JP2019515280A - 放射信号処理システム - Google Patents

Abstract

デュアルエネルギーベースのＸ線走査システムは、高エネルギー検出器および低エネルギー検出器を備えた線形検出器アレイを有する。透過したＸ線が検出器に入射する角度の変更と、透過したＸ線が高低エネルギー検出器および低エネルギー検出器を通過する順番の変更とを含む信号処理方法が使用される。これによって、生成された画像の高分解能と、優れた透過性能との両方が得られる。

Description

関連出願との相互参照

本出願の優先権は、２０１６年５月３日に出願され「放射信号処理システム」と題された、米国特許仮出願第６２／３３０，９０５号に基づいている。当該米国仮出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。

本明細書は、一般に、放射エネルギー撮像システムの分野に関し、より具体的には、隠された物体を検出し、対象の材料を特定するために改良されたデュアルエネルギーベースのシステムに関する。

放射線画像は、検査されている物体を透過又は散乱した放射線の検出によって生成される。存在する材料の密度、原子番号及び総量は、放射線の減衰の程度、故に、生成される放射線画像の性質及び種類を決定する。Ｘ線又はガンマ線光子が様々なＸ線経路に沿って移動するときの平均吸収を測定することによって、Ｘ線又はガンマ線光子が通過する材料の特性についての情報を得ることが可能である。散乱Ｘ線の強度は、Ｘ線を散乱させる物質の原子番号（Ｚ）に関係する。一般に、２５未満の原子番号の場合、Ｘ線後方散乱又はＸ線反射率の強度は、原子番号の増加とともに減少する。他方で、高い原子番号（Ｚ＞７０）を有する材料は、Ｘ線スペクトルのローエンド及びハイエンドの高い減衰を特徴とする。従って、Ｘ線画像は、主に、対象物の内部（貨物内など）に存在する様々な物質の原子番号の変化によって変調される。

最終的な画像は、対象物の内部に存在する様々な材料の原子番号に応じて変調されるので、Ｘ線撮像システムが暗い領域を有する画像を生成することは、良くあることである。これらの暗い領域は危険物の存在を示しているかもしれないが、危険物の正確な性質に関する情報はほとんど無い。さらに、従来のＸ線システムによって生成された放射線写真は、これらの放射線写真において、画像を混乱させる可能性のある物体が重ね合わされているため、読み取りが困難であることが多い。従って、訓練を受けたオペレータが、各画像を調査し読み取って、危険物などの目標対象物が存在するかどうかについての見解を作る必要がある。オペレータの疲労及び注意散漫は、交通量の多い通過地点及び港などで、多数の係るＸ線写真を読み取るときに、検出性能を損なう可能性がある。自動化されたシステムであっても、システムが高スループットで動作している場合、誤警報の数を低く抑えるという暗黙の要件に適合することは困難である。

Ｘ線撮像からより有用な情報と明瞭さとを得る１つの方法は、デュアルエネルギーシステムを使用して、コンテナ又は荷物の中の材料の実効原子番号を測定することである。ここで、Ｘ線ビームは、低エネルギーＸ線ビームと高エネルギーＸ線ビームとの２つの大きなカテゴリに分けられる。しばし、これは、低エネルギーＸ線に優先的に反応する薄い第１Ｘ線検出器にＸ線ビームを通すことによって達成される。次に、このフィルタリングされたビームは、第２の検出器に向けられる。第２の検出器は、残りのＸ線ビームに反応し、スペクトルのより高エネルギー部分に向けて重み付けられる。次に、実効原子番号は、高エネルギー信号と低エネルギー信号との間の差をとることによって測定される。この方法は、６０ｋＶ〜４５０ｋＶの範囲のＸ線エネルギービームに対して特に有効である。この場合、検査下の対象物の線形減衰係数の急激な変化によって、低エネルギースペクトル領域と高エネルギースペクトル領域との間の良好なコントラストがもたらされる。

デュアルエネルギーシステムにおける高エネルギー信号及び低エネルギーの信号を処理する際の課題は、透過Ｘ線が検出器に入射する角度の変化と、透過Ｘ線は高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器を通過する順番の変化とを含む。上記課題は、逆に、計算結果の精度に影響する。

従って、従来の信号処理方法直面する課題に対処し、生成された画像の高分解能のみならず、より良好な透過性能を提供するために、デュアルエネルギー撮像システムにおける信号処理の方法及びシステムの改良が求められている。

本明細書は、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを生成するように構成されたＸ線源と、線形検出器アレイとを有し、前記線形検出器アレイは、前記高エネルギーＸ線を検出して高エネルギー画素データを生成するように構成された高エネルギーＸ線検出器と、前記低エネルギーＸ線を検出して低エネルギー画素データを生成するように構成された低エネルギーＸ線検出器とを少なくとも有するデュアルエネルギーベースのＸ線走査システム用の信号処理方法であって、前記線形検出器アレイを使用して、前記高エネルギー画素データと低エネルギー画素データとを生成する工程と、前記線形検出器アレイとデータ通信するプロセッサを用いて、高エネルギー画素データ及び低エネルギーの画素データを形状にサンプリングし、サンプリングされた高エネルギー画素データとサンプリングされた低エネルギー画素データとをそれぞれ点の軌跡の形に作成する工程と、前記プロセッサを用いて、サンプリングされた高エネルギー画素データ及びサンプリングされた低エネルギー画素データに基づいて、複数の等価検出器厚みを計算する工程と、前記プロセッサを用いて、前記複数の等価検出器厚みに基づいて、実効値Ｚ（実効原子番号、以下「実効値Ｚ」と称す）を測定する工程と、前記プロセッサを用いて、前記サンプリングされた高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データに対する強度の値を測定する工程と、前記プロセッサを使用して、実効値Ｚ及び強度に基づいて画像を生成する工程と、前記画像をディスプレイ上に表示する工程とを有するデュアルエネルギーベースのＸ線走査システム用の信号処理方法を開示する。

高エネルギー画素データと低エネルギーとを形状にサンプリングする工程は、高エネルギー画素データと低エネルギー画素データとを、所定の円弧上に等間隔の点として挿入する工程を含んでも良い。

実効値Ｚを測定する工程は、さらに、サンプリングされた高エネルギー画素データとサンプリングされた低エネルギー画素データとを使用する工程を含んでも良い。

実効値Ｚを測定する工程は、ルックアップテーブルにアクセスして、前記複数の等価検出器厚みの関数に対する、実効値Ｚに関するデータを読み出す工程を有しても良い。

前記関数は、前記Ｘ線源の経路に配置された周知の特性を有する吸収体を通過する透過を測定することによって決定されても良い。なお、前記Ｘ線源は、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを生成するように構成されている。

吸収体を前記Ｘ線源に隣接する電動搬送路に配置することによって、前記高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを、前記吸収体の中に通過させても良い。

前記吸収体は、階段状構成に配置された複数の異なる材料を含んでも良い。

複数の異なる材料は、プラスチック、アルミニウム、及び鋼を含んでも良い。

前記吸収体は、複数の異なる材料を含み、前記複数の異なる材料の各材料は、異なる長さを有し、前記複数の異なる材料のうちの別の材料の上に配置されて階段状構成を作成しても良い。

サンプリングされた高エネルギー画素データとサンプリングされた低エネルギー画素データとの強度の値を測定する工程は、サンプリングされた高エネルギー画素データ、サンプリングされた低エネルギー画素データ、及びルックアップテーブルから得られた所定の変数を使用する工程を含んでも良い。

前記所定の変数は、減少する低エネルギー画素を補償するために必要とされる高エネルギーの量に重み付けをする曲線から決定されても良い。

実施の形態によっては、本明細書は、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを発生するように構成されたＸ線源と、線形検出器アレイと、非一過性メモリとデータ通信するプロセッサを含むコントローラと、前記コントローラとデータ通信するディスプレイとを有し、前記線形検出器アレイは、前記高エネルギーＸ線を検出して高エネルギー画素データを生成するように構成された複数の高エネルギーＸ線検出器と、前記低エネルギーＸ線を検出して低エネルギー画素データを生成するように構成された複数の低エネルギーＸ線検出器と有し、前記コントローラは、前記高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データを受け取り、高エネルギーの画素データ及び低エネルギー画素データを形状にサンプリングして、サンプリングされた高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データをそれぞれ複数の点の軌跡の形に作成し、サンプリングされた高エネルギー画素データ及びサンプリングされた低エネルギー画素データに基づいて複数の等価検出器厚さを計算し、前記複数の等価検出器の厚さに基づいて実効値Ｚを測定し、前記サンプリングされた高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データ用に強度の値を測定し、前記実効値Ｚ及び前記強度に基づいて画像を生成するように構成され、前記ディスプレイは、前記画像を受け取って前記画像を表示するデュアルエネルギーＸ線走査システムを開示する。

高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データを形状にサンプリングする工程は、前記高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データを、所定の円弧上の等間隔の複数の点として挿入する工程を有しても良い。

実効値Ｚを測定する工程は、さらに、サンプリングされた高エネルギー画素データ及びサンプリングされた低エネルギー画素データを使用する工程を含んでも良い。

実効値Ｚを測定する工程は、ルックアップテーブルにアクセスして、前記複数の等価検出器厚みの関数に対する、実効値Ｚに関するデータを取得する工程を含んでも良い。

前記関数は、前記Ｘ線源の経路に配置された周知の特性を備えた吸収体の透過を測定することによって決定され、前記Ｘ線源は、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸを生成するように構成されても良い。

前記Ｘ線源と隣接する電動搬送路に吸収体を配置することによって、前記高エネルギーＸ線及び前記低エネルギーＸ線は、前記吸収体を通過させられ、前記吸収体は、階段状の構成に配置された複数の異なる材料を有しても良い。

前記複数の異なる材料は、プラスチック、アルミニウム、及び鋼鉄を含み、前記複数の異なる材料の各材料は、異なる長さを有し、前記複数の異なる材料のうちの他の材料の上に配置されて、階段状構成を作成しても良い。

サンプリングされた高エネルギー画素データ及びサンプリングされた低エネルギー画素データの強度の値を測定する工程は、サンプリングされた高エネルギー画素データ、サンプリングされた低エネルギー画素データ、及びルックアップテーブルから取得した所定の変数を使用する工程を含んでも良い。

前記所定の変数は、減少する低エネルギー画素を補償するために必要とされる高エネルギーの量に重み付けをする曲線から決定されても良い。

一実施の形態において、本明細書は、Ｘ線を検出して検出画像画素を生成する少なくとも高エネルギーＸ線検出器及び低エネルギーＸ線検出器を含む線形検出器アレイを含むデュアルエネルギーベースのＸ線走査システム用の信号処理方法を記載する。当該方法は、ＨＥ（高エネルギー）及びＬＥ（低エネルギー）検出画素データを別の軌跡にリサンプリングする工程と、元の画素データから空間的にリサンプリングされた各画素に対してＬＥ及びＨＥ等価検出器の厚さを計算する工程と、各リサンプリングされた画素について実効値Ｚを測定する工程と、各リサンプリングされた画素対に対して強度の値を測定する工程と、実効値Ｚ及び強度のリサンプリングされた画素値を用いて表示画像を提示する工程とを含む。

検出された画素を別の軌跡の点にリサンプリングする工程は、検出された画素を所定の円弧上の等距離点として挿入する工程を含んでも良い。実効値Ｚを測定する工程は、検出された画素の高及び低エネルギー値と、線形検出器アレイの高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器の厚さ値とを少なくとも使用する工程を含んでも良い。

実効値Ｚを測定する工程は、ルックアップテーブルを用いて決定される高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器の厚さの関数を使用する工程を含んでも良い。高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器の厚みの関数は、Ｘ線走査システム内で放出されるＸ線の経路において、周知の特性を有する吸収器を使用することによって得られても良い。

Ｘ線走査システムのＸ線源に隣接する電動搬送路上に材料を置くことによって、放射されたＸ線ビームを、周知の特性を有する複数の材料からなる吸収体を通過させても良い。

検出された画素の強度値を測定する工程は、検出された画素の高及び低エネルギー値と、ルックアップテーブルから得られる所定の変数とを使用する工程を含んでも良い。所定の変数は、減少する低エネルギー画素を補償するために必要とされる高エネルギーの量を最良に重み付けする曲線から得られる。

検出された画像は、Ｘ線走査システムに連結された任意のディスプレイ端末上に表される一般的に均一な画像である。

一実施の形態では、本明細書は、少なくとも高エネルギーＸ線検出器及び低エネルギーＸ線検出器を含む線形検出器アレイを含むデュアルエネルギーベースのＸ線走査システムを記載し、検出器はＸ線を検出して、検出された画像画素を生成する。検出された画像画素は、検出画像を得るために処理される。処理は、ＨＥ（高エネルギー）及びＬＥ（低エネルギー）検出画素データを別の軌跡にリサンプリングする工程と、元の画素データから空間的にリサンプリングされた各画素に対するＬＥ及びＨＥ等価検出器の厚みを計算する工程と、各リサンプリングされた画素に対する実効値Ｚを決定する工程と、各リサンプリングされた画素対について強度の値を測定する工程と、実効値Ｚ及び強度のリサンプリングされた画素値を用いて表示画像を提示する工程とを含む。

検出された画素を別の軌跡の点にリサンプリングする工程は、検出された画素を所定の円弧上の等距離点として挿入する工程を含む。

実効値Ｚを測定する工程は、線形検出器アレイの高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器の厚みの値と、検出画素の高エネルギー値及び低エネルギー値とを少なくとも使用する工程を含んでも良い。実効値Ｚを測定する工程は、ルックアップテーブルを用いて決定される高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器の厚みの関数を使用する工程を含んでも良い。

検出画像は、Ｘ線走査システムに結合された適宜のディスプレイ端末上に提示することができる一般的に均一な画像である。

本発明の上記及びその他の実施の形態は、以下に示す図面及び詳細な説明においてより深く記載される。

例示的なデュアルエネルギーＸ線ベース撮像システムの概要を示す。 本明細書の実施の形態による、線形検出器アレイと、検出器アレイを透過する様々なＸ線の角度とを示す図である。 本明細書の実施の形態による高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器を含む線形検出器アレイを示す概略図である。 本明細書の実施の形態に係る信号処理方法を示すフローチャートである。 本明細書の実施の形態による、検出された画素をサンプリングする方法を示す。 本明細書の実施の形態による例示的なアルファ曲線を示す図である。 本明細書の実施の形態による、放射線画像をスクリーン上にレンダリングするために使用される例示的なルックアップテーブルを示す。 本明細書の実施の形態により、３つの例示的な材料に対応してプロットされた（ＨＥ−ＬＥ）対（ＨＥ＋ＬＥ）曲線をグラフを示す。 本明細書の実施の形態による例示的な検出器アセンブリを示す。 本明細書の実施の形態により、ビーム経路内に配置される吸収器を示す。 本明細書の実施の形態により、ビーム経路内に配置された吸収器を示す。

本発明の上記及び他の特徴及び効果は、添付の図面と関連させて考慮するとき、以下の詳細な説明を参照することによって理解される。

本明細書は、デュアルエネルギー撮像システム用の改良された高エネルギー及び低エネルギー線形放射線検出器アレイを記載する。当該システムにおいて、線形検出器アレイの２組の検出器（高エネルギー及び低エネルギーに対応する）は、程度が異なるようにセグメント化されている。セグメント化とは、検出器をより小さな別々の部分に分割することをいう。検出器がより多くにセグメント化されていると、それにより、より細かい画素化が提供され、故に、その空間分解能を改善し、衝突するＸ線の正確な位置を明確に特定するために使用することができる。これと比較して、検出器内のセグメント化の厚みを薄くしたり又はより小さくすると、間近のＸ線が入射したり、吸収され、検出される容量が大きくなる。本明細書の実施の形態では、高エネルギー検出器は、粗い画素化（厚いセグメント化）を有して、その透過性能を改善する。一実施の形態では、低エネルギー検出器は、より細かくセグメント化されている。低エネルギー検出器の分解能が高いほど、ワイヤ分解能が向上し、小さなワイヤを見る能力が向上する。一方、高エネルギー検出器の低い分解能により、透過性能の向上が生じることが分かる。様々な実施の形態において、本明細書は、低エネルギー特性及び高エネルギー特性の両方を提供する線形検出器アレイを提供する。

本明細書は、複数の実施の形態に向けられている。以下の開示は、当業者が本発明を実施可能とするために提供されている。本明細書で使用される言語は、いずれかの特定の実施の形態の一般的な否認として解釈されるべきではなく、又は特許請求の範囲を明細書中で使用される用語の意味を超えて限定するために使用されるべきではない。本明細書で定義される一般的な原理は、本発明の権利範囲から逸脱することなく、他の実施の形態及び用途に適用される。また、使用される用語及び表現は、例示的な実施の形態を記載する目的のためであり、限定的なものとみるべきではない。従って、本発明は、開示された原理及び特徴に一致する多くの代替例、修正例、及び等価例を含む最も広い権利範囲が与えられるべきである。明確性のために、本発明に関連する技術分野において周知の技術的材料に関する詳細は、本発明を不必要に不明瞭にしないために、詳細には記載していない。

本出願の明細書及び特許請求の範囲において、「有する」、「含む」、及び「備える」の単語の各々及びその形態の各々は、必ずしも単語が関連している目録の部材に限定するものではない。特定の実施の形態に関連して記載される任意の特徴又は構成要件が、他に明白に示されない限り、任意の他の実施の形態とともに使用され、実施されることに留意すべきである。

本明細書で説明されるすべての方法は、プロセッサで実行され、非一過性メモリに記憶されるプログラム命令で具体化されることを理解すべきである。プロセッサは、開示されたＸ線システムの１つ又は複数の部品とデータ通信する。このシステムは、Ｘ線スキャナや、検出器アレイ、ディスプレイモニタを含む。プロセッサは、任意の個数のチップ、チップモジュール上のシステム、マザーボード、集積ハードウェアプラットフォーム、又は分散ハードウェアプラットフォームを含んでも良い。

図１は、例示的なデュアルエネルギーＸ線ベースの撮像システムの概要を示す。この実施例では、撮像システムは、荷物検査に使用され、空港やその他の中継地点で一般的に使用される。図１を参照すると、Ｘ線検査システム１００の動作中に、手荷物などの物体１０５は、コンベヤ１１５に載せられて手荷物走査エンクロージャ１１０を通過するように平行移動される。エンクロージャ１１０は、Ｘ線源と複数の検出素子とを備える。Ｘ線源は、搬送される物体１０５を透過放射線で照射し、検出素子は物体１０５を透過した放射線を収集する。収集された放射線のレベルは、コンピュータなどの処理システムを用いて処理され、搬送された物体１０５の走査画像を生成し、必要であれば保存する。機械構成によっては、画像を記憶することができる。画像が保存される期間は、要件に基づく。生成された画像は、オペレータが画像を検閲したり検査するために、モニタ１２５等の表示装置に提示される。特定の動作モードでは、画像は、離れたオペレータに送られる。その後、オペレータが、対応する画像のオペレータの検閲に基づいて、走査された対象物の内容を物理的に検査したい場合に、オペレータは、適切な時間にコンベア１１５を停止させることによって、アクセス領域１３０を介して走査対象物にアクセスできるようになる。Ｘ線ベースの撮像システム１００の例示的な実施の形態は、Rapiscan 620DVシステムである。このシステムは、デュアルビュー・マルチエネルギーシステムであり、ラピスキャンシステム株式会社から市販されている。

実施の形態では、低エネルギーＸ線信号は、２０ｋｅＶから最大管エネルギーの範囲内のエネルギーを有する。実施の形態では、低エネルギーＸ線信号は、５０ｋｅＶから最大管エネルギーまでの範囲内のエネルギーを有する。一実施の形態では、最大管エネルギーは１６０ｋｅＶである。高エネルギー信号と比較した低エネルギー信号の割合又は比は、高エネルギー検出器に対するものよりも低エネルギー検出器の中では大きい。

様々な実施の形態において、本明細書は、線形検出器アレイを提供する。従来、検出器アレイは、各セクションが約１００ｍｍの長さである短いセクションにセグメント化される。アレイ内では、各セクションは、入射点でＸ線ビームに対して垂直になるように角度付けされている。しかし、そのような検出器アレイは、製造が困難である。本明細書は、線形に配置された高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器を有する検出器アレイを提供することによって、この問題に取り組む。

本明細書によって提供されるような線形検出器アレイを使用することによって、デュアルエネルギーシステムにおける高エネルギー及び低エネルギー信号の処理において直面する問題の１つは、透過Ｘ線の角度が変化すると、Ｘ線が通過する検出器の領域も変化することである。そして、それがクロストークにつながる可能性がある。これを図２に示す。図２を参照すると、Ｌ１ ２０１、Ｌ２ ２０２、及びＬ３ ２０３は、高エネルギー検出器Ｈ１ ２１１、Ｈ２ ２１２、及びＨ３ ２１３に近接して配置された低エネルギー検出器である。Ｘ線２５５，２５７、２５８は、様々な角度で高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器に入射する。このように、光線２５７は、検出器Ｌ２ ２０２及びＨ３ ２１３を通過し、光線２５５は、Ｌ２ ２０２及びＨ２ ２１２を通過し、光線２５８は、Ｌ２ ２０２及びＨ１ ２１１を通過する。図から、Ｘ線２５５が、検出器に完全に垂直に入射することが分かる。このＸ線は、２つの隣接する検出器の特定の幅を通過する。この幅を、Ｘ ２６０と称す。しかしながら、光線２５７及び２５８は、ある角度で検出器に入射し、故に、２つの隣接する検出器の幅２６２を通過する。この幅は、Ｘ ２６０よりも大きい。その理由は、光線２５７がＬ２ ２０２及びＨ３ ２１３を通って移動する距離が、光線２５５がＬ２ ２０２及びＨ２ ２１２を通って移動する距離よりも大きいためである。このように、デュアルエネルギー信号は、処理中にこの変化に対して調整される必要がある。

さらに、Ｘ線が検出器に入射する角度が変化すると、高エネルギー検出器と低エネルギー検出器との間のアライメントも変化する。従って、角度変化は、様々なＸ線が異なる厚さの検出器を通過することを意味するだけでなく、Ｘ線が、第１の検出器と、第１の検出器の直の背後にはない第２の検出器を通過し得ることを意味する。このように、これは、高エネルギーＸ線が一の位置で高エネルギー検出器に入射し、同じＸ線ビームの関係する低エネルギー成分が別の位置の検出器に入射し、それにより、実際に入射してきたＸ線に対する混乱を生じさせることを意味する。結果として、画素の処理は、この変化に対しても調整される必要がある。本明細書は、前述の信号処理の問題に効果的に対処する方法を提供する。

一実施の形態では、この方法は、（図１を参照して記載するように）Ｘ線撮像システムの処理システムによって実行される。このシステムは、Ｘ線を使用して走査された物体の画像を生成する。図３は、本明細書の実施の形態により、高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器の両方を含む線形検出器アレイを示す概略図である。図３を参照すると、一組の高エネルギー（ＨＥ）検出器３３５が、一組の低エネルギー（ＬＥ）検出器３２５に隣接して配置されて、デュアルエネルギー線形検出器アレイを形成する。一実施の形態では、高エネルギー検出器３３５は、厚めにセグメント化された低分解能検出器であり、透過性能が改善されるように設計されている。一方、低エネルギー（ＬＥ）検出器３２５は、薄くセグメント化された高分解能検出器であり、ワイヤ分解能（小さなワイヤを見る能力）が改善されるように設計されている。換言すれば、各ＨＥ検出器は、その隣接するＬＥ検出器よりも大きな厚さを有する。別の実施の形態では、各ＨＥ検出器は、検出器アレイ内の各ＬＥ検出器よりも大きな厚さを有する。別の実施の形態では、各ＨＥ検出器の厚さは、その隣接するＬＥ検出器に対して、１％〜３００％の厚さであり、その範囲内のすべての数値増分である。

図４は、一実施の形態による信号処理方法を示すフローチャートである。図４を参照すると、ステップ４０１において、検出された画素が線形空間内でサンプリングされる。一実施の形態では、サンプリングは、検出された画素を等距離点として仮想円弧上に挿入することによって実行される。高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器を通過するＸ線は、対応する高エネルギー・低エネルギー信号を生成する。尚、各検出器信号は、画素を表しても良い。図５は、本明細書の実施の形態による、検出された画素をサンプリングする方法のグラフ表示を示す。図５に示すように、これらの信号は、等距離点を有する仮想円弧５４５上にマッピングされるように置かれる。実施の形態によっては、信号は、適宜の仮想形状の上に差し込まれて、点の代替軌跡を生成しても良い。これによって、オペレータは、画像のアスペクト比を調整するために、画像を拡大又は圧縮することができる。さらに、実施の形態によっては、点の異なる軌跡を、視点ジオメトリの各タイプに対して使用しても良い。

図５に示す円弧５４５は、コーナー５５０内の密集した数と、縁部５５２に向かう希薄な数とが、等間隔の円弧に投影されていることを示唆する。実施の形態では、物理的検出素子３２５，３３５（図３に示す）は、走査トンネルの縁部に沿って配置されるため、より密な検出器信号（画素）が、図５に示すように、放射線源５６０から離れた検出器アレイのコーナー５５０の近くで観察される。

これは、処理方法の第一歩であり、線形空間の画素をリサンプリングする工程を含む。従って、１つ又は複数の低エネルギー検出器からの値は、１つの等価スケーリングされた低エネルギー画素にリサンプリングされ、１つ又は複数の高エネルギー検出器値は、１つの等価高エネルギー画素にリサンプリングされる。その結果は、垂直形態に配列された画素アレイと等価な２つの新しいデータセットである（一方のデータセットは低エネルギー放射線に対応し、他方のデータセットは高エネルギー放射線に対応する）。この場合、このようにリサンプリングされた画素５５４は、円弧のような新しい軌跡に沿って配置される。

リスケーリングされた高エネルギー及び低エネルギーのデータセット内の低エネルギー画素及び高エネルギー画素の各々は、アレイのその点におけるＸ線ビームの入射角に応じて、微妙に異なるフロントセンサの厚み及びリアセンサの厚みに対応する。例えば、垂直入射ビーム（例えば、図２に示す軌道２５５）では、Ｘ線ビームが横断する低エネルギー検出材料及び高エネルギー検出材料の厚さは、単一の低エネルギー検出器及び単一の高エネルギー検出器の実際の厚さに等しい。対照的に、斜め入射のビーム（例えば、図２に示す軌道２５８）では、Ｘ線ビームが横断する低エネルギー検出材料及び高エネルギーの検出材料の厚さは、単一の低エネルギー検出器及び単一の高エネルギー検出器の実際の厚さより大きくなる。従って、Ｘ線源と検出器アレイとの間のＸ線ビーム経路内の材料の実効原子番号（Ｚ-effective）を計算するために、一組の重み関数を決定又は計算することが必要である。高エネルギー及び低エネルギーのリスケーリングされた画素毎の１のデュアル重み関数は、リスケーリングされたデュアルエネルギー画素の各々に対応するビームが横切る検出器材料の厚みの変動を補償する。

再び図４を参照すると、Ｘ線源と検出器アレイとの間の経路内の材料の実効原子番号（Ｚeff）を計算する前に、ステップ４０２において、サンプリングされた画素は、高エネルギー及び低エネルギーでリサンプリングされた画素の両方における、検出器材料の等価の厚みに対して較正される。Ｚeffは、Ｘ線源と検出器との間のＸ線ビーム内の全ての材料を表す総合原子番号である。

ステップ４０３では、Ｚeffを以下の式を用いて計算する。
Zeff = ( Hi_i-Lo_i )/( Hi_i+Lo_i )+ w_i ( thi_i/tlo_i ) ........ (1)

ここで、Hi_iは、画素ｉでの高エネルギーを指す。Lo_iは、画素ｉでの低エネルギーを指す。thi_iは、画素ｉでの高エネルギー検出器の厚みを指す。tlo_iは、画素ｉでの低エネルギー検出器の厚さを指す。w_iは、低エネルギー検出器までの高エネルギー検出器の厚みの関数を指す。

一実施の形態では、w_iは、ルックアップテーブルを使用して計算され、本明細書で後述するプロセスに基づいて決定される。一実施の形態では、ルックアップテーブルの内容は、限定はしないが、X線撮像システムのモンテカルロモデルなどの演算手段を使用して、または、X線ビーム特性の実験測定値によって生成される。代替の方法が、実効原子番号を計算するために使用されることは、当業者には理解されるであろう。この方法は、Hi_iとLo_iの対数値の使用、代替の重み係数の使用、及びHi_iとLo_iの非線形の組み合わせの使用を含むが、これらに限定されない。

次のステップ４０４において、次の式を使用して、画素単位で強度（I_i）が計算される。
I_i = ( Lo_i + alpha ( Lo_i ) Hi_i ) /( 1 + alpha (Lo_i )) ..... (2)

ここで、アルファ（alpha）は、ルックアップテーブルからの変数である。Lo_i は低物体減衰である。H_i は、高物体減衰である。

一実施の形態では、Lo_iの高い値（低物体減衰）に対して、アルファはゼロに設定され、Lo_iの小さな値（高物体減衰に近い）に対して、アルファは１に増やされる。これらの２つの点の間で、アルファは、予め定義された形状の連続単調増加曲線として定義される。通常、同じアルファ曲線が、画像内の全ての画素に対して使用されるべきである。図６は、ｘ軸６０２上に示される０から最大値までの範囲にあるLo_iの値に相当する例示的なアルファ曲線６００を示す。図６に示されるように、アルファは、Lo_iの最大値で０の値を有し、且つ、Lo_iの最小値（則ち、ゼロ）では、アルファの値が１に増加する、任意の曲線６００として表される。実施の形態によっては、アルファは、表示された空間分解能を最大にすると同時に、最高透過性能を提供するために、減少する低エネルギー信号を補償するために必要な高エネルギーの量に最も重みを加える曲線として決定される。

再び図４を参照すると、最終画像を検査スクリーン上にレンダリングするために、ステップ４０５において、画像内の各画素は、その強度及びそのＺeffの両方に応じて着色される。これは、通常、ルックアップテーブルを使用して達成される。

図７は、本明細書の実施の形態により、放射線画像をスクリーン上にレンダリングするために使用される例示的なルックアップテーブル７００を示す。一実施の形態では、非常に薄い材料厚さ（例えば、ビーム減衰が１％未満）に対しては、放射線画像は、一般的にグレースケールで着色される。非常に高い物体減衰に対しては（例えば、１０，０００で１より大きい場合）、画像もグレースケールで着色され、２つのグレースケール領域の間では、画像は、材料の種類に従って着色される。ルックアップテーブル７００は、それぞれのＺeff値に対する材料強度のプロットを、放射線画像に適用される対応する色とともに示す。図示されるように、領域７０２，７０４及び７０６に入る材料の画素はグレースケールで表され、Ｚeff値７０８が低い有機材料は橙色で表され、中間のＺeff値７１０を有する無機材料は緑色で表され、高いＺeff値７１２を有する材料は青色で表され、非常に高いＺeff値７１４を有する材料は紫色で表される。他の実施の形態では、適宜の適切な色スキームが選択されて、特定の用途において要求されるような多数の色バンドにおいて、異なるＺeff値を有する材料を放射線画像内に表す。

本明細書の実施の形態において、低エネルギー検出器に対する高エネルギー検出器の厚みの関数（式（１）からのｗ）は、Ｘ線源及び検出器アレイの間の経路にある材料の実効原子番号（Ｚeff）を計算するのに必要とされ、既知の厚さの吸収体をＸ線ビームに置くことによって計算される。当業者は、ナイロン、鉛、鋼及びアルミニウム等の既知の吸収材料は、密度、厚み、実効原子番号（Ｚeff）及び線形減衰係数等の既知の特性を有することを理解する。「ｗ」は、高エネルギー検出器及び低エネルギー検出器の両方の厚み及び構成の関数であるため、実験的に判別することができる。「ｗ」を計算して、Ｚeffを決定するためには、各材料に対応する実験データを、（ＨＥ−ＬＥ）対（ＨＥ＋ＬＥ）のグラフの形でプロットするのが一般的である。なお、ＨＥは高エネルギー、ＬＥは低エネルギーを示す。図８は、鋼８０１、アルミニウム８０２及びプラスチック８０３を含む３つの例示的な材料に対応する（ＨＥ−ＬＥ）対（ＨＥ＋ＬＥ）曲線をプロットしたグラフを示す。これらの曲線をプロットすると、これらの曲線を使用して、既知のＺeffを有する材料に相当する曲線を、所定の（ＨＥ＋ＬＥ）値に対する垂直軸に挿入することによって、適宜の材料のＺeffを決定する。

図９において、本明細書の実施の形態による代表的な検出器アセンブリ６００が示されている。検出器アセンブリ６００は、光を通過させない外方エンクロージャ９１０と、データ収集回路基板９１１と、線形検出器アレイを含む検出器回路基板９１２と、を備える。線形検出器アレイは、コリメータアパーチャ９１３を通過するＸ線を検出する低エネルギー検出器９１４及び高エネルギー検出器９１５を備える。サービスアクセスポート９１６は、外方エンクロージャ９１０の壁に設けられて、検出器９１４，９１５及びデータ取得回路基板９１１の保守を可能にする。一実施の形態において、検出器アセンブリ９００は、検査下の対象物の扇状ビームＸ線画像を形成するために、走査トンネルの２つ又は３つの側面の周りに延在する。一実施の形態において、図９に示されるように、検出器アセンブリ９００の前面の寸法は、１００ｍｍ×８０ｍｍである。

好ましい実施の形態では、放射線シールディングは、迷光及び散乱放射線がデータ取得電子機器と相互作用するのを最小限に抑え、さらに、機械の全体的な放射線フットプリントを最小限に抑えるために、Ｘ線検出器に隣接して、又はＸ線検出器と一体的な部材として配置される。

一実施の形態では、Ｘ線ビームは、Ｘ線源に隣接する電動搬送路に吸収体を配置することによって、異なる材料の吸収体を通過する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、ビーム経路における吸収器の配置を示す。図１０Ａに示されるように、一実施の形態では、プラスチック１００１、アルミニウム１００２、及び鋼鉄１００３から作製される３つの吸収材が、ビーム経路内に階段状構成に配置される。一度走査されると、これらの階段状吸収体からのデータが使用されて、定量イメージングのために撮像システムを較正するために、図８に示すようなＺeffチャートを作成する。別の実施の形態では、吸収体は、スチール、アルミニウム及びナイロンのような周知の材料からなる円筒状の階段状構成１００４として配置されてもよい。図１０Ｂに示すように、これらの吸収体階段状構成１００６は、撮像システム設計そのものに取り込まれて、システムのＸ線管の周りを包み込み、ルーチン較正手順の一部としてＸ線ビーム７０８に挿入されたり除去されたりする。

空間領域でのリサンプリング、Ｚeffの計算、及び強度の計算を行い、リサンプリングされた画像を生成する本信号処理アプローチは、Ｚeff（Ｚ）対強度（Ｉ）画像になることが理解される。このＺ対Ｉ画像は、任意のディスプレイ端末上に提示することができる一般的に均一なデータセットを生成する。従来、ディスプレイ端末は、機械固有のデータの画像を調整するために、機械固有の情報を必要とする。しかし、本信号処理アプローチによって、検出器アレイが較正されたＺ及びＩ画像を出力するとき、機械固有の変動が自動的に考慮される。このように、ディスプレイ端末は、対象である材料を特定するために、Ｚ対Ｉに相当する１つのルックアップテーブルを有することのみが必要である。当業者は、Ｚ対Ｉルックアップテーブルが普遍的であり、使用されている機械のタイプにかかわらず同じ結果を提供することを理解する。すなわち、Ｚ対Ｉテーブル上の特定の点は、使用される機械に拘わらず同じ材料に対応する。

上記の実施例は、本発明のシステムの多数の用途の単なる例示である。本発明のいくつかの実施の形態のみが本明細書に記載されているが、本発明は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに多数の他の特定の形態で実施されることを理解すべきである。このように、本実施例及び実施の形態は例示的であって限定的ではなく、本発明を添付の特許請求の範囲内で変更することができる。

１００ 撮像システム
１０５ 物体
１１０ 手荷物走査エンクロージャ
１１０ エンクロージャ
１１５ コンベヤ
１１５ コンベア
１２５ モニタ
３２５ 低エネルギー（ＬＥ）検出器
３３５ 高エネルギー（ＨＥ）検出器
３３５ 高エネルギー検出器
５６０ 放射線源
７００ ルックアップテーブル
９１４ 低エネルギー検出器
９１５ 高エネルギー検出器
１００１〜１００４、１００６ 吸収体階段状構成

Claims (20)

1. 高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを生成するように構成されたＸ線源と、線形検出器アレイとを有し、前記線形検出器アレイは、前記高エネルギーＸ線を検出して高エネルギー画素データを生成するように構成された高エネルギーＸ線検出器と、前記低エネルギーＸ線を検出して低エネルギー画素データを生成するように構成された低エネルギーＸ線検出器とを少なくとも有するデュアルエネルギーベースのＸ線走査システム用の信号処理方法であって、
   前記線形検出器アレイを使用して、前記高エネルギー画素データと低エネルギー画素データとを生成する工程と、
   前記線形検出器アレイとデータ通信するプロセッサを用いて、高エネルギー画素データ及び低エネルギーの画素データを形状にサンプリングし、サンプリングされた高エネルギー画素データとサンプリングされた低エネルギー画素データとをそれぞれ点の軌跡の形に作成する工程と、
   前記プロセッサを用いて、サンプリングされた高エネルギー画素データ及びサンプリングされた低エネルギー画素データに基づいて、複数の等価検出器厚みを計算する工程と、
   前記プロセッサを用いて、前記複数の等価検出器厚みに基づいて、実効値Ｚ（実効原子番号、以下「実効値Ｚ」と称す）を測定する工程と、
   前記プロセッサを用いて、前記サンプリングされた高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データに対する強度の値を測定する工程と、
   前記プロセッサを使用して、実効Ｚ及び強度に基づいて画像を生成する工程と、
   前記画像をディスプレイ上に表示する工程と
   を有することを特徴とする信号処理方法。
2. 高エネルギー画素データと低エネルギーとを形状にサンプリングする工程は、高エネルギー画素データと低エネルギー画素データとを、所定の円弧上に等間隔の点として挿入する工程を含む、請求項１に記載の信号処理方法。
3. 実効値Ｚを測定する工程は、さらに、サンプリングされた高エネルギー画素データとサンプリングされた低エネルギー画素データとを使用する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
4. 実効値Ｚを測定する工程は、ルックアップテーブルにアクセスして、前記複数の等価検出器の厚みの関数に対する実効値Ｚに関するデータを取得する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
5. 前記関数は、前記Ｘ線源の経路に配置された周知の特性を有する吸収体を通過する透過を測定することによって決定され、
   前記Ｘ線源は、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線と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４に記載の信号処理方法。
6. 吸収体を前記Ｘ線源に隣接して自動化された電動搬送路に配置することによって、前記高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを、前記吸収体の中を通過させている、請求項５に記載の信号処理方法。
7. 前記吸収体は、階段状構成に配置された複数の異なる材料を含むことを特徴とする請求項５に記載の信号処理方法。
8. 複数の異なる材料は、プラスチック、アルミニウム、及び鋼を含むことを特徴とする請求項７に記載の信号処理方法。
9. 前記吸収体は、複数の異なる材料を含み、前記複数の異なる材料の各材料は、異なる長さを有し、前記複数の異なる材料のうちの別の材料の上に配置されて階段状構成を作成することを特徴とする請求項５に記載の信号処理方法。
10. サンプリングされた高エネルギー画素データとサンプリングされた低エネルギー画素データとの強度の値を測定する工程は、サンプリングされた高エネルギー画素データ、サンプリングされた低エネルギー画素データ、及びルックアップテーブルから得られた所定の変数を使用する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
11. 前記所定の変数は、減少する低エネルギー画素を補償するために、必要とされる高エネルギーの量に重み付けをする曲線から決定されることを特徴とする請求項１０に記載の信号処理方法。
12. 高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを発生するように構成されたＸ線源と、
    線形検出器アレイと、
    非一過性メモリとデータ通信するプロセッサを含むコントローラと、
    前記コントローラとデータ通信するディスプレイと
    を有し、
    前記線形検出器アレイは、
    前記高エネルギーＸ線を検出して高エネルギー画素データを生成するように構成された複数の高エネルギーＸ線検出器と、
    前記低エネルギーＸ線を検出して低エネルギー画素データを生成するように構成された複数の低エネルギーＸ線検出器と有し、
    前記コントローラは、
    前記高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データを受け取り、
    高エネルギーの画素データ及び低エネルギー画素データを形状にサンプリングして、サンプリングされた高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データをそれぞれ複数の点の軌跡の形に作成し、
    サンプリングされた高エネルギー画素データ及びサンプリングされた低エネルギー画素データに基づいて複数の等価検出器の厚さを計算し、
    前記複数の等価検出器の厚さに基づいて実効値Ｚを測定し、
    前記サンプリングされた高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データ用に強度の値を測定し、
    前記実効Ｚ及び前記強度に基づいて画像を生成する、
    ように構成され、
    前記ディスプレイは、前記画像を受け取って前記画像を表示することを特徴とするデュアルエネルギーＸ線走査システム。
13. 高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データを形状にサンプリングする工程は、前記高エネルギー画素データ及び低エネルギー画素データを、所定の円弧上の等間隔の複数の点として挿入する工程を有することを特徴とする請求項１２に記載のデュアルエネルギーＸ線走査システム。
14. 実効値Ｚを測定する工程は、さらに、サンプリングされた高エネルギー画素データ及びサンプリングされた低エネルギー画素データを使用する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデュアルエネルギーＸ線走査システム。
15. 実効値Ｚを測定する工程は、ルックアップテーブルにアクセスして、前記複数の等価検出器厚み関数に対する実効値Ｚに関するデータを取得する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデュアルエネルギーＸ線走査システム。
16. 前記関数は、前記Ｘ線源の経路に配置された周知の特性を備えた吸収体の透過を測定することによって決定され、前記Ｘ線源は、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ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１５に記載のデュアルエネルギーＸ線走査システム。
17. 前記Ｘ線源と隣接する電動搬送路に吸収体を配置することによって、前記高エネルギーＸ線及び前記低エネルギーＸ線は、前記吸収体を通過させられ、
    前記吸収体は、階段状の構成に配置された複数の異なる材料を有することを特徴とする請求項１５に記載のデュアルエネルギーＸ線走査システム。
18. 前記複数の異なる材料は、プラスチック、アルミニウム、及び鋼鉄を含み、
    前記複数の異なる材料の各材料は、異なる長さを有し、前記複数の異なる材料のうちの他の材料の上に配置されて、階段状構成を作成することを特徴とする請求項１７に記載のデュアルエネルギーＸ線走査システム。
19. サンプリングされた高エネルギー画素データ及びサンプリングされた低エネルギー画素データの強度の値を測定する工程は、サンプリングされた高エネルギー画素データ、サンプリングされた低エネルギー画素データ、及びルックアップテーブルから取得した所定の変数を使用する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデュアルエネルギーＸ線走査システム。
20. 前記所定の変数は、減少する低エネルギー画素を補償するために必要とされる高エネルギーの量に重み付けをする曲線から決定されることを特徴とする請求項１９に記載のデュアルエネルギーＸ線走査システム。
    

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