【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本说明书总体上涉及一种用于安检包含在人体中的威胁的安全系统，确切地说，涉及一种用于电子束系统的螺旋遮光器，更确切地说，涉及一种系统和方法，用于使用圆柱形表面上的螺旋孔来变更行进的辐射扫描波束的形状。技术背景目前安全系统的能力局限于检测隐藏在衣服之下的违禁品、武器、爆炸物和其它危险物品。通常使用金属检测器和化学嗅探器来检测大的金属物品和某些类型的爆炸物，然而，存在不能用这些装置检测的种类众多的危险物品。塑料和陶瓷武器增加了需要保安人员去检测的非金属物品的类型。人工搜索目标是慢的、不方便的，且普通大众对此容忍度不高，特别是作为在比如机场的庞大交通中心中的标准程序时。在本领域中已知可使用X射线散射来产生不同类型的材料的图像。散射的X射线的强度与使X射线散射的材料的原子序数(Z)有关。通常，对于小于25的原子序数，随着原子序数增加，反向散射的X射线的强度或X射线反射比减少。图像首先由目标主体的原子序数的变动而调制。低Z材料在人员检查中呈现特殊的问题，因为难以区分低Z材料与目标主体的也具有低Z的背景。已知的现有技术的用于检测隐藏在人体中的物品的X射线系统在其设计和方法上具有局限性，这妨碍X射线系统获得作为健康要求的低辐射剂量，或妨碍产生高质量的图像，低辐射剂量和高图像质量是商业上能够接受的先决条件。在低水平的辐射暴露下操作的检查系统受限于其利用朝着被搜查的人体取向的少量辐射而获得精度。X射线吸收和散射还减少了形成人体和任何隐藏物品的图像的有用X射线的总量。在现有技术的系统中，检测的X射线的低序数导致不可接受的坏图像质量。如果X射线检查系统用于开阔的地点，比如露...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.14 US 61/313,772。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，这里定义的一般原理可施加到其它实施例或应用。同样，使用的术语和措词是为了描述示例性实施例的目的，而不应认为是限制性的。因此，本发明被赋予包含与公开的原理和特征一致的许多替代例、修改例和类似物的最宽范围。为了清楚起见，涉及与本发明有关的技术领域中已知的技术材料的细节不再详细描述，以为了不使本发明模糊。在各实施例中，本发明提供独特的斩束机构，该斩束机构设计成具有形成在圆柱体上的用于X射线束扫描仪的螺旋轮廓遮光器(孔)。图I示出用于旋滚斩波器的一个实施例的示例性设计，正如本发明的不同实施例中所使用的。在一个实施中，斩束器102以具有螺旋斩波器狭缝104的空心圆柱体的形式制造。圆柱形状使斩束器102与螺旋孔104 —起绕Z轴旋转，产生旋滚运动，这提供有效的扫描和良好的图像分辨率，如下所述，同时，保持斩波器的轻量，并当旋滚质量接近旋转轴时，具有较小的转动惯量。换句话说，与现有技术的斩束机构、特别与圆盘斩波器相比，旋滚斩波器的半径较小。在一个实施例中，空心圆柱体120沿其纵轴在中间点处具有7. 23英寸的高度。因此，在一个实施例中，圆柱体的总高度是14. 46英寸。在一个实施例中，螺旋狭缝104具有112. 5度的螺旋扭转角125,23. 1250度的斜度(pitch)和O. 3125度的侧滚角(roll)。应当注意的是，当圆柱体绕z轴旋转总90度时，螺旋扭转角125代表螺旋孔从y轴(中心线)运动的角度。 因此，采用本发明的旋滚斩波器的X射线束扫描仪通过使机加工有至少两个螺旋狭缝104的空心圆柱体102旋转来实现斩束，这使得X射线能够以不变的和可变的线性扫 描束速度和扫描束斑尺寸来扫描。本发明的旋滚斩波器通过控制螺旋孔的几何形状，使不变的和可变的线性扫描束速度成为可能。在一个实施例中，通过沿旋滚斩波器的长度控制螺旋孔的斜度和侧滚角来改变速度或保持速度不变。因此，有可能具有不变的速率或朝着需要更高分辨率的区域减慢扫描。本发明的旋滚斩波器还通过控制螺旋孔的几何形状使得可变的和不变的束斑尺寸成为可能，因此改变了得到的波束功率。在一个实施例中，有可能控制孔的实际宽度，以更改束斑尺寸。在一个实施例中，螺旋孔的宽度沿旋滚斩波器圆柱体的长度改变，以补偿孔距离源的中心的可变距离，并允许沿扫描线的均匀束斑投射。因此，在一个实施例中，孔距离源越远，螺旋孔的宽度越窄，以产生更小的束斑尺寸。在一个实施例中，孔距离源越近，螺旋孔越宽，以产生更大的束斑尺寸。下面会详细描述这种结构。当用于身体扫描系统中时，有可能改变螺旋孔的斜度和侧滚角以及宽度，使得更多的波束扫描功率指向需要更细节和分辨率的身体区域(头发、脚等)，更少的功率指向对辐射更敏感的身体区域(上腹部等)。螺旋狭缝104还确保X射线束的投射不被两个狭缝的双重准直限制。如下详细所述，双重准直指的是X射线束在给定点适时地通过两个螺旋狭缝的理论。得到的X射线束轨迹130也显示在图I中，并结合图10更详细地描述。在一个实施例中，一对螺旋线会产生一个行进波束。在另一实施例中，根据扫描要求，可选地添加额外的螺旋线对以产生额外的行进波束。应当注意的是，现有技术的调制盘仅能够产生一个扫描束。在本发明的实施例中，可通过旋滚斩波器的螺旋狭缝获得在60度到90度的范围内变化的多个视场角。在一个实施例中，扫描角是旋滚斩波器和源以及对象之间距离的函数。此外，旋滚斩波器的总高度和直径影响视场角。旋滚斩波器放置离源越近，需要的旋滚斩波器越小，类似地，旋滚斩波器放置离源越远，需要的旋滚斩波器越大。图2示出使用图I所述的旋滚斩波器的斩束机构。参见图2，圆柱形旋滚斩波器202放置在辐射源204前方，在一个实施例中，辐射源包括X射线管。在一个实施例中，斩波器202的旋转通过包括比如电磁电机的合适的电机208促进。在另一实施例中，如下详细所述，采用磁推轴承以便于本发明的旋滚斩波器的旋转移动。旋滚斩波器系统旋转的速率或转速动态地被控制以优化扫描速度。在一个实施例中，旋滚斩波器系统能够获得高达80K转数/分的速率。在一个实施例中，辐射屏蔽层(未示出)设置在辐射源204上，使得仅辐射的扇形波束从源中产生。辐射的扇形波束发射X射线，并穿过充当主动遮光器的旋滚斩波器。因此，当旋滚斩波器以及螺旋孔旋转时，仅存在提供移动的飞点波束的小开口。图2还示出常规的、现有技术的圆盘调制盘210，其与旋滚斩波器一起布置在源上。从图2中可以看出，调制盘210大致上比旋滚斩波器202大。对于现有技术的调制盘，因为调制盘本身的圆形特征，正好到达轴上的得到的飞点波束具有不同的加速度和负加速度。此外，调制盘本身在射线穿过的第一点处仅具有一个开口。由于单个孔的几何特征不能改变，因而狭缝距离中心越远，波束越大，而狭缝距离中心越近，波束越小。此外，使用现有技术的调制盘，仅能通过改变连接到调制盘的电机的速率来机械地控制速度和斑点尺寸。然而，应当注意的是，由于圆盘调制盘中有多个孔，所以在频率和扫描线方面总会有变动，因为将每个孔制造成以精确的相同方式运转是困难的，正如本领域技术人员所知。本发明的旋滚斩波器克服了这些缺点，因为其设计成频率始终是连续的。图3A至3D示出通过使用图I所述的本发明的旋滚斩波器获得的X射线飞点波束投射的几何透视图，示出以全扫描束+45度的遍历和旋滚斩波器-90度至+90度的旋转的五度增量捕获的经验数据。因此，为了产生经验数据，扫描以全扫描束45度的遍历的五度增量适时地固定。然而，应当理解的是，旋滚的移动和扫描束的遍历在应用中是连续的。同时参见图3A至3D，由比如X射线源的辐射源302发射的辐射由旋滚斩波器304调制。在每一旋转期间，辐射波束穿过斩波器304的两个螺旋狭缝315以在“对象”平面308内产生得到的束斑投射图案(对象)306，在一个实施例中，“对象”平面与X射线源的平面310垂直，与斩波器304的平面312平行。在一个实施例中，“对象”平面308位于距离源30218英寸远处。在这里应当注意的是，这些扫描点以及经验数据点代表波束和斩波机构的真实运动，并呈现以示出本发明的优点。因此，应当理解的是，遍历的辐射波束的真实移动和旋滚斩波器的旋转是连续的。图3B是示出飞点之间的线性位移值和使用本发明的旋滚斩波器获得的飞点的相对形状和尺寸的附图，其中，经验数据代表全扫描束45度的遍历和旋滚斩波器-90度至+90度的旋转的五度增量。如图3B更清楚所示，在一个实施例中，产生的束斑图案306呈现的特性符合或优于使用现有技术的轮斩波机构的检测系统的特性。如上所述，旋滚斩波器304允许通过沿圆柱体变更螺旋孔宽度和螺旋斜度和侧滚角而使束斑306的尺寸和位置专用化。图3B示出在扫描平面308上，线性位移320以及投射的目标宽度325和投射的目标高度330的用于圆柱体从-90度至+90度的角旋转的示例性数值。在一个实施例中，得到的束斑306是梯形形状的。梯形斑点的高度越大，以及梯形斑点的宽度越窄，则分辨率越高。由于飞点波束垂直地行进，在飞行方向上具有更长的高度产生更好的扫描性能。这是因为在“聚集”飞行束斑投射时，更高的邻近束斑会彼此更近，并且重叠，从而以更高的功率产生具有更好分辨率的连续扫描线，引起更高分辨率的图像。此外，得到的飞点越小，功率越大，因为其更聚焦。图3C示出在垂直旋滚斩波器平面312的中心线处的X射线束投射的视图，示出当X射线束在45度位置处从源302遍历时，穿过位于旋滚斩波器304上的两个螺旋孔315的X射线束313。图3D示出当辐射波束穿过旋滚斩波器的两个螺旋狭缝时，在垂直旋滚斩波器平面的中心线处的X射线束投射，以全扫描束+45度的遍历和旋滚斩波器-90度至+90度的旋转的五度增量示出经验数据。如图3D所示，波束340穿过位于旋滚斩波器螺旋孔315a上的第一孔点342，然后通过位于旋滚斩波器螺旋孔315b上的第二孔点344。本发明的旋滚斩波器提供以基本恒定的速度垂直地移动的束斑，以允许对象的均匀照明，而与现有技术的旋转圆盘调制盘不同。因此，本发明的旋滚斩波器以基本不变的速率基本精确地移动和投射束斑。此外，旋滚允许波束在物品的所有点处的尺寸基本相等。因此，辐射是功率和距离的函数，并且使用旋滚可精确地控制波束的速率以用于扫描波束(flying beam)的平均功率分配(使得在所有点处的功率和距离都相等)。此外，使用本发明的旋滚斩波器，可以设置对扫描束形状的衰减，使得其关于扫描束本身的轴可改变形状。常规的调制盘和本发明的旋滚斩波器的区别结合图4A、4B、4C、5A、5B、6A、6B、7A、7B、8A、8B、9A和9B进行描述。 图4A是提供用于通过使用现有技术的圆盘轮斩波器而获得多个束斑/电子束靶参数的经验数据的表格，其中，数据以全扫描束-45度至+45度的遍历的五度增量提供。图4A显示用于源和波束的不同角位移405的多个参数的变动，比如但并不局限于在扫描平面上的线性位移410(代表大约沿从源到目标的距离的长度的一小段);点之间的扫描位移415(该点是任意选择为提供经验数据的飞点);投射宽度420 ;投射对象高度425 ;以及投射对象尺寸430，所有这些都会在下面更详细地描述。图4B示出通过使用现有技术的调制盘440而获得的得到的波束投射，示出波束宽度442和得到的斑点的尺寸444在扫描范围内变化。本领域技术人员应当明白，常规的调制盘包括四个狭缝，在凸缘的外围每个狭缝彼此成90度。然而，假设这些狭缝以精确地90度制造和切割是不现实的。因此，当调制盘旋转时，不仅存在由于这些狭缝的不精确性质而引起的歪斜，而且存在由依赖于狭缝和波束相距调制盘中心的距离的波束尺寸引起的歪斜。此外，在现有技术的调制盘中，狭缝的尺寸不易于控制，因为在每一点处仅有一个开口，并且不是连续的狭缝。这导致飞点位于相距调制盘上的每一点不同的和不均匀的距离处。图4C是提供用于通过使用本发明的旋滚斩波器而获得的多个束斑/电子束靶参数的经验数据的表格，其中，数据以全扫描束-45度至+45度的遍历和旋滚斩波器-90度至+90度的旋转的五度增量提供。因此，图4C示出用于本发明的旋滚斩波器的不同角旋转450以及源和得到的波束的不同角位移452的多个参数的变动，比如但并不局限于在扫描平面上的线性位移454 (代表大约沿从源到目标的距离的长度的一小段，在该情况下，为18英寸)；点之间的扫描位移456 (该点是任意选择为提供经验数据的飞点);斑点尺寸宽度458，其在位于旋滚斩波器的中心线的垂直平面上并且沿着Z轴；斑点尺寸高度460，其在位于旋滚斩波器的中心线的垂直平面上并且沿着Z轴；斑点尺寸区域462(平方英寸)，其在位于旋滚斩波器的中心线的垂直平面上并且沿着Z轴；投射对象宽度464，其在旋滚斩波器中心线的X轴垂直平面上并沿着Z轴；投射对象高度466，其在旋滚斩波器中心线的垂直平面上并沿着Z轴；以及投射对象尺寸468，其在旋滚斩波器的中心线的垂直平面上并且沿着Z轴，所有这些都会在下面更详细地描述。[0067]图5A是使用现有技术的圆盘轮斩波器获得的束斑在扫描平面内的线性位移的变动的图解说明，其中，数据提供为全扫描束-45度至+45度的遍历。已经发现这些斑点以代表轮中四个狭缝的四个的模式追迹。图5A示出图表，其中，与图5B所示的旋滚斩波器的线性位移505b相比，对于调制盘，束斑在扫描平面...
【专利技术属性】
技术研发人员：J卡明斯基，
申请(专利权)人：拉皮斯坎系统股份有限公司，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。