ES2645587T3 - Sistemas de inspección de tomografía de rayos X - Google Patents

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Abstract

Un sistema de escaneado de rayos X que comprende un escáner y medios de procesamiento, comprendiendo el escáner: una fuente de rayos X que tiene una pluralidad de unidades fuente que están separadas alrededor de una región de escaneado en una disposición substancialmente circular y pueden ser activadas individualmente, en el que cada unidad de fuente comprende una fuente de electrón y dos áreas de destino de diferentes materiales dispuestas para producir rayos X de dos espectros de energía diferentes; y detectores dispuestos para detectar los rayos X de cada una de las áreas de destino para producir dos salidas de escáner respectivas; en el que el escáner está dispuesto para escanear una pluralidad de regiones de un objeto, y los medios de procesamiento están dispuestos para procesar señales de los detectores para generar una pluralidad de conjuntos de datos de imágenes tomográficas y combinar los conjuntos de datos para generar una imagen tridimensional del objeto, en el que los medios de procesamiento están dispuestos para combinar las dos salidas del escáner para producir los conjuntos de datos de imagen.

Description

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DESCRIPCION
Sistemas de inspeccion de tomografia de rayos X
La presente invencion se refiere al escaneado de rayos X. Tiene una aplicacion particular en el control de seguridad de equipaje, paquetes y otros objetos sospechosos, aunque se podria utilizar igualmente en otras aplicaciones adecuadas.
Los escaneres de tomografia computarizada (TC) de rayos X se han utilizado en el control de seguridad en los aeropuertos durante varios anos. Un sistema convencional comprende un tubo de rayos X que gira alrededor de un eje con un detector de rayos X arqueado tambien girado a la misma velocidad alrededor del mismo eje. La cinta transportadora sobre la que se transporta el equipaje se coloca dentro de una abertura adecuada alrededor del eje central de rotacion, y se mueve a lo largo del eje a medida que se gira el tubo. Un haz en abanico de radiacion X pasa desde la fuente a traves del objeto que se va a inspeccionar al conjunto de detectores de rayos X.
El conjunto de detectores de rayos X registra la intensidad de los rayos X que pasan a traves del objeto que se va a inspeccion en varias ubicaciones a lo largo de su longitud. Un conjunto de datos de proyeccion se registra en cada uno de una serie de angulos fuente. A partir de estas intensidades de rayos X registradas, es posible formar una imagen tomografica (de corte transversal), tipicamente por medio de un algoritmo de proyeccion de retorno filtrado. Para producir una imagen tomografica precisa de un objeto, como una bolsa o paquete, se puede mostrar que existe un requisito de que la fuente de rayos X pase a traves de cada plano a traves del objeto. En la disposicion descrita anteriormente, esto se consigue mediante el escaneado rotacional de la fuente de rayos X, y el movimiento longitudinal de la cinta transportadora sobre el que se transporta el objeto.
En este tipo de sistema, la velocidad a la que se pueden recoger los escaneos tomograficos de rayos X depende de la velocidad de rotacion del portico que contiene la fuente de rayos X y el conjunto de detectores. En un portico CT moderno, todo el conjunto del detector de tubos y el portico completaran de dos a cuatro revoluciones por segundo. Esto permite que se obtengan hasta cuatro u ocho escaneos tomograficos por segundo, respectivamente.
A medida que el estado de la tecnica se ha desarrollado, el anillo unico de detectores de rayos X ha sido reemplazado por multiples anillos de detectores. Esto permite escanear muchos cortes (generalmente 8) simultaneamente y reconstruirlos utilizando metodos de proyeccion de retorno filtrada adaptados de las maquinas de escaneo unico. Con un movimiento continuo de la cinta transportadora a traves del sistema de imagenes, la fuente describe un movimiento de escaneado helicoidal sobre el objeto. Esto permite aplicar un metodo mas sofisticado de reconstruccion de imagen de haz conico que, en principio, puede ofrecer una reconstruccion de imagenes volumetrica mas precisa.
En un desarrollo adicional, los escaneres de haz de electrones barridos se han demostrado en aplicaciones medicas por lo que se elimina el movimiento de escaneado mecanico de la fuente de rayos X y los detectores, siendo reemplazado por un anillo continuo (o anillos) de detectores de rayos X que rodean el objeto bajo inspeccion con una fuente de rayos X en movimiento que se genera como resultado de barrer un haz de electrones alrededor de un anodo arqueado. Esto permite que las imagenes se obtengan mas rapidamente que en los escaneres convencionales. Sin embargo, debido a que la fuente de electrones se encuentra en el eje de rotacion, tales escaneres de haz barrido no son compatibles con los sistemas de cinta transportadora que pasan cerca, y paralelos, al eje de rotacion.
El documento US 2005/0190882 A1 se refiere a un generador de rayos X capaz de generar multiples espectros seleccionados de rayos X.
El documento WO 02/31857 A1 se refiere a un dispositivo de generacion de rayos X que incluye un catodo de emision de campo formado al menos parcialmente desde una nanoestructura. La radiacion de rayos X pulsada con energia variable puede ser generada desde un dispositivo unico.
El documento US 5570403 se refiere a una maquina CT de rayos X que puede conseguir escaneado de energia multiple en tiempo real. Ademas, el documento US 2003/0072407 A1 divulga en la figura 1 un aparato CT de rayos X de tipo multifuente convencional, que incluye una pluralidad de detectores y fuentes.
La presente invencion proporciona un sistema de escaneado de rayos X que comprende un escaner y medios de procesamiento, comprendiendo el escaner: una fuente de rayos X que tiene una pluralidad de unidades de fuente que estan espaciadas alrededor de una region de escaneado en una disposicion substancialmente circular y se pueden activar individualmente, en el que cada unidad de fuente comprende una fuente de electron y dos areas de destino de diferentes materiales dispuestos para producir rayos X de dos espectros de energia diferentes; y detectores dispuestos para detectar los rayos X desde cada una de las areas de destino para producir dos salidas de escaner respectivas, en el que el escaner esta dispuesto para escanear una pluralidad de regiones de un objeto, y los medios de procesamiento estan dispuestos para procesar senales desde los detectores para generar una pluralidad de conjuntos de datos de imagenes tomograficas y para combinar los conjuntos de datos para generar
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una imagen tridimensional del objeto, en el que los medios de procesamiento estan dispuestos para combinar dos salidas de escaner para producir los conjuntos de datos de imagenes.
Caracteristicas opcionales del sistema de escaneado de rayos X son nombradas en las reivindicaciones dependientes.
Las realizaciones preferidas de la presente invencion se describiran ahora a modo de ejemplo solo con referencia a los dibujos que se acompanan en los que:
la figura 1 es un corte longitudinal de un sistema de escaneado de seguridad de tomografia en tiempo real de acuerdo con una primera realizacion de la invencion;
la figura 1 a es una vista en perspectiva de una fuente de rayos X del sistema de la figura 1;
segundo conjunto de detectores para generar datos de dispersion, y para asociar partes de los datos de dispersion con el objeto.
La presente invencion proporciona ademas un sistema de recopilacion de datos para recopilar datos de un escaner de rayos X, comprendiendo el sistema una memoria que tiene una pluralidad de areas, cada una de las cuales esta asociada a un area respectiva de una imagen, medios de entrada de datos dispuestos para recibir datos de entrada de una pluralidad de detectores de rayos X en una secuencia predeterminada, medios de procesamiento dispuestos para generar a partir de los datos de entrada datos de transmision de rayos X y datos de dispersion de rayos X asociados con cada una de las areas de la imagen, y almacenar los datos de transmision de rayos X y los datos de dispersion de rayos X en las areas de memoria apropiadas.
La presente invencion proporciona ademas un sistema de escaneado de rayos X que comprende un escaner dispuesto para escanear un objeto para generar datos de escaneado que definen una imagen tomografica de rayos X del objeto, y medios de procesamiento dispuestos para analizar los datos de escaneado para extraer al menos un parametro de los datos de imagen y para asignar el objeto a una de una pluralidad de categorias en base a al menos un parametro.
Las realizaciones preferidas de la presente invencion se describiran ahora a modo de ejemplo solo con referencia a los dibujos que se acompanan en los que:
la figura 1 es un corte longitudinal de un sistema de escaneado de seguridad de tomografia en tiempo real de acuerdo con una primera realizacion de la invencion;
la figura 1 a es una vista en perspectiva de una fuente de rayos X del sistema de la figura 1;
la figura 2 es una vista en planta del sistema de la figura 1;
la figura 3 es una vista lateral esquematica del sistema de la figura 1;
la figura 4 es un diagrama esquematico de un sistema de adquisicion de datos que forma parte del sistema de la figura 1;
la figura 5 es un diagrama esquematico de un sistema de deteccion de amenazas que forma parte del sistema de la figura 1;
la figura 6 es un diagrama esquematico de un sistema de clasificacion de equipaje que incluye el sistema de escaneado de la figura 1;
la figura 7 es un diagrama esquematico de un sistema de clasificacion de equipaje;
las figuras 8a, 8b y 8c son diagramas esquematicos de sistemas de clasificacion de equipaje;
la figura 9 es un diagrama esquematico de un sistema de clasificacion de equipaje en red;
la figura 10 es una vista en planta esquematica de un sistema de escaneado autonomo;
la figura 11 es una vista lateral esquematica del sistema de la figura 10;
la figura 12 es una vista lateral esquematica de un sistema de escaneado modular;
la figura 13 es un diagrama de un evento de dispersion de rayos X;
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la figura 14 es un corte longitudinal a traves de un sistema de escaneado de seguridad;
la figura 15 es un corte longitudinal adicional a traves del sistema de la figura 14 que muestra como se detectan diferentes eventos de dispersion;
la figura 16 es un corte transversal a traves del sistema de la figura 14;
la figura 17 es un diagrama esquematico de un sistema de adquisicion de datos del sistema de escaneado de la figura 14;
la figura 18 es una vista parcial de un escaner de energia dual de acuerdo con una realizacion adicional; la figura 19 es una vista parcial adicional del escaner de la figura 18;
la figura 20 es una vista esquematica de una fuente de rayos X de energia dual de una realizacion adicional de la invencion;
la figura 21 es una vista esquematica de un conjunto de detectores de un escaner de acuerdo con una realizacion adicional de la invencion;
la figura 22 es una vista esquematica de un conjunto de detectores de un escaner de acuerdo con una realizacion adicional de la invencion;
la figura 23 es un diagrama de circuito de un circuito de adquisicion de datos de la realizacion de la figura 21; y
la figura 24 es un diagrama de circuito de un circuito de adquisicion de datos de una realizacion adicional de la invencion.
Haciendo referencia a las figuras 1 a 3, un sistema 6 de escaneado de equipaje de vestibulo comprende una unidad 8 de escaneado que comprende una fuente 10 de rayos X multifocal y un conjunto 12 de detectores de rayos X. La fuente 10 comprende una gran cantidad de puntos 14 de fuente en ubicaciones espaciadas respectivas en la fuente, y esta dispuesta en un conjunto circular completo de 360 ° alrededor del eje X-X del sistema. Se apreciara que tambien se pueden utilizar conjuntos que cubren menos del angulo completo de 360 °.
Haciendo referencia a la figura 1a, la fuente 10 de rayos X esta compuesta de varias unidades 11 de fuente que estan espaciadas alrededor de la region 16 de escaneado en una disposicion sustancialmente circular, en un plano perpendicular a la direccion de movimiento de la cinta transportadora. Cada unidad 11 de fuente comprende un supresor metalico conductor 13 que tiene dos lados y un elemento emisor 15 que se extiende a lo largo entre los lados del supresor. Una serie de elementos de rejilla en forma de alambres 17 de rejilla estan soportados por encima del supresor 13 perpendicular al elemento emisor 15. Un numero de elementos de enfoque en forma de alambres 19 de enfoque estan soportados en otro plano en el lado opuesto de los alambres de rejilla al elemento emisor. Los alambres 19 de enfoque son paralelos a los alambres 17 de rejilla y estan separados entre si con el mismo espaciado que los alambres de rejilla, estando cada alambre 19 de enfoque alineado con uno de los respectivos alambres 17 de rejilla.
Los alambres 19 de enfoque estan soportados sobre dos carriles 21 de soporte que se extienden paralelos al elemento emisor 15, y estan espaciados del supresor 13. Los carriles 21 de soporte son electricamente conductores de modo que todos los alambres 19 de enfoque estan conectados electricamente entre si. Uno de los carriles 21 de soporte esta conectado a un conector 23 para proporcionar una conexion electrica para los alambres 19 de enfoque. Cada uno de los alambres 17 de rejilla se extiende hacia abajo por un lado del supresor 12 y esta conectado a un respectivo conector electrico 25 que proporciona conexiones electricas separadas para cada uno de los alambres 17 de rejilla.
Un anodo 27 esta soportado por encima de los alambres 17 de rejilla y los alambres 19 de enfoque. El anodo 27 esta formado como una varilla, tipicamente de cobre con tungsteno o recubrimiento en plata, y se extiende paralelamente al elemento emisor 15. Los alambres 17, 19 de rejilla y de enfoque se extienden, por lo tanto, entre el elemento emisor 15 y el anodo 27. Un conector electrico 29 proporciona una conexion electrica al anodo 27.
Los alambres 17 de rejilla estan todos conectados a un potencial negativo, aparte de dos que estan conectados a un potencial positivo. Estos alambres de rejilla positivos extraen un haz de electrones de un area del elemento emisor 15 y, enfocando por los alambres 19 de enfoque, dirigen el haz de electrones en un punto del anodo 27, que forma el punto de fuente de rayos X para ese par de alambres de rejilla. Por lo tanto, el potencial de los alambres de rejilla puede cambiarse para seleccionar que par de alambres de rejilla esta activo en un momento dado y, por lo tanto, para seleccionar que punto en el anodo 27 es el punto de fuente de rayos X activo en cualquier momento.
Por lo tanto, la fuente 10 puede controlarse para producir rayos X desde cada uno de los puntos 14 de fuente en
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cada una de las unidades fuente 11 individualmente y, refiriendose de nuevo a la figura 1, los rayos X de cada punto 14 de fuente se dirigen hacia adentro a traves de la region 16 de escaneado dentro de la fuente circular 10. La fuente 10 esta controlada por una unidad 18 de control que controla los potenciales electricos aplicados a los alambres 17 de rejilla y por lo tanto controla la emision de rayos X desde cada uno de los puntos 14 de fuente.
Otros disenos de fuente de rayos X adecuados se describen en el documento WO 2004/097889.
La fuente 10 de rayos X multifocal permite que el circuito 18 de control electronico se utilice para seleccionar cual de los muchos puntos 14 de fuente de rayos X individuales dentro de la fuente de rayos X multifocal esta activo en cualquier momento en el tiempo. Por lo tanto, al escanear electronicamente el tubo de rayos X multifocal, se crea la ilusion del movimiento de fuente de rayos X sin partes mecanicas que se muevan fisicamente. En este caso, la velocidad angular de la rotacion de fuente se puede aumentar a niveles que simplemente no se pueden lograr cuando se utilizan conjuntos de tubos de rayos X giratorios convencionales. Este escaneado giratorio rapido se traduce en un proceso de adquisicion de datos acelerado de forma equivalente y, a continuacion, una reconstruccion de imagenes rapida.
El conjunto 12 de detectores tambien es circular y esta dispuesto alrededor del eje X-X en una posicion que esta ligeramente desplazada en la direccion axial desde la fuente 10. La fuente 10 esta dispuesta para dirigir los rayos X que produce a traves de la region 16 de escaneado hacia el conjunto 12 de detectores en el lado opuesto de la region de escaneado. Las trayectorias 18 de los haces de rayos X pasan, por lo tanto, a traves de la region 16 de escaneado en una direccion que es sustancialmente, o casi, perpendicular al eje X-X del escaner, cruzandose entre si cerca del eje. El volumen de la region de escaneado que se escanea y se toman imagenes tiene, por lo tanto, la forma de un corte delgado perpendicular al eje del escaner. La fuente se escanea de modo que cada punto de fuente emite rayos X durante un periodo respectivo, estando los periodos de emision dispuestos en un orden predeterminado. Cuando cada punto 14 de fuente emite rayos X, las senales de los detectores 12, que dependen de la intensidad de los rayos X que inciden en el detector, se producen y los datos de intensidad que proporcionan las senales se registran en la memoria. Cuando la fuente ha completado su escaneo, las senales del detector pueden procesarse para formar una imagen del volumen escaneado.
Una cinta transportadora 20 se mueve a traves del volumen de formacion de imagenes, de izquierda a derecha, como se ve en la figura 1, paralela al eje X-X del escaner. Las pantallas 22 de dispersion de rayos X estan situadas alrededor de la cinta transportadora 20 aguas arriba y aguas abajo del sistema de rayos X principal para evitar la dosis del operador debido a los rayos X dispersos. Las pantallas 22 de dispersion de rayos X incluyen cortinas 24 de tiras de caucho de plomo en sus extremos abiertos de manera que el articulo 26 bajo inspeccion es arrastrado a traves de una cortina al entrar, y una al salir, de la region de inspeccion. En el sistema integrado mostrado, el sistema 18 de control electronico principal, un sistema 30 de procesamiento, un suministro 32 de potencia y soportes 34 de refrigeracion se muestran montados debajo de la cinta transportadora 20. La cinta transportadora 20 esta dispuesta para funcionar normalmente con un movimiento de barrido continuo a velocidad constante de la cinta transportadora, y tipicamente tiene un conjunto de bastidor de fibra de carbono dentro del volumen de formacion de imagenes.
Haciendo referencia a la figura 4, el sistema 30 de procesamiento incluye un sistema de adquisicion de datos electronico y un sistema de reconstruccion de imagenes en tiempo real. El conjunto 12 de detectores de rayos X comprende bancos de detectores 50 de rayos X individuales configurados en un patron lineal simple (por ejemplo, 1 x 16). Multiples patrones de anillo (por ejemplo, 8 x 16) tambien son posibles. Cada detector 50 emite una senal que depende de la intensidad de los rayos X que detecta. Un bloque 52 de multiplexacion multiplexa las senales de datos de salida de cada uno de los detectores 50 de rayos X de entrada, realiza el filtrado de datos, las correcciones de ganancia y desplazamiento y formatea los datos en un flujo en serie de alta velocidad. Un bloque 53 de seleccion toma la entrada de todos los bloques 52 de multiplexacion y selecciona solo la parte de los datos de rayos X completos que se requieren para la reconstruccion de la imagen. El bloque 53 de seleccion tambien determina la intensidad del haz de rayos X atenuado, lo, para el punto de fuente de rayos X apropiado (que variara para cada punto de fuente de rayos X dentro del tubo de rayos X multifocal), procesa los datos de intensidad de rayos X, lx, del bloque 52 de multiplexacion formando el registro de resultados, (Ix/lo) y luego lo combina con un filtro 1-D adecuado. Los datos de proyeccion resultantes se registran como una ecografia, en la que los datos se organizan en un conjunto con un numero de pixeles a lo largo de un eje, en este caso horizontal, y un angulo fuente a lo largo de otro eje, en este caso verticalmente.
A continuacion, los datos se pasan desde el bloque 53 de seleccion en paralelo a un conjunto de elementos 54 de procesador de suma de retroproyeccion. Los elementos 54 de procesador se mapean en el hardware, utilizando tablas de consulta con coeficientes precalculados para seleccionar los datos de rayos X convolucionados necesarios y los factores de ponderacion para la retroproyeccion y suma rapidas. Un bloque 55 de formateo toma los datos que representan azulejos de imagen reconstruidos individuales de los multiples elementos 54 de procesador y formatea los datos de imagen de salida final a una forma adecuada para generar una imagen tridimensional adecuadamente formateada en una pantalla de visualizacion. Esta salida se puede generar lo suficientemente rapido para que las imagenes se generen en tiempo real, para verlas en tiempo real o fuera de linea, por lo que el sistema se denomina sistema de tomografia en tiempo real (RTT).
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En esta realizacion, el bloque 52 de multiplexacion esta codificado en el software, el bloque 53 de seleccion y el bloque 55 de formateo estan codificados en el firmware, y los elementos de procesador mapeados en el hardware. Sin embargo, cada uno de estos componentes podria ser hardware o software dependiendo de los requisitos del sistema particular.
Haciendo referencia a la figura 5, cada imagen de salida final para cada articulo de equipaje es procesada por un procesador 60 de deteccion de amenaza dentro del sistema 30 de procesamiento que esta dispuesto para determinar si el articulo de equipaje visualizado representa una amenaza. En el procesador 60 de deteccion de amenazas, los datos 62 de imagen tomografica de rayos X de entrada se pasan a un conjunto de extractores 63 de parametros de bajo nivel (nivel 1). Los extractores 63 de parametros identifican caracteristicas en la imagen tales como areas de nivel de gris constante, textura y estadisticas. Algunos de los extractores trabajan en los datos de imagenes o cortes bidimensionales individuales, algunos trabajan en las imagenes tridimensionales y algunos trabajan en los datos de la ecografia. Siempre que sea posible, cada extractor funciona en paralelo en el mismo conjunto de datos de entrada, y cada extractor esta dispuesto para realizar una operacion de procesamiento diferente y para determinar un parametro diferente. Al final del procesamiento, los parametros determinados por los extractores 63 de parametros pasan a un conjunto de arboles 64 de decision (nivel 2). Los detalles de los parametros extraidos se dan a continuacion. Los arboles 64 de decision toman cada uno un numero (tipicamente todos) de los parametros de bajo nivel y construyen informacion de nivel superior respectiva, tal como informacion con respecto a volumenes contiguos, con estadisticas asociadas. En el nivel superior (nivel 3), un buscador 65 de bases de datos mapea los parametros de nivel superior producidos en el nivel 2 en una probabilidad 'roja' Pr (amenaza) de que haya una amenaza presente y una probabilidad 'verde' Pr (segura) de que el articulo bajo inspeccion sea seguro. Estas probabilidades son utilizadas por el sistema 30 de procesamiento para asignar el articulo escaneado a una categoria de seguridad apropiada, y para producir una salida de control de clasificacion automatica. Esta salida de control de clasificacion automatica puede ser una primera salida 'verde' que indica que el articulo esta asignado a una categoria segura, una segunda salida 'roja' que indica que el articulo esta asignado a una categoria 'no segura o una tercera salida 'ambar' que indica que la clasificacion automatica no puede llevarse a cabo con suficiente fiabilidad para asignar el articulo a la categoria' segura o 'no segura. Especificamente si Pr (segura) esta por encima de un valor predeterminado, (o Pr (amenaza) esta por debajo de un valor predeterminado), la salida de clasificacion automatica se producira con una primera senal, lo que indica que el articulo debe asignarse al canal verde. Si Pr (amenaza) esta por encima de un valor predeterminado, (o Pr (segura) esta por debajo de un valor predeterminado), la salida de clasificacion automatica se producira con una segunda senal, lo que indica que el articulo debe asignarse al canal rojo. Si Pr (amenaza) (o Pr (segura)) esta entre los dos valores predeterminados, la salida de clasificacion automatica se produce con una tercera forma de senal, lo que indica que el articulo no se puede asignar al canal rojo o verde. Las probabilidades tambien se pueden emitir como senales de salida adicionales.
Los parametros que seran determinados por los extractores 63 de parametros se refieren generalmente al analisis estadistico de pixeles dentro de regiones separadas de la imagen bidimensional o tridimensional. Para identificar regiones separadas en la imagen, se utiliza un metodo de deteccion de borde estadistico. Esto comienza en un pixel y luego verifica si los pixeles adyacentes son parte de la misma region, moviendose hacia afuera a medida que la region crece. En cada paso se determina una intensidad media de la region, calculando la intensidad media de los pixeles dentro de la region, y se compara la intensidad del siguiente pixel adyacente a la region con ese valor medio, para determinar si esta lo suficientemente cerca como para que el pixel se agregue a la region. En este caso, se determina la desviacion estandar de la intensidad del pixel dentro de la region, y si la intensidad del nuevo pixel esta dentro de la desviacion estandar, entonces se agrega a la region. Si no es asi, no se agrega a la region, y esto define el borde de la region como el limite entre los pixeles de la region y los pixeles que se han comprobado y no se han agregado a la region.
Una vez que la imagen se ha dividido en regiones, se pueden medir los parametros de la region. Uno de esos parametros es una medida de la varianza de la intensidad del pixel dentro de la region. Si es alto, esto podria ser indicativo de un material apelmazado, que podria encontrarse, por ejemplo, en una bomba casera, mientras que si la varianza es baja, esto seria indicativo de un material uniforme como un liquido.
Otro parametro que se mide es la distorsion de la distribucion del valor de pixel dentro de la region, que se determina midiendo la inclinacion de un histograma de valores de pixel. Una distribucion gaussiana, es decir no sesgada, indica que el material dentro de la region es uniforme, mientras que una distribucion mas sesgada indica falta de uniformidad en la region.
Como se describio anteriormente, estos parametros de bajo nivel se pasan a los arboles 64 de decision, donde se construye informacion de nivel superior y se determinan parametros de nivel mas alto. Uno de tales parametros de nivel superior es la relacion entre el area de superficie y el volumen de la region identificada. Otra es una medida de similitud, en este caso, correlacion cruzada, entre la forma de la region y las formas de la plantilla almacenadas en el sistema. Las formas de las plantillas estan dispuestas para corresponderse con la forma de los articulos que representan una amenaza a la seguridad, como pistolas o detonadores. Estos parametros de alto nivel se utilizan como se describio anteriormente para determinar un nivel si represente una amenaza el objeto representado.
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Haciendo referenda a la figura 6, un sistema de clasificacion de equipaje de tomografia en linea en tiempo real comprende el sistema 6 de escaneado de la figura 1 con la cinta transportadora 20 que pasa a traves de el. Aguas abajo del sistema 6 de escaneado, se dispone un dispositivo 40 de clasificacion para recibir articulos de equipaje de la cinta transportadora 20 y moverlos sobre una cinta transportadora 42 de canal seguro o "verde" o una cinta transportadora 44 de canal no seguro o "rojo". El dispositivo 40 de clasificacion es controlado por las senales de salida de clasificacion automatica a traves de una linea 46 de control desde el sistema 30 de procesamiento, que son indicativas de la decision del sistema 30 de procesamiento sobre si el articulo es seguro o no, y tambien mediante senales de un estacion 48 de trabajo a la que esta conectado a traves de la linea 45. Las imagenes del sistema 6 de escaneado y las senales del sistema 30 de procesamiento, indicativas de las probabilidades rojas y verdes y la decision nominal del sistema 30 de procesamiento, tambien se distribuyen a la estacion 48 de trabajo. La estacion de trabajo esta dispuesta para mostrar las imagenes en una pantalla 47 de modo que puedan ser vistas por un operador humano, y tambien para proporcionar una visualizacion indicativa de las probabilidades verde y roja y la decision de clasificacion automatica nominal. El usuario en la estacion de trabajo puede revisar las imagenes y las probabilidades, y la salida de clasificacion automatica, y decidir si acepta o anula la decision del sistema de escaneado, si fue para asignar el articulo a la categoria roja o verde, o para introducir una decision si la decision del sistema de escaneado fue asignar el articulo a la categoria 'ambar'. La estacion 48 de trabajo tiene una entrada 49 de usuario que permite al usuario enviar una senal al dispositivo 40 de clasificacion que puede identificarse por el dispositivo de clasificacion como una excepcion a la decision del sistema de escaneado. Si el dispositivo de clasificacion recibe la senal de anulacion, entonces el dispositivo de clasificacion anula la decision del sistema de escaneado. Si no se recibe una senal de anulacion, o si se recibe una senal de confirmacion de la estacion de trabajo confirmando la decision del sistema de escaneado, entonces el dispositivo de clasificacion clasifica el articulo en funcion de la decision del sistema de escaneado. Si el sistema de clasificacion recibe una senal 'ambar' del sistema de escaneado en relacion con un articulo, inicialmente asigna ese articulo a la categoria 'roja' para colocarlo en el canal rojo. Sin embargo, si recibe una senal de entrada de la estacion de trabajo antes de clasificar el articulo que indica que debe estar en la categoria 'verde', clasifica el articulo en el canal verde.
En una modificacion del sistema de la figura 6, la clasificacion puede ser totalmente automatica, con el sistema de procesamiento dando una de las dos salidas de clasificacion, "segura" y "no segura", asignando el articulo al canal verde o rojo. Tambien seria posible para el sistema de procesamiento determinar solo una probabilidad Pr (amenaza) con un valor de umbral y asignar el articulo a una de las dos categorias dependiendo de si la probabilidad esta por encima o por debajo del umbral. En este caso, la asignacion seguiria siendo provisional y el operador todavia tendria la opcion de anular la clasificacion automatica. En una modificacion adicional, la asignacion automatica de categorias del sistema de escaneado se utiliza como la asignacion final, sin ninguna entrada por parte del usuario. Esto proporciona un sistema de clasificacion completamente automatizado.
En el sistema de la figura 6, la velocidad de escaneo se corresponde con la velocidad de la cinta transportadora, de modo que el equipaje se puede mover a una velocidad constante desde un area de carga donde se carga en la cinta transportadora 20, a traves del sistema 6de escaneado, y hacia el dispositivo 40 de clasificacion. La cinta transportadora 20 se extiende por una distancia L, entre la salida del sistema 6 de escaneado y el dispositivo 40 de clasificacion. Durante el tiempo que tarda un articulo de equipaje en recorrer la distancia L en la cinta transportadora 20, un operador puede ver los datos de imagen del articulo bajo inspeccion y la asignacion de categoria inicial determinada por el sistema de escaneado, y confirmar o rechazar la decision automatizada del sistema RTT. Por lo general, el equipaje seria aceptado en el canal seguro y pasado hacia listo para el transporte o rechazado en el canal no seguro para una mayor investigacion.
En este sistema de enfoque multiple RTT, la unidad 8 de escaneado RTT puede funcionar a la velocidad maxima de la cinta de equipaje, y por lo tanto no se requiere ninguna cola de equipaje u otro mecanismo de desvio para el funcionamiento optimo del sistema. En sistemas integrados como este, la capacidad de rendimiento limitada de los sistemas de fuentes giratorias convencionales es una limitacion importante. A menudo, esto significa colocar varias maquinas convencionales de TC en paralelo y utilizar sistemas sofisticados de manejo de equipaje para cambiar el articulo para su inspeccion a la siguiente maquina disponible. Esta complejidad se puede evitar con la disposicion de la figura 6.
Haciendo referencia a la figura 7, una segunda realizacion de la invencion comprende un sistema redundante en el que dos sistemas 70, 72 de escaneado RTT estan situados en serie en la misma cinta transportadora 74 de modo que si un sistema fuera retirado del servicio, el otro podria continuar para escanear el equipaje. En cualquier caso, la cinta transportadora 74 continuaria pasando a traves de ambos sistemas 70, 72 de escaneado a la velocidad de la cinta de funcionamiento estandar.
Haciendo referencia a la figura 8a en una tercera realizacion, se proporciona un sistema redundante mas complejo en el que dos sistemas RTT 82, 84 funcionan en paralelo. Una cinta transportadora 86 de entrada principal primera lleva todos los articulos a clasificar a un dispositivo 88 de clasificacion primero que puede transferir articulos a cualquiera de las otras dos cintas transportadoras 90, 92. Cada una de estas dos cintas transportadoras 90, 92 pasa a traves de uno de los sistemas 82, 84 de escaneado respectivo, que escaneara los articulos y permitira que se tome una decision respecto a si declarar seguro el articulo o no. Se proporciona un dispositivo 94, 96 de clasificacion
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adicional en cada una de las dos cintas transportadoras 90, 92 que esta dispuesta para clasificar el equipaje en una cinta transportadora 98 de "canal verde" comun para el transporte posterior, o una cinta transportadoral00 de "canal rojo" si no es seguro, donde puede someterse a una mayor investigacion. En esta configuracion, es posible hacer funcionar la cinta transportadora 86 de entrada y la cinta transportadora de "canal verde" a una velocidad mas alta que la velocidad de la cinta transportadora RTT, tipicamente hasta dos veces su velocidad. Por ejemplo, en este caso, la cinta transportadora 86 de entrada principal y la cinta transportadora de "canal verde" comun se mueven a una velocidad de 1 m/s, mientras que las cintas transportadoras 82, 84 de escaneado se desplazan a la mitad de esa velocidad, es decir, 0,5 m/s. Por supuesto, el sistema puede expandirse con mas sistemas RTT paralelos, con la relacion de la velocidad de la cinta transportadora principal entrante con la de las cintas transportadoras del escaner siendo iguales, o sustancialmente iguales, al numero de escaneres paralelos, aunque los dispositivos de clasificacion pueden no ser fiables a mas de una velocidad de la cinta transportadora de 1 m/s principal.
Haciendo referencia a la figura 8b, en una realizacion adicional, un sistema de clasificacion de equipaje comprende una serie de escaneres RTT 81b, 82b, 83b, tipicamente hasta aproximadamente 60 en un sistema, cada uno asociado con un mostrador de facturacion respectivo. Un dispositivo 84b, 85b, 86b de clasificacion esta asociado a cada escaner RTT, y el equipaje se transporta en una cinta transportadora desde cada escaner RTT a su dispositivo de clasificacion asociado. Cada dispositivo 84b, 85b, 86b de clasificacion clasifica el equipaje, en respuesta a las senales de su escaner, sobre una cinta transportadora 88b de canal seguro comun, o una cinta transportadora 87b de canal de rechazo comun. Se proporciona un escaner RTT 89b de apoyo adicional en la cinta transportadora 87b de canal de rechazo, con un dispositivo 90b de clasificacion asociado, que puede dejar el equipaje en la cinta transportadora 87b de canal de rechazo, o transferirlo a la cinta transportadora 88b de canal seguro.
Con un funcionamiento normal, cada uno de los escaneres primarios 81b, 82b, 83b clasifica el equipaje, y el escaner 89b de apoyo o redundante simplemente proporciona una verificacion adicional de los articulos clasificados en el canal de rechazo. Si ese escaner determina que un articulo de equipaje no representa amenaza, o una amenaza suficientemente baja, entonces lo transfiere al canal seguro. Si uno de los escaneres primarios no esta funcionando o tiene un defecto, entonces su dispositivo de clasificacion asociado esta dispuesto para clasificar todo el equipaje de ese escaner al canal de rechazo. Luego, el escaner 89b de apoyo escanea todo ese equipaje y controla la clasificacion del mismo entre los canales seguro y de rechazo. Esto permite que todos los mostradores de facturacion sigan funcionando mientras se repara o reemplaza el escaner defectuoso.
Haciendo referencia a la figura 8c, en una realizacion adicional, el equipaje de cada uno de los mostradores de facturacion se transfiere a traves de una pluralidad de cintas transportadoras separadas a un circuito o carrusel central 81c, en el que circula continuamente. Un numero de dispositivos 82c, 83c, 84c de clasificacion estan dispuestos cada uno para transferir articulos de equipaje desde el circuito 81c a una cinta transportadora respectiva que conduce a un escaner RTT respectivo 85c, 86c, 87c. Los dispositivos 82c, 83c, 84c de clasificacion son controlados por los escaneres para controlar la velocidad a la que los articulos de equipaje se distribuyen a cada uno de los escaneres. Desde los escaneres, las cintas transportadoras transfieren todos los articulos de equipaje a una cinta transportadora 88c de salida comun que conduce a un dispositivo 89c de clasificacion adicional. Esto es controlado por todos los escaneres para clasificar cada uno de los articulos de equipaje entre un canal seguro 90c y un canal 91c de rechazo.
Para rastrear el movimiento de cada articulo de equipaje, cada articulo recibe una identificacion de 6 digitos y su posicion en la cinta transportadora se registra cuando entra en el sistema por primera vez. Por lo tanto, los escaneres pueden identificar que articulo de equipaje se esta escaneando a la vez y asociar los resultados del escaneado con el articulo correspondiente. Por lo tanto, los dispositivos de clasificacion tambien pueden identificar los articulos de equipaje individuales y clasificarlos en funcion de sus resultados de escaneado.
El numero de escaneres y las velocidades de las cintas transportadoras en este sistema estan dispuestos de tal manera que, si uno de los escaneres no esta funcionando, los escaneres restantes pueden procesar todo el equipaje que se esta distribuyendo al circuito 81c desde los mostradores de facturacion.
En una modificacion de esta realizacion, los dispositivos 82c, 83c, 84c de clasificacion que seleccionan que articulos se transfieren a cada escaner no son controlados por los escaneres, sino que estan dispuestos para seleccionar articulos desde el circuito 81c para distribuirlos a los respectivos escaneres a una velocidad predeterminada.
Haciendo referencia a la figura 9, un sistema en red de acuerdo con una realizacion adicional comprende tres sistemas 108 de escaneado similares a los de la figura 6, y cuatro estaciones 148 de trabajo de operador. Las salidas de imagenes de video de los tres sistemas 108 de escaneado RTT estan conectadas a traves de respectivos enlaces de video punto a punto de ancho de banda alto a conjuntos 109 de discos en tiempo real que proporcionan almacenamiento transitorio para los datos de imagenes brutos, a un conmutador 110 de video redundante. Los conjuntos 109 de discos estan a su vez conectados a cada una de las estaciones 148 de trabajo. El conmutador 110 de video es por lo tanto capaz de transmitir la salida de imagen de video sin formato desde cada uno de los sistemas 108 de escaneado desde su almacenamiento temporal a cualquiera de las estaciones 148 de trabajo, donde puede utilizarse para crear imagenes de video tridimensionales que pueden verse sin estar conectado. Las salidas del sistema de escaneado para las senales de probabilidad roja/verde y las senales de asignacion de clasificacion
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automatica estan conectadas a un conmutador Ethernet convencional redundante 112, que tambien esta conectado a cada una de las estaciones de trabajo. El conmutador Ethernet esta dispuesto para conmutar cada una de las senales de probabilidad y las senales de asignacion de clasificacion a la misma estacion 148 de trabajo que la senal de video asociada. Esto permite que los datos de imagen de las maquinas multiples junto con la asignacion automatica y las probabilidades asignadas a la asignacion, se conmuten al banco de estaciones 148 de trabajo del operador donde un operador puede monitorizar el rendimiento del sistema de inspeccion de equipaje y determinar el destino del equipaje asignado a un nivel de amenaza ambar.
Alternativamente, un sistema en red comprende un unico sistema 108 de escaneado conectado a un servidor y a una estacion 148 de trabajo. La salida de la imagen de video del sistema 108 de escaneado esta conectada a un conjunto 109 de discos en tiempo real, que proporciona almacenamiento transitorio para los datos de imagenes en bruto. El conjunto 109 de discos esta a su vez conectado a la estacion 148 de trabajo. La senal de probabilidad y las salidas de senal de asignacion se envian a la estacion 148 de trabajo junto con la salida de imagen de video asociada para ser monitorizada por un operador. El sistema de escaneado unico en red puede ser parte de un sistema en red con multiples sistemas de escaneado.
Haciendo referencia a las figuras 10 y 11, en una realizacion adicional, un escaner en linea tiene una cinta transportadora 160 tan larga como las pantallas 162de dispersion principal. En tales configuraciones de sistema independientes, el articulo para inspeccion se coloca sobre la cinta transportadora 160 y el articulo es cargado en el sistema. El articulo se escanea luego a traves de la maquina 164 de escaner y se generan las imagenes. A menudo, en los sistemas convencionales, el articulo se somete a un control previo con un sistema de rayos X de transmision simple para identificar areas de amenaza probables antes del control por tomografia computarizada de planos seleccionados en el objeto. Tales aplicaciones son simples para un sistema de enfoque multiple en tiempo real. Aqui, no se utilizaria ningun control previo y se obtendria una verdadera imagen tridimensional del item completo.
En algunas realizaciones, el lugar geometrico de los puntos de fuente en la fuente de rayos X multifocal se extendera en un arco sobre un intervalo angular de solo 180 grados mas el angulo del haz en abanico (tipicamente en el intervalo de 40 a 90 grados). El numero de puntos de fuente discretos se selecciona ventajosamente para satisfacer el teorema de muestreo de Nyquist. En algunas realizaciones, como en la de la figura 1, se utiliza un anillo completo de 360 puntos de fuente. En este caso, el tiempo de permanencia por punto de fuente aumenta en una configuracion de haz en abanico de mas de 180 para una velocidad de escaneo dada y esto es ventajoso para mejorar la relacion senal a ruido de la imagen reconstruida.
El sistema de escaner de la figura 1 es un sistema de escaner integrado, en el que las unidades 18, 30, 32, 34 de control, procesamiento, suministro de potencia y refrigeracion estan alojadas en una unidad con el sistema 8 de escaneado y el control 22. Haciendo referencia a la figura 12, en una realizacion adicional se proporciona un sistema modular en el que algunos, o todos, los soportes 218, 230, 232, 234 de control, procesamiento, suministro de energia y enfriamiento estan ubicados remotamente desde la unidad 208 de escaneado que comprende fuente de rayos X multifocal y conjunto de sensores. Es ventajoso utilizar un diseno modular para facilitar una instalacion facil, particularmente en entornos de salas de manipulacion de equipaje, donde los sistemas pueden estar suspendidos del techo o en regiones con acceso restringido. Alternativamente, se puede configurar un sistema completo como una unidad integrada con las unidades del subconjunto co-ubicadas en un unico alojamiento.
En algunas realizaciones, incluida la de la figura 1, se utiliza un unico anillo detector de rayos X. Esto no es costoso de construir y proporciona un rendimiento adecuado de senal a ruido incluso a altas velocidades de escaneado de imagenes con un algoritmo de reconstruccion de imagen de haz en abanico simple. En otras realizaciones (particularmente para diametro de circulo de reconstruccion de imagen grande) es preferible utilizar un conjunto de sensores de multiples anillos con una pluralidad de grupos de sensores circulares o parcialmente circulares dispuestos adyacentes entre si, espaciados a lo largo del eje del sistema desde la fuente. Esto permite utilizar un algoritmo de reconstruccion de imagenes de haz conico mas complejo en el sistema de procesamiento. El uso de un sensor de multiples anillos aumenta el tiempo de permanencia por punto de fuente, lo que resulta en un tamano de senal integrado mayor y la consiguiente mejora en la relacion senal a ruido en la imagen reconstruida.
Es central para el diseno de las realizaciones descritas anteriormente, que utilizan un sistema de tomografia computarizada basada en fuente de rayos X multifocal, la relacion entre la velocidad de rotacion angular de la fuente y la velocidad del sistema de cinta transportadora que pasa a traves del escaner. En el limite de que la cinta transportadora sea estacionaria, el grosor del corte reconstruido de la imagen esta determinado por completo por el tamano del foco de rayos X y el area de los elementos individuales del conjunto de detectores de rayos X. A medida que la velocidad de la cinta transportadora aumenta desde cero, el objeto bajo inspeccion pasara a traves del corte de imagenes durante la rotacion del haz de rayos X y se introducira un desenfoque adicional en la imagen reconstruida en la direccion del grosor del corte. Idealmente, la rotacion de la fuente de rayos X sera rapida en comparacion con la velocidad de la cinta transportadora, de modo que se minimizara el desenfoque en la direccion del grosor del corte.
Un sistema de tomografia computarizada multifocal basado en fuente de rayos X para inspeccion de equipaje proporciona una buena relacion entre la velocidad de rotacion de la fuente angular y la velocidad lineal de la cinta
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transportadora para la deteccion de alta probabilidad de materiales y objetos peligrosos en el articulo bajo inspeccion. Como ejemplo, en la realizacion de la figura 1, la velocidad de la cinta transportadora es de 0,5 m/s, como es comun en los sistemas aeroportuarios. La fuente puede lograr 240 rotaciones de fuente sobre la cinta transportadora por segundo, por lo que el objeto que se esta inspeccionando se movera una distancia de 2,08 mm a traves del corte de imagenes durante el escaneo. En un sistema convencional con rotacion de fuente de 4 revoluciones por segundo, el objeto inspeccionado se movera una distancia de 62,5 mm a traves del corte de imagenes durante el escaneo a la misma velocidad de cinta.
El objetivo principal de un sistema de inspeccion para la deteccion de materiales peligrosos es detectar con precision la presencia de materiales peligrosos y pasar como no sospechoso a todos los demas materiales. Cuanto mayor es el desenfoque en la direccion del corte causado por el movimiento de la cinta transportadora durante un escaneo, mayor es el artefacto de volumen parcial en el pixel de la imagen reconstruida y menos precisa es la densidad de la imagen reconstruida. Cuanto menor es la precision en la densidad de imagen reconstruida, mas susceptible es el sistema de proporcionar una alarma en materiales no peligrosos y de no generar una alarma real en materiales peligrosos. Por lo tanto, un sistema de tomografia en tiempo real (RTT) basado en tecnologia de fuente de rayos X multifocal puede proporcionar una capacidad de deteccion de amenazas considerablemente mejorada a velocidades de transporte rapidas que los sistemas convencionales de rayos X mecanicamente rotados.
Debido al uso de un anodo arqueado extendido en una fuente de rayos X multifocal, es posible conmutar la fuente de electrones de manera que salte alrededor de la longitud completa del anodo en lugar de escanear secuencialmente para emular la rotacion mecanica observada en los sistemas de tomografia computarizada convencionales. Ventajosamente, el foco de rayos X se conmutara para maximizar la distancia de la posicion de irradiacion del anodo actual desde todas las posiciones de irradiacion previas con el fin de minimizar la carga termica instantanea en el anodo. Tal dispersion instantanea del punto de emision de rayos X es ventajosa para minimizar el efecto de volumen parcial debido al movimiento de la cinta transportadora, mejorando aun mas la precision de los pixeles reconstruidos.
La alta resolucion temporal de los sistemas RTT permite alcanzar un alto nivel de precision en la deteccion automatizada de amenazas. Con este alto nivel de precision, los sistemas RTT pueden ser accionados en modo sin supervision, produciendo una indicacion simple de salida de dos estados, con un estado correspondiente a una asignacion verde o segura y el otro a una asignacion roja o no segura. Las bolsas verdes se limpian para el transporte posterior. Las bolsas rojas representan un alto nivel de amenaza y deberian reconciliarse con el pasajero y al pasajero prohibirsele viajar.
Se describiran ahora otras realizaciones de la invencion en las que los datos relacionados con la dispersion de rayos X asi como los relativos a los rayos X transmitidos se registran y se utilizan para analizar los articulos de equipaje escaneados.
Haciendo referencia a la figura 13, cuando un haz 300 de rayos X pasa a traves de un objeto 302, algunos de los rayos X se transmiten directamente a traves de este, y salen del objeto desplazandose en la misma direccion en la que entraron. Algunos de los rayos X estan dispersos a traves de un angulo de dispersion 0, que es la diferencia entre la direccion en la que entran al objeto y la direccion en la que lo dejan. Como es bien sabido, existen dos tipos de dispersion que ocurren: dispersion coherente o de Bragg, que se concentra alrededor de angulos de dispersion de 5°, tipicamente en el intervalo de 4° a 6°, y dispersion incoherente o Compton en la que los rayos X se dispersan a traves de angulos mas grandes. La dispersion de Bragg aumenta linealmente con el numero atomico del objeto y obedece a la formula:
nX = 2d sen 0
donde:
n es un entero,
X es la longitud de onda de los rayos X, d es la distancia interatomica en el objeto.
Por lo tanto, la cantidad de dispersion de Bragg proporciona informacion sobre la estructura atomica del objeto. Sin embargo, no varia suavemente con el numero atomico.
La cantidad de dispersion de Compton depende de, y varia suavemente con, la densidad de electrones del objeto y, por lo tanto, la cantidad de dispersion en angulos de dispersion mayores proporciona informacion sobre la densidad de electrones del objeto y, por lo tanto, sobre su numero atomico.
Haciendo referencia a la figura 14, un sistema de escaneado de seguridad de acuerdo con una realizacion adicional de la invencion comprende una fuente 410 de rayos X multifocal que es la misma que la de la figura 1, y un conjunto
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412 de detectores circulares y una cinta transportadora 420 que tambien son los mismos que los de la figura 1. Sin embargo, en esta realizacion, el sistema comprende un conjunto cilindrico adicional de detectores 422 que tambien se extiende alrededor de la cinta transportadora en el mismo radio que el conjunto 412 de detectores circulares pero en el otro lado axialmente de la fuente 410. Mientras que el conjunto de detectores circulares esta dispuesto para detectar rayos X transmitidos a traves del objeto 426, el conjunto 422 de detectores cilindricos esta dispuesto para detectar rayos X dispersados en el objeto. El conjunto 422 de detectores de dispersion esta compuesto de varios conjuntos circulares o anillos 422a, 422b de detectores, y los detectores en cada anillo estan igualmente espaciados alrededor de la cinta transportadora de modo que estan dispuestos en varias filas rectas que se extienden en la direccion axial del escaner.
Los detectores en el conjunto 422 de detectores de dispersion son detectores de resolucion de energia tales que las interacciones de rayos X individuales con cada detector producen una salida de detector que es indicativa de la energia de los rayos X. Dichos detectores pueden fabricarse a partir de materiales semiconductores de banda prohibida estrecha III-V o II-IV tales como GaAs, Hgl, CdZnTe o CdTe, un semiconductor de brecha estrecha como Ge, o un detector de centelleo compuesto tal como NaI (Ti) con lectura de tubo fotomultiplicador.
Haciendo referencia a la figura 15, se proporciona un colimador 428 delante de los detectores 422 de dispersion. El colimador 428 proporciona una barrera que evita que los rayos X lleguen a cada detector a menos que provenga de una direccion de recepcion particular. Para cada detector en el conjunto 422, la direccion de recepcion pasa a traves del eje longitudinal central X-X del escaner, como se puede ver en la figura 16. Sin embargo, la direccion de recepcion no es perpendicular al eje X-X, sino que esta inclinada a aproximadamente 5° con respecto al plano de los anillos 422a, 422b de detector en la direccion hacia la fuente 410, como se puede ver en la figura 15.
Haciendo referencia a la figura 15, se apreciara que los rayos X incidentes en cualquiera de los detectores del conjunto 422 deben haberse dispersado desde un pequeno subvolumen respectivo dentro del volumen de imagen delgada que se encuentra en la trayectoria del haz de rayos X y en la linea de la direccion de recepcion desde el detector 422. Para cualquiera de los rayos X dispersados de forma coherente, la posicion axial del detector que la detecta estara determinada por la distancia desde el punto de fuente de rayos X activo en el que se produjo la dispersion. Los detectores mas cercanos a la fuente 410 en la direccion axial detectaran los rayos X dispersos mas alejados del punto de fuente de rayos X activo. Por ejemplo, los rayos X dispersados desde el punto x, que esta mas cerca del punto de fuente 410a de rayos X activo, seran detectados por un detector mas alla de la fuente 410 que los rayos X dispersados desde el punto z que esta mas lejos del punto de fuente de rayos X activo. Por lo tanto, en cualquier momento, cuando se puede identificar el punto de fuente de rayos X activo, la posicion axial del detector que detecta los rayos X dispersos puede utilizarse para determinar la posicion de la dispersion a lo largo de la direccion del haz de rayos X.
Tambien se apreciara en la figura 15 que, para que este sistema funcione, es importante que el haz de rayos X se enfoque de forma estrecha en la direccion axial del escaner. La extension del haz en la direccion transversal, por ejemplo el uso de un haz en abanico extendido en la direccion transversal aun permitira este posicionamiento de eventos de dispersion coherente.
Haciendo referencia a la figura 16, debido a que el colimador 428 se dirige hacia el eje del escaner, los rayos X de un punto de fuente activo 410a que experimentan dispersion coherente solo seran detectados por la fila de detectores 422a que esta en el lado opuesto del eje de escaner al punto de fuente activo, y posiblemente una o mas de las filas cercanas a el en cada lado dependiendo de cuan estrechamente enfocado este el colimador. Si los rayos X estan confinados a un haz de "lapiz" estrecho y recto, entonces no se detectaran en absoluto los rayos X que esten dispersos incoherentemente a traves de angulos mas grandes, ya que seran cortados por el colimador 428. Un ejemplo de tales rayos X se muestra con la flecha 'a' en la figura 16. Sin embargo, si se produce un haz en abanico de rayos X desde el punto de fuente activo 410a, que se extiende a traves del corte de volumen de formacion de imagenes en la direccion perpendicular al eje del escaner, los rayos X dirigidos mas alla del eje del escaner pueden sufrir dispersion incoherente y alcanzar los detectores a cada lado de la fila 422a opuesto al punto de fuente activo. Los ejemplos de tales rayos X se muestran con las flechas b y c. Se observara que, para alcanzar cualquier detector 422b, el evento de dispersion debe tener lugar en el plano que pasa a traves del eje del escaner y de ese detector 422b. Esto significa que, para un punto de fuente activo dado y un detector particular, la posicion del evento de dispersion de un rayo X detectado puede identificarse como que esta en el plano que pasa por el eje del escaner y ese detector. Si se determina la posicion exacta del evento de dispersion, entonces se necesita otra informacion. Por ejemplo, si esta disponible la informacion con respecto a la posicion de los objetos dentro del volumen de formacion de imagenes, por ejemplo a partir de datos de imagenes tomograficas, entonces la dispersion puede asociarse con el objeto mas probable, como se describira con mas detalle a continuacion.
A partir de los datos de dispersion de Bragg, para cada evento de dispersion detectado, la combinacion de la energia de rayos X y el angulo de dispersion se puede utilizar para determinar la distancia interatomica d del material en el que tuvo lugar el evento de dispersion. En la practica, se puede suponer que el angulo de dispersion es constante y la energia utilizada para distinguir entre diferentes materiales. Para la dispersion de Compton, el nivel de dispersion de cada volumen del volumen de escaneado proporciona una indicacion de la densidad del material en ese volumen. La relacion de Compton a la dispersion coherente tambien puede determinarse y utilizarse como un
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parametro adicional para caracterizar el material del objeto representado.
Debido al corto tiempo de permanencia para cada punto de fuente de rayos X, el numero de rayos X dispersos detectados para cada punto de fuente siempre sera muy bajo, tipicamente menor que cinco. Para formar una senal de dispersion razonable y coherente, es necesario recopilar datos de dispersion para todos los puntos de fuente dentro de un escaneo tomografico y luego acumular los resultados para cada subvolumen del volumen de imagen. Para un escaner con 500 puntos de fuente y un promedio de un resultado de dispersion de difraccion coherente por subvolumen por escaneo, luego de la acumulacion del conjunto de datos, cada subvolumen tendra 500 resultados asociados, correspondientes a 500 eventos de dispersion dentro de ese subvolumen. Un subvolumen tipico ocupa un area dentro del plano de imagen de unos pocos centimetros cuadrados, con un grosor de volumen de unos pocos milimetros.
Haciendo referencia a la figura 17, el sistema de adquisicion de datos dispuesto para acumular datos desde el conjunto 422 de detectores de dispersion del escaner de las figuras 14 a 16 comprende un analizador multicanal 500 asociado con cada uno de los detectores 422. Cada MCA 500 esta dispuesto para recibir las senales de salida del detector, y asigna cada uno de los rayos X detectados a uno de una serie de intervalos o canales de energia de rayos X, y envia una senal indicativa del intervalo de energia en el que los rayos X detectados caen. Un multiplexor 502 esta dispuesto para recibir las salidas de cada uno de los MCA 500. Tambien se proporciona una tabla 504 de consulta que tiene entradas que, para un punto de fuente y detector dados, identifican el subvolumen dentro del volumen de formacion de imagenes en el que se dispersaron los rayos X. El sistema comprende ademas una memoria 506 de imagenes que incluye varias areas 508 de memoria, cada una de las cuales esta asociada a un subvolumen respectivo dentro del plano de formacion de imagenes del escaner.
Los datos se cargan en cada area 508 de memoria automaticamente por el multiplexor 502 bajo la direccion de la tabla 504 de consulta. La tabla de consulta se carga con coeficientes antes del escaneado que mapean cada combinacion de detector 422 y MCA 500 a una ubicacion 508 de imagen respectiva, una entrada de tabla de consulta por posicion de fuente de rayos X. Esos pixeles, es decir detectores 422, que estan en la direccion hacia adelante, es decir, sustancialmente en la direccion en que el foton se desplaza desde la fuente antes de cualquier interaccion, se supone que registran fotones de dispersion coherentes en angulos de haz pequenos de aproximadamente 4-6 grados. Se supone que los pixeles 422 que no estan en la direccion de avance registran fotones dispersos incoherentes debido al efecto de dispersion de Compton. Por lo tanto, la memoria 506 de imagenes es realmente "tridimensional" - dos dimensiones representan la ubicacion en la imagen, mientras que la tercera dimension contiene espectros de energia dispersa para dispersion coherente (lo 8 bits) e incoherente (hi 8 bits). La tabla 504 de consulta tambien instruira al multiplexor 502 en cuanto al tipo de datos que se recopilan para cada MCA 500 en cada proyeccion, de modo que se llene el espacio de memoria apropiado.
Una vez que los datos de dispersion se han recopilado para un escaneo dado, los datos se transfieren y se sincronizan mediante un secuenciador 510 de proyeccion, con el sistema principal 512 de adquisicion de datos RTT, que se describe anteriormente con referencia a la figura 4. Por lo tanto, los datos de imagen reconstruidos y los datos de dispersion se pasan simultaneamente al sistema de deteccion de amenazas, que puede utilizarlo para determinar los parametros adecuados para el analisis.
Para cada escaneo, los datos de imagen tomografica de los detectores 412 de transmision producen datos relacionados con la atenuacion de rayos X para cada pixel de la imagen, que a su vez corresponde a un subvolumen respectivo del volumen de formacion de imagenes tomograficas. Esto se obtiene como se describio anteriormente con referencia a la figura 4. Los datos de los detectores 422 de dispersion proporcionan, como se describio anteriormente, datos relacionados con la cantidad de dispersion coherente dentro de cada subvolumen, y datos relacionados con la cantidad de dispersion incoherente dentro de cada subvolumen. Por lo tanto, estos datos pueden analizarse en un procesador de deteccion de amenazas similar al de la figura 5. En este caso, los parametros de los datos que se extraen pueden relacionarse con los datos de imagen o los datos de dispersion o combinaciones de dos o mas tipos de datos. Los ejemplos de parametros que se extraen de los datos son la relacion de dispersion coherente a incoherente, tipos de material como los determinados a partir de datos de dispersion coherentes, densidad de material como la determinada a partir de datos de dispersion incoherentes, correlacion de valores de pixeles de imagen de CT con datos de dispersion. Tambien se pueden determinar parametros para los datos de dispersion correspondientes a los descritos anteriormente para los datos de transmision.
Haciendo referencia a la figura 18, en una realizacion adicional, los detectores 512 de transmision que se utilizan para generar los datos de imagenes tomograficas estan dispuestos para medir la transmision de rayos X a traves de diferentes intervalos de energia. Esto se logra teniendo dos conjuntos de detectores 512a, 512b, formando cada uno un anillo alrededor de la cinta transportadora. Los dos juegos estan en ubicaciones axiales diferentes a lo largo de la direccion de desplazamiento de la cinta transportadora, en este caso adyacentes entre si en la direccion axial. El conjunto primero 512a no tiene filtro delante, pero el conjunto segundo 512b tiene un filtro metalico 513 colocado entre el y la fuente 510 de rayos X. El conjunto primero de detectores 512a por lo tanto detecta rayos X transmitidos en un amplio intervalo de energia, y el conjunto segundo 512b detecta rayos X solo en una parte mas estrecha de ese intervalo en el extremo de alta energia.
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A medida que el artfculo que se va a escanear se mueve a lo largo de la cinta transportadora, cada volumen delgado o corte del mismo se puede escanear una vez utilizando el conjunto primero de detectores 512a y luego escanear de nuevo utilizando el conjunto segundo 512b. En la realizacion mostrada, la misma fuente 510 se utiliza para escanear dos volumenes adyacentes simultaneamente, con datos para que cada uno de ellos sea recopilado mediante uno de los conjuntos detectores 512a, 512b respectivos. Despues de que un volumen del artfculo haya pasado por ambos conjuntos de detectores y se haya escaneado dos veces, se pueden formar dos conjuntos de datos de imagen utilizando los dos intervalos de energia de rayos X diferentes, cada imagen incluyendo datos de transmision (y por lo tanto atenuacion) para cada pixel de la imagen. Los dos conjuntos de datos de imagen se pueden combinar sustrayendo el del segundo conjunto de detectores 512a desde el primero 512b, dando como resultado los datos de imagen correspondientes para el componente de rayos X de baja energia.
Los datos de transmision de rayos X para cada intervalo de energia individual, y la diferencia entre los datos para dos intervalos diferentes, como la alta energia y la baja energia, se pueden registrar para cada pixel de la imagen. Los datos se pueden utilizar para mejorar la precision de las imagenes de TC. Tambien se puede utilizar como un parametro adicional en el algoritmo de deteccion de amenazas.
Se apreciara que pueden utilizarse otros metodos para obtener datos de transmision para diferentes intervalos de energias de rayos X. En una modificacion del sistema de las figuras 18 y 19, se pueden utilizar filtros equilibrados en los dos conjuntos de detectores. Los filtros se seleccionan de manera que haya una ventana estrecha de energias que es pasada por ambos. Los datos de imagen para los dos conjuntos de detectores se pueden combinar para obtener datos de transmision para la ventana de energia estrecha. Esto permite obtener imagenes quimicas especificas. Por ejemplo, es posible crear imagenes especificas de huesos utilizando filtros equilibrados alrededor de la energia de calcio de borde de K. Claramente, estos datos quimicos especificos se pueden utilizar de manera efectiva en un algoritmo de deteccion de amenazas.
En una realizacion adicional, en lugar de utilizar filtros separados, se utilizan dos conjuntos de detectores que son sensibles a diferentes rayos X de energia. En este caso, se utilizan detectores apilados, que comprenden un detector frontal delgado que es sensible a rayos X de baja energia pero que permite que pasen rayos X de mayor energia a traves de el y un detector de apoyo grueso sensible a los rayos X de alta energia que atraviesan el detector frontal. De nuevo, los datos de atenuacion para los diferentes intervalos de energia se pueden utilizar para proporcionar datos de imagen especificos de energia.
En una realizacion adicional, se toman dos escaneos de cada corte del objeto con dos energias de haz de rayos X diferentes, logradas utilizando diferentes tensiones de tubo en la fuente de rayos X, por ejemplo 160 kV y 100 kV. Las diferentes energias producen espectros de energia de rayos X que se desplazan entre si. Como los espectros son relativamente planos en una parte del intervalo de energia, los espectros seran similares en gran parte del intervalo. Sin embargo, parte del espectro cambiara significativamente. Por lo tanto, la comparacion de imagenes para los dos voltajes de los tubos se puede utilizar para identificar las partes del objeto donde la atenuacion cambia significativamente entre las dos imagenes. Por lo tanto, identifica las areas de la imagen que tienen una alta atenuacion en la parte estrecha del espectro que cambia entre las imagenes. Esta es, por lo tanto, una forma alternativa de obtener datos de atenuacion especificos de energia para cada uno de los subvolumenes dentro del volumen escaneado.
Haciendo referencia a la figura 20, de acuerdo con la invencion, se producen dos espectros de energia de rayos X diferentes proporcionando un anodo 600 en el tubo de rayos X que tiene areas 602, 604 de destino de dos materiales diferentes. En este caso, por ejemplo, el anodo comprende una base 606 de cobre con un area 602 de destino de tungsteno y una 604 de uranio. La fuente de electrones 610 tiene una serie de puntos 612 de fuente que se pueden activar individualmente. Se proporciona un par de electrodos 612, 614 en lados opuestos de la trayectoria del haz 616 de electrones que se puede controlar para encender y apagar un campo electrico para controlar la trayectoria del haz de electrones de modo que golpee uno u otro de las areas 602, 604 de destino. El espectro de energia de los rayos X producidos en el anodo variara dependiendo de cual de las areas de destino es golpeada por el haz 616 de electrones.
Esta realizacion utiliza una fuente de rayos X similar a la de la figura 1a, con las diferentes areas de destino formadas como bandas paralelas que se extienden a lo largo del anodo 27. Para cada punto de fuente de electrones activo, pueden producirse dos espectros de rayos X diferentes dependiendo de que material de destino se utilice. La fuente se puede disponer para cambiar entre las dos areas de destino para cada punto de fuente de electrones mientras esta activo. Alternativamente, el escaneo a lo largo del anodo 27 se puede realizar dos veces, una para un material de destino y una para el otro. En cualquier caso, se pueden necesitar mas alambres de enfoque del haz de electrones para garantizar que solo uno u otro de los materiales de destino sea irradiado por el haz de electrones de una vez.
Dependiendo del angulo en el que se extrae el haz de rayos X del anodo, los haces de las dos areas 602, 604 de destino pueden estar dispuestos en algunos casos para pasar por el mismo volumen de formacion de imagenes y ser detectados por un conjunto de detectores comun. Alternativamente, pueden disponerse para pasar a traves de cortes adyacentes del volumen de formacion de imagenes y detectarse mediante conjuntos de detectores
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separados. En este caso, las partes del articulo representado pueden escanearse dos veces a medida que el articulo pasa a lo largo de la cinta transportadora de una manera similar a la disposicion de la figura 18.
Haciendo referencia a la figura 21, en una realizacion adicional, se proporcionan dos conjuntos de detectores en un unico escaner, adyacentes entre si en la direccion axial, uno 710 correspondiente a la de la figura 1 y que esta dispuesto para formar una imagen RTT, y el otro, 712, que tiene una resolucion mas alta y esta dispuesto para producir una imagen de proyeccion de alta resolucion del objeto escaneado. En esta realizacion, el conjunto 712 de detectores de alta resolucion comprende dos conjuntos lineales paralelos 714, 716, cada uno dispuesto para detectar rayos X a una energia diferente, de modo que se puede producir una imagen de proyeccion de energia dual. En la realizacion de la figura 22, el conjunto 812 de alta resolucion comprende dos conjuntos apilados, un conjunto delgado en la parte superior dispuesto para detectar rayos X de energia mas baja pero transparente a rayos X de energia superior y un conjunto mas grueso dispuesto debajo para detectar rayos X de energia superior. En ambos casos, los dos conjuntos de detectores estan dispuestos lo suficientemente cerca una de otra en la direccion axial para poder detectar rayos X a partir de un unico conjunto lineal de puntos de fuente.
Para proporcionar una imagen de proyeccion, los datos deben capturarse de todos los detectores en el conjunto 712, 812 de alta resolucion cuando solo esta activo un punto de fuente. Haciendo referencia a la figura 23, para hacer esto, cada detector 718, 818 en el conjunto de alta resolucion esta conectado a un integrador 750. El integrador comprende un amplificador 752 en paralelo con un condensador 754. Se proporciona un conmutador 756 de entrada entre el detector 718 y el amplificador 752, se proporciona un conmutador 758 de reinicio a traves de los terminales de entrada del amplificador, y un conmutador 759 de reinicio adicional conectado a traves del condensador 754, y se proporciona un conmutador 760 de multiplexacion entre el integrador y un convertidor de analogico a digital ADC.
En funcionamiento, aunque no se requiere que el detector 718 este activo, todos los conmutadores excepto el conmutador 760 de multiplexacion estan cerrados. Esto asegura que el condensador 754 no esta cargado y permanece asi. Entonces, al comienzo del periodo cuando se requiere que el detector reuna datos, los dos conmutadores 758, 759 de reinicio se cierran de modo que cualquiera de los rayos X detectados por el detector 718 causara un aumento en la carga en el condensador 754, que da como resultado la integracion de la senal del detector 718. Cuando finaliza el periodo de recopilacion de datos, se abre el conmutador 756 de entrada, de modo que el condensador permanecera cargado. Luego, para que la senal integrada sea leida desde el integrador, el conmutador 760 de salida se cierra para conectar el integrador al ADC. Esto proporciona una senal analogica al ADC determinada por el nivel de carga en el condensador 754, y por lo tanto indicativo del numero de rayos X que ha detectado el detector 718 durante el periodo para el que se conecto al integrador. El ADC luego convierte esta senal analogica en una senal digital para introducir en el sistema de adquisicion de datos. Para producir una sola imagen de proyeccion, todos los detectores de alta resolucion se utilizan para recopilar datos al mismo tiempo, cuando uno de los puntos de fuente de rayos X esta activo.
Haciendo referencia a la figura 24, en una realizacion adicional, cada detector 718 esta conectado a dos integradores 750a, 750b en paralelo, cada uno de los cuales es identico al de la figura 23. Las salidas de los dos integradores estan conectadas a traves de sus conmutadores 760a, 760b de salida a un ADC. Esto permite que cada integrador este dispuesto para integrar la senal del detector 718 en un punto diferente en el escaneo de la fuente de rayos X, y por lo tanto para recopilar datos para una imagen separada, las dos imagenes son desde diferentes angulos con diferentes puntos de fuente de rayos X. Por ejemplo, esto se puede utilizar para producir imagenes de proyeccion a partir de direcciones ortogonales que se pueden utilizar para construir una imagen tridimensional de alta resolucion, a partir de la cual se puede determinar la posicion de las caracteristicas en el paquete visualizado en tres dimensiones.
La imagen de alta resolucion puede ser util cuando se combina con la imagen RTT, ya que puede ayudar a identificar articulos para los que se necesita una resolucion mas alta, como alambres finos.

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Un sistema de escaneado de rayos X que comprende un escaner y medios de procesamiento, comprendiendo el escaner:
    una fuente de rayos X que tiene una pluralidad de unidades fuente que estan separadas alrededor de una region de escaneado en una disposicion substancialmente circular y pueden ser activadas individualmente, en el que cada unidad de fuente comprende una fuente de electron y dos areas de destino de diferentes materiales dispuestas para producir rayos X de dos espectros de energia diferentes; y
    detectores dispuestos para detectar los rayos X de cada una de las areas de destino para producir dos salidas de escaner respectivas;
    en el que el escaner esta dispuesto para escanear una pluralidad de regiones de un objeto, y los medios de procesamiento estan dispuestos para procesar senales de los detectores para generar una pluralidad de conjuntos de datos de imagenes tomograficas y combinar los conjuntos de datos para generar una imagen tridimensional del objeto, en el que los medios de procesamiento estan dispuestos para combinar las dos salidas del escaner para producir los conjuntos de datos de imagen.
  2. 2. - Un sistema de escaneado de rayos X de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los detectores comprenden un conjunto de detectores comun dispuesto para detectar rayos X de cada una de las areas de destino.
  3. 3. - Un sistema de escaneado de rayos X de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los detectores comprenden dos conjuntos de detectores, cada uno dispuesto para detectar rayos X desde una de las areas de destino.
  4. 4. - Un sistema de escaneado de rayos X de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto de detectores, o cada uno de ellos, es un conjunto circular.
  5. 5. - Un sistema de escaneado de rayos X de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las areas de destino estan formadas como bandas paralelas que se extienden a lo largo del anodo.
  6. 6. - Un sistema de escaneado de rayos X de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de electrones esta dispuesta para producir un haz de electrones y la fuente de rayos X comprende ademas un par de electrodos provistos en lados opuestos de la trayectoria del haz de electrones que puede controlarse para encender y apagar un campo electrico para controlar la trayectoria del haz de electrones de modo que incida en una u otra de las areas de destino.
  7. 7. - Un sistema de escaneado de rayos X de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los detectores se extienden alrededor de un volumen de escaneado y la fuente esta dispuesta para dirigir los rayos X a traves del volumen de escaneado.
  8. 8. - Un sistema de escaneado de rayos X de acuerdo con la reivindicacion 7, que comprende ademas una cinta transportadora dispuesta para transportar articulos a traves del volumen de escaneado.
  9. 9. - Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende ademas medios de procesamiento dispuestos para producir, a partir de las senales de salida del detector, datos de atenuacion indicativos del nivel de atenuacion de rayos X en una pluralidad de partes del volumen de escaneado.
  10. 10. - Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que los datos de atenuacion estan en forma de datos de imagen adecuados para producir una imagen de un articulo escaneado.
  11. 11. - Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que los datos de imagen son adecuados para producir una imagen tomografica tridimensional.
  12. 12. - Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 10 o la reivindicacion 11, que comprende ademas medios de visualizacion dispuestos para visualizar una imagen derivada de los datos de imagen.
  13. 13. - Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, que incluye medios de analisis dispuestos para analizar los datos de atenuacion y producir una senal de salida que depende de un parametro de los datos de atenuacion.
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