Escáneres de rayos X y fuentes de rayos X para los mismos.

Un escáner de rayos X que comprende una fuente de electrones y un ánodo,

teniendo el ánodo (204; 304; 604; 704) una superficie diana formada de una pluralidad de materiales diferentes (206, 208; 306, 308; 606, 608; 708), estando la fuente de electrones dispuesta para dirigir un haz de electrones a la superficie diana de manera que se generen, simultáneamente, rayos X de dos espectros de energía diferentes de dos de los materiales diferentes, y dos matrices de detectores (12) que tienen características de respuesta de energía diferentes.

Escáneres de rayos X y fuentes de rayos X para los mismos Campo de la invención La presente invención se refiere a escáneres de rayos X y en particular a escáneres dispuestos para usar diferentes energías de rayos X para su uso, por ejemplo, en la obtención de imágenes o análisis de objetos.

Antecedentes Ahora se está diseñando una nueva generación de tubos de rayos X de multi-foco para tratar problemas en los sistemas de obtención de imágenes que implican el rápido movimiento del objeto en inspección. Esto es particularmente importante en los sistemas de obtención de imágenes tomográficas en los que el movimiento del objeto puede crear niveles inaceptablemente altos de artefacto en imágenes reconstruidas. Para tratar este problema, se proponen fuentes de rayos X de multi-foco en las que frecuentemente están dispuestas muchos cientos de pistolas de electrones individuales, normalmente en una matriz circular, y cada pistola de electrones se enciende secuencialmente para irradiar un punto respectivo sobre un ánodo circular con el mismo radio que el de las pistolas de electrones. Esto forma una fuente de rayos X giratoria sin la necesidad de movimiento físico del ensamblaje, de ahí crear la oportunidad de obtención de imágenes tomográficas de muy alta velocidad.

En tales sistemas de rayos X tomográficos, es frecuentemente deseable proporcionar la capacidad de discriminación de materiales que se logra normalmente mediante el uso del nivel gris reconstruido de la imagen tomográfica retrocalibrando a un conjunto de patrones de referencia conocidos (por ejemplo, aire, agua, aluminio) .

Se reconoce que puede lograrse la capacidad de discriminación de materiales adicional cuando se tiene en cuenta el espectro de energía del haz de rayos X, ya que cada componente espectral en el haz de rayos X incidente es atenuado a una cantidad diferente por cada material de componente dentro del objeto en inspección. Materiales de bajo número atómico proporcionan atenuación modesta de los rayos X de baja energía, mientras materiales de alto número atómico proporcionan atenuación significativa de los rayos X de baja energía. Por el análisis del espectro de rayos X después del filtrado por el objeto es posible obtener más discriminación de materiales que si el espectro de rayos X se integra simplemente.

En un sistema de rayos X práctico es caro medir la energía de cada fotón de rayos X individual que llega al detector. Esto es debido a que la tasa de llegada de fotones a cada elemento del detector A es relativamente alta (frecuentemente superior a una tasa de llegada de fotones de 1 MHz) y la complejidad y disipación de potencia asociada de la electrónica de detección se vuelve una cuestión significativa.

Un medio para simplificar la situación es utilizar más de un detector de integración económico por canal de obtención de imágenes, pero con un filtro colocado entre un detector y el otro. El detector filtrado está generalmente hecho grueso para medir los componentes de alta energía del haz de rayos X transmitido a través del objeto. El detector no filtrado es normalmente bastante delgado y así responde preferencialmente a los componentes de baja energía del haz de rayos X transmitido.

El documento US570403 divulga un sistema de escaneo de múltiples energías con una pluralidad de sistemas detectores de diferentes características de energía y una conmutación de fuentes de rayos X entre energías. El documento WO2004/091405 divulga un sistema de escaneo de energía dual que usa detectores de energía duales, exponiendo el objeto a múltiples energías simultáneamente, en el que las múltiples energías se proporcionan por un filtro que tiene secciones con diferentes características de filtro.

Sumario de la invención La presente invención proporciona un escáner de rayos X que comprende una fuente de electrones y un ánodo, teniendo el ánodo una superficie diana formada de una pluralidad de materiales diferentes. La fuente de electrones está dispuesta para dirigir un haz de electrones a la superficie diana de manera que se generen, simultáneamente, rayos X de dos espectros de energía diferentes de los dos materiales. El escáner comprende además dos matrices de detectores que tienen diferentes características de respuesta. Por ejemplo, una matriz puede ser más sensible a rayos X que tienen uno de los espectros de energía, y la otra matriz puede ser más sensible a rayos X que tienen el otro de los espectros de energía.

Los detectores de una de las matrices de detectores pueden incluir un material de filtro y un elemento detector. Los dos materiales pueden cada uno estar dispuesto para generar rayos X que tienen el pico de intensidad a una energía fluorescente respectiva. El material de filtro puede estar dispuesto para proporcionar diferentes atenuaciones a las dos energías fluorescentes. El material de filtro puede tener una discontinuidad de absorción a una frecuencia entre las dos energías fluorescentes.

La superficie diana puede tener una pluralidad de áreas de material cada una formada de uno de los materiales, y la fuente de electrones puede estar dispuesta para dirigir un haz de electrones a un área diana de la diana, comprendiendo el área diana parte de al menos dos de las áreas de material.

La fuente de electrones puede estar dispuesta para dirigir electrones a una pluralidad de áreas diana separadas a lo largo de la diana. Las áreas de material pueden estar dispuestas como bandas paralelas que se extienden cada una a través de una pluralidad de las áreas diana. La superficie diana puede estar formada de una mezcla de los materiales.

Realizaciones preferidas de la presente invención se describirán ahora a modo de ejemplo solo con referencia a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema de escaneo conocido;

las Figuras 2a y 2b muestran gráficas de espectros de energía de rayos X de materiales de ánodo diferentes;

la Figura 3 es una vista esquemática de un sistema de escaneo;

la Figura 4 es una vista esquemática de una fuente de rayos X que forma parte del sistema de escaneo de la Figura 3;

la Figura 5 es una vista frontal de un ánodo que forma parte del sistema de la Figura 4;

la Figura 6 es un diagrama esquemático que muestra la operación del sistema de la Figura 4;

la Figura 7 es una gráfica de absorción de rayos X en función de la energía en un material de filtro típico;

la Figura 8 es una vista frontal de una diana según una realización de la invención;

la Figura 9 es una gráfica que muestra el espectro de energía de rayos X producido a partir de la diana de la Figura 8;

la Figura 10 es un boceto de parte de una matriz de detectores para su uso con la diana de la Figura 8;

la Figura 11 es un boceto de parte de otra matriz de detectores para su uso con la diana de la Figura 8;

la Figura 12 es una gráfica que muestra la coincidencia de los filtros de las Figuras 10 y 11 con la diana de la Figura 8;

la Figura 13 es una vista frontal de una diana según una realización de la invención;

la Figura 14 es una vista frontal de una diana según una realización de la invención;

Descripción de las realizaciones preferidas Con referencia a la Figura 1, un escáner de rayos X comprende una matriz anular de fuentes de rayos X 10, desplazadas axialmente de una matriz anular de detectores de rayos X 12. Cada una de las fuentes 10 se activa por turnos y, para cada fuente, las señales de los detectores 12 se almacenan y se analizan. Cada uno de los sensores es un sensor apilado conocido que comprende un elemento detector delantero delgado 14 enfrente de un elemento detector trasero 16 más grueso, con un filtro 18 entre los dos elementos detectores. El elemento detector delantero 14 está dispuesto para detectar rayos X de menor energía, el elemento detector trasero 16 está dispuesto para detectar rayos X de mayor energía, y el filtro 18 está dispuesto para filtrar los rayos X de menor energía no absorbidos por el elemento detector delantero 14.

Como todos los detectores están alineados con, y enfrentados a, el eje X del escáner, se verá que en el centro del haz de rayos X un detector apilado 12a funciona bien porque el elemento detector delantero 14, el filtro 18 y el elemento detector trasero 16 están todos alineados con la dirección del haz de rayos X incidente. A diferencia, en el borde del haz en el detector 12b, el elemento detector delantero 14, el filtro 18 y el elemento detector trasero 16 no están alineados con el haz y hay una fuga de baja energía significativa en el elemento detector trasero 16. Similarmente, el espesor... [Seguir leyendo]

1. Un escáner de rayos X que comprende una fuente de electrones y un ánodo, teniendo el ánodo (204; 304; 604; 704) una superficie diana formada de una pluralidad de materiales diferentes (206, 208; 306, 308; 606, 608; 708) , estando la fuente de electrones dispuesta para dirigir un haz de electrones a la superficie diana de manera que se generen, simultáneamente, rayos X de dos espectros de energía diferentes de dos de los materiales diferentes, y dos matrices de detectores (12) que tienen características de respuesta de energía diferentes.

2. Un escáner según la reivindicación 1, en el que la relación de las respuestas de una de las matrices de detectores con respecto a los rayos X que tienen los dos espectros de energía de los dos materiales es diferente a la relación de las respuestas de la otra matriz de detectores con respecto a los rayos X que tienen aquellos espectros de energía.

3. Un escáner según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los detectores de una de las matrices de detectores incluyen un material de filtro y un elemento detector.

4. Un escáner según la reivindicación 3, en el que los dos materiales están cada uno dispuestos para generar rayos X que tienen picos de intensidad a una energía fluorescente respectiva, y el material de filtro está dispuesto para proporcionar diferentes atenuaciones a la dos energías fluorescentes.

5. Un escáner según la reivindicación 4, en el que el material de filtro tiene una discontinuidad de absorción a una frecuencia entre las dos energías fluorescentes.

6. Un escáner según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que los detectores de ambas matrices de detectores incluyen elementos detectores idénticos.

7. Un escáner según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la superficie diana tiene una pluralidad de áreas de

material cada una formada de uno de los materiales, y la fuente de electrones está dispuesta para dirigir un haz de electrones a un área diana de la diana, comprendiendo el área diana parte de al menos dos de las áreas de material.

8. Un escáner según la reivindicación 7, en el que la fuente de electrones está dispuesta para dirigir electrones a una pluralidad de áreas diana separadas a lo largo de la diana.

9. Un escáner según la reivindicación 8, en el que las áreas de material están dispuestas como bandas paralelas que se 25 extienden cada una a través de una pluralidad de las áreas diana.

10. Un escáner según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la superficie diana está formada de una mezcla de los materiales.