JP2008512670A - コヒーレント散乱撮像 - Google Patents

Abstract

従来のＣＴ又はＸ線手法を利用して関心領域が特定される。次いで、複数のペンシルビーム２８を利用して関心領域がスキャンされ、複数の異なる散乱Ｘ線スペクトルが得られる。次いで、スペクトルが関心領域の特徴のみによるものであるかの如く、各スペクトルに対して幾何補正が適用される。前記ビームを利用して記録された種々のスペクトルは組み合わせられ関連付けられ、関心領域３２の特徴を決定し、一方でサンプル３０中の他の部分における特徴の影響を最小限にする。

Description

本発明は、コヒーレント散乱撮像のための装置及び方法に関し、更に詳細には（限定するものではないが）、コヒーレント散乱コンピュータ断層撮影のための装置及び方法に関する。

高速且つ信頼性の高い物質スキャナに対するニーズは増大している。商業的利益の一分野は、多くの事例で利用されることができるが特にしばしば航空機の手荷物をスキャンするために利用される、高速な手荷物スキャナの分野である。商業的利益の他の分野は、医療用の走査器の分野である。

例えば２０ｋｅＶと１５０ｋｅＶとの間のような一定のエネルギー範囲における、Ｘ線光子の物質との相互作用は、光電吸収及び散乱によって記述されることができる。２つの異なるタイプの散乱が存在する。即ち一方はインコヒーレント散乱即ちコンプトン（Compton）散乱であり、他方はコヒーレント散乱即ちレイリー（Rayleigh）散乱である。コンプトン散乱は角度に応じて緩やかに変化するが、レイリー散乱は強く前方に向けられ、各タイプの物質の特性により別個の構造を持つ。コヒーレントＸ線散乱は、例えば半導体業界におけるＸ線結晶学又はＸ線回折において、物質の分子構造を解析するための一般的な手段である。分子構造関数は物質の指紋であり、優れた識別を可能とする。例えば、プラスチック爆弾が、無害な食品から識別されることができる。

手荷物検査と同様に医療の用途のために、商用のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ及びＣアーム（C-arm）システムにおいて、散乱ではなく、光電吸収が一般に利用されている。これらのシステムは、種々の計算手法を利用して、測定されたＸ線データから、サンプル中の種々の位置における該サンプルのＸ線吸収特性を計算する。従来のＸ線撮像におけるように、単にサンプルのＸ線画像を提供するものではない。

例えば、米国特許出願公開US2002/0150202A1は、扇ビームを利用するＣＴ装置を記載しており、該装置を回転させるガントリをも記載している。

現代の機器においては、所謂「円錐ビーム」コンピュータ断層撮影において、円錐型Ｘ線ビームがしばしば利用される。米国特許出願公開US2004/0076265は、この種のＣＴスキャナを記載している。

物質の識別は、全体の線減衰係数における差分に限定されるため、この方法は関心領域の線減衰係数が認知できる程に異なる場合にのみ、優れた識別を提供できる。更に、２つの異なる物質が同一の減衰係数を呈する場合には、線減衰係数のみを利用する組織又は物質の識別は不明瞭なものになり得る。

散乱光子は対象の更なる情報を含むため、これら散乱光子がより優れた物質の識別に利用されることができる。

米国特許US5,692,029は、手荷物対応の用途に後方散乱Ｘ線を利用する検出器を記載している。

コヒーレント散乱は、Streckerらによる「Detection of Explosives in Airport Baggage using Coherent X-ray Scatter」（SPIE Volume 2092 「substance Detection Systems」、1993、399-410頁）において、手荷物スキャンのための適切な手段として提示されている。該文献は、爆弾及び幾つかの他の物質の、種々の弾性散乱スペクトルを記載している。

手荷物サンプルの実際の測定は記載されていないが、該文献は、速度要件を満たすためには撮像が実行可能ではなく、その代わりに（恐らくは手荷物全体の）エネルギースペクトルが測定されることを示唆している。従って、提案されるシステムは、手荷物内の特定のアイテムの詳細なスキャンには適していない。

他のＸ線スキャン実験が、Spellerらによる「X-ray scattering signatures for material identification」（同じくSPIE Volume 2092「substance Detection Systems」、1993、366-377頁）に記載されている。

何年もに亘る関心にもかかわらず、コヒーレント散乱を利用する手荷物スキャナは、現在まで、研究所を出て実用段階に至ってはいない。このことは、コヒーレント散乱に固有な低い信号強度や実装における困難性を含む、幾つかの理由による。

代わりに、実用されている手荷物スキャナは、一般に従来の撮像を利用して、単にＸ線の吸収を測定している。しかしながら斯かるシステムは優れた識別を提供できず、爆弾又は例えばチョコレート、プラスチック若しくは他の多くのもののような幾つかの一般的な物質のうちのいずれかにより特定の吸収特性が引き起こされる場合か否かを知ることが非常に困難になり得る。

医療用ＣＴスキャンにおける識別機能においても、同様の問題が生じる。

従って、これらの点に関して支援が可能な、改善されたコヒーレント散乱撮像方法及び装置に対するニーズがある。

本発明によれば、
放射源、コリメータ及びマルチチャネル検出器を持つコヒーレント散乱撮像システムを動作させる方法であって、前記方法は、
Ｘ線又はコンピュータ断層撮影スキャンを実行し、サンプルの対象物における関心領域を特定するステップと、
ペンシルＸ線ビームを、それぞれが前記関心領域を通過する複数のサンプル経路に沿って前記サンプルに通過させることにより、複数のサンプルスペクトルを測定し、前記検出器における位置の関数として、散乱Ｘ線の複数のサンプルスペクトルを測定するステップと、
前記関心領域と前記検出器との間のそれぞれの距離に基づいて前記サンプルスペクトルを補正して、補正されたスペクトルを得るステップと、
前記補正されたスペクトルを関連付けることにより前記補正されたスペクトルを組み合わせて共通の特徴を特定し、前記共通の特徴を前記関心領域に存在する特徴として分析するステップと、
を有する方法が提供される。

測定されるスペクトルは実際には、関心領域にのみよるものではなく、幾つかの特徴はサンプルの他の部分からのものであろうことは留意されたい。しかしながら、スペクトルの全てが関心領域に基づくものであるかの如くスペクトルを収集することにより、先行技術の手法よりもかなり簡潔である、非常に単純な計算が実行されることができる。本発明は関心領域にのみ関するため、他の領域からのデータの破損は問題を引き起こさない。

実際に、異なる経路からのスペクトルが組み合わせられると、関心領域からの特徴が種々のスペクトルに正確に配置され、他の特徴は配置されず、従ってこれらが互いに相関する見込みが低くなる。従って、全体のスペクトルが関心領域によるものであるという不正確な幾何学的仮定を用いることが、本方法を改善する。

本方法の特別な利点は、特にペンシル（pencil）ビームを生成するためのコリメータを付加することにより、Ｘ線システムに基づく従来のＣＴスキャナ又はＣアームに軽微な変更を為すことによって容易に利用され得る点である。一般に、２次元（２Ｄ）検出器と、システムと対象物との間で相対移動を実行することが可能なペンシルビームとを用いる、いずれのＸ線システムを用いても、本方法は利用されることができる。

関心領域を照射するためにペンシルビームを使用することは、従来のサンプルのスキャンに必要とされるものに比べて、全体のＸ線の線量を大幅に減少させる。

理解されるであろうように、測定されるスペクトルは基本的に、吸収値及びスペクトルの中心からの距離値である。スペクトルを補正するステップが、それぞれの距離補正係数により距離値を乗算することによって各スペクトルのスケールを補正し、更に吸収値を補正しても良い。

距離補正係数は、関心領域における特徴が共通してスケーリングされるように、それぞれのスペクトルをスケーリングしても良い。便利にも、補正係数は、距離の尺度として、逆散乱波数ベクトルｑを利用するためにスペクトルをスケーリングしても良い。

吸収値を補正するステップは、２つの影響、即ち第１に、面外の（off-plane）検出素子の有効検出面積が散乱角の増大と共に減少することと、第２に、検出素子に到達する散乱ビームの立体角が、散乱中心に対する該素子の距離に応じて減少することと、を補正することを含んでも良い。

測定されるスペクトルに対して、更なる補正が実行されても良い。例えば、サンプルの吸収マップが知られ、サンプル内の異なる位置における吸収係数が与えられる場合、測定されるＸ線強度が、Ｘ線の経路に沿った吸収に対して補正されても良い。該ステップは便利にも、前段落において述べた測定される２つの影響について吸収値を補正するステップの前に実行されても良い。

好ましくは、前記関心領域を特定するステップは、前記サンプルにおける吸収係数の３次元分布を計算するステップを含む。このことは、ＣＴ処理により実行されても良い。

関心領域を特定するステップは、コヒーレント散乱測定において利用されるものと同一のスキャナを用いて為されても良いし、異なるスキャナを用いて為されても良い。

本発明は、スペクトルを組み合わせる幾つかの可能性を想定する。１手法においては、前記補正されたスペクトルを組み合わせるステップは、
複数の異なる物質のスペクトルを定義する物質テーブルを備えるステップと、
測定された前記補正されたスペクトルのそれぞれを前記物質テーブルにフィッティングし、各スペクトルの物質を特定するステップと、
複数の前記補正されたスペクトルに共通する物質を、前記関心領域に存在し得る物質として特定するステップと、
を有する。

他の手法においては、前記スペクトルを組み合わせるステップは、前記補正されたスペクトルを、ピーク位置及びピーク幅のフィッティングパラメータを持つ複数のピークにフィッティングさせ、複数のスペクトルの間で共通するピークを特定するステップを含む。該手法においては、物質テーブル、及び関心領域の特徴として利用される共通ピークを参照することなく、ピークが識別される。

他の手法においては、幾何補正されたスペクトルが、単に共に加算される。

本方法は、前記サンプルビームに平行で且つ前記関心領域を通過しない基準ビームを前記サンプルに通過させて基準スペクトルを得、前記基準スペクトルを減算することによって前記サンプルスペクトルを補正することにより、各サンプルのスペクトルについて少なくとも１つの基準スペクトルを測定することを含んでも良い。

他の態様においては、本発明は、平行Ｘ線放射源及び検出器を持つコヒーレント散乱撮像システムのためのコントローラであって、
制御信号を前記コヒーレント散乱撮像システムに供給し、前記検出器から画像データを受信するように構成された、前記コヒーレント散乱撮像システムとインタフェース接続するためのインタフェースと、
対象サンプルにおける関心領域をスキャンするために、前記コヒーレント散乱撮像システム及び前記コントローラに、
Ｘ線又はコンピュータ断層撮影スキャンを実行することにより、サンプルの対象物における関心領域を特定させ、
ペンシルＸ線ビームを、前記関心領域を通過する複数のサンプル経路に沿って前記サンプルに通過させることにより、前記検出器における位置の関数として、複数のサンプルスペクトルを測定させ、
前記関心領域と前記検出器との間のそれぞれの距離に基づいて前記サンプルスペクトルを補正することにより、補正されたスペクトルを得させ、
前記補正されたスペクトルを関連付けることにより前記補正されたスペクトルを組み合わせて共通の特徴を特定させ、前記共通の特徴を前記関心領域に存在する特徴として分析させるコードと、
を有するコントローラに関する。

前記コントローラは、複数の異なる物質のスペクトルを定義する物質テーブルと、測定されたスペクトルのそれぞれを前記物質テーブルにフィッティングして各スペクトルの物質を特定し、前記スペクトルに共通する物質を前記関心領域に存在し得る物質として特定するように構成されたコードとを含んでも良い。

代替として、前記スペクトルを組み合わせるコードは、前記スペクトルを、ピーク位置及びピーク幅のフィッティングパラメータを持つ複数のピークにフィッティングさせ、複数のスペクトルの間で共通するピークを特定するように構成されても良い。

他の態様においては、本発明は、
Ｘ線を発生するＸ線放射源と、
前記Ｘ線放射源からのＸ線の平行ペンシルビームを生成するコリメータと、
サンプルを保持するサンプル支持器と、
前記サンプルにより弾性散乱させられたＸ線を位置の関数として検出するマルチチャネルＸ線検出器と、
前記Ｘ線放射源、前記コリメータ及び前記マルチチャネルＸ線検出器を支持するフレームワークと、
前記フレームワークを動かす駆動装置と、
上述したようなコントローラと、
を有する、コヒーレント散乱撮像システムに関する。

前記コリメータは、該コリメータが前記ビームから離隔されている第１の位置と、ペンシルビームコヒーレント散乱撮像方法が実行されることを可能とするＸ線ビーム中の第２の位置との間で移動可能であっても良い。

本発明はまた、コヒーレント散乱撮像システムに、以上に記載したような方法を実行させるように構成された、コンピュータプログラムに関する。

本発明の具体的な実施例が、添付図面を参照しながら、単に例として以下に説明される。

図面は模式的なものであり、定縮尺で描かれているものではない。

図１を参照すると、本発明の第１の実施例は、装着台４に備えられたＣアーム２を含む。Ｃアーム２は、コントローラ８により制御される、様々な位置のいずれかに該Ｃアームを駆動するための駆動装置６に接続される。該Ｃアームは、Ｘ線放射源２０、コリメータ２２及び検出器２４を支持する。コリメータ２２は、駆動装置２３により駆動され、２つの位置の間を移動可能である。該２つの位置の一方において、コリメータ２２はビーム内に導入され（実線で示される）、他方の位置において、コリメータ２２はビームの経路から外される（点線で示される）。

Ｃアーム２は駆動装置６により駆動され、該駆動装置６は該Ｃアームを、様々な角度で、放射源２０及び検出器２４を配向させるように回転させることができる。該Ｃアームはまた、該アームを紙面と異なる方向に回転させることにより、前記放射源及び前記検出器を配向させるように駆動されることができ、これにより多くの３次元Ｘ線ビーム方向が可能となる。

コントローラ８は、プロセッサ１０及びメモリ１２を含む。メモリ１２は、前記Ｃアームを選択された位置へと駆動させるように該コントローラを制御するためのコード１４と、前記コントローラにデータを解析させるように構成されたコードとを含む。前記コントローラは、インタフェース１８を通してＣアームシステムに接続される。

サンプル支持器２６が、サンプル３０を保持するために備えられる。便利にも、手荷物対応システムの場合には、該サンプル支持器はベルトコンベヤであっても良い。代替として、サンプル支持器２６は、医療用途の場合には患者支持器であっても良い。

Ｃアーム２は、Ｘ線がＸ線放射源２０から放射され、コリメータ２２においてペンシルビーム２８としてサンプル３０を通過するように平行化され、次いで検出器２４によりピックアップされるように設定される。検出器２４は、入射強度を電気信号に変換し、該信号をコントローラ８に供給する。検出器２４は、位置の関数として、及び従って散乱角の関数としてＸ線を検出する、マルチチャネル検出器である。放射源２０は好ましくは、測定される散乱角と逆散乱波数ベクトルｑとの間の関係を可能な限り正確なものに保証するため、可能な限り単色性のものである。従って、光学モノクロメータ２１がビーム２８中に備えられても良い。代替の構成においては、スペクトルを調整するためのビームフィルタが備えられても良い。

利用時には、コリメータがビーム経路に無い状態でサンプル３０がサンプル支持器２６に配置され、装置がコヒーレント散乱情報を利用しない通常モードで利用される。該通常モードにおいては、Ｘ線が放射源から供給され、サンプルをＸ線で照射し、マルチチャネルＸ線検出器２４において該サンプルの画像を取り込む。

取り込まれる画像は、従来のＸ線画像であっても良い。

しかしながら、サンプルを撮像するだけでなく、サンプル内の位置の関数として吸収を計算する方法を利用することが好ましい。このことは、例えば螺旋状、環状又はシーケンシャルな、相対的な対象物の軌道を移動する扇ビーム又は円錐ビームの幾何を用いる、ＣＴスキャナを利用した３次元（３Ｄ）再構築により為され得る。任意の軌道に沿って移動するＣアームシステムが利用されても良い。

斯かる計算方法が好適である理由は、関心領域における吸収係数の計算が、疑わしい吸収係数を持つ関心領域３２の識別を可能とすることである。更に、サンプル全体の吸収マップの計算は、後に測定されるスペクトルの吸収補正のために利用されることができる。

該ＣＴ計算又はＸ線画像は、サンプル中の１以上の疑わしい関心領域３２を明らかにする。これら領域は、例えばサンプル全体の体積の１０％より小さく、好ましくは該体積の２％又は１％よりも小さいような、サンプルの小さな部分であっても良い。

前記装置は次いで、関心領域３２についての更なる情報を提供するため、以下のようにＣＳＣＴモードにおいて利用されても良い。最初に、図３におけるステップ５０において関心領域の特定から開始する。

関心領域を通過する幾つかの適切なサンプルのビーム経路が計算される（ステップ５２）。

ステップ５２において、幾つかの必要条件により、種々のサンプル経路４０（図２）が選択される。

第１に、経路に沿ったＸ線の吸収は、散乱光子の外へ向かう経路に沿った吸収とともに、大き過ぎるべきではない。

第２に、可能な限り多くの方向で関心領域を照射するために、経路は可能な限り多くの方向となるべきである。

第３に、強く構造化された散乱形状因子を与える領域は避けられるべきである。

これら基準の全てを満たすことは可能ではないであろう。従って、これら基準に幾分か合致する適切な数の経路が選択される。

該ＣＳＣＴモードにおいては、Ｘ線の単一のペンシルビーム２８を提供するため、放射源２０の前にコリメータ２２が導入される。

最初に、関心領域３２を通る第１のサンプル経路４０に沿ってペンシルビーム２８が誘導され、マルチチャネル検出器２４においてサンプルのスペクトルＳ_１が測定される（ステップ５４）。強度は検出器における位置の関数として測定され、該位置は逆散乱波数ベクトル（ｑ）に関連する。

次いで、関心領域３２を通る、別の第２のサンプル経路４０を利用して、第２のスペクトルＳ_２が得られる。

必要であれば、更なるサンプル経路及び基準経路４０を利用してこの手順が１回以上繰り返され、第３のスペクトルＳ_３、第４のスペクトルＳ_４等を提供しても良い。

サンプル経路は、図２において模式的に示される。一般に、サンプル経路は幾つかの異なる方向のものであり、全てが同一面にないことが好ましいことに留意されたい。

各スペクトルが決定された後、全ての予め計算されたサンプル経路が利用された否かを確認するテスト（ステップ６２）が実行される。否であれば、全ての経路が利用されるまでステップ５４が繰り返される。全てのサンプル経路を予め計算することは必須ではなく、代替の実施例においては、幾つかのサンプル経路が、１以上の測定を実行した後に計算されても良いことは、理解されるであろう。

測定されるスペクトルは、ｘ軸として、位置／距離座標（図４におけるｒ）を持つ。標準的なスペクトルと比較されることができるように、ｘ軸に沿った標準的な座標、便利にも逆散乱波数ベクトルｑを持つように、スペクトルが補正される必要がある。吸収値に対する更なる補正もまた、必要とされる。

Ｘ線放射源及び検出器からの関心領域の距離は、各スペクトルにおいて必ずしも同一ではないことに留意されたい。例えば、関心領域が検出器に近い場合には、関心領域が検出器から離れている場合に比べて、検出器における小さな距離が特定のｑ値に対応する。

従って、関心領域３２からの散乱についてのｑスケールを利用することにより、差分スペクトルＤが、最初にそれぞれのｘ軸に沿って伸張又は収縮させられる。測定されたスペクトルは、ｘ軸として位置座標を持つ。散乱波数ベクトルｑは（小さな角度の近似においては）、
ｑ＝ｒ／［２λ（Ｇ−Ｌ）］
により与えられる。

Ｇは放射源から検出器までの距離であり、Ｌは放射源から関心領域までの距離であり、ｈはスペクトルの各点の、中心の非散乱点からの直線オフセットである。λは、利用されるＸ線の波長である。

サンプル３０中の吸収を、該サンプル内の位置の関数として吸収を利用して補正するため、この時点で任意に吸収補正が備えられても良い。関心領域を決定するためにＣＴ手法が利用される場合には、当該情報は関心領域を決定する初期スキャンから知られるであろう。該任意の吸収補正は代替として、ｑの関数としてスペクトルをプロットする前に実行されても良い。

次いで、量的に正確な散乱スペクトルを得るために、幾何補正が実行される。スペクトルにおける各点は、それぞれの幾何補正係数（ＧＣＦ）により乗算される。ＧＣＦは、２つの効果、即ち第１に、面外の検出素子の有効検出面積は散乱角の増大と共に減少すること、及び第２に、検出素子に到達する散乱ビームの立体角は、散乱中心に対する該素子の距離に応じて減少することを考慮に入れる。

面外の検出素子についてのＧＣＦは、ＧＣＦ＝Ａ（Ｇ−Ｌ）／（ｒ^２＋（Ｇ−Ｌ）^２）^３／２により与えられ、ここでＡは１つの検出素子の検出面積を示す。

このような幾何補正係数による単純な乗算は、関心領域の小さな領域からの散乱スペクトルのみが関心の対象であるため、比較的簡単であることに留意されたい。一般に、サンプルの厚さ全体のコヒーレント散乱スペクトルの計算は、大量のデータと計算リソースとを必要とし得る。なぜなら、サンプルの異なる経路が、検出器及び放射源から異なる距離のものとなり、測定されるスペクトルを１つの補正係数により単純に乗算することができないからである。本発明において、このようなことが可能であることは、かなりの厚さを持つサンプルに対して、ここで記載された手法を先行技術の手法よりもかなり簡単にする。このことは、先行技術の手法に比べて、より少ない計算能力しか必要しないこと、及びより少ないデータが収集されることしか必要としないことの両方を含む。後者の利点は、総Ｘ線量を低くすることが可能であるため、特に利点となる。

次いで、ノイズを削減するために、測定されたスペクトルの角対称性が利用される。各スペクトルは円対称であり（図４）、従って各スペクトル８０の中心８２が特定され、全ての角θに亘ってスペクトル統合されて（ステップ６６）、測定されたＸ線強度のスペクトルを中心からの距離の関数として与える。

第１の実施例においては、幾何補正されたスペクトルが次いで共に単純加算され、組み合わせられたスペクトルＣが得られる（ステップ６８）。

前記組み合わせられたスペクトルは次いで、種々の物質からのスペクトルと比較され、含まれる物質が特定される。

このようにして、関心領域の組成が決定される。

本発明による方法の第２の実施例においては、測定が第１の実施例におけるように進行し、ステップ６６の終了時に、幾何補正された、組み合わせられたスペクトルＳが与えられる。

次いで前記スペクトルは、図５に示されるように、複数のピークに分解される（ステップ７０）。便利にも前記スペクトルは、特定の散乱角位置及び幅を持つガウスピークにフィットさせられる。かくして、各スペクトルＳは、ピーク位置及びピーク幅の値のセットを提供する。

線４０は関心領域においてのみ交差するため、関心領域３２に存在する物質からのピークは全てのスペクトルにおいて出現する。逆に、１つの測定されたスペクトルにのみ出現するピークは、関心領域から離れたサンプルの部分に起源を持つピークである。

それ故、ステップ７２において、所定の数以上のスペクトルにおいて出現するピークが特定され、これらのピークが関心領域を分析するために利用される。前記所定の数は少なくとも２であり、好ましくは測定されるスペクトルの総数よりも少ない。これらピークは、幾つかの物質のピークを与える物質テーブルと比較され（ステップ７４）、関心領域に存在する物質が特定される。

本実施例の代替例においては、スペクトルを分解し複数のピークを形成した後に、幾何補正が実行されても良い。

第３の実施例においても、本方法は幾何補正が適用されるステップ６６まで進む。

第３の実施例においては、処理は次いで、幾つかの種々の存在し得る物質のピークに対して、これら物質のＸ線コヒーレント散乱特性及び物質のテーブルを利用して各スペクトルをフィットさせる（ステップ７６）。

異なるスペクトルに共通する物質が、関心領域の物質である見込みが高いものとして特定される（ステップ７８）。

第４の実施例においては、更なる改良が利用される。本例においては、本方法は、関心領域を通過するサンプルビームの他に、関心領域を通過しない基準ビームを利用する。図７のフロー図及び図８の経路図が、該処理を示す。

適切なサンプル経路を特定するステップ５２の後、関心領域３２を通る第１のサンプル経路４０に沿ってペンシルビーム２８が誘導され、マルチチャネル検出器２４においてサンプルスペクトルＳ_１が測定される（ステップ５４）。該検出器における位置の関数として強度が測定され、該位置は逆散乱波数ベクトル（ｑ）に関連する。

次いで、第１のサンプル経路４０に平行であり且つ関心領域３２を通過しない１以上の第１の基準経路４２に沿ってペンシルビーム２８が誘導され、これら１以上の基準経路４２について基準スペクトルＲ_１が測定される（ステップ５６）。

基準経路４２は、該経路に沿った吸収がサンプル経路４０に沿った場合とおよそ同一となるように選択される。測定される吸収におけるいずれの僅かな差をも補正するため、基準経路スペクトルは、該スペクトルを吸収補正係数Ａ_１により乗算することにより吸収補正され、吸収補正されたスペクトルＣ_１が得られる（ステップ５８）。ここでＣ_１＝Ｒ_１×Ａ_１である。

次いで、前記補正されたスペクトルが前記サンプルスペクトルから減算され、主に関心領域についての情報をもたらす第１の差分スペクトルＤ_１（Ｄ_１＝Ｓ_１−Ｃ_１）が得られる（ステップ６０）。

必要であれば、更なるサンプル経路４０及び基準経路４２を利用してこの手順が１回以上繰り返され、第２の差分スペクトルＤ_２、第３の差分スペクトルＤ_３、第４の差分スペクトルＤ_４等を提供しても良い。

各差分スペクトルが決定された後、全ての予め計算されたサンプル経路が利用された否かを確認するテスト（ステップ６２）が実行される。否であれば、全ての経路が利用されるまでステップ５４乃至６０が繰り返される。全てのサンプル経路を予め計算することは必須ではなく、代替の実施例においては、幾つかのサンプル経路が、１以上の測定を実行した後に計算されても良いことは、理解されるであろう。

処理は次いで、上述した第１乃至第３の実施例のいずれかにおけるように継続し、種々のスペクトルを組み合わせ、関心領域の物質を特定する。

以上の説明はＣＴシステムを用いたが、本発明は他の構成、とりわけ円錐ビームシステムにも適用可能である。

本システムは手荷物の処理に限定されるものではなく、例えば人間又は動物の体の撮像及び物質評価のための、Ｘ線が利用され得るいずれの状況においても利用され得る。

それ故、詳細に説明された特定のシステムに対して多くの変形例があることは明らかであり、他の多くの変更が当業者には明らかであろう。

本発明の実施例によるＣＳＣＴ装置を示す。 本発明の実施例において利用されるビーム経路を示す。 本発明の第１の実施例において利用される方法を示すフロー図である。 本発明において記録されるスペクトルを示すかなり模式的な図である。 本発明の第２の実施例において利用される方法を示すフロー図である。 本発明の第３の実施例において利用される方法を示すフロー図である。 本発明の第４の実施例において利用される方法を示すフロー図である。 第４の実施例において利用されるビーム経路の図である。

Claims (12)

1. 放射源、コリメータ及びマルチチャネル検出器を持つコヒーレント散乱撮像システムを動作させる方法であって、前記方法は、
   Ｘ線又はコンピュータ断層撮影スキャンを実行し、サンプルの対象物における関心領域を特定するステップと、
   ペンシルＸ線ビームを、それぞれが前記関心領域を通過する複数のサンプル経路に沿って前記サンプルに通過させることにより、複数のサンプルスペクトルを測定し、前記検出器における位置の関数として、散乱Ｘ線の複数のサンプルスペクトルを測定するステップと、
   前記関心領域と前記検出器との間のそれぞれの距離に基づいて前記サンプルスペクトルを補正して、補正されたスペクトルを得るステップと、
   前記補正されたスペクトルを関連付けることにより前記補正されたスペクトルを組み合わせて共通の特徴を特定し、前記共通の特徴を前記関心領域に存在する特徴として分析するステップと、
   を有する方法。
2. 前記関心領域を特定するステップは、前記サンプルにおける吸収係数の３次元分布を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記補正されたスペクトルを組み合わせるステップは、
   複数の異なる物質のスペクトルを定義する物質テーブルを備えるステップと、
   測定された前記補正されたスペクトルのそれぞれを前記物質テーブルにフィッティングし、各スペクトルの物質を特定するステップと、
   複数の前記補正されたスペクトルに共通する物質を、前記関心領域に存在し得る物質として特定するステップと、
   を有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記補正されたスペクトルを組み合わせるステップは、前記補正されたスペクトルを、ピーク位置及びピーク幅のフィッティングパラメータを持つ複数のピークにフィッティングさせ、複数のスペクトルの間で共通するピークを特定するステップを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記複数のサンプルスペクトルを測定するステップは、各スペクトルについて、
   前記サンプルビームに平行で且つ前記関心領域を通過しない基準ビームを前記サンプルに通過させ、基準スペクトルを得るステップと、
   前記基準スペクトルを減算することにより前記サンプルスペクトルを補正するステップと、
   を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 平行Ｘ線放射源及び検出器を持つコヒーレント散乱撮像システムのためのコントローラであって、
   制御信号を前記コヒーレント散乱撮像システムに供給し、前記検出器から画像データを受信するように構成された、前記コヒーレント散乱撮像システムとインタフェース接続するためのインタフェースと、
   前記コヒーレント散乱撮像システム及び前記コントローラに、
   Ｘ線又はコンピュータ断層撮影スキャンを実行することにより、サンプルの対象物における関心領域を特定させ、
   ペンシルＸ線ビームを、前記関心領域を通過する複数のサンプル経路に沿って前記サンプルに通過させることにより、前記検出器における位置の関数として、散乱Ｘ線の複数のサンプルスペクトルを測定させ、
   前記関心領域と前記検出器との間のそれぞれの距離に基づいて前記サンプルスペクトルを補正することにより、補正されたスペクトルを得させ、
   前記補正されたスペクトルを関連付けることにより前記補正されたスペクトルを組み合わせて共通の特徴を特定させ、前記共通の特徴を前記関心領域に存在する特徴として分析させるコードと、
   を有するコントローラ。
7. 複数の異なる物質のスペクトルを定義する物質テーブルと、
   測定されたスペクトルのそれぞれを前記物質テーブルにフィッティングして各スペクトルの物質を特定し、前記スペクトルに共通する物質を前記関心領域に存在し得る物質として特定するように構成されたコードと、
   を更に有する、請求項６に記載のコントローラ。
8. 前記スペクトルを組み合わせるコードは、前記スペクトルを、ピーク位置及びピーク幅のフィッティングパラメータを持つ複数のピークにフィッティングさせ、複数のスペクトルの間で共通するピークを特定するように構成された、請求項６又は７に記載のコントローラ。
9. 前記コードは、前記サンプルビームに平行で且つ前記関心領域を通過しない基準ビームを前記サンプルに通過させて基準スペクトルを得、前記基準スペクトルを減算することにより前記スペクトルを補正するように構成された、請求項６乃至８のいずれか一項に記載のコントローラ。
10. Ｘ線を発生するＸ線放射源と、
    前記Ｘ線放射源からのＸ線の平行ペンシルビームを生成するコリメータと、
    サンプルを保持するサンプル支持器と、
    前記サンプルにより弾性散乱させられたＸ線を位置の関数として検出するマルチチャネルＸ線検出器と、
    前記Ｘ線放射源、前記コリメータ及び前記マルチチャネルＸ線検出器を支持するフレームワークと、
    前記フレームワークを動かす駆動装置と、
    請求項６乃至９のいずれか一項に記載のコントローラと、
    を有する、コヒーレント散乱撮像システム。
11. 前記コリメータは、前記Ｘ線放射源から離隔された第１の位置と、Ｘ線の平行ペンシルビームを生成するための前記Ｘ線放射源と一致する第２の位置との間を移動可能であり、前記Ｘ線放射源は、前記第２の位置における前記コリメータを用いて生成されるペンシルビームよりも幅広なＸ線のビームを、前記第１の位置における前記コリメータを用いて生成する、請求項１０に記載のコヒーレント散乱撮像システム。
12. データ担体に記録されるコンピュータプログラムであって、コヒーレント散乱撮像システムに、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法を実行させるコードを含むコンピュータプログラム。

Images