Método de irradiación, en particular para representar una región de investigación (2) de un objeto (1),

que comprende las fases de: - generación de al menos un haz de entrada de energía (3) con al menos una fuente de haz de entrada de energía (210), en la que al menos un haz de entrada de energía (3) comprende de una pluralidad de componentes de haz de entrada de energía individuales (3.1, 3.2, 3.3, etc.), los cuales están formados por al menos una máscara de haz (211) hecha de un material de protección de entrada de energía con orificios pasantes (213), e - irradiación de la región de investigación (2) con al menos un haz de entrada de energía (3) junto con una pluralidad de direcciones de proyección, caracterizada porque - con la pluralidad de direcciones de proyección, la fuente de haz de entrada de energía (210) y al menos una máscara de haz (211) tienen un ajuste predeterminado la una con respecto a la otra, de modo que al menos una máscara de haz (211) configura una función de distribución de energía predeterminada de la fuente de haz de entrada de energía (210)

Campo técnico

La presente invención hace referencia a un método para formar un haz de entrada de energía con fines de procesamiento de imágenes, en particular un método de irradiación para representar una región de investigación de un objeto con al menos un haz de entrada de energía. Además, la presente invención hace referencia a un método y unos dispositivos para representar la región de investigación de acuerdo con el método de irradiación, en concreto para la tomografía de imágenes.

Características técnicas

La investigación no destructiva de muestras es un objetivo importante en varios campos de la técnica como son las ciencias de los materiales, los exámenes médicos, la arqueología, la construcción técnica, las técnicas relacionadas con cuestiones de seguridad, etc. Un método para obtener una imagen de una muestra, por ejemplo, mediante tomografía computarizada (TC) se basa en una irradiación a través de un objeto plano desde diferentes direcciones de proyección con rayos X, seguida de una reconstrucción del plano del objeto de acuerdo con los datos de atenuación medidos en diferentes direcciones. La irradiación de una región de investigación 2' con un haz en abanico convencional 5' creado por una fuente de rayos X 210' se ilustra de forma esquemática en la Figura 9. El haz en abanico 5' consta de una distribución continua de campos electromagnéticos formados de acuerdo con una emisión característica de la fuente de rayos X 210'. La totalidad de los datos de atenuación medidos con un detector 310' se puede describir en términos de los llamados datos de Radon en un espacio de Radon.

Los métodos de reconstrucción convencional relevantes conocidos actualmente se pueden resumir como métodos basados en la reconstrucción iterativa o aquellos basados en la llamada retroproyección filtrada. Los métodos de reconstrucción iterativa tienen desventajas esenciales en cuanto a tiempos de cálculo extremadamente largos. Por otro lado, el método de retroproyección filtrada tiene una desventaja general como un paso de interpolación incluido en los resultados de reconstrucción en errores y objetos que tienen una tendencia incluso a aumentar con frecuencia espacial creciente. Otro problema del método de retroproyección filtrada está relacionado con la discretización de los datos de Radon a partir de la que se tienen que reconstruir los datos de imagen. Para obtener una reconstrucción de retroproyección filtrada óptima, sería necesario hacer coincidir de manera exacta los rayos de irradiación proyectada con los elementos detectores de un detector. En general, este no es el caso. Por esta razón, se presentan las ambigüedades o los efectos de aproximación de la reconstrucción de datos de Radon por medio de algoritmos de retroproyección filtrada.

T. Bortfeld y col. han descrito el llamado algoritmo de retroproyección filtrada de dominio de Chebyshev (CD-FBP) para volver a reconstruir imágenes bidimensionales de una serie de proyecciones junto con la direcciones de proyección (“Phys. Med. Biol.”, Vol. 44, 1999, p. 1.105-1.120). Con este algoritmo CD-FBP, las proyecciones se representan como descomposiciones, las cuales están sujetas a la reconstrucción de retroproyección filtrada anteriormente mencionada. Las proyecciones se miden, por ejemplo, con una geometría de haz en abanico, en la que se miden los valores de atenuación de acuerdo con líneas de proyección únicas con incluso intervalos angulares relativos entre sí. Las líneas de proyección únicas con diferentes direcciones de proyección del haz en abanico se pueden reordenar para proporcionar proyecciones paralelas que se pueden utilizar para la reconstrucción de imágenes. El algoritmo CD-FBP no ha producido una implementación práctica. El algoritmo adopta una geometría de haz en abanico ideal que no está disponible en la práctica. Por tanto, el algoritmo de T. Bortfeld y col. requiere un paso de interpolación como la retroproyección filtrada convencional. Además, ya que el algoritmo CD-FBP es discreto por naturaleza, hay una falta de adaptación a la característica de radiación continua de fuentes de radiación convencionales. Finalmente, el algoritmo CD-FBP tiene una desventaja esencial en cuanto a los objetos que se encuentran en las imágenes reconstruidas.

Las desventajas anteriores están asociadas no sólo al procesamiento de imágenes de TC convencional, sino también a todos los métodos de reconstrucción disponibles relacionados con los datos de Radon.

La patente US 4 315 157 da a conocer un escáner de tomografía computarizada de haz múltiple que incluye una fuente de rayos X que se desplaza en un círculo y un colimador que presenta una pluralidad de aberturas de definición de haz en las que el colimador está montado de una manera rotativa en relación a la fuente de rayos X.

Objetivo de la invención

El objetivo de la invención consiste en proporcionar métodos mejorados para irradiar un objeto, que eviten las desventajas de las técnicas convencionales anteriores y que se puedan utilizar en concreto para mejorar el procesamiento de imágenes. En particular, el objetivo de la invención consiste en proporcionar un método de irradiación con una adaptación mejorada de una fuente de radiación para el algoritmo de reconstrucción de imágenes que se va a utilizar. Además, el objetivo de la invención consiste en proporcionar un dispositivo de procesamiento de imágenes mejorado, el cual pueda representar de un modo mejorado una región de investigación en concreto con objetos reducidos.

Los objetivos anteriores se consiguen con métodos o dispositivos que comprenden las características de las reivindicaciones 1 y 14 de la patente. Las aplicaciones y realizaciones ventajosas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Resumen de la invención

De acuerdo con un aspecto concreto de la invención, se proporciona un método de irradiación en el que se forma al menos un haz de entrada de energía con al menos una máscara de haz para proporcionar una pluralidad de componentes de haz de de entrada de energía individuales. La máscara de haz está hecha de un material de protección de entrada de energía con orificios pasantes que proporcionan el número de componentes del haz y forman la distribución del mismo. Los componentes del haz de entrada de energía individuales formados por el efecto de protección de la máscara (retículo) se dirigen a través de un objeto junto con una pluralidad de líneas de proyección para representar una región de investigación en el objeto.

El haz de entrada de energía con una característica de radiación continua primaria se genera como un haz en abanico o un haz de cono mediante la utilización de una fuente de haz de entrada de energía. Posteriormente, el haz de entrada de energía se forma con la máscara de haz. La ventaja esencial de moldear el haz de entrada de energía para formar los componentes de haz de entrada de energía se aporta por el hecho de que se proporciona una característica inherente de irradiación discreta. La característica de irradiación se puede adaptar a un algoritmo de reconstrucción de imagen que se utiliza para representar la región de investigación. Esta adaptación se obtiene simplemente mediante la selección de una máscara de haz predeterminada y/o el ajuste de la máscara de haz en cuanto a la fuente de haz de entrada de energía. La máscara de haz tiene una geometría predeterminada con una distribución fija y un tamaño fijo de los orificios pasantes. Además, la entrada de energía (por ejemplo, dosis) se puede reducir esencialmente.

Los haces de cono o en abanico se ajustan de tal modo que las direcciones de proyección se establecen en al menos un plano común que atraviesa la región de investigación o, de manera alternativa, variando planos inclinados que atraviesan la región de investigación para obtener datos de proyección helicoidal.

El término “región de investigación”, (RDI) usado en este documento, hace referencia generalmente a un objeto que se está investigando o a una parte del mismo. La RDI se puede describir como una entidad de 2 ó 3 dimensiones. El término “dirección de proyección” que se utiliza en este documento hace referencia generalmente al curso lineal de una entrada de energía a través de la RDI. La dirección de proyección se puede definir por ángulos relativos a un sistema de coordenadas utilizado. Si se tienen en cuenta los haces de cono o en abanico, el término “dirección... [Seguir leyendo]

1. Método de irradiación, en particular para representar una región de investigación (2) de un objeto (1), que comprende las fases de:

- generación de al menos un haz de entrada de energía (3) con al menos una fuente de haz de entrada de energía (210), en la que al menos un haz de entrada de energía (3) comprende de una pluralidad de componentes de haz de entrada de energía individuales (3.1, 3.2, 3.3, etc.), los cuales están formados por al menos una máscara de haz (211) hecha de un material de protección de entrada de energía con orificios pasantes (213), e

- irradiación de la región de investigación (2) con al menos un haz de entrada de energía (3) junto con una pluralidad de direcciones de proyección, caracterizada porque

- con la pluralidad de direcciones de proyección, la fuente de haz de entrada de energía (210) y al menos una máscara de haz (211) tienen un ajuste predeterminado la una con respecto a la otra, de modo que al menos una máscara de haz (211) configura una función de distribución de energía predeterminada de la fuente de haz de entrada de energía (210).

2. Método de irradiación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

- la máscara de haz (211) está fijada a la fuente de haz de entrada de energía (210), y

- la pluralidad de direcciones de proyección se establecen mediante el desplazamiento de la fuente de haz de entrada de energía (210) con la máscara de haz (211) relativa a la región de investigación (2).

3. Método de irradiación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

- una pluralidad de dichas máscaras de haz (211) y la región de investigación (2) tienen una posición fijada la una con respecto a la otra, y

- la pluralidad de direcciones de proyección se establecen mediante el funcionamiento de al menos una fuente de haz de entrada de energía en cada una de dichas máscaras de haz (211).

4. Método de irradiación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que la fase de formación de los componentes de haz de entrada de energía (3.1, 3.2, 3.3, etc.) comprende la transmisión del haz de entrada de energía a través de una máscara de haz plana (211) con orificios pasantes (213) que tienen diferentes tamaños o a través de una máscara de haz curvada (211) con orificios pasantes (213), que tienen todos el mismo tamaño.

5. Método de irradiación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, en el que la fase de formación de los componentes de haz de entrada de energía (3.1, 3.2, 3.3, etc.) comprende la transmisión del haz de entrada de energía a través de una máscara de haz plana (211) con orificios pasantes (213) que tienen el mismo tamaño o a través de una máscara de haz curvada (211) con orificios pasantes (213), que tienen diferentes tamaños.

6. Método de irradiación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la fase de ajuste de una distancia entre la máscara de haz (211) y la fuente de haz de entrada de energía (210).

7. Método de irradiación de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la fase de establecimiento de un ángulo de haz (α) del haz de entrada de energía (3).

8. Método de irradiación de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el ángulo de haz (α) se establece con una apertura (216).

9. Método de irradiación de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende además la fase de ajuste al menos en un diámetro de la abertura (216) y una distancia entre la abertura (216) y la fuente de haz de entrada de energía (210).

10. Método de procesamiento de imágenes para representar una región de investigación (2) de un objeto (1), que comprende las fases de:

- irradiación de la región de investigación (2) con un método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores,

- determinación de una serie de funciones de proyección correspondiente a la pluralidad de direcciones de proyección, en la que cada una de las funciones de proyección comprende los valores de atenuación

medidos con los componentes de haz de entrada de energía paralelos a la dirección de proyección actual, y

- supeditación de la pluralidad de valores de atenuación a un procedimiento de reconstrucción de imágenes.

11. Método de procesamiento de imágenes de acuerdo con la reivindicación 10, en el que los valores de atenuación se miden con un dispositivo detector (300) y en el cual unos grupos exclusivamente predeterminados de elementos detectores del dispositivo detector (300) son leídos para obtener los valores de atenuación.

12. Método de procesamiento de imágenes de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 10 u 11, en el que el procedimiento de reconstrucción de imágenes incluye

- una determinación de una función de imagen como una suma de polinomios multiplicada por valores de las funciones de proyección, o

- una descomposición de los valores de atenuación, en la que la descomposición está sujeta a una reconstrucción de retroproyección filtrada.

13. Método de procesamiento de imágenes de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones de la 10 a la 12, en el que los valores de atenuación se miden para proporcionar datos de Radon medidos en:

-un dispositivo de tomografía computarizada (TC) de rayos X,

-un dispositivo de procesamiento de imágenes PET,

- tomografía de luz,

- un dispositivo de procesamiento de imágenes SPECT, o

- un sistema de detección de transmisión basado en neutrones.

14. Dispositivo de procesamiento de imágenes (100) para representar una región de investigación (2) de un objeto (1) que comprende:

- un dispositivo de medición (200, 300) para la medición de funciones de proyección correspondientes a una pluralidad de direcciones de proyección, incluyendo el dispositivo de medición (200, 300) al menos una fuente de haz de entrada de energía (200, 210) para crear al menos un haz de entrada de energía (3) con una pluralidad de componentes de haz de entrada de energía individuales (3.1, 3.2, 3.3, etc.), estando adaptada al menos una máscara de haz (211) hecha de un material de protección de entrada de energía con orificios pasantes (213) para formar los componentes de haz de entrada de energía (3.1, 3.2, 3.3, etc.) y un dispositivo detector (300),

caracterizado porque

- con la pluralidad de direcciones de proyección, la fuente de haz de entrada de energía (210) y al menos una máscara de haz (211) tienen un ajuste predeterminado la una con respecto a la otra, de modo que la máscara de haz (211) configura una función de distribución de energía establecida predeterminada de la fuente de haz de entrada de energía (210).

15. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con la reivindicación 14, en el que la máscara de haz (211) comprende una máscara de haz plana (211) con orificios pasantes (213) que tienen diferentes tamaños o una máscara fuente curvada (211) con orificios pasantes (213) que tienen todos el mismo tamaño.

16. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con la reivindicación 14, en el que la máscara de haz (211) comprende una máscara de haz plana (211) con orificios pasantes (213) que tienen el mismo tamaño o una máscara fuente curvada (211) con agujeros directos (213) que tienen diferentes tamaños.

17. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 14 a la 16, que comprende además de un primer dispositivo de ajuste (217) para ajustar una distancia entre la máscara de haz

(211) y la fuente de haz de entrada de energía (200, 210).

18. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 14 a la 17, en el que la fuente de haz de entrada de energía (200, 210) es móvil en relación al objeto (1).

19. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 14 a la 18, en el que la máscara de haz comprende de una máscara fuente (211) que se puede desplazar con la fuente de haz de entrada de energía (210).

20. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con la reivindicación 19, en el que la máscara fuente

(211) se puede eliminar de la fuente de haz de entrada de energía (200, 210).

21. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 14 a la 18, que comprende una pluralidad de máscaras de marco (224) para configurar una función de distribución de energía de la fuente de haz de entrada de energía (200, 210), estando las máscaras de marco (221) fijadas en un soporte de fuente (220) en posiciones predeterminadas.

22. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con la reivindicación 21, en el que las posiciones de las máscaras de marco (224) están separadas por longitudes de arco iguales.

23. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con la reivindicación 21 ó 22, en el que el soporte de fuente (220) comprende una protección con forma de anillo (222) que contiene las máscaras de marco (224), protegiendo la protección con forma de anillo (222) la fuente de haz de entrada de energía (200, 210) en posiciones distintas de las posiciones de las máscaras de marco (224).

24. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 21 a la 23, en el que el dispositivo detector (300) comprende una pluralidad de sensores de marco (320) para detectar los valores de atenuación que representan la atenuación de la entrada de energía correspondiente a la pluralidad de direcciones de proyección predeterminadas, estando fijados los sensores de marco (320) al soporte de fuente (220) en posiciones predeterminadas.

25. Dispositivo de procesamiento de imágenes de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 14 a la 24, en el que el dispositivo de medición (200, 300) comprende:

- un dispositivo de tomografía computarizada (TC) de rayos X,

- un dispositivo de tomografía de ultrasonido,

- un dispositivo de procesamiento de imágenes PET,

- tomografía de luz,

- un dispositivo de procesamiento de imágenes de rayos gamma,

- un dispositivo de procesamiento de imágenes SPECT, o

- un sistema de detección de transmisión basado en neutrones.