CN103308535B - 用于射线扫描成像的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于射线扫描成像的设备和方法。该设备可包括多个射线发生器和射线探测装置。其中，多个射线发生器沿圆弧均匀分布，并且在一个扫描周期内，多个射线发生器依次或者同时向检查对象发出射线束。射线探测装置可以是由多个射线探测器线性阵列构成的多段式半封闭结构，也可以是圆弧状结构，其上设有多个沿圆弧均匀分布的射线探测单元。在整个检查过程中，该设备无需转动即可快速得到完备的射线投影数值，有效减少了检查所用时间。

Description

用于射线扫描成像的设备和方法
技术领域
本发明涉及辐射成像领域，特别涉及用于射线扫描成像的设备和方法。
背景技术
当前，由于安全检查日益受到世界各国的重视，辐射成像设备已广泛应用在机场、车站、海关、地铁、码头等公共场所和关键部门，从而对行李、货物等物品进行高效稳定的安全检查。
辐射成像设备是根据射线的指数衰减原理，由射线源发射射线束对检查对象进行扫描，射线束穿过检查对象后被射线采集装置接收。根据射线采集装置所接收的射线检测数值，可合成或者重建三维图像并进行显示。
图1示出了现有的辐射成像设备的结构示意图。
辐射成像设备包括滑环13、与滑环13连接的射线源11、与射线源11相对并连接在滑环13上的探测设置12，以及传送检查对象的传送装置14。在检查过程中，滑环13带动射线源11和探测装置12旋转，以获取不同角度上的射线投影数值，并通过重建方法获取检查对象的断层图像。
申请人对现有的辐射成像设备进行了深入研究，发现现有的辐射成像设备需要由滑环13带动射线源11和探测装置12旋转，而滑环13的旋转速度有限，使得探测效率不高。例如，民航物品所要求的通关率为0.5米/秒，而现有的辐射成像设备难以满足这一需要。
发明内容
本发明的发明人针对现有的辐射成像设备探测效率不高的问题，提出了一种新的技术方案。
本发明的一个目的是提供一种用于射线扫描成像的设备，有效缩短检查对象的检查时间。
本发明的另一目的是提供一种用于射线扫描成像的方法，该方法利用射线扫描成像的设备获得射线采集数值，并对该数值进行处理，以获得检查对象的图像。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于射线扫描成像的设备。该设备包括多个射线发生器和射线探测装置。其中，多个射线发生器沿圆弧均匀分布。在一个扫描周期内，多个射线发生器依次向检查对象发出射线束，以完成对一个断层的扫描。射线探测装置用于采集多个射线发生器所发出的射线束的射线投影数值。
优选地，多个射线发生器所构成的圆弧的圆心角至少为π+2γ。其中，2γ为射线发生器所发出的扇形射线束的扇角。
优选地，每个射线发生器包括至少一个射线发射单元。
可选地，射线束为扇形射线束或者为由多个彼此平行的直线形射线束构成的射线束组。
可选地，射线探测装置为圆弧状的射线探测器阵列。在该射线探测器阵列中，多个射线探测单元沿圆弧均匀分布。
优选地，射线探测装置包括多个射线探测器线性阵列。每个射线探测器线性阵列由多个沿直线排列的射线探测单元构成。多个射线探测器线性阵列位于同一平面并通过端部依次连接，并且两端的两个射线探测器线性阵列不相连，以构成半封闭框架。
可选地，射线探测器线性阵列的数目可以大于3。在这种情况下，多个射线探测器线性阵列按照如下方式设置：相邻两个射线探测器线性阵列所成角度大于π/2，并且多个射线探测器线性阵列能够检测全部射线发生器所发出的射线束。
优选地，射线探测器线性阵列的数目可以为3。在这种情况下，3个射线探测器线性阵列按照如下方式设置：位于两侧的射线探测器线性阵列均与中间的射线探测器线性阵列相垂直，并且所述3个射线探测器线性阵列能够检测全部射线发生器所发出的射线束。
优选地，多个射线探测器线性阵列所在平面与多个射线发生器所在平面相平行，且该两平面与检查对象的运动方向相垂直。
优选地，该设备还包括成像单元。该成像单元对射线探测装置所采集的射线检测数值进行处理，以获得检查对象的图像。
优选地，在一个实施例中，对于由多个射线探测器线性阵列构成的射线探测装置，至少一个射线发生器所对应的多个射线探测单元未形成与该射线发生器所发出的射线束的中轴线相垂直的直线。成像单元针对上述至少一个射线发生器中的每一个，设置等距型虚拟探测器线性阵列。该等距型虚拟探测器线性阵列包括多个沿直线排列且等距分布的虚拟探测单元。每个射线发生器与相应的等距型虚拟探测器阵列的距离相等。成像单元可根据射线发生器与射线探测单元的连线，确定与虚拟探测单元相对应的射线探测单元，并基于该射线探测单元的射线检测数值，获得该虚拟探测单元的射线检测数值。全部等距型虚拟探测器线性阵列的射线检测数值可构成等距扇束投影数值。
在另一个实施例中，对于由圆弧状射线探测器阵列构成的射线探测装置，当射线束为扇形射线束时，该装置所获得的射线检测数值构成等距扇束投影数值；当射线束为由多个平行的直线束构成的射线束组时，该装置所获得的射线检测数值构成平行束投影数值。
优选地，射线探测单元可以为伪双能探测单元。成像单元可以对等距扇束投影数值或者平行束投影数值进行双能分解处理，以获得不同基材料的双能分解系数，并利用滤波反投影算法对不同基材料的双能分解系数进行双能重建，从而获得检查对象的图像。
优选地，该设备还可包括数据库。该数据库用于存储可疑物品的原子序数和电子密度。成像单元可将在双能重建中所获得的检查对象的原子序数和电子密度分布与该数据库中的数据进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。
根据本发明的第一方面，还提供了另外一种用于射线扫描成像的设备。该设备包括射线探测装置和多个射线发生器。其中，多个射线发生器沿圆弧均匀分布。在一个扫描周期内，多个射线发生器同时向检查对象发出射线束，以完成对一个断层的扫描。射线探测装置用于采集多个射线发生器所发出的射线束的射线投影数值。
优选地，多个射线发生器所构成的圆弧的圆心角至少为π。
优选地，每个所述射线发生器可包括多个射线发射单元。其中，多个射线发射单元所发射的射线束为彼此平行的直线束。射线探测装置可包括多个射线探测单元。全部射线发射单元所对应的射线探测单元不重叠。
优选地，多个射线探测单元可沿圆弧均匀分布。射线发射单元可与射线探测单元一一对应。全部射线探测单元所获得的射线检测数值可构成平行束投影数值。
优选地，多个射线探测单元所在平面与多个射线发生器所在平面相平行，且该两平面与检查对象的运动方向相垂直。
优选地，该设备还包括成像单元。该成像单元对射线探测装置所采集的射线检测数值进行处理，以获得检查对象的图像。
优选地，射线探测单元可以为伪双能探测单元。成像单元可以对平行束投影数值进行双能分解处理，以获得不同基材料的双能分解系数，并利用滤波反投影算法对不同基材料的双能分解系数进行双能重建，从而获得检查对象的图像。
优选地，该设备还可包括数据库。该数据库可存储可疑物品的原子序数和电子密度。成像单元将在双能重建中所获得的检查对象的原子序数和电子密度分布与数据库中的数据进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于射线扫描成像的方法。该方法包括：
利用上述两种设备中的任意一种对检查对象进行射线扫描并获得射线检测数值。
当采用前述第一种设备时，对于由多个射线探测器线性阵列构成的射线探测装置，针对至少一个射线发生器所对应的多个射线探测单元未形成与该射线发生器所发出的射线束的中轴线相垂直的直线，为上述至少一个射线发生器中的每一个设置等距型虚拟探测器线性阵列。该等距型虚拟探测器线性阵列可包括多个沿直线排列且等距分布的虚拟探测单元。每个射线发生器与相应的等距型虚拟探测器阵列的距离相等。然后，根据射线发生器与射线探测单元的连线，确定与虚拟探测单元相对应的射线探测单元，并基于该射线探测单元的射线检测数值，获得该虚拟探测单元的射线检测数值。全部等距型虚拟探测器线性阵列的射线检测数值构成等距扇束投影数值。
对于由多个沿圆弧分布的射线探测单元构成的射线探测装置，该装置所获得的射线检测数值构成等距扇束投影数值或者平行束投影数值。
当利用前述第二种设备时，对于由多个沿圆弧分布的射线探测单元构成的射线探测装置，该装置所获得的射线检测数值构成平行束投影数值。
优选地，对等距扇束投影数值或者平行束投影数值进行双能分解处理，以获得不同基材料的双能分解系数。可利用滤波反投影算法对不同基材料的双能分解系数进行双能重建，从而获得检查对象的图像。
优选地，该方法还包括：获得所述检查对象的原子序数和电子密度分布，并将所述检查对象的原子序数和电子密度分布与所述数据库所存储的可疑物品的原子序数和电子密度分布进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。
本发明的设备包括相配套的多个射线发生器和射线探测装置。其中，多个射线发生器可沿圆弧均匀分布，射线探测装置可以是多个射线探测器线性阵列构成的多段式半封闭框架或者是由呈椭圆形的射线探测阵列。通过采用这种结构设置，省去了传统射线扫描成像设备中的旋转滑环装置。在实际探测中，多个射线发生器依次向检查对象发出射线束，射线探测装置负责采集射线投影数值，从而完成对一个断层的扫描。在整个检查过程，多个射线发生器和射线探测装置无需转动，即可快速得到完备的射线投影数值，有效减少了检查所用时间。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1是现有的用于射线扫描成像的设备的结构示意图。
图2是根据本发明的一种用于射线扫描成像的设备的一个实施例的结构示意图。
图3是该实施例中的射线发生器与射线探测器线性阵列的位置关系示意图。
图4A和图4B示出了不同区域中的射线发生器、射线探测器和虚拟射线探测器的位置关系示意图。
图5是根据本发明的另一种用于射线扫描成像的设备的一个实施例的结构示意图。
图6是根据本发明的一种对射线检测数值进行处理的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图2示出了根据本发明的用于射线扫描成像的设备的一个实施例的结构示意图。
射线扫描成像设备可包括射线探测装置和多个射线发生器21。
当检查对象进入扫描区域时，多个射线发生器21可以依次向检查对象发出射线束，从而对检查对象的一个断层进行扫描。
所有射线束穿过检查对象后由射线探测装置进行采集。
射线探测装置可以是任意形状，例如可以是多段式半封闭结构或者圆弧结构。在本实施例中，以多个射线探测器线性阵列所构成的多段式半封闭连接结构为例进行说明。
多个射线发生器21可沿特定形状分布，以便于检查对象从该特定形状所构成的空间中通过。例如，多个射线发生器21可以沿矩形边框、多边形边框或其他几何形状的边框设置，检查对象从上述边框所构成的内部空间通过。在本实施例中，多个射线发生器21沿圆弧均匀分布。该圆弧的圆心角至少为π+2γ，其中2γ为扇形束完整扇角的大小。
在本实施例中，多个射线探测器线性阵列以分段式结构连接。具体地，射线探测器线性阵列22、射线探测器线性阵列23和射线探测器线性阵列24位于同一平面并通过端部依次连接，并且射线探测器线性阵列22和射线探测器线性阵列24不相连，以构成倒门框式的半封闭框架。其中，每个射线探测器线性阵列可包括多个沿直线排列的射线探测单元。
检查对象可由输送装置25承载经过扫描区域。在一个扫描周期内，多个射线发生器21依次向检查对象发出射线束，以完成对一个断层的扫描。射线发生器21所发出的射线束穿过检查对象后，由射线探测器线性阵列进行采集。通过对所采集的射线数值进行处理，可以得到检查对象的重建图像。
多个射线发生器21所在平面与多个射线探测器线性阵列所在平面应当为两个不同平面。
优选地，该两平面可以彼此平行，且均与检查对象的运动方向相垂直。这样，可以避免不同探测单元的交叉串扰和照射盲区。
在此，首先简单介绍一下，利用扇形射线束进行精确重建所必须满足的数据完备性条件。该数据完备性条件包括：第一、角度的完备性条件，即针对检查对象的射线辐照角度至少为π+2γ，其中2γ为扇形束完整扇角的大小。第二、保证在所有的扫描角度下，射线探测器所采集的射线数值不存在截断。也就是说，在所有扫描角度下，由各射线发生器所产生的射线束均可被射线探测器有效探测到。
在本实施例中，每个射线发生器21所发出的射线束可以为扇形束，其扇角可以为2γ。当然，射线束也可以是其他形状，而不局限于扇形束。例如，可根据需要，每个射线发生器21设有一个或多个射线发射口，每个射线发射口可发射直线形射线束。这样，每个射线发生器21的多个射线发射口可发射一组平行的射线束。
射线发生器21可以选用X射线发生器，也可以选择其他种类的射线发生器。优选地，在本实施例中，选择碳纳米管X射线发生器作为射线发射源。与传统的X光机相比，该碳纳米管X射线发生器的优点在于，不必利用高温就能产生射线，可以快速开启和关闭，且体积更小。利用该碳纳米管X射线发生器对检查对象进行多角度照射时，能够有效提高射线成像速度。有关碳纳米管X射线发生器的详细内容可参见如下文献：G.Z.Yue，Q.Qiu，B.Gao，etal.Generationofcontinuousandpulseddiagnosticimagingx-rayradiationusingacarbon-nanotube-basedfield-emissioncathode.Appl.Phys.Lett.81，355(2002)；doi：10.1063/1.1492305，在此不再进行详细描述。
由于本实施例中的多个射线发生器21所构成的圆弧的圆心角为π+2γ，相当于射线发生器21对检查对象进行了角度范围为π+2γ的扫描。也就是说，本发明的多个射线发生器21的结构设置满足了数据完备性条件中的角度完备要求。
关于数据完备性条件中的第二个要求，由于多个射线发生器21构成了一个环形半封闭结构，而射线探测器线性阵列22、射线探测器线性阵列23和射线探测器线性阵列24则构成一个与之相对应的框状半封闭结构，每个射线发生器所产生的全部射线束均可由射线探测器线性阵列有效探测到。因此，这种结构设置能够满足数据完备性条件中的第二个要求。
射线探测单元可以是伪双能探测单元。当然，射线探测单元也可采用其他类别的探测单元，例如单能探测单元、多能探测单元或者真双能探测单元。
所采用的伪双能探测单元包括两层晶体和位于两晶体之间的滤波片。该滤波片可以是铜滤波片。第一层晶体获得低能射线数值，第二层晶体获得整形后的高能射线数值。这种伪双能探测单元具有物美价廉的特点，易于推广应用。
需要说明的是，射线探测器线性阵列的数目不限于图2中所示的三个。例如，可以利用四个或更多数目的射线探测器线性阵列采集射线数值。在这种情况下，相邻两个射线探测器线性阵列所成角度应当大于π/2。
还可以根据检查对象的体积、形状等因素调整探测器线性阵列的数目、角度和长度，但所设置的射线探测器线性阵列必须首先满足数据完备性条件。
本发明的多个射线探测器线性阵列由于采用多段式半封闭框架结构，不仅能够完整采集射线投影数值，而且相比于圆弧形探测器阵列性价比更高。具体来说，对于相同数目的探测单元，本发明的多个射线探测器线性阵列所构成的内部空间更大，允许体积更大的检查对象通过；而当所构成的内部空间相当时，本发明的这种结构布置所采用的探测单元更少，能够降低设备成本。
另外，也可采用其他形状的射线探测装置替代图2中所示的多段式半封闭连接结构。例如，可以选用射线探测圆弧阵列。该射线探测圆弧阵列可包括沿圆弧均匀分布的多个射线探测单元。
本发明的用于射线扫描成像的设备还可包括成像单元。该成像单元可以对射线探测器线性阵列所采集的射线检测数值进行处理，以获得检查对象的断层图像。
当然，射线探测器线性阵列所采集的射线检测数值也可经由数据传输系统发送至主控制及数据处理终端，并由主控制及数据处理终端进行数值处理。
在对数据处理进行详细描述之前，首先介绍一下利用扇形射线束进行重建的方法对射线探测单元的结构要求。
标准的扇束加权滤波反投影型(FBP)重建方法只适用于两种探测单元的排布：一种为等角结构，即多个探测单元呈圆弧状排布，每个探测单元所对应的射线之间的夹角相等；另一种为等距结构，即多个探测单元呈直线状排布，每个探测器单元之间的距离相同，并且射线发生器所发出的射线束的中轴线与多个探测单元所形成的直线相垂直。当采用直线形射线束组时，可采用与上述重建方法相类似的方法进行重建，在此再赘述。
在本实施例中，由于多个射线发生器的环形构造以及多个射线探测器线性阵列的多段式半封闭框形结构，使得部分射线发生器所对应的多个射线探测单元不符合前述重建方法所要求的等距结构的要求。具体来说，部分射线发生器所对应的多个射线探测单元未形成与该射线发生器所发出的射线束的中轴线相垂直的直线。下面结合图3和图4对这一问题进行详细解释。
图3示出了本实施例中射线发生器与射线探测器线性阵列的位置关系示意图。
如图3所示，射线发生器A所对应的多个射线探测单元均位于射线探测器线性阵列24上，并且多个射线探测单元所在的直线与射线发生器A所发出的射线束的中轴线相垂直，且每个探测器单元之间的距离相同。也就是说，对于射线发生器A，这些探测器单元属于标准扇束FBP重建方法所要求的等距结构。
与之类似的还包括射线发生器B和C所对应的多个探测器单元。而其余的射线发生器所对应的多个探测器单元均不属于标准扇束FBP重建方法所要求的等距结构。
为了更好地说明这一问题，我们将多个射线发生器所在的圆弧分成五个区域。其中，区域1中的射线发生器21所发射的射线束只由右侧的线阵探测器24负责采集；区域2中的射线发生器21所发射的射线束由右侧的探测器24和底部的探测器23负责采集；区域3中的射线发生器21所发射的射线束只由底部的探测器23负责采集；区域4中的射线发生器21所发射的射线束由左侧的探测器22和底部的探测器23负责采集；区域5中的射线发生器21所发射的射线束只由左侧的探测器22负责采集。
现以区域1中的射线发生器和相应的射线探测器21为例，对所采集的射线数值为非等距射线采集数值进行说明。
图4A为区域1中的射线发生器、射线探测器和虚拟射线探测器的位置关系示意图。
如图4A所示，实际的探测器阵列24与射线发生器A所发出的射线束的中轴线相垂直，但是与射线发生器D所发出的射线束的中轴线不垂直。因此，对于射线发生器D，探测器阵列24所获得的射线采集数值不是等距射线采集数值。其中，在本实施例中，β为投影数据所对应的采样角度，2γ为扇形射线束的最大扇角。
为了解决这一问题，成像单元可以针对射线发生器D设置与射线发生器D相应的等距型虚拟探测器线性阵列24′。
等距型虚拟探测器线性阵列24′可包括多个沿直线排列且等距分布的虚拟探测单元。等距型虚拟探测器线性阵列24′与射线发生器D所发出的射线束的中轴线相垂直。
然后，成像单元根据射线发生器D与射线探测单元24的连线，确定与虚拟探测单元n1相对应的射线探测单元m1，并基于射线探测单元m1的射线检测数值，获得虚拟探测单元n1的射线检测数值。等距型虚拟探测器线性阵列24′上其他虚拟探测单元也可利用该方法获得。
图4B为区域2中的射线发生器E、射线探测器阵列和虚拟射线探测器的位置关系示意图。
在图4B中，区域2中的射线发生器E所发射的射线束由右侧的探测器24和底部的探测器23共同负责采集，因此所采集的射线数值不是等距型射线采集数值。
与图4A类似，为了获得等距型射线采集数值，成像单元设置虚拟探测器线性阵列23′和虚拟探测器线性阵列24′，并将两虚拟探测器线性阵列沿直线组合排列。
然后，成像单元根据射线发生器E与射线探测单元23和射线探测单元24的连线，确定虚拟探测单元n2与射线探测单元m2相对应，虚拟探测单元n3与射线探测单元m3相对应。可基于射线探测单元m2和m3的射线检测数值，获得虚拟探测单元n2和n3的射线检测数值。
对于区域3-5中的射线发生器所对应的射线探测器线性阵列，也可采用类似方法获得相应的虚拟探测器线性阵列，在此不再赘述。
需要说明的是，采用上述方法所获得的等距型虚拟探测器线性阵列中，多个虚拟射线探测单元可能不等距，或者一个实际的射线探测单元对应多个虚拟探测单元。对于这种情况，可以在获得最终图像后，进行后期处理；或者采用合适的方法，对所获得的多个虚拟探测单元的位置进行适当调整，以满足每个虚拟射线探测单元之间距离相等的要求。
每个射线发生器与相应的等距型虚拟探测器阵列的距离也应当相等。例如，可将该距离设定为射线发生器A与射线探测器线性阵列24之间的距离。
这样，全部等距型虚拟探测器线性阵列以及射线发生器A、B和C所对应的探测器线性阵列的射线检测数值就构成了等距扇束投影数值。
类似地，在采用由圆弧状射线探测器阵列构成的射线探测装置情况下，若射线束为扇形束，则该装置所获得的射线检测数值构成等距扇束投影数值；若射线束为由多个彼此平行的直线形射线束构成的射线束组，则该装置所获得的射线检测数值构成平行束投影数值。在此不再进行赘述。
对于射线探测单元为伪双能探测单元，成像单元可以对等距扇束投影数值进行双能分解处理，以获得不同基材料的双能分解系数。之后，利用滤波反投影算法对不同基材料的双能分解系数进行双能重建，从而获得检查对象的图像。
该设备还可包括数据库。该数据库可以存储可疑物品的原子序数和电子密度。成像单元将在双能重建中所获得的检查对象的原子序数和电子密度分布与数据库中的数据进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。
本发明的设备不必设置滑环装置，就能够完成对检查对象的扫描成像。在一个扫描周期内，多个射线发生器依次向检查对象发出射线束，多个射线探测器线性阵列负责采集射线投影数值，从而完成对一个断层的扫描。在整个探测过程，设备无需转动即可快速得到完备的射线投影数值，有效减少了检查所用时间。
此外，由于本发明的设备无须设置滑环装置，设备的整体体积更小，设备成本更低，并且避免了转动过程所导致的成像不清晰等现象，使得所获得的检查对象的图像质量更高。
另外，本发明的技术方案采用伪双能探测器线性阵列配合短扫描CT扫描及重建，有效降低行李物品遮挡对于安全检查的影响。
图5示出了根据本发明的另一种用于射线扫描成像的设备的结构示意图。
该设备包括多个射线发生器31和射线探测装置32。
多个射线发生器31沿圆弧均匀分布。所形成的圆弧312的圆心角至少为180°。在一个扫描周期内，多个射线发生器31可以同时向检查对象发出射线束。射线束穿过检查对象后由射线探测装置32进行检测。
每个射线发生器31可设有多个射线发射单元。在本实施例中，每个射线发生器设有5个射线发射单元311。5个射线发射单元311可以同时发出彼此平行的直线形射线束，以形成一个射线束组。由图看见，多个射线束组的交迭区域即为扫描区域313(FieldofView，FOV)。
相应地，探测装置32包括多个射线探测单元321。多个射线探测单元321沿圆弧322均匀分布。圆弧322与圆弧312的半径相等，圆心角均为平角。射线发生器31上的射线发射单元311与射线探测装置32上的射线接收单元312一一对应。这样，全部射线发射单元311所发射的射线束在到达射线探测装置处不重叠。其当检查对象经过扫描区域313时，即可检查对象进行断面扫描。该装置所获得的射线检测数值构成平行束投影数值。
射线探测装置32与射线发生器31所在平面应当为两个平面。优选地，两平面彼此平行，并且均与检查对象的运动方向相垂直。
然后，成像单元对射线探测装置32所采集的射线检测数值，进行处理，以获得检查对象的图像。
由于本实施例中，全部射线发射单元311与相应的射线探测单元321之间的距离相等，对所获得的射线检测数值不必进行重排，可以直接对该平行束投影数值进行双能分解处理，以获得不同基材料的双能分解系数，并利用滤波反投影算法对不同基材料的双能分解系数进行双能重建，从而获得检查对象的图像。
此外，成像单元还可在双能重建中获得检查对象的原子序数和电子密度，并将该数据与存储在数据库中的可疑物品的原子序数和电子密度进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。
有关重建方法可以与上一实施例中的方法相同，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明的设备不限于图中所示的结构，只要能够保证全部射线发射单元所发射的射线束在到达射线探测装置处不重叠即可，也就是说，应当避免发生一个射线探测单元321同时采集到两个或更多个射线发射单元311所发射的射线束即可。例如，圆弧322的圆心角可以大于多个射线发生器所形成的圆弧312的圆心角。圆弧322的半径可以大于圆弧321的半径。射线探测单元321的数目可以多于射线发射单元的数目。
此外，射线探测装置32的圆弧形状也可以由其他结构替代，例如，采用前述实施例中的三段连接结构或者多段连接结构。只要使得全部射线发射单元311所发射的射线束在到达射线探测装置32时不重叠即可。相应地，需要首先获得与实际的探测单元所对应的虚拟探测单元，并基于实际探测单元的检测数值获得虚拟探测单元的检测数值。之后利用虚拟探测单元的射线探测数值进行重建，以获得检查对象的图像。
由于该设备的多个发射单元311能够同时相检查对象发射射线束，使得检查时间有效缩短，大大缩减了检查对象的通关时间。
图6示出了根据本发明的一种对射线检测数值进行处理的方法的一个实施例的流程图。
在步骤S11中，对检查对象进行射线扫描并获得射线检测数值。
可以利用前述任意一种用于射线扫描成像的设备进行扫描和检测。具体地，可利用多个射线发生器依次向检查对象发出射线束，对一个断层的扫描。并利用射线探测装置采集射线束，获得射线检测数值。
在步骤S12，对射线检测数值进行重排，以获得等距扇束投影数值。
优选地，在该步骤之前，可以地射线检查数值进行预处理和校正。这包括去空气值和本地取负对数运算、均匀性校正、探测器坏道判断和去除等操作。
下面以多个射线探测器线性阵列所构成的射线探测装置和扇形射线束为例进行说明。对于其他构造的射线探测装置以及其他形状的射线束可以参照该方法进行适当调整。
针对这种情况，可以为每个这种射线发生器设置等距型虚拟探测器线性阵列。等距型虚拟探测器线性阵列可包括多个沿直线排列且等距分布的虚拟探测单元。
每个射线发生器应当与相应的等距型虚拟探测器阵列的距离相等。
然后，根据射线发生器与射线探测单元的连线，确定与虚拟探测单元相对应的射线探测单元，并基于该射线探测单元的射线检测数值，获得该虚拟探测单元的射线检测数值。
全部等距型虚拟探测器线性阵列以及射线发生器A、B和C所对应的探测器线性阵列的射线检测数值就构成了等距扇束投影数值。
在本实施例中，对射线检测数值进行处理的方法还可包括：
步骤S13，对等距扇束投影数值进行双能分解处理，以获得不同基材料的双能分解系数。
可以采用基材料分解方法对对等距扇束投影数值进行双能分解，分解到不同基材料下的双能分解系数A1和A2。
步骤S14，利用滤波反投影算法对所述不同基材料的双能分解系数进行双能重建，从而获得检查对象的图像。
具体地，可以对双能分解系数A1和A2分别按照短扫描加权重建的方法进行CT重建，从而获得重建后的双能重建系数a1和a2。
所用到的加权系数可以为：
ω ( γ , β ) = sin 2 ( π 4 β γ m - γ ) , β ∈ [ 0,2 γ - 2 γ m ] 1 , β ∈ [ 2 γ - 2 γ m , π - 2 γ ] sin 2 ( π 4 π + 2 γ m - β γ m + γ ) , β ∈ [ π - 2 γ , π + 2 γ m ]
其中，β为投影数据所对应的采样角度，2γ为扇形射线束的最大扇角。当然，所选用的加权系数不限于上述方式，也可以采用其他方法获得加权系数。
优选地，本方法还可包括：
步骤S15，判断检查对象是否为可疑物品。
在该步骤中，可将双能重建系数a1和a2代入如下两项公式进行求解，以获得检查对象的原子序数和电子密度。
Z = [ a 1 ρ e 1 z 1 3.5 + a 2 ρ e 2 z 2 3.5 a 1 ρ e 1 + a 2 ρ e 2 ] 1 / 3.5 - - - ( 1 )
ρe＝a1ρe1+a2ρe2(2)，
其中，Z1和Z2分别为两种基材料的原子序数值，ρe1和ρe2分别为两种基材料的电子密度值。
然后，将检查对象的原子序数和电子密度的分布值与可疑物品的原子序数和电子密度分布数据进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。可疑物品的原子序数和电子密度分布可以存储于数据库中或者存储在其他装置中。
当判定检查对象中存在可疑物品时，执行步骤S16。在步骤S16中，可以显示可疑物品的种类，并标记出该可疑物品所处区域，由工作人员进行开包检查。
当判定检查对象中不存在可疑物品时，执行步骤S17。在步骤S17中，令检查对象通过并扫描下一层，待检查对象全部通过时，可显示该检查对象的三维重建图像。
利用这种方法，可以对诸如易燃物、易爆物或者毒品等危险可疑物品进行快速准确的识别。
至此，已经详细描述了根据本发明的用于射线扫描成像的设备和方法。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (21)

1.一种用于射线扫描成像的设备，其特征在于，该设备包括：
多个射线发生器，所述多个射线发生器沿圆弧均匀分布，在一个扫描周期内，所述多个射线发生器依次向检查对象发出射线束，以完成对一个断层的扫描；
射线探测装置，所述射线探测装置用于采集所述多个射线发生器所发出的射线束的射线投影数值，
其中，所述射线探测装置包括多个射线探测器线性阵列，每个所述射线探测器线性阵列由多个沿直线排列的射线探测单元构成，所述多个射线探测器线性阵列位于同一平面并通过端部依次连接，并且两端的两个射线探测器线性阵列不相连，以构成半封闭框架。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个射线发生器所构成的圆弧的圆心角至少为π+2γ，其中，2γ为所述射线发生器所发出的扇形射线束的扇角。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述射线发生器包括至少一个射线发射单元。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述射线束为扇形射线束或者为由多个彼此平行的直线形射线束构成的射线束组。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，
当所述射线探测器线性阵列的数目大于3时，所述多个射线探测器线性阵列按照如下方式设置：
相邻两个射线探测器线性阵列所成角度大于π/2，并且所述多个射线探测器线性阵列能够检测全部射线发生器所发出的射线束。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，
当所述射线探测器线性阵列的数目为3时，所述3个射线探测器线性阵列按照如下方式设置：
位于两侧的射线探测器线性阵列均与中间的射线探测器线性阵列相垂直，并且所述3个射线探测器线性阵列能够检测全部射线发生器所发出的射线束。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个射线探测器线性阵列所在平面与所述多个射线发生器所在平面相平行，且该两平面与检查对象的运动方向相垂直。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括成像单元，该成像单元对所述射线探测装置所采集的射线检测数值进行处理，以获得检查对象的图像。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，
对于由多个射线探测器线性阵列构成的射线探测装置，至少一个射线发生器所对应的多个射线探测单元未形成与该射线发生器所发出的射线束的中轴线相垂直的直线；
所述成像单元针对所述至少一个射线发生器中的每一个，设置等距型虚拟探测器线性阵列，所述等距型虚拟探测器线性阵列包括多个沿直线排列且等距分布的虚拟探测单元，每个射线发生器与相应的等距型虚拟探测器阵列的距离相等，
所述成像单元根据所述射线发生器与所述射线探测单元的连线，确定与所述虚拟探测单元相对应的射线探测单元，并基于该射线探测单元的射线检测数值，获得该虚拟探测单元的射线检测数值，
全部等距型虚拟探测器线性阵列的射线检测数值构成等距扇束投影数值。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，
所述射线探测单元为伪双能探测单元；
所述成像单元对所述等距扇束投影数值进行双能分解处理，以获得不同基材料的双能分解系数，并利用滤波反投影算法对所述不同基材料的双能分解系数进行双能重建，从而获得检查对象的图像。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备还包括数据库，所述数据库用于存储可疑物品的原子序数和电子密度；
所述成像单元将在所述双能重建中所获得的检查对象的原子序数和电子密度分布与所述数据库中的数据进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。
12.一种用于射线扫描成像的设备，其特征在于，该设备包括：
多个射线发生器，所述多个射线发生器沿圆弧均匀分布，在一个扫描周期内，所述多个射线发生器同时向检查对象发出射线束，以完成对一个断层的扫描；
射线探测装置，用于采集所述多个射线发生器所发出的射线束的射线投影数值，
其中，所述射线探测装置包括多个射线探测器线性阵列，每个所述射线探测器线性阵列由多个沿直线排列的射线探测单元构成，所述多个射线探测器线性阵列位于同一平面并通过端部依次连接，并且两端的两个射线探测器线性阵列不相连，以构成半封闭框架。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述多个射线发生器所构成的圆弧的圆心角至少为π。
14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，每个所述射线发生器包括多个射线发射单元，该多个射线发射单元所发射的射线束为彼此平行的直线束；
全部所述射线发射单元所对应的射线探测单元不重叠。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，多个射线探测单元所在平面与所述多个射线发生器所在平面相平行，且该两平面与检查对象的运动方向相垂直。
16.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备还包括成像单元，该成像单元对所述射线探测装置所采集的射线检测数值进行处理，以获得检查对象的图像。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，
所述射线探测单元为伪双能探测单元。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述设备还包括数据库，所述数据库用于存储可疑物品的原子序数和电子密度；
所述成像单元将在双能重建中所获得的检查对象的原子序数和电子密度分布与所述数据库中的数据进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。
19.一种用于射线扫描成像的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用如权利要求1所述的设备对检查对象进行射线扫描并获得射线检测数值，
对于由多个射线探测器线性阵列构成的射线探测装置，针对至少一个射线发生器所对应的多个射线探测单元未形成与该射线发生器所发出的射线束的中轴线相垂直的直线，为所述至少一个射线发生器中的每一个设置等距型虚拟探测器线性阵列，所述等距型虚拟探测器线性阵列包括多个沿直线排列且等距分布的虚拟探测单元，每个射线发生器与相应的等距型虚拟探测器阵列的距离相等，并根据射线发生器与射线探测单元的连线，确定与所述虚拟探测单元相对应的射线探测单元，并基于该射线探测单元的射线检测数值，获得该虚拟探测单元的射线检测数值，全部等距型虚拟探测器线性阵列的射线检测数值构成等距扇束投影数值。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述等距扇束投影数值进行双能分解处理，以获得不同基材料的双能分解系数；
利用滤波反投影算法对所述不同基材料的双能分解系数进行双能重建，从而获得检查对象的图像。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获得所述检查对象的原子序数和电子密度分布，并将所述检查对象的原子序数和电子密度分布与数据库所存储的可疑物品的原子序数和电子密度分布进行比对，以判断检查对象是否为可疑物品。
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