使用波長偏移光纖耦合閃爍檢測器進行X射線檢查的製作方法

2023-05-28 11:03:36

本案是申請號為201380016922.5，申請日為2013年2月4日，題目為「使用波長偏移光纖耦合閃爍檢測器進行x射線檢查」的申請的分案。

本發明涉及光纖耦合閃爍檢測器並涉及它們的製造方法，並涉及利用光纖耦合閃爍檢測器有效檢測x射線的x射線檢查系統和方法。

背景技術：

輻射和粒子的光纖耦合閃爍檢測器已經被使用了過去的超過30年的時光。在一些情況下，閃爍體是像素化的，包括離散的閃爍體元件，而在其它情況下，則採用其它的手段(例如正交交叉耦合光纖)以便提供空間解析度。第6,078,052號(授予difilippo)以及第7,326,9933號(授予katagiri等人)的美國專利提供了光纖耦合閃爍檢測器的示例，在此結合其二者的內容作為參考。由difilippo和katagiri等人說明的檢測器採用了波長偏移光纖(wsf)，使得由光纖的芯材再發射的光可以較低衰減被傳導至部署在方便的位置處的光檢測器，其通常遠離閃爍體本身。空間解析度在例如中子成像的應用中具有特殊價值。空間解析度在費米大區域太空望遠鏡(fermilargeareaspacetelescope)(以前稱為glast)的應用中也是極為重要的，在其中高效分段的閃爍檢測器採用了wsf讀出器以用於檢測高能宇宙射線，正如在moiseev等人的highefficiencyplasticscintillatordetectorwithwavelength-shiftingfiberreadoutfortheglastlargeareatelescope,nucl.instr.meth.phys.res.a，vol.538，pp.372-81(2007)，中所說明的，在此結合其內容作為參考。

由於在迄今為止已經採用了光纖耦合閃爍體檢測器的背景下，所有已知的光纖耦合閃爍體檢測器已經計算由粒子(光子或塊狀粒子)與閃爍體的獨立的相互作用所產生的脈衝，從而能夠基於由閃爍體再發射的光的累積流量確定由入射粒子沉積的能量。

但是，x射線反向散射檢查系統的檢測要求與現有光纖耦合發光檢測器所提出的要求完全不同。反向散射x射線檢查系統已經被使用了超過25年以用於檢測在行李、貨櫃、車輛，以及個人的內部所隱藏的有機物質。由於大量的有機物質優選地散射x射線(通過康普頓(compton)散射)而不是吸收它們，這些物質在反向散射成像中顯現為更為明亮的物體。只要入射x射線被散射到所有方向上，則對靈敏度的要求遠超過空間解析度，並且在大多數散射應用中，並不關心檢測器空間解析度，這是因為解析度是由入射光束而不是通過檢測來控制的。

在圖1a的側橫截面以及圖1b中的正橫截面中所示出的類型的「傳統」閃爍檢測器100的情況下，由x射線散射系統造成的大面積和高靈敏度的特定檢測要求尤其難以滿足。在第5,302,817號美國專利(授予yokota)中說明了這樣的檢測器的示例，在此結合其內容作為參考。典型地，在不透光的盒子102中使用閃爍屏幕103作為襯底，其中入射的x射線輻射101被轉換成閃爍光，其通常具有uv、可見光，或更長的波長，是電磁(em)頻譜的部分。大型光電陰極區域的光電倍增管(pmt)105被連接以經由孔口108接收閃爍光。這裡存在一個問題：屏幕內發出的閃爍光分量將由屏發射至封閉空間中。剩餘的閃爍光於屏幕材料中被損耗。閃爍屏幕103被設計成使所發射的光的分量最大化，這等於是保證了屏幕103和填充檢測器空間的介質(一般為空氣)之間的界面具有較大的傳輸係數t。但是，在圖1a和圖1b中所描繪的這種傳統的反向散射檢測器中，閃光屏幕103還應起到良好的反射器的作用，因為閃爍光，一旦被發射到盒子102的空間中，一般需要多次反射，直到其到達光電檢測器105。因此，屏幕表面的反射係數r也應該較大，但是，由於t和r的總和被限制成統一數，所以t和r二者不能同時被最大化，而必須做出折衷。結果，傳統的反向散射檢測器的光收集效率固有地較低，僅有被收集到光電檢測器中的光所產生的閃爍的百分之幾。

對於成像檢測器，光子統計噪聲是按照被檢測器吸收並被用於產生圖像的光子來計算的。通過檢測器而未被吸收的所有光子，或甚至那些被吸收而沒有生成圖像信息的光子，將被浪費掉並且不利於降低圖像中的噪聲。由於光子並不能再被細分，所以它們代表了系統的基本量子水平。通常的實踐中是根據沿成像鏈中任一位置的用於呈現圖像的最小量子數來計算統計噪聲的。沿成像鏈中被用於呈現圖像的最少量子數的點被稱為「量子阱(quantumsink)」。在量子阱處的噪聲水平確定了成像系統的噪聲極限。不增加量子阱處信息載體(即，量子)的數量，就不會改善系統噪聲極限。低劣的光收集可能產生二次量子阱，也就是說，其將限制導致pmt電流的入射x射線的分量。此外，其將增加成像噪聲。通過增加光子檢測器的敏感區域可改善光收集效率，但是，獲得效率的方式是昂貴的。

現在參考圖2說明在現有技術的x射線閃爍檢測器中一般所採用的閃爍屏幕的結構。一層複合閃爍體202被層夾在用於結構支撐的襯底片204和由例如聚合物構成的薄透明保護膜206之間。該複合閃爍體典型地包括在有機基質或樹脂中的微米尺寸的無機晶體。該晶體為實際閃爍物質。摻雜了稀土類元素的氯化氟鋇(bafcl，或「bfc」)或氧硫化釓(gd2o2s，或「gadox」)是用於這些的常規選擇。對於屏幕的止動力(stoppingpower)是由複合閃爍層202的厚度決定的，其通常是以每單位面積中閃爍體晶體的毫克數來衡量的。由於無機閃爍體(例如bfc或gadox)受限於較高的自吸收，複合閃爍體層必須保持為相當薄，以便吸取閃爍光的更多分量。這限制了屏幕的有效止動力並使其僅可適用於檢測具有上至約100kev能量的x射線。

因此，這將有利於獲得用於x射線散射檢測應用的閃爍檢測器，其提供對閃爍光的更有效的吸取、收集，以及檢測。

如以上在開始處簡單討論的，波長偏移光纖(wsf)長期以來一直被用於閃爍檢測。波長偏移光纖包括折射率相對高的芯部，其被一個或多個折射率較低的包層包圍。芯部包括波長偏移材料，也稱為染料(dye)。進入光纖的閃爍光被染料吸收，其然後發射出波長較長的光。該波長較長的光各向同性地被發射到光纖材料中。總體內部反射捕捉這些光的分量並將其以相對較低的損耗引導一段較長的距離。這是有可能的，如參考圖3所說明的，因為染料的吸收304和發射302波長範圍不能有效重疊，使得波長偏移光不能被再吸收。所捕獲到的分量是由光纖表面上的折射率係數確定的。wsf的附加優點在於，波長偏移可將閃爍光306帶入光電檢測器(pmt，矽光電倍增器(sipm)，或多像素光子計數器(mppc)，或其它器件)的敏感波長範圍。

已經使用多種製造技術來生產閃爍體結構，包括例如，壓鑄、注塑(如由yoshimura等人在plasticscintillatorproducedbytheinjection-moldingtechnique,nucl.instr.meth.phys.res.a,vol.406,pp.435-41(1998)中所說明的)，以及模壓(如授予bross等人的第7,067,079號美國專利中所說明的)，在此結合這兩篇參考作為參考。

技術實現要素：

依據本發明的各種實施例，提供了應用光纖耦合閃爍檢測器來解決反向散射和傳輸x射線檢查中存在的問題的系統和方法。

為了便於標記，在本文中波長偏移光纖耦合閃爍檢測器可被稱為「sc-wsf」檢測器。

在本發明的第一實施例中，提供了穿透輻射的檢測器，其具有閃爍介質的非像素化空間，用於將入射的穿透輻射的能量轉化成閃爍光。該檢測器具有多個光波導，其基本上準直成在閃爍光吸收區域上彼此平行，該吸收區域與閃爍介質的非像素化空間連續。光波導將源自閃爍光的光導向光電檢測器，以用於檢測由波導導向的光子，並用於生成檢測器信號。

在本發明的其它實施例中，檢測器還可具有積分電路，用於在指定時間期間對檢測器信號進行積分。

在本發明的備選實施例中，提供了穿透輻射的檢測器，其具有閃爍介質的空間，用於將入射的穿透輻射的能量轉換成閃爍光及多個光波導，其基本上準直成在閃爍光吸收區域上彼此平行，閃爍光吸收區域與閃爍介質的空間連續。光波導將源自閃爍光的光導向光電檢測器，以生成檢測器信號。最後，積分電路用於在指定時間期間對檢測器信號進行積分。

在本發明的進一步的實施例中，在前述檢測器中的光波導可適用於對閃爍光進行波長偏移，並且，更特定地，可以是波長偏移光纖。閃爍介質可包括摻雜鑭系元素的鋇混合滷化物，例如鋇氟氯化物。光電檢測器可包括光電倍增器。

在本發明的進一步的實施例中，任意前述檢測器的厚度的平方，除以檢測器面積的結果，可小於0.001。多個波導中的至少一個可缺少包層，並且閃爍介質的特徵可在於：折射率值低於特徵化波導的折射率。光波導可被部署在多個平行平面上，這些平行平面中的每一個包括多個光波導子集。

在本發明的其它實施例中，檢測器可具有多層閃爍體介質，這些層被入射射束相繼遇到，並且這些層的特徵可在於：對入射射束的不同的光譜敏感度。備選的閃爍體層可包括li6f：zns(ag)，其替代光纖耦合bafcl(eu)以及光纖耦合bafl(eu)中的至少一個。多個閃爍介質層的第一層可以是優選地敏感於能量較低的x射線的波長偏移光纖耦合檢測器，並且多個閃爍介質層的最後一層可為塑料的閃爍體。

閃爍體介質的分段可被部署在橫向於入射射束的傳播方向的平面上，並可以獨特的方式經由光纖被耦合到光電檢測器上。

依據本發明的另一方面，提供了一種用於製造閃爍檢測器的方法，該方法包括：圍繞光波導模壓閃爍材料的殼，並且，在特定實施例中，該光波導為波長偏移光纖。

在備選實施例中，一種用於檢測散射x射線輻射的方法包括以下步驟：

a.提供檢測器，該檢測器的特徵在於具有多個獨立讀出分段；以及

b.將來自獨立讀出分段的子集的信號求和，其中，該子集是在相對信噪

比的基礎上被選出的。

本發明的另一個方面，提供了一種用於檢測散射x射線輻射的方法。該方法包括以下步驟：

a.提供檢測器，該檢測器的特徵在於多個獨立讀出的分段；以及

b.將來自獨立讀出分段的子集的信號求和，其中，該子集是在已知主要

照射射束的位置的基礎上被選出的。

依據另一個實施例，提供一種移動式x射線檢查系統。該檢查系統包括被部署在具有平臺和地面接觸構件的運輸工具上的x射線輻射的源，以及光纖耦合閃爍檢測器，其在檢查操作過程中被部署在運輸工具外面，用於檢測與所檢測的目標相互作用的x射線。

移動式x射線檢查系統還可具有光纖耦合閃爍篷式檢測器，其在檢查過程的期間在所檢測的目標上方使用，並且該篷式檢測器可在檢查操作之前從運輸工具的車頂滑出。還可具有在運輸工具平臺下面使用的下擺式檢測器，以及用於檢測比運輸工具更高的空間的車頂檢測器，以及基本橫向的和基本豎向的光纖耦合閃爍體檢測器分段。基本橫向的和基本豎向的光線耦合閃爍體檢測器分段可構造成整體結構。

依據本發明的另一方面，提供了一種設備，用於檢測輻射該設備的輻射，該設備包括：

a.多個基本平行的有效準直葉片，其包括對輻射敏感的波長偏移光纖

耦合閃爍檢測器，以生成至少第一檢測信號；

b.後部大面積檢測器，用於檢測在多個有效準直葉片的基本平行的有

效準直葉片之間經過的輻射，並生成第二檢測信號；以及

c.處理器，用於接收和處理第一和第二檢測信號。

依據本發明的備選實施例，提供了一種上下成像檢查系統，用於檢查被部署在下表面上的對象。該上下成像檢查系統具有基本向下指向x射線的源以及被部署在下部表面上方的突出部之中的線性檢測器陣列。該線性檢測器陣列可包括波長偏移光纖耦合閃爍檢測器。

依據本發明的另一方面，提供了一種用於檢查車輛的下面的x射線檢查系統。該x射線檢查系統具有被耦接至車架的基本向上指向的x射線的源，以及波長偏移光纖耦合閃爍檢測器，其被部署在車架上，用於檢測被車輛以及隱藏在車輛下面或裡面的物體所散射的x射線。該車架可適用於通過電機和手動控制中的至少一種在車輛下面進行操控。

附圖說明

通過參考附圖閱讀以下的詳細說明後將更好地理解本發明的前述特徵，其中：

圖1a和圖1b分別示出了「盒式」現有技術的閃爍檢測器的側面和正面的橫截面視圖。

圖2是現有技術閃爍體屏幕的示意性視圖。

圖3描繪了閃爍光和典型波長偏移光纖吸收和發射光譜之間光譜關係。

圖4是依據本發明的實施例，被層夾在閃爍體材料之間的波長偏移光纖陣列的立體示意性視圖。

圖5是依據本發明的實施例，被嵌在閃爍體材料基體中波長偏移光纖的陣列的橫截面示意性視圖。

圖6a是依據本發明的實施例，圍繞wsf模壓出的圓柱形閃爍體的立體視圖。

圖6b是依據本發明的實施例，對用於圍繞wsf模壓出圓柱形閃爍體的系統的示意性描繪。

圖6c是依據本發明的實施例，用於與wsf同時模壓圓柱形閃爍體的模壓器的橫截面視圖。

圖7是依據本發明的實施例，具有多行wsf的閃爍檢測器的示意性橫截面圖。

圖8是依據本發明的實施例，波長偏移光纖耦接的閃爍檢測器的俯視圖。

圖9示出了依據本發明的實施例裝載的車頂式和下擺式後向散射檢測器，而圖10示出了在檢查操作過程期間使用的相同的檢測器。

圖11示出了依據本發明的實施例，使用反向散射檢查系統的篷式檢測器和下擺式檢測器。

圖12是依據本發明的實施例，用作高能x射線傳輸檢測器的堆疊的閃爍體層橫截面示意視圖。

圖13a和圖13b示出了依據本發明的實施例，2英寸高減速帶內部的層狀傳輸檢測器，同時圖13c示出了被插入該減速帶框架的檢測器組裝件的橫截面。

圖14a示出了依據本發明的實施例的分段式x射線傳輸檢測器的立體視圖，其用於測量所檢測的強度在x射線射束寬度上的分布，同時圖14b和圖14c示出了圖14a中的檢測器的端部橫截面以及典型射束曲線。

圖15是依據本發明的實施例的具有多能量解析度的閃爍檢測器的橫截面視圖。

圖16示出了依據本發明的實施例，用於檢測x射線和熱中子的多層閃爍檢測器。

圖17示出了具有有效的準直器的檢測器的立體視圖。

圖18a和圖18b示出了依據本發明的實施例，用作有效的準直器的wsf檢測器的立體視圖及橫截面視圖，以及圖18c和圖18d示出了依據本發明的進一步的實施例的布置，具有由不透光(light-tight)的x射線吸收體分隔開的獨立讀出器以區別衝擊每一個面的輻射。

圖19a和圖19b示出了依據本發明的實施例，手持掃描器分別在打開、存儲和使用狀況下的多個檢測器。

圖20a和圖20b示出了反向散射器單元，其依據本發明的實施例通過sc-wsf檢測器的優點，可在車輛下面滑動，以用於在底架下進行檢查。

圖21a和圖21b描繪了基於sc-wsf技術，與移動檢查系統相結合併依據本發明的實施例，對於直角組合的檢測器的使用。

具體實施方式

依據本發明的實施例，將閃爍體材料光耦合至光波導，以及，更尤其地，耦合到波長偏移光纖，具有優勢地使得目標包括那些對於x射線散射檢測特有的需求。

定義：

術語「圖像」應涉及任意的一維的或多維表現，無論是有形的還是其它可感知的形式，或其它方式，由此一些特徵值(例如，在x射線傳輸成像的情況下，通過由入射射束橫斷的一列被檢查對象的分量透射強度)與對應於物理空間中物體的空間坐標的多個位置中的每一個相關聯(或者，歐幾裡德(euclidean)空間矢量，典型地為r2)，儘管不需要一對一地映射至其上。該圖像可包括在計算機內存或全息介質中的數字陣列。類似地，「成像」表示按照一個或多個圖像呈現確定的物理特徵。

空間關係術語，例如「上方」、「下方」、「上」、「下」等等，在本文中可被用於方便描述如附圖中所示出的一個元件與另一個的關係。將可理解的是，這樣的空間關係術語旨在涵蓋，除附圖中所說明和/或描繪的定向以外，在使用或操作中設備的不同定向。

當某元件被描述成與另一個元件的關係是「在其上」、「與其連接」或「與其耦合」，則其可直接地在其上、與其連接，或耦接至另一個元件，或者備選地，可存在一個或多個居間元件，除非另外指出。

本文所使用的術語是為了說明特定實施例的目標，並非旨在構成限制。單數形式「一」、「一個」和「該」旨在也包括複數形式。

wsf檢測器

首先參考圖4，在本發明的一個實施例中，一層封閉空間平行波長偏移光纖400被層夾在兩層複合閃爍屏幕403之間。優選的閃爍體材料為摻雜銪的鋇氟氯化物(bafcl:eu)，但是在本發明的範圍內也可使用其它閃爍體，例如bafl:eu，或其它摻雜鑭系元素的鋇混合滷化物(進一步例如，包括，babri:eu和bacsi:eu)。由於x射線檢測所採用的閃爍體材料通常會展示出對於閃爍光子的非常強的自吸收，依據本發明的實施例具有優勢地能夠使用極大量的閃爍體403，同時仍有效地耦合出閃爍信號。

在本應用中使用複合閃爍屏幕的一個優點在於，其能夠通過對光纖耦合閃爍檢測器進行模壓來製造。

複合閃爍體403在結構上通過提供機械支持的外部的塑料層404，或者其它材料來支持。在光纖包層401和複合閃爍體403之間的光接觸是通過用對於閃爍光是透明的且具有適合折射率的折射率匹配材料405來填充空白處而建立的。選擇填充材料的折射率來優化將主光光子收集至wsf中並捕捉光纖中波長偏移的光子。填充材料405可以是例如光學潤滑脂(opticalgrease)或光學環氧樹脂(opticalepoxy)，但是任何材料都是在本發明範圍內的。

基於x射線光子的入射，由閃爍體403發射的閃爍光經由包層401被耦合到相應的光纖的芯部407、頻率下移(即，紅色偏移)，並被傳播到一個或多個光電檢測器805(例如，如圖8所示)。來自光芯部部407的光經由光電檢測器805被轉變成電流，並且將該電流在一時間間隔期間(一般在1-12μs的範圍內)被求積分，以獲得每一個像素的信號強度。對檢測器信號的積分可由積分電路(未示出)執行，例如積分預放大器。

現在參考圖5，將波長偏移光纖400嵌入閃爍屏幕503的基材中。將wsf嵌入閃爍介質中產生最佳光接觸。

在本發明的又另一個實施例中，現在參考圖6a所說明的，複合閃爍體材料603被用作包圍具有芯部602的wsf601的包層或殼。本應用本身適合於模壓式製造處理，並能夠最有效地利用昂貴的閃爍體材料603。閃爍體材料603由保護層604密封起來，該保護層還起到對閃爍光進行反射的作用。在本發明的範圍內，當閃爍體具有比光纖更低的折射率，並且閃爍體光纖粘結劑具有必要的光滑性和穩固性時，包層可以省略。

現在參考圖6b中示意性描繪的系統所說明的本發明的實施例，可製造出波長偏移聚合物光纖。包括wsf聚合物熔體606、低折射率包層聚合物熔體608以及光學嵌入磷光體的透明聚合物熔體610的源，全部在壓力下，被進給至模壓區614內的共同模壓的衝模612，並進行共同模壓。乾燥氣體611，例如乾燥空氣或氮氣，被噴射到被模壓的光纖上進行冷卻。具有光反射顏料616(例如tio2)的聚合物熔體在壓力下被進給到模壓衝模618中用於在敷塗閃爍體的wsf613上裝上光反射保護套。合成的敷塗閃爍體的wsf620被纏繞起來以便通過繞組622進行存放。圖6c示出了共同模壓系統的橫截面視圖，以在依據本發明的實施例中使用，用於製造敷塗閃爍體的wsf。wsf聚合物熔體606與低折射率包層聚合物熔體608以及光學嵌入磷光體的透明聚合物熔體610被注入到共同模壓衝模612中。具有光反射顏料616的聚合物熔體在壓力下被進給到模壓衝模618中。完成的光纖具有wsf芯部602、低折射率的包層601、加載閃爍體的包層603，以及反射塗層604。

對於依據本發明的閃爍檢測器的所有實施例，其優點在於，針對要被檢測的輻射的能量來優化閃爍體材料的厚度。該設計應確保收集足夠的光來避免二次量子阱。尤其是，在本文中所說明的本發明的實施例相對於它們的面積提供了極薄的檢測器。

定義：為了本說明書的目的，並且在所有隨附的權利要求中，術語「厚度」，在用於閃爍檢測器時，應代表檢測器沿著或平行於檢測器視野的中心的維度的平均範圍。術語面積在用於檢測器時，或同等地術語「有效面積」指的是在檢測器的視野內橫向於輻射的所有傳播矢量的中心的平面上測量的檢測器的尺寸。

本發明的實施例，甚至具有多達8個wsf層的那些檢測器，檢測器厚度的平方與有效檢測器面積之比小於0.001。例如，具有面積為48」×12」的8層檢查器厚度不超過0.5」，使得厚度平方與檢查器面積之比為0.0005。這一厚度平方與面積之比典型地在一個數量級，或更多個數量級上，該數量級比由光電檢測器直接檢測閃爍體光的反向散射檢測器的可比的比例更小。

依據圖7中所描繪的本發明的進一步的實施例，可通過將wsf400的多個層701、702(或其它光波導)合併來提高檢測器的有用的止動力，從而沿入射輻射路徑提高閃爍體材料403的深度。

在圖8中示出了依據本發明的波長偏移閃爍體檢測器的實施例。將波長偏移光纖801嵌入閃爍體材料803內，耦合光，並通過光電倍增器管805使檢測頻率向下偏移。

依據前述說明的各種實施例，wsf的端部被綑紮起來並被光學連接至至少一個光電檢測器。可適用的光電檢測器的示例包括pmt和矽光電倍增器(sipms)。

其中在本文中說明的本發明的檢測器的優點，包括檢測的效率和較低的幾何外形的實現。這允許在設計檢測系統時具有更大的自由，並且其使得完全新的、空間受限的應用成為可能。該檢測器結構的機械靈活性使得檢測器表面的形狀可按照應用來製造，例如，檢測器空間(detectorvolume)將成像對象環繞在其中的實施。較低的外形也使其相對易於，以使對來自附近x射線成像系統的非期望散射輻射(串擾)的檢測最小化的方式，來定向和屏蔽該檢測器區域。

在閃爍體的較大區域之上對閃爍光的吸收能夠獲得具有寬度與深度的寬高比例較大的檢測器。尤其是，相對空間角度為0.1sr或更大的檢測器對於本發明的實施例是有利的。

在典型的反向散射x射線成像系統中，x射線筆形射束以線性運動來掃描成像目標，同時將長形的輻射檢測器部署在x射線源的出口孔徑的兩側上。隨著筆形射束移動，最接近於射束的檢測器區域一般將接收最強信號而離射束越遠的檢測器區域則越少。如果檢測器區域被分段成可獨立讀出部分，可通過僅讀取具有良好信噪比的部分並且忽略主要將噪聲加入總信號的分段，來改善檢測系統的信噪比。對起作用的檢測器分段進行選擇可基於實際檢測到的信號或基於已知的筆形射束的位置來進行。

通過模壓製造閃爍體的優點

以上參考圖6a至圖6c所說明的模壓或「自動敷塗」處理，與在平坦背部上鋪設多晶的閃爍材料(例如bafcl(eu))的典型方法形成了鮮明的對比。製造敷塗有均勻厚度的閃爍體的獨立波長偏移光纖的模壓方法，如以上所教導的，產生了等高光纖，使得sc-wsf檢測器在形狀上的限制主要受控於在光纖中由於全內反射的完全捕捉的要求。均勻敷塗的耦合光纖的概念給出了設計反向散射(bx)檢測器的更大的自由度，尤其對於手持的和機器人安裝的檢測器，在這種情況下空間是十分寶貴的。

可部署檢測器以提高散射x射線的幾何效率

一些移動式x射線系統，例如那些在例如授予swift等人的第5,764,683號以及授予chalmers等人的第7,099,434號美國專利中所說明的，在此結合這兩者的內容作為參考，使用反向散射x射線(bx)的方法以從一側檢查汽車和卡車。前者在操作過程中使用部署在運輸工具外面的檢測器，而後者使用的檢測器區域完全被涵蓋在封閉物(也就是運輸工具的外皮)內。這兩者都使用大面積檢測器以使檢測散射x射線的效率最大化。在依據chalmers『434專利教導的產物情況下，表面後向散射檢測器的覆蓋區覆蓋朝向目標的封閉物的20平方英尺的內表面的量級。這種隱蔽式檢測器區域對於從較高或較低的目標上收集散射輻射的幾何效率相對較差。光電倍增器直接捕捉閃爍光所必需的這種檢測器的幾何外形固有地較深，而不利於在車外部署。

定義：如在本文以及在所有隨附的權利要求中所使用的，術語「大面積檢測器」指的是任何單個檢測器，或者指的是任何檢測器模塊，在兩個正交的橫向方向的每一個方向上的對向的開口角度為至少30°，如檢查下方的物體上的一點所觀察的，等效地，其特徵在於空間角度至少為π球面度。

「運輸工具」應為用於將器械從一個地點運輸至另一個地點的任意裝置，具有的特徵為在例如車輪、軌道、踏板、剎車，等觸地構件上具有平臺式載物。

sc-wsf檢測器，依據本發明的實施例，能夠實現不顯眼地放置大面積檢測器，其可被迅速部署在車外適當位置，充分提高了檢測效率。

現在參考圖9，示出了處於裝載位置的大面積sc-wsf篷式檢測器1101，其被放置在反向散射檢查車1103的車頂上，並且示出了在反向散射檢查車的車輪上方處於裝載位置的較薄的下擺式檢測器1105。在圖10中，車頂式和下擺式檢測器二者都被示出為被部署成增加固角(solidangle)，以便分別檢查更高和更低的目標；在檢查過程中，篷式檢測器被部署在檢查物體的上方，同時下擺式檢測器被至少部分地部署在運輸工具的平臺下面。在本發明的另一個實施例中，參考圖11所說明的，篷式檢測器1301可用於較低、較近的目標，例如用於檢測汽車後備箱1303中的違禁品。篷式檢測器1301可在檢查操作之前從運輸工具的車頂滑出。圖11還示出了對用於有效檢驗輪胎、車輪壁、以及封閉車輛內部的sc-wsf下擺式檢測器1105的部署。

用於掃描x射線筆形射束的傳輸檢測的雙能量檢測器和多能量檢測器

掃描x射線的筆形射束不僅通過分析反向散射的輻射顯示出內部物體，而且在一些應用中可通過同時分析傳輸(tx)和前向散射(fx)的輻射來獲得額外的信息。tx和fx檢測器不需要被分段，因為筆形射束的橫截面積與信號積分時間一起，定義出像素大小。而且，tx和fx檢測器僅需要為總能量檢測器，因為在大多數應用中，對於脈衝計數來說tx或fxx射線的流通量過高。閃爍屏幕為用於這種掃描束應用的傳統檢測器。sc-wsf檢測器大幅擴展了當前tx和fx閃爍檢測器的應用的範圍，正如下面的示例所清楚說明的。

用於高達至少250kev的x射線射束的tx

由例如bafcl(eu)或gadox製成的傳統閃爍屏幕，在x射線能量超過～80kev時，吸收效率下降50％。對於兩層的50％的點在約100kev。為了進行辨別，sc-wsf檢測器可被製成具有兩層以上的閃爍體，而不會大幅增加檢測器的外形。具有4層的成本高效的sc-wsf檢測器可被用於具有由標準140kevx射線管生成的掃描x射線射束的tx。如圖12中所示的多層檢測器(例如9層檢測器，通過標號1400大體上指示)，對於例如在對通過入口的車輛進行x射線檢查所使用的由標準225kevx射線管(未示出)所發射的檢測x射線1402，可高度有效。閃爍體材料的層1404被示出，並且wsf光纖1406被耦合到光電檢測器1408上。

用於三側入口檢查中的上下成像器的可便攜tx檢測器

多層傳輸(tx)檢測器的較薄的外形造成了實踐中路用頂級的(top-of-the-road)傳輸(tx)檢測器。圖13a和圖13b示出了在2英寸高減速帶1131內部的這樣的檢測器，其足夠強以支持滿載的拖拉機拖車，並不需要為了進行部署而挖開地面。穿透輻射的源1132發出扇形射束1134入射至減速帶1131的框架1136內的或在底部表面上方的類似突出物內的線性檢測器組裝件1135。檢測器組裝件1135包括被較高原子數的貨車1138分開的閃爍材料1137的分段。如以上所說明的，例如，參考圖4，閃爍光通過波長偏移光纖1139被耦合至光電檢測器。

用於確定掃描射束強度曲線的分段式tx檢測器

現在參考圖14a和圖14b，示出了用於測量入射x射線1143的掃描射束強度曲線的分段式傳輸檢測器，其大體上由標號1141指示。當移動式保安系統部署有tx檢測器時，將(將傳輸中使用的)sc-wsf檢測器1141與掃描筆形射束平面進行準直存在巨大的挑戰。圖14b示出了具有wsf光纖1145的獨立讀出器的垂直sc-wsf檢測器1141的橫截面(另外在本文中進行理解時被稱為「傳輸檢測器」或「tx檢測器」)，其提供了一種器件，同時測量每一個像素的發射強度以及在射束寬度上線性分布以確定其重心位置。光纖1145被捆在一起1147發送至單個的光電檢測器1149，例如pmt。強度分布可延伸以獲得前向散射強度，這包括關於散射材料的有用信息，並給出對非散射(in-scattered)輻射的測量值，其被記為傳輸強度。

檢測器平面與掃描x射線平面的相對位置可進行自動控制。在圖14a中示意性地示出了用於這一概念的檢測器。在檢測器1141的遠離光電檢測器1149的端部處可提供反射表面1148。

使用單個數據通道傳輸信號，通過以下兩個維度中更小的一個來確定沿傳送方向(橫向於扇形表示的x射線射束)的空間解析度，即：敏感檢測器區域的寬度或tx檢測器上的射束大小。(為啟發目的，在本說明書中不考慮欠採樣的情況)。但是，可通過使敏感檢測器區域變得狹窄來改善空間解析度，如現在參考圖14c說明的。依據本發明的實施例，可通過採用與多個通道(圖14c中的a、b、c)相關聯的檢測器陣列1450中的多個檢測器，並使它們的敏感區域交錯，來增強在傳送方向(沿檢測線)上的空間解析度。交錯圖案的節距取決於沿檢測器的射束寬度。理想情況下，節距(即，與單個通道「a」相關聯的兩個檢測器1451和1454之間的間隔)必須足夠大，使得同一檢測通道的兩個檢測器分段不會同時接收來自射束的直接輻射。標號1456描繪了射束強度曲線。為了實踐的目的這一要求並不十分嚴格，因為像素之間的某些串擾是可接受的。多個合成圖像需要進行交錯，其採用任意方法，包括現有技術中已知的方法，以產生一個解析度更高的圖像。應該注意到，在檢測器處空間解析度的改善導致流通量的擴展並且因此而受到信噪因素的限制。

在本發明的範圍內的另一種配置包括圖14a中示出的垂直檢測器1141與圖13b所示的水平道路檢測器1135的組合，以形成l形檢測器，其優勢在於易於安裝和對準。

在本發明的另一個實施例中，傳輸檢測器陣列1450(不考慮幾何定向，無論是垂直的、橫向的、l形的等)被分段成多個單元，例如圖14c中的b、c，和a。如圖所示，射束曲線1456關於b和a對稱，使得所測量的強度之比唯一。不論任何原因，如果準直改變，則該比例將大幅改變。如果準直隨著照明的x射線筆形射束上下掃描而偏離，b/a之比的變化將測量出偏離和橫向偏移。所收集的數據則可針對這樣的偏移一行一行地進行校準。

用於辨別材料的雙能量和多能量tx檢測器

將來自閃爍體的前後層的信號分開使得前層能夠給出對每一個像素的低能量成分的測量值，同時後層給出了對高能量成分的測量值。將一層吸收材料放在前後閃爍體之間是增強高低能量成分之間區別的標準方式，且通過sc-wsf檢測器易於實現。

sc-wsf檢測器實現了一種雙能量檢測器，其包括在塑料閃爍體檢測器頂部的一層sc-wsf，例如bafcl-wsf；bafcl對於低能量x射線較為敏感，且對高能量x射線不敏感，而塑料檢測器對高能量x射線較敏感而對低能量x射線非常不敏感。

備選的且潛在最有效的材料鑑頻器可通過使用兩層以上獨立層的sc-wsf製成，每一層具有分別的讀出器。被動吸取器，例如適當厚度的銅，可被插入頂部sc-wsf後面以增強雙能量應用，如使用分段式檢測器實現的那樣。備選地，中間閃爍體可被用作主動吸收層。對三個獨立參數的測量使得能夠獲得橫斷材料的平均原子數以及射束硬化範圍的測量值。sc-wsf可進一步擴展以獲得每個像素三個以上的能量值，其極限具有統計不確定性，其隨成分的個數而增加。圖12中示出的檢測器1400是這樣的檢測器的極端示例。

雙能量tx的一個重要的應用是在機場航站樓使用的x射線個人掃描器。在證實bx有效檢查的同時提供tx圖像。將雙能量添加至tx圖像中迄今為止已經是不切實際的，這主要是因為常規檢測器帶來的尺寸限制。sc-wsf消除了這些限制和約定從而顯著地改善了性能，因為具有不同能量敏感性的多個檢測器可進行堆疊，如圖15所示，其中雙(或多)能量檢測器1500包括對入射x射線1501的較低能量成分敏感的sc-wsf檢測器1508，其被定位在對較高能量的x射線敏感的一厚片的塑料閃爍體1502前面。sc-wsf檢測器1508包括通過兩層ws光線1506讀取的閃爍體1504。

伽馬和中子輻射的緊湊型輻射檢測器

sc-wsf方法實現了小型、重量輕、價格便宜、中子和伽馬射線的監控器1601。bafcl(eu)-wsf對於伽馬輻射相當敏感但是對中子並不敏感，同時li6f:zns(ag)-wsf對於伽馬射線不明感而對檢測熱中子十分敏感。圖16示出了多層「dagwood」式層夾，其包括通過單個光電檢測器(未示出)經由光纖1604讀取的一層或多層1602bafcl(eu)，以及通過第二獨立光電檢測器(未示出)讀取的一層或多層1606li6f:zns(ag)-wsf，其具有佔據不超過一或兩釐米厚度的有效元件。一層適當的中子減速器1612，例如聚乙烯，可被放置在li6f:zns(ag)-wsf的任一側，以增強檢測中子的效率。光學反射箔1608，例如鋁箔，將閃爍限制在相應的檢測器區域。

序列號第13/163,854號美國專利申請(授予rothschild)，名稱為「detectorwithactivecollimators」並被結合在本文中作為參考，其說明了反向散射檢測器模塊30，其通過區別來自被檢查對象的近聲場和遠聲場的散射而增加了檢查深度，正如圖17所描繪的。一組有效準直葉片31的角度可在出廠前調整好，或者可被連接到用於動態調整它們的任意類型的電機裝置，這取決於被掃描對象的類型和/或距離。來自準直葉片的閃爍光由一個或多個光電檢測器進行檢測(例如，通過被放置在檢測器的前隔間的頂部和底部的pmt32)。檢測器的後隔間36通過光折流板與前隔間35光學隔離，並且來自在後隔間36中被檢測的x射線的閃爍光由第二組的一個或多個光電檢測器(例如，被安裝在檢測器後面的pmt37)進行收集。後隔間可使用例如閃光磷光體屏幕加襯，或在本發明的其它實施例中，可包括塑料或液體閃爍體。

作為對標準反向散射單元的有益補充可以是由閃爍體製成的「百葉窗」準直器。板條阻擋了輻射以至於其不能直接進入到板條之間的空隙中，使得盒式檢測器優選地檢測更深的內部對象。有效準直器記錄被攔截的輻射。來自有效準直器的光由pmt檢測，隨著準直器之間的空隙減少，pmt的收集效率迅速降低。使用包括sc-wsf檢測器的葉片代替pmt和閃爍體葉片解決了主要缺陷並實現了百葉窗式準直器。第一，光收集與葉片之間的間隙無關。第二，用於從有效準直器收集光的pmt或矽光電倍增器的有效區域通常比所需的pmt的有效區域小得多，這使得光電檢測器的成本更低。第三，將光電檢測器放置在wsf捆束的端部對於光收集的效率並不是重要的。第四，來自每一個板條的wsf的信號可單獨進行處理，給出合理的範圍以使有關被檢查對象的內部信息最大化。第五，可通過獨立的wsf收集來自前後每一個葉片上的薄閃爍體屏的光，這可以顯著改善深度辨別力。

圖18c和圖18d描繪了(分別為立體圖和橫截面圖)有效wsf準直器181，其對碰撞來自閃爍體任一側的x射線敏感。來自兩個閃爍體區域182的閃爍光都經由波偏移光纖183被耦合至光電檢測器。圖18a和圖18b示出了(分別在立體圖和橫截面圖中)有效wsf準直器185，其具有由不透光的x射線吸收器189分開的獨立讀出器187以區分撞擊每一個面的輻射。在一個實施例中，例如，每一個準直器185可包括兩層sc-wsf檢測器182，分別包括每平方釐米60mgbafcl:eu的面密度。不透光x射線吸收器189可包括一薄層的錫，其還提供了結構支撐。

用於微型反向散射檢查系統的檢測器

sc-wsf檢測器的薄度為低重量和低功率所驅動的應用提供了獨特的潛力。參考圖19a和圖19b，手持式成像系統193是這種應用的示例。功率要求、檢查時間和圖像質量都受到檢測的固角的影響。橫截面為例如10cm×10cm(100cm2)的傳統檢測器的重量約半千克。重量不超過兩倍的10cm的sc-wsf的立方體可由獨立的sc-wsf10cm×10cm且厚度分別小於5mm的檢測器製成，其在本示例中可展開以呈現至少2,000cm2的反向散射檢測區域，在該示例中增長了20倍。額外的檢測覆蓋可使手持系統的性能改善一個量級。

本文中所說明的sc-wsf檢測器的薄外形將等高檢測器卡配在狹小空間中。例如，檢測器可適用於被限定成卡配在有限機場檢查空間中的個人掃描器。

圖19示出了四個檢測器191展開或滑出手持式掃描器193以顯著增加檢測效率的示例，尤其對於被更深地隱藏在被檢查對象中的事物。反向散射檢測器195跨夾輻射射束197。

對靜止車輛下側的反向散射檢查

通過可攜式x射線反向散射系統對車輛下側的檢查顯現出特定的問題。汽車的道路淨空不超過8"並可小至6"。固定的檢查系統，例如入口，可將檢測器放置在地上，或者，如以上所說明，可被放置在使用sc-wsf的地上。但是，在許多區域中都需要用於安檢的車下移動檢查系統卻從未被開發。檢查員依賴於被動式檢查工具，例如鏡子和攝像機，其將會錯過液化氣罐中的違禁品或被偽裝成看起來無害的違禁品。

sc-wsf檢測器實現了不超過6"高的x射線反向散射系統。現在參考圖20a和圖20b，其中說明了實際系統的草圖。x射線源包括跨越陽極的電子射束的電磁掃描器221。通過電子模塊223驅動電磁掃描器221。x射線由孔徑的線性陣列225進行校準，孔徑的線性陣列在一次通過中跨越例如底部的30」。sc-wsf檢測器227被安裝在x射線管的每一側以便檢測從車輛229反向散射的x射線236。電源、脈衝和圖像處理器可被適當地安裝。車輪232上檢查單元230的車架234可適用於在車輛229下方，通過電機或手動控制進行操作。

使用l形檢測器陣列分段進行移動運輸檢查

依據本發明的另一個方面，現在參考圖21a和圖21b說明移動式檢測系統(大體上由標號240指示)。在移動式檢查單元241中傳送穿透輻射的源(未示出，且如在本文中根據x射線所說明的，但不限於)，其典型地能夠通過自身的力量運動，但是其也能夠被拖動或否則被運輸，這屬於本發明的範圍內。從移動檢查單元241發出穿透輻射的射束242，或者是作為掃描筆形射束或者作為扇形射束，或者在圖21a中作為表示射束242所指示的平面上發射的情況下。被檢查的對象244，可以是如圖所示的車輛(或者為例如運送的貨物)，在檢查過程期間橫穿射束242並且在橫向移動期間通過整體的l形檢測單元245，如現在進一步說明的那樣。檢測器單元245具有橫向分段246和豎向分段247，如圖21b所指出的。

l形檢測器單元245的橫向和豎向分段246和247中的每一個可包括多個平行的層249，提供對所檢測的x射線的雙能量解析度或通常更多的是多能量解析度，以致於提供材料識別，如以上參考圖12所說明的。此外，豎向檢測器陣列分段247在橫向於射束242的方向以及基本上沿著在所檢查的對象244和射束242之間的相對運動的方向上可具有多個檢測器分段248，以指示檢測器相對於射束的偏斜或側向偏移，如參考圖12所說明的。此外，豎直檢測器陣列分段247在橫向於射束242的方向以及基本上沿著所檢查的對象244和射束242之間相對運動的方向上可具有多個檢測器分段248，以致於指示檢測器相對於射束的傾斜或測量偏移，正如以上圖14a至圖14c說明的。整體l形檢測單元245可被傳送至在移動式檢查單元241上的檢查點或拖車250上的檢查點或其它伴隨物上的檢查點，並可在檢查基於部署點現場進行部分組裝。補充準直輔助器(例如準直雷射器251)可在建立檢測器單元245相對於移動檢查單元241和射束242的適當定位和定向中被採用。

在本文中提出的示例涉及方法行為或系統元件的特定組合，其應被理解為那些動作和那些元件可被以其它的方式結合以完成相同的x射線檢測的目標。此外，單個裝置的特徵可滿足對權利要求中單獨列舉的元件的要求。在本文中說明的本發明的實施例旨在僅作為示例性的，對於那些本領域技術人員來說，變化和修改將是顯而易見的。所有這樣的變化和修改都意圖被包括在所有隨附的權利要求書中所定義的本發明的範圍內。