CN112067638A - 一种物质分类系统和用于物质分类的射线能谱测定探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种物质分类系统和用于物质分类的射线能谱测定探测器，属于物质分类技术领域。该射线能谱测定探测器包括探测器面板，所述探测器面板上覆盖有若干典型物质块，所述典型物质块用于测定射线能谱。本发明将典型物质块与探测器面板融为一体，形成一种能用来测定射线能谱的特殊探测器，使射线能谱的测定更加方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种物质分类系统和用于物质分类的射线能谱测定探测器，属于物质分类技术领域。
背景技术
基于物质对不同能量的射线的吸收程度不同，基于X射线透视成像技术的检查系统可识别物质的等效原子序数，进一步将其分类为有机物或轻物质，混合物或轻金属，无机物或金属、重金属等。但是穿过物体的射线，其能量可能随加速器状态、光路状态等因素发生变化，这种变化会影响检查系统的物质分类精度，例如可能会导致在不同时刻对同种物质的分类结果存在差异，目前主要通过能量校准装置对检查系统中物质分类模型的参数进行校准来保持物质分类模型的准确性，进而保证检查系统的物质分类精度。
现有的能量校准装置大都是在扫描开始前或结束后，或在特定时间点上，对几种特定物质进行扫描，从而校准物质分类模型中的参数，使物质分类模型保持准确性。这类校准装置的主要缺点在于它必须在没有扫描任务时进行校准，不能进行实时校准，对于扫描过程中射线能量的实时变化，只能靠经验和统计模型，或根据其他传感器来粗略的估计。
目前也有能实现实时校准的能量校准装置，例如授权公告号为CN101614683B的发明专利文件中公开了一种实时标定设备，该设备通过在原有的物质分类系统中靠近加速器的一侧安装一个实时标定装置(即能量校准装置)来实时调整物质分类参数，使其适应于当时的加速器状态，其中，实时标定装置有两种实现方式，一是仅包含标定材料，一是同时包含标定材料和标定探测器，无论哪种实现方式均需要在加速器一侧安装相应装置，因此这种能量校准装置虽然能实现实时校准，但是其结构较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于物质分类的射线能谱测定探测器，用以在物质分类过程中实时测定射线能谱，利用射线能谱测定结果提高物质分类精度；本发明还提供一种物质分类系统，用以解决现有物质分类系统的结构较为复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于物质分类的射线能谱测定探测器，包括探测器面板，所述探测器面板上覆盖有若干典型物质块，所述典型物质块用于测定射线能谱。
该射线能谱测定探测器的有益效果是：将典型物质块与探测器面板融为一体，形成一种能用来测定射线能谱的特殊探测器，使射线能谱的测定更加方便。
进一步地，为了提高能谱测定精度，进而提高物质分类精度，在上述用于物质分类的射线能谱测定探测器中，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块的材质互不相同，所述典型物质块的材质为铝、石墨、钢、铅和钨中的一种。
进一步地，为了提高能谱测定精度，进而提高物质分类精度，在上述用于物质分类的射线能谱测定探测器中，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块的厚度各不相同。
进一步地，在上述用于物质分类的射线能谱测定探测器中，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块呈阶梯状排布。
本发明还提供了一种物质分类系统，包括射线发生装置和探测器阵列，所述探测器阵列中包含普通探测器和射线能谱测定探测器，所述射线能谱测定探测器设置在探测器阵列中不被被测物体遮挡的地方，所述射线能谱测定探测器包括探测器面板，所述探测器面板上覆盖有若干典型物质块，所述典型物质块用于测定射线能谱。
该物质分类系统的有益效果是：首先，将典型物质块与探测器面板融为一体，形成一种能用来测定射线能谱的特殊探测器，使射线能谱的测定更加方便；其次，通过在探测器阵列中安装射线能谱测定探测器就能在物质分类的过程中实时测定射线能谱，保证射线能谱与射线发生装置的工作状态相符合，进而提高物质分类的精度，结构简单，使用方便。
进一步地，为了提高能谱测定精度，进而提高物质分类精度，在上述物质分类系统中，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块的材质互不相同，所述典型物质块的材质为铝、石墨、钢、铅和钨中的一种。
进一步地，为了提高能谱测定精度，进而提高物质分类精度，在上述物质分类系统中，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块的厚度各不相同。
进一步地，在上述物质分类系统中，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块呈阶梯状排布。
进一步地，在上述物质分类系统中，所述射线能谱测定探测器设置在所述探测器阵列的边缘位置。
附图说明
图1是现有技术中的物质分类系统的结构示意图；
图2是本发明物质分类系统实施例中的物质分类系统结构示意图；
图3是本发明探测器实施例中的射线能谱测定探测器的结构示意图；
图中，1是射线发生装置，2是标定材料，3是准直器，4是探测器阵列，5是被测物体，6是射线能谱测定探测器，7是普通探测器，8是典型物质块，9是X射线探测器阵列，10是电路板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
物质分类系统实施例：
现有技术中的物质分类系统如图1所示，该系统中的射线发生装置1(例如加速器)和准直器3之间设置有标定材料2，进行物质分类时，射线发生装置1用于产生X射线束(图中带箭头粗实线)，准直器3用于将射线发生装置1产生的X射线束约束在探测器阵列4能检测到的范围内，X射线束一部分经过标定材料2到达探测器阵列4，一部分经过被测物体5到达探测器阵列4，探测器阵列4同时接收穿过标定材料2和穿过被测物体5的X射线，产生两组透射数据，进行物质分类时，通过利用标定材料2对应的透视数据对物质分类系统的分类参数进行修正，从而提高被测物体5的分类结果准确性。
本实施例的物质分类系统如图2所示，该物质分类系统与图1所示物质分类系统的区别在于：不需要在射线发生装置1和准直器3之间单独设置标定材料，仅在探测器阵列4中不被被测物体5遮挡的地方(一般位于探测器阵列4的边缘位置)安装射线能谱测定探测器6，就能在物质分类的过程中实时测定射线能谱，保证射线能谱与射线发生装置1的工作状态相符合，进而提高物质分类的精度，结构简单，使用方便。原理如下：由于探测器阵列4中同时包含两种探测器，即射线能谱测定探测器6和普通探测器7，这样进行物质分类时，利用普通探测器7测定穿过被测物体5的X射线作为物质分类数据，利用射线能谱测定探测器6实时测定射线发生装置1产生的X射线的能谱，然后借助得到的X射线能谱对物质分类数据进行修正，以提高物质分类的准确性，由于得到的X射线能谱始终与射线发生装置1的工作状态相符，因此借助得到的X射线能谱能提高被测物体分类结果的准确性。
如图3所示，射线能谱测定探测器6包括探测器面板(即X射线探测器阵列9和电路板10)，探测器面板上覆盖有4个典型物质块8(典型物质块的个数可以根据实际情况调整)，且各典型物质块的厚度各不相同并呈阶梯状排布。进行射线能谱测定时，射线发生装置产生的X射线透过各典型物质块到达探测器面板，由探测器面板将透过各典型物质块的X射线转换成各典型物质块对应的透视数据，根据得到的各典型物质块对应的透视数据就能得到射线发生装置产生的X射线的能谱。
其中，探测器面板上覆盖的各典型物质块的材质和厚度均可以根据实际需要设置，例如：各典型物质块的材质均相同，厚度也均相同，此时相当于探测器面板上仅覆盖了一种厚度均匀的典型物质块；或者各典型物质块的材质均相同，但厚度各不相同，此时相当于探测器面板上覆盖了一种具有多种厚度的典型物质块；或者各典型物质块的材质各不相同，但厚度均相同，此时相当于探测器面板上覆盖了多种厚度相同的典型物质块；或者各典型物质块的材质各不相同，厚度也各不相同，此时相当于探测器面板上覆盖了多种典型物质块且各典型物质块的厚度各不相同；当然，也可以令各典型物质块的材质部分相同或者厚度部分相同。其中，探测器面板上覆盖的各典型物质块的材质种类越多、厚度梯度越多，射线能谱测定的精度越高。
其中，典型物质块材质的选取依据为：典型物质块材质的选取与能级有关。例如，在3-6MeV的系统中，最难区分的是石墨-铝，而铅-铁相对容易区分，因此可选取铝作为典型物质块的材质。当然，石墨、钢、铅、钨等材料也可作为典型物质块的材质。典型物质块厚度的确定依据为：一般以可以将射线剂量吸收10％～75％区间提供4个以上的阶梯厚度；一般而言，典型物质的等效原子序数越高，典型物质块的厚度就可以做的越薄。
下面以探测器面板上覆盖的各典型物质块的材质均相同，但厚度各不相同为例，详细介绍射线能谱测定探测器能够实现射线能谱测定的原理。
X射线在穿过物体时遵循以下吸收规律：
ID(E)＝I0(E)*exp(-u(E,Z)*D)
式中，I0(E)为X射线能谱中能量为E的X射线的强度；u(E,Z)为原子序数为Z的物质(以下简称物质Z)对能量为E的X射线的吸收系数，该值是常数；D为物质Z的厚度，ID(E)为X射线能谱中能量为E的X射线穿过厚度为D的物质Z后剩余的强度。
因此，利用射线能谱测定探测器获得X射线能谱中能量为E的X射线分别穿过厚度为0、D1、D2、Dm直到DM的物质Z的强度后，就可以列出如下方程组：
式中，m的取值从1到M，M为物质Z的厚度阶梯数，即物质Z共有M个不同的厚度；E的取值从E1到En，即X射线能谱中具有n种不同强度的X射线。
进行能谱测定时，物质Z的材质和厚度可根据实际需要设定，物质Z的材质确定后，吸收系数也随之确定，X射线穿过物质Z后剩余的强度可由射线能谱测定探测器获得，因此上述方程组中只有I0(E)为未知数，其它均为已知数，那么通过求解上述方程组就可得到X射线的能量，当利用不同强度的X射线照射同一厚度的物质Z时就能得到X射线能谱。进一步地，通过设置M值来控制物质Z的厚度阶梯数，还能使上述方程组在最小二乘法中得到满意的精度，进而提高能谱测定的精度。
最终在拟合得到每个X射线脉冲的能谱I0(E)(E从E1到En)后，就可以精确计算此时高能X射线脉冲能谱和低能X射线脉冲能谱对应的任何一种物质在任何厚度(即图像灰度值)下的R值，从而能够确定图像中每个像素最大概率的归属，提高物质分类的精度。
本实施例的物质分类系统，通过在探测器阵列中安装射线能谱测定探测器就能在物质分类的过程中实时测定射线能谱，保证射线能谱与射线发生装置的工作状态相符合，进而提高物质分类的精度，结构简单，使用方便。
探测器实施例：
本实施例的用于物质分类的射线能谱测定探测器(简称射线能谱测定探测器)，如图3所示，射线能谱测定探测器包括探测器面板(即X射线探测器阵列9和电路板10)，探测器面板上覆盖有4个典型物质块8(典型物质块的个数可以根据实际情况调整)，且各典型物质块的厚度各不相同并呈阶梯状排布。其中，探测器面板上覆盖的各典型物质块的材质和厚度的设置依据以及射线能谱测定探测器能够实现射线能谱测定的原理，已在物质分类系统实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。
本实施例的射线能谱测定探测器，是将典型物质块与探测器面板融为一体形成的一种能用来测定射线能谱的特殊探测器，能够使射线能谱的测定更加方便。
Claims (9)
1.一种用于物质分类的射线能谱测定探测器，包括探测器面板，其特征在于，所述探测器面板上覆盖有若干典型物质块，所述典型物质块用于测定射线能谱。
2.根据权利要求1所述的用于物质分类的射线能谱测定探测器，其特征在于，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块的材质互不相同，所述典型物质块的材质为铝、石墨、钢、铅和钨中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的用于物质分类的射线能谱测定探测器，其特征在于，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块的厚度各不相同。
4.根据权利要求3所述的用于物质分类的射线能谱测定探测器，其特征在于，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块呈阶梯状排布。
5.一种物质分类系统，包括射线发生装置和探测器阵列，其特征在于，所述探测器阵列中包含普通探测器和射线能谱测定探测器，所述射线能谱测定探测器设置在探测器阵列中不被被测物体遮挡的地方，所述射线能谱测定探测器包括探测器面板，所述探测器面板上覆盖有若干典型物质块，所述典型物质块用于测定射线能谱。
6.根据权利要求5所述的物质分类系统，其特征在于，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块的材质互不相同，所述典型物质块的材质为铝、石墨、钢、铅和钨中的一种。
7.根据权利要求5或6所述的物质分类系统，其特征在于，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块的厚度各不相同。
8.根据权利要求7所述的物质分类系统，其特征在于，所述探测器面板上覆盖的各典型物质块呈阶梯状排布。
9.根据权利要求5或6所述的物质分类系统，其特征在于，所述射线能谱测定探测器设置在所述探测器阵列的边缘位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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