおいて得られる像を代数的に合計し、そしてこの加算 結果を記録することを特徴とする、請求の範囲4に記載の方法。
  6. 6.第二単結晶モノクロメーターをブラッグ反射角の範囲を超える角で偏向し、 この位置にある第二単結晶モノクロメーターにより得られる物体の内部構造の像 を最大コントラスト点にて観察される像に代数的に加算し、そしてこの加算結果 を記録することを特徴とする、請求の範囲2に記載の方法。
  7. 7.第二単結晶モノクロメーターの出力面のすぐ後に像を記録することを特徴と する、請求の範囲1に記載の方法。
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