一種成像用射線束的掃描裝置和方法
2023-06-05 10:04:26 2
一種成像用射線束的掃描裝置和方法
【專利摘要】本發明公開了一種成像用射線束的掃描裝置，包括：輻射源；固定屏蔽板和旋轉屏蔽體，旋轉屏蔽體上分別設置有射線入射區域和射線岀射區域，在旋轉屏蔽體旋轉掃描過程中，固定屏蔽板的射線通過區域與旋轉屏蔽體的射線入射區域和射線岀射區域連續相交以構成掃描準直孔；所述固定屏蔽板的射線通過區域為直線縫隙，所述射線入射區域和所述射線岀射區域為螺旋線縫隙，位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙的寬度設置成相對於位於縱向中心位置的螺旋線縫隙的寬度窄，位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙形成的掃描準直孔相對於位於縱向中心位置的掃描準直孔形成一定的角度。另外，本發明還公開了一種成像用射線束的掃描方法。
【專利說明】一種成像用射線束的掃描裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及核技術應用領域，特別涉及人和物體的無損檢測裝置和方法，更具體地說，涉及一種用於背散射成像用射線束的掃描裝置及方法。
【背景技術】
[0002]無損檢測和人體檢測應用中，有射線透射成像和射線背散射成像。背散射成像是通過用射線束掃描物體，同時探測器接收散射信號，數據處理時將掃描位置和散射信號點點對應即可得到散射圖像。現有飛點掃描機構是帶有多準直孔的旋轉屏蔽體在射線掃描扇面內旋轉實現第一維的掃描，通過旋轉或者平移射線掃描扇面實現第二維的掃描。
[0003]但是，在上述帶有多準直孔的旋轉屏蔽體的結構中，飛點形成結構較為複雜，同時在不利於X射線的屏蔽。
[0004]另外，對於第一維掃描，射線在垂直平面物體上是非勻速掃描，掃描線在掃描的起始端和末端加速，會在幾何變形基礎上進一步縱向擴大掃描光斑，導致成像除幾何變形之外的由於掃描速度變化而帶來的縱向壓縮變形。
[0005]此外，在進行第二維的掃描時，如果選擇平移射線掃描扇面則需要平移射線發生裝置和旋轉屏蔽體等，機械結構會很複雜；如果選擇旋轉射線掃描扇面則需要克服射線發生裝置和旋轉屏蔽體的轉動慣量，對旋轉的驅動裝置和旋轉射線發生裝置和旋轉屏蔽體的軸承是個巨大考驗。
[0006]還有，由於在現有技術中，輻射源例如X光機一般設置在旋轉輻射體的內部，從而其掃描機構難於與現有X光機形成匹配接口，從而需要重新設計X光機的屏蔽體，增加了背散射掃描成像裝置的成本。
【發明內容】
[0007]鑑於此，本發明的目的旨在解決現有技術中存在的上述問題和缺陷的至少一個方面。
[0008]相應地，本發明的目的之一在於提供一種背散射成像用射線束的掃描裝置及方法，其通過一種新型的「飛點」形成結構，以實現背散射的射線束掃描。
[0009]本發明的另一目的在於提供一種能夠形成連續直線運動飛點的射線束掃描裝置及方法。
[0010]本發明的再一目的在於提供一種通過控制所述掃描準直孔在不同位置的形狀，以控制穿過所述掃描準直孔出現到被檢測對象上的射線束的截面形狀的掃描裝置和掃描方法。
[0011]根據本發明的一個方面，其提供一種成像用射線束的掃描裝置，包括:輻射源；分別位於輻射源和被掃描對象之間的固定屏蔽板和旋轉屏蔽體，其中所述固定屏蔽板相對於輻射源是固定的，所述旋轉屏蔽體相對於固定屏蔽板是可旋轉的，其特徵在於:所述固定屏蔽板上設置有允許來自所述輻射源的射線束穿過所述固定屏蔽板的射線通過區域，旋轉屏蔽體上分別設置有射線入射區域和射線出射區域，在旋轉屏蔽體旋轉掃描過程中，固定屏蔽板的射線通過區域與旋轉屏蔽體的射線入射區域和射線出射區域連續相交以構成掃描準直孔，所述旋轉屏蔽體為圓柱體；所述固定屏蔽板的射線通過區域為直線縫隙，所述射線入射區域和所述射線出射區域為螺旋線縫隙，位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙的寬度設置成相對於位於縱向中心位置的螺旋線縫隙的寬度窄，位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙形成的掃描準直孔相對於位於縱向中心位置的掃描準直孔形成一定的角度。
[0012]在一種優選實施方式中，所述固定屏蔽板設置在所述輻射源與所述旋轉屏蔽體之間。
[0013]優選地，該背散射成像用射線束的掃描裝置還包括:控制裝置，通過控制旋轉屏蔽體的旋轉速度來控制射線束的掃描速度，通過檢測旋轉屏蔽體的轉動角度來獲取射線束的出射方向。
[0014]在一種【具體實施方式】中，所述裝置還包括用於驅動所述旋轉屏蔽體旋轉的驅動裝置；以及所述旋轉屏蔽體為空心或實心圓柱體。
[0015]具體地，所述旋轉屏蔽體的旋轉軸線可位於所述輻射源和所述固定屏蔽板上的所述直線縫隙共同限定的平面上。
[0016]根據本發明的另一方面，其提供一種成像用射線束的掃描方法，包括步驟:提供發射射線束的輻射源；設置分別位於輻射源和被掃描對象之間的固定屏蔽板和旋轉屏蔽體，其中所述固定屏蔽板相對於輻射源是固定的，所述旋轉屏蔽體相對於固定屏蔽板是可旋轉的，所述固定屏蔽板上設置有允許來自所述輻射源的射線束穿過所述固定屏蔽板的射線通過區域，在旋轉屏蔽體上分別設置有射線入射區域和射線出射區域；以及設置所述旋轉屏蔽體為圓柱體，旋轉所述旋轉屏蔽體，以使所述固定屏蔽板的射線通過區域與所述旋轉屏蔽體的射線入射區域和射線出射區域連續相交以構成掃描準直孔；設置所述固定屏蔽板的射線通過區域為直線縫隙，所述射線入射區域和所述射線出射區域為螺旋線縫隙，位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙的寬度設置成相對於位於縱向中心位置的螺旋線縫隙的寬度窄，位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙形成的掃描準直孔相對於位於縱向中心位置的掃描準直孔形成一定的角度。
[0017]優選地，所述方法還包括步驟:所述固定屏蔽板設置在所述輻射源與所述旋轉屏蔽體之間。
[0018]在一種【具體實施方式】中，所述掃描方法還包括步驟:通過控制旋轉屏蔽體的旋轉速度來控制射線束的掃描速度，通過檢測旋轉屏蔽體的轉動角度來獲取射線束的出射方向。
[0019]本發明的上述不特定的實施方式至少具有下述一個或者多個方面的優點和效果:
[0020]1.通過提供本發明中的具有新型「飛點」形成結構的掃描裝置和方法，其簡化了背散射掃描結構，同時能夠獲得良好的屏蔽效果。
[0021]2.在一種實施方式例中，本發明的掃描機構和方法可以實現對目標物體的可控掃描，能很方便的按照預定方式實現對目標物體的採樣，使獲得的背散射圖像數據符合設計需求。例如，本發明的掃描機構和方法可以實現對目標物體的勻速掃描，能很方便的實現對目標物體的均勻採樣，使獲得的背散射圖像中沒有縱向的壓縮變形。[0022]3.另外，可以根據不同的應用需求製作具有不同螺旋線和縫隙的旋轉屏蔽體，本發明的掃描機構中的旋轉屏蔽體可以更換以適應不同的應用需求。
[0023]4.另外，由於在本發明中，當旋轉射線掃描扇面以進行第二維掃描時，由於射線掃描扇面和旋轉屏蔽體可在同一平面上作旋轉運動，在旋轉射線掃描扇面時不會改變旋轉屏蔽體的角動量方向，因此不需要克服旋轉屏蔽體的轉動慣量，很容易通過旋轉射線掃描扇面來實現第二維的掃描。
[0024]5.此外，由於在本發明中，輻射源不設置在旋轉屏蔽體的內部，該掃描機構在量產的X光機上匹配機械接口即可完成，結構緊湊，不需要重新設計X光機的屏蔽體，節約了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是根據本發明的一種實施方式的背散射掃描裝置的結構示意圖。
[0026]圖2是顯示圖1中的背散射掃描裝置的剖視圖；以及
[0027]圖3是顯示圖1中的背散射掃描裝置的組成和位置關係的分解透視圖。
【具體實施方式】
[0028]下面通過實施例，並結合附圖1-3，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發明實施方式的說明旨在對本發明的總體發明構思進行解釋，而不應當理解為對本發明的一種限制。
[0029]參加附圖1-3，其示出了根據本發明的一種具體實施例的背散射成像用射線束的掃描裝置，其包括:輻射源，例如X光機；分別位於輻射源13和被掃描對象(圖中未示出，例如圖2中左側位置)之間的固定屏蔽板5和旋轉屏蔽體1，其中固定屏蔽板4相對於輻射源13是固定的，旋轉屏蔽體I相對於固定屏蔽板4是可旋轉的。進一步地，固定屏蔽板4上設置有允許來自輻射源13的射線束穿過固定屏蔽板4的通過區域，例如1-3中的縱向縫隙
5。旋轉屏蔽體I上分別設置有射線入射區域，例如圖1-3中的縫隙3，和射線出射區域，例如圖1-3中的縫隙2，在旋轉屏蔽體I旋轉掃描過程中，固定屏蔽板4的射線通過區域5與旋轉屏蔽體I的射線入射區域3和射線出射區域2連續相交以構成掃描準直孔。在上述實施例中，固定屏蔽板4設置在輻射源13與旋轉屏蔽體I之間。
[0030]在本發明的上述實施例中，射線發生器包括射線發生器殼體11和容納在射線發生器殼體11中的輻射源13。在上述結構中，輻射源13可以為X光機、Y射線源或同位素射線源等。。如圖1和3所示，在一種具體實施例中，射線發生器殼體11呈大體長方體盒體形狀，其上設置有使來自輻射源13發出的輻射射線從射線發生器殼體11的準直縫隙31出射。輻射源13的靶點P發射出的射線束14穿過準直縫隙31形成一個射線扇面，然後經過穿過固定屏蔽板4的通過區域，例如1-3中的縱向縫隙5 ;旋轉屏蔽體I的射線入射區域，例如圖1-3中的縫隙3，和射線出射區域，例如圖1-3中的縫隙2。通過設置固定屏蔽板4的縱向縫隙5 ;旋轉屏蔽體I的縫隙3和縫隙2的相對位置關係，以使在旋轉屏蔽體I旋轉掃描過程中，固定屏蔽板4的射線通過區域5與旋轉屏蔽體I的射線入射區域3和射線出射區域2連續相交以構成掃描準直孔。換言之，旋轉屏蔽體I上的射線出射螺旋窄縫2與射線入射螺旋窄縫3和固定屏蔽板上的縱向窄縫5共同組成一個射線準直孔。[0031]如圖1-3所示，固定屏蔽板4的射線通過區域5為直線縫隙，旋轉屏蔽體I為圓柱體，射線入射區域3和射線出射區域2為螺旋線縫隙。具體地說，參見圖2，圖中射線入射區域3和射線出射區域2的任何一點例如A和B點，一方面沿旋轉屏蔽體I的圓柱面作等速圓周運動，另一方面沿旋轉屏蔽體I的徑向方向按照一定速度分布做直線運動，從而形成特定的圓柱體螺旋線。在一種具體實施例中，圖中射線入射區域3和射線出射區域2的任何一點例如A和B點，可以一方面沿旋轉屏蔽體I的圓柱面作等速圓周運動，另一方面沿旋轉屏蔽體I的徑向方向按照作勻速直線運動，從而形成等速圓柱體螺旋線。
[0032]參見圖2，當輻射源13的靶點P和射線入射區域3的A點確定之後，連接輻射源13的靶點P和射線入射區域3的入射點A點形成的射線束14，即可確定射線出射區域2上的出射點B。
[0033]由於射線入射區域3和射線出射區域2設置成等速圓柱體螺旋線縫隙，當旋轉屏蔽體I勻速旋轉時，射線準直孔的位置隨屏蔽旋轉體I的轉動而移動，出射射線束14也隨之移動，從而使掃描準直孔沿直線縫隙5連續勻速移動。
[0034]雖然，在上述實施方例中，射線入射區域3和射線出射區域2設置成等速圓柱體螺旋線縫隙，但是本發明並不僅限於此，例如由於射線入射區域3和射線出射區域2可以設置成上述特定形式的螺旋線縫隙，即一方面沿旋轉屏蔽體I的圓柱面作等速圓周運動，另一方面沿旋轉屏蔽體I的徑向方向按照一定速度分布做直線運動，從而形成特定的圓柱體螺旋線。相應地，當旋轉屏蔽體I勻速旋轉時，射線準直孔的位置隨屏蔽旋轉體I的轉動而移動，出射射線束14也隨之移動，從而使掃描準直孔沿直線縫隙5按照預定的速度分布移動。由此，本發明的掃描裝置可以實現對目標物體的可控掃描，能很方便的按照預定方式實現對目標物體進行採樣，使獲得的背散射圖像數據符合設計需求，從而改善了背散射成像的質量和解析度，提高了背散射檢測的精度和效率，能更好的滿足不同的應用需求。
[0035]進一步地，該掃描裝置還可以包括用於驅動旋轉屏蔽體I旋轉的驅動裝置6，例如調速電機等。為了減小了旋轉屏蔽體I的轉動慣量，在一種優選實施例中，旋轉屏蔽體I設置為空心圓柱體形式。但是，本發明並且不僅限於此，例如旋轉屏蔽體I也可以為實心圓柱體。
[0036]具體地，在上述實施例中，參見圖1，該裝置還可以包括旋轉碼盤讀出裝置7，用於檢測旋轉屏蔽體I的旋轉位置；碼盤讀出信號線8，用於將檢測的有關旋轉屏蔽體I的旋轉位置的信息輸入到控制裝置10中。由於旋轉屏蔽體I的旋轉位置決定了掃描準直孔的位置，通過上述設置，可以檢測出掃描準直孔形成的位置。如圖1所示，控制裝置10還通過電動機驅動線9與驅動電機6相連,可以進一步來控制旋轉屏蔽體的旋轉。通過控制旋轉屏蔽體的旋轉速度，可以控制射線束的掃描速度，而通過檢測旋轉屏蔽體的轉動角度，可以獲取射線束的出射方向。參見圖2，在一種實施例中，旋轉屏蔽體I的旋轉軸線L可以位於輻射源13和固定屏蔽板4上的直線縫隙5共同限定的平面上。如前所述，旋轉屏蔽體I可以是實心圓柱體，或者具有一定的厚度的空心圓柱體。通過控制旋轉屏蔽體上的螺旋線縫隙的不同位置的寬度，控制所述掃描準直孔在不同位置的形狀，以控制穿過所述掃描準直孔出現到被檢測對象上的射線束的截面形狀。
[0037]例如，位於旋轉屏蔽體I縱向兩端螺旋窄縫2和3的寬度可以相對於位於縱向中心位置的狹縫的寬度要窄一些，同時位於旋轉屏蔽體I縱向兩端螺旋窄縫2和3形成的掃描準直孔相對於位於縱向中心位置的掃描準直孔形成一定的角度。通過上述結構，可以保證射線準直孔始終對準靶點並保持暢通，並且在不同位置時穿過掃描準直孔出現到被檢測對象上的射線束的截面形狀保持不變。但是，本發明並不僅限於此，例如通過控制旋轉屏蔽體上的螺旋線縫隙的不同位置的寬度，可以控制所述掃描準直孔在不同位置的形狀，相應地，可以控制穿過所述掃描準直孔出現到被檢測對象上的射線束的截面形狀為適應不同的掃描需求。
[0038]參見圖3，射線發生器殼體11還可以通過屏蔽套筒12與固定屏蔽板4相連，以確保射線的屏蔽。從上述設置可以看出，輻射源13不設置在旋轉屏蔽體I的內部，而是設置在射線發生器殼體11的內部，該掃描機構在量產的X光機上匹配作為機械接口的屏蔽套筒12即可完成，從而使掃描裝置的結構緊湊，不需要重新設計X光機的屏蔽體，節約了成本。
[0039]下面結合附圖對根據本發明的上述背散射成像用射線束的掃描方法進行簡要說明:
[0040]參見圖1-3，根據本發明的【具體實施方式】的背散射成像用射線束的掃描方法，包括步驟:提供發射射線束14的輻射源13 ;設置分別位於輻射源13和被掃描對象之間的固定屏蔽板4和旋轉屏蔽體I,其中固定屏蔽板4相對於福射源是固定的,旋轉屏蔽體I相對於固定屏蔽板4是可旋轉的，固定屏蔽板4上設置有允許來自輻射源13的射線束14穿過固定屏蔽板4的射線通過區域，在旋轉屏蔽體I上分別設置有射線入射區域3和射線出射區域2 ;以及旋轉旋轉屏蔽體1，以使固定屏蔽板4的射線通過區域5與旋轉屏蔽體I的射線入射區域3和射線出射區域2連續相交以構成掃描準直孔。
[0041]在上述掃描裝置中，固定屏蔽板4的射線通過區域5為直線縫隙，旋轉屏蔽體I為圓柱體，射線入射區域3和射線出射區域2為螺旋線縫隙，在上述掃描過程中，當旋轉屏蔽體I勻速旋轉時，能夠使掃描準直孔沿直線縫隙5連續可控速度的移動。
[0042]參見圖1，在掃描過程中，控制裝置10通過旋轉碼盤讀出裝置7、碼盤讀出信號線8可讀出旋轉屏蔽體I的當前狀態，進而確定當前射線準直孔的位置，基於對掃描準直孔的位置的檢測，可以進一步獲取射線束14的出射方向。更進一步地，通過設置掃描準直孔，以使其始終相對於輻射源13保持預定形狀，從而穿過掃描準直孔出現到被檢測對象上的射線束14的截面形狀保持預定形狀，以滿足不同掃描操作的需求。
[0043]雖然本總體發明構思的一些實施例已被顯示和說明，本領域普通技術人員將理解，在不背離本總體發明構思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本發明的範圍以權利要求和它們的等同物限定。
【權利要求】
1.一種成像用射線束的掃描裝置，包括: 福射源; 分別位於輻射源和被掃描對象之間的固定屏蔽板和旋轉屏蔽體，其中所述固定屏蔽板相對於輻射源是固定的，所述旋轉屏蔽體相對於固定屏蔽板是可旋轉的，其特徵在於:所述固定屏蔽板上設置有允許來自所述輻射源的射線束穿過所述固定屏蔽板的射線通過區域， 旋轉屏蔽體上分別設置有射線入射區域和射線出射區域，在旋轉屏蔽體旋轉掃描過程中，固定屏蔽板的射線通過區域與旋轉屏蔽體的射線入射區域和射線出射區域連續相交以構成掃描準直孔， 所述旋轉屏蔽體為圓柱體； 所述固定屏蔽板的射線通過區域為直線縫隙， 所述射線入射區域和所述射線出射區域為螺旋線縫隙， 位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙的寬度設置成相對於位於縱向中心位置的螺旋線縫隙的寬度窄，位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙形成的掃描準直孔相對於位於縱向中心位置的掃描準直孔形成一定的角度。
2.根據權利要求1所述的成像用射線束的掃描裝置，其特徵在於: 所述固定屏蔽板設置在所述輻射源與所述旋轉屏蔽體之間。
3.根據權利要求1或2所述的成像用射線束的掃描裝置，其特徵在於還包括:` 控制裝置，通過控制旋轉屏蔽體的旋轉速度來控制射線束的掃描速度，通過檢測旋轉屏蔽體的轉動角度來獲取射線束的出射方向。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的成像用射線束的掃描裝置，其特徵在於: 所述裝置還包括用於驅動所述旋轉屏蔽體旋轉的驅動裝置；以及所述旋轉屏蔽體為空心或實心圓柱體。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的成像用射線束的掃描裝置，其特徵在於: 所述旋轉屏蔽體的旋轉軸線位於所述輻射源和所述固定屏蔽板上的所述直線縫隙共同限定的平面上。
6.一種成像用射線束的掃描方法，包括步驟: 提供發射射線束的輻射源； 設置分別位於輻射源和被掃描對象之間的固定屏蔽板和旋轉屏蔽體，其中所述固定屏蔽板相對於輻射源是固定的，所述旋轉屏蔽體相對於固定屏蔽板是可旋轉的，所述固定屏蔽板上設置有允許來自所述輻射源的射線束穿過所述固定屏蔽板的射線通過區域，在旋轉屏蔽體上分別設置有射線入射區域和射線出射區域；以及設置所述旋轉屏蔽體為圓柱體， 旋轉所述旋轉屏蔽體，以使所述固定屏蔽板的射線通過區域與所述旋轉屏蔽體的射線入射區域和射線出射區域連續相交以構成掃描準直孔； 設置所述固定屏蔽板的射線通過區域為直線縫隙， 所述射線入射區域和所述射線出射區域為螺旋線縫隙， 位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙的寬度設置成相對於位於縱向中心位置的螺旋線縫隙的寬度窄，位於旋轉屏蔽體縱向兩端的螺旋線縫隙形成的掃描準直孔相對於位於縱向中心位置的掃描準直孔形成一定的角度。
7.根據權利要求6所述的成像用射線束的掃描方法，其特徵在於: 所述固定屏蔽板設置在所述輻射源與所述旋轉屏蔽體之間。
8.根據權利要求7所述的成像用射線束的掃描方法，其特徵在於還包括步驟: 通過控制旋轉屏蔽體的旋轉速度來控制射線束的掃描速度，通過檢測旋轉屏蔽體的轉動角度來獲取射線束的出射方向。
【文檔編號】G01N23/203GK103558240SQ201310541050
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2009年12月30日 優先權日:2009年12月30日
【發明者】康克軍, 陳志強, 李元景, 趙自然, 劉以農, 吳萬龍, 林東, 唐樂, 塗超, 沈宗俊, 丁光偉, 金穎康, 羅希雷, 曹碩 申請人:同方威視技術股份有限公司, 清華大學