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輻射成象方法與系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:6133640閱讀:137來源:國知局
專利名稱:輻射成象方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種活體或非活體的輻射成象方法和系統(tǒng),更為具體地說,涉及一種適合于X射線層析攝影法的輻射成象方法與系統(tǒng)。
輻射成象方法與系統(tǒng)(通常是X射線成象方法與系統(tǒng))將來自于X射線源的X-射線引導(dǎo)到處于受檢查狀態(tài)的物體上,并用X-射線膠片或X-射線電視單元等等使透射過該物體的X-射線顯象出來。
X-射線膠片或X-射線電視單元等所形成的X-射線圖象,包括由X-射線膠片或電視監(jiān)示器顯象的透射式X-射線圖象照片(單純X-射線透射圖象),和由電視監(jiān)示器顯示的層析X-射線圖象。而且層析攝影圖象包含由CAT(計算機(jī)輔助層析攝影)產(chǎn)生的層析攝影圖象和直接層析攝影產(chǎn)生的圖象。前者由X-射線CAT掃描儀系統(tǒng)來完成,而后者則是用先前已知的X射線分層法或?qū)游鯴-射線照相法。
下文將敘述產(chǎn)生X-射線圖象的輻射成象方法與系統(tǒng)中,有待解決的問題。
首先,為了得到清晰的X-射線圖象,要求X-射線管的焦距長度要很小。但是,由于X-射線管陽極靶區(qū)的熱負(fù)載有一個限制,所以該焦距長度的下限必定被確定。即若使靶的尺寸變小,將導(dǎo)致靶的熱負(fù)載降低。最終無法獲得所需的焦距長度。
對于大的物體而言,X-射線傳感器必須有大的面積;否則,整個物體不能同時成象。大的X-射線傳感器包括有攝影膠片。實際上,與電子或半導(dǎo)體式傳感器相對應(yīng)的膠片尺寸局限于幾厘米的范圍,而與真空式傳感器相對應(yīng)的膠片尺寸限于幾十厘米。因此,需要一種能夠?qū)σ粋€大物體同時成象的成象方法。
第二,難以得到大的視場。隨著距X-射線管距離的增加,視場將變大。這樣,就有可能對一個大的物體同時完成成象。但是,隨著距X-射線管距離的增加,X-射線的強(qiáng)度減弱了。因此,不可能將物體放置在一個距X-射線管遠(yuǎn)得X-射線傳感器無法得到有實際意義的靈敏度的距離處。放置多個互相對置X-射線管和X-射線傳感器有可能提供一個大的視場。但是,這將會在成象視場內(nèi)產(chǎn)生不利的死間隙。于是,用傳統(tǒng)的方法難以得到大的視場。
第三,存在著一種現(xiàn)象,有害的X-射線散射光被成象在傳感器上,比如X-射線膠片,X-射線視象管,CCD圖象傳感器,或圖象增強(qiáng)器。這個現(xiàn)象是圖象清晰度降低的原因。
第四,當(dāng)物體是人體時,需要盡可能多地減小X-射線的曝光量。為了減小曝光量,除了減小X-射線管的輸出之外別無它法。但是,不可能將X-射線管的輸出設(shè)定在比得到X-射線圖象所需水平還低的水平上。
以下將敘述產(chǎn)生層析X-射線攝影圖象的輻射成象方法與系統(tǒng)中,有待解決的問題。
首先是需要減少成象時間。也就是說,做層析X-射線成象時,體內(nèi)運動最快的心臟需要成象速度最快。人類心臟大約以一秒為間隔在跳動。當(dāng)需要連續(xù)拍攝層析X-射線圖象時,就必須將成象時間縮短到大約1/10秒或1/10脈搏周期。在用于工業(yè)目的層析X-射線拍攝過程中,成象時間必須更短。它需要實時顯示圖象,即成象的計算時間為零。這是因為,與人體不同,一些工業(yè)產(chǎn)品連續(xù)高速度地在傳送線上移動著。
第二,需要產(chǎn)生出清晰的且沒有有害散射光線和不需人為圖象處理的層析X-射線圖象。也就是說,在用X-射線CAT掃描儀產(chǎn)生層析X-射線圖象時,增加了出現(xiàn)人為處理的圖象制品和不完整圖象的可能性。這會導(dǎo)致無法獲得高精度的檢查結(jié)果。
第三,需要快速同時獲得多個層析X-射線圖象。
第四,需要獲得有立體感的層析X-射線圖象。
第五,需要提供一種可以形成層析X-射線圖象并且可以對連續(xù)物體或幾個物體進(jìn)行檢查的成象方法與系統(tǒng)。
第六,需要提供一種被檢物體基本上不暴露在輻射中的成象方法與系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)生活體或非活體的X-射線圖象和/或?qū)游鯴-射線圖象的輻射成象方法與系統(tǒng),該方法與系統(tǒng)可以解決上述一或多個問題。
根據(jù)本發(fā)明,提供了一種物體輻射成象的系統(tǒng),包括用于產(chǎn)生會聚于給定位置的輻射束的會聚式輻射發(fā)生單元;一個與輻射發(fā)生單元相對的輻射傳感器單元,且兩者之間插入了物體;一個位于物體與輻射傳感器單元之間的針孔組件;和一個用于處理輻射傳感器單元輸出信號的信號處理單元。
該系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于相對于物體移動輻射發(fā)生單元、針孔組件和輻射傳感器單元的機(jī)構(gòu)。
在該系統(tǒng)中,輻射傳感器單元包括存儲式二維輻射傳感器,它有一個以相應(yīng)于物體與輻射傳感器單元間的相對速度的速度移動存儲電荷的機(jī)構(gòu)。
在該系統(tǒng)中,會聚式輻射發(fā)生單元包括多個平行排列的會聚式輻射發(fā)生器。
在該系統(tǒng)中,輻射傳感器單元包括一種有一定排列的移動存儲式CCD,其每一個中存儲的電荷都被移動和累加,和用于以一定速度移動該移動存儲式CCD中所存儲的電荷的機(jī)構(gòu),所述的一定速度相應(yīng)于物體內(nèi)特定平面斷層與移動存儲式CCD之間的相對移動速度。
在該系統(tǒng)中,信號處理系統(tǒng)包括一個高通濾波器。
在該系統(tǒng)中,針孔組件有一針孔,其直徑被設(shè)定成使輻射的會聚和發(fā)散角為50度或更大的值。
在該系統(tǒng)中,針孔組件和輻射傳感器單元彼此靠近放置。
在該系統(tǒng)中,針孔組件包括一個針孔板和一個狹縫板。
在系統(tǒng)中進(jìn)一步包括一個插在輻射發(fā)生單元與物體之間的對準(zhǔn)組件,它用于防止物體暴露在未落到輻射傳感器單元上的輻射之中。
在該系統(tǒng)中,對準(zhǔn)組件包含平行放置并有許多孔的第一和第二對準(zhǔn)板,第二對準(zhǔn)板上每個孔的中心坐標(biāo)相對于第一對準(zhǔn)板上相應(yīng)孔的中心坐標(biāo)成比例縮小或放大。
一種物體輻射成象方法,包括如下步驟產(chǎn)生輻射束以使其會聚于一預(yù)定點;用輻射照射物體;檢測經(jīng)針孔組件透過物體的輻射;并處理輻射檢測信號。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將在下文中說明,而且有一部分可以通過這些說明文字顯而易見,或者可以受本發(fā)明實踐的教導(dǎo)。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以借助于權(quán)利要求書特別指出的手段及組合來實現(xiàn)和獲得。
包括在說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖,代表性地表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例,并與前文的概括性描述及下文對優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述一起,解釋本發(fā)明的原理。
圖1是一個本發(fā)明輻射成象系統(tǒng)的框圖;圖2A,2B和2C表示了直接層析X-射線成象的原理;圖3A到3E表示了X-射線發(fā)生器;圖4表示本發(fā)明的會聚式二維X-射線發(fā)生器;圖5是圖4沿著V-V線的斷層圖;圖6和7是本發(fā)明會聚式二維X-射線發(fā)生器另一個實施例的斷層圖;圖8表示本發(fā)明會聚式二維X-射線發(fā)生器又一個實施例的斷層圖;圖9表示本發(fā)明會聚式二維X-射線發(fā)生器,X-射線傳感器,和針孔組件之間的關(guān)系;圖10表示本發(fā)明會聚式二維X-射線發(fā)生器的再一個實施例;圖11A,11B和11C表示了X-射線發(fā)生器,X-射線傳感器,針孔組件,及要在本發(fā)明的系統(tǒng)中成象的物體之間的關(guān)系;圖12表示了X-射線發(fā)生器,X-射線傳感器,針孔組件,及要在本發(fā)明的系統(tǒng)中成象的物體之間的關(guān)系;圖13A,13B和13C表示了驅(qū)動本發(fā)明面積式圖象傳感器的方法;圖14和15表示了X-射線發(fā)生器,X-射線傳感器,含有狹縫板的針孔組件,及要在本發(fā)明的系統(tǒng)中成象的物體之間的關(guān)系;圖16表示了一個其中放置有多個X-射線發(fā)生器的本發(fā)明實施例;圖17和18表示了根據(jù)本發(fā)明獲得多個層析X-射線圖象的方法;圖19表示了根據(jù)本發(fā)明獲得一個層析X-射線圖象的方法;圖20是一個本發(fā)明信號處理系統(tǒng)的框圖;圖21和22是用于解釋對準(zhǔn)組件作用的示意圖;圖23是圖22中對準(zhǔn)組件的平面圖;圖24到27是用于解釋對準(zhǔn)組件作用的示意圖;圖28是一個用于解釋高通濾光器作用的示意圖29表示了本發(fā)明的一個活體層析X-射線攝影裝置;圖30表示了圖29中X-射線傳感器單元的結(jié)構(gòu);圖31表示了本發(fā)明的一個鋼板探傷系統(tǒng);圖32表示了圖31的鋼板;圖33表示了X-射線發(fā)生器,X-射線傳感器,含有狹縫板的針孔組件,及要在圖31的系統(tǒng)中成象的物體之間的關(guān)系;圖34是一個用于解釋圖31系統(tǒng)中缺陷判定方法的示意圖;以及圖35表示了本發(fā)明的一個壓鑄件缺陷探傷系統(tǒng)。
本發(fā)明是一種成象系統(tǒng),如圖1所示,其中X-射線發(fā)生器101和X-射線傳感器102彼此相對放置,而待成象的物體100介于其間;用作空間濾波器的針孔組件104處于物體100與X-射線傳感器102之間。在此系統(tǒng)中,物體100和X-射線傳感器102做相對運動,以直接形成層析X-射線圖象。這種相對運動是由實際移動物體100和X-射線傳感器102,或?qū)-射線傳感器102實行電子控制而實現(xiàn)的。一個系統(tǒng)控制器105控制著其上放置有物體100的床的移動,和X-射線發(fā)生器101的工作,X-射線傳感器102的移動與檢測工作,及信號處理器106處理傳感器102輸出信號的工作。信號處理器106產(chǎn)生的輸出圖象顯示在一個顯示單元107上。
在描述本發(fā)明的實施例之前,將參考圖2A,2B,和2C,就用于本發(fā)明成象系統(tǒng)的X-射線直接層析攝影的原理加以說明。如這些圖所示,X-射線管101所發(fā)出的X-射線103透過物體100并到達(dá)存儲式圖象傳感器102上的點S。如果物體100特定片層SL1的行進(jìn)速度和傳感器102的行進(jìn)速度,被設(shè)定為彼此相等,則X-射線管101,物體100和傳感器102的位置關(guān)系將按照時間順序依次為圖2A→圖2B→圖2C。
在圖2A,2B和2C中,令特殊片層SL1上的一個任意點為A。在2A圖中,通過A點的X-射線強(qiáng)度被存儲于傳感器102上的S點處令該強(qiáng)度為X1。令與X-射線103有關(guān)的幾個特定點為B,E和A。然后,可以簡化成X1=B+A+E。
相似地,在圖2B中有X2=C+A+F,在圖2C中有X3=D+A+G。
由于傳感器是102是一個存儲式圖象傳感器,所以其存儲的強(qiáng)度由(X-射線強(qiáng)度)=(X1)+(X2)+(X3)表示。
于是,(X-射線強(qiáng)度)=(B+A+E)+(B+C+D)+(D+A+G)=(A+A+A)+(B+C+D)+(E+F+G)=(3A)+(B+C+D)+(E+F+G)盡管這個表達(dá)式足以獲得X-射線直接層析攝影的理論概念,但是缺乏數(shù)學(xué)上的嚴(yán)謹(jǐn)性。嚴(yán)格地做法是,將A,B,C,D…每一點處的材料吸收因子U代入X-射線吸收表達(dá)式I=I0EXP(-UT),這里I是透過后的X-射線強(qiáng)度,I0是透過前的X-射線強(qiáng)度,而T是物體100的厚度。
在(X-射線強(qiáng)度)=(3A)+(B+C+D)+(E+F+G)式中,如果可以認(rèn)為A是重點部位,而(B+C+D)和(E+F+G)是平均背景(背景值),則(X-射線強(qiáng)度)=(3A重點部位)+(平均背景)。如果平均背景是完全平均背景,則根據(jù)人體外觀,(X-射線強(qiáng)度)=(3A重點部位)=(A+A+A)。這就是直接層析X-射線攝影。
下文將說明本發(fā)明的組成。用于本發(fā)明的存儲式圖象傳感器是一種X-射線傳感器,在其中射入的X-射線軌跡被記錄和累加起來,除非它們被主動地刪除或轉(zhuǎn)移。
存儲式圖象傳感器的具體實例包括一種攝影膠片,CCD圖象傳感器,及光累積式成象板。
X-射線發(fā)生器包括現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)出發(fā)散X-射線束的發(fā)散X-射線源,和本發(fā)明中使X-射線束的X-射線會聚于特定點的會聚式X-射線束源。圖3A到3E表示了各種類型的X-射線源。表示現(xiàn)有技術(shù)的圖3A表示出一種具有零坐標(biāo)X-射線發(fā)生體(點)1101的零坐標(biāo)X-射線源,它是一發(fā)散的X-射線源。
圖3B表示了一種具有一維X-射線發(fā)生體(線)1102的一維X-射線源,圖3C表示了具有二維X-射線發(fā)生體(平面)1103的二維X-射線源,圖3D表示了具有三維X-射線發(fā)生體(彎曲表面)1104的三維X-射線源,和圖3E表示了具有三維X-射線發(fā)生體(環(huán))1105的三維X-射線源,它們都是會聚X-射線源。在本發(fā)明中,會聚X-射線源可以用做X-射線發(fā)生器。
圖4和圖5示意性地表示了一種可用于本發(fā)明的二維會聚式X-射線發(fā)生器。在這個反射式的X-射線發(fā)生器中,兩個陰極121裝在真空容器120中并陰極電源122加熱,從而發(fā)射熱電子。熱電子由陽極電源123加在陽極124上的高電壓所產(chǎn)生的電場進(jìn)行加速,然后轟擊陽極,從而發(fā)出X-射線。在圖4中,有兩個陽極作為靶子。由此而產(chǎn)生的部分X-射線通過X-射線透明窗125和針孔組件126。
圖6表示了一種透射式X-射線發(fā)生器,其中三個陰極121和陽極124′之間的位置關(guān)系,與圖5反射式的相反。圖7表示了一種透射式X-射線發(fā)生器,其中陽極124″被置于X-射線透射窗125之外。
如圖8所示,在圖4到7所示實例之一的X-射線發(fā)生器130與X-射線傳感器102之間,插有針孔組件104,該組件使物體100的X-射線圖象形成在一個大的視場中,而非X-射線傳感器的小視場中。如圖9所示,可以有多個針孔組件104和相等數(shù)量X-射線的傳感器102,以便使每個針孔組件與相應(yīng)X-射線的傳感器彼此相對,提供一個更大的攝影視場。圖8和9的實施例沒有產(chǎn)生成象視場的死區(qū)。
在圖10中,真空容器120中陰極121發(fā)射的熱電子,朝著陽極的方向加速,從而與陽極124A碰撞。碰撞能量被轉(zhuǎn)換成X-射線能量,由此產(chǎn)生X-射線。當(dāng)陽極124A有一個焦點在針孔組件104處的拋物面形表面時,透過針孔組件104的X-射線比率,比其他陽極表面形狀的情況要大。該拋物面具有反射準(zhǔn)直光線而使之會聚在其焦點上的特性。已知熱電子碰撞陽極時的角度與從陽極發(fā)射的要被發(fā)出大多數(shù)X-射線的角度等同于光的入射角和反射角。如圖10所示,大多數(shù)X-射線透過針孔組件。實際上拋物面是經(jīng)昂貴的拋光成形的;所以采用便于成形的彎曲表面。當(dāng)然這種彎曲表面應(yīng)該盡可能接近拋物面。在本發(fā)明中,稱之為近似拋物面。一個近似拋物面形的陽極實例,是由玻璃制成的一種,并且其表面具有通過濺射或熱噴而形成的鎢膜。另一個實例是鋁制的,且其表面具有借助于蒸鍍技術(shù)而形成的鉭膜或鎢膜。
在圖11A,11B和11C中,假設(shè)X-射線傳感器102以與物體100相同的速度運動。當(dāng)物體和傳感器如圖11A,11B和11C所示移動時,從X-射線發(fā)生器130發(fā)射的X-射線的將物體100的簡單X-射線圖象形成在X-射線傳感器102上。圖11A,11B和11C的X-射線傳感器102是一種二維傳感器,比如是一種攝影膠片。為了獲得清晰X-射線的圖象,焦點的尺寸必須要小。選擇針孔組件104孔的直徑,可以得到清晰的X-射線圖象。原因是針孔組件與X-射線管的直徑大小相對應(yīng)。在圖11A,11B和11C中,X-射線發(fā)生器130和針孔組件104是靜止的,而物體100和傳感器102是運動的。與之相反,也可以X-射線發(fā)生器130和針孔組件104是運動的,而物體100和傳感器102是靜止的;或者所有的都運動。
在圖11A,11B和11C中,X-射線傳感器102可以是二維CCD傳感器。在不做層析X-射線成象而進(jìn)行簡單X-射線成象的情況下,為了提高以預(yù)定量照射在CCD傳感器200上的X-射線量,針孔組件104可以提供大量的針孔,而且還可以垂直地放置大量的狹縫板。也就是說,由于針孔組件的孔直徑較小而得到的較小焦點減少了X-射線的透過量,所以采用多層狹縫式針孔組件,它由針孔組件和一組狹縫板構(gòu)成。
現(xiàn)在加將參考圖12說明被攝物斷層與X-射線傳感器102中的CCD器件(一種二維CCD圖象傳感器)之間的關(guān)系。傳感器102包括一個X-射線源(未示出),一個針孔組件,和一個CCD器件。被攝物被移動,以形成斷層SL1到SL4的圖象。
從針孔組件的針孔,可以看到斷層SL1到SL4中有相同區(qū)域的那些部分。與最下面的斷層SL4對應(yīng)的視角R′比斷層SL1到SL3的要大。對應(yīng)于最上邊斷層SL1的視角R比其他斷層SL2到SL4的要小。斷層SL1到SL4的圖象通過針孔被投影到CCD器件的受光表面上。在這些圖象中,最下邊斷層SL4的圖象移動得最快,而最上邊斷層SL1的圖象移動得最慢。
在使最上邊斷層SL1從P點移動到Q點的同時,CCD器件從q點移動到p點,由此成功地形成被攝物斷層SL1的圖象。相似地,在使第二最上邊斷層SL2在P點與Q點之間移動相同距離的同時,移動CCD器件,以此形成被攝物斷層SL2的圖象。進(jìn)一步地,在使第三最上邊斷層SL3在P點與Q點之間移動相同距離的同時,移動CCD器件,以此形成被攝物斷層SL3的圖象。在使最上邊斷層SL1從P′點移動到Q′點的同時,CCD器件從q′點移動到p′點,由此成功地形成被攝物斷層SL1的圖象。
本實施例有一個單獨CCD的器件,它以不同的速度移動,以便一個接一個地形成被攝物不同斷層的圖象。根據(jù)本發(fā)明,X-射線傳感器102可以有多個CCD器件,它們可以同時以不同的速度移動,以便同時形成被攝物不同斷層的圖象。根據(jù)本發(fā)明,形成被攝物不同斷層圖象的各種方法將在下文中參考附圖31,33和35進(jìn)行說明。
現(xiàn)在將參考附圖13A,13B和13C說明驅(qū)動二維CCD圖象傳感器200的方法。在這個驅(qū)動方法中,如圖13A,13B和13C所示,CCD器件M×N個象素的每一個中產(chǎn)生的一個電荷,沿著VD方向(垂直驅(qū)動方向或圖13A,13B和13C的“N”方向)移動,并且沿著VD方向被存儲和累加。在說明書中,采用這種驅(qū)動方法的的二維CCD,是移動存儲式CCD300,這種CCD300是一種簡化形式的存儲電荷移動累加式CCD。
在圖11A,11B,11C和14中,盡管二維CCD圖象傳感器200有與物體移動速度相同的移動速度,但移動存儲式CCD也可以如圖15所示靜止。這是因為所存儲的電荷的移動代替了CCD的移動。
由于具有針孔組件104,所以本發(fā)明的成象方法與裝置不受散射光的影響。即,散射光被針孔組件消除了。在針孔組件104上鉆直徑小的孔可以獲得小的焦點尺寸。當(dāng)針孔組件104孔的直徑小時,入射到X-射線傳感器上的X-射線量就要減少,這將需要高靈敏度的X-射線傳感器才可獲得X光圖象。在這種情況下,要使用高靈敏的移動存儲式CCD。CCD與雙倍靈敏度器件的圖象倍增器的組合將提供更高的靈敏度。換句話說,針孔組件中孔的直徑可以更小。
在直接層析X射線攝影中,通過加大圖2所示的角度ANG改善圖象的清晰度。如圖16所示,當(dāng)多個X-射線發(fā)生器101以弧線排列時,將有可能加大與針孔組件104有關(guān)的有效聚焦和發(fā)散角(對應(yīng)與角ANG)。根據(jù)實驗,好的層析X-射線成象,通過設(shè)定50°或更大角而獲得。
在圖17中,表示了片層(平面斷層)SL1到SL5被同時成象的情況。將五個針孔組件1041到1045和五個存儲式X-射線傳感器3001到3005這樣放置,使對應(yīng)的針孔組件和X-射線傳感器彼此相對,從而使每個X-射線傳感器的等效運動速度等于物體100相應(yīng)一個片層的等效運動速度。比如,傳感器3001的等效運動速度等于片層SL1的等效運動速度,而傳感器3002的等效運動速度等于片層SL2的等效運動速度。這樣做,片層SL1到SL5可以同時成象。
圖18表示了存儲式X-射線傳感器是移動存儲傳感器的情況。在這種情況下,采用針孔組件104與移動存儲CCD300的組合。在圖18中,片層SLA,SLB和SLC的存儲載體等效移動速度按照SLA,SLB和SLB的次序變慢。例如,通過使存儲的電荷的等效移動速度等于片層SLB的等效移動速度,可以得到片層SLB的圖象。為了同時獲得多個片層的圖象,需要移動高速移動物體100,或者高速一起移動針孔組件104和X-射線傳感器200(300)。
在圖19中,當(dāng)物體100靜止時,存儲型X-射線傳感器200可以沿著圖紙上的上下方向(平行于圖紙)移動或者垂直于圖紙移動。另一方面,當(dāng)物體移動時,一個移動存儲型CCD300的X-射線傳感器可以靜止。
現(xiàn)在將說明本發(fā)明中的物體。在許多情況下,大量形狀相同的工業(yè)產(chǎn)品被制造出來并在組裝線上連續(xù)傳送。這種產(chǎn)品得實例是一種壓鑄產(chǎn)品,它經(jīng)常需要對其缺陷(如鑄件空腔)進(jìn)行層析X-射線攝影檢驗。在本發(fā)明中,不同于計算機(jī)化的層析X-射線攝影(CT),產(chǎn)生層析X-射線圖象不需要計算時間;因此可以實時獲得物體的斷層圖象。所以,能夠?qū)B續(xù)傳送的行進(jìn)中的鋼板類產(chǎn)品、或者間斷傳送的壓鑄類產(chǎn)品,實現(xiàn)實時層析X-射線攝影檢驗。在層析X-射線攝影檢驗中,合格產(chǎn)品的正常斷層圖象用作待測產(chǎn)品斷層圖象的對比物。如圖20所示的一個信號處理系統(tǒng),包括一個接收和存儲來自傳感器的圖象的物體圖象存儲器401,一個參考圖象存儲器402,一個圖象比較器403,和一個異常部分提取器404,該系統(tǒng)可以用于做產(chǎn)品的正常/異常判斷。
對于一些物體必須注意,它們不應(yīng)暴露在無用的X-射線中。人體是這類物體的一個實例。為了減小輻射的傷害,需要減少無用的X-射線曝光。
在圖21中,在二維或三維輻射源101發(fā)出的輻射中,用實線表示的必要射線103A透過物體100和針孔組件104,并到達(dá)存儲型圖象傳感器200,由此產(chǎn)生一個層析X-射線攝影圖象(斷層圖象)。另一方面,不必要的射線103B用虛線表示它對產(chǎn)生層析X-射線攝影圖象沒有用處。
在圖22中,X-射線對準(zhǔn)組件500放置在二維或三維X-射線源101與物體之間,它使必要的射線103A透過針孔組件104到達(dá)存儲型圖象傳感器200,而阻擋不必要X-射線的03B。
圖23是X-射線對準(zhǔn)組件500的平面圖。對準(zhǔn)組件500上形成有大量的孔500A。圖24是圖23沿著XXIV-XXIV線的一個截面圖。組件500由上對準(zhǔn)板5001和下對準(zhǔn)板5002構(gòu)成。上下對準(zhǔn)組件上孔的位置使X-射線103透過針孔組件104并到達(dá)存儲型圖象傳感器200。每個上下對準(zhǔn)板可以分別成孔,且由于板較薄,在形成孔的過程中可以垂直加工。這樣便于孔的加工處理。如圖22所示,當(dāng)對準(zhǔn)組件500由圖22所示的單個板構(gòu)成時,該板必須斜角加工成孔,而且孔與孔的傾斜度是不同的。這使孔的制作變得困難了。盡管圖23表示為圓形孔,但是孔可以采取任何其他形狀,比如方形六角形等等。為此,X-射線對準(zhǔn)組件適宜用薄板。
圖25示意性地表示了X-射線對準(zhǔn)組件上的孔與針孔組件之間的位置關(guān)系。如果每個上下對準(zhǔn)板5001和5002上的孔都是等間距的,則上下板的相應(yīng)孔中心坐標(biāo)由一個比例關(guān)系(如成比例放大或縮小),透過兩對準(zhǔn)板的X-射線103將會聚在一點。這可以如圖26和27做幾何證明。
圖26是圖25中一部分的示意圖。首先,令C為輻射AB和DE的交叉點。讓我們證明EG的延長線通過圖25中的C點。ADF和BEG彼此平行,且AD=DF和BE=EG。令G′為F和C的連線與下對準(zhǔn)板5002的交叉點。那么需要證明G′與G重合。三角形CDF和三角形CEG′是相似三角形。由于AD=DF,BE=EG′。從等間距的假設(shè)可得BE=EG。所以EG=BE=EG′。于是證明了G′與G重合。
盡管圖25是用一維表示的,上述證明可以在二維中如法炮制。實際中的上下對準(zhǔn)板是二維的。會聚于一點上的大量X-射線束是二維分布的。
圖28是圖2A到2C得局部放大圖。在圖28中,X-射線束X1透過物體并到達(dá)存儲式圖象傳感器,同時在B1,B2,B3,…A,…E4,E3,E2,E1點有吸收。為此,假設(shè)在B3點發(fā)生強(qiáng)烈吸收,那么物體100特定片層SL1上的B3點附近的層析X-射線攝影圖象值將受到影響。在圖28中,以物體移動的方向為橫坐標(biāo)并以圖象信號值為縱坐標(biāo),表示了B3點對信號值的影響。當(dāng)吸收小時,信號值大,反之亦然。B3點處的吸收甚至可以影響到有X1,X2,X3,X4,X5…,XN(N時一個大數(shù))束X-射線透過的A點圖象信號值。
B3點對其附近得整個部分都有影響。其原因是,透過B3點的X-射線涉及至少50度或更大得范圍。于是,B3的影響呈現(xiàn)為電子波形的低頻成分(非充分平均)。當(dāng)對波形進(jìn)行高通濾波處理時,將得到象圖28中所示消除了低頻成分的圖象信號這樣的信號波形。由此減小了B3點的影響。
作為一個實例,當(dāng)物體是人體且層析X-射線圖象被觀察以識別患病部分和檢查該部分的情況時,經(jīng)常需要立體觀看。在對特定內(nèi)部組織做成象診斷的過程中,適宜將該組織的前后圖象彼此重疊著觀看,以獲得立體視覺效果。這將使該組織與周圍區(qū)域之間關(guān)系的判斷變得容易。獲得良好的可視度。
另一方面,原則上講CT用于產(chǎn)生軀體一個平面斷層的一個圖象,因而沒有深度的信息。為了得到立體圖象,必須從軀體多個平面斷層的多個圖象中產(chǎn)生,并需要繁復(fù)的計算。此外,由于各個平面斷層之間存在間隔,所以難以產(chǎn)生完全的立體圖象。
原則上講,能夠產(chǎn)生人為圖象。另一方面在本發(fā)明中,不需要計算產(chǎn)生平面斷層圖象,因為本來就不產(chǎn)生直接層析X-射線攝影和人為圖象。
下文將參考


本發(fā)明的實施例。圖29表示了本發(fā)明的一個以醫(yī)學(xué)應(yīng)用為目的的實施例。如圖29所示,床11放置在地板10上。受檢人體12躺在床11上。由框架裝置13支撐的X-射線傳感器單元14放置在床11下,而由未示出的支撐組件支撐的X-射線源15放置在床的上方??蚣苎b置13裝備有安置于地板上的框架驅(qū)動單元16,與框架驅(qū)動單元16相連接用于安裝X-射線傳感器單元14的組件17,框架18,和具有帶等間距孔的X-射線對準(zhǔn)組件500的X-射線遮擋組件19??蚣茯?qū)動單元16沿著40所示的方向同時往復(fù)移動組件17,框架18,和X-射線遮擋組件19。X-射線源15與高強(qiáng)度電源20和陰極電源21相連接,以為X-射線源提供產(chǎn)生X-射線31所需的X-射線源預(yù)定陽極電壓和陰極電壓。
在本實施例中,二維或三維輻射源15包括許多比鄰的所示X-射線的管。X-射線管的比鄰放置產(chǎn)生了全角輻射范圍。部分X-射線31被X-射線遮擋組件19和X-射線對準(zhǔn)組件500阻擋,其余的X-射線X-射線通過對準(zhǔn)組件和人體12,并進(jìn)入X-射線傳感器單元14。
X-射線傳感器單元14包括作為其主要部件的一個受CCD驅(qū)動器22驅(qū)動的CCD。X-射線傳感器單元14的輸出信號提供給信號處理單元30,該處理單元包括一個圖象存儲器31,一個層析X-射線圖象變換器32,一個顯示單元33,一個圖象文件34,和一個高通濾波器35。當(dāng)需要時,高通濾波器與層析X-射線圖象變換器32并聯(lián)在圖象存儲器31和顯示單元33之間。需要時,圖象存儲器31和顯示單元33可以直接連接。
如圖30所示,X-射線傳感器單元14包括X-射線三個傳感器元件14A1,4B和14C,其每一個都有一針孔組件40(空間濾波器)和一傳感器41。該傳感器由閃爍器41A,圖象增強(qiáng)器41B,光學(xué)系統(tǒng)41C,和二維存儲式CCD圖象傳感器41D構(gòu)成。
物體是靜止的,而遮擋組件,X-射線對準(zhǔn)板500和包含有空間濾波器40的傳感器41固定在框架18上。如圖29所示,框架18由框架驅(qū)動單元16驅(qū)動做往復(fù)運動。在圖30中,三個存儲式圖象傳感器排列成一行。假設(shè)三個傳感器沿著框架移動方向的垂直方向排列三行。那么,框架每往復(fù)運動一次將得到18(=3×3×2)個平面斷層的圖象。假設(shè)框架在1秒內(nèi)往復(fù)運動10次,則可在1秒鐘內(nèi)得到180(=3×3×2×10)個圖象。
由CCD驅(qū)動器22向CCD圖象傳感器41D提供驅(qū)動信號,以使其中存儲電荷的運動速度等于物體各個平面斷層的運動速度。CCD圖象傳感器的輸出信號被存儲于圖象存儲器31中。當(dāng)不需要轉(zhuǎn)換平面斷層的角度時,圖象信號被轉(zhuǎn)移的顯示單元33和用于圖象顯示的圖象文件34中記錄,而不加載到斷層圖象變換器32中。當(dāng)需要不平行于物體等效運動方向(或與之成某個角度)的平面斷層圖象時,圖象被轉(zhuǎn)換到圖象變換器32中的一個所需角度,然后轉(zhuǎn)移到顯示單元33和圖象文件34中。在此情況下,根據(jù)需要圖象轉(zhuǎn)換電路32可以包括高通濾波器35。
現(xiàn)在將參考圖31到35說明本發(fā)明的另一個實施例。在圖31中,物體100是一個用連續(xù)鑄機(jī)生產(chǎn)的鋼板,并處于高溫赤熱狀態(tài)。物體沿箭頭所示方向移動。物體有圖32所示的形狀,且通常有150mm厚,約1到3m寬,和大約100m長。物體沿著箭頭的方向以大約每秒0.1m的速度移動。鋼板的截面如圖32所示是矩形的。
鋼板層析X-射線攝影的主要目的是檢驗產(chǎn)品的缺陷。缺陷包括外來材料造成的雜質(zhì),表面裂痕,近表面裂痕,近表面孔隙等等。這些缺陷中,重要的是近表面裂痕。這種裂痕是有害的,很可能在隨后的軋制過程中遺留下來或擴(kuò)大。存在于內(nèi)部的裂痕在隨后的軋制過程中可以壓實,所以它們是無害的。此外,外來材料無論它們在哪里都是有害的。
如上所述,對鋼板的整個厚度作全面檢驗不適合于在線檢驗,而需要厚度方向的平面斷層檢驗。最終是需要平面斷層圖象。
在圖31中,高強(qiáng)度電源20為二維或三維排列的X-射線管15提供了一個高電壓。每個X-射線管的陰極由陰極電源21加熱。為了保護(hù)X-射線管不受周圍高溫環(huán)境的影響,它們被裝入一個X-射線管容器39A內(nèi)并用水冷管39B供應(yīng)的水進(jìn)行冷卻。在容器的X-射線發(fā)射端放置一個熱反射板15A,它是對赤熱的鋼板有良好反射性能的鎳板。
X-射線管15發(fā)出的X-射線透過作為物體的鋼板,并進(jìn)入圖30所示的X-射線傳感器單元14。在該X-射線傳感器單元中,X-射線通過針孔40而進(jìn)入相應(yīng)CCD的圖象傳感器41D。在物體100的移動方向上圖象傳感器的數(shù)量至少為三個,而自寬度方向上從幾個到上百個,這取決于測量的寬度。由于在物體移動方向上至少有三個圖象傳感器,所以物體至少有三個平面斷層,諸如上,中,下表面層,可以成象。
平面斷層的圖象信號如圖34被處理。在圖34中,縱坐標(biāo)表示CCD的輸出而橫坐標(biāo)為寬度方向。當(dāng)有裂痕存在的情況下,在其所在位置X-射線透過增加,信號強(qiáng)度隨之增加。與預(yù)定檢驗電平比較,判斷是否為缺陷。CCD圖象傳感器41D的輸出信號由圖象存儲器31,高通濾波器35,和異常圖象核對電路37處理。判斷的結(jié)果輸出到報警器38。異常圖象被存儲在圖象存儲器36中并輸出到顯示單元33。與X-射線管一樣,CCD圖象傳感器41D也裝在一個水冷容器中以隔熱。
在圖31中,表示了檢驗物體的三個平面斷層的安排。為了增加受檢平面斷層的數(shù)量,可以增加物體移動方向上的圖象傳感器的數(shù)量;或者可以在物體移動方向上,安排多個圖31所示的那種安排組合。
參考圖35說明本發(fā)明的再一個實施例。在圖35中,物體是一個壓鑄件62。該壓鑄件由相同的金屬模鑄而成;所以它們的尺寸和形狀相同。但是,在壓鑄件中,可能產(chǎn)生有孔隙這一類的缺陷,且有可能產(chǎn)生由小碎屑等等導(dǎo)致的尺寸異常。因此,檢驗是質(zhì)量控制所必須的。但是,根據(jù)缺陷所在位置,孔隙和尺寸異??赡懿怀蔀橘|(zhì)量和功能方面的問題。所以,需要進(jìn)行平面斷層檢驗。如圖35所示,,物體100一個接一個地在傳送帶61上傳送。該傳送帶輥60移動,受馬達(dá)驅(qū)動器64驅(qū)動的馬達(dá)63使該輥運動。
在圖35中,CCD兩個圖象傳感器41D用來檢驗兩個平面斷層。CCD圖象傳感器41D的輸出信號存儲在圖象存儲器51A和51B;并在圖象比較器54A和54B中,與參考圖象存儲器52A和52B從合格物體參考圖象文件53中提供的信號進(jìn)行比較。根據(jù)比較的結(jié)果,確定為有缺陷的物體的圖象被顯示在顯示器33上,且報警器55發(fā)出一個缺陷指示信號到門驅(qū)動器56。響應(yīng)于該異常指示信號,門驅(qū)動器打開門57,以除去有缺陷的物體其他的優(yōu)點和變化對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將是顯見的。所以,更廣義上的本發(fā)明不局限于本文所述和所示的具體細(xì)節(jié)和代表性的實施例。因此各種變化沒有脫離開權(quán)利要求書等所限定的本發(fā)明總的構(gòu)思的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種對物體進(jìn)行X-射線成象的系統(tǒng),包括一個用于產(chǎn)生會聚于一給定位置的X-射線束的會聚式X-射線發(fā)生單元;一個與該X-射線發(fā)生單元相對置的X-射線傳感器單元,且物體介于兩者之間;一個位于物體與X-射線傳感器單元之間的針孔組件;及一個用于處理X-射線傳感器單元輸出信號的信號處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),進(jìn)一步包括使X-射線發(fā)生單元,針孔組件,和X-射線傳感器單元相對于物體移動的機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中X-射線傳感器單元包括一種存儲式二維X-射線傳感器,它具有按照對應(yīng)于物體與X-射線傳感器單元相對移動速度的速度移動存儲電荷的機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中會聚式X-射線發(fā)生單元包括多個平行排列的會聚式X-射線發(fā)生器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng),其中X-射線傳感器單元包括一種移動和存儲式CCD,在其每一個中,所存儲的電荷被移動和累加;及用于以一個對應(yīng)于物體內(nèi)特定平面斷層與移動存儲式CCD相對移動速度的速度移動移動與存儲式CCD中的存儲電荷的機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中信號處理系統(tǒng)包括一個高通濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中針孔組件有一個設(shè)定的孔直徑,以使輻射的會聚與發(fā)散角為50度或更高。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中針孔組件和X-射線傳感器單元彼此靠近放置的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中針孔組件包括一針孔板和一狹縫板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng),進(jìn)一步包括一個介于X-射線發(fā)生單元和物體之間的對準(zhǔn)組件,它用于防止那些不落在X-射線傳感器單元上的輻射對物體曝光。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng),其中對準(zhǔn)組件包括平行排列且具有許多孔的第一和第二對準(zhǔn)板,第二對準(zhǔn)板上的每個孔中心坐標(biāo)相對于第一對準(zhǔn)板上相應(yīng)孔的中心坐標(biāo)成比例縮小或放大。
12.一種對物體進(jìn)行X-射線成象的方法,包括以下步驟產(chǎn)生X-射線束以使其會聚于一個預(yù)定點上;用X-射線照射物體;檢測經(jīng)針孔組件而透過物體的X-射線;及處理X-射線檢測信號。
全文摘要
一種物體輻射成象系統(tǒng)包括一個用于產(chǎn)生會聚于給定位置的輻射束的會聚式輻射發(fā)生單元;一個與該輻射發(fā)生單元相對置的輻射傳感器單元,且物體介于兩者之間;一個位于物體與輻射傳感器單元之間的針孔組件;及一個用于處理輻射傳感器單元輸出信號的信號處理單元。
文檔編號G01N23/02GK1199872SQ9711118
公開日1998年11月25日 申請日期1997年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月15日
發(fā)明者三原俊明 申請人:株式會社富特克
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