CN103776847B - 射线发射装置和成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射线发射装置，该射线发射装置包括：旋转体，旋转体具有轴向方向，该轴向方向平行于预定方向；射线源，所述射线源能够在所述预定方向上的多个位置发出射线；以及准直件，该准直件使射线源发出的射线能够在所述预定方向的多个位置形成扇形射线束，其中该旋转体具有在旋转体的、与所述多个位置对应的轴向长度上布置的笔束形成部分，当该旋转体绕旋转轴线转动时，所述扇形射线束通过笔束形成部分形成笔束。发明的调制装置可以实现对目标物体的匀速飞点扫描，能很方便的实现对目标物体的均匀采样，使获得的扫描图像中没有纵向的压缩变形。

Description

射线发射装置和成像系统

技术领域

本发明涉及一种射线发射装置和成像系统。

背景技术

核技术成像应用中，可以用调制后的射线笔束逐点扫描物体，同时探测器接收扫描后的信号，数据处理时将扫描位置和信号对应即可得到反映物体信息的图像。此种类型的应用中最关键的部件就是实现将射线调制约束并能实现扫描的飞点扫描机构。

现有的一种飞点扫描机构是带有多准直孔的旋转屏蔽体在射线扫描扇面内旋转实现第一维的扫描，通过旋转或者平移射线扫描扇面实现第二维的扫描。对于第一维扫描，射线在垂直平面物体上是非匀速扫描，扫描线在扫描的起始端和末端加速，会在几何变形基础上进一步纵向扩大扫描光斑，导致成像除几何变形之外的由于扫描速度变化而带来的纵向压缩变形。在进行第二维的扫描时，选择平移射线扫描扇面则需要平移射线发生装置、旋转屏蔽体，机械结构会很复杂；选择旋转射线扫描扇面则需要克服旋转屏蔽体的转动惯量，对旋转的驱动装置和旋转屏蔽体的轴承是个巨大考验。还有，由于在此种技术中，辐射源例如X光机一般设置在旋转辐射体的内部，从而其扫描机构难于与现有X光机形成匹配接口，从而需要重新设计X光机的屏蔽体，增加了背散射扫描成像装置的成本。

现有的另一种飞点扫描机构由位于射线源前方的固定屏蔽板和旋转屏蔽体组成。固定屏蔽板相对于射线源是固定的，旋转屏蔽体相对于固定屏蔽板是可旋转的。旋转屏蔽体通常是圆盘状。固定屏蔽板和旋转屏蔽体分别设置有直线状的缝隙和螺旋线缝隙，在旋转屏蔽体旋转扫描过程中，直线状的缝隙与螺旋线缝隙连续相交以构成扫描准直孔，扫描准直孔始终相对于射线源保持预定形状，以使穿过扫描准直孔的射线束的截面形状保持不变。在该种方案中，旋转屏蔽体除了要精准加工螺旋线缝隙，还要考虑提供足够的射线屏蔽能力以及机构重量和转动惯量的问题，在现有加工工艺基础上很难实现。

还存在另一种产生飞点的思路是利用能出多射线束的射线源(分布式射线源)。此种射线源具有多个出射靶点，通过控制电路能使这些靶点依次单独出束。在射线源出束口处布置有准直件，使每个靶点都有对应的一个准直孔来约束射线成笔束。控制电路使靶点依次出束，便能实现类似前述的扫描飞点。在此种方案中，对射线源的靶点数量有很高的要求，一列扫描线包含的点数，就是需要的靶点数量，对辐射成像图像来说，一列扫描的点数至少在百点以上，如果要求图像质量更高，一列扫描需要的点数就更多，需要的出射靶点数量也就更多，这对整套装置来说是很高的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种射线发射装置以及成像系统，由此能够调制射线形成均匀飞点束。

本发明的另一目的是提供一种射线发射装置以及成像系统，由此能够形成连续匀速直线运动的飞点。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种射线发射装置，该射线发射装置包括：旋转体，旋转体具有轴向方向，该轴向方向平行于预定方向；射线源，所述射线源能够在所述预定方向上的多个位置发出射线；以及准直件，该准直件使射线源发出的射线能够在所述预定方向的多个位置形成扇形射线束，其中该旋转体具有在旋转体的与所述多个位置对应的轴向长度上布置的笔束形成部分，当该旋转体绕旋转轴线转动时，所述扇形射线束通过笔束形成部分形成笔束。

根据本发明的一方面，所述笔束形成部分是穿过所述旋转体形成的多个离散的孔。

根据本发明的一方面，所述旋转体是筒，所述笔束形成部分是穿过所述筒的筒壁形成的狭缝。

根据本发明的一方面，所述准直件包括沿所述预定方向设置的直线状的缝隙，通过所述缝隙使射线源发出的射线大致成扇形射线束。

根据本发明的一方面，所述射线源包括多个沿预定方向排列的靶点。，例如所述射线源的多个靶点等间隔排列。

根据本发明的一方面，所述准直件具有板状形状并且与所述射线源邻接。

根据本发明的一方面，当该旋转体转动时，通过笔束形成部分沿所述预定方向依次形成笔束。

根据本发明的一方面，所述多个靶点、所述缝隙和该旋转体的旋转轴线大致在同一个平面内。

根据本发明的一方面，所述旋转体由能够屏蔽射线的材料制成。

根据本发明的一方面，所述准直件由能够屏蔽射线的材料制成。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种成像系统，所述成像系统包括：上述的射线发射装置；和用于接收所述射线发射装置发射的射线在被检查物体上散射的散射射线的散射探测器。

本发明的射线发射装置可以实现对目标物体的匀速飞点扫描，能很方便的实现对目标物体的均匀采样，使获得的扫描图像中没有纵向的压缩变形。

在旋转射线扫描扇面时不会改变诸如旋转屏蔽体的旋转体的角动量方向，因此不需要克服旋转体的转动惯量，很容易通过旋转射线扫描扇面来实现第二维的扫描。并且该调制装置在量产的X光机上匹配机械接口即可完成，结构紧凑，不需要重新设计X光机光管的屏蔽体，节约了成本。

由于使用了多靶点的分布式X射线源，扫描物体的不同位置时可以选择邻近的靶点出射线，这样可以尽量减小靶点的边束出射扇角，出射扇角越大边束相比主束剂量也就越小，因此有效缩小与靶点主束剂量的落差以及由此带来的图像信噪比的差异。射线源除了可以是分布式X射线源之外，也可以是传统的单靶点射线源的简单叠加，例如多个单靶点射线源沿直线排列。

本发明的扫描装置可以在量产的X射线源上匹配机械接口即可完成，不需要重新设计X光机球管的屏蔽体。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的组装在一起的射线源和准直件的示意图；

图2a和图2b是根据本发明的实施例的射线发射装置的示意图；

图3a是单靶点射线源的示意图；以及

图3b是多靶点射线源的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图2a和2b所示，根据本发明的成像系统100包括：射线发射装置30；用于接收所述射线发射装置30发射的射线在被检查物体上散射的散射射线的探测器；和控制部件40，控制部件40能使旋转体31旋转，并且根据旋转体31的转动位置控制射线源33的相应出射靶点101发射X射线。

如图1、2a、2b所示，根据本发明的实时例的射线发射装置30包括：旋转体31，旋转体31具有轴向方向，该轴向方向平行于预定方向；射线源33，所述射线源33可以设置在旋转体31的附近，并能够在所述预定方向上的多个位置发出射线；及准直件35，该准直件35使射线源33发出的射线能够在所述预定方向的多个位置形成扇形射线束111。该旋转体31具有在旋转体的与所述多个位置对应的轴向长度上布置的笔束形成部分301，当该旋转体31绕旋转轴线转动时，所述扇形射线束111通过笔束形成部分301形成笔束。当该旋转体31转动时，通过笔束形成部分301可以沿所述预定方向依次形成笔束。优选准直件35比旋转体31更靠近射线源33。

如图1、2a和2b所示，射线源33可以是任何合适的现有的分布式射线源。例如射线源33可以包括多个沿预定方向排列的靶点101。多个靶点101可以是可单独控制的。此外，射线源33可以是X射线源。每个靶点101都具有独立出射射线的能力，并可由外部控制信号控制以特定的顺序单独出射射线。所述多个靶点101可以与该旋转体31的旋转轴线在同一个平面内。此外，靶点的数量没有限制。

具体而言，本发明的装置所使用的分布式X射线源对靶点的数量从原理和生产工艺上都没有严格的限制。在一个典型的1米的扫描长度内，少则分布2个靶点、多则以现有技术生产工艺的极限(靶点间距亚毫米级)来分布(例如1000个)靶点，均无不可；特别的，当靶点数量仅为1时，便成为了传统的单靶点X射线源的应用。优选的，本发明的装置使用靶点数在10以内的分布式X射线源，能更好地发挥装置的优势和控制成本。

如图1、2a、2b所示，准直件35可以是固定屏蔽板。固定屏蔽板相对于射线源是固定的，准直件35或固定屏蔽板由能屏蔽X射线的材料制成，如铅、钨、铜、钢、四氧化三铅，优选铅。准直件35包括沿所述预定方向设置的直线状的缝隙351，通过所述缝隙351使射线源33发出的射线大致成扇形射线束。准直件35可以具有板状形状并且与所述射线源33邻接。

如图2a、2b所示，所述旋转体31可以是旋转屏蔽体，旋转屏蔽体可以为实心圆柱体和空心圆柱体，优选空心圆柱体。旋转屏蔽体可绕旋转轴线旋转，该旋转轴线可以是旋转屏蔽体的中心轴线。所形成的扇形射线束大致与该旋转体的旋转轴线在同一个平面内。所述旋转体31的旋转轴线、准直件35的直线状的缝隙351和X射线源33的靶点101可以位于同一平面内。所述旋转体31或旋转屏蔽体由能屏蔽X射线的材料制成，可为单种材料结构(如铅、钨、铜、钢、四氧化三铅)和多种材料结构组合，优选单种材料结构。一种典型的多种材料组合方式是：空心圆柱体由三个圆筒套装组成，其中最外面和最里面的圆筒为铝或者钢等具有一定刚性和硬度的材料制成，起固定作用；中间的圆筒为铅、铅锑合金、钨等典型的射线屏蔽材料，起屏蔽射线的作用。

如图2a、2b所示，所述笔束形成部分301是穿过所述旋转体31形成的多个离散的孔，或者所述旋转体31是筒，所述笔束形成部分301是穿过所述筒的筒壁形成的狭缝301。

如图2a、2b所示，旋转体31上的作为射线入射区域的笔束形成部分301和作为射线出射区域的笔束形成部分301可以是两条连续的能通过射线的螺旋线型槽，也可以是离散的沿螺旋线排列的通孔，优选螺旋线型槽。作为射线入射区域的笔束形成部分301和作为射线出射区域的笔束形成部分301之间存在一一对应关系，作为射线入射区域的笔束形成部分301的任一点仅能与作为射线出射区域的笔束形成部分301的一点相联通，共同构成一个有特定方向的能通过射线的准直孔，该准直孔的形状可以是圆形、方形、菱形、椭圆等，优选方形。

如图1、2a、2b所示，由射线源33发出的射线经过准直件35上的直线状的缝隙351准直以后成为扇束射线111。所有的扇束射线111在同一平面内。

如图2a、2b所示，在旋转体31的任一转动位置处，旋转体31上的作为射线入射区域的笔束形成部分301和作为射线出射区域的笔束形成部分301构成一个特定空间方向的射线准直孔121(参见图2a)。根据旋转体31的转动位置，控制部件40控制射线源33的相应靶点101出射线，经过准直件35上的缝隙351准直后的扇束射线111可从中通过形成射线笔束131，当旋转体31旋转一定角度后射线源33的另一靶点101受控制部件40控制出射线，通过另一射线准直孔形成射线笔束，如此重复操作，最后，当旋转体31旋转一定角度后射线源33的靶点101受控制部件40控制出射线，通过射线准直孔130形成射线笔束132(参见图2b)。随着旋转体31的匀速转动，作为射线入射区域的笔束形成部分301和作为射线出射区域的笔束形成部分301依次构成不同空间方位的射线准直孔，通过的射线笔束打在物体5上的位置沿着平行于准直件35上的直线状的缝隙351的方向匀速移动。

准直件35的直线状的缝隙351与旋转体31的作为射线入射区域的笔束形成部分301和作为射线出射区域的笔束形成部分301连续构成扫描准直孔，扫描准直孔沿直线状的缝隙351的方向匀速移动。

如图2a和2b所示，控制部件40驱动旋转体31旋转，同时获取旋转体31的角度位置信息，根据一定的规则控制射线源33的相应的靶点101出射线。射线源33发出的射线经过准直件35准直以后，只有能通过旋转体31上的作为射线入射区域的笔束形成部分301和作为射线出射区域的笔束形成部分301构成的射线准直孔的部分才能成为最终用于扫描的出射射线，其余部分均被遮挡屏蔽。控制部件40驱动旋转体31匀速旋转，从而使用于扫描的出射射线沿着平行于准直件35上的直线状的缝隙351的方向匀速移动，实现对目标物体的匀速扫描。

如上所述，本发明的射线发射装置可以实现对目标物体的匀速飞点扫描，能很方便的实现对目标物体的均匀采样，使获得的扫描图像中没有纵向的压缩变形。

在旋转射线扫描扇面时不会改变诸如旋转屏蔽体的旋转体的角动量方向，因此不需要克服旋转体的转动惯量，很容易通过旋转射线扫描扇面来实现第二维的扫描。并且该调制装置在量产的X光机上匹配机械接口即可完成，结构紧凑，不需要重新设计X光机光管的屏蔽体，节约了成本。

由于使用了多靶点的分布式X射线源或多个单靶点射线源的组合，扫描物体的不同位置时可以选择邻近的靶点出射线，这样可以尽量减小靶点的边束出射扇角，出射扇角越大边束相比主束剂量也就越小，因此有效缩小与靶点主束剂量的落差以及由此带来的图像信噪比的差异。

如图3a所示，以90°出束角的单靶点射线源为例，边束113与主束115的剂量之比仅为1∶2。代替图3a所示的单靶点射线源，采用如图3b所示的5靶点射线源，出束角缩小到11.3°，边束113与主束115的剂量之比大幅改善到1∶1.04。同时由于靶点的边束113出射扇角的减小，使得诸如旋转屏蔽体的旋转体的两条螺旋线型槽的斜度减小，从生产工艺上来说，相比在圆柱体上开大斜度的线槽更易于实现。如图3b所示，所有的扇束射线束111在同一平面内，同时相邻的射线束111相互衔接以保证在竖直扫描方向上不存在遗漏扫描之处或相互重叠之处。

本发明的扫描装置可以在量产的X射线源上匹配机械接口即可完成，不需要重新设计X光机球管的屏蔽体。

Claims (13)

1.一种射线发射装置，包括：

旋转体，旋转体具有轴向方向，该轴向方向平行于预定方向；

射线源，所述射线源能够在所述预定方向上的多个位置发出射线；以及

准直件，该准直件使射线源发出的射线能够在所述预定方向的多个位置形成扇形射线束，

其中该旋转体具有在旋转体的与所述多个位置对应的轴向长度上布置的笔束形成部分，当该旋转体绕旋转轴线转动时，所述扇形射线束通过笔束形成部分形成笔束。

2.根据权利要求1所述的射线发射装置，其中所述笔束形成部分是穿过所述旋转体形成的多个离散的孔。

3.根据权利要求1所述的射线发射装置，其中所述旋转体是筒，所述笔束形成部分是穿过所述筒的筒壁形成的狭缝。

4.根据权利要求1所述的射线发射装置，其中所述准直件包括沿所述预定方向设置的直线状的缝隙，通过所述缝隙使射线源发出的射线大致成扇形射线束。

5.根据权利要求4所述的射线发射装置，其中

所述射线源包括多个沿预定方向排列的靶点。

6.根据权利要求4所述的射线发射装置，其中

所述准直件具有板状形状并且与所述射线源邻接。

7.根据权利要求1所述的射线发射装置，其中

当该旋转体转动时，通过笔束形成部分沿所述预定方向依次形成笔束。

8.根据权利要求5所述的射线发射装置，其中

所述多个靶点、所述缝隙和该旋转体的旋转轴线大致在同一个平面内。

9.根据权利要求5所述的射线发射装置，其中

所述射线源的多个靶点等间隔排列。

10.根据权利要求1所述的射线发射装置，其中

所有的扇形射线束在同一平面内，相邻的扇形射线束相互衔接以保证在扫描方向上不存在遗漏扫描之处。

11.根据权利要求1所述的射线发射装置，其中

所述旋转体由能够屏蔽射线的材料制成。

12.根据权利要求1所述的射线发射装置，其中

所述准直件由能够屏蔽射线的材料制成。

13.一种成像系统，包括：

根据权利要求1所述的射线发射装置；和

用于接收所述射线发射装置发射的射线在被检查物体上散射的散射射线的探测器。