JP6415023B2 - ３ｄ散乱撮像に用いるハンドヘルドｘ線システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国仮特許出願第６１／６５０，３５４号（出願日２０１２年５月２２日、発明名称「Handheld X-ray System for 3D Backscatter Imaging」）の優先権を主張し、当該出願の開示内容全体は、参照することによって本願に包含されている。

本出願は、広くは、ハンドヘルド撮像（イメージング）システム、及び当該システムを使用して所望の物体の画像を散乱放射線を用いて生成する方法に関する。さらに詳細には、本出願は、ハンドヘルドＸ線システム、及び当該システムを使用して所望の物体の三次元（３Ｄ）画像を散乱放射線を用いて生成する方法に関する。

多くの産業的、軍事的、セキュリティ的、または医療的用途において、物体の内部構造の画像が必要とされる。ラジオグラフィー（radiography）は、撮像に用いられ得る技術の１つである。ラジオグラフィーは、広くは、従来の透過ラジオグラフィーまたは後方散乱ラジオグラフィーを含む。調査（interrogate）されるべき物体の背後からのアクセスが不可能である場合、後方散乱ラジオグラフィーのみが可能である。後方散乱撮像の１つの方法として、コンプトン後方散乱撮像法（Compton Backscatter Imaging（ＣＢＩ））があり、これはコンプトン散乱に基づいている。

横方向移動ラジオグラフィー（lateral migration radiography（ＬＭＲ））は多重散乱光子及び単一散乱光子を用いたＣＢＩに基づく撮像法の１つである。ＬＭＲは２ペアの検出器を用い、そのペアの各々はコリメートされずに単一散乱光子を主に撮像する一方の検出器、及びコリメートされて多重散乱格子を主に撮像する他方の検出器を有している。このことは、一方が主に表面特徴を含み、他方が主に表面下の特徴を含む、２つの別個の画像の生成を可能にする。

近年では、選択的検出による後方散乱ラジオグラフィー（ＲＳＤ）（ＬＭＲの一種）が用いられている。ＲＳＤは、コリメーション平面（collimation plane）よりも下の投影領域からの単一散乱光子及び多重散乱光子の組み合わせを用いて画像を生成する。結果として、この画像は、一次散乱成分及び多重散乱成分の組み合わせを有し、当該画像の表面下の分解能は向上させられる。

本出願は、ハンドヘルド撮像システム、及び当該システムを使用して所望の物体の３Ｄ画像を散乱放射線を用いて生成する方法に関する。ハンドヘルド撮像装置は、ファンビーム（fun beam）またはコーンビーム（cone beam）を物体に照射する放射線源、及び当該物体からの後方散乱放射線を検知する複数の検出要素を含み得、検出要素の各々は当該物体に対して異なった視点を有し、他の検出要素とは異なる当該物体の画像を収集する。代替的に、ハンドヘルド撮像装置は、放射線ペンシルビーム（pencil beam of radiation）を物体に照射する放射線源、及び当該物体からの後方散乱放射線を検出する検出器を含み、当該検出器及び放射線源は、互いに軸外になるように配されている。ハンドヘルド撮像装置は、所望の物体に放射線を照射して当該物体の複数の二次元画像を取得し、その後に当該複数の二次元画像を用いて当該物体の三次元画像を生成する。

以下の説明は、添付の図面を参照することでさらに良く理解可能である。

ラジオグラフィーを用いて後方散乱を検出する撮像システムのいくつかの実施態様を示す図である。 撮像システムの他の実施態様及び当該システムによって取得された画像を示す図である。 図２ａにおいて取得された画像に再構築法を用いることで取得された三次元画像を示す図である。 再構築法において用いられ得るシミュレーションの詳細のいくつかの実施態様を示す図である。 本発明のいくつかの実施態様による後方散乱撮像システムのブロック図である。 検出要素の第１の構成を有するハンドヘルド撮像装置のいくつかの実施態様の側面図である。 検出要素の第１の構成を有するハンドヘルド撮像装置のいくつかの実施態様の側面図である。 検出要素の第１の構成を有するハンドヘルド撮像装置のいくつかの実施態様の底面図である。 検出要素によって表される画像と共に検出要素の第１の構成を有するハンドヘルド撮像装置いくつかの実施態様の底面図を示している。 検出要素の第２の構成を有するハンドヘルド撮像装置のいくつかの実施態様の側面図である。 検出要素によって表される画像と共に検出要素の第２の構成を有するハンドヘルド撮像装置のいくつかの実施態様の底面図を示している。 検出要素の第３の構成を有するハンドヘルド撮像装置のいくつかの実施態様の側面図である。 検出要素の第３の構成を有するハンドヘルド撮像装置のいくつか実施態様の底面図である。 検出要素の第３の構成を有するハンドヘルド撮像装置のいくつか実施態様の底面図である。 ハンドヘルド撮像装置の他の実施態様の側面図である。 ハンドヘルド撮像装置の他の実施態様の側面図である。 図１４及び図１５のハンドヘルド撮像装置による物体の様々な走査方向を示す図である。

図は、ハンドヘルドシステム及びＸ線システムを使用して後方散乱Ｘ線に基づく３Ｄ画像を生成する方法の特定の態様を示している。以下の説明とともに、図は、本明細書内に記載されている構造の仕組み、方法、及び原理を明らかにしかつ明確にする。図において、コンポーネントの厚さ及びサイズは、明瞭さのために強調されるかまたはその他変更がなされている。異なった図の中に示されている同一の参照符号は、同一の要素を表しているので、それらの説明は繰り返されない。さらに、良く知られている構造、物質、または動作は、説明されるデバイスの態様を不明瞭にすることを避けるべく、詳細に図示されたりまたは説明されたりはしない。さらに、図は、単純化されているかまたは部分的な視点で表され、図内の要素の寸法は、明瞭さのために、強調されているか、または比例していない。

以下の説明は、具体的詳細を順を追って提供し、全体の理解をもたらす。しかし、当業者は、説明されている撮像システム、及びこれに関連する当該システムを製造及び使用する方法は、これらの具体的詳細を用いずとも実施及び使用可能あることを理解するだろう。実際、当該撮像システム及び関連する方法は、当該説明されているシステム及び方法を変更することによって実施され得、かつ産業において従来用いられてきた任意の他の装置及び技術と組み合わせて使用され得る。例えば、以下の説明は後方散乱Ｘ線に関する撮像システムを使用することに焦点を当てているが、当該撮像システムは、ガンマ線、中性子線、電子ビーム、またはこれらの組み合わせ等の他のタイプの放射線にも使用可能である。

本明細書において、〜上にある、〜に取り付けられている、または〜に結合されているという用語が用いられた際には、１の物体（例えば、物質、層、基板等）が、他の物体の上にあり得、他の物体に取り付けられ得、または他の物体に結合され得る。この場合、当該１の物体が、当該他の物体の直に上にあるか、当該他の物体に直に接続されているか、もしくは当該他の物体に直に結合されているか、または当該１の物体と当該他の物体に１または複数の介在物があるかは問わない。方向（例えば、上方、下方、頂部方向、底部方向、側方、上、下、上部、下部、水平、垂直、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」等）は相対的なものであり、単に例示のために並びに表示及び議論を容易にするために提供され、限定のために提供されるのではない。さらに、参照符号が要素のリスト（例えば、要素ａ、ｂ、ｃ）のためにもたらされる場合、このような参照符号は、それが当該リスト化された要素のうちのいずれか１つ、リスト化された要素の全てよりも少ない要素の任意の組み合わせ、及び／またはリスト化された要素の全ての組み合わせを含むことが意図されている。

非ハンドヘルド撮像システム、及び当該システムを使用して散乱放射線（後方散乱放射線を含む）を用いて所望の物体の画像を生成する方法のいくつかの実施態様は、図１−４に示されている。図１は、後方散乱放射線を検出するために使用され得る非ハンドヘルド撮像システムの概略図を示している。本明細書において使用される場合、散乱放射線は、放射線照射された物体または物質の表面から発せられる後方散乱放射線（約９０度以下の角度を有する）または前方散乱放射線（９１〜１８０度の角度を有する）の全てを含む。

システム５は、放射線源１０を含んでいる。放射線源（１または複数）１０は、所望の物体（１または複数）を貫通する放射線の任意の発生源（１または複数）であり、ｘ線源、ガンマ線源、中性子線源、電子ビーム線源、またはこれらの組み合わせを含む。線源１０は、所望の物体の領域（物体自体を含む）に、所望のタイプの放射線を用いて所望の深さにまで放射線を照射する。

いつかの実施態様において、線源１０からの放射線の量（または強度）は、特定の物体に対して調節及びカスタマイズされ得る。例えば、放射線源１０は、物体内の平均深さを伴う光子照射（エネルギ）スペクトルをもたらすよう調整され、画像を生成するために必要な詳細が取得され得る。他の例において、放射線源１０によってもたらされた放射線強度は、検出器１２（以下で説明する）が飽和しないように十分に低くされ得る。

図１に示すように、放射線源１０は、分析される物体すなわち物体のボリューム（volume）の一部である物質２２の表面を部分的にまたは完全に貫通する放射線２６を出射する。放射線２６は、物質２２の内部部分、例えば、物質２２内のクラック２０、ボイド１８、または見えない物体等にぶつかる。物質２２のこれらの内部部分は、後方散乱放射線２８として放射線２６の一部を後方散乱させる。いくつかの構成において、放射線源１０は、回転、放射線源１０の物体領域からの出入り移動、及び角度移動を含む異なった方向の独立した移動を可能とされる。放射線源１０は、放射線２６のビーム１３によって分析されるかまたは操作される物体を選択するかまたは当該物体に焦点を合わせるべく調整され得る。代替的に、放射線源が固定され得、物体が移動させられ得る。

放射線源１０からのビーム１３は、既知の任意のタイプのビームにされ得る。いくつかの構成において、ビームは、ペンシルビーム、ファンビーム、コーンビーム、またはこれらの組み合わせにされ得る。いくつかの場合、ファンビームまたはコーンビームが使用され得る。なぜならば、これらが比較的高い強度の後方散乱場を形成し得、かつペンシルビームより大きな視野を有し得、それによって大きな視野からの同時収集の故に時間が節約できるからである。ファンビーム及び／またはコーンビームの幅及び／または長さは、画像の分解能を向上させるために調節され得る。

ファンビームが使用される場合、ファンビームは開口部を用いて形成され得る。これらの実施態様において、放射線ビームは、開口を通過し、開口から出力されるのが放射線ファンビームであり得る。これらの実施態様は、物体をペンシルビームでスポット的に照射する代わりに、物体に線状放射線を照射することによって、及びファンビームを用いてさらに高い強度の後方散乱場を生成することによって、分析速度を向上させることが可能である。

システム５は、検出器１２も含んでいる。検出器１２は、物体から散乱された放射線を検出可能な任意の放射線検出器（１または複数）であり得る。いくつかの実施態様において、検出器は、Ｘ線検出器、ガンマ線検出器、中性子線検出器、電子ビーム検出器、またはこれらの組み合わせを含み得る。他の実施態様において、検出器１２は、ＮａＩシンチレータ結晶、プラスチックシンチレータ、輝尽蛍光体ベースのイメージングプレート、ＴＦＴベースのフラットパネル検出器、アモルファスシリコンパネル、またはこれらの組み合わせを含み得る。例えば、広い領域の画像におけるＸ線ラジオグラフィーに関して、輝尽蛍光体ベースのイメージングプレート及び／またはアモルファスシリコンパネル（ＡＳＰ）変換スクリーン（conversion screen）が感光性ダイオードのアレイに取り付けられる。

検出器（１または複数）は、単一経路すなわち単一の見通し線（視線）に沿った放射線を各々が検出する複数の検出器セグメントに分割され得る。この分割は、各々のセグメントの経路に沿った放射線のみを受信するように各々のセグメントを分離する任意のメカニズムを用いて実現され得る。例えば、図１に示されている実施態様において、検出器１２は、検出器１２に結合されているコリメータ１４を含むので、コリメートされた検出器１５として参照される。コリメータは、当該コリメータのグリッドの各々内に複数の検出器セグメントを含む。図１に示されている実施態様において、放射線源１０及びコリメートされた検出器１５は、分析される物体領域の同一側に配され得る。放射線源１０は、物体領域に向けられる光子を生成し得る。コリメートされた検出器１５は、物体の表面から、及び隠れている物体または表面下のボイドから後方散乱された光子を収集する。コリメートされた検出器は、後方散乱放射線を検出するのみならず、隠れた物体及び／またはボイドを含む物体領域の三次元画像を生成する補助も行う。

コリメータ１４は、シリンダ形状、楕円形状（非円形状）または長方形を含む任意の様々な断面領域を含み得る。いくつかの実施態様において、コリメータ１４及び検出器１２は、コリメータ１４を通ってきた後方散乱放射線の一部または全てを検出するような形状を有している。コリメータ１４は、フィン、スラット、スクリーン、及び／またはプレート（曲面または平面でもよい）を含む様々な形状を有する様々なコリメータ特徴を含んでいてもよい。いくつかの実施態様において、コリメータ１４（及びそのような特徴）は、放射線を吸収するリードのような任意の既知の物質で形成されていてもよい。他の実施態様において、コリメータ１４（及びそのような特徴）は、高濃度プラスチック、アルミニウム、またはこれらの組み合わせのような放射線反射物質で形成されていてもよい。後者の実施形態は、後方散乱放射線の除去よりも増大が求められている場合に有用である。いくつかの構成において、コリメータ特徴は、検出器１２の表面に実質的に垂直に配向され得る。他の構成において、コリメータ特徴は、検出器１２に対して任意の配向になされ得、これは各々のセグメントに対する所望の視線（見通し線）放射線をもたらす。

いくつかの構成において、コリメータを用いた検出器の分割は、開口１６を生成し得る。後方散乱方向がコリメータ特徴に実質的に平行であるか、またはコリメータ特徴に吸収されずに開口を通って進行できる程に十分に狭い角度である場合に、物体からの後方散乱放射線が開口１６を通って検出器１２に到達する。当該コリメータ特徴は、さらに広い開口を可能にしてさらに多い後方散乱放射線をもたらすことを可能にするか、またはさらに狭い開口を可能にして物体からの後方散乱放射線を減少させることを可能にするように変更されてもよい。

いくつかの実施態様において、コリメータ１４は、検出器に到達可能な後方散乱放射線の方向を変更するように調整されてもよい。これらの実施態様において、コリメータ特徴の位置及び／または配向は、手動のメカニズム、またはコンピュータに制御されたモータ駆動等の自動的なメカニズムによって変えるように変更されてもよい。

コリメータ１４は、任意の既知の技術を用いて検出器に結合され得る。いくつかの実施態様において、コリメータ１４は、コリメータ１４によって通過した放射線が検出器１２に到達して測定されるように検出器１２に光学的に結合されて、コリメートされた検出器１５を形成してもよい。他の実施態様において、コリメータ１４は、検出器１２に物理的に取り付けられていてもよい
コリメートされた検出器１５は、回転、物体領域からの出入り移動、及び角度移動を含む異なった方向における移動が可能である。いくつかの構成において、コリメータ１４は、検出器に対して、回転、出入り移動、及び角度移動を含む異なった方向に移動し得る。これらの移動によって、所望の後方散乱放射線を選択及び／または分離することによって像に焦点を合わせることが可能である。換言すれば、コリメートされた検出器１５の調整は、開口部１６を通過して検出器１２にとって検出されるべき後方散乱放射線の特定のベクトルを選択及び分離することをユーザに可能にする。代替的に、コリメートされた検出器が固定されて物体が可動にされ得る。

いくつかの実施態様において、放射線源１０及びコリメートされた検出器１５は、図１に示されているような移動構造（プレート２４のようなもの）に取り付けられていてもよい。プレート２４は、実質的に物体に垂直な移動軸を有している。いくつかの実施態様において、この移動軸は回転軸であり、プレート２４は回転プレートである（このような回転軸は、図２ａにおいて軸３５として示されている）。放射線源１０及びコリメートされた検出器１５は、回転プレート２４から伸張しているポール１７によって取り付ける等、当技術分野で周知の態様でプレート２４に取り付けられていてもよい。放射線源１０は、プレート２４に沿った任意の位置に配置されてもよく、この位置は必要に応じて固定または変更され得る。この構成は、コリメートされた検出器１５に後方散乱を検出可能にし、かつ線源１０にプレート２４に沿った任意の位置から物体に放射線を照射することを可能にする。

これらの実施態様において、プレート２４の回転軸は、線源１０及びコリメートされた検出器１５が、物体からの同様な距離及び配向を維持しつつ、物体領域の周りを回転させられることを可能にする。必要な場合、独立した調整が線源１０及びコリメートされた検出器１５になされて、物体からの距離及び配向が変更され得る。いくつかの構成において、プレート２４が単一のプレートからなり、線源１０及びコリメートされた検出器１５は互いに約１８０°の角度を維持してもよい。他の構成において、放射線源１０及びコリメートされた検出器１５が独立して回転させられかつ互いに任意の所望の角度に配向されるように、プレート２４が互いにくっついているかまたは独立した２つのプレートであってもよい。例えば、放射線源１０が固定位置に維持されて、コリメートされた検出器１５が回転させられ、線源１０に対する様々な配向角度がもたらされてもよい。

いくつかの実施態様において、システム５は、任意の既知の可撓なかつ／または軽量材料から形成され得る保護用かつ支持用のハウジング内に収容されていてもよい。ハウジングは、適当な位置にシステム５の様々なコンポーネントを保持する。軽量なハウジング材料は、システムの携帯性を高め、これはいくつかの用途において有利であり得る。このような材料を使用することは、ハウジングを様々な所望の形状で製造することを可能にし、かつシステムを比較的軽量にして移動を容易にすることを可能にする。いくつかの実施態様において、システム５は、容易に移動可能であり、限定された空間内で動作させるのに適するように、コンパクトなシステムとして構成されてもよい。

いくつかの実施態様において、システム１０５は、図２ａに示すように、後方散乱放射線を検出するために使用され得る。この図において、放射線源３０は、物質３６の表面を貫通して、物質３６内のボイド４２及び４４、隠れている物体、及び／またはクラック（図示せず）等の内部の細部に達する放射線４０を出射する。物質３６内のこれらの内部の細部は、出射された放射線の一部を後方散乱させる（４１）。後方散乱４１は、コリメータ３４を通過して検出器３２によって検出される。

これらの実施態様において、放射線源３０は、物体（物体領域３８を含む）に向けられる光子を生成し、コリメートされた検出器３３が、走査された表面及び走査された表面の下の内部の細部から後方散乱された光子を収集し得る。物体領域３８は、放射線源３０に対する独立した調整によって、または回転プレート３７に沿った放射線源３０の位置の変更によって変化させられ得る。例えば、調整は放射線源３０から物体領域３８の距離を変化させることによってなされ得、これは放射線が照射される物体領域３８を収縮させたり拡大させたりし得る。さらに、物体領域３８は、物体領域３８に対する放射線源３０の角度を変化させることによって変化させられ得る。

これらの実施態様において、放射線源３０からのビームは、ペンシルビーム、ファンビーム、またはコーンビームであってもよい。コーンビームを用いる場合、放射線源３０を移動または変更しなくとも、物体領域３８の全体を走査することが可能である。コーンビームは、物体領域のサイズの増加または減少のために移動させられてもよい。ペンシルビームまたはファンビームを用いる場合、物体領域３８の特定の部分を走査することが可能である。撮像システム１０５は、所望の物体領域３８を形成するために、ラスタ走査を含む任意の走査方式を用いることが可能である。物体領域３８は、シリンダ形状、楕円形状（非円形状）、または長方形形状（正方形を含む）を含む様々な断面形状であり得る。以下でさらに詳細に説明するように、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３の複数の位置（方位）から収集されたデータは、ほぼ同一の物体領域３８のものである。

放射線源３０及びコリメートされた検出器３３の構成は、物体領域３８からのデータまたは画像の複数のセットの取得を可能にする。従って、放射線源３０とコリメートされた検出器３３との間の異なった方位からの、同一の物体領域３８の複数の画像の取得が可能である。いくつかの実施態様において、放射線源３０とコリメートされた検出器３３との間の位置（方位）は、互いに対して約１°から約３６０°の範囲であり得る。例えば、物体領域３８の画像は、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３が最初に互いに対して１８０°にある際に収集され、その後、放射線源３０が物体領域３８の周りに１０°増分回転させられて、各々の位置での画像が収集されてもよい。これらの複数の画像へのその後のコンピュータモデルの適用は、物体３８の三次元再構築を可能にする。

図２ａに示すように、複数の画像４６、４８、５０及び５２は、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３の様々な配置（構成）によって撮影されている。図２ａは４つの画像を示しているが、三次元再構築像を得るために任意の数の画像が使用されてもよい。いくつかの実施態様において、画像の数は、２（適当な制約を伴う）から任意の所望の数までの範囲で有り得る。他の実施態様において、画像の数は、３また４から１０または１５の範囲であってもよい。もちろん、さらに多くの画像が取得されれば、３Ｄ再構築の解像度はさらに良好となる。

画像４６は、図２に示された線源３０及びコリメートされた検出器３３の配置（構成）で収集されるデータから取得され得る。物質３６内で発見されるボイド４２及び４４は、画像４６内で二次元物体４２ａ及び４４ａとして示され得る。画像４８は、放射線源３０及び／またはコリメートされた検出器３３を所望量回転し、追加のデータを収集して二次元物体４２ｂ及び４４ｂとしてボイド４２及び４４を表すことによって取得され得る。画像４８を得るために、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３は、（例えば、互いに１８０°の角度を維持しつつ）両方とも物体領域３８の周りに同一の方向に９０°回転させられた。画像５０は、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３の両方を、物体領域３８の周りに同一の方向にさらに９０°回転させて、ボイド４２及び４４を二次元物体４２ｃ及び４４ｃとして表すことによって取得され得る。いくつかの実施態様において、画像５０を生成するために用いられた配置（構成）は、システムの右側に配されている放射線源３０及びシステムの左側に配されているコリメートされている検出器を有する図２ａにおいて示されている配置（構成）の鏡像になり得る。画像５２は、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３を、物体領域３８の周りに同一方向にさらに９０°回転させて、ボイド４２及び４４を二次元物体４２ｄ及び４４ｄとして表すことによって取得される。

物体領域３８の周りの回転刃、物質３６に実質的に垂直に配向されている回転軸３５周りにプレート３７を回転させることによってなされてもよい。これらの実施態様において、プレート３７は、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３を互いから同一の回転距離において（すなわち、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３は互いから１８０°であることが維持されて）回転させる単一のプレートであってもよい。他の実施態様において、プレート３７は、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３互いに異なった回転距離において回転させることを可能にする、くっついているかまたは別個の２つのプレートであってもよい。物体領域の周りの回転は、放射線源３０及びコリメートされた検出器３３を固定維持して、物体領域３８を回転させることでなされてもよい。

図２ｂは、画像４６、４８、５０及び５２を用いて物体領域３８並びにボイド４２及び４４の三次元（３Ｄ）構造を表している。この３Ｄ構造は、本明細書に記載されている再構築法を用いて取得されてもよい。この再構築法は、ボイド、クラック、腐食、層間剥離、または他の見えない物体を含む物質３６の任意の所望の特徴の三次元構造をもたらすために使用され得る。

再構築において使用され、順モデルまたは発生モデルを生む数学的定式化は、以下の通りである。この数式は、複数の散乱事象ではなくて単一の散乱事象によって検出器に戻ってくる光子のみを考慮する。コリメートされた検出器は、各々が付随する視線(見通し線)
を有する開口のセットをもたらす。入射光子は、当該開口の配置及び配向によって確定される三次元空間である当該付随する視線に沿って移動する。

図３は、再構築法の実施態様のシミュレーションの詳細を示す。撮像されるべき空間６１の領域は、物体領域と称される。検出器セグメント６３からのコリメートされた直線７２に沿った位置の距離ｓは、ｄ（ｓ）とされる。この議論のために、検出器セグメント６３は、上述した検出器１２または３２等である検出器の一部であってもよい。直線６８は、ｄ（ｓ）を線源１０に接続している。放射線源からの直線６８に沿った位置の距離ｔは、ｅ（ｓ，ｔ）とされる。ｄ（ｓ）から線源１０までの距離はｆとされる。

ｄ（ｓ）における後方散乱によって検出器セグメント６３に達する光子の数、すなわち信号強度の表現は、４つの項（条件）を含む：（Ａ）放射線源１０から出射された光子の数、（Ｂ）放射線源から直線６８に沿って移動し、物体領域内の物質を通過してｄ（ｓ）に達した際の強度の損失、（Ｃ）直線７２に沿って散乱されたも強度の残り、（Ｄ）後方散乱された光子が直線７２に沿って検出器に移動した際の強度の損失。条件Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの累積的影響は掛け算的であるので、距離ｓにおける後方散乱によって単一の経路ｉに沿って検出器に達した強度の数式的表現は、

となる。ここでＥ₀は、放射線源１０の強度であり、ρ（ｘ）は、物体領域内の位置ｘに依存する物質密度であり、θ_i（ｓ）は、２つの直線６８及び７２によって形成される角度であり、γ（θ_i（ｓ））は、２つの直線が交わる角度に依存した微分散乱断面積（differential scattering cross section）である。コンプトン散乱の影響をモデリングするために、γ（θ_i（ｓ））は、ｃｏｓ²（θ）と同一に設定され得る。代替的に、散乱の他のモデルが使用されて式（１）に代入され得る。

経路ｉに沿って移動する合計強度は、直線７２に沿った全ての後方散乱事象の積分である。それは、

と表され、実際上、ｄ（ｓ）に沿った積分は、物体領域の有効境界（すなわち物質がないかまたは信号が有意でなくなる）において終了する。

数式１及び２の基本形は、従来のトモグラフィーまたはトモシンセシス（tomosynthesis）とは異なり、線形表現ρ（画像濃度）への容易な分解の役には立たない。むしろ、項の非線形的な混合が存在する。強度損失及び視線（見通し線）に沿った後方散乱の合成をモデリングする指数項を伴う後方散乱項の掛け算的な影響の組み合わせは、数式２の最も外側の積分として表されている。

再構築に関して、項Ａ＝Ｅ₀は、定数として取り扱われかつ検出器単位（detector unit）に吸収され得る。この定数は、撮像の前に、全体的に見積もられるかまたは部分的に測定される。検出器セグメントの視線（見通し線）に沿った積分及び画像濃度に関する数式２の形は、

となり、ここで、関数Ｂ_i及びＳ_iはρの非線形関数である。

非線形相互作用を二次的として処理し、ρに関する固定推定値（

と記す）を用いることによって、当該数式は、

となり、ここで、明示的にρに依存していない項はｗ_i（ｓ）内に取り入れられている。この結果は線形演算子、ひいては、従来のＸ線の数式と同一の形式の画像数式に関する表現となる（トモグラフィー再構成も同様である）。

数式４の離散形を検討すると、グリッドまたは個々の検出器セグメントにおけるρの近似はＲ_k′と記され、グリッド位置におけるρの値はＸ_k′と記され、収集される投影像の数はＮと記される。離散的な再構築Ｒ_kは、測定された検出器強度と、撮像モデルを離散的な再構築Ｒ_kに適用することによってなされるこれらのシミュレーションとの間の全体的な差を最適化するために設計される。式（４）に示されるように、関数ｗ_i（ｓ）は、固定推定値

、グリッドにおける解、及び放射線源１０及び検出器セグメント６３から点までの対応する線積分の間の関係を評価する重みのセットＷ_ijとして取得され得る。そして、再構築は、

と数式化される。ここで、Ｍは再構築におけるグリッド点（例えば、検出器セグメント）の数であり、Ｒは当該解において、収集されたグリッド点の全てを表す。Ｒは、再構築されるべき物体を表し、Ｍは、収集された投影データを表す。重みＷ_ijは、従来のコンピュータトモグラフィと同様の態様にて、すなわち線形補間（例えば、３Ｄにおける３本線）用い、グリッドと線積分との形状的関係を用いて検出器及び再構築グリッドにおける点のペアの各々の線形依存性を確立することによって演算され得る。

式（５）の最小二乗問題は、過剰制約（over constrained）線形システムとして解決されうる。この式（５）線形システムは、一般的な数的緩和（線形システム）法、及び代数的再構成法（ＡＲＴ）または連立代数的再構成法（ＳＡＲＴ）等の従来的な反復法を含む様々な方法で解決され得る。ＳＡＲＴが使用される場合、投影データから代数方程式を用いて未知の変数のアレイを発見する際に、アルゴリズムが再構築問題を定式化する。これは、反復再構築アルゴリズムであり、このアルゴリズムは、ノイズ及び未完成の投影データに対するロバスト性という利点を有する。当業者は、ＡＲＴ及びＳＡＲＴアルゴリズム並びにそれらの変化形を知っているので、これらはさらには説明されない。

定式化及び基本的な物理法則の性質の故に、

は定数として取り扱われ得る。数式（４）内の積分が線源−検出器と後方散乱の位置との間の物質特性の影響を平均化（すなわちスムージング）するので、放射線に沿った合計の物質特性は、再構築におけるある程度の正確性を得るのに十分である。

この正確性は、放射線が後方散乱の点へ及びそこから移動する際に発生する強度損失のモデルの正確性に依存する。反復再構築が使用され得、一連の解Ｒ⁰、Ｒ¹、Ｒ²、...として記され、解の一連の離散的評価が用いられて強度損失

のモデリングがなされる。これは、線形システムにおける一連の重み付けＷ^l _ijをもたらす。実施において、

の評価は、定式化において単に遅延である。このように、

及びＷ^lは、以前の解から推定された強度損失から演算され得、これらは一連の反復の各々とともに変化する。このようなスキームは、非線形最適化問題に対して効果が有り得る（すなわち非線形項遅延とする）。

いくつかの実施態様は、表面下及び表面の特徴を撮像するために放射線の貫通力を利用した、片面の、非破壊的な撮像技術に関する方法及び装置に関する。これらの実施態様は、非破壊検査、医用画像、軍事及びセキュリティ用途を含む様々な用途に使用され得る。

再構築アルゴリズムの実装は、様々な再構築手段を用いることで簡便になされ得る。いくつかの実施態様において、従来の処理システム（例えばコンピュータのようなもの）は、コンピュータトモグラフィを用いた再構築手段をもたらし得る。特に、当該アルゴリズムは、１または複数の汎用または専用プロセッサにおいて実行するソフトウェア内に実装され得る。当該ソフトウェアは、コンパイルされて解釈され、プロセッサ（１または複数）によって実行される機会実行可能命令が生成される。このプロセッサは、入力として次のいずれかを受け入れ得る：
ａ．線源に対する物体の配向／位置
ｂ．検出器に対する物体の配向／位置
ｃ．検出器からの出力信号（信号のアレイ）
もし必要ならば、当該プロセッサは、線源及び検出器に対する物体の相対位置を制御し得る。従って、当該プロセッサは、次のいずれかを出力し得る：
ａ．物体の回転調整
ｂ．線源の直線位置調整
ｃ．検出器の直線位置調整
図４は、後方散乱撮像のためのシステムの一例を示している。システム４００は、コンピュータサブシステム４０２を含み得る（コンピュータサブシステム４０２は、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ワークステーション、ウェブサーバ、またはこれらと同様のものであり得る）。いくつかの実施態様において、コンピュータサブシステムは、コンピューティングリソースを共有する複数のデバイスを含んでもよい。例えば、コンピュータサブシステム４０２は、ハンドヘルドデバイス内の計算機能、及びユーザにレンダリングされた画像を表示するために用いられ得るタブレットコンピュータ内の機能を含んでいてもよい。このコンピュータシステムは、プロセッサ、メモリ（データストレージ及びプログラムストレージ）、及び入力／出力を含む、従来の設計であってもよい。コンピュータシステムは、ディスプレイ（例えば、再構築画像を表示するためのもの）及び人間入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、タブレット等）を含み得る。コンピュータシステムは、放射線源４０４とインタフェースをとって、放射線源に制御情報４０６を提供し得る。例えば、制御情報は、線源の放射線出力のオン／オフ及び線源の出力強度の設定をもたらす。このシステムは、線源を移動させるための機械的手段（例えば、上述したもの）を含み得、その場合、制御情報は線源の位置／配向も制御し得る。

システム４００は、検出された後方散乱放射線の測定値４１０をコンピュータシステム４０２に提供し得る検出器４０８を含んでもよい。例えば、当該測定値は、検出器から提供されたデジタルデータでもよい。他の例として、当該測定値は、アナログデータであり得、処理の前に（例えば、アナログ−デジタルコンバータを用いて）デジタル形式に変換されてもよい。当該システムは、検出器を移動させるための機械的手段（例えば、上述したもの）を含み得、その場合、制御情報４１２は、コンピュータシステムから検出器に提供されて、検出器の位置／配向が制御され得る。

コンピュータシステム４０２は、検出された後方散乱放射線４１０の複数の二次元スライスからのデータを組み合わせて三次元再構築画像を形成するための再構築技術（例えば、上述したもの）を実装するようにプログラミングされ得る。三次元再構築画像は、表示のために出力されるか、後の使用のためにメモリ内に保存されるか、または通信リンク（例えば、インターネット）を介して表示または保存のために他の場所に送信され得る。いくつかの実施態様において、システム４００は、撮像されるべき物体の移動のための機構（例えば、上述したもの）を含み得、その場合、コンピュータシステム４０２は物体の位置／配向を制御するための制御出力４１４をもたらし得る。

上述した撮像システムは、物質及び構造内の傷及び欠陥を検出するために使用され得、壁及び構造内の標的物体及び／または異物破片を検出するためのスキャナであり得、壁内、容器内または人の隠れた物体を識別するセキュリティのためのデバイスであり得、携帯スキャン、警察及び他のセキュリティ用途、及び医用画像のためのデバイスであり得る。

いくつかの従来のＸ線システムは、Ｘ線のコリメートされた移動するペンシルビームを用いてサンプルに放射線を照射し、大きな面検出器を用いて散乱されたＸ線を収集する。３−Ｄイメージングのために、コリメートされた検出器が使用されて既知の散乱角度からのＸ線を収集され、サンプルがラスタ走査されてｘ−ｙ情報が取得される。奥行き情報は、コリメートされたＸ線ビーム及びコリメートされた検出器の交点において収集され得る。これらのシステムのいくつかは、２−Ｄ画像しか提供せず、表面下の関心があるものの特徴の位置を示すための奥行き情報を提供しない。他方で、３−Ｄイメージング方法は、大ボリューム内の関心があるものの特徴の位置を判定するために用いられ得る。

上述したＸ線システム及び方法は、コリメートされた複数素子検出器アレイ及びファンビームまたはコーンビームＸ線源を用いて完全な２−Ｄ散乱像を収集することによっていくつかの従来のＸ線システムを改善させる。このアセンブリは、空間内で回転させられて複数の２−Ｄ画像が取得され、当該画像から３−Ｄの演算されたトモグラフィー再構築画像が取得され得る。しかし、高い画像解像度を得るために大きなコンポーネントが用いられている故に、上述のシステムは未だに大きくて重い。実際、このようなシステムは、システムの重量がしばしば約２００ｌｂｓ（約９０．７ｋｇ）になり得る故にハンドヘルドではない。

図５−１３及び図１４−１６に示されている実施態様において、撮像システムは、さらに小さく、軽量で、ハンドヘルドであるように構成されている。これらの実施態様において、ハンドヘルドシステムは、後方散乱Ｘ線放射線を含む散乱放射線を用いた所望の物体の画像の生成に使用され得る。図５−１３に示されている実施態様において、ハンドヘルド撮像システムは、所望の物体に到達するコーンビーム放射線とともに構成されている。その後、後方散乱放射線は、異なって配向されかつコリメートされている複数の検出器要素によって検出される。複数の２−Ｄ画像は、複数の検出器要素から同時に収集されて３Ｄ画像の生成に使用され得る。

これらのハンドヘルド撮像システムのいくつかの構成は、図５−８にて構成されている。図５に示されているように、システム５００は、ハンドヘルドＸ線デバイス５４０、及びハンドヘルドデバイス５４０を用いて生成された所望の物体５６２（しばしば、マトリクス５６０内に埋め込まれている）の画像５８２を表示するディスプレイ５８０を含んでいてもよい。ディスプレイ５８０は、通信接続５８４を介してハンドヘルドＸ線デバイス５４０と通信してもよい。ハンドヘルドＸ線デバイス接続５８４は、有線かまたは無線であってもよく、リモート（remote）またはローカル（local）にあってもよい。いくつかの無線通信メカニズムの例は、８０２．１１プロトコル、ワイヤレスアプリケーションプロトコル（ＷＡＰ）、ブルートゥース技術、またはこれらの組み合わせを含んでいる。

任意のディスプレイメカニズムが、ディスプレイ５８０として使用され得る。システム５００において使用され得るディスプレイの例は、フィルム、イメージングプレート、並びに、陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーン等のデジタルイメージディスプレイを含む。いくつかの構成において、ディスプレイ５８０は、Ｘ線デバイス５４０のハウジンング内に一体化されていてもよい。しかし、このような一体化は、ディスプレイのサイズを制限するだろう。なぜならば、大きすぎるディスプレイは、ハンドヘルドデバイス５４０の携帯性を損ない得る故である。これらの一体化された構成において、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーンを含む、十分な解像度を有する任意の小さなディスプレイが使用され得る。他の構成において、このディスプレイは、Ｘ線デバイス５４０の外部に配され得る。これらの構成において、大きな特徴（医療または獣医療撮像等）のために別個のイメージングプレート（ＣＭＯＳまたはＴＦＴプレート等）が使用され得る。別個のイメージングプレートは、画像を受信して表示するために、Ｘ線デバイスの余っている部分に接続されてもよい。いくつかの構成において、ディスプレイ５８０は、複数のディスプレイを包含し、（以下に説明するように）ディスプレイの各々が検出器要素にマッチングされていてもよい。

図５−６に示すように、Ｘ線デバイス５４０は、Ｘ線デバイス５４０の内部コンポーネントの全てを包囲するハウジングまたはシャーシ５４２を包含する。ハウジング５４２は、窓（または開口部）５０５を含み、この窓（または開口部）５０５を通ってＸ線５１５が出射されて、マトリクス５６０内に埋設されている所望の物体５６２に到達する。窓５０５は、所望の量のＸ線５１５が物体５６２に出射されて到達するように、所望の物体５６２に対応して構成され得る。従って、窓５０５は、所望の物体５６２よりも小さく、大きく、またはほぼ同一のサイズに構成され得る。

図５に示す実施態様において、Ｘ線デバイス５４０は、部分的なシールド５４６を有するベース５４４を含んでもよい。この部分的なシールド５４６は、検出器の背後に配され、検出器は遮蔽されず、Ｘ線デバイスのユーザを後方散乱放射線から部分的に保護する。

図６に最もよく表されているように、デバイス５４０は、出射されるＸ線５１５を生成するＸ線源（図示せず）を含むＸ線管５１０を含んでいる。このＸ線管５１０は、開口５０８を含んでおり、Ｘ線がＸ線源から出射されてこの開口５０８を通ってＸ線デバイス５４０内に入る。いくつかの構成において、Ｘ線は、ファンビームとして出射されるので、開口部はそれに従って構成される。他の構成において、Ｘ線は、図６に示すようにコーンビームとして出射され、開口部５０８はそれに従って構成される。ファンビームが使用される場合、デバイス５２０は、サンプルの全ての領域に照射するために所望の物体に亘ってビームを走査しなければならず、ユーザは、ファンビームの各々の位置における２Ｄ画像を収集しなければならず、多数の２Ｄ画像が収集されなければならない。コーンビームを用いることによって、ユーザは、検出器の各々における１つの２Ｄ画像を収集すれば足りるようになる。

Ｘ線デバイス５４０は、Ｘ線デバイス５４０に電力を供給する電源システム５７０も含んでいる。電源システム５７０は、内部電源に接続されている内部電源供給装置を含み得る。当該システムの詳細は、米国特許第７，４９６，１７８号及び第７，２２４，７６９号に記載されており、これらの開示内容の全ては、参照することによって本明細書に包含されている。他の構成において、電源は、デバイスの外部に配され得る。Ｘ線デバイス５４０は、コントローラ及び他の電子機器等の、効果的な動作のための任意の他のコンポーネントを含む（集合的に電子機器５７４として示す）。このようなコンポーネントのさらなる詳細は、米国特許第７，４９６，１７８号及び第７，２２４，７６９号に記載されており、これらの開示内容の全ては、参照することによって本明細書に包含されている。
Ｘ線デバイス５４０は、散乱された放射線（すなわち、Ｘ線）５２５を検出または感知する検出器も含む。Ｘ線放射線（または本明細書内に記載されている他のタイプの放射線）を感知する任意の検出器が、ハンドヘルドＸ線デバイス５４０において使用され得る。このような検出器の例は、Ｘ線受像器、Ｘ線フィルム、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、ＴＦＴセンサ、イメージングプレート、画像増強電子管、またはこれらの組み合わせを含む。

いくつかの構成において、Ｘ線デバイス５４０において使用される検出器は、図５、６及び７に示されている検出器要素５４８を含む。これらの構成において、検出器は、物体５６２の周囲に離間して配されている複数の検出器要素５４８に分離されている。当該検出器は、わずか２、または多くは１０００もしくは１００万ピクセルを伴う、任意数の検出器要素に分離され得る。図示されている実施態様において、検出器は６つの検出器要素５４８に分離されており、これらは物体の周囲に均等に離間されている（すなわち、互いに６０°の角度をもって）。他の実施形態において、検出器要素５４８は、ここまで均等に離間される必要はない。

個々の検出器要素５４８は、すべてが実質的に同一のサイズを有し得るかまたは異なったサイズを有し得る。図示されている実施態様において、検出器要素５４８の全ては、実質的に同一のサイズを有している。検出器要素５４８のサイズは、撮像される所望の物体５６２の予想されるサイズに基づき得る。

個々の検出器要素５４８は、全てが実質的に同一の形状を有しているかまたは異なった形状を有し得る。図示されている実施態様において、検出器要素の全ては、実質的に同一の長方形形状を有している。使用されている検出器の形状は、撮像される所望の物体５６２の予想される形状に基づいている。いくつかの実施例において、検出器要素は、長方形、正方形、環状、多角形状、円状、楕円形、またはこれらの組み合わせを含む任意の形状であり得る。

図６に示されている実施態様において、検出器要素５４８は、シンチレータ５３５の下部に配されているアクティブな検出器ピクセル（すなわち、フォトダイオード）５３０を含んでいてもよい。これらの実施態様において、アクティブな検出器ピクセル５３０は、光に感応性がある、すなわち光を検出する。シンチレータ５３５は、後方散乱Ｘ線５２５を、アクティブな検出器ピクセル５３０に作用する光に変換するために使用され得る。そして、アクティブな検出器ピクセル５３０は、受信した光の像をディスプレイ５８０（またはその一部）に表示する。このような実施態様は、これらが他のＸ線検出器よりも安く使用可能だからである。

Ｘ線デバイス５４０は、検出器要素の各々を、単一の経路または視線（見通し線）に沿った放射線を各々が検出する複数の検出器に分離するコリメータも含む。図６−７に示されている実施態様において、検出器要素５４８の各々は、一連のグリッド要素５５５を含んでいるコリメータ構造（またはコリメータ）５１２の一端に取り付けられている。コリメータ５１２は、シリンダ状、楕円状（非円状）、または長方形状を含む任意の様々な断面領域を含み得、フィン、スラット、スクリーン、及び／または曲面もしくは平面のプレートを含む様々な形状を有する様々な特徴を有し得る。

物体５６２からの後方散乱放射線５２５は、コリメータ５１２内の開口５２８を通って検出器要素５４８に達する。Ｘ線の後方散乱方向が（図６においてビーム５２６で示されているように）コリメータ５１２の方向に実質的に平行であるか、または開口５２８を通って進行するのに十分に狭い角度を有している場合、後方散乱したＸ線は、コリメータグリッド要素５５５によって吸収されることなくシンチレータ５３５に達する。実質的に平行でないＸ線ビーム（ビーム５２７によって示されているようなもの）は、コリメータグリッド要素によって吸収されるだろう。

従って、コリメータ５１２は、検出器要素５４８とともに動作して、実質的に平行に配向されているＸ線が検出器要素５４８に達することを許容しつつ、軸外の後方散乱Ｘ線を吸収する任意のサイズ及び形状を持って構成されてもよい。コリメータ５１２は、グリッド要素５５５に対して任意の所望の長さまたは幅を有していてもよい。さらに、コリメータ５１２は、さらに幅の広い開口を許容して物体からのさらに多くの後方散乱放射線を許容するか、またはさらに狭い開口を許容して物体からの後方散乱放射線を減少させるように変更されてもよい。

いくつかの構成において、コリメータ５１２は、検出器要素５４８の表面に実質的に垂直に配向されていてもよい。これらの構成は、図６に示されており、図６において、コリメータグリッド要素５５５の各々は、検出器要素５４８に実質的に平行に配向されている。

これらの構成において、平行プレートコリメータは、検出器要素セグメントの各々の視野を、所望の物体５６２への単一の視線（見通し線）に限定する。従って、検出器要素５４８の各々（すなわち、ＡからＦ）は、図８に示すように、キーの異なった光景（表示画像）を有する。例えば、撮像されるべき物体がキーの場合、図８は異なった検出器要素の各々がキーの異なった画像５４９を取得し、それを表示可能であることを表している。

他の構成において、コリメータ特徴が非平行な配向（配置）を与えられてもよい。コリメータの非平行な配向（配置）の一例は、図９に示されている。図９において、コリメータ特徴は検出器要素に後方散乱放射線の焦点を合わせるような焦点調節配向（配置）（focusing orientation）を有するように構成されている。焦点調節配向（配置）を用いる場合、コリメータ５１２の開口端（物体５６２に近い方）は、コリメータの反対側の端（シンチレータ５３５と接続されている方）における幅よりも大きい幅を有している。この焦点調節配向(配置)は、図１０に示すように、検出器要素の各々が、所望の物体のさらに完全な画像５５１を必要としている場合に有用で有り得る。このような画像は、検出器要素におけるキーの画像が、検出器要素５４８の各々が撮像されるべき物体（キー）よりも小さい故にカットオフ（cut off）される図８と比較され得る。このより小さい画像は、平行プレートコリメータによってもたらされる。なぜなら、平行プレートコリメータが検出器に検出器要素のサイズの視野を「見る」ことのみを許容する故である。

キーのさらに完全な画像を取得するために、ハンドヘルドデバイス５４０の他の構成は、検出器要素５４８をさらに大きく構成する。しかし、検出器要素のサイズの増大はいつも可能ではない。従ってその代わりに、コリメータ特徴の焦点調節配向（配置）が、検出器セグメントの各々の視野をさらに広くするために用いられ得る。しかし、焦点調節配向（配置）を用いる場合、画像解像度は、平行プレート配向（配置）よりも悪くなり得る。なぜならば、コリメータのサンプル側における開口を広くすることは、サンプルの表面からの後方散乱光子の入射角を広くする故である。平行プレート配向（配置）を使用するかまたは焦点調節配向（配置）を使用するかは、撮像されるべき物体のサイズ、検出器要素のサイズ、流束（flux）の増加の必要性、または最良の可能な空間的解像度を維持する必要性に依存する。

他の構成において、コリメータは、逆焦点調節配向（配置）（reverse-focusing orientation）を有し得る。逆焦点調節配向（配置）を用いる場合、コリメータの開口端は、当該コリメータの反対側の端における幅よりも狭い幅を有している。逆焦点調節配向（配置）は、さらに良好な空間解像度が必要とされる場合に有用で有り得る。

他の実施態様において、検出器要素５４８は、分析される物体５６２の平面に実質的に平行な平面に配され得る。これらの実施態様は、図１１に示されている。図１１において、検出器要素５４８は、キー５６２に実質的に平行な平面に配され得る。この構成は、検出器要素５４８が、キー５６２に近く配されることを可能にし得る。このことは信号対雑音比を良好にして収集時間をさらに短くすることを可能にし得る。画像解像度は、これらの実施態様において改善され得る。なぜならば、後方散乱Ｘ線ビーム５２５の発散（divergence）は、コリメータからキーまでの距離に依存する故である。長い距離において、空間的解像度は、検出器ピクセル５３０の視野の重なり合いの故に悪化し得る。この影響は、検出器要素５４８を、撮像されるべき物体５６２に可能な限り近づけることによって最小化され得る。

デバイスと所望の物体との間の距離は、部分的に、コリメータの厚さの比としてのコリメータの端からの像距離に依存する。距離が近いことは、より良い表面解像度をもたらし、デバイスが遠くに配されることは、検出器に対してさらに急な角度を許容し、このことはさらに良好な奥行き解像度をもたらす。

これらの実施態様において、コリメータグリッド要素５５５は、図１２に示されているように、検出器要素５４８の各々が物体の実質的に同一の視野を見ることを可能にするように角度付けされ得る。検出器要素５４８の配向（配置）を変化させることによって、コリメータ５１２の配向（配置）は、実質的に平行なＸ線５２６のみがコリメータ５１２を通って伝播されるように（かつ軸外Ｘ線５２７がコリメータ５１２によって吸収されるように）対応して変更されるべきである。

図１２に示されている実施態様において、コリメータ特徴は互いに実質的に平行に配されている。この構成は、物体の実質的に１：１視野（1:1 view）をもたらす。他の実施態様において、逆焦点調節コリメータが用いられて、検出器における幾何学的な拡大（空間的解像度の低下を伴う）が達成され得る。さらに他の実施態様において、焦点調節コリメータは、さらに小さな視野に亘る最適な空間的解像度をもたらすために使用され得る。

これらの実施態様におけるコリメータ５１２の特定の角度は、Ｘ線デバイス５４０と物体５６２との間の距離に基づいて選択され、同様に、この距離は（検出器要素５４８に対する）後方散乱放射線の角度を決定し得る。この距離が小さいほど、後方散乱放射線の角度が小さくなり、かつコリメータの（検出器要素の平面に対する）角度も小さくなる。この距離が大きいほど、後方散乱放射線の角度が大きくなり、かつコリメータの角度も大きくなる。

検出器要素５４８は、異なった構成を有し得る。例えば、検出器要素は、異なった形状、異なったサイズ、及び異なった角度を有し得る。このことは、所望の物体の異なった画像を取得することを検出器要素に可能にし、当該異なった画像は、再構築アルゴリズムがそれに応じて変更された場合に、３Ｄ画像を生成するためにさらに使用され得る。いくつかの実施態様において、検出器要素は、それらが個別にまたは一緒に下がりかつ上がる、すなわち任意の角度に沿って及び平坦位置から角度が付いた位置まで移動するように構成され得る。同様に、コリメータは、必要な際に角度を変化可能なように構成され得る。

検出器要素によって収集された様々な画像は、その後、３Ｄ画像を生成するために使用され得る。サンプル上の同一の位置の収集された複数の２Ｄ画像は、本明細書に記載されている方法と同様に３Ｄ再構築アルゴリズムによって使用されて、撮像される物体の３−Ｄ画像が取得され得る。

実際に、十分に小さい任意の物体は、本明細書に記載のハンドヘルドＸ線デバイスによって撮像され得る。もちろん、当該ハンドヘルドＸ線デバイスが大きくかつ重くなり、ある時点において、携帯性を保ちつつハンドヘルドでなくなるであろうが、大きな物体も撮像され得る。

いくつかの実施例において、撮像されるべき物体５６２（図示されているキーのようなもの）は、マトリクス５６０内に埋め込まれていてもよい。マトリクス５６０は、物体５６２からの後方散乱信号がマトリクス物質からの後方散乱信号と十分に異なるように、キーと十分に異なった密度を有するプラスチックまたは他の材料で形成され得る。他の実施態様において、物体はこのようなマトリクスに埋め込まれている必要はない。上述のように、検出器要素５４８の各々は、物体５６２の異なった光景をもたらし得る。複数の異なった画像を用いることによって、３Ｄ再構築アルゴリズムに沿って、物体の３Ｄ画像５８２が取得されて、ディスプレイ５８０に表示される。

ハンドヘルドデバイス５４０を用いた３Ｄ後方散乱Ｘ線撮像は、容易に移送されて単一のオペレータによって使用可能であり、画像が収集されている間に固定され得、かつ３Ｄ画像再構築が２Ｄ画像においては取得できない奥行き情報をオペレータに取得可能とさせる点において、いくつかの現行のデバイス及び方法と対する利点をもたらす。同様に、当該デバイスがハンドヘルドでありかつ３Ｄ画像がリアルタイムでもたらされ得る故に、当該デバイスは、表示される物体の異なった光景をもたらすために調整されかつ操作されてもよい。この使用における柔軟性は、物体の性質の評価において追加的な信頼性をもたらし得る。例えば、ユーザが機体（airframe）の応力に対する検査をする場合、異なった視点からの任意の異常を探索する能力は、安全性を向上させ、かつ航空機のダウンタイムを減少させ得る。

これらのハンドヘルドデバイス５４０は、図１−４に記載されているデバイスより非常に軽量である。この低減された重量は、ハンドヘルドデバイス５４０が回転のためのモータを持たないという事実故であり、ハンドヘルドデバイス５４０は、非常に小さな検出器を含み、かつハンドヘルドデバイス５４０が低消費電力バッテリ電源式Ｘ線モジュールを含み得る故である。

しかし、これらのハンドヘルドデバイス５４０は、コリメータの使用が高い使用量をもたらし得るという欠点を有する。これらのデバイスにおけるＸ線のコリメートは、少量の放射線のみが検出器要素に作用する故に困難性をもたらす。検出器に達する放射線が減少すると、Ｘ線使用量は増加させられなければならず、Ｘ線管のサイズが増大させられることで所望の画像解像度が得られなければならない。しかし、Ｘ線使用量の増加は、安全上の問題をもたらし得る。

これらの欠点を克服するために、ハンドヘルドＸ線デバイスは、コリメータを使用しない他の構成を用いて変形され得る。これらの実施態様は、図１４−１６に示されている。これらの実施態様において、ハンドヘルドＸ線デバイス６４０は、図５−１３に記載した実施態様と同様に、ベース６６０、Ｘ線管６１０を包含するハウジング６４２、電源システム６７０、及び電子機器６７４を含んでいる。しかし、ハンドヘルドＸ線デバイス６４０は、コーンビームの代わりにＸ線放射線の移動するペンシルビーム６０５を用いる。この移動するペンシルビーム６０５は、Ｘ線管６１０の開口を非常に小さなサイズに制限することによって、及び／またはＸ線デバイス６４０の窓６２０を当該ペンシルビームの所望の幅に制限することによって生成され得る。同様に、必要ならば、図１４に示すように、コリメータ（図示せず）がＸ線デバイス６４０と所望の物体との間に配されて、Ｘ線ビームのサイズ及び配向が制限され得る。図１４に示すように、移動するペンシルビーム６０５は、所望の物体をラスタ走査するために使用され得る複数の配向でデバイス６４０から出射され得る。

Ｘ線デバイス６４０は、これらの実施態様において複数の検出器も含む。図１４に記載されている構成において、Ｘ線デバイス６４０は、デバイス６４０の支持体６４６に取り付けられている複数のコリメートされていない個別の検出器６４８を含む。検出器６４８は、本明細書に記載されている形状またはサイズを含む任意の形状またはサイズを有し得る。検出器６４８は、Ｘ線管内のＸ線源に対して軸外に配されていてもよい。換言すれば、検出器４６８は、Ｘ線ビーム６０５に対してある角度をもって配され得る。いくつかの構成において、検出器６４８は、図５−１３に記載されている複数の検出器要素より非常に大きくされ得る。

ペンシルビームがサンプルの表面に亘ってラスタ走査される場合、後方散乱Ｘ線強度は、ビーム位置の関数として検出器６４８の各々において測定される。Ｘ線入射ビームがサンプル内の単一のボリュームに照射される故に、検出器同士間の強度の差は、散乱位置から検出器までのビーム経路における吸収物質の指標となる。複数の検出器角度からの散乱強度の収集によって、３Ｄ再構築法が使用されてビーム経路内の吸収物質の密度が判定され得る。この情報は、放射線が照射されたサンプルボリューム全体の完全な３Ｄボリューム画像を再構築するために使用され得る。

図１４に示されている実施態様において、複数の検出器６４８は、窓６２０の外側に配されている複数の同心円を含んでいる。検出器の各々は、それらが異なった角度からサンプルを検出するように互いに別々にされる。図１４には２つの検出器が示されているが、デバイス６４０は、任意数（すなわち、３、４、５、６等）の検出器を含み得る。

他の実施態様において、図１５に示すように、ハンドヘルドＸ線デバイス６４０は、複数の、コリメートされていない、別個の検出器６４８を含んでいる。僅か２の（図示されているように）、及びハンドヘルドな動作のサイズ及び重量制限が与えられた最終的なハンドヘルドデバイスにおいて望まれる数の、任意数の大きな検出器が使用され得る。いくつかの構成において、図５−１３に示されているのと同様に、６個の検出器のアレイが使用され得が、コリメータは伴わない。これらの検出器６４８は、物体５６２からの後方散乱放射線６２５が検出器６４８に作用する様に配向（配置）され得る。

これらの実施態様において、Ｘ線ペンシルビーム６０５は、所望の物体５６２に亘って二次元でラスタ走査される。このラスタ走査動作は、図１６に示されているように第１の配向（配置）６７０で実行されて、第１の一連の２Ｄ後方散乱画像が収集される。画像の数は、使用される検出器の数と同一であってもよい。６個の検出器がある場合、６つの２Ｄ後方散乱画像が収集されてもよい。これらの６つの２Ｄ画像は、放射線が照射されたサンプルボリューム全体の完全な３Ｄボリューム画像を再構築する貯めに使用され得る。

複数の検出器を用い、第２の配向（配置）にデバイスを移動させる必要がない場合であっても、いくつかの実施態様において、この動作は実行され得る。これらの実施態様において、その後、図１６に示すように、ハンドヘルドデバイス６４０は回転させられ、ラスタ走査動作が第２の配向（配置）６８０において実行され、第２の一連の２Ｄ後方散乱画像が収集されてもよい。その後、図１６に示すように、ハンドヘルドデバイス６４０は回転させられて、第３の配向（配置）６９０においてラスタ走査動作が実行されて、第３の一連の２Ｄ後方散乱画像が収集されてもよい。画像の解像度の向上が必要とされた場合に、追加の回転及び走査が実行されてもよい。

検出器及び線源が軸外に配されている故に、複数の２−Ｄ画像が取得され得る。上述したのと実質的に同様な３−Ｄコンピュータトモグラフィ（コンピュータ断層撮影）アルゴリズムを用いることによって、３−Ｄ画像は、これらの２−Ｄ投影像からの３−Ｄボリュームの再構築よって取得され得る。この複数の画像の収集は様々な角度からなされ得、詳細に上述したように３−Ｄボリューム再構築をもたらす。

本明細書における実質的に任意の複数及び／または単数の語の使用に関して、当業者は複数形を単数形に及び／または単数形を複数形に、事情及び／または用途に適応するように解釈し得る。様々な単数／複数の置換は、明確さのために本明細書において明示的に説明される。

上述で示してきた任意の変形例に加え、多数の他の変更例及び代替構成が本明細書の精神及び範囲から逸脱することなく当業者によって考案されるだろう。また、添付の特許請求の範囲は、このような変形例及び構成を網羅することが意図されて作成されている。従って、情報が上述において、最も実用的かつ好ましい態様であると考えられるものに関連して具体的にかつ詳細に説明されてきたが、形態、機能、動作及び使用の態様を含むがこれらに限定されない多数の変形例が、本明細書で上述された原理及びコンセプトから逸脱することなくもたらされることは、当業者にとって明らかである。本明細書において用いられている実施例及び実施態様は、あらゆる点で、例示の目的のみを意図して作成されておりいずれの方法によっても限定されるものと解釈されるべきではない。

Claims (16)

1. 物体を撮像するハンドヘルド装置であって、
   物体にコーンビームを照射する線源と、
   前記物体からの散乱放射線を検出する複数の検出器要素と、を含み、前記検出器要素の各々は、物体に対して異なった視野を有しており、他の検出器要素と異なる前記物体の画像を収集し、前記物体の複数の二次元画像が実質的に同時に取得されることを特徴とするハンドヘルド装置。
2. 請求項１に記載のハンドヘルド装置であって、前記ハンドヘルド装置が前記検出器要素の各々を検出器セグメントに分割するコリメータを含むことを特徴とするハンドヘルド装置。
3. 請求項２に記載のハンドヘルド装置であって、前記コリメータが前記検出器セグメントの各々に作用する後方散乱放射線を限定するグリッドを含むことを特徴とするハンドヘルド装置。
4. 請求項１に記載のハンドヘルド装置であって、前記複数の画像が実質的に同時に収集されることを特徴とするハンドヘルド装置。
5. 請求項１に記載のハンドヘルド装置であって、前記検出器要素の各々は、前記物体の平面に対して調整可能な配向角度を有していることを特徴とするハンドヘルド装置。
6. 請求項５に記載のハンドヘルド装置であって、前記配向角度は０°であり、前記複数の検出器要素のいくつかが前記物体の平面に実質的に平行な平面に配されることを特徴とするハンドヘルド装置。
7. 請求項１に記載のハンドヘルド装置であって、前記線源を囲繞しかつ内部電源を囲繞するハウジングをさらに含むことを特徴とするハンドヘルド装置。
8. 請求項２に記載のハンドヘルド装置であって、前記コリメータは逆焦点調節コリメータを含むことを特徴とするハンドヘルド装置。
9. 請求項２に記載のハンドヘルド装置であって、前記コリメータは焦点調節コリメータを含むことを特徴とするハンドヘルド装置。
10. 請求項２に記載のハンドヘルド装置であって、前記コリメータは平行プレートコリメータを含むことを特徴とするハンドヘルド装置。
11. 物体を撮像する方法であって、
    コーンビームを物体に照射する線源、及び前記物体からの散乱放射線を検出しかつ各々が前記物体に対して異なった視野を有して他の検出器要素と互いに異なった前記物体の画像を収集し、前記物体の複数の二次元画像を実質的に同時に取得する複数の検出器要素を含む、物体を撮像するためのハンドヘルド装置を提供するステップと、
    前記ハンドヘルド装置を用いて前記物体に放射線を照射して前記物体の複数の二次元画像を取得するステップと、
    前記複数の二次元画像を用いて前記物体の三次元画像を生成するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、前記ハンドヘルド装置は、前記検出器要素の各々を検出器セグメントに分割するコリメータを含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、前記コリメータは、平行プレートコリメータ、逆焦点調節コリメータ、または焦点調節コリメータを含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１１に記載の方法であって、前記検出器要素の各々は、前記物体の平面に対して調節可能な配光角度を有していることを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記配向角度は約０°であり、前記複数の検出器要素のいくつかが前記物体の平面に実質的に平行な平面に配されることを特徴とする方法。
16. 請求項１４に記載の方法であって、前記ハンドヘルド装置は、前記線源を囲繞しかつ内部電源を囲繞するハウジングをさらに含むことを特徴とする方法。