專利名稱：一種可甄別深度信息的射線背散射成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可甄別深度信息的射線背散射成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
X射線背散射成像技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱背散射成像)，是一種基于康普頓散射的新型非侵入性成像技術(shù)，現(xiàn)已被應(yīng)用于工業(yè)探傷、藏物搜索、邊防安檢等領(lǐng)域。相比于其他成像技術(shù)，背散射成像具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。(I)射線源和探測(cè)器位置擺放靈活，特別是可以同時(shí)放置于被測(cè)物體同側(cè)，因此背散射成像適于探測(cè)傳統(tǒng)X射線透射技術(shù)難以穿透的大型物體以及藏在墻體內(nèi)部或地下的物體。(2)背散射成像對(duì)低原子序數(shù)的元素如碳、氫和氧等尤其敏感，因此特別適于發(fā)現(xiàn)藏在金屬掩體后的有機(jī)違禁品如汽油、炸藥和毒品等。(3)背散射成像對(duì)外界溫度濕度條件不敏感，可在惡劣環(huán)境中使用。但是現(xiàn)有的背散射成像受限于自身探測(cè) 幾何和物理因素的影響，信噪比低，進(jìn)而影響到成像質(zhì)量。為了改善信噪比，通常采取提高射線能量和強(qiáng)度、增大探測(cè)面積以及延長(zhǎng)采樣時(shí)間的措施。如中國(guó)專利(CN101113960B)中的一種背散射探測(cè)裝置所述，X射線源發(fā)出60°扇束，經(jīng)過切輪準(zhǔn)直器形成筆形射線束。切輪準(zhǔn)直器下方的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)切輪準(zhǔn)直器繞X射線源旋轉(zhuǎn)，使光斑周而復(fù)始的從下到上或從上到下掃描，當(dāng)一個(gè)角度掃描完成，下一個(gè)準(zhǔn)直孔正好進(jìn)入入射面，同時(shí)被測(cè)物平行于切輪準(zhǔn)直器的軸向方向前進(jìn)，由此形成連續(xù)的掃描射線，以實(shí)現(xiàn)“飛點(diǎn)掃描”。其背散射探測(cè)器組包含若干背散射探測(cè)器單元，并被放置于射線源與被測(cè)物之間以接收被物體散射后形成的背散射X射線。根據(jù)切輪準(zhǔn)直器的旋轉(zhuǎn)速率和被測(cè)物的前進(jìn)速率可以唯一計(jì)算出“飛點(diǎn)”的時(shí)間序列以及所對(duì)應(yīng)的物體上的具體位置，因此通過計(jì)算機(jī)處理后就可以得到物體的背散射圖像。但是，現(xiàn)有的“飛點(diǎn)”掃描設(shè)備雖然技術(shù)成熟，但存在幾個(gè)缺陷(I) “飛點(diǎn)”掃描設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專門的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)切輪準(zhǔn)直器才能工作，故障率較高；(2)對(duì)X射線的利用率低，同等條件下僅有線掃描的千分之幾至百分之幾，探測(cè)單元往往因接受信號(hào)不足而顯著降低信噪比；(3)為了提高信噪比，通常要延長(zhǎng)采樣時(shí)間，同時(shí)掃描速度還受限于機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置，不適合高通量場(chǎng)合下的應(yīng)用。孫光智等所著的“Development of a type of a one-dimensionalposition-sensitive scintillator - fiber detector for X-ray backscatter imaging，，(一種基于一維位置靈敏閃爍光纖探測(cè)器的X射線背散射成像系統(tǒng)的研制)(NuclearInstruments and Methods in Physics A 594 (2008)61-65),揭不了一種一維的位置靈敏背散射探測(cè)器。該X射線源被前置的狹縫準(zhǔn)直器準(zhǔn)直成扇束后直接照射物體。被物體散射后形成的背散射X射線通過平行孔準(zhǔn)直器加以定位后被一排位置靈敏的探測(cè)器單元同時(shí)接收。被測(cè)物在傳送帶的帶動(dòng)下前進(jìn)，由此得到物體的背散射圖像。該一維的位置靈敏背散射探測(cè)器，能夠不依賴于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且穩(wěn)定性強(qiáng)，掃描速度快，適于高通量場(chǎng)合下的應(yīng)用。但是，該一維的位置靈敏背散射探測(cè)器，無法測(cè)量物體所處的深度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可甄別深度信息的射線背散射成像系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的背散射成像無法判斷被測(cè)物體所處的深度的問題。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，包括，射線源、第一準(zhǔn)直器、多個(gè)探測(cè)器、多個(gè)第二準(zhǔn)直器、移動(dòng)裝置以及至少一擋光板；該移動(dòng)裝置使該射線源和該多個(gè)探測(cè)器作為一個(gè)整體與物體進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)；該射線源與該第一準(zhǔn)直器的入射側(cè)對(duì)應(yīng)，該第一準(zhǔn)直器的射出側(cè)朝向一第一指定方向，該第一準(zhǔn)直器用于將該射線源發(fā)出的射線準(zhǔn)直成扇形射線面，該扇形射線面對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的該物體進(jìn)行掃描；該扇形射線面在該物體處發(fā)生背散射后的射線，與各該第二準(zhǔn)直器的入射側(cè)分別形成不同的入射角度，并使得發(fā)生背散射后的射線能夠射入該多個(gè)第二準(zhǔn)直器中的至少一個(gè)；該多個(gè)第二準(zhǔn)直器的數(shù)量與該多個(gè)探測(cè)器的數(shù)量相等，該多個(gè)探測(cè)器與該多個(gè)第二準(zhǔn)直器的射出側(cè)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述至少一擋光板設(shè)置在該發(fā)生背散射后的射線的路徑上，用于與該多個(gè)第二準(zhǔn)直器配合，對(duì)該發(fā)生背散射后的射線進(jìn)行約束，使得該多個(gè)探測(cè)器接收到的該發(fā)生背散射后的射線的強(qiáng)度產(chǎn)生差 異信息，進(jìn)而判斷康普頓散射效應(yīng)發(fā)生的深度信息。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該多個(gè)第二準(zhǔn)直器并排設(shè)置，該多個(gè)探測(cè)器與該多個(gè)第二準(zhǔn)直器對(duì)應(yīng)并排設(shè)置，該多個(gè)第二準(zhǔn)直器的入射側(cè)面向一第二指定方向，該第一指定方向與該第二指定方向成一夾角，該夾角為大于等于10°小于等于90° ;任意兩相鄰的該第二準(zhǔn)直器之間均設(shè)置有一該擋光板，用于根據(jù)扇形射線面在該物體處發(fā)生背散射的深度的差異，對(duì)部分發(fā)生背散射的射線進(jìn)行阻擋和吸收。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該夾角為60°。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，還包括，該多個(gè)第二準(zhǔn)直器以及該至少一擋光板通過一擋光外殼固定在一起，每一該擋光板上均設(shè)置有一滑動(dòng)部件，該滑動(dòng)部件伸出該擋光外殼，該擋光外殼上開設(shè)有供該滑動(dòng)部件滑動(dòng)的滑孔，該滑動(dòng)部件能夠沿該滑孔帶動(dòng)該擋光板滑動(dòng)，以調(diào)整該擋光板的位置。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，還包括，還包括一第一支架以及一第二支架；該移動(dòng)裝置為一傳動(dòng)帶；該第一支架以及第二支架分別沿該傳動(dòng)帶的傳動(dòng)方向前后設(shè)置；該射線源固定在該第一支架上，該第一準(zhǔn)直器與該射線源固定；該多個(gè)探測(cè)器固定在該第二支架上，該多個(gè)第二準(zhǔn)直器固定在該多個(gè)探測(cè)器上；其中，該第一指定方向以及該第二指定方向均朝向該傳動(dòng)帶上的該物體經(jīng)過的位置；該扇形射線面與傳動(dòng)帶的交線，與傳動(dòng)帶的傳動(dòng)方向垂直。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該探測(cè)器為兩個(gè)，該第二準(zhǔn)直器對(duì)應(yīng)為兩個(gè)，一該擋光板設(shè)置在兩該第二準(zhǔn)直器之間，并能夠?qū)稍摰诙?zhǔn)直器的入射側(cè)的部分發(fā)生背散射的射線進(jìn)行阻擋和吸收；扇形射線面與該擋光板下端的延長(zhǎng)面所形成的交線至該擋光板的下端的距離為第一距離，該擋光板下端的延長(zhǎng)面與扇形射線面所形成的交線與該多個(gè)探測(cè)器的入射側(cè)端面的距離為第二距離，第一距離為第二距離的二分之一至三分之二。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，一供電裝置，與該多個(gè)探測(cè)器連接，用于向該多個(gè)探測(cè)器供電。
本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該第二準(zhǔn)直器為平行孔準(zhǔn)直器、匯聚孔準(zhǔn)直器或發(fā)散孔準(zhǔn)直器。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該第一準(zhǔn)直器為扇面準(zhǔn)直器或狹縫準(zhǔn)直器。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該探測(cè)器包括光收集器件、光傳輸器件、光電探測(cè)器件以及前端電子學(xué)電路；該光收集器件由硅酸釔镥、鍺酸鉍或碘化鈉閃爍晶體材料加工而成；該光傳輸器件為光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃制成的光導(dǎo)或光纖；該光電探測(cè)器件是位置靈敏型的光電倍增管、微通道板或硅光電二極管，或非位置靈敏型的光電
倍增管。本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該擋光板的材料為鎢或鉛。
本發(fā)明一種射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該射線源為X射線源或Y射線源。綜上所述，本發(fā)明通過設(shè)置多個(gè)探測(cè)器以及多個(gè)第二準(zhǔn)直器，通過調(diào)整該射線源與該多組探測(cè)器的相對(duì)位置，以及多個(gè)該第二準(zhǔn)直器和該擋光板的約束，造成該多組探測(cè)器的探測(cè)幾何角不同，通過比較不同組探測(cè)器中對(duì)應(yīng)位置的探測(cè)單元所收集的背散射射線的強(qiáng)度的差異，可判斷射線在該被測(cè)物體中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的深度信息；通過比較同組探測(cè)器中不同位置的探測(cè)單元所收集的背散射射線的強(qiáng)度的差異，可獲取射線在該被測(cè)物體中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的橫向信息；通過該射線源與該多組探測(cè)器所構(gòu)成的整體與被測(cè)物體形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以連續(xù)推掃，從而獲得完整的多層背散射圖像。


圖I所示為本發(fā)明射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為兩第二準(zhǔn)直器與擋光板連接的結(jié)構(gòu)圖；圖3所示為本發(fā)明射線背散射成像系統(tǒng)另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為本發(fā)明射線背散射成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)康普頓散射效應(yīng)的深度信息判斷功能的原理圖。
具體實(shí)施例方式圖I所示為本發(fā)明射線背散射成像系統(tǒng)的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖I所示，該射線背散射成像系統(tǒng)包括移動(dòng)裝置5、第一支架501、第二支架502、射線源6、第一準(zhǔn)直器
7、探測(cè)器205和探測(cè)器206、第二準(zhǔn)直器102和第二準(zhǔn)直器103、一擋光板101以及供電裝置11。如圖I所示，該射線背散射成像系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如下所述。本實(shí)施例的移動(dòng)裝置5為一傳動(dòng)帶5。第一支架501以及第二支架502分別沿傳動(dòng)帶5的傳動(dòng)方向前后設(shè)置。射線源6固定在第一支架501上。第一準(zhǔn)直器7與射線源6匹配固定。第一準(zhǔn)直器7的射出側(cè)斜下朝向傳動(dòng)帶5的一第一指定方向，第一指定方向可以是第一準(zhǔn)直器7的射出側(cè)朝向傳動(dòng)帶5上物體10所處的待測(cè)位置，第一準(zhǔn)直器7用于將射線源6發(fā)出的射線準(zhǔn)直成扇形射線面13，圖I中，第一指定方向即為扇形射線面13射出的方向。探測(cè)器205和探測(cè)器206固定在第二支架502上，探測(cè)器205與探測(cè)器206豎向并排設(shè)置。供電裝置11與探測(cè)器205與探測(cè)器206連接。第二準(zhǔn)直器102和第二準(zhǔn)直器103分別固定于探測(cè)器205與探測(cè)器206入射側(cè)端面，其中，第二準(zhǔn)直器102與探測(cè)器206對(duì)應(yīng)設(shè)置，第二準(zhǔn)直器103與探測(cè)器205對(duì)應(yīng)設(shè)置；第二準(zhǔn)直器102與第二準(zhǔn)直器103之間設(shè)置有一伸出的擋光板101。扇形射線面13與擋光板101的下端1011的延長(zhǎng)面14形成一交線，圖I中，擋光板101的下端1011的延長(zhǎng)面14為第二指定方向，該交線與傳動(dòng)帶5的傳動(dòng)方向垂直，被測(cè)物體10在傳動(dòng)帶5帶動(dòng)下經(jīng)過該交線。扇形射線面13入射被測(cè)物體10后，在被測(cè)物體10中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)形成背散射射線(全空間各個(gè)方向均有)；部分背散射射線射入第二準(zhǔn)直器102和/或第二準(zhǔn)直器103，并經(jīng)過第二準(zhǔn)直器102和/或第二準(zhǔn)直器103準(zhǔn)直后，射入對(duì)應(yīng)的探測(cè)器205和/或探測(cè)器206。其中，本實(shí)施例的移動(dòng)裝置5可以替換裝置替換傳動(dòng)帶5，例如使用車載等方式，使得射線源6、探測(cè)器205與探測(cè)器206作為一整體與物體10產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同樣，本實(shí)施例中所述的第一支架501以及第二支架502，主要用于固定射線背散射成像系統(tǒng)的各部 件，因此，也可以采用其他方式的支撐架的結(jié)構(gòu)。第一指定方向與第二指定方向之間的夾角A可以根據(jù)具體情況選擇，理論上可以大于等于0°小于等于90°，實(shí)際上一般為大于等于10°小于等于90°。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦可對(duì)上述的背散射成像系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行其他方式的替換，而至少應(yīng)使得射線源6、探測(cè)器205與探測(cè)器206作為一整體與物體10產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖2所示為兩第二準(zhǔn)直器與擋光板連接的結(jié)構(gòu)圖，參考圖I以及圖2，第二準(zhǔn)直器102以及第二準(zhǔn)直器103均為平行孔準(zhǔn)直器，即均由平行排列的若干準(zhǔn)直片108構(gòu)成，準(zhǔn)直片108的材料、長(zhǎng)度、厚度和排列間距都會(huì)影響準(zhǔn)直效果。在實(shí)際實(shí)施中，通常使用鎢或鉛等作為準(zhǔn)直片108的材料。準(zhǔn)直片108過短或過薄以及排列間距過稀疏均起不到約束射線的作用，進(jìn)而影響圖像分辨率，而準(zhǔn)直片108過長(zhǎng)或過厚以及排列間距過密集均會(huì)降低探測(cè)效率，進(jìn)而影響圖像信噪比。因此在能夠保證有效準(zhǔn)直的前提下，可以盡量減少準(zhǔn)直片108的長(zhǎng)度、厚度和數(shù)目。第二準(zhǔn)直器102與第二準(zhǔn)直器103之間的擋光板101的材料為主要為鎢或鉛，擋光板101的厚度應(yīng)保證能夠有效阻止射線穿過。如圖I所示，對(duì)于一種較佳實(shí)施方式，第一指定方向與第二指定方向所成的夾角A約為60°。扇形射線面13與擋光板101的下端1011的延長(zhǎng)面14所成的交線至擋光板101的下端1011的距離為第一距離，該交線至探測(cè)器205以及探測(cè)器206的入射側(cè)端面2011的距離為第二距離，第一距離約為第二距離的二分之一至三分之二。準(zhǔn)直片108的主體材料為鎢合金，長(zhǎng)度為5-10mm，厚度為O. 2-0. 4mm。擋光板101的主體材料為鉛，厚度為l_3mm。擋光板101與探測(cè)器205及206入射側(cè)端面固定，且第一距離不可調(diào)整。如圖2所示，對(duì)于一種更佳實(shí)施方式，擋光外殼104的側(cè)面107設(shè)置有滑孔106，擋光板101上設(shè)置有一滑動(dòng)部件105，滑動(dòng)部件105伸出滑孔106，滑動(dòng)部件105能夠沿滑孔106滑動(dòng)，并帶動(dòng)擋光板101沿滑動(dòng)部件105的滑動(dòng)方向滑動(dòng)，在擋光板101滑動(dòng)至所需位置后，該滑動(dòng)部件105與滑孔106固定，以調(diào)整上述的第一距離。其中，該滑動(dòng)部件105可以為一個(gè)緊固螺母，通過緊固螺母與滑孔106固定。擋光板101與探測(cè)器205及206入射側(cè)端面之間不固定，使得第一距離可以調(diào)整。圖3所示為本發(fā)明射線背散射成像系統(tǒng)另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，本實(shí)施例是上述實(shí)施例的一種更為優(yōu)化的實(shí)施方式。本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步包括，高速電子學(xué)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8和圖像計(jì)算機(jī)9 ;供電裝置11包括高壓供電裝置3以及低壓供電裝置4 ;探測(cè)器205以及探測(cè)器206包括光收集器件201、光傳輸器件202、光學(xué)探測(cè)器件203以及前端電子學(xué)電路204。參考圖3，射線源6為X射線源或Y射線源，下面以射線源6為X射線源為例，光收集器件201將接收到的背散射X射線轉(zhuǎn)換為可見光，光傳輸器件202將可見光進(jìn)行適當(dāng)分配后傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器件203上，光電探測(cè)器件203將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理的電流信號(hào)后傳輸?shù)角岸穗娮訉W(xué)電路204上，前端電子學(xué)電路204將電流信號(hào)前置放大成電壓信號(hào)。光收集器件201可用硅酸釔镥、鍺酸鉍、碘化鈉閃爍晶體或其他類似閃爍晶體或光敏半導(dǎo)體材料加工而成，光傳輸器件202為由光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃制成的光導(dǎo)、光纖或其他傳輸器件，光電探測(cè)器件203可用位置靈敏型的光電倍增管、微通道板、硅光電二極管或其他基于光電效應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測(cè)器件，也可用非位置靈敏型的光電倍增管或其他基于光電效應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測(cè)器件，前端電子學(xué)電路204為前置放大器和信號(hào)成形電路。當(dāng)采用非位置靈敏型的光電探測(cè)器件203時(shí)，為確定X射線位置，光傳輸器件202是必需的；當(dāng)采用位置靈敏型的光電探測(cè)器件203時(shí)，光傳輸器件202是非必需的但有益于克服探測(cè)器205 以及探測(cè)器206的探測(cè)單元由于拼接造成的探測(cè)死區(qū)等問題。探測(cè)器205以及探測(cè)器206可以通過探測(cè)器外殼(未圖示)包裹，探測(cè)器外殼除了起到支撐探測(cè)器205以及206和連接第二準(zhǔn)直器102以及103的作用外，還應(yīng)起到屏蔽電磁干擾和“直穿”X射線干擾的作用。因此探測(cè)器外殼應(yīng)保證充分接地并且在探測(cè)器外殼靠近光收集器件201和光電探測(cè)器件203的一端四周額外添加一層金屬屏蔽層(未圖示)。參考圖3，光電探測(cè)器件203通過高壓供電裝置3驅(qū)動(dòng)，前端電子學(xué)電路204通過低壓供電裝置4驅(qū)動(dòng)。低壓供電裝置4還為高壓供電裝置3提供低壓驅(qū)動(dòng)。參考圖3，高速電子學(xué)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8通過同軸電纜連接探測(cè)器205與探測(cè)器206。高速電子學(xué)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8用于并行接收探測(cè)器205與探測(cè)器206輸出的模擬信號(hào)，并將模擬信號(hào)加工成數(shù)字信號(hào)送入圖像計(jì)算機(jī)9。圖像計(jì)算機(jī)9通過配套的掃描控制軟件可以進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。被測(cè)物體10隨著傳動(dòng)帶5不斷移動(dòng)，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙層背散射圖像的獲取。通過雙層背散射圖像的對(duì)比，可以判斷X射線在被測(cè)物體10中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的深度信息，最終提高圖像識(shí)別能力。圖4為本發(fā)明射線背散射成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)康普頓散射效應(yīng)的深度信息判斷功能的原理圖。參考圖I至圖4，被測(cè)物體10置于傳動(dòng)帶5上，并經(jīng)傳動(dòng)帶5傳動(dòng)至扇形射線面13與擋光板101的下端1011的延長(zhǎng)面14形成的交線附近。扇形射線面13在入射被測(cè)物體10的路徑上各處都可以發(fā)生康普頓散射效應(yīng)，其發(fā)生概率取決于被測(cè)物體10的材料分布情況，低原子序數(shù)的元素如碳、氫和氧等更容易發(fā)生康普頓散射效應(yīng)。當(dāng)康普頓散射效應(yīng)發(fā)生的位置不同時(shí)，由于探測(cè)器205和206的探測(cè)幾何角不同以及擋光板101對(duì)X射線的阻擋和吸收，探測(cè)器205和206對(duì)應(yīng)位置的探測(cè)單元所收集的背散射X射線的比例會(huì)有差異,如圖4所不，根據(jù)背散射X射線的方向不同，分別為背散射X射線12、背散射X射線15以及背散射X射線16。具體言之，當(dāng)康普頓散射效應(yīng)發(fā)生在被測(cè)物體10的淺層A處，朝向位置較高的探測(cè)器205的背散射X射線15可以經(jīng)平行孔準(zhǔn)直器103被探測(cè)器205收集，而朝向位置較低的探測(cè)器206的背散射X射線12由于擋光板101的阻擋作用不能被探測(cè)器206收集；當(dāng)康普頓散射效應(yīng)發(fā)生在被測(cè)物體的深層C處，朝向位置較低的探測(cè)器206的背散射X射線12可以經(jīng)平行孔準(zhǔn)直器102被探測(cè)器206收集，而朝向位置較高的探測(cè)器205的背散射X射線15由于擋光板101的阻擋作用不能被探測(cè)器205收集；當(dāng)康普頓散射效應(yīng)發(fā)生在被測(cè)物體的中間層B處，擋光板101只能部分地阻擋背散射X射線16，各方向的背散射X射線會(huì)以不同的比例被探測(cè)器205和探測(cè)器206同時(shí)收集，通過對(duì)探測(cè)器205和探測(cè)器206收集的X射線的比例進(jìn)行比較，可以判斷X射線在被測(cè)物體10中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的深度信息，進(jìn)一步得到物體10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。上述實(shí)施例中的具體設(shè)置結(jié)構(gòu)僅以為例，實(shí)際上本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將多個(gè)探測(cè)器之間以及多個(gè)探測(cè)器與擋光板之間的位置關(guān)系進(jìn)行靈活設(shè)置。例如，可以將多個(gè)探測(cè)器以及多個(gè)第二準(zhǔn)直器設(shè)置在不同的方位，而不局限于豎向并排的方式，使得扇形射線面在物體處發(fā)生背散射后的射線，與各第二準(zhǔn)直器的入射側(cè)分別形成不同的入射角度，擋光板可以設(shè)置在發(fā)生背散射后的射線的路徑上，用于與多個(gè)第二準(zhǔn)直器配合，對(duì)發(fā)生背散射后的射線進(jìn)行約束，以達(dá)到使得多個(gè)探測(cè)器接收到的發(fā)生背散射后的射線的強(qiáng)度產(chǎn)生差異信息，進(jìn)而判斷康普頓散射效應(yīng)發(fā)生的深度信息的目的。因此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述實(shí)施例內(nèi)容，靈活設(shè)置射線背散射成像系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)。
需要強(qiáng)調(diào)說明的是，上述實(shí)施例僅以兩第二準(zhǔn)直器中間通過擋光板分割，且兩準(zhǔn)直器對(duì)應(yīng)兩探測(cè)器為例。實(shí)際的應(yīng)用中，由于X射線在被測(cè)物體中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的深度信息是根據(jù)每組探測(cè)器所收集的背散射射線的比例的差異而計(jì)算得到的估計(jì)值。因此通過設(shè)置更多的第二準(zhǔn)直器以及對(duì)應(yīng)的多組探測(cè)器，同時(shí)在相鄰的第二準(zhǔn)直器之間均通過一擋光板分割，可以將每組探測(cè)器所收集的背散射射線的比例進(jìn)一步細(xì)化，從而增加深度信息的精度和分辨能力。實(shí)際上，更多的第二準(zhǔn)直器以及探測(cè)器的數(shù)量可以使深度信息的估計(jì)值更加準(zhǔn)確，進(jìn)而提得到提高圖像識(shí)別能力。綜上所述，本發(fā)明通過設(shè)置多組探測(cè)器以及多個(gè)第二準(zhǔn)直器，通過調(diào)整該射線源與該多組探測(cè)器的相對(duì)位置，以及多個(gè)該第二準(zhǔn)直器和該擋光板的約束，造成該多組探測(cè)器的探測(cè)幾何角不同，通過比較不同組探測(cè)器中對(duì)應(yīng)位置的探測(cè)單元所收集的背散射射線的強(qiáng)度的差異，可判斷射線在該被測(cè)物體中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的深度信息；通過比較同組探測(cè)器中不同位置的探測(cè)單元所收集的背散射射線的強(qiáng)度的差異，可獲取射線在該被測(cè)物體中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的橫向信息；通過該射線源與該多組探測(cè)器所構(gòu)成的整體與被測(cè)物體形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以連續(xù)推掃，從而獲得完整的多層背散射圖像。雖然已參照幾個(gè)典型實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為所附權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，包括，射線源、第一準(zhǔn)直器、多個(gè)探測(cè)器、多個(gè)第二準(zhǔn)直器、移動(dòng)裝置以及至少一擋光板； 該移動(dòng)裝置使該射線源和該多個(gè)探測(cè)器作為一個(gè)整體與物體進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)； 該射線源與該第一準(zhǔn)直器的入射側(cè)對(duì)應(yīng)，該第一準(zhǔn)直器的射出側(cè)朝向一第一指定方向，該第一準(zhǔn)直器用于將該射線源發(fā)出的射線準(zhǔn)直成扇形射線面，該扇形射線面對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的該物體進(jìn)行掃描； 該扇形射線面在該物體處發(fā)生背散射后的射線，與各該第二準(zhǔn)直器的入射側(cè)分別形成不同的入射角度，并使得發(fā)生背散射后的射線能夠射入該多個(gè)第二準(zhǔn)直器中的至少一個(gè)； 該多個(gè)第二準(zhǔn)直器的數(shù)量與該多個(gè)探測(cè)器的數(shù)量相等，該多個(gè)探測(cè)器與該多個(gè)第二準(zhǔn)直器的射出側(cè)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置； 所述至少一擋光板設(shè)置在該發(fā)生背散射后的射線的路徑上，用于與該多個(gè)第二準(zhǔn)直器配合，對(duì)該發(fā)生背散射后的射線進(jìn)行約束，使得該多個(gè)探測(cè)器接收到的該發(fā)生背散射后的射線的強(qiáng)度產(chǎn)生差異信息，進(jìn)而判斷康普頓散射效應(yīng)發(fā)生的深度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，該多個(gè)第二準(zhǔn)直器并排設(shè)置，該多個(gè)探測(cè)器與該多個(gè)第二準(zhǔn)直器對(duì)應(yīng)并排設(shè)置，該多個(gè)第二準(zhǔn)直器的入射側(cè)面向一第二指定方向，該第一指定方向與該第二指定方向成一夾角，該夾角為大于等于10°小于等于90° ; 任意兩相鄰的該第二準(zhǔn)直器之間均設(shè)置有一該擋光板，用于根據(jù)扇形射線面在該物體處發(fā)生背散射的深度的差異，對(duì)部分發(fā)生背散射的射線進(jìn)行阻擋和吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，該夾角為60°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，該多個(gè)第二準(zhǔn)直器以及該至少一擋光板通過一擋光外殼固定在一起，每一該擋光板上均設(shè)置有一滑動(dòng)部件，該滑動(dòng)部件伸出該擋光外殼，該擋光外殼上開設(shè)有供該滑動(dòng)部件滑動(dòng)的滑孔，該滑動(dòng)部件能夠沿該滑孔帶動(dòng)該擋光板滑動(dòng)，以調(diào)整該擋光板的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括一第一支架以及一第二支架； 該移動(dòng)裝置為一傳動(dòng)帶； 該第一支架以及第二支架分別沿該傳動(dòng)帶的傳動(dòng)方向前后設(shè)置； 該射線源固定在該第一支架上，該第一準(zhǔn)直器與該射線源固定； 該多個(gè)探測(cè)器固定在該第二支架上，該多個(gè)第二準(zhǔn)直器固定在該多個(gè)探測(cè)器上； 其中，該第一指定方向以及該第二指定方向均朝向該傳動(dòng)帶上的該物體經(jīng)過的位置； 該扇形射線面與傳動(dòng)帶的交線，與傳動(dòng)帶的傳動(dòng)方向垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于， 該探測(cè)器為兩個(gè)，該第二準(zhǔn)直器對(duì)應(yīng)為兩個(gè)，一該擋光板設(shè)置在兩該第二準(zhǔn)直器之間，并能夠?qū)稍摰诙?zhǔn)直器的入射側(cè)的部分發(fā)生背散射的射線進(jìn)行阻擋和吸收； 扇形射線面與該擋光板下端的延長(zhǎng)面所形成的交線至該擋光板的下端的距離為第一距離，該擋光板下端的延長(zhǎng)面與扇形射線面所形成的交線與該多個(gè)探測(cè)器的入射側(cè)端面的距離為第二距離，第一距離為第二距離的二分之一至三分之二。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，還包括，一供電裝置，與該多個(gè)探測(cè)器連接，用于向該多個(gè)探測(cè)器供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，該第二準(zhǔn)直器為平行孔準(zhǔn)直器、匯聚孔準(zhǔn)直器或發(fā)散孔準(zhǔn)直器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，該第一準(zhǔn)直器為扇面準(zhǔn)直器或狹縫準(zhǔn)直器。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，該探測(cè)器包括光收集器件、光傳輸器件、光電探測(cè)器件以及前端電子學(xué)電路；該光收集器件由硅酸釔镥、鍺酸鉍或碘化鈉閃爍晶體材料加工而成；該光傳輸器件為光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃制成的光導(dǎo)或光纖；該光電探測(cè)器件是位置靈敏型的光電倍增管、微通道板或硅光電二極管，或非位置靈敏型的光電倍增管。
11.根據(jù)權(quán)利要求f10任一權(quán)利要求所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，該擋光板的材料為鎢或鉛。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 10任一權(quán)利要求所述的射線背散射成像系統(tǒng)，其特征在于，該射線源為X射線源或Y射線源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可甄別深度信息的射線背散射成像系統(tǒng)，包括射線源、第一準(zhǔn)直器、多組探測(cè)器、多個(gè)第二準(zhǔn)直器以及至少一擋光板；本發(fā)明通過調(diào)整該射線源與該多組探測(cè)器的相對(duì)位置，以及多個(gè)該第二準(zhǔn)直器和該擋光板的約束，造成該多組探測(cè)器的探測(cè)幾何角不同，通過比較不同組探測(cè)器中對(duì)應(yīng)位置的探測(cè)單元所收集的背散射射線的強(qiáng)度的差異，可判斷射線在該被測(cè)物體中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的深度信息；通過比較同組探測(cè)器中不同位置的探測(cè)單元所收集的背散射射線的強(qiáng)度的差異，可獲取射線在該被測(cè)物體中發(fā)生康普頓散射效應(yīng)的橫向信息；通過該射線源與該多組探測(cè)器所構(gòu)成的整體與被測(cè)物體形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可連續(xù)推掃，從而獲得完整的多層背散射圖像。
文檔編號(hào)G01N23/203GK102854208SQ20121036229
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者魏龍, 劉彥韜, 馬創(chuàng)新, 章志明, 李道武, 魏存峰, 朱美玲, 帥磊, 胡婷婷, 豐寶桐, 黃先超, 柴培, 唐浩輝, 李婷, 王英杰, 張譯文, 莊凱, 王曉明, 姜小盼 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所