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CN103675931B - Ct系统和用于ct系统的探测装置 - Google Patents

Ct系统和用于ct系统的探测装置 Download PDF

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CN103675931B CN201210364118.3A CN201210364118A CN103675931B CN 103675931 B CN103675931 B CN 103675931B CN 201210364118 A CN201210364118 A CN 201210364118A CN 103675931 B CN103675931 B CN 103675931B
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Tsinghua University
Nuctech Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种CT系统和用于CT系统的探测装置，该探测装置包括：低能探测器组件；以及设置在所述低能探测器组件之下的高能探测器组件，其中所述高能探测器组件包括；多排高能探测器，所述高能探测器之间具有预定间距。该探测装置大大减少了探测器和数据采集单元，既获得了高分辨率的三维CT图像，又实现了高准确度的危险品报警。在保证高的系统性能下，大大降低了系统的制造成本。

Description

CT系统和用于CT系统的探测装置
技术领域
本发明涉及一种CT系统以及一种用于CT系统的探测装置。
背景技术
为了解决CT系统扫描速度问题，常规的方法就是使用面阵列探测器，每次可以同时采集多排数据来提高扫描速度。随着安检领域对危险品识别的高准确度的要求，双能技术需求越来越迫切。要实现高速扫描和高分辨率三维双能图像，常规方法是高低探测器都采用面阵列排布方法，这种系统所需探测器和数据采集单元数量庞大，系统制造成本很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种CT系统和一种用于CT系统的探测装置，由此在保证高的危险品识别性能的情况下降低成本。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种用于CT系统的探测装置，该探测装置包括：低能探测器组件；以及设置在所述低能探测器组件之下的高能探测器组件，其中所述高能探测器组件包括；多排高能探测器，所述高能探测器之间具有预定间距。
根据本发明的一方面，所述探测装置还包括滤波片，所述滤波片设置在低能探测器组件与所述高能探测器组件之间。
根据本发明的一方面，所述CT系统在传送方向上传送被检查物体，并且所述多排高能探测器大致在传送方向上排列。
根据本发明的一方面，所述低能探测器组件包括面阵列的低能探测器。
根据本发明的一方面，所述面阵列的低能探测器大致分布在圆柱面上。
根据本发明的一方面，所述高能探测器中的每一个的朝向所述低能探测器组件的表面大体在圆柱面上。
根据本发明的一方面，所述高能探测器之间的预定间距是5至80毫米。
根据本发明的一方面，所述高能探测器之间的预定间距是30至50毫米。
根据本发明的一方面，所述探测装置还包括设置在相邻的所述高能探测器之间的部件。
根据本发明的一方面，所述部件由射线吸收材料制成。
根据本发明的一方面，所述部件由铝、铁、铜和铅中的至少一种或铝、铁、铜和铅中的至少一种的合金制成。
根据本发明的一方面，所述高能探测器组件以及与所述高能探测器组件的高能探测器重叠的低能探测器组件的低能探测器的部分构造成获得双能CT图像。
根据本发明的一方面，本发明提供了一种CT系统，该CT系统包括：在传送方向上传送被检查物体的传送装置；滑环；与滑环连接的射线源；以及与射线源相对并连接在滑环上的探测装置，其中所述探测装置包括：低能探测器组件；以及设置在所述低能探测器组件之下的高能探测器组件，其中所述高能探测器组件包括；多排高能探测器，所述高能探测器之间具有预定间距。
根据本发明的一方面，所述多排高能探测器大致在传送方向上排列。
根据本发明的一方面，所述滑环每旋转360度/N，传送装置将被检查物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距，其中N为高能探测器的排数。
根据本发明的一方面，N为高能探测器的排数，所述滑环每旋转360度/N，传送装置将被检查物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距，由此所述探测装置输出数据，并基于输出的所述数据，来重建被检查物体的图像。
优选方式是，基于输出的所述数据，利用断层重建方法来重建被检查物体的图像。
根据本发明的一方面，所述高能探测器组件以及与所述高能探测器组件的高能探测器重叠的低能探测器组件的低能探测器的部分构造成获得双能CT图像。
根据本发明的一方面，所述低能探测器组件获得低能CT图像，并且高能探测器组件以及与所述高能探测器组件的高能探测器重叠的低能探测器组件的低能探测器的部分获得双能CT图像，通过对低能CT图像和双能CT图像进行融合处理，由此获得三维双能CT图像。
根据本发明的一方面，所述低能探测器组件包括面阵列的低能探测器。
本发明提出了低能探测器面阵列排布、高能探测器稀疏排布，由此大大减少了探测器和数据采集单元，既获得了高分辨率的三维CT图像，又实现了高准确度的危险品报警。在保证高的系统性能下，大大降低了系统的制造成本。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的用于行李安全检查的CT系统的示意图；
图2是根据本发明的实施例的用于CT系统的探测装置的示意图；
图3是根据本发明的实施例的用于行李安全检查的CT系统的示意图；
图4是根据本发明的实施例的用于CT系统的探测装置的示意剖面图；以及
图5是根据本发明的实施例的用于CT系统的探测装置的示意剖面图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1和3所示，根据本发明的实施例的CT系统10包括：在传送方向V上传送被检查物体的传送装置17；能够绕旋转轴线转动的滑环12，旋转轴线可以与传送方向V大致平行；与滑环12连接的射线源11；与射线源11相对并连接在滑环12上的探测装置16，探测装置16和射线源11可以一起随滑环12转动；用于控制CT系统10操作的控制装置18；用于对探测装置16探测到的数据进行处理的数据处理装置15；以及当被检查物体中存在可疑物时进行报警的报警装置19。
射线源11可以发射X射线。射线源11可以是X光机、加速器或放射性同位素等。数据处理装置15可以是计算机等。数据处理装置15可以包含在控制装置18中。
如图2和4所示，探测装置16包括低能探测器组件1；以及设置在所述低能探测器组件1之下的高能探测器组件3。
如图2和4所示，低能探测器组件1包括面阵列的低能探测器。面阵列的低能探测器大致分布在圆柱面上，所述圆柱面的中心轴线大致通过射线源11的焦点，或者所述圆柱面的中心轴线大致平行于滑环12的旋转轴线。作为选择，面阵列的每个低能探测器的中心可以分布在以射线源11的焦点为圆心的圆弧上。
如图2和4所示，高能探测器组件3包括多排高能探测器31，所述高能探测器31之间具有预定间距。多排高能探测器31大致在传送方向V上排列。高能探测器31中的每一个的朝向所述低能探测器组件1的表面大体在圆柱面上，所述圆柱面的中心轴线大致通过射线源11的焦点，或者所述圆柱面的中心轴线大致平行于滑环12的旋转轴线。此外，多排高能探测器可以采用本领域公知的任何合适的布置结构。所述高能探测器组件以及与所述高能探测器组件的高能探测器重叠的低能探测器组件的低能探测器的部分构造成获得双能CT图像。所述低能探测器组件构造成获得低能CT图像，通过对低能CT图像和双能CT图像进行融合处理，由此获得三维双能CT图像。
如图2和4所示，低能探测器组件1与高能探测器组件3之间可以设置滤波片2。滤波片的厚度根据射线源11发射的X射线的能量来决定。滤波片2吸收一部分射线能量，以有效拉开高低能探测器探测的能量差距。滤波片2的材料可以为铜、银或金，或者是含铜、银或金的合金材料等。
低能探测器和高能探测器可以由同一种闪烁体材料形成，或者低能探测器和高能探测器可以由不同闪烁体材料形成。闪烁体材料可以选自下述材料中的一种：CsI(Tl)、CdWO4、GOS、ZnSe、YAG。
如图5所示，根据本发明的一种实施方式，探测装置16还包括设置在相邻的所述高能探测器31之间的部件4。所述部件4由射线吸收材料制成。例如，所述部件4由铝、铁、铜和铅中的至少一种或铝、铁、铜和铅中的至少一种的合金制成。部件4可以抑制散射信号，并可起到一定的屏蔽辐射的作用。
如图1和3所示，传送装置17可以包括传送带7，该传送带7水平放置，滑环12的旋转面可以大致与传送带7的水平面垂直或者可以大致与传送方向V垂直。
高能探测器和低能探测器在滑环12的旋转面上的分布可以是圆弧状，可以是多个平板探测器拼接成的圆弧。高能探测器和低能探测器在旋转面内的分布可以采用符合扫描通道要求和CT系统要求的各种形式。
作为选择，低能探测器组件1可以包括比多排高能探测器排列更密集的多排低能探测器。该多排低能探测器的排列方向与多排高能探测器的排列方向一致，且每排高能探测器都有与之重叠的低能探测器。
安全检查过程中，行李放置在传送带7上水平移动，滑环12旋转，滑环12带动射线源11和探测装置16旋转，滑环12的旋转轴线可以与水平面平行，对行李的扫描过程是螺旋锥束扫描。控制装置18控制传送带7和滑环12的动作，控制射线源11的出束和探测装置16的数据采集。数据处理装置15获取探测装置16探测到的数据、进行数据处理、用户交互操作和通知报警装置19。报警装置19负责发出报警信号。
面阵列的低能探测器的数据经过重建可以获得高分辨的图像。多排高能探测器和与多排高能探测器重叠的低能探测器一起获得双能投影数据，由该双能投影数据获得CT图像，该CT图像可以是大层厚的双能CT图像。经过算法计算可以准确获得被检测物体高低能衰减系数图像、等效原子序数Z值和密度D值的信息，根据爆炸物及毒品在Z-D图中的分布，可以准确判断上述违禁物品。将高分辨率的低能CT图像和大层厚的双能CT图像进行融合处理，整个CT系统可以得到高分辨的三维双能CT图像。基于高分辨率的图像，可以给出毒品、爆炸物等违禁品的位置，进一步可以分析出违禁品的形状、大小和质量。该CT系统实现了高分辨率图像、成本控制和材料识别的综合效益。
低能探测器获得的投影数据可以用各种重建方法，比如FDK算法来实现。双能探测装置数据获取的投影数据可以用各种经典算法，如迭代算法、FDK算法或断层重建来实现，运用基材料分解或双效应分解方法来实现物质识别。
根据本发明的CT系统的主要功能包括：
1.可以对箱包等物品进行CT螺旋锥束扫描；
2.可以得到高分辨率的低能CT切片图像和三维图像；
3.可以获得大层厚的双能CT切片图像；
4.通过图像融合方法获得高分辨率的双能CT图像；
5.可以根据三维双能CT图像对刀具、枪支等进行呈现和识别；
6.根据双能CT图像数据获得箱包的原子序数、密度和高低能衰减系数图像数据从而可以识别被检物是否隐藏毒品、爆炸物和其他违禁品；以及
7.可以得到毒品、爆炸物和违禁品的位置、大小、类别和重量估计。
下面，描述根据本发明的CT系统的高能探测器31的具体操作方式。
设计相邻两排高能探测器31的中心距为t，共有N排(其中N为大于1的整数)，滑环的转速为r0，传送带的速度为s，则可设计满足如下关系的扫描方式：
1 N r 0 = t s
在滑环12每旋转360度的检查区域中，每排高能探测器31检查该区域的360度/N的扇形部分，同时滑环每旋转360度/N，传送装置17将物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距t，由此从所述N排高能探测器31中的传送装置17移动方向V的上游侧的第一排探测器开始依次到最后一排探测器分别检测对应的360度/N，由此所述探测装置输出数据，并基于输出的所述数据，例如，利用断层重建方法，来重建被检查物体的图像。
设第1排高能探测器31的初始位置为T0，则第2排为T0-t，第3排为T0-2t，依次类推。
则由上关系式易得，当滑环12(即探测器31)转动1/N圈时，相对于移动的被检查物体高能探测器31在滑环12的轴向上行走了距离t，所以此时探测器的位置变为第1排为T0+t，第2排为T0，第3排为T0-t，依次类推。此时，第n+1排高能探测器落于与转动前的第n排探测器的同一轴向位置，角度相差2π/N。由此可知，当滑环转动一整圈后，N排高能探测器刚好排满T0到T0+t范围内的2π角度。
对于高低能探测器获得的双能投影数据，理论上可以用各种重建方法来重建。如上所述，当滑环转动一整圈后，N排高能探测器刚好排满T0到T0+t范围内的2π角度。所以可以优选地用断层重建方法来重建，方法简单快捷。
如图4所示，图中的t表示相邻两排高能探测器沿传送带17的传送方向V上的中心距离，d表示探测器31沿传送带17的传送方向上V的宽度。所述间距为t与d的差值。高能探测器31之间的间距可以是5至80毫米、10至70毫米、20至60毫米、30至50毫米、35至45毫米、36至40毫米，或者38毫米。
根据本发明的探测装置的探测器中相邻两排探测器的中心距离t＞＞d，从而有效降低了晶体面积，降低了成本。对比于单排的探测器，会成倍的提高检测速度。
根据本发明的CT系统可以对低能的CT图像、高低能衰减系数图像、密度图像、原子序数图像进行图像融合，呈现出各种客户需要的图像。将高分辨率的低能CT图像和大层厚的双能CT图像进行融合处理，整个系统可以得到高分辨的三维双能CT图像，通过双能CT图像进行危险品智能识别处理，获得高准确度的危险品识别结果。此外，也可以通过插值的方法来得到高分辨率的密度图像和原子序数图像。

Claims (20)

1.一种用于CT系统的探测装置，包括：
低能探测器组件；以及
设置在所述低能探测器组件之下的高能探测器组件，其中所述高能探测器组件包括多排高能探测器，所述高能探测器之间具有预定间距，
低能探测器组件包括在射线传播方向上观看时与所述高能探测器组件的多排高能探测器重叠的第一低能探测器，和在射线传播方向上观看时与所述高能探测器组件的多排高能探测器不重叠的第二低能探测器。
2.根据权利要求1所述的用于CT系统的探测装置，还包括：
滤波片，所述滤波片设置在低能探测器组件与所述高能探测器组件之间。
3.根据权利要求1所述的用于CT系统的探测装置，其中所述CT系统在传送方向上传送被检查物体，并且所述多排高能探测器大致在传送方向上排列。
4.根据权利要求1所述的用于CT系统的探测装置，其中所述低能探测器组件包括面阵列的低能探测器。
5.根据权利要求4所述的用于CT系统的探测装置，其中所述面阵列的低能探测器大致分布在圆柱面上。
6.根据权利要求1所述的用于CT系统的探测装置，其中每一个所述高能探测器朝向所述低能探测器组件的表面大体在圆柱面上。
7.根据权利要求1所述的用于CT系统的探测装置，其中所述高能探测器之间的预定间距是5至80毫米。
8.根据权利要求1所述的用于CT系统的探测装置，其中所述高能探测器之间的预定间距是30至50毫米。
9.根据权利要求1所述的用于CT系统的探测装置，还包括设置在相邻的所述高能探测器之间的部件。
10.根据权利要求9所述的用于CT系统的探测装置，其中
所述部件由射线吸收材料制成。
11.根据权利要求9所述的用于CT系统的探测装置，其中
所述部件由铝、铁、铜和铅中的至少一种或铝、铁、铜和铅中的至少一种的合金制成。
12.根据权利要求1或4所述的用于CT系统的探测装置，其中
所述高能探测器组件以及第一低能探测器构造成获得双能CT图像。
13.一种CT系统，包括：
在传送方向上传送被检查物体的传送装置；
滑环；
与滑环连接的射线源；以及
与射线源相对并连接在滑环上的探测装置，其中所述探测装置是根据权利要求1所述的探测装置。
14.根据权利要求13所述的CT系统，其中所述多排高能探测器大致在传送方向上排列。
15.根据权利要求14所述的CT系统，其中所述滑环每旋转360度/N，传送装置将被检查物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距，其中N为高能探测器的排数。
16.根据权利要求14所述的CT系统，其中N为高能探测器的排数，所述滑环每旋转360度/N，传送装置将被检查物体移动的距离为相邻两排探测器的中心距，由此所述探测装置输出数据，并基于输出的所述数据，来重建被检查物体的图像。
17.根据权利要求16所述的CT系统，其中基于输出的所述数据，利用断层重建方法来重建被检查物体的图像。
18.根据权利要求13所述的CT系统，其中
所述高能探测器组件以及第一低能探测器构造成获得双能CT图像。
19.根据权利要求13所述的CT系统，其中所述低能探测器组件获得低能CT图像，并且高能探测器组件以及第一低能探测器获得双能CT图像，通过对低能CT图像和双能CT图像进行融合处理，由此获得三维双能CT图像。
20.根据权利要求19所述的CT系统，其中所述低能探测器组件包括面阵列的低能探测器。
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