多视角背散射检查系统的制作方法

本实用新型涉及背散射成像技术领域，特别涉及一种多视角背散射检查系统。

背景技术：

X射线背散射成像技术是使用笔形X射线束流照射物体，通过探测物体的背散射射线来成像的技术。X射线背散射成像技术具有辐射剂量低、对轻质材料敏感、图像直观等优点，被广泛应用在人体、货物、车辆的安全检查领域，适用于检查藏匿的毒品和爆炸物。背散射成像用的X射线穿透力较低，只能对检查目标的表面的浅层成像。

多视角背散射检查系统可以对检查目标的多个表面成像，从而可以得到检查目标更多的信息。

美国科技工程公司的申请号为CN1947001A、实用新型名称为“通过确保在一个时刻只有一个源在发射辐射而对包括多个源的反向散射检查入口中的串扰的消除”的中国专利申请公开了一种采用多个穿透性辐射源检查物体的检查系统和检查方法。如图1所示，该中国专利申请描述的检查系统有多个旋转式笔形束射线源，用于产生多个束流面，且多个束流面大致共面。该实用新型提出使每个射线源在其工作周期中只出束一段时间，通过使不同射线源的出束时间错开，达到在任意时刻只有一个射线源出束的效果，从而消除多个束流面的互相干扰。图1中各附图标记分别代表：10-检查系统，12-横穿入口，13、15、17-源，18-检查目标，23、24、25、26、27、28-波束，30-X射线，31、32、33、34、35、36-检测器，40-处理器，42-检查目标的内部特征，44-散射射线。

在实现本申请的过程中，设计人员发现以上中国专利申请公开的技术方案具有如下足之处：

每个射线源分时出束，虽然解决了多视角的互相干扰问题，但引起了每个视角输出辐射平均剂量率的降低。在每个射线源的功率固定的情况下，出束时间占工作周期的比例越大，则输出辐射平均剂量率越大，图像质量越好。如图1所示的检查系统中，每个射线源出束时间最多只占工作周期的1/3，即输出辐射平均剂量率是单视角的1/3，从而图像质量会远差于单视角系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多视角背散射检查系统，旨在有效减少多视角同时出束时彼此之间的相互干扰，提高检查图像质量。

本实用新型提供一种多视角背散射检查系统，包括检查通道、至少两个检查单元、控制装置和数据处理装置；其中，

各所述检查单元包括射线源和探测器阵列，所述射线源用于产生旋转的笔形射线束流，所述探测器阵列用于接收射线束流照射到检测目标后形成的背散射射线，所述探测器阵列包括布置在不同位置且相互独立的至少两个探测器模块；

所述至少两个检查单元设置于所述检查通道的外周的不同周向位置形成至少两个不同的视角，且布置为任一所述检查单元的射线源产生的射线束流直射到其余检查单元的探测器阵列外部；

所述控制装置与各所述射线源耦合并控制各射线源的射线束流之间的相位差，以在检查过程中使任意时刻各探测器阵列的有效探测区域远离强干扰区域，所述有效探测区域为探测器阵列接收同一检查单元的背散射信号最大的位置及附近区域，所述强干扰区域为探测器阵列接收其它检查单元的散射信号最大的位置及附近区域；

所述数据处理装置与各所述探测器阵列耦合以接收各所述探测器模块的探测信号并根据各所述探测器模块的探测信号形成各时刻各探测器阵列对应的检查图像，其中，形成某一时刻某一探测器阵列对应的检查图像时，所述数据处理装置计算该时刻该探测器阵列的所述有效探测区域，对有效探测区域内的探测器模块的探测信号进行处理形成该时刻检查目标位于该探测器阵列一侧的检查图像。

基于本实用新型提供的多视角背散射检查系统，探测器阵列包括布置在不同位置且相互独立的至少两个探测器模块，使探测器阵列具有位置分辨能力；至少两个检查单元布置为使任一检查单元的射线源产生的射线束流直射到其余检查单元的探测器阵列外部，可以防止因射线源穿透检查目标时透射射线对其余检查单元的探测信号的干扰；控制各射线源的射线束流之间的相位差，使检查过程中任意时刻各探测器阵列的有效探测区域远离强干扰区域，可以在形成检查图像的过程中，对有效探测区域对应的探测器模块的探测信号和其余区域对应的探测器模块的探测信号区别对待，有效减少各射线源的散射射线(包括背散射射线和前向散射射线)之间的相互干扰；数据处理装置计算有效探测区域，对有效探测区域内的探测器模块的探测信号进行处理形成相应时刻检查目标位于该检查单元一侧的检查图像，可以较好地抑制干扰信号的影响，最终得到的检查图像的质量较好。由于透射射线和散射射线的干扰均可有效减少，因而，本实用新型中多个视角可以同时出束，提高了每一视角的输出辐射平均剂量率，从而可以提高检查目标的图像质量。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术的具有多个穿透性辐射源的多视角射线检查系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的多视角背散射检查系统的结构示意图。

图3为图2的顶视结构示意图。

图4为图2所示实施例的探测器阵列的有效探测区域与强干扰区域分离的原理示意图。

图2至图4中，各附图标记代表：

1、3、5，探测器阵列；2、4、6，射线源；7，多通道数据采集板；8，控制装置；9，数据处理计算机；21、左视角束流面；22、顶视角束流面；23，右视角束流面；30，检查通道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

如图2至图4所示，本实用新型提供一种多视角背散射检查系统。该多视角背散射检查系统包括检查通道30、至少两个检查单元、控制装置8和数据处理装置。

检查单元包括射线源和探测器阵列。射线源用于发射旋转的笔形射线束流。探测器阵列用于接收射线源发出的射线束流照射到检查目标后的背散射射线。

探测器阵列包括布置在不同位置且相互独立的至少两个探测器模块，该设置使探测器阵列具有位置分辨能力。各探测器阵列中探测器模块的数量可以相同，也可以不同。探测器阵列中探测器模块的数量越多，探测器阵列的位置分辨能力越强。

如图2所示，至少两个检查单元设置于检查通道30的外周的不同周向位置形成至少两个不同的视角。如图3所示，任一射线源产生的射线束流均直射到其余检查单元的探测器阵列外部。该设置可以使任一射线源产生的射线束流不能直射到其它检查单元的探测器阵列，从而可以防止因射线源穿透检查目标时透射射线对其余检查单元的探测信号的干扰。例如，可以使至少两个检查单元在检查通道30的延伸方向上错位布置以使各射线源的束流面彼此大致平行间隔地设置，来实现任一射线源产生的射线束流直射到其余检查单元的探测器阵列外部。

控制装置8与各检查单元的射线源耦合。控制装置8控制各射线源的射线束流之间的相位差，以在检查过程中使任意时刻各探测器阵列的有效探测区域远离强干扰区域。

有效探测区域为探测器阵列接收同一检查单元的背散射信号最大的位置及附近区域。强干扰区域为探测器阵列接收其它检查单元的散射信号最大的位置及附近区域。

有效探测区域是随着射线束流的位置变化而不断变化的。强干扰区域也是随着射线束流的位置变化而不断变化的。其中，控制装置8可以控制各射线源的射线束流的扫描周期、初始相位和/或旋转方向以控制射线束流之间的相位差。

有效控测区域可以直接根据探测器阵列的峰值数值和峰值位置确定；也可根据射线束流位置确定。

例如，在直接根据探测器阵列的峰值数值和峰值位置确定有效探测区域时，可以将峰值信号所在位置及与峰值位置较近且输出信号达到峰值的一定百分比以上区域(对应于附近区域)作为有效探测区域。所述百分比可以在20％～70％之间，例如可以为20％、25％、35％、50％、60％、65％等等。

在射线束流剂量比较低时，峰值位置和峰值数值的误差较大，此情况下利用射线束流位置来估计有效探测区域更为准确。提前通过计算机模拟计算出射线束流在不同位置下的散射光子分布，根据散射光子的分布计算出探测器阵列上的散射信号分布，再根据峰值数值和峰值位置确定理论有效探测区域，从而得到理论上的射线束流位置和有效探测区域的关系。根据射线束流位置确定有效探测区域时，根据理论上的射线束流位置和有效探测区域的关系确定有效探测区域。

在检查过程中使任意时刻各探测器阵列的有效探测区域远离强干扰区域可以在形成检查图像的过程中，对有效探测区域对应的探测器模块的探测信号和其余区域对应的探测器模块的探测信号区别对待，有效减少各射线源的散射射线之间的相互干扰。

数据处理装置与各探测器阵列耦合，接收各探测器模块的探测信号并根据各探测器模块的探测信号形成各时刻各探测器阵列对应的检查图像。形成某一时刻某一探测器阵列对应的检查图像时，数据处理装置计算该时刻该探测器阵列的有效探测区域，对有效探测区域内的探测器模块的探测信号进行处理形成该时刻检查目标10位于该探测器阵列一侧的检查图像。

对有效探测区域对应的探测器模块的探测信号进行处理得到的检查图像的质量较好，有效减少干扰信号对检查图像的影响。

根据以上描述可知，由于透射射线和散射射线的干扰均可有效减少，本实用新型中多个视角可以同时出束，提高了每一视角的输出辐射平均剂量率，从而可以提高检查目标的图像质量。

在一个优选的实施例中，数据处理装置包括数据采集装置和数据处理计算机9。数据采集装置分别与各检查单元的探测器阵列和数据处理计算机9耦合，以接收各探测器模块的探测信号并将探测信号输送至数据处理计算机9。数据采集装置优选地包括多通道数据采集板7。数据处理计算机9根据各探测器模块的探测信号形成各时刻各探测器阵列对应的检查图像。

在一个优选的实施例中，多视角背散射检查系统还包括射线束流位置检测装置。射线束流位置检测装置与数据处理装置耦合，射线束流位置检测装置检测各检查单元的射线源的射线束流的位置信号并将位置信号输送至数据处理装置。数据处理装置根据位置信号计算各检查单元的探测器阵列的有效探测区域。

射线束流位置检测装置可以包括与两个以上检查单元的背散射放射源一一对应的两个以上传感器。每个传感器检测对应的射线源的射线束流的位置信号。传感器例如为测量射线源的旋转装置的旋转角度的角度传感器。

其中，射线束流位置检测装置可以与数据处理装置直接连接，也可以通过控制装置8与数据处理装置连接。

在一个优选的实施例中，控制装置8控制各检查单元的射线源的射线束流的扫描周期相同和/或旋转方向相同(例如，使各射线源的射线束流的旋转方向均为正时针方向或均为逆时针方向)而初始相位不同。该设置可以使控制过程更加简单。

在一些优选的实施例中，多视角背散射检查系统可以包括两个检查单元。

例如，多视角背散射检查系统可以包括在检查通道30的相对的两侧分别设置的第一检查单元和第二检查单元。第一检查单元和第二检查单元形成共同的第一端和共同的第二端。控制装置8控制第一检查单元的射线源的射线束流从第一端向第二端扫描，同时控制第二检查单元的射线源的射线束流从第二端向第一端扫描。例如，第一检查单元和第二检查单元均为上下方向设置，在下端为第一端的情况下，上端即为第二端。该设置可以使各探测器阵列的有效探测区域与射线源强干扰区域分离，相对的第一检查单元和第二检查单元之间互不干扰。

再例如，多视角背散射检查系统也可以包括在检查通道30的周向上相邻设置的第一检查单元和第二检查单元，控制装置8控制第一检查单元的射线源的射线束流从远离第二检查单元的一端开始向靠近第二检查单元的一端扫描，同时控制第二检查单元的射线源的射线束流从靠近第一检查单元的一端开始向远离第一检查单元的一端扫描。此时，各探测器阵列的有效探测区域与射线源强干扰区域分离。

在另一些优选的实施例中，多视角背散射检查系统可以包括三个以上检查单元。

例如，在前述的具有相对的第一检查单元和第二检查单元的多视角背散射检查系统的基础上，多视角背散射检查系统还包括分别与第一个检查单元和第二检查单元相邻的第三检查单元，第三检查单元设置于第二端，控制装置8同时控制第三检查单元的射线源的射线束流从靠近第一检查单元的一端向靠近第二检查单元的一端扫描。此时，三个检查单元中各探测器阵列的有效探测区域均射线源与强干扰区域分离。

还可以设置四个或更多个检查单元，并控制各射线源的射线束流之间的相位差使各探测器阵列的有效探测区域射线源与强干扰区域分离，以实现本实用新型的实用新型目的。

该多视角背散射检查系统对检查目标10进行检查的多视角背散射检查方法包括：

控制各射线源的射线束流之间的相位差，以在检查过程中使任意时刻各探测器阵列的有效探测区域远离强干扰区域；

根据各探测器模块的探测信号形成各时刻各探测器阵列对应的检查图像，其中，形成某一时刻某一探测器阵列对应的检查图像时，数据处理装置计算该时刻该探测器阵列的有效探测区域，对有效探测区域内的探测器模块的探测信号进行处理形成该时刻检查目标10位于该探测器阵列一侧的检查图像。

在一个优选的实施例中，多视角背散射检查方法还包括检测各检查单元的射线源的射线束流的位置信号，根据位置信号计算各检查单元的探测器阵列的有效探测区域。

可以通过控制各射线源的射线束流的扫描周期、初始相位和/或旋转方向以控制各射线束流之间的相位差。在一个优选的实施例中，多视角背散射检查方法包括控制各检查单元的探测器的射线束流的扫描周期和/或旋转方向相同，而初始相位不同。

在检查通道30的相对的两侧分别设置第一检查单元和第二检查单元，第一检查单元和第二检查单元形成共同的第一端和共同的第二端的情况下，多视角背散射检查方法优选地包括：控制第一检查单元的射线源的射线束流从第一端向第二端扫描，同时控制第二检查单元的射线源的射线束流从第二端向第一端扫描。

在多视角背散射检查系统进一步包括分别与第一检查单元和第二检查单元相邻的第三检查单元，第三检查单元设置于第二端的情况下，多视角背散射检查方法优选地还包括：同时控制第三检查单元的射线源的射线束流从靠近第一检查单元的一端向靠近第二检查单元的一端扫描。

在检查通道30的周向上相邻设置第一检查单元和第二检查单元的情况下，多视角背散射检查方法优选地包括：控制第一检查单元的射线源的射线束流从远离第二检查单元的一端开始向靠近第二检查单元的一端扫描，同时控制第二检查单元的射线源的射线束流从靠近第一检查单元的一端开始向远离第一检查单元的一端扫描。

多视角背散射检查方法与前述的多视角背散射检查系统具有相同的优点。

以下结合图2至图4对本实用新型的一个具体实施例进行说明。

如图2所示，该实施例的多视角背散射检查系统为一种三视角背散射检查系统。该三视角背散射检查系统共有三个检查单元，分别为左侧检查单元、顶端检查单元和右侧检查单元。每个检查单元形成一个检查视角。该三视角背散射检查系统还包括控制装置8、射线束流位置检测装置和数据处理装置。

参见图2。左侧检查单元位于检查通道30的左侧，形成左视检查面，包括射线源2和探测器阵列1。顶部检查单元位于检查通道30的顶部，形成顶视检查面，包括射线源4和探测器阵列3。右侧检查单元位于检查通道30的右侧，形成右视检查面，包括射线源6和探测器阵列5。

射线源2、射线源4、射线源6均为旋转式笔形束X射线源，可以产生空间位置周期变化的笔形X射线束流。旋转式笔形束X射线源可以有多种实现方式，如中国专利申请CN1947001A、美国专利US8861684B2和US6434219B1等所描述的旋转式笔形束X射线源均可作为本申请的射线源。

如图2所示，探测器阵列1、探测器阵列3、探测器阵列5分别包括至少两个布置在不同位置且相互独立的探测器模块。其中每个探测器模块相互独立，从而本实施例的各探测器模块具有分辩能力。

如图3所示，射线源2的射线束流扫描形成左视角束流面21；射线源4的射线束流扫描形成顶视角束流面22；射线源6的射线束流扫描形成右视角束流面23。左视角束流面21、顶视角束流面22、和右视角束流面23两两不共面，彼此大至平行地互相远离一定距离。此远离的距离使射线源2产生的束流不能直射到探测器阵列3和探测器阵列5，使射线源4产生的束流不能直射到探测器阵列1和探测器阵列5，射线源6产生的束流不能直射到探测器阵列1和探测器阵列3。从而，本实施例的三视角背散射检查系统实现了使任一检查单元的射线源产生的射线束流直射到其余检查单元的探测器阵列外部。当然，只要通过合理的布置使各射线源的射线束流不能直射非同一检查单元的探测器阵列上即可消除任一射线源的透射光线对其它检查单元的干扰。

本实施例中，数据处理装置包括数据采集装置和数据处理计算机9。数据采集装置包括多通道数据采集板7。多通道数据采集板7与控制装置8和数据处理计算机9分别耦合。多通道数据采集板7的数量可以是一个或多个，视多通道数据采集板7的通道数与探测器模块的数量而定，在需要通过多通道数据采集板7向数据处理计算机9传递射线束流位置检测装置的位置信号或需要传递其它信号时，还需考虑所需传递的位置信号或其它信号的数量。

如图2所示，各检查单元的探测器阵列的各探测器模块分别接入多通道数据采集板7的多个通道，从而多通道数据采集板7能够采集各探测器模块的探测信号，并将探测信号传递至数据处理计算机9。

控制装置8与射线源2、射线源4、射线源6分别耦合，可以向各射线源发出控制信号。本实施例中，各射线源的射线束流的扫描周期和旋转方向相同，但控制装置8控制射线源的射线束流的初始相位不同。其中各射线源的旋转方向均为逆时针旋转。

本实施例中，射线束流位置检测装置包括分别设置于射线源2、射线源4、射线源6上并与数据处理装置耦合的传感器。射线束流位置检测装置采集对应的射线源的射线束流的位置信号。

如图2所示，本实施例中，传感器首先将位置信号发送给控制装置8，控制装置8再通过多通道数据采集板7将各位置信号输送至数据处理计算机9。从而，多通道数据采集板7同时采集各探测器模块的探测信号和各传感器探测的各射线源的射线束流的位置信号，并将各探测信号和各位置信号发送到数据处理计算机9。数据处理计算机9依据每一时刻的射线束流的位置信号计算该时刻各探测器阵列的有效探测区域，根据有效探测区域内各探测器模块的探测信号形成检查目标10相应的检查图像，以降低来自其它检查单元的散射射线的干扰。

以下结合图4对该实施例的多视角背散射检查系统的检查方法和工作原理进行说明。

多视角背散射检查系统的多个视角之间的互相干扰主要分为两种：第一种是射线束流穿过检查目标10后的透射射线对对侧探测器阵列的干扰，如射线源2对探测器阵列5的干扰；第二种是射线束流经检查目标10散射产生的散射射线(包括背散射射线和前向散射射线)对其余检查单元的探测器阵列的干扰，如射线源2对探测器阵列3的干扰。

透射射线的定向性较好，本实施例通过将各射线源的束流面互相远离一定距离，可以有效消除因透射射线产生的互相干扰。

本实施例中，因散射射线产生的干扰可以通过控制各检查单元的射线源的射线束流之间的相位差使任意时刻各探测器阵列的有效探测区域与强干扰区域分离，并根据探测器阵列的有效探测区域内的探测器模块的探测信号形成检测目标的检查图像来有效减少因散射射线产生的干扰。

如图4所示。本实施例中，射线源2、射线源4、射线源6产生的射线束流均逆时针旋转。由控制装置8控制使三个射线源的射线束流的扫描周期相同。

本实施例中，在各射线源的一个旋转周期中，每个射线源的射线束流可以扫过检查目标10的表面3次。由控制装置8精确控制各射线源的射线束流的初始相位。

如图4中图片a2所示，使射线源2在初始时的射线束流打在检查目标10的最左下方，射线源4在初始时的射线束流打在检查目标10的最左上方，射线源6在初始时的射线束流打在检查目标10的最右上方。由于各射线源均逆时针旋转，在1/6旋转周期后，各射线源的射线束流的位置如图4中图片b2所示，再经过1/6旋转周期后，各射线源的射线束流位置如图4中图片c2所示。

将射线束流打在检查目标10上的位置称为检测点。从射线源2产生的检测点散射到探测器阵列1的不同位置的光子通量不同，射线源2的射线源束流扫描的每一时刻，根据探测器阵列上的不同位置及对应的光子通量可以形成一个分布曲线。图4的图片a1(与图片a2对应)、图片b1(与图片b2对应)和图片c1(与图片c2对应)示出了探测器阵列1在不同时刻对应的散射光子通量的分布曲线。距离检测点最近处光子通量最大，距离越远光子通量越小，因此可以根据检测点的位置设置一个探测器阵列的有效探测区域。可以认为只有有效探测区域内的光子才是从射线源2的检测点散射出的光子。

本实施例中，射线源4的检测点的背散射射线会打到探测器阵列1中，形成强干扰区域，特别是当检测点在检查目标10的最左侧时，可以在探测器阵列1的上部形成显著的强干扰区域，如图4的图片a1所示。但在如图4所示的各射线源的射线束流的扫描状态下，可以保证射线源4对探测器阵列1产生的强干扰区域与探测器阵列1的有效探测区域分离，同时射线源4对探测器阵列5产生的强干扰区域也与探测器阵列5的有效探测区域分离，通过对有效探测区域对应的探测器模块的探测信号形成检查图像，可以有效减少其它检查单元的散射射线的干扰。

根据以上描述可知，本实用新型实施例中各视角的束流面互相远离一定的距离，并且控制各射线源的射线束流之间相位差，对有效探测区域和其余探测区域的探测信号差别对待，使各个视角的射线源即使同时出束也可以有效减少多视角间的相互干扰，因此，各视角能同时出束，提高每一视角的输出辐射平均剂量率，从而可以提高图像质量。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。