用于人员筛查的多重图像的收集和合成的制作方法

专利名称：用于人员筛查的多重图像的收集和合成的制作方法
用于人员筛查的多重图像的收集和合成相关申请的交叉引用本发明要求2007年11月19日提交的美国临时申请第60/988，933号作为优先权， 在此引用该申请的全部内容作为参考。技术领域和
背景技术：
本发明涉及对人员、包裹或者其它对象进行X-射线成像以检测出隐藏物体的领 域。目前使用反向散射和毫米波技术的人员筛查系统能够提供代表被扫描的对象表 面的图像，然而，由于其不能完全穿透整个被扫描的对象，所以缺少对位于对象远侧上的感 兴趣项目、或者返回与对象周围背景类似的信号响应的感兴趣项目，或者巧妙隐藏在对象 上的项目进行成像的能力。为提高这种筛查系统的检查精确度，还需要可能必须将被扫描对象进行重置的额 外扫描。这些额外的扫描需求，在可能提高检查精确度的同时，也明显降低了这种通常在进 行大量扫描情况下工作的系统的吞吐速率。在这样的应用中特别需要一种以高吞吐速率精确并有效地成像并且只需要将被 检查的对象暴露在低辐射量下的系统。因此，本发明的目的在于提供一种能够获得这些预期目标的扫描装置和方法。

发明内容
根据本发明优选实施方式提供一种用于查明与对象相关的材料特征的装置，在某 些实施方式中，产生对象的一个或者多个图像。该装置通常包括第一滑座、第二滑座、至少 一个垂直定位器，和至少一个检测器。每个滑座包括源，该源适于产生入射在对象上的穿透 辐射射束。垂直定位器适于使每个滑座相对于对象沿着具有垂直分量的方向同步移动。至 少一个检测器在辐射与对象相互作用之后接收由至少一个源产生的辐射。检测器可以置于 第一滑座上。对象可以是人。由每个源产生的穿透辐射可以为X射线辐射形式。每个源可适于产生铅笔形辐射 射束。每个源还可以具有扫描仪，该扫描仪适于沿着与滑座运动方向交叉的方向移动由源 产生的穿透辐射射束。每个扫描仪可以具有调制盘形式，并且调制盘可适于提供隔行扫描 射束。每个滑座可包括多个检测器，每组多个检测器可以包括散射检测器和透射检测器 中至少之一。第一滑座与第二滑座可以产生基本反向的穿透辐射射束。第一滑座的透射检测器可处于与第二滑座的源基本相等的高度。在本发明的一个实施方式中，第一和第二滑座可以在结构上连接。两个滑座可被 连接到同一个机械平台上，其中至少一个定位器适于使该机械平台沿着具有垂直分量的方 向移动。在本发明的另一个实施方式中，每个源是间歇发射源，以提供在时间上交替照射的图形。在本发明的一个实施方式中，可以包括位移编码器。根据本发明的一个实施方式，该装置的定位器可以包括至少一个旋转电动机，该 旋转电动机被连接到导螺杆、齿条齿轮装置、电磁驱动装置、液压活塞或者滑轮装置上。在一个实施方式中，该装置可以包括处理器，用于接收来自至少一个检测器的信 号，并且至少根据该信号产生图像，可以还包括处理器，利用电子方式将根据来自每个检测 器的信号所产生的图像进行组合。根据本发明的相关实施方式，该装置还可以包括外壳，在操作过程中容纳滑座和 至少一个定位器。至少一个固定检测器可被连接到外壳上。该外壳可以是受环境控制的外 壳。外壳可从外部环境进行密封。在本发明的一个实施方式中，每个源可以是适于间歇照射对象的脉冲源。根据本发明的另一个实施方式提供一种用于查明与对象相关的材料特征的装置， 该装置包括第一滑座、第二滑座和至少一个垂直定位器。第一滑座包括适于产生入射在对 象上的穿透辐射射束的源，和用于检测由对象散射的穿透辐射的第一检测器。第二滑座包 括用于检测由第一滑座的源产生并透过对象的穿透辐射的第二检测器。至少一个垂直定位 器适于使每个滑座相对于对象沿着具有垂直分量的方向同步改变位置。定位器可作用于第 一滑座以使其上的每个源相对于对象改变相对位置。根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于查明与对象相关的材料特征的装 置，该装置包括两个垂直布置的源阵列，适于产生穿透辐射射束；至少一个检测器，用于在 辐射与对象相互作用之后接收由至少一个源产生的辐射；和控制器，用于激活与同阵列中 其它源相互独立的至少一个阵列中的至少一个源。在一个相关实施方式中，该装置的至少一个检测器包括两个垂直阵列的检测器和 处理器，该处理器用于在特定时间间隔中对由每个检测器接收到的检测数据进行处理。在该装置另一个相关实施方式中，包括扫描仪，其适于移动由至少一个源产生的 至少一个穿透辐射射束。根据本发明另一个实施方式提供一种用来检查对象的方法，该方法包括下列步 骤移动第一滑座，第一滑座具有连接其上的第一源，该第一源适于产生入射在对象上的穿 透辐射射束；与第一滑座同步移动第二滑座，该第二滑座具有连接其上的第二源，该第二源 适于产生穿透辐射射束；利用至少一个检测器，在辐射与对象相互作用之后检测由至少一 个源产生的辐射；根据由至少一个检测器接收到的辐射，产生检测器输出信号；和根据检 测器输出信号鉴定对象。至少一个检测器可被连接到第一滑座和第二滑座至少之一上。在该方法的一个相关实施方式中，还包括沿着与该滑座运动方向交叉的方向扫描 由源产生的穿透辐射射束。在该方法的另一个相关实施方式中，还包括根据由第一和第二检测器检测到的辐 射产生图像。在该方法的还一个相关实施方式中，还包括下列步骤沿着与滑座运动方向交叉 的方向，扫描由连接到第二滑座的源所产生的穿透辐射射束；根据由第一和第二检测器接 收到的辐射产生检测器输出信号；和根据从第一和第二射束检测到的辐射产生图像。在上 述检查对象的任一方法中，对象可以是人。
根据本发明另一个实施方式提供一种用来检查对象的方法。该方法包括产生在 时间上变化高度的穿透辐射射束，该穿透辐射射束由被布置成沿着朝向对象的第一方向引 导辐射的至少一个第一源和被布置成沿着朝向对象的第二方向引导第二源的至少一个第 二源产生；利用至少一个检测器，在辐射与对象相互作用之后，检测由至少一个源产生的辐 射。至少一个第一源可以包括处于不同垂直高度的第一多个源，至少一个第二源包括置于 不同垂直高度的第二多个源。


本发明涉及对货物或者任何其它包裹和/或对象进行筛查的领域。通过参考后面的详细说明并结合附图，本发明的上述特征会更加显而易见，其 中图1是用于对进入成像装置中的人员进行扫描的本发明一个实施方式的示意图；图2A和图2B是连接到本发明滑座上的导螺杆型定位器的图；图3是根据本发明一个实施方式被配置成使源可以交替扫描对象的两个源和两 个调制盘的俯视图；图4示出根据本发明某些实施方式所述的置于外壳中的检查系统；图5是现有技术中根据电子场发射的X射线的示意图；图6示出根据本发明一个实施方式在反向散射成像应用中使用一维阵列离散源；图7示出根据本发明一个实施方式在反向散射成像应用中使用二维阵列离散源；图8示出根据本发明一个实施方式在反向散射成像应用中使用一维阵列离散源 和固定组反向散射检测器；图9示出根据本发明一个实施方式的图像产生装置，其中多个一维源阵列安装在 一个圆筒上；图IOA示出本发明一个实施方式的主视图，其中X射线从上方发射；图IOB示出本发明一个实施方式的示意性侧视图，示出人员在穿过从上方发射的 多个X射线束的连续位置上；图IlA示出本发明一个实施方式的主视图，其中X射线从对侧发射；图IlB示出本发明一个实施方式的示意性侧视图，示出人员在穿过从上方发射的 多个X射线束的连续位置上；图12示出根据本发明一个实施方式使用多个反向散射成像系统的X射线检查系 统的示意性横截面图；图13示出图12所示实施方式的X射线检查系统的侧视图；图14示出利用在本发明各个实施方式中所使用的电磁扫描仪的现有反向散射系 统。
具体实施例方式定义，在本说明书和附图中所使用的定义，除非在上下文中有另有规定，否则下列 术语应具有指明的意思。“滑座” (carriage)是一种可移动的系统，其包括穿透辐射的源和/或检测器。滑座可以包括用来检测辐射的检测器；然而，滑座不必需包括检测器。“垂直定位器”是一种系统组件，能够沿着具有垂直分量的方向布置滑座。定位器 可以包括像电动机等致动器，和附带的机械联动和耦合装置。“垂直布置阵列”是通常为源或者检测器的多个物体，以具有垂直分量的结构布置 以使垂直布置阵列源中的至少一个源处于与相同垂直布置阵列中至少一个其它源不同的尚度。图1是对进入到成像装置附近的人员进行扫描的本发明一个实施方式的示意图。 图1所示并通常由数字10指定的成像装置，使用能产生穿透辐射的两个不同源以便在一次 扫描中对对象进行扫描，并从两个相对侧面进行成像，因而能够有效识别任何隐藏物体。由 每个源产生的穿透辐射典型地为电磁辐射，例如X射线或者次毫米波辐射；然而，在某些情 况下，使用其它频率范围或者完全不同的粒子例如重子的电磁辐射，也可能是有利的。上述 不同源的区别在于允许每个滑座产生的一束穿透辐射促进对象成像。可以产生包括根据在 对象任一侧和/或顶部检测到的透射和/散射辐射的图像在内的各种图像。这些图像可以 同时产生。可以利用任何处理方法将同时产生的图像进行合成。该装置的源102与滑座 100相连。滑座100可以包括一个或者多个检测器。为便于说明，示出三个检测器。所示的 三个检测器包括可配置成用于前向散射检测的检测器104、可配置成用于透射检测的检测 器106，和同样可配置成用于前向散射检测的检测器105。本领域普通技术人员应该清楚， 滑座并不限于包括三个检测器或者特定类型的检测器。特别地，每个检测器可以被配置成 检测超过一种形式的辐射。滑座可以包括一个或者多个检测器，滑座上的任何单个检测器 可被配置成用作前向散射、透射、或者反向散射检测器。通过修改检测器输出、检测周期，和/或灵敏度，可以将检测器配置成用来检测特 定种类的辐射。例如，每个检测器可以将检测到的信息输出给特别配置成用来处理检测信 号的处理器。而且，可以根据检测何种类型的辐射以规定时间间隔交替变化处理器的配置。 例如，检测器可被配置成使得在源102产生辐射束过程中的时间间隔期间，检测器104、105 和106被配置成用来检测反向散射辐射，检测器114和115被配置成检测前向散射辐射，而 检测器116被配置成检测透射辐射。在同一个实施例中，检测器可以被配置成使得在由产 生辐射束的源112限定的另一个时间间隔期间中，检测器114、115和116被配置成用来检 测反向散射辐射，检测器104和105被配置成用来检测前向散射辐射，而检测器106被配置 成用来检测透射辐射。这只是检测器可以如何被配置来操作以及该结构可按照所提供的系 统和具体应用进行处理的一个例子。因此，根据本发明的多个实施方式可以提供在此不必 明确描述的各种结构。与滑座100类似的滑座110包括与其连接的三个检测器。这三个被连接到滑座 110上的检测器包括可被配置成用来检测前向散射辐射的检测器114、可被配置成用来检 测透射辐射的检测器116，和同样也可被配置成检测前向散射辐射的检测器115。这些检测 器与滑座100上的那些检测器一样，每个检测器可被配置成如上所述的用来检测包含前向 散射、透射和/或反向散射辐射在内的各种类型的辐射。在整个扫描过程中，每个滑座100和110基本上都保持在同一高度上。每个滑座 100和110通常都被连接到单个垂直定位器上，垂直定位器使滑座分别沿着由线108和118 示出的轨迹移动，如图2A中进一步示出。这些定位器沿着大致垂直的方向以相同速率移动滑座，以使每个滑座在移动过程中彼此保持大致相同的高度。所示的扫描系统还包括固定 的侧向散射检测器122，在扫描中用来检测大致垂直散射的辐射。在滑座彼此同步垂直移动的同时，图1所示的源水平扫描对象120，在辐射与对象 相互作用之后，可以由置于相对的第二滑座上的检测器检测由置于第一滑座上的第一源所 产生的辐射。此外，在辐射与对象相互作用之后，置于相对的第一滑座上的检测器可以检测 由置于第二滑座上的第二源所产生的辐射。辐射检测的类型可以包括透射和/或散射检 测。尽管在图1的滑座中没有具体示出反向散射检测器，然而滑座可包括被配置成用来检 测反向散射辐射的检测器。在检测器被配置成用来检测反向散射辐射的一个实施方式中， 如上述实施例所述，检测器可以检测由与检测器置于同一滑座上的源所产生的辐射。在一个优选实施方式中，每个滑座的源可适于产生铅笔形射束X射线。这可以通 过使用准直仪或者产生穿透辐射的窄束的任何装置来获得。在一个优选实施方式中的源还 可适用于沿着与滑座行进的大致垂直方向交叉的方向对对象进行扫描。可以使用包括但并 不局限于调制盘、电磁转向装置或者任何其它扫描系统在内的装置进行扫描。图1还示出一个滑座上的检测器与另一个滑座上的源的相对位置，具体地示范出 源和检测器的结构。在图1所示的实施方式中，每个源位于与可被配置成用于透射检测的 相对的检测器的高度相对应的位置上。具体来说，滑座Iio的检测器116具有与滑座100上 的源102大致相同的高度，反之，滑座110上的源112与滑座100上的检测器106也一样。在一个实施方式中，在每个滑座上可被配置成用来检测前向散射辐射的两个检测 器被设置成在与垂直方向上与对应的源错开一距离，以检测由入射在对象上的穿透辐射束 所产生的散射辐射。尽管检测器106可被配置成用来检测散射辐射，然而在检测源112的 射束与置于两滑座之间的对象相互作用的前向散射辐射方面，检测器104和105可能比检 测器106更加理想。类似地，检测器116可被配置成用来检测前向散射辐射，但由于检测器 114和115与源102在垂直方向上错开，因而在由源102产生的射束与对象相互作用的前向 散射辐射方面，检测器114和115可能比检测器116更加理想。为了获得滑座的协调运动，可以设置允许滑座作为一个整体移动的连接结构。在使用中，对象进入检查系统附近，然后滑座垂直移动，同时在对象一次通过时从 至少两侧对对象进行扫描。当新的对象进入到入口以扫描时，滑座可以从其当前位置，沿着 与前一次扫描移动的相反方向垂直移动，开始扫描对象。例如，当滑座沿着减小高度的垂直 方向移动来扫描一个对象，在完成该扫描并且在下一个对象进入之后，滑座沿着增大高度 的垂直方向移动来扫描下一个对象。在本发明的另一个实施方式中，每个滑座可以包括源，而不具有任何连接到可移 动滑座上的检测器。例如，每个滑座100和Iio可不设置检测器104、105、114、115和116 中的任一个。在该实施例中，可以设置固定检测器，当滑座移动并且交替激活源时，检测透 射和/或散射辐射。本实施例中的固定检测器仍然可以是可配置的。该固定检测器例如可 设置成在滑座行进的大致长度上延伸的阵列，因而使其可以像图1所示的连接到滑座上的 检测器那样检测辐射。尽管图1 一般地示出分别具有一个源的每个滑座，然而，在本发明的范围内，可仅 在两个滑座之一上设置一个源并且在与源所在的同一滑座上设置散射检测器，在反向布置 的滑座上设置对应的透射或者前向散射检测器。可选地，图1所示的装置能够利用一个滑座上的唯一的源进行工作，产生穿透辐射，在对象120成像时，反向布置的滑座独自检测由 上述滑座产生的辐射。图2A是被连接到本发明滑座上的导螺杆型定位器的图示。图2A所示且通常用数 字11指定的成像装置，示出被连接到滑座100和110上的导螺杆200和210，以便当在此 用作定位器的旋转导螺杆电动机201和202被同时操作时，使滑座100和110沿着各个导 螺杆的转轴沿大致垂直方向移动。该图示出一种类型的定位器，其可使本发明的滑座获得 必要的移动；然而，本发明的实施方式可以包含能够使滑座移动的其它系统。这些系统可以 包括，但并不局限于，齿条齿轮传动系统、可利用电磁动力装置的电动机械系统、液压系统 或者滑轮系统。本发明还包括由连接到滑座上的单独一个定位器来移动滑座。该定位器可 以仅包括一个定位器，具有连接到一个以上滑座上的机械平台。可选地或者额外地，定位器 可包括允许一个滑座或者多个滑座沿着除垂直方向之外的方向进行移动的系统。所述的任 一种系统，或者所使用的任何其它定位器，可以由控制器进行控制，控制器包含移位编码器 212以将滑座移动到特定位置或者移动特定位移。控制器还可以控制获得移动的速率或者 其它与滑座移动相关的变量。在一个实施方式中，与定位器连接到滑座上相反，定位器可被连接到对象120可 置于其上的可移位部件上。在定位器被连接到对象120可置于其上的可移位部件上的实施 方式中，例如位于两个滑座之间的机械平台上，定位器可以沿着具有垂直分量的方向变化 部件的高度，以便滑座扫描对象或者对象的某些区域。因为两个实施方式都提供了对象相 对于滑座的相对方位的变化，同时使每个滑座的高度保持为相对于另一滑座不变，因此在 该实施方式中也可以得到沿着具有垂直分量的方向同时移动滑座所产生的相同图像。图2B是用于对进入成像装置中的人员进行扫描的本发明一个实施方式的侧面 图。如上所述，源可以彼此错开，以使每个源处于与可被配置成用于所需类型检测的相对的 检测器的高度相对应的位置上。例如可配置成用于透射检测的检测器处于一个滑座上与位 于反向布置滑座上的源相匹配的垂直高度上。在图2B中通常由数字12指定的成像装置， 示出可以通过偏置对应的滑座(此处为滑座250和260)使源(此处为源252和源262)偏 置。例如，如果滑座都类似地配置有中央定位并从滑座中央位置产生一束穿透辐射束的源， 则每个滑座可被连接到各定位器的一个高度上，由此一个滑座与其它滑座垂直偏置，以使 每个滑座的各个源相对于其它滑座上的源垂直偏置。该装置仍然能够使用如述的可配置检 测器。具体地，在激活源252的时间间隔中，检测器253和254可被配置成用来检测反向散 射辐射，检测器264可被配置成用来检测透射辐射，而检测器263可被配置成用来检测前向 散射辐射。而且在激活源262的时间间隔中，检测器263和264可被配置成用来检测反向 散射辐射，检测器253可被配置成检测透射辐射，而检测器254可被配置成用来检测前向散 射辐射。图2B还示出导螺杆251和261，当导螺杆由电动机255和265驱动旋转时，为滑座 250和260提供沿着大致垂直方向的运动。图3是两个源的俯视图，具有调制盘的两个源被配置成以使源可以交替产生入射 在对象上的辐射。在图3中用数字13指定成像装置。本发明包含使源适于以不同时间间 隔产生入射在对象上的辐射。可以通过利用稳态的透射源或者利用在不同时间间隔中透射 辐射的脉冲源来实现。在使用稳态透射源的情况下，源可以设有调制盘，该调制盘具有例如额定数目二分之一的狭缝。该装置因而设有控制器，该控制器适于在多个定位器或者一个 定位器沿着大致垂直方向同步移动滑座的同时，使这两个源同步照射对象以使其在特定的 时间间隔中交替产生入射在对象上的辐射，以获得对象两侧的全宽度扫描。在图3中，从俯视的角度示出第一和第二滑座300和310。每个滑座示出用来产生 穿透辐射302和312的源301和311。穿透辐射可以在由使用的源所指定的范围内产生， 并不试图受图示的限制。源的范围是通过辐射束被扫描或者被扫过来限定的范围。线315 和线305示出该范围。线315表示源311产生的射束扫过的范围或者窗口。线305表示源 301产生的射束扫过的范围或者窗口。由标记320示出的对象放置在两个滑座之间以扫描。 源产生一束由调制盘304和314扫过的辐射。调制盘包括开口 303和313，当调制盘以大致 旋转运动移动时，允许由各个源产生的穿透辐射通过这些开口发射出去。调制盘的旋转可 以包括全部360度旋转或者更少一些。调制盘的旋转还可包括振动旋转或者任何其它允许 辐射被扫描的运动。调制盘被设计成有效屏蔽在下述时间间隔中从源发射的辐射，其中在 该时间间隔期间任何开口 303和313都不处于从它们各自的源发射的辐射方向的前方。因 而，调制盘可以由铅或者其它能有效屏蔽由使用的源所产生辐射的适宜材料制成。如图所 示，射束316开始扫过范围315，与此同时调制盘304屏蔽由源301产生的辐射302。当沿 着垂直方向将滑座移入或者移出页面的平面时，射束会继续交替扫描，以便获得对对象的 全面扫描。也可以采用其它配置来实现不同的交替照射方案。图4是在操作过程中置于容纳滑座和至少一个定位器的外壳中的检查系统的图 示。外壳450可以包括对象可以进入以扫描的入口 451。可以将外壳设置成活动形式。所 示的外壳设有滑座400和410，可以包含特定扫描应用所需要的预期检测器源组合。这些滑 座沿着大致垂直方向移动。外壳450还可以包括固定的散射检测系统，例如系统451。该外 壳可以包括位于容器顶部、底部或者任何其它侧面的固定检测器。可以单独查看或者处理 从每个检测器获得的信息，也可以与来自包括位于滑座上的检测器在内的其它检测器的信 息进行组合处理，以获得与被扫描对象上的隐藏物体有关的更多细节。外壳还可以包括现 场检查控制和分析系统，外壳也可以适用于遥控分析系统。该外壳可以提供有环境控制装 置，以便可以调节内部温度、湿度、气压、微生物或者污染物含量，或者其它环境因素。该外 壳可以从周围的外部环境密封外壳的内部。本发明的某些实施方式可以涉及通过使用多个可单独被激活的X射线源的穿透 辐射来检查物体的方法和系统，如美国专利公开第2007/0258562号中所述，在此引用其全 部内部作为参考。X射线源可以基于场发射阴极，与热离子源相比，在空间和时间分辨率上均具有优 势。因为场致发射的电子由高电场产生，不需要热量，因此这些电子发射器通常被称作冷阴 极。由这种装置发射的电子束具有较低的散度，因此易于聚焦。而且，使用当前的技术，源 几乎同时响应，提供可比得上控制电路时间分辨率的时闸能力，并且可能有毫微秒那么快。在Medical ImaRing 2006 (SPIE 会议录，Vol. 6142，2006 年 3 月 2 日)Zhang 等人 的 A Multi-beam X-ray Imaging System Based on Carbon Nanotube FieldEmitters 中 报导由北卡罗来纳州的Research Triangle Park的Xinteck，Inc.制造的5个X射线源的 线性阵列，基于使用纳米碳管(CNT)阴极，每个具有200-300 μ m的焦斑。在报告中指出，在 0. I-ImA范围内的电子流处于40-60kVp加速电压。冷阴极的使用寿命预计超过2000小时。对于200kV的加速电压，已测量出射束具有13mA电流。在此引用上述Zhang等人的论文作 为参考。利用当前处于现有技术状态内的技术可以预想具有1000像素每米和脉冲重复率 在IOMHz的装置。^t 75 Rev. Sci. Instrument, p. 3264(2004) ψ Cheng 等人 Dynamicradiography using a carbon-nanotube-based filed-emission X-ray source 中同样描述了在 X 身寸线 源的环境中使用CNT冷阴极，而在Zhang等人的Staionaryscanning χ-ray source based on carbon nanotube field emitters,86 Appl. Phys. Lett. ,p. 184104(2005)中扫 描环境中使用CNT冷阴极源阵列，在此引用其全文作为参考。而且,在 Zhang 等人的 A nanotube-based field emission χ-ray source formicrocomputed tomography, 76Rev. Sci. Instruments, p. 94301 (2005)中讨论了在层析 X射线摄影法中使用CNT冷阴极源阵列，同样在此引用作为参考。离散的冷阴极源可有利地为源提供按顺序的电启动，并且具有较低的等待时间 (在毫微秒范围内)，因而形成铅笔形射束，这一方法通常在X射线成像的现有技术中出现， 或者，可选地，在规定时间选择源的图形(pattern)以形成编码束。CNT的发展需要克服与 电流稳定和阴极使用寿命有关的重要技术挑战。在图5中，通常用数字1010指定的冷阴极X射线源的常规操作，在现有技术中已 被充分理解，在此参考图5进行描述。冷阴极的布置有利地允许进行很高程度的控制。由 控制电路1013控制的门极1012与阴极1014之间的电压Vge控制电子1015的电流，而阴极 1014与阳极1016之间的电压Vea还可以用作X射线靶，其控制碰撞X射线靶1016的电子 能，而施加到聚焦电极1018上的电压确定电子束斑点尺寸。尽管图5示出了通过反射X射线靶1019产生X射线的装置，然而在本发明的范围 内还可以利用透射X射线靶。根据本发明，用于X射线成像的离散X射线源的应用是根据X射线源阵列的维度 (一维、二维或者三维)、扫描模式(光栅或者图形)、不同或各种能量的动态使用和使用时 闸进行变化的。参考图6描述本发明的一个实施方式。X射线源1022的一维阵列1020设置成在其 纵(典型地为竖直)轴1021的一侧或者多侧上设有反向散射检测器1023。整个装置1024 可以沿着典型地为水平的横向方向1025平移，以便以逐行为基础产生图像。可选地，阵列 1020可以围绕纵(典型地为竖直)轴1021旋转，以使X射线束1026沿着横向方向(同样 典型地为水平地)扫描，因而产生逐行图像，而无需移动整个装置。通过在一时刻快速连续 启动一个源1022垂直地对源作光栅扫描，就会产生图像行。现在参考图7，二维源阵列1030可以不具有机械移动部件，并允许在非常短的时 间内覆盖预定的立体角(由源1032的总数及其散度确定)。可以使用与CRT或者图形射束 (Hadamard或者其它编码机构)类似的光栅扫描机构。根据本发明的其它实施方式，参照图8对由通常由数字1040指定的具有受控速度 的系统进行描述。一个或者多个反向散射检测器1042是固定的，而源阵列1044靠近检测 器1042或者在检测器1042之间沿着方向1045以恒定速度前后平移。还可以以如的后面 描述的隔行扫描模式来使用本系统。利用例如图9所示的相关实施方式可获得更多的功能，在该实施方式中，两个或者多个一维X射线源阵列1051、1052安装在圆筒1054上。因为可以高速电启动和关闭阵 列，因此只启动产生用来照明目标(未示出)的X射线束1055的阵列，其它阵列关闭，因此 不需要将一个阵列与其它阵列屏蔽开。该模型的多功能性在于其本身能够包含隔行扫描图 形，如现在所述，并且能够连续累积图像。可选地，可以设置两个圆筒以产生入射在对象两 侧上的辐射。每一阵列中的源可设有用于独立激活源的控制器。在因技术或者设计上存在限制的某些情况下，隔行扫描是有用的，两个源之间的 最小距离为1cm，而具体应用所需的分辨率要求源间隔4mm布置。在圆筒上，三维阵列以彼 此成120度布置且垂直错开3. 33mm。每个阵列会扫描分开Icm的行，但是因为垂直错开的 距离，因此圆筒完全旋转的合成图像会具有3. 33mm的分辨率。该操作模式被称作“隔行扫 描模式”。对于图8中所示的系统，可以在每次水平通过时垂直平移阵列来提供隔行扫描成 像。根据本发明的又一些实施方式，被配置成线性或者二维的纳米碳管X射线源有序 地被触发，如上所述。在本发明在此描述和在所述的任一权利要求中要求的范围内，也可以 利用以类似方式利用现存的或者在未来可能会开发出来的其它离散X射线源。使用本发明该类型的X射线源阵列，因为下列原因而特别有利X射线源可以非常紧凑，特别是沿着X射线发射线的范围。利用线性阵列的X射线束有利地减少与单点光源有关的图像失真；产生X射线的方法在图像获取、设备的布局和占地面积上具有灵活性，比目前基 于单点X射线源系统优越得多；通过使用有序触发的线性阵列X射线源，在源之间没有干扰的情况下获得反向散 射图像。本发明，在采用同时捕获被扫描人员的两面或者多面视图时，有利地提高了被检 查的对象的吞吐量。下面参考图IOA描述本发明的另一个实施方式。被配置成线性阵列1111或者二 维阵列的纳米碳管X射线源组1110，被布置在被扫描人员1112的上方(如图所示)或者侧 面。应该理解示出人员作为检查的代表物体，然而在此教导的装置和方法对于任何物体，无 论是有生命的还是无生命的，都具有应用价值。散射检测器1114，可以为反向散射或者侧向散射检测器，例如被布置以捕获散射 的X射线。被扫描人员步行通过或者利用诸如输送装置1118或者交通工具等被输送通过X 射线束1116。还可以设置手柄1119。根据已知的算法，可以有序激活单个源1110以提供 空间分辨率。图IOB示出对象1112穿过通常由数字1100指定的检查站的连续位置。检查 站1100具有前源1160和后源1162，每个源可以包含线性阵列，例如图IOA示出的源1111， 每个源由沿着穿过页面的轴布置的多个离散的X射线源组成。对象1112可以步行，或者由 输送装置1118输送，以此方式以便在穿过检查站过程中由每个源1160和1162对他/她的 不同部位进行扫描。图IlA和图IlB中示出根据本发明的又一个实施方式，其结构与目前使用的金属 检测器的结构近似。如图IlB的俯视图所示，X射线源阵列1210发射X射线1212，在图6A 的主视图中看得最清楚。阵列1210可被设置成垂直布置的阵列。根据本发明的一个实施 方式，每个阵列中的每个源可以与阵列中的其它源独立激活。当对象1112穿过通常由数字1200指定的检查站时，X射线1212照射在对象身上。散射检测器1220检测由对象1112或 者由受检人携带或者穿戴的物体散射的辐射。散射检测器1220根据检测的穿透辐射产生 散射信号，处理器1230根据已知的算法处理散射信号，以检测并识别威胁材料和物体，或 者换句话说，在显示监控器1240上显示被检查物体经适宜处理过的图像。在任何一种情况 下，产生图像。在此使用以及在任一权利要求中使用的术语“图像”，表示与被检查物体的空 间不同部件相对应的有序阵列值。由于几何学可以减少图像数据的失真和阴影，通过减少 图像失真和阴影可有效利用基于形状识别的自动检测技术。这些优点还可以应用到常规透 射和反向散射包裹系统中。可选地，可以利用例如扫描仪2104 (图14中示出)和在2002年7月23日提交的 发明名禾尔为"Method and Apparatus for Generating SequentialBeams of Penetrating Radiation(产生穿透辐射有序射束的方法和装置)，，的美国专利第6，421，420号中所述的 那些电磁扫描仪，在此引用作为参考。源2412提供一束加速到目标2160表面上的带电粒 子2140。电磁波束导向器2418可以是引导电磁波束的任何装置，例如磁轭或者静电轭。穿 透电磁辐射由目标2160发射，并穿过置于与目标隔开特定距离的准直仪2422，因而产生有 序的平行辐射束。如果扫描点系统是通过例如旋转环(rotating hoop)和调制盘等机械装置来实现 的，则可以通过使机械盘元件同步运动并利用相位偏移来偏置从而满足上述标准。在美国 专利第7，400，701号中论证了能够实现上述操作的系统，在此引用其全部内部作为参考。 因而，例如，如果旋转准直仪以限定射出的X射线束2023的路径，则可以利用现有技术中已 知的闭环运动控制器系统来驱动准直仪旋转。通过将扇形孔径(射束总共扫过的角度，即 单个源的极值射束2023和2024之间的角度)设置成等于工作周期的2 ji倍来控制工作周 期。在可利用电子学方法控制发射辐射的系统中，可以完全由电子设备或者软件来控制以 设置任何预期顺序的照射或者扫过的范围，本发明对此没有限制。由于在时间上排序可以减少或者消除干扰，所以和其它方式相比，可以将源布置 得尽可能更近。具体地，源2013、2015和2017可以布置在同一平面内，这样无论物体以何 种速度穿过成像器，有利地都允许对X射线几乎同时地进行开关控制。所述系统可有利地提供从发射射束2023-2028的每个连续源2013、2015和2017 的投影获得的图像。图12示出典型的三视野(three-view)系统2010，每个射束2023、2025 等扫过共面的轨迹。每个成像器的射束按顺序扫过，以便在同一时间内只有不超过一个成像器在发射 辐射。因而，源(或者“成像器”)2013首先扫过其射束。由射线2044表示的从物体散射的 辐射由所有检测器2031-2036进行接收并传送给处理器2040以获得物体的图像，可以通过 可选的机械传送器2029将上述物体穿过系统。通过采集系统采集作为分离通道的来自每 个检测器的信号。对三个成像器中的每一个成像器重复上述处理，当物体通过时就产生物 体的“片段”。现参考图13，图13是示出该装置的侧视图，由相应的数字指定各元件。示出槽 2050，当物体沿横向2016移动而被扫描时，源2013的射束通过该槽穿过检测器2031的段 2052 和 2054。可以可选择地利用来自检测器的信号重新形成物体的图像。由于由检测器2033和2034检测到的来自源2013的散射光子2044与来自源2017的散射光子同样有用，因此 在所有源中可以共享这些相同的检测器，并且通过有效利用检测器硬件可以产生更佳的散 射收集。而且，在本发明的实施方式中，通过消除干扰且使用于每个视野的单个成像器更 靠近地定位，可有利地在更小的操作区域内实现多视野扫描点X射线散射成像。这些图像 器(此处的“图像器”是指源，至少一个检测器，以及相应的电子元件和信号处理)的靠近 定位，还可允许图像器之间共用散射检测器，并且允许通过有效地利用检测器硬件进行更 多的散射收集以改良图像质量。在需要扫描物体选定区域的应用中，图像器的共面布置允许同时对X射线进行开 /关控制，而与物体穿过图像器的速度无关。这样大大简化了在多视野检查系统中对由每个 图像器发射的X射线进行控制的设计，因而不需要像在发射不共面的常规系统中那样进行 单独、按顺序地X射线发射。本发明的上述实施方式意图仅仅作为范例，而各种修改和变型对于本领域普通技 术人员来说是显而易见的。所有这些修改和变型都意图包含在本发明所附权利要求所限定 的保护范围内。
1权利要求
一种用于查明与对象相关的材料特征的装置，所述装置包括第一滑座和第二滑座，每个所述滑座包括源，所述源适于产生入射在对象上的穿透辐射射束；至少一个垂直定位器，适于沿着具有垂直分量的方向使每个滑座相对于对象同步移动；和至少一个检测器，用来在辐射与对象相互作用之后接收至少一个源所产生的辐射。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个检测器置于第一滑座上。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述对象是人。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述穿透辐射是X射线辐射。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述源适于产生铅笔形辐射射束。
6.如权利要求5所述的装置，其中每个滑座包括扫描仪，所述扫描仪适于沿着与滑座 运动方向交叉的方向移动由所述源产生的铅笔形穿透辐射射束。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述扫描仪为调制盘。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述调制盘适于提供隔行扫描射束。
9.如权利要求1所述的装置，其中每个滑座还包括多个检测器。
10.如权利要求9所述的装置，其中每个滑座包括散射检测器和透射检测器中的至少 一个。
11.如权利要求10所述的装置，其中第一滑座上的源与第二滑座上的源产生大致反向 的穿透辐射射束。
12.如权利要求11所述的装置，其中第一滑座的透射检测器与第二滑座的源处于基本 相等的高度。
13.如权利要求11所述的装置，其中第一滑座和第二滑座在结构上相连。
14.如权利要求1所述的装置，其中每个所述源是间歇发射源，以提供在时间上交替照 射的图形。
15.如权利要求1所述的装置，其中两个滑座都被连接到一个单独的机械平台上，并且 所述至少一个定位器适于使所述单独的机械平台沿着具有垂直分量的方向移动。
16.如权利要求1所述的装置，其中所述定位器包括位移编码器。
17.如权利要求1所述的装置，其中所述定位器包括至少一个旋转电动机，所述旋转电 动机被连接到导螺杆、齿条齿轮装置、电磁驱动装置、液压活塞或者滑轮装置上。
18.如权利要求1所述的装置，还包括处理器，用于接收来自所述至少一个检测器的信 号，并且至少根据所述信号产生图像。
19.如权利要求18所述的装置，还包括处理器，用于以电子方式将根据来自多个检测器的信号所产生的图像进行组合。
20.如权利要求1所述的装置，还包括外壳，用于在操作过程中容纳滑座和所述至少一 个定位器。
21.如权利要求20所述的装置，还包括连接到所述外壳上的至少一个固定检测器。
22.如权利要求20所述的装置，其中所述外壳是受环境控制的外壳。
23.如权利要求20所述的装置，其中所述外壳可相对于外部环境密封。
24.如权利要求1所述的装置，其中每个源是适于间歇照射对象的脉冲源。
25.一种用于查明与对象相关的材料特征的装置，所述装置包括 第一滑座，具有连接其上的源，适于产生入射在对象上的穿透辐射射束；和 第一检测器，用于检测由对象散射的穿透辐射；第二滑座，具有用于检测由第一滑座的源产生并透过对象的穿透辐射的第二检测器；和至少一个垂直定位器，适于使每个滑座沿着具有垂直分量的方向相对于所述对象同步 改变位置。
26.如权利要求25所述的装置，其中所述至少一个垂直定位器作用于第一滑座以使每 个源相对于对象改变相对位置。
27.一种用于查明与对象相关的材料特征的装置，所述装置包括 两个垂直布置的源阵列，适于产生穿透辐射射束；至少一个检测器，用于在辐射与对象相互作用之后接收由至少一个源产生的辐射；和 控制器，用于激活至少一个阵列中的至少一个源，所述至少一个源与同一阵列中其它 源相互独立。
28.如权利要求27所述的装置，其中所述至少一个检测器包括两个垂直检测器阵列 和一处理器，所述处理器用于在特定时间间隔中对由每个检测器接收到的检测数据进行处理。
29.如权利要求27所述的装置，还包括扫描仪，适于移动由至少一个源产生的至少一 个穿透辐射射束。
30.一种用来检查对象的方法，包括移动第一滑座，第一滑座具有连接其上的第一源，所述第一源适于产生入射在对象上 的穿透辐射射束；与第一滑座同步移动第二滑座，所述第二滑座具有连接其上的第二源，所述第二源适 于产生穿透辐射射束；利用至少一个检测器，在辐射与对象相互作用之后检测由至少一个源产生的辐射； 根据由所述至少一个检测器接收到的辐射，产生检测器输出信号；和 根据检测器输出信号鉴定对象。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述至少一个检测器被连接到所述第一滑座和所 述第二滑座至少之一上。
32.如权利要求30所述的方法，还包括沿着与所述滑座运动方向交叉的方向扫描由源 产生的穿透辐射射束。
33.如权利要求30所述的方法，还包括根据所述至少一个检测器检测到的辐射产生图像。
34.如权利要求30所述的方法，还包括沿着与所述滑座运动方向交叉的方向，扫描由连接到所述第二滑座的源所产生的穿透 辐射射束；根据由所述至少一个检测器接收到的辐射产生检测器输出信号；和 根据从第一和第二射束检测到的辐射，产生图像。
35.如权利要求30-34中任一项所述的方法，其中所述对象是人。
36.一种用于检查对象的方法，包括在随时间变化的高度上产生穿透辐射射束，所述穿透辐射射束由被布置成沿着朝向对 象的第一方向引导辐射的至少一个第一源和被布置成沿着朝向对象的第二方向引导穿透 辐射的至少一个第二源产生；并且利用所述至少一个检测器，在辐射与对象相互作用之后，检测由至少一个源产生的辐射。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述至少一个第一源包括处于不同垂直高度的第 一多个源，所述至少一个第二源包括处于不同垂直高度的第二多个源。
全文摘要
一种用于检查人员或其效果的装置和方法。第一滑座和第二滑座中的每一个携带源以产生入射在物体上的穿透辐射射束。定位器用于使每个滑座相对于对象，沿着具有垂直分量的方向同步相对运动。在辐射与对象相互作用之后，检测器接收由至少一个源所产生的辐射。
文档编号G01V5/00GK101960333SQ200880115676
公开日2011年1月26日 申请日期2008年11月17日 优先权日2007年11月19日
发明者亚历山大·查默斯, 杰弗里·R·舒伯特, 理查德·许勒, 理查德·马斯特罗纳迪, 约瑟夫·迪马里, 迪恩·弗勒里 申请人:美国科技工程公司