JP2012518782A - X線スキャナ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のX線スキャナ用に、図12は、直径800ミリメートルの復元サークル、8リングX線検出器アレイ及び毎秒240スライスの復元スキャンスピードを備えて20mAで動作するX線源に対する動作特性の一例を示す。なお、これに限定されない。図12から観察されることは、復元画像の信号対ノイズ比(SNR)が、管電圧に強力に依存していることである。管電圧が高くなるにつれて、復元画像の信号対ノイズ比(SNR)が良くなる。
本発明のX線スキャナにおけるコントラストは、1/SNRで定義される。なお、SNRは、信号対ノイズ比である。図12を参照すると、一の実施の形態において、150kVpでは、オープンフィールド画像において分解可能なコントラストは、(1/105)×100%=0.95%で判別される。この数字が小さいほど、描画システムのコントラスト分解能は、良くなる。当業者は、X線ビームを減衰させる物体を含む領域におけるコントラストは、オープンフィールド領域のもの以下となることに留意すべきである。その理由は、その領域を通過するX線フォトンの数は、オープンフィールド領域のものよりも少ないからである。
ダイナミックレンジは、(フルスケール信号)/(ダークノイズ)として定義される。ダークノイズは、検出器及び描画復元システムをアクティブにしたままで、X線源をスイッチオフすることによって得られる。もし、このダークレベルがゼロに規格化され、且つハイレベル(すなわち、ビームの中に物体が無い状態でスイッチオンされたX線ビームによって復元される強度)が1000に規格化される場合、ダイナミックレンジは、1000/(ダークイメージの中の標準偏差)に等しい。本発明の最適化されたX線スキャナは、一の実施の形態において、フルスケールで0.1%のオーダ若しくはそれ以下の復元ダークノイズを提供し、その結果として、1000またはそれ以上のダイナミックレンジとなる。
X線システムの固有の線形性は、X線源から放射されるX線スペクトラムのフィルタリング、X線管動作電圧、X線検出器の前のX線ビームのフィルタリング、及びX線検出器を製造する材料などの観点に依存する。また、X線システムの線形性の低下は、調査中の物体から散乱されるX線の検出と、及びX線システムそのものの部品から散乱するX線によって生じる。
SNR=(平均)/S.D.=σ2/σ=σ
SNR=σ2/(σ+σS)
本発明のX線スキャナのX線管ターゲットの熱負荷は、延長された操作期間に亘ってハイパワー操作を可能とするために最小にされる。第1の対策として、熱負荷の最小化は、アノードの小セクションのみが、どの時点においても、また、あまりにも短期間のみであっても、電子ビームによって照射される、ラージ分散型アノードを有することによって達成される。依然として、例えば、1点源あたり80μsの照射時間を有する分散型アノードは、およそ200度によってエレクトロン照射スポットの中心点での局所温度の上昇につながる。このように、第2の対策として、冷却流体は、アノードの周辺を通過するので、冷却剤は、アノードへと駆動される全パワーを抽出することができる(160kV,20mAで動作するシステムに対し2.4kW)。その結果、アノードは、延長された操作期間に亘り実質的に一定となる温度に維持される。冷却流体は、高イオン化閾値を有する低粘度及び良好な熱転写特性を有するように選択される。冷却流体の速度は、アノードから冷却流体への熱転写を最大とするために、冷却パイプにおける乱流を作るように維持される。
X線検出器のシンチレーション効率は、検出器の(逆バイアス状態で動作しているときの)フォトダイオードのリーク電流と同様に、温度に応じて変化する。従って、本発明のX線スキャナは、X線検出器の冷却を行い、周囲の条件とは独立に一定の動作温度を維持し、故に、X線画像の高い量的精度になる復元ボクセル値を安定化させる。
Claims (44)
- 複数の点源から描画ボリュームを通過してX線を放射するように配置されたX線源手段と、
前記描画ボリュームの周囲に配置され、X線の検出に反応して検出器信号を出力するように配置されたX線検出器のアレイと、
物体を前記描画ボリュームを通過して走査方向に搬送するように配置された搬送手段と、
検出器信号を処理して物体の画像を定義する画像データセットを生成するプロセス手段と、
を有し、前記画像は、走査方向と直交する少なくとも1の方向の分解能に対して、走査方向においては少なくとも90%の分解能を有することを特徴とするX線スキャナ。 - 前記走査方向の分解能は、他の2つの方向の分解能と実質的に等しいことを特徴とする請求項1に記載のX線スキャナ。
- 前記点源は、前記走査方向と直交する面内に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のX線スキャナ。
- 前記検出器のアレイは、前記走査方向に対して直交する共通の面内に配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 前記検出器のアレイは、前記走査方向において前記点源からオフセットされていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 前記検出器のアレイは、前記走査方向において少なくとも2つの検出器の幅であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 前記検出器は、複数のリング状に配置され、リングは、各面内にあることを特徴とする請求項6に記載のX線スキャナ。
- 前記面は、前記走査方向において互いに離間配置されていることを特徴とする請求項7に記載のX線スキャナ。
- 検出器は円周方向に幅を有し、各検出器は、走査方向において隣接し且つ円周方向において互いにオフセットされていることを特徴とする請求項6から8のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 各検出器は、円周方向に幅を有し、オフセットは幅未満であることを特徴とする請求項9に記載のX線スキャナ。
- 一連のスキャンサイクルの各々において1回所定のシーケンスにおいて点源をアクティブにする制御手段をさらに有することを特徴とする請求項1から10のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 制御手段は、スキャンサイクルの頻度を制御し、物体が、走査方向において検出器の間隔と等しい走査方向の距離を移動するためにスキャン周期の整数倍を要することを特徴とする請求項11に記載のX線スキャナ。
- 整数は、1よりも大きいことを特徴とする請求項12に記載のX線スキャナ。
- スキャンサイクルの頻度は、可変であり、スキャン方向の分解能は、調整できることを特徴とする請求項11から13のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 制御手段は、複数の物体速度に対して走査方向に一定の分解能を提供するために、スキャンの頻度を調整することを特徴とする請求項14に記載のX線スキャナ。
- 搬送手段は、少なくとも0.1m/s、又は少なくとも0.5m/s、又は少なくとも1.0m/sの速度で物体を搬送することを特徴とする請求項1から15のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 少なくとも50、又は少なくとも80、又は少なくとも100の信号対ノイズ比を有する画像データセットを生成することを特徴とする請求項1から16のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 画像は、5mmまたはそれ未満、又は4mmまたはそれ未満、又は3mmまたはそれ未満、又は2mmまたはそれ未満、又は1.1mmまたはそれ未満の走査方向のサイズを有するボクセルからなることを特徴とする請求項1から17のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- 画像ボクセルは、5mmまたはそれ未満、又は4mmまたはそれ未満、又は3mmまたはそれ未満、又は2mmまたはそれ未満、又は1.1mmまたはそれ未満の走査方向と直交する2つの方向にサイズを有することを特徴とする請求項18に記載のX線スキャナ。
- 本体と前記本体内に収納されたスキャナとからなる車両を有し、
前記スキャナは、
複数の点源からX線を発生するように構成されたX線源手段と、
前記線源からのX線を検出するように構成されたX線検出器のアレイと、
描画空間をスキャンするために各線源を起動するように構成された制御手段と
を有することを特徴とするモバイルスキャンニングシステム。 - さらに、物体をスキャナを通過して搬送するように構成されたコンベヤを有することを特徴とする請求項20記載のシステム。
- さらに、車両のサイドに接続されて、スキャナが使用されているときに車両のサイドを越えてコンベヤを延長するように配置された、少なくとも1つのコンベヤ延長部を有することを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- 前記本体は、物体がスキャナへと入るときに通過する入力開口を画定することを特徴とする請求項20から22のいずれか1に記載のシステム。
- 前記本体は、物体がスキャナから出るときに通過する出口開口を画定することを特徴とする請求項20から23のいずれか1に記載のシステム。
- 本体は、スキャナを使用しないときに開口をカバーするように構成されたパネルを含むことを特徴とする請求項23又は24に記載のシステム。
- スキャナは、請求項1から19のいずれか1によるスキャナであることを特徴とする請求項20から25のいずれか1に記載のシステム。
- スキャナ部と、
物体をスキャナ部に向けて搬送するように構成されたコンベヤからなる入力コンベヤ部と、
物体をスキャナ部から遠ざけるように移動させるように構成されたコンベヤからなる出力コンベヤ部と
を有し、コンベヤ部の少なくとも1つは、スキャナ部に着脱自在に接続されていることを特徴とするモジュラースキャナシステム。 - コンベヤ部の少なくとも1つは、車輪に装着されていることを特徴とする請求項27に記載のシステム。
- スキャナ部は、車輪に装着されていることを特徴とする請求項27又は28に記載のシステム。
- 着脱自在に接続されたコンベヤ部及びスキャナ部は、互いに取り付けられたときに、コンベヤ部とスキャナ部との間を電気的に接続するように構成された電気コネクタをそれぞれ有することを特徴とする請求項27から29のいずれか1に記載のシステム。
- コンベヤ部の一方は、本体と、本体内部に収納された固定コンベヤ部と、使用時には本体を越えて延在すると共に収納時には本体に向けて折りたたまれるように構成されたフォールディングコンベヤ部とを有することを特徴とする請求項27から30のいずれか1に記載のシステム。
- スキャナは、請求項1から19のいずれか1に記載のスキャナであることを特徴とする請求項27から31のいずれか1に記載のシステム。
- 複数の点源から描画空間を通過してX線を放射するように構成されたX線源手段と、
X線の検出に反応して検出器信号を出力するように構成されたX線検出器のアレイと、
点源の各々を順次起動する制御手段と、
検出信号を処理して、複数の物体の図の各々に相当する画像データセットを生成するプロセシング手段と、
複数の異なるユーザ入力を受け取るように構成されたユーザインターフェースと、
入力の各々に反応して映像の各々を表示するように構成されたディスプレイと、
を有することを特徴とするX線スキャナシステム。 - プロセシング手段は、点源の各々に対して平面画像データセットを生成するように構成され、
表示手段は、平面画像データセットの各々に相当する平面画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項33に記載のシステム。 - プロセシング手段は、3次元画像データセットを生成するように構成され、
表示手段は、3次元画像データセットに相当する3次元画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項33又は34に記載のシステム。 - プロセシング手段は、3次元画像データセットの複数を生成するように構成され、
表示手段は、3次元画像データセットの各々に相当する3次元画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項35に記載のシステム。 - プロセッサは、3次元画像データを操作して、異なる方向からの物体の映像を表す複数の異なる画像データセットを生成するように構成されていることを特徴とする請求項35に記載のシステム。
- 映像は、スキャナに対して所定の方向からのものであることを特徴とする請求項37に記載のシステム。
- プロセシング手段は、3次元画像データセットを解析して物体の向きを判別するように構成され、
映像は、物体に対して所定の方向からであることを特徴とする請求項37に記載のシステム。 - スキャナは、請求項1から19のいずれか1に記載のスキャナであることを特徴とする請求項33から39のいずれか1に記載のシステム。
- ユーザインターフェースは、各々がユーザ入力の対応する1つを受け取るように構成されている複数の入力部材からなることを特徴とする請求項33から40に記載のシステム。
- X線線源と、
スキャンニング空間を画定するX線検出器のアレイと、
スキャンニング空間へと物体を搬送する入口側コンベヤ、及び物体をスキャンニング空間から運び出す出口側コンベヤと、
入力側コンベヤにおいて第1及び第2の位置で物体の存在を検出するように構成された第1及び第2の入口側センサと、
出口側コンベヤにおいて第1及び第2の位置で物体の存在を検出するように構成された第1及び第2の出口側センサと、
センサからの信号に反応してX線源の起動を制御するように構成された制御手段と、
を有することを特徴とするスキャナシステム。 - X線検出器の最大8リングで、0.25m/s〜1.0m/sの搬送速度で復元3次元X線画像を生成し、1時間当たり8000〜3000個のスループットに相当し、全次元において等空間分解能(2mm及びそれ以上)であり、復元画素サイズは、1.5mm×1.5mm×1.5mm、若しくはそれ以下であり、復元画像の信号対ノイズ比は、50又はそれ以上であり、大抵は100を越えることを特徴とする請求項1から19のいずれか1に記載のX線スキャナ。
- X線源及び検出器は、固定されていることを特徴とする請求項1から19又は43のいずれか1に記載のX線スキャナ。
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