Procedimiento y aparato para llevar a cabo una inspección de objetos no invasiva con rayos x.

Un procedimiento para llevar a cabo una inspección no invasiva de objetos con rayos x,

comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- proporcionar al menos una fuente (106, 107, 210) de rayos x que emite un haz de rayos x policromáticos que inciden sobre el objeto que está siendo inspeccionado;

- proporcionar al menos un detector (301) de rayos x compuesto de elementos detectores (401) ubicados lado a lado y con capacidad de interceptar la radiación modificada por el objeto (110) que está siendo inspeccionado y producir, para cada elemento detector (401) datos de atenuación asociados con al menos dos bandas de energía;

- proporcionar una unidad (113) de cálculo para llevar a cabo un procedimiento de elaboración de los datos de atenuación adquiridos procedentes del al menos un detector (301) y para reconstruir imágenes radiográficas (1, 2) de los objetos (110) que están siendo inspeccionados al igual que información acerca de su volumen y composición, en el que

- para cada elemento detector (401), los datos de atenuación están disponibles en forma de intensidades de radiación asociadas con una banda de energía en un intervalo de al menos cuatro bandas de energía del espectro de rayos x del haz de rayos x y que constituye la firma espectral de los datos de atenuación generados por el elemento detector (401), y en el que

- el procedimiento de elaboración incluye las etapas de identificación de agrupaciones (11, 21, 31) de material homogéneo del objeto (110), y de comparación por parte de un sistema experto entre tal firma espectral de dichas agrupaciones (11, 21, 31) y la firma espectral de al menos un material diana,

caracterizado porque

se aplica un primer procedimiento de elaboración de los datos de atenuación, llevando a cabo:

a) una agrupación (1302) de áreas espaciales homogéneas, denominadas manchas (11, 21, 31) en cada imagen (1, 2) de banda de energía;

b) una agregación (1303) de más manchas (11, 21, 31) pertenecientes a regiones espaciales correspondientes en distintas bandas de energía formando supermanchas (12, 22, 32) que proporcionan la firma espectral completa de esa región espacial;

c) una evaluación (1306) por parte de un sistema experto de la correspondencia entre la firma espectral de la supermancha (12, 22, 32) y la de un material diana líquido o sólido o gaseoso predefinido.

Procedimiento y aparato para llevar a cabo una Inspección de objetos no invasiva con rayos x.

La invención versa acerca de un procedimiento para llevar a cabo una Inspección no Invasiva de objetos con rayos x, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- proporcionar al menos una fuente de rayos x que emite un haz de rayos x policromáticos que incide sobre el objetivo que está siendo inspeccionado;

- proporcionar al menos un detector de rayos x compuesto por elementos detectores ubicados lado a lado y con capacidad para interceptar la radiación modificada por el objeto que está siendo inspeccionado y producir, para cada elemento detector, datos de atenuación asociados con al menos dos bandas de energía;

- proporcionar una unidad de cálculo para llevar a cabo un procedimiento de elaboración de los datos de atenuación adquiridos del al menos un detector y para reconstruir Imágenes radiográficas de los objetos que están siendo inspeccionados al igual que información acerca de su volumen y composición, en el que

- para cada elemento detector, los datos de atenuación están disponibles en forma de Intensidades de radiación asociadas a una banda de energía en un intervalo de al menos cuatro bandas de energía del espectro de rayos x del haz de rayos x y que constituye la firma espectral de los datos de atenuación generados por el elemento detector, y en el que

- el procedimiento de elaboración incluye las etapas de Identificación de agrupaciones de material homogéneo del objeto y de comparación por parte de un sistema experto entre tal firma espectral de dichas agrupaciones y la firma espectral de al menos un material diana.

La Invención versa, además, acerca de un aparato para ¡mplementar el procedimiento.

Descripción de la técnica anterior

Se conocen tal procedimiento y tal aparato por el documento US 6 018 562 A. En el procedimiento conocido y en el aparato conocido, se producen vistas multiespectrales de rayos X de un objeto utilizando fuentes estacionarias de rayos x policromáticos y un conjunto lineal de detectores. Se reconstruyen Imágenes multiespectrales de CT a partir de las vistas de rayos x del objeto. Hay agrupados voxeles contiguos o casi contiguos con propiedades espectrales similares. En función de las propiedades espectrales de los grupos de voxeles y en función de la forma, del tamaño y de la textura de estos grupos, se Identifican objetos asociados.

La problemática se refería a la Identificación de objetos y materiales que suponen una amenaza, al Igual que a artículos de contrabando, en el Interior de equipaje y cajas de transporte (en carga y en contenedores) es de gran actualidad en el marco de contraste referido al terrorismo, el contrabando y la falsificación.

Los sistemas de control de seguridad basados en rayos x están adoptados en gran medida internaclonalmente, y han demostrado su eficacia en la Identificación de objetos macizos sospechosos en el interior de un equipaje. Sin embargo, su resultado sigue siendo lento y están sujetos a falsas alarmas en la identificación de materiales líquidos que pueden ser utilizados como compuestos para AEI (artefactos explosivos improvisados). Una solución para tal problema que fuera de ejecución eficaz y rápida sería de máxima utilidad para el contraste mejorado con respecto a la reciente evolución de la técnica terrorista.

La limitación de los procedimientos actuales surge principalmente del hecho de que intentan identificar los objetos en función de las propiedades físicas (densidad o número atómico equivalente) pero no de las propiedades químicas. Por esta razón los sistemas de la técnica anterior se caracterizan por un gran número de falsas alarmas y tienen una posibilidad limitada para diferenciar entre sustancias que tienen propiedades físicas similares, tales como por ejemplo el agua y el peróxido de hidrógeno simples.

La técnica anterior ha propuesto distintos sistemas y procedimientos. Se puede distinguir en primer lugar entre sistemas basados en tomografía por ordenador (CT) y sistemas basados en una exploración convencional por barrido con rayos x, ambos con una vista simple o múltiple.

Los sistemas de CT producen Imágenes de secciones de objetos mediante reconstrucción del volumen en función de mediciones de absorción adquiridas con distintos ángulos en torno al mismo objeto. El procedimiento es adoptado de forma generalizada en el campo médico, a la vez que tiene como resultado ser excesivamente lento para las inspecciones de seguridad, especialmente para las inspecciones de equipajes de mano.

La patente US 5.367.552 propone un sistema de CT precedido por una exploración convencional por barrido capaz de identificar las áreas críticas para experimentar una exploración subsiguiente por barrido de CT. De esta forma, el sistema es capaz de concentrar la exploración por barrido de CT en áreas específicas, reduciendo el tiempo de

ejecución, y proporcionando también una serie de automatismos para identificar mediante evaluaciones de masa, volumen y densidad los objetos de amenaza potencial, para experimentar finalmente una inspección y un análisis amplios mediante difractometría por rayos x. Aunque tal sistema mejora el procedimiento de CT, tiene como resultado, sin embargo, ser lento y complejo para las inspecciones de primer nivel de equipaje y líneas, no resolviendo, por lo tanto, la problemática planteada.

Los sistemas basados en una exploración convencional de barrido de rayos x utilizan un procedimiento de exploración por barrido lineal, normalmente al exponer el objeto en movimiento en una cinta transportadora con un haz colimado de rayos x, creando, de ese modo, imágenes bidimensionales en las que se solapan las estructuras subyacentes.

Se realiza una primera mejora por medio de los denominados procedimientos de energía dual.

La patente US 6.052.936 ¡lustra la adopción eficaz de tal procedimiento en el campo médico con sensores bidimensionales de área grande para conseguir, mediante exposición a dos niveles distintos de energía y una descomposición subsiguiente, dos imágenes de diagnóstico referidas a distintos niveles de composición de estructura, tal como, por ejemplo, tejidos blandos y óseos.

La patente US 6.069.936 propone un sistema de inspección adecuado también para inspecciones en contenedores, basado en la irradiación con rayos x monocromáticos de alta energía en dos niveles predefinidos distintos de energía y en la adquisición de dos perfiles de atenuación para cada línea de exploración por barrido que se corresponde, respectivamente, a los dos espectros de radiación emitida. Esos perfiles son analizados entre ellos, para identificar el número atómico de los materiales que están siendo inspeccionados.

La patente US 6.445.765 propone un sistema para la identificación de la composición química de una muestra que está siendo inspeccionada, en función de la irradiación por medio de rayos x policromáticos y la detección de los espectros de absorción por medio de dos sensores diferenciados que tienen una sensibilidad optimizada respectivamente para energía elevada y reducida, para mejorar la separación entre los dos niveles de energía y al mismo tiempo para minimizar los fenómenos de persistencia y de dispersión óptica en el escintilador que pueden reducir el contraste de la imagen.

Se introdujo una mejora adicional por medio de los procedimientos de vistas múltiples, en los que se explora linealmente por barrido el equipaje desde más vistas colocadas, en general, con ángulos ortogonales.

La patente US 6.236.709 propone un sistema de tres vistas, una vertical y dos horizontales con ángulos ortogonales, con energía dual. El sistema de elaboración permite la reconstrucción con un procedimiento algebraico de los datos de densidad del objeto asociado con las atenuaciones, mientras que se deducen los datos de peso atómico mediante la asociación con la exploración por barrido de energía dual.

Sin embargo, los anteriores procedimientos resultan ser desventajosos con el fin de una identificación correcta del material, debido a los niveles limitados de energía y a la precisión limitada de la determinación de las características atómicas de los objetos que están siendo inspeccionados (con respecto a los otros objetos colocados en el Interior del equipaje), y los resultados erróneos consiguientes de los algoritmos de reconocimiento.

La patente US 5.943.388 propone un sistema de inspección basado en el uso de sensores con capacidad para proporcionar un recuento de fotones de la radiación incidente asociada al menos con tres niveles de energía, al Igual que dispositivos programables ASIC (circuito integrado de aplicación... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para llevar a cabo una inspección no invasiva de objetos con rayos x, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

proporcionar al menos una fuente (106, 107, 210) de rayos x que emite un haz de rayos x policromáticos que inciden sobre el objeto que está siendo inspeccionado;

proporcionar al menos un detector (301) de rayos x compuesto de elementos detectores (401) ubicados lado a lado y con capacidad de interceptar la radiación modificada por el objeto (110) que está siendo inspeccionado y producir, para cada elemento detector (401) datos de atenuación asociados con al menos dos bandas de energía;

proporcionar una unidad (113) de cálculo para llevar a cabo un procedimiento de elaboración de los datos de atenuación adquiridos procedentes del al menos un detector (301) y para reconstruir imágenes radiográficas (1, 2) de los objetos (110) que están siendo inspeccionados al igual que información acerca de su volumen y composición, en el que

- para cada elemento detector (401), los datos de atenuación están disponibles en forma de intensidades de radiación asociadas con una banda de energía en un intervalo de al menos cuatro bandas de energía del espectro de rayos x del haz de rayos x y que constituye la firma espectral de los datos de atenuación generados por el elemento detector (401), y en el que

- el procedimiento de elaboración incluye las etapas de identificación de agrupaciones (11, 21, 31) de material homogéneo del objeto (110), y de comparación por parte de un sistema experto entre tal firma espectral de dichas agrupaciones (11, 21, 31) y la firma espectral de al menos un material diana,

caracterizado porque

se aplica un primer procedimiento de elaboración de los datos de atenuación, llevando a cabo:

a) una agrupación (1302) de áreas espaciales homogéneas, denominadas manchas (11, 21, 31) en cada imagen (1, 2) de banda de energía;

b) una agregación (1303) de más manchas (11, 21, 31) pertenecientes a regiones espaciales correspondientes en distintas bandas de energía formando supermanchas (12, 22, 32) que proporcionan la firma espectral completa de esa región espacial;

c) una evaluación (1306) por parte de un sistema experto de la correspondencia entre la firma espectral de la supermancha (12, 22, 32) y la de un material diana líquido o sólido o gaseoso predefinido.

2. El procedimiento según la Reivindicación 1,

en el que los datos de atenuación están disponibles en forma de recuentos de fotones, asociados cada uno con una banda de energía en un intervalo de al menos cuatro bandas de energía del espectro de rayos x del haz de rayos x y que constituyen la firma espectral de los datos de atenuación generados por el elemento detector (401).

3. El procedimiento según la Reivindicación 1 o 2,

en el que las al menos cuatro bandas de energía están modificadas dinámicamente durante el procedimiento de elaboración para aumentar la fiabilidad de la coincidencia entre la firma espectral medida del objeto (110) que está siendo inspeccionado y la firma espectral del material diana predefinido.

4. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 3,

en el que se colima el haz de rayos x policromáticos por medio de un colimador primario (212) ubicado entre la fuente (106, 107, 210) de rayos x y el objeto (110) y al dirigir el haz de rayos x al objeto (110) según un ángulo predefinido.

5. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4,

en el que el detector (301) comprende al menos una cadena detectora (111) de rayos x, compuesta por elementos detectores (401) organizados según al menos un conjunto lineal.

6. El procedimiento según la Reivindicación 5,

en el que el sistema de inspección está dotado de dos o más cadenas detectoras (111, 112) iluminadas por dos o más fuentes (106, 107, 210) de rayos x y los datos adquiridos son elaborados para generar imágenes radiográficas bidimensionales y tridimensionales reconstruidas para múltiples bandas de energía.

7. El procedimiento según la Reivindicación 6,

en el que se aplica un segundo procedimiento de elaboración en caso de que haya disponible más de una cadena detectara (111, 112) en el sistema de inspección, que lleva a cabo:

a) una correlación espacial (1402) entre las supermanchas (12, 22, 32) identificadas a partir de distintas cadenas detectaras (111, 112);

b) una correlación espectral (1403) entre las supermanchas (12, 22, 32) identificadas a partir de distintas cadenas detectaras (111, 112);

c) una revisión (1404) por parte de un sistema experto de la correspondencia entre la firma espectral de la supermancha (12, 22, 32) y la de un material diana líquido o sólido o gaseoso predefinido en función de la información derivada de las más de una cadenas detectaras (111, 112).

8. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 7,

en el que el sistema experto, por medio de reglas proposicionales que introducen limitaciones flexibles e inflexibles en las soluciones y elaboraciones estadísticas permitidas en los datos de atenuación, efectúa una clasificación robusta con respecto a la correspondencia de la firma espectral de la supermancha (12, 22, 32) y la de un material diana líquido o sólido o gaseoso predefinido.

9. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 8,

en el que la al menos una cadena detectara (111, 112) está compuesta de detectores individuales de rayos x de tipo directo que pertenecen a las familias de CdTe o CdZnTe o Si, o cualquier otro material con una captura de fotones similar con rendimientos de discriminación de energía, y está dotada de un colimador secundario (405) que lleva a cabo un blindaje de la radiación difundida.

10. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 9,

en el que el objeto (110) que está siendo inspeccionado y el detector (301) de rayos x son movidos de forma mutua mientras que la fuente (106, 107, 210) de rayos x emite radiación.

11. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 10,

en el que se implementa la tasa de muestreo de los recuentos de fotones de la cadena detectara a una frecuencia adecuada para soportar el movimiento de la cinta transportadora con una velocidad superior a 0,5 m por segundo.

12. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 11,

en el que el sistema de inspección está instalado en una ubicación permanente, o es amovible sobre ruedas, o es transportable con una estación móvil de remolque, o está adaptado para una línea de producción industrial.

13. El procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 12,

en el que se utiliza el sistema de inspección en aplicaciones que implican inspecciones de seguridad en edificios de aviación, militares y civiles y en áreas muy concurridas, e inspecciones industriales entre las cuales figuran las industrias alimentaria y farmacéutica.

14. Un aparato para llevar a cabo una inspección no invasiva con rayos x de objetos, que comprende:

- al menos una fuente (106, 107, 303) de rayos x que emite un haz de rayos x policromáticos que incide sobre el objeto (110) que está siendo inspeccionado;

- al menos un detector (301) de rayos x compuesto de elementos detectores (401) ubicados lado a lado y con capacidad para interceptar la radiación modificada por el objeto (110) que está siendo inspeccionado y para producir, para cada elemento detector (401), datos de atenuación asociados con al menos dos bandas de energía;

- una unidad (113) de cálculo para llevar a cabo un procedimiento de elaboración de los datos de atenuación adquiridos del al menos un detector y para reconstruir imágenes radiográficas de los objetos que están siendo inspeccionados al igual que información acerca de su volumen y composición,

caracterizado porque

el aparato está dispuesto para llevar a cabo un procedimiento según una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 13.