CN107615052A - 手持式便携反向散射检查系统 - Google Patents

手持式便携反向散射检查系统 Download PDF

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CN107615052A CN201680028912.7A CN201680028912A CN107615052A CN 107615052 A CN107615052 A CN 107615052A CN 201680028912 A CN201680028912 A CN 201680028912A CN 107615052 A CN107615052 A CN 107615052A
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爱德华·詹姆斯·莫顿
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Rapiscan Systems Inc
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Abstract

本说明书描述了一种紧凑的手持式探针或设备，其使用X射线反向散射原理向操作者提供关于在由诸如X射线的电离辐射照射的隐藏屏障之后存在散射和吸收材料、物品或物体的即时反馈。以变化的听得见的声音的形式提供反馈，由此声音的音高或频率根据散射材料、物品或物体的类型而变化。另外或可替代地，操作者通过扫描围绕可疑区域或异物区域的射束而在屏幕上获得视觉扫描图像。

Description

手持式便携反向散射检查系统
相关申请的交叉引证
本申请要求于2015年3月20日提交的题为“Handheld Portable BackscatterInspection System(手持式便携反向散射检查系统)”的美国专利临时申请号62/136,299的优先权。
本申请还要求于2015年3月20日提交的题为“Handheld Portable BackscatterInspection System(手持式便携反向散射检查系统)”的美国专利临时申请号62/136,305的优先权。
本申请还要求于2015年3月20日提交的题为“Handheld Portable BackscatterInspection System(手持式便携反向散射检查系统)”的美国专利临时申请号62/136,315的优先权。
本申请还要求于2015年3月20日提交的题为“Handheld Portable BackscatterInspection System(手持式便携反向散射检查系统)”的美国专利临时申请号62/136,322的优先权。
本申请还要求于2015年3月20日提交的题为“Handheld Portable BackscatterInspection System(手持式便携反向散射检查系统)”的美国专利临时申请号62/136,362的优先权。
所有上述申请的全部内容通过引证并入本文。
技术领域
本说明书总体涉及一种便携式反向散射扫描系统，并且具体而言涉及一种系统，该系统可由操作人员手动携带到检查的地点，包括受限的位置，随后用于扫描以便检测隐藏的材料和物体。
背景技术
材料(诸如麻醉剂、爆炸物或货币)和物体(诸如武器或人)被隐藏在屏障内或后面，意图是在例行或有针对性的安全检查下不会检测到所述材料或物体。
今天，扫描设备是众所周知的，其使用各种感测方法来检测隐藏的材料和物体。这些扫描设备包括透射X射线成像系统、基于康普顿散射的反向散射成像系统、化学嗅探跟踪检测设备、热成像相机系统等。这些扫描设备可单独使用或组合使用以提供综合的安全级别。然而，这样的设备往往很大而且昂贵(例如，透射X射线成像系统)或对仔细隐藏的材料不敏感(例如，踪迹检测设备和相机系统)，这意味着它们的效用被限制在某些高吞吐量情况下，诸如海洋港口和陆地边界、机场检查站等。
因此，所需要的是紧凑、轻质的便携式和手持式系统或设备，其可被操纵以达到相对不可接近的位置，并且扫描隐藏在屏障后的物体，而这些物体对于化学和光学探针不透明。如果检测到可疑材料、物体或异物情况，这样的系统或设备应能够立即提供反馈，并且应允许操作者获得关于隐藏的材料或物体的信息以进行威胁解决，而不需要破坏隐藏屏障。
发明内容
在一些实施例中，本说明书公开了一种通过投射来自手持式成像设备的成形X射线束来扫描物体的方法，其中，该设备包括封装发射成形X射线束的X射线管的壳体；用于产生与多个从所述物体散射的检测到的X射线对应的扫描数据的多个检测器；与陀螺仪和加速计通信的处理器；以及与扬声器、显示器、所述处理器和所述多个检测器通信的采集系统。在一些实施例中，所述方法包括使用所述处理器来计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；和使用所述处理器在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是锥形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是扇形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是单轴旋转射束。
在一些实施例中，成形X射线束是双轴旋转射束。
在一些实施例中，所述手持成像设备扫射以使用粗略扫描模式扫描所述物体，以相对于所述物体识别至少一个异物，在计算所述多个有源像素之前，计算所述持续时间并生成所述图像。可选地，基于由所述扬声器产生的听得见的声音的变化来识别所述异物。可选地，所述处理器和扬声器适于产生所述听得见的声音，使得所述听得见的声音的音高或频率与所述扫描数据成比例地变化。
可选地，在识别所述至少一个异物之后，手持式成像设备扫射以使用精细扫描模式扫描所述物体，以计算所述多个有源像素，计算所述持续时间并生成所述图像。
在一些实施例中，所述处理器接收第二数据，所述第二数据由所述加速计产生并且指示所述成形X射线束被投射在所述物体上的移动。在一些实施例中，所述方法包括基于所述第二数据：使用所述处理器来计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的新位置对应的多个有源像素；使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；和使用所述处理器在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的更新的图像。
在一些实施例中，所述新位置与由所述陀螺仪产生的更新的第一数据相关联，并且其中，所述更新的第一数据指示所述成形X射线束被投射在所述物体上的新方向。
在一些实施例中，所述采集系统在0.01ms和100ms之间的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述采集系统在1ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述X射线管的电压在30kV至100kV的范围之间。
在一些实施例中，所述X射线管的电流在0.1mA和5mA范围之间。
在一些实施例中，所述位置与由陀螺仪产生的第一数据相关联，并且其中，所述第一数据指示所述成形X射线束被投射在所述物体上的方向。
在一些实施例中，本说明书公开了一种用于通过投射成形X射线束来扫描物体的手持式成像设备的系统。在一些实施例中，所述系统包括：壳体，具有中心纵向轴线并且包括：多个检测器，用于产生与从所述物体散射的多个检测到的X射线束对应的扫描数据；陀螺仪；加速计；与显示器和所述多个检测器通信的采集系统；和与所述陀螺仪、所述加速计和所述采集系统通信的处理器。在一些实施例中，所述处理器被配置为：计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；和在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的图像，。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是锥形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是扇形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是单轴旋转射束。
在一些实施例中，成形X射线束是双轴旋转射束。
在一些实施例中，壳体具有上表面、与所述上表面相对并平行的底面、前表面、与所述前表面相对并平行的后表面、第一侧和与所述第一侧相对并平行的第二侧，并且其中，所述上表面具有至少一个手柄。可选地，所述壳体被配置为第一立方体，承载所述前表面，所述第一立方体沿着所述中心纵向轴线逐渐变细成梯形棱柱，该梯形棱柱终止所述后表面。
可选地，所述成形X射线束在基本上垂直于所述前表面的方向上穿过所述前表面的中心处的开口。可选地，所述多个检测器定位在所述前表面附近并在所述前表面之后，围绕所述前表面的中心处的所述开口。
在一些实施例中，所述系统包括扬声器，其中，所述处理器和扬声器适于产生听得见的声音，使得所述听得见的声音的音高或频率与所述扫描数据成比例地变化。
可选地，壳体进一步包括用于准直从物体散射的多个X射线束的多个叶片。可选地，所述多个叶片布置在彼此基本平行的平面中。可选地，所述多个叶片布置在基本上彼此平行并且基本上垂直于扇形射束的平面的取向的方向的平面中。可选地，所述多个叶片相对于彼此以大体上发散的取向布置在平面中。可选地，所述多个叶片相对于彼此以基本上会聚的取向布置在平面中。
可选地，壳体进一步包括多个准直器元件的栅格，用于准直从物体散射的多个X射线束。还可选地，所述栅格包括多个梳状件的第一组和第二组，所述多个梳状件中的每一个具有齿，其中，所述第一组梳状件在第一方向上的齿与所述第二组梳状件在第二方向上的齿互锁，并且其中，所述第二方向基本上与所述第一方向正交。可选地，所述齿布置在基本上平行于所述成形X射线束的取向的平面方向上。还可选地，所述齿布置在基本上彼此平行的平面方向上。可选地，所述齿布置成相对于彼此基本上发散的平面取向。可选地，所述齿布置成相对于彼此基本会聚的平面取向。可选地，所述多个检测器中的每个检测器映射到物体上的区域，其中，所述区域由锥形射束的立体角和所述多个准直器元件中的每一个的接受角限定。
可选地，壳体进一步包括具有第一透射图案的第一旋转准直器和具有第二透射图案的第二旋转准直器，所述第一和第二透射图案限定所述成形X射线束。可选地，所述第一透射图案限定笔形射束的径向位置，而所述第二透射图案限定所述笔形射束的方位角。可选地，所述第一准直器和第二准直器彼此锁定地旋转，并且其中，所述第一准直器以第一速度旋转，而所述第二准直器以第二速度旋转。可选地，所述第二速度大于所述第一速度。可选地，所述第一和第二准直器是具有不同半径的大致圆形盘。可选地，所述第一和第二准直器是以具有相等半径的大致圆形圆盘。可选地，所述第一透射图案是这样的狭缝：在螺旋形弯曲的配置中从接近所述第一准直器的中心点的点到接近所述第一准直器的周边的点延伸，并且其中，所述第二透射图案是从接近所述第二准直器的中心的点到接近所述第二准直器的周边的点径向延伸的狭缝。
可选地，所述壳体进一步包括具有限定成形X射线束的透射图案的旋转准直器，所述旋转准直器被支撑并被振荡形状的支架部分地包围。可选地，所述准直器以100至5000RPM的速度旋转。可选地，所述准直器以2000RPM的速度旋转。可选地，所述旋转准直器使得所述成形X射线束在基本上垂直的平面中扫射轨迹，使得所述成形X射线束的焦点位于所述旋转准直器的平面中，并且在所述壳体的中心纵向轴线上，并且其中，所述振荡形状的支架使所述成形X射线束在所述基本上垂直的平面上重复地从左到右扫射。可选地，所述准直器是具有第一半径的大致圆形盘，而所述成形支架是具有第二半径的大致半圆形，并且其中，所述第二半径大于所述第一半径。可选地，所述准直器是具有半径的大致圆形盘，而所述成形支架基本上为“U”或“C”形。可选地，所述透射图案是在所述准直器的中心和周边之间的点处的开口，并且其中，所述旋转和振荡运动一起使所述成形X射线束以光栅图案移动到所述物体的二维区域上。
在一些实施例中，本说明书涉及通过从手持式成像设备投射成形X射线束来扫描物体的方法。在一些实施例中，该设备包括封装发射成形X射线束的X射线管的壳体；用于产生与多个从所述物体散射的检测到的X射线对应的扫描数据的多个检测器；与陀螺仪和加速计通信的处理器；以及与扬声器、显示器、所述处理器和所述多个检测器通信的采集系统。在一些实施例中，所述方法包括由所述处理器接收第一数据，其中，所述第一数据由陀螺仪生成并且指示所述成形X射线投射到物体上的方向；使用所述处理器来计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素，其中，所述位置与所述第一数据关联；使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；和使用所述处理器在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束。
在一些实施例中，在计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并生成所述图像之前，所述手持成像设备扫射以使用粗略扫描模式扫描所述物体，以相对于所述物体识别至少一个异物。可选地，基于由所述扬声器产生的听得见的声音的变化来识别所述异物。还可选地，所述听得见的声音的音高或频率与所述产生的扫描数据成比例地变化。
可选地，在识别出所述至少一个异物时，手持式成像设备扫射以使用精细扫描模式来扫描物体，用于接收所述第一数据，计算所述多个有源像素，计算所述持续时间并产生所述图像。可选地，该方法进一步包括由处理器接收第二数据，其中，所述第二数据由加速计产生并且指示所述成形X射线束被投射在物体上的移动。在一些实施例中，基于所述第二数据，所述方法包括由处理器接收指示被投射在物体上的成形X射线束的新方向的更新的第一数据；使用处理器来计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素，其中，所述位置与所述更新的指示新方向的第一数据相关联；使用所述处理器在所述多个有源像素的每一个上计算持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素中的每一个上；以及使用所述处理器在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间而校正扫描数据之后，在所述显示器上产生物体更新的图像。
在一些实施例中，所述采集系统在0.01ms和100ms之间的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述采集系统在1ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述X射线管的电压在30kV至100kV的范围之间。
在一些实施例中，所述X射线管的电流在0.1mA和5mA范围之间。
在一些实施例中，本说明书涉及一种用于通过投射成形X射线束来扫描物体的手持式成像设备的系统，其中，所述设备包括具有中心纵向轴线的壳体。在一些实施例中，所述壳体包括：多个检测器，用于产生与从所述物体散射的多个检测到的X射线束对应的扫描数据；陀螺仪；加速计；与显示器和所述多个检测器通信的采集系统；和与所述陀螺仪、所述加速计和所述采集系统通信的处理器。在一些实施例中，所述处理器被配置为：接收第一数据，该第一数据由陀螺仪产生并指示投射到物体上的成形X射线束的方向；计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素，其中，所述位置与所述第一数据关联；计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；和在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束。
在一些实施例中，壳体具有上表面、与所述上表面相对并平行的底面、前表面、与所述前表面相对并平行的后表面、第一侧和与所述第一侧相对并平行的第二侧，并且其中，所述上表面具有至少一个手柄。可选地，所述壳体被配置为承载所述前表面的第一立方体，所述第一立方体沿着所述中心纵向轴线逐渐变细成第二立方体，第二立方体终止于所述后表面中。可选地，所述成形X射线束在基本上垂直于所述前表面的方向上穿过所述前表面的中心处的开口。可选地，所述多个检测器定位在所述前表面附近并在所述前表面之后，围绕所述前表面的中心处的所述开口。可选地，有四组检测器。
在一些实施例中，本说明书涉及通过从手持式成像设备投射成形X射线束来扫描物体的方法。在一些实施例中，该设备包括封装发射成形X射线束的X射线管的壳体；用于准直从物体散射的多个X射线束的多个叶片；用于产生扫描数据的多个检测器，对应于由所述多个检测器检测的多个准直X射线束；与陀螺仪和加速计通信的处理器，以及与扬声器、显示器、所述处理器和所述多个检测器通信的采集系统。在一些实施例中，该方法包括使用处理器来计算与物体上成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；使用处理器计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，成形X射线束在该持续时间内存在于所述多个有源像素的每一个上；以及使用所述处理器在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后，在所述显示器上产生所述物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是扇形射束的形式。
在一些实施例中，在计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并生成所述图像之前，所述手持式成像设备扫射以使用粗略扫描模式扫描所述物体，以相对于物体识别至少一个异物。可选地，基于由所述扬声器产生的听得见的声音的变化来识别所述一个异物。还可选地，所述听得见的声音的音高或频率与所述产生的扫描数据成比例地变化。可选地，在识别出所述至少一个异物时，手持式成像设备扫射以使用精细扫描模式来扫描物体，用于计算所述多个有源像素，计算所述持续时间并产生所述图像。还可选地，该方法进一步包括由处理器接收第二数据，其中，所述第二数据由加速计产生并且指示所述成形X射线束被投射在物体上的移动，并且其中，基于所述第二数据，使用所述处理器来计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的新位置对应的多个有源像素；使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素中的每一个上；以及使用所述处理器在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间来校正扫描数据之后，在所述显示器上产生物体更新的图像。可选地，所述新位置与由陀螺仪产生的更新的第一数据关联，并且其中，所述更新的第一数据指示投射到物体上的成形X射线的新方向。
在一些实施例中，所述采集系统在1ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述X射线管的电压在30kV至100kV的范围之间。
在一些实施例中，所述X射线管的电流在0.1mA和5mA范围之间。
在一些实施例中，该位置与由陀螺仪产生的第一数据相关联，并且其中，所述第一数据指示成形X射线束被投射在物体上的方向。
在一些实施例中，本说明书公开了一种用于通过投射成形X射线束来扫描物体的手持式成像设备的系统，其中该设备包括具有中心纵向轴线的壳体。在一些实施例中，壳体包括用于准直从物体散射的多个X射线束的多个叶片；多个检测器，用于产生与由所述多个检测器检测的多个准直X射线束相对应的扫描数据；陀螺仪；加速计；与扬声器、显示器和所述多个检测器通信的采集系统；以及与所述陀螺仪、所述加速计和所述采集系统通信的处理器。在一些实施例中，处理器被配置为用于计算与物体上的成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；计算在所述多个有源像素中的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素的每一个上；并且在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间而在校正扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是扇形射束的形式。
在一些实施例中，在所述处理器计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并生成所述图像之前，所述手持式成像设备扫射以使用粗略扫描模式扫描所述物体，以相对于物体识别至少一个异物。可选地，基于由所述扬声器产生的听得见的声音的变化来识别所述异物。还可选地，所述听得见的声音的音高或频率与所述产生的扫描数据成比例。可选地，在识别出所述至少一个异物时，手持式成像设备扫射以使用精细扫描模式来扫描物体，用于计算所述多个有源像素，计算所述持续时间并产生所述图像。
在一些实施例中，壳体具有上表面、与所述上表面相对并平行的底面、前表面、与所述前表面相对并平行的后表面、第一侧和与所述第一侧相对并平行的第二侧，并且其中，所述上表面具有至少一个手柄。可选地，所述壳体被配置为承载所述前表面的第一立方体，所述第一立方体沿着所述中心纵向轴线逐渐变细成第二立方体，第二立方体终止于所述后表面。可选地，所述成形X射线束在基本上垂直于所述前表面的方向上穿过所述前表面的中心处的开口。可选地，所述多个检测器定位在所述前表面附近并在所述前表面之后，围绕所述前表面的中心处的所述开口，并且其中，所述多个叶片定位在所述多个检测器前面和所述前表面后面。
在一些实施例中，所述多个检测器包括四组检测器。
在一些实施例中，所述多个叶片的平面布置在与所述扇形射束的平面的取向基本垂直的方向上。可选地，所述多个叶片的平面布置成基本上彼此平行，相对于彼此基本上发散的取向，并且相对于彼此基本上会聚的取向。
在一些实施例中，本说明书公开了一种通过从手持式成像设备投射成形X射线束来扫描物体的方法。在一些实施例中，该设备包括封装发射成形X射线束的X射线管的壳体；用于准直从物体散射的多个X射线束的多个准直器元件的栅格；用于产生扫描数据的多个检测器，对应于由所述多个检测器检测的多个准直X射线束；与陀螺仪和加速计通信的处理器，以及与扬声器、显示器、所述处理器和所述多个检测器通信的采集系统。在一些实施例中，该方法包括使用处理器来计算与物体上成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；使用处理器计算持续时间，在所述多个有源像素的每一个上，为此，成形X射线束存在于所述多个有源像素的每一个上；以及使用所述处理器，在校正所述扫描数据之后，在所述显示器上产生所述物体的图像，在所述多个有源像素的每一个上，使用所述持续时间。
在一些实施例中，成形X射线束是锥形射束的形式。
在一些实施例中，在计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并生成所述图像之前，所述手持式成像设备扫射以使用粗略扫描模式扫描所述物体，以相对于所述物体识别至少一个异物。可选地，基于由所述扬声器产生的听得见的声音的变化来识别所述异物。还可选地，所述听得见的声音的音高或频率与所述产生的扫描数据成比例。可选地，在识别出所述至少一个异物时，手持式成像设备扫射以使用精细扫描模式来扫描物体，用于计算所述多个有源像素，计算所述持续时间并产生所述图像。还可选地，该方法进一步包括由处理器接收第二数据，其中，所述第二数据由加速计产生并且指示所述成形X射线束被投射在物体上的移动，并且其中，基于所述第二数据，所述方法包括使用所述处理器来计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的新位置对应的多个有源像素；使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素中的每一个上；以及使用所述处理器在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间来校正扫描数据之后，在所述显示器上产生物体更新的图像。可选地，所述新位置与由陀螺仪产生的更新的第一数据关联，并且其中，所述更新的第一数据指示投射到物体上的成形X射线的新方向。
在一些实施例中，所述采集系统在0.01ms和100ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述采集系统在1ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述X射线管的电压在30kV至100kV的范围之间。
在一些实施例中，所述X射线管的电流在0.1mA和5mA范围之间。
在一些实施例中，该位置与由陀螺仪产生的第一数据相关联，并且其中，所述第一数据指示成形X射线束被投射在物体上的方向。
在一些实施例中，本说明书公开了一种用于通过投射成形X射线束来扫描物体的手持式成像设备的系统，其中该设备包括壳体，具有中心纵向轴线并且包括多个准直器元件的栅格，用于准直从物体散射的多个X射线束；用于产生扫描数据的多个检测器，对应于由所述多个检测器检测的多个准直X射线束；陀螺仪；加速计；与扬声器、显示器和所述多个检测器通信的采集系统；以及与所述陀螺仪、所述加速计和所述采集系统通信的处理器。在一些实施例中，处理器被配置为用于计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素中的每一个上；在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间来校正扫描数据之后，在所述显示器上产生物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是锥形射束的形式。
在一些实施例中，壳体具有上表面、与所述上表面相对并平行的底面、前表面、与所述前表面相对并平行的后表面、第一侧和与所述第一侧相对并平行的第二侧，并且其中，所述上表面具有至少一个手柄。可选地，所述壳体被配置为第一立方体，承载所述前表面，所述第一立方体沿着所述中心纵向轴线逐渐变细成第二立方体，第二立方体终止于所述后表面。可选地，所述成形X射线束在基本上垂直于所述前表面的方向上穿过所述前表面的中心处的开口。可选地，所述多个检测器定位在所述前表面附近并在所述前表面之后，围绕所述前表面的中心处的所述开口，并且其中，所述栅格定位在所述前表面后面和所述多个检测器后面，使得每个准直器元件存在所述多个检测器中的至少一个。
在一些实施例中，栅格包括多个梳状件的第一组和第二组，所述多个梳状件中的每一个具有齿，其中，所述第一组梳状件在第一方向上的齿与所述第二组梳状件在第二方向上的齿互锁，并且其中，所述第二方向基本上与所述第一方向正交。可选地，所述齿的平面布置在基本上平行于所述成形X射线束的取向的平面方向上，基本上彼此平行，相对于彼此基本上发散的取向，以及相对于彼此基本会聚的取向。
在一些实施例中，所述多个检测器中的每个检测器映射到物体上的区域，其中所述区域由所述锥形射束的立体角和所述多个准直器元件中的每一个的接受角限定。
在一些实施例中，本说明书公开了一种通过从手持式成像设备投射成形X射线束来扫描物体的方法。在一些实施例中，该设备包括壳体，封装发射成形X射线束的X射线管，具有第一透射图案的第一旋转准直器和具有第二透射图案的第二旋转准直器，所述第一和第二透射图案限定所述成形X射线束，用于生成扫描数据的多个检测器，对应于多个检测到的X射线束，与陀螺仪和加速计通信的处理器，以及与扬声器、显示器、所述处理器和所述多个检测器通信的采集系统。在一些实施例中，该方法包括使用处理器来计算与所述物体上成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；使用处理器计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素的每一个上；以及使用所述处理器在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间来校正扫描数据之后，在所述显示器上显示所述物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束的形式。可选地，第一透射图案限定所述笔形射束的径向位置，而所述第二透射图案限定所述笔形射束的方位角。
在一些实施例中，在计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并生成所述图像之前，所述手持式成像设备扫射以使用粗略扫描模式扫描所述物体，以相对于所述物体识别至少一个异物。可选地，基于由所述扬声器产生的听得见的声音的变化来识别所述异物。还可选地，所述听得见的声音的音高或频率与所述产生的扫描数据成比例。可选地，在识别出所述至少一个异物时，手持式成像设备扫射以使用精细扫描模式来扫描物体，用于计算所述多个有源像素，计算所述持续时间并产生所述图像。
在一些实施例中，该方法进一步包括由处理器接收第二数据，其中，所述第二数据由加速计产生并且指示所述成形X射线束被投射在物体上的移动，并且其中，基于所述第二数据，所述方法包括使用所述处理器来计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的新位置对应的多个有源像素；使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素中的每一个上；以及使用所述处理器在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间而校正扫描数据之后，在所述显示器上产生物体更新的图像。可选地，所述新位置与由陀螺仪产生的更新的第一数据关联，并且其中，所述更新的第一数据指示投射到物体上的成形X射线的新方向。
在一些实施例中，所述采集系统在0.01ms和100ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述采集系统在1ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述X射线管的电压在30kV至100kV的范围之间。
在一些实施例中，所述X射线管的电流在0.1mA和5mA范围之间。
在一些实施例中，该位置与由陀螺仪产生的第一数据相关联，并且其中，所述第一数据指示成形X射线束被投射在物体上的方向。
在一些实施例中，本说明书公开了一种用于通过投射成形X射线束来扫描物体的手持式成像设备的系统，其中该设备包括具有中心纵向轴线的壳体。在一些实施例中，壳体包括具有第一透射图案的第一旋转准直器和具有第二透射图案的第二旋转准直器，所述第一和第二透射图案限定所述成形X射线束；用于生成扫描数据的多个检测器，对应于多个检测到的X射线束；陀螺仪；加速计；与扬声器、显示器、所述处理器和所述多个检测器通信的采集系统；以及与所述陀螺仪、所述加速计和所述采集系统通信的处理器。在一些实施例中，所述处理器被配置为计算与所述物体上成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素的每一个上；以及在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间来校正扫描数据之后，在所述显示器上显示所述物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束的形式。可选地，第一透射图案限定所述笔形射束的径向位置，而所述第二透射图案限定所述笔形射束的方位角。
在一些实施例中，第一准直器和第二准直器彼此锁定地旋转，并且其中，所述第一准直器以第一速度旋转，而所述第二准直器以第二速度旋转。可选地，第二速度大于所述第一速度。
在一些实施例中，第一和第二准直器是具有不同半径的大致圆形盘。
在一些实施例中，第一和第二准直器是具有相同半径的大致圆形盘。
在一些实施例中，所述第一透射图案是从接近所述第一准直器的中心点的点到接近所述第一准直器的周边的点以螺旋形弯曲的配置延伸的狭缝，并且其中，所述第二透射图案是从接近所述第二准直器的中心的点到接近所述第二准直器的周边的点径向延伸的狭缝。
在一些实施例中，壳体具有上表面、与所述上表面相对并平行的底面、前表面、与所述前表面相对并平行的后表面、第一侧和与所述第一侧相对并平行的第二侧，并且其中，所述上表面具有至少一个手柄。可选地，所述壳体被配置为第一立方体，承载所述前表面，所述第一立方体沿着所述中心纵向轴线逐渐变细成第二立方体，第二立方体终止于所述后表面。可选地，所述成形X射线束在基本上垂直于所述前表面的方向上穿过所述前表面的中心处的开口。可选地，所述多个检测器定位在所述前表面附近并在所述前表面之后，围绕所述前表面的中心处的所述开口。可选地，第一准直器沿着所述壳体的中心纵向轴线同轴地布置在所述第二准直器的前面，并且其中，所述第一和第二准直器位于所述前表面的所述开口和所述X射线管的开口之间。
在一些实施例中，本说明书公开了一种通过从手持式成像设备投射成形X射线束来扫描物体的方法。在一些实施例中，该设备包括封装发射成形X射线束的X射线管的壳体，具有限定所述成形X射线束的透射图案的旋转准直器，所述旋转准直器被支撑并部分地被由振荡形状的支架包围；多个检测器，用于产生与多个检测到的X射线束相对应的扫描数据；与陀螺仪和加速计通信的处理器；以及与扬声器、显示器、所述处理器和所述多个的探测器通信的采集系统。在一些实施例中，该方法包括使用处理器来计算与物体上成形X射线束的相互作用的位置的对应的多个有源像素；使用处理器计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素的每一个上；以及使用所述处理器在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正扫描数据之后，在所述显示器上产生物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束的形式。
在一些实施例中，在计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并生成所述图像之前，所述手持式成像设备扫射以使用粗略扫描模式扫描所述物体，以相对于所述物体识别至少一个异物。可选地，基于由所述扬声器产生的听得见的声音的变化来识别所述异物。还可选地，所述听得见的声音的音高或频率与所述产生的扫描数据成比例。可选地，在识别出所述至少一个异物时，手持式成像设备扫射以使用精细扫描模式来扫描物体，用于计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并产生所述图像。
在一些实施例中，该方法进一步包括由处理器接收第二数据，其中，所述第二数据由加速计产生并且指示所述成形X射线束被投射在物体上的移动，并且其中，基于所述第二数据，所述方法包括使用所述处理器来计算与所述物体上的成形X射线束的相互作用的新位置对应的多个有源像素；使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素中的每一个上；以及使用所述处理器在所述多个有源像素的每一个上使用所述持续时间来校正扫描数据之后，在所述显示器上产生物体更新的图像。可选地，所述新位置与由陀螺仪产生的更新的第一数据关联，并且其中，所述更新的第一数据指示投射到物体上的成形X射线的新方向。
在一些实施例中，所述采集系统在0.01ms和100ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述采集系统在1ms的采样持续时间内对所述检测到的扫描数据求和。
在一些实施例中，所述X射线管的电压在30kV至100kV的范围之间。
在一些实施例中，所述X射线管的电流在0.1mA和5mA范围之间。
在一些实施例中，该位置与由陀螺仪产生的第一数据相关联，并且其中，所述第一数据指示成形X射线束被投射在物体上的方向。
在一些实施例中，本说明书公开了一种用于通过投射成形X射线束来扫描物体的手持式成像设备的系统，其中该设备包括具有中心纵向轴线的壳体。在一些实施例中，壳体包括具有限定所述成形X射线束的透射图案的旋转准直器，所述旋转准直器被支撑并被振荡形状的支架部分地包围；用于产生扫描数据的多个检测器，对应于多个检测到的X射线束；陀螺仪；加速计；与扬声器、显示器和所述多个检测器通信的采集系统；以及与所述陀螺仪、所述加速计和所述采集系统通信的处理器。在一些实施例中，处理器被配置为用于计算与物体上的成形X射线束的相互作用的位置对应的多个有源像素；计算在所述多个有源像素中的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在持续时间内存在于所述多个有源像素的每一个上；以及在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正扫描数据之后，在所述显示器上生成物体的图像。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束的形式。
在一些实施例中，准直器以100至5000RPM的速度旋转。在一些实施例中，准直器以2000RPM的速度旋转。
在一些实施例中，旋转准直器使得所述成形X射线束在基本上垂直的平面中扫射轨迹，使得所述成形X射线束的焦点位于所述旋转准直器的平面内，并且在所述壳体的中心纵向轴线上，并且其中，所述振荡形状支架使所述成形X射线束在所述基本垂直的平面上重复地从左到右扫过。
在一些实施例中，准直器是具有第一半径的大致圆形盘，而所述成形支架是具有第二半径的大致半圆形，并且其中，所述第二半径大于所述第一半径。
在一些实施例中，准直器是具有半径的大致圆形盘，而所述成形支架大致为“U”或“C”形。
在一些实施例中，透射图案是在所述准直器的中心和周边之间的点处的开口，并且其中，所述旋转和所述振荡运动一起导致所述成形X射线束在物体的二维区域以光栅图案运动。
在一些实施例中，壳体具有上表面、与所述上表面相对并平行的底面、前表面、与所述前表面相对并平行的后表面、第一侧和与所述第一侧相对并平行的第二侧，并且其中，所述上表面具有至少一个手柄。可选地，所述壳体被配置为第一立方体，承载所述前表面，所述前表面沿着所述中心纵向轴线逐渐变细成以所述后表面中的第二立方体结束。可选地，所述成形X射线束在基本上垂直于所述前表面的方向上穿过所述前表面的中心处的开口。还可选地，所述多个检测器定位在所述前表面附近并在所述前表面之后，围绕所述前表面的中心处的所述开口。还可选地，所述准直器和所述成形支架的各个中心与所述壳体的中心纵向轴线基本上同轴，并且其中，所述准直器和所述成形支架定位于所述前表面的所述开口和所述X射线管的开口之间。
在以下提供的附图和详细描述中，将更深入地描述本说明书的上述和其他实施例。
附图说明
将会理解本说明书的这些和其他特征和优点，因为在结合附图考虑时，通过参考下面的详细描述，它们变得更好理解，附图中：
图1A是根据本说明书的实施例的手持式便携扫描设备的立体图；
图1B是图1A的手持式便携扫描设备的竖直截面图；
图1C示出了本实施例中在检查下投射X射线束到物体上的本说明书的手持式便携式扫描设备；
图2A是根据本说明书的另一个实施例的手持式便携扫描设备的立体图；
图2B是图2A的手持式便携扫描设备的竖直截面图；
图2C示出了本实施例中在检查下投射X射线束到物体上的本说明书的手持式便携式扫描设备；
图3A是根据本说明书的另一实施例的手持式便携扫描设备的立体图；
图3B是图3A的手持式便携扫描设备的竖直截面图；
图3C示出了本实施例中在检查下投射X射线束到物体上的本说明书的手持式便携扫描设备；
图3D示出了根据实施例的通过组装或布置具有多个齿的多个梳状件而制造的准直器栅格；
图3E示出了根据实施例的通过用单个信号控制和读出线缆将检测器阵列耦合到卡而形成的感测模块；
图3F示出了根据实施例的耦合到感测模块的准直器栅格；
图4A是根据本说明书的又一个实施例的手持式便携扫描设备的立体图；
图4B是图4A的手持式便携扫描设备的竖直截面图；
图4C示出了根据实施例的分别具有第一和第二透射图案的第一和第二准直器盘；
图4D示出了由图4C所示的第一和第二准直器盘的第一和第二透射图案限定的移动或扫射笔形X射线束的各种示例性位置；
图4E示出了图4C示出的反过来旋转第一和第二准直器盘的第一和第二齿轮的电机驱动组件；
图4F示出了图4C示出的用于支撑第一和第二准直器盘的两组自由运行的驱动轮或齿轮；
图4G示出了本实施例中在检查下投射X射线束到物体上的本说明书的手持式便携扫描设备；
图5A是根据本说明书的又一个实施例的手持式便携扫描设备的立体图；
图5B是图5A的手持式便携扫描设备的竖直截面图；
图5C是根据实施例的包括准直器和支撑件或支架的电机驱动准直器组件的前视图；
图5D是图1C的电机驱动准直器组件的侧视图；
图5E是根据实施例的位于准直器组件内的X射线管的基本上球形的头部；
图5F示出了本实施例中在检查下投射X射线束到物体上的本说明书的手持式便携扫描设备；
图6A是示出本说明书的实施例中的与多个检测器、准直器电机、方位电机和旋转编码器进行数据通信的数据采集系统和处理元件的框图。
图6B是示出本说明书的实施例中与多个检测器、陀螺仪和加速计进行数据通信的数据采集系统和处理元件的框图；和，
图7是示出使用本说明书的手持式便携设备对物体进行扫描的方法的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
在一些实施例中，本说明书公开了一种用于通过从手持式成像设备投射成形X射线束来扫描物体的系统，其中该设备包括壳体，该壳体封装发射成形X射线束的X射线管；用于产生扫描数据的多个检测器；与陀螺仪(gyroscope)和加速计通信的处理器；以及采集系统。在一些实施例中，方法包括：使用所述处理器来计算与成形X射线束在物体上相互作用的位置相对应的多个有源像素；使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在所述持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；以及使用所述处理器在校正扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的图像，在所述多个有源像素中的每一个上，使用所述持续时间。
在一些实施例中，成形X射线束是笔形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是锥形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是扇形射束。
在一些实施例中，成形X射线束是单轴旋转射束。
在一些实施例中，成形X射线束是双轴旋转射束。
本说明书涉及多个实施例。提供以下公开内容以使本领域的技术人员能够实施本发明。本说明书中使用的语言不应被解释为对任何一个特定实施例的一般拒绝，或者用于限制超出其中使用的术语含义的权利要求。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文定义的一般原理可应用于其他实施例和应用。而且，所使用的术语和措辞是为了描述示例性实施例的目的，而不应被认为是限制性的。因此，本发明将被赋予包括与所公开的原理和特征一致的许多替代、修改和等同物的最广范围。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的与技术材料相关的细节，以免不必要地模糊本发明。在申请的说明书和权利要求书中，词语“包括”“包含”和“具有”，以及其形式不一定限于该词可与之相关联的列表中的成员。
笔形射束
图1A示出了基于手持式便携X射线的扫描系统100的实施例，也称为成像系统或设备，用于在屏蔽物体(诸如但不限于行李、集装箱/箱和隐藏在其中的危险的材料、物品或人的其他类似物品)。在一个实施例中，系统100被配置为外壳或壳体105的形式，具有上表面110、底面(图1A中不可见，但相对并且基本上平行于上表面110)、前表面114、后表面(图1A中不可见，但相对并平行于前表面114)、第一侧118和第二侧(图1A中不可见，但相对并且平行到第一侧118)。根据一个实施例，系统100的尺寸和重量被优化以使得操作者能够方便地在扫描被检查物体的同时保持和操纵壳体105。在一个实施例中，壳体105呈第一立方体125(承载前表面114)，并沿着中心纵向轴线130逐渐变细成第二立方体135的形式，第二立方体终止于所述后表面。根据实施例，第一立方体125的高度“H”大于第二立方体135的高度“h”。然而，应当理解，壳体105的形状可是圆柱形、圆锥形、金字塔形或任何其他合适的形状。具体地说，在一个实施例中，壳体105呈第一立方体125并在后方沿中心纵向轴线130附接到第一梯形棱柱118，而第一梯形棱柱逐渐变细并在后面附接第二梯形棱柱135的形式。
至少一个手柄112提供在例如上表面110上，以允许操作者用一只手或两只手方便地保持壳体105，并操纵设备100以将前表面114指向待检查的物体并处于该物体上的不同区域。在替代实施例中，一个或多个手柄提供在诸如上表面110、底面、第一侧118和/或第二侧的一个或多个区域上，使得设备100的单手或双手操作是方便，取决于哪种操作者最简单。
通常，使用热电子源(诸如真空中的热钨丝)产生X射线。然后，热离子电子在电场中朝着相对于电子源的高电位的阳极或靶(target)加速。通常，阳极由高原子数的难熔金属制成，诸如钨或钼。当电子以高电位击中阳极时，随着电子在阳极材料中失去能量而产生X射线。通常是通过光电和韧致辐射(Bremsstrahlung)的相互作用，由此电子失去能量，从而产生X射线。最终的结果是广泛的X射线能量光谱，从接近零到加速电子的最大能量。
上述原理适用于本说明书中描述的每个实施例，并且将不会针对每个实施例重复。
现在参考图1A和图1B，壳体105包括X射线管140，其阳极141(也称为靶)通过开口142(也称为孔径)发射空间局部化的X射线束145。由诸如钨或铀的X射线吸收材料形成的至少一个护罩143围绕并包围阳极141以吸收从阳极141发射的杂散辐射。通过护罩143限定的开口142所设置的尺寸和厚度使得开口142能够用作准直器，以形成或成形并限制从阳极141发射的X射线辐射成为X射线145的成形射束。在一个实施例中，X射线束145被成形为笔形射束。
阴极和加热器丝组件(封装在壳体105内)通过千伏电源(在一个实施例中，围绕至少一个管护罩143缠绕)相对于阳极141被保持在实质上的电位差(使用也封装在外壳105内的可充电电池)。该电位差导致被加热(使用加热器丝加热)的阴极释放的热离子电子以足够高的速度被引导并吸引到阳极141，导致产生X射线束145。
根据实施例，成形X射线束145沿着基本上垂直于前表面114的方向通过壳体105的前表面114的中心的开口144射出。至少一个或多个X射线反向散射检测器150(也称为传感器)定位成与前表面114相邻并在其后面，使得它们围绕开口144处的X射线束145的出现区域，并覆盖前表面114的大片区域，以便最大化检测的反向散射信号。本说明书的实施例包括四组检测器150。在其他实施例中，可使用不同数量的检测器150。
根据一方面，检测器150有利地包括高密度无机闪烁体(诸如NaI，BGO，LYSO，CsI)，其耦合到合适的光学读出器，诸如光电倍增管、半导体光电倍增管阵列或光电二极管阵列。其他检测器类型包括耦合到光电倍增管或室温半导体检测器(诸如CdTe，CdZnTe，TlBr，HgI)的无机闪烁体(诸如聚乙烯基甲苯)。如本领域的技术人员显而易见的，许多检测器拓扑是可能的，诸如但不限于方形分段、圆形分段或环形，同时努力平衡成本与复杂性和总体检测效率。适于接收散射的X射线辐射的检测器表面位于壳体105的前表面114附近。
此外，检测器150能以多种方式操作。例如，每个检测器能以脉冲计数、能量识别模式操作以建立相互作用的X射线的光谱，由此在短扫描周期对这些光谱进行采样以建立计数率和相关能量光谱图，以用于在检查的物体的表面上的每个散射源点位置。作为实例，假设操作者在物体的表面上以0.2m/秒的速率扫描射束，并且物体处的投射的X射线束宽度为10mm。因此，在实施例中，更新速率等于与(5mm/(200mm/s)＝25ms对应的停留时间的X射线束宽度(在这种情况下为5mm)的一半的移动。分析光谱中的能量分布，以找到更可能来自物体较大深度的更高能量的X射线，与那些更有可能来自物体表面的能量较弱的X射线相比。也可将那些能量高于从X射线管发射的最大值的光子分离出来，因为它们是相加的事件(其中多个散射X射线同时在检测器中相互作用)或者是由于自然发生的背景辐射事件。在任一种情况下，这些都用于补偿否则将在信号数据中存在的假象。
应当注意，由X射线管140产生的X射线的最大能量确定这些X射线穿透到被检查物体中的能力——也就是说，最大X射线能量越高，可实现越多穿透。类似地，散射的X射线光子的能量越高，越有可能通过检查的物体逃逸而回到X射线检测器150。因此，根据方面，期望具有高X射线能量以最大化物体内的检查深度。
为了提高信号质量，本说明书的设备100使在给定信号集成或采样周期内检测到的散射X射线的数量最大化。被检查的给定类型的物体的散射X射线的数量取决于直接从X射线源入射到被检查物体上的X射线的数量。在固定管电压的情况下，影响散射X射线信号大小的阳极电流——即阳极电流越高，散射信号越大。大多数检测系统(诸如检测器150)在接近高斯点处操作，由此信号的方差等于信号的平均值。例如，如果在某个计数期间到达检测器的散射X射线的平均数为100，则方差为100，标准偏差为100的平方根(＝10)。信噪比(SNR)被定义为平均除以标准偏差，因此，该实例中的SNR将为100/10＝10。
因此，在优选实施例中，设备100具有高X射线管电压(以提高穿透性能)和高阳极电流(以提高散射X射线信号中的信噪比)。然而，这种因素的组合将导致由于X射线管组件的物理尺寸而可能重的设备(在高压组件中提供合适的间隙和爬电距离)并且关联的辐射屏蔽将需要准直主要成形射束并屏蔽操作者和辐射探测器以避免来自X射线管靶的杂散辐射。因此，在各种实施例中，X射线管140的管电压范围在30kV和100kV之间，管电流在0.1mA和5mA之间。
在操作期间，如图1C所示，成形X射线束145与被检查物体160相互作用，以产生散射的X射线146。如图所示，物体160中隐藏物品、人或材料161。散射的X射线146被检测器检测以产生扫描数据信号，该扫描数据信号的强度与物体160表面附近的有效原子序数(Z)相关。
康普顿散射描述了X射线光子与通常被认为处于静止状态的电子的相互作用。这里，出射X射线光子的角度根据康普顿散射方程与入射X射线光子的方向有关：
其中，λ＝入射光子能量，λ’＝出射光子能量，me＝电子的质量，θ＝入射光子和出射光子方向之间的角度。因此，散射X射线的能量总是小于入射的X射线，所述能量取决于散射角和入射的X射线光子能量。
这里描述的与康普顿散射相关的上述原理适用于本说明书中描述的每个实施例，并且将不会针对每个实施例重复。
扇形射束
图2A示出了基于手持式便携X射线的扫描系统200的实施例，也称为成像系统或设备，用于屏蔽诸如但不限于行李、集装箱/箱和其他类似物品的物体，这些物品用于隐藏在其中的危险材料、物品或人。在实施例中，系统200的组件，诸如——壳体205，上表面210、底面、手柄212、前表面214、后表面、第一侧218、第二侧、第一立方体225、中心纵向轴线230和第二立方体(或梯形棱柱)235——被配置为类似于上面在图1A的上下文中描述的相应组件。这些组件以及相关联的变型在此不再描述，因为它们已经在上文中详细描述。
现在参考图2A和图2B，壳体205包括X射线管240，其阳极141(也称为靶)通过开口242(也称为孔径)发射空间局部化的X射线束245。由诸如钨或铀的X射线吸收材料形成的护罩243围绕阳极241以吸收从阳极241发射的杂散辐射。开口242的尺寸和厚度设置成使得开口242能够用作准直器，以形成或成形并限制从阳极241发射的X射线辐射成为X射线245的成形射束。在一个实施例中，X射线束245被成形为扇形射束。
阴极和加热器丝组件(未示出)可被配置，类似于上述关于笔形射束实施例描述的实施例。类似地，X射线的能量和信号质量可以上述笔形射束实施例的上下文中描述的方式来维持。
多个准直器叶片、刀片、翅片或板255位于检测器250的前面并且位于前表面214之后，导致在相邻的准直器叶片255之间形成多个准直元件256。在一个实施例中，多个准直器叶片255的平面布置或配置在基本上垂直于成形X射线束245(即，垂直于扇形射束245的平面)或基本上垂直于壳体的前表面的方向。在一些实施例中，多个准直器叶片255布置成平行配置，其中，叶片255的平面基本上彼此平行，使得竖直区域的竖直尺寸(诸如高度)通过准直器255被观察到与前表面214的范围或高度“H”相同的尺寸。在一些实施例中，准直器叶片255交替地布置成聚焦构造，其中叶片的平面255一起形成发散或会聚的取向，使得准直器叶片255观察竖直区域的竖直尺寸(诸如高度)比前表面214的范围或高度“H”更小或更大。
在各种实施例中，检测器250布置在准直器叶片255之后，使得每个准直元件256存在至少一个检测器250，以便产生一维线性图像。
在操作期间，如图2C所示，成形X射线束245与被检查物体260相互作用，以产生散射的X射线246。如图所示，物体260中隐藏物品、人或物质261。散射的X射线246被多个准直器叶片255准直，并被检测器250检测，以产生扫描数据信号，该扫描数据信号的强度与物体260的表面附近的有效原子序数(Z)相关。根据实施例，每个检测器250映射到(物体260的)特定聚焦区域，该区域由X射线扇形射束245的宽度和单个准直器叶片255的接收角限定。
锥形射束
图3A示出了基于手持式便携X射线的扫描系统300的另一实施例，也称为成像系统或设备，用于屏蔽诸如但不限于行李、集装箱/箱和其他类似物品的物体，这些物品用于隐藏在其中的危险材料、物品或的人。在实施例中，系统300的组件，诸如壳体305、上表面310、底面、手柄312、前表面314、后表面、第一侧318、第二侧、第一立方体325、中心纵向轴线330和第二立方体(或梯形棱柱)335——被配置为类似于上述图1A的上下文对应的组件。这些组件以及相关的变型在此不再描述，因为它们已经在上文详细描述。
现在参考图3A和图3B，壳体305包括X射线管340，其阳极341(也称为靶)通过开口342(也称为孔径)发射空间局部化的X射线束345。壳体305可包括相应的组件，诸如护罩343，其以上面在图1A和图1B的上下文中公开的方式构造。在一个实施例中，X射线束345成形为锥形。
阴极和加热器丝组件可被配置成类似于以上关于笔形射束实施例所描述的实施例。
根据实施例，成形X射线束345在基本上垂直于前表面314的方向上穿过前表面314的中心处的开口344出现。多个X射线反向散射检测器350类似于已经在图1A和图1B的上下文中描述的检测器150类似地被配置和操作。如图3E所示，根据实施例，使用单个信号控制和读出线缆352将“m”行דn”列的检测器350阵列布置在模块化子卡351上，以形成感测模块353。
类似地，X射线的能量和信号质量可以以上文描述的笔形射束实施例的上下文的方式来维持。
现在参考图3A、图3D至图3F，根据本说明书的实施例，准直器栅格355位于检测器350的前面并且位于前表面314之后。准直器栅格355包括多个梳状件365a、365b，其由合适的衰减材料(诸如钨，钼或钢)制成，多个梳状件365a、365b中的每一个包括多个齿370a、370b。根据实施例，多个梳状件365a、365b被组装或布置成使得第一组梳状件365a的第一方向371a的齿370a与第二组梳状件365b的第二方向371b的齿370b互锁，由此产生具有多个栅格准直器或准直器元件374的准直器栅格355。在一个实施例中，第二方向371b通常或大致横向于或垂直于第一方向371a。根据实施例，第一组包括“m”个数量的梳状件365a，而第二组包括“n”个数量的梳状件365b以产生准直器栅格355，该准直器栅格在顶表面375处具有基本上矩形的栅格准直器374的“m×n”矩阵。
在一个实施例中，形成栅格准直器或准直器元件374的齿370a、370b的平面处于基本上平行于成形X射线束345(即锥形射束345)的方向或垂直于壳体的前表面的方向。在一些实施例中，多个栅格准直器或准直器元件374以平行构造布置，其中，齿370a、370b的平面基本上彼此平行，使得竖直区域的竖直尺寸(诸如高度)为通过准直器374观察到与前表面314的范围或高度“H”具有相同的尺寸。在一些实施例中，多个栅格准直器或准直器元件374交替地布置成聚焦构造，其中齿370a、370b的平面一起形成发散或会聚的定向，使得准直器元件374看起来具有比前表面314的范围或高度“H”更小或更大的竖直区域的竖直尺寸，诸如高度。在各种实施例中，多个栅格准直器或准直器元件374以平行和聚焦构造的组合布置。
在各种实施例中，检测器350布置在互锁准直器结构或准直器栅格355后面，使得每个准直器元件或栅格准直器374存在至少一个检测器350，以便产生二维扫描图像。如图3F所示，准直器栅格355耦合到感测模块353(包括利用信号控制和读出线缆352耦合到子卡351的检测器模块350)，使得检测器350的“m×n”阵列位于栅格355后面。
在操作期间，如图3C所示，成形X射线束345与被检查的物体360相互作用以产生散射的X射线346。如图所示，物体360中隐藏物品或材料361。散射的X射线346被多个栅格准直器准直或准直器元件374准直，然后由检测器350检测，以产生扫描数据信号，该扫描数据信号的强度与物体360的表面附近的有效原子序数(Z)相关。根据实施例，每个检测器350映射到(物体360的)特定聚焦区域，该特定聚焦区域由X射线锥形射束345的立体角度和单个准直器元件或栅格准直器374的接受角度限定。
与根据本说明书的一个方面的使用准直的X射线的锥形射束和准直的检测器(称为“锥形射束几何形状”)相比，传统的反向散射成像系统通常使用紧密准直的X射线的笔形射束和未准直的大面积检测器(称为“笔形射束几何形状”)。参考图3A，在一个实施例中，本说明书的手持式设备具有前表面314的192mm的外径(考虑壳体105的圆形截面)，并且位于距离被检查的物体100mm的距离。在实施例中，检测器元件350为3mm×3mm，X射线源(X射线管140)位于检测器阵列350后方另外30mm处，以提供围绕源的辐射屏蔽的空间。在本实施例中，总共使用4096个检测器元件(以产生64像素×64像素图像)，对于笔形射束几何形状具有500微秒的等效驻留时间。
为了建立笔形射束相对于锥形射束配置的相对效率，计算整个检测器面(笔形射束)和单个检测器相对于由笔形射束扫描的等效检查区域的相对立体角度是有用的(对于锥形射束的情况)。该计算表明，准直检测器(用于锥形射束几何形状)的立体角比整个检测器面(用于笔形射束几何)小290倍。
将假设的笔形射束驻留时间为500微秒并乘以像素位置的数量以形成图像(在这种情况下为4096)产生2秒的笔形射束几何形状中的估计图像形成时间。在本说明书的锥形射束几何形状的情况下的计算表明，驻留时间应比笔形射束情况长290倍，以实现等效图像统计，但是由于所有像素数据被并行收集，所以单次曝光。此外，在锥形射束几何形状的情况下，图像曝光时间比等效的笔形射束小50％以上。这产生在0.03秒0.1秒的范围内的图像曝光时间。因此，可使用本说明书的锥形射束几何形状中的康普顿反向散射检查进行近实时二维图像检查。
单轴旋转射束
图4A示出了基于手持式便携X射线的扫描系统400的实施例，也称为成像系统或设备，用于屏蔽诸如但不限于行李、集装箱/箱和其他类似物品的物体，这些物品用于隐藏在其中的危险材料、物品或人。在实施例中，系统400的组件，诸如——壳体405、上表面410、底面、手柄412、前表面414、后表面、第一侧418、第二侧、第一立方体425、中心纵向轴线430和第二立方体(或梯形棱柱)435——被配置成类似于上述图1A中的相应组件。这些组件以及相关的变型在此不再描述，因为它们已经在上文详细描述。
现在参考图4A和4B，壳体405包括X射线管440，其阳极441(也称为靶)通过开口442(也称为孔径)发射空间局部化的X射线束445a。由诸如钨或铀的X射线吸收材料形成的护罩443围绕阳极441以吸收从阳极441发射的杂散辐射。开口442通过高吸收块或材料(通常为钨、钢和/或铅)定义以限制从阳极441发射的X射线辐射，并且允许X射线辐射以X射线的射束445a的形式从X射线管440发出。阴极和加热器丝组件可被配置成类似于以上关于笔形射束实施例所描述的实施例。
根据本说明书的实施例，X射线束445a被封装在壳体405内的准直器组件470准直，以产生成形X射线束445b。在一个实施例中，X射线束445b成形笔形射束。根据实施例，成形X射线束445b在基本上垂直于前表面414的方向上通过位于前表面414的中心处的开口444而出现。多个X射线反向散射检测器450位于前表面414附近并位于前表面414后面，使得它们围绕开口444处的X射线束445b的出现区域，并覆盖前表面414的大部分区域，以便最大化检测的反向散射信号。本说明书的实施例包括四组检测器450，也称为传感器。
准直器组件470的实施例包括第一准直器472(也称为第一限制元件)，同轴地布置在第二准直器474(也称为第二限制元件)的前面。在一个实施例中，第一准直器472和第二准直器474定位在开口443和444之间，使得准直器组件470将X射线束445a限定、成形或形成到成形X射线束445b中。
现在参考图4A至图4F，在一个实施例中，第一准直器472和第二准直器474是具有不同或相同半径的大致圆形盘。在实施例中，第一准直器472和第二准直器474的各自中心与壳体405的中心纵向轴线430同轴。第一准直器472具有贯穿狭缝473形式的第一透射图案，该贯穿狭缝以螺旋弯曲构造从靠近中心475的点到靠近元件472的周边的点延伸。第二准直器474具有贯穿狭缝477的形式的第二透射图案，该贯穿狭缝从靠近中心476的点径到靠近元件474的周边的点径向延伸。因此当两个准直器472、474同时旋转时，相应的第一透射图案或狭缝473和第二透射图案或狭缝477在被检查物体的表面上产生或限定扫描X射线笔形射束445b。
根据实施例，第一透射图案473限定笔形射束445b的径向位置，而第二透射图案477限定笔形射束445b的方位角。如图4D所示，当准直器472、474(两个准直器盘472、474由于它们在图4D中显示为彼此重叠而可视为单个盘)相对于彼此旋转，笔形射束445b的位置从周边的位置480a通过中间位置480b和480c而移动或扫射到(准直器472、447的)同轴中心475、476的位置480d。
图4E示出了电机485，该电机使用第一齿轮或驱动轮486和第二齿轮或驱动轮487分别驱动第一准直器472和第二准直器447。如本领域的技术人员显而易见的，也称为驱动轮的齿轮486、487与制造在两个准直器盘472，474的各个周边上的匹配齿轮齿啮合。根据实施例，第一齿轮486和第二齿轮478旋转准直器盘472，474，使得两个准直器472、474彼此锁定步骤，但以变化的速度旋转，以将射束445a形成成形X射线束445b。在一个实施例中，准直器盘474与准直器盘472的旋转速度相比旋转得更快。在一个实施例中，准直器盘472与准直器盘474的旋转速度相比旋转得更快。在一个实施例中，驱动轮或固定到公共主轴(不可见)的齿轮486、487由电机485驱动以旋转准直器盘472，474，而图4F所示的两组额外的自由运行轮488、489(不由电机485驱动)支撑准直器盘472、474以相对于X射线管440(或开口442)保持它们的位置或定向。
多个X射线反向散射检测器450类似于已经在图1A和图1B的上下文中描述的检测器150被配置和操作。类似地，X射线的能量和信号质量可以以笔形射束实施例的上下文中先前描述的方式保持。
在操作期间，如图4G所示，成形X射线束445b与被检查的物体460相互作用以产生散射的X射线446。如图所示，物体460中隐藏物品或材料461。散射的X射线446被检测器450检测以产生扫描数据信号，该扫描数据信号的强度与物体460的表面附近的有效原子序数(Z)相关。上述准直系统中的一个或多个可与该单轴旋转射束实施例组合以有效地检测散射的X射线。
双轴旋转射束
图5A示出了基于手持式便携X射线的扫描系统500的另一实施例，也称为成像系统或设备，用于屏蔽诸如但不限于行李、集装箱/箱和其他类似物品的物体，这些物品用于隐藏在其中的危险材料、物品或人。在实施例中，系统500的组件，诸如——壳体505、上表面510、底面、手柄512、前表面514、后表面、第一侧518、第二侧、第一立方体525、中央纵向轴线530和第二立方体(或梯形棱柱)535——被配置为类似于上面在图1A的上下文中描述的相应组件。这些组件和相关的变型在这里不被描述以避免重复。
现在参考图5A和图5B，壳体505包括X射线管540，其阳极541(也称为靶)通过开口542(也称为孔径)发射空间局部化的X射线束545a。由诸如钨、钢、铅或铀的X射线吸收材料形成的护罩543设置为围绕和封装阳极541以吸收从阳极541发射的杂散辐射。进一步地，阳极由高吸收块或材料593(通常为钨、钢和/或铅)包围，开口542通过该材料限定。在实施例中，开口542是锥形射束准直器狭槽，并且限定了以射束545a的形式从阳极541发射的X射线发射的总体面积，以下面描述的移动准直器部件。在一些实施例中，开口542成形使得X射线束545a作为锥形束光发出。此外，在实施例中，包括开口542的X射线管540的头部成形大致球形。阴极和加热器丝组件(未示出)可被配置成类似于以上关于笔形射束实施例所描述的实施例。
准直器组件570的实施例包括准直器572，也称为限制元件，部分被成形的支撑件或支架元件574围绕。在各种实施例中，支撑件或支架574具有基本上半圆形的“U”或“C”形。在实施例中，准直器572是具有第一半径的圆盘。在一个实施例中，其中支架574基本上为半圆形，其具有大于第一半径的第二半径，使得支架574部分地包围准直器572。根据实施例，准直器572和支架574位于开口543和544之间，使得准直器组件570的移动将X射线束545a限定、成形或形成为笔形X射线束545b。
现在参考图5A至图5E，在一个实施例中，准直器572和支架574的各个中心与壳体505的中心纵向轴线530基本上同轴。准直器572在元件572的中心与周边之间的点处具有通孔573形式的透射图案。准直器572可围绕中心纵向轴线530通过由成形支架574支撑的轴承582旋转。支架574固定到枢轴安装件上，允许支架572围绕竖直轴线532振荡。根据本说明书的一个方面，电机585围绕中心纵向轴线530以一定速度旋转或转动准直器572，同时支撑元件或支架574从一侧到另一侧围绕竖直轴线532振动或振荡，从而导致旋转或转动准直器572也振动或振荡。在各种实施例中，准直器572以100至5000RPM的速度旋转。在一个实施例中，准直器572的速度为2000RPM。
旋转准直器572限定了笔形射束545b，笔形射束在大致竖直的平面上扫过轨迹，其中X射线焦点位于准直器572的平面中和轴承582的纵向轴线530上。支架574的振动或振荡运动，以及因此准直器572的振动或振荡运动使得笔形射束545b从左向右再往复扫过基本上竖直的平面。准直器组件570的旋转或转动和振荡或振动运动的组合效果是笔形射束545b以光栅图案移动到被检查物体的二维区域上的组合效果。图5E示出了定位在移动准直器组件570内的X射线管540，使得包括开口542和旋转准直器572(由支架574支撑)的X射线管540的基本上球形的头部590在扫描X射线射束545b时能够进行紧密的辐射准直。X射线管540的基本上球形的头部590允许旋转和摆动或振荡准直器572以便以最小的辐射泄漏有效地围绕头部590移动。
多个X射线反向散射检测器550类似于已经在图1A和图1B的上下文中描述的检测器150被配置和操作。类似地，X射线的能量和信号质量可以以笔形射束实施例的上下文中先前描述的方式保持。
在一个实施例中，检测器550是基于闪烁体的检测器阵列，该检测器阵列具有光电倍增管的光导读出器。
在操作期间，如图5F所示，成形X射线束545b与被检查的物体560相互作用以产生散射的X射线546。如图所示，物体560中隐藏物品或材料561。然后由检测器550检测散射的X射线546以产生扫描数据信号，其强度与物体560表面附近的有效原子序数(Z)相关。上文所公开的准直系统的任何一种或组合可与本实施例组合。
准直器的位置用于精确校正图像。参考图6A，使用多个传感器640(对应于上述实施例中提到的检测器或检测器系统中的至少一个)来获取数据并将该数据传送到数据采集系统(DAQ)610。而DAQ 610控制负责创建准直器运动的电机驱动器。这样的电机包括方位电机675和准直器电机670。旋转编码器680监视准直器的绝对位置，并将该信息提供给DAQ610，DAQ 610又根据这样的位置数据使用它来校正所获取的图像。
如图6B所示，在另一个实施例中，多个检测器645(对应于上述实施例中提到的检测器或检测器系统中的至少一个)产生的扫描数据605被累积到DAQ 610中，其中，扫描数据605在适当或最佳采样时隙、时间箱(time bin)或时间段内相加。应当理解，采样时间段较短，收集的扫描数据噪音越大，但是在空间位置方面越准确或越集中。在各种实施例中，扫描数据605采样时隙、时间箱或时间段在0.01ms和100ms之间变化。在一个实施例中，扫描数据605采样时隙或时间段为1ms持续时间。处理元件650(诸如微处理器或数字信号处理器(DSP))与DAQ 610进行数据通信，以使用至少扫描数据605来执行多个分析或计算。在一个实施例中，通过将在一个或多个临时采样时间段上计算的平均扫描信号电平与背景参考电平进行比较来分析扫描数据605。采样信号和背景电平之间的差异越大，散射物体越大。
根据使用扇形射束的实施例，独立地，在多个准直器叶片255(图2A，图2B)中的每一个之后计算分析，以便能够进行甚至小的异物的空间定位和检测。在进一步的实施例中，为了提高信噪比，通过计算基于像素的和所有信号数据分析的加权和，在所有检测器645(对应于上述实施例中提到的检测器或检测器系统中的至少一个)上估计检测到的散射信号605的强度。
根据本说明书的一个方面，对于上面公开的每个实施例(图6A和图6B所示)，检测到的散射扫描数据605被用于向操作者产生报警或反馈。在各种实施例中，警报或反馈是听得见的声音和/或被检查物体的扫描图像的形式。因此，使用扬声器615将检测到的散射扫描数据605转换成听得见的声音或警报，声音的音高或频率在一个实施例中与散射信号直接成正比。例如，在检测到产生约400Hz的频率的散射X射线的平均信号为1000个时，扬声器615以大约100Hz发出背景声音。因此，产生500个检测到的散射X射线的信号的散射物体将产生约250Hz的声音。本领域的技术人员将理解，可设想检测到的散射信号和听得见的声音或警报之间的替代映射，诸如提供声音、音高或频率的指数增加以便为低散射物体而不是高散射的物体提供更大对比度的映射。
与被检查物体相互作用的X射线光子的概率在很大程度上取决于物体的原子序数——也就是原子序数越高，相互作用的概率越高。类似地，吸收康普顿散射X射线的概率也在很大程度上取决于被检查物体的原子序数。因此，本领域的技术人员已知的是，康普顿反向散射信号对于诸如有机材料和人类的低原子序数材料是最高的，并且对于诸如钢和铅的高原子序数材料而言是最小的。
另外或可替代地，被检查物体的扫描图像显示在至少一个显示器620上。诸如扫描图像之类的视觉反馈有利于使操作者能够注意到一个散射物体与另一个之间的微小差异，因为人类视觉系统具有识别形状并将这些形状与特定威胁(诸如枪或刀)相关联的自然能力。参考图6B，为了形成扫描图像，本说明书的实施例包括在各个壳体内的3D陀螺仪625和/或3D加速计630。3D陀螺仪625用于跟踪指示X射线束或手持式设备在3D空间中的绝对位置或指向方向的第一数据流，而3D加速计630跟踪指示X射线束在3D空间中的快速相对运动的第二数据流。根据实施例，即使操作者响应于射束或手持式设备的快速移动(在上述实施例中)，第一和第二数据流被输入并通过处理元件650组合以在扫描操作期间始终产生X射线束的位置或坐标640。
根据本说明书的一个方面，3D空间中的X射线束的每个位置或坐标具有与被检查物体上的特定空间位置相对应的多个有源像素，其中，X射线束正在相互作用。这些有源像素位于一起构成图像的其他潜在有源像素的矩阵内。在实际情况下，假设操作者将多次在物体上扫射X射线束，使多个扫描帧对图像中的像素做出贡献，这是合理的。因此，为了确保定量图像，通过该像素位置处的总X射线束停留时间校正每个像素的亮度或扫描数据。在每个有源像素上存在X射线束的所有时间段上计算该停留时间。
通过X射线束准直器孔径和射束发散度来限定到达检查物体的X射线数量。然后由X射线束覆盖的被检查物体的区域由X射线源与被检查物体的距离确定——也就是说距离越大，被X射线束覆盖物体的区域越大。返回检测器的散射X射线的数量与被检查物体和检测器阵列之间的距离成反比。因此，在一个操作状态下，上述各种实施例中所述的本说明书的手持式设备保持靠近被检查物体，使得被X射线束照射的物体的区域小，并且由检测器收集的散射信号很高。
图7是示出使用由本说明书的手持式便携设备投射的X射线束来扫描物体的方法的多个示例性步骤的流程图。在705处，操作者首先使用粗略扫描模式将X射线束扫描到物体上，在该扫描模式期间，使用听得见的声音的改变作为主要反馈参考物体来识别异物。在一个实施例中，粗略扫描模式是指X射线束在物体的表面(称为一般扫描区域)上相当快速的扫描或扫射运动，其中，粗略扫描模式被定义为在一般扫描区域具有第一X射线覆盖密度。在710处，如果没有识别到异物，则在712处停止物体的扫描，并且如果需要，则可开始另一物体的新扫描期间(session)。然而，在710处，如果识别出异物，则在715处，操作者进行精细扫描模式或相对放慢X射线束围绕异物区域的运动，其中，精细扫描模式被定义为在异物区域具有第二X射线覆盖密度。应当理解，异物区域小于一般扫描区域但位于一般扫描区域内。还应当理解，第二密度(与精细扫描模式相关联)大于第一密度(与粗略扫描模式相关联)。
在启动对物体的精细扫描时，执行以下任务：在716处，从3D陀螺仪接收数据，该数据表示投射到物体上的X射线束的指向方向；在717处，计算对应于X射线束的方向的多个有源像素；在718处，计算每个有源像素处的X射线束的停留时间；并且在719处，在每个有源像素处使用停留时间生成校正扫描数据信号之后的扫描图像。在720处，获得来自3D加速计的数据，以检查X射线束是否存在相对于在716获得的X射线束的方向的移动。在723处，如果检测不到X射线束的移动，则重复步骤717至720(直到检测到X射线束的移动)。
然而，在723处，如果检测到X射线束的运动，则执行以下任务：在725处，从3D陀螺仪接收数据，该数据表示由于X射线束的运动造成的X射线的新方向；在726处，计算与X射线束的新方向对应的多个有源新像素；在727处，计算每个有源新像素处的X射线束的停留时间；并且在728处，在每个有源像素处对扫描数据信号应用停留时间校正之后生成更新的扫描图像。
在730处，再次获得来自3D加速计的数据，以检查X射线束是否持续运动。如果在733处确定X射线束仍然移动或被扫过物体，则重复步骤725至730(直到X射线扫射运动停止)。然而，在733处，没有检测到投射的X射线束的移动的情况下，则在735处，执行检查以确定是否必须停止扫描(并且因此移动到740)或者另一个扫描会话或事件应该从705开始。在719处和/或728处生成的扫描图像由操作者进行视觉分析，以确定异物的进一步特征并将异物声明为良性或威胁。
在本说明书的各种实施例中，本说明书的手持式设备，诸如上述实施例中的那些，包括本领域的技术人员已知的激光束测距仪或任何其他合适的光学传感器光束，用于沿着X射线束的中心路径传播光学、可见光或激光束(例如，通过在X射线束路径中使用薄镀金的Mylar膜反射器偏转激光束)。定向光学或激光束用于计算手持式设备与被检查物体的距离，使得物体的表面可在三维(3D)空间中重建(使用测量到的与陀螺仪和/或加速计数据结合拍摄的物体表面的距离)，以便产生包裹在被检查物体的三维表面周围的X射线图像。这样的三维视图可帮助图像解释者或操作者更好地识别或估计异物或威胁物体或区域的确切位置。
上述实例仅仅是本说明书的系统的许多应用的说明。虽然本文仅描述了本发明的几个实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可以以许多其他具体形式实施。因此，本实例和实施例被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明可在所附权利要求的范围内进行修改。

Claims (20)

1.一种通过从手持式成像设备投射成形X射线束来扫描物体的方法，所述设备包括：壳体，封装发射所述成形X射线束的X射线管；多个检测器，用于生成与从所述物体散射的多个检测到的X射线对应的扫描数据；处理器，与陀螺仪和加速计通信；以及采集系统，与扬声器、显示器、所述处理器和所述多个检测器通信，所述方法包括：
使用所述处理器来计算与所述成形X射线束在所述物体上相互作用的位置对应的多个有源像素；
使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在所述持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；以及
使用所述处理器在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形X射线束是笔形射束、扇形射束、锥形射束、单轴旋转射束和双轴旋转射束中的至少一种的形式。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并生成所述图像之前，所述手持式成像设备扫射以使用粗略扫描模式扫描所述物体，以相对于所述物体识别至少一个异物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，基于由所述扬声器产生的听得见的声音的变化来识别所述至少一个异物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述处理器和所述扬声器适于产生所述听得见的声音，使得所述听得见的声音的音高或频率与所述扫描数据成比例地变化。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，在识别所述至少一个异物之后，所述手持式成像设备扫射以使用精细扫描模式扫描所述物体，以计算所述多个有源像素、计算所述持续时间并生成所述图像。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括由所述处理器接收第二数据，其中，所述第二数据由所述加速计产生并且指示投射在所述物体上的所述成形X射线束的移动，并且其中，基于所述第二数据：
使用所述处理器来计算与所述成形X射线束在所述物体上相互作用的新位置对应的多个有源像素；
使用所述处理器来计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在所述持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；以及
使用所述处理器在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的更新的图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述新位置与由所述陀螺仪产生的更新的第一数据相关联，并且其中，所述更新的第一数据指示投射在所述物体上的所述成形X射线束的新方向。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述采集系统在0.01ms和100ms之间的采样持续时间范围内对检测到的所述扫描数据求和。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述采集系统在1ms的采样持续时间内对检测到的所述扫描数据求和。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述X射线管的电压在30kV至100kV之间的范围内。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述X射线管的电流在0.1mA和5mA之间的范围内。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述位置与由所述陀螺仪产生的第一数据相关联，并且其中，所述第一数据指示投射在所述物体上的所述成形X射线束的方向。
14.一种手持式成像设备，用于通过投射成形X射线束来扫描物体，所述手持式成像设备包括：
壳体，具有中心纵向轴线，并且所述壳体包括：
多个检测器，用于生成与从所述物体散射的多个检测到的X射线束对应的扫描数据；
陀螺仪；
加速计；
采集系统，与显示器和所述多个检测器通信；以及
处理器，与所述陀螺仪、所述加速计和所述采集系统通信，其中，所述处理器被配置为：
计算与所述成形X射线束在所述物体上相互作用的位置对应的多个有源像素；
计算在所述多个有源像素的每一个上的持续时间，所述成形X射线束在所述持续时间内出现在所述多个有源像素的每一个上；并且
在所述多个有源像素中的每一个上使用所述持续时间来校正所述扫描数据之后在所述显示器上生成所述物体的图像。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述成形X射线束是笔形射束、扇形射束、锥形射束、单轴旋转射束和双轴旋转射束中的至少一种的形式。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述壳体具有上表面、与所述上表面平行并相对的底面并具有前表面、与所述前表面平行并相对的后表面、以及第一侧和与所述第一侧平行并相对的第二侧，并且其中，所述上表面具有至少一个手柄。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述壳体配置为承载所述前表面的第一立方体，所述第一立方体沿着所述中心纵向轴线逐渐变细成终止于所述后表面的梯形棱柱。
18.根据权利要求16所述的设备，其中，所述成形X射线束在与所述前表面基本上垂直的方向上穿过所述前表面的中心处的开口。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述多个检测器定位成与所述前表面相邻并在所述前表面的后面围绕所述前表面的中心处的所述开口。
20.根据权利要求14所述的设备，所述设备进一步包括扬声器，其中，所述处理器和所述扬声器适于产生听得见的声音，使得所述听得见的声音的音高或频率与所述扫描数据成比例地变化。
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