ES2630161T3 - Sistemas de escaneado - Google Patents

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ES2630161T3 ES09714033.9T ES09714033T ES2630161T3 ES 2630161 T3 ES2630161 T3 ES 2630161T3 ES 09714033 T ES09714033 T ES 09714033T ES 2630161 T3 ES2630161 T3 ES 2630161T3
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Edward James Morton
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Abstract

Un método de escaneado para escanear un objeto (32) que se mueve en una primera dirección que comprende: irradiar el objeto con radiación que tiene una energía pico de al menos 900 keV, proporcionar una primera región (40) de detector que tiene un espesor de al menos 2 mm y una segunda región (42) de detector que tiene un espesor de al menos 5 mm, en donde la segunda región de detector está dispuesta para recibir radiación que ha pasado a través de la primera región de detector, detectar la radiación después de que ha interactuado con o pasado a través del objeto con el fin de proporcionar información relativa al objeto, en el que la detección de la radiación comprende: detectar radiación en la primera región (40) de detector, recibir radiación que ha pasado a través de la primera región (40) de detector en la segunda región (42) de detector, detectar radiación en la segunda región (42) de detector, en el que en la primera región (40) de detector, la segunda región (42) de detector, o ambas, detectar la radiación comprende capturar una pluralidad de conjuntos de datos de detección utilizando un primer grupo (46) y un segundo grupo (48) de elementos (50) de detección, estando dispuesto cada elemento (50) de detección para proporcionar información relativa a una porción correspondiente del objeto, siendo capturado cada conjunto de datos de detección en un momento diferente de tal manera que, en una primera vez, el primer grupo de elementos de detección está dispuesto para proporcionar información en la misma región del objeto que el segundo grupo de elementos de detección en una segunda vez, en el que el primer grupo (46) de elementos (50) de detección está dispuesto de manera que los centros de los elementos (50) de detección están desplazados de los centros de los elementos (50) de detección en el segundo grupo (48) en una segunda dirección que tiene un componente normal a la primera dirección.

Description

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DESCRIPCION
Sistemas de escaneado
La presente invention se refiere a sistemas de escaneado. Tiene aplicacion particular en sistemas de escaneado para carga, pero tambien puede ser utilizado en escaneres para otras aplicaciones como seguridad y escaneres medicos de alta energla.
Existe un requerimiento de inspection de recipientes para la presencia o no de materiales y dispositivos ilegales. A menudo, tales recipientes son grandes (por ejemplo, un contenedor ISO de 40 pies x 8 pies x 8 pies) y pueden contener cargas densas tales como maquinaria. Con el fin de proporcionar un proceso de inspeccion no intrusiva y rapida, se ha desarrollado una serie de sistemas de generation de imagenes que utilizan fuentes de rayos X de alta energla para penetrar incluso a traves de grandes contenedores.
Tlpicamente, estos sistemas combinan una fuente de acelerador lineal de rayos X de alta energla con una serie de detectores de rayos X dispuestos de una manera lineal para crear una llnea de inspeccion unidimensional a traves del objeto. Al escanear el objeto a traves del haz de rayos X a una velocidad controlada, se recoge un conjunto de proyecciones unidimensionales que se pueden reformatear en una imagen bidimensional para su posterior revision por parte del operador.
En todos estos sistemas conocidos, el proceso de recoleccion de imagenes es inherentemente submuestreado de acuerdo con el teorema de muestreo de Nyquist que establece que los datos deben ser muestreados al doble de la velocidad del ancho de banda mas alto en la senal.
Ademas, los escaneres de rayos X para la inspeccion de carga tlpicamente comprenden una fuente de rayos X de alta energla (normalmente basada en un acelerador lineal de rayos X) con una calidad de haz de 1 MeV a 9 MeV. La salida de rayos X del acelerador lineal de rayos X se colima entonces a un estrecho haz de radiation que se refleja a traves del artlculo de carga bajo inspeccion. Una disposition lineal de elementos detectores de rayos X se posiciona entonces frente a la fuente de rayos X de tal manera que es irradiada por el haz de radiacion en abanico despues de la atenuacion del haz de rayos X por el objeto bajo inspeccion.
El documento WO2004010127 A1 describe una unidad de escaneado para identificar contrabando, tales como armas, explosivos y drogas ilegales, dentro de objetos, tales como contenedores de carga y equipaje, moviendose a traves de la unidad a lo largo de una primera trayectoria comprende al menos una fuente de un haz de radiacion movible a traves de una segunda trayectoria que es transversal a la primera trayectoria y se extiende parcialmente alrededor de la primera trayectoria. Un detector estacionario transversal a la primera trayectoria tambien se extiende parcialmente alrededor de la primera trayectoria, posicionada para detectar la radiacion transmitida a traves del objeto durante la escaneado. En un ejemplo, una pluralidad de fuentes moviles de rayos X, cada una de las cuales transmite un haz conico de radiacion, estan soportadas por un carril semicircular perpendicular a la primera trayectoria. En este ejemplo, el detector, que puede ser una matriz de detectores que comprende una pluralidad de detectores bidimensionales, es tambien semicircular y perpendicular a la trayectoria. Tambien se puede usar un haz de ventilador. Se pueden obtener imagenes radiograficas y/o se pueden reconstruir imagenes de tomografla computarizada (CT). Las imagenes pueden ser analizadas por contrabando. Tambien se pueden proporcionar detectores sensibles a la energla. Las fuentes de radiacion pueden emitir radiacion de diferentes distribuciones de energla o cada fuente puede emitir selectivamente radiacion de diferentes distribuciones de energla. Los datos derivados de un voxel del objeto en las diferentes distribuciones de energla pueden ser procesados para determinar el contenido material del voxel. Las imagenes basadas en esos datos pueden fusionarse con las imagenes radiograficas o CT para facilitar la identification del contrabando en funcion del tamano, la forma y el contenido material de las regiones dentro del objeto. Tambien se describen metodos de escanear objetos.
En algunas realizaciones de la presente invencion, se describe un conjunto de detection mejorado que proporciona un muestreo Nyquist completo de los datos de imagen. En otras realizaciones, el conjunto de deteccion se modifica adicionalmente para proporcionar una capacidad de discrimination de materiales que puede proporcionar asistencia significativa al operador en su toma de decisiones.
Un aspecto de la invencion proporciona un metodo de escaneado para escanear un objeto que se mueve en una primera direction que comprende: las etapas definidas en la reivindicacion 1.
Un segundo aspecto de la presente invencion proporciona una disposicion de detector para uso en un sistema de escaneado, comprendiendo el sistema las caracterlsticas definidas en la reivindicacion 4.
Un tercer aspecto de la presente invencion proporciona un sistema de escaneado que comprende las caracterlsticas definidas en la reivindicacion 11.
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Un cuarto aspecto de la presente invencion proporciona un metodo de generacion de imagenes para proporcionar una imagen de un objeto de acuerdo con la reivindicacion 15.
Las reivindicaciones independientes definen aspectos de la invencion para los que se busca proteccion. Las reivindicaciones dependientes definen caracterlsticas inventivas preferidas.
A continuation se describiran realizaciones de la invencion, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es un diagrama de flujo que delinea un metodo de acuerdo con una realization de la invencion;
La figura 2 es un diagrama de flujo que delinea otro metodo de acuerdo con una realizacion de la invencion;
La figura 3 muestra esquematicamente un sistema de escaneado de acuerdo con una realizacion de la invencion;
La Figura 4 muestra esquematicamente una matriz de detectores escalonados descentralizados;
La figura 5 ilustra esquematicamente como la captura de datos esta coordinada en una realizacion de la presente invencion;
La figura 6 ilustra esquematicamente un modulo detector utilizado en una realizacion de esta invencion;
La Figura 7 ilustra esquematicamente una disposition de detector apilada de acuerdo con una realizacion de esta invencion;
La figura 8 es un grafico que ilustra diferentes caracterlsticas de objetos de masa atomica alta y baja como se ve en el sistema de escaneado de una realizacion de esta invencion;
La figura 9 es un grafico que ilustra el cambio en la respuesta con respecto a la energla de la radiation recibida;
La figura 10 ilustra una disposicion de detector de acuerdo con una realizacion de la invencion;
La figura 11 ilustra una disposicion de detector de acuerdo con otra realizacion de la invencion;
La Figura 12 ilustra un sistema de escaneado de acuerdo con una realizacion de la invencion;
La figura 13 muestra esquematicamente un ejemplo de una matriz de detectores dispuestos de acuerdo con una realizacion de la invencion;
Las figuras 14a y 14b ilustran como se muestran los datos de imagen a un operador en una realizacion de la invencion;
La figura 15 ilustra graficamente un perfil de radiacion de salida de una fuente de radiacion utilizada en una realizacion de la presente invencion;
La figura 16 ilustra esquematicamente una disposicion de detector de acuerdo con una realizacion de la invencion.
Haciendo referencia a las figuras 1 y 3, una realizacion de la invencion proporciona un metodo 10 y un sistema 30
para escanear un objeto 32 que se mueve en una primera direction. El sistema 30 comprende una fuente de
radiacion 36 dispuesta para irradiar el objeto 32 con radiacion a medida que el objeto se mueve en la primera direccion. La fuente de radiacion esta dispuesta para proporcionar radiacion que tiene una energla pico de al menos 900 keV. El sistema 30 de escaneado tambien comprende una disposicion 38 de detector. La disposicion de detector esta dispuesta para detectar radiacion despues de haber interactuado con o pasado a traves del objeto 32 con el fin de proporcionar information para escanear el objeto. La disposicion del detector 38 comprende un primer detector 40 y un segundo detector 42. El primer detector 40 tiene un espesor de al menos 2 mm. En esta realizacion, el espesor del primer detector es de aproximadamente 15 mm. En otras realizaciones, el espesor puede ser mas o menos y puede ajustarse segun se requiera por un experto en la materia. El segundo detector 42 tiene un espesor de al menos 5 mm. En esta realizacion, el espesor del segundo detector 42 es de aproximadamente 30 mm. Una vez mas, sera evidente para el experto en la tecnica que este espesor de detector puede variar mediante experimentation con el fin de afinar la disposicion de detector 38 segun se requiera. En esta realizacion, haciendo referencia a la figura 3, el primer detector 40 esta situado entre el objeto 32 y el segundo detector 42. En otras realizaciones, el experto en la materia puede prever una disposicion diferente. En esta realizacion particular, esta disposicion proporciona una geometrla simple con el fin de conseguir la configuration de detector deseado de tal
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manera que la radiacion que pasa a traves del primer detector 40 alcanza el segundo detector 42 despues de haber interactuado con el objeto 32.
El sistema 30 en su realization mas amplia no incluye un sensor de movimiento. En algunas realizaciones, el sistema 30 incluye un sensor 44 de movimiento como se muestra en la figura 3. El sensor 44 de movimiento esta dispuesto para medir cualquiera o mas de las posiciones, velocidad, velocidad o aceleracion del objeto 32. El papel del movimiento del sensor 44 se discutira con mas detalle a continuation.
Haciendo referencia a la figura 1, el metodo 10 de escaneado comprende la etapa 12 de irradiation de un objeto por escanear con radiacion que tiene un valor de energla de pico de 900 keV o mas. El metodo 10 tambien comprende la etapa de proporcionar una primera region de detector que tiene un espesor de al menos 2 mm y una segunda region de detector que tiene un espesor de al menos 5 mm. La segunda region de detector esta dispuesta para recibir radiacion que ha pasado a traves de la primera region de detector. El metodo 10 comprende detectar la radiacion despues de que ha interactuado con o pasado a traves del objeto con el fin de proporcionar informacion relativa al objeto. La detection de la radiacion comprende detectar radiacion 16 en la primera region de detector capturando una pluralidad de conjuntos de datos de deteccion usando diferentes grupos de elementos de deteccion y detectando la radiacion 18 en la segunda region de detector capturando una pluralidad de conjuntos de datos de deteccion usando diferentes grupos de deteccion elementos.
Cada elemento de deteccion esta dispuesto para proporcionar information relativa a una portion correspondiente del objeto y cada conjunto de datos de deteccion es capturado en un momento diferente de tal manera que cada grupo de elementos de deteccion proporcione informacion sobre la misma region del objeto. Las partes correspondientes cubiertas por cada grupo se solapan en una segunda direction, que tiene una componente normal a la primera direccion.
Haciendo referencia a la figura 4, se muestra una porcion del primer detector 40. Aqul, la parte del primer detector 40 se ve desde el punto de vista de la fuente de rayos X y se ve que comprende dos filas 50 de elementos detectores de rayos X; una fila 46 delantera y una fila 48 de arrastre. El objeto se escanea a traves del haz de rayos X mas alla de las dos filas de detector en la direccion de la flecha A. Cada fila se muestra con solo unos pocos elementos detectores para mayor claridad aunque en un total, Cada fila contendra tlpicamente cientos a miles de elementos de deteccion. En esta realizacion, los elementos son identicos. En otras realizaciones, pueden ser diferentes (tamanos, formas, etc.) segun se requiera.
La informacion generada por los elementos detectores de rayos X debe leerse en una manera correlacionada con el tiempo con el escaneado del objeto; cuanto mas rapido se escanea el objeto, mas rapido se debe leer cada fila de datos. La relation entre la velocidad de escaneado del objeto y la velocidad a la que se debe leer el detector se muestra en la figura 5. Las flechas verticales en la parte superior de la figura indican los tiempos en los que la fuente de rayos X produce rafagas (a, b, c, d, e, f) de la senal y los datos del detector se leen antes del comienzo de la siguiente rafaga de rayos X. El pulso de rayos X marcado con "a" iluminara tanto las matrices de detectores delantero como de arrastre. El siguiente impulso de rayos X (marcado como "b") tambien iluminara las matrices de avance y de arrastre. Esto significa que los datos recogidos para la matriz de arrastre en el pulso "b" encajan exactamente en llnea con los datos que se recogieron para la matriz principal durante el pulso "a".
Para este fin, en algunas realizaciones, el metodo 10 comprende detectar 20 la velocidad de movimiento del objeto con el fin de coordinar la temporizacion de la captura de los conjuntos de datos de deteccion. En tales realizaciones, puede haber un mecanismo de control con el fin de ajustar la temporizacion de las rafagas de rayos X desde la fuente 36 teniendo en cuenta el movimiento del objeto 32 tal como es detectado por el sensor 44 de movimiento. Por ejemplo, si el objeto 32 comprende un camion, el sensor 44 de movimiento es capaz de juzgar la velocidad a la que el camion se desplaza y ajustar la sincronizacion de las rafagas de rayos X desde la fuente 36 de rayos X de manera correspondiente para recopilar datos de deteccion de modo que cada grupo de deteccion proporciona informacion sobre la misma region del objeto.
En esta realizacion, puesto que los centros para los elementos detectores en la matriz de detectores de avance son desplazados a lo largo de la longitud de la matriz por exactamente la mitad de un elemento detector de los de la matriz de arrastre, puede verse que el muestreo vertical de la matriz la senal de rayos X es el doble de lo que habrla sido si se hubiera utilizado una sola fila de detectores, como ocurre actualmente en los sistemas de inspection de carga conocidos.
El llmite de banda de frecuencia espacial del conjunto de detectores esta determinado por la apertura flsica de los elementos detectores individuales. Se puede demostrar que la disposition de los detectores en la figura 4 cumple exactamente el requisito del teorema de muestreo Nyqist en la direccion vertical cuando se muestrea en el dominio del tiempo como se ha descrito anteriormente.
Utilizando la misma matriz de detectores escalonados desplazados como se muestra en la figura 4, tambien es
posible satisfacer el teorema de muestreo de Nyquist en la direction horizontal. En este caso, la frecuencia del pulso del haz de rayos X debe doblarse mientras se mantiene la misma velocidad de barrido como se muestra en la figura 5. Estos pulsos adicionales se muestran como a', b', c' y asf sucesivamente en la figura 5.
En otra realization de la presente invention, se propone un conjunto de detectores escalonados desplazados con 5 modos de muestreo tanto verticales como horizontales seleccionables durante el funcionamiento del sistema.
Siempre se utiliza tfpicamente el muestreo vertical segun los criterios de Nyquist. El muestreo horizontal puede ser operado con el muestreo completo de Nyquist cuando se requiere la mejor calidad de imagen y en otras tasas de muestreo mas bajas cuando se requiere una baja dosis de imagen.
En otra realizacion de la invencion, se puede fabricar un modulo detector tal como el ejemplo mostrado en la figura 10 6. Aquf se forma un conjunto 60 de detectores escalonados desplazados a partir de una serie de cristales de
centelleo. Un cristal de centelleo emite luz bajo exposition a la radiation X y esta luz se transmite a traves del grueso del material de centelleo a un dispositivo fotosensible que convierte la senal optica de entrada en una corriente electrica para su posterior integration mediante un circuito electronico. La senal integrada se puede entonces convertir en forma digital para transferirla a un circuito digital que es capaz de hacer los datos a una forma 15 legible por humanos tal como una imagen y tambien es capaz de almacenar los datos en un archivo digital tal como un disco de ordenador. Los detectores de centelleo tfpicos deben tener alta densidad y alto numero atomico y se seleccionarfan tfpicamente del conjunto de materiales que incluyen Csl, Nal, BGO, cdwO4, LSO, GSO, LYSO y LaBr3. A menudo, el dispositivo fotosensible sera un dispositivo semiconductor tal como un fotodiodo, un fotodiodo de avalancha o un fotomultiplicador de silicio o puede ser un dispositivo de tubo de vacfo tal como un tubo 20 fotomultiplicador o un dispositivo hfbrido mas exotico tal como una placa de microcanal con lectura de fotodiodo.
Otras configuraciones de detector son posibles, por ejemplo utilizando un detector de ionization o proporcional lleno de gas tal como uno llenado con gas xenon presurizado. Para conseguir la eficiencia de detection requerida, el gas normalmente se presionarfa hasta al menos 5 bar. Una alternativa serfa utilizar un material semiconductor de banda ancha de alta densidad, tal como CdTe, CdZnTe, Hgl y asf sucesivamente.
25 Exactamente el mismo principio de conjuntos de detectores escalonados desplazados puede usarse con otras sondas de generation de imagenes que incluyen neutrones termicos y neutrones rapidos que pueden proporcionar beneficios de diagnostico adicionales.
En otra realizacion de esta invencion, se preve un sistema de generacion de imagenes hfbrido en el que un conjunto de detectores sensibles a rayos X escalonados desplazados esta situado proximo a un conjunto de detectores 30 sensibles a neutrones escalonados desplazados para permitir la inspection simultanea de imagenes por rayos X y neutrones del mismo contenedor.
La ecuacion primaria que gobierna la atenuacion de rayos X en la materia (por ejemplo, como la radiacion de los impulsos de fuente a traves del objeto y cada detector) es
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35 en donde I(E) = intensidad de la radiacion emitida por la fuente a la energfa E, lo(E) = intensidad de radiacion emitida por la fuente de energfa E, p(E) = coeficiente de atenuacion lineal del objeto a la energfa E y l = lfnea tomada por el haz (de lapiz) de radiacion a traves del objeto.
La salida de rayos X de un acelerador lineal de rayos X es policromatica teniendo una distribution de energfa sustancialmente como se muestra en la figura 15. La energfa maxima de rayos X (Ep) resulta de esas interacciones 40 de electrones en la diana del acelerador lineal donde toda la energfa electronica se transfiere a un solo foton de rayos X. Tfpicamente, se transfiere menos de la energfa total del electron a un foton resultando en el amplio rango de energfas de rayos X en el haz de rayos X. A baja energfa, los picos mostrados en la figura 15 son debidos a interacciones de fluorescencia entre los electrones y los atomos diana dando como resultado rayos X que son caracterfsticos del material objetivo.
45 Es habitual utilizar un detector de integracion para medir la senal de rayos X que se describe en la ecuacion 1. En este caso, la senal detectada puede escribirse como
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Donde Id = senal detectada, pd (E) = coeficiente de atenuacion lineal del material detector a la energla E y s = longitud del trayecto del haz de rayos X a traves del detector.
Por lo tanto, esta claro que Id no conserva ningun conocimiento de la distribution de energla del haz de rayos X entrante, solo del efecto acumulativo de todas las energlas de rayos X.
Sin embargo, tambien puede verse que a menos que la trayectoria a traves del material detector, s, sea realmente muy grande, alguna energla sera transmitida a traves del detector (es decir, no tendra una eficiencia de detection del 100%). Haciendo referencia a la figura 16, si se coloca un segundo detector a la salida del primer detector, entonces la energla transmitida a traves del primer detector tiene la oportunidad de ser absorbida en el segundo detector. En este caso podemos escribir:
imagen3
donde IdB = intensidad registrada en el detector B, pdA(E) = coeficiente de atenuacion lineal del detector A material a la energla E, pdB(E) = coeficiente de atenuacion lineal del material del detector B a la energla E y t = recorrido tomado por el haz de rayos X a traves del detector B.
La inspection de la ecuacion 3 muestra que el espectro de energla que es incidente en el detector B no es el mismo que el espectro de energla que es incidente en el detector A. Por lo tanto, se puede pensar que el detector A ha retenido cierta information de energla aunque en el circuito integrado la production por si sola no es suficiente para decir cual es esta informacion de energla. Lo mismo ocurre con el detector B.
En otra realization de esta invention, se reconoce que las mediciones que son producidas por el detector A y el detector B estan correlacionadas espacial y temporalmente y que la relation de la intensidad registrada en el detector A con respecto a la registrada en el detector B proporcionara necesariamente Informacion sobre la distribucion de energla del haz de rayos X incidente, es decir,
y~ = f{KE)} (4)
* m
Donde f {} = operador de funcion.
Puede verse ademas a traves de la inspeccion de la ecuacion (1), que la relacion de mediciones de detector tambien incluye un factor que se debe a la atenuacion en el objeto.
Tres parametros de objeto afectaran a la relacion de detectores (ecuacion 4) y estos son el coeficiente de atenuacion lineal del objeto, p(E), la trayectoria l tomada por el haz de rayos X a traves del objeto y la distribucion de energla del haz primario, Io(E). En esta situation, hay tres incognitas y dos mediciones y, por lo tanto, es imposible determinar de forma unica un valor para los tres objetos desconocidos. La distribucion de energla del haz primario, Io(E) es constante de una escaneado a la siguiente y as! se puede hacer una estimation de Io(E) a la primera orden. Por lo tanto, se supone que Io(E) es una discrimination conocida y de materiales basicos que da lugar a una indication de masa atomica media para el objeto que se analiza.
La presente invencion se refiere al escaneado de alta energla. En las energlas bajas (por ejemplo la mayorla de los escaneres medicos), el efecto fotoelectrico es un mecanismo por el cual los rayos X interactuan con la materia dentro de los objetos que estan siendo escaneados. Por el contrario, la presente invencion se refiere a energlas de fuente de rayos X mucho mayores, es decir, que tienen un valor maximo de 900 keV o superior. El mecanismo predominante que gobierna las interacciones de la radiation dentro de la materia en estas energlas es la dispersion de Compton.
La atenuacion en la materia de los rayos X afectados por el efecto fotoelectrico muestra una dependencia proporcional a Z4 (donde Z = numero atomico). Por el contrario, la dispersion Compton produce una dependencia Z1. Algunas dispersiones Compton tambien estan presentes a bajas energlas.
Las regiones de detector de la presente invencion estan configuradas de tal manera que en el detector 40 frontal, hay aproximadamente una dependencia de Z4 que surge de una combination de los efectos fotoelectricos y de dispersion Compton. El segundo detector 42 trasero tiene una dependencia Z1. Como resultado, existen consideraciones significativamente diferentes en comparacion con el escaneado de rayos X de baja energla, debido a las diferentes leyes flsicas que rigen la interaction de la materia. El inventor ha comprendido que para las
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aplicaciones de escaneado de rayos X de alta energla, los detectores delantero y trasero en la disposition reivindicada estan gobernados por diferentes leyes flsicas con respecto a su interaction con radiation de alta energla. Como resultado de las diferentes relaciones flsicas, se requieren diferentes disposiciones de detectores, en relation con los escaneres de rayos X de baja energla. Por consiguiente, se especifica que un primer detector tiene un espesor de al menos 2 mm, mientras que el segundo detector se especifica que tiene un espesor de al menos 5 mm. Ademas, se requiere un procesamiento de senal diferente para tener en cuenta la combination del efecto fotoelectrico y la dispersion Compton que ocurre en el primer detector, y el efecto predominantemente de dispersion Compton en el segundo detector. Como resultado, los escaneres de carga convencionales no utilizan una disposicion de region de detector dual como se especifica en esta invencion.
Como una realization adicional de esta invention, se describe un conjunto de sensores de energla dual como se muestra en la figura 7. Aqul, el haz 70 de radiacion impacta a traves del borde largo de una primera fila escalonada desplazada de elementos detectores. El espesor del primer conjunto 72 de detectores escalonados desplazados se sintoniza para permitir que una fraction de la radiacion incidente penetre a traves de los elementos detectores de modo que el haz de radiacion pueda interceptar entonces una segunda fila 74 escalonada desplazada de elementos detectores.
En algunas realizaciones, el haz de rayos X se genera utilizando un acelerador Lineal de rayos X. El haz tiene un amplio espectro de energla. La energla maxima de rayos X en el espectro de rayos X es igual al potencial acelerador maximo del acelerador lineal (por ejemplo, 6 MeV en algunas realizaciones), pero la energla media de rayos X en el espectro es tlpicamente solo un tercio del pico (por ejemplo 2 MeV) y la energla de rayos X mas probable es mucho menos que esto todavla. En otras realizaciones, la energla de pico es 900 keV, o cualquier energla de pico mas alta adecuada.
Mediante la adoption de la aproximacion apilada mostrada en la figura 7, la fila 72 escalonada de desplazamiento frontal de los elementos detectores pre-filtra el haz de rayos X y detecta preferentemente la componente de baja energla de la senal de rayos X. La senal de rayos X que penetra a traves de la fila escalonada de desplazamiento trasero de elementos detectores, por lo tanto, tiene un contenido espectral de energla neta mayor que el detectado en la fila escalonada de desplazamiento frontal de detectores. Este cambio en la respuesta energetica de los dos conjuntos de detectores se resume en el diagrama mostrado en la figura 9.
En la figura 9 en esta realizacion particular, los espesores del detector delantero y trasero se han sintonizado para dar una probabilidad de detection global similar que es ventajosa en el diseno del subsiguiente sistema de adquisicion de datos.
Al comparar entonces la relacion de la senal detectada en el elemento detector frontal con la detectada por el elemento detector trasero correspondiente, es posible realizar una discrimination de algunos materiales basicos. En la figura 8 se muestra el efecto representativo en la relacion de senal detectada de frente a parte trasera (F/R) como una funcion del espesor del material para materiales de numero atomico alto y bajo (Z). A energlas inferiores no existe diferencia significativa entre materiales de numero atomico alto y bajo ya que casi toda la radiacion se absorbe en el detector frontal (F) independientemente del numero atomico del material. En las energlas mas grandes las diferencias entre los materiales son mas pronunciadas. En energlas mucho mas grandes, la diferenciacion se hace menos significativa.
La toma de los valores absolutos detectados por los conjuntos de detectores delantero y trasero proporciona al sistema una estimation del espesor radiologico total del objeto bajo inspection. La relacion F/R proporciona entonces una evaluacion de si el objeto en la imagen es un espesor pequeno de material de alta Z o un espesor grande de material de bajo Z. De esta manera, una evaluation de base del tipo de materiales se puede realizar automaticamente.
Se observa que el enfoque de energla dual descrito aqul se aplica igualmente bien a otras configuraciones de detector, tales como una matriz lineal de fila unica.
Otra realizacion de esta invencion puede usar dos sistemas de adquisicion de datos independientes, uno para leer los datos de la matriz de detectores delanteros y uno para leer los datos de la matriz de detectores traseros como se muestra en la figura 10 donde solo el componente detector del sistema de adquisicion de datos se muestra. En este caso, una disposicion de detector 100 de rayos X es poblada sobre una tarjeta 102 de circuito que proporciona soporte mecanico para el detector, as! como proporcionar la lectura 104 electronica necesaria y la interfaz 106 de cable. Dos tarjetas 102, 108 identicas completan la configuration de detector de energla dual.
Otra realizacion practica de esta invencion se muestra en la figura 11. En este caso, se utiliza una unica tarjeta 110 de circuito para proporcionar la interfaz mecanica y electrica a dos matrices 112, 114 de detectores, es decir, tanto frontal como trasero. Una unica conexion 116 de cable toma los datos de ambas disposiciones de detectores fuera de un unico sistema de adquisicion de datos. Tlpicamente, los datos del detector delantero y trasero se entrelazan y
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se vuelven a formatear mediante componentes digitales del sistema de adquisicion de datos en sentido descendente de los modulos detectores de extremo delantero.
En algunas realizaciones, el modulo detector proporcionara proteccion mecanica, ambiental y termica para los detectores de radiacion de extremo frontal sensibles. Para facilitar la obtencion de imagenes cuantitativas, es beneficioso que los elementos detectores delantero y trasero se mantengan a iguales temperaturas.
Ademas, en algunas realizaciones los detectores apuntan sustancialmente hacia atras hacia la fuente de radiacion con el fin de limitar la deteccion de paralaje del haz de radiacion. Esto puede conseguirse simplemente usando la disposicion de "dientes de sierra" que se muestra esquematicamente en la figura 13. Aqul, el normal a cada conjunto 138 de detectores apunta hacia la fuente 139 de manera que el error de paralaje puede contenerse tlpicamente dentro de unos pocos grados
Haciendo referencia a la figura 12, en otra realizacion de la invencion, se proporciona un sistema 120 para escanear un objeto 122 movil de una manera similar a la mostrada en la realizacion de la figura 3. Un sistema 120 incluye una fuente 126 de rayos X para irradiar el objeto con radiacion de alta energla (de un valor maximo de 900 keV o mas). El sistema 120 incluye tambien una disposicion 128 de detector que incluye un primer detector 130 y un segundo detector 132. Esta realizacion difiere de la realizacion mostrada en la figura 3 en que el objeto 122 esta dispuesto sobre un transportador 134. El objeto 122 es estacionario sobre el transportador 134. El sistema 120 incluye tambien un controlador 136 que acciona el transportador y controla su movimiento. El controlador 136 controla el movimiento del objeto 122 y la temporizacion de las rafagas de rayos X emitidas por la fuente 126 de manera que cada conjunto de datos de deteccion es capturado en un momento diferente y coordinado para proporcionar informacion sobre la misma region del objeto como se ha descrito anteriormente.
En otras realizaciones sera evidente para el experto en la tecnica que hay otras disposiciones que pueden usarse para supervisar el movimiento del objeto a traves de una region de escaneado y, de este modo, para coordinar el escaneado segun se requiere en la reivindicacion 1. Una combinacion de un transportador y un sensor de movimiento se puede proporcionar en algunas realizaciones utiles.
Los datos de imagen se muestran en algunos ejemplos al operador como se muestra en las figuras 14a y 14b. La Figura 14a muestra como se deben mostrar los datos en el modo de dosis baja; r-a significa datos de un elemento detector de arrastre con pulso a, fb significa datos de un elemento detector principal con impulso b. En este caso, el pixel mostrado es rectangular. La figura 14b muestra como se deben mostrar los datos en el modo de muestreo completo de Nyquist. Aqul ra significa datos de un pulso de detector de arrastre, mientras que ra' significa datos de un pulso de detector de arrastre a'. En este caso, el pixel mostrado es cuadrado.
Tambien es posible mostrar una imagen de discriminacion de materiales en cuyo caso los datos deberian ser representados como se muestra en la figura 14b pero esta vez el pixel debe mostrar el valor de relacion F/R. Por ejemplo F (ra)/R (ra), F (fb)/R (fb) y asi sucesivamente. El valor debe ser escalado a un conjunto adecuado de valores tales que F/R = 1 es escalado a 256 y F/R = 0 es escalado a 0, por ejemplo, de modo que el brillo medio de la pantalla que se presenta al operador mantiene un nivel de visualizacion comodo.
Cuando la pantalla del operador no tiene suficientes pixeles para mostrar todos los datos de imagen, puede adoptarse una interpolacion tanto en las direcciones vertical como horizontal, segun se requiera, hasta que la dimension de la imagen coincida apropiadamente con la resolucion de la pantalla. La alta resolucion espacial intrinseca de los datos de imagen puede utilizarse para proporcionar una funcionalidad de zoom de visualizacion mejorada que la que se puede utilizar con una matriz de detectores lineal convencional debido al uso de un muestreo completo de Nyquist, dando un factor de dos incrementos en el nivel de magnificacion sobre los sistemas submuestreados convencionales.
Se pueden hacer diversas modificaciones a esta invencion sin apartarse de su alcance (como se define en las reivindicaciones). El sistema de escaneado descrito en el que la disposicion de detector comprende una primera region de detector dispuesta para detectar radiacion y una segunda region de detector dispuesta para detectar radiacion en la que la segunda region de detector esta dispuesta para recibir radiacion que ha pasado a traves de la primera region de detector usa una disposicion de detector de compensacion para proporcionar ademas el escaneo de la frecuencia de muestreo de Nyquist.
En algunas realizaciones los detectores son compensados pero no lo suficiente para alcanzar la velocidad de muestreo de Nyquist. En tales realizaciones, la imagen que se produce tiene todavia una resolution mayor que un detector no desplazado.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de escaneado para escanear un objeto (32) que se mueve en una primera direccion que comprende: irradiar el objeto con radiacion que tiene una energia pico de al menos 900 keV,
    proporcionar una primera region (40) de detector que tiene un espesor de al menos 2 mm y una segunda region (42) de detector que tiene un espesor de al menos 5 mm, en donde la segunda region de detector esta dispuesta para recibir radiacion que ha pasado a traves de la primera region de detector,
    detectar la radiacion despues de que ha interactuado con o pasado a traves del objeto con el fin de proporcionar information relativa al objeto,
    en el que la detection de la radiacion comprende:
    detectar radiacion en la primera region (40) de detector,
    recibir radiacion que ha pasado a traves de la primera region (40) de detector en la segunda region (42) de detector, detectar radiacion en la segunda region (42) de detector,
    en el que en la primera region (40) de detector, la segunda region (42) de detector, o ambas, detectar la radiacion comprende capturar una pluralidad de conjuntos de datos de deteccion utilizando un primer grupo (46) y un segundo grupo (48) de elementos (50) de deteccion,
    estando dispuesto cada elemento (50) de deteccion para proporcionar informacion relativa a una portion correspondiente del objeto,
    siendo capturado cada conjunto de datos de deteccion en un momento diferente de tal manera que, en una primera vez, el primer grupo de elementos de deteccion esta dispuesto para proporcionar informacion en la misma region del objeto que el segundo grupo de elementos de deteccion en una segunda vez,
    en el que el primer grupo (46) de elementos (50) de deteccion esta dispuesto de manera que los centros de los elementos (50) de deteccion estan desplazados de los centros de los elementos (50) de deteccion en el segundo grupo (48) en una segunda direccion que tiene un componente normal a la primera direccion.
  2. 2. El metodo de la revindication 1 que comprende uno cualquiera o mas de:
    la primera region (40) de detector tiene un espesor de aproximadamente 15 mm, y la segunda region (42) de detector tiene un espesor de aproximadamente 30 mm;
    comprendiendo ademas el metodo la etapa de detectar la velocidad de movimiento del objeto (32) para coordinar la temporizacion de la captura de los conjuntos de datos de deteccion o el metodo que comprende controlar el movimiento del objeto (32) de manera que la region este alineada con el correspondiente grupo (46, 48) de elementos (50) de deteccion en el momento de la captura de datos;
    las partes correspondientes cubiertas por el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) se solapan para proporcionar informacion a una frecuencia espacial suficiente para escanear la region del objeto (32) al menos en la velocidad de muestreo de Nyquist en la segunda direccion, y opcionalmente
    los elementos (50) de deteccion tienen sustancialmente la misma longitud en la segunda direccion y las porciones solapadas se solapan de manera que, en promedio, los datos relativos a dos porciones se capturan por longitud del elemento de deteccion;
    comprendiendo el metodo proporcionar informacion de escaneado coordinada en el tiempo a unos medios de generation de imagenes dispuestos para proporcionar una imagen del objeto (32);
    comprendiendo el metodo capturar datos a una frecuencia temporal suficiente para proporcionar escaneo de la region del objeto (32) al menos en la velocidad de muestreo de Nyquist en la primera direccion;
    el metodo en el que la irradiation del objeto (32) comprende irradiar el objeto en rafagas discretas y el metodo de escaneado comprende enviar informacion detectada recibida en respuesta a una rafaga desde el elemento (50) de deteccion antes de que se produzca la siguiente rafaga;
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    comprendiendo el metodo posicionar la primera region (40) de detector entre el objeto (32) y la segunda region (42) de detector;
    comprendiendo el metodo calcular la relacion de radiacion detectada en la primera region (40) de detector con respecto a la radiacion detectada en la segunda region (42) de detector con el fin de determinar informacion relativa al objeto (32) en base a la relacion calculada; o
    comprendiendo el metodo configurar la primera region (40) de detector y la segunda region (42) de detector para detectar una cantidad predeterminada de radiacion entre si, y opcionalmente
    que comprende configurar la primera region (40) de detector y la segunda region (42) de detector para detectar sustancialmente la misma cantidad de radiacion de cada una de ellas.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 2, que comprende la configuration de uno cualquiera o mas de tamano, forma o material de la o cada region (40, 42) de detector de manera que la primera region (40) de detector y la segunda region (42) de detector detecta la cantidad predeterminada de radiacion relativa entre si.
  4. 4. Una disposition de detector para su uso en un sistema de escaneado, comprendiendo el sistema una fuente de radiacion dispuesta para irradiar con una radiacion que tiene una energla pico de al menos 900 keV, un objeto (32), que se mueve en una primera direction, para ser escaneado,
    en el que la disposicion de detector esta dispuesta para detectar radiacion despues de que ha interactuado con o pasado a traves del objeto con el fin de escanear el objeto (32),
    en el que la disposicion de detector comprende una primera region (40) de detector que tiene un espesor de al menos 2 mm y dispuesto para detectar radiacion y una segunda region (42) de detector que tiene un espesor de al menos 5 mm y dispuesto para detectar radiacion en la que la segundo region (42) de detector esta dispuesta para recibir una radiacion que ha pasado a traves de la primera region de detector (40),
    en el que la primera region (40) de detector, la segunda region (42) de detector o ambas comprenden una matriz de detectores que comprende un primer grupo (46) y un segundo grupo (48) de elementos (50) de detection, estando dispuesto cada elemento de deteccion para capturar datos de deteccion relativos a una portion correspondiente del objeto (32), siendo capturado cada conjunto de datos de deteccion en un momento diferente de tal manera que, en una primera vez, el primer grupo (46) de elementos de deteccion esta dispuesto para proporcionar informacion sobre la mismo region del objeto como el segundo grupo (48) de elementos de deteccion en una segunda vez, y
    en el que el primer grupo (46) de elementos de deteccion esta dispuesto de manera que los centros de los elementos (50) de deteccion estan desplazados de los centros de los elementos (50) de deteccion en el segundo grupo (48) en una segunda direccion que tiene un componente normal a la primera direccion.
  5. 5. La disposicion de detector de la reivindicacion 4, en la que la primera region (40) de detector tiene un espesor de aproximadamente 15 mm, y la segunda region (42) de detector tiene un espesor de aproximadamente 30 mm.
  6. 6. La disposicion de detector de la reivindicacion 4 o la reivindicacion 5, en el que el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) se solapan para proporcionar informacion a una frecuencia espacial suficiente para escanear el objeto (32) al menos en la velocidad de muestreo de Nyquist en la segunda direccion, y opcionalmente uno cualquiera o mas de:
    en la que los elementos de deteccion tienen sustancialmente la misma longitud en la segunda direccion y las porciones solapadas se solapan de manera que, en promedio, los datos relativos a dos porciones se capturan por longitud del elemento de deteccion;
    en la que el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) comprenden un conjunto identico de elementos de deteccion.
  7. 7. La disposicion de detector de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en la que el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) comprenden columnas de elementos de deteccion que se extienden en la segunda direccion; y opcionalmente
    en la que la anchura de una columna es un elemento de deteccion.
  8. 8. La disposicion de detectores de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en la que uno cualquiera o mas de: el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) estan dispuestos adyacentes entre si o
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    en el que el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) estan separados entre si; en el que los elementos de deteccion comprenden cristales de centelleo;
    en el que la primera region de detector esta situada entre el objeto por escanear y la segunda region de detector;
    en el que la primera region de detector y la segunda region de detector estan configuradas para detectar una cantidad predeterminada de radiacion entre si, y opcionalmente
    en el que la primera region de detector y la segunda region de detector estan configuradas para detectar sustancialmente la misma cantidad de radiacion en cada una, y/o
    en el que uno o mas de tamano, forma o material de la o cada region de detector esta dispuesto de manera que la primera region de detector y la segunda region de detector detectan la cantidad predeterminada de radiacion entre si; o
    que comprende un primer detector que incluye la primera region de detector y un segundo detector que incluye la segunda region de detector, y opcionalmente
    en el que el primer detector esta montado en primeros medios de montaje dispuestos para soportar mecanicamente el detector o proporcionar una conexion electronica entre el primer detector y un circuito de salida de informacion o ambos y el segundo detector esta montado en segundos medios de montaje dispuestos para soportar mecanicamente el detector o proporcionar una conexion electronica entre el segundo detector y un circuito de salida de informacion o ambos, o
    en el que el primer detector y el segundo detector estan montados sobre medios de montaje de junta dispuestos para soportar mecanicamente los detectores o proporcionar una conexion electronica entre los detectores y uno o mas circuitos de salida de informacion o ambos.
  9. 9. La disposicion de detector de la reivindicacion 8, en la que uno o mas de los medios de montaje comprenden una placa de circuito y, opcionalmente,
    donde el primer detector esta montado sobre un primer lado de la placa de circuito y el segundo detector esta montado sobre un segundo lado opuesto de la placa de circuitos.
  10. 10. La disposicion de detector de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, en la que el o cada uno del primer detector y el segundo detector comprenden un conjunto de detectores lineales.
  11. 11. Un sistema de escaneado que comprende una fuente de radiacion dispuesta para irradiar con radiacion que tiene una energla pico de al menos 900 keV un objeto que se mueve en una primera direccion, que se va a escanear, una disposicion de detector dispuesta para detectar radiacion despues de haber interactuado o pasado a traves del objeto con el fin de proporcionar informacion para escanear el objeto, en el que la disposicion de detector comprende la disposicion de detector de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10.
  12. 12. El sistema de escaneado de la reivindicacion 11, que comprende ademas uno o mas de:
    un sensor de movimiento dispuesto para detectar la velocidad de movimiento del objeto (32) para coordinar la temporizacion de la captura de los conjuntos de datos de deteccion de tal manera que el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) de elementos (50) detectores capturan diferentes conjuntos de datos relativos a la misma region del objeto (32); o
    un controlador dispuesto para controlar el movimiento del objeto a traves de la zona de escaneado de manera que el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) de elementos (50) detectores capturan conjuntos de datos diferentes relativos a la misma region del objeto (32).
  13. 13. El sistema de escaneado de la reivindicacion 12, que comprende un controlador dispuesto para comunicar con el sensor de movimiento y controlar el tiempo de la captura de datos por un grupo (46, 48) de elementos detectores (50) para coordinar con el movimiento del objeto (32) a traves de la zona de escaneado de manera que el primer grupo (46) y el segundo grupo (48) de elementos detectores capturan diferentes conjuntos de datos relativos a la misma region del objeto (32).
  14. 14. El sistema de escaneado de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13 que comprende uno o mas de:
    un controlador dispuesto para calcular la relacion de radiacion detectada en la primera region (40) de detector con relacion a la radiacion detectada en la segunda region (42) de detector con el fin de determinar informacion relativa al objeto (32) en base a la relacion calculada;
    una pluralidad de disposiciones de detector; o
    5 en el que la o cada disposicion de detector comprende una cara sobre la cual esta dispuesta la radiacion para impactar y la cara esta dispuesta para dirigirse hacia la fuente de radiacion.
  15. 15. Un metodo de generacion de imagenes para proporcionar una imagen de un objeto (32), comprendiendo el metodo el escaneado de un objeto (32) de acuerdo con la reivindicacion 1, comprendiendo ademas el metodo alinear diferentes conjuntos de datos de detection que han sido capturados en momentos diferentes y que 10 proporcionan informacion sobre la misma region del objeto (32) para proporcionar la imagen.
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