(57)【要約】  従来のＣＳＣＴは多大な計算数を含む複雑な再構成を必要とする。本発明の典型的な一実施形態に従って、さらなるコリメータがエネルギー分解検出器と組み合わせて用いられ、それにより、相異なる視角から直接トモグラフィデータ取得法にて取得された画像群を単純に重ね合わせることによって、ＣＳＣＴ画像を再構成することが可能になる。有利なことに、再構成が省略され得る。これにより、有利なことに、出力画像を生成するために必要な計算量を削減しながら画質を向上することが可能になる。
2008501463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
興味対象の検査用のコンピュータ断層撮影装置であって：
放射線源；
前記興味対象によって散乱された散乱放射線を受ける散乱放射線検出器；及び
第１のコリメータ；
を有し、
扇平面が前記興味対象と前記放射線源とを通って広がり；
前記散乱放射線検出器が複数の領域を有し；
前記領域の各々が少なくとも１つの第１検出素子を有し；
前記少なくとも１つの第１検出素子がエネルギー分解検出素子であり；
前記複数の領域のそれぞれの領域の前記少なくとも１つの第１検出素子に突き当たる放射線が前記興味対象の所定の区画から散乱された散乱放射線に実質的に制限されるように、前記第１のコリメータが適応されており；且つ
扇状放射線ビームが前記扇平面内で前記興味対象に当てられるように、前記放射線源が適応されている；
ことを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記第１のコリメータが：
第２のコリメータ；及び
第３のコリメータ；
を有し、
前記第２のコリメータが前記放射線源に焦点を合わされ；
前記第３のコリメータが前記興味対象の前記区画に焦点を合わされ；且つ
前記第２の及び第３のコリメータが前記放射線源に対して一方が他方の後方となるように配置されている；
ことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
前記第２のコリメータが、前記複数の領域のうちの該第２のコリメータに関連する領域の前記少なくとも１つの第１検出素子に突き当たる放射線が前記放射線源に対して第１の所定角度を有する放射線に制限されるように、前記放射線源に焦点を合わされ且つ前記扇平面に実質的に垂直に配置された第１の層板を有し；且つ
前記第３のコリメータが、前記複数の領域のうちの該第３のコリメータに関連する領域の前記少なくとも１つの第１検出素子に突き当たる放射線が前記興味対象の前記区画に対して第２の所定角度を有する放射線に制限されるように、前記興味対象の前記区画に焦点を合わされた第２の層板を有する；
ことを特徴とする請求項２に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
前記第２及び第３のコリメータが共に孔部を有するスロット・コリメータによって実現されており、前記孔部が、それぞれの領域毎に、前記扇平面内で前記放射線源に焦点を合わされ、且つ前記扇平面外で一定の散乱角と、前記興味対象の前記区画内の区画でありそこからの放射線が検出素子に到達できる区画とを定めている、ことを特徴とする請求項２に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項５】
一次放射線検出器をさらに有し；
前記一次放射線検出器が、前記興味対象により減衰された一次放射線を受けるために前記扇平面内で前記放射線源の反対側に配置されている；
ことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのエネルギー分解検出素子が直接変換型半導体セルであり；且つ
前記一次放射線検出器がシンチレータ・セルを有する；
ことを特徴とする請求項５に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項７】
計算ユニットをさらに有し；
前記計算ユニットが再構成を実行することなく第１の出力画像を生成するように適応されている；
ことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項８】
前記計算ユニットがさらに、前記興味対象に対する相異なる視角群から取得された前記散乱放射線検出器の計測値群に対応する第２の画像群を重ね合わせることによって、前記第１の出力画像を生成するように適応されている、ことを特徴とする請求項７に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項９】
前記計算ユニットがさらに、減衰補正及び一次放射線強度補正の少なくとも一方を実行するように適応されている、ことを特徴とする請求項７に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項１０】
コンピュータ断層撮影装置の散乱放射線検出器からの計測値を用いることによって第１の出力画像を生成するデータ処理装置であって、コンピュータ断層撮影装置が：
放射線源；
興味対象によって散乱された散乱放射線を受ける前記散乱放射線検出器；及び
第１のコリメータ；
を有し、
前記散乱放射線検出器が扇平面に対してオフセットを持って前記放射線源と反対側に配置されており；
前記扇平面が前記興味対象と前記放射線源とを通って広がり；
前記散乱放射線検出器が複数の領域を有し；
前記領域の各々が少なくとも１つの第１検出素子を有し；
前記少なくとも１つの第１検出素子がエネルギー分解検出素子であり；
前記複数の領域のそれぞれの領域の前記少なくとも１つの第１検出素子に突き当たる散乱放射線が前記興味対象の所定の区画から散乱された放射線に実質的に制限されるように、前記第１のコリメータが適応されており；且つ
扇状放射線ビームが前記扇平面内で前記興味対象に当てられるように、前記放射線源が適応されており；
当該データ処理装置が：
前記散乱放射線検出器からの計測値を記憶するメモリ；及び
再構成を実行することなく前記計測値から前記第１の出力画像を生成する処理を少なくとも実行するように適応されたプロセッサ；
を有することを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１１】
前記プロセッサがさらに、前記興味対象に対する相異なる視角群から取得された前記放射線検出器の計測値群に対応する第２の画像群を重ね合わせることによって、前記第１の出力画像を生成するように適応されている、ことを特徴とする請求項１０に記載のデータ処理装置。
【請求項１２】
前記プロセッサがさらに、減衰補正及び一次放射線強度補正の少なくとも一方を実行するように適応されている、ことを特徴とする請求項１０に記載のデータ処理装置。
【請求項１３】
興味対象の検査用のコンピュータ断層撮影装置を用いて扇状ビーム干渉性散乱コンピュータ断層撮影スキャンを実行する方法であって：
放射線源を設けるステップ；
前記興味対象によって散乱された散乱放射線を受ける散乱放射線検出器を設けるステップ；及び
第１のコリメータを設けるステップ；
を有し、
前記散乱放射線検出器が扇平面に対してオフセットを持って前記放射線源と反対側に配置されており；
前記扇平面が前記興味対象と前記放射線源とを通って広がり；
前記散乱放射線検出器が複数の領域を有し；
前記領域の各々が少なくとも１つの第１検出素子を有し；
前記少なくとも１つの第１検出素子がエネルギー分解検出素子であり；
前記複数の領域のそれぞれの領域の前記少なくとも１つの第１検出素子に突き当たる放射線が前記興味対象の所定の区画から散乱された散乱放射線に実質的に制限されるように、前記第１のコリメータが適応されており；且つ
扇状放射線ビームが前記扇平面内で前記興味対象に当てられるように、前記放射線源が適応されており；
当該方法が：
扇状放射線ビームを生成するように前記放射線源にエネルギーを与えるステップ；
前記散乱放射線検出器から計測値を導出するステップ；及び
再構成を実行することなく前記計測値から第１の出力画像を生成するステップ；
を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
再構成を実行することなく前記計測値から第１の出力画像を生成する前記ステップがさらに：
前記興味対象に対する相異なる視角群から取得された前記放射線検出器の計測値群に対応する第２の画像群を重ね合わせるステップ；及び
減衰補正及び一次放射線強度補正の少なくとも一方を実行するステップ；
を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記扇平面に配置された一次放射線検出器の計測値を用いることにより前記興味対象の減衰係数を導出するステップ；及び
前記散乱放射線検出器からの計測値の吸収補正用パラメータを前記減衰係数に基づいて導出するステップ；
をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
一次放射線検出器及び前記散乱放射線検出器が前記放射線源から本質的に同時に放射された扇状放射線ビームに晒されるように、前記放射線源が操作されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＸ線等の放射線が興味対象に適用される干渉性散乱コンピュータ断層撮影法（coherent-scatter  computer  tomography；ＣＳＣＴ）の分野に関する。本発明は、具体的には、扇状ビーム干渉性散乱コンピュータ断層撮影スキャンを行う興味対象検査用のコンピュータ断層撮影装置、データ処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の装置は、約100keVのＸ線エネルギーにおける干渉性散乱放射線の、ビーム方向に対して1°から12°の範囲内の角度分布を記録することを原理とするものである。この特許文献１にて説明されているように、弾性散乱された放射線の中心部分は12°未満の角度内に集められるとともに、その散乱された放射線は照射物質自体によって位置が決まる明確な極大値を具備する特有の角度依存性を有する。小さい角度内の干渉性散乱放射線の強度分布は物質の分子構造に依存するので、各物質に特有の角度が付けられた干渉性放射線の散乱強度に従って、（従来の透光（transillumination）又はＣＴでは識別できない）等しい吸収能力を有する相異なる物質を識別することが可能である。
【０００３】
このようなシステムの相異なる対象物質を識別する能力の向上により、このようなシステムは医療分野や産業分野においてますます多くの用途を発掘してきた。
【０００４】
小角散乱の支配要素は干渉性散乱である。干渉性散乱は散乱試料の原子配列に依存する干渉効果を示すため、干渉性散乱コンピュータ断層撮影法（ＣＳＣＴ）は原理的に、２次元対象部分にわたって、組織の分子構造内の空間変化を画像化する検知技術である。
【０００５】
非特許文献１に記載のエネルギー分散型Ｘ線回折断層撮影法（energy  dispersive  x-ray  diffraction  tomography；ＥＸＤＴ）は、多色放射によって対象内に発生される干渉性Ｘ線散乱の固定角度でのエネルギー分析に基づく断層撮影画像化技術である
この方法によれば、好適な絞り系を用いて放射ビームが生成される。この放射ビームは鉛筆形状をしており、故にペンシルビームとも呼ばれている。ペンシルビーム構造の反対側には、興味対象によって変化したペンシルビームを検出するように、エネルギー分析に適した１つの検出素子が配置される。
【０００６】
ペンシルビームを唯一又は数個の検出素子と組み合わせて使用することにより、放射線源により放出された有限個のみの光子及び少量の情報が測定可能である。例えば幾つもの手荷物等の、より大きい対象物にＥＸＤＴが適用される場合、ＥＸＤＴはスキャンモードで使用されなければならないが、それでは測定時間が極めて長くなってしまう。
【０００７】
扇状ビームの主扇と２次元検出器を適用する干渉性散乱機構をＣＴと組み合わせることにより、ＥＸＤＴスキャンモードでの長い測定時間を解消することが特許文献２に記載されている。角度分散機構を多色光源と組み合わせることの欠点は、例えば非特許文献２に記載されている、散乱関数が不鮮明なことである。
【０００８】
数学的演算量が削減された高速な干渉性散乱ＣＴに対する必要性は今もなお存在する。
【特許文献１】米国特許第４７５１７２２号明細書
【特許文献２】米国特許第６４７００６７号明細書
【非特許文献１】Harding等、「Energy-dispersive  x-ray  diffraction  tomography」、Phys.Med.Biol、1990年、35巻1号、p.33-41
【非特許文献２】Schneider等、「Coherent  Scatter  Computed  Tomography  applying  a  Fan-Beam  Geometry」、Pro.SPIE、2001年、4320巻、p.754-763
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、高速な干渉性散乱コンピュータ断層撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の典型的な一実施形態に従った、興味対象の検査用のコンピュータ断層撮影装置は、放射線源、興味対象によって散乱された散乱放射線を受ける散乱放射線検出器、及び第１のコリメータを有する。散乱放射線検出器は、興味対象と放射線源とを通って広がる扇平面に対してオフセットを持って、放射線源の反対側に配置されている。散乱放射線検出器は複数の領域を有し、それら領域の各々は少なくとも１つの第１検出素子を有する。第１検出素子はエネルギー分解検出素子である。第１のコリメータは、複数の領域のそれぞれの領域の少なくとも１つの第１検出素子に突き当たる放射線が興味対象の所定の区画から散乱された放射線に実質的に制限されるように適応されている。放射線源は、扇状放射線ビームが扇平面内で興味対象に当てられるように適応されている。
【００１１】
受光される散乱放射線の空間割当てを可能にするため、第１のコリメータはエネルギー分解散乱放射線検出器とともに設けられ、放射線源及び興味対象に対して所定の角度を有する散乱放射線のみが散乱放射線検出器のそれぞれの検出素子に突き当たることを確実にしている。故に、エネルギー分解検出器すなわち散乱放射線検出器は、興味対象の所定の区画から散乱された散乱放射線のエネルギー分布を計測する。その所定の区画はコリメータの配置、すなわち、コリメータの焦点によって決定される。これから、空間分解能を有する出力画像が導出され得る。有利なことに、この配置のため、多くの計算を必要とすることなく放射線検出器の計測値から出力画像が構成され、それにより、処理時間の短縮が可能になる。また、有利なことに、興味対象の散乱分布が、ガントリーを回転させることなく、唯一の投影から導出されることも可能であり、それにより、非常に高速に対象の散乱分布を求めることが可能になり得る。
【００１２】
本発明の他の典型的な一実施形態に従って、第１のコリメータは第２のコリメータ及び第３のコリメータを有する。第２のコリメータは放射線源に焦点を合わされ、一方、第３のコリメータは明確な散乱角を定め、興味対象の一区画のみからの散乱を選択する。第１及び第２のコリメータを散乱放射線検出器の上方の層群に、又は放射線源に対して一方が他方の後方となるように配置することにより、散乱放射線検出器のそれぞれの検出素子に突き当たる放射線は、興味対象の所定の小さい区画又は領域で散乱された放射線に制限され得る。換言すれば、第２及び第３のコリメータを適用することにより、第１のコリメータは、散乱放射線検出器の該第１のコリメータに関連する各検出素子が興味対象の所定の“視線”を有するように実現され得る。
【００１３】
本発明の他の典型的な一実施形態に従って、第２及び第３のコリメータは層板（lamellae）を用いて実現される。これらの層板は、第１のコリメータのそれぞれの部分に関連するそれぞれの検出素子の“視界”が所定の視線を有するように、第２のコリメータに関しては放射線源に焦点を合わされ、第３のコリメータに関しては興味対象の興味区画に焦点を合わされる。
【００１４】
本発明の他の典型的な一実施形態に従って、第２及び第３のコリメータは孔部を有するスロット・コリメータによって実現される。それらの孔部は、それぞれの領域毎に、あるいはそれに付随するそれぞれの検出素子毎に、放射線源及び興味対象の区画にそれぞれ焦点を合わされる。これにより、第１のコリメータが単純且つ堅牢な構成を有することが可能になる。
【００１５】
本発明の他の典型的な一実施形態に従って、興味対象により減衰された一次放射線を受けるための一次放射線検出器が中心面に設けられる。有利なことに、これにより、散乱放射線データと減衰データとを同時に、すなわち、同一スキャン中に収集することが可能になり、また、散乱放射線データを補正するために減衰データを使用することが可能になる。有利なことに、これにより非常に正確なスキャン結果が得られる。
【００１６】
本発明の他の典型的な一実施形態に従って、エネルギー分解検出素子は直接変換型半導体セルであり、一次放射線検出器はシンチレータ・セルである。
【００１７】
本発明の他の典型的な一実施形態に従って、コンピュータ断層撮影装置は計算ユニットをさらに有し、計算ユニットは再構成を実行することなく第１の出力画像を生成するように適応されている。本発明の他の典型的な一実施形態に従って、計算ユニットはさらに、興味対象に対する相異なる視角群から取得された散乱放射線検出器の計測値群に対応する第２の画像群を重ね合わせることによって、第１の出力画像を生成するように適応されている。
【００１８】
換言すれば、放射線検出器の各領域又は各検出素子がプローブの比較的小さい区画から散乱された放射線のみを検出するように第１のコリメータが適応されていることにより、散乱放射線検出器の検出器信号群は出力画像を生成するために単純に重ね合わされ得る。有利なことに、ＣＴのような再構成は実行される必要はなく、それにより、処理速度をさらに向上させることが可能であり、出力画像を生成するために必要な計算量を全体的に削減し得る。換言すれば、本発明に従った第１のコリメータを、例えば２次元エネルギー分解散乱放射線検出器とともに用いることにより、再構成はもはや不要となる。代わって、直接トモグラフィデータ取得法にて相異なる角度から取得された画像を単純に重ね合わせることにより、ＣＳＣＴ画像が導出され得る。有利なことに、これにより再構成が省略され得る。さらに、有利なことに、本発明は一般的なＣＴの幾何学配置を用いて実施され得る。そうすることにより、ＣＴデータ取得はＣＳＣＴと同時に実行され、改善された減衰補正が実行され得る。さらに、２次元コリメータは多重散乱されたバックグラウンドを抑制し、それにより、計測された散乱関数又は出力画像の品質が向上される。
【００１９】
本発明の更なる実施形態では、コンピュータ断層撮影装置の計算ユニットはさらに、相異なる視角の画像群を重ね合わせるように適応され、減衰補正及び一次放射線強度補正の少なくとも一方が実行される。
【００２０】
本発明の他の典型的な一実施形態に従ったデータ処理装置は、本発明に従った構成を有するコンピュータ断層撮影装置の散乱放射線検出器からの計測値を記憶するメモリと、再構成を実行することなく計測値から第１の出力画像を生成するように適応されたプロセッサとを有する。
【００２１】
有利なことに、再構成が実行されないことにより計算量が削減され、高性能プロセッサなしのデータ処理装置を有することが可能になる。例えば、データ処理装置は、放射線検出器の計測値を取得する、あるいは読み込むためのインターフェースを具備したワークステーション又はパーソナルコンピュータによって実現されてもよい。
【００２２】
データ処理装置の更なる典型的な実施形態に従って、プロセッサはさらに、相異なる視角からの画像群を重ね合わせることによって出力画像を生成するように適応されており、また、減衰補正又は一次放射線強度補正が実行されてもよい。有利なことに、これにより、計測された散乱関数の品質を向上させることが可能になり得る。
【００２３】
本発明の他の典型的な一実施形態に従った、扇状ビーム干渉性散乱コンピュータ断層撮影スキャンを実行する方法においては、第１の出力画像が散乱放射線検出器の計測値から、再構成を実行することなく生成される。これは、本発明のこの典型的な実施形態の一態様に従って、散乱放射線検出器のそれぞれの領域の少なくとも１つの検出素子に突き当たる放射線が、興味対象の所定の区画から散乱された放射線に実質的に制限されるように、放射線を収束させることによって空間分解能を提供可能なコリメータを設けることで達成され得る。
【００２４】
本発明に係る方法の更なる典型的な実施形態は請求項１４乃至１６にてもたらされる。
【００２５】
本発明の典型的な一実施形態の要点として、コリメータがエネルギー分解検出器と組み合わせて設けられ、それにより、出力画像を生成するための再構成が省略可能にされることが分かる。コリメータは散乱放射線検出器の検出素子に突き当たる放射線が興味対象の所定の区画から散乱された放射線に実質的に制限されるように適応される。これにより、ＣＳＣＴ画像は単純に、直接トモグラフィデータ取得法にて相異なる視角から取得された画像群を重ね合わせることにより生成され得る。これは、一般的なＣＴの幾何学配置を用いることにより実現され得る。そうすることにより、ＣＴデータ取得はＣＳＣＴと同時に実行されてもよく、改善された減衰補正が可能になり得る。さらに、コリメータは多重散乱されたバックグラウンドを抑制し、それにより、計測された散乱関数又は出力画像の品質が向上され得る。
【００２６】
本発明のこれら及び他の態様は以下の実施形態を参照することにより明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の典型的な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図７において、同一又は対応する要素に対しては同一の参照符号を用いることとする。
【００２８】
図１は、本発明に従った干渉性散乱コンピュータ断層撮影装置（ＣＳＣＴ）の典型的な一実施形態を示している。この典型的な一実施形態を参照し、荷物内の品目から例えば爆発物等の危険物を発見する手荷物検査への応用に関して本発明を説明する。しかしながら、本発明は手荷物検査の分野への応用に限定されるものではなく、その他の産業又は医療用途、例えば医療用途における骨造影や組織型の識別など、にも使用可能なものである。また、本発明は回転型のガントリーを具備するスキャナに限定されるものではなく、静止型のガントリーを具備するスキャナにも適用可能なものである。
【００２９】
図１に示されたコンピュータ断層撮影装置は、エネルギー分解検出器及びトモグラフィ再構成と組み合わされて、多色円錐ビームで優れたスペクトル分解能を可能にする、既述のような扇状ビーム干渉性散乱コンピュータ断層撮影装置（ＣＳＣＴ）である。図１に示されたコンピュータ断層撮影装置はガントリー1を有し、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で駆動される。参照符号4は、例えばＸ線源等の放射線源を表している。参照符号5は第１の絞り系を表しており、放射線源4から放射された放射線ビームを円錐状の放射線ビーム6に整形している。さらに、絞り又はスリット・コリメータから成る第２の絞り系9が設けられている。絞り系9は、放射線源4から放射された放射線が扇状ビーム11に整形されるように、スリット10の形態を有している。本発明のこの典型的な実施形態の変形によれば、第１の絞り系5は省略され、第２の絞り系9のみが設けられてもよい。
【００３０】
扇状ビーム11は、ガントリー1の中心に配置された荷物品目7、すなわち、コンピュータ断層撮影装置の検査領域を貫通し、さらに検出器8上に配置されたコリメータ60に突き当たるように導かれる。図１から理解されるように、コリメータ60及び検出器8は、扇平面が放射線源4と交差し、且つ荷物品目7が、好ましくは検出器8の中心で、検出器の行又はラインと交差するように、ガントリー1の放射線源4とは反対側に配置されている。図１に示された検出器8は複数の検出器ラインを有し、各ラインは複数の検出素子を有している。図１の検出器にコリメータを配置することにより、図１にて検出素子の配列が覆われるように、検出器8の表面はコリメータ60によって覆われている。
【００３１】
しかしながら、より良い理解のために、コリメータ60によって覆われた検出器8の検出素子の配列はコリメータ60の表面上に図示されている。
【００３２】
検出器8は２種類の放射線検出器ラインを有している。第１の種類の検出器ライン30及び34はエネルギー分解検出セルから成り、扇状ビーム11によって直接照射される検出器8表面の外側にある。本発明の一態様に従って、これら第１の検出素子（ライン30及び34）はエネルギー分解検出素子である。好ましくは、エネルギー分解検出器は直接変換型半導体検出セルである。直接変換型半導体検出セルはシンチレーションを用いずに放射線を電荷に直接的に変換するものである。好ましくは、これらの直接変換型半導体検出器は、20％より優れた半値全幅（ＦＷＨＭ）の、すなわち、ΔＥ／Ｅ＜0.2のエネルギー分解能を有する。ここで、ΔＥは検出器のエネルギー分解能の半値全幅（ＦＷＨＭ）である。エネルギー分解検出素子は無秩序に、すなわち、直線状でなく分布されていてもよい。
【００３３】
ライン30及び34の上記検出セルはテルル化カドミウムまたはCZTに基づく検出セルとしてもよく、何れも扇状ビーム11の扇平面の外側に置かれる。換言すれば、エネルギー分解ライン30及び34の全体が、回転軸2と平行方向に扇平面からオフセットを持って、ガントリー1のＸ線源4とは反対側に配置されている。検出器ライン30は図１に示された回転軸2の方向に対して正のオフセットを持って配置され、一方、ライン34は図１に示された回転軸2の方向に対して中心面から負のオフセットを持って配置されている。また、上述のように、エネルギー分解検出素子は扇状ビーム11によって直接照射されない検出器8の領域に配置されることが好ましく、それにより、散乱放射線すなわち興味品目7から散乱された放射線を計測するように適応される。
【００３４】
検出器ライン30及び34は、ガントリー1の回転軸2の正又は負の方向にオフセットを持って、扇平面に平行になるようにガントリー1に配置され、それにより、コンピュータ断層撮影装置の検査領域内の荷物品目7から散乱された散乱放射線を受け取る又は計測するようにされている。故に、以下では、ライン30及び34を散乱放射線検出器とも呼ぶことにする。複数のエネルギー分解ライン30及び34を扇平面の両側に設ける代わりに、より少数のラインを扇平面の片側のみに設けることも効果的である場合がある。
【００３５】
故に、以下で“散乱放射線検出器”という用語が用いられる場合、その用語は、荷物品目7から散乱された光子を受け取るように扇状ビーム11の扇平面の外に配置された、エネルギー分解検出素子の２次元配列を具備する如何なる検出器をも含むものである。
【００３６】
検出器8に設けられた第２の種類の検出器ラインはシンチレータ・セルである。具体的には、シンチレータ・セルのライン15は検出器8の扇状ビーム11によって直接照射される領域に配置されている。図１に示されるように、ライン15は扇平面に交差される検出器の中心領域に配置され得る。ライン15は扇平面に平行にされてもよい。換言すれば、ライン15は放射線源から放射された放射線の、検査領域の荷物品目7によって引き起こされる減衰を計測するように配置されている。
【００３７】
ほんの数個のエネルギー分解ライン30又は34を設けることで十分であり得るとして、エネルギー分解ライン30及び34に関して上述したように、扇平面内で荷物品目7によって引き起こされる扇状ビーム11の一次ビームの減衰を計測する数個のみのライン15（又は唯一のライン15）を設けることで十分であり得る。しかしながら、エネルギー分解ライン30及び34の場合のように、各々が複数のシンチレータ・セルを有する複数の検出器ライン15を設けることは、コンピュータ断層撮影装置の計測速度をさらに高速化し得るものである。以下では、扇状ビーム11の一次放射線の減衰を計測するための少なくとも１つのシンチレータ・セル又は同様の検出セルを含む検出器を参照するために、“一次放射線検出器”という用語を用いることとする。
【００３８】
好ましくは、検出器8の検出セルはライン及び列状に配置される。ここで、列は回転軸2に平行であり、一方、ラインは回転軸2に垂直で扇状ビーム11の扇平面に平行に配置されている。
【００３９】
さらに、過剰な放射線が荷物品目7に適用されないように、すなわち、検出器8に突き当たらない放射線が除去されるように、扇状ビーム11の寸法を制限する絞り系（図１には図示せず）が設けられてもよい。
【００４０】
荷物品目7のスキャン中、放射線源4及び検出器8はガントリー1に沿って矢印16で図示される方向に回転させられる。放射線源4及び検出器8を具備するガントリー1の回転のため、モータ3がモータ制御ユニット17に接続されており、そしてモータ制御ユニット17は計算ユニット18に接続されている。
【００４１】
図１では、荷物品目7はコンベヤー・ベルト19上に置かれている。荷物品目7のスキャン中、ガントリー1が荷物品目7の周囲を回転する一方で、コンベヤー・ベルト19が荷物品目7をガントリー1の回転軸2に平行な方向に移動させる。これにより、荷物品目7は螺旋（ヘリカル）走査経路に沿ってスキャンされ得る。しかしながら、コンベヤー・ベルト19はスキャン中に停止させられてもよく、それにより所謂“円形（サーキュラー）走査”で単一断層を計測してもよい。
【００４２】
検出器8は計算ユニット18に接続されている。計算ユニット18は検出結果、すなわち、検出器8の検出素子からの計測値を受け取り、検出器8からの、すなわち、エネルギー分解ライン30及び34並びに扇状ビームの一次放射線の減衰を計測するライン15からの、走査結果に基づいてスキャン結果を導出する。それに加え、計算ユニット18はモータ制御ユニット17と交信し、モータ3及び20、又はコンベヤー・ベルト19を用いてガントリー1の動作を調整する。
【００４３】
計算ユニット18は、一次放射線検出器すなわちライン15と、散乱放射線検出器すなわちライン30及び34とからの計測値から画像を再構成するように適応されてもよい。計算ユニット18によって生成された画像はインターフェース22を介してディスプレー（図１には図示せず）に出力されてもよい。
【００４４】
さらに、計算ユニット18は、ライン30、34及び15の計測値に基づいて荷物品目7内の爆発物を検出するように適応されてもよい。これは、これら検出器ラインの計測値から散乱関数を計算すること、そしてそれらの計算結果を先行計測中に導出された爆発物の特性計測値を含む表と比較することによって自動的に為されてもよい。検出器8から読み出された計測値が爆発物の特性計測値と一致することを導き出した場合、計算ユニット18はスピーカー21を介して警報を自動出力してもよい。
【００４５】
上述のように、図１の参照符号60はコリメータを示している。コリメータは検出器8の検出素子の上方に配置されている。コリメータ60は各検出素子が荷物品目7の区間からの光線の形態をした放射線のみを検出するように配置されている。この光線は荷物品目7の照射された容積部の断面から、そしてそれぞれの検出素子から見た荷物品目7の区画により導出される。換言すれば、２次元コリメータとし得るコリメータ60は、図１に示されるように、所定の角度を有する散乱放射線のみが検出器によって検出されることを確実にする。さらに換言すれば、１つのエネルギー分解検出素子の検出素子に突き当たる放射線が荷物品目7の所定の区画から散乱される放射線に実質的に制限されるように、コリメータ60は適応される。何れの検出素子が荷物品目7の何れの区画を見ているかは分かっていることであるため、それぞれのエネルギー分解検出素子により計測されるエネルギー分布は荷物品目7内の所定の座標に割り当てられ得る。故に、エネルギー分解検出器は所定の視線における荷物品目7の所定区画からの散乱放射線のエネルギー分布を計測する。これから、空間分解能を有する干渉性散乱関数、又は出力画像が計算ユニット18によって導出され得る。これについては図２乃至６を参照しながら更に詳細に説明する。
【００４６】
図２は、図１に示されたＣＳＣＴスキャンシステムの幾何学配置の概略図を示している。図２に示されるように、Ｘ線源4は扇状ビーム11が荷物品目7を含み、且つ検出器8の全体に及ぶように扇状ビーム11を放射する。この場合、荷物品目7は寸法ｕを有している。対象領域の寸法は、例えば100cmとし得る。この場合、扇状ビーム11の角度αは80°としてもよい。このような配置において、Ｘ線源から対象領域の中心までの距離ｖはおよそ80cmであり、検出器8すなわち個々の検出セルのＸ線源4からの距離はおよそｗ=150cmである。
【００４７】
図２は扇状ビーム11の扇平面の上面図を示しているので、ライン15を含む一次放射線検出器に扇状ビーム11が交差することは見てとれない。しかしながら、検出器ライン30（又は34）、すなわち、検出器8の散乱放射線検出器、の前に配置されたコリメータ60が第１の層板（lamellae）40と第２の層板44とを有していることは図２から識別することができる。図２から分かるように、層板40は扇状ビーム11の扇平面に対して基本的に垂直に伸張するように配置され得る。基本的に、層板44は扇平面にほぼ平行に配置され、平行方向からのずれが散乱角である。この典型的な実施形態に従って、層板40及び44はコリメータ60を形成し得る。
【００４８】
層板40及び44は、検出器8のセル又はラインが所望角度とは異なる角度を有する不要な放射線を計測することを回避するために設けられ得る。層板40又は44は、それぞれ、放射線源4又は荷物品目7に向かって焦点を合わされ得る翼（blade）状の形態を有してもよい。層板の間隔は検出素子の間隔とは無関係に選定可能である。
【００４９】
好ましくは、第１の層板40は放射線源に焦点を合わせられ、第２の層板44は興味対象に焦点を合わせられる。しかしながら、図４及び５を参照して後述されるように、層板40が荷物品目7、すなわち荷物品目7の所定区画、に焦点が合うように配置され、層板44が放射線源4に焦点が合うように配置されてもよい。換言すれば、層板40及び44を含む第１及び第２のコリメータのどちらが放射線源又は荷物品目に焦点が合わされるかは重要でない場合がある。
【００５０】
しかしながら、層板40及び44のそれぞれの焦点が異なるため、一定の所定角度を有する放射線のみが検出器に突き当たり、各検出素子が荷物品目7の所定の矩形区画からの散乱放射線のみを検出することが確実にされる。これについては図４及び５を参照して更に詳述することとする。
【００５１】
図３は、図１のコンピュータ断層撮影装置で用いられる検出器の幾何学配置の他の概略図を示している。しかしながら、検出器8の配列を更に説明するためにコリメータ60は示されていない。図１を参照して上述されたように、検出器8は複数のエネルギー分解検出器ライン30及び34と、一次扇状ビーム11の荷物品目7による減衰を計測する複数のライン15とを有している。図３に示されるように、検出器8は好ましくは、ライン15の中心線が扇状ビーム11の扇平面に交差され且つその平面と平行になるようにされ、それにより一次放射線の減衰を計測するように配置される。矢印42で示されるように、Ｘ線源4の放射線源及び検出器8は共に、異なる角度からの投影を取得するために荷物品目7の周辺を回転させられる。図３に示されるように、検出器8は複数の列ｔ及びラインｆを有している。
【００５２】
図１、２及び３に示されたような湾曲した検出器8に代えて、平坦な検出器配列を用いることも可能である。
【００５３】
図４及び５は、例えば図１を参照して上述されたようなコンピュータ断層撮影装置に使用されるときの、本発明の典型的な一実施形態に従った放射線11源、コリメータ60及び検出器8の配置の上面図（図４）及び断面図（図５）を示している。
【００５４】
図４及び５から分かるように、エネルギー分解検出素子30は第１のコリメータ部（層板40）と第２のコリメータ部（層板44）とを有する二部分コリメータ60の後方に配置されている。空間分解能の一部は、放射線源4に焦点を合わされた層板44を第２のコリメータ部に設けることにより達成され得る。さらに、焦点を合わされた層板44は扇平面に対して基本的に垂直に配置されている。このため、扇平面から外に散乱された光子のみが検出器ライン30（又は34）のエネルギー分解検出素子によって検出され得る。その他の光子、すなわち、別の方向を有する光子は第２のコリメータ部の焦点を合わされた層板44によって吸収される。
【００５５】
故に、ライン30及び34の特定の検出素子によって検出される光子は、プローブの制限された狭い区画内で散乱され得るのみである。このような領域又は区画は図４及び５に参照符号42によって示されている。
【００５６】
空間分解能の更なる一部、すなわち、角度分解能は更なる層板40を有する第１のコリメータ部によって達成され得る。これらの更なる層板40は、やはり焦点を合わされており、それぞれのエネルギー分解検出素子の荷物品目7上への一定の視線を定めている。これにより、ある１つの特定の検出素子で検出される光子の発生源は対象の小さい部分に制限される。
【００５７】
第１及び第２のコリメータ部を設けているため、すなわち、焦点を合わされた層板40及び44を設けているため、中心面に対して一定の角度Φ0の放射線のみがそれぞれのエネルギー分解検出素子に突き当たることが実現され得る。さらに、層40と44とを続けて配置することにより、各検出素子（又は各検出素子群）が荷物品目7の１つの矩形区画42からの散乱放射線のみを検出することが実現され得る。矩形区画42の位置、向き及び大きさは層板40及び44の配置によって設定され得る。
【００５８】
第１及び第２のコリメータ部として層板を設けることに代えて、コリメータは所謂スロット・コリメータによって実現されてもよい。スロット・コリメータは、例えばＸ線に関して強い吸収度を有する固体から成り、焦点を合わされた孔部を具備するものである。これらの焦点を合わされた孔部の後方に、それぞれのエネルギー分解検出素子が設けられ得る。
【００５９】
固体物に代えて、上記スロット・コリメータはステープル止めされた複数の開口板によって実現されてもよい。また、コリメータは交差する層板40及び44によって実現されてもよい。
【００６０】
一般に、本発明の典型的な一実施形態に従って、コリメータは各検出セルが唯一の“視線”を有するように実現されるものである。例えば検出器8のラインに沿って孔部を具備するスロット・コリメータの場合、それらのラインは放射線源4に焦点を合わされてもよい一方で、検出器8の列に沿って、各々が中心面に対して一定の角度Φ0を定めるように全ての孔部が互いに平行にされてもよい。
【００６１】
好ましくは、各孔部に唯一の検出素子が設けられる。
【００６２】
図５から分かるように、例えば、やはり放射線源4に焦点を合わされた１次元又は２次元の散乱線除去グリッド（anti-scatter  grid）を具備する、従来のＣＴ検出器が設けられてもよい。エネルギー分解検出素子（ライン30及び34）は、一次放射線検出器（ライン15）の両側に設けられて光子の高い収率を可能にしてもよいが、一次放射線検出器の片側に設けられてコスト削減を可能にしてもよい。
【００６３】
特に図４及び５から分かるように、コリメータ60は各検出素子、特に散乱放射線検出器の各検出素子が、荷物品目の所定の微小領域又は微小区画からの放射線のみに晒されるように設けられる。上記領域又は区画は、照射された容積体とそれぞれの検出セルから見た荷物品目の区画との交点によって決定される。これにより、放射線検出器のエネルギー分解検出素子は、一定の入射角を有する荷物品目のこの領域又は区画のエネルギー分布を計測又は導出することになる。これにより、散乱放射線検出器の計測値から散乱分布が再構成され得る。
【００６４】
原理上、エネルギー分解検出素子は２つの部分を有するコリメータ60の後方に配置される。空間分解能の一部は放射線源に焦点を合わされた層板44によって達成される。これらの層板44は上述されたように扇平面に対して基本的に垂直に配置され得る。これらの層板44が設けられているため、扇平面から外に散乱された散乱放射線のみがそれぞれのエネルギー分解検出素子に突き当たり得る。故に、１つの光線に沿って生成された散乱放射線のみがそれぞれの列の検出器に突き当たり得る。
【００６５】
角度分解能は第２の組の層板すなわち層板40によって達成され得る。これらの層板は興味対象すなわち荷物品目7の所定の区画に焦点を合わされている。故に、層板40は所定の入射角が荷物品目7に対して定められるように配置されている。同時に、層板40は荷物品目7の何れの部分が何れの検出素子に“散乱する”かを定めている。
【００６６】
換言すれば、層板40及び44が設けられているため、散乱放射線検出器は一定の角度を有する放射線のみに晒され、各検出素子は荷物品目7の比較的小さい区画内で散乱された散乱放射線のみを受け取る。荷物品目7のこのような区画は図４及び５に参照符号42によって示されている。
【００６７】
これは、有利なことに、散乱放射線検出器の計測値が出力画像の再構成に直接的に用いられることを可能にする。これに関し、例えば、複数の投影からの計測値が出力画像の生成に単純に重ね合わされ得る。また一方、例えば、ライン15により計測された一次放射線が散乱放射線検出器の計測値を補正するために用いられてもよい。例えば、減衰の補正及び一次放射線の強度補正が適用されてもよい。さらに、計測値I(E)はI(q)に変換されてもよく、そして荷物品目7の容積体に直接的に逆投影されてもよい。I(E)は所与のエネルギーEでの測定強度（光子数／時間間隔）である。q=E/hc・sin(Φ0/2)なる数式１を用いて、強度分布はI(q)に変換可能である（h：プランク定数、c：光速）。
【００６８】
本発明の他の一実施形態に従って、１つの投影からの計測値は興味対象すなわち荷物品目の散乱分布を再構成を用いずに導出するのに十分なものとされ得る。しかしながら、これは分解能を非等方的なもの、すなわち、扇平面内の扇状光線の方向には非常に悪く、それに垂直な方向には比較的良いもの、にする場合がある。また、領域は強い吸収体で覆われている場合があるが、本発明のこの典型的な実施形態では、回転型のガントリーは不要とし得る。
【００６９】
画像品質の向上のため、図６を参照して説明されるように、回転型のガントリーが適用されてもよい。
【００７０】
図６は、本発明の典型的な一実施形態に従ったコンピュータ断層撮影装置について、その操作方法のフローチャートを簡略化して示している。ステップS1にてI(E)で示されるように、１つの投影の計測が実行される。換言すれば、ステップS1にて、ガントリーの１つの回転角に関して散乱放射線検出器及び一次放射線検出器の計測値が決定される。そして、ステップS2にてＣＲＣＴで示されるように、一次放射線強度の補正と減衰補正とが実行される。ステップS2にてI(E)→I(q)で示されるように、数式１を用いてE及び散乱角Φ0からqを計算することによって、I(E)のI(q)への変換が実行される。
【００７１】
続くステップS3にてＢＰＲＣＴで示されるように、荷物品目7の容積体へのI(q)の逆投影が実行される。そして、続くステップS4にてＳＦＣＴで示されるように、十分な投影が計測されたか否かが決定される。必要な投影量は、例えば、所望の画像品質によって導出され得る。また一方、この方法の一態様に従って、事前設定された投影数が適用されてもよい。追加の投影が取得される必要があるとステップS4にて決定された場合、当該方法はステップS5へと続き、ガントリーは事前設定された増加分だけ回転される。そして、当該方法はステップS1へと続く。
【００７２】
十分な投影が既に取得されたとステップS4にて決定された場合、当該方法はステップS6へと続き、そこで終了する。
【００７３】
図６を参照して説明された方法においては出力画像を生成するために複数の投影を使用するため、唯一の投影が使用される典型的な実施形態と比較して、より等方的な分解能と計測のより優れた統計値とが達成され得る。さらに、有利なことに、本発明に従った方法及び装置はトモグラフィ再構成式のＣＳＣＴと比較して、検出器に持ち込まれる多重散乱放射線を低減することが可能であり、それにより計測された散乱スペクトルの品質向上が可能になる。
【００７４】
図７は、本発明に従った方法を実行するデータ処理装置の典型的な一実施形態を示している。本発明に係る方法は、コンピュータ断層撮影装置の計算ユニットにて実行されてもよいが、例えば図７に示されるようなデータ処理装置にて実行されてもよい。例えば、データ処理装置はコンピュータ断層撮影装置に接続可能にされてもよい。また一方、上述のようなコンピュータ断層撮影装置によって取得されたデータが図７に示されるデータ処理装置のメモリ52にロードされれば十分な場合もある。
【００７５】
図７に示されるように、出力画像又は検出器からの計測値を記憶するためのメモリ52に中央演算処理装置（ＣＰＵ）又は画像プロセッサ51が接続されている。先述のように、データは例えば図１に示されるようなＣＳＣＴスキャナによって取得され得る。画像プロセッサ51はさらに複数の入力／出力ネットワーク又はその他の診断装置に接続されてもよい。画像プロセッサ51はさらに、画像プロセッサ51にて計算又は適応された情報を表示するディスプレー54（例えば、コンピュータ・モニタ）に接続されている。操作者はキーボード55及び／又は図７には示されていないその他の出力装置を介して画像プロセッサ51と相互作用してもよい。
【００７６】
上述のように、本発明は手荷物検査のみに適用されるものではなく、医療用途又は材料検査や材料科学にも適用され得るものである。画像品質の向上と必要な計算量の削減が達成され得る。
【００７７】
用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、用語“ある（a又はan）”は複数あることを排除するものではない。また、単一のプロセッサ又はその他のユニットが請求項に列挙された幾つかの手段の機能を果たしてもよい。上記実施形態の何れかに関連して説明された如何なる手段、機能又はステップも、上記実施形態の他の何れかに関連して説明された如何なる手段、機能又はステップと組み合わせて適用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に従った干渉性散乱コンピュータ断層撮影の典型的な一実施形態を示す概略図である。
【図２】干渉性散乱放射線の計測のための図１のコンピュータ断層撮影の幾何学配置を示す概略図である。
【図３】図１のコンピュータ断層撮影の幾何学配置を示す他の概略図である。
【図４】扇平面における図１のコンピュータ断層撮影の放射線源、コリメータ及び検出器の配置を示す概略図である。
【図５】本発明の典型的な一実施形態に従った、放射線源、散乱放射線及び主放射線の配置の扇平面を示す側面図である。
【図６】本発明に従ったコンピュータ断層撮影の典型的な一実施形態の操作方法を示す簡略化されたフローチャートである。
【図７】本発明に従ったデータ処理装置を示す簡略化されたブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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