专利名称：大型客体无损断层成像检测系统及检测方法
技术领域：
本发明涉及大型客体无损断层成像检测系统及用射线的透射和散射成像法对大型客体进行无损断层检测的方法。
目前对大型客体内部的无损成像检测，一般采用射线透射(吸收)成像，如专利CN1142609A、US5903623即是。因为射线穿过的物质层很厚，只有射线路径上的主要物质，才对成像起主导作用，所以检出的只是个模糊的像，效率不高，鉴别不够清晰。
康普顿散射，可对物体进行断层成像，如US5917880、US4884289，成像较清晰，但都只取特定的固定层面成像，检测灵活性较差。
本发明的目的在于克服上述缺点，提出一种方式灵活、成像清晰、以较少的探测器，对大型客体的任意断面进行无损成像检测的检测方法和检测系统。
本发明的检测原理及方法是众所周知，在X，γ射线能量为150KeV—4MeV范围内，康普顿散射是主要的。其散射截面与物质的平均原子序数Z成正比，这正好可用来检测物质的类型。散射能量Es=Eo/[1+Eo0.511(1-Cosθs)]]]>(Eo＝入射光子能量，θs＝散射角)，这说明检测散射线时，探测器放在小角度有利。射线在物质中的减弱(吸收)，服从N(x)＝Noe-μχ(No＝入射射线通量，N(x)＝射线在距入射点为X距离时的通量，μ＝物质的质量减弱系数，它与射线和物质作用的总截面成正比)。因为射线总量随物质厚度指数衰减，这是用放射性核素检测大型客体困难的原因之一，本发明使用多个探测器可以克服它。
散射像与透射像十分不同，透射像是暗的，而散射像是亮(白)的。对高Z物质吸收是主要的(产生透射像有利)。对低Z物质散射相对较大(产生散射像有利)。所以透射像易于检测高Z物质，如钢铁。而散射像适于检测低Z物质，如炸药、毒品、香烟等，相得益彰。
本发明用一帧透射像定性高Z物质的轮廓，用三帧(三个断层)散射像来定性低Z物质。必要时，可对大型客体的任何部位，取任意个断面的散射像，细查究竟。
透射像显示大型客体中不同物质的大致轮廓，前散射像显示大型客体中靠近射线出射处一个X-z面的断层像；后散射像显示大型客体中靠近射线入射处一个X-z面的断层像；上散射像显示大型客体中一个X-y面的断层像。
必要时，前后两列散射探测器和上散射探测器，可同时对任意一个确定的y-z面进行成像，细查这个断面，当然也可进行局部考察。
如果客体过大，也可加一列下散射探测器，其成像方法与上散射探测器相同，但对客体的下部显示的较清晰。
本发明的大型客体无损断层成像检测系统是这样实现的，本发明的大型客体无损断层成像检测系统由射线源，准直狭缝，准直器，透射线探测器，散射线探测器组成，它包括一个以上的射线源、两个准直狭缝、一列带准直器的透射线探测器，和三列带格子式准直器的散射线探测器。
本发明所述散射线探测器，其散射线探测器分别安装于检测系统的前、后、上、下部，每个探测器可以绕自身轴转动，绕自身轴转动的角度，根据散射线探测器的位置及大型客体的大小而定。在转动过程中，对射线在被测客体中的同一个吸收面进行扫描，同时对该面进行断层成像。
本发明所述散射线探测器，其列的高度与大型客体被探测面的线度相一致。
本发明所述的探测器，可以是气体的(电离室、正比计数管、多丝室)、液体的(液闪)和固体的(闪烁计数器、半导体)。
本发明所述的射线源，其个数为1个以上，具有高低不同的能量，相应于体积不同的客体。
本发明所述的准直器及准直狭缝是由有屏蔽作用的金属如铁、铅、钨、贫铀等复合而成。
本发明所述的准直器，其形状可以是狭缝式，也可以是格子式，格子的大小与探测器尺寸相匹配，格子的深度使得探测器对在散射处张角的面积与探测器大小同一量级。
本发明所述的准直狭缝，其狭缝缝宽与透射线探测器的大小相匹配。
本发明所述的大型客体无损断层成像检测系统，其大型客体与探测系统可相对移动，即整个探测系统连成一体统一驱动；或射源/两个准直狭缝/后散射线探测器连在一起，透射线探测器/前散射线探测器/上散射线探测体连在一起，双伺服、同步双驱动；或整个探测系统不动，让大型客体作相对移动。即1.所有探测系统刚性连在一起，相对大型客体作缓慢移动，同时测出透射线形成的轮廓像和三、四幅不同断层面上的散射像。2.所有探测系统刚性连在一起静止不动，让大型客体相对探测系统作缓慢移动，同时测出一幅透射线形成的轮廓像，和三、四幅不同断层面上的散射像。3.把部件(1)，(2)，(6)，(7)刚性连在一起，把部件(3)，(4)，(5)刚性连在一起，分别同步相对大型客体作缓慢移动，同时测出一幅透射线形成的轮廓像，和三、四幅不同断层面上的散射像。4.当部件(1)，(2)，(3)，(7)相互对准后，让部件(4)，(5)，(6)(还有未标出的下散射探测器)，同时对大型客体中的同一个断层面作缓慢旋转，旋转过程中即从三、四个不同角度对该断层面进行了散射成像，以便仔细审视该面。
本发明所述所述被测客体，为各种集装箱(包括陆运、海运和航空)、火车、卡货车、轿车以及火箭装置等。
附图的图面说明如下
图1是装置系统示意2.是装置系统顶视3.是系统成像示意图本发明下面将结合附图实施例做进一步说明。
图1为装置系统示意图(正视)，图2为图1的顶视图。(1)为χ/γ射线源，χ射线由加速器打靶产生。γ射线可以来源于任何能放出高能γ的长寿命核素；(2)为准直狭缝，使射线束形成扇形；(3)为一列带狭缝准直器(或格准直器)的透射探测器；(4)为一列前散射像探测器，带有格准直器；(5)为一行带有格准直器的上散射像探测器；(6)为一列带有格准直器的后散射像探测器；(7)为准直狭缝；(8)为大型客体。所有准直器皆可由对光子屏蔽性能好的材料制成。
探测器(4)、(5)、(6)可以绕自身轴转动一个角度，使由a、b点发出的散射线，通过准直器可以进入(4)、(5)、(6)。
通常，整个探测器系统/射线源/准直系统连成一体(或者(1)，(2)，(6)，(7)与(3)，(4)，(5)采用双伺服双驱动，保持连成一体的效果)，同时沿大型客体的长度方向移动，或者系统全部静止，让大型客体作相对移动。两种移动方式，都可进行透射成像和散射断层成像。
当探测器(4)、(5)、(6)不转动，只对大型客体作相对移动时，可以形成一帧总体情况的透射像和三帧显示断层面的散射像(图3)。具体是由透射探测器(3)所对的平面abcd，从平面efgh移动到平面ijkl时形成的总体透射(吸收)像，可以从中审视大型客体中的大致情况。射线所照射的平面abcd(当然有一定厚度，这个厚度由准直狭缝(2)和(7)确定)由efgh移到ijkl的过程中，前散射探测器(4)(不转动)形成平面mnop的断层像。后散射探测器(6)(不转动)形成平面qrst的断层像；上散射探测器(5)(不转动)形成平面uvwx的断层像。
当探测系统与大型客体相对静止时，散射探测器(4)、(5)、(6)可绕自身轴转动，同时对射线所照射的平面abcd作断层成像，因为散射线所经的吸收厚度不同，探测器(4)、(5)、(6)可分别把断面abcd的右半、上半、左半显示的比较清晰。当然也可加一个下散射探测器，清晰显示abcd断层的下半部。
利用散射探测器(4)、(5)、(6)静止时的角度不同，可把整个大型客体沿垂直和水平方向的所有(任意)断面进行成像。因平面abcd在大型客体中的位置不同，探测器(4)、(5)、(6)又可把大型客体的所有(任意)横截面，同时进行断层成像，使所有角落被清晰审视，不会遗漏。
本发明与现有技术相比有以下优点1.以往的散射线成像，只对小型物体，本发明既可以对大型客体，也可以对小型物体。
2.以往的散射线成像，只对物体的特定断面，本发明可对物体的任意断面进行成像。
3.本发明不是CT，是射线直接成像，但能起到CT的效果。
4.本发明用线阵散射线探测器较小的转角，完成了面阵探测器才能完成的工作，大大节省了成本。
5.本发明的三、四个散射线探测器，可同时对同一个断面进行不同角度的成像，使得断层像能显示更多、更清楚的内容。
权利要求
1.一种大型客体无损断层成像检测系统由射线源，准直狭缝，准直器，透射线探测器，散射线探测器组成，其特征在于它包括一个以上的射线源、两个准直狭缝、一列带准直器的透射线探测器，和三列带格子式准直器的散射线探测器。
2.根据权利要求1所述散射线探测器，其特征在于散射线探测器分别安装于检测系统的前、后、上、下部，每个探测器可以绕自身轴转动，绕自身轴转动的角度，根据散射线探测器的位置及大型客体的大小而定。在转动过程中，对射线在被测客体中的同一个吸收面进行扫描，同时对该面进行断层成像。
3.根据权利要求1-2所述散射线探测器，其特征在于其列的高度与大型客体被探测面的线度相一致。
4.根据权利要求1-3中所说的探测器，其特征在于可以是气体的(电离室、正比计数管、多丝室)、液体的(液闪)和固体的(闪烁计数器、半导体)。
5.根据权利要求1所述的射线源，其特征在于射线源具有高低不同的能量，相应于体积不同的客体。
6.根据权利要求1所述的准直器及准直狭缝，其特征在于他们是由有屏蔽作用的金属如铁、铅、钨、贫铀等复合而成。
7.根据权利要求1所述的准直器，其特征在于形状可以是狭缝式，也可以是格子式。格子的大小与探测器尺寸相匹配，格子的深度使得探测器对在散射处张角的面积与探测器大小同一量级。
8.根据权利要求1所述的准直狭缝，其特征在于狭缝缝宽与透射线探测器的大小相匹配。
9.根据权利要求1所述的大型客体无损断层成像检测系统，其特征在于大型客体与探测系统可相对移动，即整个探测系统连成一体统一驱动，或射源/两个准直狭缝/后散射线探测器连在一起，透射线探测器/前散射线探测器/上散射线探测体连在一起，双伺服、同步双驱动，或整个探测系统不动，让大型客体作相对移动。
10.根据权利要求1所述被测客体，为各种集装箱(包括陆运、海运和航空)、火车、卡货车、轿车以及火箭装置等。
全文摘要
本发明涉及大型客体无损断层成像检测系统及用射线的透射和散射成像法对大型客体进行无损断层检测的方法。本发明的目的在于克服采用射线透射(吸收)成像模糊,效率不高,鉴别不够清晰及过去康普顿散射只取特定的固定层面成像,检测灵活性较差的缺点。提出一种方式灵活、成像清晰、以较少的探测器,对大型客体的任意断面进行无损成像检测的检测方法和检测系统。
文档编号G01N23/04GK1334458SQ0110188
公开日2002年2月6日 申请日期2001年2月13日 优先权日2001年2月13日
发明者张英平, 周化十, 李联琮 申请人:北京一体通探测技术有限公司