Formación de imágenes de materiales.

Un aparato para generar y presentar una imagen de un objeto que comprende:

una fuente de radiación (1) y una serie de al menos dos y no más de cinco detectores de radiación lineales separados de la misma para definir una zona de exploración entre ellos;

un medio (7) para hacer que un objeto (9) se mueva con relación a y a través de la zona de exploración en uso;

un módulo de generación de imágenes directas configurado para generar una imagen a partir de la salida de al menos un detector lineal;

caracterizado por un módulo de generación de imágenes intermedias configurado para generar al menos una imagen intermedia a partir de al menos un par adyacente de detectores lineales, mediante el procesamiento de la salida de dicho par de detectores y la generación de una imagen representativa de una salida intermedia entre dichas dos salidas del detector;

un aparato de generación de imágenes (21) que comprende dichos módulos y que está adaptado de forma que se generan al menos cinco imágenes en total;

una presentación de imágenes (25) adaptada para presentar tales imágenes sucesivamente y así presentar el paralaje de movimiento monocular entre las imágenes.

Formación de imágenes de materiales Esta invención se refiere a un método y aparato para la detección, la formación de imágenes y, en una realización preferida, la caracterización de material en un espacio tridimensional.

La invención se refiere en particular a un aparato y un método que hace uso de radiación de alta energía, tal como rayos X o rayos gamma para escanear objetos en los que se desea obtener información acerca de su contenido interno y/o su composición. La invención en particular se refiere a un aparato y un método que funciona sobre el principio de exploración en línea, en el que se hace que objetos tridimensionales sean obligados a moverse a través de una zona de exploración y se recoge la información de las imágenes. Estos principios se utilizan mucho, por ejemplo, en la industria de la seguridad, para escanear objetos en los que se desea obtener información acerca de su contenido interno, pero podrían también ser empleados en otras áreas, por ejemplo, sin limitación, la obtención de imágenes médicas, la obtención de imágenes con fines de control de calidad o para determinar la integridad de la estructura, o similares.

Los aparatos de formación de imágenes que emplean el principio de exploración en línea son bien conocidos. Típicamente, tales aparatos consistirán en una fuente de radiación de alta energía, tal como una fuente de rayos X, y, con fines de ejemplificación, en una posterior discusión en el presente documento se describirán sistemas de rayos X en particular. El haz de la fuente puede ser colimado en una cortina, denominado normalmente un "haz de cortina", y luego es detectado por un detector de matriz lineal que comprende, por ejemplo, una matriz de fotodiodos lineal. La información de la imagen se obtiene haciendo que el objeto de interés se desplace linealmente, por ejemplo en ángulos rectos con respecto al haz y almacenando las exploraciones sucesivas de información de transmisión de rayos X derivada de la matriz lineal de la que puede compilarse un marco de imagen completo.

Si el objeto que se está escaneando transmite heterogéneamente la radiación de rayos X, y, por ejemplo, consiste en o contiene múltiples objetos y/o componentes de materiales distintos más pequeños, puede ser posible construir una imagen del objeto, y en casos particulares del contenido o sus componentes. La imagen puede ser entonces presentada en una pantalla de visualización. Esta imagen puede ser útil por ejemplo en relación con las posibles aplicaciones descritas anteriormente. En particular, puede ser útil en la determinación del contenido de un recipiente o de la estructura interna de un objeto o un cuerpo.

Aun así, la imagen generada por tal aparato de rayos X es limitada. Como mucho constituye un esquiagrama (shadowgraph) de dos dimensiones del objeto cuya imagen se está obteniendo. Esto puede hacer que sea difícil de interpretar.

La patente europea nº 610084 describe un método para crear una fotografía de modelo sólido "2.5D" para su visualización. Se obtiene un par estereoscópico de imágenes de rayos X usando dos haces de cortina divergentes derivados de una fuente de rayos X. Estos se dividen en rodajas conjugadas y la imagen 2.5D se construye a partir de la información de la rodaja resultante.

La imagen resultante no es estrictamente una imagen tridimensional (aunque a menudo se la denomina así) ya que se presenta en una pantalla bidimensional en vez de hacerlo por medio de un aparato estereoscópico completo. Tal representación 2.5D contiene de hecho señales psicológicas a la profundidad tales como la perspectiva lineal, interposición, tonalidad y sombreado en vez de los indicadores fisiológicos de relieve completos conocidos como paralaje binocular o estereoscopía que se requiere para una imagen tridimensional completa.

El método del documento EP610084 todavía proporciona al usuario una imagen final que puede ser girada y vista desde diferentes direcciones y que puede dar una información considerable en cuanto al posicionamiento relativo de los diferentes objetos o compuestos. Sin embargo, no da ninguna información en cuanto a la naturaleza de los elementos que han sido localizados.

Las patentes del Reino Unido nº 2329817 y 2360685 son ejemplos de métodos y sistemas que pueden usarse para producir pares de imágenes estereoscópicas completas. Al final derivan de los principios establecidos en el documento EP0261984. En particular, están sujetos a la condición establecida en la columna 4 líneas 31 a 48 de ese documento, que impone considerables restricciones en la geometría del detector y del haz de la fuente. Aunque la formación de imágenes estereoscópicas puede ser una técnica relativamente potente, explotando los indicadores fisiológicos completos en relación con la información de profundidad, y por tanto ofreciendo al usuario el potencial del aparato de rayos X para identificar objetos o componentes mucho más fácil y claramente, puede ser compleja en su funcionamiento práctico. Para explotar el efecto estereoscópico, es necesario que el observador reciba de forma simultánea imágenes diferentes en cada ojo. Esto necesitará el uso de un aparato especial. Además, una técnica estereoscópica completa requiere un control preciso del proceso de recolección de imágenes que tenga en cuenta las condiciones identificadas anteriormente. Para que el par estereoscópico sea eficaz, las imágenes respectivas deben ser recogidas con un paralaje que se aproxime mucho al que sería tolerado por los ojos del observador. Por

estas razones, la obtención de imágenes estereoscópicas completas no ha alcanzado una amplia aceptación para las máquinas de escaneo de este tipo.

No sólo los aparatos y métodos no estereoscópicos convencionales tienden a dar una información limitada en una tercera dimensión, sino que también las imágenes que producen dan información limitada sobre el contenido material. En esencia, en su forma más simple, todo lo que se está midiendo es transmisividad de rayos X.

En la mayoría de los sistemas prácticos incluso esto se mide indirectamente. En su forma más simple, un detector de matriz lineal típico comprende en combinación un material de centelleo que responde a los rayos X transmitidos, que después se hace que emita una radiación de frecuencia más baja, y, por ejemplo luz en o alrededor de la región visible, en combinación con un detector semiconductor tal como un detector basado en silicio o arseniuro de galio que responde a esta radiación de frecuencia más baja. El detector simplemente recoge información de la amplitud, y no discrimina espectroscópicamente.

Sin embargo, se sabe que la información espectroscópica de los rayos X transmitidos podría usarse para dar información adicional acerca del contenido material de los objetos o componentes que se están escaneando. Esto ha conducido al desarrollo de detectores de banda dual, que son capaces de identificar por separado bandas de baja y alta energía a partir del espectro completo de las emisiones de rayos X. Tal sensor de energía dual comprende típicamente un par de sándwich de matrices de fotodiodo semiconductor o similares, junto con una configuración de centelleador que se configura de tal manera que los detectores respectivos detectan la transmisión de rayos X de baja energía y de alta energía. Se sabe que las propiedades de absorción de rayos X de cualquier material pueden variar espectroscópicamente, y que la cantidad por la que varían las propiedades de absorción depende del número atómico en particular. Esto es explotado por el detector de energía dual para diferenciar por lo general entre objetos que tienen elementos predominantes de número atómico más bajo y más alto.

Cuando se explota como parte de un sistema de identificación de seguridad o de material, se puede hacer la aproximación muy grosera de que los materiales orgánicos tienden a estar en la primera categoría y la mayor parte de los materiales inorgánicos en la última categoría. Sin embargo, incluso tal sistema confiere solamente una información limitada acerca de la composición. La división orgánica/inorgánica es grosera y aproximada, puede ser fácilmente confundida por objetos que se superponen en la trayectoria de los rayos X, y no dará ninguna información concerniente a la naturaleza cristalina o policristalina de un objeto.

La patente de EE. UU. nº 5313511 describe un dispositivo de formación de imágenes de rayos X para aumentar la capacidad de reconocer, en las imágenes producidas por rayos X, materiales de bajo número atómico mediante la presentación separada de imágenes derivadas de datos producidos por rayos X para un número atómico más alto y más bajo.

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1. Un aparato para generar y presentar una imagen de un objeto que comprende:

una fuente de radiación (1) y una serie de al menos dos y no más de cinco detectores de radiación lineales separados de la misma para definir una zona de exploración entre ellos;

un medio (7) para hacer que un objeto (9) se mueva con relación a y a través de la zona de exploración en uso;

un módulo de generación de imágenes directas configurado para generar una imagen a partir de la salida de al menos un detector lineal;

caracterizado por un módulo de generación de imágenes intermedias configurado para generar al menos una imagen intermedia a partir de al menos un par adyacente de detectores lineales, mediante el procesamiento de la salida de dicho par de detectores y la generación de una imagen representativa de una salida intermedia entre dichas dos salidas del detector;

un aparato de generación de imágenes (21) que comprende dichos módulos y que está adaptado de forma que se generan al menos cinco imágenes en total;

una presentación de imágenes (25) adaptada para presentar tales imágenes sucesivamente y así presentar el paralaje de movimiento monocular entre las imágenes.

2. Un aparato según la reivindicación 1ª en el que los detectores lineales que constituyen la serie espaciada lateralmente están dispuestos de tal manera que la distancia entre ellos cambia con el fin de mantener una separación angular constante entre cada matriz.

3. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende un colimador (11) adaptado para permitir al usuario seleccionar de dos a cinco haces a partir de una sola fuente de radiación.

4. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende una serie espaciada lateralmente de al menos tres pero no más de cinco detectores lineales y una aparato de generación de imágenes adaptado para generar una serie de al menos seis imágenes para presentación sucesiva.

5. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la presentación de la imagen

(25) es una presentación monocular adaptada sucesivamente para presentar imágenes como imágenes bidimensionales individuales.

6. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el generador de imagen intermedia está configurado para generar dos o más imágenes intermedias a partir de al menos un par adyacente de detectores que muestran una transición gradual entre las imágenes producidas por el par adyacente de detectores procesando la salida del par de detectores y generando imágenes representativas de una transición entre dichas dos salidas detectadas.

7. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende además medios de control (27) para permitir al usuario presentar imágenes sucesivas a velocidades variables con el fin de permitir una transición suave al observador humano entre cada imagen y/o en un orden hacia delante y hacia atrás.

8. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que al menos alguno de los detectores lineales comprende detectores de energía dual.

9. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que al menos alguno de los detectores lineales comprende detectores que pueden generar información espectroscópica acerca de la radiación transmitida, en cuanto que el detector muestra una respuesta espectroscópicamente variable a través de al menos una parte sustancial del espectro fuente permitiendo recuperar información espectroscópica.

10. Un aparato según la reivindicación 9ª que incluye medios de procesamiento de imágenes adaptados para representar la resolución espectroscópica del espectro fuente en la imagen generada procesando los datos resueltos espectroscópicamente en una diversidad de bandas y aplicar diferentes colores para representar cada una de tales bandas en la imagen generada.

11. Un aparato según una de las reivindicaciones 9ª a 10ª en el que el detector lineal muestra una respuesta espectroscópica directa en que está fabricado a partir de un material elegido para mostrar inherentemente como una propiedad de material directa una variable eléctrica directa y por ejemplo una respuesta fotoeléctrica a diferentes partes del espectro fuente.

12. Un aparato según la reivindicación 11ª en el que el detector comprende un material o materiales elegidos entre telururo de cadmio, telururo de cadmio y zinc (CZT) , telururo de cadmio y manganeso (CMT) , germanio, bromuro de lantano, bromuro de torio.

13. Un método para obtener una imagen de un objeto que comprende las etapas de:

proporcionar una fuente de radiación (1) y una serie de al menos dos y no más de cinco detectores de radiación lineales (3a, 3b, 3c) espaciados de la misma para definir una zona de exploración entre ellos;

hacer que un objeto (9) se mueva en relación con y a través de la zona de exploración;

generar una imagen directa a partir de la salida de al menos un detector lineal;

caracterizado por generar al menos una imagen intermedia a partir de al menos un par adyacente de detectores lineales, procesando la salida de dicho par de detectores y generando una imagen representativa de un intermedio de salida entre las dos dichas salidas del detector; de forma que se generan en total al menos cinco imágenes;

presentar tales imágenes sucesivamente y presentar así el paralaje de movimiento monocular entre las imágenes.

14. Un método según la reivindicación 13ª, en el que se proporciona una serie espaciada lateralmente de al menos tres pero no más de cinco detectores lineales para generar una serie de al menos seis imágenes para su presentación sucesiva.

15. Un método según una de las reivindicaciones 13ª a 14ª en el que el método comprende generar al menos dos imágenes intermedias a partir de al menos un par adyacente, y cuando es el caso generar al menos una imagen intermedia a partir de una diversidad y por ejemplo cada par adyacente, de detectores lineales, procesando la salida del o de cada dicho par de detectores y generar una imagen representativa de una salida intermedia entre las dos dichas salidas detectadas.

16. Un método según una de las reivindicaciones 13ª a 15ª en el que las imágenes sucesivas son presentadas a velocidades de reposición y direcciones definibles por el usuario bajo el control del observador para facilitar la interpretación.

17. Un método según una de las reivindicaciones 13ª a 16ª en el que las imágenes generadas por al menos alguno de los detectores lineales son resueltas en al menos dos bandas de energía.

18. Un método según una de las reivindicaciones 13ª a 17ª en el que las imágenes generadas por al menos alguno de los detectores lineales son resueltas espectroscópicamente a través de al menos una parte sustancial del espectro fuente, y la resolución espectroscópica de la radiación transmitida obtenida de la salida de cada tal detector lineal es representada en la imagen mostrada en que se usa un mapeo de bandas para representar la resolución espectroscópica en la imagen generada en que el espectro fuente está dividido en una diversidad de bandas y se usan diferentes colores para representar cada una de tales bandas en la imagen presentada.

19. Un método según una de las reivindicaciones 13ª a 18ª que comprende: en un primer modo de operación, generar una diversidad de imágenes a partir de una serie espaciada lateralmente de matrices lineales de detectores en la manera de una de las reivindicaciones 13ª a 18ª; y además

en un segundo modo de operación, generar un haz de cortina primario colimado individual, dirigido a un detector lineal particular dentro de la serie de detectores, usar los otros detectores para detectar haces secundarios difractados, procesar esta información de los otros detectores para dar información adicional concerniente a la radiación dispersada, en donde ambos modos de operación son aplicados secuencialmente, o estrechamente sucesivamente, o efectivamente simultáneamente.