産業用 X 線撮影の画像形成技術に使用可能な技術
産業用 X 線撮影では、X 線写真を生成するための一般的な手順として、図 1-1 のように対象物の片側に透過する (イオン化) 放射線 (X 線またはガンマ線) の線源、もう片側に放射線の検出器 (フィルム) を用意します。 放射線のエネルギーレベルは必ずしっかりと厳選し、十分な放射線が対象物を伝わり検出器へ到達するようにします。
検出器は通常、写真フィルムのシートで、遮光性の筒またはカセットに保持され、X 線が通過しやすいように非常に薄い前面になっています。 フィルムに画像を現像するために薬品が必要なので、このプロセスはクラシックまたは「ウェット」プロセスと呼ばれます。
最近では、画像を生成するのに薬品の使用を必要としない (いわゆる「ドライ」プロセス)、さまざまな種類の放射線感受性フィルムと検出器が使用されるようになっています。 こうした技術はコンピューターを活用しており、そのためデジタルまたはコンピューター支援の X 線撮影 (CR) またはダイレクトデジタル X 線撮影 (DR) と表現されます。
何十年間も利用されている DR 関連技術は、(かつてコンピューターを使用しなかった) 放射線検出器とモニタースクリーン (ビジュアルディスプレイユニット: VDU) を組み合わせ、画像を直接形成する技術です。 これは実際には DR の早期バージョンです。透過スキャン技術 (蛍光透視法) では、コンピューター技術が徐々に導入され、画像の保存と画像エンハンスメントが改善され続けています。 最近では、コンピューターを使用する従来の蛍光透視法と完全コンピューター支援の DR の明確な区別はなくなりました。 そのうち、DR はある程度、従来の蛍光透視法にとって代わることになるでしょう。
まとめると、コンポーネントを通して送られる放射線強度の画像は以下に記録できます。
薬品で現像する (「ウェット」プロセス)、または以下の「ドライ」プロセスのいずれかを使用する従来の X 線フィルム。
- コンピューター支援 X 線 (CR) と呼ばれる、記憶蛍光を持つフィルムとデジタル X 線用の端末。
- 直接 X 線撮影 (DR) 用の平台型検出器とコンピューター端末。
- 従来の蛍光透視における直接 X 線撮影の早期バージョンである、燐光または蛍光増感紙 (または同様の放射線感度媒体) と閉回路テレビ (CCTV) カメラ。
- 放射線検出器。たとえば、一連の測定で画像が動く対象物で構成されているリニアアレイの結晶、フォトダイオードまたは半導体など。 この方法は、空港の荷物チェック用システムで応用されています。
放射線源は物理的に小さい必要があります (直径で数ミリ)。X 線は線源から試料を通過し、フィルムに到達するまで真っすぐ移動するので、鮮明な「画像」は試料と不連続性で形成されます。 この幾何学的画像形成は、目に見える光源を持つ陰影画像と同じです。 画像の鮮明さは同じように、放射線源の直径と画像が形成される表面からの距離によって異なります。
遮光性カセット (プラスチックまたは紙) 内の「従来の」フィルムは通常、試料のすぐ後ろに置かれ、 適切な時間 (露光時間) の間、X 線のスイッチをオンにして、その後フィルムが取り除かれ、写真撮影の処理 (現像、定着、洗い、乾燥) が行われます。 直接 X 線撮影 (DR) では、コンピューターの現像端末によりコヒーレント結像が直接形成されます。 両方の手法には共通して陰画があります。 材料が少なく (吸収が少ない)、より多くの X 線がフィルムまたは検出器に届くエリアは、密度の増加を引き起こします。 画像の形成方法に違いがあっても、まったく同じ方法で画像の解釈を行うことができます。 結果として、DR 技術は普及しています。
「従来の」フィルムは、フィルム表示画面で薬品処理 (ウェットプロセス) 後に閲覧できるようになります。 対象物に欠陥や不規則性が存在すると、フィルムの密度に偏差が発生します (輝度または透明性)。 露光中により多くの放射線を受け取ったフィルムの部分 (たとえば、空洞の下の部分) は、より暗くなり、フィルム密度が高いことになります。 デジタル X 線撮影も同じ黒白画像を提供しますが、閲覧と解釈はコンピューターの画面 (VDU) で行われます。
フィルムの画像の品質は、次の 3 つの要素で評価されます。
- コントラスト
- 鮮明さ
- 粒状
例として、表面に加工されたさまざまな深さの溝がある試料を考えてみましょう。 X 線写真での溝の画像と背景密度の密度差は、画像コントラストと呼ばれます。 溝を識別するには、一定以上の画像コントラストが必要です。
コントラストが高い場合:
a. 溝の画像はもっと見やすくなります
b. 浅い溝の画像も徐々に識別可能になります
溝の端が鋭く加工されていても、溝の画像は鮮明になる可能性もぼやける可能性もあります。これが 2 つ目の要素の画像のぼけで、画像の不鮮明さと呼ばれています。
画像検出の限界では、コントラストと不鮮明さが相互に関係していて、検出可能性は両方の要素によって変わることがあります。
写真フィルムの画像は銀の粒子で構成されているので、その銀の粒子の大きさや分布によって粗さが異なります。 フィルム粒状と呼ばれる、この画像の粒は、画像の細部を覆ってしまうことがあります。
同様に、他のすべての画像形成システムでも、これら 3 つの要素が基本的なパラメーターとなります。 電気画像形成 (CCTV やスクリーンを使用したデジタル X 線撮影またはスキャンシステムなど) では、コントラスト、鮮明さ、ノイズの要素が、ピクセルサイズと粒状に相当するノイズ (電気ではピクセルサイズ) といった画質の測定基準になります。
コントラスト、鮮明さ、粒状 (ノイズ) という 3 つの要素が、X 線写真の画質を決定する基本パラメーターです。 十分な X 線写真を撮影するテクニックの多くがこれらに関係していて、試料の欠陥の検出可能性に影響を与えます。
X 線写真が画像で細部を見せる機能のことを、「X 線撮影感度」と呼びます。 非常に小さな欠陥も示すことができる場合、その X 線撮影画像は感度が高いということになります。 この感度は通常、ワイヤやドリルの穴など、人工的な「欠陥」を使用して測定されます。