Aparato y método para formar imágenes de un objeto oculto en un artículo.

Un aparato (100) para la formación de imágenes de un objeto oculto en un artículo (190),

comprendiendo el aparato:un controlador (110) configurado para generar una señal de accionamiento que tiene una variación periódica deamplitud;

una fuente (120) operable por el controlador para emitir un haz fuente irradiando por ello el artículo, comprendiendo el haz fuente un haz de radiación electromagnética no ionizante que tiene una variaciónperiódica de amplitud que corresponde a la de la señal de accionamiento; y

un detector (125) que está configurado para detectar una parte del haz fuente que ha sido transmitida a través deal menos una parte del artículo, y para generar una señal detectora que tiene la variación periódica de amplitudcorrespondiente a la variación periódica de amplitud del haz fuente,

en el que el controlador está además configurado para realizar una autocorrelacion u otra función de detectorcon bloqueo entre una señal de referencia relacionada a la señal de accionamiento y la señal detectora paragenerar una valor correspondiente a una amplitud de la parte del haz fuente que ha sido transmitida a través deal menos una parte del artículo y para formar la imagen de cualquier objeto oculto en el artículo en el trayecto delhaz fuente solamente a partir de las amplitudes de las señales detectoras

Aparato y método para formar imágenes de un objeto oculto en un artículo.

El presente invento se refiere a un aparato para la formación de imágenes y a un método para investigar una estructura interna de un artículo. El invento se refiere a un aparato y método para la formación de imágenes de objetos ocultos.

ANTECEDENTES

Se han utilizado tecnologías existentes, tales como los sistemas de formación de imágenes por rayos X para investigar la estructura interna y las propiedades de un conjunto de objetos incluyendo productos alimenticios y el cuerpo humano. Sin embargo, los sistemas que emplean rayos X (u otra radiación ionizante) sufren de un conjunto de cuestiones relacionadas con la salud y la seguridad. Se sabe que la radiación ionizante es capaz de provocar daños en los tejidos y otros materiales. Consiguientemente, el equipamiento que emplea radiación X debe estar provisto de suficiente apantallamiento para asegurar que el personal operativo y otro tipo de personal no estén expuestos a la radiación.

Además, el tamaño de un sistema de rayos X es grande, y en consecuencia no es apropiado en ciertas situaciones de fabricación. Otro inconveniente de los sistemas de rayos X es el coste relativamente elevado de un sistema de formación de imágenes por rayos X.

Los sistemas de formación de imágenes de terahercios han sido también empleados para la formación de imágenes de una estructura interna de un artículo. Sin embargo, la formación de imágenes de muestras que contienen agua utilizando estos sistemas es problemática debido a la elevada atenuación de las señales de frecuencia en terahercios por las moléculas de agua.

El documento US 6542772 B2 en la realización de la fig. 2 que incluye los detalles de la detección con bloqueo descrita con referencia a las figs. 1, 1A que se aplica igualmente a la realización de la fig. 2 define un aparato y método en el que se ha realizado una pluralidad de mediciones de transmisión entre puntos fuente 31, 33, 35, 37 y puntos detectores 39, 41, 43, 45. De este modo puede ser detectado un objeto oculto 9 en un artículo 8 dispersor por lo que las señales de detección son mejoradas utilizando una función detectora de autocorrelación, en particular una función detectora con bloqueo, que comprende una variación periódica de amplitud de las fuentes y una señal periódica de referencia aplicada a los detectores para obtener una señal heterodina con una relación de señal a ruido mejorada.

En un primer aspecto del presente invento se ha proporcionado un aparato para inspeccionar un artículo según la reivindicación 1.

El aparato de acuerdo con las realizaciones del invento tiene la ventaja de que es capaz de proporcionar una imagen de una estructura interna de un artículo sin exponer el artículo a una radiación ionizante. Además, el aparato de acuerdo con las realizaciones del invento no requiere pantallas u otras precauciones contra la radiación ionizante asociadas con las técnicas anteriores tales como la formación de imágenes con rayos X.

Además, el aparato de acuerdo con las realizaciones del invento tiene la ventaja de ser menos costoso que los sistemas de formación de imágenes por rayos X. Las realizaciones del invento tienen además la ventaja de que requieren menos energía que los sistemas de formación de imágenes por rayos X y son sustancialmente más fáciles de transportar.

Preferiblemente, la señal de referencia es una señal periódica que tiene la misma frecuencia que la señal de accionamiento. Preferiblemente, la amplitud de la señal de referencia corresponde a la amplitud de la señal de accionamiento.

El aparato puede estar configurado para poner en práctica una función homodina entre la señal de referencia y la señal detectora para generar por ello el valor de diferencia.

Preferiblemente la señal de referencia corresponde sustancialmente a la señal de accionamiento.

En las realizaciones del invento, la señal detectora es combinada con una señal de referencia que corresponde a la señal de accionamiento para generar de este modo una señal correspondiente a la diferencia en amplitud entre la señal de accionamiento y la señal detectora.

El aparato está configurado para poner en práctica una función de autocorrelacion u otra función de bloqueo entre la señal de referencia y la señal detectora para generar así el valor de diferencia.

El uso de una señal de referencia que tiene la misma frecuencia que la señal de accionamiento tiene la ventaja de que cualesquiera variaciones en la frecuencia de la señal de accionamiento son reflejadas exactamente en la variación de la señal de referencia. Así, el valor de diferencia puede ser hecho sustancialmente independiente de variaciones en la frecuencia de la señal de accionamiento. Las variaciones en la frecuencia de la señal de accionamiento pueden surgir por ejemplo debido a variaciones en la temperatura de la electrónica asociada con el aparato.

Alternativa o adicionalmente la señal de referencia puede ser una señal de referencia periódica que tiene una frecuencia diferente de la señal de accionamiento.

El aparato puede estar configurado para poner en práctica una función heterodina entre la señal de referencia y la señal detectora para generar así el valor de diferencia.

Así, en las realizaciones del invento, la señal detectora es combinada con una señal de referencia que tiene una frecuencia diferente que la señal de accionamiento. En las realizaciones del invento la señal combinada es hecha pasar a través de un filtro pasa bajos dispuesto para dejar pasar una señal de una frecuencia de golpeo o latido correspondiente a la diferencia entre la frecuencia de la señal de referencia y la frecuencia de la señal detectora.

Preferiblemente el haz de radiación electromagnética corresponde a la radiación electromagnética que tiene una longitud de onda del orden de 700 a 2000 nm. Esta gama será denominada en lo sucesivo como radiación “cercana a los infrarrojos” o “NIR”.

Esta gama de longitudes de onda corresponde a una gama en la que muchos materiales son relativamente transparentes a la radiación electromagnética. En otras palabras, esta gama de longitudes de onda corresponde a una gama en la que una cantidad suficiente de radiación puede ser transmitida a través de una muestra para permitir que la inspección de una estructura interna de la muestra sea hecha en un período razonable de tiempo.

Esta gama de longitud de onda también corresponde a longitudes de onda en las que el agua es relativamente transparente a la radiación electromagnética. Así, es posible la formación de imágenes de la estructura interna de materiales que contienen agua tales como materiales biológicos. Así, el aparato de acuerdo con las realizaciones del invento tiene la ventaja, sobre técnicas anteriores tales como las técnicas de formación de imágenes de terahercios (THz) , de que se pueden formar imágenes de los materiales que contienen agua. Las señales electromagnéticas en la gama THz de frecuencias son fuertemente absorbidas por el agua, dificultando la formación de imágenes de la estructura interna de materiales biológicos. Mientras los sistemas THz han demostrado capacidad para proporcionar contraste entre materiales secos, tales como entre papel sin tinta sobre él y el papel con tinta sobre él, no han sido capaces de demostrar capacidad para proporcionar contraste en materiales biológicos.

A la inversa, los sistemas de formación de imágenes por rayos X han demostrado capacidad para proporcionar contraste en materiales biológicos, pero no han sido capaces de proporcionar contraste en muestras con concentraciones relativamente pequeñas de un material diferente. Por ejemplo, los sistemas de formación de imágenes por rayos X son incapaces de distinguir entre papel con tinta sobre él y papel sin tinta sobre él.

La gama de frecuencias desde 700 a aproximadamente 2000 nm tiene la ventaja de que el calentamiento de una muestra cuando la radiación electromagnética pasa a través de la muestra no ocurre en una magnitud significativa.

Las realizaciones del invento tienen la ventaja de ser capaces de distinguir (es decir, proporcionar contraste que permite la discriminación entre) quistes y tumores en materiales biológicos.

En el caso de un quiste, siendo... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (100) para la formación de imágenes de un objeto oculto en un artículo (190) , comprendiendo el aparato:

un controlador (110) configurado para generar una señal de accionamiento que tiene una variación periódica de amplitud;

una fuente (120) operable por el controlador para emitir un haz fuente irradiando por ello el artículo, comprendiendo el haz fuente un haz de radiación electromagnética no ionizante que tiene una variación periódica de amplitud que corresponde a la de la señal de accionamiento; y

un detector (125) que está configurado para detectar una parte del haz fuente que ha sido transmitida a través de al menos una parte del artículo, y para generar una señal detectora que tiene la variación periódica de amplitud correspondiente a la variación periódica de amplitud del haz fuente,

en el que el controlador está además configurado para realizar una autocorrelacion u otra función de detector con bloqueo entre una señal de referencia relacionada a la señal de accionamiento y la señal detectora para generar una valor correspondiente a una amplitud de la parte del haz fuente que ha sido transmitida a través de al menos una parte del artículo y para formar la imagen de cualquier objeto oculto en el artículo en el trayecto del haz fuente solamente a partir de las amplitudes de las señales detectoras.

2. El aparato según la reivindicación 1 en el que la señal de referencia es una señal periódica que tiene una misma frecuencia que la señal de accionamiento, en que opcionalmente la señal de referencia corresponde sustancialmente a la señal de accionamiento, opcionalmente además la amplitud de la señal de referencia corresponde a la amplitud de la señal de accionamiento.

3. El aparato según la reivindicación 1 ó reivindicación 2 configurado para poner en práctica una función homodina entre la señal de referencia y la señal detectora para generar por ello el valor.

4. El aparato según cualquier reivindicación precedente en el que el haz de radiación electromagnética no ionizante corresponde a radiación electromagnética que tiene una longitud de onda del orden de 700 a 2000 nm, opcionalmente del orden de 700 a 1000 nm, más opcionalmente del orden de 800 a 900 nm.

5. El aparato según cualquier reivindicación precedente en el que la variación periódica de amplitud de la señal de accionamiento y de la señal de referencia corresponde o bien a una señal de onda cuadrada o bien a una señal de onda sinusoidal.

6. El aparato según cualquier reivindicación precedente operable para mover el detector con respecto al artículo o para mover el artículo con respecto al detector.

7. El aparato según cualquier reivindicación precedente en el que el detector comprende al menos uno seleccionado de entre un elemento fotodetector, una agrupación de elementos fotodetectores, una agrupación lineal de elementos fotodetectores y una agrupación plana de elementos fotodetectores.

8. Un aparato según cualquier reivindicación precedentes configurado para funcionar en al menos uno seleccionado de entre un modo de transmisión por lo que el detector está previsto para detectar un haz de radiación electromagnética transmitida a través del artículo, estando previsto el detector en un lado de la muestra sustancialmente opuesto a un lado en el que está prevista la fuente, y un modo de reflexión por el que el detector esta previsto para detectar un haz de radiación electromagnética reflejado por el artículo, estando previsto el detector sustancialmente en el mismo lado del artículo que la fuente.

9. El aparato según cualquier reivindicación precedente en el que la fuente está configurada para emitir radiación electromagnética no ionizante de una pluralidad de longitudes de onda o gamas de longitudes de onda.

10. El aparato según cualquier reivindicación precedente en el que el detector está configurado para detectar radiación electromagnética no ionizante de una pluralidad de longitudes de onda o gamas de longitudes de onda, y en el que el detector comprende opcionalmente un filtro de radiación electromagnética sintonizable dispuesto para filtrar radiación electromagnética antes de la detección de la misma, comprendiendo el aparato además opcionalmente una pluralidad de detectores, estando configurado cada uno de dicha pluralidad de detectores para detectar una longitud de onda diferente respectiva, en el que opcionalmente al menos una de dichas longitudes de onda corresponde a una longitud de onda de absorción característica de una muestra.

11. El aparato según cualquier reivindicación precedente en el que la fuente está provista con un cable de fibra óptica previsto para dirigir el haz de radiación electromagnética no ionizante sobre el artículo o el detector está provisto con un

cable de fibra óptica previsto para dirigir la radiación electromagnética desde la muestra sobre el detector.

12. Un método para la formación de imágenes de un objeto oculto en un artículo (190) que comprende las operaciones de:

generar una señal de accionamiento que tiene una variación periódica de amplitud;

generar un haz fuente de radiación electromagnética no ionizante que tiene una variación periódica de amplitud 5 correspondiente a la de la señal de accionamiento;

hacer pasar una parte del haz fuente a través de al menos una parte del artículo y a un detector (125) ;

generar el detector una señal detectora que tiene una variación de amplitud correspondiente a la variación de amplitud de la parte del haz fuente hecho pasar al detector; y

realizar una autocorrelacion u otra función de detector con bloqueo entre una señal de referencia relacionada a la

señal de accionamiento y a la señal detectora para generar un valor que corresponde a una amplitud de la parte del haz fuente que ha sido transmitido a través de al menos una parte del artículo y para formar la imagen de un objeto en él en el trayecto del haz fuente solamente a partir de las amplitudes de las señales detectoras, en el que opcionalmente el haz fuente corresponde a radiación electromagnética no ionizante que tiene una longitud de onda del orden de 700 a 2000 nm, además opcionalmente el haz fuente corresponde a la radiación

electromagnética no ionizante que tiene una longitud de onda del orden de 700 a 1000 nm.