(57)【要約】第１の経路に沿ってユニットを通過する、貨物専用コンテナや荷物などの物体内の銃、爆発物、非合法ドラッグなどの密輸品を識別する走査ユニット(１０)は、第１の経路を横切り部分的に第１の経路の周りを延びる第２の経路に沿って移動可能な少なくとも１つの放射線源(１６)を含む。第１の経路を横切る固定検出器(２０)も、部分的に第１の経路の周りを延びており、走査時に物体を透過した放射線を検出するように位置させられている。一例では、各々が放射線のコーン・ビームを透過する複数の可動Ｘ線源(１６ａ〜１６ｆ)は、第１の経路に垂直な半円形のレール(１８)によって支持される。この例では、検出器は、複数の二次元検出器を含む検出器アレイであってよく、やはり半円形であり、経路に垂直である。ファン・ビームを使用してもよい。放射線画像を得て、かつ／またはコンピュータ断層撮影（「ＣＴ」）画像を得ることができる。密輸品があるかどうか画像を分析することができる。エネルギー検知検出器(６０)を設けてもよい。各線源がそれぞれの異なるエネルギー分布の放射線を放出するか、または各線源が様々なエネルギー分布の放射線を選択的に放出することができる。それぞれの異なるエネルギー分布における物体のボクセルから得られたデータを処理して、ボクセルの物質内容を判定することができる。このデータに基づく画像を放射線画像またはＣＴ画像と融合し、物体内の領域のサイズ、形状、および物質内容に基づく密輸品の識別を容易にすることができる。
2005534009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の内容を調べる走査ユニットであって、
物体を運ぶための、走査ユニット内の第１の経路と、
第１の経路を横切り、部分的に第１の経路の周りを延びる第１の領域内にある第２の経路を横切って移動可能である、少なくとも１つの放射線源と、
部分的に第１の経路の周りを延びる第２の領域内に設けられ、走査中に物体を透過した放射線を検出するように位置させられた固定検出器とを含む走査ユニット。
【請求項２】
物体は貨物専用コンテナであり、検出器と少なくとも１つの線源は、貨物専用コンテナを第１の経路に沿って検出器と線源の間を運ぶのを可能にするように位置させられる、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項３】
貨物専用コンテナは乗物によって保持され、
検出器と少なくとも１つの線源は、貨物および乗物を検出器と線源の間を運ぶのを可能にするように位置させられる、請求項２に記載の走査ユニット。
【請求項４】
検出器は少なくとも部分的に、地面よりも下の第１の経路の下に配置され、
少なくとも１つの線源は第１の経路よりも上に配置される、請求項１に記載の走査ユニット。  
【請求項５】
少なくとも１つの線源は、貨物専用コンテナが走査位置に来たときに貨物専用コンテナ内に中心を有する想像円上に位置する半円の周りを移動可能である、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項６】
複数の線源を含み、走査ユニットは、
第１の経路に垂直な半円形のレールをさらに含み、
複数の線源は、レールによって支持され、レールに対して半円の周りを移動可能である、請求項５に記載の走査ユニット。
【請求項７】
検出器は、第１の経路に垂直であり、物体が走査位置に来たときに物体内に中心を有する想像円上に位置する半円形の検出器行を含む検出器アレイである、請求項５に記載の走査ユニット。
【請求項８】
検出器は複数の二次元検出器を含む、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項９】
少なくとも１つのエネルギー検知検出器を含む、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項１０】
少なくとも１つの線源はＸ線源である、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項１１】
放射線はコーン・ビームである、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項１２】
検出器アレイに電気的に結合され、検出器アレイから受け取ったデータに基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成するようにプログラムされたプロセッサをさらに含む、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項１３】
物体を第１の経路に沿って走査ユニットを通過させる輸送システムをさらに含む、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項１４】
第１の領域と第２の領域は完全に別々の領域である、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項１５】
少なくとも１つの線源はそれぞれ、線形加速器である、請求項１に記載の走査ユニット。
【請求項１６】
物体の内容を調べる走査ユニットであって、
物体を運ぶための、走査ユニット内の第１の経路と、
各X線源が、Ｘ線のコーン・ビームを生成し、第１の経路を横切る第２の経路の周りを機械的に移動可能であり、第２の経路が、部分的に第１の経路の周りを延びる第１の領域内にある、第１の経路の第１の側の複数のＸ線源と、
部分的に第１の経路を横切って延びる第２の領域に設けられ、複数の線源から放出された各放射線が走査時に物体を通過した後で各放射線を検出するように位置させられた検出器とを含む走査ユニット。
【請求項１７】
物体は貨物専用コンテナであり、Ｘ線源と検出器は、貨物専用コンテナをＸ線源と検出器の間を運ぶのを可能にするように位置させられる、請求項１６に記載の走査ユニット。
【請求項１８】
第１の経路に垂直な、走査ユニットによって支持される半円形のレールと、
半円形のレールは、物体が走査位置に来たときに物体内に中心を有する想像円上に位置し、
レールは、レールの周りを半円状に移動可能な複数の線源を支持し、
検出器アレイは半円形であり、
経路に垂直であり、かつ
貨物が走査位置に来たときに貨物内に中心を有する想像円上に位置する、請求項１６に記載の走査ユニット。
【請求項１９】
検出器は、複数行の検出器モジュールを含む検出器アレイである、請求項１６に記載の走査ユニット。
【請求項２０】
少なくとも１つの線源は第１のエネルギー分布を有する放射線を放出し、少なくとも１つの線源は、第１のエネルギー分布とは異なる第２のエネルギー分布を有する放射線を放出する、請求項１６に記載の走査ユニット。
【請求項２１】
第２のエネルギー検知検出器をさらに含み、
第１の検出器は、第２の検出器と複数の線源との間に位置する、請求項２０に記載の走査ユニット。
【請求項２２】
第１および第２の検出器に電気的に結合され、
第１の検出器から受け取ったデータに基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成し、
第２の検出器から受け取ったデータに基づいてエネルギー・ベースの画像を再構成し、
第１の検出器アレイからのデータに基づく画像を第２の検出器から受け取ったデータに基づく画像と融合するようにプログラムされたプロセッサをさらに含む、請求項２１に記載の走査ユニット。
【請求項２３】
複数の線源はそれぞれ、第１のエネルギー分布を有する放射線の放出と第１のエネルギー分布とは異なる第２のエネルギー分布を有する放射線の放出とで選択的に切り換えるよう動作する、請求項１６に記載の走査ユニット。
【請求項２４】
第２のエネルギー検知検出器をさらに含み、
第１の検出器は、第２の検出器と複数の線源との間に位置する、請求項２３に記載の走査ユニット。
【請求項２５】
第１の検出器に電気的に結合され、
第１の検出器から受け取ったデータに基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成し、
第１の検出器アレイからのデータに基づく画像を第２の検出器アレイから受け取ったデータに基づく画像と融合するようにプログラムされたプロセッサをさらに含む、請求項２４に記載の走査ユニット。
【請求項２６】
検出器に電気的に接続され、検出器から受け取ったデータに基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成するようにプログラムされたプロセッサをさらに含む、請求項１６に記載のスクリーニング・ユニット。
【請求項２７】
コーン・ビームは非対称的な矩形のコーン・ビームである、請求項１６に記載の走査ユニット。
【請求項２８】
貨物走査ユニットであって、
貨物専用コンテナを運ぶための、走査ユニット内の経路と、
ユニットによって経路よりも上に支持され、経路を横切り、貨物が走査位置に来たときに貨物内に中心を有する第１の想像円上に位置する、半円形のレールと、
各線源がＸ線のコーン・ビームを生成する、レールによって支持される複数の可動Ｘ線源と、
少なくとも一部を地面レベルよりも下の経路の下に有し、経路を横切り、貨物が走査位置に来たときに貨物内に中心を有する第２の想像円上に位置する、半円形の検出器アレイとを含む貨物走査ユニット。
【請求項２９】
検出器アレイは固定されている、請求項２８に記載の貨物走査ユニット。
【請求項３０】
少なくとも１つの線源は、第１のエネルギー分布を有する放射線を放出し、少なくとも１つの線源は、第１のエネルギー分布とは異なる第２のエネルギー分布を有する放射線を放出する、請求項２８に記載の走査ユニット。
【請求項３１】
第２のエネルギー検知検出器アレイをさらに含み、
第１の検出器アレイは、第２の検出器アレイと複数の線源との間に位置する、請求項２８に記載の走査ユニット。
【請求項３２】
複数の線源はそれぞれ、第１のエネルギー分布を有する放射線の放出と第１のエネルギー分布とは異なる第２のエネルギー分布を有する放射線の放出とで選択的に切り換えるよう動作する、請求項２８に記載の走査ユニット。
【請求項３３】
第２のエネルギー検知検出器アレイをさらに含み、
第１の検出器アレイは、第２の検出器アレイと複数の線源との間に位置する、請求項２８に記載の走査ユニット。
【請求項３４】
Ｘ線源は、約1MeVを超える加速エネルギーを有する線形加速器である、請求項２８に記載の貨物走査ユニット。
【請求項３５】
コーン・ビームは約20°から約30°の角度をカバーする、請求項２８に記載の貨物走査ユニット。
【請求項３６】
貨物専用コンテナの内容を調べる方法であって、
貨物専用コンテナの少なくとも一部を放射線によって複数の角度で走査することと、
貨物専用コンテナを透過した放射線を検出することと、
検出された放射線に基づいてデータを処理し、貨物専用コンテナの少なくとも一部のコンピュータ断層撮影画像を形成することとを含む方法。
【請求項３７】
貨物専用コンテナを経路に沿って第１の方向に移動させることと、
各々が貨物専用コンテナを異なる角度で走査する複数の放射線によって貨物専用コンテナの少なくとも一部を走査することと、
貨物専用コンテナを透過した放射線を固定検出器によって検出することとをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
放射線源を第１の方向を横切る第２の方向に移動させて貨物専用コンテナを走査することと、
貨物専用コンテナを透過した放射線を固定検出器によって検出することとをさらに含む、請求項３７に記載の方法。  
【請求項３９】
貨物専用コンテナを放射線のコーン・ビームによって走査することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
貨物専用コンテナをＸ線によって走査することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
第１のエネルギー分布を有する放射線によって貨物専用コンテナを走査することとし、第１のエネルギー分布とは異なる第２のエネルギー分布を有する放射線によって貨物専用コンテナを走査することとを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
第１の空間検出器によって放射線を検出することと、
第２のエネルギー検知検出器によって放射線を検出することと、
第１および第２の検出器からの検出された放射線に基づいてデータを処理し、貨物専用コンテナのそれぞれのコンピュータ断層撮影画像を形成することとを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
第１および第２の検出器から検出された放射線から得た対応するコンピュータ断層撮影画像を融合することを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
貨物専用コンテナ全体を放射線によって走査することと、
貨物専用コンテナの放射線写真を作成することと、
放射線写真に基づいて貨物専用コンテナの疑わしい領域を識別することと、
次いで、貨物専用コンテナの疑わしい領域を放射線によって複数の角度で走査することと、
貨物専用コンテナを透過した放射線を検出することと、
検出された放射線に基づいてデータを処理し、貨物専用コンテナの疑わしい領域のコンピュータ断層撮影画像を形成することとをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
貨物専用コンテナ全体を放射線のペンシル・ビームによって走査することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
少なくとも約1.5mの幅を有する貨物専用コンテナを走査することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４７】
物体の内容を調べる方法であって、
物体を第１の経路に沿って移動させることと、
少なくとも１つの放射線源を、第１の経路を横切り、部分的に第１の経路の周りを延びる第１の領域内にある第２の経路に沿って移動させ、物体を走査することと、
部分的に第１の経路の周りを延びる第２の領域内に位置する固定検出器アレイによって、物体を透過した放射線を検出することとを含む方法。
【請求項４８】
検出された放射線に基づいて画像を再構成することを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
検出された放射線に基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
第１のエネルギー分布を有する第１の放射線を物体に照射することと、
第１のエネルギー分布とは異なる第２のエネルギー分布を有する第２の放射線を物体に照射することとを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
物体を透過した放射線を第１の空間検出器アレイによって検出することと、
物体を透過した放射線を第２のエネルギー検知検出器によって検出することとを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
第１の検出器によって検出された放射線からコンピュータ断層撮影画像を再構成することと、
第２の検出器によって検出された放射線から画像を再構成することと、
第１および第２の検出器から検出された放射線から得た対応する画像を融合することとを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
物体を透過した第１の放射線から放射線を検出することと、
物体を透過した第２の放射線から放射線を検出することと、
物体の複数のボクセルについて、第１の放射線から検出された放射線に基づいて第１の値を算出することと、
複数のボクセルについて第１および第２の値を処理することと、
処理に基づいて複数のボクセルの物質内容を判定することとを含む、請求項５１記載の方法。
【請求項５４】
複数のボクセルについて第１の値と第２の値の比を算出することによって第１および第２の値を処理することと、
比に基づいて複数のボクセルの物質内容を判定することとを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
物体の疑わしい領域を識別することと、
次いで、少なくとも１つの移動する線源からの放射線を疑わしい領域に複数の角度で照射することと、
疑わしい領域と放射線との相互作用によって生じた放射線を検出することと、
検出された放射線から疑わしい領域のコンピュータ断層撮影画像を再構成することとをさらに含む、請求項４７に記載の方法。  
【請求項５６】
貨物専用コンテナを第１の経路に沿って移動させることを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５７】
貨物専用コンテナを台車上に支持することを含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
コーン・ビームを生成して物体を走査することをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５９】
物体の内容を調べる方法であって、
第１の検出において物体を移動させることと、
各コーン・ビームが、貨物内の中心内の第１の想像円上に位置し第１の方向を横切る半円内に配置された複数のＸ線源のそれぞれから放出される、Ｘ線の複数のコーン・ビームを物体に照射することと、
複数のＸ線源を、第１の想像円上に位置する半円の周りを機械的に移動させ、各コーン・ビームを複数の角度で貨物に照射することと、
二次元検出器のモジュールを含む半円形の固定検出器アレイによって、物体を透過した放射線を検出し、前記半円が、物体内に中心を有し、第１の想像円と同じ平面内に位置する第２の想像円上に位置することと、
検出された放射線を分析することとを含む方法。
【請求項６０】
検出された放射線に基づいて画像を再構成することを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
検出された放射線に基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成することを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
第１のエネルギー分布を有する第１の放射線を物体に照射することと、
第１のエネルギー分布とは異なる第２のエネルギー分布を有する第２の放射線を貨物に照射することとを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
ターゲットを調べる走査ユニットであって、
ターゲットを移動させるための、走査ユニット内の第１の経路と、
第１の経路を横切る第２の経路を横切って移動可能である複数の放射線源と、
走査時にターゲットを透過した放射線を検出するように位置させられた検出器とを含む走査ユニット。
【請求項６４】
第２の経路は、部分的に第１の経路の周りを延びる第２の領域内に位置する、請求項６３に記載の走査ユニット。
【請求項６５】
検出器は、部分的に第１の経路の周りを延びる第２の領域内に位置する、請求項６３に記載の走査ユニット。
【請求項６６】
検出器は固定されている、請求項６３に記載の走査ユニット。
【請求項６７】
複数の線源はＸ線源である、請求項６３に記載の走査ユニット。
【請求項６８】
物体の内容を調べる走査ユニットであって、
少なくとも約1MeVの放射線を放出し、放射線のコーン・ビームを物体上に放出するようになっている線源と、
走査時に物体を透過した放射線を検出するように位置させられた二次元検出器とを含む走査ユニット。
【請求項６９】
二次元検出器はアモルファス・シリコンを含む、請求項６８に記載の走査ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
密輸品を識別するための、貨物専用コンテナのような大きな物体を含む物体の放射線走査。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
放射線は、空港および公共の建物で隠された密輸品を識別するために、荷物、バッグ、書類かばんなどの物体の非侵襲性の検査に広く用いられている。密輸品には、たとえば、隠された銃、ナイフ、爆発物、非合法ドラッグなどが含まれる。一般的な検査システムの１つはスキャナであり、この場合、検査すべき物体は、Ｘ線などの固定線源と固定検出器との間を通過させられる。放射線は、ファン・ビームまたはペンシル・ビームとしてコリメートされる。物体を透過した放射線は、荷物の内容によって様々な程度に減衰させられる。放射線の減衰は、放射線が通過する物質の密度の関数である。減衰した放射線は検出され、物体の内容の放射線画像が生成され検査される。画像は、内容の形状、サイズ、および様々な密度を示す。
【０００３】
荷物の内容に関する他の情報を得るには、たとえば米国特許第5,642,394号に記載されたように散乱した放射線を検出する検出器を設けることができる。システムでは、散乱した放射線の検出と透過した放射線の検出を組み合わせることができる。
【０００４】
物体の内容の物質組成に関して得ることのできる情報を増やす他の技術では、２つの異なるエネルギー準位を有する放射線によって物体が走査される。２つのエネルギー準位で検出された減衰比は、放射線が通過した物質の原子番号を示す。二重エネルギー・システムによって、プラスチック材料および非合法ドラッグの検出を改善することができる。
【０００５】
放射線撮像の１つの欠点は、放射線の経路内の物体内のすべての物品が画像上で重ね合わせられることである。物体内に多数の物品がある場合、それらを区別するのが困難であることがある。それによって、危険な物品の識別が阻害される。さらに、物体内の物品の向きおよび形状は、それらの物品を放射線写真上で識別できるかどうかに影響を与えることがある。爆発物の薄いシートも、特に走査ビームに対して垂直に向けられている場合、放射線写真上で識別するのが困難であることがある。
【０００６】
コンピュータ断層撮影法（「ＣＴ」）は、荷物の内容の断面画像の再構成を可能にし、荷物内の物品の識別を容易にする。ＣＴ画像は、放射線写真よりも高い解像度、より強い画像コントラスト、走査中の物体の特性に対するより高い感度も与える。しかし、物体のＣＴ画像を再構成するには、物体を複数の角度で何度も走査する必要がある。ＣＴ再構成に十分な回数の走査を行うのは時間がかかる。荷物全体のＣＴ撮像は、たとえば空港での荷物のスクリーニングにおいて実用化する場合、使用されるシステムに応じて時間がかかりすぎる場合がある。
【０００７】
米国特許第5,567,552号（「552号特許」）では、Ｘ線源が回転モジュールの内面の一方の側に設けられ、反対側に検出器アレイが設けられる。荷物はモジュールを段階的に通過させられる。モジュールは回転し、各刻み位置における複数の角度で荷物を走査する。検査速度は、線走査によるプレスクリーニングによって高めることができる。次いで、プレスクリーニング・ステップによって識別された疑わしい領域のみがＣＴ撮像を受ける。
【０００８】
米国特許第6,078,642号（「642特許」）は、データ処理技術を用いて検査速度が高められる荷物用のＣＴ走査システムを開示している。552号特許と同様に、Ｘ線源および検出器アレイが回転モジュールの両側に配置される。Ｘ線源は、角錐状のコーン放射ビームを放出することができ、検出器アレイは二次元アレイであってよい。モジュールは、荷物がモジュールを連続的に通過させられるにつれて回転し、らせん状の体積ＣＴ走査を行う。ＣＴ走査は、プレスクリーニングの必要なしに荷物全体に対して行われるとされている。Ｘ線源は、２つの異なるエネルギー分布のＸ線を放出することもできる。
【０００９】
銃や爆発物のような輸出入禁止品を航空機によって機内持ち込み手荷物やその他の荷物として密輸することは公知の現存する問題であるが、あまり知られていないが重大な問題として、大形の貨物専用コンテナを用いて船舶によって国境を越える密輸がある。船舶によって米国に運ばれる1700万個の貨物専用コンテナのうち検査されているのは2%から10%だけである。"Checkpoint terror", U.S. News and World Report、2002年2月11日、52ページを参照されたい。
【００１０】
標準的な貨物専用コンテナは通常、長さが20〜50フィート（6.1m〜15.2m）、高さが8フィート（2.4m）、幅が6〜9フィート（1.8〜2.7m）である。航空機用の貨物専用コンテナは、航空機の本体に格納すべき複数の荷物またはその他の貨物を入れるのに用いられ、サイズ（長さ、高さ、幅）は約35×21×21インチ（0.89×0.53×0.53m）から約240×118×96インチ（6.1×3.0×2.4m）までの範囲である。多数の荷物のような物体の大きな集合はパレット上に支持することもできる。パレットは、支持側壁を有することがあり、かつ貨物専用コンテナと同等のサイズを有することがあり、「貨物専用コンテナ」という語を使用する場合、一般にパレットも包含される。
【００１１】
貨物専用コンテナのサイズ範囲に対して、機内持ち込み手荷物用の代表的な空港走査システムは、最大で約0.40×0.60mのトンネル・エントランスを有する。検査済みの荷物用の走査システムは、荷物よりもわずかに大きいに過ぎない通貨開口部を有する。このトンネルを通過できる大きさの荷物しか検査できないので、このようなシステムを貨物専用コンテナの検査に用いることはできない。上述の代表的なＸ線荷物・バッグ・スキャナに用いられる低エネルギーも、準位が低すぎてこのような荷物よりもずっと大きな貨物専用コンテナを貫通することができない。さらに、多くのこのようなシステムは、速度が遅すぎて貨物専用コンテナのような大きな物体を検査する場合コストがかかる。
【００１２】
米国特許第6,292,533B1号は、450kVのＸ線源を使用する、乗物によって運ばれる貨物専用コンテナのような大きな物体用の可動Ｘ線検査システムを開示している。Ｘ線源は台車上に支持され、ペンシル・ビームが生成され、乗物を垂直方向に走査する。検出器も、台車または台車から延びるブーム上に支持され、物体の内容を透過し物体の内容によって散乱させられた放射線を検出するように設けられる。使用時には、検査すべき乗物が、台車上の走査ユニットの横に駐車する。Ｘ線源および検出器が台車内の並進システムによって水平方向に移動させられ、乗物を水平方向に走査する。この場合、十分な貫通が行われるが、ペンシル・ビームが使用されるため、時間がかかりすぎて乗物を効率的に走査することはできない。この走査運動は「低速すぎる」（毎時1/3〜1/6マイル）と言われている。
【００１３】
米国特許第5,917,880号は、貨物専用コンテナを検査するのに用いることができ、貨物を保持する台車を走査する垂直方向のファン・ビームとしてコリメートされた約8MVのＸ線を使用するＸ線検査装置を開示している。第１の検出器アレイは、台車を透過した放射線を検出するようにファン・ビームに位置合わせされる。第２の検出器アレイは、台車を通って前方に散乱した放射線を検出するように設けられる。台車は垂直方向のファン・ビームを通過させられる。両方の検出器からのデータを用いて、台車内の減衰物質の平均原子番号が求められ、台車の物質内容が識別される。次いで、物質内容を示す画像が作成される。第１の検出器アレイから与えられるデータは、トラックの放射線写真を形成するのにも用いられる。ファン・ビームは、ペンシル・ビームよりも高速であるが、それでも大きな物体を合理的な速度で効率的に走査するには低速すぎる。
【００１４】
米国特許第5,638,420号では、可動フレーム上のシステムによって大形のコンテナが検査される。MeV範囲の加速電位を有する線形加速器のような、Ｘ線のファン・ビーム、コーン・ビーム、またはペンシル・ビームの供給源が、フレームの一方の側に取り付けられる。フレームの反対側に検出器アレイが取り付けられる。フレームは、自走式であり、コンテナの長さ全体にわたって前進する。放射線画像が生成され、オペレータによって分析される。
【００１５】
貨物専用コンテナのような大きな物体の放射線画像には、荷物のようなより小さい物体の放射線画像に関して上記で説明したのと同じ問題が起こる。米国特許第5,524,133号は、コンテナ内または乗物上の貨物のような大きな物体用の走査システムを開示している。一実施形態では、各々がファン・ビームとしてコリメートされたビームを放出する２つの固定Ｘ線源が設けられる。貨物の両側に面する線源とファン・ビームは互いに垂直である。貨物を透過した放射線を受ける固定検出器が、貨物の両側に各線源に向かい合うように配置される。さらに、２つの異なるエネルギーを有するＸ線が各線源から放出される。一方のエネルギーは他方のエネルギーより著しく高い。たとえば、1MVおよび5MVまたは6MVのエネルギーを使用することができる。各エネルギー準位で検出器アレイ全体によってそれぞれスライスごとに検出されるかまたはアレイの個々の検出器によって検出されたＸ線の平均数の比が求められ、参照テーブルと比較され、この比に対応する平均原始番号が識別される。それによって貨物の物質内容が判定される。平均原始番号の比に基づく三次元画像は、両方の検出器アレイによって収集されたデータから再構成することができる。この特許は、画像は粗であるが、ある物品の形状を判定できると述べている。これらの物品内の物質の平均原子番号を判定すると共に、疑わしい物品を除去するか、またはさらに検査できるように識別することができる。
【００１６】
放射線写真に基づく三次元画像が放射線写真自体と比べて改善される一方、ＣＴ走査によってもたらされる画像コントラストの改善および物体内の物品の特性のわずかな違いを識別する能力は、貨物専用コンテナの検査において有利である。上述の荷物などに空港で使用されるＣＴ走査ユニットは、貨物専用コンテナを走査するのに必要な大きなサイズにスケーリングするのが容易ではない。たとえば、貨物専用コンテナに対処する場合、552号特許または642号特許の回転モジュールを大幅に大型化する必要がある。このような大型の回転ユニットは、線源と検出器の両方を保持し、非常に高価であると共に、操作および維持が困難である。
【００１７】
医療ＣＴ走査には、第４世代と呼ばれる構成があり、この場合、Ｘ線源が、大型の固定円形検出器アレイ内の円形の経路内で患者の周りを完全に回転する。第４世代ＣＴスキャナは、線源と検出器アレイの両方が移動させられる初期のスキャナ世代よりも優れていることが分かっている。走査時間が短縮され、スキャナの構成が簡略化されている。医療ＣＴスキャナにおける線源および検出器の構成は、Seeram、Eucid著「コンピュータ断層撮影：物理的原則、臨床用途、および品質管理（Computed Tomography: Physical Principles, Clinical Applications, and Quality Control）」第2版、W.B. Saunders Company、（2001年）、10ページ、77〜81ページに詳しく記載されている。線源のみが患者の周りを完全に移動させられるが、貨物専用コンテナのような大きな物体に対処するようにこのようなシステムを大型化するのは困難である。
【００１８】
上述の特許およびその他の文献に開示された貨物専用コンテナのような大きな物体を検査する様々な構成にもかかわらず、貨物専用コンテナの検査は、行われるにしてもその多くが手作業で行われている。"Checkpoint terror", U.S. News and World Report、2002年2月11日、52ページを参照されたい。貨物専用コンテナのような大きな物体を検査する実際的で効率的な非侵襲性の放射スキャナが依然として必要である。大きな物体のＣＴ撮像を行う能力も必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、物体および少なくとも１つの放射線源を運ぶための、走査ユニット内の第１の経路を含む、物体の内容を調べる走査ユニットが開示される。少なくとも１つの放射線源は、第１の経路を横切る第２の経路を横切って移動可能である。第２の経路は、部分的に第１の経路の周りを延びる第１の領域内にある。固定検出器が、部分的に第１の経路の周りを延びる第２の領域内に設けられる。検出器アレイは、走査中に物体を透過した放射線を検出するように位置させられる。少なくとも１つの放射線源は、たとえばＸ線源であってよい。物体を第１の経路に沿って走査ユニットを通過するように運ぶ輸送システムを設けることができる。
【００２０】
複数の線源を設けることができる。走査ユニットは、線源を支持する、第１の経路に垂直な半円形レールをさらに含んでよい。線源は、レールに対して半円の周りを移動可能であってよい。検出器は、第１の経路に垂直であり、物体が走査位置に来たときに物体内に中心を有する想像円上に位置する半円形の検出器行を含む検出器アレイを含んでよい。検出器は、複数の二次元検出器を含んでよい。少なくとも１つのエネルギー検知検出器を設けることができる。
【００２１】
検出器アレイにプロセッサを電気的に結合することができる。プロセッサは、検出器アレイから受け取ったデータに基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成するようにプログラムすることができる。
【００２２】
本発明の他の実施形態によれば、経路の第１の側で物体および複数のＸ線源を運ぶための、走査ユニット内の第１の経路を含む、物体の内容を調べる走査ユニットが開示される。各放射線源は、Ｘ線のコーン・ビームを生成し、第１の経路を横切る第２の経路を横切って機械的に移動可能である。第２の経路は、部分的に第１の経路の周りを延びる第１の領域内にある。検出器が、部分的に第１の経路の周りを延びる第２の領域に設けられ、複数の線源から放出された各放射線が走査時に物体を通過した後で各放射線を検出するように位置させられる。複数の線源は、第１の経路に垂直な走査ユニットよって支持される半円形のレールによって支持することができる。半円形のレールは、物体が走査位置に来たときに物体内に中心を有する想像円上に位置する。レールは複数の線源を支持し、線源はレールの周りを半円状に移動可能である。さらに、検出器アレイは半円形であり、経路に垂直であり、物体が走査位置に来たときに物体内に中心を有する想像円上に位置する。検出器アレイは固定することができる。物体はたとえば貨物専用コンテナであってよい。
【００２３】
少なくとも１つの線源は第１のエネルギー分布を有する放射線を放出することができ、少なくとも１つの線源は、第１のエネルギー分布とは異なる第２のエネルギー分布を有する放射線を放出することができる。あるいは、１つまたは複数の線源が、それぞれの異なるエネルギー分布を有する放射線を選択的に放出してもよい。第２のエネルギー検知検出器は、第１の検出器が第２の検出器と複数の線源との間に位置するように設けることができる。
【００２４】
第１の検出器から受け取ったデータに基づいてコンピュータ断層撮影画像を再構成し、第２の検出器から受け取ったデータに基づいてエネルギー・ベースの画像を再構成し、第１の検出器アレイからのデータに基づく画像を第２の検出器から受け取ったデータに基づく画像と融合するようにプログラムされたプロセッサを、第１および第２の検出器に電気的に結合することができる。第２の検出器は、エネルギー検知検出器であってよい。
【００２５】
本発明の他の実施形態によれば、貨物専用コンテナの少なくとも一部を放射線によって複数の角度で走査することと、貨物専用コンテナを透過した放射線を検出することと、検出された放射線に基づいてデータを処理し、貨物専用コンテナの少なくとも一部のコンピュータ断層撮影画像を形成することとを含む、貨物専用コンテナの内容を調べる方法が開示される。放射線はコーン・ビームであってよい。貨物専用コンテナを走査する複数の線源を設けることができる。放射線はＸ線であってよい。複数のエネルギー分布を使用してよい。まず貨物専用コンテナ全体を走査してコンテナの放射線写真を生成することができる。次いで、疑わしい領域を複数の角度で走査し、疑わしい領域のコンピュータ断層撮影画像を再構成することができる。貨物専用コンテナは5フィート（1.5m）を超える高さおよび幅を有してよい。
【００２６】
物体を第１の経路に沿って移動させることと、少なくとも１つの放射線源を、第１の経路を横切る第２の経路に沿って移動させて物体を走査することとを含む、物体の内容を調べる方法も開示される。第２の経路は、部分的に第１の経路の周りを延びる第１の領域内にある。この方法は、固定検出器アレイによって、物体を透過した放射線を検出することを含む。固定検出器アレイは、部分的に第１の経路の周りを延びる第２の領域内に位置する。
【００２７】
物体を第１の方向に移動させることと、Ｘ線の複数のコーン・ビームを物体に照射することとを含む、物体の内容を調べる方法も開示される。各コーン・ビームは、複数のＸ線源のそれぞれから放出される。Ｘ線源は、貨物内の中心内の第１の想像円上に位置する半円内に配置される。この半円は第１の方向を横切る。複数のＸ線源は、この半円の周りを機械的に移動させられ、各コーン・ビームを複数の角度で貨物に照射し、この場合、半円は第１の想像円上に位置する。物体を透過した放射線は、二次元検出器のモジュールの半円形の固定検出器アレイによって検出される。この半円は、物体内に中心を有し、第１の想像円と同じ平面内に位置する第２の想像円上に位置する。検出された放射線が分析される。
【００２８】
ターゲットおよび複数の放射線源を移動させるための、走査ユニット内の第１の経路を含む、ターゲットを調べる走査ユニットも開示される。複数の線源は、第１の経路を横切る第２の経路を横切って移動可能である。検出器は、走査時にターゲットを透過した放射線を検出するように位置させられる。
【００２９】
本明細書では、「貨物専用コンテナ」という語はパレットを包含する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態による、爆破装置や爆発物のような密輸される物体を検査する貨物走査ユニット１０の内部の概略正面図である。図２は、貨物走査ユニット１０の内部の中央の概略側面図である。このような物体は、荷物やバッグのような小さな物体であっても、貨物専用コンテナのような大きな物体であってもよい。走査ユニット１０は、遮蔽された壁１１を含んでいる。図１では、貨物専用コンテナ１４を保持した台車１２は、第１の経路に沿って図の外側に向かって走査ユニット１０を通過するように示されている。図２では、第１の経路の方向は矢印「Ａ」で示されている。
【００３１】
この実施形態では、走査ユニット１０は、６つのＸ線源１６ａ〜１６ｆと、各Ｘ線源１６ａ〜１６ｆを支持するレール１８と、検出器２０とを含んでいる。検出器２０は、たとえば図３に示されているように複数の検出器モジュール２１を含む検出器アレイであってよい。レール１８と検出器アレイ２０は、図２で識別されている同じ平面「Ｐ」に沿って位置しており、線源１６ａ〜１６ｆから放出された放射線を、貨物専用コンテナ１３を通過した後に検出する。平面Ｐは、第１の経路に沿った第１の方向Ａを横切っている。この実施形態では、平面Ｐは第１の方向Ａおよび第１の経路に垂直である。
【００３２】
Ｘ線源１６をレールに沿って移動させ、かつ／またはレールを移動させる搬送システム２２が設けられている。
【００３３】
Ｘ線源１６ａ〜１６ｆおよび／またはレールは、部分的にのみ第１の経路Ａの周りを延びる領域Ｒ１内を移動する。したがって、線源１６ａ〜１６ｆは、完全に経路Ａ（または貨物専用コンテナ１４）に沿って移動するわけではない。同様に、検出器アレイ２０は、部分的にのみ第１の経路Ａの周りを延びる領域Ｒ２内に位置している。検出器アレイ２０も、完全に貨物専用コンテナ１４の周りを延びているわけではない。図１の実施形態では、領域Ｒ１と領域Ｒ２は完全に分離している。ただし、必要に応じてある程度重なり合ってもよい。
【００３４】
図１の実施形態では、レール１８は半円形であり、貨物の中心Ｃに位置するかまたは貨物の中心Ｃに近い中心を有する第１の想像円Ｃ１上に位置している。同様に、この実施形態では、検出器アレイ２０も半円形であり、貨物の中心Ｃに位置するかまたは貨物の中心Ｃに近い中心を有する第２の想像円Ｃ２上に位置している。図１の実施形態では、第１の想像円と第２の想像円は同じではないが、そうであってよい。第１の想像円と第２の想像円はどちらも同じ平面Ｐ内に位置している。検出器アレイ２０は直線状であっても、他の形状を有してもよい。半円形のレール１８と検出器アレイ２０の弧の範囲は、後述のように線源１６ａ〜１６ｆから放出されるビームの特性に依存する。
【００３５】
線源１６ａ〜１６ｆと検出器アレイ２０は、台車１２と貨物専用コンテナ１４がそれらの間を通過できるように十分な距離「Ｄ」を置いて配置されている。代表的な台車１２によって支持される20×8×8フィート（6.1×2.4×2.4 m）の代表的な貨物専用コンテナ１４の場合、約25フィート（7.62m）の距離Ｄを与えることができる。
【００３６】
台車１２に連結された移動ベルトや経路Ａに沿った軌跡などの輸送システム２４を設けて、台車を経路Ａに沿って貨物走査ユニット１０を通過させることができる。ベルトまたは軌跡を１つまたは複数のモータ（図示せず）によって駆動することができる。
【００３７】
貨物専用コンテナ１４を軌跡１２によって支持する必要はない。貨物専用コンテナ１４または検査すべきそのような物体を輸送システム２４によって直接支持し搬送することができる。モータによって駆動されるベルトまたは軌跡を用いて貨物専用コンテナ１４を直接搬送することもできる。機械的に駆動されるローラを使用することもできる。
【００３８】
検出器アレイ２０は、貨物専用コンテナ１４を透過したＸ線を検出する。検出器アレイ２０は、後述のように、検出器アレイ２０から出力されたデータを画像として再構成する、コンピュータなどのプロセッサ２６に電気的に接続されている。必要に応じてアナログ・デジタル変換装置およびその他の電子構成要素が設けられる。コンピュータ２６は、再構成された画像を表示するディスプレイ２８に接続されている。コンピュータ２６は、再構成された画像を、ライセンス・プレートのような各台車１２または貨物専用コンテナ１４に関する識別情報、台車が走査された日付のような他の有用な情報と一緒に記憶することができる。走査ユニット１０のオペレータがキーボード３０を通じて関連情報を入力することも、情報を走査またはその他の方法で自動的に入力することもできる。コンピュータ２６はまた、Ｘ線源１６の動作を制御するためにＸ線源１６に接続され、線源１６および／またはレール１８の移動を制御するために搬送システム２２に接続され、かつ輸送システム２４に接続されている。複数のプロセッサまたはコンピュータを使用してもよい。
【００３９】
輸送システム２４は、コンピュータ２６の制御の下で、貨物専用コンテナ１４の中心Ｃをレール１８および検出器アレイ２０の想像円の中心または想像円の中心の近くに位置させるために必要に応じて台車１２を上昇または下降させる、図２に示されている垂直プラットフォーム３２を含んでいる。走査ユニット１０の入口３４および出口３６も示されている。
【００４０】
コンベア・システム２２は、すべての線源１６を同時に一方向に移動させ、次いで逆方向に移動させ、複数の角度での貨物専用コンテナ１４の全体積の走査を可能にする。コンベア・システム２４は、レール１８によって支持されたモータ駆動閉チェーン（図示せず）を含んでよい。Ｘ線源１６は、レール１８によって支持することができ、たとえばモータに結合された歯車によりチェーンによって移動させることができる。モータは、チェーンをまず一方向に、次いで逆方向に、連続的にまたは互いに離散した間隔を置いて移動させるようにコンピュータ２６によって制御することができる。線源１６を移動させる代わりに、または線源１６を移動させることに加えて、レール１８の長さに応じて、レール用の適切な支持・搬送システムを設けることによって、レール自体を移動させることができる。レール１８用の搬送システム２２は、機械的に駆動される軌跡であっても、機械的に駆動されるローラであってもよい。
【００４１】
Ｘ線源１６は、たとえばBremstrahlung線源であってよい。図１の実施形態による走査ユニット１０によって5フィート（1.5m）を超える幅を有する貨物専用コンテナを調べる場合、Ｘ線源は、平均エネルギーが約1MVを超えるエネルギー分布を有する放射線を生成することができる。Ｘ線源１６は、平均エネルギーがたとえば約6MVを超えるエネルギー分布を有する放射線を生成することができる。Ｘ線源１６は、たとえばVarian Medical System Inc.、カリフォルニア州パロアルト（「Varian」）から市販されている、約6MeV以上の範囲の加速電位を有する、Linatron（登録商標）線形加速器（「Linatron（登録商標）」）などの線形加速器であってよい。Varian Linatron（登録商標）は、たとえば約20〜30°の開口角度を有している。たとえば、静電加速器、マイクロトロン、ベータトロンのような他のＸ線源を使用してもよい。特に、約5フィート（1.5 m）未満の幅を有する物体については、Ｘ線管を使用してもよい。
【００４２】
Varian Linatron（登録商標）が図１の構成における線源１６として使用される場合、半円形のレール１８上に均等な間隔を置いて配置された６つの線源を設け、貨物専用コンテナ１４の約120°のパイ状領域を照明することができる。各線源１６の放出は、コンピュータ２６によって、各線源が照明する検出器アレイ２０の検出器と同期させられる。各パルスを同時に放出するうえで線源１６の放出を互いに同期させてもさせなくてもよい。線源は、約180°までの角度で放射線を放出することができ、放射線をコーン・ビームやファン・ビームのような任意の所望の形状にコリメートすることができる。放射線は、線形加速器のように点から線に沿って放出することも、二次元領域から放出することができる。
【００４３】
各Ｘ線源１６と貨物専用コンテナ１４との間に１つまたは複数のコリメータ（図示せず）を設け、各線源１６からのＸ線をコーン・ビームとしてコリメートすることができる。コーン・ビームは、たとえば非対称的な矩形コーンであってよい。２つの非対称的な矩形コーン・ビームＢ１、Ｂ２が図３に示されている。矩形コーン・ビームを使用すると、貨物専用コンテナを撮像する際に使用されない過剰な放射線に貨物をさらすのが回避される。また、検出できる散乱放射線が最小限に抑えられ、画質が向上する。円形コーン・ビームを使用することができるが、コーン・ビームの、円の境界の近くの部分から収集されたデータは通常、無視される。他の形状のコーン・ビームを使用してもよい。
【００４４】
コーン・ビームは数学的な円錐でなくてよく、任意の形状の円錐であってよい。ここで、「コーン・ビーム」は、後述のように、長手方向および横方向の寸法を有し、二次元検出器を照明するＸ線を指す。この実施形態でコーン・ビームが使用されるのは、コーン・ビームが、１走査当たりに、ファン・ビームまたはペンシル・ビームよりも大きな体積の貨物専用コンテナを一様に走査することができ、貨物専用コンテナ１４全体を走査するのに必要な時間を短縮するからである。
【００４５】
貨物専用コンテナ１４と検出器アレイ２０との間にコリメータ（図示せず）を設けて、散乱した放射線が検出器アレイの検出器２１に達するのを妨げることもできる。
【００４６】
Ｘ線がコーン・ビームの形をしているとき、検出器アレイ２０は、貨物専用コンテナ１４におけるＸ線の透過を検出する１行または複数行の二次元検出器モジュールを含んでよい。図３には、２行２０ａ、２０ｂの検出器モジュール２１が示されている。各Ｘ線源１６は、レール１８上の点線源として概略的に示されており、図示のように検出器アレイ２１の異なる検出器モジュール２１にＸ線を当てる。図３では、各コーン・ビームＢは４つの検出器モジュールからなる矩形の検出器モジュール群に当たる。検出器モジュール２１は拡大して示されており、貨物専用コンテナ１４は、図示を容易にするために図３には示されていない。各二次元検出器モジュール２１は感光素子のような検出器素子の複数の行および列をハウジング内に含んでいる。当技術分野で既知のモジュールの構成要素は図示されていない。感光素子は、たとえばフォトダイオードであってよい。ファン・ビームを使用する場合、（単一行の検出器素子を含む）単一行の一次元検出器を使用してよい。
【００４７】
走査ユニット１０を用いて放射線画像またはコンピュータ断層撮影（「ＣＴ」）画像を得ることができる。線源１６ａ〜１６ｆを弧を横切って移動させるか、または検出器アレイ２０を180°に等しい弧と放出されるＸ線の横方向の弧を合わせた弧上に広げる必要がある。たとえば、ビームの横方向の弧が約30°である場合、線源１６ａ〜１６ｆの移動の弧または検出器アレイ２０の弧は約210°である必要がある。この場合、他の構成要素の弧は約180°である必要がある。あるいは、両方の弧が約200°であってよい。
【００４８】
検出器アレイ２０における各線源１６ａ〜１６ｆから放出される各コーン・ビームの長手方向または軸線方向の幅は、図３に示されているように、検出器アレイの幅「Ｗ」に概ね対応してよい。各コーン・ビームの横方向の長さは、線源の数および検出器アレイ２０の横方向の長さに依存する。図３には、各コーン・ビームが、２つの検出器を含む検出器アレイ２０の横方向の長さ「Ｌ」を照明するように示されている。コーン・ビームの横方向の長さは、すべての検出器２１が照明されるように、互いに隣接するコーン・ビームが検出器アレイ２０の一部と重なり合うように調整することができる。
【００４９】
検出された信号の分析および画像の再構成を簡略化するために、一実施形態では、検出器アレイ２０の同じ検出器２１上で重なり合わないＸ線を投影する線源１６ａ〜１６ｆのみが同時にオンになる。たとえば、線源１６ａ〜１６ｆのうちで一度にオンにする線源は１つだけであってよい。複数の線源を同時にオンにすることによってデータ取得量を増やすことができる。各コーン・ビームの横方向の長さを、互いに隣接するビームが検出器アレイ２０上で重なり合うように調整する場合、たとえば、線源１６ａおよび１６ｄ、線源１６ｂおよび１６ｅ、ならびに線源１６ｃおよび１６ｆの各対を同時にオンにすることができる。より高速にデータを取得する場合でも、線源１６ａ、１６ｃ、および１６ｅを同時にオンにし、線源１６ｂ、１６ｄ、および１６ｆも同時にオンにすることができる。各線源群は、コンピュータ２６の制御の下で、線源１６ａ〜１６ｆがレール１８を横切って移動する際に連続的に循環させることができる。散乱した放射線からの情報が必要でないかぎり、オンになっている線源に位置合わせされていない検出器モジュール２１からのデータを無視することができる。
【００５０】
検出器アレイ２０は、３行の検出器モジュール２１が設けられた、図４に示されている半円形の溝３８の形状であってもよい。検出器アレイ２１は、たとえば図５に示されているように皿状構成４０を有してもよい。皿状検出器アレイ４０は、３０×１５行の検出器モジュール２１を含み、卵形であってよい。この卵形は、たとえば180°×90°の球上に広がってよい。検出器アレイ２０は平坦であってもよい。前処理・再構成アルゴリズムは、平坦な検出器アレイの使用を補正することができる。
【００５１】
空間検出器アレイ２１は、たとえばアモルファス・シリコン（「ａＳｉ」）検出器であってよい。各検出器モジュール２１は、幅がたとえば少なくとも約20〜30cmである二次元検出器であってよい。画素サイズは、たとえば最大0.5cmであってよい。検出器モジュール２１は、たとえば商標PaxScanTM4030の下で、たとえばVarianから市販されている40cm×30cm ａＳｉ検出器であってよい。検出器は、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み入れられるU.S.S.N. 第09/978727号に記載されたように、動的に制御可能な信号利得を有する前置増幅器段を含む信号処理回路に結合することができる。各検出器モジュール２１は、図１に示されているようにエンド・ツー・エンドで配置することができる。
【００５２】
一例では、台車１２によって保持された20×8×8フィート（6.1×2.4×2.4 m）の寸法を有する貨物専用コンテナ１４を走査する場合、各々が40cm×30cmの寸法を有する３５個の検出器モジュールを、210°の弧ｄ上に広がる半円状に構成し、幅ｗが30cmであり、アーク長が14mである検出器アレイ２０を形成することができる。６つのＸ線源１６の各々からのビームは、幅Ｗが約30mであり、長さが少なくとも約233cm（1400 cm/6）であるコーン・ビームとしてコリメートすることができる。各コーン・ビームは、すべての検出器モジュール２１を確実に照明するために、１つの検出器モジュール２１および検出器アレイ２０の互いに隣接する検出器モジュールまたは領域の最大で約２分の１を照明するようにたとえば最大で約350cmの長さを有してよい。各コーン・ビームは、横方向に約30°の弧上に広がり、かつ長手方向に、検出器アレイ２０のサイズに応じて約2°から約15°の弧上に広がることができる。
【００５３】
この実施形態では、図１および図２に示されているように、Ｘ線源１６、レール１８、およびコンベア・システム２４が走査ユニット１０の上部に位置し、検出器アレイ２０が下部に位置している。検出器アレイ２０は、図１に示されているように、輸送システム２４よりも下の地面Ｇの半円形の穴に配置し、この穴によって全体的または部分的に支持し、走査ユニット用の幅の狭い小形の構造を得ることができる。このような構成では、地面が放射線を吸収し、必要な遮蔽量を少なくする。放射線ダンプは必要とされない。地面Ｇよりも上の壁１１は、当技術分野で知られているように、散乱した放射線を吸収するように適切に遮蔽されている。検出器アレイ２０と線源１６の位置を逆にすることができ、必要に応じて適切な追加的な遮蔽を施し放射線ダンプを設けることができる。
【００５４】
他の構成が可能である。図６は、Ｘ線源１６を支持するレール１８ａが、貨物専用コンテナ１４を保持した台車１２が横切る経路Ａの一方の側にあり、検出器アレイ２０ａが他方の側にある貨物走査ユニット１０ａの正面図である。図７の走査ユニット１０ｂの正面図に示されているように、Ｘ線源５０の２分の１を支持するより短いレール４８およびより短い検出器アレイ５２を、走査すべき貨物専用コンテナ１４の両側に設けてもよい。
【００５５】
再び図１を参照すると、使用時に、調べるべき貨物専用コンテナ１４または貨物を保持した台車１２は、輸送システム２４によって毎秒約0.10フィートの速度で走査ユニットを通じて運ばれる。Ｘ線源１６および／またはレール１８は、連続的な動作で約210°の弧を横切って約10秒で前進させられる。Ｘ線コーン・ビームは、各線源１６によって貨物専用コンテナ１４を透過させられる。各線源１６の位置で貨物専用コンテナ１４の放射線写真が撮影される。
【００５６】
線源１６の一様な間隔を置いて配置された角度位置で十分な数の放射線写真を撮影し、コンピュータ断層撮影（「ＣＴ」）を行うことができる。ＣＴは、各投影がわずかに異なる角度である、撮像体積当たり約50回から約2000回の投影で行うことができる。420〜720回の投影で良好な結果が得られると考えられる。撮像体積とは、レール１８に沿った線源１６ａ〜１６ｆの単一の掃引で走査される貨物専用コンテナ１４（および任意に台車１２）の区間である。画像は、各線源１６ａ〜１６ｆがレール１８の周りを連続的に移動し、一方、台車１２が走査ユニット１０を通過するにつれて得られる。当技術分野で既知のように、Feltkampアルゴリズムなどのコーン・ビーム再構成アルゴリズムを用いて貨物の軸線方向断面画像を再構成することができる。
【００５７】
上述のように、ＣＴ再構成用の完全なデータ・セットを得るには、各線源１６ａ〜１６ｆを弧を横切って移動させるか、または検出器アレイ２０を約210°に等しい弧上に広げる必要がある。他の構成要素の弧は約180°である必要がある。あるいは、両方の弧が約200°であってよい。  
単一の線源と単一の検出器を有するコーン・ビームＣＴシステムでは、等しい数の光線が、線源から、走査中の物体の各ボクセルを透過して検出器素子に送られ、光線は一様な角度分布を有する。このデータは、画像を再構成するためにコーン・ビーム再構成アルゴリズムによって使用される。しかし、多線源コーン・ビームＣＴシステムでは、等しい数の光線が各ボクセルを透過させられるわけではない。さらに、光線の角度分布は概ね一様であるに過ぎない。したがって、前処理アルゴリズムを用いて生データを選択し、重み付けし、処理して偏差を補償することができ、したがって、データを再構成アルゴリズムで使用することができる。
【００５８】
前処理アルゴリズムは、システム１０の形状および構成の他の局面を補償することもできる。たとえば、理想的には、各線源１６から、検出器アレイ２０の、その線源がそのコーン・ビームを当てる検出器モジュール２１までの距離は、できるだけ一定に近い距離になる。しかし、各検出器モジュール２１は平坦であるため、この構成ではこの距離は一定にならない。前処理アルゴリズムは距離の偏差を補償することができる。前処理アルゴリズムは、検出器アレイ２０内の互いに隣接する検出器モジュール２１間の間隔を補正することもできる。上述のように、検出器アレイ２０上でコーン・ビーム同士が重なり合う場合、収集されたデータを適切に選択し重み付けするために補正が必要である。たとえば、検出器アレイの、各ビームが重なり合う部分から収集されたデータの和を求め、平均することができる。これらおよびその他の必要な補正は、単一の線源が使用されるコーン・ビーム再構成に関する技術分野で既知の技術に基づいて得ることができる。
【００５９】
各線源１６ａ〜１６ｆによる１回の走査によって、軸線方向の長さが15cmを超える約３０個の断面画像を作成することができる。各走査には約10秒かかる。幅および長さがたとえば約15フィート×20フィートの貨物専用コンテナ全体のＣＴ走査を行うのに約５〜10分かかる。数mm程度の良好な空間解像度を得ることができる。貨物専用コンテナ１４は、たとえば50ラドのような公称的に許容される線量レベルにさらすことができる。
【００６０】
走査速度を高めるには、貨物に対して前走査試験を行い、貨物専用コンテナ１４の疑わしい領域を識別することができる。次いで、疑わしい部分に対してＣＴ走査を行うことができる。疑わしい領域のない貨物を保持した台車は、より迅速に通過することができる。疑わしい領域を有する台車もより迅速に走査することができる。というのは、ＣＴ走査が疑わしい領域にしか行われないからである。
【００６１】
たとえば、図１の走査ユニットは貨物の線走査を行うことができる。Ｘ線源１６は、搬送システム２２によって貨物専用コンテナ１４に心合わせされる。心合わせの後、Ｘ線源１６を移動させる必要はなくなる。検出器アレイ２０は、線検出器として働く。貨物専用コンテナ１４の放射線写真は、台車１２がずっと高い速度で貨物走査ユニット１０を通過するときに再構成される。貨物専用コンテナ１４全体の放射線写真を１分未満で得ることができる。
【００６２】
互いに直交する走査方向に沿って２回の線走査を行うことができる。図１に示されている左端の位置のような、レール１８上の一方の末端位置の線源１６で第１の線走査を行うことができる。次いで、線源は、レール１８上の反対側の末端位置、この例ではその右端の位置に移動させられる。次いで、第２の走査を行うことができる。２つの末端位置間の中間位置の線源で追加的な走査を行ってもよい。あるいは、第１の線源１６ａと最後の線源１６ｆで２つの走査を同時に行うことができる。
【００６３】
放射線写真を視覚的に検査するかまたはコンピュータ２６によって分析して放射線写真内の物体の形状、サイズ、および密度に基づいて疑わしい領域を識別することができる。疑わしい領域が識別された場合、輸送システム２４を反転し、Ｘ線源１６を移動させて、貨物専用コンテナ１４が走査ユニット１０を再び通過するときに疑わしい領域のＣＴ走査を行い、貨物の疑わしい領域のより詳細な三次元像を得ることができる。
【００６４】
他のプレスクリーニング技術を使用してもよい。たとえば、台車１２が経路に沿って移動するにつれて線源１６ａ〜１６ｆをレール１８に沿って移動させ、300回未満の投影を行うことによって、より高速の走査を行うことができる。コーン・ビーム再構成アルゴリズムを用いてデータを再構成することができる。結果として得られる画像は、オペレータまたはコンピュータが疑わしい領域を識別してより詳細な検査を行うのに十分な画像である。次いで、上述のように、疑わしい領域に対してＣＴを行うことができる。
【００６５】
ペンシル・ビーム走査の結果として得られる散乱した放射線を前走査に用いてもよい。コリメータを各線源の前方に移動させてペンシル・ビームを形成することができる。線源１６ａ〜１６ｆの動作が循環させられる。一度に１つの線源をオンにしても、検出器アレイ２０上で重なり合わないビームを透過させる各線源を同時にオンにしてもよい。透過した各ビームに位置合わせされた検出器モジュール２１からのデータは無視することができ、したがって、散乱した放射線のみが処理される。走査は迅速に行うことができる。上述のように、結果として得られる画像は、オペレータまたはコンピュータが疑わしい領域を識別してより詳細な検査を行うのに十分な画像であり、次いで、あらゆる疑わしい領域に対してＣＴを行うことができる。
【００６６】
プレスクリーニングにおいて識別された疑わしい領域のコーン・ビーム（またはファン・ビーム）走査の代わりにまたはこの走査と共にペンシル・プローブ・ビームを使用してもよい。台車１２が搬送システム２４によって移動させられるにつれて線源１６ａ〜１６ｆをレールに沿って移動させ、ペンシル・ビームが疑わしい領域を複数の角度から走査するのを可能にすることができる。ペンシル・ビームは、小さな物体を走査する際に特に有利である。
【００６７】
散乱した放射線は前走査以外にも使用することができる。貨物専用コンテナ１４の内容によって散乱した放射線を検出することによって、貨物専用コンテナ１４内の密輸品の識別に寄与できる他の情報を得ることができる。線源１６ａ〜１６ｆと貨物専用コンテナ１４との間に他の検出器（図示せず）を設け、後方散乱した放射線を検出することができる。後方散乱検出器の代わりにまたは後方散乱検出器に加えて、貨物専用コンテナ１４の横に他の検出器を設けて横に散乱した放射線を検出することができる。図１の検出器アレイ２０は、一度に１つの線源１６を用いて貨物専用コンテナ１４を走査することによって、散乱した放射線を検出するのに用いることもできる。貨物専用コンテナ１４を透過した放射線は、コーン・ビームが当たる検出器２１によって検出される。
【００６８】
様々なエネルギー範囲の透過エネルギーを選択的に検出することによって、密輸品を識別するうえで有用な他の情報を得ることもできる。検出器アレイ２０の前方にフィルタ（図示せず）を選択的に設け、特定のエネルギー範囲に対する検出器アレイ２０のエネルギー感度を向上させることができる。たとえば、フィルタは、あるしきい値未満の、貨物を透過した放射線を遮断するように構成することができる。広いエネルギー範囲にわたって感度が高く、かつ本発明に使用できる検出器の例は、2002年11月2日に出願され、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み入れられるU.S.S.N.第10/013199号に記載されている。光電子増倍管を含むシンチレーション・ベースの検出器、半導体ベースの検出器、および特定のエネルギー範囲を検知するガス電離ベースの検出器が市販されている。
【００６９】
当技術分野で既知のように、爆発物などの密輸品を含む様々な物質とＸ線との相互作用は、Ｘ線のエネルギーに依存する。したがって、様々な平均エネルギーを有する２つ以上の異なるエネルギー分布を用いて貨物を走査することによって、密輸品を識別するうえで有用な他の情報を得ることもできる。図１に示されている検出器アレイ２０を用いて、各エネルギー分布において貨物専用コンテナ１４を透過した放射線を検出することができる。エネルギー分布の１つは、Ｘ線と貨物の一次相互作用がコンプトン散乱である平均エネルギーを有するエネルギー分布である。他のエネルギー分布は、電子対生成を漸進的に多くしかつコンプトン散乱を漸進的に少なくする漸進的に高くなる平均エネルギーを有してよい。
【００７０】
たとえば、加速電位がそれぞれ6MeVおよび18MeV以上であるＸ線源によって２つのエネルギー分布を与えることができる。6MeVでは、Ｘ線はコンプトン散乱を引き起こす。電子対生成は多くない。18MeV以上では、より多くの電子対生成が誘起される。コンプトン散乱も起こる。
【００７１】
図１の構成における線源の数の２倍の数を必要とする、様々な平均エネルギーを持つＸ線を放出するそれぞれの異なるＸ線源を使用することができる。あるいは、２つ以上の異なるエネルギー分布でＸ線を選択的に放出するように各線源１６ａ〜１６ｆを構成することができる。２つ以上の異なるエネルギー分布でＸ線を放出することのできる線形加速器が、たとえば、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第6,366,021B1号、米国特許第4,382,208号、および米国特許第4,400,650号に記載されている。Ｘ線のエネルギー分布は、線源１６が各走査位置に来たときに両方のエネルギー分布で走査を行うように、コンピュータ２６の制御の下で高速に変更することができる。
【００７２】
上述のように、図１の検出器アレイ２０は、各エネルギー分布で貨物専用コンテナ１４を透過した放射線を検出する空間検出器を含んでよい。あるいは、エネルギー検知検出器を設けてよい。図８は、コンピュータ２６（この図には示されていない）によって制御され複数のエネルギー分布を有するＸ線を放出できる複数のＸ線源１６を含む貨物走査ユニット１０ｃの構成の概略図である。図１の構成と共通の要素には共通の参照番号が付けられている。１行または複数行の二次元エネルギー検知検出器を含む第２の検出器アレイ６０が、第１の検出器アレイ２０の後方に設けられている。第２の検出器アレイ６０は、貨物専用コンテナ１４および第１の検出器アレイ２０を透過したＸ線に応答する。第２の検出器アレイ６０によって検出するのに十分な量のＸ線エネルギーが第１の検出器アレイ２０を通過する。（図１および図８では検出器２１と検出器アレイとの間に空間が示されているが、互いに隣接する検出器２１は接触してよい。）別個のエネルギー検知検出器アレイ６０を設ける代わりに、第１の検出器アレイ２０の二次元検出器間に二次元エネルギー検知検出器を設けることもできる。検出器アレイ同士の間にフィルタを設けてあるしきい値未満の放射線を除去し、エネルギー検知検出器の感度を必要に応じてより高いエネルギーに改善することができる。
【００７３】
上述のように放射線写真を生成することができる。十分な数の放射線写真からＣＴ画像を再構成することもできる。より高い平均エネルギーを持つエネルギー分布を用いて放射線写真およびＣＴ画像を生成することができる。
【００７４】
第２の検出器６０アレイの検出器６１はそれぞれ、当技術分野で既知のように、たとえば光電子増倍管に結合されたシンチレータを含んでよい。シンチレータにＸ線光子が当たると、Ｘ線光子のエネルギーに比例する光子エネルギーが放出される。光子は、検出される光子のエネルギーに出力が比例する光電子増倍管によって検出される。波高分析（「ＰＨＡ」）を用いてエネルギー検知検出器からのデータを分析することができる。シンチレータは、たとえば沃化セシウム・シンチレータや、沃化ナトリウム・シンチレータや、タングステン酸カルシウム・シンチレータや、ゲルマニウム酸ビスマス・シンチレータであってよい。
【００７５】
図１のように単一の検出器アレイ２０のみを設けるか、エネルギー検知検出器アレイ６０も設けるかにかかわらず、両方の平均エネルギーで収集されたデータに基づいて画像を作成することができる。各々がそれぞれのエネルギー分布による走査から得られる、２つのデータ・ポイントが各ボクセルについて利用可能である。より低い平均エネルギーでの走査から得られるデータ・ポイントは主として、ボクセル内の物質の原子番号Ｚに依存するコンプトン散乱の効果に基づくデータ・ポイントである。より高い平均エネルギーでの走査から得られるデータ・ポイントは、Ｚ２に依存する電子対生成とコンプトン散乱に基づくデータ・ポイントである。他の平均エネルギーも使用する場合、貨物専用コンテナ１４の内容に関する他の情報を与えることのできるより多くのデータを得ることができる。一部の情報は、２つのエネルギーを使用することによって得られる情報と相関するが、それにもかかわらず追加的な情報は統計的に有意である。画像コントラストを改善することもできる。
【００７６】
各エネルギー準位での走査に基づいて画像を再構成することができる。画像を視覚的に比較することも、コンピュータ２６によって比較することもできる。各平均エネルギーでの貨物専用コンテナのすべてのボクセルまたはいくつかのボクセルにおける値を比較または処理して、ボクセル内の貨物の物質内容を示す情報を得ることもできる。たとえば、各ボクセルでの２つのデータ・ポイントの比は、そのボクセル内の物質の平均Ｚおよび平均Ｚ２に依存する値を示す。この比を、コンピュータ２６によって、データベースにおける各材料の対応する比と比較し、ボクセル内の材料を識別することができる。たとえば、米国特許第4,149,081号は、様々なエネルギー・レベルから得られるデータ・セットの分析および表示について、一般的に適用できるように述べている。米国特許第4,194,081号は、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み入れられる。
【００７７】
２つのデータ・ポイントはどちらもボクセル内の物質の密度にも依存する。材料の総密度は密輸品（たとえば、爆発物、核物質、非合法ドラッグ）を識別する際に有用である場合がある。しかし、物質の密度は、それを様々な密度の充填剤に混合することによって、密輸品の有害な特性を変化させずに容易に修正することができる。密度が変化すると、危険な爆発物が放射線写真上では無害な物質に見えることがある。しかし、比（平均Ｚ/平均Ｚ２）の値は密度とは無関係であり、システムを無効にすることは困難になる。
【００７８】
当技術分野で知られている値の他の数学的な組合せも有用である。一方または両方のエネルギー・レベルでの放射線写真に基づくボクセル値をデータ分析に使用することもできる。
【００７９】
第２のエネルギー検知検出器アレイ６０から得られる画像は、物質内容情報を与えるが、解像度が低い。高い解像度を有する、第１の検出器アレイ２０によって収集されたデータから得られる画像と、第２の検出器アレイ６０からのデータから得られる画像を、ボクセルごとに融合し、ボクセルの物質内容も示す高い空間解像度を持つ画像を生成することもできる。この場合、疑わしい物質の位置、サイズ、および形状と、物質が何であるかを、視覚的に分析することもコンピュータ２６によって分析することもできる。
【００８０】
コンピュータは、当技術分野で既知のように、画像または画像データを自動的に分析し疑わしい物体または物質を識別するソフトウェア・プログラムを実現することができる。ソフトウェアを用いて、オペレータによる視覚的分析を容易にするように表示される画像を改善することもできる。たとえば、当技術分野で既知のように、エッジ改善プログラムを使用し、ある種類の材料を識別する色を付加し、表面レンダリングを行って、物体をより認識可能にすることができる。
【００８１】
本発明は、貨物専用コンテナに密輸品がないかどうか走査するのに特に適しているが、空港における荷物や機内持ち込み手荷物のような他の物体に容易に適合することができる。
【００８２】
さらに、図１には複数の線源が示されているが、単一の線源を使用してもよい。単一の線源は、搬送システム２２によってレール１８を横切って容易に移動させることができる。
【００８３】
さらに、上記の例ではＸ線源について説明したが、線源は、たとえば中性子ビームのような他の種類の放射線を与えることができる。
【００８４】
当業者には、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱せずに、本明細書に記載された実施形態に他の変更を施せることが認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態による貨物走査ユニットの内部の概略正面図である。
【図２】矢印「Ａ」の方向に沿った、ユニットを通過しているトラックを示す図１の走査ユニットの内部側面図である。
【図３】検出器アレイの一部を照明する、互いに隣接するＸ線源によって放出された２つの対称的なコーン・ビームの概略図である。
【図４】半円形の溝状検出器アレイの斜視図である。
【図５】皿状検出器アレイの斜視図である。
【図６】X線源が、貨物専用コンテナを保持した台車によって横切られる経路の一方の側にあり、検出器が他方の側にある、本発明の実施形態による他の貨物走査ユニットの正面図である。
【図７】線源と検出器が、貨物専用コンテナを保持した台車によって横切られる経路の両側に設けられた、本発明の実施形態による他の貨物走査ユニットの平面図である。
【図８】複数のエネルギー分布を有するＸ線を放出することのできる複数のＸ線源と、エネルギー検知検出器アレイとを含む貨物走査ユニットの構成の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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