産業用CTのボクセルとは？空間分解能との違い

産業用CTのカタログや資料では、「ボクセルサイズ」が画像の細かさを示す数値として掲載されています。しかし、ボクセルサイズが小さいほど、実際の空間分解能もそのまま高くなるわけではありません。本記事では、ボクセルの意味と空間分解能との違いを整理し、焦点サイズや検出器、倍率などとの関係や、実際のワークで確認したいポイントを解説します。

産業用CTにおける「ボクセル」とは？

産業用CTでは、対象物を複数の方向からX線撮影し、取得した投影データをコンピュータ上で再構成することで、内部構造を3次元データとして表現します。

平面画像が多数のピクセルで構成されるのと同じように、CTで再構成された3次元データは、多数の立体的なデータ単位である「ボクセル」によって構成されています。

ピクセル（2D）とボクセル（3D）の違いとは

ピクセルは2次元画像を構成する縦・横方向の画素であるのに対し、ボクセルは縦・横・奥行きの3方向に広がりを持つ3次元データの単位です。

CT画像では、それぞれのボクセルにX線の減弱に応じた値が割り当てられ、多数のボクセルを組み合わせることで、ワーク内部の形状や状態を3次元的に表現します。

ボクセルサイズと空間分解能は同じではない

ボクセルサイズは、再構成された3次元データをどの程度細かな単位で表現しているかを示す値です。一方、空間分解能は、近接する構造を別々のものとして識別できる能力を示します。

そのため、小さなボクセルサイズでデータを作成しても、それだけで同じ大きさの微細構造を識別できるとは限りません。実際の空間分解能には、X線源の焦点サイズや検出器、幾何学倍率、装置の安定性、撮影条件など複数の要素が関係します。

産業用CTの「空間分解能」と
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同じボクセルサイズでも見え方が同じとは限らない

ボクセルサイズは、画像を構成するデータの細かさを示す数値です。コーンビーム方式のCTでは、検出器の画素サイズと、X線源・ワーク・検出器の位置関係によって生じる幾何学倍率などから、試料上のボクセルサイズが決まります。

一方、画像上で実際に細かな構造を分けて見られるかどうかは、それだけでは決まりません。同じボクセルサイズであっても、焦点サイズや検出器、倍率、ノイズ、撮影条件などによって実際の識別能力は異なります。装置を比較する際は、最小ボクセルサイズだけを空間分解能として扱わないことが重要です。

ボクセルサイズとデータ容量・処理負荷の関係

ボクセルサイズを小さくし、同じ大きさの範囲をより細かな単位で表現すると、3次元データを構成するボクセルの総数が増加します。そのため、必要となるメモリやストレージ容量、解析時の処理負荷も大きくなりやすくなります。

小さなボクセルサイズが必要かどうかは、画像の見え方だけではなく、保存するデータ量や解析環境も含めて判断する必要があります。

ボクセルサイズを半分にするとボクセル数は8倍に

同じ撮影範囲を維持したまま、ボクセルの一辺の長さを半分にすると、縦・横・奥行きのそれぞれに並ぶボクセル数は2倍になります。そのため、3次元データ全体のボクセル数は2×2×2で8倍になります。

ただし、実際のファイル容量が必ず8倍になるわけではありません。保存形式やビット深度、圧縮方法などによってデータ容量は変わるため、「ボクセル数が8倍になること」と「保存ファイルが必ず8倍になること」は分けて考える必要があります。

小さいボクセルサイズだけで装置を選ばない

ボクセルサイズは高精度撮影を検討する際の確認項目のひとつですが、最小ボクセルサイズだけを比較して装置の性能を判断することはできません。

幾何学倍率を高めることで小さいボクセルサイズを得られる場合でも、実際に確認したい構造を識別できるかどうかは、焦点サイズや検出器、撮影条件などを含めた空間分解能との関係で確認する必要があります。また、ワークの大きさによって確保できる撮影距離や観察範囲も変わるため、カタログに掲載された最小値がそのまま自社のワークで得られるとは限りません。

高精度撮影を検討する際に実際のワークで確認したい5つのポイント

産業用CTを比較する際は、最小ボクセルサイズだけを見るのではなく、実際のワークをどのような条件で撮影し、目的とする構造を識別できるかまで確認することが大切です。

可能であれば、カタログ上の最小ボクセルサイズだけで比較するのではなく、実際のワークや同等のサンプルを撮影し、目的とする構造を識別できるかを確認しておくと、装置選定時の判断材料になります。細かい検査・高精度な検査に対応する産業用CTを比較したい方は、以下のページも参考にしてください。