專利名稱：創(chuàng)建識別材料的函數(shù)曲線的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對物體進行輻射檢查，特別涉及對海運、航空集裝箱等大中型客體中的材料進行檢查的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的利用X射線輻射成像領(lǐng)域中，早期主要采用的方法是讓單能射線與被檢物體相互作用后，探測與被檢物體作用后的射線來得到圖像。這種方法能夠反映出被檢物體的形狀和質(zhì)量厚度的變化，但卻不能對物體的材料進行識別。后來，利用雙能法識別物質(zhì)的有效原子序數(shù)的方法被提出，并很快被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)成像和行李檢測等各個領(lǐng)域。雙能法識別物質(zhì)的理論基礎(chǔ)是不同能量的X射線與物體相互作用時，其產(chǎn)生的物理反應(yīng)與物體的材料屬性和X射線的能量相關(guān)。在不同的能量區(qū)域，光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)產(chǎn)生的幾率分別占主要地位。射線與不同原子序數(shù)的物質(zhì)相互作用，也隨原子序數(shù)的變化而單調(diào)變化。所以，通過精確探測不同能量的X射線與同一物體發(fā)生作用后的射線，能夠判斷物體的材料屬性。但這是不僅要求兩種能量的X射線在能量上有較大的差異，而且對射線的探測精度和產(chǎn)生的X射線的穩(wěn)定程度都提出了很高的要求。同時，對于運動物體的檢測，如行李檢測，還面臨著對不同能量射線對同一體素的精確匹配問題。對于運動物體較快的檢測時，匹配不同能量X射線對同一物體的穿透值變得尤其明顯。如在大中型的客體檢查中，即集裝箱，航空箱等，往往要求檢測速度較快，而物體往往都有很高的質(zhì)量厚度，致使X射線的穿透劑量通常都較小。因此，如何得到不同能量的X射線和如何精確探測并匹配不同能量對同一物體的穿透值，成為了雙能法輻射成像進一步應(yīng)用的瓶頸。在專利文獻1 (US 6，069, 936A)和專利文獻2 (WO 00/43760A2)中提出了利用單一輻射源，通過材料吸收的辦法調(diào)制出雙能能譜的方法。此外，專利文獻3 (WO 2004/030162A2)披露了由一個加速器交替產(chǎn)生高低兩種能譜的射線。在專利文獻3中，通過材料吸收法得到的兩束X射線的能譜之間差異有限，導(dǎo)致準確的材料識別的范圍受到限制，而加速器交替產(chǎn)生高低能兩種不同能譜射線的方法，對加速器的穩(wěn)定性要求過于苛刻，使得該方法很難被應(yīng)用。專利文獻4(US 2007/0098142A1)提出了同時探測后向散射輻射和前向散射輻射的方法來增大信息量，卻沒有提出將其應(yīng)用于物質(zhì)識別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種利用前向散射輻射檢查物體的方法及其設(shè)備，在讓單能輻射源產(chǎn)生射線束與被檢物體相互作用的同時，利用該射線束與一散射體相互作用產(chǎn)生前向散射輻射，并讓前向散射輻射與同一被檢物體相互作用，利用相互作用的結(jié)果進行基于曲線擬合的計算和分析，實現(xiàn)了對不同材料的有效原子序數(shù)的識別，從而實現(xiàn)對物體的非侵入性檢查。在本發(fā)明的一個方面，提出了一種利用前向散射輻射檢查物體的方法，包括步驟 探測輻射源產(chǎn)生的第一輻射與被檢物體相互作用后的第一穿透值；使輻射源產(chǎn)生的第二輻射與散射體相互作用，以產(chǎn)生與該第二輻射成預(yù)定角度的前向散射輻射；探測該前向散射輻射與被檢物體相互作用后的第二穿透值；以及利用探測的第一穿透值和第二穿透值來獲取該被檢物體的材料屬性信息。優(yōu)選地，所述第一輻射和所述第二輻射由同一輻射源產(chǎn)生。優(yōu)選地，所述輻射源為X光機、放射性同位素或粒子加速器。優(yōu)選地，所述第一輻射和所述第二輻射的發(fā)射路徑相同或者是同一輻射的兩個部分。優(yōu)選地，所述第一輻射和所述第二輻射的發(fā)射路徑成一角度。優(yōu)選地，所述的前向散射輻射與所述第一輻射的發(fā)射路徑平行。優(yōu)選地，所述的散射體由低Z材料構(gòu)成。優(yōu)選地，所述低Z材料包括C、B和有機材料的至少之一。優(yōu)選地，在所述第一輻射與探測器之間設(shè)置至少一個準直系統(tǒng)。優(yōu)選地，在所述散射體與探測器之間設(shè)置至少一個準直系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述的準直系統(tǒng)是一放射狀的扇形準直器。優(yōu)選地，所述的準直系統(tǒng)使得散射體產(chǎn)生的前向散射成一扇面后，與被檢物體相互作用。優(yōu)選地，所述的準直系統(tǒng)緊挨著探測器系統(tǒng)而設(shè)置。優(yōu)選地，所述的準直系統(tǒng)為具有一系列通孔的準直孔，每一個探測器前設(shè)置有一準直孔。優(yōu)選地，所述的準直孔放置于以散射體中心為圓心的弧線上。優(yōu)選地，所述的輻射源是雙靶粒子加速器。優(yōu)選地，所述的雙靶粒子加速器利用粒子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)使加速的粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，以轟擊雙靶至少之一。優(yōu)選地，所述的雙靶如下設(shè)置在垂直于被檢物體運動方向上的位置有偏差。優(yōu)選地，給偏轉(zhuǎn)方向的靶加上散射體，以及散射體的中心與未偏轉(zhuǎn)方向的靶點在垂直于被檢物體運動方向上對齊。優(yōu)選地，所述的對前向散射輻射的探測采用的是高靈敏度的探測器晶體。優(yōu)選地，所述的識別物質(zhì)材料屬性的步驟包括分別計算第一輻射和散射輻射對同一體素的衰減值。優(yōu)選地，所述方法還包括根據(jù)兩個平行輻射間的距離對同一體素衰減值的匹配過程。優(yōu)選地，所述的物質(zhì)材料屬性是指該物體中所含物質(zhì)的等效原子序數(shù)。優(yōu)選地，所述的識別材料的步驟包括利用預(yù)先對已知材料屬性的物質(zhì)進行采樣， 并通過采樣點擬合得到用于識別未知材料屬性的區(qū)分函數(shù)來進行材料識別。
優(yōu)選地，所述預(yù)定角度小于15度。在本發(fā)明的另一方面，提出了一種利用前向散射輻射檢查物體的設(shè)備，包括產(chǎn)生高能射線的輻射源；第一準直系統(tǒng)，使得輻射源可產(chǎn)生扇形的第一輻射，同時產(chǎn)生與第一輻射成預(yù)定角度的第二輻射；散射體，用于從所述第二輻射產(chǎn)生前向散射輻射；第二準直系統(tǒng)，讓散射體產(chǎn)生的前向散射輻射以一點源形式向被檢物體發(fā)射扇形束；第一探測器陣列， 用于探測第一輻射穿透被檢物體的第一穿透值；第二探測器陣列，用于探測前向散射輻射穿透被檢物體的第二穿透值；以及與第一和第二探測器陣列相連的處理器，用于對第一和第二探測值進行處理，得到物體的材料屬性。優(yōu)選地，所述的第二輻射為扇形束或筆形束。優(yōu)選地，所述第一輻射與經(jīng)過準直后的前向散射輻射相平行。優(yōu)選地，所述的輻射源是粒子加速器、X光機或放射性同位素。優(yōu)選地，所述的散射體的中心與產(chǎn)生輻射源的發(fā)射點在同一水平高度。優(yōu)選地，所述第二準直系統(tǒng)為一由重金屬構(gòu)成的輻射狀準直器，輻射的中心點為散射體的中心。優(yōu)選地，所述的第二準直系統(tǒng)是一雙喇叭口狀的準直系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述第一探測器陣列和所述第二探測器陣列相互平行，并在垂直于物體運動方向上對齊。在本發(fā)明的又一方面，提出了一種利用前向散射輻射檢查物體的設(shè)備，包括能產(chǎn)生成預(yù)定角度的第一輻射和第二輻射的加速器；用于從第二輻射產(chǎn)生前向散射輻射的散射體；第一準直系統(tǒng)，讓第一輻射成扇形狀發(fā)射；第二準直系統(tǒng)，讓第二輻射與散射體相互作用后產(chǎn)生的前向散射成扇形狀發(fā)射；第一探測器陣列，用于探測第一輻射穿透被檢物體的第一穿透值；第二探測器陣列，用于探測前向散射輻射穿透被檢物體的第二穿透值 ’與第一和第二探測器陣列相連的處理器，用于對第一和第二穿透值進行處理，得到物體的材料屬性；控制系統(tǒng)，與所述的加速器和所述第一和第二探測器陣列連接，用于改變輻射源的工作參數(shù)，以及與探測器系統(tǒng)的同步采集。優(yōu)選地，所述的散射體的中心與第一輻射的發(fā)射點在同一水平高度。優(yōu)選地，所述第一輻射與經(jīng)過準直后的前向散射輻射相平行。優(yōu)選地，所述第一準直系統(tǒng)和第二準直系統(tǒng)完全相同。優(yōu)選地，所述第一探測器陣列和所述第二探測器陣列相互平行，并在垂直于物體運動方向上對齊。在本發(fā)明的再一方面，提出了一種利用前向散射輻射檢查物體的設(shè)備，包括能產(chǎn)生成高能射線的輻射源；用于從所述高能射線產(chǎn)生前向散射輻射的散射體；第一探測器陣列，用于探測第一輻射穿透被檢物體的第一穿透值；第二探測器陣列，用于探測前向散射輻射穿透被檢物體的第二穿透值；第一準直系統(tǒng)，用于第一探測器陣列；第二準直系統(tǒng)，用于第二組探測器陣列，用于準直一定角度的前向散射；與所述第一和第二探測器陣列相連的處理器，用于對第一和第二穿透值進行處理，以得到物體的材料屬性。優(yōu)選地，所述散射體位于輻射源前，用于產(chǎn)生前向散射輻射。優(yōu)選地，所述的第一探測器陣列和第二探測器陣列在垂直于物體運動方向上有偏差。
優(yōu)選地，所述的處理器適用于匹配兩束不同輻射與物體同一部分相互作用后的穿透值。優(yōu)選地，所述的第二準直系統(tǒng)排列成一圓弧，該圓弧的圓心即為散射體的中心。利用本發(fā)明的方法和設(shè)備，可以實現(xiàn)能譜差別較大的兩種高能射線束，從而方便準確識別物體的物質(zhì)屬性。本發(fā)明可以應(yīng)用在海關(guān)、港口、機場對貨物進行不開箱檢查，也可用于生物學(xué)研究或醫(yī)學(xué)檢測。


從下面結(jié)合附圖的詳細描述中，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點將更明顯，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的利用X射線的前向散射輻射來實現(xiàn)雙能法檢查被檢物體的示意圖；圖2A到2E是根據(jù)本發(fā)明實施例對射線進行準直的各種準直系統(tǒng)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例，實現(xiàn)物質(zhì)識別的流程圖；圖4A到4C是根據(jù)本發(fā)明實施例，實現(xiàn)精確探測穿透值的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例，利用非平行探測器實現(xiàn)雙能檢查被檢物的示意圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例，利用雙靶加速器實現(xiàn)雙能檢查被檢物的示意圖。
具體實施例方式下面，參考附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。在附圖中，雖然示于不同的附圖中，但相同的附圖標記用于表示相同的或相似的組件。根據(jù)雙能法實現(xiàn)物質(zhì)識別的物理原理，要求與被檢物體相互作用的兩種能量的X 射線有明顯能量(能譜)差異，同時要求兩種不同能量的X射線與被檢物的同一體素相互作用后被探測到，從而保證對物質(zhì)材料屬性的準確識別。按照本發(fā)明的實施例，在對被檢物體進行輻射成像檢查時，首先需要由一輻射源產(chǎn)生能譜相對穩(wěn)定的高能X射線，該高能X射線與被檢物體相互作用后能被精確探測。同時，該高能X射線與散射體相互作用后，能夠產(chǎn)生較大劑量的前向散射能譜。也就是，一固定角度的X射線散射與物體相互作用后的前向散射的穿透輻射仍然能被探測器探測到有效信號。X射線與物體相互作用后，產(chǎn)生的前向散射輻射有很大一部份來源于射線與物體的韌致輻射，因此散射能譜的平均能量要明顯低于入射散射體的X射線的能量。也就是說前向散射輻射與輻射源產(chǎn)生的高能χ射線之間存在明顯的能譜差異是能夠?qū)崿F(xiàn)的。但χ射線與散射體相互作用后的得到的前向散射輻射的劑量會較原有的X射線劑量降低很多。因此，為了利用前向散射輻射來實現(xiàn)對被檢物體材料的識別，需要讓前向散射輻射與被檢物體的同一位置發(fā)生相互作用后，仍然能被探測器精確的探測。本發(fā)明實施例中進行的輻射成像是基于線列成像，即被檢物體運動，一探測器的線陣列每次探測X射線與物體的一個截面作用后的衰減值。因此，可以采用的前向散射輻射也就只能基于一定的角度范圍。高能X射線與物體相互作用后產(chǎn)生的前向散射輻射的能量通常要小于與物體相互作用前的X射線的能量。隨著散射輻射與入射X射線的夾角不斷增大，散射輻射的平均能量將快速下降。當夾角增大到一定程度時，散射輻射中的高能光子所占的比例將不再有明顯變化，此時低能光子的比例達到最大值。如果繼續(xù)增大夾角，只會使低能光子的比例下降。因此，在同時考慮到能譜差異和劑量大小情況下，最好選擇探測 < 15°范圍內(nèi)的前向散射輻射。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例利用X射線的前向散射輻射來實現(xiàn)雙能法檢查被檢物體的示意圖。圖1中，輻射源101，例如是X光機、放射性同位素或粒子加速器，可以穩(wěn)定發(fā)生具有較高能量(能譜)的X射線，例如IOMeV的射線。直接從輻射源101發(fā)射的X射線可能是一空間角很大的錐形束，而在本發(fā)明實施例的系統(tǒng)只需要采集一面束。因此需要對錐形束進行整形準直。為了實現(xiàn)同時采集輻射源101直接發(fā)射的高能X射線(以下稱為直接發(fā)射輻射)和高能X射線與散射體106相互作用后產(chǎn)生的前向散射輻射，準直系統(tǒng)109把原錐形X射線束準直為兩束扇形X射線束10 和103a。準直系統(tǒng)109的具體結(jié)構(gòu)參見圖2A 示意圖。射線束10 和103a幾乎有完全相同的能譜，因為它們是輻射源101發(fā)射的X射線束的兩個部分。在要求被檢物的掃描速度不高的情況下，如采用交替采集直接發(fā)射輻射和前向散射輻射時，這兩束射線可以為同一射線束。此時需要一控制系統(tǒng)使在采集直接發(fā)射輻射時， 射線不與散射體相互作用。而采集前向散射輻射時，射線與散射體相互作用后，再與被檢物相互作用。射線束10 與被檢物體105直接發(fā)生作用，被物體105衰減后的輻射即為穿透輻射102b。附圖標記10 表示一適合探測較大劑量的探測器系統(tǒng)，通常情況下是一線探測器陣列。該探測器陣列10 可以是氣體探測器也可以是固體探測器。當然，探測器陣列10 和探測器陣列104b可以不同，前者采用探測效率較低的晶體而后者可采用探測效率高的晶體另外，探測器陣列104b的尺寸可以大于探測器陣列10 的尺寸，并且探測前向散射輻射的探測器，即探測器陣列104b，可以采用多層的探測器，從而進一部提高針對具有不同能量的X射線的探測效果，提高了探測效果和探測精度。穿透輻射102b被探測器陣列10 探測到后將通過傳輸控制系統(tǒng)傳送到數(shù)據(jù)處理工作站，并被記錄保存下來。射線束103a是用于與散射體106相互作用后產(chǎn)生用于檢測物體的前向散射輻射。散射輻射103a和直接發(fā)射輻射10 不是兩平行束，而是成一定夾角發(fā)射，該角度即為決定要采集的前線散射輻射的角度。該角度的取值應(yīng)該小于60度，從而保證采集的射線為散射體發(fā)射的前向散射射線。射線束103a在與散射體106相互作用前， 可經(jīng)過一準直系統(tǒng)108進行準直。但準直系統(tǒng)108并不是必須的，只有當射線束103a為一扇形束并與球狀的散射體106相互作用時，才需要通過經(jīng)過像圖2B這樣的準直系統(tǒng)。如果準直器109準直后得到的射線束103a為一筆形束，則不在需要像圖2B那樣的準直系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該散射體106為一由低Z材料構(gòu)成的球體，例如C、B或者有機材料。射線束103a與散射體106相互作用后，產(chǎn)生各個角度的前向散射，而本發(fā)明的實施例要利用的輻射主要只是與入射射線成預(yù)定角度θ的那部分前向散射輻射。該θ角度也正是射線束103a和射線束10 之間的夾角。因此利用由重金屬制成的準直系統(tǒng)107進一步對散射體產(chǎn)生的前向散射進行準直后，便得到用于穿透被檢物體105的前向散射輻射10北。前向散射輻射10 為一扇面的X射線束，平均能量要明顯低于射線束102a，并且與射線束10 互相平行。前向散射的中心點為散射體的中心點。前向散射輻射10 與物體105相互作用后，被物體105衰減后的輻射即為穿透輻射103c。探測器陣列104b為一適合探測較低劑量的探測器系統(tǒng)。穿透輻射103c被104b 探測到后也將通過傳輸控制系統(tǒng)傳送到數(shù)據(jù)處理工作站，并被記錄保存下來，并由數(shù)據(jù)處理工作站中的處理器進行后面描述的處理過程，以得到物體的材料屬性。被檢物體105和其他包括輻射源在內(nèi)的所有檢測系統(tǒng)之間存在相對勻速的位移。 在這里可以認為物體105在垂直射線束10 和10 的方向上以勻速V朝一個方向運動。 因此，分別由探測器陣列10 和104b探測并記錄下來的值可以根據(jù)速度V的和輻射源發(fā)射X射線的頻率來對匹配射線束10 和10 對物體的同一體素相互作用后的穿透值。當輻射源是101為連續(xù)模式的輻射源時，如放射性同位素的放射源，可以根據(jù)探測器的采集頻率來對精確匹配探測值。輻射源101可以經(jīng)過像圖2A那樣的準直系統(tǒng)得到兩束X射線。準直器201將作為圖1中的所示的準直系統(tǒng)109，其為一圓柱體狀，由高Z材料構(gòu)成。圖2A中的狹縫202是用于產(chǎn)生10 的準直縫，如側(cè)視圖所示，圓柱體中間開的縫為一喇叭口狀，以實現(xiàn)射線束10 是一點源形式的成像方法。狹縫203用于產(chǎn)生射線束 103a。狹縫202和203之間成一 θ角。狹縫203可以是一喇叭狀的準直縫，這時發(fā)射的射線束103a也為一扇形束。作為另一實施例，該狹縫203也可以是一細窄的長方形準直縫，此時發(fā)射的射線束103a則為一筆形束。當射線束103a為一扇形束時，為了實現(xiàn)點源成像的方式，可以將圖2B中的準直器 20 作為圖1中的準直系統(tǒng)108。準直器20 的準直縫與射線束103a的扇面相垂直。也就是說，如果準直器20 是產(chǎn)生射線103a的準直縫，例如狹縫203，則在位置108處放置的準直器將是準直器20 ，此時準直器20 和20 將正交得到一產(chǎn)生一個筆形狀射線束的準直系統(tǒng)即205c，從而實現(xiàn)入射到散射體的線束為一筆形細束，并使得散射體是近似點源發(fā)射散射。這就保證了整個前向散射成像系統(tǒng)仍然是個點源成像系統(tǒng)。當散射體為一較大體積的球狀體的情況下，為了滿足點源成像對點源大小的要求，還需要對產(chǎn)生的前向散射射線進行方向上的準直。將圖1中的準直系統(tǒng)107實現(xiàn)為一個輻射發(fā)散狀的準直器，如圖2C和圖2D所示的準直器206。準直器206可以由高Z材料制成，并采用線切割或相關(guān)的激光工藝得到輻射狀的通孔。該扇形準直系統(tǒng)是以散射體106的中心為發(fā)散的中心。由散射體106產(chǎn)生的散射輻射，將通過這些發(fā)散狀的準直通孔向外發(fā)射。從而形成一扇面的前向散射射線束10北，進一步保證了點源成像對點源的大小限制。此外，散射體也可以不是一球狀體而是采用立方體狀。在這種情況下，需要采用一雙喇叭狀的準直系統(tǒng)如圖2E中的準直器222所示。輻射源產(chǎn)生的射線束103a與立方體狀的散射體221相互作用后，產(chǎn)生的前向散射經(jīng)過準直系統(tǒng)222后向外發(fā)射，與物體相互作用后被探測系統(tǒng)223所采集。根據(jù)成像路徑可知，此時的成像方式也近似于一點源成像。對于上述實施例中的散射體，其中心的水平高度與輻射源發(fā)射射線的中心水平高度相同，從而保證兩種不同能量的射線的與被檢物體發(fā)生相互作用的路徑相互平行。
為了進一步提高探測精度，尤其是在探測前向散射輻射的探測器系統(tǒng)上可以使用一方向準直孔。圖4所示，由低Z材料制成的長方柱形散射體410產(chǎn)生的前向散射輻射與被檢物體411相互作用以后，經(jīng)過準直孔412，進入探測器晶體413，從而被探測并記錄。準直孔412為一立方體的通孔，由高Z材料制成。準直孔412緊挨著探測器晶體413。因此只有在垂直與探測晶體的正向探測面的射線才能進入被探測，其它方向的較低能量的輻射將被準直孔所屏蔽，提高了對方向的準直，進一步提高了探測精度。圖3示意了本發(fā)明實施例的對材料識別的流程。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在對未知物體的檢查之前要先根據(jù)已知材料得到材料識別的函數(shù)。在步驟S110，先通過輻射源101發(fā)射的X射線10 和散射體發(fā)射的前向散射輻射10 與不同厚度的已知材料相互作用的探測得到穿透值。在這里選用已知材料是根據(jù)材料的原子序數(shù)來選擇。在步驟S120，匹配兩種能量對相同厚度的各種物質(zhì)的穿透值。其實可以先計算這兩種能量的透明度，即(穿透劑量/未與被檢物體相互作用的輻射劑量)。然后，再計算這兩種能量的比值。在步驟S130，按照不同材料分組，根據(jù)S120步驟中得到的比值，擬合出各種材料隨厚度的變化曲線，該曲線的函數(shù)即為識別材料的函數(shù)。該函數(shù)可以用來對物體的材料進行識別。對一未知物體檢測時，在步驟S210，采集兩種能量與該物體的材料相互作用后的穿透值，并做數(shù)據(jù)匹配。然后在在步驟S220中，根據(jù)匹配好的兩種能量的透明度比值求出在S130中得到的擬合函數(shù)的函數(shù)值，用該函數(shù)值與已知材料的函數(shù)值相比較，從而判斷被檢物的材料屬性。最后，為了使得檢查人員能方便的分析結(jié)果，將根據(jù)識別結(jié)果和灰度信息，按照預(yù)定義的表征顏色表，根據(jù)物質(zhì)的有效原子序數(shù)和灰度而標識為不同的顏色，從而產(chǎn)生表示物體的材料屬性的特征圖像。該圖像中不同的物質(zhì)用不同的顏色表示。此外，圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例利用X射線的前向散射輻射來實現(xiàn)雙能法檢查被檢物體的另一結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)本實施例，輻射源501以點源方式穩(wěn)定地對外發(fā)射高能X 射線，散射體502直接緊挨著輻射源501的靶點，當散射體502在射線發(fā)射方向上的尺寸不大時，可以等效地認為用于與被檢物體509相互作用的射線是以點源形式由散射體502的中心發(fā)射出來。經(jīng)過散射體502后的射線經(jīng)由準直系統(tǒng)503后，分成兩束成θ角的扇形束 504Α和504Β，與被測物體509相互作用。準直系統(tǒng)503與上述的準直系統(tǒng)201的結(jié)構(gòu)相同。此時，射線束504Α為射線源直接發(fā)射的輻射再經(jīng)過散射體后，得到有著更高能量的硬化后能譜。而射線束504Β因為與入射輻射成一定角度，其能量將會明顯小于504Α，將作為前向散射輻射來穿透被檢物體。與物體相互作用后的穿透輻射50 ，505b分別被探測器陣列506和507所探測并記錄。探測器陣列506是適合于探測較大劑量的探測器晶體，而探測器陣列507為有更高探測效率的探測晶體。為進一步提高對穿透輻射在方向上的準直， 在探測器陣列507的探測器晶體前可安裝準直通孔508。該準直通孔的結(jié)構(gòu)和作用與上述的準直孔412相同。探測器陣列507與探測器陣列506并不平行，而是成θ角，從而實現(xiàn)探測兩種不同能量射線與物體相互作用的穿透值。
雖然該實施例中，兩束不同能量的射線與被檢物的相互作用路徑不同，但在對要求物質(zhì)識別精度不是很高，或者被檢物較薄時，這種方法仍有很好的實用價值。因為該實施方法的系統(tǒng)相對簡單，而且可以在很多現(xiàn)有的單能X射線成像系統(tǒng)上做升級。圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例利用X射線的前向散射輻射來實現(xiàn)雙能法檢查被檢物體的又一結(jié)構(gòu)示意圖。圖6中的采用雙靶的加速器作為輻射源。附圖標記607表示一束電子束，在加速管中被加速。附圖標記601為一粒子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，通過預(yù)設(shè)定的時序控制該系統(tǒng)。當要得到高能的X射線時，粒子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)601不讓電子束607產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，電子束 607經(jīng)過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)601后，按照原來的方向607b飛行，并轟擊金屬靶603的第一部分后，產(chǎn)生高能X射線。X射線經(jīng)過準直系統(tǒng)605后，成一扇形狀射線束608b。射線束608b與被檢物體609相互垂直，在與被檢物發(fā)生相互作用后，探測器陣列610b探測并記錄，該高能X射線與物體相互作用后的穿透值。如圖6所示，靶603的兩個部分成一定角度，不同角度的粒子束被加速后，轟擊與其相應(yīng)的靶區(qū)，產(chǎn)生不同角度的兩束X射線。當要得到能量較低的X射線時，電子束607經(jīng)過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)601時，偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)601使電子束偏轉(zhuǎn)一定的角度θ后，按路徑607a向前飛行。附圖標記602為一粒子聚焦系統(tǒng)，偏轉(zhuǎn)后的電子束在見過粒子聚焦系統(tǒng)602時被很好地聚焦后轟擊金屬靶603的第二部分，產(chǎn)生高能X射線。附圖標記604表示一與靶603的第二部分的形狀完全相同的散射體。散射體604緊挨著靶603的第二部分，而且與靶603有相同的水平高度。在垂直于被檢物的運動方向上，散射體604與產(chǎn)生高能射線608b的金屬靶603的第二部分對齊。由散射體604 產(chǎn)生的前向散射經(jīng)過準直器605后成一扇形狀的射線束608a。前向散射輻射608a和608b 相互平行。前向散射輻射608a與被檢物609相互作用后，被探測器陣列610a采集并記錄。 附圖標記610b和610a分別適合探測大劑量和小劑量的X射線。匹配兩探測器陣列對物體同一體素的探測值，從而實現(xiàn)物質(zhì)材料屬性的識別。此外，在上述所有的實施例中，對兩種能量的射線采用不同的探測晶體的方法也可以根據(jù)實際情況都采用較高探測效率的探測器晶體。上面的描述僅用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的任何修改或局部替換，均應(yīng)該屬于本發(fā)明的權(quán)利要求來限定的范圍，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種利用前向散射輻射檢查物體的系統(tǒng)中創(chuàng)建識別材料的函數(shù)曲線的方法，包括步驟使得通過輻射源發(fā)射的直接輻射和散射體發(fā)射的前向散射輻射與不同厚度的已知材料相互作用，并探測得到穿透值；匹配兩種能量對相同厚度的各種材料的穿透值，即計算兩種能量下的透明度之間的比值；按照不同材料分組，根據(jù)所述比值擬合出各種材料隨厚度的變化曲線，作為識別材料的函數(shù)曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述直接輻射和所述散射輻射由同一輻射源產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述輻射源為X光機、放射性同位素或粒子加速器ο
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述直接輻射和所述散射輻射的發(fā)射路徑相同或者是同一輻射的兩個部分。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述直接輻射和所述散射輻射的發(fā)射路徑成一角度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的前向散射輻射與所述直接輻射的發(fā)射路徑平行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的散射體由低Z材料構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述低Z材料包括C、B和有機材料的至少之一。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述第一輻射與探測器之間設(shè)置至少一個準直系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述散射體與探測器之間設(shè)置至少一個準直系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述的準直系統(tǒng)是一放射狀的扇形準直器。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，所述的準直系統(tǒng)使得散射體產(chǎn)生的前向散射成一扇面后，與被檢物體相互作用。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述的準直系統(tǒng)緊挨著探測器系統(tǒng)而設(shè)置。
14.如權(quán)利要求10或13所述的方法，其中，所述的準直系統(tǒng)為具有一系列通孔的準直孔，每一個探測器前設(shè)置有一準直孔。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述的準直孔放置于以散射體中心為圓心的弧線上。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的輻射源是雙靶粒子加速器。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述的雙靶粒子加速器利用粒子偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)使加速的粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，以轟擊雙靶至少之一。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述的雙靶如下設(shè)置在垂直于被檢物體運動方向上的位置有偏差。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，給偏轉(zhuǎn)方向的靶加上散射體，以及散射體的中心與未偏轉(zhuǎn)方向的靶在垂直于被檢物體運動方向上對齊。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的對前向散射輻射的探測采用的是高靈敏度的探測器晶體。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的識別物質(zhì)材料屬性的步驟包括 分別計算第一輻射和散射輻射對同一體素的衰減值。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括根據(jù)兩個平行輻射間的距離對同一體素衰減值的匹配過程。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述的物質(zhì)材料屬性是指該物體中所含物質(zhì)的等效原子序數(shù)。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述的識別材料的步驟包括利用預(yù)先對已知材料屬性的物質(zhì)進行采樣，并通過采樣點擬合得到用于識別未知材料屬性的區(qū)分函數(shù)。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定角度小于15度。
26.一種利用前向散射輻射檢查物體的系統(tǒng)中創(chuàng)建識別材料的函數(shù)曲線的裝置，包括使得通過輻射源發(fā)射的直接輻射和散射體發(fā)射的前向散射輻射與不同厚度的已知材料相互作用，并探測得到穿透值的裝置；匹配兩種能量對相同厚度的各種材料的穿透值，即計算兩種能量下的透明度之間的比值的裝置；按照不同材料分組，根據(jù)所述比值擬合出各種材料隨厚度的變化曲線，作為識別材料的函數(shù)曲線的裝置。
全文摘要
公開了一種利用前向散射輻射檢查物體的系統(tǒng)中創(chuàng)建識別材料的函數(shù)曲線的方法和裝置，該方法包括步驟使得通過輻射源發(fā)射的直接輻射和散射體發(fā)射的前向散射輻射與不同厚度的已知材料相互作用，并探測得到穿透值；匹配兩種能量對相同厚度的各種材料的穿透值，即計算兩種能量下的透明度之間的比值；按照不同材料分組，根據(jù)所述比值擬合出各種材料隨厚度的變化曲線，作為識別材料的函數(shù)曲線。本發(fā)明可用在海關(guān)、港口、機場對貨物進行不開箱檢查，也可用于生物學(xué)研究或醫(yī)學(xué)檢測。
文檔編號G01N23/02GK102519988SQ20111039217
公開日2012年6月27日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者李清華, 王學(xué)武, 王小兵, 鐘華強 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學(xué)