专利名称：检查系统、检查方法、ct装置以及探测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检查系统、检查方法、CT装置以及探测装置。
背景技术：
为了解决CT装置扫描速度问题，常规的方法就是使用多排探测器，从而每次可以同时采集多排数据，例如专利申请W02005/lli^97。但是由于探测器成本较高，大幅增加排数显得不那么现实。
发明内容
本发明中提出检查系统、检查方法、CT装置以及探测装置，其中探测装置能够在增加探测装置有效探测面积的情况下，有效减少探测器排数，从而降低了探测装置的成本。根据本发明的一方面，本发明提出了一种检查系统，该系统包括CT装置，该CT装置包括滑环、与滑环连接的射线源、与射线源相对并连接在滑环上的探测装置；以及传送被检查物体的传送装置，其中所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔，其中N为大于1的整数。所述预定间距可以是5至80mm或者30至50mm。根据本发明的另一方面，在滑环每旋转360度的检查区域中，每排探测器检查该区域的360度/N的扇形部分，同时滑环每旋转360度/N，传送装置将物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距，由此从所述N排探测器中的传送装置移动方向的上游侧的第一排探测器开始依次到最后一排探测器分别检测对应的360度/N。根据本发明的一方面，所述检查系统还包括用于获得二维图像的扫描成像装置， 所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置能够同时运行，以同时通过CT装置获得被检查物品的三维图像和通过所述用于获得二维图像的扫描成像装置获得二维图像。优选方式是，所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行的速度为 0. 18-0. 25m/s。根据本法名的一方面，本发明提出了一种检查方法，该方法包括传送被检查物体；以及利用CT装置检查该物体，其中该CT装置包括滑环、与滑环连接的射线源、与射线源相对并连接在滑环上的探测装置，其中所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔，其中N为大于1的整数，优选方式是，滑环每旋转360度/N，传送装置将物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距，由此从所述N排探测器中的传送装置移动方向的上游侧的第一排探测器开始依次到最后一排探测器分别检测对应的360度/N。根据本发明的一方面，所述检查方法还包括利用用于获得二维图像的扫描成像装置对所述物体进行检查，所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行， 以同时通过CT装置获得被检查物品的三维图像和通过所述用于获得二维图像的扫描成像
装置获得二维图像。优选方式是，所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行的速度为 0. 18-0. 25m/s。根据本发明的一方面，本发明提出了一种CT装置，该CT装置包括滑环、与滑环连接的射线源、与射线源相对并连接在滑环上的探测装置，其中所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔，其中N为大于1的整数。根据本发明的再一方面，本发明提出了一种用于CT装置的探测装置，所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔，其中N为大于1的整数。优选方式是，所述预定间距是5至80mm。更优选的方式是所述预定间距是30至 50mmo
本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为根据本发明实施例的检查系统的示意图。图2为根据本发明实施例的CT装置的示意图。图3为根据本发明实施例的探测装置的示意图。图4为描述根据本发明实施例的探测装置上的探测器的排列的示意俯视图。图5为闪烁体探测器的结构示意图。图6为闪烁体探测器的俯视图。图7为闪烁体探测器的三维效果图。图8为由多个探测器�？樽楹铣傻牡ヅ盘讲馄鞯母┦油�。图9为多排宽间距探测器的示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同的标号表示相同的元件。下面通过参考附图描述实施例以便解释本发明。如图1和2中所示，根据本发明的检查系统包括CT装置，该CT装置包括滑环、 与滑环连接的射线源、与射线源相对并连接在滑环上的探测装置；以及传送被检查物体的传送装置，其中所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔，其中N为大于1的整数。在本发明的一种实施方式中，检查系统还可以包括用于获得二维图像的扫描成像装置，所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置能够同时运行，以同时通过CT 装置获得被检查物品的三维图像和通过所述用于获得二维图像的扫描成像装置获得二维图像。在图1中所示的实施例中，根据本发明的检查系统包括用于获得被检查物品的二维透射图像的扫描成像装置和CT装置。获得被检查物品的二维图像的扫描成像装置可以是现有的任何形式的扫描成像装置，包括单能和双能DR的扫描成像装置。检查系统可以检查爆炸物及毒品等。CT成像装置可以准确获得被检测物体的3D形状、尺寸、等效原子序数 Z值和密度D值的信息，根据爆炸物及毒品在Z-D图中的分布，可以准确判断上述违禁物品， 同时它采用多排探测器结构，可以很大程度上加快扫描速度，提高通货率。根据本发明的检查系统还包括由支架1、传送带6、皮带位置编码器5构成的皮带式传送装置。用于获得二维图像的扫描成像装置包括支架2、与支架2连接的射线源7、与射线源7相对并连接在支架2上的探测器及数据采集器8。CT装置包括支架3、可转动地设置在支架3上的滑环11、与滑环11连接的射线源9、与射线源9相对并连接在滑环11上的探测器及数据采集器或探测装置10。此外，根据本发明的检查系统还包括用于确定行李箱位置的行李箱定位装置4、 用于控制检查系统的控制�？�12、用于对二维图像的扫描成像装置获得的数据进行处理的计算机数据处理器13、以及用于对CT装置获得的数据进行处理的计算机数据处理器14。所述行李箱定位装置4可以采用光障或者其他设备来实现，用于判断行李箱的起点以及终点，配合皮带位置编码器5，可以确定行李箱在行李通道中的位置。所述探测器及数据采集器为整体�？榻峁梗莶杉髦邪ㄐ藕欧糯�、A/D变换和数据传送电路。所述射线源7置于行李通道一侧，所述探测器及数据采集器8置于行李通道另一侧并正对射线源7射出的射线光束；射线源9和探测器及数据采集器10均固定于滑环11 上，探测器及数据采集器10正对射线源9射出的射线光束。控制�？�12与行李箱定位装置4、皮带位置编码器5、皮带传送装置6、射线源7、 探测器及数据采集器8、射线源9、探测器及数据采集器10、滑环11、计算机数据处理器13、 计算机数据处理器14均相连并同步控制各部分的工作状态。探测器及数据采集器8的数据输出电缆与计算机数据处理器13相连，探测器及数据采集器10的数据输出电缆与计算机数据处理器14相连。如图2中所示，根据本发明的检查系统也可以仅仅包括CT装置。如图3-4所示，用于CT装置的探测装置10包括多排探测器，其中相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔。所述多排探测器可以排列成具有大体圆柱面形的表面。多排探测器可以采用本领域公知的任何合适的布置结构，只要相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔。图4中的t表示相邻两排探测器沿图1中的传送带6的传送方向上的中心距离， d表示探测器沿图1中的传送带6的传送方向上的宽度。所述间距为t与d的差值。根据本发明的探测装置10的探测器中相邻两排探测器的中心距离t >> d，从而有效降低了晶体面积，降低了成本。对比于单排的探测器，会成倍的提高检测速度。显而易见，这样做降低了空间分辨率，但考虑到对于不同的需要，例如爆炸物探测，空间分辨率要求较低，因为小于一定尺度的爆炸物一般不构成威胁，也是法律所允许的。根据本发明的一个示例，所述预定间距可以是5至80mm。根据本发明的另一个示例，所述预定间距可以是10至70mm。
根据本发明的又一个示例，所述预定间距可以是20至60mm。根据本发明的再一个示例，所述预定间距是30至50mm。根据本发明的进一步的一个示例，所述预定间距可以是35至45mm。根据本发明的再一个示例，所述预定间距可以是36至40mm，或者38mm。所述预定间距可以根据需要采用不同的间距，例如对于爆炸物，在探测器的宽度d 为2mm时，如果间距为38mm，爆炸物一般不构成威胁，也是法律所允许的。此外对于刀、枪等也可以根据实际情况和法律要求相应地确定探测器的间距。一般探测器的宽度d为l-10mm。本发明也可以采用中心距离来限定多排探测器的排列，例如，根据本发明的一个示例，所述中心距离可以是15至65mm。根据本发明的另一个示例，所述预定间距可以是25至55mm。根据本发明的又一个示例，所述预定间距可以是35至45mm。根据本发明的再一个示例，所述预定间距可以是40mm。根据本发明的探测器布置可以应用于各种探测器，例如闪烁体探测器等。下面以闪烁体探测器为例，说明本发明的探测器的结构。如图5-8所示，闪烁体探测器包括闪烁晶体；光电二极管；以及前置放大器电路。 X射线照射到闪烁晶体后，闪烁晶体发出可见光，该可见光由光电二极管转换成电信号。电信号再经过放大器后传到后端电路进行处理。通常，考虑到工艺以及成本等问题，晶体的尺寸一般都很小，大尺寸的探测器一般都由小的�？槠唇悠鹄词迪郑冉档土顺杀疽脖阌谖�。图5-7示出了一个探测器�？�。如图8中所示，多个模块拼接在一起成为单排探测器，单排探测器可排列成直线或弧形。通过增加相邻两排探测器之间间距的方式，来增加探测器的有效宽度。考虑到危险品检测对空间分辨率需求，相邻两排探测器之间的间距可以设置到80mm。此外，在检查尺寸比较大的物体的情况下，相邻两排探测器之间的间距可以设置为更大的尺寸，例如大于 80mm。相邻两排探测器之间的间距可以根据实际情况进行选择。另外，根据实际使用中对速度的需求以及成本的控制，来选择使用探测器的排数。根据本发明的探测器可以进行各种扫描，例如该探测器可用于圆轨道扫描，该探测器可用于常规的螺旋轨道扫描，以及该探测器可用于满足特定条件的螺旋轨道扫描。下面参照图9作为示例，描述本发明的一种扫描方式。设计相邻两排探测器之间的间距为t，共有N排，滑环的转速为IV传送带的速度
为s，则可设计满足如下关系的扫描方式 _ ^在滑环每旋转360度的检查区域中，每排探测器检查该区域的360度/N的扇形部分，同时滑环每旋转360度/N，传送装置将物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距，由此从所述N排探测器中的传送装置移动方向的上游侧的第一排探测器开始依次到最后一排探测器分别检测对应的360度/N。设第1排探测器的初始位置为Ttl，则第2排为Tft，第3排为TciIt,依次类推。则由上关系式易得，当滑环(即探测器)转动1/Ν圈时，探测器在轴向行走了距离t，所以此时探测器的位置变为第1排TQ+t，第2排为T。，第3排为TQ-t，依次类推。此时，第
2π
η+1排探测器落于与转动前的第η排探测器的同一轴向位置，角度相差。由此可知，当滑
N
环转动一整圈后，N排探测器刚好排满Ttl到�。�+t范围内的2 π角度。下面将说明具体扫描步骤1、设定滑环旋转速度为A (r/s)，设定传送带的速度为s (m/s)，并使两者满足关系 f = M。其中t (m)为相邻两排探测器间隔，N为探测器排数。
aO2、启动控制电机使滑环和传送带按照上述设定速度勻速运动。3、当滑环转动到某一角度时，我们假设为0度，控制X射线源发出X射线，并启动探测器进行数据采集。为表述清楚，我们假设以第一排探测器为基准，但不局限于此。此时第一排探测器相对于传送带位置为Ttl，相应的第二排位于Tft，第N排位于！^(N-Dt。4、滑环从0度旋转到^度，对该区间数据进行连续采集。由于转速和传送带速度
N
满足+ = %关系，此时传送带运行距离为t。则第一排探测器采集的数据范围是，角度方向 Γ0
采集0— f度，传送带运动方向范围为τ。到T。+t的数据。此时，第一排探测器位于T。+t位置，第二排则位于Ttl位置，依次类推，第N排位于Ttl- (N-2) t5、滑环从，度转动到!χ 2度，对该区间数据进行连续采集。由步骤4易知第
NN
二排探测器采集的范围是，角度方向采集集，一，χ 2度，传送带运动方向范围为Ttl到
N N
T。+t的数据。此时，第一排探测器位于1；+2丨位置，第二排则位于�。�+t位置，依次类推，第N 排位于 TQ-(N-3)t。6、类似步骤4和步骤5，滑环连续旋转，当第N-I排探测器采集完
，x(iV-2) —，x(iV-l)度，Ttl到�。�+t范围内数据时，第N排探测器则位于Ttl位置。 NN7、当第N排探测器采集完f χ (iV -1) — $ χ TV度，T。到T。+t范围内数据时，则完成一个周期的数据采集。8、由步骤4-7可知，我们使用N排探测器，采集到了 Ttl到TQ+t范围内的0-360度的数据(下图为N = 4时采集数据范围示意图)。通过对这组数据进行断层重建，即可得到 T0到TQ+t范围内的断层图像。9、由于滑环和传送带的连续运转，可知步骤4-7在不断连续的进行，从而能够得到被检物在各个不同位置的断层图像。下面参照图9再以4排探测器为实例，说明本发明的扫描方式。每排探测器分别扫描360范围内的360/4 = 90度，取探测器间距t = 40mm。滑环转速为1. 5r/s,则可计算扫描速度为s = Nr0ts = 4X1. 5X0. 04 = 0. 24m/s。
该数据可由考虑锥角效应的扇束重建算法进行重建。
40当源到探测器距离为IOOOmm时，最大锥角:r = arctan(^-) 二 2.29°。小于经验
中圆轨道锥束重建的极限锥角5度，不会造成严重的重建伪影。按照正常的螺旋扫描重建方法，探测器的有效宽度为120mm。等效到中心处为60mm( λ =2)。如果滑环以1. 5r/s的速度旋转，2倍螺距来计算。其中2倍螺距为目前已知的螺旋重建算法中能够重建的最大螺距。5 = pr0^-= 2*1.5* l20mm = o.l 80 / s)
λ 2设探测器有效宽度为q (mm)，放大比为λ (λ > 1)，滑环转速为Γ(ι (r/s)，螺距为ρ， 则传送带的速S可按如下公式计算。综上可知，该扫描方法能够有效提高扫描速度。所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行的速度可以为
0.18-0.25m/s0对于图1-2中所示的CT装置，如果滑环速度采用1. 5r/s，射线源9的焦点到滑环中心距离为500mm，射线源9的焦点到探测器距离为1000mm，则放大比为λ = 1000/500 = 2。如果采用四排探测器，探测器晶体尺寸d为2mm，相邻两排中心距t为40mm，则整个探测器宽度为q = 120mm，采用2倍螺距进行重建，可得到皮带的传送速度S = P*r。* (q/λ ) = 2*1. 5* (0. 120/2) = 0. 18m/s其中“螺距”是螺旋轨道的一个重要参数，文献中螺距的定义有多种，本论文中螺距P定义为螺旋轨道相邻两圈的距离与探测器缩放到旋转中心后的高度之比。探测器有效宽度为q (mm)，放大比为λ (λ > 1)，滑环转速为rQ。在目前大多数商业用检查系统中，CT装置和用于获得二维图像的扫描成像装置由于扫描成像速度差异较大，不可能同时使用。一般的流程是当DR检测出有可疑物时，再使用CT进行扫描。这样无疑增加了系统的漏报率。采用本发明的CT装置，实现了 CT装置的高速扫描成像，使CT装置和用于获得二维图像的扫描成像装置同时使用成为可能，从而弥补了互相之间的不足。此时，在Z方向(水平方向)的分辨率为20mm，XY方向(竖直平面)分辨率高于10mm，考虑到各种可能的放置方法，可检测的最小体积约为10cm3。常见的爆炸物密度在
1.5-1. 9g/cm3之间，可检测到20g的最小爆炸物。由于系统噪声等影响，系统实测可检测最小爆炸物为50克。下面参照1、2、4、9，描述根据本发明的检查方法。根据本发明的一种检查方法包括传送被检查物体；以及利用CT装置检查该物体，其中该CT装置包括滑环、与滑环连接的射线源、与射线源相对并连接在滑环上的探测装置，其中所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔， 其中N为大于1的整数。根据本发明的实施例，滑环每旋转360度/N，传送装置将物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距，由此从所述N排探测器中的传送装置移动方向的上游侧的第一排探测器开始依次到最后一排探测器分别检测对应的360度/N。所述检查方法还可以包括利用用于获得二维图像的扫描成像装置对所述物体进行检查，所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行，以同时通过CT装置获得被检查物品的三维图像和通过所述用于获得二维图像的扫描成像装置获得二维图像。优选方式是，所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行的速度为 0.18-0. 25m/so下面参照图1和2详细描述本发明的检查系统的操作。1.接通由控制�？�12控制的行李箱定位装置4、皮带位置编码器5、皮带传送装置 6、射线源7、探测器及数据采集器8、射线源9、探测器及数据采集器(探测器)10、滑环11、 计算机数据处理器13、计算机数据处理器14的电源，在控制�？�12的控制下，皮带高速运行，滑环11开始以特定速度旋转，然后将行李箱放置于皮带上。2.行李箱行进至行李箱定位装置4，行李箱定位装置4确定行李箱的起点；控制�？�12根据该起点以及皮带位置编码器5的计数实时跟踪行李箱的位置；行李箱离开行李箱定位装置4的时候，行李箱定位装置4确定行李箱的终点，控制�？�12根据行李箱的起点以及终点可以计算出行李箱的长度。3.行李箱行进至接近射线源7及探测器及数据采集器8所在平面时，射线源7开始发射射线。射线源7发射的射线穿过被检测物体并由正对射线光束的探测器及数据采集器8接收并形成投影数据。控制�？�12控制探测器及数据采集器8按照一定的速度采样， 采样得到的投影数据传送至计算机数据处理器13。当行李箱的终点离开射线源7及探测器及数据采集器8所在平面时，射线源7停止发射射线。4.计算机数据处理器13对投影数据进行校正、重建，得到被检测物体的二维图像。5.行李箱行进至接近滑环11所在平面时，射线源9开始发射射线。射线源9发射的射线穿过被检测物体并由正对射线光束的探测器及数据采集器(探测器)10接收并形成投影数据。控制模块12控制滑环11以一定的速度旋转，同时探测器及数据采集器10也在控制�？�12的控制下按照一定的速度采样。采样得到的投影数据传送至计算机数据处理器14。当行李箱的终点离开滑环11所在平面时，射线源9停止发射射线。优选方式是，行李箱行进至接近滑环11所在平面时，皮带减速至低速行进并且，射线源9停止发射射线之后，皮带加速至高速行进。6.当通过二维图不能判断被检测物体是否包含爆炸物或者毒品时，计算机数据处理器14可以对投影数据进行校正、重建得到被检测物体的等效原子序数及密度信息，利用这些信息比对数据库中嫌疑物的数据，并结合嫌疑物的尺寸及形状做出最终判断，并且直观显示被检物品的检测信息，如有嫌疑物则在二维投影图中标记出嫌疑物。采用本设计方案的探测装置，不仅可以为安检人员提供熟悉的二维图，而且可以提供精确的3维CT重建图像，为安检人员对行李箱中是否藏有爆炸物及毒品提供全面、准确的判断依据。
权利要求
1.一种检查系统，该系统包括CT装置，该CT装置包括滑环、与滑环连接的射线源、与射线源相对并连接在滑环上的探测装置；以及传送被检查物体的传送装置，被检查物体行进至接近滑环所在平面时，减速至低速行进并且，射线源停止发射射线之后，加速至高速行进，其中所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间距， 其中N为大于1的整数。
2.根据权利要求1所述的检查系统，其中所述预定间距是5至80mm。
3.根据权利要求1所述的检查系统，其中所述预定间距是30至50mm。
4.根据权利要求1所述的检查系统，其中在滑环每旋转360度的检查区域中，每排探测器检查该区域的360度/N的扇形部分， 同时滑环每旋转360度/N，传送装置将物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距。
5.根据权利要求1所述的检查系统还包括用于获得二维图像的扫描成像装置，所述 CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置能够同时运行，以同时通过CT装置获得被检查物品的三维图像和通过所述用于获得二维图像的扫描成像装置获得二维图像。
6.根据权利要求5所述的检查系统其中所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行的速度为0. 18-0. 25m/s。
7.一种检查方法，包括 传送被检查物体；以及利用CT装置检查该物体，其中该CT装置包括滑环、与滑环连接的射线源、与射线源相对并连接在滑环上的探测装置，被检查物体行进至接近滑环所在平面时，减速至低速行进并且，射线源停止发射射线之后，被检查物体加速至高速行进，其中所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔， 其中N为大于1的整数。
8.根据权利要求7所述的检查方法，其中滑环每旋转360度/N，传送装置将物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距。
9.根据权利要求7所述的检查方法，其中所述预定间距是5至80mm。
10.根据权利要求7所述的检查方法，其中所述预定间距是30至50mm。
11.根据权利要求7所述的检查方法还包括利用用于获得二维图像的扫描成像装置对所述物体进行检查，所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行，以同时通过CT装置获得被检查物品的三维图像和通过所述用于获得二维图像的扫描成像装置获得二维图像。
12.根据权利要求7所述的检查方法其中所述CT装置和所述用于获得二维图像的扫描成像装置同时运行的速度为0. 18-0. 25m/s。
全文摘要
本发明提供了一种检查系统，该系统包括CT装置，该CT装置包括滑环、与滑环连接的射线源、与射线源相对并连接在滑环上的探测装置；以及传送被检查物体的传送装置，被检查物体行进至接近滑环所在平面时，减速至低速行进并且，射线源停止发射射线之后，加速至高速行进，其中所述探测装置包括N排探测器，并且相邻两排所述检测器之间具有预定的间隔，其中N为大于1的整数。采用本发明的检查系统，实现了CT装置的高速扫描成像，使CT装置和用于获得二维图像的扫描成像装置同时使用成为可能，从而弥补了互相之间的不足。
文档编号G01N23/04GK102175699SQ20101062164
公开日2011年9月7日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者刘以农, 孙尚民, 张丽, 张文宇, 李元景, 胡海峰, 邢宇翔, 陈志强 申请人:同方威视技术股份有限公司, 清华大学
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