專利名稱：具有多尺度成像的x-ct裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于計算機層析成像領(lǐng)域，特別涉及一種采用多組輻射源及成像 精度不同的探測器陣列組合，對特定對象進(jìn)行輻照，并就其透射強度加以探測和 數(shù)字化，從而實現(xiàn)對物體部多個尺度結(jié)構(gòu)予以動態(tài)成像的具有多尺度成像功能 的x-CT(ComputerTomograph)裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著微/納米技術(shù)的飛速發(fā)展，提出了對各類器件的高精度測量問題。 眾所周知， 一般的顯微鏡主要用于觀測表面形貌，但對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探測卻無能為 力。人們?yōu)榇税l(fā)明了一系列裝置，如基于電阻抗、磁場、聲、光、x射線、y射線 等的體視鏡。自從倫琴發(fā)現(xiàn)x-射線并獲得人手的透視影像起，這種對物體穿透能 力極強的射線就被引入到攝影及成像領(lǐng)域，形成了許多技術(shù)產(chǎn)品。由于x射線、y射線等穿透物體的能力很強，因而可用于對物體內(nèi)部進(jìn)行透視。 其中，x射線一般是由高速電子在與物質(zhì)相互作用而減速的過程中產(chǎn)生的韌致輻 射，而y射線則主要由放射性同位素在核衰變過程中釋放(安繼剛等著，鈷-60數(shù)字 輻射成像裝箱檢測裝置，北京清華大學(xué)出版社，2003)。在輻射測量中，當(dāng)x、 y 射線的輻射光子與物體發(fā)生相互作用時，會發(fā)生光電吸收、康普頓散射及電子對 產(chǎn)生，x、 y射線穿過物質(zhì)時，其光子會被部分吸收；而且，若待測物質(zhì)的性質(zhì)及質(zhì) 量厚度等不同，則探測屏上所接收到的信號強度會有所變化，因而測出這些變化， 就可能推算出物質(zhì)內(nèi)部的非均勻結(jié)構(gòu)特點，此即輻射成像的基本原理。通常，射線源可采用x射線機、核素及加速器等實現(xiàn)，用于測量、記錄輻射 強度分布的傳統(tǒng)載體即位置靈敏傳感器一般包括感光膠片、熒光屏及"像增強器" 等，此類位置靈敏傳感器的分辨率甚至可在微米量級，因而可用于檢測微小結(jié)構(gòu)。特別需要指出的是，微/納尺度下的成像問題與宏觀情況極為不同，其特點通 常表現(xiàn)為對象肉眼不可見。當(dāng)物體尺寸在l;/"，左右時，人們很難通過肉眼的直接觀察來進(jìn)行操作，因此需要借助特定的顯微鏡進(jìn)行，而各類顯微鏡均有其對應(yīng) 的觀察范圍，因而很難兼顧多種尺度上的成像，這會造成從微觀到宏觀尺度上所 獲得的信息相互脫節(jié)而彼此不相匹配，因此，具有多種放大倍率及多自由度觀察 能力的顯微鏡就顯得十分有用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有CT技術(shù)的單一尺度缺陷，提供一種具有多 尺度范圍成像功能的X-CT裝置，通過采用多組輻射源及探測器，對測試對象進(jìn)行 輻照，并就其透射強度加以探測和數(shù)字化，從而實現(xiàn)對物體內(nèi)部多個尺度上的結(jié) 構(gòu)實施多尺度動態(tài)成像。相比于已有的X-CT裝置，本實用新型提供的裝置既可對 大尺度物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)全貌進(jìn)行成像，又可對該物體內(nèi)部更小尺度上的觀察范圍 實施顯微成像，從而獲得對物體從微觀到宏觀結(jié)構(gòu)上的信息全貌。這一技術(shù)在觀 念乃至應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)內(nèi)涵等方面均明顯區(qū)別于已有裝置，可望在微小物體的測 試方面發(fā)揮重要作用。本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型提供一種具有多尺度成像的X-CT裝置，包括一底座8;放置在隔離室之內(nèi)的底座8之上至少一輻射源66;放置在隔離室之內(nèi)的底座8之上的樣品臺3兩側(cè)的至少一組輻射成像組件；所 述輻射成像組件由放置在所述樣品臺3 —側(cè)的帶有前準(zhǔn)直器狹縫21的前準(zhǔn)直器2， 及放置在所述樣品臺3另一側(cè)的由左至右的帶后準(zhǔn)直器狹縫6的后準(zhǔn)直器5和陣 列探測器7組成；所述輻射源66位于所述前準(zhǔn)直器2的左側(cè)；所述輻射源66和前準(zhǔn)直器2、后準(zhǔn)直器5和陣列探測器7的中心連線穿過所 述樣品臺3的中心；以及放置在隔離室之外的一數(shù)據(jù)采集儀IO和計算機11;所述輻射源66、前準(zhǔn)直器2、后準(zhǔn)直器5和陣列探測器7的輸出端分別連接 于所述數(shù)據(jù)采集儀10的輸入端，所述數(shù)據(jù)采集儀10輸出端與計算機11相連，以 處理由所述數(shù)據(jù)采集儀IO輸入的各項數(shù)據(jù)。所述輻射成像組件為1—IO組；所述陣列探測器7的成像精度為300nm到lmm，以便與其相對的輻射器配合 完成對物體特定尺度范圍內(nèi)的成像，從而獲取對象物體的多尺度結(jié)構(gòu)信息；所述輻射源66為X-射線源，或放置在輻射源箱體中心處的初始質(zhì)量從1納克 到1克范圍內(nèi)的Co-60、銥lr-192，銩Tm—170或銫Cs—137。所述前準(zhǔn)直器2和后準(zhǔn)直器5分別為鎢或鉛金屬片。所述的陣列探測器7為線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器 或數(shù)字X-射線冷卻CCD相機。所述樣品平臺3由步進(jìn)電機驅(qū)動進(jìn)行微位移機構(gòu)操縱，由計算機控制，根據(jù) 需要變動樣品的空間位置，從而獲取不同部位的圖像。所述多組探測器置于同一滑軌上，由計算機控制變換彼此的位置，從而在同 一輻射源下可獲取物體不同范圍的結(jié)構(gòu)圖像。所述的盛裝輻射源66的輻射源箱體的整體形狀可為正方體、圓柱體或球體。
所述的輻射源66與前準(zhǔn)直器2可集成為一體，前準(zhǔn)直器2設(shè)置在輻射源66出 口；所述的后準(zhǔn)直器5、陣列探測器7，以及數(shù)據(jù)采集儀可集成為一體。本實用新型的采用一對或多對不同成像精度及范圍的探測器對微小物體進(jìn)行 輻照，并對透射強度加以探測和數(shù)字化，從而對其內(nèi)部多種尺度結(jié)構(gòu)實施動態(tài)成 像的計算機層析成像(ComputerTomograph-CT)裝置，其中，輻射源66、前準(zhǔn)直器 2、樣品平臺3、后準(zhǔn)直器5、陣列探測器7按順序集成布置在底座8上；樣品平 臺3通過微位移機構(gòu)操縱，由計算機控制，可根據(jù)需要變動樣品的空間位置，從 而獲取不同部位的圖像；多組探測器也可置于同一滑軌上，由計算機控制可變換 彼此的位置，從而在同一輻射源下可獲取物體不同范圍的結(jié)構(gòu)圖像。數(shù)據(jù)采集儀 連接陣列探測器及計算機，且數(shù)據(jù)采集儀及計算機布置在隔離室之外，便于操作。 整套裝置的結(jié)構(gòu)簡單、成本低且操作簡便，是一種可同時實現(xiàn)多尺度成像的X-CT 裝置；而且，通過在待測物體及輻射器之間的輻射光路上設(shè)置納米光柵，還可對 輻照到待測物體上的射線予以調(diào)制，從而達(dá)到更高精度的輻射成像。而在傳統(tǒng)的 CT裝置中，成像范圍一般比較固定而單一，大尺度及小尺度成像不能同時兼顧， 本實用新型提供的技術(shù)有助于改善這一不足。本裝置中，用于夾持或擺放樣品的樣品臺通過轉(zhuǎn)軸固定在微位移平臺上，且 位于前、后準(zhǔn)直器之間，可在步進(jìn)電機的控制下沿上、下、左、右移動或旋轉(zhuǎn)。 由此，通過調(diào)整樣品與出射的X射線的相對位置，可以獲得樣品的空間結(jié)構(gòu)。特 別是，當(dāng)輻射源與探測器靠得很近如在數(shù)個納米尺度時，可實現(xiàn)一種所謂近場輻 射成像，從而獲得超越常規(guī)成像精度的結(jié)果。本實用新型裝置中，陣列探測器采用常見的陣列探測器即可，比如，在裝置 中可釆用線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器或高精度數(shù)字X-射 線冷卻CCD相機(High Resolution Digital X-ray cooled CCD Camera)等。而且，當(dāng) 前的進(jìn)展已使得加工微/納米光電探測器等成為可能，這使得在本裝置采用不同空 間分辨率的探測器成為可能?？傊?，本實用新型所涉及的各類裝置及傳感器均易于購買或制作，因而整套 多尺度X-CT裝置不難實現(xiàn)。本實用新型的優(yōu)點如下本實用新型的關(guān)鍵之處在于將不同成像范圍及精度的探測器組合在一起，同 時實現(xiàn)對物體多種尺度的結(jié)構(gòu)成像，這是對傳統(tǒng)單一尺度輻射成像技術(shù)在技術(shù)理 念上的拓展。至今，多尺度X-CT裝置還未見報道，這種集成化的技術(shù)有望開辟出 CT儀器新的應(yīng)用領(lǐng)域；且整套裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低且操作簡便。


附圖1為本實用新型輻射成像的原理示意圖;
附圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步描述本實用新型 實施例1:圖1為本實用新型輻射成像原理圖，從圖中可見，采用成像精度及范圍不同 的探測器即可實現(xiàn)對物體多種尺度結(jié)構(gòu)的輻射成像。圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示 意圖，也是實施例，即釆用相互垂直的一組輻射成像組件對物體進(jìn)行輻照，并采 用也相互垂直的兩路探測器對透射強度加以探測和數(shù)字化，兩探測器成像精度不同，分別為300nm及50網(wǎng)，因而可對其內(nèi)部不同尺度的結(jié)構(gòu)實施成像。而且，通 過在探測器及輻射器之間的輻射光路上設(shè)置納米光柵，還可對輻照到待測物體上 的射線予以調(diào)制，從而達(dá)到更高精度的輻射成像。由圖2可知，本實用新型的具有多尺度成像的X-CT裝置，包括一底座8;放置在隔離室之內(nèi)的底座8之上至少一輻射源66;放置在隔離室之內(nèi)的底座8之上的樣品臺3兩側(cè)的至少一組輻射成像組件；所 述輻射成像組件由放置在所述樣品臺3 —側(cè)的帶有前準(zhǔn)直器狹縫21的前準(zhǔn)直器2， 及放置在所述樣品臺3另一側(cè)的由左至右的帶后準(zhǔn)直器狹縫6的后準(zhǔn)直器5和陣 列探測器7組成；所述輻射源66位于所述前準(zhǔn)直翠2的左側(cè)；所述輻射源66和前準(zhǔn)直器2、后準(zhǔn)直器5和陣列探測器7的中心連線穿過所 述樣品臺3的中心；以及放置在隔離室之外的一數(shù)據(jù)采集器儀IO和計算機11;所述輻射源66、前準(zhǔn)直器2、后準(zhǔn)直器5和陣列探測器7的輸出端分別連接 于所述數(shù)據(jù)采集器儀10的輸入端，所述數(shù)據(jù)采集器儀10輸出端與計算機11相連， 以處理由所述數(shù)據(jù)采集器儀10輸入的各項數(shù)據(jù)。所述輻射成像組件為1—10組；所述陣列探測器7的成像精度為300nm到lmm，以便與其相對的輻射器配合 完成對物體特定尺度范圍內(nèi)的成像，從而獲取對象物體的多尺度結(jié)構(gòu)信息；所述輻射源66為X-射線源，或放置在輻射源箱體中心處的初始質(zhì)量從1納克 到1克范圍內(nèi)的Co-60、銥Ir一 192,銩Tm—170或銫Cs—137。所述前準(zhǔn)直器2和后準(zhǔn)直器5分別為鉤或鉛金屬片。所述的陣列探測器7為線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器 或數(shù)字X-射線冷卻CCD相機。所述樣品平臺3由步進(jìn)電機驅(qū)動進(jìn)行微位移機構(gòu)操縱，由計算機控制，根據(jù) 需要變動樣品的空間位置，從而獲取不同部位的圖像。所述多組探測器置于一同滑軌上，由計算機控制變換彼此的位置，從而在同
一輻射源下可獲取物體不同范圍的結(jié)構(gòu)圖像。用于成像的射線源可有多種選擇，比如所述輻射源66為X-射線源，或放置在 輻射源箱體中心處的初始質(zhì)量從l納克到1克范圍內(nèi)的Co-60、銥Ir_192，銩Tm —170或銫Cs—137。比如直接釆用X-射線機，也可采用工業(yè)上常用的常規(guī)鈷Co-60探傷機，其鈷 源活度不大，可在11.1TBq(300Ci)以下，且最終衰變物為穩(wěn)定的同位素鎳(Ni)，沒 有任何污染，可由專業(yè)公司回收。此外，射線源也可在以下幾類同位素中選用， 如在非常需要輕便小型設(shè)備的現(xiàn)場檢測中，同位素銥Ir一192是一個理想的射線 源，其半衰期為74.3天，"/射線為0.31、 0.47和0.6MeV， 一般主要用來檢測厚度 為3 75mm的鋼；另外，也可選用銩Tm—170，其半衰期129天，y射線0.084、 0.052MeV, —般主要用來檢測厚度為0.8mm的鋼或13mm的鋁，可用于內(nèi)部組件 如飛機部件和復(fù)合材料的檢測；當(dāng)然，也可選用銫Cs—137，其半衰期30.1年，Y 射線0.66MeV。這些射線源易于在專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)制作出，用戶可直接購買或定制， 且可定期更換而用于新的成像。所以，本實用新型所涉及的輻射部件易于實現(xiàn)。實現(xiàn)本實用新型時，計算機采集及處理可采用臺式計算機或筆記本式計算機 完成。整套裝置除計算機11及數(shù)據(jù)采集儀10外，放置于隔離室內(nèi)；隔離室由重 金屬鎢或鉛制成，其壁厚為lcm至ljlmm。射線源封裝于輻射源箱體的中心處，輻射源箱體形狀可為正方體、圓柱體或 球體。用于夾持樣品的樣品臺3設(shè)置在隔離室底部的微位移樣品臺上，可在步進(jìn)電 機的控制下沿上、下、左、右移動或旋轉(zhuǎn)。由此，通過調(diào)整樣品與出射的X射線 的相對位置，可以獲得樣品的空間結(jié)構(gòu)。特別是，當(dāng)輻射源與探測器靠得很近如 在數(shù)個納米尺度時，可實現(xiàn)一種所謂近場輻射成像，從而獲得超越常規(guī)成像精度 的結(jié)果。本實用新型裝置中，陣列探測器7采用常規(guī)的陣列探測器即可，比如，在裝 置中可采用線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器或高精度數(shù)字X-射線冷卻CCD相機(High Resolution Digital X-ray cooled CCD Camera)等。而且， 當(dāng)前的進(jìn)展己使得加工微/納米光電探測器成為可能，這使得本裝置的空間探測分 辨率可望得到更進(jìn)一步的提高。本裝置中，前、后準(zhǔn)直器由重金屬鎢、鉛制成， 其中心開有尺寸在5mmx5mm到0.1mmx0.1mm的第一縫隙21、第二縫隙6，供射 線透過。本實用新型所提供的對微小物體進(jìn)行多尺度層析成像的CT裝置，其使用方式 如下將樣品夾持到樣品夾的中心孔并固定好，打開計算機。于是，通過計算機 控制，打開射線源66，射線源即朝外進(jìn)行輻射，經(jīng)由多路前準(zhǔn)直器2的前準(zhǔn)直器 縫隙21，到達(dá)樣品，再到達(dá)多路后準(zhǔn)直器5的后準(zhǔn)直器縫隙6，直至多路陣列探 測器7上，通過數(shù)據(jù)采集儀10及計算機11即可進(jìn)行數(shù)字重構(gòu)，由此實時得到樣 品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于兩對探測器及射線源同時工作，而探測器各自的成像精度不 同，這就實現(xiàn)了多種尺度上的成像。本實用新型提供的多尺度CT裝置最突出的優(yōu)點還在于，消除了傳統(tǒng)裝置只能 對單一尺度對象進(jìn)行成像的不足，因而使用起來更為方便靈活，也大大擴(kuò)展了其用途。圖2為本實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；本實施例中的輻射成像組件為兩組；當(dāng)然也 可一根據(jù)需要為三組或四組甚至多組；每組輻射成像組件的各個器件的中心連線 穿過樣品臺的中心。實施例2:本實施例與實施例1唯一的差別在于，探測器7置于同一滑軌上，由計算機 控制來變換彼此的位置，從而可在同一輻射源下由這些探測器依此獲取物體不同 范圍的結(jié)構(gòu)圖像。這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的多尺度CT裝置中，可以節(jié)省射線源的數(shù)量，但若需同時對多種尺度進(jìn)行成像，則存在一定不足。
權(quán)利要求1、一種具有多尺度成像的X-CT裝置，包括一底座(8)；放置在隔離室之內(nèi)的底座(8)之上至少一輻射源(66)；放置在隔離室之內(nèi)的底座(8)之上的樣品臺(3)兩側(cè)的至少一組輻射成像組件；所述輻射成像組件由放置在所述樣品臺(3)一側(cè)的帶有前準(zhǔn)直器狹縫(21)的前準(zhǔn)直器(2)，及放置在所述樣品臺(3)另一側(cè)的由左至右的帶后準(zhǔn)直器狹縫(6)的后準(zhǔn)直器(5)和陣列探測器(7)組成；所述輻射源(66)位于所述前準(zhǔn)直器(2)的左側(cè)；所述輻射源(66)和前準(zhǔn)直器2)、后準(zhǔn)直器(5)和陣列探測器(7)的中心連線穿過所述樣品臺(3)的中心； 以及放置在隔離室之外的一數(shù)據(jù)采集器儀(10)和計算機(11)；所述輻射源(66)、前準(zhǔn)直器(2)、后準(zhǔn)直器(5)和陣列探測器(7)的輸出端分別連接于所述數(shù)據(jù)采集儀(10)的輸入端，所述數(shù)據(jù)采集儀(10)輸出端與計算機(11)相連，以處理由所述數(shù)據(jù)采集儀(10)輸入的各項數(shù)據(jù)。
2、 按權(quán)利要求1所述的具有多尺度成像的X-CT裝置，其特征在于，所述輻 射成像組件為1-一10組；
3、 按權(quán)利要求1所述的具有多尺度成像的X-CT裝置，其特征在于，所述陣 列探測器(7)的成像精度為300nm到lmm;
4、 按權(quán)利要求1所述的具有多尺度成像的X-CT裝置，其特征在于，所述輻 射源(66)為X-射線源，或放置在輻射源箱體中心處的初始質(zhì)量從1納克到1克 范圍內(nèi)的Co-60、銥lr一192，銩Tm—170或銫Cs—137。
5、 按權(quán)利要求1所述的具有多尺度成像的X-CT裝置，其特征在于，所述前 準(zhǔn)直器(2)和后準(zhǔn)直器(5)分別為鴇或鉛金屬片。
6、 按權(quán)利要求1所述的具有多尺度成像范圍的X-CT裝置，其特征在于，所 述的陣列探測器(7)為線陣閃爍晶體探測器、面陣平板探測器、影像增強器或數(shù) 字X-射線冷卻CCD相機。
7、 按權(quán)利要求1所述的具有多尺度成像范圍的X-CT裝置，其特征在于，所 述樣品平臺(3)由步進(jìn)電機驅(qū)動進(jìn)行微位移機構(gòu)操縱，由計算機控制，根據(jù)需要 變動樣品的空間位置，從而獲取不同部位的圖像。
8、 按權(quán)利要求1所述的具有多尺度成像范圍的X-CT裝置，其特征在于，所 述多組探測器置于一同滑軌上，由計算機控制變換彼此的位置，從而在同一輻射 源下可獲取物體不同范圍的結(jié)構(gòu)圖像。
專利摘要本實用新型涉及的具有多尺度成像范圍的X-CT裝置，包括放于隔離室之內(nèi)底座上的至少一輻射源；和樣品臺兩側(cè)的至少一組輻射成像組件；該成像組件由放于樣品臺一側(cè)的前準(zhǔn)直器，及放于樣品臺另一側(cè)的后準(zhǔn)直器和陣列探測器組成；輻射源位于前準(zhǔn)直器左側(cè)；輻射源、前準(zhǔn)直器、后準(zhǔn)直器和陣列探測器的中心連線穿過樣品臺中心；放于隔離室之外的數(shù)據(jù)采集儀和計算機；輻射源、前準(zhǔn)直器、后準(zhǔn)直器和陣列探測器的輸出端分別連接于數(shù)據(jù)采集儀輸入端，數(shù)據(jù)采集器儀輸出端與計算機相連，以處理由數(shù)據(jù)采集儀輸入的各項數(shù)據(jù)。由于采用多對探測器，可方便地實現(xiàn)對物體中不同范圍的結(jié)構(gòu)實施成像，有助于對物體空間結(jié)構(gòu)從微觀到宏觀尺度上的全面把握。
文檔編號G01N23/04GK201041555SQ20072010317
公開日2008年3月26日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者靜 劉, 政 李 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所