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1、(10)申请公布号 CN 104237270 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104237270 A (21)申请号 201410500964.2 (22)申请日 2014.09.26 G01N 23/05(2006.01) (71)申请人 同方威视技术股份有限公司 地址 100084 北京市海淀区双清路同方大厦 A 座 2 层 (72)发明人 杨祎罡 张勤俭 李元景 张智 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 闫小龙 刘春元 (54) 发明名称 利用光中子透射对物体成像的方法以及装置 (57) 摘要 本发明涉及利用光中子透射对物体成像的。
2、方 法以及装置。本发明的方法使用光中子射线透射 所述物体， 具有如下步骤 ： 使光中子源工作， 发射 光中子射线并照射所述物体 ； 利用探测器对来自 所述光中子源的光中子射线进行接收 ； 以及根据 由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进 行成像， 所述探测器是以能够使光中子慢化并且 能够吸收光中子的方式构成的探测器， 来自所述 光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器 的表面的法线方向所成的角度处于 60 度 87 度 的范围。 根据本发明， 通过使来自光中子源的光中 子射线的入射方向与探测器的表面的法线方向所 成的角度 为 60 度 87 度的范围， 从而能够将 分辨率由 10cm 提。
3、高到 2cm 左右。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104237270 A CN 104237270 A 1/2 页 2 1. 一种利用光中子透射对物体成像的方法， 其使用光中子射线透射所述物体， 其特征 在于， 具有如下步骤 ： 使光中子源工作， 发射光中子射线并照射所述物体 ； 利用探测器对来自所述光中子源的光中子射线进行接收 ； 以及 根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像， 所述探测器是以能够使光中子慢化并。
4、且能够吸收光中子的方式构成的探测器， 来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的 角度处于 60 度 87 度的范围。 2. 如权利要求 1 所述的利用光中子透射对物体成像的方法， 其特征在于， 所述探测器是利用了载有中子吸收核素的闪烁体的探测器。 3. 如权利要求 2 所述的利用光中子透射对物体成像的方法， 其特征在于， 所述吸收核素是 10B、6Li、155Gd 或者157Gd。 4. 如权利要求 1 3 的任一项所述的利用光中子透射对物体成像的方法， 其特征在 于， 来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的 角度为 70 度 。
5、80 度的范围。 5. 如权利要求 4 所述的利用光中子透射对物体成像的方法， 其特征在于， 来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的 角度为 78 度。 6. 如权利要求 1 3 的任一项所述的利用光中子透射对物体成像的方法， 其特征在 于， 所述光中子源是利用直线电子加速器产生的光中子源。 7. 如权利要求 1 3 的任一项所述的利用光中子透射对物体成像的方法， 其特征在 于， 来自所述光中子源的光中子的能量为 1 10MeV。 8. 如权利要求 6 所述的利用光中子透射对物体成像的方法， 其特征在于， 来自所述光中子源的光中子的能量为 1 10MeV。 9。
6、. 一种利用光中子透射对物体成像的装置， 其使用光中子射线透射所述物体， 其特征 在于， 具备 ： 光中子源， 发射用于对所述物体进行照射的光中子射线 ； 探测器， 对来自所述光中子源的光中子射线进行接收 ； 以及 成像系统， 根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像， 所述探测器是以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成的探测器， 来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的 角度处于 60 度 87 度的范围。 10. 如权利要求 9 所述的利用光中子透射对物体成像的装置， 其特征在于， 所述探测器是利用了载有中子吸收核素的闪烁体的探测器。 1。
7、1. 如权利要求 10 所述的利用光中子透射对物体成像的装置， 其特征在于， 所述吸收核素是 10B、6Li、155Gd 或者157Gd。 权 利 要 求 书 CN 104237270 A 2 2/2 页 3 12. 如权利要求911的任一项所述的利用光中子透射对物体成像的装置， 其特征在 于， 来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的 角度为 70 度 80 度的范围。 13. 如权利要求 12 所述的利用光中子透射对物体成像的装置， 其特征在于， 来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的 角度为 78 度。 权 利 要 求 书。
8、 CN 104237270 A 3 1/4 页 4 利用光中子透射对物体成像的方法以及装置 技术领域 0001 本发明涉及一种透射成像技术， 特别是涉及一种利用光中子透射对物体成像的方 法以及装置。 背景技术 0002 在利用直线电子加速器产生的光中子源进行透射成像时， 首先要解决 X 射线脉冲 对光中子探测的干扰问题， 由于光中子是 X 射线的伴生物， 而后者的强度远远大于前者 （约 大 45 个量级） ， 因此， 即使某个探测器对中子非常敏感而对光子又相当不敏感， X 射线脉冲 的信号幅度也仍会明显超过光中子脉冲的信号幅度， 此时所获得的透射成像信息就主要来 自于 X 射线脉冲的贡献， 而。
9、非光中子的贡献。 0003 因此， 在透射成像时， 为了消除 X 射线脉冲的干扰， 在现有技术中提出了 “中子慢 化体 + 中子吸收体” 的方案 （例如， 参照公开号为 CN102109473A 的专利申请） 。但是， 在这样 的方案中依然存在如下问题。即， 在这样的方案中利用中子慢化体对入射到探测器的光中 子进行减速， 通过慢化过程将光中子的测量时间进行延迟， 使光中子在被中子吸收体探测 到时 X 射线脉冲在探测器内的信号已经结束， 从而消除了 X 射线脉冲对光中子脉冲信号的 干扰。这种方法可以被认为是一种 “用空间换时间” 的方法， 即， 光中子的慢化过程保证了 光中子在测量时免于被 X 。
10、射线脉冲所干扰。但是， 这也导致了光中子入射位置的扩散， 光中 子的吸收位置偏离了原来的入射点， 这使得光中子成像的位置分辨率变差。 一般而言， 由中 子慢化过程导致的分辨率变差约为 10cm。图 1A 和图 1B 是现有技术中同一个物体的 X 射线 透射图像和光中子透射图像， 其中， 图 1A 是 X 射线透射图像， 图 1B 是光中子透射图像。由 于前述那样的原因， 如图 1A 和图 1B 所示， 相对于 X 射线透射图像， 光中子透射图像的分辨 率变差。 发明内容 0004 本发明是为了解决上述课题而提出的， 其目的在于提供一种能够改善分辨率的利 用光中子透射对物体成像的方法以及装置， 。
11、能够将分辨率由因为中子慢化过程而导致的 10cm 提高到 2cm。 0005 为了达到上述目的， 本发明提供一种利用光中子透射对物体成像的方法， 其使用 光中子射线透射所述物体， 其特征在于， 具有如下步骤 ： 使光中子源工作， 发射光中子射线并照射所述物体 ； 利用探测器对来自所述光中子源的光中子射线进行接收 ； 以及 根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像， 所述探测器是以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成的探测器， 来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的 角度处于 60 度 87 度的范围。 0006 此外， 在本发明的利用光中子。
12、透射对物体成像的方法中， 所述探测器是利用了载 说 明 书 CN 104237270 A 4 2/4 页 5 有中子吸收核素的闪烁体的探测器。 0007 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中， 所述吸收核素是 10B、6Li、 155Gd 或者157Gd。 0008 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中， 来自所述光中子源的光 中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为 70 度 80 度的范围。 0009 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中， 来自所述光中子源的光 中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为 78 度。
13、。 0010 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中， 所述光中子源是利用直 线电子加速器产生的光中子源。 0011 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中， 来自所述光中子源的光 中子的能量为 1 10MeV。 0012 此外， 本发明提供一种利用光中子透射对物体成像的装置， 其使用光中子射线透 射所述物体， 其特征在于， 具备 ： 光中子源， 发射用于对所述物体进行照射的光中子射线 ； 探测器， 对来自所述光中子源的光中子射线进行接收 ； 以及 成像系统， 根据由所述探测器接收到的光中子射线对所述物体进行成像， 所述探测器是以能够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式。
14、构成的探测器， 来自所述光中子源的光中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的 角度处于 60 度 87 度的范围。 0013 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中， 所述探测器是利用了载 有中子吸收核素的闪烁体的探测器。 0014 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中， 所述吸收核素是 10B、6Li、 155Gd 或者157Gd。 0015 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中， 来自所述光中子源的光 中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为 70 度 80 度的范围。 0016 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成。
15、像的装置中， 来自所述光中子源的光 中子射线的入射方向与所述探测器的表面的法线方向所成的角度为 78 度。 0017 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中， 所述光中子源是利用直 线电子加速器产生的光中子源。 0018 此外， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的装置中， 来自所述光中子源的光 中子的能量为 1 10MeV。 0019 如上所述， 根据本发明， 使来自光中子源的光中子射线与能够使光中子慢化并且 能够吸收光中子的探测器的表面的法线方向所成角度 为 60 度 87 度的范围， 由此， 能 够将分辨率从10cm提高到2cm左右， 从而解决了现有技术中的由于中子慢化体的使。
16、用而导 致分别率下降的问题。 附图说明 0020 图 1A 和图 1B 是现有技术中同一个物体的 X 射线透射图像和光中子透射图像， 图 1A 是 X 射线透射图像， 图 1B 是光中子透射图像。 说 明 书 CN 104237270 A 5 3/4 页 6 0021 图 2 是从不同角度入射的光中子在载硼液闪中的吸收位置的分布图。 0022 图3是从不同角度在同一入射点的光中子在载硼液闪中的吸收位置沿X方向的统 计。 0023 图 4 是本发明中的光中子探测器的原理的示意图。 0024 图 5 是利用了图 4 所示的光中子探测器得到的 4 种材料的透射成像位置分辨率的 模拟结果。 具体实施方。
17、式 0025 以下， 参照附图对本发明进行说明。 0026 首先， 对本发明的技术前提进行说明。当中子的能量不是很高的时候 （即， 数 MeV 或更低， 光中子的能量满足这个能量范围） ， 其与质子的弹性散射主要表现为 S 波碰撞。在 质心系中， S 波碰撞导致散射中子的方向是各向同性的。因此， 在碰撞一次之后， 基本就可 以认为中子已经丧失了对入射方向的 “记忆” 。 由此， 能够近似地认为， 无论中子是以怎样的 方式射入到一个慢化体的表面， 其在慢化体中的散射过程都是近似相同的。图 2 是从不同 角度入射的中子在载硼液闪中的吸收位置的分布图。在图 2 中给出了三个不同的入射角度 （即， 与。
18、载硼液闪的表面的法线方向所成的角度 ： 0 度， 45 度， 85 度） 的中子在射入到载硼液 闪探测器后的吸收位置， 此外， 在图 3 中给出了从不同角度于同一入射点的中子在载硼液 闪中的吸收位置沿 X 方向的统计。 0027 从图2和图3的结果可以看出， 无论入射角度怎么改变， 中子吸收位置的离散性差 异并不大， 在图3的结果给出的三种情形下， 中子吸收位置沿X方向分布的标准偏差分别为 5.7cm、 6.3cm 和 6.9cm。 0028 关于本发明的利用光中子透射对物体成像的装置， 其具备光中子源、 探测器以及 成像系统， 其中， 光中子源发射用于对物体进行照射的光中子射线， 探测器对来。
19、自光中子源 的光中子射线进行接收， 成像系统根据由探测器接收到的光中子射线对物体进行成像。在 本发明中， 成像系统的结构及其工作原理是与现有技术相同。 此外， 本发明的关键在于探测 器的结构及其布置方式。 0029 此处基于前述的物理基础， 发明人在本申请中提出了如图 4 所示那样的光中子探 测器原理。 图4是本发明中的光中子探测器的原理的示意图。 在图4中， 光中子探测器以能 够使光中子慢化并且能够吸收光中子的方式构成， 例如利用载硼液闪来慢化与吸收中子， 此外， 也可以是载有其它中子吸收核素例如 6Li、155Gd 或者157Gd 等的闪烁体。如图 4 所示， 来自光中子源的光中子的入射方。
20、向 （光中子射线的入射方向） 不是正面面对载硼液闪， 而是 与载硼液闪的入射面的法线方向之间存在预定角度范围的夹角 ， 这个角度 （即， 夹角 ） 会随着光中子入射方向的不同而有所不同 （这是因为， 光中子源是个点源， 源探距离又不是 无穷大） ， 但是， 总体而言在本发明中使夹角 保持在 78 度左右， 这样就使得 cos 约等于 1/5。在本发明中， 这样设计的目的在于， 使光中子在探测器内的吸收位置的离散性在经过 投影 （探测器的表面在中子入射面上的投影） 之后缩减为原来的 1/5。即， 如图 4 所示那样， 在成像时将光中子吸收位置投影在中子入射面上进行成像 （图 4 中的中子入射面的。
21、位置是 为了便于观察而假设的位置， 实际上的位置可以不在此处） 。由图 4 可以看出， 由于 cos 约等于 1/5， 所以， 光中子在探测器内的吸收位置在投影到中子入射面之后， 其大小从 10cm 说 明 书 CN 104237270 A 6 4/4 页 7 变为 2cm， 即在中子入射面上的吸收位置的大小为 2cm。由于在吸收位置实际上所吸收的光 中子的数量没有变化， 而吸收位置由原来的 10cm 大小变为 2cm 的大小， 所以探测器的分辨 率得到了改善 （即， 光中子在探测器内的吸收位置在经过投影之后变为 2cm， 分辨率提高了 5 倍） 。 0030 此外， 只要上述的夹角 在 60。
22、 度 87 度的范围内就能够得到上述效果， 进一步 优选的是夹角 在 70 度 80 度的范围， 更优选的是夹角 为 78 度。 0031 此外， 本发明的利用光中子透射对物体成像的系统以及方法与现有技术类似， 但 是具有如上所述那样的不同于现有技术的特征。 0032 具体地说， 在本发明的利用光中子透射对物体成像的方法中， 首先， 使光中子源工 作， 光中子源发射光中子射线并且照射受检查对象 （即， 所述物体） ， 此处， 光中子源并不特 别地限定， 可以是例如利用直线电子加速器产生的光中子源， 也可以使其它的光中子源。 此 外， 关于来自光中子源的光中子的能量， 优选的是例如 1 10Me。
23、V， 当然并不限于此， 也可以 是其它的能量范围。接着， 位于受检查对象的与光中子源对置的一侧的探测器对来自光中 子源的光中子射线进行接收 （其中包括透射了受检测对象的光中子射线和未透射受检查对 象的光中子射线） ， 如前述那样， 此处所使用的探测器是能够使光中子慢化并且能够对其进 行吸收的探测器， 例如可以是利用了载有 10B、6Li、155Gd 或者157Gd 等的中子吸收核素的闪烁 体的探测器， 但是， 这些仅是示例而并不是限定， 只要是能够使中子慢化并对其进行吸收即 可。接着， 根据探测器所接收到的光中子， 对受检测对象进行成像， 成像方法能够使用现有 技术中的任意的成像方法， 这在本。
24、发明中没有特别限定。但是， 需要说明的是， 为了实现本 发明的提高分辨率的目的， 如前述那样， 来自光中子源的光中子射线的入射方向与探测器 的表面的法线方向需要成预定范围的夹角， 例如， 成 78 度的夹角， 但是， 并不限于此， 只要 能够在将在探测器中的吸收位置投影到中子入射面上时使吸收位置比原来小的角度都可 以， 在本发明中优选的是60度87度的范围， 这样， 与现有技术相比， 在使用了中子慢化体 和中子吸收体的组合的情况下， 也能够将由于中子慢化过程而导致的 10cm 的分辨率变为 例如 2cm 左右。 0033 此外， 并不限于如上所说的， 只要使光中子射线的入射方向与能使光中子慢化。
25、且 能吸收光中子的探测器的表面的法线方向所成的夹角在上述范围内， 其它的方面可以任意 变更或者组合。 0034 此外， 图 5 是利用了图 4 中的光中子探测器得到的聚乙烯、 木头、 铁以及金这 4 种 材料的透射成像位置分辨率的模拟结果。从图 5 可以看出， 0.5LP/cm 的线对卡是可以分辨 的， 即能够实现 2cm 的空间位置分辨。 0035 如上所述， 对本申请发明进行了说明， 但是并不限于此， 应该理解为能够在本发明 宗旨的范围内进行各种变更。 说 明 书 CN 104237270 A 7 1/3 页 8 图 1A 图 1B 图 2 说 明 书 附 图 CN 104237270 A 8 2/3 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 104237270 A 9 3/3 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 104237270 A 10 。