産業用コンピュータ断層撮影
Logitech C500 ウェブカメラのコンピュータ断層撮影透過画像のアニメーション セット

工業用コンピュータ断層撮影（CT）スキャンは、コンピュータ支援による断層撮影プロセス（通常はX線コンピュータ断層撮影）であり、放射線を使用してスキャンした物体の内部と外部の3次元表現を作成します。工業用CTスキャンは、部品の内部検査のために多くの産業分野で使用されています。工業用CTスキャンの主な用途には、欠陥検出、故障解析、計測、アセンブリ解析、リバースエンジニアリングアプリケーションなどがあります。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]医用画像処理と同様に、工業用画像処理には、非断層撮影放射線撮影（工業用放射線撮影）とコンピュータ断層撮影放射線撮影（コンピュータ断層撮影）の両方が含まれます。

スキャナーの種類

CTスキャナビームライン
ラインビームスキャナ

ラインビームスキャンは、産業用CTスキャンの伝統的なプロセスです。[ 4 ] X線を発生させ、ビームをコリメートしてライン状にします。X線ラインビームは部品上を移動し、検出器によってデータが収集されます。その後、データは再構成され、部品の 3Dボリュームレンダリングが作成されます。

コーンビームスキャンでは、スキャン対象物は回転テーブル上に設置されます。[ 4 ]対象物が回転すると、X線コーンから多数の2D画像が生成され、検出器によって収集されます。これらの2D画像は処理され、対象物の外部および内部形状の 3Dボリュームレンダリングが作成されます。

CTスキャナビームライン
コーンビームスキャナ

歴史

産業用CTスキャン技術は、1972年にゴッドフリー・ハウンズフィールドによる医用画像撮影用CTスキャナの発明によって導入されました。この発明により、ハウンズフィールドはアラン・マクロード・コーマックと共にノーベル医学賞を受賞しました。[ 5 ] [ 6 ] CTスキャンの多くの進歩により、主に医療分野で使用されている目視検査（医療用CTスキャン）に加えて、産業分野でも計測用途として利用できるようになりました。

分析および検査技術

検査の用途や技術には、部品とCADの比較、部品同士の比較、組立・欠陥解析、ボイド解析、肉厚解析、CADデータの生成など、様々なものがあります。CADデータは、リバースエンジニアリング、幾何寸法・公差解析、生産部品の承認などに活用できます。[ 7 ]

組み立て

CTを用いた分析で最もよく知られている形態の一つは、組み立て、つまり視覚的な分析です。CTスキャンは、部品を分解することなく、動作状態における内部の状態を観察できます。産業用CTスキャン用のソフトウェアプログラムの中には、CTデータセットのボリュームレンダリングから計測値を取得できるものもあります。これらの計測値は、組み立てられた部品間のクリアランスや個々の形状の寸法を決定するのに役立ちます。

アルミニウム鋳物に工業用CTスキャンを実施し、空洞などの内部欠陥を特定しました。鋳物内の色分けされた粒子はすべて空洞／気孔／気泡で、これらはさらに測定可能で、サイズに応じて色分けされています。

空隙、亀裂、欠陥の検出

使い捨てペッパーグラインダーの3Dモデルを飛行する様子。青いガラス製。

従来、物体内の欠陥、空隙、ひび割れを特定するには破壊検査が必要でした。CTスキャンは、部品を破壊することなく内部の特徴や欠陥を検出し、これらの情報を3Dで表示することができます。産業用CTスキャン（3D X線）は、部品内部の空隙、[ 8 ]介在物、ひび割れなどの欠陥を検出するために使用されます。[ 9 ]また、コンクリートの損傷の発生源と伝播を検出するためにも使用されています。[ 10 ]

金属鋳造部品やプラスチック成形部品は、冷却プロセス、厚肉と薄肉の境界、そして材料特性などにより、一般的に気孔が発生しやすい傾向があります。ボイド解析は、プラスチック部品や金属部品内部のボイドの位置を特定、測定、分析するために使用できます。

幾何寸法と公差解析

従来、破壊試験を行わずに、完全な計測は、座標測定機（CMM）や外面をマッピングするビジョンシステムなどを用いて、部品の外形寸法のみに対して行われてきました。内部検査には、部品の2D X線撮影や破壊試験が必要となります。産業用CTスキャンは、完全な非破壊計測を可能にします。無制限の幾何学的複雑さを持つ3Dプリンティングは、従来のCMMではアクセスできない複雑な内部特徴を、コストに影響を与えることなく作成することを可能にします。コンピュータ断層撮影CTを用いた形状特性評価に最適化された最初の3Dプリントアーティファクト[ 11 ]

画像ベース有限要素法

画像ベース有限要素法は、X線コンピュータ断層撮影（CT）から得られた3D画像データを、有限要素解析用のメッシュに直接変換します。この手法の利点としては、複雑な形状（例えば複合材料）のモデリングや、マイクロスケールにおける「製造時の」部品の正確なモデリングなどが挙げられます。[ 12 ]

産業用コンピュータ断層撮影市場は、2029年から2030年の間に7億7,345万米ドルから11億1,650万米ドルの規模に達すると予測されています。地域的な傾向としては、産業機器の厳格な安全規制と予防保守により、特にアジア太平洋地域だけでなく、北米やヨーロッパでも市場の堅調な成長が見込まれています。[ 13 ] [ 14 ] 成長は主に、部品の正確で非破壊的な検査を可能にするCT装置とサービスの継続的な開発によって推進されています。自動故障解析のための人工知能の活用やモバイルCTシステムの開発などのイノベーションが可能性を広げています。[ 15 ]

法医学の発展

コンピュータ断層撮影（CT）は法医学、特に仮想剖検においてますます貴重なツールとなっている。 [ 16 ] [ 17 ]侵襲的な手順を必要とする従来の剖検とは異なり、CTスキャンは非侵襲的な体の内部検査を可能にし、骨、臓器、軟部組織の詳細な3D画像を生成する。[ 18 ]この技術は、骨折、異物（弾丸や榴散弾など）、ガス塞栓、外部からはすぐには確認できない外傷の兆候を検出するのに特に有用である。[ 19 ] CTスキャンは法医学的証拠をより効果的に保存することができ、大規模災害、腐敗、または文化的および宗教的な解剖に対する反対が関わる事件で特に有益である。[ 16 ]さらに、 CTからのデジタル画像は保存して複数回見直すことができるため、法的調査と教育目的の両方に役立つ。[ 18 ]全体として、CTは法医学的観点からの死後検査の精度、効率、アクセス性を向上させた。

法医学CTスキャンの用途に関する用語集

出典: [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 17 ]

外傷の評価
生前（死亡前）の傷害と死後（死亡後）の傷害の区別。
ガス塞栓症の分析
血管内の空気またはガスの特定。溺死、減圧症、または医療過誤を示している可能性があります。
年齢推定
身元不明の遺体の骨格の成熟度と歯の発達の評価。
火傷被害者の分析
従来の剖検では限界がある場合に、重度の火傷を負った遺体の内部構造を検査します。
生前データとの比較
死後の CT スキャンと生涯の医療画像を照合して身元を確認します。
文化的/宗教的感受性
死体を切り開く際に侵襲的な検死の代替手段が許可されない。
分解研究
分解プロセス中の組織とガスの変化を監視します。
骨折の検出
頭蓋骨、肋骨、その他の骨格骨折、特に外部から見えない骨折の特定。
文書化とアーカイブ
身体の状態と証拠に関する、永久的で再閲覧可能なデジタル記録。
爆発および爆風による傷害の分析
高圧事象によって引き起こされる内部損傷パターンの評価。
顔面再建支援
顔をデジタルで再構築するための高解像度の頭蓋骨画像。
病状の特定
死亡原因に関係する可能性のある病気、感染症、または慢性疾患の検出。
大規模災害の被害者特定
複数の身体を効率的に画像化して、迅速な識別と外傷評価を行います。
仮想剖検（virtopsies）[ 16 ]
死者に対する非侵襲的な内部検査。
異物の可視化
弾丸、破片、その他の埋め込まれた物質の位置と分析。

参照

参考文献

  1. ^ Flisch, A., et al. リバースエンジニアリングアプリケーションにおける産業用コンピュータトモグラフィー。DGZfP-Proceedings BB 67-CD Paper 8、産業用アプリケーションおよび放射線医学における画像処理のためのコンピュータ断層撮影、1999年3月15～17日、ドイツ、ベルリン。
  2. ^ Woods, Susan (2010年6月4日). 「3D CT検査でマイクロパーツの全景を観察」MicroManufacturing . 2011年8月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年6月27日閲覧。
  3. ^ 「産業用CTとは？」 Lumafield 、 2023年10月30日。 2025年6月27日閲覧。
  4. ^ a b Hofmann, J., Flisch, A., Obrist, A., 産業用X線コンピュータ断層撮影アプリケーションのための適応型CTスキャンメッシュベースの最適化手法. NDT&E International (37), 2004, pp. 271–278.
  5. ^ Zoofan, Brahman. 「3Dマイクロトモグラフィー - 強力なエンジニアリングツール」3Dスキャンテクノロジーズ. 2011年7月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年6月27日閲覧。
  6. ^ Noel, Julien (2008年12月18日). 「工業部品の3DスキャンにおけるCTの利点」(PDF) . 2011年7月7日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2025年6月27日閲覧。
  7. ^「産業用（CT）コンピュータ断層撮影による生産前検査コストの削減」世界的なマイクロ製造技術業界向けMicro Manufacturing Magazine、2010年8月。
  8. ^ Lambert, J.; Chambers, AR; Sinclair, I.; Spearing, SM (2012). 「風力タービンブレード材料の疲労における3D損傷特性とボイドの役割」. Composites Science and Technology . 72 (2): 337. doi : 10.1016/j.compscitech.2011.11.023 .
  9. ^ Bull, DJ; Helfen, L.; Sinclair, I.; Spearing, SM; Baumbach, T. (2013). 「炭素繊維複合材の衝撃損傷評価におけるマルチスケール3D X線断層撮影検査技術の比較」(PDF) .複合材料科学技術. 75 : 55–61 . doi : 10.1016/j.compscitech.2012.12.006 .
  10. ^ Joshi, Nirmal Raj; Matsumoto, Ayumu; Asamoto, Shingo; Miura, Taito; Kawabata, Yuichiro (2022-04-01). 「エトリンガイト形成の遅延膨張が著しいコンクリートの力学的挙動の調査：様々な圧縮荷重パターン下における内部損傷伝播に着目」 . Cement and Concrete Composites . 128 104433. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2022.104433 . ISSN 0958-9465 . S2CID 246514058 .  
  11. ^ Shah, Paras; Racasan, Radu; Bills, Paul (2016年11月1日). 「CTを用いた様々な積層造形法の比較」 .非破壊検査・評価のケーススタディ. 6 : 69– 78. doi : 10.1016/j.csndt.2016.05.008 . ISSN 2214-6571 . 
  12. ^ Evans, Ll. M.; Margetts, L.; Casalegno, V.; Lever, LM; Bushell, J.; Lowe, T.; Wallwork, A.; Young, P.; Lindemann, A. (2015-05-28). 「X線トモグラフィーデータを用いたCFC-Cu ITERモノブロックの過渡熱有限要素解析」 . Fusion Engineering and Design . 100 : 100– 111. Bibcode : 2015FusED.100..100E . doi : 10.1016/j.fusengdes.2015.04.048 . hdl : 10871/17772 .
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  15. ^ 「トレンド、市場動向、技術革新に関する洞察」 www.microvista.de Microvista GmbH 2024年4月10日2024年4月11日閲覧。
  16. ^ a b cフィログラナ, ローラ; プグリエーゼ, ルカ; 武藤, マッシモ; タトゥッリ, ドリアナ; ググリエルミ, ジュゼッペ; タリー, マイケル・ジョン; フロリス, ロベルト (2019-02-01). 「バーチャル剖検の実践ガイド：なぜ、いつ、どのように」 .超音波、CT、MRIセミナー. 法医学放射線学. 40 (1): 56– 66. doi : 10.1053/j.sult.2018.10.011 . ISSN 0887-2171 . 
  17. ^ a b Simplyforensic (2025年4月9日). 「バーチャル剖検：デジタル死後分析の科学」 . simplyforensic.com . 2025年4月23日閲覧。
  18. ^ a b c Leth, Peter Mygind (2009年9月). 「死後調査における日常的な手順として使用されるコンピュータ断層撮影」.アメリカ法医学病理学ジャーナル. 30 (3): 219– 222. doi : 10.1097/PAF.0b013e318187e0af . ISSN 1533-404X . PMID 19696574 .  
  19. ^ a b「CAS - Central Authentication Service」 . connect.laurentian.ca . 2025年4月23日閲覧。
  20. ^ 「CAS - 中央認証サービス」 . connect.laurentian.ca . 2025年4月23日閲覧。
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