CN103776848B - 射线发射装置和成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种射线发射装置以及包括该射线发射装置的成像系统，该射线发射装置包括：筒；发出射线的射线源，所述射线源设置在该筒中；以及准直件，所述准直件设置在该筒中，该准直件使射线源发出的射线能够在筒的轴向的多个位置形成扇形射线束，其中该筒具有在筒的、与所述多个位置对应的轴向长度上布置的笔束形成部分，当该筒绕旋转轴线转动时，所述扇形射线束通过笔束形成部分形成笔束。本发明中，由于没有了第二维方向的扫描移动，旋转屏蔽体只有自身旋转一个维度，也就没有了克服转动惯量的问题；从原理上保证了第一维方向的实际扫描线与第一维的运动方向始终一致，扫描图像不会出现几何变形。
Description
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
散射成像应用通常使用调制后的射线笔束逐点扫描物体，同时探测器接收该点扫描的信号，数据处理时将扫描位置和信号一一对应即可得到反映物体信息的图像。此种应用中最关键的是将射线调制约束成笔束并实现飞点扫描的方法。
常见的飞点扫描方法是用带有一个或多个准直孔的旋转屏蔽体在射线扫描扇面内旋转，让射线从准直孔透射出来成飞点笔束，实现第一维方向的扫描；为了有效提高探测效率，需要用大面积探测器尽可能覆盖住飞点笔束在物体上所在位置的散射立体角，通常作法是使探测器随着射线扫描扇面一起相对被检测物体移动(平移或转动)，实现第二维方向的扫描。其中的相对移动，可以是射线扫描扇面和探测器移动而物体固定，也可以是射线扫描扇面和探测器固定而物体移动。在进行第一维方向的扫描时，需要有一套电机驱动装置使旋转屏蔽体旋转；在进行第二维方向的扫描时，需要另外一套电机驱动装置使射线发生装置、旋转屏蔽体和探测器一起相对物体移动。
如前所述，现有的飞点扫描方法通常采用两套机械驱动装置，来实现二维扫描，并且两者的实时运动位置(或角度)相互关联，都需要精确控制，机械结构复杂，如果采用转动射线扫描扇面的方式则更多出了一个要克服旋转屏蔽体的转动惯量的问题。
第二维方向扫描的持续运动会造成第一维方向的实际扫描线与第一维方向的运动方向不平行，两者之间有倾斜角，最终造成扫描图像的几何变形，劣化图像质量。第二维方向扫描运动速度越快，前述的变形就越厉害；而另一方面，第二维方向扫描运动速度越慢，系统的整体扫描时间就越长。
因此，需要一种改进的飞点扫描方法，能有效地解决上述缺点。
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，由此提高图像质量。
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：筒；发出射线的射线源，所述射线源设置在该筒中；以及准直件，所述准直件设置在该筒中，该准直件使射线源发出的射线能够在筒的轴向的多个位置形成扇形射线束，其中该筒具有在筒的、与所述多个位置对应的轴向长度上布置的笔束形成部分，当该筒绕旋转轴线转动时，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筒的筒壁形成的多个离散的孔，或者穿过所述筒的筒壁形成的狭缝。
根据本发明的一方面，所述准直件包括多个沿筒的轴向排列的直线状的缝隙，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筒的轴向排列的靶点，所述多个靶点与所述多个直线状的缝隙相对应。
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，当该筒转动时，通过笔束形成部分沿该筒的轴向方向依次形成笔束。
根据本发明的一方面，所形成的扇形射线束大致在该筒的轴向方向上对齐。
根据本发明的一方面，所述多个靶点在该筒的旋转轴线上。
根据本发明的一方面，所述筒是空心圆柱体。
根据本发明的一方面，所述扇形射线束大致与该筒的旋转轴线垂直。
根据本发明的一方面，所述多个靶点是可单独控制的。
根据本发明的一方面，所形成的笔束可对物体进行二维扫描。
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，所述筒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，该成像系统包括：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探测器。
本发明的射线发射装置和系统可以实现对被检测物体的散射扫描。本发明中，只用到了第一维方向的扫描移动，用分布式X射线源的靶点切换代替了传统的第二维方向的扫描移动，靶点切换只需加以特定时序的数字控制信号即可实现，大大简化了电机驱动的复杂机械结构，且扫描速度易于控制。由于没有了第二维方向的扫描移动，旋转屏蔽体只有自身旋转一个维度，也就没有了克服转动惯量的问题。由此，从原理上保证了第一维方向的实际扫描线与第一维的运动方向始终一致，扫描图像不会出现几何变形。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的射线发射装置；
图2a是根据本发明的实施例的射线源和准直件的示意图，其中只有一个靶点发出射线；
图2b是根据本发明的实施例的射线源和准直件的示意图，其中所有靶点发出射线；
图3是根据本发明的实施例的筒的展开图；以及
图4a和图4b是根据本发明的实施例的成像系统的示意图。
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4a和4b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6上散射的散射射线的散射探测器40，以及控制部件50。
参照图1所示，该射线发射装置30包括：筒31；发出射线的射线源33，所述射线源33设置在该筒31中；以及准直件35，所述准直件35设置在该筒31中，该准直件35使射线源33发出的射线能够在筒31的轴向的多个位置形成扇形射线束111。该筒31具有在筒31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311，当该筒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311形成笔束。
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可以包括多个沿筒31的轴向排列的靶点101。多个靶点101在该筒31的旋转轴线上，该旋转轴线可以是筒31的中心轴线。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。图2a和2b分别示出了射线源33的靶点单独出射射线与同时出射射线的情况。
如图1、2a和2b所示，所述准直件35包括多个沿筒31的轴向排列的直线状的缝隙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111。所述多个靶点101可以与所述多个直线状的缝隙351相对应。所述准直件35具有板状形状并且与所述射线源33邻接。
所述准直件35可以是固定的屏蔽板。固定屏蔽板相对于射线源33是固定的，所述准直件35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。固定屏蔽板上开有多条直线状的缝隙351。由X射线源33发出的射线经过固定屏蔽板上的直线缝隙351准直以后成为扇形束射线111。
如图1、3所示，所述筒可以是空心圆柱体或其它形状的空心筒。所述笔束形成部分311是穿过所述筒31的筒壁形成的多个离散的孔311，或者是穿过所述筒31的筒壁形成的狭缝。狭缝可以是把这些通孔311连接起来而成的能通过射线的线槽，所述笔束形成部分311的形状可以是圆形、方形、菱形、椭圆等，优选圆形。
如图1、3、4a和4b所示，当该筒31转动时，扇形射线束111可以通过笔束形成部分311沿该筒33的轴向方向依次形成笔束，或者扇形射线束111通过笔束形成部分311沿该筒33的轴向方向以其它顺序形成笔束。即，对应于多个扇形射线束111，可以逐一沿该筒33的轴向形成笔束，间隔地沿该筒33的轴向形成笔束，或者采用其它的方式形成笔束。所形成的笔束可对物体进行二维扫描。所形成的多个扇形射线束111可以大致在该筒31的轴向方向上对齐。扇形射线束111可以大致与该筒31的旋转轴线垂直。
所述筒31可以是旋转屏蔽体，并且由能屏蔽X射线的材料形成，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。多种材料组合的一种典型方式是：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4a和4b所示，射线源33的某一个靶点101可以仅能对准一个孔311无阻碍地出射笔束。随着筒31的旋转，控制部件50控制靶点101出射射线，该靶点101出射的笔束112就在物体6上沿直线移动，完成物体的一列扫描。当筒31转过一定角度后，射线源33的另一个靶点101能够对准另一个孔311，控制部件5控制靶点101出射射线，该靶点出射的笔束113就在物体上沿另一条直线移动，完成物体的另一列扫描。依此类推，随着筒31的匀速转动，控制部件5根据筒31的旋转位置信息，控制射线源33的不同靶点顺序出射射线，就能逐列完成物体6的完整扫描。该装置完成扫描，只需要筒31的旋转这一维运动。
探测器40能收集打在物体6上的笔束散射的射线，转换成数字数据传给计算机或控制部件50处理。
控制部件50能使筒31旋转，并且根据筒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。
射线源33的任一靶点发出的射线经过准直件35准直以后，只有能通过筒31上的孔311的部分才能成为最终用于扫描的出射笔束，其余部分均被遮挡屏蔽。控制部件5驱动筒31旋转，可实现第一维方向的扫描移动，并且控制部件5获取筒31的角度位置信息，以规定的时序模式控制射线源33的相应的靶点出射射线，实现第二维方向的扫描移动。探测器40收集与物体6作用的射线笔束，并产生数字数据。把数字数据与该射线笔束的作用点位置对应起来，获得散射图像。
如上所述，本发明提供了射线发射装置和成像系统。本发明的射线发射装置和系统可以实现对被检测物体的散射扫描。本发明中，只用到了第一维方向的扫描移动，用分布式X射线源的靶点切换代替了传统的第二维方向的扫描移动，靶点切换只需加以特定时序的数字控制信号即可实现，大大简化了电机驱动的复杂机械结构，且扫描速度易于控制。由于没有了第二维方向的扫描移动，旋转屏蔽体只有自身旋转一个维度，也就没有了克服转动惯量的问题。由此，从原理上保证了第一维方向的实际扫描线与第一维的运动方向始终一致，扫描图像不会出现几何变形。
Claims (11)
1.一种成像系统，包括：
射线发射装置；和
用于接收所述射线发射装置发射的X射线在被检查物体上散射的散射X射线的探测器，
所述射线发射装置包括：
筒；
分布式X射线源，所述分布式X射线源设置在该筒中，所述分布式X射线源包括沿筒的轴向排列的、用于发出X射线的多个靶点；以及
准直件，所述准直件设置在该筒中，该准直件使多个靶点发出的X射线能够在筒的轴向的多个位置形成扇形射线束，
其中该筒具有在筒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，当该筒绕旋转轴线转动时，所述扇形射线束通过笔束形成部分形成笔束，在筒的展开图中，每一行的笔束形成部分沿筒的轴向排列，并且每一列的笔束形成部分沿相对于筒的轴向倾斜的方向排列。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述笔束形成部分是穿过所述筒的筒壁形成的多个离散的孔。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其中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所述的成像系统，其中所述准直件包括多个沿筒的轴向排列的直线状的缝隙，通过所述缝隙使多个靶点发出的X射线大致成扇形射线束。
5.根据权利要求4所述的成像系统，其中
所述多个靶点与所述多个直线状的缝隙相对应。
6.根据权利要求1所述的成像系统，其中
当该筒转动时，通过笔束形成部分沿该筒的轴向方向依次形成笔束。
7.根据权利要求5所述的成像系统，其中
所述多个靶点在该筒的旋转轴线上。
8.根据权利要求1所述的成像系统，其中
所述筒是空心圆柱体。
9.根据权利要求1所述的成像系统，其中
所述扇形射线束大致与该筒的旋转轴线垂直。
10.根据权利要求1所述的成像系统，其中
所述准直件由能够屏蔽X射线的材料制成。
11.根据权利要求1所述的成像系统，其中
所述筒由能够屏蔽X射线的材料制成。
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