CN104516010B - X射线束流强度监控装置和x射线检查系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线束流强度监控装置和X射线检查系统。X射线束流强度监控装置包括强度探测模块和数据处理模块，强度探测模块用于接受X射线束流的照射并发出探测信号，数据处理模块与强度探测模块耦合以接收探测信号并输出X射线束流强度监控信号，其中，X射线束流强度监控信号包括X射线束流的剂量监控信号和X射线束流的亮度校正信号。该X射线束流强度监控装置可以同时进行剂量监控和亮度监控，提升了X射线束流强度监控装置的使用效率。

Description

X射线束流强度监控装置和X射线检查系统

技术领域

本发明涉及X射线应用技术领域，特别涉及一种X射线束流强度监控装置和X射线检查系统。

背景技术

在X射线检查系统中，X射线发射装置主要为电子加速器或X射线管。X射线发射装置和X射线检查用探测器阵列安放在被检物体的两边。一般情况下，X射线发射装置发出的X射线束流中即有直接照射于探测器阵列上的工作束流，又有照射于探测器阵列外的冗余束流。

X射线束流通常是扇面形束流，该扇面形束流垂直于地面，该扇面形束流中工作束流在探测器阵列处的宽度一般要求大致等同于探测器阵列的宽度。为此，经常在X射线发射装置和探测器阵列之间设置一个准直器。准直器用于屏蔽掉X射线束流中的冗余束流。在对被检物体进行检查时，准直器位于X射线发射装置和被检物体之间。

一般通过对X射线束流的剂量监控或亮度监控实现对X射线束流强度的监控。剂量监控指的是通过监测X射线束的剂量强度，并判断是否超过规定的剂量值，若超过将发出剂量监控信号以进行报警或切断X射线发射装置的电源等操作。亮度监控指的是采集每次测量周期内的X射线束流强度的波动变化值，发出亮度校正信号校正探测器阵列采集到的值，以得到更加准确的被检物体的信息。

X射线束流的剂量监控装置和亮度监控装置常见于X射线检查系统，一般情况下这两种装置都是各自独立地存在于X射线检查系统中。

下面以采用电子加速器作为X射线发射装置的X射线检查系统为例说明现有技术的X射线检查系统及其X射线束流强度监控装置。

现有技术的剂量监控装置包括探测模块，该探测模块一般都是直接放置在电子加速器的X射线束流出口处，位于电子加速器的箱体内，X射线直接穿透该探测模块的灵敏体积，再照射到被检物体上。

现有技术的亮度监控装置采用的监控方法是利用X射线检查用探测器阵列中位于扇面形束流的上边缘区域的冗余探测器进行亮度信号采集并发出亮度校正信号校正探测器阵列采集到的值。

在实现本发明的过程中，本发明的发明人发现以上现有技术具有如下不足之处：

现有技术的剂量监控装置中，X射线束流强度因需穿透探测模块的灵敏体积而有所损失，即探测灵敏体积干预了到达被检物体的X射线束流强度和能谱结构。并且由于电子加速器是强电设备，而剂量监控装置的探测模块是弱电仪器，探测模块非常容易受前者的电磁干扰，一般仅能提供一段时间内、如几秒内的平均的剂量信息。而在X射线检查系统中为确保安全，当X射线束流的剂量大于规定的阈值时，必须尽快切断X射线发射装置的电源，因此要求剂量监控装置必须可靠和测量准确，而以上现有技术的剂量监控装置难以满足该要求。

现有技术的亮度监控装置中，探测器阵列的冗余探测器容易受到被检物体的反射信号和机械变形等因素的干扰。并且在X射线发射装置为电子加速器的情况下，在X射线束流的“主束”方向上(即电子束的方向)X射线束流强度大，与“主束”夹角越大的位置X射线束流强度越弱，该冗余探测器所处的区域的X射线束流强度一般较弱，最终影响监控效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种X射线束流强度监控装置和X射线检查系统，可以提升X射线束流强度监控装置的使用效率。

本发明第一方面提供一种X射线束流强度监控装置，包括强度探测模块和数据处理模块，所述强度探测模块用于接受X射线束流的照射并发出探测信号，所述数据处理模块与所述强度探测模块耦合以接收所述探测信号并输出X射线束流强度监控信号，其中，所述X射线束流强度监控信号包括所述X射线束流的剂量监控信号和所述X射线束流的亮度校正信号。

进一步地，所述X射线束流强度监控装置包括多个所述强度探测模块，所述多个强度探测模块与同一个所述数据处理模块耦合。

进一步地，各所述强度探测模块分别独立密封。

进一步地，所述数据处理模块包括积分放大器和信号转换装置，所述积分放大器与所述强度探测模块耦合以接收所述探测信号并输出电压信号，所述信号转换装置与所述积分放大器耦合以接收所述电压信号并输出所述剂量监控信号和所述亮度校正信号。

进一步地，所述信号转换装置包括电压比较器和模数转换器，所述电压比较器与所述积分放大器耦合以接收所述电压信号并输出电平信号作为所述剂量监控信号，所述模数转换器与所述积分放大器耦合以接收所述电压信号并输出数字信号作为所述亮度校正信号。

进一步地，所述强度探测模块为闪烁探测模块或气体探测模块。

进一步地，所述强度探测模块为闪烁探测模块，所述闪烁探测模块包括闪烁体、光敏器件和屏蔽层，所述闪烁体的一端与所述光敏器件耦合，所述屏蔽层设置于所述光敏器件外围。

本发明第二方面提供一种X射线检查系统，包括X射线发射装置、探测器阵列和X射线束流强度监控装置，其中，所述X射线束流强度监控装置为本发明第一方面中任一项所述的X射线束流强度监控装置。

进一步地，所述X射线发射装置发出的X射线束流包括照射于所述探测器阵列上的工作束流和照射于所述探测器阵列之外的冗余束流，所述X射线束流强度监控装置的所述强度探测模块设置于所述X射线发射装置和所述探测器阵列之间以接受所述冗余束流的照射并发出所述探测信号。

进一步地，所述X射线检查系统还包括准直器，所述强度探测模块设置于所述X射线发射装置和所述准直器之间。

基于本发明提供的X射线束流强度监控装置和X射线检查系统，X射线束流强度监控装置包括强度探测模块和数据处理模块，强度探测模块用于接受X射线束流的照射并发出探测信号，数据处理模块与强度探测模块耦合以接收探测信号并输出X射线束流强度监控信号，其中，X射线束流强度监控信号包括X射线束流的剂量监控信号和X射线束流的亮度校正信号，因此该X射线束流强度监控装置可以同时进行剂量监控和亮度监控，提升了X射线束流强度监控装置的使用效率。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明第一实施例的X射线检查系统的布局示意图。

图2为图1所示的X射线检查系统的B－B向剖视示意图。

图3为图1所示的X射线检查系统中X射线束流强度监控装置的强度探测模块的结构原理示意图。

图4为图3所示的强度探测模块的C－C向剖视结构原理示意图。

图5为图1所示的X射线检查系统的X射线束流强度监控装置的原理方框图。

图6为本发明第二实施例的X射线检查系统中X射线束流强度监控装置的强度探测模块的俯视方向的结构原理示意图。

图7为图6所示的强度探测模块的垂直于X射线扇面形束流观察时的结构原理示意图。

图1至图7中，各附图标记分别代表：

1、电子加速器；

2、探测器阵列；

3、准直器；

4、被检物体；

5、闪烁探测模块；

51、闪烁体；

52、光敏器件；

53、屏蔽层；

6、气体探测模块；

61、高压电极板；

62、收集电极板；

63、工作气体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

第一实施例

图1至图5示出了本发明第一实施例的X射线检查系统。

图1为本发明第一实施例的X射线检查系统的布局示意图。图2为图1所示的X射线检查系统的B－B向剖视示意图。如图1和图2所示，第一实施例的X射线检查系统包括用于发射X射线的X射线发射装置、准直器3、X射线检查用的探测器阵列2和X射线束流强度监控装置。

其中X射线束流强度监控装置用于监控X射线发射装置的X射线束流强度。X射线束流强度监控装置包括强度探测模块和数据处理模块。数据处理模块与强度探测模块耦合以接收强度探测模块发出的探测信号并输出X射线束流强度监控信号。X射线束流强度监控信号包括X射线束流的剂量监控信号和X射线束流的亮度校正信号。该X射线束流强度监控装置可以同时进行剂量监控和亮度监控，提升了X射线束流强度监控装置的使用效率。

X射线发射装置发出的X射线束流包括照射于探测器阵列2上的工作束流和照射于探测器阵列2之外的冗余束流。X射线束流强度监控装置的强度探测模块优选地设置于发射装置和探测器阵列2之间以接受冗余束流的照射并发出探测信号。该X射线检查系统的强度探测模块利用的是X射线束流的冗余束流，强度探测模块基本不受X射线发射装置和被检物体4的影响，从而可使X射线束流强度的监控结果更加准确可靠。另外，由于强度探测模块对工作束流没有影响，因此不影响到达被检物体4以及探测器阵列2的工作束流的强度。

第一实施例中，X射线发射装置为电子加速器1。在其它未示出的实施例中，可以为X射线管等其它X射线发射装置。

准直器3位于X射线发射装置和探测器阵列2之间。准直器3用于屏蔽掉冗余束流。在对被检物体4进行检查时，准直器3位于X射线发射装置和被检物体4之间，X射线束流的工作束流经过准直器3后照射到被检物体4以及探测器阵列2。

在X射线检查系统具有准直器3时，强度探测模块位于X射线发射装置和准直器3之间。该设置在避免电子加速器1的直接电磁干扰的同时，也不会因为准直器3的设置影响X射线束流强度监控结果。

优选地，X射线束流强度监控装置包括相对于工作束流对称布置的多个强度探测模块。相对于工作束流对称布置多个强度探测模块可以在X射线发射装置发射的X射线束流发生偏摆时，使各强度探测模块发出的探测信号彼此进行补偿，从而可使X射线束流强度的监控结果比仅设置单个强度探测模块更为准确可靠。第一实施例中具体地设置了两个强度探测模块。在其它未示出的实施例中，可以设置更多个强度探测模块，例如四个。

第一实施例中，工作束流是扇面形束流，强度探测模块位于扇面形束流的扇面侧方。该设置使强度探测模块处于X射线束流的“主束”处，更靠近X射线束流的中心位置，从而可以更有效地提供X射线束流强度信息。

如图1和图2所示，扇面形束流的扇面垂直于地面，电子加速器1所在一侧为前侧，探测器阵列2所在一侧为后侧，在扇面形束流的扇面左右两侧各布置一个强度探测模块(下称左探测模块和右探测模块)。其中左探测模块和右探测模块安放在电子加速器1和准直器3之间，将得到的探测信号传输到数据处理模块进行合并处理并转换后，产生X射线束流强度监控信号。

左探测模块和右探测模块左右对称地设置在扇面形束流的扇面两侧且位于冗余束流能直接照射到的位置，以利用冗余束流对X射线束流进行强度监控。左探测模块和右探测模块中间隔开一定的空隙，空隙的宽度保证工作束流能不受影响地照射到探测器阵列2的宽度要求的范围之内。

左探测模块和右探测模块是两个几何形状对称的、结构相同的探测器。在垂直于X射线束流的扇面的方向上，有足够的灵敏尺寸满足在扇面形束流发生左右偏摆的情况下依然不超出这两个探测器灵敏体积的覆盖宽度。强度探测模块可以有多种实现方式。图3为图1所示的X射线束流强度监控装置的强度探测模块的结构原理示意图。图4为图3所示的强度探测模块的C－C向剖视结构原理示意图。图3和图4以左探测模块和右探测模块中的一个为例说明第一实施例的强度探测模块的工作原理。图4中，L代表X射线束流的入射方向。

如图3和图4所示，第一实施例中左探测模块和右探测模块为闪烁探测模块5。闪烁探测模块5包括闪烁体51、光敏器件52、屏蔽层53和反射层(未示出)。其中闪烁体51的一端与光敏器件52耦合并位于光敏器件52和工作束流之间。屏蔽层53设置在光敏器件52的外围用来屏蔽散射的X射线对光敏器件52的损坏。屏蔽层53优选地采用重金属制作。闪烁体51在不与光敏器件52耦合的非耦合面上包裹有反射层。反射层的材料可以是二氧化钛。另外，各闪烁探测模块5都有一个各自的光密封结构，闪烁体51和光敏器件52设置在对应的密封结构内部，确保密封结构不漏光。

闪烁探测模块5的闪烁体51(即灵敏体积)优选地采用闪烁晶体制成。闪烁体51到光敏器件52间的长度优选地保证扇面形束流的偏摆不会到达光敏器件52的位置。闪烁体51优选地与X射线束流的入射方向L垂直。

闪烁探测模块5在探测X射线束流强度时，X射线照射到闪烁晶体上，发出闪烁光，光敏器件52吸收闪烁光产生电信号，光敏器件52输出的电信号输入到数据处理模块进行下一步处理。

采用闪烁探测模块5具有灵敏介质密度大和灵敏度较高的优点。

图5为图1所示的X射线检查系统的X射线束流强度监控装置的原理方框图。如图5所示，数据处理模块与各强度探测模块耦合，各强度探测模块输出的探测信号一起传输到数据处理模块，数据处理模块接收各强度探测模块的探测信号后将探测信号在该数据处理模块内进行合并、处理并输出X射线束流强度监控信号。

如图5所示，数据处理模块包括积分放大器和信号转换装置。其中积分放大器与各强度探测模块耦合以接收各强度探测模块发出的探测信号并输出电压信号。该电压信号的幅度大小正比于X射线束流强度。信号转换装置与积分放大器耦合以接收积分放大器的电压信号并输出X射线束流强度监控信号。

如图5所示，第一实施例中，信号转换装置具体地包括电压比较器和模数转换器。电压比较器和模数转换器进行彼此独立的转换。

电压比较器与积分放大器耦合以接收积分放大器的电压信号并输出电平信号作为X射线束流的剂量监控信号。该电压比较器的参考电压根据规定的X射线剂量强度确定。剂量监控信号控制X射线发射装置是否应当被切断电源或报警。

模数转换器与积分放大器耦合以接收积分放大器的电压信号并输出数字信号作为X射线束流的亮度校正信号。

第一实施例的X射线检查系统的X射线束流强度监控装置可以同时进行剂量监控和亮度监控，提升了X射线束流强度监控装置的使用效率。并且剂量监控不再影响工作束流的强度，且避免了电子加速器1的电磁干扰。亮度监控不再受被检物体4和系统机械变形的影响。

第二实施例

第二实施例与第一实施例不同的是，在第二实施例中以气体探测模块6代替第一实施例的闪烁探测模块5作为强度探测模块。其中，左探测模块和右探测模块各用一个结构相同的气体探测模块6对X射线束流的强度进行探测。

图6为本发明第二实施例的X射线检查系统中X射线束流强度监控装置的强度探测模块的俯视方向的结构原理示意图。图7为图6所示的强度探测模块的垂直于X射线扇面形束流时的结构原理示意图。图6和图7以左探测模块和右探测模块中的一个为例说明第二实施例的强度探测模块的工作原理。图6和图7中，L代表X射线束流的入射方向。

参见图6和图7，气体探测模块6包括气体电离室。气体电离室包括两块电极板，分别为高压电极板61和收集电极板62。两块电极板均垂直于X射线束流的入射方向L。高压电极板61外接高压电，并接收冗余束流的照射，收集电极板62与数据处理模块耦合。高压电极板61和收集电极板62之间是工作气体63。高压电极板61和收集电极板62以及工作气体63需安装在一个密封结构内。

采用气体探测模块6作为强度探测模块的优点是没有辐照损伤，增大探测面积很容易，成本较低。

第二实施例中其它未说明之处，可参考第一实施例的相关内容，在此不再赘述。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种X射线束流强度监控装置，其特征在于，包括强度探测模块和数据处理模块，所述强度探测模块用于接受X射线束流的照射并发出探测信号，所述数据处理模块与所述强度探测模块耦合以接收所述探测信号并输出X射线束流强度监控信号，其中，所述X射线束流强度监控信号包括所述X射线束流的剂量监控信号和所述X射线束流的亮度校正信号；所述数据处理模块包括积分放大器和信号转换装置，所述积分放大器与所述强度探测模块耦合以接收所述探测信号并输出电压信号，所述信号转换装置与所述积分放大器耦合以接收所述电压信号并输出所述剂量监控信号和所述亮度校正信号；所述信号转换装置包括电压比较器和模数转换器，所述电压比较器与所述积分放大器耦合以接收所述电压信号并输出电平信号作为所述剂量监控信号，所述模数转换器与所述积分放大器耦合以接收所述电压信号并输出数字信号作为所述亮度校正信号；所述电压比较器和所述模数转换器进行彼此独立的转换。

2.根据权利要求1所述的X射线束流强度监控装置，其特征在于，所述X射线束流强度监控装置包括多个所述强度探测模块，所述多个强度探测模块与同一个所述数据处理模块耦合。

3.根据权利要求2所述的X射线束流强度监控装置，其特征在于，各所述强度探测模块分别独立密封。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的X射线束流强度监控装置，其特征在于，所述强度探测模块为闪烁探测模块(5)或气体探测模块(6)。

5.根据权利要求4所述的X射线束流强度监控装置，其特征在于，所述强度探测模块为闪烁探测模块(5)，所述闪烁探测模块(5)包括闪烁体(51)、光敏器件(52)和屏蔽层(53)，所述闪烁体(51)的一端与所述光敏器件(52)耦合，所述屏蔽层(53)设置于所述光敏器件(52)外围。

6.一种X射线检查系统，包括X射线发射装置、探测器阵列(2)和X射线束流强度监控装置，其中，所述X射线束流强度监控装置为根据权利要求1至5中任一项所述的X射线束流强度监控装置。

7.根据权利要求6所述的X射线检查系统，其特征在于，所述X射线发射装置发出的X射线束流包括照射于所述探测器阵列(2)上的工作束流和照射于所述探测器阵列(2)之外的冗余束流，所述X射线束流强度监控装置的所述强度探测模块设置于所述X射线发射装置和所述探测器阵列(2)之间以接受所述冗余束流的照射并发出所述探测信号。

8.根据权利要求7所述的X射线检查系统，其特征在于，所述X射线检查系统还包括准直器(3)，所述强度探测模块设置于所述X射线发射装置和所述准直器(3)之间。