JP2006522343A - 手荷物及び他の小荷物の自動爆発物検知における脅威解明システム及び方法 - Google Patents

Abstract

ＣＴ脅威解明システムは、脅威と脅威の特性とを識別する初期ＥＤＳスキャン工程と、脅威を解明する複数の２次ＣＴスキャン工程とを含む。初期ＥＤＳスキャン工程及び２次ＣＴスキャン工程は、個別の装置又は単一の装置内の複数工程とすることができる。２次スキャン工程は、脅威の特性に基づいて脅威を解明するために、２重エネルギースキャン及び／又は高分解能スキャンを利用することができる。オペレータの更なる調査のため、警告は、２次ＣＴスキャン工程によって解明することができない脅威を知らせる。脅威は、２次スキャン工程の前にオペレータによって再調査され解明される。

Description

発明の詳細な説明

（発明の分野）
本発明は、爆発物又はその他輸出入禁止品のための手荷物検査用のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）爆発物検知システム（ＥＤＳ）に関する。特に、脅威の警告を解明する新規なコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ及び処理に関する。

（従来技術）
２００１年９月１１日のテロ攻撃の後、米国政府は、一層の空港防衛の実施を決定した。実施された防衛手段の１つは、爆発物が持ち込まれないように全ての預かり手荷物を検査することであった。現在の技術では、この防衛手段の実施は面倒で費用がかかる。

周知の爆発物検知システム（ＥＤＳ）は、バッグの中身のイメージ（像）を形成するため、Ｘ線又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）技術のいずれかを利用している。

２００１年の運輸保安法は、空港が預かり手荷物を検査する義務を負う方法に著しく変化した。２００１年１１月現在、全ての預かり荷物は、新しく組織された運輸保安庁（ＴＳＡ）によって保証された技術によって、検査されなければならない。今までのところ、ＴＳＡによって保証された唯一の技術がコンピュータ断層撮影（ＣＴ）である。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置は、乗客の手荷物、小荷物、郵便物、小口貨物の自動爆発物検知を、航空機への荷積みに先だって行うように設計されてきた。ＣＴ技術は、航空会社における預かり手荷物の自動爆発物検知（ＥＤＳ）のための米国連邦航空局（ＵＳ ＦＡＡ）の認可条件を首尾よく満たすように、証明されてきた。最近のほとんどのＣＴ装置は、Ｘ線源及び検知器を取り付けた回転リング又は”ガントリ”を組み込んでいる。ガントリは、対象物を通過する断面の”スライス”イメージを形成するため、検査中、対象物の回りをＸ線源及び検出器が移動するように連続的に回転する。

手荷物用のスキャナは、現在のＣＴ技術の設計が与えられたとすると、相当に大きく、そして荷物をすばやく処理することができない。図１は、従来のＣＴスキャナ１０の断面図である。ＣＴスキャナ１０は、トンネル２０を取り囲むガントリ１１を含む。スキャンの間、図示しないコンベアがトンネル２０を通して手荷物を移動する。ガントリ１１は、トンネル回りを回転し、各回転の間に１つの切断（slice）データを生成する。Ｘ線源３０は、狭い角度のビーム４０を生成する。検出器３１は、トンネルを通過するＸ線ビーム４０を横切るように、ガントリ１１に位置づけられる。検出器３１は、Ｘ線源から等しい距離離れて配置された複数の検出器から構成することができる。Ｘ線源３０及び検出器３１は、トンネル全体がＸ線ビームの範囲に入るようにサイズが決められ且つ位置づけられなければならない。検出器からのデータは、スキャンされた手荷物の中身の３次元的な像を生成するために、コンピュータを用いて分析される。コンベアは、スライスデータから荷物の中身を再現するのに十分なデータを生成するため、低速で移動しなければならない。

さらに、現在実施されているＣＴ技術の使用には、重大な限界がある。特に、この技術によって、かなり多くの擬陽性（誤認警告）が自動的に生じる。現在の装置では、検査されたバッグの１０〜４０％が警告される。これらのバッグは、実際に脅威が存在するか否かを明らかにするために、更に再調査する必要がある。ＴＳＡは、オペレータのために、ＣＴ装置によって生成したイメージを再調査し、脅威を与えないバッグを取り除くための新しい方法を提案した。これらの新しい方法でさえ、初期のテストでは、検査されたバッグの８〜１５％が、装置及びオペレータによって解明できないということが示された。これは、空港にとって大きな運営上の問題を生み出す。

ＴＳＡプロトコルのもとでは、公認の装置によって又は新しい方法でオペレータによって、自動的に取り除くことができなかったバッグは、開いて検査しなければならない。バッグを開く時間は、バッグの位置、乗客の位置、バッグ内の脅威の数、荷物を開いて検査する地方空港の手順、そして、バッグがロックされているか否かによって、だいたい１．５分から２０分の違いがある。それは、バッグを開ける工程時間と労力を消費するだけでなく、乗客のプライバシーにも立ち入ることになる。空港にとって、高い検知基準を維持しつつバッグを開ける割合をできるだけ低くすることが望ましい。多くの空港は、荷物を開ける割合を、検査する荷物の１％以下にすることを目標にしている。

（発明の概要）
従来技術の欠陥は、本発明のＣＴシステムによって実質上克服される。本発明のＣＴシステムは、初期のＥＤＳと、１つ以上の２次ＣＴスキャナ又は初期のＣＴスキャナに組み込まれたプロセッサとを含む。本発明は、第２の２ステップのスキャン工程であると認められ、本発明は、１次又は初期スキャン、及び２次スキャンとして説明される。手荷物は、あらゆる周知の方法及び工程にしたがって初期ＣＴスキャンによりスキャンされる。システムによって脅威が明らかにされたとき、その脅威は、ＴＳＡによって提案又は履行されたこのような確立した手順に基づいてオペレータによって解明することができ、又は、２次ＣＴスキャンに直接的に送ることができる。オペレータによる解明工程の一部として、及び、本発明の側面として、荷物が１つ以上の脅威を有している場合に、オペレータは、特定の脅威を取り除くことができる。２次工程は時間を消費するので、特定の脅威を取り除くことは、オペレータに全バッグに対する除去又は検査を許容する現在の最新技術以上に、全体的な工程を改善する。手荷物は、２次ＣＴスキャンに自動又は手動で移すことができる。２次ＣＴスキャンからの追加情報は、脅威が存在するか否かを明らかにするために用いられる。追加情報によって脅威を解明することができる場合、手荷物は通常の空港の操作のもとに進む。２次ＣＴスキャンによって又は１次及び２次ＣＴスキャンの情報を用いるオペレータによって再調査されたあと、脅威が解明できない場合、バッグを規定の手順で開く必要がある。

本発明の別の側面によれば、ＣＴシステムは、異なる原理で作動する多重の２次ＣＴスキャンを含む。異なる２次ＣＴスキャンは、検出された脅威の異なるタイプを解明するのに有用な情報をもたらす。ＣＴシステムは、初期ＣＴスキャナによって明らかにされた脅威の特性に基づいて、２次ＣＴスキャンの１つを選択する。２次ＣＴスキャンは、その脅威を解明するのに最良の情報をもたらす適切な原理にしたがい作動する。

本発明の１つの側面によれば、ＣＴシステムは、２つのエネルギーレベルで作動する２次スキャンを含む。２重エネルギーのＣＴスキャナは、遮蔽された対象物のイメージを提供することができる。初期スキャンが対象物の識別を妨げる多量の金属に遭遇する場合、１次ＣＴスキャンにとって貫くにはあまりに高密度の金属である対象物又は該金属を含む対象物を解明するために、２重エネルギーのＣＴスキャンが用いられる。

本発明の別の側面によれば、ＣＴシステムは、手荷物の高分解能スキャンを提供するように作動する２次ＣＴスキャンを含む。高い分解能を提供するために異なる解明技術を用いることができる。これらの技術の１以上を、２次ＣＴスキャンに適用することができる。

本発明の別の側面によれば、バッグ内の明らかにされた脅威の位置に関する情報は、初期ＣＴスキャンから２次ＣＴスキャンに伝えられる。２次ＣＴスキャンは、潜在的な脅威として識別された範囲に限って作動する。あるいは、本発明の別の側面によれば、２次ＣＴスキャンは、潜在的な脅威の範囲の２次スキャンを行う前に、潜在的な脅威の位置を突き止める、プレスキャンモードを含むことができる。

（詳細な説明）
本発明は、手荷物をスキャンするためのＣＴスキャンシステム及び方法に関する。特に、最近の法律とＴＳＡ規則のもと、空港における手荷物のスキャンに有用である。しかしながら、他の場所における手荷物又は荷物のスキャンのために、又は、スキャンを通して特定のタイプの中身を明らかにする他のスキャン工程のために、このシステム及び方法を用いることができる。本発明は、１つ以上のＣＴスキャナを含む。これらのスキャナは、あらゆる周知のタイプである。本発明に使用できるＣＴスキャナは、手動で又はコンベアシステムにより自動で荷物を装入することができる。それは、データを取得するため、手荷物を回転させるか又はＸ線源を回転することができる。それは、あらゆる周知の方法でバッグのイメージを生成することができる。２００３年１月２３日に出願された”荷物のＣＴスキャン方法及び装置”という表題の仮出願番号６０／４４２２４６号の出願は、全体として参照することにより本書に取り入れられ、本発明に使用可能な様々なＣＴスキャナの構造を開示している。ＣＴ技術は、Ｘ線源を回転するか又は対象物を回転することによって、対象物の回りに少なくとも１８０°のＸ線の視界を獲得することを含む。これらの視界から獲得されたデータは、断層撮影画像又は対象物を貫くスライスイメージ又は対象物の３次元像に数理的に再現される。このイメージは、爆発物又は他の輸出入禁止品のために精巧なアルゴリズムを用いて自動的に分析することができる。このイメージは、分析のためにユーザーに提供することもできる。

改正されたＴＳＡのオペレータ脅威解明プロトコルを利用する２，３の試験地の研究は、２００２年１１月から２００３年１月を通して実施され、ＴＳＡオペレータ脅威解明プロトコルを用いたＣＴスキャンシステムの性能に関して次の結果が明らかにされた。
・オペレータは、装置の警告を受けた全てのバックの約６０％〜７０％を安全に取り除くことができる。
・バッグは、１つあたり大体２つの脅威を含む
・新しいオペレータ警告解明プロトコルによって生成されるたいていの警告は、遮蔽警告により引き起こされる。遮蔽警告は、対象物を識別するＣＴスキャナの能力を妨げる多量の金属によって引き起こされる警告である。全ての遮蔽警告は、手によって開いて分析しなければならない。装置の警告の２０％以上（全てのバッグの約５％）が、遮蔽警告である。
・残りの警告を受けたバッグの約１０％〜２０％は、オペレータによって除去することができない。それらは警告を受けた対象物を識別できず、対象物は干渉されて現れるからである。

ＴＳＡは、バッグを開く割合を減らす可能性のある、いくつかの技術を調査しているが、これらの技術は、遮蔽警告の問題に取り組んでおらず、新しいオペレータＡＲＰによって生成された特定の警告を考慮していない。

図２は、本発明の実施形態に係るＣＴスキャンシステム１００を示す。ＣＴシステム１００は、初期ＣＴスキャン１００及び１つ以上の２次ＣＴスキャン１２０，１３０を備える。２次ＣＴスキャン１２０，１３０は、向上したスキャニングのための特定の動作特性を有する。例えば、２次ＣＴスキャンとして、高エネルギースキャナ１２０又は高分解能スキャン１３０を用いることができる。これらのタイプの各ＣＴスキャンについては次に述べる。２次ＣＴスキャン１２０，１３０は、図２に、２つの個別の装置として示されているが、これらは、結合して１つのスキャナにすることができる。初期ＣＴスキャン１１０からの手荷物は、２次ＣＴスキャン１２０，１３０の１つ、又は、手荷物ローディングシステム１４０に渡される。或いは、別に実施形態において、初期ＣＴスキャン１１０及び２次ＣＴスキャン１２０，１３０は、１つのＣＴスキャナにおける工程として実施される。本発明は、ＣＴスキャナの特定の構成及び作用には依存しない。本発明のＣＴスキャン工程を実施するあらゆるＣＴスキャナを用いることができる。

本発明のＣＴスキャンシステム１００の作業工程２００を図３に示す。ＣＴスキャンシステム１００の作業工程２００は、典型的であって限定されるものではなく、例えば、追加、削除、及び／又は、再配置などの変形又は修正をすることができる。

ステージ２１０において、バッグを初期スキャンする。ステージ２２０において、初期ＣＴスキャン１１０は、爆発物のような脅威かどうかを、そして、存在する脅威の数を明らかにするようにイメージを処理する。従来の方法は、脅威を明らかにするようにＣＴスキャンデータを分析するために用いられる。脅威が存在しなければ、バッグは、手荷物ローディングシステム１４０に運ばれる。脅威が見つかった場合、一方の実施において、オペレータは標準の手順で脅威を解決する。別の実施において、オペレータの解明２３０が回避される。オペレータが脅威を解明できた場合、手荷物は手荷物ローディングシステム１４０に移される。本発明の１つの実施形態によれば、オペレータは、手荷物の全ての脅威を取り除くことなく、ステージ２３５にて特定の脅威を取り除くことができる。オペレータにより脅威を取り除くためにこれ以上の工程は要求されない。

オペレータが全ての脅威を解明する能力がない又は解明することが許容されない場合、その手荷物は２次ＣＴスキャン１２０，１３０の１つに移される。その移動は、自動的に又は手動で行うことができる。ステージ２４０において、どちらの２次ＣＴスキャンを用いるかを決定するために脅威のタイプが分析される。脅威が、対象物の遮蔽２４１をもたらした場合、即ち、多量の金属が存在した場合、ステージ２５０で高エネルギーＣＴスキャンが実施される。脅威が識別２４２の不足をもたらした場合、ステージ２５１で高分解能ＣＴスキャンが実施される。好ましい実施形態において、高エネルギーＣＴスキャナ１２０及び高分解能ＣＴスキャナ１３０は個別の装置であるが、これらは組み合わせた１つの装置とすることもできる。１つの装置が用いられる場合、脅威の特性に基づいて高エネルギーＣＴスキャナ１２０か高分解能ＣＴスキャナ１３０として作動する。

セキュリティ産業においてＣＴスキャナは通常およそ１５０−２００kVで作動する。このエネルギーレベルは、スキャナがたいていのバッグ及びバッグ内の一般的な物体を貫くことを可能にし、高負荷サイクル、そして、空港の操業で要求されるスピード、コスト、及び分解能で作動することを可能にする。高エネルギーＣＴシステム（３２０kV以上）は、自動車エンジンブロックやロケットモータのような用途のいくつかの非破壊評価に使用されてきた。しかしながら、高エネルギーＣＴシステムは、セキュリティ又は手荷物の検査のために使用されていなかった。本発明の高エネルギーＣＴスキャン１２０は、周知の製造供給元のスキャナを利用することができる。しかし、高エネルギースキャナを用いる爆発物検知のアルゴリズムは、この発明の一部でもある。現在のＣＴシステムのもとでは、ピクセル値、ピクセル量、又はピクセル近似（proximity）がある基準点を超えたとき、システムは、対象物が脅威であることを示す。高エネルギーＣＴスキャンでは、システム又はオペレータは、エネルギーレベルを選択することができる。エネルギーレベルは、非常に減少したボリューム、物体及び物質を分析するため、システム又はオペレータにとって十分にイメージ加工を排除又は減らすために、十分に貫通するエネルギーレベルである。更に、システムは、金属（金属製加工品）と爆発物とを識別することができる。

従来のＣＴ装置における高い分解能技術と２重エネルギーとを用いることによって、対象物の形状と特性についてのより詳細な情報を得ることができる。いくつかの周知の高分解能技術は、限定されるものではないが、以下を含む。
・より小さいＸ線焦点
・より小さい検出器ピッチ
・１／４シフト収集（１／４ shift acquisition）
・高分解能単一スライス
・回転速度の減速、及び、長時間のＸ線統合
・２重エネルギー獲得のための積み重ねた検出器の配置
・パルス化される２重又は多重エネルギーＸ線源
・多重スライスの平均化によるイメージ全体のノイズを減少させるための、高密度領域の多重（再帰的）スライス

高分解能ＣＴスキャナ１３０は、可能性がある脅威のより正確な画像を提供するためにこれらの技術の１つ以上を利用する。使用される特定の技術は、第１ＣＴスキャンに警告された対象物のタイプに依存する。高分解能ＣＴスキャナ１３０は、必要に応じて単一の技術、組み合わせの技術、又は全ての技術を用いることができる。ＣＴスキャナからのイメージは、（既に知られていないなら）最初の警告のタイプのために解明される。例えば、平坦で薄い対象物は１つの技術を用いることができ、一方、丸くて分厚い対象物は別の技術を用いることができる。２重エネルギーは、高い原子数を有する鏡、練り歯磨き、靴のような対象物に非常によく機能するが、食品のような有機的な対象物やラップトップコンピュータのような非常に雑然とした対象物にはそれほどでよく機能しない。ラップトップコンピュータの場合、例えば、システムは、回転速度の減速と１／４シフトデータ収集によって生成された単一の高分解能スライスを用いることができる。これらの技術によって、システムは、ラップトップコンピュータのスクリーンの警告と、真の爆発物とを区別することができる。システムは、自動的に適切な技術を選択することができ、又は、その技術をオペレータによって選択することができる。さらに、オペレータは、対象物が識別されるまで異なる技術を選択することができる。

本発明のＣＴシステム１００において、初期ＣＴスキャン１１０は、バッグが脅威の可能性がある対象物を含むかどうかを明らかにする。対象物の位置情報は、システムによって、初期ＣＴスキャン１１０から適切な２次ＣＴスキャン１２０，１３０に伝えることができる。このように、２次ＣＴスキャン１２０，１３０は、脅威であるバッグの一部のスキャンだけを必要とする。あるいは、対象物の位置が初期ＣＴスキャン１１０によって与えられなかった場合、２次ＣＴスキャン１２０，１３０は、位置を決定するためにプレスキャン工程を行う。プレスキャン工程は、高エネルギーＣＴスキャン又は高分解能ＣＴスキャンを行う前に、重要な対象物を見つけるために、標準的なＣＴ出力、スピード、分解能を用いる。

２次ＣＴスキャン１２０，１３０は、対象物を通る１つのＣＴスライス又はいくつかのシーケンシャルＣＴスライスを提供する。そのデータは、イメージを得るために、周知の技術を用いて数理的に復元される。生成した１つのイメージ又は複数のイメージは、爆発物が存在するか否かを決定するために、自動的に解明される。２次ＣＴスキャン１２０，１３０は、ステージ２６０，２６１で、爆発物が存在しないことを決定するために、対象物を解明することができる。そのとき、手荷物は手荷物ローディングシステム１４０に送られる。しかしながら、２次ＣＴスキャン１２０，１３０が脅威を解明することができない場合、現行の工程での全ての警告と同様に、手荷物を人手で調べなければならない。

本発明のＣＴシステム１００の実施形態は上記した。一般に、システムは、初期ＣＴスキャンによって解明することができない対象物をさらに分析するために異なる作動特性の２次ＣＴスキャンを用いる。他の装置、操作、及び装置の配置は、本発明のＣＴシステムに含めることができる。手荷物は、自動又は手動によりスキャナ間で供給、移動、及び回送することができる。１つのバッグは、初期スキャンの後に２次スキャンによって即座に処理することができる。或いは、２次スキャンは、スキャナの可用性に基づき、時間を遅らせることができる。多重の初期ＣＴスキャンは、１以上の２次ＣＴスキャンと連動して用いることができる。対象物の位置情報は、初期ＣＴスキャンから２次ＣＴスキャンに直接的に伝達することができ、又は、２次ＣＴスキャンが行われるときの、後の読み出しのために格納することができる。少なくとも１つの発明の実施形態を説明したことによって、当業者は、修正、改訂及び改良が容易に明白になるであろう。そのような修正、変更、及び改訂は、本発明の一部とみなされる。

このように、少なくとも１つの発明の実施形態を説明したことによって、様々な変更、修正、及び改良が、当業者にとって容易に行われるであろう。そのような変更、修正、及び改良は、本発明の範囲と精神の内にあるものである。したがって、上記の説明は、単なる一例であり、制限するものではない。

現在のＣＴスキャナの断面図である。 本発明の実施形態に係るＣＴスキャナシステムのブロック図である。 本発明の実施形態に係る荷物検査工程のフロー図である。

Claims (15)

1. 荷物と脅威の特性とのスキャンに基づいて荷物内の脅威を識別する初期ＥＤＳスキャンシステムと、
   第１の特性を有する脅威を解明する第１の２次スキャンシステムと、
   第２の特性を有する脅威を解明する第２の２次スキャンシステムと、
   を備えている、荷物内の脅威を識別及び解明する脅威解明システム。
2. 前記荷物が手荷物を含む、請求項１に記載の荷物内の脅威を識別及び解明するための脅威解明システム。
3. 前記脅威の特性が、対象物の遮蔽と識別の欠如との少なくとも１つを含む、請求項１に記載の荷物内の脅威を識別及び解明するための脅威解明システム。
4. 前記第１の２次スキャンシステムが、２重エネルギースキャナを含む、請求項１記載の荷物内の脅威を識別及び解明するための脅威解明システム。
5. 前記第２の２次スキャンシステムが、高分解能スキャナを含む、請求項４記載の荷物内の脅威を識別及び解明するための脅威解明システム。
6. 前記第１の２次スキャンシステムが、高分解能スキャナを含む、請求項１記載の荷物内の脅威を識別及び解明するための脅威解明システム。
7. 前記２次スキャンシステムの１つによる解明に先行して、初期ＥＤＳスキャンシステムによって識別された脅威を再調査し且つ荷物内の特定の脅威を取り除くための、オペレータ再調査ステーションをさらに備えている、請求項１記載の荷物内の脅威を識別及び解明するための脅威解明システム。
8. 前記初期ＥＤＳスキャンシステム、前記第１の２次スキャンシステム、及び前記第２の２次スキャンシステムの少なくとも１つが、ＣＴスキャナを含む、請求項１記載の荷物内の脅威を識別及び解明するための脅威解明システム。
9. 前記ＥＤＳスキャンシステムと、前記第１の２次スキャンシステム及び前記第２の２次スキャンシステムの少なくとも１つとが、単一のスキャナ内の工程を含む、請求項１記載の荷物内の脅威を識別及び解明するための脅威解明システム。
10. 荷物の初期スキャンを行うステップと、
    荷物の初期スキャンに基づいて、脅威と脅威の特性とを識別するステップと、
    第１の特性の脅威を有する荷物に第１のタイプの２次スキャンを行うステップと、
    第２の特性の脅威を有する荷物に第２のタイプの２次スキャンを行うステップと、
    前記第１のタイプの２次スキャンと前記第２のタイプの２次スキャンの１つに基づいて脅威を解明するステップと、
    を備えている、脅威解明のための荷物のスキャン方法。
11. 前記荷物が手荷物を含む、請求項１０記載の脅威解明のための荷物のスキャン方法。
12. 前記第１のタイプの２次スキャンと前記第２のタイプの２次スキャンの少なくとも１つが、２重エネルギーのスキャンを含む、請求項１０記載の脅威解明のための荷物のスキャン方法。
13. 前記第１のタイプの２次スキャンと前記第２のタイプの２次スキャンの少なくとも１つが、高分解能スキャンを含む、請求項１０記載の脅威解明のための荷物のスキャン方法。
14. 前記脅威の特性が、対象物の遮蔽と識別の欠如との少なくとも１つを含む、請求項１０記載の脅威解明のための荷物のスキャン方法。
15. 前記第１のタイプの２次スキャンを行うステップに先だって、
    識別された脅威をオペレータに示すステップと、
    荷物の少なくとも１つの脅威を取り除くオペレータからの入力を受けるステップと、を備えている、請求項１０記載の脅威解明のための荷物のスキャン方法。
    

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