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1、(10)申请公布号 CN 103901488 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103901488 A (21)申请号 201210581446.9 (22)申请日 2012.12.27 G01V 5/00(2006.01) G01N 23/04(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 张金宇 桑斌 段占军 张丽 赵自然 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 吴敬莲 (54) 发明名称 固定式 CT 装置 (57) 摘要 本发明公开了一种固定。
2、式 CT 装置和控制实 现方法， 该固定式 CT 装置包括扫描通道 ； 围绕扫 描通道布置的固定式碳纳米 X 射线源， 该 X 射线 源包括多个射线发射点 ； 以及围绕扫描通道布置 的固定式的多个探测器模块， 所述多个探测器模 块与 X 射线源相对设置， 并且在与扫描通道相交 的平面中观看时所述多个探测器模块中的至少一 些探测器模块布置成大致 L 形或形。通过优化 的碳纳米射线源与探测器装置的设计， 完成无旋 转机架的 CT 重建， 实现对被检物中的特异物质识 别。 本发明保证了固定机架CT系统的小尺寸和高 精度， 特别适合于对行李物品的安全检查。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 。
3、说明书 5 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5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103901488 A CN 103901488 A 1/2 页 2 1. 一种固定式 CT 装置， 包括 ： 扫描通道 ； 围绕扫描通道布置的固定式 X 射线源， 该 X 射线源包括多个射线发射点 ； 以及 围绕扫描通道布置的固定式的多个探测器模块， 所述多个探测器模块与 X 射线源相对 设置。 2. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 其中 所述 X 射线源的多个射线发射点中的至少一些在与扫描通道相交的平面中观看时布 置成大致 。
4、L 形、 形或直线形。 3. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 其中 每个探测器模块具有射线接收面， 多个探测器模块的射线接收面首尾相邻， 使从多个 射线发射点发射的射线不能从射线接收面之间通过。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的固定式 CT 装置， 其中 在与扫描通道相交的平面中观看时所述多个探测器模块中的至少一些探测器模块布 置成大致 L 形或形。 5. 根据权利要求 2 或 4 所述的固定式 CT 装置， 其中 所述平面与扫描通道大致垂直或所述平面相对于扫描通道倾斜。 6. 根据权利要求 4 所述的固定式 CT 装置， 其中 X 射线源的多个射线发射点布置成直线形。 7。
5、. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 其中 所述多个探测器模块布置成大致空间螺旋状。 8. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 其中 所述 X 射线源的多个射线发射点布置成大致空间螺旋状。 9. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 其中 所述 X 射线源的多个射线发射点和所述多个探测器模块中的、 对应的射线发射点和探 测器模块在同一平面中布置， 所述平面与扫描通道大致垂直或所述平面相对于扫描通道倾 斜。 10. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 其中 每个探测器模块能够接收来自 X 射线源的多个射线发射点中的至少一个的射线束。 11. 根据权利要求 。
6、1 所述的固定式 CT 装置， 其中 在进出扫描通道的方向上所述多个射线发射点布置成至少一排。 12. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 其中 在进出扫描通道的方向上所述多个探测器模块布置成至少一排。 13. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 还包括 ： 对射线束的剂量进行控制的校正装置， 该校正装置设置在所述多个射线发射点与所述 多个探测器模块之间。 14. 根据权利要求 13 所述的固定式 CT 装置， 其中 所述校正装置是钨镍铁合金加工的栅格装置。 15. 根据权利要求 14 所述的固定式 CT 装置， 其中 所述校正装置距离探测器模块接收面的距离是校正装置距离射。
7、线发射点的距离的至 权 利 要 求 书 CN 103901488 A 2 2/2 页 3 少 5 倍。 16. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 其中 所述 X 射线源是碳纳米管 X 射线源。 17. 根据权利要求 1 所述的固定式 CT 装置， 对 X 射线源多个发射点的控制由 Can 总线 实现。 在一定长度范围内， 发射点之间的间距可以相同， 发射点发射射线的顺序可以沿直线 序列运动， 也可以是沿某种曲线运动。 权 利 要 求 书 CN 103901488 A 3 1/5 页 4 固定式 CT 装置 技术领域 0001 本发明涉及一种无机架的 CT 装置和控制实现方法， 利用。
8、碳纳米射线源与探测器 装置的设计， 完成无旋转机架的 CT 重建， 实现对被检物中的特异物质识别， 特别适用于安 检的 CT 装置。 背景技术 0002 现有的无机架CT装置中， 具有多个射线发射点的X射线源通常采用圆环型结构或 面阵式探测器器， 体积大、 重量大， 价格高。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种 CT 装置， 采用基于碳纳米的 X 射线源和线性探测器结 构， 由此减小 CT 装置的尺寸和成本。 0004 根据本发明的一方面， 本发明提供了一种 CT 装置， 该 CT 装置包括 ： 扫描通道 ； 围 绕扫描通道布置的固定式X射线源， 该X射线源包括多个射线发射点 ； 以及。
9、围绕扫描通道布 置的固定式的多个探测器模块， 所述多个探测器模块与 X 射线源相对设置。 0005 根据本发明的一方面， 在与扫描通道相交的平面中观看时所述多个探测器模块中 的至少一些探测器模块布置成大致 L 形或形。 0006 根据本发明的一方面， 所述 X 射线源的多个射线发射点中的至少一些在与扫描通 道相交的平面中观看时布置成大致 L 形、 形或直线形。 0007 根据本发明的一方面， 所述平面与扫描通道大致垂直。 0008 根据本发明的一方面， 每个探测器模块具有射线接收面， 多个探测器模块的射线 接收面首尾相邻， 使从多个射线发射点发射的射线不能从射线接收面之间通过。 0009 根据。
10、本发明的一方面， 在与扫描通道相交的平面中观看时布置在一个末端的射线 发射点与布置在另一个末端的射线发射点的扇形射线束的外侧边的延长线的交点与探测 器模块的射线接收面的中点的连线垂直于探测器模块的射线接收面。 0010 根据本发明的一方面， X 射线源的多个射线发射点布置成直线形或布置成一排。 0011 根据本发明的一方面， 所述多个探测器模块布置成大致空间螺旋状。 0012 根据本发明的一方面， 所述 X 射线源的多个射线发射点布置成大致空间螺旋状。 0013 根据本发明的一方面， 所述 X 射线源的多个射线发射点和所述多个探测器模块中 的对应的射线发射点和探测器模块在同一平面中布置， 所述。
11、平面与扫描通道大致垂直或所 述平面相对于扫描通道倾斜。 0014 根据本发明的一方面， 每个探测器模块能够接收来自 X 射线源的多个射线发射点 中的至少一个的射线束。 0015 根据本发明的一方面， 在进出扫描通道的方向上所述多个射线发射点布置成至少 一排。 0016 根据本发明的一方面， 在进出扫描通道的方向上所述多个探测器模块布置成至少 说 明 书 CN 103901488 A 4 2/5 页 5 一排。 0017 根据本发明的一方面， 所述 CT 装置还包括 ： 对射线束的剂量进行控制的校正装 置， 该校正装置设置在所述多个射线发射点与所述多个探测器模块之间。 0018 根据本发明的一方。
12、面， 所述校正装置是钨镍铁合金加工的栅格装置。 0019 根据本发明的一方面， 所述校正装置距离探测器接收面的距离是校正装置距离射 线发射点的距离的至少 5 倍。 0020 根据本发明的一方面， 所述 X 射线源是碳纳米管 X 射线源。 0021 根据本发明的一方面， 所述 CT 装置是无机架 CT 装置。 0022 根据本发明的一方面， 对 X 射线源多个发射点的控制由 Can 总线实现。在一定长 度范围内， 发射点之间的间距可以相同， 发射点发射射线的顺序可以沿直线序列运动， 也可 以是沿某种曲线运动。 0023 本发明可以采用碳纳米X射线源， 通过对X射线源和探测器的合理布局， 克服了传。
13、 统无机架CT装置结构复杂， 体积庞大的缺点， 实现了小型化CT装置， 减少了占地面积， 提高 了 CT 装置的可用性。 附图说明 0024 图 1 是根据本发明的实施例的 CT 装置的示意图 ； 0025 图 2 是根据本发明的实施例的射线源、 探测器以及校正装置的布置示意图 ； 0026 图 3 是根据本发明的实施例的射线源和探测器的布置示意图 ； 0027 图 4 是根据本发明的实施例的射线源和探测器的布置示意图 ； 0028 图 5 是根据本发明的实施例的射线源和探测器的布置示意图 ； 0029 图 6 是根据本发明的实施例的射线源和探测器的布置示意图 ； 具体实施方式 0030 下面。
14、结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。 0031 如图 1 至 6 所示， 根据本发明实施例的无机架 CT 装置 10 包括扫描通道 4 ； 固定式 X 射线源 7， 该 X 射线源包括多个射线发射点 71 ； 以及固定式的多个探测器模块 12， 所述多 个探测器模块 12 与 X 射线源 7 相对布置， 并且在与扫描通道 4 相交的平面中观看时所述探 测器模块 12 中的至少一些探测器模块 12 布置成大致 L 形 ( 图 2、 3、 4、 6) 或形 ( 图 5)。 该平面可以与扫描通道 4 或输送装置 1 的输送方向大致垂直或成一定角度。所述多个射线 发射点 71 和所述多个探测器。
15、模块 12 围绕扫描通道 4 布置。CT 装置 10 还可以包括用于固 定探测器模块12的探测器臂架5、 采集控制单元6、 计算机重建单元8、 用于输送被检查物体 2 的输送装置 1。其中， 探测器臂架 5 可以具有大致 L 形 ( 图 2、 3、 4、 6) 或形 ( 图 5) 的形 状。多个射线发射点 71 可以由一列发射点阵或多列发射点形成阵列。作为选择， 探测器模 块 12 也可以布置成其它的形状， 例如半圆形， U 形， 圆弧形、 抛物线形等等。 0032 X 射线源 7 可以是碳纳米管 X 射线源。X 射线源 7 的多个射线发射点 71 中的至少 一些在与扫描通道相交的平面中观看时。
16、布置成大致L形(图3)或形、 或直线形(图2、 4、 5、 6)。该平面可以与扫描通道 4 或输送装置 1 的输送方向大致垂直或成一定角度， 并且可 以与上述平面是同一平面或不同平面。如图 2 所示， 所述 X 射线源 7 的不同射线发射点 71 说 明 书 CN 103901488 A 5 3/5 页 6 所发射的所有扇形 X 射线束的覆盖范围满足扫描通道 4 中的有效扫描区域 13 都能够被 X 射线束所覆盖。X 射线源的每个发射点的 X 射线出束受采集控制单元 6 控制， 发射点 71 的 发射时间和强度可调。此外， X 射线源 7 也可以是其它合适的 X 射线源， 只要具备多个可控 制。
17、的射线发射点即可。 0033 如图 2 至 5 所示， 每个探测器模块 12 具有射线接收面 121， 多个探测器模块 12 的 射线接收面 121 首尾相邻， 使从多个射线发射点 71 发射的射线不能从射线接收面 121 之间 通过。探测器模块 12 在探测器臂架 5 上首尾相邻， 探测器接收面在射线束方向上无中断或 重叠。多个探测器模块 12 可以构成面阵列或线阵列。 0034 如图 2 所示， 在与扫描通道 4 相交的平面中观看时射线发射点 71 排列成一排 ( 可 以是曲线排， L 形排 ) 或成一直线， 布置在一个末端的射线发射点 9 与布置在另一个末端的 射线发射点 14 的扇形射。
18、线束的外侧边 91， 141 的延长线的交点 15 与探测器模块 12 的射线 接收面121的中点的连线垂直于探测器模块12的射线接收面121。 该平面可以与扫描通道 4 或输送装置 1 的输送方向大致垂直或成一定角度。 0035 多个探测器模块 12 可以布置成大致空间螺旋状， X 射线源的多个射线发射点也可 以布置成大致空间螺旋状。X 射线源的多个射线发射点 71 和多个探测器模块 12 中的对应 的射线发射点和探测器模块可以在同一平面中布置。该平面可以与扫描通道 4 或输送装置 1 的输送方向大致垂直或成一定角度。 0036 每个探测器模块 12 能够接收来自 X 射线源 7 的多个射线。
19、发射点 71 中的至少一个 的射线。 0037 如图 2-6 所示， 在与扫描通道 4 相交的平面中观看时射线发射点 71 和探测器模块 12 布置成一平面， 该平面可以与输送装置 1 的输送方向大致垂直或成一定角度。在输送装 置的输送方向上， 所述多个射线发射点71排列成至少一排， 多个探测器模块12布置成至少 一排。如图 6 所示， 所述多个射线发射点 71 可以排列成两排或更多排， 多个探测器模块 12 可以布置成两排或更多排。 0038 如图 2 所示， 根据本发明的所述 CT 装置还包括 ： 对射线束的剂量进行控制的校正 装置 11， 该校正装置 11 设置在所述多个射线发射点 71。
20、 与所述多个探测器模块 12 之间。所 述校正装置 11 可以是校正栅格。所述校正栅格距离探测器 12 的接收面 121 的距离是校正 栅格距离射线发射点 71 的距离的至少 5 倍。 0039 如图 3 所示， 对探测器臂架 5 为 L 形结构， 或探测器模块 12 排列成 L 形的固定机 架 CT 装置中， X 射线源 7 的射线发射点 71 也可以是 L 形布置。 0040 在一定时间段内， 到达探测臂架 5 上的探测器 12 的接收面 121 上的 X 射线能量， 可来自于 X 射线源 7 的单一发射点 71， 也可来自于 X 射线源 7 的几个发射点 71 的射线组 合。X 射线源 。
21、7 不同发射点 71 发射的 X 射线强度可程序控制。X 射线源 7 的发射点数量与 扫描通道 4 内的有效扫描区域 13 大小相关。所有发射点 71 所发射的 X 射线束应该覆盖所 述的扫描通道 4 内的有效扫描区域。 0041 X 射线源 7 每个发射点 71 发射射线的方式与固定机架 CT 装置的采集控制方式相 关， 每个发射点 71 是否触发受 CT 装置的采集控制单元 6 控制。在采集控制单元 6 的指示 下， X 射线源 7 的发射点 71 可顺序发射 X 射线， 发射点 71 发射间隔、 频率受采集控制单元 6 的命令支配。X 射线源 7 的发射点 71 也可间隔发射， 也可受程。
22、序控制发射。 说 明 书 CN 103901488 A 6 4/5 页 7 0042 探测器臂架 5 或测器模块 12 和 X 射线发射源 7 的发射点 71 所在的平面可垂直于 扫描通道， 探测器臂架 5 或测器模块 12 和 X 射线发射源 7 的发射点 71 也可以布置成空间 曲线形式， 如空间螺旋线的形式， 且探测器模块 12 和 X 射线源 7 围绕扫描通道 4 的有效扫 描区域 13 布置。 0043 探测器臂架5装有多个探测器模块12， 探测器模块12可围绕扫描通道4形成一个 弧形的区域， 每个探测器臂架5可以安装一排或多排探测器模块12， 探测器臂架5上探测器 模块 12 的排。
23、数与 CT 装置 10 的扫描速度相关， 较低速度 ( 一般输送装置 1 的移动速度小于 0.25m/s) 时， 探测器模块 12 的排数可以为 3 排以下， 高速时 ( 一般输送装置 1 的移动速度 大于 0.3m/s)， 探测器模块 12 的排数可以在 5 排以上或者采用面阵式探测器模块。 0044 探测器臂架 5 装有探测器模块 12 以及支撑固定探测器模块 12， 探测器臂架 5 面 对 X 射线源 7 的位置安装有由轻型材料构成的密封件， 阻挡扫描通道 4 内的灰尘及杂物进 入探测器臂架 5。 0045 固定式探测器臂架5上可安装有线性探测器模块12或面阵式探测器模块12， 探 测器。
24、模块的数量和分布方式与 X 射线源 7 的长度以及多个射线发射点 71 分布方位相关， 探 测器模块与 X 射线源 7 可保证扫描通道 4 内的有效扫描区域 13 均被 X 射线束所覆盖。 0046 在具有多个射线发射点 71 的 X 射线源 7 的固定机架 CT 装置 10 中， 采集控制单元 6通过Can总线进行控制， 包括对X射线源7的控制、 对探测器模块12的控制以及对计算机 重建系统的控制。采集控制单元 6 提供通讯协议、 控制冗余以及紧急状态控制的支持。探 测器模块12内的控制单元通过解析采集控制单元6的命令， 发布开始采集命令以及对采集 数据进行传输和纠错， 探测器模块采集后的数。
25、据传输到计算机重建单元 8 中。 0047 计算机重建单元8是实现无机架CT装置的数据的解析、 重构以及特征识别的关键 器件， 当采集到的数据被传输到计算机重建单元8中时， 计算机重建单元8首先根据数据包 的格式对数据进行分类， 确定数据的来源， 建立基于扫描区域内被扫描行李的特征矩阵， 然 后求解特征矩阵中对应的特征值， 通过与数据库中特异物质的特征值进行比对， 得出该物 质是否为所要特别关注的物质， 进而提供是否进行报警的提示。 0048 扫描通道 4 的作用是提供被扫描行李 2 输送行进的通道和无关 X 射线的屏蔽墙。 防辐射的材料为重金属， 如铅、 钢材或其他。 0049 检查过程中，。
26、 被检查行李 2 以一定的速度由输送装置 1 的传送带运入扫描通道 4 内， 当被检查行李2触发光电传感器3时， X射线源7进入出束准备状态， 当行李2进入扫描 有效区域 13 内时， 采集控制单元 6 操控 X 射线源 7 的发射点 71 发射电子束， 发射点 71 连 续或间隔产生 X 射线， 同时， 采集控制单元 6 发布开始采集的命令， 探测器模块 12 的对应位 置开始采集数据， 同时记录所采集数据的时间点和探测器模块 12 的位置点， 采集到的数据 通过专用线缆传输到计算机重建单元 8 中， 由计算机重建单元 8 通过对比在同一时刻内的 控制发射点指令信息和采集到的数据信息， 对 。
27、X 射线的能量值进行校正， 然后对相应位置 处的数据进行重建， 建立基于被扫描行李2的物质特性的矩阵， 通过计算机重建单元8的逆 向求解， 得出对应位置处被扫描行李 2 的物质的一种或多种物质特性， 建立起一个断层位 置内的物质特性数据。随着行李 2 以一定的速度移动， 计算机重建单元 8 会逐层得到整个 行李的物质特性数据， 通过专用的识别算法对断层数据特性进行集中分析和判定， 对比现 有数据库中的物质特性表， 得出被扫描行李 2 中是否包含用户所关心的特异物质的结论， 说 明 书 CN 103901488 A 7 5/5 页 8 由计算机重建单元 8 的显示器 81 进行显示。 0050 。
28、在本发明中， 利用 X 射线源 7 的发射点 71 的位置的变换， 通过变换发射点和扫描 采集区域， 得到不同时刻内的 X 射线束 19 和 20 并采集数据， 进而可以有效利用传统的计算 机断层扫描技术 ( 即 CT 技术 )， 在不旋转物体或者不旋转探测器臂架 5 与 X 射线源 7 的情 况下， 实现对被扫描行李的断层扫描。 0051 在计算机重建的过程中， 计算机对断层数据重建的精度与对被扫描行李观察的角 度相关。本发明可以采用基于碳纳米材料的 X 射线源， 在一定长度范围内， 发射点之间的间 距可以相同， 可通过采集控制单元 6 进行程序控制， 发射点发射射线的顺序可以沿直线排 列 。
29、( 如图 2、 3、 4、 5 中的箭头 16 所示 )， 也可以是沿某种曲线排列。对面阵式 X 射线源 7 的发射点发射射线的顺序的曲线 22 可以是空间螺旋式的排布方式， 能够最大程度地提高 系统的重建精度。 0052 被扫描行李可以以一定的速度通过扫描区域， 也可在扫描区域内保持静止， 直至 扫描完成。 计算机系统通过识别行李断层的物质特性来区分物质。 物质的特性可不止一种， 如密度和原子序数。 0053 本发明的 CT 装置可以以较快的速度完成断层数据的计算和分析， 为高速的安检 CT 系统提供了有效的基础。 说 明 书 CN 103901488 A 8 1/3 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103901488 A 9 2/3 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103901488 A 10 3/3 页 11 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103901488 A 11 。