專利名稱：液體安全檢測的雙能量x射線螺旋ct裝置及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體安全檢測的裝置及其檢測方法，特別是涉及 一種利用雙能量X射線螺旋CT通過對液體的密度及等效原子序數(shù)實(shí) 施檢測的裝置及其檢測方法，屬于液體安全檢測輻射成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著犯罪分子、恐怖分子破壞活動(dòng)日益猖獗和破壞手段的高科技 性，隨著各國打擊犯罪、打擊恐怖的力度越來越大，在民航、體育館、 重要設(shè)施等場所，安全檢測的力度不斷加強(qiáng)，對進(jìn)入上述場所的人員 攜帶液體的檢測力度也不斷加強(qiáng)，但由于液體的種類及其復(fù)雜結(jié)構(gòu)， 給安全檢測帶來了越來越大的難度，對有害液體的分辨難度也越來越 大?，F(xiàn)有技術(shù)中，檢測液體的安全技術(shù)很多，如化學(xué)方法、電磁方法、 中子檢測法等，但這些方法最終的效果都很不理想，現(xiàn)階段對液體的 安全檢測最常用而且效果較好的是采用輻射成像技術(shù)進(jìn)行檢測，如公 開號為CN1779444A、名稱為一種用射線源對液體進(jìn)行CT安全檢測
的方法及其裝置，該方法及裝置是使用射線源、探測器及數(shù)據(jù)采集器、 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理等模塊，將被檢液體放在旋轉(zhuǎn)平臺上，由射線源發(fā)出 射線穿過液體并由正對射線光速的探測器及數(shù)據(jù)采集器接收并形成 投影數(shù)據(jù)，將投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行處理并得到所測 液體的密度，再將結(jié)果與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中危險(xiǎn)品的密度作比較，然后直 觀顯示被液體的檢測信息，通過該裝置及其方法對液體實(shí)施安全檢 觀U，實(shí)現(xiàn)了對液體密度的分辨，達(dá)到安全檢測的目的。但是，這種裝 置及其方法的最大缺陷是雖然不同液體的密度有一定的差別，但現(xiàn) 實(shí)生活中有很多液體的密度是比較接近的，因而檢測還不夠準(zhǔn)確，如 花生油和稀料的CT值接近，二鍋頭酒和油漆的CT值也很接近，是很 難通過CT值分辨出液體品種，這樣的話，無疑會(huì)給安全檢測帶來隱 患。而它們的等效原子序數(shù)有較大差異。因此，開發(fā)一種既能檢測液 體密度又能檢測液體等效原子序數(shù)的設(shè)備是做好液體安全檢測的當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用雙能量
X射線螺旋CT裝置，既能檢測液體密度同時(shí)又能檢測液體的等效原 子序數(shù)，使得通過檢測結(jié)果更容易分辨，更準(zhǔn)確分辨的液體安全檢測 的雙能量X射線螺旋CT裝置及其檢測方法。
雙能量的X射線檢測不同材料的基本原理雙能量的X射線檢測 系統(tǒng)是基于不同材料在高、低能譜下呈現(xiàn)的光電和康普頓衰減系數(shù)不
同而具有材料的分辨能力；其運(yùn)算原理為
Mh= [apf ph (E) +acf ch (E) ] L (丄)
M產(chǎn)[apfw(E)+acfd(E)]L 式中Mh、 Mi——分別為在高、低能下測得的對數(shù)衰減值。
aP、a。——分別為材料的光電吸收、康普頓散射特征常數(shù)。 fP(E)、 f。(E) —分別為光電吸收、康普頓散射的能量函數(shù)。 L—材料的厚度。 由(l)式可推出兩個(gè)能量下的衰減信號值，該值可作為探測的特征
^ = Ln(Wlh) (2) :-Ln(Wli) (3)
式中IhQ、 Ih——分別為空氣背景和透射后的高能灰度信號。 L。、 L——分別為空氣背景和透射后的低能灰度信號。
,—分別為高、低能譜下的平均質(zhì)量衰減系數(shù)。其特征是探測到的低能信號主要反映了被檢測材料的光電效應(yīng)， 探測到的高能信號主要反映了被檢測材料的康普頓效應(yīng)，而不同等效
原子序數(shù)的材料在高、低能譜下具有不同的值，由(4)式實(shí)現(xiàn)等效 原子序數(shù)的計(jì)_算。
乙=p (a+bZ3'7Eh3.2)
L = P (a+bZ3'7E") (4) 其中P為液體材料的密度。
Z為液體材料的等效原子序數(shù)。 Eh 、 Ei分別為所入射X射線的高、低能量值。 a為與能量關(guān)系很小的數(shù)值。 b為常數(shù)。
為了便于比較被檢測液體材料的等效原子序數(shù)，本發(fā)明定義了ZT
值為
ZT=500 (Z-Z0) /Z。
其中Z是基于雙能量信號得出的被檢測液體材料的等效原子序 數(shù)，Z。是水的等效原子序數(shù)。
高能譜下的平均質(zhì)量衰減系數(shù)與水平均質(zhì)量衰減系數(shù)比值為密度值。 本發(fā)明的液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT裝置及其檢測方法
的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT系統(tǒng)，包括由X射線 源、轉(zhuǎn)臺、探測器、數(shù)據(jù)采集器組成的檢測裝置及由微處理器、控制 器組成的控制部分，所述檢測裝置前端設(shè)置X射線源，所述X射線源 為可切換高壓X射線源，所述檢測裝置中部設(shè)置用于放置被檢測液體 的螺旋升降轉(zhuǎn)臺，所述螺旋升降轉(zhuǎn)臺后面設(shè)置探測可切換高壓X射線 源產(chǎn)生的高能X射線及低能X射線的探測器，所述數(shù)據(jù)采集器與所述 探測器連接，所述控制部份包括微處理器及與之相連接的控制器，所 述控制器與X射線源、螺旋升降轉(zhuǎn)臺相連接，所述微處理器與數(shù)據(jù)采 集器相連接。
而且所述X射線源設(shè)置為固定高壓X射線源，所述探測器由夾層 探測器代替，所述固定高壓X射線源產(chǎn)生的X射線中的高能成分及低 能成分通過夾層探測器探測。
而且所述微處理器設(shè)有儲(chǔ)存液體密度及等效原子序數(shù)信息的數(shù)據(jù)庫。
而且所述探測器或者夾層探測器與數(shù)據(jù)采集器集成為一個(gè)整體。
一種液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT檢測方法，包括如下
步驟
步驟1:將以容器裝好的被檢測液體置于螺旋升降轉(zhuǎn)臺上；
步驟2:通過控制器打開X射線源，切換高壓使所述X射線源為 可切換高壓X射線源，可切換高壓X射線源產(chǎn)生高能X射線及低能X 射線，控制螺旋升降轉(zhuǎn)臺螺旋升降，使可切換高壓X射線源發(fā)出高能 X射線及低能X射線以30—40度的扇面照射被檢測液體；
步驟3:探測器探測可切換高壓X射線源產(chǎn)生的高能X射線、低 能X射線照射到被檢測液體所形成的投影數(shù)據(jù)；
步驟4:數(shù)據(jù)采集器采集普通探測器探測到的被檢測液體的投影 數(shù)據(jù)；
步驟5:數(shù)據(jù)采集器將采集到的投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⑻幚砥鬟M(jìn)行處 理、重建、校正，得到處理、重建、校正后的投影數(shù)據(jù)；
步驟6:微處理器將被檢測液體處理、重建、校正后的投影數(shù)據(jù) 與預(yù)先存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)庫中的若干液體密度及等效原子序數(shù)相比對， 比對結(jié)果即為被檢測液體的密度值及等效原子序數(shù)，
步驟7:將比對結(jié)果通過微處理器的顯示屏顯示出來。
當(dāng)采用夾層探測器時(shí)，所述步驟2:通過控制器打開X射線源，
使所述x射線源工作在固定高壓狀態(tài)，即為固定高壓x射線源，控制
螺旋升降轉(zhuǎn)臺螺旋升降，固定高壓X射線源以30—40度的扇面照射 被檢測液體；所述步驟3:夾層探測器探測固定高壓X射線源中的低 能成分及高能成分，形成投影數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT裝置及其檢測方 法相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)-
1、 由于本發(fā)明采用的雙能量技術(shù)，可以計(jì)算液體物質(zhì)的等效原 子序數(shù)和密度，因而檢測的準(zhǔn)確性更高，對液體的分辨力更強(qiáng)，對防 止不法分子將有害液體帶入飛機(jī)等重要場所效果更好；
2、 本發(fā)明采用螺旋CT掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無間隙連續(xù)掃描，可任 意的回顧性重建，所以可提高單位時(shí)間內(nèi)的掃描速度，實(shí)現(xiàn)快速無遺 漏檢查。


圖1為本發(fā)明采用探測器液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT 裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明采用探測器液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT 檢測方法流程示意圖3為本發(fā)明采用夾層探測器液體安全檢測的雙能量X射線螺旋 CT裝置結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明采用夾層探測器液體安全檢測的雙能量X射線螺旋 CT檢測方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員能夠清楚理解本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思， 現(xiàn)結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明
一種液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT系統(tǒng)，如圖1所示， 包括由X射線源8、螺旋升降轉(zhuǎn)臺IO、探測器12、數(shù)據(jù)采集器ll組 成的檢測裝置9及由微處理器14、控制器16組成的控制部分17，檢 測裝置9前端設(shè)置X射線源8， X射線源8為可切換高壓X射線源， 檢測裝置9中部設(shè)置用于放置被檢測液體13的螺旋升降轉(zhuǎn)臺10，螺 旋升降轉(zhuǎn)臺10后面設(shè)置探測可切換高壓X射線源產(chǎn)生的高能X射線 及低能X射線的探測器12，數(shù)據(jù)采集器11與所述探測器12連接， 控制部份17包括微處理器14及與之相連接的控制器16，控制器16 與X射線源8、螺旋升降轉(zhuǎn)臺10相連接，微處理器14與數(shù)據(jù)采集器 ll相連接。
進(jìn)一步地X射線源8設(shè)置為固定高壓X射線源，如圖2所示，探 測器12由夾層探測器20代替，固定高壓X射線源產(chǎn)生的X射線中的 高能成分及低能成分通過夾層探測器20探測。
進(jìn)一步地微處理器14設(shè)有儲(chǔ)存液體密度及等效原子序數(shù)信息的 數(shù)據(jù)庫15。
進(jìn)一步地探測器12或者夾層探測器20與數(shù)據(jù)采集器11集成為 一個(gè)整體。
一種液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT檢測方法，包括如下步驟
步驟l:將以容器裝好的被檢測液體13置于螺旋升降轉(zhuǎn)臺10上; 步驟2:通過控制器16打開X射線源8，切換高壓使所述X射線
源8為可切換高壓X射線源，可切換高壓X射線源產(chǎn)生高能X射線及 低能X射線，控制器16控制螺旋升降轉(zhuǎn)臺IO螺旋升降，使可切換高 壓X射線源發(fā)出高能X射線及低能X射線以30—40度的扇面照射被 檢測液體13;
步驟3:探測器12探測可切換高壓X射線源產(chǎn)生的高能X射線、
低能X射線照射到被檢測液體10所形成的投影數(shù)據(jù)；
步驟4:數(shù)據(jù)采集器11采集探測器12探測到的被檢測液體13 的投影數(shù)據(jù)；
步驟5:數(shù)據(jù)采集器11將采集到的投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⑻幚砥?4 進(jìn)行處理、重建、校正，得到處理、重建、校正后的投影數(shù)據(jù)；
步驟6:微處理器14將被檢測液體13處理、重建、校正后的投 影數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫15中的液體密度及等效原子序數(shù)相比 對，比對結(jié)果即為被檢測液體13的密度值及等效原子序數(shù)，
步驟7:將比對結(jié)果通過微處理器14的顯示屏顯示出來。
當(dāng)采用夾層探測器20時(shí)，所述步驟2為通過控制器16打開X 射線源8，使X射線源8工作在固定高壓狀態(tài)，即為固定高壓X射線 源，控制器16控制螺旋升降轉(zhuǎn)臺10螺旋升降，固定高壓X射線源以 30—40度的扇面照射被檢測液體13;所述步驟3為夾層探測器20 探測固定高壓X射線源中的低能成分及高能成分，形成投影數(shù)據(jù)。
檢測方法以檢測花生油、稀料為例。
花生油和稀料的CT密度值很接近，大約都為一130，如果在進(jìn)行 安全檢測時(shí)，僅僅通過檢測其密度就很容易將花生油與稀料混淆，給 安全帶來了很大隱患，但花生油與稀料的等效原子序數(shù)值就有很大的 差異，對檢測人員來說就能夠十分清楚地分辨出來，大大降低了安全 隱患。
假定不清楚被檢測液體的為何種液體
如圖1所示，將裝有某種液體的容器放置在螺旋升降轉(zhuǎn)臺10上， 通過控制器16打開X射線源8、控制螺旋升降轉(zhuǎn)臺10升降及360度 轉(zhuǎn)動(dòng)，探測器12探測通過X射線源8以30—40度的扇面照射的投影數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集器11采集投影數(shù)據(jù)，并將投影數(shù)據(jù)傳輸給微處理器
14，微處理器14中的數(shù)據(jù)庫15預(yù)先存儲(chǔ)有多種液體的密度值和等效 原子序數(shù)信息，如花生油的CT值為一130、稀料的CT值大約也為一 130、花生油的ZT值為一50、稀料的ZT值為50，微處理器14將投 影數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、重建、校正，如果被檢測液體13的CT為一130、 ZT值為一50，與預(yù)先存儲(chǔ)的花生油的CT值一130、 ZT值一50比對后 正好一致，說明被檢測液體13為花生油，如果被檢測液體13的CT 值為—130、 ZT值為50,與預(yù)先存儲(chǔ)的稀料CT值一130、 ZT值50比 對后正好一致，說明被檢測液體13為稀料。本發(fā)明能夠快速準(zhǔn)確地 檢測液體13的密度及等效原子序數(shù)，使得對被檢測液體13能夠被清 楚地辨別，從而達(dá)到安全檢測的目的。
權(quán)利要求
1、一種液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT系統(tǒng)，包括由X射線源、螺旋升降轉(zhuǎn)臺、探測器、數(shù)據(jù)采集器組成的檢測裝置及由微處理器、控制器組成的控制部分，其特征在于，所述檢測裝置前端設(shè)置X射線源，所述X射線源為可切換高壓X射線源，所述檢測裝置中部設(shè)置用于放置被檢測液體的螺旋升降轉(zhuǎn)臺，所述螺旋升降轉(zhuǎn)臺后面設(shè)置探測可切換高壓X射線源產(chǎn)生的高能X射線及低能X射線的探測器，所述數(shù)據(jù)采集器與所述探測器連接，所述控制部份包括微處理器及與微處理器相連接的控制器，所述控制器與X射線源、螺旋升降轉(zhuǎn)臺相連接，所述微處理器與數(shù)據(jù)采集器相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT 系統(tǒng)，其特征在于，所述X射線源設(shè)置為固定高壓X射線源，所述探 測固定高壓X射線源產(chǎn)生的X射線中的高能成分及低能成分的探測器 由夾層探測器代替。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT 系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器設(shè)有儲(chǔ)存液體密度及等效原子序數(shù) 信息的數(shù)據(jù)庫。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT 系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器或者夾層探測器與數(shù)據(jù)采集器集成為 一個(gè)整體。
5、 一種液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT檢測方法，其特征 在于，包括如下步驟步驟l:將以容器裝好的被檢測液體置于螺旋升降轉(zhuǎn)臺上；步驟2:通過控制器打開X射線源，切換高壓使所述X射線源為 可切換高壓X射線源，可切換高壓X射線源產(chǎn)生高能X射線及低能X 射線，控制螺旋升降轉(zhuǎn)臺螺旋升降，使可切換高壓X射線源發(fā)出高能 X射線及低能X射線以30—40度的扇面照射被檢測液體；步驟3:探測器探測可切換高壓X射線源產(chǎn)生的高能X射線、低 能X射線照射到被檢測液體所形成的投影數(shù)據(jù)；步驟4:數(shù)據(jù)采集器采集探測器探測到的被檢測液體的投影數(shù)據(jù);步驟5:數(shù)據(jù)采集器將采集到的投影數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⑻幚砥鬟M(jìn)行處 理、重建、校正，得到處理、重建、校正后的投影數(shù)據(jù)；步驟6:微處理器將被檢測液體處理、重建、校正后的投影數(shù)據(jù) 與預(yù)先存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)庫中的液體密度及等效原子序數(shù)相比對，比對 結(jié)果即為被檢測液體的密度值及等效原子序數(shù)，步驟7:將比對結(jié)果通過微處理器的顯示屏顯示出來。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT檢測方法，其特征在于，當(dāng)采用夾層探測器時(shí)，所述步驟2:通過控制器打開x射線源，使所述x射線源工作在固定高壓狀態(tài)，即為固定高壓X射線源，控制螺旋升降轉(zhuǎn)臺螺旋升降，固定高壓X射線源以 30—40度的扇面照射被檢測液體，所述步驟3:夾層探測器探測固定 高壓X射線源中的低能成分及高能成分，形成投影數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種液體安全檢測的雙能量X射線螺旋CT系統(tǒng)，包括由X射線源、轉(zhuǎn)臺、探測器或夾層探測器、數(shù)據(jù)采集器組成的檢測裝置及由微處理器、控制器組成的控制部分，檢測裝置前端設(shè)置X射線源，X射線源為可切換高壓X射線源或固定高壓X射線源，檢測裝置中部設(shè)置用于放置被檢測液體的螺旋升降轉(zhuǎn)臺，螺旋升降轉(zhuǎn)臺后面設(shè)置探測器或夾層探測器，數(shù)據(jù)采集器與所述探測器或夾層探測器連接，控制部份包括微處理器及與之相連接的控制器，控制器與X射線源、螺旋升降轉(zhuǎn)臺相連接，微處理器與數(shù)據(jù)采集器相連接。其方法包括照射、探測、采集、比對、得到檢測結(jié)果。本發(fā)明能夠檢測出液體密度及等效原子序數(shù)，確保能夠準(zhǔn)確判定液體的性質(zhì)。
文檔編號G01N23/087GK101629916SQ200810116659
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者呂始勝, 張耀軍, 張萍宇, 曹琴琴, 李東林, 李永清, 肖建生, 苗祥月, 陽 莫, 趙永界 申請人:公安部第一研究所;北京中盾安民分析技術(shù)有限公司