CN203191332U - 射线发射装置及成像系统 - Google Patents
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Abstract
一种射线发射装置包括：发出射线的射线源；以及旋转机构，该旋转机构能够围绕旋转轴线转动，该旋转机构的部分可围绕射线源转动，并且该旋转机构的部分具有能够使射线通过的开口，该旋转机构的所述开口包括狭缝。同现有技术相比，本实用新型使一次扫描同时形成透射图像和背散射图像，将背散射和透射成像技术集成一体，既能有效鉴别低原子序数的物质，又能很好的对深层物品进行鉴别，既提高了扫描速度又提高了物品的鉴别能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种射线发射装置及成像系统。
背景技术
透射成像技术适合于要求高穿透性、高空间分辨等要求的监测，它对高密度和高原子序数材料更加灵敏，对低密度、低原子序数物质灵敏度稍差。
通过背散射技术成像，可以探测被检物的结构，使低密度、低原子序数物质，如炸药、雷管等，在图像背景中突显出来。尤其适合表面有一定遮挡物的危险品监测。
背散射和透射成像作为单独扫描系统已经广泛应用，但是需要同时进行背散射和透射成像系统和方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供射线发射装置、成像系统和检查方法，由此同时进行背散射和透射成像。
根据本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种射线发射装置，该射线发射装置包括：发出射线的射线源；以及旋转机构，该旋转机构能够围绕旋转轴线转动，该旋转机构的部分可围绕射线源转动，并且该旋转机构的部分具有能够使射线通过的开口，该旋转机构的所述开口包括狭缝。
根据本实用新型的一方面，所述旋转机构的所述部分是环状部分。
根据本实用新型的一方面，所述狭缝大致在同一平面上。
根据本实用新型的一方面，所述平面与旋转机构的旋转轴线大致垂直。
根据本实用新型的一方面，所述射线发射装置还包括与射线源连接的射线导引装置，该射线导引装置具有与射线源连接的射线进口，以及使射线从该射线导引装置射出的射线出口，所述旋转机构的所述部分能够在该射线导引装置的射线出口上相对于所述射线导引装置的所述射线出口转动。
根据本实用新型的一方面，所述开口包括两个在圆周方向上间隔开的所述狭缝。
根据本实用新型的一方面，所述开口还包括在旋转机构的所述部分中与所述狭缝在圆周方向上间隔开的笔形射线束孔。
根据本实用新型的一方面，通过射线导引装置将射线源发出的射线束形成为扇形射线束。
根据本实用新型的一方面，所述射线导引装置设置在所述射线源与所述旋转机构的所述部分之间。
根据本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种成像系统，所述成像系统包括：上述射线发射装置；以及用于检测射线发射装置发出的射线的探测器。
根据本实用新型的一方面，所述探测器是用于检测所述射线发射装置发射的射线在被检查物体上散射的背散射射线的背散射探测器；以及用于检测所述射线发射装置发射的、透过被检查物体后的射线的透射探测器中的至少一种。
根据本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种检查方法，所述检查方法包括：形成扇形射线束，该扇形射线束逐渐从零度扇形角增加到预定扇形角。
根据本实用新型的一方面，在该扇形射线束达到预定扇形角时，利用透射探测器接收透过被检查物体后的所述扇形射线束以获得透过数据。
根据本实用新型的一方面，所述检查方法还包括：在该扇形射线束逐渐从零度扇形角增加到预定扇形角的过程中，利用背散射探测器接收扇形射线束在被检查物体上散射的背散射射线以获得背散射数据或背散射信号。
根据本实用新型的一方面，所述预定扇形角是最大扇形角。
根据本实用新型的一方面，所述检查方法还包括：使扇形射线束逐渐从预定扇形角减小到零度扇形角，以及利用背散射探测器接收扇形射线束在被检查物体上散射的背散射射线以获得背散射数据或背散射信号。
根据本实用新型的一方面，所述检查方法还包括：在形成扇形射线束之前，形成笔形射线束；以及利用背散射探测器接收笔形射线束在被检查物体上散射的背散射射线以获得背散射数据或背散射信号。
根据本实用新型的一方面，所述检查方法还包括：形成笔形射线束；以及利用背散射探测器接收笔形射线束在被检查物体上散射的背散射射线以获得背散射数据或背散射信号。
根据本实用新型的一方面，被检查物体的一列被检查区域中的一个区域的物质信息，通过从一列被检查区域中的、包含所述一个区域的多个区域获得的背散射信号减去从该多个区域除去所述一个区域剩余的区域所获得的背散射信号而获得。
根据本实用新型的一方面，在该扇形射线束逐渐从零度扇形角增加到预定扇形角时，在被检查物体上产生N个检查区域，扇形射线束的照射范围从第一检查区域延伸至第N检查区域，所述检查方法包括：在扇形射线束的照射范围处于第一检查区域时，利用背散射探测器获得表示第一检查区域的物质信息的背散射信号S1；在扇形射线束的照射范围处于第一检查区域至第i-1检查区域时，利用背散射探测器接收从第一检查区域至第i-1检查区域散射的背散射射线以产生背散射信号Si-1；在扇形射线束的照射范围处于第一检查区域至第i检查区域时，利用背散射探测器接收从第一检查区域至第i检查区域散射的背散射射线以产生背散射信号Si；以及将背散射信号Si减去背散射信号Si-1获得表示第i检查区域的物质信息，其中i为等于2至N的自然数。
根据本实用新型的一方面，在该扇形射线束逐渐从预定扇形角减小到零度扇形角时，在被检查物体上产生N个检查区域，扇形射线束的照射范围从第一检查区域至第N检查区域逐渐减小到第一检查区域，所述检查方法包括：在扇形射线束的照射范围处于第一检查区域至第i检查区域时，利用背散射探测器接收从第一检查区域至第i检查区域散射的背散射射线以产生背散射信号Si；在扇形射线束的照射范围处于第一检查区域至第i-1检查区域时，利用背散射探测器接收从第一检查区域至第i-1检查区域散射的背散射射线以产生背散射信号Si-1；将背散射信号Si减去背散射信号Si-1获得表示第i检查区域的物质信息；以及在扇形射线束的照射范围处于第一检查区域时，利用背散射探测器获得表示第一检查区域的物质信息的背散射信号S1，其中i为等于2至N的自然数。
根据本实用新型的一方面，所述检查方法还包括：对背散射数据进行处理，其中通过对背散射数据进行处理，根据处理结果判断被检查物体上是否有违禁物品。通过对透射数据进行处理，根据处理结果判断被检查物体中是否有违禁物品。
本实用新型通过间隔的形成飞点和扇形束，使扫描系统一次扫描同时形成透射图像和背散射图像，既能有效解决低原子序数物质的灵敏度，又能很好地解决深层物品的监测。
附图说明
图1是根据本实用新型的成像系统的示意立体图，其中扇形射线束经过狭缝发射。
图2是根据本实用新型的成像系统的示意立体图，其中笔形射线束经过笔形射线束孔发射。
图3是根据本实用新型的成像系统的旋转机构的狭缝和笔形射线束孔的位置关系的示意图。
图4是根据本实用新型的成像系统的旋转机构的两个狭缝的位置关系的示意图。
图5(a)和图5(b)分别是本实用新型的背散射信号幅值P在背散射减影处理前后的示意图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示信号幅值P。
图6是根据本实用新型的成像系统的射线发射装置的示意图。
图7a至图7d示出了根据本实用新型的实施例的背散射信号的减影处理的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
如图1-2所示，根据本实用新型的成像系统100包括：射线发射装置102；用于接收所述射线发射装置102发射的射线在被检查物体上散射的背散射射线的背散射探测器4；以及用于接收所述射线发射装置102发射的、透过被检查物体后的射线的透射探测器5。背散射探测器4可以是平板探测器，透射探测器5可以是阵列探测器。成像系统100能够同时进行背散射和透射成像。
如图1-4、6所示，根据本实用新型的射线发射装置102包括：发出射线的诸如X光机的射线源3；与射线源3连接的射线导引装置2，该射线导引装置2具有与射线源3连接的射线进口，以及使射线从该射线导引装置射出的射线出口；以及旋转机构1，该旋转机构1具有能够转动的环状部分11，该环状部分11的内表面覆盖该射线导引装置2的射线出口，并且该环状部分11具有能够使射线通过的开口。射线导引装置2由射线屏蔽材料形成并且可以是准直器。如果射线源3发出的射线已经经过准直，可以省去射线导引装置2。旋转机构可以不包括环状部分，作为选择，旋转机构也可以包括其它形状的部分，例如仅仅包括环状部分的一部分。
如图1、2、3、4所示，所述射线源3大致在所述旋转机构的旋转中心C。例如，射线源3的靶点大致在旋转中心C。射线源3设置在机架6上。可以根据需要控制射线源3发出射线以及停止发射射线。
诸如电机和减速器的驱动装置12与旋转机构1连接，并驱动旋转机构1转动。旋转机构1的环状部分11或其它部分上安装有位置感应开关，当旋转机构1绕着射线源3旋转时，实时反馈环状部分11或其它部分的位置信息。如图6所示，旋转机构1通过轴承座17固定在机架6上，同时，旋转机构1通过联轴器18与电机12连接。旋转机构1由射线屏蔽材料形成。旋转机构1可以在正反两个方向上旋转。
如图1、2所示，所述开口包括沿所述环状部分11的圆周方向设置的狭缝13和与狭缝13在圆周方向上间隔开的笔形射线束孔14。狭缝可以是扇形射线束缝。狭缝13可以大致在一个平面上。如图3所示，笔形射线束孔14具有中心线，所述中心线通过所述环状部分的旋转中心C，并且所述狭缝14相对于所述中心线对称。
如图4所示，作为选择，所述开口包括两个沿所述环状部分11的圆周方向设置并且在所述环状部分11的圆周方向上间隔开的狭缝13。两个狭缝13的扇形角可以不大于90度。两个狭缝13中的每一个都大致相对于通过所述环状部分11的旋转中心C的直线对称。
如图1-2所示，所述射线导引装置2可以具有大致扇形形状。通过射线导引装置2将射线束形为一扇形射线束。所述射线导引装置2设置在所述射线源3与所述旋转机构1的环形部分11之间。所述射线导引装置2与所述旋转机构1之间形成迷宫结构，以防止射线从所述射线导引装置2与所述旋转机构1之间泄露。例如，所述射线导引装置2的扇形屏蔽体与所述旋转机构1的旋转屏蔽体采用非接触的迷宫屏蔽设计，确保射线不泄露。射线导引装置2的扇形屏蔽体上的扇形缝和旋转机构1的环形部分11的狭缝在同一平面内。
当成像系统100运行时，电机12带动旋转机构的环形部分11旋转，扫描过程中，射线源3释放出一定能量的射线，通过扇形射线导引装置2将射线束形成为扇形射线束，当旋转机构的环形部分11转到如图1所示的位置时，向通道释放扇形射线束15，通过位置感应开关反馈的位置信息，阵列探测器5采集透射信息。
环形部分11与扇形射线导引装置2的相对运动，扇形射线束15由最初的单点逐渐扩大成整个扇面，随后扇面逐渐变小，到最后没有射线，而通道15中受照物体也是按序从一个方向逐渐扩展到整体受照射，并从另一个方向逐渐消失。平板探测器4每一时刻采集到的信号，是反映当前形状扇形射线束照射物体后背散射信息，如果信号采集时间足够快或者通道中物体移动较慢时，前后采集到的信号有大部分是重叠信息，即后者有前者的影子，两者相差的信息即反映扇形射线束扩展后受照物体的信息。
图5(a)和图5(b)分别是本实用新型的背散射信号幅值P在背散射减影处理前后的示意图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示信号幅值P。如图5(a)和图5(b)所示，通过减影算法处理形成带有位置信号的背散射信息。具体而言，图5(a)是没有进行减影算法处理的信号幅值P的示意图，图5(b)是通过对相邻信号幅值P进行相减处理而获得的减影算法处理后的信号的示意图。
在扇形射线束由0角度的扇形角逐渐扩大时，平板探测器4采集扇形射线束的背散射信息，通过减影算法处理形成带有位置信号的背散射信息。旋转机构的环形部分11继续旋转，在扇形射线束由最大扇形角逐渐缩小到0度扇形角后，旋转机构1的笔形射线束孔14释放出笔形射线束16，如图2所示，平板探测器4采集笔形射线束的背散射信息，通过旋转机构的位置反馈附加位置信号。这样旋转机构的环形部分旋转一周，阵列探测器5和平板探测器4分别获取透射信息和背散射信息，分别生成透射图像和背散射图像。
如图4所示，采用狭缝13时，采用狭缝13和“减影处理”可以获得背散射图像。可以根据实际要求，采用一个狭缝13，或多个狭缝13，或者采用一个狭缝13和一个笔形射线束孔14。
本实用新型中，扇形射线导引装置2与射线源3连接，形成一定宽度的扇形射线束，扇形射线束的扇形张角由需被监测物的高度决定；旋转机构大致以射线源为圆心进行旋转，旋转机构的一侧开有狭缝，狭缝的扇形张角可以不大于扇形射线导引装置的扇形张角，另一侧开有透射小孔，旋转机构和扇形射线导引装置之间形成迷宫结构，既不妨碍旋转机构的旋转，又能保证射线只从旋转机构的狭缝或者透射小孔射出，旋转机构每旋转一周，就可以形成一次完整的扇形射线束和一串连续的飞点光斑；旋转机构位置感应开关随时向上位机反馈旋转机构的旋转位置；平板探测器采集背散射射线信号，可以布置若干块平板探测器，平板探测器通过时序信息转化成位置信息；线阵列探测器处于束流的正前方，由纵向排布的笔形探测器组成，采集透过被监测物后透射信号，形成透射图像。旋转机构每旋转一周，线阵列探测器就采集一列透射信号，平板探测器采集一列飞点背散射信号，形成透射和背散射图像。同时在狭缝出束时，通过时序控制，可以采集一系列背散射信号，并通过减影处理得到更多背散射图像。
下面描述根据本实用新型的检查方法。
在步骤11，形成扇形射线束，该扇形射线束逐渐从零度扇形角增加到预定扇形角，在该扇形射线束逐渐从零度扇形角增加到预定扇形角的过程中，可以利用背散射探测器接收扇形射线束在被检查物体上散射的背散射射线以获得背散射信号。所述预定扇形角可以是最大扇形角。显然，可以在预定扇形角时使射线源停止发出射线。
在步骤13，在该扇形射线束达到预定扇形角时，利用透射探测器接收透过被检查物体后的所述扇形射线束以获得透过数据。
在步骤15，使扇形射线束逐渐从预定扇形角减小到零度扇形角，以及利用背散射探测器接收扇形射线束在被检查物体上散射的背散射射线以获得背散射数据或背散射信号。例如，可以使旋转机构倒转，使扇形射线束逐渐从预定扇形角减小到零度扇形角。
在步骤17，形成笔形射线束；以及利用背散射探测器接收笔形射线束在被检查物体上散射的背散射射线以获得背散射数据或背散射信号。作为选择，可以在形成扇形射线束之前，形成笔形射线束；以及利用背散射探测器接收笔形射线束在被检查物体上散射的背散射射线以获得背散射数据或背散射信号。
在步骤19，对背散射数据进行处理，根据处理结果判断被检查物体上是否有违禁物品，并且对透射数据进行处理，根据处理结果判断被检查物体中是否有违禁物品。
如图7a、7b、7c、7d所示并参照图1、3，在扇形射线束15逐渐从零度扇形角增加到预定扇形角时，在被检查物体25上产生N个检查区域P1至Pn，扇形射线束15的照射范围从第一检查区域P1延伸至第N检查区域Pn，所述检查方法还包括：在扇形射线束15的照射范围处于第一检查区域P1时，利用背散射探测器4获得表示第一检查区域P1的物质信息的背散射信号S1；在扇形射线束15的照射范围处于第一检查区域P1至第i-1检查区域Pi-1时，利用背散射探测器4接收从第一检查区域P1至第i-1检查区域Pi-1散射的背散射射线21以产生背散射信号Si-1；在扇形射线束15的照射范围处于第一检查区域P1至第i检查区域Pi-1时，利用背散射探测器4接收从第一检查区域P1至第i检查区域Pi散射的背散射射线21以产生背散射信号Si；以及将背散射信号Si减去背散射信号Si-1获得表示第i检查区域Pi的物质信息，其中i为等于2至N的自然数。
如图7a、7b、7c、7d所示并参照图1、3，在该扇形射线束15逐渐从预定扇形角减小到零度扇形角时，在被检查物体25上产生N个检查区域P1至Pn，扇形射线束15的照射范围从第一检查区域P1至第N检查区域Pn逐渐减小到第一检查区域P1，所述检查方法还包括：在扇形射线束15的照射范围处于第一检查区域P1至第i检查区域Pi时，利用背散射探测器4接收从第一检查区域P1至第i检查区域Pi散射的背散射射线21以产生背散射信号Si；在扇形射线束15的照射范围处于第一检查区域P1至第i-1检查区域Pi-1时，利用背散射探测器4接收从第一检查区域P1至第i-1检查区域散射Pi-1散射的背散射射线以产生背散射信号Si-1；将背散射信号Si减去背散射信号Si-1获得表示第i检查区域Pi的物质信息；以及在扇形射线束15的照射范围处于第一检查区域P1时，利用背散射探测器4获得表示第一检查区域P1的物质信息的背散射信号S1，其中i为等于2至N的自然数。
因此，显然除了第一检查区域P1之外，被检查物体的一列被检查区域中的一个区域的物质信息，通过从一列被检查区域中的、包含所述一个区域的多个区域获得的背散射信号减去从该多个区域除去所述一个区域剩余的区域所获得的背散射信号而获得。
下面结合图7a、7b、7c、7d详细地描述背散射减影处理。
如图7a所示并参照图1、3，当环形部分11以角速度ω旋转时，射线源3发出的射线通过环状部分11的狭缝13形成射线束15，射线束15照射在物体25的位置或区域P1上，此时，从物体25的位置或区域P1散射的背散射射线25被背散射探测器4接收，由此产生背散射信号S1，此时可以不从透射探测器5获得信号。背散射信号S1代表物体的位置或区域P1的物质信息。
如图7b所示并参照图1、3，当环形部分11以角速度ω继续旋转时，射线源3发出的射线通过环状部分11的狭缝13形成射线束15，此时狭缝13与射线导引装置2的重叠部分增加，因此射线束15变宽，射线束15照射在物体25的位置或区域P1和P2上，此时，从物体25的位置或区域P1和P2散射的背散射射线25被背散射探测器4接收，由此产生背散射信号S2，此时可以不从透射探测器5获得信号。背散射信号S2减去背散射信号S1获得的信号S2-S1代表物体的位置或区域P2的物质信息。
如图7c所示并参照图1、3，当环形部分11以角速度ω继续旋转时，射线源3发出的射线通过环状部分11的狭缝13形成射线束15，此时狭缝13与射线导引装置2的重叠部分进一步增加，因此射线束15进一步变宽，射线束15照射在物体25的位置或区域P1、P2和P3上，此时，从物体25的位置或区域P1、P2和P3散射的背散射射线25被背散射探测器4接收，由此产生背散射信号S3，此时可以不从透射探测器5获得信号。背散射信号S3减去背散射信号S2获得的信号S3-S2代表物体的位置或区域P3的物质信息。
重复上述过程直到例如狭缝13与射线导引装置2的重叠部分达到预定值，例如达到最大值或最大值的一部分，如图7d所示并参照图1、3，射线束15照射在物体25的位置或区域P1、P2、P3…Pn上，此时，从物体25的位置或区域P1、P2、P3…Pn散射的背散射射线25被背散射探测器4接收，由此产生背散射信号Sn，此时透射探测器5可以接收通过物体的透射射线23，由此产生透视信号TS1。背散射信号Sn减去背散射信号Sn-1获得的信号Sn-Sn-1代表物体的位置或区域Pn的物质信息。
通过上述方法，可以得到物体25的从上到下的一列物质信息，并且在位置或区域Pn，投射射线覆盖透射探测器5，由此可以获得一列透射信息。
随着环形部分11以角速度ω旋转，物体25相对于射线面在垂直于射线面的方向上移动，从而获得物体25的全部背散射信号和全部透射信号。
Claims (11)
1.一种射线发射装置，其特征在于，包括：
发出射线的射线源；以及
旋转机构，该旋转机构能够围绕旋转轴线转动，该旋转机构的部分可围绕射线源转动，并且该旋转机构的部分具有能够使射线通过的开口，该旋转机构的所述开口包括狭缝。
2.根据权利要求1所述的射线发射装置，其特征在于所述旋转机构的所述部分是环状部分。
3.根据权利要求1所述的射线发射装置，其特征在于所述狭缝大致在同一平面上。
4.根据权利要求3所述的射线发射装置，其特征在于所述平面与旋转机构的旋转轴线大致垂直。
5.根据权利要求1所述的射线发射装置，其特征在于，还包括与射线源连接的射线导引装置，该射线导引装置具有与射线源连接的射线进口，以及使射线从该射线导引装置射出的射线出口，所述旋转机构的所述部分能够在该射线导引装置的射线出口上相对于所述射线导引装置的所述射线出口转动。
6.根据权利要求1所述的射线发射装置，其特征在于所述开口包括两个在圆周方向上间隔开的所述狭缝。
7.根据权利要求1所述的射线发射装置，其特征在于所述开口还包括在旋转机构的所述部分中与所述狭缝在圆周方向上间隔开的笔形射线束孔。
8.根据权利要求5所述的射线发射装置，其特征在于通过射线导引装置将射线源发出的射线束形成为扇形射线束。
9.根据权利要求5所述的射线发射装置，其特征在于所述射线导引装置设置在所述射线源与所述旋转机构的所述部分之间。
10.一种成像系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1所述的射线发射装置；以及
用于接收射线发射装置发出的射线的探测器。
11.根据权利要求10所述的成像系统，其特征在于所述探测器是用于接收所述射线发射装置发射的射线在被检查物体上散射的背散射射线的背散射探测器；以及用于接收所述射线发射装置发射的、透过被检查物体后的射线的透射探测器中的至少一种。
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