专利名称：扫描系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及扫描系统。它在用于货物的扫描系统中有特别的应用，但是也能够在用于诸如安全和高能医用扫描仪的其它应用的扫描仪中使用。
背景技术：
存在对于非法材料和设备的存在与否而筛选集装箱的要求。通常这种集装箱很 大(例如，40英尺x8英尺x8英尺的ISO集装箱)，并且可以包含诸如机械的密集载荷。 为了提供非侵入和快速的检查过程，已经开发多个成像系统，其使用高能量X射线源来 穿透即便是大的集装箱。典型地，这些系统将高能量X射线线性加速器源和以线性方式排列的一系列X 射线检测器组合来创建通过物体的一维检查线。通过经过X射线波束以控制的速度扫描 物体，收集一组一维的投影，它们然后能够被重新格式化为用于随后操作员查看的二维 图像。在全部此类已知的系统中，图像收集过程根据尼奎斯特采样法则来固有地向下 采样，该尼奎斯特采样法则阐述了数据应该以信号中的最高带宽的速率的两倍来采样。同样，用于货物检查的X射线扫描仪典型地包括具有4MeV到9MeV的波束品 质的高能量X射线源(常常基于X射线线性加速器)。从X射线线性加速器输出的X射 线然后被向下校准为放射线的狭窄扇形波束，它是通过检查下的货物的项目发光。然后 X射线检测器元件的线性阵列与X射线源相对安置，使得在通过检查下的物体的X射线 波束的衰减之后它由放射线的扇形波束照射。
发明内容
在本发明的一些实施例中，描述了增强的检测阵列，其提供图像数据的完全的 尼奎斯特采样。在另外的实施例中，检测阵列还修改来提供材料区分能力，这能够对操 作员在他们的做决定时提供显著的帮助。本发明的一方面提供一种用于扫描在第一方向中移动的物体的扫描方法，包 括以具有至少900KeV的峰值能量的放射线照射物体，提供具有至少2mm的厚度的第 一检测器区域和具有至少5mm的厚度的第二检测器区域，其中第二检测器区域被安排来 接收已经通过第一检测器区域的放射线，在放射线已经与物体相互作用或通过物体之后 检测放射线，以便提供与物体有关的信息，其中检测放射线包括在第一检测器区域检 测放射线，在第二检测器区域接收已经通过第一检测器区域的放射线，在第二检测器区 域检测放射线，其中在第一检测器区域、第二检测器区域，或在两者中，检测放射线包 括使用不同群组的检测元件捕获多组检测数据，每个检测元件被安排来提供与该物体的 对应部分有关的信息，在不同时间捕获每组检测数据，使得每个群组的检测元件被安排 来提供关于该物体的相同区域的信息，其中每个群组覆盖的对应部分在具有和第一方向 正交的分量的第二方向中重叠。
独立权利要求定义本发明寻求保护的各方面。从属权利要求定义优选的发明特征。从属权利要求的任意特征可以与本发明的其它权利要求或其它方面的特征结合使 用，即便它们没有明确地从属其中，这对本领域的技术人员是清楚的。当在一种类别(如，方法、系统、检测器装置等)中主张特征时，也寻求该特征 在另一类别中的保护，即便没有明确主张。
仅是作为示例，现在将参考附图描述本发明的实施例，其中图1是概述根据本发明的实施例的方法的流程图；图2是概述根据本发明的实施例的另一方法的流程图；图3示意地示出根据本发明的实施例的扫描系统；图4示意地示出偏置交错的检测器阵列；图5示意地图示在本发明的实施例中数据捕获是如何共轴；图6示意地图示在本发明的实施例中使用的检测器�？椋煌�7示意地图示根据本发明的实施例的堆叠检测器装置；图8是图示如通过本发明的实施例的扫描系统所见的高和低的原子质量物体的 不同特性的曲线图；图9是图示响应于接收的放射线的能量的变化的曲线图；图10图示根据本发明的实施例的检测器装置；图11图示根据本发明的另一实施例的检测器装置；图12图示根据本发明的实施例的扫描系统；图13示意地示出根据本发明的实施例安排的检测器的阵列的示例；图14a和14b图示在本发明的实施例中图像数据如何显示给操作员；图15图解在本发明的实施例中使用的来自放射线源的输出放射线轮廓；图16示意地示出根据本发明的实施例的检测器装置。
具体实施例方式参考图1和图3，本发明的实施例提供一种用于扫描在第一方向中移动的物体32 的方法10和系统30。系统30包括放射线源36，安排来当物体在第一方向中移动时利用 放射线照射物体32。放射线源36安排来提供具有至少900keV的峰值能量的放射线。扫 描系统30还包括检测器装置38。检测器装置被安排来在放射线已经与物体32相互作用 或通过物体32之后检测放射线以便提供扫描物体的信息。检测器装置38包括第一检测 器40和第二检测器42。第一检测器40有至少2mm的厚度。在该实施例中第一检测器 的厚度是大约15mm。在另一实施例中，厚度可以多些或少些并且能够按技术人员要求的 来调节。第二检测器42具有至少5mm的厚度。在该实施例中，第二检测器42的厚度 是大约30mm。再次说明，对技术人员将是清楚的是，该检测器厚度能够通过实验改变 以便按要求调节检测器装置38。在该实施例中，参考图3，第一检测器40安置在物体32 和第二检测器42之间。在另一实施例中，技术人员可以设想不同的排列。在特定实施 例中，该排列提供简单的几何形状以便实现期望的检测器配置，使得通过第一检测器40的放射线在它已经与物体32相互作用之后到达第二检测器42。系统30在其最宽的实施例中不包括运动传感器。在一些实施例中，系统30包括运动传感器，如图3所示。运动传感器44安排来测量物体32的位置、速度、速率或 加速度的任意一个或多个，使用该运动传感器收集的数据可以在扫描物体时用来协调数 据捕捉的时序。参考图1，扫描方法10包括以具有900keV或更高的峰值能量值的放射线照射要 扫描的物体的步骤12。方法10还包括提供具有至少2mm的厚度的第一检测器区域，以 及具有至少5mm的厚度的第二检测器区域的步骤14。第二检测器区域安排来接收已经 通过第一检测器区域的放射线。方法10包括在放射线已经与物体相互作用或通过物体之 后检测放射线以便提供与物体相关的信息。检测放射线包括通过使用不同群组的检测元 件捕获多组检测数据来在第一检测器区域检测16放射线，以及通过使用不同群组的检测 元件捕获多组检测数据来在第二检测器区域检测18放射线。每个检测元件被安排来提供与物体的对应部分有关的信息，并且在不同时间捕 获每组检测数据，使得每个群组的检测元件提供关于该物体的相同区域的信息。每个群 组覆盖的对应部分在具有和第一方向正交的分量的第二方向中重叠。参考图4，示出第一检测器40的一部分。这里，第一检测器40的该部分是从X 射线源的观点观看的，并且看到包括两行X射线检测器元件50;引导行46和尾随行48。 在箭头A的方向中通过经过两个检测器行的X射线波束扫描该物体。为了清楚起见，每 行示出具有仅几个检测器元件，但是在全尺寸成像系统中，每行将典型地包含成百上千 的检测元件。在该实施例中，各元件是相同。在其它实施例中，它们可以按要求而不同 (尺寸、形状等)。通过X射线检测器元件产生的信息必须按与物体的扫描时间相关的方式来读 出；物体扫描越快，每行数据必须被读出得越快。在物体的扫描速度和检测器必须被读 出的速率之间的关系在图5中示出。在该图的顶部的垂直箭头指示X射线源产生信号的 脉冲(在a、b、c、d、e、f)的时间，并且在下一 X射线脉冲开始之前来自检测器的数 据被出取。标记“a”的X射线脉冲将照亮引导和尾随检测器阵列两者。下一 X射线 (标记为“b”)也将照亮引导和尾随检测器阵列两者。这意味着在脉冲“b”中对尾随 阵列收集的数据完全符合在脉冲“a”期间对引导阵列收集的数据。为此，在一些实施例中，方法10包括感测20物体的移动的速率，以便协调各组 检测数据的捕获的时序。在这种实施例中，可以存在控制机制以便考虑如通过运动传感 器44感测的物体32的移动来调整来自源36的X射线脉冲的时序。例如，如果物体32 包括卡车，则运动传感器44能够判断卡车行进的速度，并且相应地调整来自X射线源36 的X射线脉冲的时序，以便集合检测数据使得每个群组的检测元件提供关于物体的相同 区域的信息。在该实施例中，由于在引导检测器阵列中对于检测器元件的中心是沿阵列的长 度偏移恰好从尾随阵列的那些起一半的检测器元件，能够看出X射线信号的垂直采样是 如在当前已知的货物检查系统的情况下使用的单个检测器行将具有的垂直采样的两倍。检测器阵列的空间频带极限值由各个检测器元件的物理孔径来确定。能够示出 当如上所述在时域中采样时，在图4的检测器的安排在垂直方向中完全满足尼奎斯特采样法则要求。使用如图4所示的相同偏置交错检测器阵列，也可以在水平方向中满足尼奎斯特采样法则。在这种情况下，如图5所示，X射线波束脉冲速率必须翻倍同时维持相同 的扫描速度。这些额外的脉冲在图5中示作a’、b’、c’等。在本发明的另一实施例中，提出一种具有在系统操作期间可选择的垂直和水平 采样模式两者的偏置交错检测器阵列。典型地总是使用针对尼奎斯特标准的垂直采样。水平采样能够在要求最佳图像 质量时操作于完全尼奎斯特采样，并且当要求低剂量成像时操作在其它较低采样速率。在本发明的另一实施例中，检测器�？榭梢灾圃烊缤�6所示的示例那样。这里 偏置交错检测器阵列60由闪烁晶体的阵列形成。闪烁晶体在暴露于X射线下发光并且该 光通过大量的闪烁材料发送到光敏器件，该光敏器件将输入光信号转换为电流用于随后 通过电子电路的积分。该积分信号能够随后被转换为数字形式用于传输到数字电路，其 能够将数据译为诸如图像的人可读的形式，并且也能够将数据存储在诸如计算机盘的数 字档案中。典型的闪烁检测器应具有高的密度和高的原子序数，并且典型地从包括以下 材料的组合中选择Csl、NaK BGO> CdW04、LSO、GSO> LYSO和LaBr3。通常光 敏器件将是半导体器件，诸如光电二极管、雪崩光电二极管或硅光电倍增器，或者可以 是诸如光电倍增器管的电子管器件，或更特殊的混合器件，诸如具有光电二极管读出的 宏沟道感光板。其它检测器配置也是可能的，例如，通过使用充气电离或成比例的检测器，诸 如注满增压氙气的检测器。为了实现要求的检测效率，气体将通常加压至少5巴(bar)。 替换品将是使用高密度宽带隙半导体材料，诸如CdTe、CdZnTe、HgI等。完全相同偏置交错的检测器阵列原理能够用于其它图像探测，包括热中子和快 中子，它们能够提供另外的诊断好处。在本发明的另一实施例中，设想混合成像系统，其中偏置交错的X射线敏感检 测器阵列位于接近于偏置交错的中子敏感检测器阵列，以允许相同集装箱的同时X射线 和中子成像检查。约束在物质(例如，因为来自源脉冲的放射线通过物体和每个检测器)中X射线 衰减的主要公式是
聊=调—f- /ι(學]⑴
V ι J其中I(E)=以能量E传输通过物体的放射线的强度，Itl(E)=通过源以能量E发 出的放射线的强度，μ (E)=在能量E的物体的线性衰减系数，并且1=由通过物体的放 射线的(笔形)波束所取的线。从X射线线性加速器输出的X射线是具有大致如图15所示的能量分布的多色 (polychromatic)。最大X射线能量(Ep)从线性加速器的目标中那些电子相互作用中产 生，其中全部电子能量转换为单个X射线光子。典型地，小于全部电子能量被转换为在 X射线波束的X射线能量的宽范围中产生的光子。在低能量处，图15所示的峰值是由于在电子和目标原子之间的荧光相互作用，从而导致作为目标材料的特性的X射线。通常使用积分检测器以测量在等式1中描述的X射线信号。在这种情况下，检 测信号能够写成
权利要求
1.一种用于扫描在第一方向中移动的物体的扫描方法，包括 以具有至少900KeV的峰值能量的放射线照射物体，提供具有至少2mm的厚度的第一检测器区域和具有至少5_的厚度的第二检测器区 域，其中第二检测器区域被安排来接收已经通过第一检测器区域的放射线，在放射线已经与物体相互作用或通过物体之后检测放射线，以便提供与物体有关的 fn息，其中检测放射线包括 在第一检测器区域检测放射线，在第二检测器区域接收已经通过第一检测器区域的放射线， 在第二检测器区域检测放射线，其中在第一检测器区域、第二检测器区域，或在两者中，检测放射线包括使用不同 群组的检测元件捕获多组检测数据，每个检测元件被安排来提供与该物体的对应部分有关的信息， 在不同时间捕获每组检测数据，使得每个群组的检测元件被安排来提供关于该物体 的相同区域的信息，其中每个群组覆盖的对应部分在具有和第一方向正交的分量的第二方向中重叠。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一检测器区域具有大约15mm的厚度，并且第 二检测器区域具有大约30mm的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括感测物体的移动的速率以便协调各组检测 数据的捕获的时序的步骤。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中由每个群组覆盖的对应部分重叠，以便 提供在足够用于在第二方向中以至少尼奎斯特采样率扫描物体的区域的空间频率处的信息ο
5.根据权利要求4所述的方法，其中检测元件在第二方向中具有大致相同的长度，并 且重叠部分被这样重叠从而按照平均，与两个部分有关的数据按照检测元件的长度来捕获。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中不同群组的检测元件在第一方向是彼此 相对偏置的。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，包括将时间协调扫描信息提供给安排来提供 物体的图像的成像部件。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，包括控制物体的移动，使得在数据捕获时区 域和检测元件的相关群组对准。
9.根据前述任一权利要求所述的方法，包括以足够用于提供在第一方向中以至少尼 奎斯特采样率扫描物体的区域的时间频率来捕获数据。
10.根据前述任一权利要求所述的方法，其中照射物体包括以离散脉冲照射物体，并 且该扫描方法包括在下一个脉冲出现之前发送响应于来自检测元件的脉冲而接收的检测 信息ο
11.根据前述任一权利要求所述的方法，包括将第一检测器区域安置在物体和第二检 测器区域之间。
12.根据前述任一权利要求所述的方法，包括计算在第一检测器区域检测的放射线相 对于在第二检测器区域检测的放射线的比率，以便基于该计算的比率确定关于物体的信 息ο
13.根据前述任一权利要求所述的方法，包括配置第一检测器区域和第二检测器区域 以检测相对于彼此的预定数量的放射线。
14.根据权利要求13所述的方法，包括配置第一检测器区域和第二检测器区域以检测 彼此大致相同数量的放射线。
15.根据权利要求13或14所述的方法，包括配置一个检测器区域或每个检测器区域 的尺寸、形状或材料的任意一个或多个，使得第一检测器区域和第二检测器区域检测相 对于彼此的预定数量的放射线。
16.—种在扫描系统中使用的检测器装置，该系统包括放射线源，安排来利用具有 至少900KeV的峰值能量的放射线照射在第一方向中移动的要扫描的物体，其中检测器装 置被安排来在放射线已经与物体相互作用或通过物体之后检测放射线，以便扫描物体其中该检测器装置包括具有至少2mm的厚度并且安排来检测放射线的第一检测器区 域，以及具有至少5mm的厚度并且安排来检测放射线的第二检测器区域，其中第二检测 器区域被安排来接收已经通过第一检测器区域的放射线，其中第一检测器区域、第二检测器区域或两者包括检测器阵列，该检测器阵列包 括多个检测元件的群组，每个检测元件安排来捕获与物体的对应部分有关的检测数据， 每个群组被安排来在不同时间捕获一组检测数据，使得每组检测数据覆盖物体的相同区 域，以及其中在具有和第一方向正交的分量的第二方向中各部分的至少两个组重叠。
17.根据权利要求16所述的检测器装置，其中第一检测器区域具有大约15mm的厚 度，并且第二检测器区域具有大约30mm的厚度。
18.根据权利要求16或17所述的检测器装置，其中各部分的各组重叠以便提供在足 够用于在第二方向中以至少尼奎斯特采样率扫描物体的空间频率处的信息。
19.根据权利要求18所述的检测器装置，其中检测元件在第二方向中具有大致相同的 长度，并且重叠部分被这样重叠从而按照平均，与两个部分有关的数据按照检测元件的 长度来捕获。
20.根据权利要求18或19所述的检测器装置，其中不同群组的检测元件在第一方向 是彼此相对偏置的。
21.根据权利要求18到20的任一所述的检测器装置，其中每个群组包括相同组的检 测元件。
22.根据权利要求16到21的任一所述的检测器装置，其中群组包括在第二方向延伸 的检测元件的各列。
23.根据权利要求22所述的检测器装置，其中列的宽度是一个检测元件。
24.根据权利要求16到23的任一所述的检测器装置，其中群组彼此相邻安排。
25.根据权利要求16到23的任一所述的检测器装置，其中群组是分离的。
26.根据权利要求16到25的任一所述的检测器装置，其中检测元件包括闪烁晶体。
27.根据权利要求16到26的任一所述的检测器装置，其中第一检测器区域安置在要扫描的物体和第二检测器区域之间。
28.根据权利要求16到27的任一所述的检测器装置，其中第一检测器区域和第二检 测器区域被配置来检测相对于彼此的预定数量的放射线。
29.根据权利要求28所述的检测器装置，其中配置第一检测器区域和第二检测器区域 以检测彼此大致相同数量的放射线。
30.根据权利要求28或29所述的检测器装置，其中配置一个检测器区域或每个检测 器区域的尺寸、形状或材料的任意一个或多个，使得第一检测器区域和第二检测器区域 检测相对于彼此的预定数量的放射线。
31.根据权利要求16到30的任一所述的检测器装置，包括包括第一检测器区域的 第一检测器和包括第二检测器区域的第二检测器。
32.根据权利要求31所述的检测器装置，其中第一检测器安装于第一安装部件上，该 第一安装部件安排来机械支撑检测器或提供在第一检测器和信息输出电路之间的电子连 接，或者两者均有，以及第二检测器安装于第二安装部件上，该第二安装部件安排来机 械支撑检测器或提供在第二检测器和信息输出电路之间的电子连接，或者两者均有。
33.根据权利要求31所述的检测器装置，其中第一检测器和第二检测器安装于联合安 装部件上，该联合安装部件安排来机械支撑各检测器或提供在各检测器和一个或多个信 息输出电路之间的电子连接，或者两者均有。
34.根据权利要求32或33所述的检测器装置，其中任意一个或多个安装部件包括电 路板。
35.根据当权利要求34从属于权利要求31时所述的检测器装置，其中第一检测器安 装在电路板的第一侧，并且第二检测器安装在该电路板的相对的第二侧。
36.根据权利要求31到35的任一所述的检测器装置，其中第一检测器和第二检测器 或它们中的每个包括线性检测器阵列。
37.—种扫描系统，包括放射线源，安排来利用具有至少900KeV的峰值能量的放 射线照射在第一方向中移动的要被扫描的物体；检测器装置，安排来在放射线已经与物 体相互作用或通过物体之后检测放射线，以便提供用于扫描物体的信息，其中该检测器 装置包括权利要求16到36的任一的检测器装置。
38.根据权利要求37所述的扫描系统，还包括运动传感器，安排来感测物体的移动的 速率，以便协调各组检测数据的捕获的时序，使得检测元件的各群组捕获和物体的相同 区域有关的不同数据组。
39.根据权利要求37或38所述的扫描系统，包括控制器，安排来控制通过扫描区的 物体的运动，使得检测元件的各群组捕获和物体的相同区域有关的不同数据组。
40.根据权利要求38或39所述的扫描系统，包括控制器，安排来与运动传感器通信 并且控制通过检测元件的群组的数据捕获的时间，以协调通过扫描区的物体的运动，使 得检测元件的各群组捕获和物体的相同区域有关的不同数据组。
41.根据权利要求37到40的任一所述的扫描系统，包括控制器，安排来计算在第一 检测器区域检测的放射线相对于在第二检测器区域检测的放射线的比率，以便基于计算 的比率确定与物体有关的信息。
42.根据权利要求37到41的任一所述的扫描系统，包括多个检测器装置。
43.根据权利要求37到42的任一所述的扫描系统，其中一个检测器装置或每个检测 器装置包括放射线安排来冲击的表面，并且该表面安排来面对放射线源。
44.一种根据权利要求1到15的任一所述的方法提供扫描物体的图像的成像方法， 包括校准不同组的检测数据以便提供图像，其中不同组的检测数据已经在不同的时间捕 获，并且提供关于物体的相同区域的信息。
45.如这里参考附图的任意一个或多个充分地描述的扫描系统、检测器装置、扫描方 法或成像方法。
全文摘要
本发明提供一种用于扫描在第一方向中移动的物体的方法、系统和检测器装置，包括以具有至少900KeV的峰值能量的放射线照射物体，提供具有至少2mm的厚度的第一检测器区域和具有至少5mm的厚度的第二检测器区域，其中第二检测器区域被安排来接收已经通过第一检测器区域的放射线，在放射线已经与物体相互作用或通过物体之后检测放射线，以便提供与物体有关的信息。检测放射线包括在第一检测器区域检测放射线，在第二检测器区域接收已经通过第一检测器区域的放射线，在第二检测器区域检测放射线。在第一检测器区域、第二检测器区域或在两者中，检测放射线包括使用不同群组的检测元件捕获多组检测数据，每个检测元件被安排来提供与该物体的对应部分有关的信息，在不同时间捕获每组检测数据，使得每个群组的检测元件被安排来提供关于该物体的相同区域的信息。每个群组覆盖的对应部分在具有和第一方向正交的分量的第二方向中重叠。
文档编号G01V5/00GK102016647SQ200980115099
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月25日 优先权日2008年2月28日
发明者爱德华·J·莫顿 申请人:拉皮斯坎系统股份有限公司
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
