DE69716169T2

DE69716169T2 - Vorrichtung zum Erfassen für axiale Transversal- und Quadratur-Tomographie

Info

Publication number: DE69716169T2
Application number: DE69716169T
Authority: DE
Inventors: Bernard M. Gordon
Original assignee: Analogic Corp
Current assignee: Analogic Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2017-06-14
Also published as: US5818897A; JPH1082747A; EP0816873A1; KR980003563A; DE69716169D1; EP0816873B1; JP3451181B2; CN1172952A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Computertomographie- (CT-) System von der Art, die eine Röntgenstrahlquelle, ein Detektorsystem zum Empfang von Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlquelle während einer Abtastung und Einrichtungen zur Drehung der Quelle und des Detektorsystems um eine Drehachse mit einer vorher ausgewählten Drehgeschwindigkeit einschließt, sowie auf ein Detektorsystem für ein derartiges CT-System und ein Verfahren zur Abtastung eines Gegenstandes, der sich durch eine CT-Abtasteinrichtung dieser Art hindurchbewegt.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes CT-System und eine Detektoranordnung, die in Verbindung mit einem CT-Gepäckabtastgerät zur Erzielung einer verbesserten Erkennung von blatt- oder plattenförmigen Sprengstoffen und dergleichen brauchbar ist.
Es sind verschiedene Röntgenstrahl-Gepäckabtastsysteme bekannt, um das Vorhandensein von Sprengstoffen und anderen verbotenen Gegenständen in Reisebehältern und Gepäck vor dem Laden des Gepäcks in ein Linienflugzeug festzustellen. Weil - viele Sprengstoffe durch einen Bereich von Dichten gekennzeichnet sind, die von anderen Gegenständen unterscheidbar sind, die sich typisch im Gepäck befinden, können Explosivstoffe allgemein durch Röntgenstrahl- Ausrüstungen festgestellt werden. Die meisten Röntgenstrahl-Gepäckabtastsysteme, die heute verwendet werden, sind vom "Linienabtast"-Typ und schließen eine stationäre Röntgenstrahlquelle, eine stationäre lineare Detektoranordnung und ein Förderband zum Transport des Gepäcks zwischen der Quelle und der Detektoranordnung ein, während sich das Gepäck durch die Abtasteinrichtung hindurch bewegt. Die Röntgenstrahlquelle erzeugt einen Röntgenstrahl, der durch das Gepäck hindurchläuft und von diesem teilweise gedämpft wird, und der dann von der Detektoranordnung empfangen wird. Jedes Meßintervall erzeugt die Detektoranordnungsdaten, die das Integral der Dichte des planaren Segmentes des Gepäcks darstellen, durch das der Röntgenstrahl hindurchläuft, und diese Daten werden zur Bildung einer oder mehrerer Rasterzeilen eines zweidimensionalen Bildes verwendet. Während die Fördereinrichtung das Gepäck an der stationären Quelle und Detektoranordnung vorbeibewegt, erzeugt die Abtasteinrichtung ein zweidimensionales Bild, das die Dichte des Gepäcks darstellt, wie es von der stationären Detektoranordnung gesehen wird. Dieses Dichtebild wird typischerweise zur Analyse durch eine Bedienungsperson angezeigt.
Plastiksprengstoffe stellen eine besondere Herausforderung für Gepäckabtastsysteme dar, weil Plastiksprengstoffe aufgrund ihrer verformbaren Eigenart auf geometrische Formen geformt werden können, die schwierig festzustellen sind. Die meisten Sprengstoffe, die ein Luftfahrzeug erheblich beschädigen können, wiegen zumindest ein Pfund und weisen eine ausreichend große Länge, Breite und Höhe auf, so daß sie leicht durch ein Röntgenstrahl-Abtastsystem erkannt werden können, unabhängig von der Ausrichtung des Sprengstoffes in dem Gepäck. Ein Plastiksprengstoff, der leistungsfähig genug ist, um ein Luftfahrzeug zu beschädigen, kann jedoch zu einer relativ dünnen Bahn oder Platte geformt werden, die in einer Abmessung extrem klein ist, und die in den anderen beiden Abmessungen relativ groß ist. Die Erfassung von Plastiksprengstoffen kann schwierig sein, weil es schwierig sein kann, das explosive Material in dem Bild zu sehen, insbesondere wenn das Material so angeordnet ist, daß die dünne Platte parallel zur Richtung des Röntgenstrahls verläuft, während diese Platte durch das System hindurchläuft.
Somit erfordert die Überprüfung von verdächtigem Gepäck sehr aufmerksame Bedienungspersonen. Die Forderung nach einer derartigen Aufmerksamkeit kann zu einer größeren Ermüdung der Bedienungsperson führen, und eine Ermüdung sowie andere Ablenkungen können dazu führen, daß ein verdächtiges Gepäckstück unerkannt durch das System hindurchläuft.
Entsprechend wurden große Anstrengungen gemacht, eine bessere Gepäckabtasteinrichtung zu schaffen. Derartige Konstruktionen wurden beispielsweise in den US-Patenten 4 759 047 (Donges et al.), 4 884 289 (Glockmann et al.), 5 132 988 (Tsutsui et al.), 5 182 764 (Peschmann et al.), 5 247 561 (Kotowski), 5 319 547 (Krug et al.), 5 367 552 (Peschmann et al.), 5 490 218 (Krug et al.) und in der deutschen Offenlegungsschrift DE 31 50 306 A1 (Heimann GmbH) beschrieben.
Zumindest eine dieser Konstruktionen, die in den US-Patenten 5 182 764 (Peschmann et al.) und 5 367 552 (Peschmann et al.) (im nachfolgenden die "764"- und "552"-Patente) beschrieben wurden, wurde kommerziell entwickelt und wird nachfolgend als die "In Vision Maschine" bezeichnet. Die In Vision Maschine schließt ein CT-Abtastgerät der dritten Generation ein. Derartige Systeme wurden in weitem Umfang in der medizinischen Bilderzeugungstechnik verwendet.
CT-Abtastgeräte der dritten Generation schließen typischerweise eine Röntgenstrahlquelle und ein Röntgenstrahldetektorsystem ein, die jeweils auf diametral gegenüberliegenden Seiten einer ringförmigen Plattform oder Scheibe befestigt sind. Die Scheibe ist drehbar in einer Portalhalterung befestigt, so daß im Betrieb die Scheibe kontinuierlich um eine Drehachse in Drehung versetzt wird, während Röntgenstrahlen von der Quelle durch einen in der Öffnung der Scheibe angeordneten Gegenstand zu dem Detektorsystem hindurchlaufen.
Das Detektorsystem schließt eine lineare Anordnung von Detektoren ein, die als eine einzige Reihe in Form eines Kreisbogens angeordnet sind, dessen Krümmungsmittelpunkt auf dem Brennpunkt der Röntgenstrahlquelle liegt (d. h. dem Punkt in der Röntgenstrahlquelle, von dem die Röntgenstrahlen ausgehen). Die Röntgenstrahlquelle erzeugt einen fächerförmigen Strahl oder einen Fächerstrahl von Röntgenstrahlen, der von dem Brennpunkt ausgeht, durch ein ebenes Abbildungsfeld hindurchläuft und von den Detektoren empfangen wird. Wie dies gut bekannt ist, ist ein Koordinatensystem durch X-, Y- und Z-Achsen definiert, wobei sich die Achsen schneiden und alle zueinander senkrecht an dem "Isozentrum" (dem Drehmittelpunkt der Scheibe bei der Drehung der Scheibe um die Drehachse) stehen. Die Z-Achse ist als die Drehachse definiert, und die X- und Y-Achsen sind durch das ebene Abbildungsfeld definiert und liegen in diesem. Der Fächerstrahl ist somit als das Volumen im Raum definiert, das zwischen einer Punktquelle (d. h. dem Brennpunkt) und den Aufnahmeoberflächen der Detektoren der Detektoranordnung umgrenzt ist, die dem Röntgenstrahl ausgesetzt ist. Weil die Abmessung der Aufnahmeoberflächen der linearen Anordnung von Detektoren in der Z-Achsen-Richtung relativ klein ist, ist der Fächerstrahl in dieser Richtung relativ dünn. Jeder Detektor erzeugt ein Ausgangssignal, das die Intensität der Röntgenstrahlen darstellt, die auf diesen Detektor auftreffen. Weil die Röntgenstrahlen teilweise durch die gesamte Masse auf ihren Pfad gedämpft werden, ist das von jedem Detektor erzeugte Ausgangssignal eine Darstellung der Dichte der gesamten Masse, die in dem Abbildungsfeld zwischen der Röntgenstrahlquelle und diesem Detektor angeordnet ist.
Während sich die Scheibe dreht, wird die Detektoranordnung periodisch abgetastet, und für jedes Meßintervall erzeugt jeder der Detektoren in der Detektoranordnung ein Ausgangssignal, das die Dichte eines während dieses Intervalls abgetasteten Teils des Objektes darstellt. Die Sammlung aller Ausgangssignale, die von allen Detektoren in einer einzigen Reihe der Detektoranordnung für irgendein Meßintervall erzeugt werden, wird als eine "Projektion" bezeichnet, und die Winkelausrichtung der Scheibe (und die entsprechenden Winkelausrichtungen der Röntgenstrahlquelle und der Detektoranordnung) während der Erzeugung einer Projektion werden als "Projektionswinkel" bezeichnet. Bei jedem Projektionswinkel wird der Pfad der Röntgenstrahlen von dem Brennpunkt zu jedem Detektor, der als ein "Strahl" bezeichnet wird, in seinem Querschnitt von einer Punktquelle zu der Aufnahmeoberfläche des Detektors hin vergrößert, und er wird somit so betrachtet, als ob er die Dichtemessung "vergrößert", weil die Aufnahmeoberfläche der Detektorfläche größer als irgendeine Querschnittsfläche des Gegenstandes ist, durch die der Röntgenstrahl hindurchläuft. Während sich die Scheibe um einen abgetasteten Gegenstand herum dreht, erzeugt die Abtasteinrichtung eine Vielzahl von Projektionen bei einer entsprechenden Vielzahl von Projektionswinkeln. Unter Verwendung gut bekannter Algorithmen kann ein CT-Bild des Objektes aus all den Projektionsdaten erzeugt werden, die bei jedem der Projektionswinkel erzeugt werden. Das CT-Bild stellt die Dichte einer zweidimensionalen "Scheibe" des Gegenstandes dar, durch die hindurch der Fächerstrahl während der Drehung der Scheibe über die verschiedenen Projektionswinkel hindurchbewegt wurde. Die Auflösung des CT-Bildes ist teilweise durch die Breite durch die Aufnahmeoberfläche jedes Detektors in der Ebene des Fächerstrahls bestimmt, wobei die Breite des Detektors hier als die Abmessung definiert ist, die in der gleichen Richtung wie die Breite des Fächerstrahls gemessen wird, während die "Länge" des Detektors hier als die Abmessung definiert ist, die in einer Richtung senkrecht zum Fächerstrahl parallel zur Dreh- oder Z-Achse der Abtasteinrichtung gemessen wird. Derartige CT-Abtasteinrichtungen sind insbesondere in der Medizintechnik nützlich, weil sie in der Lage sind, Bilder mit hoher Genauigkeit und hoher Auflösung zu erzeugen.
In der Medizintechnik sind weiterhin CT-Systeme für eine schraubenlinienförmige Abtastung bekannt, bei denen gleichzeitig mit der Drehung der Quelle und des Detektionssystems ein Patient entlang der Drehachse der Quelle und des Detektionssystems bewegt wird. Die US-A-5 291 402 zeigt ein schraubenlinienförmig abtastendes CT-System mit einem Detektorsystem, das eine zweidimensionale Anordnung von Detektoren mit identischen Eigenschaften einschließt.
Ein wichtiges Konstruktionskriterium für eine Gepäck-Abtasteinrichtung ist jedoch die Geschwindigkeit, mit der die Abtasteinrichtung ein Gepäckstück abtasten kann. Um auf irgendeinem größeren Flughafen von praktischer Brauchbarkeit zu sein, sollte eine Gepäck-Abtasteinrichtung in der Lage sein, eine sehr große Anzahl von Gepäckstücken mit einer sehr hohen Geschwindigkeit abzutasten, d. h. in der Größenordnung von 300 Gepäckstücken pro Stunde oder mehr, und um diese Geschwindigkeit zu erzielen, muß eine Abtasteinrichtung ein eine mittlere Größe aufweisendes Gepäckstück mit einer Geschwindigkeit von 12 Sekunden pro Gepäckstück oder weniger abtasten. Aus diesem Grund besteht ein Problem mit der In Vision Maschine darin, daß CT-Abtasteinrichtungen von der Art, wie sie in dem '764 und '552-Patenten beschrieben sind, eine relativ lange Zeit erfordern, beispielsweise von ungefähr 0,6 bis 2,0 Sekunden für eine Drehung der Scheibe, um die Daten für eine einzige Scheibe eines CT-Bildes zu erzeugen. Weiterhin ist die Auflösung des Bildes um so besser, je dünner die Scheibe des Strahls durch das Gepäckstück für jedes Bild ist, so daß die CT-Abtasteinrichtung Bilder mit ausreichender Auflösung liefern sollte, um Plastiksprengstoffe zu erkennen, die in der Größenordnung von lediglich einigen wenigen Millimetern dick sind. Wenn 0,6 bis 2,0 Sekunden für die Erzeugung von Daten für jedes in Scheiben unterteiltes CT-Bild erforderlich sind und angenommen wird, daß das mittlere Gepäckstück eine Länge von 70 cm hat, kann es sich bei der gewünschten Durchsatzgeschwindigkeit von 300 Gepäckstücken pro Stunde eine übliche CT-Gepäckstück-Abtasteinrichtung lediglich leisten, im Mittelwert 6 oder 7 CT-Bilder pro Gepäckstück zu erzeugen, weil das Gepäckstück auf jede Stelle einer Abtastung bewegt und gestoppt werden muß. Daraus ergibt sich klar, daß man nicht das gesamte Gepäckstück innerhalb der Zeit abtasten kann, die für einen relativ schnellen Durchsatz zur Verfügung steht. Wenn nur sechs oder sieben oder mehr CT-Bilder pro Gepäckstück erzeugt werden, so bleibt der größte Teil des Gepäckstückes unabgetastet, und dies ergibt damit keine ausreichende oder vollständige Abtastung. Die in den '764- und '552-Patenten vorgeschlagene Lösung dieses Problems besteht darin, einen Vor-Abtastprozeß vorzusehen. Der Vor-Abtastprozeß wird unter Verwendung einer Linienabtasteinrichtung durchgeführt. Die Linienabtasteinrichtung identifiziert bis zu sechs oder sieben oder mehr verdächtige Bereichs. Das Gepäckstück wird dann in die CT- Abtasteinrichtung bewegt, wo es für jede Abtastung eines verdächtigen Bereiches gestoppt und dann auf eine Position für die nächste Abtastung bewegt wird. Auf diese Weise tastet das System jedes Gepäckstück relativ schnell ab, weil die zeitraubenden CT-Abtastungen lediglich an verdächtigen Bereichen und nicht an dem gesamten Gepäckstück durchgeführt werden. Dieses System ist jedoch genau deshalb nachteilig, weil es keine CT-Abtastungen über das gesamte Gepäckstück hindurch ausführt und damit keine ausreichende Abtastung ergibt. Es ist klar, daß die Genauigkeit dieses Systems durch die Genauigkeit des Vor-Abtastprozesses begrenzt ist, so daß, wenn der Vor-Abtastprozeß eine 80%-ige Wahrscheinlichkeit des Auffindens von Plastiksprengstoff hat, das System im besten Fall eine Erfolgswahrscheinlichkeit von 80% hat.
Ein weiteres Problem mit der In Vision Maschine ergibt sich aus dem Kompromiß zwischen der Bildauflösung und der Geschwindigkeit der Maschine. Je dünner die Scheibe der Abtastung ist, und/oder je kleiner die Breite jedes Detektors ist, desto besser ist die Auflösung des resultierenden Bildes, doch wird umso weniger Volumen des Gepäckstückes abgetastet. Ein Vorschlag in den '764 und 'S52- Patenten besteht darin, "ungefähr 5 bis 200 kontinuierliche CT-Abtastungen" durchzuführen" und Daten zu erzeugen, die "einer Bedienungsperson als ein pseudo-dreidimensionales Bild angezeigt werden". Siehe beispielsweise Spalte 5, Zeilen 54-56 des '764-Patentes. Die Durchführung einer derartigen volumetrischen Abtastung vergrößert jedoch dramatisch die Zeit, die erforderlich ist, um jedes Gepäckstück abzutasten, wodurch der Durchsatz des Systems in schwerwiegender Weise beeinträchtigt wird.
Die Fig. 1 und 2 erläutern die Schwierigkeit der Erfassung dünner Platten oder Bahnen aus Plastiksprengstoffen oder plattenförmigen Explosivkörpern mit einem CT-Abtastgerät der Art, wie sie zur Verwendung in der In Vision Maschine beschrieben ist. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Röntgenstrahlquelle 1 und einer Detektoranordnung 3, wobei ein eine dünne Platte bildendes Sprengstoffmaterial 5 zwischen der Quelle 1 und der Detektoranordnung 3 angeordnet ist. Der plattenförmige Sprengstoff 5 soll in einem (nicht gezeigten) Gepäckstück eingeschlossen sein, das zwischen der Röntgenstrahlquelle 1 und der Detektoranordnung 3 angeordnet ist, wobei die großen ebenen Oberflächen der Platte im wesentlichen parallel zur Ebene des Strahls sind. Die Röntgenstrahlquelle 1 erzeugt einen Kegelstrahl 7 von Röntgenstrahlen, die durch das Gepäckstück und dem plattenförmigen Sprengstoff 5 hindurchlaufen und von der Detektoranordnung 3 empfangen werden.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Teils der Detektoranordnung 3 entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1 und zeigt weiterhin die Projektion des plattenförmigen Sprengstoffes 5 auf die Detektoranordnung 3. Wie dies gezeigt ist, schließt die Detektoranordnung 3 eine Reihe von einzelnen Detektoren 12 ein. Aufgrund seiner geringen Dicke und Ausrichtung überdeckt die Projektion des plattenförmigen Sprengstoffes 5 lediglich einen relativ kleinen Teil irgendeines einzelnen der Detektoren 12. Weil jeder Detektor 12 ein Ausgangssignal erzeugt, das die mittlere Dichte der gesamten Masse darstellt, die zwischen dem Detektor selbst und der Röntgenstrahlquelle angeordnet ist, hat keiner der Detektoren 12 ein starkes Ansprechverhalten auf das Vorhandensein des plattenförmigen Sprengstoffes 5. Vielmehr wird die hohe Dichte des plattenförmigen Sprengstoffes 5 effektiv durch die wesentlich geringeren Dichten der anderen (nicht gezeigten) Gegenstände in der unmittelbaren Nähe des Sprengstoffes 5 gemittelt, und das Vorhandensein des plattenförmigen Sprengstoffes 5 beeinflußt lediglich eine kleine Komponente irgendeines der Ausgangssignale, die von den Detektoren 12 erzeugt werden. Daher wird das Gepäckstück- Abtastgerät nicht in zuverlässiger Weise das Vorhandensein des plattenförmigen Sprengstoffes 5 feststellen.
Eine Möglichkeit zur Kompensation dieses Nachteils besteht in der oben erwähnten Weise darin, die Dicke des Fächerstrahls durch Verkleinern der Länge jedes Detektors 12 oder durch Verringern der Breite jedes Detektors 12 zu verringern, wodurch die Auflösung des rekonstruierten CT-Bildes vergrößert wird. Diese Lösung vergrößert jedoch lediglich die Anzahl der Abtastvorgänge (in dem Fall, wenn der Fächerstrahl dünner gemacht wird) oder vergrößert die Anzahl von Projektionen pro Abtastung (im Fall der Verkleinerung der Detektorbreite), die erforderlich sind, um das gesamte Gepäckstück abzutasten, was die Zeitdauer vergrößern würde, die für jedes Gepäckstück erforderlich ist. In der In Vision Maschine, bei der lediglich ausgewählte Teile jedes Gepäckstückes abgetastet werden, würde eine bessere Auflösung, die von dem CT-Abtastgerät bereitgestellt würde, nicht notwendigerweise die Wahrscheinlichkeit der Erkennung von plattenförmigem Sprengstoff vergrößern, weil eine derartige Wahrscheinlichkeit in großem Ausmaß von dem Vor- Abtastvorgang abhängt, der den richtigen Bereich für die nachfolgende CT- Abtastung des verdächtigen Bereiches identifiziert.

Ziele der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Probleme des Standes der Technik wesentlich zu verringern oder zu beseitigen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Gepäckabtasteinrichtung zum Abtasten von Gepäckstücken mit einer relativ schnellen Rate zu schaffen, d. h. in der Größenordnung von 250 bis 300 Gepäckstücken pro Stunde oder schneller. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Gepäckabtasteinrichtung zum kontinuierlichen Abtasten von Gepäckstücken ohne die Notwendigkeit, daß eine Bedienungsperson dies überwacht, während die Gepäckstücke durch die Abtasteinrichtung transportiert werden. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Gepäckabtasteinrichtung ohne die Notwendigkeit eines Vor-Abtastverfahrens.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Gepäckabtasteinrichtung zur Feststellung von Gegenständen, wie z. B. plattenförmigen Sprengstoffen, mit einer größeren Wahrscheinlichkeit und damit Zuverlässigkeit, als sie bei der In Vision Maschine zur Verfügung steht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Gepäckabtasteinrichtung, die einen einstufigen CT-Abtastprozeß verwendet, um eine Abtastung auf bestimmte Gegenstände durchzuführen, die vorgegebene detektierbare Signaturen aufweisen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Detektoranordnung zur Verwendung in einer CT-Gepäckabtasteinrichtung, die in der Lage ist, in zuverlässiger Weise das Vorhandensein dünner Gegenstände, wie z. B. platten- oder bahnförmiger Sprengstoffe, in Gepäckstücken festzustellen, während das Gepäckstück mit einer relativ hohen Geschwindigkeit durch die Abtasteinrichtung transportiert wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Detektoranordnung, die insbesondere in einer CT-Gepäckabtasteinrichtung brauchbar ist, um ein tieferes und noch höher aufgelöstes Blickfeld in der Z-Achsenrichtung zu schaffen, als dies beispielsweise bei der CT- Abtasteinrichtung der In Vision Maschine zur Verfügung steht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten CT-Gepäckabtasteinrichtung mit einer zweidimensionalen Detektoranordnung zur Bereitstellung von Daten, die beispielsweise bei der Detektion von plattenförmigen Sprengstoffen in Gepäckstücken brauchbar sind, während diese kontinuierlich durch die Abtasteinrichtung transportiert werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer CT- Gepäckabtasteinrichtung, die eine verbesserte zweidimensionale Detektoranordnung umfaßt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Hochgeschwindigkeits-CT-Abtasteinrichtung, die Bilddaten einer volumetrischen Abtastung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit liefern kann und die eine relativ hohe Auflösung in Richtung aller drei X-, Y- und Z-Achsen aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Detektoranordnung zur Verwendung mit einer CT-Gepäckabtasteinrichtung, wobei die Detektoranordnung eine erste Gruppe von Detektoren, die zur Erzeugung von CT-Bildern des Gepäckstückes verwendet werden, und eine zweite Gruppe von Detektoren einschließt, die zur Erzeugung von Sinogramm- Daten verwendet werden, die direkt interpretiert werden, um das Vorhandensein von plattenförmigen Sprengstoffen in dem Gepäck festzustellen.
Schließlich ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Abtastung von Gegenständen zu schaffen, während sich diese durch eine CT-Abtasteinrichtung bewegen, wobei sowohl Bild- als auch Sinogramm-Daten verwendet werden.
Diese und andere Ziele werden durch ein verbessertes CT-System erreicht, wie dies im Anspruch 1 definiert ist. Ein Detektorsystem zur Verwendung mit einem CT- System dieser Art ist im Anspruch 9 definiert. Ein bevorzugtes Verfahren zur Abtastung eines Gegenstandes, der sich durch eine CT-Abtasteinrichtung bewegt, ist in Anspruch 20 definiert.
Bevorzugte Ausführungsformen des CT-Systems, des Detektorsystems und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Gepäckabtasteinrichtung geschaffen, die in der Lage ist, Gepäckstücke mit einer relativ hohen Geschwindigkeit, d. h. in der Größenordnung von 250 bis 300 Gepäckstücken pro Stunde oder schneller, abzutasten, ohne daß es erforderlich ist, daß eine Bedienungsperson eine Überwachung ausführt, während die Gepäckstücke durch die Abtasteinrichtung hindurchbewegt werden, oder daß es erforderlich ist, daß ein Vor-Abtastvorgang durchgeführt wird. Die Gepäckabtasteinrichtung verwendet einen einstufigen CT-Abtastprozeß, um eine Abtastung auf bestimmte Gegenstände durchzuführen, die vorgegebene detektierbare Signaturen haben, wie z. B. plattenförmige Sprengstoffe. Die Abtasteinrichtung verwendet eine zweidimensionale Detektoranordnung, die eine Vielzahl von Detektoren sowohl in der X- Achsen- als auch der Y-Achsen-Richtung und eine Vielzahl von Detektoren in der Z- Achsen-Richtung einschließt, um ein größeres und stark aufgelöstes Blickfeld in einem dreidimensionalen volumetrischen Feld bereitzustellen und um Daten zu erzeugen, während die Gegenstände durch die Abtasteinrichtung transportiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Detektoranordnung zwei unterschiedliche Arten von Detektoren ein, eine zur Erzielung einer größeren Auflösung in den X- und Y-Achsen-Richtungen, und die andere zur Erzielung einer größeren Auflösung in der Z-Achsen-Richtung. Vorzugsweise wird die erste Gruppe von Detektoren zur Erzeugung von CT-Bildern der Gepäckstücke verwendet, während sie durch die Abtasteinrichtung hindurchlaufen, und die zweite Gruppe von Detektoren wird zur Erzeugung von Sinogramm-Daten verwendet, die direkt interpretiert werden, um das Vorhandensein von plattenförmigen Sprengstoffen in dem Gepäck festzustellen.
Bei diesem bevorzugten System sind die zwei Sätze von Detektoren als eine zweidimensionale Anordnung angeordnet, wobei die Anordnung eine Vielzahl von Sätzen von Detektoren, d. h. Kacheln einschließt, wobei jeder Satz zumindest einen der ersten Detektoren, von denen Daten zur Verwendung bei der Erzeugung eines CT-Bildes erzeugt werden, und zumindest einen der zweiten Detektoren einschließt, von denen Daten zur Verwendung bei der Erzeugung eines Sinogramms erzeugt werden.
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des Wirkungsgrades sind die Detektoren des ersten und zweiten Typs in einer Richtung länger als die anderen. Bei dieser Anordnung und wenn die Sinogramm-Daten weniger kritisch als die zur Erzeugung des CT-Bildes verwendeten Daten sind, sind die Detektoren des ersten Typs so ausgerichtet, daß die kürzere Abmessung in der X-Y-Ebene oder parallel hierzu ausgerichtet ist, so daß die größere Bildauflösung (aufgrund der kürzeren Breite als der Länge) von diesen Detektoren in dieser Richtung geliefert wird, während Detektoren des zweiten Typs so ausgerichtet sind, daß die kürzere Abmessung in der Z-Achsen-Richtung ausgerichtet ist, so daß die größere Bildauflösung (aufgrund einer kürzeren Länge als ihrer Breite) von diesen Detektoren in dieser Richtung geliefert wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Abtastung von Gegenständen, wie z. B. Gepäck, während diese sich durch eine CT-Abtasteinrichtung bewegen, wobei sowohl Bild- als auch Sinogramm- Daten verwendet werden.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden ohne weiteres für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, in der verschiedene Ausführungsformen lediglich zur Erläuterung der besten Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben werden. Wie dies zu erkennen ist, ist die Erfindung für andere und abweichende Ausführungsformen geeignet, und ihre verschiedenen Einzelheiten sind in vielerlei Hinsicht modifizierbar, all dies, ohne von der Erfindung abzuweichen. Entsprechend sollen die Zeichnungen und die Beschreibung als erläuternd betrachtet werden und nicht einschränkend oder beschränkend, wobei der Schutzumfang der Anmeldung in den Ansprüche angegeben ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Für ein vollständigeres Verständnis der Eigenart und Ziele der vorliegenden Erfindung soll auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen die gleichen Bezugsziffern zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile verwendet werden, und in denen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer dünnen Platte aus Plastiksprengstoff zeigt, die zwischen der Röntgenstrahlquelle und der Detektoranordnung einer CT- Abtasteinrichtung einer bekannten Gepäckabtasteinrichtung angeordnet ist;
Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1 zeigt, die einen Teil der bekannten Detektoranordnung nach Fig. 1 und die Projektion des plattenförmigen Sprengstoffes auf die Detektoranordnung zeigt;
Fig. 3A, 3B und 3C eine perspektivische, eine Querschnitts bzw. eine radiale Querschnittsansicht einer CT-Gepäck-Abtastbaugruppe zeigen, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 4 eine Ausführungsform einer Detektoranordnung zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer Detektoranordnung zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung in Form einer Kachel aufgebaut ist;
Fig. 6 und 7 die Projektion eines plattenförmigen Sprengstoffes auf Teile der Detektor-Kachel nach Fig. 5 zeigen, während der dünne plattenförmige Sprengstoff an der Detektor-Kachel vorbeibewegt wird;
Fig. 8 eine bevorzugte Ausführungsform einer Detektoranordnung zeigt, die eine Vielzahl von Kacheln des in Fig. 5 gezeigten Typs umfaßt;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 nach Fig. 8 in der Z-Achsen-Richtung zeigt, wobei die Detektoranordnung nach Fig. 8 und zusätzlich die Röntgenstrahlröhre gezeigt ist;
Fig. 10 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 10-10 nach Fig. 8 in der X-Achsen-Richtung zeigt, wobei die in Fig. 8 gezeigte Detektoranordnung und zusätzlich die Röntgenstrahlröhre gezeigt ist;
Fig. 11A ein Beispiel eines Sinogramms zeigt, das aus Daten erzeugt wird, die von den Z-Achsen-Detektoren in einer der Reihen von Detektoren in der Detektoranordnung in Fig. 8 erzeugt werden; und
Fig. 11B ein Gepäckstück zeigt, das zur Erzeugung des in Fig. 11 A gezeigten Sinogramms abgetastet wird.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen eine perspektivische, eine End- Querschnittsansicht bzw. eine radiale Querschnittsansicht einer Gepäckabtastbaugruppe 100, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist, die, wie dies weiter unten ausführlicher erläutert wird, eine verbesserte Fähigkeit zur Feststellung des Vorhandenseins von plattenförmigen Sprengstoffen unabhängig von deren Ausrichtung ergibt und die weiterhin eine schnelle und vollständige CT- Gepäckabtastung ermöglicht, so daß die Baugruppe in zuverlässiger Weise die Gepäckstücke mit einer relativ hohen Geschwindigkeit und hoher Wahrscheinlichkeit der Feststellung der plattenförmigen Sprengstoffe abtastet. Die Baugruppe 100 schließt ein Fördersystem 110 zum kontinuierlichen Fördern von Gepäckstücken oder Reisegepäck 112 in einer durch den Pfeil 114 angegebenen Richtung durch eine Mittelöffnung eines CT-Abtastsystems 120 ein. Das Fördersystem 110 ist so dargestellt, als ob es eine Vielzahl von einzelnen Förder- Abschnitten 122 einschließt, doch können selbstverständlich auch andere Formen von Fördersystemen verwendet werden. Das CT-Abtastsystem 120 schließt eine ringförmige rotierende Plattform oder Scheibe 124 ein, die in einer Portalhalterung 125 für eine Drehung um eine Drehachse 127 (in Fig. 3C gezeigt) angeordnet ist, die vorzugsweise parallel zur Bewegungsrichtung des Gepäcks 112 ist, die durch den Pfeil 114 angedeutet ist. Die rotierende Plattform 124 umgrenzt eine Mittelöffnung 126, durch die hindurch das Fördersystem 110 das Gepäck 112 transportiert. Das System 120 schließt eine Röntgenstrahlröhre 128 und eine verbesserte zweidimensionale Detektoranordnung 130 ein, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Plattform 124 angeordnet sind. Das System 120 schließt weiterhin ein Datenerfassungssystem 134 zum Empfangen und zum Verarbeiten von Signalen, die von der Detektoranordnung 130 erzeugt werden, und ein Röntgenstrahlröhren-Steuersystem 136 zur Lieferung von Leistung an und zur weiteren Steuerung der Betriebsweise der Röntgenstrahlröhre 128 ein. Das System 120 ist weiterhin vorzugsweise mit einem (nicht gezeigten) computerisierten System zur Verarbeitung des Ausganges des Datenerfassungssystems 134 und zur Erzeugung der erforderlichen Signale zum Betrieb und zur Steuerung des Systems 120 ein. Das computerisierte System kann weiterhin einen Monitor 140 zur Anzeige von Informationen einschließen, unter Einschluß von erzeugten Bildern. Das Röntgenstrahlröhren-Steuersystem 136 ist vorzugsweise das Dualenergie- Röntgenstrahlröhren-Steuersystem, das ausführlicher in der vorstehend genannten US-Patentanmeldung 08/671202 beschrieben ist, weil Dualenergie-Röntgenstrahltechniken für eine energieselektive Rekonstruktion von Röntgenstrahl-CT-Bildern (siehe beispielsweise Alvarez, Robin et al., "Energy-selective Reconstructions in X- ray Computerized Tomography", Phys. Med. Biol. 1976, Band 21, Nr. 5, 733-744 und US-Patent 5 132 998 (Tsutsui)) besonders nützlich zur Anzeige der Atomzahl eines Materials zusätzlich zur Anzeige der Dichte des Materials sind, obwohl es nicht vorgesehen ist, daß die vorliegende Erfindung auf diese Art von Steuersystem beschränkt ist. Das System 120 schließt weiterhin Abschirmungen 138 ein, die beispielsweise aus Blei hergestellt sein können, um die Ausbreitung von Strahlung über das Portal 125 hinaus zu verhindern.
Im Betrieb erzeugt die Röntgenstrahlröhre 128 einen pyramidenförmigen Strahl 132, der in vielen Fällen als ein "Kegel"-Strahl bezeichnet wird, von Röntgenstrahlen, die durch ein dreidimensionales Bildfeld hindurchlaufen, durch das das Gepäck 112 von dem Fördersystem 110 hindurchtransportiert wird. Nach dem Durchlaufen des in dem Bildfeld angeordneten Gepäckstückes wird der Kegelstrahl 132 von der Detektoranordnung 130 empfangen, die ihrerseits Signale erzeugt, die die Dichten der der Strahlung ausgesetzten Teile des Gepäckstückes 112 darstellen. Der Strahl definiert daher ein Abtastvolumen im Raum. Die Plattform 124 dreht sich um ihre Drehachse 127, wodurch die Röntgenstrahlquelle 128 und die Detektoranordnung 130 auf kreisförmigen Bewegungsbahnen um das Gepäck 112 transportiert werden, während das Gepäck von dem Fördersystem 110 kontinuierlich durch die Mittelöffnung 126 transportiert wird, so daß eine Vielzahl von Projektionen an einer entsprechenden Vielzahl von Projektionswinkeln erzeugt wird. In einer gut bekannten Weise können Signale von der Detektoranordnung 130 anfänglich von dem Datenerfassungssystem 134 erfaßt und nachfolgend von einem (nicht gezeigten) computerisierten System unter Verwendung von CT-Abtastsignal- Verarbeitungstechniken verarbeitet werden. Die verarbeiteten Daten können, wie dies weiter unten beschrieben wird, auf einem Monitor 140 angezeigt werden, und/oder sie können auch von dem computerisierten System weiter analysiert werden, um das Vorhandensein von verdächtigem Material festzustellen, beispielsweise durch Überprüfen der Daten, um zu bestimmen, ob die Daten das Vorhandensein von Material nahelegen, das die Dichte (und wenn das Dualenergie- System verwendet wird, das Molekulargewicht) von plattenförmigen Sprengstoffen hat. Wenn derartige Daten vorliegen, so können geeignete Einrichtungen zur Anzeige der Detektion eines derartigen Materials an die Bedienungsperson oder die Überwachungseinrichtung des Systems vorgesehen sein, beispielsweise durch Lieferung einer Anzeige auf dem Bildschirm eines Monitors 140, durch Auslösen eines akustischen oder optischen Alarms und/oder durch Bereitstellen einer automatischen Auswurfvorrichtung zur Entfernung des verdächtigen Gepäckstückes von dem Förderer zur weiteren Überprüfung, oder durch Stoppen des Förderers, so daß das verdächtige Gepäckstück überprüft und/oder entfernt werden kann.
Wie dies weiter oben angegeben wurde, ist die Detektoranordnung 130 eine "zweidimensionale" Anordnung von Detektoren, die vorzugsweise in der Lage ist, Abtastdaten sowohl in den Richtungen der X- und Y-Achsen als auch in der Z- Achsen-Richtung zu liefern. Während bekannte Detektoranordnungen typischerweise eine lineare Anordnung von Detektoren einschließen, wie dies am besten in Fig. 2 gezeigt ist (und daher als eine "eindimensionale" Detektoranordnung bezeichnet werden kann) schließt die Detektoranordnung 130 vorzugsweise eine Vielzahl von linearen Detektoranordnungen oder eine Vielzahl von Reihen von Detektoren ein. Während jedes Meßintervalls erzeugt die Vielzahl von Detektorreihen Daten von einer entsprechenden Vielzahl von Projektionen, wodurch gleichzeitig ein volumetrischer Bereich des Gepäckstückes 112 abgetastet wird. Die Abmessung und Anzahl der Detektorreihen kann vorzugsweise als eine Funktion der gewünschten Auslösung und des Durchsatzes der Abtasteinrichtung gewählt werden, der seinerseits eine Funktion der Drehgeschwindigkeit der rotierenden Plattform 124 und der Geschwindigkeit des Fördersystems 110 ist. Diese Parameter werden vorzugsweise so ausgewählt, daß in der Zeit, die für eine einzige vollständige Drehung der Plattform 124 erforderlich ist, das Fördersystem 110 das Gepäckstück 112 gerade weit genug vorwärts bewegt, daß der von der Detektoranordnung 130 während einer Umdrehung der Plattform abgetastete volumetrische Bereich angrenzend an dem und nicht überlappend (oder teilweise überlappend mit) mit dem volumetrischen Bereich ausgebildet ist, der von der Detektoranordnung 130 während der nächsten Umdrehung der Plattform abgetastet wird. Das Fördersystem 110 transportiert kontinuierlich ein Gepäckstück 112 durch das CT-Abtastsystem 120, vorzugsweise mit einer konstanten Geschwindigkeit, während sich die Plattform 124 kontinuierlich mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit um die Gepäckstücke dreht, während sie hindurchlaufen. Auf diese Weise führt das System 120 eine volumetrische CT-Abtastung des gesamten Gepäckstückes aus. Die Gepäckstück-Abtastbaugruppe 100 verwendet vorzugsweise zumindest einige der von der Anordnung 130 gelieferten Daten und einen gut bekannten schraubenlinienförmigen Rekonstruktionsalgorithmus, um eine volumetrische CT-Darstellung des gesamten Gepäckstückes zu erzeugen, während dieses durch das System hindurchläuft. Die Baugruppe 100 ergibt somit eine vollständige CT-Abtastung jedes Gepäckstückes, und nicht nur eine CT-Abtastung ausgewählter Teile der Gepäckstücke, wie bei der In Vision Maschine, ohne daß eine Vor-Abtastvorrichtung erforderlich ist. Die Baugruppe ergibt weiterhin eine schnelle Abtastung, weil die zweidimensionale Detektoranordnung 130 es der Baugruppe 100 ermöglicht, gleichzeitig einen relativ großen Teil jedes Gepäckstückes bei jeder Umdrehung der Plattform 124 abzutasten.
Fig. 4 zeigt eine Blockdarstellung einer Draufsicht (die abgeflacht ist, um eine ebene Ansicht zu schaffen) der Detektoranordnung 130. Die Detektoren 130 (von denen ein Teil in Fig. 4 gezeigt ist) sind in Reihen und Spalten angeordnet, um die zweidimensionale Anordnung zu bilden. Die Anzahl und Verteilung der Detektoren hängt von der Konstruktionsspezifikation des Systems ab, d. h. der Drehgeschwindigkeit der Plattform 124, der gewünschten Geschwindigkeit, mit der Gepäck durch die Abtasteinrichtung hindurchbewegt werden soll, und der gewünschte Auflösung des Bildes, das aus den Daten erzeugt wird, die von der zweidimensionalen Detektoranordnung erfaßt werden. Bei dieser Ausführungsform schließt die Detektoranordnung 130 eine Vielzahl von Reihen 200 (beispielsweise 8) von Detektoren 202 ein, die in Richtung der Z-Achse verteilt sind. Jede Reihe hat vorzugsweise die Form eines zylindrischen Bogens, der in einer Ebene koplanar zur X-Y-Ebene oder parallel hierzu angeordnet ist, so daß die Anordnung die Form eines Zylinderabschnittes ähnlich der Anordnung hat, die in den Fig. 8, 9 und 10 gezeigt ist, die nachfolgend beschrieben wird, wobei die Drehachse vorzugsweise durch den Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre parallel zur Z-Achse verläuft. Durch die Bereitstellung mehrfacher Reihen ist die Baugruppe in der Lage, schnelle und vollständige CT-Abtastungen von gesamten Gepäckstücken durchzuführen. Eine derartige zweidimensionale Detektoranordnung und andere sind allgemein in dem US-Patent 5 510 662 auf den Namen von Hui Hu et al. und in dem US-Patent 5 262 946 beschrieben, das auf den Namen von Heuscher erteilt wurde, wobei diese Detektoranordnungen jeweils zur Verwendung bei der Durchführung von volumetrischen Abtastungen für medizinische Anwendungen bestimmt sind. Die Fähigkeit dieser zweidimensionalen Detektoranordnung 130, das Vorhandensein von dünnen plattenförmigen Sprengstoffen festzustellen, kann jedoch weiterhin dadurch erreicht werden, daß die Größe der einzelnen Detektoren 202 zumindest in einer Richtung verringert wird, so daß die Auflösung vergrößert wird und damit das vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Problem überwunden wird, oder daß die Dichtediskriminationstechnik verwendet wird, die beide ausführlicher nachfolgend beschrieben werden. Beispielsweise ist in der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform die Aufnahmeoberfläche jedes Detektors 202 quadratisch, so daß sich im wesentlichen die gleiche Auflösung in beiden Richtungen ergibt. Alternativ kann jeder Detektor in der Abmessung parallel zur Z-Achse länger gemacht werden (und eine geringere Breite als Länge aufweisen), so daß sich eine größere Auflösung in den Richtungen der X- und Y-Achsen ergibt, oder er kann umgekehrt länger in der Abmessung in der X-Y-Ebene gemacht werden (irgendeine geringere Länge als Breite aufweisen), so daß sich eine größere Auflösung in der Richtung der Z-Achse ergibt. In diesem Fall ist es wünschenswert, die längere Abmessung des Detektors (die Richtung hiervon, die parallel zur Z-Achse ist) kleiner als bei bekannten Detektoren zu machen, um das vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Problem zu überwinden. Um den gewünschten Gepäckdurchsatz aufrechtzuerhalten, können zusätzliche Reihen 200 von Detektoren eingefügt werden, so daß die Detektoranordnung eine verbesserte Auflösung in der Z- Achsen-Richtung ergibt.
Es ist somit zu erkennen, daß jeder Detektor umso kleiner sein muß, je besser die gewünschte Auflösung ist, unter der Annahme, daß der Abstand zwischen dem Brennpunkt und jedem Detektor gleich bleibt. Eine Verringerung der Größe jedes Detektors zur Vergrößerung der Auflösung bedeutet jedoch, daß ein kleineres Volumen abgetastet wird. Um daher einen bestimmten Gepäckdurchsatz für eine vorgegebene Drehgeschwindigkeit der Plattform und Geschwindigkeit, mit der die Gepäckstücke durch das System transportiert werden, aufrechtzuerhalten, würde die Systemkonstruktion eine Vergrößerung der Anzahl von Reihen von Detektoren erfordern, um das gleiche Volumen bei jeder Umdrehung der Plattform abzutasten. Entsprechend schließt gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Detektoranordnung zwei Typen von Detektoren ein, einen zur Schaffung der gewünschten Auflösung in den Richtungen der X- und Y-Achsen oder parallel hierzu, und einen anderen zur Erzielung der gewünschten Auflösung in der Z- Achsen-Richtung. Daher umfaßt gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die Detektoranordnung vorzugsweise Detektoren, die in einer Richtung (der Hauptachse) länger sind, als in einer anderen Richtung (der kleineren Achse). Ein Satz kann allgemein in einer Richtung relativ zu den X- und Y- Achsen mit einer besseren Auflösung in der Richtung der X- und Y-Achsen angeordnet werden, wodurch sich eine bessere Auflösung in der X-Y-Ebene ergibt. Diese Detektoren werden vorzugsweise zur Erzeugung von CT-Bilddaten verwendet, aus denen ein CT-Bild erzeugt werden kann. Der andere Satz kann allgemein in einer anderen Richtung ausgerichtet werden, um auf diese Weise eine bessere Auflösung in der Richtung der Z-Achse zu erzielen. Diese Detektoren werden vorzugsweise zur Erzeugung eines oder mehrerer Sinogramme in der Z- Achsen-Richtung verwendet. Alle Detektoren können aus wirtschaftlichen Gründen identisch sein, oder es können unterschiedliche Typen und/oder Abmessungen verwendet werden, wobei die Detektoren des ersten Satzes so ausgerichtet sind, daß sich die kürzere Abmessung in einer Richtung erstreckt, die mit der durch die X- und Y-Achsen definierten Ebene zusammenfällt oder parallel hierzu ist, während die Detektoren des zweiten Satzes so ausgerichtet sind, daß sich die kürzere Abmessung in einer Richtung parallel zur Richtung der Z-Achse erstreckt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird die zweidimensionale Anordnung von Detektoren vorzugsweise durch eine Anordnung von Detektor- Kacheln gebildet, wobei jede Kachel eine vorgegebene Anordnung von Detektoren unter Einschluß von zumindest eines Detektors jedes Typs von Detektoren umfaßt. Fig. 5 zeigt eine Blockdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Detektor-Kachel 210, die gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung aufgebaut ist (wiederum abgeflacht, um eine planare Draufsicht zu erzielen). Jeder der CT- Detektoren 212 zur Lieferung von Daten, aus denen ein CT-Bild rekonstruiert werden kann, ist vorzugsweise durch eine rechtwinklige Form mit einer Breite x&sub1; und einer Länge z&sub1; gekennzeichnet, wobei die Länge z&sub1; beträchtlich größer als die Breite x&sub1; ist, so daß sich die längere Abmessung jedes CT-Detektors 212 entlang seiner Länge erstreckt und die kürzere Abmessung jedes CT-Detektors 212 sich entlang seiner Breite erstreckt. Jeder der Z-Achsen-Detektoren 214 zur Erzeugung von Daten, aus denen ein Sinogramm erzeugt werden kann, ist vorzugsweise durch eine rechtwinklige Form mit einer Breite x&sub2; und einer Länge 22 gekennzeichnet, wobei die Breite x&sub2; beträchtlich größer als die Länge 22 ist, so daß sich die längere Abmessung jedes Z-Achsen-Detektors 214 entlang seiner Breite erstreckt und die kürzere Abmessung jedes Z-Achsen-Detektors sich entlang seiner Länge erstreckt. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise weisen die Detektoren 212 und 214 eine identische Größe auf, wobei x&sub1; = z&sub2;, z&sub1; = x&sub2;, 4x&sub1; = x&sub2; und 4z&sub2; = z&sub1; ist. Jede Kachel 210 schließt vorzugsweise CT-Detektoren 212 und Z-Achsen-Detektoren 214 ein, die alle eng beieinander gepackt sind, so daß sich ein minimaler oder kein Abstand zwischen diesen ergibt und derart, daß die Richtung der längeren Abmessung der CT-Detektoren 212 im wesentlichen senkrecht zur Richtung der längeren Abmessung der Z-Achsen-Detektoren 214 ist. Die CT-Detektoren 212 jeder Kachel 210 sind vorzugsweise einer nächst benachbart zum anderen gestapelt, um eine rechtwinklig geformte Gruppe von acht Detektoren zu bilden, die eine Breite von im wesentlichen dem achtfachen von x&sub1; und eine Länge von im wesentlichen gleich z&sub1; hat. Die zwei Z-Achsen-Detektoren 214 sind Seite an Seite gestapelt und liegen an den CT-Detektoren 212 an, so daß die Detektor-Kachel 210 eine rechtwinklige Form mit einer Breite von im wesentlichen dem achtfachen von x&sub1; und eine Länge im wesentlichen gleich z&sub1; plus z&sub2; hat.
Die tatsächliche Größe jedes Detektors in der Richtung der besten gewünschten Auflösung hängt von der dünnsten Platte von Sprengstoff ab, die man erfassen will. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die CT-Detektoren nicht identisch zu den Z-Achsen-Detektoren, und x ist ungefähr 5,28 mm, 21 ist ungefähr gleich 13,38 mm, x&sub2; ist ungefähr gleich 21,12 mm und z&sub2; ist ungefähr gleich 6 mm, obwohl es für den Fachmann zu erkennen ist, daß es ein relativ großes Ausmaß an Flexibilität bei der Wahl dieser Abmessungen in teilweiser Abhängigkeit von der gewünschten Auflösung in beiden Richtungen gibt. Es ist zu erkennen, daß die Richtung der kürzeren Abmessung (Breite) der Detektoren (212) in der Richtung liegt, die in der durch die X- und Y-Achsen definierten Ebene oder parallel hierzu liegt, wodurch sich eine bessere Auflösung in dieser Richtung ergibt, während die Richtung der kürzeren Abmessung (Länge) für die Detektoren 214 in der Richtung liegt, die parallel zur Richtung der Z-Achse angeordnet werden soll, so daß sich eine bessere Auflösung in dieser Richtung ergibt.
Bei der dargestellten Ausführungsform schließt jede Detektor-Kachel 210 zehn Detektoren ein: acht CT-Detektoren 212 und zwei Z-Achsen-Detektoren 214.
Jeder der Detektoren 212, 214 in der Detektor-Kachel 210 kann unter Verwendung irgendeiner der gut bekannten Röntgenstrahldetektor-Technologien realisiert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Detektoren 212, 214 unter Verwendung von Festkörper-Cadmium-Wolframat-Szintillator-Silizium-Photodioden- Detektoren realisiert. In alternativen Ausführungsformen kann die Detektor-Kachel 210 jedoch auch unter Verwendung anderer Typen von Szintillatoren, Gasröhren- Xenon- (Xe-) Detektoren auf der Basis von ladungsgekoppelten Bauteilen (CCD), Flächendetektoren (wie z. B. denen, die unter Verwendung von amorphen Selen hergestellt sind) realisiert werden, die eine Fläche an Material einschließen und die ein Ausgangssignal erzeugen, das eine Positionsinformation zur Auflösung der Position von einfallenden Röntgenstrahlen auf dieses Material liefert, oder irgendeine Form von Detektor, die eine Detektorfläche bildet und ein Ausgangssignal erzeugt, das die Intensität der auf diese Fläche auftreffenden Röntgenstrahlen darstellt.
Fig. 6 zeigt die Projektion von plattenförmigem Sprengstoff 5 auf die Detektor- Kachel 210 unter der Annahme, daß der dünne plattenförmige Sprengstoff 5 in einem (nicht gezeigten) Gepäckstück enthalten ist, das zwischen der Detektor- Kachel 210 und einer (nicht gezeigten) Röntgenstrahlquelle angeordnet ist. Aufgrund der Ausrichtung und der geringen Dicke des plattenförmigen Sprengstoffes 5 bedeckt dessen Projektion lediglich einen relativ kleinen Teil jedes der CT-Detektoren 212. Wie bei der bekannten Detektoranordnung 3 nach Fig. 2 haben die CT-Detektoren 212 kein starkes Ansprechverhalten auf das Vorhandensein des plattenförmigen Sprengstoffes 5. Wenn jedoch der plattenförmige Sprengstoff durch das Fördersystem 110 (das in Fig. 3A gezeigt ist) an der Detektor-Kachel 210 in einer durch den Pfeil 9 angezeigten Richtung transportiert wird, so ist der plattenförmige Sprengstoff 5 schließlich zwischen der Röntgenstrahlquelle und den Z-Achsen-Detektoren 214 angeordnet. Fig. 7 zeigt die Projektion des plattenförmigen Sprengstoffes 5 auf die Z-Achsen-Detektoren 214, und weil die Projektion einen relativ großen Teil der Z-Achsen-Detektoren 214 bedeckt, haben diese Detektoren ein relativ starkes Ansprechverhalten auf das Vorhandensein des plattenförmigen Sprengstoffes 5. Weil die Richtung der kürzeren Abmessungen der Z-Achsen-Detektoren in der Kachel 210 senkrecht zur Richtung der kürzeren Abmessung der CT-Detektoren ist, haben zumindest einige, wenn nicht alle der Detektoren in der Kachel 210 ein starkes Ansprechverhalten auf das Vorhandensein eines plattenförmigen Sprengstoffes unabhängig von dessen Ausrichtung.
Obwohl die Fig. 5 bis 7 eine bevorzugten Ausführungsform der Detektor-Kachel 210 erläutern, ist es für den Fachmann zu erkennen, daß die Erfindung viele Variationen der dargestellten Ausführungsform der Kachel 210 umfaßt. Beispielsweise könnten Detektor-Kacheln gemäß der Erfindung konstruiert werden, die zwölf CT-Detektoren und zwei Z-Achsen-Detektoren einschließen, oder als weiteres Beispiel vier CT-Detektoren und einen Z-Achsen-Detektor. Weiterhin ist eine beliebige Anordnung von Detektoren, bei denen die Richtung der kürzeren Abmessung eines der Detektoren senkrecht oder zumindest nicht parallel zur Richtung der kürzeren Abmessung eines anderen Detektors ausgerichtet ist, von der Erfindung mit umfaßt. Weiterhin können, obwohl bei der dargestellten Ausführungsform die Detektor-Kachel eine rechtwinklige Form hat (die, wie dies weiter unten ausführlicher beschrieben wird, zweckmäßig ist, um die Kachel zur Konstruktion größerer Detektoranordnungen zu verwenden) Detektor-Kacheln gemäß dieser Erfindung ausgebildet werden, die andere Formen haben, wie z. B. quadratische Formen, kreisförmige Formen, dreieckige Formen, sechseckige Formen oder unregelmäßige Formen.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer Draufsicht (die abgeflacht ist, um eine ebene Ansicht zu schaffen) einer bevorzugten Ausführungsform der Detektoranordnung 130. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Detektoranordnung 130 als eine zweidimensionale Anordnung von Detektor-Kacheln konfiguriert, die acht Reihen von Detektor-Kacheln 210 einschließt, während jede Reihe 32 Detektor-Kacheln 210 einschließt. Jede Detektor-Kachel 210 in der Anordnung 130 ist in CT- Detektoren 212 und Z-Achsen-Detektoren 214 unterteilt, wie dies in der unteren rechten Kachel in Fig. 8 gezeigt ist. Es ist zu erkennen, daß bei geeigneter Positionierung, bei der sich alle Kacheln an ihrem Platz befinden, wobei jede Kachel einer Reihe von acht CT-Detektoren 212 und einer Reihe von zwei Z-Achsen- Detektoren 214 einschließt, die bezüglich der Fig. 8 gezeigte und beschriebene Anordnung insgesamt 16 abwechselnde Reihen von 256 CT-Detektoren und 64 Z- Achsen-Detektoren bildet. Mit acht Reihen von Kacheln werden insgesamt 2048 CT-Detektoren und 512 Z-Achsen-Detektoren bereitgestellt. Alternative Ausführungsformen der Detektoranordnung 130 können selbstverständlich auch eine andere Zahl von Reihen von Kacheln (beispielsweise 12 Reihen) sowie eine andere Zahl von Kacheln pro Reihe (beispielsweise 48 oder 64) einschließen.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9 nach Fig. 8 in der Z-Achsen-Richtung, die die Detektoranordnung 130 sowie die räumliche Beziehung zwischen der Detektoranordnung 130, dem Röntgenstrahlrohr 128, den Kegelstrahl 132 und der Drehachse 127 (die senkrecht zur Ebene nach Fig. 9 ist) zeigt, wenn die Detektoranordnung 130 in der Gepäckabtastbaugruppe 100 (nach den Fig. 3A bis C) befestigt ist. Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 10-10 nach Fig. 8 in der X-Achsen-Richtung, die die Detektoranordnung 130 sowie die Röntgenstrahlröhre 128 und die Drehachse 127 zeigt. Wie dies in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, ist die Detektoranordnung 130 vorzugsweise als ein zylindrischer Abschnitt mit einem Krümmungsmittelpunkt am Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre 128 und mit einem Krümmungsradius geformt, der gleich der Länge einer Linie 240 ist, die sich von dem Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre 128 durch die Drehachse 127 hindurch zur Detektoranordnung 130 erstreckt und zu der Detektoranordnung 130 an den Schnittpunkt mit der Anordnung 130 senkrecht steht. Die Detektor- Kacheln 210 in der Anordnung 130 sind, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, alle in der gleichen Richtung ausgerichtet, wie dies für die untere rechte Kachel 210 gezeigt ist, so daß die Richtung der kürzeren Abmessung (Breite) jedes der CT-Detektoren 212 in der gleichen Richtung liegt, wie die X-Y-Ebene oder parallel hierzu ist, und die Richtung der kürzeren Abmessung (Länge) jeder der Z-Achsen-Detektoren 214 parallel zur Z-Achse verläuft. Diese Ausrichtung stellt sicher, daß die Z-Achsen- Detektoren ein relativ starkes Ansprechverhalten auf das Vorhandensein irgendeines plattenförmigen Sprengstoffes haben, der senkrecht oder nahezu senkrecht zur Drehachse ist, während eine minimale Detektion durch die CT- Detektoren erzielt wird.
Vorzugsweise sind zu irgendeinem Zeitpunkt die Z-Achsen-Detektoren 214 in jeder Detektorreihe besonders gut zur Feststellung des Vorhandenseins von plattenförmigem Sprengstoff geeignet, der eine bestimmte Ausrichtung aufweist, die geringfügig abweichend von den anderen Reihen ist. Beispielsweise sind die Z-Achsen- Detektoren 214 in der äußersten linken Detektorreihe gemäß Fig. 10 (die die gleichen Z-Achsen-Detektoren in der unteren Reihe der Detektor-Kacheln 210 nach Fig. 8 sind) besonders dazu geeignet, die Feststellung des Vorhandenseins von plattenförmigem Sprengstoff sicherzustellen, der parallel zur Ebene 260 ist, die sich von dem Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre 128 zu den Z-Achsen-Detektoren 214 in dieser Reihe erstreckt. Fig. 10 zeigt acht Ebenen (wobei jede der Ebenen im Querschnitt durch eine Linie dargestellt ist), die sich von der Röntgenstrahlröhre 128 zur Detektoranordnung 130 erstrecken, eine Ebene für jede der acht Detektorreihen, und die Z-Achsen-Detektoren in jeder Reihe sind besonders gut zur Feststellung des Vorhandenseins von plattenförmigem Sprengstoff parallel zu ihrer jeweiligen Ebene geeignet. Die Detektoranordnung 130 ist vorzugsweise unsymmetrisch entlang der Z-Achsen-Richtung bezüglich einer Ebene angeordnet, die durch X- und Y-Achsen definiert ist und sich senkrecht zur Z-Achse durch den Brennpunkt der Röntgenstrahlröhre 128 erstreckt, so daß die acht Winkel, die durch die Schnittpunkte der Detektoranordnung 130 und die acht Ebenen gebildet sind, alle einzigartig sind. Der Fachmann wird erkennen, daß dies dazu beiträgt, die Information, die von den Z-Achsen-Detektoren 214 geliefert wird, zu einem Maximum zu machen. Die Fig. 9 und 10 sind selbstverständlich nicht maßstäblich, und der Abstand zwischen der Röntgenstrahlröhre 128 und der Detektoranordnung 130 ist wesentlich größer als der, der in der Zeichnung angezeigt ist. Daher sind die acht Winkel, die durch die acht Ebenen und die Detektoranordnung 130 gebildet sind, alle relativ nahe an 90º, und jede zusätzliche Reihe von Z-Achsen-Detektoren ergibt eine Information, die ähnlich, jedoch geringfügig abweichend von der Information ist, die von den anderen Reihen von Z- Achsen-Detektoren geliefert wird. In alternativen Ausführungsformen der Detektoranordnung 130 müssen die Reihen nicht so angeordnet sein, daß die Reihen der CT-Detektoren sich mit den Z-Achsen-Detektoren abwechseln, und es ist auch nicht erforderlich, daß die Anzahl der Reihen von CT-Detektoren gleich der Anzahl von Reihen von Z-Achsen-Detektoren ist. Beispielsweise kann die Anzahl der Reihen eines Typs von Detektor doppelt so groß sein, wie die des anderen Typs von Detektor, und sie könnten beispielsweise so angeordnet sein, daß sich zwei Reihen des ersten Typs mit einer Reihe des anderen Typs abwechseln. In einem anderen Beispiel können alle Reihen eines Typs als aneinander angrenzende Reihen entlang der Richtung der Z-Achse vorgesehen sein, gefolgt von all den anderen Reihen des anderen Typs von Detektor. Weiterhin, ist, obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer Detektor-Kachel 210 beschrieben wurde, es für den Fachmann zu erkennen, daß die Erfindung dazu verwendet werden kann, viele andere Anordnungen von Detektoren aufzubauen. Beispiele für Detektoranordnungen, die im Rahmen der Erfindung liegen, schließen Anordnungen von Detektoren ein, die in einem Fischgrätmuster angeordnet sind, sowie irgendeine Anordnung von Detektoren, bei denen die Richtung der kürzeren Abmessung einiger der Detektoren senkrecht oder zumindest nicht parallel zur Richtung der kürzeren Abmessung der anderen Detektoren in der Anordnung ist. Wie dies für den Fachmann zu erkennen ist, kompensiert die Ausrichtung der Detektoren derart, daß die Richtung der kürzeren Abmessung einiger der Detektoren senkrecht oder zumindest nicht parallel zur Richtung der anderen Abmessung anderer Detektoren in der Anordnung ist, die fehlende Auflösung in irgendeinem der einzelnen Detektoren in der Richtung der längeren Abmessung, wodurch die Auflösung der Detektoranordnung mit verringerten Kosten vergrößert wird.
Im Betrieb der CT-Gepäckabtastbaugruppe 100 (die in den Fig. 3A bis C gezeigt ist) werden die CT-Detektoren 212 der Detektoranordnung 130 vorzugsweise dazu verwendet, rekonstruierte CT-Bilder des Gepäcks zu erzeugen, während die Z- Achsen-Detektoren 214 vorzugsweise nicht zu den CT-Bildern beitragen. Vielmehr werden die Rohdaten, die in vielen Fällen als die "Sinogramm"-Daten bezeichnet werden, und die von den Z-Achsen-Detektoren 214 erzeugt werden, vorzugsweise direkt analysiert (d. h. ohne die Verwendung eines Rekonstruktionsalgorithmus), um das Vorhandensein von plattenförmigem Sprengstoff festzustellen, der so ausgerichtet ist, daß die Platte senkrecht oder nahezu senkrecht zur Richtung der Drehachse 127 der Scheibe ist (die in Fig. 3C gezeigt ist). Eine direkte Analyse der Rohdaten, die von den Z-Achsen-Detektoren erzeugt werden, ist vorzuziehen, weil hierdurch die Anzahl der Berechnungen verringert wird, die von der Gepäckabtastbaugruppe 100 ausgeführt werden, um die Kosten der Baugruppe zu einem Minimum zu machen. In anderen Ausführungsformen können die von den Z- Achsen-Detektoren 214 erzeugten Daten ebenfalls zu den rekonstruierten CT- Bildern beitragen.
Fig. 11 A zeigt ein Z-Achsen-Sinogramm 268, das durch eine einzige Reihe von Z-Achsen-Detektoren 214 der Anordnung 130 erzeugt wird, während ein Gepäckstück 270, das in Fig. 11 B gezeigt ist, an der Röntgenstrahlröhre 128 und der Detektoranordnung 130 in einer Richtung vorbeibewegt wird, die durch den Pfeil 114 angezeigt ist, während sich die Röhre 128 und die Anordnung 130 um das Gepäckstück 270 in einer Richtung drehen, die durch einen Pfeil 272 angezeigt ist. Weil die dargestellte Detektoranordnung 130 acht Reihen von Z-Achsen-Detektoren einschließt, erzeugt die Gepäckabtastbaugruppe 100 gleichzeitig acht derartige Z- Achsen-Sinogramme, doch wird aus Zweckmäßigkeitsgründen lediglich ein Sinogramm 268 erläutert. (Die CT-Detektoren der Anordnung 130 erzeugen selbstverständlich ebenfalls Sinogramm-Daten, und diese Daten werden vorzugsweise von einem Rekonstruktionsalgorithmus verwendet, um CT-Bilder zu erzeugen, oder die Daten werden vorzugsweise auf dieser Basis analysiert). Das Gepäckstück 270 weist die Form eines rechtwinkligen Festkörpers auf und schließt einen Handgriff 274 und ein Metallscharnier 276 ein, das sich entlang der Seite des Gepäckstücks 270 gegenüberliegend zum Handgriff 274 erstreckt. Ein plattenförmiger Sprengstoff 278, der senkrecht zur (nicht gezeigten) Drehachse ausgerichtet ist, befindet sich im vorderen Teil des Gepäckstücks 270, ein kleinerer plattenförmiger Sprengstoff 280, der parallel zur Drehachse ausgerichtet ist, befindet sich in der Nähe des Mittelpunktes des Gepäckstücks 20, und ein zylindrischer Gegenstand 282 befindet sich in der Nähe der Rückseite des Gepäckstücks 270.
Jede horizontale Reihe oder "Abtastlinie" des Sinogramms 268 stellt die Dichten dar, die von all den Z-Achsen-Detektoren 214 (in der einzigen Reihe von Detektoren, die zur Erzeugung des Sinogramms verwendet werden) für einen einzigen Projektionswinkel gemessen werden, (während, wie dies in der Technik bekannt ist, jede Dichtemessung durch Umwandeln des Ausgangssignals, das von einem der Detektoren erzeugt wird, in eine Darstellung der Röntgenstrahl- Dämpfung erzeugt wird), und die Dicke jedes Pixels in einer Abtastlinie stellt die Dichte dar, die durch das Ausgangssignal eines Detektors angezeigt ist (d. h., die Linie ist umso dicker, je größer die Dichte ist). Für die Erzeugung des Sinogramms 268 wird angenommen, daß sich die Detektoranordnung 130 und die Röntgenstrahlröhre 128 exakt über 180º in der durch den Pfeil 272 in Fig. 11B angezeigten Richtung während der Zeit drehen, die erforderlich ist, damit das Gepäckstück 270 vollständig durch die Abbildungsebene transportiert wird, die durch den Schnittpunkt des Kegelstrahls 132 und der einzigen Reihe von Z-Achsen- Detektoren 214 definiert ist.
Die Abtastlinie an der Oberseite des Sinogramms 268 (d. h. die Abtastlinie 1) entspricht einem Projektionswinkel von Null Grad und wird erzeugt, wenn das vordere Ende des Gepäckstückes 270 in der Abbildungsebene angeordnet ist. Diese Abtastlinie ist dicker als die meisten anderen Abtastlinien, weil angenommen wird, daß das Ende des Gepäckstückes 270 (d. h. das Material, aus dem das Gepäckstück 270 besteht) dichter als der Inhalt des Gepäckstücks 270 ist. Die untere Abtastlinie (d. h. die Linie 32) entspricht einem Projektionswinkel von 180º und wird erzeugt, wenn das hintere Ende des Gepäckstückes 270 in der Abbildungsebene angeordnet ist, so daß diese Abtastlinie ebenfalls dicker als die meisten anderen Abtastlinien ist. Obwohl das Sinogramm 268 lediglich 32 Abtastlinien zeigt, um eine Änderung von 180º in dem Projektionswinkel darzustellen, ist es für den Fachmann zu erkennen, daß im Betrieb die Gepäckabtastbaugruppe 100 Sinogramme mit vielen weiteren Abtastlinien erzeugt, und daß das Sinogramm 268 lediglich zur bequemen Erläuterung dargestellt ist und allgemein die Charakteristiken derartiger Sinogramme erläutert. Das Sinogramm 268 hat eine allgemeine "Sanduhr"-Form, die der rechtwinkligen massiven Form des Gepäckstückes 270 entspricht. Unter Projektionswinkeln von Null und 180º mißt die Detektoranordnung 130 die "breite Seite" des Gepäckstückes 270 (beispielsweise eine Seite des Gepäckstückes), und das Gepäckstück 270 verdeckt die meisten, wenn nicht alle Detektoren in der Anordnung, so daß die Abtastlinien für diese Projektionswinkel relativ lang sind. Umgekehrt mißt die Detektoranordnung 130 bei einem Projektionswinkel von 90º die "schmale Seite" des Gepäckstückes 270 (d. h. die Oberseite oder die Unterseite des Gepäckstückes), und das Gepäckstück 270 verdeckt lediglich die in der Mitte liegenden Detektoren in der Anordnung 130, und es ist lediglich Luft zwischen der Röntgenstrahlröhre 128 und den Detektoren an den Rändern der Anordnung, so daß lediglich der Mittelteil der Abtastlinie für einen Projektionswinkel von 90º sichtbar ist.
Jede Element des Gepäckstückes 270 ist durch eine andere Struktur in dem Sinogramm 268 dargestellt. Beispielsweise entspricht der vergrößerte Kreis oder Punkt am linken Ende der oberen Abtastlinie einem Metallscharnier 276, das dichter als der Rest des Gepäckstückes 270 ist und damit einen Bereich mit vergrößerter Dicke in dem Sinogramm erzeugt. Dieser Punkt erscheint am Ende der Abtastlinie, weil für einen Projektionswinkel von Null Grad der eine oder mehrere Detektoren, die durch das Scharnier 276 verdeckt sind, sich alle an einem Ende der Detektoranordnung befinden. Die dem Scharnier 276 entsprechenden Punkte beschreiben im wesentlichen eine nach unten geneigte diagonale Linie über das Sinogramm 268 hinweg, so daß in der unteren Abtastlinie der dem Scharnier 276 entsprechende Punkt auf das rechte Ende der Abtastlinie fällt. Wie dies für den Fachmann zu erkennen ist, folgen diese Punkte einer nach unten geneigten Bahn, weil sich die Detektoren, die durch das Scharnier 276 verdeckt sind, entsprechend einer Funktion des Projektionswinkels verschieben.
Der plattenförmige Sprengstoff 278 ist in dem Sinogramm 268 durch die Bereiche mit vergrößerter Dichte (oder Dicke) angezeigt, die viele Detektoren in den Abtastlinien 1 und 2 überspannen. Der plattenförmige Sprengstoff 278 wird lediglich in einigen wenigen Abtastlinien dargestellt, weil die Platte sehr schnell an der Abbildungsebene vorbeibewegt wird. Allgemein ergeben plattenförmige Sprengstoffe, die senkrecht oder nahezu senkrecht zur Drehachse stehen, eine ähnliche Signatur in dem Z-Achsen-Sinogramm. Sie werden durch einen Bereich mit vergrößerter Dichte angezeigt, der mehrere benachbarte Z-Achsen-Detektoren über eine relativ kleine Anzahl von benachbarten Projektionswinkeln überspannt. Der Handgriff 274 ist in dem Sinogramm 268 durch die Bereiche mit vergrößerter Dichte in den Abtastlinien 15 bis 18 angezeigt. Der plattenförmige Sprengstoff 280 ist in dem Sinogramm 268 durch die Bereiche mit vergrößerter Dichte in den Abtastlinien 14 bis 18 angezeigt. Die Signatur des plattenförmigen Sprengstoffes 280 ist stark von der des plattenförmigen Sprengstoffes 278 verschieden, weil die Platte 280 nahezu parallel zur Drehachse ist. Die Z-Achsen-Sinogramm-Daten können analysiert werden, um Platten mit dieser Ausrichtung (oder mit anderen Ausrichtungen, die nicht nahezu senkrecht zur Drehachse stehen) festzustellen, doch erzeugen derartige Platten mit größerer Wahrscheinlichkeit ein stärkeres Ansprechverhalten in den CT-Detektoren, und sie werden vorzugsweise durch Analysieren der rekonstruierten CT-Bilder erfaßt. Der zylindrische Gegenstand 282 wird in dem Sinogramm 268 durch die Bereiche mit vergrößerter Dichte in den Abtastlinien 2ß bis 29 angezeigt.
Wie dies durch das Sinogramm 268 gezeigt ist, haben, weil die Richtung der kürzeren Abmessung der Z-Achsen-Detektoren parallel zur Drehachse verläuft, plattenförmige Sprengstoffe, die senkrecht zur Drehachse ausgerichtet sind (wie der plattenförmige Sprengstoff 278) ein starkes und charakteristisches Ansprechverhalten in dem Z-Achsen-Sinogramm-Daten. Derartige plattenförmige Sprengstoffe werden in dem Sinogramm durch Bereiche mit vergrößerter Dichte angezeigt, die mehrere Detektoren und wenige Projektionswinkel überspannen. Wie dies der Fachmann erkennen wird, und wie dies weiter oben angegeben wurde, können automatisierte Detektionsalgorithmen verwendet werden, um die Sinogramm-Daten auf Bereiche hoher Dichte abzutasten, die das Vorhandensein von plattenförmigen Sprengstoffen anzeigen. Bei einer bevorzugten Betriebsweise für die Gepäckabtastbaugruppe 100 verwendet ein (nicht gezeigter) Prozessor derartige Detektionsalgorithmen, um kontinuierlich die Sinogramm-Daten zu verarbeiten, die von den Z-Achsen-Detektoren erzeugt werden, um festzustellen, ob plattenförmige Sprengstoffe in irgendeinem abgetasteten Gepäckstück vorhanden sind.
Beispielsweise hat eine Platte aus Plastiksprengstoff eine typische Dichte von ungefähr 1,5 gm/cc innerhalb einer Voxel-Größe (der Größe des Volumens, das durch ein Pixel in einem rekonstruierten CT-Bild dargestellt ist) von ungefähr einem Zentimeter zum Kubik. Diese Dichte ist immer noch ausreichend groß, um sie gegenüber der Gepäckstück-Hintergrunddichte von ungefähr 0,2 gm/cc zu unterscheiden. Für Plastiksprengstoffe sind Voxel innerhalb eines gewählten Bereiches von Dichten angenähert von 0,4 bis 1,8 cm/cc von Interesse. Daher wird unter Verwendung von üblichen Algorithmen zur Verbindung der verschiedenen Voxel zur Darstellung eines rekonstruierten Bildes die Anzahl von Voxeln in jedem Bereich bestimmt und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen, beispielsweise 0,4 cm/cc oder mehr. Bereiche, die lediglich eine kleine Anzahl von Voxeln über dem Schwellenwert enthalten, werden als harmlos zurückgewiesen (weil nicht genügend Raum umschrieben wird, um einen Schäden anrichtenden Plastiksprengstoff zu enthalten). Bereiche, die mehr Voxel als der voreingestellte Schwellenwert, beispielsweise 250 cc, enthalten, werden als verdächtig identifiziert. Die in derartigen verbundenen Bereichen enthaltene Masse wird dann dadurch berechnet, daß das Volumen in jedem Pixel mit seiner Dichte multipliziert wird. Wenn die resultierende Masse größer als ein voreingestellter Schwellenwert ist, so wird der Bereich vorläufig als Sprengstoff identifiziert. Eine Überprüfung kann dann in der vorstehend beschriebenen Weise erforderlich sein. Diese letztere Technik ermöglicht die Verwendung von Pixeln, die größer als die Plattendicke sind. Wenn beispielsweise der Schwellenwert so eingestellt ist, daß eine Dichte von 0,4 gm/cc oder mehr festgestellt wird, die kleinere Abmessung des Detektors 5 mm ist und eine Platte aus Sprengstoff mit einer Dicke von 2 mm und einer Dichte von 1,5 gm/cc einen Detektor abschattet, so ergibt der Detektor ein Ausgangssignal von 40% der tatsächlichen Dichte, d. h. 0,6 gm/cc oberhalb des Schwellenwertes. Die Verwendung von größeren Pixeln als die mögliche minimale Plattendicke führt zu beträchtlichen Verringerungen der Systemkompliziertheit. Die Detektorgröße kann vergrößert werden, und die Detektoranzahl kann verringert werden, was zu erheblichen Einsparungen an Kosten für Detektoren und Elektronik führt. In ähnlicher Weise führt die Verringerung der Größe der Anzahl von Pixeln in dem rekonstruierten Bild zu beträchtlichen Einsparungen hinsichtlich des Rekonstruktionsprozessors und der Kosten für die Bildverarbeitung sowie hinsichtlich des Speicherbedarfs.
Wie dies ausführlicher in der oben genannten US-Patentanmeldung Nr. 08/671202 beschrieben ist, kann eine Gepäckabtastbaugruppe 100 in vorteilhafter Weise Dualenergie-Röntgenstrahlen verwenden. Bei alternativen Ausführungstormen können die von den Z-Achsen-Detektoren 214 erzeugten Ausgangssignale lediglich in Abhängigkeit von dem Hochenergie-Strahl oder lediglich in Abhängigkeit von dem Niedrigenergie-Strahl abgetastet werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die von den Z-Achsen-Detektoren 214 erzeugten Ausgangssignale in Abhängigkeit von sowohl den Hochenergie- als auch den Niedrigenergie-Strahlen abgetastet werden, und die in Abhängigkeit von den zwei Strahlen erzeugten Daten können getrennt verarbeitet werden, oder sie können alternativ kombiniert werden, beispielsweise durch eine Mittelwertbildung, bevor die Sinogramm-Daten zur Feststellung des Vorhandenseins von plattenförmigem Sprengstoff verarbeitet werden.
Wie dies vorstehend angegeben wurde, sind die Abmessungen der Detektoranordnung 130 vorzugsweise entsprechend der Drehgeschwindigkeit der Plattform 124 (die in Fig. 3A gezeigt ist) und der gewünschten Geschwindigkeit des Fördersystems 110 ausgewählt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dreht sich die Plattform 124 über 360º alle zwei Drittel einer Sekunde, die Detektoranordnung 130 schließt acht Reihen von Detektor-Kacheln 210 ein, und die Geschwindigkeit des Fördersystems 110 ist derart ausgewählt, daß die Abtastbaugruppe 100 etwa 675 eine mittlere Größe aufweisende Gepäckstücke pro Stunde verarbeiten kann, wobei ein eine mittlere Größe aufweisendes Gepäckstück ungefähr 70 cm lang ist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform dreht sich die Plattform 124 um 360º für alle zwei Drittel einer Sekunde, die Detektoranordnung 130 schließt zwölf Reihen von Detektor-Kacheln 210 ein, und die Geschwindigkeit des Fördersystems 110 ist so ausgewählt, daß die Abtastbaugruppe 100 etwa 900 eine mittlere Größe aufweisende Gepäckstücke pro Stunde verarbeiten kann.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit einer Gepäckabtastbaugruppe 100 und der Detektion von plattenförmigen Sprengstoffen beschrieben. Für den Fachmann ist es jedoch zu erkennen, daß die zweidimensionale Detektoranordnung der vorliegenden Erfindung für alle Arten von CT-basierten Systemen unter Einschluß von Systemen zur kontinuierlichen Abtastung anderer Arten von Gegenständen geeignet ist, beispielsweise Behälter oder Post. Zweidimensionale Anordnungen, die gemäß der Erfindung aufgebaut sind, sind besonders für die Erfassung des Vorhandenseins von plattenförmigen Strukturen geeignet, und die Detektion derartiger Strukturen hat Anwendungen über die Feststellung von Platten aus Plastiksprengstoff hinaus, wie dies weiter oben beschrieben wurde.
Das so beschriebene Gepäckabtastsystem ist in der Lage, kontinuierlich Gepäckstücke mit einer relativ großen Geschwindigkeit abzutasten, beispielsweise in der Größenordnung von 250 bis 300 Gepäckstücke pro Stunde oder schneller, ohne die Notwendigkeit einer Überwachung durch eine Bedienungsperson, während die Gepäckstücke durch die Abtasteinrichtung hindurchtransportiert werden, und ohne die Notwendigkeit eines Vor-Abtastverfahrens. Es wird angenommen, daß die Abtasteinrichtung besonders bei der Feststellung von Gegenständen, wie z. B. plattenförmigem Sprengstoff, mit einer größeren Verläßlichkeit und damit Zuverlässigkeit brauchbar ist, als die In Vision Maschine. Die Abtasteinrichtung verwendet einen einstufigen CT-Abtastprozeß, um eine Abtastung auf bestimmte Gegenstände mit vorgegebenen detektierbaren Signaturen durchzuführen, wie z. B. plattenförmigem Sprengstoff in Gepäckstücken, während die Gepäckstücke durch die Abtasteinrichtung hindurch mit einer relativ hohen Geschwindigkeit transportiert werden. Die zweidimensionale Detektoranordnung ergibt ein größeres und höher aufgelöstes Blickfeld in der Z-Achsen-Richtung, als es sich beispielsweise durch die CT-Abtasteinrichtung der In Vision Maschine ergibt, und sie ist besonders zweckmäßig zur Lieferung von Daten bei der Feststellung dünner Gegenstände, wie z. B. plattenförmigem Sprengstoff, in Gepäckstücken, während diese kontinuierlich durch die Abtasteinrichtung hindurchtransportiert werden. Durch Bereitstellen einer Detektoranordnung mit zwei Arten von Detektoren, einer für eine hohe Auflösung in der Ebene oder parallel zu der Ebene der X- und Y-Achsen, und die andere für eine hohe Auflösung in der Richtung der Z-Achse, kann die Gesamtzahl von Detektoren verringert werden. Weiterhin kann durch die Verwendung von CT-Detektoren zur Erzeugung eines CT-Bildes und der Z-Achsen-Detektoren zur Erzeugung eines oder mehrerer Sinogramme ein wirtschaftliches und dennoch eine hohe Auflösung aufweisendes System konstruiert werden.
Weil bestimmte Änderungen an der vorstehenden Vorrichtung durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der hier vorliegenden Erfindung abzuweichen, soll alles, was in der vorstehenden Beschreibung enthalten oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, lediglich als erläuternd und nicht als beschränkend aufgefaßt werden.

Claims

1. CT-System, d. h. Computertomographiesystem, der Art, die (a) eine Röntgenstrahlquelle (128); (b) ein Detektorsystem (130) zum Empfang von Röntgenstrahlen von der Röntgenstrahlquelle (128) während einer Abtastung, und (c) Einrichtungen (124, 125) zum Drehen der Quelle (128) und des Detektorsystems (130) um eine Drehachse (127) mit einer vorausgewählten Drehgeschwindigkeit einschließt, wobei das Detektorsystem (130) eine zweidimensionale Matrix von Detektoren einschließt,

gekennzeichnet durch

(i) zumindest eine erste Vielzahl von Detektoren (212) von einem Typ, der eine höhere Auflösung in einer Richtung parallel zu einer Ebene senkrecht zur Drehachse (127) als parallel zur Drehachse (127) aufweist,

(ii) zumindest eine zweite Vielzahl von Detektoren (214) eines anderen Typs, der eine höhere Auflösung in einer Richtung parallel zu der Drehachse (127) als parallel zu einer Ebene senkrecht zur Drehachse (127) aufweist.

2. CT-System nach Anspruch 1, bei dem der eine Typ von Detektor (212) so bemessen ist, daß er eine kleinere Breite in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (127) als in der Richtung parallel zur Drehachse (127) aufweist, während der andere Typ von Detektor (214) so bemessen ist, daß er eine kleinere Länge in der Richtung parallel zur Drehachse (127) als in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (127) aufweist.

3. CT-System nach Anspruch 2, bei dem die zweidimensionale Matrix von Detektoren abwechselnde Reihen des einen Typs (212) und des anderen Typs (214) vom Detektor aufweist.

4. CT-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jeder Detektor des einen Typs von Detektoren (212) Daten zur Verwendung bei der Schaffung eines CT-Bildes erzeugt, während jeder Detektor des anderen Typs von Detektoren (214) Daten zur Verwendung bei der Schaffung eines Sinogramms erzeugt.

5. CT-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum aufeinanderfolgenden Abtasten einer Vielzahl von getrennten Gegenständen (112) bis zu einer vorgegebenen Durchsatzrate, wobei das System weiterhin folgendes umfaßt:

eine Fördereinrichtung (110) zum Transport der Vielzahl von abzutastenden Objekten (112) in einer Folge zwischen der Röntgenstrahlquelle und dem Detektorsystem hindurch, bis zu der vorgegebenen Durchsatzrate,

wobei die vorgegebene Durchsatzrate eine Funktion der vorausgewählten Drehgeschwindigkeit ist, und die Abmessung der zweidimensionalen Matrix von Detektoren in Richtung der Drehachse derart ist, daß jeder Gegenstand im wesentlichen vollständig durch die Baugruppe abgetastet wird.

6. CT-System nach Anspruch 5, bei dem die Fördereinrichtung ein Förderband umfaßt.

7. CT-System nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Fördereinrichtung die Gegenstände (112) in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Drehachse (127) transportiert.

8. CT-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Abmessung der Matrix in einer Richtung parallel zur Richtung der Drehachse (127) eine Funktion von (a) der Drehgeschwindigkeit, mit der sich die Quelle (128) und das Detektorsystem (130) um die Drehachse (127) drehen, und (b) der Rate ist, mit der die Fördereinrichtung (110) die abzutastenden Gegenstände (112) zwischen die rotierende Röntgenstrahlquelle (128) und das Detektorsystem (130) transportiert, so daß jeder Gegenstand vollständig von der Baugruppe abgetastet wird, während er durch die Baugruppe gefördert wird.

9. Detektor-System zur Verwendung mit einem CT-Scanner von dem Typ, der eine Röntgenstrahlquelle (128) einschließt, die sich mit dem Detektorsystem (130) während einer Abtastung um eine Drehachse (127) dreht, wobei das Detektorsystem (130) eine zweidimensionale Matrix von Detektoren (212, 214) umfaßt, gekennzeichnet durch zumindest zwei Gruppen von Detektoren, wobei die Detektoren (212) einer Gruppe so ausgerichtet sind, daß sie eine größere Auflösung in einer ersten Richtung als in einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen Richtung ergeben, während die Detektoren (214) der anderen Gruppe so ausgerichtet sind, daß sie eine größere Auflösung in einer zweiten Richtung als in der ersten Richtung ergeben.

10. Detektorsystem nach Anspruch 9, bei dem die zweidimensionale Matrix eine Vielzahl von ersten Detektoren (212) und eine Vielzahl von zweiten Detektoren (214), jeweils zur Erfassung von Röntgenstrahlen während einer Abtastung, umfaßt, wobei die ersten Detektoren (210) eine bessere Auflösung in einer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (127) als die Auflösung in einer Richtung parallel zur Drehachse (127) ergeben, während die zweiten Detektoren (214) eine bessere Auflösung in einer Richtung parallel zur Drehachse (127) als die Auflösung in einer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Drehachse (127) ergeben.

11. Detektor-System nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die ersten Detektoren (212) so bemessen sind, daß sie in einer Richtung parallel zur Drehachse (127) länger sind, als in der Richtung in der Ebene senkrecht zur Drehachse (127), während die zweiten Detektoren (214) so bemessen sind, daß sie in der Ebene senkrecht zur Drehachse (127) länger sind, als in einer Richtung parallel zur Drehachse (127).

12. Detektor-System nach Anspruch 11, bei dem jeder Detektor (212, 214) eine im wesentlichen rechtwinklige Form aufweist.

13. Detektor-System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei Sem die zweidimensionale Matrix von Detektoren eine Vielzahl von Reihen der ersten und zweiten Detektoren (212, 214) umfaßt.

14. Detektor-System nach Anspruch 13, bei dem die zweidimensionale Matrix von Detektoren eine Vielzahl von abwechselnden Reihen der ersten und zweiten Detektoren (212, 214) umfaßt.

15. Detektor-System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem jeder der ersten Detektoren (212) Daten zur Verwendung bei der Schaffung eines CT-Bildes erzeugt, während jeder der zweiten Detektoren (214) Daten zur Verwendung bei der Schaffung eines Sinogramms erzeugt.

16. Detektor-System nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem die die zweidimensionale Matrix eine Vielzahl von Detektor- Feldern (210) einschließt, wobei jedes der Felder zumindest einen der ersten Detektoren (212) und zumindest einen der zweiten Detektoren (214) umfaßt.

17. Detektor-System nach Anspruch 16, bei dem jedes der Felder (210) zumindest zwei der ersten Detektoren (212) und zumindest zwei der zweiten Detektoren (214) umfaßt.

18. Detektor-System nach Anspruch 16, bei dem jedes der Felder eine größere Anzahl der ersten Detektoren (212) als der zweiten Detektoren (214) umfaßt.

19. Detektor-System nach Anspruch 16, 17 oder 18, bei dem die Matrix von Feldern (210) eine Vielzahl von Reihen und Spalten der Felder (210) einschließt, um eine zweidimensionale Matrix der Felder zu bilden.

20. Verfahren zur Abtastung eines Gegenstands, der sich durch ein CT-Abtastgerät bewegt, mit den folgenden Schritten:

Erfassung von Röntgenstrahl-Absorptionsdaten mit Detektoren, die in zumindest zwei unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind, wobei die Detektoren folgendes umfassen:

(i) zumindest eine erste Vielzahl von Detektoren (212) eines Typs, der eine höhere Auflösung in einer Richtung parallel zu einer Ebene senkrecht zur Drehachse (127) als parallel zur Drehachse (127) aufweist,

(ii) zumindest eine zweite Vielzahl von Detektoren (214) eines anderen Typs, der eine höhere Auflösung in einer Richtung parallel zur Drehachse (127) als parallel zu einer Ebene senkrecht zur Drehachse (127) aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, das weiterhin den Schritt der Erzeugung zumindest eines CT-Bildes mit den Röntgenstrahl- Absorptionsdaten, die mit dem einen Typ von Detektoren (212) erfaßt werden, und die Erzeugung von zumindest einem Sinogramm mit den Absorptionsdaten einschließt, die mit dem anderen Typ von Detektoren (214) erfaßt wurden.