CN1156688C - 大型客体无损断层成像检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型客体无损断层成像检测系统，该系统由射线源、准直狭缝、准直器、透射线探测器和散射线探测器组成。所述的射线源可以是x射线源，也可以是γ射线源。所述的散射线探测器由分别位于大型客体的前、后、上部的前散射线探测器、后散射线探测器和上散射线探测器组成。该无损断层成像检测系统可同时获得大型客体的散射图像和透射图像，是一种成像清晰、可对大型客体的任意断面进行无损断层成像的检测系统。

Description

大型客体无损断层成像检测系统

技术领域

本发明涉及大型客体无损断层成像检测系统。

背景技术

目前对大型客体内部的无损成像检测，一般采用射线透射(吸收)成像，如专利CN1142609A、US5903623A即是。因为射线穿过的物质层很厚，只有射线路径上的主要物质，才对成像起主导作用，所以检出的只是个模糊的像，效率不高，鉴别不够清晰。

康普顿散射，可对物体进行断层成像，如US5917880A、US4884289A，成像较清晰，但都只能取特定的固定层面成像，检测灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提出一种方式灵活、成像清晰、以较少的探测器，对大型客体的任意断面进行无损成像检测的检测系统。

本发明的检测原理及方法是：众所周知，在X，γ射线能量为150KeV-4MeV范围内，康普顿散射是主要的。其散射截面与物质的平均原子序数Z成正比，这正好可用来检测物质的类型。散射能量 $E_s=E_o/[1+\frac{E_o}{0.511}(1-\mathrm{Cos}{\mathrm{\θ}}_s)]$ (E_o＝入射光子能量，θ_s＝散射角)，这说明检测散射线时，探测器放在小角度有利。射线在物质中的减弱(吸收)，服从N(x)＝N_oe^-μx(N_o＝入射射线通量，N(x)＝射线在距入射点为X距离时的通量，μ＝物质的质量减弱系数，它与射线和物质作用的总截面成正比)。因为射线总量随物质厚度指数衰减，这是用放射性核素检测大型客体困难的原因之一，本发明使用多个探测器可以克服它。

散射像与透射像十分不同，透射像是暗的，而散射像是亮(白)的。对高Z物质吸收是主要的(产生透射像有利)。对低z物质散射相对较大(产生散射像有利)。所以透射像易于检测高Z物质，如钢铁。而散射像适于检测低Z物质，如炸药、毒品、香烟等，相得益彰。

本发明用一帧透射像定性高Z物质的轮廓，用三帧(三个断层)散射像来定性低Z物质。必要时，可对大型客体的任何部位，取任意个断面的散射像，细查究竟。

透射像显示大型客体中不同物质的大致轮廓，前散射像显示大型客体中靠近射线出射处一个X-z面的断层像；后散射像显示大型客体中靠近射线入射处一个X-z面的断层像；上散射像显示大型客体中一个X-y面的断层像。

必要时，前后两列散射线探测器和上散射线探测器，可同时对任意一个确定的y-z面进行成像，细查这个断面，当然也可进行局部考察。

如果客体过大，也可加一列下散射线探测器，其成像方法与上散射线探测器相同，但对客体的下部显示的较清晰。

本发明的大型客体无损断层成像检测系统是这样实现的。本发明的大型客体无损断层成像检测系统出射线源，准直狭缝，准直器，透射线探测器，散射线探测器组成，其特征在于它包括两个准直狭缝、一列带狭缝式或格子式准直器的透射线探测器和三列带格子式准直器的散射线探测器(前散射线探测器、上散射线探测器、后散射线探测器)。准直狭缝位于射线源和大型客体之间，射线源发出的射线经准直狭缝后准直成扇形射线束，透射线探测器进行透射成像，安装在大型客体前、后、上方的前散射线探测器、后散射线探测器和上散射线探测器进行散射断层成像，三列散射线探测器既可以沿大型客体长度方向移动，也可以绕自身轴转动。

三列散射线探测器绕自身轴转动的角度，根据散射线探测器的位置及大型客体的大小而定。在转动过程中，对射线在大型客体中的同一个吸收面进行扫描，同时对该面进行断层成像。

本发明所用的散射线探测器，其列的高度与大型客体被探测面的线性高度相一致。

本发明所用的探测器，可以为电离室、正比计数管、多丝室、液闪、闪烁计数器和半导体探测器。

本发明所用的射线源，具有高低不同的能量，分别用于探测体积不同的客体。

本发明所用的准直器及准直狭缝是由有屏蔽作用的金属如：铁、铅、钨、贫铀等复合而成。

本发明所述的格子式准直器的格子的大小与探测器的尺寸相匹配。

本发明所述的准直狭缝，其狭缝缝宽与透射线探测器的大小相匹配。

本发明所述的大型客体无损断层成像检测系统，大型客体与检测系统可相对移动，可以整个检测系统连成一体运动，或将射线源、两个准直狭缝、后散射线探测器连在一起，透射线探测器、前散射线探测器、上散射线探测器连在一起，双伺服、同步双驱动，也可以使整个检测系统不动，让大型客体作相对移动。即：1.所有检测系统刚性连在一起，相对大型客体作缓慢移动，同时测出透射线形成的轮廓像和三幅不同断层面上的散射像。2.所有检测系统刚性连在一起静止不动，让大型客体相对检测系统作缓慢移动，同时测出一幅透射线形成的轮廓像和三幅不同断层面上的散射像。3.把射线源、两个准直狭缝和后散射线探测器刚性连在一起，把透射线探测器、前散射线探测器和上散射线探测器刚性连在一起，分别相对大型客体同步作缓慢移动，同时测出一幅透射线形成的轮廓像和三幅不同断层面上的散射像。4.当射线源、两个准直狭缝和透射线探测器相互对准后，让前散射线探测器、上散射线探测器和后散射线探测器(还有未标出的下散射线探测器)，同时对大型客体中的同一个断层面作缓慢旋转，旋转过程中即从三个不同角度对该断层面进行了散射成像，以便仔细审视该面。

附图说明

附图的图面说明如下：

图1是大型客体无损断层成像检测系统示意图；

图2.是大型客体无损断层成像检测系统顶视图；

图3.是大型客体无损断层成像检测系统成像示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1是大型客体无损断层成检测系统示意图(正视图)，图2是大型客体无损断层成检测系统顶视图。1为射线源，射线源可以是x射线源，也可以是γ射线源，x射线由加速器打靶产生，γ射线可以来源于任何能放出高能γ射线的长寿命核素；2为准直狭缝，使射线束形成扇形；3为一列带狭缝式准直器(或格子式准直器)的透射线探测器；4为一列前散射线探测器，带有格子式准直器；5为一行带有格子式准直器的上散射线探测器；6为一列带有格子式准直器的后散射线探测器；7为准直狭缝；8为大型客体。所有准直器皆可由对光子屏蔽性能好的材料制成。

前散射线探测器、上散射线探测器和后散射线探测器可以绕自身轴转动一个角度，使由a、b点发出的散射线，通过准直器可以进入三个散射线探测器。

通常，整个探测器系统/射线源/准直系统连成一体(或者射线源、两个准直狭缝和后散射线探测器与透射线探测器、前散射线探测器和上散射线探测器采用双伺服双驱动，保持连成一体的效果)，同时沿大型客体的长度方向移动，或者整个检测系统全部静止，让大型客体作相对移动。两种移动方式，都可进行透射成像和散射断层成像。

当前散射线探测器、上散射线探测器和后散射线探测器不转动，只对大型客体作相对移动时，可以形成一帧总体情况的透射像和三帧显示断层面的散射像(图3)。具体是：由透射探测器所对的平面abcd，从平面efgh移动到平面ijkl时形成的总体透射(吸收)像，可以从中审视大型客体中的大致情况。射线所照射的平面abcd(当然有一定厚度，这个厚度由两个准直狭缝确定)由efgh移到ijkl的过程中，前散射线探测器(不转动)形成平面mnop的断层像。后散射线探测器(不转动)形成平面qrst的断层像；上散射线探测器(不转动)形成平面uvwx的断层像。

当检测系统与大型客体相对静止时，前散射线探测器、上散射线探测器和后散射线探测器可绕自身轴转动，同时对射线所照射的平面abcd作断层成像，因为散射线所经的吸收厚度不同，前散射线探测器、上散射线探测器和后散射线探测器可分别把断面abcd的右半、上半、左半显示的比较清晰。当然也可加一个下散射线探测器，清晰显示abcd断层的下半部。

利用前散射线探测器、上散射线探测器和后散射线探测器静止时的角度不同，可把整个大型客体沿垂直和水平方向的所有(任意)断面进行成像。因平面abcd在大型客体中的位置不同，前散射线探测器、上散射线探测器和后散射线探测器又可把大型客体的所有(任意)横截面，同时进行断层成像，使所有角落被清晰审视，不会遗漏。

本发明与现有技术相比有以下优点：

1.以往的散射线成像，只能对小型物体，本发明既可以对大型客体，也可以对小型物体。

2.以往的散射线成像，只对物体的特定断面，本发明可对物体的任意断面进行成像。

3.本发明不是CT，是射线直接成像，但能起到CT的效果。

4.本发明用线阵散射线探测器较小的转角，完成了面阵探测器才能完成的工作，大大节省了成本。

5.本发明的三个散射线探测器，可同时对同一个断面进行不同角度的成像，使得断层像能显示更多、更清楚的内容。

Claims (8)

1.一种大型客体无损断层成像检测系统，由射线源、准直狭缝、准直器、透射线探测器和散射线探测器组成，其特征在于：它包括一个射线源(1)、两个准直狭缝(2、7)、一列带狭缝式或格子式准直器的透射线探测器(3)、一列带格子式准直器的前散射线探测器(4)、一列带格子式准直器的上散射线探测器(5)、一列带格子式准直器的后散射线探测器(6)，准直狭缝(2、7)位于射线源(1)和大型客体(8)之间，射线源(1)发出的射线经准直狭缝(2、7)后准直成扇形射线束，透射线探测器(3)进行透射成像，分别安装在大型客体前、后、上方的前散射线探测器(4)、后散射线探测器(6)和上散射线探测器(5)进行散射断层成像，三列散射线探测器既可以沿大型客体长度方向移动，也可以绕自身轴转动。

2.根据权利要求1所述的大型客体无损断层成像检测系统，其特征在于：所述的散射线探测器的列的高度与大型客体被探测面的线性高度相一致。

3.根据权利要求1所述的大型客体无损断层成像检测系统，其特征在于：所述的探测器可以为电离室、正比计数管、多丝室、液闪、闪烁计数器或半导体探测器。

4.根据权利要求1所述的大型客体无损断层成像检测系统，其特征在于：所述的射线源具有高低不同的能量，分别用于探测体积不同的客体。

5.根据权利要求1所述的大型客体无损断层成像检测系统，其特征在于：所述的准直狭缝和准直器是由有屏蔽作用的金属铁、铅、钨、贫铀复合而成。

6.根据权利要求1所述的大型客体无损断层成像检测系统，其特征在于：所述格子式准直器的格子的大小与探测器的尺寸相匹配。

7.根据权利要求1所述的大型客体无损断层成像检测系统，其特征在于：所述的准直狭缝的狭缝宽度与透射线探测器的大小相匹配。

8.根据权利要求1所述的大型客体无损断层成像检测系统，其特征在于：大型客体与检测系统可相对移动，可以整个检测系统连成一体运动，或将射线源、两个准直狭缝、后散射线探测器连在一起，透射线探测器、前散射线探测器、上散射线探测器连在一起，双伺服、同步双驱动，也可以使整个检测系统不动，让大型客体作相对移动。

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