CN201173903Y - 跳点扫描辐射成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及跳点扫描辐射成像装置，属于辐射成像安全检测设备领域，该装置包括辐射源，依次设置在该辐射源的射线束出射方向上的狭缝准直器、点扫描产生器、透射探测器、背散射探测器，以及分别与透射探测器和背散射探测器相连的计算机，该点扫描产生器采用转筒式跳点扫描产生器，该转筒壁上设置有离散分布的孔径或切槽；旋转时产生来回跳跃扫描的笔形射束。该装置还包括由可见光光源和反射镜构成的光学对位器。本实用新型的跳点扫描产生器，体积小，重量轻，转动惯量小，刚度和质量对称性好，在高速旋转时稳定；笔形射束的亮度和形状一致性好，检测近地物体死角小。本实用新型还可在不开通辐射源的情况下对整个成像系统进行精确对位和调整。本装置可用于固定式、车载或便携式的具有背散射成像的检测系统。

Description

跳点扫描辐射成像装置

技术领域

本实用新型属于辐射成像安全检测设备领域，特别涉及一种新型点扫描产生装置。

背景技术

X射线或伽马射线在物体中的背散射，对低原子序数元素比透射敏感，可藉以突显毒品和爆炸物。已被用来和透射成像一起组成新型安检成像装置。此种装置的一种结构如图1所示。辐射源1(X射线源或伽玛射线源)的射线被狭缝准直器2准直成扇形射线束3，射入被检物体4，透过物体的透射射线5到达透射探测器6的各单元，由计算机9得到一列透射图像。另一部分射线通过康普顿散射形成背散射7，被背散射探测器8的各单元接收，由计算机得到一列背散射图像。物体通过扇形射线束3后，就可得到物体的整幅透射图像和背散射图像。但是物体的背散射很弱，每个背散射探测器单元接收到的射线又只占总背散射的很少一部分；在成像速度有一定要求时，统计噪声大，图像灰度分辨率差。

70年代发展了一种转轮飞点扫描装置(美国专利Re.28,544)，改进了背散射成像系统，其结构如图2所示。辐射源1(X射线源或伽玛射线源)的射线被狭缝准直器2准直成扇形射束3。扇形射束通过点扫描产生器10(本图中为有狭缝的转轮)，产生上下来回移动的笔形射线11，对被检物体4进行扫描(称飞点扫描)。对应于笔形射线某一位置所产生的背散射7，全都来自物体内同一扫描点的射束沿线元素信息，用大面积背散射探测器8接收，作为背散射图像一个像素的信息。透射射线5也用大面积透射探测器6接收，作为透射图像一个像素的信息；该装置整体结构如图2(a)所示。由于一个像素获取了多得多的射线，统计噪声小，灰度分辨率好。在笔形射束移动时，计算机9根据转轮同步信号的信息可以知道笔形射束的垂直位置，就可生成一列透射图像和反散射图像。物体4通过该装置后，就可得到物体的整幅透射图像和背散射图像。但是由转轮狭缝和准直器狭缝所形成的射线通过孔，如图2(b)所示，其形状、大小和移动速度随转轮的转角变化，而且它的法线也不沿射线张角对准辐射源；所形成的笔形束亮度和粗细因飞点位置而变，一致性不好。近年改进为将辐射源置于转轮中心的结构(美国专利US 7,099,434 B2)，射线通过转轮上的几个径向小管准直器形成飞点扫描的笔形射束，其粗细和亮度恒定，而且都对准辐射源。此种结构已用于产品，但结构复杂，体积、重量和功率都比较大。而且这种将辐射源置于转轮中心的结构，辐射源离地面较高(除非转轮的一半装到地下)，不能产生近地的平行束，用竖直的探测器检测近地物品死角大，需在物品下方也安置探测器(如图2中6的横向部分)。对于采用传送带传送被检物体的系统，虽结构复杂但还可行；对于车载的扫描地面货车的成像系统，在物体下方设置探测器就不可行了。80年代已有人提出用透刻螺旋槽的转筒替代转轮，可以减少体积(美国专利US4745631)。但刻透的螺旋槽使转筒刚性不好；螺旋槽产生的笔形射束亮度和粗细也随飞点位置而变；所设计的辐射源也离地较高。一直未见用于实际产品。

发明内容

本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种转筒跳点扫描辐射成像装置，本实用新型采用的转筒式点扫描产生器，具有刚性好，体积小，重量轻；不同张角的笔形射束具有一致的亮度和扫描速度，检测近地物体死角小等优点。

本实用新型设计的跳点扫描辐射成像装置，该装置包括辐射源，依次设置在该辐射源的射线束出射方向上的狭缝准直器、点扫描产生器、透射探测器、背散射探测器，以及分别与透射探测器和背散射探测器相连的计算机，其特征在于，所述点扫描产生器采用转动轴与点扫描方向平行的转筒式点扫描产生器，该转筒壁各转角上设置有让笔形射束通过的孔径或切槽，该装置还包括由可见光光源和反射镜构成的光学对位器。

所述点扫描产生器的转筒壁上的每个孔径，是对应于一射线张角的一对孔或一根嵌入针管；对应转筒的一个转角只设有一个孔径，各孔径与对应的射线张角的大小呈离散分布。

所述点扫描产生器的转筒壁上每个表层切槽对应一个射线张角，该切槽与准直器的垂直狭缝形成射线通过孔；各转筒各转角的切槽对应的射线张角的大小呈离散分布或连续分布。

所述点扫描产生器的转筒为空心金属圆筒，或内填低密度材料的金属圆筒，或金属圆柱之一种。

本实用新型的特点及良好效果：

本实用新型提出的转筒跳点扫描辐射成像装置，其辐射源近地放置，可以通过转筒式点扫描产生器产生近地平行束，检测近地物体死角小；所以不必将任何探测器置于被检物体下方。用于固定式安检系统便于在室内安装和更换位置，用于车载式安检系统更是方便。本实用新型的转筒点扫描产生器为转动轴与点扫描方向平行的金属转筒，因而直径可以小，重量和转动惯量也小；通过射线的孔径或切槽离散分布，刚性好，质量对称性好；并且不同张角的笔形射束具有一致的亮度和扫描速度。为了使本成像系统的辐射源、准直器、点扫描产生器和探测器精确对位，在辐射源前安装可见光反射镜，利用可见光对整个成像系统进行精确安装、调试和校准，而不必在开通X射线或伽玛射线下作业。

附图说明

图1是已有的扇形束扫描背散射成像系统结构示意图。

图2是已有的转轮飞点扫描背散射成像系统结构示意图；其中，图2(a)为整体结构示意图，图2(b)为狭缝准直器与点扫描产生器的位置关系示意图。

图3是本实用新型设计的转筒跳点扫描辐射成像装置结构框图。

图4是本实用新型设计的跳点扫描转筒实施例1的离散孔径分布示意图。

图5是本实用新型设计的跳点扫描转筒实施例2的离散切槽分布示意图。

图6是本实用新型设计的跳点扫描转筒实施例2的连续切槽分布示意图。

具体实施方式

本实用新型设计的跳点扫描辐射成像装置结合附图及实施例详细说明如下：

本实用新型设计的跳点扫描辐射成像装置，其结构如图3所示，该装置包括辐射源1(X光机或伽玛射线源)，依次设置在辐射源1的射线束射出方向上的狭缝准直器2、点扫描产生器10、透射探测器6、背散射探测器8，以及分别与透射探测器6和背散射探测器8相连的计算机9，上述各部件除点扫描产生器10外均可采用已有的辐射成像装置的相同部件。本实用新型的点扫描产生器10采用转动轴与点扫描轨迹平行的转筒扫描产生器，该转筒壁上设置有使射线成为具有不同张角笔形射束的离散孔径或切槽。

本辐射成像装置比已有的飞点扫描装置要求更高的安装精度，为此还设计一个对整个成像装置进行校正的光学对位器，该光学对位器的实施例由设置在辐射源1前面与辐射源射线呈45度角的玻璃反射镜12和可见光光源13组成；可见光光源13的光束14在反射镜通过直角反射射向狭缝准直器。通过狭缝形成可见光扇形束，可以在不用X射线或伽玛射线的安全环境下，对整个成像装置进行校正。校正辐射源、准直器、点扫描产生器和探测器的精确对位，校正跳点扫描的扫描范围和笔形束的均匀性等。使本成像系统的安装和维护十分方便。所安置的玻璃反射镜对200kV左右的X光或更高能量的伽玛射线，基本不影响其通过。

本实用新型的转筒式点扫描产生器10有两种实施例结构：

第一种为离散孔径结构的转筒式跳点扫描产生器，如图4所示。该结构为在空心金属转筒的一边和对边钻有成对的入射孔(图中用黑色圆点表示)和出射孔(图中用圆圈表示)。每对入射孔和出射孔形成的孔径对应扇形射束3的一个张角，例如入射孔15和出射孔16形成的孔径产生笔形射束11。离散的张角数量决定于图像每列所需的像素数N，例如N＝360。在转筒的每一个转角(例如每个相隔1度的转角)，只有一对孔径对准狭缝准直器2的狭缝；产生一根具有一定张角的笔形射束。张角大小采取间隔循环取点的方法，使其呈离散分布(如果按照扇形射束的张角和转筒转角从大到小在转筒上顺序钻孔，这些孔将连成一条螺旋斜缝而丧失转筒刚度)。循环取点的像素间隔约为列像素数N的开方，可使各孔有足够距离，并基本均匀分布于转筒表面。既保证了转筒的刚度，又使转筒各向质量比较均匀，在高速旋转时比较稳定。转筒旋转时所产生的笔形射束不是连续移动的飞点，而是来回跳跃的跳点，所以称为跳点扫描。实现本实施例时，只要将孔径的分布模型输入计算机，计算机不难从转筒的同步信号排列跳点扫描数据而生成正确图像。目前的工艺可以使毫米级小孔精确加工，或在孔径位置嵌入一根针管，以获得笔形射束亮度和截面的一致性。由于转筒式结构可以将最低孔径选为平行地面的孔径，就可减小检测近地物体的扫描死角。所以本实用新型的辐射源可以近地安装，仰角上射。探测器可以全安装在地面以上。无论对于固定式或车载式的系统，工程上都容易实现。

第二种为离散切槽结构的转筒式跳点扫描产生器，如图5所示。该结构是在内填低密度材料的金属转筒10的外表面刻制多个切槽17，每个切槽对应扇形射线3的一个张角，各切槽在转筒的圆周上基本均匀地间隔分布，但包括了所有张角(离散的张角数量决定于所需的列像素数N)。狭缝准直器2的狭缝对准切槽的内边，在转筒的每一个转角，只有一个切槽可以通过射线。所有切槽对应的张角的大小呈离散分布，转筒旋转时便产生跳点扫描的笔形射束11。只要将切槽的分布模型输入计算机，计算机不难从转筒的同步信号排列跳点扫描数据而生成正确图像。切槽的加工可能比钻孔容易，但斜缝准直器2形成的扇形束要足够薄而均匀，和转筒切槽对位也要精确，才能产生比较一致的笔形束。

由于切槽只在转筒表层，在所用射线能量较高而所需转筒厚度足够大时(可采用金属圆柱)，也可使切槽间距为1个像素，使切槽连续排列而易于加工，并不明显损失转筒刚性。如图6所示。此种转筒产生的跳点扫描是间隔最小(1个像素)的跳点扫描。

本实用新型的各部件的设置及工作原理：如图3所示，辐射源1置于贴地位置，发射仰角等于和大于零。射线被狭缝准直器2准直成扇形射束3。扇形射束通过转筒跳点扫描产生器10，形成沿垂直方向跳点扫描的笔形射线11，对物体4进行跳点扫描。对应于笔形射线某一位置所产生的背散射7，用一对面积很大的背散射探测器8接收，作为背散射图像一个像素的信息。透射射线5由透射探测器6接收，作为透射图像一个像素的信息。无论转筒式点扫描产生器10采用离散孔径结构还是切槽结构，最低的笔形射线都可平行地面，不需在物体下方安置探测器就可对近地物体进行逐点扫描，检测死角很小。工程上十分方便可行。

Claims (4)

1、一种跳点扫描辐射成像装置，该装置包括辐射源，依次设置在该辐射源的射线束出射方向上的狭缝准直器、点扫描产生器、透射探测器、背散射探测器，以及分别与透射探测器和背散射探测器相连的计算机，其特征在于，所述点扫描产生器采用转动轴与点扫描方向平行的转筒式点扫描产生器，该转筒壁的各转角上设置有让笔形射束通过的孔径或表层切槽；还包括由可见光光源和反射镜构成的光学对位器。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述点扫描产生器的转筒壁上的每个孔径，是对应于一射线张角的一对孔或一根嵌入针管；对应转筒的一个转角只设有一个孔径，各孔径与对应的射线张角大小呈离散分布。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述点扫描产生器的转筒壁上的每个表层切槽对应一个射线张角，该切槽与准直器的垂直狭缝形成射线通过孔；各转筒转角的切槽对应的射线张角的大小呈离散分布或连续分布。

4、如权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述点扫描产生器的转筒为空心金属圆筒，或内填低密度材料的金属圆筒，或金属圆柱之一种。

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