專利名稱：通過確保在一個時刻只有一個源在發(fā)射輻射而對包括多個源的反向散射檢查入口中的串 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于采用穿透性輻射檢查物體的系統(tǒng)和方法，并且更特別地，本發(fā)明涉及采用多個輻射源的檢查系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
合乎需要的是，在被檢查的物體移動經(jīng)過一個或多個使用穿透性輻射來對物體的內(nèi)容進行成像的系統(tǒng)時，確定已被藏匿在例如移動車輛中、或人身上、或任何被檢查的物體中的諸如違禁品、武器或爆炸物的物體的存在。應(yīng)該能夠在被檢查的物體在運動中時，或者可選地，在檢查系統(tǒng)相對于被檢查的人或物體處于運動中時，做出確定。實際上，因為檢查速度以及因而導(dǎo)致的每小時的通過量是非常重要的，所以合乎需要的是，例如車輛被驅(qū)動而不需要司機或乘客下車。在做出檢測的情況下，可視圖像應(yīng)該能用于核實。
對通過檢測和分析從被輻照的物體、容器、或車輛散射的穿透性輻射而產(chǎn)生的圖像的使用，是例如于2002年10月1日公開的授予Chalmers等(“Chalmers專利”)的美國專利第6,459,764號的主題。Chalmers專利公開了通過從移動車輛上方或下方以及從側(cè)面、采用x射線照射車輛的對移動車輛的反向散射檢查。
對都位于入口處的用于拍攝(screening)人員的x射線源和x射線檢測器的使用，是例如于2000年7月25日公開的授予Smith的美國專利第6,094,072號的主題。
X射線從物體向四面八方散射，因此，散射可由相對于照射輻射的入射方向與散射材料成任何角度布置的x射線檢測器檢測。因此，通常使用“飛點(flying spot)”輻照系統(tǒng)，由此在任意給定時刻采用穿透性輻射照射被檢查物體上的單個點，使得至少相對于橫穿過穿透性輻射的波束方向的平面，可明確地確定散射的軌跡。
為了獲得被檢查物體的多個視圖，可在單個檢查隧道中采用多個反向散射成像系統(tǒng)。這可能會導(dǎo)致各成像系統(tǒng)之間的干擾或串?dāng)_，從而引起圖像退化。這是由于各飛點成像器缺乏從每個成像器的源辨別散射輻射的來源的能力。迄今，已經(jīng)通過將成像器分開一些距離放置以最小化串?dāng)_，來解決該問題。該方法導(dǎo)致整個系統(tǒng)的尺寸增加。在空間受限制的應(yīng)用中，這經(jīng)常是不合需要的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種用于依靠相對于物體、檢查系統(tǒng)或兩者的局部參照系的運動而檢查具有相對于檢查系統(tǒng)在特定方向上運動的特征的物體的檢查系統(tǒng)。該檢查系統(tǒng)具有第一源，該第一源用于提供以大致橫穿過物體運動方向的第一波束方向引導(dǎo)的、具有特定橫截面的穿透性輻射的第一波束。它還具有用于提供第二波束方向的穿透性輻射的第二波束的第二源，并且可具有附加波束的附加源。穿透性輻射的波束在時間上是散置的(temporally interspersed)。另外，系統(tǒng)具有多個散射檢測器，用于檢測由被檢查物體內(nèi)的任何散射材料從第一波束和其它波束中的至少一個中散射的輻射，并用于生成散射輻射信號。系統(tǒng)還可具有一個或多個透射檢測器，用于檢測透射穿過物體的穿透性輻射。最后，系統(tǒng)具有控制器，用于至少基于散射輻射信號來生成散射材料的圖像，或者用于以別的方式表征散射材料。
根據(jù)本發(fā)明的替代實施例，穿透性輻射的第一源可以是x射線源，也可以是其它穿透性輻射源。第一波束方向和任何其它波束的方向可以大致共面。多個源可包括波束掃描機構(gòu)，諸如旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤或電磁掃描器，并且一個或多個波束可以是筆形波束。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一波束的穿透性輻射的發(fā)射的特征在于具有第一時間周期，并且第二波束的穿透性輻射的發(fā)射的特征在于具有第二時間周期，第一和第二時間周期偏差固定的相位關(guān)系。每個源的時間周期的特征在于具有工作循環(huán)，相鄰源的發(fā)射的特征在于具有關(guān)于相鄰源的相位關(guān)系，其中相位關(guān)系可等于2π乘工作循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，檢查系統(tǒng)還可包括用于顯示布置在被檢查物體內(nèi)的材料的散射圖像的顯示器。


通過參照參考附圖而做出的以下詳細描述，將更容易理解本發(fā)明的上述特征，其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明的實施例使用多個反向散射成像系統(tǒng)的x射線檢查系統(tǒng)的橫截面示意圖；并且圖2表示圖1的x射線檢查系統(tǒng)實施例的側(cè)視圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在配置為多視圖反向散射檢查系統(tǒng)的多個飛點反向散射成像系統(tǒng)之間最小化波束串?dāng)_，同時對單個成像系統(tǒng)之間的距離沒有限制。換句話說，在由用于每個視圖的單個反向散射成像系統(tǒng)組成的多視圖系統(tǒng)中，可將單個成像系統(tǒng)靠攏放置到物理上可行的緊密程度，同時有利地減小或消除串?dāng)_。
通過采用x射線從移動車輛的上方或下方照射車輛的對移動車輛的反向散射檢查的方法和優(yōu)勢，被描述在2001年6月19日公開的美國專利第6,249,567號中，在此引用其全部內(nèi)容作為參考。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在檢查過程期間，不需要橫穿車輛的穿透性輻射，就能夠揭示由于隱藏的材料靠近車輛的側(cè)壁而出現(xiàn)的反向散射增強區(qū)域。
圖1表示一般標(biāo)記為附圖標(biāo)記10的檢查系統(tǒng)的元件的橫截面示意圖?？赡苁怯猩幕驘o生命的檢查目標(biāo)18，以進入頁面或從頁面出來的方向移動或被移動，從而橫穿入口12。入口12支撐多個穿透性輻射的源13、15和17。源13、15和17典型地是本領(lǐng)域中已知的具有波束形成和控制機構(gòu)的x射線管。例如，源13以具有特定形狀的橫截面的波束23來發(fā)射穿透性輻射。對于散射成像應(yīng)用，通常采用狹窄的筆形波束。穿透性輻射的波束23可以是例如諸如多色x射線波束的x射線波束。盡管穿透性輻射的源13優(yōu)選地例如是x射線管，但是其它穿透性輻射的源，諸如直線加速器(線性加速器)，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且實際上穿透性輻射不限于x射線輻射，并且可以包括伽馬射線輻射。
沿大致垂直的軸為掃描波束23設(shè)置掃描機構(gòu)，使得在工作循環(huán)的部分期間，以諸如24的一系列方向引導(dǎo)波束23。在圖1的描繪中，要被檢查的物體18以大致水平方向移動經(jīng)過波束23，進入頁面。在本發(fā)明的替代實施例中，檢查系統(tǒng)的源和/或其它部分可相對于物體18移動，物體18可自身移動或靜止。
源13可包括掃描機構(gòu)，諸如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的飛點旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤?？蛇x地，可采用電磁掃描器，諸如2002年7月23日公開的標(biāo)題為“Method and Apparatus for Generating Sequential Beams ofPenetrating Radiation”的美國專利第6,421,420號中所描述的那些，在此引用其全部內(nèi)容作為參考。
源15和17的波束以它們各自掃描的典型極限位置來顯示，并標(biāo)為25、26、27和28。如上討論的被檢查物體18可以指，例如可自動通過波束23-28或可由機械化傳送裝置傳送或由牽引器等牽引的車輛、容器或人。在本發(fā)明的替代實施例中，例如配置為入口的檢查系統(tǒng)可以在諸如車輛的物體上移動或被移動，其中物體本身可以是移動的或靜止的。
本說明中的波束23-28將被稱為x射線波束，且不限于此。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，使用旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤來產(chǎn)生可在大致平行于頁面的平面中掃描的筆形波束23-28。筆形波束23的橫截面在每個尺寸上具有可比較的程度，并且通常大致是圓，盡管它可以是很多形狀。筆形波束23-28的尺寸通常定義采用該系統(tǒng)可獲得的散射圖像分辨率?？稍谔囟☉?yīng)用中有利地采用其它形狀的波束橫截面。
由散射檢測器31代表的檢測器布置，被布置在與掃描過程期間物體18的運動方向平行的平面中。由康普頓散射從波束24中散射到基本相反方向的x射線30，由布置在源13和物體18之間的一個或多個反向散射檢測器31檢測?？奢o助地使用附加的檢測器布置32、33、34、35和36，來檢測來自波束24的康普頓散射的x射線，并且類似地，如下面將描述的那樣，來對依次入射在被檢查物體18上的其它波束中的每一個進行檢測。
另外，可使用相對于發(fā)射源布置在被檢查物體18的遠端的透射檢測器，采用在透射的x射線中獲得的物體圖像，來增加散射圖像，例如，被指定為35和36的檢測器元件檢測透射穿過被檢查物體的源13的放射。在本發(fā)明的另一實施例中，將單個分離的檢測器布置在一對散射檢測器35和一對散射檢測器36之間，并將其用于檢測透射穿過物體16的穿透性輻射。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可采用本領(lǐng)域內(nèi)已知的x射線檢測技術(shù)，用于檢測器布置31-36。檢測器可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的閃爍材料，其由諸如光電倍增器或固態(tài)檢測器的光敏檢測器進行查看。液態(tài)閃爍器可以摻雜錫或其它元素或高原子序數(shù)的元素。來自散射檢測器31-36的各輸出信號被傳輸?shù)教幚砥?0，并被處理以獲得被檢查物體18內(nèi)部的特征42的圖像。因為入射x射線光子由物體18內(nèi)的散射源散射到四面八方，所以使用具有大面積的檢測器以最大化散射光子的收集。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，還可采用處理器40(在此另外稱為“控制器”)來得到散射物體的其它特性，諸如本領(lǐng)域內(nèi)已知的其質(zhì)量、質(zhì)量密度、有效原子序數(shù)等。
為了允許來自多個方向的被檢查物體的視圖，使用多個源13-17輻照被檢查物體。然而，因為由每個源發(fā)射的光子被散射到四面八方，所以必須注意以便消除串?dāng)_，即，輻照源的錯誤鑒別。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過確保在一個時刻只有一個成像器在發(fā)射輻射，來有利地減少或消除串?dāng)_。首先，將從成像系統(tǒng)發(fā)射的波束的工作循環(huán)設(shè)置成小于或等于成像系統(tǒng)的數(shù)量或多視圖系統(tǒng)中的視圖的數(shù)量的倒數(shù)。例如，如果期望的視圖數(shù)量是6，則將每個成像系統(tǒng)設(shè)置成1/6的工作循環(huán)，或更小。
接下來，將每對相鄰源之間的相位關(guān)系設(shè)置成2π乘工作循環(huán)。這導(dǎo)致從成像器順序地發(fā)射輻射，從而消除從多于一個成像器同時發(fā)射的可能性。例如，具有6個源的多視圖檢查系統(tǒng)會要求它們以相同頻率運行，它們的工作循環(huán)是1/6，并且它們的相位關(guān)系是2π/6，或者60度。
在通過諸如旋轉(zhuǎn)環(huán)(rotating hoop)和調(diào)制盤的機械裝置實現(xiàn)飛點系統(tǒng)的情況下，可通過同步由相位偏移偏置的機械斬波器元件的運動，來滿足上述標(biāo)準。因此，例如，在旋轉(zhuǎn)準直器以定義出現(xiàn)的x射線波束23的路徑的情況下，可采用本領(lǐng)域中已知的閉環(huán)運動控制器系統(tǒng)來驅(qū)動準直器的旋轉(zhuǎn)。通過將扇形孔徑(fan aperture)(波束的總掃描角度，即，單個源的極限波束23和24之間的角度)設(shè)置成等于2π乘工作循環(huán)來控制工作循環(huán)。在可電子控制所發(fā)射的輻射的系統(tǒng)中，可完全通過電子或軟件控制，來設(shè)置任何期望的輻照順序或掃描范圍，并且不限于此。
由于減小或消除串?dāng)_的時間排序，所以可將源放置成比其它可能性更接近的程度。特別地，可將源13-17布置在單個平面中，這有利地允許實際上同時開/關(guān)控制x射線，而不管物體經(jīng)過成像器的速度如何。
所描述的系統(tǒng)可有利地提供從每個連續(xù)的源13-17的透視得到的圖像。圖1表示示例性的三視圖系統(tǒng)，波束23、25等各自掃描共面的軌道。
來自每個成像器的波束順序掃描，使得在一個時刻僅僅只有一個成像器在發(fā)射輻射。因此，源(或‘成像器’)13首先掃描其波束。由射線44代表的從物體散射的輻射，由所有檢測器接收。來自每個檢測器的信號由獲取系統(tǒng)作為分離信道來獲取。為三個成像器中的每個重復(fù)該處理，從而在物體經(jīng)過時生成物體的“切片(slice)”。
現(xiàn)參照圖2，其示出了圖1的布置的側(cè)視圖，同時元件被指定了相應(yīng)的附圖標(biāo)記。圖中示出了縫50，當(dāng)物體18被掃描同時該物體在橫向16移動時，源13的波束通過該縫穿過檢測器31的部分52和54。
可選擇性地使用來自檢測器的信號，以重建物體的圖像。因為由檢測器33和34檢測的來自源13的散射光子44與來自源17的散射光子一樣有用，所以這些相同的檢測器可在所有源之間共享，并導(dǎo)致有效使用檢測硬件，從而提高散射收集。
此外，本發(fā)明的實施例可通過消除串?dāng)_，并且通過允許用于每個視圖的單個成像器更加靠近地放置，而有利地允許在更小的操作占地面積中實施多視圖飛點x射線散射成像。這些成像器(其中“成像器”指的是源、至少一個檢測器、和相關(guān)的電子和信號處理)的靠近放置還可允許在成像器之間共享散射檢測器，從而允許有效使用檢測器硬件，更好地進行散射收集，以提高圖像質(zhì)量。
在期望掃描物體的選擇區(qū)域的應(yīng)用中，成像器的共面放置允許x射線的同時開/關(guān)控制，而不管物體經(jīng)過成像器的速度如何。這大大地簡化了多視圖檢查系統(tǒng)中對來自每個成像器的x射線發(fā)射的控制的設(shè)計，從而不需要如同在不共面發(fā)射的系統(tǒng)中通常實施的那樣，執(zhí)行x射線發(fā)射的單獨排序。
除了對隱藏外殼的內(nèi)容成像，根據(jù)這一點已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可獲得被檢查物體的其它特征。例如，可應(yīng)用本領(lǐng)域中已知的反向散射技術(shù)，以用于得到質(zhì)量、質(zhì)量密度、質(zhì)量分布、平均原子序數(shù)、或者包含目標(biāo)威脅材料的可能性。
根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，采用最大能量在160keV和300keV之間的范圍中的x射線。以該能量，x射線穿透進車輛，并且可檢測車輛內(nèi)部的有機體。因為低劑量的x射線輻射因而是可能的，所以可使用本發(fā)明掃描汽車。對于掃描的車輛可能包含人員的應(yīng)用，優(yōu)選的是，低于300keV的端點能量。然而，本發(fā)明的范圍不限于所采用的穿透性光子的范圍。
所描述的本發(fā)明的實施例意在僅僅是示例性的，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，許多變更和改變將是顯而易見的。所有這些變更和改變都應(yīng)包含在如所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種檢查系統(tǒng)，用于檢查具有相對于所述檢查系統(tǒng)在一個方向上運動的特征的物體，所述系統(tǒng)包括a.第一源，用于提供以大致橫穿過所述物體的運動方向的第一波束方向引導(dǎo)的、具有特定橫截面的穿透性輻射的第一波束；b.第二源，用于提供以第二波束方向引導(dǎo)的具有特定橫截面的、并且在時間上與所述穿透性輻射的第一波束散置的穿透性輻射的第二波束；c.多個散射檢測器，用于檢測由被檢查物體內(nèi)的任何散射材料從所述第一波束和所述第二波束中的至少一個中散射的輻射，并用于生成散射輻射信號；和d.控制器，用于至少基于所述散射輻射信號來生成所述散射材料的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述檢查系統(tǒng)相對于局部參照系被固定。
3.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述檢查系統(tǒng)在檢查過程期間相對于局部參照系處于運動中。
4.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述穿透性輻射的第一源是x射線源。
5.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述第一波束方向和所述第二波束方向大致共面。
6.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述穿透性輻射的第一源包括波束掃描機構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述波束掃描機構(gòu)是旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤。
8.如權(quán)利要求6所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述波束掃描機構(gòu)包括電磁掃描器。
9.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述穿透性輻射的第一波束是筆形波束。
10.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，其中，所述第一波束的穿透性輻射的發(fā)射的特征在于具有第一時間周期，并且所述第二波束的穿透性輻射的發(fā)射的特征在于具有第二時間周期，所述第一和所述第二時間周期偏差固定的相位關(guān)系。
11.如權(quán)利要求10所述的檢查系統(tǒng)，其中，每個源的時間周期的特征在于具有工作循環(huán)。
12.如權(quán)利要求11所述的檢查系統(tǒng)，其中，每個源的時間周期的特征在于，關(guān)于相鄰源的相位關(guān)系等于2π乘所述工作循環(huán)。
13.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，還包括用于顯示布置在所述物體內(nèi)的材料的散射圖像的顯示器。
14.如權(quán)利要求1所述的檢查系統(tǒng)，還包括至少一個透射檢測器，用于檢測透射穿過所述被檢查物體的所述第一波束和所述第二波束中的至少一個，并用于生成透射輻射信號。
15.一種用于檢查物體的方法，所述方法包括a.采用形成第一波束的穿透性輻射來照射所述物體；b.采用形成第二波束的穿透性輻射來照射車輛，所述第二波束相對于所述第一波束在時間上散置；c.檢測從所述第一波束和所述第二波束中由所述物體散射的輻射，以生成散射輻射信號；以及d.基于所述散射輻射信號來表征所述物體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括e.改變所述第一波束相對于所述車輛的方向。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括e.顯示所述散射輻射信號的散射圖像。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述表征布置在車輛內(nèi)的材料的步驟包括，將在采用第一光譜成分照射期間獲得的散射輻射信號與在采用第二光譜成分照射期間獲得的散射輻射信號組合。
全文摘要
一種采用多個穿透性輻射源檢查物體的系統(tǒng)和方法。將源對被檢查物體的輻照在時間上排序，使得被檢測的散射輻射的源是明確的。因此，即使在波束大致共面的緊湊幾何結(jié)構(gòu)中，也可獲得被檢查物體的多個視圖，并可提高圖像質(zhì)量。
文檔編號G01N23/20GK1947001SQ200580012218
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者R·卡森 申請人:美國科技工程公司