一种X射线的检测系统的制作方法

本实用新型涉及X射线检测领域，尤其涉及一种X射线的检测系统。

背景技术：

准确检出违禁品是公共安检的重点和难点，传统透射成像技术不能提供分子结构信息，存在局限性。X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)技术可提供物质分子层面的结构信息，具有很强的特异性，因此通过检测物质的衍射光谱可以识别物质。目前的XRD检测系统一般包括：光源、探测器与准直系统，利用该XRD技术检测违禁品，可弥补其他传统技术的不足，有助于提高识别准确率。

但是，目前的检测系统存在对散射光束信号的收集效率低等问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种X射线的检测系统，可以提高对散射光束信号的收集效率，进而提高检测系统的检测效率。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种X射线的检测系统，该检测系统包括：

光源发生器、第一探测器、第二探测器、准直设备和处理器；

所述第一探测器和所述第二探测器在待检测物体的传动方向上交替排布；

所述光源发生器，用于发射多列光束信号，每列光束信号包括多条光束信号；

所述第一探测器，用于接收透过所述待检测物体后的多列透射光束信号；

所述准直设备，用于对透过所述待检测物体后的多列散射光束信号进行特异性选择；

所述第二探测器，用于接收经所述准直设备选择后的散射光束信号；

所述处理器，用于依据所述多列透射光束信号和选择后的所述散射光束信号，确定所述待检测物体的检测结果。

根据本实用新型实施例中的检测系统，由于使用了多列光束信号，以及第一探测器和第二探测器在待检测物体的传动方向上交替排布，使得在单位时间内收集到的散射光束信号中的光子数大大提高，即提高了对散射光束信号的收集效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是示出本实用新型实施例的X射线的检测系统的架构示意图；

图2是示出本实用新型实施例光源发生器的光束信号入射点平面的示意图；

图3是示出本实用新型实施例中第一探测器和第二探测器的排布示意图；

图4是示出本实用新型实施例中散射光束信号的示意图；

图5是示出本实用新型实施例中待检测物体的位置示意图；

图6是示出本实用新型实施例提供的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，并不被配置为限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

目前的检测系统有很多种，一般都是包括：光源发生器、探测器与准直系统。在光源发生器的选择上，一般使用由电子束打靶产生韧致辐射的X射线，即是产生能量分布较宽的X射线能谱。在探测器的选择上，可以使用光子计数探测器或者能量积分探测器，其中光子计数探测器能够区分光子的能量，而能量积分探测器不能区分光子能量。由于需要对X射线衍射的光谱进行检测，因此需要匹配相应的探测器。能量积分探测器必须要对光源发生器在X射线能量维度进行滤波，而光子计数探测器则不需要对X射线的光源发生器有限制。由于散射的物理过程在空间上分布平缓，很容易在同一探测器像素中出现不同重建像素信息混迭的情况。为了能够求解，所以增加了准直设备，它可以滤掉不必要的信号，降低混叠，提高求解稳定性。现在常用的准直设备主要包括长直准直器和编码板。长直准直器是在两个维度对X射线进行约束，编码板是在一个维度对X射线进行约束。

但是目前的检测系统虽然可以检测某一像素点的衍射信息，但是它的成像时间过长，无法在实际中应用。另外，仅仅使用光子计数探测器虽然提高了对散射光束信号的收集效率，但是依旧存在扫描时间过长、无法实际应用的问题。使用能量积分探测器以及编码板虽然提高了散射光束信号通量，但需要对光源发生器进行能量维度的滤波处理，降低了光子的使用效率。

本实用新型实施例是基于上述存在的问题进行的改进。

为了更好的理解本实用新型，下面将结合附图，详细描述根据本实用新型实施例的检测系统和检测方法，应注意，这些实施例并不是用来限制本实用新型公开的范围。

图1是示出根据本实用新型实施例的X射线的检测系统的架构示意图。

如图1所示，本实施例中的X射线的检测系统100包括：光源发生器110、第一探测器120、第二探测器130、准直设备140和处理器150。

第一探测器120和第二探测器130在待检测物体160的传动方向上交替排布。

光源发生器110，用于发射多列光束信号，每列光束信号包括多条光束信号。

第一探测器120，用于接收透过待检测物体160后的多列透射光束信号。

准直设备140，用于对透过待检测物体160后的多列散射光束信号进行特异性选择。

第二探测器130，用于接收经准直设备140选择后的散射光束信号。

处理器150，用于依据多列透射光束信号和选择后的散射光束信号，确定待检测物体160的检测结果。

从图1中可知，光源发生器110的光束信号发射方向为三维笛卡尔坐标系的X轴的正方向，待检测物体160的传动方向为三维笛卡尔坐标系的Y轴。光源发生器110发生出多列光束信号，这些列光束信号会透过待检测物体160，然后透射光束信号会被第一探测器120接收，而散射光束信号会先经过准直设备140进行特异性选择，选择后的散射光束信号会被第二探测器130接收。通过处理器150处理透射光束信号和散射光束信号，确定待检测物体的检测结果。

通过本实用新型实施例，由于使用了多列光束信号，以及第一探测器120和第二探测器130在待检测物体160的传动方向上交替排布，使得在单位时间内收集到的散射光束信号中的光子数大大提高，即提高了对散射光束信号的收集效率。

图2是示出本实用新型实施例光源发生器的光束信号入射点平面的示意图。

在一实施例中，多列光束信号的入射平面是YOZ平面，且在YOZ平面上的入射点呈二维离散分布。具体的，多列光束信号的入射点在三维笛卡尔坐标系的Z轴上是等间距排布，且在Y轴上是等间距分布或者不等间距分布。具体的，列光束信号的入射点形成的直线与Z轴平行。

需要理解的是，如图2所示，光束信号沿X轴入射，在YOZ平面内，入射点是二维离散分布。列光束信号的入射点形成的直线与Z轴平行，在Z轴方向入射点都是等间距排布的，在Y轴方向入射点可以等间距分布，也可以不等间距分布。若是在Y方向等间距分布，那么接收到的散射光束信号是可以用于周期检测的。若是在Y方向非等间距分布，可以保证待检测物体160在移动情况下，第二探测器130可以重复使用之前接收的散射光束信号。因此，本实用新型实施例中的检测系统不但提高了散射光束信号的接收效率，又保证了对待检测物体160的准确求解。

在一实施例中，间距是由待探测物体的传动速度、第一探测器曝光时间和第二探测器曝光时间确定的距离。

可以理解的是，假设对待检测物体的散射光束信号的空间采样间隔为(p,Q,r)，分别对应(X，Y，Z)三个方向的离散距离。

Q的公式如(1)：

Q＝v×T

(1)

其中，v是待探测物体的传动速度，T是第一探测器120曝光时间和第二探测器130曝光时间。

需要说明的是，不同列光束信号在Y轴方向的间距为L，是Q的整数倍，在Y轴方向等间距的情况下，Y轴方向上的待检测物体的离散间距为Q，则采样间隔L满足以下关系：

L＝k×Q

(2)

其中k是整数，在k是固定值的情况下，光束信号的排布方式沿着待检测物体150的运动方向为等间隔周期分布。在等间隔周期分布情况下，每次的第一探测器120和第二探测器130检测的光束信号经过k次曝光以后，又会检测到相同的光束信号。因此，可以将相同重建像素点的光束信号进行求和，以提高对散射光束信号的接收效率，并降低噪声，实现了光束信号的复用。

当k不为固定值的情况下，即列光束信号之间的间隔不等，不同次的第一探测器120和第二探测器130接收的光束信号能够组成一个线性方程组，可以增加连续性约束的条件对方程组进行求解，同样能够实现对光束信号的复用。

在本实用新型实施例中使用的求解公式如下。

X射线的衰减规律可以用Beer定律进行描述：

I(E)＝I0(E)exp(∫-μ(E，x)dx)

(3)

其中，E为光子能量，I0(E)为入射能谱，I(E)为透射能谱。

其中，IL(E)为低能等效能谱，IH(E)为高能等效能谱，pL与pH分别是低能检测信号与高能检测信号。

X射线的散射光束信号可以描述为：

I(E，θ)＝CI0(E)T(E)fxrd(E,θ)

(5)

其中C为常数因子，T(E)为待检测物质的衰减项，具体表述如下：

T(E)＝exp(∫-μ(E,x)dx)

(6)

而第二探测器130检测到的光束信号是多个散射光束信号的求和，当把其进行离散化以后，可以写为：

其中，Y代表第二探测器130的像素坐标，s(E，Y)代表着第二探测器130的检测能谱，Ω代表着所有能够射到像素Y的散射光束信号的集合，A(X，Y)代表着编码板对散射光束信号的影响。

在后续的处理中，根据第一探测器120的相关技术计算出待检测物质的衰减项T(E)，光束信号的入射能谱I0(E)则可以通过软件模拟的方式得到，因此对衰减项T(E)和入射能谱I0(E)这两项进行校正后，便能得到如下公式(8)：

其中，S(q，y)代表校正后的散射谱，而q为散射光束信号的向量，是相干的散射光束信号的核心变量：

其中，E是能量，c是光速，h是波长，公式(8)是散射场的物理模型与求解核心，该物理模型是个线性叠加模型。因此，可以使用ART等求解算法进行求解。

其中，A(X，Y)是影响方程求解的稳定性，而S(q，Y)则与方程的噪声水平息息相关，本实用新型实施例目的便是在保证求解稳定的情况下对提高散射光束信号的接收率S(q，Y)。

例如，对第一排使用第1个第二探测器130检测时：

其中，S1，1代表着第1排第二探测器130第1次检测，第一个下标代表第二探测器130排数，第二个下标代表检测次数。Xk代表第k排的散射光束信号。由于排布具有周期性，因此满足

S1，1(q，Y)＝S2，k+1(q，Y)＝S3，2k+1(q，Y)＝…

(11)

将上述相同的检测信号进行累加，以提高计数率。

当k不为固定值的情况下，即列光源之间的间隔不等，不同次检测的光束信号能够组成一个线性方程组，可以增加连续性约束的条件对方程组进行求解，同样能够实现光束信号的重复使用。例如：

上述方程组虽然不能进行叠加去噪，但是由于增加了检测的组数，依旧可以达到光束信号的复用与降低噪声的目的。

通过待探测物体的传动速度、第一探测器曝光时间和第二探测器曝光时间确定的间距，可以提高了散射光束信号的接收效率，同时也保证了对待检测物体160的准确求解。

图3是示出本实用新型实施例中第一探测器和第二探测器的排布示意图。

在一实施例中，为了提高散射光束信号的接收效率，并最大程度地降低检测系统的成本。第一探测器120包括：至少2个双能透射探测器。第二探测器130包括：至少1个光子计数散射探测器。

需要理解的是，光子计数散射探测器除了可以接收到单一光束信号的多个物体点的散射光束信号外，还可以同时接收到同一列光束信号内不同光束信号产生的散射光束信号和不同列光束信号中的不同光束信号产生的散射光束信号。另外由于沿待探测物体的传动方向布置多个光子计数散射探测器，可以对多列光束信号多次的检测进行求和，从而增加了检测的准确性和提高了检测的效率。

如图3所示，沿待探测物体的传动方向双能透射探测器和光子计数散射探测器交替排布。双能透射探测器接收透过待探测物体后的多列透射光束信号。光子计数散射探测器接收散射光束信号。

在图3中可以看出，光子计数散射探测器1能够检测到列光束信号1的散射光束信号1，双能透射探测器1能够检测到列光束信号1的透射光束信号1；在图3中可以看出，光子计数散射探测器1能够检测到列光束信号2的散射光束信号2，双能透射探测器2能够检测到列光束信号2的透射光束信号2，这两个过程是同时发生的。由于设计的通过编码板与光子计数散射探测器相对应，因此限制光子计数散射探测器1只检测到散射光束信号1和散射光束信号2。通过交替分布可以同时检测相邻两列光束信号所产生的散射光束信号，提高了光子计数散射探测器检测到散射光束信号的使用效率。在光子计数散射探测器前，放置编码板以提高求解光束信号过程中的稳定性。

图4是示出本实用新型实施例中散射光束信号的示意图。

如图4所示，图4中实线为透射光束信号，虚线为第二探测器130接收透过准直设备140的散射光束信号。其中第一散射光束信号示意来自同一光束信号不同体素点的散射光束信号，第二散射光束信号示意来自同一列光束信号的不同光束信号上的散射光束信号，第三散射光束信号示意来自不同的列光束信号的散射光束信号。通过交替分布第一探测器120和第二探测器130，可以同时检测相邻两列光束信号所产生的散射光束信号，提高了光子计数散射探测器检测到散射光束信号的使用效率。在光子计数散射探测器前，放置编码板以提高求解检测过程中的稳定性。

图5是示出本实用新型实施例中待检测物体的位置示意图。

下面是具体的实验实施例。

在本实用新型实施例中所举信号都是检测系统的典型值，针对k为固定值的周期分布的情况，k不为固定值的情况分析实现过程类似。

例如：如图5所示，待检测物体的高度为200毫米(mm)，前表面距离第一探测器120和第二探测器130所在平面为1200mm，后表面距离第一探测器120和第二探测器130所在平面为600mm。由于通过编码板/准直器的限制，检测散射角度为3°的散射光束信号。绝大部分散射光束信号分布在距离第一探测器120两侧30mm到60mm的区间中。每两个第一探测器120的间距为90mm，一共放置10列光束信号。相应的，第一探测器120的间距L也为90mm，每个第二探测器130分布在相邻的两个第一探测器120正中间的位置，宽度为30mm，以保证收集到大部分需要的散射光子。

由于对待检测物体的空间散射光束信号的重建精度的需求为10mm×10mm×10mm。因此p＝Q＝r＝10mm，可以计算每一列光束信号包含20个条光束信号，同时倍数k＝9，因此每个XOZ平面内的列光束信号在9次检测后都会重新检测，满足了探测器复用的基本要求。将相同的检测结果进行求和，由于具有10列光束信号与探测器，因此如果要获得与以前相同信噪比的检测结果，所需要时间仅为原来的1/10。由于第一探测器120与第二探测器130的间隔排列，所以对于一列光束信号，左右两个第二探测器130都能够对称检测，相比第二探测器130在一侧分布，时间又能降低1/2。一列光束信号包含20个条光束信号，因此效率又提高了20倍。

通过上述的检测系统可以大大降低实现检测时间，提高了检测效率。

下面结合附图，详细介绍根据本实用新型实施例的方法。

图6是示出本实用新型实施例提供的检测方法的流程示意图。如图6所示，检测方法600包括：

步骤S610，光源发生器发射多列光束信号，每列光束信号包括多条光束信号。

步骤S620，第一探测器接收透过待探测物体后的多列透射光束信号。

步骤S630，准直设备对透过待探测物体后的多列散射光束信号进行特异性选择。

步骤S640，第二探测器接收经准直设备选择后的散射光束信号；

步骤S650，依据多列透射光束信号和选择后的散射光束信号，确定所述待检测物体的检测结果。

根据本实用新型实施例的检测方法，由于使用了多列光束信号，以及第一探测器120和第二探测器130在待检测物体160的传动方向上交替排布，使得在单位时间内收集到的散射光束信号中的光子数大大提高，即提高了对散射光束信号的收集效率。

根据本实用新型实施例的检测方法的其他细节与以上结合图1至图5描述的根据本实用新型实施例的检测系统类似，在此不再赘述。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品或计算机可读存储介质的形式实现。所述计算机程序产品或计算机可读存储介质包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本实用新型实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或信号中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或信号中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、信号中心等信号存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要明确的是，本实用新型并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本实用新型的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本实用新型的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。