专利名称：使用强度调制的x射线源的系统及方法
技术领域：
本发明通常涉及辐射能成像系统领域，且更具体地涉及使用高强度X射线辐射源探测特殊核材料(SNM)及其它违禁品的系统和技术。具体地，本发明涉及用于传递足够穿透货物并因此检测S匪和其它违禁品所需的最小X射线强度的改进方法和系统。
背景技术：
用于检测特殊核材料(SNM)和其它违禁品的货物集装箱和卡车的X射线照相术成像需要高强度X射线辐射源。特定源能量强度越高，X射线束可穿透的材料量越大，并能获得更好的对比度和分辨率。在传统实践中，在系统和检查区域的特殊环境下，检查系统的X 射线源强度被设置为可容许的最高等级，称为辐射源的输出设置点(OSP)，不论准确检查货物是否需要此强度，均使用此固定强度检查所有货物。该OSP并不代表辐射源能够产生的最高额定强度。时常，OSP的设置使得辐射源在预定的排除区域的边界处不超过预设的指定辐射剂量限制，或者，在入口检查系统(卡车司机开着他们的卡车通过检查系统)的情况下，保持低于检测卡车司机的特定剂量限制。虽然传统的检查系统能够提供更高的货物穿透性，但是由于它们无法利用辐射源的最大额定强度(通常高于0SP)，因此它们是低效的。此外，传统的检查系统使用比某些货物(或其部分)所需的高得多的强度，导致平均下来检查系统周围不必要的高辐射等级。因此，需要一种检查系统和使用该检查系统的方法，所述检查系统具有传递足够成像和/或穿透货物所需的最小X射线强度的能力。还需要一种汽车或卡车装载的检查系统和方法，其考虑到重量承受能力和屏蔽要求能够使用强度调制的6MeV或更高的X射线源。
发明内容
本发明关注一种包括多个探测器、控制器和X射线源的X射线扫描系统，其中所述控制器被设置为接收并识别由所述多个探测器中的至少一个探测到的最小X射线透射等级，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与至少一个预定阈值透射等级进行比较， 并且其中，基于所述比较，所述控制器产生调节信号，其中所述X射线源接收所述调节信号并被配置成基于所述调节信号调节X射线脉冲持续时间。可选地，X射线源是能量在IMeV到15MeV的范围之间的线性加速器。X射线源包括控制器，其接收所述调节信号，并基于所述信号，调节χ射线脉冲持续时间。控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值进行比较，并且，如果所述最小X射线透射等级低于所述第一预定阈值，产生使所述X射线源增加X射线脉冲持续时间的调节信号。或者，控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值和第二预定阈值进行比较，并且，如果所述最小X射线透射等级高于所述第一预定阈值但低于所述第二预定阈值，产生使所述X射线源不修改X射线脉冲持续时间的调节信号。或者，控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值和第二预定阈值进行比较，并且如果所述最小X射线透射等级高于所述第二预定阈值，产生使所述X射线源降低X射线脉冲持续时间的调节信号。可选地，控制器包括具有处理单元的计算机，其中所述处理单元连接用于接收来自所述多个探测器中的至少一个的信号的输入/输出板。处理单元是现场可编程门阵列或特定用途集成电路中的至少一个。可选地，多个探测器包括第一探测器阵列以及第二探测器阵列，所述第一探测器阵列被配置成测量后续χ射线脉冲的所需源强度，所述第二探测器阵列被配置成测量透射图像而非所述所需源强度。X射线源被配置成基于从第一 X射线脉冲发生的调节信号调节第二 X射线脉冲的持续时间，所述第一 X射线脉冲刚好发生在第二 X射线脉冲之前。在另一实施例中，本发明关注一种改进现有X射线扫描系统的方法，该现有X射线扫描系统具有X射线源、穿透能力、辐射印迹、以及多个探测器，所述方法包括安装控制器， 其中所述控制器被配置成接收并识别由所述多个探测器中的至少一个探测到的最小X射线透射等级，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与至少一个预定阈值透射等级比较，其中，基于所述比较，所述控制器产生调节信号，所述调节信号被配置成基于所述调节信号调节X射线脉冲持续时间。可选地，X射线源是能量在IMeV到15MeV的范围之间的线性加速器。穿透能力在 Icm至IOcm之间的距离范围内增加。平均辐射印迹在1到9倍之间增强。控制器比较所述最小X射线透射等级与第一预定阈值，并且，如果所述最小X射线透射等级低于所述第一预定阈值，产生使所述X射线源增加X射线脉冲持续时间的调节信号。或者，控制器比较所述最小X射线透射等级与第一预定阈值和第二预定阈值，并且，如果所述最小X射线透射等级高于所述第一预定阈值但低于所述第二预定阈值，产生使所述X射线源不调节X射线脉冲持续时间的调节信号。或者，控制器比较所述最小X射线透射等级与第一预定阈值和第二预定阈值，并且，如果所述最小X射线透射等级高于所述第二预定阈值，产生使所述X射线源降低X射线脉冲持续时间的调节信号。可选地，控制器包括具有处理单元的计算机，并且其中所述处理单元连接接收来自所述多个探测器中的至少一个的信号的输入/输出板。多个探测器包括第一探测器阵列以及第二探测器阵列，所述第一探测器阵列被配置成测量后续X射线脉冲的所需源强度， 所述第二探测器阵列被配置成测量透射图像而非所述所需源强度。所述X射线源被配置成基于从第一 X射线脉冲生成的调节信号调节第二 X射线脉冲的持续时间，所述第一 X射线脉冲刚好发生在所述第二 X射线脉冲之前。
通过参考结合附图考虑时的下面详细描述，本发明的这些和其它的特征和优点将被意识为变得更好理解，其中图IA示出了货物检查系统的一个实施例的图解；图IB示出了在固定强度下使用货物检查系统获得的货物X射线图像和线图以及通过使用强度调制源获得的另一线图，所述货物检查系统利用传统的6MeV线性加速器(Iinac) X射线源；图2是利用传统成像系统获得的超过1000个图像的分析结果的图解，其示出了如果系统已经利用本发明的强度调制系统的辐射印迹衰减因子；图3示出了两种类型的电子枪中所包括的电路的图解；图4A、图4B和图4C示出了一定厚度的球形铅罩和无屏蔽源的模拟结果以及二者各自的比率；图5A和5B分别示出了由针对铅和钨的全屏蔽计算所产生的屏蔽所需量；和图6描绘了 6MeV X-波带加速器的屏蔽设计的一个实施例。
具体实施例方式探测和核查威胁和违禁品的X射线货物检查系统必须解决有竞争力的性能需求。 穿透高密度的货物需要高X射线强度，然而为了最小化辐射印迹(被控区域的尺寸)、屏蔽需求以及对人员的剂量，人们期望低强度。用于货物检查目的的大多数X射线源是基于线性加速器的，其中电子以脉冲形式从电子枪中射出。这些电子随后在线性加速器中被加速至一定动能。对于工业中使用的典型源，此类动能在1至15MeV之间，包括lMeV、4MeV、4. 5MeV、6MeV和9MeV。加速电子随后轰击由高密度材料如钨(但不限于)制成的靶，造成随后在检查系统中使用的X射线的释放。 X射线束的平均强度直接与每秒轰击靶的电子数成比例。电子是带电的，每秒轰击靶的总电荷被称为加速器中的平均电子电流(单位为MeV)。线性加速器为脉冲装置，每个脉冲通常延续几微秒。平均电流通过使用加速器中的峰值电流、每秒脉冲数和每个脉冲的持续时间来确定。加速器中的峰值电流是如在实际脉冲期间测量的电子电流。由于每个脉冲仅持续短时间，且每秒脉冲数目不是非常多(至多大约 400)，因此加速器中的平均电流比峰值电流小得多——在加速器中大多数时间根本没有电子电流。因此，有三种控制加速器中的平均电子电流的方式，辐射源的平均X射线输出强度峰值电流、每秒脉冲数以及脉冲持续时间。当使用传统辐射源时，通过例如调节加速器的峰值电流和不仅是X射线源本身，还有调制器(其提供用于加速电子的合适相位和定时射频(RF)电磁波)和RF源自身的多个其它属性，它们被预设为固定强度。典型地，这是以不改变脉冲持续时间或电子动能的方式完成的。可以实现事实后的辐射源强度的改变，但通常需要生产商的电话服务。现有辐射源以固定X射线强度操作，这称作输出设置点(0SP)。对许多典型的图像，OSP比所需的高，并且为了减少辐射印迹而选择OSP小于辐射源的最大额定输出时，性能可能受到限制。因此，可以使用强度调制X射线源来显著提高货物检查系统的成像穿透性能，同时在排除区域的尺寸以及对货物和人员的辐射剂量方面，保持同样的平均辐射印迹。本发明关注改进的方法和系统，以脉冲到脉冲为基�。痛┩富跷镆蕴讲釹匪和其它违禁品足够成像所需的X射线强度。更优选地，本发明调制脉冲持续时间，因而消除了由峰值电流调整引起的能量波动并避免了调整脉冲速率相关的复杂性。本发明还关注改进的方法和系统，以脉冲到脉冲为基础，基于在先前脉冲期间检
6查系统的探测器阵列中测量的信号强度，改变X射线源的强度。本发明还关注一种反馈系统，其中基于标准线性加速器的脉冲X射线源的强度可以按多种方式改变，包括在计算机控制下从一个脉冲到另一个脉冲，改变脉冲宽度和/或峰束电流。这样，系统使用测量的X射线强度作为反馈循环的一部分以调制X射线源的强度。本发明还关注一种货物检查系统，其利用基于线性加速器的X射线源，其中利用 6MeV辐射源，能够达到超过传统系统的等于两英寸钢材(或钢材等同物)的穿透能力，同时比现有固定强度辐射源相比，平均起来产生相同或更小的辐射印迹。特别地，本发明可用于改进现有的X射线系统，改善平均辐射印迹1至3倍并且提高穿透距离1至5cm钢材或钢材等同物。利用能量在6MeV之外的X射线源，上述性能特征可以不同，但是随着X射线源能量的增加，性能改善是可预期的。例如，在具有电子加速动能范围在IMeV至15MeV之间的系统中，IMeV典型地呈现较小的穿透度，本发明的系统和方法具有提高辐射印迹(将其降低)的潜能，将IMeV能量源的1. 05至2之间的低倍数提高到15MeV能量源的5至10之间的高倍数，并且具有增加穿透的潜能，将IMeV的在0. 5至Icm的距离增加到15MeV的约5 至IOcm的距离。因此，本发明关注一种货物检查系统，其能够通过评估货物检查系统探测器阵列对先前脉冲的信号强度预期每个脉冲所需的X射线强度。本发明因而关注一种基于线性加速器(Iinac)的X射线源，其能够1)经由电信号从一个脉冲到下一脉冲地改变强度；以及幻经由探测器阵列电子设备确定下一脉冲的所需源强度。此外，本发明关注一种货物检查系统，其与可比较的传统辐射源相比，利用具有其各自遮罩的相对小的线性加速器系统。本发明也关注一种装载汽车或卡车的检查系统和方法，其考虑重量承受能力和屏蔽需求能够使用强度调制的6MeV或更高的X射线源。本发明关注多个实施例。将对本发明的特定实施例进行参考。此处所描述的实施例不是对任何一个特定实施例的普通否认，或并不用于限制超出此处所用术语含义的权利要求。将要注意，虽然本发明能用于具有任何类型辐射源和探测器阵列的任何检查系统，但是针对典型使用基于线性加速器的脉冲高能X射线源的货物检查系统来描述本发明。因此，描述不应解释为限定。如附图IA所示，在一个实施例中，本发明的货物检查系统100包括X射线源102 和探测器阵列104。探测器阵列104包括多个探测器106和源强度控制器(SIC) 108，其进一步包括合适的电子设备和内部连线，对于给定的X射线脉冲，确定在探测器阵列104中多个探测器106的X射线透射，并找到已记录最小透射等级的探测器。之后，SIC 108确定最小透射等级是否低于预定和预编程的第一等级A ；或者高于预定和预编程的第一等级A，但低于预定和预编程的第二等级B ；或者高于预定和预编程的第二等级B。在一个实施例中， A的值为300而B的值为600 (任意单位)。请注意此处，SIC可以在多个实施例中执行，这对本领域技术人员来说是显而易见的。在一个实施例中，本发明使用可商业获得的嵌入FPGA的计算机。FPGA与从探测器阵列读取信号的定制I/O仪表板连接。FPGA具有执行上述计算的定制固件，确定必须发送至 X射线源的所需信号，并且随后将该信号发送至X射线源。此处还将注意，如本领域的技术人员显而易见的，能够使用ASIC代替FPGA。在每种情况下，SIC 108沿着电学和/或光学连接或无线地向X射线源102发送信号。如果最小透射等级低于预定和预编程的第一等级A，第一信号指示X射线源102增加对下一脉冲的X射线强度。可选地，如果最小透射等级高于预定和预编程的第一等级A，但低于预定和预编程的第二等级B，第二信号指示辐射源保持相同的强度。但是请注意，可以消除第二信号，并且默认辐射源保持相同强度。如果最小透射等级高于预定和预编程的第二等级B，第三信号指示X射线源降低下一脉冲的X射线强度。第四信号用于指示辐射源执行X射线脉冲本身。在预定时间段逝去之后，发送最后一个信号，使辐射源稳定在其新的强度设置。本发明能够以脉冲至脉冲的基础调制X射线源102的强度(例如在几微秒内)。 在一个实施例中，调制X射线源102，因而系统100能够实现脉冲至脉冲的强度变化。在一个实施例中，X射线源102进一步包括线性加速器103。在一个实施例中，X射线源102进一步包括源强度控制接收器(SICR) 112，其为一电子电路，从SIC接收信号，并执行必要的功能为X射线源102准备下一脉冲所需的强度等级。在一个实施例中，X射线源102进一步包括用于物理改变下一脉冲辐射源的强度等级的装置和方法。在又另一个实施例中，X射线源102进一步包括参比/监视探测器114，其读取每个脉冲以便提供该脉冲期间精确的辐射源强度。由于在X射线源中使用监视探测器对本领域技术人员来说是公知的，在此不再进行详述。在以线性加速器为基础的脉冲X射线源中，源强度依赖于三个因素脉冲持续时间、线性加速器中的电子峰值电流以及脉冲速率。在第一和优选实施例中，通过改变脉冲持续时间来调制源强度，如针对附图3下面更详细描述的。作为调制X射线强度的方法，仅通过改变脉冲持续时间避免了很多复杂性。也可以改变脉冲速率(每秒钟的脉冲数)，但需要对检查系统的操作进行大幅改动。还可以改变加速器中的电子峰值电流，但这会导致被称为射束加载的加速器特性发生改变，如下所述，并且这会影响加速电子的能量。当仅改变脉冲持续时间时，能量相对不受影响。在第二实施例中，通过改变峰值电流来调制辐射源强度。但是，改变峰值电流还会导致射束假设的变化当电子从加速器结构中获取能量时，可获得的能量降低，随后电子获得的能量变少。峰值电流的变化改变了加速电子的数目，改变了射束加载，因而改变了可用于加速的能量。因此，射束加载的改变导致加速电子的最终能量的变化。通过改变调制器和RF源设置，能够使用额外的电子设备对其补偿。在第三实施例中，通过改变每秒的脉冲数来调制源强度。虽然此方法可在本发明中使用，但是传统的X射线照相术系统使用单个线性加速器脉冲产生照相术图像中的一列像素。因此，每秒脉冲数与传统系统中纵向方向(例如，沿着扫描方向)的图像分辨率之间存在直接对应关系。为了使用本方法，本发明应当在每秒钟内比传统辐射源产生更多的脉冲，并且探测器系统应当在固定时间段内对不同脉冲的信号进行积分以产生一列图像数据，g卩，每列图像应当是多个X射线脉冲之和，在每个脉冲之前均作为图像中的一列。使用强度调制的X射线源具有如下优点
如果强度调制辐射源的OSP等效于传统线性加速器X射线源，则强度调制辐射源产生的平均辐射量平均起来以很大幅度(如上所讨论的)减少，这是因为货物较低密度区域所需X射线强度更小。 强度调制辐射源的OSP可能会选择为比等效的传统线性加速器X射线辐射源的高F倍，这样由强度调制辐射源产生的平均辐射量大约与传统辐射源的相同。对于6MeV辐射源，倍数F = 4可实现此目标。实际上，辐射印迹事实上在一定程度上低于传统辐射源， 因为平均来说，仅图像的小部分需要强度增加4倍。但是，对于高密度货物的穿透能力可提高相当于约5cm的钢材，对在钢板后的铅砖进行测量，相当于将使用6MeV X射线源的现有技术的约40cm钢材的穿透能力提高了约13%。 在两个极端之间有几种可能的设置。例如但不局限于这些示例，在用于6MeV的 X射线源时可以降低平均辐射印迹约1. 65倍，穿透能力仍增加相当于2. 5cm厚的钢材。在操作中，下述为使用本发明的辐射源强度调制系统和方法的货物检查系统。选择OSP对应于上面概述的可能性之一，并更特别地，相当于传统的辐射源，比相同的辐射源高4倍(6MeV辐射源)，或在这两个选项间的任何值。对强度调制的辐射源，OSP被定义为其能允许输出的最大强度(可能仍然低于额定强度)。然后，初始化强度调制系统至其最低强度设置。随后，系统在此强度下执行单独的垂直线扫描。如上所述，货物检查系统中的源强度控制器电子设备确定系统的任何一个探测器接收的信号是否小于某一预定阈值信号A。如果是，电子设备指示强度调制辐射源系统增加其输出某一倍数，例如两倍。第二垂直线扫描以新的、更高的强度执行。如果任何探测器接收的信号仍然小于阈值信号A，电子电路重复对强度调制的辐射源的需求，强度增加两倍。此过程不断重复，直到强度调制辐射源达到其0SP，或者直到每个探测器中的信号均高于阈值信号A。可选地，如果最小透射等级高于预定和预编程的第一等级A但低于预定和预编程的第二等级B，则不同的信号指示辐射源保持在同样的强度。然而请注意，此信号可被消除， 并且默认辐射源将保持同样的强度，且不需要来自信号的指示。如果最小透射等级高于预定和预编程的第二等级B，信号指示辐射源降低下一脉冲的X射线强度。可选地，X射线扫描系统可包括彼此靠近的两个探测器阵列。第一阵列被具体地配置成测量下一脉冲(非透射图像)所需的辐射源强度，而第二阵列被具体地配置成测量透射图像(非所需的辐射源强度)。使用此项技术，可精确测量下一脉冲所需的强度。虽然增加探测器阵列的数量会增加成本，但也会改善通过检查系统的吞吐量。本领域技术人员容易想到，其它特定探测器阵列可添加并结合至本发明中。在可替换的实施例中，向辐射源发送传递对下一脉冲所需的强度的直接信号，而不是请求辐射源增加固定倍数。因而，虽然本发明描述为每次以给定倍数改变辐射源强度， 但也能指定特殊的辐射源改变量。理想的辐射源强度应当是最小探测器等级在任何时候等于A。因此，对下一脉冲适当的强度Inrat应当为Inew = Icur*A/Dmin(1)其中，Inew的范围限定在辐射源的可能最小和最大强度Imin和Imax间，Dmin是探测器可测量的最小等级，Icot是当前辐射源强度等级。在一个实施例中，该新强度值可以通过电连接以模拟或数字模式、或者通过光学连接以数字模式直接发送至IMAXS源。然而，上述方程假设X射线源能够产生在Imin至Imax范围内的任意强度，或者至少是接近这些需求的强度。此外，强度的这种精细调整不会显著的改善性能。实际上，在图像的亮区域(货物中的低吸收)和暗区域(高吸收)之间的阈值处，强度的这种精细调整可能是有害的毕竟，强度调节是基于先前脉冲期间测量的探测器等级。最好在强度上采用更大的步长(例如大约两倍)，预期这样的情况，即可能需要比在先前脉冲中测量的探测器等级所期望的更高的强度。这样，在一个实施例中，更适当的强度使用下列公式计算Inew = Imax*exp (-log (2) Ioor [log ((Imax^Dmin) / (A*IC J)/log (2) ]) (2)此处，函数flooHx)找出比χ小的最接近其的整数。注意到，如果消除函数 floor ()，公式⑵简化为公式(1)。这样，使用公式O)，强度转换为最大强度的两倍(尽管可选择除了 2倍以外的倍数)。在Imin至Imax范围之间界定后，该新强度随后通过电学或光学连接被直接发送至X射线源。注意到，Ifflax可被任意归一化至1，其中根据惯例，1被随后作为IMAXS源的0SP。进一步应注意到，对上述两个公式，SIC必须了解当前强度I·。并且，最终应注意到，除非Dmin > 2*A，即阈值B被有效设置为2*A，将不会有强度改变发生。另一个信号用于指示辐射源执行X射线脉冲本身。在足够的时间流逝后，发送该最后信号以使辐射源稳定在新强度设置。此过程不断重复直到扫描结束，并且辐射源返回至其最小强度设置。本发明仅以示例的方式描述，用于装备传统的6MeV线性加速器X射线源的货物检查系统中。本发明所述的强度调制X射线源技术可用于任何能量的线性加速器，典型的范围是1至15MeV之间。附图IB示出了货物的X射线图像105，由利用装备传统的6MeV线性加速器X射线源的货物检查系统获得。对应的图表110示出了最小透射图案115、最大透射线120、标准辐射源强度线125以及强度调制源图案130，其中在图像的整个路线上，在具有每个X射线脉冲为一列的X射线图像中的垂直列上测量透射。如果使用强度调制的X射线源，强度调制源图案130描绘出辐射源强度的线结构。如图像所示，很多区域的最小透射相当的高 (图像中的1，000-10, 000个任意单位)，仅有少数区域的最小透射很低。传统辐射源使用相同的固定强度125，然而强度调制辐射源具有强度图线130。图像2为IMAXS源本应具有的影响的计算结果的图表200，使用可Rapi scan Systems, Inc. MSCS Eagle 系统从1000幅图像中获得，其具有固定强度6MeV X射线源。 如上所述且在图表中所示，图像穿透性保持不变，平均剂量降低了 3倍。对这些图像的进一步分析显示，具有和传统辐射源相同的辐射印迹，使用本发明的强度调制辐射源的系统具有更好的成像穿透性，大约两英寸钢材或钢材等同物。如上所述，本发明能够在脉冲至脉冲之间(例如几个微秒内)调制辐射源的强度。 在一个实施例中，调制χ射线源使系统能实现脉冲至脉冲之间的强度改变。在一个实施例中，X射线源进一步包括SICR，其为一电子电路，从SIC接收信号，并执行必要的功能为射线源下一脉冲所需的强度等级做准备。也如上所述，在一个实施例中，通过改变脉冲持续时间来调制辐射源强度。
通过背景的方式，脉冲线性电子加速器通常具有两种类型的电子枪之一二极管枪或格栅枪，也被称为三极管枪。在二极管枪的情况下，阴极上的高负电压脉冲发射电子。 在三极管枪的情况下，阴极被保持在更小的、固定的负高电压下，其自身不足以发射电子。 向设置在阴极前的格栅施加相对小的正电压。阴极和格栅上的组合电压使电子从阴极脱离。在两种情况下，如果RF脉冲同时呈现在加速结构中，电子会被加速并最终轰击靶材，产生X射线。这些枪的设计独立于加速器结构的类型、梯度和长度，因而可应用于任何线性加速器能量，对X带如同S带一样。图3示出了两种类型的电子枪的电路图。现参照图3，图解305示出了用于具有二极管枪的加速器的电路，而图解310示出了用于具有三极管枪或格栅枪的加速器的电路。 图3还描绘了附加改进电路306和311的示例性设计，使得两种类型的电子枪具有本发明的强度调制辐射源的能力。请注意，设计仅是示例性的，本发明并不限于这些设计。如图3所示，改进电路306和311两者使用了延迟发生器315。在脉冲之间，使用来自检查系统探测器阵列的信息将延迟发生器315预设为某一延迟值，其中在一个实施例中，范围为从0至加速器的RF脉冲的宽度。如果采用二极管枪电路布置305，枪脉冲在延迟后使用间流管320箝位到地，有效地缩短脉冲。此处，更短的延迟将产生更少的电子，因而降低强度。如果采用三极管枪电路310，使用稍微不同的方法——此处，延迟用于及时补偿格栅脉冲的RF脉冲。在此情况下，每个脉冲产生的电子数量相同，但仅在RF脉冲内发射的电子被加速。此处改变延迟会导致格栅和RF脉冲间重叠的变化，并因此改变加速电子的数量，以及进而强度的变化。另一种三极管枪的选择是通过改变格栅脉冲的脉冲宽度来改变注入脉冲的宽度，因而减少注入加速器的电子。在一优选实施例中，由于具有相对低的格栅电压并能更准确地计时，采用三极管或格栅枪310。虽然如上所述的强度调制源系统和方法是关于固定的入口检查系统，本发明的强度调制辐射源也可以应用于运动物体(例如，卡车装载)。然而，在移动应用中，遮罩重量是对可能使用的可能X射线源的一个限制因素，因为其受限于卡车的最大载重量和每个轴的重量。更高能量的辐射源需要更多的屏蔽和在探测器阵列后更重的流束障碍。因此，当前可用的移动检查系统具有的最大辐射源能量为 4. 5MeV。由于本发明的强度调制辐射源能降低成像系统的整体辐射印迹，可以对相同的流束障碍使用更高的能量辐射源。因此，在移动应用中使用本发明，可使用6MeV或更高的辐射源代替传统4. 5MeV辐射源。传统上，除了靠近靶材的钨准直器外，线性加速器的遮罩主要由铅构成。优选铅是因为其较便宜，但是，铅占大多数的遮罩的遮罩重量比全部由钨构成的遮罩的遮罩重量要大的多，将随后进行解释。理想地，遮罩由非常高密度的高-Z材料组成，以球体的形式围绕靶材。由于韧致辐射频谱在正向方向上具有更高的强度和更高的能量，因此球体不是以靶材为中心，而是向前方偏移距离D。图4A示出了半径R = 25cm、靶材空穴半径r = 2cm以及偏移D = 1. 5cm 的球形铅遮罩的模拟结果，在图表401中表明从辐射源透射的能量是前向角度的函数。此处应当与图4B比较，在图表403中示出了未屏蔽的辐射源的相同的内容。图4C给出了两个图表401、403的比率，其证明(在图表405中)在这些参数下，透射的辐射在所有方向上以常数因子5. 8 10_5显著降低。如果所需的降低因子为2. 5 10_6，我们可以使用以下公式通过外推法获得所需的铅遮罩的半径I^sired
1权利要求
1.一种X射线扫描系统，包括a.多个探测器；b.控制器，其中所述控制器被配置成接收并识别由所述多个探测器中的至少一个探测到的最小X射线透射等级，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与至少一个预定阈值透射等级进行比较，并且其中基于所述比较，所述控制器产生调节信号；和C. X射线源，其中所述X射线源接收所述调节信号并被配置成基于所述调节信号调节X 射线脉冲持续时间。
2.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中所述X射线源为能量在IMeV至15MeV范围内的线性加速器。
3.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中所述X射线源包括接收所述调节信号并基于所述信号调节X射线脉冲持续时间的控制器。
4.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值进行比较，如果所述最小X射线透射等级低于所述第一预定阈值，则产生使所述X射线源增加X射线脉冲持续时间的调节信号。
5.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值和第二预定阈值进行比较，并且如果所述最小X射线透射等级高于所述第一预定阈值但低于所述第二预定阈值，则产生使所述χ射线源不改变χ射线脉冲持续时间的调节信号。
6.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值和第二预定阈值进行比较，并且如果所述最小X射线透射等级高于所述第二预定阈值，则产生使所述X射线源降低X射线脉冲持续时间的调节信号。
7.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中控制器包括具有处理单元的计算机，其中所述处理单元与从所述多个探测器中的至少一个接收信号的输入/输出板连接。
8.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中处理单元是现场可编程门阵列或特定用途集成电路中的至少一个。
9.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中多个探测器包括第一探测器阵列以及第二探测器阵列，所述第一探测器阵列被配置成测量后续X射线脉冲的所需源强度，所述第二探测器阵列被配置成测量透射图像而非所述所需源强度。
10.如权利要求1所述的X射线扫描系统，其中所述X射线源被配置成基于从第一X射线脉冲生成的调节信号调节第二 X射线脉冲的持续时间，所述第一 X射线脉冲刚好发生在所述第二 X射线脉冲之前。
11.一种改进现有X射线扫描系统的方法，所述现有X射线扫描系统具有X射线源、穿透能力、辐射印迹以及多个探测器，所述方法包括安装控制器，其中所述控制器被配置成接收并识别由所述多个探测器中的至少一个探测到的最小X射线透射等级，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与至少一个预定阈值透射等级进行比较，其中，基于所述比较， 所述控制器产生调节信号，所述调节信号被配置成基于所述调节信号调节X射线脉冲持续时间。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述X射线源为能量在IMeV至15MeV范围内的线性加速器。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述穿透能力在Icm至IOcm之间的距离范围内增加
14.如权利要求12所述的方法，其中所述辐射印迹在1到9倍之间增强。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值进行比较，并且如果所述最小X射线透射等级低于所述第一预定阈值，则产生使所述X射线源增加X射线脉冲持续时间的调节信号。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值和第二预定阈值进行比较，并且如果所述最小X射线透射等级高于所述第一预定阈值但低于所述第二预定阈值，则产生使所述X射线源不改变X射线脉冲持续时间的调节信号。
17.如权利要求11所述的方法，其中所述控制器将所述最小X射线透射等级与第一预定阈值和第二预定阈值进行比较，并且如果所述最小X射线透射等级高于所述第二预定阈值，则产生使所述X射线源降低X射线脉冲持续时间的调节信号。
18.如权利要求11所述的方法，其中控制器包括具有处理单元的计算机，其中所述处理单元与从所述多个探测器中的至少一个接收信号的输入/输出板连接。
19.如权利要求11所述的方法，其中多个探测器包括第一探测器阵列以及第二探测器阵列，所述第一探测器阵列被配置成测量后续X射线脉冲的所需源强度，所述第二探测器阵列被配置成测量透射图像而非所述所需源强度。
20.如权利要求11所述的方法，其中所述X射线源被配置成基于从第一X射线脉冲生成的调节信号调节第二 X射线脉冲的持续时间，所述第一 X射线脉冲刚好发生在所述第二 X射线脉冲之前。
全文摘要
本发明关注一种具有多个探测器和控制器的X射线扫描系统，其中a)控制器被配置成接收并识别由至少一个探测器探测的最小X射线透射等级，b)控制器将最小X射线透射等级与至少一个预定阈值透射等级进行比较，以及c)基于所述比较，控制器产生调节信号。本发明进一步包括X射线源，其中X射线源接收调节信号并被配置成基于所述调节信号来调节X射线脉冲持续时间。
文档编号G01N23/04GK102440078SQ200980140400
公开日2012年5月2日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年8月11日
发明者乔治·S·鲁塞尔, 威廉·A·约翰逊, 威廉·G·J·兰格维尔德, 罗杰·D·欧文 申请人:Ptse股份有限公司海斯科分部, 拉派斯坎实验室股份有限公司
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