世界最小の手持ち式CTスキャナー「Xtomo-Cube」を開発、高精度な3D画像を生成

新たに開発されたCTスキャナーは小型で持ち運びに優れ、微細な化石や考古遺物の詳細な3D画像を生成できる。研究者が開発した「Xtomo-Cube」装置は、卓上スピーカーほどのサイズで重さはわずか6キログラム（13.2ポンド）であり、「掌中のCTスキャナー」という愛称が付けられているが、この愛称でさえもその本当の小型性を十分に表現できているとは言い難い。中国科学院の上級エンジニアで、同装置を開発した企業の総経理である劉保東氏は、この装置の位置付けについて、世界最小かつ最軽量のCTシステムであると明言した。

小型かつ高効率なスキャナー

本装置の空間分解能は80マイクロメートルで、人間の髪の太さほどである。この精度により、カタツムリの殻から医薬品のカプセルに至るまでの物体を分析できる。装置の容積はわずか4リットル、消費電力は約200ワットにとどまり、可搬型の汎用電源を用いた野外作業にも適している。劉氏によると、X線源、回転ステージ、検出器を含む主要な部品はすべて国内で開発・製造されたものである。これまでの最小のCTスキャナーはドイツで開発されたもので、重さは19キログラムと、新型の3倍以上あった。

劉氏は、中核的な技術的課題は、X線源、検出器、回転ステージを4リットルの容積に圧縮しつつ、精細な画像性能を維持することにあったと説明する。CTスキャンは、複数の角度から取得したX線を用いて、物体の内部構造の詳細な3Dモデルを構築する。最初の臨床用CTスキャナーは1971年にロンドンで登場し、英国のエンジニアであるゴッドフリー・ハウンズフィールド氏によって開発された。この機械は長さが3メートル（9.8フィート）あり、患者の頭部しかスキャンできず、2枚の2D画像を生成するのに約5分かかった。

現在、病院では腫瘍や体内出血、その他の損傷を発見するためにCTスキャンが日常的に用いられている。研究者はまた、化石や考古学的発見物、工業部品を損傷なく調査するためにも同様の機械を使用している。こうした用途が広がる一方、CTスキャナーは依然として大型で重いという特徴を維持している。典型的な病院用スキャナーは高さと幅が約2メートル、重さは約2トンで、一部の工業用システムはさらに大型である。劉氏は、CTスキャナーをスポーツカーからトラックまで様々な車両になぞらえ、この新装置をそのカテゴリーにおけるコンパクトカーに例えた。

オープンな設計が研究を促進

同氏は、開発目標はあらゆる物体をスキャンすることではなく、既存の大型機では取り扱いが難しい小型物体を内部観察することに特化していると述べた。このスキャナーの小型サイズと比較的低エネルギーでのX線使用は、大学教室や研究实验室にも適している。市販の多くのCTシステムとは異なり、その設定や生の撮像データはユーザーに公開されている。このオープン性により、学生や研究者はCT画像の収集、再構成、改良のプロセスを直接実験することができる。

小型CTスキャナーの応用の可能性

「Xtomo-Cube」の開発は、特に小型物体の内部観察において、CTスキャン技術における重要な進歩を示すものである。従来のCTスキャナーの大きな容積は、特定の応用における柔軟性を制限してきたが、この新装置の軽量設計により、野外や研究ラボを含む多様な環境で使用することが可能となっている。そのオープンな設計は、学生や研究者が革新的な実験を行うことを可能にし、関連分野の研究と教育を推進する上で重要な意味を持つ。