武汉艾崴用x射线背散成像技术灵活的在x光安检机上运用

x光安检机对爆炸物和违禁物准确、高效的检测，是有效防范恐怖犯罪和刑事犯罪的重要手段。针对目前普遍采用的探测技术存在的一些不足，以及不同检测条件的限制。武汉艾崴介绍X射线背散射成像技术，利用该技术可实现不同探测技术的优势互补，在不同的检测领域有不同的应用。

一、当前最普遍的安检技术

对进入重要场所的大流量人员、行李及货柜，实施非接触、非入侵的安全检查，已成为目前广泛采用的安检措施。各类金属或非金属武器、毒品、爆炸物（炸药和起爆装置）是探测的重点。目前，使用最多的是X射线成像技术，它包括：双能X射线透射成像、多视角X射线双能透射成像、双能X射线CT成像、高能（几兆电子伏特）X射线成像及X射线背散射成像技术。

从理论上讲，已知物质的有效原子序数和密度就可以准确地确定物质的类型。目前双能X射线成像技术能有效检测出被检物的有效原子序数信息，并对被检物自动进行分类。如原子序数低于10的物质定义为有机物，赋予不同饱和度的橙色；如原子序数介于10到18之间的物质定义为混合物，赋予不同饱和度的绿色；如原子序数大于18的物质定义为无机物，赋予不同饱和度的蓝色。但单视角或双视角的双能量检测技术仍不能获取物质足够的密度信息，无法分辨物质的密度。

伪双能X射线透射成像设备能准确、实时地显示被检物的二维图像，并有效获取物质的有效原子序数信息。目前广泛应用于对重要场所人员的手提行李和交运行李的安检。

双能X射线断层扫描的CT成像设备能获取物质大量的密度和有效原子序数信息，探测率较高。但售价昂贵、检测速度慢、体积较大等不利因素，限制了其广泛应用。

多视角双能X射线透射成像技术能组建 “直角”交叉视角的二维图像，进而重建被扫描物体的三维图像，视角获取的物质信息越多，越能达到准确判定物质有效原子系数和密度的目的。公安部第一研究所采用双源双探真实双能和伪双能透射的多视角成像组合技术，研制出国内首款能够实现对一定量的毒品和炸药进行自动探测的设备，探测速度提高一倍多，高达500mm/s，违禁物在三视图上被用线框自动标识，非常适合大流量包裹的违禁物与炸药的自动探测。这种自动、高速、高效的炸药探测模式必将取代现行的人工判读模式。

二、背散射探测原理

武汉艾崴研究表明当X射线遇到物体时可能出现三种情况：X射线穿过物体、X射线被物体吸收、X射线遇物体发生散射。背散射探测原理就是利用康普顿散射理论，X射线遇到不同物质会发生不同的散射，X射线遇到低原子序数物质时，散射较强；遇到高原子序数物质时，散射相对较弱。而且，散射概率与被检物的电子密度成正比，电子密度又与质量密度有关，散射信号随质量密度增大而增强，但高原子序数物质的散射被光电效应抑制。所以，如果被检物质的原子序数越低，密度越大，X射线照射发生散射就越强，反之亦然。X射线照射检测物体后，根据能量守恒定律，散射光子撞击电子能量减少，穿透物质的能力较差，因此，接收散射光子的探测器一般都放在被检物附近，以减少散射光子在空气中的衰减和二次散射。

X射线背散射成像利用X射线飞点发生器产生的X射线束，沿出射扇面绕射线源心连续旋转扫描被检物，完成飞点扫描探测，与射线源同侧的背散射探测器，接收散射光子并由光电管转变为电信号放大输出，计算处理后成像显示。

飞点扫描技术是背散射扫描技术的核心，它可瞬时对X射线光束方位进行处理，使背散射信号能对被检物品的危险区域做出及时反应，完成准实时成像，并能凸显低原子序数物质的具体形状及位置。背散射成像技术与双能透射相比的优缺点如下：

背散射成像优点：

（1）图像能凸显低原子序数的有机物，特别是液体炸药、塑性炸药、毒品等。

（2）射线源与背散射探测器在被测物的同一侧，便于实施探测。

（3）X射线飞点扫描照射剂量小、辐射量小。

背散射成像缺点：

（1）射线穿透能力差。

（2）图像分辨率低。

（3）不能自动对被测物进行有

效原子序数分类，无法实现自动探测。

三、背散射成像与双能透射

成像技术的融合应用有机物大都属于低原子序数、低密度物质，各类炸药和普通有机物一样，都含有低原子序数的碳、氧、氢、氮元素。使用双能量X射线透射成像能自动对被测物进行有效原子序数分类，但不能将少量轻薄的毒品和炸药从复杂的有机物背景中区分凸显，影响探测率。而大多数炸药，特别是塑性炸药具有较低的原子序数和相对较高的密度，采用X射线背散射成像技术有利于将普通有机物和炸药区分显现。

图1为对同一货运箱的扫描图，两袋模拟爆炸物被藏于箱内，背散射图像（右图）能突出货箱内危险有机物，非常清晰地呈现出模拟爆炸物的所在。

图2为统一箱包的单能透射和背散射扫描图，背散射技术可生成清晰的X射线扫描图，将爆炸物、塑料武器、毒品等成像凸显，单能X射线安检设备无法成像。

图3为同一箱包的双能透射和背散射扫描图，双能X射线安检设备可检测出电线和一定量的爆炸物，也能区分不同的物质，确定被检物品的原子序数，然后使不同类物质显现不同的颜色——有机物桔黄色、混合物绿色、金属蓝色。背散射技术可生成像清晰的X射线扫描图，将液体炸药、毒品、塑料武器等违禁品凸显成像。

被检物结构越复杂，有机物越多，其图像的分辨率则越低，针对双能X射线成像的这一缺陷，将双能X射线成像技术与背散射相结合，在一台通道式安检设备内，集成两种探测系统，同时展现两种探测技术的成像，这样安检人员就可获得更多详尽信息，以准确判断被检包裹、行李或集装箱中的物品是否安全。背散射技术能有效凸显传统X射线安检设备遗漏的有机物，如爆炸物及毒品。不仅如此，背散射技术还能显示背景，使画质清晰易辨，这是对双能X射线透射成像的良好补充与完善。目前，公安部第一研究所已采用其专利技术将双能成像与背散射成像数据融合，可以在同一屏幕上同时显示融合图像、透射图像及背散射图像，并且三图像可任意切换，极大地提高了检测质量和检测效率。

四、背散射成像技术被应用于机动检查

背散射成像技术将X射线飞点发生器、背散探测器、图像处理模块等集成在轮式或带式行走机具上，可根据距离进行线控或遥控，探测复杂场地不易搬动的可疑危险物品。若再配以放射性危险物质监察器材，还可检测出伽马射线及中子散发出的低能量辐射，非常适用于反恐安检，对路边可疑爆炸物、汽车炸弹、人体炸弹等实施机动隐蔽检查，既可检测出传统的普通爆炸物，也可检测出脏弹和大规模杀伤性武器。

目前武汉艾崴研制出的背散射安检车，既可在动态模式（低速移动）下进行安全检查，也可在静态模式下对其他移动车辆和物品进行选择性的安检。其高清晰的成像使得工作人员能轻易分辨出车辆货箱中的实际货物。

图4展现的背散射图像，在显示所有背景物的同时，能让安检员清晰辨识出某封闭物中的可疑物品及人的形状及姿态。

另外，从外观上来看，无法判断背散射安检车是一部移动的安检设备，因为他无需安装任何外在的零部件，这种具有隐秘性的安检设备，不仅能隐蔽侦察出隐藏着的各种威胁，同时还有助于对危险份子、走私者、偷渡者的稽查工作。

五、背散射成像对人体检查的应用

人体安检是安检中的一个重要部分。目前，各种威胁危险变得更隐秘而不易察觉，经常以隐藏于人体的形式出现，如人体炸弹不断出现及人体携带毒品（体内或体外）等，使得人体安检变得越来越重要。

目前对人体进行安检的方法主要是金属探测门和辅助的手持金属探测器，它们不能探测出非金属违禁品，如陶瓷刀、塑料枪支及致命爆炸物。同时，金属探测虚警较高，需人工复查，依然是具有一定侵犯性的触摸式安检，甚至个别情况还需要被检人脱去衣物鞋帽，检查效率低下。

X射线飞点扫描背散射成像技术应用于人体安检，可以完全解决金属探测的缺陷，有效快捷地检测出藏于人体衣物下的各类危险物及禁运物品，不仅能检测金属物品，也能检测陶瓷刀具、塑料枪支、混合武器、液体炸弹、毒品等非金属物质。另外，背散射成像技术还具有很高的安全性，不会影响被检者及安检工作人员的身体健康，也完全符合国际人体辐射剂量的安全标准及规定。设备每次扫描的辐射剂量不超过10微仑目（0.1微西弗特），相当于每人每天接受外界自然辐射值的1%。

安检人员根据经隐私过滤后的扫描轮廓图像，直观了解危险物或禁运物品的具体位置，从而节省了大量的安检时间，也保证了被检者的隐私权。图5是显示X射线点扫描人体背散射探测图像。

当前广泛应用的各类安检技术都具有其独特的优点，但也存在一定的不足。不同检测领域应有针对性地采用适用技术，或采用适用的多种技术融合，实现技术优势互补。武汉艾崴完成各自探测工作的同时产生信息数据汇合处理，实现数据融合，将检测分析结果输出呈现给安检人员。