专利名称：移动式x射线反向散射检查车的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于遥感并使隐藏在容器或人身上的物品成像的装置和方法，其中使用从设置于一个或多个被探测容器一侧的车载平台发出的散射X射线和伽马射线或中子的被动探测。
背景技术：
现在，X射线应用于集装箱，包括机动车辆、运货托板等的检查。然而，现有技术典型地要求一些与检查系统有关的结构设置于被检查物两侧的任意一侧。例如，因此X射线源可以被设置为远离被检查物，而检查系统被设置为接近被检查物，以使X射线穿过被检查物。在颁布于2001年9月18日的美国专利No.6292533中所说明的另一种X射线检查的模式下，贯穿辐射的辐射源设置在由固定集装箱驱动的可动基础上，同时吊杆象集装箱的远端或者伸出一个探测器或者伸出一个射束光阑。总之，现有技术要求将被检查物或人员或者移动穿过检查系统，或者置于近端检查部件和远端检查部件之间，这两个部件中一个包括辐射源而另一个包括检测器。
然而，可以期望有一种有效的装置，用于快速、无干扰地检查人员和车辆、集装箱或其它物体的内部。特别的是，对于货物容器，所期望的是检查人员、可能的违禁品、危险品或其它被注意的东西的存在，而不向现有系统强加要求和限制。将这种检查与放射性或裂变物质的被动探测相结合，也是有利的。
发明内容
根据本发明的一个方面，在本发明的一个实施例中，提供了一种用于检查物体的检查系统。例如，被检查物可以为人员，也可以为任何类型的货物或车辆。检查系统具有封闭的运输工具，例如以封闭车体为特征的厢式货车或其它车辆。而且，该系统具有整个容纳于运输工具车体中的贯穿辐射辐射源，用于产生贯穿辐射，还具有空间调制器，用于使贯穿辐射形成射线束，以根据随时间改变的扫描轮廓照射该物体。探测器�？橐餐耆匕谠耸涔ぞ叩闹魈逯校簧柚梦糜诟荼晃锾迦菽晌锷⑸涞墓岽┓涠⑸湫藕牛保喽栽硕衅鞲菰耸涔ぞ哂氡患觳槲锾宓南喽晕灰贫喽栽硕藕�。最后，该系统具有控制器，用于确保散射辐射的指定特性。另外，可以提供图像生成器，以用于部分地根据散射信号和相对运动信号而将信号形成物体容纳物的图像。
根据本发明的其它实施例，运输工具可以包括能够行驶于道路上的车辆。贯穿辐射源可以包括X射线管，更特别的是，单极X射线管并且发出的辐射能量低于约350keV。贯穿辐射源可以包括向封闭运输工具的一侧或两侧发射辐射的转动选择盘。
根据本发明的其它实施例，近程传感器可以从包括雷达、超声波、光学、激光和激光雷达(LIDAR)的传感器中选出。可以与一个散射探测器分开设置或者与其相同的探测器也可以对放射性或裂变物质的衰变产物具有敏感性，特别是可以对中子或伽马射线敏感。
通过参考下面的详细说明并结合附图，将更好地理解本发明的上述特性。
图1为根据本发明的的优选实施例的车载货物检查系统的部分被截去的透视图，该检查系统配置于能够在道路上行驶的卡车上，并在检查系统和货箱中的一个或两个运动时扫描例如车辆或集装箱的货箱；图2为根据本发明的一个实施例的、在图1所示系统下反向散射辐射成像的各种车辆的图像；而图3为根据本发明的实施例的检查车的示意图，该检查车具有对该车任意一侧的检查能力。
具体实施例方式
如此说明书中和所附权利要求中所使用的，“集装箱”为一种用于存储或运输货物的容器，并包括运货托板以及车辆，无论是机动的还是拖动的，例如汽车、出租车和卡车拖车、火车车箱或船载容器。这里所使用的术语“集装箱”还包括该容器的结构和部件。
在此处说明的本发明用于表示物质的特征，这些物质可以容纳在集装箱中并因而不容易受到视觉上的检查，或者可选的是，该物质可以由人体或其它生命体携带。物质特性可以为非侵入式检查的物体，它们由本发明所述装置和方法探测，包括但不限于电子密度、原子序数、质量密度、线性尺寸和形状。这些特性通过贯穿辐射与该物质相互作用的各种物理过程而被测定。
贯穿辐射是指由光子产生的足够能量的的电磁辐射，将关注的物质穿透达到相当大的和有用的程度，并包括X射线和辐射的其它能量形式。这种辐射与物质的相互作用通常能够被归为散射或吸收过程。这两种过程都将X射线光子从准直(例如定向的)射束中除去；散射过程通过将光子偏转到新的方向(通常具有能量损耗)而将其除去，而吸收过程则简单地将光子从射束中除去。
在颁布于1998年6月9日的美国专利No.5764683中有对于车载式检查系统的基本原理的说明。如用于此说明书和任一权利要求中的，术语“源”是广义的，其包含用于产生照射被检查物体的贯穿辐射束的整个装置。所述源包括贯穿辐射发生器(狭义的“源”)，该贯穿辐射的发生器可以包括X射线管或放射性同位素。而且应当理解，此处和所附的任一权利要求中所用的、并总体地在附图中以附图标号30示出的术语“源”，是指用于产生射束24的整个装置，并可以具有内部部件，其包括、但不限于窗孔、选择器、准直器等。
利用被物体散射(典型地大致沿反向)的X射线的散射成像，提供了多种独特的检查能力和操作特性。即使在成像物体仅能够从一侧接近时，散射成像也能够获得图像。而且，由于散射信号随着进入物体的深度增加而相当迅速地衰减，因而反向散射图像有效地表示了最靠近X射线源侧的一“片”物体特征，从而减少了可能透射成像的图像干扰。在根据本发明所典型使用的能量范围中占X射线散射的主导地位的康普顿效应(Compton effect)，在具有密集的低原子序数(低Z)物质的X射线的相互作用中占主导地位。麻醉剂将在反向散射图像中产生较亮的信号，有机炸药也是如此，使反向散射成为一种对于炸弹或毒品检查有用的成像方式。最后，X射线束与探测器或准直装置的对齐要求不如透射成像那样严格，从而能够在较宽范围的检查情况下实现快速部署。
飞点扫描技术使得使用为收集被散射的X射线而特别设置的探测器获取图像是可能的。在一种典型的飞点系统中，一种X射线的细“笔形射束”迅速地和重复地扫过射束通路的以射束源为中心、垂直定向的“扇形”，该射束通路设置为截取被检查的物体。同时，该物体以一个恒定的较低速度沿垂直于扇形的路径运动，例如在一个水平运动的传送带上。在此方式下，笔形射束以逐点的光栅方式穿过该物体，而整个物体在从几秒钟到几分钟的时间范围内穿过扇形平面时被扫描，时间长短由该物体的长度而定。
尽管整个扫描时间可以持续几秒钟到几分钟，被扫描物体任何部分的实际照射时间也只有笔形射束扫过给定象素的很短时间。视设计和应用而定，暴露时间典型地处于毫秒范围，并对所扫描的物体产生一个较低剂量的入口暴露，也就是说，几乎没有散射到环境中的辐射，因而操作员和其它旁观者受到的辐射剂量也相应地较低。
现在参考图1，本发明的优选实施例使用其中探测器设置于通常能够在道路上行驶的车载平台10或运输工具上的系统，该系统穿过待检的较大物体，例如车辆或集装箱12。为能够描述检查系统的其它部件，在截去视图中，运输工具10特征在于外壳14，在此处即厢式货车的厢壁。该运输工具能够具有许多可选实施例，包括但并不限于汽油、柴油、电力、丙烷、燃料电池或氢动力机动车辆(包括厢式货车、卡车等)、有轨车辆、雪橇、拖车、起重机或其它能够运动、优选的是能够自驱动的设备，但也包括被牵引和拉拽的车辆，例如以电力方式。
辐射源30被容纳在运输工具10的外壳14内，其包括X射线管32(如图3所示)和选择器34。根据本发明的优选实施例，源能量典型地低于350keV。这允许了单极X射线管32的使用，其电压仅加到该单极X射线管的一个电极。而且，这有利地使选择器34可以小于在高能X射线的系统中使用的选择器。选择器34可以为转动的有孔轴，或者具有传输辐条的轮，或者现有技术中用于飞点射束的产生的任何数目的装置，该射束位于一个大致与运动方向20正交的平面内。图3中以示例的方式示出的X射线管32为全景型X射线管，其能够产生广角射束并可以旋转，以在运输工具10的任一侧进行扫描。具有窗孔36和38的转动箍34发出笔形射束24，从而实现在运输工具任意一侧对物体的检查，以下被称为“双侧”检查。然而，在实施此说明书所述的方式时，所有的源都包括在本发明的范围内。X射线源和探测器的方向可以被设置为允许从运输工具的“驾驶员侧”、“乘客侧”或两侧同时地扫描。
现有技术中有用于机械地或电气地扫描贯穿辐射束的各种装置，包括例如图3所示的转动选择盘34，或者在例如颁布于2002年7月16日的美国专利No.6421420中详细说明的电扫描，其通过参考结合在此。在使用机械转动选择盘34的实施例中，随着选择盘沿箭头22的方向转动，X射线管32的靶发出的贯穿辐射24连续地穿过多个(典型地为三或四个)通道。选择盘34由典型为铅的材料制成，它阻挡X射线，除了穿过窗孔36以外的透射。X射线24以笔形射束的形式从正被照射的通道出来，在选择盘34转动时扫过被检物体12。射束24的尺寸典型地决定例如所示系统的分辨率。窗孔36可以具有各种形状，并可以为圆形或矩形，并可以被更特别地设计成其它形状。其它X摄像发生装置可以用于生成类似的扫描笔形射束，例如具有细长切口的转盘、具有中空轮辐的轮盘都是可选的实施例。
探测器�？�100由运输工具10运载，并典型地封闭于封闭主体14内并被从运输工具外侧不可见。它们也可以被运载到运输工具的外侧，以用于本发明范围内的特殊用途。探测器�？榘ㄓ糜谔讲饫醋栽�30的贯穿辐射的探测器，该源与被检测物体12的容纳物相交互作用，并被其散射。
散射源的特征可以在于被扫描的人员或物品的性质异常。因此，携带爆炸物的人员将会根据局部增强的X射线散射而被探测到。散射的特性，例如相对于被检物体的位置或特殊分布，可以被确定，以确定该物体的危险程度。探测器�？�100也可以对于危险材料所发出的天然辐射敏感，例如，如提交于2002年5月29日，序号为10/156989，名称为“Detectors for X-Rays and Neutrons”的同时申请美国专利申请中所详细说明的，该申请通过参考结合在此。根据本发明的各种实施例，使用了一种在探测热中子和超热中子(中间能量，典型地为1-104eV)方面具有高效率的探测器。该探测器使用已知的闪烁体Gd2O2S，在这里称为“gadox”，来阻挡中子和光子。然后，典型地用光电倍增管或光电二极管检测到在光谱的可见部分来自gadox的X射线产生的闪烁体。例如，诸如LiF的可选的闪烁体具有用于探测热中子和超热中子的较高截面，也在本发明的范围之内。
在邻近于被扫描物体的X射线源侧上的射束平面处使用分立的、大面积的探测器，并且，这些探测器的活性表面朝向被扫描物体。这些探测器仅需要提供一个大的固定角，以收集散射辐射；不需要严格的对齐。在此位置，这些探测器响应通常从该物体散射回散射源的X射线。图3示出了本发明另一实施例的示意顶视图，其可以有利地用于检查在检查运输工具任意一侧的物体。
根据本发明，用于检查违禁品的各种现行检查形式可以另外地被用于检查它们所检查容器中的可裂变物质。一些方法是被动的；即，来自放射性材料的中子或伽马射线的发射可以为警告信号。另一些方法是主动的；即，贯穿辐射照射一个容器，从而激发可裂变物质的荧光辐射，而铀或钚的X射线的特性为一种警告信号。
物体12的检查可以由位于运输工具10内的操作员执行，或者可选的是，由位于远处的操作员执行。为了检查，物体12可以保持于一种固定条件下，而运输工具10沿方向20(向前或向后)穿过物体20，可选的是，可以在运输工具10和被检物体12都在运动时执行检查。在另一种模式下，即“门模式”下，该系统固定而被检物体被传送过系统。当被检物体为人员时，可以要求该人员缓慢地步行通过运输工具，优选地沿两个方向，以使得该人的两侧都能够受到搜查。
在一种“固定模式”下，系统和被扫描物体都固定，而构造为该系统本身一部分的车载X射线扫描方法，被用于实现水平和垂直扫描，以生成反向散射X射线图像。这种方法可以包括x-y转换阶段、电子转向X射线源(例如，在美国专利No.6421420中所述)，或其它装置。
运输工具10和物体12的相对运动可以被小心地控制，或者可以被传感器18监控，该传感器使用多种传感方法中的任意一种，例如雷达、超声波、或光学、包括激光或LIDAR传感，以感知运输工具10相对于物体12的相对速度，所有这些仅作为示例提供。控制器40以一种或多种下述形式使用由传感器18提供的信号
可以调节车速，或者可选的是，可以修正象素对准以补偿车速异常，以产生修正了纵横比的、无失真的反向散射X射线图像。相关技术包含但不局限于●使用高精度的速度传感装置，以精确测量处于低(0.5至10英里每小时)范围内的车速；●低速(0.5至10英里每小时)下电的和/或基于软件的发动机和/或传动控制；●用户定制车辆传动系齿轮设计，在保持上至至少55英里每小时的适于道路行驶的速度范围性能时，其同时地产生较低的车辆扫描速度。在此情形下，车辆的巡航控制系统可以被“选用”为在低扫描速度下的受控运动。
●使用与仪表板指示器相连接的高精度传感装置对于驾驶员的超速/低速指示，驾驶员使用该装置手动的调节节气门并制动以保持所期望的车速处于保持不失真图像所必需的范围；●在检查过程中用于驱动检查车的车轮的摩擦驱动；●动态实时软件修正。此方法并不试图调节车速，而是使用来自车载传感器的实时高精度车速和速度变化数据以及软件算法，该传感器在一个轮胎驱动实施例中以附图标号26示出，该算法以插值、平均或其它方法修正由于失速或改变速度而引起的X射线图像数据中的纵横比失真。
●使用多个传感器18中的一个或多个对物体速度遥感，并在软件算法中使用由传感器18产生的信号和车速数据来进行反向散射X射线图像的纵横比修正。
用于控制和修正相对运动的改变的上述方法可以在本发明的范围内或单独使用或组合使用。可以另外地设置传感器18以用于控制X射线射束方向，以使得源相对于被扫描物体的相对速度和轨迹角可以被主动地探测。这种性能可以有利地以更快的速度实现改进的图像并另外地允许不完全是单向的相对运动。另外应当了解，在不需要水平空间分辨率的条件下，相对运动的探测被省略。
图2示出了成一排的五辆车，它们被如本发明所述的一个系统扫描，图中示出了车辆在各种情形下的藏匿物。
在车辆从装置旁驶过的情形下，如果在X射线发生时车速保持在指定的最小值以上，那么固定人员的剂量被易于减少到常规阈值以下。在车辆运动停止或低于指定最低速度以下时，一种互锁机构用于停止X射线的发生。否则，不考虑物体是否靠近，也能够使用X射线。
对于装置固定的情形，或者对于在车辆从装置旁驶过的情形下要求或期望额外的安全措施时，近程传感器，例如激光、微波、超声波或热传感器，可以用于判定待扫描物体的出现和/或辨别人是否在射束路径上，以使X射线能够仅在必要的时候发生。这种传感器典型地一直工作，它们的信号由软件和/或硬件处理以智能地控制X射线发生。在任何其它的安全装置和控制之外，操作员也可以具有手动“X射线发生/停止”控制。
本发明的特性可以有利地在包含但不限于下列的应用中实施，这些应用是●对被运输通过或�？扛劭�、边界、空港或类似运输地点的集装箱化、货盘化或以其它方式包装的货物、卡车或拖车进行检查/确认清单。
●确认集装箱、物体或车辆如所声明的一样是空的。
●对试图进入控制区域或重要区域，例如军事基地、核电站、隧道、空港、公共或政府建筑物、停车场、大厅、服务或交货区、过路收费亭、或其它重要设施的车辆进行违禁品或危险品检查，例如爆炸物、武器或偷渡人员。
●对停放在停车场内或者公共或私人通道上的许多车辆或集装箱进行爆炸物、武器、违禁品或其它危险品的检查。
●对运动的车辆进行危险品、违禁品检查，或者核对其容纳物。
●对于可能包含产生中子和或伽马射线的放射性材料的物体进行检查。
●搜查投降的士兵/平民以确保他们没有窃听装置。
●在边界通行/检查站搜查人员以找出自杀性炸弹。
●对大量人员进行仔细检查。
本发明的所述实施例将仅仅是示例性的，并且对于现有技术人员，各种改动和修改应是明显地。所有这些改动和修改都将包含在本发明如所附权利要求中所定义的范围内。
权利要求
1.一种用于检查物体的检查系统，该系统包括a.一种封闭的运输工具，其特征在于具有一个封闭的主体；b.一种贯穿辐射源，其完全地容纳于封闭运输工具的主体内，用于产生贯穿辐射；c.一种空间调制器，其用于将贯穿辐射形成射束，以用一种可随时间改变的扫描轮廓照射该物体；d.一种探测器�？椋渫耆厝菽捎诜獗赵耸涔ぞ叩闹魈迥冢糜诨谖锾迦菽晌锷⑸涞墓岽┓涠⑸湫藕牛缓蚭.一种控制器，其用于至少根据散射信号确定物体容纳物的特性。
2.根据权利要求1所述的检查系统，还包括一个运动传感器，该传感器根据封闭运输工具相对于固定检查物体的运动而产生信号。
3.根据权利要求1所述的检查系统，还包括一个相对运动传感器，该传感器根据封闭运输工具和检查物体的相对运动而产生相对运动信号。
4.根据权利要求1所述的检查系统，其特征在于所述运输工具为一种能够在道路上行驶的车辆。
5.根据权利要求1所述的检查系统，还包括一个图像生成器，用于部分地依据散射信号和相对运动信号而将信号形成为物体容纳物的图像。
6.根据权利要求1所述的检查系统，其特征在于贯穿辐射源为一个具有轴线的X射线管。
7.根据权利要求1所述的检查系统，其特征在于贯穿辐射源为一个单极X射线管。
8.根据权利要求1所述的检查系统，其特征在于贯穿辐射源为一个X射线的发射被限制在350keV以下的X射线管。
9.根据权利要求1所述的检查系统，其特征在于所述空间调制器包括一个转动选择盘。
10.根据权利要求1所述的检查系统，其特征在于所述空间调制器包括一个能够绕大致与X射线管的轴线同轴的轴线旋转的有孔盘毂心。
11.根据权利要求1所述的检查系统，其特征在于贯穿辐射源向封闭运输工具的一侧发出辐射。
12.根据权利要求1所述的检查系统，其特征在于贯穿辐射源向封闭运输工具的两侧发出辐射。
13.根据权利要求1所述的检查系统，还包括一个探测器，该探测器探测容器容纳物所发出的辐射。
14.根据权利要求13所述的检查系统，其特征在于所述探测容器容纳物所发出辐射的探测器对中子是敏感的。
15.根据权利要求13所述的检查系统，其特征在于所述探测容器容纳物所发出辐射的探测器对伽马射线是敏感的。
16.根据权利要求3所述的检查系统，其特征在于所述相对运动传感器从包括雷达、超声波、光学、激光和LIDAR(激光雷达)传感器中选出。
17.一种使用贯穿辐射检查被检查物体的方法，包括a.在封闭运输工具主体内完全地产生一束贯穿辐射；b.使该贯穿辐射以一个可随时间变化的扫描轮廓扫描过该物体；c.检测由该物体散射并进入封闭运输工具的贯穿辐射，并生成散射信号；d.根据封闭运输工具和所检查的物体的相对运动，生成相对运动信号；和e.部分地根据散射信号和相对运动信号确定物体容纳物的特性。
18.根据权利要求17的方法，还包括部分地根据散射信号和相对运动信号形成物体容纳物的图像。
19.根据权利要求17的方法，还包括至少部分地根据相对运动信号引导贯穿辐射。
全文摘要
一种检查系统，该系统基于一种能够在道路上行驶的封闭运输工具，例如厢式货车，用于检查可以包括人员在内的待检物体。该运输工具的特征在于封闭的主体或外壳。用于将贯穿辐射形成射束的贯穿辐射源和空间调制器，都完全地包含于封闭运输工具的主体内，以一个可以随着时间改变的扫描轮廓照射该物体。探测器模块根据物体容纳物散射的贯穿辐射而生成散射信号，同时，相对运动传感器根据运输工具和待检物体的相对位置而生成相对运动信号。物体容纳物的图像部分地根据散射信号和相对运动信号而形成。可以与散射探测器�？榉挚蜃魑湟徊糠值奶讲馄骺赡芏苑派湫圆牧系牧驯洳锞哂忻舾行�。
文档编号G01T3/06GK1556921SQ03801115
公开日2004年12月22日 申请日期2003年11月3日 优先权日2002年11月6日
发明者威廉·亚当斯, 亚历克斯·查默斯, 李·格罗津斯, 路易斯·W·佩里克, 彼得·罗思柴尔德, W 佩里克, 威廉 亚当斯, 斯 查默斯, 罗思柴尔德, 罗津斯 申请人:美国科技工程公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
