(57)【要約】  容積データおよび容積画像再構成の取得を容易にする方法、システム、装置、および非一時的コンピュータ可読媒体について、本明細書で説明する。画像化システムが、古典的に完全なジオメトリのカバレージには不十分な測定データが収集されるようなX線ソースの走査経路に対する速度でオブジェクトをトランスポートするように構成され得る。オブジェクトの少なくとも一部分の測定済み容積データに基づいて、容積画像を生成するために、反復画像再構成技法が使用され得る。
2018533731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像化デバイスであって、
オブジェクトをトランスポートするためのトランスポートシステムと、
前記オブジェクトの少なくとも一部分を照射するために、前記オブジェクトのトランスポートの方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点において、X線放射の円錐ビームを放出するためのX線ソースと、
前記X線放射と前記オブジェクトの少なくとも前記一部分との相互作用を示す測定データを検知するための検知器アレイであって、前記オブジェクトの周りの走査経路に沿って前記測定データを検知するように、前記X線ソースに対して配置された検知器アレイと、
中央処理装置を有する処理ユニットと
を含み、前記処理ユニットが、
完全なpiラインカバレージには十分である測定データを前記検知器アレイに検知させるように、前記走査経路に対する前記トランスポートシステムの速度を制御する第1のモード、または
完全なpiラインカバレージには不十分である測定データを前記検知器アレイに検知させるように、前記走査経路に対する前記トランスポートシステムの前記速度を制御する第2のモード
のうちの1つで前記画像化デバイスを動作させることと、
前記第1のモードまたは前記第2のモードで、前記オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、前記再構成された容積データを導出するために前記測定データに反復再構成の少なくとも1つの反復を適用することによって計算することと
を行うようにプログラム可能である、画像化デバイス。
【請求項２】
前記処理ユニットは、前記再構成された容積データに基づいて前記オブジェクトの前記容積の容積画像を導出するようにさらにプログラム可能であり、前記容積画像は、前記オブジェクトの前記容積の3次元モデルまたは前記オブジェクトの前記容積の2次元投影を含む、請求項1に記載の画像化デバイス。
【請求項３】
前記容積画像を表示するためのディスプレイをさらに含む、請求項2に記載の画像化デバイス。
【請求項４】
前記再構成された容積データは、質量密度データもしくは原子番号データまたは両方を含む、請求項1に記載の画像化デバイス。
【請求項５】
前記X線ソースは、回転ガントリーに結合された円錐ビームX線ソースを含む、請求項1に記載の画像化デバイス。
【請求項６】
前記回転ガントリーは、前記オブジェクトのトランスポートの前記方向の周りの少なくとも180°の角度まで前記X線ソースを回転させるように構成される、請求項5に記載の画像化デバイス。
【請求項７】
前記円錐ビームX線ソースは、前記オブジェクトのトランスポートの前記方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点に配置された複数のX線ターゲットを連続的に照射するように構成された走査電子ビームを含む、請求項1に記載の画像化デバイス。
【請求項８】
前記円錐ビームX線ソースは、前記オブジェクトのトランスポートの前記方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点に配置された複数のX線ターゲットを照射するように構成された複数の固定電子ビームを含む、請求項1に記載の画像化デバイス。
【請求項９】
前記反復再構成は、連立代数再構成技法(SART)、同時反復再構成技法(SIRT)、順序部分集合凸技法(OSC)、適応的統計反復再構成技法(ASIR)、OS分離可能放物面代用技法(OS-SPS)、代数再構成技法(ART)、またはKacsmarz再構成技法のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の画像化デバイス。
【請求項１０】
前記処理ユニットは、
前記測定データに適用されたフィルタ逆投影再構成または他の直接技法からの出力を使用して、前記反復再構成を初期化することと、
前記初期化された反復再構成に基づいて少なくとも1つの反復を実行することと
を行うようにプログラム可能である、請求項1に記載の画像化デバイス。
【請求項１１】
前記オブジェクトを通る前記piラインは、軸方向における1ピッチ内の前記走査経路に沿った2つの異なる点をつなぎ、前記測定データは、完全なpiラインカバレージには不十分である、請求項1に記載の画像化デバイス。
【請求項１２】
画像化システムであって、
前記画像化システムにオブジェクトをトランスポートするためのコンベヤを含むトランスポートシステムと、
前記オブジェクトの少なくとも一部分を照射するために、前記オブジェクトのトランスポートの方向に対する走査経路上の前記コンベヤの周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点において、X線放射の円錐ビームを放出するように構成されたX線ソースと、
前記X線放射と前記オブジェクトの前記一部分との相互作用を示す測定データを検知するための検知器アレイであって、前記走査経路に沿って前記測定データを検知するように、前記X線ソースに対して配置された検知器アレイと、
中央処理装置を有する処理ユニットと
を含み、前記処理ユニットが、
前記円錐ビームの前記走査経路に対する前記オブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である測定データを前記検知器アレイに検知させる前記走査経路に対する速度で前記オブジェクトをトランスポートするよう前記トランスポートシステムに命令することと、
前記オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、前記再構成された容積データを導出するために前記測定データに反復再構成の少なくとも1つの反復を適用することによって計算することと
を行うようにプログラム可能である、画像化システム。
【請求項１３】
前記処理ユニットは、前記再構成された容積データに基づいて前記オブジェクトの前記容積の容積画像を導出するようにさらにプログラム可能であり、前記容積画像は、前記オブジェクトの前記容積の3次元モデルまたは前記オブジェクトの前記容積の2次元投影を含む、請求項12に記載の画像化システム。
【請求項１４】
前記容積画像を表示するためのディスプレイをさらに含む、請求項13に記載の画像化システム。
【請求項１５】
前記再構成された容積データは、質量密度データもしくは原子番号データまたは両方を含む、請求項12に記載の画像化システム。
【請求項１６】
前記X線ソースは、回転ガントリーに結合された円錐ビームX線ソースを含む、請求項12に記載の画像化システム。
【請求項１７】
前記回転ガントリーは、前記オブジェクトのトランスポートの前記方向の周りの少なくとも180°の角度まで前記X線ソースを回転させるように構成される、請求項16に記載の画像化システム。
【請求項１８】
前記円錐ビームX線ソースは、前記オブジェクトのトランスポートの前記方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点に配置された複数のX線ターゲットを連続的に照射するように構成された走査電子ビームを含む、請求項12に記載の画像化システム。
【請求項１９】
前記円錐ビームX線ソースは、前記オブジェクトのトランスポートの前記方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点に配置された複数のX線ターゲットを照射するように構成された複数の固定電子ビームを含む、請求項12に記載の画像化システム。
【請求項２０】
前記反復再構成は、連立代数再構成技法(SART)、同時反復再構成技法(SIRT)、順序部分集合凸技法(OSC)、適応的統計反復再構成技法(ASIR)、OS分離可能放物面代用技法(OS-SPS)、代数再構成技法(ART)、またはKacsmarz再構成技法のうちの少なくとも1つを含む、請求項12に記載の画像化システム。
【請求項２１】
前記処理ユニットは、
前記測定データに適用されたフィルタ逆投影再構成または他の直接技法からの出力を使用して、前記反復再構成を初期化することと、
前記初期化された反復再構成に基づいて少なくとも1つの反復を実行することと
を行うようにプログラム可能である、請求項12に記載の画像化システム。
【請求項２２】
前記オブジェクトを通る前記piラインは、軸方向における1ピッチ内の前記走査経路に沿った2つの異なる点をつなぎ、前記測定データは、完全なpiラインカバレージには不十分である、請求項12に記載の画像化システム。
【請求項２３】
円錐ビーム放射パターンからオブジェクトの容積の画像を再構成するための方法であって、
円錐ビームからのX線放射とそれの走査経路に配置されたオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データを受信するステップであって、前記測定データは、前記円錐ビームの前記走査経路に対する前記オブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である、ステップと、
中央処理装置を有する少なくとも1つの処理ユニットを使用して、前記オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、前記再構成された容積データを導出するために前記測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するステップと、
前記少なくとも1つの処理ユニットを使用して、前記再構成された容積データに基づいて前記オブジェクトの前記容積の容積画像を計算するステップと
を含む、方法。
【請求項２４】
前記容積画像は、前記オブジェクトの前記容積の3次元モデルまたは前記オブジェクトの前記容積の2次元投影を含む、請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
前記容積画像をディスプレイ上に表示するか、または前記容積画像もしくは前記再構成された容積データを記憶するステップをさらに含む、請求項23に記載の方法。
【請求項２６】
前記オブジェクトを通るpiラインは、軸方向における1ピッチ内の前記走査経路に沿った2つの異なる点をつなぎ、前記測定データは、完全なpiラインカバレージには不十分である、請求項23に記載の方法。
【請求項２７】
前記円錐ビームは、回転ガントリーに結合された円錐ビームX線ソースから放出される、請求項23に記載の方法。
【請求項２８】
前記円錐ビームX線ソースは、前記オブジェクトのトランスポートの前記方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点に配置された複数のX線ターゲットを連続的に照射するように構成された走査電子ビームを含む、請求項23に記載の方法。
【請求項２９】
前記円錐ビームX線ソースは、前記オブジェクトのトランスポートの前記方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点に配置された複数のX線ターゲットを照射するように構成された複数の固定電子ビームを含む、請求項23に記載の方法。
【請求項３０】
前記反復再構成方法は、連立代数再構成技法(SART)、同時反復再構成技法(SIRT)、順序部分集合凸技法(OSC)、適応的統計反復再構成技法(ASIR)、OS分離可能放物面代用技法(OS-SPS)、代数再構成技法(ART)、またはKacsmarz再構成技法のうちの少なくとも1つを含む、請求項23に記載の方法。
【請求項３１】
前記計算するステップは、
初期化された反復再構成を提供するために、前記測定データに適用されたフィルタ逆投影再構成または他の直接技法からの出力を使用して、前記反復再構成方法を初期化するステップと、
前記初期化された反復再構成に基づいて少なくとも1つの反復を実行するステップと
を含む、請求項23に記載の方法。
【請求項３２】
前記再構成された容積データは、質量密度データもしくは原子番号データまたは両方を含む、請求項23に記載の方法。
【請求項３３】
画像化デバイスのための画像再構成モジュールであって、
通信インターフェースと、
オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを計算するための反復再構成方法のプロセッサ実行可能命令を記憶するためのメモリと、
前記通信インターフェースおよび前記メモリに通信可能に結合された、中央処理装置を有するプログラム可能処理ユニットと
を含み、前記プロセッサ実行可能命令が実行されると、前記プログラム可能処理ユニットは、
円錐ビーム放射パターンからのX線放射とそれの走査経路に配置されたオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データを受信することであって、前記測定データは、前記走査経路に対する前記オブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である、受信することと、
前記オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、前記再構成された容積データを導出するために前記測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算することと、
前記再構成された容積データに基づいて前記オブジェクトの前記容積の容積画像を計算することと、
前記容積画像または前記再構成された容積データを送信するように前記通信インターフェースを制御するか、または記憶するように前記メモリを制御することと
を行うように動作する、画像再構成モジュール。
【請求項３４】
前記容積画像は、前記オブジェクトの前記容積の3次元モデルまたは前記オブジェクトの前記容積の2次元投影を含む、請求項33に記載のモジュール。
【請求項３５】
前記容積画像を表示するためのディスプレイをさらに含む、請求項34に記載のモジュール。
【請求項３６】
前記再構成された容積データは、質量密度データもしくは原子番号データまたは両方を含む、請求項33に記載のモジュール。
【請求項３７】
前記反復再構成は、連立代数再構成技法(SART)、同時反復再構成技法(SIRT)、順序部分集合凸技法(OSC)、適応的統計反復再構成技法(ASIR)、OS分離可能放物面代用技法(OS-SPS)、代数再構成技法(ART)、またはKacsmarz再構成技法のうちの少なくとも1つを含む、請求項33に記載のモジュール。
【請求項３８】
前記処理ユニットは、
前記測定データに適用されたフィルタ逆投影再構成または他の直接技法からの出力を使用して、前記反復再構成を初期化することと、
前記初期化された反復再構成に基づいて少なくとも1つの反復を実行することと
を行うようにプログラム可能である、請求項33に記載のモジュール。
【請求項３９】
前記オブジェクトを通る前記piラインは、軸方向における1ピッチ内の前記走査経路に沿った2つの異なる点をつなぎ、前記測定データは、完全なpiラインカバレージには不十分である、請求項33に記載のモジュール。
【請求項４０】
中央処理装置を有する処理デバイスによって実行可能な命令を記憶する非一時的機械可読媒体であって、前記命令の実行は、円錐ビーム放射パターンからオブジェクトの容積を再構成するための方法を前記処理デバイスに実行させ、前記方法は、
円錐ビーム放射パターンからのX線放射とそれの走査経路に配置されたオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データを受信するステップであって、前記測定データは、前記走査経路に対する前記オブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である、ステップと、
前記オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、前記再構成された容積データを導出するために前記測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するステップと、
前記再構成された容積データに基づいて前記オブジェクトの前記容積の容積画像を計算するステップと
を含む、非一時的機械可読媒体。
【請求項４１】
前記容積画像は、前記オブジェクトの前記容積の3次元モデルまたは前記オブジェクトの前記容積の2次元投影を含む、請求項40に記載の機械可読媒体。
【請求項４２】
前記容積画像を表示するためのディスプレイをさらに含む、請求項40に記載の機械可読媒体。
【請求項４３】
前記再構成された容積データは、質量密度データもしくは原子番号データまたは両方を含む、請求項40に記載の機械可読媒体。
【請求項４４】
前記反復再構成は、連立代数再構成技法(SART)、同時反復再構成技法(SIRT)、順序部分集合凸技法(OSC)、適応的統計反復再構成技法(ASIR)、OS分離可能放物面代用技法(OS-SPS)、代数再構成技法(ART)、またはKacsmarz再構成技法のうちの少なくとも1つを含む、請求項40に記載の機械可読媒体。
【請求項４５】
前記処理ユニットは、
前記測定データに適用されたフィルタ逆投影再構成または他の直接技法からの出力を使用して、前記反復再構成を初期化することと、
前記初期化された反復再構成に基づいて少なくとも1つの反復を実行することと
を行うようにプログラム可能である、請求項40に記載の機械可読媒体。
【請求項４６】
前記オブジェクトを通る前記piラインは、軸方向における1ピッチ内の前記走査経路に沿った2つの異なる点をつなぎ、前記測定データは、完全なpiラインカバレージには不十分である、請求項40に記載の機械可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、2015年10月19日に出願された米国特許出願第14/886,883号に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
X線またはガンマ線などの透過性放射線を組み込んだ画像化技術は、医用画像化および貨物検査などの様々な用途で普及している。X線画像化技法は、画像化されるオブジェクトに放射線のビームを向け、オブジェクトを通して受信されたX線の強度を測定することを伴う。X線ビームの減衰は、質量密度または原子種など、オブジェクトの材料特性に左右される。オブジェクトを通した一連の経路でそのような減衰データを取得することによって、オブジェクトの3次元画像または投影2次元画像を再構成することが可能である。
【０００３】
セキュリティ用途では、3次元画像または投影2次元画像は、手荷物または貨物に隠れている不審なオブジェクトまたは危険なオブジェクト、たとえば、密輸品を検知するために使用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書では、手荷物または貨物に隠れている不審なオブジェクトまたは危険なオブジェクトを検知するためのシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体について教示する。本明細書で教示するシステム、方法、および非一時的コンピュータ可読媒体は、高いピッチ走査パラメータに起因して、古典的に完全な(classically complete)ジオメトリのカバレージをサポートするには不十分な測定データしかなくても、手荷物または貨物に隠れている不審なオブジェクトまたは危険なオブジェクトの検知を可能にする画像化モダリティを提供する。古典的に完全なソース検知器ジオメトリは、オブジェクトの投影測定値の解析的反転(analytic inversion)を可能にするオブジェクトのトランスポートの所与の速度における完全なpiラインカバレージを有するものとして定義され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で教示するいくつかの実施形態では、トランスポートシステム、X線ソース、検知器アレイ、および処理ユニットを含む画像化デバイスが開示される。トランスポートシステムは、オブジェクトを画像化デバイスに、またX線ビームを通してトランスポートする。X線ソースは、オブジェクトの少なくとも一部分を照射するために、オブジェクトのトランスポートの方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点において、X線放射の円錐ビームを放出する。検知器アレイは、X線放射とオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データを検知する。検知器アレイは、オブジェクトの周りの走査経路に沿って測定データを検知するように、X線ソースに対して配置される。処理ユニットは、第1のモードまたは第2のモードのうちの1つで画像化デバイスを動作させるようにプログラム可能な中央処理装置を有する。第1のモードでは、完全なpiラインカバレージには十分である測定データを検知器アレイに検知させるように、走査経路に対するトランスポートシステムの速度が制御される。第2のモードでは、完全なpiラインカバレージには不十分である測定データを検知器アレイに検知させるように、走査経路に対するトランスポートシステムの速度が制御される。中央処理装置はまた、第1のモードまたは第2のモードで、オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するようにプログラム可能である。
【０００６】
本明細書で教示するように、いくつかの実施形態では、トランスポートシステム、X線ソース、検知器アレイ、および処理ユニットを含む画像化システムが開示される。トランスポートシステムは、画像化システムにオブジェクトをトランスポートするためのコンベヤを含む。X線ソースは、オブジェクトの少なくとも一部分を照射するために、オブジェクトのトランスポートの方向に対する走査経路上のコンベヤの周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点において、X線放射の円錐ビームを放出するように構成される。検知器アレイは、X線放射とオブジェクトの一部分との相互作用を示す測定データを検知し、検知器アレイは、走査経路に沿って測定データを検知するように、X線ソースに対して配置される。処理ユニットは、円錐ビームの走査経路に対するオブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である測定データを検知器アレイに検知させる走査経路に対する速度でオブジェクトをトランスポートするようトランスポートシステムに命令するようにプログラム可能な中央処理装置を有する。中央処理装置はまた、オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するようにプログラム可能である。
【０００７】
本明細書で教示するように、いくつかの実施形態では、円錐ビーム放射パターンからオブジェクトの容積の画像を再構成するための方法が開示される。本方法の実行は、円錐ビームからのX線放射とそれの走査経路に配置されたオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データを受信する。測定データは、円錐ビームの走査経路に対するオブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である。本方法の実行は、中央処理装置を有する少なくとも1つの処理ユニットを使用して、オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算する。さらに、本方法の実行は、少なくとも1つの処理ユニットを使用して、再構成された容積データに基づいてオブジェクトの容積の容積画像を計算する。
【０００８】
本明細書で教示するいくつかの実施形態では、画像化デバイスのための画像再構成モジュールが開示される。画像再構成モジュールは、通信インターフェース、メモリ、およびプログラム可能処理ユニットを含む。メモリは、オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを計算するための反復再構成方法のプロセッサ実行可能命令を記憶する。プログラム可能処理ユニットは、通信インターフェースおよびメモリに通信可能に結合された中央処理装置を有する。プロセッサ実行可能命令の実行は、プログラム可能処理ユニットがいくつかの動作を有することを可能にする。プログラム可能処理ユニットは、円錐ビーム放射パターンからのX線放射とそれの走査経路に配置されたオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データを受信するように動作する。測定データは、走査経路に対するオブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である。プログラム可能処理ユニットは、オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するように動作する。プログラム可能処理ユニットは、再構成された容積データに基づいてオブジェクトの容積の容積画像を計算するように動作する。プログラム可能処理ユニットは、容積画像または再構成された容積データを送信するように通信インターフェースを制御するか、または記憶するようにメモリを制御するように動作する。
【０００９】
本明細書において、いくつかの実施形態では、中央処理装置を有する処理デバイスによって実行可能な命令を記憶する1つまたは複数の非一時的機械可読媒体が開示される。命令の実行は、円錐ビーム放射パターンからオブジェクトの容積を再構成するための方法を処理デバイスに実行させる。本媒体は、円錐ビーム放射パターンからのX線放射とそれの走査経路に配置されたオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データを受信するための命令を含む。測定データは、走査経路に対するオブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である。本媒体は、オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するための命令を含む。本媒体は、再構成された容積データに基づいてオブジェクトの容積の容積画像を計算するための命令を含む。
【００１０】
図面が主に説明のためのものであり、本明細書で説明する主題の範囲を限定するものではないことを、当業者は理解されよう。図面は、必ずしも一定の縮尺によるとは限らず、いくつかの事例では、本明細書で開示する主題の様々な態様が、様々な特徴の理解を促すために図面において誇張または拡大されて示されていることがある。図面では、同様の参照文字は概して、同様の特徴(たとえば、機能的に同様または構造的に同様の要素)を指す。
【００１１】
本開示によって提供される上記および他の特徴および利点は、例示的な実施形態の下記説明から、以下の添付の図面とともに読むと、より十分に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の実施形態による、例示的な画像化システムを示す図である。
【図２】本開示の実施形態による、回転ガントリーを含む例示的な画像化デバイスのエンドビューを示す図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態による、再構成ジオメトリの例示的な表現を示す図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態による、再構成ジオメトリの例示的な表現を示す図である。
【図４】本開示の実施形態による、検知面に対するpiラインの例を示す図である。
【図５Ａ】本開示の実施形態による、ピッチの値に対する角画像化カバレージの例を示す図である。
【図５Ｂ】本開示の実施形態による、ピッチの値に対する角画像化カバレージの例を示す図である。
【図５Ｃ】本開示の実施形態による、ピッチの値に対する角画像化カバレージの例を示す図である。
【図６】本開示の実施形態による、トランスポートシステムの異なる速度に対する走査カバレージの変化を示す図である。
【図７Ａ】本開示の実施形態による、例示的なガントリーシステムのビューを示す図である。
【図７Ｂ】本開示の実施形態による、例示的なガントリーシステムのビューを示す図である。
【図８】本開示のいくつかの実施形態による、システムおよびデバイスに関する例示的なX線ソースおよび検知器のジオメトリおよび関係を示す図である。
【図９】本開示のいくつかの実施形態による、システムおよびデバイスに関する例示的なX線ソースおよび検知器のジオメトリおよび関係を示す図である。
【図１０】本開示の実施形態による、例示的な画像再構成方法のフローチャートを示す図である。
【図１１】本開示の実施形態による、例示的なコンピューティングデバイスを示す図である。
【図１２】本開示の実施形態による、例示的な分散型画像化システムを示す図である。
【図１３】本開示の実施形態による、例示的な画像再構成方法のフローチャートを示す図である。
【図１４】本開示の実施形態による、例示的なモジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示のシステム、方法、コンピュータ可読媒体、および装置は、コンピュータ断層撮影システムによる容積画像再構成が、オブジェクト内の密輸品、爆薬、または他の化学成分もしくは材料成分を識別することを可能にする。具体的には、容積画像再構成は、放射線検知器によって収集された測定済みデータが完全なpiラインカバレージには不十分となるような速度で、画像化されるオブジェクトが移動しているときの状況に関して教示される。X線放射ソースおよび放射線検知器を通り過ぎてオブジェクトをトランスポートすることができる画像化システムが開示される。検知された測定データが古典的に完全なジオメトリのカバレージには不十分となるように、トランスポートの速度が制御され得る。容積画像再構成を可能にするための方法が教示され、そのような測定データから容積画像再構成を実施するための命令を含むコンピュータ可読媒体が開示される。本出願の開示するシステム、方法、コンピュータ可読媒体、および装置は、有利なことに、オブジェクトの走査の高速化、ならびに用途の要件に適合するようにオブジェクトトランスポートの速度を変更する能力をユーザに提供することを可能にする。
【００１４】
以下は、特に、高いコンピュータ断層撮影(CT)ピッチでの容積画像再構成のための方法、コンピュータ可読媒体、装置、およびシステムに関係する様々な概念、およびそれらの例のより詳細な説明である。上記で紹介し、以下でさらに詳細に論じる様々な概念は、開示する概念が特定の実装方法に限定されないので、多数の方法のうちのいずれで実装されてもよいことを諒解されたい。特定の実装形態および適用の例は、主に説明のために提供される。
【００１５】
本明細書で使用する「古典的に完全な」という用語は、投影測定値の解析的反転を可能にする、オブジェクトのトランスポートの所与の速度における完全なpiラインカバレージ(またはいくつかの例では帯域制限カバレージ)を提供するソース検知器ジオメトリを指す。古典的に完全なジオメトリの例示的な論述は、たとえば、Y. Yeら、「Minimum detection windows, PI-line existence and uniqueness for helical cone-beam scanning of variable pitch.」Medical physics 31.3 (2004):566-572において提供されている。所与のトランスポート速度において完全であるpiラインカバレージは、トランスポート速度のより高い値では完全ではないことがある。限定はしないがスキャナなどの検知器の古典的に完全な視界内の空間における所与の点は、ソース検知器ジオメトリの位相に応じて、より高いトランスポート速度では古典的に完全であることも、そうでないこともあることが、当業者には容易に明らかである。たとえば、視野の周辺近くにあるオブジェクトのいくつかの点は、ソース検知器ジオメトリの位相に応じて、古典的に完全なカバレージを受け取ることも、受け取らないこともある。一例では、ソース検知器ジオメトリの位相は、X線ソースの速度を変更する(たとえば、引き上げる)ことによって変えられ得る。そのような変更はまた、piラインカバレージを達成するために使用され得るオブジェクトのトランスポートの速度の範囲に影響を与える。本明細書での開示に基づいて、「古典的に完全な」ジオメトリという用語が、解析的、連続的piラインカバレージならびにいくつかのエッジ効果を含み得る離散化piラインカバレージを包含できることが、当業者には容易に明らかとなろう。
【００１６】
本明細書で使用する「ピッチ」という用語は、完全なジオメトリのカバレージが取得される前進に対する、オブジェクト移動の次元に沿った検知器の高さでX線ソース回転ごとのオブジェクトの前進を割った値を指す。本明細書で定義するように、1のピッチの値は、他の機械パラメータをほぼ一定に維持して、センサーおよび検知器の相対的配置に基づいて、測定済みデータが完全なpiラインカバレージには十分である最高速度でオブジェクトが動いていることを示す。
【００１７】
本明細書で使用する「高いCTピッチ」という用語は、測定済みデータが完全なpiラインカバレージには不十分であることをピッチの値が示す、1よりも大きいピッチの値を包含する。許容できる画像は、約2の高さのピッチの値で収集された測定データから取得され得る。いくつかの例示的な実装形態では、許容できる画像品質は、ピッチが2よりもさらに高い場合に収集された測定データから取得され得る。本明細書における原理に従って、超過すると、ある品質の画像再構成が取得され得る、ピッチの値に対する固有の制限がなくてよい。
【００１８】
本明細書で使用する「完全なpiラインカバレージには不十分な」という用語は、「不完全なpiラインカバレージ」または「piライン不完全性」の概念を包含し、測定データが、検知面に対する完全なpiラインに対応する全180°の弧を連続的に描かないことを示す。非限定的な例として、「piラインカバレージには不十分な」という用語は、piラインに対応する弧の約95%、約90%、約80%、約75%、またはそれ未満のみを描くデータに対応し得る。
【００１９】
任意の連続関数の再構成のための本明細書で説明する解析的なジオメトリの指定に加えて、(たとえば、離散的検知器または離散的サンプリング時間で)離散的に編成されるデータを取得することに関連する追加の要件があり得る。NyquistおよびCandesに関連するもののような例示的なサンプリング定理は、所与のサンプリング方式を使用して任意の正確性で再構成され得る任意関数の種類に対する帯域制限または他の制限(すなわち、制限等長性)を課している。検討中の空間再構成周波数(spatial reconstruction frequency)でこれらの追加要件を満たさないサンプリング方式も、古典的に不完全と定義され得る。
【００２０】
セキュリティおよび検知システム環境において容積データおよび容積画像再構成の取得を容易にする例示的な方法、システム、装置、および非一時的コンピュータ可読媒体について、本明細書で説明する。いくつかの実施形態は、完全なpiラインカバレージには不十分な測定データの収集につながるX線ソースの走査経路に対する速度でオブジェクトをトランスポートする画像化システムを伴う。言い換えれば、X線ビームの走査経路に対するオブジェクトの速度は、piライン再構成要件を満たすのに十分な測定データの収集を可能にしない。
【００２１】
図1は、本開示の一実施形態による、オブジェクト130の少なくとも一部分の再構成された画像を生成するための例示的な画像化システム100を示す。画像化システム100は、スキャナ110、オブジェクト130をトランスポートするためのトランスポートシステム120、コンピューティングデバイス140、X線ソース150、および検知器160を含む。スキャナは、トンネル122を取り囲む。コンピューティングデバイス140は、入力デバイス144および処理ユニット145を含むことができ、視覚ディスプレイデバイス142上に画像および他のインターフェースを表示することができる。
【００２２】
トランスポートシステム120は、スキャナ110のトンネル122の少なくとも一部分を通してオブジェクト130をトランスポートするように構成され得る。様々な実施形態によれば、トランスポートシステム120は、限定はしないが、コンベヤベルト124、一連のローラー、またはスキャナ110に結合し、オブジェクト130をスキャナ110に引き入れることができるケーブルなど、オブジェクトトランスポート機構を含むことができる。トランスポートシステム120は、様々な速度でスキャナ110のトンネル122にオブジェクト130を搬送するように構成され得る。たとえば、トランスポートシステム120は、約5.0cm/sから約40cm/sの間の速度、約5.0cm/sよりも遅い速度、または約40cm/sよりも速い速度でオブジェクト130をトランスポートするように動作し得る。いくつかの実施形態では、トランスポートシステム120は、最高約75cm/sの速度でオブジェクト130をトランスポートするように動作することができる。本明細書のいくつかの例は、トランスポートの速度の特定の値に対して説明されているが、本明細書で説明する実施形態に適用可能なトランスポートの速度に対する制限はないことを理解されたい。
【００２３】
トランスポートシステム120は、2つ以上の速度でオブジェクト130を搬送することができ、停止すること、または反対に動くこともできる。いくつかの実施形態では、トランスポートシステム120のトラバースの速度123は、容積データ再構成のために適用する最も適切な方法を決定するために使用され得る。以下でより詳細に説明するように、トランスポートシステム120の速度は、コンピューティングデバイス140によって、または手動式のスイッチもしくはダイヤルの使用によって変更され得る。トランスポートシステム120は、コンピューティングデバイス140から命令を受信し、前記命令に従ってトランスポートシステム120の速度を調整または維持することが可能である中央処理装置を有するコントローラ(たとえば、マイクロコントローラ)を含むことができる。画像化システム100およびトランスポートシステム120は、オブジェクト130の不完全なpiラインカバレージを取得するX線ソース150の円錐ビームの走査経路105に対するトラバースの速度(vo)123でオブジェクト130をトランスポートすることができる。本明細書で教示するシステム、方法、コンピュータ可読媒体、および装置は、オブジェクト130の複数の部分の再構成された容積データまたは再構成された画像を導出するために不十分なpiラインカバレージを示すそのような測定データに反復再構成の少なくとも1つの反復を適用するために使用され得る。
【００２４】
以下でより詳細に論じるように、例示的なシステムは、オブジェクトのトランスポートの速度に基づく2つの異なるモードで走査を実行するように構成され得る。非限定的な例として、リスクベースのスクリーニングにおいて、手荷物は、2つのリスクレベルで別様に精査され得る。たとえば、本明細書で教示するように、システムは、リスクがより高い手荷物または他のコンテナに関するより詳細なアーティファクトなしの画像を提供する比較的低速での第1の「完全なジオメトリ」モードと、リスクがより低い手荷物または他のコンテナに関する格段に高速での第2の「高スループット」モードとを有するように構成され得る。この例では、ソース検知器軌道は、第1のモードにおける古典的に完全なジオメトリのカバレージ、および第2のモードにおけるトラバースの速度に起因して不完全であると予想され得るジオメトリのカバレージとともに、低速モードを提供するように構成され得る。第2の高スループット動作モードで収集された測定データに直接再構成を適用することから取得される画像は、解像度が低くなり得る。高スループットモードはまた、画像アーティファクトもしくは追加処理など、リスクがより低い鞄に対して許容できる画像化考慮事項を含むことができ、または異なる画像再構成アルゴリズムおよび/もしくは脅威検知アルゴリズムならびに関連する方法を利用することができる。本明細書で教示するように、この例示的なシステムの第2の高スループットモードは、第1の低速モードのより少ないハードウェア要求特性により実装され得、コストおよび複雑性が低減されたデバイスをもたらすことができる。
【００２５】
したがって、例示的な実装形態では、画像化システム100およびトランスポートシステム120は、X線ソース150の円錐ビームの走査経路105に対するトラバースの2つ以上の異なる速度123でオブジェクト130をトランスポートすることができる。トラバースの速度のうちの少なくとも1つにより、画像化システム100は、オブジェクト130の完全なpiラインカバレージを示す測定データを取得し、2つ以上の異なる速度のうちの少なくとももう1つにより、画像化システム100は、不十分なpiラインカバレージを示す測定データを取得する。トランスポートシステム120を使用してトラバースの異なる速度123を有する2つ以上のモードで画像化システム100を動作させる能力は、上記で論じた状況による必要性を満たすように速度が調整され得るので有利である。本明細書の例示的な画像化システムの他の利点は、オブジェクトの許容できる再構成画像をなお取得する一方で、走査されるべきオブジェクトの待ち行列のサイズが一定のレベルを超えて大きくなったときに、トラバースの速度123を引き上げる能力を含む。反対に、セキュリティ当局によって指示された場合に、またはたとえば、国家安全保障脅威レベルの変化に応答して、トラバースの速度123は引き下げられ得る。いくつかの実施形態では、2つ以上の異なる動作モードを導出するために、ソース検知器ジオメトリの位相が一定に維持される一方で、画像化システム100は、トランスポートシステム120を介したオブジェクト130のトラバースの2つ以上の異なる速度123で動作し得る。他の実施形態では、2つ以上の異なる動作モードを導出するために、異なるモードごとにソース検知器ジオメトリの位相が変更される一方で、トランスポートシステム120を介したオブジェクト130のトラバースの速度123は、同じに維持され得る。たとえば、走査経路105に沿って異なる速度でX線ソース150を動かすことによって、ソース検知器ジオメトリの位相は変更され得る。
【００２６】
X線ソース150は、オブジェクト130の少なくとも一部分を照射するために、オブジェクト130のトランスポートの方向に対する走査経路105上のコンベヤ124の周りの少なくとも180°の軌道に沿った複数の点において、X線放射(もしくはガンマ線、または他の放射線)の円錐ビームを放出するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ソース150は、ガンマ線を放出することができる。検知器160は、X線放射とオブジェクト130の一部分との相互作用を示す測定データを検知するように構成され得る。検知器160は、走査経路105に沿って測定データを検知するように、X線ソース150に対して配置される。X線ソース150および検知器160の関係および動作については、以下でより詳細に論じる。いくつかの実施形態では、ソース150および検知器160は、固定的な空間関係を有することができ、たとえば、ガントリー上の、画像化システム100の縦軸の周りを回転し得る。ガントリーに取り付けられたソース150および検知器160を含む実施形態については、図2を参照して以下でより詳細に説明する。
【００２７】
コンピューティングデバイス140は、少なくとも1つの中央処理装置(CPU)を含む少なくとも1つの処理ユニット145を含み得る。処理ユニット145は、円錐ビームの走査経路105に対するオブジェクト130のトラバースの速度123に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である測定データを検知器160に検知させる走査経路105に対するトラバースの速度123でオブジェクト130をトランスポートするようトランスポートシステム120に命令するプロセッサ実行可能命令を実行するようにプログラム可能である。オブジェクト130のトラバースの速度と走査経路105に沿ったソース150の回転の角速度との組合せは、1よりも大きいピッチを有する螺旋走査経路をもたらし得る。この高いピッチの値に起因して、オブジェクト130における任意の点に対して、180°未満のカバレージが提供される。それでも、本明細書で開示するように、以下でより詳細に論じるように画像再構成が実行され得る。
【００２８】
中央処理装置は、オブジェクト130の容積を表す再構成された容積データを、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するようにプログラム可能である。コンピューティングデバイス140および処理ユニット145については、図11に関してより詳細に論じる。
【００２９】
処理ユニット145を含むコンピューティングデバイス140は、ワイヤレスに、または1つもしくは複数のワイヤもしくはケーブル170を介して画像化システム100の他の構成要素のうちの少なくとも1つと、データもしくは命令、またはデータと命令の両方を交換するように構成され得る。コンピューティングデバイス140、およびたとえば、トランスポートシステム120は、データもしくは命令または両方を送受信するためにデジタル通信することができる。たとえば、コンピューティングデバイス140は、オブジェクト130のトランスポートにより、X線ソース150の円錐ビームの走査経路105に対するトラバースの速度(vo)123を加速させる、減速させる、または維持するための命令を、トランスポートシステム120のコントローラに送信することができる。別の例として、処理ユニット145を含むコンピューティングデバイス140は、X線ソース150または検知器160と、各々の動作を制御し、検知器160から測定データを受信するために通信することができる。処理ユニット145を含むコンピューティングデバイス140は、オブジェクト130の容積を表す測定データを受信することができ、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成の少なくとも1つの反復を適用するように構成またはプログラムされ得る。
【００３０】
図1に示し、図11に関して以下でさらに説明するように、コンピューティングデバイス140は、視覚ディスプレイデバイス142、入力デバイス144、および処理ユニット145を含むことができる。検知器160からの出力は、処理ユニット145によって、オブジェクト130の容積情報に対応する測定データを生成するために処理され得る。視覚ディスプレイデバイス142は、ユーザがオブジェクト130の再構成された画像を見ることを可能にするように構成され得る。コンピューティングデバイス140は、画像化システム100の操作者が入力デバイス144を用いてユーザインターフェースと対話できるように、視覚ディスプレイデバイス142上にユーザインターフェースを表示することができる。一実施形態では、ユーザインターフェースはグラフィカルユーザインターフェースである。入力デバイス144は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、スタイラス、視覚ディスプレイデバイス142のタッチスクリーンまたはユーザがコンピューティングデバイスとインターフェースできるようにする任意の他の適切なデバイスであり得る。いくつかの実施形態では、ユーザが情報またはデータを入力できるように、タッチスクリーン上にグラフィカルユーザインターフェース(GUI)が表示され得る。
【００３１】
スキャナ110は、オブジェクト130に対するX線ソース150および検知器160の所望の間隔および向きを可能にする適切な材料またはプラスチック材料から作られ得る。いくつかの実施形態では、スキャナ110は、鉛などの放射線停止または吸収材料を含み得る。
【００３２】
画像化されるべきオブジェクト130は、トンネル122を通ってスキャナ110に入ることができる。トンネル122のサイズは、特定用途向け要件を満たす任意の形状を有し得る。たとえば、トンネル122は、機内持ち込み手荷物、委託手荷物、貨物、運送用コンテナ、または任意の他のタイプのオブジェクトのトランスポートを可能にするようにサイズ決定された通路により構成され得る。トンネル122は、任意のジオメトリの適合(geometric conformation)により構成され得る。非限定的な例として、トンネル122は、円形横断面、正方形横断面、長方形横断面、六角形横断面、卵形横断面、または他の多角形の横断面を有し得る。別の例では、トンネル122は、不規則な形状の横断面を有し得る。
【００３３】
スキャナ110は、1つまたは複数のX線ソース150および検知器160を格納することができる。様々な実施形態によれば、X線ソース150は、X線ソースまたはガンマ線ソースであり得る。X線ソース150は、オブジェクト130と相互作用するために放射線の円錐ビームを放出するように構成され得、検知器160は、放射線とオブジェクトの任意の部分との相互作用を示す放射線を検知するように構成され得る。非限定的な例として、検知器160は、オブジェクト130の一部分を通過した、減衰した放射線を検知することができる。いくつかの実施形態では、X線ソース150および検知器160は、オブジェクト130の動きに対して定義され得る走査経路に沿って協働的に動くことができる。たとえば、走査経路は、一定半径の部分的または完全な円であり得、円の中心部分を通過するラインに沿ってオブジェクト130が移動する。図8を参照して以下でより詳細に説明するように、いくつかの実施形態のX線ソース150は、高エネルギー電子ビームおよび拡張されたターゲットまたはターゲットアレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、本明細書で教示する画像化システムは、2つ以上のソースおよび検知器を有することができ、図9を参照して以下でより詳細に説明する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、検知器160は、複数の検知器からなるアレイとして構成され得る。
【００３５】
処理ユニット145は、任意の適切な画像再構成方法を使用して、検知器160によって検知された放射線から容積データを生成するように構成され得る。いくつかの実施形態における容積データを再構成するために使用され得る直接再構成技法の例としては、フィルタ逆投影(filtered back-projection)方法、解析的円錐ビーム(analytical cone-beam)方法、近似円錐ビーム(approximate cone-beam)方法、フーリエ再構成(Fourier reconstruction)方法、拡張並行逆投影(extended parallel back-projection)方法、動的ピッチによるフィルタ逆投影(filtered back-projection with dynamic pitch)方法、piラインベースの画像再構成(pi-line-based image reconstruction)方法、Feldkamp型再構成(Feldkamp-type reconstruction)方法、傾斜面Feldkamp型再構成(tilted-plane Feldkamp-type reconstruction)方法、または特定用途向け要件を満たす任意の他の直接再構成技法がある。
【００３６】
容積データを再構成するために、システム100において反復再構成技法も用いられ得る。反復再構成技法の例としては、連立代数再構成技法(SART:simultaneous algebraic reconstruction technique)、同時反復再構成技法(SIRT:simultaneous iterative reconstruction technique)、順序部分集合凸技法(OSC:ordered subset convex)、順序部分集合最尤(ordered subset maximum likelihood)方法、順序部分集合期待値最大化(OSEM:ordered subset expectation maximization)方法、適応的統計反復再構成技法(ASIR:adaptive statistical iterative reconstruction)方法、最小二乗QR方法、期待値最大化(EM)方法、OS分離可能放物面代用技法(OS-SPS:OS-separable paraboloidal surrogates)、代数再構成技法(ART:algebraic reconstruction technique)、Kacsmarz再構成技法、または特定用途向け要件を満たす任意の他の反復再構成技法もしくは方法がある。いくつかの実施形態では、再構成の速度を引き上げるために疎行列または圧縮センシング技法が使用され得る。
【００３７】
反復再構成技法は、連続反復ステップが実行され得る前に初期状態が定義されることを必要とする。空集合または定型集合(uniform set)を使用して初期化されたとき、反復再構成技法はたいてい、収束を達成する前に多くの反復を実行し得る。各反復ステップは計算集約的であるので、多くの反復ステップを実行すると、データ再構成の総時間が、許容できないほど増加する可能性がある。様々な実施形態によれば、反復再構成のプロセスは、限定はしないがフィルタ逆投影方法を含む直接再構成技法からの出力を使用して初期化され得る。直接再構成技法からの出力を使用することで、収束に達するための反復の回数を大幅に減らし、総処理時間を加速させることができる。
【００３８】
様々な実施形態によれば、検知器160から取得された測定値が、処理ユニット145によって、オブジェクト130の特性の3次元(すなわち、容積)表現を再構成するために、またはスライスに沿ってオブジェクト130の容積の特性の2次元投影を生成するために使用され得る。様々な実施形態では、測定データまたは再構成された画像もしくは表現は、後日の解析のために記憶され取り出され得るか、または視覚ディスプレイデバイス142上でユーザに表示され得る。オブジェクト130のスライスが、データの2次元アレイとして定義され得、アレイの各要素が、縦座標(すなわち、オブジェクトのトランスポートの方向に沿った座標)の同じ値を有する。いくつかの実施形態では、スライスの向きは、走査経路105が位置する面によって定義され得る。スライスは、動きの方向に直交する向き、または必要とされ得る任意の他の次元に沿った向きとなり得る。容積画像は、密輸品を識別するために検査対象になり得る画像化されるオブジェクト130の1つまたは複数の特性を表し得る。たとえば、X線ソース150によって放出された放射線は、検知器160に当たる前にオブジェクト130の一部分を通過するのに伴って減衰し得る。減衰は、放射線が通ったオブジェクト130の一部分の密度に比例する。したがって、容積画像は、オブジェクトの一部分の密度についての情報を表すことができる。別の実施形態では、2つの異なるエネルギーレベルでの放射線が、オブジェクト130の一部分を通過するように方向付けられ得る。2つの異なるエネルギーレベルでのビーム間の減衰の比率は、オブジェクト130の一部分の原子番号または元素組成についての情報を提供することができる。本明細書で教示する原理によるシステム100は、オブジェクト130の容積の一部分の密度、もしくは原子番号、または密度と原子番号特性の両方に対応する容積データを計算するように構成され得る。
【００３９】
図2は、本明細書で教示する様々な実施形態による、回転ガントリー240を含む画像化システム100の横断面図を示す。ガントリー240は、トンネル122とスキャナ110の壁との間に位置し得る。X線ソース150および検知器160は、ガントリー240に結合されてよく、ガントリー240は、オブジェクト130のトランスポートの方向によって定義された縦軸の周りを回転し得る。ガントリー240の内側ボア245は、オブジェクト130およびコンベヤ124を通すのに十分に大きい。ガントリー240は、螺旋走査経路に沿った複数の角度からのオブジェクト130の観測を可能にするように、トランスポートされるオブジェクト130の経路の周りを回転することができる。様々な実施形態では、ガントリー240は、トランスポートされるオブジェクト130の経路の周りの少なくとも約180°、少なくとも約180°+α(αは、X線ソース150のビーム拡散幅である)、または最大約360°の角度まで回転することができる。いくつかの実施形態では、ガントリーは、約90RPMから約300RPMの間で回転することができる。
【００４０】
図3Aは、ボクセル300のアレイとしてのオブジェクト130の3次元表現を示す。オブジェクト130は図3Aにおいて、27個のボクセル300によって表されているが、実際の再構成におけるオブジェクト130は、はるかに多くの数のボクセル300によって表される。図3Aでは、いくつかのボクセルが番号付けされている(すなわち、V(1,1,1)、V(1,1,2)、V(1,1,3)、V(2,2,3)、およびV(3,3,3))。線は、X線ソース150から発生し、検知器160に突き当たる前にオブジェクト130を表すいくつかのボクセル300を通過する。本開示では、検知器からの測定出力に基づいて、ボクセルの各々に関する質量密度または原子番号などの材料特性の値を含む容積データセットを計算するために、画像再構成が使用される。いくつかの実施形態では、各ボクセル内の1つまたは複数の材料特性の平均値を決定するために、再構成が使用され得る。たとえば、平均材料特性は、密度、原子番号、または密度と原子番号の両方であり得る。
【００４１】
図3Bは、ピクセル301のアレイとしてのオブジェクト130の画像スライスの2次元表現を示す。オブジェクト130は図3Bにおいて、説明を容易にするために16個のピクセル301によって表されている。当業者は、実際の再構成におけるオブジェクト130の各表現スライスが、はるかに多くの数のピクセル301、たとえば、100万個のピクセルによって表されることを諒解されよう。ピクセルは、ρ1〜ρ16として番号付けされる。線は、X線ソース150から発生し、検知器または検知器のアレイ160に突き当たる前にオブジェクト130を表すピクセル301のうちの少なくともいくつかを通過する。図3Bでは、α1〜α20からの位置の各々は、検知器のアレイ160における単一の検知器を表し得るか、またはオブジェクト130の周りを動くときの単一の検知器の順序位置を表し得る。本開示では、検知器からの測定出力に基づいて、ピクセルの各々に関する質量密度または原子番号などの材料特性の値を含む容積データセットを計算するために、画像再構成が使用される。いくつかの実施形態では、各ピクセル内の1つまたは複数の材料特性の平均値を決定するために、再構成が使用され得る。たとえば、平均材料特性は、密度、原子番号、または密度と原子番号の両方であり得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、透過性放射線がX線ソースからオブジェクト130を通った後に透過性放射線を検知することによって、測定が行われる。図3Bに示す表現例では、放射線は、X線ソース150と検知器160の1つまたは複数のロケーションとをつなぐ線として描かれ得る。オブジェクト130が存在するときの測定済み強度とオブジェクト130が存在しない予想強度との間の比較により、その線がたどる経路に対応する減衰値が生成される。線の経路に沿った各ピクセルに、線経路の全長に対するピクセル内のラインの長さに等しい比例重みが割り当てられ得る。十分な数の角度における十分な数の線に関する減衰値が取得されたとき、ピクセルごとの材料特性を計算するために減衰データが処理され得る。
【００４３】
たとえば、図3Bは、X線ソース150と検知器160のいくつかの位置とを示す。X線ソース150から検知器の位置α5に移動する線は、ピクセルρ2、ρ6、ρ9、ρ10およびρ12を通過する。結果として、ロケーションα5において検知器によって検知された値は、それらのピクセルの各々における材料特性に左右されるであろう。したがって、X線ソース150からの線のα5において検知器によって取得された測定値は、ピクセルρ2、ρ6、ρ9、ρ10およびρ12の各々における密度または原子番号などの材料特性の推定値の一部として使用され得る。
【００４４】
検知器の測定済み出力は、連立方程式を定義するために使用され得、連立方程式は、反復的数学技法を使用して、オブジェクト130のスライスにおける個別ピクセル301の材料特性を表す未知値のために解かれ得る。測定プロセスの差異により、単一の解が連立方程式におけるすべての式を同時に満たすことができないことがあるので、実際の測定値から作られた連立方程式を解くことは、式を最良の形で解く値を反復的に求めることを伴う。同様に、複数の角度から測定値を取得することで、オブジェクト130のスライスを表すピクセル301の各々における材料特性を、直接方法を使用して計算することが可能になる。
【００４５】
当業者は、図3Bを参照して上述したピクセルが、本明細書で教示する実施形態の説明を容易にするものであることを諒解されよう。本明細書で教示する再構成では、オブジェクト130は、ピクセルではなくボクセル(すなわち、容積ピクセル)によって表されており、線のライン経路は、オブジェクト130の単一のスライス内のみではなく3次元に沿ってオブジェクトを通ることができる。ボクセルの例が、上記で図3Aにおいて、また下記で図4において示されている。
【００４６】
図4は、本明細書で教示するいくつかの実施形態による、例示的な画像化ジオメトリを示す。画像化ジオメトリは、オブジェクト130内の任意の点400の基準系から取得される。画像化デバイス100では、たとえば、オブジェクト130は、ソース150および検知器160の放射状の動きに対して縦方向に動く。piラインの概念を視覚化するために、静止したものとしてオブジェクト130を説明し、オブジェクト130に対してソース150および検知器160を動かすことが有益である。(図4に示す)この基準系では、オブジェクト130内の点400は動いていない一方、X線ソース150および検知器160は、点の周りを回転し、走査経路105に沿って方向423で前進する。画像化システム100では、走査経路105の螺旋状の性質は、ソースおよび検知器が放射状面における回転の軸の周りを回転する一方で、オブジェクト130が縦方向に動く結果である。
【００４７】
点λ2 410において、X線ソース150の円錐ビームはまず、任意の点400を照射し始める。この例の基準系において走査経路105に沿ってX線ソース150が前進するにつれて、任意の点400は、様々な角度から照射され続ける。最後に、円錐ビームは、点λ2 410から180°離れて位置する点λ1 412に達する。この例の基準系においてX線ソース150および検知器160が移動する走査経路は、走査経路が180°またはπラジアンだけトラバースするので、piセグメント425として知られている。点λ2 410とλ1 412とをつなぐ最短ラインは、piライン420として知られている。したがって、完全なpiライン420は、180°にわたる角度の完全セットからオブジェクト130における点に関して情報が取得されていることを示す。反対に、不完全なpiライン420は、180°にわたる角度の完全セット未満からオブジェクト130における各点に関して情報が取得されていることを示す。
【００４８】
X線ソース150および検知器160は、図4の基準系における螺旋走査経路105に沿って移動しているものとして描かれているが、走査経路105が実際には、直線などの任意の形状の接続された経路であってよく、または切断もしくは分離されたセグメントを含んでよいことが理解されよう。さらに、X線ソース150および検知器160は、図2を参照して説明した実施形態の場合のように物理的に回転していることがあり、または図8および図9を参照して以下でさらに説明するように、固定されていることがある。非螺旋経路は、空間内でソースまたは検知器が固定されているジオメトリを表す。
【００４９】
図5A〜5Cは、画像化システムのピッチによって区別される画像化モダリティの例を示す。この適用例では、画像化システムのピッチは、完全なジオメトリのカバレージが取得される前進に対する、検知器の高さでX線ソース回転ごとのオブジェクトの前進を割った値として定義され、検知器の高さは、オブジェクトのトランスポートの方向によって定義される座標に沿って測定される。
【００５０】
図5Aは、回転しているX線ソース150および検知器160を通り過ぎてトランスポートされているオブジェクト130の側面図を示す。ソース150および検知器160は、互いに放射状に位置合わせされており、ガントリーに取り付けられたものとして同時に回転する。ガントリーは、オブジェクト130が通過する中央ボアを含む。図5Aの図は、オブジェクト130上の任意の点532が、X線ソース150によって放出された円錐ビーム552によって照射されたばかりである、最初の時間t0におけるスナップショットである。オブジェクト130が左から右に動くにつれて、トランスポートシステム120がガントリーの中央ボアを通してオブジェクト130をトランスポートする中、X線ソース150および検知器160はオブジェクト130の周りを回転する。
【００５１】
図5Bでは、X線ソース150および検知器160は、時間t1>t0において、180°の角度まで回転している。図5Bの図は、オブジェクト130のトランスポートの速度v1により、完全なpiラインカバレージを取得することが可能である場合の、時間t1におけるスナップショットを示す。図5Bでは、X線ソース150および検知器160は、オブジェクト130の周りを180°回転している。オブジェクト130は、時間t1においてビーム552の照射の円錐の中に依然としてあるので、t0からt1までの時間期間に任意に選択された点532における角度の全範囲に関して情報が取得される。図5Bに示すモダリティでは、ピッチは1にほぼ等しい。約1またはそれよりも小さいピッチでは、画像化システムは、オブジェクトにおける点についての180°の測定データを取得することが可能である。180°の角度カバレージの測定データは、piライン完全性要件を満たす。
【００５２】
図5Cでは、X線ソース150および検知器160の回転速度に対するオブジェクト130の速度は、図5Bに示す画像化モダリティに対して上昇している。図5Cに示す画像化モダリティは、1よりも大きいピッチを有する。図5Cは、(本明細書では不完全なpiラインカバレージと呼ばれる)完全なpiラインカバレージには不十分である動作の例を示す。ここでは、オブジェクト130のトランスポートの速度v2>v1は、時間t1までに任意の点532をX線ソース150からの照射の円錐を抜け出させるには十分である。言い換えれば、点532に関する走査経路に対する180°の全角度カバレージに関しては、円錐がオブジェクト130の周りを少なくとも180°トラバースし得る前に点が照射円錐を通過するので、情報が取得できない。
【００５３】
様々な実施形態によれば、本明細書で教示する画像化デバイスは、第1のモードおよび第2のモードで動作することができ、第1のモードおよび第2のモードでは、走査経路に対するトランスポートシステムの速度は、完全なpiライン測定データを収集するにはそれぞれ十分であり、不十分である。言い換えれば、あるモード、たとえば、第1のモードでは、ビームの回転の速度に対する、オブジェクトが放出されたビームを通ってトランスポートされる速度が、オブジェクトにおける点を通るpiラインの確立を可能にする。別のモード、たとえば、第2のモードでは、ビームの回転の速度に対する、オブジェクトが放出されたビームを通ってトランスポートされる速度が、オブジェクトにおける点を通るpiラインの確立を可能にしない。例示的な実施形態では、トランスポートシステムの速度は、第1のモードでは約15cm/s、第2のモードでは約30cm/sであり得る。
【００５４】
図6は、第1のモードと第2のモードとの間の画像化モダリティの差をより詳細に示す。第1のモード601では、オブジェクト130は、約15cm/sの速度でトランスポートされる。第1のモード601では、隣接する螺旋は、連続または重複していて、カバレージのギャップがないことを示す。第2のモード602では、オブジェクト130は、約30cm/sの速度でトランスポートされる。第2のモード602では、走査カバレージは、連続しておらず、走査カバレージのないエリアが、隣接する螺旋の間に発生する。開いたスペースは、カバレージが不完全であること、すなわち、オブジェクト130における各点に対応する測定データが全180度にわたって取得されていないことを示す。
【００５５】
様々な実施形態による例示的な回転ガントリーが、図7Aおよび図7Bに描かれている。ガントリー740は、上記で論じたように、トランスポートシステムに関連してオブジェクトが通過し得る開口または中央ボア745を含む。X線ソース750は、ガントリー740上に位置してよく、検知器アレイ760は、開口をはさんでX線ソースとは実質的に反対に位置し得る。
【００５６】
いくつかの実施形態では、金属箔741、742、743などのコーティングが、検知器アレイ760の1つまたは複数の要素の上にかぶせられ得る。コーティングされた要素741、742、743は、露出した要素とは異なる放射エネルギーに反応し得る。これらの2次的エネルギー検知器要素が主検知器アレイ760内に組み込まれていることで、本明細書で教示する実施形態は、原子番号または元素組成などの容積特性を測定することが可能であり得る。2次的エネルギー検知器要素の導入により、密度などの低エネルギー放射線を必要とする特性に関して、容積データ再構成を実行するときに、データセット内のギャップが残ることがある。容積データ内のギャップは、隣接する値の補間、平均化、または任意の他の適切な方法によって埋められ得る。
【００５７】
図8は、いくつかの実施形態による、X線ソースターゲット850および検知器アレイ860のジオメトリおよび関係を示す。いくつかの実施形態では、X線ソースターゲット850は、電子ソース851からの高エネルギー電子ビーム852によってアクティブ化される。たとえば、eビーム852が、ターゲット850に当たるように向けられ、ターゲット850は、4π方向でX線を放出することによって応答する。放出された放射線を扇ビーム、円錐ビーム、鉛筆ビーム、または特定用途向け要件によって指示される他の形状のビームに変えるためにコリメータ(図示せず)が使用され得る。放射線の形状のビームは、オブジェクトが通過する検査領域822に入る。検知器アレイ860は、放射線放出点とは正反対に位置してよく、放射線の減衰したビームに応答することができる。たとえば、検知器アレイ860のアーム860aおよび860bに沿った検知器は、アーム850aに沿って生成された扇ビーム、たとえば、X線ソースロケーション855によって放出された扇ビーム852おいてX線を検知する。様々な実施形態によれば、検知器アレイによって定義される面は、X線ソースターゲット850によって定義される面に対して角度870だけ回転し得る。角度870の回転は、X線ソースターゲット850から放出されたX線が、検査領域822を通過する前に検知器アレイのアームによってブロックされる状況を回避するのを助けることができる。たとえば、回転角度がゼロである場合には、ロケーション855において放出された放射線が検知器アーム860cの外表面上でブロックされる。非ゼロの回転角度870を導入することによって、放射線は、前述のように検知器アーム860aおよび860bに当たる前に検査領域822に入ることができる。電子ビーム852は、ロケーション855を含むX線ソースターゲット850を制御および掃引するように導かれ得る。X線ソースターゲット850が複数のターゲット要素を含む例示的な実施形態では、走査電子ビーム852は、ターゲット要素の一部または全部を照射するようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態では、多数のターゲット要素が、オブジェクトのトランスポートの方向の周りの少なくとも180°の軌道に沿った角度で配置され得る。
【００５８】
X線ソースターゲット850および検知器アレイ860は、画像化システム100において使用するのに適している。この実施形態では、オブジェクト130のトランスポートの方向の周りの180°未満または少なくとも180°の角度範囲でX線を放出させるために、電子ソース851からの電子のビーム852がX線ソースターゲット850の表面にわたって掃引される。同様に、1にほぼ等しいか、または1よりも大きいピッチを有する画像化モダリティを提供するように、X線ソースターゲット850からX線を放出させるための電子ビームの走査速度に対するオブジェクトのトランスポートの速度が制御される。
【００５９】
図9は、本明細書で教示するいくつかの実施形態による、例示的なX線ソースおよび検知器のジオメトリを示す。いくつかの実施形態では、X線ソースおよび検知器は、両方ともロケーションが固定されており、回転しない。図9に示すように、検知器アレイ960は、オブジェクト130の周りの角のより大きい余角をカバーするように、L形またはU字形を形成する複数のセグメントを有し得る。いくつかの例示的なシステムでは、複数の検知器960、961は、単一のシステム内において、オブジェクト130がトラバースするトンネル122に沿った異なるロケーションにおいて含まれ得る。固定(すなわち、回転しないか、または動かない)X線ソースおよび検知器を使用する例示的なシステムは、検知器960、961に向かって放射線ビームをそれぞれ放出する複数のX線ソース950、951、952、953を含み得る。受信された測定データが正しいX線ソースに適切に関連付けられ得るように、たった1つのX線ソースが任意の時点に所与の検知器に向かって放出するように、X線ソース950、951、952、953は制御され得る。複数のX線ソース950、951、952、953は、所与のX線ソースと検知器アレイとの間の角度の範囲が別のX線ソースおよび検知器の組合せと重複しないように、斜めにされ(skewed)得る。適用例の細目によって指示された総角度カバレージを達成するために、任意の数のX線ソースおよび検知器アレイが画像化システム内に配置されてよいことが、当業者には明らかであろう。様々な実施形態によれば、ソース950、951、952、953は、図8に関して上述した高エネルギー電子ビームによって刺激されたときにX線を放出する拡張ターゲットであり得る。そのような実施形態では、1つまたは複数の固定電子ビームソースが、拡張ターゲットに沿った位置を照射するように構成され得る。いくつかの実施形態では、各拡張ターゲットは、オブジェクトのトランスポートの方向の周りの180°未満、少なくとも180°、または180°超の角度の範囲まで及び得る。
【００６０】
X線ソース950、951、952、953および検知器960、961は、画像化システム100において使用するのに適している。この実施形態では、X線ソース950、951、952、953は、放出するように制御され、検知器960、961は、オブジェクト130のトランスポートの方向の周りの180°未満または少なくとも180°の角度の範囲でX線を受信するように制御される。同様に、1にほぼ等しいか、または1よりも大きいピッチを有する画像化モダリティを提供するように、一連のX線の放出および検知の速度に対するオブジェクトのトランスポートの速度が制御される。
【００６１】
図10は、円錐ビーム放射パターンからのオブジェクトの容積の画像再構成のフローチャートを示す。ステップ1002では、オブジェクトをトランスポートするように、トランスポートシステムの速度が制御される。画像再構成1000はまた、円錐ビームからのX線放射とそれの走査経路に配置されたオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データを受信するステップ1004を含む。測定データは、円錐ビームの走査経路に対するオブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である。いくつかの実施形態では、最初の再構成された容積データを導出するために測定データに直接再構成方法を適用することによって、反復再構成方法を初期化するために、ステップ1006が実行され得る。いくつかの実施形態では、直接再構成方法は回避されること、または使用されないことがある。画像再構成1000はまた、オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するステップ1008を含む。画像再構成1000はまた、再構成された容積データに基づいてオブジェクトの容積の容積画像を計算するステップ1010を含む。いくつかの実施形態では、容積画像をディスプレイ上に表示するか、または容積画像もしくは再構成された容積データを記憶するために、ステップ1012が実行され得る。
【００６２】
図10については、図1に関連してより詳細に後述する。ステップ1002において、コンピューティングデバイス140は、オブジェクト130をトランスポートするようにトランスポートシステム120の速度を制御する。ステップ1004において、コンピューティングデバイス140において、検知器160から測定データが受信される。検知器160からのデータは、X線ソース150の円錐ビームからのX線放射とオブジェクト130の少なくとも一部分との相互作用を示す。測定データは、円錐ビームの走査経路に対するトランスポートシステム120を介したオブジェクト130のトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である。
【００６３】
いくつかの実施形態では、ステップ1006が実行される。ステップ1006において、コンピューティングデバイス140によって、最初の再構成された容積データを導出するために測定データに直接再構成方法を適用することによって、反復再構成方法が初期化される。
【００６４】
ステップ1008において、オブジェクト130の容積を表す再構成された容積データが、コンピューティングデバイス140によって、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算される。
【００６５】
ステップ1010において、コンピューティングデバイス140によって、再構成された容積データに基づいてオブジェクト130の容積の容積画像が計算される。
【００６６】
いくつかの実施形態では、ステップ1012が実行される。ステップ1012において、容積画像がディスプレイ142上に表示されるか、または容積画像もしくは再構成された容積データが記憶される。以下でより詳細に説明するように、容積画像または再構成された容積データは、メモリ1106またはストレージ1124に記憶され得る。
【００６７】
図11は、本明細書で説明する画像再構成の方法およびシステムの例示的な実施形態を実装するために使用され得る例示的なコンピューティングデバイス140のブロック図である。下記のコンピューティングデバイス140の説明および要素は、前述の実施形態を参照して上記で説明した任意のコンピューティングデバイスに適用可能であり得る。コンピューティングデバイス140は、例示的な実施形態を実装するための1つもしくは複数のコンピュータ実行可能命令またはソフトウェアを記憶するための1つまたは複数の非一時的コンピュータ可読媒体を含む。非一時的コンピュータ可読媒体は、限定はしないが、1つまたは複数のタイプのハードウェアメモリ、非一時的有形媒体(たとえば、1つまたは複数の磁気記憶ディスク、1つまたは複数の光ディスク、1つまたは複数のフラッシュドライブ、1つまたは複数のソリッドステートディスク)などを含み得る。たとえば、コンピューティングデバイス140に含まれるメモリ1106は、画像化システム100の例示的な実施形態を実装するためのコンピュータ可読およびコンピュータ実行可能命令またはソフトウェアを記憶し得る。コンピューティングデバイス140はまた、メモリ1106に記憶されたコンピュータ可読およびコンピュータ実行可能命令またはソフトウェアとシステムハードウェアを制御するための他のプログラムとを実行するための、構成可能またはプログラム可能プロセッサ145および関連コア1104を含んでおり、1つまたは複数の追加の構成可能またはプログラム可能プロセッサ1102'および関連コア1104'(たとえば、複数のプロセッサまたはコアを有するコンピュータシステムの場合)を含み得る。プロセッサ145およびプロセッサ1102'はそれぞれ、単一コアプロセッサまたは複数コア(1104および1104')プロセッサであり得る。
【００６８】
コンピューティングデバイス140においては、コンピューティングデバイスにおけるインフラストラクチャおよびリソースが動的に共有され得るように仮想化が用いられ得る。プロセスが複数の計算リソースではなくたった1つの計算リソースを使用しているように見えるように、複数のプロセッサ上で実行されているプロセスを処理するために、仮想機械1114が設けられ得る。1つのプロセッサとともに複数の仮想機械が使用されてもよい。
【００６９】
メモリ1106は、DRAM、SRAM、EDO RAMなどのような、コンピュータシステムメモリまたはランダムアクセスメモリを含み得る。メモリ1106は、他のタイプのメモリも含んでよく、またはそれらの組合せを含んでもよい。いくつかの実施形態では、メモリ1106は、測定データ1105または再構成された容積データ1107を記憶するために使用され得る。
【００７０】
ユーザは、例示的な実装形態に従って提供され得る、1つまたは複数のグラフィカルユーザインターフェース1122を表示し得る、コンピュータモニタなどの視覚ディスプレイデバイス142を介して、コンピューティングデバイス140と対話し得る。コンピューティングデバイス140は、ユーザから入力を受信するための他の入出力デバイス、たとえば、キーボードもしくは任意の適切なマルチポイントタッチインターフェース1108、ポインティングデバイス1110(たとえば、マウス)、マイクロフォン1128、または画像キャプチャデバイス1132(たとえば、カメラもしくはスキャナ)を含み得る。マルチポイントタッチインターフェース1108(たとえば、キーボード、ピンパッド、タッチスクリーンなど)およびポインティングデバイス1110(たとえば、マウス、スタイラスペンなど)は、視覚ディスプレイデバイス142に結合され得る。コンピューティングデバイス140は、他の適切な従来型の入出力周辺機器を含み得る。
【００７１】
コンピューティングデバイス140はまた、画像化システム100の例示的な実施形態を実装するデータおよびコンピュータ可読命令またはソフトウェアを記憶するための、ハードドライブ、CD-ROM、または他のコンピュータ可読媒体などの1つまたは複数の記憶デバイス1124を含み得る。たとえば、ストレージ1124は、図1に関して上記でさらに論じた直接再構成実行可能コード1123または反復再構成実行可能コード1125の1つまたは複数の実装形態を記憶することができる。例示的な記憶デバイス1124はまた、例示的な実施形態を実装するために必要な任意の適切な情報を記憶するための1つまたは複数のデータベースを記憶し得る。たとえば、例示的な記憶デバイス1124は、トランスポートシステム速度、走査された項目、アラームトリガの数、センサー情報、システムジオメトリ、X線ソース較正、最後のシステムメンテナンスからの経過時間、使用寿命(lifetime usage)、またはシステム100の実施形態によって使用される任意の他の情報などの情報を記憶するための、1つまたは複数のデータベース1126を記憶することができる。データベースは、データベース中の1つまたは複数のデータ項目を追加、削除、または更新するために、手動または自動で任意の適切なときに更新され得る。
【００７２】
コンピューティングデバイス140は、本明細書で説明する例示的な実施形態のいずれにおいても、データを送信もしくは受信し、または他のデバイスと通信するために使用され得るネットワークインターフェース1112を含むことができる。ネットワークインターフェース1112は、1つまたは複数のネットワークデバイス1120を介して、1つまたは複数のネットワーク、たとえば、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)またはインターネットと、限定はしないが、標準的な電話回線、LANもしくはWANリンク(たとえば、802.11、T1、T3、56kb、X.25)、ブロードバンド接続(たとえば、ISDN、フレームリレー、ATM)、ワイヤレス接続、コントローラエリアネットワーク(CAN)、または上記のいずれかもしくはすべての何らかの組合せを含む様々な接続を通じてインターフェースするように構成され得る。例示的な実施形態では、コンピューティングデバイス140は、コンピューティングデバイス140とネットワークとの間の(たとえば、ネットワークインターフェースを介して)ワイヤレス通信を容易にするための1つまたは複数のアンテナ1130を含むことができる。ネットワークインターフェース1112は、内蔵ネットワークアダプタ、ネットワークインターフェースカード、PCMCIAネットワークカード、カードバスネットワークアダプタ、ワイヤレスネットワークアダプタ、USBネットワークアダプタ、モデム、または通信および本明細書で説明する動作を実行することが可能な任意のタイプのネットワークとコンピューティングデバイス140がインターフェースするのに適した任意の他のデバイスを含み得る。さらに、コンピューティングデバイス140は、ワークステーション、デスクトップコンピュータ、サーバ、ラップトップ、ハンドヘルドコンピュータ、タブレットコンピュータ(たとえば、iPad(登録商標)タブレットコンピュータ)、モバイルコンピューティングもしくは通信デバイス(たとえば、iPad(登録商標)通信デバイス)、企業内デバイス、または通信することが可能であり、本明細書で説明する動作を実行するのに十分なプロセッサ電力およびメモリ容量を有する他の形態のコンピューティングもしくは電気通信デバイスなど、任意のコンピュータシステムであり得る。
【００７３】
コンピューティングデバイス140は、Microsoft(登録商標)Windows(登録商標)オペレーティングシステムのバージョンのいずれか、UnixおよびLinux(登録商標)オペレーティングシステムの様々なリリース、Macintoshコンピュータ用のMacOS(登録商標)の任意のバージョン、任意の埋込みオペレーティングシステム、任意のリアルタイムオペレーティングシステム、任意のオープンソースオペレーティングシステム、任意の専有オペレーティングシステム、またはコンピューティングデバイス上で実行し、本明細書で説明する動作を実行することが可能な任意の他のオペレーティングシステムなど、任意のオペレーティングシステム1116を実行し得る。例示的な実施形態では、オペレーティングシステム1116は、ネイティブモードまたはエミュレートモードで実行され得る。例示的な実施形態では、オペレーティングシステム1116は、1つまたは複数のクラウドマシンインスタンス上で実行され得る。
【００７４】
図12は、例示的な実施形態による、容積画像化データを取得および再構成するための分散型システム1200のネットワーク図を示す。分散型システム1200は、画像化システム100のリモート監視を可能にする。このようにして、離れた操作者、検査者または監督者は、リアルタイムで検査を受けているオブジェクトを監視または精査し得る。システム1200は、ネットワーク1205、ユーザインターフェース端末1210またはリモートインターフェース端末1220などの複数のインターフェース端末、サーバ1230、データベース1240、および画像化システム100を含むことができる。リモートおよびユーザインターフェース端末1210、1220、サーバ1230、データベース1240、および画像化システム100の各々は、ネットワーク1205と通信している。インターフェース端末1210、1220を含むシステム1200の構成要素またはネットワーク1205の下記の説明および要素は、前述の実施形態を参照して上記で説明した任意のコンピューティングデバイスに適用可能であり得る。
【００７５】
例示的な実施形態では、ネットワーク1205の1つまたは複数の部分は、アドホックネットワーク、イントラネット、エクストラネット、仮想プライベートネットワーク(VPN)、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイヤレスLAN (WLAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、ワイヤレスワイドエリアネットワーク(WWAN)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN)、インターネットの一部分、公衆交換電話網(PSTN)の一部分、セルラー電話ネットワーク、ワイヤレスネットワーク、WiFiネットワーク、WiMaxネットワーク、任意の他のタイプのネットワーク、または2つ以上のそのようなネットワークの組合せであり得る。
【００７６】
インターフェース端末1210、1220は、限定はしないが、ワークステーション、コンピュータ、汎用コンピュータ、インターネットアプライアンス、ハンドヘルドデバイス、ワイヤレスデバイス、ポータブルデバイス、ウェアラブルコンピュータ、セルラーまたはモバイルフォン、携帯情報端末(PDA)、タブレット、ウルトラブック、ネットブック、ラップトップ、デスクトップ、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースまたはプログラム可能家庭用電子機器、ネットワークPC、ミニコンピュータ、スマートフォンなどを含み得る。インターフェース端末1210、1220は、システムインフラストラクチャの一部であってよく、容積データ再構成動作の計算または前記動作による結果の視覚化を可能にし得る。システムのインフラストラクチャの一部である場合、インターフェース端末1210、1220はシステム内に設置され得るか、またはシステムの外に設置されるか、もしくはシステムの外で動作し得る。たとえば、リモートインターフェース端末1220は、ユーザが計算、視覚化、または他の活動を実行するためにシステムから離れて使用することができるモバイルデバイスであり得る。別の例では、インターフェース端末1210、1220は、ユーザを公衆から隔離するために、またはシングルユーザが同時に複数のシステムに関して計算もしくは視覚化を実行できるようにするために、画像化システムから離れたエリアに設置され得る。インターフェース端末1210、1220は、図11に示すコンピューティングデバイス140に関して説明した1つまたは複数の構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、インターフェース端末1210、1220は、画像化システム100に組み込まれ得る。
【００７７】
インターフェース端末1210、1220はまた、計算または視覚化を実行するのを助けるための様々な外部または周辺デバイスを含み得る。周辺デバイスの例としては、限定はしないが、モニタ、タッチスクリーンモニタ、クリックデバイス(たとえば、マウス)、入力デバイス(たとえば、キーボード)、プリンタなどがある。
【００７８】
インターフェース端末1210、1220の各々は、ワイヤードまたはワイヤレス接続を介してネットワーク1205に接続し得る。インターフェース端末1210、1220の各々は、限定はしないが、計算モデル、グラフィカルユーザインターフェース、画像化システム制御アプリケーション、トランスポートシステム制御アプリケーション、アラームをトリガする手段などのような、1つまたは複数のアプリケーションまたはシステムを含み得る。例示的な実施形態では、インターフェース端末1210、1220は、本明細書で説明する機能すべてを実行し得る。
【００７９】
他の実施形態では、直接再構成実行可能コード1123または反復再構成実行可能コード1125などの計算、再構成、または視覚化コードが、インターフェース端末1210、1220に含まれ得る一方、サーバ1230は、本明細書で説明する他の機能を実行する。さらに別の実施形態では、インターフェース端末1210、1220は、機能のいくつかを実行することができ、サーバ1230は、直接再構成実行可能コード1123または反復再構成実行可能コード1125などの計算、再構成、または視覚化コードを含む。たとえば、インターフェース端末1210、1220は、ユーザに表示する再構成された画像を計算することができる一方、サーバ1230は、画像化システム100におけるトランスポートシステム120の速度を調整するようにドライブモニタを制御する。インターフェース端末1210、1220、またはサーバ1230は、限定はしないが、測定データを受信すること、および再構成を計算することを含む、図1を参照して上記で説明した方法またはシステムの要素を実行することができる。
【００８０】
サーバ1230およびデータベース1240の各々は、ワイヤードまたはワイヤレス接続を介してネットワーク1205に接続される。サーバ1230は、ネットワーク1205を介してインターフェース端末1210、1220、またはデータベース1240と通信するように構成された1つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサを含む。サーバ1230は、インターフェース端末1210、1220によってアクセスされる1つもしくは複数のアプリケーションもしくはウェブサイトをホストするか、またはデータベース1240のコンテンツへのアクセスを容易にする。
【００８１】
データベース1240は、サーバ1230、またはインターフェース端末1210、1220が使用するデータまたは命令(もしくはコード)を記憶するための1つまたは複数の記憶デバイスを含む。データベース1240およびサーバ1230は、互いにまたはインターフェース端末1210、1220から地理的に分散された1つまたは複数のロケーションに位置し得る。代替的に、データベース1240はサーバ1230内に含まれ得る。
【００８２】
図13は、2つの動作モードによるシステムにおける円錐ビーム放射パターンからのオブジェクトの容積の画像再構成のフローチャートを示す。操作者は、様々な要因に基づいていつでも画像化システム100を動作させる動作モードを選択することができる。たとえば、要因は、画像化されるオブジェクトの待ち行列の長さ、国土安全保障省もしくは他の政府機関によって決定される安全保障脅威レベル、または様々なセキュリティプロトコルおよび他の要因を含み得る。ステップ1301および1302のうちの1つが実行される。ステップ1301を選択することによって、画像化デバイスは、オブジェクトの少なくとも一部分の完全なpiラインカバレージには十分である測定データを検知器アレイに検知させるように、走査経路に対するトランスポートシステムの速度を制御する第1のモードで動作する。このモードでの画像化モダリティは、1以下のピッチを有する。ステップ1302を選択することによって、画像化デバイスは、オブジェクトの少なくとも一部分の完全なpiラインカバレージには不十分である測定データを検知器アレイに検知させるように、走査経路に対するトランスポートシステムの速度を制御する第2のモードで動作する。このモードでの画像化モダリティは、1よりも大きいピッチを有する。
【００８３】
ステップ1304において、円錐ビームからのX線放射とそれの走査経路に配置されたオブジェクトの少なくとも一部分との相互作用を示す測定データが受信される。いくつかの実施形態では、最初の再構成された容積データを導出するために測定データに直接再構成方法を適用することによって、反復再構成方法を初期化するために、ステップ1306が実行され得る。いくつかの実施形態では、直接再構成方法は回避されること、または使用されないことがある。画像再構成1300はまた、オブジェクトの容積を表す再構成された容積データを、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算するステップ1308を含む。画像再構成1300はまた、再構成された容積データに基づいてオブジェクトの容積の容積画像を計算するステップ1310を含む。いくつかの実施形態では、容積画像をディスプレイ上に表示するか、または容積画像もしくは再構成された容積データを記憶するために、ステップ1312が実行され得る。
【００８４】
図13については、図1に関連してより詳細に後述する。ステップ1301において、コンピューティングデバイス140は、オブジェクト130をトランスポートするようにトランスポートシステム120の速度を制御する第1のモードで画像化デバイス100を動作させる。トランスポートシステム120の速度は、オブジェクト130の少なくとも一部分の完全なpiラインカバレージには十分である測定データを検知器160に検知させる。ステップ1301の代わりに、ステップ1302が実行され得る。ステップ1302において、コンピューティングデバイス140は、オブジェクト130をトランスポートするようにトランスポートシステム120の速度を制御する第2のモードで画像化デバイス100を動作させる。トランスポートシステム120の速度は、オブジェクト130の少なくとも一部分の完全なpiラインカバレージには不十分である測定データを検知器160に検知させる。ステップ1304において、コンピューティングデバイス140において、検知器160から測定データが受信される。検知器160からのデータは、X線ソース150の円錐ビームからのX線放射とオブジェクト130の少なくとも一部分との相互作用を示す。
【００８５】
いくつかの実施形態では、ステップ1306が実行される。ステップ1306において、コンピューティングデバイス140によって、最初の再構成された容積データを導出するために測定データに直接再構成方法を適用することによって、反復再構成方法が初期化される。
【００８６】
ステップ1308において、オブジェクト130の容積を表す再構成された容積データが、コンピューティングデバイス140によって、再構成された容積データを導出するために測定データに反復再構成方法の少なくとも1つの反復を適用することによって計算される。
【００８７】
ステップ1310において、コンピューティングデバイス140によって、再構成された容積データに基づいてオブジェクト130の容積の容積画像が計算される。
【００８８】
いくつかの実施形態では、ステップ1312が実行される。ステップ1312において、容積画像がディスプレイ142上に表示されるか、または容積画像もしくは再構成された容積データがメモリ1106もしくはストレージ1124に記憶される。
【００８９】
図14は、ハードウェアおよびソフトウェア構成要素を中に有する画像再構成モジュール1400を示す。いくつかの実施形態では、画像再構成モジュール1400は、本開示の態様を実行するために画像化デバイス1410と組み合わせて使用され得る。いくつかの実施形態では、画像再構成モジュール1400は、処理ユニット145、ストレージ1124、およびメモリ1106を含むことができる。処理ユニット145、ストレージ1124、およびメモリ1106などの画像再構成モジュール1400の要素は、たとえば、図1および図11を参照して上記で説明したように動作することができる。たとえば、メモリ1106は、測定データ1105または再構成されたデータ1107を保持することができる一方、ストレージ1124は、直接再構成実行可能コード1123または反復再構成実行可能コード1125の1つまたは複数の実装形態を記憶するために使用され得る。画像再構成モジュール1400は、ワイヤードまたはワイヤレス接続1402を使用して画像化デバイス1410に動作可能に結合され得る。代替的に、画像再構成モジュールは、画像化デバイス1410内にインストールされ得る。画像再構成モジュール1400は、図1および図10を参照して前述したように、画像再構成能力を提供するように画像化デバイスに改善を施すために使用され得る。すなわち、画像再構成モジュール1400および画像化デバイスを用いるシステムは、X線ソースの円錐ビームの走査経路に対するオブジェクトのトラバースの速度に起因して、完全なpiラインカバレージには不十分である検知器から取得された測定データを使用して、オブジェクトに関する容積データを再構成することができる。
【００９０】
例示的な実施形態について説明する際、明快にするために特定の用語が使用されている。説明の目的上、特定の各用語は、同様の目的を達成するために同様の方法で動作するすべての技術的、機能的等価物を少なくとも含むことが意図されている。さらに、特定の例示的な実施形態が複数のシステム要素、デバイス構成要素または方法ステップを含むいくつかの事例では、それらの要素、構成要素またはステップは、単一の要素、構成要素またはステップに置き換えられてよい。同様に、単一の要素、構成要素またはステップが、同じ目的に適う複数の要素、構成要素またはステップに置き換えられてよい。また、例示的な実施形態がその特定の実施形態を参照して図示され説明されているが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、その中で形態および詳細の様々な代替および改変が行われてよいことを理解されよう。さらに、他の実施形態、機能および利点も、本発明の範囲内にある。
【符号の説明】
【００９１】
100  画像化システム、システム、画像化デバイス
105  走査経路
110  スキャナ
120  トランスポートシステム
122  トンネル
123  トラバースの速度(vo)
124  コンベヤベルト、コンベヤ
130  オブジェクト
140  コンピューティングデバイス
142  視覚ディスプレイデバイス、ディスプレイ
144  入力デバイス
145  処理ユニット、構成可能またはプログラム可能プロセッサ、プロセッサ
150  X線ソース、ソース
160  検知器、検知器のアレイ
170  ワイヤもしくはケーブル
240  ガントリー
245  内側ボア
300  ボクセル
301  ピクセル
400  点
410  点λ2
412  点λ1
420  piライン
423  方向
425  piセグメント
532  点
552  円錐ビーム、ビーム
601  第1のモード
602  第2のモード
740  ガントリー
741  金属箔、コーティングされた要素
742  金属箔、コーティングされた要素
743  金属箔、コーティングされた要素
745  開口または中央ボア
750  X線ソース
760  検知器アレイ
822  検査領域
850  X線ソースターゲット、ターゲット
850a  アーム
851  電子ソース
852  高エネルギー電子ビーム、eビーム、扇ビーム、電子ビーム、走査電子ビーム、電子のビーム
855  X線ソースロケーション、ロケーション
860  検知器アレイ
860a  アーム、検知器アーム
860b  アーム、検知器アーム
860c  検知器アーム
870  角度、回転角度
950  X線ソース、ソース
951  X線ソース、ソース
952  X線ソース、ソース
953  X線ソース、ソース
960  検知器アレイ、検知器
961  検知器
1000  画像再構成
1102'  追加の構成可能またはプログラム可能プロセッサ、プロセッサ
1104  関連コア
1104'  関連コア
1105  測定データ
1106  メモリ
1107  再構成された容積データ、再構成されたデータ
1108  マルチポイントタッチインターフェース
1110  ポインティングデバイス
1112  ネットワークインターフェース
1114  仮想機械
1116  オペレーティングシステム
1120  ネットワークデバイス
1122  グラフィカルユーザインターフェース
1123  直接再構成実行可能コード
1124  ストレージ、記憶デバイス
1125  反復再構成実行可能コード
1126  データベース
1128  マイクロフォン
1130  アンテナ
1132  画像キャプチャデバイス
1200  分散型システム、システム
1205  ネットワーク
1210  ユーザインターフェース端末、インターフェース端末
1220  リモートインターフェース端末、インターフェース端末
1230  サーバ
1240  データベース
1300  画像再構成
1400  画像再構成モジュール
1402  ワイヤードまたはワイヤレス接続
1410  画像化デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
2018533731.tif 000008
【図５Ｂ】
2018533731.tif 000009
【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2018533731.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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