CN101629916A - 液体安全检测的双能量x射线螺旋ct装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种液体安全检测的双能量X射线螺旋CT系统，包括由X射线源、转台、探测器或夹层探测器、数据采集器组成的检测装置及由微处理器、控制器组成的控制部分，检测装置前端设置X射线源，X射线源为可切换高压X射线源或固定高压X射线源，检测装置中部设置用于放置被检测液体的螺旋升降转台，螺旋升降转台后面设置探测器或夹层探测器，数据采集器与所述探测器或夹层探测器连接，控制部份包括微处理器及与之相连接的控制器，控制器与X射线源、螺旋升降转台相连接，微处理器与数据采集器相连接。其方法包括照射、探测、采集、比对、得到检测结果。本发明能够检测出液体密度及等效原子序数，确保能够准确判定液体的性质。

Description

液体安全检测的双能量X射线螺旋CT装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种液体安全检测的装置及其检测方法，特别是涉及一种利用双能量X射线螺旋CT通过对液体的密度及等效原子序数实施检测的装置及其检测方法，属于液体安全检测辐射成像技术领域。
背景技术
随着犯罪分子、恐怖分子破坏活动日益猖獗和破坏手段的高科技性，随着各国打击犯罪、打击恐怖的力度越来越大，在民航、体育馆、重要设施等场所，安全检测的力度不断加强，对进入上述场所的人员携带液体的检测力度也不断加强，但由于液体的种类及其复杂结构，给安全检测带来了越来越大的难度，对有害液体的分辨难度也越来越大。现有技术中，检测液体的安全技术很多，如化学方法、电磁方法、中子检测法等，但这些方法最终的效果都很不理想，现阶段对液体的安全检测最常用而且效果较好的是采用辐射成像技术进行检测，如公开号为：CN1779444A、名称为一种用射线源对液体进行CT安全检测的方法及其装置，该方法及装置是使用射线源、探测器及数据采集器、计算机数据处理等模块，将被检液体放在旋转平台上，由射线源发出射线穿过液体并由正对射线光速的探测器及数据采集器接收并形成投影数据，将投影数据传输到计算机数据处理器进行处理并得到所测液体的密度，再将结果与现有数据库中危险品的密度作比较，然后直观显示被液体的检测信息，通过该装置及其方法对液体实施安全检测，实现了对液体密度的分辨，达到安全检测的目的。但是，这种装置及其方法的最大缺陷是：虽然不同液体的密度有一定的差别，但现实生活中有很多液体的密度是比较接近的，因而检测还不够准确，如花生油和稀料的CT值接近，二锅头酒和油漆的CT值也很接近，是很难通过CT值分辨出液体品种，这样的话，无疑会给安全检测带来隐患。而它们的等效原子序数有较大差异。因此，开发一种既能检测液体密度又能检测液体等效原子序数的设备是做好液体安全检测的当务之急。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种采用双能量X射线螺旋CT装置，既能检测液体密度同时又能检测液体的等效原子序数，使得通过检测结果更容易分辨，更准确分辨的液体安全检测的双能量X射线螺旋CT装置及其检测方法。
双能量的X射线检测不同材料的基本原理：双能量的X射线检测系统是基于不同材料在高、低能谱下呈现的光电和康普顿衰减系数不同而具有材料的分辨能力；其运算原理为：
Mh＝[apfph(E)+acfch(E)]L    (1)
M1＝[apfpl(E)+acfcl(E)]L
式中Mh、Ml——分别为在高、低能下测得的对数衰减值。
ap、ac——分别为材料的光电吸收、康普顿散射特征常数。
fp(E)、fc(E)—分别为光电吸收、康普顿散射的能量函数。
L——材料的厚度。
由(1)式可推出两个能量下的衰减信号值，该值可作为探测的特征量：
μmh＝Ln(Ih0/Ih)    (2)
μml＝Ln(Il0/Il)    (3)
式中Ih0、Ih——分别为空气背景和透射后的高能灰度信号。
Il0、Il——分别为空气背景和透射后的低能灰度信号。
μmh，μml——分别为高、低能谱下的平均质量衰减系数。
其特征是探测到的低能信号主要反映了被检测材料的光电效应，探测到的高能信号主要反映了被检测材料的康普顿效应，而不同等效原子序数的材料在高、低能谱下具有不同的值，由(4)式实现等效原子序数的计算。
μmh＝ρ(a+bZ3.8/Eh 3.2)
μml＝ρ(a+bZ3.8/E1 3.2)        (4)
其中ρ为液体材料的密度。
Z为液体材料的等效原子序数。
Eh、El分别为所入射X射线的高、低能量值。
a为与能量关系很小的数值。
b为常数。
为了便于比较被检测液体材料的等效原子序数，本发明定义了ZT值为：
ZT＝500(Z-Z0)/Z0
其中Z是基于双能量信号得出的被检测液体材料的等效原子序数，Z0是水的等效原子序数。
高能谱下的平均质量衰减系数与水平均质量衰减系数比值为密度值。
本发明的液体安全检测的双能量X射线螺旋CT装置及其检测方法的技术方案是这样实现的：
一种液体安全检测的双能量X射线螺旋CT系统，包括由X射线源、转台、探测器、数据采集器组成的检测装置及由微处理器、控制器组成的控制部分，所述检测装置前端设置X射线源，所述X射线源为可切换高压X射线源，所述检测装置中部设置用于放置被检测液体的螺旋升降转台，所述螺旋升降转台后面设置探测可切换高压X射线源产生的高能X射线及低能X射线的探测器，所述数据采集器与所述探测器连接，所述控制部份包括微处理器及与之相连接的控制器，所述控制器与X射线源、螺旋升降转台相连接，所述微处理器与数据采集器相连接。
而且所述X射线源设置为固定高压X射线源，所述探测器由夹层探测器代替，所述固定高压X射线源产生的X射线中的高能成分及低能成分通过夹层探测器探测。
而且所述微处理器设有储存液体密度及等效原子序数信息的数据库。
而且所述探测器或者夹层探测器与数据采集器集成为一个整体。
一种液体安全检测的双能量X射线螺旋CT检测方法，包括如下步骤：
步骤1：将以容器装好的被检测液体置于螺旋升降转台上；
步骤2：通过控制器打开X射线源，切换高压使所述X射线源为可切换高压X射线源，可切换高压X射线源产生高能X射线及低能X射线，控制螺旋升降转台螺旋升降，使可切换高压X射线源发出高能X射线及低能X射线以30-40度的扇面照射被检测液体；
步骤3：探测器探测可切换高压X射线源产生的高能X射线、低能X射线照射到被检测液体所形成的投影数据；
步骤4：数据采集器采集普通探测器探测到的被检测液体的投影数据；
步骤5：数据采集器将采集到的投影数据传输到微处理器进行处理、重建、校正，得到处理、重建、校正后的投影数据；
步骤6：微处理器将被检测液体处理、重建、校正后的投影数据与预先存储在所述数据库中的若干液体密度及等效原子序数相比对，比对结果即为被检测液体的密度值及等效原子序数，
步骤7：将比对结果通过微处理器的显示屏显示出来。
当采用夹层探测器时，所述步骤2：通过控制器打开X射线源，使所述X射线源工作在固定高压状态，即为固定高压X射线源，控制螺旋升降转台螺旋升降，固定高压X射线源以30-40度的扇面照射被检测液体；所述步骤3：夹层探测器探测固定高压X射线源中的低能成分及高能成分，形成投影数据。
本发明的液体安全检测的双能量X射线螺旋CT装置及其检测方法相对于现有技术具有如下优点：
1、由于本发明采用的双能量技术，可以计算液体物质的等效原子序数和密度，因而检测的准确性更高，对液体的分辨力更强，对防止不法分子将有害液体带入飞机等重要场所效果更好；
2、本发明采用螺旋CT扫描技术，实现了无间隙连续扫描，可任意的回顾性重建，所以可提高单位时间内的扫描速度，实现快速无遗漏检查。
附图说明
图1为本发明采用探测器液体安全检测的双能量X射线螺旋CT装置结构示意图；
图2为本发明采用探测器液体安全检测的双能量X射线螺旋CT检测方法流程示意图；
图3为本发明采用夹层探测器液体安全检测的双能量X射线螺旋CT装置结构示意图；
图4为本发明采用夹层探测器液体安全检测的双能量X射线螺旋CT检测方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域的一般技术人员能够清楚理解本发明的技术构思，现结合附图作进一步说明：
一种液体安全检测的双能量X射线螺旋CT系统，如图1所示，包括由X射线源8、螺旋升降转台10、探测器12、数据采集器11组成的检测装置9及由微处理器14、控制器16组成的控制部分17，检测装置9前端设置X射线源8，X射线源8为可切换高压X射线源，检测装置9中部设置用于放置被检测液体13的螺旋升降转台10，螺旋升降转台10后面设置探测可切换高压X射线源产生的高能X射线及低能X射线的探测器12，数据采集器11与所述探测器12连接，控制部份17包括微处理器14及与之相连接的控制器16，控制器16与X射线源8、螺旋升降转台10相连接，微处理器14与数据采集器11相连接。
进一步地X射线源8设置为固定高压X射线源，如图2所示，探测器12由夹层探测器20代替，固定高压X射线源产生的X射线中的高能成分及低能成分通过夹层探测器20探测。
进一步地微处理器14设有储存液体密度及等效原子序数信息的数据库15。
进一步地探测器12或者夹层探测器20与数据采集器11集成为一个整体。
一种液体安全检测的双能量X射线螺旋CT检测方法，包括如下步骤：
步骤1：将以容器装好的被检测液体13置于螺旋升降转台10上；
步骤2：通过控制器16打开X射线源8，切换高压使所述X射线源8为可切换高压X射线源，可切换高压X射线源产生高能X射线及低能X射线，控制器16控制螺旋升降转台10螺旋升降，使可切换高压X射线源发出高能X射线及低能X射线以30-40度的扇面照射被检测液体13；
步骤3：探测器12探测可切换高压X射线源产生的高能X射线、低能X射线照射到被检测液体10所形成的投影数据；
步骤4：数据采集器11采集探测器12探测到的被检测液体13的投影数据；
步骤5：数据采集器11将采集到的投影数据传输到微处理器14进行处理、重建、校正，得到处理、重建、校正后的投影数据；
步骤6：微处理器14将被检测液体13处理、重建、校正后的投影数据与预先存储在数据库15中的液体密度及等效原子序数相比对，比对结果即为被检测液体13的密度值及等效原子序数，
步骤7：将比对结果通过微处理器14的显示屏显示出来。
当采用夹层探测器20时，所述步骤2为：通过控制器16打开X射线源8，使X射线源8工作在固定高压状态，即为固定高压X射线源，控制器16控制螺旋升降转台10螺旋升降，固定高压X射线源以30-40度的扇面照射被检测液体13；所述步骤3为：夹层探测器20探测固定高压X射线源中的低能成分及高能成分，形成投影数据。
检测方法：以检测花生油、稀料为例。
花生油和稀料的CT密度值很接近，大约都为-130，如果在进行安全检测时，仅仅通过检测其密度就很容易将花生油与稀料混淆，给安全带来了很大隐患，但花生油与稀料的等效原子序数值就有很大的差异，对检测人员来说就能够十分清楚地分辨出来，大大降低了安全隐患。
假定不清楚被检测液体的为何种液体：
如图1所示，将装有某种液体的容器放置在螺旋升降转台10上，通过控制器16打开X射线源8、控制螺旋升降转台10升降及360度转动，探测器12探测通过X射线源8以30-40度的扇面照射的投影数据，数据采集器11采集投影数据，并将投影数据传输给微处理器14，微处理器14中的数据库15预先存储有多种液体的密度值和等效原子序数信息，如花生油的CT值为-130、稀料的CT值大约也为-130、花生油的ZT值为-50、稀料的ZT值为50，微处理器14将投影数据进行处理、重建、校正，如果被检测液体13的CT为-130、ZT值为-50，与预先存储的花生油的CT值-130、ZT值-50比对后正好一致，说明被检测液体13为花生油，如果被检测液体13的CT值为-130、ZT值为50，与预先存储的稀料CT值-130、ZT值50比对后正好一致，说明被检测液体13为稀料。本发明能够快速准确地检测液体13的密度及等效原子序数，使得对被检测液体13能够被清楚地辨别，从而达到安全检测的目的。

Claims (6)

1、一种液体安全检测的双能量X射线螺旋CT系统，包括由X射线源、螺旋升降转台、探测器、数据采集器组成的检测装置及由微处理器、控制器组成的控制部分，其特征在于，所述检测装置前端设置X射线源，所述X射线源为可切换高压X射线源，所述检测装置中部设置用于放置被检测液体的螺旋升降转台，所述螺旋升降转台后面设置探测可切换高压X射线源产生的高能X射线及低能X射线的探测器，所述数据采集器与所述探测器连接，所述控制部份包括微处理器及与微处理器相连接的控制器，所述控制器与X射线源、螺旋升降转台相连接，所述微处理器与数据采集器相连接。
2、根据权利要求1所述的液体安全检测的双能量X射线螺旋CT系统，其特征在于，所述X射线源设置为固定高压X射线源，所述探测固定高压X射线源产生的X射线中的高能成分及低能成分的探测器由夹层探测器代替。
3、根据权利要求1所述的液体安全检测的双能量X射线螺旋CT系统，其特征在于，所述微处理器设有储存液体密度及等效原子序数信息的数据库。
4、根据权利要求1所述的液体安全检测的双能量X射线螺旋CT系统，其特征在于，所述探测器或者夹层探测器与数据采集器集成为一个整体。
5、一种液体安全检测的双能量X射线螺旋CT检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将以容器装好的被检测液体置于螺旋升降转台上；
步骤2：通过控制器打开X射线源，切换高压使所述X射线源为可切换高压X射线源，可切换高压X射线源产生高能X射线及低能X射线，控制螺旋升降转台螺旋升降，使可切换高压X射线源发出高能X射线及低能X射线以30-40度的扇面照射被检测液体；
步骤3：探测器探测可切换高压X射线源产生的高能X射线、低能X射线照射到被检测液体所形成的投影数据；
步骤4：数据采集器采集探测器探测到的被检测液体的投影数据；
步骤5：数据采集器将采集到的投影数据传输到微处理器进行处理、重建、校正，得到处理、重建、校正后的投影数据；
步骤6：微处理器将被检测液体处理、重建、校正后的投影数据与预先存储在所述数据库中的液体密度及等效原子序数相比对，比对结果即为被检测液体的密度值及等效原子序数，
步骤7：将比对结果通过微处理器的显示屏显示出来。
6、根据权利要求5所述的液体安全检测的双能量X射线螺旋CT检测方法，其特征在于，当采用夹层探测器时，所述步骤2：通过控制器打开X射线源，使所述X射线源工作在固定高压状态，即为固定高压X射线源，控制螺旋升降转台螺旋升降，固定高压X射线源以30-40度的扇面照射被检测液体，所述步骤3：夹层探测器探测固定高压X射线源中的低能成分及高能成分，形成投影数据。
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