СТАЦИОНАРНОЕ УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ
STATIONARY COMPUTED TOMOGRAPHY SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству компьютерной томографии (КТ) без гентри и способу управления устройством КТ, в котором обеспечивается реконструкция устройства КТ без поворотного гентри и конкретные вещества в объекте досмотра идентифицируются посредством конструкции, содержащей источник излучения на углеродных нанотрубках и детекторное устройство. Настоящее изобретение, в частности, пригодно для устройства КТ для досмотра в целях безопасности.
Уровень техники
В существующем устройстве КТ без гентри источник рентгеновского излучения с множеством фокальных пятен излучения, в общем случае, имеет круглую кольцеобразную конструкцию или используется детектор в виде поверхностной матрицы. В результате устройство КТ без гентри имеет большой объем, большой вес и высокую цену.
Раскрытие изобретения
Соответственно, задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства КТ, в котором применяются источник рентгеновского излучения на основе углеродных нанотрубок и детектор с конструкцией типа линейной матрицы, что позволяет уменьшить размер и стоимость устройства КТ.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, предусмотрено устройство КТ, содержащее: канал сканирования; стационарный источник рентгеновского излучения, размещенный вокруг канала сканирования и содержащий множество фокальных пятен излучения; и множество стационарных детекторных модулей, размещенных вокруг канала сканирования и расположенных напротив источника рентгеновского излучения.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, по меньшей мере, некоторые из множества детекторных модулей размещены в, по существу, L-образной форме или, по существу, Π-образной форме при наблюдении в плоскости, пересекающей канал сканирования.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, по меньшей мере, некоторые из множества фокальных пятен излучения источника рентгеновского излучения размещены в, по существу, L-образной форме, Π-образной форме или прямолинейной форме при наблюдении в плоскости, пересекающей канал сканирования.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, плоскость, по существу, перпендикулярна к каналу сканирования.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, каждый детекторный модуль имеет поверхность приема излучения и поверхности приема излучения множества детекторных модулей примыкают друг к другу своими концами, в результате чего излучение, испускаемое из множества фокальных пятен излучения, не может проходить между поверхностями приема излучения.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, линии удлинения внешних сторон секториальных пучков излучения, излучаемых из двух фокальных пятен излучения соответственно, размещенных на конце и другом конце множества фокальных пятен излучения, пересекаются в точке пересечения, и линия, образованная соединением точки пересечения с центральной точкой поверхности приема излучения одного из детекторных модулей, перпендикулярна поверхности приема излучения одного из детекторных модулей, при наблюдении в плоскости, пересекающей канал сканирования.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, множество фокальных пятен излучения источника рентгеновского излучения размещено в форме прямой линии или ряда (строки).
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, множество детекторных модулей размещено, по существу, в форме пространственной спирали.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, множество фокальных пятен излучения источника рентгеновского излучения размещено, по существу, в форме пространственной спирали.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, из множества фокальных пятен излучения источника рентгеновского излучения и множества детекторных модулей соответствующие фокальные пятна излучения и детекторные модули размещены в одной плоскости и плоскость, по существу, перпендикулярна к каналу сканирования или плоскость наклонена относительно канала сканирования.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, каждый детекторный модуль может принимать пучок излучения из, по меньшей мере, одного из множества фокальных пятен излучения источника рентгеновского излучения.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, множество фокальных пятен излучения размещено в, по меньшей мере, одной строке в направлении, в котором объект досмотра входит в канал  сканирования и выходит из него.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, множество детекторных модулей размещено в, по меньшей мере, одной строке в направлении, в котором объект досмотра входит в канал сканирования и выходит из него.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, устройство КТ дополнительно содержит: устройство коррекции, расположенное между множеством фокальных пятен излучения и множеством детекторных модулей для регулировки доз пучков излучения из фокальных пятен излучения.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, устройство коррекции представляет собой сетчатое устройство, выполненное из сплава W-Ni-Fe.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, расстояние между устройством коррекции и поверхностями приема излучения детектора, по меньшей мере, в пять раз больше, чем расстояние между устройством коррекции и фокальными пятнами излучения.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, источником рентгеновского излучения является источник рентгеновского излучения на углеродных нанотрубках.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, устройством КТ является устройство КТ без гентри.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения, управление множеством фокальных пятен излучения источника рентгеновского излучения достигается посредством шины контроллерной сети (CAN). Фокальные пятна излучения могут располагаться с одинаковыми интервалами по длине, и последовательность, в которой фокальные пятна излучения испускают излучение, может располагаться вдоль прямой или кривой линии.
В настоящем изобретении может применяться источник рентгеновского излучения на углеродных нанотрубках. Благодаря надлежащему размещению источника рентгеновского излучения и детектора, настоящее изобретение преодолевает недостатки сложной конструкции и большого объема традиционного устройства КТ без гентри, тем самым достигая миниатюризации устройства КТ, уменьшая его площадь основания и повышая доступность устройства КТ.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематический вид устройства КТ согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - схематический вид, демонстрирующий конфигурацию источника излучения, детектора и устройства коррекции согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 - схематический вид, демонстрирующий конфигурацию источника излучения и детектора согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 - схематический вид, демонстрирующий конфигурацию источника излучения и детектора согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 - схематический вид, демонстрирующий конфигурацию источника излучения и детектора согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 6 - схематический вид, демонстрирующий конфигурацию источника излучения и детектора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Дальнейшее описание изобретения приведено ниже со ссылкой на варианты осуществления настоящего изобретения совместно с прилагаемыми чертежами.
Как показано на Фиг. 1-6, устройство 10 КТ согласно варианту осуществления настоящего изобретения содержит: канал 4 сканирования; стационарный источник 7 рентгеновского излучения, включающий в себя множество фокальных пятен 71 излучения; и множество стационарных детекторных модулей 12, расположенных напротив источника 7 рентгеновского излучения, и, по меньшей мере, некоторые детекторные модули 12 размещены в, по существу, L-образной форме (Фиг. 2-4 и 6) или, по существу, Π-образной форме (Фиг. 5) при наблюдении в плоскости, пересекающей канал 4 сканирования. Плоскость может быть, по существу, перпендикулярна к каналу 4 сканирования или направлению переноса устройства 1 переноса, или располагаться под углом относительно канала 4 сканирования или направления переноса устройства 1 переноса. Множество фокальных пятен 71 излучения и множество детекторных модулей 12 размещены вокруг канала 4 сканирования. Устройство 10 КТ может дополнительно содержать детекторный кронштейн 5 для крепления детекторных модулей 12, блок 6 управления получением, блок 8 компьютерной реконструкции и устройство 1 переноса для переноса объекта 2 досмотра. Детекторный кронштейн 5 может иметь, по существу, L-образную форму (Фиг. 2-4 и 6) или, по существу, Π-образную форму (Фиг. 5). Множество фокальных пятен 71 излучения может быть сформировано в виде матрицы, образованной единичной строкой фокальных пятен излучения или множеством строк фокальных пятен излучения. Альтернативно, детекторные модули 12 также могут располагаться в любой другой форме, например полукруглой форме, U-образной форме, дугообразной форме и параболической форме.
Источником 7 рентгеновского излучения может быть источник рентгеновского излучения на углеродных нанотрубках. По меньшей мере, некоторые из множества фокальных пятен 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения размещены в, по существу, L-образной форме (Фиг. 3), Π-образной форме или прямолинейной форме (Фиг. 2 и 4-6) при наблюдении в плоскости, пересекающей канал сканирования. Плоскость может быть, по существу, перпендикулярна к каналу 4 сканирования или направлению переноса устройства 1 переноса или располагаться под углом относительно канала 4 сканирования или направления переноса устройства 1 переноса и может совпадать с вышеупомянутой плоскостью или отличаться от вышеупомянутой плоскости. Как показано на Фиг. 2, диапазон, охватываемый всеми секториальными пучками рентгеновского излучения, излучаемыми разными фокальными пятнами 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения, удовлетворяет тому условию, что зона 13 эффективного сканирования в канале 4 сканирования может быть полностью покрыта пучками рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение каждого фокального пятна излучения источника рентгеновского излучения регулируется блоком 6 управления получением, и время, когда фокальные пятна 71 рентгеновского излучения испускают рентгеновское излучение, и интенсивность рентгеновского излучения являются регулируемыми. Кроме того, источник 7 рентгеновского излучения также может быть любым другим надлежащим источником рентгеновского излучения при условии, что он включает в себя множество управляемых фокальных пятен излучения.
Как показано на Фиг. 2-5, каждый детекторный модуль 12 имеет поверхность 121 приема излучения, и поверхности 121 приема излучения множества детекторных модулей 12 примыкают друг к другу своими концами, в результате чего излучение, испускаемое из множества фокальных пятен 71 излучения, не может проходить между поверхностями 121 приема излучения. На детекторном кронштейне 5 детекторные модули 12 примыкают друг к другу своими концами, в результате чего между поверхностями приема излучения отсутствует зазор, и поверхности приема излучения взаимно не перекрываются в ориентации пучков излучения. Множество детекторных модулей 12 могут располагаться в виде поверхностной матрицы или линейной матрицы.
Как показано на Фиг. 2, фокальные пятна 71 излучения размещены в одной строке (которая может быть строкой искривленной формы или L-образной строкой) или на прямой при наблюдении в плоскости, пересекающей канал 4 сканирования, и линии удлинения внешних сторон 91, 141 секториальных пучков излучения, излучаемых из фокальных пятен 9 и 14 излучения, соответственно размещенных на конце и другом конце множества фокальных пятен излучения, пересекаются в точке 15 пересечения, и линия, образованная соединением точки 15 пересечения с центральной точкой поверхности 121 приема излучения одного из детекторных модулей 12, перпендикулярна поверхности 121 приема излучения одного из детекторных модулей 12, при наблюдении в плоскости, пересекающей канал 4 сканирования. Плоскость может быть, по существу, перпендикулярна к каналу 4 сканирования или направлению переноса устройства 1 переноса, или располагаться под углом относительно канала 4 сканирования или направления переноса устройства 1 переноса.
Множество детекторных модулей 12 может располагаться, по существу, в форме пространственной спирали, и множество фокальных пятен излучения источника рентгеновского излучения также может располагаться, по существу, в форме пространственной спирали. Из множества фокальных пятен 71 излучения источника рентгеновского излучения и множества детекторных модулей 12 соответствующие фокальные пятна излучения и детекторные модули могут располагаться в одной плоскости. Плоскость может быть, по существу, перпендикулярна к каналу 4 сканирования или направлению переноса устройства 1 переноса или располагаться под углом относительно канала 4 сканирования или направления переноса устройства 1 переноса.
Каждый детекторный модуль 12 может принимать излучение из, по меньшей мере, одного из множества фокальных пятен 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения.
Как показано на Фиг. 2-6, фокальные пятна 71 излучения и детекторные модули 12 размещены в одной плоскости при наблюдении в плоскости, пересекающей канал 4 сканирования, и плоскость может быть, по существу, перпендикулярна к направлению переноса устройства 1 переноса или располагаться под углом относительно направления переноса устройства 1 переноса. Множество фокальных пятен 71 излучения размещены в одной строке, и множество детекторных модулей 12 размещено в, по меньшей мере, одной строке в направлении переноса устройства переноса. Как показано на Фиг. 6, множество фокальных пятен 71 излучения может располагаться в двух или более строках и множество детекторных модулей 12 может располагаться в двух или более строках.
Как показано на Фиг. 2, устройство КТ согласно настоящему изобретению дополнительно содержит: устройство 11 коррекции, расположенное между множеством фокальных пятен 71 излучения и множеством детекторных модулей 12, для регулировки доз пучков излучения из фокальных пятен излучения. Устройством 11 коррекции может быть корректирующая сетка. Расстояние между корректирующей сеткой и поверхностями 121 приема излучения детектора 12, по меньшей мере, в пять раз больше, чем расстояние между корректирующей сеткой и фокальными пятнами 71 излучения.
Как показано на Фиг. 3, в устройстве КТ со стационарным гентри, в котором детекторный кронштейн 5 имеет L-образную конструкцию или детекторные модули 12 размещены в L-образной форме, фокальные пятна 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения также могут располагаться в L-образной форме.
За период времени энергия рентгеновского излучения, достигающего поверхностей 121 приема излучения детектора 12 на детекторном кронштейне 5, может поступать из единичного фокального пятна 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения или из комбинированного излучения нескольких фокальных пятен 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения. Интенсивности рентгеновского излучения, излучаемого из разных фокальных пятен 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения, могут регулироваться согласно программе. Количество фокальных пятен излучения источника 7 рентгеновского излучения коррелирует с размером зоны 13 эффективного сканирования в канале 4 сканирования. Пучки рентгеновского излучения, излучаемые из всех фокальных пятен 71 излучения, должны охватывать зону эффективного сканирования в канале 4 сканирования.
Режим излучения каждого фокального пятна 71 рентгеновского излучения источника 7 рентгеновского излучения коррелирует с режимом управления получением устройства КТ со стационарным гентри и тем, инициируется ли каждое фокальное пятно 71 излучения или не регулируется блоком 6 управления получением устройства КТ. Фокальные пятна 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения могут испускать рентгеновское излучение последовательно согласно инструкциям блока 6 управления получением, и интервалы и частота, с которыми фокальные пятна 71 излучения испускают излучение, управляются инструкциями блока 6 управления получением. Фокальные пятна 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения также могут испускать рентгеновское излучение с интервалами, или фокальные пятна 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения также могут испускать рентгеновское излучение под управлением программы.
Плоскость, в которой располагаются детекторный кронштейн 5 или детекторные модули 12 и фокальные пятна 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения, может быть перпендикулярна к каналу сканирования, детекторный кронштейн 5 или детекторные модули 12 и фокальные пятна 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения также могут располагаться в форме пространственной кривой, например пространственной спирали, и детекторные модули 12 и источник 7 рентгеновского излучения размещены вокруг зоны 13 эффективного сканирования канала 4 сканирования.
Множество детекторных модулей 12 смонтировано на детекторном кронштейне 5 и может формировать изогнутый участок вокруг канала 4 сканирования. Строка или множество строк детекторных модулей 12 может быть смонтировано на каждом детекторном кронштейне 5. Количество строк детекторных модулей 12 на детекторном кронштейне 5 коррелирует со скоростью сканирования устройства 10 КТ. Количество строк детекторных модулей 12 может быть меньше или равно 3 при низкой скорости сканирования (в общем случае, скорость перемещения устройства 1 переноса меньше 0,25 м/с), и количество строк детекторных модулей 12 может быть большим или равно 5, или детекторные модули, образующие поверхностную матрицу, используются при высокой скорости сканирования (в общем случае, скорость перемещения устройства 1 переноса больше 0,3 м/с).
Детекторные модули 12 смонтированы на детекторном кронштейне 5 и поддерживаются и фиксируются детекторным кронштейном 5. Уплотнение, сформированное из легкого материала, установлено на участке, обращенном к источнику 7 рентгеновского излучения, детекторного кронштейна 5 для предотвращения проникновения пыли и посторонних предметов из канала 4 сканирования в детекторный кронштейн 5.
Детекторные модули 12, образующие линейную матрицу, или детекторные модули 12', образующие поверхностную матрицу, могут быть смонтированы на стационарном детекторном кронштейне 5. Количество и режим распределения детекторных модулей коррелируют с длиной источника 7 рентгеновского излучения и распределением и ориентацией множества фокальных пятен 71 излучения. Детекторные модули и источник 7 рентгеновского излучения могут гарантировать, что зона 13 эффективного сканирования в канале 4 сканирования полностью покрыта пучками рентгеновского излучения.
В устройстве 10 КТ со стационарным гентри, которое имеет источник 7 рентгеновского излучения с множеством фокальных пятен 71 излучения, блок 6 управления получением осуществляет управление, включающее в себя управление источником 7 рентгеновского излучения, управление детекторными модулями 12 и управление системой компьютерной реконструкции, через шину контроллерной сети (CAN). Блок 6 управления получением обеспечивает поддержку протокола связи, избыточность управления и аварийное управление. Анализируя инструкции блока 6 управления получением, блок управления в детекторном модуле 12 отправляет инструкции, предписывающие начать получение данных, и осуществляет передачу и исправление ошибок полученных данных, и данные, полученные детекторными модулями, передаются на блок 8 компьютерной реконструкции.
Блок 8 компьютерной реконструкции является ключевым устройством для обеспечения анализа и реконструкции данных и характеристической идентификации в устройстве КТ без гентри. Когда полученные данные передаются на блок 8 компьютерной реконструкции, блок 8 компьютерной реконструкции, прежде всего, классифицирует данные согласно форматам пакетов данных, определяет источники данных и задает характеристическую матрицу на основании багажа, сканируемого в зоне сканирования, и затем решает характеристическую матрицу для нахождения соответствующего характеристического значения. Сравнивая характеристическое значение с характеристическим значением конкретного вещества в банке данных, блок 8 компьютерной реконструкции решает, является ли вещество в багаже веществом, на которое нужно обратить особое внимание, после чего обеспечивает диалог о выдаче предупреждающего сигнала.
Функцией канала 4 сканирования является обеспечение канала, в котором переносится и перемещается сканируемый багаж 2, и экранирующей стенки для экранирования несоответствующего рентгеновского излучения. Материалом экранирования излучения является тяжелый металл, например свинец, сталь, или другие материалы.
В ходе досмотра досматриваемый багаж 2 переносится в канал 4 сканирования со скоростью лентой устройства 1 переноса. Когда багаж 2 инициирует фотоэлектрический датчик 3, источник 7 рентгеновского излучения переводится в состояние готовности к излучению. Когда багаж 2 входит в зону 13 эффективного сканирования, блок 6 управления получением управляет фокальными пятнами 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения для испускания электронных пучков для непрерывной или периодической генерации рентгеновского излучения. При этом блок 6 управления получением отправляет инструкции, предписывающие начать получение данных, чтобы детекторные модули 12 в соответствующих позициях начинали получать данные. В то же время время получения данных и позиции детекторных модулей 12, которые получают данные, регистрируются. Полученные данные передаются на блок 8 компьютерной реконструкции по специальному кабелю. Блок 8 компьютерной реконструкции корректирует значения энергии рентгеновского излучения, сравнивая друг с другом информацию инструкций для регулировки фокального пятна излучения и информацию полученных данных, которые имеют место в один и тот же момент, и затем данные в соответствующей позиции багажа реконструируются для задания матрицы на основании характеристики вещества сканируемого багажа 2. Матрица обратно решается блоком 8 компьютерной реконструкции для получения одной или нескольких характеристик вещества сканируемого багажа 2 в соответствующей позиции и задания характеристических данных вещества в единичной позиции среза. Когда багаж 2 перемещается со скоростью, блок 8 компьютерной реконструкции будет получать характеристические данные вещества всего багажа срез за срезом. С помощью специального алгоритма идентификации, характеристические данные срезов совместно анализируются и определяются и сравниваются с таблицей характеристик вещества в существующем банке данных для получения заключения в отношении того, содержит ли досматриваемый багаж 2 конкретное вещество, рассматриваемое пользователем, и отображения изображения багажа на дисплее 81 блока 8 компьютерной реконструкции.
В настоящем изобретении, пучки 19 и 20 рентгеновского излучения, излучаемые в разные моменты времени, генерируются и данные получаются путем переключения между фокальными пятнами излучения и между зонами сканирования и получения путем переключения между фокальными пятнами 71 излучения источника 7 рентгеновского излучения, которые располагаются в соответствующих позициях. В результате сканирование досматриваемого багажа методом компьютерной томографии может обеспечиваться посредством эффективного использования традиционной технологии компьютерной томографии (КТ) без вращения объекта или вращения детекторного кронштейна 5 и источника 7 рентгеновского излучения.
В ходе реконструкции с помощью компьютера точность реконструкции томографических или срезовых данных компьютером коррелирует с углом, под которым наблюдается сканируемый багаж. В настоящем изобретении может применяться источник рентгеновского излучения на основании углеродной нанотрубки. Поэтому фокальные пятна излучения могут располагаться с одинаковыми интервалами по длине. Последовательность, в которой фокальные пятна излучения испускают излучение, может располагаться вдоль прямой линии (как показано стрелками 16 на Фиг. 2-5) или кривой с программным управлением, осуществляемым блоком 6 управления получением. Последовательность, в которой фокальные пятна излучения источника 7' рентгеновского излучения, образующего поверхностную матрицу, испускают излучение, располагается вдоль кривой 22, и кривая 22 может быть пространственной спиралью, что позволяет максимально повысить точность реконструкции системы.
Сканируемый багаж может проходить через зону сканирования со скоростью или может оставаться в состоянии покоя в зоне сканирования до завершения сканирования. Компьютерная система различает вещества путем идентификации характеристик вещества срезов багажа. Характеристика вещества не ограничивается одним типом характеристики и может представлять собой плотность и атомное число.
Устройство КТ настоящего изобретения может вычислять и анализировать томографические или срезовые данные с высокой скоростью, таким образом, обеспечивая эффективную основу высокоскоростной системы КТ-досмотра в целях безопасности.