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科学知識:CTコンピュータ断層撮影の実際の運用について

2023-02-14

科学知識:CTコンピュータ断層撮影(Computed Tomography)の実際の運用について

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前回の内容では、CTコンピュータ断層撮影について、軽く説明いたしました。既にご覧になられた方は、CTコンピュータ断層撮影について、簡単な理解ができたと思います。もし、まだご覧になっていない方がいらっしゃいましたら、下のリンク先から確認できます。

これから、内容についてCTコンピュータ断層撮影の各領域における実際の応用例をご紹介いたします。

CTコンピュータ断層撮影の各領域における応用例

まず、少し復習をしましょう。CTコンピュータ断層撮影は放射線(粒子または電磁波)の特性を利用して、検出対象物を透過撮影し、透過撮影時に発生する3次元データをコンピューターで再構成・再構築する方法です。この技術により、ユーザーは非破壊的な手段によって、撮影した人体の内部や機械の中に収まっているものを詳細に見ることができます。各領域で、実際にどのように応用されているかをご紹介します。

  • 産業領域における応用例

    産業領域では、CTコンピュータ断層撮影は製品開発(PD, Product Development)品質管理(QC, Quality Control)に多く使われています。開発者や設計者をサポートして、製品に対して品質検査、欠陥検出、内部構造の確認などを行い、製品の品質改善に繋げます。下のリング先の動画は応用例で、X線CTマシンを利用し、自動車のエンジンパーツの内部構造の検査と確認を行います。

  • 医療領域における応用例

    医療領域では、私たちが周知しているように、CTコンピュータ断層撮影のほとんどは人体動物に使われています。骨や内臓などの透視撮影を行い、医者に客観的な情報を提供し、より正しい医療処置を行います。下のリング先の動画では、歯科クリーニングで歯科用X線CTがどのように使われているのかを紹介します。

    (* 日本アールエフ Youtubeチャンネルから引用)

  • 学術・研究領域における応用例

    産業領域と医療領域のほか、学術・研究領域にも応用されています。例を挙げると、歴史・文化的な意味を持つ国宝や重要文化財などの調査・メンテナンス・修理に使えます。下のリンク先の動画では、日本国宝や重要文化財に対して、X線CT装置を活用して調査や修理を行っています。

    (* 日本東京国立博物館Youtubeチャンネルから引用)

CTコンピュータ断層撮影の実際の運用

ここまでCTコンピュータ断層撮影の応用例を大まかに紹介しましたが、実際にはCTコンピュータ断層撮影はどのように運用されているでしょうか。
現在、多くのメーカーがCT装置を生産・販売していますが、運用の概念としてはほとんど大差はありません。なぜなら、CTコンピュータ断層撮影を使う目的は、対象物を透視撮影して内部構造を確認するためです。各メーカーの差異を強いて挙げるとしたら、撮影方式、X線の透過率(強度)、解析精度です。
これからの内容は、実際にCT設備を運用して、CTコンピュータ断層撮影を行いながら紹介いたします。

  • 撮影マシンと対象物

    今回のCTコンピュータ断層撮影では、日本株式会社アールエフが生産した「アールエフ NAOMi-CT 3Dシリーズ 産業用X線CT」を使って、内容物が不明の黒い小箱をCT撮影します。今回の最大目的は「小箱を開けず、破壊しない状態」で内容物を確認することです。
    しかし、なぜ先に目的を設定する必要があるのでしょうか?それは撮影対象の材質が異なる場合、透過率の設定が強すぎる、もしくは弱すぎると、再構成・撮影結果がうまくいかない場合があります。実際の状況について、のちほど紹介いたします。

 

  • 透視撮影の過程

    まず、NAOMi-CTのスライドドアを開けて、黒い小箱を中に入れます。CT撮影しやすいように位置と角度を調整して、スライドドアを閉じます。そして、専用の撮影ソフトを開いて、透過率を適当に設定して、テストチャプチャーを行います。

    テストキャプチャーを行い、小箱の中に長い棒状な物体があることを確認できましたが、現段階のビュー画像は黒く見づらいため、内容物がはっきりしませんでした。通常、ビュー画像がこのようになるのは、透過率が低いため、X線がうまく透過できないからです。仮にこの状態でCT撮影を行うと、最終的に再構成されたCT撮影の結果は見づらいままになります。
    撮影結果をクリアにするため、ここで少し透過率を上に調整してみます。
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    透過率を上に調整すると、ビュー画像は先ほどよりもはっきりしてきました。現在設定された透過率では、小箱の中の内容物の構造と形状を確認できます。しかし、表示されたのは平面的な透視画像しかないので、これからCT撮影を行います。
    ここで補充になりますが、透過率を上げると確かに透過しやすくなり、画像もはっきりしてきましたが、元々の小箱の輪郭がすっかり消えてしまいました。これは、先ほど述べた通り、撮影対象物の材質によって、異なる透過率の下では再構成・撮影がうまくいかないためです。
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    CT撮影を行う(6倍スピード)【* 実際の処理時間は約1分半】。
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  • 撮影後のデータ処理

    CT撮影が完了すると、システムが自動的に再構成したデータが出ます。データが粗いので、ここで関連する数値を調整して、画像をよりはっきりとしてみましょう。
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    関連数値を調整した結果、内容物は「USBメモリー」だとはっきりと確認できます。
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    ここで、黒い小箱を開けてみると、確かに内容物は「USBメモリー」になります。また、CTの再構成結果と比べると、調整した結果はより実物に近くなります。

    CT撮影の結果が実物と一致することを確認したら、次は任意方向で内部構造を確認します。三方向の断層スライダーバーの移動によって、USBメモリーの中にプリント基板(PCB)上の電子部品が正しく設置されたかどうか、または電子部品の内部状況を確認できます。
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ここまで、私たちの最大目的である「小箱を開けず、破壊しない状態」で内容物を確認することができ、さらにUSBメモリー中のICチップの構造まで確認できました。仮に、CTコンピュータ断層撮影が生産現場に応用できると、開発者や設計者をサポートし、製品の品質検査、欠陥検出、内部構造の修正などの業務に役に立つでしょう。

以上の説明で、CTコンピュータ断層撮影の応用が分かるようになってきたのではないかと思います。次章では、X線CTの透過率(強度)や規制法律、さらにどのように適するCT設備を選択するかを紹介させていただきます。

それでは、また次回会いましょう。

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