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機関誌

2007年度バックナンバー論文2月

2007年2月1日更新

論文

シリコン半導体検出器を用いた450kV X線CT装 額賀  淳/北澤  聡/北澤  聡

450kV X-ray Computed Tomography System Using Silicon Semiconductor Detectors Jun NUKAGA*, So KITAZAWA** and Hiroshi KAMIMURA**

Abstract A 450kV x-ray computed tomography system using silicon semiconductor detectors has been developed for non-destructive inspection and digital engineering use. Silicon semiconductor detectors output large current due to incident photons, and give good S/N against noise of circuits. But large volume silicon detectors have a large leakage current, and any change in it worsens the performance of CT image. Slight adjustment the circuits of the amplifier bias voltage reduce and control the leakage current of semiconductor detectors, so that the circuits realize long-term stability of the image quality. In addition, metal spacers are inserted between the detectors to reduce crosstalk noise caused by scattered x-rays. The noise is reduced to less than 1% of the output signal. This system realizes a short scanning time of 6sec/slice in the rotate-only mode. As an example of engineering, the scanning time of a motor cycle cylinder head is 120minutes for 800slices. Therefore, the system can acheive digital and reverse engineering, and non-destructive inspection.

Key Words X-ray, Computed tomography, Silicon, Semiconductor, Non-destructive inspection

1. 緒言 X線CT(X-ray Computed Tomography)は,被検体の測定対象の断面にX線を様々な方向から照射し,被検体を透過してくるX線強度を計測する。この計測データをもとに断面 のX線線吸収係数分布を数値計算により再構成し,断面像を得る技術である1)。 産業用CT装置では被検体の密度,形状が大きく,X線の減衰率が3桁程度となり,入射フォトン数が数十個程度まで少なくなることが多い。検出器の信号電流は入射フォトン数に比例するため,出力信号が小さくなり回路ノイズの影響を大きく受ける。 このためこれまではCT画像に虚像が発生しにくい第2 世代撮像方式(Translate-Rotate mode)が主に用いられてきた。しかし,近年の産業用X線CT装置にはデジタルエンジニアリング利用のための立体像データ取得が求められており,撮像時 間の短縮化は必須条件である。短時間撮像には,第3世代撮像方式(Rotate-only mode)やフラットパネルディテクタ(FPD)等を用いたコーンビームCTがある。しかし,高エネルギーX線CTではFPDは検出効率が低く,かつ散乱 線による画像ぼけの問題があるため,アレイ検出器を用いた第3世代撮像方式が採用されている。 少数のフォトンでも良好な断面像を得るためには検出器出力電流を大きくし,回路S/Nを向上する必要がある。シリコン検出器は同じ入射面積のシンチレー タとフォトダイオードの組み合わせに対して出力電流が大きく,電子回路系のノイズを相対的に低減できる。このシリコン検出器の優位性を生かした高エネル ギーX線CT装置が開発されている2)。 本報告では上記高エネルギー装置で培った検出器技術を活用し,さらにX線管を線源とした場合に課題となるリーク電流安定性に対応した信号処理回路を用い,高速度撮像を実現した産業用X線CT装置について述べる。

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