ITTO20070169A1 - Apparecchio di modulazione di spettro di energia, metodo e dispositivo di discriminazione di materiali, e metodo di elaborazione di immagini - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
CAMPO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione è relativa al controllo di formazione di immagini radiografiche per oggetti di grandi dimensioni, più in particolare ad un apparecchio di modulazione di spettro di energia, a un metodo dì discriminazione di materiali e a un relativo dispositivo, così come ad un metodo di elaborazione di immagini, che può discriminare il materiale in oggetti di grandi e medie dimensioni come ad esempio contenitori merci, contenitori merci aeree, ecc., utilizzando radiazioni aventi livelli di energia diversi.
STATO DELLA TECNICA
Il sistema di controllo di merci esistente basato su formazione di immagine radiografica fa generalmente sì che un singolo raggio di energia interagisca con l'oggetto sotto controllo, e rilevi quindi il raggio che è penetrato attraverso l'oggetto sotto controllo per ottenere un'immagine. Anche se tale sistema può riflettere la variazione di forma e spessore di massa dell'oggetto sotto controllo, non può discriminare il materiale dell'oggetto sotto controllo.
Il metodo di rilevamento a doppia energia per distinguere gli attributi del materiale degli oggetti è stato proposto da tempo come descritto nel Brevetto Statunitense No. 5.044.002, e all'interno di una regione a bassa energia, il metodo è stato applicato ampiamente a vari campi quali la diagnosi di osteoporosi, il rilevamento geografico di strati di petrolio e la discriminazione di materiali per oggetti piccoli. Tuttavia, si è riconosciuto da lungo tempo che all'interno della regione ad elevata energia (>lMeV) la leggera differenza è causata dall'effetto di coppia di elettroni è insufficiente a implementare la discriminazione di materiale, avendo in tal modo una scarsa praticabilità.
Negli anni '90, il Brevetto Statunitense No.
5.524.133 ha descritto il fatto che la distribuzione angolare dell'effetto di dispersione di Compton e l'isotropia dell'effetto di coppie di elettroni sono stati utilizzate per analizzare i componenti di dispersione dei raggi X causati da ogni effetto dopo che i raggi X interagivano con un oggetto, discriminando in tal modo il numero atomico della sostanza dell'oggetto che interagiva con i raggi X. Nel Brevetto Statunitense No. 5.524.133, si fa in modo che i raggi X ad elevata energia interagiscano con un obiettivo avente un numero atomico maggiore dopo aver interagito con l'oggetto. Quindi, parecchi rilevatori sono posizionati ad angoli diversi rispetto all'obiettivo in modo da rilevare l'effetto di dispersione di Compton e l'effetto di coppia di elettroni. Tuttavia, dato che è molto difficile rilevare la dispersione dopo l'interazione tra l'obiettivo e i raggi X, che sono penetrati attraverso l'oggetto, una dose incidente grande di raggi X è di solito richiesta. In aggiunta, il SNR (rapporto segnale-rumore) dei segnali di rilevamento è piuttosto basso poiché la schiera di rilevatori disposta a tali angoli all'interno dello stesso piano orizzontale è suscettibile di interferenza dal suo canale vicino. I suddetti svantaggi,hanno un effetto negativo sulla determinazione del numero atomico della sostanza, e la qualità di immagine è insoddisfacente. Così, questo metodo non è stato messo in applicazione pratica da quando è stato proposto nel 1993.
Successivamente nel Brevetto Statunitense No.
6.069.936 e nella domanda internazionale WO 00/43760 si impiega una sorgente di radiazioni a elevata energia per generare raggi X, che sono filtrati tramite materiali specifici per ottenere un altro raggio avente uno spettro di energia superiore. I raggi X che penetrano aventi due spettri di energia sono rilevati dopo che interagiscono con la sostanza. Si determina quindi il numero atomico e il tipo di materiale della sostanza tramite calcolo del rapporto tra i due valori di rilevamento.
Durante il periodo in cui i raggi X che hanno due spettri di energia interagiscono con l'oggetto controllato in questo metodo, quando l'oggetto controllato cresce come spessore, i due spettri di energia dei raggi X, che sono penetrati attraverso l'oggetto controllato, hanno una differenza sempre decrescente e rapidamente diventano identici l'uno all'altro. In questo caso, non si può discriminare più l'oggetto controliato.
RIEPILOGO DELL'INVENZIONE
Tenendo presenti i problemi della tecnica anteriore, si realizza la presente invenzione. Uno scopo della presente invenzione è quello di generare in una gamma di energia elevata (>lMeV) due fasci di raggi X gli spettri di energia dei quali hanno livelli di energia principali distinti l'uno dall'altro, rilevare la radiazione di penetrazione dei due fasci di raggi X dopo la loro interazione con un oggetto nella stessa posizione e determinare il campo di numero atomico effettivo del materiale dell'oggetto basandosi sui due valori di rilevamento, implementando in tal modo il controllo non distruttivo per l'oggetto.
In un aspetto della presente invenzione, è previsto un apparecchio di modulazione di spettro di energia comprendente: una prima parte di modulazione di spettro di energia per modulare un primo raggio avente un primo spettro di energia; e una seconda parte di modulazione di spettro di energia accoppiata alla prima parte di modulazione di spettro di energia per modulare un secondo raggio avente un secondo spettro di energia diverso dal primo spettro di energia .
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, almeno una tra la prima parte di modulazione di spettro di energia e la seconda parte di modulazione di spettro di energia è accoppiata su un asse di rotazione.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la prima parte di modulazione di spettro di energia comprende almeno una prima pala, e la seconda parte di modulazione di spettro di energia comprende almeno una seconda pala.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la prima pala è fatta di materiale ad elevato Z.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la prima pala è fatta di almeno uno tra Pb, W, U e Cu.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la seconda pala è fatta di materiale a basso Z.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la seconda pala è fatta di almeno uno tra B, C, polietilene e qualsiasi altro materiale organico ricco di idrogeno.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la prima pala e la seconda pala sono disposte alternativamente e possono ruotare intorno all'asse di rotazione.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, lo spessore di massa della prima pala è inferiore o uguale a quello della seconda pala nella direzione dei raggi.
In un altro aspetto della presente invenzione, è previsto un metodo per discriminare materiale utilizzando raggi aventi livelli di energia diversi comprendente le fasi di: generare alternativamente un primo raggio agente un primo spettro di energia e un secondo raggio avente un secondo spettro di energia; eseguire la modulazione di spettro di energia per il primo raggio e il secondo raggio rispettivamente tramite l'apparecchio di modulazione di spettro di energia sopra descritto; utilizzare il primo raggio e il secondo raggio modulato per interagire con un oggetto controllato; raccogliere il primo raggio e il secondo raggio dopo la loro interazione con l'oggetto controllato per ottenere un primo valore di rilevamento e un secondo valore di rilevamento; discriminare il materiale dell'oggetto controllato basandosi sul primo valore di rilevamento e il secondo valore di rilevamento.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la fase di discriminazione comprende la generazione di corrispondenti funzioni di classificazione dal primo valore di rilevamento e il secondo valore di rilevamento, e la determinazione del materiale dell'oggetto controllato basandosi sulle funzioni di classificazione.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, le funzioni di classificazione sono funzioni di adattamento dei valori di rilevamento ottenuti dopo che il primo raggio e il secondo raggio interagiscono rispettivamente con predeterminati materiali noti nel caso in cui il loro spessore di massa cambi.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i valori di rilevamento sono l'intensità di trasmissione dei raggi dopo che essi penetrano attraverso l'oggetto controllato.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i materiali noti sono materiali diversi che rappresentano materia organica, metallo leggero, materia inorganica e metallo pesante rispettivamente e i cui numeri atomici sono noti.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il metodo comprende inoltre la fase di raccogliere il primo raggio e il secondo raggio dopo la loro interazione con l'oggetto controllato tramite un rilevatore a guadagno variabile .
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il guadagno del rilevatore al momento del rilevamento del primo raggio è diverso da quello al momento del rilevamento del secondo raggio.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione, è previsto un dispositivo per discriminare il materiale utilizzando raggi aventi livelli di energia diversi comprendente: un apparecchio di generazione di raggi per generare alternativamente un primo raggio avente un primo spettro di energia e un secondo raggio avente un secondo spettro di energia; l'apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 1 per modulare il primo raggio e il secondo raggio rispettivamente, in cui il primo raggio modulato e il secondo raggio modulato interagiscono con l'oggetto controllato; un apparecchio di raccolta per raccogliere il primo raggio e il secondo raggio dopo la loro interazione con l'oggetto controllato per ottenere un primo valore di rilevamento e un secondo valore di rilevamento; e un apparecchio di discriminazione di materiali per discriminare il materiale dell'oggetto controllato basandosi sul primo valore di rilevamento e il secondo valore di rilevamento.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la discriminazione comprende la generazione di corrispondenti funzioni di classificazione dal primo valore di rilevamento e il secondo valore di rilevamento, e la determinazione del materiale dell'oggetto controllato basandosi sulle funzioni di classificazione.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, le funzioni di classificazione sono funzioni di adattamento dei valori di rilevamento ottenuti dopo che il primo e il secondo raggio interagiscono rispettivamente con predeterminati materiali noti nel caso che il loro spessore di massa cambi.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i valori di rilevamento sono l'intensità di trasmissione dei raggi dopo che essi penetrano attraverso l'oggetto controllato.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i materiali noti sono materiali diversi che rappresentano materia organica, metallo leggero, materia inorganica e metallo pesante rispettivamente i cui numeri atomici sono noti.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, l'apparecchio di raccolta ha un guadagno variabile.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il guadagno dell'apparecchio di raccolta al momento del rilevamento del primo raggio è diverso da quello al momento del rilevamento del secondo raggio.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione, è previsto un metodo di elaborazione di immagini comprendente le fasi di utilizzare un primo raggio avente un primo spettro di energia e un secondo raggio avente un secondo spettro di energia per interagire con un oggetto controllato, rispettivamente, in cui il primo raggio e il secondo raggio sono modulati dall'apparecchio di modulazione di spettro di energia sopra descritto; raccogliere il primo raggio e il secondo raggio dopo l'interazione per ottenere un primo valore di rilevamento e un secondo valore di rilevamento; confrontare il primo valore di rilevamento e il secondo valore dì rilevamento con un valore di soglia rispettivamente per giudicare le informazioni di spessore di massa dell'oggetto controllato; e basandosi sulle informazioni di spessore di massa, combinare un'immagine ottenuta dal primo valore di rilevamento e un'immagine ottenuta dal secondo valore di rilevamento con fattori di ponderazione diversi.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, le informazioni di spessore di massa sono determinate basandosi sull'attenuazione dei raggi dall'oggetto controllato.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, per il materiale di piccolo spessore di massa, il fattore di ponderazione per l'immagine dal primo valore di rilevamento è inferiore a quello per l'immagine dal secondo valore di rilevamento.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, per il materiale di grande spessore di massa, il fattore di ponderazione per l'immagine dal primo valore di rilevamento è maggiore di quello per l'immagine dal secondo valore di rilevamento.
I due diversi spettri di energia dei raggi, che sono generati alternativamente dal dispositivo della presente invenzione, sono predominati da raggi X con differenza di energia distinta. Questo offre un beneficio per la discriminazione per un oggetto controllato spesso. In aggiunta, spettri di energia ottimizzati di raggi ad energia alta e bassa sono ottenuti sottoponendo i raggi X a energia alta e bassa generati a modulazione di spettro di energia con materiali assorbenti diversi, il che allarga ulteriormente la differenza di energia equivalente tra i due fasci di raggi X e migliora così la precisione di discriminazione per i materiali, in particolare per i materiali di picco e lo spessore di massa.
Inoltre, per le diverse singole dosi a impulsi e livelli di energia dei raggi a energia alta e bassa, il rilevatore di guadagno variabile regola il guadagno di amplificazione per allargare il campo dinamico. Questo può migliorare ulteriormente l'effetto di rilevamento dello stesso rilevatore per raggi aventi livelli di energia diversi, e aumentare in tal modo la precisione di rilevamento.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La Figura 1 è una vista strutturale schematica di un sistema di discriminazione di materiali secondo la presente invenzione;
la Figura 2 è una vista in sezione dell'apparecchio di modulazione di spettro di energia nel sistema di discriminazione di materiali illustrato in Figura 1;
la Figura 3 illustra viste schematiche degli spettri di energia generati da un acceleratore e lo spettro a doppia energia dopo la modulazione;
la Figura 4 illustra le curve dei rapporti funzionali tra energia di radiazione e attributi e spessore di massa di materiale all'interno del campo di energia globale;
la Figura 5 è il diagramma di flusso per rilevare e discriminare materiali con due fasci di raggi aventi livelli di energia diversi; e
la Figura 6 è il diagramma di flusso del metodo per regolare immagini con informazioni di spessore di massa diverse.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORMA DI REALIZZAZIONE PREFERITE
Qui di seguito, una forma di realizzazione della presente invenzione sarà descritta in dettaglio con riferimento ai disegni.
La Figura 1 è una vista strutturale schematica di un sistema di discriminazione di materiali secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.
Come illustrato in Figura 1, il sistema di discriminazione di materiali secondo la presente invenzione comprende un linac (acceleratore lineare) RF 1, un apparecchio di modulazione di spettro di energia 2, una parte di controllo di sincronizzazione 4 connessa al linac in RF 1 e all'apparecchio di modulazione di spettro di energia 2 attraverso la linea 3, un primo collimatore 6A, un secondo collimatore 6B, un terzo collimatore 6C, una parte di controllo 9 connessa all'apparecchio di modulazione di spettro di energia 2 attraverso la linea 10, un rilevatore 8 connesso alla parte di controllo 9 attraverso la linea 11, e una parte di discriminazione di materiale ed elaborazione di immagini 13 connessa al rilevatore 8 attraverso la linea 12.
Nella presente forma di realizzazione, il linac in RF 1 genera alternativamente raggi X aventi due livelli di energia diversi. I raggi X interagiscono ciascuno con e penetrano attraverso lo stesso oggetto controllato 7, e quindi rilevato dal rilevatore 8. I risultati di rilevamento del rilevatore 8 sono analizzati dal computer 13 per ottenere le immagini di radiazione dell'oggetto controllato e distinguere inoltre gli attributi di materiale dell'oggetto controllato.
Come illustrato in Figura 1, la parte di controllo di sincronizzazione 4 stabilisce una sessione 5 con il linac in RF 1. Dopo la conferma di stato, il linac in RF 1 genera alternativamente due tipi di raggi X aventi livelli di energia diversi basandosi sui parametri di ciclo e i segnali di controllo forniti dalla parte di controllo di sincronizzazione 4. Lo spettro di energia IP dei raggi X generati dal linac in RF 1 ha una differenza di energia distinta. Tuttavia, tale differenza non può soddisfare il requisito dell'applicazione di sistema, la modulazione di spettro di energia necessaria per lo spettro di energia IP per ottenere lo spettro di energia di raggi ad energia alta e bassa aventi una differenza di energia maggiore.
Pertanto, basandosi sui segnali di innesco, il linac in RF 1 può generare alternativamente raggi X di due spettri di energia diversi in cui livelli di energia diversi predominano rispettivamente. Dato che lo spettro di raggi X generati dall'acceleratore è ampio, è necessaria una modulazione di spettro di energia per aumentare ulteriormente la proporzione dei raggi X con livelli di energia desiderati nello spettro. Considerando i livelli di energia dei raggi X generati dal linac in RF 1, si possono utilizzare vari materiali per eseguire la modulazione di spettro di energia, ottenendo in tal modo gli spettri di energia più adatti per la discriminazione ,di materiale.
In aggiunta, dato che i domini di distribuzione di energia variano negli spettri di energia dei raggi X, i materiali adatti per la modulazione di spettro di energia sono diversi. Per esempio, quando il limite inferiore del dominio principale di una distribuzione di energia di un fascio di raggi X è maggiore di un valore di soglia (ad esempio ~3MeV) del livello di energia superiore, si dovrebbe scegliere un materiale a basso Z, come ad esempio B, C, polietilene e qualsiasi altro materiale organico ricco di idrogeno, per la modulazione di spettro di energia di questo fascio di raggi X.
Nel frattempo, allo scopo di assorbire la componente di dispersione di livello di energia basso nei raggi, si preferisce utilizzare in aggiunta un materiale sottile ad elevato Z per la modulazione di spettro di energia dopo aver utilizzato un materiale spesso a basso Z per la modulazione di spettro di energia. Quando il limite inferiore del dominio principale della distribuzione di energia di un fascio di raggi X è superiore a un valore di soglia (ad esempio ~300keV) del livello di energia inferiore, occorre scegliere un materiale ad elevato Z, quale Pb, W, U, ecc., per la, modulazione di spettro di energia di questo fascio di raggi X, si può anche scegliere un materiale a Z medio quale Cu.
La Figura 2 è la vista in pianta della modulazione di spettro di energia 2 nell'apparecchio di discriminazione di materiale illustrato in Figura 1. Come illustrato in Figura 2, la modulazione di spettro di energia 2 comprende un asse di rotazione 201 accoppiato a un servo-motore, una prima parte di modulazione di spettro di energia 202 disposta sull'asse di rotazione 201, una seconda parte di modulazione di spettro di energia 203 accoppiata alla prima parte di modulazione di spettro di energia 202, e un rilevatore di posizione (non illustrato).
Quindi, la prima parte di modulazione di spettro di energia 202, che è fatta di materiale ad elevato Z ed è accoppiata all'asse di rotazione 201, è utilizzata per la modulazione di spettro di energia dei raggi a bassa energia. Come illustrato in Figura 2, la prima parte di modulazione di spettro di energia 202 comprende un numero di sezioni distanziate l'una dall'altra ad ogni sezione è chiamata pala corta. In questo caso, la prima parte di modulazione di spettro di energia 202 può essere accoppiata sulla seconda parte di modulazione di spettro di energia 203, mentre la seconda parte di modulazione di spettro di energia 203 può essere accoppiata direttamente sull'asse di rotazione 201. Altrimenti, come aspetto alternativo, le pale della prima parte di modulazione di spettro di energia 202 possono essere realizzate come richiesto in forma simile a quella delle pale della seconda parte di modulazione di spettro di energia 203. In questo modo, la prima e la seconda parte di modulazione di spettro di energia 202 e 203 possono essere entrambe accoppiate sull'asse di rotazione 201.
La seconda parte di modulazione di spettro di energia 203, che è fatta di materiale a basso Z quale materiale composto, per esempio polietilene più Pb, e disposta in una o parecchie pale, è utilizzata per la modulazione di spettro di energia del raggio ad elevata energia. Come illustrato in Figura 2, lo spessore di massa delle pale della seconda parte di modulazione di spettro di energia 203 è maggiore di quello della prima parte di modulazione di spettro dì energia 202 nella direzione di emissione dei raggi.
Per implementare la modulazione di spettro di energia, le pale ruotano intorno all'asse a una frequenza prestabilita, e il rilevatore di posizione genera un segnale di innesco come segnale di sincronizzazione quando rileva che le pale ruotano in una posizione fissa. Questo segnale è inviato alla parte di controllo di sincronizzazione 4 e alla parte di controllo 9 attraverso la linea 3 e 4, rispettivamente, e il linac in RF 1 e il rilevatore 8 sono resi sincronizzati con l'apparecchio di modulazione di spettro di energia 2 sotto il controllo della parte di controllo di sincronizzazione 4 e la parte di controllo 9, rispettivamente .
In questo modo si può garantire che i raggi aventi uno spettro di energia elevata interagiscono tutti con il materiale delle pale, cioè siano tutti sottoposti a una modulazione da parte della seconda parte di modulazione di spettro di energia 203, mentre tutti i raggi di uno spettro a bassa energia sono sottoposti all'assorbimento da parte del materiale sull'asse, cioè sono tutti sottoposti a una modulazione da parte della prima parte di modulazione di spettro di energia 202.
Come descritto in precedenza, il materiale della prima parte di modulazione di spettro di energia 202 può essere un materiale ad elevato Z quale Pb, W, U, ecc,, che è scelto come materiale per la modulazione di spettro di energia dei raggi X; un materiale a Z medio quale Cu può essere anche selezionato. Al contrario, il materiale della seconda parte di modulazione di spettro di energia 203 può essere un materiale a basso Z quale B, C, polietilene e qualsiasi altro materiale organico ricco di idrogeno, che è scelto come materiale per la modulazione di spettro di energia dei raggi X. Come risultato della modulazione, si ottengono gli spettri di energia 2P di raggi ad energia alta e bassa, dove gli spettri di energia di due livelli di energia diversi sono presi sufficientemente separati l'uno dall'altro.
Inoltre, la Figura 3 è una vista schematica degli spettri di energia generati dall'acceleratore e gli spettri a doppia energia ottenuti dopo la modulazione, rispettivamente. Come illustrato in Figura 3(A), gli spettri di energia prima della modulazione sono illustrati come curve normalizzate 301a e 301b che rappresentano gli spettri di energia generati dall'acceleratore a doppia energia con il livello di energia alto che è 9MeV e il livello di energia basso che 4MeV; come illustrato in Figura 3(B), gli spettri di energia dopo la modulazione sono illustrati come curve normalizzate 302a e 302b. Si può vedere in questo diagramma che la differenza tra i due spettri di energia è ulteriormente allargata.
I raggi ottimizzati aventi livelli di energia sia alto sia basso, che sono ottenuti dopo la modulazione da parte dell'apparecchio di modulazione di spettro di energia 2, passano attraverso il primo e il secondo collimatore 6A e 6B e quindi interagiscono con l'oggetto controllato 7. Come illustrato in Figura 1, l'oggetto controllato 7 si muove lungo un percorso fisso e una direzione fissa perpendicolare al piano di radiazione. Essendo penetrato attraverso l'oggetto controllato 7, i raggi passano attraverso il terzo collimatore 6C e sono quindi raccolti dal rilevatore 8, che raccoglie i dati di livelli di energia alto e basso, come ad esempio l'intensità di trasmissione dei raggi dopo aver irradiato l'oggetto, basandosi sul segnale di sincronizzazione del sistema di controllo 9. In aggiunta, basandosi su un segnale di innesco esterno, il rilevatore 8 può modificare il multiplo del suo guadagno di amplificazione per modificare il suo campo dinamico, ottenendo in tal modo con una precisione superiore i valori di segnale dopo l'interazione tra i raggi a doppia energia e l'oggetto, e riconoscendo con precisione la differenza dei raggi a doppia energia dopo la loro interazione con l'oggetto. Per esempio, nel caso dei raggi aventi livelli di energia diversi, il rilevatore 8 ha multipli diversi di guadagno di amplificazione.
I segnali di dati inviati in uscita dal rilevatore 8 sono inviati alla parte di discriminazione di materiale ed elaborazione di immagini 13 attraverso la linea 12. Come descritto sopra, i valori di rilevamento da parte del rilevatore 8 sono un valore di rilevamento HEL per un livello di energia elevato e un valore di rilevamento LEL per un livello di energia basso. I valori di rilevamento HEL e LEL ottenuti possono essere sostituiti in funzioni di classificazione per determinare il campo di numeri atomici effettivo del materiale nell'oggetto controllato, determinando in tal modo gli attributi di materiale.
Qui, le funzioni di classificazione sono acquisite come segue: utilizzando i raggi con due livelli di energia dal sistema a doppia energìa per sottoporre a scansione un materiale con un numero atomico noto, come ad esempio polietilene che sta per materia organica, Al per metallo leggero, Fe per materia inorganica e Pb per metallo pesante, ecc., con lo spessore di massa dì materiale che varia, e ottenendo così una serie di valori raccolti; calcolando due valori di funzione dai segnali per livelli di energia alto e basso raccolti ogni volta, per esempio calcolando In(HEL/HELO) dai segnali per livello di energia alto o basso, e calcolando a*{In(LEL/LELO)-In (HEL/HELO)} dai segnali per livello di energia alto, dove a è un coefficiente e HELO e LELO sono ciascuno predeterminati valori di rilevamento di riferimento; ottenendo quindi le funzioni di adattamento del materiale basandosi sui valori statistici dei due valori di funzione suddetti, come illustrato in Figura 4.
Quindi, si ottengono le curve di classificazione dalle funzioni di adattamento tramite l'utilizzo di metodi statistici quali le medie K o raggruppamento leader, la macchina vettoriale, ecc. Per esempio, calcolando la varianza statistica del valore di funzione di adattamento, e quindi spostando la curva di adattamento della corrispondente varianza secondo il criterio di classificazione ottimale come richiesto. Nel discriminare un materiale sconosciuto, i valori di funzione di classificazione per i valori di rilevamento sono calcolati dai due valori di funzione dei valori di rilevamento. Quindi, i valori calcolati sono confrontati con i predeterminati valori di funzione di classificazione per ottenere il campo di numeri atomici effettivo del materiale e determinare inoltre gli attributi di materiale dell 'oggetto.
La Figura 5 è il diagramma di flusso del rilevamento e la descriminazione di materiali con due fasci di raggi aventi livelli di energia diversi.
Come illustrato in Figura 5, nella fase SU O, il linac in RF 1 può generare alternativamente raggi X aventi due spettri di energia diversi, come ad esempio un primo raggio X avente un primo spettro di energia e un secondo X avente un secondo spettro, basandosi su un segnale di innesco.
Quindi, nella fase S120, l'apparecchio di modulazione di spettro di energia 2 sopra citato è utilizzato per modulare i raggi X aventi spettri di energia diversi. Per esempio, entrambe controllate dal segnale di sincronizzazione, la prima parte di modulazione di spettro di energia 202 modula il primo raggio X mentre la seconda parte di modulazione di spettro di energia 203 modula il secondo raggio X.
Quindi, nella fase S130, dopo essere passati attraverso il primo e il secondo collimatore 6A e 6B, i raggi X modulati si irradiano e interagiscono con l'oggetto controllato 7.
Nella fase S140, il rilevatore 8 raccoglie dati per i livelli di energia alto e basso basandosi sul segnale di sincronizzazione del sistema di controllo 9. Qui, il rilevatore 8 può modificare il.multiplo del suo guadagno di amplificazione modificando il suo campo dinamico, ottenendo in tal modo con precisione superiore i valori di segnale dopo l'interazione tra i raggi a doppia energia e l'oggetto.
Nella fase S150, i segnali di formazione di immagini e i livelli di energia alto e basso sono inviati alla parte di discriminazione di materiali e elaborazione di immagini 13, in cui si giudica se il segnale inviato è il segnale di formazione di immagini per il livello di energia alto o per il livello di energia basso.
I segnali di formazione di immagini per i livelli di energia alto e basso sono elaborati rispettivamente nelle fasi S160 e S170.
Nella fase S180, i valori di funzione di classificazione per i valori di rilevamento sono calcolati dai due valori di funzione per livelli di energia alto e basso. Quindi i valori calcolati sono confrontati con i predeterminati valori di funzione di classificazione per ottenere il campo di numeri atomici effettivo del materiale e determinare inoltre gli attributi di materiale dell'oggetto.
Nella fase S190, allo scopo di ottenere un'immagine chiara dell'oggetto controllato, un certo numero di immagini ottenute dopo che i raggi X aventi livelli di energia diversi sottopongono a scansione l'oggetto controllato possono essere combinate per acquisire un'immagine di scansione di qualità migliore.
E' ben noto che il fattore di penetrazione dei raggi ad elevata energia è forte, e i dati di rilevamento possono essere ottenuti con un'elevata precisione dopo che i raggi penetrano attraverso un oggetto di spessore di massa grande, e pertanto si può acquisire un'immagine chiara su scala di grigio per l'oggetto di grande spessore di massa. Tuttavia, quando i raggi ad elevata energia penetrano attraverso un oggetto di piccolo spessore di massa, l'immagine su scala di grigio ottenuta è sfocata e le informazioni di dettaglio tendono a perdersi. Fortunatamente, il suddetto svantaggio può essere compensato dall'immagine su scala di grigio ottenuta dopo che i raggi a bassa energia penetrano attraverso l'oggetto.
La Figura 6 è il diagramma di flusso del metodo per regolare immagini con informazioni di spessore di massa diverse. Nella combinazione di immagini, si utilizzano le diverse caratteristiche di attenuazione dei raggi a energia alta e bassa rispetto al diverso spessore di massa dell'oggetto, e l'immagine chiara può essere acquisita in un ampio campo di spessori di massa fondendo due tipi di valori di rilevamento.
Nelle fasi S191 e S192, si determinano gli attributi di materiale dell'oggetto controllato, per esempio, se lo spessore di massa dell'oggetto controllato è spesso o sottile. Qui, il campo approssimato dello spessore di massa dell'oggetto è giudicato dall'attenuazione dei raggi, cioè quando il segnale di attenuazione è grande, per esempio, il valore di rilevamento è minore di un predeterminato valore di soglia, lo spessore di massa del materiale è chiamato grande; quando l'attenuazione è scarsa, per esempio, il valore di rilevamento è maggiore di un predeterminato valore di soglia, lo spessore di massa del materiale è chiamato piccolo.
Nella fase S193, per il materiale di piccolo spessore di massa, sì fornisce un fattore di ponderazione inferiore, come ad esempio 30%, ai dati per il livello di energia elevato, e si fornisce un fattore di ponderazione superiore, quale 70%, ai dati per il livello di energia basso.
Nella fase S194, per il materiale di un grande spessore di massa, si fornisce un fattore di ponderazione superiore, per esempio 70%, ai dati per il .livello di energia elevato, e si fornisce un fattore di ponderazione inferiore, come ad esempio il 30%, ai dati per il livello di energia basso.
Quindi, nella fase S195, le immagini per i livelli di energia alto e basso sono sintetizzate utilizzando i suddetti fattori di ponderazione per acquisire l'immagine chiara finale.
Pertanto, la presente invenzione propone che i valori di rilevamento ottenuti dopo che i raggi X dei diversi livelli di energia interagiscono con l'oggetto siano confrontati con i corrispondenti predeterminati valori di soglia, e si forniscano fattori di ponderazione diversi ai dati per i livelli di energia alto e basso, ottenendo in tal modo le informazioni su scala di grigio dell'immagine sintetizzata alla fine.
Anche se le immagini, che sono rilevate dopo che i raggi interagiscono con oggetti di vari spessori di massa, hanno caratteristiche di immagine diverse, con l'elaborazione del suddetto metodo, anche se lo spessore di massa degli oggetti varia notevolmente, si può acquisire un'immagine grigia chiara del materiale nella scansione dell'oggetto.
Il suddetto metodo riguarda soltanto le forme di realizzazione specifiche della presente invenzione, mentre il campo di protezione della presente invenzione non è limitato a ciò. Qualsiasi modifica o sostituzione, che è ovvia agli esperti nel ramo del campo tecnico descritto nella presente invenzione, dovrebbe essere inclusa nel campo di protezione della presente invenzione, che è così definito dalle rivendicazioni.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia comprendente: una prima parte di modulazione di spettro di energia per modulare un primo raggio avente un primo spettro di energia; e una seconda parte di modulazione di spettro di energia accoppiata alla prima parte di modulazione di spettro di energia per modulare un secondo raggio avente un secondo spettro di energia diverso dal primo spettro di energia. 2. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 1, in cui almeno una tra la prima parte di modulazione di spettro di energia e la seconda parte di modulazione di spettro di energia è accoppiata su un asse di rotazione. 3. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 2, in cui la prima parte di modulazione di spettro di energia comprende almeno una prima pala, e la seconda parte di modulazione di spettro di energia comprende almeno una seconda pala. 4. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 2, in cui la prima pala è fatta da un materiale ad elevato Z. 5. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 4, in cui la prima pala è fatta da almeno uno tra Pb, W, U e Cu. 6. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 2, in cui la seconda pala è fatta di materiale a basso Z. 7. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 6, in cui la seconda pala è fatta da almeno uno tra B, C, polietilene e qualsiasi altro materiale organico ricco di idrogeno. 8. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 3, in cui la prima pala e la seconda pala sono disposte alternativamente e possono ruotare intorno all'asse di rotazione. 9. - Apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 3, in cui lo spessore di massa della prima pala è inferiore a o uguale a quello della seconda pala nella direzione dei raggi. 10. - Metodo per discriminare materiale utilizzando raggi aventi livelli di energia diversi comprendente le fasi di: generare alternativamente un primo raggio avente un primo spettro di energia e un secondo raggio avente un secondo spettro di energia; eseguire la modulazione di spettro di energia per il primo raggio e il secondo raggio rispettivamente tramite l'apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 1; utilizzare il primo raggio e il secondo raggio modulati per interagire con un oggetto controllato; raccogliere il primo raggio e il secondo raggio dopo la loro interazione con l'oggetto controllato per ottenere un primo valore di rilevamento e un secondo valore di rilevamento; e discriminare il materiale dell'oggetto controllato basandosi sul primo valore di rilevamento e il secondo valore di rilevamento. 11. - Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui la fase di discriminazione comprende la fase di generare corrispondenti funzioni di classificazione dal primo valore di rilevamento e del secondo valore di rilevamento, e determinare il materiale dell'oggetto controllato basandosi sulle funzioni di classificazione. 12. - Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui le funzioni di classificazione sono funzioni di adattamento dei valori di rilevamento ottenuti dopo che il primo raggio e il secondo raggio interagiscono rispettivamente con materiali noti predeterminati nel caso della loro variazione dello spessore di massa. 13. - Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui i valori di rilevamento sono l'intensità di trasmissione dei raggi dopo . che essi penetrano attraverso l'oggetto controllato. 14. - Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui i materiali noti sono materiali diversi che rappresentano materia organica, metallo leggero, materia inorganica e metallo pesante rispettivamente e i cui numeri atomici sono noti. 15.- Metodo secondo la rivendicazione 10 comprendente inoltre la raccolta del primo raggio e del secondo raggio dopo la loro interazione con l'oggetto controllato tramite un rilevatore di guadagno variabile. 16. - Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui il guadagno del rilevatore al momento del rilevamento del primo raggio è diverso da quello del rilevamento del secondo raggio. 17. - Dispositivo per discriminare materiali utilizzando raggi aventi livelli di energia diversi comprendente: un apparecchio di generazione di raggi per generare alternativamente un primo raggio avente un primo spettro di energia e un secondo raggio avente un secondo spettro di energia; l'apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 1 per modulare il primo raggio e il secondo raggio rispettivamente, in cui il primo raggio modulato e il secondo raggio modulato interagiscono con l'oggetto controllato; un apparecchio di raccolta per raccogliere il primo raggio e il secondo raggio dopo la loro interazione con l'oggetto controllato per ottenere un primo valore di rilevamento e un secondo valore di rilevamento; e un apparecchio di discriminazione di materiali per discriminare il materiale dell'oggetto controllato basandosi sul primo valore di rilevamento e il secondo valore di rilevamento. 18. - Dispositivo secondo la rivendicazione 17, in cui la discriminazione comprende la generazione di corrispondenti funzioni di classificazione dal primo valore di rilevamento e il secondo valore di rilevamento, e la determinazione del materiale dell'oggetto controllato basandosi sulle funzioni di classificazione. 19. - Dispositivo secondo la rivendicazione 17, in cui le funzioni di classificazione sono funzioni di adattamento dei valori di rilevamento ottenuti dopo che il primo e il secondo raggio interagiscono rispettivamente con predeterminati materiali noti nel caso di variazione del loro spessore di massa. 20. - Dispositivo secondo la rivendicazione 17, in cui i valori di rilevamento sono l'intensità di trasmissione dei raggi dopo che essi penetrano attraverso l'oggetto controllato. 21. - Dispositivo secondo la rivendicazione 17, in cui i materiali noti sono materiali diversi che rappresentano materia organica, metallo leggero, materia inorganica e metallo pesante rispettivamente, e i cui numeri atomici sono noti. 22. - Dispositivo secondo la rivendicazione 17, in cui l'apparecchio di raccolta ha un guadagno variabile. 23. - Dispositivo secondo la rivendicazione 22, in cui il guadagno dell'apparecchio di raccolta al momento del rilevamento del primo raggio è diverso da quello al momento del rilevamento del secondo raggio. 24. - Metodo di elaborazione di immagini comprendente le fasi di: utilizzare un primo raggio avente un primo spettro di energia e un secondo raggio avente un secondo spettro di energia per interagire con un oggetto controllato, rispettivamente, in cui il primo raggio e il secondo raggio sono modulati dall'apparecchio di modulazione di spettro di energia secondo la rivendicazione 1; raccogliere il primo raggio e il secondo raggio dopo l'interazione per ottenere un primo valore di rilevamento e un secondo valore di rilevamento; confrontare il primo valore di rilevamento e il secondo valore di rilevamento con un valore di soglia rispettivamente per giudicare le informazioni di spessore di massa dell'oggetto controllato; e basandosi sulle informazioni di spessore di massa, combinare un'immagine ottenuta dal primo valore di rilevamento e un'immagine ottenuta dal secondo valore di rilevamento con fattori di ponderazione diversi. 25. - Metodo di elaborazione di immagini secondo la rivendicazione 24, in cui le informazioni di spessore di massa sono determinate basandosi sull'attenuazione dei raggi dall'oggetto controllato. 26. - Metodo di elaborazione di immagini secondo la rivendicazione 24, in cui per il materiale di spessore di massa piccolo, il fattore di ponderazione per 1'immagine dal primo valore di rilevamento è inferiore a quello per l'immagine dal secondo valore di rilevamento. 27. - Metodo dì elaborazione di immagini secondo la rivendicazione 24, in cui per il materiale dello spessore di massa grande, il fattore di ponderazione per l'immagine dal primo valore di rilevamento è maggiore dì quello per l'immagine dal secondo valore di rilevamento.
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