JP7175462B2 - Density measurement method and calibration standard sample and method for preparing the same - Google Patents
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Description
本発明は、主として炭酸カルシウムからなる測定対象物の密度測定方法および当該密度測定方法において用いられる較正基準試料並びにその作製方法に関する。具体的には、例えば、石灰質の殻や骨格を持つ、例えば有殻プランクトンなどの海洋生物の殻密度もしくは骨格密度を測定する密度測定方法および当該密度測定方法において用いられる較正基準試料並びにその作製方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for measuring the density of an object to be measured mainly composed of calcium carbonate, a calibration standard sample used in the method for measuring density, and a method for producing the same. Specifically, for example, a density measurement method for measuring the shell density or skeleton density of marine organisms such as shelled plankton, which have calcareous shells and skeletons, a calibration standard sample used in the density measurement method, and a method for producing the same Regarding.
大気に放出された二酸化炭素の一部は海洋に吸収されることが知られている。酸性の性質を持つ二酸化炭素が弱アルカリ性の海水に溶けることにより、海水のアルカリ性が弱まって酸性に近づくことになる(海洋の酸性化(pH変化))。このため、これまでにも、例えば石灰質(炭酸カルシウム)の殻を持つ有殻プランクトンの殻が溶解するなどの海洋の酸性化による生態系への影響が懸念されてきた。近年では、図7に示すように、例えば有殻プランクトン(翼足類)の殻密度が海洋の酸性化(pH変化)に起因して低下することがわかってきた。図7(a)は高殻密度の検体を示し、図7(b)は低殻密度の検体を示す。
そして、海洋の酸性化による生態系への影響を知る、あるいは、将来の海洋の酸性化の程度を予測するためには、有殻プランクトンにおける殻密度または骨格密度を正確に計測することが必要であると考えられる。
It is known that some of the carbon dioxide released into the atmosphere is absorbed by the ocean. When carbon dioxide, which has an acidic property, dissolves in weakly alkaline seawater, the alkalinity of the seawater weakens and approaches acidity (acidification of the ocean (pH change)). For this reason, there have been concerns about the impact on the ecosystem due to acidification of the ocean, such as the dissolution of shell plankton shells with calcareous (calcium carbonate) shells. In recent years, as shown in FIG. 7, it has been found that the shell density of, for example, shelled plankton (pteropods) decreases due to ocean acidification (pH change). FIG. 7(a) shows a sample with high shell density and FIG. 7(b) shows a sample with low shell density.
In order to understand the impact of ocean acidification on ecosystems or to predict the degree of future ocean acidification, it is necessary to accurately measure the shell density or skeleton density of shelled plankton. It is believed that there is.
一般に、ヒトなどの脊椎動物の骨や歯などの骨密度(骨塩量)を測定する方法の一として、ハイドロキシアパタイトなどの基準物質を含むファントムと測定対象物(検体)とをX線CTスキャナーによって同時にスキャンすることにより、骨密度を基準物質の相当量として算出する方法が知られている(例えば特許文献1,2参照。)。このような技術は、例えば骨粗鬆症の診断、経過追跡などに活用されている。 In general, as one of the methods for measuring the bone density (bone mineral content) of bones and teeth of vertebrate animals such as humans, a phantom containing a reference substance such as hydroxyapatite and a measurement object (specimen) are placed in an X-ray CT scanner. A method is known in which bone density is calculated as an equivalent amount of a reference material by simultaneously scanning with . Such techniques are utilized, for example, in the diagnosis and follow-up of osteoporosis.
上記の特許文献に記載のX線技術を利用した密度測定方法では、測定対象物のサイズが極めて小さいもの(例えば数百ミクロン程度のもの)である場合には、骨密度の計測には様々な技術的課題があり、微小な測定対象物の個々の骨密度を計測することは困難である。
例えば、測定対象物のサイズが微小である場合には、X線CT装置におけるX線管として焦点径の小さいものを用いる必要がある。しかしながら、X線管の焦点径が小さくなるほど、発生するX線量は減少することから、得られる透過像のコントラストは低下してしまう。そのため、X線を長時間の時間の間照射することが必要となり、X線量の変動やエネルギースペクトルの変動によるアーチファクトの影響が増大する。
また、線硬化(ビームハードニング現象)が発生すると、X線が透過する総距離の違いによって、実際のものと異なる大きさの密度値が算出されてしまうなど、得られる密度推計値には常に不確実性が伴う、といった問題がある。
さらにまた、炭酸塩の殻密度の測定に用いられるもので、かつ微小サイズの測定対象物と形状やサイズが類似するファントムは存在しないのが実情である。また、ヒト用のアパタイトほか金属元素を混合したファントムは、大きさや元素組成に基づくX線吸収量の差などの理由から、炭酸塩の殻密度の測定には適用することはできない。
In the density measurement method using the X-ray technology described in the above patent document, when the size of the object to be measured is extremely small (for example, about several hundred microns), various methods are used to measure bone density. There are technical problems, and it is difficult to measure individual bone densities of minute measurement objects.
For example, when the size of the object to be measured is very small, it is necessary to use an X-ray tube with a small focal diameter in the X-ray CT apparatus. However, the smaller the focal diameter of the X-ray tube, the smaller the amount of X-rays generated, resulting in a lower contrast of the obtained transmission image. Therefore, it is necessary to irradiate X-rays for a long period of time, increasing the influence of artifacts due to variations in X-ray dose and energy spectrum.
Also, when beam hardening occurs, the difference in the total distance through which the X-rays pass causes the calculated density value to differ from the actual one. There is the problem of uncertainty.
Furthermore, the actual situation is that there is no phantom that is used to measure the shell density of carbonate and that is similar in shape and size to a micro-sized object to be measured. In addition, phantoms for humans containing apatite and other metal elements cannot be used to measure carbonate shell densities due to differences in X-ray absorption based on size and elemental composition.
一方、従来における有殻プランクトンの殻密度を測定する技術は、例えば複数個体について同時に重量を計測して平均化し、同様にして採取された複数個体からなるサンプルに対する重量変動から殻密度の変化を推測するものであり、有殻プランクトンの殻密度を正確に計測する技術は存在しないのが実情であった。 On the other hand, conventional techniques for measuring the shell density of shelled plankton, for example, measure and average the weight of multiple individuals at the same time, and estimate the change in shell density from the weight fluctuations of samples composed of multiple individuals collected in the same way. However, the reality is that there is no technology to accurately measure the shell density of shelled plankton.
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、主として炭酸カルシウムからなる測定対象物の密度を定量的に正確に計測することのできる密度測定方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a density measuring method capable of quantitatively and accurately measuring the density of an object to be measured mainly composed of calcium carbonate. do.
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、空気と炭酸カルシウム(カルサイト)を基準物質とするカルサイトCT値を新たに定義して、既知密度の試料について、X線CT法によって得られるカルサイトCT値と密度の値との関係を調べたところ、カルサイトCT値と密度の値との間に特定の相関関係、例えば直線関係があることが判明した。
そして、カルサイトCT値と密度との間の相関関係を示す検量線データを炭酸カルシウム密度が異なる複数種の較正基準試料を用いて予め取得しておき、当該検量線データを利用することにより、測定対象物について得られたカルサイトCT値に基づいて密度を定量的に測定することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
As a result of extensive research by the present inventors, the calcite CT value was newly defined using air and calcium carbonate (calcite) as reference materials, and the calcite CT value obtained by the X-ray CT method was A study of the relationship between the site CT value and the density value revealed that there is a specific correlation, eg, a linear relationship, between the calcite CT value and the density value.
Then, calibration curve data indicating the correlation between the calcite CT value and the density is obtained in advance using a plurality of types of calibration reference samples having different calcium carbonate densities, and by using the calibration curve data, The inventors have found that the density can be quantitatively measured based on the calcite CT value obtained for the object to be measured, and have completed the present invention.
本発明の密度測定方法は、主として炭酸カルシウムからなる測定対象物の密度を測定する方法であって、
カルサイト結晶構造を有する炭酸カルシウム粒子の粉末成形体もしくは炭酸塩基準試料を較正基準試料とし、互いに密度が異なる複数種の較正基準試料の各々についての、空気とカルサイトとを基準物質とするX線減弱係数の比で表されるカルサイトCT値と、当該複数の較正基準試料の各々の密度との相関関係を示す検量線データを予め取得しておき、
少なくとも一の較正基準試料および測定対象物の両者に同一のX線源からのX線を同時に照射することにより当該較正基準試料および当該測定対象物の各々の1次CT画像データを取得し、
較正基準試料について得られた1次CT画像データに対して、画素値を一定とするような補正を行う再構成処理を行い、測定対象物について得られた1次CT画像データに対して、前記較正基準試料の1次CT画像データに対する再構成処理と同一の処理条件で再構成処理を行うことにより2次CT画像データを取得し、
当該測定対象物の2次CT画像データに基づいて得られる当該測定対象物のカルサイトCT値を前記検量線データに対照することにより、当該測定対象物の密度を測定することを特徴とする。
The density measuring method of the present invention is a method for measuring the density of a measurement object mainly made of calcium carbonate,
A powder compact of calcium carbonate particles having a calcite crystal structure or a carbonate reference sample is used as a calibration reference sample , and air and calcite are used as reference substances for each of a plurality of types of calibration reference samples having different densities. Calibration curve data indicating the correlation between the calcite CT value represented by the ratio of linear attenuation coefficients and the density of each of the plurality of calibration standard samples is obtained in advance,
acquiring primary CT image data of each of at least one calibration reference sample and the measurement object by simultaneously irradiating both the calibration reference sample and the measurement object with X-rays from the same X-ray source;
The primary CT image data obtained for the calibration reference sample is subjected to reconstruction processing for correcting the pixel values to be constant, and the primary CT image data obtained for the measurement object is subjected to the above-mentioned Acquiring secondary CT image data by performing reconstruction processing under the same processing conditions as the reconstruction processing for the primary CT image data of the calibration reference sample ,
The density of the measurement object is measured by comparing the calcite CT value of the measurement object obtained based on the secondary CT image data of the measurement object with the calibration curve data.
本発明の密度測定方法においては、前記X線源と、前記測定対象物および前記較正基準試料との間のX線照射経路上に、X線の低エネルギー成分を吸収する低エネルギー成分減衰フィルタが配置されることが好ましい。
このような場合には、前記低エネルギー成分減衰フィルタが、アルミニウム板よりなることが好ましい。
さらにまた、本発明の密度測定方法においては、前記X線源が、1μm以下の焦点径を有するマイクロフォーカスX線管により構成されることが好ましい。
さらにまた、本発明の密度測定方法においては、測定対象物が、炭酸カルシウムを主成分とする殻または骨格を持つ海洋生物における当該殻または骨格であることが好ましい。
In the density measurement method of the present invention, a low-energy component attenuation filter for absorbing low-energy components of X-rays is provided on the X-ray irradiation path between the X-ray source and the measurement object and the calibration reference sample . is preferably arranged.
In such a case, the low energy component attenuation filter is preferably made of an aluminum plate.
Furthermore, in the density measuring method of the present invention, it is preferable that the X-ray source is composed of a microfocus X-ray tube having a focus diameter of 1 μm or less.
Furthermore, in the density measuring method of the present invention, the object to be measured is preferably the shell or skeleton of a marine organism having a shell or skeleton containing calcium carbonate as a main component.
本発明の密度測定方法によれば、測定対象物のカルサイトCT値を取得することによって、測定対象物の密度を予め取得された検量線データに基づいて正確に求めることができる。当該検量線データは、炭酸カルシウムの密度が異なる複数の較正基準試料の各々についてのカルサイトCT値と密度の値との相関関係が実験による裏づけにより定量的に明らかにされたものであるため、得られる密度値は高い信頼性を有するものとなる。例えば、炭酸カルシウムを主成分とする殻または骨格を持つ数百ミクロンサイズの海洋生物(有殻プランクトン)については、1個体ごとの殻密度または骨格密度を定量的に正確に計測することができ、しかも、殻の破片からでも測定を行うこともできる。
そして、カルサイトCT値の取得に際しては、較正基準試料および測定対象物の両者に同一のX線源からのX線が同時に照射されることにより、X線量の変動やエネルギースペクトルの変動によるアーチファクトの影響をキャンセルすることができるので、例えば有殻プランクトンのようにサイズが数百μm以下の微小な測定対象物であっても、殻密度の定量を高い確度で行うことができる。
According to the density measuring method of the present invention, by acquiring the calcite CT value of the object to be measured, the density of the object to be measured can be accurately determined based on the previously acquired calibration curve data. The calibration curve data is quantitatively clarified by experimental support of the correlation between the calcite CT value and the density value for each of a plurality of calibration standard samples with different calcium carbonate densities. The density values obtained are highly reliable. For example, for marine organisms (shell plankton) several hundred microns in size with shells or skeletons mainly composed of calcium carbonate, the shell density or skeleton density of each individual can be quantitatively and accurately measured. Moreover, measurements can also be made from shell fragments.
When acquiring the calcite CT value, X-rays from the same X-ray source are simultaneously irradiated to both the calibration reference sample and the measurement object, thereby eliminating artifacts due to fluctuations in the X-ray dose and fluctuations in the energy spectrum. Since the influence can be canceled, the shell density can be quantified with high accuracy even for a very small object to be measured, such as shelly plankton, whose size is several hundred μm or less.
本発明の較正基準試料によれば、実質的に炭酸カルシウムのみからなることにより、均質性の高いものとして構成することができ、上記の密度測定方法によって得られる測定結果に高い再現性を得ることができる。 According to the calibration standard sample of the present invention, since it consists essentially of calcium carbonate, it can be configured to have high homogeneity, and high reproducibility can be obtained in the measurement results obtained by the above-described density measurement method. can be done.
本発明の較正基準試料の作製方法によれば、結合助剤としてのバインダーを用いることなく炭酸カルシウム粒子のみを成形することができて所期の較正基準試料を確実に得ることができる。 According to the method for producing a calibration standard sample of the present invention, only calcium carbonate particles can be formed without using a binder as a binding aid, and an intended calibration standard sample can be reliably obtained.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明の密度測定方法は、新たに定義した空気と炭酸カルシウム(カルサイト)とを基準物質とするカルサイトCT値(空気中におけるカルサイトの密度と等価の値)と、密度値との間の相関関係を示す検量線データを、炭酸カルシウム密度が既知の複数種の較正基準試料(以下、「ファントム」という。)について予め取得しておき、ファントムを利用したX線CT法によって測定対象物について取得されるカルサイトCT値から当該検量線データに基づいて、測定対象物の密度を得るものである。ここに、カルサイトCT値とは、空気と水とを基準物質として用いて定義される医業用CT値とは異なるものであって、その定義については後述する。 In the density measurement method of the present invention, the calcite CT value (a value equivalent to the density of calcite in air) with newly defined air and calcium carbonate (calcite) as reference substances, and the density value Calibration curve data showing the correlation of is obtained in advance for multiple types of calibration reference samples (hereinafter referred to as "phantoms") with known calcium carbonate densities, and the measurement object is measured by the X-ray CT method using the phantom Based on the calibration curve data, the density of the object to be measured is obtained from the calcite CT value obtained for . Here, the calcite CT value is different from the medical CT value defined using air and water as reference substances, and its definition will be described later.
本発明の密度測定方法における測定対象物は、主として炭酸カルシウムからなるものであれば、特に限定されるものではないが、本発明の密度測定方法は、例えば、炭酸カルシウムを主成分とする殻または骨格を持つ数百ミクロンサイズの海洋生物の密度を測定する場合に極めて有用である。このような海洋生物としては、例えば、炭酸カルシウムからなる殻を持つ有殻プランクトンなどが挙げられる。海洋生物が作る炭酸カルシウムには、カルサイト結晶構造のものと、アラゴナイト結晶構造のものとの2種類のものがあるが、測定対象物の殻または骨格を構成する炭酸カルシウムは、いずれの結晶構造を有するものであってもよい。 The object to be measured in the density measuring method of the present invention is not particularly limited as long as it is mainly composed of calcium carbonate. It is extremely useful for measuring the density of marine organisms with skeletons that are hundreds of microns in size. Examples of such marine organisms include shell plankton having shells made of calcium carbonate. Calcium carbonate produced by marine organisms has two types, one with a calcite crystal structure and one with an aragonite crystal structure. It may have
測定対象物の密度の測定にあっては、例えばマイクロフォーカスX線CT装置が用いられる。
図1は、本発明の密度測定方法において利用されるマイクロフォーカスX線CT装置の一例における構成の概略を示す模式図である。
このマイクロフォーカスX線CT装置は、X線を照射するX線源10と、測定対象物およびファントムを保持する保持部20と、測定対象物およびファントムを透過したX線を検出するX線検出器30とを備えている。なお、図1においては、便宜上、測定対象物Sのみが保持部20に保持された状態が示してある。
A microfocus X-ray CT apparatus, for example, is used to measure the density of the object to be measured.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an example of a microfocus X-ray CT apparatus used in the density measuring method of the present invention.
This microfocus X-ray CT apparatus includes an
X線源10は、焦点径が例えば1μm以下の範囲内で適宜設定可能とされたX線管により構成されている。
保持部20は、例えば鉛直方向に延びる軸を中心に回転自在とされた回転ステージにより構成されている。また、保持部20は、X線照射方向に移動可能に設けられており、X線源10との間の距離が調整されることにより、X線透過画像の拡大率が変更可能に構成されている。
X線検出器30は、例えばフラットパネル検出器により構成されており、測定対象物Sおよびファントムの形状および内部構造を反映したX線透過(X線減弱)の差が、例えば16ビットのグレースケールによる画像の濃淡として表わされたCT画像が得られる。
The
The holding
The
このマイクロフォーカスX線CT装置においては、X線源10と、測定対象物Sおよびファントムとの間のX線照射経路上に、X線の低エネルギー成分を吸収するX線低エネルギー成分減衰フィルタ40が内挿されて配置されている。X線低エネルギー成分減衰フィルタ40としては、例えば純アルミニウム(例えばA1012)よりなる金属フィルタを用いることができる。X線低エネルギー成分減衰フィルタ40は、例えば銅やチタンなどの金属板、塩化ビニルなどの樹脂板などが用いられてもよい。また、X線低エネルギー成分減衰フィルタ40の形状は特に限定されない。
ここに、X線低エネルギー成分減衰フィルタ40の厚みは、X線低エネルギー成分減衰フィルタ40の構成材料のX線減弱係数などに基づいて設定することができる。X線低エネルギー成分減衰フィルタ40が例えば純アルミニウムよりなる金属フィルタである場合には、その厚みは例えば0.2mmである。
In this microfocus X-ray CT apparatus, an X-ray low-energy
Here, the thickness of the X-ray low energy
X線低エネルギー成分減衰フィルタ40を備えていない場合には、図2(a)に示すように、密度が実質的に均一な試料について得られるCT画像データには、ビームハードニングの影響によるアーチファクトの影響(画素値の不均質性)が確認され、この例では、中心部分が低密度でエッジ部分が高密度であるかのような密度分布を示す結果となっている。一方、X線低エネルギー成分減衰フィルタ40を備えていることにより、図2(b)に示すように、試料について得られるCT画像データは、X線のビームハードニングによるアーチファクトの影響(輝度値の不均一性)が少ないものであり、本来の密度分布を示すCT画像データが得られることが示されている。
Without the X-ray low-energy
以上において、X線源10とX線検出器30との間の距離D1は、例えば73~374mm、保持部20(測定対象物Sおよびファントム)とX線検出器30との間の距離D2は、例えば60~371.5mm、X線源10とX線低エネルギー成分減衰フィルタ40との間の距離D3は、例えば71.8~372.8mmである。
In the above, the distance D1 between the
本発明の密度測定方法においては、先ず、互いに密度が異なる複数種のファントムを用意し、当該複数種のファントムの各々についてのカルサイトCT値と、当該複数種のファントムの各々の密度との相関関係を示す検量線データを予め取得しておく。検量線データの信頼性の観点から、少なくとも3種以上、好ましくは4~5種のファントムについてカルサイトCT値を取得することが望ましい。 In the density measurement method of the present invention, first, a plurality of types of phantoms having different densities are prepared, and the correlation between the calcite CT value for each of the plurality of types of phantoms and the density of each of the plurality of types of phantoms is Calibration curve data indicating the relationship is acquired in advance. From the viewpoint of the reliability of calibration curve data, it is desirable to obtain calcite CT values for at least 3 or more, preferably 4 to 5, phantoms.
複数種のファントムの各々は、いずれも、以下の条件を満足するものであることが必要とされる。
(1)測定対象物と同一の結晶構造の炭酸カルシウムからなること。
(2)測定対象物と形状や大きさが類似していること。
(3)内部の密度が一様(内部構造が均質)であること。
(4)炭酸カルシウム密度が既知であること。
例えば、炭酸カルシウム結晶(密度2.71)を適度な大きさに切り出したものがファントムとしての条件を満たす。
Each of the multiple types of phantoms must satisfy the following conditions.
(1) Consist of calcium carbonate with the same crystal structure as the object to be measured.
(2) Similar in shape and size to the object to be measured.
(3) Uniform internal density (homogeneous internal structure).
(4) Calcium carbonate density is known.
For example, a calcium carbonate crystal (density: 2.71) cut into an appropriate size satisfies the conditions for a phantom.
本発明の密度測定方法においては、ファントムとしては、例えば、カルサイト結晶構造を有する炭酸カルシウム粒子の粉体成形体(人工炭酸塩ファントム、以下「カルサイトファントム」という。)、もしくは、「NIST NBS-19」(炭酸塩基準試料)が好適に用いられる。「NIST NBS-19」は、国際原子力機関(IAEA)より炭酸カルシウムの酸素・炭素同位体比標準物質として世界中に頒布されており、また均質性が保証されているものである。
カルサイトファントムは、実質的に炭酸カルシウムのみからなることにより、均質性の高いものとして構成することができ、より正確に定量的な測定を行うことができる。
In the density measuring method of the present invention, the phantom may be, for example, a powder compact of calcium carbonate particles having a calcite crystal structure (artificial carbonate phantom, hereinafter referred to as "calcite phantom"), or "NIST NBS -19" (carbonate reference sample) is preferably used. "NIST NBS-19" is distributed worldwide by the International Atomic Energy Agency (IAEA) as an oxygen-carbon isotope ratio reference material for calcium carbonate, and its homogeneity is guaranteed.
Since the calcite phantom consists substantially only of calcium carbonate, it can be configured as a highly homogeneous one, and more accurate and quantitative measurement can be performed.
上記のカルサイトファントムにあっては、炭酸カルシウム粒子として、純度が99.9%以上であるものが用いられる。
また、カルサイトファントムを構成する炭酸カルシウム粒子としては、粒子径が例えば5μm以下であるものが好ましい。本明細書において「炭酸カルシウム粒子の粒子径」とは、炭酸カルシウム粒子の最大投影面に外接する長方形の短径をいうものとする。
粒子径が5μm以下であることにより、撮影されるCT画像データの解像度よりもおおきな空隙の不均質性を可能な限り小さくすることができ所期のカルサイトファントムを確実に得ることができる。一方、炭酸カルシウム粒子の粒子径が過大である場合には、カルサイトファントムを成形すること自体が困難となる。
In the above calcite phantom, calcium carbonate particles having a purity of 99.9% or more are used.
Moreover, the calcium carbonate particles constituting the calcite phantom preferably have a particle size of, for example, 5 μm or less. As used herein, the term "particle size of calcium carbonate particles" refers to the minor axis of a rectangle circumscribing the maximum projection plane of calcium carbonate particles.
When the particle diameter is 5 μm or less, the nonuniformity of the voids larger than the resolution of the CT image data to be photographed can be minimized, and the desired calcite phantom can be reliably obtained. On the other hand, when the particle size of the calcium carbonate particles is too large, it becomes difficult to form the calcite phantom itself.
上記のカルサイトファントムは、次のようにして作製することができる。
すなわち、先ず、較正基準試料形成材料として、粒子径が50μm以下であって純度が99.9%以上である例えばカルサイト結晶構造を有する超高純度炭酸カルシウム粒子を用意し、マイクロ天秤を用いて所定量に秤量する。ここに、較正基準試料形成材料の量は、造形すべきカルサイトファントムの厚みが例えば約1mmとなる量である。例えば、成形装置における粉末成形用ダイの型孔の内径寸法がφ13mmである場合には、超高純度炭酸カルシウム粒子の量は250~300mgである。較正基準試料形成材料の量がこのように設定されることにより、最終的に得られるカルサイトファントムにおける密度の不均質性が生ずることを回避することができる。
The above calcite phantom can be produced as follows.
That is, first, as a calibration standard sample-forming material, ultra-high-purity calcium carbonate particles having a particle diameter of 50 μm or less and a purity of 99.9% or more, for example, having a calcite crystal structure, are prepared and weighed using a microbalance. Weigh the specified amount. Here, the amount of calibration standard sample-forming material is such that the thickness of the calcite phantom to be shaped is, for example, about 1 mm. For example, when the inner diameter of the mold cavity of the powder molding die in the molding apparatus is φ13 mm, the amount of the ultra-pure calcium carbonate particles is 250-300 mg. By setting the amount of calibration standard sample-forming material in this way, density inhomogeneities in the final calcite phantom can be avoided.
次いで、所定量に秤量された較正基準試料形成材料を常温常圧下で粉末成形用ダイの型孔に充填し、上下パンチで加圧して圧縮成形する成形工程を行う。
成形工程においては、較正基準試料形成材料を粉末成形用ダイの型孔内に充填した後、粉末成形用ダイに対して振動を与える振動付与工程が行われることが好ましい。これにより、超高純度炭酸カルシウム粒子間の空隙を密にすることができ、得られるカルサイトファントムを均質なものとすることができる。振動付与工程に要する時間は、数分間程度である。
また、較正基準試料形成材料の加圧は、成形圧力を連続的に変更して行っても、多段階に変更して行ってもよい。成形圧力を多段階に変更して加圧を行う場合には、最終的に得られるカルサイトファントムにおける密度の不均質性が生ずることを確実に回避することができる。
成形圧力は、1.5~10ton/cm2 の範囲内の大きさに設定される。成形工程は、較正基準試料形成材料に対する圧力が設定成形圧力となるまで徐々に加圧していき、設定成形圧力で所定時間の間加圧することにより行う。これにより、炭酸カルシウム粒子が圧縮により破壊されて粒子径が5μm以下の大きさとされた粉末成形体を得ることができる。
加圧時間は、例えば5~15分間であることが好ましく、例えば10分間である。
Next, a predetermined amount of the calibration standard sample-forming material is filled into the mold cavity of the powder molding die under normal temperature and normal pressure, and pressure is applied by upper and lower punches to perform compression molding.
In the molding step, it is preferable to perform a vibration imparting step of vibrating the powder molding die after filling the calibrated reference sample forming material into the mold cavity of the powder molding die. As a result, the voids between the ultrapure calcium carbonate particles can be made dense, and the obtained calcite phantom can be made homogeneous. The time required for the vibration imparting step is about several minutes.
Further, the pressurization of the calibration standard sample-forming material may be performed by changing the molding pressure continuously or by changing it in multiple stages. When the molding pressure is changed in multiple stages and pressurization is performed, it is possible to reliably avoid occurrence of density non-uniformity in the finally obtained calcite phantom.
The molding pressure is set within the range of 1.5 to 10 ton/cm 2 . The molding step is performed by gradually increasing the pressure on the calibration standard sample-forming material until it reaches the set molding pressure, and then applying the set molding pressure for a predetermined time. As a result, it is possible to obtain a powder compact in which the calcium carbonate particles are destroyed by compression and have a particle size of 5 μm or less.
The pressurization time is preferably 5 to 15 minutes, for example 10 minutes.
その後、成形された円盤状のカルサイトファントム前駆体を粉末成形用ダイより静かに取り出し、これを所定の大きさに切り出すことにより、密度測定用のカルサイトファントムを得ることができる。 Thereafter, the disk-shaped calcite phantom precursor thus formed is gently removed from the powder molding die and cut into a predetermined size to obtain a calcite phantom for density measurement.
カルサイトファントムの炭酸カルシウム密度と成形圧力の大きさとの間には、図3に示すように、比例関係があることから、成形圧力の大きさを制御することによりカルサイトファントムの炭酸カルシウム密度を調整することができる。例えば、成形圧力を1.5ton/cm2 とした場合には、炭酸カルシウム密度が1.93である均質なカルサイトファントムを得ることができる。また、成形圧力を10ton/cm2 (上限値)とした場合には、炭酸カルシウム密度が2.23である均質なカルサイトファントムを得ることができる。
カルサイトファントムの炭酸カルシウム密度は、例えば次のようにして測定することができる。すなわち、先ず、マイクログラム単位の重量が計測可能な天秤(マイクロ天秤)を用いて、作製したカルサイトファントム前駆体の重量を計測する。次いで、当該カルサイトファントム前駆体の体積を例えばマイクロフォーカスX線CTによって計測する。ここに、撮像の空間解像度は10μm以下とする。そして、カルサイトファントムの密度、炭酸カルシウム密度が計測された重量と体積とに基づいて計算によって求める。
本発明においては、互いに炭酸カルシウム密度の異なる複数種のカルサイトファントム前駆体を作製し、作製した複数種のカルサイトファントム前駆体の各々の炭酸カルシウム密度を測定する。
図4に、カルサイトファントム前駆体のCT画像データの一例を示す。図4の(a)に示すカルサイトファントム前駆体の炭酸カルシウム密度は2.30μg/μm3 、(b)に示すカルサイトファントム前駆体の炭酸カルシウム密度は2.00μg/μm3 、(c)に示すカルサイトファントム前駆体の炭酸カルシウム密度は1.93μg/μm3 である。スケールは300μmである。
As shown in FIG. 3, there is a proportional relationship between the calcium carbonate density of the calcite phantom and the magnitude of the molding pressure. can be adjusted. For example, when the molding pressure is 1.5 tons/cm 2 , a homogeneous calcite phantom with a calcium carbonate density of 1.93 can be obtained. Further, when the molding pressure is set to 10 tons/cm 2 (upper limit), a homogeneous calcite phantom having a calcium carbonate density of 2.23 can be obtained.
The calcium carbonate density of the calcite phantom can be measured, for example, as follows. That is, first, the weight of the prepared calcite phantom precursor is measured using a balance (micro balance) capable of measuring the weight in microgram units. The volume of the calcite phantom precursor is then measured, for example, by microfocus X-ray CT. Here, the spatial resolution of imaging is assumed to be 10 μm or less. Then, the density of the calcite phantom and the density of calcium carbonate are calculated based on the measured weight and volume.
In the present invention, a plurality of types of calcite phantom precursors having different calcium carbonate densities are prepared, and the calcium carbonate density of each of the prepared plurality of types of calcite phantom precursors is measured.
FIG. 4 shows an example of CT image data of a calcite phantom precursor. The calcium carbonate density of the calcite phantom precursor shown in FIG. 4(a) is 2.30 μg/μm 3 , the calcium carbonate density of the calcite phantom precursor shown in FIG. 4(b) is 2.00 μg/μm 3 , and (c). The calcium carbonate density of the calcite phantom precursor shown in is 1.93 μg/μm 3 . The scale is 300 μm.
本発明における検量線データは、次のようにして得られたものである。
先ず、実体顕微鏡下において、作製したカルサイトファントム前駆体の中央部分からマイクロサージェリーメスを用いて長径最大300μmの大きさの粒子を切り出す処理を、作製した複数種のカルサイトファントム前駆体の各々について行い、これにより、数百ミクロンサイズの密度測定用のカルサイトファントムを得る。ここに、切り出す粒子(カルサイトファントム)のサイズは、ビームハードニング補正が可能な最大の厚さに一致する大きさである。
The calibration curve data in the present invention were obtained as follows.
First, under a stereoscopic microscope, particles having a maximum diameter of 300 μm were cut out from the central portion of the prepared calcite phantom precursor using a microsurgery scalpel. to obtain a calcite phantom for density measurement with a size of several hundred microns. Here, the size of the grain (calcite phantom) to be cut out is a size that corresponds to the maximum thickness that can be corrected for beam hardening.
次いで、各々のカルサイトファントムについてのCT画像データをマイクロフォーカスX線CT装置によって取得する。
図1を参照して説明すると、同一のX線源10からのX線を、X線低エネルギー成分減衰フィルタ40を介して、カルサイトファントムおよび上述の炭酸塩基準試料(カルサイト結晶)の両者に同時に照射する。このとき、カルサイトファントムおよび炭酸塩基準試料の両者を保持する保持部20を回転させることにより、カルサイトファントムおよび炭酸塩基準試料の両者のX線透過像を全周方向から撮影し、カルサイトファントムおよび炭酸塩基準試料の各々の1次CT画像データを取得する。これにより得られるカルサイトファントムおよび炭酸塩基準試料の各々についての1次CT画像データに対して再構成処理を行うことにより、カルサイトファントムおよび炭酸塩基準試料の各々の2次CT画像データを取得する。
CT image data for each calcite phantom is then acquired by a microfocus X-ray CT apparatus.
Referring to FIG. 1, X-rays from the
而して、得られた1次CT画像データは、X線低エネルギー成分減衰フィルタ40の作用によって、ビームハードニングによるアーチファクトの影響が低減されたものであり、また、カルサイトファントムおよび炭酸塩基準試料は内部構造が均質なものであることから、得られる1次CT画像データは画素値が平滑なものであるはずである。しかしながら、照射される連続X線のエネルギー密度は、様々な要因により、時間の経過とともに刻一刻と不可避的に変動するため、実際に得られる1次CT画像データは、X線のエネルギースペクトルの変動によるアーチファクトの影響を含んだものとなる。
このようなアーチファクトによる影響は、カルサイトファントムおよび炭酸塩基準試料の両方に等しく生ずるものと予想される。このため、再構成処理においては、炭酸塩基準試料について得られた1次CT画像データにおける画素値を一定とする(平滑なものとする)ような補正を、カルサイトファントムについて得られた1次CT画像データに対しても同様に行う。これにより、カルサイトファントムの1次CT画像データにおけるX線のエネルギースペクトルの変動によるアーチファクトの影響を低減することができ、解像度の高い2次CT画像データを得ることができる。ここに、画素値が一定(画素値が平滑)とは、単位面積あたり(20ボクセル四方)のカルサイトファントム中心部分と外周部との平均画素値の差が2.5%未満の範囲内にあることをいう。
そして、カルサイトファントムおよび炭酸塩基準試料の各々について、X線透過像の撮影および再構成処理を同様にして繰り返して行うことにより、カルサイトファントムにおける所定数の断面層の2次CT画像データを取得する。
Therefore, the obtained primary CT image data has the effects of beam hardening artifacts reduced by the action of the X-ray low energy
The effects of such artifacts are expected to occur equally in both calcite phantoms and carbonate reference samples. Therefore, in the reconstruction process, the primary CT image data obtained for the calcite phantom is corrected so that the pixel values in the primary CT image data obtained for the carbonate reference sample are constant (smoothed). The same is done for CT image data. As a result, it is possible to reduce the influence of artifacts due to fluctuations in the X-ray energy spectrum in the primary CT image data of the calcite phantom, and to obtain high-resolution secondary CT image data. Here, constant pixel values (smooth pixel values) means that the difference in average pixel values between the central portion and the peripheral portion of the calcite phantom per unit area (20 voxels) is within a range of less than 2.5%. Say something.
Then, for each of the calcite phantom and the carbonate reference sample, X-ray transmission image acquisition and reconstruction processing are repeated in the same manner to obtain secondary CT image data of a predetermined number of cross-sectional layers in the calcite phantom. get.
次いで、カルサイトファントムについて得られた2次CT画像データに基づいて、カルサイトファントムのカルサイトCT値を取得する。
一般に、測定対象物の元素組成が均一であれば、ここで示される2次CT画像データの濃淡のコントラストはX線減弱係数と相関があり、測定対象物質の密度と同義である。本発明においては、測定対象物である海洋生物における殻または骨格を構成する主成分である炭酸カルシウム(CaCO3 )に着目し、空気とカルサイトとを基準物質とするX線減弱係数の比で表したカルサイトCT値を新たに定義する。
本発明において定義するカルサイトCT値は、下記式(1)によって表され、カルサイトファントムにおける任意の複数の断面層の2次CT画像データ(画像の濃淡)の各々から取得される値の平均値が、カルサイトファントムのカルサイトCT値(代表値)として用いられる。
式(1) カルサイトCT値=k×[(μsample -μair )/(μstd -μair )]
Next, the calcite CT value of the calcite phantom is acquired based on the secondary CT image data obtained for the calcite phantom.
In general, if the elemental composition of the object to be measured is uniform, the density contrast of the secondary CT image data shown here has a correlation with the X-ray attenuation coefficient and is synonymous with the density of the object to be measured. In the present invention, focusing on calcium carbonate (CaCO 3 ), which is the main component constituting the shell or skeleton of marine organisms, which are the measurement objects, the ratio of the X-ray attenuation coefficient with air and calcite as reference substances The expressed calcite CT value is newly defined.
The calcite CT value defined in the present invention is represented by the following formula (1), and is the average of the values obtained from each of the secondary CT image data (image density) of any plurality of cross-sectional layers in the calcite phantom The value is used as the calcite CT value (representative value) of the calcite phantom.
Formula (1) Calcite CT value = k × [(μ sample - μ air ) / (μ std - μ air )]
上記式(1)において、kは、ハンスフィールドユニットに準じた定数であって、例えば1000とされる。μsample ,μair ,およびμstd は、それぞれ、カルサイトファントム、空気および炭酸塩基準試料のX線減弱係数を示す。測定対象物のカルサイトCT値を取得するに際しては、μsample の値として、測定対象物のX線減弱係数が用いられ、μstd の値として、カルサイトファントムのX線減弱係数が用いられる。
上記式(1)により得られるカルサイトCT値は、0(空気)~1,000(炭酸カルシウム結晶)の数値範囲内の値であって、従って、測定対象物のカルサイトCT値は、当該数値範囲内の値で示される。
In the above formula (1), k is a constant conforming to the Hounsfield unit and is set to 1000, for example. μ sample , μ air , and μ std denote the X-ray attenuation coefficients of the calcite phantom, air, and carbonate reference samples, respectively. When obtaining the calcite CT value of the object to be measured, the X-ray attenuation coefficient of the object to be measured is used as the value μ sample , and the X-ray attenuation coefficient of the calcite phantom is used as the value μ std .
The calcite CT value obtained by the above formula (1) is a value within the numerical range of 0 (air) to 1,000 (calcium carbonate crystal). Indicated by a value within a numeric range.
そして、一のカルサイトファントムについて得られた複数の2次CT画像データの各々からカルサイトCT値を取得し、これらの平均値を当該カルサイトファントムのカルサイトCT値(代表値)として取得する。
このような処理を複数種のカルサイトファントムの各々について行うことにより、各々のカルサイトファントムのカルサイトCT値を取得する。
Then, the calcite CT value is obtained from each of the plurality of secondary CT image data obtained for one calcite phantom, and the average value of these is obtained as the calcite CT value (representative value) of the calcite phantom. .
By performing such processing for each of a plurality of types of calcite phantoms, the calcite CT value of each calcite phantom is obtained.
上記のようにして取得された各々のカルサイトファントムのカルサイトCT値および炭酸カルシウム密度の両者の関係を示す複数の実測値を、横軸を例えば炭酸カルシウム密度〔μg/μm3 〕とし、縦軸をカルサイトCT値とする座標系にプロットする。これらのプロット(実測値)を例えば直線で近似することにより、検量線データを取得することができる。なお、複数の実測値を多項式の曲線で近似することにより検量線データを取得してもよい。検量線データの一例を図5に示す。図5におけるαで示すプロットは、炭酸塩基準試料(NBS19)についての実測値である。図5における近似式は、炭酸カルシウム密度をDとすると、下記式(2)により示される。
式(2) カルサイトCT値=351.64×D+44.123
A plurality of measured values showing the relationship between the calcite CT value and the calcium carbonate density of each calcite phantom obtained as described above, for example, the calcium carbonate density [μg/μm 3 ] on the horizontal axis and the vertical axis Plot in a coordinate system with calcite CT values on the axes. Calibration curve data can be obtained by approximating these plots (measured values) with a straight line, for example. The calibration curve data may be obtained by approximating a plurality of measured values with a polynomial curve. An example of calibration curve data is shown in FIG. The plot indicated by α in FIG. 5 is the measured value for the carbonate reference sample (NBS19). The approximation formula in FIG. 5 is given by the following formula (2), where D is the density of calcium carbonate.
Formula (2) Calcite CT value = 351.64 x D + 44.123
測定対象物の殻密度または骨格密度の測定に際しては、測定対象物の予想される殻密度値または骨格密度値を基準として同等またはそれ以上の炭酸カルシウム密度の値を有する少なくとも一のカルサイトファントムが選択されて用いられる。
そして、例えば図1に示すマイクロフォーカスX線CT装置を用いて、上記と同様の方法により、測定対象物Sおよびカルサイトファントムの両者の複数の断面層の1次CT画像データを取得し、カルサイトファントムについて得られた1次CT画像データに対する再構成処理と同一の処理条件で、測定対象物の1次CT画像データに対する再構成処理を行う。
次いで、測定対象物について得られた2次CT画像データに基づいて、測定対象物のカルサイトCT値を取得し、得られたカルサイトCT値を予め取得しておいた検量線データに対照することにより当該測定対象物Sの殻密度または骨格密度を求める。
When measuring the shell density or skeletal density of the object to be measured, at least one calcite phantom having a calcium carbonate density value equal to or greater than the expected shell density value or skeletal density value of the object to be measured is used as a reference. Selected and used.
Then, for example, using the microfocus X-ray CT apparatus shown in FIG. Reconstruction processing is performed on the primary CT image data of the measurement object under the same processing conditions as the reconstruction processing on the primary CT image data obtained for the site phantom .
Next, based on the secondary CT image data obtained for the measurement object, the calcite CT value of the measurement object is obtained, and the obtained calcite CT value is compared with the previously obtained calibration curve data. Thus, the shell density or skeleton density of the measurement object S is obtained.
而して、上記の密度測定方法によれば、測定対象物である有殻プランクトンなどの海洋生物における殻または骨格を構成する炭酸カルシウムに着目し、測定対象物について、新たに定義した空気と炭酸カルシウム(カルサイト)を基準物質とするカルサイトCT値を、ファントムを利用したX線CT法によって、取得することにより、測定対象物の殻密度または骨格密度を予め取得された検量線データに基づいて正確に求めることができる。当該検量線データは、炭酸カルシウム密度が互いに異なる複数種のカルサイトファントムの各々についてのカルサイトCT値と密度の値との相関関係を、実験による裏づけにより定量的に明らかにしたものであるため、当該検量線データによって得られる密度値は高い信頼性を有するものとなる。そして、上記の密度測定方法によれば、例えば、有殻プランクトンについては、個体ごとの殻密度の測定だけでなく、殻の破片からでも測定を行うこともできる。
また、カルサイトCT値の測定に際しては、測定対象物Sおよびカルサイトファントムの両者に同一のX線源10からのX線を同時に照射してX線透過画像を撮影することにより、X線量の変動やエネルギースペクトルの変動によるアーチファクトの影響をファントムについて得られたCT画像データに基づいてキャンセルすることができるので、例えば有殻プランクトンのようにサイズが数百μm以下の微小な測定対象物であっても、殻密度の定量を高い確度で行うことができる。
Therefore, according to the above-described density measurement method, attention is paid to calcium carbonate that constitutes the shell or skeleton of marine organisms such as shell plankton, which is the measurement object, and the measurement object is newly defined air and carbonic acid. A calcite CT value using calcium (calcite) as a reference substance is obtained by an X-ray CT method using a phantom, thereby determining the shell density or skeleton density of the object to be measured based on the calibration curve data obtained in advance. can be obtained accurately. Because the calibration curve data quantitatively clarifies the correlation between the calcite CT value and the density value for each of a plurality of types of calcite phantoms with different calcium carbonate densities through experimental support. , the density values obtained from the calibration curve data have high reliability. According to the density measurement method described above, for example, for shelled plankton, it is possible to measure not only the shell density of each individual, but also the shell fragments.
In addition, when measuring the calcite CT value, both the measurement object S and the calcite phantom are irradiated with X-rays from the
さらにまた、マイクロフォーカスX線T装置において、X線源10と、測定対象物Sおよびカルサイトファントムとの間のX線照射経路上に、X線低エネルギー成分減衰フィルタ40が配置されることにより、得られるCT画像データにおけるビームハードニングによるアーチファクトの影響を確実に低減することができ、殻密度(または骨格密度)の定量を一層高い信頼性をもって行うことができる。
Furthermore, in the microfocus X-ray T apparatus, an X-ray low energy
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。 Experimental examples conducted to confirm the effects of the present invention will be described below.
<実験例1>
北太平洋に生息する動物プランクトンである浮遊性有孔虫(サイズ150μm程度)を18個体用意した。各個体の炭酸カルシウムを主成分とする殻を測定対象物とし、測定対象物の殻密度を1個体ごとに求めた。殻密度の測定は、図1に示すマイクロフォーカスX線CT装置において、較正基準試料として炭酸カルシウム密度が2.71であるカルサイトファントムを用い、以下に示す撮像条件で、測定対象物の各々の1次CT画像データを取得した。取得された測定対象物の1次CT画像データに対する再構成処理をカルサイトファントムについて得られた1次CT画像データに対する再構成処理と同一の処理条件で行った後、得られた2次CT画像データと、上記式(1)とに基づいて、カルサイトCT値を求めた。取得されたカルサイトCT値に基づいて、上記式(2)で示される検量線データから殻密度を求めた。
そして、以下に示す化学分析によって求められる殻密度を参考値としたとき、検量線データに基づいて測定された殻密度の値(測定値)と参考値との関係を調べた。結果を図6に示す。ここに、図6における横軸は参考値としての殻密度であり、縦軸は検量線データに基づいて取得される殻密度である。また、破線で示す直線は、測定値と参考値との誤差が0である理想曲線である。
参考値の取得にあっては、先ず、高分解能ICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析計)によって、1個体ずつカルシウム含有量(重量)の定量を行い、得られたカルシウム重量から炭酸カルシウム重量(殻重量)を演算により求めた。また、上記において取得された測定対象物の2次CT画像データに基づいて、各々の測定対象物の殻体積を求めた。そして、取得された殻重量と殻体積とに基づいて、測定対象物の殻密度を1個体ごとに算出した(殻密度=殻重量/殻体積)。
<Experimental example 1>
Eighteen individuals of planktonic foraminifera (about 150 μm in size), which are zooplankton inhabiting the North Pacific Ocean, were prepared. The shell containing calcium carbonate as a main component of each individual was used as an object to be measured, and the shell density of the object to be measured was determined for each individual. The shell density was measured using the microfocus X-ray CT apparatus shown in FIG. Primary CT image data was acquired. A secondary CT image obtained after performing reconstruction processing on the obtained primary CT image data of the object to be measured under the same processing conditions as the reconstruction processing on the primary CT image data obtained from the calcite phantom. A calcite CT value was obtained based on the data and the above formula (1). Based on the obtained calcite CT value, the shell density was obtained from the calibration curve data represented by the above formula (2).
Then, using the shell density determined by the chemical analysis described below as a reference value, the relationship between the shell density value (measured value) measured based on the calibration curve data and the reference value was investigated. The results are shown in FIG. Here, the horizontal axis in FIG. 6 is the shell density as a reference value, and the vertical axis is the shell density obtained based on the calibration curve data. A dashed straight line is an ideal curve in which the error between the measured value and the reference value is zero.
In obtaining reference values, first, the calcium content (weight) of each individual is quantified by high-resolution ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer), and the calcium carbonate weight ( shell weight) was calculated. In addition, the shell volume of each measurement object was determined based on the secondary CT image data of the measurement object obtained above. Based on the obtained shell weight and shell volume, the shell density of the object to be measured was calculated for each individual (shell density=shell weight/shell volume).
[撮像条件]
X線管に対する印加電圧:80keV
X線管に対する印加電流:40μA
X線管の焦点径:0.8μm
X線管とX線検出器との間の距離(D1):374mm
保持部とX線検出器との間の距離(D2):371mm
X線管とX線低エネルギー成分減衰フィルタとの間の距離(D3):372.8mm
撮影回数(断面層の数):1200回
拡大率:126.94倍
撮影時間(X線照射時間):66分間
X線低エネルギー成分減衰フィルタ:材質:純アルミニウム、厚さ:0.2mm
[Imaging conditions]
Applied voltage to X-ray tube: 80 keV
Applied current to X-ray tube: 40 μA
Focus diameter of X-ray tube: 0.8 μm
Distance between X-ray tube and X-ray detector (D1): 374 mm
Distance (D2) between holding part and X-ray detector: 371 mm
Distance between X-ray tube and X-ray low energy component attenuation filter (D3): 372.8 mm
Number of imaging (number of cross-sectional layers): 1200 Magnification: 126.94 times Imaging time (X-ray irradiation time): 66 minutes X-ray low-energy component attenuation filter: Material: pure aluminum, thickness: 0.2 mm
図6に示されるように、検量線データを利用してカルサイトCT値に基づいて得られる殻密度の値(測定値)の、殻重量と殻体積とから化学分析によって求められる殻密度の値(参考値)に対する誤差は、最大でも0.25μg/μm3 、平均すると0.07μg/μm3 程度であって、数百ミクロンサイズの測定対象物の殻密度を高い精度で測定することができることが確認された。 As shown in FIG. 6, the shell density value (measured value) obtained based on the calcite CT value using the calibration curve data is obtained by chemical analysis from the shell weight and shell volume. The error with respect to (reference value) is 0.25 μg/μm 3 at maximum, and about 0.07 μg/μm 3 on average. was confirmed.
本発明の密度測定方法によれば、有殻プランクトンの1個体ごとの殻密度を正確に定量的に計測することができるようになるので、世界各地で報告されている季節単位、年単位で起こっている海洋環境の変化、とくに地球温暖化現象や海洋酸性化に対する、個々の海洋生物のボディサイズや骨格密度の変化を正確にとらえることができ、環境変化と生物との相互関係についてより一層の理解を深めることができるようになることが期待される。 According to the density measuring method of the present invention, it becomes possible to accurately and quantitatively measure the shell density of each shelled plankton individual. It is possible to accurately capture changes in the body size and skeletal density of individual marine organisms due to changes in the marine environment, especially global warming and ocean acidification. It is hoped that you will be able to deepen your understanding.
10 X線源
20 保持部
30 X線検出器
40 低エネルギー成分減衰フィルタ
S 測定対象物
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
カルサイト結晶構造を有する炭酸カルシウム粒子の粉末成形体もしくは炭酸塩基準試料を較正基準試料とし、 互いに密度が異なる複数種の較正基準試料の各々についての、空気とカルサイトとを基準物質とするX線減弱係数の比で表されるカルサイトCT値と、当該複数の較正基準試料の各々の密度との相関関係を示す検量線データを予め取得しておき、
少なくとも一の較正基準試料および測定対象物の両者に同一のX線源からのX線を同時に照射することにより当該較正基準試料および当該測定対象物の各々の1次CT画像データを取得し、
較正基準試料について得られた1次CT画像データに対して、画素値を一定とするような補正を行う再構成処理を行い、測定対象物について得られた1次CT画像データに対して、前記較正基準試料の1次CT画像データに対する再構成処理と同一の処理条件で再構成処理を行うことにより 2次CT画像データを取得し、
当該測定対象物の2次CT画像データに基づいて得られる当該測定対象物のカルサイトCT値を前記検量線データに対照することにより、当該測定対象物の密度を測定することを特徴とする密度測定方法。 A method for measuring the density of a measurement object mainly composed of calcium carbonate, comprising:
Using a powder compact of calcium carbonate particles having a calcite crystal structure or a carbonate reference sample as a calibration reference sample, For each of multiple types of calibration standard samples with different densities, expressed as the ratio of X-ray attenuation coefficients with air and calcite as reference substancesObtaining in advance calibration curve data showing the correlation between the calcite CT value and the density of each of the plurality of calibration reference samples,
acquiring primary CT image data of each of at least one calibration reference sample and the measurement object by simultaneously irradiating both the calibration reference sample and the measurement object with X-rays from the same X-ray source;
The primary CT image data obtained for the calibration reference sample is subjected to reconstruction processing for correcting the pixel values to be constant, and the primary CT image data obtained for the measurement object is subjected to the above-mentioned By performing the reconstruction processing under the same processing conditions as the reconstruction processing for the primary CT image data of the calibration reference sample, obtaining secondary CT image data;
Density characterized by measuring the density of the measurement object by comparing the calcite CT value of the measurement object obtained based on the secondary CT image data of the measurement object with the calibration curve data. Measuring method.
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