CN105204080B - 一种用于ct检测设备的探测装置的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安检技术领域，具体涉及一种用于CT检测设备的探测装置的设计方法。所述设计方法包括以下步骤：1)设计正多边形定位线：在通道的圆周面外侧设计正多边形定位线；2)设计X射线源：将X射线源设在正多边形定位线外，使X射线源的出射狭缝的中心轴线经过正多边形的中心；3)设计探测器组：将若干个探测器组的一个端点，依次约束在正多边形定位线上，使若干个探测器组和X射线源在通道两侧相向设置；4)设计探测器臂架：将若干个臂架单元按照所述正多边形的几何规则组合连接形成探测器臂架；5)设计前准直栅格和后准直栅格；6)设计正多边形的探测器箱体。所述方法实现了所述探测装置小型化，成本低，密封效果好，检测精度高的效果。

Description

一种用于CT检测设备的探测装置的设计方法

技术领域

本发明属于安检技术领域，具体涉及一种用于CT检测设备的探测装置的设计方法。

背景技术

目前，在安检技术领域，基于X射线照射成像的计算机断层扫描技术，简称CT(Computed Tomography)技术，其行包CT安检技术得到迅速发展，物品的材料识别率特别是炸药的识别率远高于传统线扫描X射线安检设备。相比传统线扫描安检设备，CT安检设备较大的占地面积及较慢的检测速度和高成本，制约了其广泛应用。

目前的CT设备主要由X射线旋转扫描系统、进给系统、数据采集与图像处理系统、供电及控制系统、通道和整机结构系统等组成。其中影响CT性能及设备外形尺寸的主要因素就是旋转扫描系统，它包括X射线源、X射线锥束的前后准直器、探测器、滑环、转盘、筒架、屏蔽构件等。而探测器组件的排布方式决定了探测器的宽度，直接影响滑环转盘的直径大小，影响设备的宽度和高度，影响滑环转盘的负载大小。

目前的CT安检产品的探测器大部分采用传统CT排布设计，其探测器阵列是布置在以射线源靶心为圆心的筒形通道外圈圆弧上，每个探测器组首尾相接约束在圆弧上阵列排布，每个探测器组接受X射线锥束夹角相同，在空气背景下同时接收通量基本相同的X射线锥束，信号大小较一致，这有利于数据采集与图像重建。由于X射线源与探测器安装在滑环转盘上，分别相向布置在检测通道的外侧，要求X射线锥束照满通道，并排布多组探测器接受到X射线，形成无死角照射与接受探测射线，如此排布后的探测器宽度大，这要求滑环转盘直径大，导致设备外形宽大。

例如，申请号为01141811.7的专利文件公开了一种CT装置，其缺点便是探测器是约束在通道外侧的圆弧上，使得排布后的探测器宽度大，导致整个设备的外形宽大笨重；而且圆弧面的探测器臂架和箱体不利于密封处理。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺点和不足，提供一种用于CT检测设备的探测装置的设计方法。

本发明解决问题的技术方案是：一种用于CT检测设备的探测装置的设计方法，所述探测装置包括X射线源、若干个探测器组和滑环转盘，所述X射线源和探测器组相向固定在滑环转盘上，所述滑环转盘能够围绕通道旋转，所述通道呈横放的筒形，所述设计方法包括以下步骤：

步骤1、在通道的圆周面外侧设置正多边形的定位线，所述正多边形的中心、通道的圆心、滑环转盘的旋转中心相重合；

步骤2、将X射线源靶点设置在正多边形定位线外，使X射线源的出射狭缝的中心轴线经过正多边形的中心；

步骤3、将若干个探测器组的一个端点依次约束在正多边形定位线上，在通道两侧相向设置若干个探测器组和X射线源；

步骤4、将若干个臂架单元按照所述正多边形的组合连接形成探测器臂架，且分段限位安装；

步骤5、在每个探测器组上安装后准直栅格；在X射线源的出射狭缝口安装前准直栅格；

步骤6、按照所述正多边形，将探测器箱体设置为正多边形箱体，探测器箱体的内外边界分别大于探测器臂架的内外边界，将探测器臂架安装定位于探测器箱体内。

进一步地，步骤2中，所述X射线源的靶点和正多边形的中心的连线的延长线与正多边形定位线的交点确定为第一交点，将X射线源的靶点和通道的中心轴形成的平面确定为第一对称面。

进一步地，步骤3中，所述若干个探测器组以第一交点为起点沿两侧的正多边形定位线在第一对称面的两侧依次对称排布。

进一步地，在滑环转盘的旋转方向上，将每个所述探测器组的两端分为前端和后端，每个探测器组的前端或后端约束在正多边形定位线上。

进一步地，所述探测器组之间首尾衔接，所述首尾衔接为一组探测器的前端、相邻的探测器组的后端、X射线源的靶点在同一条直线上。

进一步地，所述X射线源的靶点与所有探测器组之间形成X射线锥束，所述X射线锥束照射整个通道，所述X射线源的出射角大于X射线锥束的夹角。

进一步地，步骤3中，所述探测器组为单排、多排或面阵列晶体；同一组晶体的接受射线面的前端和后端到X射线源的靶点的连线长度相等，所述连线与晶体表面的法线横向最大夹角设计为小于6°；当所述探测器组为多排或面阵列晶体时，将X射线源的出射狭缝的中心轴线所在的通道径向截面定义为第二对称面，所述多排晶体或面阵列晶体均在第二对称面左右沿轴向对称设置，在通道轴向最外排晶体的外端或面阵列轴向最外端的端点到X射线源的靶点的连接线的长度相等，所述连接线与晶体表面的法线纵向最大夹角小于6°。

进一步地，所述滑环转盘上安装的所有部件均设置在滑环转盘的内径和外径之间。

进一步地，所述正多边形为正六边形；所述探测器臂架由3个臂架单元组合连接形成，所述臂架单元呈平直状，3个所述臂架单元分别安装定位在正六边形的相邻的三个边上，所述探测器臂架呈无底边的等腰梯形状。

进一步地，步骤6中，所述探测器箱体的外环面分段进行平面密封，在X射线源和探测器组之间的探测器箱体的内环面上开设射线缝，所述射线缝用碳素纤维板覆盖连接并涂胶密封。

进一步地，所述探测器臂架和探测器箱体的材料均为钣金。

进一步地，步骤5中所述前准直栅格、后准直栅格的各个出射角与接受角相同，前准直栅格的缝隙宽度按X射线锥束投影到各排探测器晶体的宽度确定。

本发明所述设计方法的有益效果为：

1.相比于传统的以等半径或等夹角排布探测器的方法，本发明的探测器组的晶体围绕被扫描的筒形的通道，实现了X射线源与探测器组形成的CT探测扫描系统的结构尺寸显著减小。

2.采用正多边形设置探测器组，有利于探测器臂架的零部件按正多边形直线和平面进行钣金结构设计；分段分别安装定位，组合构成完整尺寸；简化了探测器臂架的安装定位基准，改善了探测器臂架的加工工艺，使探测器臂架的制作更为经济。

3.采用正多边形设置探测器组，有利于探测器箱体结构按照正多边形直线和平面进行钣金结构设计，简化探测器箱体的制作工艺；碳素纤维板覆盖连接射线缝，不仅加强了探测器箱体的强度，对射线缝起到覆盖密封作用，而且平面密封操作简单，且密封性好，避免了现有技术中圆弧面结构的探测器臂架和探测器箱体不利于密封处理且密封效果不佳的问题。

4.本发明所述滑环转盘上安装的所有部件均设置在滑环转盘的内径和外径之间多排或面阵列的设计，有利于实现同时进行多个断面的扫描，在实现设备小型化的同时，显著提高CT扫描检测速度。

附图说明

图1是本发明所述用于CT检测设备的探测装置的设计方法的流程图；

图2是采用图1所述方法设计的CT检测设备的探测装置的结构示意图；

图3是图2所示的探测装置的右视图，其中探测器组为多排晶体。

图中：1-CT检测设备断面轮廓，2-滑环转盘的外径，3-通道，4-滑环转盘的内径，5-探测器臂架，6-正多边形定位线，7-通道的中心轴，8-晶体的接受射线面，9-X射线锥束在相邻探测器组之间的射线，10-X射线源的靶点，11-晶体的接受射线面的前端，12-晶体的接受射线面的后端，13-第一交点，14-后准直栅格，15-第二对称面，16-第一对称面。

具体实施方式

下面结合说明书附图1-3详细介绍本发明具体实施方式。

实施例一：

如图1-图2所示，一种用于CT检测设备的探测装置的设计方法，包括X射线源、若干个探测器组和滑环转盘，所述X射线源和探测器组相向固定在滑环转盘上，所述滑环转盘能够围绕通道3旋转，所述通道3呈横置的筒形，其特征在于所述设计方法包括以下步骤：

步骤1、确定正多边形定位线：在通道3的圆周面外侧设计正多边形定位线6，使正多边形的中心、通道3的圆心、滑环转盘的旋转中心重合；

步骤2、设置X射线源：将X射线源设置在正多边形定位线6外，使X射线源的出射狭缝的中心轴线经过正多边形的中心；

步骤3、设置探测器组：将若干个探测器组的一个端点，依次约束在正多边形定位线6上，使若干个探测器组和X射线源在通道3两侧相向设置；

步骤4、设置探测器臂架5：将若干个臂架单元按照所述正多边形的几何规则组合连接形成探测器臂架5，且分段限位安装；

步骤5、设置前准直栅格和后准直栅格14：在每个探测器组上，设置后准直栅格14；在X射线源的出射狭缝口，设置前准直栅格(图中未示)；

步骤6、设置探测器箱体：根据所述正多边形的等边长原理，将探测器箱体(图中未示)设为正多边形箱体，探测器箱体的内外边界分别大于探测器臂架5的内外边界，将探测器臂架5安装定位于探测器箱体内。

所述步骤2中，将X射线源的靶点10和正多边形的中心的连线的延长线与正多边形定位线6的交点定义为第一交点13，将X射线源的靶点10和通道的中心轴7形成的平面定义为第一对称面16；所述步骤3中，所述若干个探测器组以第一交点13为起点沿两侧的正多边形定位线6在第一对称面16的两侧依次对称排布。

在滑环转盘的旋转方向上，将每个所述探测器组的两端分为前端和后端，每个探测器组的前端或后端约束在正多边形定位线6上。

所述探测器组之间首尾衔接，所述首尾衔接为一组探测器的前端、相邻的探测器组的后端、X射线源的靶点10在同一条直线上。

所述X射线源的靶点10与所有探测器组之间形成X射线锥束，所述X射线锥束照射整个通道3，所述X射线源的出射角大于X射线锥束的夹角；X射线锥束在相邻探测器组之间的射线9经过一个探测器组的后端和另一个探测器组的前端。

所述步骤3中，所述探测器组为多排晶体；同一组晶体的接受射线面的前端11和后端12到X射线源的靶点10的连线长度相等，所述连线与晶体表面的法线横向最大夹角设计小于6°。

如图3所示，将X射线源的出射狭缝的中心轴线所在的通道径向截面定义为第二对称面15，多排晶体在第二对称面15左右沿轴向对称设置，在通道轴向最外排晶体的外端到X射线源的靶点10的连接线的长度相等，所述连接线与晶体表面的法线纵向最大夹角设计小于6°。

所述滑环转盘上安装的所有部件均设置在在滑环转盘的内径4和滑环转盘的外径2之间；所述步骤1中，根据通道3的直径设计正多边形的边数，随着设计的通道3直径增大，正多边形的边数增多，有利于实现探测器组靠近通道3的圆筒壁。

在本实施例中，所述CT检测设备采用常规的通道3，所述通道3的直径为800mm，设计CT检测设备断面轮廓1的外形，所述CT检测设备断面轮廓1的尺寸为高1540mm×宽1400mm；滑环转盘的外径2为1300mm，设计所述正多边形为正六边形，多排晶体的排数为8排，8排晶体的间距为20mm，8排晶体在通道3轴向的总宽为160mm，晶体的接受射线面的前端11或晶体的接受射线面的后端12到X射线源的靶点10的连线与晶体表面的法线横向最大夹角设计为3.8°，通道轴向最外排晶体的外端到X射线源的靶点10的连接线与晶体表面的法线纵向最大夹角设计为5.8°。

所述探测器臂架5由3个臂架单元组合连接形成，所述臂架单元呈平直状，3个所述臂架单元分别定位安装在正六边形的相邻的三个边上，所述探测器臂架5呈无底边的等腰梯形状。

所述步骤6中，在X射线源和探测器组之间的探测器箱体的内环面上开设射线缝，所述射线缝用碳素纤维板覆盖连接并涂胶密封，所述探测器箱体的外环面分段进行平面密封；所述探测器臂架5和探测器箱体的材料均为钣金。

所述步骤5中，前准直栅格(图中未示)、后准直栅格14的各个出射角与接受角相同，前准直栅格的缝隙宽度按X射线锥束投影到各排探测器晶体的宽度计算确定。

实施例二：

在本实施例中，通道的直径为1200mm，正多边形的边数为正八边形，探测器箱体呈正八边形，探测器臂架部分呈正八边形，所述探测器组为面阵列晶体，同一组晶体的接受射线面的前端和后端到X射线源的靶点的连线长度相等，所述连线与晶体表面的法线横向最大夹角设计小于6°；所述面阵列晶体在第二对称面左右沿轴向对称设置，面阵列晶体轴向最外端的端点到X射线源的靶点的连接线的长度相等，所述连接线与晶体表面的法线纵向最大夹角设计小于6°。

除此之外，其它设计与实施例一相同。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于CT检测设备的探测装置的设计方法，所述探测装置包括X射线源、若干个探测器组和滑环转盘，所述X射线源和探测器组相向固定在滑环转盘上，所述滑环转盘能够围绕通道旋转，所述通道呈横放的筒形，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

步骤1、设置正六边形定位线：在通道的圆周面外侧设计正六边形定位线，使正六边形的中心、通道的圆心、滑环转盘的旋转中心重合；

步骤2、设置X射线源：将X射线源设在正六边形定位线外，使X射线源的出射狭缝的中心轴线经过正六边形的中心；

步骤3、设置探测器组：将若干个探测器组的一个端点，依次约束在正六边形定位线上，使若干个探测器组和X射线源在通道两侧相向设置；

步骤4、设置探测器臂架：将3个臂架单元按照所述正六边形的几何规则组合连接形成探测器臂架，且分段限位安装，所述臂架单元呈平直状，3个所述臂架单元分别定位安装在正六边形的相邻的三个边上，所述探测器臂架呈无底边的等腰梯形状；

步骤5、设置前准直栅格和后准直栅格：在每个探测器组上，设置后准直栅格；在X射线源的出射狭缝口，设置前准直栅格；

步骤6、设置探测器箱体：根据所述正六边形的等边长的几何原理，将探测器箱体设计成正六边形箱体，将探测器臂架设置在探测器箱体内；

所述步骤2中，将X射线源的靶点和正六边形的中心的连线的延长线与正六边形定位线的交点定义为第一交点，将X射线源的靶点和通道的中心轴形成的平面定义为第一对称面；所述步骤3中，所述若干个探测器组以第一交点为起点沿两侧的正六边形定位线在第一对称面的两侧依次对称排布；

步骤3中所述探测器组为单排、多排或面阵列晶体；同一组晶体的接受射线面的前端和后端到X射线源的靶点的连线长度相等，所述连线与晶体表面的法线横向最大夹角设计小于6°；当所述探测器组为多排或面阵列晶体时，将X射线源的出射狭缝的中心轴线所在的通道径向截面定义为第二对称面，所述多排晶体或面阵列晶体均在第二对称面左右沿轴向对称设置，在通道轴向最外排晶体的外端或面阵列轴向最外端的端点到X射线源的靶点的连接线的长度相等，所述连接线与晶体表面的法线纵向最大夹角设计小于6°。

2.根据权利要求1所述的用于CT检测设备的探测装置的设计方法，其特征在于，在滑环转盘的旋转方向上，将每个所述探测器组的两端分为前端和后端，每个探测器组的前端或后端约束在正六边形定位线上。

3.根据权利要求2所述的用于CT检测设备的探测装置的设计方法，其特征在于，所述探测器组之间首尾衔接，所述首尾衔接为一组探测器的前端、相邻的探测器组的后端、X射线源的靶点在同一条直线上。

4.根据权利要求3所述的用于CT检测设备的探测装置的设计方法，其特征在于，所述X射线源的靶点与所有探测器组之间形成X射线锥束，所述X射线锥束照射整个通道，所述X射线源的出射角大于X射线锥束的夹角。

5.根据权利要求1所述的用于CT检测设备的探测装置的设计方法，其特征在于，所述滑环转盘上安装的所有部件均设置在滑环转盘的内径和外径之间；所述步骤1中，根据通道的直径设计正六边形的边数。

6.根据权利要求1所述的用于CT检测设备的探测装置的设计方法，其特征在于，所述步骤6中，设置在X射线源和探测器组之间的探测器箱体，在其内环面上开设射线缝，所述射线缝用碳素纤维板覆盖连接并涂覆胶密封，所述探测器箱体的外环面分段进行平面密封；所述探测器臂架和探测器箱体的材质均为钣金。

7.根据权利要求1所述的用于CT检测设备的探测装置的设计方法，其特征在于，所述步骤5中，前准直栅格、后准直栅格的各个出射角与接收角相同，前准直栅格的缝隙宽度按X射线锥束投影到各排探测器晶体的宽度确定。