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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Strahlungsdetektionstechnologien und insbesondere eine Dual-Energy-Detektionsvorrichtung, ein Dual-Energy-Detektionssystem und ein Dual-Energy-Detektionsverfahren.
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HINTERGRUND
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In einem Röntgenstrahlendetektionssystem auf dem Megavoltniveau sind die Verbesserung der Fähigkeit zur Identifizierung der effektiven Ordnungszahl für eine Substanz und die Verbesserung der Raumidentifizierungsfähigkeit zwei wichtige Aspekte, die zu entwickeln sind.
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Somit besteht der Wunsch nach einer neuen Dual-Energy-Detektionsvorrichtung, einem neuen Dual-Energy-Detektionssystem und einem neuen Dual-Energy-Detektionsverfahren.
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Die obigen in dem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung. Somit können die obigen Informationen Informationen enthalten, die keinen dem Durchschnittsfachmann bekannten Stand der Technik darstellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung schafft eine Dual-Energy-Detektionsvorrichtung, ein Dual-Energy-Detektionssystem und ein Dual-Energy-Detektionsverfahren, die die Fähigkeit zum Identifizieren eines Objekts verstärken können und Raumidentifizierungsindikatoren verbessern können.
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Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor oder werden teilweise aus der Praxis der vorliegenden Offenbarung gelernt.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Dual-Energy-Detektionsvorrichtung geschaffen. Die Vorrichtung enthält: eine erste Pixeldetektoranordnung proximal zu einer Strahlenquelle, konfiguriert zum Detektieren von Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig niedrige Energie besitzen; und eine zweite Pixeldetektoranordnung distal von der Strahlenquelle, konfiguriert zum Detektieren der Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig hohe Energie besitzen, die durch die erste Pixeldetektoranordnung gegangen sind. Die erste Pixeldetektoranordnung enthält eine Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren, wobei der erste Pixeldetektor ein erstes empfindliches Medium, eine erste lichtempfindliche Vorrichtung, eine erste Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein erstes Fenster, das mit der ersten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält, wobei die erste Einfallsebene der Strahlenquelle zugewandt ist; wobei die zweite Pixeldetektoranordnung eine einzelne Reihe von zweiten Pixeldetektoren enthält, wobei der zweite Pixeldetektor ein zweites empfindliches Medium, eine zweite lichtempfindliche Vorrichtung, eine zweite Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein zweites Fenster, das mit der zweiten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält; und wobei jeder der zweiten Pixeldetektoren dieselbe Pixelfläche wie eine entsprechende Vielzahl von ersten Pixeldetektoren davon aufweist.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das erste empfindliche Medium ein erster Szintillator; jeder der ersten Pixeldetektoren enthält den ersten Szintillator, der eine Rechteckform aufweist, und eine erste Reflexionsschicht, mit der der erste Szintillator beschichtet ist, wobei die erste Reflexionsschicht das erste Fenster freilegt; und wobei eine Seite jedes der ersten Pixeldetektoren, die dem ersten Fenster gegenüberliegt, die erste Einfallsebene ist.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das zweite empfindliche Medium ein zweiter Szintillator; und jeder der zweiten Pixeldetektoren enthält den zweiten Szintillator, der eine Rechteckform aufweist, und eine zweite Reflexionsschicht, mit der der zweite Szintillator beschichtet ist, wobei die zweite Reflexionsschicht das zweite Fenster freilegt.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält der erste Pixeldetektor ferner eine erste Datenerhebungsplatine.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält der zweite Pixeldetektor ferner eine zweite Datenerhebungsplatine.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält die Strahlenquelle eine Röntgenstrahlenquelle und eine Isotopenquelle.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Massendicke des ersten Pixeldetektors auf der Grundlage des Typs der Strahlenquelle und/oder des Typs des ersten empfindlichen Mediums und/oder der Größe des Pixels bestimmt.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Massendicke des zweiten Pixeldetektors so gewählt, dass die zweite Pixeldetektoranordnung die Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig hohe Energie besitzen, effektiv detektieren kann und wobei die Massendicke des zweiten Pixeldetektors größer als die Massendicke des ersten Pixeldetektors ist.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Dual-Energy-Detektionssystem geschaffen. Das System enthält: eine Strahlenquelle, die sich auf einer Seite eines zu detektierenden Objekts befindet; und eine Dual-Energy-Detektionsvorrichtung, die sich auf der anderen Seite des zu detektierenden Objekts befindet. Die Dual-Energy-Detektionsvorrichtung enthält: eine erste Pixeldetektoranordnung proximal zu der Strahlenquelle, konfiguriert zum Detektieren von Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig niedrige Energie besitzen, und eine zweite Pixeldetektoranordnung distal von der Strahlenquelle, konfiguriert zum Detektieren der Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig hohe Energie besitzen, die durch die erste Pixeldetektoranordnung gegangen sind. Die erste Pixeldetektoranordnung enthält eine Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren wobei der erste Pixeldetektor ein erstes empfindliches Medium, eine erste lichtempfindliche Vorrichtung, eine erste Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein erstes Fenster, das mit der ersten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält, wobei die erste Einfallsebene der Strahlenquelle zugewandt ist; wobei die zweite Pixeldetektoranordnung eine einzelne Reihe von zweiten Pixeldetektoren enthält, wobei der zweite Pixeldetektor ein zweites empfindliches Medium, eine zweite lichtempfindliche Vorrichtung, eine zweite Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein zweites Fenster, das mit der zweiten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält, und wobei jeder der zweiten Pixeldetektoren dieselbe Pixelfläche wie eine Vielzahl von ersten Pixeldetektoren davon aufweist.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält der erste Pixeldetektor ferner eine erste Datenerhebungsplatine.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält der zweite Pixeldetektor ferner eine zweite Datenerhebungsplatine.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält das System ferner eine Verarbeitungsvorrichtung, wobei die Verarbeitungsvorrichtung mit der ersten Datenerhebungsplatine bzw. mit der zweiten Datenerhebungsplatine verbunden ist, Ausgangssignale der ersten Pixeldetektoranordnung und der zweiten Pixeldetektoranordnung ausliest und auf der Grundlage der Ausgangssignale Informationen über die effektive Ordnungszahl des zu detektierenden Objekts erfasst.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält die Strahlenquelle eine Röntgenstrahlenquelle und eine Isotopenquelle.
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In Übereinstimmung mit einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Dual-Energy-Detektionsverfahren geschaffen. Das Verfahren enthält: Anordnen einer ersten Pixeldetektoranordnung proximal zu einer Strahlenquelle, konfiguriert zum Detektieren von Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig niedrige Energie besitzen, wobei die erste Pixeldetektoranordnung eine Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren enthält, wobei der erste Pixeldetektor einen ersten Szintillator, eine erste lichtempfindliche Vorrichtung, eine erste Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein erstes Fenster, das mit der ersten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält, wobei die erste Einfallsebene der Strahlenquelle zugewandt ist; Anordnen einer zweiten Pixeldetektoranordnung distal von der Strahlenquelle, konfiguriert zum Detektieren der Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig hohe Energie besitzen, die durch die erste Pixeldetektoranordnung gegangen sind, wobei die zweite Pixeldetektoranordnung eine einzelne Reihe von zweiten Pixeldetektoren enthält, wobei der zweite Pixeldetektor einen zweiten Szintillator, eine zweite lichtempfindliche Vorrichtung, eine zweite Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein zweites Fenster, das mit der zweiten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält, wobei jeder der zweiten Pixeldetektoren dieselbe Pixelfläche wie eine entsprechende Vielzahl von ersten Pixeldetektoren davon aufweist; und Anstrahlen der ersten Pixeldetektoranordnung von der ersten Einfallsebene unter Verwendung der Strahlenquelle.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält das Verfahren ferner: Lesen von Ausgangssignalen der ersten Pixeldetektoranordnung und der zweiten Pixeldetektoranordnung; und Erfassen von Informationen über die effektive Ordnungszahl eines zu detektierenden Objekts auf der Grundlage der Ausgangssignale.
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Mit der Dual-Energy-Detektionsvorrichtung, mit dem Dual-Energy-Detektionssystem und mit dem Dual-Energy-Detektionsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung wird die Fähigkeit zum Identifizieren eines Objekts verstärkt, währenddessen Raumidentifizierungsindikatoren verbessert werden.
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Es ist zu erkennen, dass die obige allgemeine Beschreibung und die folgende ausführliche Beschreibung nur veranschaulichend sind, die vorliegende Offenbarung aber nicht beschränken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben, so dass die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung besser hervorgehen.
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1 stellt schematisch eine Strukturdarstellung einer Dual-Energy-Detektionsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar;
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2 stellt schematisch eine Strukturdarstellung einer Anordnung einer Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar;
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3 stellt schematische ein Strukturdarstellung einer Anordnung einer einzelnen Reihe von zweiten Pixeldetektoren in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar;
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4 stellt schematisch eine Strukturdarstellung eines Dual-Energy-Detektionssystems in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar; und
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5 stellt schematisch einen Ablaufplan eines Dual-Energy-Detektionsverfahrens in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassender beschrieben. Allerdings können die beispielhaften Ausführungsformen auf eine Vielzahl von Arten implementiert werden und sollen nicht als auf die hier beschriebenen Implementierungen beschränkt verstanden werden. Stattdessen sind diese beispielhaften Ausführungsformen gegeben, um die vorliegende Offenbarung gründlicher und vollständiger darzustellen und die Konzepte der beispielhaften Ausführungsformen dem Fachmann umfassend zu vermitteln. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Strukturen oder Elemente. Somit werden keine weiteren wiederholten Beschreibungen davon gegeben.
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Außerdem können die beschriebenen Eigenschaften, Strukturen oder Merkmale auf geeignete Weise in eine oder in mehrere Ausführungsformen integriert sein. In der folgenden Beschreibung sind weitere Einzelheiten gegeben, so dass ein ausreichendes Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erzielt werden kann. Allerdings weiß der Fachmann, dass die technischen Lösungen der vorliegenden Erfindung ohne eine oder mehrere der spezifischen Einzelheiten verwirklicht werden können oder unter Verwendung anderer Verfahren, Komponenten, Materialien, Vorrichtungen, Schritte oder dergleichen verwirklicht werden können. Unter anderen Umständen sind üblicherweise bekannte Strukturen, Verfahren, Vorrichtungen, Praktiken, Materialien oder Operationen nicht ausführlich dargestellt oder beschrieben, um zu vermeiden, dass verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung unklar werden.
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Die in den Zeichnungen dargestellten Blockschaltpläne sind lediglich funktionale Entitäten, aber nicht notwendig physikalisch unabhängige Entitäten. Das heißt, diese funktionalen Entitäten können mittels Software implementiert werden oder diese funktionalen Entitäten oder ein Teil dieser funktionalen Entitäten können in einem oder in mehreren softwareunterstützten Modulen implementiert werden oder diese funktionalen Entitäten können in verschiedenen Netzen und/oder Prozessorvorrichtungen und/oder Mikrocontrollervorrichtungen implementiert werden.
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1 stellt schematisch eine Strukturdarstellung einer Dual-Energy-Detektionsvorrichtung 110 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
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Wie in 1 dargestellt ist, enthält die Vorrichtung 110: eine erste Pixeldetektoranordnung 120 proximal zu der Strahlenquelle, die dafür konfiguriert ist, Strahlenquellenphotonen mit verhältnismäßig niedriger Energie zu detektieren; eine zweite Pixeldetektoranordnung 170 distal von der Strahlenquelle, die dafür konfiguriert ist, die Strahlenquellenphotonen mit verhältnismäßig hoher Energie, die durch die erste Pixeldetektoranordnung 120 gegangen sind, zu detektieren. Die erste Pixeldetektoranordnung 120 enthält eine Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren, der erste Pixeldetektor enthält ein erstes empfindliches Medium, eine erste lichtempfindliche Vorrichtung 150, eine erste Einfallsebene 130 für den Einfall der Strahlenquelle und ein erstes Fenster 140, das mit der ersten lichtempfindlichen Vorrichtung 150 gekoppelt ist, wobei die erste Einfallsebene 130 der Strahlenquelle zugewandt ist; die zweite Pixeldetektoranordnung 170 Pixeln enthält eine einzelne Reihe von zweiten Pixeldetektoren, der zweite Pixeldetektor enthält ein zweites empfindliches Medium, eine zweite lichtempfindliche Vorrichtung 1100, eine zweite Einfallsebene 190 für den Einfall der Strahlenquelle und ein zweites Fenster 180, das mit der zweiten lichtempfindlichen Vorrichtung 1100 gekoppelt ist; wobei jeder der zweiten Pixeldetektoren dieselbe Pixelfläche wie eine entsprechende Vielzahl von ersten Pixeldetektoren davon aufweist.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist der erste Pixeldetektor ein Detektor mit kleinen Pixeln oder ein Niederenergiedetektor, ist der zweite Pixeldetektor ein Detektor mit großen Pixeln oder ein Hochenergiedetektor, wobei die Begriffe ”großes Pixel”, ”kleines Pixel”, ”Hochenergie” und ”Niederenergie” relativ definiert sind. Zum Beispiel kann das kleine Pixel durch Vergleich der Quergröße (d. h. der Größe in einer Richtung senkrecht zu der Einfallsrichtung des Strahls) des ersten Pixeldetektors und einer Sekundärelektronenreichweite definiert werden, wobei der erste Detektor als der Detektor mit kleinen Pixeln angesehen werden kann, wenn die Quergröße und die Sekundärelektronenreichweite im Wesentlichen äquivalent zueinander sind. Das kleine Pixel kann ebenfalls durch Vergleich der Quergröße des ersten Pixeldetektors und der Länge des ersten empfindlichen Mediums (z. B. eines Szintillators) bestimmt werden. Wenn die Quergröße des ersten Pixeldetektors um ein Zahlenniveau kleiner als die Länge des ersten empfindlichen Mediums ist, wenn z. B. die Länge des ersten empfindlichen Mediums 30 mm ist und die Quergröße des ersten Pixeldetektors kleiner als 3 mm ist, kann der erste Pixeldetektor als der Detektor mit kleinen Pixeln angesehen werden. Das große Pixel kann gleichfalls durch Vergleich der Quergröße des zweiten Pixeldetektors und der Sekundärelektronenreichweite oder durch Vergleich der Quergröße des zweiten Pixeldetektors und der Länge des zweiten empfindlichen Mediums bestimmt werden. Zum Beispiel kann der zweite Pixeldetektor als der Detektor mit großen Pixeln angesehen werden, wenn die Quergröße des zweiten Pixeldetektors und die Länge des zweiten empfindlichen Mediums auf demselben zahlenmäßigen Niveau liegen oder wenn die Quergröße des zweiten Pixeldetektors mehr als 20% der Länge des zweiten empfindlichen Mediums beträgt. Dennoch können der Detektor mit kleinen Pixeln und der Detektor mit großen Pixeln in Übereinstimmung mit dem Anwendungsszenarium gewählt werden, das in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt ist.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform wird z. B. in Abhängigkeit von den spezifischen Systemeinstellungen der Pixeldetektor, der hauptsächlich Röntgenstrahlenphotonen mit weniger als 2 Megavolt detektiert, als ein Niederenergiedetektor bezeichnet und der Pixeldetektor, der hauptsächlich Röntgenstrahlenphotonen mit mehr als 2 Megavolt detektiert, als Hochenergiedetektor bezeichnet. Dennoch können der Niederenergiedetektor und der Hochenergiedetektor in Übereinstimmung mit dem Anwendungsszenarium gewählt werden, das in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt ist.
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1 ist eine Schnittansicht einer Dual-Energy-Detektionsvorrichtung entlang einer Einfallsrichtung eines Röntgenstrahls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. Eine Niederenergiedetektoranordnung mit kleinen Pixeln befindet sich proximal zu einer Röntgenstrahlenquelle, der Röntgenstrahl ist senkrecht zu einer Empfindlichkeitsebene (d. h. der ersten Einfallsebene) und fällt auf die Detektionsvorrichtung auf, die erste lichtempfindliche Vorrichtung ist auf dem ersten Fenster angeordnet, das der ersten Einfallsebene jedes Niederenergiedetektorkanals mit kleinen Pixeln direkt zugewandt ist, und von der ersten lichtempfindlichen Vorrichtung ausgegebene Signale werden an die erste Datenerhebungsplatine gesendet. Eine Hochenergiedetektoranordnung mit großen Pixeln befindet sich auf der Rückseite der Niederenergiedetektoranordnung mit kleinen Pixeln und eine zweite lichtempfindliche Vorrichtung ist mit einer Oberfläche der Hochenergiedetektorvorrichtung mit großen Pixeln gekoppelt, wobei von der zweiten lichtempfindlichen Vorrichtung ausgegebene Signale an die zweite Datenerhebungsplatine gesendet werden. In den Zeichnungen entspricht ein Hochenergiedetektor mit großen Pixeln 2×4 Niederenergiedetektoren mit kleinen Pixeln, die sich auf der Vorderseite befinden und dieselbe Pixelfläche aufweisen.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist das erste empfindliche Medium ein erster Szintillator; jeder der ersten Pixeldetektoren enthält den ersten Szintillator, der eine Rechteckform aufweist, und eine erste Reflexionsschicht, mit der der erste Szintillator beschichtet ist, wobei die erste Reflexionsschicht das erste Fenster freilegt; und wobei eine Seite jedes der ersten Pixeldetektoren, die dem ersten Fenster gegenüberliegen, die erste Einfallsebene ist.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist das zweite empfindliche Medium ein zweiter Szintillator; und jeder der zweiten Pixeldetektoren enthält den zweiten Szintillator, der eine Rechteckform aufweist, und eine zweite Reflexionsschicht, mit der der zweite Szintillator beschichtet ist, wobei die zweite Reflexionsschicht das zweite Fenster freilegt. Eine Seite jedes der zweiten Pixeldetektoren, die dem zweiten Fenster gegenüberliegt, ist die zweite Einfallsebene.
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Der Kernbestandteil eines Strahlungsdetektionssystems auf dem gegenwärtigen Fachgebiet der Strahlungsdetektion ist die Detektoranordnung, die den Leistungsfähigkeitsindikator des Gesamtsystems direkt bestimmt. Allgemein benötigt ein Strahlungsdetektionssystem Hunderte von Detektionseinheiten bis Zehntausende von Detektionseinheiten (wobei die Detektionseinheiten in der Strahlungsbildgebung Pixel sind), wobei jede Detektionseinheit eine empfindliche Oberfläche mit einer Größe von 1 mm bis mehrere zehn Millimeter aufweist. Gegenwärtig ist der Szintillatordetektor der Mainstream-Detektor in der Strahlungsbildgebung, wobei ein Szintillatordetektor eine Vielzahl von Szintillationseinheiten (d. h. den ersten Szintillator und den zweiten Szintillator) enthält. Zur Zweckmäßigkeit der Herstellung wird allgemein eine Vielzahl von Szintillatoreinheiten in der Weise befestigt, dass sie für die Produktion und für den Einbau eine Reihe oder mehrere Reihen bilden. Ein solcher Szintillatordetektor ist hauptsächlich aus einem Szintillator (d. h. aus dem empfindlichen Medium), wobei die Peripherie eine Reflexionsschicht ist, und aus einer lichtempfindlichen Vorrichtung gebildet.
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Gegenwärtig wird in einem Röntgenstrahlenstrahlungsdetektionssystem auf dem Megavoltniveau hauptsächlich ein Dual-Energy-Röntgenstrahlenverfahren genutzt, um eine Messung von Informationen über die effektive Ordnungszahl der Substanz zu implementieren, d. h., um die Messung durch abwechselndes Erzeugen zweier Gruppen von Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Energien zu implementieren. Allerdings kann bei diesem Verfahren einerseits eine Zeitdifferenz zwischen den zwei Röntgenstrahlen vorhanden sein, d. h., dass in Bezug auf das zu detektierende Objekt eine Positionsabweichung vorhanden ist, so dass die Genauigkeit der Substanzidentifizierung beschränkt ist; andererseits wird in dem praktischen Produkt allgemein ein Dual-Energy-Elektronenbeschleuniger als die Röntgenstrahlenquelle verwendet, wobei dieses Verfahren der Stabilität der Ausgangsenergie und der Strahlenstärke höhere Anforderungen auferlegt, so dass die technische Komplexität hoch ist.
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In Bezug auf die Verbesserung des Raumidentifizierungsindikators in dem Röntgenstrahlendetektionssystem auf dem Megavoltniveau ist das Hauptverfahren die Verwendung von Detektoren mit kleinen Pixeln. Allerdings unterliegen die Detektoren mit kleinen Pixeln in dem System auf dem Megavoltniveau Beschränkungen. Um die Detektionsgeschwindigkeit in Bezug auf die Detektoren mit kleinen Pixeln sicherzustellen, wird allgemein eine Anordnung einer Vielzahl von Reihen von Detektoren mit kleinen Pixeln verwendet. Eine solche Struktur der Anordnung der Vielzahl von Reihen von Detektoren mit kleinen Pixeln erfordert, dass die lichtempfindliche Vorrichtung des Szintillatordetektors auf einer Seite des Szintillators angeordnet ist, die zu der Seite, die der Strahlung des Strahlenbündels zugewandt ist, entgegengesetzt ist. Allerdings muss die Größe (d. h. die Massendicke des ersten Pixeldetektors) des Szintillators entlang der Einfallsrichtung des Strahlenbündels größer sein und das Szintillationslicht mehrmals reflektiert werden, bevor es gesammelt wird, um eine ausreichende Detektionseffizienz sicherzustellen. Im Ergebnis ist die Sammeleffizienz des Szintillationslichts verringert, so dass die Amplitude und das Signal-Rausch-Verhältnis der Ausgangssignale beeinträchtigt sind und schließlich der Durchdringungsindikator beeinträchtigt ist. Außerdem ist das Übersprechen zwischen den Detektoren erhöht, so dass der Raumidentifizierungsindikator beeinträchtigt ist. Außerdem erlegt die Erhöhung der Massendicke der Detektoren mit kleinen Pixeln dem Herstellungsverfahren höhere Anforderungen auf, so dass eine Schwierigkeit während der Implementierung verursacht wird. Die ”Massendicke” bezieht sich hier auf das Produkt mit der durchschnittlichen Dichte der Substanz entlang der Dickenrichtung und der Dicke der Substanz (mit der Einheit g/cm2).
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält der erste Pixeldetektor ferner eine erste Datenerhebungsplatine 160.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält der zweite Pixeldetektor ferner eine zweite Datenerhebungsplatine 1110.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Strahlenquelle eine Röntgenstrahlenquelle und eine Isotopenquelle.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Massendicke des ersten Pixeldetektors auf der Grundlage des Typs der Strahlenquelle und/oder des Typs des ersten empfindlichen Mediums und/oder der Größe des Pixels bestimmt.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Massendicke des zweiten Pixeldetektors so gewählt, dass die zweite Pixeldetektoranordnung die Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig hohe Energie besitzen, effektiv detektieren kann, und ist die Massendicke des zweiten Pixeldetektors größer als die Massendicke des ersten Pixeldetektors.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform kann die Dual-Energy-Detektionsvorrichtung außerdem auf ein Dual-Energy-Röntgenstrahlensystem angewendet werden, in dem zwei Gruppen von Hochenergie- und Niederenergiedetektoren und Hochenergie- und Niederenergieröntgenstrahlen größere Informationen über die effektive Ordnungszahl erzeugen, die zum Analysieren des zu detektierenden Objekts verwendet werden können. Somit wird eine Wirkung der Verbesserung der Substanzidentifizierungsfähigkeit erzielt.
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Der auf der Vorderseite angeordnete ersten Pixeldetektor weist eine gute Raumidentifizierungsfähigkeit auf. Wenn das zu detektierende Objekt verhältnismäßig dick ist, ist der Schwerpunkt in der Praxis die Durchdringung, wobei Signale, die durch den auf der Vorderseite angeordneten Niederenergiedetektor mit kleinen Pixeln ausgegeben werden und die durch den auf der Rückseite angeordneten Hochenergiedetektor mit großen Pixeln ausgegeben werden, kombiniert werden. Somit ist der Durchdringungsindikator verbessert.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform kann in Bezug auf die Pixelgröße, die Massendicke (d. h. die Größe entlang der Einfallsrichtung des Strahls), das Material und ähnliche Parameter des Detektors mit kleinen Pixeln und die Parameter des Detektors mit großen Pixeln, der auf der Rückseite angeordnet ist, eine optimale Lösung auf der Grundlage der praktischen Berechnung und des Experiments des Systems bestimmt werden. Falls die Massendicke zu klein ist, ist es schwer sicherzustellen, dass ausreichend relativ niederenergetische Röntgenstrahlenphotonen detektiert werden können; und falls die Massendicke zu groß ist, kann dies dazu führen, dass mehr Röntgenstrahlenphotonen mit hoher Energie detektiert werden, wodurch Signalausgaben von dem auf der Rückseite angeordneten Detektor mit großen Pixeln beeinträchtigt werden. Zum Beispiel kann die Massendicke des Detektors mit kleinen Pixeln mit 4 mm und die Massendicke des Detektors mit großen Pixeln mit 30 mm gewählt werden, wobei diese in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt sind.
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Die Dual-Energy-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält eine Vielzahl von Reihen von Niederenergiedetektoren mit kleinen Pixeln proximal zu der Strahlenquelle und eine einzelne Reihe von Hochenergiedetektoren mit großen Pixeln distal von der Strahlenquelle, was auf ein Röntgenstrahlendetektionssystem auf dem Megavoltniveau angewendet werden kann, und kann sowohl die Substanzidentifizierungsfähigkeit als auch den Raumidentifizierungsindikator verbessern, stellt die Funktion der Dual-Energy-Substanzidentifizierung bereit und stellt eine höhere Raumauflösung, eine höhere Detektionseffizienz und eine höhere Empfindlichkeit bereit.
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2 stellt schematisch ein Strukturdiagramm einer Anordnung einer Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
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Wie in 2 dargestellt ist, ist es eine Schnittansicht, die eine Anordnung 210 einer Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren (z. B. Detektoren mit kleinen Pixeln) in einer Richtung senkrecht zu der Einfallsrichtung der Röntgenstrahlen darstellt. Eine Vielzahl von Niederenergiedetektoren mit kleinen Pixeln bilden eine 4×16-erste Pixeldetektoranordnung, wobei jeder der ersten Pixeldetektoren durch ein erstes empfindliches Medium 220, das aus einem Szintillator gebildet ist, und durch eine erste Reflexionsschicht 230, mit der der Szintillator beschichtet ist, gebildet ist. Genauer kann die Anzahl der Detektoren mit kleinen Pixeln der zweidimensionalen Anordnung in Übereinstimmung mit dem Anwendungsszenarium gewählt werden, das nicht auf die in 2 dargestellte Anordnung beschränkt ist.
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3 stellt schematisch ein Strukturdiagramm einer Anordnung einer einzelnen Reihe von zweiten Pixeldetektoren in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
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Wie in 3 dargestellt ist, ist es eine Schnittansicht, die eine Anordnung 310 einer einzelnen Reihe von zweiten Pixeldetektoren (z. B. Detektoren mit großen Pixeln) in einer Richtung senkrecht zu der Einfallsrichtung der Röntgenstrahlen darstellt. Die Hochenergiedetektoren mit großen Pixeln auf acht Kanälen bilden die zweite Pixeldetektoranordnung. Außerdem ist jeder der Hochenergiedetektoren mit großen Pixeln durch ein zweites empfindliches Medium 320, das aus einem Szintillator gebildet ist, und durch eine zweite Reflexionsschicht 330, mit der der Szintillator beschichtet ist, gebildet.
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Das durch einen Elektronenbeschleuniger (der ein Single-Energy-, ein Dual-Energy- oder ein Multi-Energy-Elektronenbeschleuniger sein kann) erzeugte Bremsstrahlungs-Röntgenstrahlenenergiespektrum ist ein zusammenhängendes Energiespektrum, wobei die Energieverteilung der Röntgenstrahlenphotonen in dem Bereich von 0 bis zu der Energie des Elektronenstrahls liegt. Näherungsweise ist die Halbwertsschicht um so kleiner, d. h. die Durchdringung um so größer, je höher die Röntgenstrahlenphotonenenergie ist. In Bezug auf die zu detektierende Substanz unterscheiden sich die Anteile der absorbierten Röntgenstrahlenphotonen mit unterschiedlichen Energien in Abhängigkeit von der effektiven Ordnungszahl der Substanz. Der Detektor mit kleinen Pixeln ist wegen der Beschränkung der Massendicke geeignet, auf der Vorderseite angeordnet zu werden und Röntgenstrahlenphotonen zu detektieren, die verhältnismäßig niedrige Energie besitzen, und der Hochenergiedetektor, der auf der Rückseite angeordnet ist, kann mehr Röntgenstrahlenphotonen detektieren, die verhältnismäßig hohe Energie besitzen. Durch Parsing der Ausgangssignale der zwei Detektoren, können die Informationen über die effektive Ordnungszahl der zu detektierenden Substanz erhalten werden. Somit ist der Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung die Energiereaktionsdifferenz auf hohe Energie und niedrige Energie zu eigen und ist der Betrieb der Vorrichtung stabiler; außerdem werden Hochenergiesignale und Niederenergiesignale aus dem Röntgenstrahlenbündel zum selben Zeitpunkt ohne Abweichung hinsichtlich der Zeit und der Position erzeugt.
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4 stellt schematisch eine Strukturdarstellung eines Dual-Energy-Detektionssystems in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
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Wie in 4 dargestellt ist, enthält das System: eine Strahlenquelle 410, die sich auf einer Seite eines zu detektierenden Objekts 420 befindet; und eine Dual-Energy-Detektionsvorrichtung 430, die sich auf der anderen Seite des zu detektierenden Objekts 420 befindet.
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Die Dual-Energy-Detektionsvorrichtung 430 enthält: eine erste Pixeldetektoranordnung proximal zu der Strahlenquelle 410, die zum Detektieren von Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig niedrige Energie besitzen, konfiguriert ist; und eine zweite Pixeldetektoranordnung distal von der Strahlenquelle 410, die zum Detektieren der Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig hohe Energie besitzen, die durch die erste Pixeldetektoranordnung gegangen sind, konfiguriert ist.
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Die erste Pixeldetektoranordnung enthält eine Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren, wobei der erste Pixeldetektor ein erstes empfindliches Medium, eine erste lichtempfindliche Vorrichtung, eine erste Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle 410 und ein erstes Fenster, das mit der ersten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält, wobei die erste Einfallsebene der Strahlenquelle 410 zugewandt ist; die zweite Pixeldetektoranordnung enthält eine einzelne Reihe von zweiten Pixeldetektoren, wobei der zweite Pixeldetektor ein zweites empfindliches Medium, eine zweite lichtempfindliche Vorrichtung, eine zweite Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein zweites Fenster, das mit der zweiten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält; und wobei jeder der zweiten Pixeldetektoren dieselbe Pixelfläche wie eine entsprechende Vielzahl von ersten Pixeldetektoren davon aufweist.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform kann die Massendicke einer Vielzahl von Reihen kleiner Detektoren mit kleinen Pixeln auf der Grundlage einer optimalen Substanzidentifizierungswirkung in Übereinstimmung mit den Faktoren in dem spezifischen System, z. B. dem Typ des genutzten Elektronenbeschleunigers, dem Typ des empfindlichen Mediums, der Pixelgröße und dergleichen, bestimmt werden. Die Vielzahl von Reihen kleiner Detektoren mit kleinen Pixeln ist dafür konfiguriert, die Röntgenstrahlenphotonen, die verhältnismäßig niedrige Energie besitzen, zu detektieren.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Detektormodulbogenanordnung, die aus der Dual-Energy-Detektionsvorrichtung 430 und aus der Strahlenquelle (z. B. aus der Röntgenstrahlenquelle) gebildet ist, jeweils auf zwei Seiten des zu detektierenden Objekts 420 angeordnet. Die empfindliche Ebene jedes Detektors ist der Röntgenstrahlenquelle 410 direkt zugewandt.
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Das Modul kann in einem Strahlungsdetektionssystem, das den Single-Energy-Elektronenbeschleuniger nutzt, eine Identifizierung der effektiven Ordnungszahl der Substanz implementieren. Außerdem kann das Modul in einem Strahlungsdetektionssystem, das den Dual-Energy- oder den Multi-Energy-Röntgenstrahl nutzt, die Substanzidentifizierungsfähigkeit verbessern.
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Durch Kombination der Detektoren mit kleinen Pixeln und der Detektoren mit großen Pixeln ist sowohl die Raumidentifizierung als auch der Durchdringungsindikator verbessert.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform reicht die Massendicke des auf der Rückseite angeordneten Detektors mit großen Pixeln aus, um sicherzustellen, dass der Detektor die meisten der Röntgenstrahlenphotonen, die durch die Detektoranordnung mit kleinen Pixeln gegangen sind, detektiert. Diese Röntgenstrahlenphotonen besitzen verhältnismäßig hohe Energie. Außerdem ist die Pixelgröße eines Detektors mit großen Pixeln dieselbe wie die Gesamtpixelgröße der entsprechenden Vielzahl von Detektoren mit kleinen Pixeln, die direkt vor dem Detektor mit großen Pixeln angeordnet sind.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält der erste Pixeldetektor ferner eine erste Datenerhebungsplatine.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält der zweite Pixeldetektor ferner eine zweite Datenerhebungsplatine.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält das System ferner eine Verarbeitungsvorrichtung, wobei die Verarbeitungsvorrichtung mit der ersten Datenerhebungsplatine bzw. mit der zweiten Datenerhebungsplatine verbunden ist, Ausgangssignale der ersten Pixeldetektoranordnung und der zweiten Pixeldetektoranordnung liest und auf der Grundlage der Ausgangssignale Informationen über die effektive Ordnungszahl des zu detektierenden Objekts erfasst.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Strahlenquelle eine Röntgenstrahlenquelle und eine Isotopenquelle.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält das System ferner eine Leseschaltung, relevante mechanische Elemente und ähnliche Zusatzkomponenten.
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Das System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung kann die Substanzidentifizierung, die Raumidentifizierung und den Durchdringungsindikator gleichzeitig verbessern. Durch Parsing von Ausgangssignalen der Niederenergiedetektoranordnung mit kleinen Pixeln, die auf der Vorderseite angeordnet ist, und der Hochenergiedetektoranordnung mit großen Pixeln, die auf der Rückseite angeordnet ist, die entsprechende Positionen aufweisen, können die Informationen über die effektive Ordnungszahl des zu detektierenden Objekts erhalten werden. Außerdem weisen die Detektoren mit kleinen Pixeln, die auf der Vorderseite angeordnet sind, eine gute Raumidentifizierungsfunktion auf, die zusammen mit den Detektoren mit großen Pixeln, die auf der Rückseite angeordnet sind, die Durchdringung verbessern hilft.
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5 stellt schematisch einen Ablaufplan eines Dual-Energy-Detektionsverfahrens in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
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Wie in 5 dargestellt ist, wird in Schritt S510 eine erste Pixeldetektoranordnung proximal zu einer Strahlenquelle angeordnet, welche konfiguriert ist zum Detektieren von Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig niedrige Energie besitzen, wobei die erste Pixeldetektoranordnung eine Vielzahl von Reihen von ersten Pixeldetektoren enthält, wobei der erste Pixeldetektor einen ersten Szintillator, eine erste lichtempfindliche Vorrichtung, eine erste Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein erstes Fenster, das mit der ersten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält, wobei die erste Einfallsebene der Strahlenquelle zugewandt ist.
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In Schritt S520 wird eine zweite Pixeldetektoranordnung distal von der Strahlenquelle angeordnet, welche konfiguriert ist zum Detektieren von Strahlenquellenphotonen, die verhältnismäßig hohe Energie besitzen, die durch die erste Pixeldetektoranordnung gegangen sind, wobei die zweite Pixeldetektoranordnung eine einzelne Zeile von zweiten Pixeldetektoren enthält, wobei der zweite Pixeldetektor einen zweiten Szintillator, eine zweite lichtempfindliche Vorrichtung, eine zweite Einfallsebene für den Einfall der Strahlenquelle und ein zweites Fenster, das mit der zweiten lichtempfindlichen Vorrichtung gekoppelt ist, enthält, wobei jeder der zweiten Pixeldetektoren dieselbe Pixelfläche wie eine entsprechende Vielzahl von ersten Pixeldetektoren davon aufweist.
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In Schritt S530 wird die erste Pixeldetektoranordnung unter Verwendung der Strahlenquelle von der ersten Einfallsebene angestrahlt.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Verfahren ferner: Lesen von Ausgangssignalen der ersten Pixeldetektoranordnung und der zweiten Pixeldetektoranordnung; und Erfassen von Informationen über die effektive Ordnungszahl eines zu detektierenden Objekts auf der Grundlage der Ausgangssignale.
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Auf andere Inhalte in dieser Ausführungsform kann durch die in anderen Ausführungsformen beschriebenen Inhalte Bezug genommen werden, die somit hier nicht weiter beschrieben sind.
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5 stellt schematisch einen Ablaufplan eines Dual-Energy-Detektionsverfahrens in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Das Verfahren kann z. B. unter Verwendung der Dual-Energy-Detektionsvorrichtung und des Dual-Energy-Detektionssystems, wie sie in 1, 2, 3 oder 4 dargestellt sind, implementiert werden, was in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt ist. Es ist festzustellen, dass 5 nur die in dem Verfahren in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthaltenen Schritte schematisch darstellt, anstatt sie zu beschränken. Es kann leicht verstanden werden, dass die wie in 5 dargestellten Schritte die Zeitfolge dieser Schritte weder angeben noch beschränken. Außerdem kann ebenfalls leicht verstanden werden, dass diese Schritte z. B. in einer Vielzahl von Modulen/Verfahren/Threads synchron oder asynchron ausgeführt werden können.
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Auf der Grundlage der obigen Beschreibung der Ausführungsformen versteht der Fachmann leicht, dass das Verfahren und entsprechende Module in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mittels Software oder teilweise unterstützt durch die Software implementiert werden können. Auf der Grundlage dieses Verständnisses können die technischen Lösungen in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen in Form eines Softwareprodukts verkörpert werden. Das Softwareprodukt kann in einem nichtflüchtigen Speichermedium wie etwa einer CD-ROM, einer U-Disk, einer mobilen Festplatte und dergleichen gespeichert sein. Das Softwareprodukt enthält eine Anzahl von Anweisungen, die ermöglichen, dass eine Computervorrichtung (z. B. ein PC, ein Server, ein mobiles Endgerät, eine Netzvorrichtung oder dergleichen) die in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellten Verfahren ausführt.
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Der Fachmann kann verstehen, dass die beigefügten Zeichnungen die beispielhaften Ausführungsformen nur schematisch veranschaulichen sollen und dass die Module oder Prozeduren in den Zeichnungen nicht notwendig zur Implementierung der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, was dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung somit keine Beschränkung auferlegt.
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Der Fachmann versteht, dass die obigen Module in der Vorrichtung in Übereinstimmung mit der in den Ausführungsformen gegebenen Beschreibung angeordnet sein können oder entsprechenden Änderungen unterliegen können und in einer oder in mehreren von den in den Ausführungsformen verschiedenen Vorrichtungen angeordnet sein können. Die Module in Übereinstimmung mit den obigen Ausführungsformen können zu einem Modul kombiniert werden oder können in eine Vielzahl von Teilmodulen aufgeteilt werden.
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Oben sind ausführlich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargelegt. Selbstverständlich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obigen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Stattdessen soll die vorliegende Offenbarung verschiedene Änderungen und äquivalente Einsätze innerhalb des Erfindungsgedankens und Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche umfassen.
