CN108535770A - 余辉检测装置和余辉检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种余辉检测装置和余辉检测方法。余辉检测装置包括：X射线管；第一读出电路，用于与被检测探测器连接，检测时被检测探测器接受X射线束辐射，并向第一读出电路输出第一探测信号，第一读出电路根据第一探测信号形成并输出第一测量信号；残余射线探测器；第二读出电路，与残余射线探测器连接，残余射线探测器接受X射线束辐射并向第二读出电路输出第二探测信号，第二读出电路根据第二探测信号形成并输出第二测量信号；计算装置，与第一读出电路和第二读出电路分别信号连接并根据关断X射线管的电源后的第一测量信号和第二测量信号计算并输出余辉检测信号。本发明具有简便、可靠的优点。

Description

余辉检测装置和余辉检测方法
技术领域
本发明涉及辐射检查技术领域，特别涉及一种余辉检测装置和余辉检测方法。
背景技术
余辉是指闪烁探测器的外在激发信号(如射线束或可见光等)消失后，闪烁探测器依然会维持一段时间的可见光的发射。余辉的强度大致随时间呈指数衰减。
余辉一般用外在激励信号消失后一段时间的相对强度值来衡量。例如，一个典型的碘化铯(铊)(CsI(Tl))闪烁探测器，外在激发信号(如X射线束)存在时该闪烁探测器的输出信号为单位1，在激发信号消失后10ms时闪烁探测器的输出信号约为5000ppm左右，即该闪烁探测器在激发信号消失10ms时的余辉值为0.5％左右。即使闪烁探测器类型相同，不同厂家生产的闪烁探测器的余辉值差别很大，不同的探测单元也会有各自的余辉值。
在采用连续出束的X射线源或同位素放射源的检查系统中，闪烁探测器的闪烁体的余辉是影响最终性能指标的重要因素。当被检物质较厚时，来自射线源的射线强度衰减到千分之一以下，而余辉值却可能数倍于该射线强度值，且不同探测单元的余辉值不同，导致图像明暗不匀，造成伪信号。
图1为根据CsI(Tl)探测器的探测信号形成的扫描图像。从图1中可以看到，在相同的钢板厚度下，右边比左边明亮，且不同的探测器的余辉值不同，导致图像有明暗不同的横条。
图2为根据钨酸镉探测器的探测信号形成的扫描图像。该扫描图像相比于图1所述的扫描图像更整洁清晰。其中，钨酸镉是一种闪烁性能优良的闪烁探测器材料，其余辉时间短，余辉值低。
图3为激发信号消失前后CsI(Tl)探测器的输出相对强度曲线(细实线)和钨酸镉探测器的输出相对强度曲线(粗实线)的对比示意图。图3代表了以CsI(Tl)探测器的高余辉探测器和钨酸镉探测器为代表的低余辉探测器的余辉对比结果。图3中-10ms到0ms时，有作为激发信号的X射线束照射至CsI(Tl)探测器和钨酸镉探测器。0ms后，无X射线束照射至CsI(Tl)探测器和钨酸镉探测器。因此，0ms后CsI(Tl)探测器和钨酸镉探测器的输出相对强度曲线值分别代表各自的余辉值。
解决因余辉现象引起的图像明暗不匀的方法主要有以下两种：
一种方法是采用低余辉的闪烁材料作为闪烁探测器的灵敏体积，但该类闪烁材料一般灵敏度较低且价格较高。
另一种方法是针对闪烁探测器的余辉对闪烁探测器的输出信号进行校正。该方法首先需要对闪烁探测器的余辉进行测量，然后根据算法程序在闪烁探测器的检测结果中扣除余辉影响，从而改善探闪烁测器性能。
对闪烁探测器的余辉进行测量时，需测量彻底断掉X射线(或gamma射线)后一些时间段，如1ms、5ms、10ms等的余辉值。为了对闪烁探测器的余辉进行测量，需要提供可靠、易用和低成本的余辉检测装置和余辉检测方法。
一般的余辉检测方法是采用射线源照射闪烁探测器，进行该闪烁探测器的数据采集，断掉射线束后，继续保持对该探测器的数据采集一定时间，得到该探测器的余辉数据。射线源可以为电子加速器、同位素源、X射线管等。
电子加速器价格昂贵、耗电大，难以推广使用。同位素源一直存在gamma射线束，存在安全性问题。X射线管体积小，使用方便，能量范围从几十千伏到几百千伏，一般为连续出束的X射线源，如果作为余辉检测的射线源，有一定的优势。
但是采用X射线管作为余辉检测的射线源时，切断X射线管的电源后，X射线管仍会发出X射线，即残余X射线，残余X射线对余辉检测具有不利影响。该残余X射线强度和平均的X射线光子能量都随时间减小，大致随时间呈指数衰减。不同型号的X射线管残余X射线强度不同，一个典型的X射线管在电源关断10ms后的残余X射线的强度可以达到X射线管电源开启时的X射线强度的40％，X光子的平均能量衰减到X射线管电源开启时的50％左右(不同厂家、不同型号有较大的差异)。
为了减小X射线管的残余X射线对余辉检测的不利影响，在发明人已知的相关技术中，采用X射线管作为射线源进行余辉检测时，通常情况下需要配套设置重金属块。关断X射线管的电源时，使重金属块迅速移动到X射线管和被检测探测器之间，挡住残余X射线，以使余辉测试结果免受残余X射线影响。为了及时挡住残余X射线，该重金属块需要高速移动并需尽快静止，从而需要重金属块有较大的加速度，因此还需要一套较为复杂、成本较高的调节重金属块位置的控制系统和机械系统。目前，由于需要设置重金属块，利用X射线管检测闪烁探测器余辉只在实验室或生产车间使用，难以在产品现场使用。
发明内容
本发明的目的在于利用X射线管作为射线源，实现以简单、可靠的余辉检测装置和余辉检测方法。
本发明第一方面提供一种余辉检测装置，包括：X射线管，用于发射X射线束；第一读出电路，用于与被检测探测器连接，检测时所述被检测探测器设置于所述X射线管的出束侧以接受所述X射线束辐射，并向所述第一读出电路输出第一探测信号，所述第一读出电路根据所述第一探测信号形成并输出第一测量信号；残余射线探测器，设置于所述X射线管的出束侧；第二读出电路，与所述残余射线探测器连接，所述残余射线探测器接受所述X射线束辐射并向所述第二读出电路输出第二探测信号，所述第二读出电路根据所述第二探测信号形成并输出第二测量信号；计算装置，与所述第一读出电路和所述第二读出电路分别信号连接以接收所述第一测量信号和所述第二测量信号，所述计算装置根据关断所述X射线管的电源后的所述第一测量信号和所述第二测量信号计算并输出余辉检测信号。
在一些实施例中，所述计算装置根据关断所述X射线管的电源后某一时刻所述第一测量信号的值减去该时刻所述第二测量信号的值作为该时刻的所述余辉检测信号的值；或者，所述计算装置根据关断所述X射线管的电源后某一时刻所述第一测量信号的值减去该时刻所述第二测量信号的修正值作为该时刻的所述余辉检测信号的值。
在一些实施例中，所述残余射线探测器在激发信号消失后10ms时的输出相对强度值低于激发信号存在时的0.05％。
在一些实施例中，所述残余射线探测器包括钨酸镉探测器。
在一些实施例中，所述余辉检测装置还包括重金属片，所述重金属片设置于所述X射线管的出束侧并位于所述X射线管与所述被检测探测器和所述残余射线探测器之间，用于衰减所述X射线束的强度。
本发明第二方面提供一种采用本发明第一方面中任一项的余辉检测装置探测闪烁探测器余辉的余辉检测方法，该余辉检测方法包括：开启X射线管电源，使X射线管发射X射线束，一段时间后关断X射线管电源；所述被检测探测器接受所述X射线束辐射并输出第一探测信号；所述第一读出电路接收所述第一探测信号并根据所述第一探测信号形成并输出第一测量信号；所述残余射线探测器接受所述X射线束辐射并输出第二探测信号；所述第二读出电路接收所述第二探测信号并根据所述第二探测信号形成并输出第二测量信号；所述控制装置接收所述第一测量信号和所述第二测量信号，并根据关断所述X射线管的电源后的所述第一测量信号和所述第二测量信号计算并输出余辉检测信号。
在一些实施例中，所述控制装置根据关断所述X射线管的电源后某一时刻所述第一测量信号的值减去该时刻所述第二测量信号的值作为该时刻所述余辉检测信号的值；或者，所述控制装置根据关断所述X射线管的电源后某一时刻所述第一测量信号的值减去该时刻所述第二测量信号的修正值作为该时刻所述余辉检测信号的值。
在一些实施例中，所述第一测量信号为所述被检测探测器的探测器输出相对强度，所述第二测量信号为所述残余射线探测器的探测器输出相对强度。
基于本发明提供的余辉检测装置和余辉检测方法，采用X射线管作为射线源，采用残余射线探测器检测关断X射线管的电源后的残余X射线束强度，在源自被检测探测器10的第一测量信号中扣除源自残余射线探测器的与残余X射线束相关的第二测量信号的影响，得到被检测探测器10的较为准确的余辉检测信号。该余辉检测装置和余辉检测方法简便、可靠。由于无需设置用于在X射线管的电源关断后挡住残余X射线束的重金属块，可以在X射线检查设备现场使用。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据CsI(Tl)探测器的探测信号获得的扫描图像。
图2为根据钨酸镉探测器的探测信号获得的扫描图像。
图3为激发信号消失前后CsI(Tl)探测器的输出相对强度曲线(细实线)和钨酸镉探测器的输出相对强度曲线(粗实线)的对比示意图。
图4为本发明一实施例的余辉检测装置的原理示意图。
图5示出了图4所示实施例的余辉检测装置的检测余辉时被检测探测器的输出相对强度曲线(细实线)和残余射线探测器的输出相对强度曲线(粗实线)的示意图。
图6为本发明另一实施例的余辉检测装置的原理示意图。
图7为X射线管的出束侧未设置重金属片时残余射线探测器的输出相对剂量强度曲线(细实线)和设置重金属片时残余射线探测器的输出相对剂量强度曲线(粗实线)的对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。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。
在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
图4示出了本发明一实施例的余辉检测装置的原理示意图。如图4所示，本发明实施例的余辉检测装置包括X射线管1、第一读出电路3、残余射线探测器2、第二读出电路4和计算装置5。
X射线管1用于发射X射线束。第一读出电路3用于连接被检测探测器10。被检测探测器10在检测时设置于X射线管1的出束侧以接受该X射线束的辐射，并向第一读出电路3输出第一探测信号。第一读出电路3根据第一探测信号形成并输出第一测量信号。残余射线探测器2设置于X射线管1的出束侧。第二读出电路4与残余射线探测器2连接。残余射线探测器2接受X射线束辐射并向第二读出电路4输出第二探测信号。第二读出电路4根据第二探测信号形成并输出第二测量信号。计算装置5与第一读出电路3和第二读出电路4分别信号连接。计算装置5接收第一测量信号和第二测量信号，并根据关断X射线管1的电源后的第一测量信号和第二测量信号计算并输出余辉检测信号。
本发明实施例采用X射线管1作为射线源，采用残余射线探测器检测关断X射线管的电源后的残余X射线束强度，在源自被检测探测器10的第一测量信号中扣除源自残余射线探测器的与残余X射线束相关的第二测量信号的影响，得到被检测探测器10的较为准确的余辉检测信号。该余辉检测装置简便、可靠。由于无需设置用于在X射线管的电源关断后挡住残余X射线束的重金属块，可以在X射线检查设备现场使用。
本实施例中，残余射线探测器2在激发信号消失后10ms时的余辉值低于激发信号存在时的0.05％。残余射线探测器2例如可以包括钨酸镉探测器。满足该要求的残余射线探测器2的余辉比常规的被检测探测器10(如一个CsI(Tl)探测器)的余辉低1个量级左右或更低，此时，可以从第一测量信号中直接减去第二测量信号，即可以得到较为准确的余辉检测结果。
本实施例中，计算装置5根据关断X射线管1的电源后某一时刻第一测量信号的值减去第二测量信号的值作为该时刻的余辉检测信号的值。本实施例中，第一测量信号为被检测探测器10的探测器输出相对强度，第二测量信号为残余射线探测器2的探测器输出相对强度。
在一些实施例中，计算装置5也可以根据关断X射线管1的电源后某一时刻第一测量信号的值减去第二测量信号的修正值作为该时刻的余辉检测信号的值。
例如，第二测量信号的修正值可以为第二测量信号的值与修正系数的乘积。再例如，第二测量信号的修正值为第二测量信号的值与校正参数的差值。例如在残余射线探测器2的余辉值不是足够低的情况下，可以在第二测量信号中先通过得到修正值的方式去除第二测量信号中由于残余射线探测器2的余辉值带来的影响等情况。
本实施例还提供一种利用前述余辉检测装置探测闪烁探测器余辉的余辉检测方法。该余辉检测方法包括：开启X射线管1电源，使X射线管1发射X射线束，一段时间后关断X射线管1电源；被检测探测器10接受X射线管1的X射线束辐射并输出第一探测信号；第一读出电路3接收第一探测信号并根据第一探测信号形成并输出第一测量信号；残余射线探测器2接受X射线管1的X射线束辐射并输出第二探测信号；第二读出电路4接收第二探测信号并根据第二探测信号形成并输出第二测量信号；控制装置接收第一测量信号和第二测量信号，并根据关断X射线管1的电源后的第一测量信号和第二测量信号计算并输出被检测探测器10的余辉检测信号。
该余辉检测方法与前述余辉检测装置具有相同的优点。
在本实施例中，可以根据关断X射线管1的电源后某一时刻第一测量信号的值减去该时刻第二测量信号的值作为该时刻的余辉检测信号的值。本实施例中，第一测量信号为被检测探测器10的探测器输出相对强度，第二测量信号为残余射线探测器2的探测器输出相对强度。
在一些实施例中，可以根据关断X射线管1的电源后某一时刻第一测量信号的值减去该时刻第二测量信号的修正值作为该时刻的余辉检测信号的值。例如，第二测量信号的修正值可以为第二测量信号的值与修正系数的乘积。再例如，第二测量信号的修正值也可以为第二测量信号的值与校正参数的差值。
本实施例中，在余辉检测开始前将作为被检测探测器10的闪烁探测器接入第一读出电路3。同时，如图4所示，残余射线探测器2与第二读出电路4相接，第一读出电路3和第二读出电路4均与计算装置5连接。被检测探测器10和残余射线探测器2均位于X射线管1的出束侧。检测开始时，打开X射线管1的电源，X射线束7从X射线管1的靶点出射，辐射到被检测探测器10上和残余射线探测器2上。第一读出电路2对被检测探测器10输出的第一探测信号进行数据采集，同时第二读出电路4对残余射线探测器2输出的第二探测信号进行数据采集。一段时间后(例如10ms)关断X射线管1的电源，X射线管1继续发出残余X射线束，被检测探测器10和残余射线探测器2继续检测X射线管1发出的残余X射线束的强度。
本实施例中，被检测探测器10输出的第一探测信号通过第一读出电路3形成作为第一测量信号的探测器输出相对强度，残余射线探测器2输出的第二探测信号通过第二读出电路4形成作为第二测量信号的探测器输出相对强度。计算装置5接收第一测量信号和第二测量信号后，在关断X射线管1的电源后的第一测量信号的值中减去第二测量信号的值，即得到余辉检测信号的值。该余辉检测信号的值为代表余辉大小的相对强度值。
图5示出了图4所示实施例的余辉检测装置的被检测探测器的输出相对强度曲线(细实线)和残余射线探测器的输出相对强度曲线(粗实线)的示意图。如图5所示，残余射线探测器2的输出相对强度曲线代表着X射线管1的电源断关断前后X射线束的强度变化。关断X射线管1的电源后，各时间点的被检测探测器10的输出相对强度曲线值扣除残余射线探测器2的输出相对强度曲线值后，就得到了该被检测探测器10的各个时间点的余辉值。
其中，第一读出电路3和第二读出电路4均可采用现有的与所连接的探测器相应的探测器读出电路。计算装置5可以为各种用于执行本发明所描述的计算功能的装置，包括但不限于计算机、通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。
图6示出了本发明另一实施例的余辉检测装置原理示意图。如图6所示，本发明实施例与图4所示实施例的差别在于余辉检测装置还包括重金属片8。重金属片8设置于X射线管1的出束侧，并位于X射线管1与被检测探测器10以及残余射线探测器2之间，用于衰减X射线束的强度。
图7为X射线管的出束侧未设置重金属片时残余射线探测器的输出相对剂量强度曲线(细实线)和设置重金属片时残余射线探测器的输出相对剂量强度曲线(粗实线)的对比示意图。其中，-10ms到0ms时，X射线管1的电源开启，X射线管1正常发射射线；0ms后，X射线管1的电源被关断，仍有残余X射线束发出，该残余X射线束的剂量强度随时间递减。本实施例中，重金属片8为设置在X射线管1的出束侧的厚度为4mm的钢板。如图7所示，加装重金属片8后，残余X射线束的强度衰减更快。
在X射线源1的出束侧设置与被检测探测器10以及残余射线探测器间加重金属片8，相对降低X射线束中低能X射线光子到达被检测探测器10以及残余射线探测器2的几率，从而相对缩减残余X射线束到达被检测探测器10以及残余射线探测器2的强度，通过提高残余X射线束的衰减程度，降低残余X射线对余辉检测的影响，利于提高检测的准确性。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种余辉检测装置，其特征在于，包括：
X射线管(1)，用于发射X射线束；
第一读出电路(3)，用于与被检测探测器(10)连接，检测时所述被检测探测器(10)设置于所述X射线管(1)的出束侧以接受所述X射线束辐射，并向所述第一读出电路(3)输出第一探测信号，所述第一读出电路(3)根据所述第一探测信号形成并输出第一测量信号；
残余射线探测器(2)，设置于所述X射线管(1)的出束侧；
第二读出电路(4)，与所述残余射线探测器(2)连接，所述残余射线探测器(2)接受所述X射线束辐射并向所述第二读出电路(4)输出第二探测信号，所述第二读出电路(4)根据所述第二探测信号形成并输出第二测量信号；
计算装置(5)，与所述第一读出电路(3)和所述第二读出电路(4)分别信号连接以接收所述第一测量信号和所述第二测量信号，所述计算装置(5)根据关断所述X射线管(1)的电源后的所述第一测量信号和所述第二测量信号计算并输出余辉检测信号。
2.根据权利要求1所述的余辉检测装置，其特征在于，
所述计算装置(5)根据关断所述X射线管(1)的电源后某一时刻所述第一测量信号的值减去该时刻所述第二测量信号的值作为该时刻的所述余辉检测信号的值；或者，
所述计算装置(5)根据关断所述X射线管(1)的电源后某一时刻所述第一测量信号的值减去该时刻所述第二测量信号的修正值作为该时刻的所述余辉检测信号的值。
3.根据权利要求1所述的余辉检测装置，其特征在于，所述残余射线探测器(2)在激发信号消失后10ms时的输出相对强度值低于激发信号存在时的0.05％。
4.根据权利要求1所述的余辉检测装置，其特征在于，所述残余射线探测器(2)包括钨酸镉探测器。
5.根据权利要求1所述的余辉检测装置，其特征在于，所述余辉检测装置还包括重金属片(8)，所述重金属片(8)设置于所述X射线管(1)的出束侧并位于所述X射线管(1)与所述被检测探测器(10)和所述残余射线探测器(2)之间，用于衰减所述X射线束的强度。
6.一种采用权利要求1至5中任一项的余辉检测装置探测闪烁探测器余辉的余辉检测方法，其特征在于，包括：
开启X射线管(1)电源，使X射线管(1)发射X射线束，一段时间后关断X射线管(1)电源；
所述被检测探测器(10)接受所述X射线束辐射并输出第一探测信号；
所述第一读出电路(3)接收所述第一探测信号并根据所述第一探测信号形成并输出第一测量信号；
所述残余射线探测器(2)接受所述X射线束辐射并输出第二探测信号；
所述第二读出电路(4)接收所述第二探测信号并根据所述第二探测信号形成并输出第二测量信号；
所述控制装置接收所述第一测量信号和所述第二测量信号，并根据关断所述X射线管(1)的电源后的所述第一测量信号和所述第二测量信号计算并输出余辉检测信号。
7.根据权利要求6所述的余辉检测方法，其特征在于，
所述控制装置根据关断所述X射线管(1)的电源后某一时刻所述第一测量信号的值减去该时刻所述第二测量信号的值作为该时刻所述余辉检测信号的值；或者，
所述控制装置根据关断所述X射线管(1)的电源后某一时刻所述第一测量信号的值减去该时刻所述第二测量信号的修正值作为该时刻所述余辉检测信号的值。
8.根据权利要求6所述的余辉检测方法，其特征在于，所述第一测量信号为所述被检测探测器(10)的探测器输出相对强度，所述第二测量信号为所述残余射线探测器(2)的探测器输出相对强度。
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