0.5msの時間分解能で四次元X線CTの原理実証に成功――学術研究や産業分野での応用に期待東北大学ら

東北大学は2023年7月11日、東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センターを中心とした研究チームが、0.5msの時間分解能で四次元（4D：三次元（3D）＋時間）X線CTの原理実証に成功したと発表した。

材料の破壊や流体／粘弾性体などの挙動、摩耗、機械加工、燃焼、溶接といった繰り返しができない現象の4D可視化に繋がるため、学術研究や産業分野などでの応用が期待される。

X線CTは、さまざまな方向から物体の投影像を撮影することで、物体の内部を三次元的に可視化する手法だ。強力なX線ビームのシンクロトロン放射光を使用することで、高速なX線CTが可能となる。

一方で、さまざまな方向から試料の投影像を撮影するには、高速で試料を回転させなければならない。このため、遠心力により試料が変形する、流動性のある試料に適用できない、試料環境の制御が困難といった点が課題となっていた。同発表によると、4D-X線CTの時間分解能は、これまで10ms前後に留まっていたという。

同研究チームは今回、シンクロトロン放射光を約30ビームにマルチビーム化する光学素子や、全ての投影像を同時に撮影可能なマルチビーム画像検出器、少ない投影数で3D可視化する圧縮センシングに基づいたCT再構成アルゴリズムを開発した。圧縮センシングとは、信号や画像などに内在する疎性（スパース性）を用いて、少数の観測データから高次元信号を復元する手法を指す。

これらを用いて、時間分解能1msを超える0.5msでの4D-X線CTの原理実証に成功した。同発表によると、世界初の成果だという。なお、実験には大型放射光施設「SPring-8」のビームライン「BL28B2」のシンクロトロン放射光を使用した。

冒頭の画像は、時間分解能0.5msでタングステンワイヤーを曲げる様子を4D-X線CT撮影したものとなっている（3コマのみ表示）。

左上図：マルチビーム光学系の配置図（上から見た図）
左下図：同光学系の実際の写真
右図：シンクロトロン放射光をマルチビーム化する光学素子（マルチビーム結晶）の写真

0.5msの時間分解能で四次元X線CTの原理実証に成功――学術研究や産業分野での応用に期待　東北大学ら