阅读说明：本技术 具有增强的x射线屏蔽的计算机断层扫描（ct）安全检查系统 (Computed Tomography (CT) security inspection system with enhanced X-ray shielding ) 是由 B.M.戈登 O.约翰逊 于 2018-11-19 设计创作，主要内容包括：用于在X射线安全检查系统中扫描物体的方法,其中X射线安全检查系统包括装备有辐射屏蔽帘的进入隧道、X射线部分以及装备有辐射屏蔽帘的离开隧道,所述方法包括：使物体以第一速度速率并且连续物体之间具有第一分离程度而穿过进入隧道；使物体以第二速度速率并且连续物体之间具有第二分离程度而穿过X射线部分；以及使物体以第三速度速率并且连续物体之间具有第三分离程度而穿过离开隧道；其中第二速度速率小于第一速度速率和第三速度速率,并且其中连续物体之间的第二分离程度小于连续物体之间的第一分离程度和连续物体之间的第三分离程度。(Method for scanning an object in an X-ray security inspection system, wherein the X-ray security inspection system comprises an entrance tunnel equipped with a radiation shielding curtain, an X-ray section and an exit tunnel equipped with a radiation shielding curtain, the method comprising: passing the objects into the tunnel at a first velocity rate and with a first degree of separation between successive objects; passing the objects through the X-ray portion at a second velocity rate and with a second degree of separation between successive objects; and passing the objects through the exit tunnel at a third speed rate with a third degree of separation between successive objects; wherein the second velocity rate is less than the first velocity rate and the third velocity rate, and wherein the second degree of separation between the successive objects is less than the first degree of separation between the successive objects and the third degree of separation between the successive objects.)

具有增强的X射线屏蔽的计算机断层扫描（CT）安全检查系统

对未决在先专利申请的引用

本专利申请要求由照片诊断系统股份有限公司和B.M.戈登等人在2017年11月17日提交的针对具有增强的X射线屏蔽的计算机断层扫描（CT）安全检查系统（COMPUTEDTOMOGRAPHY（CT）SECURITY INSPECTION SYSTEM WITH ENHANCED X-RAY SHIELDING）（律师的案卷号PDSI-5 PROV）的未决在先美国临时专利申请序列号62/587,798的权益，该专利申请由此通过引用合并在本文中。

技术领域

本发明一般涉及X射线安全检查系统，并且更特别地，涉及具有增强的X射线屏蔽的计算机断层扫描（CT）安全检查系统。

背景技术

X射线安全检查系统广泛用于机场和其它安全敏感位置处，以扫描行李以及用于***品和其它违禁品的其它容器。这些X射线安全检查系统通常具有一个（或几个）固定的（即，静止的）X射线源，所述X射线源以近似160,000伏（即，160kV）以低功率（例如，2mA）运行。袋子或容器（通常装载在托盘中）在传送带上移动经过固定的（一个或多个）X射线源。

当X射线撞击到在传送带上经过（一个或多个）X射线源的袋子或其它容器上时，从受到仔细检查的袋子或其它容器发射适量的散射X射线。这些散射X射线中的一些在传送带的进入或离开段的方向上反射，所述传送带正在使袋子或容器移动经过固定的（一个或多个）X射线源。为了避免X射线暴露于可能接近X射线安全检查系统的入口（即，包含传送带的进入段的“进入隧道”）或接近X射线安全检查系统的出口（即，包含传送带的离开段的“离开隧道”）的人，迄今已经在每个隧道中（即，在每个进入和离开隧道中）放置多个含铅帘（例如，3到6个帘）。

在这些较旧的X射线安全检查系统中，包含袋子或其它容器的托盘（有时也称为箱）的典型吞吐速率一般已经在每小时200（或最多300）个托盘的范围内。因此，在通过其中含铅帘位于的进入和离开隧道的托盘的这些低通行速率下，托盘可以移动通过该相对低数量的帘，其在托盘之间具有充足间隔并且因此在包含正在被扫描的袋子或其它容器的托盘之间具有充足的时间以使帘被向上推，并且然后向下回落。

所以，总的来说，用涉及低X射线功率和低托盘吞吐量的组合的较旧X射线安全检查系统，适度数量的含铅帘能够充足地衰减从由托盘携带的袋子或其它容器发射到进入和离开隧道中的适量的散射X射线。

然而，在过去几年中，对于负责机场安全的人员已经变得明显的是，这些较旧X射线安全检查系统的有效性是非常不充足的。作为响应，多个公司开始设计计算机断层扫描（CT）安全检查系统。这样的CT安全检查系统意图具有近似每小时600个托盘（即，每小时600个袋子或其它容器）的吞吐速率。做出许多X射线投影（例如，CT机器的每次旋转1000或更多投影）的这些CT安全检查系统必定使用较高功率（通常在160kV下为5-8mA）X射线，并且还同时使用大约24行的投影。结果，来自CT安全检查系统的散射X射线的功率是来自较旧X射线安全检查系统的散射X射线的功率的差不多100倍，并且已经变得清楚的是，需要发现实际的解决方案来减少从CT安全检查系统的进入和离开隧道发出的散射X射线。

首先，该问题似乎可以通过在CT安全检查系统的进入和离开隧道处简单地添加更多的含铅帘来解决。然而，这不是该情况。为了理解问题的重要性，考虑到，因为CT安全检查系统产生较旧X射线安全检查系统的几乎一百倍的散射X射线，所以有必要将从进入和离开隧道发出的散射x射线的水平减少到1/30,000，而不是近似1/300的先前要求。注意到，具有0.5mm铅厚的铅当量的帘将散射X射线衰减到1/5.5。对于四个帘，该因子被提高到四次方，这导致大约915:1的衰减，这对于较旧的X射线安全检查系统来说是足够衰减得多。也就是说，仅花费0.5mm铅当量的四个帘而充足地屏蔽较旧X射线安全检查系统的进入和离开隧道，但是花费“完全向下”的至少六个这样的帘以产生由CT安全检查系统所需要的30,000:1的衰减。另外，在CT安全检查系统的高吞吐速度下，其中托盘差不多总是设置在一些帘下（并且使一些帘位移），这花费大于六个安装的帘以在任何给定时间提供至少六个“完全向下”的帘。然而，如果在CT安全检查系统的进入和离开隧道处安装该较大数量的含铅帘，则含铅帘必须更靠近彼此（因为进入和离开隧道的长度一般被CT安全检查系统的可用空间严重约束），并且这导致双重问题：（i）必须更用力推动托盘以举起更多的帘，以及（ii）帘不达到“完全向下”，直到整个托盘已经经过帘稍微大于至少附加的30cm左右的距离（该距离是托盘以及托盘中装载的袋子或容器等的高度的函数）之后为止。所以，简单地添加更多的帘对于CT安全检查系统的较高吞吐速率根本不起作用。

见图1-5，其图示了在CT安全检查系统的较高吞吐速率下，含铅的帘如何不达到“完全向下”。

更特别地，图1-5示出了示例性现有技术CT安全检查系统5。CT安全检查系统5一般包括CT机器10，其具有产生多行X射线20的旋转聚焦点15。进入和离开隧道25、30为传送带35提供入口和出口，以将托盘40（包含袋子或容器）移动经过CT机器10的旋转聚焦点15。含铅帘45设置在进入和离开隧道25、30中。

在每小时600个托盘（即，每六秒一个托盘）的吞吐速率，并且其中传送带35以每秒15cm（实现来自CT机器10的所需要的图像质量的典型速度）移动的情况下，每6秒一个托盘沿着传送带经过。其中每个托盘具有60cm的长度，这意味着在X射线传送带上的托盘之间存在30cm的间隔（即，每秒15cm的带速度以及每六秒一个托盘等于托盘之间90cm，并且其中每个托盘具有60cm的长度，这得出托盘之间30cm间隔）。然而，在以每秒15cm移动的带上运行的托盘之间仅30cm间隔的情况下，对于位移的含铅帘不存在充分的时间以在托盘之间向下回到其“完全向下”位置。因此，在每小时600个托盘的吞吐速率，并且具有每秒15cm的传送带速度的情况下，CT安全检查系统的含铅帘不能充足地屏蔽穿过CT安全检查系统的进入和离开隧道的散射X射线。该问题在下面更详细地讨论。

针对衰减从CT安全检查系统的进入和离开隧道出射的X射线提出的另一方法是使进入和离开隧道更长，使得含铅帘可以更远分开地间隔。理论上，该方法可以给帘时间以在连续的托盘之间达到“完全向下”，但是实际上，其需要进入和离开隧道比由机场和其它安全敏感位置处存在的空间约束一般允许的过度更长。

在美国专利申请公开号US2016/0372223 A1中描述了针对衰减从CT安全检查系统的进入和离开隧道出射的X射线的另一方法。美国专利申请公开号US2016/0372223 A1的方法在连续的托盘之间使用旋转帘。然而，实际上，该方法不起作用，因为旋转帘需要与托盘移动精确地同步，以便在即将到来的托盘之间快速地放下。另外，该方法在较新CT安全检查系统的较高期望的吞吐速率下不起作用，因为难以在托盘之间使足够的帘完全向下以提供X射线衰减的所需要的水平。

仍然另一提出的方法是在连续的托盘之间迅速上下动的卷轴上提供多个帘。除了工程复杂性以及使帘足够快地上下动所需要的功率要求之外，这样的方法过度昂贵，从而添加了每个进入和离开隧道中的大量费用。

又另一提出的方法是构建复杂的工具，其将在短时间段内打开进入隧道、将托盘迅速地推入以进行扫描、在离开隧道处反向该过程、并且然后针对下一个托盘重复该过程。虽然理论上可能，但是由这样的复杂系统所需要的难度、可靠性和功率已经被发现是不实际的。

又另一方法可能是，对于给定期望的吞吐速率，显著加速通过系统的传送带速度。该方法将允许托盘更快通过系统，在连续的托盘之间具有更多的间隔，使得进入和离开隧道中的含铅帘将具有时间在连续的托盘之间放下。然而，为了以该较高吞吐速度获得相同的图像质量，需要成比例地较高功率的X射线源，或者替代地，显著更大数量的检测器行，或者二者，并且其需要加速携带CT扫描仪的X射线源的机架的旋转速率。因此，该方法显著添加了成本，并且增加了系统的功率要求（这在其中必须安装CT安全检查系统的机场和其它安全敏感位置处一般不可用）。

因此，需要新的和改进的具有增加的X射线屏蔽的计算机断层扫描（CT）安全检查系统。

发明内容

本发明包括具有增强的X射线屏蔽的新的和改进的计算机断层扫描（CT）安全检查系统的供应和使用。

在本发明的一个优选的形式中，提供了用于在X射线安全检查系统中扫描物体的方法，其中所述X射线安全检查系统包括装备有辐射屏蔽帘的进入隧道、X射线部分以及装备有辐射屏蔽帘的离开隧道，所述方法包括：

使物体以第一速度速率并且连续物体之间具有第一分离程度而穿过进入隧道；

使物体以第二速度速率并且连续物体之间具有第二分离程度而穿过X射线部分；以及

使物体以第三速度速率并且连续物体之间具有第三分离程度而穿过离开隧道；

其中第二速度速率小于第一速度速率和第三速度速率，并且其中连续物体之间的第二分离程度小于连续物体之间的第一分离程度和连续物体之间的第三分离程度。

在本发明的另一优选的形式中，提供了用于扫描物体的装置，所述装置包括：

X射线安全检查系统，其中所述X射线安全检查系统包括装备有辐射屏蔽的进入隧道、X射线部分以及装备有辐射屏蔽帘的离开隧道；

用于使物体以第一速度速率并且连续物体之间具有第一分离程度而穿过进入隧道的装置；

用于使物体以第二速度速率并且连续物体之间具有第二分离程度而穿过X射线部分的装置；以及

用于使物体以第三速度速率并且连续物体之间具有第三分离程度而穿过离开隧道的装置；

其中第二速度速率小于第一速度速率和第三速度速率，并且其中连续物体之间的第二分离程度小于连续物体之间的第一分离程度和连续物体之间的第三分离程度。

附图说明

通过对本发明的优选的实施例的以下详细描述，将更完全地公开本发明的这些以及其它目的和特征，或者使本发明的这些以及其它目的和特征显然，所述本发明的优选的实施例将与附图一起考虑，其中类似的编号指的是类似的部件，并且还其中：

图1-5是示出现有技术CT安全检查系统如何不允许充分数量的含铅帘在进入和离开隧道中达到其“完全向下”位置以提供充足的X射线屏蔽的示意图；以及

图6-11是示出了本发明如何使得充分数量的含铅帘能够在进入和离开隧道中达到其“完全向下”位置以为CT安全检查系统提供充足的X射线屏蔽的示意图。

具体实施方式

本发明包括具有增强的X射线屏蔽的新的和改进的计算机断层扫描（CT）安全检查系统的供应和使用。

更特别地，为了进一步理解与现有技术计算机断层扫描（CT）安全检查系统相关联的X射线屏蔽问题，并且为了完全地理解由本发明提供的该问题的新解决方案，应该首先认识到，在美国的标准托盘长度近似60cm（近似两英尺），并且在欧洲标准托盘长度近似70cm。作为实际的示例，一般期望使CT安全检查系统以每小时600个托盘操作。这是每六秒一个托盘。然后，以每小时600个托盘，连续托盘之间的距离将如以下针对各种传送机速度。

传送机速度	托盘间距（以每个托盘6秒）	在美国托盘之间的平均间隔	在欧洲托盘之间的平均间隔
				以每秒15cm	90cm	30cm	20cm
以每秒17.5cm	105cm	45cm	35cm
				以每秒20cm	120cm	60cm	50cm
以每秒22.5cm	135cm	75cm	65cm
				以每秒25cm	150cm	90cm	75cm
以每秒27.5cm	165cm	105cm	90cm

还应该认识到，在实际意义上，传送机速度被因素（即，X射线功率、CT旋转速度、在传送机运动的方向上的检测器覆盖以及系统节距（其被定义为包含X射线源的机架的每次旋转受到仔细检查的托盘的前进除以在传送机运动的方向上检测器的有效长度的比））的组合限制。实际上，X射线功率一般受机场中安全位置处可用功率限制；旋转速度一般受装备的准许的g力以及可用于旋转机架的功率限制；检测器长度受成本限制；以及节距受所得到的图像质量限制。

考虑到前述限制，实际上，通过CT机器的传送机速度被限制为近似每秒15cm，以便实现可接受的图像质量。每秒15cm的传送机速度（具有每小时600个托盘的系统吞吐量）在连续托盘的开始之间得出90cm的托盘间距（即，每秒移动15cm的传送带上每6秒一个托盘在连续托盘的开始之间得出90cm的托盘间距）。这暗示了在美国托盘之间的间距为30cm（90cm-60cm=30cm），并且在欧洲托盘之间的间距为20cm（90cm-70cm=20cm）。最初，希望可以可能的是，通过在托盘之间的间隔中具有足够的帘放下来而在进入和离开隧道处提供充足的X射线屏蔽，以提供充足的X射线屏蔽，但是这尚未被证明是该情况，因为当托盘（及其内含物）向上推动帘时，直到托盘已经移动大于30cm超过其中帘悬挂的点为止，该帘才回到其“完全向下”位置。见图1-5以及上面在题为“背景技术”的部分中的讨论。

因此，可以定义值（等同托盘长度或ETL），所述值等于托盘的长度加上帘回到其“完全向下”位置的所需要的附加距离。实际上，以每小时600个托盘的吞吐速率，ETL是托盘长度（例如，60cm）加上大于30cm的距离的和，即，大于90cm的距离。

换句话说，为了在连续托盘之间存在充分的间隙以用于含铅帘在连续托盘之间达到它们的“完全向下”位置，当托盘以每6秒一个托盘的速率（即，以每小时600个托盘的吞吐量）放置在输入传送带上时，输入传送带必须移动显著快于每秒15cm。

这提供了对作为现有技术CT安全检查系统的问题的了解：以一小时600个托盘、以每秒15cm的带速度运行，含铅帘从未具有足够的时间在托盘之间回到它们的“完全向下”位置。事实上，即使单个帘，在被以15cm移动的托盘向上举起之后，也不可能回到其“完全向下”位置，因为就在帘将要到达其“完全向下”位置时，后面的托盘与帘接合。因此，在现有技术CT安全检查系统以一小时600个托盘，以每秒15cm的传送带速度运行的情况下，不可能提供必要的X射线衰减。

本发明认识到，出于上面先前列举和讨论的原因，对于每个系统，存在托盘可以通过系统的X射线部分的速率的上限，并且本发明认识到，托盘不能以使得连续托盘之间的间距小于等同托盘长度（ETL）的速度通过进入和离开隧道。换句话说，本发明认识到，托盘不能以快于每秒15cm通过系统的X射线部分，并且本发明认识到，托盘不能以在连续托盘之间提供小于等同托盘长度（ETL）的间距的速度通过进入和离开隧道，所述等同托盘长度（ETL）是大于90cm的距离。

本发明以新方式通过提供高速度CT安全检查系统解决了这些问题，所述高速度CT安全检查系统将托盘以显著快于其移动通过系统的X射线部分的速率移动通过进入和离开隧道，由此提供了充足的扫描图像质量，而同时还实现了增强的X射线屏蔽。在本发明的优选的形式中，这通过提供三个单独的传送带（即，一个通过进入隧道、一个通过离开隧道以及一个通过系统的X射线部分）并且以比通过系统的X射线部分的传送带的速度速率更高的速度速率操作进入和离开传送带来实现。

更特别地，在本发明的优选的形式中，进入和离开传送带的速度速率被设置得足够高以在连续托盘之间提供充足的间距，以便允许含铅帘有时间在连续托盘之间回到它们的“完全向下”位置，并且通过系统的X射线部分的传送带的速度速率被设置得足够低，以使得能够实现所需要的图像质量。另外，进入和离开传送带的（一个或多个）速度速率与通过系统的X射线部分的传送带的速度速率相协调，以便以期望的吞吐速率提供持续的托盘的流。

作为示例但没有限制，在系统的吞吐速率是每小时600个托盘（即，每六秒一个托盘），其中每秒15cm的X射线传送带速度（实现所需要的图像质量的典型速度）的情况下，每六秒一个托盘沿着X射线传送带经过，这意味着在X射线传送带上的托盘之间存在30cm的间距（即，每秒15cm的带速度以及每六秒一个托盘等于托盘之间90cm，并且其中每个托盘具有60cm的长度，这得出托盘之间30cm的间距）。

取决于针对进入和离开隧道所允许的长度（标称均3-5英尺），这确定了含铅帘之间的间距，进入隧道中的传送带速度以及离开隧道中的传送带速度可以在每秒22cm的附近，这意味着在进入和离开传送带上的托盘之间存在72cm的间隙（即，每秒22cm的带速度以及每六秒一个托盘等于托盘之间132cm，并且其中每个托盘具有60cm的长度，这得出托盘之间72cm的间距）。该间距允许进入和离开隧道中的含铅帘在托盘之间回到它们的“完全向下”位置。

因此，利用本发明，进入和离开传送带以比通过系统的X射线部分的传送带的速度速率更高的速度速率运行，并且进入和离开隧道中托盘之间的间距大于系统的扫描部分中托盘之间的间隔。

取决于进入和离开隧道的实际长度，含铅帘之间的分布可以最优地间隔，只要铅当量在它们的“完全向下”位置中平均具有六个0.5mm铅当量帘。作为一个示例，如果进入和离开隧道的总可用隧道长度大约4或5英尺，则在每个隧道中可能存在适当间隔的五或六个0.5mm铅当量帘。

因此，问题的创造性解决方案是使托盘以第一速度速率（例如，每秒22-27cm）移动通过进入隧道，然后减速为它们以第二、较慢速度速率（例如，每秒15cm）移动通过X射线扫描部分，并且然后以比第二速度速率更高的第三速度速率（例如，每秒22-27cm）移动通过离开隧道。

注意到，进入传送带的速度速率（以及进入传送带上的连续托盘之间的间距）可以但不一定与离开传送带的速度速率（以及离开传送带上的连续托盘之间的间距）相同。实际上，它们可以具有不同的速度速率（以及连续托盘之间的不同间距）。所需要的是：（i）离开传送带的吞吐量必须等于进入传送带的吞吐量（并且，进入和离开传送带的吞吐量必须等于扫描传送带的吞吐量）；（ii）进入和离开传送带的速度速率必须足够高以准许充足数量的含铅帘在连续托盘之间回落到它们的“完全向下”位置；以及（iii）通过扫描部分的传送带的速度速率必须足够低以实现充足的图像质量。

在本发明的一个优选的形式中，并且现在参见图6-11，提供了根据本发明形成的新CT安全检查系统105。CT安全检查系统105一般包括CT机器110，其具有产生多行X射线120的旋转聚焦点115。进入和离开隧道125、130提供对CT机器110的扫描区域的访问。进入传送带135A、扫描传送带135B以及离开传送带135C用于将托盘140（包含袋子或容器）移动通过进入隧道125、经过CT机器110的旋转聚焦点115以及从离开隧道130出去。在进入和离开隧道125、130中设置含铅帘145。

根据本发明，进入传送带135A以第一速度速率（例如，每秒22-27cm）将托盘140移动通过进入隧道125、扫描传送带135B以第二、较慢速度速率（例如，每秒15cm）将托盘140移动通过CT机器110的X射线扫描部分以及离开传送带135C以比第二速度速率更高的第三速度速率（例如，每秒22-27cm）将托盘140移动通过离开隧道130。进入传送带135A和离开传送带135C的第一和第三速度速率分别足够高以在毗邻的托盘140之间提供充足的间距，由此准许充足数量的含铅帘145在连续托盘140之间返回它们的“完全向下”位置。扫描传送带135B的第二速度速率足够低以实现充足的图像质量。

如果期望，新CT安全检查系统的含铅帘可以由利用其它X射线阻挡材料（例如，钨、钡等）的辐射屏蔽帘替换。

并且，如果期望，进入传送带135A、扫描传送带135B和/或离开传送带135C可以由用于将物体（例如，包含袋子或容器的托盘）移动通过新CT安全检查系统的其它装置替换。作为示例但没有限制，进入传送带135A、扫描传送带135B和/或离开传送带135C可以由包括一系列动力辊等的路径替换。

除了前述之外，本发明优选地合并使托盘（或其它这样的受测试的实体）更易于更容易地向上举起含铅帘的特征。这些特征可以包括以下中的一个或多个：（i）在每个含铅帘的顶部或内部垂直放置一个或多个柔性铰链，（ii）适当地交错含铅帘（或含铅帘的垂直子组件），以及（iii）最优地变化含铅帘的组合和图案，诸如它们的间隔或分层分布权重。

优选实施例的修改

应该了解，本领域技术人员可以在已经在本文中描述和图示以便解释本发明的本质的细节、材料、步骤以及部件的布置上做出许多附加改变，而同时仍然保持在本发明的原理和范围内。