JP2009014724A - 放射結像システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射結像システムを開示する。
【解決手段】この放射結像システムは、被検体を透射する放射線と同期信号とを発生する加速器と、複数の検出モジュールを備え、放射線を検出する検出機器と、同期信号に基づき選択信号を発生して、１つの検出モジュール選択し、放射線を検出する信号処理手段と、前記検出モジュールにより検出された信号をデジタルデータに変換して、前記信号処理手段にバッファリングするデータ変換手段と、画像処理機器に接続されて、前記信号処理手段にバッファリングされているデジタルデータを前記接続により前記画像処理機器に伝送する通信制御手段とを備える。本発明のシステムによれば、データ量が非常に多い場合でも、高速で安定なデータ採取及びデータ変換を可能にし、正確で確実にデータを伝送することが可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、放射結像に関し、特に、高速走行している車両を放射結像して鮮明な画像を取得可能な放射結像システムに関する。

走査結像過程において、加速器は、高エネルギーＸ放射線パルスを発生して被結像物体
を透過させる。高感度検出器アレイは、Ｘ放射線を受信して出力電気信号に変換し、画像
取得サブシステムは、一列ずつのデジタル画像をリアルタイムに生成する。走査過程の全体が終了すると、システム制御局(system controI station)で走査物体の完全な画像を取得するようになる。

結像システムにおいて、加速器は、制御されてＸ放射線パルスを発生するという主な機
能を有する。検出器は、被走査物体を透過するＸ放射線をアナログ電気信号に変換して、
画像取得システムに送信する。画像取得システムは、検出器システムからのアナログ電気信号をデジタル信号に変換する。画像採取局は、デジタル信号の画像の作成を行う。

従来の走査結像において、走査の速度は、略４ｋｍ／ｈ程度であり、通常速くないが、検査ニーズの向上につれて、停車しない保安検査、例えば、陸路港の車両、各種検問所での停車しない検査、列車の低速検査等に用いられる高速走査結像を可能にするシステムの必要を切実に感じることになる。

具体的には、車両の速度が速い場合、例えば、３０ｋｍ／ｈの速度で走行する場合に、データの高速採取をどのように行うのかが主に直面している問題となる。同一の分野で放射線源に応用される検査システムにおいて、通常、以下のような２種類のデータ採取サブシステムを用いる。具体的には、１）システム構造に応じて専用データ伝送バスを設計する；２）フィールドバス技術によりデータを伝送する。上記のような２種類の方式を分析した結果、高速に採取する検査システムにおいて、専用データ伝送バスを設計することは拡張に不利であり、検出ユニットの数量が増加すると、既存のバスによるデータ伝送量は要求を満たすことができなくなり、システムを再設計する必要がある。そして、現在、放射線検査システムに応用されるフィールドバス技術は伝送レートが低く、例えば、ＣＡＮバスは最高伝送レートが１Ｍｂｐｓであるので、リアルタイム高速採取及び多量データ伝送のタスクを実現することができない。

本発明は、鉄道車両を検査し、被検体が走査通路を高速通過する場合に、高速で安定にデータ採取及びデータ変換を可能にし、データを正確で確実に伝送できる高速放射結像システムを提供することを目的とする。検出ユニットの数量が増加すると、このデータ採取システムは拡張により要求を満たすことができる。

本発明の一局面によれば、放射結像システムであって、
被検体を透射する放射線と同期信号とを発生する加速器と、
放射線を検出する検出機器と、
同期信号に基づき選択信号を発生して、１つの検出機器を選択し放射線を検出する信号処理手段と、
前記検出機器により検出された信号をデジタルデータに変換して、前記信号処理手段にバッファリングするデータ変換手段と、
画像処理機器に接続されて、前記信号処理手段にバッファリングされているデジタルデータを、前記接続により前記画像処理機器に伝送する通信制御手段と、を備える放射結像システムを提案している。

好ましくは、前記データ変換手段と前記信号処理手段とは、パラレルバスを介して接続される。

好ましくは、前記信号処理手段と前記通信制御手段とは、パラレルバスを介して接続される。

好ましくは、前記通信制御手段と前記画像処理機器とは、高速シリアルバスを介して接続される。

好ましくは、前記信号処理手段と前記データ変換手段と前記通信制御手段とからなるデータ採取システムが拡張可能である。

好ましくは、前記信号処理手段と前記データ変換手段と前記通信制御手段とからなるデータ採取システムの拡張が、前記信号処理手段における拡張バスによって実現される。

好ましくは、前記通信制御手段が、ＲＩＳＣプロセッサによって実現される。

好ましくは、前記被検体を透射する放射線の走査周波数が４０Ｈｚを上回る。

好ましくは、前記被検体の動き速度が４ｋｍ／ｈを上回る。

好ましくは、前記検出機器に含まれる検出ユニットの数量が拡張可能である。

本発明によれば、Ｘ放射線検査システムのデータ採取の速度を高めることができる。こ
れは、その拡張性能が普遍的な適応性を有し、例えば３０ｋｍ／ｈ又はその以上の動作レートで、データ量のより多い鉄道車両検査システムに適応でき、さらに、他の非破壊検査分野の製品に適用されることができるからである。

本発明の上記の特徴及び利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細説明により明らかにされるものである。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図面において、異なる図面に記載されている同一の符号は、同様又は近似の部材を表している。明瞭及び簡明にするために、ここに含まれる既知の機能及び構造に対する詳しい記述を省略する理由は、これらによって本発明の主題が不明瞭になってしまうことを回避するためである。

図１は、本発明による快速触発走査及び従来技術による緩慢触発走査を説明するための模式図である。図１の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、加速器が制御されることにより高周波数のＸ放射線を発生し、周波数は毎秒に数百Ｈｚであり、パルス放射線毎に一回の結像
を行うことができる。そのため、単位時間におけるパルス放射線が多いほど、単位時間に形成される列画像も多くなることによって、走査結像の速度が速くなる。すなわち、加速器が走査パルスを発生する周波数を高くすることによって、結像の速度を高めることができる。

図２は、本発明による面積倍増検出器及び従来技術による通常検出器を説明するための模式図である。パルス物体が走査結像される時の１つの幅は、検出器の結像面積と関係がある。図２の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、検出器の面積が大きいほど、一度に走査結像される物体面積が大きい。検出器の断面積を大きくすると、走査結像の速度を高めることができる。そのため、検出器の断面積を大きくすると、一度に走査する距離長さを増えることができることによって、走査速度が速くなる。すなわち、倍増の検出器によって、一次パルス放射線は、倍増された多列データを取得することができることによって、走査の効率及び速度が速くなる。

しかしながら、走査速度を高める方法と検出器面積を倍増する方法とは、いずれも従来の単一検出器又は走査速度の低いデータ採取サブシステムを改良する必要があるものである。これは、結像速度の向上につれて、単位時間に採取するデータ量も倍増するからである。

イーサネット通信は、現在最も多く応用されている高速シリアルバスであり、コンピュータネットワーク分野に広く応用されており、非常に高い通信レートに到達することができる。ＴＣＰ／ＩＰプロトコルに基づく伝送は、データの高信頼度を確保でき、全面的な技術支援を提供し、システム開発、教育及び保守の費用が低いという利点を有する。標準イーサネット技術を工業リアルタイム採取制御に応用することによって、多量のデータを確実に伝送するという難題を解消することができる。多量のデータを高速採取することを必要とする放射結像検査システムにおいて、イーサネット通信に基づく方式を用いて高速データ採取システムを設計するのは、非常に適切な選択である。

図３は、本発明の実施例によるイーサネットに基づく高速データ採取システムの原理のブロック図である。

図３に示すように、本発明の実施例による高速データ採取システムは、複数の検出モジュールを有する検出機器１０と、データ採取部２０Ａと、上位コンピュータ３０と、同期信号源４０と、検出機器コントローラ５０とを備える。データ採取部２０Ａは、検出機器１０に接続されるデータ変換モジュール２１Ａと、パラレルバスＢを介してデータ変換モジュール２１Ａに接続される信号処理モジュール２２Ａと、パラレルバスＡを介して信号処理モジュール２２Ａに接続される通信制御モジュール２３Ａとを備える。そして、通信制御モジュール２３Ａは、イーサネットを介して上位コンピュータ３０に接続される。

検出機器１０が発生したアナログ信号はデータ変換モジュール２１Ａに入力されて、データ変換モジュール２１Ａは、主に、アナログ信号からデジタル信号への変換の機能を行う。本発明の実施例によれば、データ変換モジュールの動作は、信号処理モジュールによって制御され、検出器からのデータに対し時間分割にＡ／Ｄ変換を行い、取得したデジタルデータを信号処理モジュール２２Ａに送って、信号処理モジュール２２Ａにバッファリングする。

データをバッファリングする操作は信号処理モジュール２２Ａによって制御される。システムに若干のデータ変換モジュールを含むので、信号処理モジュール２２ＡはパラレルバスＢのアドレスバスを介してデータ変換モジュール２１Ａにアドレス指定信号(addressing signal)を送信する。データ変換モジュール２１Ａは受信したアドレス信号を比較して、選択されたか否かを確認する。選択されたと確認すると、データ変換モジュール２１Ａはストローブ信号を送信してパラレルバスＢのデータバスを占め、変換されたデータを信号処理モジュール２２Ａに順次に送る。

信号処理モジュール２２Ａは、通信制御モジュール２３Ａを介して上位コンピュータ３０からの各種制御命令及び動作パラメータを受け付けて、上位コンピュータ３０の命令に従ってシステムの動作パラメータを配置し、該当する換作を実行するという主な機能を有しており、制御データ変換モジュール２１Ａは、Ａ／Ｄ変換、データバッファリング及び送信を行い、同一の採取周波数で同期動作するとともに、拡張バスにより高速データ採取システムの拡張可能機能を実現するように他のモジュールを制御する。

信号処理モジュール２２Ａの動作手順は、２つの手順に分けられるが、１つは、パラメータを配置する手順であって、データを採取する前に、上位コンピュータ３０がイーサネットを介して通信制御モジュール２３Ａと通信してパラレルバスＡを介して信号処理モジュール２２Ａにパラメータを配置する。もう１つは、データを採取する手順であって、パラメータの配置が完了した後、データ採取を起動するという制御起動命令(control enabling command)を受信すると、データ採取を起動し、ストップ命令を受信するとデータの採取をストップさせる。信号処理モジュール２２Ａは、アナログ信号が最大になる時に検出機器が信号の保持を行うように、採取保持信号とアドレス選択信号を検出機器に出力し、信号保持後に、アドレス選択制御信号により選択・指定された検出機器の信号をデータ変換モジュール２１Ａに出力する。

データ変換からデータバッファリングへの制御手順を完了するまで、以上のステップを繰り返した後、パラレルバスＡを介して通信制御モジュール２３Ａにデータ待機信号を送信し、通信制御モジュール２３Ａを介して上位コンピュータ３０にデータを伝送することを要求する。

図４は、図３に示すような通信制御モジュールの詳細な構成のブロック図である。図４に示すように、通信制御モジュール２３Ａは、Ｕｂｉｃｏｍ社のＲＩＳＣプロセッサ２３１Ａに基づき、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルに従って上位コンピュータ３０との通信を実現する。通信制御モジュール２３Ａは上位コンピュータ３０からの命令を受信し該当する操作を実行するとともに、信号処理モジュール２２Ａからの割り込み信号に応答し、採取されたデータをＴＣＰ／ＩＰプロトコルのフォーマットで上位コンピュータ３０に送信する。なお、通信時のデータフォーマット及び制御命令は、いずれもＴＣＰ／ＩＰプロトコルに基づいた基礎上に予め約束して、通信耐故障性メカニズムを規定して設計することにより、確実なデータ伝送を確保することができる。

ＲＩＳＣプロセッサ２３１ＡはＩＰ２０２２−１２０を用いており、速度が１２０ＭＩＰＳに到達可能である。チップ内の二重通信モジュールはソフトウェアを用いて各種通常の通信インタフェースを実現してもよい。配置回路２４２Ａは、通信制御モジュール２３Ａの配置情報、例えば、ＩＰアドレス、プロトコルタイプ等を設定するためのものである。外部ＲＡＭ回路２３４Ａは、システム記憶空間、例えば、プロトコルスタック等を拡張するためのものである。通信制御モジュール２３Ａはイーサネットを介して上位コンピュータ３０に接続され、イーサネットインタフェース回路２４５Ａは、伝送信号を駆動・隔離する。通信制御モジュール２３Ａは、パラレルバス方式を用いて信号処理モジュール２２Ａに接続される。上位コンピュータ３０と通信制御モジュール２３Ａとの通信は、サーバ／クライアント方式を用いており、上位コンピュータ３０をサーバとし、通信制御モジュール２３Ａをクライアントとして、厳密なＴＣＰ／ＩＰ通信インタフェースプロトコルに準拠することにより、通信の信頼性を確保し、通信異常の処理メカニズムを約束した。通信制御モジュール２３Ａは、電源を投入する時又はリセットされる時、自発的に接続要求を上位コンピュータ３０に送信する。ネットワークに異常が発生した場合、通信制御モジュール２３Ａは、上位コンピュータ３０とのネットワーク接続を自発的に遮断し、リセット回路２３３Ａにより自動にリセットされる。

図５は、本発明の実施例による高速データ採取システムのブロック図である。図５に示すように、図３に示すような高速データ採取システムを拡張して、より高い速度でデータを採取するという要求を満たす。例えば、この検査システム全体において、３つの上記データ採取システムを拡張することによって、高速採取の要求を満たす。各ユニット同士の動作同期は、信号処理モジュール２２Ａにより、拡張バスを介して伝達された採取起動信号及び同期パルスによって確保される。

図５に示すように、信号処理モジュール２２Ａは命令を発して検出機器を選択するとともに、同期パルス／起動信号を信号処理モジュール２２Ｂに送信する。この場合、検出機器から出力されたアナログ信号はデータ変換モジュール２１Ｂに入力される。データ変換モジュール２１Ｂは、入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換して、信号処理モジュール２２ＢのＲＡＭにバッファリングする。通信制御モジュール２３Ｂは、交換機(exchanger)６０を介して上位コンピュータ３０との接続を確立した後に、その動作状態が上位機器により制御され、１回の採取・変換の完了後、採取したデジタルデータをリアルタイムに上位コンピュータへ伝送する。

これと類似に、信号処理モジュール２２Ａは命令を発して検出機器を選択するとともに、同期パルス／起動信号を信号処理モジュール２２Ｃに送信する。このような場合、検出機器モジュールから出力されるアナログ信号はデータ変換モジュール２１Ｃに入力される。データ変換モジュール２１Ｃは、入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換して、信号処理モジュール２２ＣのＲＡＭにバッファリングする。通信制御モジュール２３Ｃは、交換機６０を介して上位コンピュータ３０との接続を確立した後に、１回の採取・変換の完了後、採取したデジタルデータをリアルタイムに上位コンピュータに伝送する。

本発明の実施例によれば、このようなデータ採取ユニットは、必要に応じて拡張することができ、多量データの高速採取にも良好な互換性及び適応性を有しており、採取ユニットを拡張することによってシステム要求を便利で迅速に満たすことができる。

以上述べたものは、本発明の具体的な実施の形態だけであり、本発明の保護範囲はこれに限定されるものではなく、当業者は、本発明の範囲を逸脱しない如何なる修正又は部分置換のいずれも本発明のクレームによって限定される範囲に含まれると理解すべきである。したがって、本発明の保護範囲は、クレームの保護範囲を基準とすべきでる。

図１は、本発明の快速触発走査及び従来技術の緩慢触発走査を説明するための模式図である。 図２は、本発明の面積倍増検出器及び従来技術による通常検出器を説明するための模式図である。 図３は、本発明の実施例によるイーサネットに基づく高速データ採取サブシステムの原理のブロック図である。 図４は、図３に示すようなイーサネットモジュールの詳細な構成のブロック図である。 図５は、本発明の実施例による鉄道車両検査システムに用いられる高速データ採取サブシステムのブロック図である。

Claims (10)

1. 放射結像システムであって、
   被検体を透射する放射線と同期信号とを発生する加速器と、
   放射線を検出する検出機器と、
   同期信号に基づき選択信号を発生して、１つの検出機器を選択し放射線を検出する信号処理手段と、
   前記検出機器により検出された信号をデジタルデータに変換して、前記信号処理手段にバッファリングするデータ変換手段と、
   画像処理機器に接続されて、前記信号処理手段にバッファリングされているデジタルデータを、前記接続により前記画像処理機器に伝送する通信制御手段と、
   を備える放射結像システム。
2. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
   前記データ変換手段と前記信号処理手段とは、パラレルバスを介して接続されることを特徴とする放射結像システム。
3. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
   前記信号処理手段と前記通信制御手段とは、パラレルバスを介して接続されることを特徴とする放射結像システム。
4. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
   前記通信制御手段と前記画像処理機器とは、高速シリアルバスを介して接続されることを特徴とする放射結像システム。
5. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
   前記信号処理手段と前記データ変換手段と前記通信制御手段とからなるデータ採取システムが拡張可能であることを特徴とする放射結像システム。
6. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
   前記信号処理手段と前記データ変換手段と前記通信制御手段とからなるデータ採取システムの拡張が、前記信号処理手段における拡張バスによって実現されることを特徴とする放射結像システム。
7. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
   前記通信制御手段が、ＲＩＳＣプロセッサによって実現されることを特徴とする放射結像システム。
8. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
   前記被検体を透射する放射線の走査周波数が４０Ｈｚを上回ることを特徴とする放射結像システム。
9. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
   前記被検体の動き速度が４ｋｍ／ｈを上回ることを特徴とする放射結像システム。
10. 請求項１に記載の放射結像システムであって、
    前記検出機器に含まれる検出ユニットの数量が拡張可能であることを特徴とする放射結像システム。

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