DE102004060608A1 - Compton scattering quantum attenuation correction method, involves producing common matrix at corrected scattering coefficients, where total correction of scattering signals results during matrix production - Google Patents
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Classifications
-
- G01V5/222—
Abstract
Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Korrektur der Schwächung der Compton-Streuquanten in einer Anordnung zum Messen von Compton-Streuquanten.The Invention concerned with a method for correcting the attenuation of Compton scattering quanta in an arrangement for measuring Compton scattering quanta.
Es sind Anordnungen bekannt, bei denen ein Röntgenstrahler verwendet wird, der einen linear ausgedehnten Fokus hat und dessen fächerförmige Strahlung auf einen einzigen Fokalpunkt konvergiert. Außerdem ist ein Compton-Streukollimator zwischen dem Objekt und dem Compton-Detektor angeordnet, der einem Streuvoxel im Objekt, das eine bestimmte Tiefe hat, eine Position am zweidimensionalen Compton-Detektor zuweist.It arrangements are known in which an X-ray source is used, which has a linearly extended focus and its fan-shaped radiation converges to a single focal point. There is also a Compton scatter collimator disposed between the object and the Compton detector, the one Streuvoxel in the object, which has a certain depth, a position at the two-dimensional Compton detector assigns.
Aus dem Stand der Technik sind auch Anordnungen bekannt, die in zwei aufeinander folgenden Schritten – meist in unterschiedlichen Anordnungen – ein Gepäckstück auf gefährliche Inhaltsstoffe, insbesondere Sprengstoffe, untersuchen. In der einen Anordnung wird dabei die Dichteinformation innerhalb des Gepäckstücks mittels Compton-Streuung ermittelt und in der anderen Anordnung die Beugungsinformationen mittels kohärenter Streuung. Bei der Messung der jeweiligen Dichte- bzw. Beugungsinformationen treten jedoch Fehlalarme auf, da die bekannten Messverfahren und Detektionsverfahren Annahmen machen, die zu unkorrigierten Ergebnissen führen. Eine Korrektur ist jedoch dringend nötig, da der jeweils durch ein Gepäckstück hindurchtretende Röntgenstrahl einer Eigenschwächung im Material unterliegt, ohne deren Berücksichtigung es zu Verfälschungen des Messergebnisses kommt.Out The prior art also arrangements are known in two successive steps - usually in different Arrangements - a Baggage on dangerous Ingredients, especially explosives, examine. In the one Arrangement is doing the density information within the bag by means of Compton scattering determined and in the other arrangement, the diffraction information by means of coherent Scattering. When measuring the respective density or diffraction information However, false alarms occur because the known measuring methods and Detection methods make assumptions that lead to uncorrected results. A Correction is urgently needed since each passing through a piece of luggage X-ray a self-weakening in the material subject, without their consideration it to falsifications the result of the measurement comes.
Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, ein Korrekturverfahren vorzustellen, welches die Schwächung sowohl des Primärstrahls – vor dem Auftreffen auf das Streuvoxel – als auch die Sekundärschwächung des Streuquants bestimmt, so dass eine Korrektur der gewonnenen Messwerte vorgenommen werden kann, die zu einer Reduzierung der Fehlalarme führt.task The invention is therefore to present a correction method, which the weakening both of the primary beam - before Impact on the Streuvoxel - as also the secondary weakening of the Scatter quantum determined, allowing a correction of the measured values obtained can be made, which leads to a reduction of false alarms leads.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Schwächung des detektierten Röntgenquants innerhalb des zu untersuchenden Objekts kann am besten anhand der von der Dichte abhängigen Compton-Streuung ermittelt werden. Deswegen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass selbst bei einer Anordnung, in der sowohl die Compton-Streuquanten als auch die elastisch gestreuten Streuquanten detektiert werden, die Korrektur anhand der Daten für die Compton-Streuquanten erfolgt. Erfindungsgemäß erfolgt dabei eine Zerlegung der Scheibe, die durch den inversen fächerförmigen Röntgenstrahl durchsetzt wird, in eine zweidimensionale Matrix an Streuvoxeln. Compton-Streuquanten, die aus der obersten Schicht, d. h. der detektornahen Schicht, des Objekts stammen, haben keine Sekundärschwächung erfahren, sondern lediglich eine Primärschwächung. Nachdem für sämtliche Streuvoxel der obersten Reihe die jeweiligen Streukoeffizienten bestimmt wurden, werden diese für die darunter liegende zweite Reihe von Streuvoxeln unter Berücksichtigung der Sekundärschwächung durch die darüber liegende Reihe an Streuvoxeln bestimmt. Nachdem auch in der zweiten Reihe vollständig die korrigierten Streukoeffizienten bestimmt wurden, wird zur nächsten Reihe fortgeschritten und das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt. Dies setzt sich fort, bis man zur untersten Reihe an Streuvoxeln, die der Röntgenquelle am nächsten liegenden, kommt. Nachdem auch diese korrigiert wurden, liegt die gesamte Matrix an korrigierten Streukoeffizienten für die gerade untersuchte Scheibe vor, so dass eine gesamte Korrektur für alle gemessenen Streuquanten erfolgen kann, wobei dies nicht nur für die Compton-Streuquanten gilt, sondern ebenfalls durch eventuell in derselben Anordnung gleichzeitig gemessene kohärente Streuquanten. Durch die so erfolgte Korrektur lässt sich die Fehlalarmrate drücken, da die erhaltenen Informationen nicht fälschlicherweise auf einen anderen Inhalt des Objekts rückschließen lassen, als er tatsächlich vorliegt.The The object is achieved by a method having the features of the patent claim 1 solved. The weakening of the detected X-ray quantum within the object to be examined can best be determined by the dependent on the density Compton scattering can be determined. Therefore, according to the invention, that even with an arrangement in which both the Compton scattering quanta and also the elastically scattered scattering quanta can be detected, the Correction based on the data for the Compton scattering quantum occurs. According to the invention, a decomposition takes place the disk, which is interspersed by the inverse fan-shaped x-ray beam, into a two-dimensional matrix of scatter voxels. Compton scattering quanta those from the topmost layer, d. H. the detector-near layer, the Object, have not experienced secondary attenuation, but merely a primary weakening. After this for all Streuvoxel of the top row the respective scattering coefficients are determined, these are for taking into account the underlying second set of scatter voxels secondary attenuation by the above lying row of Streuvoxeln determined. After in the second Complete series the corrected scattering coefficients have been determined, becomes the next row advanced and repeated the process of the invention. This It continues until you reach the bottom row of Streuvoxeln, the the X-ray source the next lying, comes. After these have been corrected, is the entire matrix of corrected scattering coefficients for the straight examined slice before, so that a total correction for all measured Scattering quantum can be made, this not only applies to the Compton scattering quanta, but also by possibly in the same order at the same time measured coherent Scatter quanta. By the correction thus made, the false alarm rate can be to press, because the information obtained does not erroneously refer to any other content of the Close the object, when he actually exists.
Vorteilhafterweise lautet die Beziehung zwischen einem Streukoeffizienten und dem dazugehörigen Streusignal: Advantageously, the relationship between a scattering coefficient and the associated scatter signal is:
Hierbei
sind Fs(i,j) der Schwächungskoeffizient des Sekundärstrahls
und FP(i,j) der Schwächungskoeffizient des Primärstrahls
Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
für die
Streuvoxel
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass gleichzeitig die kohärente Streustrahlung mit einem kohärenten Streudetektor gemessen wird, indem zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Fokalpunkt ein weiterer Streukollimator angeordnet ist, der nur kohärente Streustrahlung von einem in den Untersuchungsbereich einbringbaren Objekt durchlässt, die unter einem festen Streuwinkel emittiert wird. Durch die Kombination der Messung des Impulsübertragungsspektrums von elastisch gestreuten Röntgenquanten mit der Messung des Dichteprofils (dem Bild der Elektronendichte) mittels Compton-Streuung werden für jedes Streuvoxel zwei materialspezifische Parameter gleichzeitig bestimmt werden. Selbst wenn einer der beiden Parameter eine Unsicherheit des Materials im Streuvoxel beinhalten würde, kann auf Grund des anderen Parameters in fast allen Fällen auf die tatsächliche Natur des im untersuchten Streuvoxel enthaltenen Materials geschlossen werden. Dadurch wird die Fehlalarm-Rate deutlich gesenkt, ohne dass die Bestimmung der beiden Parameter in unterschiedlichen Verfahrensschritten oder sogar in räumlich voneinander getrennten Geräten vorgenommen werden müsste, wodurch erheblich Zeit gespart wird.A Further advantageous development of the invention provides that at the same time the coherent scattered radiation with a coherent Scattering detector is measured by passing between the examination area and the focal point another scatter collimator is arranged, the only coherent scattered radiation from an insertable into the examination area object, the is emitted at a fixed scattering angle. By the combination the measurement of the pulse transmission spectrum of elastically scattered X-ray quanta the measurement of the density profile (the image of the electron density) by means of Compton scattering will be for each scatter voxel has two material-specific parameters simultaneously be determined. Even if one of the two parameters is an uncertainty of the material in the streuvoxel may be due to the other Parameters in almost all cases the actual Nature of the material contained in the investigated Streuvoxel closed become. This significantly reduces the false alarm rate without the determination of the two parameters in different process steps or even spatially made separate equipment would have to which saves considerable time.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:Further advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims. An advantageous Embodiment of the invention will be described with reference to the figures embodiment explained in more detail. in this connection demonstrate:
In
Von
der momentan gescannten dünnen Scheibe
ist in
Der
Primärstrahl
Der
vom Streuvoxel
Die
Information aus dem Transmissionsdetektor
Neben
den Transmissionsquanten
Der
Compton-Detektor
Die
Compton-Streuquanten
Sowohl
der Compton-Detektor
Anhand
von
Die
untersuchte Scheibe des Objekts wird in eine zweidimensionale Matrix
von Streuvoxeln
Je
nach Lage des Streuvoxels
Erfindungsgemäß wird dabei
so vorgegangen, dass die oberste Reihe an Streukoeffizienten σ1j zuerst
bestimmt wird. Hierfür
kann die im Objekt erfolgte Schwächung
sehr einfach bestimmt werden. Da die Compton-Streuquanten
Aus der oben schon ausgeführten Gleichung erhält man die korrigierten Streukoeffizienten σ1j, indem man für FP das Transmissionssignal einsetzt und für Fs den Wert 1, da keine Sekundärschwächung vorliegt. Die beiden Konstanten M für die Mehrfachstreuung sowie K als Systemkonstante sind aus Referenzmessungen bestimmt worden.From the above equation One obtains the corrected scattering coefficients σ 1j by using the transmission signal for F P and the value 1 for F s , since there is no secondary attenuation. The two constants M for the multiple scattering and K as the system constant have been determined from reference measurements.
Wenn
man von diesen korrigierten Compton-Streukoeffizienten σ1j der
ersten Reihe ausgeht, kann man die Compton-Streukoeffizienten σ2j der zweiten
Reihe berechnen. Da in der zweiten Reihe der Primärstrahl
Allerdings
bleibt festzuhalten, dass es sich hierbei um eine Näherung handelt,
für die
angenommen wird, dass sich der Streukoeffizient in Richtung der
Z-Achse entlang der Trajektorie des Compton-Streuquants
Nachdem
die ganzen Compton-Streukoeffizienten σ2j der
zweiten Reihe korrigiert wurden, werden diese wieder als Ausgangspunkt
für die
Korrektur der Compton-Streukoeffizienten σ3j der
darunter liegenden Reihe verwendet. Dieses iterative Verfahren wird
solange fortgesetzt, bis die Compton-Streukoeffizienten der untersten
Reihe von Streuvoxeln
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sogar dahin erweitert werden, dass die Systemkonstante K variabel gemacht wird und von einer uneinheitlichen Verteilung der Mehrfachstreuung M ausgegangen wird. Dadurch erhält man noch bessere Korrekturen und noch geringere Fehlalarmraten.The inventive method can even be extended to the system constant K variable is made and of an inconsistent distribution of multiple scattering M is assumed. This preserves even better corrections and even lower false alarm rates.
- 11
- Anodeanode
- 22
- Primärkollimatorprimary collimator
- 33
- inverser Fächerstrahlinverse fan beam
- 44
- Fokalpunktfocal point
- 55
- Streuvoxelvoxel
- 66
- Compton-StreuquantCompton scattering Quant
- 77
- Compton-DetektorCompton detector
- 88th
- Detektorelementdetector element
- 99
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- 1010
- kohärentes Streuquantcoherent scatter quantum
- 1111
- kohärenter Streudetektorcoherent scatter detector
- 1212
- Bewegungsrichtungmovement direction
- 1313
- Primärstrahlprimary beam
- 1414
- Transmissionsquanttransmission Quant
- 1515
- Transmissionsstrahltransmission beam
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- Transmissionsdetektortransmission detector
- 1717
- Förderbandconveyor belt
- ΘΘ
- kohärenter Streuwinkelcoherent scattering angle
- ΓΓ
- Compton-StreuwinkelCompton scattering angle
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- PrimärstrahlwinkelPrimary beam angle
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2004
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