ДЕТЕКТОРНОЕ УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ С ДВУМЯ УРОВНЯМИ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ЭТУ СИСТЕМУ
DETECTOR DEVICE, COMPUTER TOMOGRAPHY SYSTEM WITH TWO ENERGY LEVELS AND METHOD OF DETECTING USING SAID SYSTEM

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Данная заявка испрашивает приоритет заявки на выдачу патента Китая № 201410291326.4 , зарегистрированной 25 июня 2014 года в государственном ведомстве по интеллектуальной собственности Китая, содержание которой полностью включено в материалы настоящей заявки посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области техники КТ детектирования с двумя уровнями энергии, в частности относится к детекторному устройству для системы КТ с двумя уровнями энергии, системе КТ с двумя уровнями энергии, включающей в себя детекторное устройство, и способ детектирования, использующий систему КТ с двумя уровнями энергии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время, технология компьютерной томографии (далее в материалах настоящей заявки указываемая ссылкой, как технология КТ), основанная на формировании изображений с помощью рентгеновского излучения, широко используется для проверки безопасности, в частности для проверки подозрительных предметов в багаже. В технологии КТ сканирования, основанной на формировании изображений с помощью рентгеновского излучения, данные для распределения характеристик объекта, который должен быть просканирован, при формировании изображений с помощью томографии получаются посредством восстановления данных КТ. Анализ таких данных характеристик вносит вклад в идентификацию обычных подозрительных веществ в багаже. Традиционное устройство КТ включает в себя рентгеновский источник, коллиматорное устройство, вращающееся скользящее кольцо, детектирующие узлы, специальную компьютерную систему для расчета данных, подсистемы питания и управления, и т.д.
В традиционной конструкции КТ с двумя уровнями энергии детекторный узел обычно содержит узлы детектирующих кристаллов, имеющие разные энергетические характеристики, то есть узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику (например, низкоэнергетические узлы детектирующих кристаллов), и узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику (например, высокоэнергетические узлы детектирующих кристаллов). Обычно, количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, равняется количеству узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику. Два типа узлов детектирующих кристаллов обеспечиваются на двух сторонах печатной платы соответственно. При просмотре со стороны направления падения луча два типа узлов детектирующих кристаллов выровнены друг с другом (например, перекрываются), с печатной платой, расположенной между ними, и узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, соответствуют узлам детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику. Во время детектирования модуль сбора используется, чтобы собирать сигналы данных с детекторных узлов, и собранные сигналы данных раскладываются на данные от узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и данные от узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, посредством методологии разложения с двумя уровнями энергии, чтобы восстановить изображения коэффициента ослабления, изображения электронной плотности и изображения атомного числа предмета при рентгеновском сканировании с разными энергиями. Таким образом, компоненты вещества могут быть идентифицированы, и запрещенные вещества, такие как наркотики, взрывчатые вещества и подобное, могут быть обнаружены.
Для КТ проверки безопасности с двумя уровнями энергии резкость трехмерных изображений и точность идентификации вещества являются ключевыми факторами для формирования изображения. Однако эти два фактора требуют использования детекторных узлов разными способами. Чтобы улучшить резкость трехмерных изображений, необходимо увеличить количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, или узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику. Однако чтобы улучшить точность идентификации вещества, необходимо увеличить количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику. Дополнительно, количество кристаллов, требуемое для улучшения резкости трехмерных изображений, намного больше, чем количество кристаллов, требуемое для улучшения точности идентификации вещества.
Следовательно, учитывая, что детектирующие кристаллы являются дорогими, требуется оптимизировать общую стоимость детектора и обеспечить высокое пространственное разрешение для восстановления КТ изображения, в то же время удовлетворяя требованиям точности идентификации вещества.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ввиду вышеприведенного, задача настоящего изобретения состоит в решении по меньшей мере одной из вышеупомянутых проблем и дефектов, существующих в предшествующем уровне техники.
Цель настоящего изобретения состоит в предоставлении нового детекторного устройства для системы КТ с двумя уровнями энергии, которая имеет такое расположение, что узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, и узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, расположены чередующимся образом с тем, чтобы могла быть реализована оптимизация стоимости детектирования и чтобы могло быть гарантировано высокое пространственное разрешение для восстановления КТ изображения, в то же время удовлетворяя требованиям точности идентификации сканируемого вещества. Это детекторное устройство может использоваться для проверки подозрительных предметов в багаже.
Согласно аспекту настоящего изобретения, предоставляется детекторное устройство для системы КТ с двумя уровнями энергии, в котором система КТ с двумя уровнями энергии содержит сканирующий тоннель, через который объекты, которые должны быть просканированы (например, багаж), входят в/выходят из системы КТ с двумя уровнями энергии вдоль направления транспортировки, рентгеновский источник, обеспеченный на стороне сканирующего тоннеля, и гентри, обеспеченный на противоположной стороне сканирующего тоннеля, на который установлено детекторное устройство и в котором детекторное устройство содержит множество детекторных сборок, каждая детекторная сборка содержит:
по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику (например, низкоэнергетический узел детектирующих кристаллов), который расположен вдоль первого направления через интервалы, каждый узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, содержащий по меньшей мере один детектирующий кристалл, имеющий первую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления, при этом первое направление параллельно направлению транспортировки, а второе направление перпендикулярно первому направлению; и
по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику (например, низкоэнергетический узел детектирующих кристаллов), который расположен вдоль первого направления через интервалы, каждый узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, содержащий по меньшей мере один детектирующий кристалл, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления, при этом вторая энергия выше, чем первая энергия;
в котором по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, и по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположены, по меньшей мере частично, чередующимся образом вдоль первого направления при просмотре со стороны направления падения рентгеновского луча.
Стоит отметить, что признак изобретения «вторая энергия выше, чем первая энергия», описанный на протяжении настоящей заявки, означает «вторая эквивалентная (или средняя) энергия, соответствующая второй энергетической характеристике, выше, чем первая эквивалентная (или средняя) энергия, соответствующая первой энергетической характеристике».
С детекторным устройством согласно настоящему изобретению, так как узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, и узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, расположены, по меньшей мере частично, чередующимся образом (то есть расположены так, чтобы не быть выровненными) вдоль первого направления, в режиме обработки с одним уровнем энергии, локализация пространственной дискретизации для детектирования рентгеновских лучей увеличивается по сравнению с традиционным расположением, в котором узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, и узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, расположены, чтобы быть выровненными друг с другом. Часть рентгеновских лучей, испускаемых из рентгеновского источника, захватывается посредством любого из узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, которые расположены чередующимся образом, а остальная часть рентгеновских лучей захватывается посредством узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, которые выровнены друг с другом. Затем, все собранные сигналы данных используются для восстановления КТ изображения сканируемого объекта с тем, чтобы пространственное разрешение могло быть улучшено. Более того, так как количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, не увеличивается, стоимость производства детекторного устройства не будет значительно увеличена.
В конкретном варианте осуществления, количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, равняется количеству узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику.
Дополнительно, так как разница в стоимости производства между узлами детектирующих кристаллов, имеющими первую энергетическую характеристику, и узлами детектирующих кристаллов, имеющими вторую энергетическую характеристику, очень большая, когда стоимость узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, намного ниже стоимости узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, может быть больше количества узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику. Таким образом, пространственное разрешение для восстановления КТ изображения может быть улучшено посредством увеличения количества узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, без значительного увеличения стоимости детекторного устройства.
Дополнительно, по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, и по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположены полностью чередующимся образом вдоль первого направления (то есть два типа узлов детектирующих кристаллов не выровнены друг с другом в первом направлении). Такое расположение означает, что в режиме обработки с одним уровнем энергии локализация пространственной дискретизации для детектирования рентгеновских лучей дополнительно увеличивается посредством расположения чередующимся образом всех узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику и вторую энергетическую характеристику, без изменения общего количества узлов детектирующих кристаллов (то есть без увеличения общей стоимости производства).
В варианте осуществления, множество детекторных сборок может располагаться на круглой дугообразной опоре, центрированной в центре сканирующего тоннеля, или на приблизительно круглой дугообразной опоре, состоящей из множества прямых элементов и центрированной в центре сканирующего тоннеля. В частности, детекторные сборки детекторного устройства для системы КТ, описанной в настоящем документе, могут располагаться в порядке, раскрытом в заявке на выдачу патента Китая № 201210350516.X (заголовок: Система КТ проверки безопасности для багажа и расположение ее детекторов (CT SECURITY INSPECTION SYSTEM FOR BAGGAGE AND DETECTOR ARRANGEMENT THEREOF)).
В качестве альтернативы, множество детекторных сборок может располагаться на круглой дугообразной опоре, центрированной на рентгеновском источнике, или на приблизительно круглой дугообразной опоре, состоящей из множества прямых элементов.
В качестве альтернативы, множество детекторных сборок может располагаться на круглой дугообразной опоре или приблизительно круглой дугообразной опоре спиральным образом так, чтобы детектирующий путь для детектирования сканируемого объекта являлся спиральным путем, когда сканируемый объект транспортируется, чтобы пройти через плоскость сканирования.
В предпочтительном варианте осуществления, поверхности падения узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и/или узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, могут быть обеспечены фильтрующими слоями для регулировки энергетической характеристики узлов детектирующих кристаллов.
В предпочтительном варианте осуществления, детекторное устройство дополнительно содержит установочную пластину. Узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, расположены на стороне установочной пластины таким образом, чтобы узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, располагались вдоль первого направления через интервалы, а узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, расположены на другой стороне установочной пластины таким образом, чтобы узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, располагались вдоль первого направления через интервалы.
В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, и по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, установлены на одной или на разных сторонах разных установочных пластин.
Предпочтительно рентгеновский источник является одиночным источником света или распределенным многолучевым источником.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предоставляется детекторное устройство для системы КТ с двумя уровнями энергии. Детекторное устройство содержит множество детекторных сборок. Каждая детекторная сборка содержит по меньшей мере два узла детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, расположенных вдоль первого направления через интервалы, и каждый узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, содержит по меньшей мере один детектирующий кристалл, имеющий первую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления. Первое направление параллельно направлению транспортировки сканируемого объекта. Второе направление перпендикулярно первому направлению. Детекторная сборка также содержит по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположенный вдоль первого направления через интервалы, и каждый узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, содержит по меньшей мере один детектирующий кристалл, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления. Вторая энергия выше первой энергии. Количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, меньше, чем количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику. При просмотре со стороны направления падения рентгеновского луча некоторые из по меньшей мере двух узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, соответствуют и расположены, чтобы быть выровненными с соответствующим узлами детектирующих кристаллов из по меньшей мере одного узла детектирующих кристаллов, имеющего вторую энергетическую характеристику.
Как описано выше, так как стоимость детектирующего кристалла, имеющего первую энергетическую характеристику (например, низкоэнергетического детектирующего кристалла), намного меньше, чем стоимость детектирующего кристалла, имеющего вторую энергетическую характеристику (например, высокоэнергетического детектирующего кристалла), резкость трехмерного изображения может быть улучшена посредством увеличения количества узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику. Тем временем, так как количество детектирующих кристаллов, необходимое для удовлетворения требований на точность идентификации вещества, намного меньше, чем количество детектирующих кристаллов, необходимое для удовлетворения требований на резкость трехмерных изображений, может предоставляться небольшое количество узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику. Таким образом, может быть оптимизирована стоимость детектирования и может быть обеспечено более высокое разрешение для восстановления КТ изображения, в то же время удовлетворяя требованиям на точность идентификации вещества.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предоставляется система КТ с двумя уровнями энергии, содержащая сканирующий тоннель, через который объект, который должны быть просканирован, например багаж, входит в/выходит из системы КТ с двумя уровнями энергии вдоль направления транспортировки, рентгеновский источник, обеспеченный на стороне сканирующего тоннеля, и гентри, обеспеченный на противоположной стороне сканирующего тоннеля. Вышеописанное детекторное устройство установлено на гентри.
В варианте осуществления, система КТ с двумя уровнями энергии дополнительно содержит модуль сбора для сбора сигналов данных с множества детекторных сборок и модуль управления для управления испусканием излучения рентгеновского источника и операцией сбора сигналов данных, и модуль управления и модуль сбора установлены в одном гентри.
В варианте осуществления, система КТ с двумя уровнями энергии согласно настоящему изобретению дополнительно содержит модуль обработки данных. Модуль обработки данных сконфигурирован, чтобы выполнять первую обработку данных и вторую обработку данных. В первой обработке данных используется режим обработки с одним уровнем энергии, и все собранные сигналы данных используются для восстановления КТ изображений сканируемого объекта. Во второй обработке данных используется режим обработки с двумя уровнями энергии, и собранные сигналы данных раскладываются на сигналы данных от по меньшей мере одного узла детектирующих кристаллов, имеющего первую энергетическую характеристику, и сигналы данных от по меньшей мере одного узла детектирующих кристаллов, имеющего вторую энергетическую характеристику. Затем разложенные сигналы данных используются для восстановления, чтобы получить изображения коэффициента ослабления, изображения электронной плотности и изображения атомного числа сканируемого предмета при рентгеновском сканировании с разными энергиями.
В конкретном варианте осуществления, модуль обработки данных может быть сконфигурирован, чтобы во второй обработке данных использовать интерполяционные алгоритмы, чтобы получать данные проекции с двумя уровнями энергии, которые соответствуют выровненному расположению, а затем выполнять восстановление изображений коэффициента ослабления, изображений электронной плотности и изображений атомного числа при рентгеновском сканировании с разными энергиями в случае, когда узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, и узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, расположены чередующимся образом. С такой конфигурацией вышеупомянутая проблема, состоящая в том, что разложение с двумя уровнями энергии не может быть осуществлено напрямую из-за невыровненного положения узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику и вторую энергетическую характеристику, может быть решена.
Согласно дополнительному аспекту, предоставляется способ КТ детектирования, использующий систему КТ с двумя уровнями энергии, состоящий в том, что: транспортируют объект, который должен быть просканирован (например, багаж), через сканирующий тоннель, приводят гентри во вращение и в то же время управляют рентгеновским источником, чтобы испускать рентгеновские лучи, собирают сигналы данных со множества детекторных сборок и выполняют первую обработку сигналов данных и вторую обработку сигналов данных, при этом в первой обработке данных используется режим обработки с одним уровнем энергии, и собранные сигналы данных используются для восстановления КТ изображений сканируемого объекта, а во второй обработке данных используется режим обработки с двумя уровнями энергии, и собранные сигналы данных раскладываются на сигналы данных от по меньшей мере одного из узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и сигналы данных от по меньшей мере одного из узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику. Затем разложенные сигналы данных используются для восстановления, чтобы получить изображения коэффициента ослабления, изображения электронной плотности и изображения атомного числа сканируемого предмета при рентгеновском сканировании с разными энергиями.
В предпочтительном варианте осуществления, во второй обработке данных используются интерполяционные алгоритмы, чтобы получать данные проекции с двумя уровнями энергии, которые соответствуют выровненному расположению, а затем выполняется восстановление изображений коэффициента ослабления, изображений электронной плотности и изображений атомного числа при рентгеновском сканировании с разными энергиями в случае, когда узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, и узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, расположены чередующимся образом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеприведенные и другие признаки системы КТ с двумя уровнями энергии и детекторных сборок, используемых в ней, согласно настоящему изобретению станут более очевидны посредством подробного описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, в качестве примеров. На чертежах одинаковые номера ссылок представляют одинаковые или схожие элементы.
Фиг. 1 - схематический вид всей системы CT с двумя уровнями энергии согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - схематический вид в перспективе главных компонентов системы КТ с двумя уровнями энергии;
Фиг. 3a-3e показывают примерные расположения узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, в детекторной сборке детекторного устройства согласно настоящему изобретению; и
Фиг. 4 - вид сверху, показывающий вид схематической конструкции детекторного устройства.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения будут дополнительно пояснены ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Стоит отметить, что одинаковые или схожие номера ссылок представляют одинаковые или схожие элементы или элементы, имеющие такие же или схожие функции. Следующие варианты осуществления поясняются лишь в качестве примеров и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.
Со ссылкой на фиг. 1 показана систему КТ (компьютерной томографии) с двумя уровнями энергии согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Такая система может использоваться для проверки подозрительных предметов, например, в багаже. Система КТ содержит вход 2 сканирующего тоннеля и выход 6 сканирующего тоннеля, через которые объект, который должен быть просканирован (не показан), например багаж, входит в систему КТ с двумя уровнями энергии и выходит из нее вдоль направления транспортировки, показанного стрелкой A, рентгеновский источник 8, обеспеченный между входом 2 сканирующего тоннеля и выходом 6 сканирующего тоннеля, гентри 5, обеспеченный с противоположной стороны от рентгеновского источника 8. Детекторное устройство 20 установлено на гентри 5, и детекторное устройство 20 содержит множество детекторных сборок 21. В одном из предпочтительных вариантов осуществления, система КТ с двумя уровнями энергии дополнительно содержит подсистему 3 скользящего кольца, расположенную вокруг сканирующего тоннеля, и рентгеновский источник 8 и гентри 5 установлены на подсистему 3 скользящего кольца и могут вращаться вокруг центра сканирующего тоннеля.
Как показано на фиг. 2, в вышеупомянутой системе КТ гентри 5 установлен на вращающуюся пластину 12 для установки гентри подсистемы 3 скользящего кольца для установки гентри 5, а пластина 12 для установки гентри установлена на опорную раму 13 скользящего кольца и приводится в действие посредством приводного двигателя 14 скользящего кольца. Также, детекторное устройство 20, рентгеновский источник 8, первый коллиматор 9 и второй коллиматор 10 установлены на гентри 5. В данном варианте осуществления, в этой системе есть только один гентри 5. Гентри 5 является закрытой конструкцией, в которой установлен модуль 34 сбора данных/управления. Вся система сбора данных КТ может использовать набор модуля сбора данных и модуля управления. Дополнительно, все собранные данные могут обрабатываться посредством одного типа алгоритма с тем, чтобы скорость выполнения операции сканирования в системе КТ могла быть увеличена и чтобы скорость передачи и обработки данных тоже могла быть увеличена.
Со ссылкой на фиг. 3(a)-(d) иллюстративно показаны примерные расположения узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, в детекторной сборке 21 детекторного устройства 20 согласно настоящему изобретению. В варианте осуществления, узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, является узлом низкоэнергетических детектирующих кристаллов, состоящим из по меньшей мере одного низкоэнергетического детектирующего кристалла, а узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, является узлом высокоэнергетических детектирующих кристаллов, состоящим из по меньшей мере одного высокоэнергетического детектирующего кристалла. Согласно настоящему изобретению, каждая детекторная сборка 21 содержит по меньшей мере один узел 22 детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, расположенный вдоль первого направления (как показано стрелкой B) через интервалы, и каждый узел 22 детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, содержит по меньшей мере один детектирующий кристалл 22a, 22b, 22c,... , имеющий первую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления. Второе направление (как показано стрелкой C) перпендикулярно первому направлению. Детекторная сборка 21 также содержит по меньшей мере один узел 23 детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположенный вдоль первого направления через интервалы, и каждый узел 23 детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, содержит по меньшей мере один детектирующий кристалл 23a,... , имеющий вторую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления. Вторая энергия выше первой энергии. При просмотре со стороны направления падения рентгеновского луча по меньшей мере один узел 22 детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, и по меньшей мере один узел 23 детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположены, по меньшей мере частично, чередующимся образом вдоль первого направления. Например, один узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, и один узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположены чередующимся образом вдоль первого направления и не выровнены друг с другом.
Специалист в области детектирования с использованием детектирующих кристаллов поймет, что признак изобретения «вторая энергия выше, чем первая энергия», описанный в материалах настоящей заявки, по существу означает «вторая эквивалентная (или средняя) энергия, соответствующая второй энергетической характеристике, выше, чем первая эквивалентная (или средняя) энергия, соответствующая первой энергетической характеристике». Другими словами, признак изобретения «вторая энергия выше, чем первая энергия», описанный в материалах настоящей заявки, по существу относится к сравнению эквивалентных энергий или средних энергий, соответствующих этим энергетическим характеристикам.
С таким детекторным устройством, так как узлы 22 детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, и узлы 23 детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, расположены, по меньшей мере частично, чередующимся образом вдоль первого направления, в режиме обработки с одним уровнем энергии локализация пространственной дискретизации для детектирования рентгеновских лучей увеличивается по сравнению с традиционным расположением, в котором узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, и узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, расположены, чтобы быть выровненными друг с другом. Часть рентгеновских лучей, испускаемых из рентгеновского источника, захватывается посредством любого из узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, которые расположены чередующимся образом, а остальная часть рентгеновских лучей захватывается посредством узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, которые выровнены друг с другом. Затем все собранные сигналы данных используются для восстановления КТ изображения сканируемого объекта с тем, чтобы пространственное разрешение могло быть улучшено. Более того, так как количество узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, не увеличивается, стоимость производства детекторного устройства не будет увеличена.
В конкретном варианте осуществления, количество узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, может равняться количеству узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, например, как показано на фиг. 3(a). Количество узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, может равняться количеству узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, например, как показано на фиг. 3(b)-3(d). Так как стоимость детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, намного ниже, чем детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, пространственное разрешение для восстановления КТ изображения может быть улучшено посредством увеличения количества узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и, таким образом, стоимость производства детекторного устройства не будет существенно увеличена.
Узлы 22 детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, и узлы 23 детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, могут располагаться полностью чередующимся образом, то есть любой из узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, не выровнен с любым из узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, как показано на фиг. 3(a)-3(d). Такое расположение означает, что, в режиме обработки с одним уровнем энергии локализация пространственной дискретизации для детектирования рентгеновских лучей дополнительно увеличивается посредством расположения чередующимся образом всех узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику и вторую энергетическую характеристику, без изменения общего количества узлов детектирующих кристаллов (то есть без увеличения общей стоимости производства), тем самым дополнительно улучшая пространственное разрешение для восстановления КТ изображения.
Фиг. 3(e) показывает другое примерное расположение узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, в детекторной сборке 21 детекторного устройства 20 согласно настоящему изобретению. В этом примерном расположении, каждая детекторная сборка 21 содержит по меньшей мере два узла 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, расположенных вдоль первого направления через интервалы, и каждый узел 22 детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, содержит по меньшей мере один детектирующий кристалл 22a, 22b, 22c,... , имеющий первую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления. Первое направление параллельно направлению транспортировки сканируемого объекта. Второе направление перпендикулярно первому направлению. Детекторная сборка 21 также содержит по меньшей мере один узел 23 детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, расположенный вдоль первого направления через интервалы, и каждый узел 23 детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, содержит по меньшей мере один детектирующий кристалл 23a,... , имеющий вторую энергетическую характеристику, расположенный вдоль второго направления. Вторая энергия выше первой энергии. Количество узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, меньше, чем количество узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику. При просмотре со стороны направления падения рентгеновского луча некоторые из по меньшей мере двух узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, соответствуют и расположены, чтобы быть выровненными с соответствующими узлами детектирующих кристаллов из по меньшей мере одного узла 23 детектирующих кристаллов, имеющего вторую энергетическую характеристику.
Таким образом, с одной стороны, резкость трехмерных изображений может быть улучшена посредством увеличения количества узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, с другой стороны, так как количество детектирующих кристаллов, необходимое для удовлетворения требований на точность идентификации вещества, намного меньше, чем количество детектирующих кристаллов, необходимое для удовлетворения требований на резкость трехмерных изображений, предоставление небольшого количества узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, не окажет какого-либо отрицательного влияния на идентификацию вещества. Таким образом, может быть оптимизирована стоимость детектирования и может быть обеспечено более высокое разрешение для восстановления КТ изображения, в то же время удовлетворяя требованиям на точность идентификации вещества.
Как примерно показано на фиг. 3(a)-(e), в варианте осуществления детекторное устройство дополнительно содержит установочную пластину 24. Узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, расположены на стороне установочной пластины 24 таким образом, чтобы узлы детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, располагались вдоль первого направления через интервалы, а узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, расположены на другой стороне установочной пластины 24 таким образом, чтобы узлы детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, располагались вдоль первого направления через интервалы. В качестве альтернативы, по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий первую энергетическую характеристику, и по меньшей мере один узел детектирующих кристаллов, имеющий вторую энергетическую характеристику, установлены на одной или на разных сторонах разных установочных пластин. В варианте осуществления, установочная пластина 24 может являться печатной платой, и схема, соответствующая узлам детектирующих кристаллов, обеспечивается на печатной плате.
В предпочтительном варианте осуществления, поверхность падения узла детектирующих кристаллов в детекторной сборке, как показано на фиг. 3(a)-(e), может обеспечиваться фильтрующим слоем (не показан), таким как слой меди, для регулировки энергетической характеристики узла детектирующих кристаллов. В варианте осуществления, рентгеновский источник является одиночным источником света или распределенным многолучевым источником.
Улучшенное расположение детекторных сборок было раскрыто в заявке на выдачу патента Китая № 201210350516.X (Система КТ проверки безопасности для багажа и расположение ее детекторов (CT SECURITY INSPECTION SYSTEM FOR BAGGAGE AND DETECTOR ARRANGEMENT THEREOF)), принадлежащей настоящему заявителю. Множество детекторных сборок, описанных в настоящем документе, могут располагаться в порядке расположения, раскрытом в заявке на выдачу патента Китая № 201210350516.X, с тем, чтобы уменьшить размер системы КТ проверки безопасности и улучшить эффективность сканирования. В частности, множество детекторных сборок 21 может располагаться на круглой дугообразной опоре, центрированной в центре сканирующего тоннеля, или на приблизительно круглой дугообразной опоре, состоящей из множества прямых элементов. Однако стоит отметить, что множество детекторных сборок может располагаться на круглой дугообразной опоре, центрированной на рентгеновском источнике, или на приблизительно круглой дугообразной опоре, состоящей из множества прямых элементов, традиционным образом.
В варианте осуществления, множество детекторных сборок может располагаться на круглой дугообразной опоре или приблизительно круглой дугообразной опоре спиральным образом так, чтобы детектирующий путь для детектирования сканируемого объекта являлся спиральным путем, когда сканируемый объект транспортируется, чтобы пройти через плоскость сканирования. Спиральный путь определяется как путь в пространстве, по которому проходит фиксированная точка (такая как источник света и подобное) на скользящем кольце, когда сканирующий объект транспортируется, чтобы пройти через плоскость сканирования, со сканируемым объектом, взятым в качестве покоящейся точки отсчета. В частности, со ссылкой на фиг. 2, во множестве детекторных сборок, например в порядке слева направо/справа налево, одна детекторная сборка перемещается в направлении подачи/направлении выхода в последовательности на некоторое расстояние относительно другой соседней детекторной сборки.
В варианте осуществления, система КТ с двумя уровнями энергии согласно настоящему изобретению содержит модуль обработки данных (не показан). Модуль обработки данных может быть встроен в систему КТ с двумя уровнями энергии или может предоставляться отдельно. Модуль обработки данных сконфигурирован, чтобы выполнять первую обработку данных и вторую обработку данных. В первой обработке данных используется режим обработки с одним уровнем энергии, и сигналы данных от узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и сигналы данных от блока узлов, сформированного из узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, которые выровнены друг с другом, не разграничиваются. Все собранные сигналы данных используются для восстановления КТ изображений сканируемого объекта, такого как багаж, чтобы обнаружить запрещенные предметы, такие как ножи или оружие. Во второй обработке данных используется режим обработки с двумя уровнями энергии, и собранные сигналы данных раскладываются на сигналы данных от по меньшей мере одного из узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и сигналы данных от по меньшей мере одного из узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, посредством методики разложения с двумя уровнями энергии. Затем разложенные сигналы данных используются для восстановления, чтобы получить изображения коэффициента ослабления, изображения электронной плотности и изображения атомного числа сканируемого предмета при рентгеновском сканировании с разными энергиями с тем, чтобы идентифицировать вещество и обнаружить запрещенные предметы, такие как наркотики и взрывчатые вещества.
Как известно специалисту в данной области техники, в случае, когда узлы 22 детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, и узлы 23 детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, расположены полностью чередующимся образом или расположены частично чередующимся образом, разложение с двумя уровнями энергии не может быть осуществлено напрямую, так как некоторые из узлов детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику и вторую энергетическую характеристику, не выровнены друг с другом. Соответственно, изобретатели предлагают, что модуль обработки данных может быть сконфигурирован, чтобы использовать интерполяционные алгоритмы, чтобы получать данные проекции с двумя уровнями энергии, которые соответствуют выровненному расположению, а затем восстанавливать изображения электронной плотности и изображения атомного числа в случае, когда узлы 23 детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, и узлы 22 детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, расположены чередующимся образом во время выполнения второй обработки данных. С такой конфигурацией вышеупомянутая проблема, состоящая в том, что разложение с двумя уровнями энергии не может быть осуществлено напрямую из-за невыровненного положения узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, и узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, может быть решена.
Фиг. 4 - вид сверху, показывающий схематический вид конструкции системы КТ с двумя уровнями энергии согласно настоящему изобретению. Система КТ с двумя уровнями энергии дополнительно содержит первый коллиматор и второй коллиматор 10. Первый коллиматор 9 включает в себя коллиматорные решетки 39 для разложения луча, испускаемого рентгеновским источником 8, и управления интенсивностью энергии рентгеновских лучей, выходящих из каждой из решеток. Второй коллиматор 10 включает в себя решетки 37 для экранирования рентгеновских лучей, падающих на детекторные сборки, с тем, чтобы можно было гарантировать, что рентгеновский луч, падающий на приемную поверхность детектирующего кристалла, пришел с главной поверхности детектирующего кристалла, а не был рассеян краями приемной поверхности детектирующего кристалла. Как показано на фиг. 4, решетки 39 первого коллиматора 9 включают в себя по меньшей мере две перегородки для разложения луча, испускаемого рентгеновским источником 8, на два или более секторальных пучков. Дополнительно, как показано на фиг. 4, вдоль направления сканирующего тоннеля 2 или 6 соответствующие разложенные секторальные пучки соответствуют приемным поверхностям множества узлов 22 и 23 детектирующих кристаллов с тем, чтобы синхронно собирать данные из множества колонн детекторов вдоль направления сканирующего тоннеля 2 или 6. Множество детекторных сборок 21 может состоять из множества узлов детектирующих кристаллов, установленных в детекторную установочную оболочку 35 с помощью держателя для установки детектирующих кристаллов. Детекторная установочная оболочка уплотняется, чтобы уменьшить возмущения производительности детектирующих кристаллов, вызванные светом, пылью и влажностью окружающей среды. Детекторная установочная оболочка 35 установлена на гентри КТ посредством крепежной опоры 42. Чтобы уменьшить экранирование пучков в главном направлении, в то же время гарантируя уплотнение и затенение, пыленепроницаемый теневой экран 38 установлен в положение перед приемными поверхностями детектирующих кристаллов, в направлении мишени рентгеновского источника. Предпочтительно толщина пыленепроницаемого теневого экрана 38 не превышает 3 мм. Пыленепроницаемый теневой экран изготовлен из легковесного материала, включающего в себя, но не в качестве ограничения, тефлон, пластик, бакелит и алюминиевую фольгу. В предпочтительном варианте осуществления, коллиматорные решетки 39 первого коллиматора осуществлены в виде одной или более точечных сглаживающих кривых, связанных с распределением энергии луча, при этом щели некоторых решеток в середине являются сравнительно узкими, в то время как щели некоторых решеток на границе являются сравнительно широкими с тем, чтобы интенсивности энергии, достигающие разных приемных поверхностей детектирующих кристаллов, были по существу одинаковыми. В конкретном варианте осуществления, коллиматорные решетки 39 первого коллиматора обеспечены множеством щелей, по меньшей мере двумя, например тремя, как показано на фиг. 4.
Далее будет представлено краткое описание конкретной работы системы КТ с двумя уровнями энергии согласно настоящему изобретению. Через вход 2 в сканирующий тоннель объект, который должен быть просканирован (не показан), например багаж, транспортируется в систему КТ с двумя уровнями энергии. Тем временем, световой барьер на входе приводится в действие, и, с получением команд, формируемых управляющим модулем системы, скользящее кольцо 3 приводится в действие посредством приводного двигателя 14 скользящего кольца, чтобы вращаться, и, следовательно, гентри 5 начинает вращаться вместе с вращением скользящего кольца 3. Рентгеновский луч, испускаемый рентгеновским источником 8 в системе КТ, проходит через первый коллиматор 9, который используется в качестве переднего устройства для коллимации энергии, и последний разделяет луч энергии на множество колонн секторальных рентгеновских пучков. Затем детекторные сборки 21 начинают собирать данные на этих рентгеновских пучках. Наконец, собранные данные используются для восстановления посредством модуля обработки данных. В частности, модуль обработки данных сконфигурирован, чтобы выполнять первую обработку данных и вторую обработку данных. В первой обработке данных используется режим обработки с одним уровнем энергии, и все собранные сигналы данных используются, чтобы восстановить КТ изображения сканируемого объекта, такого как багаж, чтобы получить изображения конструкции и формы сканируемого объекта, тем самым обнаруживая запрещенные предметы, такие как ножи или оружие. Во второй обработке данных используется режим обработки с двумя уровнями энергии, и собранные сигналы данных раскладываются на сигналы данных от по меньшей мере одного из узлов 22 детектирующих кристаллов, имеющих первую энергетическую характеристику, и сигналы данных от по меньшей мере одного из узлов 23 детектирующих кристаллов, имеющих вторую энергетическую характеристику, например, посредством традиционной методики разложения с двумя уровнями энергии. Затем разложенные сигналы данных используются для восстановления, чтобы получить изображения коэффициента ослабления, изображения электронной плотности и изображения атомного числа сканируемого предмета при рентгеновском сканировании с разными энергиями с тем, чтобы идентифицировать вещество и обнаружить запрещенные предметы, такие как наркотики и взрывчатые вещества. В предпочтительном варианте осуществления, во второй обработке данных используются интерполяционные алгоритмы, чтобы получать данные проекции с двумя уровнями энергии, которые соответствуют выровненному расположению, а затем восстанавливать изображения электронной плотности и изображения атомного числа в случае, когда узлы 23 детектирующих кристаллов, имеющие вторую энергетическую характеристику, и узлы 22 детектирующих кристаллов, имеющие первую энергетическую характеристику, расположены, по меньшей мере частично, чередующимся образом.
Хотя было показано и описано несколько примерных вариантов осуществления, настоящее изобретение ими не ограничено, и специалисты в данной области техники примут во внимание, что различные изменения могут быть сделаны в этих вариантах осуществления без отступления от принципов и сущности изобретения, которые должны попадать в пределы объема настоящего изобретения. Объем изобретения определен формулой изобретения и ее эквивалентами.