JP5357724B2 - Ｘ線断層撮影検査システム - Google Patents

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Description

本発明はＸ線走査に関する。特に、手荷物、小包、その他の不審な物についてのセキュリティチェックに応用されるが、その他の適当な応用にも同様に使用される。
Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）走査装置は、ここ何年かに渡り空港でセキュリティチェックに使用されてきた。従来のシステムは、ある軸を中心に回転するＸ線管と、これと一緒に同じ速度で同じ軸を中心に回転するアーチ形のＸ線検出器を有する。コンベアベルト上を手荷物が運ばれ、このコンベヤベルトは中心となる回転軸の周りの適当な開口部の中に設置され、Ｘ線管の回転と共に、この回転軸に沿って移動する。ファンビーム状のＸ線が放射源から対象物を通過し、Ｘ線検出器アレーで検出される。
Ｘ線検出器アレーは対象物を通過したＸ線の強度を記録し、その長さ方向に沿った数箇所で対象物を検出する。１セットの投影データは多数の放射源の角度それぞれにおいて記録される。この記録されたＸ線の強度から、断層撮影（断面）画像を構成することができ、通常、フィルタ補正逆投影法により行われる。手荷物や小包等の対象物の正確な断層撮影画像を生成するため、Ｘ線は放射源から全ての面に渡って対象物を通過する必要があることが証明されている。これを上記の構成では、Ｘ線放射源の回転走査と、対象物が運ばれるコンベヤの長手方向の移動により行っている。
このタイプのシステムではＸ線断層撮影の走査を行うことが可能な速度は、Ｘ線放射源とＸ線検出器アレーを保持する構台の回転速度に依存する。最新のＣＴ用構台では、Ｘ線管と検出器のアセンブリと構台の全体を毎秒２〜４回転させるようにしている。これにより、断層撮影走査を毎秒４〜８回まで行うことができる。
最新技術が開発されると共に、単環状のＸ線検出器は複環状の検出器に置き換わってきている。これにより、多数の断層（典型的には８）を同時に走査することができ、単環状の装置に適応させたフィルタ補正逆投影法を使用して再構成することができる。この撮像システムを通るコンベヤの連続的な動きを伴い、放射源は対象物に対し、らせん形に走査する動きを示す。これにより、より洗練されたコーンビーム画像再構成法を適用することができ、より正確な立体画像再構成が原理的に行える。
更なる開発では、掃引電子ビーム走査装置の動作確認が医学応用において行われ、これにより、機械式走査機構のＸ線放射源とＸ線検出器は不要となり、これに置き換わる１つ（または複数）の連続した環状のＸ線検出器が対象物の周りを囲み、検査に際しては、アーチ形アノードの周りを電子ビームが掃引する結果、移動するＸ線放射源が生じる。これにより、従来の走査装置よりも高速に画像を得ることができる。しかし、電子源が回転軸上にあるため、このような掃引ビーム走査装置は、回転軸に近接し、これと平行して通過するコンベヤシステムとの互換性はない。
走査装置を通過するコンベヤシステムとの互換性を有し、かつ高速な走査が可能なＸ線検査システムを提供する。
本発明は物品を検査するＸ線走査システムを提供し、このＸ線走査システムは、走査容積の周りに延在し、放射されるＸ線が走査容積を通過できるように配向された複数の点状放射源を構成するＸ線放射源と、同様に走査容積の周りに延在し、点状放射源からの走査容積を通過したＸ線を検出し、検出されたＸ線に基づく出力信号を生成するように構成されたＸ線検出器アレーと、走査容積を通過して物品が運ばれるように構成されたコンベヤを有する。
本発明が更に提供するネットワーク検査システムは、Ｘ線走査システムと、ワークステーションと、Ｘ線走査システムをワークステーションに接続するように構成された接続手段とを有し、Ｘ線走査システムは、走査容積の周りに延在し、放射されるＸ線が走査容積を通過できるように配向された複数の点状放射源を構成するＸ線放射源と、同様に走査容積の周りに延在し、点状放射源からの走査容積を通過したＸ線を検出し、検出されたＸ線に基づく出力信号を生成するように構成されたＸ線検出器アレーと、走査容積を通過して物品が運ばれるように構成されたコンベヤとを有する。
本発明が更に提供する物品を仕分けする仕分けシステムは、各物品の複数の走査領域を走査することによって走査装置出力を生成するように構成された断層撮影走査装置と、走査装置出力を解析して各物品を複数の区分の１つに少なくとも部分的には走査装置出力に基づき割り当てるように構成された解析手段と、物品を少なくとも部分的には物品が割り当てられた区分に基づき仕分けするように構成された仕分け手段とを有する。
本発明が更に提供するＸ線走査システムは、Ｘ線を走査領域の周りにある複数のＸ線放射源位置から発生させるように構成されたＸ線放射源と、走査領域を透過したＸ線を検出するように構成された第１の検出器セットと、走査領域内の散乱Ｘ線を検出するように構成された第２の検出器セットと、第１の検出器セットからの出力を処理して走査領域の画像を構成する画像データを生成し、画像データを解析して画像内の対象物を識別し、第２の検出器セットからの出力を処理して散乱データを生成し、散乱データの各部分を対象物に対応させるように構成された処理手段とを有する。
本発明が更に提供するＸ線走査装置からのデータを収集するデータ収集システムは、画像の各領域にそれぞれ対応する複数の領域を有するメモリと、複数のＸ線検出器からの入力データを所定の順序で受信するように構成されたデータ入力手段と、入力データから画像の各領域に対応するＸ線透過データとＸ線散乱データを生成し、このＸ線透過データとＸ線散乱データを適切なメモリ領域に保存するように構成された処理手段とを有する。
本発明が更に提供するＸ線走査システムは、対象物を走査して対象物の断層撮影Ｘ線画像を構成する走査データを生成するように構成された走査装置と、走査データを解析して画像データの少なくとも１つのパラメータを抽出して対象物を少なくとも１つの前記パラメータに基づいて複数の区分の１つに割り当てるように構成された処理手段とを有する。
Ｘ線検査システムにおいて、走査装置を通過するコンベヤシステムとの互換性を有すること、および高速な走査を可能とする。
図１は本発明の第１の実施形態に係るリアルタイム断層撮影セキュリティ走査システムの長手方向断面である。 図１ａは図１のシステムのＸ線放射源の斜視図である。 図１のシステムの平面図である。 図１のシステムの模式的な側面図である。 図１のシステムのデータ取得システムを形成する部分の模式図である。 図１のシステムの危険性検出システムを形成する部分の模式図である。 図１の走査システムを含む本発明の実施形態に係る手荷物仕分けシステムの模式図である。 本発明の更なる実施形態に係る手荷物仕分けシステムの模式図である。 図８ａは本発明の更なる実施形態に係る手荷物仕分けシステムの模式図である。 図８ｂは本発明の更なる実施形態に係る手荷物仕分けシステムの模式図である。 図８ｃは本発明の更なる実施形態に係る手荷物仕分けシステムの模式図である。 本発明の更なる実施形態に係るネットワーク型手荷物仕分けシステムの模式図である。 本発明の更なる実施形態に係るスタンドアロン型走査システムの模式的な平面図である。 図１０のシステムの模式的な側面図である。 本発明の更なる実施形態に係るモジュール式走査システムの模式的な側面図である。 Ｘ線散乱現象の図である。 本発明の更なる実施形態に係るセキュリティ走査システムの長手方向断面である。 どのように異なる散乱現象が検出されるかを示す図１４のシステムの更なる長手方向断面である。 図１４のシステムの横断面である。 図１４の走査システムのデータ取得システムの模式図である。 本発明の更なる実施形態に係る２種類のエネルギーに対する走査装置の部分図である。 図１８の走査装置の更なる部分図である。 本発明の更なる実施形態の２種類のエネルギーのＸ線放射源の模式図である。 本発明の更なる実施形態に係る走査装置の検出器アレーの模式図である。 本発明の更なる実施形態に係る走査装置の検出器アレーの模式図である。 図２１の実施形態のデータ取得回路の回路図である。 本発明の更なる実施形態のデータ取得回路の回路図である。
本発明の好ましい実施形態をここに、ほんの一例として添付図面を参照して記述する。
図１〜３を参照すると、搬送路式手荷物走査システム６は、多焦点Ｘ線放射源１０とＸ線検出器アレー１２とを有する走査部８を有する。多焦点Ｘ線放射源１０は、この多焦点Ｘ線放射源１０上にそれぞれ間隔を置いて位置する多数の点状放射源１４を有し、この点状放射源１４は、このシステムの軸Ｘ−Ｘの周り３６０°全周に渡る円状アレーとして配置される。３６０°全周に満たない角度範囲を覆うアレーも使用できることは理解されるところである。
図１ａを参照すると、多焦点Ｘ線放射源１０は多数の放射源ユニット１１で構成され、この放射源ユニット１１は走査領域１６の周りに間隔を置いて位置し、コンベヤ移動方向に対し垂直な面に実質的に円状に配置される。各放射源ユニット１１は、２つの側部を有する導電性金属製サプレッサ１３と、この導電性金属製サプレッサ１３の側部の間に沿って延在するエミッタ素子１５とを有する。グリッドワイヤ１７として形成される多数のグリッド素子は、導電性金属製サプレッサ１３の上方で支持され、エミッタ素子１５と垂直になっている。収束ワイヤ１９として形成される多数の収束素子は、エミッタ素子に対しグリッドワイヤ１７の反対側のもう一方の面で支持されている。収束ワイヤ１９はグリッドワイヤ１７に平行で、互いにグリッドワイヤ１７と同じ間隔を隔てて配置され、各収束ワイヤ１９は、それぞれグリッドワイヤ１７の１つと一緒に配置されている。
収束ワイヤ１９は２つの支持レール２１で支持され、この支持レール２１はエミッタ素子１５に平行に延在し、収束ワイヤ１９は導電性金属製サプレッサ１３と間隔を置いて位置している。支持レール２１は導電性であり、全ての収束ワイヤ１９が共に電気的に接続されるようになっている。支持レール２１の一方は接続部材２３に接続され、収束ワイヤ１９が電気的に接続されるようになっている。各グリッドワイヤ１７は導電性金属製サプレッサ１３の一方の側部の下方に延在し、それぞれ、電気的接続部材２５に接続され、この電気的接続部材２５により各グリッドワイヤ１７は独立して電気的に接続される。
アノード２７はグリッドワイヤ１７と収束ワイヤ１９の上方で支持されている。アノード２７は棒状に形成され、典型的には銅タングステンまたは銀メッキを施した銅によるもので、エミッタ素子１５に平行に延在する。従って、グリッドワイヤ１７と収束ワイヤ１９はエミッタ素子１５とアノード２７の間に延在している。電気的接続部材２９によりアノード２７は電気的に接続される。
グリッドワイヤ１７は正電圧に接続された２つを除き、全て負電圧に接続される。この正電圧のグリッドワイヤによりエミッタ素子１５の領域から電子ビームが得られ、収束ワイヤ１９により収束し、アノード２７上の点に電子ビームを向かわせ、このグリッドワイヤのペアに対しＸ線点状放射源が形成される。従って、グリッドワイヤの電位は、どのグリッドワイヤのペアを任意のある時間に動作させるかを選択して変えることができる。すなわち、アノード２７上の、どの点を任意の時間に動作しているＸ線点状放射源とするかを選択する。
従って、多焦点Ｘ線放射源１０を制御して、各放射源ユニット１１の各点状放射源１４からのＸ線を独立して発生させることができ、図１を再び参照すると、各点状放射源１４からのＸ線は円状多焦点Ｘ線放射源１０内の走査領域１６を通って内側を向いている。多焦点Ｘ線放射源１０を制御する制御部１８は、グリッドワイヤ１７に印加される電位を制御し、これにより、各点状放射源１４からのＸ線の放射を制御する。
この他の好適なＸ線放射源の構成についてはＷＯ ２００４／０９７８８９に記述されている。
多焦点Ｘ線放射源１０は、電子制御回路１８を使用して、多焦点Ｘ線放射源１０内の多数の独立したＸ線点状放射源１４の内のどれを任意の時間において時間内に動作させるかを選択することが可能になっている。従って、電気的に多焦点Ｘ線管を走査することにより、機械部品を機械的に動かすこと無しにＸ線放射源があたかも動いているかのような状態が作られる。この場合、放射源の角回転速度は、従来の回転式Ｘ線管アセンブリを使用する場合には全く得ることのできないレベルに上げることができる。この高速な回転走査により、これに応じたデータ取得プロセスの高速化と、後に続く高速画像再構成がもたらされる。
また、Ｘ線検出器アレー１２は円状に軸Ｘ−Ｘの周りに配置され、多焦点Ｘ線放射源１０に対し軸Ｘ−Ｘの方向に少しずれた位置にある。多焦点Ｘ線放射源１０は、Ｘ線が走査領域１６を通過して走査領域１６の反対側のＸ線検出器アレー１２に放射される向きになるよう配置される。従って、Ｘ線ビームの経路１８は走査領域１６を通り、走査装置の軸Ｘ−Ｘに実質的に、すなわちほぼ垂直な方向となり、軸Ｘ−Ｘの近くで互いに交差する。これにより、走査され、画像化される走査領域の容積は、走査装置の軸に垂直な薄い断層により形成される。放射源が走査されることにより、各点状放射源はそれぞれの時間においてＸ線を放射するようになっており、この放射時間は所定の順番に設定されている。各点状放射源１４がＸ線を放射すると、Ｘ線検出器アレー１２に入射したＸ線の強度に基づく信号がＸ線検出器アレー１２から発生し、この信号により生成される強度データがメモリ内に記録される。放射源が走査を完了した時、この検出器信号を処理して走査容積の画像を形成することができる。
コンベヤベルト２０は撮像容積を通って左から右へ図１に示すように走査装置の軸Ｘ−Ｘと平行に移動する。Ｘ線散乱遮へい部２２はコンベヤベルト２０の周りのＸ線システム本体部分の上流と下流に設置され、操作者が散乱したＸ線を浴びないようになっている。Ｘ線散乱遮へい部２２は鉛ゴム製のれん２４を、その開口端に有し、検査される物品２６は検査領域に入る時と出る時、こののれんを通って移動させられるようになっている。ここに示した統合システムでは、主電子制御システム１８と、処理システム３０と、電源３２と、冷却ラック３４とは図示のようにコンベヤベルト２０の下に取り付けられている。コンベヤベルト２０は通常、連続して走査するように移動し、一定のコンベヤ速度で動作して、典型的には撮像容積内に炭素繊維製フレームアセンブリを有するように構成される。
図４を参照すると、処理システム３０は電子データ取得システムとリアルタイム画像再構成システムとを有する。Ｘ線検出器アレー１２は、単純な直線状のパターン（例えば、１×１６）で並べられた、独立したＸ線検出器５０の配列を有する。また、複環状のパターン（例えば、８×１６）とすることも可能である。各Ｘ線検出器５０は検出されたＸ線の強度に基づく信号を出力する。多重化ブロック５２は各Ｘ線検出器５０から入力された出力データ信号を多重化し、データにフィルタ処理を行い、ゲインとオフセットの補正を行って、このデータを高速シリアルストリームにフォーマットする。選択ブロック５３は全ての多重化ブロック５２からの信号を取り込み、画像再構成に必要な全てのＸ線データの一部だけを選択する。また、選択ブロック５３は対応するＸ線点状放射源の減衰がない場合のＸ線ビーム強度Ｉｏ（多焦点Ｘ線管内の各Ｘ線点状放射源により変化する）を測定し、多重化ブロック５２からのＸ線強度データＩｘをｌｏｇｅ（Ｉｘ／Ｉｏ）を求めることにより処理した後、これに対し適当な１次元フィルタによる畳み込み積分を行う。得られた投影データはシノグラムとして保存され、このシノグラムにおいて投影データは１つの軸、ここでは水平軸とし、これに沿った画素番号を伴う配列として並び、また、もう１つの軸、ここでは垂直軸とし、これに沿った放射源角度を伴う配列として並ぶ。
そして、データは選択ブロック５３から、１組の逆投影加重処理エレメント５４へ並行して送られる。逆投影加重処理エレメント５４はハードウェアの中にマッピングされ、前もって計算された係数から成る参照テーブルを使用して、畳み込み積分された必要なＸ線データと、高速逆投影処理と高速加重処理についての重み付け係数を選択する。フォーマット処理ブロック５５は逆投影加重処理エレメント５４から再構成画像の各部分の画像を表すデータを取り込み、最終出力画像データをディスプレイ画面上で適切にフォーマットされた３次元画像を生成するのに適した形式にフォーマットする。この出力は画像をリアルタイムで生成するのに十分な速さで生成され、リアルタイムまたはオフラインでの表示が可能なので、このようなシステムをリアルタイム断層撮影（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＲＴＴ）システムと呼ぶ。
この実施形態では、多重化ブロック５２はソフトウェアでプログラミングされ、選択ブロック５３とフォーマット処理ブロック５５は共にファームウェアでプログラミングされ、逆投影加重処理エレメント５４はハードウェアにマッピングされている。但し、これらの各構成要素はハードウェアとソフトウェアのどちらでもよく、該当するシステム要求に合わせればよい。
図５を参照すると、各手荷物等の物品の各最終出力画像は、その後、処理システム３０内の危険性検出プロセッサ６０により処理され、この危険性検出プロセッサ６０は画像化された手荷物等の物品に危険性があるかどうかを判定するように構成されている。危険性検出プロセッサ６０では、入力されたＸ線断層撮影画像データ６２は１組の低レベルパラメータ抽出部６３（レベル１）の中に送られる。低レベルパラメータ抽出部６３は画像の特徴、例えば、一定のグレーレベルの領域、質感、統計値等を識別する。低レベルパラメータ抽出部６３には各２次元画像すなわち断層像に関するデータに対し動作するものもあれば、３次元画像に対し、動作するものもあり、また、シノグラムデータに対し動作するものもある。可能な場合、各低レベルパラメータ抽出部６３は同じ１組の入力データに対し並行処理を行い、各低レベルパラメータ抽出部６３は異なる処理動作を行い、異なるパラメータを求めるように構成される。処理終了時、低レベルパラメータ抽出部６３により求めたパラメータは上位の１組の決定木６４（レベル２）に送られる。抽出されたパラメータの詳細について以下に述べる。決定木６４はそれぞれ、多数の（典型的には全ての）低レベルパラメータを取り込み、より高レベルの各情報、例えば、隣接する容積についての情報等を関連する統計値を用いて構築する。最高レベル（レベル３）では、データベース検索部６５がレベル２で生成されたより高いレベルのパラメータを、検査されている物品について危険性が存在する確率Ｐｒ（ｔｈｒｅａｔ）の「赤」と、安全である確率Ｐｒ（ｓａｆｅ）の「緑」とにマッピングする。この確率は処理システム３０により使用され、走査された物品を該当する安全性区分に割り当て、自動仕分け制御出力を生成する。この自動仕分け制御出力は、物品が合格区分に割り当てられたことを示す第１の「緑」の出力と、物品が「不合格」区分に割り当てられたことを示す第２の「赤」の出力と、自動仕分け動作が十分な信頼性を伴って実行されず、物品を「合格」区分または「不合格」区分に割り当てることができないことを示す第３の「黄色」の出力のいずれかにすることができる。具体的には、Ｐｒ（ｓａｆｅ）が所定の値よりも大きい場合（またはＰｒ（ｔｈｒｅａｔ）が所定の値よりも小さい場合）、自動仕分け制御出力は第１の信号形態で生成され、この第１の信号形態は物品が緑の経路に割り当てられるべきであることを示す。Ｐｒ（ｔｈｒｅａｔ）が所定の値よりも大きい場合（またはＰｒ（ｓａｆｅ）が所定の値よりも小さい場合）、自動仕分け制御出力は第２の信号形態で生成され、この第２の信号形態は物品が赤の経路に割り当てられるべきであることを示す。Ｐｒ（ｔｈｒｅａｔ）（またはＰｒ（ｓａｆｅ））が、これら２つの所定の値の間にある場合、自動仕分け制御出力は第３の信号形態で生成され、この第３の信号形態は物品が赤の経路にも緑の経路にも割り当てることができないことを示す。また、この確率は更に追加された出力信号として出力することもできる。
これらのパラメータは低レベルパラメータ抽出部６３により求めることができ、通常、２次元または３次元画像の分割された領域内の画素の統計分析と関連している。画像内で分割された領域を識別するため、統計的エッジ検出法が使用される。これは、ある画素から開始し、隣接する画素が同じ領域の部分かどうかを確認し、領域が大きくなると共に外側へ移動していくものである。各ステップで、領域内の画素の平均明度を計算することにより領域の明度の平均値を求め、その領域に隣接する次の画素の明度を、その平均値と比較し、これがその画素をその領域に加えてもよいほどに近いかどうかを判定する。この場合、この領域内における画素の明度の標準偏差を求め、新しい画素の明度がこの標準偏差に入っていれば、この領域に加える。そうでない場合、この画素をこの領域には加えないで、これにより、この領域内の画素と、この領域には加えないことを確認された画素との間の境界をもって、この領域のエッジを定義する。
画像が領域に分割された後、この領域のパラメータを求めることができる。このパラメータの１つに、領域内における画素の明度の分散という評価尺度がある。この値が高い場合、多くの塊から成る物質である可能性が示され、これは例えば手製爆弾等が検知された可能性があり、一方、この分散が低い場合、これは液体等の均質な物質であることを示すと考えられる。
この他に、測定されるパラメータとして、領域内における画素値の分布の歪度があり、これは画素値のヒストグラムの歪度を算出することにより求められる。ガウス分布すなわち歪みのない分布は領域内の物質が均質であることを示し、一方、より高い歪みがある分布は、領域内が非均質であることを示す。
上記のように、これらの低レベルパラメータは上位の決定木６４に送られ、ここで、より高レベルの情報が構築され、より高レベルのパラメータが求められる。このような、より高レベルのパラメータの１つに、識別される領域の容積に対する表面積の比がある。この他に、相似性という評価尺度があり、この場合には領域の形状とシステムに保存されたテンプレートの形状の相互相関である。このテンプレートの形状はセキュリティ上、危険とされる物品の形状に対応したものとして構成され、例えば、銃や起爆装置である。これらの高レベルパラメータを上記の様に使用して、画像化された対象物が危険性を示すレベルであるかどうかを判定する。
図６を参照すると、インライン式リアルタイム断層撮影手荷物仕分けシステムは図１の走査システム６を有し、これを通過するコンベヤベルト２０を伴う。走査システム６の下流に仕分け装置４０が設置され、コンベヤベルト２０からの物品である手荷物を受け入れ、これを合格すなわち「緑」のコンベヤ経路４２、または不合格すなわち「赤」のコンベヤ経路４４のいずれかに送る。仕分け装置４０は処理システム３０からの制御線４６を経由する自動仕分け出力信号により制御され、この自動仕分け出力信号は物品が合格か不合格かについての処理システム３０の判定を示し、また、回線４５を経由して仕分け装置４０に接続されているワークステーション４８からの信号によっても制御される。走査システム６からの画像と処理システム３０からの信号は赤と緑に対する確率と処理システム３０の仮の判定を示し、ワークステーション４８にも送られる。ワークステーション４８は画面４７上に画像を表示するよう構成され、操作者が見られるようになっており、また画面に赤と緑に対する確率と、仮の自動仕分け判定が表示されるようにもなっている。ワークステーション４８の使用者は画像と確率と自動仕分け出力を再確認することができ、物品が赤または緑の区分に割り当てられた場合、走査システム６の判定を承認するか無効にするかを決定でき、走査システム６の判定により物品が「黄色」の区分に割り当てられた場合、判定を入力することができる。ワークステーション４８は使用者入力部４９を有し、これにより、使用者は信号を仕分け装置４０に送ることができ、この信号は仕分け装置４０により走査システム６の判定を無効化するものとして認識されることができる。無効化信号が仕分け装置４０により受信されると、仕分け装置４０は走査システム６の判定を無効化する。無効化信号が受信されない場合、または、実際にはワークステーション４８からの確認信号が受信され、ワークステーション４８が走査システム６の判定を確認している場合、仕分け装置４０は走査装置の判定に基づき物品の仕分けを行う。この仕分けシステムが物品について「黄色」であるという信号を走査システム６から受信した場合、まず、その物品を「赤」の区分に割り当て、「赤」の経路に送る。但し、「緑」の区分に入れるべきと示されている物品の仕分けの前にワークステーション４８から入力信号を受信した場合、その物品は「緑」の経路に仕分けされる。
図６のシステムの変形例では、仕分けを完全に自動化することができ、「合格」と「不合格」の２つだけの仕分け出力の１つを出力する処理システムであり、物品は「緑」または「赤」のいずれかの経路に割り当てられる。また、この処理システムにより１つの閾値を伴う確率Ｐｒ（ｔｈｒｅａｔ）の１つだけを求め、この確率がこの閾値より大きいか小さいかによって物品を２つの区分の内の１つに割り当てることも可能とされる。この場合、この割り当ては、まだ仮であり、操作者には、まだ自動仕分けを無効化するという選択肢があるとういうことになる。更なる変形例では、走査システムの自動区分割り当ては最終割り当てとして使用され、使用者による入力は全くない。これにより、完全に自動化された仕分けシステムが提供される。
図６のシステムでは、走査速度はコンベヤ速度に合わせられ、手荷物はコンベヤベルト２０上に載せられる搬入区域から一定の速度で移動し、走査システム６を経由して、仕分け装置４０上に移動することができるようになっている。コンベヤベルト２０は、走査システム６の出口と仕分け装置４０の間で距離Ｌに渡って延在する。物品である手荷物が距離Ｌに渡ってコンベヤベルト２０上を移動する間の時間で、操作者は検査中の物品の画像データと、走査システム６により判定された初期区分割り当てとを見ることができ、またＲＴＴシステムによる自動判定を承認または却下することができる。典型的には手荷物は、その後、合格の経路に受け入れられ、その先への搬送準備に送られるか、不合格の経路に入れられ、それ以上の検査からは外されるかのいずれかになるものとされる。
このＲＴＴ多焦点システムでは、ＲＴＴ走査ユニット８は最大の手荷物用ベルト速度で動作することができるので、手荷物待ち行列機構も、その他の迂回機構も必要とせずに最適なシステム動作が行える。このような統合システムにおいて、従来の回転式放射源システムでは処理能力に限界があるため、著しく制約を受ける。このため、度々、従来のＣＴ装置を複数台、並列に設置し、高性能手荷物取り扱いシステムを使用して物品を検査のため、次に利用可能な装置に振り分けている。このように複雑になることを図６の構成により回避することができる。
図７を参照すると、本発明の第２の実施形態は冗長システムを有し、この冗長システムにおいて、２つのＲＴＴ走査システム７０、７２は同じコンベヤ７４上で直列に設置され、一方のシステムが動作停止中に、他方が手荷物の走査を続けられるようにしている。いずれの場合も、コンベヤベルト７４はＲＴＴ走査システム７０、７２の両方を通って標準動作ベルト速度で移動を続けることになる。
図８ａを参照すると、第３の実施形態では、より複雑な冗長システムが設けられ、この冗長システムにおいて、２つのＲＴＴ走査システム８２、８４は並列して動作する。第１の主搬入コンベヤ８６は、仕分けされる全ての物品を第１の仕分け装置８８に搬送し、この仕分け装置８８は物品を２つの更なるコンベヤ９０、９２のいずれか１つの上に転送することができる。この２つのコンベヤ９０、９２はそれぞれ、各走査システム８２、８４の１つを通り、この走査システム８２、８４は物品を走査し、物品が合格か不合格かの判定を行うことができる。更なる仕分け装置９４、９６は、それぞれ２つのコンベヤ９０、９２に設けられ、その先への搬送のため、「緑の経路」の共通コンベヤ９８上へ、または、更なる検査を受けるため、不合格の場合の「赤の経路」のコンベヤ１００上へ、手荷物を仕分けするように構成される。この構成では、第１の主搬入コンベヤ８６と、「緑の経路」のコンベヤ９８とをＲＴＴコンベヤ速度よりも速い速度、典型的には最大で、その２倍の速度で、動作させることができる。例えば、この場合、第１の主搬入コンベヤ８６と「緑の経路」の共通コンベヤ９８が１ｍ／ｓの速度で移動すると、走査コンベヤ８２、８４は、この半分の速度、すなわち０．５ｍ／ｓで移動する。当然ながら、このシステムは並列に追加されたＲＴＴシステムにより拡張することができ、走査コンベヤ８２、８４の速度に対する第１の主搬入コンベヤ８６の速度の比は、並列している走査装置の数に等しいか、または実質的に等しい。但し、仕分け装置は主コンベヤ速度が約１ｍ／ｓを超えると信頼性が無くなる場合がある。
図８ｂを参照すると、更なる実施形態では、手荷物仕分けシステムは多数のＲＴＴ走査装置８１ｂ、８２ｂ、８３ｂを有し、典型的には、その数は１つのシステムにおいて最大で６０程度であり、それぞれ、各搬入受け入れ部に対応している。仕分け装置８４ｂ、８５ｂ、８６ｂは各ＲＴＴ走査装置に対応しており、手荷物はコンベヤ上を各ＲＴＴ走査装置から、これに対応する仕分け装置に搬送される。各仕分け装置８４ｂ、８５ｂ、８６ｂは、手荷物を対応する走査装置からの信号に応じて、共通合格経路コンベヤ８８ｂ、または共通不合格経路コンベヤ８７ｂ上へ仕分けする。更なる予備ＲＴＴ走査装置８９ｂが共通不合格経路コンベヤ８７ｂに設けられ、これに対応する仕分け装置９０ｂにより、手荷物は共通不合格経路コンベヤ８７ｂ上に残留するか、または共通合格経路コンベヤ８８ｂに転送されることができる。
通常動作においては、主走査装置８１ｂ、８２ｂ、８３ｂは、それぞれ手荷物を仕分けし、予備走査装置すなわち冗長走査装置８９ｂは不合格の経路に仕分けされた物品に対する追加チェックのみを行う。冗長走査装置８９ｂにより手荷物・物品に危険性がない、または危険性が非常に低いと判定された場合、物品は合格の経路に転送される。主走査装置８１ｂ、８２ｂ、８３ｂの１つが動作しない場合、または故障した場合、対応する仕分け装置は、その走査装置からの全ての手荷物を不合格の経路に仕分けするように構成される。この時、予備走査装置８９ｂは、この全ての手荷物を走査し、合格の経路と不合格の経路の仕分けを制御する。これにより、故障した走査装置の修理または交換をしている間も、全ての搬入受け入れ部が動作を継続できる。
図８ｃを参照すると、更なる実施形態において、各搬入受け入れ部からの手荷物は複数の独立したコンベヤを通って中央ループ部いわゆる回転式コンベヤ８１ｃ上に転送され、そこで連続して周回する。多数の仕分け装置８２ｃ、８３ｃ、８４ｃは、それぞれ手荷物・物品を中央ループ部８１ｃから、各ＲＴＴ走査装置８５ｃ、８６ｃ、８７ｃへ誘導する各コンベヤに転送するように構成される。仕分け装置８２ｃ、８３ｃ、８４ｃは走査装置により制御され、手荷物・物品が各走査装置に送られる速度が制御される。走査装置から、コンベヤにより全ての手荷物・物品が共通搬出コンベヤ８８ｃに転送され、更なる仕分け装置８９ｃに誘導される。これは全ての走査装置により制御され、各手荷物・物品は合格の経路９０Ｃと不合格の経路９１Ｃとに仕分けされる。
各手荷物・物品の移動経路を記録するため、各物品には６桁のＩＤと、システムに最初に投入された時のコンベヤ上の位置の記録が付与される。これにより、走査装置は、どの手荷物・物品が任意のある時間において走査されたかを認識でき、走査結果を該当する物品に対応させることができる。また、これにより、仕分け装置は各手荷物・物品を識別することができ、その走査結果に基づいて仕分けをすることができる。
このシステムの走査装置の数とコンベヤの速度は、走査装置の１つが動作しない場合、残りの走査装置により搬入受け入れ部から中央ループ部８１ｃ上に送られてくる全ての手荷物を処理することができるように設定される。
この実施形態の変形例では、各走査装置にどの物品を転送するかを選択する仕分け装置８２ｃ、８３ｃ、８４ｃは走査装置により制御されるのではなく、各仕分け装置は物品を各走査装置に所定の速度で送ることができるように中央ループ部８１ｃからの物品を選択するよう構成される。
図９を参照すると、更なる実施形態に係るネットワークシステムは図６の走査システムと同様な３つの走査システム１０８と、４つの操作者用ワークステーション１４８とを有する。３つのＲＴＴ走査システム１０８からのビデオ画像出力は各高帯域２地点間ビデオ接続リンクを経由してリアルタイムディスクアレー１０９に接続され、このリアルタイムディスクアレー１０９は冗長ビデオ切換部１１０への原画像データの一時記憶を行う。また、リアルタイムディスクアレー１０９は各操作者用ワークステーション１４８に接続される。これにより冗長ビデオ切換部１１０は各走査システム１０８からの原ビデオ画像出力を一時記憶から任意の操作者用ワークステーション１４８の１つに転送し、これを使用してオフラインでの表示が可能な３次元ビデオ画像を生成することができる。赤／緑の確率信号と自動仕分け割り当て信号の走査システムからの出力は従来の冗長イーサネット（登録商標）切換部１１２に接続され、更にこの冗長イーサネット（登録商標）切換部１１２は各ワークステーションに接続される。冗長イーサネット（登録商標）切換部１１２は各確率信号と自動仕分け割り当て信号を対応する画像信号と同じワークステーション１４８に切り替えるように構成されている。これにより、割り当ての決まった自動割り当てと確率を伴う複数の装置からの画像データを、操作者用ワークステーション１４８の配列に切り替えることができ、この時、操作者は手荷物検査システムの稼動状況の監視と、危険性レベルが黄色に割り当てられた手荷物の仕分け先の決定の両方を行うことができる。
あるいは、ネットワークシステムは、サーバーに接続された１つの走査システム１０８と、ワークステーション１４８とを有する。走査システム１０８からのビデオ画像出力はリアルタイムディスクアレー１０９に接続され、このリアルタイムディスクアレー１０９は原画像データの一時記憶を行う。また、リアルタイムディスクアレー１０９はワークステーション１４８に接続される。確率信号出力と自動仕分け割り当て信号出力はワークステーション１４８に対応するビデオ画像出力を伴い送られ、操作者により確認される。ネットワークを構成する、この１つの走査システム１０８は複数の走査システムを伴うネットワークシステムの一部とすることができる。
図１０と１１を参照すると、更なる実施形態において、インライン式走査装置は、主散乱遮へい部１６２と、ちょうど同じ長さのコンベヤベルト１６０を有する。このスタンドアロンなシステム構成では、検査される物品はコンベヤベルト１６０上に置かれ、システムに搬入される。そして、この物品は走査装置１６４で走査され、画像が生成される。しばしば、従来のシステムでは、コンピュータ断層撮影検査の前に簡易な透過型Ｘ線システムで物品の事前検査を行うことにより危険性のありそうな領域を識別し、コンピュータ断層撮影検査は対象物内の選択された面について行う。このような応用はリアルタイム多焦点システムに簡単に適用することができる。ここで、事前検査を使用しないのであれば、物品全体の正確な３次元画像を得ることになる。
一部の実施形態では、多焦点Ｘ線放射源の点状放射源の軌跡は円弧状に、１８０°にファンビーム角（典型的には４０〜９０°の範囲）を加えただけの角度範囲に渡って伸びることができる。各点状放射源の数はナイキストのサンプリング理論を満足するように選択するのが効果的である。一部の実施形態では、図１の実施形態のように、点状放射源を３６０°全周に渡って環状にして使用する。この場合、点状放射源１つ当りの滞留時間は１８０＋所定の走査速度に対するファンビーム設定に渡って増大し、これは再構成画像の信号対雑音比を改善するのに効果的である。
図１の走査装置システムは統合走査システムであり、この中で、制御ユニット１８、処理ユニット３０、電源ユニット３２、冷却ユニット３４は、走査システム８と遮へい部２２によるユニット内に収容される。図１２を参照すると、更なる実施形態では、モジュールシステムが提供され、このモジュールシステムでは、制御ラック２１８、処理ラック２３０、電源ラック２３２、冷却ラック２３４の一部または全てが、多焦点Ｘ線放射源とセンサーアレーを有する走査ユニット２０８から離れたところに設置される。モジュール構成を採用することにより設置が容易になるという点で有利であり、特に手荷物を取り扱う広い場所という環境では、システムを天井から吊るしたり、アクセスが制限される場所であったりする場合、有利である。あるいは、システム全体を統合ユニットとして構成し、これが１つのハウジングの中に一緒に収容された複数のサブアセンブリユニットを伴うようにすることもできる。
図１の実施形態を含む一部の実施形態では、１つの環状Ｘ線検出器が使用される。これにより低コストで、高い画像走査速度と簡易なファンビーム画像再構成アルゴリズムであっても、十分な信号対雑音性能が構成、提供される。他の実施形態（特に画像再構成の回転直径が大きい場合）では、互いに隣接し、システムの軸に沿って放射源とずらして配置された複数の円状または円弧状のセンサー群による複環状センサーアレーを使用することが好ましい。これにより、より複雑なコーンビーム画像再構成アルゴリズムを処理システムで使用することができる。複環状センサーを使用することにより、点状放射源１つ当りの滞留時間が増大するため、合成された信号の大きさの増大、再構成画像の信号対雑音比の改善がもたらされる。
上記の実施形態ではコンピュータ断層撮影システムに基づき多焦点Ｘ線放射源が使用されるが、この構成の中核は放射源の角回転速度と、走査装置を通過するコンベヤシステムの速度の関係である。コンベヤが止まる限界では、再構成画像の断層の厚さはＸ線の焦点のサイズと、Ｘ線検出器アレーの各エレメントの面積によって決まる。コンベヤ速度がゼロから上昇すると、検査中の対象物はＸ線ビームが回転する中で断層画像化されていき、再構成画像へ断層の厚さ方向に入り込むぼやけが加わってくる。理想的には、Ｘ線放射源の回転はコンベヤ速度に比べて速ければ、断層の厚さ方向のぼやけは最小化されるようになる。
手荷物検査用コンピュータ断層撮影システムに基づく多焦点Ｘ線放射源は、検査中の物品において危険性がある材質と物体を高い確率で検出する目的に対し、コンベヤの直線速度に対する放射源の角回転速度の比を良好なものにする。一例として、図１の実施形態では、コンベヤ速度は０．５ｍ／ｓであり、空港のシステムとして一般的なものである。放射源はコンベヤの周りを毎秒２４０回転することができるので、検査中の対象物は断層を画像化する走査の間、２．０８ｍｍの距離を移動することになる。放射源が毎秒４回転する従来のシステムでは、検査中の対象物は断層を画像化する走査の間、同じベルト速度で６２．５ｍｍの距離を移動することになる。
危険性のある物質の検出を行う検査システムの主要な目的は、危険性のある物質の存在を正確に検出し、他の全ての物質については疑いがないものとして通過させることである。１回の走査におけるコンベヤの移動によって生じる断層の方向のぼやけが増大すると、再構成画像の画素において一部の容積のアーチファクトも増大し、再構成画像の画像密度の精度は低下する。再構成画像の画像密度の精度が低下すると、システムが影響を受けやすくなり、危険性のない物質について警告を発し、実際に危険性のある物質について警告を発しないようになる。従って、多焦点Ｘ線放射源技術に基づくリアルタイム断層撮影（Ｒｅａｌ‐Ｔｉｍｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＲＴＴ）システムは、従来の機械式回転Ｘ線システムよりも速いコンベヤ速度で危険性検出能力を大幅に高めることができる。
多焦点Ｘ線放射源において延在するアーチ形アノードを使用することにより、従来のコンピュータ断層撮影システムに見られる機械式の回転を模した連続走査ではなく、アノードのほぼ全長に渡って飛び越すような電子源の切換を行うことができる。その瞬間のアノードにおける熱負荷を最小にするため、全ての以前の放射位置から現在のアノード放射位置の距離が最大になるようにＸ線の焦点を効果的に切り替えることができる。Ｘ線放射点のこの瞬間的な広範囲への移動は、コンベヤの移動による一部の容積への影響を最小化するので、再構成された画素の精度を更に向上させるという点で効果的である。
ＲＴＴシステムの高い時間解像度により、自動化された危険性検出の精度を高レベルにすることができる。この高レベルの精度により、ＲＴＴシステムは無人状態で動作でき、緑すなわち合格に割り当てることに対応する一方の状態と、赤すなわち不合格に割り当てることに対応する他方の状態の２つの状態を簡易に出力表示することができる。緑の手荷物は合格で更に搬送される。赤の手荷物は高レベルの危険性があることを意味し、その乗客の承諾の上で、その渡航を禁止する必要がある。
これから説明する本発明の更なる実施形態では、Ｘ線の散乱と透過に関するデータを記録し、これを使用して走査される手荷物・物品を解析する。
図１３を参照すると、Ｘ線ビーム３００は対象物３０２を通過する時、Ｘ線の一部は直線状に対象物３０２を透過し、これを通過して入ってきた方向と同じ方向に進む。Ｘ線の一部は散乱角θで散乱し、この散乱角θは対象物に入る方向と、これから出て行く方向の差である。公知のように、散乱には２つのタイプがあり、散乱角が５°の辺り、典型的には４°〜６°の範囲に集中している可干渉性の、いわゆるブラッグ散乱と、より大きい角度でＸ線が散乱する非干渉性の、いわゆるコンプトン散乱が存在する。ブラッグ散乱は対象物の原子番号に対し線形に増加し、次式に従う。
ｎλ＝２ｄｓｉｎθ
ここで、
ｎは整数、
λはＸ線の波長、
ｄは対象物内の原子間距離である。
従って、ブラッグ散乱の量によって対象物の原子構造に関する情報が与えられる。但し、これは原子番号に対し、滑らかに変化するものではない。
コンプトン散乱の量は、対象物の電子密度に依存して滑らかに変化し、これにより、より大きい散乱角での散乱量によって対象物の電子密度に関する情報すなわち原子番号に関する情報が与えられる。
図１４を参照すると、本発明の更なる実施形態に係るセキュリティ走査システムは、図１のものと同じ多焦点Ｘ線放射源４１０と、同様に図１のものと同じ円状検出器アレー４１２とコンベヤ４２０とを有する。但し、この実施形態では、システムは更なる円筒状検出器アレー４２２を有し、これは円状検出器アレー４１２と同じ半径で同様にコンベヤの周りに延在するが、軸方向に多焦点Ｘ線放射源４１０の反対側に延在する。円状検出器アレー４１２は対象物４２６を透過するＸ線を検出するように構成されているのに対し、円筒状検出器アレー４２２は対象物４２６で散乱するＸ線を検出するように構成されている。円筒状散乱検出器アレー４２２は多数の円状アレーすなわち環状検出器４２２ａ、４２２ｂから成り、各環状部分の検出器はコンベヤ方向に等間隔になっており、走査装置の軸方向に延在する多数の直線状の列を構成するようになっている。
円筒状散乱検出器アレー４２２内の検出器は、各Ｘ線が各検出器と起こす相互反応により検出器出力が発生するようになっているエネルギー分解検出器であり、この検出器出力はＸ線のエネルギーを示す。このような検出器は、ＧａＡｓ、ＨｇＩ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ等のバンドギャップの広い３−５族または２−６族の半導体材料、Ｇｅ等のバンドギャップの狭い半導体、または光電子増倍管による測定を伴うＮａＩ（Ｔｉ）等の複合シンチレーション検出器により製造可能である。
図１５を参照すると、コリメータ４２８は円筒状検出器アレー４２２の前面に設けられている。コリメータ４２８は、特定の入射方向以外からのＸ線が各検出器に到達しないようにする仕切りとして働く。円筒状検出器アレー４２２の各検出器では、図１６より分かるように、この入射方向は走査装置の長手方向の中心軸Ｘ−Ｘを通る。但し、入射方向は軸Ｘ−Ｘと垂直ではなく、図１５より分かるように、多焦点Ｘ線放射源４１０へ向かう方向で環状検出器４２２ａ、４２２ｂの面に５°程度、傾いている。
図１５を参照すると、円筒状散乱検出器アレー４２２の任意のある検出器に入射するＸ線は、画像化される薄い容積内の各小容積部分から散乱したものでなければならず、この小容積部分はＸ線ビームの軌跡上で、かつ円筒状検出器アレー４２２からの入射方向の線上となる位置にあることが理解できる。全ての可干渉性の散乱Ｘ線に対し、これを検出する検出器の軸方向位置は、動作中のＸ線点状放射源から散乱を起こす位置までの距離で決まってくる。軸方向で多焦点Ｘ線放射源４１０に最も近い検出器は、動作中のＸ線点状放射源から最も遠くで散乱するＸ線を検出することになる。例えば、点ｘから散乱してくるＸ線は、動作中のＸ線点状放射源４１０ａに最も近く、点ｚから散乱してくるＸ線よりも多焦点Ｘ線放射源４１０から遠くにある検出器により検出されることになり、この点ｚは動作中のＸ線点状放射源４１０ａから、より遠くにある。従って、任意のある時間において、動作中のＸ線点状放射源を認識することができれば、散乱Ｘ線を検出した検出器の軸方向位置を使用して、Ｘ線ビームの方向に沿った散乱位置を求めることができる。
また、図１５より、このシステムの動作において、Ｘ線ビームは走査装置の軸方向に細く収束すべきであることが重要と理解することができる。横方向のビームの広がり、例えば横方向に広がるファンビームを使用することによっても、この可干渉性の散乱が起こった位置を求めることができる。
図１６を参照すると、コリメータ４２８は走査装置の軸方向に配向しているので、可干渉性の散乱をする動作中のＸ線点状放射源４１０ａからのＸ線は、走査装置の軸に対して、この動作中の点状放射源の反対側にある検出器４２２ａの列によってのみ検出され、場合によっては、これに近接する１つ以上のどちらかの側の列によって検出されるが、これはコリメータがどのぐらい細く収束させているかによる。Ｘ線をまっすぐな細い「ペンシル」ビームに限定した場合、より大きい角度の非干渉性の散乱をするＸ線は全て、コリメータ４２８によって遮断されるので、まったく検出されないことになる。このようなＸ線の例を図１６の矢印ａによって示す。但し、Ｘ線のファンビームが動作中の点状放射源４１０ａから発生し、この放射源が走査装置の軸に垂直な方向の撮像容積の断層を通って広がる場合、走査装置の軸から、より外れた方向のＸ線は非干渉性の散乱をし、動作中の点状放射源の反対側にある検出器４２２ａの列のどちらかの側の検出器に到達することができる。このようなＸ線の例を矢印ｂ、ｃによって示す。任意の検出器４２２ｂに到達するには、散乱は走査装置の軸と検出器４２２ｂを通る面で起こる必要があることに注意すべきである。すなわち、任意の動作中の点状放射源と特定の検出器に対し、検出されたＸ線の散乱が起きた位置を、走査装置の軸とその検出器を通る面にあるものとして認識することができる。散乱が起きた位置を正確に求める場合は、他の情報が必要になる。例えば、撮像容積内の対象物の位置に関する断層撮影画像データ等からの情報が利用可能な場合、以下で更に詳細に説明するように、その散乱を最も可能性のある対象物と対応させることができる。
ブラッグ散乱のデータから、検出された各散乱現象に対し、Ｘ線のエネルギーと散乱角の組み合わせを使用して散乱現象が起きた物質の原子間距離ｄを求めることができる。実際には、散乱角は一定と仮定でき、Ｘ線のエネルギーを使用して異なる物質を識別することができる。コンプトン散乱に対しては、走査容積の各容積からの散乱のレベルは、その容積内の物質の密度を示すものである。また、可干渉性の散乱に対するコンプトン散乱の比を求め、画像化される対象物の材質の特性を表す更なるパラメータとして使用することもできる。
各Ｘ線点状放射源における滞留時間が短いため、各点状放射源において検出される散乱Ｘ線の量は常に非常に低く、典型的には５以下である。適切な可干渉性の散乱信号を形成するため、断層撮影走査範囲内の全ての点状放射源に対する散乱データを収集し、そして撮像容積の各容積部分についての結果を蓄積する必要がある。５００個の点状放射源を有し、１容積部分当たりかつ１走査当たり可干渉性回折散乱が平均して１回起こり、その後そのデータのセットの蓄積を行う走査装置では、各容積部分では、これに対応する５００の結果が得られ、これはこの容積部分内で起こる５００回の散乱に対応する。典型的には容積部分は数平方センチメートルの画像化される面内の領域に渡り、これは数ミリメートルの厚さの容積である。
図１７を参照すると、図１４〜１６の走査装置の散乱検出器アレー４２２からのデータを蓄積するように構成されたデータ取得システムは、各検出器４２２に対応するマルチチャンネルアナライザ５００を有する。各マルチチャンネルアナライザ５００は、検出器からの出力信号を受信し、検出した各Ｘ線を多数のＸ線のエネルギー範囲すなわちチャンネルの１つに割り当て、検出されたＸ線が振り分けられたエネルギー範囲を示す信号を出力するように構成されている。多重化処理部５０２は各マルチチャンネルアナライザ５００からの出力を受信するように構成されている。また、参照テーブル５０４が設けられ、この中にある記載項目は、任意の点状放射源と検出器に対し、Ｘ線が散乱した撮像容積内の容積部分を識別するものである。このシステムは更に画像メモリ５０６を有し、この画像メモリ５０６は多数のメモリ領域５０８を有し、各メモリ領域５０８は走査装置により画像化される面内の各容積部分に対応している。
データは各メモリ領域５０８に自動的に多重化処理部５０２によって、参照テーブル５０４の指示に従いロードされる。参照テーブル５０４は走査の前に係数を伴ってロードされ、この係数は検出器４２２とマルチチャンネルアナライザ５００の各組み合わせを各画像位置５０８にマッピングし、Ｘ線放射源毎に参照テーブルの記載項目が１つある。前方すなわち実質的に光子が放射源から全ての相互反応の前に伝搬する方向にある、これらの画素すなわち検出器４２２は可干渉性の散乱光子を４〜６°程度の小さいビーム角で記録すると仮定される。前方にない画素４２２はコンプトン散乱効果による非干渉性の散乱光子を記録すると仮定される。従って、画像メモリ５０６は実際には「３次元状」であり、２つの次元で画像内の位置を表し、３番目の次元は可干渉性の散乱（下位８ビット）と非干渉性の散乱（上位８ビット）の両方の散乱のエネルギーのスペクトルを保持している。また、参照テーブル５０４は多重化処理部５０２にデータのタイプについて指示し、このデータは各マルチチャンネルアナライザ５００に対し各投影像で収集され、適切なメモリ空間に充当されるようになっている。
散乱データが特定の走査について収集された後、このデータは投影像シーケンス制御部５１０に転送され、これにより主ＲＴＴデータ取得システム５１２と同期が取られるが、これは図４を参照して上記に示されている。従って、再構成画像データと散乱データは危険性検出システムを同時に通過し、このデータを使用して適切な解析用パラメータを求めることができる。
各走査に対し、透過検出器４１２からの断層撮影画像は、画像の各画素におけるＸ線の減衰量に関するデータを生成し、一方、このデータは断層撮影撮像容積の各容積部分に対応している。これは図４を参照して上記で説明したように取得される。散乱検出器４２２からのデータは上記のように、各容積部分内の可干渉性の散乱量に関するデータと、各容積部分内の非干渉性の散乱量に関するデータとを提供する。従って、このデータは図５の危険性検出プロセッサと同じもので解析できる。この場合、抽出されたデータのパラメータは画像データまたは散乱データまたは２つ以上のタイプのデータの組み合わせに関係付けることができる。データから抽出されるパラメータの例として、非干渉性の散乱に対する可干渉性の散乱の比率、可干渉性の散乱データから求められるような物質の種類、非干渉性の散乱データから求められるような物質の密度、散乱データに対するＣＴ画像の画素値の相互相関がある。また、透過データについての上記のパラメータに対応する散乱データについてのパラメータも求めることができる。
図１８を参照すると、本発明の更なる実施形態では、断層撮影画像データの生成に使用される透過検出器５１２は、異なるエネルギー範囲に渡るＸ線の透過を測定するように構成されている。これを行うために２セットの検出器５１２ａ、５１２ｂが備えられ、それぞれコンベヤの周りに環状に形成される。この２セットの検出器５１２ａ、５１２ｂは、コンベヤの移動方向に沿う軸方向の異なる位置にあり、この場合、軸方向に互いに隣接している。第１の検出器セット５１２ａは、その前部にフィルタを備えていないが、第２の検出器セット５１２ｂは、Ｘ線放射源５１０との間に設置された金属製フィルタ５１３を備えている。すなわち、第１の検出器セット５１２ａは、広いエネルギー範囲に渡って透過するＸ線を検出し、第２の検出器セット５１２ｂは、高エネルギー端のエネルギー範囲のより狭い部分のＸ線のみを検出する。
走査される物品がコンベヤに沿って移動すると、その薄い容積すなわち断層は、それぞれ第１の検出器セット５１２ａを使用して１回の走査がなされ、その後、第２の検出器セット５１２ｂを使用して更に走査される。図示した実施形態では、同じ放射源５１０を使用して隣り合う２つの容積を同時に走査し、それぞれのデータは各検出器セット５１２ａ、５１２ｂの１つにより収集される。物品の容積が移動して両方の検出器セットを通過し、２回の走査がなされた後、２つの異なるＸ線のエネルギー範囲を使用して２セットの画像データを形成することができ、各画像は、その画像の各画素に対する透過データ（および、これによる減衰データ）を含んでいる。この２セットの画像データは第２の検出器セット５１２ｂによる画像データを第１の検出器セット５１２ａによる画像データから引くことにより合成することができ、低エネルギーのＸ線成分についての対応する画像データが得られる。
個々のエネルギー範囲それぞれに対するＸ線透過データと、高エネルギーと低エネルギー等の２つの異なる範囲のデータ間の差とを、画像の各画素について記録することができる。そして、このデータを使用してＣＴ画像の精度を向上させることができる。また、これを危険性検出アルゴリズムの更なるパラメータとして使用することもできる。
他の方法を使用してＸ線エネルギーの異なる範囲に対する透過データを得ることができることは理解されるところである。図１８、１９のシステムに対する変形例では、バランスフィルタを２セットの検出器において使用することができる。このバランスフィルタは両方のＸ線が通過する狭いエネルギーのウィンドウとなるように選択される。そして、この２セットの検出器５１２ａ、５１２ｂに対する画像データを合成して、この狭いエネルギーのウィンドウに対する透過データを得ることができる。これにより、化学的な特定をする画像化を行うことができる。例えば、カルシウムのＫエッジエネルギーの周辺でバランスさせたフィルタを使用することにより骨を特定する画像を生成することができる。明らかに、この化学的な特定データは効果的に危険性検出アルゴリズムに使用することができる。
更なる実施形態では、独立したフィルタを使用するのではなく、異なるエネルギーのＸ線に反応する２セットの検出器を使用する。この場合、検出器は重ねて使用され、この検出器は低エネルギーのＸ線には反応するが、高エネルギーのＸ線は通過させる薄い前部の検出器と、この前部の検出器を通過した高エネルギーのＸ線に反応する厚い後部の検出器とから成る。また、異なるエネルギー範囲の減衰データを使用して、エネルギーを特定する画像を提供することができる。
更なる実施形態では、２つの走査を対象物の各断層に対し２つの異なるＸ線ビームのエネルギーによって行い、この走査は異なるＸ線放射源管電圧、例えば１６０ｋＶと１００ｋＶを使用することにより行われる。この異なるエネルギーにより、Ｘ線のエネルギーのスペクトルは互いに応じて変化することになる。スペクトルが比較的、そのエネルギー範囲の領域に渡って平坦であれば、スペクトルはその範囲のほとんどに渡って似たものとなるはずである。但し、一部のスペクトルは著しく変化することになる。従って、２つの管電圧に対する画像を比較し、これを使用することで２つの画像間で著しく減衰が変化する対象物の部分を認識することができる。従って、これにより画像間で変化するスペクトルの狭い部分において高い減衰のある画像領域が認識される。すなわち、これは走査された容積内の各容積部分についての特定のエネルギーの減衰データを得る代替手段である。
図２０を参照すると、本発明の更なる実施形態では、２つの異なるＸ線のエネルギーのスペクトルを、Ｘ線管にアノード６００を設けることにより発生させ、このアノード６００は２つの異なる物質によるターゲット領域６０２、６０４を有する。この場合、例えば、アノード６００は銅による母材６０６から成り、タングステンによるターゲット領域６０２とウランによるターゲット領域６０４を伴う。電子源６１０は、独立して動作可能な多数の点状放射源６１２を有する。１対の電極６１２、６１４は電子ビーム６１６の軌道を挟んで対向して設けられ、これを制御して電界のオン・オフを行い電子ビームの軌道を制御して、ターゲット領域６０２、６０４の一方または他方のいずれかに当たるようにすることができる。アノードにおけるＸ線のエネルギーのスペクトルは、どちらのターゲット領域に電子ビーム６１６が当たったかによって変化するものである。
この実施形態で使用するＸ線放射源は図１ａと同様のものであり、アノード２７に沿って延在する平行な帯状のものとして形成される別々のターゲット領域を伴う。動作中の各点状電子源に対し、２つの異なるＸ線のスペクトルは、どちらのターゲット物質を使用するかによって発生させることができる。この電子源は、各点状電子源が動作中の時、これに対する２つのターゲット領域の間の切換を行うように構成することができる。あるいは、アノード２７に沿った走査を２回、行い、１回は一方のターゲット物質に対して、１回は他方のターゲット物質に対して行うことができる。どちらの場合にも、電子ビーム収束ワイヤを追加することが、一方または他方のターゲット物質だけに電子ビームが確実に１回で照射されるようにするため必要となる可能性がある。
Ｘ線ビームがアノードから取り出される角度によっては、２つのターゲット領域６０２、６０４からのビームが同じ撮像容積を通過して、共通の検出器アレーによって検出されるように構成できる場合もある。あるいは、撮像容積の隣接する断層を通過するようにして、別々の検出器アレーによって検出されるように構成してもよい。この場合、画像化される物品の各部分に対し、物品がコンベヤに沿って図１８の構成と同様な方法で通過する場合の２倍の走査が行える。
図２１を参照すると、更なる実施形態では、２つの検出器アレーを１つの走査装置に設け、軸方向に互いに隣接させ、一方の検出器アレー７１０は図１の検出器アレーに対応するものとし、ＲＴＴ画像を形成するように構成され、他方の検出器アレー７１２は高解像度のものとし、走査された対象物の高解像度投影画像を生成するように構成されている。この実施形態では、高解像度検出器アレー７１２は、異なるエネルギーのＸ線を検出するように、それぞれ構成されている２つの平行な線状アレー７１４、７１６を有し、２つのエネルギーの投影画像を生成することができるようになっている。図２２の実施形態では、高解像度アレー８１２は２つの重ねられたアレー、すなわち、比較的低いエネルギーのＸ線は検出するが、比較的高いエネルギーのＸ線は透過するように構成された上部の薄いアレーと、比較的高いエネルギーのＸ線を検出するように構成された下部の厚い方のアレーとを有する。どちらの場合でも、２つの検出器アレーは共に軸方向に十分、近付けて設置することにより、点状放射源の１つの線状アレーからのＸ線を検出できるようにしている。
投影画像を得るため、点状放射源が１つだけ動作している時に、データを高解像度アレー７１２、８１２の全ての検出器から取り込む必要がある。図２３を参照すると、これを行うために高解像度アレーの各検出器７１８、８１８は積分器７５０に接続される。積分器７５０はコンデンサ７５４と並列に接続された増幅器７５２を有する。入力スイッチ７５６は検出器７１８と増幅器７５２の間に設けられ、リセットスイッチ７５８は増幅器７５２の入力端子と、コンデンサ７５４をまたいで接続された更なるリセットスイッチ７５９との間に設けられ、マルチプレクシングスイッチ７６０は積分器７５０とＡＤコンバータＡＤＣの間に設けられている。
稼動時、検出器７１８が動作する必要のない時、マルチプレクシングスイッチ７６０以外の全てのスイッチは閉じられる。これにより、コンデンサ７５４は確実に放電され、その状態を保つ。そして、検出器７１８によるデータ収集が必要になった時、その開始時に、２つのリセットスイッチ７５８、７５９が閉じられ、検出器７１８によって検出された任意のＸ線により、コンデンサ７５４の電荷が増え、検出器７１８からの信号が積分されることになる。データ収集の期間が終わると、入力スイッチ７５６が開かれ、コンデンサ７５４は充電されたままとなる。そして、積分信号を積分器７５０から読み出すため、出力スイッチ７６０が閉じられ、積分器７５０がＡＤコンバータＡＤＣに接続される。これにより、コンデンサ７５４の充電レベルによって定まるアナログ信号がＡＤコンバータＡＤＣへ供給されるので、これは検出器７１８が積分器７５０に接続されていた期間における検出器７１８によって検出されたＸ線の量を示す。そして、ＡＤコンバータＡＤＣは、このアナログ信号をデータ取得システムに入力するためのデジタル信号に変換する。１つの投影画像を生成するため、Ｘ線点状放射源の１つが動作している時、全ての高解像度検出器を使用して同時にデータを収集する。
図２４を参照すると、更なる実施形態では、各検出器７１８は並列に接続された２つの積分器７５０ａ、７５０ｂに接続され、この積分器７５０ａ、７５０ｂはそれぞれ、図２３のものと同じである。この２つの積分器７５０ａ、７５０ｂからの出力は、それぞれの出力スイッチ７６０ａ、７６０ｂを介してＡＤコンバータＡＤＣに接続される。これにより、各積分器７５０ａ、７５０ｂがＸ線放射源の走査で異なる位置の検出器７１８からの信号を積分するように構成することができるので、別々の画像のデータを収集し、この２つの画像を異なるＸ線点状放射源の異なる角度に基づくものとすることができる。例えば、これを使用して高解像度３次元画像を形成するために使用できる直角方向からの投影画像を生成することができ、これから、画像化された手荷物の特徴的な部分を３次元で求めることができる。
高解像度画像はＲＴＴ画像と合成する場合、有用であり、より高い解像度が必要な細いワイヤ等の物品の識別を容易にするようなことができる。
６ 搬送路式手荷物走査システム
８ 走査部
１０ 多焦点Ｘ線放射源
１１ 放射源ユニット
１２ Ｘ線検出器アレー
１３ 導電性金属製サプレッサ
１４ 点状放射源
１５ エミッタ素子
１６ 走査領域
１７ グリッドワイヤ
１８ 制御部
１９ 収束ワイヤ
２０ コンベヤベルト
２１ 支持レール
２２ Ｘ線散乱遮へい部
２３ 接続部材
２４ 鉛ゴム製のれん
２５ 電気的接続部材
２６ 物品
２７ アノード
２９ 電気的接続部材
３０ 処理システム
３２ 電源
３４ 冷却ラック
４０ 仕分け装置
４２ コンベヤ経路
４４ コンベヤ経路
４５ 回線
４６ 制御線
４７ 画面
４８ ワークステーション
４９ 使用者入力部
５０ Ｘ線検出器
５２ 多重化ブロック
５３ 選択ブロック
５４ 逆投影加重処理エレメント
５５ フォーマット処理ブロック
６０ 危険性検出プロセッサ
６２ 断層撮影画像データ
６３ 低レベルパラメータ抽出部
６４ 決定木
６５ データベース検索部
７０ ＲＴＴ走査システム
７２ ＲＴＴ走査システム
７４ コンベヤベルト
８１ｂ ＲＴＴ走査装置
８１ｃ 中央ループ部
８２ ＲＴＴ走査システム
８２ｂ ＲＴＴ走査装置
８２ｃ 各仕分け装置
８３ｂ ＲＴＴ走査装置
８３ｃ 各仕分け装置
８４ ＲＴＴ走査システム
８４ｂ 仕分け装置
８４ｃ 各仕分け装置
８５ｂ 仕分け装置
８５ｃ ＲＴＴ走査装置
８６ 第１の主搬入コンベヤ
８６ｂ 仕分け装置
８６ｃ ＲＴＴ走査装置
８７ｂ 共通不合格経路コンベヤ
８７ｃ ＲＴＴ走査装置
８８ 第１の仕分け装置
８８ｂ 共通合格経路コンベヤ
８８ｃ 共通搬出コンベヤ
８９ｂ 予備ＲＴＴ走査装置
８９ｃ 仕分け装置
９０ コンベヤ
９０ｂ 仕分け装置
９２ コンベヤ
９４ 仕分け装置
９６ 仕分け装置
９８ 共通コンベヤ
１００ コンベヤ
１０８ 走査システム
１０９ リアルタイムディスクアレー
１１０ 冗長ビデオ切換部
１１２ 冗長イーサネット（登録商標）切換部
１４８ 操作者用ワークステーション
１６０ コンベヤベルト
１６２ 主散乱遮へい部
１６４ 走査装置
２０８ 走査ユニット
２１８ 制御ラック
２３０ 処理ラック
２３２ 電源ラック
２３４ 冷却ラック
３００ Ｘ線ビーム
３０２ 対象物
４１０ 多焦点Ｘ線放射源
４１０ａ Ｘ線点状放射源
４１２ 円状検出器アレー
４２０ コンベヤ
４２２ 円筒状検出器アレー
４２２ａ 検出器
４２６ 対象物
４２８ コリメータ
５００ マルチチャンネルアナライザ
５０２ 多重化処理部
５０４ 参照テーブル
５０６ 画像メモリ
５０８ メモリ領域
５１０ 投影像シーケンス制御部
５１２ 主ＲＴＴデータ取得システム
５１２ａ 検出器
５１２ｂ 検出器
５１３ 金属製フィルタ
６０２ ターゲット領域
６０４ ターゲット領域
６０６ 母材
６１２ 電極
６１４ 電極
６１６ 電子ビーム
７１０ 検出器アレー
７１２ 高解像度検出器アレー
７１４ 線状アレー
７１６ 線状アレー
７１８ 検出器
７５０ 積分器
７５０ａ 積分器
７５０ｂ 積分器
７５２ 増幅器
７５４ コンデンサ
７５６ 入力スイッチ
７５８ リセットスイッチ
７５９ リセットスイッチ
７６０ マルチプレクシングスイッチ
７６０ａ 出力スイッチ
７６０ｂ 出力スイッチ
８１２ 高解像度アレー
８１８ 検出器

Claims (14)

  1. 長手方向に中心軸を有するＸ線走査システムであって、
    Ｘ線を走査領域の周りにある複数のＸ線放射源位置から発生させるとともに発生されたＸ線を前記軸とは垂直方向に前記走査領域を透過させるように構成されたＸ線放射源と、
    前記軸の周囲に円形アレイのように配置されて前記透過したＸ線を検出するように構成された複数の検出器からなる第１の検出器セットと、
    前記軸の周囲に円形アレイのように配置されて前記走査領域内の散乱Ｘ線を検出するように構成された複数の検出器からなる第２の検出器セットと、
    前記散乱Ｘ線が所定の入射方向以外の方向から入射する場合に前記散乱Ｘ線が前記第２の検出器セットの各検出器に到達することを防止するように配置されたコリメータと、を有し、前記第２の検出器セットの検出器の各々に対し、前記検出器から前記入射方向に延在する線は、前記中心軸を通過しながらも前記中心軸に対して垂直では無く、
    前記第１の検出器セットからの出力を処理して前記走査領域の画像を構成する画像データを生成し、前記画像データを解析して前記画像内の対象物を識別し、前記散乱データの一部を前記対象物に対応させ、前記第２の検出器セットからの出力を処理して散乱データを生成し、前記第２の検出器セットのうちのどの検出器に散乱Ｘ線が到達したかに基づいて、透過Ｘ線が散乱された位置を判別するように構成された処理手段と、
    各々が画像の各領域と対応している複数の領域を有するメモリと、前記第１及び第２の検出器セットの検出器からの入力データを所定の順序で受信するように構成されたデータ入力手段とを有するデータ収集システムと、
    を有し、
    前記処理手段は、前記入力データから、前記画像の各領域に関係するＸ線透過データとＸ線散乱データとを生成し、前記Ｘ線透過データと前記Ｘ線散乱データとを適切なメモリ領域に保存することを特徴とするＸ線走査システム。
  2. 前記処理手段は前記散乱データに基づき前記走査領域内の異なる位置からの散乱レベル量を測定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線走査システム。
  3. 前記散乱は可干渉性の散乱であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線走査システム。
  4. 前記散乱は非干渉性の散乱であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線走査システム。
  5. 前記処理手段は前記画像データから前記散乱Ｘ線が散乱した可能性のある位置を判別するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載のＸ線走査システム。
  6. 前記処理手段は前記画像内の複数の画素を形成し、前記対象物に対応するものとして少なくとも１つの前記画素を識別し、前記散乱データの一部を各画素に対応させるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載のＸ線走査システム。
  7. 前記第１及び第２の検出器セットの２つは前記Ｘ線放射源に対向する側に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一に記載のＸ線走査システム。
  8. 前記第１の検出器セットは前記Ｘ線走査システムの前記中心軸を規定する円弧上に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一に記載のＸ線走査システム。
  9. 前記第２の検出器セットは前記Ｘ線走査システムの前記中心軸の周りにある複数の円弧上に配置され、前記円弧は前記軸に沿って間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項８に記載のＸ線走査システム。
  10. 前記処理手段は、どの領域に前記データの任意の部分が対応するかを、少なくとも部分的には、どの検出器から前記データを受信したかに基づき判定するように構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一に記載のＸ線走査システム。
  11. 前記処理手段は、どの領域に前記データの任意の部分が対応するかを、少なくとも部分的には、前記Ｘ線が発生した位置に基づき判定するように構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一に記載のＸ線走査システム。
  12. 前記検出器の各々を前記画像の各領域に対応させる記載項目が保存された参照テーブルをさらに有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一に記載のＸ線走査システム。
  13. 前記処理手段は、対象物の複数の断層撮影走査の各々に対する画像データを、前記対象物が画像化領域を通過する際に前記メモリに保存し、前記画像データを前記メモリから前記走査の各々の後に取り出して以降の走査についての画像データを前記メモリに保存できるようにすることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一に記載のデータ収集システムを有するＸ線走査システム。
  14. 前記処理手段は前記断層撮影走査による前記画像データを合成して前記対象物の３次元画像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１３に記載のＸ線走査システム。
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