産業用 CT のビームハードニング補正
ビームハードニングにより、部品の中心部は縁よりも密度が低く見え、高密度の構造の間には暗いストリークが現れます。Voxray QRT は再構成中に X 線スペクトルをモデル化するため、1 回のスキャンで部品全体のグレー値が一貫します。
ビームハードニングとは
X 線管が放出するのは単一のエネルギーではなく、エネルギーのスペクトルです。物質は高エネルギーの光子よりも低エネルギーの光子を吸収しやすいため、厚い領域や高密度の領域を通過したビームは主に高エネルギーの光子で構成されます。つまりビームが「硬く」なります。硬くなったビームは、物質 1 mm あたりの強度の減少が小さくなります。
多くの CT 装置に標準搭載されているフィルタ補正逆投影法（FDK）は、単一の X 線エネルギーを前提としています。そのため、長い経路での減衰の弱まりを密度の低さとして解釈します。光線に沿った物質が厚く高密度であるほど、誤差は大きくなります。
見分け方
カッピング：均質な部品の中心部が縁よりも暗く見える。
ピン、電池セル、ねじなどの高密度の構造の間に暗いストリークや帯が現れる。
同じ材料でも肉厚や位置によってグレー値が変わり、グローバルなしきい値や表面決定が機能しなくなる。
高密度の材料に隣接する低密度の材料のコントラストが失われ、そこにあるボイド、クラック、介在物が見えなくなる。
ビフォー・アフター
実際のスキャンで、従来の再構成と Voxray QRT を比較しています。スライダーをドラッグして比較してください。
ビームハードニングの一般的な補正手法
従来の手法はいずれも問題の一部を解決しますが、別のところでコストが発生します。
物理的なプレフィルタ
仕組み: X 線管の前に銅やスズのフィルタを置き、低エネルギー成分が部品に届く前に取り除きます。
限界: カッピングは減りますが消えません。また信号が減るため、スキャンはノイズが増えるか長くなります。
管電圧を上げる
仕組み: スペクトル中の高エネルギー光子の割合を増やします。
限界: 密度の近い材料間のコントラストが低下します。
線形化（ソフトウェア補正）
仕組み: 測定した減衰を直線に写像します。基準部品での校正や、手動で調整した多項式を使います。
限界: 単一材料を前提とします。マルチマテリアル部品では 1 つの材料を補正し、他の材料を歪めてしまいます。
デュアルエネルギー CT
仕組み: 2 つの管電圧で部品を 2 回スキャンし、2 つのボリュームを融合します。
限界: 測定時間が 2 倍になり、2 つのボリュームの位置合わせで位置ずれアーティファクトが生じることがあります。
Voxray QRT のビームハードニングへの対処
QRT は再構成前に投影データを直線化するのではありません。多色 X 線スペクトルと測定の物理をモデル化し、記録された投影データを最もよく説明するボリュームを計算します。ビームハードニングはこのモデルの一部なので、カッピングやストリークにはなりません。
マルチマテリアル部品
単一材料の線形化では対応できない、金属・樹脂・複合材が混在する部品にも対応します。
1 回のスキャン
別の管電圧での 2 回目のスキャンも、2 つのボリュームの位置合わせも不要です。
自動補正
補正は再構成中に行われ、ほぼすべてのデータセットで標準設定のまま良好な結果が得られます。
お使いの装置とソフトウェアのまま
QRT は既存の CT 装置の生の投影データを読み込み、解析ソフトウェア向けに VGI または DICOM で保存します。
事例
7 ピン電源コネクタの欠陥検出
Robert Bosch GmbH Corporate Research と共同で、樹脂ハウジング内に銅合金ピンを持つコネクタについて、フィルタ補正逆投影法、デュアルエネルギー融合、QRT を比較し、研磨断面で検証しました。QRT は 1 回のスキャンでピン間のボイド、ギャップ、樹脂粒子を示し、測定時間はデュアルエネルギー CT の半分でした。
事例を読む
ビームハードニングに関するよくある質問
CT でビームハードニングが起こる原因は何ですか？
X 線管はエネルギーのスペクトルを放出します。物質は高エネルギーの光子より低エネルギーの光子を多く吸収するため、ビームの平均エネルギーは経路に沿って上昇します。単一エネルギーを前提とする再構成では、これがカッピングやストリークになります。
ビームハードニングと金属アーティファクトの違いは何ですか？
ビームハードニングはあらゆる材料で起こり、厚さと密度とともに大きくなります。金属アーティファクトの原因の一つでもあり、金属の背後ではビームハードニングに光子欠乏と散乱が加わり、断面全体に明暗のストリークが生じます。
プレフィルタでビームハードニングを防げますか？
銅やスズのプレフィルタはビームハードニングを減らしますが、なくすことはできず、信号も低下します。多くのラボではフィルタとソフトウェア補正を組み合わせています。
ビームハードニング補正はマルチマテリアル部品でも機能しますか？
線形化は単一材料を前提とするため、金属と樹脂が 1 つの部品に混在すると機能しません。QRT は X 線スペクトルと材料をモデル化するため、コネクタ、電池、電子機器などのマルチマテリアルアセンブリにも対応します。
CT 装置やスキャン設定を変更する必要はありますか？
いいえ。QRT は既存の装置の生の投影データを読み込みます。スキャン設定も解析ソフトウェアもそのまま使えます。
自分のスキャンで QRT を試せますか？
はい。無料トライアルをお申し込みいただき、ご自身のワークステーションでお手持ちのデータセットを再構成できます。または再構成サービスを選び、データセットを送っていただければ当社で再構成します。
お手持ちのスキャンからビームハードニングを取り除きましょう
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