УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПУСКАНИЯ ЛУЧЕЙ И СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ДАННЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2015 года по МПК G01N23/203 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное устройство относится к устройству для испускания лучей и системе формирования изображений, имеющей это устройство для испускания лучей.

Уровень техники

Формирование изображений рассеяния обычно применяют при сканировании объекта по точкам с помощью узкого модулированного пучка лучей, при этом сигналы сканирования точек принимаются детектором. При обработке данных изображения, отражающие информацию об объекте, получают посредством однозначного соответствия между положениями сканирования и сигналами. При таком применении ключевым моментом является способ, с помощью которого моделируют и канализируют луч в узкий пучок, и осуществляют сканирование бегущим лучом.

При традиционном способе сканирования бегущим лучом поворотный экран с одним или более коллимирующими отверстиями поворачивается в секториальной плоскости сканирования луча, так что луч превращается в узкий пучок для бегущего луча пропусканием луча через одно или более коллимирующих отверстий, обеспечивая тем самым сканирование в первом размерном направлении. Для существенного улучшения эффективности обнаружения необходим детектор с большой площадью, чтобы покрывать, насколько возможно, телесный угол рассеянных лучей, образованных, когда узкий пучок сталкивается с объектом. Обычно детектор движется (переносится или поворачивается) по секториальной плоскости сканирования луча относительно контролируемого объекта, обеспечивая тем самым сканирование во втором размерном направлении. Относительное движение может быть таким, что секториальная плоскость сканирования луча и детектор движутся, в то время как объект является неподвижным, или секториальная плоскость сканирования луча и детектор являются неподвижными, в то время как объект движется. При выполнении сканирования в первом размерном направлении необходима установка приводного устройства с двигателем для вращения поворотного экрана, а при выполнении сканирования во втором размерном направлении требуется другая установка приводного устройства с двигателем для движения устройства формирования лучей, поворотного экрана и детектора вместе относительно объекта.

Как показано выше, для обеспечения двухмерного сканирования согласно известному способу сканирования бегущим лучом применяют обычно две установки механических приводных устройств, и их положения (или углы) движений в реальном времени взаимосвязаны, и необходим точный контроль. Две установки механических приводных устройств имеют сложные механические структуры. Если секториальная плоскость сканирования луча поворачивается, возникает дополнительная проблема, заключающаяся в том, что необходимо преодолевать момент инерции поворотного экрана.

Непрерывное движение сканирования во втором размерном направлении будет приводить к непараллельности фактической линии сканирования в первом размерном направлении с направлением движения в первом размерном направлении, с углом наклона между фактической линией сканирования и направлением движения, тем самым вызывая, в конце концов, геометрическое искажение изображений сканирования и ухудшение качества изображений. При большей скорости движения сканирования во втором размерном направлении происходит большее искажение. С другой стороны, чем меньше скорость движения сканирования во втором размерном направлении, тем больше общее время сканирования системы.

Следовательно, необходим усовершенствованный способ сканирования бегущим лучом, который может действительно исключить или ослабить упомянутую выше дилемму.

Раскрытие изобретения

Соответственно, задачей данного изобретения является обеспечение устройства для испускания лучей и системы формирования изображений, которые могут повысить качество изображения.

Согласно аспекту данного изобретения обеспечено устройство для испускания лучей, содержащее: цилиндр; источник излучения, расположенный в цилиндре, для испускания луча; и коллиматор, расположенный в цилиндре, причем коллиматор позволяет испущенному источником излучения лучу формировать секториальные пучки лучей во множестве положений в осевом направлении цилиндра, при этом цилиндр имеет формирующую узкие пучки часть, расположенную вдоль осевой длины цилиндра, соответствующей множеству положений, причем секториальные пучки лучей принимают форму узких пучков посредством формирующей узкие пучки части, когда цилиндр поворачивается вокруг оси вращения.

Согласно другому аспекту данного изобретения формирующая узкие пучки часть представляет собой множество отдельных отверстий, выполненных в цилиндрической стенке цилиндра, или щель, выполненную в цилиндрической стенке цилиндра.

Согласно дополнительному аспекту данного изобретения коллиматор содержит множество выполненных в виде прямых линий зазоров, расположенных в осевом направлении цилиндра, и луч, испущенный из источника излучения, по существу, формирует с помощью упомянутых зазоров секториальные пучки лучей.

Согласно другому дополнительному аспекту данного изобретения источник излучения содержит множество фокальных точек, расположенных в осевом направлении цилиндра и соответствующих множеству выполненных в виде прямых линий зазоров.

Согласно аспекту данного изобретения коллиматор имеет форму пластины и упирается в источник излучения.

Согласно аспекту данного изобретения, когда цилиндр поворачивается с помощью формирующей узкие пучки части последовательно, в осевом направлении, формируются узкие пучки.

Согласно аспекту данного изобретения сформированные секториальные пучки лучей, по существу, выровнены в осевом направлении цилиндра.

Согласно аспекту данного изобретения на оси вращения цилиндра расположено множество фокальных точек.

Согласно аспекту данного изобретения цилиндр представляет собой полый круговой цилиндр.

Согласно аспекту данного изобретения секториальные пучки лучей являются, по существу, перпендикулярными к оси вращения цилиндра.

Согласно аспекту данного изобретения множество фокальных точек является независимо управляемым.

Согласно аспекту данного изобретения сформированные узкие пучки сконфигурированы для осуществления двухмерного сканирования объекта.

Согласно аспекту данного изобретения коллиматор изготовлен из материала, который может экранировать луч.

Согласно аспекту данного изобретения цилиндр изготовлен из материала, который может экранировать луч.

Согласно аспекту данного изобретения обеспечена система формирования изображений, содержащая: упомянутое выше устройство для испускания лучей; и детектор для приема рассеянного луча, рассеянного контролируемым объектом, когда луч, испущенный устройством для испускания лучей, сталкивается с объектом.

Устройство для испускания лучей и система формирования изображений по данному изобретению могут обеспечивать рассеивающее сканирование контролируемого объекта. В данном изобретении применяют только сканирующее движение в первом размерном направлении, в то время как традиционное сканирующее движение во втором размерном направлении заменено переключением фокальных точек источника многопучкового рентгеновского излучения. Переключение фокальных точек может быть достигнуто только применением цифрового сигнала управления с конкретной временной последовательностью. Таким образом, значительно упрощается усложненная механическая структура привода двигателя и может быть легко управляемой скорость сканирования. Поскольку нет сканирующего движения во втором размерном направлении, и применено только вращение самого поворотного экрана в одном измерении, то не существует проблемы необходимости преодоления момента инерции поворотного экрана. Таким образом, данное изобретение гарантирует, что фактическая линия сканирования в первом размерном направлении всегда совмещена с направлением движения в первом размерном направлении, и в изображениях сканирования не существует, в принципе, геометрического искажения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематичный вид устройства для испускания лучей согласно варианту осуществления данного изобретения;

Фиг. 2а представляет собой схематичный вид источника излучения и коллиматора согласно варианту осуществления данного изобретения, в котором только одна фокальная точка испускает лучи;

Фиг. 2b представляет собой схематичный вид источника излучения и коллиматора согласно варианту осуществления данного изобретения, в котором все фокальные точки испускают лучи;

Фиг. 3 представляет собой чертеж цилиндра в развернутом виде согласно варианту осуществления данного изобретения; и

Фиг. 4а и 4b представляют собой схематичные виды системы формирования изображений согласно варианту осуществления данного изобретения.

Осуществление изобретения

Последующее описание изобретения будет выполнено ниже в отношении вариантов осуществления данного изобретения в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Как показано на Фиг. 4а и 4b, система 100 формирования изображений согласно данному изобретению содержит: устройство 30 для испускания лучей; детектор 40 рассеивания для приема рассеянного луча, рассеянного контролируемым объектом 6, когда луч, испущенный устройством 30 для испускания лучей, сталкивается с объектом, и часть 50 управления.

На Фиг. 1 устройство 30 для испускания лучей содержит: цилиндр 31; источник 33 излучения, расположенный в цилиндре 31, для испускания луча; и коллиматор 35, расположенный в цилиндре 31. Коллиматор 35 позволяет испущенному источником 33 излучения лучу формировать секториальные пучки 111 лучей во множестве положений в осевом направлении цилиндра 31. Цилиндр 31 имеет формирующую узкие пучки часть 311, размещенную вдоль осевой длины цилиндра 31, соответствующей множеству положений. Секториальные пучки 111 лучей принимают форму узких пучков посредством формирующей узкие пучки части 311, когда цилиндр 31 поворачивается вокруг оси вращения.

Как показано на Фиг. 1, 2а и 2b, источником 33 излучения может быть любой подходящий существующий источник многопучкового излучения. Например, источник 33 излучения может содержать множество фокальных точек 101, расположенных в осевом направлении цилиндра 31. Множество фокальных точек 101 расположено на оси вращения цилиндра 31. Ось вращения может быть центральной осью цилиндра 31. Множество фокальных точек 101 может быть независимо управляемым. Кроме того, источником 33 излучения может быть источник рентгеновского излучения. Каждый фокальный пучок 101 может испускать лучи независимо и может быть управляемым внешним сигналом управления для испускания лучей отдельно в определенной последовательности. Фиг. 2а и 2b иллюстрируют ситуации, когда фокальные точки источника 33 излучения испускают лучи соответственно отдельно и одновременно.

Как показано на Фиг. 1, 2а и 2b, коллиматор 35 содержит множество выполненных в виде прямых линий зазоров 351, расположенных в осевом направлении цилиндра 31, и луч, испущенный из источника 33 излучения, по существу, формирует с помощью зазоров 351 секториальные пучки 111 лучей. Множество фокальных точек 101 может соответствовать множеству выполненных в виде прямых линий зазоров 351. Коллиматор 35 имеет форму пластины и упирается в источник 33 излучения.

Коллиматором 35 может быть неподвижная экранирующая пластина. Неподвижная экранирующая пластина является неподвижной по отношению к источнику 33 излучения. Коллиматор 35 изготовлен из материала, такого как свинец, вольфрам, медь, сталь и тетраоксид свинца, а предпочтительно свинец, который может экранировать рентгеновское излучение. Множество выполненных в виде прямых линий зазоров 351 сформировано в неподвижной экранирующей пластине. Луч, испущенный источником 33 рентгеновского излучения, после коллимации выполненными в виде прямых линий зазоров 351 в неподвижной экранирующей пластине, превращается в секториальные пучки 111 лучей.

Как показано на Фиг. 1 и 3, цилиндром может быть полый круговой цилиндр или полый цилиндр, имеющий другую форму. Формирующая узкие пучки часть 311 представляет собой множество отдельных отверстий 311, выполненных в цилиндрической стенке цилиндра 31, или щель, выполненную в цилиндрической стенке цилиндра 31. Щель может быть линейной щелью, выполненной соединением таких отверстий 311, и через которые может проходить луч. Формирующая узкие пучки часть может иметь форму круга, прямоугольника, ромба, эллипса или т.п., предпочтительно круга.

Как показано на Фиг. 1, 3, 4а и 4b, когда цилиндр 31 поворачивается, секториальные пучки 111 лучей могут формировать посредством формирующей узкие пучки части 311 узкие пучки последовательно или в другом порядке, соответственно в осевом направлении цилиндра 31. Другими словами, узкие пучки, соответствующие множеству секториальных пучков 111 лучей, могут быть сформированы друг за другом, или с интервалами, в осевом направлении цилиндра 31 или могут быть сформированы другими образом. Сформированные узкие пучки выполнены для осуществления двухмерного сканирования объекта. Сформированные секториальные пучки 111 лучей могут быть, по существу, выровнены в осевом направлении цилиндра 31. Секториальные пучки 111 лучей могут быть, по существу, перпендикулярными к оси вращения цилиндра 31.

Цилиндр 31 может быть поворотным экраном и изготовлен из материала, который может экранировать рентгеновское излучение. Цилиндр 31 может быть изготовлен из одного материала, такого как свинец, вольфрам, медь, сталь и тетраоксид свинца, или сочетания этих материалов, и предпочтительно одного материала, выбранного из приведенной выше группы. Обычный способ, по которому цилиндр выполняют из сочетания материалов, является следующим. Пустотелый цилиндр состоит из скрепленных вместе трех цилиндров. Наружный цилиндр и внутренний изготовлены из материала, такого как алюминий или сталь, который имеет определенную жесткость и твердость для фиксации, в то время как промежуточный цилиндр изготовлен из обычного материала, экранирующего лучи, такого как свинец, сплав свинец-сурьма и вольфрам, для экранирования лучей.

Как показано на Фиг. 4а и 4b, фокальные точки 101 источника 33 излучения могут быть выполнены так, что одна из фокальных точек 101 источника 33 излучения может быть выровнена только с одним из отверстий 311 и испускать узкий пучок лучей без затруднений. Когда цилиндр 31 поворачивается, часть 50 управления управляет фокальной точкой 101 для испускания лучей и узкий пучок 112, испущенный из фокальной точки 101, двигается по прямой линии на объект 6 для выполнения ряда сканирования объекта. Когда цилиндр 31 повернут под углом, то другая точка из фокальных точек 101 источника 33 излучения может быть выровнена с другим отверстием из отверстий 311. Часть 50 управления управляет другой фокальной точкой 101 для испускания лучей, и узкий пучок 113, испущенный из другой фокальной точки, двигается по другой прямой линии на объект для выполнения другого ряда сканирования объекта. И так далее, когда цилиндр 31 поворачивается с одинаковой скоростью, часть 50 управляет соответствующими фокальными точками источника 33 излучения для испускания луча в последовательности, базирующейся на информации поворотного положения цилиндра 31, чтобы осуществить полное сканирование объекта 6, ряд за рядом. Это требует только одномерного движения, т.е. поворота цилиндра 31, для устройства, чтобы осуществить сканирование.

Детектор 40 может обнаруживать лучи, рассеянные от объекта 6, когда узкие пучки сталкиваются с объектом 6, преобразовывать рассеянные лучи в цифровые данные и передавать их в компьютер или часть 50 управления для обработки.

Часть 50 управления может управлять цилиндром 31 для поворота и управлять соответствующими фокальными точками 101 источника 33 излучения для испускания рентгеновского излучения на основании положения поворота цилиндра 31.

После коллимации коллиматором 35 луча, испущенного из любой из фокальных точек источника 33 излучения, только часть луча, которая может пройти через отверстие 311 цилиндра 31, может стать испущенным узким пучком, окончательно используемым для сканирования, в то время как остальная часть экранируется. Часть 50 управления приводит в движение цилиндр 31 для поворота, чтобы могло быть обеспечено сканирующее движение в первом размерном направлении. Кроме того, часть 50 управления получает информацию об угловом положении цилиндра 31 и управляет соответствующими фокальными точками источника 33 излучения для испускания лучей на основании предварительно заданной временной последовательности, чтобы обеспечить сканирующее движение во втором размерном направлении. Детектор 40 обнаруживает узкий пучок излучения, воздействующего на объект 6, и генерирует цифровые данные. При соответствии между цифровыми данными и положениями активных точек узкого пучка излучения, получают изображение рассеяния.

Как описано выше, данное изобретение обеспечивает устройство для испускания лучей и систему формирования изображений, имеющую такое устройство. Устройство для испускания лучей и система формирования изображений по данному изобретению могут обеспечивать рассеивающее сканирование контролируемого объекта. В данном изобретении применяют только сканирующее движение в первом размерном направлении, в то время как традиционное сканирующее движение во втором размерном направлении заменено переключением фокальных точек источника многопучкового рентгеновского излучения. Переключение фокальных точек может быть достигнуто только применением цифрового сигнала управления с конкретной временной последовательностью. Таким образом, значительно упрощается усложненная механическая структура привода двигателя и может быть легко управляемой скорость сканирования. Поскольку нет сканирующего движения во втором размерном направлении и применено только вращение самого поворотного экрана в одном измерении, то не существует проблемы необходимости преодоления момента инерции поворотного экрана. Следовательно, данное изобретение гарантирует, что фактическая линия сканирования в первом размерном направлении всегда совмещена с направлением движения в первом размерном направлении, и в изображениях сканирования не существует, в принципе, геометрического искажения.

Использование: для испускания лучей и формирования изображений посредством проникающего излучения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для испускания лучей содержит: цилиндр; источник излучения, расположенный в цилиндре, для испускания луча; и коллиматор, расположенный в цилиндре. Коллиматор позволяет испущенному источником излучения лучу формировать секториальные пучки лучей во множестве положений в осевом направлении цилиндра. Цилиндр имеет формирующую узкие пучки часть, расположенную вдоль осевой длины цилиндра, соответствующей упомянутому множеству положений. Секториальные пучки лучей принимают форму узких пучков посредством формирующей узкие пучки части, когда цилиндр поворачивается вокруг оси вращения. Технический результат: обеспечение возможности повышения качества изображения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для испускания лучей, содержащее:
цилиндр;
источник излучения, расположенный в цилиндре, для испускания луча; и
коллиматор, расположенный в цилиндре, причем коллиматор позволяет испущенному источником излучения лучу формировать секториальные пучки лучей во множестве положений в осевом направлении цилиндра,
при этом цилиндр имеет формирующую узкие пучки часть, расположенную вдоль осевой длины цилиндра, соответствующей упомянутому множеству положений, причем секториальные пучки лучей принимают форму узких пучков посредством формирующей узкие пучки части, когда цилиндр поворачивается вокруг оси вращения.

2. Устройство для испускания лучей по п.1, в котором формирующая узкие пучки часть представляет собой множество отдельных отверстий, выполненных в цилиндрической стенке цилиндра.

3. Устройство для испускания лучей по п.1, в котором формирующая узкие пучки часть представляет собой щель, выполненную в цилиндрической стенке цилиндра.

4. Устройство для испускания лучей по п.1, в котором коллиматор содержит множество выполненных в виде прямых линий зазоров, расположенных в осевом направлении цилиндра, и луч, испущенный из источника излучения, по существу, формирует с помощью упомянутых зазоров секториальные пучки лучей.

5. Устройство для испускания лучей по п.4, в котором источник излучения содержит множество фокальных точек, расположенных в осевом направлении цилиндра и соответствующих множеству выполненных в виде прямых линий зазоров.

6. Устройство для испускания лучей по п.1, в котором при повороте цилиндра с помощью формирующей узкие пучки части последовательно, в осевом направлении цилиндра, формируются узкие пучки.

7. Устройство для испускания лучей по п.5, в котором на оси вращения цилиндра расположено множество фокальных точек.

8. Устройство для испускания лучей по п.1, в котором цилиндр представляет собой полый круговой цилиндр.

9. Устройство для испускания лучей по п.1, в котором секториальные пучки лучей являются, по существу, перпендикулярными к оси вращения цилиндра.

10. Устройство для испускания лучей по п.1, в котором коллиматор изготовлен из материала, который может экранировать лучи.

11. Устройство для испускания лучей по п.1, в котором цилиндр изготовлен из материала, который может экранировать лучи.

12. Система формирования изображений, содержащая:
устройство для испускания лучей по п.1; и
детектор для приема рассеянного луча, рассеянного контролируемым объектом, когда луч, испущенный устройством для испускания лучей, сталкивается с объектом.