JP5806115B2 - Ｘ線撮影データ判読 - Google Patents

Description

本発明は、分解された空間及びエネルギー情報を使用するＸ線撮影データ、特にＸ線相互作用データの収集及び判読のための方法と装置に関する。例えば内部在中物及び／または構成に関する情報を得ることは、望ましい所で、本発明はこのことにより三次元空間における物体の検査及び特徴付けのための方法と装置に関する。本発明はさらに、物質の画像の生成によってまたは連動して機能する方法と装置に関することでよいが、この種の画像化に限られない。

Ｘ線またはガンマ線のような高エネルギー放射線での物体走査の原理は、それが内部在中物及び／または構成についての情報を得るために望ましいと思われる状況、例えば、同定（識別）目的、在庫管理目的、変化、特に時間とともに劣化する変化の監視のため、あるいはセキュリティまたは危険物または禁制品の検出のための状況、例えば制限された領域へ入るまたは制限された領域から出るために人または手荷物をふるい分けるため、または、品質管理目的または構造物の完全性を判定する目的、等のための走査を含み、広く利用される。

Ｘ線写真を撮影するほとんどの物質は、種々の材料、複合組織などからなる。本来、それらの物質も通常３次元であるが、それでもこの通常のＸ線像は、にもかかわらず、単にモノクロ強度情報だけを含む平坦な影絵画像である。Ｘ線源は、たいてい放射線の幅広いスペクトル・エミッタである。しかしながら、大部分の検出器タイプは、このエネルギー情報を分解することができない。従って、このような方法で作り出されたＸ線像は、全ての空間情報、全てのエネルギー情報が単一の２次元平面中に圧潰している。これは、特定の深さで、ある特定の材料からなる物体の内部の情報を見るだけに関心を持つ場合、常に、同じｘ，ｙ領域で異なる種類の材料からなる物体によって生じる画像中のクラッタの背景にされていることを意味する。

より効果的に送信されるＸ線に関する分光情報を分解することができる検出器の最近の開発は、複数のエネルギー分化された画像を生じさせる複数のエネルギーバンド全域で区別する装置の開発につながった。例えば、米国特許公報第５９４３３８８号は少なくとも３つのエネルギーバンド全域の画像にテルル化カドミウム検出器を使用するシステムを記載しており、少なくとも３つの画像を作り出す。このような方法で作り出されたＸ線像はいくつかの分化エネルギー情報を有するが、全ての空間情報は単一の２次元平面中に圧潰されたままである。

単眼の運動視差Ｘ線画像の生成のための出願番号ＰＣＴ／ＧＢ ２００８／００１１０３において方法及び装置が提案されている。システムのアーキテクチャは、そのように作り出される一連の画像が水平方向（すなわち人間の目の分離の方向）の視差情報だけを含むようなものでなければならない。この一連の画像を人間観察者に示すことは、対象物を回転させるのと同じ効果を与える。この一連の透視画像は、それらの中で３次元座標データを含んでいる。透視写真相互間で視差を測定することによって写真測量法が立体写真画像に適用され得るのと全く同じ方法で、一連の単眼の運動視差画像にも適用され得る。こうすることの大きな利点は、そこにある画像がより多く、そしてより大きな差異を含み、その結果、深さあるいはｚ座標がより正確に算出され得ることである。立体写真（ステレオ対）利用の制限は、得られる深さ解像度を効果的に制限するのに利用可能な差異の制限が厳重に管理される。

上記にもかかわらず、分解された協調的な方法で選択的なエネルギー検出器によってＸ線撮影で収集された空間情報及びエネルギー情報を有効利用させるＸ線撮影データの収集と判読のための方法と装置を開発することは、依然として望ましい。

第１の態様の本発明に従って、次のステップを備える物体からのＸ線撮影データの収集及び判読のための方法が提供される。
少なくとも第１と第２の横方向に間隔を置いた走査位置を規定するような方法でそれらの間に走査ゾーンを規定するためにそこから間隔を置いた放射線源及び放射線検出器システムを提供するステップであり、前記検出器システムはその上への放射線入射に関する分光学的に分解可能な情報を検出及び収集することができるものである；
横方向に間隔を置かれた走査位置全体の走査ゾーンと関連して、かつ走査ゾーンを経由して物体を移動させるステップ; そして、これによって、
前記第１の走査位置で前記検出器出力からの強度情報の少なくとも第１の透視図データセットを生成するステップ;
前記第２の走査位置で前記検出器出力からの強度情報の少なくとも第２の透視図データセットを生成するステップ;
各々の透視図データセットを少なくとも３つの分光学的エネルギーバンドに分解するステップ;
この種の各々の分解された分光学的エネルギーバンドに対して：
異なる透視図データセットの対応箇所を識別するために各々の透視図データセットからのデータの数値画像分析を実行するステップ;
それによって、各々の透視図データセットの相違に関して、数値データを得るステップ;
それによって、三角測量を使用しているｚ座標情報を得て、複数の深度スライスに各々のエネルギーバンドで各々の透視図データセットを分けるために前記ｚ座標情報を使用するステップ;
そして、それによって、単一のエネルギーバンド及び深度スライスに分解した各々強度情報の２次元のデータセットを含む一連の出力データセットを作り出すステップ。

類似によって、本発明のさらなる態様に従って、物体からのＸ線撮影データの収集及び処理のための装置は、以下を含んで提供される：
少なくとも第１と第２の横方向に間隔を置いた走査位置を規定するような方法で、相互間に走査ゾーンを規定するためにそこから間隔を置いた放射線源及び放射線検出器システムであって、この検出器システムはその上への放射線入射に関する分光学的に分解可能な情報を検出及び収集することができるものである；
前記第１の走査位置での前記検出器出力からの少なくとも強度情報の第１の透視図データセット及び前記第２の走査位置での前記検出器出力からの少なくとも強度情報の第２の透視図データセットを使用中に集めるデータ収集モジュール;
前記放射線源の範囲内で、各々の透視図データセットを少なくとも３つの分光学的エネルギーバンドに処理して、分解するエネルギー分解能モジュール;
そして、複数の深度スライスに各々のエネルギーバンドで各々の透視図データセットを分けるためにそこから三角測量を使用しているｚ座標情報を分解する深度スライスモジュール；
単一のエネルギーバンド及び深さスライスに分解した強度情報の２次元のデータセットそれぞれから成る一連の出力データセットとして空間分解能モジュールによって発生する出力データを格納する出力データレジスタ。

放射線源は、電離放射線などの高エネルギー放射線、例えばＸ線及び／またはガンマ線などの高エネルギー電磁放射、あるいは亜原子粒子放射線を提供するソース、そして、検出システムは、このスペクトルの放射線を検出するように対応して構成されている。
本発明に従って、例えば透過、散乱、後方散乱、吸収等を含む、Ｘ線、ガンマ線または同類のような放射線と走査ゾーン中の物体との相互作用からの強度データは、一般に従来の方法で収集される。
適用のほとんどは、強度データは、送信された放射線強度で少なくとも得られることが好まれ、このことは、例えば透過Ｘ線像を生成するケースである。

各々の「走査イベント」（すなわち、入射する所与の放射線経路を経由する強度測定のため、かつ、例えば特定の走査位置における所与の物体を通過する）「強度データセット」は、ソース・エネルギー・スペクトルの少なくとも一部にわたって検出器で収集した入射強度を代表して集められる。概して、強度データは、エリア走査、ライン走査はもちろん、適当な走査方法論を有する一つのピクセル検出器システムによっても原則として遂行され得るが、エリア（つまり、ｘ,ｙ座標を伴い）全体に集められる。

この種のデータセットが画像として単に示される場合、収集したデータ中の固有の基本的Ｘ線撮影、あらゆる空間情報及びエネルギー情報と同様に単一の２次元の平面に圧潰される。これは特定の深さ及び／またはある特定の種類の材料からなる物体内部での情報が常に、同じｘ，ｙ領域で異なる種類の材料からなる物体によって生じる画像中のクラッタの背景にされていることを意味する。

しかしながら、本発明に従って、スペクトル的選択的情報及びｚ−座標情報は、空間情報及びエネルギー情報の改良された分化を伴う出力データセットを生成するために抽出される。

第１に、ソースのスペクトル全体にわたる少なくとも３つの別々のエネルギーバンドの所与の「走査イベント」のための強度データを検出することのできる検出システムが用いられる。検出器システムは、それがソースのスペクトル全体にわたる少なくとも３つの別々のエネルギーバンドに同時に入射放射線を分化させるように構成されるという意味では所与の「走査イベント」用の強度データを検出して、分解することができる。例えば、検出器システムは、少なくとも３つのエネルギーバンド内に入射放射線のこの種の同時分化ができるようソース・スペクトルの少なくとも一部にわたって分光学的に多様な反応を示す。透視図データセットは、このように、物体／供試材料のための所与の走査位置に関する少なくとも３つの強度データセットを生成する少なくとも３つのこの種のバンドに分解可能である周波数／エネルギーに関連した強度情報のデータセットを構成する。

第１のステップの方法は、この透視図データセットを、少なくとも３つのエネルギー箱（グループ値）に処理される各々少なくとも２つの透視図（つまり、各々の走査位置で）強度データ用とするように、少なくとも３つの分光学的エネルギーバンドに分解することを含む。より好適な数は、８または１６であるかもしれない。

装置は、このステップ、（例えば強度データを適切な複数のエネルギー箱に格納するために、分光学的に分解された強度データ及びデータ記憶モジュールを区別するデータ処理モジュールを含む）を遂行するエネルギー分解能モジュールを含む。

第２に、用途は、第１及び第２の走査位置を表す少なくとも２つの透視図から、検出器出力からの２次元（ｘ，ｙ座標）全体の強度情報の中でデータが集められるという事実でできている。このように、各々分解されたエネルギーバンドに対して、２次元にわたる強度情報のデータセットの少なくとも一対がある。これらの特徴間の位置相違の数値解析及び特にデータセットの対間の単眼の視差の数値解析は、通常、よく知られている方法で三角測量を使用しているｚ座標情報を分解するために用いてもよい。

異なる透視図から収集したデータにおける相違の測定は、各々の透視図の対応箇所を識別することを含む。これは実際、複合画像においては非常に難しい可能性がある。しかしながら、立体的な画像化または単眼の運動視差画像化に不可欠である撮像幾何を使用することは、対応箇所用に探索する場所に対する非常に重要な制約をつける。これは、エピポーラ線拘束として公知である。コンセプトは確立された。簡単に言えば、エピポーラ線は、同じ水平面で一連の画像それぞれを通り抜ける。

望ましくは、異なる透視図から数値的に収集したデータにおける相違を識別するステップは、エピポーラ線拘束を利用する。例えばこのエピポーラ線に沿ったエッジなど対応する特徴を探索する適切なアルゴリズムを使用することは、画像分析において公知である。一旦これらが分かると、ｚ座標情報は三角測量を使用して算出され得る。あらゆるデータセットも、このような方法で適切な複数の概念上の「深度スライス」に分けられ得る。そこにおけるデータは、別々に各々の概念上の深度スライスに対して強度情報を与えるために分解される。

本発明は、特にこの深さ分解能ステップが等価なエネルギーバンドで切り離される複数の透視図からのデータを使用している各々のエネルギーバンドに対し実行されるという点を特徴とする。このように、結果として生じる出力データセットは、各々の概念上の深度スライスで各々のエネルギーバンドに対して２次元強度情報の別々のマップを含む。これは、各々のエネルギーバンドに対し３次元強度情報を有する出力データセットを生成するために結合され得る。

例えば、画像が表示されることになっている場合、体積データは現在、一連の深度平面上で分解されるので、対象となる深さ領域を見るために画像の層を取り除くことが可能である。加えて、またはあるいは、対象でない情報を含むエネルギーバンドは、また、取り除かれ得る。このように、特に着目した物体の領域は、上層のまたは下層の情報によって引き起こされるのに伴ういかなるクラッタもなく見ることができる。画像は、あらゆるエネルギーまたはエネルギーの組み合わせ及び／またはあらゆる深度または深度の組み合わせでのエネルギー面の組み合わせにおいて深度面で見られる。例えば同時にまたは順次視覚的に単眼の視差情報をビューアに提示するために異なる透視図でデータ・マップから画像を見ることもまた依然として可能である。原型の分解されないデータセットのうちの固有のさらなる情報は、よりアクセスできる方法で利用できるようにされる。

別に対象となる深さ領域を見ることと同様に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）で知られているほぼ同じ方法で深度面スライスを使用しているボリュームレンダリングされたモデルを構築することは、また、可能である。

従って、好ましい実施態様における方法は、ｘ，ｙ空間的な、エネルギー及び深度スライス分解能を有する出力データセットの少なくとも一部そして好ましくは全てからの画像データセットの生成をさらに含む。このように、多数の画像は、走査ゾーンを通って移動している物体の中で発生され得る。好都合なことに本発明の方法は、例えば同時にまたは順次切り離すような画像及び／または、例えば視覚表示スクリーンなどの適切な表示手段上の合成像のような画像を表示するこの種の画像データセットから画像を表示する追加ステップをさらに備える。

類似によって、好ましい実施態様における装置は、ｘ，ｙ空間的な、エネルギー及び深度スライス分解能を有する出力データセットの少なくとも一部そして好ましくは全てから画像データセットを生成する画像生成モジュール、そして、任意には、この種の画像データセットの記憶のためのデータレジスタ及び／またはこの種の画像データセットから画像が表示され得る画像表示手段、を含む。

表示手段は、便宜上、単純な二次元表示スクリーン、例えば従来のビデオ表示スクリーン（この用語は、あらゆる陰極線管（ブラウン管）、プラズマ・ディスプレイ、液晶ディスプレイ、シリコン上の液晶ディスプレイ、発光ダイオード・ディスプレイまたは同様の技術を活用しているあらゆる直接表示またはプロジェクション・システムを含むことを意図する）である。それは、本方法が例えばセキュリティまたは医学画像分野における類似の既存のシステムの標準のディスプレイスクリーンに組み入れられた発明のための装置とともに使用するために想定され得る特別な利点である。

説明のために、本文献において用いられる、画像データセットの生成については、例えば画像強度/色/画像における色相その他のバリエーションによる強度及び／またはエネルギーを表し、かつ空間的分解能を画像中の空間的分解能として表す、調査中の物体のための、分解されたエネルギー/強度/空間データの視覚的表示が得られる、例えば適切な格納がなされ操作可能なデータ・ファイルの形での情報データセットの作成の参照であると理解されなければならない。例えば適切な表示手段に、この画像を表示することの言及は、視覚的にアクセスできる形のこの種のデータセットから生成される画像を表すことを指す。

本発明に従って、横に間隔を置かれた複数の走査位置を用いることは、他の等価な画像対または連続する画像の間に単眼の視差を作り出す。

一つの可能な実施態様では、本方法は、この種の画像対または連続する画像を示して、このように画像間に単眼の運動視差を表示することを含む。同様に一つの可能な実施態様で、本装置は、この種の画像を表示し、このように画像間の単眼の運動視差を示すために、連続して適応する画像ディスプレイを備える。

本発明の方法と装置は、そのようないずれの画像化に関しても強化された柔軟性を有する出力データセットを生成する。

さらに、本発明の有利な点は、出力データセットにおけるこれら２つの方法において情報を分解する能力だけではない。単独で考慮されるいずれの分解能技術にも勝るさらなる利点を与えるデータ処理ステージに相乗効果がある。

エピポーラ線拘束を使用することが非常に役立つツールであるにもかかわらず、複素画像において境界線上に対応箇所を同定することは依然として非常に困難な場合がある。

しかしながら本発明に従って、一連の（連続する）透視図は、一連のエネルギー選択的な透視図に最初に分解される。エピポーラ線上の対応箇所のマッチングは、それから大いに単純化される。全部の画像がこのような方法で分析される場合、複合三次元モデルがより完全に、各々の最初の走査に含まれる潜在的空間及びエネルギー情報を分解する一連の深度面またはスライスを有して作り出せる。

２つ以上の透視図がある場合、この方法のアプリケーションが利用できるデータは増加する。従って、好ましくは本発明の方法は、少なくとも１つのさらなるｘ，ｙ座標強度情報の透視図データセットを含み、装置はそうするように構成されている。

例えば、各々８つのエネルギーバンドに分解されることができた３つの透視図がある場合、合計２４の明確に異なる画像があり得る。特定のエネルギーで３つの透視図のセット各々を使うことによって、Ｘ線撮影された物体の体積分離を生じさせることは可能である。使われた８つのエネルギーバンドに対応する８つの体積モデルが実際である。全８つの体積モデルはそれから、エネルギー情報から再結合され、空間的細部が分割された完全なモデルを生じさせる深度面基準によって深度面上に結合され得る。

付加的な透視図データセットが生成される２つの方法がある。第１に、放射線検出器システムは、横方向に間隔が置かれる走査位置を規定するような方法で構成され得る。それは、個別の検出器ユニットの形でまたは複合検出器ユニットの、別々にアドレス可能な領域の形でさらに横方向に間隔が置かれる走査位置を規定するように構成され得る。各々間隔を置かれた走査位置での探出器の出力は、その後、各々間隔を置かれた走査位置に対し検出器で集められるデータの、透視図データセット見本を生成するために個々に用いてもよい。

一つの可能な実施態様では、横方向に間隔を置かれた一連のリニア検出器（例えば少なくとも３台の検出器）そして、より好ましくは、少なくとも５台の検出器が提供され得る。

横方向に間隔を置かれた一連の複数のリニア検出器が提供される場合は、例えば連続の隣接したリニア検出器の各対が実質的に等しく横方向に間隔を置かれて、かつ／またはソースと関連する実質的に等しい角度間隔で、それらの間における間隔は好ましくは通常、一定である。

横方向に間隔を置かれたシリーズを構成しているリニア検出器は、好ましくは通常、平行である。これらのリニア検出器は、共通面に配置または共通のアークに沿って配置されていてもよい。各々のリニア検出器は、例えば典型的な単純構造または折り畳み構造など、あらゆる適切な構成であってよい。

好ましくは、横方向に間隔を置かれたシリーズを構成しているリニア検出器は、それらの間の距離が各々の配列間の恒常的な角度分離を維持するために変化するように、配置される。これは、多くのＸ線検査産業でよく見られるＬ字形の検出器にとって非常に重要である。この革新はまた、ソースが各々の配列の中心位置に置かれないときに、非常に重要である。

好ましくは、本装置は、上記のように各々のリニア検出器の精密アライメントを可能にする配列手段を備える。

好ましくは、本装置は、望ましくは単一ソースから、複数のビーム（光線）を分配する手段を備える。例えば、ビームは各々の走査位置に向けられる。好ましくは、複数のビームを分配する手段は、によって、ユーザが所望の数のビームを走査位置の数に対応させるのに選ぶことができる。

加えて、またはあるいは、さらなる透視図データセットは、隣接した走査位置から集められるデータセットの対の補間によって生成することができる。このように、本発明の可能な実施態様に従って、本方法はさらに、走査位置の少なくとも一つの隣接した一対から測定されたデータセットから少なくとも一つの中間のデータセットを生成し、そして、対の位置でまたは各々の対の位置で検出器の出力を処理することによる走査位置の中で、複数の隣接対及び例えば各々の隣接した一対から少なくとも一つの中間画像を生成することを好ましくは適用でき、そして、２つの前記検出出力の間での中間の出力を代表する仮想透視図データセットを生成する。

本発明の装置は、好ましくは、この機能性を有する手段を備える仮想透視図データセット・ジェネレータを含む。

単一の中間の透視図データセットが一対の隣接した検出データセットの間で生成される場合は、中間の透視図データセットは、好ましくは２つの検出されたデータセット上の等価な位置の間に中間点を外挿する。複数の中間のデータセットが一対の検出データセットの間で提供される場合は、これらは同様な、均一に間隔を置かれた外挿に基づいており、好ましい。

前述に従って、どちらかまたは両方の方法が、実質的に異なる位置と見なされる走査ゾーンにおける物体の一連のデータセットを生成するために用いられる。第１の方法において、間隔を置かれた走査位置の横方向の配列が規定され、例えば、対応する複数の検出された直接データセットを生成するために、複数の間隔を置かれた検出器が提供される。第２の方法において、隣接した走査位置からのデータは、直接データセットに中間の間接データセットを生成するために用いられる。

検出器システムは、少なくとも３つの好ましくは少なくとも５つのエネルギーバンドを分解する程度まで少なくとも送信された放射線に関する分光情報を生成するように構成されている。出力をこのような８または１６のエネルギーバンドに分解することは、都合がよい。

複数の特定のエネルギーバンドが分解される限り、バンド幅は本発明に直接関連せず、有用な結果は、スペクトル（全体または一部）を別々のバンドに分けるあらゆる適切な方法によって得られる。例えば、全てのスペクトルまたはそれの本質的部分は、この種の複数のバンド幅、全てのバンドにわたる強度の代表となる測定と考えられる各々のデータ項目、そして例えば平均強度に単に分けられる。あるいは、複数の比較的広いバンドは、それらの間で不連続ギャップを有するが、同じ根拠で予測や分析がされ得る。一方、「バンド」は、それらが単一のエネルギーで基本的に強度の評価に近い位置であっても、狭くてもよい。本文献で使用しているように、エネルギー「バンド」の強度の概念は、そのような別個の単一のエネルギーの他に、狭い（ぎりぎり）または広いバンド幅にわたるエネルギーでの強度の評価もまた、強度の評価を含む。しかしながら、各々の透視図データセットに対し、同じエネルギーバンドが通常使われる。

本発明に従って、検出器システムは、単一の検出器または多元素系を構成している複数の個別の検出器素子を備え得る。エリア検出器は、個別の検出器素子の２次元配列及び／または複合素子上の別々にアドレス可能なピクセルの２次元配列から構成され得る。リニア検出器は、個別の検出器素子のリニア配列及び／またはリニア複合素子上の別々にアドレス可能なピクセルの配列を含み得る。検出器は、加えて、上記及びラスタ・スキャンとして固有の分解能のあらゆる組合せによって空間的に入射放射線を分解することができる。

検出器システムは、データ処理装置によって分光学的に分解可能である方法でもって放射線を検出することを可能にされる必要がある。望ましくは、検出器システムは、少なくとも詳細な分光学的情報が検索されることができている放射線源のスペクトルの少なくとも本質的な部分にわたって分光学的に多様な反応を示す。望ましくは、それが直接的な分光学的反応を示すという点で、検出器システム（または多元素系を構成している一部または全ての個別の検出器素子）が分光学的分解能を生じさせるために適用されてもよい。特に、システムまたは素子が、直接材料特性、直接電気的変動、そして、例えばソース・スペクトルの様々な部分に対する光電反応として本質的に示す選択された材料から製造される。

例えば、検出器システムまたは素子は、半導体材料または好ましくはバルク結晶、例えばバルク単結晶（この文脈におけるバルク結晶は少なくとも５００μｍ、好ましくは少なくとも１ｍｍの厚さを示す）として形成される材料を含む。半導体を構成している材料は好ましくは、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、テルル化カドミウムマンガン（ＣＭＴ）、ゲルマニウム、臭化ランタン、臭化トリウムから選ばれる。ＩＩ−ＶＩ族半導体及び特にそれらのリストは、特にこの点に関しては望ましい。半導体を構成する材料は、好ましくは、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、テルル化カドミウムマンガン（ＣＭＴ）及びそれらの合金から選ばれ、例えば、結晶構造のＣｄ_{１−（ａ＋ｂ）}Ｍｎ_ａＺｎ_ｂＴｅ（ここでａ及び／またはｂはゼロであってもよい）を含む。

これらの組合せ及びその他のこの種の材料は、実例を伴う相互作用の後で放射線の振幅を検出するにすぎないよりむしろ分光学的検出をするかについて考慮される。

ソースは、複数のバンド幅または１つのエネルギーが識別されることができる単一の幅広いスペクトル・ソースであってよい。例えば、ソースは、Ｘ線源であってもよい。あるいは、または加えて、ソースは、狭帯域幅を有するか、または本発明の方法に従って一部のエネルギーを比較用に提供するために一つ以上の離散的なエネルギーで入射放射線を生成して提供され得る。この場合、放射線源は、複数のエネルギー／エネルギーバンド全体の検出器によって分解能を与えるために広げられる必要な全体のスペクトルを提供する異なるエネルギーでのソースの組合せを含む複数のソースである。

例えば、複数のソースは、例えば６０ｋｅＶ以下、例えば１０〜５０ｋｅＶで作動する比較的弱いエネルギー・スペクトルを有するＸ線源、そして例えば１００ｋｅＶを上回るより高いエネルギーで放射線を発生させる一つ以上の放射性同位体ソースを含む。

ソースは、本発明の性能のために必要なスペクトル分解能を有効にするために十分に広いスペクトルの放射線を発生させられることが望ましい。好ましくはソースは、２０ｋｅＶ〜１ＭｅＶの範囲の少なくとも１以上の部分にわたって、そして、より好ましくは、例えば２０ｋｅＶ〜１６０ｋｅＶの範囲の少なくとも一部及び大部分にわたって放射線を発生させる。例えば、ソースは、所与の範囲の中で少なくとも２０ｋｅＶの少なくとも一つのバンド幅にわたって変動している放射線を発生させる。例えば、スペクトルは、少なくとも３つの１０ｋｅＶのバンドがその範囲の中で分解され得るようなものである。

本発明は特に、３次元の物体が走査ゾーンを移動させられ、画像化情報が収集されるライン走査原理に影響している方法と装置に関する。

ライン走査原理を使用する画像化装置は、周知である。概して、この種の装置は適切なソースからなる。そして、ビームはカーテン（通常「カーテン・ビーム」と称する）にコリメートされ得、その後、例えばリニアフォトダイオードアレイからなるリニア検出器によって検出される。ビームに関して右側の角度で例えば直線的に移動する対象の物体を有することによって、そして編集された完全な画像フレームからのリニア配列から得られる透過情報の連続した走査を格納することによって、画像情報が得られる。

したがって、本実施態様において、本方法は、
走査ゾーンを規定するために間隔を置いたソース及び検出器システムを提供するステップであって、上記検出器システムは入射放射線に関する分光学的に分解可能な情報を生成することのできる複数の間隔を置かれたリニア検出器を含み、
強度データがｘ，ｙ座標全域で分解される対応する複数の２次元透視図データセットを生成するために走査ゾーンと関連し、かつ走査ゾーンを経由して物体を移動させるステップ;
上記の方法の結果として生じる透過データを分解するステップを備える。

したがって、本実施態様において、本装置は、
走査ゾーンを規定するために間隔を置いたソース及び検出器システムを備え、上記検出器システムは入射放射線に関する分光学的に分解可能な情報を生成することができる複数の間隔を置かれたリニア検出器を含み、
各々リニア走査から、上記の方法の結果として生じる透過データの分解を可能とする強度データがｘ，ｙ座標全域で分解される２次元透視図データセットを生成及び格納する手段、を備える。

本実施態様に従って、放射線源は、カーテン・ビームを作り出すために、好ましくはコリメートされる。

ソースは、例えば適切なビーム分割装置によって、適切な角度分離で間隔を置かれた連続配列の各々のリニア検出器上の入射に位置合わせするカーテン・ビームのようなビームを生成するようになっている単一の主要ソースを含む。単一ビームは発生され得る。あるいは、多数のビームは、単一ソースから発生され得る。一方、多数のソースは、例えば連続配列のリニア検出器上のカーテン・ビーム入射などのビームを生成している各々を提供され得る。ソースは、前述の原理のいずれかまたは全てを結合しているソースを含むことができる。

好ましくは、本検出器システムは、連続配列の一般に平行な一致において、離れて、直線的にまたは角度的に間隔を置いた複数のリニア検出器を備える。各々のリニア検出器は、検出器素子のリニア配列を含み得る。

本発明の方法における数値的なステップが機械読み込み可能な指示またはコードの適切なセットによって実施できることは、一般によく理解されている。これらの機械読み込み可能な指示は、特定される数値的なステップを実装するための手段を生成するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に搭載され得る。同様に、数値的な解析モジュールは、例えば最適にプログラムされた汎用または専用コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置などの最適にプログラムされたデータ処理装置を含むことができる。

この種の機械読み込み可能な指示はまた、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に特定の方法で機能するように指示することのできるコンピュータ可読媒体に保存され得る。そうすると、コンピュータ可読媒体に保存される指示は、本発明の方法における数値的なステップの一部または全てを実装するためのインストラクション手段を含む製品を生産する。コンピュータプログラム・インストラクションは、また、本発明の方法における数値的なステップの一部または全てを実装するためにステップを提供しているコンピュータまたは他のプログラム可能な装置に命令が実行されるようなプロセスが実行されるコンピュータに実装することができる機械を生産するために、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置に搭載され得る。専用のハードウェア及び／またはコンピュータ・インストラクションのあらゆる適切な組合せによってステップが実行され得、そしてこの種のステップを実行する装置の手段が構成されると理解される。

本発明は、現在添付の図面に関してほんの一例として記載されており、
一部の初期データ処理モジュールを含んで、本発明に従って例示する装置の単純な概略図である。 本発明の原則に従って図１に示すように集められるデータの処理を完了するために、概略的に例示するさらなるプロセスステップ/データ処理モジュールの図である。 本発明の原則に従って図１に示すように集められるデータの処理を完了するために、概略的に例示するさらなるプロセスステップ/データ処理モジュールの図である。 さらなる材料識別を可能にするために実現可能な付加的なデータ処理モジュール/ステップを例示する図である。 画像化方法における分解されたデータを見る実施例方法の図である。

図１は、例示を目的として本発明の実施例に従って、物体やデータを処理する初期段階 からの透過データの収集のための装置及びプロセス両方の概略的な態様を示す。装置の特徴は概略的に示され、プロセスステップの順序例がフローチャート形式で有る程度表現されるように図中の離間関係において表現される。図は、このように、便利な方法で、本発明の実施例の可能な装置特性及びあり得るプロセスステップを例示することを目的とする。

本発明の第１のステージにおいて、Ｘ線透過データは、比較的広域のスペクトルＸ線源から集められる。例えば適切な連続運搬手段に、物体は、走査ゾーンを経由して移動させられる。各々のビームを通過させるように、そして、このように、３つの透視図データセット（ここでは画像表示１、画像表示２、画像表示３）を与える３つの走査位置からの透過情報を得るために、Ｘ線源（ビーム１、ビーム２、ビーム３）からの３本のビーム経路は、物体から透過情報を得るために３台の横方向に間隔を置かれた検出器に影響を与える。

この図示された実施例において、各々の検出器は検出器素子のリニア配列であり、Ｘ線検査においてよく確立されたライン走査原理を使用するｘ，ｙ面における２次元画像を作り上げるために各々の検出器と関連して適切な電子機器制御が用いられ得る。物体が走査ゾーンを通過するにつれて、データは、３つの検出器配列から収集され、データをアセンブルし、照合して、ｘ，ｙ面の空間的分解能を有する各々の検出器から収集したデータに特有の個々の透視図データセットを生成するデータ収集及び処理ユニットに伝送される。これらは、データ記憶レジスタに通される。

しかし、他の検出器配列は、想定され得、最優先の必要条件は、ｘ及びｙ方向の適切な分解能に分布される強度情報を含む画像表示１，画像表示２，及び画像表示３各々に対するデータセットの生成である。

この点で、電子機器制御はソース（例えばソースの全スペクトルにわたる平均強度であること）に対して強度情報のモノクロ表現を分解し、これにより、その潜在的出力は、各々３つの走査位置において画像を表す３つの単独のモノクロＸ線像である。情報は、この種の出力から得られる。

例えば、深度に対する少なくともある程度の認識を示している情報を得るために出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００１１０３において提示される原理に従って活用された単眼の視差効果は、この種の画像の各ペアの間にある。その方法に従って、画像は、適切な表示手段に連続的にかつ順次に表示されるようにデータレジスタから渡される。この連続的な順次的な表示の結果は、それらの間の単眼の運動視差によって、表示手段を見ている観察者が連続した画像及び特に３次元のキューから情報を収集することが可能である。

しかし、本発明に従って、各々の検出器は、入射情報を少なくともソース・スペクトルの相当な部分にわたって複数のエネルギーバンドに分解することができる。例において、使用する検出器は、入射Ｘ線の分光学的分解能を有し、特定の具体例においては、当業者が適当な他の材料選択を認めるにもかかわらず、テルル化カドミウムを含む。このスペクトル分解能を利用するために、Ｘ線源は、幅広いエネルギー・スペクトルの全域でＸ線を放射する。実施例においては、タングステン・ソースが使われる。但し、当業者は他の材料が適当である場合があると認める。

このように、上記のデータは、ソースのスペクトル全域でモノクロ強度情報を生成するために用いるように、適切なエネルギー選択アルゴリズムを使用しているエネルギー選択モジュールを利用することにより、複数のエネルギー箱（ｂｉｎｓ）に分解され得る。例において、８つのエネルギー箱が選択され、特定のエネルギーまたはエネルギーバンドで強度データがソースの範囲全体に配信されることを表す。例において、8つのエネルギー箱は選択される。そして、特定のエネルギーまたはエネルギーバンドで強度データがソースのスペクトル全域に分布されることを表す。

このように、データはこの点で、それぞれ各々の８つのエネルギー箱の各々の３つの画像表示に対応するｘ，ｙデータの２４のデータセットから成る。

異なる材料組成物がエネルギー選択的な方法のＸ線または類似した放射線と相互に作用することができると確証される。あらゆる材料の吸収特性がエネルギーによって異なり得ること、及び吸収特性が異なる量が特に、原子番号（一部分においては、少なくとも異なる吸収効果が優勢であるので）、密度及び材料の厚みに依存して変化することは知られている。

以下の通り、材料を介するＸ線の透過は、指数減衰法によって与え得る。
Ｉ／Ｉｏ＝ｅｘｐ［−（μ／ρ）ρｔ］ （１）
ここで、
μ／ρ＝質量減衰係数、材料の加重元素組成に特徴的である材料定数
Ｉ＝最終的な強度
Ｉｏ＝初期強度
ρ＝材料の密度
ｔ＝材料の厚み

従って、このエネルギー選択情報は、より簡単に識別される、クラッタ除去されて別々の要素または構成要素でありえる多数の材料からなる複合物体の画像を用いて、追加される次元を与えることができる。例えば、異なるエネルギー箱は合成画像の異なる色として表されることができ、出力は各々の３つの画像表示、画像表示１、画像表示２及び画像表示３のための８「カラー」を有するエネルギー分解された「カラー」画像で提供され得る。

別の方法では、図１の下部で図示するように、３疑似次元として分化したエネルギーを伴う２４のｘ，ｙ強度データセットとして示され得、データセットは、その構造に基づいて画像化のために操作され得る。

しかしながら、本発明に従って、少なくとも、さらなるデータ処理ステップは、図２にて示したように実行される。これは、深度スライスステップである。前述したように、物体の各々の光景の相違は視差効果のためである。この差異及び特に画像の対間の単眼の視差は、対応の位置を識別するために、周知の数値的な画像分析手段によって活用され得る。実施例に従って、画像分析モジュールは、いずれがこのように画像分析を実行するためにエピポーラ線拘束を利用するか、活用される。

各々の画像表示のためのデータは、８つの別々のエネルギー箱（ｂｉｎｓ）にすでに分解された。画像分析は、次々にこの種の各々の箱（ｂｉｎ）のための上記として実行され得る。多数のエネルギー箱のための分析を行うことがエピポーラ線技術を使用している対応の位置の識別を容易にすることができることは、本発明の特別な利点である。

画像分析モジュールは、三角測量によって深度データを分解するために視差情報を使用し、各々の画像表示で、そして、各々のエネルギー箱に対して原型のデータセットを分けるためにこの深度データを使用し、複数の概念上の深度スライスにする。選択される深度スライスの数は、ある程度選択できること、そして、適切な数値の解析アルゴリズムの活用法の問題である。しかしながら、数及び密度（すなわち深度分解能）は、測定され得る最小限の水平差異によって、基本的に制限される。この種のシステムにおいて、制限因子は、隣接ピクセル間の分離である。他の因子は、透視図間の角度であり、角度があまりに大きい場合、接合の位置を決めるのは難しいかもしれないが、より大きいこの角度、ひいては深度面が近づく。深度面の実際の数はまた、物体の厚みに依存する。より多くの画像表示を用いて、深度面密度 対 マッチしている位置の精度、のトレードオフにより完成したモデルの完全性を改善することができる。

データを将来の操作のために対処可能に保つために、少なくとも３つの深度スライス、例えば、５〜１６の深度スライスは好まれそうである。

本実施例において、適切な画像処理アルゴリズムは、データセットを５つの概念上の深度スライスに分けるために用いられる。

この数値変換の結果として、現在生成されるデータセットは、オリジナルデータに固有のｘ，ｙ情報に加えて、３次元に代表される深度またはｚ座標情報を有する。事実上、結果として生じるデータセットは、各々（実施例においては８）のエネルギー箱（ｂｉｎｓ）と、所望の複数（ここでは５つ）の深度面で分解された二次元（ｘ，ｙ座標）の透過強度情報を含む。

これは、以前のエネルギー分解されたＸ線分析を使用して作られるより強力で巧みに扱えるデータセットを示す。

例えば、図３にて図示したように、エネルギー及び空間的に分解されたデータセットを生成して、このデータセットからユーザがあらゆるエネルギーまたはエネルギーの組み合わせで深度面を見るか、またはあらゆる深度または深度の組み合わせでエネルギー面を見ることができる画像化情報を示すために８つの空間的に分解されたエネルギー・マップを再結合することは、可能である。これらの表示技術のどちらかまたは両方とも、特に非クラッタ画像にとって有用であり得、異なる材料及び／または、複合材料または構成要素の組合せで構成された走査下における物体の異なる構成要素を識別することが有用であり得る。

さらに、材料の透過する性質が、ランベルト・ベールの法則（上記の方程式（１））に従って、構成を有するエネルギー選択的な方法で変化することは知られている。これは、数値的により確かな材料識別をするエネルギー選択的なデータを処理するために用いてもよい。

例えば、１つの考えられる方法で、本方法は、数値の関係を評価するステップ、例えば所与の強度データセットの少なくとも２対のエネルギーバンドのための強度データ項目間の比率、及び放射線相互作用と関連する質量減衰係数を有し、そして、このように強度データセットを有する機能的な関係の少なくとも一つの数字表示器を得るための例えば連続したこの種のエネルギーバンド各々によって純化される;
潜在的構成要素材料の範囲に対してこの種の物理材料特性の特徴を示すデータのライブラリと、特に例えば、走査ゾーンにおける材料中の適切な材料含有量の指示を得るために、疑惑の材料のような目標材料に特有のこの種の物理材料特性と、に対して同じように比較するステップ。

所与の走査イベントと関連する大部分の変数は、ソースから入射放射線の周波数/エネルギーに関して一定である。しかしながら、質量減衰係数は、特性方法のエネルギーによって変化する。少なくとも2つの比率を生み出すために所与のスキャン・イベントに対して少なくとも３つの異なるエネルギーバンド全域の強度データ上のこの種の比率分析を実行することによって、質量減衰係数及び入射放射線エネルギーの機能的な関係を表すデータが得られる。このように、所与の走査イベントに対して供試材料を通る透過経路に適用できる特定の質量減衰係数に関する推論は、導き出せる。比較は、それから、何が走査されているかというより代表的な指示を与えるために、異なる材料及び／または対象物体のための質量減衰係数のデータ見本の適切なデータベースになされる。

本技術は特に、異なる構成要素の別々の識別を可能とする多数の構成要素または材料、含まれた液体または液体サンプルなど、を有する物体に対して情報を得るために強力である。本技術は特に、適した構成要素についてのある程度の予備知識があるときに、強力であり、異なる材料のための質量減衰係数のデータ見本の適したデータベースがちょうど２，３のこの種の適した構成要素及び例えば相応しい液体成分に制限され得る。

この技術が、生成されるデータセットに実行されて、上記の図１及び図２に従って分解される場合、図４に示したようにｘ，ｙ，ｚ空間にて材料識別分解データを再構成することが可能である。結果として生じるデータセットによって、この任意の実施例またはこの後の任意の付加的なデータ・ステップで、材料識別マップが、図5にて示したように完全な３次元の分解能によって実現され得る。例えばよく知られているＣＴスライス組換えアルゴリズムのような、あらゆる深度面または深度面の組み合わせで選択された材料を見るか、あらゆる材料または識別される材料の組み合わせを有する深度面を見るか、または適切なボリューム画像化アルゴリズムを使用している画像にされるボリュームを見るために深度面を結合することは、可能である。

したがって、本発明の装置及び方法は、例えば医療、品質管理及びセキュリティ・アプリケーション用に、材料を識別するためにさまざまな方法で操作され得る走査中でマルチ構成要素オブジェクトの構成に関する情報の有意な量を分解して、それらの材料のクラッタ除去された画像の役立つ手段を提供することを可能にする。

Claims (20)

1. 物体からのＸ線撮影データの収集及び判読のための方法であって、
   少なくとも横方向に離間した第１と第２の走査位置を規定するような方法で相互間に走査ゾーンを規定するために間隔を置いた放射線源及び放射線検出器システムを提供するステップであり、該放射線検出器システムはその上への放射線入射に関する分光学的に分解可能な強度情報を検出及び収集することができる、放射線源及び放射線検出器システムを提供するステップと、
   前記横方向に離間した走査位置にわたる前記走査ゾーンと関連して、かつ前記走査ゾーンを経由して物体を移動させるステップと、
   前記横方向に離間した走査位置の第１の走査位置で前記放射線検出器システムの検出器出力からの強度情報の少なくとも第１の透視図データセットを生成するステップと、
   前記横方向に離間した走査位置の第２の走査位置で前記放射線検出器システムの検出器出力からの強度情報の少なくとも第２の透視図データセットを生成するステップと、
   各々の透視図データセットを少なくとも３つの分光学的エネルギーバンドに分解するステップと、
   この種の各々の分解された分光学的エネルギーバンドに対して、
   異なる透視図データセットの対応箇所を識別するために各々の透視図データセットからのデータの数値分析を実行するステップと、
   各々の透視図データセットの相違に関する数値データを得るステップと、
   前記数値データによって、三角測量を用いて物体の深度面に関するｚ座標情報を取得し、各々のエネルギーバンドで各々の透視図データセットを複数の深度スライスに分けるために前記ｚ座標情報を使用するステップと、
   そして、単一のエネルギーバンド及び深度スライスに分解した各々強度情報の２次元のデータセットを含む一連の出力データセットを作り出すステップと、
   を備える方法。
2. 前記放射線源の放射線は、Ｘ線及び／またはガンマ線を含む高エネルギー電磁放射線あるいは亜原子粒子放射線から選択され、前記放射線検出器システムは、スペクトルの放射線を検出するように対応して構成されている、請求項１に記載の方法。
3. 前記各々の透視図データセットからのデータの数値分析を実行するステップは、エピポーラ線拘束を利用する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記一連の出力データセットを作り出すステップは、各々の概念上の深度スライスで各々のエネルギーバンドに対して２次元強度情報の別々のマップを含む出力データセットを生成するため、各々の透視図データセットからの等価なエネルギーバンドで切り離されるデータを有する各々のエネルギーバンドに対して実行される、請求項１〜３いずれかに記載の方法。
5. 前記２次元強度情報は、各々のエネルギーバンドに対し３次元強度情報を有する出力データセットを生成するために結合される、請求項４に記載の方法。
6. ｘ，ｙ座標領域において広がりのある、エネルギー及び深度スライス分解能を有する出力データセットの少なくとも一部または全てからの画像データセットの生成のステップをさらに含む、請求項４または５に記載の方法。
7. 前記画像データセットの生成のステップによるデータに基づいて、エネルギー面あるいは深度面に関して、同時にまたは順次切り離す態様の画像及び／または、表示手段上の合成像の態様の画像を表示するステップをさらに備える、請求項６に記載の方法。
8. 前記放射線検出器システムは入射放射線に関する分光学的に分解可能な強度情報を生成することのできる複数の離間したリニア検出器を含み、ライン走査原理によって前記透視図データセットが生成され、
   強度データがｘ，ｙ座標全域で分解される走査位置に対応する複数の２次元の透視図データセットを生成するために複数の離間した前記リニア検出器の各々からデータを集めることによって走査ゾーンと関連し、かつ走査ゾーンを経由して物体を移動させることにより、前記透視図データセットが生成される、請求項１〜７いずれかに記載の方法。
9. 前記放射線源の放射線はカーテン・ビームを作り出すためにコリメートされる、請求項８に記載の方法。
10. 物体からのＸ線撮影データの収集及び処理のための装置であって、
    少なくとも横方向に離間した第１と第２の走査位置を規定するような方法で、相互間に走査ゾーンを規定するために間隔を置いた放射線源及び放射線検出器システムを備え、この放射線検出器システムはその上への放射線入射に関する分光学的に分解可能な強度情報を検出及び収集することができる、放射線源及び放射線検出器システムと、
    前記横方向に離間した走査位置の第１の走査位置での前記放射線検出器システムの検出器出力からの少なくとも強度情報の第１の透視図データセット及び前記横方向に離間した走査位置の第２の走査位置での前記放射線検出器システムの検出器出力からの少なくとも強度情報の第２の透視図データセットを使用中に集めるデータ収集モジュールと、
    前記放射線源の放射線のスペクトルの範囲内で、各々の透視図データセットを少なくとも３つの分光学的エネルギーバンドに処理して、分解するエネルギー分解能モジュールと、
    分光学的エネルギーバンドに各々分解され、その中の対応点を識別する各々の透視図データセットからのそれぞれのデータに対して数値的に分析するための分析器モジュール、各々の透視図データセット間の視差に関する数値データを得るための視差モジュール、 そして、各々のエネルギーバンドで各々の透視図データセットを複数の深度スライスに分けるために、各々の透視図データセットの相違を利用し三角測量を用いて取得した物体の深度面に関するｚ座標情報を分解する深度スライスモジュール
    を含む空間分解能手段と、
    単一のエネルギーバンド及び深度スライスに分解した強度情報の２次元のデータセットそれぞれから成る一連の出力データセットとして前記空間分解手段によって発生する出力データを格納する出力データレジスタと、
    を備える装置。
11. 前記放射線源は、Ｘ線及び／またはガンマ線を含む高エネルギー電磁放射線、亜原子粒子放射線から選ばれる高エネルギーの放射線を提供するソースを含み、前記放射線検出器システムは、スペクトルの放射線を検出するように対応して構成されている、請求項１０に記載の装置。
12. 前記エネルギー分解能モジュールは、分光学的に分解された強度データと、この強度データを適切な複数のエネルギー箱に格納するためのデータ記憶モジュールとを区別するデータ処理モジュールを含む、請求項１０または１１に記載の装置。
13. 前記深度スライスモジュールは、各々のエネルギーバンド用に、各々の概念上の深度スライスで各々のエネルギーバンドに対し２次元強度情報の別々のマップを含む出力データセットを生成するため、各々の透視図データセットからの等価なエネルギーバンドで切り離されるデータを処理するように構成され、各々のエネルギーバンドに対し３次元強度情報を有する出力データセットを生成するために２次元強度情報のマップを組み合わせる、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. ｘ，ｙ座標領域的な広がりのある、エネルギー及び深度スライス分解能を有する出力データセットの少なくとも一部、または全部から画像データセットを生成する画像生成モジュールをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
15. 前記画像データセットの記憶のためのデータレジスタ及び／または前記画像データセットから画像が表示され得る画像表示手段をさらに含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記放射線検出器システムにおいて、前記放射線源の放射線のスペクトルに対して光電反応する特性を示す選択された材料から製造される検出器の構成が含まれる、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記検出器は、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料を含んでいるバルク結晶として形成される材料を含む、請求項１６に記載の装置。
18. 前記検出器は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）、テルル化カドミウムマンガン（ＣＭＴ）及びそれらの合金から選択される半導体材料を含む、請求項１６または１７に記載の装置。
19. 前記放射線検出器システムが複数のリニア検出器を含み、該リニア検出器は、前記放射線源とリニア検出器の配列との間に結果として生じる複数の放射線経路から使用中に強度データが集められ得るように、所定の角度分離で横方向に離間して連続配列されており、入射放射線に関する分光学的に分解可能な強度情報を生成することができ、ライン走査原理に作用している、請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 放射線源がカーテン・ビームを生じさせるためのコリメータを含む、請求項１９に記載の装置。

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