X射线扇面漂移检测器及相应的线扫描成像设备的制作方法

本发明涉及一种x射线扇面漂移检测器，同时也涉及包括该x射线扇面漂移检测器的线扫描成像设备，属于辐射检测技术领域。

背景技术：

x射线管的焦斑漂移导致图像质量下降是现有x射线安检机等线扫描成像设备普遍存在的问题。而且，对其工作机理的研究表明，焦斑漂移是现有x射线管固有的物理现象。在各种安检场合普遍存在被检物品连续不断、x射线管长时间持续出束、线阵探测器没有机会及时校正信号的情况下，线阵探测器的信号逐渐发生变化是不可避免的。

为此，在美国模拟技术有限公司(analogiccorporation)提交的pct国际申请(pct/us95/14411)中，公开了一种用于ct设备的x射线管焦斑漂移补偿系统。该焦斑漂移补偿系统包含的可检测x射线扇面实际位移的线阵探测器(从探测器)，需要在现有线阵探测器(主探测器)使用的x射线扇面(主扇面)之外，额外使用另一个x射线扇面(从扇面)，为此需要准备另一套x射线准直器。这在通道式x射线安检机等线扫描成像设备中难以实现。另一方面，由于该焦斑漂移补偿系统原理所需，从探测器需由远多于2个的多个探测单元组成，其总宽度涵盖x射线扇面可能的漂移宽度，导致成本较高，而且从探测器的输出既不能直观地反映x射线扇面与线阵探测器的对正关系，也不能直接消除x射线扇面强度对x射线扇面位移测量值的干扰。

另外，如图1a和图1b所示，在现有通道式x射线安检机等线扫描成像设备中，x射线管焦点1发出的x射线锥束101被窄缝形的准直器2准直为很薄的x射线扇面。在线阵探测器3的位置，并且在宽度方向(即被检物品运动方向，如图1a箭头所示)上，x射线扇面4宽度通常和线阵探测器的宽度相当或略宽，而且x射线扇面4中心位置的射线强度最高，越靠近边缘位置x射线强度越低。因此，如图2c所示，当x射线扇面4的中心线401与线阵探测器3的中心线301对正时，线阵探测器3将工作于理想状态，有最大幅度的信号输出，从而能够得到最好的图像质量。但是，随着x射线管出束时间的延长，x射线管因阳极靶温度升高等原因，将发生“焦点漂移”现象，其发射焦点的空间位置出现微小变化，在准直器和线阵探测器固定不动的情况下，x射线扇面的物理位置将随着x射线管焦点的漂移而漂移，在宽度方向上，x射线扇面中心线401将逐渐偏离线阵探测器3的中心线301，线阵探测器3的输出信号幅度将降低，图像质量将随之下降，将出现图像背景不均匀、各像素灰度不准确等问题。例如，如图2b所示，当x射线管焦点向右轻微漂移时，x射线扇面4的物理位置将随之轻微向左漂移，从而导致线阵探测器3的输出信号幅度轻微降低；如图2a所示，当x射线管焦点向右漂移的程度加重，x射线扇面4物理位置向左漂移的程度更为明显，线阵探测器3的输出信号幅度显著降低。类似地，图2d和图2e所示为x射线管焦点向左漂移(x射线扇面4物理位置向右漂移)所致线阵探测器3输出信号幅度降低的情形。

因此，为了得到更好的图像质量，通道式x射线安检机等线扫描成像设备在安装调试阶段需要细致地调整线阵探测器或x射线扇面的左右位置，使二者的中心线准确对正。目前，操作人员只能通过观察线阵探测器输出信号(或其信噪比曲线)的幅度来间接地推断线阵探测器和x射线扇面物理位置的对正关系，准确度不高。

技术实现要素：

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种x射线扇面漂移检测器。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括上述x射线扇面漂移检测器的线扫描成像设备。

为了实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种x射线扇面漂移检测器，包括数字信号处理模块及两个检测模块，每个所述检测模块分别与所述数字信号处理模块连接，并同时被x射线扇面照射；

每个所述检测模块用于接受所述x射线扇面照射，产生与x射线强度成正比的信号数字量；

所述数字信号处理模块用于根据两个所述检测模块输出的信号数字量之差，判断x射线扇面的物理位置是否存在漂移。

其中较优地，两个所述检测模块在宽度方向上的中心线不重合。

其中较优地，所述数字信号处理模块根据如下公式，计算出所述x射线扇面漂移检测器的输出值；

d＝sd/st

其中，sd表示两个所述检测模块的检测单元输出的信号数字量之差，st表示两个所述检测模块的所述检测单元输出的信号数字量之和。

其中较优地，两个所述检测模块相对于x射线扇面的中心线呈对称关系。

其中较优地，所述x射线扇面漂移检测器的输出值为零时，表示线扫描成像设备的线阵探测器和x射线扇面对正。

其中较优地，每个所述检测模块包括依次连接的检测单元、信号放大单元及模数转换单元，所述模数转换单元与所述数字信号处理模块连接。

其中较优地，所述检测单元由一个光电二极管组成；或者，所述检测单元由多个光电二极管并联在一起组成；

所述光电二极管输出的电流信号汇集到一起，形成所述检测单元的电信号模拟量。

其中较优地，所述光电二极管的光敏面上覆盖有x射线闪烁体材料。

其中较优地，当所述x射线扇面漂移检测器用于修正x射线扇面物理位置漂移导致的图像质量下降时，事先遍历并记录所述x射线扇面漂移检测器各输出值与所述线阵探测器各个探测单元输出信号幅度之间的对应关系，并以所述x射线扇面漂移检测器的实时输出值为索引，从所述对应关系中实时查找出每个所述探测单元输出信号的变化程度，对所述探测单元的信号数字量进行修正。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种线扫描成像设备，包括上述的x射线扇面漂移检测器。

其中较优地，所述线扫描成像设备是通道式x射线安检机。

与现有技术相比较，本x射线扇面漂移检测器既不需要在现有准直器和x射线扇面之外，另外安装一套准直器来形成另一个x射线扇面，也不需要在现有准直器上增加机电位移控制装置。并且，本x射线扇面漂移检测器的输出结果既可以直接反映现有线扫描成像设备的线阵探测器安装位置与x射线扇面的对正情况，以便于指示操作人员精确调整线阵探测器和x射线扇面对正，从而得到更好的图像质量；也可以用于建立漂移方向和程度与线阵探测器输出信号变化程度之间的对应关系，并据此准确修正因x射线扇面的物理位置漂移导致的图像质量下降。

附图说明

图1a为x射线锥束被准直为扇面的俯视图；

图1b为x射线锥束被准直为扇面的侧视图；

图2a～图2e为x射线扇面不同漂移程度下线阵探测器受照情况示意图；

图3为本发明所提供的x射线扇面漂移检测器的结构简图；

图4为本发明所提供的x射线扇面漂移检测器的结构详图；

图5a～图5c为本发明所提供的x射线扇面漂移检测器中，检测单元布置位置示意图；

图6a为现有线阵探测器通常使用的印刷电路基板示意图；

图6b～图6c为本发明所提供的x射线扇面漂移检测器中，检测单元和线阵探测器探测单元所用半导体硅片在印刷电路基板上的位置关系示意图；

图7a为本发明所提供的x射线扇面漂移检测器中，检测单元结构俯视图；

图7b为本发明所提供的x射线扇面漂移检测器中，检测单元结构侧视图；

图8a～图8e为本发明所提供的x射线扇面漂移检测器中，x射线扇面不同漂移程度下检测单元受照情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

如图3所示，本发明所提供的x射线扇面漂移检测器包括数字信号处理模块8及两个检测模块，每个检测模块分别与数字信号处理模块8连接。该检测模块用于接受x射线扇面照射，产生与x射线强度成正比的电信号模拟量，并经过信号放大、模数转换处理后输出信号数字量；数字信号处理模块8用于根据所接收的两个检测模块输出的信号数字量之差，计算出本x射线扇面漂移检测器的输出值。

在本发明的实施例中，两个检测模块在宽度方向的中心线不重合，并且二者分别位于x射线扇面中心线的左、右两侧(或者上、下两侧)，全部或部分覆盖x射线扇面。优选地，两个检测模块相对于x射线扇面的中心线呈对称关系。

具体地说，如图4所示，每个检测模块包括依次连接的检测单元5、信号放大单元6及模数转换单元7，模数转换单元7与数字信号处理模块8连接；检测单元5用于接受所述x射线扇面照射，产生与x射线强度成正比的电信号模拟量；信号放大单元6用于将检测单元5输出的电信号模拟量进行放大；模数转换单元7用于将经信号放大单元放大的电信号模拟量转换成信号数字量，以便于数字信号处理模块8进行处理。

两个检测模块的检测单元5在宽度方向上的中心线501不重合，并且两个检测模块的检测单元5全部或部分覆盖x射线扇面。例如，如图5a～5c所示，两个检测模块的检测单元5可以位于x射线扇面中心线的左、右两侧，两个检测模块的检测单元5还可以均覆盖x射线扇面中心线。需强调的是，检测单元5的位置布置只要满足两个检测模块的检测单元5分别全部或部分覆盖x射线扇面，且两个检测模块的检测单元5宽度方向的中心线501不重合即可，而图5a～5c仅列出了几种常见的检测单元5布置位置以助于理解，并未穷尽所有可能。

两个检测模块的检测单元5既可以作为一个有单独安装方式的部件，安装在通道式x射线安检机等线扫描成像设备的探测器箱内部或者探测器箱附近的位置，也可以将两个检测模块的检测单元5先安装到线阵探测器上，再与该线阵探测器一并安装到探测器箱内部。无论采用何种安装方式，都应保证两个检测模块的检测单元5宽度方向的中心线501不重合，且分别全部或部分覆盖x射线扇面，且至少有部分表面能够同时被x射线扇面照射。

实际上，如图6a所示为现有线阵探测器通常使用的印刷电路基板示意。在理想情况下，线阵探测器的中心线301与x射线扇面的中心线对正，线阵探测器的印刷电路基板304上设置有半导体硅片303，半导体硅片303上设置有多个成阵列排布的探测单元302。因此，两个检测模块的检测单元5可以被看作是通道式x射线安检机等线扫描成像设备内部现有线阵探测器中位置排列特殊的两个探测单元，可以把两个检测单元5与线阵探测器其他探测单元302排布在同一块印刷电路基板上；例如，如图6b所示为在同一块印刷电路基板上安装两块半导体硅片，分别用于设置线阵探测器和检测单元5；或者，可以把两个检测单元5与线阵探测器其他探测单元排布在同一块半导体硅片上，从而简化检测单元5的加工和安装方式，降低生产成本。例如，如图6c所示为将同一块印刷电路基板上的半导体硅片设计为由线阵探测器和检测单元5共用。同样，图6b和图6c仅仅是本x射线扇面漂移检测器实际应用的示例，并未穷尽所有可能。

在每个检测模块中，检测单元5由单个光电二极管组成；或者检测单元5由多个光电二极管并联在一起组成。每个光电二极管的光敏面上覆盖有x射线闪烁体材料，该x射线闪烁体材料用于将检测单元5接收的x射线转换成可见光，并由对应的光电二极管将该可见光转换成与x射线强度成正比的电流信号。x射线闪烁体材料可以是碘化铯(csi(tl))、钨酸镉(cdwo4)、硫氧化钆(gos)、硒化锌(znse)、钇铝石榴石(yag)等。

当每个检测单元5的各光电二极管的光敏面被x射线扇面照射时，各光电二极管能够几乎没有时间延迟地产生与所照射的x射线强度几乎成正比的电流信号，使得检测模块具有很强的实时性。每个检测模块中，检测单元5内的一个或多个光电二极管输出的电流信号并联到一起，形成该检测单元5的电信号模拟量。因此，只要保证每个检测单元5的光电二极管的光敏面至少均有部分面积能够被x射线扇面4同时照射到，那么，每个检测单元5就有电信号模拟量输出，而本x射线扇面漂移检测器也就能正常工作。

因此，根据实际应用的需要，合理设计检测单元5的光电二极管的个数、光敏面的总面积、形状和排布位置有助于提高检测单元5的性能。例如，可以加大检测单元5光敏面的总面积，从而改善其输出信号(电信号模拟量)的信噪比，减小x射线自身的涨落对检测精度的影响；还可以增加检测单元5的光电二极管的个数，从而降低对与该检测单元5连接的信号放大单元6动态范围的要求，简化硬件设计；也可以增大检测单元5的宽度,以确保在较大的x射线扇面位移范围内，两个检测单元5的光电二极管的光敏面至少均有一部分能够同时被x射线扇面照射到，从而使得本x射线扇面漂移检测器的有效检测范围将得到扩展。

作为本发明的一个实施例，如图7a和图7b所示，假设检测单元5由两个光电二极管502并联在一起组成。每个光电二极管502的光敏面503上贴有x射线闪烁体材料504。当x射线扇面照射在检测单元5上时，检测单元5上的x射线闪烁体材料504将接收的x射线转换成可见光，并由对应的光电二极管502将该可见光转换成与x射线强度成正比的电流信号。因此，该检测单元5内的多个光电二极管输出的电流信号汇集在一起，形成该检测单元5的电信号模拟量x。

另外，在每个检测模块中，信号放大单元6和模数转换单元7均为辐射检测技术领域常用部件，没有特别要求。例如，信号放大单元6可以采用型号为op系列(如opa1644)、lm(如lmc660)系列等具有信号放大功能的信号放大器芯片。模数转换单元7可以采用adc系列(如adc12762)、ad(如ad7686)系列等具有模数转换功能的信号放大器芯片。为简化设计、降低成本，信号放大单元6和模数转换单元7可以采用与现有通道式x射线安检机等线扫描成像设备完全相同的部件。特别是，如果已有的线阵探测器的模数转换单元以时分复用的模式工作，则本x射线扇面漂移检测器可以与之共用。

当两个检测模块的检测单元5受到x射线扇面照射时，分别会产生与x射线强度成正比的电信号模拟量x1和x2，该电信号模拟量x1和x2经过信号放大单元6进行放大处理后，通过模数转换单元7将该经放大后的电信号模拟量x1和x2转换成对应的信号数字量s1和s2；该信号数字量s1和s2被输入到数字信号处理模块8，通过数字信号处理模块8根据所接收的信号数字量s1和s2，计算出本x射线扇面漂移检测器的输出值。

具体地说，数字信号处理模块8为辐射检测技术领域常用部件，没有特别要求。为简化设计、降低成本，数字信号处理模块8可以采用与现有通道式x射线安检机等线扫描成像设备完全相同的部件。例如，数字信号处理模块8可以与线阵探测器共用计算机，通过计算机实现根据所接收的信号数字量s1和s2，以及如下公式计算得到本x射线扇面漂移检测器的输出值。

d＝sd/st(1)

其中，sd表示两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量之差(s1－s2)，st表示两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量之和(s1+s2)。

由于两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量之差的绝对值与x射线扇面的物理位置漂移程度和x射线扇面的强度有关，两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量之差sd的正负值与x射线扇面物理位置漂移的方向有关，两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量之和st与x射线扇面的强度有关。因此，本x射线扇面漂移检测器的输出值d的绝对值仅与x射线扇面的物理位置漂移的程度有关，与x射线扇面的强度无关，并且本x射线扇面漂移检测器的输出值d的正负反映了x射线扇面物理位置漂移的方向。

具体地说，在x射线扇面自身强度因x射线管的管电压、管电流不够稳定而发生变化的情况下，两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量s1和s2将有相同的变化比例，因此，用两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量之差sd除以两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量之和st可以消去这一变化比例，从而有效地克服x射线扇面自身强度变化对检测结果的影响，这对于指示操作人员精确调整线阵探测器和x射线扇面对正，以及修正x射线扇面漂移所致图像质量下降这两个典型应用都是必要的。

由于本x射线扇面漂移检测器的输出值d由两个检测模块输出的信号数字量s1和s2计算得到，那么，在本x射线扇面漂移检测器的有效检测范围内，在x射线扇面中心位置的x射线强度高于其边缘位置的实际情况下，本x射线扇面漂移检测器的输出值d与x射线扇面实际位移之间是一一对应关系，而不是严格的正比关系。另一方面，由于x射线扇面具有中心位置射线强度高于边缘位置的特性，即使本x射线扇面漂移检测器的总宽度小于x射线扇面的宽度，只要x射线扇面存在位移,两个检测模块输出的信号数字量s1和s2就会发生差动变化，本x射线扇面漂移检测器就能够正常工作。

为了更好地理解本x射线扇面漂移检测器的输出值与x射线扇面物理位置的漂移方向和程度之间的关系，如图8c所示，假设两个检测模块的检测单元5的响应特性相同，两个检测单元5相对于x射线扇面4的中心线401左右对称，那么，两个检测模块输出的信号数字量s1和s2将相同，两个检测模块的检测单元5输出的信号数字量之差sd为零，使得本x射线扇面漂移检测器的输出值也为零。一段时间之后，如图8a或图8b所示，假设x射线焦点向右漂移，因此x射线扇面4向左漂移，位于x射线扇面4左侧的检测单元5的光电二极管有更大的光敏面积被x射线照射，因此该检测单元5对应的信号数字量将增大，而位于x射线扇面4右侧的检测单元5的光电二极管正好相反，即该检测单元5对应的信号数字量将减小，从而使得两个检测单元5对应的信号数字量之差sd将增大且为正值。同理，如图8d或图8e所示，在x射线焦点向左漂移(因此x射线扇面向右漂移)的情况下，位于x射线扇面右侧的检测单元5的光电二极管有更大的光敏面积被x射线照射，因此该检测单元5对应的信号数字量将增大，而位于x射线扇面4左侧的检测单元5的光电二极管正好相反，即该检测单元5对应的信号数字量将减小，从而使得两个检测单元5对应的信号数字量之差sd将减小且为负值。

综上所述，本x射线扇面漂移检测器的输出值(输出的信号量)反映了x射线扇面4相对于线阵探测器3的物理位置的漂移方向和程度。因此，本x射线扇面漂移检测器的输出值可以用于指示线阵探测器3的安装位置与x射线扇面4是否对正，从而便于操作人员根据本x射线扇面漂移检测器的输出值判断线阵探测器和x射线扇面物理位置的对正关系，解决了通道式x射线安检机等线扫描成像设备中，只能通过观察线阵探测器输出信号(或其信噪比曲线)的幅度来间接地推断线阵探测器和x射线扇面物理位置的对正关系，准确度不高的问题。本x射线扇面漂移检测器的输出值还可以用于修正因线阵探测器3输出信号幅度随x射线扇面物理位置漂移而变化导致的图像质量下降。

当本x射线扇面漂移检测器用于指示操作人员精确调整通道式x射线安检机等线扫描成像设备的线阵探测器和x射线扇面对正时，两个检测单元5以左右对称于x射线扇面4的中心线为宜。在x射线管出束的情况下，操作人员可先观察线阵探测器输出信号波形，粗调x射线管(或线阵探测器)的左右位置至波形幅度近似最高，而后观察本x射线扇面漂移检测器的输出值，细调线阵探测器(或x射线管)的左右位置至本x射线扇面漂移检测器的输出值为0为止。

当本x射线扇面漂移检测器用于修正通道式x射线安检机等线扫描成像设备因线阵探测器输出信号幅度随x射线扇面物理位置漂移而变化导致的图像质量下降时，可将本x射线扇面漂移检测器安装于通道式x射线安检机等线扫描成像设备正常使用时不易被物体遮挡住x射线的位置，并可在通道式x射线安检机等线扫描成像设备正式交付使用之前，通过控制x射线管长时间出束的方式，遍历并记录本x射线扇面漂移检测器各输出值(即x射线扇面各漂移位置)与线阵探测器各个探测单元输出信号幅度之间的对应关系。显然，只要准直器、线阵探测器、检测单元的相互位置保持不变，这一对应关系将不会改变。

需要说明的是，每台通道式x射线安检机等线扫描成像设备可以在不同位置安装一个以上数量的本x射线扇面漂移检测器，因此检测模块的数量可以多于两个，例如四个、六个或八个等，只要每个x射线扇面漂移检测器包含的两个检测模块在宽度方向上的中心线不重合即可。

在通道式x射线安检机等线扫描成像设备实际使用时，以本x射线扇面漂移检测器的实时输出值为索引，并从此前记录的本x射线扇面漂移检测器各输出值与线阵探测器各个探测单元输出信号幅度之间的对应关系中，实时查找出线阵探测器每个探测单元输出信号的变化程度，并通过数字信号处理模块对线阵探测器每个探测单元的信号数字量进行修正，可以将整幅图像各像素的灰度恢复到x射线焦点未漂移时的情形。

本发明所提供的x射线扇面漂移检测器不仅能够实时地检测出x射线扇面物理位置的漂移方向和程度，而且还可以与现有通道式x射线安检机等线扫描成像设备中已有的线阵探测器共用相同的部件。与现有技术相比较，本x射线扇面漂移检测器既不需要在现有准直器和x射线扇面之外，另行安装一套准直器来形成另一个x射线扇面，也不需要在现有准直器上增加机电位移控制装置。因此，本x射线扇面漂移检测器无需对现有设备进行大幅度改造，体积小巧，成本低廉。并且，本x射线扇面漂移检测器的输出结果既可以直接反映现有线扫描成像设备的线阵探测器安装位置与x射线扇面的对正情况，以便于指示操作人员精确调整线阵探测器和x射线扇面对正，从而得到更好的图像质量；也可以用于建立漂移方向和程度与线阵探测器输出信号变化程度之间的对应关系，并据此准确修正因x射线扇面的物理位置漂移导致的图像质量下降。

以上对本发明所提供的x射线扇面漂移检测器及相应的线扫描成像设备进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。