具有控制辐射源的部件的用于安全和医疗扫描器的扫描系
统
技术领域
[0001] 本
发明涉及扫描系统。它在用于货物的扫描系统中有具体的应用，但也可以在用于诸如安全和医疗扫描器之类的其他应用的扫描器中使用。
背景技术
[0002] 传统货物检查系统包括利用
X射线或伽玛射线通过受检查的物体辐射到
传感器阵列的辐射源，所述传感器阵列可以为弧形或被配置为“L”行阵列。对于技术人员来说，其他形式的传感器阵列将是明显的。
[0003] 这样的系统经常使用线性
加速器来产生X射线、或使用诸如137Cs或60Co之类的辐射源来产生伽玛射线。
[0004] 典型地利用2MV至9MV的波束
能量来操作线性加速器，其中2MV波束是通过如下方法生成的波束：向靶发射2MeV
电子束，产生高至最大值2MeV、但具有典型的峰值能量的1/3的宽谱的X射线能量。该高能X射线波束可以穿透诸如满载的集装箱或完整的
卡车之类的大型物体。
[0005] 在具有较低辐射穿透需求的低成本设施中经常使用
放射源。例如，它们可用于审137
查小轿车或较小的空运货物类的集装箱。 Cs提供处于662keV的能量(大约等效于2MV
60
线性加速器源)的伽玛射线，而 Co产生处于大约1.2MeV的能量(大约等效于4MV线性加速器源)的伽玛射线。
[0006] 先前，经常使用低频S波段
微波能量源来制造线性加速器。在线性加速器中所使用的
波导限定完成的辐射源的整体尺寸。因此，这样的源典型地庞大而且沉重，这是因为必须在整个加速结构周围安装厚的
辐射屏蔽。
发明内容
[0007] 本发明提供一种扫描系统，包括：辐射源，其被布置为将辐射指向物体；检测部件，其被布置为检测辐射；以及控制部件，其被布置为控制所述源以使它产生辐射，并且改变辐射的能量、或辐射的脉冲的
频率、或辐射的脉冲的持续时间。
[0008] 所述辐射源可以包括加速器，其被布置为向靶加速粒子以生成辐射。所述控制部件可以被布置为通过改变加速粒子的能量来改变辐射的能量(例如平均能量或能量分布(profile))。
[0009] 所述控制部件可以被布置为以预定样式(pattern)改变辐射的能量。例如所述控制部件可以被布置为处理来自所述检测部件的、由处于不同能量的辐射生成的
信号，并且分析由不同的辐射能量产生的信号之间的关系，从而分析所述物体。
[0010] 所述控制部件可以被布置为定义检验条件、处理来自所述检测部件的信号以确定它们是否满足所述检验条件、并且取决于所述信号是否满足所述检验条件来改变辐射的能量。
[0011] 本发明进一步提供一种扫描系统，其包括：辐射源，其被布置为将辐射指向物体；检测部件，其被布置为检测辐射；以及控制部件，其被布置为控制所述源以使它产生辐射的脉冲、定义检验条件、处理来自所述检测部件的信号以确定它们是否满足所述检验条件、以及取决于所述信号是否满足所述检验条件来改变所述脉冲。
[0012] 所述控制部件可以被布置为改变脉冲的频率或能量。
[0013] 所述处理部件可以被布置为产生处于第一能量和/或第一频率的辐射脉冲以分析由每个脉冲产生的信号，并且如果不满足所述检验条件则产生具有第二更高的能量和/或频率的至少一个脉冲。
[0014] 所述检验条件可以被布置为仅在充足的辐射到达所述检测部件的情况下被满足，所述充足的辐射例如为至少预定量的辐射。
[0015] 所述控制部件可以被布置为使用所述检验条件来从来自一组脉冲的信号预测后继脉冲的所需能量和/或频率，并且相应地选择后继的一个或多个脉冲的能量和/或频率。
[0016] 本发明进一步提供一种扫描系统，其包括：辐射源，其被布置为将辐射指向物体；检测部件，其被布置为检测辐射；以及控制部件，其被布置为控制所述源以使它产生辐射的脉冲，并且改变所述脉冲的频率。
[0017] 该系统可进一步包括感测部件，其被布置为感测所述物体的移动，并且所述控制部件可以被布置为响应于所述物体的速度的变化而改变所述脉冲的频率。所述控制部件可以被布置为与物体的速度成正比地改变所述脉冲的频率。然后，如果每个脉冲被布置为对物体的层进行成像或扫描，所述层将沿物体均匀隔开。
[0018] 所述检测部件可以包括：传感器，其被布置为响应于对辐射的检测而产生传感器信号；以及获取部件，其被布置为从所述传感器信号产生数据信号，其中所述获取部件具有可调节的灵敏度，所述灵敏度可以被调节以适应由不同能量的脉冲生成的信号。
[0019] 所述获取部件可以链接到所述辐射源，并且被布置为响应于来自所述源的辐射脉冲的能量的改变而调节其灵敏度。所述获取部件可以包括积分器，其具有可以被改变以改变所述灵敏度的电容。
[0020] 本发明进一步提供一种扫描系统，其包括：辐射源，其被布置为将辐射指向物体；检测部件，其被布置为检测辐射，其中所述检测部件包括被布置为响应于对辐射的检测而产生检测器信号的检测器、和包括积分器并且被布置为从所述检测器信号产生数据信号的获取部件；控制部件，其被布置为控制所述源和所述获取部件以改变所述积分器在其上对所述检测器信号进行积分的脉冲数目，以由此改变系统的灵敏度。
[0021] 所述控制部件可以被布置为通过改变所述脉冲的频率、或通过改变所述积分器在其上对所述检测器信号进行积分的时间来改变所述脉冲数目。
[0022] 本发明部分针对用于对从小集装箱到大型卡车的货物物品进行成像的小型成像源的使用。
[0023] 放射源自然地是小型的，因此，如果辐射屏蔽(shield)必须位于辐射源的周围，则放射源具有最小的可能的重量。但是，不能打开和关闭辐射源，故需要手动
挡板(shutter)以用于这一目的。这样的挡板可能被卡住，从而造成潜在的安全危险。此外，这样的源的运输可能是有问题的，尤其是跨国境的运输。
[0024] 线性加速器是便利但复杂的辐射源，这是因为可以简单地使用电子部件来打开和关闭它们。在电源断开时，根本不能发射辐射。运输变得更简单，并且它们在本质上操作更安全。
[0025] 在本发明的一些
实施例中，在以高频率操作的线性加速器周围建造小型成像源。高频率导致低
波长，从而结果是更小型的线性加速器设计。有利地，可以使用X波段线性加速器，或者可替换地可以使用具有类似地高操作频率的线性加速器。
[0026] 为了提供最佳的成像能
力，小型辐射源可以能够在数个模式中操作。
附图说明
[0027] 现在将参考附图仅作为示例来描述本发明的实施例，所述附图中：
[0028] 图1示意地示出了根据本发明的实施例的扫描系统设置；
[0029] 图2示意地示出了根据本发明的另一实施例的扫描系统；
[0030] 图3为示出根据本发明的实施例的扫描物体的方法的
流程图；
[0031] 图4为示出根据本发明的另一实施例的扫描物体的方法的流程图；
[0032] 图5示意地示出了两种典型的扫描系统几何结构(geometry)；
[0033] 图6用图形表示了本发明的实施例中的来自辐射源的辐射的脉冲的定时；
[0034] 图7用图形表示了本发明的实施例中的脉冲频率随物体速度的变化；
[0035] 图8用图形表示了根据本发明的实施例的可变能量脉冲辐射；
[0036] 图9用图形表示了根据本发明的另一实施例的不同的可变能量脉冲辐射；
[0037] 图10示意地示出了根据本发明的实施例的用于处理检测器信号的
开关增益积分器(switching gain integrator)
电路。
[0038] 图11用图形表示了在若干辐射脉冲上的检测器数据的收集和积分。
[0039] 图12示意地示出了根据另一实施例的扫描系统的部分；
[0040] 图13示意地示出了根据本发明的另一实施例扫描系统的部分；以及[0041] 图14用图形表示了在本发明的实施例内的
阈值检验
水平(level)的操作。
具体实施方式
[0042] 参考图1，扫描系统10包括辐射源12，其被布置为将辐射指向将被扫描的物体14。系统10还包括检测部件16，其被布置为检测辐射。在该实施例中，辐射源包括前述类型的线性加速器。在其他实施例中，辐射源可以是任何其他合适的源(例如，不同类型的前述辐射源)。在该实施例中，检测部件16包括L形传感器阵列，所述L形传感器阵列可以包括多列(bank)检测器——对于技术人员来说将显而易见的是，其他实施例可以利用不同类型的检测器。在该实施例中，被扫描的物体14是运货车(lorry)。系统10还包括
控制器18，其被布置为控制辐射源12使得源12产生脉冲形式的辐射。控制器18还被布置为定义检验条件，并且处理来自检测部件16的信号以确定它们是否满足检验条件。控制器18取决于来自检测部件的信号是否满足检验条件来改变辐射源12的脉冲。
[0043] 在一些实施例中，如果不满足检验条件，则控制部件18被布置为改变来自辐射源12的脉冲的频率。在一些实施例中，控制部件被布置为产生处于第一频率的辐射脉冲，然后分析由脉冲产生的信号，并且如果不满足检验条件，它可以产生处于第二更高频率的脉冲。
[0044] 在其他实施例中，控制部件18被布置为改变脉冲的能量分布(profile)。在一些这样的实施例中，控制部件18控制辐射源12以产生具有第一能量分布的辐射脉冲，分析由该脉冲产生的信号，并且如果不满足检验条件则控制辐射源12产生具有第二更高能量分布的至少一个脉冲。
[0045] 在其他实施例中，控制部件18被布置为改变脉冲的持续时间。在一些这样的实施例中，控制部件18控制辐射源12以产生具有第一持续时间的辐射脉冲，分析由每个脉冲产生的信号，并且如果不满足检验条件则控制源12产生具有第二更高持续时间的至少一个脉冲。在一些实施例中，所述检验条件被布置为仅在足够的辐射到达了检测器阵列时被满足，即，如果还未有足够的辐射到达检测器阵列16，则不满足检验条件，并且控制部件18改变至少一些后继脉冲。“足够的辐射”可以是至少预定量的辐射、或允
许可靠测量的充足辐射、或用于使从它产生的图像具有使其适于分析的一个或更多特征的充足辐射。可以在单个脉冲或预定数目的脉冲上、或在预定时间上测量辐射量。如上所述，在一些实施例中，在不满足检验条件时，更频繁地、以更高强度(更高能量)或在更长时间(更长
脉冲持续时间)内使辐射形成脉冲。在一些实施例中，可以使用这些技术的组合来改变脉冲。如果在改变所述脉冲之后仍然不满足检验条件，则可以进一步改变所述脉冲，直至满足检验条件。如果通过在一个方面(即，通过改变脉冲的一个参数(例如通过改变脉冲频率))改变脉冲不满足检验条件，则控制部件18可以被布置为在另一方面(即，通过改变脉冲的另一参数(例如通过改变脉冲持续时间、或脉冲能量分布、或这两者的组合))来改变脉冲。
[0046] 在另一实施例中，控制部件18被布置为使用检验条件来预测后继脉冲的所需属性。所需属性可以是后继的一组脉冲的所需能量分布、所需频率或后继脉冲的所需持续时间或者这些的任何组合。控制部件18使用来自较早的一组脉冲的检测信号来确定后继脉冲的所需属性。然后控制部件18通过相应地控制辐射源12来生成后继脉冲。例如，控制部件18可以预测必要的脉冲属性以便提供可靠的测量。
[0047] 例如，可能确定来自第一组脉冲的信号在检测器处产生不充足的信号(例如在信号幅度方面)，并且因此控制部件18被布置为预测必须怎样改变辐射源以便产生足以产生足够辐射的脉冲辐射，以产生用于可靠测量的充分强的检测信号，例如以确保充足的辐射到达检测器。然后控制部件18改变源12以产生这样的后继脉冲。
[0048] 在另一实施例中，提供与图1中所示的系统设置相同的系统设置。但是，在该实施例中，控制部件18被布置为控制所述源使得它产生辐射的脉冲并且改变脉冲的频率。在该实施例的该例子中不存在检验条件(尽管可以将它与之前的实施例的检验条件组合使用)。在一些这样的实施例中，还提供感测部件，其被布置为感测物体的移动，使得控制部件18被布置为响应于物体的速度的变化而改变脉冲的频率。例如，控制部件18被布置为随着物体14通过
检测区域(源12和检测器阵列16在其中操作)的速度增加，控制源12产生更高频率的辐射脉冲。以此方式，无论物体14在相对
块还是相对慢地移动，都可以获得物体14的充足的
采样(sampling)。在一些实施例中，提供物体的基本恒定的采样可以是本发明的目的，并且相应地可以由控制部件18控制脉冲辐射的频率和物体速度之间的关系。在一些实施例中，控制部件18被布置为与物体14的速度成正比地改变脉冲的频率。
[0049] 参考图2，根据本发明的另一实施例的扫描系统20包括辐射源22，其被布置为将辐射指向物体24。系统20还包括采用检测器形式的检测部件26，其以与图1的实施例相似的方式响应于辐射的检测而产生检测器信号。该实施例的系统20还包括获取部件30，其包括积分器，所述积分器被布置为根据从检测器接收的信号(检测器信号)生成数据信号。系统20还包括控制部件28，其与源22和获取部件30通信。控制部件28被布置为控制源22和获取部件30，以改变积分器在其上对检测器信号积分的脉冲数目——从而允许系统20的灵敏度的变化。有利地，如果控制器28认为有必要，则积分器可以被用于生成包括与多于一个的辐射脉冲相关的检测器信号的数据信号。这在未从单个脉冲检测到足够的辐射的情形中可能尤其有用。
[0050] 在一些实施例中，控制部件28控制源22以改变脉冲的频率，以便改变积分器在其中对检测器信号积分的脉冲数目。在其他实施例中，通过改变积分器在其上对检测器信号积分的时间，来改变积分器在其上对检测器信号积分的脉冲数目。
[0051] 在一些实施例中，控制部件18被布置为从来自检测部件的一些信号生成定义物体14的图像的图像数据。
[0052] 根据另一实施例的扫描系统包括与图1中所示的系统设置相同的系统设置，除了控制部件18被布置为控制源12使得它产生辐射脉冲，并且改变不同的辐射脉冲的能量。在一些这样的实施例中，控制部件18被布置为以预定样式改变脉冲的能量。分析对应于不同的脉冲辐射能量的来自检测器16的信号，以提供关于物体14的信息。以此方式分析物体14是可能的，这是因为物体的响应特性取决于用来扫描它们的辐射的能量。
[0053] 参考图3，根据本发明的实施例，扫描物体的方法31包括：将辐射指向32物体、检测34辐射并且控制产生辐射脉冲的辐射源、定义36检验条件、通过处理来自检测器的信号来确定38该信号是否满足检验条件、以及取决于该信号是否满足检验条件来改变40脉冲。在一些实施例中，可以在初始步骤定义检验条件。不一定以图3中所示的顺序来执行这些方法步骤。
[0054] 参考图4，根据本发明的另一实施例，扫描物体的方法41包括：将辐射指向42物体、使用辐射检测部件检测44辐射、响应于辐射的检测而产生46检测器信号、从检测器信号生成48数据信号、以及控制50辐射源和获取部件以改变积分器在其上对检测器信号积分的脉冲数目，以便改变该系统的灵敏度。
[0055] 图5中示出了两个典型的成像结构。图5(a)示出了被配置有“L”形传感器阵列52的系统51，其中小型(compact)辐射源53位于左边，而图5(b)示出了弧形传感器阵列
54，其中小型源53位于左边。
[0056] 小型线性加速器源将典型地利用图6中所示的脉冲配置来运行。这里，每个脉冲将典型地具有几微秒(1-10μs是典型的)的脉冲宽度和常常在50至200Hz范围内的脉冲重复频率。
[0057] 在本发明的一些实施例中，小型辐射源能够进行脉冲频率调制，使得对来自线性加速器的每个脉冲的定时进行计时，以便在受检查的物体经过片状辐射波束时匹配它的速度。图7中示出了合适的脉冲频率调制例子。图7(a)表示物体速度，而图(7b)示出脉冲定时。随着物体速度增大，脉冲频率增大。
[0058] 在一些实施例中，成像系统的目标是识别受检查的物体内的有威胁的材料。这可以使用操作者(诸如人类操作者)在该图像中查找物体来实现。但是，还可能通过使用可变能量辐射波束来提供一些材料
鉴别。如图8中所示，在一些实施例中，可能使线性加速器源的能量形成脉冲为交替的能量，例如6MV的高能量和2MV的低能量。在该情况中，对于高能量脉冲和低能量脉冲来说，物体透射的辐射能量将是不同的(这是因为波束中的每种材料具有随特性和能量变化的辐射吸收率)。将这样的脉冲能量的变化与脉冲频率调制结合，以提供对受检查的物体的高
质量的扫描。
[0059] 在一些实施例中，小型货物检查系统的目标是最小化辐射源的尺寸和重量。辐射源的操作能量越高，源变得越大和越重。因此以最低的可能的能量来操作辐射源可以是有利的。但是，在一些情形中，辐射源的能量太低而不能提供透过受检查的物体的有效穿透。在该情况中，可以将货物物品视作未被恰当地检查。因此，为了处理该问题，采用了图9中所示的脉冲序列。这里，大多数脉冲是以低能量(例如2MV)发射的。记录和检验检测器信号以判断是否测量到了充足的物体穿透。如果否，则指示辐射源发射处于例如6MV的高能量脉冲(在图9中标记为(a))以提供具有所需穿透的一组数据。现在，可以解决大部分的暗警报(dark alarm)(暗警报被定义为在通过低能量脉冲记录了不充足的穿透的情况下发生)而不在单元的外表面处提供过多的剂量。在一些情形中(在图中标记为(b))，可能有必要提供若干连续的高能量脉冲以得到用于透射测量的充足信号。
[0060] 典型地，高能量脉冲将包含比低能量脉冲更多的X射线
光子。这可以对前端读出电子装置的动态范围和噪声提出严格的要求。如图10中所示，在一些实施例中，提供开关增益前端积分器电路，其操作关联到线性加速器的脉冲生成器。在利用来自辐射源的低能量脉冲的正常操作中，增益开关断开并且C1的值单独确定增益。例如，如果C1＝3pF，则对于来自前端光电
二极管的3pC输入电荷，积分器的输出将是1V。在高能量模式中，增益开关闭合，并且现在总电容等于C1+C2。例如，如果C2＝9pF，则对于来自前端
光电二极管的3pC输入电荷，积分器的输出将是0.25V。
[0061] 在本发明的另一实施例中，图11示出了可以怎样将积分器在若干辐射脉冲上保持在积分模式中。现在，可以获取包含多个辐射脉冲的突发串(burst)，使得现在可以利用可测量信号解决先前存在暗警报的区域。理想地，将在正常波束关闭时间内(例如以400Hz的脉冲重复频率)发射附加脉冲的情况下，维持成像系统的基本脉冲频率(处于例如
50Hz)。以此方式，正常成像质量不被附加测量损害。图11示出了在额外的脉冲测量时段期间增益开关被转换至低增益模式，尽管它也可以为了额外的灵敏度而在标准高增益模式中操作。
[0062] 图12示出了可以在不同的检测器列或组(或在其他实施例中在相同的检测器上提供的不同的检测器部分)上不同地操作增益开关以优化X射线检测器系统的动态范围。在该情况中，示出了标记为1-6的六个检测器列。
[0063] 图13示出了提供用于通过对图像数据自身的分析来生成最优脉冲序列和增益选择的系统的实施例。这里，可编程增益积分
放大器130与每个检测器列连接。来自这些检测器的数据传递至数据获取单元131，所述数据获取单元131向
图像处理单元132输出数据信号，所述图像处理单元132向该图像数据附加新的数据以在监视器133上显示为图像。决定处理单元检查该新的图像并且确定该新的数据是否在积分放大器的动态范围之外。如果是，决定处理单元134将使放大器继续积分，并且将指示辐射源发射更多脉冲，直至已经达到了测量所需的动态范围。
[0064] 决定处理单元可以使用一系列
算法，但典型地，诸如图14中所示的算法的简单的阈值算法足够了。如果接收到阈值140以下的信号，决定处理器将指示源提供进一步的脉冲。更复杂的算法将使用诸如图像分段和连通部分标记(connected component labelling)之类的方法来从一个或更多的2D图像扫描(scan)中识别被投影至一个或更多的后继2D检测图像中的体(volume)的大小(extent)，并且自动预测何时将需要多个脉冲流、或更高能量的脉冲、或更长持续时间的脉冲。
[0065] 作为克服对于形成合适的图像来说不足的辐射达到检测器的暗警报的另一方法，可以响应于对所检测的图像的分析来改变脉冲的持续时间而非它们的能量。在一些情况中，一起改变能量、频率和持续时间、或这些参数中的任何两个是有利的。将理解，全部这些选项是改变或增大辐射功率的、例如在包括多于一个脉冲的组的时间段上的平均值的方式。
[0066] 注意，可以围绕低能量脉冲需求来设计辐射屏蔽，这是因为对于非常大的一部分时间所生成的是这种辐射波束。对于需要高能量波束的小部分时间，瞬时剂量将稍高。但是，以时间平均的方式计算剂量，因此如果决定处理器在其可以发射的高能量脉冲的数目上受到限制(例如不超过5％的时间)，则可以利用非常适度的辐射屏蔽需求来将
辐射剂量保持为可接受的水平。
[0067] 可以对本发明进行多种
修改，而不背离其范围。技术人员将理解，在本发明从辐射脉冲的频率、持续时间或能量分布的方面提到辐射脉冲的改变的情况下，在实现相同目标(例如提供更高的检测信号)的尝试中，将有可能改变这些属性中的两个、或可能改变全部三个。
