結像システム
【課題】 本発明の結像システムは、直線軌跡走査を採用し、直線フィルタリング逆投影アルゴリズムを使用して断層又は立体画像を復元し、立体画像を真正に実現する。本結像システムは、検査速度が早い、回転の必要がなく、円軌道錐束ＣＴにおける大錐角についての問題がないという利点がある。
【解決手段】 少なくとも一つの放射線源を含み、放射線を発生するための放射線発生装置と、前記放射線源に対向して設置された検知器アレーを含み、被検査物体を透過した放射線を受け取ることで投影データを獲得するためのデータ採集装置と、検査過程において放射線源と検知器アレーとの間にある被検査物体と、放射線源及び検知器アレーとを相対的に直線移動させるための移送装置と、前記放射線発生装置と前記データ採集装置と移送装置とを制御し、前記投影データから被検査物体の画像を復元するための制御・画像処理装置とを備える結像システムである。
【解決手段】 少なくとも一つの放射線源を含み、放射線を発生するための放射線発生装置と、前記放射線源に対向して設置された検知器アレーを含み、被検査物体を透過した放射線を受け取ることで投影データを獲得するためのデータ採集装置と、検査過程において放射線源と検知器アレーとの間にある被検査物体と、放射線源及び検知器アレーとを相対的に直線移動させるための移送装置と、前記放射線発生装置と前記データ採集装置と移送装置とを制御し、前記投影データから被検査物体の画像を復元するための制御・画像処理装置とを備える結像システムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射結像の技術に関し、特に結像安全検査過程の速度を向上するための直線軌跡走査を採用した結像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
安全検査は、テロ防止と麻薬取引や密輸の打撃などの領域に対して重要な意味を持つ。米国は９１１事件後、航空と鉄道などの公共場所に対する安全検査を重要視するようになった。また、麻薬取引や密輸への打撃の進展に伴い、税関のコンテナと荷物物品に対する検査の要求も高くなっている。
【０００３】
従来の安全検査システムは、輻射結像システムを主流とするが、輻射結像領域では透視結像が主なものとされ、立体結像システムはあまり見かけない。これは、実用安全検査システムにおいては一般的にオンラインリアルタイム検査が必要とされるためである。したがって、検査システムの走査結像の速度は、非常に速いことが必要とされ、例えば、民間航空の物品検査では、通関率０．５ｍ／ｓが要求される。しかしながら、現在、大ピッチの螺旋ＣＴ（Computed Laminography：コンピュータ断層結像）でも、この要求を満足することが困難である。なお、多くの大型物品、例えば通関コンテナに対しては、コンテナの回転、放射線源及び検知器の回転のいずれも困難である。さらに、ＣＴシステムデバイスのコストが高いので、いろいろな原因で立体結像可能なＣＴシステムの安全検査領域での広範囲応用が限定されている。しかし、ＣＴシステムと比べて、透視結像システムの最大の不十分な点としては、物体への放射方向におけるオーバーラップ効果を回避できないことであり、これによって、検査能力が制約され、立体検査と位置決めが確実に実行できていない。
【０００４】
ＣＴ技術の進展に伴って、有限角度とデータカットの場合にも、ある程度の品質の断層画像を復元することが可能であり、これは不完全走査復元画像の実際の応用を可能にする。理論的には、走査経路が直線である結像システムに対して、直線の長さが無限大であると、断層画像を精細に復元できることが分かっている。走査経路の長さが有限であれば、有限角度（Limited-Angle）のＣＴ走査モードと等価である。そこで、不完全復元アルゴリズムを応用して、直線走査の結像システムで採集したデータを復元することで、断層画像を獲得し、立体結像を実現できる。
【０００５】
直線軌跡の結像システムとしては、コンピュータラミノグラフィー（Computer Laminography）システムが提案されているが、その放射線の開き角が小さく、復元アルゴリズムとしてクロマト方式を採用したものであるので、三次元結像と断層結像に悪影響を与える。そこで、三次元画像及び／又は断層画像を高速に獲得できる結像システムが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、直線軌跡走査を採用した結像システムを提供することを目的の一つとする。このシステムは、透視画像に加えて、断層画像も獲得することができ、透視結像での物体オーバーラップの問題を解決し、安全検査システムに要求されている高速の立体結像及び／又は断層結像を実現することが出来る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの形態は、少なくとも一つの放射線源を含み、放射線を発生するための放射線発生装置と、前記放射線源に対向して設置された検知器アレーを含み、被検査物体を透過した放射線を受け取ることで投影データを獲得するためのデータ採集装置と、検査過程において放射線源と検知器アレーとの間にある被検査物体と、放射線源及び検知器アレーとを相対的に直線移動させるための移送装置と、前記放射線発生装置と前記データ採集装置と移送装置とを制御し、前記投影データから被検査物体の画像を復元するための制御・画像処理装置とを備える結像システムを提供する。
【０００８】
本発明の一実施例によると、前記放射線発生装置で発生した放射線の検知器アレーに対する水平放射角は、９０度より大きい。
【０００９】
本発明の一実施例によると、前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含むエリアアレー検知器を備える。
【００１０】
本発明の一実施例によると、前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含む垂直に設置されたラインアレー検知器を備える。
【００１１】
本発明の一実施例によると、前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含む水平に設置されたラインアレー検知器を更に備える。
【００１２】
本発明の一実施例によると、前記水平に設置されたラインアレー検知器は、垂直方向での位置が可変である。
【００１３】
本発明の一実施例によると、前記制御・画像処理装置は、前記投影データを擬平行束走査での投影データに転換するための投影データ転換部と、予め定めた重畳積分関数核と擬平行束走査での投影データとを使用して重畳積分することで、フィルタリングされた投影データを獲得するためのフィルタ部と、フィルタリングされた投影データに対して重み付け逆投影を実行して画像を復元する逆投影部とを備える。
【００１４】
本発明の一実施例によると、前記複数の検知器ユニットは、等距離に配列される。
【００１５】
本発明の一実施例によると、前記投影データ転換部が、投影データp(l,t,z)を反転・シフトして擬平行束走査での投影データq(l,t,z)を獲得する。ここで、投影データp(l,t,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに検知器アレーのz層目の座標位置がtである投影値を示す。前記フィルタ部は、予め定めた重畳積分関数核でl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,t,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)を獲得し、前記逆投影部は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得する。
【００１６】
本発明の一実施例によると、前記複数の検知器ユニットは、放射線源に対して等角度で配列される。
【００１７】
本発明の一実施例によると、前記投影データ転換部が、投影データp(l,γ,z)を逆転・シフトして擬平行束走査での投影データq(l,γ,z)を獲得する。ここで、投影データp(l,γ,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに、検知器アレーのz層目の角度位置がγである投影値を示す。前記フィルタ部は、予め定めた重畳積分関数核でl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,γ,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)を獲得し、前記逆投影部は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得する。
【００１８】
本発明の一実施例によると、前記複数の検知器ユニットは、固体検知器ユニット、気体検知器ユニット又は半導体検知器ユニットである。
【００１９】
本発明の一実施例によると、前記放射線源は、Ｘ線加速器、Ｘ線機器又は放射性同位体である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の結像システムは、直線軌跡走査を採用し、直線フィルタリング逆投影アルゴリズムを使用して断層又は立体画像を復元し、立体画像を真正に実現する。本結像システムは、検査速度が早く、回転の必要がなく、円軌道錐束ＣＴ（cone-beam CT）における大錐角（large cone-angle）についての問題がないという利点がある。したがって、本発明の結像システムは、高速安全検査領域と大型物体検査領域に適用することが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳しく説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明による結像システムにおいて直線軌跡走査を実行する平面を示した模式図である。図２は本発明の実施例１による結像システムの構成を示す模式図である。
【００２３】
図１に示すように、被検査物体は、直線に沿って放射線源Ａと検知器との間を移動し、当該移動過程において、放射線源Ａは制御システムの命令に従って放射線を放射し、被検査物体を透過する。検知器は透過信号を受け取り、制御システムの制御によって投影データを採集し、投影データをメモリに格納する。
【００２４】
図２に示した結像システムは、放射線発生部１１０と、移送部１３０と、データ採集部１４０と、制御・データ信号バス１５０と、制御・画像処理部１６０と、ディスプレー１７０とを含む。
【００２５】
図２に示すように、放射線発生部１１０は、例えばＸ線加速器、Ｘ線機器又は放射性同位体などのような放射線源、及び相応する補助ディバイスを含む。放射線束の水平放射角（projection angle）を９０度より大きくする、例えば９０〜１８０度の範囲に置くためには、２つ又は２つ以上の放射線源を使用することが可能であり、被検査物体１２０のサイズと応用領域に応じて選択する。
【００２６】
移送部１３０は、例えばコンベヤーベルトであり、被検査物体１２０を搭載し安定して移送することが可能であり、検査過程において、搭載された被検査物体１２０を直線に沿って移動させるために用いられる。また、移送部１３０は、検査過程において、放射線源と検知器とを直線に沿って移動させてもよく、更に又は、被検査物体を放射線源と検知器に対して対向して移動させてもよい。即ち、被検査物体の移動、及び放射線源と検知器の移動は、相対移動に属し、等価なものである。以下では、被検査物体が移動し、放射線源と検知器が静止状態に保たれた方式を例として述べるが、これは放射線源と検知器が移動し被検査物体が静止状態に保たれた方式と同一な意味を持っていること明確に理解されるべきである。
【００２７】
データ採集部１４０は、主として検知器アレーを含み、被検査物体を透過した放射線を受け取ることで錐状束放射線の透過投影データを獲得するために用いられる。データ採集部１４０は、検知器アレーでの投影データを読み出すための読出回路と論理制御ユニットなど（図示せず）を更に含む。検知器アレーは、複数の固体検知器ユニット、複数の気体検知器ユニット又は複数の半導体検知器ユニットから構成されてもよい。各検知器ユニットは、緊密に配列する必要はないが、これらはＸ軸方向（即ち、被検査物体の移動方向）上に直線状に配列されるべきである。
【００２８】
通常は、検知器アレーの総長さ（Ｋ）、即ち図１に示す線分ＢＣは、検知器アレーの中心から放射線源までの距離（Ｔ）と関連し、放射線放射角（θ）が一定である場合には、距離Ｔが大きいほど、検知器アレーの総長さが大となり、それらの間の基本関係は、
【数１】
となる。
【００２９】
なお、検知器アレーを放射線源の対向辺に置かれる必要があり、それが水平方向に放射源の放射角が９０度より大きくなる、例えば９０〜１８０度の範囲の角度であり、垂直方向に物体を覆う。これによって、有限角度でのＣＴ復元を良好に実現できる（復元画像の品質がよい）。当該検知器アレーは、エリアアレー検知器でもよいし、単行検知器でもよい。
【００３０】
データ採集過程では、サンプル間隔（Δｔ）が時間軸上において均一なものであることを要求し、被検査物体が均一な速度で移動することが要求される。仮に速度をｖとすると、本実施例の結像システムの空間等価サンプル間隔は、
【数２】
となる。
【００３１】
そして、全ての検知器ユニットが同期して採集することが要求され、一回で採集されたアレーデータが投影データの一層を構成し、複数回（一般的には数百回から略千回まで）採集された後、投影体データを構成する。制御・画像処理部において復元された立体画像はこの投影体データに基づくものであり、透過画像の表示もこれらの投影体データを基づくものである。
【００３２】
透過画像を獲得するには、検知器アレーの中心列で採集された投影データだけを出力してもよい、その結像原理は従来の透視結像と同じものである。
【００３３】
制御・データ信号バス１５０は、制御・データ信号を伝送するために用いられる。
【００３４】
制御・画像処理部１６０は、放射線発生部１１０と移送部１３０とデータ採集部１４０とに制御・データ信号バス１５０を介して接続され、結像システムの各部に対して制御する。
【００３５】
走査過程には、制御・画像処理部１６０が移送部１３０を制御して、被検査物体１２０を直線に沿って移動させ、放射線発生部１１０が放射線を発生するように命令し、データ採集部１４０を制御して透過信号の受信を開始し、投影データを作成し、作成した投影データに対して後続処理を行う。
【００３６】
このように、被検査物体１２０は、図１に示す直線軌跡に従って均一な速度で移動して、データ採集部１４０が等時間間隔で同期してサンプリングを実行し、投影データを獲得する。
【００３７】
図３は図２に示す結像システムにおける制御・画像処理部１６０の機能ブロック図である。図３に示すように、制御・画像処理部１６０は、データを格納するための、例えばハードディスクなどのような記憶媒体からなるメモリ１６１と、キーボードなどのようなユーザがパラメータや命令などを入力するための入力装置である入力ユニット１６２と、ユーザが入力ユニット１６２によって命令してから、移送部１３０に指示して被検査物体１２０を直線に沿って移動させることを開始し、放射線発生部１１０とデータ採集部１４０の動作を開始して、投影データを獲得するためのコントローラ１６３と、各部を接続し制御信号とデータを伝送する内部バス１６４と、データ採集部１４０で獲得した投影データを復元するための画像復元ユニット１６５とを含む。
【００３８】
次に、画像復元ユニット１６５において画像復元を行う過程を図４を用いて詳しく述べる。図４は等価検知器とＺ方向における復元物体点との間の幾何学関係を示す模式図である。
【００３９】
被検査物体f(r,φ,z)のある近似推定を
【数３】
とすると、近似推定は下記の式
【数４】
となる。但し、
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
ここで、検知器アレーにおける検知器ユニットは等ピッチで配列されたものであり、データp(l,t,z)は、被検査物体１２０が直線上の座標lである位置に移動したときに、検知器アレーのz層目に座標位置がtである箇所の投影値を示す。注意すべきことは、t,zの何れも検知器アレーの各検知器ユニットを物体直線移動の中心線上に置換した数値である、ということである。
【００４０】
なお、式（１）〜（４）において、Ｄは放射線発生部１１０の放射線源から直線移動中心線までの距離を示し、±ｔｍは検知器アレーのＸ軸方向での最小と最大位置を示し、ｈは重畳積分関数核（convolution function kernel）を示し、その理論値が
【数９】
であり、一般的にはＳ−Ｌフィルタ関数を採用し、当該関数の離散形式は、
【数１０】
となる。
【００４１】
そこで、画像復元ユニット１６５において、投影データ転換部１６５１が投影データp(l,t,z)を逆転・シフトしてq(l,t,z)を獲得する。ここでのq(l,t,z)は擬平行束走査での投影データを示す。ここでの「擬平行束走査」とは、各角度での検知器ユニットが等価でサンプル間隔が異なり、走査角度サンプルも不均一であることが可能であることを指す。
【００４２】
そして、フィルタ部１６５２は、重畳積分関数核ｈでl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,t,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)を獲得する。
【００４３】
続いて、逆投影部１６５３は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得する。
【００４４】
ここで、説明しておくべきことは、逆転・シフトを実行する目的が、直線走査の投影データを、擬平行束走査での投影データに転換することにあり、ここでの擬平行束走査が標準のＣＴ復元中の平行束ではない。これは、各々の走査角度での検知器ユニットなどによる等価サンプル間隔が異なり、角度サンプルが不均一であることも可能であるからである。
【００４５】
なお、重畳積分関数核ｈでフィルタリングする目的としては、標準ＦＢＰ復元アルゴリズム中のフィルタリングと同様であり、フィルタリングされた投影データQ(l’,t,z)を重み付け逆投影することで復元画像を獲得できる。
【００４６】
したがって、本発明には、データ採集方向lに沿ってフィルタリングし、放射線方向に沿って逆投影して、平行束に再配列するアルゴリズムと比べて、本発明は有効データ毎を充分利用し、画像の解像度を向上し、且つデータカットに対する感度が再配列アルゴリズムより低くなることが出来る。
【００４７】
以下において、図１，図４及び図５を参照して、前記の式（１）を導出する。導出する前に、まず、直線走査データを円軌道平行束走査に再配列する過程を述べる。
【００４８】
図１に示す走査方式のように、各検知器が一つの角度走査の角度に対応し、物体f(x,y)の移動過程中では、当該角度での平行束走査に相当する。図５の投影模式図を参照する。等間隔に配列された検知器アレーに対して、直線走査データを円軌道平行束走査に再配列する再配列公式は、
【数１１】
となる。ここで、
【数１２】
となり、円軌道平行束走査において、走査角度がθで、回転中心からの距離がｓである投影データを示す。P(l,t)とは、被検査物体が直線での座標lという位置に移動したときに、検知器アレー中の座標位置がｔとなる投影値を示す。
【００４９】
公式（６）を利用して、直線軌跡走査投影データを円軌道平行束走査での投影データに再配列することを実現できる。しかし、実際のシステムでは、直線の長さが無限大ではあり得ないので、再配列されたデータは、円軌道での１８０度の平行束走査データであることが不可能である、つまり、ここではＣＴ復元に対してはデータは不完全なものである。
【００５０】
直線走査では、ｌとｔのサンプリングは均一なものでもよいが、円軌道平行束走査での角度θと検知器位置ｓに対するサンプリングの何れも不均一なものである。そこで、再配列には、角度方向と検知器方向に補間を行うことが必要であり、復元画像の解像度の低下につながる。
【００５１】
次に、本発明による直線走査データを直接フィルタリング逆投影して画像を復元する過程を詳しく説明する。
【００５２】
円軌道平行束走査でのフィルタリング逆投影復元公式は、
【数１３】
となる。無限長の直線軌跡、等間隔検知器に対して、公式（７）を利用し、パラメータ(l,t)で(θ,s)を置換して、
【数１４】
となる。ここで、
【数１５】
となる。証明は以下の通り。
【数１６】
但し、
【数１７】
となる。
【００５３】
直線軌跡走査には、p(l,t)で
【数１８】
を置換する。同時に、図５の幾何学構造に基づいて、
【数１９】
となる。ここで、
【数２０】
であり、これは点(r,φ)及び第ｔ検知器ユニットを経過した投影データが直線走査での空間サンプル位置にあることを示している。
【００５４】
（１０）を（９）に代入して、
【数２１】
を利用し、
【数２２】
を代入して、直ちに復元公式（８）を得る。
【００５５】
公式（８）に対しては、
【数２３】
を公式（８）に代入すれば、
【数２４】
となる。ここで、
【数２５】
である。
【００５６】
実際には、直線軌跡が［−Ｌ，Ｌ］であり、検知器の総長さが［−ｔｍ，ｔｍ］であれば、公式（８）に従って復元する画像は精確なf(x,y)ではなく、ある程度近似したものである。これと共に、三次元の場合を考えると、被検査物体f(x,y,z)のある程度近似したものである近似推定が式（１）に示すものに表れる。
【００５７】
検知器ユニットが等間隔で配列された場合での、直線軌跡走査のフィルタリング逆投影復元公式（１）及び本発明による画像復元方法の詳細な実行過程を前記のように導出する。実際には、検知器アレーにおける検知器ユニット同士は、放射線源１１０に関して等角度の方式に従って配列されることも可能である。検知器ユニットが等角度で配列されれば、前記の導出過程と類似して、そのフィルタリング逆投影復元公式は、
【数２６】
となる。但し、
【数２７】
【数２８】
【数２９】
となる。ここで、検知器ユニットが等角度で配列されたものであり、データp(l,γ,z)は、被検査物体が直線上の座標lという位置に移動したときに、検知器アレーのz層目の角度位置がγとなる投影値を示す。注意すべきことは、γ,zの何れも、検知器アレーを物体直線移動の中心線に転換した数値である、ということである。±γｍは、検知器アレーのＸ軸方向での最小と最大の角度を示す。
【００５８】
したがって、等角度で配列された検知器ユニットの場合には、直線フィルタリング逆投影の復元過程が前記と同一である。但し、逆転・シフト操作は公式（１４）に従って行われ、重畳積分の意味は等距離の場合と同じである。
【００５９】
言い換えれば、投影データ転換部１６５１において、投影データp(l,γ,z)を逆転・シフトすることで擬平行束走査での投影データq(l,γ,z)を獲得する。但し、投影データp(l,γ,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに、検知器アレーのz層目の角度位置がγである投影値を表す。
【００６０】
フィルタ部１６５２において、予め定めた重畳積分関数核ｈでl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,γ,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)を獲得する。
【００６１】
逆投影部１６５３において、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得する。
【００６２】
精確な画像復元に達するために、放射線結像システムは以下のようなシステムパラメータを精確に計量／制定できる。当該システムパラメータは、放射線源から検知器アレーまでの距離Ｔと、放射線源から直線移動中心までの距離Ｄと、移送部の直線移動速度ｖと、検知器アレーのサンプル間隔Δｔと、検知器の物理的サイズとを含む。但し、検知器の物理的サイズは、単一検知器ユニットの物理的サイズと検知器アレーの物理的サイズなどを含む。
【００６３】
本発明の実施例１による結像システムの最大の特徴としては、円又は螺旋軌道走査ではなく、直線軌跡走査である、ということである。回転が必要でなく、安全検査において被検査物体が一般的に直線で移送されるという特徴を自然に利用するので、機械的に設計が非常に簡単である。
【００６４】
なお、直線移動であるので、円又は螺旋走査での加速度についての問題が存在せず、検査通関率が向上する。従来の透視結像と比べて、本システムは、物体断層画像及び／又は立体画像を獲得し、透視画像において存在する物体の重畳問題を解決することができる。
【００６５】
また、実施例１による結像システムは、ＣＴ断層結像システムと立体結像システムで取得された情報を獲得することができる。
【００６６】
また、実施例１による結像システムは、円軌道錐束ＣＴにおける大錐角についての問題（中心平面からの距離の大きいほど、データの損失が酷くなる）が存在しない。これは、直線走査において各々の層の検知器で獲得された投影データの損失状況がほぼ同じであるからである。
【００６７】
図７は、本発明の実施例１の結像システムが放射線水平放射角の異なる場合に獲得された模擬画像（Ｘ−Ｙ平面）の効果の比較を示している。ここで、（Ａ）はモデルの原始画像を、（Ｂ）は放射線水平放射角が９０度である場合の、本発明の実施例１の結像システムが模擬復元した画像を、（Ｃ）は放射線水平放射角が１２０度である場合の、本発明の実施例１の結像システムが模擬復元した画像を、（Ｄ）は放射線水平放射角が１５０度である場合の、本発明の実施例１による結像システムが模擬復元した画像を、それぞれ示している。これより、放射線水平放射角の増加に伴って、復元した画像の品質が向上することが分かる。
【００６８】
図８は本発明の実施例１の結像システムが復元した断層画像と透視画像の効果の比較を示している。ここで、（Ａ）はモデルのＸ−Ｚ平面中心層での画像を、（Ｂ）は本発明の実施例１の結像システムが模擬復元したＸ−Ｚ平面中心層の画像を、（Ｃ）はモデルのＹ−Ｚ平面中心層での画像を、（Ｄ）は本発明の実施例１の結像システムが模擬復元したＹ−Ｚ平面中心層の画像を、（Ｅ）は本発明の実施例１の結像システムが模擬取得した透視画像を、それぞれ示している。
【００６９】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２の結像システムの構成を示した模式図である。
【００７０】
本発明の実施例２の結像システムと実施例１の結像システムとの区別は、検知器アレーが単列なもの（単層、つまりラインアレー）である場合には、Ｚ方向に沿って昇降可能な他の単列検知器を更に設置して、断層画像を複数獲得できるので、少ない検知器ユニットで立体結像を実現できることにある。したがって、実施例１に比し、検知器アレーにおける検知器ユニットの数が大きく低減される。
【００７１】
図６に示すように、実施例２のデータ採集部における検知器アレーは、垂直と水平の２セットの単層検知器アレー（その中に含まれる検知器ユニット同士は、一般的に等距離に配列されたものであるが、等角度で配列されたものでもよい）１４１と１４２を含み、錐状束放射線の透過投影データを取得するために用いられる。実施例１と同じように、当該データ採集部は、検知器から投影データを読み出す読出回路と論理制御ユニットとをさらに含む。
【００７２】
また、本発明の実施例２による結像システムにおける制御・画像処理部１６０に含まれるコントローラ１６３は、前記実施例１に記載の機能を備えることに加えて、ユーザに入力された命令に従って水平単層検知器１４２のＺ方向での昇降を制御することができる。
【００７３】
これによって、実施例２の結像システムは、実施例１の結像システムの利点を持つことに加えて、検知器ユニットの数を低減し、結像システムの構成を簡単にし、結像システムのコストを低減することができる。
【００７４】
図９は、本発明の実施例２の結像システムが放射線水平放射角の異なる場合に獲得された模擬画像（Ｘ−Ｙ平面）の効果の比較を示している。ここで、（Ａ）はモデルの原始画像を、（Ｂ）は放射線水平放射角が９０度である場合の、本発明の実施例２による結像システムが模擬復元した画像を、（Ｃ）は放射線水平放射角が１２０度である場合の、本発明の実施例２による結像システムが模擬復元した画像を、（Ｄ）は放射線水平放射角が１５０度である場合の、本発明の実施例２による結像システムが模擬復元した画像を、それぞれ示している。これより、実施例２の結像システムが実施例１と同様な結像品質を獲得できることが分かる。
【００７５】
図１０は本発明の実施例２の結像システムが復元した断層画像（Ｘ−Ｙ平面）と透視画像を示している。ここで、（Ａ）はモデルのＸ−Ｚ平面中心層での画像を、（Ｂ）は本発明の実施例２の結像システムが模擬取得した透視画像を、それぞれ示している。これより、実施例２による結像システムが実施例１と同様な結像品質を獲得できることが分かる。
【００７６】
これまでに述べたものは、本発明における具体的な実施の形態に過ぎない。本発明の保護範囲はこれに限定されるものではなく、当業者が本発明に示唆された技術範囲内の容易に想到可能な変換や置換も、すべて本発明の保護範囲に含まれるべきである。したがって、本発明の保護範囲は、請求項の範囲における保護範囲に準拠とすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明による結像システムにおいて直線軌跡走査を実行する平面模式図である。
【図２】本発明の実施例１による結像システムの構成模式図である。
【図３】図２に示すような結像システムにおける制御・画像処理部の機能ブロック図である。
【図４】等価検知器がＺ方向で復元物体点との間の幾何学関係の模式図である。
【図５】本発明の一実施例による直線フィルタリング逆投影過程の幾何学関係を解釈するための模式図である。
【図６】本発明の実施例２による結像システムの構成模式図である。
【図７】本発明の実施例１による結像システムが放射線水平放射角の異なる場合に獲得された模擬画像（Ｘ−Ｙ平面）の効果の比較を示す図である。
【図８】本発明の実施例１による結像システムが復元した断層画像（Ｘ−Ｚ平面、Ｙ−Ｚ平面）と透視画像の効果の比較を示す図である。
【図９】本発明の実施例２による結像システムが放射線水平放射角の異なる場合に獲得された模擬画像（Ｘ−Ｙ平面）の効果の比較を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２による結像システムが復元した断層画像（Ｘ−Ｙ平面）と透視画像を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
Ａ 放射線源
１１０ 放射線発生部
１２０ 被検査物体
１３０ 移送部
１４０ データ採集部
１４１、１４２ 単層検出器アレー
１５０ 制御・データ信号バス
１６０ 制御・画像処理部
１６１ メモリ
１６２ 入力ユニット
１６３ コントローラ
１６４ 内部バス
１６５ 画像復元ユニット
１６５１ 投影データ転換部
１６５２ フィルタ部
１６５３ 逆投影部
１７０ ディスプレー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射結像の技術に関し、特に結像安全検査過程の速度を向上するための直線軌跡走査を採用した結像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
安全検査は、テロ防止と麻薬取引や密輸の打撃などの領域に対して重要な意味を持つ。米国は９１１事件後、航空と鉄道などの公共場所に対する安全検査を重要視するようになった。また、麻薬取引や密輸への打撃の進展に伴い、税関のコンテナと荷物物品に対する検査の要求も高くなっている。
【０００３】
従来の安全検査システムは、輻射結像システムを主流とするが、輻射結像領域では透視結像が主なものとされ、立体結像システムはあまり見かけない。これは、実用安全検査システムにおいては一般的にオンラインリアルタイム検査が必要とされるためである。したがって、検査システムの走査結像の速度は、非常に速いことが必要とされ、例えば、民間航空の物品検査では、通関率０．５ｍ／ｓが要求される。しかしながら、現在、大ピッチの螺旋ＣＴ（Computed Laminography：コンピュータ断層結像）でも、この要求を満足することが困難である。なお、多くの大型物品、例えば通関コンテナに対しては、コンテナの回転、放射線源及び検知器の回転のいずれも困難である。さらに、ＣＴシステムデバイスのコストが高いので、いろいろな原因で立体結像可能なＣＴシステムの安全検査領域での広範囲応用が限定されている。しかし、ＣＴシステムと比べて、透視結像システムの最大の不十分な点としては、物体への放射方向におけるオーバーラップ効果を回避できないことであり、これによって、検査能力が制約され、立体検査と位置決めが確実に実行できていない。
【０００４】
ＣＴ技術の進展に伴って、有限角度とデータカットの場合にも、ある程度の品質の断層画像を復元することが可能であり、これは不完全走査復元画像の実際の応用を可能にする。理論的には、走査経路が直線である結像システムに対して、直線の長さが無限大であると、断層画像を精細に復元できることが分かっている。走査経路の長さが有限であれば、有限角度（Limited-Angle）のＣＴ走査モードと等価である。そこで、不完全復元アルゴリズムを応用して、直線走査の結像システムで採集したデータを復元することで、断層画像を獲得し、立体結像を実現できる。
【０００５】
直線軌跡の結像システムとしては、コンピュータラミノグラフィー（Computer Laminography）システムが提案されているが、その放射線の開き角が小さく、復元アルゴリズムとしてクロマト方式を採用したものであるので、三次元結像と断層結像に悪影響を与える。そこで、三次元画像及び／又は断層画像を高速に獲得できる結像システムが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、直線軌跡走査を採用した結像システムを提供することを目的の一つとする。このシステムは、透視画像に加えて、断層画像も獲得することができ、透視結像での物体オーバーラップの問題を解決し、安全検査システムに要求されている高速の立体結像及び／又は断層結像を実現することが出来る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの形態は、少なくとも一つの放射線源を含み、放射線を発生するための放射線発生装置と、前記放射線源に対向して設置された検知器アレーを含み、被検査物体を透過した放射線を受け取ることで投影データを獲得するためのデータ採集装置と、検査過程において放射線源と検知器アレーとの間にある被検査物体と、放射線源及び検知器アレーとを相対的に直線移動させるための移送装置と、前記放射線発生装置と前記データ採集装置と移送装置とを制御し、前記投影データから被検査物体の画像を復元するための制御・画像処理装置とを備える結像システムを提供する。
【０００８】
本発明の一実施例によると、前記放射線発生装置で発生した放射線の検知器アレーに対する水平放射角は、９０度より大きい。
【０００９】
本発明の一実施例によると、前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含むエリアアレー検知器を備える。
【００１０】
本発明の一実施例によると、前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含む垂直に設置されたラインアレー検知器を備える。
【００１１】
本発明の一実施例によると、前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含む水平に設置されたラインアレー検知器を更に備える。
【００１２】
本発明の一実施例によると、前記水平に設置されたラインアレー検知器は、垂直方向での位置が可変である。
【００１３】
本発明の一実施例によると、前記制御・画像処理装置は、前記投影データを擬平行束走査での投影データに転換するための投影データ転換部と、予め定めた重畳積分関数核と擬平行束走査での投影データとを使用して重畳積分することで、フィルタリングされた投影データを獲得するためのフィルタ部と、フィルタリングされた投影データに対して重み付け逆投影を実行して画像を復元する逆投影部とを備える。
【００１４】
本発明の一実施例によると、前記複数の検知器ユニットは、等距離に配列される。
【００１５】
本発明の一実施例によると、前記投影データ転換部が、投影データp(l,t,z)を反転・シフトして擬平行束走査での投影データq(l,t,z)を獲得する。ここで、投影データp(l,t,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに検知器アレーのz層目の座標位置がtである投影値を示す。前記フィルタ部は、予め定めた重畳積分関数核でl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,t,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)を獲得し、前記逆投影部は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得する。
【００１６】
本発明の一実施例によると、前記複数の検知器ユニットは、放射線源に対して等角度で配列される。
【００１７】
本発明の一実施例によると、前記投影データ転換部が、投影データp(l,γ,z)を逆転・シフトして擬平行束走査での投影データq(l,γ,z)を獲得する。ここで、投影データp(l,γ,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに、検知器アレーのz層目の角度位置がγである投影値を示す。前記フィルタ部は、予め定めた重畳積分関数核でl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,γ,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)を獲得し、前記逆投影部は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得する。
【００１８】
本発明の一実施例によると、前記複数の検知器ユニットは、固体検知器ユニット、気体検知器ユニット又は半導体検知器ユニットである。
【００１９】
本発明の一実施例によると、前記放射線源は、Ｘ線加速器、Ｘ線機器又は放射性同位体である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の結像システムは、直線軌跡走査を採用し、直線フィルタリング逆投影アルゴリズムを使用して断層又は立体画像を復元し、立体画像を真正に実現する。本結像システムは、検査速度が早く、回転の必要がなく、円軌道錐束ＣＴ（cone-beam CT）における大錐角（large cone-angle）についての問題がないという利点がある。したがって、本発明の結像システムは、高速安全検査領域と大型物体検査領域に適用することが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳しく説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本発明による結像システムにおいて直線軌跡走査を実行する平面を示した模式図である。図２は本発明の実施例１による結像システムの構成を示す模式図である。
【００２３】
図１に示すように、被検査物体は、直線に沿って放射線源Ａと検知器との間を移動し、当該移動過程において、放射線源Ａは制御システムの命令に従って放射線を放射し、被検査物体を透過する。検知器は透過信号を受け取り、制御システムの制御によって投影データを採集し、投影データをメモリに格納する。
【００２４】
図２に示した結像システムは、放射線発生部１１０と、移送部１３０と、データ採集部１４０と、制御・データ信号バス１５０と、制御・画像処理部１６０と、ディスプレー１７０とを含む。
【００２５】
図２に示すように、放射線発生部１１０は、例えばＸ線加速器、Ｘ線機器又は放射性同位体などのような放射線源、及び相応する補助ディバイスを含む。放射線束の水平放射角（projection angle）を９０度より大きくする、例えば９０〜１８０度の範囲に置くためには、２つ又は２つ以上の放射線源を使用することが可能であり、被検査物体１２０のサイズと応用領域に応じて選択する。
【００２６】
移送部１３０は、例えばコンベヤーベルトであり、被検査物体１２０を搭載し安定して移送することが可能であり、検査過程において、搭載された被検査物体１２０を直線に沿って移動させるために用いられる。また、移送部１３０は、検査過程において、放射線源と検知器とを直線に沿って移動させてもよく、更に又は、被検査物体を放射線源と検知器に対して対向して移動させてもよい。即ち、被検査物体の移動、及び放射線源と検知器の移動は、相対移動に属し、等価なものである。以下では、被検査物体が移動し、放射線源と検知器が静止状態に保たれた方式を例として述べるが、これは放射線源と検知器が移動し被検査物体が静止状態に保たれた方式と同一な意味を持っていること明確に理解されるべきである。
【００２７】
データ採集部１４０は、主として検知器アレーを含み、被検査物体を透過した放射線を受け取ることで錐状束放射線の透過投影データを獲得するために用いられる。データ採集部１４０は、検知器アレーでの投影データを読み出すための読出回路と論理制御ユニットなど（図示せず）を更に含む。検知器アレーは、複数の固体検知器ユニット、複数の気体検知器ユニット又は複数の半導体検知器ユニットから構成されてもよい。各検知器ユニットは、緊密に配列する必要はないが、これらはＸ軸方向（即ち、被検査物体の移動方向）上に直線状に配列されるべきである。
【００２８】
通常は、検知器アレーの総長さ（Ｋ）、即ち図１に示す線分ＢＣは、検知器アレーの中心から放射線源までの距離（Ｔ）と関連し、放射線放射角（θ）が一定である場合には、距離Ｔが大きいほど、検知器アレーの総長さが大となり、それらの間の基本関係は、
【数１】
となる。
【００２９】
なお、検知器アレーを放射線源の対向辺に置かれる必要があり、それが水平方向に放射源の放射角が９０度より大きくなる、例えば９０〜１８０度の範囲の角度であり、垂直方向に物体を覆う。これによって、有限角度でのＣＴ復元を良好に実現できる（復元画像の品質がよい）。当該検知器アレーは、エリアアレー検知器でもよいし、単行検知器でもよい。
【００３０】
データ採集過程では、サンプル間隔（Δｔ）が時間軸上において均一なものであることを要求し、被検査物体が均一な速度で移動することが要求される。仮に速度をｖとすると、本実施例の結像システムの空間等価サンプル間隔は、
【数２】
となる。
【００３１】
そして、全ての検知器ユニットが同期して採集することが要求され、一回で採集されたアレーデータが投影データの一層を構成し、複数回（一般的には数百回から略千回まで）採集された後、投影体データを構成する。制御・画像処理部において復元された立体画像はこの投影体データに基づくものであり、透過画像の表示もこれらの投影体データを基づくものである。
【００３２】
透過画像を獲得するには、検知器アレーの中心列で採集された投影データだけを出力してもよい、その結像原理は従来の透視結像と同じものである。
【００３３】
制御・データ信号バス１５０は、制御・データ信号を伝送するために用いられる。
【００３４】
制御・画像処理部１６０は、放射線発生部１１０と移送部１３０とデータ採集部１４０とに制御・データ信号バス１５０を介して接続され、結像システムの各部に対して制御する。
【００３５】
走査過程には、制御・画像処理部１６０が移送部１３０を制御して、被検査物体１２０を直線に沿って移動させ、放射線発生部１１０が放射線を発生するように命令し、データ採集部１４０を制御して透過信号の受信を開始し、投影データを作成し、作成した投影データに対して後続処理を行う。
【００３６】
このように、被検査物体１２０は、図１に示す直線軌跡に従って均一な速度で移動して、データ採集部１４０が等時間間隔で同期してサンプリングを実行し、投影データを獲得する。
【００３７】
図３は図２に示す結像システムにおける制御・画像処理部１６０の機能ブロック図である。図３に示すように、制御・画像処理部１６０は、データを格納するための、例えばハードディスクなどのような記憶媒体からなるメモリ１６１と、キーボードなどのようなユーザがパラメータや命令などを入力するための入力装置である入力ユニット１６２と、ユーザが入力ユニット１６２によって命令してから、移送部１３０に指示して被検査物体１２０を直線に沿って移動させることを開始し、放射線発生部１１０とデータ採集部１４０の動作を開始して、投影データを獲得するためのコントローラ１６３と、各部を接続し制御信号とデータを伝送する内部バス１６４と、データ採集部１４０で獲得した投影データを復元するための画像復元ユニット１６５とを含む。
【００３８】
次に、画像復元ユニット１６５において画像復元を行う過程を図４を用いて詳しく述べる。図４は等価検知器とＺ方向における復元物体点との間の幾何学関係を示す模式図である。
【００３９】
被検査物体f(r,φ,z)のある近似推定を
【数３】
とすると、近似推定は下記の式
【数４】
となる。但し、
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
ここで、検知器アレーにおける検知器ユニットは等ピッチで配列されたものであり、データp(l,t,z)は、被検査物体１２０が直線上の座標lである位置に移動したときに、検知器アレーのz層目に座標位置がtである箇所の投影値を示す。注意すべきことは、t,zの何れも検知器アレーの各検知器ユニットを物体直線移動の中心線上に置換した数値である、ということである。
【００４０】
なお、式（１）〜（４）において、Ｄは放射線発生部１１０の放射線源から直線移動中心線までの距離を示し、±ｔｍは検知器アレーのＸ軸方向での最小と最大位置を示し、ｈは重畳積分関数核（convolution function kernel）を示し、その理論値が
【数９】
であり、一般的にはＳ−Ｌフィルタ関数を採用し、当該関数の離散形式は、
【数１０】
となる。
【００４１】
そこで、画像復元ユニット１６５において、投影データ転換部１６５１が投影データp(l,t,z)を逆転・シフトしてq(l,t,z)を獲得する。ここでのq(l,t,z)は擬平行束走査での投影データを示す。ここでの「擬平行束走査」とは、各角度での検知器ユニットが等価でサンプル間隔が異なり、走査角度サンプルも不均一であることが可能であることを指す。
【００４２】
そして、フィルタ部１６５２は、重畳積分関数核ｈでl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,t,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)を獲得する。
【００４３】
続いて、逆投影部１６５３は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得する。
【００４４】
ここで、説明しておくべきことは、逆転・シフトを実行する目的が、直線走査の投影データを、擬平行束走査での投影データに転換することにあり、ここでの擬平行束走査が標準のＣＴ復元中の平行束ではない。これは、各々の走査角度での検知器ユニットなどによる等価サンプル間隔が異なり、角度サンプルが不均一であることも可能であるからである。
【００４５】
なお、重畳積分関数核ｈでフィルタリングする目的としては、標準ＦＢＰ復元アルゴリズム中のフィルタリングと同様であり、フィルタリングされた投影データQ(l’,t,z)を重み付け逆投影することで復元画像を獲得できる。
【００４６】
したがって、本発明には、データ採集方向lに沿ってフィルタリングし、放射線方向に沿って逆投影して、平行束に再配列するアルゴリズムと比べて、本発明は有効データ毎を充分利用し、画像の解像度を向上し、且つデータカットに対する感度が再配列アルゴリズムより低くなることが出来る。
【００４７】
以下において、図１，図４及び図５を参照して、前記の式（１）を導出する。導出する前に、まず、直線走査データを円軌道平行束走査に再配列する過程を述べる。
【００４８】
図１に示す走査方式のように、各検知器が一つの角度走査の角度に対応し、物体f(x,y)の移動過程中では、当該角度での平行束走査に相当する。図５の投影模式図を参照する。等間隔に配列された検知器アレーに対して、直線走査データを円軌道平行束走査に再配列する再配列公式は、
【数１１】
となる。ここで、
【数１２】
となり、円軌道平行束走査において、走査角度がθで、回転中心からの距離がｓである投影データを示す。P(l,t)とは、被検査物体が直線での座標lという位置に移動したときに、検知器アレー中の座標位置がｔとなる投影値を示す。
【００４９】
公式（６）を利用して、直線軌跡走査投影データを円軌道平行束走査での投影データに再配列することを実現できる。しかし、実際のシステムでは、直線の長さが無限大ではあり得ないので、再配列されたデータは、円軌道での１８０度の平行束走査データであることが不可能である、つまり、ここではＣＴ復元に対してはデータは不完全なものである。
【００５０】
直線走査では、ｌとｔのサンプリングは均一なものでもよいが、円軌道平行束走査での角度θと検知器位置ｓに対するサンプリングの何れも不均一なものである。そこで、再配列には、角度方向と検知器方向に補間を行うことが必要であり、復元画像の解像度の低下につながる。
【００５１】
次に、本発明による直線走査データを直接フィルタリング逆投影して画像を復元する過程を詳しく説明する。
【００５２】
円軌道平行束走査でのフィルタリング逆投影復元公式は、
【数１３】
となる。無限長の直線軌跡、等間隔検知器に対して、公式（７）を利用し、パラメータ(l,t)で(θ,s)を置換して、
【数１４】
となる。ここで、
【数１５】
となる。証明は以下の通り。
【数１６】
但し、
【数１７】
となる。
【００５３】
直線軌跡走査には、p(l,t)で
【数１８】
を置換する。同時に、図５の幾何学構造に基づいて、
【数１９】
となる。ここで、
【数２０】
であり、これは点(r,φ)及び第ｔ検知器ユニットを経過した投影データが直線走査での空間サンプル位置にあることを示している。
【００５４】
（１０）を（９）に代入して、
【数２１】
を利用し、
【数２２】
を代入して、直ちに復元公式（８）を得る。
【００５５】
公式（８）に対しては、
【数２３】
を公式（８）に代入すれば、
【数２４】
となる。ここで、
【数２５】
である。
【００５６】
実際には、直線軌跡が［−Ｌ，Ｌ］であり、検知器の総長さが［−ｔｍ，ｔｍ］であれば、公式（８）に従って復元する画像は精確なf(x,y)ではなく、ある程度近似したものである。これと共に、三次元の場合を考えると、被検査物体f(x,y,z)のある程度近似したものである近似推定が式（１）に示すものに表れる。
【００５７】
検知器ユニットが等間隔で配列された場合での、直線軌跡走査のフィルタリング逆投影復元公式（１）及び本発明による画像復元方法の詳細な実行過程を前記のように導出する。実際には、検知器アレーにおける検知器ユニット同士は、放射線源１１０に関して等角度の方式に従って配列されることも可能である。検知器ユニットが等角度で配列されれば、前記の導出過程と類似して、そのフィルタリング逆投影復元公式は、
【数２６】
となる。但し、
【数２７】
【数２８】
【数２９】
となる。ここで、検知器ユニットが等角度で配列されたものであり、データp(l,γ,z)は、被検査物体が直線上の座標lという位置に移動したときに、検知器アレーのz層目の角度位置がγとなる投影値を示す。注意すべきことは、γ,zの何れも、検知器アレーを物体直線移動の中心線に転換した数値である、ということである。±γｍは、検知器アレーのＸ軸方向での最小と最大の角度を示す。
【００５８】
したがって、等角度で配列された検知器ユニットの場合には、直線フィルタリング逆投影の復元過程が前記と同一である。但し、逆転・シフト操作は公式（１４）に従って行われ、重畳積分の意味は等距離の場合と同じである。
【００５９】
言い換えれば、投影データ転換部１６５１において、投影データp(l,γ,z)を逆転・シフトすることで擬平行束走査での投影データq(l,γ,z)を獲得する。但し、投影データp(l,γ,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに、検知器アレーのz層目の角度位置がγである投影値を表す。
【００６０】
フィルタ部１６５２において、予め定めた重畳積分関数核ｈでl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,γ,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)を獲得する。
【００６１】
逆投影部１６５３において、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得する。
【００６２】
精確な画像復元に達するために、放射線結像システムは以下のようなシステムパラメータを精確に計量／制定できる。当該システムパラメータは、放射線源から検知器アレーまでの距離Ｔと、放射線源から直線移動中心までの距離Ｄと、移送部の直線移動速度ｖと、検知器アレーのサンプル間隔Δｔと、検知器の物理的サイズとを含む。但し、検知器の物理的サイズは、単一検知器ユニットの物理的サイズと検知器アレーの物理的サイズなどを含む。
【００６３】
本発明の実施例１による結像システムの最大の特徴としては、円又は螺旋軌道走査ではなく、直線軌跡走査である、ということである。回転が必要でなく、安全検査において被検査物体が一般的に直線で移送されるという特徴を自然に利用するので、機械的に設計が非常に簡単である。
【００６４】
なお、直線移動であるので、円又は螺旋走査での加速度についての問題が存在せず、検査通関率が向上する。従来の透視結像と比べて、本システムは、物体断層画像及び／又は立体画像を獲得し、透視画像において存在する物体の重畳問題を解決することができる。
【００６５】
また、実施例１による結像システムは、ＣＴ断層結像システムと立体結像システムで取得された情報を獲得することができる。
【００６６】
また、実施例１による結像システムは、円軌道錐束ＣＴにおける大錐角についての問題（中心平面からの距離の大きいほど、データの損失が酷くなる）が存在しない。これは、直線走査において各々の層の検知器で獲得された投影データの損失状況がほぼ同じであるからである。
【００６７】
図７は、本発明の実施例１の結像システムが放射線水平放射角の異なる場合に獲得された模擬画像（Ｘ−Ｙ平面）の効果の比較を示している。ここで、（Ａ）はモデルの原始画像を、（Ｂ）は放射線水平放射角が９０度である場合の、本発明の実施例１の結像システムが模擬復元した画像を、（Ｃ）は放射線水平放射角が１２０度である場合の、本発明の実施例１の結像システムが模擬復元した画像を、（Ｄ）は放射線水平放射角が１５０度である場合の、本発明の実施例１による結像システムが模擬復元した画像を、それぞれ示している。これより、放射線水平放射角の増加に伴って、復元した画像の品質が向上することが分かる。
【００６８】
図８は本発明の実施例１の結像システムが復元した断層画像と透視画像の効果の比較を示している。ここで、（Ａ）はモデルのＸ−Ｚ平面中心層での画像を、（Ｂ）は本発明の実施例１の結像システムが模擬復元したＸ−Ｚ平面中心層の画像を、（Ｃ）はモデルのＹ−Ｚ平面中心層での画像を、（Ｄ）は本発明の実施例１の結像システムが模擬復元したＹ−Ｚ平面中心層の画像を、（Ｅ）は本発明の実施例１の結像システムが模擬取得した透視画像を、それぞれ示している。
【００６９】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２の結像システムの構成を示した模式図である。
【００７０】
本発明の実施例２の結像システムと実施例１の結像システムとの区別は、検知器アレーが単列なもの（単層、つまりラインアレー）である場合には、Ｚ方向に沿って昇降可能な他の単列検知器を更に設置して、断層画像を複数獲得できるので、少ない検知器ユニットで立体結像を実現できることにある。したがって、実施例１に比し、検知器アレーにおける検知器ユニットの数が大きく低減される。
【００７１】
図６に示すように、実施例２のデータ採集部における検知器アレーは、垂直と水平の２セットの単層検知器アレー（その中に含まれる検知器ユニット同士は、一般的に等距離に配列されたものであるが、等角度で配列されたものでもよい）１４１と１４２を含み、錐状束放射線の透過投影データを取得するために用いられる。実施例１と同じように、当該データ採集部は、検知器から投影データを読み出す読出回路と論理制御ユニットとをさらに含む。
【００７２】
また、本発明の実施例２による結像システムにおける制御・画像処理部１６０に含まれるコントローラ１６３は、前記実施例１に記載の機能を備えることに加えて、ユーザに入力された命令に従って水平単層検知器１４２のＺ方向での昇降を制御することができる。
【００７３】
これによって、実施例２の結像システムは、実施例１の結像システムの利点を持つことに加えて、検知器ユニットの数を低減し、結像システムの構成を簡単にし、結像システムのコストを低減することができる。
【００７４】
図９は、本発明の実施例２の結像システムが放射線水平放射角の異なる場合に獲得された模擬画像（Ｘ−Ｙ平面）の効果の比較を示している。ここで、（Ａ）はモデルの原始画像を、（Ｂ）は放射線水平放射角が９０度である場合の、本発明の実施例２による結像システムが模擬復元した画像を、（Ｃ）は放射線水平放射角が１２０度である場合の、本発明の実施例２による結像システムが模擬復元した画像を、（Ｄ）は放射線水平放射角が１５０度である場合の、本発明の実施例２による結像システムが模擬復元した画像を、それぞれ示している。これより、実施例２の結像システムが実施例１と同様な結像品質を獲得できることが分かる。
【００７５】
図１０は本発明の実施例２の結像システムが復元した断層画像（Ｘ−Ｙ平面）と透視画像を示している。ここで、（Ａ）はモデルのＸ−Ｚ平面中心層での画像を、（Ｂ）は本発明の実施例２の結像システムが模擬取得した透視画像を、それぞれ示している。これより、実施例２による結像システムが実施例１と同様な結像品質を獲得できることが分かる。
【００７６】
これまでに述べたものは、本発明における具体的な実施の形態に過ぎない。本発明の保護範囲はこれに限定されるものではなく、当業者が本発明に示唆された技術範囲内の容易に想到可能な変換や置換も、すべて本発明の保護範囲に含まれるべきである。したがって、本発明の保護範囲は、請求項の範囲における保護範囲に準拠とすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明による結像システムにおいて直線軌跡走査を実行する平面模式図である。
【図２】本発明の実施例１による結像システムの構成模式図である。
【図３】図２に示すような結像システムにおける制御・画像処理部の機能ブロック図である。
【図４】等価検知器がＺ方向で復元物体点との間の幾何学関係の模式図である。
【図５】本発明の一実施例による直線フィルタリング逆投影過程の幾何学関係を解釈するための模式図である。
【図６】本発明の実施例２による結像システムの構成模式図である。
【図７】本発明の実施例１による結像システムが放射線水平放射角の異なる場合に獲得された模擬画像（Ｘ−Ｙ平面）の効果の比較を示す図である。
【図８】本発明の実施例１による結像システムが復元した断層画像（Ｘ−Ｚ平面、Ｙ−Ｚ平面）と透視画像の効果の比較を示す図である。
【図９】本発明の実施例２による結像システムが放射線水平放射角の異なる場合に獲得された模擬画像（Ｘ−Ｙ平面）の効果の比較を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２による結像システムが復元した断層画像（Ｘ−Ｙ平面）と透視画像を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
Ａ 放射線源
１１０ 放射線発生部
１２０ 被検査物体
１３０ 移送部
１４０ データ採集部
１４１、１４２ 単層検出器アレー
１５０ 制御・データ信号バス
１６０ 制御・画像処理部
１６１ メモリ
１６２ 入力ユニット
１６３ コントローラ
１６４ 内部バス
１６５ 画像復元ユニット
１６５１ 投影データ転換部
１６５２ フィルタ部
１６５３ 逆投影部
１７０ ディスプレー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの放射線源を含み、放射線を発生するための放射線発生装置と、
前記放射線源に対向して設置された検知器アレーを含み、被検査物体を透過した放射線を受け取ることで投影データを獲得するためのデータ採集装置と、
検査過程において放射線源と検知器アレーとの間にある被検査物体と、放射線源及び検知器アレーとを相対的に直線移動させるための移送装置と、
前記放射線発生装置と前記データ採集装置と移送装置とを制御し、前記投影データから被検査物体の画像を復元するための制御・画像処理装置とを備えることを特徴とする結像システム。
【請求項２】
前記放射線発生装置で発生した放射線の検知器アレーに対する水平放射角は、９０度より大きいことを特徴とする請求項１に記載する結像システム。
【請求項３】
前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含むエリアアレー検知器を備えることを特徴とする請求項２に記載する結像システム。
【請求項４】
前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含む垂直に設置されたラインアレー検知器を備えることを特徴とする請求項２に記載する結像システム。
【請求項５】
前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含む水平に設置されたラインアレー検知器を更に備えることを特徴とする請求項４に記載する結像システム。
【請求項６】
前記水平に設置されたラインアレー検知器は、垂直方向での位置が可変であることを特徴とする請求項５に記載する結像システム。
【請求項７】
前記制御・画像処理装置は、
前記投影データを擬平行束走査での投影データに転換するための投影データ転換部と、
予め定めた重畳積分関数核と擬平行束走査での投影データとを使用して重畳積分することで、フィルタリングされた投影データを獲得するためのフィルタ部と、
フィルタリングされた投影データに対して重み付け逆投影を実行して画像を復元する逆投影部とを備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載する結像システム。
【請求項８】
前記複数の検知器ユニットは、等距離に配列されたことを特徴とする請求項７に記載する結像システム。
【請求項９】
前記投影データ転換部が、投影データp(l,t,z)を逆転・シフトして擬平行束走査での投影データq(l,t,z)を獲得し、但し、投影データp(l,t,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに検知器アレーのz層目の座標位置がtである投影値を示し、
前記フィルタ部は、予め定めた重畳積分関数核でl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,t,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)を獲得し、
前記逆投影部は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得することを特徴とする請求項８に記載する結像システム。
【請求項１０】
前記複数の検知器ユニットは、放射線源に対して等角度で配列されることを特徴とする請求項７に記載する結像システム。
【請求項１１】
前記投影データ転換部が、投影データp(l,γ,z)を逆転・シフトして擬平行束走査での投影データq(l,γ,z)を獲得し、但し、投影データp(l,γ,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに、検知器アレーのz層目の角度位置がγである投影値を示し、
前記フィルタ部は、予め定めた重畳積分関数核でl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,γ,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)を獲得し、
前記逆投影部は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得することを特徴とする請求項１０に記載する結像システム。
【請求項１２】
前記複数の検知器ユニットは、固体検知器ユニット、気体検知器ユニット又は半導体検知器ユニットであることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載する結像システム。
【請求項１３】
前記放射線源は、Ｘ線加速器、Ｘ線機器又は放射性同位体であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載する結像システム。
【請求項１】
少なくとも一つの放射線源を含み、放射線を発生するための放射線発生装置と、
前記放射線源に対向して設置された検知器アレーを含み、被検査物体を透過した放射線を受け取ることで投影データを獲得するためのデータ採集装置と、
検査過程において放射線源と検知器アレーとの間にある被検査物体と、放射線源及び検知器アレーとを相対的に直線移動させるための移送装置と、
前記放射線発生装置と前記データ採集装置と移送装置とを制御し、前記投影データから被検査物体の画像を復元するための制御・画像処理装置とを備えることを特徴とする結像システム。
【請求項２】
前記放射線発生装置で発生した放射線の検知器アレーに対する水平放射角は、９０度より大きいことを特徴とする請求項１に記載する結像システム。
【請求項３】
前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含むエリアアレー検知器を備えることを特徴とする請求項２に記載する結像システム。
【請求項４】
前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含む垂直に設置されたラインアレー検知器を備えることを特徴とする請求項２に記載する結像システム。
【請求項５】
前記検知器アレーは、検知器ユニットを複数含む水平に設置されたラインアレー検知器を更に備えることを特徴とする請求項４に記載する結像システム。
【請求項６】
前記水平に設置されたラインアレー検知器は、垂直方向での位置が可変であることを特徴とする請求項５に記載する結像システム。
【請求項７】
前記制御・画像処理装置は、
前記投影データを擬平行束走査での投影データに転換するための投影データ転換部と、
予め定めた重畳積分関数核と擬平行束走査での投影データとを使用して重畳積分することで、フィルタリングされた投影データを獲得するためのフィルタ部と、
フィルタリングされた投影データに対して重み付け逆投影を実行して画像を復元する逆投影部とを備えることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載する結像システム。
【請求項８】
前記複数の検知器ユニットは、等距離に配列されたことを特徴とする請求項７に記載する結像システム。
【請求項９】
前記投影データ転換部が、投影データp(l,t,z)を逆転・シフトして擬平行束走査での投影データq(l,t,z)を獲得し、但し、投影データp(l,t,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに検知器アレーのz層目の座標位置がtである投影値を示し、
前記フィルタ部は、予め定めた重畳積分関数核でl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,t,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)を獲得し、
前記逆投影部は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,t,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得することを特徴とする請求項８に記載する結像システム。
【請求項１０】
前記複数の検知器ユニットは、放射線源に対して等角度で配列されることを特徴とする請求項７に記載する結像システム。
【請求項１１】
前記投影データ転換部が、投影データp(l,γ,z)を逆転・シフトして擬平行束走査での投影データq(l,γ,z)を獲得し、但し、投影データp(l,γ,z)は、被検査物体が相対的に直線での座標lである位置に移動したときに、検知器アレーのz層目の角度位置がγである投影値を示し、
前記フィルタ部は、予め定めた重畳積分関数核でl方向に沿って、擬平行束走査での投影データであるq(l,γ,z)に対して一次元重畳積分を実行して、フィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)を獲得し、
前記逆投影部は、放射線方向に沿ってフィルタリングされた投影データであるQ(l’,γ,z)に対して重み付け逆投影操作を実行することで、復元画像を獲得することを特徴とする請求項１０に記載する結像システム。
【請求項１２】
前記複数の検知器ユニットは、固体検知器ユニット、気体検知器ユニット又は半導体検知器ユニットであることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載する結像システム。
【請求項１３】
前記放射線源は、Ｘ線加速器、Ｘ線機器又は放射性同位体であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載する結像システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１３９７６４（Ｐ２００７−１３９７６４Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９２８５９（Ｐ２００６−２９２８５９）
【出願日】平成１８年１０月２７日（２００６．１０．２７）
【出願人】（５０６１６２６８８）清華大學 (8)
【出願人】（５０６１６２６７７）清華同方威視技術股▲ふん▼有限公司 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２７日（２００６．１０．２７）
【出願人】（５０６１６２６８８）清華大學 (8)
【出願人】（５０６１６２６７７）清華同方威視技術股▲ふん▼有限公司 (4)
【Ｆターム（参考）】
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