相干散射成像制造技术

采用常规ＣＴ或Ｘ射线方法识别研究区。之后，采用锐方向性射束（２８）扫描研究区，以获得多个不同的散射Ｘ射线谱。之后，对每一谱应用几何校正，使得所述谱就像仅取决于研究区内的特征一样。组合采用射束记录的各个谱，并使其相互关联，以确定研究区（３２）特征，同时使样品（３０）其余部分内的特征的影响降至最低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于相干散射成像的设备和方法，具体而言，其涉及但不限于用于相干散射计算断层照相的设备和方法。
技术介绍
对于快速、可靠的材料扫描仪一直存在持续的需求。快速行李扫描仪就是一个具体的商业利益空间，快速行李扫描仪可以在多种情况下得到应用，但是经常被用来扫描航空行李。另一个具体的商业利益空间处于医疗扫描仪领域。例如，可以通过光电吸收和散射描述X射线光子与处于20和150keV之间的某一能量范围内的物质之间的交互作用。存在两种不同类型的散射一方面为不相干或康普顿散射，另一方面为相干或瑞利散射。但是，康普顿散射随着角度缓慢变化，而瑞利散射则具有强烈的前向性，并且具有表示每种类型的材料的特性的截然不同的结构。在(例如)半导体工业的X射线晶体学或X射线衍射中，相干X射线散射是用于分析材料的分子结构的常用工具。分子结构函数是材料的指纹，其能够实现良好的识别。例如，可以将塑料炸药与无害的食品区分开。对于医疗应用以及行李检查而言，通常将光电吸收而非散射应用到商业计算断层照相(CT)扫描仪和C形臂(C-arm)系统中。这些系统采用各种计算技术通过所测量的X射线数据以及样本的不同位置处的样本的X射线吸收特性进行计算，而不是像常规X射线成像那样只简单地提供样本的X射线图像。例如，US2002/0150202A1公开了一种采用扇形射束的CT设备，并且还描述了一种旋转所述设备的托台(gantry)。在现代化设备中，经常将锥形X射线射束应用到所谓的“锥形射束”计算断层照相当中。US2004/0076265公开了一种该类型的CT扫描仪。由于材料识别限于总线性衰减系数的差别，因此只有当所关心的区域的线性衰减系数存在明显的差别时，这种方法才能提供良好的识别。此外，如果两种不同的材料表现出相同的衰减系数，那么仅采用线性衰减系数的组织或材料识别就可能模糊不清。由于被散射的光子含有额外的目标信息，因此可以采用其实现更好的材料识别。US 5692029公开了一种针对行李处理应用的采用反向散射X射线的探测器。在Strecker等的“Detection of Explosives in Airport baggage usingCoherent X-ray Scatter(采用相干X射线散射的机场行李爆炸物探测)”(SPIE Volume 2092“Substance Detection Systems(物质探测系统)”，1993，第399到410页)中公开了将相干散射作为行李扫描的适宜手段。该文献描述了爆炸物和很多其他普通材料的不同弹性散射谱。尽管没有对行李样本的实际测量予以说明，但是该文献指出为了满足速度要求，成像是不可行的，相反，通过测量能谱对整个行李做出推测。因而，所提出的系统不适合对行李内部具体物品进行详细扫描。在同一卷中的Speller等的“X-ray scattering signatures for materialidentification(用于材料鉴别的X射线散射特征)”(SPIE volume2092“Substance Detection Systems(物质探测系统)”，1993，第366到377页)中公开了其他的X射线散射实验。尽管采用相干散射的行李扫描仪多年以来一直吸引着人们的兴趣，但是，到目前为止，其一直未能从实验室研究投入到实际使用当中。导致这一结果的原因有很多，包括相干散射固有的低信号强度和实际实施困难。相反，实际使用的行李扫描仪只简单地利用常规成像处理测量X射线的吸收。但是，这样的系统无法提供良好的识别，并且难以判断具体的吸收特征是由爆炸物导致的，还是由诸如巧克力、塑料或很多其他普通材料中的任何一种导致的。在医疗CT扫描的特征识别中也会产生类似的问题。因此，需要一种能够有助于解决这些问题的改进的相干散射成像方法和设备。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种操作相干散射成像系统的方法，所述相干散射成像系统具有源、准直器和多通道探测器，所述方法包括执行X射线或计算断层照相(CT)扫描，以识别样本对象中的研究区；使锐方向性X射线射束沿多个样本路径穿过所述样本，由此测量相应的多个样本谱，其中所述多个样本路径中的每者均穿过所述研究区，并测量作为所述探测器上的位置的函数的相应的多个样本谱；基于所述研究区和所述探测器之间的相应距离校正所述样本谱，以获得经校正的谱；以及通过使所述经校正的谱相互关联而组合所述经校正的谱，以识别共有特征，并将所述共有特征作为所述研究区内存在的特征加以分析。注意，所测量的谱实际上不仅取决于所述研究区，其中的很多特征来自样本的其他部分。但是，通过如所有的谱都像基于所述研究区一样校正所述谱，就能够通过比现有技术中的方法简单得多的方法执行非常简单的计算。由于本专利技术仅考虑研究区，因此来自其他区域的数据错误不会带来问题。实际上，在组合来自不同路径的谱之后，源自研究区的特征将正确地位于不同谱内，而其他特征将不会或相应地很少会彼此产生显著的相互关联。因此，整个谱均取决于所述研究区的非精确几何假设的使用改进了所述方法。所述方法的一个特别的有利之处在于，只需对常规CT扫描仪或基于C形臂的X射线系统进行较小的改动就可以容易地应用所述方法，具体而言，只需添加准直器，以生成锐方向性射束。通常，可以通过任何具有2D探测器以及能够在系统和对象之间进行相对运动的锐方向性射束的X射线系统使用所述方法。与常规样本扫描所需的总X射线剂量相比，用于照射研究区的锐方向性射束的使用极大降低了总X射线剂量。应当意识到，所测的谱本质上为吸收值和距所述谱的中心的距离值。校正所述谱的步骤可以通过将距离值乘以相应的距离校正系数而校正每一谱的标度，此外，还可以校正吸收值。距离校正系数可以调整相应谱的标度，从而以共有标度衡量研究区内的特征。为了方便起见，校正系数可以调整谱的标度，以采用逆散射波矢q作为距离的度量。校正吸收值的步骤可以包括针对两种效应的校正第一，平面外的探测器元件的有效探测器面积随着散射角的增大而减小，第二，抵达探测器元件的散射束的立体角随这一元件到散射中心的距离而降低。此外，还可以执行对测量谱的校正。例如，如果已知样本的吸收图，即在给出了样本内不同位置处的吸收系数值的情况下，可以针对沿X射线路径的吸收校正所测得的X射线的强度。可以在前一段落所述的针对两种效应校正所测得的吸收值的步骤之前方便地执行这一步骤。优选地，所述的识别研究区的步骤包括计算所述样本内的吸收系数的三维分布。这可以通过CT方法完成。可以采用与相干散射测量中采用的相同的或不同的扫描仪完成对研究区的识别步骤。本专利技术设想了对谱进行组合的多种可能性。在一种方案中，组合谱的步骤包括提供定义多种不同材料的谱的材料表；将每一经校正的谱拟合至所述材料表，以识别每一谱的材料；以及识别所述多个谱所共有的材料，将其作为可能存在于所述研究区内的材料。在另一方案中，组合所述谱的步骤包括将所述经校正的谱拟合至多个具有峰位和峰宽的拟合参数的峰，并识别出多个谱之间共有的峰。在这一方案中，在不参考材料表的情况下识别峰，并采用共有的峰作为研究区的特征。在另一方案中，将经过几何校正的谱简单相加。所述方法可以包括通过使参考射束穿过样本测量针对每一样本谱的至少一个参考谱，所述参考射束平行于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相干散射成像系统的操作方法，所述相干散射成像系统具有源（２０）、准直器（２２）和多通道探测器（２４），所述方法包括：执行Ｘ射线或计算断层照相（ＣＴ）扫描，以识别样本对象（３０）中的研究区（３２）；使锐方向性Ｘ射线射束（２８）沿多个样本路径（４０）穿过所述样本，由此测量相应的多个样本谱（Ｓ↓［１］、Ｓ↓［２］、Ｓ↓［３］），所述多个样本路径（４０）中的每个均穿过所述研究区（３２），并且测量作为所述探测器上的位置的函数的散射Ｘ射线的相应的多个样本谱（Ｓ↓［１］、Ｓ↓［２］、Ｓ↓［３］）；基于所述研究区与所述探测器之间的相应距离校正所述样本谱，以获得经校正的谱（Ｃ↓［１］、Ｃ↓［２］、Ｃ↓［３］）；以及通过使所述经校正的谱（Ｃ↓［１］、Ｃ↓［２］、Ｃ↓［３］）相互关联而组合所述经校正的谱，以识别共有特征，并将所述共有特征作为所述研究区（３２）内存在的特征加以分析。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：米夏埃多格拉斯，延斯彼得施洛姆卡，乌多范斯特文达勒，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]