СПОСОБ ДОСМОТРА И ДОСМОТРОВЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2014 года по МПК G01N23/00 

Группа изобретений относится к области досмотровой техники и может использоваться при персональном досмотре людей с использованием рентгеновского излучения.

Известны способы досмотра и реализующие их устройства, основанные на просвечивании досматриваемого человека узким веерным пучком проникающего рентгеновского излучения, что позволяет получить изображение досматриваемого человека с различными предметами под одеждой, имеющее высокую степень разрешения, до 1 мм, однако при этом дозовая нагрузка на досматриваемый объект весьма существенна -1 мкЗв и более (например, RU 2448342 С2, 2010). Поэтому использование таких способов и устройств для досмотра людей ограничено.

Известен способ досмотра и реализующее его устройство, основанные на использовании для получения изображения регистрации обратно рассеянного излучения при сканировании досматриваемого человека тонким («карандашным») пучком рентгеновского излучения (например, William J.Baukus. X-rau Imaging for On-The-Body Contraband Detection. 16^th Annual Security Technology Symposium @ Exhibition.Williamsburg. June 28, 2000). При этом излучается пучок рентгеновского излучения одним источником и сканируется на досматриваемом человеке. После детектирования обратно рассеянного излучения формируется изображение, которое позволяет обнаружить предметы, скрытые в одежде и на теле досматриваемого человека, со стороны источника рентгеновского излучения. Дозовая нагрузка на досматриваемого человека составляет не более 0,1 мкЗв за один цикл контроля. Однако для получения изображения с другой стороны досматриваемого человека требуется повторение процедуры сканирования после соответствующего изменения положения досматриваемого человека в досмотровом модуле.

Известны и другие способы досмотра и устройства для их реализации с использованием рентгеновского излучения, однако все они недостаточно эффективны, не обеспечивая сочетание требований минимальной дозовой нагрузки, достаточной степени разрешения и высокой пропускной способности досмотра (например, RU 2444723 С2, 2008; US 5181234 А, 1993; US 7593506 B2, 2009; US 8135112 B2, 2012; JP 4589882 B2, 2010; WO 2009/067394,2009).

Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ досмотра, включающий двустороннее сканирование досматриваемого человека тонкими пучками рентгеновского излучения из двух, размещенных по разные стороны досматриваемого человека, источников рентгеновского излучения путем вертикальной развертки за счет их линейного вертикального перемещения посредством снабженных электроприводом кареток и горизонтальной развертки посредством коллиматоров и регистрацию обратно рассеянного рентгеновского излучения посредством установленного на каждой из кареток приемного детектора для формирования растровых изображений досматриваемого объекта за один цикл сканирования (WO/2009/082762, 2009).

Использование сканирования тонким («карандашным») пучком и регистрации обратно рассеянного рентгеновского излучения для получения изображения позволяет значительно снизить дозовую нагрузку на досматриваемого человека.

В этом способе наряду с регистрацией обратно рассеянного используется также и регистрация прошедшего от каждого источника рентгеновского излучения. Для того, чтобы сигналы от разных источников не смешивались, сканирование человека осуществляют построчно и поочередно с каждой из сторон. Поэтому в течение сканирования с одной стороны работает только один источник рентгеновского излучения. При этом каретку со вторым источником рентгеновского излучения перемещают в вертикальном направлении одновременно с первой кареткой, чтобы приемный детектор на второй каретке регистрировал излучение источника рентгеновского излучения первой каретки, прошедшее через человека. По завершении сканирования человека с одной стороны рентгеновское излучение на первой каретке прерывают, а рентгеновское излучение на второй каретке начинается и осуществляется сканирование человека с другой стороны, при этом каретки также передвигаются синхронно. Таким образом, формируется два отдельных растровых изображения.

Однако такая попеременная работа сканирующих пучков рентгеновского излучения занимает значительное время, которое могло бы быть значительно меньше, если бы представилась возможность одновременного (непрерывного) сканирования человека сразу с двух сторон. Это не позволяет достичь эффективной пропускной способности досмотра. Попеременная работа сканирующих пучков рентгеновского излучения неэффективна с точки зрения обеспечения высокой пропускной способности досмотра. Кроме того, хотя использование регистрации прошедшего рентгеновского излучения и позволяет четко выделить границы малозаметных предметов, но соответствующие изображения имеют другой характер передачи тех же деталей по сравнению с изображениями, полученными с помощью обратно рассеянного рентгеновского излучения. Это затрудняет работу оператора при досмотре и требует дополнительного времени, что дополнительно уменьшает пропускную способность досмотра. В то же время при досмотре объектов в большинстве случаев получение изображения с помощью прошедшего рентгеновского излучения не является необходимым, особенно при досмотре людей, когда требуется только обнаружение предметов, находящихся на теле и в одежде. Скорость же досмотра имеет наиважнейшее значение. Таким образом, этот способ досмотра имеет существенный недостаток, не обеспечивая высокой пропускной способности досмотра.

Из того же патентного источника известно устройство, наиболее близкое к предложенному, - досмотровый комплекс, содержащий процессор с подключенным к его выходу дисплеем оператора и два, размещенных по разные стороны досматриваемого человека, досмотровых модуля, каждый из которых включает снабженную электроприводом каретку, на которой размещены снабженный коллиматором источник рентгеновского излучения и связанный с процессором приемный детектор обратно рассеянного рентгеновского излучения, выполненную с обеспечением возможности ее линейного вертикального перемещения, и связанное с электроприводами устройство управления перемещением кареток.

В этом досмотровом комплексе устройство управления перемещением кареток выполнено с обеспечением возможности их синхронного движения, при этом обе каретки перемещаются одновременно так, как описано выше, обеспечивая процесс досмотра поочередно с каждой из сторон досматриваемого человека при попеременной работе сканирующих пучков. Приемные детекторы в этом досмотровом комплексе одновременно с приемом обратно рассеянного рентгеновского излучения регистрируют и прошедшее рентгеновское излучение. При этом приемные детекторы не снабжены какими-либо защитными экранами, что не позволяет устранить влияние неинформативного рентгеновского излучения, рассеянного конструктивными элементами комплекса, приводящее к снижению качества полученного изображения на дисплее и затрудняющее работу оператора, что в свою очередь увеличивает время проведения досмотра. В целом такая конструкция досмотрового комплекса не позволяет обеспечить его высокую пропускную способность по причинам, изложенным выше.

Указанные известные способ и устройство для его реализации позволяют пройти досмотр человека (начиная от его вступления в комплекс, проведения процесса сканирования, анализа изображения оператором и выхода человека из комплекса) за время не менее 20 сек.

Задачами изобретений являются создание способа досмотра и досмотрового комплекса, лишенных недостатков прототипа.

Технический результат, обеспечиваемый изобретениями, заключается в повышении пропускной способности досмотра.

Это достигается тем, что в способе досмотра, включающем двустороннее сканирование досматриваемого человека тонкими пучками рентгеновского излучения из двух, размещенных по разные стороны досматриваемого человека, источников рентгеновского излучения путем вертикальной развертки за счет их линейного вертикального перемещения посредством снабженных электроприводом кареток и горизонтальной развертки посредством коллиматоров и регистрацию обратно рассеянного рентгеновского излучения посредством установленного на каждой из кареток приемного детектора для формирования растровых изображений досматриваемого человека за один цикл сканирования, линейное вертикальное перемещение обоих источников рентгеновского излучения осуществляют одновременно и асинхронно с задержкой начала сканирования одного относительно другого, а рассеянное рентгеновское излучение, прошедшее от противоположного источника рентгеновского излучения, поглощают посредством защитных экранов на каждом из приемных детекторов. При линейном вертикальном перемещении источников рентгеновского излучения преимущественно одновременно поворачивают их вокруг горизонтальной оси для дополнительного вертикального перемещения сканирующего пучка рентгеновского излучения посредством дополнительных электроприводов, при этом при приближении к нижнему положению источника рентгеновского излучения его поворачивают вниз, а при приближении к верхнему положению - вверх. В нижнем положении каждого из источников рентгеновского излучения преимущественно выбирают величину угла между направлением рентгеновского излучения и горизонтальной осью до 30 угловых градусов, а в верхнем положении - до 5 угловых градусов.

Указанный выше технический результат в части способа досмотра обеспечивается всей совокупностью указанных выше существенных признаков, характеризующих предложенный способ досмотра.

В части устройства для осуществления способа досмотра, указанный технический результат достигается тем, что в досмотровом комплексе, содержащем процессор с подключенным к его выходу дисплеем оператора и два, размещенных по разные стороны досматриваемого объекта, досмотровых модуля, каждый из которых включает снабженную электроприводом каретку, на которой размещены снабженный коллиматором источник рентгеновского излучения и связанный с процессором приемный детектор обратно рассеянного рентгеновского излучения, выполненную с обеспечением возможности ее линейного вертикального перемещения, и связанное с электроприводами устройство управления перемещением кареток, устройство управления перемещением кареток выполнено с обеспечением возможности асинхронного движения кареток с задержкой начала движения одной каретки относительно другой, а каждый приемный детектор обратно рассеянного рентгеновского излучения на каждой из кареток снабжен защитными экранами, выполненными с обеспечением возможности поглощения рассеянного рентгеновского излучения на одной каретке от источника рентгеновского излучения на другой каретке. Каждый из защитных экранов может быть преимущественно выполнен П-образной формы из материала с высоким атомным номером, при этом в качестве материала защитных экранов может быть преимущественно выбран свинец. Каретки и устройство управления перемещением кареток могут быть преимущественно выполнены с обеспечением возможности поворота каждой из кареток относительно горизонтальной оси в вертикальной плоскости при их линейном вертикальном перемещении, при этом каждая из кареток снабжена дополнительным электроприводом. Между досмотровыми модулями в их нижней части может быть преимущественно размещен подиум с площадкой для размещения досматриваемого человека, выполненный из материала, слабо рассеивающего рентгеновское излучение, при этом в качестве материала подиума может быть выбрана нержавеющая сталь.

Указанный выше технический результат в части досмотрового комплекса обеспечивается всей совокупностью указанных выше существенных признаков, характеризующих предложенный досмотровый комплекс.

На фиг.1 показана структурная схема предложенного досмотрового комплекса, реализующего предложенный способ. На фиг.2 условно показана структурная схема одного из досмотровых модулей при начальном и конечном положениях одной и той же каретки.

Предложенный способ досмотра осуществляют в следующей последовательности. Предварительно вводят программу перемещения кареток в устройство управления. Размещают досматриваемого человека в область двустороннего сканирования (между двумя досмотровыми модулями). Включают электроприводы кареток, источники рентгеновского излучения, приемные детекторы, процессор, дисплей оператора. Перемещают обе каретки с источниками рентгеновского излучения в вертикальном направлении одновременно и асинхронно с задержкой сканирования одной относительно другой. Например, при времени хода каждой из кареток из начального до конечного положения 4 сек, время задержки составляет около 0,4 сек. Наряду с вертикальной разверткой рентгеновского излучения осуществляют горизонтальную развертку посредством коллиматоров. При этом происходит двустороннее сканирование досматриваемого человека тонким пучком рентгеновского излучения из двух источников. При вертикальном перемещении кареток их преимущественно одновременно поворачивают вокруг горизонтальной оси, осуществляя дополнительное вертикальное перемещение сканирующего пучка. Обратно рассеянное рентгеновское излучение регистрируют приемными детекторами, одновременно поглощают рассеянное   рентгеновское излучение от противоположного источника. После завершения   сканирования питание источников рентгеновского излучения отключают. На мониторе  

оператор наблюдает сформированные растровые изображения досматриваемого человека

с двух его сторон.  

Предложенный досмотровый комплекс содержит процессор с подключенным к его выходу дисплеем оператора (на чертежах не показан). Он содержит также два, размещенных по разные стороны досматриваемого человека 1, досмотровых модуля 2. Каждый из них включает снабженную электроприводом (на чертежах не показан) каретку 3. На каретке 3 размещены снабженный коллиматором 4 источник 5 рентгеновского излучения и связанный с процессором приемный детектор 6 обратно рассеянного рентгеновского излучения. Приемные детекторы 6 могут быть выполнены, например, на основе пластмассового сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя (на чертежах эти элементы не показаны). Коллиматоры 4 могут быть выполнены, например, на основе снабженного электроприводом вращающегося кольца из рентгено-непрозрачного материала с отверстиями, образующими систему точечных коллиматоров, и неподвижной пластины с прорезью из такого же материала, образующей щелевой коллиматор (на чертежах эти элементы не показаны). Каждая каретка 3 выполнена с возможностью ее линейного вертикального перемещения, например, по направляющей 7. Досмотровый комплекс содержит также связанное с электроприводами кареток 3 устройство управления перемещением кареток 3 (на чертежах не показано), выполненное, например, на основе микроконтроллера. Устройство управления перемещением кареток выполнено с обеспечением возможности асинхронного движения кареток 3 с задержкой начала движения одной каретки 3 относительно другой, а также может быть выполнено с обеспечением возможности поворота каждой из кареток 3 относительно горизонтальной оси в вертикальной плоскости при их линейном вертикальном перемещении. При этом в нижнем положении кареток 3 угол между направлением рентгеновского излучения и горизонтальной осью составляет до 30 угловых градусов, а в их верхнем положении - до 5 угловых градусов (фиг.2). Каждый приемный детектор 6 снабжен защитным экраном 8, выполненным с обеспечением возможности поглощения рассеянного рентгеновского излучения на одной каретке 3 от источника рентгеновского излучения на другой каретке 3. Защитные экраны 8 могут быть выполнены преимущественно П-образной формы из материала с высоким атомным номером, например, свинца (Z=82), вольфрама (7=74) и аналогичных материалов, толщиной от 0,5 до 3 мм. Каждый из досмотровых модулей 2 размещен в закрытом корпусе 9. Со стороны размещения досматриваемого человека 1 корпусы 9 имеют выпускное окно, закрытое передней панелью 10 из материала, слабо поглощающего и рассеивающего рентгеновское излучение. Между досмотровыми модулями 2 в их нижней части может быть размещен подиум 11 с площадкой для размещения досматриваемого человека 1. Он выполнен из материала, слабо рассеивающего рентгеновское излучение, преимущественно с атомным номером Z свыше 20, например, преимущественно из нержавеющей стали, а также может быть выполнен на основе сплавов меди или железа с покрытием никеля или хрома или без покрытия. Размер подиума может быть выполнен, например, высотой около 4 см и составлять, например, 70х120 см, с площадкой для размещения размерами 35х50 см.

Источники 5 рентгеновского излучения с коллиматорами 4 формируют тонкий сканирующий пучок 12 рентгеновского излучения, падающий на досматриваемого человека 1. Электропривод коллиматоров 4 обеспечивает их вращение, в результате чего сканирующие пучки 12 совершают циклические движения в горизонтальном направлении. В течение сканирования каждая каретка 3 движется в вертикальном направлении по направляющей 5 и одновременно может поворачиваться на небольшой угол вокруг горизонтальной оси. При этом сканирующие пучки 12 рентгеновского излучения перемещаются в вертикальном направлении. Наклон кареток 3 в нижнем положении позволяет обеспечить возможность детального осмотра ног досматриваемого человека 1 без использования высокого подиума 11. Наклон кареток 3 в верхнем положении позволяет увеличить размер зоны контроля по высоте. Указанные значения углов наклона определены эмпирическим путем и достаточны для реализации указанных дополнительных возможностей досмотрового комплекса. Циклическое движение пучков 12 рентгеновского излучения в горизонтальном направлении осуществляется быстро, а в вертикальном - медленно. Приемные детекторы 6 регистрируют обратно рассеянное рентгеновское излучение 13. Сигналы с них поступают на процессор, который формирует на дисплее оператора растровые изображения, яркость точек которых пропорциональна интенсивности обратно рассеянного излучения 13. Защитные экраны 8 выбраны таким образом, чтобы пропускать на приемный детектор 6, находящийся на данной каретке 3, обратно рассеянное рентгеновское излучение 13 от той области досматриваемого человека 1, на которую падает сканирующий пучок 12, генерируемый источником 5 рентгеновского излучения другой каретки 3, и поглощать неинформативное рентгеновское излучение 14, идущее на приемный детектор 6 с других направлений. Это условие обеспечивается за счет защитных экранов 8, выполненных преимущественно П-образной формы из материала с высоким атомным номером. Предотвращение влияния на приемные детекторы 6 источника 5 рентгеновского излучения противоположной каретки 3 обеспечивается за счет асинхронного движения кареток 3, когда одна из кареток 3 начинает и заканчивает движение по вертикали раньше другой. Разница во времени движения кареток 3 обеспечивается автоматически за счет введения фиксированной задержки в устройство управления перемещением кареток 3. При использовании микроконтроллера в таком устройстве обеспечивается высокая стабильность величины задержки, что позволяет использовать ее минимально возможное значение, например, 0,4 сек и тем самым минимизировать время сканирования. Излучение 14 от источника 5 левой каретки 3, рассеянное вперед в направлении приемного детектора 6 правой каретки 3, поглощается защитным экраном 8 правой каретки, и наоборот, так что на каждый приемный детектор 6 попадает только обратно рассеянное рентгеновское излучение 13 от источника 5, установленного на той же каретке 3. Это обеспечивает возможность одновременного сканирования досматриваемого человека 1 обоими сканирующими пучками 12 рентгеновского излучения и устранение шумов от неинформативного рентгеновского излучения 14. Общее время сканирования в досмотровом комплексе составляет Т + t, где Т - время хода каретки 3 из начального в конечное положение, t - задержка начала движения одной каретки 3 относительно другой. Поэтому, например, если время сканирования в досмотровом комплексе-прототипе составляет 2Т (поскольку в нем сканирующие пучки 12 работают поочередно), выигрыш по длительности сканирования, обеспечиваемый предложенным способом досмотра с использованием предложенного досмотрового комплекса, составляет Т - t. Например, при t = Т/2 выигрыш составляет Т/2, т.е. 2Т / (Т + Т/2) = 1,33 раза. При t = Т/3 выигрыш составляет 2Т/3, т.е. 2Т / (Т + Т/3) = 1,5 раза.

Пример реализации. Предлагаемые способ и устройство реализованы в досмотровом комплексе «Рубеж-ПЧ», предназначенном для проведения персонального досмотра с целью обнаружения предметов, скрытых под любым типом одежды, в том числе металлических и электронных изделий и взрывчатых веществ и выведения их изображения на ЖК монитор оператора. Опытный образец изготовлен ООО «Флэш электроникс» и прошел полный цикл приемочных испытаний на территории Большого Кремлевского дворца Московского Кремля, подтверждающих обеспечение получения высококачественного изображения досматриваемого человека 1 с двух противоположных сторон в течение одного цикла сканирования с обеспечением минимальной дозы и одновременно высокой скорости досмотра. В качестве источников 5 рентгеновского излучения использован рентгеновский аппарат постоянного потенциала типа ХС-100. В соответствии с заключением Федерального радиологического центра досмотровый комплекс обеспечивает выполнение норм по радиационной безопасности. Средняя за рабочий цикл комплекса мощность дозы на рабочем месте оператора, на расстоянии 10 см от досмотровых модулей 2 и границы подиума 11 не превышает 1,0 мкЗв/час. Амбиентный эквивалент дозы излучения за одно сканирование не превышает 0,03 мкЗв, что обеспечивает годовую дозу досматриваемого человека 1 менее 10 мкЗв/год при количестве сканирований до 330. Время сканирования одного досматриваемого человека 1 с обеих сторон составляет 4 сек. Общее время досмотра от вступления человека 1 на подиум 11 до выхода из досмотрового комплекса составляет 12-13 сек.

Способ досмотра и досмотровый комплекс в соответствии с изобретениями обеспечивают повышение пропускной способности досмотра по сравнению с известными аналогичными способами и устройствами, при этом обеспечивается достаточное для досмотровых целей высокое качество изображения и пренебрежимо малый уровень радиационного риска.

Использование: для досмотра людей с использованием рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют двустороннее сканирование досматриваемого человека тонкими пучками рентгеновского излучения из двух, размещенных по разные стороны досматриваемого человека, источников рентгеновского излучения путем вертикальной развертки за счет их линейного вертикального перемещения посредством снабженных электроприводом кареток и горизонтальной развертки посредством коллиматоров и регистрацию обратно рассеянного рентгеновского излучения посредством установленного на каждой из кареток приемного детектора для формирования растровых изображений досматриваемого человека за один цикл сканирования, при этом линейное вертикальное перемещение обоих источников рентгеновского излучения осуществляют одновременно и асинхронно с задержкой начала сканирования одного относительно другого, а рассеянное рентгеновское излучение, прошедшее от противоположного источника рентгеновского излучения, поглощают посредством защитных экранов на каждом из приемных детекторов. Технический результат: повышение пропускной способности при досмотре людей. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ досмотра, включающий двустороннее сканирование досматриваемого человека тонкими пучками рентгеновского излучения из двух, размещенных по разные стороны досматриваемого человека, источников рентгеновского излучения путем вертикальной развертки за счет их линейного вертикального перемещения посредством снабженных электроприводом кареток и горизонтальной развертки посредством коллиматоров и регистрацию обратно рассеянного рентгеновского излучения посредством установленного на каждой из кареток приемного детектора для формирования растровых изображений досматриваемого человека за один цикл сканирования, отличающийся тем, что линейное вертикальное перемещение обоих источников рентгеновского излучения осуществляют одновременно и асинхронно с задержкой начала сканирования одного относительно другого, а рассеянное рентгеновское излучение, прошедшее от противоположного источника рентгеновского излучения, поглощают посредством защитных экранов на каждом из приемных детекторов.

2. Способ досмотра по п.1, отличающийся тем, что при линейном вертикальном перемещении источников рентгеновского излучения одновременно поворачивают их вокруг горизонтальной оси для дополнительного вертикального перемещения сканирующего пучка рентгеновского излучения посредством дополнительных электроприводов, при этом при приближении к нижнему положению источника рентгеновского излучения его поворачивают вниз, а при приближении к верхнему положению - вверх.

3. Способ досмотра по п.2, отличающийся тем, что в нижнем положении каждого из источников рентгеновского излучения выбирают величину угла между направлением рентгеновского излучения и горизонтальной осью до 30 угловых градусов, а в верхнем положении - до 5 угловых градусов.

4. Досмотровый комплекс, содержащий процессор с подключенным к его выходу дисплеем оператора и два, размещенных по разные стороны досматриваемого человека, досмотровых модуля, каждый из которых включает снабженную электроприводом каретку, на которой размещены снабженный коллиматором источник рентгеновского излучения и связанный с процессором приемный детектор обратно рассеянного рентгеновского излучения, выполненную с обеспечением возможности ее линейного вертикального перемещения, и связанное с электроприводами устройство управления перемещением кареток, отличающийся тем, что устройство управления перемещением кареток выполнено с обеспечением возможности асинхронного движения кареток с задержкой начала движения одной каретки относительно другой, а каждый приемный детектор обратно рассеянного рентгеновского излучения на каждой из кареток снабжен защитными экранами, выполненными с обеспечением возможности поглощения рассеянного рентгеновского излучения на одной каретке от источника рентгеновского излучения на другой каретке.

5. Досмотровый комплекс по п.4, отличающийся тем, что каждый из защитных экранов выполнен П-образной формы из материала с высоким атомным номером.

6. Досмотровый комплекс по п.5, отличающийся тем, что в качестве материала защитных экранов выбран свинец.

7. Досмотровый комплекс по п.4, отличающийся тем, что каретки и устройство управления перемещением кареток выполнены с обеспечением возможности поворота каждой из кареток относительно горизонтальной оси в вертикальной плоскости при их линейном вертикальном перемещении, при этом каждая из кареток снабжена дополнительным электроприводом.

8. Досмотровый комплекс по п.4, отличающийся тем, что между досмотровыми модулями в их нижней части размещен подиум с площадкой для размещения досматриваемого человека, выполненный из материала, слабо рассеивающего рентгеновское излучение.

9. Досмотровый комплекс по п.8, отличающийся тем, что в качестве материала подиума выбрана нержавеющая сталь.