Реферат № 19

9.2. Досмотровая компьютерная томография

Одним из важных путей усовершенствования досмотровой техники, предназначенной для обнаружения ВВ и ВУ, является разработка специализированных досмотровых компьютерных томографических систем.

Принцип метода рентгеновской компьютерной томографии заключается в том, что просвечивание каждого слоя биологической ткани осуществляют в импульсном режиме с помощью рентгеновской трубки с вращающимся (например, вокруг тела человека) щелевым коллиматором. Число таких просвечиваний под разными углами может составлять 360 или 720. Каждый раз при прохождении рентгеновских лучей через слой ткани проходит ослабление излучения, зависящее от плотности отдельных структур исследуемого слоя. Степень ослабления рентгеновского излучения измеряется большим количеством высокочувствительных детекторов, после чего вся информация обрабатывается на ЭВМ. В результате получают изображение среза, в котором яркость каждой координатной точки соответствует плотности ткани. Анализ изображения проводят как в автоматическом режиме с использованием ЭВМ и специальных программ, так и визуально. Таким образом, данный метод исследования представляет собой нечто среднее между обычной рентгенографией и использованием ядерно-магнитного резонанса.

В зависимости от конкретных задач исследования, выбирается один из режимов компьютерной томографии:

1. Непрерывный, когда последовательно получают изображение всех без исключения срезов обследуемого объекта.

2. Дискретный – с заданными относительно большими интервалами между срезами, что существенно снижает лучевую нагрузку, но приводит к потере части инфомации.

3. Прицельный – тщательное послойной исследование одного или нескольких участков объекта.

В наиболее полном объеме технические принципы работы и методы использования компьютерных томографов описаны в специальных научных работах, а математические основы теории – в учебниках по математической физике и её приложениях.

Предельные параметры изображений, достигаемые в лучших томографических системах медицинского и немедицинского назначения, таковы: время ротации 0,3-0,5 с, пространственное разрешение 1,5-2 точки на мм, контрастная чувствительность 0,2-0,5%, трехмерная реконструкция, виртуальная эндоскопия, субтракционная ангиография.

Дополнительные возможности компьютерной томографии обеспечиваются рабочей станцией, позволяющей проводить совмещение изображений, полученных на компьютерном томографе, магнитно-резонансном томографе и гамма-камере.

Первую установку такого типа «CTX-5000» разработала американская компания I‑Vision. Суть метода компьютерной томографии применительно к системе «CTX-5000» сводится к сканированию инспектируемого багажа узким веерным пучком рентгеновских лучей и детектированию проходящего излучения с помощью линейки (или полукольца) из большого числа дискретных детекторов. В результате математической обработки большого количества измеренных проекций получается полное трехмерное распределение плотности. Предполагаемые ВВ отображаются на экране монитора красным цветом. Таймеры и детонаторы, входящие в состав ВУ, также могут быть обнаружены. Испытания установки продемонстрировали возможность обнаружения с ее помощью даже малых количеств ВВ при удовлетворительном проценте ложных тревог.

По результатам тестирования, проведенного Федеральным авиационным агентством США (FAA), модель «CTX-500 SP» по состоянию на 2005 г. признана единственным автоматическим детектором ВВ и рекомендована для использования в американских аэропортах. Согласно результатам тестирования, при скорости досмотра, равной 254 объектам в час, она с вероятностью 92-95% обнаруживала различные ВВ при вероятности ложных тревог 18%.

Следует, однако, отметить, что в последнее время модель «CTX-500 SP» стала подвергаться серьезной критике: высокая стоимость (0,9-1 млн. долларов), сложность и эксплуатации и невозможность обеспечить указанные выше характеристик на реальных потоках багажа (вероятность ложных тревог оказывается примерно в два раза больше приведенной выше цифры) отталкивают потенциальных заказчиков. Использование компьютерного томографа оказывается эффективным только в том случае, когда контроль осуществляет оператор.

Кроме того, испытания детектора обнаружения взрывчатых веществ «CTX-5000», проведенные в 1997-1998 годах, показали, что этот прибор абсолютно нетерпим к всевозможным магнитным носителям. Фотопленки и видеоматериалы, подвергнувшись сильному рентгеновскому излучению, были практически уничтожены или сильно ухудшили качество своего изображения.

Одной из первых томографических установк, доступных для широкого пользователя, стала система VIS-1 (Vivid Rapid Explosives Detection System) компании Vivid Technologies Inc. Крупномасштабные испытания установки VIS-1 в аэропорту Глазго летом 1993 г. и опыт использования в Цюрихском аэропорту в период 1992-1993 гг. показали, что её интегрирование в существующие линии транспортировки багажа существенно увеличивает скорость досмотра и сокращает расходы на персонал при повышении безопасности полетов. Скорость обработки багажа достигает 1200 единиц за час на одну линию, а уровень ложных тревог не превышает 20%.

В настоящее время компьютерные томографы – обнаружители ВВ, сертифицированные американским Управлением безопасности на транспорте (TSA), выпускаются фирмами L-3 Communications и InVision Technologies (поглощена корпорацией General Electric). В томографических системах по-прежнему используются поворотные излучатели и приемники рентгеновского излучения. В настоящее время не существует сертифицированных систем обнаружения ВВ с неподвижными излучателями и приемниками, поскольку такие установки не справляются с трудно обнаруживаемыми ВВ.

Системы фирм L-3 Communications и InVision могут устанавливаться как в виде автономно работающих устройств в залах аэровокзала, так и последовательно на багажных транспортерах. Интегрированная система обнаружения ВВ, смонтированная фирмой L-3 Communications в сингапурском аэропорту, состоит из рентгеновской установки для объемной томографии и компьютерных томографов Examiner. После прохождения первой из них 50% багажа готово для погрузки на борт. Другие 50% дают ложные срабатывания и пропускаются через две установки Examiner. Интегрированная система обрабатывает до 1500 мест багажа в час. Практически все лица, связанные с обеспечением авиационной безопасности, солидарны в том, что последовательная установка систем является более эффективной и требует меньше обслуживающего персонала. Но жесткие сроки повышения уровня безопасности, определенные конгрессом США после 11 сентября 2001 г., заставили почти все аэропорты США в срочном порядке оборудовать залы автономными установками.

Рис. 9.1. Томографическая установка CTX 1000 (Argus-4) для обнаружения взрывчатых веществ

По данным фирмы L-3 Communications, производимая ими система Examiner дает 17% ложных срабатываний. Повышение разрешающей способности приведет к сокращению этого показателя. При объединении 30-40 установок в единую сеть один сотрудник сможет обслуживать несколько томографических систем, и сейчас начинаются проверки данной концепции.

Автоматическая система Z-Scan компании EG&G Astrophysics Research Corp. осуществляет анализ содержимого багажа, регистрируя прошедшее излучение в двух энергетических областях (точнее сказать, один набор детекторов регистрирует весь спектр прошедшего излучения, а другой – лишь его высокоэнергетическую, вырезанную фильтром часть). С целью преодоления существенного недостатка рентгеновской интроскопии (экранирования внутренностей объекта веществами с высоким атомным номером) в установке Z-Scan применяются два рентгеновских источника, которые просвечивают багаж под двумя разными углами. Таким образом, регистрируются две проекции объекта. На экраны мониторов выводится изображение содержимого контролируемого объекта в двух проекциях и трехмерное распределение только органических материалов.

В 2005 году была сертифицирована установка CTX 1000 (Argus-4, рис. 9.1) проиводства In-Vision (General Electric). Argus-4 является компьютерным томографом поворотного типа, предназначенным для небольших аэропортов США и не располагающих значительными средствами аэропортов других стран.

Дальнейшее развитие томографических систем идет по пути применения оптоволоконных технологий, что сокращает время на анализ изображения и тем самым увеличить производительность, а также несколько повышает достоверность обнаружения.

В Российской Федерации рентгеновские компьютерные томографы не выпускаются, несмотря на многочисленные попытки их создания.

9.3. Перспективные методы и установки рентгеновской интроскопии. Комбинированные досмотровые комплексы

Метод регистрации обратнорассеянного рентгеновского излучения лежит в основе установки обнаружения ВВ, созданной компанией American Science and Engineering Inc. Установка различает органические и неорганические материалы в багаже, используя для этого разницу в сечениях обратного рассеяния, обусловленного комптон-эффектом, для материалов с низким и высоким атомным номером. Вещи из материалов с низким номером отображаются на черно-белом дисплее как непрерывное белое на черном фоне. Изображение, соответствующее стандартному просвечиванию багажа рентгеновскими лучами, фиксируется на втором мониторе. Оператор одновременно видит два монитора и, анализируя изображения на них, принимает окончательное решение. Предусмотрена автоматическая идентификация багажа, вызвавшего подозрение на присутствие ВВ. Окрашивание изображения багажа в красный цвет предупреждает оператора о вероятности присутствия взрывчатых веществ. Установки, использующие указанный принцип детектирования, могут быть интегрированы в системы транспортировки багажа и в состоянии обеспечивать пропускную способность до 1000 единиц багажа в час. Однако именно это средство обнаружения ВВ получили невысокую оценку Федерального авиационного агентства США по результатам проведенных испытаний.

РТИ и технически родственные им установки являются основным классом приборов для выявления ВВ, применяемых в системах авиационной безопасности. Принцип рентгеновских методов поиска ВВ по-прежнему основывается на небольшой разнице в плотности между ВВ и веществами, используемыми в предметах обихода, с близкими атомными номерами. У большинства распространенных ВВ плотность превышает 1,4 г/см³, что больше, чем у материалов, из которых состоят контролируемые бытовые предметы (полиэтилен, пластмассы, кожа и т.д.), не говоря уже о вещах из шерстяных и искусственных волокон.

Одновременно регистрируя распределения плотности и среднего атомного номера в контролируемом багаже, можно детектировать присутствие скрытых ВВ при достаточно низком уровне ложных тревог. По этой причине РТИ, оснащенные соответствующими аппаратными и программными средствами обработки информации, содержащейся в прошедшем или обратнорассеянном рентгеновском излучении, в настоящее время рассматриваются в качестве самых быстрых и дешевых средств обнаружения ВВ.

Поиски высокотехнологичных методов обнаружения ВВ, близких к рентгеновским по своей физической сути, в настоящее время продолжаются. Так, наплимер, Джон Фредеричи (США) в 2005 году получил патент на созданный им терагерцовый визиограф – устройство, применяющее волны терагерцевого диапазона для обнаружения ВВ и скрытого оружия, а также следов химических и биологических агентов в атмосфере. Волны терагерцового диапазона способны проходить через большинство неметаллических и неполярных сред. При этом они не только обладают большей проницаемостью, чем рентгеновское излучение, но и изменяют свою спектральную картину, по которой можно определить состав веществ, через которые они прошли. К тому же излучение терагерцового диапазона считается менее вредным для организма человека.

С другой стороны, существуют физические методы обнаружения ВВ, основанные на фиксации и анализе радиотеплового излучения тела человека с целью выявления инородных предметов, находящихся (скрытых) на теле или под одеждой.

Тихоокеанская Северо-Западная Национальная лаборатория (США) разработала широкополосную голографическую систему формирования изображения в миллиметровом диапазоне.

Лаборатория Startiger (Великобритания) создала систему формирования изображения, работающую с излучением в терагерцовом диапазоне частот.

Лаборатория Millivision (США) и ЗАО «НПП Текстиль Интернэшнл» (Россия) создали переносные пассивные радиометрические камеры миллиметрового диапазона.

Дата добавления: 2015-08-18