CN114902036A - 用于大型物体的快速工业计算机断层扫描 - Google Patents

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CN114902036A CN202080056693.XA CN202080056693A CN114902036A CN 114902036 A CN114902036 A CN 114902036A CN 202080056693 A CN202080056693 A CN 202080056693A CN 114902036 A CN114902036 A CN 114902036A
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A·萨瓦茨基
尼尔斯·罗思
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Abstract

本发明提供了通过计算机断层扫描进行非破坏性测试的系统和方法。该系统可包括静止辐射源、载物台和多个静止辐射检测器。源可被配置成从焦点发射具有三维几何形状的穿透辐射束并且将该束引导到入射到目标上的路径中。静止辐射源可相对于多个静止辐射检测器和载物台定位，使得第一多个束段路径限定在多个辐射检测器的焦点与相应感测面之间，并且至少一个第二束段路径限定在焦点与预定间隙之间。

Description

用于大型物体的快速工业计算机断层扫描
背景技术
非破坏性测试(NDT)是一类可用于在不引起损坏的情况下检查目标以确定被检查的目标是否符合所需规格的分析技术。NDT已在采用不易从其周围环境中去除的结构的工业(诸如航空航天、发电、石油和天然气的运输或精炼、以及运输)中得到广泛认可。
计算机断层扫描(CT)是NDT技术的一个示例。在某些实施方案中，CT可提供材料密度的定量图像，材料密度的定量图像为穿过目标的横截面的几何形状的函数。可组合这些横截面图像以得到目标的对应3维表示。
发明内容
在一些情况下，CT系统可包括产生穿透辐射(例如，X射线)的辐射源、可旋转载物台和检测器。在检查过程期间，可将目标安装到载物台，并且辐射源可产生辐射并将辐射引导到以预定角度(例如，相对于参考角度)穿过目标并入射到检测器上的路径中，这被称为CT投影。随着辐射行进穿过目标，辐射强度(每单位时间和每单位立体角度的能量)的一部分可能由于吸收和/或散射而损失，相比于入射到目标上的辐射量，透射穿过目标的辐射强度减小。因此，在穿过目标之后由检测器检测到的辐射的强度可为辐射行进的路径的长度以及辐射穿过的材料(例如，材料组成、材料密度等)的函数。在检测器以第一角度根据第一CT投影的位置来测量辐射强度之后，可将载物台旋转到第二角度。第二角度可相对于参考角度来表征，或者第一CT测量结果可用作参考角度，并且可重复测量过程以表征第二角度下的第二CT投影。可重复此CT测量和旋转序列，直至已获取足够的CT投影以对期望体积的目标采样，最多并包括整个目标，这被称为CT扫描。检测器可将由CT扫描的检测器获取的辐射强度-位置数据传输到计算设备。随后，可由计算设备基于目标的旋转角度、辐射束的方向和所选择的重建方法来组合强度-位置数据，以提供所检查的目标体积的三维表征。然而，在一些情况下，目标和/或目标在检测器上的投影可能大于检测器自身(例如，诸如飞行器翼、涡轮叶片等的目标)。
虽然已经开发出用以增大检测器的测量区域的技术，但这些解决方案可能存在问题。在一个方面，可移动检测器和/或目标(例如，载物台)以扩大检测器的有效尺寸。然而，检测器和/或目标的移动可延长完成CT检查所需的时间。当CT检查设备处于高需求时，延长CT检查时间可能是不期望的。在另一方面，可采用具有较大尺寸的检测器。然而，较大的检测器可能比较小的对应物更昂贵。
一般来讲，提供了用于CT检查的克服了这些缺陷中的一个或多个缺陷的改进系统和方法。此类系统和方法可同时采用至少两个检测器来扩展CT测量区域以检查大型目标和/或呈现出大投影的目标。在较大检测器不可用或者可用的较大检测器太昂贵或不适合所采用的穿透辐射(例如，无法测量穿透辐射的能量的至少一部分)的情况下，这种方法可有助于节省时间。没有因移动单个检测器或目标来扩展测量区域而造成的延迟，因此可节省时间。可通过同时采用附加检测器(例如，三个或更多个检测器)来进一步扩展测量区域。在某些实施方案中，可以一维(例如，线或点)、以两维(例如，扇形)或以三维(例如，锥体)来发射穿透辐射。检测器可采用各种位置，具体取决于穿透辐射的几何形状(例如，三维穿透辐射的开口锥角)。
在一个实施方案中，提供了一种系统，并且该系统可包括载物台、多个静止辐射检测器以及静止辐射源。载物台可被构造成将目标固定在其上并使目标围绕旋转轴线旋转。多个静止辐射检测器中的每个静止辐射检测器可包括被构造成获取入射到其上的穿透辐射的测量结果的感测面，该穿透辐射的测量结果为位置的函数。相邻辐射检测器的感测面可以预定间隙分隔开。静止辐射源可被配置成从焦点发射穿透辐射束。多个静止辐射检测器和辐射源可相对于载物台定位并且被配置成发射束，使得第一多个束段路径可限定在多个辐射检测器的焦点与相应感测面之间，并且至少一个第二束段路径可限定在焦点与预定间隙之间。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器可相对于目标和辐射源定位，使得第一多个束段路径延伸穿过目标在预定测量平面内的横截面区域的多于一半。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器可相对于目标和辐射源定位，使得第一多个束段路径中的相应束段路径的中心轴线可偏离旋转轴线。
在另一个实施方案中，第一多个束段路径中的第一束段路径可以是直锥，并且第一多个束段路径中的第二束段路径可以是斜锥。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器中的至少两个辐射检测器的相应感测面可共面。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器中的第一辐射检测器的第一感测面可与第一检测器平面对准，并且多个辐射检测器中的第二辐射检测器的第二感测面可与第二检测器平面对准。第一检测器平面和第二检测器平面可大致平行并彼此侧向偏移预定偏移距离。
在另一个实施方案中，从多个辐射检测器中的至少一个辐射检测器的感测表面的质心延伸的第一表面法线可被取向成与从包含辐射源的焦点的平面延伸的第二表面法线成预定非零角度。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器可包括第一辐射检测器和第二辐射检测器。从第一感测面延伸的第一表面法线可平行于从焦点延伸到第一感测面的质心的第一径向矢量，并且从第二感测面延伸的第二表面法线可平行于从焦点延伸到第二感测面的质心的第二径向矢量。
在另一个实施方案中，第一径向矢量的长度可等于第二径向矢量的长度。
在另一个实施方案中，第一径向矢量的长度可不同于第二径向矢量的长度。
在另一个实施方案中，提供了一种通过计算机断层扫描进行非破坏性测试的方法。该方法可包括从静止辐射源的焦点发射穿透辐射束。该方法还可包括将所发射的辐射束引导到从焦点延伸的束路径中，穿过目标的一部分，并且入射到多个静止辐射检测器的相应感测面上。多个静止辐射检测器可相对于静止辐射源和目标定位，使得所发射的辐射束限定在多个静止辐射检测器的焦点与感测面之间延伸的第一多个束段路径和在焦点与预定间隙之间延伸的至少一个第二束段路径。该方法还可包括由多个静止辐射检测器中的每个静止辐射检测器输出相应信号，该相应信号包括表征入射到其感测面上的穿透辐射的强度的数据，该穿透辐射的强度为位置的函数。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器可相对于目标和辐射源定位，使得第一多个束段路径中的相应束段路径的中心轴线可偏离旋转轴线。
在另一个实施方案中，第一多个束段路径可透射穿过目标在预定测量平面内的横截面区域的多于一半。
在另一个实施方案中，在目标的单次旋转之后，第一多个束段路径可透射穿过目标在预定测量平面内的整个横截面区域。
在另一个实施方案中，第一多个束段路径中的第一束段路径可以是直锥，并且第一多个束段路径中的第二束段路径可以是斜锥。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器中的至少两个辐射检测器的相应感测面可共面。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器中的第一辐射检测器的第一感测面可与第一检测器平面对准，并且多个辐射检测器中的第二辐射检测器的第二感测面可与第二检测器平面对准。第一检测器平面和第二检测器平面可平行并彼此侧向偏移预定偏移距离。
在另一个实施方案中，从多个辐射检测器中的至少一个辐射检测器的感测表面的质心延伸的第一表面法线可被取向成与从包含辐射源的焦点的平面延伸的第二表面法线成预定非零角度。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器可包括第一辐射检测器和第二辐射检测器。从第一感测面延伸的第一表面法线可平行于从焦点延伸到第一感测面的质心的第一径向矢量，并且从第二感测面延伸的第二表面法线可平行于从焦点延伸到第二感测面的质心的第二径向矢量。
在另一个实施方案中，第一径向矢量的长度可等于第二径向矢量的长度。
在另一个实施方案中，第一径向矢量的长度可不同于第二径向矢量的长度。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
图1是示出包括计算机断层扫描(CT)系统的操作环境的一个示例性实施方案的图示，该计算机断层扫描系统包括被配置成发射用于检查目标的穿透辐射束的辐射源和被配置成在透射穿过目标之后检测穿透辐射的多个辐射检测器；
图2是示出图1的CT系统的另一个示例性实施方案的图示，该CT系统包括被配置成在透射穿过目标之后检测穿透辐射的三个辐射检测器；
图3是示出图1的CT系统的另一个示例性实施方案的图示，该CT系统包括相对于彼此定位在不同平面中的两个辐射检测器；
图4是示出图1的CT系统的另一个示例性实施方案的图示，该CT系统包括相对于辐射源以非零角度定位的一个辐射检测器；
图5是示出图1的CT系统的另一个示例性实施方案的图示，该CT系统包括被取向成使得每个感测表面的法线矢量大致平行于从辐射源的焦点延伸的半径矢量的多个辐射检测器；
图6是示出图1的CT系统的另一个示例性实施方案的图示，该CT系统包括具有相对于辐射源的焦点定位在公共半径r处的相应感测面的三个辐射检测器；
图7是示出图5的CT系统的另一个示例性实施方案的图示，该CT系统包括具有相对于辐射源的焦点定位在不同半径r1、r2和r3处的相应感测面的三个辐射检测器；并且
图8是示出采用两个或更多个检测器对目标执行CT检查的方法的一个示例性实施方案的流程图。
应注意，附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描绘本文所公开的主题的典型方面，因此不应视为限制本公开的范围。
具体实施方式
计算机断层扫描(CT)是非破坏性测试技术的一个示例，其可提供使用辐射束诸如X射线穿过目标物体的切片或横截面的材料密度的定量图像。可组合这些图像(例如，横截面)以得到目标的对应三维表示。然而，当目标物体或目标物体的投影大于检测器时，用于执行CT的现有技术可能存在问题。在一种方法中，可移动检测器和/或目标以扩展测量区域。然而，这种移动可延长完成CT扫描所需的时间，这在CT系统处于高需求时是不期望的。在另一方面，购买相对较大的检测器可能成本过高。因此，提供了用于CT检查的改进系统和方法。此类系统和方法可同时采用至少两个检测器来扩展CT测量区域以检查大型目标。此外，检测器可相对于辐射源布置，使得可在目标的单次旋转期间测量目标的整个横截面。如果没有较大检测器可用或者可用的较大检测器太昂贵或不适合所采用的穿透辐射，则这种方法对于节省时间可能是有用的。不需要移动单个检测器来扩展测量区域，因此可节省时间。
本文讨论了通过计算机断层扫描对目标诸如工业部件进行非破坏性检查的感测系统和对应方法的实施方案。然而，本公开的实施方案可无限制地用于通过计算机断层扫描对任何目标物体进行成像。
图1示出了包括计算机断层扫描(CT)系统100的操作环境的一个示例性实施方案，该系统被配置成执行目标102的非破坏性测试。CT系统100可包括辐射源104、载物台106、多个辐射检测器110、控制器112和输出装置114。一个或多个电源(未示出)可被配置成向CT系统100提供电力。载物台106可定位在辐射源104与多个检测器110之间，并且其可被构造成将目标102固定在其上并使目标102围绕旋转轴线T旋转。辐射源104可被配置成从焦点116发射辐射束108(例如，穿透辐射)并引导入射到目标102上的辐射束108以用于目标102的成像。多个检测器110可包括相应感测面110f，这些感测面被构造成检测在透射穿过目标102之后入射在其上的部分辐射束108。
在使用中，辐射源104可被配置成响应于从控制器112接收到的命令信号118s，以预定几何形状(例如，二维或三维几何形状)从焦点116发射辐射束108。如下文所详述，多个检测器110可相对于辐射源104和彼此以各种方式定位。在图1的实施方案中，系统100包括由间隙124分隔开的两个检测器110a、110b。由于存在间隙124，因此辐射束108的第一多个束段沿循入射到多个检测器110上的相应第一束路径。例如，辐射束108的第一束段108a沿循延伸穿过目标102的第一部分102a并入射到第一检测器110a上的第一路径。类似地，辐射束108的第二束段108b沿循延伸穿过目标102的第二部分并入射到第二检测器110b上的束路径。另外，至少一个第二束段路径109限定在焦点116与预定间隙124之间(例如，通过多个检测器110中的相邻检测器的相对边缘限定)。
有利地，通过在CT检查过程期间同时采用两个或更多个辐射检测器110(例如，并行操作)，可同时检查目标102的多个部分(例如，102a、102b)。通过旋转目标102，也可检查目标102的其他部分。以此方式，可比采用单个辐射检测器的移动的另选方法更快地执行大型目标和/或目标投影的CT检查。
目标102的实施方案可以是适合使用辐射束108的检查的任何结构和/或材料。例如，目标102可允许透射具有足够辐射强度(每单位时间每单位立体束角的电磁能)的辐射束108以用于通过多个检测器110进行检测。目标结构的示例可包括铸件、运载工具部件(例如，汽车、飞行器、船舶等)。形成目标102的材料的示例可包括金属、金属合金、陶瓷、聚合物、石材和它们的复合物。虽然目标102在本文中被示出为具有圆形横截面(例如，垂直于旋转轴线T)，但可理解，目标的实施方案可具有任何期望的横截面区域。
载物台106可被构造成经由固定机构(未示出)将目标102固定到其上。固定机构可结合在载物台106内和/或与载物台106组合部署。固定机构的示例可包括粘合剂、夹具、带、螺纹连接部件(例如，螺钉、螺栓)等。载物台106可进一步被构造成响应于从控制器112接收到的命令(例如，命令信号118s)，将目标102选择性地旋转到围绕旋转轴线T的期望旋转角度。
辐射源104的实施方案可以是能够产生穿透辐射束并引导穿透辐射束穿过目标102的所选横截面的任何装置。穿透辐射的示例可具有最高约15MeV的能量(例如，约100eV至约15MeV)。
在某些实施方案中，控制器112可与辐射源104和载物台106通信，以控制辐射束108的特性(例如，频率、振幅、强度、几何形状等)和载物台106对目标102进行的旋转(例如，响应于操作员输入)。控制器112可为采用通用或专用处理器的任何计算设备。在任一情况下，控制器112还可包括用于存储与辐射束108的控制和目标102的旋转有关的指令的存储器(未示出)。
在某些实施方案中，辐射束108可具有二维或三维几何形状。二维几何形状的示例可包括扇形束。三维几何形状的示例可包括锥形几何形状(例如，直锥、斜锥以及它们的组合)。在任一情况下，如图1所示，辐射束108可从焦点116延伸到多个检测器110并且具有束角αo。例如，入射到第一检测器110a上的束段路径108a可具有束角α1并且它可围绕中心轴线A1延伸。入射到第二检测器110b上的第二束段路径108b可具有束角α2并且它可围绕中心轴线A2延伸。一般来讲，辐射束的中心轴线可以是从焦点116延伸到对应辐射检测器(例如，110a或110b)的感测面110f的中心(例如，几何中心或质心)的线段。
在某些实施方案中，可选择多个检测器110和束角度α1、α2，使得束段路径108a、108b中的每一者的中心轴线(例如，A1、A2)偏离目标102的旋转轴线T。例如，束段路径108a、108b的中心轴线A1和A2可分别沿不与旋转轴线T相交的相应线延伸。一般来讲，如果第一多个束段路径中的任一个束段路径的中心轴线与旋转轴线T相交，则重建质量可能在这些区域中强烈地失真，特别是定量值。
如进一步所示，第一多个束段路径(例如，108a、108b)中的相邻束段路径以目标102的整体内的第一间隙G1分隔开，该间隙随着距焦点116的距离而增大。即，第一束段路径108a、108b是发散的。此外，第一束段路径(例如，108b)中的至少一个束段路径以第二间隙G2与目标102的外表面的一部分分隔开。因此，束段路径108a、108b中的每一个束段路径不重叠并且可检查目标102的不同横截面(例如，102a、102b)。
多个辐射检测器110中的每个辐射检测器可被配置成检测入射到其感测面110f上的穿透辐射的通量密度，也称为强度，该通量密度为感测面110f内的位置的函数。辐射检测器110的示例可包括气体电离检测器、闪烁计数器检测器、光电刺激式荧光体板、摄影底片、半导体检测器(例如，电耦装置或CCD)等。在某些实施方案中，多个检测器110中的每个检测器的感测面110f可采用预定几何形状。如图1所示，多个辐射检测器110中的每个辐射检测器可包括大致平面的感测面110f。然而，在另选的实施方案中，多个辐射检测器中的一个或多个辐射检测器的感测面的几何形状可被独立地选择成不同于多个辐射检测器中的其他辐射检测器。
多个辐射检测器110中的每个辐射检测器还可被配置成输出检测信号120s，该检测信号包括表征辐射强度的数据，该辐射强度为入射到感测面110f上的位置的函数。控制器112可存储指令，基于从多个检测器110接收到的相应检测信号120和对辐射束108的发射强度的了解(例如，在透射穿过目标102之前)，这些指令用于确定在目标102的所检查的横截面内的每个位置处的材料密度或相关量的定量标测图。
响应于从控制器112(未示出)接收到的命令，载物台106可使目标102围绕旋转轴线T相对于参考角度旋转预定角度。因此，第一多个束段路径108a、108b可透射穿过目标102的不同横截面(例如，102a、102b)以用于通过多个检测器110进行检测。通过辐射源104发射辐射束108、在透射穿过目标102之后检测入射到多个检测器110上的辐射束108以及载物台106对目标102进行的旋转的过程可根据需要重复多次，以检查目标102的期望体积。
在某些实施方案中，辐射束108、多个辐射检测器110的位置以及目标102的旋转可被配置成有利于在目标102围绕旋转轴线T的一次旋转内多个辐射束108透射穿过表示目标102的整个体积的横截面。在一个方面，可选择角度αo，使得束108覆盖多个检测器110中的每个检测器。在另一方面，可选择间隙124，使得第一多个束段路径108a、108b延伸穿过目标102的横截面区域的多于一半，目标横截面区域位于预定测量平面内。如图所示，预定测量平面是x-z平面，其中旋转轴线平行于y方向延伸。换句话讲，通过选择间隙109，使得在二维扇形束的情况下以及对于三维(锥形)束的情况在目标102的横截面区域(例如，x-z平面)中均满足傅立叶切片定理，则可在单次旋转中检查目标102。本领域的技术人员将理解，傅立叶切片定理的要求来自理论观点。实际上，条件可随着质量和逼近程度的降低而弱化。另外，对于非分析重建方法(例如，迭代方法)，可弱化傅立叶切片定理标准。
控制器112的存储器还可基于目标的旋转角度和从多个检测器接收到的对应检测信号，根据一个或多个重建技术来存储与重建目标102的体积相关的指令。重建技术的示例可包括迭代和分析算法。可单独地分析横截面，然后进行组合以形成目标的三维体积，或者可将横截面重新整理/组合到旋转数据集中。在某些实施方案中，关于Tuy-Smith充分条件，此类数据集可能是不完整的。具体地，迭代算法可被配置成处理不完整的数据集。在未示出的另选实施方案中，多个辐射检测器可被配置成将检测信号传输到不同于控制器的另选计算设备，以进行目标横截面和/或目标体积的重建，如上所述。
控制器112或另选计算设备还可被配置成将包括表征所检查的目标横截面和/或所重建的目标体积的数据的一个或多个输出信号122s传输到输出装置114。例如，控制器112可输出作为位置的函数的材料密度或相关量。在某些实施方案中，输出装置可以是显示器和/或数据存储装置。
在某些实施方案中，辐射源104和多个检测器110可以是静止的。即，辐射源104和多个检测器110可在CT检查期间表现出近似不移动(例如，保持在相对于目标102的旋转轴线T和/或彼此的固定位置)，但可在执行CT检查之前移动以设置期望的扫描几何形状。有利地，如上所述，与辐射束108的配置和多个检测器110的位置组合时，静止的多个检测器110可允许检查目标102的整个体积。由于在CT检查过程期间不移动多个检测器110和/或辐射源104，可缩短大型目标或大目标投影的检查时间。
图1至图7进一步示出了用于将多个辐射检测器110中的每个辐射检测器相对于彼此和辐射源104放置的各种配置。在一个实施方案中，多个检测器110中的每个检测器的感测面110f可平行于彼此。如图1所示，第一辐射检测器110a和第二辐射检测器110b可各自包括为平面的感测面110f。第一感测面和第二感测面110f中的每一者可大致共面，与共用平面124对准。
多个辐射检测器110的这种共面布置可随着增加另外的辐射检测器而得以保持。例如，图2示出了包括CT检查系统200的另一个操作环境，该CT检查系统具有为多个辐射检测器210的形式的多个辐射检测器110。如图所示，多个辐射检测器210包括第一辐射检测器210a和第二辐射检测器210b，并且还增加了第三辐射检测器210c。第一辐射检测器210a、第二辐射检测器210b和第三辐射检测器210c中的每一者可包括相应感测面210f，这些感测面被构造成检测入射到其上的辐射束208的部分(例如，辐射束208的分别沿循束段路径208a、208b、208c并具有束角α1、α2、α3的部分)。第一辐射检测器210a、第二辐射检测器210b和第三辐射检测器210c可被定位成使得它们各自与共用平面224对准，并且因此大致彼此共面。
在某些实施方案中，当其相应感测面110f的表面法线之间的角度小于预定的第一角度容差并且分隔包含相应感测面110f的平面的距离小于预定线性容差时，多个辐射检测器110中的任何两个或更多个辐射检测器可被视为大致共面。
在另选的实施方案中，多个辐射检测器110中的一个或多个辐射检测器可大致平行于彼此，但在一个或多个预定方向上偏移。例如，图3示出了包括CT检查系统300的另一个操作环境，该CT检查系统包括为多个辐射检测器310的形式的多个辐射检测器110。如图所示，多个辐射检测器310包括具有相应感测面310f的第一辐射检测器310a和第二辐射检测器310b，这些感测面被构造成检测其上的辐射束308的部分(例如，辐射束308的分别沿循束段路径308a、308b并具有束角α1、α2的部分)。第一辐射检测器310a的感测面310f与第一平面324a对准，并且第二辐射检测器310b的感测面310f与第二平面324b对准。第一平面324a和第二平面324b大致平行但不共面。相反，第一平面324a和第二平面324b在x方向上彼此分隔开大于预定线性容差的偏移距离D。在某些实施方案中，偏移距离D的最小值可以是在旋转期间多个辐射检测器110不接触目标102的最小偏移距离D，并且偏移距离D的最大值可以是能够检测到到达多个辐射检测器110中的给定一个辐射检测器的量子能量的最大偏移距离D。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器110中的至少一个辐射检测器可相对于辐射源104以预定非零角度β取向。此类取向可实现角度段和辐射的更好使用。例如，图4示出了包括CT检查系统400的另一个操作环境，该CT检查系统包括为多个辐射检测器410的形式的多个辐射检测器110。如图所示，多个辐射检测器410包括具有相应感测面410f的第一辐射检测器410a和第二辐射检测器410b，这些感测面被构造成检测入射到其上的辐射束408的部分(例如，辐射束408的分别沿循束段路径408a、408b并具有束角γ1、γ2的部分)。如图4所示，角度β可被确定为介于针对第一辐射检测器410a的感测面410f的表面法线ND和针对包含焦点116的预定平面424的表面法线NF之间。
在另一个实施方案中，多个辐射检测器110中的至少一个辐射检测器可相对于从辐射源104的焦点116延伸的半径矢量R定位。例如，图5示出了包括CT检查系统500的另一个操作环境，该CT检查系统包括为多个辐射检测器510的形式的多个辐射检测器110。如图所示，多个辐射检测器510包括具有相应感测面510f的第一辐射检测器510a和第二辐射检测器510b，这些感测面被构造成检测入射到其上的辐射束508的部分(例如，辐射束508的分别沿循束段路径508a、508b并具有束角γ1、γ2的部分)。第一表面法线ND1从第一辐射检测器510a的感测面510f的质心C1延伸，并且第二表面法线ND2从第二辐射检测器510b的感测面510f的质心C2延伸。进一步说明了从焦点116延伸到相应质心C1和C2的长度r的径向矢量R1和R2。在一个方面，至少第一辐射检测器510a可被定位成使得第一表面法线ND1大致平行于半径矢量R1。在另一方面，第一辐射检测器510a和第二辐射检测器510b两者可被定位成使得第一表面法线ND1大致平行于第一半径矢量R1并且第二表面法线大致平行于半径矢量R2。在某些实施方案中，当其间的角度小于预定的第二角度容差时，可认为任何表面法线和半径矢量是平行的。
在一个实施方案中，至少一个辐射检测器110可被定位成使得感测表面110f的预定位置位于距焦点116预定距离处。在某些实施方案中，预定位置可以是感测表面110f的质心，即感测表面110f的所有点的算术平均位置。在另外的实施方案中，预定距离可以是距焦点116的径向距离。如图5的实施方案所示，第一辐射检测器510a的感测表面510f具有质心C1，并且第二辐射检测器510b的感测表面510f具有质心C2，并且质心C1和C2中的每一者定位在公共径向距离r处。即，径向矢量R1和R2中的每一者的长度大致相等。
在某些实施方案中，当径向矢量R1和R2的相应长度的差异小于预定线性容差时，可将它们视为大致相等。
多个辐射检测器510的这种径向布置可随着增加另外的辐射检测器而得以保持。例如，图6示出了包括CT检查系统600的另一个操作环境，该CT检查系统包括为多个辐射检测器610的形式的多个辐射检测器110。如图所示，多个辐射检测器610包括第一辐射检测器610a和第二辐射检测器610b，并且还增加了第三辐射检测器610c。第一辐射检测器610a、第二辐射检测器610b和第三辐射检测器610c中的每一者可包括质心分别为C1、C2和C3的相应感测面610f。感测面610f可被构造成检测入射到其上的辐射束608的部分(例如，辐射束608的分别沿循束段路径608a、608b、608c并具有束角γ1、γ2和γ3的部分)。第三径向矢量R3进一步示出了具有与第一径向矢量和第二径向矢量相同的径向长度r。如图所示，第一辐射检测器610a、第二辐射检测器610b和第三辐射检测器610c中的每一者可被定位成使得质心C1、C2和C3定位在径向距离r处。
在另选的实施方案中，多个辐射检测器610中的一个或多个辐射检测器可被定位在不同的径向距离处。图7示出了包括CT检查系统700的另一个操作环境，该CT检查系统包括第一辐射检测器610a、第二辐射检测器610b和第三辐射检测器610c中的每一者并且径向矢量R1、R2和R3分别具有不同的径向长度r1、r2和r3，其中r1>r2>r3。第一辐射检测器610a、第二辐射检测器610b和第三辐射检测器610c可被定位成使得其相应的质心C1、C2和C3分别定位在径向距离r1、r2和r3处。
图8示出了用于执行CT检查的方法800的一个实施方案。如图所示，方法800可包括操作802至806并且在图1至图7的上下文中在下文中讨论。然而，可以理解，该方法的实施方案可包括比图8中所示更多或更少的操作，并且该一个或多个操作可以不同于图8所示的顺序执行。
在操作802中，可从辐射源104发射穿透辐射的束108。如上所述，辐射源104可以是相对于目标102和多个检测器110的静止辐射源。
在操作804中，可将所发射的辐射束引导到从辐射源的焦点116延伸的束路径中，穿过目标102的一部分，并且入射到多个静止辐射检测器(例如，110)的相应感测面(例如，110f)上。多个静止辐射检测器可相对于静止辐射源和目标定位，使得所发射的辐射束限定在多个辐射检测器的焦点与感测面之间延伸的第一多个束段路径和在焦点与预定间隙之间延伸的至少一个第二束段路径。
在操作806中，多个检测器中的每个检测器可输出相应信号。例如，多个辐射检测器110的相应感测面110f可测量辐射强度，该辐射强度为辐射束108(例如，108a、108b)的透射穿过目标102并入射到其上的部分的位置的函数。多个辐射检测器110中的每个辐射检测器可被配置成输出一个或多个信号，这些信号包括表征入射到其感测面上的穿透辐射的强度的数据，该穿透辐射的强度为位置的函数。(例如，检测信号120s)。即，多个静止辐射检测器可以是二维辐射检测器。在某些实施方案中，可将一个或多个检测信号120s输出到控制器112以供进一步分析。
通过非限制性示例，本文所述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括对大型目标或呈现出大型目标投影的目标(例如，大于多个辐射检测器中的相应辐射检测器的敏感区域的宽度的两倍的目标或目标投影)执行CT检查的能力。相比于采用具有敏感区域和不敏感区域的单个虚拟检测器的传统拼接方法，可更快地执行CT检查。改进CT检查速度可有利于更好地利用昂贵且有限的检查资源(例如，辐射屏蔽室、辐射源等)。在另一方面，相比于虚拟检测器，不需要用以移动检测器的运动设备，即可实现改进的CT检查速度。
描述了某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例已在附图中示出。本领域技术人员将理解的是，本文中具体描述且在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的相似命名的部件通常具有类似的特征，因此在具体实施方案内，不一定完全阐述每个相似命名的部件的每个特征。
本文所述的主题可在模拟电子电路、数字电子电路和/或计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构装置和其结构等同物)或它们的组合中实现。本文所述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，体现在机器可读存储装置中)、或体现在传播的信号中，以用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多台计算机)执行或控制该数据处理设备的操作的一个或多个计算机程序。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或适用于计算环境中的其他单元部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一台计算机上或在多台计算机上执行，该多台计算机位于一个站点处或跨多个站点分布并且由通信网络互连。
本说明书中所述的过程和逻辑流程，包括本文所述主题的方法步骤，可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行本文所述主题的功能。该过程和逻辑流程还可由专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且本文所述主题的设备可被实现为专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))。
以举例的方式，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储器装置。一般来说，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或操作地联接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或者/并且将数据传送至一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM和闪存存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本文所述的主题可在具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及键盘和指向装置(例如，鼠标或跟踪球)的计算机上实现，用户可通过该键盘和指向装置向计算机提供输入。还可使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可为任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
本文所述的技术可使用一个或多个模块来实现。如本文所用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或它们的各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现或记录在非暂态处理器可读存储介质上的软件(即，模块本身不为软件)。实际上，“模块”将被解释为始终包括至少一些物理的非暂态硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可使用相同的处理器和网络接口)。本文所述的模块可被组合、集成、分开和/或复制以支持各种应用。另外，代替在特定模块处执行的功能或除在特定模块处执行的功能之外，本文描述为在特定模块处执行的功能可在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他装置执行。此外，模块可相对于彼此本地或远程地跨越多个装置和/或其他部件来实现。另外，模块可从一个装置移动并添加至另一个装置，以及/或者可包括在两个装置中。
本文所述的主题可在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用程序服务器)或前端部件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可通过该图形用户界面或网络浏览器与本文所述主题的实施方式进行交互)，或此类后端部件、中间件部件和前端部件的任何组合。系统的部件可通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如互联网。
如本文在整个说明书和权利要求书中所用的，近似语言可用于修饰任何定量表示，该定量表示可有所不同但不导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语诸如“约”、“大约”和“基本上”修饰的值不应限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指明，否则此类范围被识别并包括其中所包含的所有子范围。
基于上述实施方案，本领域技术人员将了解本发明的其他特征和优点。因此，除所附权利要求书所指示的以外，本申请不受已具体示出和描述的内容的限制。本文所引用的所有出版物和参考文献均明确地全文以引用方式并入。

Claims (21)

1.一种系统，包括：
载物台，所述载物台被构造成将目标固定在其上并使所述目标围绕旋转轴线旋转；
多个静止辐射检测器，每个辐射检测器包括感测面，所述感测面被构造成获取入射到其上的穿透辐射的测量结果，所述穿透辐射的测量结果为位置的函数，其中相邻辐射检测器的所述感测面以预定间隙分隔开；和
静止辐射源，所述静止辐射源被配置成从焦点发射穿透辐射束，其中所述多个静止辐射检测器和所述辐射源相对于所述载物台定位并且被配置成发射所述束，使得第一多个束段路径限定在所述多个辐射检测器的所述焦点与相应感测面之间，并且至少一个第二束段路径限定在所述焦点与所述预定间隙之间。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个辐射检测器相对于所述目标和所述辐射源定位，使得所述第一多个束段路径延伸穿过所述目标在预定测量平面内的横截面区域的多于一半。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个辐射检测器相对于所述目标和所述辐射源定位，使得所述第一多个束段路径中的相应束段路径的中心轴线偏离所述旋转轴线。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一多个束段路径中的第一束段路径是直锥，并且所述第一多个束段路径中的第二束段路径是斜锥。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个辐射检测器中的至少两个辐射检测器的相应感测面共面。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个辐射检测器中的第一辐射检测器的第一感测面与第一检测器平面对准，并且所述多个辐射检测器中的第二辐射检测器的第二感测面与第二检测器平面对准，其中所述第一检测器平面和所述第二检测器平面大致平行并彼此侧向偏移预定偏移距离。
7.根据权利要求1所述的系统，其中从所述多个辐射检测器中的至少一个辐射检测器的所述感测表面的质心延伸的第一表面法线被取向成与从包含所述辐射源的所述焦点的平面延伸的第二表面法线成预定非零角度。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个辐射检测器包括第一辐射检测器和第二辐射检测器，其中从所述第一感测面延伸的第一表面法线平行于从所述焦点延伸到所述第一感测面的质心的第一径向矢量，并且从所述第二感测面延伸的第二表面法线平行于从所述焦点延伸到所述第二感测面的质心的第二径向矢量。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一径向矢量的长度等于所述第二径向矢量的长度。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一径向矢量的长度不同于所述第二径向矢量的长度。
11.一种方法，包括：
从静止辐射源的焦点发射穿透辐射束；
将所发射的辐射束引导到从所述焦点延伸的束路径中，穿过目标的一部分，并且入射到多个静止辐射检测器的相应感测面上；
其中所述多个静止辐射检测器相对于所述静止辐射源和所述目标定位，使得所发射的辐射束限定在所述多个静止辐射检测器的所述焦点与所述感测面之间延伸的第一多个束段路径和在所述焦点与所述预定间隙之间延伸的至少一个第二束段路径；以及
由所述多个静止辐射检测器中的每个静止辐射检测器输出相应信号，所述相应信号包括表征入射到其感测面上的所述穿透辐射的强度的数据，所述穿透辐射的强度为位置的函数。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个辐射检测器相对于所述目标和所述辐射源定位，使得所述第一多个束段路径中的相应束段路径的中心轴线偏离所述旋转轴线。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一多个束段路径透射穿过所述目标在预定测量平面内的横截面区域的多于一半。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在所述目标的单次旋转之后，所述第一多个束段路径透射穿过所述目标在预定测量平面内的整个横截面区域。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一多个束段路径中的第一束段路径是直锥，并且所述第一多个束段路径中的第二束段路径是斜锥。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个辐射检测器中的至少两个辐射检测器的相应感测面共面。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个辐射检测器中的第一辐射检测器的第一感测面与第一检测器平面对准，并且所述多个辐射检测器中的第二辐射检测器的第二感测面与第二检测器平面对准，其中所述第一检测器平面和所述第二检测器平面平行并彼此侧向偏移预定偏移距离。
18.根据权利要求11所述的方法，其中从所述多个辐射检测器中的至少一个辐射检测器的所述感测表面的质心延伸的第一表面法线被取向成与从包含所述辐射源的所述焦点的平面延伸的第二表面法线成预定非零角度。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个辐射检测器包括第一辐射检测器和第二辐射检测器，其中从所述第一感测面延伸的第一表面法线平行于从所述焦点延伸到所述第一感测面的质心的第一径向矢量，并且从所述第二感测面延伸的第二表面法线平行于从所述焦点延伸到所述第二感测面的质心的第二径向矢量。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一径向矢量的长度等于所述第二径向矢量的长度。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一径向矢量的长度不同于所述第二径向矢量的长度。
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