CN110632673A

CN110632673A - 高速、覆盖区小的x射线断层摄影检查系统、设备和方法

Info

Publication number: CN110632673A
Application number: CN201910871444.5A
Authority: CN
Inventors: 莫里茨·贝克曼; 弗兰克·施普伦格; 程远; 卢健平; 德尔克·斯普隆克; 乔治·扎鲁尔; 周子刚
Original assignee: New Systems LLC
Current assignee: New systems limited liability company; University of North Carolina at Chapel Hill
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2019-12-31
Also published as: DE112012004856B4; US8971484B2; WO2013078344A1; CN104094138A; DE112012004856T5; US20130170611A1

Abstract

本主题涉及用于物体的X射线检查的检查系统、设备和方法。传送机可以沿行进方向移动待被检查的物体通过检查区；一个或多个多射束X射线源阵列可以提供多个准直的X射线束沿大致垂直于行进方向的方向通过检查区；以及一个或多个X射线检测器阵列可以检测从X射线源阵列通过检查区的X射线束。可以记录由X射线检测器阵列所检测的X射线信号以形成物体的多个X射线投影图像，且可以将多个X射线投影图像处理成物体的三维断层摄影图像。

Description

高速、覆盖区小的X射线断层摄影检查系统、设备和方法

本申请是申请号为201280057024X、申请日为2012年11月21日、发明名称为“高速、覆盖区小的X射线断层摄影检查系统、设备和方法”的专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2011年11月22日、序列号为61/629,612的美国临时专利申请的权益和优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。

政府利益

本发明所公开主题的某些方案是依据DHS科学与技术理事会合同HSHQDC-09-C-00169得到美国政府的支持而开发的。因而，美国政府对本发明所公开的主题享有一定的权利。

技术领域

本文所公开的主题一般涉及X射线成像。更具体地，本文所公开的主题涉及X射线检查系统，设备和方法。

背景技术

乘坐商用飞机在美国和其他国家旅行的旅客在机场都必须经过安全检查。所有与旅客一起旅行的行李也要检查。旅客行李区分为两种类型：总是和旅客在一起的随身携带的行李，和由航空公司处理的托运行李。为了努力限制旅客进入机场候机大楼所需要的时间，对于随身携带的行李，要尽可能快地进行安全检查。其结果是，在检查点所使用的系统是相当受限的，因为它们通常仅产生物体的有限数量的投影视图(少于10个视图)以供受过训练的操作人员进行目视检查。在操作人员检查诸如武器或爆炸物等违禁品的二维(2D)图像时，因为有限数量的视图，在图像中物体通常是重叠的，这使得对于操作人员且也对于软件算法来说，识别威胁成为一项艰巨的任务。

相比之下，对于托运行李，使用产生高分辨率的三维(3D)图像并具有自动搜索隐藏违禁品的内建威胁检测算法的先进的爆炸检测系统(EDS，explosion detectionsystems)。特别地，在机场已经使用用来筛查托运行李以检测在物品中是否存在有爆炸物或其他违禁品的X射线计算断层摄影(CT，computed tomography)扫描仪。传统的CT行李扫描仪在圆形台架上围绕中心轴快速旋转单光束X射线管和弧形检测器以通过滤波反投影(FBP，filtered back projection)方法获得3D重建所需要的700至1000个2D视图。在这样的系统中，行李物品在置于旋转中心轴(Z轴)附近的传送带上被运送，随着台架旋转，传送带沿着中心轴移动。在每次旋转过程中通过X射线照射的行李的Z轴行程长度与传送带的移动速度和托住X射线源以及检测器阵列的台架的旋转周期成正比。例如，最新旋转台架CT每秒可以完成2至4次旋转。

传统的CT行李扫描仪典型地使用X-Y轴平面内的扇形射束和单排检测器，这限制了体积分辨率。另一种可替换的方法是使用多排检测器和复杂的锥形射束图像重建算法，原则上，这能够提供更优质的体积图像重建。然而，传统的高通量CT扫描仪需要快速旋转的台架以使在台架的每次旋转过程中行李沿Z轴方向的行程减至最小。

然而，这种快速旋转产生几个可靠性和成像问题。例如，这些旋转台架的特征在于大而笨重的旋转环，其需要相当大的空间并对因其旋转产生的大重力所导致的故障高度敏感。由此产生的机械磨损造成停机时间长且需要昂贵的维护成本。重力也限制了扫描速度，由此减少了处理量。此外，在等深点以外，台架的快速旋转导致运动引起的图像模糊，且这种图像模糊随着支承台架的滚珠轴承的磨损而增大。这样的图像模糊已经被确认为假警报的主要原因。TSA已经报道每年为解决假警报的第二道和第三道检查程序的费用要花费数亿美元。

因此，一种能够减少或消除与旋转台架有关的缺点并能够采用定制的几何形状来建造和布置以适合于正被检查物体的最佳排列的固定台架CT系统将是有益的。

发明内容

根据本公开，提供了用于物体的X射线检查的检查系统、设备和方法。在一个方案中，提供了一种计算断层摄影检查系统，且所述系统可以包括：传送机，其被配置为沿行进方向移动待被检查的物体通过检查区；一个或多个多射束X射线源阵列，其能操作以提供多个准直的X射线束沿大致垂直于行进方向的方向通过检查区；以及X射线检测器阵列，其被配置为检测从X射线源阵列通过检查区的X射线束。电子控制器能够能操作以根据预编程的模式而电子地启动和关闭来自X射线源阵列的各个X射线束，信号处理单元能够能操作以记录通过X射线检测器阵列所检测到的对应的X射线信号并形成物体的多个X射线投影图像，以及数据处理单元能够能操作以用于将多个X射线投影图像处理成物体的三维断层摄影图像。

尽管在上文中已经陈述了本文中所公开的主题的一些的方案，且它们通过本文所公开的主题全部或部分地实现，但如下文所述随着结合附图继续进行描述，其他方案将变得显而易见。

附图说明

从下面详细的描述中将更容易理解本主题的特征和优点，应该结合附图来理解下面详细的描述，所述附图是以说明性和非限制性示例的方式给出，且在附图中：

图1是示出了根据本文所公开主题的实施例的X射线检查系统的示意图；

图2A是示出了根据本文所公开主题的实施例的X射线检查系统的立体图；

图2B和图2C是分别示出了根据本文所公开主题的实施例的X射线检查系统中X射线源阵列的各种不同配置的侧视图和俯视图；

图3是示出了根据本文所公开主题的实施例的与X射线检查系统一起使用的成像算法的流程图；

图4是示出了根据本文所公开主题的实施例的在X射线检查系统中使用的X射线检测器的立体图；

图5A至图5O是示出了根据本文所公开主题的实施例的用于X射线检查系统的X射线源阵列和X射线检测器的各种不同配置的示意图；

图6是示出了根据本文所公开主题的实施例的X射线检查系统的立体图；

图7示出了使用根据本文所公开主题的实施例的X射线检查系统所取得的物品A的NIST(National Institute of Standard and Technology，美国国家标准与技术研究院)仿真的图像；

图8是示出了使用根据本文所公开主题的实施例的X射线检查系统为不同类型瓶子中三种不同液体所计算的平均CT数的图表；以及

图9示出了使用根据本文所公开主题的实施例的X射线检查系统所获得的来自具有以红色突出显示的两个薄橡片和大潜水刀的22英寸随身携带包的三维X射线图像的两个不同视图。

具体实施方式

近年来，已经开发了基于碳纳米管(CNT)场致发射的多射束场致发射X射线(MBFEX，multibeam field emission x-ray)源，其在单一X射线管壳中提供多个焦斑(即，源元件)。例如，尽管对于源元件的数量没有理论限制，且已经制造出具有数百个单独的源元件的X射线管，但具有多达75或更多个焦斑的线性模块是在160kV处几十毫安的电流下可供使用的。在2011年3月22日提交的序列号为13/069,286的共同待决的美国专利申请中公开了其他示例性的系统和方法，其全部公开内容通过引用合并于此。

不管什么样的具体结构，这些模块都可以安装在安全检查系统中以提供多个X射线视图。这样的模块化多射束技术使得消除在上文中所讨论的与旋转台架有关的缺点并能够采用定制的几何形状来建造和布置以适合于正被检查物体的最佳排列的固定台架CT系统能够实现。因为来自不同视角的X射线投影数据是通过电子扫描的多射束X射线管产生的，所以扫描速度不受笨重的台架的机械旋转速度的限制。相反，限制因素变成从检测器能够传送X射线数据的速度，使得CT扫描更快并增大了处理量。易于得到相当于每秒40转的扫描速度。这种更快的扫描速度转化成沿着Z轴方向更小的体素尺寸，其结果导致比传统的扫描仪分辨率更高，则因此提高了检测的概率。此外，采用适合于所扫描的物体的定制的阵列来布置X射线管节省了相当大的空间，且除去旋转台架减小了整个系统的重量和功耗。

使用根据本文所公开主题的系统和方法，能够确定3D图像中体素的密度和有效原子序数，并能够完成根据形状和材料的分割。威胁检测算法能够基于形状和材料针对违禁品和危险或可疑物体来搜索分割后的3D图像。在最简单的情况下，图像数据可以显示在监视器上以供操作人员手动检查，且可以突出显示可疑区域或物体。此外，自动威胁检测软件能够无需人监督地工作且如果发现了威胁，仅提醒或警告操作人员。其结果是，本文所公开的系统和方法能够在旅客检查站用于随身携带的行李的检查或在另外的实施例中用于托运行李的检查。

具体地，例如，图1示出了一般指定为100的X射线检查系统的示意图。检查系统100可以包括一般指定为150的一个或多个线性多射束X射线源阵列，所述每一个线性多射束X射线源阵列可以包括多个单独的X射线束源元件152。例如，多个单独的X射线源元件152中的每一个可以是与阴极元件有关的X射线焦斑，多个单独的X射线源元件152中的每一个又包括具有在绝缘材料(例如，玻璃或陶瓷)上的碳纳米管(CNT)场致发射膜的基板。在编号为6,553,096的美国专利中可以找到这种至少部分由含纳米结构的材料形成的场致发射阴极的示例，其全部公开内容通过引用合并于此。

如图1所示，检查系统100可以包括第一X射线源阵列150a和第二X射线源阵列150b，其被布置成L形阵列。图1示出了一种配置，例如，在该配置中，第一X射线源阵列150a和第二X射线源阵列150b中的每一个包括9个单独的X射线束源元件152，但本领域的技术人员应该认识到可以使用任意数量的单独的X射线束源元件152(例如，每个阵列使用5、50、100、256或更多个源元件)，且根据成像分辨率和系统的成本和尺寸之间期望的平衡，这些元件的配置和间距可以有所变化(例如，线性阵列彼此间隔开大约2mm)。

不管什么样的具体结构，检查系统100都能够被配置成使得多个单独的X射线束源元件152中的一个或多个可以被选择性地激活以朝向一般指定为160的一个或多个X射线检测器阵列发射X射线束通过定位在一般指定为115的检查区内的物体O。例如，如图1所示，检查系统100可以包括第一X射线检测器阵列160a，其被布置大致与第一X射线源阵列150a相对；和第二X射线检测器阵列160b，其被布置大致与第二X射线源阵列150b相对。如同X射线源阵列150一样，可以设计X射线检测器阵列160的具体结构以达成成像分辨率和成本、尺寸等之间期望的平衡。尽管根据系统的要求，长度和检测器的尺寸可以变化很大，但通过具体示例的方法，第一X射线检测器阵列160a和第二X射线检测器160b中的每一个都可以包括限定了大约0.39mm像素大小的10cm的检测器。

X射线束源元件152可以被准直成大体为X-Y轴平面内的扇形射束，使得每次投影时仅物体的一窄片被X射线照亮。这样的准直可以减少来自散射的X射线光子至X射线检测器阵列160的无意的X射线通量。此外，在这点上，如果有两个或更多个平面系统，X射线束源元件152可以被准直成在某种程度上从一个平面的照射将不会到达其他平面。这样，成像平面可以被视为独立的。X射线检测器阵列160可以被大致放置在与对应的其中一个X射线源阵列150相同的平面(X-Y轴)内。

相比之下，在一个可替换的配置中，可以同时从X射线束源元件152的子集中生成扇形射束，且通过多工操作X射线成像方法可以获得多个投影图像。在署名周等人的编号为8,155,262的美国专利和署名为张等人的编号为8,189,893的美国专利中可以找到多工操作X射线成像方法的示例，其全部公开内容通用引用合并于此。可替换地，在另一种配置中，X射线源元件152可以被配置成通过准直来投影锥形射束，且对应的X射线检测器阵列160可以包括多排检测器模块或平面检测器模块。

参照图2A至图2C，它表明检查系统100可以进一步包括传送机110，其被配置为沿系统的Z轴运送待被检查的物体(即，航空公司旅客行李)进入检查区115。具体地，检查区115可以被配置成大体矩形的运送通道，传送机110穿过该运送通道且在该运送通道周围可以布置多个多射束X射线源阵列150和X射线检测器阵列160。检查区115可以被保护壳体114环绕着。X射线源阵列150和检测器阵列160的元件可以为大体线性的，以便于它们能够靠近运送通道而安装。

高压(HV)发生器154可以连接至一个或多个X射线源阵列150以给X射线源阵列150提供阳极电压。HV发生器154可以是给所有的X射线源阵列150供应电压的单个单元，或可以是被配置为独立地给每一个X射线源阵列150供应阳极电压的若干个单元。电子控制器156可以进一步连接至一个或多个X射线源阵列150以切换X射线源阵列150中的各个X射线束源元件152，且这样的切换可以基于来自控制系统(未显示)的信号。用于激活X射线束源元件152的顺序可以存储在电子控制器156中并可以通过网络接口(例如，以太网)自由地编程(例如，修改脉冲长度、幅值等)。电子控制器156还可以监控X射线源阵列150的状态并产生实时传送给控制系统的警告或错误消息。

电子控制器156可以进一步调节从X射线束源元件152(例如，脉冲长度和幅值)输出的X射线，使得从脉冲至脉冲(即，从相同的源元件)和从源至源(即，不同的源元件)输出是可重复的。随着时间的推移，本领域技术人员将认识到，来自X射线束源元件152的输出会缓慢地下降且它们的发射特性会改变(例如，碳纳米管场致发射体的固有特性)。为了解决这样的下降，电子控制器156可以监控发射中的变化并调节发射过程以便于保持恒定的输出。当源阵列接近其使用寿命的终点时，电子控制器156随之可以产生警告消息给控制系统。这种监控允许提前安排维护工作的时间并预测什么时间系统将会无法使用。

如上所讨论，检查系统100可以使用多个多射束X射线源阵列150(即，2个至5个阵列)，且每一个X射线源阵列150可以具有多个单独的X射线束源元件152(例如，30个至75个单独的光束)。然而，即使具有这些多个源元件，每一个X射线源阵列150仍然可以占据不会和常规的X射线系统所需要的空间偏差很大的空间大小(例如，30cm的长度)。可以采用在一个平面或几个平面上布置X射线源阵列150的方式，至少在通道的两侧上环绕着检查区115布置X射线源阵列150。实际上，可以设计X射线源阵列150和X射线检测器阵列160以模块化形式安装。这样的模块化设计可以允许更轻松的维护和系统改进，以及易于适应其他通道尺寸的技术适应性。

具体地，例如，如图2B所示，检查系统100可以包括横跨传送带110布置的至少2个X射线源阵列150(即，定位每一个X射线源阵列使得X射线束源元件152被布置在垂直于传送带110行进方向上的平面内)：一个被布置在成像区115“上方”(即，在从传送带110相对成像区115的平面内)且另一个被布置至成像区115的侧面(即，在垂直于传送带110的平面内)。另外地，一个或多个X射线源阵列150可以定位在沿着传送带110的行进方向以预定距离隔开的两个平行平面上，使得它们以大致连续的方式获得沿传送带110行进的物体O的图像。这样，随着物体O沿着传送带110行进，可以使用一个或多个X射线源阵列150来从不同视角获得物体O的投影图像，无需阵列机械移动并具有加快图像采集速度的可能性。

可替换地，例如，如图2C所示，可以在成像区115周围布置额外的X射线源阵列150以从更多的视角提供成像。具体地，2个X射线源阵列150可以布置在成像区115的上方，一个定位在传送带110的一半的上方(例如，左半边)且另一个定位在传送带110的另一半的上方(例如，右半边)。2个以上的X射线源阵列150可以布置至成像区115的侧面，将其中一个定位为比另一个更接近传动带110(即，一个在“低”位置且另一个在“高”位置)。然而，本领域的技术人员将认识到，可以使用X射线源阵列150的在数量和定位上的许多进一步的变化来进一步提高成像速度和分辨率。

在又进一步的可替换的配置中，可以定位X射线源阵列150以便于沿着传送带110的行进方向顺着直线布置X射线束源元件152，而X射线检测器阵列160可以沿着大致垂直于行进方向的直线被定位。可替换地，可以沿着大致垂直于传送带110的行进方向来定位X射线源阵列150，且可以沿着大致平行于行进方向来定位X射线检测器阵列160。在两者中任何一个布置中，都可以使用单组大致线性的部件从多个视角在三维空间中扫描物体O。

在任意一个布置中，用于操作检查系统100的方法可以包括以顺序方式被扫描的所有X射线束源元件152。特别地，例如，来自第一X射线源阵列150的所有X射线束源元件152都能够被激活(例如，在阵列中从第一个至最后一个)，然后来自第二X射线源阵列150的所有X射线源元件都能够被激活等等，即开始这些X射线束源元件152都布置在第一平面中(例如，图2B或图2C中最左边的平面/前向平面)，然后它们都转至第二平面(例如，图2B或图2C中最右边的平面/后向平面)。由检测器处理时间乘以视图总数可以给出每一切片的总扫描时间(例如，全周期)。因为在这样系统中的平面可以是独立的，所以它们可以以并行方式运行，使得通过并行扫描的平面数来减少每一切片的总扫描时间。在这种情况下，对于阳极电源的功率要求(例如，HV发生器154)可以是单一平面的功率乘以平面数，从而增加了电源的成本，且增大了对于给定的Z轴分辨率的可实现的物体处理量。

不管X射线源阵列150采用什么样的具体布置和结构，都可以使用图像重建的方法来将X射线检测器阵列160的输出转化成高分辨率的3D图像。例如，软件实现算法可以基于由潘(Pan)博士(例如，参考西德基(Sidky)和潘(Pan)在生物医学物理学(Phys.Med.Biol.)第53(2008)4777期)发表的全变分(total variation，TV)法迭代重建算法。可以使用这样的算法从比传统CT更少数量的投影中重建3D图像数据并可以补偿丢失的数据和截断的数据(即，即使一定数量的投影图像被排斥在重建数据集之外，也能够重建物体的三维断层投影图像)。例如，对于某个百分比丢失的投影来说，理论上检测概率(probability ofdetection，PD)和假警报概率(probability of false alarm，PFA)不会变动很多，因而可以将一定比例的投影图像排斥在外，大致不会影响重建的实际精度。此外，在这点上，可以设计检查系统100以获得比产生可用来重建3D图像数据所需要的投影图像更多的投影图像，从而允许未来有限数量的源元件出现故障。另外地，算法可以对非标准几何形状的X射线管和检测器起作用。常规的分析方法(例如，滤波反投影)典型地需要完全覆盖物体的700至1000个投影。迭代算法仅需要即使以有限角度覆盖物体的一小部分数量的投影(例如，取决于应用要求，70至150个投影)。

图3中示出了并入这样算法的方法200的高层次的流程图。方法200可以以空白图像开始。代数重建法(ART)可以创建与实测投影数据一致的图像。该图像具有被解释为“干扰图像”的高变分，其可以用连续全变分法迭代平滑，从而创建了“模糊图像”。该“模糊图像”可以是下一次迭代中的图像估计。由ART所施加的图像精度和由全变分法所增加的噪声抑制之间的平衡可以使用差分图像自适应地确定。

因为这些迭代重建算法比标准的滤波反投影算法计算量更大，所以它们能够在GPU上运行以产生几乎实时的用于威胁检测的3D图像。这样，可以使用方法200来产生具有几秒数量级处理时间的图像，这允许在随身携带行李检查站或托运行李应用中进行自动威胁检测。

关于X射线检测器阵列160的具体结构，图4示出了一种布置，在该布置中，使用具有闪烁体或固态直接转换的光电二极管。如图4所示，每一个X射线检测器阵列160可以包括被联接至多个对应的光电二极管162的多个闪烁体161，这可以布置成单行或多行的结构。另外地，多个闪烁体161可以被配置成测量两个能级或更多能级的X射线信号。例如，可以从碘化铯(CsI)、Gd2O2S:Tb(Gadox)、氧硫化钆(GOS)、钨酸镉(CdWO4)或对于本领域技术人员来说已知的其他类似材料的组中选择闪烁体161。对于闪烁体161来说，所希望的是可以显示出具有良好光输出和短的衰减时间。

X射线检测器阵列160可以进一步包括与光电二极管162有关的电子仪器。例如，如图4所示，X射线检测器阵列160可以包括一个或多个顶板166，且一些模块还可以包含用于数据读出的信号处理板(signal processing board，SPB)168。对于材料鉴别，可以从至少2个不同的X射线光谱中采集X射线信号来配置X射线检测器阵列160。闪烁体161可以布置成堆叠结构，其中，如图4中所示，相对较低的能量谱由顶部模块测量而相对较高的能量谱由底部模块测量。可替换地或另外地，这些部件可以布置成平行的结构，其中，并排放置闪烁体161，和/或可以使用多行闪烁体161(即，多排检测器模块或平面检测器模块)来加速数据采集过程。通过在其中一个闪烁体161前面增加过滤材料来创建不同的X射线光谱，这将X射线光子的平均能量转移至更高的能量。进一步可替换的配置可能涉及从现有的两个光谱的线性组合中计算第三光谱，以及从实测的两个光谱的线性组合中计算第三检测器信号。在又进一步的替换例中，可以通过对不同的投影视图改变加速电压来调制X射线的能量。例如，X射线源阵列150可以包括能操作以生成相对较低能量的X射线束的第一X射线源阵列和能操作以生成相对较高能量X射线束的第二X射线源阵列。

检测器处理时间典型地可以通过可利用从各个检测器顶板中读取信息的SPB 168的数量来确定。检查系统100可以利用多个检测器阵列160(因而多个SPB168)，使得在读出来自前一个脉冲的信号的同时在下一个脉冲期间进行信号整合等等。这样，信号整合不需要额外的时间。使用较多数量的SPB168会增大系统成本，但只要每次投影可以获得最低X射线剂量就能够减少处理时间。因此，最短时间由脉冲长度或可实现的SPB168的处理时间来确定。

然而，对于多平面系统，存在有降低系统成本(例如，检测器和阳极电源)同时将每个视图所需时间减至最短的方案。在两个平面系统的情况下(参照图2B和图2C)，每个SPB168的处理时间可以选择为X射线脉冲长度的两倍。例如，在100μs的X射线脉冲的情况下，处理时间可以大约为200μs。，每个顶板166的SPB 168中所需的处理时间可以为约50μs数量级的，这允许使用单个SPB 168处理最多4个顶板166。在第一平面内X射线脉冲关断的时间内，可以用脉冲输送(即，时间偏移)第二平面内的其中一个X射线源阵列150且可以读出对应的其中一个X射线检测器阵列160。这意味着仅需要使用50％的SPB 168，且同时仅开启其中一个X射线源阵列150，这也能够降低对HV发生器154的功率要求。

在该方案中，每个平面管的占空比仅50％。由于每个平面几个管，单独管的占空比是1/(#平面×#每个平面的管)，这直接降低对于源的每个管的平均功率。由于生成X射线的非常低效的方式，在X射线管中可达到的平均功率通常是有限的(例如，99％的电子能量被转换成热量，而其余的电子能量被转换成X射线辐射)。

在每一个读出周期，来自顶板166的数据可以被传送至数据处理器170，其存储数据用于进一步处理。可以处理原始数据以去除检测器的伪影(例如，增益校正、偏移校正)，且可以传送投影数据给重建算法，所述重建算法计算共同形成3D数据集的各个切片。来自所有能量间隔的3D图像都能够利用迭代重建算法实时重建(例如，利用在方法200中实现的全变分算法或由Z.田(Z.Tian)等人在生物医学物理学第56(2011)5949期中报导的类似边缘保持算法的改进的全变分算法)。然而，迭代重建计算量很大，所以为了实现短的重建时间，所选择的重建算法可以在一个或多个GPU上在并行码中实现。

再次参照图2B和图2C，示出了适用于X射线源阵列150和检测器阵列160各种配置。然而，在本领域中的技术人员将认识到，由于X射线源阵列以及检测器阵列的模块化，有可能实现大量适合的源阵列和检测器阵列的配置。例如，在图5A至图5O中示出了一些可能的配置，其包括被布置成直线形结构、L形结构、U形结构以及其他结构的一个或多个X射线源阵列150和一个或多个对应的X射线检测器阵列160的各种组合。图5A至图5O中所示的配置仅示出了示例性的配置，则对于给定的检查系统100的实施方式，基于特定的所要求的参数，可以改变X射线源阵列150和X射线检测器阵列160的数量和相对定位。例如，如图5L所示，能够被调整的检查系统100的一些参数可以包括相邻的X射线源阵列150之间的距离d和X射线检测器阵列160之间的角度θ。另外地，图5A至图5O中所示出的配置仅示出利用线性X射线管的示例性配置，但弧形的多射束X射线管还可以与弧形的检测器或线性检测器一起使用，且已经建造了弧形的多射束X射线管。

一般情况下，在X射线检测器阵列150上的数据截断、有限的覆盖角以及丢失的投影都能够导致重建数据中的伪影。其结果是，可以选择这些部件的布置以使这些因素的影响减至最小可能的程度。例如，正如每一个示例性配置所示，因为检测器的长度可以确定有多少投影信息被捕获，因此所希望的是定位一个或多个X射线检测器160以覆盖具有可以大于通道尺寸长度的成像区115的至少一侧。为了进一步覆盖，X射线检测器160可以覆盖成像区115尽可能多的通道周边，可多达3侧(例如，可以具有部分覆盖的侧面)。由于X射线源阵列150之间的间隙可以导致丢失投影，所以X射线源阵列150的位置可以确定覆盖角。图5A至图5O中所示的配置可以用于单一平面或多平面配置中。

不管其中部件什么样的具体结构，可以设计检查系统100以具有可与典型的CT扫描仪相比的所有形状和尺寸。然而，类似于现有的多视图系统，检查系统100的形状可以为大致矩形的，因为使用的固定的线性多射束管而不是圆形台架。作为这种紧凑型的非圆形形状的结果，检查系统100可以包括等于或小于标准的多视图非CT系统的系统覆盖区。检查系统100因而可以很容易地落在TSA(美国交通安全管理局)空间要求之内，允许在任何一侧上都有用于维护进入的空间。

实验数据

图7示出了利用检查系统100所取得的物品A的NIST仿真的两个不同的3D图像。物品A的NIST仿真是用于量化图像质量的行业标准仿真。该仿真的初始重建表明了非圆形几何形状的空间分辨率，因为小的金属销、乙缩醛扇(acetal fan)和金属环都是立即可识别的。另外，在侧面上铰链和手柄的详图表明了远离中心的系统分辨率。实际上，利用该仿真所进行的初步计算示出了从切片至切片的良好的CT值稳定性，显示出使用非圆形扫描仪的重建算法的精确度和稳定性。

检查系统100的一个有益特征是有能力给在随身携带包内盛有液体的瓶子成像。图8中的曲线图标绘出为不同类型瓶子中三种不同液体所计算的平均CT值。对于每一次计算，瓶子都盛满其中一种液体并放置在装满衣服的22英寸的随身携带包中。尽管有来自包和不同类型瓶子的散射，但对于每一种液体，平均CT值的差值不到2％。该差值小于在两种非常相似的液体(可口可乐和水)之间的平均CT值的相对差值，则表明检查系统100能够给液体成像并识别液体。在相似液体之间进行区分的能力和系统的高分辨率提供了识别小瓶子(例如，3盎司或更少)中液体的能力。

另外地，由于X射线束源元件152(例如，CNT多射束X射线发射器)的快速切换，检查系统100能够产生非常窄的重建切片，其结果导致了沿Z轴方向非常高的分辨率。这种由于沿Z轴方向大约1.5mm体素尺寸的高分辨率使沿任何方向都能够实现目测和分析片状材料，这是在所要求的处理量下在任何其他CT系统中所无法得到的特征。图9示出了来自具有以红色突出显示的两个薄橡胶片和大潜水刀的22英寸随身携带包的三维X射线图像的两个不同视图。两个视图示出了：第一个视图是俯视图，其中包的底部坐落在传送带上，且第二个视图是倾斜视图用来表明3D透视图。具有两个垂直于传送带的薄片的该包被扫描，并使用1.5mm各项同性体素来重建图像。沿包内部的边缘放置橡胶片，包内装满了衣服。橡胶片具有接近于特定威胁的材料性质并表明了检查系统100的高分辨率能力以及用来识别威胁的潜能。

薄橡胶片使得很容易观察到扫描仪不仅解析片状物而且还解析片状物的形状和轮廓。潜水刀的细节清楚可见，诸如刀片中的缺口、鞘销以及手柄末端的重物等。3D透视图像表明X射线已经穿透了刀并给刀下方的物体成像。将全局阈值应用于这些图像以去除衣服和其他低密度的材料，但密度较大的物体诸如拉链和纽扣仍然是可见的。包、轮和手柄的框架也仍然是可见的，因为这些也是由密度较大的材料制成的。

这种对薄片材料的检测和对包含在随身携带包中瓶内液体的分析示出了系统自动检测检查站处包内威胁的潜能。有益地是无需专门的辅助设备，就会存在有该能力。

本主题可以以不偏离其精神和本质特征的其他形式来实施。因此，所描述的实施例应当认为在各个方面都是说明性的而不是限制性的。尽管根据某些优选实施例已经描述了本主题，但对本领域技术人员来说显而易见的其他实施例也落在本主题的范围内。虽然在本文中已经参照具体方案、特征和/或说明性实施例描述了本主题，但所述主题的应用性并不由此受限制，而会如本主题领域里的技术人员基于本文中的公开内容所建议的那样，延伸并包含许多其他变化例、修改例和替换实施例。可以预期到本文中所述结构和特征的各种组合和再组合且对于拥有本公开内容知识的技术人员来说将是显而易见的。除非在本文中有相反的说明，否则在本文中所公开的各种特征和元素中的任何一个都可以与一个或多个其他所公开的特征和元素相结合。因此，下文中所要求保护的主题旨在被宽泛地解释和说明为包括落入其范围内的所有这样的变化例、修改例和替换实施例以及包括权利要求的等同方案。

Claims

1.一种小覆盖区且轻型的检查系统，其包括：

传送机，其被配置为沿行进方向移动待被检查的物体通过检查区；

两个或多个线性多射束X射线源阵列，其以非圆形几何形状布置在沿所述行进方向以预定距离隔开的平行成像平面内，该两个或多个X射线源阵列中的每一个包括多个单独的X射线焦斑，每个单独的X射线焦斑与场致发射阴极相关，该两个或多个X射线源阵列能操作以提供多个准直的X射线束沿大致垂直于所述行进方向的方向通过所述检查区；

一个或多个X射线检测器阵列，其被配置为检测从所述X射线源阵列通过所述检查区的X射线束；

电子控制器，其能操作以：根据预编程的模式而电子地启动和关闭来自所述X射线源阵列的各X射线束，以监控所述两个或多个线性多射束X射线源阵列的状态，以及调节所述各X射线束；

信号处理单元，其能操作以记录通过所述X射线检测器阵列所检测到的对应的X射线信号并形成所述物体的多个X射线投影图像；以及

数据处理单元，其能操作以用于将所述多个X射线投影图像处理成所述物体的三维断层摄影图像，

其中，所述两个或多个线性多射束X射线源阵列中的至少两个X射线源阵列布置在所述检查区的上方，并且相对于彼此间隔开；并且

其中，所述两个或多个线性多射束X射线源阵列中的至少两个另外的X射线源阵列布置在所述检查区的一侧，其中，两个另外的X射线源阵列中的至少一个比所述两个另外的X射线源阵列中的另一个X射线源阵列更靠近传送机安置，并且其中所述至少两个另外的X射线源阵列中的每一个相对于彼此间隔开。

2.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述检查区包括所述传送机通过的通道。

3.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述两个或多个多射束X射线源阵列分别被配置为生成多个准直的X射线扇形射束。

4.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述两个或多个多射束X射线源阵列分别被配置为生成多个准直的X射线锥形射束。

5.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述两个或多个多射束X射线源阵列中的每一个都包括多个场致发射电子源。

6.根据权利要求5所述的检查系统，其中，所述多个场致发射电子源中的每一个都包括碳纳米管场致发射电子源。

7.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述两个或多个多射束X射线源阵列中的每一个都包括介于大约5和100之间的各X射线生成源元件。

8.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述两个或多个X射线源阵列包括：第一X射线源阵列，其能操作以生成相对较低能量的X射线束；和第二X射线源阵列，其能操作以生成相对较高能量的X射线束。

9.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述两个或多个多射束X射线源阵列中的其中一个和所述一个或多个X射线检测器阵列中的对应一个定位在至少大致相同的平面上。

10.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述两个或多个多射束X射线源阵列包括至少一个第一多射束X射线源阵列和至少一个第二多射束X射线源阵列，以及

其中，所述一个或多个X射线检测器阵列包括对应于所述第一多射束X射线源阵列的至少一个第一X射线检测器阵列和对应于所述第二多射束X射线源阵列的至少一个第二X射线检测器阵列。

11.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述X射线检测器阵列利用模块化设计使得其能够布置成U形结构。

12.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述一个或多个X射线检测器阵列分别包括至少两组检测元件，其中，一组检测元件被优化为检测相对较低能量的X射线而另一组检测元件被优化为检测相对较高能量的X射线。

13.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述一个或多个X射线检测器阵列包括多行检测器或平面检测器。

14.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述数据处理单元被配置且能操作以使得当投影图像的子集不包括在所述用于重建的数据集中时，能够重建所述物体的三维断层摄影图像。

15.根据权利要求1所述的检查系统，其中，所述数据处理单元利用迭代重建算法处理所述多个X射线投影图像。

16.一种用于物体的X射线检查的方法，所述方法包括：

沿行进方向移动待被检查的物体通过检查区；

操作两个或多个线性多射束X射线源阵列，其以非圆形几何形状布置在沿所述行进方向以预定距离隔开的平行成像平面内，该两个或多个X射线源阵列中的每一个包括多个单独的X射线焦斑，每个单独的X射线焦斑与场致发射阴极相关，该两个或多个X射线源阵列被操作以提供多个准直的X射线束沿大致垂直于所述行进方向的方向通过所述检查区；

根据预编程的模式来电子地启动和关闭来自所述X射线源阵列的各X射线束，以监控所述两个或多个线性多射束X射线源阵列的状态，以及调节所述各X射线束；

检测从所述X射线源阵列通过所述检查区的X射线束；

记录通过所述X射线检测器阵列所检测到的对应的X射线信号并形成所述物体的多个X射线投影图像；

将所述多个X射线投影图像处理成所述物体的三维断层摄影图像；以及

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述X射线检测器阵列利用模块化设计使得其能够布置成U形结构。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，记录对应的X射线信号包括记录总数小于大约200次的投影。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，处理所述多个X射线投影图像包括利用迭代重建算法。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，操作两个或多个多射束X射线源阵列包括同时从X射线源元件的子集中生成扇形射束；以及

其中，记录对应的X射线信号包括通过多工操作X射线成像方法而获得多个投影图像。