專利名稱：包括可移動平臺的放射線掃描單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對物體進行檢查以識別違禁物品的放射線掃描，尤其涉及對被平臺支撐和移動的物體的放射線掃描。
背景技術(shù)：
放射線通常用于飛機場和公共建筑物中對諸如行李、袋子、公文包等物體進行非侵入檢查，以識別隱藏的違禁物品。違禁物品可以包括被隱藏的槍、刀子、爆炸裝置以及非法藥品，等等。一種普通的檢查系統(tǒng)是行掃描儀，其中將被檢查的物體經(jīng)過諸如X射線放射等的固定放射線源和固定檢測器之間。放射線被校準成扇形線束或筆形(pencil)線束。通過物體傳播的放射線被行李中所容納的物品衰減至不同的程度。放射線的衰減量是放射線束所經(jīng)過的物質(zhì)的密度的函數(shù)。所衰減的放射線被檢測，產(chǎn)生物體所容納的物品的X射線照片圖像以用于檢查。圖像示出了所容納物品的形狀、尺寸和不同的密度。
為了獲得關(guān)于行李和其他物體所容納的物品的附加信息，可以設(shè)置檢測器以檢測散射放射線，例如，如美國專利No.5,642,394。所述系統(tǒng)可以將散射放射線的檢測與穿透放射線的檢測結(jié)合。
將可能是與物體所容納的物品的組成有關(guān)的信息增強的另一技術(shù)是用具有兩種不同能量分布的放射線束對物體進行掃描。在兩個能量級被檢測的衰減率指示出放射線束所經(jīng)過的物質(zhì)的原子序數(shù)。雙能量系統(tǒng)使得能夠更好檢測例如塑料物質(zhì)和非法藥品。
X射線照片成像的一個缺點是，在放射線束的路徑中物體內(nèi)的所有物品的圖像被疊合。如果在物體中有很多物品，則可能很難區(qū)別它們。從而妨礙對危險物品的識別。另外，物體內(nèi)的物品的方向和形狀能夠?qū)λ鼈兪欠衲軌蛟赬射線照片上被識別產(chǎn)生影響。爆炸物質(zhì)的薄片可能很難在X射線照片上被識別，尤其是它們垂直于掃描線束時。
計算X線斷層照相術(shù)(“CT”)能夠重新構(gòu)造物體所容納的物品的橫截面圖像，便于識別行李中的物品。CT圖像還提供比X射線照片更高的分辨率、更大的圖像對比度以及對被掃描物體的特性的更大敏感性。然而，物體的CT圖像的重構(gòu)需要以多個角度大量地掃描物體。進行CT重構(gòu)所需的足夠次的掃描是非常耗時的。根據(jù)所使用的系統(tǒng)，整件行李的CT成像例如對于飛機場中篩查行李的實際應(yīng)用來說太慢了。
在美國專利No.5,367,552(“552專利”)中，X射線放射線源被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)模塊的內(nèi)表面的一側(cè)，檢測器陣列設(shè)置在相對的一側(cè)。行李通過所述模塊逐漸遞增地移動。模塊旋轉(zhuǎn)以在每個遞增位置處多角度地掃描行李。通過利用行掃描的預(yù)篩查，可以增加檢查速度。然后，只對經(jīng)預(yù)篩查步驟后被認為可疑的區(qū)域進行CT成像。
美國專利6,078,642(“642專利”)公開了一種用于行李的CT掃描系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)處理技術(shù)被用于加速檢查速度。如同在“552專利”中一樣，X射線源和檢測器陣列設(shè)置在旋轉(zhuǎn)模塊的相對側(cè)面上。所述源可以發(fā)射錐形放射線束，檢測器陣列可以是2維的。隨著行李件連續(xù)移動通過模塊，所述模塊旋轉(zhuǎn)，提供螺旋狀體積式的CT掃描。CT掃描被應(yīng)用于整個行李件，而無需預(yù)掃描。所述源同樣可以發(fā)射具有兩種不同能量分布的X射線束。
美國專利No.5,410,156公開了一種用于在飛機場中掃描行李的爆炸物檢測系統(tǒng)，包括在物體一側(cè)的中子輻射源和在物體相對側(cè)的二維檢測器陣列。所述物體被支撐在可旋轉(zhuǎn)的平臺上。掃描期間平臺的旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)對平臺上的物體的任意線斷層成像，以通過樣本產(chǎn)生每立方氫、碳、氮和氧的三維分布。這些元素的比率為樣本的小體積增量而被確定。神經(jīng)中樞網(wǎng)(neural net)方法被用于確定體積增量是否包括爆炸物。
將諸如槍和爆炸物等違禁物品裝入手提袋和行李帶上飛機的走私方式是已知的、正為人們所關(guān)注，較少引人注意但是也很嚴重的威脅是在大的貨物集裝箱中的違禁物品通過船經(jīng)過邊界的走私方式。通過船被帶入美國的貨物集裝箱中只有較小比例的貨物集裝箱被檢查?！皺z查站的恐怖(Checkpoint terror)”，美國新聞和世界報道，2002年2月11日，第52頁。
標準的貨物集裝箱通常為20至50英尺長(6.1至15.2米)，8英尺高(2.4米)，6至9英尺寬(1.8至2.7米)?？者\貨物集裝箱用于容裝將被儲存在飛機機體中的多件行李和其他貨物，它們的尺寸(長、高、寬)范圍從大約35×21×21英寸(0.89×0.53×0.53米)至大約240×118×96英寸(6.1×3.0×2.4米)。諸如許多件行李等大的物體堆也可能被支撐在托臺上?？赡芫哂兄蝹?cè)壁的托臺可能具有比得上貨物集裝箱的尺寸，至少在支撐物體時。術(shù)語“貨物運輸工具”被用來指代所有類型的貨物集裝箱和支撐物體的、相當尺寸的托臺(和其他這種平臺)。
與貨物集裝箱的尺寸范圍相比較，用于手提袋的典型飛機場掃描系統(tǒng)具有大約0.40×0.60米的通道入口。用于被檢查行李的掃描系統(tǒng)具有只是稍微大點的通道入口。由于只有適于通過通道的袋子能夠被檢查，因此這種系統(tǒng)不能用于檢查貨物集裝箱。如上所述，用在典型的X射線行李和袋子掃描儀中的低能量太低，不能穿過非常大的貨物集裝箱。另外，許多這種系統(tǒng)太慢，不能經(jīng)濟地檢查較大的物體，諸如貨物集裝箱等。
美國專利No.6,292,533B1公開了一種用于大物體(諸如車輛承載的貨物集裝箱等)的可移動X射線檢查系統(tǒng)，其使用450kV的X射線源。所述源被支撐在卡車上，筆形線束被產(chǎn)生以垂直地掃描車輛。同樣被支撐在卡車或者從卡車延伸出的懸臂上的檢測器被設(shè)置，用來檢測穿過物體所容納的物品并且被其散射的放射線。在使用時，將被檢測的車輛靠著卡車上的掃描單元停放。所述源和檢測器通過平移系統(tǒng)在卡車中水平移動，以水平掃描車輛。盡管具有充分的穿透性，筆形線束的使用還是太慢，不能有效地掃描貨物集裝箱。掃描動作“極慢”(每小時1/3-1/6英里)。
美國專利No.5,917,880公開了一種X射線檢查設(shè)備，該設(shè)備能夠用于檢查貨物集裝箱，它使用大約8MV的X射線放射線，并將X射線放射線校準成垂直扇形束以掃描承載貨物的卡車。第一檢測器陣列與扇形束對齊，以檢測穿過卡車的放射線。第二檢測器陣列被設(shè)置用來檢測通過卡車被向前散射的放射線。所述卡車移動通過垂直扇形束。來自兩個檢測器的數(shù)據(jù)被用于確定在卡車中衰減物質(zhì)的平均原子序數(shù)，以識別卡車中的物質(zhì)。然后準備出指示物質(zhì)的圖像。通過第一檢測器陣列提供的數(shù)據(jù)也用于形成卡車的X射線照片。盡管比筆形線束快，然而，扇形線束仍然太慢，不能有效地以合理的速率掃描大的物體。
在美國專利No.5,638,420中，大的集裝箱被可移動框架上的系統(tǒng)檢查。扇形、錐形和筆形X射線的放射線源，諸如具有在MeV范圍內(nèi)的加速電壓的線性加速器等，安裝在框架的一側(cè)。檢測器陣列安裝在框架的相對側(cè)。框架可以是自驅(qū)動的，并且前進經(jīng)過集裝箱的長度。X射線照片圖像被產(chǎn)生，供操作者分析。
諸如貨物集裝箱等大物體的X射線照片圖像相對于諸如行李等較小物體的X射線照片圖像具有與上述相同的問題。美國專利No.5,524,133公開了用于大物體(諸如集裝箱中或者車輛上的貨物等)的掃描系統(tǒng)。在一個實施例中，提供兩個固定的X射線放射線源，每個放射線源發(fā)射被校準成扇形束的線束。面對貨物和扇形線束的相鄰側(cè)面的所述放射線源彼此垂直。固定的檢測器陣列與每個放射線源相對而設(shè)，在貨物的相對側(cè)，用于接收穿過貨物的放射線。另外，具有兩種不同能量的X射線放射線束被每個放射線源發(fā)射。一個能量顯著高于另一個。例如，可以使用1MV和5或6MV的能量。通過總體上對于每個薄片的檢測器陣列或者通過所述陣列的各個檢測器在每個能量級處檢測到的X射線的平均數(shù)的比率被確定，并且與查找表進行比較，以識別與所述比率對應(yīng)的平均原子序數(shù)。從而，貨物的物質(zhì)成分被確定?；谄骄有驍?shù)的比率的三維圖像可以根據(jù)兩個檢測器陣列收集的數(shù)據(jù)而被重構(gòu)。所述專利記載盡管圖像粗糙，然而它們能夠用來確定特定物品的形狀。結(jié)合對那些物品中物質(zhì)的平均原子序數(shù)的確定，可疑物品可以被排除或者被標記以進行進一步的檢查。
盡管基于X射線照片的三維圖像對于X射線照片本身來說是一種改進，然而CT掃描所提供的高分辨率、改進的圖像對比度以及區(qū)別物體中物品特性方面的小的不同點的能力在貨物集裝箱的檢查中將是有益的。上述用在飛機場中對行李及類似物進行掃描的CT掃描單元不容易放大到掃描貨物集裝箱所需的大尺寸。例如，為了容納最大的貨物運輸工具，“552專利”或“642專利”的旋轉(zhuǎn)模塊將需要被極大地放大。這種承載放射線源和檢測器的大旋轉(zhuǎn)單元將會非常昂貴，并且難于操作和維護。
盡管在上述專利中或其他文獻中公開了用于檢查諸如貨物集裝箱等大物體的各種設(shè)計，然而，非常多的貨物運輸工具是通過人工進行檢查的?！皺z查站的恐怖(Checkpoint terror)”，美國新聞和世界報道，2002年2月11日，第52頁。仍然需要檢查大物體(諸如貨物運輸工具等)用的、實際、有效、非侵入性的放射線掃描儀。并且需要實施大物體的CT成像的能力。還需要檢查諸如行李等小物體用(包括較小物體的改進的CT成像)的改良放射線掃描儀。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，公開了一種檢測物體用的掃描單元，包括放射線源，用于發(fā)射放射線束；可旋轉(zhuǎn)平臺，用于支撐通過放射線束被檢查的物體；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收所述線束與物體相互作用之后的放射線。放射線源、平臺和檢測器中的至少一個能夠沿第一方向移動。優(yōu)選的是，平臺能夠沿第一方向移動。更優(yōu)選的是，第一方向是垂直的。放射線束可以是水平的發(fā)散線束，諸如扇形線束，或者是水平和垂直的發(fā)散線束，諸如錐形線束。在優(yōu)選實施例中，隨著物體旋轉(zhuǎn)并沿第一方向移動，所述物體被掃描。平臺、放射線源和檢測器中的至少一個沿第一方向移動，使得能夠由物體重構(gòu)體積式CT圖像。
放射線源例如可以是X射線放射線源?？梢栽O(shè)置附加的放射線源，并且根據(jù)需要設(shè)置附加的檢測器以對應(yīng)附加的放射線源。每個放射線源可以以不同的能量發(fā)射放射線，或者可以設(shè)置單個、多能量源。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，用于檢查物體的掃描單元包括放射線源，用于發(fā)射放射線束；可旋轉(zhuǎn)平臺，用于支撐通過放射線束被檢查的物體；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收與物體相互作用之后的放射線。第一傳送裝置被設(shè)置用于將物體傳送至平臺以進行掃描。第二傳送裝置被設(shè)置用于在掃描之后從平臺傳送物體，以及第三傳送裝置被設(shè)置用于在掃描之后從平臺傳送物體?；谄脚_的位置能夠?qū)⑽矬w有選擇地引導(dǎo)至第二傳送裝置和第三傳送裝置之一。處理器可以被程序化用來使平臺移動，如果物體通過檢查則使物體與第二傳送裝置對齊，如果物體沒有通過檢查則使物體與第三傳送裝置對齊。所述平臺能夠可轉(zhuǎn)動地被定位，用于使物體與第二傳送裝置和第三傳送裝置之一對齊。第二傳送裝置所在的垂直位置等級不同于第三傳送裝置的垂直位置等級，以及所述平臺是能夠垂直移動的，以使平臺所支撐的物體與第二和第三傳送裝置之一對齊。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種用于檢查物體的掃描單元包括放射線源，用于發(fā)射垂直放射線束?？赊D(zhuǎn)動的平臺被設(shè)置用于支撐物體以通過垂直放射線束對其進行檢查。在平臺上的傳送裝置水平移動物體。垂直檢測器被定位與垂直線束對齊，用來接收與物體相互作用后的放射線。垂直線束例如可以是扇形線束。所述平臺是能夠被垂直移置的，所述掃描單元還包括第二放射線源，用于發(fā)射第二水平放射線束；以及第二水平檢測器，所述第二水平檢測器被定位用來接收水平線束與物體相互作用之后的放射線。所述第一放射線源和第二放射線源是一樣的。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種用于檢查物體的掃描單元包括放射線源，用于發(fā)射筆形放射線束；可轉(zhuǎn)動的平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收與物體相互作用后的放射線。放射線源、檢測器和平臺中的至少一個能夠沿第一方向位移。所述檢測器能夠移動，以接收沿預(yù)定方向被物體分散開的放射線。所述檢測器可以被支撐在可轉(zhuǎn)動的環(huán)上，其旋轉(zhuǎn)軸線橫穿平臺。所述檢測器適于檢測裂變副產(chǎn)品。例如，所述放射線源可以是中子射線源或伽馬射線源。還可以設(shè)置水平X射線放射線束的第二放射線源；以及第二水平延伸的檢測器，所述檢測器與所述第二放射線源對齊，用于接收水平線束與物體相互作用之后的放射線。所述筆形線束源和所述水平延伸線束源是一樣的。
根據(jù)另一實施例，一種用于檢查物體的掃描單元，包括放射線源，用于發(fā)射放射線束；可轉(zhuǎn)動的平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收由于線束與物體相互作用而從物體發(fā)射出的受激發(fā)射。放射線源和平臺中的至少一個能夠沿第一方向移動。放射線束可以是沿著第一軸線發(fā)射的筆形線束，受激發(fā)射可以是核共振熒光。檢測器被定位用來檢測大致與筆形線束的軸線垂直的核共振熒光。第二放射線源可以被設(shè)置用于發(fā)射水平放射線束，第二檢測器可以與第二放射線源對齊，用來接收第二線束與物體相互作用之后的放射線。在那種情況下，第二放射線源、平臺和第二檢測器中的至少一個能夠沿第一方向移動。
根據(jù)另一個實施例，一種用于檢查物體的掃描單元，包括放射線源，用于發(fā)射放射線束；平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查。所述平臺能夠沿非水平方向移動以便沿非水平方向移動被平臺支撐的物體。檢測器被定位用來接收線束與物體相互作用后的放射線。放射線源能夠至少部分地圍繞橫穿平臺的軸線轉(zhuǎn)動。這樣，所述放射線源至少部分地圍繞被平臺支撐的物體可旋轉(zhuǎn)。所述放射線源可被臺架支撐，使得所述放射線源至少部分地圍繞橫穿的軸線旋轉(zhuǎn)。所述臺架支撐所述檢測器，使得檢測器至少部分地圍繞橫穿的軸線可旋轉(zhuǎn)。非水平方向可以是垂直的。
根據(jù)另一個實施例，一種用于檢查物體的掃描單元，包括固定放射線源，用于發(fā)射放射線束；以及平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查。所述平臺能夠圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)并且能夠沿第二軸線位移。固定檢測器被定位用來接收線束與物體相互作用后的放射線。所述第一軸線和第二軸線可以是相同的軸線，該相同的軸線可以是垂直軸線。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種檢查物體所容納的物品的方法，包括步驟圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)物體；利用來自放射線源的放射線掃描物體；利用檢測器檢測與物體相互作用的放射線；以及沿第一方向移動物體、放射線源和檢測器中的至少一個。在旋轉(zhuǎn)物體并移動物體的同時，掃描物體，或者交替地旋轉(zhuǎn)、移動和掃描物體。基于檢測到的放射線重構(gòu)體積式計算X線斷層照相圖像。優(yōu)選的是，第一方向是垂直方向。
用具有第一和第二能量分布的一束或多束放射線束掃描物體?；谕ㄟ^以不同的能量分布掃描而收集的數(shù)據(jù)，可以重構(gòu)體積式計算X線斷層照相圖像。圖像可以被合并。
可以水平移動物體，并且用垂直放射線束掃描物體。通過垂直檢測器檢測垂直線束與物體相互作用之后的放射線。在垂直掃描之間旋轉(zhuǎn)物體，并且基于所檢測到的放射線重構(gòu)體積式計算X線斷層照相圖像。
用放射線掃描物體，以誘發(fā)物體中可裂變材料的裂變，如果裂變存在的話。然后檢測裂變副產(chǎn)品。用中子射線筆形放射線束或伽馬射線筆形放射線束掃描物體。
至少部分地基于平臺的旋轉(zhuǎn)位置和垂直位置之一沿多個退出路徑中的一個從平臺傳送物體。
檢測諸如核共振熒光等受激發(fā)射。
根據(jù)另一個實施例，一種用于檢查物體所容納的物品的方法，包括步驟旋轉(zhuǎn)物體；在物體的旋轉(zhuǎn)的至少一部分期間，用放射線連續(xù)掃描物體；以及檢測與物體相互作用的放射線。
根據(jù)另一個實施例，一種用于檢查物體所容納的物品的方法，包括步驟旋轉(zhuǎn)物體；用X射線放射線掃描物體；以及檢測與物體相互作用的放射線。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的掃描單元10的側(cè)視圖，示出了降低位置中的可旋轉(zhuǎn)、垂直可移置的平臺；圖2是圖1中掃描單元的側(cè)視圖，其中，平臺處于升高位置；圖3是用于旋轉(zhuǎn)和垂直移置平臺的系統(tǒng)的另一例子；圖4a是圖1中實施例的掃描單元的內(nèi)部的頂視圖；圖4b是平臺上的物體的頂視圖，在旋轉(zhuǎn)期間物體的最長的厚度與放射線束對齊；圖4c是在平臺上的長物體的側(cè)視圖，諸如標準貨物集裝箱等長物體；圖5是能夠用于圖1所示實施例中的檢測器陣列和錐形線束的一部分的示意性視圖；圖6是圖1所示實施例的掃描單元的頂視圖，其中平臺使物體與第二退出路徑對齊；圖7和8是根據(jù)本發(fā)明實施例的掃描單元的側(cè)視圖，示出了放射線源和傳送系統(tǒng)的不同布置；圖9是根據(jù)另一實施例的平臺頂部上的物體的正視圖，用于垂直線掃描的垂直線檢測器與用于體積式CT成像(volumetric CT imaging)的水平空間檢測器相交；圖10是根據(jù)另一實施例的掃描單元的一部分的示意性視圖，所述掃描單元包括筆形線束放射線源和可移動檢測器；圖11是根據(jù)另一實施例的另一掃描單元的一部分的示意性視圖，其中，X射線源在被旋轉(zhuǎn)/可垂直位移的平臺支撐的物體之上；圖12是圖11所示實施例中平臺上的物體的頂視圖；以及圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的掃描單元的一部分的側(cè)視圖，其中，放射線源和/或檢測器可垂直移動，可旋轉(zhuǎn)平臺可以或不可以垂直移動。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的掃描單元10的側(cè)視圖。在該實施例中，掃描單元10包括放射線源12，諸如X射線放射，用于照射被掃描的物體13；檢測器14，用于檢測穿過物體13的放射線；以及旋轉(zhuǎn)/可垂直位移的平臺16，用于在掃描期間支撐和定位物體。旋轉(zhuǎn)/可垂直移置的平臺16在放射線源12與檢測器14之間。放射線12結(jié)合適當?shù)男士梢园l(fā)射水平的放射線束17，檢測器14可以水平延伸。水平延伸的線束可以是錐形線束，如圖1所示，或者例如是扇形線束。物體13可以是大的物體，諸如貨物運輸工具(例如貨物集裝箱和托臺)。物體13還可以是較小的物體，諸如行李件或手提袋等。
在該實施例中，放射線源12和檢測器14優(yōu)選是固定的。使用固定放射線源和固定檢測器是有益的，因為那些裝置的特性可以被優(yōu)化，而不用考慮移動發(fā)射源和/或檢測器的重量和尺寸。盡管優(yōu)選，然而不需要放射線源12和檢測器14必須是固定。非固定放射線源和檢測器的例子在下述的實施例中被討論。
在圖1中，放射線源12和檢測器14被支撐在0級地面位置等級處。物體13的頂部延伸到0級地面位置等級之上。平臺16陷入腔18中。腔18可以在地內(nèi)。圖2是圖1所示掃描單元的側(cè)視圖，其中平臺16處于升高位置且在0級地面位置等級處。在該實施例中，以下將參考圖4a進行討論的傳送系統(tǒng)沿著垂直于紙張的軸線將物體13移動至平臺16。
平臺16可以是扁平板。平臺16被機械裝置或系統(tǒng)20支撐，所述機械裝置或系統(tǒng)20均通過板的中心圍繞垂直軸線“A”旋轉(zhuǎn)平臺，并且沿所述軸線垂直地移動平臺16。在沿兩個方向垂直地移動時，旋轉(zhuǎn)的方向可以是順時針或逆時針。在沿一個方向垂直移動時，旋轉(zhuǎn)方向可以是順時針方向，而沿相反方向垂直移動時，旋轉(zhuǎn)方向是逆時針方向。機械裝置或系統(tǒng)20可以是這樣的其中，平臺16的垂直運行、從而被板支撐的物體13的垂直運行是平臺16的旋轉(zhuǎn)的函數(shù)，但不是必須的。優(yōu)選平臺16的移動速度是這樣的即，物體13相對于平臺是固定的，并且在物體移動時，物體所容納的物品相對于物體是固定的。在考慮到物體13所容納的物品的包裝的基礎(chǔ)上，放射和計算的射線斷層成像領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠容易地確定平臺16的垂直移動和旋轉(zhuǎn)的適當速率。下面給出移動速率的例子。如果需要，所有或部分平臺16以及掃描單元的任何其他部件可以由對X射線或其他放射線透明的材料制成。
機械裝置18例如可以是螺旋千斤頂，包括支撐平臺16的螺桿22，如圖1所示。螺桿容納在發(fā)動機箱的螺紋腔中。通過電動機(未示出)實現(xiàn)的螺桿旋轉(zhuǎn)使得螺桿旋轉(zhuǎn)。在基礎(chǔ)螺旋千斤頂中，螺紋沿一個方向的旋轉(zhuǎn)使得平臺16升高，而沿相反方向的旋轉(zhuǎn)使得平臺降低。
螺旋千斤頂還可以具有能夠切換螺距方向的雙螺旋槽。陷入平臺上的螺旋槽以及槽狀部中的球軸承連續(xù)上下振動平臺16，這樣旋轉(zhuǎn)總是沿相同的方向，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的。
圖3是用于旋轉(zhuǎn)和垂直移置平臺16的系統(tǒng)30的另一個例子。圖3中的機構(gòu)包括水壓或氣壓系統(tǒng)32，用于垂直移動平臺16；以及電動機34，用于旋轉(zhuǎn)平臺。水壓或氣壓系統(tǒng)32包括在殼體37的腔室中的活塞36?；钊麑⑶皇曳殖缮鲜?8和下室40。驅(qū)動流體通過泵46分別沿著管或管道42，44被供至上和下室38、40以及從上和下室38、40移開?；钊?6通過第一桿50連接至副平臺48?；钊?6在殼體37中的移動使得副平臺48上升和下降。副平臺48支撐電動機34，電動機通過第二桿52連接至平臺16。通過電動機34實現(xiàn)的第二桿52的旋轉(zhuǎn)使得平臺16旋轉(zhuǎn)，而活塞和副平臺48的垂直移動引起平臺相應(yīng)的垂直移動。如果需要，通過控制電動機34的旋轉(zhuǎn)速率以及活塞36的垂直移動速率，平臺16的旋轉(zhuǎn)和垂直移動可以同步。
還可以使用其他電-機械、水壓和/或氣壓驅(qū)動機構(gòu)。
圖4a是圖1所示實施例的掃描單元10的內(nèi)部的頂視圖。在該例子中，平臺16是圓形的，并且比物體13大。平臺16也可以是其他形狀和尺寸。
可以設(shè)置傳送系統(tǒng)，用于將物體13傳送至平臺16或從平臺16傳送過來。傳送系統(tǒng)包括第一部分62，所述第一部分62包括第一傳送帶64，所述第一傳送帶64從掃描單元10的外面延伸至平臺16。第二部分66包括第二傳送帶68，所述第二傳送帶68從平臺16延伸至掃描單元10的外部，為物體13提供退出路徑?？梢栽O(shè)置傳送系統(tǒng)的第三部分70，其可以包括在平臺16上的第三帶72，并且所述第三部分70被設(shè)置用來從第一帶傳送物體13并將物體13定位在平臺16上的適當位置上。第三帶72還在掃描完成后將物體13傳送至第二帶68。傳送系統(tǒng)可以任選地包括第四部分74，所述第四部分74包括第四傳送帶76，用于沿著第二退出路徑從平臺16傳送可疑物體，以下將進一步描述。
當物體相對于平臺被適當定位時，操作者例如可以通過繩子、帶和/或夾具在掃描之前將物體13固定至平臺16。也可以使用自動系統(tǒng)。
代替提供一個或兩個退出路徑和相關(guān)的傳送帶，第一傳送帶64可以用于將物體13傳送至平臺16以及從平臺16傳送物體13。代替?zhèn)魉蛶?，可以使用其他用于傳送物體的裝置，諸如旋轉(zhuǎn)輥子。
X射線源12例如可以是軔致(bremsstrahlung)輻射放射線源。X射線源12應(yīng)該產(chǎn)生能量足夠高的X射線放射線，能量高到當物體處于平臺上的任意旋轉(zhuǎn)方向時都足以穿過物體13的厚度。例如，對于能夠穿過諸如貨物集裝箱等矩形貨物運輸工具或其他矩形物體13(它們在旋轉(zhuǎn)期間沿放射線束17的最大厚度“T”大于5英尺，即1.5米)的X射線放射線，優(yōu)選使用大于1MV的平均能量。在矩形物體13中，最大厚度T在物體的相對拐角之間，如圖4b所示。
為了掃描長的物體，諸如標準貨物集裝箱13a，其長大約為20英尺(大約6.1米)、寬大約為6至9英尺(1.8至2.7米)，集裝箱可以以豎直姿態(tài)放置在平臺16上，如圖4c所示。然后，放射線束截取通過物體的寬度“N”的直徑，其厚度遠遠小于物體的長“L”?？梢允褂么蠹s6MV或更大的平均能量掃描在平臺16上定向的這種標準貨物集裝箱，如圖4c所示。應(yīng)該指出的是，根據(jù)貨物集裝箱所容納的物品的包裝或其他特性，將所有標準貨物集裝箱都豎直放置可能是不實際的。可以使用千伏電壓范圍內(nèi)的X射線放射線，以穿過較小的貨物集裝箱或其他較小的物體。
如果需要大于大約1MV的X射線放射線以穿過物體13，則X射線源12可以是線性加速器，諸如Linatron線性加速器(“Linatron”)，它的加速電壓在大約2MeV或更大的范圍內(nèi)，可以從加利福尼亞的帕洛阿爾托市的Varian Medical System股份有限公司(“Varian”)得到該線性加速器。所述X射線源12可以是或者不是脈沖的。在Varian Linatron中，例如每秒輸出360各脈沖。也可以使用其他的高能量X射線源，諸如靜電加速器、電子回旋加速器(microtron)和電子感應(yīng)加速器等。X射線源還可以是放射性同位元素，諸如鈷-60等，其發(fā)射幾乎單能的放射線束。也可以使用其他的單能放射線源。如果可以使用低能X射線放射線，則X射線源12例如可以是X射線管。
一個或多個準直儀(未示出)可以設(shè)置在X射線源12與物體13之間，用于將來自每個源12的X射線束校準成所希望的形狀。X射線束可以被校準成水平發(fā)散線束，諸如錐形線束或扇形線束等。這里，術(shù)語“錐形線束”指二維、發(fā)散放射線束，諸如水平和垂直發(fā)散的放射線束等。錐形線束不需要是精確的錐形；它可以是截面外邊緣為矩形、正方形、圓形或橢圓形的任意形狀的錐形。例如放射線束可以是矩形非對稱錐形線束。圖5示出了截取二維檢測器陣列15(稍后將討論)的一部分的矩形錐形線束80的一部分。如果使用圓錐體線束，從最接近圓的邊緣的圓錐形線束的半圓部分所收集的數(shù)據(jù)通常被廢棄。代替圓錐形線束，使用矩形錐形線束能夠避免物體13和其所容納的物品暴露于通常不用于成像的額外放射線下。
這里，術(shù)語“扇形線束”指一維的發(fā)散放射線束，諸如水平的發(fā)散放射線束。由于錐形線束在單位時間內(nèi)比扇形線束覆蓋更大體積的貨物集裝箱，因此使用錐形線束的掃描比使用扇形線束的掃描快。盡管扇形線束在第二維上稍微有些發(fā)散，但是與在第一維上的發(fā)散相比，這樣的發(fā)散非常小，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣。
檢測器14可以是空間檢測器。檢測器14可以是包括多個檢測器模塊的檢測器陣列15，如圖5所示。當X射線放射線采用錐形線束時，檢測器陣列可以包括一行或更多行二維檢測器陣列，用來檢測穿過物體13的X射線放射線。在圖5中，示出檢測模塊86中的兩行82，84的一部分。如圖5中以點源簡要示出的X射線源12瞄準檢測器陣列15。為了便于表示，物體13和掃描單元10的其他部件沒有示出在圖5中。每個二維檢測器模塊86包括在殼體中的多行多列檢測器元件，諸如光敏元件等。模塊的部件沒有示出，它們在本領(lǐng)域中是已知的。光敏元件例如可以是光電二極管。
如果使用扇形線束，可以使用一維檢測器的單行(包括多個檢測元件的單行)。通過一個或多個準直儀限定多路、緊密地間隔開的、平行扇形線束。在那種情況下，可以為每個扇形線束提供一維檢測器行。
空間檢測器14或檢測器模塊86例如可以包括非晶硅(“aSi”)檢測器。檢測器模塊86可以是Varian能夠提供的、商標名為PaxScanTM4030的aSi檢測器。PaxScanTM4030檢測器中的每一個是40cm×30cm。為了提高對比分辨率，檢測器可以連接至信號處理電路，所述信號處理電路包括具有動態(tài)可控信號增益的前置放大器級，如美國專利No.6,486,808B1所描述的一樣，2001年10月16日提交的美國專利申請于2002年11月26日被授權(quán)而得到該專利，它被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且通過在文中被引用而被合并。PaxScanTM4030可以伴隨有軟件，所述軟件能夠通過數(shù)學(xué)地或者電子地結(jié)合相鄰像素而實現(xiàn)大約0.388mm的分辨率，這種對相鄰像素的結(jié)合被稱為“壓縮畫面(binning)”，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣?！跋袼貕嚎s”例如在美國專利No.5,970,115中被討論，該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且通過在文中被引用而被合并。每個檢測器模塊86可以首尾相連地被放置，如圖5所示。
盡管檢測器14可以具有大約1％的效率，然而，利用更高的檢測器效率可以獲得分辨率更高的圖像。例如，檢測器可以具有大約10％或更大的效率。優(yōu)選為25％至大約75％。為了識別例如小的輕武器或其他小的物體(重大約1磅)，圖像可以具有從大約0.2cm至大約0.5cm的分辨率。為了實現(xiàn)圖像的這種分辨率，檢測器14可以具有大約0.1cm或更小的像素間隔。
在美國專利申請No.10/013,199中描述了可以用在本發(fā)明中的“深度”檢測器的例子，該專利申請于2002年11月2日被遞交，并且被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，該專利申請通過在文中被引用而被合并。另外，檢測器可以具有檢測器元件的高空間密度。對于諸如貨物運輸工具等較大的物體，優(yōu)選密度為每平方厘米大約60個像素。如專利申請No.10/013,199中所述的經(jīng)修改的PaxScan 4030TM可以具有每平方厘米大約670像素的密度，其可以用于小的物體。所得到的CT和/或X射線照片圖像將具有非常高的分辨率。
在檢測器陣列15處錐形線束80的縱向或軸向?qū)挾?在圖1所示的實施例中為垂直尺寸)可以大致與檢測器陣列的寬度“W”對應(yīng)，如圖5所示。錐形線束80可以沿縱向(圖1中的垂直方向)延伸經(jīng)過從大約2度至大約30度的弧θ。在物體13的位置處錐形線束80或扇形線束的橫向長度(在圖1所示的實施例中為水平尺寸)可以稍微大于物體的寬度。在那種情況下，錐形線束或扇形線束重構(gòu)算法可以用于重構(gòu)圖像，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣。也可以使用較窄的錐形或扇形線束。部分錐形或扇形線束重構(gòu)算法可以用于不照亮整個物體13的寬度的放射線束，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣。
在檢測器陣列15處錐形線束80(或扇形線束)的橫向長度可以大致與檢測器陣列的橫向長度相同。根據(jù)掃描單元10和將被檢查的物體的尺寸，錐形線束80可以橫向延伸經(jīng)過大約45度至大約80度的弧α。檢測器陣列15還可以被形成為半圓形的槽或具有碟形(dish)結(jié)構(gòu)，如美國專利申請No.10/202,273所示，該專利于2002年7月24日遞交，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且該專利申請通過在文中被引用而被合并。檢測器陣列15也可以是扁平的。
準直儀(未示出)也可以被設(shè)置在物體和檢測器陣列15之間，用于防止散射的放射線到達檢測器陣列的檢測器。
圍繞掃描單元10設(shè)置防輻射裝置90。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣，可以使用各種防輻射結(jié)構(gòu)和材料。例如，防輻射裝置可以包括兩個同心的鋼壁，壁之間的空間中填充有放射線吸收材料，諸如沙子等。防輻射材料還可以包括商業(yè)上可以獲得的建筑材料塊，諸如混凝土塊等，它們既便宜又容易移動。在圖1所示的實施例中，防輻射壁的高度可以是升高后的物體13的最大高度的兩倍或更多。混凝土塊或厚板也可以被延伸經(jīng)過掃描單元10的頂部之上的I梁支撐框架支撐。然后，防輻射裝置基本限定包括掃描單元10的屏蔽室。例如沙子或混凝土的束流收集器92可以設(shè)置在檢測器14的后面，以減少防輻射需求，如圖1和4a所示。檢測器也可以設(shè)置在束流收集器92中。X射線源12和檢測器14例如可以以-1級位置等級設(shè)置在地面之下，這樣可以減少防輻射需求。屏蔽隧道(未示出)可以圍繞X射線源12、檢測器14、傳送系統(tǒng)和平臺16被設(shè)置，代替限定屏蔽室，這尤其適于小的掃描單元。
檢測器14檢測穿過物體13的X射線放射線。檢測器14電連接至一個或多個計算機94，計算機94將檢測器14輸出的數(shù)據(jù)重構(gòu)成圖像，如以下將進一步描述的一樣。計算機94具有一個或多個輸入端94a，用于接收來自檢測器14或任選的其他檢測器的數(shù)據(jù)，如以下將進一步描述的一樣。模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置以及其他的電子部件根據(jù)需要而被提供。計算機94連接至顯示重構(gòu)圖像的顯示器96。計算機94可以將重構(gòu)的圖像連同關(guān)于每個物體13的識別信息(諸如物體被掃描的時間和日期以及物體線源等)一起存儲到數(shù)據(jù)庫中。掃描單元10可以包括條形碼掃描儀(未示出)，用于讀取信息和將信息提供至計算機94。掃描單元10的操作者可以通過鍵盤將相關(guān)的信息輸入，或者信息可以被掃描而自動被輸入。例如，在檢查之前包含這種信息的條形碼可以被施加到物體13上。計算機94還通過輸出端94b連接至X射線源12、傳送系統(tǒng)以及平臺16的驅(qū)動機構(gòu)，以控制它們的操作(連接未在圖1中示出，以簡化視圖)。也可以使用多個處理器或計算機。
在圖1所示實施例的掃描單元10的操作過程中，將被檢查的物體13被放置在第一傳送帶64上。第一傳送帶64和第三傳送帶72(在平臺16上，如圖3所示)將物體13傳送到平臺16上的位置中并且物體在0級地面位置等級處(圖1)。然后，操作者可以通過例如繩子或袋子將物體13固定至平臺16。X射線源12被激活以發(fā)射被校準成錐形放射線束80的X射線束，該線束被會聚到物體13的底部上。作為代替，可以使用扇形線束。平臺16被激活以旋轉(zhuǎn)并凹進到平臺16之下的腔18中。當平臺16旋轉(zhuǎn)和凹進時，錐形線束80以螺旋的圖案掃過物體13以及所容納的物品。當平臺16到達它的最低位置等級-10級時，例如如圖1所示，掃描錐形線束在物體13的頂部。然后，平臺16升起(根據(jù)驅(qū)動機構(gòu)20，連續(xù)地沿相同方向或相反方向旋轉(zhuǎn))，并且可以任意地實施連續(xù)的掃描。
在一個執(zhí)行過程中，X射線源12與物體13之間的距離以及物體與檢測器14之間的距離可以是物體最大半徑的大約1.5到2倍。放射線束17是縱向延伸經(jīng)過大約2至3度的弧θ的錐形線束，優(yōu)選為大約15度。錐形線束17可以橫向延伸經(jīng)過大約45度至80度的弧α(見圖5)。優(yōu)選為大約45度。然后，平臺16可以一分鐘沿每個方向移動。平臺16例如可以在沿一個方向的移動過程中被旋轉(zhuǎn)2-4次。例如，對于CT重構(gòu)，可以采用平臺16的每一個完整旋轉(zhuǎn)有大約300至1000個投影。
驅(qū)動機構(gòu)可以沿垂直方向?qū)⑵脚_16移動一段充分的距離，以掃描能夠被掃描單元10檢查的最高物體13的整個高度，或者驅(qū)動機構(gòu)可以受控以升高被掃描的特定物體使其升高所需的距離。傳感器(未示出)可以被設(shè)置用來在測試時識別物體的高度，以及用來監(jiān)測平臺16的旋轉(zhuǎn)和垂直運動。掃描系統(tǒng)10可以被設(shè)計用來通過適當?shù)囟ㄎ籜射線源12和檢測器14、以及提供能夠使物體移動一段完成掃描所需的距離的驅(qū)動機構(gòu)，而檢查任何高度的物體。
平臺16的旋轉(zhuǎn)和垂直運動可以連續(xù)?？蛇x地是，運動可以被分度(indexed)。例如，如果被螺紋式機構(gòu)驅(qū)動，則平臺16可以在掃描的同時旋轉(zhuǎn)并以預(yù)定的增量升高。如果被圖3中的驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，或者另外的這類驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，則平臺16可以在掃描的同時交替地旋轉(zhuǎn)和升高。例如，平臺可以交替地旋轉(zhuǎn)360度(或稍多些以獲得完整的數(shù)據(jù)集)，并且升高預(yù)定的增量。平臺16的旋轉(zhuǎn)和垂直運動可以同步或不同步。
在掃描的同時，物體13已經(jīng)被升高和/或降低預(yù)定量之后，平臺16的旋轉(zhuǎn)和垂直運動被停止，X射線源12被關(guān)閉。檢測器14所接收到的數(shù)據(jù)連同平臺16的角坐標和縱坐標(圓柱坐標)一起被提供至計算機94，并且被用于重構(gòu)體積式計算X線斷層照相(“CT”)圖像。如上所述，用于根據(jù)利用錐形線束或扇形線束進行的掃描的重構(gòu)體積式圖像的重構(gòu)算法是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。
螺旋狀體積式CT掃描可以比傳統(tǒng)的CT掃描快。因此，與傳統(tǒng)CT系統(tǒng)相比，物體可以被更快地掃描，而對X射線源12的磨損更小。還可以使用更低功率的放射線源，盡管利用低功率源進行掃描可能會增加掃描時間。在任一種情況下，可以降低放射線源和/或維護成本。另外，如果使用低功率源，可以減少防屏蔽需求，并且降低掃描系統(tǒng)10的成本和尺寸。
可以通過計算機94分析重構(gòu)圖像和/或通過系統(tǒng)的操作者從視覺上分析重構(gòu)圖像。如果需要，可以再次掃描物體13。當掃描完成時，物體13從平臺16被傳送。如果物體13經(jīng)過檢查，則平臺16可以沿著第二傳送帶68與第一退出路徑對齊，如圖4a所示。第二和第二傳送帶68、72被激活，并且物體13被傳送離開平臺16并且被傳出掃描單元10。
如果物體13未能通過檢查，則可能在平臺16上對其再次進行掃描。平臺16的旋轉(zhuǎn)和垂直運動重新開始，并且X射線源12被開啟。物體13可以根據(jù)需要被容易地掃描很多次。與初始掃描相比，可以以較慢的平臺16旋轉(zhuǎn)和/或垂直運動速度或X射線束80的較高放射量率連續(xù)地對整個物體或者只對物體的可疑部分進行測試。如果在確定需要附加掃描之前已經(jīng)從平臺16上移去物體13，則第二和第三傳送帶68、72可以反轉(zhuǎn)以將物體13返回至平臺16。
相同物體13的重復(fù)掃描能夠?qū)е聦⒈粰z查的物體的積壓。為了保持通過掃描單元10的高通過速率，可疑物體可以沿著第四傳送帶76(如果被提供)被引導(dǎo)至第二退出路徑，以進行臨時儲存，或者被引導(dǎo)至另一個位置，以進行進一步的檢查。因此，只有可疑物體被延遲。
可以通過將平臺16旋轉(zhuǎn)到與第四傳送帶76對齊的位置而將物體13引導(dǎo)至第二退出路徑，如圖6中掃描單元的頂部視圖所示。然后，第三和第四傳送帶72、76被激活，以將物體13傳送離開平臺16并且傳送到第四傳送帶76。
可疑物體13和其他可疑物體可以沿著第四傳送帶76被臨時儲存，并且在稍后通過反向旋轉(zhuǎn)第二和第三傳送帶而將其返回至平臺16以進行后續(xù)掃描。第四帶76還可以通向用于儲存物體13的臨時儲存區(qū)域，直到有時間進行再次掃描。第四傳送帶76還可以通向另一個掃描站，所述掃描站可能對至少特定類型的違禁物品更敏感(但是可能較慢)。其他掃描站可以是掃描單元10的一部分或者是其他掃描單元的一部分。在后一種情況下，第四傳送帶76可以直接通入其他掃描單元10。第四傳送帶76還可以通至用于手動檢查的另一室或者站。所述系統(tǒng)可以被構(gòu)造成包括所述這些選項?；趯ξ矬w13的重構(gòu)圖像的分析，對選項的選擇可以通過計算機94在程序的控制下進行確定，或由操作者進行確定，或者采用兩者。
由于平臺16能夠旋轉(zhuǎn)，物體13的原始取向可以被保持，而無論選擇了什么路徑。這里，例如，物體13的前邊緣“B”是相同的，無論它沿著第一還是第二退出路徑被傳送。在對平臺16上的物體的連續(xù)掃描或者通過另外的掃描站進行掃描的過程中保持物體13的取向是有益的，便于對圖像進行比較。然而，如果在連續(xù)成像時需要改變物體13的取向，則也可以通過平臺16的旋轉(zhuǎn)被容易地實施。
不需要在地下設(shè)置腔以容納平臺的運動，而所述源、檢測器和傳送系統(tǒng)不需要在地水準平面處，如圖1所示。在圖7所示的掃描單元中，例如，傳送系統(tǒng)的進入和退出部分102、104在地面位置等級之上的位置等級處，諸如在+10單位級處。平臺106具有上表面106a，當平臺在較低的初始位置中時，所述上表面106a也在+10單位級位置等級處。物體108被支撐在平臺106的上表面106a上。在該例子中，物體108具有+5個單位位置等級的高度。可以理解，物體108可以具有其他高度。系統(tǒng)的部件的相對位置和/或平臺126的運動可以被改變以容納其他尺寸的物體。
在該實施例中，當平臺106在它的初始的、較低的位置中時，放射線源10和檢測器(在該視圖中未示出，但是與放射線源10和物體108對齊以接收穿過物體的放射線)在物體108的高度處或以上的水平等級，諸如在+16單位位置等級處。平臺106連接至機構(gòu)111，諸如任何上述的機構(gòu)，或者其他類型的機構(gòu)，以使平臺產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和垂直運動。這里，傳送系統(tǒng)包括輥子112。作為替代可以使用傳送帶，如上所述。
在操作中，在平臺處于圖7所示的初始位置中時，物體108被傳送至平臺106。然后，平臺被升高到上部位置，在該位置處上表面106a在大約+15單位位置等級處，同時被旋轉(zhuǎn)，這樣整個物體108可以被放射線源110發(fā)射的X射線束掃描。上表面106a的最終位置是這樣的即，物體108的整個高度被掃描，因此最終位置依賴于掃描放射線束的尺寸以及從物體至放射線源110的距離。如上所述，放射線束可以是錐形線束或扇形線束。并且還如上所述，物體108可以在下降返回至它的初始位置且在+10單位位置等級處的同時被掃描。當掃描完成時，物體108從平臺106傳送至傳送系統(tǒng)的退出部分104，并且被傳送出掃描單元100。這里，傳送系統(tǒng)包括輥子112。作為代替可以使用傳送帶，如上所述。
用虛線示出傳送系統(tǒng)的可選或附加上退出部分114，它在傳送系統(tǒng)的第一退出部分104之上，例如在+15單位位置等級處，用于提供從掃描單元100退出可選或附加退出路徑。根據(jù)掃描系統(tǒng)的環(huán)境，有益或者必須的是，傳送系統(tǒng)的退出部分在比進入部分102高的位置等級處。在那種情況下，傳送系統(tǒng)的上部112將被提供，代替較低的退出部分104。上部112還可以用作可疑物體的退出路徑，而第一、較低退出部分104可以用作通過檢查的物體的退出路徑，或者相反。在該實施例中，平臺106的垂直運送使得能夠分出可疑和可接收物體。上部114不需要與傳送系統(tǒng)的第一部分102對齊。在那種情況下，當物體將沿著上部被傳送時，平臺106的旋轉(zhuǎn)取向?qū)⑴c上退出部分114的方向?qū)R。
在根據(jù)圖8所示本發(fā)明實施例的掃描單元120的另一結(jié)構(gòu)中，傳送系統(tǒng)的進入和退出部分122、124在0級地面位置等級之上，并且放射線源126在與進入和退出部分相同的水平位置處。平臺127具有支撐物體128的支撐表面127a。平臺127具有初始的上位置，該位置與進入和退出部分122、124在相同的水平位置；以及下位置，如圖8所示。如上所述，放射線源的高度依賴于掃描放射線束的尺寸以及放射線源與物體之間的距離。在該例子中，進入和退出部分122、124在+10單位位置等級處，放射線源在+11單位位置等級處，物體的高度是+5個單位位置等級，當平臺處于下位置時，平臺127的上表面127a在+5單位位置等級處。如上所述，物體128可以具有其他高度。
在操作中，平臺127的上表面127a初始位于上位置且在+10單位位置等級處，用于從進入部分122接收物體128。平臺127移動至較低位置且在+5單位位置等級處，如圖8所示，同時被旋轉(zhuǎn)，以將整個物體128暴露于放射線源126所發(fā)射的放射線束下。在平臺返回至上位置的同時，平臺126可以被旋轉(zhuǎn)并且物體128被掃描。物體128可以沿著傳送系統(tǒng)的第二部分124從處于+10單位位置等級處的平臺126上被移去。平臺126的移動和/或系統(tǒng)的部件的相對位置可以被修改以容納其他尺寸的其他物體。
在該結(jié)構(gòu)中，以虛線示出傳送系統(tǒng)的可選或附加下退出部分130，該部分130在傳送系統(tǒng)的第一上退出部分124之下，在該例子中處在+5單位位置等級處，如所需要或所期望的一樣。下退出部分130可以用作可疑物體的退出路徑，而上退出部分124可以用作通過檢查的物體的退出路徑，或者相反。因此，如圖7中的結(jié)構(gòu)一樣，平臺126的垂直運動可以使得能夠?qū)梢珊涂山邮瘴矬w進行分類。如上所述，下部分130不需要與傳送系統(tǒng)的第一部分122對齊，平臺126的旋轉(zhuǎn)方向可以在物體將沿著下部分被傳送時與下部分的方向?qū)R。
還可以通過有選擇地檢測在不同的能量范圍內(nèi)的被傳遞能量，來獲得在識別違禁貨物中有用的附加信息。過濾器(未示出)可以有選擇地被設(shè)置在檢測器14的前面(見圖1)，以提高檢測器對特定能量范圍的能量敏感性。例如，過濾器可以被構(gòu)造用來阻止穿過貨物的、在特定閾值之下的放射線。對較寬能量范圍敏感并且可以用在本發(fā)明中的檢測器的例子在美國專利申請No.10/013199中有所描述，該專利申請于2002年11月2日被遞交，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且通過在文中被引用而被合并。商業(yè)上可獲得的、對于特定能量范圍敏感的基于閃爍的檢測器可以被使用，所述檢測器包括光電倍增管、半導(dǎo)體基檢測器以及基于氣體離子化的檢測器。
如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，X射線放射線與不同材料(包括諸如爆炸物等違禁物品)的相互作用部分地依賴于X射線放射線的能量。因此，也可以通過用兩種或多種不同的能量分布掃描物體來獲得能夠用于識別違禁物品的有用的附加信息。能量分布中的一種可以是帶有平均能量的一種能量分布，其中，X射線放射線與物體的初步相互作用是康普頓(Compton)散射。其他能量分布可以具有逐漸變高的平均能量，這將導(dǎo)致更多的電子偶的產(chǎn)生以及更少的康普頓散射。
例如，當檢查較大物體時(直徑大于大約5英尺(大約1.5米))，通過X射線源，以4MeV和10MeV或者6MeV和18MeV或者更高的加速電壓提供兩種能量分布。在4MV和6MV的峰值能量處，X射線放射線將引起顯著的康普頓散射。電子偶的產(chǎn)生將只是X射線相互作用所產(chǎn)生的一小部分結(jié)果。在10MV或18MV或更高的峰值能量處，引起更多的電子偶的產(chǎn)生?？灯疹D散射也會發(fā)生。
對于小的物體來說，諸如行李等，例如具有大約200KeV和90KeVX的加速電壓的X射線管可以被用來產(chǎn)生具有200KV和90KV的峰值能量的X射線放射線。較高的峰值能量引發(fā)更大的康普頓散射，而較低的峰值能量通過光電效應(yīng)引發(fā)更多的放射線，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣。
可以使用發(fā)射具有不同峰值能量的X射線放射線的不同X射線源。也可以提供與每個放射線源對齊的對應(yīng)檢測器。在圖1中，例如，以虛線示出第二放射線源12a。也以虛線示出了第二檢測器14a，它與第二放射線源12a以及物體13對齊。第一和第二放射線源12、12a以及第一和第二檢測器14、14a可以被堆疊，如圖1所示?？梢砸越蛔兊拿}沖通過每個放射線源12、12a發(fā)射放射線，以減少由于散射而引起的干涉?？梢試@平臺16沿直徑方向設(shè)置一對或更多對放射線源和檢測器?？梢匝刂怪庇趫D1中放射線源12和檢測器14所限定的直徑或者相對于放射線源12和檢測器14所限定的直徑以其他較大的角度設(shè)置放射線源/檢測器對，以減少串擾和干涉。例如，可以沿著第一和第二傳送帶64、68的軸線設(shè)置第二放射線源/檢測器對。附加的放射線源/檢測器對可以被定位得充分高，高于物體能夠沿其被傳送的傳送帶64、68的位置等級。平臺16可以被升高至充分高的高度，以通過所設(shè)置的所有放射線源而被掃描。代替提供與每個放射線源對齊的附加檢測器，單個檢測器或檢測器陣列能夠被移動成與有源源(active source)對齊。
附加的放射線源可以是以不同峰值能量發(fā)射放射線的線性加速器和/或X射線管。附加的放射線源還可以包括一個或多個放射性同位素。例如，所述放射線源中的一個可以是鈷60，它以多能量級發(fā)射單能放射線。第二放射線源12a還可以是其他類型的放射線源，諸如中子源。由于不同類型的放射線可以不同地與特定的材料相互作用，因此使用不同類型的放射線來檢查物體13可以提供能夠用于識別物體所容納的物品的附加信息。
可選的是，放射線源12能夠以兩種或多種不同的能量分布有選擇地發(fā)射X射線放射線。能夠以兩種或多種不同的能量分布發(fā)射X射線放射線的線性加速器在美國專利No.6,366,021B1、美國專利No.4,382,208以及美國專利No.4,400,650中被公開，這些專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且通過在本文中被引用而被合并。如果希望使用多于兩種的能量分布，平臺16可以被升高和降低多次。通過有選擇地在放射線源與物體之間移動能量選擇過濾器，能夠通過來自單個放射線源12的多種能量對物體13進行照明。
在平臺沿一個垂直方向移動的同時，可以發(fā)射一種能量分布，在平臺沿相反的垂直方向移動時，可以發(fā)射另一種能量分布。在改變垂直方向之前，在平臺16的運動過程中可以設(shè)置暫停，同時能量被改變。盡管對于誘發(fā)放射能的考慮可能會將所使用的最高峰值能量的上限限制在20MV，然而，可能仍然希望在小區(qū)域詢問(area interrogation)中使用較高的能量。例如，如果以較低的能量識別可疑區(qū)域，則較高的能量可以被用來掃描可疑區(qū)域。
可以將多個檢測器設(shè)置在圍繞平臺16的多個位置中，以檢測散射放射線。特定的散射角可以對特定類型的材料具有較大的敏感性。單個檢測器還可以設(shè)置在圍繞物體的旋轉(zhuǎn)環(huán)上，如圖10所示，從而有選擇地檢測以特定的角度被散射的放射線，如下所述。
如上所述，圖1所示的檢測器可以是空間檢測器，它以每種能量分布檢測穿過物體13的放射線?？蛇x的是，能量敏感檢測器14b可以設(shè)置在空間檢測器之后，如圖1、2、4和6中的虛線所示。第二能量敏感檢測器14b可以是檢測器陣列。當放射線束是錐形線束的形式時，檢測器14b可以包括一行或多行采用檢測器模塊形式的二維能量敏感檢測器。第二檢測器14b可以響應(yīng)穿過物體13和第一檢測器14的較高能量的X射線放射線。優(yōu)選的是，第一檢測器14具有大約50％的效率，使得足夠量的X射線能量將經(jīng)過第一檢測器而被第二檢測器檢測。第一檢測器14可以具有較高的效率，并且仍允許足夠的X射線能量穿過。
代替提供分離的能量敏感檢測器陣列14b，例如采用檢測器模塊形式的二維能量敏感檢測器還可以設(shè)置在第一檢測器陣列15的二維檢測器中。如果需要，過濾器可以設(shè)置在檢測器14、14b之間，以去除特定閾值之下的放射線，從而提高能量敏感檢測器陣列對較高能量的敏感性。
第二檢測器陣列14b的檢測器每個均可以包括連接至光電倍增管的閃爍器，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣。碰撞閃爍器的X射線光子引起可見光子的發(fā)射，其能量正比于所檢測的X射線光子的能量。可見光子被光電倍增管檢測，它的輸出正比于被檢測的可見光子的能量。脈沖高度分析器(“PHA”)可以被用于分析來自能量敏感檢測器的數(shù)據(jù)。閃爍器例如可以是碘化銫閃爍器。
可以基于在每個峰值能量處所收集的數(shù)據(jù)準備出圖像。通過對物體13的每個立體像素(voxel)以各個能量分布進行掃描，可以獲得獨立的數(shù)據(jù)點。通過以較低的能量進行掃描而獲得的數(shù)據(jù)點將主要地基于康普頓散射的效應(yīng)，這依賴于立體像素中材料的原子序數(shù)Z。通過以較高的能量進行掃描而獲得的數(shù)據(jù)點將基于電子偶的產(chǎn)生，它依賴于Z2以及康普頓散射以具有變化度。當利用具有多于兩種能量分布的放射線獨立地掃描物體時，在一種能量處所獲得的一些信息與在另一種能量處所獲得的信息相關(guān)聯(lián)。然而，附加信息從統(tǒng)計角度說仍然可以是有意義的。圖像對比度也可以被提高。
基于在每個能量級別處的掃描能夠重構(gòu)單獨的圖像。可以從視覺上比較圖像或通過計算機94比較圖像。在物體的所有或一些立體像素中每種能量處的數(shù)據(jù)點也被比較或處理，以獲得表示物體的、與立體像素對應(yīng)的部分的材料成分的信息。不同算法可以對立體像素的材料成分的不同物理特性比較敏感。例如，對于立體像素的一個數(shù)據(jù)點可以被加到對應(yīng)該立體像素的另一數(shù)據(jù)點或者可以從對應(yīng)該立體像素的另一數(shù)據(jù)點中被減去。可選的是，或者另外，在每個立體像素處的兩個數(shù)據(jù)點的比率可以被計算。所述比率是依賴于立體像素中材料的平均數(shù)Z和平均數(shù)Z2的值。也可以使用數(shù)據(jù)點的其他線性式和多項式組合。通過計算機94將所得的值與數(shù)據(jù)庫進行比較以識別立體像素中的材料，其中數(shù)據(jù)庫中的比率對應(yīng)各種材料。例如美國專利No.4,149,081以這里總體上能夠應(yīng)用的方式討論了由不同能量級別所獲得的數(shù)據(jù)組的分析和觀察。美國專利No.4,194,081被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且在這里通過參考而被合并。
每個立體像素的數(shù)據(jù)點還依賴于與像素對應(yīng)的材料的密度。在識別違禁物品(例如，爆炸物、核材料和非法藥品)時材料的總密度是有用的。然而，通過混合入不同密度的填充物可以容易地改變材料密度，而不會改變違禁物品的有害特性。密度的改變可以使危險的爆炸物在X光照片中顯得像無害的材料。然而，比率值(平均Z/平均Z2)不依賴于密度，因此很難破壞系統(tǒng)。如上所述，也可以使用值的其他數(shù)學(xué)組合，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣。
在提供材料成分信息的同時，由第二能量敏感檢測器所得到的圖像具有低的分辨率。通過第一檢測器14所收集的數(shù)據(jù)獲得的、具有高分辨率的對應(yīng)體積式CT圖像可以一個立體像素接一個立體像素地與通過來自第二檢測器14b的數(shù)據(jù)而獲得的圖像結(jié)合，以產(chǎn)生具有高空間分辨率、且也指示立體像素的材料成分的圖像?？梢刹牧系奈恢?、尺寸和形狀以及材料的識別可以通過計算機94或者通過視覺來進行分析。
計算機94可以實施軟件程序，所述軟件程序自動地分析圖像和圖像數(shù)據(jù)，以識別可疑物體和材料，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣。軟件還可以用來增強被顯示的圖像，以便于操作者的視覺分析。例如，可以使用邊緣增強程序，色彩可以被加入以識別特定類型的材料，并且可以提供表面描繪，以使物體較易識別，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的一樣。
為了用相同的掃描單元10掃描大的和小的物體，可以在掃描單元中設(shè)置一個和更多個線性加速器，以發(fā)射平均能量大于大約1MV的放射線束，以掃描最大厚度為大約5英尺(大約1.5米)或更大的物體，并且還可以設(shè)置一個或多個X射線管以掃描較小的物體。為了掃描諸如行李等較小的物體，例如可以使用發(fā)射峰值能量為大約90KV至大約200KV的放射線的X射線管?；谖矬w的尺寸通過系統(tǒng)的操作者可以選擇放射線源。如果提供傳感器來測量物體的尺寸，那么系統(tǒng)可以自動地選擇放射線源。
代替重構(gòu)CT圖像或與重構(gòu)CT圖像一起，本發(fā)明的系統(tǒng)還可以實施片層(laminar)X線體層照相術(shù)，以重構(gòu)物體13的片層面圖像。與CT重構(gòu)相比需要較少的投影。例如，可以基于大約20至大約30個投影重構(gòu)片層面，每個投影可以被一個旋轉(zhuǎn)度數(shù)分開。因此，片層重構(gòu)可以比CT重構(gòu)快。圖像的分辨率可以不如CT好，但是比傳統(tǒng)的X光照片好?，F(xiàn)有技術(shù)中已知片層重構(gòu)算法。在一個實施例中，通過旋轉(zhuǎn)平臺16并且逐漸增加地垂直移動平臺來掃描物體13的平面，由此通過本發(fā)明的系統(tǒng)在整個物體13上實施片層X線體層照相術(shù)。然后，如果需要，也可以通過系統(tǒng)在物體13的可疑區(qū)域上實施CT。在另一個實施例中，可以通過任何類型的其他掃描單元在可疑區(qū)域上實施CT或一些其他分析。還可以在可疑區(qū)域上實施手動檢測。還希望實施CT、以及示出可疑區(qū)域的整個物體的其他分析或手動檢查。
傳統(tǒng)平面?zhèn)鬏擷光線照相術(shù)還可以通過提供垂直的線性檢測器而與體積式CT成像一起實施或代替體積式CT成像，如圖9所示。圖9是平臺204頂部上的物體202的正視圖，垂直線性檢測器206與二維水平空間檢測器208交叉(對應(yīng)基于錐形放射線束的體積式CT成像)。垂直線性檢測器206和水平空間檢測器208的物體202之后的部分、平臺204和用于平臺的驅(qū)動機構(gòu)以虛線示出。兩個檢測器206、208可以是檢測器陣列。垂直線性檢測器206可以包括從水平檢測器陣列208的中心208a延伸的兩個檢測器陣列206a、206b。如果需要，在檢測器陣列之間的交叉點處，垂直線性檢測器206能夠使用來自水平空間檢測器208的數(shù)據(jù)。垂直線性檢測器206可以是弧形件(arc)，水平檢測器208也可以是弧形件。輥子210被示出在平臺204上以水平移動物體202。也可以使用傳送帶。
為了實施垂直線性掃描，限定垂直扇形線束的準直儀(未示出)在放射線源(視圖中未示出)的前面移動。輥子210(或者帶)可以被用來水平地移動物體202，使物體完全經(jīng)過線束。垂直線性檢測器206可以包括“深的”、高能量轉(zhuǎn)化檢測器元件的密集陣列，使得能夠產(chǎn)生分辨率非常高的圖像，如上所述。垂直線性掃描可以發(fā)生在體積式CT掃描之前或者之后。垂直線性掃描可以識別在體積式CT圖像上難于識別的物品。例如，炸藥和伴隨引線可能通過線性掃描會更容易識別。垂直線性掃描可以有選擇地只在物體的可疑部分的可疑物品上被實施。應(yīng)該指出的是，通過垂直移動平臺(沒有旋轉(zhuǎn))，基于在該實施例和其他實施例中由水平檢測器208檢測到的信號，能夠?qū)嵤┧骄€性掃描。
在另外的可選實施例中，利用垂直線性檢測器206的線性掃描能夠如上所述地被實施，然后平臺204可以少量地被旋轉(zhuǎn)，諸如一度等。線性掃描可以被重復(fù)。平臺的線性掃描和旋轉(zhuǎn)可以被重復(fù)至180度或者更多。然后，所收集的數(shù)據(jù)可以重構(gòu)成體積式CT圖像。與基于利用錐形線束轉(zhuǎn)動地、平移地對物體進行的檢查，而通過二維水平檢測器208檢測到的數(shù)據(jù)所獲得的體積式CT圖像相比，基于具有扇形線束的檢查，通過一維垂直線性檢測器206收集的數(shù)據(jù)所獲得的體積式CT圖像可以具有不同的圖像特性。因此，能夠有益地基于水平和垂直檢測器208和206所收集到的數(shù)據(jù)，重構(gòu)體積式CT圖像。
可選地是，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的掃描單元可以只包括用于體積式CT成像的重構(gòu)的垂直線性檢測器206，而不使用水平線性檢測器208。盡管與利用水平掃描儀實施體積式CT成像、并且垂直移動和旋轉(zhuǎn)平臺204相比，使用這種系統(tǒng)可能較慢，然而它會比較便宜。
圖1中的第二放射線源12a還可以發(fā)射被校準成筆形線束的放射線束。圖10是包括這種放射線源12a和筆形線束以及發(fā)射被校準成錐形線束80和扇形線束的放射線束的放射線源12的掃描單元30的一部分的示意性視圖，如上所述。平臺302支撐物體304。檢測器14被定位用來接收通過物體302傳送的放射線，如上所述。檢測器306也被提供和支撐在可旋轉(zhuǎn)的環(huán)308上。環(huán)308足夠?qū)捯员隳軌蛲ㄟ^平臺302的垂直運動使物體移動通過環(huán)?？尚D(zhuǎn)的環(huán)308圍繞與平臺302圍繞旋轉(zhuǎn)的軸線相同的軸線“A”旋轉(zhuǎn)，以將檢測器移動到希望的位置，從而檢測物體304透射和散射的放射線。通過上述的驅(qū)動機構(gòu)之一或者其他的這種驅(qū)動機構(gòu)，平臺可以旋轉(zhuǎn)并且垂直移動通過環(huán)308。
如果散射的放射線將被檢測，源12a可以發(fā)射與被透射放射線將被檢測的情況相比具有較低能量的放射線。放射線源12a還可以有選擇地發(fā)射具有兩種或更多種能量的放射線，如上所述。如果希望檢測被透射和散射的放射線，這些能量之一將足夠高，以便在物體被旋轉(zhuǎn)的時候能夠穿過物體304的最大厚度。檢測器306可以被移動成與在物體相對一側(cè)的放射線源12a發(fā)射的筆形線束301對齊，以檢測穿過的放射線。除了與筆形線束301對齊以外，檢測器306還可以被環(huán)304移動到圍繞物體的任何所期望的旋轉(zhuǎn)位置處，以檢測向后散射、側(cè)面散射和/或向前散射的放射線。環(huán)308可以支撐多于一個的檢測器，以便放射線可以同時以多個角度被檢測。
與體積式CT成像相比，利用筆形線束的成像可以對物體304中具有特定取向的物品或者更小的物品更敏感，但是它可能更慢。筆形線束可以被用來在CT成像之后檢查物體304的可疑部分或者整個物體。筆形線束的能量和/或檢測器306的特性以及檢測器的旋轉(zhuǎn)位置還可以變化，以便對特定的材料更敏感。筆形線束通過物體302的角度也可以變化。筆形線束的能量可以變化以包括由于所容物品的原子結(jié)構(gòu)、物體304的所容納物品的核心結(jié)構(gòu)或晶格結(jié)構(gòu)(衍射散射)而引起的散射。
如上所述，由于不同類型的放射線可以與特定材料進行不同的相互作用，由此提供在識別物體304的所容納物品時有用的附加信息，因此圖10中筆形線束301的放射線源12a不需要是X射線放射線源。放射線源12a例如可以是中子源。中子源和/或其他類型的放射線也可以被用在文中所討論的本發(fā)明的其他實施例中。
在使用大約4MV以上的高能量X射線(被稱為伽馬射線)放射線以及中子時，可以將裂變引入諸如鈾和钚等可裂變材料中，以便識別隱藏在物體304中的核材料或裝置。檢測器306可以被用于檢測裂變副產(chǎn)品，諸如利用伽馬射線的筆形線束所產(chǎn)生的中子或者利用中子的掃描所產(chǎn)生的X射線。也可以利用其他形狀的線束引入裂變。然而，當引入放射能時，有益地是，最小化線束的尺寸，諸如通過使用筆形線束，同時保持整個強度以提高靈敏度。
圖11是根據(jù)另一個實施例的另一個掃描單元400的一部分的示例性視圖，尤其適于檢測模擬發(fā)射，諸如核共振熒光(“NRF”)。散射的放射線也可以被檢測。掃描單元400包括放射線源402、如上所述可以旋轉(zhuǎn)/垂直移動的平臺406、以及可以是檢測器陣列的在平臺406之上的檢測器408。示出的物體410被平臺406支撐。放射線源402例如可以X射線放射線源。可以使用平均能量在大約1至大約20MV或更大的范圍的X射線放射線，取決于關(guān)注的物品的種類。檢測器408檢測模擬發(fā)射和/或放射線與物體的相互作用所產(chǎn)生的散射放射線。檢測器408和/或其他檢測器可以在平臺406之下。檢測器可以具有弧形形狀。通過引入NRF而對物體進行的檢查在美國專利No.5,420,905和美國專利No.5,115,469中被詳細地討論，這里通過引用而被合并。
準直儀(未示出)限定筆形放射線束412(或其他形狀的線束)。線束412具有經(jīng)過平臺406和物體410的旋轉(zhuǎn)軸線“Y”的軸線。筆形線束可以具有任何所需要的形狀，諸如矩形、正方形和圓形。上述的任一傳送系統(tǒng)或者其他類型的傳送系統(tǒng)可以被提供以移動物體404至平臺406上或者從平臺將物體404移走。放射線源可以是線性加速器，諸如上述可以從Varian獲得的Linatron。
圖12是在平臺406上的物體410的頂視圖，示出了發(fā)射筆形線束放射線源402和截取物體404的對應(yīng)矩形直徑412a。筆形線束412的寬度和所述直徑412a在視圖中被夸張地示出。當平臺406和物體404旋轉(zhuǎn)并且垂直地移動時，矩形直徑412a掃過物體410。檢測器408(見圖11)的長度“L1”優(yōu)選為至少與圖12所示的物體410的直徑長度“L2”相同。
檢測器408可以是中心NRP檢測器陣列。檢測器408至少從物體410的邊緣延伸至物體的中心。檢測器408可以從物體410的中心向著放射線源402延伸，如檢測器區(qū)域408a所示，或者遠離放射線源402而延伸，如檢測器區(qū)域408b所示。優(yōu)選地是，檢測器408延伸的距離等于物體旋轉(zhuǎn)時物體的最大直徑，如圖12的掃描單元400的頂視圖所示。如果在檢測器陣列中提供多個檢測器，則不同的檢測器可以被優(yōu)化以檢測不同類型的NRF伽馬射線。NRF發(fā)射測量可以在它掃過轉(zhuǎn)動的、垂直移動的物體410時連續(xù)地由直徑相互作用體積來完成。由于用于探查線束段距離的監(jiān)測器保持恒定，因此聚焦保持恒定。檢測器408和其他檢測器(如果被提供)可以被安裝到掃描單元400的頂部(未示出)。
在文中所述的該實施例以及其他實施例中，所產(chǎn)生的立體像素可以被奇數(shù)地成形，并且它們的尺寸可以隨著距離平臺406的旋轉(zhuǎn)軸線Y的距離的增加而增加。如果探測線束是矩形的，則立體像素的形狀是矩形螺紋的三維傾斜段。重構(gòu)算法可以將這種變形考慮進去，如現(xiàn)有技術(shù)中已知。由于立體像素的內(nèi)部點已知在圓柱坐標中，因此顯示立體像素可以被重新構(gòu)形。通過比較連續(xù)掃描中的立體像素，被重新構(gòu)形的立體像素的空間分辨率可以通過改變掃描的相位或斜度而被改善，從而通過反復(fù)采樣和非線性采樣而提高空間分辨率。
如果有充分的軔致輻射，可以在圓柱坐標中制成NRF發(fā)射圖。可以通過脈沖振幅分析儀(PHA)繪制物體410中對應(yīng)各種所感興趣的核子以及這些核子的濃度的NRF橫截面。在三維中對應(yīng)元素、化合物或者化合物和元素的成分，可以確定各種核子的豐度比率。
如上所述，對于筆形線束與物體410的整個相交的范圍，可以設(shè)置冗余的中心檢測器，在平臺之上和之下和/或旋轉(zhuǎn)中心之前和之后。這種冗余能夠被用于優(yōu)化對應(yīng)多范圍放射線的中心檢測器陣列。各個檢測器陣列可以具有不同地被優(yōu)化的檢測器。這種對于NRF發(fā)射的檢測的空間冗余是非常重要的，因為很多NRF伽馬射線可以被分析，以便評估各種原子豐度。包括有關(guān)許多NRF伽馬線的信息的數(shù)據(jù)庫以及許多可能的原子豐度比率可以被用來識別物體404的成分。通過人工智能可以進行這種分析。
還可以實施物體410的體積式CT掃描，如上所述。例如，第二放射線源402a可以被提供以發(fā)射水平發(fā)散的放射線束，諸如錐形線束或扇形線束，如圖12所示并且如相對于圖1的實施例所述?？梢跃哂泄涡螤畹目臻g檢測器414可以被提供，以檢測與物體相互作用的放射線，如上所述。第二放射線源402a可以被定位用來相對于筆形線束412以直角或其他大的角度發(fā)射放射線束，以避免由于散射而發(fā)生檢測器串擾和干涉。筆形線束脈沖412還可以與水平線束的脈沖進行脈沖選通。放射線源402和402a不需要在相同的高度。每個放射線源402、402a可以以相同的或不同的能量發(fā)射放射線，并且一個或兩個放射線源可以以多種能量發(fā)射放射線。
代替提供第二放射線源402a，放射線源402還可以通過將適當?shù)男室苿拥轿?，而發(fā)射水平發(fā)散的放射線束。在那種情況下，第二檢測器416可以被用來檢測放射線，如圖12中所示。放射線源402可以是多能量源。對于CT檢測可以使用大約4MV的平均能量以及對于NRF檢測可以使用大約10MV的平均能量來進行CT，或者對于CT檢測使用大約6MV以及對于NRF檢測使用大約18MV。
基于物體410的NRF檢查以及物體的體積式CT檢查的圖像可以被單獨地分析。NRF和CT圖像還可以被容易地合并，因為對應(yīng)的合并坐標是已知的。
通過檢測器的適當放置以及對掃描能量的選擇，可以在如文中所述的其他掃描單元中檢測NRF放射線。
如上相對于圖11-12的實施例所示，在上述實施例中平臺的移動的相位和間距可以變化，以提高分別率和重新對立體像素構(gòu)形。
盡管在上述的優(yōu)選實施例中，平臺圍繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)并且沿垂直軸線平移，然而，軸線不需要是垂直的。如果物體充分地固定至平臺，則平臺可以圍繞非垂直軸線旋轉(zhuǎn)并沿非垂直軸線平移。另外，旋轉(zhuǎn)軸線和平臺沿著其平移的軸線不需要是相同的。
平臺不需要可沿垂直方向移動或者可沿其他軸線移動，以產(chǎn)生物體的體積式CT圖像。圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的掃描單元500的一部分的側(cè)視圖，其中平臺502支撐物體504。在該實施例中，平臺502能夠圍繞垂直軸線“Z”旋轉(zhuǎn)，但不需要能夠沿著軸線或者任何其他軸線可位移。在該例子中，放射線源506或檢測器508或者兩者是可以沿垂直方向位移的。放射線源506例如可以發(fā)射錐形線束或扇形線束形式的放射線束。放射線源506和檢測器508可以分別被平臺510、512支撐。平臺510、512可以分別通過單元514、516而向上和向下垂直位移。用于移動平臺510、512的適當單元514、516包括機械的、電動機械的、液壓和氣壓裝置，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的一樣。在圖13中，放射線源506和檢測器508的第二較低位置以虛線示出。
可以是掃描單元500的計算機控制操作的計算機508可以控制單元514、516的操作。如上所述，在該例子中，放射線源506和檢測器508中的一個或另一個可以垂直移動，或者兩者都可以移動。如果只有一個或另一個垂直移動，則放射線源506或檢測器508或者兩者可以圍繞水平軸線旋轉(zhuǎn)，以保持放射線束與檢測器的檢測平面對齊。如果放射線源506和檢測器508均是可垂直移動的，則所述移動是可以同步的，以便放射線源506和檢測器508在相同的水平面中保持對齊，如圖13所示。放射線源506和檢測器508的運動也可以是獨立的。算法可以控制放射線源506和檢測器508的移動。平臺502還可以垂直移動，與放射線源506和檢測器508的垂直移動協(xié)作，并且它的運動可以通過算法進行控制。放射線源506、檢測器508和/或平臺502也可以沿非垂直軸線移動。
如果平臺502只垂直移動，或者沿其他的非水平方向移動，通過圍繞平臺上的物體504移動放射線源506和檢測器508，也可以獲得體積式CT圖像。在圖13中，放射線源506和檢測器508被示出連接至可轉(zhuǎn)動的臺架(以虛線示出)，以使放射線源和檢測器部分或完全圍繞物體504轉(zhuǎn)動。放射線源502和/或檢測器508可以通過單元514、516相對于臺架520移動。檢測器508還可以是固定的。在那種情況下，支撐檢測器的單元576將不連接至臺架520?？赊D(zhuǎn)動的臺架在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。臺架520的移動也是受計算機518控制的。
可以使用錐形線束或扇形線束重構(gòu)算法，以在圖13所示的實施例中重構(gòu)體積式CT圖像。如上所述的多放射線源、多檢測器、多能量、筆形線束和NRF檢查也可以被用在這些實施例中。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對文中所述的實施例進行改變，其中本發(fā)明的精神和范圍通過以下的權(quán)利要求被限定。
權(quán)利要求
1.一種用于檢查物體的掃描單元，包括放射線源，用于發(fā)射放射線束；可轉(zhuǎn)動的平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收所述線束與物體相互作用后的放射線；其中，所述放射線源、所述平臺和所述檢測器中的至少一個能夠沿第一方向移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述放射線源是X射線放射線源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述檢測器是檢測器陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述檢測器與所述放射線源對齊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，還包括用于沿第一方向旋轉(zhuǎn)和移動平臺的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的掃描單元，其中，所述裝置同步旋轉(zhuǎn)和移動平臺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述第一方向大致是垂直的，所述掃描單元還包括螺旋千斤頂，所述螺旋千斤頂連接至平臺，用于旋轉(zhuǎn)平臺并且大致垂直地移動平臺。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的掃描單元，其中，當平臺垂直向上移動和垂直向下移動之時，螺旋千斤頂?shù)男D(zhuǎn)使得平臺沿單一旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述第一方向大致是垂直的，所述掃描單元還包括電動機，所述電動機連接至平臺，用來使平臺轉(zhuǎn)動；以及氣壓或液壓裝置，所述裝置連接至平臺，使得平臺垂直運動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，還包括處理器，所述處理器連接至檢測器，用于從檢測器接收到的數(shù)據(jù)中重構(gòu)圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，還包括第一傳送裝置，用于將物體傳送至平臺以便進行掃描。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的掃描單元，其中，所述第一傳送裝置能夠在掃描之后將物體傳送離開平臺。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的掃描單元，還包括第二傳送裝置，用于在掃描之后從所述平臺傳送所述物體。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述平臺在地面中的開口之上，所述開口用來容納平臺沿第一方向的移動。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述線束是錐形線束或者扇形線束。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述線束是錐形線束，所述檢測器包括檢測器陣列，所述檢測器陣列包括多個二維檢測器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，還包括用于發(fā)射放射線束的第二放射線源；其中，所述第一放射線源發(fā)射具有第一能量分布的放射線束，第二放射線源發(fā)射具有不同于第一能量分布的第二能量分布的放射線束。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨物掃描單元，還包括第二能量敏感檢測器其中，所述第一檢測器在第二檢測器與放射線源之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的貨物掃描單元，還包括電連接至第一和第二檢測器的處理器，所述處理器被程序化用來基于從第一檢測器接收到的數(shù)據(jù)，重構(gòu)體積式計算X線斷層照相圖像；基于從第二檢測器陣列接收到的數(shù)據(jù)，重構(gòu)基于能量的圖像；以及將基于來自第一檢測器的數(shù)據(jù)的圖像與基于來自第二檢測器的數(shù)據(jù)的圖像合并。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨物掃描單元，其中，所述放射線源被操作以有選擇地在發(fā)射具有第一能量分布的放射線束與發(fā)射具有不同于第一能量分布的第二能量分布的放射線束之間進行切換。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中所述第一方向大致是垂直的；所述放射線源和檢測器是固定的；以及所述平臺能夠沿著大致垂直的方向移動。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中所述第一方向大致是垂直的；所述平臺相對于大致垂直的方向是固定的；以及所述放射線源和檢測器中至少一個是能夠沿大致垂直的方向移動。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中所述線束是水平延伸的線束；以及所述檢測器水平延伸。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的掃描單元，還包括第二放射線源，用于發(fā)射垂直延伸的線束；以及垂直延伸的檢測器，用于接收垂直延伸的線束與物體相互作用之后的放射線。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，還包括第二放射線源，用于發(fā)射筆形放射線束；以及第二檢測器，用于接收所述筆形線束與物體相互作用之后的放射線。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描單元，其中，所述檢測器被定位用來檢測受激發(fā)射。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的掃描單元，其中所述線束是沿第一軸線發(fā)射的筆形線束；受激發(fā)射是核共振熒光；以及所述檢測器被定位用來檢測基本垂直于所述筆形線束的軸線的核共振熒光。
28.一種用于檢查物體的掃描單元，包括放射線源，用于發(fā)射放射線束；可轉(zhuǎn)動的平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收與物體相互作用后的放射線；第一傳送裝置，用于將物體傳送至平臺以進行掃描；第二傳送裝置，用于在掃描之后從平臺傳送物體；以及第三傳送裝置，用于在掃描之后從平臺傳送物體；其中，基于所述平臺的所述位置所述物體可以有選擇地被引導(dǎo)至第二傳送裝置和第三傳送裝置之一。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的掃描單元，還包括處理器，所述處理器被程序化用來使平臺移動，如果物體通過檢查則使物體與第二傳送裝置對齊，如果物體沒有通過檢查則使物體與第三傳送裝置對齊。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的掃描單元，其中所述平臺能夠可轉(zhuǎn)動地被定位，用于使物體與第二傳送裝置和第三傳送裝置之一對齊。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的掃描單元，其中，所述第二傳送裝置和第三傳送裝置在相同的垂直位置等級處。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的掃描單元，其中第二傳送裝置所在的垂直位置等級與第三傳送裝置不同；以及所述平臺是能夠垂直移動的，以使所述平臺所支撐的物體與第二和第三傳送裝置之一對齊。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的掃描單元，還包括在平臺上的第四傳送裝置。
34.一種用于檢查物體的掃描單元，包括放射線源，用于發(fā)射垂直放射線束；可轉(zhuǎn)動的平臺，用于支撐物體以通過所述垂直放射線束對其進行檢查；在平臺上的傳送裝置，用于水平移動物體；垂直檢測器，所述檢測器與垂直線束對齊，用來接收與物體相互作用后的放射線。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的掃描單元，其中，所述垂直線束是扇形線束。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的掃描單元，其中，所述平臺是能夠垂直位移的，所述掃描單元還包括第二放射線源，用于發(fā)射第二水平放射線束；以及第二水平檢測器，所述第二水平檢測器被定位用來接收水平線束與物體相互作用之后的放射線。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的掃描單元，其中，所述第一放射線源和第二放射線源是相同的。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的掃描單元，其中，所述第一放射線束是扇形放射線束，第二放射線束是錐形線束和扇形線束之一。
39.一種用于檢查物體的掃描單元，包括放射線源，用于發(fā)射筆形放射線束；可轉(zhuǎn)動的平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查；檢測器，所述檢測器被定位用來接收與物體相互作用后的放射線；其中，所述放射線源、所述檢測器和所述平臺中的至少一個能夠沿第一方向位移。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的掃描單元，其中，所述檢測器能夠移動，以接收沿預(yù)定方向被所述物體分散開的放射線。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的掃描單元，其中，所述檢測器被支撐在可轉(zhuǎn)動的環(huán)上，其旋轉(zhuǎn)軸線橫穿所述平臺。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的掃描單元，其中，所述檢測器適于檢測裂變副產(chǎn)品。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的掃描單元，其中，所述放射線源是中子射線源或伽馬射線源。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的掃描單元，還包括產(chǎn)生水平X射線放射線束的第二放射線源；以及第二水平延伸的檢測器，所述檢測器與所述放射線源對齊，用于接收水平線束與物體相互作用之后的放射線。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的掃描單元，其中，筆形線束源和水平延伸線束源是相同的。
46.一種用于檢查物體的掃描單元，包括固定放射線源，用于發(fā)射放射線束；平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查，所述平臺能夠圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)并且能夠沿第二軸線位移的；以及固定檢測器，所述檢測器被定位用來接收線束與物體相互作用后的放射線。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的掃描單元，其中，所述第一軸線和第二軸線是相同的軸線。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的掃描單元，其中，所述相同的軸線是垂直軸線。
49.一種檢查物體所容納的物品的方法，包括步驟圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)所述物體；利用來自放射線源的放射線掃描物體；利用檢測器檢測與物體相互作用的放射線；以及沿第一方向移動所述物體、所述放射線源和所述檢測器中的至少一個。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括步驟在旋轉(zhuǎn)物體并沿第一方向移動所述物體的同時，掃描物體。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括步驟交替地旋轉(zhuǎn)、移動和掃描物體。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，還包括基于檢測到的放射線重構(gòu)體積式計算X線斷層照相圖像。
53.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括步驟用錐形和扇形放射線束之一掃描物體。
54.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括步驟用X射線放射線掃描物體。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，包括步驟用具有第一能量分布的放射線束掃描物體，以及用具有不同于第一能量分布的第二能量分布的放射線束掃描物體。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，包括步驟通過第一空間檢測器陣列檢測穿過物體的放射線；通過第二能量敏感檢測器檢測穿過物體的放射線；由第一檢測器所檢測到的放射線重構(gòu)體積式計算X線斷層照相圖像；由第二檢測器所檢測到的放射線重構(gòu)圖像；以及將由第一和第二檢測器所檢測到的放射線得到的相應(yīng)圖像合并。
57.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述第一方向是垂直方向，所述方法包括步驟沿垂直方向移動所述物體、所述放射線源和所述檢測器中的至少一個。
58.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，還包括步驟水平地移動所述物體；用垂直放射線束掃描物體；以及通過垂直檢測器檢測垂直線束與物體相互作用之后的放射線。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，還包括步驟在垂直掃描之間旋轉(zhuǎn)所述物體；以及基于所檢測到的放射線重構(gòu)體積式計算X線斷層照相圖像。
60.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括用放射線掃描物體，以誘發(fā)物體中可裂變材料的裂變，如果物體中有可裂變材料的話；以及檢測裂變副產(chǎn)品。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，包括步驟用中子射線筆形放射線束或伽馬射線筆形放射線束掃描物體。
62.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，還包括至少部分地基于所述平臺的旋轉(zhuǎn)位置和垂直位置之一沿多個退出路徑中的一個從所述平臺傳送物體。
63.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括步驟檢測來自物體的受激發(fā)射。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，包括步驟檢測來自物體的核共振熒光放射線。
65.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括步驟在物體沿第一垂直方向移動的同時，掃描物體；以及在物體沿與所述第一方向相反的第二垂直方向移動的同時，掃描物體。
66.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，包括步驟垂直地移動物體。
67.一種用于檢查物體所容納的物品的方法，包括步驟旋轉(zhuǎn)物體；在物體的旋轉(zhuǎn)的至少一部分期間，用放射線連續(xù)掃描所述物體；以及檢測與所述物體相互作用的放射線。
68.一種用于檢查物體所容納的物品的方法，包括步驟旋轉(zhuǎn)物體；用X射線放射線掃描所述物體；以及檢測與所述物體相互作用的放射線。
69.一種用于檢查物體的掃描單元，包括步驟放射線源，用于發(fā)射放射線束；可轉(zhuǎn)動的平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收由于線束與物體相互作用而從物體發(fā)射出的受激發(fā)射；其中，所述放射線源和所述平臺中的至少一個能夠沿第一方向移動。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的掃描單元，其中所述放射線束是沿著第一軸線發(fā)射的筆形線束；所述受激發(fā)射是核共振熒光；以及所述檢測器被定位用來檢測基本與筆形線束的軸線垂直的核共振熒光。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的掃描單元，還包括第二放射線源，用于發(fā)射第二放射線束；以及第二檢測器，所述第二檢測器與第二放射線源對齊，用來接收第二線束與物體相互作用之后的放射線；其中，所述第二放射線源、所述平臺和所述第二檢測器中的至少一個能夠沿第一方向移動。
72.一種用于檢查物體的掃描單元，包括步驟放射線源，用于發(fā)射放射線束；平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查，所述平臺能夠沿非水平方向移動，以便沿非水平方向移動被平臺支撐的所述物體；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收線束與物體相互作用后的放射線；其中，所述放射線源能夠至少部分地圍繞橫穿平臺的軸線轉(zhuǎn)動。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的掃描單元，其中，所述非垂直方向是垂直的。
74.根據(jù)權(quán)利要求72所述的掃描單元，還包括至少部分圍繞軸線的臺架，所述臺架支撐放射線源，使得所述放射線源至少部分地圍繞軸線可旋轉(zhuǎn)。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的掃描單元，其中，所述臺架支撐所述檢測器，使得所述檢測器至少部分地圍繞軸線可旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種用于檢查物體的掃描單元包括放射線源，用于發(fā)射放射線束；可轉(zhuǎn)動的平臺，用于支撐物體以通過放射線束對其進行檢查；以及檢測器，所述檢測器被定位用來接收線束與物體相互作用后的放射線。放射線源、平臺和檢測器中的至少一個能夠沿諸如垂直方向等第一方向移動。物體可以在旋轉(zhuǎn)和移動的同時被掃描，以產(chǎn)生體積式計算X線斷層照相圖像。平臺和物體的旋轉(zhuǎn)和移動可以被分度。放射線束可以是水平延伸的錐形線束或扇形線束。檢測器也可以水平延伸。平臺的旋轉(zhuǎn)和/或垂直位置可以被用來沿著多個退出路徑之一引導(dǎo)所述物體。掃描單元可以提供垂直延伸的放射線束和垂直延伸的檢測器，以產(chǎn)生行掃描。
文檔編號G01N23/04GK1745296SQ200380109497
公開日2006年3月8日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月4日
發(fā)明者約翰·福特, 愛德華·J·塞皮 申請人:創(chuàng)新醫(yī)療系統(tǒng)技術(shù)公司