專利名稱：計算的斷層攝影檢查的制作方法
技術領域：
本申請總的涉及成像系統(tǒng)。雖然本申請對于安全檢查有特定應用， 但是其還涉及其他應用，其中所希望的是獲得指示被檢物體內(nèi)的感興趣 材料的信息。
背景技術：
X射線計算的斷層攝影(CT)系統(tǒng)已經(jīng)用于安全檢查應用以檢查比 如行李之類的物體從而探測該行李內(nèi)武器、爆炸物或可能造成安全威脅
的其他違禁品的存在。
常規(guī)地，CT系統(tǒng)已經(jīng)生成指示被檢查的物體的輻射衰減的體積圖像 數(shù)據(jù)。不幸的是， 一些違禁材料的福射衰減特性可能與合法材料的輻射 衰減特性相似，從而使得安全檢查任務變得復雜。
相干散射CT(CSCT)系統(tǒng)也已經(jīng)用于安全篩選應用。這些測量彈性 x射線散射的能量和空間分布的系統(tǒng)可以例如提供對物體的分子結構相 對更加明確的指示，從而更確定地探測違禁材料的存在。更具體地，將 被檢物體的x射線衍射圖案與存儲的感興趣的一種(或多種)違禁材料 和/或合法材料的一個(或多個)衍射圖案相比較。該附加信息可以用 于更好地確定該物體是否包含違禁品。
Schlomka等人的美國公布2006/0083346公開了包括CT系統(tǒng)和CSCT
系統(tǒng)的行李檢查系統(tǒng)的實例。
雖然基于輻射衰減系數(shù)和x射線衍射圖案的檢查技術已經(jīng)用于探測 行李中違禁材料的存在，但是仍存在這樣的情況其中所希望的是獲得 關于被檢查物體的其他附加信息。
本申請的各個方面解決上述問題和其他問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面， 一種方法包括探測來自x射線源的橫貫檢查區(qū)域 和其中的物體的透射輻射和來自該物體中放射性材料的發(fā)射輻射；生成 指示所探測的輻射的信號；能量分解所探測的輻射；以及處理能量分解的輻射以識別具有對應于放射性材料的能量的探測的輻射。
根據(jù)另 一個方面， 一種系銃包括產(chǎn)生橫貫檢查區(qū)域和置于其中的物 體的透射輻射的X射線源。 一種能量分解探測器探測相干散射的透射輻 射和由該物體中的放射性材料發(fā)射的發(fā)射輻射，并且生成指示探測的輻 射的數(shù)據(jù)。 一種衍射處理器處理所述數(shù)據(jù)以生成指示相干散射輻射的衍 射圖案。 一種處理組件處理能量分解的輻射以識別具有對應于放射性材 料的能量的探測的輻射。
根據(jù)另一方面， 一種計算機可讀存儲介質包括指令，當該指令被計
算機執(zhí)行時，導致下列步驟探測來自x射線源的橫貫檢查區(qū)域和其中 的物體的透射輻射和來自該物體中放射性材料的發(fā)射輻射；生成指示所 探測的輻射的信號；能量分解所探測的輻射；以及處理能量分解的輻射 以識別具有對應于放射性材料的能量的探測的輻射。
本領域普通技術人員通過閱讀并理解下面的詳細描述，將會理解本 發(fā)明的其他方面。
本發(fā)明可以具體化為各種組件和組件的布置，以及具體化為各個步 驟和步驟的安排。附圖僅僅是為了說明優(yōu)選實施例的目的，并且不應當 被解釋為限制本發(fā)明。


圖1示出示范性成像系統(tǒng)； 圖2示出示范性方法。
具體實施例方式
參照圖1,計算的斷層攝影(CT)掃描儀100包括旋轉機架(gantry) 部分104,其包圍檢查區(qū)域108的周界并繞旋轉軸旋轉。
旋轉機架部分104支撐x-射線探測器112,該探測器112探測從檢 查區(qū)域108中發(fā)射出的輻射，該輻射包括來自x射線源116的透射輻射 (初級輻射和相干散射輻射)和來自布置在檢查區(qū)域108內(nèi)的衰變的放 射性材料或核材料的發(fā)射輻射，并且所述探測器112生成指示這些輻射 的數(shù)據(jù)或信號。準直器薄片在檢查區(qū)域108內(nèi)定位于探測器112的旁邊， 以阻止源自檢查區(qū)域108外部的區(qū)中的輻射撞擊探測器112。
x射線探測器112包括通常二維的探測器元件的矩陣，所述矩陣包括通常正交于旋轉軸的探測器元件的多個行120和通常平行于旋轉軸的 探測器元件的多個列128。
在所示的實施例中，探測器112是能量分解探測器，其并行地測量 在多個能量范圍或倉(bin)中接收到的輻射的強度。在一種實現(xiàn)方式 中，一個或多個倉的能量范圍有利地對應于由一種或多種感興趣的放射 性材料發(fā)射的衰變輻射的能量特性。
合適的能量分解探測器包括直接轉換探測器，比如碲鋅鎘(CdZnTe, 或CZT)探測器或碲化鎘(CdTe)探測器，或具有能量分解能力的其他 探測器?？梢钥商娲厥褂枚鄠€閃爍或直接轉換探測器或其他能量分解 技術單獨地或以組合方式實現(xiàn)探測器112。
旋轉機架部分104還支撐x射線源116,其關于^r查區(qū)域108與探 測器112相對定位。x射線源116通過旋轉機架部分104與探測器112 協(xié)調(diào)地旋轉，并且產(chǎn)生x射線輻射，當執(zhí)行透射掃描時該x射線輻射橫 貫檢查區(qū)域108。在一個實施例中，管加速電壓有利地被設定為大約 150keV。
第一準直器132準直由x射線源116發(fā)射的輻射以形成大致錐形的 輻射束136,其照射探測器元件的二維矩陣。第二、可調(diào)節(jié)準直器140 可定位在所述束的路徑內(nèi)以準直該束從而當希望扇形束時形成大致扇 形的束144。當沒有要求時，第二準直器140被定位以提供大致錐形的束。
對于透射掃描，x射線探測器112和x射線源116旋轉，從而使得 在至少18 0 ( 18 0 )度加扇角上獲得x射線投影。在執(zhí)行透射掃描的同時， 基本并行地探測衰變輻射。附加地或可替代地，在x射線源116關閉或 者透射輻射被阻擋而不能到達探測器112并且任選地旋轉機架部分104 且進而探測器112停止在通常靜止的位置的同時，探測衰變輻射。
重構器148重構指示探測的透射(初級、相干散射，或二者)輻射 的數(shù)據(jù)以生成體積圖像數(shù)據(jù)，其包括檢查區(qū)域108的衰減系數(shù)。該圖像 數(shù)據(jù)可以進一步被成像器150處理以生成檢查區(qū)域108的一個或多個圖 像。
衍射處理器152處理指示相干散射輻射的數(shù)據(jù)以生成檢查區(qū)域108 和其中的物體的衍射圖案。Harding的美國專利6470067討論了用于從 相干散射輻射生成x射線衍射圖案的合適技術，該專利明確地整體地在此引入以供參考。
一般地，衍射圖案由散射的X射線之間的相干性造成并且是動量傳
遞的函數(shù)。動量傳遞可以被估計為散射的x射線的能量與半散射角度的
正弦的乘積。從能量分解探測器獲得這樣的能量。散射角度通常是由散
射X射線的軌跡相對于在沒有散射時X射線所遵循的軌跡封閉的角度。
該角度可以從探測器元件的位置和在初級扇形束中發(fā)生散射的位置獲
3曰付。
儲存?zhèn)}(binner) 156儲存跨越具有不同能量范圍的多個能量倉的 能量分解數(shù)據(jù)。
處理器160處理衰減系數(shù)、衍射圖案和儲存的數(shù)據(jù)。如下面更詳細 地描述的，在一個實例中這包括處理該數(shù)據(jù)以探測放射性材料的存在以 及任選地在置于檢查區(qū)域108內(nèi)的物體中找到的武器、爆炸物、定時爆 炸裝置、以及導線和其他感興趣物體的材料的存在。
存儲器組件164存儲感興趣材料的已知的衰減系數(shù)、衍射圖案和能 量范圍。
物體支撐物168 (比如輸送帶)支撐并定位檢查區(qū)域108中的物體。
通用計算機用作操作員控制臺172。該控制臺172包括人可讀輸出 設備(比如監(jiān)視器或顯示器)和輸入設備(比如鍵盤和鼠標)。駐留于 該控制臺上的軟件允許操作員例如通過圖形用戶接口 (GUI)控制掃描 儀100并與之交互。
如上大體所述，探測器112可以基本并行地探測衰變輻射和相干散 射輻射。為了探測相干散射輻射，在束的路徑內(nèi)移動第二可調(diào)節(jié)準直器 140以準直該束從而形成總體上呈扇形的束144。如圖1所示，該束被 準直，從而使得該束撞擊探測器元件的大致中間的或中心行176。因此， 行176中的探測器元件探測初級輻射，這用于能量校正相干散射數(shù)據(jù)。 其他行的探測器元件探測相干散射輻射。
現(xiàn)在將結合圖2描述操作。在附圖標記204處，物體(比如行李) 被放置在檢查區(qū)域108中并且能量分解探測器112探測從檢查區(qū)域108 發(fā)射出的輻射，該輻射包括來自置于檢查區(qū)域108內(nèi)的放射性材料的發(fā) 射輻射和來自x射線源116的橫貫檢查區(qū)域108的透射輻射。探測器112 的輸出指示在檢查區(qū)域108中探測到的輻射和行李，如下所述，該輸出 用于探測檢查區(qū)域108中放射性材料和違禁材料的存在。在208處，指示探測的輻射的信號是跨越多個能量倉而儲存的能量。 在212處，處理儲存的數(shù)據(jù)以確定具有大于x射線源116的加速電 壓的能量的輻射是否被探測到。這樣的輻射指示由除了 x射線源116之 外的源發(fā)射的輻射。通過實例，如上所述，所示的系統(tǒng)的管加速電壓大 約是150keV。對具有大于大約150keV的閾值能量的能量的輻射的探測 指示來自x射線源116之外的源的輻射正在發(fā)射正被探測器1U探測到 的輻射。
如果具有這樣的能量的輻射被探測到，則在216處行李被識別為包 括發(fā)射具有大于x射線源116的加速電壓的能量的輻射的放射性材料。 任選地，如下所述，可以針對發(fā)射具有小于x射線源116的加速電壓的 能量的輻射的放射性材料，進一步檢查該行李。
如果沒有探測到具有這樣的能量的輻射(或者如果進一步檢查具有 小于x射線源116的加速電壓的能量的輻射(如果需要))，則在220 處將具有包括感興趣的放射性材料的能量特性的能量范圍的能量倉的 強度與相鄰的一個(或多個)能量倉的強度相比較。 一些放射性同位素 和同位素的混合發(fā)射處于不止一個能級的輻射。在這樣的情況下，將多
個能量倉的強度與其他能量倉的強度比較。可替代地，可以處理儲存的 數(shù)據(jù)以識別具有指示感興趣的放射性材料的強度峰值的能量倉。
如果對應于對象倉的強度大于相鄰的一個(或多個)能量倉的強度 或者如果識別了強度峰值，則如接下來在228處所述的進一步檢查該行 李。否則，在226處，認為該行李不包括放射性材料。
在228處，x射線源116被關閉或屏蔽，從而使得探測器112不能 被由x射線源116產(chǎn)生的輻射所照射。如上所述，旋轉機架部分104任 選地被停止，從而使得探測器112停止在通常靜止的位置。
在232處，能量分解探測器112探測從檢查區(qū)域108發(fā)射的輻射， 并且在236處指示能量分解的探測的輻射的信號被跨越多個能量倉儲 存，每個能量倉對應于不同的能量范圍。
在240處，儲存的數(shù)據(jù)被處理以確定具有感興趣的放射性材料的能 量特性的輻射是否被探測到。這包括確定具有這樣的能量的探測的輻射 是否對應于感興趣的放射性材料的存儲的已知能量范圍。因為儲存的數(shù) 據(jù)用于確定衰變輻射的存在并且不需要空間信息，所以給定能量倉的信 號可以被總計在一起以增加靈敏度。如果具有對應于存儲的能量范圍的能量的輻射被探測到，則在244 處該物體被識別為包括放射性材料。否則認為該物體沒有問題(clear )。
在非法交易中令人感興趣的放射性同位素或放射性核素的實例包 括鈾-233、鈾-235、钚-239、釷-232、镅-241、鎘-109、銫-137、锎-252、 鈷-60、《衣-192、氪-85、鉛-210、鍶-90、 4雷-226和锝-99,以及感興趣 的其他同位素。
在248處，指示探測的相干散射輻射的信號被處理以生成x射線衍 射圖案。
在252處，將計算的衍射圖案與存儲的感興趣的已知材料的已知衍 射圖案相比較。如果計算的衍射圖案與已知的合法材料的衍射圖案的衍 射圖案相匹配，則在256處認為該行李不包括違禁材料。否則，在260 處標記該行李并且如果需要則進一步檢查。
如果需要，第二準直器140可以適當?shù)囟ㄎ?，從而使得形成錐形束 136而不是扇形束144。利用該配置，初級輻射連同衰變輻射一起被探 測，并且指示探測的初級輻射的信號可以被重構以生成指示行李的輻射 衰減的圖像數(shù)據(jù)。隨后所生成的衰減數(shù)據(jù)可以與感興趣的違禁材料的存 儲的衰減數(shù)據(jù)比較以確定在該物體中是否存在這樣的違禁材料。
也可以考慮變型。
應當理解，指示探測的相干散射輻射的信號可以被重構以生成指示 行李的輻射衰減的體積圖像數(shù)據(jù)，并且與存儲的感興趣的違禁材料的衰 減數(shù)據(jù)相比較以確定在檢查區(qū)域108中是否存在這樣的違禁材料。在 Schlomka等人的美國公布2006/0153328中討論了用于經(jīng)由反投影技術 重構指示相干散射輻射的信號的合適的技術。
這里示出的示范性系統(tǒng)包括第一準直器132和第二準直器140，其 分別用于形成錐形束和扇形束以執(zhí)行CT掃描和CSCT掃描。在另 一個實 施例中，可以省略第一準直器132,并且該掃描儀連同探測衰變輻射一 起來執(zhí)行CSCT掃描。在又一個實施例中，可以省略第二準直器140,并 且該掃描儀連同探測衰變輻射一起來執(zhí)行CT掃描。
該重構的信號也指示在檢查區(qū)域內(nèi)屏蔽材料的輻射衰減特性。因 此，通過將指示被掃描的行李的衰減系數(shù)與存儲的感興趣的屏蔽材料的 已知衰減系數(shù)相比較，可以在檢查區(qū)域108內(nèi)探測屏蔽材料的存在。采 樣屏蔽材料后面的物體的足夠衰變輻射所耗費的時間量是屏蔽材料的衰減屬性的函數(shù)。因此，匹配的屏蔽材料的衰減系數(shù)可以用于確定合適 的輻射采樣時間量以允許足夠的衰變輻射通過屏蔽材料并撞擊探測器
112。
前述應用及其變化包括但不限于，托運和手持行李和開艙卸貨、空 運和海運貨物的非破壞性成像。
已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。通過閱讀和理解前述詳細描 述，其他人可以設想修改和改變。本發(fā)明意欲被解釋為包括所有這樣的 修改和改變，只要它們處于所附權利要求書或其等同物的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種方法，包括探測來自x射線源(116)的橫貫檢查區(qū)域(108)和其中的物體的透射輻射和來自該物體中的放射性材料的發(fā)射輻射；生成指示所探測的輻射的信號；能量分解所探測的輻射；以及處理該能量分解的輻射以識別具有對應于所述發(fā)射輻射的能量的能量的探測的輻射。
2. 權利要求1的方法，其中處理所述能量分解的輻射的步驟包括識 別具有高于x射線源(116)的加速電壓的能量的輻射。
3. 權利要求l的方法，其中處理所述能量分解的輻射的步驟包括識 別具有強度峰值的能量倉。
4. 權利要求1的方法，其中處理所述能量分解的輻射的步驟包括比 較具有對應于所述放射性材料的能量范圍的能量倉的強度信息與至少 一個其他能量倉的強度信息。
5. 權利要求1的方法，其中處理能量分解的輻射的步驟包括計算能 量倉之間的強度差。
6. 權利要求1的方法，其中探測的透射輻射包括相干散射輻射，并 且該方法進一步包括從所述相干散射輻射生成指示所述物體的衍射圖 案，其中所述衍射圖案用于識別所述物體中的違禁品。
7. 權利要求1的方法，進一步包括關閉x射線源(116)和阻止所 述透射輻射照射所述探測器(112)之一，同時探測所述發(fā)射輻射。
8. 權利要求1的方法，進一步包括使用直接轉換探測器和多個閃爍 探測器兩者之一 來探測輻射。
9. 權利要求1的方法，其中所述物體包括行李。
10. 權利要求1的方法，其中探測的透射輻射包括相干散射輻射， 并且進一步包括重構指示相干散射輻射的數(shù)據(jù)以生成包括該物體的衰 減系數(shù)的圖像數(shù)據(jù)。
11. 權利要求1的方法，其中探測的透射輻射包括初級輻射，并且 進一步包括重構指示該初級輻射的數(shù)據(jù)以生成包括該物體的衰減系數(shù) 的圖像數(shù)據(jù)。
12. 權利要求1的方法，其中所述透射和發(fā)射輻射僅被一個公共探測器探測。
13. 權利要求1的方法，其中所述x射線源(116)和探測器(112) 被放置在繞所述檢查區(qū)域旋轉的旋轉機架(104)上。
14. 一種系統(tǒng)，包括x射線源(116),其產(chǎn)生橫貫所述檢查區(qū)域(108)和置于其中的 物體的透射輻射；能量分解探測器(112),其探測相千散射的透射輻射和由所述物 體中的放射性材料發(fā)射的發(fā)射輻射，并且生成指示探測的輻射的數(shù)據(jù)；衍射處理器(152)，其處理所述數(shù)據(jù)以生成指示所述相干散射輻 射的衍射圖案；以及處理組件(160),其處理所述能量分解的輻射以識別具有對應于 發(fā)射輻射的能量的能量的探測的輻射。
15. 權利要求14的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是行李檢查系統(tǒng)。
16. 權利要求14的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括相干散射計算的斷層攝 影掃描儀。
17. 權利要求14的系統(tǒng)，其中所述x射線源(116)和能量分解探 測器(112)被放置在繞所述檢查區(qū)域旋轉的旋轉機架(104)上。
18. —種包含指令的計算機可讀存儲介質，當該指令被計算機執(zhí)行 時導致下列步驟探測來自x射線源(116)的橫貫檢查區(qū)域(108)和其中的物體的 透射輻射和來自該物體中的放射性材料的發(fā)射輻射； 生成指示所探測的輻射的信號； 能量分解所探測的輻射；以及處理該能量分解的輻射以識別具有對應于所述放射性材料的能量 的探測的輻射。
全文摘要
一種方法，包括探測來自x射線源的橫貫檢查區(qū)域和其中的物體的透射輻射和來自該物體中的放射性材料的發(fā)射輻射；生成指示所探測的輻射的信號；能量分解該探測的輻射；以及處理該能量分解的輻射以識別具有對應于放射性材料的能量的探測的輻射。
文檔編號G01T1/164GK101617246SQ200880005304
公開日2009年12月30日 申請日期2008年2月12日 優(yōu)先權日2007年2月16日
發(fā)明者J·-P·施洛姆卡 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司