(57)【要約】      （修正有）【課題】  画像再構成に無関係なデータを排除することにより1時間あたりに７００個の処理能力でＣＴ荷物検査を行う。【解決手段】しきい値を使用することで、視野内におけるシステムコンベヤのような物体があったとしても空スキャン較正を実行することができる。スキャナーはシート状爆発物をうまく検出できる形状をしている。また本システムは暗電流および温度依存電流オフセットで補正を行うものである。【選択図】  図１
2004347606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ断層撮影スキャニング装置において視野中の物体のスキャンデータを処理する方法であって、該視野は該スキャンデータから該視野の画像を発生するために再構成が可能である複数の画素から定義されるものであって、
該視野に対する該スキャンデータ発生するために該視野をスキャンする工程と、
該物体の大きさを検出する大きさ検出工程と、
該視野中の物体の位置を検出する位置検出工程と、
検出された物体の該大きさと該位置を利用して、該物体の画像を発生する際に再構成されるべき視野中の第一位置と、該物体の該画像を発生する際に再構成されるべきでない視野中の第二位置とを特定する位置特定工程とを備える該スキャンデータ処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のスキャンデータ処理方法であって、該物体の画像を発生するために該視野中の第一位置を再構成する工程をさらに備えるスキャンデータ処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載のスキャンデータ処理方法であって、該大きさ検出工程は該視野に対する該スキャンデータから該物体の境界を検出する工程を含むスキャンデータ処理方法。
【請求項４】
請求項１に記載のスキャンデータ処理方法であって、該位置検出工程は該視野に対する該スキャンデータから該物体の境界を検出する工程を含むスキャンデータ処理方法。
【請求項５】
請求項１に記載のスキャンデータ処理方法であって、該位置特定工程は再構成されるべき大量の画素に制限を設定する工程を含むスキャンデータ処理方法。
【請求項６】
コンピュータ断層撮影スキャニング装置の視野中の物体のコンピュータ断層撮影スキャンデータを処理する装置であって、該視野は該スキャンデータから該視野の画像を発生するために再構成が可能である複数の画素から定義されるものであって、
該視野に対する該スキャンデータ発生するために該視野をスキャンする手段と、
該物体の大きさを検出する大きさ検出手段と、
該視野中の物体の位置を検出する位置検出手段と、
検出された物体の該大きさと該位置を利用して、該物体の画像を発生する際に再構成されるべき視野中の第一位置と、該物体の該画像を発生する際に再構成されるべきでない視野中の第二位置とを特定する位置特定手段とを備える該スキャンデータ処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載のスキャンデータ処理装置であって、該物体の画像を発生するために該視野中の第一位置を再構成する手段をさらに備えるスキャンデータ処理装置。
【請求項８】
請求項６に記載のスキャンデータ処理装置であって、該大きさ検出手段は該視野に対する該スキャンデータから該物体の境界を検出する手段を備えるスキャンデータ処理装置。
【請求項９】
請求項６に記載のスキャンデータ処理装置であって、該位置検出手段は該物体の境界を検出するセンサを備えるスキャンデータ処理装置。
【請求項１０】
請求項６に記載のスキャンデータ処理装置であって、該位置特定手段は再構成されるべき大量の画素に制限を設定する手段を備えるスキャンデータ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的にはコンピュータ断層撮影（以下、ＣＴと呼ぶ）用スキャナ、そして特にはＣＴ技術を用いた荷物スキャニングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
商用旅客機で荷物を載せる前に手荷物やかばん等内に爆発物や搭載禁止品の存在を検出するために、Ｘ線を用いた様々な荷物スキャニングシステムが良く知られている。材料の密度を測定する技術としては、Ｘ線をその材料に照射して全体の吸収量を測定することが一般的である。多くの爆発物に用いられる材料の密度は荷物に普通に使われる材料の密度と異なる範囲にある特徴をもっているので、Ｘ線装置を用いて爆発物を検出することは一般に可能である。
今日使われているほとんどのＸ線荷物スキャニングシステムは「ラインスキャナー」型のシステムであって、定置式Ｘ線源（以下、単に源とも呼ぶ）、定置式リニア検出アレーおよびスキャナー間に荷物を通過させるためのＸ線源と検出アレー間との間で荷物運ぶための定置式コンベヤベルトを備えているのが一般的である。Ｘ線源は荷物を透過しまたは荷物により部分的に弱められて検出アレーで受け取られるＸ線ビームを発生する。各検出インターバルでは、検出アレーは、Ｘ線ビームを透過させる荷物を二次元的に分割した密度の積分として表されるデータを発生し、このデータは一以上の2次元ラスターラインを形成するために利用される。コンベヤベルトにより荷物が該定置式源と検出アレーとを通過した際に、スキャナーは定置式検出アレーによってみたときの荷物の密度を表す二次元画像を発生する。人であるオペレータが判断できるようにするために、この密度画像は普通は表示される。
【０００３】
デュアルエネルギーＸ線源を利用した技術は、単なる密度計測にとどまらず材料の付加的な化学的特性をも提供するとして知られている。デュアルエネルギーＸ線源を利用した技術は、2つの異なったレベルのＸ線源対する各材料における吸収特性を計測することをからなる。これらの計測は材料の密度表示に加えて原子数表示をも行う。Ｘ線ＣＴ画像のエネルギーの選択的再構成法についてのデュアルエネルギーＸ線源技術は、たとえば、アルバレズ・ロビンらによる「Ｘ線コンピュータ断層撮影におけるエネルギーの選択的再構成法」，物理医学生命学会紙，ｖｏｌ.２１，Ｎｏ．５，７３３頁から７４４頁および米国特許５，１３２，９９８号において述べられている。
このようなデュアルエネルギーＸ線源技術は、荷物に爆発物があるかを検出するための荷物センサーに接続することを１つの目的としている。爆発物材料は既知の原子数の範囲において特徴を有しており、よってこのデュアルエネルギーＸ線源によって検出が可能である。このようなデュアルエネルギー源については同時係属出願である米国特許出願０８／６７１，２０２号「改良型デュアルエネルギー供給源（事件整理番号：ＡＮＡ−０９４）」において説明されている。これは本願発明と同じ譲受人に譲渡され、参照としての記載は全体は本願の一部をなすものとする。
【特許文献１】米国特許公報５，１３２，９９８号
【特許文献２】米国特許公報４，７５９，０４７号
【特許文献３】米国特許公報４，８８４，２８９号
【特許文献４】米国特許公報５，１３２，９８８号
【特許文献５】米国特許公報５，１８３，７６４号
【特許文献６】米国特許公報５，２４７，５６１号
【特許文献７】米国特許公報５，３１９，５４７号
【特許文献８】米国特許公報５，３６７，５５２号
【特許文献９】米国特許公報５，４９０，２１８号
【特許文献１０】ドイツ特許出願公開公報３１，５０３０６Ａ１号
【特許文献１１】米国特許公報５，４７３，６５７号
【非特許文献１】「Ｘ線コンピュータ断層撮影におけるエネルギーの選択的再構成法」，物理医学生命学会紙，ｖｏｌ.２１，Ｎｏ．５，７３３頁から７４４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラスチック爆弾に対する荷物スキャニングシステムでは、プラスチック爆弾は検出が困難な幾何形状内に閉じ込め入れられるので特に困難がある。航空機に重大な被害を及ぼすほどの爆発物は少なくとも１ポンド以上の重量を有しており、さらに荷物内の爆発物の向きを考慮しない限りＸ線スキャナーシステムによって読み取ることができるに十分な長さ，幅，および高さを有しているものである。しかし、航空機に十分な損傷を与えられるプラスチック爆弾は、二次元方向には十分に大きくても、一次元方向には極端に小さいものに形成される。たとえば薄いシート内に形成されるような場合である。特に、システムを通過してしまうように薄いシートがＸ線ビームに平行となるように材料が配置されているときにはプラスチック爆弾は画像中で爆発材であることがわからないので、爆発材を検出することは困難を極める。
それゆえ、特にオペレータは疑わしい荷物に特に注意を払うことが要求される。一方、このように特に注意を払うことでオペレータは特別な疲労を受け、また不注意はいうまでもなくこの疲労により結果的に疑わしい荷物をシステムで見過ごすことにもつながる。
【０００５】
従って、更に性能のよい荷物スキャナーを設計することに大きな価値を見出すことができる。たとえば、このような設計については、以下の米国特許に説明されている。たとえば、ドン等（４，７５９，０４７号），グロックマン等（４，８８４，２８９号），ツツイ等（５，１３２，９８８号），ペッシュマン等（５，１８３，７６４号），コトウスキ等（５，２４７，５６１号），クルグ等（５，３１９，５４７号），ペッシュマン等（５．３６７．５５２号），クルッグ等（５，４９０，２１８号）およびヘイマンＧｍｂＨ等（ドイツＤＥ３１ ５０３ ０６ Ａ１）である。
前記ペッシュマン等の５，１８３，７６４号および５．３６７．５５２号（以下、それぞれ７６４号と５５２号と呼ぶ）において説明されているこれらの設計うちの少なくとも１つは、商業的には開発段階であって、ここではインビジョン・マシンと呼ぶこととする。
インビジョン・マシンは第三世代ＣＴスキャナーを備えている。第三世代ＣＴスキャナーとは一般に、Ｘ線源と、環状プラットホームまたはディスクの半径方向反対側にそれぞれが固定されるＸ線検出システムとを備えている。このディスクはガントレ内に回転可能に取り付けられ、検出システムに対して物体開口部内に配置される物体をＸ線が透過する間、回転軸周りに連続的に回転する。
【０００６】
検出システムは線形状の列（以下、アレーとも呼ぶ）をなす検出器を備えている。この線形アレーは、Ｘ線源の焦点で曲面の中心をもつ弦の形で単列に配置されている。Ｘ線源の焦点とは、たとえばＸ線が発出されるＸ線源内の点である。Ｘ線源は、その焦点から平面状の画像野を通過して検出器によって受けられるような扇状にビームを発出するかまたは扇形のビームを発出する。ＣＴスキャナーはＸ，Ｙ，Ｚ軸によって定義される座標システムを備えている。これらの軸は互いに交差し、ディスクのそれぞれの回転中心において回転軸周りに回転可能なように互いに垂直である。扇形ビームは１つの源（たとえば、焦点）とＸ線ビームに曝される検出アレーの検出器の需要面との間で定義される空間の体積として定義される。線形アレー検出器の受ける面はＺ軸方向に相対的に小さいので、その方向に扇形ビームは薄い。各検出器はそれらの検出器で発せられるｘ線の強度を表す出力信号を発生する。Ｘ線はその過程において物体全体により部分的に弱められるので、各検出器が発する出力信号はＸ線源と検出器間の画像野における物体全体の密度を表すことになる。
ディスクは回転するので、検出アレーは周期的にサンプリングを行う。そしれ各検出アレー間の各検出器は、各計測の間にスキャニング下物体の位置の密度を表す出力信号を発することになる。全検出間隔に対しての検出器の単列のすべての検出器で発せられたすべての出力信号を集めると投影画像となる。かく投影角において、焦点から各検出器へのＸ線の過程は、「線（以下、レイと呼ぶ）」と呼ばれて、一の点から検出器の受ける面への断面積を増加させるように作用する。また、レイが通過する物体のいかなる断面よりも検出器が受ける面責が大きくなるので、密度計測を拡大するものとして教示されている。
【０００７】
ディスクはスキャニングされている物体周りに回転するので、スキャナーは複数の投影像をそれに対応する複数の投影角で発生する。良く知られているアルゴリズムによって、各投影角において集められた投影データから物体のＣＴ画像が生成される。ＣＴ画像は、扇形ビームがいろいろな投影角を通してディスクが回転する間に通過した物体における切断面としての二次元的な密度を表している。ＣＴ画像の解像度の一部は扇形ビームの平面内における各検出器の受容面積の幅により決定される。ここで幅とは扇形ビームの幅と同じ方向に計測された方向の寸法として定義され、一方、検出器の長さとはスキャナーのＺ軸または回転軸に平行な扇形ビームに垂直方向に計測される方向の寸法として定義される。
荷物スキャナーの重要な設計基準の一つに、いかに荷物のスキャニングを行うかのスピードある。主要な空港において実際に使用するためには、荷物のスキャニングはとても早い速度で大量の荷物のスキャニングができなければならない。たとえば、１時間に７００個以上のスキャニングができるレベルまたはそれ以上でなければならない。そのためには、１つの荷物に対して、平均的に５秒又はそれ以下のスピードでスキャニングができなければならない。この理由によって、インビジョン・マシンの一つの問題点として、相対的に長い時間がかかること、たとえば、ＣＴ画像が１つの切断面のデータを生成するディスクの一旋回が約０．６から２．０秒がかかるということが前記７６４号および５５２号において挙げられている。さらに、各画像に対する荷物を通過するビームの切断をより薄くすれば薄くするほど画像の解像度は良くなるが、従って、ＣＴスキャナーは数ミリメータの厚さしかないプラスチック爆弾の検出を行うに十分な解像度を有していなければならない。もしも、各々の切断ＣＴ画像のデータ生成のために０．６から２．０秒の時間を必要としかつ平均的な約７０ｃｍの大きさの荷物が１時間あたり７００個として望まれる処理能力を仮定すれば、荷物は一スキャンごとに移動と停止を繰り返すので、従来のＣＴ荷物スキャナーは平均２から３個のＣＴ画像を生成する余裕しかないことになる。合理的な速度に対する処理能力として割り当てられた時間内に荷物全体をスキャンすることができないことは明らかである。一荷物に対してたった２乃至３のＣＴ画像しか発生しないということは、スキャンできない多くの項目をのこすことであり、それゆえ適切なスキャンを提供することができず、かつスキャニングを完了することができないことを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は従来技術の欠点を実質的に補うスキャニングシステムである。本願発明における、荷物スキャニングシステムは荷物がスキャナーで移動される間にオペレータの介在なく１時間あたり７００個のオーダのスキャニングを可能とする。
本願発明の一の目的はスキャナーのデータ再構成ウィンドウを各物体（たとえば、スキャンされるべき荷物片）の大きさに適用することによりスキャナーの改良を行ったＣＴスキャナーの装置および方法を提供することにある。
この視点からは、発明は再構成ウィンドウに適合する。再構成ウインドウとは、スキャナーの視野内における荷物のいちまたは大きさ対する画像を発生させるための、スキャンデータから再構成されるべき画素数を意味する。
ＣＴ画像マシンは視野をスキャンすることにより、スキャナーを通過する物体のスキャンデータを発生する。物体の大きさや位置を利用することで、視野内における画素の２つの位置が特定できる。この画素の２つの位置のうち、第一位置とは物体の画像群を発生するために再構成されるものであり、一方、第二位置とは画素群の特定された位置を再構成しないためのものである。
【発明の効果】
【０００９】
しかるに、本願発明のこの目的から、スキャンされるべき荷物に関する情報を与える画素（たとえば、画素の第一位置）は画像再構成の間に処理される。 荷物に関係ない画素（たとえば、画素の第二位置）は再構成されない。無関係な画素は荷物コンベヤシステムの下の領域に関するものや、荷物の上や隣の領域に関するものは含まれない。荷物に関する情報を与えない効果的に画素を捨てることにより再構成の処理に関する負荷が実質的に削減され、より短時間の再構成とより高い処理能力をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明における一の実施形態としては、視野内おける荷物の大きさや位置が荷物の境界を検出することにより決定することである。これは、従来技術で既知である境界位置処理法を利用することによりデータ内に物体の境界を配置させたスキャンデータを解析することにより実現できる。また一の実施形態としては、これらの境界を配置するため、平行投影データを解析する。応用的な実施形態としては、スキャナーは荷物の境界を検出するための別のセンサーをそなえることである。このセンサーは高周波超音速領域の測定器のような音響センサとすることができ、またはレーザー，発光ダイオード，赤外線検出器等の１またはそれ以上の光学的装置とすることもできる。これらのいずれも、荷物の領域を表すリターンデータの手法である。荷物の領域とは、荷物の中心とスキャナの視野内におけるその位置を表すものである。
別の一の実施形態としては、荷物に関係無いとして特定される画素群は再構成されないことであり、一方、荷物に関係するすべての画素は荷物の画像を生成するために再構成されることである。この手法は各荷物の大きさに関係なく、各荷物の完全な画像を供給し、スキャナーの処理能力を改善する。しかし、荷物の大きさにおいてその幅は多岐にわたるため、それをモニタし及び制御することは、処理負荷とおよびそれによる荷物の処理能力の点から困難となる。それゆえ、荷物の処理能力を削減しようとするシナリオが存在する。たとえば、連続的に常識はずれの大きさの荷物であってかつ大量の荷物をスキャナーが処理するというものである。それゆえに、実施形態の応用としては、上限リミットを再構成ウインドウの全体の大きさに設定することである。これは、再構成するべき最大数の画素を設定することにより実現する。この最大画素ウィンドウは、プリセット画素再構成リミット内で最高の荷物の画像を提供することのできる程度として、荷物の大きさ，位置および寸法を適合するべく決定することである。この手法は、制御可能レベルを維持したままで利用可能な程度の荷物画像を作るものである。
【００１１】
画像再構成処理から分析される荷物に関係の無い画素を削除する方法により、本願発明の適応再構成ウィンドウは大きな利益をもたらす。たとえば、特に不要なデータ処理を行わないことにより、繁忙な商用空港において要求される荷物処理能力にもとづき、再構成時間を短くすると共に荷物処理能力を増加させることにつながる。
他の視点としては、本願発明は、較正、または空スキャンを実行する装置または方法を導くことである。空スキャンとはＣＴシステムにおいて、個々の検出器の応答に対してシステムをいろいろと較正することである。たとえば、コンベヤシステムにおいて、荷物スキャナーの視野から障害物を取り除くのは困難であるから、従来のＣＴマシンにおいて空スキャンを実行するのと同じ方法で空スキャンを実行するのは容易ではない。本願発明のスキャナーでは、視野における障害物に対する補償しながら空スキャン較正を実行するものである。
較正の一実施形態としては、まず視野のスキャンを実行し、そして視野に存在する障害物を含めた完全なデータを取得することにより実行される。較正用しきい値はセットされ、そして各検出器に対し、この検出器に対する較正用オフセット値計算するために、しきい値をこえたビューデータが選択される。しきい値を下回る値の場合は無視される。一の実施形態としては、いずれのデータがしきい値を超えた場合には、放射線が視野にある障害物を通過しないように十分に高くなるように当該しきい値を設定することである。それゆえに空較正が適切に行うことができる。各々の検出器に対して、邪魔の無い方向からの選択されたデータ値は検出器に対する空較正値を計算することに使用される。一の実施形態としては、選択された値は空較正値を計算するために平均化される。空較正値は、検出器から検出器への応答の多様性を補償するために実際の物体に対する続くスキャンの間に無次元化に使用される。
【００１２】
しきい値に空スキャンの較正データを適用することにより、障害物にあたらなかった放射線に関係したデータは同一であるとみなされる。これは、視野において障害物を除去しなくても空較正を実行できることを意味する。これは、連続的にスキャンを行う荷物スキャニングシステムにおいてとても重要なことであり、荷物間の空スキャンを実行するために視野からコンベヤのような障害物を除去することは結果として極端に不便となるからである。しかしながら、この手法は医療用ＣＴの分野においても有益である。医療用ＣＴスキャニングから患者用テーブルを除去することは、荷物用スキャナーからコンベヤを除去することよりもより不便なことであって、患者用テーブルを除去すること無く医療用ＣＴ空スキャンを実行することは医療用ＣＴの分野でも大きな改善となる。しかるに、本願の空較正は医療用ＣＴの分野でも有用である。
別の視点からは、本願発明は物体の３次元ＣＴ画像データからシートのような目標物を見つけ出す方法と装置をも導くものである。プラスチック爆弾はシート形状のものに成形できることがよく知られている。このようなシート状爆弾は従来のＣＴ技術をもちいては検出することが困難であった。爆発物のシート厚が従来のＣＴスキャナーの解像度より薄いからである。本願発明は、もしも物体がプラスチック爆弾であろう可能性が高いシート状のものであるか否かを物体の画像データを判定する。
本願発明の装置および方法において、物体は物体表面付近の画像データを解析することにシートであるかを決定するために分析される。分析されるべき物体はその境界または表面により３次元空間において定義される。物体の表面に沿った沢山の位置の各々において、面に対する法線ライン方向が計算され、物体の背面にむかって投射される。法線ラインから投射されるラインにそった複数の箇所において、物体の密度が物体に対するＣＴデータから得られる。補間法が各点のデータを計算することに使用される。物体内部の最大距離が設定され、密度がその最大距離を上限として生成される。この最大距離は予想されるシートの最大厚さより大きくなるように選択される。 各垂直ラインに対して、すべての密度データが生成された後に、密度が減少降下するような物体内部の距離が生成される。一般には、もしも密度が最大距離よりも短い距離において減少降下したならば、密度形測地はシートと思われる薄い物体の存在を示したことになる。最大距離以上において減少降下がなければ、シートよりも厚い物体が示されていることになる。
計算された減少降下距離はヒストグラムのような分布に適合する。このヒストグラムは物体の形状の決定に利用できる。最大距離よりも短い減少降下距離においてヒストグラム中に現れるピークデータは、減少降下距離においてなんらかの厚さを有する物体の実質的な位置を示している。これはシートを示すことに使うことができる。最大距離においてヒストグラム中に現れる高いピークデータは予期されるシートの厚さよりも厚い物体の実質的な位置を示している。これは、シートでない物体を示すことに使うことができる。シート形状の物体を特定するための表面の法線およびヒストグラムの利用はシートを見つけ出すほかのいかなる方法よりも有利である。たとえば、ある先行技術の手法では、物体の形状を体積に対する表面積の比から計算して求めることにより解析する。高い比であれば、シートのように薄い物体であっても表示に利用できる。しかし、この手法では、物体全体に対して感度が高い１つの数を計算するのみであり、高い精度を要求できない。大きな表面に対して相対的に小さな体積を有するような物体では物体がシート形状であるときに誤差を生じ易い。一方、本願発明では物体全体の周りの箇所において分析をすることができる。物体全体において厚さの静的な分布を分析することにより、物体の形状についてより正確な結果を得ることができる。
別の視点では、本願発明はＣＴシステムにおいて暗電流（たとえば、X線の吸収によって検出器により生じる電流）を補償し、また特には温度による暗電流の変動を補償するための装置または方法を導くことである。本願発明本願発明によれば、較正手順は暗電流の温度変動を特徴づけるように実行される。この変動を利用して、検出器の一式のオフセットが作られる。暗電流またはオフセット電流は各オフセットによってある温度において定義される。位置の実施形態としては、一式のオフセットは各検出器に対して発生される。別の実施形態ではある一式のオフセットがすべての検出器に対して利用される。続いての物体または領域の実際のスキャニングの間に、このオフセットにより検出器によって発出されたデータ信号が適正化される。その範囲がスキャニングされている間は検出器の温度は検知される。各検出器において、現在感知されている温度に連動したオフセットが検出器によって検知された物体の密度を適正化するように検出器が信号を発生する。これにより暗電流の温度変動を補償できる。
一の実施形態では、温度変動は、温度−オフセット曲線にパラメータ式を当てはめることで特徴づけられている。一の実施形態では、この変動は定係数を伴うテーラー級数多項式で説明される。この係数は最小二乗誤差法により求められる。検出器データに温度依存性オフセットを適用することにより、本願発明の荷物スキャニングシステムは従来のシステムより正確な暗電流補償を提供する。荷物スキャニングの環境において、荷物のスキャニングを連続的に行うものであるから、医療機器用よりも温度の影響がより重要となる。それゆえ、オフセットの温度依存性は生成された画質や、そして結果的には目標物の検出能力を維持するためには重要となる。それゆえ、本願発明の温度依存オフセットはより正確なＣＴ荷物スキャナーをもたらすものである。
【実施例１】
【００１３】
図１，図２および図３はそれぞれ、荷物スキャニングシステム１００の外観図，端部断面図および半径方向からみた断面図を示している。荷物スキャニングシステム１００はその座標に拘わらずシート状爆発物のような目標物の存在を検出するための能力を改善した本願発明にもとづいて作られるものであって、すばやくかつＣＴに持つスキャニングを完了することをもたらす。その結果、相対的に高い速度で目標材料を高い確率で検出することができる。システム１００は手荷物または荷物１１２をＣＴスキャニングシステム１２０の中央開口部を通して矢印１１４に示す方向に連続的に運ぶためのコンベヤシステム１１０を備えている。コンベヤシステム１１０は複数からなる個々のコンベヤ領域１２２を備えるものとして表されているが、他の形態のコンベヤシステムも利用できる。
ＣＴスキャニングシステム１２０は環状回転プラットホームまたはディスク１２４を備えていて、これらは図３に示される回転軸１２７まわりに回転するガントレ支持部１２５内に配置されている。手荷物１１２の輸送方向１１４に平行であることが好ましい。ディスク１２４は、たとえば、ベルト１１６およびモータ駆動システム１１８のようなく同装置によって回転軸１２７周りに駆動される。または別の駆動装置、たとえば、本願譲受人に譲渡されかつ本願の一部をなすものであって「Ｘ線断層撮影スキャニングシステム（事件番号ＡＮＡ−３０ＣＯＮ号）」のタイトルでギルバート・マッケンアにより１９９９５年１２月５日に発行された米国特許５，４７３，６５７に説明されているような駆動装置も利用できる。回転プラットホーム１２４はコンベヤ１１０が手荷物１１２を輸送する中央開口部１２６を含んでいる。
システム１２０はプラットホーム１２４の半径方向反対側に配置されるＸ線チューブ１２８と検出アレー１３０とを備えている。この検出アレー１３０は、「コンピュータ断層撮影スキャニングシステムにおける面積検出アレー（事件番号ＡＮＡ−１３７号）」のタイトルで本願と同じ譲受人によって本願と同日に出願されかつ本願の一部をなす米国特許出願に述べられているような検出アレーのような２次元式アレーも利用できる。このシステム１２０は更に検出アレー１３０によって発出された信号を処理しかつ受けるためのデータ取得装置（ＤＡＳ）１３４と、Ｘ線管１３６に電源を供給しその他制御を行うためのＸ線管制御システム１３６とを備えている。システム１２０は、データ取得装置１３４の出力の処理と、システム１２０を作動させおよび制御するために必要な信号の発生とのためにコンピュータシステム（不図示）を備えることが好ましい。このコンピュータシステムは発生した画像を含む情報を表示するためのモニタを備えているもよい。Ｘ線管制御システム１３６は、前記米国特許出願番号０８／６７１，２０２に述べられているようなデュアルエネルギＸ線管制御システムとすることもできる。本願発明はこのタイプのシステムに適用することに制限するものではないが、Ｘ線ＣＴ画像のエネルギの選択的再構成のためのデュアルエネルギＸ線技術は材料の密度を示すことに加えて材料の原子数を示すことにも実際に有用である。システム１２０はシールド１３８を備え、このシールド１３８はガントレ１２５の上に広がる放射線から守るためのものであって、リードから組み立てられている。
【００１４】
一の実施例では、Ｘ線管１２８はピラミッド的形状のＸ線ビームを発生する。これはよくコーンビーム１３２と呼ばれて、手荷物１１２がコンベヤシステム１１０を輸送される間に通る三次元画像野を透過するものである。画像野中に載置される手荷物が通過した後、手荷物１１２の暴露された位置の密度を表す信号を次に発生させる検出アレー１３０がコーンビーム１３２を受ける。それゆえ似、ビームはスキャニングした空間の体積を定義する。プラットホーム１２４はその回転軸１２７周りに回転する。その回転軸は、対応する複数の投影角で複数の投影像を発生するように、手荷物がコンベヤシステム１１０によって連続的に中央開口部１２６を通って輸送されたときに手荷物１１２周りに環状の軌道に輸送Ｘ線源１２８および検出アレー１３０を移動させるように位置する。
良く知られた方法では、検出アレー１３０からの信号はデータ取得システム１３４によって始めに取得され、続いてＣＴスキャニング信号処理技術を用いてコンピュータシステム（不図示）によって処理される。この処理されたデータはモニタ上に表示され、さらに疑わしい材料の存在の有無を決定するためにコンピュータシステムによってさらに解析が行われる。たとえば、このデータはそのデータがシート爆弾の密度（デュアルエネルギーシステムが利用されるときは分子量も含む）を有する材料の存在があるかどうかを決定するために使用される。もしも、このデータが存在するならば、システムのオペレータまたはモニタにこのような材料の検出を示すために適切な方法がとられる。適切な方法とは、たとえば、モニタ１４０のスクリーン上に表示をしたり、音声または視覚によって、または更なる検査のためにコンベヤから荷物を除去するための自動除去装置、またはコンベヤの停止等であって、その結果、疑わしい荷物は検査され、かつ／または除去される。
前述の通り、検出アレー１３０は、Ｚ軸は言うまでもなくＸ軸およびＹ軸の両方向についても、スキャンデータを検出することが可能な２次元検出アレーとすることができる。各々の検出間隔において、検出アレーの複数列は対応する複数の投影像からデータを発出し、それによって同時に手荷物１１２の体積領域をスキャンする。検出列の方向と数はスキャナーの望ましい解像度と処理能力の関数として決定される。そしてそれは同様に回転プラットホームの回転速度１２４の回転速度とコンベヤシステム１１０の速度との関数ともなる。これらのパラメータはプラットホーム１２４の１回の完全な回転において要求される時間を満足するように選択されることが好ましい。コンベヤシステム１１０は、プラットホーム１回転の間に検出器によってスキャンされる体積領域と、次のプラットホームの１回転の間に検出アレー１３０によってスキャンされる体積領域とが重なり合うこと無く連続的となるように、手荷物１１２を前に進める。
【００１５】
コンベヤシステム１１０はＣＴスキャニングシステム１２０を通して、好ましくは一定の速度で、手荷物１１２を連続的に運び、一方プラットホーム１２４はその荷物が通過するときに連続的に一定の回転速度でその荷物周りに回転する。このように、システム１２０は手荷物全体に対して螺旋状空間ＣＴスキャンを実行する。手荷物スキャニング組立体１００では、少なくとも、アレー１３０から与えられるいくらかのデータ、および手荷物がシステムを通過するときに手荷物全体を体積的にＣＴ表示するための螺旋状再構成アルゴリズムが使用される。一実施例ではシステム１００、本願と同じ譲受人のものであって本願の一部をなす「章動切断ＣＴ画像際構成装置およびその方法（事件番号ＡＮＡ−１１８号）」において説明されるデータ上に章動切断面再構成（ＮＳＲ）として実行される。それゆえに、システム１００は手荷物のある与えられた位置におけるＣＴスキャニングを与えるのみならず、予めスクリーニングを行う装置を必要とせずに各手荷物に対して完全なＣＴスキャンを提供する。また、システム１００は早いスキャニングを提供する。２次元検出アレー１３０によりシステム１００はプラットホームの各１回転で欠く手荷物の相対的に大きな部位を同時にスキャンすることができるからである。
図４は本願発明における一実施例の機械／電気のブロック線図を示している。スキャナ１００の機械ガントレは２つの主要な部位を有しており、その一つはディスク１２４であって、他の一つはフレーム（不図示）である。ディスク１２４はＸ線組立体，検出器組立体１３０，データ取得システム１３４，高電圧電源供給器，モニタ／制御組立体，電源供給組立体およびデータリンク組立体を移送するための回転部材である。ディスク１２４はデュープレックス環状コンタクトボールベアリングカートリッジを介して機械的にフレームに連結されている。ディスク１２４は直流サーボモータ５０５によって駆動されるベルトによって一定の速度で回転できる。ガントレはさらにディスクやフレーム組立体上にＸ線シールドを備えている。
一実施例では、手荷物コンベヤシステム１１０は要求される処理能力に合致した一定の速度で駆動する単一のベルト駆動装置を備えている。この処理能力として仮定される実施例としては、一時間あたり６７５個の鞄が処理される処理能力である。ベルトは負荷変動が起こっても一定の速度を保てるような高トルクかつ低スピードの組立体によって駆動される。低減衰カーボングラファイトエポキシ材がＸ線用コンベヤベルト部の材料として使用される。コンベヤ全体の長さは鞄の３つの長さの平均値に合わせて設計される。棚型Ｘ線システムの安全応急に適応させるためにコンベア周りにはトンネルが配置されている。
他の実施例としては、システム全体に電力を供給する主電源として、２０８Ｖ，３０Ａの三相入力電源が準備されている。この入力は当該システムが設置される空港から供給される。電力はフレームからディスク１２４に設置された金属リングに連続的に接続されたフレームブラシを介して供給される。ディスク１２４の低電圧電源５０１はＤＡＳ１３４，Ｘ線冷却システムおよびその他さまざまなモニタおよび制御システムのコンピュータや電子機器に電力を供給する。コンベヤモニタ５０３，ガントレ５０５，高電圧電源およびＸ線冷却ポンプには主電源から電力が供給される。
【００１６】
高電圧電源はＸ線管に電力を供給する。この電源は５４０Ｈｚで変調されるカソード／アノード間で２つの電圧を与える。駆動波は正弦波の形である。この電源はフィラメント電力をも与える。電源電流は両電圧においてほぼ一定に保たれる。
Ｘ線組立体は、２極型固定アノードＸ線管１２８，熱交換システム５０７，コリメータ５０９，シールディング，Ｘ線センサおよびアラインメント／マウンティングプレートとを備える。コリメータは、中心角６１°の扇形で幅６°の広がりを持つＸ線コーンビームを供給する。熱交換システム５０７はポンプ，放熱器，ファンおよびポンプとを備えている。アラインメントプレートは、管１２８をディスク１２４に取付けるにあたりフィールドの交換を短時間で容易にするために利用される。Ｘ線センサはＸ線強度をフィードバックするために備え付けられる。
デュアルエネルギＸ線は荷物に当たり、一方そのうち一部のＸ線は透過して検出器に当たる。検出器組立体１３０はシンチレータ，光ダイオード，取付け板，散乱防止板および取付用主柱とを備えており、温度センサ５２１を有する主柱ヒータも備えられている。検出組立体１３０はX線から可視光子およびさらには電流までへのアナログ変換を実行する。散乱防止板は、シンチレータにあたって散乱した放射線を低減化するために、高原子数材料からできており、さらにＸ線源においては角度をつけて配置される。厚いカドミウムタングステン結晶で出来ているシンチレータはＸ線のすべてをほとんど完全に吸収するに十分である。しかるに、Ｘ線を可視光子に変換する。結晶は光学的に反射する材料によって底部を除くすべての面が囲まれている。それゆえ、可視光子は結晶の底部を通過することは可能である。光ダイオードは光学的に伝達可能な接着剤によって結晶体の底部に接続されている。光ダイオードは荷物のＸ線の吸収で対数的に減少するように電流を放出する。行使はいくらかの検出器に適合するような大きさとなっているセラミック製の取付板に取り付けられている。この電子取付板は、コネクタを備える基盤に半田付けまたはエポキシによる接着で取り付けられている。各検出器取り付け板は、扇形ビーム半径とＺ軸方向の投影像とを有する取付用主柱に機械的に取付けられる。この主柱はディスク１２４に固着される。
【００１７】
ＤＡＳ１３４は検出器電流を取り入れ、増幅した電圧を一式の１６ビットアナログ−デジタル変換器に多重的に通信し，デジタル出力を非接触方シリアルデータリンク５１１に多重的に通信する。ＤＡＳ１３４はディスク１２５の環状部の位置によってトリガ信号が発せられる。非接触リンク５１１と５１３は、画像再構成処理器５１５に高速デジタルＤＡＳデータを送信し、一方ディスクとフレーム制御コンピュータとの間で低速モニタ／制御信号をやり取りする。データリンク５１１はＲＦ送信機および受信機をベースにすることができる。送信プロトコル３５０Ｍビット／秒以上の送信能力を有するＴＡＸＩTMとすることができる。制御用リンク５１３は無線ＬＡＮ技術をベースとすることができる。無線ＬＡＮ技術とはフレームとディスクコンピュータのいずれにも取り付け可能な同じようなＰＣＭＣＩＡカードを備えている。このカードでは送信機と受信機のいずれも有することが出来、標準のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）カードにもすることができる。それゆえに、ポイント−ポイント間ネットワークは、低速度モニタと制御の通信をなす。
画像再構成器は、高低両方のエネルギーにおいて、ＤＡＳ１３４から組立てられたデジタルライン積分値を切断されたかばんの一式の二次元画像に変換する。ＣＴ再構成は螺旋コーンビーム解を介して実行される。再構成は埋め込まれたソフトウェア，高速ＤＡＳポート，アレー処理器，ＤＳＰベースコンボルバー、ＡＳＩＣベースバックプロジェクター，画像記憶装置，ＵＡＲＴ制御ポート，およびＳＣＳＩ画像出力ポートを備えることができる。アレー処理器は
をデータの補正・補間を実行することができる。再構成器は自立型であって、フレームコンピュータからＵＡＲＴインタフェース上で受け取られた荷物情報に基づいて画像に符号を付けることが出来る。
モニタと制御システムは制御システムに埋め込まれたＰＣをベースとすることができる。すべてのサブシステムでは、鍵となる機器の健康状態やステータス情報をモニタすることが出来る。このシステムは両モニタシステムをせいぎょすることが可能であって荷物情報を感知し、温度湿度等の環境制御を行い、ディスク１２４の環状位置を感知し、ＤＡＳおよびＨＶＰＳのトリガを発することができる。このシステムは技術的診断や制御を行うために、ビデオやキーボードインターフェースをも有することができる。さらに、フィールドサービスのために制御パネルが備えられている。本願発明のＣＴ荷物スキャナーは、システムの荷物処理能力を改善するためにスキャンされるべき荷物に対して画像再構成ウィンドウを適合する能力を持っている。荷物の画像を再構成する前に、本願発明のこのシステムは物体の画像を発生させるために再構成されるべき画素と再構成されない画素とを区別することが出来る。再構成画素はスキャンされるべき荷物に関係するべきものである。荷物に無関係の画素は再構成されずにそれゆえに効果的に排除される。排除される画素は、荷物の隣や上の領域は言うまでもなくコンベヤの下の領域に対しての画素をも含んでいる。再構成の過程において相当数の画素を削除することで処理時間を削減し、その結果として荷物の処理能力を増加する。
【００１８】
図５は、本願発明の適応再構成ウィンドウを表すことに使われるスキャナの視野３５０の該略図である。視野３５０は、コンベヤ１１０に高さｈと幅ｗとを備える荷物１１２が載置されているように示されている。この視野は、コンベヤ１１０の下側の領域３５１，荷物１１２の上側の領域３５２および荷物１１２の反対側の領域３５３とを含んでいる。これらの領域３５１，３５２および３５３とは本願発明のスキャナシステムによってスキャンされ、一方スキャンデータはそれらから取得される。しかし、荷物１１２はこれらの領域に載置されないので、これらの領域の画像画素は荷物に対して何ら情報を与えず、それゆえ、荷物の画像再構成過程からは排除される。
図６はｘ，ｙのカルテシアン座標系上に重ねて表示した視野３５０を表す該略図である。スキャンされた荷物１１２の画像は画素３５７の矩形アレーから発生したものとみなされる。この荷物は幅方向にＮ画素および高さ方向にＭ画素であるとみなされ、一般には、各ピクセルはミリメータの単位で計測されるｐの寸法であって等しい高さと幅をもつものとみなされる。しかるに、荷物１１２の幅ｗはｗ＝Ｎｐであらわされ、高さｈはｈ＝Ｍｐで表わされる。スキャンされる荷物の実際の高さや幅を決定することで、Ｎ×Ｍで与えられるたくさんの画素３５７が計算される。再構成されるべきこれらの画素の位置もｘ0，ｙ0の座標位置で荷物の中心を配置することで決定することが出来る。
高さｈ，幅ｗ，および中心ｘ0，ｙ0は荷物の境界を確定することにより決定することができる。図６に示したように、荷物の底部および頂部は座標ｙ1，ｙ2によってそれぞれ与えられ、一方荷物の左端および右端は座標ｘ1，ｘ2によってそれぞれ与えられる。中心３５４はｘ0，ｙ0によって特定され、そこで、ｘ0＝（ｘ2−ｘ1）／２，ｙ0＝（ｙ2−ｙ1）／２の関係が成り立つ。高さｈはｙ2−ｙ1によってそれぞれ与えられ、幅ｗはｘ2−ｘ1によってそれぞれ与えられる。Ｎ個の画素のカラムとＭ個の画素の列とは荷物画像を再構成するために既知の寸法ｐを用いて幅ｗと高さｈから決定される。
【００１９】
決定された荷物の高さ，幅および位置で、全体の画素Ｎ×Ｍが上記の通り求められる。一実施例では、この画素全体数は荷物の画像を作るために再構成される。別の実施例において、受け入れられかつ制御可能な荷物処理能力を補償するために、荷物再構成が再構成されるべき最大の画素に制限される。望まれる荷物システム処理能力はこの最大数の画素が各々の荷物に対して再構成されることである。一実施例としては、この最大画素数を２５，０００に設定している。荷物画像の再構成に必要な画素の全数Ｎ×Ｍはこの予め設定する画素の制限にあたる。もしもＮ×Ｍがこの制限値より小さいならば、Ｎ×Ｍ画素が再構成される。しかし、Ｎ×Ｍがこの制限値を超えたならば、特別な荷物に対して利用される再構成ウィンドウはその制限にあった最大可能な画素のウィンドウに適合する。再構成はこの制限された画素数で実行される。
上記述べた通り、高さ、幅、中心位置および画素寸法ＮおよびＭはスキャナの視野内に載置された荷物の境界位置から取り入れられる。境界を配置するには可能な方法がいくらかある。一実施例によれば、スキャンデータはそれ自身で境界位置ｘ1，ｘ2，ｙ1およびｙ2を位置決めるために分析される。別の実施例では、スキャニングマシン上の分割センサーが荷物の境界を検出することに使用される。
図７は、荷物の境界を決定するための分割センサを利用する本願発明における荷物スキャニングシステム１００の一実施例を単純化して表した概略ブロック図である。
図７に表したシステム１００は、ＣＴスキャナー１２０とスキャナー１２０を通して荷物１１０運搬するコンベヤシステム１１０とを備えている。
一以上のセンサ３６０は荷物１１２がスキャナ１２０に入ったときにその境界を検知するために使用されるスキャナー１２０を備えている。センサ３６０は
境界を感知するために、一以上のレーザと光検出器とのを備えている。または、センサ３６０は、赤外線センサか光放射ダイオードと光検出器との組み合わせのいずれか、またはその両方とを備えている。または、センサ３６０は荷物１１２の境界を検出するための領域ファインダーとして高周波超音波半導体を備えている。
このセンサー出力は、荷物の境界を判定する処理を行うセンサー出力処理回路３７０に配線されている。検出器によって発生された検出信号は、検出器の出力を処理し、応答信号を発生し、そしてそれらを処理システム３６４に送るためのデータ取得装置（ＤＡＳ）１３４に送られる。処理システム３６４もまた荷物の境界を特定するセンサ処理回路３７０から出力を受け取る。処理システム３６４は検出データから画像データを生成し、荷物１１２の画像を生成する。
【００２０】
本願発明のＣＴ荷物スキャニングシステムは検出器から検出器への検出器の応答の変化に対応する補償をするようなシステムを構成することも提案する。この構成とはシステムの視野において空スキャンを実施することにある。従来の医療用ＣＴシステムでは、空スキャンが実行されたときには患者のテーブルのようなすべての障害物を視野から取り除かれる。それから、視野の完全なスキャンを実行し、検出器で得られたデータを解析する。本願発明のような荷物用スキャナーでは、コンベヤシステム等の視野内の障害物は空スキャンを実行するために取り除くように準備はされていない。本願発明は視野からこれらの障害物を取り除くこと無く、実行しうる空スキャンについても提供する。
図８ａおよび８Ｂは従来の空スキャンを示している。図８ａは従来のスキャナーの概略を示している。スキャナーは、矢印２０６によって表されている反時計方向であって回転中心２０３周りに同時に回転可能な源２０４と検出アレー２０２とを備えている。源２０４と検出アレー２０２とは回転中心周りに一連の視界ｖ方向に回転する。各視界ｖにおいて、アレー２０２における検出器に対応した一連のサンプルｓが取得される。代表的に、視野は源２０４からＸ線に対して半透明であり環状窓２００を備えている。図８ｂは視界ｖ範囲を覆う全体における一の検出器、またはサンプルｓに対して得られたデータ信号をプロットした該略図である。示した通り、障害物は図から取り除かれ、かつウィンドウ２００は環状であって視野全体に一定の密度を表しているので、全ての視野上の各検出器がうけたデータ信号は一般に一定である。従来の空スキャンでは、アレー２０２における各検出器で図８ｂにプロットしたようなデータが得られる。検出器で較正因子が使用されるときには、各検出器の応答が全て等しくなるように各検出器で較正要素が計算される。この理想的な従来の状況では、各検出器でのデータ信号は視界に対して変化しないので各検出器で計算される較正因子は視界には無関係である。すなわち、検出器によって集められた較正因子はすべての視界に対して検出器が集めたデータと同じとなる。結果的に各検出器は一つの較正因子にのみ関連性を有することになる。しかし、実際には、検出器の応答が視界と無関係であるとするのは正確ではない。重力やその他の効果のため、図８にプロットした線は正確には平らであるとはいえない。従って、較正因子は視界に依存する。それゆえ、かなりのメモリ空間を占有する大きな較正参照テーブルから、各視界に対する各検出器のための較正因子が計算される。
図９ａは本願発明の荷物スキャナーシステム１００のスキャニングコンフィギュレーションを概略的に表している。図９ａに示したように、コンフィギュレーションは図８ａに示した従来のものとは異なっている。荷物スキャナー１００はコンベヤシステム１１０が視野内に存在し、較正スキャンの間に視野内に障害物を残している。機械開口部１２６は従来の機械開口部と同じような環状ではない。本願発明の機械開口部もまた環状ではないウィンドウ２２０を含み従来のスキャニングシステムの環状ウィンドウ２００と対象をなす。図９ｂに示したように、これらの因子は、視界に依存する空スキャンの間に検出器の応答を発生するために組み合う。ここで図９ｂは、本願発明の荷物スキャナーの視野の空較正のスキャンの間に全視界ｖ上の単一の検出器またはサンプルｓによって発生したデータ信号をプロットしたものである。図９ｂにより表された曲線の形状は、視界依存型検出器の応答を単に表したものであって、いかなる実際の検出器の応答を正確に表すことが目的とするものではないと考えるべきである。
【００２１】
空較正スキャンを効果的に実行するためには、障害物を通過しないレイと関係づけた視界のみを利用することが好ましい。本願発明では、図９ｂにより表されたデータは各検出器に対して分析され、また、邪魔されないレイと関連つけられたデータが検出器の較正を計算するのに利用される。一実施例において、検出器の信号しきい値Ｔを設定し、Tを超えるか否かに応じてデータの値を処理することによって実現される。視野を通して邪魔されない放射線が発生した際に、しきい値Tを超えるデータが発生するようにしきい値Ｔを設定する。それから、較正因子はしきい値Ｔを超えるこれらのデータ値を利用して求められる。
たとえば、図９ｂに示すように、視界２２３および２２５の2つの領域がしきい値Ｔを超えるデータを発生する。これらの視界とは、与えられたサンプルｓの視野を通して邪魔されないレイの経路から求められたものと仮定する。それゆえに、これらの2つの視界の領域において生じたデータ値はこの検出器に対する較正値を求めるために使用される。一実施例としては、しきい値Ｔを超えるデータ値は平均化され、該平均値はその検出器またはサンプルｓに対する較正値を決定するために利用される。これは、検出器に対して決定される単一の較正因子になり、この単一の較正値がすべての視界における検出器によって集められたすべてのデータに対して利用される。すなわち、較正は視界に無関係となる。
しかるに、視野中の障害物の存在のために、検出器の応答は視界には無関係であるが、本願発明は障害物のある視界と障害物の無い視界とを区別する。その結果、検出器の画像に無関係な較正ができる。これは、実際に物体をスキャンする間に、較正因子を保存してデータを適正化するという両方の過程において、実質的にメモリと計算とを削減することになる。
空較正スキャンの間に各検出器で計算された較正因子と対応させるために、スキャンデータは実際のスキャンの間に、無次元化される。  各視界とサンプル上の各投影に対して、無次元化された値Ｐvs＝ｌｎ（Ａvs／Ｄvs）に従って計算される。なおここで、Ｐvsとは特定の視界ｖおよび検出サンプルｓにおいての投影データであり、Ａvsは視界ｖおよびサンプルｓにおける較正の間に得られる較正因子であり、Ｄvsに検出器サンプルｓにより視界ｖで集められた実際のデータである。また、上記述べた通り、一実施例としては、Ａvsはすべてのｖについて同じである。
しきい値Tはいくらかの異なる手法により求められる。一つの手法にとっては、図９ｂで符号２２７によって示された最大のデータ値に一定の定数を乗ずることでしきい値Tが求められる。好ましくは、この定数は1よりわずかに少ない値であり、たとえば０．９５である。相対的に高いしきい値が選択されると、障害物に関連付けられる値のみが較正因子の計算に使われようになるような高いレベルの信頼性につながる。
本願発明もまた、特に物体の3次元CT画像データで物体の形状、特に四0と形状の物体を検出するための装置と方法を有している。物体は境界または表面の外側の領域により定義されるものであって画像の各画素がその画素における各物体の密度を表すものであると仮定している。図１０は物体３００の3次元ＣＴ画像を概略的に表したものである。簡略化のため、物体３００は2次元で表しているが、本願発明は3次元物体に適用することを想定している。
【００２２】
本願発明に従って、物体３０２の表面に沿った一連の点３０２は特定されかつ分析される。3次元空間において表面を定義するために画素を与えることにより、与えられる位置における表面に垂直なベクトルＮは買い表面の購買を計算することなどによって決定することができる。各点３０２において、表面垂直ベクトルＮが特定される。たとえば、各法線Ｎに対して、法線３０４が物体３００に逆投影される。法線３０４に沿った一連の点３０６が特定され、物体のＣＴデータから密度値が各データ点３０６に割り当てられる。画素値間の補正を行うと、法線３０４にそった各点３０６における密度を決定される。最大厚さＴMAXはデータ点３０６が計算される法線３０４に沿った距離として定義される。最大厚さＴMAXはシートの予測される厚さよりも大きく選ばれる。
法線３０４にそった点３０６の密度分布は決定され分析される。図１１は面の垂直方向３０４にそって２つのケースのデータ点サンプル分布を示している。符号３１０が付された分布では、計測された最大厚さＴMAXを超えるまでの範囲まで、物体３００について密度ρは一定である。符号３１２の分布では、密度の関数はある距離ＴRで減少降下を始める。減少降下距離ＴRは関連付けられた面の法線３０４で物体の厚さを示している。しかるに、特別な面の法線Ｎにおいて、物体３００は相対的に薄い。減少降下が無いところでは、曲線３１０によって表されるように、関連する点３０２で物体が相対的に薄くなる。事実、物体は予め設定した最大厚さＴMAXと少なくと同じ厚さである。
この工程が物体の表面に沿って繰り返され複数の位置３０２に対して繰り返される。図１１に示すように、ＴRの値は密度が減少降下する曲線に沿った点とすることができる。または、ＴRの値は関連する表面の法線Ｎに対して曲線３１２の平均として計算される。符号３１０で表されるように、分布が減少降下しないときにはＴRは最大厚さＴMAXに設定される。
図１２ａおよびＢに示したように、ＴRの値すべてに対して一つのヒストグラムがあらわされる。図１２ａは物体３００がシートであることを結論づけるためのヒストグラムを示している。この例では、ＴMAXは１０ｍｍに設定されヒストグラムのピークは約４ｍｍとなる。これは表面に沿った点３０２に対するＴRが減少降下するのが４ｍｍの位置であることを示している。最大ＴMAXを下回るような厚さの部分では物体３００はシートであると断言できる。
ヒストグラムを分析することでしきい値Ｔが設定できる。もしも曲線のピークが図１２ａのようにしきい値を超えたならば、そのピークは水平軸にそったピークの位置の厚さを有するシートであるといえる。ＴMAX（１０ｍｍ）で曲線に短い距離での増加はたくさんの計測値が最大厚さＴMAXを超えた厚さを示したことになる。これは、物体内に深く広がる高密度を示すシートの薄い端部にそって取得された計測値に原因がある。しかし、４ｍｍにおけるピークはシートが示される場合の１０ｍｍにおける上昇よりむしろ高い。
【００２３】
図１２ｂは物体３００がシートではない場合にも作られる。図１２ｂに示すように、最大厚さＴMAX（１０ｍｍ）におけるヒストグラムのピークがある。ＴMAX（１０ｍｍ）において、計測値の大部分で予想されるシート圧より厚い最大値を超えた厚さであることを示している。しかるに、物体３００がシートでないことを示している。ＴMAXにおける分布の頂部をとる方法は処理時間を減少させ、シート端部にそった表面法線と関連する計算上の問題も解決しうる。
位置実施例では、統計分析が処理器内で自動的に実行される。ヒストグラムで自動的にピークが探し当てられる。ピークの位地や形状によって、物体が存在するデータまたはデータベースとの比較して物体がシートであるか否かを決定する。
本願発明のＣＴスキャニングシステムは温度依存性のある暗電流，検出器のオフセット電流（以下単にオフセット）を補償するための機能をも有している。暗電流とはＸ線源がオフ状態ですなわち、検出器がＸ線を受けとらない間に検出器自身によって発生する電流のことをいう。これは、残余または０入力電流があるために、標準の物体のスキャニングの間に得られるスキャンデータが不正確となる。暗電流による不正確さを考慮すると、温度に依存しかつ検出器から検出器までの過程が変化する。これらの不正確さを拭う暗電流をオフセットさせて補償するため、調整値が計算される。
本願発明において、温度依存型オフセットは各検出器に対して計算される。一実施例では、オフセットの温度依存特性を取得するために、実際のスキャニング前に較正手順が実行される。この較正手順の間、一連の検出器の温度に対して検出器からの電流が計測される。複数のデータ点、たとえば、オフセット対温度の点は複数の検出器によって計算される。別の実施例では、データの点は各検出器によって取得される。別の実施例では、下位のすべての検出器が使用される。各検出器ではオフセットの平均値が使用される。
温度依存特性が得られたら、実際のスキャニングが実行される。検出器近傍に取り付けられる温度センサーはスキャニングが実行されるときの検出器の温度を感知する。現在の温度と関数として与えられた保存済みの温度データと比較して、スキャニングを行っている検出器によって選られたデータに適用されるオフセット値が特定される。一実施例では、オフされたX線源を利用して周期的なスキャンが実行される。これらの周期的な暗電流のスキャンは既知の温度Ｔ1において実行される。後に、実際のスキャンが実行されると、温度Ｔ2が感知される。暗電流スキャン温度Ｔ1と現在の温度Ｔ2との差は、検出器データに使用する適切なオフセットを特定するために、較正手順の間に得られた温度依存関数に適用される。
【００２４】
本願発明のオフセット関数に依存した温度を示すために、今ｘを単一のチャンネルに対するオフセット温度依存度とする。すると、オフセットの温度依存度は、テーラー級数展開を用いて以下のように表される。
【数１】
2004347606.tif 000003
ここで、Ｔはチャンネルでの温度を示し、αi（i＝０，１，２）は定数である。
αiの値は較正手順を利用して決定される。オフセットに依った温度の較正値は度々必要とはならない。おそらく、年に１回または故障した検出器の交換の際に必要となる程度であろう。較正の間に検出器が使用される温度は、オフセットがスキャナーの代表的な動作温度範囲で代表値として表されるような範囲である。今、ここで、ｘiは温度Ｔi（i＝０，１，２，…，Ｎ−１，Ｎ）で計測されたオフセットである。Ｎは代表的には５である。αiは最小二乗誤差法を使用して見積もると以下のようになる。
Ｃはαiのマトリックス形式で以下のように表される。
【数２】
2004347606.tif 000004
マトリックスＣは以下のように求められる。
【数３】
2004347606.tif 000005
ここで、Ａは以下のように表される。
【数４】
2004347606.tif 000006
ここで、Ｂは以下のように表される。
【数５】
2004347606.tif 000007
ここで、各要素は以下のように表される。
【数６】
2004347606.tif 000008
スキャナーのオペレーションにおいて、検出器のオフセットが周期的に計測される。代表的には、動作中に、1時間に1回計測される。ここで、オフセットが計測される温度をＴ1とする。また、ｘ（Ｔ1）をこの第一温度におけるオフセットとしよう。スキャニング中のしばらく後に、検出器が温度Ｔ2になったとしよう。第二温度ｘ（Ｔ2）をにおけるオフセットの値は、以下のように表される。
【数７】
2004347606.tif 000009
実際には、Ｄ個の検出器と検出器温度が、全体として下位にあたるＤ個の検出器においてのみ計測される。Ｎは温度の読み値であって、代表的には５であろう。温度センサーによる読み値は、たとえば図４に示された5つの温度センサ５２１によって取得される。ここで、計測される温度における検出器をｄ1（i＝０，１，２，…，Ｎ−１，Ｎ）としよう。繰り返すが、Ｎは温度の読み値の個数である。ここで検出器ｄ1における計測温度をＴdjとしよう。検出器ｊにおける温度ＴjではＮ個の読み値を通して2次の多項式にフィッティングすることよって算出することができる。温度依存度をパラメータ形式で表すと以下の通りとなる。
【数８】
2004347606.tif 000010
ここで、βiは最小二乗法を用いて以下のように決定することができる。
【数９】
2004347606.tif 000011
マトリックスＦは以下のように求められる。
【数１０】
2004347606.tif 000012
ここで、Ｄは以下のように求められる。
【数１１】
2004347606.tif 000013
ここで、Ｅは以下のように求められる。
【数１２】
2004347606.tif 000014
【００２５】
検出器ｄiにおける温度は熱電対または抵抗型温度検出体（ＲＴＤ）によって測定される。
以上、この発明につき、図によって示したり、または好ましい実施例として参考と共に述べてきたが、本発明の技術分野につき通常の知識を有する者によって様々な形に変更され、または詳細な形とされたものに付いても、本願請求の範囲における本願発明の技術的思想を離れること無く本願発明の範囲内にある限り本願発明に含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本願発明の荷物スキャニングシステムの外観図である。
【図２】図１に示したシステムの端部断面図である。
【図３】図１に示したシステムを半径方向からみた断面図である。
【図４】本願発明の荷物スキャナーの一実施例における電気および機械の機能ブロックを示した概略図である。
【図５】視野内のコンベヤシステム上に載置された荷物を示した本願発明の荷物スキャナーの視野概略図である。
【図６】本願発明の荷物スキャナーの視野をカルテシアン座標系上に重ねて表示した図である。
【図７】荷物境界を特定するセンサを使用した場合における本願発明の荷物スキャニングシステムの一実施例を単純化したブロック図の概略図である。本願発明の荷物スキャニングシステムの外観図である。
【図８ａ】従来のＣＴスキャナーの発射源，検出器アレーおよび視野を表した幾何形状図である。
【図８ｂ】図８ａに示した視野を一スキャンした間に、一の検出器が得るデータ信号を概略的にプロットした図である。
【図９ａ】本願発明における荷物スキャナーの一実施例の幾何形状を示した概略図である。
【図９ｂ】図９ａに示した視野の一スキャンの間に一の検出器が得たデータ信号を概略的にプロットした図である。
【図１０】三次元的物体について、ＣＴスキャナにおける三次元画像の概略図である。
【図１１】薄い物体および厚い物体のＣＴ画像面に垂直な方向に沿って密度分布を概略的にプロットした図である。
【図１２ａ】薄い物体の密度減少降下距離のヒストグラムをプロットしたの概略図である。
【図１２ｂ】厚い物体の密度減少降下距離のヒストグラムをプロットしたの概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００ 荷物スキャニングシステム
１１０ コンベヤシステム
１１２ 荷物
１２０ ＣＴスキャニングシステム
１２５ ガントレ支持部
１２６ 中央開口部
１３０ 検出アレー
１３４ データ取得装置（ＤＡＳ）
１３６ Ｘ線管制御システム
５１５ 画像再構成処理器
５２１ 温度センサ
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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