專利名稱：物體掃描系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物體掃描系統(tǒng)，在本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用中，該系統(tǒng)用于掃描人體以便檢測在其所攜帶的或內(nèi)部的某些物品或物質(zhì)。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種掃描物體(可能是人體)的方法，這個(gè)方法包括用一束X輻射掃描物體，把透過物體的X輻射轉(zhuǎn)換成一個(gè)光學(xué)象，增強(qiáng)該光學(xué)象，將該光學(xué)象轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子學(xué)象并處理這個(gè)電子學(xué)象，以便獲得一個(gè)該物體或其部分的掃描象等步驟。
最好是利用在移動(dòng)掃描模式下操作的電荷耦合器件陣列檢測器將增強(qiáng)的光學(xué)象轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字式電子學(xué)象。經(jīng)數(shù)字電子學(xué)象技術(shù)處理后產(chǎn)生的掃描象最好是一個(gè)人體或其部分的可見象。
在本方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用一個(gè)閃爍器裝置將發(fā)射的X輻射轉(zhuǎn)換成一個(gè)光學(xué)象，最好是再利用一個(gè)光學(xué)象增強(qiáng)器和還可能采用一個(gè)或多個(gè)用于傳輸光學(xué)象的一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維將這個(gè)光學(xué)象增強(qiáng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)第一組一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維將一個(gè)光學(xué)象從一個(gè)相應(yīng)的閃爍器組傳輸?shù)揭粋€(gè)增強(qiáng)光學(xué)象的光學(xué)象增強(qiáng)器，以及一個(gè)第二組一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維將這個(gè)增強(qiáng)過的光學(xué)象傳輸?shù)较鄳?yīng)的工作在移動(dòng)掃描模式下的電荷耦合器件(CCD)陣列檢測器組，以便轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子學(xué)象。
X射線源和成象裝置最好是彼此相對(duì)地位于在一個(gè)掃描臺(tái)上的相對(duì)的兩側(cè)，并且由一個(gè)能相對(duì)位于掃描臺(tái)上的物體運(yùn)動(dòng)的小車支撐，借此對(duì)該物體進(jìn)行掃描。在對(duì)人體掃描的場合下一個(gè)身體待掃描的個(gè)人應(yīng)站立在掃描臺(tái)上，而使小車相對(duì)人體沿垂直方向運(yùn)動(dòng)。
另外，也可以使物體在一個(gè)傳送帶或其它傳送系統(tǒng)上相對(duì)于不動(dòng)的X射線源和相對(duì)的成象裝置運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明還提供一種掃描物體的裝置，這個(gè)裝置包括一個(gè)用于以一束X射線掃描物體的X射線源和成象裝置，該成象裝置又包括將通過物體的X射線轉(zhuǎn)換成一個(gè)光學(xué)象的裝置，用于使該光學(xué)象增強(qiáng)的裝置，用于將增強(qiáng)的光學(xué)象轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子學(xué)象的裝置和用于處理該電子學(xué)象以便獲得一個(gè)物體或其一部分掃描象的裝置。
在本裝置用于人體掃描時(shí)，最好是限制X輻射的強(qiáng)度，使在掃描過程中被人體吸收的劑量是在生理學(xué)不可接受的水平之下，例如，X輻射束的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于使人體吸收10×10-6西弗特(sievert)的當(dāng)量劑量或更小的程度。
下面將參考附圖，結(jié)合唯一的例子詳細(xì)描述本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明的用于掃描人體的系統(tǒng)的側(cè)視圖;
圖2為用在圖1系統(tǒng)中的照射和檢測設(shè)備的平面示意圖;
圖3示意地表示出系統(tǒng)的單檢測器通道。
圖4為一個(gè)優(yōu)選的準(zhǔn)直系統(tǒng)的平面圖;以及圖5為一個(gè)沿圖4中的線5-5剖開的優(yōu)選的準(zhǔn)直系統(tǒng)的剖視圖。
下述的系統(tǒng)是專門為掃描人體以便檢測在其上和內(nèi)部存在的一個(gè)或多個(gè)特定物體的。
如圖1所示的系統(tǒng)包括一個(gè)用標(biāo)號(hào)10代表的掃描臺(tái)，使每個(gè)待掃描的個(gè)人12進(jìn)入到這個(gè)掃描臺(tái)上，如圖所示，他在掃描過程中筆直地站在掃描臺(tái)上。支撐一個(gè)小車16的筆直的立柱14靠在掃描臺(tái)10的旁邊。
在支柱14上或在小車16上配置的垂直驅(qū)動(dòng)單元(未示出)使小車以預(yù)定的恒定的線速度在支柱的上下沿鉛直方向移動(dòng)。
再參看圖2，小車14上裝有一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)基本上在水平方向的沿側(cè)向展成扇形的X輻射束20的X射線管18，X射線管18使輻射束20通過掃描臺(tái)10射向一個(gè)在掃描臺(tái)對(duì)面的弧形檢測器和成象單元22。需要指出的是，在圖1中人12站立在輻射束20的路徑上，在掃描過程中使小車沿鉛直方向上下移動(dòng)，從而使輻射束20通過這個(gè)人身體的整個(gè)高度或只通過選定的部分。
由X射線管18產(chǎn)生的X輻射束經(jīng)過一個(gè)準(zhǔn)直器24在鉛直方向初步校直，以便將X輻射束20的扇形限制在一個(gè)鉛直平面內(nèi)。X輻射束通過掃描區(qū)后射到一組橫向相鄰的閃爍器屏26上。作為如圖所示，閃爍器屏26限定-弧形的閃爍體屏陣列28。當(dāng)帶有X射線能量的光子撞擊到閃爍器屏26上時(shí)，這個(gè)屏產(chǎn)生帶有光能量的光子，并以相當(dāng)高的增益(即對(duì)于每個(gè)正在撞擊的X射線光子可以產(chǎn)生很多光線光子(lightphoton))形成光學(xué)象。
在本例的情況下，人體被相對(duì)人體垂直運(yùn)動(dòng)的X射線束掃描，重要的是通過在垂直方向準(zhǔn)直X射線束，以便限制展開扇形X射束20的垂直高度，從而防止視差效應(yīng)。
附圖4和5中簡略地示出在實(shí)際操作中令人滿意的X射線管和準(zhǔn)直系統(tǒng)。這個(gè)從優(yōu)選用的X射線管18是公知的線聚焦X射線管，采用這種類型的X射線管，可以使X射線從具有一個(gè)直線形狀的射線源發(fā)射出，該直線形狀的射線源在圖中用60代表。該直線形狀射線源60垂直取向(從圖4和圖5中看出)并且具有一相當(dāng)于展成扇形X射線束20的所需要的高度的發(fā)射長度。
如圖4所示，透射過X射線管18的窗口62的發(fā)散X射線束投射到一個(gè)準(zhǔn)直器24中，準(zhǔn)直器24具有一個(gè)外殼64，該外殼容納一個(gè)由一些緊密靠近、但有間隙的薄的重金屬板構(gòu)成的疊層66。這種類型準(zhǔn)直器的特征由其柵格比表征，該柵格比是金屬板沿X射線束進(jìn)行方向的長度同在疊層中的相鄰的兩板68間的凈間隙之比值，發(fā)散度超過該柵格比的X射線射到這個(gè)水平板面上而被吸收。
從圖5中可以看到，準(zhǔn)直器的形狀應(yīng)適合于X射線束沿側(cè)向展成扇形。于是從準(zhǔn)直器24的下端最后射出的X射線束20被以一個(gè)很低的沿垂直方向的發(fā)散度沿側(cè)向展成扇形。這個(gè)在每種場合下的發(fā)散度由其準(zhǔn)直器板疊層66的特定的柵格比確定。
顯然，所產(chǎn)生的光學(xué)象的強(qiáng)度是正比于入射的X輻射強(qiáng)度。
一個(gè)一端逐漸變細(xì)的第一光導(dǎo)纖維30，即一個(gè)一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維束同每個(gè)閃爍器的屏26相連接。一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維被認(rèn)為能夠高效率地收集光，而同時(shí)保持光的高空間分辨率和低的畸變性能。
一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維素30將光學(xué)象經(jīng)過合適的耦合裝置32射向一個(gè)象增強(qiáng)器34的輸入窗口。應(yīng)該意識(shí)到出現(xiàn)在象增強(qiáng)器窗口的光學(xué)象是縮微的，這是由一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維的形狀所決定的。對(duì)于每個(gè)輸入到象增強(qiáng)器的光線光子，象增強(qiáng)器通過一個(gè)另外的耦合器36輸出很多光線光子到一個(gè)一端逐漸變細(xì)的第二光導(dǎo)纖維38。換句話說，象增強(qiáng)器34借助一端變細(xì)的第一光導(dǎo)纖維30使出現(xiàn)在其上面的光學(xué)象增強(qiáng)了。
這個(gè)一端逐漸變細(xì)的第二光導(dǎo)纖維38將增強(qiáng)的光學(xué)象再一次縮微并發(fā)射到電荷耦合器件(CCD)陣列檢測器40的前表面，陣列檢測器40同一個(gè)電子接口組件42相耦合。
圖3為說明上述的單檢測器通道的簡圖。
電荷耦合器件陣列檢測器在所謂的移動(dòng)掃描模式下驅(qū)動(dòng)工作。移動(dòng)掃描模式使在CCD陣列檢測器后面產(chǎn)生的電子象移支，并借助于從光學(xué)象收集到的信息，繼續(xù)增強(qiáng)或改進(jìn)這個(gè)電子學(xué)象，所述的光學(xué)象隨著小車16的移動(dòng)也同時(shí)橫跨CCD檢測器的前表面“移動(dòng)”。
因?yàn)檫@個(gè)電子學(xué)象以恒定的電子時(shí)鐘頻率向前移動(dòng)，所以在光學(xué)象中的每一點(diǎn)必須以恒定的速度也就是以小車16的移動(dòng)速度在一條直線上“移動(dòng)”。
對(duì)于本專業(yè)的普通技術(shù)人員應(yīng)該懂得，受到象增強(qiáng)器影響象的亮度增益必須正確地控制，以便防止電荷耦合器件陣列檢測器飽和。
組件42通過數(shù)據(jù)總線46和線48同處理單元50接口。在單元50中每行的電子象被讀出后經(jīng)適合的數(shù)字式電子學(xué)象處理增強(qiáng)裝置增強(qiáng)。單元50在被操作者觀察的監(jiān)測器52上產(chǎn)生一個(gè)可見象。
必須了解，重要的是在對(duì)人體進(jìn)行X射線掃描時(shí)要保證被人體吸收的X射線的劑量不能超過按生理學(xué)有害人體的水平。這一點(diǎn)對(duì)于需要經(jīng)常地對(duì)人體進(jìn)行掃描的檢測系統(tǒng)是特別重要的，例如用于檢測可能從工作場所中被偷竅的物品的存在，掃描可能每天逢人離開工作場所就進(jìn)行。
可以預(yù)見，如上所述的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中X輻射被轉(zhuǎn)換成一個(gè)被增強(qiáng)的光學(xué)象后，又由一個(gè)在移動(dòng)掃描模式下工作的電荷耦合器件檢測器陣列轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子學(xué)象，從而可以提供一個(gè)在安全的起始X射線強(qiáng)度下的滿足需要的精度和分辨率。
在實(shí)踐中，據(jù)認(rèn)為在非醫(yī)學(xué)應(yīng)用時(shí)，在適合的信號(hào)分辨率和精度的情況下X輻射的當(dāng)量劑量水平可以維持在10×10-6西弗特。
在本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用中，上述的人體掃描系統(tǒng)可以用于掃描人體以便檢測在其身體上或身體內(nèi)存在的易于盜出的特定物品。例如對(duì)那些可能在身上隱藏金剛石的人進(jìn)行身體掃描。在這種情況下，顯然人體上或體內(nèi)的金剛石顆粒將比周圍的身體組織和骨骼吸收比較大部分入射的X輻射。因此，金剛石將使X射線信號(hào)相當(dāng)大地衰減，這將從在監(jiān)測器52上產(chǎn)生的最終的可見象中可以看到。不僅能檢測到金剛石的存在，還能檢測出它在人體的位置。在這種場合下使用的X射線管的電壓可以在150KV至160KV范圍內(nèi)選擇。
雖然本發(fā)明是以在垂直掃描過程中站立的人為例描述的，但是也可以使人體處在方便于水平掃描的位置，或者使其以恒定的速度，例如在一個(gè)傳送裝置上通過一個(gè)固定的掃描裝置。
檢測人體攜帶的金剛石只不過是本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用，在其它應(yīng)用中，例如為了檢測其它異物的存在(例如在醫(yī)學(xué)檢測中，檢測金屬片、斷裂骨骼或其它生理學(xué)雜質(zhì)等的存在)可以對(duì)人體進(jìn)行掃描。
一般來講，X射線管的電壓根據(jù)適合特定的應(yīng)用進(jìn)行選擇。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，例如在上段提及的那些醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，X光管的電壓可以例如低到80KV。另外，為了尋找和分析重金屬例如鐵、鎢、或鉑可能采用高達(dá)600KV電壓。
為了檢測藥物或其它違禁物器(例如在機(jī)場安全檢查口的武器探測)，也可以對(duì)人體進(jìn)行掃描。
被檢測物不必需是人體，例如上述的方法和裝置可以用于在機(jī)場安全檢查口檢查行李中的物品。
在這些情況下，使物體通過掃描臺(tái)移動(dòng)的本發(fā)明的一個(gè)方案對(duì)于掃描裝置相對(duì)物體移動(dòng)的例舉過的系統(tǒng)通常是可取的。
在本發(fā)明的每個(gè)應(yīng)用中，借助于正確的設(shè)定X射線管的初始工作電壓和電流，可見象的對(duì)比度可以根據(jù)精確地檢測特定的物品或物質(zhì)的需要而調(diào)整到最佳的狀態(tài)。
需要指出的是，被上述裝置產(chǎn)生的可見象或電子學(xué)象根據(jù)需要可以借助處理單元50儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器中。
權(quán)利要求
1.一種掃描物體的方法，包括用X輻射對(duì)該物體掃描，將透過該物體的X輻射轉(zhuǎn)換成一個(gè)光學(xué)象，增強(qiáng)該光學(xué)象，將該光學(xué)象轉(zhuǎn)換成電子學(xué)象和處理該電子學(xué)象，產(chǎn)生該物體或其-部分的掃描象的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將增強(qiáng)過的光學(xué)象利用操作在移動(dòng)模式下的電荷耦合器件檢測器陣列轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字式電子學(xué)象。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于對(duì)該數(shù)字式電子學(xué)象進(jìn)行處理，產(chǎn)生物體或其一部分的可見的象。
4.如前述的任一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于利用閃爍器裝置將透射的X輻射轉(zhuǎn)換成一個(gè)光學(xué)象。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于利用光學(xué)象增強(qiáng)器同一個(gè)或多個(gè)用于傳輸該光學(xué)象的一端逐漸變細(xì)的光學(xué)纖維相結(jié)合的方法增強(qiáng)該光學(xué)象。
6.一種如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于利用第一組一端逐漸變細(xì)的光纖維將光學(xué)象從閃爍器裝置傳輸給增強(qiáng)該象的光學(xué)象增強(qiáng)器，和利用第二組一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維將該增強(qiáng)的光學(xué)象傳輸給操作在移動(dòng)掃描模式的相應(yīng)的電荷耦合陣列檢測器組，以便轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子學(xué)象。所述的第一和第二組一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維還用于將它們傳輸?shù)南罂s微。
7.如上述的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于使X射線源和成象裝置彼此相對(duì)地位于一個(gè)掃描臺(tái)的對(duì)側(cè)。該X射線源和成象裝置由一個(gè)能相對(duì)不動(dòng)物體移動(dòng)的小車支撐，使該X輻射源發(fā)射一個(gè)展成扇形的X輻射束，該X輻射束被在小車的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向準(zhǔn)直。
8.一種如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的物體是人體，并使小車沿垂直方向相對(duì)于直立在掃描臺(tái)上的人體移動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，X射線束應(yīng)具有相當(dāng)?shù)偷膹?qiáng)度，其被人體吸收的當(dāng)量劑量是10×10-6西弗特或更小。
10.如權(quán)利要求1-6中所述的任何一種方法，其特征在于使所述的物體在不動(dòng)的X射線源和對(duì)面的成象裝置之間移動(dòng)。
11.一種用于掃描物體的裝置，該裝置包括用一束X輻射掃描物體的X射線源和一個(gè)成象裝置，該成象裝置包括將透過物體的X輻射轉(zhuǎn)換成一個(gè)光學(xué)象的裝置，增強(qiáng)該光學(xué)象的裝置，用于將該增強(qiáng)過的光學(xué)象轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子學(xué)象的裝置和用于處理該電子學(xué)象，以產(chǎn)生一個(gè)該物體或其一部分的掃描象的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，包括在移動(dòng)掃描模式下工作的電荷耦合陣列檢測器，以便將增強(qiáng)的光學(xué)象轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字式電子學(xué)象。
13.如權(quán)利要求11或12所述的裝置，包括用于產(chǎn)生一個(gè)物體或其一部分的掃描可見象的裝置。
14.如權(quán)利要求11-13中所述的任何一個(gè)裝置，包括將透射的X輻射轉(zhuǎn)換成一個(gè)光學(xué)象的閃爍器裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，包括一個(gè)同一個(gè)或多個(gè)一端逐漸變細(xì)的用于傳輸光學(xué)象的光導(dǎo)纖維結(jié)合使用的光學(xué)象增強(qiáng)器，以便增強(qiáng)該光學(xué)象。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，包括將來自閃爍體裝置的光學(xué)象傳輸給一個(gè)增強(qiáng)象的光學(xué)增強(qiáng)器的一個(gè)第一組一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維，和一個(gè)用于將該增強(qiáng)的光學(xué)象傳輸給一個(gè)相應(yīng)的在移動(dòng)掃描模式工作的電荷耦合陣列檢測器組的第二組一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維，以便轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子學(xué)象，所述的第一和第二組一端逐漸變細(xì)的光導(dǎo)纖維還使被它們傳輸?shù)南罂s微。
17.如權(quán)利要求11-16所述的任何一個(gè)裝置，包括彼此相對(duì)地配置在掃描臺(tái)的相對(duì)兩側(cè)的X射線源和成象裝置，一個(gè)支撐X射線源和成象裝置的小車和使小車相對(duì)于在掃描臺(tái)上的不動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的裝置，X輻射源發(fā)射一個(gè)展成扇形的X輻射，該X輻射在小車相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向被準(zhǔn)直。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置包括一個(gè)成線聚焦的X射線管，該X射線管朝向小車相對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的方向。
19.如權(quán)利要求17或18所述的裝置，包括一個(gè)用于準(zhǔn)直該輻射的平行板準(zhǔn)直器。
20.如權(quán)利要求17-19所述的任何一個(gè)裝置，當(dāng)用于掃描一個(gè)人體時(shí)，該小車可以相對(duì)于站立在掃描臺(tái)上的人體垂直移動(dòng)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述的X輻射具有一個(gè)相當(dāng)?shù)偷膹?qiáng)度，以便使被人體吸收的當(dāng)量劑量為10×10-6西弗特或以下。
22.如權(quán)利要求11-16所述的任何一個(gè)裝置，包括不動(dòng)的X射線源和對(duì)面的成象裝置，以及使物體在X射線源和成象裝置之間移動(dòng)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種掃描物體(通常是為安全和醫(yī)學(xué)目的檢查人體(12))的裝置和方法。在這個(gè)方法中采用不足以損傷生理組織的相當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度的X輻射束(20)對(duì)人體(12)進(jìn)行掃描。然后將透過人體(12)的X輻射轉(zhuǎn)換成一個(gè)光學(xué)象。將這個(gè)光學(xué)象增強(qiáng)后轉(zhuǎn)換成一個(gè)電子學(xué)象。對(duì)這個(gè)電子學(xué)象進(jìn)行處理產(chǎn)生一個(gè)人體或人體一部分的掃描象。這個(gè)掃描象常常是可見現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H05G1/00GK1091205SQ93115330
公開日1994年8月24日 申請日期1993年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月13日
發(fā)明者D·J·哈蒙, M·W·N·辛格, R·W·格拉特哈爾, G·蘭尼斯基, S·N·蘇盧拉爾, F·D·迪比爾, P·G·盧斯 申請人:德比爾斯工業(yè)鉆石部門有限公司