CN110662488A - X射线断层成像检查系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于扫描物品的X射线检查系统。该系统包括：固定X射线源，其围绕矩形扫描体积延伸，并且限定多个源点，X射线可从该多个源点被引导通过扫描体积；X射线检测器阵列，其也围绕矩形扫描体积延伸，并且布置为检测来自源点的已经穿过扫描体积的X射线；传送器，其布置为传送物品通过扫描体积；以及至少一个处理器，其用于处理检测到的X射线以产生物品的扫描图像。

Description

X射线断层成像检查系统和方法

对相关申请的交叉引证

本说明书依赖于2017年4月17日提交的标题为“X射线断层成像检查系统和方法(X-Ray Tomography Inspection Systems and Methods)”的美国专利临时申请号62/486,130的优先权。

另外，本说明书涉及2017年12月11日提交的标题为“X射线断层成像检查系统和方法(X-Ray Tomography Inspection Systems and Methods)”的美国专利临时申请号62/597,155，其全部内容通过引证的方式结合于此。

另外，本说明书涉及2016年4月19日提交的标题为“X射线源(X-Ray Sources)”的美国专利申请号15/132,439(“'439申请”)。'439申请是2015年3月2日提交的标题为“X射线源(X-Ray Sources)”的美国专利申请号14/635,814的部分继续申请，14/635,814是2011年12月7日提交且现在已授权的美国专利号9,001,973的相同标题的美国专利申请号13/313,854的继续申请，13/313,854又是2009年6月4日提交且现在已授权的美国专利号8,094,784的美国专利申请号12/478,757('757申请)的继续申请，12/478,757是2009年2月2日提交的美国专利申请号12/364,067的部分继续申请，12/364,067是2008年2月19日提交的美国专利申请号12/033,035的继续申请，12/033,035是2005年10月25日提交的美国专利申请号10/554,569的继续申请，10/554,569是2004年4月23日提交的PCT/GB2004/001732的国家阶段申请，PCT/GB2004/001732还依赖于2003年4月25日提交的英国专利申请号0309374.7的优先权。'757申请还依赖于2008年7月15日提交的英国专利申请号0812864.7的优先权。

所有上述申请的全部内容通过引证的方式结合于此。

技术领域

本说明书涉及X射线扫描系统。更具体地，本说明书涉及一种固定台架X射线检查系统，其具有多个围绕检查体积定位的X射线源，使得这些源发射具有不同射束角的X射线束。

背景技术

X射线计算机断层成像(CT)扫描器已经在机场的安全检查中使用了几年。传统的系统包括围绕轴线旋转的X射线管，其带有也以相同速度围绕相同轴线旋转的弓形X射线检测器。在其上承载行李的传送带围绕中心旋转轴线放置在适当的孔内，并且当管旋转时沿着轴线移动。扇形X辐射束从源穿过待检查物体，随后到达X射线检测器阵列。

X射线检测器阵列记录在沿着其长度的若干位置处穿过待检查物体的X射线的强度。在多个源角度中的每个处记录一组投影数据。从这些记录的X射线强度，通常可能通过滤波反投影算法来形成断层成像(横截面)图像。为了产生诸如袋子或包裹的物体的精确断层成像图像，需要X射线源穿过通过物体的每个平面。在上述设备中，这是通过X射线源的旋转扫描和在其上承载物体的传送器的纵向运动来实现的。

在此类型的系统中，可收集X射线断层成像扫描的速率取决于保持X射线源和检测器阵列的台架的旋转速度。在现代CT台架中，整个管-检测器组件和台架将完成每秒两转到四转。这允许每秒分别收集多达四个或八个断层成像扫描。

随着现有技术发展，单环X射线检测器已经被多环检测器代替。这允许同时扫描许多切片(通常是8个)，并使用与单扫描机适配的滤波反投影方法来重建这些切片。随着传送器连续移动通过成像系统，源围绕物体进行螺旋扫描运动。这允许应用更复杂的锥束图像重建方法，其原则上可提供更精确的体积图像重建。

然而，旋转台架X射线检查系统安装昂贵，占地面积大并消耗大量能量。

一些传统的CT扫描器包括非旋转固定台架系统，其将来自固定的固定源的X射线束投射到待扫描物体。这些系统包括一个或多个空间分布的用于发射X射线的X射线源，以及一个或多个用于检测X射线的X射线检测器。需要同时激活多个X射线源以产生X射线的扇形射束，以创建物体的三维扫描图像。固定台架系统可使用一打到几百个X射线源中的任何地方来产生扫描图像，该扫描图像的质量根据所使用的X射线源的数量而变化。然而，增加源的数量增加了扫描系统的设计的复杂性，并且还增加了其制造和操作的成本。另外，传统的固定台架系统消耗大量的功率并且难以维护。

因此，需要一种改进的X射线检查系统，其在检测威胁材料方面是有效的，不太昂贵，具有更小的占地面积，并且可使用常规的线路电压功率来操作。

发明内容

结合系统、工具和方法描述和说明了下面的实施方式及其方面，这些实施方式和方面是实例性和说明性的，而不是对范围的限制。

本说明书公开了一种用于扫描物体的X射线检查系统，包括：壳体，其包围扫描体积；传送器，其运送物体通过扫描体积以进行检查；多焦点X射线源，其具有围绕扫描体积以非圆形几何形状布置的多个X射线源点，其中，由该多个X射线源点中的每个产生的X射线的射束角在该多个X射线源点上是不均一的；检测器阵列，其位于X射线源和扫描体积之间，其中，所述检测器阵列具有围绕扫描体积以非圆形几何形状布置的多个多能量检测器模块，以检测在扫描期间传输通过物体的X射线；以及处理器，其用于分析所检查目标的正弦图数据和重建图像数据以识别威胁。

可选地，壳体基本上是矩形的，其中，壳体具有范围从800mm到1400mm的宽度和范围从600mm到1500mm的高度。

可选地，该多个X射线源点的非圆形几何形状是矩形的。

可选地，该多个多能量检测器模块的非圆形几何形状是矩形的。

可选地，扫描体积具有范围从500mm到1050mm的宽度和范围从300mm到1050mm的高度。

可选地，该多个多能量检测器模块中的每个配置为将检测到的光子分配到2到64个能量箱中的一个中。

可选地，多焦点X射线源具有范围从64到2048个X射线源点的多个X射线源点，其中，该多个X射线源点配置在多个组中，并且其中，该多个组中的每个具有4到32个X射线源点。一组可包括八个X射线源点。可选地，公共绝缘衬底支撑该多个组中的每个组。

可选地，传送器具有范围从0.1m/s到1.0m/s的速度。

本说明书还公开了一种使用具有扫描体积的X射线扫描器扫描物体的方法，包括：使用传送器运送物体通过扫描体积；用由多焦点X射线源产生的X射线照射物体，其中，X射线源具有围绕扫描体积以第一非圆形几何形状布置的多个X射线源点，并且其中，该多个X射线源点的X射线射束角是不均一的；使用位于X射线源和扫描体积之间的检测器阵列来检测传输通过物体的X射线，其中，所述检测器阵列具有围绕扫描体积以第二非圆形几何形状布置的多个多能量检测器模块；以及分析所检查物体的正弦图数据和重建图像数据以识别威胁。

可选地，所述多个X射线源点的第一非圆形几何形状是矩形的。

可选地，所述多个多能量检测器模块的第二非圆形几何形状是矩形的。

可选地，第一非圆形几何形状与第二非圆形几何形状相同。

可选地，扫描体积具有范围从500mm到1050mm的宽度和范围从300mm到1050mm的高度。

可选地，该多个多能量检测器模块中的每个将检测到的光子分配到2到64个能量箱中的一个中。

可选地，所述多焦点X射线源具有范围从64到2048个X射线源点的多个X射线源点，其中，所述多个X射线源点配置在多个组中，并且其中，所述多个组中的每个具有4到32个X射线源点。

可选地，所述传送器具有范围从0.1m/s到1.0m/s的速度。

可选地，所述X射线源点中的每个具有每扫描投影50μs到500μs的停留时间。

本说明书还公开了一种用于扫描物体的X射线检查系统，包括：壳体，其包围扫描体积；传送器，其运送物体通过扫描体积以进行检查；多焦点X射线源，其具有围绕扫描体积以非圆形几何形状布置的多个X射线源点，其中，由所述多个X射线源点中的每个产生的X射线束的视场横跨所述多个X射线源点而变化；第一检测器阵列，其位于X射线源和扫描体积之间，其中，所述第一检测器阵列具有围绕扫描体积以非圆形几何形状布置的多个多能量检测器模块，以检测在扫描期间传输通过物体的X射线；第二检测器阵列，其位于X射线源和扫描体积之间，以检测在扫描期间从物体衍射的X射线，其中，所述第二检测器阵列具有多个能量色散检测器模块，其位于与X射线束成角度的多个相关准直器的后面；以及处理器，其用于同时产生使用传输通过物体的所述X射线的断层成像传输图像和使用从物体衍射的所述X射线的断层成像衍射图像以识别威胁。

可选地，所述视场的范围从大约60度到120度。

可选地，所述准直器与X射线束的方向成范围从3度到10度的角度。

可选地，所述第一检测器阵列和第二检测器阵列中的至少一个的一部分检测从物体反向散射的X射线，其中，所述处理器还产生物体的反向散射图像，该图像还用于识别威胁物体。断层成像衍射图像和/或所述反向散射图像可用于清除或确认通过分析所述断层成像传输图像而产生的威胁。

本说明书还公开了一种用于扫描物品的X射线检查系统，该系统包括：固定X射线源，其围绕矩形扫描体积延伸，并且限定多个源点，X射线可从该多个源点被引导通过扫描体积；X射线检测器阵列，其也围绕矩形扫描体积延伸，并且布置为检测来自源点的已经穿过扫描体积的X射线；传送器，其布置为传送物品通过扫描体积；以及至少一个处理器，其用于处理检测到的X射线以产生物品的扫描图像。

可选地，每个源点发射具有不同射束角的X射线。

可选地，将每个源点封闭在玻璃、金属和陶瓷外壳中的一个中。

可选地，每个源点包括：阳极组件，其包括与高压电源联接的靶、用于解决靶的热膨胀的一个或多个滑动联接块、以及用于保护靶和电源免受X射线的屏蔽电极；以及阴极组件，其至少包括插入印刷电路板中的栅极、储备式阴极、灯丝和主聚焦电极，以及用于保护阴极组件不受任何能量闪烁影响的辅助聚焦电极。

可选地，靶由向阳极组件提供冷却剂的铜冷却剂管形成。

可选地，通过使用液压成形将冷却剂管模制到靶中。

可选地，辅助电极保持在地电位。

可选地，用碳化硅涂覆靶，然后用富钨碳化钨条纹使其图案化。

可选地，靶包括多个凸起部分以限定扇形孔。

本说明书的上述和其他实施方式将在附图和下面提供的详细描述中更深入地描述。

附图说明

将进一步理解本发明的这些和其他特征及优点，因为当结合附图考虑时，通过参考详细描述其变得更好理解：

图1是由现有系统产生的具有源点的圆形轨迹的实时断层成像安全扫描系统的纵向示意图；

图2A是根据本说明书的一个实施方式的扫描单元的透视图；

图2B是示出了图2A的扫描单元的多个视图与传统扫描单元的多个对应视图的比较的示意图；

图2C是根据本说明书的一个实施方式的图2A的扫描单元的壳体/外壳的剖视图，其包括多个围绕扫描体积以基本上矩形形状布置的X射线源点和检测器；

图3A示出了根据本说明书的一个实施方式的密封在玻璃外壳内的X射线源；

图3B示出了根据本说明书的一个实施方式的密封在玻璃外壳内的X射线源；

图4A示出了根据本说明书的一个实施方式的阴极组件；

图4B是图4A所示的阴极组件的分解图；

图4C是图4B所示的阴极组件的顶部平面图；

图5A是根据本说明书的一个实施方式的阴极阵列的顶部平面图；

图5B是根据本说明书的一个实施方式的图5A所示的阴极阵列的底部平面图；

图5C是图5B所示的阴极阵列的另一视图；

图6示出了根据本说明书的一个实施方式的X射线源的元件的栅极控制序列；

图7A是根据本说明书的一个实施方式的X射线源组件的阳极的平面图；

图7B是根据本说明书的一个实施方式的图案化阳极表面的平面图；

图7C是根据本说明书的另一实施方式的图案化阳极表面的平面图；

图8A是根据本说明书的另一实施方式的图2A的扫描单元的壳体的剖视图，该扫描单元包括围绕扫描体积以基本上矩形形状布置的多个X射线源点和检测器；

图8B示出了根据本说明书的一个实施方式的多个电子枪源点，其布置在任一侧具有相邻直段布局的拐角段布局中，代表图8A所示的扫描单元的一部分；

图8C示出了根据本说明书的一个实施方式的16×4像素阵列中的多能量传感器；

图8D示出了根据本说明书的实施方式的多个导热和电压供应结构；

图8E是根据一些实施方式的多焦点X射线源的多个X射线源点或电子枪的放大布局图；

图9是根据本说明书的实施方式的扫描单元的通过成像体积的剖视图；

图10是位于图9的扫描单元的成像体积的一端的电子枪和检测器阵列组件的剖视图；

图11示出了根据本说明书的一个实施方式的通过与X射线衍射成像系统组合的扫描单元的成像体积的剖视图；

图12是描述使用图11所示的组合的X射线传输和X射线衍射系统的自动威胁检测和清除的方法的流程图；

图13是制造图4A的阴极组件的方法的多个实例性步骤的流程图；以及

图14是制造图10的X射线源或电子枪的方法的多个实例性步骤的流程图。

具体实施方式

在实施方式中，本说明书提供了一种检查系统，其具有用于扫描待扫描体积的基本上矩形或非圆形的源点轨迹。在一个实施方式中，检查系统是实时断层成像(RTT)系统。在一个实施方式中，源点围绕扫描体积以非圆形或基本上矩形的几何形状布置。由于X射线源点的非圆形几何形状，检查系统是成本有效的，具有较小的占地面积，并且可使用常规的线路电压来操作以向高压电源供电，然后高压电源用于向X射线源供电。

在各种实施方式中，X射线源发射扇形射束，该扇形射束基于X射线源点相对于成像体积的位置而具有不同的射束角。

在一个实施方式中，产生X射线的X射线管的阳极和阴极都是机器制造的，并安装在玻璃基底上。然后通过使用玻璃熔化技术将基底与玻璃顶部密封，从而得到封闭在玻璃真空外壳中的阳极和阴极。由于玻璃提供了作为传输材料的较低的X射线吸收(因为其是低Z材料)，所以本说明书的检查系统提供了改进的材料辨别力。在一个实施方式中，阴极包括保持在地电位的辅助电极，该辅助电极吸收阴极内的能量闪烁(flash of energy)或短路。

本说明书针对多个实施方式。提供以下公开内容以使本领域普通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具体实施方式的一般否认，或者不应被用于将权利要求限制在其中所使用的术语的含义之外。在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他实施方式和应用。而且，所使用的术语和措辞是为了描述实例性实施方式的目的，而不应被认为是限制性的。因此，本发明将被给予最宽的范围，该范围包括与所公开的原理和特征一致的许多替换、修改和等同物。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技术材料有关的细节，以不会不必要地模糊本发明。

在本申请的说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”和“具有”中的每个及其形式并非必须限于与这些词语相关联的列表中的成员。在此应注意，除非明确指出，否则与特定实施方式相关联地描述的任何特征或部件可与任何其他实施方式一起使用和实现。

图1示出了具有源点的圆形轨迹的传统检查系统。参考图1，大厅行李扫描系统6包括扫描单元8，该扫描单元8包括多焦点X射线源10和X射线检测器阵列12。源10包括大量源点14，这些源点14位于源上相应的、间隔开的位置，并且围绕系统的X-X轴线(其平行于传送带20)以整个360度的圆形阵列布置。应理解，也可使用覆盖小于整个360度角度的弯曲阵列。可控制源10以从每个源单元中的每个源点14单独产生X射线，由此将来自每个源点14的X射线向内引导通过圆形源10内的扫描区域16。源10由控制单元18控制，该控制单元18控制所施加的电位(到栅极丝)，并因此控制来自每个源点14的X射线的发射。

多焦点X射线源10允许使用电子控制电路18来选择多焦点X射线源内的许多单独的X射线源点14中的哪个在任何时刻是活动的。因此，通过电子扫描多焦点X射线管，产生了X射线源虚拟“运动”，而没有机械部件的实际物理运动。在此情况中，源旋转的角速度可增加到当使用传统的旋转X射线管组件时简单地不能实现的水平。此快速旋转扫描转化为同等加速的数据采集过程，并且因此转化为快速图像重建。

检测器阵列12也是圆形的，并且围绕轴线X-X布置在在轴向方向上与源10稍微偏移的位置。源10布置为将其产生的X射线通过扫描区域16引向扫描区域的相对侧的检测器阵列12。因此，X射线束的路径17在基本上或几乎垂直于扫描器轴线X-X的方向上通过扫描区域16，在轴线附近彼此交叉。因此，扫描并成像的扫描区域的体积是垂直于扫描器轴线X-X的薄片形式。扫描源，使得每个源点在相应周期内发射X射线，发射周期以预定顺序排列。当每个源点14发射X射线时，产生来自检测器12的信号，该信号取决于入射到检测器上的X射线的强度，并且将信号提供的强度数据记录在存储器中。当源已经完成其扫描时，可处理检测器信号以形成所扫描体积的图像。

传送带20从左向右移动通过成像体积，如图1所示，平行于扫描器的轴线X-X。X射线散射罩22位于传送带20周围，在主X射线系统的上游和下游，以防止操作者由于散射的X射线而受到一定量的辐射。X射线散射罩22包括在系统的开口端处的含铅橡胶条帘24，使得所检查物品26在进入检查区域时被传送通过一个帘，而在离开检查区域时被传送通过另一个帘。在所示集成系统中，主电子控制系统18、处理系统30、电源32和冷却支架34示出为安装在传送器20的下面。传送器20布置为通常以恒定的传送器速度以连续扫描运动操作，并且通常在成像体积内具有碳纤维框架组件。

应注意，在本说明书中描述的系统包括至少一个处理器(例如处理系统30)以控制系统及其部件的操作。还应理解，该至少一个处理器能够处理程序指令，具有能够储存程序指令的存储器，并且使用由多个程序指令组成的软件来执行本文描述的过程。在一个实施方式中，该至少一个处理器是能够接收、执行和发送储存在易失性或非易失性计算机可读介质上的多个程序指令的计算装置。

本发明针对多个实施方式。提供以下公开内容以使本领域普通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具体实施方式的一般否认，或者不应被用于将权利要求限制在其中所使用的术语的含义之外。在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他实施方式和应用。而且，所使用的术语和措辞是为了描述实例性实施方式的目的，而不应被认为是限制性的。因此，本发明将被给予最宽的范围，该范围包括与所公开的原理和特征一致的许多替换、修改和等同物。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技术材料有关的细节，以不会不必要地模糊本发明。

在本申请的说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”和“具有”中的每个及其形式并非必须限于与这些词语相关联的列表中的成员。在此应注意，除非明确指出，否则与特定实施方式相关联地描述的任何特征或部件可与任何其他实施方式一起使用和实现。

为了本说明书的目的，定义了一种滤波反投影方法，以描述用于部分或完全重建物体的任何传输或衍射断层成像技术，其中，将滤波投影反投影到物体空间中；即，根据射束最初传输或衍射的方式的反向或近似反向传播回到物体空间中。滤波反投影方法通常以滤波器卷积(convolution)的形式实现，并且在单个重建步骤中直接计算图像。

为了本说明书的目的，迭代重建方法指的是用于重建诸如计算机断层成像的2D和3D图像的迭代算法(相对于单个重建算法)，其中，图像必须由物体的投影重建。

在本说明书的各种实施方式中，使用源点的非圆形轨迹来扫描如上所述的扫描体积。这提供了一种具有较小占地面积的检查系统，其具有与图1所示的扫描系统相同的检查体积。此外，由于更小的占地面积，功率使用要求更低，并且本说明书中描述的扫描器可以常规的线路电压而不是诸如图1中所示的传统扫描系统所需的三相动力来操作，该常规的线路电压用于向高压电源供电，该高压电源又用于向X射线源供电。

根据本说明书的一个实施方式，图2A是从第一侧245示出的扫描单元200的透视图，该扫描单元200包括用于容纳多个X射线源点和检测器的基本上矩形的壳体/壳体201。应理解，在替代实施方式中，壳体201可具有四边形形状，例如但不限于正方形。所检查物体通过第一开口端或扫描孔203运送，进入检查区域206，并通过第二开口端(与第一开口端203相对)离开。根据一个实施方式，供给和返回传送器回路都穿过检查区域206正下方的空间216，而空间或隔间240保留在扫描系统的基底中(大约200mm深)，以在与自动托盘返回处理系统集成时适应托盘的自动返回。扫描单元200具有外部主体，该外部主体包括在所述主体内的上述部件。在实施方式中，单元200的主体的形状类似于大的细长直角矩形棱柱，或具有弯曲拐角的矩形立方体。在一些实施方式中，单元200是壳体/壳体201的形状的延伸。在实施方式中，位于壳体201内的检查区域206的形状类似于壳体201。在一些实施方式中，窄凸起290包围单元200的三个外表面。

图2B示出了本说明书的扫描单元200的多个视图，其示出了具有较小占地面积但与传统扫描系统205具有相同检查体积的系统。较小的占地面积伴随有功率使用减小且噪声减小的优点。现在参考图2B，视图241示出了用于所检查物体进入检查区域206的扫描系统200的第一开口端或扫描孔203。在实施方式中，扫描孔203和检查区域206具有范围从500mm到1050mm的宽度和范围从300mm到1050mm的高度。在一些实施方式中，扫描孔203以及因此的检查体积206具有620mm的宽度和420mm的高度。视图244是传统扫描系统205的开口端的等效视图。在各种实施方式中，在视图241中看到的扫描单元具有范围从800mm到1400mm的宽度。在视图244中看到的扫描系统205具有比扫描单元200相对更大的宽度。视图242是沿着扫描单元200的纵向方向的侧视图(如从图2A的第一侧245看到的)。视图246是传统扫描系统205的等效侧视图。视图243是沿着扫描单元200的纵向方向的顶视图，视图247是传统扫描系统205的等效顶视图。应注意，如视图243所示的扫描系统200的纵向长度比如视图247所示的扫描系统205的纵向长度长，以适应来自所检查物体的更高水平的X射线散射，这是由必须用于产生清晰图像的更高的射束电流引起的。视图241、242还示出了空间240，当与自动托盘返回处理系统集成时，托盘可通过该空间240。

图2C和图8A分别示出了根据本说明书的第一实施方式和第二实施方式的扫描单元200、200'的壳体201的剖视图，其包括多个围绕扫描体积以基本上矩形形状布置的X射线源点和检测器。在各种实施方式中，矩形壳体201具有范围从800mm到1400mm的宽度和范围从600mm到1500mm的高度。在各种实施方式中，壳体201配置为限定成像体积或检查隧道206，其也是矩形的，其具有范围从500mm到1050mm的宽度和范围从300mm到1050mm的高度。应理解，在替代实施方式中，该多个X射线源点和检测器可布置为其他四边形形状，例如但不限于正方形形状。应理解，矩形、四边形或正方形形状也可具有圆形边缘，并且包括被称为圆角矩形、方圆形或直椭圆形的形状。

现在同时参考图2C和图8A，扫描单元200、200'分别包括封闭在壳体201内的多焦点X射线源202和X射线检测器阵列204。根据一个实施方式，源202包括大量源点或电子枪220，其位于围绕源202间隔开的位置，并且围绕成像体积或检查体积206以基本上非圆形(例如矩形)几何形状布置。在实施方式中，X射线检测器阵列204位于X射线源点220和成像体积206之间，使得源点220和检测器阵列204围绕成像体积206。

传送带208沿着扫描单元200、200'的纵向轴线携带待检查物体/行李通过成像体积206。在一个实施方式中，传送带208具有0.5m/s的速度，该速度大约是通常以大约0.25m/s的速度操作的传统X射线系统的速度的两倍，并且大约是通常以大约0.15m/s的速度操作的传统旋转机架系统的速度的三倍。在各种实施方式中，传送带208具有范围从0.1m/s到1.0m/s的速度。根据一些实施方式，进给和返回传送器回路都穿过成像体积206的基底216，具有大约50mm的深度，而空间240(大约200mm深，并且具有与成像体积206的基底216的宽度相等的宽度)保留在扫描单元200、200'的基底中，以当与自动托盘返回处理系统集成时适应托盘的自动返回。传送器和进给返回回路都穿过成像体积206的基底216。相反，由传送器208传送通过检查体积或成像体积206的托盘通过区域240返回，区域240的深度范围从100mm到300mm，并且优选地是200mm深。

在各种实施方式中，矩形壳体201具有范围从800mm到1400mm的宽度和范围从600mm到1500mm的高度。在实施方式中，壳体201具有920mm的最大宽度和720mm的最大高度。在各种实施方式中，壳体201配置为限定成像体积或检查隧道206，其也是矩形的，其具有范围从500mm到1050mm的宽度和范围从300mm到1050mm的高度。在一些实施方式中，壳体201配置为限定成像体积或检查通道206，其宽度大约是620mm，高度大约是420mm。

在一个实施方式中，如图2C所示，X射线源202包括256个电子枪220，其以16个为单位分组，以12mm的间距基本上等距地间隔在成像体积206周围(即，相邻电子枪之间的中心到中心的间距是12mm)。在多种实施方式中，X射线源202包括64到2048个电子枪，其以4到32个电子枪为单位分组。在各种实施方式中，电子枪220以范围从10mm到14mm的间距间隔开。在此配置中，每个发射源点具有不同的视场(FOV)。在各种实施方式中，X射线源发射扇形射束，该扇形射束基于X射线源点相对于成像体积的位置而具有不同的射束角度。

在另一实施方式中，如图8A所示，X射线源202包括256个电子枪220，其以12mm的间距间隔开(即，相邻电子枪之间的中心到中心的间距是12mm)，以8个为单位分组，等距地间隔在成像体积206周围。在多种实施方式中，X射线源202包括64到2048个电子枪，其以4到32个电子枪为单位分组。在各种实施方式中，电子枪220以范围从10mm到14mm的间距间隔开。图8B示出了包括多个X射线源点220的拐角段布局230的局部剖视图，该多个X射线源点220在任一侧与电子枪220的相邻直段布局235相接，根据图8A所示的实施方式，这些电子枪以8个为单位分组。X射线源202的每个电子枪220发射具有不同视场(FOV)的X射线扇形射束。在各种实施方式中，X射线源发射扇形射束，该扇形射束基于X射线源点相对于成像体积的位置而具有不同的射束角度。

具有以圆形几何形状布置的源点的传统RTT系统具有从每个源点发出的相同的X射线射束角或覆盖角。在图2C、图8A和图8B所示的配置中，由于从每个源点到射束路径中的检测器元件的距离不同，对于不同的源点，射束角是不同的。在实施方式中，为矩形检查隧道区域重建基本上矩形的视场。具体地，越靠近边缘，由发射的X射线210形成的射束角越窄，而越靠近扫描体积206的中间，由发射的X射线212形成的射束角越宽。在一些实施方式中，射束角的范围从大约60度到120度。

在一个实施方式中，如图8A所示，X射线检测器阵列204包括64个多能量检测器模块(能量箱)或段，每个具有2.5mm像素间距(即，相邻检测器元件或传感器之间的中心到中心的间距)的16×4像素传感器配置。图8C示出了根据本说明书的一个实施方式的16×4像素多能量传感器225。传感器225能够以至少5keV的固有分辨率和至少5Mcps/mm²/s的入射光子计数率检测单独的相互作用光子。在实施方式中，将检测到的光子分配到2到64个可编程能量箱中的一个中，以在随后的图像重建算法中提供精确的Z有效测量。在一些实施方式中，将检测到的光子分配到六个可编程能量箱中的一个中。在一个实施方式中，六个可编程能量箱中的每个的能量范围或窗口分别是25keV、40keV、55keV、65keV、100keV、160keV。在各种实施方式中，六个可编程能量箱中的每个的能量范围或窗口是可定制的，以优化Z有效精度。在各种实施方式中，六个可编程能量箱中的每个的能量范围或窗口的范围从15keV到200keV。

在一个实施方式中，X射线检测器阵列204的64个多能量检测器模块或段中的每个具有60mm的长度。64个多能量检测器模块或段围绕成像体积206形成矩形环或检测器阵列204，如图8A所示。在实施方式中，基本上正方形的检测器阵列204使得能够减小扫描单元200'的总高度，使得在检查乘客的行李时操作员和乘客彼此可具有眼睛水平接触。

如图2C所示，提供了多个用于支撑X射线源202的支撑装置214a、214b和214c，该支撑装置214a、214b和214c位于沿成像体积206的外围的点处。在一个实施方式中，支撑装置214b和214c还用于分别向X射线源202和扫描系统200提供冷却剂和动力。

返回参考图8A，示出了多个用于使得能够散热的第一结构250和至少一个用于使得能够散热并用于提供电压供应的第二结构255。图8D是根据本说明书的实施方式的该多个第一结构250和该至少一个第二结构255中的一个的剖视图，以及相应的顶视图250'和255'。现在同时参考图8A、图8C和图8D，该多个第一结构250包括导热元件251，以从阳极区域252(图8D)散热。在实施方式中，导热元件251由陶瓷制成。在实施方式中，第一结构250设计为使机械完整性和导热性最大化。该至少一个第二结构255包括也由陶瓷制成的导热元件253，以从阳极区域254散热，并且还包括穿过其中心以提供电压的金属杆256。导热元件251和253沿着任一侧高度都包括多个翅片258，以使得热量能够散发到空气中。应理解，在一些实施方式中，第一结构和第二结构250、255的使用避免了循环冷却剂以冷却电子枪的需要。这又降低了制造电子枪的整体复杂性和成本。

在各种实施方式中，导热元件251、253使用AlN(氮化铝)陶瓷电绝缘体制造，以提供从阳极到环境空气的直接传热。如图8A所示，在一些实施方式中，该多个第一结构250策略性地沿着源202的外围定位，使得每个第一结构250从多个电子枪220的一段吸热。在一些实施方式中，每个第一结构250从32个电子枪220吸热。在不同的实施方式中，布置不同组合和数量的第一结构250和第二结构255。在一个实施方式中，使用总共十个结构，包括九个第一结构250和一个第二结构255。在一个实施方式中，这十个结构围绕源外围等距地间隔开。在实施方式中，沿着源的非圆形外围的每侧定位相等数量的结构。在一些实施方式中，非圆形外围是矩形的，其中，两个相等且相对的边具有第一长度，其他两个相等且相对的边具有第二长度，其中，第一长度大于第二长度。在一个实施方式中，沿着具有第一长度的边比沿着具有第二长度的边布置更大数量的结构250、255。在一个实施方式中，将第一结构和第二结构焊接到壳体201中。根据一个实施方式，第一结构和第二结构中的每个配置为平均将64瓦的热能耗散到空气中。

图8E示出了根据一些实施方式的(图2C和图8A的)多焦点X射线源202的多个X射线源点或电子枪220的至少一部分的各种视图。如图所示，视图270示出了第一和第二邻接的X射线源模块271、272，每个X射线源模块包括8个电子枪220的分组或段。在一个实施方式中，2到20个电子枪整体形成并定位在单个公共衬底280上或其中。发射器组件或X射线源模块271的顶视图(真空侧视图)274示出了包括8个可单独控制的电子枪220的衬底。侧剖视图273示出了相同的8个电子枪220，其具有下面的电源母线290以向并联的各个灯丝供电。相同模块271的底视图(空气侧视图)275示出了安装在公共绝缘衬底280中的8个电子枪220。视图282和283是一个电子枪220的分解图。

现在参考视图275、282和283，在实施方式中，聚焦和栅极控制杯278通过使用电动压力机冲压镍片而由镍制成。腿部279从冲压镍杯278向下延伸。一旦杯278定位在陶瓷衬底280中，则将腿部279扭转90度以将杯278锁定在适当位置。在一些实施方式中，将陶瓷衬底280钎焊到镍或铜环上。由钨丝构成的灯丝281通过陶瓷衬底280连接。在实施方式中，玻璃熔块292(当再加热烧结、软化和流动以形成密封或涂层时，其是细粉状玻璃)用于形成金属对陶瓷的密封。对杯278使用镍和对灯丝281使用钨，使得能够将制造(图8A的)X射线源202的总成本优化。将诸如模块271和272的模块钎焊到(图8A的)多焦点X射线源202的壳体201上。

图3A示出了根据本说明书的一些实施方式的密封在玻璃外壳内的X射线源的横截面。在一个实施方式中，产生X射线的X射线源的阳极和阴极是机器制造的，并且安装在玻璃基底上。接下来，通过使用玻璃熔化技术将基底与玻璃顶部密封，从而产生封闭在玻璃真空外壳306中的阳极302和阴极304。在一个实施方式中，阴极304是模块化的。在多种实施方式中，玻璃外壳306的厚度在玻璃外壳306的主体的所有部分中是均一的。在一个实施方式中，玻璃外壳306的厚度范围在0.5mm到5mm之间。在一个实施方式中，玻璃外壳306的厚度是1mm+/-0.3mm。由于作为传输材料的玻璃提供了较低的X射线吸收(低Z材料)，所以图3A所示的源设计提供了改进的材料分辨力。在实施方式中，以解决玻璃外壳306和阳极金属之间的热膨胀差异的方式支撑阳极302。在一个实施方式中，设置在阳极302和屏蔽电极318顶部的块308是解决热膨胀的滑动联接。如图3A所示，滑动联接块308直接附接到“凹陷”区域312正下方的玻璃外壳306。当玻璃外壳306由于X射线的产生过程产生的热量而改变形状/体积时，滑动联接机构的移动会引起膨胀。阳极302经由铜管314连接到高压(HV)电源。在一个实施方式中，滑动联接块308各自分别在远端处附接到凹陷区域312，并且在近端处附接到阳极302。在一个实施方式中，滑动联接块308也沿着至少一侧附接到铜管314，如图3A所示。滑动联接块308具有三点连接，从而允许膨胀而不允许摆动或横向运动。陶瓷或玻璃管316用作屏蔽电极318的绝缘支座元件，屏蔽电极318将HV连接和管与所产生的X射线屏蔽开。

图3B示出了根据本说明书的一个实施方式的密封在玻璃外壳内的X射线源的另一视图。在此实施方式中，陶瓷绝缘体316'用于一旦位于玻璃组件上就密封X射线源。陶瓷绝缘体316'是块状绝缘体，其附接到玻璃而不是依赖于玻璃外壳本身。这使得X射线源能够更耐受HV击穿，同时还使得玻璃外壳更坚固。因此，这里所示的实施方式不需要单独的冷却通道。

图4A示出了根据本说明书的一个实施方式的阴极组件。阴极组件400封闭在玻璃外壳306中，如图3A所示，并且包括阴极元件插入其中的印刷电路板402。阴极组件400还包括栅极404、储备式阴极406和灯丝408，灯丝408经由玻璃馈通元件412与主聚焦电极410联接并部分地由其包围。阴极组件400还包括辅助聚焦电极414。

在各种实施方式中，检查系统的阴极组件400设置有辅助电极414，其吸收阴极400内的任何能量闪烁。辅助电极414保持在地电位，并且用作捕获电子的阱或缓冲器，否则在阴极组件400内短路的情况下，电子会泄漏。校准从储备式阴极406到栅极404的距离，以保持预定间隙在所有阴极上精确地均一。分配器406产生电子，电子在分配器406周围形成云。通过保持间隙较小，产生了有效空间电荷限制区域，其用作栅极保持器，一次仅放出预定数量的电子。

在一个实施方式中，阴极组件400是批量精确制造的。使用机器人以高容差来构造核心阴极。在一个实施方式中，辅助聚焦电极414不是精密制造的一部分，而是单独添加到组件。在一个实施方式中，将阴极的玻璃支撑物钎焊到玻璃外壳306(图3A所示)。

图4B是图4A所示的阴极组件的元件的分解图。图4C是图4B所示的阴极组件的元件的顶部平面图。参考图4A、图4B和图4C，将来自主聚焦电极410、栅极404、灯丝408中的每个的电连接连同放置在玻璃馈通元件412内的接地连接416插入到电路板402中。

图13是制造图4A的阴极组件400的方法的多个实例性步骤的流程图。在步骤1305，将单独的阴极预制组件插入到固定装置中，该固定装置将每个阴极相对于所有其他阴极以所需公差定位。每个阴极插入印刷电路板。在步骤1310，将具有用于每个阴极元件的孔的预铸玻璃外壳半段定位在阴极元件或组件的对准阵列上方。然后，在步骤1315，将每个阴极组件钎焊到玻璃外壳段中，并且将用于阴极的玻璃支撑物钎焊到玻璃外壳上。最后，在步骤1320，阴极段准备好钎焊到匹配的玻璃阳极半段上。

图5A示出了根据本说明书的一个实施方式的阴极阵列的顶视图。阵列500包括多个阴极组件502，每个阴极组件502包括栅极、储备式阴极和灯丝，灯丝经由玻璃馈通元件与主聚焦电极联接并部分地由其包围，如图4A所示。图5B示出了根据本说明书的一个实施方式的图5A所示的阴极阵列的底视图。图5C示出了图5B所示的阴极阵列的另一视图。两条线504代表辅助电极，在一个实施方式中，该辅助电极被冲压并在中间激光切割有孔以容纳阴极阵列500。

图6示出了根据本说明书的一个实施方式的X射线源的元件的栅极控制序列。曲线602、604、606和608分别代表在辅助电极、主电极、栅极孔和阴极上保持的电压。在各种实施方式中，主电极和辅助电极控制电子束聚焦在靶上。如图所示，辅助电极保持在地电位，并且将主电极设置为-5V，以减轻栅极孔和阴极之间的任何短路。栅极孔在阴极周围限定了空间电荷有限操作区域，并将基底电子枪电位设置为地电位。阴极是主要的电位开关部件，并用于控制整个电子枪的发射。如图所示，在关闭位置保持在阴极上的电位是+5V，在打开位置的范围从-50V到-120V。曲线610代表遵循阴极电位的X射线发射。在实施方式中，X射线发射与阴极电位成反比。阴极电位越负，射束电流越大，X射线发射越亮。

图7A示出了根据本说明书的一个实施方式的X射线源组件的阳极。在一个实施方式中，阳极702由不锈钢准直结构内的包含冷却剂的铜管形成。在一个实施方式中，冷却剂管(例如图3A所示的铜管314)模制为形成本说明书的检查系统的源组件中的阳极/靶。在一个实施方式中，冷却剂管通过使用液压成形来模制，其中，将大量的水泵送到管中以导致其膨胀到模具的形状。然后将预定材料引入到火焰束中，并使用风扇将其吹到管上，以导致材料喷涂到管的内壁上。在一个实施方式中，为了获得低Z材料的涂层，所使用的材料是碳化硅。此外，在一个实施方式中，钨用于在碳化硅涂层上产生预定图案。

在一个实施方式中，电子进入路径的侧壁704涂覆有石墨管或厚的碳化硅涂层。在各种实施方式中，阳极702面向阴极的表面涂覆有多种材料以获得图案化阳极表面。图7B示出了根据本说明书的一个实施方式的图案化阳极表面。如图7B所示，阳极表面710涂覆有碳化硅，然后用富钨碳化钨条712形成图案。图7C示出了根据本说明书的另一实施方式的图案化阳极表面。将凸起部分714添加到阳极表面710以限定用于X射线束716从其射出的扇形孔。阳极表面710将X射线形成区域与射束形成区域组合，以限制来自X射线管的辐射剂量以及减轻焦点偏离辐射。在一个实施方式中，整个阳极组件而不仅仅是面向阴极的表面涂覆有碳化硅，以使散焦X射线发射最小化。在另一实施方式中，阳极的特定预定区域涂覆有碳化钨以限定X射线发射的区域。

返回参考图2A、图2C、图8A，应理解，与传统的旋转机架系统相比，多焦点X射线源202的发射模式不限制于围绕所检查行李以标准螺旋旋转移动。因此，在各种实施方式中，源发射模式可以是固定的或随机的，在每个源点220处具有均一或不均一的停留时间。在各种实施方式中，每次扫描投影的停留时间范围从50μs到500μs。在一些实施方式中，每次扫描投影的停留时间是200μs。

在各种实施方式中，为了对重建RTT图像中的Z有效和密度确定基本上精确的测量，使用正弦图数据(由X射线检测器为每个源投影产生的多能量“原始”数据)和来自一个或多个多能量箱的重建图像数据来确定从3D图像数据分割的每个物体的威胁类型。在实施方式中，一旦传送器托盘的后缘离开扫描单元200、200'的RTT成像区域，重建图像就可用。

根据一些实施方式，扫描单元200、200'分别配置为在620mm宽×420mm的检查隧道尺寸上实现0.8mm×0.8mm×0.8mm的重建图像体素。这相当于775像素(宽度)×525像素(高度)的切片图像尺寸。对于0.8m的传送器托盘长度，在每个3D图像中将具有1000个切片。在一些实施方式中，RTT系统空间分辨率在检查隧道的中心处是1.0mm。在实施方式中，RTT系统配置为实现+/-0.2原子序数的Z有效分辨率，其中，检查隧道的中心处的密度分辨率是+/-0.5％。

图9是扫描单元900(或图8A的扫描单元200')的穿过成像体积的剖视图。隔离的电子枪或源点920示出为在扫描或检查体积906的相对侧。X射线束915进入成像体积906，并且具有与相对侧的检测器904的长度匹配的交叉角。

图10是位于图9的扫描单元900的成像体积906的一端的电子枪1020和检测器阵列1004组件的剖视图。在一个实施方式中，X射线源1020的阳极1085和阴极1086是机器制造的，并且阴极段1086安装在玻璃、金属或陶瓷基底1087中的一种中。阳极段1085安装在由与基底1087的材料类似的材料(玻璃、金属或陶瓷)制成的顶部1088中。接下来，通过使用合适的焊接技术将基底1087与顶部1088密封，从而导致阳极1085和阴极1086封闭在真空外壳中。在一个实施方式中，金属壳体用于产生电子枪1020的真空外壳，其中，金属壳体包括由低Z材料制成的窗口。设置在阳极1085和屏蔽电极1090顶部的块1089是解决热膨胀的滑动联接。根据本说明书的一个方面，滑动联接块1089附接到馈通导热元件1051(也如图8D所示)，以使得能够从阳极1085散热。在实施方式中，元件1051包括多个翅片或延伸部1058，以使得热量能够消散到周围空气。导热元件1051的使用避免了循环冷却剂以降低阳极温度的需要。

图14是制造图10的X射线源或电子枪1020的方法的多个实例性步骤的流程图。在步骤1405，机器构建X射线源的阳极和阴极。在步骤1410，将阳极段安装在玻璃顶部中。在步骤1415，在阳极和屏蔽电极顶部设置滑动联接块以解决热膨胀。在步骤1420，滑动联接块附接到馈通导热元件以使得能够从阳极散热。接下来，在步骤1425，将阴极段安装在玻璃基底中。最后，在步骤1430，通过使用玻璃熔化技术将基底与玻璃顶部密封，从而导致阳极和阴极封闭在玻璃真空外壳中。

返回参考图10，使用准直器1091准直从阳极1085发出的X射线，以形成X射线束1015。在各种实施方式中，X射线束1015是扇形射束。在实施方式中，自准直阳极1085使偏焦辐射最小化。X射线束1015通过屏蔽电极1093中的开口1092朝向检查体积1006离开电子枪1020。开口1092是放射性薄窗口，以保持射束1015中的低能量含量。在替代实施方式中，其中，金属壳体用于产生电子枪1020的真空外壳，开口1092(在金属壳体中)由低Z材料制成。检测器阵列1004正好位于开口1092的平面下方(在与X射线束1015相同的一侧)，以位于电子枪1020和检查体积1006之间。检测器阵列1004位于导线和复合材料壳体1094内，易于从检查体积1006外部(使用多个螺钉1095)进行维修。导线和复合材料壳体1094使对各种电子器件的辐射损害最小化。

返回参考图2C和图8A，根据本说明书的各方面，可电子地并且实时地调节每个单独的X射线源点220“开启”的时间量，而在每个源曝光期间，源点是固定的(而不是如传统旋转机架CT系统的情况那样移动)。如前所述，与传统旋转机架CT系统相比，用于多焦点X射线源202的X射线源发射模式不限于围绕所检查物体以标准螺旋旋转移动。随机源发射的能力以及在每个X射线源点220处使用不均一停留时间的能力，使得能够将X射线衍射(XRD)系统与(图9的)传输RTT系统900组合，对于XRD和RTT系统两者使用相同的X射线束215。因此，在每个X射线源点220处使用不均一停留时间使得能够增加相关XRD系统的采样，使用用于传输RTT的相同的X射线束215，在可疑威胁区域中进行自动在线实时警报清除。

图11示出了根据本说明书的一个实施方式的与X射线衍射成像系统组合的扫描单元(例如图9的扫描单元900和图10的1000)的成像体积1115的剖视图。在图11的组合式RTT和XRD系统1100中，系统1100配置为用作使用具有多能量检测器1102的传输RTT的主扫描系统，以及使用在线实时X射线衍射(XRD)的可选辅助警报清除系统。在实施方式中，X射线衍射成像系统包括多个“威尼斯百叶窗”或“狭缝”准直器1105，其与传输RTT成像射束1107(在朝向射束1107的方向上)以及位于准直器1105后面的能量色散X射线检测器110的面积阵列成较小的角度，例如5度。准直器1105提供了屏障，该屏障防止X射线到达阵列1110的每个检测器，除非其来自特定的接收方向。在各种实施方式中，准直器1105以范围从3度到10度的角度成角度。

对于每个电子枪1101，用于XRD成像的能量色散X射线检测器1110正好位于传输RTT成像射束1107从电子枪1101发出的开口1150的平面上方。在各种实施方式中，射束1107是扇形射束。检测器1110位于导线和复合材料壳体1152内。用于传输RTT成像的多能量检测器1102在另一导线和复合壳体1154内正好位于开口1150的平面下方(也如参考图8和图9描述的)。壳体1152、1154易于接近(使用螺钉)以维修和维护检测器1110、1102。对于在检查体积1115的任一侧示出的每个电子枪1101，检测器1102和1110位于开口1150和检查体积1115之间。

在一些实施方式中，每个检测器1110具有2.5mm宽×2.5mm高的敏感区域，并且其一起形成了围绕成像体积或检查隧道1115的整个外围延伸的60mm高的传感器的“壁”。(大约41000mm²的)较大的能量敏感衍射传感器面积提供了效率增益，传统系统设法通过高射束通量或通过开放准直方法来实现该效率增益。

如图11所示，线1120示出了衍射视场的范围，而线1125和1130指示来自两个实例性的20mm宽的区域1135、1140的5度(相对于传输RTT射束1107)的散射路径(包含X射线衍射光子)，每个区域都距离检查/成像体积或检查隧道1115的中心120mm。应理解，准直检测器阵列1110可用于在所检查物体中限定不同的检查区域。

衍射检测器阵列1110中的每个光子计数的能量敏感的像素投射回到成像体积1115内的小的弧形体积。此弧由从每个单独的传感器像素返回通过5度准直器1105并且到达从电子枪或X射线源点1101投射通过成像体积1115的扇形射束1107的X射线的交点来限定。具有一维准直的此弧的使用，与如果使用二维准直的情况相比，给出了高得多的衍射效率(即，每个入射X射线光子检测到的衍射光子的数量)。因此，衍射检测器阵列1110中的每个光子计数像素可测量空间位置和能量。通过知道相互作用光子的位置和能量，可确定散射光子到达的位置和该位置的元素组成。

为了形成合理的相干衍射信号，在断层成像扫描内为所有源点801收集数据，然后为成像体积1115的每个子体积累积结果。对于具有256个源点的扫描器，并且每次扫描每个子体积平均四到五个相干衍射散射结果，则在累积数据集之后，每个子体积将具有超过1000个与其相关联的结果，对应于该子体积内的256个散射事件。典型的子体积占据成像平面内几平方厘米的面积，体积厚度为几毫米。

根据一个方面，对于每个X射线源点1101，记录衍射成像阵列1110中的每个传感器的衍射信号(能谱)。然后，使用迭代反投影方法将此数据集(包括能量色散和角度色散数据)转换成2D切片图像集，以创建3D衍射断层成像图像，其中，图像中的每个体素描述位于空间中该区域处的成像体积1115内的物体的衍射能谱(以及因此的材料成分)。该过程在收集传输RTT图像的同时实时发生。因此，主检测图像(使用传输RTT成像)和辅助清除图像(使用XRD成像)同时创建，并且两者都可用于创建针对所检查物体中的每个物品的整体威胁检测能力。

应理解，由于两个成像过程同时进行，所以在筛选过程中不需要使传送器减速或停止，也不用必须在RTT成像和衍射成像过程之间重新记录所检查物体。从RTT体积数据中知道每个潜在威胁物体的3D体积，因此在第二验证步骤中，可组合属于该一个体积(其是散装的或片状的)的所有衍射数据，以最大化光子统计，并因此在威胁检测能力中创建进一步的、准确的数据点。

应注意，那些不用于前向X射线衍射或传输RTT成像的检测器将记录康普顿反向散射信号，该信号是在所检查物体的表面附近的低Z材料的敏感指示。在一些实施方式中，此信息可重建为康普顿散射图像，并且进一步与RTT扫描数据相关，以在整个威胁检测能力中为所检查物体创建单独物品。

图12是使用图11的组合式X射线传输RTT和XRD系统的自动威胁检测和清除的方法的多个实例性步骤的流程图。现在参考图11和图12，在步骤1205，传送带将所检查物体平行于扫描器1100的纵向轴线移动通过成像体积1115。在步骤1210，当每个源点1101发射X射线的扇形射束1107时，产生来自检测器1102的断层成像传输扫描信号，该信号取决于入射到检测器1102上的X射线的强度，并且将信号提供的强度数据记录在存储器中。同时，当每个源点1101发射X射线的扇形射束1107时，对于每个X射线源点1101，记录衍射成像阵列1110中的每个传感器的衍射信号(能谱)。

在步骤1215，一旦扫描完成，就使用滤波反投影方法处理来自检测器1102的断层成像传输信号，以形成扫描体积的断层成像传输图像。在步骤1220，威胁检测处理器判断断层成像传输图像是否代表威胁。如果没有检测到威胁，则在步骤1225清除物体。然而，如果物体被标记为威胁，则在步骤1230，使用迭代反投影方法将使用检测器1110记录的衍射信号转换成2D切片图像集，以创建3D衍射断层成像图像，其中，图像中的每个体素描述位于空间中该区域处的成像体积1115内的物体的衍射能谱(以及因此的材料成分)。

对于每次扫描，来自检测器1102的断层成像传输图像数据产生与图像的每个像素的X射线衰减相关的数据，该图像的每个像素又对应于断层成像体积的相应子体积。来自散射检测器1110的数据提供与每个子体积内的相干散射的量相关的断层成像衍射图像数据，以及与每个子体积内的非相干散射的量相关的数据。在步骤1235，使用威胁检测处理器分析断层成像衍射图像数据以及断层成像传输图像数据，以判断威胁是否是良性的。从传输数据和/或衍射数据中提取的参数的实例是相干衍射与非相干衍射的比率、如从相干衍射数据确定的材料类型、如从非相干衍射数据确定的材料密度、断层成像传输图像像素值与衍射数据的相关性。因此，从布拉格散射数据中，对于每个检测到的衍射事件，X射线能量和散射角的组合可用于确定发生衍射事件的材料的原子间距d。实际上，散射角可假定为恒定的，并且能量用于区分不同的材料。对于康普顿散射，来自扫描体积的每个体积的散射水平给出了该体积中材料的密度的指示。康普顿散射与相干散射的比率也可确定并用作进一步的参数以表征成像物体的材料。

本领域技术人员应认识到，衍射成像和康普顿反向散射成像的目的是产生一种替代信号，该信号可用于清除通过分析多能量传输计算机断层成像图像数据而产生的特定威胁。在这方面，衍射成像和反向散射成像的性能不需要是实验室等级的，因为只必须清除通过分析更高质量的传输X射线成像数据而产生的威胁。这有助于在高传送器速度(范围从0.1m/s到0.5m/s)下的衍射成像，其中典型地，系统将是太缺乏光子以致于不能产生实验室级信号。

以上实例仅仅是本说明书的系统的许多应用的说明。虽然本文只描述了本发明的几个实施方式，但是应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可以许多其他特定形式来实施。因此，本实例和实施方式应被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明可在所附权利要求的范围内进行修改。

Claims (33)

1.一种扫描物体的X射线检查系统，包括：

壳体，包围扫描体积；

传送器，运送所述物体通过所述扫描体积以进行检查；

多焦点的X射线源，具有围绕所述扫描体积以非圆形几何形状布置的多个X射线源点，其中，由所述多个X射线源点中的每个产生的X射线的射束角在所述多个X射线源点上是不均一的；

检测器阵列，位于所述X射线源和所述扫描体积之间，其中，所述检测器阵列具有围绕所述扫描体积以非圆形几何形状布置的多个多能量检测器模块，以检测在扫描期间传输通过所述物体的X射线；以及

处理器，用于分析被检查的所述物体的正弦图数据和重建图像数据从而识别威胁。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体基本上是矩形的，并且其中，所述壳体具有范围从800mm到1400mm的宽度和范围从600mm到1500mm的高度。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个X射线源点的非圆形几何形状是矩形的。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个多能量检测器模块的非圆形几何形状是矩形的。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扫描体积具有范围从500mm到1050mm的宽度和范围从300mm到1050mm的高度。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个多能量检测器模块中的每个均配置为将检测到的光子分配到2到64个能量箱中的一个中。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多焦点X射线源具有范围从64到2048个X射线源点的多个X射线源点，其中，所述多个X射线源点配置在多个组中，并且其中，所述多个组中的每个均具有4到32个X射线源点。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，一个组包括8个X射线源点。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，公共绝缘衬底支撑所述多个组中的每个组。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传送器具有范围从0.1m/s到1.0m/s的速度。

11.一种使用具有扫描体积的X射线扫描器来扫描物体的方法，包括：

使用传送器运送所述物体通过所述扫描体积；

用由多焦点的X射线源产生的X射线照射所述物体，其中，所述X射线源具有围绕所述扫描体积以第一非圆形几何形状布置的多个X射线源点，并且其中，所述多个X射线源点的X射线射束角是不均一的；

使用位于所述X射线源和所述扫描体积之间的检测器阵列来检测传输通过所述物体的X射线，其中，所述检测器阵列具有围绕所述扫描体积以第二非圆形几何形状布置的多个多能量检测器模块；以及

分析所检查的所述物体的正弦图数据和重建图像数据，以识别威胁。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个X射线源点的第一非圆形几何形状是矩形的。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个多能量检测器模块的第二非圆形几何形状是矩形的。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一非圆形几何形状与所述第二非圆形几何形状相同。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述扫描体积具有范围从500mm到1050mm的宽度和范围从300mm到1050mm的高度。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个多能量检测器模块中的每个均将检测到的光子分配到2到64个能量箱中的一个中。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多焦点X射线源具有范围从64到2048个X射线源点的多个X射线源点，其中，所述多个X射线源点配置在多个组中，并且其中，所述多个组中的每个均具有4到32个X射线源点。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述传送器具有范围从0.1m/s到1.0m/s的速度。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，每个所述X射线源点的停留时间的范围是每次扫描投影50μs到500μs。

20.一种扫描物体的X射线检查系统，包括：

壳体，包围扫描体积；

传送器，运送所述物体通过所述扫描体积以进行检查；

多焦点的X射线源，具有围绕所述扫描体积以非圆形几何形状布置的多个X射线源点，其中，由所述多个X射线源点中的每个产生的X射线束的视场横跨所述多个X射线源点而变化；

第一检测器阵列，位于所述X射线源和所述扫描体积之间，其中，所述第一检测器阵列具有围绕所述扫描体积以非圆形几何形状布置的多个多能量检测器模块，以检测在扫描期间传输通过所述物体的X射线；

第二检测器阵列，位于所述X射线源和所述扫描体积之间，以检测在扫描期间从所述物体衍射的X射线，其中，所述第二检测器阵列具有多个能量色散检测器模块，这些能量色散检测器模块位于与所述X射线束成角度的多个相关准直器的后面；以及

处理器，用于同时产生使用传输通过所述物体的所述X射线的断层成像传输图像和使用从所述物体衍射的所述X射线的断层成像衍射图像，以识别威胁。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述视场的范围从大约60度到120度。

22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述准直器与所述X射线束的方向成范围从3度到10度的角度。

23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述第一检测器阵列和第二检测器阵列中的至少一个的一部分检测从所述物体反向散射的X射线，并且其中，所述处理器还产生所述物体的反向散射图像，所述反向散射图像也用于识别威胁物体。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述断层成像衍射图像和/或所述反向散射图像用于清除或确认通过分析所述断层成像传输图像而产生的威胁。

25.一种用于扫描物品的X射线检查系统，所述系统包括：

固定的X射线源，围绕矩形的扫描体积延伸，并且限定多个源点，X射线可从所述多个源点被引导通过所述扫描体积；

X射线检测器阵列，也围绕矩形的所述扫描体积延伸，并且布置为用于检测来自所述源点的已经穿过所述扫描体积的X射线；

传送器，布置为传送所述物品通过所述扫描体积；以及

至少一个处理器，用于处理检测到的X射线，以产生所述物品的扫描图像。

26.根据权利要求25所述的X射线检查系统，其中，每个源点发射具有不同射束角的X射线。

27.根据权利要求25所述的X射线检查系统，其中，每个源点封闭在玻璃外壳、金属外壳和陶瓷外壳之中的一种中。

28.根据权利要求25所述的X射线检查系统，其中，每个源点包括：

阳极组件，包括：与高压的电源联接的靶；一个或多个滑动联接块，用于产生所述靶的热膨胀；以及屏蔽电极，用于保护所述靶和所述电源免受X射线；以及

阴极组件，至少包括：插入印刷电路板中的栅极、储备式阴极、灯丝和主聚焦电极，以及用于保护所述阴极组件不受任何能量闪烁影响的辅助聚焦电极。

29.根据权利要求28所述的X射线检查系统，其中，所述靶由向所述阳极组件提供冷却剂的铜冷却剂管形成。

30.根据权利要求28所述的X射线检查系统，其中，通过使用液压成形使所述冷却剂管模制到所述靶中。

31.根据权利要求28所述的X射线检查系统，其中，所述辅助聚焦电极保持在地电位。

32.根据权利要求28所述的X射线检查系统，其中，用碳化硅涂覆所述靶，然后用富钨碳化钨条纹使所述靶图案化。

33.根据权利要求28所述的X射线检查系统，其中，所述靶包括多个凸起部分，以限定扇形孔。

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