BR112012019357B1

BR112012019357B1 - Sistema de varredura para detectar movimento de um objeto

Info

Publication number: BR112012019357B1
Application number: BR112012019357-0A
Authority: BR
Inventors: Edward James Morton; Joseph Bendahan; Willem G. J. Langeveld
Original assignee: Rapiscan Systems, Inc.
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2020-12-15
Also published as: US20130129043A1; BR112012019357A2; GB201001736D0; CN102822696A; EP2531872B1; PL2531872T3; MX2012009013A; WO2011095810A2; CN102822696B; WO2011095810A3; HK1259432A1; US9435752B2; EP2531872A2; EP3373045A1

Abstract

sistemas de varredura. um sistema de varredura compreende um gerador de radiação disposto para gerar radiação para irradiar um objeto, meios de detecção dispostos para detectar a radiação após a sua interação com o objeto e gerar uma sequência de conjuntos de dados de detector quando o objeto é movido em relação ao gerador, e meios de processamento dispostos para processar cada um dos conjuntos de dados de detector para, desse modo, gerar uma saída de controle disposta para controle.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção relaciona-se com sistemas de varredura, em particular para sistemas de varredura de segurança. Tem aplicação particular na utilização de radiação X de alta energia para inspecionar pacotes, carga, cargas em contentores e veículos para a presença de materiais e dispositivos ilícitos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Dado o crescente nível de ameaça no clima atual, o uso de imagem de raios X para inspecionar todos os tipos de bagagem e carga está aumentando. Embora haja um benefício associado com varredura de raios X, existe também um prejuízo devido à dose de radiação para o objeto a ser inspecionado, para os operadores do equipamento de varredura produzindo radiação, e para os membros do público na vizinhança do equipamento de varredura durante o funcionamento. Um bom projeto de sistema de varredura de raios X deve procurar otimizar a qualidade de imagem, a fim de garantir um nível suficiente de capacidade de detecção, ao mesmo tempo buscando minimizar a dose de radiação total que é entregue durante a varredura.

Sistemas atualmente conhecidos são geralmente concebidos de tal maneira que uma única condição de otimização é utilizada para todas as imagens, e esta condição é geralmente aquela que alcança uma penetração máxima, melhor resolução espacial e melhor de desempenho de contraste simultaneamente para uma dada pegada de radiação.

Geralmente, o desempenho de penetração é otimizado selecionando a energia da fonte de raios X, resolução espacial é otimizada selecionando a granularidade do detector de raios X, e desempenho de contraste e desempenho de penetração são otimizados em conjunto, através de taxa de dose de saída de fonte de raios X. Tipicamente, colimação é utilizada para fornecer um feixe de leque de radiação para limitar o feixe de raios X para um volume estreito que se estende a partir da fonte de raios X para cobrir uma parte ou todos os elementos de detecção. Esta colimação atua para reduzir a dispersão de raios X, e para aumentar influência de penetração, desempenho de contraste e dose de radiação entregue total.

A pegada de radiação é determinada pela saída de fonte máxima que entrega uma dose de regulação para o público do perímetro desejado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção proporciona um sistema de varredura compreendendo um gerador de radiação disposto para gerar radiação para irradiar um objeto, e meios de detecção dispostos para detectar a radiação após a sua interação com o objeto e gerar uma sequência de conjuntos de dados de detector. Os conjuntos de dados podem ser gerados como o objeto é movido em relação ao gerador. O sistema pode ainda compreender meios de processamento dispostos para processar cada um dos conjuntos de dados de detector, desse modo, gerando uma saída de controle disposta para controlar o gerador de radiação, por exemplo, para variar sua saída de radiação como o objeto é varrido.

Os meios de processamento podem ser dispostos para definir um parâmetro dos dados de detector. Também podem ser dispostos para determinar um valor do parâmetro para cada conjunto de dados. Podem ser dispostos para gerar uma saída de controle disposta para variar a saída de radiação se o valor do parâmetro não satisfaz a condição predeterminada. Os meios de processamento podem definir uma multiplicidade de condições e variar a saída de diferentes maneiras, por exemplo, para aumentar ou diminuir a saída, dependendo de qual das condições não for satisfeita. Os meios de processamento podem ser dispostos para manter a saída constante, se a condição for satisfeita, ou todas as condições forem satisfeitas.

Os meios de detecção podem compreender uma pluralidade de detectores. Os dados de detector podem compreender um conjunto de valores de intensidade, por exemplo, indicativo da intensidade de radiação em cada um dos detectores.

A saída de controle pode ser disposta para controlar a energia de radiação. Por exemplo, pode controlar a energia média, ou a distribuição de energia ou espectro da radiação, ou uma energia máxima ou mínima da radiação.

A saída de controle pode ser disposta para controlar a dimensão do feixe de radiação, tal como a sua largura, por exemplo, se for um feixe de leque, ou de outro modo controlar a sua forma em secção transversal ou área.

O gerador de radiação pode ser disposto de modo a gerar a radiação em pulsos. A saída de controle pode ser disposta para controlar pelo menos um da duração e a frequência dos pulsos.

O gerador de radiação pode compreender um colimador regulável. A entrada de controle pode ser disposta para ajustar o colimador em resposta à entrada de controle. O colimador pode ter uma espessura variável, de modo que o ajuste do colimador pode ajustar a energia do feixe de radiação. O colimador pode compreender uma pluralidade de elementos de colimador cada um dos quais pode ser ajustável independentemente, de modo a variar diferentes partes respectivas do feixe de radiação.

O gerador de radiação pode compreender um colimador e a entrada de controle pode ser disposta para gerar a radiação como um feixe e variar a posição do feixe em resposta à entrada de controle, deste modo, para variar a proporção do feixe que é bloqueada pelo colimador.

O gerador de radiação pode compreender uma fonte de elétron disposta para dirigir um feixe de elétron para um alvo. 0 gerador de radiação pode ser disposto de modo a ajustar o feixe de elétron, em resposta à entrada de controle. O gerador de radiação pode incluir um raspador organizado para bloquear uma proporção variável de elétrons no feixe. O gerador de radiação pode ser disposto de modo a gerar um campo magnético e dirigir o feixe de elétron através do campo magnético de modo que ele vire. 0 campo magnético pode ser variável para variar a proporção dos elétrons que são bloqueados. O gerador de radiação pode ser disposto de modo a gerar um campo magnético variável e variar o campo magnético, de modo a variar o foco de feixe de elétrons. Isto pode ser utilizado em combinação com um raspador para bloquear uma parte variável do feixe de elétron, ou um colimador fixo que pode bloquear uma proporção variável dos raios X, dependendo do foco do feixe de elétron.

Os meios de processamento podem ser dispostos para ajustar os dados de detector para compensar pelo menos parcialmente para a variação controlada da saída de radiação.

Em geral, muitas modalidades da presente invenção referem-se a métodos para reduzir a dose de radiação durante a varredura para minimizar a dose para a carga, a dose para os operadores e a pegada de radiação de sistemas operativos.

Algumas modalidades da invenção podem proporcionar um sistema de imagem, que é otimizado para minimizar a dose de radiação administrada a um objeto, e a zona de exclusão envolvendo, mantendo ao mesmo tempo um nível suficiente de qualidade de imagem através dos meios de análise em tempo real dos dados de imagem que o sistema de imagem está produzindo.

A invenção refere-se, por exemplo, para aparelho de produção de imagem de raios X, raios gama e nêutrons que pode ser operado em um número de maneiras, incluindo, em um modo de transmissão, em um modo de dispersão coerente, em um modo de dispersão incoerente e / ou em um modo de retrodispersão.

Geralmente, os sistemas de imagem, de acordo com a invenção, podem ser concebidos em que o objeto é movido em relação a um sistema de imagem estática, ou, em uma configuração alternativa, o objeto estático é digitalizado por um sistema de imagem em movimento. Sistemas complexos particularmente podem exigir movimento do objeto e do sistema de imagem.

Modalidades preferidas da presente invenção serão agora descritas por meio de exemplo apenas com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de imagem de radiação de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 2 é uma vista na direção do feixe de raios X dos colimadores primários e secundários do sistema da Figura 1;

A Figura 3a mostra um exemplo de uma imagem de raios X gerada pelo sistema da Figura 1, e a Figura 3b é um gráfico que mostra como a taxa de dosagem é controlada com base no conteúdo da imagem da Figura 3a;

A Figura 4 é uma vista semelhante à da Figura 2 mostrando colimadores primários e secundários que fazem parte de um varredor de acordo com uma segunda modalidade da invenção;

A Figura 5 é uma vista semelhante à da Figura 2 mostrando colimadores primários e secundários que fazem parte de um varredor de acordo com uma outra modalidade da invenção;

A Figura 6a é uma vista plana dos colimadores que fazem parte de um varredor da Figura 5;

A Figura 6b é uma vista plana dos colimadores de um varredor de acordo com uma outra modalidade da invenção;

A Figura 7 é uma vista plana de um sistema de colimação que faz parte de um varredor de acordo com uma outra modalidade da invenção;

A Figura 8 é uma vista semelhante à da Figura 2 mostrando um sistema de colimação que faz parte de um varredor de acordo com uma outra modalidade da invenção;

A Figura 8a é uma vista plana do sistema de colimação da Figura 8;

A Figura 8b é uma vista plana de um sistema de colimação adicional semelhante ao da Figura 8;

A Figura 9 é um diagrama mostrando como a largura de colimador superior, médio e inferior, e, portanto, a dose administrada em cada ponto na carga, podem ser otimizadas no sistema da Figura 8 para igualar as características de qualidade de imagem exigidas;

A Figura 10 é um diagrama que mostra a forma como outras qualidades de feixe de raios X (E = Energia, D = Dose, R = Taxa em que pulsos de raios X são gerados) podem ser variadas para ajudar na otimização de sistema de raios X;

A Figura 11 é uma vista plana de um sistema de varredura de acordo com uma outra modalidade da invenção;

A Figura 12 é uma vista plana de um sistema de varredura de acordo com uma outra modalidade da invenção;

A Figura 13 é um diagrama de uma cadeia de processamento de um sistema de varredura de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 14 é um diagrama de blocos funcional simplificado do processador de decisão do sistema da Figura 13;

A Figura 15 mostra uma tela gerada pelo sistema da Figura 8

A Figura 16 é uma secção através de um varredor CT de acordo com uma modalidade adicional da invenção, e

A Figura 17 é uma vista lateral do varredor da Figura 16 .

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Fazendo referência à Figura 1, um sistema de varredura compreende um sistema de geração de feixe de raios X, que inclui uma fonte de radiação blindada 10, um conjunto de colimador primário 12A e um conjunto de colimador secundário 12B, e um conjunto de detectores de radiação 14, que neste exemplo são configurados em uma matriz em forma de L dobrada 16.

O conjunto de colimador primário 12A atua para limitar a radiação emitida pela fonte 10 dentro de um feixe substancialmente em forma de leque 18. O feixe 18 irá tipicamente ter um ângulo de leque na faixa + / - 20 graus a + / - 45 graus, com uma largura para os elementos de detector 14 na faixa de 0,5 mm a 50 mm. O segundo conjunto de colimador 12B é montado de forma ajustável e a posição dos dois segundos colimadores 12B pode ser ajustada por meio de atuadores 20, sob o controle de um processador de decisão 22.

Os detectores 14 retornam sinais de detector indicativos da intensidade de radiação que detectam e estes formam, após a conversão e processamento descritos em mais detalhe abaixo, os dados de imagem básicos que são inseridos para o processador de decisão 22. O processador de decisão 22 é arranjado para analisar os dados de imagem e controlar os atuadores 20 para controlar a posição do segundo conjunto de colimador 12B, em resposta aos resultados da referida análise. 0 processador de decisão 22 é também conectado a uma entrada de controle da fonte de radiação 10 e disposto de modo a gerar e variar um sinal de controle que fornece à entrada de controle para controlar a energia e temporização de pulsos de raios X gerados pela fonte de radiação 10. O processador de decisão 22 é também conectado a uma tela 24 na qual uma imagem do objeto digitalizado, gerada a partir dos dados de imagem, pode ser exibida.

A título de exemplo, a fonte de radiação 10 pode compreender um acelerador linear de alta energia com um material alvo adequado (tal como tungsténio), que produz um espectro de raios X amplo com uma qualidade de feixe típica na faixa de 0,8 MV a 15 MV de um ponto focal relativamente pequeno tipicamente na faixa de 1 milímetro a 10 mm de diâmetro. A fonte de radiação 10, neste caso, seria pulsada com uma frequência de repetição de pulsos geralmente no intervalo de 5 Hz a 1 kHz, onde a taxa real de pulsos é determinada pelo processador de decisão 22.

Os detectores 14, neste caso, são vantajosamente fabricados a partir de um conjunto de cristais de cintilação (geralmente cintilador de densidade elevada, tais como Csl, CdW04, ZnW04, LSO, GSO e semelhantes são preferidos), que são opticamente acoplados a um detector de luz adequado, tal como um fotodiodo ou um tubo fotomultiplicador. Os sinais destes detectores 14 convertidos em valores digitais por um circuito eletrônico adequado (tal como um integrador de corrente ou um amplificador de transimpedância com filtragem de largura de banda seguida por um conversor analógico para digital), e estes valores digitais das medições de intensidade amostradas são transferidos para o processador de decisão 22 para análise.

Os colimadores 12A primários e secundários 12B, neste caso, são vantajosamente fabricados a partir de materiais de alta densidade, tais como chumbo e tungsténio.

Em uma primeira modalidade, como mostrado na Figura 2, o colimador secundário 12B compreende duas garras móveis de forma independente, que normalmente se encontram substancialmente em paralelo com as garras de colimador primário 12A. Os atuadores eletronicamente controláveis 20 estão localizados na base e no topo de cada garra de colimador secundário 12B e cada disposto para mover uma extremidade respectiva da garra de colimador 12B. Os quatro atuadores 20 podem, portanto, ser operados de forma independente para conduzir ambas as extremidades de uma secção de colimador secundário 12B em direção ou para longe da outra secção de colimador secundário. O efeito deste movimento é para estreitar ou alargar o feixe de radiação colimado secundário 18, como exigido. O impacto disto é o de modular a intensidade do feixe de radiação, e como ele varia como uma função da posição no interior do feixe de leque de radiação 18, por exemplo, se aumenta ou diminui a partir da parte superior para a parte inferior do feixe, e em caso afirmativo, em qual taxa.

Os atuadores 20 podem ser fabricados de várias maneiras, como será evidente para um perito na arte. No entanto, mecanismos adequados, a título de exemplo, incluem montagens de parafuso de chumbo em que um motor elétrico é utilizado para girar um parafuso que engata em um orifício roscado que é montado na secção de colimador. O colimador é fixado a uma estrutura de suporte de tal modo que pode mover-se para dentro e para fora na direção da secção de colimador oposta, mas pode não mover para cima e para baixo em relação ao feixe de leque de radiação. À medida que o parafuso de chumbo é rodado, a distância de colimador secundário é variada como requerido. Em um refinamento deste mecanismo, a inserção roscada e montagem de motor são cada montados para fixações independentes que podem rodar em relação à montagem de colimador de tal forma que, como a garra de colimador move para dentro e para fora, as fixações giram para evitar o parafuso de chumbo de ligar na inserção roscada. Em um refinamento adicional, a montagem de parafuso de chumbo/motor é fornecida com um codificador de posição absoluta para a medição precisa da posição de inserção de parafuso de chumbo/inserção roscada para resposta direta ao processador de decisão 22. Idealmente, o parafuso de chumbo será fabricado a partir de um material facilmente maquinado e robusto tal como o aço inoxidável e a inserção roscada a partir de um material diferente, como por exemplo, latão, para minimizar a ligação de rosca de parafuso, o que pode ocorrer se materiais semelhantes são usados para ambos os elementos da montagem.

Outros mecanismos adequados para controlar os colimadores secundários incluem solenoides acionados elétricos, mecanismos tipo tesoura e assim por diante.

A fim de varrer um objeto, o objeto é movido através do feixe em forma de leque 18, com linhas de dados de sinal de transmissão a partir dos detectores 14 sendo coletados e armazenados periodicamente pelo processador de decisão 22, de modo a formar um conjunto de projeções unidimensionais que são então combinadas em uma imagem bidimensional, por simplesmente empilhar as projeções unidimensionais lado a lado. É uma boa prática modular a taxa na qual os dados de projeção são obtidos de modo a que varia com a velocidade do objeto a ser varrido em relação ao feixe de leque de radiação 18.

Será apreciado que o colimador secundário 12B, o qual é formado de material de atenuação de radiação adequado, que é preparado com um sistema de movimento controlado para permitir o posicionamento preciso do sistema de colimador secundário 12B com respeito a um conjunto de colimador primário fixo 12A. Ao ajustar com precisão a sobreposição entre colimadores primários 12A e 12B secundários, é possível regular a taxa de dose de modo que ela varia linearmente ao longo da altura do feixe de leque de radiação 18 tal que as zonas do objeto com elevada atenuação podem ser fornecidas com uma alta taxa de dose para maximizar a faixa dinâmica de sistema, enquanto áreas de baixa atenuação podem ser expostas a uma taxa de dose baixa, a fim de minimizar a dose de radiação, mantendo um nível aceitável de qualidade de imagem.

Como mostrado na Figura 1, os dados de imagem a partir de detectores de radiação 14 são passados para o bloco de processador de decisão 22. O processador de decisão 22 é arranjado, quando tenha recebido um conjunto de dados de imagem linear, que compreende um valor de intensidade de amostra para cada detector 14, para analisar o conjunto de dados de imagem e determinar os parâmetros adequados a partir dos dados, tais como o número de amostras com maior atenuação de limiar e o número de amostras com menos de um outro valor de limiar. Com base nos dados de entrada, o processador de decisão 22 é arranjado para ajustar os conjuntos de colimador secundário 12B, ajustar as propriedades da fonte de radiação 10, e processar a imagem para a qualidade de tela ótima. Uma vez que o seguinte conjunto amostra de dados foi coletado, o processador de decisão 22 determina as novas configurações de posição ótimas para o colimador secundário 12B, configurações de temporização de pulso e energia para a fonte de radiação 10, e configurações ótimas para o processamento de tela, e o processo continua como o objeto é varrido e mais e mais linhas de dados de imagem são coletadas.

Será apreciado que, embora o controle da fonte de radiação 10 seja eletrônico e possa ser variado muito rapidamente, o controle da posição dos colimadores requer operação dos atuadores 20 e irá, por conseguinte, tomar lugar ao longo de escalas de tempo mais longas. Portanto, enquanto a fonte pode ser controlada em resposta a cada conjunto de dados de imagem linear consecutivos, pode ser necessário, se a taxa de amostragem é elevada, para a posição de colimador ser atualizado apenas depois de cada dois ou mais conjuntos de dados lineares terem sido recolhidos.

As Figuras 3 a e 3b mostram como um sistema de imagem de radiação com a arquitetura descrita na Figura 1 irá operar quando forma uma imagem de um objeto 30 de composição diversa. A Figura 3b mostra como uma largura de colimador W é variada ao longo do tempo t, com base na composição do objeto 30 sob inspeção, e imagem a qual é mostrada na Figura 3a. Quando não há nada de interesse no feixe, o colimador é reduzido a uma largura pequena. Uma vez que o objeto 3 0 começa a aparecer na imagem, os colimadores são alargados o suficiente para alcançar uma qualidade de imagem razoável. A largura de colimador secundário é variada continuamente, sendo mais estreita em regiões de baixa atenuação e mais largas nas regiões de atenuação elevada onde dose aumentada é necessária para manter uma qualidade de imagem satisfatória.

Fazendo referência à Figura 4, em uma modalidade adicional da presente invenção um colimador primário fixo 42A é fornecido e uma parte de colimador secundário único 42B é montado rotativamente de modo a poder rodar em torno de um canto inferior 44 sob o controle de um mecanismo de atuador adequado 46, tal como um arranjo de parafuso de chumbo atuando entre rolamentos rotativos. O desenho reconhece que a parte superior de um item, tal como um veículo é tipicamente carregada menos fortemente do que a parte de base de um objeto. Portanto, uma dose elevada é sempre fornecida para a parte de base muito carregada do objeto com uma dose mais baixa sendo fornecida para a parte superior do objeto.

Como uma extensão para o desenho simplificado mostrado na Figura 4, Figura 5 mostra uma modalidade com uma parte de colimador secundário 52B que é acionada independentemente em cima e em baixo através de atuadores respectivos 56. Isto proporciona o mesmo efeito no colimador secundário mostrado na Figura 2, mas apenas com metade da complexidade.

Às vezes, é razoável fornecer uma taxa de dose graduada de máximo até zero e todos os níveis entre os dois. Para alcançar este objetivo, uma alternativa à utilização de um colimador secundário de bloqueio com secção transversal retangular, como o da Figura 2, que é mostrado na Figura 6a, é a utilização de um colimador secundário parcialmente transparente 62B, como mostrado na Figura 6b. Aqui, um colimador secundário em forma de cunha 62B, afunilado de modo que torna-se mais estreito no sentido da sua borda de corte que define a borda do feixe, é mostrado que pode ser deslizado através da abertura do colimador primário 62A, a fim de proporcionar uma variação gradual na taxa de dose em todas as partes da imagem. Em um sistema de imagem baseado em raios X ou raios gama, este colimador pode vantajosamente ser feito a partir de um material de atenuação relativamente baixa, tal como o alumínio, ou um material mais atenuante, tal como o cobre ou o aço. Nesta modalidade, o colimador secundário 62B fornece o benefício adicional de modulação de espectro de energia efetivo do feixe de radiação. Quanto maior for a energia eficaz do espectro de radiação mais penetrante o feixe em relação a um feixe de baixa energia eficaz para doses equivalentes. Quanto maior for a espessura do colimador através da qual o feixe passa, mais elevada a energia média do feixe que passa através dele.

Referindo-se à Figura 7, em um refinamento desta modalidade, um colimador secundário 72B de secção retangular está montado de modo articulado, de modo que pode ser rodado em torno de um eixo vertical para o feixe sobre um canto 74 por um atuador 70. Isto dá uma espessura de colimador de filtragem amplamente variável, que pode ser usado com bons resultados na otimização de um sistema de imagem. Este movimento acionado de rotação pode ser combinado com um segundo movimento atuado de translação, fornecido, por exemplo, por uma montagem deslizante semelhante à da Figura 2, e atuadores lineares separados, para proporcionar filtragem variando ao longo do comprimento da secção de colimador.

Fazendo referência à Figura 8, um colimador mais complexo de acordo com uma outra modalidade compreende várias secções de colimador independentemente acionadas 82B que formam um lado do colimador secundário, que pode fornecer um nível melhorado de controle de dose e redução utilizando colimadores de secção retangular e secção de cunha. Cinco secções de colimador 82B são mostradas aqui, mas outros números podem, naturalmente, ser usados para fornecer mais ou menos variabilidade. Fazendo referência à Figura 8a, as secções de colimador 82b podem ser retangulares em secção transversal, ou, como mostrado na Figura 8b, podem ser afuniladas de uma forma semelhante ãs da Figura 6b. Geralmente, as secções de colimador superior 82U irão restringir consideravelmente a dose, enquanto as secções de colimador superior e inferior 82M, 82L irão restringir a dose menos. No entanto, as secções de colimador independentemente controláveis significam que o perfil da dose de radiação pode ser modificado a qualquer forma desejada ao longo da altura do feixe de leque. As configurações do colimador atuais são controladas pelo processador de decisão baseado no retorno imediato dos dados de imagem em si, tal como descrito acima. Como mostrado na Figura 9, a largura, W, as secções de colimador superior, U, média M, e inferior, L, são continuamente variáveis em função das propriedades do objeto sob inspeção, tal como determinado a partir da análise dos dados de imagem pelo processador de decisão.

Como um aspecto adicional da presente modalidade, tal como com as outras modalidades, as propriedades da fonte de raios X também pode ser variadas de uma forma dinâmica com base nas propriedades do objeto, como registrado em cada local e determinado pelo processador de decisão. A Figura 10 mostra a forma como a energia, E, taxa de dose instantânea, D, e taxa de pulso, R, (quando aplicável) da fonte de radiação podem ser variadas em resposta a um objeto de composição variável e, portanto, atenuação variável. Tal como acontece com a largura de colimador, estes parâmetros podem ser variados em resposta a alterações na atenuação total (ou intensidade), ou alterações na variação da intensidade dentro de um conjunto de dados de imagem linear.

A energia da fonte de raios X pode ser variada de muitas maneiras. Por exemplo, a energia de um tubo de raios X é variada através do ajuste da tensão de aceleração do tubo de raios X. Para um sistema de acelerador linear, existem várias maneiras de alterar a energia de feixe, incluindo a variação da energia de RF que é entregue por pulso (que afeta a quantidade de aceleração que elétrons individuais irão experimentar), variando a corrente de feixe entre os pulsos (que afeta a carga do feixe de RF e, consequentemente, a energia de aceleração) e variando a tensão de canhão de elétron (e, portanto a energia média dos elétrons quando eles entram nas primeiras fases da estrutura de acelerador). Ê observado que estes métodos irão variar a energia média (ou frequência) da radiação, e podem, em certos casos, também, ou alternativamente variar o espectro de energia da radiação.

Taxa de dose da fonte de raios X pode também ser variada de muitas maneiras. Por exemplo, em um tubo de raios X, a corrente de filamento pode ser variada o que afeta a temperatura de filamento, e assim também o rendimento de elétrons que estão disponíveis para contribuir para a produção de raios X. Em um sistema de acelerador linear, várias abordagens podem ser utilizadas para controlar a taxa de dose incluindo variação da corrente de injeção de canhão de elétron e variação da largura de pulso de feixe de elétron.

Em um sistema baseado em acelerador linear, taxa de pulso pode ser variada ao longo de configurações bastante amplas por simplesmente alterar a taxa a que o magnéton é energizado e, portanto, a taxa a que a potência RF é propagada dentro da guia de ondas. O taxa de pulso de canhão de elétron deve ser ajustada em conformidade.

Referindo-se à Figura 11, em uma modalidade adicional da presente invenção, em vez de variar a posição dos colimadores para variar a intensidade do feixe, a posição do ponto de fonte de radiação 110 é variada com respeito aos colimadores primários fixos 112A de tal forma que mais ou menos da radiação gerada é capaz de se propagar através do colimador para os sensores de imagem. Nenhum colimador secundário é necessário nesta modalidade, embora os fixos possam ser fornecidos. Como um exemplo, em uma modalidade um imã é colocado de tal forma que um campo magnético paralelo 113 é criado na direção vertical, de tal modo que o feixe de elétron focado 114 em um sistema de acelerador linear ou de tubo de raios X é desviado em relação ao plano horizontal para longe de seu caminho normal. Se os colimadores primários 112A são posicionados de tal forma que o feixe de elétron de fonte de raios X 114, na ausência de um imã, dispara para um ponto 110 no alvo 116, que está centrado na abertura do colimador primário 112A, em seguida, como o campo magnético é aumentado, o ponto focal se moverá para fora da linha central do colimador 112A para um ponto em que cada vez menos radiação 118 a partir da fonte é capaz de passar através do colimador 112A e a taxa de dose instantânea efetiva cai. Na modalidade da Figura 11, o alvo é mostrado como sendo em 45 ° em relação ao feixe de elétron, e os raios X como sendo emitidos a 90 ° em relação ao feixe de elétron. No entanto, em muitos sistemas de raios X de alta energia a superfície do alvo é perpendicular ao feixe de elétron e os raios X são emitidos em paralelo a, e no mesmo sentido em que, o feixe de elétron em um arranjo 'direto'. Será apreciado que o feixe de elétron de tal sistema pode ser controlado da mesma maneira como no sistema da Figura 11 para controlar o feixe de raios X.

Fazendo referência às Figuras 11a, 11b, 11c e lld, em uma configuração alternativa, um imã 113 é posicionado com um campo magnético de quadrupolo ao longo do eixo da trajetória do feixe de elétron 114a, de tal modo que variando o campo magnético pode variar o grau de focagem do feixe de elétrons. Em um campo magnético ótimo, o feixe de elétron 114a será centrado no alvo 116a para um diâmetro que é correspondido pela largura da largura da ranhura de colimador primário 117a, tal como mostrado nas Figuras 11a e 11b. O alvo nesta modalidade se encontra na configuração plana. À medida que o campo magnético é variado para longe do ponto ótimo, o ponto focal irá desfocar criando um feixe de raios X menos intenso, mais amplo, e alguma da radiação direta focal será atenuada pelos colimadores primários 117a, tal como mostrado nas Figuras 11c e lld. Para manter a resolução espacial do sistema de imagem, um colimador separado 119a pode ser colocado definindo uma ranhura que se estende em uma direção perpendicular à do colimador primário 117a e próxima ao ponto focal de raios X 110a. Isso garante que o tamanho do feixe de raios X colimado não aumente à medida que o feixe de elétron é desfocado, minimizando assim aparente ampliação focal.

Em uma modalidade alternativa, tanto a posição de ponto focal e a dimensão de ponto focal podem ser moduladas simultaneamente para fornecer um elevado grau de controle da taxa de dose eficaz na entrada para o sistema de imagem.

Fazendo referência à Figura 12, em uma outra modalidade, a intensidade e a energia do feixe de raios X são moduladas através do bloqueio de uma proporção variável dos elétron do feixe de elétron da fonte de raios X. Nesta modalidade um conjunto de quatro dipolos magnéticos 123a, 123b, 123c, 123d, com o primeiro e quarto possuindo uma polaridade de campo e o segundo e terceiro tendo a polaridade oposta de modo que eles primeiro dobram os elétron 124 para longe do seu percurso inicial e, em seguida, em um caminho de deslocamento paralelo ao primeiro, e depois volta em direção ao percurso original e, em seguida, volta para o caminho inicial. Tal dispositivo é geralmente chamado de chicana. Note-se que o feixe de elétrons 124 não tem necessariamente de sair na mesma direção que ele entrou, e uma direção diferente pode ser produzida pela adição de um campo fixo constante.

Importante, contudo, é que o eixo de feixe final tem de ser independente das alterações na intensidade de campo magnético de chicana. Raspadores 125 na parte desviada, deslocada do caminho podem ser usados para remover elétron do feixe 124, mudando assim a intensidade. A força de campo magnético de chicana 123 determina o quão longe o feixe afasta do caminho nominal, e, portanto, quantos elétrons são raspados. Alterar a intensidade de campo magnético 123, portanto, modula a intensidade do feixe de elétron 124, e, portanto, também do feixe de raios X 128 ele gera em atingir o alvo 126.

Uma desvantagem de um tal dispositivo é que ele é susceptível de ocupar um espaço significativo. No entanto, se o percurso de feixe em geral não é linear, isto permite montar o acelerador em um ângulo. Uma vantagem é que a chicana pode ser usada para fazer o feixe de elétron mais uniforme em forma e energia: ela funciona como um (conjunto de) imã (s) de análise, porque o raio de viragem, e, portanto, o ângulo de viragem, dos elétrons no campo magnético é proporcional a sua energia. Isto significa que, com o posicionamento adequado do raspador, por exemplo, entre o segundo e terceiro campos magnéticos 123B, 123C, onde o feixe de elétron foi disperso com base na energia de elétron, os elétrons de energia mais elevada ou mais baixa podem ser removidos a partir do feixe. Podemos, portanto, usar este método para determinar com mais precisão a energia de feixe real. Note-se que o ajuste do campo magnético vai permitir uma energia de elétron ligeiramente diferente passar o raspador. Tendo em conta os ajustes de campo magnético muito pequenos discutidos aqui, e assumindo que um feixe de elétron relativamente monoenergético para começar, isto não é um efeito amplo.

Tentar fazer qualquer disso com uma máquina de dupla energia é mais complicado, já que os campos desejados para as duas energias são diferentes. No entanto, "imãs jogadores" podem mudar campos muito precisamente em tempos muito curtos.

A Figura 13 mostra a cadeia de processamento de sinal que é necessária para controlar de forma independente a colimação de sistema, a fonte de radiação e a imagem exibida. Vai ser descrita como parte do sistema das figuras 1 e 2, mas seria semelhante para outras modalidades descritas. A cadeia de processamento de sinal tem no seu cerne o processador de decisão 22 cuja tarefa é extrair dados a partir do sinal de imagem, para otimizar dinamicamente a fonte de radiação 10 e configurações do colimador secundário 12B e para processar a imagem para uma exibição ideal na tela 24. Processamento de imagem 22a é mostrado como um bloco funcional separado, mas pode ser realizado pelo mesmo processador que a função de processamento de decisão, ou um diferente.

A arquitetura de processador de decisão desta modalidade é mostrada na Figura 14 e utiliza um critério de otimização baseado em regra. Ela compreende elementos de processamento de baixo nível 140, elementos de processamento de nível mais alto 142 dispostos para receber as saídas dos elementos de baixo nível 14 0, e um árbitro final disposto para receber as saídas dos elementos de processamento de nível mais alto retornar sinais de condução finais para os atuadores de colimador e a fonte de radiação. Aqui, os dados de entrada, que estão na forma de um conjunto ou uma linha de valores de intensidade que constituem os dados de imagem a partir dos detectores 14, são passados para os elementos de processamento de sinal de baixo nível 140 que cada extrai determinados parâmetros específicos a partir da coluna recém chegada dos dados de imagem. O processador de decisão 22 é, por conseguinte, disposto para controlar a fonte de raios X com base nestes parâmetros, sujeito ao processamento dos processadores de nível mais alto 142. Parâmetros úteis incluem a intensidade de sinal mínima ou nível de cinza no conjunto de dados (se isto é muito baixo, então o processador 22 é arranjado para aumentar o sinal de rede na matriz de detector 14 através da abertura do colimador secundário 12A ou aumentar a taxa de dose de fonte e / ou a taxa de pulso) , a percentagem de dados que se encontra abaixo de um limiar programável (se a percentagem atinge um limiar predeterminado, então o processador é arranjado para aumentar a taxa de dose, a largura de colimador e / ou o feixe de energia) , a percentagem dos dados que se encontra acima de um limiar programável (se esta percentagem atinge um limiar predeterminado, o processador é arranjado para diminuir a largura de colimador, reduzir a taxa de dose e/ou energia de feixe) e o valor da variação no sinal (quanto mais variação no sinal coluna para a coluna, e/ou dentro de cada coluna, mais complexa a imagem e, portanto, mais o processador é arranjado para aumentar a largura de colimador, a taxa de dose e / ou a energia de feixe para melhorar a qualidade da imagem gravada).

As saídas dos blocos de parâmetro de baixo nível 140 são, então, a entrada para os blocos de processador de nível mais alto 142 que se concentram na otimização independente das variáveis de sistema principal (colimadores, configurações de fonte de radiação e métodos de processamento de imagem). A saída de recomendações partir destes blocos de alto nível 142 são, em seguida, a entrada para o processador de arbitragem final 144 que determina as configurações finais para a fonte de radiação, colimadores de radiação e métodos de processamento de imagem. Esta última fase é necessária uma vez que, se for tomado por si só, o efeito líquido de cada subsistema poderia resultar em excesso de otimização do sistema.

Em um aspecto adicional da presente invenção, o processamento de imagem aplicado à imagem exibida é selecionado para produzir, em um caso, aparência visual mais agradável para a imagem, e, no outro caso, forma mais útil da imagem para análise de detecção de ameaça. Os dois casos podem não produzir a mesma imagem: um algoritmo de detecção de ameaça pode ter necessidades de imagem diferentes do que aquelas de apresentação visualmente dos resultados para o operador.

Em primeiro lugar, o processador de imagem é disposto para calibrar cada elemento de dados, ou seja, cada valor de intensidade de detector, de forma individual para refletir a dose real entregue nesse ponto na imagem e compensar as alterações controladas em energia de feixe de radiação através da imagem. Um mecanismo adequado para calibrar a imagem é aplicar compensação de deslocamento e ganho não linear utilizando uma curva de calibração não linear derivada da qualidade de feixe equivalente (ou energia) para cada fonte e filtração de feixe equivalente. Ê benéfico parametrizar estas curvas, em função primeiramente da qualidade de feixe de radiação eficaz e, secundariamente, em espessura de colimador eficaz para atingir um fator de calibração da forma:

onde Ic = intensidade de pixel corrigida, Im = intensidade de pixel medida, F2() = fator de correção de segunda ordem com base em configuração de Energia e Colimador (largura e / ou espessura), Fi() = fator de correção de primeira ordem com base em configuração de Energia e Colimador Io = fator de correção de deslocamento. Correções de ordem superior podem ser aplicadas conforme necessário. Tal abordagem normaliza as intensidades na imagem e fornece uma imagem muito mais suave (menos listrado), particularmente nas regiões de alta atenuação.

Em segundo lugar, é benéfico corrigir os efeitos de dispersão que ocorrem em volta de objetos densos, onde um efeito "auréola" pode ser observado, devido ao excesso de dispersão na vizinha de elementos de detecção resultante da dispersão nas bordas do objeto denso.

Em terceiro lugar, coloração de imagem pode ser aplicada a essas regiões de atenuação particularmente elevada quando a otimização de imagem no nível requerido pode não ter sido possível dadas as limitações físicas da fonte de radiação e sistemas de colimação. Por exemplo, nas zonas de alta atenuação, pode não ser possível obter a penetração suficiente através do objeto para receber o detector responder dentro de sua região linear ou de baixo ruído. Tais regiões podem ser coloridas com uma cor particular, a cor refletindo a gravidade do erro de otimização.

Em quarto lugar, uma representação gráfica dos resultados de otimização pode ser apresentada na tela de inspeção adjacente à imagem de raios X, por exemplo, como mostrado na Figura 15. Aqui, a imagem de radiação 150 encontra-se apresentada na parte superior da tela 152 e a taxa de dose eficaz é exibida como um gráfico 154, na parte inferior da tela. Em alternativa, o resultado de otimização pode ser exibido usando blocos de cores que enchem a banda na parte inferior da tela de inspeção - um espectro de fio quente iria mostrar as regiões de baixas doses em vermelho escuro, com as regiões de doses mais elevadas em branco e regiões de dose intermediária em laranja claro, por exemplo.

Em quinto lugar, especialmente para a análise de detecção de ameaça, em regiões de alta atenuação, vários pixels podem ser combinados em pixels maiores, de forma a extrair as medições de penetração estatisticamente significativas. Estes pixels maiores podem ou não ser apresentados visualmente para o operador.

Varredura de dupla energia é um método usado para distinguir materiais com números atômicos (Z) em diferentes intervalos; por exemplo, materiais orgânicos de cobre-aço, e estes de Z muito elevado, tal com urânio e plutônio. Um sistema de energia dupla de acordo com uma modalidade do invento inclui um gerador de radiação disposto para gerar dois feixes de radiação, um de maior energia do que o outro. O ruído na imagem e, por conseguinte, a penetração, é dominado pela menor transmissão do feixe de baixa energia. Aumentando a saída de fonte de raios X de ambas as energias, na maioria dos casos, irá aumentar a penetração, mas também aumentar a dose para a carga e arredores. No entanto, o processador de decisão em tal modalidade é preparado para controlar a saída do feixe de baixa energia, de modo que o aumento para o ponto em que a contribuição de ruído dos feixes de baixa e de alta energia é aproximadamente o mesmo. Isto pode minimizar a exposição da dose. A taxa das saídas de feixe de baixa e de alta energia é determinada através da determinação dos níveis de ruído na imagem transmitida e ajustar um ou ambos dos feixes para de acordo empregar um ou mais dos métodos acima descritos até que os níveis de ruído desejados sejam alcançados.

Algumas modalidades da presente invenção são organizadas para varredura de carga marítima, o que exige a inspeção de apenas os contentores marítimos. No entanto, pontos de verificação tais como cruzamento de terra requerem inspeção, além do reboque, a cabine que é ocupada pelo condutor e, possivelmente, os passageiros. Para evitar a exposição à radiação para os ocupantes, por vezes, a cabine não é inspecionada, obviamente, deixando uma lacuna no processo de inspeção. Outros métodos incluem fazer os ocupantes saírem do veículo e empregar uma configuração de pórtico ou um arranjo de reboque para inspecionar o veículo inteiro. Outro método existente emprega um feixe de baixa energia para inspecionar a cabine incluindo seus ocupantes.

Em algumas modalidades da presente invenção uma ou mais das abordagens descritas acima é empregada para reduzir a dose para os ocupantes. 0 perfil de dose pode ser ajustado para fornecer uma dose mais elevada para o motor e uma dose muito baixa na área em que o condutor e passageiro (s) estão, e uma dose aumentando enquanto o plano de feixe move-se para longe dos ocupantes. 0 perfil de dose é otimizado para máxima penetração, enquanto mantendo uma exposição de dose, devido à exposição direta e dispersão de feixe, para os passageiros que satisfazem os limites regulamentares.

Carga é normalmente carregada com a carga mais pesada colocada na parte inferior. Muitas cargas, em especial de cargas pesadas não são embaladas para a altura do recipiente ou reboque. Além disso, a saída de raios-x necessária para penetrar no leito ou no fundo dos recipientes de carga é conhecida por estar dentro de algum intervalo específico. Nestes e outros casos, os colimadores dependentes de altura são ajustados para administrar uma dose suficiente para penetrar nestas regiões. Por exemplo, os colimadores podem ser ajustados para proporcionar uma dose muito baixa para a parte superior do recipiente, onde não existe uma carga.

Será apreciado que o invento pode também ser utilizado com os sistemas que utilizam fontes de raios X de Onda Contínua (CW) (ou seja, fontes que produzem raios X de forma contínua, em oposição a fontes pulsadas), betatrons, etc, e outros tipos de fontes de radiação como fontes de rádio-isótopos e geradores de nêutrons.

Com referência às Figuras 16 e 17 um varredor CT médico de acordo com uma modalidade adicional da presente invenção compreende um pórtico de rotação 170 suportando uma fonte de raios X 171 e matriz de detector 172. O pórtico 170 pode ser rodado em torno de um eixo Z, de modo a recolher dados para uma fatia de imagem bidimensional de um volume sendo analisado 174. Um suporte 176 está disposto de modo a suportar um paciente, e para mover o paciente ao longo da direção axial por meio do volume de varredura 174 em passos. EM cada passo o pórtico é girado e um novo conjunto de dados de imagem 2D é recolhido. A fonte de raios X 171 é controlada por uma unidade de processamento 178, que está disposta de modo a analisar cada conjunto de dados 2D e gerar um sinal de saída é são enviado para a fonte 171 para variar a saída da fonte 171 para o próximo passo se os dados um conjunto de dados de imagem 2D (ou um grupo de conjuntos de dados) não satisfazem uma condição necessária. Neste caso, a condição pode ser a ausência de artefatos na imagem. Como é bem conhecido, se o nível de radiação na matriz de detector 172 é muito baixo, então artefatos irão estar presentes na imagem gerada a partir dos dados de detector. Se uma outra condição é definida, tal como uma intensidade de imagem total máxima, que se excedida faz a unidade de processamento 178 reduzir a saída de radiação, esse sistema pode funcionar para varrer um paciente inteiro embora mantendo a radiação em aproximadamente o nível mínimo necessário para obter uma imagem livre de artefato. Isto tem muitas vantagens, incluindo a minimização da dose para o paciente, e minimizando a quantidade de blindagem requerida em torno do varredor.

Claims

1. Sistema de varredura caracterizadopelo fato de que compreende: um gerador de radiação disposto para gerar radiação para irradiar um objeto, tendo uma velocidade, em que o gerador de radiação compreende um colimador ajustável e em que o objeto compreende áreas de um primeiro nível de atenuação e áreas de um segundo nível de atenuação, o referido primeiro nível de atenuação sendo maior que o referido segundo nível de atenuação; estrutura de detecção disposta para detectar a radiação após a sua interação com o objeto e gerar uma sequência de conjuntos de dados de detector quando o objeto é movido em relação ao gerador; e um processador disposto para obter e processar cada um dos conjuntos de dados de detector para gerar uma saída de controle disposta para ajustar o colimador e subsequentemente variar a radiação a partir do gerador de radiação quando o objeto é varrido, em que o processador é disposto para modular uma taxa na qual os conjuntos de dados são obtidos de tal forma que a referida taxa varia com a velocidade do objeto e em que a saída de controle é disposta para ajustar o colimador e subsequentemente variar a referida radiação de tal forma que a referida radiação compreenda uma primeira taxa de dose e uma segunda taxa de dose, a referida primeira taxa de dose sendo maior que a referida segunda taxa de dose de tal maneira que a radiação da referida primeira taxa de dose é direcionada para as áreas do primeiro nível de atenuação e a radiação da referida segunda taxa de dose é direcionada para as áreas do segundo nível de atenuação.

2. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador é disposto para definir um parâmetro dos dados de detector, para determinar um valor do parâmetro para cada conjunto de dados, e gerar uma saída de controle disposta para variar a saída de radiação se o valor do parâmetro não atender a uma condição predeterminada.

3. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de detecção compreendem uma pluralidade de detectores e os dados de detector compreendem um conjunto de valores de intensidade indicativos da intensidade de radiação em cada um dos detectores.

4. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a saída de controle é disposta para controlar a energia da radiação.

5. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a saída de controle é disposta para controlar a dimensão do feixe de radiação.

6. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gerador de radiação é disposto para gerar a radiação em pulsos e a saída de controle é disposta para controlar pelo menos um da duração e a frequência dos pulsos.

7. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o colimador tem uma espessura variável, de modo que o ajuste do colimador pode ajustar a energia do feixe de radiação.

8. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o colimador compreende uma pluralidade de elementos de colimador, cada dos quais podendo ser ajustado de forma independente de modo a variar diferentes partes respectivas do feixe de radiação.

9. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada de controle é disposta para gerar a radiação como um feixe e para variar a posição do feixe em resposta à entrada de controle para, deste modo, variar a proporção do feixe que é bloqueada pelo colimador.

10. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gerador de radiação compreende uma fonte de elétron disposta para dirigir um feixe de elétron em direção a um alvo, e é disposta para ajustar o feixe de elétron em resposta à entrada de controle.

11. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o gerador de radiação inclui um raspador arranjado para bloquear uma proporção variável de elétrons no feixe.

12. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o gerador de radiação é disposto para gerar um campo magnético e para dirigir o feixe de elétron através do campo magnético de modo que ele vire, e em que o campo magnético é variável para variar a proporção dos elétrons que são bloqueados.

13. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o gerador de radiação é disposto para gerar um campo magnético variável e para variar o campo magnético de modo a variar a focagem de feixe de elétron.

14. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o processador é disposto para ajustar os dados de detector 5 para compensar pelo menos parcialmente para a variação controlada da saída de radiação.

15. Sistema de varredura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o gerador de radiação e os meios de detecção são apoiados em um 10 pórtico rotativo o qual está disposto para girar à medida que cada conjunto de dados é recolhido.