X射线扫描仪
阅读：593发布：2024-02-29
专利汇可以提供X射线扫描仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种 X射线 扫描仪 ，具有：X射线源，被布置为从多个源点(12)经过成像空间发射X射线。该扫描仪还包括X射线检测器的阵列(26)，其可以被布置在成像空间周围，并可以被布置为响应于检测到X射线而输出检测器 信号 。该扫描仪还可以包括传送器(22)，被布置为在扫描方向上传送对象穿过成像空间；以及还可以包括至少一个处理器(30)，被布置为处理该检测器信号以产生定义了对象的图像的图像数据集。该图像可以具有在扫描方向上是在与扫描方向 正交 的一个方向上、在某些情况下是两个方向上的90％高的 分辨率 。，下面是X射线扫描仪专利的具体信息内容。
1.一种X射线扫描仪，包括：X射线源部件，被布置为从多个源点发射穿过成像空间的X射线；X射线检测器的阵列，被布置在成像空间周围并被布置为响应于检测到X射线而输出检测器信号；传送部件，被布置为在扫描方向上传送对象穿过成像空间；处理部件，被布置为处理该检测器信号以产生定义了对象的图像的图像数据集，该图像具有在扫描方向上是在至少一个正交方向上的90％高的分辨率，以及控制部件，被布置为在扫描周期的序列中激活源点并控制扫描周期频率，其中控制部件被布置为调整扫描频率以便对于多个对象速度提供在扫描方向上恒定的分辨率。
2.根据权利要求1所述的扫描仪，其中扫描方向上的分辨率基本等于其他两个方向上的分辨率。
3.根据权利要求1或2所述的扫描仪，其中源点被布置在与扫描方向垂直的平面内。
4.根据权利要求1所述的扫描仪，其中该阵列的检测器位于与扫描方向垂直的共同平面内。
5.根据权利要求1所述的扫描仪，其中检测器阵列在扫描方向上从源点偏移。
6.根据权利要求1所述的扫描仪，其中检测器阵列在扫描方向上至少两个检测器宽。
7.根据权利要求6的扫描仪，其中检测器被布置在多个环中，环在各个平面中。
8.根据权利要求7的扫描仪，其中该平面在扫描方向上相互间隔。
9.根据权利要求6所述的扫描仪，其中检测器在圆周方向上具有宽度，并且每个检测器在圆周方向上与在扫描方向上与其相邻的检测器偏移。
10.根据权利要求9的扫描仪，其中每个检测器在圆周方向上具有宽度，并且该偏移小于该宽度。
11.根据权利要求1的扫描仪，其中控制部件被布置为控制扫描周期的频率，使得对于对象在扫描方向上移动等于检测器在扫描方向上的间隔的距离，取整数个扫描周期。
12.根据权利要求11的扫描仪，其中整数大于1。
13.根据权利要求1所述的扫描仪，其中传送部件被布置为以至少0.1m/s的速度传送对象。
14.根据权利要求1所述的扫描仪，被布置为产生具有至少50的信噪比的图像数据集。
15.根据权利要求1所述的扫描仪，其中该图像由在扫描方向上具有5mm或更小的尺寸的三维像素构成。
16.根据权利要求15的扫描仪，其中图像三维像素在与扫描方向正交的两个方向上具有5mm或更小的尺寸。
17.根据权利要求1所述的扫描仪，其能够以0.25m/s到1.0m/s的传送带速度、对应于每小时800到3000个物品的吞吐量、以在所有维度上相等的空间分辨率、以1.5mm×1.5mm×
1.5mm或更小的重构像素尺寸、以至少50的重构图像信噪比、不多于8个环的X射线检测器来产生重构三维X射线图像。
18.根据权利要求17所述的扫描仪，其中在所有维度上的所述空间分辨率为至少2mm。
19.根据权利要求1所述的扫描仪，其中X射线源和检测器是不动的。
X射线扫描仪
技术领域
[0001] 本发明涉及X射线扫描仪以及扫描仪系统。其具体应用在用于扫描行李和货物的扫描仪系统中，但是也可以用在其他类型的X射线扫描仪中。
背景技术
[0002] 在典型的计算的X射线照相系统中，由X射线源产生的X射线被校准以形成透过成像对象传播到定向在成像平面内的X射线检测器阵列的扇形光束。该检测器阵列由检测器元件组成，每个检测器元件测量沿着从X射线源投射到该具体检测元件的射线的穿透辐射的强度。X射线源和检测器阵列通常在成像平面内的支架上绕着成像对象旋转，使得扇形光束以不同角度截取成像对象。在每个角度，获取由来自每个检测器元件的强度信号构成的投射(projection)。然后支架旋转到新的角度，并且重复该处理已收集不同角度的多个透射，来形成X射线照相投射集。在替换的X射线照相系统中，检测器阵列保持固定并且包括360度的检测器环，并且射线源绕着成像对象弧式移动过180度加上扇形光束角或者更多弧度。在这样的系统中，仅X射线源旋转以获得X射线照相投射集。
[0003] X射线照相研究的时间和花费随着需要的片段(slice)数而增加。收集一系列片段的数据所需的时间部分地取决于诸如以下的方面：a)将支架加速到扫描速度所需的时间、b)获得完整的X射线照相投射集所需的时间、c)减速支架所需的时间以及d)重新定位Z轴中的对象用于下一片段所需的时间。降低获得全部片段系列所需的时间可以通过降低完成这四个步骤的任意一个所需的时间来实现。另外，使用支架的在检查下的对象的移动以及X射线源和/或检测器的移动导致在重构的图像中创建了不可接受的高程度的伪像。
发明内容
[0005] 本发明的目标是提供X射线扫描仪，包括：X射线源，被布置为从多个源点发射穿过成像空间的X射线。该扫描仪还可以包括X射线检测器的阵列，其可以布置在成像空间周围，并且可以被布置为响应于检测到X射线而输出检测器信号。该扫描仪还可以包括传送带，被布置为在扫描方向上传送对象穿过成像空间；以及还可以包括至少一个处理器，被布置为处理该检测器信号以产生定义了对象的图像的图像数据集。该图像可以是二维图像或三维图像。该图像可以具有在扫描方向上是在与扫描方向正交的一个方向上、在某些情况下是两个方向上的90％高的分辨率。对于三维图像，扫描方向上的分辨率可以是两个其他正交方向上的分辨率的平均值的至少90％高或与其一样高。在一些实施例中，扫描方向上的分辨率可以比一个或两个其他正交方向上的分辨率高例如至少20％或者在某些情况下高50％。该图像可以具有在至少两个方向上、即扫描方向(R1)和与扫描方向正交的方向(R2)上的分辨率。在一些实施例中，R1≥(0.90)*R2。在某些情况下，R1≥R2。
[0006] 扫描方向上的分辨率可以基本等于其他两个方向上的分辨率。例如，分辨率可以彼此相差都在10％内，并且优选彼此相差在5％内。
[0007] 源点可以被布置在与扫描方向垂直的平面内。该阵列的检测器可以位于与扫描方向垂直的平面内或者多个这样的平面内。
[0008] 检测器阵列在扫描方向上可以从源点偏移。检测器阵列在扫描方向上可以至少两个检测器宽，并且可以在扫描方向上例如达六个或八个检测器宽，或者在某些情况下达十个检测器宽。检测器可以被布置在多个环中，环在各个平面中，各平面可以在扫描方向上相互间隔。在此情况下可以存在十个环或更少，或者在某些情况下八个环或更少，或者甚至六个环或更少。检测器可以在圆周方向上具有宽度，并且每个检测器在圆周方向上与在扫描方向上与其相邻的检测器偏移。每个检测器可以在圆周方向上具有宽度，并且该偏移小于该宽度。
[0009] 该扫描仪还可以包括：控制器，被布置为在每个扫描周期的序列中按预定次序激活每个源点一次。该控制器还可以被布置为控制扫描周期的频率，使得对于对象在扫描方向上移动等于检测器在扫描方向上的间隔的距离，取整数个扫描周期，该整数可以大于1。
[0010] 扫描周期频率可以是可变的，使得可以调整扫描方向上的分辨率。该控制部件可以被布置为调整扫描频率以便对于多个对象速度提供在扫描方向上恒定的分辨率。
[0011] 传送带可以被布置为以至少0.1m/s或者至少0.5m/s或者至少1.0m/s的速度传送对象。扫描仪可以被布置为产生具有至少50或者至少80或者至少100的信噪比的图像数据集。该图像由在扫描方向上具有5mm或更小、或者4mm或更小、或者3mm或更小、或者2mm或更小、或者1.1mm或更小的尺寸的三维象素构成。图像三维象素可以在与扫描方向正交的两个方向上具有5mm或更小、或者4mm或更小、或者3mm或更小、或者2mm或更小、或者1.1mm或更小的尺寸。
[0012] 本发明的一些实施例可以提供不动的X射线成像系统，其能够以0.25m/s到1.0m/s的传送带速度、对应于每小时800到3000个物品的吞吐量、对于在扫描方向上长度是1m的并且沿着传送带以在扫描方向上1.2m的间隙长度间隔开的扫描对象、以在所有维度上相等的空间分辨率(2mm及更好)、以1.5mm×1.5mm×1.5mm或更小的重构像素尺寸、以50或更好、典型地超过100的重构图像信噪比、不多于8个环的X射线检测器来产生重构三维X射线图像。
[0013] 本发明还提供了包括车辆的移动扫描系统，该车辆包括主体和安装在主体内的扫描仪，其中该扫描仪包括：X射线源部件，被布置为从多个源点产生X射线；X射线检测器的阵列，被布置为检测来自源点的X射线；以及控制部件，被布置为激活每个源点以便扫描成像空间。该系统可以包括延长穿过系统的单个传送带。其可以被分割成两个传送带部分，一个用于馈入，一个用于馈出，但是优选具有穿过质量部分的单个带。
[0014] 本发明还提供了一种模块化扫描仪系统，包括：扫描仪部分；输入传送带部分，包括被布置为朝向扫描仪部分传送物品的传送带；以及输出传送带部分，包括被布置为移动物品远离扫描仪部分的传送带，其中至少一个传送带部分可拆卸地连接到扫描仪部分。
[0015] 本发明还提供了一种X射线扫描仪系统，包括：X射线源，被布置为从多个源点发射穿过成像空间的X射线；X射线检测器的阵列，被布置为响应于检测到X射线而输出检测器信号；控制器，被布置为依次激活每个源点；至少一个处理器，被布置为处理该检测器信号以产生与对象的多个视图的每个对应的图像数据集；以及用户接口，被布置为接收多个不同的用户输入；以及显示器，被布置为响应于各输入的相应一个输入而显示每个视图。该用户接口可以包括一个或多个输入组件，比如输入按钮，其可以被按下或另外操作以提供输入。例如，用户接口可以包括鼠标。或者，其可以包括具有不同区域触摸屏，可以触摸这些区域以提供不同的输入。
[0016] 本发明还提供了一种扫描仪系统，包括：限定扫描空间的X射线源和X射线检测器的阵列；输入传送带，被布置为将物品传送到扫描空间中；以及退出传送带，被布置为传送物品离开扫描空间；第一和第二输入传感器，被布置为在输入传送带的第一和第二位置处检测物品的出现；以及第一和第二退出传感器，被布置为在退出传送带的第一和第二位置处检测物品的出现；以及控制部件，被布置为响应于来自这些传感器的信号而控制X射线源的激活。附图说明
[0017] 将认识到本发明的这些和其他特征和优点，因为当结合附图考虑时通过参考以下详细描述将更好地理解它们，附图中：
[0018] 图1是穿过根据本发明的实施例的扫描仪系统的横向部分；
[0019] 图2是穿过图1的扫描仪系统的纵向部分；
[0020] 图3是图1的系统的示例的而非限制的性能特性的表；
[0021] 图4是图1的系统的一个操作模式的示例的而非限制的操作特性的表；
[0022] 图5示出根据本发明的进一步实施例的扫描仪中的检测器阵列；
[0023] 图6示出使用图5的检测器阵列产生的图像的一部分；
[0024] 图7是根据本发明的一个实施例的扫描系统的示意图；
[0025] 图8是根据本发明的一个实施例的扫描系统的示意图；
[0026] 图9是图8的系统被分成其构成部分的视图；
[0027] 图10是图9的实施例的用户输入面板的前视图；
[0028] 图11是穿过图8的系统的纵向部分；
[0029] 图12是图1的系统的一个操作模式的示例的而非限制的操作特性的表；
[0030] 图13是示出图1的系统的重构的信噪比相对管压(tube voltage)的变化的图；
[0032] 图15示出在图1的系统的操作期间用于降低散射的校准和发散防护结构的实施例；
[0033] 图16示出在图1的系统的操作期间在空间电荷有限模式下工作的电子枪的实施例；以及
[0034] 图17示出用于控制图1的系统的检测器的温度的冷却系统的实施例。
具体实施方式
[0035] 对在此公开的优选实施例的各种修改对本领域技术人员来说是非常显而易见的，并且在此阐述的公开可以应用于其他实施例和应用而不脱离本发明以及附于此的权利要求书的精神和范围。因此，本发明不意图限于所述的实施例，而是要被给予与在此所述的公开一致的最宽范围。
[0036] 参考图1，在本发明的一个实施例中，X射线扫描仪包括一个或多个X射线管10，它们被配置成绕着扫描仪轴的基本圆形的布置，其中每个X射线管10包含具有一个或多个X射线源点12的X射线源。在每个X射线管10中从每个原点12发射X实现受切换电路14控制，每个X射线源点有一个独立的切换电路。用于每个管10的切换电路一起形成该管的控制电路16的部分。控制器18控制所有各个切换电路14的操作。切换电路14被控制为以预定次序点火使得在一系列活动时段的每个时段中，来自一个或多个活动源点的X射线的扇形光束朝向X射线管10的布置的中心透过安装在传送带22上的对象20而传播。
[0037] 参考图2，该扫描仪还包括绕着扫描仪轴延伸的X射线检测器24的阵列。该检测器阵列由多个检测器环26构成。每个环处于与扫描仪轴垂直的一个平面中或多个这样的平面中。该扫描仪轴被称为Z方向并且两个正交的方向、即一个水平和一个垂直被称为X方向和Y方向。在一个实施例中，源点12被布置在与扫描方向垂直的平面中。
[0038] X射线管源点12所位于的一个或多个X-Y平面从X射线检测器24的平面偏移，使得除了传送带22和在检查中的对象20之外，还存在从每个活动的源点12到其相关的X射线检测器24的集合的没有阻挡的路径。因此，在一个实施例中，检测器24在圆周方向上具有宽度，并且每个检测器在圆周方向上与在扫描方向上与其相邻的检测器相偏移。每个检测器在圆周方向上具有宽度，并且在一个实施例中，偏移小于该宽度。
[0039] 在一个实施例中，检测器阵列24在扫描方向上至少两个检测器宽，并且可以例如高达六个或八个检测器宽，或者在某些情况下在扫描方向上高达十个检测器宽。如之前所述，检测器可以布置在多个环中，环在各个平面中，它们在扫描方向上可以相互间隔。在此情况下，可以存在十个环或更少，或者在某些情况下八个环或更少，或者甚至六个环或更少。在替换实施例中，检测器可以布置在一个或多个螺旋阵列中。
[0040] 处理器30被布置为接收所有检测器输出的信号，并且形成被布置为处理检测器信号的X射线重构引擎。随着根据预定次序切换X射线源点12，检测器信号被数字化并被传送到X射线重构引擎30，其产生出现在光束中的对象20的重构。有利的是选择使重构的图像的质量最大化的X射线源的活动的次序。重构引擎30从检测信号产生对于每个源点12的每个活动的一个图像数据集。在一系列扫描周期饿每个周，每个源点活动一次。对于一个周期的数据集可以组合以产生一件物品的三维图像，并且在该物品在Z方向上移动穿过扫描仪时建立的一系列这样的图像数据集可以建立成该物品的全三维图像数据集。同样，可以建立在物品移动穿过扫描仪时收集的来自一个源点的数据以形成该物品的二维图像数据。
[0041] 示例的序列提供了来自绕着传送带和在与传送带的移动方向基本垂直的平面内的在检查中的对象旋转的源点的X射线发射以及在检查中的对象。例如，可以存在四个源点，它们可以绕着Z轴相等地间隔。当然，在需要时也可以采用其他扫描顺序以优化该图像重构方法。
[0042] 通常针对X射线成像系统要被布置用于的活动性来考虑该系统的优化是合理的。具体参考行李和货物物品的X射线放映，在全三维中实现相等的分辨率非常有利。这实质上有助于检测可能被整合成类似片形结构的材料的检测。此外，以高传输带速度、例如在
0.25m/s到1m/s的范围内实现此相等地匹配的分辨率是非常有利的。
0.25m/s到1m/s的范围内实现此相等地匹配的分辨率是非常有利的。
[0043] 在参考图1和2描述的实施例中，不动的X射线成像系统能够以0.25m/s到1.0m/s的传送带速度产生重构的三维X射线图像，对应于在所有尺寸(2mm及更好)上的相等的空间分辨率的每小时800到3000个物品的吞吐量，重构像素尺寸1.5mm×1.5mm×1.5mm或更小，重构图像的信噪比是50或更好，并且通常超过100，而不多于八个环的X射线检测器。
[0044] 有利地，此类型的X射线系统可以进一步被优化为提供其空间分辨率超过平面内空间分辨率(垂直于传送带的平面)的扫描方向上(平行于传送带)的空间分辨率。在一个实施例中，本发明的X射线扫描仪被优化为提供至少是一个方向上、在某些情况下在与扫描方向正交的两个方向上的90％高的扫描方向上的图像分辨率。在另一实施例中，对于三维图像，扫描方向上的分辨率可以至少是两个其他正交方向上的分辨率的平均值的90％高或者在扫描方向上与其一样高。在替换实施例中，扫描方向上的分辨率可以比一个或两个其他正交方向上的分辨率高例如至少20％或者在某些情况下高50％。同样，扫描方向上的分辨率可以基本等于其他两个方向上的分辨率。例如，分辨率可以彼此相差都在10％内，并且再进一步的实施例中优选彼此相差在5％内。
[0045] X射线图像可以具有在至少两个方向上、即扫描方向(R1)和与扫描方向正交的方向(R2)的分辨率。在本发明的某些实施例中，R1≥(0.90)*R2。在某些情况下，R1≥R2。
[0046] 图3提供图1和2所示类型的X射线扫描仪的示例的而非限制的性能特性。提供这些图作为为了放映行李和货物物品的目的而被优化的系统的性能的例子。在其他实施例中，，管电压可以在从150kV到200kV的范围内，优选在从150kV到180kV的范围内。管电流可以在2和30mA的范围内，优选在从4到25mA的范围内，或者在从5到20mA的范围内，如在所示的例子中那样。每秒重构的片段的数量可以是至少100，并且可以在从100到1000的范围内，优选至少是200。在某些情况下，可能需要至少300或至少400。
[0047] 本领域技术人员应当理解，重构图像信噪比特征受X射线传感器的设计(例如传感器面积、传感器检测效率、相关读出电子的噪声和在X射线源点的切换和数据获取系统中的时间抖动)的影响，并且在这点上图3中给出的信息仅仅是对于一个具体的检测器配置。
[0048] 通常，可以理解应该基于在图像重构处理的输出时的整体可接受数据速率以及基于优化的传感器配置的成像数据的空间分辨率来确定平面内成功像素尺寸。与如图3所示的系统性能特性匹配的适当的重构像素尺寸在1mm到2mm的范围内，典型地在1.2mm×1.2mm。
[0049] 还能够建立用于具有变化的传送带速度的X射线成像系统的操作的适当的操作特性。如图4中所述，用于具体系统优化的示例的而非限制的操作特性的集合示出了具有从1m/s到0.125m/s的传送带速度的系统的操作。在此，该优化试图与传送带速度无关地在扫描方向上维持相同的空间分辨率和相关的重构像素尺寸1.04mm而不改变传感器配置。这通过与传送带的速度成比例地调整扫描频率、即扫描周期的频率而实现。在一个实施例中，传送带速度至少是0.1m/s，或者至少是0.5m/s，或者至少是1.0m/s。
[0050] 在一些实施例中，可以控制管电流使得其与传送带速度直接成比例变化。这可以提供与扫描速度无关的恒定的信噪比。例如，如果扫描速度加倍，则管电流将加倍，并且如果扫描速度减半，则管电流也减半。
[0051] 这样的实际优化允许S射线系统的性能基于成像负载动态地更改。在需要高吞吐量时，传送带速度可以被设置为快速，重构图像信噪比降低。在低吞吐量时，传送带速度可以被降低到较低速度，重构图像信噪比相关地提高。
[0052] 根据本发明的一个方面，关于参数集优化图1和2所示的本发明的X射线扫描仪的图像质量。为了图像质量估算和优化，X射线源发射的X射线光谱传播到适当大小、位置和构成的X射线检测器，用于检测来自源的主要X射线光束。在一个实施例中，所使用的X射线检测器是具有光电二极管电子读出系统的闪烁检测器。
[0053] 信噪比(SNR)
[0054] 对于本发明的X射线扫描仪，图12是示出对于具有800mm直径的重构圆形、8环X射线检测器阵列和每秒240片段的重构扫描速率的工作在20mA的X射线源的示例的而非限制的操作特性的表。从图12的数据中观察到，重构图像信噪比(SNR)极大地取决于管电压。管电压越高，重构图像信噪比(SNR)越好。
[0055] 图13示出对于每个具有1mm×1mm×1mm的重构三维象素(voxel)尺寸的60cm(1305)、80cm(1310)和120cm(1315)的重构图像直径当利用20mA的束电流以及每秒240帧的重构速率、8个检测器环工作时对于本发明的X射线扫描仪重构图像信噪比相对于管电压的变化。本领域技术人员将认识到，1mm×1mm×1mm的三维象素尺寸适合安全检查应用，而超过100的信噪比提供了在许多实际应用中所需的定量图像的级别。
[0056] 因此，通过一成本、复杂性和性能的平衡为目标针对信噪比优化本发明的图1和图2的X射线扫描仪。在一个实施例中，扫描仪被优化以产生具有至少60、或者至少80或者至少
100的信噪比的图像数据。该图像由在扫描方向上具有5mm或更小、或4mm或更小、或3mm或更小、或2mm或更小或1.1mm或更小的尺寸的三维象素构成。该图像三维象素在与扫描方向正交的两个方向上具有5mm或更小、或4mm或更小、或3mm或更小、或2mm或更小或1.1mm或更小的尺寸。
100的信噪比的图像数据。该图像由在扫描方向上具有5mm或更小、或4mm或更小、或3mm或更小、或2mm或更小或1.1mm或更小的尺寸的三维象素构成。该图像三维象素在与扫描方向正交的两个方向上具有5mm或更小、或4mm或更小、或3mm或更小、或2mm或更小或1.1mm或更小的尺寸。
[0057] 在一个实施例中，本发明的X射线扫描仪提供了能够以0.25m/s到1.0m/s的传送带速度、对应于每小时800到3000个物品的吞吐量、以在所有维度上相等的空间分辨率(2mm及更好)以及以1.5mm×1.5mm×1.5mm或更小的重构像素尺寸、以50或更好、典型地超过100的重构图像信噪比、不多于8个环的X射线检测器来产生重构三维X射线图像的不动的X射线成像系统。
[0058] 对比度
[0059] 本发明的X射线扫描仪中的对比度被定义为1/SNR，其中SNR是信噪比。参考图12，在一个实施例中，在150kVp，可以在开阔视野图像(open fieldimage)中分辨出的对比度被确定为(1/105)×100％＝0.95％。该数字越小，成像系统的对比度分辨率越好。本领域技术人员应该注意，包含较弱X射线光束的对象的区域中的对比度将小于开阔视野区域中的对比度，因为透过该区域的X射线光子的数量将小于开阔视野区域中的光子的数量。
[0060] 动态范围
[0061] 动态范围被定义为(全刻度信号)/(暗噪声)。通过在使检测器和图像重构系统活动的同时切断X射线源而获得暗噪声。如果此暗水平被标准化为0并且亮水平(即在光束中没有对象时接通X射线光束而重构的强度)被标准化为1000，则动态范围等于1000/(暗图像中的标准偏差)。在一个实施例中，本发明的优化的X射线扫描仪提供全刻度的0.1％量级或更小的重构暗噪声，由此得到1000或更大的动态范围。
[0062] 整体的X射线扫描仪动态范围取决于所使用的电子读出系统的噪声。因此，电子读出系统越嘈杂，整体的扫描仪动态范围越差。电子读出系统噪声至少取决于光电二极管的设计、从光电二极管传感器引导出的信号路线的布局和长度、输入电子级的设计以及在其前端放大器之后的模拟到数字转换器的分辨率。
[0063] 为了实现宽动态范围，本发明的X射线扫描仪使用图14所示的具有光电二极管电子读出的闪烁检测器1400。在一个实施例中，闪烁检测器的各个分割的闪烁晶体1405与钨箔隔片胶合在一起。隔片阻止高能康普顿反冲和光电子在相邻闪烁晶体之间传送信号，以降低相邻晶体之间的串扰。
[0064] 具有薄公共阴极入射窗的反向照明二极管阵列1410被粘附、胶合或者另外附连于闪烁晶体阵列1405的基底。来自闪烁体1405的光子经过薄光耦合、进一步经过光电二极管中的薄钝化/接触层并进入光电二极管的本体区(bulkregion)。在损耗区中产生的电荷在施加的偏压的影响下朝向一组阳极漂移——每个闪烁晶体一个阳极接触区。有利地构建阳极以便最小化从一个像素到另一像素的漂移电子的串扰。然后在填充了粘合剂的铟碰撞粘结剂上使用例如导电环氧树脂垫将光电二极管阵列1410碰撞黏合到构图的(patterned)衬底1415，以确保光电二极管/晶体阵列与衬底1415的良好粘合性。
[0065] 有利地灌输、用导电墨水印刷并以高温火烧多层陶瓷基板1415以产生具有在一侧适当电子读出电路1420上的与光电二极管阵列1410上的阳极的布局匹配的以及在另一侧与上的焊点匹配的焊点的多层电路卡。将陶瓷基板1415和光电二极管1410的热扩散系数相匹配以提供在粘合剂的过火期间和碰撞黏合期间的良好热稳定性。
[0066] 有利地使用导电环氧树脂垫将电子读出电路1420焊接或固定到陶瓷基板1415。然后低密度连接器将来自前端电子设备的电信号带到随后的信号处理电路。以此方式，闪烁检测器1400具有最小线路长度并因此具有低固有电容，这有助于最大化本发明的X射线扫描仪的动态范围。
[0067] 线性
[0068] X射线系统的固有线性取决于诸如从X射线源发射的X射线光谱的滤波、X射线管工作电压、在X射线检测器之间X射线光束的滤波以及制造X射线检测器的材料的方面。此外，通过对从在检查中的对象散射的X射线以及从X射线系统本身的组件散射的X射线的检测导致X射线系统线性的恶化。
[0069] 因此，本发明的X射线扫描仪使用校准和发散防护结构来降低散射。图15示出在本发明的图1和2的X射线扫描仪中使用的防护系统的实施例。图15示出第一组校准器1505如何防护在从X射线管1515发射时如何防护该主光束1510以及第二组校准器1520在光束1510到达X射线检测器1525之前如何再次提供防护。在本发明的优化的X射线扫描仪的一个实施例中，在开阔视野条件下实现了1％量级的散射比例。
[0070] 针对低散射而优化的X射线扫描仪还导致最小化其对比度性能。其噪声性能由X射线光子噪声主导的X射线系统的信噪比(SNR)被定义为：
[0071]
[0072] 换句话说，信噪比(SNR)简单地是光子信号的标准偏差。但是，在存在X射线散射时，情况改变使得标准偏差σ2包括由于主信号以及由于散射两者引起的噪声：
[0073]
[0074] 主光束强度的1％的散射比例导致SNR降低类似的量。对于给定的对象密度，在检测器处的散射辐射的分布独立于在阵列中的位置而近似恒定。因此，在图像的高削弱区中散射的影响比在图像的低削弱区中更显著。
[0075] 因此，为了最大化成像性能，本发明的X射线扫描仪还使用如图16所示的很好地控制的空间电荷有限的电子枪1600。如之前参考图1和2所述，本发明的X射线扫描仪利用多个单独的电子源。为了最小化每个电子枪的输出源密度之间的变化，在空间电荷有限模式下操作X射线扫描仪电子枪1600。在此，以高电子产量操作电子发射器1620，但是可允许发射的信号由两个可控的参数确定：(a)几何形状以及(b)提取场地(extraction field)。在一个实施例中，这两个参数仅仅是用于确定可允许发射的信号的两个参数。
[0076] 参考图16，观察到在典型的阴极1605与栅格电极1610的距离“d”是0.5mm时，此距离“d”的20μm量级的变化导致束电流的仅几个百分点的变化。但是，电子枪亮度的变化极大地受丝极(filament)1615在阴极1605内的定位的容限的变化、丝极金属线的厚度以及可能存在于丝极1615周围的热封装的分布的影响。考虑到上述方面，在一个实施例中，本发明的X射线扫描仪被优化为实现在各个电子发射器/源1620之间的小于5％的亮度变化。
[0077] X射线管目标上的热负荷
[0078] 本发明的X射线扫描仪的X射线管目标上的热负荷被最小化以允许经过延长的工作时段的高功率操作。作为第一手段，提供具有大的分布式的阳极来实现此热负荷最小化，其中在任意一个时间仅该阳极的很少部分受到电子束的辐射，对于非常短的持续时间也是这样。而且，例如，每个源点80μs辐射时间的分布式阳极导致在电子辐射的中心点处的局部温度增加大约200度。因此，作为第二手段，冷却液流体在阳极周围经过，使得冷却液能够吸取被驱动到阳极中的总功率(对于工作在160kV、20mA的系统是2.4kW)。结果，经过延长的工作时段，阳极被维持在基本恒定的温度。选择冷却液流体以具有良好的热传递特性和低粘性以及高电离阈值。维持冷却液流动速率以在冷却液管中建立湍流，以便最大化从阳极到冷却液流体中的热传递。
[0079] X射线检测器上的热负荷
[0080] X射线检测器的闪烁效率以及检测器的光电二极管(当工作在方向偏压情况时)的漏电流随温度变化。因此，本发明的X射线扫描仪提供了对其X射线检测器的冷却以与周围条件无关地维持恒定的工作温度，由此稳定重构三维象素值，得到高测量准确性的X射线图像。
[0081] 图17示出用于控制本发明的X射线扫描仪的检测器1700的温度的冷却系统的实施例。如所示，冷却液通道1710与使用机械支撑1735支撑的具有高热传导性的铜块1715接口。位于陶瓷基板1720的后面的读出电子设备1725被置于铜块1715中的凹进处，并且使用具有高热传导性的适当的散热化合物热连接到冷却的铜块1715。然后陶瓷基板1720被置于与铜块1715直接接触，再次使用适当的散热化合物以最大化陶瓷基板1720和铜块1715之间的热连接。因为诸如高密度氧化铝的陶瓷材料具有良好的热特性，因此光电二极管和晶体1730被维持在接近铜块1715的温度的温度。整个检测器配合1700被置于比如使用碳纤维制造的不透光的、导电的并且环境密封的罩内，并且包括低密度连接器1740。通过将冷却液流体的温度控制在±1度的范围内，在检测器处维持类似水平的温度控制。该热控制得到高水平稳定性的重构图像，通常好于0.1％。
[0082] 回去参考图1和2，在一些情况下，比如为了维护或者为了传递具体的调整的性能要求，将X射线系统中的源点12的切换限制到适合于其他成像方法的次序可能是有益的。作为例子，可以持续接通源点12中的单个源点而在扫描序列中没有任何进一步的源点。在此情况下，随着传送带扫描过静止的X射线扇形光束，建立二维图像数据集，从该二维图像数据集可以产生二维图像。
[0083] 作为此应用的改进，检测器环可以配置为如图5所示。通过例子，示出了具有四个检测器环40的传感器，每个环中的检测器42的重心相对其相邻的环偏移了1/4检测器间隔。在传送带在扫描方向45上已经移动了等于一个传感器环的宽度的距离之后，从每个传感器环40收集数据。参考图6，然后，来自环1的图像数据与在一个时间片段之后的来自环2的数据、与在两个时间片段之后的来自环3的数据以及与在三个时间片段之后的来自环4的数据相插值，并且组合的数据用于二维投影图像的一行。注意，在此例子中二维图像中的垂直像素采样率比水平像素采样率好四倍。
[0084] 通过比仅每隔一个检测器间隔采样一次相对于传送带速度更迅速地采样、比如通过在对于对象移动等于图5的检测器环40的宽度的距离所取的时间中进行多于一次扫描周期。也可以实现水平像素采样率的提高。
[0085] 在相关的扫描模式中，可以产生这样的序列：其中以使得在对于传送带行进一个检测器间隔所取的时间中所有所选源点各自被激活的速率在小角度范围内、通常在10度内激活X射线管源点。对于5mm的检测器尺寸、源点位于每一度以及0.5m/s的传送带速度，将在1ms中收集每个单独的投影。以此方式，获取一组二维投影图像，每个所选源点一个该图像。
[0086] 然后可以提供图像用户接口，其使操作者能够在诸如鼠标或者一对按钮的适当输入设备的控制下依次观看每个图像，并且在启用输入设备时在来自相邻源点的图像之间迅速翻动。结果是“摇动的二维图像”，其中被检查的对象看起来在操作者的控制下在与传送带运动平行的方向上关于扫描通道的中心轴前后旋转。此摇动图像提供了这样的有力方法，通过该方法，操作者可以容易地感知在被检查的对象内的关于物体的深度信息。
[0087] 很清楚，用于以上两个扫描模式的数据存在于通常在对于图1的系统中的三维X射线照相图像重构的数据获取期间收集的数据集内，并且可以有利地在全三维数据集旁边显示此二维图像数据。
[0088] 可以部署参考图1和2描述的高速三维X射线扫描系统用于以这些以及多种其他方式放映行李和货物。
[0089] 图7示出根据本发明的进一步的实施例的位于车辆50中的诸如图1的高速3D X射线扫描系统。由于此系统中不存在移动部分，因此将该设备定位在车辆平台中是实用的，其中该设备经历极大的机械震动。这样的震动并不在机械上偏移X射线系统，这在已知系统中经常失败。
[0091] 在此移动配置中，车辆50包括驾驶室52以及主体54，该主体54具有两个侧面56、58、其中具有门62的后端60以及车顶64。每个侧面56、58在其中具有开孔66，诸如图1的扫描仪位于车辆主体54内。传送带的一段位于靠近形成输入孔的一个开孔66，并且传送带的另一端位于靠近形成退出孔的另一个开孔。X射线扫描仪有利地位于靠近后轮68。侧板70以铰链形式附连于车辆的两侧面的每侧，在每个开孔66上一个侧板，其可以打开以露出扫描通道的入口和出口。提供另外的输入和退出传送带72并且它们可移除地连接到车辆的两侧。
这些传送带可以倾斜以允许行李和货物被载入扫描仪并从安全高度(通常小于1.2m)卸下，通过可以在打开情况下撑起以便延长并由此覆盖输入和退出传送带72的打开侧板70进行一些保护免受天气影响。
这些传送带可以倾斜以允许行李和货物被载入扫描仪并从安全高度(通常小于1.2m)卸下，通过可以在打开情况下撑起以便延长并由此覆盖输入和退出传送带72的打开侧板70进行一些保护免受天气影响。
[0092] 操作者检查工作站可以位于邻近车辆前端的驾驶室52中的司机或者邻近在车辆的后部中的主体54中的设备本身。
[0093] 在本发明的进一步的实施例中，可以在如图8和9所示的轮子可滚动(wheelable)底盘上构建X射线系统，其中图9是图8的底盘的分解图。现在同时参考图8和9，底盘80包括可锁轮子82。当轮子未被锁定时，系统可以容易地从一个位置滚动到另一位置。当处于其新位置时，可以通过锁定其轮子将该单元固定在原位。电力电缆84用于从邻近所选扫描站点的电源出口获得电力。
[0094] 为了允许系统80在各个水平的建筑物之间移动，扫描仪可以容易并迅速地分离为三部分：入口通道部分86、出口通道部分88以及扫描仪部分90，如图9所示，以允许使用电梯将其从建筑物中的一层移动到另一层。每部分被设计为整装的(self contained)，并且在扫描仪部分90的两侧以及每个其他部分86、88的内端提供电连接器92，使得系统可被连接，以便当三个部分放在一起时，邻接的电接口板上的电连接器配合以使系统起作用。
[0095] 为了节约空间，馈入和馈出传送带部分94、96向上折叠到面对其各自的通道部分86、88的前面的收纳位置，并且一旦系统已经调动到其所需位置时就可以将其向后放下到使用中的位置。
[0096] 操作者工作站100还有利地位于通道部分86、88之一或更多上，使得所需的计算机监视器102和键盘配件104被布置为从设备本身向下折叠以便最小化电缆连接以及最小化系统重新定位之间的停机时间。参考图10，可以为该系统提供的、但是也可以用在其他适当的系统中的键盘104直接与X射线图像进行交互。可以在计算机监视器上显示并通过键盘104操纵该图像。
[0097] 在一个实施例中，图10的键盘104包括多个专用视图选择按钮106，操作者可以使用其每个以呈现被检查的物品的标准视图。标准视图包括2D投影图像、3D交互式图像、根据标准方位预先呈现的3D视图和/或摇动2D图像。第二组按钮108允许操作者从一组查找表中选择用于图像着色示例的查找表包括灰度(黑到白)、逆灰度(白到黑)、伪色以及基于双重能量材料区别和X射线散射成像的特定于材料的颜色。另一组控制器110允许用户依据用户偏好使用跟踪球112和选择按钮114或者跟踪垫以及选择按钮来与图像数据交互。最后一组按钮116允许用户将图像标记为通过接下来的检查、将图像标记为被拒绝接下来的检查、以及运行图像显示的自动序列，其将在标准化的预设序列的视图中的对于被检查的物品的图像数据示出为静态3D再现图像和一个或多个动态3D再现视图的组合。
[0098] 回去参考图9，通常，使用单个图像显示监视器102以便查看X射线图像数据。在某些情景下，可以提供第二计算机监视器以便示出关于X射线系统的相关网络的新洗衣机与被检查的物品有关的其他数据，比如乘客数据、货单数据、被检查物品的目的地、运送代理以及运送者。
[0099] 现在参考图11，在本发明的此实施例中，为X射线系统提供可听以及可视警报。可听警报的使用被最小化以防止在工作环境中的过度噪声，但是提供可听发声器以指示物体是否在系统内被卡住。提供可视警报以指示X射线束何时开启以及X射线束何时关闭。为系统1100提供用于依据是否存在要检查的物品而自动地开启和关闭X射线束的部件。这简单也不昂贵地通过使用诸如红外传感器1到4的传感器来实现，这些传感器位于沿着传送带的长度的适当位置处，如图11所示。在此情况下，在每个通道部分86、88中存在位于与扫描仪图像空间不同距离处的两个传感器。传感器1和2在入口通道部分86中，传感器1更远离扫描仪，传感器3和4位于出口通道部分88中，传感器4更远离扫描仪。当对象进入部分86中的检查通道时，其打断光束1。对象继续沿着通道向下移动直到其到达传感器2。传感器1继续测量包裹的长度，在传感器1的输出返回为正常的时间点确定该长度。当传感器2看到该对象时，其开启X射线束。X射线束继续直到对象的后缘经过传感器3，在此时间点，X射线束将关闭，除非第二对象就要经过传感器2。在此情况下，激光束被保持直到第二对象已被扫描。传感器4帮助从X射线系统1100出来的对象传送到接下来的行李处理系统或者其他货物处理系统。进一步的可视指示符在适当时警告安全联锁(interlock)的状态、电力以及其他机器参数。
[0100] 在一个实施例中，还为X射线系统1100提供人机接口。其包括视频屏幕，通过其通过关于扫描处理的动态状态信息(包括要被扫描的对象在系统内的位置)、与检查结果一起的说明的对象的数量和类型的统计信息、以及包括软件和硬件修订版本级别的机器状态信息、电学的、计算的、X射线和传感器子系统状态信息。在一个实施例中，有利地为该人机接口提供触摸屏界面，如本领域技术人员已知的满足操作者输入安全代码以便访问可用信息的某些要素。
[0101] 将认识到，可以按期望将各个以上公开的实施例、其他特征和功能或者其替换组合成许多其他不同的系统或应用。本领域技术人员随后可以做出其中的各个当前未预见或未预期的替换、修改、变型或改进，意图它们也被以下权利要求包括。特别是，应当认识到，所有这些运算数字表示示例的范围并且本发明包括表示相对于所示出的数字的改进、包括更高分辨率、提高的信噪比、更低电压和更迅速的传送带速度的范围。
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