使用小角度图象测定物体内部结构和组成的检测设备制造技术

产生Ｘ射线定位象确定物体的组成结构的装置。根据本发明专利技术的一实施例，扫描系统采用小角度散射形成图象。空间过滤器（８０８）选择物体（７０５）以小角度散射的放射线，阻挡其他放射线。坐标敏感检测器（８１５）位于过滤器后，记录散射的放射线。物体的图象根据小角度散射的信息构成。物体各区域的成分由该区域的散射曲线确定。一个实施例包括一个穿透性放射线源（８０１），一个针对物体以小角度散射的放射线的检测器系统和一个扫描时移动物体的装置（７４９）。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用穿透性放射线的小角度偏转测定物体内部结构和组成的方法和装置。已知的吸收式放射线成象装置，通过记录放射线通过物体后的强度分布，测定一个物体的内部结构。强度分布的变化，是由于通过物体的不同路径的放射线吸收不同所致。对于这样的装置，在物体中放射线的散射产生背景噪音，并减小图象的对比度。为了补偿被散射的放射线的效应，美国专利Ser.No.4,651,002提出，分别用准直器和过滤器记录被散射的放射线，并随后从物体被X射线照射时获得的整个的强度分布中，减去所记录的散射的放射线强度。此美国专利Ser.No.4,651,002测量一总的散射强度，不要求精细调整准直器和过滤器的相对位置。因此，过滤器被设置为一个活动元件，测量大角度的散射。为了考虑背景散射的放射线，美国专利Ser.No.4,549,307提出特殊的罩，它阻挡入射放射线，并在被检测的物体上形成点。在这些点中，仅背景，即仅散射的放射线被记录。在整个图象上的背景水平从这些点的测量中近似推出，随后从整个的吸收信号减去以获得较高对比度的图象。如上所述，上述的装置从无偏转地通过物体的放射线的强度分布，鉴别或测定物体的内部结构。如果物体含有的物质仅在吸收性质上有微弱的不同，用这些装置获得的图象会缺少区别含有这些物质的物体的各部分所需要的对比度，因而对所述物体内部结构的成象会要求除吸收射线成象法以外的方法。英国专利No.2,299,251(1996)提出一个使用从晶体结构的布喇格(Bragg)反射鉴别晶体和多晶物质的装置。该装置的准直器可记录放射线所通过的物体的各个区域的能量谱。在选择角度上反射的多色放射线的能量谱分布具有反射放射线的物质的晶体结构的特征，因此，用能量谱分布数据可以鉴别物质。此方法被提出用于鉴别行李中的爆炸物。但是，该方法限于检测具有晶体或多晶体结构的物质。U.S.S.R专利文件SU1402871(1987)和俄罗斯专利文件RU2012872(1994)描述了一种形成物体内部结构的图象的装置，它使用X射线在具有不同电子浓度的物体部分之间的边界上偏转的效应。折射将X射线偏转达三角秒。这些装置使用单晶体准直入射的放射线和过滤折射的放射线。这些装置的缺点是它们依赖于根据布喇格(Bragg)定律的单晶体反射，因而造成小的孔径比。对于每个波长，在一个偏转间隔内放射线在特定的角度上被反射，所述偏转间隔等于布喇格(Bragg)反射的角度间隔，大约为十角秒。这意味着仅放射线源辐射能量的10-5被用于物体的成象。已公布的PCT专利申请No.WO96/17240(1996)描述了使用孔径格栅而不是单晶体来取得较大的孔径比的装置。在这种装置中，在物体前的准直格栅形成一系列窄的微弱扩散射束的入射通量。在物体和检测器间的过滤格栅起散射放射线过滤器的作用。这两个格栅彼此相对设置，使得被分析物体不存在时，穿透性放射线通量不会到达检测器。当成象时，物体相对于检测器不动，检测射线的空间频率和位置确定物体被X射线照射的部分的位置和大小。准直格栅最好足够大以包围整个物体，并应具有宽度不大于0.05-0.1mm的不透明区域，以确保在被分析物体中检测不均匀性的合适的分辨率。准直格栅的这两个要求提高装置的造价，并使装置的调节复杂化。美国专利Ser.Nos.4,751,772；4,754,469；4,956,856；5,008,911和5,265,144描述了检验生物组织和鉴别行李中爆炸物的方法和装置，它是通过记录入射射束方向的1-12度内的角度上散射的相干放射线的谱线。如果X射线的能量足够小，弹性散射放射线的大部分是在那些角度内。如在这些专利中所规定的那样，物体的分析使用窄的准直的单色或多色放射线束。相干地散射的放射线的强度使用一个检测系统测量，所述系统既可分辨放射线的能量又可分辨放射线散射的角度。在这些装置中应用了的几个原理，其中之一是弹性散射放射线(不同于非弹性散射的康普顿(Compton)射线)的能量谱与入射射束的谱线是相同的。弹性散射的放射线的强度具有一个特征性的角度变化，在1-19度的角度间隔中有一个显著的最大值。最大的偏转角取决于被X射线照射的物质，和入射的放射线的能量。因为，小散射角度的相干散射放射线的强度分布取决于目标物质的分子结构，具有同一吸收性的物质(传统的吸收X线分析不能分辨)常能通过相干放射线的角度散射的强度分布进行辨别。美国专利No.4,751,722和4,754,469描述了使用小角度相干散射和计算机层析X射线成象法来形成图象的装置。所描述的装置具有较低的灵敏度，因为，在特定的角度范围内，相干散射的截面是不大的，因此，要求用高的放射线剂量对物体进行X射线照射。美国专利5,265,144描述了使用同心检测环记录在特殊角度上散射的放射线的装置。所述装置用具有小扩散角度的窄的X射线射束照射一个物体，其是为了成功地记录小角度散射所要求的，所述装置具有小孔径比的问题，因此，灵敏度低。上述装置中的放射线通量，在通过物体时遇到的不同材料中散射开，使得强度分布是由物体中包含的不同材料所造成的几个曲线的叠加。这使从散射曲线中辨别物质复杂化。美国专利4,752,722提出用小角度计算机层析成象解决此问题。然而，形成层析图象要求从很多不同角度对物体进行X射线照射(0-360度)。这是昂贵及并不是总是可行的。本专利技术的目的是使用较不昂贵的装置获取被分析物体的体积内的物质分布信息，所述装置具有高的孔径比。而且，本专利技术的目的是创立一种装置，它易于生产和操作，而当成象或形成物体内部结构的投影时，具有提高的图象质量。本专利技术的一个实施例形成一个小角度定位象，它实质上是应用在一个物体中放射线以小角度相干散射所形成的物体的图象或投影。另外，对于多个以不同角度横穿物体的射束，测定散射曲线。散射曲线将每个图象点与有关的放射线射柬所通过的物体那部分的衍射性能相关。散射曲线和定位象指出小角度散射强度，因此携带关于物体分子组成的信息。在测量中，每个散射强度是射线束通过的不同物体区域的几个散射曲线的叠加。这妨碍物体的分析。但是，使用沿不同方向横穿物体的射束所检测到的散射曲线，层析技术可测定物体的特定点或区域的近似的散射曲线I(θ)。检测器越多，即散射的放射线强度被测量的角度越多，散射曲线近似的越精确。每一物质具有一个独特的散射曲线，所感兴趣的物质的散射曲线可输入到数据库。通过将一个获得的近似的散射曲线与在数据库中的散射曲线比较，可鉴别在物体的特定区域中所含的物质。本专利技术的原理可用多种装置实现。一个这样的装置是小角度定位象装置，它包括一个穿透性放射线源；一个准直器，形成入射到物体上的一系列窄的，微弱扩散射束的入射放射线通量；一个在物体后的空间过滤器；和一个在所述过滤器后的坐标敏感检测器。准直器具有放射线透明的区域如狭缝或通道，和与其交替的放射线不透明的区域。空间过滤器是一个规则的周期性结构，与准直器相似，但是其具有不透明的材料的区域与准直器的透明区域相对应，使得过滤器的不透明区域阻挡从准直器透明区域来的在直射通路上的放射线。准直器的每个射束盖住所投射的物体的一个区域。所述装置还包括相对于穿透性放射线射束移动物体的设施，以使得扫描物体，并在检测器上获得物体的完全投影。在一个实施例中，准直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小角度定位象装置，包括：一穿透性放射线源；一准直器，将穿透性放射线形成一个扫描射束，准直器是一个由对放射线不透明的区域和透明的区域交替组成的规则周期性结构；一相对于扫描射束移动物体的设施，以获得物体的完整投影；一位于物体 后的空间过滤器，所述空间过滤器具有与准直器互补的规则周期结构，使得与准直器的对穿透性放射线透明区域相应的空间过滤器的区域是对穿透性放射线不透明的，与准直器的对穿透性放射线不透明区域相应的空间过滤器的区域是对穿透性放射线透明的，空间过滤器的不透明区域设置的阻挡不偏转地通过物体的扫描射束，空间过滤器的透明区域设置的透过物体以小角度偏转的扫描射束部分；一坐标敏感检测器，设置的检测通过空间过滤器的放射线。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利格V科马迪恩，艾伯特F劳伦斯，佩维尔I拉扎雷夫，
申请(专利权)人：匡塔威神公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]