ES2998018T3 - Simultaneous x-ray diffraction and computed tomography multi-modal detection system and method - Google Patents

Simultaneous x-ray diffraction and computed tomography multi-modal detection system and method Download PDF

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Abstract

La presente divulgación se refiere a un método y sistema de detección multimodal. El sistema de detección multimodal incluye: una fuente de radiación distribuida (101) configurada para irradiar un objeto bajo detección; un colimador primario (102) configurado para separar los rayos de la fuente de radiación distribuida en dos partes, en donde una parte es para la detección por TC y la otra parte es para la detección por XRD; un dispositivo de detección por TC (103) configurado para realizar una detección por TC para adquirir una imagen por TC del objeto bajo detección; y un dispositivo de detección por XRD (104) configurado para realizar una detección por XRD para adquirir una imagen por XRD del objeto bajo detección, en donde la detección por TC y la detección por XRD se realizan simultáneamente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método de detección multimodal por difracción de rayos X y tomografía computarizada simultáneasCampo técnico
La presente divulgación se refiere en general al campo técnico de obtención de imágenes, y más particularmente a un sistema y método para la detección multimodal.
Antecedentes
En las técnicas actuales de obtención de imágenes de radiación, la obtención de imágenes de transmisión de rayos X y la obtención de imágenes de difracción de rayos X se han convertido en dos métodos de prueba no destructivos comunes. Estas dos técnicas de obtención de imágenes de rayos X pueden utilizarse por separado, y también pueden utilizarse en combinación con el fin de mejorar la precisión de detección.
Con respecto a la utilización combinada de estas dos técnicas, se ha divulgado un sistema de detección de dos fases en los documentos US7924978B2 y US7869566B2. En un sistema de detección de dos fases de este tipo, puede realizarse en primer lugar una fase de detección por tomografía computarizada (TC) de rayos X, y después se realiza otra fase de detección por difracción de rayos X (XRD). Sin embargo, un sistema de detección de dos fases de este tipo combina realmente dos sistemas independientes, cada uno de los cuales utiliza una fuente de radiación independiente. Por tanto, el sistema es voluminoso y la utilización de la fuente de radiación es baja. Además, un sistema de detección de dos fases de este tipo necesita controlar con precisión la posición de una región sospechosa entre los dos sistemas independientes. Por consiguiente, la eficiencia de detección de la misma será relativamente baja.
Además, el documento US7787591B2 divulga un sistema de detección por XRD de haz en abanico inverso en el que puede realizarse una obtención de imágenes de transmisión multiángulo al mismo tiempo que la detección por XRD. Aunque este sistema solo utiliza un conjunto de fuentes de radiación, este sistema es realmente un sistema de detección cromatográfica cuasi-3D y la fuente de radiación presenta un intervalo de ángulos limitado, lo que hace difícil lograr una calidad de obtención de imágenes igual a la de la técnica de obtención de imágenes de TC.
Sumario
Según un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema de detección multimodal según la reivindicación 1.
En una forma de realización, el sistema de detección multimodal puede incluir una pluralidad de fuentes de radiación distribuidas, y puede incluir un colimador primario, un dispositivo de detección por TC y un dispositivo de detección por XRD correspondiente a cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas.
En una forma de realización, cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas está situada en al menos una parte de un lado interno de una estructura de bastidor de paso de transferencia, y para cada uno de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas, el colimador primario está dispuesto entre la fuente de radiación distribuida y el objeto bajo detección, y el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD están dispuestos de manera que el objeto bajo detección está situado entre el colimador primario y el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD.
En una forma de realización, cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas se selecciona de entre uno de los siguientes tipos: un tipo lineal, un tipo de arco, un tipo L, un tipo U y un tipo multisegmento.
En una forma de realización, cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas presenta múltiples puntos focales de fuente de radiación, y estos puntos focales de fuente de radiación se activan independientemente para emitir rayos.
En una forma de realización, el sistema de detección multimodal puede incluir además un dispositivo de control de fuente de radiación distribuida que controla la manera en que se activan los puntos focales de fuente de radiación en cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas.
En una forma de realización, la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas presentan el mismo número de los puntos focales de fuente de radiación. En una forma de realización alternativa, la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas presentan diferentes números de los puntos focales de fuente de radiación.
En una forma de realización, el dispositivo de detección por TC incluye al menos un detector de TC que realiza la detección por TC para adquirir datos de TC.
En una forma de realización, el detector de TC se selecciona de entre uno de los siguientes detectores: un detector de deposición de energía, un detector de energía doble o un detector de resolución de energía. En una forma de realización alternativa, el detector de TC puede ser uno de los siguientes tipos de detectores: detector de matriz lineal unidimensional o detector de matriz plana bidimensional.
En una forma de realización, el dispositivo de detección por TC puede incluir además un procesador de datos de TC que procesa los datos de TC adquiridos por el detector de TC para obtener la imagen de TC.
En una forma de realización, los rayos para la detección por TC forman un haz en abanico. En una forma de realización alternativa, los rayos para la detección por TC forman un haz cónico.
En una forma de realización, los rayos para la detección por XRD son dispersados por el objeto bajo detección, y en el que el dispositivo de detección por XRD incluye: un colimador de dispersión configurado para seleccionar, de los rayos dispersados, rayos que presentan una misma dirección de dispersión; y al menos un detector de dispersión de XRD configurado para recibir los rayos que presentan la misma dirección de dispersión a través del colimador de dispersión, para obtener datos de dispersión de XRD.
En una forma de realización, los rayos para la detección por XRD se transmiten a través del objeto bajo detección, y en el que el dispositivo de detección por XRD puede incluir además: al menos un detector de transmisión de XRD configurado para recibir rayos transmitidos a través del objeto bajo detección, para obtener datos de transmisión de XRD.
En una forma de realización, el dispositivo de detección por XRD también incluye un procesador de datos de XRD que procesa los datos de dispersión de XRD y los datos de transmisión de XRD para obtener la imagen de XRD.
En una forma de realización, los rayos para la detección por XRD forman haces de lápiz. En otra forma de realización, los rayos para la detección por XRD se distribuyen en un abanico. En una forma de realización alternativa, los rayos para la detección por XRD se distribuyen en paralelo. En una forma de realización, una parte de los rayos puede dividirse en múltiples porciones, que se utilizan respectivamente para la detección por XRD. En otra forma de realización, la otra parte de los rayos puede dividirse en múltiples porciones, que se utilizan respectivamente para la detección por TC.
En una forma de realización, un plano de radiación de los rayos para la detección por TC presenta un cierto ángulo con respecto a un plano de radiación central de los rayos para la detección por XRD, el ángulo se determina de manera que la detección por XRD y la detección por TC no interfieran entre sí.
En una forma de realización, el dispositivo de detección por XRD y el dispositivo de detección por TC comunican datos de la imagen de XRD y la imagen de TC entre sí para calibrar sus respectivos datos.
Según otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método de detección multimodal según la reivindicación 15.
Según el sistema y método de detección multimodal de la presente divulgación, el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD pueden compartir un único conjunto de fuente de radiación distribuida, y la detección por TC y la detección por XRD pueden realizarse simultáneamente para adquirir la imagen de TC y la imagen de XRD. Además, el dispositivo de detección por XRD y el dispositivo de detección por TC pueden comunicar datos de la imagen de XRD y la imagen de TC entre sí para mejorar la calidad de obtención de imágenes.
Breve descripción de los dibujos
Las características y ventajas de la presente divulgación se entenderán mejor haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Ha de entenderse que los dibujos adjuntos se proporcionan únicamente a título de ejemplo, y no son limitativos de la presente divulgación. En estos dibujos:
la figura 1 es un diagrama de bloques de ejemplo que ilustra un sistema de detección multimodal según una forma de realización de la presente divulgación;
la figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de detección multimodal según una forma de realización de la presente divulgación;
la figura 3 es un diagrama en sección longitudinal que ilustra un sistema de detección multimodal según una forma de realización de la presente divulgación;
la figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra el principio de obtención de imágenes multimodal según formas de realización de la presente divulgación;
la figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra el principio de obtención de imágenes de TC según una forma de realización de la presente divulgación;
la figura 6 es un diagrama esquemático que ilustra una fuente de radiación distribuida dispuesta en tipo L y tipo U según una forma de realización de la presente divulgación;
la figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra una fuente de radiación distribuida dispuesta en tipo multisegmento según otra realización de la presente divulgación;
la figura 8 es un diagrama esquemático que ilustra la forma y distribución de haces de rayos para la detección por XRD según una forma de realización de la presente divulgación;
la figura 9 es un diagrama esquemático que ilustra la forma y distribución de haces de rayos para la detección por XRD según otra realización de la presente divulgación;
la figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra un método de detección multimodal según una forma de realización a modo de ejemplo; y
la figura 11 es un diagrama esquemático de utilización de datos de TC para calibrar una imagen de XRD según una forma de realización a modo de ejemplo.
Descripción detallada
En la siguiente descripción detallada, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión exhaustiva de la presente solicitud. Sin embargo, resulta obvio para los expertos en la materia que la presente solicitud puede ponerse en práctica sin algunos de los detalles específicos. Las formas de realización son meramente ejemplos y la presente solicitud no se limita a las configuraciones y algoritmos específicos expuestos en las formas de realización de ejemplo.
En las siguientes descripciones, se hará referencia a las figuras 1-10 para ilustrar el sistema y método de detección multimodal según las formas de realización de la presente divulgación.
La figura 1 es un diagrama de bloques de ejemplo que ilustra un sistema de detección multimodal 100 según una forma de realización de la presente divulgación. Tal como se muestra en la figura 1, el sistema de detección multimodal 100 de esta realización incluye: una fuente de radiación distribuida 101 configurada para irradiar un objeto bajo detección; un colimador primario 102 configurado para separar rayos de la fuente de radiación distribuida 101 en dos partes, en el que una parte es para la detección por TC y la otra parte es para la detección por XRD; un dispositivo de detección por TC 103 configurado para realizar una detección por TC para adquirir una imagen de TC del objeto bajo detección; y un dispositivo de detección por XRD 104 configurado para realizar una detección por XRD para adquirir una imagen de XRD del objeto bajo detección, en donde la detección por TC y la detección por XRD se realizan simultáneamente.
En una forma de realización, el colimador primario puede ser un colimador primario con dos aberturas, para separar los rayos de la fuente de radiación distribuida en dos partes, en las que una parte es para la detección por TC y la otra parte es para la detección por XRD. Sin embargo, debe entenderse que tal separación realizada por el colimador primario en asociación con los rayos de la fuente de radiación distribuida no indica necesariamente la división de los rayos en solo dos partes físicamente, sino que también es factible formar, por el colimador primario, un haz de rayos con un ángulo de cono grande, de manera que una parte de los rayos incluye más de una porción, que se utilizan para la detección por TC respectivamente y otra parte de los rayos incluye más de una porción, que se utilizan para la detección por XRD respectivamente.
Para la detección por TC, el dispositivo de detección por TC 103 puede incluir por lo menos un detector de TC 105 que realiza la detección por TC para adquirir datos de TC.
En una forma de realización, el dispositivo de detección por TC 103 puede incluir además un procesador de datos de TC 106 que procesa los datos de TC adquiridos por el detector de TC 105 para obtener la imagen de TC. Aunque el detector de TC 105 y el procesador de datos de TC 106 se describen en la presente memoria como unidades separadas, ha de entenderse que estas dos unidades pueden combinarse entre sí. Alternativamente, el detector de TC 105 puede transferir los datos de TC a un cierto dispositivo de procesamiento externo al dispositivo de detección por TC 103 para su procesamiento, y el dispositivo de procesamiento externo puede transferir entonces la imagen de TC procesada de vuelta al dispositivo de detección por TC 103.
En una forma de realización, el dispositivo de detección por TC 103 puede incluir además un colimador de dispersión (no mostrado en esta figura). Este colimador de dispersión puede estar dispuesto entre el colimador primario 102 y el detector de TC 105, y configurado para controlar la dirección de los rayos para la detección por TC, con el fin de mejorar la calidad de obtención de imágenes de TC del dispositivo de detección por TC 103. Debe entenderse que este colimador de dispersión no es necesario para el dispositivo de detección por TC 103.
Para la detección por XRD, ha de entenderse que los rayos para la detección por XRD serán dispersados por el objeto bajo detección. En una forma de realización, el dispositivo de detección por XRD 104 incluye: un colimador de dispersión 107 configurado para seleccionar, de los rayos dispersados, rayos que presentan una misma dirección de dispersión; y por lo menos un detector de dispersión de XRD 108 configurado para recibir los rayos que presentan la misma dirección de dispersión a través del colimador de dispersión 107, para obtener datos de dispersión de XRD.
Además, debe entenderse que los rayos para la detección por XRD pueden transmitirse a través del objeto bajo detección. El dispositivo de detección por XRD 104 incluye además al menos un detector de transmisión de XRD 109 configurado para recibir rayos transmitidos a través del objeto bajo detección, para obtener datos de transmisión de XRD.
En una forma de realización, el dispositivo de detección por XRD 104 puede incluir además un procesador de datos de XRD 110 que realiza un procesamiento para los datos de dispersión de XRD y los datos de transmisión de XRD para obtener la imagen de XRD. Aunque el detector de dispersión de XRD 108 y el detector de transmisión de XRD 109 se describen en la presente memoria como unidades separadas, debe entenderse que pueden estar integrados entre sí, lo que es similar a la descripción anterior asociada con la detección por TC. Alternativamente, el detector de dispersión de XRD 108 y/o el detector de transmisión de XRD 109 pueden transferir los datos de XRD a un cierto dispositivo de procesamiento externo al dispositivo de detección por XRD 104 para su procesamiento, y el dispositivo de procesamiento puede transferir entonces la imagen de XRD procesada de vuelta al dispositivo de detección por XRD 104.
La imagen de TC obtenida a partir del dispositivo de detección por TC 103 y la imagen de XRD obtenida a partir del dispositivo de detección por XRD 104 pueden utilizarse para el reconocimiento de materiales. Además, tal como se muestra en la figura 1, el dispositivo de detección por XRD 104 y el dispositivo de detección por TC 103 pueden comunicar datos de la imagen de XRD y la imagen de TC entre sí para calibrar sus respectivos datos. De ese modo, según el sistema de detección multimodal 100, el dispositivo de detección por TC 103 y el dispositivo de detección por XRD 104 pueden compartir un único conjunto de fuente de radiación distribuida 101, y la detección por TC y la detección por XRD pueden realizarse simultáneamente.
La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de detección multimodal 100 según una forma de realización de la presente divulgación. Tal como se muestra en la figura 2, el objeto bajo detección 111 se desplaza con una cinta transportadora hacia una dirección de Z a una velocidad limitada de V, para pasar a través de un paso de transferencia 112. Ha de observarse que se introduce un sistema de coordenadas de XYZ en la figura 2 por simplicidad de descripción, en el que la dirección Z es la dirección hacia la que se desplaza la cinta transportadora, la dirección Y es una dirección vertical al plano de la cinta transportadora y la dirección X es una dirección vertical a un plano formado por las direcciones Z e Y.
El sistema de detección multimodal 100 incluye una fuente de radiación distribuida 101 configurada para irradiar un objeto bajo detección 111. En la figura 2, el número de la fuente de radiación distribuida 101 se muestra como dos, pero ha de entenderse que el sistema de detección multimodal 100 puede incluir más fuentes de radiación distribuidas 101. La fuente de radiación distribuida 101 puede estar situada en al menos una parte de un lado interno de una estructura de bastidor de paso de transferencia 113. Tal como se muestra en la figura 2, una de estas dos fuentes de radiación distribuidas 101 está ubicada en un borde superior del lado interno de la estructura de bastidor de paso de transferencia 113, y otra está ubicada en un borde lateral del lado interno de la estructura de bastidor de paso de transferencia 113. No obstante, las posiciones de las fuentes de radiación distribuidas 101 no están limitadas a las mismas, por ejemplo, las fuentes de radiación distribuidas 101 pueden estar situadas en cualquier posición que esté ubicada en el lado interno de al menos una de una pared superior, inferior y lateral de la estructura de bastidor de paso de transferencia 113.
Puede haber al menos un punto focal de fuente de radiación en la fuente de radiación distribuida 101, y tal foco de fuente de radiación puede activarse independientemente para emitir rayos. Ha de entenderse que la manera en que se activan estos puntos focales de fuente de radiación (por ejemplo, la secuencia de activación y posibles combinaciones) puede controlarse mediante un dispositivo de control de fuente de radiación distribuida o un programa de control. Además, en un caso de una pluralidad de fuentes de radiación distribuidas 101, la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas 101 pueden presentar el mismo número de los puntos focales de fuente de radiación, o pueden presentar un número diferente de los puntos focales de fuente de radiación. En cualquier momento durante la activación de los puntos focales de fuente de radiación en la fuente de radiación distribuida 101, los datos de XRD y los datos de TC pueden adquirirse simultáneamente.
El sistema de detección multimodal 100 incluye además un colimador primario 102, un dispositivo de detección por TC 103 y un dispositivo de detección por XRD 104 (que no se muestran en la figura 2). El colimador primario 102 separa los rayos de la fuente de radiación distribuida 101 en dos partes, en las que una parte es para la detección por TC y la otra parte es para la detección por XRD. El dispositivo de detección por TC 103 realiza una detección por TC para adquirir una imagen de TC del objeto bajo detección; y un dispositivo de detección por XRD 104 realiza una detección por XRD para adquirir una imagen de XRD del objeto bajo detección. Notablemente, la detección por TC y la detección por XRD se realizan simultáneamente.
En el sistema de detección multimodal de la presente divulgación, cuando existe una pluralidad de fuentes de radiación distribuidas, el sistema incluye una pluralidad de colimadores primarios, dispositivos de detección por TC y dispositivos de detección por XRD correspondientes a la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas respectivamente. Con respecto a cada fuente de radiación distribuida, el colimador primario está dispuesto entre esa fuente de radiación distribuida y el objeto bajo detección, y el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD están dispuestos de manera que el objeto bajo detección esté situado entre el colimador primario y el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD. Es decir, el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD están dispuestos en un lado del objeto bajo detección, que es opuesto al colimador primario. Por ejemplo, en referencia a la figura 2, una fuente de radiación distribuida 101 está situada en el borde superior del lado interno de la estructura de bastidor de paso de transferencia 113, el colimador primario puede desplegarse por debajo de la fuente de radiación distribuida 101 para separar los rayos, mientras que el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD pueden estar dispuestos por debajo de la cinta transportadora.
Tal como se describió anteriormente, en el sistema de detección multimodal 100 de las formas de realización de la presente divulgación, un sistema de detección por TC y un sistema de detección por XRD están integrados entre sí y, por tanto, las detecciones de múltiples fases tradicionales pueden combinarse orgánicamente en una sola fase. Además, el sistema de detección por TC y el sistema de detección por XRD comparten sustancialmente un único conjunto de fuente de radiación distribuida y, por tanto, la imagen de TC y la imagen de XRD pueden adquirirse simultáneamente. Por tanto, en comparación con un sistema de detección de múltiples fases, la huella del sistema puede reducirse y la eficiencia y precisión de la detección pueden mejorarse.
La figura 3 es un diagrama en sección longitudinal que ilustra un sistema de detección multimodal 100 según una forma de realización de la presente divulgación. Un sistema de coordenadas de XYZ, que es el mismo que el sistema de coordenadas de la figura 2, también se introduce en la figura 3. Puesto que la figura 3 es un diagrama en sección longitudinal, la dirección X está orientada verticalmente al interior del plano del papel. Además, signos de referencia similares dentro de la figura 3 y la figura 1 se refieren a elementos similares. Ha de entenderse que las siguientes discusiones se describen únicamente con respecto a una fuente de radiación distribuida. En el caso de una pluralidad de fuentes de radiación distribuidas, se desplegarán un colimador primario, un dispositivo de detección por TC y un dispositivo de detección por XRD para cada fuente de radiación distribuida, y tales detecciones se realizarán de manera similar para cada fuente de radiación distribuida.
Tal como se muestra en la figura 3, un objeto bajo detección 111 se desplaza con una cinta transportadora 114 hacia la dirección Z. Cuando pasa a través de un paso de transferencia 112, el objeto 111 se irradiará mediante una fuente de radiación distribuida 101. Tal como se muestra en la figura 3, los rayos emitidos desde puntos focales de fuente de radiación en la fuente de radiación distribuida 101 se separarán en dos partes, en las que una parte se transmite hacia un dispositivo de detección por TC 103 para la detección por TC, y la otra parte se transmite hacia un dispositivo de detección por XRD 104 para la detección por XRD. La separación anterior de los rayos se completa sustancialmente mediante un colimador primario 102 dispuesto entre la fuente de radiación distribuida 101 y el objeto 111. Puede existir un cierto ángulo entre los planos de radiación de estas dos partes de los rayos separados por el colimador primario 102, de manera que la detección por XRD y la detección por TC no interfieran entre sí. Por consiguiente, la detección por TC y la detección por XRD pueden realizarse independiente y simultáneamente. Un plano de detección para la detección por XRD puede existir a lo largo de un lado o ambos lados de un plano de detección por TC.
Tal como se muestra en la figura 3, para la detección por TC, el sistema de detección multimodal 100 incluye un dispositivo de detección por TC 103. El dispositivo de detección por TC 103 incluye al menos un detector de TC 105 que realiza la detección por TC para adquirir datos de TC. En una forma de realización, el detector de TC 105 puede seleccionarse de uno de los siguientes detectores: un detector de deposición de energía, un detector de energía doble o un detector de resolución de energía (es decir, detector de recuento de fotones). El detector de TC 105 puede ser uno de los siguientes tipos de detectores: detector de matriz lineal unidimensional o detector de matriz plana bidimensional, y el detector de matriz plana bidimensional puede ser, por ejemplo, un detector de plano o un detector de curvatura. El dispositivo de detección por TC 103 puede incluir además un procesador de datos de TC 106 (no mostrado en esta figura) que procesa los datos de TC adquiridos por el detector de TC 105 para obtener la imagen de TC. Los rayos para la detección por TC pueden formar un haz en abanico o un haz cónico, que corresponden respectivamente a enfoques de obtención de imágenes de TC en espiral de un solo corte o de múltiples cortes.
Para la detección por XRD, el sistema de detección multimodal 100 incluye un dispositivo de detección por XRD 104. Después de pasar a través del colimador primario 102, los rayos para la detección por XRD se dispersarán tras irradiar el objeto 111. Tal como se muestra en la figura 3, los rayos dispersados pasarán a través de un colimador de dispersión 107 y entrarán en al menos un detector de dispersión de XRD 108 incluido en el dispositivo de detección por XRD 104. El colimador de dispersión 107 selecciona, de los rayos dispersados, rayos que presentan una misma dirección de dispersión. El al menos un detector de dispersión de XRD 108 recibe los rayos que presentan la misma dirección de dispersión a través del colimador de dispersión 107, para obtener datos de dispersión de XRD. En la figura 3, el colimador de dispersión 107 seleccionará los rayos dispersados que presentan un ángulo de dispersión de 0 para que entren en el al menos un detector de dispersión de XRD 108. En una forma de realización, el detector de dispersión de XRD 108 puede ser un detector de resolución de energía pixelado.
Además, los rayos para la detección por XRD pueden transmitirse parcialmente a través del objeto 111. Por tanto, en una forma de realización, el dispositivo de detección por XRD puede incluir además un detector de transmisión de XRD 109 configurado para recibir rayos transmitidos a través del objeto 111, para obtener datos de transmisión de XRD. Los datos de transmisión de XRD obtenidos pueden utilizarse para calibrar los resultados de medición del detector de dispersión de XRD 108 para disponer de información más detallada y precisa del objeto 111.
La figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra el principio de obtención de imágenes multimodal según formas de realización de la presente divulgación. Signos de referencia en la figura 4 que son los mismos que los de las figuras 1 a 3 se refieren a los mismos elementos. Tal como se muestra en la figura 4, el signo de referencia 115 indica una región de detección. Los rayos transmitidos desde los puntos focales de fuente de radiación en una fuente de radiación distribuida 101 se separarán por la restricción de un colimador primario 102 en dos partes, en las que una parte transmite hacia un dispositivo de detección por TC 103 para la detección por TC, y la otra parte transmite hacia un dispositivo de detección por XRD 104 para la detección por XRD. Puede existir un cierto ángulo entre los planos de radiación de estas dos partes de rayos separados por el colimador primario 102, de manera que la detección por XRD y la detección por TC no interfieran entre sí. Por consiguiente, la detección por TC y la detección por XRD pueden realizarse independiente y simultáneamente.
Para la detección por TC, un detector de TC 105 incluido en el dispositivo de detección por TC 103 recibe parte de los rayos separados por la restricción del colimador primario 102 para realizar la detección por TC para adquirir datos de TC. La figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra el principio de obtención de imágenes de TC según una forma de realización de la presente divulgación. Tal como se muestra en la figura 5, un objeto bajo detección 111 está ubicado entre una fuente de radiación distribuida 101 y el detector de TC 105. Tal como se describió anteriormente, los rayos para la detección por TC pueden formar un haz en abanico o un haz cónico, que corresponden respectivamente a enfoques de obtención de imágenes de TC en espiral de un solo corte o de múltiples cortes. Cuando se activan o iluminan diferentes puntos focales de fuente de radiación en la fuente de radiación distribuida 101, los rayos transmitidos desde los puntos focales de fuente de radiación pueden irradiar el objeto 111 desde diferentes ángulos. Al interceptar un plano de radiación, el detector de TC 105 puede obtener datos de proyección sobre el plano de radiación. La figura 5 muestra solo una situación de obtención de imágenes a modo de ejemplo donde los rayos transmitidos desde puntos focales de fuente de radiación en dos posiciones de borde de la fuente de radiación distribuida 101 pasan a través del objeto 111. Debe entenderse que, cuando se activan más puntos focales de fuente de radiación en la fuente de radiación distribuida 101, la imagen de proyección reflejará el estado del propio objeto 111 con mayor precisión.
En la figura 5, las fuentes de radiación distribuidas 101 se muestran dispuestas en un patrón lineal. No obstante, la disposición de la fuente de radiación distribuida 101 no se limita al mismo, y en formas de realización alternativas, las fuentes de radiación distribuidas 101 pueden estar dispuestas en tipo de arco, tipo L, tipo U u otros tipos. Por ejemplo, las fuentes de radiación distribuidas 101 pueden consistir en múltiples segmentos distribuidos en diferentes planos, es decir, un tipo multisegmento. La figura 6 muestra fuentes de radiación distribuidas dispuestas en tipo L y tipo U, que pueden garantizar que los datos de proyección cubran un intervalo de ángulos muy grande, para mejorar la precisión de la reconstrucción de imágenes de TC. La figura 7 muestra un módulo de fuente de radiación distribuida dispuesto en el tipo multisegmento, que puede obtener datos de proyección de un intervalo de ángulos suficiente.
Continuando con referencia a la figura 4, por otro lado, un dispositivo de detección por XRD 104 recibe la otra parte de los rayos separados por la restricción del colimador primario 102 para realizar la detección por XRD para adquirir la imagen de XRD. Tal como se muestra en la figura 4, los rayos 116 para la detección por XRD se dispersarán tras irradiar el objeto bajo detección. Debe entenderse que hay rayos dispersados de varias direcciones diferentes, pero el sistema está configurado para seleccionar, mediante un colimador de dispersión 107, de los rayos dispersados, rayos que presentan una misma dirección de dispersión para que entren en al menos un detector de dispersión de XRD 108 incluido en el dispositivo de detección por XRD 104. Al recibir rayos que están restringidos por el colimador de dispersión 107, el al menos un detector de dispersión de XRD 108 realiza la detección por XRD para obtener datos de dispersión de XRD (por ejemplo, diagrama de espectro de energía de dispersión de XRD).
La detección por XRD es capaz de medición punto a punto. Por tanto, con respecto a diversos tipos de disposición de las fuentes de radiación distribuidas, puede obtenerse un conjunto de datos completo para la detección por XRD. Puesto que la detección por TC requiere una gran cantidad de puntos focales de fuente de radiación con espacios pequeños y una distribución amplia, la detección por XRD puede utilizar la totalidad o una parte de estos puntos focales de fuente de radiación, y al introducir los respectivos rayos del colimador primario, obtiene, con la restricción del colimador de dispersión, datos de dispersión de un cierto ángulo de dispersión en puntos respectivos.
La figura 8 es un diagrama esquemático que ilustra la forma y distribución de haces de rayos para la detección por XRD según una forma de realización de la presente divulgación. Un sistema de coordenadas de XYZ, que es el mismo que el sistema de coordenadas de la figura 2, también se introduce en la figura 8, y la dirección X está también orientada verticalmente al interior del plano del papel. Tal como se muestra en la figura 8, bajo la restricción del colimador primario 102, cada punto focal de fuente de radiación en una fuente de radiación distribuida 101 transmite una pluralidad de rayos de haz de lápiz, y estos rayos de haz de lápiz se distribuyen como un abanico. La figura 9 es un diagrama esquemático que ilustra la forma y distribución de haces de rayos para la detección por XRD según otra realización de la presente divulgación. Un sistema de coordenadas de XYZ, que es el mismo que el sistema de coordenadas de la figura 8, también se introduce en la figura 9, y la dirección X está también orientada verticalmente al interior del plano del papel. Tal como se muestra en la figura 9, bajo la restricción del colimador primario 102, cada punto focal de fuente de radiación en una fuente de radiación distribuida 101 transmite un rayo de haz de lápiz, y los rayos de haz de lápiz transmitidos desde todos los puntos focales de fuente de radiación se distribuyen en paralelo. Sin importar cómo se distribuyen los rayos, con la restricción del colimador de dispersión 107, estos haces de rayos se inyectarán entonces en el respectivo detector de dispersión de XRD 108, de manera que cada detector de dispersión de XRD 108 mida la información de dispersión de un ángulo de dispersión fijo desde cada punto en el objeto bajo detección. Debe entenderse que los rayos para la detección por XRD no están limitados a la descripción anterior.
Además, tal como se muestra en la figura 4, los rayos para la detección por XRD pueden transmitirse a través del objeto bajo detección. Por tanto, el dispositivo de detección por XRD 104 puede incluir además un detector de transmisión de XRD 109 configurado para recibir los rayos transmitidos a través del objeto, para obtener datos de transmisión de XRD (por ejemplo, diagrama de espectro de energía de transmisión de XRD). Los datos de transmisión de XRD obtenidos pueden utilizarse para calibrar los resultados de medición del detector de dispersión de XRD 108 para disponer de información más detallada y precisa del objeto.
Ha de observarse que puede existir un cierto ángulo entre un plano de radiación de los rayos para la detección por XRD y otro plano de radiación de los rayos para la detección por TC, de manera que la detección por XRD y la detección por TC puedan separarse mejor. Este ángulo puede variar dependiendo de los requisitos. En una forma de realización, el plano de radiación de los rayos para la detección por TC pueden ser paralelos a un plano XY (es decir, vertical a la dirección de desplazamiento de la cinta transportadora), mientras que el plano de radiación central de los rayos para la detección por XRD puede presentar un cierto ángulo con respecto al plano XY. Además, un plano de detección para la detección por XRD puede existir a lo largo de un lado o ambos lados de un plano de detección por TC.
El sistema de detección multimodal se ilustró anteriormente según las formas de realización de la presente divulgación. La presente divulgación también proporciona un método de detección multimodal. La figura 10 proporciona un diagrama de flujo que ilustra un método de detección multimodal 200 según una forma de realización a modo de ejemplo. Tal como se muestra en la figura 10, la detección multimodal 200 incluye: S201, controlar una fuente de radiación distribuida para que emita rayos para irradiar un objeto bajo detección; S202, separar, mediante un colimador primario, los rayos de la fuente de radiación distribuida en dos partes, en donde una parte es para la detección por TC y la otra parte es para la detección por XRD; S203, realizar, mediante un dispositivo de detección por TC, una detección por TC para adquirir una imagen de TC del objeto bajo detección, y realizar, mediante un dispositivo de detección por XRD, una detección por XRD para adquirir una imagen de XRD del objeto bajo detección, en donde la detección por TC y la detección por XRD se realizan simultáneamente.
Según el sistema y método de detección multimodal de las formas de realización de la presente divulgación, el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD pueden comunicar datos de imagen de TC y datos de imagen de XRD entre sí para calibrar sus respectivos datos. Específicamente, la imagen de XRD presenta habitualmente una baja razón de señal con respecto a ruido (SNR) y una baja resolución espacial. De ese modo, puede producirse una situación de espectros de XRD superpuestos de diferentes materiales en los bordes del objeto bajo detección. En cambio, la imagen de TC presenta información de estructura clara y una alta resolución espacial. Por consiguiente, los datos de la imagen de TC pueden utilizarse para dar más nitidez al borde de la imagen de XRD. Esto puede evitar, en algún grado, el reconocimiento de errores de un material provocado por espectros superpuestos.
La figura 11 es un diagrama esquemático de utilización de datos de TC para calibrar una imagen de XRD según una forma de realización a modo de ejemplo. Específicamente, debido a la baja resolución espacial de la imagen de XRD, es probable que un píxel en una imagen de XRD se presente realmente como un borde entre dos materiales en una imagen de TC. En este momento, mediante la suma ponderada de espectros de XRD independientes de estos materiales y comparando el resultado de la suma ponderada con información de imágenes de XRD de este punto de píxel que puede estar ubicado en el borde el material, se determina que la información de imágenes de XRD de este punto de píxel es una suma de información de imágenes de XRD de dos materiales, en vez de un tercer material. Después de eso, la información de XRD de esos dos materiales puede rellenarse en sus respectivas estructuras, y por tanto los datos de XRD superpuestos pueden eliminarse.
Alternativamente, los datos de imagen obtenidos a partir de la detección por XRD pueden utilizarse para calibrar la imagen de TC. Específicamente, puede obtenerse una distribución global de dispersión coherente y dispersión incoherente de cada punto del objeto (principalmente, dispersión coherente) a través de la detección por XRD. Mediante la utilización del espectro de XRD de cada punto, puede obtenerse una función de núcleo de dispersión para los materiales dentro de un cierto intervalo, que puede utilizarse para realizar la calibración de dispersión para la imagen de TC, para mejorar la precisión de los datos de imagen de TC.
Además, la información de la imagen de TC y la imagen de XRD puede combinarse con similitud de estructura de imagen (imagen de TC) y similitud de material físico (imagen de XRD) para realizar un cálculo de ponderación según un algoritmo de eliminación de ruido Non_Local. Por tanto, la eliminación de ruido de imagen puede realizarse en estas dos imágenes para mejorar la SNR de sus respectivas imágenes.
Además, si la imagen de TC se mide mediante un detector de resolución de energía con alta resolución, puede obtenerse la distribución de un coeficiente de atenuación frente a la energía para cada punto en el objeto. Estos datos de TC pueden utilizarse para realizar la calibración de atenuación en la imagen de XRD. En comparación con los enfoques de calibración de atenuación tradicionales tales como utilizar un espectro de atenuación de una trayectoria de transmisión para reemplazar un espectro de atenuación de la trayectoria de dispersión, la calibración de atenuación descrita en la presente memoria presenta mejor precisión y también puede eliminarse el detector de transmisión utilizado en la detección por XRD.
Tal como se describió anteriormente, según el sistema y método de detección multimodal de las formas de realización de la presente divulgación, el reconocimiento de materiales puede realizarse basándose en la combinación de información de material obtenida a partir de ambas de estas dos detecciones (es decir, detección por TC y detección por XRD). El sistema y el método según las formas de realización de la presente divulgación pueden utilizar la información de detección por TC y la información de detección por DRX juntas y simultáneamente, en lugar de un enfoque de “TC primero, DRX segundo” para realizar el reconocimiento de materiales. Por consiguiente, una región que se considera una región segura mediante la detección por TC también se detectará mediante detección por XRD, y por tanto pueden reducirse tanto la tasa de falsos positivos como la tasa de falsos negativos.
Además, el sistema y método de detección multimodal de las formas de realización de la presente divulgación combinan sustancial y orgánicamente el sistema de detección por TC y el sistema de detección por DRX juntos, en cuanto a la estructura del sistema y la información física. Estos dos sistemas comparten un único conjunto de fuentes de radiación distribuidas, lo que reduce el coste del sistema y, mientras tanto, disminuye el volumen de todo el sistema de detección. La detección por TC y la detección por XRD se realizan simultáneamente y sus planos de detección están cerrados. De ese modo, puede reducirse la complejidad de la alineación de posición y las múltiples interacciones entre la información multimodal, y también mejorar la eficiencia de detección y la precisión del sistema. En el sistema, tanto la detección porTC como la detección por XRD pertenecen a mediciones estacionarias, que evitan movimientos mecánicos complejos de los detectores, las fuentes de radiación y el objeto bajo detección y, por tanto, mejoran la estabilidad del sistema. Además, los datos de la detección por TC y la detección por XRD se procesan simultáneamente. Este procesamiento simultáneo aumenta el intercambio de información entre los datos multimodales, hace que la integración del sistema realmente se logre desde el exterior (estructura del sistema) al interior (datos), y por tanto mejora la calidad de detección.
Debe entenderse que el sistema y método de detección multimodal de las formas de realización de la presente divulgación pueden aplicarse en el campo de la detección de seguridad. Sin embargo, los expertos en la materia entenderán que el sistema y método de detección multimodal según las formas de realización de la presente divulgación no se limitan al campo de detección de seguridad, sino que también pueden aplicarse en otros campos relevantes.
Debe observarse que los términos “que comprende” o “comprende” en las reivindicaciones no excluyen un elemento o componente que no se enumera en las reivindicaciones. Un artículo “un” o “una” colocado antes de un elemento o componente tampoco excluye la existencia de múltiples de tales elementos o componentes.
Además, debe observarse que el lenguaje utilizado en la memoria descriptiva se ha seleccionado principalmente con fines de legibilidad e instrucciones, y puede que no se haya seleccionado para delimitar o circunscribir la materia objeto de la invención. Por consiguiente, la divulgación de las formas de realización de la invención pretende ser ilustrativa, pero no limitativa, del alcance de la invención. Se pretende que el alcance de la invención esté limitado solo por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de detección multimodal (100), que comprende:
una fuente de radiación distribuida (101) configurada para irradiar un objeto bajo detección, caracterizado por que comprende
un colimador primario (102) configurado para separar los rayos de la fuente de radiación distribuida en dos partes, en el que una parte es para la detección por TC y la otra parte es para la detección por XRD;
un dispositivo de detección por TC (103) configurado para realizar una detección por TC para adquirir una imagen de TC del objeto bajo detección; y
un dispositivo de detección por XRD (104) que comprende por lo menos un detector de transmisión de XRD y configurado para realizar una detección por XRD para adquirir una imagen de XRD del objeto bajo detección, en el que la detección por TC y la detección por XRD se realizan simultáneamente.
2. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 1, en el que el sistema de detección multimodal comprende una pluralidad de fuentes de radiación distribuidas, y comprende además un colimador primario, un dispositivo de detección por TC y un dispositivo de detección por XRD correspondientes a cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas.
3. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 2, en el que cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas está posicionada sobre por lo menos una parte de un lado interno de una estructura de bastidor de paso de transferencia, y para cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas, el colimador primario está dispuesto entre la fuente de radiación distribuida y el objeto bajo detección, y el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD están dispuestos de manera que el objeto bajo detección esté posicionado entre el colimador primario y el dispositivo de detección por TC y el dispositivo de detección por XRD.
4. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 2, en el que cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas se selecciona de entre uno de los siguientes tipos: tipo lineal, tipo de arco, tipo L, tipo U y tipo multisegmento.
5. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 2, en el que cada una de la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas presenta múltiples puntos focales de fuente de radiación, y estos puntos focales de fuente de radiación se activan independientemente para emitir rayos bajo el control de un dispositivo de control de fuente de radiación distribuida, y en el que la pluralidad de fuentes de radiación distribuidas presentan un número diferente o igual de los puntos focales de fuente de radiación.
6. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de detección por TC (103) comprende por lo menos un detector de TC (105) que realiza la detección por TC para adquirir datos de TC, y el detector de TC se selecciona de entre uno de los siguientes detectores: un detector de deposición de energía, un detector de energía doble o un detector de resolución de energía.
7. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 6, en el que el dispositivo de detección por TC (103) comprende asimismo un procesador de datos de TC (106) que procesa los datos de TC adquiridos por el detector de TC para obtener la imagen de TC.
8. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 1, en el que los rayos para la detección por TC forman un haz en abanico o un haz cónico, y los rayos para la detección por XRD forman haces de lápiz y se distribuyen en un abanico o en paralelo.
9. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 1, en el que los rayos para la detección por XRD son dispersados por el objeto bajo detección, y en el que el dispositivo de detección por XRD (104) comprende: un colimador de dispersión (107) configurado para seleccionar, de los rayos dispersados, rayos que presentan una misma dirección de dispersión;
por lo menos un detector de dispersión de XRD (108) configurado para recibir los rayos que presentan la misma dirección de dispersión a través del colimador de dispersión, para obtener datos de dispersión de XRD.
10. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 9, en el que los rayos para la detección por XRD se transmiten a través del objeto bajo detección, y en el que el dispositivo de detección por XRD (104) comprende asimismo:
por lo menos un detector de transmisión de XRD (109) configurado para recibir rayos transmitidos a través del objeto bajo detección, para obtener datos de transmisión de XRD.
11. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 10, en el que el dispositivo de detección por XRD comprende asimismo un procesador de datos de XRD (110) que procesa los datos de dispersión de XRD y los datos de transmisión de XRD para obtener la imagen de XRD.
12. Sistema de detección multimodal según la reivindicación 1, en el que una parte de los rayos se divide en múltiples porciones, que se utilizan respectivamente para la detección por XRD, y la otra parte de los rayos se divide en múltiples porciones, que se utilizan respectivamente para la detección por TC.
13. Sistema de detección multimodal según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un plano de radiación de los rayos para la detección por TC presenta un cierto ángulo con respecto a un plano de radiación central de los rayos para la detección por XRD, el ángulo se determina de manera que la detección por XRD y la detección por TC no interfieran entre sí.
14. Sistema de detección multimodal de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de detección por XRD y el dispositivo de detección por TC comunican datos de la imagen de XRD y la imagen de TC entre sí para calibrar sus respectivos datos.
15. Método de detección multimodal, que comprende:
controlar (S201) una fuente de radiación distribuida para que emita rayos para irradiar un objeto bajo detección, caracterizado por que comprende:
separar (S202), mediante un colimador primario, los rayos de la fuente de radiación distribuida en dos partes, en el que una parte es para la detección por TC y la otra parte es para la detección por XRD;
realizar (S203), mediante un dispositivo de detección por TC, una detección por TC para adquirir una imagen de TC del objeto bajo detección; y
realizar (S203), mediante un dispositivo de detección por XRD, una detección por XRD para adquirir una imagen de XRD del objeto bajo detección, en el que el dispositivo de detección por XRD comprende por lo menos un detector de transmisión de XRD,
en el que la detección por TC y la detección por XRD se realizan simultáneamente.
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