JP2014130142A

JP2014130142A - 固定式ｃｔ装置

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Publication number: JP2014130142A
Application number: JP2013262620A
Authority: JP
Inventors: Jinyu Zhang; 金宇張; Bin Sang; 斌桑; Zhanjun Duan; 占軍段; Li Zhang; 麗張; Ziran Zhao; 自然趙
Original assignee: Nuctech Co Ltd
Current assignee: Nuctech Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: RU2013157871A; JP5782101B2; CN103901488A; GB2509399B; GB2509399A; GB201322557D0; US9453937B2; EP2749872A1; US20140185743A1; DE202013105830U1; RU2566525C2; WO2014101391A1

Abstract

【課題】カーボンナノチューブに基づくＸ線源及び直線センサ構造を採用することにより、寸法及びコストを低減したＣＴ装置を提供する。
【解決手段】被検体が移動する走査経路と、複数の放射線射出点７１を有するＸ線源７と、Ｘ線源に対向して配置される複数のセンサモジュール１２とを備え、Ｘ線源と複数のセンサモジュールとにより、走査経路の少なくとも一部が部分的に包囲されている固定式ＣＴ装置が提供される。Ｘ線源７はカーボンナノチューブＸ線源であり、Ｘ線源の複数の放射線射出点のうちの少なくとも一部は、走査経路と交差する平面において、略Ｌ字形、略Π形、または直線状に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明はガントリーレスのＣＴ装置及び制御方法に関し、カーボンナノチューブ放射線源とセンサとの設計によって無回転ガントリーのＣＴ装置を構築し、被検体中の特異物質を識別する。特に、安全検査に適している。

従来のガントリーレスＣＴ装置において、複数の放射線射出点を有するＸ線源は一般に、リング形状又はエリアアレイ式センサを用いるため、体積が大きく、重量が大きく、価格が高い。

本発明の目的は、カーボンナノチューブに基づくＸ線源及び直線センサ構造を採用することにより、寸法及びコストを低減したＣＴ装置を提供することである。

本発明の実施形態に従うひとつの態様において、固定式ＣＴ装置が提供される。当該固定式ＣＴ装置は、被検体が移動する走査経路と、複数の放射線射出点を有する固定式Ｘ線源と、Ｘ線源に対向して配置される固定式の複数のセンサモジュールとを備え、Ｘ線源と複数のセンサモジュールとにより、走査経路の少なくとも一部が部分的に包囲されている。

実施形態の他の態様において、Ｘ線源の複数の放射線射出点のうちの少なくとも一部は、走査経路と交差する平面において、略Ｌ字形、略Π字形又は直線形のいずれかに配置される。

実施形態の他の態様において、複数のセンサモジュールの各々は、放射線受信面を有し、複数の放射線射出点から射出された放射線が放射線受信面の間を通過しないように、複数のセンサモジュールのそれぞれの放射線受信面は放射線射出点に対して、隙間なく隣接配置されている。

実施形態の他の態様において、複数のセンサモジュールのうちの少なくとも一部のセンサモジュールは、走査経路と交差する平面において、略Ｌ字形又は略Π字形に配置される。

実施形態の他の態様において、平面は走査経路に対して略垂直に交差するか、又は、平面は走査経路に対して傾斜して交差する。

実施形態の他の態様において、Ｘ線源の複数の放射線射出点は直線形に配置される。

実施形態の他の態様において、複数のセンサモジュールは略空間的に螺旋状に配置される。

実施形態の他の態様において、Ｘ線源の複数の放射線射出点は略空間的に螺旋状に配置される。

実施形態の他の態様において、Ｘ線源の複数の放射線射出点と複数のセンサモジュールのうちの、対応する放射線射出点とセンサモジュールとは同一の平面上に配置され、平面は走査経路に対して略垂直に交差するか、又は、平面は走査経路に対して傾斜して交差する。

実施形態の他の態様において、複数のセンサモジュールの各々は、Ｘ線源の複数の放射線射出点のうちの少なくとも１つから射出された放射線ビームを受信する。

実施形態の他の態様において、走査経路を被検体が移動する方向において、複数の放射線射出点は少なくとも一列に配置される。

実施形態の他の態様において、走査経路を被検体が移動する方向において、複数のセンサモジュールは少なくとも一列に配置される。

実施形態の他の態様において、当該固定式ＣＴ装置は、複数の放射線射出点と複数のセンサモジュールとの間に配置され、放射線ビームの量を制御するキャリブレーション装置をさらに備える。

実施形態の他の態様において、キャリブレーション装置は、タングステンニッケル鉄合金によって加工された校正格子である。

実施形態の他の態様において、キャリブレーション装置から複数のセンサモジュールのそれぞれの放射線受信面までの距離は、キャリブレーション装置から放射線射出点までの距離の５倍以上である。

実施形態の他の態様において、Ｘ線源がカーボンナノチューブＸ線源である。

実施形態の他の態様において、Ｘ線源の複数の放射線射出点に対する制御はＣａｎバスを介して実現され、複数の放射線射出点の間の距離が等しく、複数の放射線射出点は、直線方向に沿って順に放射線を射出するか、または曲線方向に沿って順に放射線を射出する。

実施形態によれば、カーボンナノチューブＸ線源を用い、Ｘ線源とセンサモジュールとを合理的にレイアウトする。その結果、従来のガントリーレスＣＴ装置の欠点を克服し、ＣＴ装置の小型化を実現し、フットプリントを削減し、ＣＴ装置の応用性を向上させることができる。

図１は本発明の実施形態にかかる固定式ＣＴ装置の模式図である。図２は本発明の実施形態にかかる放射線源、センサ及びキャリブレーション装置の配置模式図である。図３は本発明の実施形態にかかる放射線源及びセンサの配置模式図である。図４は本発明の実施形態にかかる放射線源及びセンサの配置模式図である。図５は本発明の実施形態にかかる放射線源及びセンサの配置模式図である。図６は本発明の実施形態にかかる放射線源及びセンサの配置模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１〜６に示すように、実施形態に従うガントリーレスの固定式ＣＴ装置１０は、走査経路４と、複数の放射線射出点７１を含む固定式Ｘ線源７と、Ｘ線源７に対向して配置される固定式の複数のセンサモジュール１２とを備える。複数のセンサモジュール１２の少なくとも一部のセンサモジュールは、走査経路４と交差する平面において、略Ｌ字形（図２、３、４、６参照）または略Π形（図５参照）に配置されてよい。該平面は、走査経路４または搬送装置１の搬送方向に対して略垂直であるか、又は一定の角度をなしてもよい。複数の放射線射出点７１と複数のセンサモジュール１２とは、走査経路４の有効走査領域１３を部分的に囲んで配置される。固定式ＣＴ装置１０は、センサモジュール１２を固定するためのセンサアームフレーム５と、サンプリング制御ユニット６と、コンピュータ再構築ユニット８と、被検体２を搬送するための搬送装置１とをさらに含んでもよい。センサアームフレーム５は、略Ｌ字形（図２、３、４、６）又は略Π字形（図５）の形状を有してもよい。複数の放射線射出点７１は、一列の射出点又は複数列の射出点によってアレイを形成してもよい。また、選択として、センサモジュール１２は、例えば、半円形、Ｕ形、円弧形、放物線形などのような他の形状に配置されてもよい。

Ｘ線源７はカーボンナノチューブＸ線源であってもよい。Ｘ線源７の複数の放射線射出点７１のうちの少なくとも一部は、走査経路４と交差する平面において、略Ｌ字形（図３参照）、略Π形、または直線状（図２、４、５、６参照）に配置される。該平面は、走査経路４または搬送装置１の搬送方向に対して略垂直であるか、又は一定の角度をなしてもよい。また当該平面と上述した平面とは同一平面であっても異なる平面であってもよい。図２に示すように、上記Ｘ線源７の異なる放射線射出点７１から射出される全てのＸ線ビームの扇形のカバー範囲は、走査経路４内の有効走査領域１３を完全にカバーする。Ｘ線源７のそれぞれの射出点７１のＸ線射出ビームはサンプリング制御ユニット６によって制御され、射出点７１の射出時間及び強度が調整される。また、Ｘ線源７は、制御可能な複数の放射線射出点を含めば、ほかの適切なＸ線源であってもよい。

図２〜５に示すように、それぞれのセンサモジュール１２は放射線受信面１２１を有する。複数の放射線射出点７１から射出される放射線が放射線受信面１２１の間を通過しないように、複数のセンサモジュール１２の放射線受信面１２１は、放射線射出点７１に対して、隙間なく配置される。複数のセンサモジュール１２はセンサアームフレーム５上において、放射線射出点７１に対して隙間ができないように、互いに隣接して配置され、センサの放射線受信面は放射線ビームの方向において共に重ならない。複数のセンサモジュール１２はエリアアレイ又はリニアアレイを構成してもよい。

図２に示すように、走査経路４と交差する平面において放射線射出点７１は列（曲線、略Ｌ字形であってもよい）又は直線状に配列される。放射線射出点７１の一端９を通る放射線ビーム９１と放射線射出点７１の他端１４を通る放射線ビーム１４１のそれぞれの延長線は交点１５で交わる。該交点１５とセンサモジュール１２の放射線受信面１２１の中心とを結ぶ線は、センサモジュール１２の放射線受信面１２１に対して垂直である。上述した平面は、走査経路４または搬送装置１の搬送方向に対して略垂直であるか、又は一定の角度をなしてもよい。

複数のセンサモジュール１２は略空間的に螺旋状に配置されてもよく、Ｘ線源７の複数の放射線射出点７１も略空間的に螺旋状に配置されてもよい。Ｘ線源７の複数の放射線射出点７１と複数のセンサモジュール１２のうちの、対応する放射線射出点７１とセンサモジュールとは同一の平面上に配置されてもよい。該平面は、走査経路４または搬送装置１の搬送方向に対して略垂直であるか、又は一定の角度をなしてもよい。

それぞれのセンサモジュール１２は、Ｘ線源７の複数の放射線射出点７１のうちの少なくとも１つから射出される放射線を受信する。

図２〜６に示すように、走査経路４と交差する同一の平面内において、放射線射出点７１とセンサモジュール１２とが配置される。該平面は、搬送装置１の搬送方向に対して略垂直であるか、又は一定の角度をなしてもよい。搬送装置１の搬送方向において、複数の放射線射出点７１は少なくとも一列に配列され、複数のセンサモジュール１２は少なくとも一列に配列される。図６に示すように、複数の放射線射出点７１は二列以上に配列され、複数のセンサモジュール１２は二列以上に配列されてもよい。

図２に示すように、実施形態に従う固定式ＣＴ装置１０は、放射線ビームの量を制御するキャリブレーション装置１１をさらに備え、該キャリブレーション装置１１は複数の放射線射出点７１と複数のセンサモジュール１２との間に配置される。キャリブレーション装置１１は校正格子であってよい。校正格子からセンサモジュール１２の受信面１２１までの距離は、校正格子から放射線射出点７１までの距離の５倍以上であってよい。

図３に示すように、センサアームフレーム５が略Ｌ字形構造であるか、又はセンサモジュール１２が略Ｌ字形に配列される固定式ＣＴ装置１０において、Ｘ線源７の放射線射出点７１は略Ｌ字形に配置されてもよい。

一定の時間帯において、センサアームフレーム５上のセンサモジュール１２の受信面１２１に到達したＸ線エネルギーは、Ｘ線源７の単一の放射線射出点７１から照射されてもよく、Ｘ線源７のいくつかの放射線射出点７１の組み合わせから照射されてもよい。Ｘ線源７の異なる放射線射出点７１から射出されるＸ線の強度は、プログラムによって制御することができる。Ｘ線源７の放射線射出点７１の数量は、走査経路４内の有効走査領域１３の大きさと関連する。全ての放射線射出点７１から射出されるＸ線ビームは、走査経路４内の有効走査領域１３をカバーする。

Ｘ線源７のそれぞれの放射線射出点７１の放射線射出方式は、固定式ＣＴ装置１０のサンプリング制御方式と関連している。それぞれの放射線射出点７１のトリガーは、固定式ＣＴ装置１０のサンプリング制御ユニット６によって制御される。サンプリング制御ユニット６のインストラクションにより、Ｘ線源７の放射線射出点７１はＸ線を順に射出することができ、その射出間隔、周波数はサンプリング制御ユニット６のインストラクションに従う。Ｘ線源７の射出点７１は所定の間隔で射出してもよく、プログラムの制御により射出してもよい。

センサアームフレーム５又はセンサモジュール１２とＸ線源７の放射線射出点７１とが配置される平面は、走査経路４を被検体２が通過する方向に対して垂直であってもよい。また、センサアームフレーム５又はセンサモジュール１２とＸ線源７の放射線射出点７１は、空間螺旋線のような空間曲線に配置されてもよい。センサモジュール１２とＸ線源７は、走査経路４の有効走査領域１３を囲んで配置される。

センサアームフレーム５には複数のセンサモジュール１２が取付けられている。センサモジュール１２は走査経路４の有効走査領域１３を囲んで円弧形の領域を形成してもよい。それぞれのセンサアームフレーム５には一列以上のセンサモジュール１２が取付けられてもよい。センサアームフレーム５上のセンサモジュール１２の列数は、固定式ＣＴ装置１０の走査速度と関連している。速度が遅い（一般に、搬送装置１の移動速度が０.２５ｍ／ｓ未満である）場合、センサモジュール１２の列数は３列以下であってもよく、速度が速い（一般に、搬送装置１の移動速度が０.３ｍ／ｓを超える）場合、センサモジュール１２の列数は５列以上であり、また、センサモジュール１２はエリアアレイ式センサモジュールであってもよい。

センサアームフレーム５にはセンサモジュール１２が取付けられているとともに、それはセンサモジュール１２を支持固定する。センサアームフレーム５のＸ線源７に面する位置には、軽量材料からなる封止部材が取付けられている。それは、走査経路４内の塵埃及び雑物がセンサアームフレーム５に入ることを防止する。

センサアームフレーム５には、直線センサモジュール１２又はエリアアレイ式センサモジュール１２’が取付けられてもよい。センサモジュール１２の数量及び分布方式は、Ｘ線源７の長さ、及び複数の放射線射出点７１の分布方位と関連している。センサモジュール１２とＸ線源７は、走査経路４内の有効走査領域１３がすべてＸ線ビームによってカバーされることを保証する。

複数の放射線射出点７１を有するＸ線源７の固定式ＣＴ装置１０において、サンプリング制御ユニット６はＣａｎバスを介して、Ｘ線源７に対する制御、センサモジュール１２に対する制御、及びコンピュータ再構築ユニット８に対する制御を行う。サンプリング制御ユニット６は通信プロトコル、冗長制御、及び非常事態の制御サポートを提供する。センサモジュール１２内の制御ユニットはサンプリング制御ユニット６のインストラクションを解析することにより、サンプリング開始のインストラクションを発行し、サンプリングデータを転送及びエラー訂正を行い、センサモジュールのサンプリングしたデータをコンピュータ再構築ユニット８に転送する。

コンピュータ再構築ユニット８は、ガントリーレスの固定式ＣＴ装置１０のデータの解析、再構築及び特徴識別を実現する重要な装置である。サンプリングされたデータがコンピュータ再構築ユニット８に転送されると、コンピュータ再構築ユニット８は、まず、データパッケージのフォーマットに基づいてデータを分類し、データの由来を確定する。走査領域４内の被検体に基づく特徴マトリックスを構築した後、特徴マトリックスにおける対応する特徴値を求め、その特徴値とデータベースにおける特異物質の特徴値とを対比することにより、当該物質が特別に注意するべき物質であるか否かを判定する。さらに警告するか否かのヒントを与える。

走査経路４は、被検体２を搬送して移動させる通路を提供するとともに、余分なＸ線を遮蔽する遮蔽壁を有する。遮蔽壁は輻射防止の材料からなる。該輻射防止の材料は、例えば、鉛、鋼材又はほかの重金属であってもよい。

検査過程において、被検体２は一定の速度で搬送装置１のコンベアを介して走査経路４内を移動する。被検体２が光電センサ３を触発した時、Ｘ線源７はビーム射出の準備状態に入り、被検体２が走査有効領域１３内に入ったとき、サンプリング制御ユニット６はＸ線源７の放射線射出点７１を制御して電子ビームを射出させ、放射線射出点７１にＸ線を連続的に又は断続的に発生させる。同時に、サンプリング制御ユニット６はサンプリング開始のインストラクションを発行し、対応位置にあるセンサモジュール１２はデータサンプリングを開始するとともに、サンプリングされるデータの時刻及びセンサモジュール１２の位置を記録する。サンプリングされたデータは専用ケーブルを介してコンピュータ再構築ユニット８に転送される。コンピュータ再構築ユニット８によって、同一時刻における射出点７１を制御するインストラクション情報と、サンプリングされたデータ情報とを比較することにより、Ｘ線のエネルギー値をキャリブレーションした後、対応位置のデータを再構築し、被検体２の物質特性に基づくマトリックスを構築する。コンピュータ再構築ユニット８が演繹的に解を求めることにより、対応位置における被検体２のひとつ以上の物質特性を取得し、一つの断層位置における物質特性データを構築する。被検体２が一定の速度で移動するにつれて、コンピュータ再構築ユニット８は被検体全体の物質特性データを層ごとに取得し、専用の識別計算手法によって断層データ特性を集中分析して判定する。その結果をデータベースにおける物質特性テーブルと比較し、被検体２の中にユーザが関心を持つ特異物質が含まれるか否かの結果を出す。結果は、コンピュータ再構築ユニット８のディスプレイ８１を介して表示される。

実施形態において、Ｘ線源７の放射線射出点７１の位置変換を用い、放射線射出点７１と走査サンプリング領域を変換することにより、異なる時刻におけるＸ線ビーム１９と２０を得て、データをサンプリングしてよい。さらに、伝統的なコンピュータ断層走査技術（即ちＣＴ技術）を用い、物体、又はセンサアームフレーム５やＸ線源７を回転させずに、被検体に対する断層走査が実現される。

コンピュータ再構築の過程において、コンピュータが断層データを再構築する精度は、被検体を観察する角度に関連する。実施形態は、カーボンナノチューブ材料に基づくＸ線源を用いる。一定の長さ範囲内において、射出点間の距離は同じであってもよい。サンプリング制御ユニット６はプログラム制御を行なう。放射線射出点７１が放射線を射出する順序は、直線に沿ってもよく（図２、３、４、５における矢印１６に示す）、曲線に沿ってもよい。曲線２２は、エリアアレイ式Ｘ線源７’の射出点から放射線を射出する順序を示す。これは、空間螺旋式の配列方式であり、システムの再構築精度を最大限に向上させることができる。

被検体は、一定の速度で走査経路４を通過してもよく、走査が完成するまで走査領域内において静止していてもよい。コンピュータシステムは、荷物の断層の物質特性を識別することにより物質を分類する。物質の特性はひとつだけに限らず、例えば密度や原子番号であってもよい。

実施形態にかかる固定式ＣＴ装置は、断層データの計算及び分析を高速で実行することができるので、高速安全検査システムに有用である。

Claims

被検体が移動する走査経路と、
複数の放射線射出点を有する固定式Ｘ線源と、
前記Ｘ線源に対向して配置される固定式の複数のセンサモジュールと、
を備え、
前記Ｘ線源と前記複数のセンサモジュールとにより、前記走査経路の少なくとも一部が部分的に包囲されている固定式ＣＴ装置。
前記Ｘ線源の前記複数の放射線射出点のうちの少なくとも一部は、前記走査経路と交差する平面において、略Ｌ字形、略Π字形又は直線形のいずれかに配置される、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記複数のセンサモジュールの各々は、放射線受信面を有し、前記複数の放射線射出点から射出された放射線が前記放射線受信面の間を通過しないように、前記複数のセンサモジュールのそれぞれの前記放射線受信面は前記放射線射出点に対して、隙間なく隣接配置されている、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記複数のセンサモジュールのうちの少なくとも一部のセンサモジュールは、前記走査経路と交差する平面において、略Ｌ字形又は略Π字形に配置される、請求項１又は２に記載の固定式ＣＴ装置。
前記平面は前記走査経路に対して略垂直に交差するか、又は、前記平面は前記走査経路に対して傾斜して交差する、請求項２又は４に記載の固定式ＣＴ装置。
前記Ｘ線源の前記複数の放射線射出点は直線形に配置される、請求項４に記載の固定式ＣＴ装置。
前記複数のセンサモジュールは略空間的に螺旋状に配置される、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記Ｘ線源の前記複数の放射線射出点は略空間的に螺旋状に配置される、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記Ｘ線源の前記複数の放射線射出点と前記複数のセンサモジュールのうちの、対応する放射線射出点とセンサモジュールとは同一の平面上に配置され、前記平面は前記走査経路に対して略垂直に交差するか、又は、前記平面は前記走査経路に対して傾斜して交差する、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記複数のセンサモジュールの各々は、前記Ｘ線源の前記複数の放射線射出点のうちの少なくとも１つから射出された放射線ビームを受信する、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記走査経路を前記被検体が移動する方向において、前記複数の放射線射出点は少なくとも一列に配置される、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記走査経路を前記被検体が移動する方向において、前記複数のセンサモジュールは少なくとも一列に配置される、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記複数の放射線射出点と前記複数のセンサモジュールとの間に配置され、放射線ビームの量を制御するキャリブレーション装置をさらに備える、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。
前記キャリブレーション装置は、タングステンニッケル鉄合金によって加工された校正格子である、請求項１３に記載の固定式ＣＴ装置。
前記キャリブレーション装置から前記複数のセンサモジュールのそれぞれの前記放射線受信面までの距離は、前記キャリブレーション装置から前記放射線射出点までの距離の５倍以上である、請求項１３または１４に記載の固定式ＣＴ装置。
前記Ｘ線源がカーボンナノチューブＸ線源である、請求項１から１５のいずれか一項に記載の固定式ＣＴ装置。
前記Ｘ線源の前記複数の放射線射出点に対する制御はＣａｎバスを介して実行され、前記複数の放射線射出点の間の距離が等しく、前記複数の放射線射出点は、直線方向に沿って順に放射線を射出するか、または曲線方向に沿って順に放射線を射出する、請求項１に記載の固定式ＣＴ装置。