(57)【要約】  CSCTにおいて、扇形プライマリビームを用いて、２次元検出器と組み合わせて、単一スライス透過断層撮影及び散乱断層撮影を同時に測定することができる。このようなシステムでは、単一色ソースの放射線を用いない限り、ぼけた散乱関数が測定される。本発明によると、エネルギー分解１次元または２次元検出器システムを提案する。これは、断層撮影再構成と組み合わせて、多色プライマリビームを用いてもよいスペクトル分解能を提供できる。さらにまた、本発明の一態様によると、減衰スペクトルを取得するために必要なエネルギー分解検出器ラインは１つだけである。本発明によるシステム及び方法の有利な応用には、医療画像化及び手荷物検査等の物質分析がある。
2007500357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心対象を検査するためのコンピュータ断層撮影装置であって、
X線源及び散乱放射線検出器を有する検出器ユニットを有し、
前記検出器ユニットが前記関心対象を受け入れる検査エリアを通る回転軸を中心として回転可能であり、
前記X線源がスライス平面内の検査エリアの前記関心対象を透過する扇型X線ビームを発生し、
前記散乱放射線検出器が前記回転軸と平行な第１の検出器ラインに対するオフセットを有する、前記X線源に対向して前記検出器ユニットに配置されており、
前記散乱放射線検出器がライン状に配置された複数の第１の検出器エレメントを有する第１の検出器ラインを含み、
前記複数の第１の検出器エレメントがエネルギー分解検出器エレメントであることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置であって、
前記散乱放射線検出器が前記スライス平面と平行に、前記スライス平面の外側に、前記X線源と対向して前記検出器ユニットに配置されており、前記散乱放射線検出器が前記関心対象により散乱された散乱放射線を受けるように前記スライス平面からオフセットを有し、
前記コンピュータ断層撮影装置がプライマリ放射線検出器を有し、
前記プライマリ放射線検出器が前記関心対象により減衰したプライマリ放射線を受けるように、前記スライス平面内に前記X線源と対向して、前記検出器ユニットに配置されていることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
請求項２に記載のコンピュータ断層撮影装置であって、
前記エネルギー分解検出器エレメントが直接変換半導体セルであり、
前記プライマリ放射線検出器が複数の第２の検出器エレメントを有する第２の検出器ラインを含み、
前記第２の検出器エレメントはシンチレータセルであることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
請求項２に記載のコンピュータ断層撮影装置であって、
複数の第１の検出器ライン及び複数の第２の検出器ラインのうち少なくとも一方をさらに有し、
前記プライマリ放射線検出器と前記散乱放射線検出器のうち少なくとも一方が設けられ、コリメータエレメントを有し、
前記X線源が多色放射線源であることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
請求項２に記載のコンピュータ断層撮影装置であって、
前記プライマリ放射線検出器及び前記散乱放射線検出器からのリードアウトから画像を再構成する計算ユニットをさらに有し、
前記コンピュータ断層撮影装置が前記プライマリ放射線検出器及び前記散乱放射線検出器からのリードアウトに基づき前記関心対象中の爆発物を検出するように構成されることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
コンピュータ断層撮影装置を用いて関心対象を検査する方法であって、
X線源にエネルギーを供給してスライス平面内の検査エリアにある前記関心対象を透過する扇形X線ビームを生成する段階と、
一列に配置された複数の第１のエネルギー分解検出器エレメントを有する散乱放射線検出器により散乱放射線全体のエネルギーを測定する段階と、
前記散乱放射線検出器から前記エネルギーを読み出す段階と、
前記関心対象を含む検査エリアを通る回転軸を中心として前記X線源と前記放射線検出器を回転させる段階と、を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記スライス平面内の前記X線源に対向して配置されたプライマリ放射線検出器により、前記関心対象により減衰したプライマリ放射線を読み出す段階をさらに有することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記プライマリ放射線検出器及び前記散乱放射線検出器のリードアウトから画像を再構成する段階と、
再構成をすることにより前記プライマリ放射線検出器及び前記散乱放射線検出器のリードアウトに基づき、前記関心対象が爆発物を有するかどうか判断する段階と、
前記関心対象が爆発物を有すると判断した場合にアラームを発する段階と、を有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、
前記散乱放射線検出器の複数の第１の検出器ライン及び前記プライマリ放射線検出器の複数の第２の検出器ラインのうち少なくとも一方の測定値を読み出す段階と、
散乱放射線検出器の少なくとも１つ及び前記プライマリ放射線検出器のために前記放射線をコリメートする段階と、を有し、
前記扇形X線ビームは多色放射線を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、関心対象にファンビームを照射するコヒーレント散乱コンピュータ断層撮影（CSCT）の分野に関する。特に、関心対象の検査をするコンピュータ断層撮影装置と、及びコンピュータ断層撮影装置を用いて関心対象を検査する方法とに関する。
【０００２】
米国特許出願第4,751,722号は、ビームの方向に関して１°ないし１２°の角度範囲内のコヒーレント散乱放射の角度分布のレジストレーション原理に基づく装置について記載している。米国特許第4,751,722号に記載されているように、弾性散乱放射の大部分は１２°以下の角度に集中しており、散乱放射は明確な最大値を伴う特徴角度依存性を有し、その最大値の位置は照射された物質自体により決まる。小さい角度におけるコヒーレント散乱放射の強度の分は、物質の分子構造に依存するので、（従来の透光やCTでは区別できなかった）同じ吸収キャパシティを有する異なる物質を、各物質に典型的なコヒーレント放射の角をなす散乱の強度分布により識別することができる。
【０００３】
このように、異なる対象物質を識別するシステムの能力が向上するので、医療及び産業の分野でより多くの応用がなされている。
【０００４】
低角度散乱の支配的成分はコヒーレント散乱である。コヒーレント散乱は散乱サンプルの原子構成に依存する干渉効果を示すので、コヒーレント散乱コンピュータ断層撮影（CSCT）は、２次元対象断面にわたる組織の分子構造における空間的変化を画像化する原理的に感度の高い方法である。
【０００５】
Harding等による「エネルギー分散X線散乱断層撮影」（Phys.  Med.  Biol.,  1990,  Vol.  35,  No.  1,  33-41）にはエネルギー分散X線回折断層撮影（EXDT）が説明されている。EXDTは、多色放射により対象中で励起されたコヒーレントX線散乱の、固定角度におけるエネルギー分析に基づく断層撮影画像化法である。この方法によると、好適な開口システムを用いて放射ビームが生成される。その放射ビームは鉛筆の形をしており、そのためペンシルビームとも呼ばれる。ペンシルビーム源の反対側には、エネルギー分析に好適な検出器エレメントが配置され、関心対象により変化されたペンシルビームを検出する。
【０００６】
ペンシルビームをただ１つの検出器エレメントと組み合わせて使用するため、放射源により放射された光子のごく一部しか測定できず、そのため測定により得られる情報量も減少する。EXDTを例えば手荷物のようなより大きな対象に適用した場合、EXDTをスキャンモードで使用しなければならず、測定時間が極端に長くなってしまう。
【０００７】
ファンビームプライマリビームを照射するコヒーレント散乱セットアップ及びCTと組み合わされた２次元検出器により、EXDTのスキャンモードに伴う長い測定時間を克服するものが米国特許第6,470,067B1号に説明されている。多色ソースと組み合わされた角度分散構成の欠点は散乱関数がぼけることであり、これは例えば、Schneider等による「ファンビームジオメトリを適用するコヒーレント散乱コンピュータ断層撮影」（Proc.  SPIE,  2001,  Vol.  4320  754-763）に説明されている。
【０００８】
本発明の目的の１つは、コンピュータ断層撮影に基づく物質識別を改善することである。
【０００９】
請求項１に記載したように、本発明及びその実施形態によると、上記目的は、関心対象を検査するためのコンピュータ断層撮影装置であって、X線源及び散乱放射線検出器を有する検出器ユニットを有するものにより解決される。前記検出器ユニットは、前記関心対象を受け入れる検査エリアを通る回転軸を中心として回転可能である。前記X線源は、スライス平面内の検査エリアの前記関心対象を透過する扇型X線ビームを発生する。前記散乱放射線検出器は、前記回転軸と平行な第１の検出器ラインに対するオフセットを有する、前記X線源に対向して前記検出器ユニットに配置されている。前記散乱放射線検出器は、ライン状に配置された複数の第１の検出器エレメントを有する第１の検出器ラインを含む。本発明の一態様によると、前記第１の検出器エレメントは、エネルギー分解検出器エレメントである。好ましくは、エネルギー分解検出器エレメントは直接変換半導体検出器である。直接変換半導体検出器は、シンチレーションなしに、放射線を直接電荷に変換する。好ましくは、これらの直接変換半導体検出器は２０％FWHMよりよいエネルギー分解能を有する。すなわち、ΔEを検出器のエネルギー分解能の半値全幅（FWHM）として、ΔE/E<0.2であることが好ましい。散乱放射線検出器は、光子のエネルギーEによる強度Iである、各投影のスペクトル（I）を測定する。有利にも、このスペクトルは、例えばART（Algebraic  Reconstruction  Technique）またはFBP（Filtered  Back-projection）を用いた断層撮影の再構成に使用される。
【００１０】
この実施形態によるコンピュータ断層撮影装置は、Harding等による米国特許第4,751,722号により示唆された装置と比較して、スキャンまたは測定時間を大幅に減らすことができる。その理由は、複数のエネルギー分解検出器エレメントを含むエネルギー分解検出器ラインがファンビームと組み合わせて照射され、それにより同時にラインの測定が可能となるからである。言い換えると、スライス平面に沿った関心対象の投影全体が同時に測定される。本発明のこの実施形態によると、測定に係る時間を大幅に減らすことができる一方、関心対象の組織の特徴付けを改善することができる。その理由は、放射線源により発せられる光子を検出する量が増大し、このため、組織に関する情報をより多く検出することができるからである。米国特許第6,470,067号とは逆に、エネルギー分解検出器を使用することにより、多色ソースを使用する場合に、コヒーレント散乱構造関数の分解能がよくなる。
【００１１】
請求項２に記載した本発明の他の実施形態によると、前記散乱放射線検出器が、前記スライス平面の外側に配置されており、その他に、前記関心対象により減衰したプライマリ放射線を受けるプライマリ放射線検出器を有する。言い換えると、２つの放射線検出器が設けられ、一方は散乱放射線を検出し、もう一方はプライマリ放射線を検出する。有利にも、これにより、散乱放射線の減衰補正を改善し、物質の識別及び同定能力がさらに改善する。
【００１２】
請求項３に記載した本発明の他の実施形態によると、前記エネルギー分解検出器エレメントは、直接変換半導体セル（例えば、CdZnTeまたはテルル化カドミウム）であり、前記プライマリ放射線検出器は、複数のシンチレータセルを有する検出器ラインを含む。本発明のこの実施形態によると、プライマリ放射線検出器は、スライス平面内のプライマリ放射線の減衰を検出する。有利にも、プライマリビームの減衰を用いて、Schneider等により説明されたように散乱データI(E)の再構成の質を改善することができる。
【００１３】
請求項４に記載の本発明の他の実施形態によると、散乱放射線のエネルギー分解測定のための複数の第１の検出器と、関心対象により減衰したプライマリ放射線の測定のための第２の検出器ラインが設けられる。有利にも、これにより、関心対象のスキャンに必要なスキャン時間をさらに減らすことができる。さらにまた、本発明のこの実施形態によると、プライマリ放射線検出器及び散乱放射線検出器の少なくとも一方には、薄板またはブレード等のコリメータエレメントが設けられ、それぞれの検出器エレメントが望まない拡散放射線を測定してしまうことを防止する。
【００１４】
請求項５に記載の本発明の他の実施形態によると、例えば、すでに述べたARTまたはフィルターバック投影により、プライマリ放射線検出器及び散乱放射線検出器のリードアウトから画像を再構成する計算ユニットが設けられる。さらにまた、前記コンピュータ断層撮影装置は、例えば、再構成された散乱関数を爆発物の特徴的測定値の所定のテーブルと比較することにより、前記プライマリ放射線検出器及び前記散乱放射線検出器からのリードアウトに基づき再構成されたコヒーレント散乱構造関数画像に基づき、爆発物を自動的に識別する、空港のX線手荷物検査システムとして応用されているような、爆発物を検出するように構成される。
【００１５】
請求項６に記載の本発明の他の実施形態によると、上記目的は、コンピュータ断層撮影装置を用いて関心対象を検査する方法であって、X線源にエネルギーを供給してスライス平面内の検査エリアにある前記関心対象を透過する扇形X線ビームを生成するものにより解決することもできる。そして、一列に配置された複数の第１のエネルギー分解検出器エレメントを有する散乱放射線検出器により散乱放射線全体のエネルギーを測定する。前記散乱放射線検出器からエネルギー分解強度I(E)を読み出す。関心対象の複数の投影を取得するため、前記関心対象を含む検査エリアを通る回転軸を中心として前記X線源と前記放射線検出器を回転させる。
【００１６】
有利にも、本発明のこの実施形態により、好適な再構成方法（請求項８参照）と組み合わせて、関心対象の物質を高速に信頼性高く識別する方法を提供することができる。
【００１７】
請求項７に記載した本発明の他の実施形態によると、関心対象により減衰したプライマリ放射線を読み出す。
【００１８】
請求項８に記載の本発明の他の実施形態によると、例えば、ARTまたはフィルターバック投影により、前記プライマリ放射線検出器及び前記散乱放射線検出器のリードアウトから画像を再構成する。さらにまた、本発明のこの実施形態によると、前記プライマリ放射線検出器及び前記散乱放射線検出器のリードアウトに基づき、前記関心対象が爆発物を有するか否か自動的に判断する。前記関心対象が爆発物を含むと判断した場合、アラームを発する。
【００１９】
請求項９に記載した本発明の他の実施形態によると、前記散乱放射線検出器の複数のライン及び前記プライマリ放射線検出器の複数のラインの読み出しを実行し、それぞれの放射線をコリメートする。これにより、物質の識別能力をさらに改善することができる。
【００２０】
本発明の一実施形態の要点は、エネルギー分解検出器エレメントを含む検出器ラインにより測定された、関心対象によりファンビームから散乱された光子のエネルギースペクトルの測定値を用いて、画像再構成または物質識別をすることである。例えば、スライス平面内のシンチレータエレメントのラインにより測定するファンビームのプライマリビームの減衰をさらに用いて、物質識別をさらに改善することができる。
【００２１】
本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して説明して明らかにする。
【００２２】
本発明の実施形態を図面を参照して以下に説明する。
【００２３】
図１は、本発明によるコンピュータ断層撮影装置の一実施形態を示す図である。この実施形態を参照して、手荷物中の爆発物などの危険物質を検出するための手荷物検査に応用した場合について本発明を説明する。しかし、留意すべきことは、本発明は手荷物検査の分野において応用できるだけでなく、その他の産業または医療分野において応用できることである。例えば、医療分野における骨の画像化や組織タイプの識別などがある。
【００２４】
図１に示したコンピュータ断層撮影装置は、ファンビームコヒーレント散乱コンピュータ断層撮影装置（CSCT）であり、エネルギー分解検出器と断層撮影再構成の組み合わせにより、多色プライマリファンビームを用いてもスペクトル分解能がよくなる。図１に示したコンピュータ断層撮影装置はガントリー１を有し、そのガントリー１は回転軸２の周りを回転可能である。ガントリー１はモータ３により駆動される。参照符号４はX線源等の放射線源を指す。その放射線源は、本発明及びその態様により、多色放射を発する。
【００２５】
参照符号５は第１の開口システムを指す。この開口システムは放射線源４から発せられた放射線ビームを成形して円錐形の放射線ビーム６にする。さらにまた、ダイアフラムまたはスリットコリメータよりなる他の開口システム９が設けられている。開口システム９はスリット１０の形であり、放射線源４から発せられた放射線が成形されてファンビーム１１となる。本発明のこの実施形態の変形例によると、第１の開口システム５は省略され、第２の開口システム９のみが設けられてもよい。
【００２６】
ファンビーム１１の方向は、ガントリー１の中心（すなわち、コンピュータ断層撮影装置の検査領域）に配置された手荷物７のアイテムを通って検出器８に作用するようになっている。図１から分かるように、検出器８はガントリー１上の放射線源４の反対側に配置され、ファンビーム１１のスライス平面が検出器８の列またはライン１５と交わるようになっている。図１に示した検出器８は７つの検出器ラインを有し、角検出器ラインは複数の検出器エレメントを有している。上述の通り、検出器８は、プライマリ放射線検出器１５（すなわち、検出器８の中心ライン）がファンビーム１１のスライス平面内にあるように構成されている。
【００２７】
図１から分かるように、検出器８は、２つのタイプの放射線検出器ラインを有する。第１のタイプの検出器ライン３０と３４は、図１に網掛けなしで示され、エネルギー分解検出器セルにより構成された検出器ラインである。本発明の一態様によると、これらの第１の検出器エレメント（ライン３０及び３４）はエネルギー分解検出器エレメントである。好ましくは、エネルギー分解検出器エレメントは直接変換半導体検出器である。直接変換半導体検出器は、シンチレーションなしに、放射線を電荷に直接変換する。好ましくは、これらの直接変換半導体検出器は２０％FWHMよりよいエネルギー分解能を有する。すなわち、ΔEを検出器のエネルギー分解能の半値全幅として、ΔE/E<0.2であることが好ましい。このようなライン３０及び３４の検出器セルは、テルル化カドミウムすなわちCZTベースの検出器セルである。これらは双方ともファンビーム１１のスライス平面の外側にある。言い換えると、エネルギー分解ライン３０及び３４は双方ともガントリー１上にX線源４の反対側に配置され、回転軸２に平行な方向にスライス平面からオフセットを有する。検出器ライン３０は、図１に示した回転軸２の方向に関して正のオフセットを有し、一方、ライン３４は、図１に示した回転軸２の方向に関してスライス平面から負のオフセットを有する。
【００２８】
検出器ライン３０及び３４は、ガントリー１に配置され、スライス平面と平行であり、ガントリー１の回転軸２の正または負の方向のオフセットを有しスライス平面の外側にあり、コンピュータ断層撮影装置の検査エリア内の手荷物７のアイテムから散乱された散乱放射線を受信または測定する。このように、以下の説明では、ライン３０及び３４は散乱放射線検出器とも呼ぶ。留意すべきことは、２つのエネルギー分解ライン３０及び３４を設けたが、例えば、ライン３０のエネルギー分解検出器エレメントを含むラインを１つだけ設けることも効率的である。さらにまた、２つのエネルギー分解ライン３０及び３４のみを設けるのではなく、３つ以上のエネルギー分解ラインを設けることも可能である。このように、以下で「散乱放射線検出器」という用語を使用した場合、ファンビーム１１のファン平面の外に配置され、手荷物７のアイテムから散乱した光子を受信する、少なくとも１つのエネルギー分解検出器セルを有するいかなる検出器も含まれる。
【００２９】
検出器８上に設けられた第２のタイプの検出器ラインは、網掛けされて示されており、シンチレータセルである。具体的には、ライン１５は、ファンビーム１１のスライス平面内にあり、検査エリア内の手荷物７のアイテムにより起こる、放射線源４により発せられた放射線の減衰を測定する。図１のライン１５の右と左に示したように、シンチレータ検出器セルを含むさらに別の検出器ラインを設けてもよい。
【００３０】
エネルギー分解ライン３０及び３４に関してすでに示したように、エネルギー分解ライン３０または３４の一方だけを設ければ十分だが、スライス平面内にファンビーム１１のプライマリビームの手荷物７のアイテムにより生じる減衰を測定するライン１５だけを設ければ十分である。しかし、エネルギー分解ライン３０及び３４の場合と同様に、検出器ライン３２を複数設け、各検出器ラインが複数のシンチレータセルを有すると、コンピュータ断層撮影装置の測定スピードがさらに速くなる。以下の説明において、「プライマリ放射線検出器」という用語を用いて検出器を指すが、これはファンビーム１１のプライマリ放射線の減衰を測定するためのシンチレータまたは同様の検出器セルの少なくとも１つのラインを含む。
【００３１】
図１から分かるように、検出器８の検出器セルはラインとカラムに配列されており、カラムは回転軸２と平行であり、ラインは回転軸２と垂直かつファンビーム１１のスライス平面に平行な平面内にある。
【００３２】
開口システム５及び９の開口は検出器８の大きさに合わせてあり、手荷物７のアイテムのスキャンエリアがファンビーム１１の中に入り、検出器８がスキャンエリア全体をカバーするようになっている。有利にも、これにより、手荷物７のアイテムに不必要な過剰な放射線が照射されることを防げる。手荷物７のアイテムをスキャンする間、放射線源４、開口システム５及び９、及び検出器８は、矢印１６で示した方向にガントリー１に沿って回転する。放射線源４、開口システム５及び９、及び検出器１５を有するガントリー１の回転のため、モータ３がモータ制御部１７に接続されており、そのモータ制御部１７は計算部１８に接続されている。
【００３３】
図１において、手荷物７のアイテムはコンベヤベルト１９上に配置されている。手荷物７のアイテムのスキャン中に、ガントリー１が手荷物７のアイテムの周りを回転し、コンベヤベルト１９がその手荷物７のアイテムをガントリー１の回転軸２と平行な方向に変位させる。これにより、手荷物７のアイテムがらせん経路に沿ってスキャンされる。コンベヤベルト１９をスキャン中に停止して単一スライスを測定することもできる。
【００３４】
検出器８は計算部１８に接続されている。計算部１８は、検出結果（すなわち、検出器８の検出器エレメントからの読み出し情報）を受け取り、ファンビーム１１のプライマリ放射線の減衰を測定するための検出器８から（すなわち、エネルギー分解ライン３０と３４、及びライン１５と３２から）のスキャン結果に基づきスキャン結果を判断する。それに加えて、計算部１８は、ガントリー１の動きをモータ３と２０、またはコンベヤベルト１９と調整するため、モータ制御部１７と通信する。
【００３５】
計算部１８は、プライマリ放射線検出器（すなわち、検出器ライン１５と３２）及び散乱放射検出器（すなわち、ライン３０と３４）の読み出し情報から画像を再構成するように構成されている。計算部１８により生成された画像は、インターフェイス２２を介してディスプレイ（図１には示さず）に出力される。
【００３６】
さらにまた、計算部１８は、ライン３０と３４及び１５と３２の読み出し情報に基づき、手荷物７のアイテム中の爆発物を検出をするように構成されている。この検出は自動的に行われるが、その際、これらの検出器ラインの読み出し情報からの散乱関数を再構成し、前もって測定しておいた爆発物の特徴測定値を含むテーブルと比較する。検出器８から読み出した測定値が爆発物の特徴測定値と一致すると計算部１８が判断した場合、計算部１８はラウドスピーカ２１を介して自動的にアラームを出力する。
【００３７】
以下、図２ないし７の説明では、図１で使用したのと同じ参照番号を同一または対応するエレメントについて使用する。
【００３８】
図２は、図１に示したCSCTスキャンシステムのジオメトリを示す概略図である。図２から分かるように、X線源４はファンビーム１１を発し、この場合、ファンビーム１１は半径ｕの手荷物７のアイテムを含み、検出器８の全体をカバーする。対象領域の直径は、例えば１００ｃｍである。この場合、ファンビーム１１の角度αは８０°でもよい。上記の構成において、Ｘ線源４から対象領域の中心までの距離ｖは約８０ｃｍであり、検出器８（すなわち、個別の検出器セル）のＸ線源４からの距離は約ｗ＝１５０ｃｍである。
【００３９】
図２から分かるように、本発明の一態様によると、検出器セルまたはラインをコリメータ４０に設けて、セルまたはラインが異なる散乱角を有する放射線を望まないのに測定することを防止する。コリメータ４０はブレードまたは薄板の形をしており、放射線源にむけて焦点を絞ってある。薄板のスペーシングは検出器エレメントのスペーシングとは独立に選択することができる。
【００４０】
図１と２に示したような曲がった検出器８ではなく、まっすぐな検出器アレイを用いることもできる。
【００４１】
図３は、図１のコンピュータ断層撮影装置で使用される検出器ジオメトリを示す他の概略図である。図１を参照してすでに説明したように、検出器８は、１以上のエネルギー分解ライン３０と３４、及び手荷物７のアイテムにより生じたプライマリファンビームの減衰を測定するための複数のライン１５と３２を有する。図３から分かるように、好ましくは、検出器８の構成は、ライン１５と３２の一方（好ましくは、検出器８の中心ライン１５）がファンビーム１１のスライス平面内にあり、プライマリ放射線の減衰を測定するようになっている。矢印４２で示したように、Ｘ線源４である放射線源と検出器８は、手荷物７のアイテムの周りを共に回転し、異なる角度から投影を取得する。
【００４２】
図３に示したように、検出器８は複数のカラムｔを有する。
【００４３】
図４は、本発明をさらに説明するための、図１に示したコンピュータ断層撮影装置のジオメトリを示す他の概略図である。図４において、検出器４６は、１つだけのライン１５と１つだけのライン３０を有するものとして示されている。ライン１５は、開口システム９により形成されたファンビーム１１のスライス平面内に配置されている。開口システム９は、この場合、スリットコリメータである。ライン１５は、例えば、ファンビーム１１のプライマリビームの減衰を測定するシンチレータセルその他の好適なセルを有し、対象領域または検査領域中の関心対象により生じたプライマリファンビームの減衰の全体的測定を可能とする。
【００４４】
図４に示したライン３０はエネルギー分解セルを含む。図４から分かるように、ライン３０はファンビーム１１のスライス平面と平行だが、平面の外に配置されている。言い換えると、ライン３０はスライス平面と平行でありライン１５と平行である平面ないに配置されている。
【００４５】
参照数字４４は、手荷物のアイテム等の関心対象により散乱された光子である散乱放射線を示す。図４から分かるように、散乱放射線は、スライス平面を出てライン３０の検出器セルに作用する。
【００４６】
図５は、図１のコンピュータ断層撮影装置の検出器ジオメトリの側面図である。図５は、図４の側面図を示すとも解釈できるが、ライン３０及びライン１５が設けられているだけではなく、ライン３０とライン１５の間に複数の検出器ライン３２が設けられている。ライン３０の検出器エレメントDiはエネルギー分解検出器エレメントである。検出器エレメントDiはプライマリファンビームのスライス平面からａの距離に配置されている。本発明の一態様によると、カラムｔの各検出器エレメントDi及び各投影Φ（図３参照）について、スペクトルI(E,t,Φ)を測定する。円形またはらせん状の経路に沿って複数の投影Φに対してこの測定をして、３次元のデータセットを取得する。各対象ピクセルは３つの座標（x,y,q）により記述される。このように、本発明の一態様によると、３次元データセットからの画像の再構成またはさらに別の情報の再構成のために、ドイツ特許出願第10252662.1号に記載された方法等の３次元→３次元再構成法を使用する。上記ドイツ特許出願第10252662.1号はここに参照により援用されている。
【００４７】
空間座標（x,y）に基づき、各対象ボクセルSiの検出器８までの距離ｄが計算部１８により計算される。その後、計算部１８は、以下の式の各対象ボクセルSi及び空間を計算する。
【００４８】
【数１】
2007500357.tif 000003
その後、この計算に基づき、計算部１８は以下の式に基づき波数ベクトル伝達パラメータ（transfer  parameter）を計算する。
【００４９】
【数２】
2007500357.tif 000004
ここで、ｈはプランク定数であり、ｃは光速、Eは光子のエネルギーである。
【００５０】
その後、上の式により計算した波数ベクトル伝達パラメータｑ、及びプライマリ放射線検出器のリードアウトに基づいて、計算部１８は画像を決定するか、または対象スライス中の物質を識別する。
【００５１】
図６は、図１のコンピュータ断層撮影装置の動作方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００５２】
ステップS1の開始後、ステップS2において、手荷物７のアイテム等の関心対象が検査エリアに置かれる。ステップS3に進み、放射線源にエネルギーを供給し、多色放射線のファンビームを生成する。続くステップS4において、散乱放射線検出器（すなわち、検出器８のライン３０及び３４）により測定される放射線をコリメータ手段によりコリメートする。
【００５３】
好ましくは、ステップS4に示したように、放射線はコリメートされてファンビームになる。その後、ステップS5及びS7に進む。ステップS5において、エネルギー分解散乱投影がエネルギー分解ライン、すなわち検出器８のライン３０及び３４により測定される。ステップS6はステップS5に続いて実行され、これにおいて、散乱放射線検出器（すなわち、ライン３０及び３４）のエネルギー測定値が読み出される。
【００５４】
ステップS7において、プライマリビーム投影をプライマリ放射線検出器（すなわち、ライン３２及び１５）により測定する。ステップS7に続くS8において、プライマリビーム投影が読み出される。そして、ステップS8とS6に続くS9において、X線源４及び検出器（散乱放射線検出器及びプライマリ放射線検出器を含む）を増分１単位だけ回転させる。ステップS10に進み、十分な数の投影を取得したか判断する。ステップS10においてさらに別の投影を取得しなければならないと判断した場合、ステップS7とS5に戻り、ステップS7とS8、及びS5とS6を相互に並行して実行する。
【００５５】
ステップS10において、十分な数の投影を取得したと判断した場合、ステップS11に進み、リードアウトに基づいて画像を再構成する。ステップS11における画像の再構成は、例えば、ARTアルゴリズムまたはフィルタバック投影法（FBP）に基づく断層撮影再構成が含まれる。
【００５６】
ステップS11の後、ステップS12に進み、関心対象中の物質がリードアウトまたは再構成された画像に基づき決定される。続くステップS13において、その物質が爆発物であると判断された場合、ステップS14に進み、アラームを発する。
【００５７】
ステップS13において関心対象に爆発物は含まれていないと判断した場合、ステップS15に進む。
【００５８】
ステップS15において、回転軸に沿って関心対象を動かす。ステップS16に進み、関心対象全体をスキャンしたか判断する。ステップS16で関心対象全体をまだスキャンしていない場合、ステップS7及びS5に戻る。
【００５９】
ステップS16で関心対象全体をスキャンしたと判断した場合、ステップS17に進んで終了する。
【００６０】
有利にも、本発明の一実施形態による、図６を参照して説明した方法は、非常に時間的効率が高い。その理由は、プライマリビーム投影及びエネルギー分解散乱投影の測定を同時に実行するからである。
【００６１】
図７ａと７ｂは、本発明による、図１のコンピュータ断層撮影の動作方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【００６２】
ステップS20で開始した後、ステップS21において、手荷物７のアイテム等の関心対象が検査エリアに置かれる。ステップS22に進み、放射線源４にエネルギーを供給し、多色放射線を生成する。続くステップS23において、測定する放射線をコリメートしてコーンビームにする。
【００６３】
その後、続くステップS24において、プライマリビーム投影がプライマリ放射線検出器（すなわち、ライン１５または３２の一方、または両方）により測定される。そして、ステップS25に進み、プライマリ放射線検出器からプライマリビーム投影を読み出す。
【００６４】
続くステップS26において、X線源４とプライマリ放射線検出器を増分１単位だけ回転させる。続くステップS27において、十分な数の投影を取得したか判断する。ステップS27においてさらに別の投影を取得しなければならないと判断した場合、ステップS24に戻る。
【００６５】
ステップS27において、十分な数の投影を取得したと判断した場合、ステップS28に進み、リードアウトに基づいてCT画像を再構成する。そして、ステップS29において、疑わしい減衰値を有する物質が関心対象中にあるか判断する。ステップS29において、疑わしい物質（すなわち、関心対象中の疑わしい減衰値を有する物質）がないと判断した場合、ステップS30に進み、関心対象を回転軸に沿って動かす。その後、ステップS30からステップS23に戻る。
【００６６】
ステップS29において、疑わしい減衰値を有する関心対象中の物質がある場合、ステップS31に進み、図７ｂのステップS40にジャンプする。図７ｂのステップS41において、関心対象を動かし、疑わしい減衰値を有する物質を含む関心対象を検査エリアに入れる。そして、続くステップS42において、放射線源４により発せられた放射線をコリメートしてファンビームにする。続くステップS43において、散乱放射線投影を散乱放射線検出器（すなわち、検出器８のライン３０及び３４）により測定する。上述の通り、散乱放射線検出器波少なくとも１つのラインを有し、そのラインは複数のエネルギー分解検出器セルを有することが好ましい。好ましくは、これらのエネルギー分解検出器セルは直接変換半導体検出器であり、シンチレーションなしに放射線を電荷に直接変換する。好ましくは、これらの直接変換半導体検出器は２０％FWHMより高いエネルギー分解能を有する。
【００６７】
後続のステップS44において、エネルギー分解散乱データを読み出し、その後のステップS45において、X線源４と散乱放射線検出器を増分１単位だけ回転させる。
【００６８】
続くステップS46において、十分な数の投影を取得したか判断する。さらに別の投影を取得する必要があれば、ステップS43に戻る。ステップS46において、十分な数の投影を取得したと判断した場合、ステップS47に進み、ステップS44のリードアウトに基づき散乱関数の画像を再構成する。その後、続くステップS48において、散乱関数画像に基づき、疑わしい減衰値を有する物質が爆発物または危険物でないかどうか判断する。そして、ステップS48において、危険物または爆発物があると判断した場合、ステップS49に進み、計算部１８はラウドスピーカ２１を介してアラームを発する。そして、ステップS49からステップS50に進む。
【００６９】
ステップS48において、疑わしい散乱関数を有する物質がない（すなわち、関心対象内に危険物または爆発物がない）と判断したとき、ステップS50に進み、図７ａのステップS32にジャンプする。図７ａのステップS32において、対象全体をスキャンしたか判断する。対象全体をまだスキャンしてない場合、ステップS20に進む。
【００７０】
ステップS32において対象全体をスキャンしたと判断した場合、ステップS33に進み、終了する。
【００７１】
本発明の一態様によると、減衰値の決定と散乱放射線投影の決定の分離は、図７ｂを参照して説明した散乱放射線投影の測定を疑わしい減衰値を有する物質を含む関心対象に対してのみ実行する、効率が高い方法を提供することができる限り有利である。このため、好ましくは、２つの段階を有する手荷物検査システムを提供して、効率よく安全に関心対象をスキャンすることを可能とする。
【００７２】
有利にも、本発明によると、多色放射線源により発せられた多色プライマリ放射線を用いても、スペクトル分解能を改善して非常によくすることができる。また、本発明によると、すでに上で述べたとおり、スペクトル全体を測定するのに必要なエネルギー分解検出器ラインは１つだけである。複数のエネルギー分解検出器ラインを使用した場合、再構成に好適なｑの幅を広げることができる。再構成に好適なｑの範囲を図８に示した。ここで、対象の直径は４０ｃｍで、回転中心（CoR、図１、参照数字２）の周りにあると仮定した。さらにまた、１つの検出器ラインがCoRから５０ｃｍかつ回転軸から２０ｃｍオフセットされたところにあると仮定した。これらの幾何学的考察および式２を使用して、対象スライス中のすべてのボクセルについて、及びすべての回転段階（投影）について、検出器によりｑの範囲は~0.5nm-1から1.8nm-1であると測定された。エネルギー分解検出器は２０ないし１６０キロ電子ボルトのエネルギー範囲を測定するとさらに仮定した。１つ以上の検出器ラインを使用する場合、各ラインについて同じ計算を実行しなければならない。カバーされるｑの範囲は各ラインについて個々のｑの範囲をすべて加えたものである。検出器ラインのｑの範囲は重なり合う。この冗長性により、有利にも、与えられたｑの範囲について検出される光子の量は増大し、測定時間と関心対象に照射される放射線量とデータのノイズは減少する。特に医療への応用にあたっては照射量の減少が重要である。
【００７３】
エネルギー分解ライン３０と３４は、例えば、テルル化カドミウム（CdTe）またはその他の直接変換半導体セルからできており、一列に配置されている。
【００７４】
図８は、対象（すなわち、手荷物７のアイテム）中の対象ボクセルSiの位置といろいろなエネルギーの波数ベクトル伝達との間の関係を示す測定値を示すグラフである。対象ボクセルSiの位置はガントリー１の回転中心CoRからの距離により示されている。距離ａ（図５参照）、すなわちエネルギー分解検出器エレメントDiのスライス平面までの距離は、２０ｍｍであり、CoRと検出器８の中央との間の距離は５００ｍｍである。言い換えると、検出器ライン３０または３４は、エネルギー分解検出器ラインであり、スライス平面から２０ｍｍの距離に配置されている。
【００７５】
図８のグラフの横軸には、CoRからの距離がミリメートル単位で示されており、縦軸には、上記の式（式２）を用いて計算された波数ベクトル伝達ｑがnm-1単位で示されている。図８のグラフ中のいろいろなグラフは２０keVないし１６０keVの範囲で異なるエネルギーに対する測定値を示す。
【００７６】
図８から分かるように、２０keVないし１６０keVの範囲内で放射線を検出した場合、図８のライン５０と５２の間のエリアに示したように、q=0.5ないし1.8nm-1の波数ベクトル伝達について、直径４０ｍｍの対象に対して完全なデータセットを取得することができる。物質の識別に使用するほとんどの構造がこの範囲にある。
【００７７】
有利にも、ハードウェアの観点から、検出器８を除いて、本技術分野で既知の通常のコーンビームCTスキャナまたはファンビームスキャナを使用することができる。本発明の応用においては、好適な開口システムを設け、既存の検出器に少なくとも１つのエネルギー分割ライン３０または３４を加えることが必要なだけである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明によるコンピュータ断層撮影装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】コヒーレント散乱放射を測定するための、図１のコンピュータ断層撮影装置のジオメトリを示す概略図である。
【図３】図１のコンピュータ断層撮影装置のジオメトリを示す他の概略図である。
【図４】本発明をさらに説明するための、図１のコンピュータ断層撮影装置の測定ジオメトリを示す他の概略図である。
【図５】図１のコンピュータ断層撮影装置のジオメトリの概略側面図である。
【図６】本発明による図１のコンピュータ断層撮影装置の動作方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図７ａ】本発明による図１のコンピュータ断層撮影装置の動作方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図７ｂ】本発明による図１のコンピュータ断層撮影装置の動作方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図８】図１のコンピュータ断層撮影装置で測定した、エネルギーを変化させたときの、対象内の位置と波動ベクトル量の間の関係を示すグラフである。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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