Inspección por rayos X con generación de imágenes de transmisión y retrodispersión contemporánea y próximal.

Un sistema para inspeccionar un objeto, comprendiendo el sistema:

a. una primera fuente de radiación que emite un haz en abanico de radiación penetrante que, en uso, está siempre energizada;

b. un conjunto segmentado de elementos detectores para medir la intensidad de radiación penetrante transmitida a través del objeto por la primera fuente de radiación;

c. una segunda fuente de radiación que emite un haz de lápiz de barrido de radiación penetrante;

d. por lo menos un detector de dispersión para detectar radiación penetrante dispersada del haz de lápiz de barrido por el objeto; y

e. un procesador, una memoria, y un monitor, conteniendo la memoria instrucciones que provocan que el procesador:

obtenga una señal de fondo del detector de dispersión tal que la señal de fondo se mide por el detector de dispersión en presencia del objeto cuando el haz de lápiz de barrido no está iluminando el objeto,

substraiga la señal de fondo de una señal medida del detector de dispersión en presencia del objeto, formando por ello una señal de dispersión medida corregida, y

muestre en el monitor la señal de dispersión medida corregida y una señal de transmisión medida del conjunto segmentado de elementos detectores para uso para inspeccionar el objeto.

Inspección por rayos X con generación de imágenes de transmisión y retrodispersión contemporánea y próximal

Esta solicitud reivindica prioridad de la solicitud de patente provisional de EE.UU. no. de serie 60/822.162, 11 de Agosto, 2006, titulada “X-ray Inspections with Contemporaneous and Proximal Transmission and Backscatter Imaging”, no. de expediente legal 1945/A74.

Campo técnico La presente invención se refiere a métodos y sistemas para inspeccionar objetos por medio de radiación penetrante, y más particularmente, para inspeccionar objetos por medio de sondas de transmisión y dispersión substancialmente contemporáneas.

Antecedentes de la invención Los sistemas de generación de imágenes por transmisión de rayos X estándar se han usado para aplicaciones de inspección, médicas y de seguridad. Típicamente, las imágenes médicas de transmisión de rayos X se han obtenido usando haces cónicos de rayos X y utilizando película de rayos X como medio de detección. Más recientemente, se han usado haces en abanico de rayos X junto con conjuntos detectores segmentados lineales para crear dos imágenes dimensionales de objetos que se transportan a través del haz en abanico, entre la fuente de rayos X y el conjunto de detectores. Este es también el enfoque estándar para examinar pequeñas bolsas o envases para aplicaciones de seguridad, tales como en los aeropuertos. La imagen de transmisión obtenida puede ser una imagen de una sola energía, usando un tubo de rayos X de una sola energía del punto final y un conjunto de detectores en el que cada elemento del conjunto consiste en solo un canal detector.

Las imágenes basadas en la transmisión diferencial o dispersión como función de la energía de la radiación incidente se pueden obtener usando una fuente de rayos X que alterna entre dos energías del punto final, o alternativamente, empleando un conjunto de detectores segmentados de energía dual. Tales conjuntos tienen dos canales detectores por elemento del conjunto. Un canal detector es sensible a los rayos X de más baja energía, mientras que el segundo canal (que a menudo contiene también un filtro de rayos X) preferentemente detecta los rayos X de energía más alta. Tomando la relación de las dos señales de los canales de baja y alta energía, se pueden obtener imágenes de transmisión de dos energías, que permiten determinar el número atómico efectivo medio Z de los materiales en cada localización en la imagen. Esto permite que los materiales se separen aproximadamente en materiales de bajo Z (orgánicos) , Z intermedio, o Z alto (metálicos) . Esta información se puede superponer sobre la imagen de transmisión en blanco y negro, típicamente usando una paleta de color, para crear una imagen de color que transmite la información de identificación del material al operador.

La generación de imágenes de retrodispersión de rayos X se ha usado en las últimas dos décadas para proporcionar un medio de detectar y generar imágenes más fiablemente de materiales orgánicos que se han escondido en bolsas y envases, e incluso en grandes recipientes de carga y vehículos. En lugar de usar un haz en abanico de rayos X, estos sistemas típicamente usan un haz de lápiz de barrido de rayos X, denominado también “punto móvil”. Las imágenes de retrodispersión se crean midiendo la cantidad de energía de rayos X que es dispersada por dispersión de Compton del haz a medida que cada parte del objeto es iluminada secuencialmente por el haz. Los rayos X de dispersión de Compton se detectan típicamente en detectores de gran área que se han optimizado para detectar los rayos X dispersados de relativamente baja energía. Barriendo por rastreo del haz de lápiz a través del objeto que se está escaneando mientras se transporta el objeto a través del haz de escaneo, se obtiene una imagen de retrodispersión en dos dimensiones completa del objeto. Dado que la dispersión de Compton a bajas energías de rayos X (por debajo de alrededor de 250 keV) tiende a ser más sensible a las regiones orgánicas del objeto, el método se puede usar para resaltar estas regiones.

La combinación de técnicas de transmisión y retrodispersión de rayos X se ha enseñado previamente, por ejemplo, en la patente de EE.UU. No. 6.151.381 (“Gated Transmission and Scatter Detection, ” en la que se usan fuentes separadas y temporalmente cerradas para la generación de imágenes de transmisión y retrodispersión) y 6.546.072 (“Transmission-Enhanced Scatter Imaging”, en la que se usa la misma fuente para imágenes tanto de transmisión como de retrodispersión) . Los sistemas que usan generación de imágenes tanto de transmisión como de retrodispersión han requerido espectros de fuentes idénticas para las dos modalidades (en los casos en los que se usa una sola fuente para ambos) o bien han tenido que enfrentarse a problemas de interferencia, debido especialmente a los fotones dispersados del haz en abanico de transmisión típicamente de más alta energía o más alto flujo que incide sobre los detectores de dispersión.

El documento US 6.687.326 describe un método para corregir la dispersión en un escáner de tomografía computerizada (CT) .

Sumario de la invención Se exponen varios aspectos de la presente invención en las reivindicaciones adjuntas.

Según las realizaciones preferidas de la presente invención, se proporcionan métodos y un sistema para inspeccionar un objeto. El sistema tiene dos fuentes de radiación penetrante, la primera que emite un haz en abanico y la segunda que emite un haz de barrido de radiación penetrante. El sistema tiene un conjunto segmentado de elementos detectores para medir la intensidad de radiación penetrante del haz en abanico transmitida a través del objeto así como por lo menos un detector de dispersión para detectar la radiación penetrante del haz de lápiz de barrido dispersada por el objeto. Finalmente, el sistema tiene un procesador para formar por lo menos una imagen que representa las características de transmisión y dispersión que se pueden mostrar a un operador.

En realizaciones adicionales, el conjunto de detectores segmentado puede ser un conjunto de detectores de dos energías, y los detectores de retrodispersión se pueden colimar de modo que preferentemente detectan rayos X dispersados del haz de barrido. Se puede disponer una barrera de atenuación entre el subsistema de generación de imágenes de transmisión y el subsistema de generación de imágenes de dispersión de una manera tal para reducir la interferencia.

El sistema puede proporcionar el ajuste de la relación de aspecto y tamaño de las imágenes de transmisión y dispersión con algoritmos de software de modo que el tamaño y forma del objeto inspeccionado parezcan similares en ambas imágenes. La contribución en la imagen de dispersión debido a la interferencia se puede substraer de la imagen de dispersión. Según la invención, la señal del detector de dispersión se mide cuando el haz de lápiz de barrido no está iluminando el objeto para determinar la contribución debida a la interferencia y esta señal medida se substrae de la señal del detector de dispersión cuando el haz de lápiz de barrido ilumina el objeto.

Según más realizaciones adicionales de la invención, uno o más detectores de dispersión pueden detectar preferentemente rayos X dispersados en un intervalo de energía y uno o más detectores de dispersión pueden preferentemente detectar rayos X en otro intervalo de energía. Las señales de los dos conjuntos de detectores se pueden combinar a continuación para extraer información adicional con respecto al número atómico efectivo del objeto observado.

Breve descripción de los dibujos Las características precedentes de la invención se entenderán más fácilmente por referencia a la siguiente descripción detallada junto con dibujos adjuntos:

La Fig. 1 es una ilustración esquemática de un sistema de inspección de generación de imágenes de transmisión y dispersión con paletas de colimación en el detector, según realizaciones de la presente invención;

La Fig. 2 representa la interposición de una barrera flexible de atenuación de rayos X en un sistema de inspección de generación de imágenes de transmisión y dispersión según realizaciones de la presente invención; y

La Fig. 3 es una ilustración esquemática de otra realización de un sistema de inspección de generación de imágenes de transmisión y dispersión con paletas de colimación y apantallamiento del detector.

Descripción detallada de realizaciones de la invención Las realizaciones de la presente invención proporcionan métodos y sistemas para superar los problemas de interferencia... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para inspeccionar un objeto, comprendiendo el sistema:

a. una primera fuente de radiación que emite un haz en abanico de radiación penetrante que, en uso, está siempre energizada;

b. un conjunto segmentado de elementos detectores para medir la intensidad de radiación penetrante transmitida a través del objeto por la primera fuente de radiación;

c. una segunda fuente de radiación que emite un haz de lápiz de barrido de radiación penetrante;

d. por lo menos un detector de dispersión para detectar radiación penetrante dispersada del haz de lápiz de barrido por el objeto; y

e. un procesador, una memoria, y un monitor, conteniendo la memoria instrucciones que provocan que el procesador:

obtenga una señal de fondo del detector de dispersión tal que la señal de fondo se mide por el detector de dispersión en presencia del objeto cuando el haz de lápiz de barrido no está iluminando el objeto,

substraiga la señal de fondo de una señal medida del detector de dispersión en presencia del objeto, formando por ello una señal de dispersión medida corregida, y

muestre en el monitor la señal de dispersión medida corregida y una señal de transmisión medida del conjunto segmentado de elementos detectores para uso para inspeccionar el objeto.

2. Un sistema según la reivindicación 1, en el que la primera fuente de radiación que emite el haz en abanico y la segunda fuente de radiación que emite el haz de lápiz de barrido son la misma fuente de radiación.

3. Un sistema según la reivindicación 1, en el que por lo menos un detector de dispersión incluye medios para colimar radiación penetrante tal que la radiación penetrante del haz de lápiz de barrido se detecta preferentemente.

4. Un sistema según la reivindicación 1, en el que por lo menos un detector de dispersión incluye una cara substancialmente plana, la cara plana sensible a la radiación incidente, la cara plana caracterizada por una normal a la cara y en el que la normal a la cara está orientada sustancialmente hacia un punto de incidencia del haz de lápiz de barrido con el objeto.

5. Un sistema según la reivindicación 4, en el que por lo menos una superficie del detector de dispersión distinta de la cara plana está apantallada para reducir la detección de radiación penetrante del haz en abanico.

6. Un sistema según la reivindicación 1, que incluye adicionalmente una barrera dispuesta entre el haz en abanico y el por lo menos un detector de dispersión tal que se reduce una señal medida del detector de dispersión debida al haz en abanico.

7. Un sistema según la reivindicación 1, en el que la memoria adicionalmente incluye instrucciones para provocar que el procesador ajuste la relación de aspecto y el tamaño de la señal de transmisión medida y la señal de dispersión medida corregida tal que el tamaño y forma del objeto parecen similares en un monitor de la señal de transmisión medida y en un monitor de la señal de dispersión medida corregida.

8. El sistema según la reivindicación 1, en el que el conjunto segmentado de elementos detectores incluye un primer conjunto de elementos que miden radiación en un primer intervalo de energía y un segundo conjunto de elementos que miden radiación en un segundo intervalo de energía.

9. Un sistema según la reivindicación 8, en el que la memoria incluye adicionalmente instrucciones para provocar que el procesador determine el número atómico efectivo de por lo menos una porción del objeto usando medidas del primer conjunto de elementos y medidas del segundo conjunto de elementos, y muestre en el monitor una imagen de la por lo menos una porción del objeto que muestra el número atómico efectivo de la porción.

10. Un método para inspeccionar un objeto que comprende:

a. irradiar el objeto con un haz en abanico de radiación penetrante; y, mientras el haz en abanico está energizado:

b. generar una señal de transmisión basada en radiación penetrante transmitida a través del objeto y detectada por un conjunto (30) segmentado de elementos detectores de transmisión;

c. barrer el objeto con un haz de lápiz de barrido de radiación penetrante;

d. generar una señal de dispersión basada en radiación penetrante dispersada del haz de lápiz por el objeto y detectada por un detector de dispersión;

e. obtener una señal de fondo del detector de dispersión tal que la señal de fondo se mide por el detector de

dispersión en presencia del objeto cuando el haz de lápiz de barrido no está iluminando el objeto, substrayendo la 5 señal de fondo de la señal de dispersión, formando por ello una señal de dispersión corregida, y

f. mostrar una imagen visible por el operador que incorpora información de la señal de dispersión corregida y una imagen visible por el operador que incorpora información de una señal de transmisión medida del conjunto segmentado de elementos detectores de transmisión.

11. El método según la reivindicación 10, en el que generar una señal de transmisión incluye generar una señal10 de transmisión dependiente de la energía.

12. El método según la reivindicación 10 que comprende adicionalmente: reducir la radiación penetrante del haz en abanico que llega al detector de dispersión.

13. El método según la reivindicación 12, en el que reducir incluye disponer por lo menos una paleta de colimación alrededor del detector de dispersión.

14. El método según la reivindicación 12, en el que reducir incluye disponer una barrera entre una primera fuente de radiación para el haz (25) en abanico y el detector de dispersión.

15. El método según la reivindicación 14, en el que la barrera es una pantalla dispuesta perpendicular al haz en abanico.

16. El método según la reivindicación 12, en el que reducir incluye apantallar por lo menos una cara del 20 detector de dispersión.