CN102313752B - 物品检测设备及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种物品检测设备，包括：X光机；X光机准直装置；透射探测器阵列和散射探测器阵列，包括排成i行j列的多个相同的探测模块，其中，物品被X射线透射的透射截面被分成i行×j列个大小相同的分块区域，散射探测器阵列的i×j个探测模块与物品的透射截面的i×j个分块区域一一对应，并分别探测对应的分块区域处X射线产生的电子对效应湮没光子和康普顿散射光子，以便根据探测到的电子对效应湮没光子计数与康普顿散射光子计数的比值以获得物品的各个分块区域处的原子序数来识别物品的各个分块区域处的元素，从而形成表示物品的三维元素分布信息的三维图像，其中X光机产生的X射线的能量大于1.022MeV，i和j均为大于或等于2的正整数。

Description

物品检测设备及其检测方法

技术领域

本发明涉及辐射探测技术领域，特别涉及一种对物品中的爆炸物、化学物质、生物武器、核材料、毒品等危险品进行安全检测的物品检测设备和使用该物品检测设备进行检测的方法。

背景技术

在针对集装箱、航空箱的安检领域，对特异物质的检测是一个持续的热点需求。这些特异物质包括爆炸物、化学物质、生物武器、核材料、毒品等。人们已经开发了很多技术来致力于对这些物品的检测。其中X射线的透视技术就是一个非常流行的技术类型，其它如中子技术也是被关注的候选技术，下面对这两种技术进行简单的介绍。

1.X射线可以分为传统透射技术和其它类型：

a)在传统的X射线技术中，无论是单能X射线透射、还是双多能X射线透射技术，所利用的都是X射线在穿透物体之后的衰减信息，然后用探测器阵列来实现精密的二维成像，这样得到的图像基本反映了X射线穿透路径上物体的质量厚度信息。操作人员通过对图像的形状进行分析来判断其中是否存在有可疑的特异物质。这种X射线方法的根本问题是它所测量的是X射线路径上材料衰减能力的积分，因此有可能将高Z高密度但厚度小的物体和低Z低密度但厚度大的物体视作相同，这对核材料的检测是非常不利的。

b)核共振荧光技术是一种利用X射线来激发原子核，然后测量原子核退激后放出的特征能量γ光子的方法。这种方法能够得到感兴趣原子核的“指纹”信息，是一种值得研究的方法。但这种方法的问题是灵敏度很低，因为能够发生共振吸收的X射线能谱宽度非常小，使得经X射线照射之后被检测物品产生的共振荧光很少而散射光子很多，对灵敏度和信噪比都提出了挑战。有人提出了利用能量可调的单能X射线源来进行检测，但是这需要具有100MeV以上的电子加速器，后者又是一个新的挑战。

2.中子类技术大致可以分为两类：透射方法和元素分析方法。

a)基于中子的透射方法与X射线透射方法较为相似，但中子对低原子序数(尤其是H)敏感，而对高Z的物质则相对不敏感，因此与X射线相较而言，它更擅长于对富含H物质的检测，但是中子的透射方法测量的也是中子路径上的积分信息，无法区分某个空间位置的元素构成。

b)基于元素分析的中子方法能够根据与中子反应后放出的γ射线来区分不同的核素，因此具有元素识别的能力，在此基础上，有人更增加三维空间分辨的能力，使得能够对被检测的集装箱或者车辆进行5cm×5cm×5cm的三维元素空间成像。但元素分析方法只能对那些与中子反应截面大的核素有效，如N、C、O(快中子反应)，N、H(热中子反应)等，对于那些中子反应截面很小的元素来讲，灵敏度很差。另外，元素分析方法对能谱测量的精确度要求很高，由于中子诱发的γ能谱往往不是单能的，而探测器对单能γ能谱的响应也是连续的，因此实际中的解谱工作也是非常困难的。

还有一些其它的技术类型，如电四极矩方法，这种方法具有对分子敏感的特性，能够提取分子的“指纹”信息，但是该技术成立的前提是分子中存在电四极矩不为0的原子核，而且原子核所处的电场梯度较大。但是这一点只对少数物体才是有效的。另外，这种技术会受到电磁屏蔽措施的反制。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述技术问题，本发明的至少一个方面在于提供一种能够容易地实现三维成像的物品检测设备及其检测方法。

根据本发明的一个方面，其提供一种物品检测设备，包括：X光机；X光机准直装置，所述X光机准直装置用于将所述X光机产生的X射线成型为透射物品的扇面光束；透射探测器阵列，所述透射探测器阵列用于探测从物品透射过的X射线，以便形成二维透射图像；和散射探测器阵列，所述散射探测器阵列包括排成i行j列的多个相同的探测模块，其中，物品被X射线透射的透射截面被分成i行×j列个大小相同的分块区域，并且所述散射探测器阵列的i×j个探测模块与物品的透射截面的i×j个分块区域一一对应，并分别探测对应的分块区域处X射线产生的电子对效应湮没光子和康普顿散射光子，以便根据探测到的电子对效应湮没光子计数与康普顿散射光子计数的比值以获得物品的各个分块区域处的原子序数来识别物品的各个分块区域处的元素，从而形成表示物品的三维元素分布信息的三维图像，其中所述X光机产生的X射线的能量大于1.022MeV，其中，i和j均为大于或等于2的正整数。

根据本发明的一个优选实施例，所述散射探测器阵列的每个探测模块包括：探测器；和准直器，所述准直器用于吸收与该探测模块不对应的其它所有分块区域处产生的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子，以便仅允许与该探测模块对应的分块区域处产生的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子进入探测器。

根据本发明的另一个优选实施例，所述探测器为溴化镧探测器、氯化镧探测器、高纯锗探测器或CZT探测器。

根据本发明的另一个优选实施例，所述准直器由铅、钢或铜制成。

根据本发明的另一个优选实施例，所述散射探测器阵列的每个探测模块还包括：屏蔽体，所述屏蔽体用于屏蔽非来自与该探测模块对应的分块区域的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子。

根据本发明的另一个优选实施例，所述屏蔽体由铅、钢或铜制成。

根据本发明的另一个优选实施例，所述散射探测器阵列的每个探测模块还包括：硬化体，所述硬化体用于减弱来自与该探测模块对应的分块区域的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子的强度。

根据本发明的另一个优选实施例，所述硬化体由铅、钢或铜制成。

根据本发明的另一个优选实施例，所述探测器位于所述准直器的准直狭缝中；所述屏蔽体位于所述准直器的背向所述物品的一侧，并封闭住所述准直器在该一侧处的准直狭缝开口；并且所述硬化体位于所述准直器的朝向所述物品的另一侧，并封闭住所述准直器在该另一侧处的准直狭缝开口。

根据本发明的另一个优选实施例，所述屏蔽体与所述准直器一体形成。

根据本发明的另一个优选实施例，所述X光机为单能光机或多能光机。

另外，根据本发明的另一个方面，还提供一种利用上述物品检测设备对物品进行检测的方法，包括如下步骤：

利用透射探测器阵列探测从物品透射过的X射线的衰减信息，同时利用散射探测器阵列探测X射线在透射过程中产生的电子对效应湮没光子和康普顿散射光子的计数信息；和

根据透射探测器阵列探测到的X射线信息，生成物品的二维透射图像，同时根据散射探测器阵列探测到的电子对效应湮没光子的计数与康普顿散射光子的计数的比值，生成物品的三维图像。

与现有技术相比，本发明利用散射探测器阵列探测X射线在透射过程中产生的电子对效应湮没光子和康普顿散射光子的计数信息，并根据透射探测器阵列探测到的X射线信息，生成物品的二维透射图像，同时根据散射探测器阵列探测到的电子对效应湮没光子的计数与康普顿散射光子的计数的比值以获得物品的各个分块区域处的原子序数来识别物品的各个分块区域处的元素，从而形成表示物品的三维元素分布信息的三维图像。

附图说明

图1显示根据本发明的一个实施例的物品检测设备的原理图；

图2显示物品的透射截面的各个分块区域与散射探测器阵列的各个探测模块之间的对应关系图；

图3显示沿垂直于图1中的Z轴的剖视图；

图4显示电子对效应湮没光子计数与康普顿散射光子计数的比值与原子序数的关系图；

图5显示散射探测器阵列的一个探测模块的具体结构示意图；和

图6显示射入散射探测器阵列的电子对效应湮没光子和康普顿散射光子的能谱图。

具体实施方式

图1显示根据本发明的一个实施例的物品检测设备的原理图。如图1所示，物品检测设备包括：利用电子束1轰击电子靶2产生X射线3的X光机；对从X光机中射出的X射线3进行准直的X光机准直装置4，X射线3经准直后成型为扇面光束5，扇面光束5中的X射线6射向被检测物品7，并沿图1所示的透射截面8从被检测物品7透射过去；和透射探测器阵列10，该透射探测器阵列10用于探测从物品透射过的X射线9，以便形成被检测物品7的二维透射图像。

由于X光机、X光机准直装置4和透射探测器阵列10均属于传统技术，常规的X射线透射成像设备均包括这些装置，为了简洁的目的，本文省略了对它们的详细说明。

但是，需要说明的是，图1中的X光机中的电子束1的能量要求必须大于1.022MeV，以保证电子束1轰击电子靶2之后产生的X射线3能量足够高，以便能够发生电子对效应。电子靶2的材料一般为钨和金的复合靶，在此不做特殊限定，因为电子靶2已经属于相当成熟的技术，本发明中的电子靶2可以采用现有技术中的任一种电子靶2，只要其能够适用于本发明即可。

请参见图1，扇面光束5中的X射线6在穿越物品7的透射截面8时，因为发生光电效应、康普顿散射、电子对效应、瑞利散射等散射过程而被衰减。本发明正是根据这种现象，增加了探测散射光子的散射探测器阵列12。

图2显示物品的透射截面的各个分块区域与散射探测器阵列的各个探测模块之间的对应关系图。

下面参照图1和图2来说明散射探测器阵列12的具体结构。如图1和图2所示，散射探测器阵列12包括排成8行8列的64个大小完全相同的探测模块。如图2所示，这64个探测模块分别为：

位于散射探测器阵列12的第1行的8个探测模块B_1，1-B_1，8

位于散射探测器阵列12的第2行的8个探测模块B_2，1-B_2，8

位于散射探测器阵列12的第3行的8个探测模块B_3，1-B_3，8

位于散射探测器阵列12的第4行的8个探测模块B_4，1-B_4，8

位于散射探测器阵列12的第5行的8个探测模块B_5，1-B_5，8

位于散射探测器阵列12的第6行的8个探测模块B_6，1-B_6，8

位于散射探测器阵列12的第7行的8个探测模块B_7，1-B_7，8

位于散射探测器阵列12的第8行的8个探测模块B_8，1-B_8，8

需要说明的是，尽管在图示实施例中显示了8行8列的散射探测器阵列12，但是，本发明不局限于此，散射探测器阵列12也可以是2行2列，2行3列，3行2列，3行3列，3行4列……。为了便于说明，本文中将散射探测器阵列12定义成i行j列，其中i为大于或等于2的正整数，j为大于或等于2的正整数。参数i和j的大小与三维成像的分辨率成正比，参数i和j越大，则三维成像的分辨率就越高。至于，参数i和j究竟取多少，这取决于成本和需要达到的检测分辨率，以及其它客观条件。

请继续参见图2，与散射探测器阵列12的排成8行8列的64个探测模块对应，物品被X射线透射的透射截面8被看成是由排成8行8列的64个大小相同的分块区域组成。如图2所示，这64个分块区域分别为：

位于透射截面8的第1行的8个分块区域A_1，1-A_1，8

位于透射截面8的第2行的8个分块区域A_2，1-A_2，8

位于透射截面8的第3行的8个分块区域A_3，1-A_3，8

位于透射截面8的第4行的8个分块区域A_4，1-A_4，8

位于透射截面8的第5行的8个分块区域A_5，1-A_5，8

位于透射截面8的第6行的8个分块区域A_6，1-A_6，8

位于透射截面8的第7行的8个分块区域A_7，1-A_7，8

位于透射截面8的第8行的8个分块区域A_8，1-A_8，8

如图2所示，物品的透射截面8的8行8列的64个大小相同的分块区域与散射探测器阵列12的8行8列的64个探测模块一一对应，例如，分块区域A_1，1与探测模块B_1，1对应，分块区域A_1，8与探测模块B_1，8对应，分块区域A_8，1与探测模块B_8，1对应，分块区域A_8，8与探测模块B_8，8对应。即，每个探测模块仅用于探测与之对应的分块区域处产生的散射光子。

下面借助于图3来更加详细地说明各个探测模块探测各个分块区域处产生的散射光子的具体过程。图3显示沿垂直于图1中的Z轴的剖视图。

如前所述，扇面光束5中的X射线6在穿越物品7的透射截面8时，会发生光电效应、康普顿散射、电子对效应、瑞利散射等散射过程，下面结合图3来说明一下这些散射过程：

1)光电效应：此时光子被吸收，其能量转换为光电子的能量和特征X射线的能量。一般情况下，认为光电子的能量无法被散射探测器测量到，而X射线的能量较低也无法穿透出物体射入散射探测器。即便X射线能够被散射探测器测量到，也不属于关心的范围。值得补充的是光电子有可能因为轫致辐射效应而变成较高能的X射线而在此射入散射探测器，但它也不是被关心的对象。

2)康普顿散射：入射X射线6与透射截面8中的物体发生反应，有可能是康普顿散射。我们以图3中的分块区域A1，1为例。当入射光子6与分块区域A1，1中的物体发生康普顿散射时，散射光子A1，1_1有可能射入探测模块B1，1的散射探测器，探测模块B1，1经过仔细设计，使得它只接收来自分块区域A1，1的康普顿散射光子A1，1_1，而不能接收来自其它分块区域的康普顿散射光子。同样，其它探测模块也是如此，只能接收来自与之对应的分块区域的康普顿散射光子，例如，探测模块B1，2只能接收来自分块区域A1，2的康普顿散射光子A1，2_1，探测模块B1，8只能接收来自分块区域A1，8的康普顿散射光子A1，8_1。我们知道，在射线能量确定的前提下，康普顿散射的截面与原子序数Z成正比，因此在原子数密度等同的前提下，分块区域的物体的原子序数越大，则对应的探测模块接收到的康普顿散射光子数目就越多。

3)电子对效应：入射X射线6与透射截面8中的物体发生电子对效应，依然以图3中的分块区域A1，1为例，由于电子对效应的产物中正电子在固体中的射程仅为mm量级，正电子最终会湮没而形成2个511keV的γ光子，这两个γ光子的产生位置也一定就在分块区域A1，1内。由于几何关系的约束，与分块区域A1，1对应的探测模块B1，1的散射探测器能够测量到的也只是来自分块区域A1，1的湮没光子A1，1_2，而不能接收来自其它分块区域的湮没光子。同样，其它探测模块也是如此，只能接收来自与之对应的分块区域的湮没光子，例如，探测模块B1，2只能接收来自分块区域A1，2的湮没光子A1，1_2，探测模块B1，8只能接收来自分块区域A1，8的湮没光子A1，1_2。由于电子对效应的截面与原子序数Z的2次方成正比，所以在原子数密度相同的前提下，分块区域的物体的原子序数越大，则对应的探测模块接收到的湮没光子的平方就越大。

4)瑞利散射：对于1.022MeV以上的X射线来说，瑞利散射的截面很小，可以忽略。

对于上面提到的4个散射反应，散射探测器阵列12感兴趣的只是康普顿散射和电子对效应。由于这两个散射反应与原子序数的指数关系分别为1次方和2次方。当我们用散射探测器阵列12测量到散射光子的能谱时，如果能够从中分别提取电子对效应的湮没光子能谱和康普顿散射能谱(请参见图6)，然后将这两个能谱的计数进行相除，则得到的比值就正比于原子序数Z的1次方。也就是说，我们通过电子对效应湮没光子的计数与康普顿散射光子的计数的比值，能够得到反映各个分块区域处原子序数的信息，从而实现三维元素识别。图4给出了利用不同能量的光子进行散射时，得到的电子对效应湮没光子计数与康普顿散射光子计数的比值与原子序数Z之间的关系。

由图4可以看出，当分别采用不同的单能射线时，电子对效应和康普顿散射的比值关系与原子序数几乎存在一个很好的线性关系，因此，我们有可能利用下面这个公式来计算原子序数：

$Z_{\mathrm{pc}}=\frac{C_{\_\mathrm{pair}}}{C_{\_\mathrm{compton}}}\∝Z---\left(1\right)$

在公式(1)中：Z_pc为计算出的反映原子序数的结果，C_{_pair}为电子对效应湮没光子的计数率，C_{_compton}为康普顿散射光子的计数率。

实际上，轫致辐射X射线光子的能量不是单能的，因此无法得到如图4中的类似正比关系，但是存在单调关系，我们仍然可以用公式(1)来计算Z_pc，只是在Z_pc和Z之间要重新进行标定。

由于物品的每个透射截面8被划分成与散射探测器阵列12相对应的i行乘以j列个大小相同的分块区域，因此，可以利用散射探测器阵列12中的i行乘以j列个探测模块来分别获得物品的每个透射截面8的i行乘以j列个大小相同的分块区域处原子序数，当完成对物品的整个扫描时，就能够得到整个被检测物品的三维元素分布信息，从而能够形成被检测物品的三维图像。

图5显示散射探测器阵列12中的任意一个探测模块的具体结构示意图，例如探测模块B1，1。如图5所示，该探测模块B1，1包括探测器B1，1_1和准直器B1，12。

在图5所示的实施例中，准直器B1，1_2被构造成用于吸收与该探测模块B1，1不对应的其它所有分块区域处产生的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子，以便仅允许与该探测模块B1，1对应的分块区域A1，1处产生的康普顿散射光子A1，1_1和电子对效应湮没光子A1，1_2进入探测器B1，1_1中。

优选地，探测器B1，1_1一般由高能量分辨率、快时间响应的探测器构成。这里高能量分辨率是为了能够更好的区分来自分块区域A1，1的散射光子中康普顿散射光子A1，1_1和电子对效应A1，1_2的份额。快的时间响应是为了能够在更短的时间内分析更多的γ信号，以减小堆积，提高计数率和灵敏度。快的时间响应这个指标对于使用脉冲电子加速器系统的X射线源来讲尤其重要，因为脉冲加速器的X射线占空比多为千分之一以下，散射光子都是在很短的时间内射入探测器的，探测器需要分析得足够快才能分辨光子的能量。优选地，备选的探测器类型为：溴化镧探测器、氯化镧探测器：这两种探测器的能量分辨率和时间响应都比较好；高纯锗探测器：高纯锗探测器具有最好的能量分辨率，但它的时间响应较慢；和CZT探测器：拥有较好的能量分辨率，时间响应一般，价格较贵。

优选地，准直器B1，1_2一般采用铅材料，但也可以采用钢、铜等材料来构成。目的在于吸收与该探测模块B1，1不对应的其它所有分块区域处产生的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子，以便仅允许与该探测模块B1，1对应的分块区域A1，1处产生的康普顿散射光子A1，1_1和电子对效应湮没光子A1，1_2进入探测器B1，1_1中。

优选地，探测模块B1，1还包括：屏蔽体B1，1_3，该屏蔽体B1，1_3用于屏蔽非来自与该探测模块B1，1对应的分块区域的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子，尤其是屏蔽来自加速器靶点的透射或散射X射线。优选地，屏蔽体B1，1_3可以由铅、钢或铜制成，或者其它适合的材料制成。

优选地，探测模块B1，1还包括：硬化体B1，1_4，该硬化体B1，1_4用于减弱来自与该探测模块B1，1对应的分块区域A1，1的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子的强度。使得进入探测器B1，1_1的光子的强度足够低，从而能够被该探测器B1，1_1分析。否则，该探测器B1，1_1可能因为计数率太高导致堆积而无法正常工作。优选地，硬化体B1，1_4由铅、钢或铜制成，或者其它适合的材料制成。

优选地，如图5所示，探测器B1，1_1位于准直器B1，1_2的准直狭缝中；屏蔽体B1，1_3位于准直器B1，1_2的背向物品7的一侧(参见图1)，并封闭住准直器B1，1_2在该一侧处的准直狭缝开口；硬化体B1，1_4位于准直器B1，1_2的朝向物品7的另一侧(参见图1)，并封闭住准直器B1，1_2在该另一侧处的准直狭缝开口。

更优选地，屏蔽体B1，1_3与准直器B1，1_2一体形成，当然，屏蔽体B1，1_3也可以是一个单独部件，组装到准直器B1，1_2上。

请注意，准直器B1，1_2的长度和直径由技术使用者自行决定，这里不必赘述。

下面根据图3和图6来简单说明一下射入探测器的康普顿散射光子和电子对效应散射光子的能谱。如图6所示，其中电子对效应散射的光子能量为511keV，康普顿散射光子的能量取决于两个因素，图3中的夹角θ-它反映了康普顿散射的散射角，以及射入的光子6的能量hv，由于光子6的能量为连续能谱，因此图6中看到的康普顿散射光子也具有连续的能谱。实际中，由于探测器总是有探测器响应函数的，因此得到的能谱不会是图6中的形状，而是要考虑能量沉积和能量展宽。这个问题是从业者的一般性话题，不必在这里赘述

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种物品检测设备，包括：

X光机；

X光机准直装置，所述X光机准直装置用于将所述X光机产生的X射线成型为透射物品的扇面光束；

透射探测器阵列，所述透射探测器阵列用于探测从物品透射过的X射线，以便形成二维透射图像；和

散射探测器阵列，所述散射探测器阵列包括排成i行j列的多个相同的探测模块，

其中，物品被X射线透射的透射截面被分成i行×j列个大小相同的分块区域，并且

所述散射探测器阵列的i×j个探测模块与物品的透射截面的i×j个分块区域一一对应，并分别探测对应的分块区域处X射线产生的电子对效应湮没光子和康普顿散射光子，以便根据探测到的电子对效应湮没光子计数与康普顿散射光子计数的比值以获得物品的各个分块区域处的原子序数来识别物品的各个分块区域处的元素，从而形成表示物品的三维元素分布信息的三维图像，

其中所述X光机产生的X射线的能量大于1.022MeV，

其中，i和j均为大于或等于2的正整数。

2.如权利要求1所述的物品检测设备，其特征在于，所述散射探测器阵列的每个探测模块包括：

探测器；和

准直器，所述准直器用于吸收与该探测模块不对应的其它所有分块区域处产生的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子，以便仅允许与该探测模块对应的分块区域处产生的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子进入探测器。

3.如权利要求2所述的物品检测设备，其特征在于，所述探测器为溴化镧探测器、氯化镧探测器、高纯锗探测器或CZT探测器。

4.如权利要求2所述的物品检测设备，其特征在于，所述准直器由铅、钢或铜制成。

5.如权利要求2所述的物品检测设备，其特征在于，所述散射探测器阵列的每个探测模块还包括：

屏蔽体，所述屏蔽体用于屏蔽非来自与该探测模块对应的分块区域的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子。

6.如权利要求5所述的物品检测设备，其特征在于，所述屏蔽体由铅、钢或铜制成。

7.如权利要求5所述的物品检测设备，其特征在于，所述散射探测器阵列的每个探测模块还包括：

硬化体，所述硬化体用于减弱来自与该探测模块对应的分块区域的康普顿散射光子和电子对效应湮没光子的强度。

8.如权利要求7所述的物品检测设备，其特征在于，所述硬化体由铅、钢或铜制成。

9.如权利要求7所述的物品检测设备，其特征在于，

所述探测器位于所述准直器的准直狭缝中；

所述屏蔽体位于所述准直器的背向所述物品的一侧，并封闭住所述准直器在该一侧处的准直狭缝开口；并且

所述硬化体位于所述准直器的朝向所述物品的另一侧，并封闭住所述准直器在该另一侧处的准直狭缝开口。

10.如权利要求9所述的物品检测设备，其特征在于，所述屏蔽体与所述准直器一体形成。

11.如权利要求1所述的物品检测设备，其特征在于，所述X光机为单能光机或多能光机。

12.一种利用权利要求1-11中任一项的物品检测设备对物品进行检测方法，包括如下步骤：

利用透射探测器阵列探测从物品透射过的X射线的衰减信息，同时利用散射探测器阵列探测X射线在透射过程中产生的电子对效应湮没光子和康普顿散射光子的计数信息；和

根据透射探测器阵列探测到的X射线信息，生成物品的二维透射图像，同时根据散射探测器阵列探测到的电子对效应湮没光子的计数与康普顿散射光子的计数的比值以获得物品的各个分块区域处的原子序数来识别物品的各个分块区域处的元素，从而形成表示物品的三维元素分布信息的三维图像。