Ｘ線スキャナ
本発明は、描画空間を介して点源（１２）からＸ線を放射するＸ線線源を有するＸ線スキャナを開示する。スキャナは、さらに、描画空間の周囲に配置されてＸ線の検出に反応して検出器信号を出力するＸ線検出器（２６）のアレイを含む。スキャナは、さらに、走査方向に描画空間を横切るように物体を搬送するコンベヤ（２２）と、検出器信号を処理して、物体の画像を画定する画像データセットを生成する少なくとも１つのプロセッサ（３０）とを含む。画像は、走査方向において、走査方向とは直交する１の方向、場合によっては、２つの方向の分解能に対して少なくとも９０％の分解能を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線スキャナ及びスキャナシステムに関する。本発明は、手荷物及び貨物をスキャンするスキャナシステムにおいて特定の用途を有する。しかし、他のタイプのＸ線スキャナにおいて使用することもできる。
【背景技術】
【０００２】
典型的なコンピュータ断層撮影システムにおいて、Ｘ線は、Ｘ線源によって生成され、コリメートされて、描画面内で配向されたＸ線検出器アレイにむけて描画対象となる物体を通過して伝達される扇形のビームを形成する。検出器アレイは、各々がＸ線源からその特定の検出器エレメントまで投影された光線に沿って伝達した放射の強度を測定する検出器エレメントからなる。Ｘ線源及び検出器アレイは、大抵は、描画される面内にてガントリ上で、描画対象の物体の周りを回転し、扇形のビームは、さまざまな角度で描画対象の物体によって遮られる。各角度において、映像が、各検出器エレメントからの強度信号から獲得される。次に、ガントリは、新しい角度に回転され、プロセスが繰り返されて、様々な角度での多数の映像が集められ、断層撮影映像セットを形成する。別の断層撮影システムでは、検出器アレイは、固定されたままであり、検出器の３６０度のリングからなり、線源は、描画対象の物体の周囲を１８０度とさらに扇形ビーム角度、または、より多くのアーク状に、円周方向に移動する。係るシステムにおいて、Ｘ線源のみが、断層撮影映像セットを得るために回転される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
断層撮影研究の時間及び費用は、必要とされるスライスの数と共に増加する。一連のスライス用にデータを収集するために必要な時間は、一部分以下の観点に依存する。ａ）ガントリをスキャンニング速度にまで加速するために必要な時間、ｂ）完全な断層撮影セットを得るために必要な時間、ｃ）ガントリを減速するために必要な時間、ｄ）次のスライス用にｚ軸に物体を配置するために必要な時間である。フルスライスシリーズを得るために必要な時間を減らすことは、これらの４つのステップのいずれかを終えるために必要な時間を減らすことによって達成される。さらに、ガントリを使用して、Ｘ線源や検出器アレイの動作と同様に、調査中の物体の移動は、復元画像において許容しがたい高いレベルの人工産物の生成につながる。従って、断層撮影検査を実施する全体の時間を減らすことに従来技術において需要がある。また、画像の人工産物、特に点源-検出器のアセンブリの物理的な動作によって誘起されるものにつながる原因にアドレスすることによって、断層撮影検査の全体の描画の質を改善する需要もある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、複数の線源から描画空間を介してＸ線を放射するように構成されたＸ線源からなるＸ線スキャナを提供することである。スキャナは、さらにＸ線検出器のアレイを有する。当該アレイは、描画空間の周囲に配置され、Ｘ線の検出に反応して検出器信号を出力するように構成されている。スキャナは、走査方向において描画空間を通過する物体を搬送するように構成されたコンベヤをさらに有し、また、検出器信号を処理して、物体の画像を画定する画像データセットを生成する少なくとも１つのプロセッサを有する。画像は、２次元画像、又は３次元画像である。画像は、走査方向と直交する１の方向において、場合によっては２つの方向における分解能の少なくとも９０％ほどとなる走査方向の分解能を有する。３次元画像に対して、走査方向の分解能は、少なくとも９０％と高く、２つの直交方向における平均分解能と同程度に走査方向の分解能も高い。実施例によっては、走査方向の分解能は、１又は２の直交方向の分解能よりも、もっと高い場合もあり、例えば少なくとも２０％高いこともあり、５０％以上に高い場合もある。画像は、少なくとも２つの方向、すなわち走査方向（Ｒ１）と、走査方向に直交する方向（Ｒ２）とに分解能を有する。本発明では、実施例によっては、Ｒ１＞（０．９０）×Ｒ２であり、実施例によっては、Ｒ１＞Ｒ２である。
【０００５】
走査方向の分解能は、実質的に、他の２つの方向の分解能と等しい。例えば、分解能は、互いの１０％以内に全てがあってもよく、好ましくは、お互いの５％以内にある。
【０００６】
点源は、走査方向と直交する面内に配置されても良い。アレイの検出器は、走査方向と直交する面内、又は複数の当該面の各々に配置されてもよい。
【０００７】
検出器アレイは、走査方向において点源からオフセットされて配置されてもよい。検出器アレイは、走査方向において少なくとも２つの検出器の幅を有し、例えば、最大６個又は８個の検出器の幅を有し、場合によっては、走査方向に最大１０個の検出器の幅を有する。検出器は、複数のリング状に配置されても良い。この場合、各リングは、対応する面内にあり、各面は、走査方向において互いに離間配置されている。この場合、１０個のリング又はそれ未満、場合によっては、８個のリング又はそれ未満、又は、６個のリング又はそれ未満である。検出器は、円周方向に幅を有し、各検出器は、円周方向において、走査方向に互いにオフセットされて配置されてもよい。各検出器は、円周方向に幅を有し、そのオフセットは、幅未満である。
【０００８】
スキャナは、さらに、所定のシーケンスで、スキャンサイクルのシーケンスの中で１回、点源の各々を起動させるように構成されたコントローラを有する。コントローラは、スキャンサイクルの頻度を制御するように構成され、故に、物体が、走査方向において検出器の離間距離に等しい走査方向の距離を移動するのに、スキャン期間の１よりも大きい整数倍の時間を要する。
【０００９】
スキャンサイクルの頻度は、変更でき、よって、スキャン方向での分解能を調整できる。制御手段は、複数の物体速度に対し走査方向に一定の分解能を提供するために、スキャンの頻度を調整するように構成されている。
【００１０】
コンベヤは、物体を少なくとも０．１ｍ／ｓ、又は少なくとも０．５ｍ／ｓ、又は少なくとも１．０ｍ／ｓの速度で搬送するように構成されている。スキャナは、少なくとも６０、又は少なくとも８０、又は少なくとも１００の信号対ノイズ比を有する画像データセットを生成するように構成されている。画像は、走査方向において、５ｍｍまたはそれ未満、４ｍｍ又はそれ未満、３ｍｍ又はそれ未満、２ｍｍ又はそれ未満、又は１．１ｍｍ又はそれ未満のサイズを有するボクセルから構成される。画像ボクセルは、走査方向と直交する２つの方向において、５ｍｍまたはそれ未満、４ｍｍ又はそれ未満、３ｍｍ又はそれ未満、２ｍｍ又はそれ未満、又は１．１ｍｍ又はそれ未満のサイズを有する。
【００１１】
本発明は、実施例によっては、０．２５ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの搬送速度で、復元３次元Ｘ線画像を生成することができるモーションレスＸ線描画システムを提供する。０．２５ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの搬送速度は、走査方向おいて１メートルの長さで且つ走査方向に１．２メートルのスロット長のコンベヤに沿って離間配置されたスキャンされる物体に対して、１時間当たり８０００〜３０００個のスループットに相当する。このシステムは、最大８個リングまでのＸ線検出器によって、全次元において等空間分解能（２ｍｍ及びそれ以上）であり、復元画素サイズは、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、若しくはそれ以下であり、復元画像の信号対ノイズ比は、５０又はそれ以上であり、大抵は１００を越える。
【００１２】
本発明は、さらに、本体と前記本体内に収納されたスキャナとからなる車両を有し、前記スキャナは、複数の点源からＸ線を発生するように構成されたＸ線源手段と、前記線源からのＸ線を検出するように構成されたＸ線検出器のアレイと、描画空間をスキャンするために各線源を起動するように構成された制御手段とを有するモバイルスキャンニングシステムを提供する。システムは、システムを通過して延在する単一のコンベヤを含む。単一のコンベヤは、２つのコンベヤ部、インフィード用及びアウトフィード用に分岐してもよい。しかしながら、好ましくは、コンベヤは、２つのコンベヤ部に跨って通過する単一のベルトを有する。
【００１３】
本発明は、さらに、スキャナ部と、物体をスキャナ部に向けて搬送するように構成されたコンベヤからなる入力コンベヤ部と、物体をスキャナ部から遠ざけるように移動させるように構成されたコンベヤからなる出力コンベヤ部とを有し、コンベヤ部の少なくとも１つは、スキャナ部に着脱自在に接続されるモジュラースキャナシステムを提供する。
【００１４】
本発明は、複数の点源から描画空間を介してＸ線を放射するように構成されたＸ線源と、Ｘ線の検出に反応して検出器信号を出力するように構成されたＸ線検出器のアレイと、点源の各々を順次起動するコントローラと、検出器信号を処理して、複数の物体の映像の各々に相当する画像データセットを生成する少なくとも１つのプロセッサと、複数の異なるユーザ入力を受け取るように構成されたユーザインターフェースと、入力の各々に反応して映像の各々を表示するように構成されたディスプレイとを有するＸ線スキャナシステムを提供する。ユーザインターフェースは、入力ボタンなどの１つ以上の入力部材からなる。入力部材は押下されたり、さもなければ、入力を提供するように操作される。例えば、ユーザインターフェースは、マウスを含む。又は、ユーザインターフェースは、タッチされると異なる入力を提供する異なる領域を備えたタッチスクリーンを含む。
【００１５】
本発明は、さらに、Ｘ線線源と、スキャンニング空間を画定するＸ線検出器のアレイと、スキャンニング空間へと物体を搬送する入口側コンベヤ、及び物体をスキャンニング空間から運び出す出口側コンベヤと、入力側コンベヤにおいて第１及び第２の位置で物体の存在を検出するように構成された第１及び第２の入口側センサと、出口側コンベヤにおいて第１及び第２の位置で物体の存在を検出するように構成された第１及び第２の出口側センサと、センサからの信号に反応してＸ線源の起動を制御する制御手段とを有するスキャナシステムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態によるスキャナシステムの横断面図である。
【図２】図２は、図１のスキャナシステムの縦断面図である。
【図３】図３は、図１のシステムの典型的な性能特性の表である。なお、これに限定されない。
【図４】図４は、図１のシステムの１の動作モードの典型的な動作特性の表である。なお、これに限定されない。
【図５】図５は、本発明のさらなる実施の形態によるスキャナの検出器アレイを示す。
【図６】図６は、図５の検出器アレイを使用して生成された画像の一部を示す。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態によるスキャンニングシステムの外観図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態によるスキャンニングシステムの外観図である。
【図９】図９は、図８のシステムを構成部品に分解した図である。
【図１０】図１０は、図９の実施の形態のユーザ入力パネルの正面図である。
【図１１】図１１は、図８のシステムの縦断面図である。
【図１２】図１２は、図１のシステムの１の動作モードの典型的な動作特性の表である。なお、これに限定されない。
【図１３】図１３は、図１のシステムに対する管電圧に対する復元された信号対ノイズ比の変更例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１のシステムの動作において使用されるフォトダイオードエレクトロニクス読み出し器を備えたシンチレーション検出器の実施の形態である。
【図１５】図１５は、図１のシステムの動作中の散乱を減らすためのコリメーション及び放射シールド構造の実施の形態を示す。
【図１６】図１のシステムの動作中の空間電荷限定モードにおいて動作する電子銃の実施の形態を示す。
【図１７】図１７は、図１のシステムの検出器の温度を制御する冷却システムの実施の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の少なくとも上記特徴及び効果は、添付図面を考慮しつつ、以下の記載を参照することによって理解されると考えられる。
【００１８】
好ましい実施の形態の様々な変更例が、当業者には明らかになり、以下の開示は、他の実施の形態や用途に対して、本発明の請求の範囲を逸脱することなく、応用可能である。このように、本発明は、記載する実施の形態に限定されず、本願での開示と一致する最も広い請求の範囲と一致する。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の一実施の形態において、Ｘ線スキャナは、１つ以上のＸ線管１０を有する。Ｘ線管１０は、スキャナの軸を中心とする実質的に円形に形成され、各Ｘ線管１０は、１つ以上のＸ線点源１２を有するＸ線源を含む。各Ｘ線管１０の各Ｘ線点源１２からのＸ線の放射は、スイッチング回路１４によって制御され、各Ｘ線点源に対して１つの独立したスイッチング回路１４を有する。各Ｘ線管１０に対するスイッチング回路は、一緒に、各管に対する制御回路１６の一部を形成する。コントローラ１８は、各スイッチング回路１４の全ての動作を制御する。スイッチング回路１４は、所定の順序で始動するように制御されている。よって、一連の活性期間の各々において、１つ以上の活性点源からのＸ線の扇状のビームが、コンベヤ２２に載置されている物体２０を通り抜けてＸ線管１０の構成の中心に向けて透過する。
【００２０】
図２を参照すると、スキャナは、さらに、スキャナの軸の周囲に延在するＸ線検出器のアレイ２４を含む。検出器アレイは、多数の検出器リング２６から構成されている。各リングは、スキャナの軸に垂直な面内、又は、複数の当該面の内にある。スキャナの軸は、Ｚ方向として参照され、２つの互いに直交する方向、一方は水平方向、他方は鉛直方向は、Ｘ方向、Ｙ方向としてそれぞれ参照する。Ｘ線点源１２は、一の実施の形態において、スキャン方向と直交する面内に配置されている。
【００２１】
Ｘ線点源１２が配置されているＸ−Ｙ面は、Ｘ線検出器２４の面からオフセットされている。故に、コンベヤ２２と検査中の物体２０とを除いて、アクティブのＸ線点源１２の各々からその関連するＸ線検出器２４のセットまで、遮るものは何も無い。このように、一の実施の形態において、Ｘ線検出器２４は、円周方向に幅を有し、各検出器は、走査方向において、互いに隣接するものから円周方向にオフセットされている。各検出器は、円周方向に幅を有し、そのオフセットは、一の実施の形態において、幅よりも短い。
【００２２】
一の実施の形態において、検出器アレイ２４は、走査方向に少なくとも２つの検出器の幅があり、例えば、最大６又は８個の検出器の幅でも良い。場合によっては、走査方向に最大１０個までの検出器の幅でもよい。先に記載するように、検出器は、複数のリングに配置され、リングは、各面内にある。各面は、走査方向に互いに離間配置されている。この場合、１０個のリング又はそれ未満が存在する。場合によっては、８個のリング又はそれ未満、或いは、６個のリング又はそれ未満でよい。別の実施の形態において、検出器は、１又は複数の螺旋状アレイに配置されていてもよい。
【００２３】
プロセッサ３０は、Ｘ線検出器２４の全てによって出力される信号を受信し、検出器信号を処理するように配置されているＸ線復元エンジンを形成する。Ｘ線点源１２は、所定のシーケンスによりスイッチされるので、検出器信号は、ディジタル化され、Ｘ線復元エンジン３０に送信される。Ｘ線復元エンジン３０は、ビームの中に存在する物体２０の復元を生成する。復元画像の質を最大とする一連のＸ線線源活性化を選択することは効果的である。復元エンジン３０は、検出器信号から、各Ｘ線点源１２の各活性化に対してセットされた１の画像データを生成する。各線源は、一連の走査サイクルの各々で１回起動される。１のサイクル用のデータセットは、合成されて物体のスライスの３次元画像を生成する。そして、物体がＺ方向にスキャナを通過して移動するにつれて組み立てられる一連の当該画像データセットは、物体のフル３次元画像データセットへと組み立てられる。物体がスキャナを通過して移動するにつれて収集された１の点源からのデータセットも、組み立てられて、当該物体の２次元画像データセットを形成する。
【００２４】
典型的なシーケンスは、点源からのＸ線放射を提供する。点源は、コンベヤと検査中の物体との周囲を、コンベヤ及び検査中の文体の移動の方向とは実質的に直交する面内において回転する。例えば、４つの点源が存在する場合があり、Ｚ軸の周囲に等間隔に配置されている。もちろん、他の走査シーケンスを、画像復元方法を最適化する必要に応じて採用することができる。
【００２５】
システムを展開させる活動に対してＸ線画像システムの最適化を検討することは、一般的に合理的である。特に、手荷物や貨物の物体のＸ線スキャンに関連して、３次元方向の全てにおいて等しい分解能を得ることは非常に効果的である。これは、実質的に、シート状構造体へと変化しえる材料の検出を支援する。さらに、例えば、０．２５ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの範囲内の早い搬送速度で、この等しくマッチされた分解能を得ることは、非常に効果的である。
【００２６】
図１及び図２を参照する実施の形態において、モーションレスＸ線描画システムは、Ｘ線検出器の最大８リングで、０．２５ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの搬送速度で、復元３次元Ｘ線画像を生成することができる。この速度は、全次元において等空間分解能（２ｍｍ及びそれ以上）で、１時間当たり８０００〜３０００個のスループットに相当する。また、復元画素サイズは、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、若しくはそれ未満であり、復元画像の信号対ノイズ比は、５０又はそれ以上であり、大抵は１００を越える。
【００２７】
効果的には、このタイプのＸ線システムは、さらに、走査方向（コンベヤと平行な方向）の空間分解能を発揮するために最適化される。この空間分解能は、（コンベヤの面と垂直な）面内空間分解能のそれを超える。一の実施の形態において、本発明のＸ線スキャナは、走査方向と直交する１の方向に、場合によっては、２つの方向に、少なくとも９０％と高い走査方向の空間分解能を与えるように最適化される。他の実施の形態において、３次元画像に対して、走査方向の分解能は、少なくとも９０％と高く、２つの直交する方向における分解能の平均と同程度に、高いものとなっている。別の実施の形態において、走査方向の分解能は、１の方向、又は２つの互いに直交する方向よりも高く、例えば、少なくとも２０％であり、場合によっては５０％と高い。再び、走査方向における分解能は、実質的に他の２つの方向の分解能と等しくてもよい。例えば、分解能は、全て、各々の１０％内であり、さらなる実施例においては、好ましくはお互いの５％以内である。
【００２８】
Ｘ線画像は、少なくとも２つの方向、走査方向（Ｒ１）と、走査方向に直交する方向（Ｒ２）とに分解能を有する。本発明の実施の形態によっては、Ｒ１＞（０．９０）×Ｒ２である。Ｒ１がＲ２以上の場合もある。
【００２９】
図３は、図１及び図２に示すタイプのＸ線スキャナ用の典型的な性能特性を示す。なお、これに限定されない。これらの図には、手荷物及び貨物の品物をスクリーニングする目的に対し最適化されたシステムの性能の一例として提供されている。他の実施の形態において、管電圧は、１００ｋＶから２００ｋＶまでの範囲にあり、好ましくは１５０ｋＶから１８０ｋＶまでの範囲である。管電流は、２〜３０ｍＡの範囲にあるが、好ましくは４〜２５ｍＡの範囲、若しくは、一例を示すように５〜２０ｍＡの範囲にある。１秒あたりの復元スライスの個数は、少なくとも１００であり、１００〜１０００の範囲にあり、好ましくは少なくとも２００である。場合によっては、少なくとも３００又は少なくとも４００が必要とされる。
【００３０】
当業者によって、復元画像の信号対ノイズ比の値は、Ｘ線センサの設計、例えば、センサの面積によって、センサの検出効率によって、関連する読み出しエレクトロニクスのノイズによって、さらに、Ｘ線線源及びデータ獲得システムのスイッチングにおけるジッターのタイミングによって影響される。さらに、図３においてこの点について記載されている情報は、１の特定の検出器の構成のみのものである。
【００３１】
一般に、面内復元画素サイズは、画像復元プロセスの出力での全体で受容可能なデータ速度と、最適化されたセンサの構成に基づいた描画データの空間分解能とに基づいて決定すべきであることが理解される。図３に示すようなシステム性能特性と適合する適切な復元画素サイズは、１〜２ｍｍの範囲内であり、大抵は、１．２ｍｍ×１．２ｍｍである。
【００３２】
さらに、可変搬送速度でＸ線描画システムの操作に対して適切な操作特性を確立することは、可能である。図４に示すように、特定のシステム最適化のための典型的な動作特性のセットは、１〜０．１２５ｍ／ｓの搬送速度でのシステムの動作を示す。ここで、最適化は、センサの構成を変更せずに、搬送速度とは独立して、走査方向において、同一の空間分解能と関連する復元画素寸法１．０４ｍｍとを維持しようとつとめる。これは、コンベヤの速度に比例して、スキャンの頻度、すなわち、スキャンサイクルの頻度を調整することによって達成される。一の実施の形態において、コンベヤ速度は少なくとも０．１ｍｓであり、又は少なくとも０．５ｍ／ｓであり、少なくとも１．０ｍ／ｓである。
【００３３】
実施の形態によっては、管電流は、制御されて、コンベヤ速度に正比例して変化する。これは、走査速度とは独立した、一定の信号対ノイズ比を提供する。例えば、走査速度が倍になれば、管電流は、倍になり、走査速度が半分になると、管電流も半分になる。
【００３４】
係る現実的な最適化によって、Ｘ線システムの性能は、描画負荷に基づいてダイナミックに変更することができる。高いスループットが要求される度に、搬送速度は、早い速度に設定され、復元画像信号対ノイズ比の減少を伴う。低スループットでは、コンベヤ速度は、低速度に減少され、それに関連して、復元画像の信号対ノイズ比は改善される。
【００３５】
本発明の概念により、図１及び図２に示す本発明のＸ線スキャナの画質は、１組のパラメータによって最適化される。画質の評価及び最適化に対して、Ｘ線源から放射されたＸ線スペクトルは、線源からのプライマリＸ線ビームの検出に対して、適切なサイズ、位置、及び組成のＸ線検出器に伝搬される。一の実施の形態において、使用されるＸ線検出器は、フォトダイオードエレクトロニクス読み出しシステムを備えたシンチレーション検出器である。
【００３６】
信号対ノイズ比（ＳＮＲ）
本発明のＸ線スキャナ用に、図１２は、直径８００ミリメートルの復元サークル、８リングＸ線検出器アレイ及び毎秒２４０スライスの復元スキャンスピードを備えて２０ｍＡで動作するＸ線源に対する動作特性の一例を示す。なお、これに限定されない。図１２から観察されることは、復元画像の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が、管電圧に強力に依存していることである。管電圧が高くなるにつれて、復元画像の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が良くなる。
【００３７】
図１３は、本発明のＸ線スキャナが、１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの復元ボクセル次元で各々が６０ｃｍ（１３０５）、８０ｃｍ（１３１０）及び１２０ｃｍ（１３１５）の復元画像の直径に対して８個の検出器リングで毎秒２４０フレームの復元速度及び２０ｍＡのビーム電流で動作するとき、本発明のＸ線スキャナの管電圧に対する復元信号対ノイズ比の変化を示す。当業者は、１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍのボクセルサイズは、安全検査の用途に適し、１００を越える信号対ノイズ比は、多くの実用的な用途において必要とされる定量的な画像のレベルを提供する。
【００３８】
従って、本発明の図１及び図２のＸ線スキャナは、価格、複雑さ及び性能におけるバランスを目的とすることによって、信号対ノイズ比の最適化が図られる。一の実施の形態において、スキャナは、少なくとも６０、又は少なくとも８０、又は少なくとも１００の信号対ノイズ比を有する画像データセットを生成するために最適化される。画像は、５ｍｍまたはそれ未満、４ｍｍ又はそれ未満、３ｍｍ又はそれ未満、２ｍｍ又はそれ未満、又は１．１ｍｍ又はそれ未満の走査方向の長さを有するボクセルから構成される。画像のボクセルは、５ｍｍまたはそれ未満、４ｍｍ又はそれ未満、３ｍｍ又はそれ未満、２ｍｍ又はそれ未満、又は１．１ｍｍ又はそれ未満である、走査方向と直交する２つの方向にサイズを有する。
【００３９】
一の実施の形態において、本発明のＸ線スキャナは、0.25 m/s から1.0 m/sまでの搬送速度で、全方向に等しい空間分解能（２ｍｍ及びそれ以上）で毎時８００から３０００個のスループットに相当し、1.5 mm x 1.5 mm x 1.5 mm又はそれ未満の復元画素サイズで、多くても８リングのＸ線検出器で、５０もしくはそれ以上の、その多くは１００を越える復元画像信号対ノイズ比で、復元３次元Ｘ線画像を生成する静止Ｘ線描画システムを提供する。
【００４０】
コントラスト
本発明のＸ線スキャナにおけるコントラストは、１／ＳＮＲで定義される。なお、ＳＮＲは、信号対ノイズ比である。図１２を参照すると、一の実施の形態において、１５０ｋＶｐでは、オープンフィールド画像において分解可能なコントラストは、（１／１０５）×１００％＝０．９５％で判別される。この数字が小さいほど、描画システムのコントラスト分解能は、良くなる。当業者は、Ｘ線ビームを減衰させる物体を含む領域におけるコントラストは、オープンフィールド領域のもの以下となることに留意すべきである。その理由は、その領域を通過するＸ線フォトンの数は、オープンフィールド領域のものよりも少ないからである。
【００４１】
ダイナミックレンジ
ダイナミックレンジは、（フルスケール信号）／（ダークノイズ）として定義される。ダークノイズは、検出器及び描画復元システムをアクティブにしたままで、Ｘ線源をスイッチオフすることによって得られる。もし、このダークレベルがゼロに規格化され、且つハイレベル（すなわち、ビームの中に物体が無い状態でスイッチオンされたＸ線ビームによって復元される強度）が１０００に規格化される場合、ダイナミックレンジは、１０００／（ダークイメージの中の標準偏差）に等しい。本発明の最適化されたＸ線スキャナは、一の実施の形態において、フルスケールで0.1%のオーダ若しくはそれ以下の復元ダークノイズを提供し、その結果として、１０００またはそれ以上のダイナミックレンジとなる。
【００４２】
全般的なＸ線スキャナダイナミックレンジは、使用されるエレクトロニクス読み出しシステムのノイズに依存する。このように、エレクトロニクス読み出しシステムのノイズが増えるほど、全体的なスキャナのダイナミックレンジは悪くなる。エレクトロニクス読み出しシステムのノイズは、少なくともフォトダイオードの設計、フォトダイオードセンサから延びる信号トレースのレイアウト及びその長さ、入力エレクトロニクスのステージの設計、及びフロントエンド増幅器に追従するアナログ・ディジタルコンバータの分解能に依存する。
【００４３】
ワイドなダイナミックレンジを得るために、本発明のＸ線スキャナは、図１４に示すフォトダイオード・エレクトロニクス・読み出しと共にシンチレーション検出器１４００を使用する。一の実施の形態において、シンチレーション検出器１４００の各セグメント化されたシンチレーションクリスタル１４０５は、タングステンフォイルセプタによって一緒に固着されている。タングステンセプタは、各クリスタル間の光学的なクロストークを防止する。セプタは、隣接するシンチレーションクリスタルの間での信号を転送する光電子とエネルギ的なコンプトンの反動とを停止し、隣接するクリスタルの間でのクロストークを低減する。
【００４４】
シン・コモン・カソード・エントランス・ウインドウを有するリバース照射フォトダイオードアレイ１４１０は、シンチレーションクリスタルアレイ１４０５のベースに接着され、固着され、又は他の方法により取り付けられている。シンチレータ１４０５からのオプティカルフォトンは、シン・オプティカルカップリングを通過し、さらにフォトダイオードのシン・パッシベーション・コンタクト層を通過して、フォトダイオードのバルク領域へと入る。空乏層で生じた電荷は、印加バイアスの影響により、アノードのセット、シンチレーションクリスタル毎に１つのアノードコンタクト領域に向けてドリフトする。アノードは、１の画素から他の画素へのドリフト電子のクロストークを最小限にするために、効率的に構成されている。次に、フォトダイオードアレイ１４１０は、例えば、接着剤の埋め戻しを伴うインジウムバンプボンド上の導電性エポキシパッドを使用して、パターン処理された基板１４１５にバンプにより接着され、フォトダイオード・クリスタルアレイの基板１４１５への接着を良好なものとする。
【００４５】
多層セラミック基板１４１５は、効率的に穴を空けられ、導電性インクによって印刷され、高温で焼成され、パッドを有する多層回路カードを生成する。カードの一側のパッドは、フォトダイオードアレイ１４１０のアノードのレイアウトと一致し、カードの他側のパッドは、適切なエレクトロニクス読み出し回路１４２０の上にあるパッドと一致する。セラミック基板１４１５及びフォトダイオード１４１０の熱膨張係数は、一致して、接着剤の焼成中及びバンプのボンディング中の熱的な安定性を提供する。
【００４６】
エレクトロニクス読み出し回路１４２０は、セラミック基板１４１５に対して効率良くハンダ付けされたり、又は導電性エポキシパッドを使用して固定される。次に、低密度コネクタによって、電気信号は、フロントエンドエレクトロニクスから次の信号処理回路に送られる。このように、シンチレーション検出器１４００は、本発明のＸ線スキャナのダイナミックレンジを最大とすることに寄与する低固有容量及び最小のトレース長を備える。
【００４７】
線形性
Ｘ線システムの固有の線形性は、Ｘ線源から放射されるＸ線スペクトラムのフィルタリング、Ｘ線管動作電圧、Ｘ線検出器の前のＸ線ビームのフィルタリング、及びＸ線検出器を製造する材料などの観点に依存する。また、Ｘ線システムの線形性の低下は、調査中の物体から散乱されるＸ線の検出と、及びＸ線システムそのものの部品から散乱するＸ線によって生じる。
【００４８】
従って、本発明のＸ線スキャナは、散乱を低減するためのコリメーション及び放射シールディングを使用する。図１５は、本発明の図１及び２のＸ線スキャナにおいて使用されるシールディングシステムの実施の形態を示す。図１５は、第１のセットのコリメータ１５０５が、プライマリビームがＸ線管１５１５から放射されたときに当該ビームをどのようにシールドするか、さらには、第２のセットのコリメータ１５２０が、ビーム１５１０がＸ線検出器１５２５に到着する前に、再度、どのようにシールディングを行うかを示している。本発明の最適化Ｘ線スキャナの一の実施の形態において、１％のオーダの散乱が、オープンフィールド状態の中で達成される。
【００４９】
低散乱に対して最適化されたＸ線スキャナも、そのコントラスト性能の最大化につながる。Ｘ線システムの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、Ｘ線フォトンノイズによって抑制されているノイズ特性は、以下のように定義される。
ＳＮＲ＝（平均）／Ｓ．Ｄ．＝σ2／σ＝σ
【００５０】
すなわち、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は、フォトン信号の単なる標準偏差である。しかしながら、Ｘ線散乱の存在において、状況は、標準偏差σ2は、散乱によるものと同様にプライマリ信号によるノイズをも有するように変更される。
ＳＮＲ＝σ2／（σ＋σS）
【００５１】
プライマリビーム強度の１％の散乱は、同様な量によるＳＮＲの減少をもたらす。検出器での散乱放射の分散は、所定の物体の密度に対してアレイにおける位置とは独立して、近似的に一定である。このように、散乱のインパクトは、画像の低減衰領域よりも、画像の高減衰領域において、より重要である。
【００５２】
従って、描画性能を最大とするために、本発明のＸ線スキャナは、さらに、図１６に示すような、制御の良い空間電荷制限電子銃１６００を使用する。図１及び図２を参照して記載したように、本発明のＸ線スキャナは、複数の個別電子源を利用する。各電子銃の出力源の間での強度変動を最小とするために、Ｘ線スキャナ電子銃１６００は、空間電荷制限モードで動作される。ここで、電子エミッタ１６２０は、高電場で動作するが、許容される放射信号は、２つの制御可能なパラメータ、(a) 形状と、(b) 抽出場とによって判別される。一の実施の形態において、２つのパラメータは、許容放射信号を判別するために使用される２つのパラメータのみである。
【００５３】
図１６を参照すると、典型的なカソード１６０５からグリッド電極１６１０までの０．５ｍｍの距離「ｄ」について、距離「ｄ」での２０μｍのオーダの変化によって、僅か数パーセントのビーム電流の変動につながることが観察されている。しかしながら、電子銃の輝度の変化は、カソード１６０５内のフィラメント１６１５の位置の許容性の変動、フィラメントワイヤの厚み、及びフィラメント１６１５の周囲に存在する熱パッキングの分布によって強力に影響される。上記側面を考慮すると、１の実施の形態において、本発明のＸ線スキャナは、最適化されて、各電子エミッタ・ソース１６２０の間の輝度の変動を５％以内に抑えている。
【００５４】
Ｘ線管ターゲットの熱負荷
本発明のＸ線スキャナのＸ線管ターゲットの熱負荷は、延長された操作期間に亘ってハイパワー操作を可能とするために最小にされる。第１の対策として、熱負荷の最小化は、アノードの小セクションのみが、どの時点においても、また、あまりにも短期間のみであっても、電子ビームによって照射される、ラージ分散型アノードを有することによって達成される。依然として、例えば、１点源あたり８０μｓの照射時間を有する分散型アノードは、およそ２００度によってエレクトロン照射スポットの中心点での局所温度の上昇につながる。このように、第２の対策として、冷却流体は、アノードの周辺を通過するので、冷却剤は、アノードへと駆動される全パワーを抽出することができる（１６０ｋＶ，２０ｍＡで動作するシステムに対し２．４ｋＷ）。その結果、アノードは、延長された操作期間に亘り実質的に一定となる温度に維持される。冷却流体は、高イオン化閾値を有する低粘度及び良好な熱転写特性を有するように選択される。冷却流体の速度は、アノードから冷却流体への熱転写を最大とするために、冷却パイプにおける乱流を作るように維持される。
【００５５】
Ｘ線検出器の熱負荷
Ｘ線検出器のシンチレーション効率は、検出器の（逆バイアス状態で動作しているときの）フォトダイオードのリーク電流と同様に、温度に応じて変化する。従って、本発明のＸ線スキャナは、Ｘ線検出器の冷却を行い、周囲の条件とは独立に一定の動作温度を維持し、故に、Ｘ線画像の高い量的精度になる復元ボクセル値を安定化させる。
【００５６】
図１７は、本発明のＸ線スキャナの検出器１７００の温度を制御する冷却システムの実施の形態を示す。図示するように、冷却剤チャネル１７１０は、銅ブロック１７１５と結合される。銅ブロック１７１５は、高い熱伝導性を有して、メカニカルサポート１７３５を使用して支持されている。読み出しエレクトロニクス１７２５は、セラミック基板１７２０の後に置かれ、銅ブロック１７１５の窪みに置かれ、高熱伝導性を有する適宜のヒートシンクコンパウンドを使用して冷却された銅ブロック１７１５に熱的に接続されている。次に、セラミック基板１７２０は、再びヒートシンクコンパウンドを使用して、銅ブロック１７１５と直接接触するように配置され、セラミック基板１７２０と銅ブロック１７１５との間の熱的な接続を最大とする。高密度アルミナなどのセラミック材料は、良好な熱特性を有するので、フォトダイオード及びクリスタル１７３０は、銅ブロック１７１５の温度に近い温度に維持される。全検出器アセンブリ１７００は、カーボンファイバ複合材料を使用して１つが組み立てられるように、光がタイトで、導電性及び環境的にシールされたエンクロージャの中に置かれ、低密度コネクタ１７４０を含む。（＋／−）１度の範囲内に冷却流体の温度を制御することによって、同様なレベルの温度制御が検出器で維持される。この熱冷却は、復元画像の高レベルの安定性と、大抵は０．１％よりも良いものとなる。
【００５７】
図１及び図２の参照に戻ると、特別な規制性能要求を通過する目的やメンテナンスなどの、状況に応じては、Ｘ線システムにおいて、点源１２のスイッチングを他の描画方法に適したシーケンスに強制することは効果的である。一例として、単一の点源１２を、走査シーケンスの中で、さらなる点源の無い状態で継続的にスイッチさせてもよい。この場合、コンベヤ２２は、静止したＸ線ファンビームをスキャンするので、２次元の画像データセットが組み立てられ、２次元画像が生成される。
【００５８】
この用途の拡張として、検出器リングを、図５に示すように形成してもよい。一例として、４つの検出器リング４０を備えたセンサが示され、各リングの検出器４２の中心は、隣接するリングに対して検出器の空間の４分の１だけシフトしている。コンベヤが、走査方向４５において１のセンサリングの幅に等しい距離を移動した後、データは、センサの各リング４０から収集される。図６を参照すると、リング１からの画像データに、１回のタイムスライスの後のリング２からのデータが、２回のタイムスライスの後のリング３からのデータが、３回のタイムスライスの後のリング４からのデータが差し込まれる。組み合わせられたデータが使用されて、２次元投影画像の１ラインを提供する。垂直画素サンプリングレートは、２次元画像の中にあることに留意しなければいけない。本実施の形態では、水平画素サンプリングレートよりも良い４回である。
【００５９】
水平画素サンプリングレートの改善は、１検出器間隔毎に１回サンプリングするよりも、コンベヤ速度に対してより高速でサンプリングすることによって、すなわち、物体が図５の検出器リング４０の幅と等しい距離を移動するのに要する時間の間に１回を上回るスキャンサイクルを実行することによって、達成される。
【００６０】
関連走査モードにおいて、Ｘ線管点源が、小範囲の角度、大抵は１０度の範囲に亘り起動されるときに、シーケンスが生成される。このときのレートは、選択された点源の全てが、コンベヤが１の検出器の間隔を移動するのに要する時間内に独立して起動されるようなものである。５ｍｍの検出器の大きさにとって、１度毎に配置された点源、０．５ｍ／ｓのコンベヤ速度、及び各々個別の映像は、１ｍｓの間に集められる。このように、２次元投影画像のセットは、各選択された点源に対して１回獲得される。
【００６１】
次に、グラフィカル・ユーザ・インターフェースが用意される。グラフィカル・ユーザ・インターフェースによって、オペレータは、マウスや１対のボタンなどの適切な入力装置の制御の下に、各画像を順次見ることができ、入力装置が起動されるので、隣接する点源からの画像の間に素早くフリップすることができる。その結果は、調査中の物体が、オペレータの制御の下、コンベヤの移動と平行な方向に、走査トンネルの中心軸を中心に前後に回転するようにみえる「ロッキング２次元画像」である。このロッキング画像は、オペレータが、調査中の物体内の物体を中心に深さの情報を容易に知ることができるパワフルな方法を提供する。
【００６２】
上記２つのスキャンニングモード用のデータは、典型的には、図１のシステムにおいて３次元断層撮影画像復元用のデータ獲得中に集められたデータの中に存在することは明らかである。また、この２次元画像データは、フル３次元データセットと共に、効率良く表示される。
【００６３】
図１及び図２を参照して記載するような高速３次元Ｘ線スキャンニングシステムを、多数の他の方法でバッグや貨物をスキャンするために採用することができる。
【００６４】
図７は、本発明のさらなる実施の形態により、車両５０の内部に配置され、図１に示すような、高速３ＤＸ線スキャンニングシステムを示す。Ｘ線システムにおける移動部品の欠如により、装置が相当の機械的ショックを被るとき、乗り物用プラットフォーム内にその装置を配置することは、実用的である。かかるショックは、周知のシステムの共通の欠点であるＸ線システムを、機械的にミスアライメントしない。
【００６５】
スキャンニング装置は、周知のＸ線断層撮影システムにおいて必要とされるような、ソース及び検出器アセンブリを回転する機械的ガントリがないために、非常にコンパクトである。スキャンニング装置は、モータ駆動部品が無いために、周知の機械的Ｘ線断層撮影システムに比べると、消費電力が低い。
【００６６】
この可動構成において、車両５０は、運転台５２とボディ５４とを含む。ボディ５４は、２つの側壁５６、５８と、ドア６２を有するリアエンド６０と、屋根６４とを有する。側壁５６、５８の各々は、開口６６を有し、スキャナは、図１に示すようなものであり、車両本体５４の中に配置されている。コンベヤの一端は、入口開口を形成する開口６６の１つに近接して配置され、コンベヤの他端は、出口開口を形成する他の開口に近接して配置される。Ｘ線スキャナは、後輪６８に近接して効率良く配置されている。複数のサイドパネル７０は、車両の２つの側壁の各々に蝶番によって取り付けられ、１つは開口６６の各々を覆い、スキャンニングトンネル及び出口を露出させるように開くことができる。さらなる入口及び出口コンベヤ７２が、用意されて、車両のサイドに着脱可能に接続される。これらのコンベヤは、傾斜が付されて、手荷物や貨物を、スキャナへとロードしたり、安全な高さ（大抵は１．２ｍ未満）からアンロードすることを可能としている。また、コンベヤは、サイドパネル７０の開放によって晒される天候からの保護を備えている。サイドパネル７０は、入口及び出口コンベヤ７２に亘って延在してコンベヤ７２をカバーするために、開放状態に支持されることが可能である。
【００６７】
オペレータの検査ワークステーションは、車両のフロントでのキャブ５２のドライバに、又は、車両の後のボディ５４の内部の設備に隣接するようにして配置される。
【００６８】
本発明のさらなる実施の形態において、Ｘ線システムは、図８及び図９に示すような車輪により移動可能なシャーシの上に組み立てることができる。なお、図９は、図８のシャーシの展開図である。図８及び図９を同時に参照すると、シャーシ８０は、ロック可能な車輪８２を含む。車輪がロックされないとき、システムは、１の位置から他の位置に容易に車輪を用いて移動させることができる。新しい位置において、車輪８２をロックすることによって、ユニットをその位置に固定することができる。メインパワーケーブル８４が、選択したスキャンニングサイトに隣接する電力アウトレットからへと電力を得るために使用される。
【００６９】
システム８０を建物のさまざまな階の間で移動可能とするために、スキャナは、３つのパーツ、すなわち、図９に示すように、入口トンネルセクション８６、出口トンネルセクション８８、及びスキャナセクション９０に、簡単且つ迅速に分離でき、エレベータを使用して、建物の一の階から他の階へと移動させることができる。各セクションは、内蔵型に設計され、電気コネクタ９２は、スキャナセクション９０の両側と、他のセクション８６、８８の各々の内側端部とに設けられ、システムを接続可能としている。このため、３つのセクションが一緒にされたときに、電気コネクタは、近接する電気インターフェースプレートに係合することで、システムを機能し得るものとしている。
【００７０】
空間を節約するために、イン・フィード及びアウト・フィードコンベヤセクション９４、９６は、対応するトンネルセクション８６、８８の前面に対する収納位置に向けてたたみ込まれ、システムが要求された位置へと操作される度に、使用中の位置へと落とされる。
【００７１】
オペレータワークステーション１００は、１つ以上のトンネルセクション８６、８８に効率良く配置されている。従って、必要なコンピュータモニタ１０２及びキーボードアセンブリ１０４は、ケーブル敷設を最小にするために、さらに、システム再配置の間の停止時間を最小とするために、設備そのものから折り込めるように構成されている。図１０を参照すると、システムに備えられても良いキーボード１０４は、他のシステムにおいても使用でき、Ｘ線画像との相互作用を直接的なものとしている。画像は、コンピュータモニタにおいて表示でき、キーボード１０４によって操作することができる。
【００７２】
一の実施の形態において、図１０のキーボード１０４は、複数の専用表示選択ボタン１０６を備え、その各々をオペレータは使用して、調査中の物体の標準表示を取り出すことができる。標準表示は、２Ｄ投影画像、３Ｄ対話式画像、標準配向やロッキング２Ｄ画像からの１つ以上のプレ・レンダード３Ｄ表示を含む。第２のグループのボタン１０８によって、オペレータは、画像カラーリングのルックアップテーブルのグループから選択することができる。ルックアップテーブルの一例は、デュアルエネルギマテリアル識別及びＸ線スキャッタ描画に基づいた材料に固有の色及び疑似色、グレイスケール（黒から白）、インバースグレースケール（白から黒）を含む。制御のさらなるグループ１１０によって、ユーザは、トラックボール１１２、選択ボタン１１４又はトラックパッドを使用して画像データと相互に作用し、ユーザのプリファレンスに応じてボタンを選択することができる。最終グループのボタン１１６によって、ユーザは、クリアな続きの調査となるように画像をマークでき、拒絶された続きの調査となるように画像をマークでき、画像表示のオートシーケンスを走らせることができる。オートシーケンスは、表示の標準化されたプリセットシーケンスにおいて、静止３Ｄ画像及び１つ以上のダイナミック３Ｄ表示の混合として、調査中の物体用の画像データを示す。
【００７３】
図９に戻って参照すると、大抵は、単一の画像表示モニタ１０２が、Ｘ線画像データを見るために使用される。場合によっては、第２のコンピュータモニタが、Ｘ線システムの関連ネットワークについての情報と、乗客のデータ、積み荷のデータ、調査中の物体のあて先、搬送業者及び媒体などの調査中の物体に関連する他のデータとを見るために、用意されることがある。
【００７４】
図１１を参照すると、本発明の本実施の形態において、Ｘ線システム１１００は、音響且つ視認アラームを備えている。音響アラームは、動作環境での過剰なノイズを抑制するために最小とされる。しかしながら、音響装置が、物体がシステム内に貼り付いてしまったか否かを示すために、備えられている。視認アラームは、Ｘ線ビームがオンとされた時、及びＸ線ビームがオフとされた時を示すために設けられている。システム１１００には、物体が調査中であるか否かに応じて自動的にＸ線ビームをオン・オフするための手段が設けられている。これは、赤外線センサ１〜４等のセンサの使用によって簡単且つ費用をかけずに行うことができる。センサは１〜４は、図１１に示すように、コンベヤ１２０の長手方向にそって適切な位置に配置されている。この場合、スキャナ画像空間から異なる距離に配置された各トンネルセクション８６、８８に２つのセンサがある。センサ１、２は、入口トンネルセクション８６の内部にあり、センサ１は、スキャナよりも離れている。センサ３、４は、出口トンネルセクション８８の内部に配置され、センサ４は、スキャナよりもさらに離れている。物体が、セクション８６の中の検査トンネルに入ると、光ビーム１を遮断する。物体は、トンネルの下の方を移動して、センサ２に到着する。センサ１は、バッグの長さを測るために継続する。その長さは、センサ１の出力がノーマルに戻るときのポイントで判別される。センサ２が物体に遭遇すると、Ｘ線ビームをオンにする。Ｘ線ビームは、物体の後端部がセンサ３を通過するまで、オンに維持される。センサ３では、Ｘ線ビームは、第２の物体がセンサ２を通過しようとしていなければ、オフにされる。この場合、ビームは、第２の物体がスキャンされるまで、オンに維持される。センサ４は、Ｘ線システム１１００から次の手荷物取り扱いシステム、又は他の貨物取り扱いシステムまでに、物体の搬送を支援する。さらなる視認可能なインジケータは、適宜、セイフティインターロック、電気的パワー、及び他の機械パラメータの状況を警告する。
【００７５】
一の実施の形態において、Ｘ線システム１１００は、マン・マシン・インターフェースを備える。これは、ビデオスクリーンを含み、ビデオスクリーンを介して、スキャンニングプロセスについてのダイナミックステータス情報（システム内でスキャンされるべき物体の配置を含む）、検査結果と一緒にスキャンされるべき物体のタイプ及び量についての統計的な情報、及びソフトウエア及びハードウエア・リビジョンレベルを含むマシンステータス情報、電気的、計算的Ｘ線及びセンササブシステムステータス情報が提供される。一の実施の形態において、マン・マシーン・インターフェースは、当業者には周知であるように、タッチスクリーンインターフェースを効率良く備えている。オペレータに対して、利用可能な情報のいくつかのエレメントにアクセスするためにセキュリティコードの入力を要求する。
【００７６】
上記開示の実施の形態、他の特徴及び機能、又はその変形例を、必要に応じて組み合わせて、多数の他の異なるシステムや用途とすることができることを認めるべきである。さまざまな予見できない、又は予測できない、変形例、変更例、又はその改良が当業者によってなし得ることがあり、これらは、意図的に特許請求の範囲に含むものとする。特に、具体的な数字は例示であり、本発明は、上述に対して、改良、高い分解能、改良された信号対ノイズ比、低電圧、より高速なコンベヤ速度などを含み、これらの改善を表す範囲をも含むものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線スキャナ及びスキャナシステムに関する。本発明は、手荷物及び貨物をスキャンするスキャナシステムにおいて特定の用途を有する。しかし、他のタイプのＸ線スキャナにおいて使用することもできる。
【背景技術】
【０００２】
典型的なコンピュータ断層撮影システムにおいて、Ｘ線は、Ｘ線源によって生成され、コリメートされて、描画面内で配向されたＸ線検出器アレイにむけて描画対象となる物体を通過して伝達される扇形のビームを形成する。検出器アレイは、各々がＸ線源からその特定の検出器エレメントまで投影された光線に沿って伝達した放射の強度を測定する検出器エレメントからなる。Ｘ線源及び検出器アレイは、大抵は、描画される面内にてガントリ上で、描画対象の物体の周りを回転し、扇形のビームは、さまざまな角度で描画対象の物体によって遮られる。各角度において、映像が、各検出器エレメントからの強度信号から獲得される。次に、ガントリは、新しい角度に回転され、プロセスが繰り返されて、様々な角度での多数の映像が集められ、断層撮影映像セットを形成する。別の断層撮影システムでは、検出器アレイは、固定されたままであり、検出器の３６０度のリングからなり、線源は、描画対象の物体の周囲を１８０度とさらに扇形ビーム角度、または、より多くのアーク状に、円周方向に移動する。係るシステムにおいて、Ｘ線源のみが、断層撮影映像セットを得るために回転される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
断層撮影研究の時間及び費用は、必要とされるスライスの数と共に増加する。一連のスライス用にデータを収集するために必要な時間は、一部分以下の観点に依存する。ａ）ガントリをスキャンニング速度にまで加速するために必要な時間、ｂ）完全な断層撮影セットを得るために必要な時間、ｃ）ガントリを減速するために必要な時間、ｄ）次のスライス用にｚ軸に物体を配置するために必要な時間である。フルスライスシリーズを得るために必要な時間を減らすことは、これらの４つのステップのいずれかを終えるために必要な時間を減らすことによって達成される。さらに、ガントリを使用して、Ｘ線源や検出器アレイの動作と同様に、調査中の物体の移動は、復元画像において許容しがたい高いレベルの人工産物の生成につながる。従って、断層撮影検査を実施する全体の時間を減らすことに従来技術において需要がある。また、画像の人工産物、特に点源-検出器のアセンブリの物理的な動作によって誘起されるものにつながる原因にアドレスすることによって、断層撮影検査の全体の描画の質を改善する需要もある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、複数の線源から描画空間を介してＸ線を放射するように構成されたＸ線源からなるＸ線スキャナを提供することである。スキャナは、さらにＸ線検出器のアレイを有する。当該アレイは、描画空間の周囲に配置され、Ｘ線の検出に反応して検出器信号を出力するように構成されている。スキャナは、走査方向において描画空間を通過する物体を搬送するように構成されたコンベヤをさらに有し、また、検出器信号を処理して、物体の画像を画定する画像データセットを生成する少なくとも１つのプロセッサを有する。画像は、２次元画像、又は３次元画像である。画像は、走査方向と直交する１の方向において、場合によっては２つの方向における分解能の少なくとも９０％ほどとなる走査方向の分解能を有する。３次元画像に対して、走査方向の分解能は、少なくとも９０％と高く、２つの直交方向における平均分解能と同程度に走査方向の分解能も高い。実施例によっては、走査方向の分解能は、１又は２の直交方向の分解能よりも、もっと高い場合もあり、例えば少なくとも２０％高いこともあり、５０％以上に高い場合もある。画像は、少なくとも２つの方向、すなわち走査方向（Ｒ１）と、走査方向に直交する方向（Ｒ２）とに分解能を有する。本発明では、実施例によっては、Ｒ１＞（０．９０）×Ｒ２であり、実施例によっては、Ｒ１＞Ｒ２である。
【０００５】
走査方向の分解能は、実質的に、他の２つの方向の分解能と等しい。例えば、分解能は、互いの１０％以内に全てがあってもよく、好ましくは、お互いの５％以内にある。
【０００６】
点源は、走査方向と直交する面内に配置されても良い。アレイの検出器は、走査方向と直交する面内、又は複数の当該面の各々に配置されてもよい。
【０００７】
検出器アレイは、走査方向において点源からオフセットされて配置されてもよい。検出器アレイは、走査方向において少なくとも２つの検出器の幅を有し、例えば、最大６個又は８個の検出器の幅を有し、場合によっては、走査方向に最大１０個の検出器の幅を有する。検出器は、複数のリング状に配置されても良い。この場合、各リングは、対応する面内にあり、各面は、走査方向において互いに離間配置されている。この場合、１０個のリング又はそれ未満、場合によっては、８個のリング又はそれ未満、又は、６個のリング又はそれ未満である。検出器は、円周方向に幅を有し、各検出器は、円周方向において、走査方向に互いにオフセットされて配置されてもよい。各検出器は、円周方向に幅を有し、そのオフセットは、幅未満である。
【０００８】
スキャナは、さらに、所定のシーケンスで、スキャンサイクルのシーケンスの中で１回、点源の各々を起動させるように構成されたコントローラを有する。コントローラは、スキャンサイクルの頻度を制御するように構成され、故に、物体が、走査方向において検出器の離間距離に等しい走査方向の距離を移動するのに、スキャン期間の１よりも大きい整数倍の時間を要する。
【０００９】
スキャンサイクルの頻度は、変更でき、よって、スキャン方向での分解能を調整できる。制御手段は、複数の物体速度に対し走査方向に一定の分解能を提供するために、スキャンの頻度を調整するように構成されている。
【００１０】
コンベヤは、物体を少なくとも０．１ｍ／ｓ、又は少なくとも０．５ｍ／ｓ、又は少なくとも１．０ｍ／ｓの速度で搬送するように構成されている。スキャナは、少なくとも６０、又は少なくとも８０、又は少なくとも１００の信号対ノイズ比を有する画像データセットを生成するように構成されている。画像は、走査方向において、５ｍｍまたはそれ未満、４ｍｍ又はそれ未満、３ｍｍ又はそれ未満、２ｍｍ又はそれ未満、又は１．１ｍｍ又はそれ未満のサイズを有するボクセルから構成される。画像ボクセルは、走査方向と直交する２つの方向において、５ｍｍまたはそれ未満、４ｍｍ又はそれ未満、３ｍｍ又はそれ未満、２ｍｍ又はそれ未満、又は１．１ｍｍ又はそれ未満のサイズを有する。
【００１１】
本発明は、実施例によっては、０．２５ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの搬送速度で、復元３次元Ｘ線画像を生成することができるモーションレスＸ線描画システムを提供する。０．２５ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの搬送速度は、走査方向おいて１メートルの長さで且つ走査方向に１．２メートルのスロット長のコンベヤに沿って離間配置されたスキャンされる物体に対して、１時間当たり８０００〜３０００個のスループットに相当する。このシステムは、最大８個リングまでのＸ線検出器によって、全次元において等空間分解能（２ｍｍ及びそれ以上）であり、復元画素サイズは、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、若しくはそれ以下であり、復元画像の信号対ノイズ比は、５０又はそれ以上であり、大抵は１００を越える。
【００１２】
本発明は、さらに、本体と前記本体内に収納されたスキャナとからなる車両を有し、前記スキャナは、複数の点源からＸ線を発生するように構成されたＸ線源手段と、前記線源からのＸ線を検出するように構成されたＸ線検出器のアレイと、描画空間をスキャンするために各線源を起動するように構成された制御手段とを有するモバイルスキャンニングシステムを提供する。システムは、システムを通過して延在する単一のコンベヤを含む。単一のコンベヤは、２つのコンベヤ部、インフィード用及びアウトフィード用に分岐してもよい。しかしながら、好ましくは、コンベヤは、２つのコンベヤ部に跨って通過する単一のベルトを有する。
【００１３】
本発明は、さらに、スキャナ部と、物体をスキャナ部に向けて搬送するように構成されたコンベヤからなる入力コンベヤ部と、物体をスキャナ部から遠ざけるように移動させるように構成されたコンベヤからなる出力コンベヤ部とを有し、コンベヤ部の少なくとも１つは、スキャナ部に着脱自在に接続されるモジュラースキャナシステムを提供する。
【００１４】
本発明は、複数の点源から描画空間を介してＸ線を放射するように構成されたＸ線源と、Ｘ線の検出に反応して検出器信号を出力するように構成されたＸ線検出器のアレイと、点源の各々を順次起動するコントローラと、検出器信号を処理して、複数の物体の映像の各々に相当する画像データセットを生成する少なくとも１つのプロセッサと、複数の異なるユーザ入力を受け取るように構成されたユーザインターフェースと、入力の各々に反応して映像の各々を表示するように構成されたディスプレイとを有するＸ線スキャナシステムを提供する。ユーザインターフェースは、入力ボタンなどの１つ以上の入力部材からなる。入力部材は押下されたり、さもなければ、入力を提供するように操作される。例えば、ユーザインターフェースは、マウスを含む。又は、ユーザインターフェースは、タッチされると異なる入力を提供する異なる領域を備えたタッチスクリーンを含む。
【００１５】
本発明は、さらに、Ｘ線線源と、スキャンニング空間を画定するＸ線検出器のアレイと、スキャンニング空間へと物体を搬送する入口側コンベヤ、及び物体をスキャンニング空間から運び出す出口側コンベヤと、入力側コンベヤにおいて第１及び第２の位置で物体の存在を検出するように構成された第１及び第２の入口側センサと、出口側コンベヤにおいて第１及び第２の位置で物体の存在を検出するように構成された第１及び第２の出口側センサと、センサからの信号に反応してＸ線源の起動を制御する制御手段とを有するスキャナシステムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態によるスキャナシステムの横断面図である。
【図２】図２は、図１のスキャナシステムの縦断面図である。
【図３】図３は、図１のシステムの典型的な性能特性の表である。なお、これに限定されない。
【図４】図４は、図１のシステムの１の動作モードの典型的な動作特性の表である。なお、これに限定されない。
【図５】図５は、本発明のさらなる実施の形態によるスキャナの検出器アレイを示す。
【図６】図６は、図５の検出器アレイを使用して生成された画像の一部を示す。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態によるスキャンニングシステムの外観図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態によるスキャンニングシステムの外観図である。
【図９】図９は、図８のシステムを構成部品に分解した図である。
【図１０】図１０は、図９の実施の形態のユーザ入力パネルの正面図である。
【図１１】図１１は、図８のシステムの縦断面図である。
【図１２】図１２は、図１のシステムの１の動作モードの典型的な動作特性の表である。なお、これに限定されない。
【図１３】図１３は、図１のシステムに対する管電圧に対する復元された信号対ノイズ比の変更例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１のシステムの動作において使用されるフォトダイオードエレクトロニクス読み出し器を備えたシンチレーション検出器の実施の形態である。
【図１５】図１５は、図１のシステムの動作中の散乱を減らすためのコリメーション及び放射シールド構造の実施の形態を示す。
【図１６】図１のシステムの動作中の空間電荷限定モードにおいて動作する電子銃の実施の形態を示す。
【図１７】図１７は、図１のシステムの検出器の温度を制御する冷却システムの実施の形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の少なくとも上記特徴及び効果は、添付図面を考慮しつつ、以下の記載を参照することによって理解されると考えられる。
【００１８】
好ましい実施の形態の様々な変更例が、当業者には明らかになり、以下の開示は、他の実施の形態や用途に対して、本発明の請求の範囲を逸脱することなく、応用可能である。このように、本発明は、記載する実施の形態に限定されず、本願での開示と一致する最も広い請求の範囲と一致する。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の一実施の形態において、Ｘ線スキャナは、１つ以上のＸ線管１０を有する。Ｘ線管１０は、スキャナの軸を中心とする実質的に円形に形成され、各Ｘ線管１０は、１つ以上のＸ線点源１２を有するＸ線源を含む。各Ｘ線管１０の各Ｘ線点源１２からのＸ線の放射は、スイッチング回路１４によって制御され、各Ｘ線点源に対して１つの独立したスイッチング回路１４を有する。各Ｘ線管１０に対するスイッチング回路は、一緒に、各管に対する制御回路１６の一部を形成する。コントローラ１８は、各スイッチング回路１４の全ての動作を制御する。スイッチング回路１４は、所定の順序で始動するように制御されている。よって、一連の活性期間の各々において、１つ以上の活性点源からのＸ線の扇状のビームが、コンベヤ２２に載置されている物体２０を通り抜けてＸ線管１０の構成の中心に向けて透過する。
【００２０】
図２を参照すると、スキャナは、さらに、スキャナの軸の周囲に延在するＸ線検出器のアレイ２４を含む。検出器アレイは、多数の検出器リング２６から構成されている。各リングは、スキャナの軸に垂直な面内、又は、複数の当該面の内にある。スキャナの軸は、Ｚ方向として参照され、２つの互いに直交する方向、一方は水平方向、他方は鉛直方向は、Ｘ方向、Ｙ方向としてそれぞれ参照する。Ｘ線点源１２は、一の実施の形態において、スキャン方向と直交する面内に配置されている。
【００２１】
Ｘ線点源１２が配置されているＸ−Ｙ面は、Ｘ線検出器２４の面からオフセットされている。故に、コンベヤ２２と検査中の物体２０とを除いて、アクティブのＸ線点源１２の各々からその関連するＸ線検出器２４のセットまで、遮るものは何も無い。このように、一の実施の形態において、Ｘ線検出器２４は、円周方向に幅を有し、各検出器は、走査方向において、互いに隣接するものから円周方向にオフセットされている。各検出器は、円周方向に幅を有し、そのオフセットは、一の実施の形態において、幅よりも短い。
【００２２】
一の実施の形態において、検出器アレイ２４は、走査方向に少なくとも２つの検出器の幅があり、例えば、最大６又は８個の検出器の幅でも良い。場合によっては、走査方向に最大１０個までの検出器の幅でもよい。先に記載するように、検出器は、複数のリングに配置され、リングは、各面内にある。各面は、走査方向に互いに離間配置されている。この場合、１０個のリング又はそれ未満が存在する。場合によっては、８個のリング又はそれ未満、或いは、６個のリング又はそれ未満でよい。別の実施の形態において、検出器は、１又は複数の螺旋状アレイに配置されていてもよい。
【００２３】
プロセッサ３０は、Ｘ線検出器２４の全てによって出力される信号を受信し、検出器信号を処理するように配置されているＸ線復元エンジンを形成する。Ｘ線点源１２は、所定のシーケンスによりスイッチされるので、検出器信号は、ディジタル化され、Ｘ線復元エンジン３０に送信される。Ｘ線復元エンジン３０は、ビームの中に存在する物体２０の復元を生成する。復元画像の質を最大とする一連のＸ線線源活性化を選択することは効果的である。復元エンジン３０は、検出器信号から、各Ｘ線点源１２の各活性化に対してセットされた１の画像データを生成する。各線源は、一連の走査サイクルの各々で１回起動される。１のサイクル用のデータセットは、合成されて物体のスライスの３次元画像を生成する。そして、物体がＺ方向にスキャナを通過して移動するにつれて組み立てられる一連の当該画像データセットは、物体のフル３次元画像データセットへと組み立てられる。物体がスキャナを通過して移動するにつれて収集された１の点源からのデータセットも、組み立てられて、当該物体の２次元画像データセットを形成する。
【００２４】
典型的なシーケンスは、点源からのＸ線放射を提供する。点源は、コンベヤと検査中の物体との周囲を、コンベヤ及び検査中の文体の移動の方向とは実質的に直交する面内において回転する。例えば、４つの点源が存在する場合があり、Ｚ軸の周囲に等間隔に配置されている。もちろん、他の走査シーケンスを、画像復元方法を最適化する必要に応じて採用することができる。
【００２５】
システムを展開させる活動に対してＸ線画像システムの最適化を検討することは、一般的に合理的である。特に、手荷物や貨物の物体のＸ線スキャンに関連して、３次元方向の全てにおいて等しい分解能を得ることは非常に効果的である。これは、実質的に、シート状構造体へと変化しえる材料の検出を支援する。さらに、例えば、０．２５ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの範囲内の早い搬送速度で、この等しくマッチされた分解能を得ることは、非常に効果的である。
【００２６】
図１及び図２を参照する実施の形態において、モーションレスＸ線描画システムは、Ｘ線検出器の最大８リングで、０．２５ｍ／ｓ〜１ｍ／ｓの搬送速度で、復元３次元Ｘ線画像を生成することができる。この速度は、全次元において等空間分解能（２ｍｍ及びそれ以上）で、１時間当たり８０００〜３０００個のスループットに相当する。また、復元画素サイズは、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、若しくはそれ未満であり、復元画像の信号対ノイズ比は、５０又はそれ以上であり、大抵は１００を越える。
【００２７】
効果的には、このタイプのＸ線システムは、さらに、走査方向（コンベヤと平行な方向）の空間分解能を発揮するために最適化される。この空間分解能は、（コンベヤの面と垂直な）面内空間分解能のそれを超える。一の実施の形態において、本発明のＸ線スキャナは、走査方向と直交する１の方向に、場合によっては、２つの方向に、少なくとも９０％と高い走査方向の空間分解能を与えるように最適化される。他の実施の形態において、３次元画像に対して、走査方向の分解能は、少なくとも９０％と高く、２つの直交する方向における分解能の平均と同程度に、高いものとなっている。別の実施の形態において、走査方向の分解能は、１の方向、又は２つの互いに直交する方向よりも高く、例えば、少なくとも２０％であり、場合によっては５０％と高い。再び、走査方向における分解能は、実質的に他の２つの方向の分解能と等しくてもよい。例えば、分解能は、全て、各々の１０％内であり、さらなる実施例においては、好ましくはお互いの５％以内である。
【００２８】
Ｘ線画像は、少なくとも２つの方向、走査方向（Ｒ１）と、走査方向に直交する方向（Ｒ２）とに分解能を有する。本発明の実施の形態によっては、Ｒ１＞（０．９０）×Ｒ２である。Ｒ１がＲ２以上の場合もある。
【００２９】
図３は、図１及び図２に示すタイプのＸ線スキャナ用の典型的な性能特性を示す。なお、これに限定されない。これらの図には、手荷物及び貨物の品物をスクリーニングする目的に対し最適化されたシステムの性能の一例として提供されている。他の実施の形態において、管電圧は、１００ｋＶから２００ｋＶまでの範囲にあり、好ましくは１５０ｋＶから１８０ｋＶまでの範囲である。管電流は、２〜３０ｍＡの範囲にあるが、好ましくは４〜２５ｍＡの範囲、若しくは、一例を示すように５〜２０ｍＡの範囲にある。１秒あたりの復元スライスの個数は、少なくとも１００であり、１００〜１０００の範囲にあり、好ましくは少なくとも２００である。場合によっては、少なくとも３００又は少なくとも４００が必要とされる。
【００３０】
当業者によって、復元画像の信号対ノイズ比の値は、Ｘ線センサの設計、例えば、センサの面積によって、センサの検出効率によって、関連する読み出しエレクトロニクスのノイズによって、さらに、Ｘ線線源及びデータ獲得システムのスイッチングにおけるジッターのタイミングによって影響される。さらに、図３においてこの点について記載されている情報は、１の特定の検出器の構成のみのものである。
【００３１】
一般に、面内復元画素サイズは、画像復元プロセスの出力での全体で受容可能なデータ速度と、最適化されたセンサの構成に基づいた描画データの空間分解能とに基づいて決定すべきであることが理解される。図３に示すようなシステム性能特性と適合する適切な復元画素サイズは、１〜２ｍｍの範囲内であり、大抵は、１．２ｍｍ×１．２ｍｍである。
【００３２】
さらに、可変搬送速度でＸ線描画システムの操作に対して適切な操作特性を確立することは、可能である。図４に示すように、特定のシステム最適化のための典型的な動作特性のセットは、１〜０．１２５ｍ／ｓの搬送速度でのシステムの動作を示す。ここで、最適化は、センサの構成を変更せずに、搬送速度とは独立して、走査方向において、同一の空間分解能と関連する復元画素寸法１．０４ｍｍとを維持しようとつとめる。これは、コンベヤの速度に比例して、スキャンの頻度、すなわち、スキャンサイクルの頻度を調整することによって達成される。一の実施の形態において、コンベヤ速度は少なくとも０．１ｍｓであり、又は少なくとも０．５ｍ／ｓであり、少なくとも１．０ｍ／ｓである。
【００３３】
実施の形態によっては、管電流は、制御されて、コンベヤ速度に正比例して変化する。これは、走査速度とは独立した、一定の信号対ノイズ比を提供する。例えば、走査速度が倍になれば、管電流は、倍になり、走査速度が半分になると、管電流も半分になる。
【００３４】
係る現実的な最適化によって、Ｘ線システムの性能は、描画負荷に基づいてダイナミックに変更することができる。高いスループットが要求される度に、搬送速度は、早い速度に設定され、復元画像信号対ノイズ比の減少を伴う。低スループットでは、コンベヤ速度は、低速度に減少され、それに関連して、復元画像の信号対ノイズ比は改善される。
【００３５】
本発明の概念により、図１及び図２に示す本発明のＸ線スキャナの画質は、１組のパラメータによって最適化される。画質の評価及び最適化に対して、Ｘ線源から放射されたＸ線スペクトルは、線源からのプライマリＸ線ビームの検出に対して、適切なサイズ、位置、及び組成のＸ線検出器に伝搬される。一の実施の形態において、使用されるＸ線検出器は、フォトダイオードエレクトロニクス読み出しシステムを備えたシンチレーション検出器である。
【００３６】
信号対ノイズ比（ＳＮＲ）
本発明のＸ線スキャナ用に、図１２は、直径８００ミリメートルの復元サークル、８リングＸ線検出器アレイ及び毎秒２４０スライスの復元スキャンスピードを備えて２０ｍＡで動作するＸ線源に対する動作特性の一例を示す。なお、これに限定されない。図１２から観察されることは、復元画像の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が、管電圧に強力に依存していることである。管電圧が高くなるにつれて、復元画像の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が良くなる。
【００３７】
図１３は、本発明のＸ線スキャナが、１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍの復元ボクセル次元で各々が６０ｃｍ（１３０５）、８０ｃｍ（１３１０）及び１２０ｃｍ（１３１５）の復元画像の直径に対して８個の検出器リングで毎秒２４０フレームの復元速度及び２０ｍＡのビーム電流で動作するとき、本発明のＸ線スキャナの管電圧に対する復元信号対ノイズ比の変化を示す。当業者は、１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍのボクセルサイズは、安全検査の用途に適し、１００を越える信号対ノイズ比は、多くの実用的な用途において必要とされる定量的な画像のレベルを提供する。
【００３８】
従って、本発明の図１及び図２のＸ線スキャナは、価格、複雑さ及び性能におけるバランスを目的とすることによって、信号対ノイズ比の最適化が図られる。一の実施の形態において、スキャナは、少なくとも６０、又は少なくとも８０、又は少なくとも１００の信号対ノイズ比を有する画像データセットを生成するために最適化される。画像は、５ｍｍまたはそれ未満、４ｍｍ又はそれ未満、３ｍｍ又はそれ未満、２ｍｍ又はそれ未満、又は１．１ｍｍ又はそれ未満の走査方向の長さを有するボクセルから構成される。画像のボクセルは、５ｍｍまたはそれ未満、４ｍｍ又はそれ未満、３ｍｍ又はそれ未満、２ｍｍ又はそれ未満、又は１．１ｍｍ又はそれ未満である、走査方向と直交する２つの方向にサイズを有する。
【００３９】
一の実施の形態において、本発明のＸ線スキャナは、0.25 m/s から1.0 m/sまでの搬送速度で、全方向に等しい空間分解能（２ｍｍ及びそれ以上）で毎時８００から３０００個のスループットに相当し、1.5 mm x 1.5 mm x 1.5 mm又はそれ未満の復元画素サイズで、多くても８リングのＸ線検出器で、５０もしくはそれ以上の、その多くは１００を越える復元画像信号対ノイズ比で、復元３次元Ｘ線画像を生成する静止Ｘ線描画システムを提供する。
【００４０】
コントラスト
本発明のＸ線スキャナにおけるコントラストは、１／ＳＮＲで定義される。なお、ＳＮＲは、信号対ノイズ比である。図１２を参照すると、一の実施の形態において、１５０ｋＶｐでは、オープンフィールド画像において分解可能なコントラストは、（１／１０５）×１００％＝０．９５％で判別される。この数字が小さいほど、描画システムのコントラスト分解能は、良くなる。当業者は、Ｘ線ビームを減衰させる物体を含む領域におけるコントラストは、オープンフィールド領域のもの以下となることに留意すべきである。その理由は、その領域を通過するＸ線フォトンの数は、オープンフィールド領域のものよりも少ないからである。
【００４１】
ダイナミックレンジ
ダイナミックレンジは、（フルスケール信号）／（ダークノイズ）として定義される。ダークノイズは、検出器及び描画復元システムをアクティブにしたままで、Ｘ線源をスイッチオフすることによって得られる。もし、このダークレベルがゼロに規格化され、且つハイレベル（すなわち、ビームの中に物体が無い状態でスイッチオンされたＸ線ビームによって復元される強度）が１０００に規格化される場合、ダイナミックレンジは、１０００／（ダークイメージの中の標準偏差）に等しい。本発明の最適化されたＸ線スキャナは、一の実施の形態において、フルスケールで0.1%のオーダ若しくはそれ以下の復元ダークノイズを提供し、その結果として、１０００またはそれ以上のダイナミックレンジとなる。
【００４２】
全般的なＸ線スキャナダイナミックレンジは、使用されるエレクトロニクス読み出しシステムのノイズに依存する。このように、エレクトロニクス読み出しシステムのノイズが増えるほど、全体的なスキャナのダイナミックレンジは悪くなる。エレクトロニクス読み出しシステムのノイズは、少なくともフォトダイオードの設計、フォトダイオードセンサから延びる信号トレースのレイアウト及びその長さ、入力エレクトロニクスのステージの設計、及びフロントエンド増幅器に追従するアナログ・ディジタルコンバータの分解能に依存する。
【００４３】
ワイドなダイナミックレンジを得るために、本発明のＸ線スキャナは、図１４に示すフォトダイオード・エレクトロニクス・読み出しと共にシンチレーション検出器１４００を使用する。一の実施の形態において、シンチレーション検出器１４００の各セグメント化されたシンチレーションクリスタル１４０５は、タングステンフォイルセプタによって一緒に固着されている。タングステンセプタは、各クリスタル間の光学的なクロストークを防止する。セプタは、隣接するシンチレーションクリスタルの間での信号を転送する光電子とエネルギ的なコンプトンの反動とを停止し、隣接するクリスタルの間でのクロストークを低減する。
【００４４】
シン・コモン・カソード・エントランス・ウインドウを有するリバース照射フォトダイオードアレイ１４１０は、シンチレーションクリスタルアレイ１４０５のベースに接着され、固着され、又は他の方法により取り付けられている。シンチレータ１４０５からのオプティカルフォトンは、シン・オプティカルカップリングを通過し、さらにフォトダイオードのシン・パッシベーション・コンタクト層を通過して、フォトダイオードのバルク領域へと入る。空乏層で生じた電荷は、印加バイアスの影響により、アノードのセット、シンチレーションクリスタル毎に１つのアノードコンタクト領域に向けてドリフトする。アノードは、１の画素から他の画素へのドリフト電子のクロストークを最小限にするために、効率的に構成されている。次に、フォトダイオードアレイ１４１０は、例えば、接着剤の埋め戻しを伴うインジウムバンプボンド上の導電性エポキシパッドを使用して、パターン処理された基板１４１５にバンプにより接着され、フォトダイオード・クリスタルアレイの基板１４１５への接着を良好なものとする。
【００４５】
多層セラミック基板１４１５は、効率的に穴を空けられ、導電性インクによって印刷され、高温で焼成され、パッドを有する多層回路カードを生成する。カードの一側のパッドは、フォトダイオードアレイ１４１０のアノードのレイアウトと一致し、カードの他側のパッドは、適切なエレクトロニクス読み出し回路１４２０の上にあるパッドと一致する。セラミック基板１４１５及びフォトダイオード１４１０の熱膨張係数は、一致して、接着剤の焼成中及びバンプのボンディング中の熱的な安定性を提供する。
【００４６】
エレクトロニクス読み出し回路１４２０は、セラミック基板１４１５に対して効率良くハンダ付けされたり、又は導電性エポキシパッドを使用して固定される。次に、低密度コネクタによって、電気信号は、フロントエンドエレクトロニクスから次の信号処理回路に送られる。このように、シンチレーション検出器１４００は、本発明のＸ線スキャナのダイナミックレンジを最大とすることに寄与する低固有容量及び最小のトレース長を備える。
【００４７】
線形性
Ｘ線システムの固有の線形性は、Ｘ線源から放射されるＸ線スペクトラムのフィルタリング、Ｘ線管動作電圧、Ｘ線検出器の前のＸ線ビームのフィルタリング、及びＸ線検出器を製造する材料などの観点に依存する。また、Ｘ線システムの線形性の低下は、調査中の物体から散乱されるＸ線の検出と、及びＸ線システムそのものの部品から散乱するＸ線によって生じる。
【００４８】
従って、本発明のＸ線スキャナは、散乱を低減するためのコリメーション及び放射シールディングを使用する。図１５は、本発明の図１及び２のＸ線スキャナにおいて使用されるシールディングシステムの実施の形態を示す。図１５は、第１のセットのコリメータ１５０５が、プライマリビームがＸ線管１５１５から放射されたときに当該ビームをどのようにシールドするか、さらには、第２のセットのコリメータ１５２０が、ビーム１５１０がＸ線検出器１５２５に到着する前に、再度、どのようにシールディングを行うかを示している。本発明の最適化Ｘ線スキャナの一の実施の形態において、１％のオーダの散乱が、オープンフィールド状態の中で達成される。
【００４９】
低散乱に対して最適化されたＸ線スキャナも、そのコントラスト性能の最大化につながる。Ｘ線システムの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、Ｘ線フォトンノイズによって抑制されているノイズ特性は、以下のように定義される。
ＳＮＲ＝（平均）／Ｓ．Ｄ．＝σ2／σ＝σ
【００５０】
すなわち、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は、フォトン信号の単なる標準偏差である。しかしながら、Ｘ線散乱の存在において、状況は、標準偏差σ2は、散乱によるものと同様にプライマリ信号によるノイズをも有するように変更される。
ＳＮＲ＝σ2／（σ＋σS）
【００５１】
プライマリビーム強度の１％の散乱は、同様な量によるＳＮＲの減少をもたらす。検出器での散乱放射の分散は、所定の物体の密度に対してアレイにおける位置とは独立して、近似的に一定である。このように、散乱のインパクトは、画像の低減衰領域よりも、画像の高減衰領域において、より重要である。
【００５２】
従って、描画性能を最大とするために、本発明のＸ線スキャナは、さらに、図１６に示すような、制御の良い空間電荷制限電子銃１６００を使用する。図１及び図２を参照して記載したように、本発明のＸ線スキャナは、複数の個別電子源を利用する。各電子銃の出力源の間での強度変動を最小とするために、Ｘ線スキャナ電子銃１６００は、空間電荷制限モードで動作される。ここで、電子エミッタ１６２０は、高電場で動作するが、許容される放射信号は、２つの制御可能なパラメータ、(a) 形状と、(b) 抽出場とによって判別される。一の実施の形態において、２つのパラメータは、許容放射信号を判別するために使用される２つのパラメータのみである。
【００５３】
図１６を参照すると、典型的なカソード１６０５からグリッド電極１６１０までの０．５ｍｍの距離「ｄ」について、距離「ｄ」での２０μｍのオーダの変化によって、僅か数パーセントのビーム電流の変動につながることが観察されている。しかしながら、電子銃の輝度の変化は、カソード１６０５内のフィラメント１６１５の位置の許容性の変動、フィラメントワイヤの厚み、及びフィラメント１６１５の周囲に存在する熱パッキングの分布によって強力に影響される。上記側面を考慮すると、１の実施の形態において、本発明のＸ線スキャナは、最適化されて、各電子エミッタ・ソース１６２０の間の輝度の変動を５％以内に抑えている。
【００５４】
Ｘ線管ターゲットの熱負荷
本発明のＸ線スキャナのＸ線管ターゲットの熱負荷は、延長された操作期間に亘ってハイパワー操作を可能とするために最小にされる。第１の対策として、熱負荷の最小化は、アノードの小セクションのみが、どの時点においても、また、あまりにも短期間のみであっても、電子ビームによって照射される、ラージ分散型アノードを有することによって達成される。依然として、例えば、１点源あたり８０μｓの照射時間を有する分散型アノードは、およそ２００度によってエレクトロン照射スポットの中心点での局所温度の上昇につながる。このように、第２の対策として、冷却流体は、アノードの周辺を通過するので、冷却剤は、アノードへと駆動される全パワーを抽出することができる（１６０ｋＶ，２０ｍＡで動作するシステムに対し２．４ｋＷ）。その結果、アノードは、延長された操作期間に亘り実質的に一定となる温度に維持される。冷却流体は、高イオン化閾値を有する低粘度及び良好な熱転写特性を有するように選択される。冷却流体の速度は、アノードから冷却流体への熱転写を最大とするために、冷却パイプにおける乱流を作るように維持される。
【００５５】
Ｘ線検出器の熱負荷
Ｘ線検出器のシンチレーション効率は、検出器の（逆バイアス状態で動作しているときの）フォトダイオードのリーク電流と同様に、温度に応じて変化する。従って、本発明のＸ線スキャナは、Ｘ線検出器の冷却を行い、周囲の条件とは独立に一定の動作温度を維持し、故に、Ｘ線画像の高い量的精度になる復元ボクセル値を安定化させる。
【００５６】
図１７は、本発明のＸ線スキャナの検出器１７００の温度を制御する冷却システムの実施の形態を示す。図示するように、冷却剤チャネル１７１０は、銅ブロック１７１５と結合される。銅ブロック１７１５は、高い熱伝導性を有して、メカニカルサポート１７３５を使用して支持されている。読み出しエレクトロニクス１７２５は、セラミック基板１７２０の後に置かれ、銅ブロック１７１５の窪みに置かれ、高熱伝導性を有する適宜のヒートシンクコンパウンドを使用して冷却された銅ブロック１７１５に熱的に接続されている。次に、セラミック基板１７２０は、再びヒートシンクコンパウンドを使用して、銅ブロック１７１５と直接接触するように配置され、セラミック基板１７２０と銅ブロック１７１５との間の熱的な接続を最大とする。高密度アルミナなどのセラミック材料は、良好な熱特性を有するので、フォトダイオード及びクリスタル１７３０は、銅ブロック１７１５の温度に近い温度に維持される。全検出器アセンブリ１７００は、カーボンファイバ複合材料を使用して１つが組み立てられるように、光がタイトで、導電性及び環境的にシールされたエンクロージャの中に置かれ、低密度コネクタ１７４０を含む。（＋／−）１度の範囲内に冷却流体の温度を制御することによって、同様なレベルの温度制御が検出器で維持される。この熱冷却は、復元画像の高レベルの安定性と、大抵は０．１％よりも良いものとなる。
【００５７】
図１及び図２の参照に戻ると、特別な規制性能要求を通過する目的やメンテナンスなどの、状況に応じては、Ｘ線システムにおいて、点源１２のスイッチングを他の描画方法に適したシーケンスに強制することは効果的である。一例として、単一の点源１２を、走査シーケンスの中で、さらなる点源の無い状態で継続的にスイッチさせてもよい。この場合、コンベヤ２２は、静止したＸ線ファンビームをスキャンするので、２次元の画像データセットが組み立てられ、２次元画像が生成される。
【００５８】
この用途の拡張として、検出器リングを、図５に示すように形成してもよい。一例として、４つの検出器リング４０を備えたセンサが示され、各リングの検出器４２の中心は、隣接するリングに対して検出器の空間の４分の１だけシフトしている。コンベヤが、走査方向４５において１のセンサリングの幅に等しい距離を移動した後、データは、センサの各リング４０から収集される。図６を参照すると、リング１からの画像データに、１回のタイムスライスの後のリング２からのデータが、２回のタイムスライスの後のリング３からのデータが、３回のタイムスライスの後のリング４からのデータが差し込まれる。組み合わせられたデータが使用されて、２次元投影画像の１ラインを提供する。垂直画素サンプリングレートは、２次元画像の中にあることに留意しなければいけない。本実施の形態では、水平画素サンプリングレートよりも良い４回である。
【００５９】
水平画素サンプリングレートの改善は、１検出器間隔毎に１回サンプリングするよりも、コンベヤ速度に対してより高速でサンプリングすることによって、すなわち、物体が図５の検出器リング４０の幅と等しい距離を移動するのに要する時間の間に１回を上回るスキャンサイクルを実行することによって、達成される。
【００６０】
関連走査モードにおいて、Ｘ線管点源が、小範囲の角度、大抵は１０度の範囲に亘り起動されるときに、シーケンスが生成される。このときのレートは、選択された点源の全てが、コンベヤが１の検出器の間隔を移動するのに要する時間内に独立して起動されるようなものである。５ｍｍの検出器の大きさにとって、１度毎に配置された点源、０．５ｍ／ｓのコンベヤ速度、及び各々個別の映像は、１ｍｓの間に集められる。このように、２次元投影画像のセットは、各選択された点源に対して１回獲得される。
【００６１】
次に、グラフィカル・ユーザ・インターフェースが用意される。グラフィカル・ユーザ・インターフェースによって、オペレータは、マウスや１対のボタンなどの適切な入力装置の制御の下に、各画像を順次見ることができ、入力装置が起動されるので、隣接する点源からの画像の間に素早くフリップすることができる。その結果は、調査中の物体が、オペレータの制御の下、コンベヤの移動と平行な方向に、走査トンネルの中心軸を中心に前後に回転するようにみえる「ロッキング２次元画像」である。このロッキング画像は、オペレータが、調査中の物体内の物体を中心に深さの情報を容易に知ることができるパワフルな方法を提供する。
【００６２】
上記２つのスキャンニングモード用のデータは、典型的には、図１のシステムにおいて３次元断層撮影画像復元用のデータ獲得中に集められたデータの中に存在することは明らかである。また、この２次元画像データは、フル３次元データセットと共に、効率良く表示される。
【００６３】
図１及び図２を参照して記載するような高速３次元Ｘ線スキャンニングシステムを、多数の他の方法でバッグや貨物をスキャンするために採用することができる。
【００６４】
図７は、本発明のさらなる実施の形態により、車両５０の内部に配置され、図１に示すような、高速３ＤＸ線スキャンニングシステムを示す。Ｘ線システムにおける移動部品の欠如により、装置が相当の機械的ショックを被るとき、乗り物用プラットフォーム内にその装置を配置することは、実用的である。かかるショックは、周知のシステムの共通の欠点であるＸ線システムを、機械的にミスアライメントしない。
【００６５】
スキャンニング装置は、周知のＸ線断層撮影システムにおいて必要とされるような、ソース及び検出器アセンブリを回転する機械的ガントリがないために、非常にコンパクトである。スキャンニング装置は、モータ駆動部品が無いために、周知の機械的Ｘ線断層撮影システムに比べると、消費電力が低い。
【００６６】
この可動構成において、車両５０は、運転台５２とボディ５４とを含む。ボディ５４は、２つの側壁５６、５８と、ドア６２を有するリアエンド６０と、屋根６４とを有する。側壁５６、５８の各々は、開口６６を有し、スキャナは、図１に示すようなものであり、車両本体５４の中に配置されている。コンベヤの一端は、入口開口を形成する開口６６の１つに近接して配置され、コンベヤの他端は、出口開口を形成する他の開口に近接して配置される。Ｘ線スキャナは、後輪６８に近接して効率良く配置されている。複数のサイドパネル７０は、車両の２つの側壁の各々に蝶番によって取り付けられ、１つは開口６６の各々を覆い、スキャンニングトンネル及び出口を露出させるように開くことができる。さらなる入口及び出口コンベヤ７２が、用意されて、車両のサイドに着脱可能に接続される。これらのコンベヤは、傾斜が付されて、手荷物や貨物を、スキャナへとロードしたり、安全な高さ（大抵は１．２ｍ未満）からアンロードすることを可能としている。また、コンベヤは、サイドパネル７０の開放によって晒される天候からの保護を備えている。サイドパネル７０は、入口及び出口コンベヤ７２に亘って延在してコンベヤ７２をカバーするために、開放状態に支持されることが可能である。
【００６７】
オペレータの検査ワークステーションは、車両のフロントでのキャブ５２のドライバに、又は、車両の後のボディ５４の内部の設備に隣接するようにして配置される。
【００６８】
本発明のさらなる実施の形態において、Ｘ線システムは、図８及び図９に示すような車輪により移動可能なシャーシの上に組み立てることができる。なお、図９は、図８のシャーシの展開図である。図８及び図９を同時に参照すると、シャーシ８０は、ロック可能な車輪８２を含む。車輪がロックされないとき、システムは、１の位置から他の位置に容易に車輪を用いて移動させることができる。新しい位置において、車輪８２をロックすることによって、ユニットをその位置に固定することができる。メインパワーケーブル８４が、選択したスキャンニングサイトに隣接する電力アウトレットからへと電力を得るために使用される。
【００６９】
システム８０を建物のさまざまな階の間で移動可能とするために、スキャナは、３つのパーツ、すなわち、図９に示すように、入口トンネルセクション８６、出口トンネルセクション８８、及びスキャナセクション９０に、簡単且つ迅速に分離でき、エレベータを使用して、建物の一の階から他の階へと移動させることができる。各セクションは、内蔵型に設計され、電気コネクタ９２は、スキャナセクション９０の両側と、他のセクション８６、８８の各々の内側端部とに設けられ、システムを接続可能としている。このため、３つのセクションが一緒にされたときに、電気コネクタは、近接する電気インターフェースプレートに係合することで、システムを機能し得るものとしている。
【００７０】
空間を節約するために、イン・フィード及びアウト・フィードコンベヤセクション９４、９６は、対応するトンネルセクション８６、８８の前面に対する収納位置に向けてたたみ込まれ、システムが要求された位置へと操作される度に、使用中の位置へと落とされる。
【００７１】
オペレータワークステーション１００は、１つ以上のトンネルセクション８６、８８に効率良く配置されている。従って、必要なコンピュータモニタ１０２及びキーボードアセンブリ１０４は、ケーブル敷設を最小にするために、さらに、システム再配置の間の停止時間を最小とするために、設備そのものから折り込めるように構成されている。図１０を参照すると、システムに備えられても良いキーボード１０４は、他のシステムにおいても使用でき、Ｘ線画像との相互作用を直接的なものとしている。画像は、コンピュータモニタにおいて表示でき、キーボード１０４によって操作することができる。
【００７２】
一の実施の形態において、図１０のキーボード１０４は、複数の専用表示選択ボタン１０６を備え、その各々をオペレータは使用して、調査中の物体の標準表示を取り出すことができる。標準表示は、２Ｄ投影画像、３Ｄ対話式画像、標準配向やロッキング２Ｄ画像からの１つ以上のプレ・レンダード３Ｄ表示を含む。第２のグループのボタン１０８によって、オペレータは、画像カラーリングのルックアップテーブルのグループから選択することができる。ルックアップテーブルの一例は、デュアルエネルギマテリアル識別及びＸ線スキャッタ描画に基づいた材料に固有の色及び疑似色、グレイスケール（黒から白）、インバースグレースケール（白から黒）を含む。制御のさらなるグループ１１０によって、ユーザは、トラックボール１１２、選択ボタン１１４又はトラックパッドを使用して画像データと相互に作用し、ユーザのプリファレンスに応じてボタンを選択することができる。最終グループのボタン１１６によって、ユーザは、クリアな続きの調査となるように画像をマークでき、拒絶された続きの調査となるように画像をマークでき、画像表示のオートシーケンスを走らせることができる。オートシーケンスは、表示の標準化されたプリセットシーケンスにおいて、静止３Ｄ画像及び１つ以上のダイナミック３Ｄ表示の混合として、調査中の物体用の画像データを示す。
【００７３】
図９に戻って参照すると、大抵は、単一の画像表示モニタ１０２が、Ｘ線画像データを見るために使用される。場合によっては、第２のコンピュータモニタが、Ｘ線システムの関連ネットワークについての情報と、乗客のデータ、積み荷のデータ、調査中の物体のあて先、搬送業者及び媒体などの調査中の物体に関連する他のデータとを見るために、用意されることがある。
【００７４】
図１１を参照すると、本発明の本実施の形態において、Ｘ線システム１１００は、音響且つ視認アラームを備えている。音響アラームは、動作環境での過剰なノイズを抑制するために最小とされる。しかしながら、音響装置が、物体がシステム内に貼り付いてしまったか否かを示すために、備えられている。視認アラームは、Ｘ線ビームがオンとされた時、及びＸ線ビームがオフとされた時を示すために設けられている。システム１１００には、物体が調査中であるか否かに応じて自動的にＸ線ビームをオン・オフするための手段が設けられている。これは、赤外線センサ１〜４等のセンサの使用によって簡単且つ費用をかけずに行うことができる。センサは１〜４は、図１１に示すように、コンベヤ１２０の長手方向にそって適切な位置に配置されている。この場合、スキャナ画像空間から異なる距離に配置された各トンネルセクション８６、８８に２つのセンサがある。センサ１、２は、入口トンネルセクション８６の内部にあり、センサ１は、スキャナよりも離れている。センサ３、４は、出口トンネルセクション８８の内部に配置され、センサ４は、スキャナよりもさらに離れている。物体が、セクション８６の中の検査トンネルに入ると、光ビーム１を遮断する。物体は、トンネルの下の方を移動して、センサ２に到着する。センサ１は、バッグの長さを測るために継続する。その長さは、センサ１の出力がノーマルに戻るときのポイントで判別される。センサ２が物体に遭遇すると、Ｘ線ビームをオンにする。Ｘ線ビームは、物体の後端部がセンサ３を通過するまで、オンに維持される。センサ３では、Ｘ線ビームは、第２の物体がセンサ２を通過しようとしていなければ、オフにされる。この場合、ビームは、第２の物体がスキャンされるまで、オンに維持される。センサ４は、Ｘ線システム１１００から次の手荷物取り扱いシステム、又は他の貨物取り扱いシステムまでに、物体の搬送を支援する。さらなる視認可能なインジケータは、適宜、セイフティインターロック、電気的パワー、及び他の機械パラメータの状況を警告する。
【００７５】
一の実施の形態において、Ｘ線システム１１００は、マン・マシン・インターフェースを備える。これは、ビデオスクリーンを含み、ビデオスクリーンを介して、スキャンニングプロセスについてのダイナミックステータス情報（システム内でスキャンされるべき物体の配置を含む）、検査結果と一緒にスキャンされるべき物体のタイプ及び量についての統計的な情報、及びソフトウエア及びハードウエア・リビジョンレベルを含むマシンステータス情報、電気的、計算的Ｘ線及びセンササブシステムステータス情報が提供される。一の実施の形態において、マン・マシーン・インターフェースは、当業者には周知であるように、タッチスクリーンインターフェースを効率良く備えている。オペレータに対して、利用可能な情報のいくつかのエレメントにアクセスするためにセキュリティコードの入力を要求する。
【００７６】
上記開示の実施の形態、他の特徴及び機能、又はその変形例を、必要に応じて組み合わせて、多数の他の異なるシステムや用途とすることができることを認めるべきである。さまざまな予見できない、又は予測できない、変形例、変更例、又はその改良が当業者によってなし得ることがあり、これらは、意図的に特許請求の範囲に含むものとする。特に、具体的な数字は例示であり、本発明は、上述に対して、改良、高い分解能、改良された信号対ノイズ比、低電圧、より高速なコンベヤ速度などを含み、これらの改善を表す範囲をも含むものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の点源から描画ボリュームを通過してＸ線を放射するように配置されたＸ線源手段と、
前記描画ボリュームの周囲に配置され、Ｘ線の検出に反応して検出器信号を出力するように配置されたＸ線検出器のアレイと、
物体を前記描画ボリュームを通過して走査方向に搬送するように配置された搬送手段と、
検出器信号を処理して物体の画像を定義する画像データセットを生成するプロセス手段と、
を有し、前記画像は、走査方向と直交する少なくとも１の方向の分解能に対して、走査方向においては少なくとも９０％の分解能を有することを特徴とするＸ線スキャナ。
【請求項２】
前記走査方向の分解能は、他の２つの方向の分解能と実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項３】
前記点源は、前記走査方向と直交する面内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線スキャナ。
【請求項４】
前記検出器のアレイは、前記走査方向に対して直交する共通の面内に配置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１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項５】
前記検出器のアレイは、前記走査方向において前記点源からオフセットされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項６】
前記検出器のアレイは、前記走査方向において少なくとも２つの検出器の幅であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項７】
前記検出器は、複数のリング状に配置され、リングは、各面内にあることを特徴とする請求項６に記載のＸ線スキャナ。
【請求項８】
前記面は、前記走査方向において互いに離間配置されていることを特徴とする請求項７に記載のＸ線スキャナ。
【請求項９】
検出器は円周方向に幅を有し、各検出器は、走査方向において隣接し且つ円周方向において互いにオフセットされていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１０】
各検出器は、円周方向に幅を有し、オフセットは幅未満であることを特徴とする請求項９に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１１】
一連のスキャンサイクルの各々において１回所定のシーケンスにおいて点源をアクティブにする制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１２】
制御手段は、スキャンサイクルの頻度を制御し、物体が、走査方向において検出器の間隔と等しい走査方向の距離を移動するためにスキャン周期の整数倍を要することを特徴とする請求項１１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１３】
整数は、１よりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１４】
スキャンサイクルの頻度は、可変であり、スキャン方向の分解能は、調整できることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１５】
制御手段は、複数の物体速度に対して走査方向に一定の分解能を提供するために、スキャンの頻度を調整することを特徴とする請求項１４に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１６】
搬送手段は、少なくとも０．１ｍ／ｓ、又は少なくとも０．５ｍ／ｓ、又は少なくとも１．０ｍ／ｓの速度で物体を搬送することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１７】
少なくとも５０、又は少なくとも８０、又は少なくとも１００の信号対ノイズ比を有する画像データセットを生成することを特徴とする請求項１から１６のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１８】
画像は、５ｍｍまたはそれ未満、又は４ｍｍまたはそれ未満、又は３ｍｍまたはそれ未満、又は２ｍｍまたはそれ未満、又は１．１ｍｍまたはそれ未満の走査方向のサイズを有するボクセルからなることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１９】
画像ボクセルは、５ｍｍまたはそれ未満、又は４ｍｍまたはそれ未満、又は３ｍｍまたはそれ未満、又は２ｍｍまたはそれ未満、又は１．１ｍｍまたはそれ未満の走査方向と直交する２つの方向にサイズを有することを特徴とする請求項１８に記載のＸ線スキャナ。
【請求項２０】
本体と前記本体内に収納されたスキャナとからなる車両を有し、
前記スキャナは、
複数の点源からＸ線を発生するように構成されたＸ線源手段と、
前記線源からのＸ線を検出するように構成されたＸ線検出器のアレイと、
描画空間をスキャンするために各線源を起動するように構成された制御手段と
を有することを特徴とするモバイルスキャンニングシステム。
【請求項２１】
さらに、物体をスキャナを通過して搬送するように構成されたコンベヤを有することを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
さらに、車両のサイドに接続されて、スキャナが使用されているときに車両のサイドを越えてコンベヤを延長するように配置された、少なくとも１つのコンベヤ延長部を有することを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記本体は、物体がスキャナへと入るときに通過する入力開口を画定することを特徴とする請求項２０から２２のいずれか１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記本体は、物体がスキャナから出るときに通過する出口開口を画定することを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１に記載のシステム。
【請求項２５】
本体は、スキャナを使用しないときに開口をカバーするように構成されたパネルを含むことを特徴とする請求項２３又は２４に記載のシステム。
【請求項２６】
スキャナは、請求項１から１９のいずれか１によるスキャナであることを特徴とする請求項２０から２５のいずれか１に記載のシステム。
【請求項２７】
スキャナ部と、
物体をスキャナ部に向けて搬送するように構成されたコンベヤからなる入力コンベヤ部と、
物体をスキャナ部から遠ざけるように移動させるように構成されたコンベヤからなる出力コンベヤ部と
を有し、コンベヤ部の少なくとも１つは、スキャナ部に着脱自在に接続されていることを特徴とするモジュラースキャナシステム。
【請求項２８】
コンベヤ部の少なくとも１つは、車輪に装着されていることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
スキャナ部は、車輪に装着されていることを特徴とする請求項２７又は２８に記載のシステム。
【請求項３０】
着脱自在に接続されたコンベヤ部及びスキャナ部は、互いに取り付けられたときに、コンベヤ部とスキャナ部との間を電気的に接続するように構成された電気コネクタをそれぞれ有することを特徴とする請求項２７から２９のいずれか１に記載のシステム。
【請求項３１】
コンベヤ部の一方は、本体と、本体内部に収納された固定コンベヤ部と、使用時には本体を越えて延在すると共に収納時には本体に向けて折りたたまれるように構成されたフォールディングコンベヤ部とを有することを特徴とする請求項２７から３０のいずれか１に記載のシステム。
【請求項３２】
スキャナは、請求項１から１９のいずれか１に記載のスキャナであることを特徴とする請求項２７から３１のいずれか１に記載のシステム。
【請求項３３】
複数の点源から描画空間を通過してＸ線を放射するように構成されたＸ線源手段と、
Ｘ線の検出に反応して検出器信号を出力するように構成されたＸ線検出器のアレイと、
点源の各々を順次起動する制御手段と、
検出信号を処理して、複数の物体の図の各々に相当する画像データセットを生成するプロセシング手段と、
複数の異なるユーザ入力を受け取るように構成されたユーザインターフェースと、
入力の各々に反応して映像の各々を表示するように構成されたディスプレイと、
を有することを特徴とするＸ線スキャナシステム。
【請求項３４】
プロセシング手段は、点源の各々に対して平面画像データセットを生成するように構成され、
表示手段は、平面画像データセットの各々に相当する平面画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
プロセシング手段は、３次元画像データセットを生成するように構成され、
表示手段は、３次元画像データセットに相当する３次元画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項３６】
プロセシング手段は、３次元画像データセットの複数を生成するように構成され、
表示手段は、３次元画像データセットの各々に相当する３次元画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
プロセッサは、３次元画像データを操作して、異なる方向からの物体の映像を表す複数の異なる画像データセット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３５に記載のシステム。
【請求項３８】
映像は、スキャナに対して所定の方向からのものであることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
プロセシング手段は、３次元画像データセットを解析して物体の向きを判別するように構成され、
映像は、物体に対して所定の方向からであることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
スキャナは、請求項１から１９のいずれか１に記載のスキャナであることを特徴とする請求項３３から３９のいずれか１に記載のシステム。
【請求項４１】
ユーザインターフェースは、各々がユーザ入力の対応する１つを受け取るように構成されている複数の入力部材からなることを特徴とする請求項３３から４０に記載のシステム。
【請求項４２】
Ｘ線線源と、
スキャンニング空間を画定するＸ線検出器のアレイと、
スキャンニング空間へと物体を搬送する入口側コンベヤ、及び物体をスキャンニング空間から運び出す出口側コンベヤと、
入力側コンベヤにおいて第１及び第２の位置で物体の存在を検出するように構成された第１及び第２の入口側センサと、
出口側コンベヤにおいて第１及び第２の位置で物体の存在を検出するように構成された第１及び第２の出口側センサと、
センサからの信号に反応してＸ線源の起動を制御するように構成された制御手段と、
を有することを特徴とするスキャナシステム。
【請求項４３】
Ｘ線検出器の最大８リングで、０．２５ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓの搬送速度で復元３次元Ｘ線画像を生成し、１時間当たり８０００〜３０００個のスループットに相当し、全次元において等空間分解能（２ｍｍ及びそれ以上）であり、復元画素サイズは、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、若しくはそれ以下であり、復元画像の信号対ノイズ比は、５０又はそれ以上であり、大抵は１００を越えることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項４４】
Ｘ線源及び検出器は、固定されていることを特徴とする請求項１から１９又は４３のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１】
複数の点源から描画ボリュームを通過してＸ線を放射するように配置されたＸ線源手段と、
前記描画ボリュームの周囲に配置され、Ｘ線の検出に反応して検出器信号を出力するように配置されたＸ線検出器のアレイと、
物体を前記描画ボリュームを通過して走査方向に搬送するように配置された搬送手段と、
検出器信号を処理して物体の画像を定義する画像データセットを生成するプロセス手段と、
を有し、前記画像は、走査方向と直交する少なくとも１の方向の分解能に対して、走査方向においては少なくとも９０％の分解能を有することを特徴とするＸ線スキャナ。
【請求項２】
前記走査方向の分解能は、他の２つの方向の分解能と実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項３】
前記点源は、前記走査方向と直交する面内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線スキャナ。
【請求項４】
前記検出器のアレイは、前記走査方向に対して直交する共通の面内に配置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１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項５】
前記検出器のアレイは、前記走査方向において前記点源からオフセットされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項６】
前記検出器のアレイは、前記走査方向において少なくとも２つの検出器の幅であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項７】
前記検出器は、複数のリング状に配置され、リングは、各面内にあることを特徴とする請求項６に記載のＸ線スキャナ。
【請求項８】
前記面は、前記走査方向において互いに離間配置されていることを特徴とする請求項７に記載のＸ線スキャナ。
【請求項９】
検出器は円周方向に幅を有し、各検出器は、走査方向において隣接し且つ円周方向において互いにオフセットされていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１０】
各検出器は、円周方向に幅を有し、オフセットは幅未満であることを特徴とする請求項９に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１１】
一連のスキャンサイクルの各々において１回所定のシーケンスにおいて点源をアクティブにする制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１２】
制御手段は、スキャンサイクルの頻度を制御し、物体が、走査方向において検出器の間隔と等しい走査方向の距離を移動するためにスキャン周期の整数倍を要することを特徴とする請求項１１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１３】
整数は、１よりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１４】
スキャンサイクルの頻度は、可変であり、スキャン方向の分解能は、調整できることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１５】
制御手段は、複数の物体速度に対して走査方向に一定の分解能を提供するために、スキャンの頻度を調整することを特徴とする請求項１４に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１６】
搬送手段は、少なくとも０．１ｍ／ｓ、又は少なくとも０．５ｍ／ｓ、又は少なくとも１．０ｍ／ｓの速度で物体を搬送することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１７】
少なくとも５０、又は少なくとも８０、又は少なくとも１００の信号対ノイズ比を有する画像データセットを生成することを特徴とする請求項１から１６のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１８】
画像は、５ｍｍまたはそれ未満、又は４ｍｍまたはそれ未満、又は３ｍｍまたはそれ未満、又は２ｍｍまたはそれ未満、又は１．１ｍｍまたはそれ未満の走査方向のサイズを有するボクセルからなることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項１９】
画像ボクセルは、５ｍｍまたはそれ未満、又は４ｍｍまたはそれ未満、又は３ｍｍまたはそれ未満、又は２ｍｍまたはそれ未満、又は１．１ｍｍまたはそれ未満の走査方向と直交する２つの方向にサイズを有することを特徴とする請求項１８に記載のＸ線スキャナ。
【請求項２０】
本体と前記本体内に収納されたスキャナとからなる車両を有し、
前記スキャナは、
複数の点源からＸ線を発生するように構成されたＸ線源手段と、
前記線源からのＸ線を検出するように構成されたＸ線検出器のアレイと、
描画空間をスキャンするために各線源を起動するように構成された制御手段と
を有することを特徴とするモバイルスキャンニングシステム。
【請求項２１】
さらに、物体をスキャナを通過して搬送するように構成されたコンベヤを有することを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
さらに、車両のサイドに接続されて、スキャナが使用されているときに車両のサイドを越えてコンベヤを延長するように配置された、少なくとも１つのコンベヤ延長部を有することを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記本体は、物体がスキャナへと入るときに通過する入力開口を画定することを特徴とする請求項２０から２２のいずれか１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記本体は、物体がスキャナから出るときに通過する出口開口を画定することを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１に記載のシステム。
【請求項２５】
本体は、スキャナを使用しないときに開口をカバーするように構成されたパネルを含むことを特徴とする請求項２３又は２４に記載のシステム。
【請求項２６】
スキャナは、請求項１から１９のいずれか１によるスキャナであることを特徴とする請求項２０から２５のいずれか１に記載のシステム。
【請求項２７】
スキャナ部と、
物体をスキャナ部に向けて搬送するように構成されたコンベヤからなる入力コンベヤ部と、
物体をスキャナ部から遠ざけるように移動させるように構成されたコンベヤからなる出力コンベヤ部と
を有し、コンベヤ部の少なくとも１つは、スキャナ部に着脱自在に接続されていることを特徴とするモジュラースキャナシステム。
【請求項２８】
コンベヤ部の少なくとも１つは、車輪に装着されていることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
スキャナ部は、車輪に装着されていることを特徴とする請求項２７又は２８に記載のシステム。
【請求項３０】
着脱自在に接続されたコンベヤ部及びスキャナ部は、互いに取り付けられたときに、コンベヤ部とスキャナ部との間を電気的に接続するように構成された電気コネクタをそれぞれ有することを特徴とする請求項２７から２９のいずれか１に記載のシステム。
【請求項３１】
コンベヤ部の一方は、本体と、本体内部に収納された固定コンベヤ部と、使用時には本体を越えて延在すると共に収納時には本体に向けて折りたたまれるように構成されたフォールディングコンベヤ部とを有することを特徴とする請求項２７から３０のいずれか１に記載のシステム。
【請求項３２】
スキャナは、請求項１から１９のいずれか１に記載のスキャナであることを特徴とする請求項２７から３１のいずれか１に記載のシステム。
【請求項３３】
複数の点源から描画空間を通過してＸ線を放射するように構成されたＸ線源手段と、
Ｘ線の検出に反応して検出器信号を出力するように構成されたＸ線検出器のアレイと、
点源の各々を順次起動する制御手段と、
検出信号を処理して、複数の物体の図の各々に相当する画像データセットを生成するプロセシング手段と、
複数の異なるユーザ入力を受け取るように構成されたユーザインターフェースと、
入力の各々に反応して映像の各々を表示するように構成されたディスプレイと、
を有することを特徴とするＸ線スキャナシステム。
【請求項３４】
プロセシング手段は、点源の各々に対して平面画像データセットを生成するように構成され、
表示手段は、平面画像データセットの各々に相当する平面画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
プロセシング手段は、３次元画像データセットを生成するように構成され、
表示手段は、３次元画像データセットに相当する３次元画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項３６】
プロセシング手段は、３次元画像データセットの複数を生成するように構成され、
表示手段は、３次元画像データセットの各々に相当する３次元画像を表示するように構成されていることを特徴とする請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
プロセッサは、３次元画像データを操作して、異なる方向からの物体の映像を表す複数の異なる画像データセット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３５に記載のシステム。
【請求項３８】
映像は、スキャナに対して所定の方向からのものであることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
プロセシング手段は、３次元画像データセットを解析して物体の向きを判別するように構成され、
映像は、物体に対して所定の方向からであることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
スキャナは、請求項１から１９のいずれか１に記載のスキャナであることを特徴とする請求項３３から３９のいずれか１に記載のシステム。
【請求項４１】
ユーザインターフェースは、各々がユーザ入力の対応する１つを受け取るように構成されている複数の入力部材からなることを特徴とする請求項３３から４０に記載のシステム。
【請求項４２】
Ｘ線線源と、
スキャンニング空間を画定するＸ線検出器のアレイと、
スキャンニング空間へと物体を搬送する入口側コンベヤ、及び物体をスキャンニング空間から運び出す出口側コンベヤと、
入力側コンベヤにおいて第１及び第２の位置で物体の存在を検出するように構成された第１及び第２の入口側センサと、
出口側コンベヤにおいて第１及び第２の位置で物体の存在を検出するように構成された第１及び第２の出口側センサと、
センサからの信号に反応してＸ線源の起動を制御するように構成された制御手段と、
を有することを特徴とするスキャナシステム。
【請求項４３】
Ｘ線検出器の最大８リングで、０．２５ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓの搬送速度で復元３次元Ｘ線画像を生成し、１時間当たり８０００〜３０００個のスループットに相当し、全次元において等空間分解能（２ｍｍ及びそれ以上）であり、復元画素サイズは、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ、若しくはそれ以下であり、復元画像の信号対ノイズ比は、５０又はそれ以上であり、大抵は１００を越えることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【請求項４４】
Ｘ線源及び検出器は、固定されていることを特徴とする請求項１から１９又は４３のいずれか１に記載のＸ線スキャナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公表番号】特表２０１２−５１８７８２（Ｐ２０１２−５１８７８２Ａ）
【公表日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５０６５７（Ｐ２０１１−５５０６５７）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／０５０３１８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９７６２１
【国際公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（５０５３９６１１０）シーエックスアール リミテッド (16)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／０５０３１８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９７６２１
【国際公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（５０５３９６１１０）シーエックスアール リミテッド (16)
【Ｆターム（参考）】
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