(57)【要約】  本明細書において教示されているシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、ボクセルの3次元配列の部分集合を処理して、対象物における関心領域の画像を形成する。こうして形成される画像は鮮明であり、わかりやすく、コンテキストをよく示す。本明細書において教示されているシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、関心領域によって定義されている視線方向に垂直な方向に沿って関心領域を表すボクセルの部分集合を選択する。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表す。
2019522775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の画像を形成する方法であって、
少なくとも1つの処理ユニットを使用して、対象物を表すボクセルの3次元配列を受け取るステップと、
前記少なくとも1つの処理ユニットを使用して、前記対象物の関心領域(ROI)を表す前記配列からボクセルの部分集合を選択するステップであって、ボクセルの前記部分集合は、前記対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表し、ボクセルの前記部分集合は、前記ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される、ステップと、
ボクセルの前記部分集合を処理することによって前記ROIの画像を形成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
グラフィックユニットを使用して、前記ROIの前記画像をレンダリングするステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記対象物内の密輸品を検出するための検出アルゴリズムを備えたコンピューティングデバイスを使用して、前記ROIの前記画像を処理するステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
ボクセルの前記配列が、断層画像法を使用して得られる測定データから生成される前記対象物のデータを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
ボクセルの前記部分集合を処理することによって前記ROIの画像を形成する前記ステップが、
前記視線方向に沿ってボクセルの前記部分集合に含まれる前記対象物のデータを総和するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
ボクセルの前記部分集合を処理することによって前記ROIの画像を形成する前記ステップが、
前記視線方向に沿ってボクセルの前記部分集合に含まれる前記対象物のデータを平均するステップ
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
ボクセルの前記部分集合を処理することによって前記ROIの画像を形成する前記ステップが、
前記視線方向に沿ってボクセルの前記部分集合から除外された前記対象物のデータを総和して第1の2次元データセットを作成するステップと、
前記視線方向に沿ってすべてのボクセルからの前記対象物のデータを総和して第2の2次元データセットを作成するステップと、
前記第1の2次元データセットを前記第2の2次元データセットから減算するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
ボクセルの前記部分集合を処理することによって前記ROIの画像を形成する前記ステップが、
前記視線方向に沿ってボクセルの前記部分集合から除外された前記対象物のデータを総和して第1の2次元データセットを作成するステップと、
ラインスキャン撮像技術を使用して得られる測定データから生成された第2の2次元データセットを受信するステップと、
前記第1の2次元データセットを前記第2の2次元データセットから減算するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
ボクセルの前記3次元配列を直交座標系から前記視線方向に整列された透視座標系にリサンプリングするステップ
をさらに含む、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
ボクセルの前記部分集合内のボクセルの寸法は、約0.1mmから5mmの間を表す、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
ボクセルの前記部分集合内の前記ボクセルの前記寸法は、約1mmを表す、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記対象物の前記複数のスライス画像がすべて隣接する、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
ボクセルの前記部分集合がボクセルの第1の部分集合であり、前記ROIが第1のROIである、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも1つの処理ユニットを使用して、前記対象物の第2の関心領域(ROI)を表す前記配列からボクセルの第2の部分集合を選択するステップであって、ボクセルの前記第2の部分集合は、前記対象物の第2の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表し、ボクセルの前記第2の部分集合は、前記第2のROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される、ステップと、
ボクセルの前記第2の部分集合を処理することによって前記第2のROIの画像を形成するステップと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
ボクセルの前記第1の部分集合の少なくとも1つのボクセルは、ボクセルの前記第2の部分集合にも含まれる、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
ボクセルの前記第1の部分集合に含まれるボクセルの少なくとも50%は、ボクセルの前記第2の部分集合にも含まれる、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
グラフィックユニットを使用して、ユーザコントロールに従って前記第1のROIの前記画像および前記第2のROIの前記画像をディスプレイ上にレンダリングするステップ
をさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1のROIの前記画像および前記第2のROIの前記画像が同時にレンダリングされる、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記第1のROIの前記画像および前記第2のROIの前記画像が異なるタイミングでレンダリングされる、請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
前記ユーザコントロールが、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)上にレンダリングされる、請求項17に記載の方法。
【請求項２１】
前記ユーザコントロールが、スライダーバー、ボタン、ジェスチャに応答するジェスチャ要素、またはマウスコントロール要素のうちのいずれかである、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記視線方向が、ユーザによって選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項２３】
前記ROIの配置が、ユーザによって選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項２４】
ボクセルの前記3次元配列の座標軸を回転させて前記視線方向に整列させるステップ
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項２５】
前記対象物のエッジを示すスライス画像を決定するステップと、
ボクセルの前記部分集合から当該スライスを超えるボクセルを除外するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項２６】
前記対象物のエッジを示すスライス画像を決定する前記ステップが、
ボクセルの前記3次元配列内のデータの総和の99%から100%の間を包含するボクセルの前記配列の部分体積のエッジにおけるスライスを決定するステップ
を含む、請求項25に記載の方法。
【請求項２７】
注目する物品に対応する前記ROIの前記画像内のタグ付き領域を受け取るステップと、
グラフィックユニットを使用して、前記タグ付き領域の画像をレンダリングするステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項２８】
前記タグ付き領域は、バウンディングボックスをドラッグして前記タグ付き領域を定義することによってユーザによって識別される、請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
注目する物品に対応する前記ROIの前記画像内のタグ付き領域を受け取るステップと、
メモリ内に、前記対象物内の前記タグ付き領域の位置に関係するデータを保存するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３０】
前記タグ付き領域は、バウンディングボックスをドラッグして前記タグ付き領域を定義することによってユーザによって識別される、請求項29に記載の方法。
【請求項３１】
対象物の測定データを取得するための撮像装置と、
メモリに通信可能に接続されている、中央演算処理装置を有するプログラム可能処理ユニットであって、プロセッサ実行可能命令の実行時に、
前記対象物を表すボクセルの3次元配列を受け取り、
前記対象物の関心領域(ROI)を表す前記配列からボクセルの部分集合を選択し、ボクセルの前記部分集合は、前記対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分の部分集合を表し、ボクセルの前記部分集合は、前記ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択され、
ボクセルの前記部分集合を処理することによって前記ROIの画像を形成する
ように動作するプログラム可能処理ユニットと
を備える撮像システム。
【請求項３２】
前記プログラム可能処理ユニットが、グラフィックユニットを使用して、前記ROIの前記画像をレンダリングする命令をさらに実行する、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項３３】
前記プログラム可能処理ユニットが、前記ROIの前記画像を処理して注目する前記対象物内の密輸品を検出するための命令をさらに実行する、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項３４】
前記撮像装置が、断層画像法を使用して測定データを生成する、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項３５】
前記撮像装置が、
X線の放射線ビームで対象物の少なくとも一部を照射するためのX線源と、
X線と前記対象物の前記少なくとも一部との相互作用を示す測定データを検出するための検出器配列と
を備える、請求項34に記載の撮像システム。
【請求項３６】
前記プログラム可能処理ユニットが、直接再構成法、反復再構成法、またはその両方の技術を前記測定データに適用することによって前記対象物を表すボクセルの前記3次元配列を生成する、請求項35に記載の撮像システム。
【請求項３７】
前記プログラム可能処理ユニットが、メモリからボクセルの前記3次元配列を受け取る、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項３８】
前記ROIの前記画像を形成するためにボクセルの前記部分集合を処理することが、
前記視線方向に沿ってボクセルの前記部分集合に含まれる前記対象物のデータを総和すること
を含む、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項３９】
前記ROIの前記画像を形成するためにボクセルの前記部分集合を処理することが、
前記視線方向に沿ってボクセルの前記部分集合に含まれる前記対象物のデータを平均すること
を含む、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項４０】
前記ROIの前記画像を形成するためにボクセルの前記部分集合を処理することが、
前記視線方向に沿ってボクセルの前記部分集合から除外された前記対象物のデータを総和して第1の2次元データセットを作成することと、
前記視線方向に沿ってすべてのボクセルからの前記対象物のデータを総和して第2の2次元データセットを作成することと、
前記第1の2次元データセットを前記第2の2次元データセットから減算することと
を含む、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項４１】
前記ROIの前記画像を形成するためにボクセルの前記部分集合を処理することが、
前記視線方向に沿ってボクセルの前記部分集合から除外された前記対象物のデータを総和して第1の2次元データセットを作成することと、
ラインスキャン撮像技術を使用して得られる測定データから生成された第2の2次元データセットを受信することと、
前記第1の2次元データセットを前記第2の2次元データセットから減算することと
を含む、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項４２】
前記プログラム可能処理ユニットが、ボクセルの前記3次元配列を直交座標系から前記視線方向に整列された透視座標系にリサンプリングするようにさらに動作する、請求項41に記載の撮像システム。
【請求項４３】
ボクセルの前記部分集合内のボクセルの寸法は、約0.1mmから5mmの間を表す、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項４４】
ボクセルの前記部分集合内の前記ボクセルの前記寸法は、約1mmを表す、請求項43に記載の撮像システム。
【請求項４５】
前記対象物の前記複数のスライス画像がすべて隣接する、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項４６】
ボクセルの前記部分集合がボクセルの第1の部分集合であり、前記ROIが第1のROIである、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項４７】
前記プログラム可能処理ユニットが、
前記対象物の第2の関心領域(ROI)を表す前記配列からボクセルの第2の部分集合を選択する命令であって、ボクセルの前記第2の部分集合は、前記対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分の部分集合を表し、ボクセルの前記第2の部分集合は、前記第2のROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される、命令と、
ボクセルの前記第2の部分集合を処理することによって前記第2のROIの画像を形成する命令と
をさらに実行する、請求項46に記載の撮像システム。
【請求項４８】
ボクセルの前記第1の部分集合の少なくとも1つのボクセルは、ボクセルの前記第2の部分集合にも含まれる、請求項47に記載の撮像システム。
【請求項４９】
ボクセルの前記第1の部分集合に含まれるボクセルの少なくとも50%は、ボクセルの前記第2の部分集合にも含まれる、請求項48に記載の撮像システム。
【請求項５０】
前記プログラム可能処理ユニットが、グラフィックユニットを使用して、ユーザコントロールに従って前記第1のROIの前記画像および前記第2のROIの前記画像をディスプレイ上にレンダリングするようにさらに動作する、請求項47に記載の撮像システム。
【請求項５１】
前記第1のROIの前記画像および前記第2のROIの前記画像が同時にレンダリングされる、請求項50に記載の撮像システム。
【請求項５２】
前記第1のROIの前記画像および前記第2のROIの前記画像が異なるタイミングでレンダリングされる、請求項51に記載の撮像システム。
【請求項５３】
前記ユーザコントロールが、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)上にレンダリングされる、請求項50に記載の撮像システム。
【請求項５４】
前記ユーザコントロールが、スライダーバー、ボタン、ジェスチャに応答するジェスチャ要素、またはマウスコントロール要素のうちのいずれかを含む、請求項53に記載の撮像システム。
【請求項５５】
前記視線方向が、ユーザによって選択される、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項５６】
前記ROIの配置が、ユーザによって選択される、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項５７】
前記プログラム可能処理ユニットが、ボクセルの前記3次元配列の座標軸を回転させて前記視線方向に整列させるようにさらに動作する、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項５８】
前記プログラム可能処理ユニットが、
前記対象物のエッジを示すスライス画像を決定し、
ボクセルの前記部分集合から当該スライスを超えるボクセルを除外する
ようにさらに動作する、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項５９】
前記対象物の前記エッジを示す前記スライス画像を決定することが、
ボクセルの前記3次元配列内のデータの総和の99%から100%の間を包含するボクセルの前記配列の部分体積のエッジにおけるスライスを決定すること
を含む、請求項58に記載の撮像システム。
【請求項６０】
前記プログラム可能処理ユニットが、
注目する物品に対応する前記ROIの前記画像内のタグ付き領域を受け取り、
グラフィックユニットを使用して、前記タグ付き領域の画像をレンダリングする
ようにさらに動作する、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項６１】
前記タグ付き領域は、バウンディングボックスをドラッグして前記タグ付き領域を定義することによってユーザによって識別される、請求項60に記載の撮像システム。
【請求項６２】
前記プログラム可能処理ユニットが、
注目する物品に対応する前記ROIの前記画像内のタグ付き領域を受け取り、
メモリ内に、前記対象物内の前記タグ付き領域の位置に関係するデータを保存する
ようにさらに動作する、請求項31に記載の撮像システム。
【請求項６３】
前記タグ付き領域は、バウンディングボックスをドラッグして前記タグ付き領域を定義することによってユーザによって識別される、請求項62に記載の撮像システム。
【請求項６４】
ディスプレイ上に、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)ウィンドウをレンダリングして、対象物の画像を表示するステップと、
前記GUIの1つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェース要素を介して、前記対象物における関心領域(ROI)の識別を受け取るステップと、
前記ROIの前記識別に応答して、前記対象物を表すボクセルの3次元配列からのボクセルの部分集合を処理して前記ROIの画像を形成するステップであって、ボクセルの前記部分集合は、前記対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表し、ボクセルの前記部分集合は、前記ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される、ステップと、
前記ROIの前記画像を前記GUIウィンドウ内にレンダリングするステップと、
前記GUIを介して、前記ROIの前記画像を操作する入力を受け取るステップと
を含むコンピュータ実装方法。
【請求項６５】
前記1つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェース要素が、スライダーバー、ボタン、ジェスチャに応答するジェスチャ要素、またはマウスコントロール要素のうちのいずれかを含む、請求項64に記載のコンピュータ実装方法。
【請求項６６】
前記GUIの1つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェース要素のうちの1つが、ユーザが前記ROIの寸法を選択することを可能にする、請求項64に記載のコンピュータ実装方法。
【請求項６７】
前記GUIを介して、注目する物品に対応する前記ROIの前記画像内の領域にタグ付けする入力を受け取るステップと、
グラフィックユニットを使用して、タグ付き領域の画像をレンダリングするステップと
をさらに含む、請求項64に記載のコンピュータ実装方法。
【請求項６８】
前記タグ付き領域は、バウンディングボックスをドラッグして前記タグ付き領域を定義することによってユーザによって識別される、請求項67に記載の方法。
【請求項６９】
前記GUIを介して、注目する物品に対応する前記ROIの前記画像内の領域にタグ付けする入力を受け取るステップと、
メモリ内に、前記対象物内のタグ付き領域の位置に関係するデータを保存するステップと
をさらに含む、請求項64に記載のコンピュータ実装方法。
【請求項７０】
前記タグ付き領域は、バウンディングボックスをドラッグして前記タグ付き領域を定義することによってユーザによって識別される、請求項69に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その全内容が参照により本明細書に組み込まれている、2016年5月6日に出願した米国仮出願第62/332,859号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
X線コンピュータ断層画像法、核磁気共鳴画像法(MRI)、陽電子放出断層画像法(PET)、および多くの他の技術を含む撮像技術は、医学画像および貨物検査など様々な用途に広く使用されてきている。撮像技術は、3次元のボクセルの配列上で対象物の特性を測定するステップを伴う。たとえば、X線撮像技術は、X線放射線ビームを撮像されるべき対象物に向けるステップと、対象物を通して受けたX線の強度を測定するステップとを伴う。X線ビームの減衰は、質量密度または実効原子番号などの対象物の材料特性に依存する。撮像技術を使用して、対象物の3次元または投影2次元画像を再構成することが可能である。
【０００３】
セキュリティ用途では、3次元体積または2次元投影画像は、手荷物または貨物の中に隠されている不審なまたは危険な対象物、たとえば、密輸品を検出するために使用され得る。医療用途では、3次元体積または2次元投影画像は、生物有機体内の疾患または怪我に関係する有機もしくは無機構造物を検出するために使用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書において教示されるのは、ボクセルの3次元配列の部分集合を処理することによって対象物における1つまたは複数の関心領域の画像を形成するためのシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体である。対象物における関心領域は、密輸品または疾患もしくは怪我に関係する有機もしくは無機構造物を含み得る。本明細書において教示されているシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体を使用して形成される画像は、鮮明であり、わかりやすく、コンテキストをよく示す。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で教示されているいくつかの実施形態では、対象物の画像を形成する方法が開示されている。この方法は実行されると、少なくとも1つの処理ユニットを使用して、対象物を表すボクセルの3次元配列を受け取る。この方法は実行されると、少なくとも1つの処理ユニットを使用して、対象物の関心領域(region of interest、ROI)を表す配列からボクセルの部分集合を選択する。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像(image slice)の1つまたは複数の部分を表し、ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される。この方法は実行されると、ボクセルの部分集合を処理することによってROIの画像を形成する。
【０００６】
本明細書において教示されているいくつかの実施形態において、撮像装置およびプログラム可能処理ユニットを備える撮像システムが開示されている。撮像装置は、対象物の測定データを取得する。プログラム可能処理ユニットは、メモリに通信可能に接続されている中央演算処理装置を有する。プロセッサ実行可能命令の実行時に、プログラム可能処理ユニットは、対象物を表すボクセルの3次元配列を受け取るように動作する。処理ユニットは、対象物の関心領域(ROI)を表す配列からボクセルの部分集合を選択するようにプログラム可能でもある。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分の部分集合を表し、ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される。処理ユニットは、ボクセルの部分集合を処理することによってROIの画像を形成するようにプログラム可能でもある。
【０００７】
本明細書において教示されているいくつかの実施形態において、コンピュータ実装方法が開示されている。コンピュータ実装方法は実行されると、ディスプレイ上に、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)をレンダリングして、対象物の画像を表示する。コンピュータ実装方法は実行されると、GUIの1つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェース要素を介して、対象物における関心領域の識別を受け取る。コンピュータ実装方法は実行されると、関心領域の識別に応答して、対象物を表すボクセルの3次元配列からのボクセルの部分集合を処理してROIの画像を形成する。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表し、関心領域によって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される。コンピュータ実装方法は実行されると、ROIの画像をGUIのウィンドウ内にレンダリングする。コンピュータ実装方法は実行されると、GUIを介して、ROIの画像を操作するための入力を受け取る。
【０００８】
当業者であれば、図面はもっぱら例示することを目的としており、本明細書で説明されている主題の範囲を制限することを意図されていないことを理解するだろう。図面は、必ずしも縮尺通りでなく、いくつかの場合において、本明細書で開示されている主題の様々な態様は、異なる特徴を理解しやすくするために図面内では誇張されるか、または拡大されて示されていることがある。図面内では、類似の参照文字は、一般的に、類似の特徴(たとえば、機能的に類似するか、または構造的に類似する要素)を指す。
【０００９】
本開示によって提供される前述の特徴および他の特徴ならびに利点は、添付図面と一緒に読んだときに例示的な実施形態の次の説明からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】投影画像を生成する際に使用するためのボクセルの3次元配列のスライスの従来技術の選択を例示する図である。
【図２】本開示のいくつかの実施形態による対象物の1つまたは複数の関心領域の一部分の1つまたは複数の投影画像をレンダリングする際に使用するボクセルの部分集合を形成するボクセルの3次元配列のスライスの例示的なグループ化を示す図である。
【図３】本開示のいくつかの実施形態による対象物の1つまたは複数の関心領域の一部分の1つまたは複数の投影画像をレンダリングする際に使用するボクセルの部分集合を形成するボクセルの3次元配列のスライスの例示的なグループ化を示す図である。
【図４】本開示のいくつかの実施形態による対象物の1つまたは複数の関心領域の一部分の1つまたは複数の投影画像をレンダリングする際に使用するボクセルの部分集合を形成するボクセルの3次元配列のスライスの例示的なグループ化を示す図である。
【図５】本開示のいくつかの実施形態による対象物の一部の投影画像をレンダリングする例示的な方法を示す図である。
【図６】本開示のいくつかの実施形態による対象物の画像を形成するためのフローチャートである。
【図７】本開示のいくつかの実施形態による対象物の画像を形成するためのフローチャートである。
【図８】本開示のいくつかの実施形態による対象物の1つまたは複数の関心領域の1つまたは複数の投影画像を表示するグラフィカルユーザインターフェースウィンドウを示す図である。
【図９】本開示のいくつかの実施形態による対象物の1つまたは複数の関心領域の一部分の1つまたは複数の投影画像を表示するグラフィカルユーザインターフェースウィンドウを示す図である。
【図１０】密輸品を含む対象物の従来技術の完全な投影画像を示す図である。
【図１１】密輸品を含む図10の対象物の従来技術の単一スライス投影画像を示す図である。
【図１２】本明細書で教示されているような密輸品を含む図10および図11の対象物の関心領域の画像を示す図である。
【図１３】本開示の実施形態による、例示的なコンピューティングデバイスを示す図である。
【図１４】本開示のいくつかの実施形態により、対象物の測定データを取得し、対象物の一部分の投影画像を生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図１５】本開示のいくつかの実施形態により、対象物の測定データを取得し、対象物の一部分の投影画像を生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図１６】本開示のいくつかの実施形態により、対象物の測定データを取得し、対象物の一部分の投影画像を生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図１７】本開示のいくつかの実施形態により、対象物の測定データを取得し、対象物の一部分の投影画像を生成するための例示的なシステムを示す図である。
【図１８Ａ】本開示の実施形態による、例示的なガントリシステムを示す図である。
【図１８Ｂ】本開示の実施形態による、例示的なガントリシステムを示す図である。
【図１９】本開示のいくつかの実施形態による、システムおよびデバイスに対する例示的なX線源および検出器の幾何学的形状および関係を示す図である。
【図２０】本開示のいくつかの実施形態による、システムおよびデバイスに対する例示的なX線源および検出器の幾何学的形状および関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書において教示されているシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、ボクセルの3次元配列の部分集合を処理して、対象物における関心領域(ROI)の画像を形成する。本明細書において教示されているシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体を使用して形成される画像は、鮮明であり、わかりやすく、コンテキストをよく示す。本明細書の教示に従って形成された画像は、観察者、たとえば、医療従事者、警備員、または他の人々が調査対象の対象物の関心領域を選択し、ROIの画像を形成するために処理されるROIを表すボクセルの部分集合を有することを可能にする。システム、方法、およびコンピュータ可読媒体は、観察者またはコンピュータの画像処理アルゴリズムによって解釈可能な選択されたROIの2次元画像をレンダリングすることができる。本明細書において教示されているシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、関心領域によって定義されている視線方向に垂直な方向に沿って関心領域を表すボクセルの部分集合を選択する。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表す。
【００１２】
本明細書で教示されているシステム、方法、およびコンピュータ可読媒体は、ボクセルデータを収集するために使用されるX線システムの種類に関係なくボクセルの任意の3次元配列に適用可能である。本明細書において教示されているように、ボクセルの任意の3次元配列は、改善された品質および解像度を有する画像を生成しレンダリングしてそれらの中に含まれる対象物の識別および調査を円滑にするために本明細書で教示されているように処理され得る。
【００１３】
本明細書において説明されているように、「対象物」は、物理的質量および物理的質量を囲む空間を含む体積を包含する。「対象物」という用語は、特定の物理的対象物の範囲に限定されず、1つまたは複数の物理的対象物、空の空間、またはその両方を含み得る体積としてみなされるべきである。X線コンピュータ断層画像システムに関係する本明細書で開示されている実施形態において、「対象物」は、限定はしないが、袋、箱、もしくは検査対象の他の容器などの物品、袋、箱、もしくは他の容器内に配設されている物品、物品が通過するトンネルもしくは走査領域の内部体積の一部、人体もしくはその一部、または動物の体およびその一部を含み得る。
【００１４】
本明細書で説明されているように、「関心領域」は、対象物を表すボクセルの3次元配列から撮像されるべきボクセルの任意の部分集合であってよい。特に、「関心領域」という用語は、1つもしくは複数の物品または1つもしくは複数の対象物、空の空間、またはその両方を含むことができ、密輸品または骨格系の一部などの物品を含む対象物内の位置に限定されない。様々な実施形態において、関心領域は、コンピューティングシステムのインタラクティブユーザ要素を使用してユーザによって識別され得るか、またはコンピュータ実装方法の実装形態に基づき識別され得る。
【００１５】
本明細書で説明されているように、ボクセルの3次元配列の「スライス」または「スライス画像」は、ボクセルの3次元配列の座標軸(たとえば、同じx値、y値、またはz値)に沿って同じ座標値を有する複数のボクセルであり得る。いくつかの実施形態において、「スライス」または「スライス画像」は、ボクセルの3次元配列の座標軸に沿って平面内に置かれているボクセルの3次元配列のボクセルに対応し得る。
【００１６】
広範な画像再構成技術の一部として、複数のボクセルを含む対象物の3次元体積表現が生成される。複数のボクセルは、密度、実効原子番号、または電子スピン緩和時間などの対象物の物理的特性を表すデータを含む。複数のボクセルは、体積的に、またはデータを2次元に投影することによって可視化され得る。2次元投影画像を生成する方法は、視線方向を表す軸に沿ってボクセルの3次元配列全体を折り畳むか、または視線方向を表す軸(すなわち、x軸、y軸、z軸、または体積の座標系に関して任意の他の方向)に沿って同じ値を有するボクセルのうちのいくつかまたはすべてを含むボクセルの3次元配列の単一のスライスを選択するステップを含む。ボクセルの3次元配列全体を折り畳むことによって生成される画像は、人間またはマシンの観察者が直観的に認識し理解することができる特徴を含む。しかしながら、ボクセルの3次元配列全体を折り畳むステップは雑然とした画像を生成し、視線方向に沿って異なる深度の特徴は重なり合い、投影画像内で概して区別できなくなる。
【００１７】
逆に、単一のスライスはよりクリーンな画像を提供し、ピクセルは対象物の特性の個別の物理的測定に直接対応する。しかしながら、単一のスライス画像は、画像内に示されているものを観察者が識別するのを助ける追加のコンテキストは提供されていないので人間およびマシンの観察者にとってはあまり直観的でない。したがって、単一のスライス画像を提供する撮像システムのユーザは、単一スライス画像で提供される視覚的情報を解釈する仕方を理解するために広範な訓練を必要とする。それに加えて、単一のスライスを使用して対象物全体を見るのは、対象物においてスライス画像が数が多くなるので非常に時間がかかる。高スループットが不可欠であるセキュリティコンテキストなどのコンテキストでは、対象物の単一のスライスを1つずつ通るため受け入れがたいほどの長い時間を要することがある。
【００１８】
本明細書で開示されているのは、対象物を表すボクセルの3次元配列から直観的で視覚的に解析可能な2次元投影画像を提供するための方法、システム、および非一時的コンピュータ可読媒体である。本明細書で説明されている2次元投影画像を提供するシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、人間またはマシンの観察者に対して理解しやすさを高く保ちながら特徴の明瞭に分離されたビューを対象物内にもたらすことによって2次元画像を生成する以前の方法を改善する。
【００１９】
本開示のシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、対象物の関心領域(ROI)を表すボクセルの3次元配列からのボクセルの部分集合を選択する。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表し、ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される。ROIの画像は、ボクセルの部分集合を処理することによって形成され得る。本明細書において説明されているシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体を使用してレンダリングされた画像は、単一の整っている状態を見せながら体積データセット全体を折り畳む投影画像のコンテキストおよび直観性を保持する。
【００２０】
いくつかの実施形態において、ボクセルの部分集合の選択は、追加の関心領域を表すために複数回実行され得る。たとえば、ROIを表すボクセルの部分集合は第1のROIを表すボクセルの第1の部分集合であってよい。これらの実施形態において、本明細書において説明されているシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、第2のROIを表すボクセルの3次元配列からのボクセルの第2の部分集合をさらに選択することができる。これらの実施形態のシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、グラフィックユニットを使用して、ユーザコントロールに従って第1のROIの画像および第2のROIの画像をディスプレイ上にさらにレンダリングすることができる。様々な実施形態において、第2のROIの画像は、第1のROIの画像と異なる。
【００２１】
図1は、ボクセルの3次元配列100から単一のスライス101を選択することによって投影画像を生成するボクセルを選択するための従来技術の方式を示している。この従来の方法を使用することによって生成される投影画像は、単一のスライス内の対象物データからなる。対象物内の特徴は、常に視線方向に整列されているとは限らないので、投影画像内に見える対象物における特徴の薄いセクションは、コンテキストの欠如のせいで人間またはマシンの観察者によって認識不可能であるか、または誤分類され得る。その結果、ユーザは、対象物における密輸品を見逃す可能性がある。単一のスライスの画像の一例が、図11に示されている。
【００２２】
図2〜図4は、本開示のいくつかの実施形態による対象物の1つまたは複数の関心領域の一部分の1つまたは複数の投影画像をレンダリングする際に使用するボクセルの3次元配列のボクセルの部分集合を例示している。図2〜図4に示されているボクセルの各3次元配列200、300、400は、それぞれ、いくつかの実施形態において、断層画像法を使用して得られる測定データから生成される再構成された体積データセットであってよい。いくつかの実施形態において、測定データは、X線と対象物との相互作用を示し得る。いくつかの実施形態において、ボクセルの配列内の各ボクセルの寸法は、0.1mmから10mmの範囲内にあるものとしてよい。いくつかの実施形態において、ボクセルの配列内の各ボクセルの寸法は、1mmであるものとしてよい。ボクセルの3次元配列は、1つもしくは複数の直接再構成法、1つもしくは複数の反復再構成法、または直接再構成法と反復再構成法の組合せを使用して測定データから生成され得る。いくつかの実施形態において、ボクセルの3次元配列は、古典的には完全である方法を使用して再構成され得る(すなわち、πライン完全(pi-line complete)であるか、または対象物の周り180度を含む走査経路にわたって収集される測定データから生成される)。いくつかの実施形態において、ボクセルの3次元配列は、古典的には不完全である方法を使用して再構成され得る(すなわち、対象物の周り180度未満である走査経路にわたって取得された測定データから生成される)。いくつかの実施形態において、ボクセルの3次元配列は、核磁気共鳴画像(MRI)法、陽電子放出断層画像(PET)法、またはボクセルの3次元配列の形態でデータを生成することができる任意の他の好適な断層撮影法から得られる対象物データを含み得る。
【００２３】
図2において、ボクセルの3次元配列200は、複数のスライス画像202a〜202fに分割されている。いくつかの実施形態によれば、ボクセルの3次元配列200は、ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択された配列200からボクセルの部分集合によって表される1つまたは複数の関心領域(ROI)を含むことができる。たとえば、ボクセルの配列200は、第1のROIを表すボクセルの第1の部分集合230a、第2のROIを表すボクセルの第2の部分集合230b、および第3のROIを表すボクセルの第3の部分集合230cを含むことができる。図2にはボクセルの3つの部分集合230a〜230cが示されているが、好適な数の部分集合がボクセルの3次元配列200から選択され得る。1つまたは複数のROIを表すボクセルの部分集合230a〜230cを処理することによって、ROIのうちの1つまたは複数の画像が形成され得る。様々な実施形態において、これらのROIのうちの1つまたは複数のROIの1つまたは複数の画像は、グラフィックユニットを使用してレンダリングされ得る。いくつかの実施形態において、これらのROIのうちの1つまたは複数のROIの1つまたは複数の画像は、対象物内の密輸品または人間もしくは動物体内の対象物もしくは物品を検出するために、コンピューティングデバイスを使用して処理され得る。
【００２４】
いくつかの実施形態において、ROIの各々を表すボクセルの部分集合230a〜230cは、複数のスライス画像202a〜202fの1つまたは複数の部分を表すことができる。たとえば、第1のROIを表すボクセルの部分集合230aは、第1のスライス202aおよび第2のスライス画像202bの1つまたは複数の部分を表すことができる。第2のROIを表すボクセルの部分集合230bは、第3のスライス画像202cおよび第4のスライス画像202dの1つまたは複数の部分を表すことができる。第3のROIを表すボクセルの部分集合230cは、第5のスライス画像202eおよび第6のスライス画像202fの1つまたは複数の部分を表すことができる。図2に示されているように、ボクセルの第1の部分集合230aおよびボクセルの第2の部分集合230bは隣接するものとしてよい。いくつかの実施形態において、ボクセルの部分集合は、複数のスライス202a〜202fのうちの1つまたは複数に含まれるすべてに満たないボクセルを含むことができる。
【００２５】
様々な実施形態によれば、ROIの各々を表すボクセルの部分集合は、ROIによって定義された視線方向45に垂直な方向に沿って選択され得る。視線方向45は、図2〜図4のボクセルの3次元配列200の基底軸に平行であるものとして図示されているが、視線方向45は、ボクセルの配列200の配向に関して任意の方向で角度を付けられ得る。いくつかの実施形態において、ボクセルの3次元配列200の座標軸は、視線方向45と整列するように回転させられ得る。
【００２６】
様々な実施形態によれば、複数のスライス画像202a〜202fは、ボクセルの配列200の座標軸に沿って異なる深度で平面に対応し得る。いくつかの実施形態において、複数のスライス画像202a〜202fの各々は、ボクセルの配列200の座標軸に沿って各座標値においてボクセルのすべてを含み得る。ボクセルの配列200は、図2において6つのスライス画像202a〜202fに分割されているが、当業者であれば、複数のボクセルは任意の数のスライス画像に分割され得ることを理解するであろう。たとえば、セキュリティ設定で対象物データから再構成されたボクセルの3次元配列は、数千個のスライス画像に分割され得る。
【００２７】
ROIの各々を表すボクセルの部分集合230a〜230cは、各それぞれのROIの画像を形成するために様々な方法により処理され得る。たとえば、第1のスライス画像202aおよび第2のスライス画像202bからのボクセルの部分集合230aは、第1のROIを表すことができ、第1のROIの画像を形成するように処理され得る。いくつかの実施形態において、ボクセルの部分集合に含まれる対象物のデータは、視線方向45に沿って総和され得る。他の実施形態において、ボクセルの部分集合に含まれる対象物のデータは、視線方向45に沿って平均され得る。
【００２８】
図3において、ボクセルの3次元配列300は、複数のスライス画像302a〜302fに分割されている。いくつかの実施形態によれば、ボクセルの3次元配列300は、ROIによって定義された視線方向45に垂直な方向に沿って選択されたボクセルの配列300からボクセルの部分集合によって表される1つまたは複数の関心領域(ROI)を含むことができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、ROIのうちの1つまたは複数は、複数の隣接しないスライスの1つまたは複数の部分を含み得る。言い換えれば、ROIを表すボクセルの部分集合330a〜330cの各々は、視線方向に平行なボクセル内にギャップを含むものとしてよく、これらのギャップ内に含まれるボクセルは、ボクセルの対応する部分集合に含まれない。たとえば、第1のROIを表すボクセルの第1の部分集合330aは、第1のスライス302aおよび第4のスライス302dを含み得る。第2のROIを表すボクセルの第2の部分集合330bは、第2のスライス302bおよび第5のスライス302eを含み得る。第3のROIを表すボクセルの第3の部分集合330cは、第3のスライス302cおよび第6のスライス302fを含み得る。いくつかの実施形態において、ボクセルの部分集合330a〜330cのうちの1つまたは複数は、インターレースされ得る(すなわち、ボクセルの第2の部分集合330bの一部がボクセルの第1の部分集合330aの一部と一部との間に差し挟まれ得る)。いくつかの実施形態において、ボクセルの部分集合は、複数のスライス302a〜302fのうちの1つまたは複数に含まれるすべてに満たないボクセルを含むことができる。
【００２９】
様々な実施形態によれば、ROIの各々を表すボクセルの部分集合330a〜330cは、ROIによって定義された視線方向45に垂直な方向に沿って選択され得る。視線方向45は、ボクセルの3次元配列300の基底軸に平行であるものとして図示されているが、視線方向45は、ボクセルの配列300の配向に関して任意の方向で角度を付けられ得る。いくつかの実施形態において、ボクセルの3次元配列300の座標軸は、視線方向45と整列するように回転させられ得る。
【００３０】
図4において、ボクセルの3次元配列400は、複数のスライス画像402a〜402fに分割されている。いくつかの実施形態によれば、ボクセルの3次元配列400は、ROIによって定義された視線方向45に垂直な方向に沿って選択されたボクセルの配列400からボクセルの部分集合によって表される1つまたは複数の関心領域(ROI)を含むことができる。第1のROIを表すボクセルの第1の部分集合430aは、第1のスライス画像402aおよび第2のスライス画像402bを含み得る。第2のROIを表すボクセルの第2の部分集合430bは、第2のスライス画像402b、第3のスライス画像402c、および第4のスライス画像402dを含み得る。第3のROIを表すボクセルの第3の部分集合430cは、第4のスライス画像402d、第5のスライス画像402e、および第6のスライス画像402fを含み得る。本開示のいくつかの実施形態によれば、第1のROIを表すボクセルの第1の部分集合430aの少なくとも1つのボクセルは、第2のROIを表すボクセルの第2の部分集合430bにも含まれ得る。たとえば、第2のスライス画像402b内のボクセルは、ボクセルの第1の部分集合430aに、およびいくつかの実施形態では、ボクセルの第2の部分集合430bに含まれ得る。同様に、第4のスライス画像402d内のボクセルは、ボクセルの第2の部分集合430bに、およびボクセルの第3の部分集合430cに含まれ得る。様々な実施形態によれば、ボクセルの第1の部分集合430aおよびボクセルの第2の部分集合430bは、異なる数のボクセルを含み得る。たとえば、図4におけるボクセル430aの第1の部分集合は、第1のスライス画像402aおよび第2のスライス画像402b内のボクセルのすべてを含み得るが、ボクセルの第2の部分集合430bは、第2のスライス画像402b、第3のスライス画像402c、および第4のスライス画像402d内のボクセルのすべてを含み得る。他の実施形態では、ボクセルの第1の部分集合430aおよびボクセルの第2の部分集合430bは、同じ数のボクセルを含み得る。
【００３１】
第2のROIによって定義される視線方向45は、図2〜図4において第1のROIによって定義される視線方向45に平行であるが、2つの視線方向の間の関係は制約されず、2つの視線方向は互いに関して任意の角度をとり得る。
【００３２】
図5は、本開示のいくつかの実施形態によりボクセルの3次元配列からボクセルの部分集合を省くことによって対象物の一部の投影画像をレンダリングする方法を例示している。図5に示されているように、ボクセルの3次元配列500は、第1のROI、第2のROI、および第3のROIを表すボクセルの部分集合530a〜530cに分割され得る。いくつかの実施形態において、ボクセルの部分集合530a〜530cの各々は、ラインスキャンジオメトリ(linescan geometry)上に投影されるか、またはリサンプリングされ得る。たとえば、ラインスキャンジオメトリ上へのボクセルの部分集合530a〜530cの各々の投影は、直交方向から透視方向への投影を含み得る。図5に示されている実施形態において、ボクセルの第1の部分集合530aは投影された第1のROI510となり、ボクセルの第2の部分集合530bは投影された第2のROI512となり、ボクセルの第3の部分集合530cは投影された第3のROI514となる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、ROIを表すボクセルの部分集合から除外された対象物のデータは、第1の2次元データセットを形成することができる。たとえば、投影された第2のROI512から除外されたボクセル(すなわち、この例では投影された第1のROI510および投影された第3のROI514)は、第1の2次元データセットを形成するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の2次元データセットは、視線方向45に沿ってデータを総和することによって形成される。たとえば、投影された第1のROI510および投影された第3のROI515内のデータは総和されて、第1の2次元データセット515を作成することができる。
【００３４】
いくつかの実施形態において、第2の2次元データセット550は、ボクセルの完全な3次元配列を使用することによって形成され得る。たとえば、第2の2次元データセット550は、ラインスキャン撮像技術を使用して得られる測定データから生成され得るか、またはボクセルの配列全体500を含む視線方向45に沿った完全な投影画像であり得る。様々な実施形態によれば、ROIの投影画像は、第2の2次元データセットから第1の2次元データセットを減算することによって生成され得る。たとえば、第2のROI530bの投影画像560を作成するために第2の2次元データセット550から第1の2次元データセット515が減算され得る。いくつかの実施形態において、ラインスキャン撮像技術を使用して作成された画像は、ボクセルの配列500のボクセルから形成された投影画像より高い解像度を有するものとしてよい。本明細書で説明されているように第1の2次元データセットを第2の2次元データセットから減算することで、ボクセルの3次元配列500のみを操作することによって可能である以上に高い解像度の画像内でROIを分離できるようにすることができる。
【００３５】
本開示の様々な実施形態によれば、対象物を表すボクセルの3次元配列の再構成は、特定の基準に基づきボクセルの配列のセグメンテーションから分離した異なるプロセスとすることができる。いくつかの実施形態において、ユーザは、以下でより詳しく説明されているように対象物の体積画像を見ながら連続的に1つまたは複数のROIを選択し、レビューすることができる。いくつかの実施形態において、ボクセルの配列のセグメンテーションは、再構成の後、ただし適切なROIのアルゴリズムを用いた発見の前に、自動的に行われ得る。
【００３６】
対象物の体積は、ボクセルの3次元配列200、300、400、500で表されている全体積より小さいものとすることができる。いくつかの実施形態において、ボクセルの3次元配列のセグメンテーションは、ボクセルの配列内で表されている対象物または物品を識別するために行われ得る。いくつかの実施形態において、対象物のエッジを示すスライス画像が決定され得る。たとえば、ボクセルの3次元配列200、300、400、500内の対象物のデータの総和の90%から100%、またはより好ましくは、95%から100%、または最も好ましくは、99%から100%を包含するボクセルの配列200の部分体積のエッジにおけるスライス画像が識別され得る。いくつかの実施形態において、対象物のデータは質量密度であってよく、ボクセルの3次元配列内に見つかる総質量の99%以上を含むボクセルの配列200、300、400、500の部分体積のエッジにおけるスライス画像が識別され得る。対象物のエッジにおけるスライス画像が決定される実施形態において、そのスライスを超えるボクセルは、ボクセルの選択された部分集合から除外され得る。対象物のデータを表さない(すなわち、空の空間を表す)ボクセルを除外することによって、計算オーバーヘッドは、画質を落とすことなく低減され得る。それに加えて、空のボクセルは、ボクセルの配列200、300、400、500の再構成時に生じるエラーを含み得る。空のボクセルを除外することによって、エラー率が低減され、画質が向上し得る。
【００３７】
対象物の画像を形成する方法は、様々な実施形態により図6において示されている。方法600は実行されると、少なくとも1つの処理ユニットを使用して、ステップ602で対象物を表すボクセルの3次元配列(100、200、300、400、500)を受け取る。ステップ604において、ボクセルの部分集合(230a〜230c、330a〜330c、430a〜430c)が、少なくとも1つの処理ユニットを使用して、対象物の関心領域(ROI)を表す配列から選択される。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像(202a〜202f、302a〜302f、402a〜402f)の1つまたは複数の部分を表す。ボクセルの部分集合は、ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される。いくつかの実施形態において、対象物全体は、所定のサイズのROIに自動的にパーティション分割され得る。そのような実施形態において、ROIを表すボクセルの各部分集合は、2から30個のスライス画像の1つまたは複数の部分を含み得る。ステップ606において、ボクセルの部分集合を処理することによってROIの画像が形成される。いくつかの実施形態において、ステップ608は、グラフィックユニットを使用して、ROIの画像をレンダリングする。
【００３８】
コンピュータ実装方法は、いくつかの実施形態により図7に示されている。コンピュータ実装方法700は実行されると、ステップ701においてディスプレイ上にGUI710をレンダリングして対象物の画像を表示する。ステップ703において、GUIの1つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェース要素を介して、対象物の画像の関心領域を識別する入力を受け取る。ステップ705において、対象物のROIを表すボクセルの3次元配列からのボクセルの部分集合が処理され、ROIの識別を受け取ったことに応答してROIの画像を形成する。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表す。ボクセルの部分集合は、関心領域によって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される。ステップ707において、ROIの画像は、GUIウィンドウ内にレンダリングされる。ステップ709において、GUIを介して、ROIの画像を操作する入力を受け取る。コンピュータ実装方法を実行するための計算デバイスの一例は、図13に示されている。
【００３９】
図8および図9は、本明細書で教示されている開示の様々な実施形態によるグラフィカルユーザインターフェース710の例示的なウィンドウを示している。グラフィカルユーザインターフェース(GUI)710は、1つまたは複数のウィンドウ720、722、725を備え得る。図8において、GUI710は、第1のウィンドウ720と第2のウィンドウ725とを備える。第1のウィンドウ720は、本明細書で教示されているような対象物の複数のROI画像を表示するようにレンダリングされ得る。第2のウィンドウ725は、第1のウィンドウ720から選択されたROI画像のサイズ変更可能なビュー726をレンダリングする。
【００４０】
いくつかの実施形態において、対象物の画像は体積画像である。いくつかの実施形態において、体積画像は、図2〜図5に関して上で説明されているように関心領域に分割され得る。いくつかの実施形態において、ROIは、一度に個別にレンダリングされるか、または注目する対象物内の複数のROIを表す画像のモンタージュの一部として個別にレンダリングされ得る。画像のモンタージュは、ポインティングデバイスを使用するユーザによって、ポインティングデバイスのホイールをスクロールするかもしくは操作することによって、または表示デバイスのタッチスクリーンをインタラクティブに操作することによって個別に選択可能な各ROIの画像との積み重ね関係で示されるようにレンダリングされ得る。分離されたROIを調べることによって、ユーザは、密輸品750を対象物内の物品760を囲むことで覆い隠されないように予め識別しておくことができる。ユーザがROIを識別または選択することで、コンピュータ実装方法にそのROIを表すボクセルの部分集合をROIの画像を形成するように処理させることができる。ROIの投影画像は、第2のウィンドウ725内に表示され得る。
【００４１】
第1のウィンドウ720に示されているように、4つのROI画像730a〜730dが、間に仕切りを入れた状態で示され、視認性が改善されている。いくつかの実施形態において、複数のROI画像730a〜730dは、GUI要素、たとえば、ビュー回転矢印735a、735bの選択後に観察者の前で回転され得る。いくつかの実施形態において、ユーザは、回転ビュー矢印735a、735bを使用して、第1のウィンドウ720内のROI画像730a〜730dのうちの1つまたは複数を個別に回転させるか、またはROI画像730a〜730dのうちのいくつか、またはすべてを一グループとして回転させることができる。いくつかの実施形態において、ユーザは、スライダーバー735cを使用して、異なるROI画像を表示させるか、またはさらなるアクションのためのROI画像を選択することができる。スライダーバー735cは、ユーザがROI画像730a〜730dを垂直方向で上または下にスクロールすることを可能にする。スライダーバー735iは、ユーザがROI画像730a〜730dを水平方向で左右にスクロールすることを可能にする。いくつかの実施形態において、GUI710は、第2のウィンドウ725にレンダリングされるサイズ変更可能なROI画像726に対応するROIの視覚的インジケータ740を備えることができる。視覚的インジケータ740は、ディスプレイ上にレンダリングされる矢印であってよい。ユーザに対してROIを強調するために、着色、陰影付け、または線幅を含む表示コントラストの差、ROIのエッジを描く直線、または任意の他の好適な方法が使用され得る。いくつかの実施形態において、ユーザは、対象物内のROIの位置を選択することができる。
【００４２】
いくつかの実施形態において、ユーザは、GUI710の1つまたは複数のGUI要素735a〜735iを使用して、第1のウィンドウ720または第2のウィンドウ725内のROI730a〜730dのうちの1つまたは複数を識別し、レビューし、操作する。これらのGUI要素は、限定はしないが、スライダーバー、ビュー回転矢印、拡大ボタン、縮小ボタン、画像サイズリセットボタン、メニュー、ボタン、ジェスチャに応答するジェスチャ要素、またはマウス制御要素を含むことができる。いくつかの実施形態において、マウス制御要素は、マウスホイールの回転からの入力を含むことができる。いくつかの実施形態において、GUI要素は、ユーザがROIの寸法または位置を選択することを可能にするように構成され得る。たとえば、GUI要素は、ユーザがROIを拡大するか、または収縮させることを可能にし得る。いくつかの実施形態において、GUI710は、拡大ボタン735dおよび縮小ボタン735eを備え、サイズ変更可能なROI画像726の拡大を増減することを可能にし得る。同様に、GUI710は回転ボタン735fを備え、観察者がサイズ変更可能なROI画像726の配向を回転させることを可能にし得る。
【００４３】
図9は、GUI710の複数のウィンドウの別の例を示している。図9に示されているように、GUI710は、第1のウィンドウ720と、第2のウィンドウ725と、第3のウィンドウ722とを備える。様々な実施形態によれば、第1のウィンドウ720、第2のウィンドウ725、および第3のウィンドウ722は、各々、対象物の投影画像を含むことができる。いくつかの実施形態において、各ウィンドウ720、722、725内にレンダリングされた投影画像727、728、726は、異なる視線方向に沿って形成される。いくつかの実施形態において、投影画像727、728のうちの1つまたは複数は、ボクセルの3次元配列全体を折り畳むことによって形成される完全な投影画像である。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の投影画像は、垂直視線方向に沿って形成され得る。図9に示されている対象物は、密輸品750および周囲の物品760を含む。異なる視線方向に沿って複数の投影画像を使用して、ユーザが密輸品750を予め識別する確率を高めることができる。
【００４４】
いくつかの実施形態において、対象物の側面投影図727および端面投影図728が第1のウィンドウ720および第3のウィンドウ722にそれぞれ示され得る。いくつかの実施形態において、側面投影図727および端面投影図728は、ボクセルの完全な3次元配列全体を折り畳むことによって生成され得る。側面投影図727および端面投影図728に示される対象物の補足図は、ユーザが周囲の対象物760のうちから密輸品750の物品を予め識別することを助けることができる。いくつかの実施形態において、ROIは、移動可能なGUI直線要素735gと735hとの間で側面投影図727および端面投影図728内にそれぞれ示され得る。移動可能なGUI直線要素735gと735hとの間からのサイズ変更可能なROI画像726は、本明細書において教示されているように形成され、第2のウィンドウ725内に表示され得る。
【００４５】
ユーザが密輸品750を予め識別している場合、ユーザは、密輸品750に焦点を合わせるようにROIを調整し、周囲の対象物760を少なくとも部分的に除外して密輸品750を含む好適な投影画像を生成することができる。様々な実施形態において、ROIは、着色、陰影付け、または線幅などの表示コントラストの差を使用して、またはROIのエッジを描く直線を使用することによって、投影図727、728において可視化され得る。いくつかの実施形態において、直線736は、第1のウィンドウ720と第3のウィンドウ722との間を仕切るように設けられる。いくつかの実施形態において、直線736は、第1のウィンドウ720と第3のウィンドウ722の相対的サイズを調整するためにユーザによって移動され得る。いくつかの実施形態において、GUI710は、ユーザが分割線736を左右にスライドさせるときに側面投影画像727および端面投影画像728のサイズ変更を動的に行う。
【００４６】
いくつかの実施形態において、ユーザは、移動可能な要素735g、735hを使用してROIの寸法を選択することができる。たとえば、ユーザは、1つまたは複数の投影画像内でポインティングデバイスを使用し、移動可能なGUI直線要素735g、735hをドラッグしてROIの寸法を変化させ、新しいROIを作成することができる。次いで、処理ユニットは、新しいROIを表すボクセルの部分集合を選択し、新しいROIの画像726を第2のウィンドウ725内にレンダリングすることができる。いくつかの実施形態において、GUI710は、ユーザによって行われたROIの寸法の選択に応答して側面投影画像727、端面投影画像728、およびROI画像726のいくつかまたはすべてをレンダリングすることができる。いくつかの実施形態において、ユーザは、ビュー回転矢印735aを使用して、第1のウィンドウ720内で側面投影画像727および端面投影画像728の1つまたは複数を回転させることができる。いくつかの実施形態において、GUI710は、拡大ボタン735dおよび縮小ボタン735eを備え、サイズ変更可能なROI画像726の拡大をそれぞれ増減することを可能にし得る。同様に、GUI710は回転ボタン735fを備え、観察者がサイズ変更可能なROI画像726の配向を回転させることを可能にし得る。
【００４７】
いくつかの実施形態において、GUI710は、ユーザが注目する物品に対応するROIの画像内の領域にタグ付けすることを可能にし得る。たとえば、ユーザは、ROI内の密輸品750を識別し、対象物内の密輸品750の位置をタグ付けしたい場合がある。いくつかの実施形態において、タグ付き領域は、バウンディングボックス752をドラッグしてタグ付き領域を定義することによってユーザによって識別され得る。タグ付き領域が定義された後、いくつかの実施形態におけるGUI710は、グラフィックユニットを使用して、タグ付き領域の画像をレンダリングすることができる。いくつかの実施形態において、GUI710は、メモリ内に、対象物内のタグ付き領域の位置に関係するデータを保存することができる。
【００４８】
本明細書において教示されている撮像の改善を評価するために、本明細書において教示されているようなシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、密輸品750を含む複数の物品を含む対象物の画像を生成するために使用された。対象物は、以下で説明されているように回転ガントリとともにX線コンピュータ断層画像(CT)システムを使用して走査された。CTシステムによって収集された測定データは、ボクセルの3次元配列に再構成された。
【００４９】
図10〜図12は、同じ視線方向に沿ってボクセルの同じ3次元配列から生成された。図10および図11は、それぞれ、対象物の、従来の完全な投影画像および従来の単一スライス投影画像を示している。図12は、本明細書で教示されている原理によりレンダリングされた密輸品750を含むROIの画像を示している。
【００５０】
図10において、ボクセルの3次元配列内のすべてのボクセルについて視線方向に沿ってデータ値を総和することによって完全な投影画像900が生成された。ボクセルの配列全体についてデータ値を総和することによって、視線方向に沿って互いの「上」または「下」にある対象物に含まれる物品は、結果として得られる投影画像内で重なり合う。したがって、結果として得られる画像は雑然としたものになり、対象物に含まれる個別の物品は、ユーザが識別するうえで著しい時間、注意、および訓練を要する。図10の画像は、多数の乗客のカバンをレビューする動作コンテキストが時間的な圧力を受けているのでセキュリティコンテキストで使用されたときに不適切である。
【００５１】
図11は、図1を参照しつつ上で説明されているように対象物を通る単一スライス投影を表すスライス画像901である。画像は、視線方向に垂直な平面内にすべて置かれるボクセルの配列からボクセルを選択することによって生成された。ボクセルの配列の単一のスライス画像からボクセルを選択することによって、対象物に含まれる物品は、多くの場合に、画像内の形状がその真の形状を必ずしも示さないので識別可能でない。その結果、人間の観察者は、対象物の単一のスライスを表す画像を見るときに著しい時間、注意、および訓練を要する。スライス画像901は、多数の対象物、たとえば、乗客のカバン、貨物、および同様のものをレビューする動作コンテキストが時間的な制約を受けているのでセキュリティ環境で使用されたときに不適切である。それに加えて、この場合のボクセルの配列は、数百個のスライス画像によって表され得る。セキュリティ環境内の観察者にとって、各対象物に対する数百個の画像を一々見て行くのは耐え難い負担となる。
【００５２】
図12は、図2〜図5に関して上で説明されているように対象物を表すボクセルの配列の複数のスライス画像を表すボクセルの選択された部分集合を処理することによって形成されるROI画像902である。ROI画像902について、ボクセルの部分集合は、約24個のスライス画像を表す。ボクセルの部分集合は、視線方向に平行な方向で対象物のデータを総和することによって処理された。図示されているように、密輸品750の完全な輪郭は、ROI画像902内で容易に見ることができ、機械または人間の観察者に即座に認識可能なものとなる。
【００５３】
ROI画像902およびスライス画像901は、密輸品750の同じ品の画像である。スライス画像901は、対象物を通るデータの単一のスライスを表す。ROI画像902は、対象物を通るデータの複数のスライスから形成された対象物のROIを表す。画像902は、ROIを表すボクセルの選択された部分集合から形成され、約25個のスライス画像からのボクセルを含む。
【００５４】
図13は、本明細書で説明されている画像再構成のシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体の例示的な実施形態を実装するために使用され得る例示的なコンピューティングデバイス140のブロック図である。以下のコンピューティングデバイス140の説明および要素は、前の実施形態を参照しつつ上で説明されている任意のコンピューティングデバイスに適用可能であるものとしてよい。コンピューティングデバイス140は、例示的な実施形態を実装するための1つまたは複数のコンピュータ実行可能命令もしくはソフトウェアを記憶するための1つまたは複数の非一時的コンピュータ可読媒体を含む。非一時的コンピュータ可読媒体は、限定はしないが、1つまたは複数の種類のハードウェアメモリ、非一時的な有形の媒体(たとえば、1つまたは複数の磁気記憶ディスク、1つまたは複数の光ディスク、1つまたは複数のフラッシュドライブ、1つまたは複数のソリッドステートディスク)、同様のものを含み得る。たとえば、コンピューティングデバイス140に備えられるメモリ1106は、撮像システム1000の例示的な実施形態を実装するためのコンピュータ可読およびコンピュータ実行可能命令またはソフトウェアを記憶し得る。コンピューティングデバイス140は、構成可能なまたはプログラム可能な処理ユニット145および関連付けられているコア1104も備え、1つまたは複数の追加の構成可能なまたはプログラム可能なプロセッサ1102'および関連付けられているコア1104'(たとえば、複数のプロセッサまたはコアを有するコンピュータシステムの場合)を備え、メモリ1106に記憶されているコンピュータ可読およびコンピュータ実行可能命令またはソフトウェアならびにシステムハードウェアを制御するための他のプログラムを実行するものとしてよい。プロセッサ145およびプロセッサ1102'は、各々、シングルコアプロセッサまたはマルチコア(1104および1104')プロセッサであってよい。
【００５５】
コンピューティングデバイス140では仮想化が使用され、それにより、コンピューティングデバイス内のインフラストラクチャおよびリソースが動的に共有され得る。仮想マシン1114は、複数のプロセッサ上で実行されるプロセスを取り扱うために用意されてよく、プロセスが複数のコンピューティングリソースではなくただ1つのコンピューティングリソースを使用しているように見せかける。1つのプロセッサで複数の仮想マシンが使用されてもよい。
【００５６】
メモリ1106は、DRAM、SRAM,EDO RAM、および同様のものなどのリードオンリーメモリまたはランダムアクセスメモリを含み得る。メモリ1106は、他の種類のメモリも同様に含み、またはその組合せも含み得る。いくつかの実施形態において、メモリ1106は、測定データ1105またはボクセルの3次元配列200、300、400、500を記憶するために使用され得る。
【００５７】
ユーザは、グラフィックユニット146が例示的な実施形態により提供される1つまたは複数のGUI710を表示し得る、コンピュータモニタなどのディスプレイ142を通してコンピューティングデバイス140をインタラクティブに操作し得る。コンピューティングデバイス140は、ユーザから入力を受け取るための他のI/Oデバイス、たとえば、キーボードまたは任意の好適なマルチポイントタッチインターフェース1108、ポインティングデバイス1110(たとえば、マウス)、マイクロフォン1128、または画像キャプチャデバイス1132(たとえば、カメラもしくはスキャナ)を備え得る。マルチポイントタッチインターフェース1108(たとえば、キーボード、ピンパッド、スキャナ、タッチスクリーンなど)およびポインティングデバイス1110(たとえば、マウス、スタイラスペンなど)は、ディスプレイ142に接続されてよい。コンピューティングデバイス140は、他の好適な従来のI/O周辺機器を含み得る。
【００５８】
コンピューティングデバイス140は、撮像システム1000の例示的な実施形態を実装するデータおよびコンピュータ可読命令またはソフトウェアを記憶するためにハードドライブ、CD-ROM、または他のコンピュータ可読媒体などの1つまたは複数の記憶装置デバイス1124も備え得る。たとえば、記憶装置1124は、図9に関して上でさらに説明されている直接再構成実行可能コード1123、反復再構成実行可能コード1125、または画像処理実行可能コード1127の1つまたは複数の実装形態を記憶し得る。例示的な記憶装置デバイス1124は、例示的な実施形態を実装するために必要な任意の好適な情報を記憶するための1つまたは複数のデータベースも記憶し得る。たとえば、例示的な記憶装置デバイス1124は、輸送システム速度、走査される物品、アラームトリガの回数、センサ情報、システムジオメトリ、X線源キャリブレーション、最後のシステムメンテナンスから経過した時間、耐用年数の使用、またはシステム1000の実施形態によって使用される任意の他の情報などの、情報を記憶するための1つまたは複数のデータベース1126を記憶することができる。データベースは、手動で、または任意の好適なタイミングで自動的に更新され、1つまたは複数のデータ項目をデータベースに追加するか、削除するか、または更新し得る。
【００５９】
直接再構成コード1123は、処理ユニット145に本明細書において教示されている直接再構成技術のうちの1つまたは複数を実装させるための実行可能コードおよび他のコードを含む。反復再構成コード1125は、処理ユニット145に本明細書において教示されている反復再構成法のうちの1つまたは複数を実行させるための実行可能コードおよび他のコードを含む。画像処理コード1127は、処理ユニット145に、本明細書において教示されているような、たとえば図2〜図6を参照しつつ例示され説明されているような、対象物のROIの画像を形成するか、またはレンダリングすることを行わせるための実行可能コードおよび他のコードを含む。記憶装置1124内に別個の構造体として見えているが、直接再構成コード1123、反復再構成コード1125、および画像処理コード1127のうちの1つまたは複数は、単一のモジュールまたはルーチンとして実装されてよい。
【００６０】
コンピューティングデバイス140は、本明細書において説明されている例示的な実施形態のいずれかで、データを伝送もしくは受信するか、または他のデバイスと通信するために使用され得るネットワークインターフェース1112を備え得る。ネットワークインターフェース1112は、限定はしないが、標準電話回線、LANもしくはWANリンク(たとえば、802.11、T1、T3、56kb、X.25)、ブロードバンド接続(たとえば、ISDN、フレームリレー、ATM)、ワイヤレス接続(Wi-Fi、3G、4G、Bluetooth(登録商標))、コントローラエリアネットワーク(CAN)、または上記のいずれか、またはすべての何らかの組合せを含む様々な接続を通じて1つまたは複数のネットワーク、たとえば、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、またはインターネットと、1つまたは複数のネットワークデバイス1120を介して、インターフェースするように構成され得る。例示的な実施形態において、コンピューティングデバイス140は、コンピューティングデバイス140とネットワークとの間のワイヤレス通信(たとえば、ネットワークインターフェースを介して)円滑にするために1つまたは複数のアンテナ1130を備えることができる。ネットワークインターフェース1112は、内蔵ネットワークアダプタ、ネットワークインターフェースカード、PCMCIAネットワークカード、カードバスネットワークアダプタ、ワイヤレスネットワークアダプタ、USBネットワークアダプタ、モデム、またはコンピューティングデバイス140を通信を行うことができる任意の種類のネットワークにインターフェースし、本明細書で説明されている動作を実行するのに適している任意の他のデバイスを備え得る。さらに、コンピューティングデバイス140は、ワークステーション、デスクトップコンピュータ、サーバ、ラップトップ、ハンドヘルドコンピュータ、タブレットコンピュータ(たとえば、iPad(登録商標)タブレットコンピュータ)、モバイルコンピューティングもしくは通信デバイス(たとえば、iPhone(登録商標)通信デバイス)、社内デバイス、または通信することが可能であり、本明細書で説明されている動作を実行できる十分な計算処理能力およびメモリ容量を有する他の形態のコンピューティングもしくは遠隔通信デバイスなどの、任意のコンピュータシステムであってよい。
【００６１】
コンピューティングデバイス140は、Microsoft(登録商標)Windows(登録商標)オペレーティングシステムの任意のバージョン、UnixおよびLinux(登録商標)オペレーティングシステムの様々なリリース、Macintoshコンピュータ用のMacOS(登録商標)の任意のバージョン、任意の組み込みオペレーティングシステム、任意のリアルタイムオペレーティングシステム、任意のオープンソースオペレーティング、任意の専用オペレーティングシステム、またはコンピューティングデバイス上で実行され、本明細書で説明されている動作を実行することができる任意の他のオペレーティングシステムなどの、任意のオペレーティングシステム1116を実行するものとしてよい。例示的な実施形態において、オペレーティングシステム1116は、ネイティブモードまたはエミュレートモードで実行され得る。例示的な一実施形態において、オペレーティングシステム1116は、1つまたは複数のクラウドマシンインスタンス上で実行され得る。
【００６２】
上で説明されているように、ボクセルの配列内のボクセルの部分集合から本明細書で教示されているようにROI画像を形成することは、ボクセルの配列が導出される測定データを収集したシステムの種類または構成に依存しない。適用可能なシステムは、医療用システム、貨物走査システム、または対象物の3次元配列表現を生成する任意の他のイメージングモダリティを含み得る。対象物のROIの画像を選択し、レンダリングするための本明細書において提示されている概念は、検出器および放射線源に対する変更がほとんど、または全くなく、知られているシステム全体にわたって適用され得る。次に、本明細書において定義されている教示に適合する例示的なシステムの範囲が説明される。
【００６３】
本開示の実施形態による撮像システムは、対象物の測定データを取得するための撮像装置を備え得る。撮像システムは、メモリに通信可能に接続されている、中央演算処理装置を有するプログラム可能処理ユニットをさらに備え得る。
【００６４】
いくつかの実施形態における撮像装置は、X線CTシステムであってよい。X線CTシステムは、対象物の少なくとも一部を照射するように構成されている移動X線源または固定X線源を有することができる。いくつかの実施形態において、移動X線源は、回転ガントリ上に配設され得る。
【００６５】
図14は、本開示の一実施形態により、対象物130の少なくとも一部の投影画像を形成し、レンダリングするための例示的な撮像システム1000を示している。撮像システム1000は、撮像室110と、対象物130を運ぶための輸送システム120と、コンピューティングデバイス140と、X線源150と、検出器160とを備える。撮像室は、通路122を取り囲む。コンピューティングデバイス140は、ディスプレイ142と、入力デバイス144と、処理ユニット145と、グラフィックユニット146とを備えることができる。コンピューティングデバイス140は、グラフィックユニット146を使用して、本明細書で教示されているような1つまたは複数のROIの画像、GUI710、および他のインターフェースをディスプレイ142上にレンダリングするために使用され得る。
【００６６】
輸送システム120は、撮像室110の通路122の少なくとも一部を通して対象物130を運ぶように構成され得る。様々な実施形態によれば、輸送システム120は、限定はしないが、コンベヤベルト124、一連のローラ、または対象物130に結合し、対象物130を撮像室110内に引き込むことができるケーブルを備え得る。輸送システム120は、ある範囲の速度で撮像室110の通路122内に対象物130を移送するように構成され得る。輸送システム120は、対象物130の測定データの収集を可能にする任意の速度で対象物130を運ぶことができる。
【００６７】
X線源150は、対象物130の輸送方向に関する走査経路105上のコンベヤ124の周りの軌道に沿って複数の点でX線放射線(またはガンマ線もしくは他の放射線)の円錐ビームを放射し、対象物130の少なくとも一部を照射するように構成され得る。いくつかの実施形態において、対象物130の輸送方向に関する走査経路105上のコンベヤ124の周りの軌道は、180°より小さいか、または大きいものとしてよい。いくつかの実施形態において、源150は、ガンマ線を放射することができる。検出器160は、X線放射線と対象物130の一部分との相互作用を示す測定データを検出するように構成され得る。検出器160は、走査経路105に沿って測定データを検出するようにX線源150に関して配設されている。いくつかの実施形態において、源150および検出器160は、固定された空間関係を有することができ、たとえば、ガントリ上の場合のように撮像システム1000の長手方向軸の周りに回転し得る。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の源150および検出器160は、輸送システム120に関して固定されてよい。いくつかの実施形態において、X線源150および検出器160の位置は、対象物130の走査時に時間の関数として完全に知られ得る。
【００６８】
コンピューティングデバイス140は、少なくとも1つの中央演算処理装置(CPU)を備える少なくとも1つの処理ユニット145を備える。コンピューティングデバイス140は、検出器160によって取得された測定データを受信するように構成され得る。処理ユニット145は、画像処理実行可能コードなどのプロセッサ実行可能命令を実行するようにプログラム可能であり、これにより上でより詳しく説明されているように対象物130の一部分の投影画像を形成する。
【００６９】
中央演算処理装置は、ボクセルの再構成された3次元配列を導出するように反復再構成の少なくとも1回の反復で測定データに適用することによって対象物130を表すボクセルの再構成された3次元配列を計算するようにプログラム可能である。いくつかの実施形態において、プログラム可能処理ユニットは、画像処理コード1127を実行して、プロセッサ実行可能命令の実行後に対象物を表すボクセルの3次元配列を受け取ることができる。画像処理コード1127の実行は、ユーザが投影画像から対象物のROIを選択することを可能にする。選択されたROIに基づき、画像処理コード1127は選択されたROIを表すボクセルの配列からボクセルの部分集合を選択する。ボクセルの部分集合は、対象物の複数のスライス画像の1つまたは複数の部分を表し、ROIによって定義された視線方向に垂直な方向に沿って選択される。画像処理コード1127は実行されると、ボクセルの部分集合を処理することによってROIの画像を形成することができる。コンピューティングデバイス140および処理ユニット145は、図13に関してより詳しく説明される。
【００７０】
処理ユニット145を備えるコンピューティングデバイス140は、データ、もしくは命令、またはデータと命令の両方を撮像システム1000の他のコンポーネントのうちの少なくとも1つと、ワイヤレス方式で、または1つもしくは複数の電線もしくはケーブル170を介してやり取りするように構成され得る。一例として、処理ユニット145を備えるコンピューティングデバイス140は、X線源150または検出器160と通信して、各々の動作を制御し、検出器160から測定データを受信することができる。処理ユニット145を備えるコンピューティングデバイス140は、対象物130の体積を表す測定データを受信することができ、反復再構成の少なくとも1回の反復で測定データに適用しボクセルの3次元配列を導出するように構成されるか、またはプログラムされ得る。いくつかの実施形態において、コンピューティングデバイス140は、対象物130に関して検出器160の瞬間的位置に相関する検出器配向データを受信するように構成され得る。検出器配向データは、源150、検出器160、もしくは走査経路105で、もしくはその近くに配置されている位置センサによって提供され得るか、または撮像システム1000の他の幾何学的量に基づき計算され得る。いくつかの実施形態において、検出器配向データは、測定データに直接符号化され得る。
【００７１】
グラフィックユニット146は、ROIの画像、たとえば、ボクセルの3次元配列200、300、400、500からのROI画像902をディスプレイ142上にレンダリングするように構成され得る。グラフィックユニット146は、ユーザインターフェースをディスプレイ142上にレンダリングして、撮像システム1000のユーザが入力デバイス144によりコンピューティングデバイス140のユーザインターフェースをインタラクティブに操作することを可能にし得る。いくつかの実施形態において、ユーザインターフェースは、たとえば図8および図9に関して、説明されているようなGUI710である。入力デバイス144は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、スタイラス、ディスプレイ142のタッチスクリーン、またはユーザがコンピューティングデバイスとインターフェースすることを可能にする任意の他の好適なデバイスであってよい。いくつかの実施形態において、GUI400は、ユーザがタッチスクリーンを介して情報またはデータを入力することを可能にするようにタッチスクリーン上にレンダリングされ得る。
【００７２】
撮像室110は、対象物130に関するX線源150および検出器160の所望の間隔および配向を許す適切な金属またはプラスチック材料から作られ得る。いくつかの実施形態において、撮像室110は、鉛などの放射線停止または吸収材料を含み得る。
【００７３】
撮像されるべき対象物130は、通路122を通って撮像室110に入るものとしてよい。通路122のサイズは、アプリケーション特有の要求条件を満たす任意の形状をとり得る。たとえば、通路122は、手で運ぶ手荷物、チェック済み手荷物、貨物、運送用コンテナ、または他の任意の種類の対象物を輸送することを可能にするサイズの通路とともに構成され得る。通路122は、任意の幾何学的立体構造をとるように構成され得る。非限定的な例として、通路122は、円形の断面、正方形の断面、矩形の断面、六角形の断面、卵形の断面、または他の多角形の断面を有することができる。別の例では、通路122は、不規則形状の断面を有することができる。
【００７４】
撮像室110は、1つまたは複数のX線源150および検出器160を収納することができる。様々な実施形態によれば、X線源150は、X線源またはガンマ線源であってよい。X線源150は、対象物130と相互作用するように放射線の円錐ビームを放射するように構成されてよく、検出器160は、放射線と対象物の一部との相互作用を示す放射線を検出するように構成され得る。非限定的な一例として、検出器160は、対象物130の一部を通過した減衰放射線を検出することができる。いくつかの実施形態において、X線源150および検出器160は、螺旋状円錐ビームを形成するために対象物130の運動に関して定義され得る円形の走査経路に沿って連携して移動し得る。たとえば、走査経路は、対象物130が円の中心部分を通過する直線に沿って移動する一定の半径の部分的なまたは完全な円であってよい。いくつかの実施形態のX線源150は、高エネルギー電子ビームおよび拡張ターゲットまたはターゲットの配列を含み得る。いくつかの実施形態において、本明細書において教示されているような撮像システムは、複数の放射線源および検出器を有することができる。
【００７５】
いくつかの実施形態において、検出器160は、検出器配列内に複数の検出器要素を備えるように構成され得る。
【００７６】
プロセッサユニット145は、任意の好適な画像再構成法を使用して検出器160によって検出された放射線から対象物を表すボクセルの3次元配列を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態においてボクセルの3次元配列を再構成するために使用されうる直接再構成法の例は、フィルタ逆投影法、解析的円錐ビーム法、近似円錐ビーム法、フーリエ再構成法、拡張並列逆投影法、動的ピッチのあるフィルタ逆投影法、πラインベース画像再構成法、Feldkamp型再構成法、傾斜平面Feldkamp型再構成法、またはアプリケーション特有の要求条件を満たす任意の他の直接再構成法を含む。
【００７７】
反復再構成法は、また、対象物を表すボクセルの3次元配列を再構成するためにシステム1000において使用され得る。反復再構成法の例は、同時代数的再構成法(SART)、同時反復再構成法(SIRT)、順序部分集合凸法(OSC)、順序部分集合最大尤度法、順序部分集合期待値最大化法(OSEM)、適応的統計的反復再構成(ASIR)法、最小二乗QR法、期待値最大化(EM)法、OS分離可能放物線代用法(OS-SPS)、代数的再構成法(ART)、Kacsmarz再構成法、またはアプリケーション特有の要求条件を満たす任意の他の反復再構成技術または方法を含む。いくつかの実施形態において、再構成の速度を上げるために、疎行列または圧縮センシング法が使用され得る。
【００７８】
反復再構成法の実装において、逐次反復的ステップが実行される前に初期状態が定義される。空集合または一様集合を使用して初期化されるときに、収束を達成する前に反復再構成法が反復を何回も実行し得る。各反復ステップは大量の計算を要し、したがって反復ステップを何回も実行することは、データ再構成の総時間を受け入れがたいほどに増大させ得る。解を得るために反復回数を減らすことで、画像再構成の計算速度および効率を大幅に高めることができる。様々な実施形態によれば、反復再構成のプロセスは、限定はしないが、フィルタ逆投影法を含む直接再構成法からの出力を使用して初期化され得る。直接再構成法からの出力を使用して、収束に達するまでの反復回数を著しく減らし、総処理時間をスピードアップすることができる。
【００７９】
様々な実施形態によれば、検出器160から得られた測定結果は、対象物130の特性を表すボクセルの3次元(すなわち、体積)配列を再構成するために処理ユニット145によって使用され得る。ボクセルの3次元配列内に含まれるデータは、密輸品750を識別するために検査対象となっている可能性のある、撮像されている対象物130の1つまたは複数の特性を表し得る。たとえば、X線源150によって放射される放射線は、対象物130の一部を通過し検出器150に当たるまでに減衰し得る。この減衰は、それが移動する際に通る対象物130の部分の密度に比例する。したがって、ボクセルの3次元配列内のデータは、対象物のその部分の密度に関する情報を表し得る。別の実施形態において、2つの異なるエネルギー水準にある放射線は、対象物130の一部を通過するように向けられ得る。2つの異なるエネルギー水準のビームの間の減衰比は、対象物130のその部分の原子番号または元素組成に関する情報をもたらすことができる。本明細書において教示されている原理によるシステム1000は、対象物130の体積の一部の密度、もしくは原子番号、または密度と原子番号の両方の特性に対応するボクセルの3次元配列内のデータを計算するように構成され得る。様々な実施形態において、測定データまたは再構成画像または表現は、記憶され後日分析のために取り出され得るか、またはディスプレイ142でユーザに対して表示され得る。いくつかの実施形態において、検出器150で収集された測定データは、仮想配列上に補間され得るか、または正常に動作していないかまたは検出し損なう検出器の位置に関連付けられているデータ値を修正するか、または置き換えるために補間が使用され得る。
【００８０】
図15〜図17は、対象物の測定データを取得し、本明細書の教示により対象物のROIの画像を生成するためのシステムを示している。これらの実施形態において、対象物130'は、生物有機体であってよい。図15〜図17のシステムは、測定データを生成して処理し、対象物130'に含まれるROIの3次元体積または2次元投影画像を作成することができる。いくつかの実施形態において、ROIは、生物有機体内の有機または無機構造物を含み得る。
【００８１】
図15は、源150'、検出器160'、およびコンピューティングデバイス140を備えるシステム1000'を示している。コンピューティングデバイスは、グラフィックユニット146と、処理ユニット145と、ディスプレイ142と、入力デバイス144とを備えることができる。源150'は、対象物130'と相互作用し、次いで、検出器160'によって検出され得る放射線を放射することができる。検出器160'は、放射線と対象物130'との相互作用を示す受けた放射線に基づき測定データを生成することができる。
【００８２】
いくつかの実施形態において、源150'は、図14を参照しつつ上で説明されているシステムに類似するX線源であってよい。たとえば、源150'は、医療用コンピュータ断層撮影(CT)システムのX線源であり得る。いくつかの実施形態において、源150'は、ガンマ線、マイクロ波放射線、赤外放射線、可視光放射線、紫外放射線、または任意の他の好適な形態の放射線などの他の形態の貫通または非貫通放射線を放射することができる。
【００８３】
源150'は、対象物130'と相互作用するように放射線の円錐ビームを放射するように構成されてよく、検出器160'は、放射線と対象物の一部との相互作用を示す放射線を検出するように構成され得る。非限定的な一例として、検出器160'は、対象物130'の一部を通過した減衰放射線を検出することができる。いくつかの実施形態において、源150'および検出器160'は、螺旋状円錐ビームを形成するために対象物130'の運動に関して定義され得る円形の走査経路に沿って連携して移動し得る。たとえば、走査経路は、対象物130'が円の中心部分を通過する直線に沿って移動する一定の半径の部分的なまたは完全な円であってよい。いくつかの実施形態のX線源150'は、高エネルギー電子ビームおよび拡張ターゲットまたはターゲットの配列を含み得る。いくつかの実施形態において、本明細書において教示されているような撮像システムは、複数の放射線源および検出器を有することができる。
【００８４】
いくつかの実施形態において、検出器160'は、検出器配列内に複数の検出器要素を備えるように構成され得る。いくつかの実施形態において、検出器160'は、対象物130'を透過した放射線ではなく対象物130'から逆散乱または反射された放射線を検出するように構成され得る。
【００８５】
図16は、源150''、検出器160''、およびコンピューティングデバイス140を備えるシステム1000''を示している。コンピューティングデバイスは、グラフィックユニット146と、処理ユニット145と、ディスプレイ142と、入力デバイス144とを備えることができる。いくつかの実施形態によれば、源150''は、対象物130''内に配置され得る。
【００８６】
いくつかの実施形態において、源150''は、対象物130''内からのアルファ粒子、ベータ粒子、ガンマ粒子、陽電子、μ中間子、電子、または光子を含む様々な基本粒子および波を放射するように構成され得る。いくつかの実施形態において、源150''は、検出器160''によってその後検出される第2の粒子または波に変換し得る第1の粒子または波を放射することができる。たとえば、源150''は、陽電子放出断層画像法の場合のように陽電子を放射する放射性核種を含み得る。陽電子は電子と再結合して、その後検出器160''によって検出されるガンマ線を放出することができる。別の実施形態において、源150''は、対象物130''との相互作用によって光または光音響撮像の場合のように音響信号に変換される光を放射することができる。この実施形態における検出器160''は、音響信号を受け取り測定データを生成する超音波トランスデューサであってよい。
【００８７】
いくつかの実施形態において、検出器160''は、検出器配列内に複数の検出器要素を備えるように構成され得る。いくつかの実施形態において、配列内の複数の検出器160''が対象物130''の周りに置かれ、対象物130''内の源150''によって直接的にまたは間接的に放射される粒子もしくは波を受け取ることができる。いくつかの実施形態において、コンピューティングデバイス140は、飛行時間などの技術を使用して、検出器配列内の検出器160''によって異なる時刻に受信された測定データに基づき対象物130''内の源150''の位置を決定することができる。
【００８８】
図17は、源150'''、検出器160'''、およびコンピューティングデバイス140を備えるシステム1000'''を示している。コンピューティングデバイスは、グラフィックユニット146と、処理ユニット145と、ディスプレイ142と、入力デバイス144とを備えることができる。いくつかの実施形態によれば、源150'''は、検出器160'''によって検出され得る方法で対象物130'''の一部を刺激するか、または摂動することができる。
【００８９】
いくつかの実施形態において、源150'''は、電磁石または永久磁石であってよい。これらの実施形態において、源150'''は、水素原子などの対象物130'''の組成成分の核スピンを励起するか、または整列させるために大磁場を対象物に印加することによって対象物130'''の全部または一部を刺激するか、または摂動するように動作し得る。源150'''は、いくつかの実施形態において空間および空間内で変動する磁場を印加することができる。
【００９０】
いくつかの実施形態において、検出器160'''は、検出器配列内に複数の検出器要素を備えるように構成され得る。検出器160'''は、水素原子などの対象物130'''の励起された組成物によって放射される高周波信号を検出することができる磁気コイルを備えることができる。いくつかの実施形態において、コンピューティングデバイス140は、源150'''および検出器160'''の動作を制御し、測定データを対象物130'''内のまたは対象物130'''の周りの空間的配置と相関させることができる。
【００９１】
上で説明されているように、本明細書において教示されている実施形態により測定データを生成するためのシステムの源および検出器は、多数の関係を有することができる。いくつかの実施形態において、源および検出器は、固定された空間関係を有することができ、たとえば、ガントリ上の場合のように撮像システムの長手方向軸の周りに回転し得る。いくつかの実施形態において、1つまたは複数の源および検出器は、空間内に、または撮像時に対象物の運動に関して固定されてよい。
【００９２】
様々な実施形態による例示的な回転ガントリは、図18Aおよび図18Bに示されている。ガントリ1840は、図14を参照しつつ上で説明されているように対象物が輸送システムと関連して通過し得る開口部または中心ボア1845を備える。X線源1850は、ガントリ1840上に配置され、検出器配列1860は、開口にまたがってX線源1850の実質的に反対の側に配置され得る。
【００９３】
いくつかの実施形態において、金属箔1841、1842、1843などのコーティングは、検出器配列1860の1つまたは複数の要素上に重ね合わされ得る。コーティング要素1841、1842、1843は、露出されている要素と異なる放射エネルギーを感知し得る。主検出器配列1860内に差し挟まれているこれらの二次エネルギー検出器要素により、本明細書において教示されている実施形態は、原子番号または元素組成などの体積特性を測定することができるものとしてよい。二次エネルギー検出器要素の導入は、密度などの低エネルギー放射線を必要とする特性に対して体積データ再構成を実行したときにデータセット内にギャップを残し得る。体積データ内のギャップは、隣接する値の補間、平均処理、または任意の他の好適な方法によって埋められ得る。
【００９４】
図19は、いくつかの実施形態によるX線源ターゲット1950ならびに検出器配列1960のジオメトリおよび関係を例示している。いくつかの実施形態において、X線源ターゲット1950は、電子源1951から高エネルギー電子線1952によって活性化される。たとえば、電子線1952はターゲット1950に当たるように向けられ、これはX線を4π方向に放射することによって応答する。コリメータ(図示せず)は、アプリケーションに特有の要求条件によって示されるように、放射される放射線を扇ビーム、円錐ビーム、鉛筆ビーム、または他の形状のビームに形成するために使用され得る。放射線の整形されたビームは、対象物が通過する調査領域1922に入る。検出器配列1960は、放射線の放射点と正反対の位置に配置されてよく、放射線の減衰ビームに応答することができる。たとえば、検出器配列1960のアーム1960aおよび1960bに沿った検出器は、アーム1950aに沿って生成される扇ビーム、たとえば、X線配置1955で放射される扇ビーム1952のX線を検出する。様々な実施形態によれば、検出器配列によって定義される平面は、X線源ターゲット1950によって定義される平面に関してある角度1970で回転され得る。ある角度1970の回転は、X線源ターゲット1950から放射されたX線が調査領域1922を通過する前に検出器配列のアームによって遮られる状況を回避するのに役立ち得る。たとえば、位置1955で放射された放射線は、回転角度1970がゼロの場合に検出器アーム1960cの外面上で遮られる。非ゼロの回転角度1970を導入することによって、放射線は上で説明されているように検出器アーム1960aおよび1960bに当たる前に調査領域1922に自由に入ることができる。電子線1952は、位置1955を含むX線源ターゲット1950を制御し、掃引するように操縦され得る。X線源ターゲット1950が複数のターゲット可能要素を含む例示的な実施形態において、走査電子線1952は、ターゲット可能要素の一部または全部を照射するようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態において、多数のターゲット可能要素が、対象物の輸送の方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿って角度を付けて配設され得る。
【００９５】
X線源ターゲット1950および検出器配列1960は、撮像システム1000において使用するのに適している。この実施形態では、電子源1951からの電子線1952は、X電源ターゲット1950の表面上で掃引され、それにより、X線の放射は対象物130の輸送の方向の周りに180°未満の角度範囲にわたって、または少なくとも180°で行われる。同様に、X線の放射がX線源ターゲット1950から行われるようにする電子線の走査速度に関する対象物の輸送の速度は、1にほぼ等しいか、または1より大きいピッチのイメージングモダリティをもたらすように制御される。
【００９６】
図20は、本明細書において教示されているいくつかの実施形態による例示的なX線源および検出器ジオメトリを示している。いくつかの実施形態において、X線源および検出器は両方とも位置を固定され、回転しない。図20に示されているように、検出器配列2060は、対象物130の周りで大きい方の余角を覆うようにL字型またはU字型を形成する複数のセグメントを有し得る。いくつかの例示的なシステムにおいて、複数の検出器2060、2061は、対象物130によって横切られるトンネル122に沿った異なる配置で単一のシステム内に備えられ得る。固定された(すなわち、非回転または移動)X線源および検出器を使用する例示的なシステムは、各々検出器2060、2061の方へ放射線ビームを放射する複数のX線源2050、2051、2052、2053を備え得る。X線源2050、2051、2052、2053は、受信された測定データが正しいX線源と適切に関連付けられるように任意の時点に所与の検出器の方へただ1つのX線源が放射するように制御され得る。複数のX線源2050、2051、2052、2053は、所与のX線源と検出器配列との間に成す角度の範囲が別のX線源と検出器との組合せによって重複を生じないように斜めにされ得る。当業者には、出願の明細書によって指示される任意の全角被覆を達成するように撮像システム内に任意の数のX線源および検出器配列が配設され得ることは明らかであろう。様々な実施形態によれば、源2050、2051、2052、2053は、図19に関して上で説明されているように高エネルギー電子線によって刺激されたときにX線を放射する拡張ターゲットであってよい。そのような実施形態において、1つまたは複数の固定された電子線源は、拡張ターゲットに沿った位置を照射するように構成され得る。いくつかの実施形態において、各拡張ターゲットは、対象物の輸送の方向の周りで180°未満、少なくとも180°、または180°を超える角度の範囲を貫通し得る。
【００９７】
X線源2050、2051、2052、2053および検出器2060、2061は、撮像システム1000において使用するのに適している。この実施形態において、X線源2050、2051、2052、2053は、対象物130の輸送の方向の周りの180°未満、または少なくとも180°の角度の範囲にわたってX線を放射するように制御され、検出器2060、2061は、そのX線を受けるように制御される。同様に、一連のX線の放射および検出の速度に関する対象物の輸送の速度は、1にほぼ等しいか、または1より大きいピッチのイメージングモダリティをもたらすように制御される。
【００９８】
例示的な実施形態を説明する際に、分かりやすくするために特定の用語が使用されている。説明を目的として、各特定の用語は、類似の目的を達成するために類似の仕方で動作するすべての技術的および機能的等価物を少なくとも含むように意図されている。それに加えて、特定の例示的な実施形態が複数のシステム要素、デバイスコンポーネント、または方法ステップを含むいくつかの場合において、それらの要素、コンポーネント、またはステップは単一の要素、コンポーネント、またはステップで置き換えられ得る。同様に、単一の要素、コンポーネント、またはステップは、同じ目的に使用される複数の要素、コンポーネント、またはステップで置き換えられ得る。さらに、例示的な実施形態は、その特定の実施形態を参照しつつ図示され説明されているが、当業者であれば、形態および細部の様々な置換および改変は本発明の範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解するであろう。さらに、他の実施形態、機能、および利点も、本発明の範囲内にある。
【符号の説明】
【００９９】
45  視線方向
100  ボクセルの3次元配列
101  スライス
105  走査経路
110  撮像室
120  輸送システム
122  通路
124  コンベヤベルト
130、130'、130''、130'''  対象物
140  コンピューティングデバイス
142  ディスプレイ
144  入力デバイス
145  処理ユニット
146  グラフィックユニット
150、150'、150''、150'''  X線源
160、160'、160''、160'''  検出器
170  ケーブル
200  ボクセルの3次元配列
202a、202b、202c、202d、202e、202f  スライス画像
230a、230b、230c  ボクセルの部分集合
300  ボクセルの3次元配列
302a、302b、302c、302d、302e、302f  スライス画像
330a、330b、330c  ボクセルの部分集合
400  ボクセルの3次元配列
402a、402b、402c、402d、402e、402f  スライス画像
430a、430b、430c  ボクセルの部分集合
500  ボクセルの3次元配列
510  第1の関心領域(ROI)
512  第2のROI
514  第3のROI
515  第1の2次元データセット
530a、530b、530c  ボクセルの部分集合
550  第2の2次元データセット
560  第2のROIの投影画像
710  グラフィカルユーザインターフェース(GUI)
720  第1のウィンドウ
722  第3のウィンドウ
725  第2のウィンドウ
726、727、728  投影画像
730a、730b、730c、730d  ROI画像
735a、735b  ビュー回転矢印
735c  スライダーバー
735d  拡大ボタン
735e  縮小ボタン
735f  回転ボタン
735g、735h  移動可能なGUI直線要素
735i  スライダーバー
736  直線
740  視覚的インジケータ
750  密輸品
752  バウンディングボックス
760  物品
900  投影画像
901  スライス画像
902  ROI画像
1000、1000'、1000''、1000'''  撮像システム
1102'  構成可能なまたはプログラム可能なプロセッサ
1104、1104'  コア
1105  測定データ
1106  メモリ
1108  マルチポイントタッチインターフェース
1110  ポインティングデバイス
1112  ネットワークインターフェース
1114  仮想マシン
1116  オペレーティングシステム
1120  ネットワークデバイス
1123  直接再構成実行可能コード
1124  記憶装置デバイス
1125  反復再構成実行可能コード
1126  データベース
1127  画像処理実行可能コード
1128  マイクロフォン
1130  アンテナ
1132  画像キャプチャデバイス
1840  ガントリ
1841、1842、1843  金属箔
1845  開口部または中心ボア
1850  X線源
1860  検出器配列
1922  調査領域
1950  X線源ターゲット
1950a  アーム
1951  電子源
1952  高エネルギー電子線
1955  X線位置
1960  検出器配列
1960a、1960b、1960c  アーム
1970  角度
2050、2051、2052、2053  X線源
2060、2061  検出器
【図１】
2019522775.tif 000003
【図２】
2019522775.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019522775.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019522775.tif 000009
【図８】
2019522775.tif 000010
【図９】
2019522775.tif 000011
【図１０】
2019522775.tif 000012
【図１１】
2019522775.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2019522775.tif 000015
【図１４】
2019522775.tif 000016
【図１５】
2019522775.tif 000017
【図１６】
2019522775.tif 000018
【図１７】
2019522775.tif 000019
【図１８Ａ】
2019522775.tif 000020
【図１８Ｂ】
2019522775.tif 000021
【図１９】
2019522775.tif 000022
【図２０】
2019522775.tif 000023
【国際調査報告】
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2019522775.tif 000025
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