專利名稱：一種多角度預(yù)篩分層析x射線照相系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速掃描，特別涉及計算機(jī)層析X射線照相(CT)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有利于識別相繼CT成像中所感興趣的特定位置，用于選擇投射圖像數(shù)據(jù)的預(yù)篩分處理。
聯(lián)邦航空管理局(FAA)和世界上其他類似機(jī)構(gòu)具有在通常不影響旅客旅行計劃的一定時間內(nèi)，鑒別旅客行李中的危險裝置和/或禁運(yùn)品的危險任務(wù)。目前應(yīng)用的大多數(shù)X-射線行李掃描系統(tǒng)為行掃描儀，并且包括一個靜態(tài)的X-射線源、一個靜態(tài)的線性檢測器陣列以及當(dāng)行李通過掃描儀時在射線源和檢測器陣列之間輸送行李的傳送帶。X-射線源產(chǎn)生一個靜態(tài)的X-射線束，當(dāng)行李進(jìn)入并定位在射線束內(nèi)時，此X-射線束通過行李，并且由于行李的存在而在其被檢測器陣列接收之前部分衰減。在每個測量間隔內(nèi)，檢測器陣列中的每個單元產(chǎn)生數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與X-射線束的檢測部分所通過的行李平面部分的整體密度相應(yīng)。在每個測量間隔內(nèi)由檢測器陣列獲取的數(shù)據(jù)用于形成一個或多個兩維圖像的光柵線。由于傳送帶傳送行李通過靜態(tài)的射線源和檢測器陣列，在靜態(tài)的檢測器陣列進(jìn)行檢查時掃描儀產(chǎn)生與行李密度相關(guān)的二維圖像。操作者能特地使密度圖像顯示出來以便分析。
然而，違反政府法律的恐怖分子和其他罪犯所使用材料相當(dāng)復(fù)雜，安全準(zhǔn)則也迅速發(fā)展起來了，使目前的機(jī)場掃描儀和安全裝置相繼地減少了成功檢出的概率。例如，可塑炸藥對行李掃描系統(tǒng)提出了特殊的挑戰(zhàn)，因為可塑炸藥的可塑性特性，使它可以形成難以檢出的形狀。因而鑒別所懷疑的包含這種材料的行李需要非常留心的操作者。對這種注意力的需要很易使操作者疲勞，而且疲勞和任何分心能夠使受懷疑的行李未檢出而通過掃描系統(tǒng)。甚至在非常小心的情況下，這種材料也能因未被檢出而放行。
這種不可靠性的原因在于行掃描儀具有只在一個方向上以預(yù)定的頻譜指向所通過的行李的靜態(tài)X-射線束，并且該射線束只在行李通過的方向上檢出行李。由于X-射線的吸收是通過射線束的全部材料的總體密度的函數(shù)，靜態(tài)的射線束不只通過薄片的可塑炸藥，同時也通過與此片可塑炸藥沿著射線束路徑在放一起的具有較大密度的物體，該物體使射線束很難檢測出此塑料炸藥片。這樣，單一方向定位的行李物品中物體的X-射線圖像在目標(biāo)物品與位于相同的X-射線路徑上的物體之間不容易有空間上的或其他的區(qū)別。
此外，如果如一片可塑炸藥的目標(biāo)物品相當(dāng)三維空間基本上是不對稱的，象一個球或立方體，則應(yīng)用行掃描儀辨別物體的概率取決于物體相對掃描的定向的位置。例如，如果很薄的一片可塑炸藥的高度和寬度定位平行于X-射線束，而只有它的寬度尺寸暴露在射線束下，該片可塑炸藥就很難被識別出來。則依靠系統(tǒng)的清晰度成像的很薄的物體，如只有幾毫米厚，實際上不可能被檢測出來。另一方面，當(dāng)在橫向展開暴露在射線束下的行李的全部內(nèi)表面時，相同的很薄的薄片可以由于它自身的低密度而作為行李的一部分清楚地顯示出來。
而且，已經(jīng)做了大量的嘗試來設(shè)計一種對所懷疑的物體和材料具有很好的監(jiān)測功能的X-射線行李掃描儀。例如，在美國專利第4,759,047號(Donges et al)；第4,884,289號(Glockmann et al)；第5,132,988號(Tsutsui et al)；第5,182,764號(P eschmann et al)；第5,247,561號(Kotowski)；第5,319,547號(Kruget al)；第5,367,552號(Peschmann et al)；第5,490,218號(Krug et al)以及德國Offenlegungsschrift DE31 503 06 A1中所描述的那些設(shè)計。
例如，美國專利第4,884,289(Glockmann et al)公開了一種類似行掃描儀的X-射線掃描儀，它產(chǎn)生一靜態(tài)的扇形X-射線束，傳送機(jī)上的行李通過該射線束。除了檢測通過行李物品的射線束的部分衰減的檢測器陣列外，該掃描儀還包括多個測量在行李物品通過射線束時，行李的每件物品上散射的射線束散射成分的定位檢測器。通過計算機(jī)的處理，部分衰減和散射成分相繼地用來鑒別塑料物品，特別是位于行李中的可塑炸藥。
建議使用X-射線CT作為行李掃描儀的一部分，來鑒別處于掃描儀下的行李中的物品。美國專利第5,182,764號(Peschmann et al)和第5,367,552號(Peschmann et al)描述了一些設(shè)計，其中的至少一個設(shè)計已經(jīng)有了商業(yè)上的發(fā)展并在后面的＂視覺機(jī)器＂中提出。該視覺機(jī)器包括，一個第三代CT掃描儀。第三代掃描儀在醫(yī)療領(lǐng)域中非常有用，并且經(jīng)常用于人體部分的成像。第三代掃描儀一般包括一個X-射線源和分別徑向地固定在環(huán)形臺架工作臺或園盤的相對側(cè)的X-射線檢測器系統(tǒng)。第三代園盤轉(zhuǎn)動地安裝在支撐臺架中，因此在操作中。當(dāng)X-射線從射線源通過位于園盤開口處的物體到達(dá)檢測器系統(tǒng)時，園盤相繼地圍繞一個旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
在典型的第三代機(jī)器中，檢測器系統(tǒng)包括一個在環(huán)形的弧上排列成單行的線性檢測器陣列，該檢測器在X-射線源的焦點(即射出X-射線的X-射線源內(nèi)的點)處有一個弧形中心。該X-射線源產(chǎn)生一個從焦點處射出的X-射線扇形束，或扇束，該束通過二維成像區(qū)域并由檢測器接收。如已知的那樣，坐標(biāo)系統(tǒng)由X-，Y-和Z-軸來限定。其中各軸相互之間的垂直的并在＂等角點＂處交叉(當(dāng)園盤繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時園盤的旋轉(zhuǎn)中心)。Z-軸由旋轉(zhuǎn)軸來限定，X-和Y-軸被限定在二維成像區(qū)域中。這樣扇束被限定為焦點(即焦點)和暴露在X-射線束中的檢測器陣列的檢測器的接收面之間的體積空間。由于檢測器的線性陣列的接收面的尺寸在Z-軸方向上非常小，所以該扇束在此方向上非常薄。每個檢測器在測量間隔期間產(chǎn)生一個與傳入檢測器的X-射線的強(qiáng)度相應(yīng)的輸出信號。由于在射線路徑中的所有物品使X-射線產(chǎn)生部分衰減，所以在測量間隔內(nèi)，每個檢測器產(chǎn)生的輸出信號是暴露在X-射線源和檢測器之間的成像區(qū)域內(nèi)的全部物體的密度的函數(shù)。
當(dāng)臺架園盤旋轉(zhuǎn)時，檢測器陣列周期地采樣，在每個測量間隔內(nèi)，檢測器陣列的每個檢測器產(chǎn)生與在此期間內(nèi)被掃描的物體部分的密度相應(yīng)的輸出信號。由檢測器陣列的單一一行中的全部檢測器，在任何測量間隔產(chǎn)生的全部輸出信號群被叫作＂投射＂，在產(chǎn)生投射期間X-射線源(特別是焦點)的定位角被叫作＂投射角＂。在每個投射角處，從焦點到每個檢測器的X-射線的可能路徑增加了從焦點到檢測元件的接收面區(qū)域的相交部分，該可能的路徑被叫作＂射線＂路徑，并且由于檢測器區(qū)域的接收面大于射線所通過的物體的橫截面，則該射線路徑＂加大＂了測量密度。當(dāng)園盤繞著被掃描的物體旋轉(zhuǎn)時，掃描儀在相應(yīng)的一些投射角處產(chǎn)生一些投射。使用已知的算法，根據(jù)在各投射角采集的全部投射數(shù)據(jù)可以生成物體的CT圖像或重建其CT圖像。CT圖像是與物體的二維＂薄片＂的密度相對應(yīng)的。通過在扇束投影中每個檢測器的接收面區(qū)域的寬度，部分地確定CT圖像的清晰度，當(dāng)以與扇束寬度相同的方向測量尺寸時，限定了這里檢測器的寬度。
當(dāng)在行李掃描中使用CT成像時，能夠辨別物體的物理特性，如密度、形狀和質(zhì)地。在下面通過計算機(jī)處理比較，這些特性將用于自動地識別物體，和/或在顯示終端上顯示重建圖像以便專業(yè)的安全專家進(jìn)行分析。
然而，行李掃描儀的重要設(shè)計依據(jù)是掃描儀能夠掃描行李物品的速度。為了在任何機(jī)場都能實際應(yīng)用，行李掃描儀應(yīng)該能夠以非?？斓乃俣葤呙璐罅康男欣?，即每小時掃描300個行李或更多，具有這種速度的掃描儀必須以每件行李12秒或更小的速度掃描平均大小的行李。目前，聯(lián)邦航空局(FAA)所希望的通過率約每小時675件行李，允許每5.3秒掃描一件行李。由于這個原因，全部依靠已知技術(shù)的掃描儀(′764和′552專利中所描述類型的掃描儀)獲取所有與每件行李相關(guān)的數(shù)據(jù)的一個問題在于，掃描儀需要一個不合理的時間來掃描全部行李。例如，對臺架園盤每次360°的旋轉(zhuǎn)的384個檢測器的單一陣列來說，具有1440個投射圖像的ACT掃描儀在臺架園盤每次360°旋轉(zhuǎn)中將產(chǎn)生384×1440(552960)個獨立的測量數(shù)據(jù)。出的例子中，552,960個測量數(shù)據(jù)被用于重建一個單一的CT圖像。此外，得到0.6到2.0秒的時間使臺架園盤旋轉(zhuǎn)一圈并獲取所通過物體的單一平面CT圖像所需的足夠數(shù)據(jù)。由于檢測器系統(tǒng)只包括一個單一的陣列，需要臺架園盤旋轉(zhuǎn)多次的體積掃描甚至要求更多的時間。而且，CT產(chǎn)生的圖像所需的清晰度會更好，即通過為了每次成像而直接射到行李上的射線束的體積或平面會更薄，被要求掃描通過掃描儀的行李中的每個物品的整個體積的平面數(shù)量會更大，并且被要求處理進(jìn)入的數(shù)據(jù)的處理量會更大。為了行李掃描，X-射線CT掃描儀應(yīng)該在檢測只有幾毫米厚的可塑炸藥情況下具有足夠的圖像清晰度。如果需要0.6到2.0秒的時間來產(chǎn)生每個CT圖像的數(shù)據(jù)，在所希望的每小時300個行李的通過量下，傳統(tǒng)的CT行李掃描儀只能夠平均每個行李產(chǎn)生6個或7個CT圖像。假定行李平均約為70厘米長，顯然每個行李6個或7個圖像是不夠的。
由于上述原因，很顯然，使用視覺機(jī)器的CT掃描儀不能在給定的合理地快速通過時間內(nèi)掃描全部行李。一般來說每件行李只有6或7個，或更多，CT掃描像會漏掉許多未掃描的物品，并且由此未提供充分的或完整的掃描。解決這個在′764和′552專利中提出的問題的方法是提出一個預(yù)篩分過程。在已有技術(shù)中預(yù)篩分過程是由行掃描儀完成的。靜態(tài)的行掃描儀被描述成與手檢相結(jié)合的人工操作器的通用機(jī)場掃描系統(tǒng)。作為一個例子，在美國專利第4,031,545號(Stein)中描述的已有技術(shù)的預(yù)掃描站，能夠起預(yù)掃描站的作用來識別具有預(yù)定物品的物體區(qū)域，它是通過將射線的衰減轉(zhuǎn)化為物質(zhì)量值來判定的，其他典型的已有技術(shù)預(yù)掃描系統(tǒng)，包括如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的數(shù)字X-射線醫(yī)療系統(tǒng)。
行掃描儀最多可區(qū)分6或7個，或更多，的被懷疑的區(qū)域。行李被移入X-射線掃描儀并在每次對所懷疑的區(qū)域進(jìn)行掃描時停在掃描儀中，然后進(jìn)入下一個掃描位置。用這種方法，該系統(tǒng)相對較快地掃描每個行李物品，由于耗費(fèi)時間，CT掃描只產(chǎn)生在受懷疑的區(qū)域，而不是對全部行李物品。
通過CT重建所選擇區(qū)域的決定限制在單一的物體二維圖像，由于一些區(qū)域被此相同的二維圖像中其他物體擋住，因此預(yù)掃描站不總能夠?qū)δ繕?biāo)物體的物質(zhì)進(jìn)行充足的判定，接下去還能夠利用剩下的CT處理時間來充分地評價這些區(qū)域，或者產(chǎn)生錯誤失敗地判斷被懷疑的區(qū)域并允許行李繼續(xù)通過掃描儀。這樣，預(yù)掃描的不定性將不希望的時間和不可靠性加入了安全檢查過程。很清楚該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性是受預(yù)篩分過程的準(zhǔn)確性的限制，并且，如果預(yù)篩分過程具有80％的發(fā)現(xiàn)可塑炸藥的可靠性，那么該系統(tǒng)最多具有80％的成功可靠性。
視覺機(jī)器的另一個問題是圖像清晰度和機(jī)器速度之間的協(xié)調(diào)。掃描的片越薄和/或檢測器的寬度越小，則結(jié)果圖像的清晰度越好，但行李的掃描量更小了?！?64和′552專利中的一個建議是用于＂近似5到200之間的相繼掃描＂，并且產(chǎn)生以非真正的三維圖像顯示給操作者的數(shù)據(jù)。例如看′764專利中5欄的54-56行。然而，采用這種單一檢測器陣列的體積掃描，顯著地增加了掃描每件行李所需的時間，急劇地減少了系統(tǒng)的通過量。
這種已知技術(shù)的預(yù)篩分CT系統(tǒng)的另一個問題是該系統(tǒng)很復(fù)雜和龐大。如′764專利所描述的，視覺機(jī)器需要兩個獨立的電動機(jī)器站來完成兩步處理第一個站包括預(yù)篩分行掃描儀設(shè)備，第二個站包括CT系統(tǒng)。此外，在檢查完成之前，如行李物品的封閉的容器必須傳送通過兩個獨立的站。在預(yù)篩分站中對目標(biāo)物品的識別必須傳給第二站，以便易于在行掃描儀辨別出的懷疑區(qū)域重建CT圖像。目標(biāo)區(qū)域的位置必須是時控的和受操縱的，以便確保恰當(dāng)?shù)牡谝徽九c第二站之間的目標(biāo)區(qū)域的定位關(guān)系。換句話說，在所希望的測量準(zhǔn)確度范圍內(nèi)(即3毫米)保持對受懷疑區(qū)域的物理配準(zhǔn)的同時，在預(yù)篩分過程中識別的行李必須沿著傳送系統(tǒng)移動一定距離，即幾英尺。在′764專利中，通過有關(guān)輸入傳感器30、傳送機(jī)20和傳送機(jī)運(yùn)動控制器22的聯(lián)合裝置，預(yù)篩分站與第二重建CT站之間的空間定位變得很方便，例如，描述在第4欄，12行所示。由于增加了復(fù)雜程度和對傳送系統(tǒng)的控制，即兩個站之間的傳送帶，以及對X-射線電動機(jī)械裝置，在′794專利中所描述的系統(tǒng)的預(yù)篩分的好處被部分地抵消了。
1996，6，27(代理人登記號ANA-93)以Bernard M.Gordon的名字申請的名為＂正交橫向CT檢測器系統(tǒng)＂的美國專利申請第08/671,716號描述了視覺機(jī)器的改進(jìn)，該申請已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本受讓人(即后面的＂Gordon掃描儀＂)，并在本發(fā)明中參照結(jié)合了此申請。該申請(后面的＂Gordon申請＂)描述了如何能夠不需要預(yù)篩分站，而使用二維的、正交的檢測器系統(tǒng)增加行李所通過錐束的深度，并同時產(chǎn)生對生成竇腔X射線照相和CT圖像有用的數(shù)據(jù)以便減少一些需要處理的數(shù)據(jù)，來顯著地增加用于掃描行李的X-射線CT掃描系統(tǒng)的通過量。然而，還進(jìn)一步希望減少Gordon掃描儀所需的處理數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種包括對每個通過該系統(tǒng)的物品進(jìn)行預(yù)篩分的高速掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)不必產(chǎn)生全CT重建圖像，并且減少或克服了已有技術(shù)中存在的問題。
本發(fā)明的另一個目的是提供了一種包括預(yù)篩分每件掃描物品的大容量、高速掃描的X-射線CT掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有視覺機(jī)器的缺點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種高速、大容量的爆炸物檢測掃描系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種以CT掃描期間獲取的選擇投射數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)產(chǎn)生所選擇的CT重建圖像的方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種利用獨立的預(yù)掃描站和CT掃描站減少已有技術(shù)的系統(tǒng)的電動機(jī)械的復(fù)雜性的CT系統(tǒng)，例如視覺機(jī)器系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種與已有技術(shù)相比提高了預(yù)篩分能力，使得在相同的安全保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)下只需要幾個重建的CT圖像的系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種減少鑒定全部時間的方法如通過CT掃描的行李那樣的物體，但不降低安全檢查的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種以所選擇的投射數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的CT掃描儀預(yù)篩分技術(shù)。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種其他CT應(yīng)用的預(yù)篩分系統(tǒng)和技術(shù)。
這些和其他目的將在下面的描述中更加清楚。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，改進(jìn)了一種對每次360°掃描物體相應(yīng)N個投射角的預(yù)定N個投射中每一個用于產(chǎn)生位于該系統(tǒng)中一個物體的至少一部分投射數(shù)據(jù)的CT掃描系統(tǒng)，它包括(a)用于處理在M個投射角的預(yù)定M個投射中每個投射預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)的預(yù)篩分處理裝置，其中M大于等于2并小于等于N；以及(b)用于分析所述處理過的預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)來確定是否在被掃描的物體所在的地方有物理特征可能的分析裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種CT掃描系統(tǒng)可以掃描物體來確定目標(biāo)物的存在，該目標(biāo)物(i)可以位于物體中，并且(ii)具有涉及可測量的物理特征的目標(biāo)物特征。該系統(tǒng)包括(a)一個X-射線源；
(b)一個在掃描期間從所述射線源接收X-射線以便限定射線源和檢測器系統(tǒng)之間的X-射線束的檢測器系統(tǒng)；(c)用于至少圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)射線源來使所述射線源通過所述射線源每次旋轉(zhuǎn)的預(yù)定N個投射角，以便在每個所述投射角處提供位于射到所述檢測器系統(tǒng)的射線束中物體的X-射線投射的旋轉(zhuǎn)裝置；(d)數(shù)據(jù)獲取裝置，該裝置與所述檢測器系統(tǒng)協(xié)作獲取投射數(shù)據(jù)，該投射數(shù)據(jù)是在所述投射角中的每個投射角處位于投射到所述檢測器系統(tǒng)上的射線束中的物體的所述投射中每個投射的所述物理特征的函數(shù)；以及(e)用于處理所述獲取的作為所述物理特征的函數(shù)數(shù)據(jù)的處理裝置，所述的處理裝置包括預(yù)篩分裝置，該預(yù)篩分裝置在所述的射線源處在所述N個投射角的預(yù)選M個上，其中M大于等于2并小于等于N，預(yù)篩分所獲取的數(shù)據(jù)以便確定所掃描的物體中是否有所述目標(biāo)物的可能。
最后，根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種確定在物體所包含的體積內(nèi)存在目標(biāo)物的方法。此方法包括如下步驟(A)定位CT掃描儀中的物體并產(chǎn)生至少通過此物體的至少一部分的兩個投影圖像；(B)從投影圖像中確定在所掃描的物體的這部分中是否有所述目標(biāo)物的可能；以及(C)在從投影圖像中確定被掃描的物體的這部分中有存在所述目標(biāo)物的可能時，生成一個或多個被掃描物體的這部分的全CT重建圖像。
根據(jù)下面對幾個實施例的詳細(xì)描述和對本發(fā)明的最佳模式的圖示，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將更清楚地理解本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點。如所理解到的那樣，本發(fā)明能夠具有其他不同的實施例，并且在不超出本發(fā)明的范圍的情況下能夠?qū)ζ浼?xì)節(jié)進(jìn)行一些改進(jìn)。此外，附圖和說明被認(rèn)為是說明性的，而不是限制性的，本申請的范圍由權(quán)利要求限定。
參照附圖可以更完整地理解本發(fā)明。


圖1是與行李傳送子系統(tǒng)一起運(yùn)行的本發(fā)明高速掃描層析X射線照相系統(tǒng)的最佳實施例的透視圖。
圖2是圖1系統(tǒng)軸向橫截面視圖；圖3是圖1系統(tǒng)徑向橫截面視圖；圖4是作為本發(fā)明另一最佳實施例的通過從臺架園盤的一次旋轉(zhuǎn)所得到的掃描容積的一些有代表性的投射的運(yùn)行圖；圖5是與圖4相垂直的運(yùn)行圖，它包括受檢查的物品上方并垂直于此受檢查的物品的運(yùn)動方向的代表性投射；圖6是類似于圖5的側(cè)視運(yùn)行圖，它包括受檢查的物品上方并垂直于此受檢查的物品的運(yùn)動方向的代表性投射，而且如所看到的那樣此投射發(fā)生在圖5投射之后的時間；圖7是本發(fā)明用于檢測目標(biāo)物(例如輕武器)的、根據(jù)由一個或多個投射獲取的數(shù)據(jù)重建的圖像，此圖像是通過一次或多次臺架園盤的旋轉(zhuǎn)形成的；圖8圖示了相對平行與一片可塑炸藥的平面的投射的一片可塑炸藥的投影；圖9圖示了本發(fā)明另一最佳實施例，此實施例具有預(yù)篩分檢測和可選擇的目標(biāo)物，例如可塑炸藥，的全圖像重建；圖10圖示了本發(fā)明根據(jù)由用于檢測目標(biāo)物的預(yù)篩分模式的第一次若干投射得到的數(shù)據(jù)生成的典型圖像；圖11圖示了本發(fā)明為減少病人暴露在所不希望的輻射中的醫(yī)療用預(yù)篩分系統(tǒng)的最佳實施例；以及圖12圖示了本發(fā)明的在病人預(yù)篩分操作期間可選擇投射的處理和鎖住輻射的最佳實施例。
圖1、2和3分別示出了本發(fā)明最佳的行李掃描設(shè)備100的透視圖、端部截面圖和徑向截面圖。設(shè)備100除了根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)外最好與GORDON申請中描述的GORDON掃描儀一樣。設(shè)備100包括用于相繼地以箭頭114所指的方向傳送行李或皮箱112，使其通過CT掃描系統(tǒng)120的中心孔126的傳送系統(tǒng)110。圖中示出傳送系統(tǒng)110包括若干獨立的傳送部分122，當(dāng)然也可使用其他形式的傳送系統(tǒng)。圖中所示的傳送系統(tǒng)110包括若干獨立的傳送部分122，它們的每一個都具有支撐行李112的電機(jī)驅(qū)動皮帶122′。然而，在本發(fā)明中使用其他形式的傳送子系統(tǒng)和/或傳送皮帶對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。
CT掃描系統(tǒng)120包括一個環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)工作臺或盤124，它設(shè)置在支撐臺架125的內(nèi)部，該臺架支撐125繞著最好平行于行李112傳送方向的旋轉(zhuǎn)軸127(如圖3所示)旋轉(zhuǎn)，行李112的傳送方向用箭頭114指示。工作臺124是由適當(dāng)?shù)尿?qū)動帶116和電機(jī)118驅(qū)動繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的，或者由任何其他適當(dāng)?shù)尿?qū)動裝置驅(qū)動，如美國專利第5,473,657號中所描述的，在本文中它被參照結(jié)合。旋轉(zhuǎn)工作臺124限定出一個使傳送系統(tǒng)110輸送行李112的孔洞126。系統(tǒng)120包括一個X-射線源128和一個檢測器陣列130，它們位于工作臺124直徑方向上正相反的相對兩側(cè)。當(dāng)系統(tǒng)120被用來作行李設(shè)備100的一部分時，檢測器陣列130最好為GORDON申請中描述的二維陣列，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解也可使用其他的檢測器設(shè)備，但使用應(yīng)依據(jù)檢測目標(biāo)和系統(tǒng)100所確定的用途。系統(tǒng)120還包括接收和處理由檢測器陣列130產(chǎn)生信號的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)134，用于為X-射線源128提供能量的X-射線管控制及其他控制操作的系統(tǒng)136，。在一些行李掃描的申請中，X-射線管控制系統(tǒng)136可以是雙重能量X-射線管控制系統(tǒng)，如1996，6，27以Bernard M.Gordon，Hans Weedon，IosifIzrailit，Timothy R.Fox和John F.Moore的名字(代理人登記號為ANA-94)申請的名為＂改進(jìn)的雙重能量供給＂的轉(zhuǎn)讓予本受讓人并在本文中被參照結(jié)合(下文的＂Gorder等的申請＂)的未審查美國專利申請第08/671,202號中詳細(xì)描述的X-射線管控制系統(tǒng)，盡管沒有確定本發(fā)明只限制于這種類型的控制系統(tǒng)，但用于X-射線CT圖像的能量選擇重建的雙重能量X-射線技術(shù)(參閱Alvarez，Robin等的＂X-射線計算機(jī)層析X射線攝像法中的能量選擇重建＂，Phys.Med.Biol.1976，第21卷，第5期，733-744頁和美國專利第5,132,998號(Tsutsui))除了指示材料的密度外在指示材料的原子數(shù)上是特別有用的。系統(tǒng)120還包括罩子138，它可用鉛制造以防止輻射傳播到支撐臺架125以外。該CT掃描系統(tǒng)120最好還具有應(yīng)該計算機(jī)處理系統(tǒng)140，以便處理數(shù)據(jù)搜索系統(tǒng)134的輸出和產(chǎn)生運(yùn)行、控制系統(tǒng)120的必要信號，該系統(tǒng)將在下面做詳細(xì)的描述。計算機(jī)處理系統(tǒng)140可以包括CPU142和監(jiān)視器144，并且還可包括用于根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)分別處理和顯示包含產(chǎn)生圖像的信息的一個處理中心(下面圖9中的172)。
在運(yùn)行中，X-射線源128從其焦點處產(chǎn)生一錐形的X-射線束132，通常稱其為＂錐＂束，該錐束通過三維成像空間，行李112由傳送系統(tǒng)110傳送通過這一空間。該射線束及檢測器陣列在X-Y平面上對著焦點附近的一個足夠大的角，以便限定出使射線束通過的一個相對較大的區(qū)域。例如，盡管該角無疑地可以變化，該角也可為48°右。在通過行李物品的掃描部分后，錐形射線束132被檢測器陣列130接收，然后檢測器陣列130在測量空隙內(nèi)產(chǎn)生代表焦點和相應(yīng)的檢測器之間的行李112露出部分的特性的信號。作為實例，一個物理特征可以表證行李112的物品部分的密度，此密度是如通過容器112和此容器內(nèi)的任何物品的射線束132的輻射衰減積分函數(shù)那樣來確定的。其中利用了GORDON等的申請所教導(dǎo)的雙重能量供給，可以檢測出具有特殊分子重量的物品，如可塑炸藥。其他可被檢測出的物理特性對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很明顯的。例如，美國專利第5,490,218和4,884,289號公開了通過光電散射、康普頓散射、衍射和反射觀察掃描物體的有用的背景技術(shù)，并且本文參照并結(jié)合了此技術(shù)。這樣，行李掃描系統(tǒng)不僅對檢測可塑炸藥是有用的，此外下面將可以更清楚地看到，該系統(tǒng)可以用來檢測其他作為目標(biāo)的物品，例如輕武器和類似物。
圓盤124繞著旋轉(zhuǎn)軸127旋轉(zhuǎn)，由此當(dāng)行李物品順序地由傳送系統(tǒng)110傳送通過中心孔洞126時，在圍繞著行李112的環(huán)行軌道上旋轉(zhuǎn)X-射線源128和檢測器陣列130，以便在相應(yīng)于臺架每旋轉(zhuǎn)360°上的若干投射角處產(chǎn)生若干投射。以一種已知的方式，數(shù)據(jù)搜索系統(tǒng)134可以最初獲取來自檢測器陣列130的信號，接著由計算機(jī)處理系統(tǒng)140來處理該信號。
根據(jù)本發(fā)明的至少一個方面，CT系統(tǒng)120被改進(jìn)用于在臺架園盤124的每次旋轉(zhuǎn)期間利用最好由數(shù)據(jù)搜索系統(tǒng)134獲取的預(yù)選、預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)。預(yù)選、預(yù)篩分的數(shù)據(jù)最好表征在兩個或更多的圍繞著旋轉(zhuǎn)軸127的所選擇投射角處的各個投射。例如，在臺架園盤的每360°旋轉(zhuǎn)期間，可以獲取1440個投射數(shù)據(jù)，每旋轉(zhuǎn)0.25度既可得到一個數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)中的其中相差120度的三個數(shù)據(jù)被用于預(yù)篩分。最好在利用全部掃描數(shù)據(jù)提供一個重建的CT圖像之前分析預(yù)選、預(yù)篩分的數(shù)據(jù)，如下面所詳細(xì)描述的那樣?？梢杂捎嬎銠C(jī)處理系統(tǒng)140從數(shù)據(jù)搜索系統(tǒng)134中接收預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)，因此可以分析預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)以確定所關(guān)心的物理特性是否存在于正在檢查的行李112的物品中。最好分析預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)來確定是否有物理特性存在的可能。例如，確定是否有物理特性存在的可能被定義為預(yù)定最小概率，或預(yù)定測量的最小值(臨界點)，或預(yù)定從掃描中得到的與物理特性相關(guān)的測量數(shù)據(jù)中計算出的一個值。如果存在這種數(shù)據(jù)，由計算機(jī)處理系統(tǒng)140從詳細(xì)的掃描中獲取的全部數(shù)據(jù)能夠產(chǎn)生一個完整的重建CT圖像。
因此，根據(jù)本發(fā)明，一定數(shù)量的投射被用于進(jìn)行預(yù)篩分處理以便估計目標(biāo)物體的可能性，例如通過系統(tǒng)的行李112的每個物品中的可塑炸藥。預(yù)篩分過程最好在臺架園盤的每次旋轉(zhuǎn)期間使用一個以上的投影圖像，以便在行李通過掃描系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)園盤時提供可選擇的行李圖像，但所使用的投影圖像的數(shù)量小于產(chǎn)生完整的CT重建圖像所需要的投射的總數(shù)量。一旦檢測出可疑的部分，大量的投射用于產(chǎn)生一個完整的CT重建圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，由于傳送系統(tǒng)能夠相繼地，或者至少順序地使行李112通過CT掃描系統(tǒng)120，所以能對行李112中的全部物品進(jìn)行掃描，并且全部數(shù)據(jù)由計算機(jī)處理系統(tǒng)140收集和儲存。然后在選定角度上的預(yù)定投射數(shù)據(jù)能夠用于產(chǎn)生二維或大于二維的不同投影的行李圖像。例如，使用相隔120度的投射數(shù)據(jù)來完成預(yù)篩分功能，通過利用預(yù)篩分功能所選定的相應(yīng)角度位置上獲取的全部數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù)產(chǎn)生三個二維圖像。如果一個投射的位置處在行李上方十二點處，當(dāng)行李112通過掃描儀時在十二點位置上獲取的全部數(shù)據(jù)能夠用來提供一個圖像，而當(dāng)行李112通過掃描儀時在四點位置上獲取的全部數(shù)據(jù)能夠用來提供第二個圖像，當(dāng)行李112通過掃描儀時在八點位置上獲取的全年數(shù)據(jù)能夠用來提供第三個圖像。事實上要懷疑全部行李或部分行李，全部與選擇數(shù)據(jù)一起收集的數(shù)據(jù)能夠用來重建適當(dāng)?shù)牟糠?，或者全部螺旋的、立體的圖像，或者已知技術(shù)的圖像。用這種方法，通過預(yù)篩分過程建立起來的各種投影圖像是由預(yù)篩分過程中使用的預(yù)定投射角構(gòu)成的，不需要附加硬件，并不需要配套已有技術(shù)中所需的預(yù)篩分設(shè)備和CT掃描設(shè)備。
在最佳實施例中，數(shù)據(jù)搜索系統(tǒng)134接收整個CT掃描過程中的信息，在臺架園盤124旋轉(zhuǎn)期間應(yīng)用從預(yù)定投射角處獲取的選擇數(shù)據(jù)，并與計算機(jī)處理系統(tǒng)140一起從中產(chǎn)生與二維投影圖像相關(guān)的信息，該二維投影圖像可以用于預(yù)篩分檢測及與其他獲取的數(shù)據(jù)一起用于CT重建的完整圖像。在預(yù)篩分模式中，數(shù)據(jù)搜索系統(tǒng)134和計算機(jī)處理系統(tǒng)140使用少量投射，如二到十個投射來確定在目前的掃描圖形中任何物理特性或目標(biāo)的存在，例如在目的物的立體掃描的圖形中。如果有在預(yù)篩分模式中檢測出目標(biāo)的可能，許多或全部已經(jīng)聚集在掃描圖形中的投射被整個處理，以便重建立體掃描圖形或其使用CT技術(shù)的部分。這樣，預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)被用于確定存在選擇目標(biāo)的可能性，例如可塑炸藥和/或輕武器；同時重建的CT圖像用于證明和更全面地調(diào)查所檢測的區(qū)域中包含目標(biāo)物品的可能性。
這樣，通過在整個CT掃描期間使用在選定角度上獲取的預(yù)選數(shù)據(jù)，人們能夠(a)在CT掃描期間使用獲取的數(shù)據(jù)并由此估計對獨立的預(yù)篩分子系統(tǒng)的需求，例如一個行掃描儀，(b)由于兩個或更多的圖像用于預(yù)篩分物體因而增加了檢測的機(jī)會，(c)估計調(diào)整象視覺機(jī)器建議那樣的兩個檢查點的需求和復(fù)雜性，(d)在維持所需的物料通過量而不損壞可靠性的同時進(jìn)一步減少被掃描的物體的整個CT掃描所需的計算量，以及(e)通過使計算處理系統(tǒng)140重組來順利地改變用于預(yù)篩分過程的投射數(shù)量。
一旦完成掃描過程，包括目標(biāo)物品的受懷疑的行李，例如一片爆炸性物質(zhì)，能夠自動地從傳送系統(tǒng)110中去除，如果需要，還可以將其自動地傳送到由安全專家進(jìn)行物理檢查的地方。另一方面能夠觸發(fā)警報警告相應(yīng)的官員預(yù)篩分和/或全圖像CT掃描確定了目標(biāo)物體，此目標(biāo)物體能夠在監(jiān)視器上顯示出來，例如在監(jiān)視器144上。
從圖示本發(fā)明原理的實例的圖中可明顯地看出本發(fā)明前述的及其他方面。在圖4-6中，以簡明、概要地清楚圖示的方法示出了掃描儀系統(tǒng)120A。圖4圖示了當(dāng)行李12有傳送子系統(tǒng)110傳送通過該系統(tǒng)時，X-射線源的焦點156和檢測器陣列130A的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(由箭頭154指示)，其中圍繞著軸127A的檢測器陣列130A圍繞著行李112的物品以及位于行李物品容積中的目標(biāo)物15。當(dāng)行李112傳送至傳送系統(tǒng)110上時，并且焦點156和檢測器陣列130繞行李旋轉(zhuǎn)時，在工作臺124的每次旋轉(zhuǎn)過程中的許多投射角的每個角的位置上獲取數(shù)據(jù)。例如，掃描可以包括1440個投射，焦點和檢測器陣列每轉(zhuǎn)0.25度獲取一個數(shù)據(jù)。在每次旋轉(zhuǎn)的總投射數(shù)目中只選擇一些數(shù)據(jù)運(yùn)用預(yù)篩分。例如，從這些投射中選擇三個數(shù)據(jù)，即在位置150a、150b和150c上的數(shù)據(jù)用于預(yù)篩分。最好圍繞旋轉(zhuǎn)軸127的三個位置150a、150b和150c相互之間相隔的角度一樣而成為120度，因為測量間隔基本上發(fā)生在相同的時間間隔上，并且此時間間隔為工作臺124在所選擇的三個投射的相繼位置上旋轉(zhuǎn)的間隔。因此位置150a處在3點的位置上(90°，位置150b處在7點的位置上(210°)，而位置150c處在11點的位置上(330°)。如前所述，每次掃描旋轉(zhuǎn)中在用于預(yù)篩分過程的獲取數(shù)據(jù)處的投射數(shù)量是可以變化的。所選擇的數(shù)量是均衡的。增加用于預(yù)篩分過程中的投射數(shù)量，會增加檢測可疑物品的可靠性，但是也增加預(yù)篩分過程的計算時間，此外，預(yù)篩分過程所選擇的投射角度，依據(jù)于一定的設(shè)計根據(jù)，其中使用于分析的預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)差最大，被認(rèn)為是重復(fù)的數(shù)據(jù)最少，而不是用于預(yù)篩分過程的相差180度的兩個投射。換句話說，使用兩個180度的投射將有相似的數(shù)據(jù)，盡管不一定是相同的數(shù)據(jù)。這樣，在第一個例子中，由于如圖4所示的具有三個相差120度的投射用于預(yù)篩分過程，可以最大限度地區(qū)分不同的圖像，即位置150a、150b和150c的圖像是不相同的。在第二個例子中，除了位置150a、150b和150c外，在位置150d(在270度的位置)、位置150e(在30度的位置)和位置150f(在150度的位置)上也獲取數(shù)據(jù)，這些位置分別與位置150a、150b和150c相差180度，因此提供了有些二重數(shù)據(jù)的六個不同投影圖像。例如，在90度位置150a上獲取的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的圖像將與在270度位置150d上獲取的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的圖像類似。然而應(yīng)注意，除了數(shù)據(jù)類似外，沒有相同的數(shù)據(jù)，當(dāng)焦點156從位置150a到150d的過程中，行李以箭頭114的方項運(yùn)動。此外，在箭頭114方向上行李的移動只是在相同點150a或150d上相繼測量過程中產(chǎn)生的位移的一半。
圖5和圖6圖示了臺架園盤124A從起始到結(jié)束的360度旋轉(zhuǎn)的過程中行李以箭頭114的方向運(yùn)動并在相應(yīng)測量間隔處的相同投射角度上獲取行李112和目標(biāo)物品152的投射數(shù)據(jù)的一個實例，圖5圖示了當(dāng)行李在第一時間通過CT掃描時，在行李上方0角度的投射，圖6圖示了在工作臺124A圍繞軸127A旋轉(zhuǎn)一次以后，第二次在同一角度上產(chǎn)生的投射。臺架工作臺124A每次旋轉(zhuǎn)所掃描的體積量是由傳送系統(tǒng)110A傳送行李通過射線束132A的速度所決定的，臺架的每次相繼旋轉(zhuǎn)最好足夠快以確保行李112沒有未被CT掃描系統(tǒng)采樣的區(qū)域。例如行李112上的標(biāo)識160表示行李112在所選擇的投射角度上的兩個相繼投射之間已被充分采樣，因此確保了所通過的行李112沒有未被檢查的區(qū)域。事實上掃描體積上的微小重疊對保證掃描全部體積是有益的。
圖4-6所示的本發(fā)明證明了一個優(yōu)于已有技術(shù)的優(yōu)點。特別是如這里所示的輕武器的目標(biāo)物品152在圖4所示位置處時圖像有一個限定的截面區(qū)，其中只有槍筒和手柄是可鑒別出的。這是每個由CT掃描系統(tǒng)120所建立的CT重建圖像的顯示方向。沿著圖4投射150a的射線方向，在焦點156處在90°的150a的位置上，當(dāng)行李112的物品通過掃描儀時檢測器130A在位置150a處從一次或多次次臺架園盤的旋轉(zhuǎn)中獲取的數(shù)據(jù)將產(chǎn)生輕武器152的外型輪廓，該輪廓是易于在圖7所示的投射角下識別的。此外，由于預(yù)篩分過程應(yīng)用了工作臺每次旋轉(zhuǎn)時相對旋轉(zhuǎn)軸127的相應(yīng)位置上的兩個或更多的投射數(shù)據(jù)，因此在與視覺機(jī)器的行掃描儀所具有的單方向、預(yù)篩分和二維圖像相比，預(yù)篩分過程中存在更多的檢測出目標(biāo)物品152的可能。
當(dāng)從能夠在與輕武器相關(guān)的物理特性上，如密度上，分析一次或更多次臺架園盤的相繼旋轉(zhuǎn)中的相同投射角處獲取的數(shù)據(jù)時，從一次或更多次臺架園盤的相繼旋轉(zhuǎn)中的位置150處的用于預(yù)篩分過程的投射的數(shù)據(jù)獲取也可以用來建立一個如圖7所示的二維圖像158的合成圖像。例如，圖像中的每個部分155是由一次旋轉(zhuǎn)的位置150a(如圖4所示)處的投射角上得到的數(shù)據(jù)建立起來的。作為一個例子，圖7所示的圖像158有16個部分，它們是由臺架的16次相繼旋轉(zhuǎn)中的投射角150a處得到的數(shù)據(jù)建立起來的。另一方面，其二維檢測器陣列被用作如Gordon申請中教導(dǎo)的那樣的陣列130A(如圖4所示)，合成圖像能夠由從作為臺架園盤的幾次旋轉(zhuǎn)結(jié)果的檢測器各行中得到的數(shù)據(jù)建立起來，其中此結(jié)果帶有從建立圖像的每個部分155的每行總獲取的數(shù)據(jù)。這樣，16行檢測器陣列可以用于建立臺架工作臺一次旋轉(zhuǎn)的圖像158。形成合成圖像158的各個圖像部分155的數(shù)量是可以變化的，并且不一定只是在得到建立合成圖像所需的足夠數(shù)據(jù)數(shù)量之前臺架工作臺所必須的旋轉(zhuǎn)數(shù)量的函數(shù)，或者不一定只是過程陣列130的檢測器行數(shù)的函數(shù)，但它可以是上述兩者的函數(shù)。例如，8行檢測器能夠旋轉(zhuǎn)兩次通過位置150a，以便產(chǎn)生足以建立16個圖像各部分155的合成圖像158的數(shù)據(jù)。在任何這種情況下，應(yīng)該選擇圖像158的大小具有最可能的結(jié)果。例如，只相應(yīng)于圖像的部分115a-155d的投射只給出很小的實際影像，因而只顯示出由152指示的東西只為手柄152a的一部分。另一方面，如果在監(jiān)視器144上顯示全部圖像158，圖像158中的輕武器152的輪廓是很容易被安全官員看出的。類似地，如果由已知的圖像相關(guān)技術(shù)處理圖像數(shù)據(jù)來檢測如輕武器152那樣的目標(biāo)物品，不必顯示圖像，這些技術(shù)比起由圖像部分155m-155p所組成的圖像可更可靠地幾次圖像158中所示的輕武器152。例如，應(yīng)該注意通過選擇大于一個的預(yù)篩分過程的投射角，能夠在每個所選擇的投射角上獲取合成圖像數(shù)據(jù)，并且每組數(shù)據(jù)能夠以相似的方法進(jìn)行分析和/或者將其顯示在監(jiān)視器144上。
盡管上述示了有關(guān)輕武器檢測的本發(fā)明，但顯而易見對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明能夠用于其他目標(biāo)物品檢測，包括使用特殊的檢測技術(shù)來識別特別區(qū)別于其他物品的具有目標(biāo)物品特征(有關(guān)一個或更多的物理特征)的那些目標(biāo)物品。這種目標(biāo)物品包括可塑炸藥。然而，在可塑炸藥的檢測中，目標(biāo)物品的形狀和/或輪廓是不太重要的，因為可塑炸藥最好由利用已知技術(shù)中的雙重能量檢測模式的測量裝置來測量。因此，旋轉(zhuǎn)臺架中的任何檢測器和多數(shù)檢測器能夠用于檢測可塑炸藥。此外，應(yīng)該注意預(yù)篩分過程得到的數(shù)據(jù)不需要圖像化，但需要在計算機(jī)處理系統(tǒng)140中進(jìn)行簡單的分析，如Gordon申請中所描述的那樣。如果根據(jù)預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)的分析目標(biāo)物品產(chǎn)生懷疑，能夠建立重建的立體CT圖像并在監(jiān)視器144上進(jìn)行顯示。更確切地說，如圖8所示和如Gordon申請中的詳細(xì)模式那樣，一片放置在行李112的物品中并被定位的可塑炸藥170的最薄尺寸很薄，足以在預(yù)篩分過程中所選擇的投射角中的一個角度上的檢測器陣列130B的一個檢測行172中形成投影。類似地，雖然在被掃描的物體通過機(jī)器時投影將沿著檢測器陣列移動，但投影可以產(chǎn)生在預(yù)篩分過程中所選擇的投射角的所選擇的其他投射角處。使用雙重能量技術(shù)，如Gordon等的申請所描述的那樣，能夠提出具有存在可塑炸藥的可能的指示，并做進(jìn)一步的檢查。當(dāng)獲取用于預(yù)篩分過程的投射角處的數(shù)據(jù)時，通過根據(jù)此時所獲取的數(shù)據(jù)產(chǎn)生全CT圖像既可完成此過程。應(yīng)該知道在一個投射角上炸藥片非常小并由此在此角度不進(jìn)行檢測時，通過使用至少兩個投射角，能夠提高預(yù)篩分過程中可塑炸藥片的檢測可靠性。
例如，參照圖9，如果行李112C使用雙重能量技術(shù)進(jìn)行預(yù)篩分，至少在垂直于軸127的5個方向上，有檢測出可塑炸藥的較大可能性。例如，如果用于預(yù)篩分處理的5個圖像相互間相隔72°，從上述傳送系統(tǒng)的0°位置(在行李的正上方)和分別在72°、144°、216°和288°位置上的第二、第三、第四和第五位置中的一個位置上比只使用一個圖像檢測出可塑炸藥的可能性要大。如果行李112的物品中含有與行李的襯里裝在一起并以定位了的一片很薄的可塑炸藥(如2.0mm厚，6cm寬和30cm高)，這樣30cm的尺寸是高度并且在工作臺繞軸127旋轉(zhuǎn)時此片基本平行于X-射線束和檢測器的旋轉(zhuǎn)平面X-Y(以及在以與圖8所示類似的方式的檢測器陣列上形成的投影)，可以看出如果只依靠預(yù)篩分的側(cè)90°圖像，當(dāng)產(chǎn)生投射時，此片的投影(在此例子中看作一個2.0mm乘30cm的長方形)會在許多檢測器上延伸。如果此片180相對該系統(tǒng)的解像度來足夠薄，則可知此片會檢測不出來，因為相應(yīng)的密度測量可能會指示不存在可塑炸藥。然而，在0°方向，此片投影于幾個檢測器上(因為在此例子中相同的東西看作為一個2.0mm乘6.0cm的一個長方型，并且X-射線的通過量在0°圖像處是在90°圖像處通過量的5倍)，增加了預(yù)篩分處理時檢測出此片的機(jī)會，特別是這里的雙重能量供給為X-射線源提高了能源。
圖9和10圖示了本發(fā)明的原理和其他方面。圖示出了當(dāng)行李112中的每件物品通過傳送系統(tǒng)110上掃描系統(tǒng)時，獲取和處理數(shù)據(jù)的CT掃描系統(tǒng)120B的實施例的一部分。在運(yùn)行中，由X-射線源發(fā)出的、通過行李112中的物品的并在每個測量間隔內(nèi)由檢測器陣列130的每個檢測器檢測的(在臺架園盤繞旋轉(zhuǎn)軸127旋轉(zhuǎn)時對應(yīng)于每個投射)的X-射線光子被轉(zhuǎn)換成電數(shù)據(jù)信號并由數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)134以已知的方法進(jìn)行處理，此數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)最好定位在工作臺124上。由數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)134處理的數(shù)據(jù)信號通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳送系統(tǒng)與計算機(jī)處理系統(tǒng)140相連，該數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)包括如匯電環(huán)或在1993，11，28以Bernard M.Gordon，Richard B.Johnson，IosefIzrailit，Hans Weedon和Douglas Abraham的名字申請的(代理人登記號ANA-29)名為＂從移動裝置和向移動裝置傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備＂的美國專利申請第08/174664號中所描述的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)信號經(jīng)過傳輸線170傳輸?shù)接嬎銠C(jī)處理系統(tǒng)140A。在這個實施例中，除CPU142和監(jiān)視器144外，計算機(jī)處理系統(tǒng)140A包括一個數(shù)據(jù)處理中心172。
處理中心172包括用于從CT掃描系統(tǒng)120中接收數(shù)據(jù)的與傳輸線170相接的數(shù)據(jù)接收接口182，儲存經(jīng)數(shù)據(jù)接收接口182接收的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)儲存部分184，處理預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)的預(yù)篩分子系統(tǒng)186和處理CT重建圖像數(shù)據(jù)的全圖像CT重建子系統(tǒng)188。數(shù)據(jù)接收接口182，即數(shù)據(jù)端口，簡化了CT掃描系統(tǒng)120和處理中心172之間的通訊。數(shù)據(jù)儲存部分184與形成接口182的數(shù)據(jù)端口相連，并且為從預(yù)定數(shù)目的投射中得到的全部數(shù)據(jù)提供臨時存儲。最好存儲器208的內(nèi)存足以存儲目前掃描中得到的全部掃描信息，即臺架工作臺124的最后一圈旋轉(zhuǎn)，以及存儲前面的可選擇其旋轉(zhuǎn)次數(shù)的旋轉(zhuǎn)中得到的投射信息，并且特別能夠儲存從至少行李的全部物品中得到的全部，用這種方法，能夠?qū)νㄟ^臺架工作臺124的中心孔126的物體的任何一個部分分別地進(jìn)行預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)和全圖像CT重建。
子系統(tǒng)186和188也在182和/或儲存部分184處與數(shù)據(jù)端口相連，以便分別地獲取和處理投射數(shù)據(jù)。例如，計算機(jī)處理系統(tǒng)140的使用者能夠讓預(yù)篩分子系統(tǒng)186應(yīng)用目前掃描中相互間等距離的5個投射來進(jìn)行預(yù)篩分和物體檢測。
可選擇的預(yù)篩分圖示在圖10中，其中示出了(1)至(3)的三個合成圖像，它們表示在預(yù)篩分處理過程中，經(jīng)過臺架園盤預(yù)定數(shù)目旋轉(zhuǎn)的行李物品(或者來自多行檢測器的數(shù)據(jù)，或者兩者)的(1)至(3)的三個投影圖像。在這個例子中，將一片炸藥定位平行于旋轉(zhuǎn)軸127b(看圖9)并且被定位平行于傳送系統(tǒng)的支撐面。圖像(1)至(3)可表示在0°(行李正上方)、45°和90°位置上產(chǎn)生的投射。在這個給出的例子中，雙重能量X-射線束通過圖像(1)的物體的大部分面積。在圖(2)和圖(3)中對一片炸藥密度測量圖像180的相應(yīng)面積比圖(1)所示的面積小很多，因為在圖(2)和圖(3)這些方向的每個方向上，此片圖像180的投影尺寸小于投射(1)中產(chǎn)生的投影尺寸。這樣，在三個圖像中，圖像(1)的此片的視覺檢測比圖像(2)的更清楚，而圖像(2)的檢測比圖像(3)的更清楚。
這樣，由于圖像(2)和圖像(3)中此片炸藥的檢測沒有圖像(1)清楚，通過提供(1)至(3)的三個投射，并將它們結(jié)合起來，提供了較大量的圖像和/或密度信息，增加了檢測通過CT掃描系統(tǒng)120的炸藥或其他有關(guān)物品的可靠性。在這個例子中，作為制出圖像和/或分析預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)的結(jié)果，認(rèn)為存在有關(guān)的物品，即有存在此物品的可能性，預(yù)篩分子系統(tǒng)186將適當(dāng)?shù)膬x器連接于全圖像CT重建子系統(tǒng)188，接著系統(tǒng)188產(chǎn)生有關(guān)或更多的全CT重建圖像。全圖像可以結(jié)合起來提供一種部分的圖像，或者有關(guān)預(yù)定體積的三維圖像。
另一方面，預(yù)篩分圖像(1)至(3)能夠顯示在監(jiān)視器144上，它是可以由人來控制的，例如安全專家。在被觀察的物體在任何投射中都不清楚的情況下，實際操作中使用者能夠觀察預(yù)篩分圖像并將射像機(jī)移向目標(biāo)物來提高清晰度。然而在大多數(shù)情況下，當(dāng)所關(guān)心的懷疑物品被懷疑為處在目前的預(yù)篩分處理過程中，并因此以一種省時的方式估計全部行李時，預(yù)篩分子系統(tǒng)的可能性判據(jù)是自動地傳送給全圖像CT重建部分188的。
本領(lǐng)域的技術(shù)員人員應(yīng)該知道，根據(jù)上述描述在不超出本發(fā)明的范圍的情況下能夠進(jìn)行一些變化。例如，人們都知道，易于全圖像重建的CT數(shù)據(jù)能夠通過其上安裝有X-射線源且檢測器安裝在支撐臺架上的旋轉(zhuǎn)臺架工作臺來獲取。在所謂的第四代CT掃描機(jī)器中，靜態(tài)檢測器陣列圓周地、等角度地圍繞著旋轉(zhuǎn)軸127設(shè)置。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該知道，本發(fā)明的應(yīng)用能夠以一種迅速、有效的方式來檢測目標(biāo)物。例如，該系統(tǒng)能夠用于掃描其他封閉的容器，如郵件。此外，該系統(tǒng)的用途還包括醫(yī)療設(shè)備。例如，利用本發(fā)明制造的系統(tǒng)能夠?qū)Ρ粦岩缮心[瘤的病人進(jìn)行測定，而不需耗時的全體CT圖像重建處理。取而代之的是在病人準(zhǔn)備好以后(例如，用適當(dāng)?shù)臉?biāo)記著色劑給病人注射)，通過觀察和/或處理預(yù)掃描投射來測定掃描中的病人，并且通過對預(yù)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行整理來確定是否需要一處或更多處的全CT圖像來更對可能存在腫瘤的檢測目標(biāo)進(jìn)行更仔細(xì)地檢查。用這種方法，能夠從對所懷疑的人體區(qū)域進(jìn)行的作為預(yù)篩分處理的一部分的掃描中產(chǎn)生兩個或更多個不同的投射圖像。
在這些情況下，最好掃描物體只具有預(yù)篩分投射而不同時獲取全CT重建數(shù)據(jù)，但在完成所選擇的全CT掃描之前應(yīng)分析預(yù)篩分信息。這樣，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)一個相繼的過程可很容易地完成。例如，在醫(yī)學(xué)上最好應(yīng)使病人不暴露在過量的X-射線下。因而，根據(jù)本發(fā)明，由于在以全圖像CT重建所需的大量投射對病人進(jìn)行掃描之前得到有關(guān)病人的一些投射圖像并估計這些限定的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，所以預(yù)篩分過程是能夠接收的。利用這種途徑，例如X-射線源能夠在需要預(yù)篩分投射圖像的每個地方產(chǎn)生脈動，或者在每個預(yù)篩分投射之間射線源裝有射線開關(guān)，如鉛檔板，這樣屏蔽了預(yù)篩分過程所需的過量暴露期間的有害輻射。即使懷疑有如腫瘤那樣的目標(biāo)物體，也能夠恰當(dāng)?shù)貍鬟_(dá)給操作者，例如，將每個被懷疑的地方顯示在監(jiān)視器144上，并且在這些區(qū)域上能夠由操作者，對每個被懷疑的腫瘤區(qū)域進(jìn)行一個或多個全圖像CT重建。
圖11圖示了在減少有害輻射的輻射量情況下檢測病人所不希望的目標(biāo)物，如腫瘤，的醫(yī)療CT系統(tǒng)200。該系統(tǒng)類似于前述的系統(tǒng)124，盡管二維陣列的檢測器陣列130C是由單行檢測器組成的。在這種情況下，病人202被放置在合適的支撐物上，如桌子和板臺204，桌子204和支撐臺架125C在箭頭114C所指的線性方向上可相互移動。在許多商用機(jī)器中，支撐臺架125A在桌子移動通過孔126A時仍然是靜止的，盡管相對靜止的桌子204的支撐臺架125A的運(yùn)動已在1993，9，14以Bernard M.Gordon(代理人登記號ANA/DG-1Re)名字公開的名為＂X-射線層析照相裝置＂的美國再分頁發(fā)專利第34,379號和1996，3，19以Gil W.McKenna的名字(ANA-58)公開的名為＂伸出穩(wěn)定懸臂的、受傷病人臺架系統(tǒng)＂的美國專利第5,499,415號中闡述過了，這兩個專利已轉(zhuǎn)讓給本受讓人并在本發(fā)明中進(jìn)行了參照與結(jié)合。
圖12圖示了本發(fā)明的一個醫(yī)療應(yīng)用的例子。特別是示出了210a-c的以均勻角度隔開的三個投射位于焦點156A的各位置上。一個合適的系統(tǒng)，例如1995，7，11以Bernard M.Gordov，Douglas Abraham，David Winston和Paul Wagoner的名字公開的題目為＂具有一些間隔標(biāo)識的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的測量輪廓、位置和運(yùn)動參數(shù)的裝置和方法＂的(代理人登記號ANA-21)美國專利第5,432,339號所描述的系統(tǒng)，已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本受讓人并在本發(fā)明中進(jìn)行了參照和結(jié)合，在X-射線管產(chǎn)生脈動時，對焦點156A位置的感知能夠用于檢測和控制，因此只有在焦點156A處在三個投射210a-c的理想位置時才產(chǎn)生脈動。另一方面，感知系統(tǒng)能夠用于將X-射線源上的射線開關(guān)置于由A、B、C指示的焦點156C的三個投射位置之間。當(dāng)希望得到全CT圖像時，X-射線源能夠以已知的方式提高能量來獲取全CT圖像的數(shù)據(jù)。在這種情況下，能夠記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處的身體的位置，并且工作臺返回到可進(jìn)行全掃描的位置。
在技術(shù)方案中，所描述的系統(tǒng)可對通過系統(tǒng)的每個物品進(jìn)行包括預(yù)篩分的高速掃描，而不必產(chǎn)生全CT重建圖像，并且該系統(tǒng)減少或克服了已有技術(shù)中存在的問題。特別是，CT掃描系統(tǒng)可以進(jìn)行包括預(yù)篩分每個物品的大容積、高速度掃描，而沒有視覺機(jī)器的缺點。該機(jī)器可以用于檢測具有特殊目標(biāo)特征的目標(biāo)物品，因此它作為能夠檢測出如輕武器和薄片狀可塑炸藥的行李掃描儀是很有用的，并且它還有如檢測病人的腫瘤的其他用途。該系統(tǒng)有一個以CT掃描期間得到的選擇投射數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)產(chǎn)生選擇的CT重建圖像的操作法。該系統(tǒng)利用單獨的預(yù)掃描站和CT掃描站減少了已有技術(shù)系統(tǒng)，如視覺機(jī)器，中的機(jī)-電復(fù)雜程度。由于提供了預(yù)篩分信號，因此只需要很少的相同水平安全保護(hù)的重建CT圖像。因而在整個過程中減少了對通過CT掃描的如行李那樣的封閉物中的東西的估計，但沒有減少安全檢查的準(zhǔn)確性。此外，使用者能夠選擇有用預(yù)篩分過程的特殊投射角度。
由此，本發(fā)明到達(dá)了前面所描述目的。由于在不超出本發(fā)明的范圍的情況下，可以對上述的裝置和方法進(jìn)行一定的改變，因此上述描述中的全部內(nèi)容或附圖中所示出的內(nèi)容被解釋為說明性的，而不是限定性的。
權(quán)利要求
1.一種對每次掃描物體，相應(yīng)N個投射角的預(yù)定N個投射中每一個用于產(chǎn)生位于該系統(tǒng)中一個物體的至少一部分投射數(shù)據(jù)CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，包括(a)用于處理在M個投射角的預(yù)定M個投射中的每個投射的預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)預(yù)篩分處理裝置，其中M大于等于2并小于等于N；以及(b)用于分析所述處理過的預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)來確定是否在被掃描的物體所在的地方有物理特征可能的分析裝置。
2.一種如權(quán)利要求1所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述的M個投射角是從N個投射角中選擇的。
3.一種如權(quán)利要求1所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于處理所述的投射數(shù)據(jù)以便生成CT圖像重建數(shù)據(jù)的CT圖像重建處理裝置。
4.一種如權(quán)利要求3所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述的CT圖像重建處理裝置響應(yīng)所述的分析裝置，以便當(dāng)所述的分析裝置確定在被掃描的物體所處的區(qū)域中有物理特征的可能時生成CT圖像重建數(shù)據(jù)。
5.一種如權(quán)利要求3所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，還包括獲取所述投射數(shù)據(jù)的裝置和從所述投射數(shù)據(jù)中預(yù)選擇所述預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)的裝置。
6.一種用于掃描物體來確定目標(biāo)物的存在的CT掃描系統(tǒng)，該目標(biāo)物(i)可以位于物體中，并且(ii)具有涉及可測量的物理特征的目標(biāo)物特征，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括(a)一個X-射線源；(b)一個在掃描期間從所述射線源接收X-射線以便限定射線源和檢測器系統(tǒng)之間的X-射線束的檢測器系統(tǒng)；(c)用于至少圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)射線源來使所述射線源通過所述射線源每次旋轉(zhuǎn)的預(yù)定N個投射角，以便在每個所述投射角處提供位于射到所述檢測器系統(tǒng)的射線束中的物體的X-射線投射的旋轉(zhuǎn)裝置；(d)數(shù)據(jù)獲取裝置，該裝置與所述檢測器系統(tǒng)協(xié)作獲取投射數(shù)據(jù)，該投射數(shù)據(jù)作為在所述投射角中的每個投射角處位于投射到所述檢測器系統(tǒng)上射線束中的物體的所述投射中每個投射的所述物理特征的函數(shù)；以及(e)用于處理所述獲取的作為所述物理特征函數(shù)數(shù)據(jù)的處理裝置，所述的處理裝置包括預(yù)篩分裝置，該預(yù)篩分裝置在所述的射線源處在所述N個投射角的預(yù)選M個上，其中M大于等于2并小于等于N，處理預(yù)篩分所獲取的數(shù)據(jù)以便確定所掃描的物體中是否有所述目標(biāo)物的可能。
7.一種如權(quán)利要求6所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括選擇地顯示M個投射的每個投射的裝置，所述的預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)是從M個投射中得到的。
8.一種如權(quán)利要求6所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)的操作者可從所述N個投射角中選擇所述M個投射角的預(yù)選擇數(shù)目和位置。
9.一種如權(quán)利要求6所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)篩分裝置包括當(dāng)預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)指示出在被掃描的物體的區(qū)域中有所述目標(biāo)物的可能時提供指示的指示裝置。
10.一種如權(quán)利要求9所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述處理裝置還包括圖像重建處理裝置，該裝置用于處理由所述數(shù)據(jù)獲取裝置從位于全部N個所述投射角的所述射線束內(nèi)物體的全部投射中獲取的投射數(shù)據(jù)以便生成CT重建圖像數(shù)據(jù)的。
11.一種如權(quán)利要求10所述的CT掃描系統(tǒng)，還包括顯示作為CT重建圖像數(shù)據(jù)函數(shù)的CT重建圖像的裝置。
12.一種如權(quán)利要求10所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像重建處理裝置，在所述指示裝置提供在被掃描的物體的區(qū)域內(nèi)有所述目標(biāo)物的可能的指示時，處理由所述數(shù)據(jù)獲取裝置得到的全部所述投射角上所述物體的全部所述投射的投射數(shù)據(jù)。
13.一種如權(quán)利要求12所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于儲存所獲取的至少N個投射角的投射數(shù)據(jù)裝置和用于從所述投射數(shù)據(jù)中選擇所述預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)的裝置。
14.一種如權(quán)利要求12所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于控制所述系統(tǒng)以使所述數(shù)據(jù)獲取裝置開始只獲取所述預(yù)篩分?jǐn)?shù)據(jù)、使所述指示裝置指示有所述目標(biāo)物的可能的物體的每個區(qū)域，以及用于再掃描所指示物體的那些區(qū)域的裝置。
15.一種如權(quán)利要求6所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于以兩種不同的能量水平給所述源供能的雙能量源裝置。
16.一種如權(quán)利要求6所述的CT掃描系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器系統(tǒng)包括一個二維檢測器陣列。
17.一種用于相繼掃描多個所述物體并包括如權(quán)利要求6所述的CT掃描系統(tǒng)的行李掃描儀，其特征在于，還包括用于輸送多個相繼地在所述X-射線源和檢測器系統(tǒng)之間被掃描的所述物體的傳送裝置。
18.一種用于掃描病人并包括如權(quán)利要求6所述的CT掃描系統(tǒng)的醫(yī)療CT成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于在射線源和檢測器系統(tǒng)之間支撐病人的支撐裝置，以及用于以平行于所述旋轉(zhuǎn)軸的方向使支撐裝置和旋轉(zhuǎn)裝置相對移動以便進(jìn)行立體掃描的裝置。
19.一種在物體所包括的容積內(nèi)確定目標(biāo)物存在的方法，其特征在于，所述方法包括下面的步驟(A)定位CT掃描儀中的物體并產(chǎn)生至少通過此物體的至少一部分的兩個投影圖像；(B)從投影圖像中確定在所掃描的物體的這部分中是否有所述目標(biāo)物的可能；以及(C)在從投影圖像中確定被掃描的物體的這部分中有所述目標(biāo)物的可能時，生成一個或多個被掃描物體的這部分的全CT重建圖像。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括在顯示終端上單獨或結(jié)合起來顯示一個或多個投射圖像的步驟。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，目標(biāo)物是腫瘤，并且物體是人體或人體的一些部分。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，目標(biāo)物是危險的物體，并且此物體是行李中的物品或行李中的部分物品。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述的危險物體是一片可塑炸藥。
全文摘要
一種多角度層析X射線照相系統(tǒng)包括一個帶有射線源的旋轉(zhuǎn)臺架,即一個X－射線源,以及安裝在臺架上的檢測器陣列組合以便獲取通過臺架的物體許多投射。一個預(yù)篩分子系統(tǒng)應(yīng)用一個在全掃描期間能夠獲取投射以便限定第一組投射,即8個投射的那些投射的子設(shè)備,此8個投射對分析是否有目標(biāo)物體的可能是足夠的,例如輕武器和/或可塑炸藥的可能。如果有目標(biāo)物體的可能,則自動或手動地產(chǎn)生全圖像CT重建。
文檔編號A61B6/03GK1179539SQ9711502
公開日1998年4月22日 申請日期1997年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月19日
發(fā)明者伯納德·M·戈登 申請人:模擬技術(shù)有限公司