CN1199872A - 辐射成象方法与系统 - Google Patents

Abstract

一种物体辐射成象系统包括一个用于产生会聚于给定位置的辐射束的会聚式辐射发生单元;一个与该辐射发生单元相对置的辐射传感器单元,且物体介于两者之间;一个位于物体与辐射传感器单元之间的针孔组件;及一个用于处理辐射传感器单元输出信号的信号处理单元。

Description

辐射成象方法与系统

本发明涉及一种活体或非活体的辐射成象方法和系统，更为具体地说，涉及一种适合于X射线层析摄影法的辐射成象方法与系统。

辐射成象方法与系统(通常是X射线成象方法与系统)将来自于X射线源的X-射线引导到处于受检查状态的物体上，并用X-射线胶片或X-射线电视单元等等使透射过该物体的X-射线显象出来。

X-射线胶片或X-射线电视单元等所形成的X-射线图象，包括由X-射线胶片或电视监示器显象的透射式X-射线图象照片(单纯X-射线透射图象)，和由电视监示器显示的层析X-射线图象。而且层析摄影图象包含由CAT(计算机辅助层析摄影)产生的层析摄影图象和直接层析摄影产生的图象。前者由X-射线CAT扫描仪系统来完成，而后者则是用先前已知的X射线分层法或层析X-射线照相法。

下文将叙述产生X-射线图象的辐射成象方法与系统中，有待解决的问题。

首先，为了得到清晰的X-射线图象，要求X-射线管的焦距长度要很小。但是，由于X-射线管阳极靶区的热负载有一个限制，所以该焦距长度的下限必定被确定。即：若使靶的尺寸变小，将导致靶的热负载降低。最终无法获得所需的焦距长度。

对于大的物体而言，X-射线传感器必须有大的面积；否则，整个物体不能同时成象。大的X-射线传感器包括有摄影胶片。实际上，与电子或半导体式传感器相对应的胶片尺寸局限于几厘米的范围，而与真空式传感器相对应的胶片尺寸限于几十厘米。因此，需要一种能够对一个大物体同时成象的成象方法。

第二，难以得到大的视场。随着距X-射线管距离的增加，视场将变大。这样，就有可能对一个大的物体同时完成成象。但是，随着距X-射线管距离的增加，X-射线的强度减弱了。因此，不可能将物体放置在一个距X-射线管远得X-射线传感器无法得到有实际意义的灵敏度的距离处。放置多个互相对置X-射线管和X-射线传感器有可能提供一个大的视场。但是，这将会在成象视场内产生不利的死间隙。于是，用传统的方法难以得到大的视场。

第三，存在着一种现象，有害的X-射线散射光被成象在传感器上，比如X-射线胶片，X-射线视象管，CCD图象传感器，或图象增强器。这个现象是图象清晰度降低的原因。

第四，当物体是人体时，需要尽可能多地减小X-射线的曝光量。为了减小曝光量，除了减小X-射线管的输出之外别无它法。但是，不可能将X-射线管的输出设定在比得到X-射线图象所需水平还低的水平上。

以下将叙述产生层析X-射线摄影图象的辐射成象方法与系统中，有待解决的问题。

首先是需要减少成象时间。也就是说，做层析X-射线成象时，体内运动最快的心脏需要成象速度最快。人类心脏大约以一秒为间隔在跳动。当需要连续拍摄层析X-射线图象时，就必须将成象时间缩短到大约1/10秒或1/10脉搏周期。在用于工业目的层析X-射线拍摄过程中，成象时间必须更短。它需要实时显示图象，即成象的计算时间为零。这是因为，与人体不同，一些工业产品连续高速度地在传送线上移动着。

第二，需要产生出清晰的且没有有害散射光线和不需人为图象处理的层析X-射线图象。也就是说，在用X-射线CAT扫描仪产生层析X-射线图象时，增加了出现人为处理的图象制品和不完整图象的可能性。这会导致无法获得高精度的检查结果。

第三，需要快速同时获得多个层析X-射线图象。

第四，需要获得有立体感的层析X-射线图象。

第五，需要提供一种可以形成层析X-射线图象并且可以对连续物体或几个物体进行检查的成象方法与系统。

第六，需要提供一种被检物体基本上不暴露在辐射中的成象方法与系统。

本发明的目的在于提供一种产生活体或非活体的X-射线图象和/或层析X-射线图象的辐射成象方法与系统，该方法与系统可以解决上述一或多个问题。

根据本发明，提供了一种物体辐射成象的系统，包括：用于产生会聚于给定位置的辐射束的会聚式辐射发生单元；一个与辐射发生单元相对的辐射传感器单元，且两者之间插入了物体；一个位于物体与辐射传感器单元之间的针孔组件；和一个用于处理辐射传感器单元输出信号的信号处理单元。

该系统进一步包括用于相对于物体移动辐射发生单元、针孔组件和辐射传感器单元的机构。

在该系统中，辐射传感器单元包括存储式二维辐射传感器，它有一个以相应于物体与辐射传感器单元间的相对速度的速度移动存储电荷的机构。

在该系统中，会聚式辐射发生单元包括多个平行排列的会聚式辐射发生器。

在该系统中，辐射传感器单元包括一种有一定排列的移动存储式CCD，其每一个中存储的电荷都被移动和累加，和用于以一定速度移动该移动存储式CCD中所存储的电荷的机构，所述的一定速度相应于物体内特定平面断层与移动存储式CCD之间的相对移动速度。

在该系统中，信号处理系统包括一个高通滤波器。

在该系统中，针孔组件有一针孔，其直径被设定成使辐射的会聚和发散角为50度或更大的值。

在该系统中，针孔组件和辐射传感器单元彼此靠近放置。

在该系统中，针孔组件包括一个针孔板和一个狭缝板。

在系统中进一步包括一个插在辐射发生单元与物体之间的对准组件，它用于防止物体暴露在未落到辐射传感器单元上的辐射之中。

在该系统中，对准组件包含平行放置并有许多孔的第一和第二对准板，第二对准板上每个孔的中心坐标相对于第一对准板上相应孔的中心坐标成比例缩小或放大。

一种物体辐射成象方法，包括如下步骤：产生辐射束以使其会聚于一预定点；用辐射照射物体；检测经针孔组件透过物体的辐射；并处理辐射检测信号。

本发明的其他目的和优点将在下文中说明，而且有一部分可以通过这些说明文字显而易见，或者可以受本发明实践的教导。本发明的目的和优点可以借助于权利要求书特别指出的手段及组合来实现和获得。

包括在说明书中并构成其一部分的附图，代表性地表示了本发明的优选实施例，并与前文的概括性描述及下文对优选实施例的详细描述一起，解释本发明的原理。

图1是一个本发明辐射成象系统的框图；

图2A，2B和2C表示了直接层析X-射线成象的原理；

图3A到3E表示了X-射线发生器；

图4表示本发明的会聚式二维X-射线发生器；

图5是图4沿着V-V线的断层图；

图6和7是本发明会聚式二维X-射线发生器另一个实施例的断层图；

图8表示本发明会聚式二维X-射线发生器又一个实施例的断层图；

图9表示本发明会聚式二维X-射线发生器，X-射线传感器，和针孔组件之间的关系；

图10表示本发明会聚式二维X-射线发生器的再一个实施例；

图11A，11B和11C表示了X-射线发生器，X-射线传感器，针孔组件，及要在本发明的系统中成象的物体之间的关系；

图12表示了X-射线发生器，X-射线传感器，针孔组件，及要在本发明的系统中成象的物体之间的关系；

图13A，13B和13C表示了驱动本发明面积式图象传感器的方法；

图14和15表示了X-射线发生器，X-射线传感器，含有狭缝板的针孔组件，及要在本发明的系统中成象的物体之间的关系；

图16表示了一个其中放置有多个X-射线发生器的本发明实施例；

图17和18表示了根据本发明获得多个层析X-射线图象的方法；

图19表示了根据本发明获得一个层析X-射线图象的方法；

图20是一个本发明信号处理系统的框图；

图21和22是用于解释对准组件作用的示意图；

图23是图22中对准组件的平面图；

图24到27是用于解释对准组件作用的示意图；

图28是一个用于解释高通滤光器作用的示意图；

图29表示了本发明的一个活体层析X-射线摄影装置；

图30表示了图29中X-射线传感器单元的结构；

图31表示了本发明的一个钢板探伤系统；

图32表示了图31的钢板；

图33表示了X-射线发生器，X-射线传感器，含有狭缝板的针孔组件，及要在图31的系统中成象的物体之间的关系；

图34是一个用于解释图31系统中缺陷判定方法的示意图；以及

图35表示了本发明的一个压铸件缺陷探伤系统。

本发明是一种成象系统，如图1所示，其中X-射线发生器101和X-射线传感器102彼此相对放置，而待成象的物体100介于其间；用作空间滤波器的针孔组件104处于物体100与X-射线传感器102之间。在此系统中，物体100和X-射线传感器102做相对运动，以直接形成层析X-射线图象。这种相对运动是由实际移动物体100和X-射线传感器102，或对X-射线传感器102实行电子控制而实现的。一个系统控制器105控制着其上放置有物体100的床的移动，和X-射线发生器101的工作，X-射线传感器102的移动与检测工作，及信号处理器106处理传感器102输出信号的工作。信号处理器106产生的输出图象显示在一个显示单元107上。

在描述本发明的实施例之前，将参考图2A，2B，和2C，就用于本发明成象系统的X-射线直接层析摄影的原理加以说明。如这些图所示，X-射线管101所发出的X-射线103透过物体100并到达存储式图象传感器102上的点S。如果物体100特定片层SL1的行进速度和传感器102的行进速度，被设定为彼此相等，则X-射线管101，物体100和传感器102的位置关系将按照时间顺序依次为图2A→图2B→图2C。

在图2A，2B和2C中，令特殊片层SL1上的一个任意点为A。在2A图中，通过A点的X-射线强度被存储于传感器102上的S点处令该强度为X1。令与X-射线103有关的几个特定点为B，E和A。然后，可以简化成X1＝B+A+E。

相似地，在图2B中有X2＝C+A+F，在图2C中有X3＝D+A+G。

由于传感器是102是一个存储式图象传感器，所以其存储的强度由(X-射线强度)＝(X1)+(X2)+(X3)表示。

于是，(X-射线强度)＝(B+A+E)+(B+C+D)+(D+A+G)

                  ＝(A+A+A)+(B+C+D)+(E+F+G)

                  ＝(3A)+(B+C+D)+(E+F+G)

尽管这个表达式足以获得X-射线直接层析摄影的理论概念，但是缺乏数学上的严谨性。严格地做法是，将A，B，C，D…每一点处的材料吸收因子U代入X-射线吸收表达式I＝I₀EXP(-UT)，这里I是透过后的X-射线强度，I₀是透过前的X-射线强度，而T是物体100的厚度。

在(X-射线强度)＝(3A)+(B+C+D)+(E+F+G)式中，如果可以认为A是重点部位，而(B+C+D)和(E+F+G)是平均背景(背景值)，则(X-射线强度)＝(3A重点部位)+(平均背景)。如果平均背景是完全平均背景，则根据人体外观，(X-射线强度)＝(3A重点部位)＝(A+A+A)。这就是直接层析X-射线摄影。

下文将说明本发明的组成。用于本发明的存储式图象传感器是一种X-射线传感器，在其中射入的X-射线轨迹被记录和累加起来，除非它们被主动地删除或转移。

存储式图象传感器的具体实例包括一种摄影胶片，CCD图象传感器，及光累积式成象板。

X-射线发生器包括现有技术中发出发散X-射线束的发散X-射线源，和本发明中使X-射线束的X-射线会聚于特定点的会聚式X-射线束源。图3A到3E表示了各种类型的X-射线源。表示现有技术的图3A表示出一种具有零坐标X-射线发生体(点)110₁的零坐标X-射线源，它是一发散的X-射线源。

图3B表示了一种具有一维X-射线发生体(线)110₂的一维X-射线源，图3C表示了具有二维X-射线发生体(平面)110₃的二维X-射线源，图3D表示了具有三维X-射线发生体(弯曲表面)110₄的三维X-射线源，和图3E表示了具有三维X-射线发生体(环)110₅的三维X-射线源，它们都是会聚X-射线源。在本发明中，会聚X-射线源可以用做X-射线发生器。

图4和图5示意性地表示了一种可用于本发明的二维会聚式X-射线发生器。在这个反射式的X-射线发生器中，两个阴极121装在真空容器120中并阴极电源122加热，从而发射热电子。热电子由阳极电源123加在阳极124上的高电压所产生的电场进行加速，然后轰击阳极，从而发出X-射线。在图4中，有两个阳极作为靶子。由此而产生的部分X-射线通过X-射线透明窗125和针孔组件126。

图6表示了一种透射式X-射线发生器，其中三个阴极121和阳极124′之间的位置关系，与图5反射式的相反。图7表示了一种透射式X-射线发生器，其中阳极124″被置于X-射线透射窗125之外。

如图8所示，在图4到7所示实例之一的X-射线发生器130与X-射线传感器102之间，插有针孔组件104，该组件使物体100的X-射线图象形成在一个大的视场中，而非X-射线传感器的小视场中。如图9所示，可以有多个针孔组件104和相等数量X-射线的传感器102，以便使每个针孔组件与相应X-射线的传感器彼此相对，提供一个更大的摄影视场。图8和9的实施例没有产生成象视场的死区。

在图10中，真空容器120中阴极121发射的热电子，朝着阳极的方向加速，从而与阳极124A碰撞。碰撞能量被转换成X-射线能量，由此产生X-射线。当阳极124A有一个焦点在针孔组件104处的抛物面形表面时，透过针孔组件104的X-射线比率，比其他阳极表面形状的情况要大。该抛物面具有反射准直光线而使之会聚在其焦点上的特性。已知热电子碰撞阳极时的角度与从阳极发射的要被发出大多数X-射线的角度等同于光的入射角和反射角。如图10所示，大多数X-射线透过针孔组件。实际上抛物面是经昂贵的抛光成形的；所以采用便于成形的弯曲表面。当然这种弯曲表面应该尽可能接近抛物面。在本发明中，称之为近似抛物面。一个近似抛物面形的阳极实例，是由玻璃制成的一种，并且其表面具有通过溅射或热喷而形成的钨膜。另一个实例是铝制的，且其表面具有借助于蒸镀技术而形成的钽膜或钨膜。

在图11A，11B和11C中，假设X-射线传感器102以与物体100相同的速度运动。当物体和传感器如图11A，11B和11C所示移动时，从X-射线发生器130发射的X-射线的将物体100的简单X-射线图象形成在X-射线传感器102上。图11A，11B和11C的X-射线传感器102是一种二维传感器，比如是一种摄影胶片。为了获得清晰X-射线的图象，焦点的尺寸必须要小。选择针孔组件104孔的直径，可以得到清晰的X-射线图象。原因是针孔组件与X-射线管的直径大小相对应。在图11A，11B和11C中，X-射线发生器130和针孔组件104是静止的，而物体100和传感器102是运动的。与之相反，也可以X-射线发生器130和针孔组件104是运动的，而物体100和传感器102是静止的；或者所有的都运动。

在图11A，11B和11C中，X-射线传感器102可以是二维CCD传感器。在不做层析X-射线成象而进行简单X-射线成象的情况下，为了提高以预定量照射在CCD传感器200上的X-射线量，针孔组件104可以提供大量的针孔，而且还可以垂直地放置大量的狭缝板。也就是说，由于针孔组件的孔直径较小而得到的较小焦点减少了X-射线的透过量，所以采用多层狭缝式针孔组件，它由针孔组件和一组狭缝板构成。

现在加将参考图12说明被摄物断层与X-射线传感器102中的CCD器件(一种二维CCD图象传感器)之间的关系。传感器102包括一个X-射线源(未示出)，一个针孔组件，和一个CCD器件。被摄物被移动，以形成断层SL1到SL4的图象。

从针孔组件的针孔，可以看到断层SL1到SL4中有相同区域的那些部分。与最下面的断层SL4对应的视角R′比断层SL1到SL3的要大。对应于最上边断层SL1的视角R比其他断层SL2到SL4的要小。断层SL1到SL4的图象通过针孔被投影到CCD器件的受光表面上。在这些图象中，最下边断层SL4的图象移动得最快，而最上边断层SL1的图象移动得最慢。

在使最上边断层SL1从P点移动到Q点的同时，CCD器件从q点移动到p点，由此成功地形成被摄物断层SL1的图象。相似地，在使第二最上边断层SL2在P点与Q点之间移动相同距离的同时，移动CCD器件，以此形成被摄物断层SL2的图象。进一步地，在使第三最上边断层SL3在P点与Q点之间移动相同距离的同时，移动CCD器件，以此形成被摄物断层SL3的图象。在使最上边断层SL1从P′点移动到Q′点的同时，CCD器件从q′点移动到p′点，由此成功地形成被摄物断层SL1的图象。

本实施例有一个单独CCD的器件，它以不同的速度移动，以便一个接一个地形成被摄物不同断层的图象。根据本发明，X-射线传感器102可以有多个CCD器件，它们可以同时以不同的速度移动，以便同时形成被摄物不同断层的图象。根据本发明，形成被摄物不同断层图象的各种方法将在下文中参考附图31，33和35进行说明。

现在将参考附图13A，13B和13C说明驱动二维CCD图象传感器200的方法。在这个驱动方法中，如图13A，13B和13C所示，CCD器件M×N个象素的每一个中产生的一个电荷，沿着VD方向(垂直驱动方向或图13A，13B和13C的“N”方向)移动，并且沿着VD方向被存储和累加。在说明书中，采用这种驱动方法的的二维CCD，是移动存储式CCD300，这种CCD300是一种简化形式的存储电荷移动累加式CCD。

在图11A，11B，11C和14中，尽管二维CCD图象传感器200有与物体移动速度相同的移动速度，但移动存储式CCD也可以如图15所示静止。这是因为所存储的电荷的移动代替了CCD的移动。

由于具有针孔组件104，所以本发明的成象方法与装置不受散射光的影响。即，散射光被针孔组件消除了。在针孔组件104上钻直径小的孔可以获得小的焦点尺寸。当针孔组件104孔的直径小时，入射到X-射线传感器上的X-射线量就要减少，这将需要高灵敏度的X-射线传感器才可获得X光图象。在这种情况下，要使用高灵敏的移动存储式CCD。CCD与双倍灵敏度器件的图象倍增器的组合将提供更高的灵敏度。换句话说，针孔组件中孔的直径可以更小。

在直接层析X射线摄影中，通过加大图2所示的角度ANG改善图象的清晰度。如图16所示，当多个X-射线发生器101以弧线排列时，将有可能加大与针孔组件104有关的有效聚焦和发散角(对应与角ANG)。根据实验，好的层析X-射线成象，通过设定50°或更大角而获得。

在图17中，表示了片层(平面断层)SL1到SL5被同时成象的情况。将五个针孔组件104₁到104₅和五个存储式X-射线传感器300₁到300₅这样放置，使对应的针孔组件和X-射线传感器彼此相对，从而使每个X-射线传感器的等效运动速度等于物体100相应一个片层的等效运动速度。比如，传感器300₁的等效运动速度等于片层SL1的等效运动速度，而传感器300₂的等效运动速度等于片层SL2的等效运动速度。这样做，片层SL1到SL5可以同时成象。

图18表示了存储式X-射线传感器是移动存储传感器的情况。在这种情况下，采用针孔组件104与移动存储CCD300的组合。在图18中，片层SLA，SLB和SLC的存储载体等效移动速度按照SLA，SLB和SLB的次序变慢。例如，通过使存储的电荷的等效移动速度等于片层SLB的等效移动速度，可以得到片层SLB的图象。为了同时获得多个片层的图象，需要移动高速移动物体100，或者高速一起移动针孔组件104和X-射线传感器200(300)。

在图19中，当物体100静止时，存储型X-射线传感器200可以沿着图纸上的上下方向(平行于图纸)移动或者垂直于图纸移动。另一方面，当物体移动时，一个移动存储型CCD300的X-射线传感器可以静止。

现在将说明本发明中的物体。在许多情况下，大量形状相同的工业产品被制造出来并在组装线上连续传送。这种产品得实例是一种压铸产品，它经常需要对其缺陷(如铸件空腔)进行层析X-射线摄影检验。在本发明中，不同于计算机化的层析X-射线摄影(CT)，产生层析X-射线图象不需要计算时间；因此可以实时获得物体的断层图象。所以，能够对连续传送的行进中的钢板类产品、或者间断传送的压铸类产品，实现实时层析X-射线摄影检验。在层析X-射线摄影检验中，合格产品的正常断层图象用作待测产品断层图象的对比物。如图20所示的一个信号处理系统，包括一个接收和存储来自传感器的图象的物体图象存储器401，一个参考图象存储器402，一个图象比较器403，和一个异常部分提取器404，该系统可以用于做产品的正常/异常判断。

对于一些物体必须注意，它们不应暴露在无用的X-射线中。人体是这类物体的一个实例。为了减小辐射的伤害，需要减少无用的X-射线曝光。

在图21中，在二维或三维辐射源101发出的辐射中，用实线表示的必要射线103A透过物体100和针孔组件104，并到达存储型图象传感器200，由此产生一个层析X-射线摄影图象(断层图象)。另一方面，不必要的射线103B用虚线表示它对产生层析X-射线摄影图象没有用处。

在图22中，X-射线对准组件500放置在二维或三维X-射线源101与物体之间，它使必要的射线103A透过针孔组件104到达存储型图象传感器200，而阻挡不必要X-射线的03B。

图23是X-射线对准组件500的平面图。对准组件500上形成有大量的孔500A。图24是图23沿着XXIV-XXIV线的一个截面图。组件500由上对准板500₁和下对准板500₂构成。上下对准组件上孔的位置使X-射线103透过针孔组件104并到达存储型图象传感器200。每个上下对准板可以分别成孔，且由于板较薄，在形成孔的过程中可以垂直加工。这样便于孔的加工处理。如图22所示，当对准组件500由图22所示的单个板构成时，该板必须斜角加工成孔，而且孔与孔的倾斜度是不同的。这使孔的制作变得困难了。尽管图23表示为圆形孔，但是孔可以采取任何其他形状，比如方形六角形等等。为此，X-射线对准组件适宜用薄板。

图25示意性地表示了X-射线对准组件上的孔与针孔组件之间的位置关系。如果每个上下对准板500₁和500₂上的孔都是等间距的，则上下板的相应孔中心坐标由一个比例关系(如成比例放大或缩小)，透过两对准板的X-射线103将会聚在一点。这可以如图26和27做几何证明。

图26是图25中一部分的示意图。首先，令C为辐射AB和DE的交叉点。让我们证明EG的延长线通过图25中的C点。ADF和BEG彼此平行，且AD＝DF和BE＝EG。令G′为F和C的连线与下对准板5002的交叉点。那么需要证明G′与G重合。三角形CDF和三角形CEG′是相似三角形。由于AD＝DF，BE＝EG′。从等间距的假设可得BE＝EG。所以EG＝BE＝EG′。于是证明了G′与G重合。

尽管图25是用一维表示的，上述证明可以在二维中如法炮制。实际中的上下对准板是二维的。会聚于一点上的大量X-射线束是二维分布的。

图28是图2A到2C得局部放大图。在图28中，X-射线束X1透过物体并到达存储式图象传感器，同时在B1，B2，B3，…A，…E4，E3，E2，E1点有吸收。为此，假设在B3点发生强烈吸收，那么物体100特定片层SL1上的B3点附近的层析X-射线摄影图象值将受到影响。在图28中，以物体移动的方向为横坐标并以图象信号值为纵坐标，表示了B3点对信号值的影响。当吸收小时，信号值大，反之亦然。B3点处的吸收甚至可以影响到有X1，X2，X3，X4，X5…，XN(N时一个大数)束X-射线透过的A点图象信号值。

B3点对其附近得整个部分都有影响。其原因是，透过B3点的X-射线涉及至少50度或更大得范围。于是，B3的影响呈现为电子波形的低频成分(非充分平均)。当对波形进行高通滤波处理时，将得到象图28中所示消除了低频成分的图象信号这样的信号波形。由此减小了B3点的影响。

作为一个实例，当物体是人体且层析X-射线图象被观察以识别患病部分和检查该部分的情况时，经常需要立体观看。在对特定内部组织做成象诊断的过程中，适宜将该组织的前后图象彼此重叠着观看，以获得立体视觉效果。这将使该组织与周围区域之间关系的判断变得容易。获得良好的可视度。

另一方面，原则上讲CT用于产生躯体一个平面断层的一个图象，因而没有深度的信息。为了得到立体图象，必须从躯体多个平面断层的多个图象中产生，并需要繁复的计算。此外，由于各个平面断层之间存在间隔，所以难以产生完全的立体图象。

原则上讲，能够产生人为图象。另一方面在本发明中，不需要计算产生平面断层图象，因为本来就不产生直接层析X-射线摄影和人为图象。

下文将参考附图说明本发明的实施例。图29表示了本发明的一个以医学应用为目的的实施例。如图29所示，床11放置在地板10上。受检人体12躺在床11上。由框架装置13支撑的X-射线传感器单元14放置在床11下，而由未示出的支撑组件支撑的X-射线源15放置在床的上方。框架装置13装备有安置于地板上的框架驱动单元16，与框架驱动单元16相连接用于安装X-射线传感器单元14的组件17，框架18，和具有带等间距孔的X-射线对准组件500的X-射线遮挡组件19。框架驱动单元16沿着40所示的方向同时往复移动组件17，框架18，和X-射线遮挡组件19。X-射线源15与高强度电源20和阴极电源21相连接，以为X-射线源提供产生X-射线31所需的X-射线源预定阳极电压和阴极电压。

在本实施例中，二维或三维辐射源15包括许多比邻的所示X-射线的管。X-射线管的比邻放置产生了全角辐射范围。部分X-射线31被X-射线遮挡组件19和X-射线对准组件500阻挡，其余的X-射线X-射线通过对准组件和人体12，并进入X-射线传感器单元14。

X-射线传感器单元14包括作为其主要部件的一个受CCD驱动器22驱动的CCD。X-射线传感器单元14的输出信号提供给信号处理单元30，该处理单元包括一个图象存储器31，一个层析X-射线图象变换器32，一个显示单元33，一个图象文件34，和一个高通滤波器35。当需要时，高通滤波器与层析X-射线图象变换器32并联在图象存储器31和显示单元33之间。需要时，图象存储器31和显示单元33可以直接连接。

如图30所示，X-射线传感器单元14包括X-射线三个传感器元件14A1，4B和14C，其每一个都有一针孔组件40(空间滤波器)和一传感器41。该传感器由闪烁器41A，图象增强器41B，光学系统41C，和二维存储式CCD图象传感器41D构成。

物体是静止的，而遮挡组件，X-射线对准板500和包含有空间滤波器40的传感器41固定在框架18上。如图29所示，框架18由框架驱动单元16驱动做往复运动。在图30中，三个存储式图象传感器排列成一行。假设三个传感器沿着框架移动方向的垂直方向排列三行。那么，框架每往复运动一次将得到18(＝3×3×2)个平面断层的图象。假设框架在1秒内往复运动10次，则可在1秒钟内得到180(＝3×3×2×10)个图象。

由CCD驱动器22向CCD图象传感器41D提供驱动信号，以使其中存储电荷的运动速度等于物体各个平面断层的运动速度。CCD图象传感器的输出信号被存储于图象存储器31中。当不需要转换平面断层的角度时，图象信号被转移的显示单元33和用于图象显示的图象文件34中记录，而不加载到断层图象变换器32中。当需要不平行于物体等效运动方向(或与之成某个角度)的平面断层图象时，图象被转换到图象变换器32中的一个所需角度，然后转移到显示单元33和图象文件34中。在此情况下，根据需要图象转换电路32可以包括高通滤波器35。

现在将参考图31到35说明本发明的另一个实施例。在图31中，物体100是一个用连续铸机生产的钢板，并处于高温赤热状态。物体沿箭头所示方向移动。物体有图32所示的形状，且通常有150mm厚，约1到3m宽，和大约100m长。物体沿着箭头的方向以大约每秒0.1m的速度移动。钢板的截面如图32所示是矩形的。

钢板层析X-射线摄影的主要目的是检验产品的缺陷。缺陷包括外来材料造成的杂质，表面裂痕，近表面裂痕，近表面孔隙等等。这些缺陷中，重要的是近表面裂痕。这种裂痕是有害的，很可能在随后的轧制过程中遗留下来或扩大。存在于内部的裂痕在随后的轧制过程中可以压实，所以它们是无害的。此外，外来材料无论它们在哪里都是有害的。

如上所述，对钢板的整个厚度作全面检验不适合于在线检验，而需要厚度方向的平面断层检验。最终是需要平面断层图象。

在图31中，高强度电源20为二维或三维排列的X-射线管15提供了一个高电压。每个X-射线管的阴极由阴极电源21加热。为了保护X-射线管不受周围高温环境的影响，它们被装入一个X-射线管容器39A内并用水冷管39B供应的水进行冷却。在容器的X-射线发射端放置一个热反射板15A，它是对赤热的钢板有良好反射性能的镍板。

X-射线管15发出的X-射线透过作为物体的钢板，并进入图30所示的X-射线传感器单元14。在该X-射线传感器单元中，X-射线通过针孔40而进入相应CCD的图象传感器41D。在物体100的移动方向上图象传感器的数量至少为三个，而自宽度方向上从几个到上百个，这取决于测量的宽度。由于在物体移动方向上至少有三个图象传感器，所以物体至少有三个平面断层，诸如上，中，下表面层，可以成象。

平面断层的图象信号如图34被处理。在图34中，纵坐标表示CCD的输出而横坐标为宽度方向。当有裂痕存在的情况下，在其所在位置X-射线透过增加，信号强度随之增加。与预定检验电平比较，判断是否为缺陷。CCD图象传感器41D的输出信号由图象存储器31，高通滤波器35，和异常图象核对电路37处理。判断的结果输出到报警器38。异常图象被存储在图象存储器36中并输出到显示单元33。与X-射线管一样，CCD图象传感器41D也装在一个水冷容器中以隔热。

在图31中，表示了检验物体的三个平面断层的安排。为了增加受检平面断层的数量，可以增加物体移动方向上的图象传感器的数量；或者可以在物体移动方向上，安排多个图31所示的那种安排组合。

参考图35说明本发明的再一个实施例。在图35中，物体是一个压铸件62。该压铸件由相同的金属模铸而成；所以它们的尺寸和形状相同。但是，在压铸件中，可能产生有孔隙这一类的缺陷，且有可能产生由小碎屑等等导致的尺寸异常。因此，检验是质量控制所必须的。但是，根据缺陷所在位置，孔隙和尺寸异常可能不成为质量和功能方面的问题。所以，需要进行平面断层检验。如图35所示，，物体100一个接一个地在传送带61上传送。该传送带辊60移动，受马达驱动器64驱动的马达63使该辊运动。

在图35中，CCD两个图象传感器41D用来检验两个平面断层。CCD图象传感器41D的输出信号存储在图象存储器51A和51B；并在图象比较器54A和54B中，与参考图象存储器52A和52B从合格物体参考图象文件53中提供的信号进行比较。根据比较的结果，确定为有缺陷的物体的图象被显示在显示器33上，且报警器55发出一个缺陷指示信号到门驱动器56。响应于该异常指示信号，门驱动器打开门57，以除去有缺陷的物体

其他的优点和变化对本领域的普通技术人员而言将是显见的。所以，更广义上的本发明不局限于本文所述和所示的具体细节和代表性的实施例。因此各种变化没有脱离开权利要求书等所限定的本发明总的构思的精神和范围。

Claims (12)

1.一种对物体进行X-射线成象的系统，包括：

一个用于产生会聚于一给定位置的X-射线束的会聚式X-射线发生单元；

一个与该X-射线发生单元相对置的X-射线传感器单元，且物体介于两者之间；

一个位于物体与X-射线传感器单元之间的针孔组件；及

一个用于处理X-射线传感器单元输出信号的信号处理单元。

2.根据权利要求1的系统，进一步包括：使X-射线发生单元，针孔组件，和X-射线传感器单元相对于物体移动的机构。

3.根据权利要求1的系统，其中X-射线传感器单元包括一种存储式二维X-射线传感器，它具有按照对应于物体与X-射线传感器单元相对移动速度的速度移动存储电荷的机构。

4.根据权利要求1的系统，其中会聚式X-射线发生单元包括多个平行排列的会聚式X-射线发生器。

5.根据权利要求4的系统，其中X-射线传感器单元包括一种移动和存储式CCD，在其每一个中，所存储的电荷被移动和累加；及用于以一个对应于物体内特定平面断层与移动存储式CCD相对移动速度的速度移动移动与存储式CCD中的存储电荷的机构。

6.根据权利要求1的系统，其中信号处理系统包括一个高通滤波器。

7.根据权利要求1的系统，其中针孔组件有一个设定的孔直径，以使辐射的会聚与发散角为50度或更高。

8.根据权利要求1的系统，其中针孔组件和X-射线传感器单元彼此靠近放置的。

9.根据权利要求1的系统，其中针孔组件包括一针孔板和一狭缝板。

10.根据权利要求1的系统，进一步包括一个介于X-射线发生单元和物体之间的对准组件，它用于防止那些不落在X-射线传感器单元上的辐射对物体曝光。

11.根据权利要求10的系统，其中对准组件包括平行排列且具有许多孔的第一和第二对准板，第二对准板上的每个孔中心坐标相对于第一对准板上相应孔的中心坐标成比例缩小或放大。

12.一种对物体进行X-射线成象的方法，包括以下步骤：

产生X-射线束以使其会聚于一个预定点上；

用X-射线照射物体；

检测经针孔组件而透过物体的X-射线；

及处理X-射线检测信号。

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