ES2651468T3

ES2651468T3 - Nueva modalidad de obtención de imágenes mediante la utilización de radiaciones penetrantes

Info

Publication number: ES2651468T3
Application number: ES11757406.1T
Authority: ES
Inventors: Szaboles Osvath; Krisztián SZIGETI
Original assignee: Kinepict Kft; Semmelweis Egyetem
Current assignee: Kinepict Kft; Semmelweis Egyetem
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2018-01-26
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: DK2628146T3; PT2628146T; EP2628146A2; US9200947B2; NO2628146T3; HUE035719T2; WO2012001496A3; PL2628146T3; WO2012001496A2; EP2628146B1; US20130112874A1

Abstract

Método para la obtención de imágenes de un objeto de interés utilizando radiación penetrante, caracterizado por que dicho método comprende: (a) posicionar una fuente de radiación penetrante y un detector de radiación externamente al objeto de interés y con el objeto de interés situado entre ellos; (b) proporcionar una pluralidad de mediciones de la radiación penetrante generada por la fuente de radiación penetrante y que pasa a través del objeto de interés para cada una de al menos una trayectoria lineal que se extiende desde la fuente de radiación penetrante hasta el detector de radiación e cortar el objeto de interés: (i) exponer el objeto de interés a la radiación penetrante, y (ii) detectar la radiación penetrante que pasa a través del objeto de interés a lo largo de cada uno de al menos un camino lineal, generando de este modo una pluralidad de mediciones para cada uno de el al menos un camino lineal; (c) procesar la pluralidad de medidas para cada uno de al menos un camino lineal a obtener un por lo menos un parámetro estadístico capaz de describir un ancho de una distribución temporal de la pluralidad de mediciones para cada uno de al menos un camino lineal, y (d) reconstruir la imagen del objeto de interés sobre la base del al menos un parámetro que describe la distribución de la pluralidad de mediciones, obteniendo de este modo imágenes del objeto de interés.

Description

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DESCRIPCION

Nueva modalidad de obtencion de imageries mediante la utilizacion de radiaciones penetrantes Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a equipos para la obtencion de imagenes y, mas particularmente, a un sistema y un metodo para la obtencion de imagenes de las fluctuaciones en la atenuacion de la radiacion penetrante en un objeto o un ser vivo.

Antecedentes de la invencion

Varios tipos de radiacion tienen la capacidad de penetrar a traves de objetos o del cuerpo de seres vivos. Si se utilizan correctamente, estas radiaciones ofrecen tecnicas no invasivas para crear una imagen de la estructura interna de diferentes objetos de interes, como articulos no vivos o cuerpos vivos. Cualquier radiacion penetrante se puede utilizar para obtener imagenes basadas en la atenuacion, si se dispone de soluciones tecnicas para generar, colimar, guiar y detectar la radiacion. Probablemente la radiacion penetrante mas ampliamente utilizada sea los rayos X. Otros metodos de obtencion de imagenes pueden utilizar la atenuacion de la radiacion gamma, la luz visible, la radiacion infrarroja, la radiacion de terahercios, los ultrasonidos, los haces de electrones o haces de iones, y se puede esperar un mayor desarrollo en esta area. Algunas de las tecnicas que utilizan estas radiaciones ya estan bien establecidas, mientras que algunas aun estan en desarrollo.

Las tecnicas de obtencion de imagenes basadas en la atenuacion funcionan proyectando haces de una radiacion penetrante a traves de un objeto de interes. La radiacion esta generada por una fuente de radiacion, y los haces de la radiacion generalmente son enfocados o colimados antes de pasar a traves de la region del objeto del que se va a obtener una imagen. La radiacion es atenuada por el objeto de interes, y se forma una imagen de la sombra (proyeccion) de la region de interes. Para grabar la imagen, la intensidad de la radiacion atenuada emergente puede ser detectada mediante un detector o un conjunto de elementos de deteccion. Estos detectores convierten la lectura de la intensidad en una senal, que puede ser procesada electronicamente. La imagen que representa la distribucion de la absorcion en el interior del objeto del interes puede ser reconstruida a partir de las intensidades registradas.

La figura 1 (tecnica anterior) muestra la idea basica del proceso de obtencion de imagenes anterior en un diagrama de flujo.

La etapa 102 incluye la determinacion de la atenuacion de una radiacion penetrante en un objeto de interes a lo largo de al menos una linea de proyeccion.

La etapa 106 incluye la reconstruccion de la distribucion espacial de la atenuacion del objeto en una imagen visible.

Un procedimiento de obtencion de datos tan simple, sin embargo, no permite la determinacion precisa del error de la imagen medida ni la estimacion de la variabilidad de la atenuacion en el interior del cuerpo.

Un metodo interesante de obtencion de imagenes que utiliza un haz de electrones como radiacion penetrante es la microscopia electronica. El microscopio electronico de transmision utiliza "lentes" electromagneticas para controlar el haz de electrones. El haz de electrones se hace pasar a traves de un especimen y se proyecta en un detector electronico para grabar la imagen de la sombra del especimen. Los microscopios electronicos se utilizan en el estudio de una amplia gama de especimenes organicos incluyendo especimenes biologicos tales como microorganismos, celulas, moleculas grandes, muestras de biopsias y de especimenes inorganicos, incluidos metales y cristales. La microscopia electronica ambiental es una tecnica de microscopia electronica que ofrece la ventaja de visualizar muestras biologicas en su estado hidratado nativo.

Las imagenes de proyeccion obtenidas utilizando rayos X (radiografias) han sido utilizadas en diversos campos desde el descubrimiento de los rayos X. Para muchas aplicaciones industriales, medicas o de investigacion, grabar una sombra de rayos X a lo largo de una direccion de proyeccion puede ser suficiente. En muchas utilizaciones, sin embargo, una imagen tridimensional mas detallada del objeto de interes puede ser deseable. La tomografia informatizada (TC - Computed Tomography, en ingles) combina varias proyecciones registradas desde diferentes direcciones (angulos de vision) para producir imagenes transversales del objeto de interes. Las imagenes de seccion transversal se pueden utilizar para reconstruir una imagen 3D del objeto de estudio. Las imagenes creadas en 3D o de seccion transversal se visualizan tipicamente en una pantalla de ordenador, se imprimen o se reproducen en una pelicula.

La tomografia informatizada se utiliza ampliamente en la industria, la investigacion y tambien en la obtencion de imagenes medicas. En aplicaciones medicas, la diferencia de la absorbancia de diferentes tejidos proporciona, en muchos casos, suficiente contraste para un diagnostico adecuado. Si el contraste entre diferentes tejidos no es suficiente, se utilizan agentes de contraste para facilitar el examen.

Para describir la absorcion y deteccion de diferentes radiaciones, puede ser util pensar en la radiacion como particulas. Las particulas de las ondas electromagneticas se llaman fotones. En el caso de los haces de electrones o

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iones, la naturaleza de las particulas de la radiacion es mas obvia. La intensidad de radiacion que llega a un detector es proporcional al numero de particulas que llegan al detector por unidad de tiempo. No obstante, la lectura del recuento de particulas de un detector puede variar incluso si la intensidad que llega al detector es constante. El numero real de particulas contadas fluctua alrededor de un promedio de acuerdo con la distribucion de Poisson, lo que resulta en el llamado ruido de disparo. Este efecto introduce una inexactitud teoricamente inevitable en las mediciones de intensidad de varias radiaciones penetrantes. El error adicional de los valores medidos puede ser causado por otros factores, tales como el ruido instrumental. Segun el tipo de radiacion y la contribucion de diferentes fuentes de ruido, las mediciones resultantes pueden tener una distribucion diferente en torno a un valor medio. En muchos casos se produjeron distribuciones de Poisson y Gauss (normales).

Varios documentos de patentes de la tecnica anterior intentan identificar movimientos en las proyecciones obtenidas. El objetivo de estos trabajos es encontrar proyecciones que sean grabadas en una fase especifica del movimiento (patente de U.S.A. N° 7.085.342 de Younis et al.), para eliminar aberraciones del movimiento de las imagenes (patente de U.S.A. N° 6.535.570 de Stergiopuolos et al., patente de U.S.A. N° 6.879.656 de Cesmeli et al.), o para calcular caracteristicas fisiologicamente interesantes del corazon (patente de U.S.A. N° 6.421.552 de Hsieh). Todas las tecnicas ensenadas en estos documentos de la tecnica anterior estan limitadas a extraer algunas caracteristicas de un organo que se mueve de manera periodica y producir series corregidas de aberraciones del movimiento de imagenes fijas.

Otros documentos de patentes de la tecnica anterior se dirigen a minimizar el efecto del error de medicion sobre la imagen reconstruida. Una ventaja de una mejor calidad de imagen es la posibilidad de reducir la dosis de radiacion utilizada en las imagenes. A menudo, los metodos publicados de la tecnica anterior permiten tambien una estimacion del error de la imagen. El inconveniente de estos metodos de la tecnica anterior, sin embargo, es que se basan en estimaciones teoricas de la variabilidad de los datos medidos, en lugar de en una medicion directa.

En la patente de U.S.A. N° 7.356.174, Leue y colaboradores describen un metodo para estimar el efecto de la inexactitud de la deteccion de rayos X en una imagen reconstruida. El metodo descrito en esta patente adolece de varias deficiencias. El metodo esta disenado solo para situaciones en las que las densidades de rayos X con imagenes son independientes del tiempo, y supone que los recuentos de fotones medidos siguen la distribucion de Poisson. El metodo de Leue y colaboradores no es capaz de reconstruir la imagen de las fluctuaciones de atenuacion del objeto. En realidad, dichos cambios de atenuacion pueden conducir a una reconstruccion menos precisa de la imagen mediante el metodo anterior, y/o a una estimacion menos precisa del error de la imagen.

En la patente de U.S.A. N° 7.187.794, de Liang y colaboradores describen un metodo para tratar el ruido en aplicaciones de tomografia informatizada de dosis baja. Despues de analizar repetidamente los conjuntos de datos de exploracion fantoma registrados, Liang et al. concluyen que en su caso el ruido esta cerca de una distribucion normal. Utilizando la informacion obtenida en ausencia de un paciente, este grupo propone un medio para reducir el efecto del ruido en la imagen reconstruida del paciente. El metodo de Liang y colaboradores esta disenado para obtener imagenes de estructuras estaticas, por lo que no puede visualizar movimientos o fluctuaciones en la atenuacion de los rayos X. Ademas, la reconstruccion de imagenes puede resultar menos fiable en presencia de tales cambios de atenuacion.

El metodo publicado por Fessler (patente de U.S.A. N° 6.754.298) reconstruye una imagen a partir de una pluralidad de datos de proyeccion grabados a diferentes distribuciones de energia de fotones de rayos X. De forma similar a las dos patentes descritas anteriormente, esta tecnica tambien supone un objeto de estudio estatico, y la imagen obtenida puede deteriorarse si se viola esta suposicion.

En la patente de U.S.A. N° 7.103.204, Celler y colaboradores publican un metodo para rastrear los cambios en la emision de fotones de un objeto. Sin embargo, su principal proposito es representar los movimientos como una serie de fotogramas de imagenes, en lugar de determinar la extension de los movimientos en los pixeles. Asimismo, el metodo funciona en tecnicas de obtencion de imagenes basadas en emision, y no en mediciones de transmision.

En la solicitud de patente de U.S.A. N° 2005/0.226.484, Basu y colaboradores publican un metodo para estimar la varianza de las imagenes de TC 3D generadas. Su metodo parte de la suposicion de que la varianza se origina solo en el ruido de la medicion que esta dominado por el ruido de disparo de fotones. Como consecuencia de esta suposicion, el metodo descrito en la solicitud de patente de U.S.A. N° 2005/0.226.484 es incapaz de generar imagenes que representen la fluctuacion de la atenuacion del objeto de interes.

Muchos metodos de procesamiento de imagenes (por ejemplo, la patente de U.S.A. N° 6.256.403 de Florent y colaboradores) calculan la varianza de los pixeles de las imagenes del entorno del pixel dado. El resultado de tales calculos refleja la varianza de la imagen a lo largo de las coordenadas espaciales en una region determinada, y no puede representar fluctuaciones dependientes del tiempo.

En la patente de U.S.A. N° 6.169.817, Parker y colaboradores describen un metodo de visualizacion 4D (espacio y tiempo) de datos de imagenes. La varianza espacial (regional) se calcula para fotogramas individuales de imagenes para determinar la conectividad de los pixeles en la imagen. Los cambios temporales se representan como una serie de imagenes fijas consecutivas. Este metodo tambien es incapaz de representar las fluctuaciones de la atenuacion.

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La patente N° EP 1.959.397 de O'Halloran y colaboradores se centra en la eliminacion de aberraciones del movimiento de las imagenes. El metodo utiliza la reconstruccion HYPR para representar el objeto en imagenes como una instantanea tomada en diferentes momentos durante el movimiento. Este metodo se centra en la eliminacion de aberraciones del movimiento para generar imagenes fijas, y no esta disenado para representar fluctuaciones locales.

Compendio de la invencion

El objetivo principal de la invencion es proporcionar una nueva modalidad de obtencion de imagenes que pueda representar movimientos internos o fluctuaciones de al menos un objeto de interes en imagenes. El objeto de interes puede ser un articulo no vivo, o un ser vivo, o parte de un articulo o parte de un ser vivo. Los movimientos internos se pueden representar en imagenes mediante el analisis de las fluctuaciones asociadas en la atenuacion de una radiacion penetrante.

Un objetivo adicional de la invencion es permitir una reconstruccion mas precisa de la imagen de la atenuacion media y proporcionar una mejor estimacion del error de las imagenes reconstruidas.

En una realizacion, la presente invencion proporciona un metodo para obtener imagenes de un objeto de interes utilizando radiacion penetrante, caracterizado por que dicho metodo comprende: (a) proporcionar una pluralidad de mediciones de la radiacion penetrante que pasa a traves del objeto de interes a lo largo de al menos una direccion de deteccion; (b) procesar la pluralidad de mediciones para obtener al menos un parametro estadistico capaz de describir un ancho de una distribucion temporal de la pluralidad de mediciones para cada direccion de deteccion; (c) y reconstruir la imagen del objeto de interes sobre la base del al menos un parametro que describe la distribucion de la pluralidad de mediciones, obteniendo de este modo imagenes del objeto de interes.

En otra realizacion, la presente invencion proporciona un metodo de procesamiento de imagenes para determinar el movimiento relativo de estructuras en el interior de un objeto de interes, caracterizado por que dicho metodo comprende: (a) proporcionar una pluralidad de mediciones de una radiacion penetrante a traves del objeto de interes a lo largo de al menos una direccion de deteccion; (b) procesar la pluralidad de mediciones para obtener al menos un parametro que describa la fluctuacion de la pluralidad de mediciones para cada una de las al menos una direcciones de deteccion; (c) y reconstruir una imagen del objeto de interes sobre la base del al menos un parametro, en el que dicha imagen reconstruida basada en la fluctuacion de la pluralidad de mediciones proporciona informacion sobre el movimiento relativo de estructuras en el interior del objeto de interes.

En otra realizacion, la presente invencion proporciona un sistema para reconstruir una imagen de un objeto de interes caracterizado por que dicho sistema comprende: (a) una fuente capaz de emitir sustancialmente radiacion penetrante; (b) un detector sensible a dicha radiacion penetrante, siendo dicho detector capaz de producir una pluralidad de mediciones relacionadas con la radiacion penetrante que pasa a traves del objeto de interes; (c) un medio procesador que tiene al menos un algoritmo para calcular al menos un parametro estadistico que puede describir un ancho de una distribucion temporal de la pluralidad de mediciones para cada direccion de deteccion; y (d) un medio procesador de reconstruccion de imagenes para reconstruir la imagen del objeto de interes sobre la base del al menos un parametro que describe la distribucion de la pluralidad de mediciones.

Breve descripcion de los dibujos

La invencion se describira haciendo referencia a las realizaciones mostradas en los dibujos. Debe entenderse que la intencion no es limitar la invencion solo a las realizaciones particulares mostradas, sino mas bien cubrir todas las alteraciones, modificaciones y disposiciones equivalentes posibles en el alcance.

La invencion se describira a continuacion con mas detalle, solo a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es un diagrama de flujo de la obtencion de datos y la reconstruccion de imagenes de la tecnica anterior;

la figura 2 es un diagrama de flujo general de la obtencion de datos, el procesamiento y la reconstruccion de imagenes de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la figura 3 es un diagrama de un microscopio electronico de transmision modificado de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la figura 4 es un diagrama de flujo de la obtencion de datos, el procesamiento y la reconstruccion de imagenes utilizando el sistema de imagenes electronicas de transmision representado en la figura 3;

la figura 5 es un diagrama de un sistema de tomografia informatizada de rayos X modificado de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la figura 6 es un diagrama de flujo de la obtencion de datos, el procesamiento y la reconstruccion de imagenes en el sistema de obtencion de imagenes por tomografia informatizada de rayos X representado en la figura 5;

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la figura 7 es una ilustracion a modo de ejemplo del ruido del detector, las fluctuaciones de intensidad debidas a cambios en la atenuacion de la radiacion penetrante, y la distribucion resultante de las lecturas del detector;

la figura 8A es una imagen de densidad promedio de la proyeccion a modo de ejemplo de las ruedas de un reloj obtenida con la realizacion descrita en la figura; 5;

la figura 8B es una imagen a modo de ejemplo de densidad varianza de la proyeccion de las ruedas de un reloj obtenida con la realizacion descrita en la figura 5;

la figura 8C es un aumento de una porcion de la figura 8B;

la figura 9A es una imagen a modo de ejemplo de la densidad promedio de la proyeccion del torax de una rana obtenida con la realizacion descrita en la figura 5;

la figura 9B es una imagen a modo de ejemplo de la densidad varianza de la proyeccion del torax de una rana obtenida con la realizacion descrita en la figura 5;

la figura 10A es una imagen a modo de ejemplo de la densidad promedio de la proyeccion de parte de una serpiente obtenida con la realizacion descrita en la figura 5;

la figura 10B es una imagen a modo de ejemplo de la densidad varianza de la proyeccion de parte de una serpiente obtenida con la realizacion descrita en la figura 5;

Descripcion detallada de la invencion

Descripcion general

En el presente documento, en una realizacion, se describe una nueva modalidad de obtencion de imagenes capaz de representar los movimientos internos relativos de objetos de estudio en imagenes a traves de las fluctuaciones asociadas en la atenuacion de la radiacion penetrante.

La figura 2 es un diagrama de flujo de la obtencion de datos, el procesamiento de datos y la reconstruccion de imagenes de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. Una comparacion entre el diagrama de flujo representado en la figura 2 y el mostrado en la figura 1 (tecnica anterior) ilustra tambien los cambios en la obtencion y el analisis de datos. En la realizacion de la figura 2, se pueden recopilar una pluralidad de mediciones utilizando una radiacion penetrante en un objeto de estudio a lo largo de al menos una linea de proyeccion. La distribucion temporal de la pluralidad de mediciones recopiladas puede ser caracterizada mediante el calculo de cualquier parametro estadistico adecuado. El parametro estadistico se puede utilizar para la reconstruccion de imagenes que describen la distribucion temporal calculada de la radiacion penetrante en el objeto de estudio. En una realizacion de la presente invencion, el parametro estadistico puede describir el ancho de la distribucion temporal de las mediciones. En otra realizacion de la presente invencion, el parametro estadistico puede describir el centro de la distribucion temporal de la pluralidad de mediciones. En otra realizacion, el parametro estadistico puede describir el error de un parametro estadistico que describe la distribucion temporal de la pluralidad de mediciones. Por ejemplo, el parametro estadistico que puede describir el ancho de la distribucion temporal de las mediciones puede incluir, sin limitacion, una varianza, una desviacion estandar, una desviacion esperada, una desviacion absoluta media o un momento de la distribucion de las mediciones obtenidas utilizando la radiacion penetrante. El parametro estadistico que puede describir el centro de la distribucion temporal de las mediciones puede incluir, sin limitaciones, un promedio, un modo, una media o un valor esperado de la pluralidad de mediciones. Un error de todos los parametros mencionados en este parrafo tambien se puede utilizar para la reconstruccion de imagenes.

En realizaciones de la presente invencion, la pluralidad de mediciones puede estar relacionada con la intensidad de la radiacion penetrante que pasa a traves del objeto de estudio. Por ejemplo, la pluralidad de mediciones puede incluir, sin limitacion, medidas de atenuacion de la radiacion penetrante a traves del objeto de estudio o la intensidad del campo electrico de la radiacion penetrante a traves del objeto de estudio.

Un ejemplo de radiacion penetrante puede ser utilizada con la presente invencion, incluye, sin limitacion, haces de electrones, radiacion gamma, radiacion infrarroja, infrasonido, haces de iones, microondas, ondas de radio, ondas de choque, sonido, radiacion de terahercios, ultrasonidos, radiacion ultravioleta, luz visible o rayos X.

Es posible realizar diversos cambios en las realizaciones y los metodos operativos presentados a continuacion. Toda la materia contenida en las descripciones o mostrada en los dibujos adjuntos se debe interpretar como ilustrativa y no en un sentido limitativo.

Aplicaciones

La invencion descrita en la presente memoria puede tener varias aplicaciones, algunas de las cuales se pueden describir a continuacion. Las descripciones proporcionadas a continuacion en este documento son solo para fines ilustrativos, y no deben ser tomadas como limitantes del alcance de la invencion.

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Las imageries de la fluctuacion de las deformaciones del objeto de interes pueden ser de particular importancia. El objeto de interes puede ser agitado por sonido, ultrasonido, ondas de choque, presion, etc., y se pueden grabar las fluctuaciones internas resultantes.

La obtencion de imagenes de la fluctuacion de las deformaciones puede proporcionar informacion sobre las debilidades de las estructuras fabricadas o construidas. De esta manera, las debilidades pueden descubrirse antes de que cualquier grieta de tamano medible debilite la estructura. Los metodos de obtencion de imagenes proporcionados en la presente memoria pueden ser particularmente utiles si un fallo de la estructura pone en riesgo la vida o la salud de los seres humanos o puede causar danos costosos.

La obtencion de imagenes de la fluctuacion puede utilizarse asimismo para mapear la deformabilidad del objeto de interes. Esto puede ser importante en muchos campos, incluida la ingenieria y la obtencion de imagenes medicas. En estas tecnicas, el objeto de interes puede estar expuesto a estres mecanico, ondas de presion, ondas de choque, vibraciones, infrasonido, sonido o ultrasonido mientras se graba una imagen de la fluctuacion. El metodo puede proporcionar un nuevo tipo de contraste de la imagen basado en la elasticidad de las diferentes partes del objeto de interes. Este metodo puede producir imagenes de diagnostico utiles incluso si la fluctuacion inherente o el movimiento de diferentes tejidos y/o depositos no se pueden visualizar directamente en una imagen de la fluctuacion.

Beneficios

La invencion descrita en el presente documento puede tener muchos beneficios economicos, tecnicos y de atencion medica. En la presente memoria se describen algunas utilizaciones y beneficios de la invencion solo con fines ilustrativos. Estas descripciones no deben ser tomadas como una limitacion del alcance de la invencion.

La obtencion de imagenes mediante radiaciones penetrantes produce varias decenas de miles de millones de dolares de venta al ano, y esta en constante aumento. Las radiaciones penetrantes que se pueden utilizar en sistemas de obtencion de imagenes medicas incluyen, entre otros, tomografia informatizada, rayos X, microanalisis, microtomografia, microtomografia electronica, microscopia ionica, partes de electronica de pruebas, etc.

Un area importante de la obtencion de imagenes es la obtencion de imagenes medicas. La calidad de la imagen puede ser importante, mientras que la dosis de radiacion en muchas aplicaciones debe mantenerse baja. A menudo, es necesario utilizar agentes de contraste para mejorar la calidad de la imagen. La venta y la utilizacion de agentes de contraste constituye un mercado de miles de millones de dolares. Ademas de esto, la utilizacion de agentes de contraste puede desencadenar reacciones no deseadas (por ejemplo, respuesta alergica), que pueden causar riesgos adicionales para el paciente.

Las modalidades existentes de la obtencion de imagenes tienen una utilizacion muy amplia en la industria, en el diagnostico medico, en la curacion y en la investigacion. La resolucion de los equipos de obtencion de imagenes mejora de manera constante. La distancia resoluble mas pequena de los microscopios electronicos ambientales modernos puede ser inferior a 1 nm, que esta en el rango del tamano de las moleculas. Las imagenes de la fluctuacion registradas en un microscopio electronico de acuerdo con una realizacion de la presente invencion pueden, por lo tanto, proporcionar informacion sobre el movimiento a escala molecular relativo del objeto de interes. La distancia resoluble mas pequena para la tomografia informatizada de rayos X medica puede ser tan pequena como 0,2 mm, mientras que la resolucion de la tomografia informatizada de pequenos animales puede ser de 0,05 mm. Este es aproximadamente el rango de tamano de las celdas individuales. Las imagenes de la fluctuacion de la tomografia informatizada de rayos X obtenidas de acuerdo con la presente invencion pueden reflejar los movimientos celulares relativos de los tejidos.

Debido a la alta resolucion espacial de la tomografia informatizada de rayos X medica, los movimientos relativos a nivel celular pueden hacerse visibles, lo que puede tener un impacto en el diagnostico de muchas enfermedades, asi como en la planificacion, la monitorizacion y el control del tratamiento. En la actualidad, la tomografia informatizada de rayos X es demasiado lenta para el seguimiento directo de muchos movimientos. Ademas, una repetida obtencion de imagenes del cuerpo humano podria dar como resultado dosis de radiacion mas elevadas y mayores riesgos asociados para la salud.

Un objetivo de la invencion descrita en el presente documento puede ser introducir una nueva modalidad de obtencion de imagenes. Esta nueva modalidad puede registrar y analizar las fluctuaciones de la atenuacion de la radiacion penetrante en un objeto de interes. Otro objetivo de la presente invencion puede ser proporcionar una nueva y mejor estimacion de la imagen media de la atenuacion y de la imprecision de la imagen media de la atenuacion.

Los nuevos metodos divulgados de la presente invencion pueden no requerir la utilizacion de una dosis mayor de radiacion. La cantidad de radiacion que se puede utilizar en las versiones actuales de los instrumentos de obtencion de imagenes (o incluso menos) se puede dividir en una pluralidad de mediciones, para registrar una pluralidad de lecturas. Las lecturas pueden utilizarse para determinar como antes tanto el ancho de las lecturas como el valor esperado de las lecturas (o promedio, o suma, o cualquier parametro estadistico equivalente).

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La invencion descrita puede resultar util de varias maneras. La nueva modalidad de obtencion de imageries de la presente invencion puede dar acceso a un nuevo tipo de informacion no disponible hasta ahora. La nueva modalidad de obtencion de imagenes de la presente invencion puede mostrar asimismo nuevos esquemas de contraste de materiales que permiten una mejor visualizacion de las estructuras. La invencion puede permitir una mejor estimacion de la imagen de la atenuacion promedio, y puede hacer posible asimismo una mejor estimacion del error de la imagen de la atenuacion promedio. Estas ventajas pueden ser utiles cuando es posible utilizar radiaciones penetrantes para la obtencion de imagenes.

En muchas areas de utilizacion, no es necesario crear un nuevo mercado para la presente invencion. Los clientes interesados en la obtencion de imagenes de la atenuacion pueden encontrar util la estimacion mas precisa de la imagen de atenuacion media y la mejor estimacion de la varianza de las imagenes obtenidas de acuerdo con la presente invencion. Ademas, los usuarios anteriores de las modalidades de obtencion de imagenes existentes pueden no necesitar entrenamiento adicional para poder utilizar la nueva modalidad de obtencion imagenes de la presente invencion.

La nueva modalidad de obtencion de imagenes de la presente invencion puede introducir nuevos esquemas de contraste, que pueden permitir nuevas aplicaciones y pueden asimismo abrir nuevos mercados.

La nueva modalidad de obtencion de imagenes de la presente invencion puede requerir solo una modificacion menor de los modulos existentes de obtencion de datos y de los procedimientos de procesamiento de datos. Esto puede tener varias ventajas: i) los costes del desarrollo necesarios para integrar la nueva modalidad en equipos fabricados actualmente pueden ser pequenos; ii) la fabricacion de instrumentos en los que se ha integrado la nueva modalidad puede no ser mas costosa que los instrumentos actuales que carecen de la nueva modalidad; iii) el cambio a instrumentos de fabricacion con la nueva modalidad incorporada puede no requerir grandes cambios en los procedimientos de produccion; iv) las modificaciones requeridas para la nueva modalidad y los nuevos metodos se pueden agregar de forma economica a los dispositivos de obtencion de imagenes instalados anteriormente. Los nuevos metodos de la presente invencion pueden ser instalados asimismo para clientes establecidos.

Tambien se puede utilizar una mejor estimacion del error de la imagen para una mejor eliminacion del ruido de las imagenes promedio. En la obtencion de imagenes medicas, una mejor estimacion de la imagen promedio puede producir una mejor calidad de la imagen, lo que puede permitir la reduccion de la exposicion de los pacientes a la radiacion utilizada para la obtencion de imagenes. Una mejor estimacion del error de la imagen tambien puede ayudar a optimizar la intensidad de la radiacion y el tiempo de medicion necesarios para obtener la informacion del diagnostico. Esto, a su vez, puede ayudar a evitar dosis innecesarias para el paciente. Los nuevos esquemas de contraste de materiales tambien pueden permitir la reduccion de las dosis de los pacientes en los casos en que la obtencion de imagenes es tradicionalmente dificil debido al bajo contraste entre los tejidos.

Los nuevos esquemas de contraste pueden permitir asimismo la utilizacion de materiales de contraste de doble modalidad. Los agentes de contraste MRI (tales como los compuestos de Gd o FenOm) tambien pueden servir como agentes de contraste para las detecciones de la fluctuacion mediante rayos X. La utilizacion de tales agentes de contraste doble puede reducir la necesidad de agentes de contraste en la modalidad dual de mediciones de MRI y CT de rayos X, o mejorar la calidad de la imagen de rayos X sin la utilizacion de materiales de contraste adicionales.

Las imagenes de la fluctuacion pueden encontrar varias aplicaciones importantes en el campo de la tomografia informatizada medica. Diferentes tejidos pueden mostrar un grado diferente de movimiento y fluidez. Estos movimientos tambien pueden tener un tiempo - recorrido diferente. Las divisiones mas rapidas pueden mostrar mas fluctuaciones, mientras que los depositos no vivos pueden estar practicamente fijos. Por lo tanto, una imagen que muestre la extension o la velocidad de las fluctuaciones se puede utilizar de manera efectiva para diagnosticar varias enfermedades.

Por ejemplo, las imagenes de la atenuacion de fluctuacion obtenidas de acuerdo con la presente invencion pueden tener varias ventajas sobre el registro solo de la imagen de atenuacion media. Las imagenes de la fluctuacion pueden ser menos sensibles a la presencia de atenuaciones de fondo relativamente altas. En las imagenes que representan solo la atenuacion media, las caracteristicas que proporcionan una modulacion pequena de la atenuacion media pueden no ser discernibles si existe una alta atenuacion del fondo. Las imagenes de la fluctuacion pueden eliminar el fondo medio y pueden permitir la visualizacion de partes, lo que puede proporcionar una pequena contribucion a la fluctuacion. La nueva modalidad propuesta de obtencion de imagenes de la presente invencion introduce de este modo un nuevo contraste basado en la fluctuacion. Un mejor contraste puede dar como resultado una mejor calidad de la imagen y la posibilidad de reducir la dosis del paciente. Por lo tanto, la introduccion de la nueva modalidad puede reducir los riesgos del examen.

El cancer es una de las principales causas de muerte en humanos. Causo alrededor del 13% de las muertes en 2007, lo que significa que 7,6 millones de personas murieron de cancer en ese ano. El diagnostico precoz del cancer es vital para el exito del tratamiento. Aunque existen metodos para diagnosticar el cancer, un metodo mejor y/o independiente podria proporcionar una mayor sensibilidad diagnostica y, por lo tanto, un mayor exito del tratamiento. Los tejidos cancerosos se dividen mas rapido y contienen mas vasos sanguineos que los sanos. Con una temporizacion apropiada para la obtencion de datos, esto tambien puede significar fluctuaciones mayores. Estas

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diferencias entre el cancer y los tejidos sanos se pueden utilizar como una firma diagnostica de los tumores en las imagenes de la fluctuacion.

La inflamacion es la respuesta a las infecciones del sistema vascular y del sistema inmunitario. En enfermedades autoinmunes, la inflamacion ataca a los propios tejidos del paciente. Tanto en inflamaciones sanas como patologicas es importante identificar y localizar la inflamacion. Las inflamaciones tienen una tasa metabolica mas alta, con mas flujo sanguineo y la presencia de mas celulas inmunes. Todo esto puede hacer que las inflamaciones tengan una firma distinta en las imagenes de la fluctuacion.

Aproximadamente dos docenas de enfermedades humanas han sido relacionadas con la formacion de agregados de proteinas insolubles ordenados llamados amiloide. Entre las enfermedades relacionadas con la formacion de tales placas amiloides estan la enfermedad de Creutzfeldt-Jacob (la variante humana de la enfermedad de las vacas locas), la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la diabetes de tipo II. En la actualidad no existe un metodo para visualizar o rastrear la deposicion de placas amiloides. El diagnostico de las enfermedades relacionadas con el amiloide ocurre en una fase posterior, cuando los sintomas ya se hacen visibles. Las placas amiloides son inclusiones no vivas inertes. En una imagen de la fluctuacion, las placas pueden aparecer como cuerpos inmoviles, proporcionando de este modo un marcador para su identificacion. Aunque las placas y el tejido circundante se ven iguales en las imagenes que representan la media de la atenuacion, pueden separarse claramente en las imagenes de la fluctuacion.

Anteriormente se ha explicado con mas detalle la posibilidad de diagnosticar enfermedades relacionadas con el amiloide, pero los beneficios descritos en el parrafo anterior pueden utilizarse para el diagnostico de cualquier material no vivo en el interior del cuerpo. Estos incluyen, pero no se limitan a la visualizacion de cualquier estent, piedra, placa, deposito o inclusion, en cualquier parte del cuerpo.

La obtencion de una imagen de los vasos sanguineos con un contraste adecuado requiere tradicionalmente la inyeccion de agentes de contraste en el torrente sanguineo. La sangre es un tejido fluido con una variedad de celulas con diferentes tamanos que fluyen en los vasos sanguineos. A medida que las celulas se mueven con la corriente sanguinea, causan una fluctuacion en la densidad en las proyecciones registradas. En una imagen de la fluctuacion, el flujo sanguineo puede visualizarse directamente sin la utilizacion de agentes de contraste. El bombeo periodico del corazon tambien puede mover periodicamente la pared de los vasos sanguineos, lo que puede proporcionar un contraste mas nitido de las paredes de los vasos en la imagen de la fluctuacion.

La obtencion de imagenes de la fluctuacion del corazon, los pulmones u otros organos que se mueven tambien pueden ser posible, tal como se ilustra en las figuras 9 y 10. El metodo de la presente invencion no representaria el movimiento como una serie de imagenes fijas nitidas. El metodo de la presente invencion puede ser capaz de determinar la fluctuacion de la atenuacion en cada punto. Los metodos de la presente invencion pueden proporcionar informacion de diagnostico util y tambien pueden necesitar menos exposicion a la radiacion.

Tal como se muestra en los ejemplos anteriores, la nueva modalidad de obtencion de imagenes de la presente invencion puede avanzar el diagnostico de varios tipos de enfermedades, tales como cancer, afecciones del sistema vascular, enfermedades autoinmunes, amiloidosis, etc. Para muchas de estas, existe una gran y creciente demanda debido al envejecimiento de la poblacion de las sociedades occidentales. Para algunas de estas afecciones, actualmente no existe un metodo de diagnostico, por lo que la nueva modalidad puede no tener alternativas que compitan con ella.

Las imagenes de la fluctuacion se pueden utilizar asimismo para obtener imagenes de varios fenomenos fisicos o procesos de ingenieria, incluidos, entre otros, los enumerados a continuacion. Las imagenes de la fluctuacion se pueden utilizar para identificar regiones que tienen una densidad de rayos X diferente a su entorno, mientras que el objeto de estudio se puede mover en una linea de produccion. Las imagenes de las fluctuaciones pueden ser utiles para caracterizar el movimiento o la explosion del combustible en motores. Las imagenes de la fluctuacion pueden proporcionar una mejor percepcion del movimiento de fluidos en o alrededor de objetos tales como ventiladores, turbinas, alas, etc. La visualizacion del flujo puede ayudar a una mejor optimizacion de las condiciones de trabajo de los motores, plantas de energia, aviones, etc. Las imagenes de las fluctuaciones pueden ayudar asimismo a visualizar las fluctuaciones de las descargas electricas que tambien pueden contribuir a la optimizacion de la separacion entre electrodos, motores, lamparas, etc.

Varios metodos publicados se dirigen a minimizar el efecto de la imprecision de la medicion en la imagen reconstruida. En el presente documento, se proporciona un nuevo metodo para estimar tambien la precision de la imagen de la atenuacion promedio. Al manejar mejor la variabilidad de las mediciones, nuestro nuevo metodo puede producir una mejor calidad de la imagen. Esto puede permitir la reduccion de la dosis del paciente en aplicaciones medicas.

Otras realizaciones

Los expertos en la tecnica pueden idear variaciones o modificaciones al diseno y la construccion de esta invencion tras revisar esta descripcion.

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Conclusiones, ramificaciones y alcance

La descripcion proporcionada anteriormente contiene muchas especificaciones. Estas no deben ser interpretadas como limitativas del alcance de las realizaciones, sino simplemente como ilustraciones de algunas de las realizaciones actualmente preferidas.

En todos los aspectos de la presente descripcion, radiacion penetrante significa cualquier radiacion u onda que sea capaz de penetrar a traves del objeto de interes estudiado. Estas pueden incluir, pero no estan limitadas a: rayos X, radiacion gamma, luz visible, radiacion infrarroja, radiacion de terahercios, ultrasonido, haces de electrones, haces de iones, u ondas de choque.

En una realizacion, es posible utilizar una pluralidad de lecturas de detectores para obtener informacion de medicion acerca de la variacion de la intensidad de la radiacion penetrante. La pluralidad de mediciones se pueden realizar de muchas maneras. En un caso mas simple, la deteccion se puede realizar en una pluralidad de intervalos de tiempo de obtencion identicos que pueden estar separados o no por periodos de tiempo activos en los que el detector no esta recogiendo datos. Cualquier otro patron de obtencion de datos tambien se puede utilizar con exito si produce una pluralidad de datos para el calculo posterior de los parametros estadisticos necesarios. Dichos patrones de obtencion pueden incluir, pero no estan limitados a, metodos que utilizan deteccion y periodos inactivos de longitud variable, metodos que registran el tiempo de impacto de particulas individuales, o metodos que registran el tiempo transcurrido entre el impacto de las particulas individuales.

Debe entenderse que el termino "medicion" no solo seria la propia lectura del detector, sino tambien cualquier numero o parametro calculado a partir de la lectura del detector.

En los ejemplos presentados en este documento, el detector registro la intensidad de la radiacion penetrante. En lugar de intensidad, otras realizaciones pueden utilizar cualquier otra magnitud fisica que indique la intensidad de la radiacion, incluyendo, entre otros, numero de fotones, numero de electrones, numero de iones, presion, cambio de presion, velocidad de oscilacion, intensidad de campo electrico o intensidad de campo magnetico o cualquier funcion matematica de estas cantidades.

En las realizaciones presentadas, la unidad detectora registra la intensidad de la radiacion penetrante. Se pueden construir muchas otras realizaciones del detector que permitan la cuantificacion de las fluctuaciones de intensidad. Dichos metodos de deteccion incluyen, pero no se limitan a, la utilizacion de tarjetas electronicas que evaluan directamente la variacion de la senal, detectores que son sensibles a las derivadas de la intensidad de la radiacion, a la modulacion de la sensibilidad del detector o a la modulacion de la intensidad de la radiacion penetrante.

Las lecturas de detector utilizadas para la evaluacion de las variaciones de intensidad podrian realizarse con el mismo elemento de deteccion, pero esta no es una condicion necesaria. Pueden crearse realizaciones que utilizan diferentes detectores o elementos de deteccion para recopilar informacion acerca de la variacion de la intensidad de la radiacion. Las realizaciones presentadas utilizaban intensidades medidas a lo largo de la misma linea para determinar las fluctuaciones del objeto de estudio. Se contempla que las lecturas de intensidad a lo largo de lineas diferentes tambien puedan utilizarse para la reconstruccion de las imagenes de la atenuacion y la fluctuacion medias.

Las imagenes que representan las fluctuaciones en el tiempo tambien pueden producirse mediante la reconstruccion de una pluralidad de escaneos simples de imagenes y el calculo del parametro que describe la varianza temporal de la senal de las imagenes reconstruidas.

Las realizaciones representadas determinan al menos una magnitud que describe la fluctuacion de la intensidad atenuada de la radiacion penetrante. Debe entenderse que cualquier cantidad que se relacione con la atenuacion de la radiacion (transmision, absorcion, extincion, coeficiente de extincion, coeficiente de atenuacion, coeficiente de atenuacion de masa, espesor de valor medio, intensidad transmitida, cualquier combinacion matematica de estos, etc.) tambien puede ser utilizada en lugar de la atenuacion. Ademas, cualquier parametro que pueda utilizarse para describir el curso temporal y/o el tamano de las fluctuaciones tambien es adecuado. Dichos parametros incluyen, pero no estan limitados a la varianza, la desviacion estandar, la desviacion esperada, la desviacion media absoluta, cualquier momento o momento central de la distribucion, el tiempo caracteristico de las fluctuaciones, el tiempo de relajacion de las fluctuaciones, componentes de Fourier, etc.

Una realizacion de la presente invencion tiene en cuenta la distribucion de Poisson del ruido del instrumento de recuento de fotones. Esto no debe entenderse como una limitacion del alcance de las realizaciones. Esta distribucion es simplemente un ejemplo de la variacion inherente de las lecturas de los detectores, que se puede observar en ausencia de fluctuaciones en el interior del objeto de interes. Consideramos que otras realizaciones pueden tener en cuenta cualquier otra distribucion de la variacion inherente de las lecturas del detector. La variacion aleatoria inherente de las lecturas del detector puede ser determinada empiricamente, derivada teoricamente, o el resultado de una combinacion de ambas. Tambien se contempla que, en el caso de intensidades mas grandes y fluctuaciones de atenuacion mas sustanciales, esta correccion pueda ser totalmente despreciable.

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La descripcion anterior describe la presente invencion de manera general. Se puede obtener una comprension mas completa por referencia a los siguientes ejemplos especfficos. Estos ejemplos se describen unicamente a tftulo ilustrativo y no pretenden limitar el alcance de la invencion. Los cambios en la forma y la sustitucion de equivalentes se contemplan como las circunstancias pueden sugerir o hacer conveniente. Aunque se han empleado terminos especfficos en el presente documento, dichos terminos estan destinados en un sentido descriptivo y no con fines de limitacion.

EJEMPLOS

Los ejemplos se describen con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la invencion.

Ejemplo 1 - Sistema de microscopio electronico de transmision ambiental

La figura 3 ilustra un diagrama de un microscopio electronico de transmision ambiental (ETEM - Environmental Transmission Electron Microscope, en ingles) que puede ser capaz de recoger mediciones y reconstruir al menos una imagen de al menos un objeto de interes de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. El ETEM utiliza haces de electrones como radiacion penetrante para visualizar el objeto o los objetos de interes. Otras realizaciones pueden utilizar cualquier otra radiacion penetrante que incluye, pero no se limita a, radiacion gamma, radiacion infrarroja, infrasonido, haces de iones, microondas, ondas de radio, ondas de choque, sonido, radiacion de terahercios, ultrasonido, radiacion ultravioleta, luz visible. Si se utiliza otra radiacion penetrante, la conformacion del haz de radiacion puede requerir diferentes elementos (por ejemplo: un colimador, lentes, optica electronica, optica de iones, etc.).

La realizacion presentada en la figura 3 puede reconstruir al menos una imagen del objeto de interes basandose en alguno o en varios de los siguientes: la atenuacion promedio, el error de la atenuacion promedio, la fluctuacion de la atenuacion y el error de fluctuacion de la atenuacion de la absorbancia de la radiacion penetrante del objeto de interes, o cualquier otro parametro estadfstico que pueda describir la distribucion temporal de las mediciones recogidas.

En lugar de intensidad, otras formas de realizacion pueden utilizar cualquier otra magnitud ffsica que pueda estar relacionada de algun modo con la intensidad de la radiacion, incluyendo, sin limitacion, la intensidad del campo electrico, la intensidad del campo magnetico, el numero de fotones, el numero de electrones, el numero de iones, la presion, el cambio de presion o la velocidad de oscilacion. Tambien se pueden utilizar otras magnitudes que pueden estar relacionadas con la intensidad en lugar de la intensidad, tales como transmision, absorbancia, diferentes funciones de intensidad, y otros.

El sistema ilustrado de la figura 3 incluye una pistola de electrones 302 que emite un haz de electrones 304. La pistola de electrones 302 puede estar conectada a un controlador de pistola de electrones 352. El controlador de la pistola de electrones 352 puede controlar el tiempo, la intensidad y la energfa cinetica de los electrones utilizados en la obtencion de imagenes del objeto de interes.

El haz de electrones 304 puede pasar a traves de una optica electronica de condensador 306 antes de entrar en una celda ambiental 308. La optica electronica de condensador 306 puede controlarse mediante un sistema de control de optica de condensador 356. La celda ambiental 308 puede ser acoplada a un sistema de control de celda ambiental 358.

Un haz de electrones 310 alcanzara un especimen (objeto de interes) 312. El objeto de interes 312 puede ser colocado en una etapa de especimen 314 acoplada a un sistema de control de etapa de especimen 364. La celda ambiental 308 puede proporcionar una posibilidad de regular la presion y la composicion de la atmosfera de gas alrededor del objeto de interes 312 situado en el interior de la celda ambiental 308.

Una porcion de los electrones del haz 310 puede pasar a traves y alrededor del objeto de interes 312. La porcion de los electrones que puede pasar a traves del objeto de interes puede formar un haz de electrones 316, que puede caer sobre un detector 320. El haz de electrones que puede pasar a traves y alrededor del especimen 312 puede ser enfocado sobre el detector de electrones 320 mediante una optica electronica de proyeccion 318 que puede ser controlada mediante un sistema de control de optica de electrones de proyeccion 368. El detector 320 puede incluir al menos un elemento, que puede detectar electrones. El detector 320 en esta realizacion a modo de ejemplo puede ser una camara CCD unida a un cristal brillante. Otras realizaciones pueden utilizar sensores de imagen diferentes en lugar del CCD (por ejemplo, una matriz de tubos multiplicadores de fotones, o sensores CMOS, etc.). En esta realizacion, el detector 320 puede ser cualquier detector que pueda detectar el impacto de los electrones. En esta realizacion, el detector 320 de electrones puede ser controlado mediante un controlador de detector de electrones y un sistema 370 de obtencion de datos.

En realizaciones que pueden utilizar otras formas de radiacion penetrante, la radiacion puede detectarse con diferentes detectores sensibles a la radiacion real utilizada en la realizacion (por ejemplo, un multiplicador de fotones, una camara CCD, un detector piezoelectrico, etc.).

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En la realizacion a modo de ejemplo de la figura 3, el detector de electrones 320 puede producir senales electricas que pueden representar la intensidad atenuada de los haces de electrones incidentes. En esta realizacion, el controlador del detector de electrones 370 puede recibir senales electricas analogicas del detector 320 y puede convertir los datos analogicos en senales digitales para su posterior procesamiento por un medio informatico 350. Tambien se puede incorporar un convertidor de analogico a digital en el detector, para obtener datos digitales del detector. La intensidad de las mediciones detectadas por el detector 320 puede ser necesaria para reconstruir cualquier imagen del objeto de interes.

El sistema de control de la pistola de electrones 352, el sistema de control de la optica electronica del condensador 356, el sistema de control de la celula ambiental 358, el sistema de control de la etapa del especimen 364, el sistema de control de la optica de electrones de proyeccion 368, asi como el sistema de control de detector de electrones y de obtencion de datos 370 pueden ser acoplados a un ordenador 350.

En la realizacion descrita de la figura 3 varias unidades de control pueden ordenar a las subunidades del ETEM que realicen tareas relacionadas con la recopilacion y el procesamiento de datos. En una realizacion, algunos o todos los controladores pueden estar formados por varias unidades, realizando una parte de las tareas. En otra realizacion, varios de los controladores pueden estar agrupados o integrados en unidades mayores que pueden realizar las tareas de control de varias o todas las unidades de control mencionadas. En una realizacion, en lugar del ordenador 350, se puede utilizar una combinacion de una pluralidad de ordenadores digitales de proposito general y/o especificos para una aplicacion.

En la realizacion descrita de la figura 3, diferentes partes del equipo de obtencion de imagenes pueden comunicarse mediante senales electricas, pero las conexiones pueden realizarse mediante varios metodos adicionales. Se puede utilizar cualquier metodo adecuado para transferir la informacion necesaria. Por ejemplo, los datos tambien pueden ser transferidos por medio de un cable optico, o una conexion inalambrica, etc.

Los datos recopilados pueden ser transferidos al ordenador 350, y almacenados en la memoria digital del ordenador 350, o en cualquier dispositivo de almacenamiento que puede formar parte de, o estar acoplado al ordenador 350. Se puede utilizar cualquier tipo de memoria capaz de almacenar los datos recopilados. La memoria puede ser local para el sistema de obtencion de datos o puede incluir componentes remotos. El ordenador puede ser local al dispositivo de obtencion de imagenes, o puede estar alejado de el, acoplado al dispositivo de obtencion de imagenes a traves de una red o de otra conexion remota. La red puede estar asimismo conectada a un cliente o base de datos remotos. Los datos obtenidos, los parametros de la obtencion de imagenes, las imagenes reconstruidas pueden ser visualizados mediante numerosos metodos. Estos metodos incluyen, pero no se limitan a, visualizar en pantalla, imprimir en papel, diapositiva o pelicula.

El ordenador 350 puede recibir ordenes, configuraciones y parametros de escaneo de un operador que controla el sistema de obtencion de imagenes a traves de dispositivos de entrada del ordenador. El operador puede observar los datos o las imagenes reconstruidas, establecer los parametros de entrada, iniciar la obtencion de imagenes, etc. El operador puede ser local al ordenador 350, o puede estar alejado de el, conectado al ordenador 350 a traves de una red o de otra conexion remota. Una parte o la totalidad del procesamiento de datos descrito en el presente documento puede realizarse de manera remota.

En esta realizacion a modo de ejemplo, la imagen reconstruida puede visualizar la estructura interna de objetos de interes que pueden ser penetrados por haces de electrones.

La figura 4 es un diagrama de flujo que incluye etapas a modo de ejemplo para generar imagenes reconstruidas a partir de parametros estadisticos que describen la distribucion temporal de la radiacion del haz de electrones atenuado que pasa por el objeto de estudio y capturada por el detector, incluyendo, sin limitacion, el ancho de la distribucion temporal del haz de electrones atenuado, el centro de la distribucion temporal del haz de electrones atenuado y sus respectivos errores, estimados utilizando el sistema descrito en la figura 3.

En la etapa 402, se puede generar un haz de electrones 304 mediante la pistola de electrones 302; el haz 304 puede ser conformado por la optica electronica 306 del condensador en la etapa 404, y se puede hacer pasar a traves del objeto de interes 312 en la etapa 406. En la etapa 408, la porcion del haz de electrones 316 que paso a traves del objeto de interes 312 puede ser proyectada sobre el detector 320 mediante la optica electronica de proyeccion 318. En la etapa 410 se pueden recoger mediciones que representan datos de intensidad a lo largo de al menos una direccion. En la etapa 412, se puede calcular al menos un parametro estadistico que describa la distribucion temporal de las mediciones recogidas. Los ejemplos de parametros estadisticos pueden incluir la densidad promedio, la desviacion de la densidad y sus respectivos errores. En la etapa 414 se pueden reconstruir imagenes que representan al menos un parametro estadistico que describe la distribucion temporal de la densidad del haz de electrones en el objeto de interes 312.

Como resultara evidente para los expertos en la tecnica, las lecturas de la intensidad del detector 320 pueden estar sujetas a fluctuaciones. Estas fluctuaciones se pueden deber al ruido aleatorio de la medicion o a cambios reales en la atenuacion de la radiacion penetrante en el interior del objeto de interes 312. El ruido aleatorio puede provenir del ruido de disparo de Poisson de la deteccion, del ruido electronico del detector, o de piezas electronicas conectadas,

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etc. El ruido aleatorio puede no tener contenido de informacion sobre el objeto de interes 312. Las fluctuaciones que surgen de los cambios reales de la atenuacion del objeto de interes 312 pueden contener informacion importante acerca de los movimientos del objeto de interes.

La realizacion a modo de ejemplo descrita de las figuras 3 y 4 es un ETEM que puede crear una imagen que representa, por ejemplo, la intensidad media del haz de electrones y/u otra imagen que representa la fluctuacion de la intensidad.

En una realizacion, para determinar la imagen del objeto de interes 312, la realizacion presentada puede registrar la intensidad I del haz de electrones 316 que pasa a traves del objeto de interes 312 por cada pixel de la imagen. Realizar una pluralidad de detecciones de intensidad para cada pixel puede revelar que la intensidad medida I fluctua.

Si I0 indica la intensidad del haz de electrones antes del absorbente, I la intensidad despues del absorbente, y D denota la atenuacion del haz de electrones debido al absorbente, entonces:

(1) I = I0 * Exp [-D]

En el presente documento Exp [...] denota la funcion exponencial de base e. La intensidad I del haz de electrones se puede estimar mediante un detector que cuenta los electrones que inciden sobre un area superficial dada en un intervalo de tiempo dado.

En esta realizacion, se supondra que la atenuacion D para el haz de electrones sigue una distribucion normal debido a los movimientos. En dicho caso, la intensidad I seguira la distribucion log normal. En esta realizacion, tambien se supondra que la medicion de la intensidad tiene un ruido de disparo de Poisson. Teniendo en cuenta ambas fuentes de fluctuaciones, se pueden obtener las siguientes expresiones para el valor esperado y la varianza de los numeros de electrones k detectados:

(2) E (k) = I0 * Exp [Var (D)/2- E (D)],

(3) Var (k) = I0 * Exp [Var (D)/2 - 2 * E (D)] * (Exp [D] - I0 * Exp [0,5 * Var (D)] + I0 * Exp [1,5 Var (D)])

Si el valor esperado E (k) y la varianza Var (k) del recuento de electrones k son determinados de manera experimental, el valor esperado E (D) y la varianza Var (D) de la atenuacion D se pueden calcular resolviendo las ecuaciones anteriores:

(4) E (D) = Log [I0 * Sqrt [Var (k) - E (k) + E (k)2] / E (k)2],

(5) Var (D) = 2 * Log [Sqrt [Var (k) - E (k) + E (k)2] / E (k)]

donde Log [...] denota el logaritmo natural (de base e), Sqrt [...] denota la funcion raiz cuadrada.

El valor esperado E (k) y la varianza Var (k) de los recuentos de electrones son parametros que describen la distribucion teorica de los recuentos k. Estos parametros no se pueden determinar directamente, pero se pueden estimar a partir de mediciones.

La realizacion presentada puede realizar una pluralidad (n) de lecturas de recuento de electrones y puede calcular una estimacion tanto para el valor esperado E (k) como para la varianza Var (k).

Para estimar el error de la estimacion de E (k) y Var (k), se puede utilizar cualquier metodo estadistico (tal como los metodos Jackknife, bootstrapping, etc.) que permita una estimacion razonablemente precisa de los errores.

Despues de la estimacion de los errores Err (E (k)) y Err (Var (k)), las expresiones para los errores del valor esperado E (D) y la varianza Var (D) pueden obtenerse a partir de las expresiones para E (D) y Var (D). Tras simplificar las expresiones, Err (E(D)) y Err (Var(D)) se pueden calcular de la siguiente manera:

(6) Err (E(D)) = (E (k)2 - 1,855 * E (k) + 2 * Var (k)) * Var (k) / (Sqrt [n] * E(k) * (E (k)2 - E (k) + Var (k))),

(7) Err (Var (D)) = (1,71 * E (k) - 2 * Var (k)) * Var (k) / (Sqrt [n] * E (k) * (E (k)2 - E (k) + Var (k))).

Tal como se ha descrito anteriormente, la realizacion presentada puede utilizar una pluralidad de lecturas k del detector para calcular una estimacion para (1) el valor esperado E (D), (2) la varianza Var (D), (3) el error del valor esperado Err (E(D)), y (4) el error de la varianza Err (Var (D)) de la densidad D. Estas cuatro magnitudes pueden ser representadas como cuatro imagenes diferentes.

La imagen del valor esperado puede representar informacion similar a las imagenes de la microscopia electronica convencional.

La imagen de varianza puede reflejar las fluctuaciones del objeto de interes. Esta nueva modalidad puede ser utilizada para visualizar el movimiento relativo de las estructuras en el interior del objeto de estudio. La nueva

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modalidad puede proporcionar nuevos esquemas de contraste, que pueden permitir la visualizacion de estructuras que antes no se podfan resolver.

Las imagenes de error contienen informacion importante para la optimizacion de la obtencion de datos, para el analisis eficiente de las imagenes, la eliminacion del ruido, el reconocimiento automatico de formas, etc.

Se pueden prever otras formas de realizacion que pueden utilizar parametros estadfsticos diferentes para describir la lectura y/o ancho "tfpicos" de la distribucion de los datos medidos o de la atenuacion D.

Ejemplo 2 - Sistema de tomografia informatizada

La figura 5 ilustra un diagrama de otra realizacion de la presente invencion: un sistema de tomograffa de rayos X que puede utilizarse para recoger mediciones y reconstruir al menos una imagen de al menos un objeto de interes. La realizacion presentada puede reconstruir al menos una imagen de alguno o de varios de los siguientes: la atenuacion promedio, el error de la atenuacion promedio, la fluctuacion de la atenuacion y el error de fluctuacion de la atenuacion de la absorbancia de rayos X del objeto de interes, o cualquier otro parametro estadfstico que pueda describir la distribucion temporal de las mediciones recogidas.

Esta realizacion utiliza rayos X para obtener imagenes de al menos un objeto de interes. Otras realizaciones pueden utilizar cualquier otra radiacion penetrante que incluye, pero no se limita a haces de electrones, radiacion gamma, radiacion infrarroja, infrasonido, haces de iones, microondas, ondas de radio, ondas de choque, sonido, radiacion de terahercios, ultrasonido, radiacion ultravioleta, luz visible. Si se utiliza otra radiacion penetrante, la configuracion del haz de radiacion puede requerir diferentes elementos, que incluyen, sin limitacion, un colimador, lentes, optica electronica, optica de iones, etc. Si se utiliza otra radiacion penetrante, la radiacion se puede detectar con diferentes detectores sensibles a la radiacion real utilizada en la realizacion, que incluyen, sin limitacion, un multiplicador de fotones, una camara CCD, un detector piezoelectrico, etc.

El sistema ilustrado en la figura 5 puede incluir una fuente 502 que emite radiacion de rayos X 504. Se puede utilizar cualquier fuente adecuada de fotones de alta energfa. Estas fuentes alternativas pueden incluir uno o mas isotopos que emiten rayos gamma, o emisores de rayos X menos tradicionales (tales como fuentes de rayos X que utilizan nanotubos como catodo, etc.). En la realizacion a modo de ejemplo de la figura 5 la fuente de rayos X 502 puede ser tfpicamente un tubo de rayos X conectado a un controlador de fuente de rayos X 552. El controlador de fuente de rayos X 552 puede controlar el tiempo y la intensidad de la emision de la fuente de rayos X.

Adyacente a la fuente de rayos X 502 puede estar dispuesto un colimador 506, a traves del cual un haz de rayos X 508 puede alcanzar el objeto de interes 514. El colimador 506 puede ser controlado mediante un controlador de colimador 556. El objeto de interes 514 puede ser el cuerpo o parte del cuerpo de un paciente o un objeto o parte de un objeto. Tal como se describira mas adelante, otras realizaciones pueden incluir fuentes de rayos X con geometrfa diferente, que pueden utilizar o no un colimador.

La porcion del haz de rayos X 508 que puede pasar a traves o alrededor del objeto de interes es el haz de rayos X 516, que puede golpear un detector 518 de rayos X. El detector 518 puede contener al menos un elemento de deteccion, que puede ser sensible a la radiacion de rayos X. El detector 518 puede incluir un elemento brillante o un material de conversion directa. El detector 518 de rayos X en esta realizacion a modo de ejemplo puede ser una matriz de detectores, que se puede acoplar a un controlador 568 del detector de rayos X. En esta realizacion a modo de ejemplo, los elementos de deteccion de la matriz pueden producir senales electricas que representan la intensidad de los haces de rayos X incidentes. En esta realizacion a modo de ejemplo, la electronica de control 568 del detector de rayos X puede recibir tfpicamente senales electricas analogicas del detector 518 y puede convertir datos analogicos en senales digitales para su posterior procesamiento por un medio informatico 550. En una realizacion, un convertidor de analogico a digital puede ser incorporado asimismo en el detector, para obtener datos digitales directamente del detector.

Las mediciones de la intensidad realizadas por el detector 518 se pueden someter a una calibracion previa para procesar los datos para representar las integrales de lfnea de los coeficientes de atenuacion del objeto de interes escaneado. Los datos de proyeccion obtenidos se pueden filtrar a continuacion y se pueden utilizar para reconstruir al menos una imagen del area escaneada o de parte del area escaneada.

La realizacion a modo de ejemplo presentada en la figura 5 puede implicar asimismo un subsistema giratorio 510 conectado a un controlador del subsistema de rotacion 560 y un subsistema de traslacion 512 conectado a un controlador del subsistema de traslacion 562. El subsistema de rotacion 510 y el subsistema de traslacion 512 pueden permitir la recopilacion de proyecciones del objeto de interes a lo largo de diferentes direcciones.

El controlador de la fuente de rayos X 552, el controlador del subsistema de rotacion 560, el controlador de subsistema de traslacion 562, y el controlador del detector de rayos X 568 se pueden integrar en un controlador del sistema 570, que se puede acoplar al ordenador 550. En este ejemplo de realizacion, el controlador del sistema 570 puede ordenar el funcionamiento de la obtencion de imagenes, la obtencion de datos y el procesamiento de datos preliminares. Se contempla que una realizacion en la que las unidades del controlador de la fuente de rayos X 552, el controlador del subsistema de rotacion 560, el controlador del subsistema de traslacion 562 y controlador de

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detector de rayos X 568 estan construidas de varios subcontroladores que ejecutan partes de las tareas, o integradas o agrupadas de manera diferente, tambien puede ser adecuada.

El controlador del sistema 570 puede realizar varias tareas relacionadas con la recopilacion y el procesamiento de datos. El controlador del sistema 570 puede controlar la potencia de rayos X emitida por la fuente de rayos X 502. Tambien puede ordenar la obtencion de datos realizada con el detector de rayos X 518. El controlador del sistema 570 puede sincronizar el movimiento generado por el subsistema de rotacion 5l0 y el subsistema de traslacion 512 con recopilacion de datos. Tambien puede llevar a cabo diferentes tareas de filtrado y procesamiento de datos, puede ajustar los rangos dinamicos o intercalar los datos de imagenes digitales. En esta realizacion, el controlador del sistema 570 puede incluir un ordenador digital de proposito general o especifico para una aplicacion, con unidades de memoria para almacenar rutinas ejecutables, configuraciones, parametros de configuracion, datos recogidos, y otros.

Tal como se ha descrito anteriormente, el controlador del sistema 570 puede ordenar el subsistema de rotacion 510 y el subsistema de traslacion 512. El subsistema de rotacion 512 puede hacer girar la fuente de rayos X 502, el colimador 506 y el detector 518 alrededor del objeto de interes. El subsistema de traslacion 512 permite el movimiento lineal de la fuente de rayos X 502, del colimador 506 y del detector 518. El posicionamiento de la fuente de rayos X 502, del colimador 506 y del detector 518 podria incluir un portico, en cuyo caso el controlador del sistema 570 acciona el movimiento del portico. Mientras que el sistema representado en la figura 5 ilustra un sistema que escanea en una geometria circular tambien se pueden utilizar otras geometrias, tales como, por ejemplo, la geometria lineal.

Como resultara evidente para los expertos en la tecnica, en lugar de utilizar componentes moviles, el sistema de obtencion de imagenes puede utilizar una fuente y/o un detector estacionario. Solo a titulo ilustrativo, el equipo de obtencion de imagenes puede incluir escaneres de tomografia informatizada de "tercera generacion", escaneres de tomografia informatizada de "cuarta generacion", escaneres de tomografia informatizada de “quinta generacion" o escaneres con detector estacionario. Otras realizaciones pueden incluir una fuente de rayos X extendida y una pluralidad de detectores, generalmente ubicados en un anillo. El anillo de deteccion en tal caso puede incluir una pluralidad de modulos de deteccion distribuidos que pueden estar en disposiciones de deteccion lineales, de multiples fragmentos u otras.

En la realizacion descrita, diferentes partes del equipo de obtencion de imagenes pueden comunicarse entre si mediante senales electricas, pero las conexiones pueden realizarse mediante varios metodos adicionales. Se puede utilizar cualquier metodo adecuado para transferir la informacion necesaria (por ejemplo, los datos tambien podrian ser transferidos por medio de un cable optico o de una conexion inalambrica, y otros).

El ordenador 550 tipicamente se puede acoplar al controlador del sistema. Los datos recogidos pueden ser transferidos al ordenador 550, y almacenados en la memoria digital del ordenador 550, o en cualquier dispositivo de almacenamiento que forme parte de o que este acoplado al ordenador 550. Se puede utilizar cualquier tipo de memoria capaz de almacenar los datos recogidos. Ademas, la memoria puede estar situada localmente en el sistema de obtencion, o puede incluir componentes remotos. El ordenador puede ser local para el dispositivo de obtencion de imagenes, o puede estar lejos del mismo, conectado al dispositivo de obtencion de imagenes a traves de una red o de otra conexion remota. La red puede estar conectada asimismo a un cliente o base de datos remotos. Los datos obtenidos, los parametros de obtencion de imagenes, las imagenes reconstruidas pueden ser visualizados mediante muchos metodos. Estos metodos pueden incluir, pero no estan limitados a, visualizacion en pantalla, impresion en papel, diapositiva o pelicula.

El ordenador 550 puede recibir ordenes, configuraciones y parametros de escaneo de un operador que controla el sistema de obtencion de imagenes a traves de dispositivos de entrada del ordenador. El operador puede observar los datos o las imagenes reconstruidas, establecer los parametros de entrada, iniciar la obtencion de imagenes, etc. El operador puede ser local al ordenador 550, o puede estar alejado de el, conectado al ordenador 550 a traves de una red o de otra conexion remota. Una parte o la totalidad del procesamiento de datos descrito en el presente documento puede realizarse de manera remota.

En la realizacion a modo de ejemplo de la figura 5, la imagen reconstruida puede revelar detalles anatomicos diagnosticos importantes sobre un paciente, o visualizar la estructura interna de cualquier objeto de interes penetrado por rayos X. La tecnica se puede aplicar asimismo a obtenciones tridimensionales y bidimensionales.

La figura 6 es un diagrama de flujo que incluye etapas a modo de ejemplo para generar imagenes reconstruidas a partir de parametros estadisticos que describen la distribucion temporal de la radiacion de rayos X atenuada recogida por el detector utilizando el sistema descrito en la figura 5.

En la etapa 602, los rayos X 504 pueden ser generados por la fuente de rayos X 502, conformados por el colimador 506 en la etapa 604, y se les puede hacer pasar a traves del objeto de interes 514 en la etapa 606. En la etapa 608, la porcion de rayos X 516 que puede pasar a traves del objeto de interes 514 puede ser detectada por el detector 518. En la etapa 610 puede recogerse una pluralidad de mediciones a lo largo de al menos una direccion de deteccion. En la etapa 612, se puede calcular al menos un parametro estadistico que describe la distribucion

temporal de la pluralidad de mediciones recopiladas. En la etapa 614, las imageries que representan la distribucion temporal de las mediciones de rayos X en el objeto de interes se pueden reconstruir. En la etapa 614 tambien se pueden calcular imagenes del error de los parametros estadisticos.

Como resultara evidente para los expertos en la tecnica, las lecturas de intensidad (u otras lecturas relacionadas con 5 la intensidad) por el detector 518 pueden estar sujetas a fluctuaciones. Estas fluctuaciones pueden provenir de dos fuentes: ruido aleatorio de la medicion y cambios reales en la atenuacion de los rayos X 508 en el interior del objeto de interes 514. El ruido aleatorio puede provenir del ruido de disparo de Poisson de la deteccion, del ruido electronico del detector, o de piezas electronicas conectadas, etc. El ruido aleatorio no contiene informacion sobre el objeto de interes 518. Las fluctuaciones que surgen de los cambios de atenuacion real del objeto de interes 514 10 pueden contener informacion importante acerca de los movimientos del objeto de interes.

La figura 7 ilustra como la distribucion del ruido aleatorio y la distribucion de las fluctuaciones del objeto de interes pueden determinar la distribucion de las lecturas de los detectores. Las fluctuaciones que se originan en el objeto de interes pueden ser separadas del ruido aleatorio y, de este modo, se puede crear un nuevo tipo de imagen que represente las fluctuaciones del objeto.

15 La realizacion a modo de ejemplo descrita de la figura 5 pueden separar el ruido aleatorio que puede estar dominado por el ruido de Poisson de las fluctuaciones de la atenuacion que pueden seguir una distribucion normal. Otras realizaciones pueden representar las fluctuaciones de las intensidades medidas sin separar el ruido aleatorio de las fluctuaciones que reflejan los cambios de atenuacion. Estas imagenes pueden contener asimismo la informacion sobre las fluctuaciones de la atenuacion. En muchos casos, dichas imagenes pueden ser tan utiles como las 20 imagenes que se obtuvieron despues de la separacion de las fluctuaciones aleatorias y las originadas en el objeto de interes. Se contempla, sin embargo, que las imagenes que se obtienen despues de la extraccion del ruido aleatorio de las fluctuaciones pueden ser de una calidad sustancialmente superior.

Las distribuciones anteriores se pueden considerar en esta realizacion a modo de ejemplo por las siguientes razones. La suma de varias variables aleatorias con medias y varianzas finitas se aproxima a la distribucion normal a 25 medida que aumenta el numero de variables. Debido a esto, la distribucion normal se puede encontrar comunmente en sistemas biologicos y fisicos. El ruido de Poisson es tipico para mediciones de recuento de particulas.

Con menos frecuencia que las distribuciones tenidas en cuenta en esta realizacion, otras distribuciones tambien pueden ser de interes. Las distribuciones reales del ruido aleatorio y las fluctuaciones de la atenuacion pueden depender de los detalles de la realizacion, del tipo de radiacion penetrante, del objeto de interes, y de otros. En base 30 a la presente descripcion, un experto en la tecnica puede construir asimismo realizaciones en las que las fluctuaciones aleatorias del ruido y/o la atenuacion separadas siguen a otras distribuciones.

La atenuacion de los rayos X en un absorbente puede describirse mediante formula exponencial (1):

(8) I = I0 * Exp [-D]

donde I denota el valor esperado del numero de fotones de rayos X despues del absorbente, I0 denota el valor 35 esperado del numero de fotones de rayos X antes del absorbente, D denota la densidad de rayos X del absorbente. Exp [...] denota la funcion exponencial de base e.

Si el haz de rayos X atraviesa varios absorbentes con densidades de rayos X Di cada uno, la densidad D combinada de la serie de absorbentes puede calcularse como la suma de la densidad del individuo. partes:

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imagen1

40 donde i puede ser 1, 2, 3, ... orientando los absorbentes, y representa suma para todo i. Las densidades Di pueden representar las densidades de rayos X de los elementos de volumen (voxeles) de un objeto de interes. Si las densidades Di varian siguiendo distribuciones normales con valores esperados de E (Di) y varianzas Var (Di), entonces D tambien seguira una distribucion normal con un valor esperado E (D) y varianza Var (D). E (D) y varianza Var (D) se determinan mediante la suma de los valores esperados y la suma de las varianzas de las densidades Di, 45 respectivamente:

(10) E (D) = E (Di),

(11) Var(D)=^-'Var(Di).

Para determinar experimentalmente la densidad D de rayos X de un objeto de interes, se pueden medir las intensidades I de los rayos X. El resultado de la medicion de intensidad puede ser tipicamente la lectura de un 50 numero de fotones: k. Realizar una pluralidad de detecciones de numeros de fotones puede revelar que los numeros

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de fotones k fluctuan. Estas fluctuaciones pueden provenir de dos fuentes: ruido aleatorio de la medicion y cambios reales en la densidad D de rayos X.

Si la densidad D de rayos X sigue una distribucion normal, la intensidad que seguire I seguira una distribucion log normal. En esta realizacion, se supondra que el ruido aleatorio de la deteccion esta determinado por el ruido de disparo de Poisson del recuento de fotones. Teniendo en cuenta ambas fuentes de fluctuaciones, se pueden obtener las siguientes expresiones para el valor esperado y la varianza de los numeros de fotones detectados:

(12) E (k) = I0 * Exp [Var (D)/2- E (D)],

(13) Var (k = I0 * Exp [Var (D)/2 - 2 * E (D)] * (Exp [D] - I0 * Exp [0,5 * Var (D)] + I0 * Exp [1,5 Var (D)])

Si el valor esperado E (k) y varianza Var (k) del recuento de fotones k se determinan de forma experimental, el valor esperado E (D) y la varianza Var (D) de la densidad D pueden ser 20 calculados resolviendo las ecuaciones anteriores:

(14) E (D) = Log [I0 * Sqrt [Var (k) -E (k) + E (k) 2] / E (k) 2],

(15) Var (D) = 2 * Log [Sqrt [Var (k) -E (k) + E (k) 2] / E (k)]

donde Log [...] denota el logaritmo natural (de base e), Sqrt [...] denota la funcion de raiz cuadrada.

Una estimacion del valor esperado E (k) del numero de fotones k sola puede utilizarse para determinar la densidad D, solamente si la varianza de D es 0. Si la densidad de rayos X D varia, tanto el valor esperado E (D) como la varianza Var (D) de la densidad D pueden calcularse a partir del valor esperado E (k) y de varianza Var (k) de los recuentos de fotones k. Dependiendo de las fluctuaciones, una densidad de rayos X determinada a partir del valor esperado E (k) de los numeros de fotones puede diferir significativamente del valor esperado E (D) de la densidad. Por lo tanto, la realizacion presentada puede proporcionar una imagen mas precisa del objeto de interes que los metodos de la tecnica anterior que determinan una estimacion solo para el valor esperado de los recuentos de fotones.

El valor esperado E (k) y la varianza Var (k) de los recuentos de fotones son parametros que describen la distribucion teorica de los recuentos de fotones k. Estos parametros no se pueden determinar directamente, pero se pueden estimar a partir de mediciones.

La realizacion presentada puede hacer una pluralidad (n) de lecturas del recuento de fotones y puede calcular una estimacion para el valor esperado E (k) y la varianza Var (k) de los recuentos de fotones k. Las estimaciones para el valor esperado E (k) y para la varianza Var (k) se pueden utilizar para calcular una estimacion del valor esperado E (D) y de la varianza Var (D) de la densidad D. Estimar el valor esperado E (D) y la varianza Var (D) para una pluralidad de direcciones de proyeccion se puede utilizar para reconstruir imagenes tridimensionales del valor esperado E (D) y la varianza Var (Di) de la densidad de rayos X del objeto de interes.

La figura 8 incluye imagenes de proyeccion de las ruedas dentadas en movimiento de un reloj. Estas imagenes se grabaron a lo largo de un angulo de proyeccion fijo utilizando el sistema descrito en la figura 5. La figura 8A ilustra la imagen de la densidad promedio E (D). La figura 8B muestra la imagen de la varianza Var (D). A primera vista, en la figura 8B se puede ver la rueda 802 mas rapida moviendo todo el mecanismo del reloj. La figura 8C amplia una parte mas pequena de la imagen de la varianza Var (D) para ilustrar el rango dinamico y la calidad de la imagen. Dado que los mecanismos que mueven las agujas de los segundos 804, los minutos 806 y las horas 808 se mueven a diferente velocidad, el rango dinamico de estos movimientos es amplio.

La figura 9 incluye imagenes de proyeccion del torax de una rana viva. Estas imagenes fueron grabadas a lo largo de un angulo de proyeccion fijo utilizando el sistema descrito en la figura 5. La figura 9A ilustra la imagen de la densidad promedio E (D) de la rana. La figura 9B muestra la imagen de la varianza Var (D) de la misma parte de la rana. Las ranas tienen un contraste muy debil del tejido blando, y la imagen de la densidad promedio practicamente solo muestra los huesos. En la imagen de la varianza, se resaltan el pulmon (902), el corazon (904) y la aorta (906). Las dos valvulas (908) del corazon de la rana aparecen como dos lineas cortas brillantes. La parte posterior de la lengua o la garganta (910) de la rana tambien se mueve mientras respira.

La figura 10 incluye imagenes de proyeccion de la parte de una serpiente que contiene el corazon. Estas imagenes fueron grabadas a lo largo de un angulo de proyeccion fijo utilizando el sistema descrito en la figura 5. La figura 10A ilustra la imagen de la densidad media E (D) de parte de la serpiente. La figura 10B muestra la imagen de la varianza Var (D) de la misma parte del animal. Mientras que la imagen promedio muestra principalmente los huesos, el corazon alargado (1010) de la serpiente se visualiza en la imagen de la varianza.

En muchas aplicaciones puede ser util determinar el error de las imagenes reconstruidas del valor esperado E (Di) y de la varianza Var (Di) de las densidades de rayos X del voxel. Las imagenes del error pueden contener informacion importante, que incluyen, sin limitacion, la optimizacion de la obtencion de datos, un analisis eficiente de las imagenes, la eliminacion del ruido o el reconocimiento automatico de formas.

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Las imageries que representan E (Di) y Var (Di) fueron reconstruidas a partir del valor esperado E (k) y de la varianza Var (k) que fueron estimados a partir de los numeros de fotones. Para estimar el error de las imagenes E (Di) y Var (D), primero puede ser necesario proporcionar una estimacion para el error del valor esperado E (k) y el error de la varianza Var (k) de los numeros de fotones detectados.

Para estimar el error de E (k) y Var (k), se puede utilizar cualquier metodo estadistico (tal como Jackknife, bootstrapping, etc.) que permita una estimacion razonablemente precisa de los errores. Para las distribuciones normales, el error de la estimacion del valor esperado y de la varianza se puede calcular facilmente:

(16) Err (E (k)) = Var (k) / Sqrt [n],

(17) Err (Var (k)) = 0,71 * Var (k) / Sqrt [n],

donde Err (E (k)) representa el error de la estimacion del valor esperado E (k), Err (Var (k)) representa el error de la estimacion de la varianza Var (k), n denota el numero de mediciones del recuento de fotones. Aunque las estimaciones de error anteriores fueron obtenidas para distribuciones normales, el metodo de estimacion es robusto, y las estimaciones de error calculadas en base a la formula anterior pueden proporcionar una estimacion adecuada del error de E (k) y Var (k) tambien para otras distribuciones.

La realizacion a modo de ejemplo presentada, puede utilizar la formula anterior para la estimacion de los errores Err (E (k)) y Err (Var (k)). Las expresiones para los errores del valor esperado E (D) y la varianza Var (D) de la densidad D pueden ser obtenidas a partir de las expresiones para E (D) y Var (D). T ras simplificar las expresiones, Err (E(D)) y Err (Var(D)) pueden ser calculados a partir de los errores del valor esperado E (k) y varianza Var (k) de los recuentos de fotones k de la siguiente manera:

(18) Err (E(D)) = (E (k)2 - 1,855 * E (k) + 2 * Var (k)) * Var (k) / (Sqrt [n] * E(k) * (E (k)2 - E (k) + Var (k))),

(19) Err (Var (D)) = (1,71 * E (k) - 2 * Var (k)) * Var (k) / (Sqrt [n] * E(k) * (E (k)2 - E (k) + Var (k))).

Otras realizaciones pueden utilizar otros metodos estadisticos tales como el de "Jackknife" o "bootstrapping" que pueden proporcionar una mejor estimacion de los errores, pero tambien pueden necesitar mayores recursos informaticos.

Tal como se ha descrito anteriormente, la realizacion presentada puede utilizar una pluralidad de lecturas de recuentos de fotones del detector k calcule una estimacion para (1) el valor esperado E (D), (2) la varianza Var (D), (3) el error del valor esperado Err (E (D)), y (4) el error de la varianza Err (Var (D)) de la densidad D. Estas cuatro magnitudes se pueden determinar para una pluralidad de angulos de proyeccion, lo que puede permitir la reconstruccion de cuatro imagenes tridimensionales diferentes del objeto de interes: la imagen de la densidad de rayos X media, la imagen de varianza (fluctuacion) de la densidad de rayos X, la imagen que representa el error de la varianza (fluctuacion) de la densidad de rayos X), y la imagen que representa el error de la densidad media de rayos X.

La realizacion a modo de ejemplo descrita en el presente documento, puede utilizar proyeccion trasera filtrada ponderada para determinar las imagenes anteriores. Existen varios metodos adicionales que pueden utilizarse para reconstruir imagenes tridimensionales a partir de sus proyecciones. Otras realizaciones pueden utilizar otros metodos de reconstruccion.

De acuerdo con la realizacion a modo de ejemplo presentada, el valor esperado E (D), la varianza Var (D), el cuadrado del error del valor esperado Err (E (D)) y el cuadrado del error de la varianza Err (Var (D)) pueden procesarse mediante un algoritmo de reconstruccion tridimensional. El algoritmo contemplado puede incluir una serie de etapas de ponderacion, de filtrado y retroproyeccion para cada medicion de proyeccion sobre el volumen de la reconstruccion. La ponderacion de los datos de proyeccion se puede realizar mediante una multiplicacion elemento por elemento con una matriz que contiene los factores de ponderacion. La etapa de filtrado puede utilizar una serie de convoluciones para descorrelacionar puntos de datos de imagenes. En la etapa de retroproyeccion, las medidas de proyeccion se pueden agregar a todos los voxeles a lo largo de la linea de proyeccion. Las diferentes geometrias del haz de rayos X se pueden tener en cuenta mediante la utilizacion de factores de ponderacion en la retroproyeccion. La realizacion a modo de ejemplo puede procesar el cuadrado de los errores Err (E (D)) y Err (Var (D)) obtenidos a partir de las proyecciones, por lo que se puede obtener una imagen que representa el cuadrado de los errores en los voxeles. Para representar los errores, se puede calcular una raiz cuadrada voxel por voxel.

Por lo tanto, la realizacion a modo de ejemplo descrita en la presente memoria puede calcular el valor esperado E (Di), la varianza Var (Di), el error del valor esperado Err (E (Di)), y el error de la varianza Err (Var (Di)) para las Di densidades de los elementos de volumen del objeto de interes.

La imagen del valor esperado reconstruida utilizando la realizacion presentada puede ser mas precisa que las imagenes obtenidas mediante las tecnicas anteriores. Esto, en muchos casos, puede ser un avance importante en si mismo. La imagen de la varianza puede reflejar las fluctuaciones en la absorbancia de rayos X, una nueva modalidad que puede utilizarse para la visualizacion de movimientos en el interior del objeto de estudio. La nueva

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modalidad puede traer asimismo nuevos esquemas de contraste, lo que puede permitir la visualizacion de estructuras que anteriormente no se podian resolver. La reconstruccion basada en la medicion mas precisa del error del valor esperado y de la varianza de imagenes puede ser muy util en muchos casos. Estas imagenes del error pueden utilizarse en la optimizacion de parametros de obtencion de imagenes, la toma de decisiones sobre la nueva obtencion de imagenes de calidad insuficiente, la toma de decisiones diagnosticas, la deteccion asistida por ordenador, la identificacion de regiones de interes, el procesamiento digital de imagenes, la reduccion del ruido de la imagen, el promediado de imagenes, y otros.

Como resultara evidente para los expertos en la tecnica, las realizaciones a modo de ejemplo de los dispositivos de medicion y los metodos descritos anteriormente pueden implicar calculos informaticos extensos. Estos calculos pueden incluir una enumeracion de codigos informaticos que contienen instrucciones ejecutables. Esta enumeracion (programa) puede estar incorporada en cualquier dispositivo de almacenamiento de informacion legible por ordenador, para su utilizacion por o en conexion con un sistema que puede ejecutar las instrucciones. El procesamiento se puede realizar localmente a la obtencion o localmente al almacenamiento de los datos adquiridos. Alternativamente, algunos o todos los calculos se pueden realizar de forma remota. El dispositivo de almacenamiento de informacion legible por ordenador puede ser cualquier medio que pueda contener, almacenar, comunicar, propagar, transmitir o transportar informacion. Los dispositivos utilizables pueden utilizar medios electronicos, magneticos, opticos, electromagneticos, mecanicos, basados en nanotecnologia, pero no estan limitados a estos.

Las realizaciones presentadas se describen en el presente documento solo como sistemas a modo de ejemplo. Se debe tener en cuenta que los sistemas y metodos presentados no estan limitados en manera alguna a las disposiciones reales descritas, o a la utilizacion de rayos X o de haces de electrones. Se pueden prever otras realizaciones para obtener y procesar la atenuacion de la radiacion penetrante para obtener al menos una de las siguientes imagenes: la imagen de la atenuacion media, su error, la imagen de la desviacion de la atenuacion y su error.

GLOSARIO DE TERMINOS TECNICOS

Bootstrapping - Bootstrapping es un metodo de re-muestreo de proposito general para la inferencia estadistica.

Valor esperado - El valor esperado (tambien llamado media) de una variable aleatoria es la integral de la variable aleatoria con respecto a su medida de probabilidad. Para las variables discretas, esta es la suma ponderada de la probabilidad de los valores posibles.

Escaner CT de quinta generacion - Un escaner de tomografia informatizada de quinta generacion es un escaner CT que utiliza un anillo de deteccion estacionario y un tubo de rayos X que se mueve en una trayectoria circular fuera del anillo detector.

Escaner CT de cuarta generacion - Un escaner de tomografia informatizada de cuarta generacion es un escaner CT que utiliza un anillo detector estacionario y un tubo de rayos X que se mueve en una trayectoria circular en el interior del anillo del detector.

Metodo de Jackknife - El de Jackknife es un metodo estadistico que calcula el error estandar de una estimacion estadistica por recalculando sistematicamente varias veces la estimacion estadistica dejando fuera una observacion del conjunto de muestra.

Proyeccion - Una proyeccion se puede definir como una imagen en sombra de la atenuacion del objeto de interes grabada bajo un unico angulo de vision.

Escaneo - Un escaneo comprende un conjunto de proyecciones grabadas bajo diferentes angulos de vision que permiten la reconstruccion de la estructura interna de al menos una parte del objeto de interes.

Onda de choque - Una onda de choque es una perturbacion que se propaga bruscamente.

Ruido de disparo - El ruido de disparo se refiere a las fluctuaciones estadisticas del recuento de un numero finito de particulas que transportan energia (fotones, electrones, etc.).

Escaner CT de tercera generacion - Un escaner de tomografia informatizada de tercera generacion es un escaner CT en el que una proyeccion del haz del ventilador permite la medicion simultanea de toda la seccion transversal del paciente.

Varianza - La varianza de una variable aleatoria es el valor esperado del cuadrado de la desviacion de esa variable respecto al valor esperado. La varianza mide la cantidad de variacion dentro de los valores de la variable.

Densidad de rayos X - La densidad de rayos X (tambien llamada absorbancia de rayos X) de un absorbente se define como D = Log [I0 / I], donde I es la intensidad de rayos X que ha pasado a traves del absorbente, I0 es la intensidad de los rayos X antes de que entre en el absorbente, Log [...] denota el logaritmo natural (de base e).

Alternativamente, la densidad tambien se puede definir como D = Logio [io /1], donde Logio [...] denota la funcion del logaritmo de base 10.

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REIVINDICACIONES

1. Metodo para la obtencion de imagenes de un objeto de interes utilizando radiacion penetrante, caracterizado por que dicho metodo comprende:

(a) posicionar una fuente de radiacion penetrante y un detector de radiacion externamente al objeto de interes y con el objeto de interes situado entre ellos;

(b) proporcionar una pluralidad de mediciones de la radiacion penetrante generada por la fuente de radiacion penetrante y que pasa a traves del objeto de interes para cada una de al menos una trayectoria lineal que se extiende desde la fuente de radiacion penetrante hasta el detector de radiacion e cortar el objeto de interes:

(i) exponer el objeto de interes a la radiacion penetrante, y

(ii) detectar la radiacion penetrante que pasa a traves del objeto de interes a lo largo de cada uno de al menos un camino lineal, generando de este modo una pluralidad de mediciones para cada uno de el al menos un camino lineal;

(c) procesar la pluralidad de medidas para cada uno de al menos un camino lineal a obtener un por lo menos un parametro estadistico capaz de describir un ancho de una distribucion temporal de la pluralidad de mediciones para cada uno de al menos un camino lineal, y

(d) reconstruir la imagen del objeto de interes sobre la base del al menos un parametro que describe la distribucion de la pluralidad de mediciones, obteniendo de este modo imagenes del objeto de interes.
2. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el al menos un parametro estadistico es capaz de describir un error del ancho de la distribucion temporal de la pluralidad de mediciones.
3. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el metodo incluye ademas obtener al menos otro parametro estadistico capaz de describir el centro de la distribucion temporal de la pluralidad de mediciones para cada direccion de deteccion, y reconstruir otra imagen del objeto de interes basandose en al menos otro parametro, en el que el al menos un parametro estadistico incluye un parametro estadistico capaz de describir un error del centro de la distribucion temporal de la pluralidad de mediciones, y en el que el al menos otro parametro estadistico se selecciona de una media, un promedio, un valor esperado, una mediana o un modo.
4. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que dicha pluralidad de mediciones se selecciona de una pluralidad de mediciones de intensidad, medidas de atenuacion y mediciones de intensidad de campo.
5. Metodo segun la reivindicacion 1, para determinar el movimiento relativo de estructuras en el interior del objeto de interes, en el que dichas imagenes reconstruidas se combinan para proporcionar informacion sobre el movimiento relativo de estructuras en el interior del objeto de interes.
6. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el al menos un parametro estadistico se selecciona de una varianza, una desviacion estandar, una desviacion esperada, una desviacion absoluta promedio o un momento de la distribucion de la pluralidad de mediciones obtenidas utilizando la radiacion penetrante.
7. Sistema para reconstruir una imagen de un objeto de interes, caracterizado por que dicho sistema comprende:

(a) una fuente capaz de emitir sustancialmente radiacion penetrante, situada externamente al objeto de interes;

(b) un detector sensible a dicha radiacion penetrante, situado externamente al objeto de interes y frente a dicha fuente con respecto al objeto de interes, estando dicho detector configurado para producir una pluralidad de mediciones relativas a la radiacion penetrante generada por la fuente y que pasa a traves del objeto de interes para cada una de al menos una ruta lineal que se extiende desde la fuente de radiacion penetrante hasta el detector de radiacion y corta al objeto de interes;

(c) un medio de procesamiento, que tiene al menos un algoritmo para calcular al menos un parametro estadistico capaz de describir un ancho de una distribucion temporal de la pluralidad de mediciones para cada una de al menos una trayectoria lineal; y

(d) un medio de procesamiento de reconstruccion de imagenes, para reconstruir la imagen del objeto de interes sobre la base del al menos un parametro que describe la distribucion de la pluralidad de mediciones.
8. Sistema segun la reivindicacion 7, caracterizado por que dicho sistema comprende ademas medios para mantener el objeto de interes en una posicion relativa a la fuente de radiacion penetrante y al detector.
9. Sistema segun la reivindicacion 7, caracterizado por que dicho sistema comprende ademas un medio de rotacion y de traslacion unidos al medio de retencion para permitir la recogida de la radiacion penetrante emitida a traves del objeto de interes a lo largo de una pluralidad de direcciones de deteccion.
10. Sistema segun la reivindicacion 7, caracterizado por que dicho sistema incluye ademas un sistema de control conectado a dicho detector, dicho procesador de datos y dicho medio de procesamiento de reconstruccion de imagenes para controlar la radiacion penetrante emitida, la produccion de mediciones y el procesamiento y la reconstruccion de las mediciones, y dicho sistema comprende ademas un ordenador conectado al medio de control

5 del sistema, y dicho ordenador incluye medios de entrada para controlar el sistema de obtencion de imagenes y medios para almacenar la pluralidad de mediciones.
11. Sistema segun la reivindicacion 7, caracterizado por que dicho sistema es un sistema de microscopia electronica de transmision ambiental, y en el que dicha radiacion penetrante es un haz de electrones.
12. Sistema segun la reivindicacion 7, caracterizado por que dicho sistema es un aparato de rayos X, y en el que la

10 radiacion penetrante son rayos X.
13. Sistema segun la reivindicacion 7, caracterizado por que el procesador tiene un algoritmo adicional

- para calcular un parametro estadistico capaz de describir un error del ancho de la distribucion temporal de la pluralidad de mediciones, o

- para calcular un parametro estadistico capaz de describir un centro de la distribucion temporal de la pluralidad de

15 mediciones, o

- para calcular un parametro estadistico capaz de describir un error de un centro de la distribucion temporal de la pluralidad de mediciones.
14. Sistema segun la reivindicacion 7, caracterizado por que dichas mediciones se obtienen a partir de senales generadas por dicho detector.