X射线检测结构和系统

相关申请

本申请要求于2020年8月21日提交的美国临时申请No.63/068,933以及于2021年6月25日提交的美国临时申请No.63/215,406的权益。上述申请的全部教导通过引用并入本文。

背景技术

将反向散射x射线成像用于安全应用在边界安全和基础设施保护方面变得更加普遍。这些系统需要使用x射线扫描笔形射束以形成散射图像，而不使用如通常在透射成像系统中使用的辐射扇形射束。除了产生反向散射图像之外，还期望使用相同的辐射扫描射束来产生透射图像。与扇形射束(利用该扇形射束，可以使用在目标对象的远侧的检测器元件的分段阵列来产生透射图像)不同，x射线辐射扫描笔形射束典型地需要使用在目标对象的远侧的大型单片式闪烁介质来拦截射束。

发明内容

作为大型单片式闪烁介质的一个示例，在驱车通过(drive-through)反向散射x射线入口中，长度长的塑料闪烁体已经被用作透射检测器，以在一个或更多个x射线角度检测透射穿过对象的x射线。已经使用了这些大型单片式检测器的双能量版本。每个先前已知的检测器设计都具有优点和缺点。例如，低能量通道和高能量通道上的波长偏移光纤(WSF)实现导致紧凑、低分布设计，但是由于WSF制造昂贵，所以往往是昂贵的方法。在第二设计的高能量通道中使用塑料闪烁体导致更大、更不紧凑且不太昂贵的检测器。

WSF已经被用作从各种类型的x射线检测器读出闪烁光的便利手段，但不另外增强检测器的性能。

在本申请中公开的一些实施方式涉及相对低成本、紧凑、双能量透射检测器的设计，该检测器被优化用于与在反向散射成像应用中使用的x射线扫描笔形射束一起使用。实施方式可以具有比使用等效x射线扫描射束但使用现有技术x射线检测器系统的系统高的成像分辨率。最简单形式的实施方式可以包括：单个通道；单能量检测器，其包括光学耦合至用于收集闪烁光的多个波长偏移光纤(WSF)“带”的闪烁体屏，其中光纤将闪烁光偏移到更长的波长以允许沿着光纤的有效传输。如本文所使用的，“带”是一组一个或更多个光纤——单个光纤，或以光纤基本上彼此平行的配置定向的两个或更多个光纤。所述带中的每个带的至少一个端部光学耦合至光电探测器，诸如光电倍增管(PMT)。

一个实施方式包括被优化用于与x射线扫描射束一起使用的检测器。所述检测器包括：

·光学耦合至一个或更多个闪烁体体积的多个波长偏移光纤带，其中，所述带被布置成沿着所述检测器的一个或更多个轴线以重复图案联接至所述闪烁体体积；

·至少一个光电探测器，其联接至所述带中的每个带的一个或更多个端部，以检测闪烁光子；

·信号组合器，其针对所述扫描射束的每个取向组合来自所述带中的一个或更多个带的信号，以针对每个射束取向产生经组合的信号；以及

·用于根据所述经组合的信号产生图像的处理器。

信号组合器可以是查找表或其它装置，其用于针对扫描射束的每个取向组合来自所述带中的一个或更多个带的信号，以针对每个射束取向产生经组合的信号。

在一个特定实施方式中，一种检测x射线扫描射束的检测器系统，所述检测器系统包括一个或更多个闪烁体体积，所述一个或更多个闪烁体体积被配置为沿着x射线扫描射束的扫描轴线定向。所述体积被配置为从透射穿过目标的扫描射束接收x射线，以及响应于接收到x射线而产生闪烁光子。

所述系统还包括多个波长偏移光纤(WSF)带，所述多个WSF带沿着扫描轴线经由多个带关于扫描轴线的空间周期性邻接(spatial periodic adjacency)而光学耦合至一个或更多个闪烁体体积。所述带被配置为当x射线扫描射束在扫描轴线上扫描时，经由空间周期性邻接从闪烁体体积接收闪烁光子。

所述系统还包括至少一个相应光电探测器，所述至少一个相应光电探测器联接至多个带中的每个相应带的端部。每个相应光电探测器被配置为检测由相应带所承载的闪烁光子并且产生相应信号作为响应。

所述系统还包括信号组合器，所述信号组合器被配置为针对扫描射束沿着扫描轴线的位置，选择性地组合来自多个带中的一个或更多个带的相应信号，以产生表示目标的扫描的经组合的信号。经组合的信号可以表示具有增强的空间分辨率的扫描。

在另一实施方式中，光检测结构包括管状支承结构，所述管状支承结构具有弯曲外表面。光检测结构还包括多个波长偏移光纤(WSF)带，所述多个WSF带以空间周期性的、基本上螺旋的图案围绕弯曲外表面缠绕。所述多个WSF带被配置为承载待在所述多个带中的相应带的相应端部处检测的光。

在另外的实施方式中，x射线检测结构包括上述光检测结构。管状支承结构包括被配置为从x射线扫描射束接收x射线的一个或更多个闪烁体体积。闪烁体体积光学耦合至所述多个带。待检测的光包括由一个或更多个闪烁体体积响应于从x射线扫描射束接收到x射线而产生的闪烁光子。

另选示例x射线检测结构还包括上述光检测结构。闪烁体体积可以机械地联接至管状支承结构、光学耦合至多个WSF带并且被配置为接收x射线并产生闪烁光子作为响应。多个WSF带被配置为接收闪烁光子并将所述闪烁光子转换为待检测的光。

在又一实施方式中，检测器系统被配置为确定x射线的能谱的特性。该系统包括具有入射表面和出射表面的闪烁体体积。入射表面被配置为接收入射x射线。闪烁体体积被配置为响应于入射x射线而发射闪烁光，并且出射表面被配置为使穿过闪烁体体积的介于入射表面与出射表面之间的厚度的入射x射线的一部分通过。

检测器系统还包括第一多个光导，所述第一多个光导光学耦合至闪烁体体积的入射表面。所述系统还包括第二多个光导，所述第二多个光导光学耦合至闪烁体体积的出射表面。

另外，检测器系统包括至少一个第一光电探测器，所述至少一个第一光电探测器光学耦合至第一多个光导的端部并且被配置为响应于来自闪烁体体积的闪烁光而输出第一信号。检测器系统还包括至少一个第二光电探测器，所述至少一个第二光电探测器光学耦合至第二多个光导的端部并且被配置为响应于来自闪烁体体积的闪烁光而输出第二信号。

另外，检测器系统包括光谱分析仪，所述光谱分析仪被配置为接收作为来自闪烁体体积的闪烁光的响应的第一信号和第二信号，并且基于第一信号和第二信号确定入射x射线的能谱的特性。

通过参考本领域普通技术人员可获得的知识以及通过参考本文的全部公开内容和相关附图，这些实施方式和其它实施方式的变型例对于相关领域的普通技术人员将变得显而易见，包括x射线检查。用于检测x射线扫描射束的示例过程可以包括使用根据本文描述的任何实施方式的检测器。

附图说明

本专利或申请文件包含至少一张彩色附图。在请求并支付必要费用后，主管部门将提供具有彩色附图的本专利或专利申请公开的副本。

图1是用于检测x射线扫描射束的示例检测器系统的示意图。

图2(现有技术)是使用入射在线性分段检测器阵列上的x射线扇形射束的现有x射线成像系统的立体图。

图3(现有技术)是使用入射在二维分段检测器阵列上的x射线锥形射束的x射线成像系统的立体图。

图4(现有技术)是利用窄x射线扫描射束的现有x射线成像系统的例示图。

图5(现有技术)是利用宽x射线扫描射束的现有x射线成像系统的例示图。

图6例示了除了使用检测器分段之外的与图5的示例系统类似的新颖示例系统，即使利用宽x射线扫描射束，该检测器分段也产生高分辨率图像。

图7是示例x射线检测系统的立体图，该示例x射线检测系统具有管状支承结构和在空间上重复的WSF带系列，其利用宽x射线扫描射束，包括在空间上重复的WSF带系列的检测器读出系统产生高分辨率图像。

图8A至图8C是宽扫描射束分布，所述宽扫描射束分布例示了各种射束分段，其可以通过选择来自图7中的WSF带的信号来选择性地被组合以实现不同程度的图像分辨率和/或穿透。

图9例示了计算机模拟的结果，其示出了利用标准现有技术检测器(左)、具有0.75”宽的带的检测器(中间)和具有0.5”宽的带的检测器(右)获取的线对模型(line pairphantom)的图像。

图10是从入射射束的方向观察的与扫描x射线射束一起使用的示例双能量高分辨率x射线检测器结构的立体图。

图11A至图11B例示了被适配成用于面积面板检测器(area panel detector)的示例检测器结构。

图12是例示了根据示例x射线检测器结构或系统的光学耦合至围绕管状支承结构缠绕的相应WSF带的相应光电探测器的示意图。

图13是例示了可以用于示例x射线检测系统的信号组合器的功能的方框流程图。

图14A是具有管状支承结构和用于高能量通道和低能量通道的分开的闪烁体体积的示例双能量检测器的横截面例示图，所述高能量通道和所述低能量通道分别优先对应于高能量x射线和低能量x射线。

图14B是具有管状支承结构和用于高能量x射线通道和低能量x射线通道的共同共享闪烁体体积的示例双能量检测器的横截面例示图。

图15是具有围绕管状支承结构的弯曲外表面缠绕的WSF带的示例光检测结构的剖面例示图。

图16是具有提供弯曲外表面的圆形横截面的管状支承结构的横截面图。

图17是具有提供弯曲外表面的椭圆形横截面的管状支承结构的横截面图。

图18是具有提供弯曲外表面的不规则横截面的管状支承结构的横截面图。

图19(现有技术)是使用两个闪烁体体积的现有双能量x射线检测器结构的横截面例示图，每个闪烁体体积由多个WSF光纤读出。

图20(现有技术)是与图19相同的现有检测器结构的立体图。

图21(现有技术)是使用两个闪烁体体积的另选现有检测器结构的横截面例示图，利用多个WSF光纤读出第一闪烁体体积，使用其它装置读出第二闪烁体体积。

图22是用于确定x射线的能谱的特性的示例检测器系统的示意图。

图23是示出了根据优选实施方式的用于低能量通道和高能量通道二者的闪烁体体积的示例检测器系统的某些部件的横截面例示图，检测器的中心区域、闪烁体体积充当用于增强能量辨别的虚拟滤波器(本文也称为“有效自滤波器”)。

图24是例示了在入射表面和出射表面上具有WSF层的情况下的来自500mg/cm

图25是关于入射x射线射束倾斜以提高检测效率的示例检测器系统的某些部件的横截面例示图。

图26是针对诸如在反向散射成像中使用的面积检测而优化的示例检测器系统的某些部件的横截面例示图。

如附图所示，通过示例实施方式的以下更具体的描述，上述内容将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记在不同的视图中指代相同的部分。附图不必按比例绘制，而是将重点放在例示实施方式上。

具体实施方式

示例实施方式的描述如下。

图1是用于检测x射线扫描射束的示例检测器系统的示意图。检测器系统100包括闪烁体体积102、多个波长偏移光纤(WSF)带104、相应光电探测器106和信号组合器108。闪烁体体积102被配置为沿着x射线扫描射束112的扫描轴线110定向，该x射线扫描射束112透射穿过目标114。“扫描轴线(scan axis)”在本文中也称为“扫描轴线(scanning axis)”、“扫描器轴线”等。作为一个示例，可以从x射线扫描器116接收扫描射束112，该x射线扫描器116可以包括用于反向散射成像和/或透射成像的笔形射束扫描设备，如x射线扫描领域中已知的。闪烁体体积102还被配置为响应于从x射线扫描射束112接收x射线而产生闪烁光子122。图1所示的闪烁体体积102可以由超过一个闪烁体体积代替。在这种情况下，闪烁体体积可以连续地彼此附接，或者可以在它们之间具有一些间隔。

包括单个闪烁体体积102或多个闪烁体体积的实施方式的共同特征是WSF带104沿着扫描轴线110经由带104关于扫描轴线110的空间周期性邻接124光学耦合至一个或更多个闪烁体体积。如上所述，在沿着扫描器轴线110的各个位置处在闪烁体体积102处接收x射线扫描射束112。例如，图1例示了接收位置120。当扫描射束与闪烁体体积102相互作用时，产生闪烁光子122，并且闪烁光子(在本文中也称为“闪烁光”、“光”等)将在各个方向上传播穿过闪烁体体积102。闪烁光子122中的一些闪烁光子将光学耦合至WSF带104的光纤中。该光学耦合主要并且尤其发生在接收位置120处，在接收位置120，带104与扫描轴线相邻(adjacent)。图1例示了空间周期性邻接124的示例位置，在该位置，主要发生光学耦合。多个带104被配置为当x射线扫描射束112在扫描轴线上扫描时经由空间周期性邻接124从一个或更多个闪烁体体积接收闪烁光子122。

在图1的实施方式中，检测器系统100包括与两个WSF带104中的每个WSF带相对应的一个相应光电探测器106。然而，在其它实施方式中，可以针对每个WSF带104提供超过一个相应光电探测器106。每个带104可以包括单个WSF光纤或多个WSF光纤。在多WSF光纤带的情况下，重新开始该语句。例如，在给定WSF带104中的多个WSF光纤的情况下，光电探测器可以被配置为检测由相应WSF带104的每个WSF光纤承载的光。尽管如此，WSF带中的多个光纤可以具有承载在其中的由同一方面的相应光电探测器106检测的光。

相应光电探测器106联接至多个带104中的相应带的相应端部126。每个相应光电探测器106被配置为检测由相应WSF带104承载的闪烁光子122。每个光电探测器106产生相应信号128作为响应，并且这些相应信号128由信号组合器108接收。

信号组合器108被配置为选择性地组合来自多个节奏(rhythm)中的一个或更多个带104的相应信号128。针对扫描射束112的沿着扫描轴线110的位置发生这种选择性的组合。以这种方式，由信号组合器108产生经组合的信号130，并且经组合的信号130表示目标114的具有增强的空间分辨率的扫描。

如下文进一步描述的，扫描射束112将在扫描器轴线110处具有特定射束宽度，该扫描器轴线110是扫描射束112与闪烁体体积102相交所沿的轴线。现有技术的系统通常被限制于x射线扫描的空间分辨率，该空间分辨率类似于扫描射束在扫描器轴线110的射束宽度。换句话说，位置不确定性将具有扫描器轴线110处的射束宽度的大小量级。

然而，根据本文描述的检测器系统100和其它实施方式，可以获得高分辨率扫描，其空间分辨率比通常在给定射束宽度的情况下获得的空间分辨率高。换言之，扫描射束112的位置不确定性可以显著小于扫描射束112的穿过闪烁体体积的在扫描器轴线110处的射束宽度。如图1所示，经组合的信号130可以用于产生高分辨率行扫描(line scan)或多个高分辨率行扫描，从而可以产生目标114的高分辨率图像131。在图1中，例如，在监视器133上显示高分辨率图像131。

在图1的示意图中，闪烁体体积102中带104关于扫描器轴线110的空间周期性邻接124是通过以下方式实现的：在射束朝着扫描器轴线110在闪烁体体积102中传播时，WSF带104在各种周期性位置与x射线扫描射束112的路径相交。图1的示意图表明光纤带104在所有位置平靠着闪烁体体积102。然而，不一定是这种情况。在一些实施方式中，WSF带104可以例如仅在空间周期性邻接124的位置处平靠着闪烁体体积102。图1的示意图表明空间周期性邻接124可以是精确地周期性的。然而，虽然可以期望精确的周期性，但不是在所有实施方式中都需要精确的空间周期性。

如本文所使用的，闪烁光子或闪烁光也指在WSF光纤中被波长偏移并在其中传播以由相应光电探测器106检测的光。

图1还例示了可选的支承结构132，闪烁体体积102和WSF带104可以机械地联接至支承结构132，诸如直接或间接地固定至支承结构132。然而，在其它实施方式中，闪烁体体积102形成支承结构，WSF带104机械地联接(例如，直接或间接地粘附)至该支承结构。具体地，已知塑料闪烁体可以形成为各种方便的形状，并且还可以形成为具有足够的、期望的刚度以保持空间精度。

示意性的图1将闪烁体体积102和支承结构132例示为矩形。然而，在各种实施方式中，闪烁体体积102和可选的支承结构132可以采取允许闪烁体体积102沿着扫描轴线110定向并且还允许WSF带104关于闪烁体体积102定向以实现空间周期性邻接124的各种形式。例如，在下文描述的非常有利的实施方式中，可选的支承结构是管状的，并且闪烁体体积102是闪烁体材料条带，其宽度仅足以可靠地包围或捕获沿着扫描轴线110的x射线扫描射束112。此外，闪烁体体积102本身可以形成支承结构，并且在一些实施方式中，闪烁体体积102可以是管状的。

例如，相应光电探测器106可以是光电倍增管(PMT)。

信号组合器108可以是在计算机系统(诸如用于控制和显示x射线扫描的计算机系统)上工作的软件。在其它实施方式中，信号组合器108可以例如是在嵌入式处理环境中工作的固件例程。

沿着扫描器轴线110的单个扫描可以是行扫描，并且可以通过平移目标114或x射线扫描器116来获得二维扫描。例如，在x射线扫描器116关于目标114平移的情况下，闪烁体体积102和WSF带104可以与扫描器116一起平移。

通过参考其它附图和本说明书的其余部分，检测器系统100的特定实施方式和变型例的特性将变得显而易见。具体地，一个或更多个闪烁体体积可以自身形成支承结构，多个带机械地联接至该支承结构，诸如直接粘附或间接联接至该支承结构，并且图15提供了一个示例。作为另选方案，检测器系统可以包括作为与闪烁体体积不同的部件的支承结构，闪烁体体积和多个带可以直接或间接地机械地联接至该支承结构，并且图7、图14A和图14B以及其它附图是示例性的。

支承结构可以是具有弯曲外表面的管状支承结构，诸如图7、图10、图12、图14A、图14B和图15至图18所示的实施方式。机械地联接至支承结构的多个带可以以基本上螺旋的图案围绕管状支承结构的弯曲外表面缠绕，以形成空间周期性邻接，例如，如图7和图15所示，尤其是图15，其更清楚地例示了示例螺旋图案。管状支承结构可以是实心的或者可以具有中空内芯。

检测器系统可以具有多个带中的分别被认为是低能量通道和高能量通道的第一带和第二带，所述低能量通道和所述高能量通道被配置为分别接收由与一个或更多个闪烁体体积相互作用的相对低能量x射线和相对高能量x射线产生的闪烁光子。由高能量通道承载的闪烁光子可以表示相比于由低能量通道承载的闪烁光子具有较高平均能量的x射线。包括该特征的示例实施方式包括图10、图14A和图14B。

一个或更多个闪烁体体积可以包括产生由低能量通道和高能量通道承载的闪烁光子的单个闪烁体体积。图14B是该特征的一个示例。另选地，一个或更多个闪烁体体积可以包括第一闪烁体体积和第二闪烁体体积，所述第一闪烁体体积和所述第二闪烁体体积分别产生由低能量通道和高能量通道承载的闪烁光子。图14A是该特征的一个示例。

第一闪烁体体积可以比第二闪烁体体积薄，并且图22例示了闪烁体厚度的含义。(诸如图14A中所示的)第一闪烁体体积和第二闪烁体体积可以包括分别被优化用于检测相对低能量x射线和相对高能量x射线的相应闪烁体材料。x射线滤波器可以位于低能量通道与高能量通道之间，x射线滤波器被配置为滤除低能量x射线，如图19和图20的示例所示。在使用x射线滤波器的情况下，它可以是包括从由Cu、Sn、Mo和W组成的组中选择的一种或更多种元素的材料。

多个WSF带(诸如图1和图7所示的带104)中的每个带可以仅包括一个WSF。另选地，每个带可以包括超过一个WSF，例如，如图12的实施方式中的每个WSF带104中包括的多个子带(个体WSF)1204所示。检测器系统中的多个带可以是主WSF带的子带。作为示例，在图12的实施方式中，围绕中空圆筒形支承732螺旋缠绕的五个WSF带104可以被认为是五个WSF子带，并且例如，可以将一组五个WSF子带制造成彼此连接且平行，并且它们可以形成围绕支承结构732螺旋缠绕的单个主带。

联接至每个相应带的端部的至少一个相应光电探测器(诸如图1和图12的示例所示的光电探测器)可以是光电倍增管(PMT)。如上所述，PMT具有低暗电流的优点。如图12所示，每个带可以包括多个子带(个体WSF)。多光纤带的每个带的WSF可以仅连接至光电探测器，或者这种WSF可以光学耦合至相应光电探测器，诸如多阳极PMT的相应阳极。例如，多阳极PMT通常具有4至256个个体阳极，从而允许4至256个输入通道。检测器可以足够长以在射束扫掠的整个角度上拦截射束。另选地，检测器可以由更短的检测器模块构成，所述更短的检测器模块被端对端放置以实现扫掠射束的完全覆盖。上述至少一个PMT可以是多阳极PMT的阳极，并且多个带中的相应带可以光学耦合至多阳极PMT的相应阳极。

上述一个或更多个闪烁体体积的闪烁体材料可以包括从由BaFCl、GOS、YOS和ZnS组成的组中选择的一种或更多种材料。

此外，除了本文具体描述的实施方式之外，显而易见的是，其它实施方式包括在本公开和要求保护的发明的范围内，包括具体描述的实施方式的要素的各种组合。此外，显而易见的是，用于检测x射线扫描射束的对应过程也在实施方式的范围内，包括使用任何所述实施方式或变型例的检测器系统。应当注意，可以使用具有基本上椭圆形的射束分布的x射线扫描射束来在两个正交方向上提供优化的成像分辨率，并且检测器系统校准可以反映这种射束特性。所公开的示例检测器系统还可以被适配成与适于扫描静止对象的面积检测器一起使用。

用于成像系统的现有技术x射线透射检测器利用扇形射束(图2)或锥形射束(图3)。

图2(现有技术)具体示出了x射线管234，该x射线管234将x射线扇形射束236输出至沿着袋传送带238行进的目标114。线性检测器阵列240位于传送带238的相反侧。在扇形射束的情况下，x射线图像是由检测器产生的，该检测器测量透射穿过对象并撞击沿着检测器240的长度的每个区段的x射线的强度。这通常称为“线性分段检测器阵列”。典型地，线性阵列的每个区段或要素包括吸收x射线并发射闪烁光的小片闪烁体材料，然后通过光学耦合至闪烁体的固态光电探测器(诸如光电二极管)记录光量。与每个区段中产生的光相对应的来自光电二极管的电流被数字化并且与图像中一个像素的强度或亮度相对应。来自线性阵列中的所有检测器元件的信号与一行图像像素相对应。通过平移通过扇形射束成像的对象并在平移期间在许多增量位置采集一行图像数据，获取该对象的完整二维图像。通常，每秒钟采集几百行图像数据，其中，在几毫秒内采集一行。

图3(现有技术)是用于产生朝着目标114输出的x射线锥形射束342的x射线管234的立体图。二维检测器阵列344位于目标114的与x射线管234相反的一侧。在利用锥形射束成像的情况下，使用二维分段检测器阵列。例如，用于非常高分辨率成像的平板型检测器可以包括数百万个仅25微米宽的正方形检测器元件，从而产生图像中的非常高分辨率的细节。在这种情况下，仅需要一次采集来获取完整图像，并且不需要(被成像的对象和/或扫描器的)平移。

由于包含非常大量的个体检测器元件，所以诸如检测器阵列344的二维x射线检测器(通常称为“平板型”检测器)非常昂贵。因为它们包含具有相对高的暗电流的光电二极管，所以通常需要几毫秒的集成时间(integration time)来产生具有可接受的信噪比特性的x射线图像。较短的集成时间产生噪声太大的图像。线性检测器阵列(例如，图2中的检测器阵列240)较便宜，但每英寸覆盖范围仍可能花费数百美元，从而使得大型应用(诸如车辆的驱车通过入口)非常昂贵。由于它们通常也使用光电二极管，因此它们也需要几毫秒的集成时间。

与使用x射线的扇形射束或锥形射束相反，使用x射线的扫描笔形射束实现反向散射成像。与每一采集时段产生整行图像数据的扇形射束成像不同，反向散射成像一次采集一个像素。利用射束照射被成像对象上的每个点，并且利用大面积反向散射检测器针对每个照射点测量反射x射线的强度。还可以可选地测量透射的扫描射束的强度，这是当前申请的一个主题。通过在整个目标对象上光栅扫描射束，可以获得对象的完整二维图像。由于图像行通常包含约1000个像素，所以每像素的集成时间必须比扇形射束成像的集成时间短大约一千倍。因此，其持续时间必须是微秒级，而不是毫秒级。这便排除了固态光电探测器(诸如光电二极管)的使用，因为如上所述，由于固态光电探测器的高暗电流，该固态光电探测器通常需要毫秒级集成时间。针对利用扫描射束进行反向散射成像的目前可用的具有足够低的噪声水平的唯一光电探测器是光电倍增管(PMT)，其具有以毫微安培(比大多数固态光电探测器低约一千倍)测量的暗电流。然而，这些器件是相当昂贵的(每器件几百美元，而高品质光电二极管是几美元)，从而针对具有上百个检测器元件的阵列而言会产生不可接受的高成本。它们也相对较大——市场上最小的PMT直径为12mm，这使得在大型线性检测器阵列中使用它们是不切实际的。

由于只有PMT对于利用扫描x射线射束的反向散射成像是足够的，并且由于成本和尺寸的原因，利用PMT作为光电探测器来产生分段线性阵列是不切实际的，所以必须使用光学耦合至一个或更多个PMT的单片式非分段闪烁体体积。这种方法的缺点在于，因为在透射检测器中没有位置信息，所以系统的成像分辨率完全由被成像对象处的x射线射束的宽度限定。透射检测器在射束的扫描运动期间在射束的每个位置测量穿过对象的x射线的透射强度。显然，被成像对象的清晰度或分辨率取决于射束在对象处的宽度。

图4(现有技术)是透射检测器403的示意图，该透射检测器403具有与其光学耦合的PMT 406，二者都与用于目标114的反向散射成像的窄x射线射束412结合使用。窄笔形扫描射束412在扫描方向446上扫过目标114，并且除了所获得的任何反向散射图像之外，使用来自PMT 406的信号来产生高分辨率透射图像431。

利用图4的窄射束412，透射图像431中的目标对象114的边缘是锐利的，因为仅在几个像素中发生从未衰减到完全衰减的过渡。

图5(现有技术)例示了类似于图4的扫描设置，除了使用宽x射线笔形扫描射束512。可以有意地使宽射束512变宽，以便增加透射检测器处的信号。在其它情况下，窄x射线笔形射束的确变得更广，因为它随着时间和距x射线源的距离不断发散。在这种情况下产生低分辨率图像531。利用广/宽x射线扫描射束512，从未衰减到完全衰减的过渡是渐进的，并且对象的边缘在图像中在许多像素上看起来是模糊的。

这个问题的一个解决方案是使射束如图4中那样更窄。然而，这存在问题，因为使限定射束的准直孔径更小减少了射束中x射线的数量，并且在某点的图像的信噪比变得不可接受。另外，由于作为x射线源的焦斑具有有限宽度的结果的射束半影(beam penumbra)，所以在可以使射束有多小方面存在基本限制。焦斑尺寸是x射线源功率的函数，并且不能任意小。源的功率越高，焦斑必须越大，以将热负荷分布在阳极上而不熔化阳极材料。针对2kW的源，钨阳极情况下的焦斑的直径通常为1mm-2mm。这意味着如果直径为1mm的准直孔径距焦斑10cm远，则距焦斑3.5m的射束的宽度将是7cm-10.5cm(2.8英寸-4.1英寸)。

与本申请中的公开一致的实施方式使用新颖装置，该新颖装置从单片式闪烁体体积读出闪烁光，以提供具有高得多的分辨率的透射图像，即使在使用如图5所示的宽x射线扫描射束的系统上也是如此。可以通过将图5的现有技术系统与图6所示的新颖示例系统进行比较来例示一个方面。在图5的现有技术透射检测器中，PMT 406测量由整个宽入射射束512在闪烁材料中产生的所有闪烁光的强度。由于来自整个射束512的信号被测量，所以所得图像531的分辨率由于宽射束而很差，如前所述。

图6示出了用于提高图像分辨率的新颖设置，其中，可以分开地测量来自检测器的沿着入射射束的扫描方向的一系列线性区段104中的每个线性区段604的闪烁光。例如，如果可以针对闪烁体透射检测器603的每个区段604(例如，1cm宽)分开地读出闪烁光，则产生该信号的有效射束宽度在检测器处将为仅1cm宽，并且在被成像对象的位置处基本上更窄。针对距焦斑3.5m的透射检测器的先前示例，有效射束尺寸612减小，从而导致有效射束分布宽度从7cm-10cm减小到约1cm，进而导致沿着射束的扫描方向446成像分辨率增加7-10的示例因数。在其它实施方式中，当与如图5中那样测量来自整个扫描射束的信号相比时，成像分辨率可以按照至少1.5、至少2、至少5、至少7、至少10、1.5-15、2-10、2-8、2-7、2-5、5-7或5-10的示例因数增加。注意，针对扫描射束系统，沿着横向于射束扫描平面的方向的分辨率不是问题，因为它通过透射检测器的有效面积的宽度或通过使用准直板来解决。在当前示例中，这些操作中的任一操作可以被调整以确保横向方向上的有效射束宽度也是1cm，从而导致沿着两个图像轴线图像中的有效分辨率是1cm。以这种方式，高分辨率431。示例全射束宽度和示例有效射束宽度在图8A中进一步例示，并且可以在半射束强度分布高度处测量，例如，如在半最大值全宽度(FWHM)方法中那样。图6中给定线性区段604的宽度可以限定具有所示有效射束尺寸612的射束部分的有效射束宽度。

特定单能量实施方式

图7是可以用于示例x射线检测系统的一个单能量示例x射线检测结构703(本文也称为“透射检测器”)的示意图。在该实施方式中，透射检测器或x射线检测结构703包括由材料(例如，塑料或铝)制成的中空管状(具体地，圆筒形)支承结构732、一组“WSF带”104和闪烁体(条带)体积702。支承732和WSF带104的不具有闪烁体体积702的组合应当被理解为构成如本文使用的术语“光检测结构”。x射线检测结构703可以形成示例x射线检测系统的一部分。

支承结构732具有弯曲外表面770。围绕该表面770，一组波长偏移光纤(WSF)的WSF带104以螺旋图案缠绕，这在图15中更具体地示出。每个带104可以包括一系列平行的波长偏移光纤，其直径例如可以在0.5mm至3mm之间。典型的有效直径是1mm。作为示例，带104可以在任何位置包括5至50个平行光纤，并且可以经由粘合剂材料彼此物理地附接，或者光纤可以嵌入在透光基体(matrix)中。另选地，带104可以各自包括例如单个WSF或2至4个WSF。带104以沿着检测器的支承732的长度重复它们的顺序的方式缠绕。例如，所示实施方式具有标记为1至5的五个带。

闪烁材料条带702(其是结合图1描述的闪烁体体积102的示例)沿着其整个长度与下面的WSF带光学耦合，并位于检测器的面向入射射束的一侧。闪烁体中吸收的x射线将产生闪烁光，该闪烁光将优先在空间周期性邻接(其类似于图1所示的空间周期性邻接)进入正好在其下方的光纤带。由于闪烁材料中的闪烁光的高自吸收，所以只有一小部分闪烁光能够进入在闪烁体中未正好在x射线吸收点下方的相邻带，因此不存在发生这种串扰的简单路径(easy path)。因此，闪烁光主要且优先地仅在空间周期性邻接处光学耦合至WSF光纤中。一旦闪烁光进入波长偏移光纤，它便被吸收并以更长的波长在光纤中重新发射。因此，它不能在光纤中被再吸收，并且进入光纤的光的5％至7％被捕获在光纤内并被传输至两个光纤端部之一(图7中未例示，但类似于图1中的光纤端部126)。带104中的每个带的至少一个端部连接至分开的PMT，或者另选地，连接至多阳极PMT的分开的阳极，从而在射束跨检测器的长度扫描时，允许针对每个集成时段(integration period)独立地测量所述带中的每个带的光输出。

仍然参考图7，由于现在可以针对每个带分开地测量在闪烁体中在每个带附近吸收的x射线强度，因此现在可以选择性地使用射束的不同部分来从更多或更少的射束分布进行读取。本申请中使用的“组合信号”、“信号组合器”和类似术语是指如下配置，该配置组合从相应带的信号中选择的、射束的不同部分中的一个或更多个部分，针对给定应用，该组合实现最佳结果。

图8A至图8C是示出了来自可以用于不同应用的宽x射线射束512的信号的各个(阴影)部分的x射线射束强度分布750。例如，针对最高分辨率成像，可以选择性地使用与中心WSF带相对应的宽x射线射束分布750的正中心部分/区段648来形成图像(参见图8A)。另选地，来自中心带的每一侧上的附加带的输出信号也可以用于形成图像(参见图8B)。例如，如果穿过成像系统的钢的穿透是关键的，则这是所期望的，在这种情况下，较高的射束强度比分辨率更重要。由于射束通常被定位成使得其质心接近两个带之间的点，因此可以在信号组合器中实现加权，其中，可以使用来自超过一个带的信号，如图8C所示。在该示例中，来自左带的信号的25％与来自右带的信号的75％组合，以产生用于产生图像的经组合的信号。图8A还示出了宽x射线射束512的射束宽度813(FWHM)和通过仅使用与图7中的带2相对应的信号而获得的有效射束宽度815，该有效射束宽度815与图7所示的有效窄x射线射束612相对应。

检测器校准

x射线检测器系统的初始校准(其中，射束中没有目标对象)可以有利地用于确定哪个带信号(或带信号的组合)应当用于扫描射束的每个位置以实现扫描目标。例如，如果在射束跨检测器的单个扫掠期间出现1000个集成时段(对应于每图像行1000个像素)，则产生图像的软件(诸如根据各种实施方式的信号组合器)可以利用查找表(LUT)(诸如图13所示的查找表)来指派带信号或信号的组合，以形成每个像素。

在上面给出的图8C的两个相邻带信号以加权组合的方式组合的示例中，针对每个像素，LUT将包含两个带标识符和要应用于每一者的加权。在其它实施方式中，校准过程可以包括创建多个LUT。例如，一个LUT可以用于来自仅一个或两个带的信号被组合的最高分辨率模式，而另一LUT可以用于来自所有带的信号被用于产生图像的最高穿透最低分辨率模式。附加LUT可以用于中间模式。应当注意，可以使操作者能够选择操作者希望实时观看的图像类型，并且可以使操作者能够在采集扫描数据之后的任何时间在图像之间切换。

图9示出了来自计算机模拟的模拟图像。将由现有技术的未分段透射检测器(图5)生成的透射图像(图9的左侧)与使用图8C所示的设置的具有0.75”宽的带的检测器的情况(图9的中心)和0.5”宽的带的情况(图9的右侧)进行比较。从左图像到右图像，可以看到图像分辨率的稳定增加。在这些模拟中成像的模型包括钢板中的线对槽，其尺寸为10mm至17.5mm，如图9的左图像、中间图像和右图像所示。

注意，带的宽度和数量优选地由预期入射到透射检测器上的射束的最大宽度确定。有利的但不是必需的是，带的数量乘以带宽度小于待测量的最大x射线射束宽度。这将确保在沿着检测器长度的超过一个位置处没有带接近射束。

某些双能量实施方式

到目前为止所描述的实施方式是单能量检测器，其中，不存在传入射束的光谱辨别。许多透射成像应用可以受益于某种形式的材料辨别。这通常使用“三明治”型闪烁检测器来完成，其中，第一闪烁体体积对x射线射束的低能量分量敏感，而被放置成使得其拦截已经穿透第一闪烁体体积的x射线的第二闪烁体积对x射线射束的高能量分量敏感。图19至图21例示了现有技术的示例。这些检测器中的许多检测器另外在两个闪烁体积之间放置低能量滤波器以增强两个检测器通道敏感的能量分离。这种滤波器通常包括0.25mm-2.0mm厚的铜薄片，但通常也使用其它滤波器材料。

先前已经使用了三明治型双能量检测器，其中利用WSF读出两个闪烁体积，或利用WSF仅读出被射束拦截的第一闪烁体积。在本申请中采用双能量实施方式的方法是使用WSF来读出具有WSF的低能量通道和高能量通道二者，而不使用三明治型检测器。这意味着给定的x射线不能穿过两个闪烁体积，但是体积可以并排呈现给入射射束。

图10是这种双能量配置x射线检测结构的一个实施方式的立体图。条带形式的单个闪烁体体积702用于低能量检测器通道(多个WSF带)104和高能量通道(一WSF带)1004。由诸如铜或锡的滤波材料制成的滤波条带1052沿着检测器的长度覆盖闪烁体条带的一半。滤波条带1052优先允许x射线射束中的高能量x射线到达下面的闪烁体体积条带702。来自闪烁体条带的滤波侧(与闪烁体的高能量“HE”通道侧相对应)的闪烁光利用单个多WSF带1004读出，该单个多WSF带1004沿着检测器结构的长度延伸(run)并且被定位在闪烁体与围绕支承结构732缠绕的另一组WSF带104(低能量通道)之间。

进一步参考图10，来自闪烁条带的未滤波侧(与低能量“LE”通道相对应)的闪烁光利用先前描述的重复组WSF带读出，所述重复组WSF带如图所示围绕检测器缠绕。LE通道带与HE通道带之间的不透光材料可以用于帮助确保两个通道之间没有光学耦合(因此没有串扰)。

本领域普通技术人员将清楚，图10的特定的先前描述的双能量检测器实施方式仅在LE通道中而不在HE通道中提供高分辨率成像。虽然这可能看起来是设计的限制，但是提供材料辨别的大多数成像系统需要在算法中使用平均内核，以便在将材料特性指派给给定图像像素时获得所需统计。这意味着用于使图像着色的材料特性指派已经处于比底层图像显著更低的分辨率，因此预期HE通道数据的固有更低分辨率不是显著的限制。

使用这种并排双能量检测器设置的其它实施方式可以使用在检测器长度上延伸的超过一个WSF带来读出来自HE通道的闪烁光。例如，这可以用于增加沿着横向于检测器长度的方向的高能量通道的分辨率。又一些实施方式可以针对两个通道使用相同闪烁体材料的分开的条带，以减少通道之间的任何潜在串扰。另选地，另外的实施方式可以使用不同闪烁材料的两个条带，其中一个条带被设计成增强低能量x射线的检测，而另一条带被选择成增强高能量x射线的检测。

本领域技术人员将理解，这种检测器能够向操作者提供材料辨别。与传递通过诸如水或塑料的有机材料的x射线相比，透射穿过诸如钢的高Z材料的x射线有更少低能量x射线保留在射束中。通过分析低能量通道和高能量通道中的检测器信号的相对比率，可以执行材料辨别。这通常通过将彩色托盘(color pallet)应用于图像来指示给操作者：橙色表示具有低有效原子序数(Z)的有机材料，绿色表示中间Z材料，诸如Al，蓝色表示高Z材料，诸如钢。

该系统的附加实施方式可以使用在沿着检测器宽度或沿着检测器长度的方向上伸长的椭圆形或矩形射束分布(而不是圆形或正方形分布)。以这种方式，可以在任一方向上进一步优化分辨率，而不减小射束的横截面积(以及其中的x射线的强度)。

用于扫描静止对象的某些实施方式

手持式反向散射x射线成像仪器(诸如由维肯检测公司制造的HBI-120)可以用于手动扫描静止的车辆和对象，诸如废弃的包裹和袋。这些仪器通常用于产生对象的反向散射图像。然而，通过在对象后面放置未分段平坦面积检测器，也可以测量透射射束的强度，并且可以产生透射图像。与对象移动经过或通过系统的扫描系统(诸如具有用于扫描车辆的传送带或驱车通过入口的行李扫描器)不同，手持式仪器通常对静止对象成像。在这种情况下，仪器必须在扫描期间跨对象平移。利用行检测器获取透射图像需要检测器与成像系统同时平移，这通常不具有实际可能性。相反，足够大以在扫描期间在所有时间拦截透射射束的静止面积检测器是优选的，如图11A所示。

图11A是例示了输出具有射束扫描方向1146的x射线笔形射束的手持式反向散射成像器仪器1156的立体图。在该示例中，仪器1156在垂直平移方向1158上移动以扫描位于面积检测器1154前方的目标对象(未示出)。

图11B是例示了与另外的示例面积x射线检测器结构1155一起使用的手持式仪器1156的立体图。在该实施方式中，跨检测器结构1155的宽度以重复图案放置WSF带104，从而允许增加沿着扫掠射束的扫描方向的分辨率。由于内部准直器的存在，所以沿着仪器平移方向的图像分辨率本质上是高的，所述内部准直器用于限定沿着该方向的更紧密的射束分布。

实施方式的其它细节

图12是例示了根据实施方式的光学耦合至围绕中空管状(圆筒形)支承结构732缠绕的相应WSF带104的相应光电探测器106的示意图。如图12所示，每个WSF带104可以由多个子带(个体WSF)1204形成。在图12的实施方式中，给定带104中的所有子带1204光学耦合至同一光电探测器106。然而，在其它实施方式中，给定多WSF带104的个体WSF 1204可以由分开的光电探测器检测。

图13是例示了可以用于示例x射线检测器系统中的示例信号组合器1308的方框流程图。作为示例，图13假定一组五个WSF带104，其中，从相应光电探测器106输出五个相应光电探测器信号s1-s5，如图12的实施方式中那样。在1360，将像素编号指定给校准查找表(LUT)。上面描述了与各种实施方式一致的检测器像素。在1362，LUT输出与给定像素数量相对应的带权重w1-w5。在1364，带权重被输入至加法器1366，该加法器1366也接受来自光电探测器106的相应信号128(s1-s5)并组合这些信号。加法器1366根据S＝w1*s1_...+w5*s5计算并输出经组合的信号S 130。经组合的信号S 130可以是表示行扫描或多行扫描的形式，使得经组合的信号S 130可以表示可以显示给用户的图像131的一部分或全部。

信号组合器1308的全部或部分可以在计算机处理器、嵌入式处理器或其它处理器内运行。在特定示例中，LUT形成计算机存储器或诸如EEPROM的非易失性存储器的一部分并存储在其中。加法器1366可以包括在计算机处理器、嵌入式处理器等中执行的计算机代码。在图13的示例中，信号组合器1308包括预定LUT功能和信号组合/加法器功能。然而，在另一实施方式中，信号组合器仅包括加法器1366，并且LUT功能被认为是另一部件的一部分，或者组合器1308使用组合一个或更多个信号的另一装置。

示例检测器系统还可以包括被配置为根据经组合的信号产生图像的处理器。

其它双能量实施方式

图14A是示例x射线检测结构的横截面图，该示例x射线检测结构利用螺旋缠绕的WSF带并提供双能量x射线检测和辨别，该示例x射线检测结构用于检测具有增强的空间分辨率的扫描x射线射束，即使当扫描x射线射束相对大时也是如此。图14A的x射线检测结构包括在其它实施方式例示的圆筒形支承结构732。如前所述并且如后面结合图15进一步详细描述的，多个波长偏移光纤WSF带104围绕圆筒形支承结构732缠绕，所述多个波长偏移光纤WSF带104以螺旋方式缠绕。多个WSF带104构成被配置为优先检测低能量x射线的低能量(LE)通道。LE闪烁体体积1402b覆盖带104的一部分，并且被配置为从宽x射线射束扫描射束512的一部分(诸如大约一半)接收x射线。

在这种情况下由铜制成的高能量(HE)滤波器1052被配置为从x射线射束512的另一半接收x射线，从而优先阻挡低能量x射线到达高能量HD闪烁体体积1402a。高能量(HE)WSF带1004位于HE闪烁体1402a的下面并被配置为与高能量x射线相互作用以产生闪烁光。经由HE WSF带1004与HE闪烁体1402a之间的光学耦合，与高能量x射线相对应的闪烁光子被光学耦合至HE WSF带1004中。位于HE WSF带1004与支承圆筒732之间的不透光层1468进一步帮助阻挡由高能量x射线产生的闪烁光子耦合至螺旋缠绕的LE WSF带104中。

以图14A所示的方式，没有来自入射射束512的检测x射线传递通过LE闪烁体体积1402b和HE闪烁体体积1402a二者。此外，尽管在图14A的横截面图中不可见，但HE滤波器1052、HE闪烁体1402a和HE WSF带1004全部在检测器结构的全长上延伸，类似于结合图10描述的各种部件。

图14B是可以形成各种示例x射线检测系统的一部分的另选双能量x射线检测结构的横截面图。图14B的实施方式在许多方面类似于图14A的实施方式，除了共享闪烁体体积1502用于高能量通道和低能量通道二者。因此，共享闪烁体1502基本上接收所有扫描x射线射束512，从而覆盖检测器结构的低能量部分和高能量部分二者。在低能量(右)侧，允许所有x射线(低能量和高能量)与共享闪烁体体积1502相互作用。因此，由高能量x射线和低能量x射线二者产生的由闪烁体体积1502的低能量侧产生的闪烁光子可以光学耦合至LE WSF带104中。

另一方面，在x射线检测结构的左(HE)侧，HE滤波器1052优先使来自x射线射束512的左半部分的高能量x射线通过。以这种方式，由共享闪烁体1502的左侧产生的闪烁光子主要由高能量x射线产生，所述闪烁光子光学耦合至HE WSF带1004中。图14B的x射线检测结构还包括不透光层1468，其有助于防止在共享闪烁体1502的左侧产生的闪烁光子到达LE WSF带104。尽管从图14B的横截面图中不可见，但HE滤波器1052、共享/共同闪烁体1502和HEWSF带1004全部在检测器结构的全长上延伸。

某些示例光检测结构和X射线检测结构

图15是根据实施方式的光检测结构1500的侧视图。光检测结构1500包括具有弯曲外表面770的管状支承结构1502。结构1500还包括多个WSF带104，所述多个WSF带104以空间周期性的、基本上螺旋的图案1572围绕弯曲外表面770缠绕。多个WSF带被配置为承载待在多个带104的相应端部126处检测的光。在一些实施方式中，检测仅在多个带104中的每个带的一个端部126发生。然而，在其它实施方式中，光检测在每个WSF带104的两个端部发生。

如参考本说明书的其它部分将理解的，光检测结构1500可以形成x射线检测器和检测结构的一部分，该x射线检测器和检测结构包括与x射线相互作用以产生光学耦合至多个WSF带104中的闪烁光的闪烁体体积。进而，x射线检测结构可以形成结合图1和其它附图描述的x射线检测系统的一部分。

图15的特定光检测结构1500中的管状支承结构1502由闪烁体材料形成并形成闪烁体体积。在其它实施方式中，单个闪烁体体积1502可以由闪烁体体积区段(即，被配置为从x射线扫描射束接收x射线的多个闪烁体体积)代替。闪烁体体积1502至少在带104关于扫描射束的扫描器轴线110的空间周期性邻接124的位置处光学耦合至多个带104。响应于从x射线扫描射束(图15中未示出)接收到x射线，闪烁体体积1502产生闪烁光子，并在带104中的每个带的至少一个端部126处检测该闪烁光子。以这种方式，因为光检测结构1500包括闪烁体体积/管状支承结构1502，所以它也可以被考虑并且在本文称为x射线检测结构。

应当注意，包括待检测的光的闪烁光子可以在多个WSF带中发生波长偏移。由闪烁体体积1502直接产生的闪烁光子和经波长偏移的闪烁光二者在本文中称为“闪烁光子”、“闪烁光”、“待检测的光”等。

在其它实施方式中，管状支承结构1502不是闪烁体体积，使得光检测结构1500不被认为是x射线检测结构。然而，在某些实施方式中，一个或更多个闪烁体体积可以机械地联接至管状支承结构1502并且光学耦合至多个WSF带104。一个或更多个闪烁体体积可以被配置为接收x射线并产生闪烁光子作为响应。多个WSF带被配置为接收闪烁光子并将该闪烁光子转换为待检测的光。因此，提供了与支承结构分离的分开的闪烁体体积，如在各种其它附图中那样。

在一些实施方式中，分开的闪烁体体积可以采取例如图10的条带闪烁体体积702、图14A的LE闪烁体1402b或HE闪烁体1402a或图14B的共享闪烁体1502的形式。在如所描述的提供分开的闪烁体体积的情况下，光检测结构1500与闪烁体积一起形成x射线检测结构，该x射线检测结构又可以形成结合图1或其它附图描述的x射线检测系统的一部分。

附加双能量实施方式

许多透射成像应用要求存在某种形式的材料辨别。这通常使用“三明治”型闪烁检测器来完成，其中，第一闪烁体体积对x射线射束的低能量分量敏感，而被放置成使得其拦截已经穿透第一闪烁体积的x射线的第二闪烁体积对x射线射束的高能量分量敏感。这些检测器中的许多检测器另外在两个闪烁体积之间放置低能量滤波器以增强两个检测器通道敏感的能量分离。这种滤波器通常包括0.25mm-2.0mm厚的铜薄片，但通常也使用其它滤波器材料。

图19(现有技术)和图20(现有技术)例示了现有双能量x射线检测器结构。现有系统使用具有两个分开的闪烁体积的三明治型双能量检测器，如图19(现有技术)和图20(现有技术)所示，利用WSF读出两个闪烁体积，或者如图21(现有技术)所示，利用WSF仅读出被射束拦截的第一闪烁体积并且通过一些其它装置读出第二闪烁体积。

图20(现有技术)具体示出了在包括闪烁体积1 2274的三明治型检测器处接收的扫描x射线射束112，该闪烁体积具有耦合至其的LE WSF光导2280。LE WSF光导2280由LE通道PMT 1 406读出。穿透位于LE通道与HE通道之间的滤波器1052的高能量x射线由闪烁体积2 2274接收，该闪烁体积光学耦合至HE WSF光导(WSF光导束)2282。HE WSF光导2282由HE通道PMT 2 406读出。

本申请中的实施方式采用的方法是不使用包含两个闪烁体积的三明治型检测器，而是利用用于低能量通道和高能量通道二者的一个相对厚的闪烁体积，并且利用光学耦合至相对厚的闪烁体体积的相反侧的WSF读出每个通道。

图22是例示了确定x射线的能谱的特性的示例检测器系统2204的示意图。检测器系统2200包括具有入射表面2276和出射表面2278的闪烁体体积2274。入射表面2276被配置为接收入射x射线2286。例如，入射x射线2286可以来自扫描x射线射束(这里也称为扫掠x射线射束)、静止x射线射束(诸如锥形射束或扇形射束)。

闪烁体体积2274被配置为响应于接收到入射x射线2286而发射闪烁光122。出射表面2278被配置为使穿过闪烁体体积2274的介于入射表面2276与出射表面2278之间的厚度2284的入射x射线2286的一部分通过。

检测器系统2200还包括光学耦合至闪烁体体积2274的入射表面2276的第一多个光导2280。系统2200还包括光学耦合至闪烁体体积2274的出射表面2278的第二多个光导2282。

系统包括光学耦合至第一光导2280的端部的至少一个第一光电探测器106。第一光电探测器被配置为响应于来自闪烁体体积2274的闪烁光122输出第一信号2290。系统还包括至少一个第二光电探测器106，该至少一个第二光电探测器106光学耦合至第二多个光导2282的端部并且被配置为响应于来自闪烁体体积2274的闪烁光122输出第二信号2292。尽管在图22中未具体例示第一光导和第二光导的端部，但通过参考图1、图15以及其它附图和本文中的对应描述，应当理解光导的端部的含义。

检测器系统2200还包括光谱分析仪2294，该光谱分析仪2294被配置为响应于闪烁光接收第一信号2290和第二信号2292，并基于第一信号2290和第二信号2292确定入射x射线2286的能谱的特性2296。

特性2296例如可以包括入射x射线2286的能谱的至少两个不同波长区段的相对信号强度。特性2296另选地可以包括使入射x射线2286穿过的或使入射x射线2286散射的目标对象的材料或材料类别的指示。目标的材料或材料类别或入射到双能量x射线检测器上的入射x射线的其它特性2296的识别是本领域技术人员已知的，并且在本公开的范围内。然而，先前未利用诸如检测器系统2200的检测器系统的益处来确定这样的特性，该检测器系统利用单个共同闪烁体体积2274并且依赖于闪烁光在闪烁体体积2274内的自衰减以便以所示出和所描述的方式实现能量辨别。

光谱分析仪可以是计算机处理器或嵌入式处理器等。它可以将能谱的特性直接或间接地输出至通信接口、显示器、打印输出、人类等。

闪烁体体积的厚度可以大于闪烁体体积的闪烁体材料的自衰减长度。闪烁体体积可以是条带闪烁体体积(诸如图7的条带闪烁体体积702)，该条带闪烁体体积被配置为在透射穿过目标的扫掠x射线射束的范围上，在该条带闪烁体体积的入射表面从该扫掠x射线射束接收入射x射线。闪烁体体积可以是例如类似于图11A至图11B的面积检测器的面积闪烁体体积。闪烁体体积可以被配置为经由来自目标的x射线散射在入射表面接收入射x射线。然而，也可以另选地经由来自目标的被动发射在入射表面接收入射x射线。

第一多个光导和第二多个光导可以是波长偏移光纤(WSF)光导或其它光导。

例如，闪烁体体积可以是管状形式，诸如结合图15描述的形式。如果闪烁体体积限定内部中空部，则入射表面和出射表面分别可以是闪烁体体积的管状壁的外弯曲表面和内弯曲表面。第一多个光导和第二多个光导分别可以是第一多个WSF带和第二多个WSF带，所述第一多个WSF带和所述第二多个WSF带分别覆盖管状壁的外弯曲表面和内弯曲表面。第一多个带可以以空间周期性的、基本上螺旋的图案围绕外弯曲表面缠绕。第二多个带可以以重复的、空间周期性的、基本上螺旋的图案围绕内弯曲表面镶嵌并与内弯曲表面相邻。

至少一个第一光电探测器和至少一个第二光电探测器可以是光电倍增管(PMT)。至少一个第一光电探测器和至少一个第二光电探测器可以是至少一个多阳极PMT的分开的阳极。

闪烁体体积的闪烁体材料可以包括从由BaFCl、GOS、YOS和ZnS组成的组中选择的一种或更多种材料。

图23是特别针对x射线透射成像配置的有利实施方式的横截面图。一个闪烁体体积2274有利地用于低能量检测器通道2280和高能量通道2282二者。低能量x射线在闪烁体体积2274的入射表面2276附近优先被吸收，所得的闪烁光优先进入光学耦合至闪烁体体积的入射表面2274的WSF层2280。更具穿透的高能量x射线通常将在闪烁体介质体积2274中更深处被吸收，并且所得的闪烁光将优先进入光学耦合至闪烁体体积2274的出射表面2278的HE WSF层2282。

反射器2296(顶部)通过将低能量x射线产生的闪烁光朝着层2280反射回来而有助于光学耦合该闪烁光。类似地，反射器2296(底部)通过将高能量x射线产生的闪烁光朝着层2282反射回来而有助于光学耦合该闪烁光。

例如，可以通过根据以下准则精心选择闪烁体介质来优化图22所示的检测器系统以及图23、图25和图26的检测器结构的能量辨别特性：

·闪烁体介质成分

·闪烁体厚度

·闪烁体光学衰减

可以精心地选择闪烁体介质和厚度，以确保高能量x射线的检测效率高，同时确保x射线在低能量区和高能量区中的平均吸收深度被很好地分离，从而提供对在两个独立WSF层中收集的闪烁光的量的良好辨别。这可以通过确保闪烁光在闪烁介质中的平均自由程相对短而进一步增强。这确保了来自(在入射表面附近被吸收的)低能量x射线的光在出射表面上的WSF层中被吸收的可能性低，并且相反地，来自(在出射表面附近被吸收的)高能量x射线的光在入射表面上的WSF层中被吸收的可能性。

成本相对低并且易于机械地结合到大型检测器中的优选闪烁体介质是闪烁荧光屏，诸如BaFCl。该特定磷光体具有约390nm的峰值闪烁波长，其理想地与许多类型的WSF的峰值吸收光谱匹配。它针对在25keV至225keV的能量范围内的x射线具有高的检测效率，并且由于它的晶体结构，针对它自己的闪烁光的自吸收，它具有小于1毫米的相对短的平均自由程，从而增强了针对低能量x射线和高能量x射线的两个WSF层之间的光收集的分离。

通过优化闪烁体介质的厚度和光学光衰减特性，可以建立在闪烁体体积的中心处的“死”区，针对该“死”区，闪烁光不能到达任一WSF层。因此，该中心区中的闪烁体材料现在有效地用作图19中的现有技术检测器的中心处所示的滤波器，因为来自该区域的光根本不能被检测到。该中心材料的唯一效果是吸收或过滤可以通过闪烁体的高能量区并对HE通道信号有贡献的高能量x射线。因此，可以优化该“死”区，以进一步增强检测器的能量辨别能力，就像图19中的滤波器设计所做的那样。

利用500mg/cm2厚体积的BaFC1荧光屏作为夹在两个WSF层之间的闪烁体体积进行测试。荧光屏具有透明背衬(backing)，使得闪烁光可以从闪烁体的入射表面和出射表面二者逸出。当在x射线源与检测器之间引入不同厚度的钢时，使用入射的140kV的x射线射束记录每个WSF层的光输出。

图24是例示了模拟结果的图。可以看出，当加入更多的钢时，来自入射WSF层的信号比来自出射WSF层的信号下降得快得多，这表明与出射WSF层相比，入射WSF层优先检测来自低能量x射线的闪烁光。

鉴于本公开，本领域技术人员将理解，这样的检测器然后能够向操作者提供材料辨别。与传递通过诸如水或塑料的有机材料的x射线相比，透射穿过诸如钢的高Z材料的x射线有更少低能量x射线保留在射束中。通过分析来自低能量通道和高能量通道的检测器信号的相对比率，可以执行材料辨别。这通常通过将彩色托盘应用于图像来指示给操作者：橙色表示具有低有效原子序数(Z)的有机材料，绿色表示中间Z材料，诸如Al，蓝色表示高Z材料，诸如钢。因此，上述入射x射线的特性2296可以包括来自低能量通道和高能量通道的检测器信号的相对比率、目标的可能材料或材料类别的指示、或诸如指示目标的可能原子序数(Z)范围的彩色显示的指示，如通过分析入射x射线的能量所指示的。

可以进一步如下优化闪烁体体积的厚度，并且表1将有助于描述。

表1：

上面的表1的前两列示出了两种不同的普通闪烁体屏材料中各种能量的x射线的平均自由程。这等于在假定直接照射(90度入射角)的情况下在给定能量的情况下阻挡63％的x射线所需的厚度。

表1的第三列和第四列示出了当屏与入射射束成15度角时阻挡63％的入射x射线所需的闪烁体屏的面积密度。注意，针对GdOS和BaFCl，最低能量x射线(E<50keV)分别在闪烁体屏的前0.1mm和0.4mm内被吸收。

如果低能量统计(low energy bin)被定义为E(LE)<120keV，则低能量x射线主要在屏的前158mg/cm2和248mg/cm2被吸收。如果使用500mg/cm2厚的屏，则这将在低能量(E<120keV)x射线与高能量(E>120keV)x射线之间提供足够的分离。

图25例示了通过定向检测器获得的检测效率的增强。针对透射成像，可以通过定向检测器闪烁体体积2274以使得其由入射x射线射束2286倾斜地照射来增强图23的检测器的检测效率。这增加了入射x射线射束必须行进穿过闪烁体介质的路径的有效长度，从而增加了x射线在介质中被吸收的可能性，并且增加了检测的可能性。注意，这不需要附加闪烁体材料，因此提供了提高检测效率的非常成本有效的方式。通过使入射表面与入射表面的法线以关于x射线射束2286的非零角度θ定向，闪烁体体积的有效厚度按照因数1/cos(θ)增加。例如，通过以关于入射射束75°的角度倾斜检测器，闪烁体的检测效率按照几乎4的因数增加。

图26示出了被优化用于反向散射成像的检测器的另外的实施方式。它类似于图23的透射检测器配置，除了图26是被优化用于在较大面积上检测漫射散射x射线的面积检测器，而不是被优化用于检测入射射束中的透射x射线的条带检测器。在该配置中，闪烁体体积2274由闪烁体介质的片材(或板)形成，并且WSF层2280、WSF层2282由彼此并排放置的多个带组成。

增加双能量实施方式的检测器分辨率

本文结合图1和图6至图18描述的是利用WSF的透射检测器的各种实施方式，其表现出增加的成像分辨率。由于结合图22至图26描述的检测器实施方式可以在一些实施方式中使用类似的WSF带，所以参考本公开对于本领域的技术人员将显而易见的是，结合图1和图6至图18描述的特征可以结合到结合图22至图26描述的实施方式中，反之亦然。

在一些实施方式中，实施方式的各个方面可以在计算机或软件或固件程序产品中实现。在一个示例中，查找表可以在软件或固件中运行。计算机程序产品可以存储在非暂时性计算机可读介质上，该非暂时性计算机可读介质包括使一个或更多个处理器执行示例系统或相关方法的各方面的计算机可读指令。

本文引用的任何专利、公开申请和参考文献的教导通过引用整体并入本文。

虽然已经具体示出和描述了示例实施方式，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求涵盖的实施方式的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。