AT15042U1 - Hand-Röntgenbildgebungsgerät mittels Rückstreuung - Google Patents

Abstract

Ein Bildgebungsgerät (100), das Folgendes umfasst: ein Gehäuse (142), eine Quelle (102) für durchdringende Strahlung (124), die vollständig innerhalb des Gehäuses (142) zur Erzeugung durchdringender Strahlung (124) enthalten ist; ein räumlicher Modulator (108, 109, 110) zur Formung der durchdringenden Strahlung (124) zu einem Strahl (106) zur Bestrahlung eines zu untersuchenden Objekts (121) und zum Bewegen des Strahls (106); einen Detektor (122) zum Erzeugen eines Streusignals auf der Grundlage durchdringender Strahlung (124), die durch Inhalte (118) des untersuchten Objekts (121) gestreut wird; einen Sensor (145), um eine Bewegung relativ zu einer früheren Position des Geräts (100) in Bezug auf das untersuchte Objekt (121) zu erfassen; und einen Prozessor (130) zum Empfangen des Streusignals und zur Erzeugung eines Bilds der Inhalte (118) des untersuchten Objekts (121), das zumindest auf dem Streusignal basiert.

Description

Beschreibung

HAND-RÖNTGENBILDGEBUNGSGERÄT MITTELS RÜCKSTREUUNG

[0001] Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmel-dung, Serien-Nr. 61/591,360, angemeldet am 27. Januar 2012 und der vorläufigen US-Patent-anmeldung, Serien-Nr. 61/598,521 und 61/598,576, beide angemeldet am 14. Februar 2012 und der vorläufigen US-Patentanmeldung, Serien-Nr. 61/607,066, angemeldet am 6. März 2012, die alle unter Bezugnahme hierin aufgenommen sind.

[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft Geräte und Methoden zur Röntgenbildgebung und insbesondere Geräte und Methoden zur Röntgenbildgebung, die Detektion, zumindest für gestreute Röntgenstrahlen, verwenden.

HINTERGRUND

[0003] Röntgenrückstreutechniken wurden in den letzten 25 Jahren verwendet, um Gegenstände zu detektieren, die sich hinter einer verdeckenden Barriere befinden, ohne dass dabei ein Röntgendetektor distal (relativ zu der Röntgenquelle) zu dem Objekt platziert werden muss, das abgebildet wird. Dies hat sich als sehr vorteilhaft für bestimmte Abbildungsanwendungen erwiesen, wie die einseitige Prüfung (d. h. mit Detektor und Quelle auf derselben Seite des Gegenstands) von Kraftfahrzeugen, Frachtcontainern, Koffern und sogar Menschen.

[0004] Diese Geräte sind jedoch bis heute wegen der Größe und des Gewichts der Röntgenquellen, dem strahlformenden Mechanismus, der benötigt wird, um den Abtaststrahl zu erzeugen, und der Detektoren, welche die rückgestreuten Röntgenstrahlen erkennen, tendenziell ziemlich groß und schwer.

[0005] Ein Rückstreugerät zur Detektion einer hinter einer Wand versteckten Struktur wurde durch die offengelegte japanische Veröffentlichung Nr. 10-185842 vorgeschlagen (nachfolgend auch „Toshiba 842“), welche am 12. Dezember 1996 angemeldet wurde und hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Das in Toshiba '842 beschriebene Gerät kann nur eine Momentaufnahme eines Bereichs innerhalb des Abtastbereichs zu dem Zeitpunkt liefern, zu dem es von einem Bediener gehalten wird.

[0006] Vor kurzem hat die Entwicklung von kompakten, leichten Röntgenquellen, die mit mäßiger Leistung (in der Regel im Bereich zwischen 1 bis 20 Watt) und relativ hohen Röntgenenergien (50 bis 120 keV) zusammen mit kleinen und sehr effizienten Elektromotoren zum Antrieb eines rotierenden, strahlformenden Unterbrechungsrades, die Konstruktion und Entwicklung von leichten und kompakten Hand-Bildgebungsgeräten mittels Rückstreuung ermöglicht.

[0007] Zusätzlich haben bekannte Röntgensysteme mit Rückstreuung, die Röntgenstrahlröhren verwenden, wie beispielsweise im US-Patent Nr. 5.763.886 (Schulte) beschrieben, immer ein Mittel vorgesehen, um entweder das Objekt oder das Bildgebungssystem relativ in Bezug zueinander entlang der „Abtast“-Richtung zu bewegen, die typischerweise in einer Richtung senkrecht zu der Ebene ist, die einen Rasterscan-Röntgenstrahl umfasst, der von einem Unterbrechungsrad erzeugt wird. Um ein Objekt zum Beispiel mit einer vertikalen Oberfläche (z. B. eine Wand oder ein Gepäckstück) zu untersuchen, wird der Röntgenstrahl in der Regel in einer vertikalen Ebene abgetastet, wobei das zu untersuchende Objekt in einer horizontalen Richtung verschoben wird. Dies ist typisch für Systeme, die Gepäck abtasten, das in einer horizontalen Richtung auf einem Förderband bewegt wird, oder für Systeme, die Fahrzeuge abtasten, wobei das Fahrzeug an dem System vorbei (oder hindurch) fährt oder alternativ kann das System in eine Horizontalrichtung an einem stehenden Fahrzeug vorbei bewegt werden. Bei der Abtastung von Personen mittels Röntgenrückstreuung wird der Strahl typischerweise in horizontaler Ebene abgetastet, wobei die Quellenanordnung in vertikaler Richtung an einer stehenden Person vorbei bewegt wird. In jedem Fall muss das System, um ein zweidimensionales Bild durch Rückstreuung zu erzeugen, relativ zu dem abgetasteten Objekt bewegt werden. Diese Anforderung sorgt in der Regel für eine erhebliche Erhöhung von Gewicht, Größe und Komplexität des

Bildgebungsgeräts.

[0008] In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist ein Bildgebungsgerät vorgesehen. Das Bildgebungsgerät hat ein Gehäuse und eine Quelle für durchdringende Strahlung, die vollständig innerhalb des Gehäuses zur Erzeugung durchdringender Strahlung enthalten ist. Darüber hinaus verfügt das Gerät über einen räumlichen Modulator zur Formung der durchdringenden Strahlung zu einem Strahl zum Bestrahlen des Objekts und zum Schwenken des Strahls, einen Detektor zum Erzeugen eines Streusignals auf der Grundlage durchdringender Strahlung, die von Inhalten des untersuchten Objekts gestreut wird, einen Sensor zum Erfassen der Bewegung des Geräts relativ zu einer früheren Position des Geräts in Bezug auf das untersuchte Objekt und einen Prozessor zum Empfangen des Streusignals und zum Erzeugen eines Bildes des Inhalts des untersuchten Objekts, das zumindest auf dem Streusignal basiert.

[0009] Das Gehäuse kann durch einen Bediener für den einhändigen Gebrauch angepasst werden und in bestimmten Ausführungsformen kann der Sensor ein mechanischer Encoder oder ein Beschleunigungssensor oder ein optischer Sensor sein, um drei Beispiele zu nennen. Der Prozessor kann angepasst sein, um die Intensität der durchdringenden Strahlung auf Grundlage der erfassten Bewegung des Geräts zu modulieren.

[0010] In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist das Bildgebungsgerät mit Rückstreuung außerdem einen Reibungsminderer auf, der angepasst ist, um den Kontakt zwischen dem Gerät und dem untersuchten Objekt bereitzustellen. Der Reibungsminderer kann Räder, Rollen und reibungsarme Gleitbacken umfassen.

[0011] In noch weiteren Ausführungsformen können eine, zwei oder mehrere Handgriffe mit dem Gehäuse verbunden sein. Es kann eine Verriegelung zum Deaktivieren der Quelle der durchdringenden Strahlung vorhanden sein, für den Fall, dass kein Objekt innerhalb einer bestimmten Entfernung von dem Gerät detektiert wird.

[0012] In alternativen Ausführungsformen der Erfindung ist auch ein Übertragungsdetektor mit dem Gerät verbunden. Es kann ein Rückstreuungsschild vorgesehen sein, die angepasst ist, um außerhalb des Gehäuses eingesetzt zu werden, wobei das Rückstreuungsschild auch flexibel angepasst sein kann, um einer Oberfläche eines untersuchten Objekts zu entsprechen.

KURZBESCHREIBUNG

[0013] Die vorstehenden Merkmale der Erfindung sind mit Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die dazugehörigen Abbildungen besser verständlich, wobei: [0014] Fig. 1 eine Einzelteildarstellung eines Hand-Röntgenbildgebungsgeräts mit Rück streuung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, [0015] Fig. 2 schematisch den Einsatz von kollimierten Detektoren zeigt, um in Überein stimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Erkennung von Nahfeld-Streuung zu verringern, [0016] Fig. 3 ein Hand-Bildgebungsgerät mit einem abnehmbaren Einkanal- Übertra gungsdetektor in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, [0017] Fig. 4 ein Hand-Bildgebungsgerät mit einem abnehmbaren Mehrkanal-Übertra gungsdetektor in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, [0018] Fig. 5A-5C die zweihändige Bedienung eines Hand-Rückstreugeräts gemäß einer

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. DEFINITIONEN: [0019] Wie in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet, bezeichnet der Begriff „Bild“ jede mehrdimensionale Darstellung, ob in materieller oder sonstiger wahrnehmbarer oder anderer Form, wobei ein Wert einer Eigenschaft jedem einer Vielzahl von Orten zugehörig ist, der wiederum Dimensionskoordinaten eines Objekts im physikalischen Raum zugeordnet ist, wenn er auch nicht notwendigerweise eineindeutig darauf abgebildet ist. So stellt beispielsweise die grafische Darstellung der räumlichen Verteilung einer Funktion, wie einer Ordnungszahl, in einer oder mehreren Farben ein Bild dar. Ein Array von Zahlen in einem Computerspeicher oder holographischen Medium stellt ebenfalls ein Bild dar. Analog dazu bezeichnet „Bildgebung“ das Rendering einer angegebenen physikalischen Eigenschaft in Bezug auf ein oder mehrere Bilder.

[0020] Energieverteilungen der durchdringenden Strahlung können hierin zur Vereinfachung durch die Angabe ihrer abgegebenen Energie am Endgerät (oft als die „Endpunkf-Energie bezeichnet) angegeben werden. So emittiert beispielsweise eine Röntgenröhre, die aufgrund von Elektronen, die durch ein Potential von 100 kV beschleunigt werden, Bremsstrahlung emittiert, Röntgenstrahlung mit einer Energie von weniger als 100 keV, und das Spektrum der emittierten Strahlung kann hierin als „100- keV-Strahl“ bezeichnet werden, und ein Bild der erfassten Strahlung, die von diesem Strahl gestreut wurde, kann hierin als „100-keV-Streuungsbild“ bezeichnet werden.

[0021] Wie in dieser Beschreibung und in allen beigefügten Ansprüchen verwendet, sind die Begriffe „Z-Hoch“ und „Z-Niedrig“ relativ zueinander konnotiert, was bedeutet, dass sich „Z-Hoch“ auf ein Material oder eine Sichtlinie bezieht, die durch eine effektive Ordnungszahl Z gekennzeichnet ist, die größer ist als ein Material oder eine Sichtlinie, die in diesem Zusammenhang als „Z-Niedrig“ bezeichnet wird. BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN: [0022] Nun wird ein Bildgebungsgerät mit Rückstreuung 100 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Eine Quelle 102 durchdringender Strahlung, die beispielsweise, wie dargestellt, eine Röntgenröhre oder auch eine andere Teilchenquelle durchdringender Strahlung sein kann (z. B. Gammastrahlen) emittiert durchdringende Strahlung, die mittels einer strahlformenden (oder kollimierenden) Struktur, die allgemein durch die Ziffer 108 bezeichnet wird, zu einem Strahl 106 geformt wird. Solche Strahlformungsstrukturen sind in der Technik wohlbekannt, und alle solchen Strukturen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfasst.

[0023] Der Strahl 106 wird zeitlich durch ein Unterbrechungsrad 110, das von einem Motor 109 angetrieben wird, unterbrochen. Allerdings können auch alle anderen Unterbrechungsmittel 106 innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der für die Formung des Strahls 106 und zum temporären Unterbrechen und räumlichen Abtasten des Strahls 106 eingesetzte Mechanismus kann hierin als ein räumlicher Modulator bezeichnet werden. Der Strahl 106 trifft auf eine Oberfläche 120 eines untersuchten Objekts 121 außerhalb des Geräts 100. Die durchdringende Strahlung 124, die vom Inhalt 118 innerhalb oder hinter der Oberfläche 120 gestreut wird, wird durch einen oder mehrere Rückstreudetektoren 122, die jeweils mit einem Prozessor 130 zur Formung eines Rückstreuungsbildes des Objekts 121 verbunden sind, erfasst. Die Detektoren 122 können Wellenlängenverschiebungsfasern zur Kopplung der Szintilla-tion nutzen, wodurch der Einsatz dünner Profildetektoren nach außen aus einer gefalteten Konfiguration mit Bezug auf ein Gehäuse 142 ermöglicht wird. Das abgebildete Objekt 121 kann die Rigips-Innenwand eines Gebäudes oder eine Kiste oder ein Kasten sein, während die Ziffer 120 die Oberfläche dieser Wand, Kiste oder dieses Kastens bezeichnet.

[0024] In Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung tastet das Bildgebungsgerät 100 den Röntgenstrahl 106 in einem einzelnen linearen Weg 125 (beispielsweise entlang einer Linie in der horizontalen Ebene) unter Verwendung von wohlbekannten Rastertechniken basierend auf einem rotierenden Schlitz relativ zu einem feststehen den Schlitz usw. ab. Es versteht sich jedoch, dass die lineare Abtastbahn im Rahmen der vorliegenden Erfindung bogenförmig oder anders kurvenlinig sein kann. Währenddessen bewegt der Bediener das System in eine „Abtasf-Richtung 127 im Wesentlichen senkrecht zu dieser Ebene. (In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist die Abtast-Richtung die vertikale Richtung). Dies bedeutet, dass das System keine Mechanismen umfassen muss, um diese relative Bewegung zu ermöglichen, wodurch das System viel einfacher, leichter und viel kompakter sein kann.

[0025] Um Stabilität zu gewährleisten, während das System in Gebrauch ist, können ein oder mehrere Reibungsminderer 123 auf der Vorderseite des Geräts eingebaut sein, wodurch das System gegen die Oberfläche 120 des abzubildenden Objekts 121 gedrückt werden kann. Der Reibungsminderer 123 kann beispielsweise eine Reihe von Rädern, Rollen oder reibungsarmen Gleitbacken umfassen.

[0026] Weiter auf Fig. 1 bezugnehmend kann eine Miniatur-Röntgenröhre (mit etwa 10 W Leistung, mit einem angelegten Anodenpotential von etwa 70 kV) als Quelle 102 durchdringender Strahlung dienen. Das Unterbrechungsrad 110, das von einem Motor 109 angetrieben wird, erzeugt den Abtaststrahl 106 der Röntgenstrahlen, wie dargestellt. Das Gehäuse 142 ist in der gezeigten Ausführungsform mit zwei Griffen 140 und 141 ausgebildet, so dass die einhändige oder zweihändige Bedienung des Geräts 100 erleichtert wird, je nachdem, was am einfachsten für den Bediener ist.

[0027] In Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Mitte der Masse des Bildgebungsgeräts 100 so konfiguriert, dass die Stirnseite 126 des Geräts im vollen Kontakt mit der Vorderseite 120 des abgetasteten Objekts bleibt, selbst wenn das Gerät nur mit dem oberen Handgriff gehalten wird. Dies reduziert alle Torsionskräfte auf die Arme und Handgelenke des Bedieners, wodurch die Ermüdung reduziert wird und das Gerät einfacher zu bedienen ist.

KORREKTUR FÜR VARIABLE ABT ASTGESCHWINDIGKEIT UND -RICHTUNG

[0028] Eine der Einschränkungen, wenn der Bediener die relative Bewegung in der „Abtasf-Richtung vornehmen muss, ist die Variabilität der Abtastgeschwindigkeit und -richtung, die durch die Unerfahrenheit oder Müdigkeit des Bedieners oder aufgrund von unebenen Oberflächen auftreten werden. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Variabilität der Abtastgeschwindigkeit durch den Einbau von einem oder mehreren Sensoren 145 oder Positionsgebern erreicht werden, mit denen die aktuelle Position relativ zu einer vorherigen Position abgeleitet werden kann, so dass das Seitenverhältnis des Bildes von Abtastzeile zu Abtastzeile dynamisch korrigiert werden kann. Wenn der Bediener zum Beispiel die Relativbewegung während eines Teils der Abtastung verlangsamt, informiert der Encoder oder Sensor die Software darüber, die von dem Prozessor 130 ausgeführt wird, und die Bildge-bungssoftware kann dann einen Durchschnitt aus mehreren Zeilen errechnen, so dass in dem angezeigten Bild keine Verzerrung sichtbar ist. Umgekehrt, wenn der Bediener die Bewegung während eines Teils der Abtastung beschleunigt, kann die Software zusätzliche Zeilen in das Bild interpolieren, so dass wiederum keine Verzerrung in dem Bild sichtbar ist. Zusätzlich können die Encoder verwendet werden, um durch die Korrektur des Bildes die Variabilität der Abtastrichtung zu korrigieren, zum Beispiel, wenn benachbarte Streifen des Bildes nicht vollständig parallel zueinander sind. Die Encoder oder Positionssensoren umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, eine optische oder mechanische Maus, Encoder, die mit Rädern oder Kugelrollen verbunden sind, oder Beschleunigungsmesser, die Veränderungen der Abtastgeschwindigkeit übenwachen.

[0029] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die dynamische Änderung des Anodenstroms der Röntgenröhre 102 abhängig von der momentanen Abtastgeschwindigkeit des Geräts. Wenn die Abtastgeschwindigkeit zum Beispiel um einen Faktor von zwei verringert wird, kann der Anodenstrom um einen Faktor von zwei reduziert werden. Dies bedeutet, dass, auch wenn das Abtasten doppelt so lange dauern würde, die Gesamtstrahlendosis pro Abtas

tung für den Bediener und die Umwelt gleich bleibt, was die Sicherheit des Gerätes erhöht. „ZUSAMMENFÜGEN“ DER BILDER

[0030] Die Verwendung von Positionssensoren oder Beschleunigungsmessern 145 ermöglicht auch das Zusammenfügen von kleinen Arca-Abtastungen, um ein größeres Bild mit einem wesentlich größeren Format zu erstellen. Zum Beispiel kann der Bediener zunächst einen 12-Zoll-breiten vertikalen Streifen einer Wand abtasten und sich dann zu einem benachbarten vertikalen Streifen bewegen. Da das System jederzeit den Ort (zumindest relativ zu einem Anfangspunkt, wenn auch nicht unbedingt eine absolute Position) des Röntgenstrahls kennt, können die entsprechenden Bilder zu jedem Streifen durch einen Systemcomputer oder eine Computersteuerung 130 zu einem Bild, das mehrere Streifen enthält, zusammengefügt werden. Algorithmen zum Zusammenfügen unterschiedlicher Bilder sind in der Technik bekannt, wie beispielsweise untersucht in Szelinski, „Bildausrichtung und Zusammenfügen: Eine Anleitung“ Technischer Bericht MSR-TR-2004-92, Microsoft Corporation, in Paragios (Hrsg.) Handbuch der mathematischen Modelle der Computer-Vision, Seite 273 - 292 (2005).

VERBESSERUNG DES STRAHLENSCHUTZES

[0031] Eine weiterer wichtiger Bereich an Überlegungen bzgl. des Handgeräts 100 ist der Strahlenschutz. In Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ein Bediener und Andere in der unmittelbaren Umgebung durch die Verwendung eines oder mehrerer der folgenden blockierenden Merkmale geschützt werden: [0032] 1. Das erkannte Rückstreusignal wird ständig vom Prozessor 130 übenwacht und wenn es unter einen vordefinierten Schwellenwert fällt, bedeutet dies, dass sich die Vorderseite 126 des Geräts nicht in der Nähe einer Wand oder eines anderen Objektes 121 befindet, was ein unerwünschter Umstand ist, [0033] 2. ein Sensor (mechanisch, kapazitiv usw.) 128 kann die Röntgenstrahlung deaktivieren, wenn sich die Vorderseite des Gerätes nicht neben einer festen Oberfläche befindet, [0034] 3. ein Sensor (optisch, akustisch usw.) kann die Entfernung des Geräts vom nächstge legenen Objekt messen und die Röntgenstrahlung deaktivieren, wenn kein Objekt innerhalb einer bestimmten Entfernung erkannt wird; und [0035] 4. ein Bewegungssensor, wie beispielsweise ein Beschleunigungsmesser 145, kann die Röntgenstrahlung deaktivieren, wenn das Gerät still steht und nicht in Bewegung ist.

[0036] Zusätzlich zu Blockierungen nutzt eine weitere Ausführungsform der Erfindung ausziehbare Streuschilder 129, welche die Strahlendosis für den Bediener reduzieren. Das Schild 129 kann starr oder flexibel sein, um die Verwendung des Systems in engen Ecken zu ermöglichen. Starre Schilder können aus dünnem Blei, Wolfram oder Stahl (zum Beispiel) bestehen. Flexible Schildmaterialien umfassen die Verwendung von flexiblem mit Blei oder Wolframpulver beschichtetem Kunststoff.

DETEKTORKOLLIMATION

[0037] Bezugnehmend auf. Fig. 2 werden viele der rückgestreuten Röntgenstrahlen 124, die von den Rückstreuungsdetektoren 122 des Geräts erfasst werden, von dem ersten vom Strahl beleuchteten Objekt 120 gestreut, was in vielen Fällen die verdeckende Barriere, wie z. B. eine Wand oder Tür, sein wird. Dies hat den Effekt, dass die Fähigkeit, Objekte 118 hinter der Barriere zu sehen, verringert wird, da diese „Nahfeld“-Röntgenstrahlen dazu neigen, das Bild zu verschleiern und den Kontrast der tieferen Objekte zu reduzieren. Da die Nahfeld-Streuung von einem Punkt in der Nähe des Geräts ausgeht, ist es vorteilhaft, dass die Rückstreudetektoren physisch so kollimiert werden, dass die Nahfeld-Strahlung 202 am Eintritt in die Detektoren gehindert wird und nur die Streuung vom Fernfeld 204 detektiert wird, wie in Fig. 2 dargestellt. Dies führt zu einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) für die Abbildung entfernterer Objekte. Die Kollimation kann mit einer oder mehreren dünnen Trennwänden 200 aus Rönt genabsorptionsmaterial erfolgen, das vor den Rückstreudetektoren (z. B. Blei, Wolfram, Messing oder Stahl) angeordnet wird, die so positioniert und abgewinkelt sind, dass die Nahfeld-Strahlung nicht zwischen den Trennwänden durch und in den Detektor gelangen kann.

[0038] Zusätzlich zur Verwendung von Standard-Kollimationstechniken kann eine Technik, die als „aktive Kollimation“ bezeichnet wird, auf dem Handgerät verwendet werden, um gleichzeitig gestreute Röntgenstrahlen sowohl vom Nahfeld als auch aus dem Fernfeld zu erkennen. Diese Technik ist in der US-Patentanmeldung Seriennr. 131163,854, angemeldet am 20. Juni 2011, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, beschrieben.

TRANSMISSIONSBILDER

[0039] Zusätzlich zur Röntgenbildgebung durch Rückstreuung kann das Hand- Bildgebungsge-rät 100 auch verwendet werden, um Transmissionsbilder zu erzeugen. Dies erfordert, dass ein Transmissionsdetektor hinter dem abzubildenden Objekt angeordnet wird. Da das Gerät einen gebündelten Abtaststrahl 106 aus Röntgenstrahlen (in Fig. 1 gargestellt) anstelle eines Konusoder Fächerstrahls verwendet, muss der Detektor kein teurer gepixelter Detektor sein, sondern es kann ein Einkanaldetektor verwendet werden, der genug Raum abdeckt, um alle Röntgenstrahlen abzufangen, die durch das Objekt übertragen werden. Dieser Detektor kann ähnlich einem Rückstreudetektor sein, aber er umfasst einen Szintillator, der zum Erfassen von Röntgenstrahlen im Primärstrahl anstelle der gestreuten Röntgenstrahlung optimiert ist. Diese Konfiguration ermöglicht eine sehr kompakte und leichte Detektorkonstruktion zur Verbesserung der Mobilität des Gerätes. Zum Beispiel kann das Gerät dann von einem Bombenentschärfungskommando eingesetzt werden, um verdächtige Gegenstände (z. B. ein verlassenes Gepäckstück) sowohl im Rückstreu- als auch im Transmissionsmodus abzutasten, was die Fähigkeit, Sprengsätze zu erkennen, stark verbessert.

[0040] Eine Ausführungsform zur Verwendung des Geräts im Transmissionsmodus mit einem an das Gerät angebauten eindimensionalen Einkanal- Transmissionsdetektor 300 ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall wird der Transmissionsdetektor 300 an dem Handgerät 100 angebracht und fängt den übertragenen Strahl ab, wenn er sich in der horizontalen Ebene auf der anderen Seite des untersuchten Objekts bewegt. Der Transmissionsdetektor 300 kann abnehmbar sein, so dass das Gerät mit oder ohne Transmissionsbildgebung verwendet werden kann. Diese Ausführungsform der Erfindung kann vorteilhaft verwendet werden, um beispielsweise eine kontinuierliche Länge eines Rohres darzustellen. Wenn der Transmissionsdetektor angebaut ist, eignet sich das Gerät zum Inspizieren von Gegenständen, wie Rohren oder Holzbalken, um Fehler oder Defekte aufgrund von Ermüdung zu erkennen, wobei gleichzeitig Rück-streuungs- und Transmissionsbilder erzeugt werden.

[0041] Eine letzte Ausführungsform in der das Gerät Transmissionsbilder erzeugen kann, ist ein abnehmbarer oder schaltbarer Strahlenformungsmechanismus 108 (in Fig. 1. dargestellt), mit dem das Gerät von der Erzeugung eines Nadelstrahls auf die Erzeugung eines Fächerstrahls umgeschaltet werden kann. Im Fächerstrahl-Modus kann das Bildgebungsgerät 100 mit einem abnehmbaren hochauflösenden Transmissionsdetektor 400 mit segmentierten Arrays kombiniert werden, der viele kleine Detektorelemente 402 enthält, wie in Fig. 4 dargestellt. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist von besonderem Vorteil für eine hochauflösende Bildgebung von langen Strukturen wie Rohren oder Holzbalken.

RÜCKSTREUDETEKTOR-KONFIGURATIONEN

[0042] Zahlreiche Ausführungsformen der Erfindung verwenden verschiedene Konfigurationen für die Rückstreudetektoren, um die Leistung zu verbessern oder um zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen. Einige sind nachfolgend beispielhaft aufgelistet: [0043] 1) Ausklappbare Detektoren, um eine größere Detektorfläche zu bieten. Dies ermöglicht ein sehr kompaktes Gerät hinsichtlich der Verstauung und Mobilität, ermöglicht aber eine höhere Bildqualität. Dies ist besonders nützlich, wenn der Grundabstand aus Platzgründen oder weil ein großer Bereich abgetastet werden muss, größer sein muss, und es ist schneller, aus einer größeren Entfernung abzutasten. Diese ausklappbaren Detektoren bieten als Vorteil ein zusätzliches Streuschild für den Bediener und enthalten gegebenenfalls auch zusätzliches Material, wie mit Blei oder Wolfram beschichteter Kunststoff, um ihre Abschirmwirkung zu verbessern.

[0044] 2) Asymmetrische Detektorgröße oder -platzierung, um Informationen über die Tiefe des

Objekts, das abgebildet wird, zu liefern und dadurch 3D- Informationen zu liefern, wie im US-Patent Nr. 6.282.260 beschrieben, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.

[0045] 3) Zusätzliche tragbare Detektor-Module können in der Nähe des abgetasteten Objekts 121 positioniert werden. Diese Module können eigenständig in Bezug auf die Stromversorgung sein und ihre Ausgangssignale drahtlos (auch optisch) an das Datenerfassungssystem senden, oder sie können Kabel haben, die an das Handgerät oder die Docking-Station angeschlossen werden können.

VARIABLE BILDAUFLÖSUNG

[0046] Abhängig von den abgetasteten Objekten, den erforderlichen Abtastzeiten oder dem Grundabstand des Geräts von dem abgebildeten Objekt kann es vorteilhaft sein, die Bildauflösung des Systems dynamisch ändern zu können. Dies wird am einfachsten durch das Variieren der Breite des Kollimators erreicht, der die Dimension des Strahls entlang der Abtastrichtung definiert (dies ist die Strahldimension senkrecht zu der Bewegungsrichtung und parallel zu der Abtastrichtung des Geräts über dem Objekt). Wenn sich das Gerät sehr dicht an dem abgetasteten Objekt befindet, erhöht eine Reduktion der Kollimatorbreite um zwei die Auflösung fast um einen Faktor von zwei in der Abtastrichtung. Dies hat auch den zusätzlichen Vorteil, dass die Dosis pro Zeiteinheit in der Umgebung verringert werden kann.

[0047] Beispielsweise kann für eine erste Hochgeschwindigkeitsabtastung eines Objektes die Breite des Kollimators erhöht werden, was zu einem höherem Strahlenstrom (d. h. schnellerem Abtasten) aber niedrigerer Auflösung führt. Wenn etwas Verdächtiges in dem ersten Bild mit niedriger Auflösung erkannt wird, kann eine zweite Abtastung mit höherer Auflösung mit einer reduzierten Breite des Kollimators durchgeführt werden. Die Breite des Kollimators kann manuell mit einem mechanischen Hebel oder alternativ elektrisch mit elektromechanischen Betätigungen oder Schrittmotoren eingestellt werden.

FERNSPEISUNG ODER DOCKINGSTATION

[0048] Eine der Einschränkungen eines Handgeräts, das mit einer Batterie betrieben wird, ist oft die Zeitdauer, während der das Gerät verwendet werden kann, bevor die Batterie wieder aufgeladen werden muss. Da die in der Erfindung beschriebene Röntgenröhre nur etwa 10 Watt Elektronenstrom an der Anode benötigt, kann der gesamte Stromverbrauch des Geräts sehr gering sein und die Betriebszeiten bei Verwendung einer Lithium-lonen-Batterie können ganz erheblich sein.

[0049] Für Anwendungen, die viele Abtastungen oder Abtastungen großer Flächen erfordern, kann es jedoch vorteilhaft sein, eine stärkere Stromversorgung zu verwenden, die nicht in dem Handgerät befestigt ist. Die Batterie oder eine andere Art der Versorgung (z. B. eine Brennstoffzelle) kann am Gürtel des Bedieners, in einem Rucksack, den der Bediener trägt, oder in einem separaten Modul beispielsweise auf dem Boden oder auf einem Wagen mit Rädern montiert werden.

[0050] In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine tragbare oder nicht tragbare Dockingstation vorgesehen, an die das Handgerät angeschlossen wird. Die Dockingstation kann eine oder mehrere der vier Hauptfunktionen zur Verfügung stellen: [0051] 1) versorgt das Gerät und bewegt es mit einer kontrollierten Geschwindigkeit zur Erzeu gung hochauflösender Rückstreuungs- und/oder Transmissionsbilder, [0052] 2) liefert zusätzliche Energie, um die Betriebszeiten zu verlängern, [0053] 3) lädt die Batterie des Geräts auf oder [0054] 4) stellt elektrische Verbindungen zum Übertragen von Bildern und/oder Diagnoseinfor mationen zur Verfügung.

WEITERE ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0055] In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung, dargestellt in den Fig. 5A - 5C, umfasst das Gerätegehäuse 142 eine Ausführungsform, wobei das Gerätegehäuse sowohl einen oberen Griff 141 und einen unteren Griff 140 umfasst, wobei das Gehäuse und die Griffe in Fig. 1 dargestellt sind. Dadurch kann das Gerät mit dem unteren Handgriff für Abtastbereiche, die hoch über dem Boden sind, gehalten werden und durch den oberen Handgriff für Abtastbereiche in Bodennähe. Es ist auch so konstruiert, dass das System in einer einzigen kontinuierlichen Bewegung von der maximalen Höhe, die der Bediener bequem erreichen kann (wie in Fig. 5A dargestellt), den ganzen Weg bis zum Boden (wie in Fig. 5C dargestellt) bewegt werden kann. Dies geschieht in folgender Reihenfolge: [0056] 1) eine Hand nur am unteren Griff (Obergrenze der Abtastung), wie in Fig. 5A, [0057] 2) beide Hände gleichzeitig an beiden Griffen (Mitte der Abtastung), wie in Fig. 5B, [0058] 3) eine Hand nur am oberen Griff (Untergrenze der Abtastung), wie in Fig. 5C.

[0059] Ein Vorteil der vorstehenden Betriebsart ist die Minimierung der Ermüdung des Bedieners durch die Aufteilung der Last zwischen den beiden Armen sowie die Maximierung des Abtastbereichs pro vertikalem Durchlauf des Geräts.

[0060] Wo hierin Beispiele präsentiert werden, die spezifische Kombinationen von Verfahren, Handlungen oder Systemelementen umfassen, versteht es sich, dass diese Handlungen und Elemente auf andere Weise kombiniert werden können, um das gleiche Ziel der Röntgenbild-gebung zu erreichen. Zusätzlich können einzelne Gerätefunktionen die Anforderungen separat aufgeführter Elemente eines Anspruchs erfüllen. Die Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung sollen lediglich beispielhaft sein. Variationen und Modifikationen werden dem Fachmann ersichtlich sein. Alle solche Variationen und Modifikationen sollen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen, wie in jedwedem der beigefügten Ansprüche definiert.

Claims (16)

1. Ansprüche

   1. Ein Bildgebungsgerät (100), das Folgendes umfasst: a. ein Gehäuse (142), b. eine Quelle (102) für durchdringende Strahlung (124), die vollständig innerhalb des Gehäuses (142) zur Erzeugung durchdringender Strahlung (124) enthalten ist; c. ein räumlicher Modulator (108, 109, 110) zur Formung der durchdringenden Strahlung (124) zu einem Strahl (106) zur Bestrahlung eines zu untersuchenden Objekts (121) und zum Bewegen des Strahls (106); d. einen Detektor (122) zum Erzeugen eines Streusignals auf der Grundlage durchdringender Strahlung (124), die durch Inhalte (118) des untersuchten Objekts (121) gestreut wird; e. einen Sensor (145), um eine Bewegung relativ zu einer früheren Position des Geräts (100) in Bezug auf das untersuchte Objekt (121) zu erfassen; und f. einen Prozessor (130) zum Empfangen des Streusignals und zur Erzeugung eines Bilds der Inhalte (118) des untersuchten Objekts (121), das zumindest auf dem Streusignal basiert.
2. 2. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse (142) für die einhändige Bedienung durch einen Bediener geeignet ist.
3. 3. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor (145) ein mechanischer Encoder ist.
4. 4. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor (145) ein Beschleunigungsmesser ist.
5. 5. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor (145) ein optischer Sensor ist.
6. 6. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Prozessor (130) angepasst sein kann, um die Intensität der durchdringenden Strahlung (124) auf Grundlage der erfassten Bewegung des Geräts zu modulieren.
7. 7. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, das zusätzlich einen Reibungsminderer (123) umfasst, der angepasst ist, um den Kontakt zwischen dem Gerät (100) und dem untersuchten Objekt (121) bereitzustellen.
8. 8. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 7, wobei der Reibungsminderer (123) aus einer Gruppe ausgewählt wird, einschließlich Rädern, Rollen oder reibungsarmen Gleitbacken.
9. 9. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, das weiterhin mindestens einen Handgriff (140, 141) umfasst, der mit dem Gehäuse (142) verbunden ist.
10. 10. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, das weiterhin zwei Handgriffe (140, 141) umfasst, die mit dem Gehäuse (142) verbunden sind.
11. 11. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, das weiterhin eine Verriegelung zum Deaktivieren der Quelle der durchdringenden Strahlung (124) umfasst, wenn kein Objekt (121) innerhalb einer bestimmten Entfernung von dem Gerät detektiert wird.
12. 12. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, das weiterhin mindestens einen Kollimator zum Dämpfen von detektierter Strahlung von Material innerhalb einer bestimmten Entfernung vom Gerät umfasst.
13. 13. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, das weiterhin einen Transmissionsdetektor (400) umfasst, der mit dem Gerät (100) verbunden ist.
14. 14. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 1, das weiterhin ein Rückstreuungsschild (129) umfasst, das mit dem Gerät (100) verbunden ist.
15. 15. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 14, wobei das Rückstreuungsschild (129) zum Einsatz außerhalb des Gehäuses (142) ausgelegt ist.
16. 16. Ein Bildgebungsgerät (100) gemäß Anspruch 13, wobei das Rückstreuungsschild (129) flexibel ist, um sich der Oberfläche (120) eines untersuchten Objektes (121) anzupassen. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen