一种高速实时X射线计算机断层扫描安检系统的制作方法

本实用新型涉及一种高速实时X射线计算机断层扫描安检系统，属于安全检测或安全防卫技术领域。

背景技术：

X射线成像一直是行李物品检查必不可缺少的重要手段。传统的X射线安检设备利用 X射线穿透物体发生衰减，通过投影透视和双能量成像的方式进行危险品识别(称为X射线双能量箱包检测仪)。但此方法图像存在物品影像重叠问题，在一定程度上影响了对危险品的准确识别，有相对的识别难度。近年来伴随着恐怖威胁的不断演变，安检关注重点也由以往的金属刀具、枪支等逐渐扩展到爆炸物、液体等有机危险品的检查。这类具有密度低、形状不固定等特点的特异物质，在X射线透视图像上很难辨识。传统的检测技术已经不能完全适应安检的发展需要。

X射线计算机断层扫描(CT)技术源于医疗检查病人的病情，是一种先进的非损坏性探测评估技术。它通过对目标物体进行多角度的投影透视扫描，利用三维重建算法，能够获取被检查物体的尺寸、形状、位置排列、内部结构及密度信息，因此在医疗、工业及新兴的爆炸物检测等领域有着广泛应用。例如美国专利US2013/00070062A1，采用CT技术的爆炸物检测装置，具有很强的密度分辨能力和空间分辨能力。由于大部分的爆炸物的密度是确定的并集中于一个特定的区域内，结合其空间形状信息，CT可以准确地判断并定位行李中隐藏的爆炸物。CT装置可将测量所得的可疑物的(密度和双能量技术提供的有效原子序数)参数值与事先预存在数据库中的已知爆炸物的(密度值、有效原子序数)的数值进行对比。一旦发现两者相符就发出警报，实现智能分析及报警功能。这一功能预期是除了三维图像之外，选择以CT技术替代传统X射线透射成像技术技术的重要因素。CT技术的突出优势，使其逐渐成为各类安检应用的最近的最好的选择。在欧盟最新的行李检测设备技术标准中，螺旋CT型安检设备是目前唯一能够通过ECAC标准3这一最高等级认证的安检技术，开拓了公共安检的崭新局面。

已有的螺旋CT是由X射线源和射线阵列探测器构成一个环状整体，将被检测的物体置于环的中间，环体做360°旋转测量，并将测量数据重建出被检物体的一个断层的内部结构。再相对移动环体和物体位置，测量第二个断层，以此类推得出物体的整个结构分布。螺旋CT首先应用于医疗诊断，进而其应用范围推广至航天，安防，及无损检测等部门，已成为一种广泛应用的检测工具。但是，这种螺旋CT技术也有它的不足之处，即设备复杂庞大，价格又十分昂贵，是不能够大范围普及进行安装的，而且对爆炸物也不能达到4 σ的精准无误判断。此外，其检测速度也时常不能完全满足现场要求，即实时使用还存在速度限制。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种高速实时X射线计算机断层扫描安检系统，改进已有X 射线计算机断层扫描行李箱包安检系统的结构，基于使用静态稀疏角度CT技术来代替螺旋CT技术，减少技术的复杂性，大幅度提高检测速度，降低成本，实现对检测箱包行李的快速高质量检测，用于面对日益严峻的公共安全问题的挑战。

本实用新型提出的高速实时X射线计算机断层扫描安检系统，由N个环形圆盘扫描单元组成，N个环形圆盘单元的扫描方向沿轴向通道圆周均匀分布，每个环形圆盘扫描单元包括X射线发生器、准直器、环状支撑体、检测行李通道和探测器，所述的X射线发生器置于环状支撑体的一侧，X射线源置于X射线发生器中；所述的准直器平行放置于环状支撑体上；所述的探测器置于环状支撑体上相对X射线发生器的另一侧，X射线通过准直器穿过环状支撑体中间的检测行李通道，然后射入探测器，由探测器接收穿透射线信号，通过对检测行李进行扫描和图像重建处理，得到被捡物品的断层成像。

本实用新型的行李箱包实时安检系统中，所述的N为3-32。

本实用新型提出的高速实时X射线计算机断层扫描安检系统，利用最新发展的稀疏角度CT原理，在尽量确保检测要求的情况下，采用组合多个固定角度的装有静态射线源和探测器的固定扫描环，代替已有的螺旋CT的旋转扫描采集数据方式，通过移动被检物体获取被检物体的3D重建图像。本实用新型的安检系统除了行李以外没有移动件，机构相对简单，静态的无运动的X射线源，又无检验机件及探测器的运动和噪声(仅有的是行李物品移动装置的驱动声音)；可高速实时重建出被检物体的结构图像，给出感兴趣物体密度数据和平均原子序数数据，以判断是否嫌疑爆炸物或违禁品。

附图说明

图1是本实用新型提出的高速实时X射线计算机断层扫描安检系统的结构示意图。

图2是图1所示的安检系统中一个安检单元的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是图1的俯视图。

图1-图4中，1是X射线发生器，2是准直器，3是环状支撑体，4是检测行李通道， 5是探测器，6是X射线源，7是行李拖动方向，8是待检测行李。

具体实施方式

本实用新型提出的高速实时X射线计算机断层扫描安检系统由N个环形圆盘扫描单元组成，如图1所示。每个环形圆盘扫描单元的结构如图2所示，包括X射线发生器1、准直器2、环状支撑体3、检测行李通道4和探测器5。X射线发生器1置于环状支撑体3的一侧，X射线源6置于X射线发生器1中。准直器2平行放置于环状支撑体3上，探测器 5置于相对X射线发生器1的另一侧，X射线源6发出的X射线通过准直器1穿过环状支撑体3中间的检测行李通道，射入相对应的探测器，探测器接收穿透射线信号，对待检测行李8进行扫描和图像重建处理，得到被捡物品的断层成像。图1中7是行李拖动方向。

本实用新型的X射线计算机断层扫描安检系统中，环形圆盘扫描单元N的个数根据精度要求可以选为3-32。

本实用新型的X射线计算机断层扫描安检系统中，N个环形圆盘扫描单元组成的扫描组为n组，即整个安检系统中可以有n×N个环形圆盘，其目的在于，提高实时检测速度，防止漏检，并提高检测质量。其中的n为1-3。

以下结合附图，详细介绍本实用新型安检系统的工作原理和工作过程：

本实用新型提出的高速实时X射线计算机断层扫描安检系统，由专用的小型X射线发生器和特殊设计的扇形射线束射线准直器构成一个完整的X射线扁平扇形束射线源，和与其配套的多个双能量X射线直线阵列探测器及其附属的专用精密屏蔽准直器，组成一套完整的静态CT扫描单元。X射线CT实时安检系统就是由多个这样的扫描单元构成。每一个这样的单元安装在一个环形圆盘上，如图1所示。3-32个这样的环形圆盘单元叠放在一起就构成了一个透射式静态X射线稀疏角度CT实时安检系统。单元的环形圆盘中间有一个孔，待检测行李8从此孔通过，进行检测。

本实用新型安检系统的一个实施例中，专用的小型X射线发生器的高压为140-180KV，管流不小于<1mA，焦点小于1mm，而且体积要小，重量要轻，并且本身附有完整的屏蔽系统保证不干扰测量，不伤害操作人员和携带行李及周围的公众。

本实用新型安检系统的一个实施例中，准直器2为一个特殊设计的扇形射线束成形器，紧密地连接在小型X射线管的X射线窗口上。通过它把X射线管的锥形射线束调制为一个大约1.5-2mm厚的张角约(20°-45°)，全角40°-90°的扇形束，并朝向环内射去，如图3中所示。

本实用新型安检系统的一个实施例中，安检系统配有一个专用的经过一个精确设计安装的铅或其它重金属材料(如钨钢)加工制成的，能屏蔽散射X射线的准直器，以保证放置于射线源的另一侧的双能量X射线探测器5，测量穿透待检行李8而未被吸收的X射线。探测器5和X射线发生器1固定在一个整体环形圆盘上，使得X射线扇形射线束的产生，吸收和接收同时完成在同一平面上。不同单元的探测器以不同稀疏的角度布置以均匀地覆盖环绕通道，保证扇形束射线垂直照射于圆盘环形通道，用来扫描被检箱包行李等物体。专用的数字线路逐个从各个单元的探测器上记录被捡物体被扫描后的透射射线强度，构成 CT成像的原始数据，再根据重建成像数据和平均原子序数的判断，识别危险品和违禁品并报警，标记出物品的位置。

本实用新型安检系统的一个实施例中，准直器是一个扁形的铅(或其他重金属能吸收 X射线的材料如鉍或钨钢等)制的盒子，内部加工具有一条约1毫米空隙的缝，呈扇形。其设计扇形顶点在X射线管的焦点处，张角为40°-90°，目的是让X射线仅能从此扇形缝中射出。该准直器平行地放在一个环形圆盘的一侧，射线穿过环形盘子中间的圆形被捡物通道，平行地射入精密加工严格安装调试过的由重金属材料制成的探测器准直器，缝宽约1.5-4毫米，最终射入双能量X射线探测器。探测器5接收穿透射线信号，结合不同时间对同一被捡物断层(不同角度扫描)进行的扫描测量的数据，进行图像重建处理即可得到被捡物品的断层成像。

本实用新型安检系统的一个实施例中，检测行李通道4的内腔用碳纤维或其他轻物质 (如钛合金等轻、新材料)作为行李包裹的支撑。

本实用新型的安检系统，使用的X射线探测器是双能量射线探测器，利用双能量技术可在重建图像中提供出各个位置的平均原子序数。它帮助我们更好的甄别爆炸物和其它违禁品。本系统可以采用3-32个稀疏角度组件系统和专用的数据处理系统。当第一件行李通过第一组扫描单元后，进而进入有第二套、第三套等后续的扫描单元。所有单元持续扫描接连进入的行李，与此同时进行图像处理。即在扫描后续行李的同时，前面通过的行李的图像不断被重建出来。这样就可以连续扫描箱包，保证了实时检测，实时重建出检测图像，以此大幅提高检测行李包裹的宏观的检测速度。

本实用新型安检系统的一个实施例中，所用的专用小型X射线发生器用美国VARIANT 公司生产的NDI160系列X射线管及附属设备，或者丹东奥龙射线仪器集团有限公司生产的相应产品HPC160KV系列亦可。所用的扇形射线束射线准直器可以由昆山施宝得、深圳可尔夫或北京超宇能加工或生产。X射线直线阵列探测器由北京地太或滨松生产，有关前置线路可依据客户具体要求选型。