專利名稱：物體掃描系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種物體掃描系統(tǒng)，在本發(fā)明的一個應用中，該系統(tǒng)用于掃描人體以便檢測在其所攜帶的或內部的某些物品或物質。
本發(fā)明的第一個目的是提供一種掃描物體(可能是人體)的方法，這個方法包括用一束X輻射掃描物體，把透過物體的X輻射轉換成一個光學象，增強該光學象，將該光學象轉換成一個電子學象并處理這個電子學象，以便獲得一個該物體或其部分的掃描象等步驟。
最好是利用在移動掃描模式下操作的電荷耦合器件陣列檢測器將增強的光學象轉換成一個數字式電子學象。經數字電子學象技術處理后產生的掃描象最好是一個人體或其部分的可見象。
在本方法的一個優(yōu)選實施例中，用一個閃爍器裝置將發(fā)射的X輻射轉換成一個光學象，最好是再利用一個光學象增強器和還可能采用一個或多個用于傳輸光學象的一端逐漸變細的光導纖維將這個光學象增強。
在一個實施例中，一個第一組一端逐漸變細的光導纖維將一個光學象從一個相應的閃爍器組傳輸到一個增強光學象的光學象增強器，以及一個第二組一端逐漸變細的光導纖維將這個增強過的光學象傳輸到相應的工作在移動掃描模式下的電荷耦合器件(CCD)陣列檢測器組，以便轉換成一個電子學象。
X射線源和成象裝置最好是彼此相對地位于在一個掃描臺上的相對的兩側，并且由一個能相對位于掃描臺上的物體運動的小車支撐，借此對該物體進行掃描。在對人體掃描的場合下一個身體待掃描的個人應站立在掃描臺上，而使小車相對人體沿垂直方向運動。
另外，也可以使物體在一個傳送帶或其它傳送系統(tǒng)上相對于不動的X射線源和相對的成象裝置運動。
本發(fā)明還提供一種掃描物體的裝置，這個裝置包括一個用于以一束X射線掃描物體的X射線源和成象裝置，該成象裝置又包括將通過物體的X射線轉換成一個光學象的裝置，用于使該光學象增強的裝置，用于將增強的光學象轉換成一個電子學象的裝置和用于處理該電子學象以便獲得一個物體或其一部分掃描象的裝置。
在本裝置用于人體掃描時，最好是限制X輻射的強度，使在掃描過程中被人體吸收的劑量是在生理學不可接受的水平之下，例如，X輻射束的強度遠小于使人體吸收10×10-6西弗特(sievert)的當量劑量或更小的程度。
下面將參考附圖，結合唯一的例子詳細描述本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明的用于掃描人體的系統(tǒng)的側視圖;
圖2為用在圖1系統(tǒng)中的照射和檢測設備的平面示意圖;
圖3示意地表示出系統(tǒng)的單檢測器通道。
圖4為一個優(yōu)選的準直系統(tǒng)的平面圖;以及圖5為一個沿圖4中的線5-5剖開的優(yōu)選的準直系統(tǒng)的剖視圖。
下述的系統(tǒng)是專門為掃描人體以便檢測在其上和內部存在的一個或多個特定物體的。
如圖1所示的系統(tǒng)包括一個用標號10代表的掃描臺，使每個待掃描的個人12進入到這個掃描臺上，如圖所示，他在掃描過程中筆直地站在掃描臺上。支撐一個小車16的筆直的立柱14靠在掃描臺10的旁邊。
在支柱14上或在小車16上配置的垂直驅動單元(未示出)使小車以預定的恒定的線速度在支柱的上下沿鉛直方向移動。
再參看圖2，小車14上裝有一個產生一個基本上在水平方向的沿側向展成扇形的X輻射束20的X射線管18，X射線管18使輻射束20通過掃描臺10射向一個在掃描臺對面的弧形檢測器和成象單元22。需要指出的是，在圖1中人12站立在輻射束20的路徑上，在掃描過程中使小車沿鉛直方向上下移動，從而使輻射束20通過這個人身體的整個高度或只通過選定的部分。
由X射線管18產生的X輻射束經過一個準直器24在鉛直方向初步校直，以便將X輻射束20的扇形限制在一個鉛直平面內。X輻射束通過掃描區(qū)后射到一組橫向相鄰的閃爍器屏26上。作為如圖所示，閃爍器屏26限定-弧形的閃爍體屏陣列28。當帶有X射線能量的光子撞擊到閃爍器屏26上時，這個屏產生帶有光能量的光子，并以相當高的增益(即對于每個正在撞擊的X射線光子可以產生很多光線光子(lightphoton))形成光學象。
在本例的情況下，人體被相對人體垂直運動的X射線束掃描，重要的是通過在垂直方向準直X射線束，以便限制展開扇形X射束20的垂直高度，從而防止視差效應。
附圖4和5中簡略地示出在實際操作中令人滿意的X射線管和準直系統(tǒng)。這個從優(yōu)選用的X射線管18是公知的線聚焦X射線管，采用這種類型的X射線管，可以使X射線從具有一個直線形狀的射線源發(fā)射出，該直線形狀的射線源在圖中用60代表。該直線形狀射線源60垂直取向(從圖4和圖5中看出)并且具有一相當于展成扇形X射線束20的所需要的高度的發(fā)射長度。
如圖4所示，透射過X射線管18的窗口62的發(fā)散X射線束投射到一個準直器24中，準直器24具有一個外殼64，該外殼容納一個由一些緊密靠近、但有間隙的薄的重金屬板構成的疊層66。這種類型準直器的特征由其柵格比表征，該柵格比是金屬板沿X射線束進行方向的長度同在疊層中的相鄰的兩板68間的凈間隙之比值，發(fā)散度超過該柵格比的X射線射到這個水平板面上而被吸收。
從圖5中可以看到，準直器的形狀應適合于X射線束沿側向展成扇形。于是從準直器24的下端最后射出的X射線束20被以一個很低的沿垂直方向的發(fā)散度沿側向展成扇形。這個在每種場合下的發(fā)散度由其準直器板疊層66的特定的柵格比確定。
顯然，所產生的光學象的強度是正比于入射的X輻射強度。
一個一端逐漸變細的第一光導纖維30，即一個一端逐漸變細的光導纖維束同每個閃爍器的屏26相連接。一端逐漸變細的光導纖維被認為能夠高效率地收集光，而同時保持光的高空間分辨率和低的畸變性能。
一端逐漸變細的光導纖維素30將光學象經過合適的耦合裝置32射向一個象增強器34的輸入窗口。應該意識到出現在象增強器窗口的光學象是縮微的，這是由一端逐漸變細的光導纖維的形狀所決定的。對于每個輸入到象增強器的光線光子，象增強器通過一個另外的耦合器36輸出很多光線光子到一個一端逐漸變細的第二光導纖維38。換句話說，象增強器34借助一端變細的第一光導纖維30使出現在其上面的光學象增強了。
這個一端逐漸變細的第二光導纖維38將增強的光學象再一次縮微并發(fā)射到電荷耦合器件(CCD)陣列檢測器40的前表面，陣列檢測器40同一個電子接口組件42相耦合。
圖3為說明上述的單檢測器通道的簡圖。
電荷耦合器件陣列檢測器在所謂的移動掃描模式下驅動工作。移動掃描模式使在CCD陣列檢測器后面產生的電子象移支，并借助于從光學象收集到的信息，繼續(xù)增強或改進這個電子學象，所述的光學象隨著小車16的移動也同時橫跨CCD檢測器的前表面“移動”。
因為這個電子學象以恒定的電子時鐘頻率向前移動，所以在光學象中的每一點必須以恒定的速度也就是以小車16的移動速度在一條直線上“移動”。
對于本專業(yè)的普通技術人員應該懂得，受到象增強器影響象的亮度增益必須正確地控制，以便防止電荷耦合器件陣列檢測器飽和。
組件42通過數據總線46和線48同處理單元50接口。在單元50中每行的電子象被讀出后經適合的數字式電子學象處理增強裝置增強。單元50在被操作者觀察的監(jiān)測器52上產生一個可見象。
必須了解，重要的是在對人體進行X射線掃描時要保證被人體吸收的X射線的劑量不能超過按生理學有害人體的水平。這一點對于需要經常地對人體進行掃描的檢測系統(tǒng)是特別重要的，例如用于檢測可能從工作場所中被偷竅的物品的存在，掃描可能每天逢人離開工作場所就進行。
可以預見，如上所述的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中X輻射被轉換成一個被增強的光學象后，又由一個在移動掃描模式下工作的電荷耦合器件檢測器陣列轉換成一個電子學象，從而可以提供一個在安全的起始X射線強度下的滿足需要的精度和分辨率。
在實踐中，據認為在非醫(yī)學應用時，在適合的信號分辨率和精度的情況下X輻射的當量劑量水平可以維持在10×10-6西弗特。
在本發(fā)明的一個應用中，上述的人體掃描系統(tǒng)可以用于掃描人體以便檢測在其身體上或身體內存在的易于盜出的特定物品。例如對那些可能在身上隱藏金剛石的人進行身體掃描。在這種情況下，顯然人體上或體內的金剛石顆粒將比周圍的身體組織和骨骼吸收比較大部分入射的X輻射。因此，金剛石將使X射線信號相當大地衰減，這將從在監(jiān)測器52上產生的最終的可見象中可以看到。不僅能檢測到金剛石的存在，還能檢測出它在人體的位置。在這種場合下使用的X射線管的電壓可以在150KV至160KV范圍內選擇。
雖然本發(fā)明是以在垂直掃描過程中站立的人為例描述的，但是也可以使人體處在方便于水平掃描的位置，或者使其以恒定的速度，例如在一個傳送裝置上通過一個固定的掃描裝置。
檢測人體攜帶的金剛石只不過是本發(fā)明的一個應用，在其它應用中，例如為了檢測其它異物的存在(例如在醫(yī)學檢測中，檢測金屬片、斷裂骨骼或其它生理學雜質等的存在)可以對人體進行掃描。
一般來講，X射線管的電壓根據適合特定的應用進行選擇。在醫(yī)學應用中，例如在上段提及的那些醫(yī)學應用中，X光管的電壓可以例如低到80KV。另外，為了尋找和分析重金屬例如鐵、鎢、或鉑可能采用高達600KV電壓。
為了檢測藥物或其它違禁物器(例如在機場安全檢查口的武器探測)，也可以對人體進行掃描。
被檢測物不必需是人體，例如上述的方法和裝置可以用于在機場安全檢查口檢查行李中的物品。
在這些情況下，使物體通過掃描臺移動的本發(fā)明的一個方案對于掃描裝置相對物體移動的例舉過的系統(tǒng)通常是可取的。
在本發(fā)明的每個應用中，借助于正確的設定X射線管的初始工作電壓和電流，可見象的對比度可以根據精確地檢測特定的物品或物質的需要而調整到最佳的狀態(tài)。
需要指出的是，被上述裝置產生的可見象或電子學象根據需要可以借助處理單元50儲存于存儲器中。
權利要求
1.一種掃描物體的方法，包括用X輻射對該物體掃描，將透過該物體的X輻射轉換成一個光學象，增強該光學象，將該光學象轉換成電子學象和處理該電子學象，產生該物體或其-部分的掃描象的步驟。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于將增強過的光學象利用操作在移動模式下的電荷耦合器件檢測器陣列轉換成一個數字式電子學象。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于對該數字式電子學象進行處理，產生物體或其一部分的可見的象。
4.如前述的任一個權利要求所述的方法，其特征在于利用閃爍器裝置將透射的X輻射轉換成一個光學象。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于利用光學象增強器同一個或多個用于傳輸該光學象的一端逐漸變細的光學纖維相結合的方法增強該光學象。
6.一種如權利要求5所述的方法，其特征在于利用第一組一端逐漸變細的光纖維將光學象從閃爍器裝置傳輸給增強該象的光學象增強器，和利用第二組一端逐漸變細的光導纖維將該增強的光學象傳輸給操作在移動掃描模式的相應的電荷耦合陣列檢測器組，以便轉換成一個電子學象。所述的第一和第二組一端逐漸變細的光導纖維還用于將它們傳輸的象縮微。
7.如上述的任何一個權利要求所述的方法，其特征在于使X射線源和成象裝置彼此相對地位于一個掃描臺的對側。該X射線源和成象裝置由一個能相對不動物體移動的小車支撐，使該X輻射源發(fā)射一個展成扇形的X輻射束，該X輻射束被在小車的相對運動方向準直。
8.一種如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述的物體是人體，并使小車沿垂直方向相對于直立在掃描臺上的人體移動。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，X射線束應具有相當低的強度，其被人體吸收的當量劑量是10×10-6西弗特或更小。
10.如權利要求1-6中所述的任何一種方法，其特征在于使所述的物體在不動的X射線源和對面的成象裝置之間移動。
11.一種用于掃描物體的裝置，該裝置包括用一束X輻射掃描物體的X射線源和一個成象裝置，該成象裝置包括將透過物體的X輻射轉換成一個光學象的裝置，增強該光學象的裝置，用于將該增強過的光學象轉換成一個電子學象的裝置和用于處理該電子學象，以產生一個該物體或其一部分的掃描象的裝置。
12.如權利要求11所述的裝置，包括在移動掃描模式下工作的電荷耦合陣列檢測器，以便將增強的光學象轉換成一個數字式電子學象。
13.如權利要求11或12所述的裝置，包括用于產生一個物體或其一部分的掃描可見象的裝置。
14.如權利要求11-13中所述的任何一個裝置，包括將透射的X輻射轉換成一個光學象的閃爍器裝置。
15.如權利要求14所述的裝置，包括一個同一個或多個一端逐漸變細的用于傳輸光學象的光導纖維結合使用的光學象增強器，以便增強該光學象。
16.如權利要求15所述的裝置，包括將來自閃爍體裝置的光學象傳輸給一個增強象的光學增強器的一個第一組一端逐漸變細的光導纖維，和一個用于將該增強的光學象傳輸給一個相應的在移動掃描模式工作的電荷耦合陣列檢測器組的第二組一端逐漸變細的光導纖維，以便轉換成一個電子學象，所述的第一和第二組一端逐漸變細的光導纖維還使被它們傳輸的象縮微。
17.如權利要求11-16所述的任何一個裝置，包括彼此相對地配置在掃描臺的相對兩側的X射線源和成象裝置，一個支撐X射線源和成象裝置的小車和使小車相對于在掃描臺上的不動物體運動的裝置，X輻射源發(fā)射一個展成扇形的X輻射，該X輻射在小車相對運動方向被準直。
18.如權利要求17所述的裝置包括一個成線聚焦的X射線管，該X射線管朝向小車相對物體運動的方向。
19.如權利要求17或18所述的裝置，包括一個用于準直該輻射的平行板準直器。
20.如權利要求17-19所述的任何一個裝置，當用于掃描一個人體時，該小車可以相對于站立在掃描臺上的人體垂直移動。
21.如權利要求20所述的裝置，其特征在于所述的X輻射具有一個相當低的強度，以便使被人體吸收的當量劑量為10×10-6西弗特或以下。
22.如權利要求11-16所述的任何一個裝置，包括不動的X射線源和對面的成象裝置，以及使物體在X射線源和成象裝置之間移動的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種掃描物體(通常是為安全和醫(yī)學目的檢查人體(12))的裝置和方法。在這個方法中采用不足以損傷生理組織的相當低強度的X輻射束(20)對人體(12)進行掃描。然后將透過人體(12)的X輻射轉換成一個光學象。將這個光學象增強后轉換成一個電子學象。對這個電子學象進行處理產生一個人體或人體一部分的掃描象。這個掃描象常常是可見現象。
文檔編號H05G1/00GK1091205SQ93115330
公開日1994年8月24日 申請日期1993年11月13日 優(yōu)先權日1992年11月13日
發(fā)明者D·J·哈蒙, M·W·N·辛格, R·W·格拉特哈爾, G·蘭尼斯基, S·N·蘇盧拉爾, F·D·迪比爾, P·G·盧斯 申請人:德比爾斯工業(yè)鉆石部門有限公司