基于双源扫描的电离辐射检测
专利汇可以提供基于双源扫描的电离辐射检测专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于双源扫描的 辐射 检测设备，该设备包括至少两个辐射源(11a、11b)，其用于发射 电离辐射 ；排列成阵列的多个方向敏感的线检测器(16a)；和用于使所述线检测器(16a)在扫描方向(x)上对待检验物体进行扫描的装置(17－19，21－22)，其中所述阵列中的线检测器指向所述辐射源；并且所述用于扫描的装置被设置为在扫描期间使所述线检测器与所述辐射源保持对准，以使各个线检测器能够记录所述对象的多个线图像。根据本 发明 ，所述阵列中的线检测器(16a)是方向敏感的并且交替地指向所述辐射源中的不同辐射源；并且所述辐射源被排列在所述扫描方向(x)所在的平面中。，下面是基于双源扫描的电离辐射检测专利的具体信息内容。
1.一种基于双源扫描的辐射检测设备，所述设备包括：
至少两个辐射源(11a、11b)，其用于发射电离辐射；
排列成阵列的多个方向敏感线检测器(16a)；
用于使所述线检测器(16a)在扫描方向(x)上对待检验对象进行 扫描的装置(17-19，21-22)，其中
所述阵列中的线检测器指向所述辐射源；并且
所述用于扫描的装置被设置为在扫描期间使所述线检测器与所述辐 射源保持对准，以使所述线检测器中的各个线检测器能够记录所述对象 的多个线图像，所述设备的特征在于：
所述线检测器(16a)是方向敏感的；
所述阵列中的线检测器交替地指向所述辐射源中的不同辐射源；并 且
所述辐射源被排列在所述扫描方向(x)所在的平面中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中
所述辐射源用于形成不同能量的电离辐射；并且
所述用于扫描的装置被设置为扫描至少相当于所述线检测器中两个 相邻线检测器之间距离的N倍的距离，其中N为所述辐射源的数量，由 此使得能够在所述不同能量的各个能量处记录足以形成所述对象的二维 图像的线图像。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述用于扫描的装置被设置为 扫描足以使各个线检测器扫过整个对象的长度，以针对各个线检测器得 到以多个不同角度中的各个角度穿过所述对象的辐射的二维图像。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的设备，其中所述辐射源的数 量是两个。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的设备，其中所述辐射源的数 量是三个或更多。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的设备，其中所述线检测器 (16a)中的每一个线检测器都是基于气态的电离检测器，其中作为由进 入所述线检测器的电离辐射导致的电离的结果而释放的电子在与所述进 入的电离辐射的方向基本垂直的方向上被加速，并且可选择地被雪崩放 大。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述线检测器(16a)中的每一 个线检测器都包括基本上指向所述辐射源中任意一个的读出条。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的设备，其中所述线检测器中 的每一个线检测器都是基于闪烁体的检测器、PIN二极管阵列、TFT阵 列、CCD阵列、基于气态的检测器、基于液态的检测器、固态的检测器、 或者CMOS检测器中的任意一种。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的设备，其中从所述检测设备 看，所述辐射源中相邻的辐射源被分隔开至少0.2度，优选地是至少5度， 更优选地是至少30度，并且最优选地是至少60度。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的设备，其中所述辐射源沿基 本与所述扫描方向(x)平行的直线排列。
11.根据权利要求1-9中任意一项所述的设备，其中所述线检测器中 的多个检测器指向所述辐射源中的各个辐射源。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述线检测器被排列在基本 上与所述扫描方向(x)平行的平面中。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述线检测器沿着基本与所 述扫描方向平行的直线排列。
14.一种基于双源扫描的辐射检测方法，所述方法包括以下步骤：
通过排列在平面中的至少两个辐射源(11a、11b)形成电离辐射；
使所述电离辐射穿过被检验的对象；
在使所述电离辐射穿过所述对象后，通过排列成阵列的多个线检测 器检测电离辐射，其中所述阵列中的线检测器指向所述辐射源；并且
在使所述线检测器与所述辐射源保持对准的同时，使所述线检测器 (16a)扫描所述对象，以使各个所述线检测器能够记录所述对象的多个 线图像，所述方法的特征在于：
在使所述电离辐射穿过所述对象后，通过排列成阵列的多个方向敏 感线检测器(16a)检测所述电离辐射，其中所述阵列中的线检测器交替 地指向所述辐射源中不同的辐射源；并且
在设置所述辐射源的所述平面中的方向(x)上进行所述扫描。
15.根据权利要求14所述的方法，其中
通过所述辐射源形成不同能量的电离辐射；并且
在使所述线检测器与所述辐射源保持对准的同时，使所述线检测器 扫描相当于所述线检测器中的两个相邻线检测器之间距离的N倍的距 离，其中N为所述辐射源的数量，其中各个所述线检测器记录所述对象 的足够数量的线图像，以在各个所述不同能量下形成所述对象的二维图 像。
16.根据权利要求15所述的方法，其中通过两个辐射源形成不同能 量的电离辐射。
17.根据权利要求14-16中任意一项所述的方法，其中从所述阵列 看，所述电离辐射是由彼此距离至少0.2度的，优选地是至少5度的，更 优选地是至少30度的，并且最优选地是至少60度的辐射源形成的。
18.根据权利要求14-17中任意一项所述的方法，其中所述电离辐射 是由沿与所述扫描方向(x)基本平行的线排列的辐射源形成的。
技术领域
背景技术
本领域中还有已知的双能检测器，即，利用不同能量的辐射产生两 幅图像并且将这两幅图像组合成为单个图像以加强该图像中不同元素的 检测器。通常，根据光电吸收和康普顿(Compton)散射这两种衰减机制， 衰减是X射线能量的函数。这两种机制在具有不同原子序数的材料之间 是不同的。由于这个原因，可以利用两个能量上的测量来区分不同的元 素。
例如在医学成像中可以利用双能X射线技术来将骨骼组织与软组织 区分开，或者例如在行李扫描中辨认出危险物品。
发明内容
在这个方面，一个具体目标是提供这样的一种设备和这样一种方法， 即，所述设备和方法是不复杂的并且能够产生具有良好的信噪比、动态 范围和图像对比度的双源高质量二维图像。
本发明的另一个目标是提供这样的一种设备和这样的一种方法，即， 通过所述设备和方法可以进行双能辐射检测。
本发明的又一个目标是提供这样的一种设备和这样的一种方法，即， 通过所述设备和方法可以揭示所检测的对象的元素组成。
本发明的又一个目标是提供这样的一种设备和这样的一种方法，即， 所述设备和方法能够对待检验的整个对象进行快速扫描。
本发明的又一个目标是提供这样的一种设备和这样的一种方法，即， 所述设备和方法是可靠的、准确的且不昂贵的。
这些及其他目标都通过所附的权利要求书所请求保护的设备和方法 得以实现。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于双源扫描的辐射检测设备， 所述设备包括至少两个辐射源，被排列成阵列的多个方向敏感线检测器 和用于使所述线检测器在扫描方向(x)上对待检验对象进行扫描的装置。 根据本发明，所述阵列中的线检测器交替地指向不同的辐射源，并且在 扫描过程中所述用于扫描的装置使所述线检测器与所述辐射源保持对准 以使所述线检测器中的各个线检测器能够记录所述对象的多个线图像。 因此，揭示了关于所述对象的额外信息，特别是在沿辐射的方向上。
所述辐射源应当被排列在所述扫描方向所在的平面中。
由于所述阵列中的线检测器交替地指向不同的辐射源，可以获得高 的时间分辨率。
在一个实施方式中，辐射源形成不同能量的电离辐射，并且至少按 与两个相邻的线检测器之间距离的N倍相应的距离(其中N是辐射源的 数量)进行扫描，由此在不同的能量上都能记录足以形成对象的二维图 像的线图像。也就是说，如果N＝2，则至少按两倍于两个相邻线检测器 之间距离的距离进行扫描。
本发明的这个方面提供了灵活的解决方案，其中由于不同的辐射源 提供了不同的能量，可以自由地选择不同的能量。
在另一个实施例中，辐射源形成近似能量的电离辐射，并且进行扫 描的距离使得各个线检测器扫过整个对象，从而对于每个线检测器都得 到以多个不同角度中的各个角度透过所述对象的辐射的二维图像。该图 像数据可以用于层析X射线照相组合重构处理。
当所述辐射源在x方向上被间隔开时，可以通过增加辐射源之间的 距离(与通常期望的相反)，在所记录的图像的深度一致的方向(即Z方 向)上提高空间分辨率。因此，从检测器看，相邻的辐射源被分隔开至 少0.2度，优选地是至少5度，更优选地是至少30度，最优选地是至少 60度。
一维检测器单元优选地但是不排他地是基于气态的平行板检测器单 元。其他可以使用的检测器单元包括二极管阵列、基于闪烁体的阵列、 CCD阵列、基于TFT和基于CMOS的检测器、液体检测器和固态检测 器，例如具有X射线的侧向(edge-on)、近侧向或垂直入射的一维PIN二 极管阵列。
根据在此之后提供的本发明的优选实施例的详细描述和附图1-2，本 发明的其他特性及其优点将变得明显，这些特性和优点仅通过示例给出， 因此它们并不限制本发明。
附图说明
图2是图1所示设备的一些组件的沿A-A线所取的示意性放大截面 图。
具体实施方式
辐射源装置11包括至少两个辐射源11a及11b，优选地是X射线管， 其中每个都具有发射电子的阴极和响应于被电子撞击而发射X射线的阳 极。优选地提供两个X射线管，以放射以各自的基本平行于Z轴的对称 线为中心的具有相等或不同能量的辐射。在图2中，由辐射源11a所发 出的辐射以标号24a指示，而由辐射源11b所发出的辐射以标号24b指 示。
辐射源装置11还可以包括正好处于X射线管下方的滤波器装置12， 该滤波器装置12通常包括用作吸收对于图像质量贡献不大的最低(并且 有时也吸收最高)能量光子的滤波器的薄金属片。优选地是，滤波器装 置12在不同的X射线管的前面具有不同的滤波器部分，使得能够对来自 不同X射线管的不同辐射进行不同的滤波。所述滤波器装置12一般是可 选的，但是如果两个辐射源发出具有类似能量的辐射，可能需要该滤波 器装置来提供不同能量的辐射。该滤波器装置可以另选地被设置在扇束 准直器13之中或之上。参考了本申请人的未决美国专利申请10/442,208， 其内容通过引证并入于此。
扇束准直器13(可选)可以是例如钨的具有被蚀刻成的狭窄的可透 过辐射的狭缝的薄金属片。该狭缝与检测器16的相应线形敏感区域或入 射狭缝对准，使得穿过所述扇束准直器13的狭缝的X射线束能够达到所 述检测器16的敏感区域。X射线束在图2中由标号25示意性指示。另 外可选的是，另外一个准直器可以设置在所述检测器的前面(即，待成 像对象的下游)。
检测器16包括设置成阵列的多个方向敏感线检测器16a，每个检测 器都沿Y方向延伸，以便记录Y方向上的一维图像。线检测器16a中的 各个检测器优选地是基于气态的电离化检测器，其中作为进入线检测器 的电离辐射所引发的电离的结果而被释放的电子在与进入的电离辐射的 方向基本垂直的方向上被加速，并且可选地被雪崩放大。这样的线检测 器被称为基于气态的侧向检测器(gaseous-based edge-on detector)。
这样的检测器及其阵列还在下述的颁发给Tom Francke等人的美国 专利中描述：6,337,482；6,447,223；6,476,397；7,016,458；7,006,597； 6,940,942；6,970,533；6,856,669；6,873,682；6,784,436；6,794,656； 6,818,901；6,627,897；和6,522,722以及其引用文献，本文在这里通过引 证并入其全部内容。
然而，可替换地是线检测器16a中的各个检测器可以是基于闪烁体 的检测器、PIN二极管阵列、TFT阵列、CCD阵列、基于气态的检测器、 基于液态的检测器、固态的检测器或者CMOS检测器中的任意一种。
根据本发明，所述阵列中的线检测器16a交替地指向两个辐射源11a、 11b中的不同辐射源。也就是说，每隔一个的线检测器指向辐射源11a 而每隔一个的线检测器指向辐射源11b。
线检测器的方向敏感性意味着它们中的每一个仅测量来自它所指向 的辐射源的辐射。通常每个线检测器在X方向上的开角可以低至0.1度。
如果线检测器是基于气态的侧向检测器，它们中的每一个都包括基 本上指向辐射源11a、11b中任意一个的读出条。这表示每个线检测器中 的读出条被设置成扇形结构，其中读出条的延长线汇聚于辐射源11a、11b 中的任意一个上。
辐射源11、可选的扇束准直器13和检测器16被连接到公共E形臂 17上，而公共E形臂17又通过大约在E形臂装置的重心处(但也可以 在E形臂装置内的任何位置处)的轴19被可旋转地附接到垂直架18上。 这样，辐射源装置11、可选的扇束准直器13和检测器16可以相对于被 设置在载物台15上的待检验对象以共同的绕轴旋转运动来移动，以对该 对象进行扫描。该绕轴旋转运动示意性地以箭头23指示，即，该运动基 本上在X方向上进行。载物台15被牢固地连接到支架20上，而支架20 又被牢固地连接到垂直架18上。为此，在E形臂17中设置有凹进部分 或类似的部分(以虚线示出)。在扫描过程中，使对象尽可能保持静止。
另外，检测器设备包括微处理器或计算机21和电源22，其中微处 理器或计算机21具有适当的软件以控制该设备以及由线检测器16记录 的数据的读取和后处理，电源21用于向检测器16和微处理器或计算机 21供电并驱动装在垂直架18中的步进电机等，以驱动轴19并由此驱动 E形臂17。
在扫描期间，使线检测器16a与辐射源11a、11b保持对准以使各个 线检测器16a能够记录对象的多个线图像。
本发明的基于双源扫描的X射线成像设备具有沿平行于扫描方向 (即，x方向)的直线设置的辐射源11a、11b，该设备的几何结构提供了 通过可靠的、成本低的技术、方法和设备进行高速的高空间和时间分辨 率的二维图像的记录。
或者，辐射源11a、11b位于扫描方向(即，x方向)所在的平面中 (例如，xy平面)。xy平面还基本上垂直于电离辐射的传播方向(或至 少其中心对称线(即，z方向))。
优选地是，如图所示，多个线检测器16a被指向各个辐射源11a、11b。
如图所示，线检测器可以沿直线设置，该直线基本平行于扫描方向 或x方向，但是也可以以其他几何结构设置。例如，线检测器16a可以 设置在基本平行于扫描方向的平面中(即，xy平面或xz平面中)。
如果将辐射源11a、11b用于形成不同能量的电离辐射，优选地，至 少扫描一段相当于线检测器16a中两个相邻检测器之间距离的两倍的距 离，由此能够在各个不同的能量下记录足以形成对象的二维图像的线图 像。
然后可以在计算机21中对图像进行后分析以揭示关于所检测对象 的元素组成的信息。这是在文献中充分描述的过程。一种常见做法是以 低能谱操作一个X射线源，其中在对象中所选元素(例如，骨骼中的钙) 中更多的X射线被光电吸收，而非康普顿散射。利用高X射线能谱操作 第二X射线源，其中在对象中更多的X射线被康普顿散射而非光电吸收。 将根据两个X射线源得到的图像相减，得到显示所选择的组织类型(例 如，骨骼(钙))的结果图像。利用多于两个源时，使用本方法可以同时 对多种元素进行图像增强。
应该理解的是，如在上面所引证的美国专利6,940,942中所描述 的那样，图1中的检测设备可以被改进和设置为使辐射源装置11、可选 扇束准直器13和检测器16相对于被检测对象作线性移动(例如，在x 方向上)。
还或者，可选的扇束准直器13和检测器16可以相对于被检测对象 在水平面(即xy平面)中旋转。在上述引证的美国专利6,794,656中公 开了这样的基于旋转的扫描。
还要理解的是，图1中的设备还可以被改进为在扫描期间使对象移 动，而使辐射源装置11、可选的扇束准直器13和检测器16保持静止。
另外要注意的是图1和2中的设备可以配备多于两个的辐射源。在 通常情况下，各个辐射源形成具有不同能量的辐射，线检测器交替地指 向不同的辐射源，并且至少扫描一段相当于相邻两个线检测器之间距离 的N倍的距离，其中N为辐射源的数量，由此能够在不同能量下记录足 以形成对象的二维图像的线图像。
对于给定的线检测器阵列和给定的扫描速度来说，使用的辐射源越 多，则确定的对象的谱信息也越多(该谱信息可以被转换成关于对象的 成分或元素结构的信息)，但是需要扫描的距离也越长，这会造成更耗时 的测量和更低的时间分辨率。
在一个实施方式中，相邻辐射源之间的距离保持尽可能的短，从而 通过对象的相近部分中的交互作用，逐像素地记录在不同能量处记录的 二维图像。优选地是，辐射源相互靠近排列。
然而，在另一个实施方式中，尤其是如果所记录的数据被用于层析X 射线照相组合，使相邻辐射源之间的距离更长以揭示对象在深度(即， 在Z方向上)上的更多信息。因此，从检测器16看，相邻的辐射源被分 隔开至少0.2度，优选地是至少5度，更优选地是至少30度，并且最优 选地是至少60度。这里，扫描足以使得各个线检测器16a扫过整个对象 的长度，对于各个线检测器16a获得以多个不同角度中的各个角度穿过 对象的辐射的二维图像。这样的图像数据可以用于层析X射线照相组合 方法，以在任意平面和方向重构对象的二维图像，甚至是对象的三维图 像。
要理解的是，本发明的各种实施方式可以组合起来实现本发明的其 他实施方式。在本发明的一些实施方式中所规定的各种特征和细节可以 被等同地应用于其它实施方式。
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