MX2008009392A - Sistemas y metodos para detectar una imagen de un objeto por el uso de un haz de rayos x que tiene una distribucion policromatica. - Google Patents
Sistemas y metodos para detectar una imagen de un objeto por el uso de un haz de rayos x que tiene una distribucion policromatica.Info
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Abstract
Se describen sistemas y métodos para detectar una imagen de un objeto usando un haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. De acuerdo a un aspecto, un método puede incluir detectar una imagen de un objeto. El método puede incluir generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. Además, el método puede incluir colocar un cristal monocromador individual en una posición predeterminada para interceptar directamente el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tenga un nivel predeterminado de energía. Además, se puede colocar un objeto en la ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emisión desde el objeto como un haz transmitido de rayos X. El haz transmitido de rayos X se puede dirigir a un ángulo de incidencia en un analizador de cristal. Además, se puede detectar una imagen del objeto desde un haz difractado desde el cristal de analizador.
Description
SISTEMAS Y METODOS PARA DETECTAR UNA IMAGEN DE UN OBJETO POR EL USO DE UN HAZ DE RAYOS X QUE TIENE UNA DISTRIBUCION
POLICROMATICA
CAMPO DE LA INVENCIÓN La materia descrita en la presente se refiere a formación de imágenes por rayos X. De manera más particular, la materia descrita en la presente se refiere a sistemas y métodos para detectar una imagen de un objeto por el uso de un haz de rayos X que tiene una distribución policromática.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se ha usado formación de imágenes por rayos X en una variedad de campos para formar en imágenes objetos. Por ejemplo, se ha usado extensivamente formación de imágenes por rayos X en el campo médico para prueba no destructiva y tomografia computarizada (CT) por rayos X. También se están usando varios otros tipos de tecnologías para formación de imágenes médicas. A continuación en esta sección se presenta un resumen de algunas tecnologías actualmente disponibles para formación de imágenes médicas.
Radiografía por Rayos X Usando Absorción de Rayos X La radiografía convencional de rayos X mide la absorción de rayos X proyectados, o la atenuación, de un
REF: 194553
objeto. La diferencia de la atenuación dentro del objeto proporciona contraste de las características incrustadas que se pueden presentar como una imagen. Por ejemplo, los tejidos cancerígenos aparecen en general en la radiografía convencional debido a que estos tejidos son más lentos que los tejidos no cancerígenos, circundantes. El mejor contraste de absorción se obtiene en general a energías de rayos X donde exalta la absorción. Típicamente, la radiografía convencional se realiza usando menor energía de rayos X a mayores dosis para permitir mayor absorción y de esta manera, mejor contraste e imágenes. El uso de rayos X que tienen mayor energía requieren en general que se use una menor dosis debido a cuestiones de seguridad del paciente. Conforme se incrementa el nivel de energía de los rayos X y disminuye las dosis de los rayos X, disminuye la calidad de la imagen convencional de radiografía . Las fuentes de rayos X para la generación actual de sistemas radiográficos de formación de imágenes usan un diseño basado en un tubo de rayos X de cátodo/ánodo estándar. El espectro de energía y las características generales de salida de un tubo de rayos X se determinan principalmente por el material y la configuración del ánodo. La selección del material apropiado del ánodo se basa con exceso en la aplicación, específicamente en que modalidad y en que estructura se va a formar la imagen.
Para la mamografía, el material más común del ánodo es molibdeno, pero también se usa rodio. La energía promedio del molibdeno de aproximadamente 18 keV proporciona el espectro apropiado para formar en imágenes tejido blando. Para sistemas de mamografía, el ánodo frecuentemente es estacionario y se monta en un bloque de cobre para reducir el calor. Un problema principal de ingeniería es la generación de calor en el ánodo por el haz de electrones, enfocado. Los tubos de rayos X que tienen un ánodo estacionario son más propensos a calentamiento debido a que el medio principal de remoción de calor es el ánodo de cobre circundante, aún con su alta conductancia térmica. Los avances en el desarrollo de tubos de rayos X han conducido al uso de un ánodo giratorio, que gira de modo que el haz de electrones del cátodo no impacta la misma área en el ánodo. El método principal de detección de adquisición para radiografía, hasta el advenimiento relativamente reciente de detectores digitales, es la película de rayos X. Se ha usado formación de imágenes con rayos X para mamografía de detección, para identificar etapas tempranas de cáncer de mama. Es bien conocido que la mortalidad del cáncer de mama entre mujeres bajo controles detectados se puede reducir de manera significativa en comparación con controles no detectados. La mamografía tiende a identificar etapas más pequeñas y menos avanzadas de cáncer, en comparación con
cánceres encontrados por examen físico de mama o auto-examen de mama. El tratamiento de etapas más pequeñas y menos avanzadas de cáncer de mama da por resultado mejores proporciones de supervivencia. Es bastante evidente que se pueden usar métodos mejorados de radiología para detectar cánceres de mama aún más pequeños y de etapas más tempranas. Aproximadamente 10 % de los cánceres de mama clínicamente obvios no son visibles en imágenes producidas por métodos convencionales de mamografía. Además, es típicamente difícil de distinguir entre lesiones benignas o malignas usando radiología convencional. En particular, el cáncer de mama que no es visible con técnicas convencionales de mamografía se presenta más frecuentemente en pacientes con cantidades relativamente grandes de tejido glandular de mama. La densidad del tejido glandular de mama tiende a confundir la patología subyacente. A fin de detectar etapas tempranas de cáncer, es deseable incrementar la sensibilidad de la mamografía de modo que se puedan detectar etapas más pequeñas y más tempranas de cáncer de mama. La detección más temprana de cáncer de mama puede dar por resultado porcentajes significativamente reducidos de mortandad. La tecnología mamográfica ha mejorado dramáticamente durante las últimas pocas décadas. Por ejemplo, ahora existe equipo dedicado de mamografía con calidad apropiada de haz de
rayos X, compresión adecuada de mama y control automático de exposición. Sin embargo, la tecnología mamográfica convencional aún depende de la representación de la absorción de rayos X para definir diferencias entre tejidos normales y anormales. También son evidentes las limitaciones de la radiología convencional en la formación de imágenes de cartílago, tal como durante la detección y tratamiento de lesiones o enfermedades degenerativas de articulaciones, tal como osteoartritis . Serían benéficas mejoras técnicas de formación de imágenes para detectar más temprano enfermedades degenerativas, tal como antes del punto de daño irreversible.
Formación Mejorada de Imágenes por Difracción (PEI) La DEI es una técnica de formación de imágenes de rayos X que extiende dramáticamente la capacidad de la formación convencional de imágenes por rayos X. La técnica de DEI es una modalidad de formación de imágenes de rayos X capaz de generar contraste de la absorción de rayos X, refracción de rayos X, y rechazo de la dispersión de ángulo ultra-pequeño (extensión) . En contraste, las técnicas convencionales de formación de imágenes por rayos X miden solo la absorción de rayos X. La imagen de absorción de DEI y la imagen pico muestran la misma información como una radiografía convencional, excepto que esta virtualmente libre de
degradación por dispersión. En base a la ley de Bragg de la difracción de rayos X, ?? = 2dsen(6), la DEI utiliza el pico de Bragg de la difracción perfecta de cristal para convertir cambios angulares en cambios de intensidad, proporcionando una gran cambio en la intensidad para un cambio pequeño en el ángulo. De esta manera, la DEI es bien adecuada para formación de imágenes de tejidos blandos, y muy promisoria para mamografia. Las técnicas de DEI han demostrado mejoras en la visualización de ofertas en comparación a las técnicas convencionales o formación de imágenes por rayos X, pero ninguna ha afrontado la posibilidad de extender el intervalo útil de energía y de disminuir o eliminar la necesidad de absorción de rayos X. La disminución o eliminación de la absorción de rayos X es de interés significativo en el campo médico . El uso de un cristal de analizador de silicio en la ruta del haz de rayos X genera dos formas adicionales de contraste de imagen, difracción de rayos X, y extinción (rechazo de dispersión de ángulo ultra pequeño) . La DEI utiliza rayos X altamente colimados preparados por difracción de rayos X de silicio de cristal único perfecto, que hasta ahora ha requerido el alto flujo e intervalo de energía de un sincrotrón para mejorar imágenes. Estos rayos X colimados son de energía individual de rayos X, prácticamente
monocromáticos, y se usan como el haz para formar en imagen un obj eto . Los objetos que tienen muy poco contraste de absorción pueden tener refracción considerable y contraste considerable de extinción, mejorando de este modo la visualización y extendiendo la utilidad de la formación de imágenes por rayos X. Las aplicaciones de las tecnologías de DEI a biología y ciencia de materiales ha generado ganancias significativas tanto en contraste como en resolución, indicando el potencial para el uso en la formación de imágenes médicas de corriente principal. Un área de la medicina donde puede ser particularmente efectiva la DEI es en la formación de imágenes de mama para diagnosis de cáncer, donde las estructuras de diagnóstico de interés frecuentemente tienen bajo contraste de absorción, haciéndolas difíciles de ver. Las estructuras con bajo contraste de absorción, tal como las formaciones de espículas que se extienden desde una masa maligna, tienen alta refracción y contraste de dispersión de ángulo ultra-pequeño. Es deseable proporcionar un sistema de DEI con la capacidad de incrementar tanto la sensibilidad como la especificidad de la formación de imágenes de mama basada en rayos X. Múltiples estudios han demostrado contraste mejorado de imagen tanto en aplicaciones médicas como industriales de la DEI. Las ventajas de los sistemas de DEI con respecto a los
sistemas convencionales de formación de imágenes de rayos X en el campo médico incluyen una reducción dramática en la dosis de radiación del paciente y calidad mejorada de imagen. La reducción de dosis es debida a la capacidad de los sistemas de DEI para funcionar a mayores energías de rayos X. La absorción de los rayos X se gobierna por el efecto fotoeléctrico Z2/E3, donde Z es el número atómico y E es la energía del fotón. Hasta ahora, los sistemas de DEI han requerido el uso de un sincrotrón para producir un haz inicial de radiación que se manipula por los otros componentes del sistema para formar en imagen un objeto. Un sincrotrón proporciona un haz de rayos X de alto flujo altamente colimado a través de un amplio intervalo de energías. Un sincrotrón genera radiación a través del movimiento de partículas cargadas en una órbita circular, específicamente electrones, provocando una liberación de fotones. Las propiedades únicas de la radiación del sincrotrón producen rayos X de alto flujo sobre un amplio intervalo de energías que se puede usar para una amplia variedad de aplicaciones. La teoría núcleo de la DEI se basa en la ley de
Bragg de la difracción de rayos X, la ley de Bragg se define por la siguiente ecuación: n =2dsen (T) donde ? es la longitud de onda del haz de incidente de rayos
X, T es el ángulo de la incidencia, d es la distancia entre
las capas atómicas en el cristal y n es un número entero. Una radiografía monoenergética contiene varios componentes que pueden afectar el contraste y resolución de la imagen: Un componente Ic coherentemente dispersado, un componente ?> incoherentemente dispersado, y un componente transmitido. Los rayos X que pasan a través de un objeto o medio donde hay variaciones en la densidad se pueden reflejar, dando por resultado una desviación angular. Específicamente, las desviaciones en el intervalo de los rayos X resultan de variaciones en pt a lo largo de la ruta del haz, donde p es la densidad y t es el espesor. Una fracción de los fotones incidentes también se puede difractar por estructuras dentro de un objeto, que en general están en el orden de milirradianes y se refieren como dispersión de ángulo pequeño. La suma total de estas interacciones contribuidas a la intensidad registrada en una radiografía IN, que se puede representar por la siguiente ecuación:
La resolución y contraste espacial del sistema se degradará por las contribuciones de la dispersión tanto coherente como incoherente. Frecuentemente se usan rejillas anti-dispersión, en la formación de imágenes médicas, para reducir la contribución de la dispersión, pero se limita el desempeño y el uso de una rejilla requiere frecuentemente una mayor dosis para compensar la pérdida en la intensidad.
La técnica de DEI utiliza un cristal de analizador de silicio en la ruta del haz de rayos X de post-objeto para eliminar virtualmente a los efectos de la dispersión tanto coherente como incoherente. La estrecha ventana de aceptación angular del cristal de analizador de silicio se refiere como su curva de balanceo, y está en el orden de microradianes para energías de rayos X usadas en la DEI. El analizador actúa como un filtro angular exquisitamente sensible, que se puede usar para medir tanto la difracción como el contraste de extinción. El contraste de extinción se define como la pérdida de intensidad desde el haz incidente debido a la dispersión, lo que puede producir mejoras sustanciales tanto en el contraste como en la resolución. El Ancho de Darwin (DW) se usa para describir las curvas de reflexividad, y es aproximadamente el Ancho Completo a Medio Máximo (FWHM) de la curva de reflexividad . Los puntos en -1/2 DW y + 1/2 DW son puntos en la curva con una pendiente pronunciada, produciendo el mayor cambio en la intensidad del fotón por microradian para una reflexión del analizador particular y la energía del haz. El contraste en el pico de la curva de balanceo de cristal de analizador se denomina por la absorción y extinción de rayos X, dando por resultado radiografías casi libres de dispersión. El contraste de refracción es más alto donde es mayor la pendiente de la curva de balanceo, en las posiciones -1/2 y +1/2 DW. Una técnica de
procesamiento de imágenes basada en DEI usa estos puntos para extraer los componentes del contraste de la refracción y absorción aparente de estos pares de imagen. El siguiente párrafo describe estas técnicas para extraer los componentes de contraste de la refracción y absorción aparente de un par de imagen. Cuando el cristal de analizador se ajusta a un ángulo que represente +/- 1/2 DW para una reflexión determinada y una energía determinada del haz, la pendiente de la curva de balanceo es relativamente consistente y se puede representar como una aproximación de series de Taylor de dos términos, como se representa por la siguiente ecuación: JD ?(0?+?¾) = ?(<¾) +¾0?)?0?. av Si el cristal de analizador se ajusta en el lado de bajo ángulo de la curva de balanceo (-1/2 DW) , la intensidad resultante de la imagen se puede representar por la siguiente ecuación :
La intensidad registrada para imágenes adquiridas con el cristal de analizador ajustado a la posición de alto ángulo (+1/2 DW) se puede representar por la siguiente ecuación:
r dR ?(??) +—(??)??, V ??
Estas ecuaciones se pueden solucionar por los cambios en la
intensidad debido a la absorción aparente (IR) y la refracción
en el ángulo observada en la dirección Z (???) representada por las siguientes ecuaciones:
IHR{0L)-ILR{9H) (dR ??
Estas ecuaciones se pueden aplicar a imágenes de alto y bajo ángulo en una base de pixel por pixel para separar los dos elementos de contraste en lo que se conoce como una imagen de refracción de absorción aparente de DEI. Sin embargo, es importante señalar que cada una de las imágenes de la curva de balanceo de punto individual usada para generar imágenes de refracción y absorción aparente de DEI, es útil. Como se señala anteriormente, los sistemas actuales de DEI incluyen un sincrotrón para producir un haz de rayos X. Los sistemas de DEI basados en sincrotrón han proporcionado resultados impresionantes durante muchos años. Sin embargo, los sincrotrones son dispositivos grandes y costosos y no son prácticos para aplicaciones médicas o industriales. Dado el incremento dramático en el contraste y en la reducción en la dosis, seria benéfico incrementar la disponibilidad de los sistemas de DEI para uso clínico extendido.
El desarrollo de un formador de imágenes de DEI, clínico, puede tener significado para la formación de imágenes médicas y la salud de las mujeres, en general por las » siguientes razones. (1) se ha mostrado que la DEI produce muy alto contraste para las características que son más importantes para la detección y caracterización del cáncer de mama, (2) los medicamentos de la DEI permiten la formación de imágenes a mayores energías de rayos X que las usadas con la absorción sola; y (3) la capacidad de la DEI para generar contraste sin la necesidad que se absorban fotones, reduce dramáticamente la ionización, y reduce de esta manera la dosis absorbida . Además, se ha estudiado la mamografía de película de detección, de manera extensiva durante los últimos 40 años, y debido a muchos ensayos grandes de detección, aleatorizados, se conoce el reducir la mortalidad de cáncer de mama por aproximadamente 18-30 %. La proporción de muerte por cáncer de mama en los últimos años ha empezado a declinar, debido probablemente en parte al uso extendido de esta prueba de formación de imágenes. Sin embargo, la mamografía estándar de película de detección ni es perfectamente sensible ni es altamente específica. El tejido denso de mama y la implicación difundida de la mama con tumor tiende a reducir la sensibilidad de la mamografía de detección. Para mujeres con mamas densas, las lesiones que se desarrollan son difíciles de
ver debido a que su capacidad para absorber fotones no es mucho mayor que el tejido adiposo circundante, generando poco contraste para la visualización . Aproximadamente 10-20 % de los cánceres de mama que se detectan por auto-examen o examen físico no son visibles por mamografía con película de detección. Además, cuando se detectan lesiones por la mamografía y biopsia, solo 5-40 % de las lesiones son propensas a ser malignas. Adicionalmente , aproximadamente 30 % de los cánceres de mama son visibles en el examen retrospectivo antes de los mamogramas. Las técnicas actuales del procesamiento de imágenes de DEI y la DEI se basan en exceso en la teoría convencional de formación de imágenes y depende, al menos en parte, de la absorción de rayos X para la generación de las imágenes. De esta manera, los objetos formados en imágenes usando estas técnicas absorben radiación. Esta exposición a la radiación es indeseable en aplicaciones para formación de imágenes médicas dadas las cuestiones de dosis, y este razonamiento coloca limitaciones considerables de ingeniería que hacen difícil la traslación clínica e industrial. De esta manera, es deseable proporcionar DEI y técnicas de DEI que produzcan imágenes de alta calidad y que dependan menos de la absorción pero produzcan imágenes con calidad diagnóstica equivalente y visualización equivalente de características. Por consiguiente, en vista de las mejoras deseadas
asociadas con DEI y sistemas de DEI, existe la necesidad de DEI mejorada y sistemas mejorados de DEI y de métodos relacionados para detectar una imagen de un objeto.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La materia descrita en la presente incluye sistemas y métodos para detectar una imagen de un objeto usando un haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. De acuerdo a un aspecto, la materia descrita en la presente puede incluir un método para detectar una imagen de un objeto. El método puede incluir y generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. Además, el método puede incluir colocar un cristal monocromador individual en una posición predeterminada para interceptar directamente el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tenga un nivel predeterminado de energía. Además, se puede colocar un objeto en la ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emisión desde el objeto como un haz transmitido de rayos X. El haz transmitido de rayos X se puede dirigir en un ángulo de incidencia en un analizador de cristal. Además, una imagen del objeto se puede detectar de un haz difractado del cristal del analizador. De acuerdo a otro aspecto, un método de acuerdo con la materia descrita en la presente puede incluir generar un
primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. Además, una porción del primer haz de rayos X se puede bloquear tal que el primer haz de rayos X sea un haz de abanico, colimado. Se puede colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el haz de abanico colimado tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel de energía predeterminado. El método puede incluir colocar un objeto en una ruta del segundo haz de rayos X para la transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz transmitido de rayos X. Adicionalmente , el método puede incluir dirigir el haz transmitido de rayos X en un ángulo de incidencia en un cristal de analizador. El método también puede incluir y detectar una imagen del objeto desde un haz difractado del cristal de analizador. De acuerdo a otro aspecto, un método de acuerdo con la materia descrita en la presente puede incluir generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía al generar una pluralidad de haces de rayos X que se despliegan en diferentes direcciones desde una fuente de punto de rayos X. El método también puede incluir colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía. Además, el método puede incluir colocar un objeto en
una ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz transmitido de rayos X. El haz transmitido de rayos X se puede dirigir en un ángulo de incidencia en un cristal de analizador. Además, el método puede incluir y detectar una imagen del objeto desde un haz difractado del cristal del analizador. De acuerdo a otro aspecto, un método de acuerdo con la materia descrita en la presente puede incluir y generar un primer haz de rayos X que tiene una primera y unas segundas lineas de emisión características. El método también puede incluir colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene la primera y segunda línea de emisión característica. Además, el método puede incluir bloquear selectivamente una de la primera y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X y permitir que pase una bloqueada de la primera y segunda línea de emisión característica del segundo haz de rayos X. Se puede colocar un objeto en una ruta de la bloqueada de la primera y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X para transmisión de la línea característica no bloqueada del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz transmitido de rayos X. El método puede incluir dirigir el haz
transmitido de rayos X en un ángulo de incidencia en un cristal de analizador. Además, el método puede incluir detectar una imagen del objeto de un haz difractado del cristal del analizador. De acuerdo a otro aspecto, un método de acuerdo con la materia descrita en la presente puede incluir generar un primer haz de rayos X que tiene una primera y una segunda lineas de emisión característica. Se puede colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene la primera y segunda líneas de emisión característica. Además, el método puede incluir colocar un objeto en una ruta de la primer y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X para transmisión de la primera y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz transmitido de rayos X. El haz transmitido de rayos X se puede dirigir en un ángulo de incidencia en un cristal de analizador. El método puede incluir y detectar una imagen del objeto desde un haz difractado desde el cristal del analizador . De acuerdo con esta descripción, se proporcionan novedosos sistemas y métodos para detectar una imagen de un objeto usando un haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía.
Es un objeto de la presente descripción proporcionar por lo tanto novedosos sistemas y métodos para detectar una imagen de un objeto usando un haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. Estos y otros objetos como puedan llegar hacer evidentes de la presente descripción se logran, al menos en totalidad o en parte, por la materia descrita en la presente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Ahora se describirá en modalidades preferidas de la materia descrita en la presente con referencia a las figuras anexas, de las cuales: Las Figuras 1A-1C son un diagrama esquemático, una vista en perspectiva superior, y una vista esquemática lateral-superior de un sistema DEI que incluye un cristal monocromador individual y operable para producir imágenes de un objeto de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; Las Figuras ID y 1E son diagramas esquemáticos del sistema de DEI mostrado en las Figuras 1A-1C en diferentes modos de operación de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 2 es un diagrama esquemático de un tubo de rayos X basado en un diseño de tubo de cátodo/ánodo de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente;
La Figura 3 es una vista esquemática superior del sistema de DEI en las Figuras 1A-1E de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 4 es un diagrama de flujo de un proceso de ejemplo para formar en imagen un objeto para el uso de un sistema de DEI de las Figuras 1A-1E de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 5 es una vista lateral de un cristal analizador del sistema de DEI mostrado en las Figuras 1A-1E, y 3, de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente ; Las Figuras 6A y 6B son un diagrama esquemático de una vista en perspectiva superior, respectivamente, de un sistema DEI que incluye cristales monocromadores desajustados y operables para producir imágenes de un objeto de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 7 es un diagrama de flujo de un proceso de ejemplo para formar en imagen un objeto para el uso del sistema de DEI de las Figuras 6A y 6B de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; Las Figuras 8-10 son gráficas de diagramas Dumond de cristales de germanio [333] y silicio [333] a diferentes longitudes de onda; La Figura 11 es una vista lateral de un cristal monocromador de germanio y un cristal monocromador de silicio
del sistema de DEI mostrado en las Figuras 6A y 6B de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 12 es un diagrama esquemático de un sistema de DEI que incluye cristales monocromadores desajustados y operables para producir imágenes de un objeto de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente ; Las Figuras 13-16 son diagramas esquemáticos de un arreglo de ejemplo de un tubo de rayos X y un tanque monocromador que tiene un cristal monocromador individual en un núcleo molecular de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. . La Figura 17 es una imagen de una porción de salida del haz de rayos X de un tubo de rayos X de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 18 es otra imagen de la porción de salida del haz de rayos X del tubo de rayos X mostrado en la Figura 17; La Figura 19 es una imagen de un filtro de aluminio y colimadores de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 20 es una imagen de la tapa protectora que se desmonta y corta pero no se dobla para ajuste al extremo del tubo de rayos X de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente;
La Figura 21 es una imagen de una tapa protectora en un extremo de un tubo de rayos X para el propósito de prevenir la emisión indeseada de haces de rayos X desde el extremo del tubo de rayos X de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 22 es una imagen del tanque monocromador que incluye la protección de plomo para impedir la emisión indeseada de haces de rayos X desde el tanque monocromador de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 23 es una imagen de un tanque monocromador que incluye la protección de plomo para impedir la emisión indeseada de haces de rayos X desde el tanque monocromador de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 24 es una imagen de otra porción de la protección colocada cerca del extremo del tubo de rayos X para impedir la emisión indeseada de haces de rayos X desde un lado del tubo de rayos X de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 25 es una imagen de un tubo de rayos X y un tanque monocromador en una posición de operación con respecto a otro de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 26 es una imagen de una vista frontal de los componentes internos del tanque monocromador de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente;
La Figura 27 es una vista en perspectiva superior de un sistema de DEI de ejemplo de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 28 es un diagrama esquemático que incluye una vista lateral, una vista superior, y una vista frontal de un cristal monocromador de ejemplo de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 29 es una vista en perspectiva de un cristal monocromador que muestra las regiones hacia adentro/hacia afuera y los ángulos chi y teta de la rotación de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente ; La Figura 30 es una gráfica del flujo del haz monocromático en un concentrado de una Fuente de Luz X15A de Sincrotrón Nacional usando planos de difracción de cristales de silicio [111], [333], [444] y [555]; La Figura 31 es una gráfica que ilustra que la reducción en el FWHM incrementa la pendiente de ' la curva de balanceo; La Figura 32 es un diagrama esquemático de la configuración experimental de un sistema de DEI que usa un haz de rayos X de sincrotrón de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 33 es una imagen de un disipador térmico de filtro de aluminio de ejemplo de acuerdo a la materia
descrita en la presente; La Figura 34 es una gráfica de la temperatura medida por el termistor durante el periodo de 24 horas. La Figura .35 es una imagen de una vista elevada de una segunda base monocromadora modernizada de ejemplo y la placa de soporte con lineas de enfriamiento con agua para reducir la temperatura de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 36 es una gráfica de una prueba de estabilidad del sistema de 18 keV que muestra la posición pico del analizador durante un periodo de tiempo; La Figura 37 es una gráfica de la corriente de anillo de rayos X de la Fuente de Luz de Sincrotrón Nacional (NSLS) durante las pruebas de estabilidad 18 keV; La Figura 38 es una gráfica de una prueba de estabilidad del sistema de 40 keV que muestra la posición pico de analizador durante un periodo de tiempo; La Figura 39 es una gráfica de la corriente de anillo de rayos X de NSLS durante la prueba de estabilidad de 40 keV; Las Figuras 40A-40C son imágenes de un fantasma de CD de ejemplo adquiridas a 18 keV de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; Las Figuras 41A-41C son imágenes de un fantasma de CD de ejemplo adquiridas a 30 keV de acuerdo a una modalidad
de la materia descrita en la presente; Las Figuras 42A-42C son imágenes de las tres diferentes regiones del fantasma de MISTY adquiridas a 30 keV, Bragg [333], en la posición pico del cristal del analizador obtenidas con un sistema y método de acuerdo con la materia descrita en la presente; La Figura 43 es una gráfica de las contribuciones de la absorción, dispersión incoherente, y dispersión coherente en mama versus energía; La Figura 44 es una imagen de un espécimen de mama de ejemplo formado en imagen en un sistema convencional de radiografía; La Figura 45A-45F son radiografías de sincrotrón de la misma muestra a energías de haz de 18 keV, 25 keV, 30 keV, 40 keV, 50 keV y 60 keV, respectivamente, usando técnicas de acuerdo con la materia descrita en la presente. Las Figuras 46A-46F son imágenes de un espécimen de mama usando energías de haz de MIR de 18 keV, 25 keV, 40 keV, 50 keV y 60 keV, respectivamente; Las Figuras 47A-47F son gráficas de la dosis glandular media y la distribución de energías de haces de 18 keV, 25 keV, 30 keV, 40 keV, 50 keV y 60 keV, respectivamente; La Figura 48 es una gráfica de la energía de haz de rayos X versus energía usada por MIR de acuerdo con la materia descrita en la presente;
La Figura 49 es una imagen que indica una estimación del diámetro de fibra usando MIR; La Figura 50 es una gráfica que ilustra el perfil de difracción de fibra de nailon obtenido con técnicas de acuerdo con la materia descrita en la presente; La Figura 51 son gráficas de calibración de diámetro de ajuste de refracción de MIR; Las Figuras 52A-52C son imágenes de refracción de MIR de especímenes de cáncer de mama obtenidas con técnicas de acuerdo con la materia descrita en la presente; La Figura 53 es una imagen de un conjunto de MIR de una masa localizada de cáncer de mama y formación de espículas obtenida por un sistema de DEI de acuerdo con la materia descrita en la presente; Las Figuras 54A-54E son imágenes de la visualización de fibrillas con DEI en comparación a una radiografía convencional; Las Figuras 55A-55C son diagramas esquemáticos de un sistema de DEI simulado usando el software de simulación por computadora de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente; La Figura 56 es una vista en perspectiva de un elemento de enfoque de espiral log acoplado a un cristal monocromador de DEI de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente;
La Figura 57 es una vista en perspectiva que ilustra el efecto de enfoque de un elemento de espiral log, con una fuente en caustico: La Figura 58A y 58B son una vista en planta y una vista en elevación, respectivamente, de un sistema de caracterización para estudios experimentales; La Figura 59 es un diagrama esquemático de un detector de conversión de rayos X directos a carga; Las Figuras 60A y 60B son imágenes producidas del mismo fantasma de fibrilla de nailon por un sistema basado en sincrotrón y un sistema basado en tubo de rayos X, respectivamente, de acuerdo con la materia descrita en la presente ; La Figura 61 es una imagen de refracción de sincrotrón del mismo espécimen de mama mostrado en las Figuras 44 y 45A-45F usando técnicas de acuerdo con la materia descrita en la presente; Las Figuras 62A y 62B son imágenes de la misma área de un espécimen de tejido de mama usando un tubo de rayos X y un sincrotrón, respectivamente, de acuerdo con la materia descrita en la presente; La Figura 63 se una imagen de un espécimen de mastectomia de cáncer de mama obtenida usando un tubo de rayos X de acuerdo con la materia descrita en la presente.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La materia descrita en la presente incluye sistemas y métodos para detectar una imagen de un objeto usando un haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. En particular, la materia descrita en la presente describe DEI mejorada y sistemas mejorados de DEI y métodos relacionados para detectar una imagen de un objeto. De acuerdo a un aspecto, la materia descrita en la presente puede incluir un método para detectar una imagen de un objeto. El método puede incluir generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. Además, el método puede incluir colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía. Además, se puede colocar un objeto en la ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emisión desde el objeto como un haz transmitido de rayos X. El haz transmitido de rayos X se puede dirigir a un ángulo de incidencia en un analizador de cristal, después de detectar una imagen del objeto de un haz difractado desde el cristal del analizador. Estos sistemas y métodos pueden ser ventajosos, por ejemplo, debido a que pueden proporcionar una dosis extremadamente baja en aplicaciones médicas, tiempos más rápidos de exploración, alta resolución, y costos relativamente bajos de operación y
construcción. Además, por ejemplo, estos sistemas se pueden construir en una unidad compacta y son fácilmente utilizables en aplicaciones clínicas e industriales. Una técnica de procesamiento de formación de imágenes usando DEI de acuerdo con la materia descrita en la presente puede usar imágenes adquiridas en puntos simétricos de la curva de balanceo para generar imágenes de absorción y refracción aparente de un objeto. Una imagen de absorción aparente de DEI es similar a una imagen de radiografía convencional, pero exhibe mucho mayor contraste debido al rechazo de dispersión. Las imágenes de refracción de DEI pueden representar la magnitud de pequeñas deflexiones del haz provocadas por características de un índice de refracción de escala grande. Se genera una imagen de extinción de DEI en puntos en la curva de balanceo donde el mecanismo principal de contraste es debido a los fotones que se han dispersado por un objeto en el orden de microradianes . Otra técnica de procesamiento de formación de imágenes basada en DEI se refiere como Radiografía de Múltiples Imágenes (MIR) que usa múltiples puntos en la curva de balanceo para generar imágenes cuantitativas que representan la absorción, refracción y dispersión a escala ultra-pequeña de los rayos X del objeto. Los sistemas y métodos de acuerdo con la materia descrita en la presente pueden generar imágenes en cualquier punto en la curva de balanceo del analizador, y de esta manera se pueden
usar para generar: (1) DEI de imagen individual en cualquier posición del analizador; (2) imágenes de refracción de absorción aparente de DEI; (3) imágenes de absorción, refracción y dispersión de MIR; y (4) imágenes de densidad másica. La capacidad para generar los datos sin procesar de la imagen requeridos para estos procesos y cualquier otra técnica de procesamiento basada en DEI son útiles para todas las técnicas de procesamiento basadas en DEI. Además, los sistemas y métodos descritos en la presente son tratables para el uso en tomografia computarizada, y pueden proporcionar los datos sin procesar para el uso en cualquier algoritmo de tomografia computarizada basada en DEI.
Interacciones de Fotones con la Materia Esta sección proporciona una vista general de la generación de rayos X, fotónica e interacciones de fotones con la materia. Además, esta sección explica los mecanismos físicos de la sección, refracción y dispersión de rayos X y como se relacionan a los métodos de DEI y de procesamiento de imágenes por DEI. También se analizan los tópicos del depósito de energía, medición de dosis, y los efectos asociados a la salud de la exposición a la radiación. Una de las más importantes interacciones físicas subyacentes en la radiografía es el efecto fotoeléctrico. La aplicación de esta teoría a la formación de imágenes por rayos
X ayuda a explicar cómo se obtiene el contraste en la radiografía convencional. Los rayos X que pasan a través de un objeto, tal como tejido de mama, pueden golpear un electrón y aumentar su energía a un nivel por arriba de la energía de unión de esta órbita. Si esto se presenta, el electrón tendrá suficiente energía para superar la fuerza de atracción del núcleo y dejar el átomo con una energía total igual a la energía del fotón incidente menos la energía de unión del electrón. En tejidos biológicos, los rayos X incidentes pueden conducir a formación directa o indirecta de radicales libres, los cuales pueden interactuar con el ADN y otras estructuras celulares conduciendo a mutaciones y otros efectos perjudiciales. El efecto positivo de esta interacción es que la energía del fotón de rayos X se transfiere al electrón, lo que significa que no encontrará la película o detector de un sistema de formación de imágenes. La disminución de la cantidad de los rayos X transmitidos a través de un objeto se refiere como atenuación de rayos X, y el componente primario de este proceso en la formación convencional de imágenes es a través de la absorción mediante el efecto fotoeléctrico. La probabilidad de que la absorción fotoeléctrica se presente por masa unitaria es proporcional a Z3/E3, donde Z es el número atómico y E es la energía del fotón incidente. Para formación de imágenes médicas, la ecuación se simplifica frecuentemente para reflejar el efecto de la energía del haz,
haciendo la probabilidad de absorción fotoeléctrica proporcional a 1/E3. Puesto que el contraste en la radiografía convencional se basa en la absorción, el contraste de la absorción disminuirá rápidamente a mayores niveles de energía. Una excepción a esta tendencia se presenta en el borde de K-absorción de un átomo, una energía característica específica a cada elemento. La probabilidad que se presente una interacción fotoeléctrica se incrementa de forma significativa cuando la energía del fotón incidente esta justo por arriba de la energía de la K-absorción, o borde K. Puesto que la absorción fotoeléctrica se incrementa con un mayor número atómico y una menor energía del haz, la formación en imágenes del tejido de mama llega hacer una empresa desafiante. La mayoría de los elementos primarios en el tejido blando se componen de hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno, todos los cuales tienen números atómicos relativamente bajos y bordes de absorción por abajo de 1 keV. Tanto el número atómico promedio relativamente bajo como el bajo borde de absorción de los elementos primarios que comprenden la parénquima del tejido de mama hacen desafiante la determinación de las diferencias entre características benignas y malignas, especialmente en las etapas tempranas de la enfermedad. Una interacción física inherente a la generación convencional de rayos X es aquella de bremsstrahlung, que en
Alemán es para "radiación de ruptura". Los electrones a velocidades no relativisticas usados en los sistemas de formación de imágenes se aceleran a través de un voltaje y tienen una energía cinética definida por la siguiente ecuación :
KE = —mv2 2 Los electrones emitidos en un metal, tal como el ánodo de un tubo de rayos X, se pueden desviar conforme pasan por los núcleos atómicos densos y se desaceleran rápidamente. Un electrón puede liberar energías que varían desde 0 a su KE total, con la pérdida de energía dependiente de que tan cerca pase el electrón al núcleo. Las desviaciones que dan por resultado una liberación de baja energía tienen una probabilidad mucho mayor que aquellas que dan por resultado una liberación de energía grande. Los electrones que se aceleran a altos potenciales y tienen una fuerte interacción con el núcleo lo que da por resultado una disminución significante en la velocidad pueden dar por resultado la liberación de un fotón en la banda de rayos X del espectro de energía. La fuente principal de rayos X generados de los tubos de rayos X de diagnóstico tienen de la radiación bremsstrahlung . Los electrones acelerados que interactúan con un átomo pueden producir otro tipo de rayo X en base
principalmente a las propiedades atómicas del objeto, conocidos como rayos X característicos. Si un electrón acelerado encuentra un electrón en un orbital atómico, parte de su energía se puede transferir y aumentar el electrón impactado a un mayor nivel de energía. La expulsión del electrón impactado puede presentarse si la energía transferida es igual a o mayor que la energía de unión de ese electrón. Si se presenta una interacción esa expulsa uno de estos electrones, un electrón de un mayor nivel de energía caerá para rellenar la separación. Puesto que estos electrones van a ir desde un alto nivel de energía o un menor nivel de energía, el cambio en el nivel de energía se acompaña con una liberación de energía. Un electrón que transita desde el segundo nivel de energía al primer nivel de energía (n=2 a n=l) se refieren como rayos X de Ka. Las transiciones desde el tercer nivel de energía al primer nivel de energía (n=3 a n=l) se clasifican como rayos X de Kp. Hay numerosas transiciones que pueden presentarse en base a esta colisión electrónica, pero las interacciones que generan rayos X característicos se producen por transiciones en los niveles de energía atómicos inferiores . El espectro de salida de energía de un objetivo de rayos X dependerá de las propiedades del metal que se use. Es importante, en la selección de un objetivo, la determinación de la energía promedio necesaria para una aplicación
particular de formación de imágenes. Para aplicaciones que utilicen rayos X monocromáticos, los rayos X característicos producidos por un objetivo son de importancia particular. Con respecto a la absorción de rayos X, cuando los fotones de los rayos X encuentran materia, la interacción conduce a una atenuación de los rayos X incidente, con una porción de los rayos X que se absorben y una porción que se transmite. La atenuación de los rayos X es una pérdida en la intensidad del fotón en base a la densidad de electrones y el número atómico promedio de un objeto. También puede presentarse dispersión de rayos X conforme los fotones a través de la materia y conducen a una pérdida en la intensidad, pero este componente es difícil de medir en radiografía convencional. La cuantificación de la cantidad de fotones que se absorben conforme pasan a través de un objeto de espesor X se determina por cuantos fotones se transmiten (It) en comparación al número de fotones en el haz incidente (I0) · Al grado al cual se atenúan los fotones conforme pasan a través de la materia es una propiedad de los materiales que se puede medir, y se llama el coeficiente de atenuación (µ) con unidades de cm"1. Las diferencias en los coeficientes de atenuación lineal permiten el contraste de imagen de rayos X, con el más alto contraste que esta entre las áreas de alta y baja atenuación. El coeficiente de absorción lineal es proporcional a
la densidad del material atravesado, y el valor tabulado frecuentemente se expresa como µ/?. Este valor se llama el coeficiente de absorción de masa y es independiente del estado físico del material (sólido, líquido o gas) . La refracción de luz conforme pasa desde un medio a otro se descubrió primero por illebrord Snell, y la ley que define este proceso se conoce como la ley de Snell. Matemáticamente, esta relación se define por la siguiente ecuación : ni sen (01) = n2 sen (T2) donde el medio incidente es el medio 1, y el medio refractado es el medio 2. El paso de una onda electromagnética que pasa desde un medio a otro es análogo a la luz visible y pasa a través de un medio, con la desviación que depende de la diferencia del índice. Usando el ejemplo clásico de luz visible, se puede refractar la luz que se mueve desde un índice de refracción a un medio con un mayor índice de refracción. Este ejemplo se usa comúnmente para demostrar la refracción de luz visible, pero la ley también aplica para rayos X. Sin embargo, para rayos X, las partes reales de los índices de refracción complejos son menos que la unidad y se pueden expresar por la siguiente ecuación: n = 1 - d cuando se usan rayos X de alta energía y materiales con un
bajo número atómico promedio, una aproximación para d se proporciona por la siguiente ecuación:
donde N es el número de electrones por volumen unitario del material de muestra, re es el radio clásico del electrón, y ? es la longitud de onda de los rayos X. Usando estas ecuaciones se puede mostrar que para una interfaz lineal entre dos regiones con distintos índices de refracción, se desviará un fotón incidente a un ángulo ?T aproximado por la siguiente ecuación : ?T S (;z, -n2)taii0 Los fotones pueden sufrir principalmente tres eventos cuando se encuentra en un objeto: pueden pasar a través sin ninguna interacción, se pueden absorber a través del efecto fotoeléctrico, o pueden sufrir un evento de dispersión. En su definición más general, la dispersión es una desviación angular en la ruta de un fotón secundaria a una interacción con otro objeto. Las características del fotón, y medio en el que viaja y las propiedades del objeto que encuentra tienen un profundo impacto en el resultado de la interacción . Las interacciones que se presentan en una pérdida o transferencia de energía son elásticas, y las interacciones de
los rayos X que se presentan sin una pérdida asociada de energía en el fotón incidente se refieren como dispersión elástica, o dispersión coherente. En un evento de dispersión coherente, la energía del fotón primario de rayos X se absorbe primero completamente y luego se re-emite por los electrones de un átomo individual. No hay pérdida neta de energía en la interacción, pero es completamente arbitraria la dirección de la re-emisión del fotón. Para formación de imágenes médicas, las interacciones de dispersión coherente son bastante menos significativas que las interacciones fotoeléctricas o los eventos de dispersión que se presentan sin una pérdida de energía, conocidas como dispersión incoherente. En los intervalos de energía usados en la formación de imágenes de diagnóstico, la interacción de dispersión que es dominante y frecuentemente problemática es la dispersión incoherente. Este efecto se conoce como dispersión de Compton. Se puede describir una interacción de dispersión Compton como una colisión entre un fotón de rayos X y un electrón en el nivel de energía exterior de un átomo. La energía que une los electrones exteriores es mínima, y toda la energía perdida en la interacción entre el fotón y el electrón se transfiere como energía cinética al electrón. Esta transferencia de energía da por resultado un fotón con energía disminuida, o longitud de onda incrementada, y la expulsión del electrón impactado del átomo. En la colisión se conservan
tanto la energía como el momentum, de modo que la energía y la desviación angular del fotón dispersado dependerán de la cantidad de energía transferida al electrón. La ecuación de la dispersión de Compton usada para describir el cambio en la longitud de onda se proporciona por la siguiente ecuación:
?-?'=—(1- eos0) =—sen2 (-&) me me 2
en donde ? es la longitud de onda del fotón de incidente y ?' es la longitud de onda del fotón dispersado. Típicamente, los fotones de rayos X de alta energía transfieren una pequeña cantidad de energía, haciendo al ángulo de dispersión pequeño con relación a la trayectoria inicial del fotón. Por el contrario, es de una naturaleza más isotrópica la dispersión de fotones de rayos X de menor energía. El problema en la radiografía convencional es que en tanto que los rayos X de menor energía, usados en la formación de imágenes de diagnóstico se dispersan isotrópicamente, se dirigen hacia delante estos fotones que se detectan. Estos fotones dispersados pueden tener una energía similar y dirección similar en comparación con los fotones deseados usados para generar una imagen. La similitud en la energía y dirección hace difícil su remoción por rejillas antidispersión y filtro de energía. Por esta razón, la dispersión de Compton puede reducir la resolución y contraste al hacer borrosa la imagen resultante. Se han usado métodos ingeniosos
para reducir el impacto de la dispersión de Compton en la radiografía, pero no han tenido éxito las técnicas convencionales de formación de imágenes por rayos X en la eliminación completa de este efecto. El desarrollo y el uso de sistemas de formación de imágenes que usan radiación ionizante tanto se habilitan como se conectan a tierra por la radiación electromagnética usada para visualizar la estructura interna de un objeto o paciente. La radiación ionizante se define como la radiación que tiene suficiente energía para provocar que los átomos suelten electrones y lleguen a ser iones. La formación de imágenes por rayos X es la modalidad de formación de imágenes, ionizante, más comúnmente usada, pero otras modalidades de formación de imágenes funcionales y anatómicas utilizan radiación ionizante para obtener información de diagnóstico. Una consecuencia inevitable de usar radiación ionizante es la dosis asociada con su uso, y es esencial un entendimiento de cómo se mide la dosis y los efectos asociados a la salud. Como con otros sistemas de medición, la cuantificación de la exposición a la radiación ha evolucionado y cambiado, produciendo numerosas unidades y métodos. La dosis se define como la cantidad de radiación expuesta a o absorbida por un sujeto u objeto. El Roentgen es una unidad de uso de exposición para medir la ionización reducida en el aire por rayos x o radiación gamma. La
determinación de la exposición en términos de Roentgens comprende determinar la suma de las cargas eléctricas en todos los iones de un signo producidos en el aire cuando todos los electrones liberados por los fotones en un elemento de volumen de aire, es decir completamente en el aire, dividido por la masa del aire en el elemento de volumen. Un Roentgen (R) se define como 2.58 x 10"4 Culombios de carga producida por rayos X o rayos gamma por kilogramo de aire. El Roentgen también se define como la cantidad de radiación gamma y/o x que produce una carga de 1 esu (2.08 x 109 pares de iones) en 1 ce de aire seco a temperatura y presión normal. El uso del Roentgen se limita a medir radiación x y gamma, y de manera más importante no es una medida de la dosis absorbida. Su uso no es común en los dispositivos de formación de imágenes médicas, pero su uso persiste debido a que la medición de la ionización del aire aún es ampliamente usada en otras áreas. Una medición más útil de la radiación para aplicaciones de formación de imágenes biológicas toma en cuenta la dosis de radiación absorbida por un sujeto u objeto, que se expresa en rad. Un rad es igual a 100 ergs (1 erg = 10~7 J) de energía absorbida por 1 gramo de tejido. La unidad de radiación absorbida internacionalmente adoptada es el gray y es igual a 100 rads . Un rad o gray no es una medida de la energía total, es una medida de cuánta dosis se absorbe por gramo de tejido. A fin de determinar cuánta energía total se
distribuyó, se debe conocer la cantidad de tejido expuesto.
Tanto el rad como el gray proporcionan una medida de la dosis absorbida, pero es aún sólo una medida de la cantidad de energía dejada detrás en un tejido. Además de determinar los tipos particulares de radiación de efecto, el tipo de tejido que se expone también tiene un impacto en el efecto total. Ciertos tipos de tejido son más sensibles a la radiación que otros, con algunos de los más sensibles que son células de división rápida tal como células madre hematopoyéticas , epitelio intestinal, y células espermatogénicas . Un término conocido con la dosis efectiva se calcula al adicionar el producto de las dosis equivalentes de los tipos de tejidos irradiados y su factor de ponderación expresado por la siguiente ecuación: Dosis Efectiva= „ = (Dosis Equivalente por Factor de Ponderación de ? Tejido) Los sistemas biológicos dependen de un sistema hiper-complej o de moléculas y estructuras para llevar a cabo las funciones necesarias para la vida. La radiación ionizante puede romper las operaciones celulares lo que puede conducir a una pérdida de función o muerte de la célula. Las moléculas en el cuerpo están unidas por enlaces químicos e interactúan en una secuencia bien definida, frecuentemente asistida por enzimas y otra maquinaria biológica. La energía liberada de la ionización puede romper enlaces químicos, cambiando
potencialmente la forma y función de estas moléculas. El impacto en la célula es dependiente de en qué partes de la célula se rompan y cuántos eventos tomen lugar en una cantidad determinada de tiempo. Uno de los componentes más sensibles y críticos de la célula es su ADN (ácido desoxiribonucléico) , que está comprendido en la replicación, trascripción y traducción celular subsiguiente. Si toma lugar un evento de ionización en el ADN que conduce a la expulsión de un electrón, una carga eléctrica puede formarse en el ADN. Las interacciones que toman lugar de esta manera se llaman una acción directa, ya que el evento de ionización se presenta directamente en el ADN o de una molécula vecina. Aproximadamente 2/3 de la generación de radicales libres de los rayos X se clasifican como una acción indirecta, que se presenta cuando un electrón expulsado golpea una molécula de agua. Esto ioniza la molécula de agua y puede conducir a una serie de pasos a la creación de un radical libre. Una vez que se genera un radical libre, puede reaccionar muy fuertemente con otras moléculas para restaurar su configuración electrónica estable. Si un radical libre interactúa con una molécula de ADN, puede crear un error que no hace nada, provoca una disfunción temporal, o desestabiliza la célula, conduciendo a muerte celular a la larga. La exposición excesiva a radiación puede conducir a
muerte celular, lo que se puede manifestar en dos formas básicas. La ionización puede romper funciones celulares al punto donde la célula no puede sostenerse más por si misma, conduciendo a muerte celular. También se presenta inhibición mitótica, que permite que la célula funcione, pero no se replique por más tiempo. Los efectos que tienen un impacto a nivel celular se pueden poner a escala al nivel del órgano, sistema u organismo. Una dosis de 100 gray al cuerpo completo puede conducir a muerte en el espacio de 24 a 48 horas. Una dosis total del cuerpo de 2.5 a 5 gray puede producir muerte en el espacio de varias semanas. La exposición localizada a radiación en órganos y otras partes del cuerpo puede conducir a muerte celular focal y disfunción celular, con el impacto de daño determinado en parte por la sensibilidad del tipo de tejido. La muerte celular es sólo una consecuencia de la exposición a radiación ionizante, la alteración de ADN puede conducir a errores en el diseño del ADN. El desarrollo de cáncer es un resultado posible del daño del ADN a células somáticas. Los errores en el ADN pueden conducir a defectos en la regulación celular, lo que puede conducir a proliferación descontrolada y el desarrollo de cáncer. La inducción de errores en el ADN de células germinales puede conducir a defectos heredables que no se pueden manifestar por si mismos durante generaciones.
PEI y Sistema de PEI y Métodos Relacionados Un sistema de PEI de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente puede incluir un cristal monocromador individual para rechazar rayos X particulares emitidos por un tubo de rayos X. Las Figuras 1A-1C son un diagrama esquemático, una vista en perspectiva superior, y una vista esquemática lateral-superior de un sistema de PEI, designada general 100, que incluye un cristal monocromador individual y operable para producir imágenes de un objeto O de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Además, las Figuras 1P y 1E son diagramas esquemáticos del sistema 100 de PEI en diferentes modos de operación de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a las Figuras 1A y IB, el sistema de PEI designada general 100 puede incluir un tubo XT de rayos X operable para producir un haz de rayos X policromático, designado en general XB, o una pluralidad de haces de rayos X que se desplegan en diferentes direcciones desde una fuente puntual de tuvo XT de rayos X. El haz XB de rayos X puede incluir fotones que tienen diferentes energías. En un ejemplo, el tubo XT de rayos X es un tubo de rayos X de tungsteno que tiene una fuente puntual desde la cual se puede emitir el haz XB de rayos X. La Figura 2 es un diagrama esquemático de un tubo XT de rayos X en base a un diseño de tubo de rayos X estacionario
de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 2, el tubo XT de rayos X incluye un cátodo C configurado para generar un haz de electrones, en general designado EB. El cátodo C se puede elaborar de tungsteno. Se aplica un alto voltaje a través del cátodo C y el ánodo A, lo que crea una alta diferencia potencial a través de un interior V de vacio del tubo XT de rayos X. Se puede aplicar un potencial de voltaje al ánodo A mediante una conexión ANC de ánodo. El tubo XT de rayos X puede incluir un filamento F configurado para calentar el cátodo C. El filamento F se puede conectar a un suministro de energía -por conexiones FC de filamento. El interior V de vacío se define dentro del alojamiento XTH de tubo de rayos X. Los electronés se pueden expulsar de forma termónica desde el cátodo C al calentar el cátodo C. Una copa EFC de enfoque electrostático circunda el punto de expulsión de electrones, lo que ayuda a enfocar la corriente de electrones hacia el ánodo A. Además, los electrones que se emiten desde el cátodo C se enfocan a través del interior V de vacío al ánodo A, con la velocidad a través de la separación que se determina por el voltaje aplicado a través del circuito. Los electrones expulsados desde el cátodo C se pueden dirigir hacia e incidente en un objetivo T de tungsteno del ánodo A. Como resultado del impacto de electrones en el
objetivo T, se genera el haz XB de rayos X. El haz XB de rayos X emite el interior V de vacío mediante una ventana XW de rayos X. El haz XB de rayos X puede incluir líneas de emisión característica de radiación bremsstrahlung. Un ejemplo de un generador de rayos X es el ISOVOLT TITAN 160 disponible de GE Inspection Technologies de Ahrensburg, Alemania. Otros tubos de rayos X de ejemplo incluyen la serie COMET MXR-160 de tubos de rayos X, tal como el tubo de rayos X MXR-160HP/20, que están disponibles de Comet AG de Flamatt, Suiza. Otros tubos de rayos X de ejemplo pueden incluir aquéllos que usan ánodos diferentes de tungsteno, incluyendo molibdeno, hierro y cobre. Otros tipos adecuados - de objetivos incluyen un objetivo de hexaboruro de bario y un objetivo de samario. Un objetivo de hexaboruro de bario puede producir rayos X a aproximadamente 30 keV. La línea Kal de Samarium está en aproximadamente 40 keV. En un ejemplo, un ánodo de un tubo de rayos X puede ser un ánodo giratorio desde el cual se pueden emitir haces de rayos X. En otro ejemplo, un ánodo de un tubo de rayos X puede ser un ánodo estacionario desde el cual se puedan emitir haces de rayos X. Con referencia nuevamente a las Figuras 1A y IB, se puede colocar un colimador Cl para bloquear una porción del haz XB de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal monocromador MC . El sistema 100 también
puede incluir colimadores adicionales colocados entre el tubo XT de rayos X de cristal monocromador MC para ' bloquear una porción del haz XB de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal monocromador MC. Los colimadores pueden definir una ranura o agujero a través del cual puede pasar una porción del haz XB de rayos X al cristal monocromador MC . Además, los colimadores se pueden hacer de cualquier material adecuado para bloquear haces de rayos X tal como plomo. Una distancia X entre el tubo XT de rayos X y el colimador Cl puede ser de aproximadamente 100 milímetros (mm) . El cristal monocromador MC se puede configurar para seleccionar una energía predeterminada de una porción del haz XB de rayos X incidente en el mismo. En un ejemplo, el cristal monocromador MC es un cristal monocromador de sílice [333] adaptado para rechazar la mayoría de fotones del haz XB de rayos X que no tienen una energía deseada. Para el caso de un tubo de rayos X de tungsteno, puede haber un intervalo de energías de haz que se reflejen por el cristal monocromador de silicio. En este caso, las líneas de emisión características de los haces de rayos X son 59.13 keV (Kal) y 57.983 (Ka2), y la radiación bremsstrahlung que cae dentro de la ventana estrecha de aceptación angular del cristal monocromador. El brillo de la radiación bremsstrahlung es de varias órdenes de magnitud menor de las dos líneas de emisión Ka. El haz XB de rayos X se dispersa por cristal
monocromador MC en varias direcciones diferentes. Un colimador C2 se puede colocar para bloquear una porción del haz XB de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal de AC analizador. El colimador C2 puede definir una ranura o agujero a través del cual puede pasar una porción del haz XB de rayos X hacia el cristal AC de analizador para intercepción por el cristal AC de analizador. En un ejemplo, una distancia Y entre el cristal monocromador MC y el cristal AC de analizador puede ser de aproximadamente 500 mm. El cristal AC de analizador se puede girar para medir la cantidad de radiación que viaja en una dirección particular. La función de sensibilidad angular del sistema de cristal se llama la curva de balanceo intrínseca, y esta propiedad se usa para generar contraste de refracción de imagen. Si un fotón de rayos X se desvía hacia el pico de la curva de balanceo, su reflectividad, y su intensidad se incrementarán. Si un rasgo o característica de un objeto hace que un fotón se desvía de la curva de balanceo, o lejos de la posición de reflectividad pico, provocará una reducción en la intensidad . La muestra u objeto se puede formar en imagen en aire o sumergido en un medio de acoplamiento, tal como agua. El uso de un medio de acoplamiento se puede usar para reducir el gradiente del índice entre el aire y el objeto que se va a
formar en imagen, permitiendo de este modo que los rayos X incidentes pasen en la muestra sin experimentar refracción significativa en la interfaz aire-objeto. Esto no es necesario para la mayoría de los objetos, pero es su aplicación del método de DEI y se puede usar para mejorar el contraste interno de un objeto. En un ejemplo, el cristal monocromador MC es un cristal simétrico que es de dimensión estrecha. Los planos de cuadrícula del cristal simétrico (las capas atómicas que contribuyen a difractar el haz de rayos X) están paralelos a la superficie del cristal. Un cristal simétrico conserva la divergencia y el tamaño del haz entrante. En comparación, un cristal asimétrico modifica la divergencia y tamaño del haz entrante. En este ejemplo del cristal monocromador MC que es un cristal simétrico, se puede lograr la formación bi-dimensional de imágenes de campos grandes de formación de imágenes (por ejemplo, campos de formación de imagen de aproximadamente 100 mm por 100 mm) al explorar un objeto muestra y un detector usando un cristal simétrico. Una ventaja de ejemplo de un cristal simétrico sobre un cristal asimétrico es que el cristal asimétrico requiere un cristal monocromador grande para preparar el haz de formación de imagen (por ejemplo, selección y colimación de rayos X) , imponiendo una severa limitación en la perfección del cristal grande. Además, el tamaño de un cristal asimétrico se
incrementa con el incremento de la energía del haz de rayos X, haciendo de este modo impráctico rayos X de aproximadamente 59.13 keV. En contraste, por ejemplo, un cristal monocromador simétrico usado de acuerdo con la materia descrita en la presente puede utilizar rayos X de 59.13 keV con un cristal de tamaño modesto de aproximadamente 30 mm de altura. Con referencia nuevamente a las Figuras 1A y IB, se puede colocar un objeto O en la ruta del haz XB de rayos X por una etapa ST de exploración para formar en imagen el objeto O. El objeto O se puede explorar perpendicular a la dirección del haz XB de rayos X como se indica por la flecha A. Durante la .exploración del objeto O, el haz XB de rayos X puede pasar a través del objeto O y se puede analizar por el cristal AC de analizador, que puede ser un cristal de silicio [333] que corresponde al cristal monocromador MC. El haz XB de rayos X incidente en el cristal AC de analizador puede difractar por intercepción por un detector digital (o placa de imagen) DD. El detector digital DD puede detectar el haz XB de rayos X interceptado y generar señales eléctricas representativas de los haces de rayos X, interceptados. En un ejemplo, se puede utilizar un sistema de exploración de fuente lineal. En un ejemplo, el sistema de exploración puede tener una correlación 1:1 entre el objeto y el detector. Las señales eléctricas se pueden comunicar a una
computadora C para análisis de la imagen y para presentación a un operador. La imagen representada por las señales eléctricas puede incluir contribuciones tanto de las energías Kal y como Ka2 en la imagen resultante. En un ejemplo, la energía de interés es la energía Kal de 59.319 keV. En este ejemplo, las características de la imagen producidas por la energía de Ka2 se pueden remover mediante procesamiento de imágenes. Si las características creadas por la porción de Ka2 del haz de rayos X están a una distancia menor que la resolución deseada, entonces se pueden usar las dos conjuntamente y reducir el tiempo total requerido de la imagen. Para aplicaciones de alta resolución, la porción de energía de Ka2 puede provocar un efecto de ensombrecimiento y se puede remover mediante el procesamiento de la imagen. La computadora C se puede configurar para generar una imagen de absorción, una imagen que muestra efectos de refracción, y una imagen que representa dispersión de ángulo ultra pequeño, los tipos de los cuales se describen en más detalle más adelante. Con referencia de manera particular a la Figura IB, el cristal monocromador MC puede propagar el haz XB de rayos X como un haz tipo abanico. El haz tipo abanico se puede colimar con colimadores para protección contra rayos X indeseados, dando por resultado imágenes de DEI claras y bajas dosis al sujeto. En contraste a un haz bi-dimensional , un haz
tipo abanico se puede controlar más fácilmente para la protección de rayos X indeseados. Con referencia a la Figura 1C, se muestran distancias de ejemplo entre una fuente S de la emisión de la radiación de rayos X desde el tubo XT de rayos X (mostrado en las Figuras 1A y IB) al cristal monocromador MC, objeto 0, cristal AC de analizador, y detector DD. Los componentes se pueden separar uno del otro a distancias adecuadas dependiendo de la aplicación. En este ejemplo, el sistema 100 de DEI se configura para mamografia. Con referencia ahora a las Figuras ID y 1E, como se señala anteriormente, estas figuras muestran el sistema 100 de DEI en diferentes modos de operación. Las lineas Kal Kl y Ka2 K2 dé emisión característica del haz de rayos X se generan por el tubo XT de rayos X. Las líneas Kal Kl y Ka2 K2 de emisión se originan de la misma fuente PS puntual. Como se señala anteriormente, el cristal monocromador MC rechaza la mayoría de los fotones del haz de rayos X que no tiene la energía deseada. En este caso, las líneas Kal Kl y Ka2 K2 de emisión y la radiación bremsstrahlung pasan el cristal monocromador MC y se dirigen hacia el cristal AC de analizador como se muestra . El colimador C2 se coloca en una ruta de las líneas Kal Kl y Ka2 K2 de emisión. El colimador C2 define una ranura ajustable a través de la cual se pueden hacer pasar
selectivamente las lineas de emisión hacia el cristal AC de analizador. En el primer modo de operación mostrado en la Figura ID, la ranura se ajusta para una abertura X, 0.6 mm para una distancia de aproximadamente 400 mm desde la fuente puntual PS, y se colocan tal que la linea Kal Kl de emisión pasa el colimador C2 y se bloquea ?a2 K2. De esta manera, el colimador C2 remueve todos los rayos X excepto los rayos X de la linea Kal Kl de emisión y un intervalo muy estrecho de radiación bremsstrahlung. En este modo, el haz no es divergente y de esta manera se exploran el objeto O y el detector DD a la misma velocidad de exploración, en direcciones opuestas. Este modo produce una resolución fuera de plano, máxima, posible (la dirección de contraste de DEI), pero al costo de remover una porción de los rayos X del haz de rayos X, necesitando de este modo tiempo incrementado de exposición. La fuente puntual virtual para el objeto O se designa VPS . Con referencia ahora a la Figura 1E, en el segundo modo de operación, las lineas Kal Kl y Ka2 K2 de emisión y la radiación bremsstrahlung a energías cercanas se pasan a través del colimador C2. La ranura del colimador C2 se ajusta para una abertura X, 2.0 mm a una distancia de aproximadamente 400 mm desde la fuente puntual PS y se coloca tal que las líneas Kal Kl y Ka2 K2 de emisión y la radiación bremsstrahlung pasen
el colimador C2. En este modo, la divergencia de haz se toma en cuenta. A fin de evitar emborronamiento de la imagen, el objeto 0 y el detector DD se pueden explorar a la misma velocidad angular. Las velocidades relativas de exploración del detector DD y la etapa de muestra en el cual se coloca el objeto 0 se pueden determinar por la distancia de fuente a objeto y la distancia de fuente a detector (donde las distancias se toman a lo largo de la ruta del haz) . La divergencia del haz en este modo puede conducir a menor resolución fuera del plano, pero este modo tiene la ventaja de hacer pasar más rayos X y de esta manera permitir un tiempo más rápido de exposición. La fuente puntual virtual para el detector DD se designa DVPS. Las porciones Cl y C2 de circulo se centran en los puntos de fuente virtual para el objeto O y el detector DD, respectivamente. Además, en una modalidad de uso del segundo modo, se puede capturar la radiación Bremsstrahlung a las energías de rayos X que son diferentes de las líneas K alfa. De esta manera, en esta modalidad, el sistema es ajustable en la energía de rayos X y no se limita a las energías de emisión característica. Esta funcionalidad se puede lograr al cambiar el ángulo incidente del cristal monocromador y el cristal de analizador. En un ejemplo, esta funcionalidad se puede lograr al cambiar el ángulo incidente a 11.4 grados, siguiendo la ley de Bragg, y reemplazando el filtro de Copper con un filtro de
aluminio. En este ejemplo, puede presentarse la formación en imágenes a una energía de rayos X de 30 keV. Las energías de rayos X menores que la energía de la línea de emisión de Tungsteno se pueden utilizar para objetos relativamente delgados. En un ejemplo, el filtro de cobre se puede configurar para remover una radiación bremsstrahlung de aproximadamente 19 keV para reducir o eliminar reflexiones y harmónicas indeseadas del cristal. Las imágenes tienen el potencial de que se degraden sin esta filtración. La Figura 3 es una vista esquemática superior que ilustra el sistema 100 de DEI de las Figuras 1A-1E de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 3, el haz XB de rayos X se genera por una fuente de tubo XT de rayos X. Los colimadores Cl y C2 bloquean la propagación de la porción del haz XB de rayos X que pasa hacia el cristal AC de analizador a un ángulo de aproximadamente 5.7 grados desde la fuente de tubo XT de rayos X. La porción del haz XB de rayos X que pasa a través de los colimadores Cl y C2 es la porción del haz de rayos X que pasa a través de las ranuras en los colimadores. El sistema 100 puede incluir detectores DI y D2 de yoduro de sodio, derecho e izquierdo, de analizador, respectivamente, y detectores D3 y D4 , de yoduro de sodio, derecho e izquierdo, de monocromador , respectivamente. Los
detectores D1-D4 se configuran para alineación del analizador. Estos detectores se usan para medir la intensidad del haz de rayos X difractada que se emite desde el cristal monocromador C, o el analizador de AC . Para alineación del sistema, se colocan detectores DI y D2 en el haz XB de rayos X del cristal AC de post-analizador . Si el cristal de analizador no se ajusta al ángulo deseado, la intensidad medida por los detectores DI y D2 mostrará esto y se puede ajustar el sistema. Lo mismo es válido para los detectores en el haz XB de rayos X del cristal MC de post-monocromador . Además, los detectores D1-D4 se pueden usar para medir el haz XB de rayos X en tiempo real y para ajustar el cristal DI y D2, chi, de analizador (ángulo como se mide alrededor del eje a lo largo de la ruta del haz de rayos X) o el cristal chi D3 y D4 de monocromador. El uso de estos detectores para ajustar, medir y ajustar el cristal AC de analizador y el cristal MC de monocromador puede ser importante para adquisición exitosa de imagen de DEI . La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para formar en imagen el objeto O por el uso del sistema 100 de DEI mostrado en las Figuras 1A-1E de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 4, en el bloque 400, un primer haz de rayos X se puede generar que tiene una energía de distribución policromática. Por ejemplo, el haz XB de rayos X
generado por el tubo XT de rayos X puede tener · una distribución policromática de energía. Además, por ejemplo, el tubo XT de rayos X se puede ajustar a una potencia de al menos 50 kW para generar el haz de rayos X. En la alternativa, por- ejemplo, la potencia del tubo XT de rayos X se puede ajustar a menos de 50 kW (tal como aproximadamente 30 kW) para algunas aplicaciones médicas, investigación y desarrollo, formación en imágenes de animales pequeños, etc. La ventaja de usar menos energía es un costo reducido. El primer haz de rayos X puede tener una energía de haz que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 60 keV. En un ejemplo, el primer haz de rayos X se puede generar por un sincrotrón . En el bloque 402, se puede colocar el cristal monocromador MC en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía. Por ejemplo, se puede colocar una superficie del cristal monocromador MC en la ruta del haz XB de rayos X para interceptar el haz. Como se señala anteriormente, se puede adaptar el cristal monocromador MC para rechazar la mayoría de los fotones del haz XB de rayos X que no tiene una energía deseada. De esta manera, se puede producir un segundo haz resultante de rayos X que tiene el nivel predeterminado de energía. En una modalidad, se puede colocar una superficie
del cristal monocromador MC a un ángulo de entre aproximadamente 5 grados y 20 grados con respecto a una ruta del haz XB de rayos X incidente en la superficie del cristal monocromador C . En este ejemplo, estos ángulos se pueden usar para reflexión de [333] . De manera alternativa, se pueden usar otros ángulos adecuados en la colocación de la superficie del cristal monocromador MC . En otro ejemplo, se puede colocar una superficie del cristal monocromador MC a un ángulo de entre aproximadamente 1 grado y 20 grados con respecto a una ruta del haz XB de rayos X incidente en la superficie del cristal monocromador MC. En otro ejemplo, se puede colocar una superficie de cristal monocromador MC en un ángulo de entre aproximadamente 1 grado y 20 grados con respecto a una ruta del haz XB de rayos X incidente en la superficie del cristal monocromador MC. Si se usan ambas reflexiones de [333] y [111], el intervalo angular puede estar entre aproximadamente 1 grado y aproximadamente 40 grados para el intervalo de energía de 10 a 70 keV. En el bloque 404, el objeto O se puede colocar en una ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto O y para la emisión de un haz transmitido desde el objeto O. Por ejemplo, el objeto O se puede colocar en la etapa ST de exploración para movimiento del objeto O en la ruta del haz de rayos X. En el bloque 406, el haz de rayos X transmitido se
puede dirigir a un ángulo de incidencia en el cristal AC de analizador. Por ejemplo, el cristal AC de analizador se puede colocar en la ruta del haz transmitido de rayos X y a un ángulo para interceptar el haz de rayos X a un ángulo de incidencia. Al menos una porción del haz que intercepta el cristal AC de analizador se puede difractar hacia el detector DD. En el bloque 408, se puede detectar una imagen del objeto 0 desde el haz difractado desde el cristal AC de analizador. Por ejemplo, el detector DD puede detectar el haz difractado desde el cristal AC de analizador. El haz difractado se puede detectar por uno de los siguientes detectores de ejemplo: un detector configurado para digitalizar una imagen detectada; una película radiográfica; y una placa de imagen. En un ejemplo, la imagen de un objeto se puede detectar desde un haz difractado desde un analizador de cristal a un pico de una curva de balanceo del analizador de cristal y/o cerca de un pico de una curva de balanceo del analizador de cristal. La imagen detectada se puede procesar y presentar a un usuario mediante una computadora C para la presentación a un usuario. En otro ejemplo de la detección de la imagen del objeto, se puede detectar una primera imagen angular del objeto 0 desde un primer haz difractado emitido desde el cristal AC de analizador colocado en una primera posición
angular. La primera imagen angular del objeto 0 se puede detectar a un ajuste de bajo ángulo de curva de balanceo del cristal AC de analizador. Además, se puede detectar una segunda imagen angular del objeto 0 desde un segundo haz difractado emitido desde el cristal AC de analizador colocado en una segunda posición angular. La segunda imagen angular del objeto 0 se puede detectar en un ajuste de alto ángulo de curva de balanceo del cristal AC de analizador. La primera y segunda imágenes angulares se pueden combinar por la computadora C para derivar una imagen de refracción. Además, la computadora C puede derivar una imagen de densidad másica del objeto 0 de la imagen de refracción. La imagen de densidad másica se puede presentar a un usuario mediante una presentación de computadora C. La Figura 5 es una vista lateral del cristal AC de analizador del sistema 100 de DEI mostrado en las Figuras 1A-1E, y 3, de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 5, se muestra la difracción de lineas Kal y Ka2 de emisión característica desde la superficie del cristal AC de analizador. El ajuste de más de una energía de rayos X puede dar por resultado flujo mejorado de rayos X. En otra modalidad, un sistema de DEI de acuerdo con la materia descrita en la presente puede incluir un diseño de cristal desajustado para rechazar rayos X particulares
emitidos por un tubo de rayos X. En este diseño, la linea de emisión de Ka2 del haz de rayos X se puede eliminar en el monocromador. Las Figuras 6A y 6B son un diagrama esquemático y una vista en perspectiva superior, respectivamente, de un sistema de DEI, designado en general 600, que incluye cristales monocromadores desajustados y operable para producir imágenes de un objeto O de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a las Figuras 6A y 6B, el sistema 600 de DEI incluye el tubo XT de rayos X operable para producir el haz XB de rayos X. El colimador Cl se puede colocar para bloquear una porción del haz XB de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular de un primer cristal monocromador MCI. La porción no bloqueada del haz XB de rayos X fue de interceptar el primer cristal monocromador MCI, que refracta la porción no bloqueada en una dirección para intercepción por un segundo cristal monocromador MC2. El primer cristal monocromador MCI se puede ajustar a un ángulo particular usando la ley de Bragg para seleccionar un intervalo muy estrecho de energías fotónicas para dar por resultado un haz monocromático difractado dirigido hacia el segundo cristal monocromador MC2. Debido a la divergencia del haz XB de rayos X desde el tubo XT de rayos X, el primer cristal monocromador MCI puede difractar un intervalo de energías que pueden incluir las líneas Kal y Ka2 de emisión característica y la radiación bremsstrahlung a
energías cercanas. Una función del segundo cristal monocromador MC2 es re-dirigir el haz a una dirección paralela al haz incidente y alineado con el cristal AC de analizador. Cuando se ajusta el sistema para una energía particular, el primer cristal monocromador se alinea primero, y luego el segundo cristal se ajusta para encontrar la posición del haz. Con el segundo cristal MC2 monocromador alineado, el cristal AC de analizador se explora para encontrar la posición del haz en el cristal. El balanceo del cristal para encontrar la posición del haz es análogo a la exploración de una radiomarcación para encontrar una estación particular, generando un aumento agudo en la intensidad cuando la posición angular del analizador está en alineación perfecta con el segundo cristal monocromador. Una vez que se alinea el cristal AC de analizador, el sistema se ajusta y está listo para el uso. El primero y segundo cristales MCI y MC2 monocromadores , respectivamente, se pueden configurar en un diseño de cristal desajustado para rechazar rayos X particulares emitidos por un tubo de rayos X. Se pueden usar cristales monocromadores MCI y MC2 para eliminar la línea de emisión Ka2 del haz XB de rayos X, lo que se puede lograr al utilizar la aceptación angular versus energía para diferentes cristales. En una modalidad, los cristales monocromadores MCI y MC2 pueden ser, respectivamente, cristales monocromadores de
germanio [333] y de silicio [333] . La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de ejemplo para formar en imagen del objeto 0 por el uso del sistema 600 de DEI mostrado en las Figuras 6A y 6B de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 7, en el bloque 700, se puede generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía. Por ejemplo, el haz XB de rayos X generado por el tubo XT de rayos X puede tener una distribución policromática de energía. Además, por ejemplo, el tubo XT de rayos X se puede ajustar a una potencia de al menos 50 k para generar el haz de rayos X. El primer haz de rayos X puede tener una energía de haz que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 60 keV. En un ejemplo, el primer haz de rayos X se puede generar por un sincrotrón . En el bloque 702, el cristal monocromador MCI se puede colocar en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía. Por ejemplo, se puede colocar una superficie del cristal monocromador MCI en la ruta del haz XB de rayos X para interceptar el haz. Como se señala anteriormente, se puede adaptar un cristal monocromador MCI para rechazar la mayoría de los fotones del haz XB de rayos X que no tienen una energía
deseada. De esta manera, se puede producir un segundo haz de rayos X, resultante, que tiene el nivel predeterminado de energía. En un ejemplo, se puede colocar una superficie del cristal monocromador MCI en un ángulo de entre aproximadamente 5 grados y 20 grados con respecto a una ruta del haz XB de rayos X incidente en la superficie del cristal monocromador MCI . En el bloque 704, el cristal monocromador MC2 se coloca para interceptar el segundo haz de rayos X y para dirigir el segundo haz de rayos X hacia el cristal AC de analizador. En un ejemplo, el segundo cristal monocromador MC2 se puede colocar tal que el segundo haz de rayos X se dirija a lo largo de una ruta paralela a una ruta de la porción del haz XB de rayos X que pasa a través del colimador Cl. En otro ejemplo, los cristales monocromadores MCI y MC2 pueden estar desajustados. En otro ejemplo, los cristales monocromadores MCI y MC2 se pueden seleccionar para rechazar una porción predeterminada del haz XB de rayos X. En otro ejemplo, los cristales monocromadores MCI y MC2 pueden ser uno de cristales monocromadores de germanio [333] y de silicio [333] . En el bloque 706, se puede colocar el objeto O en una ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto O y emisión de un haz transmitido del objeto 0. Por ejemplo, se puede colocar
el objeto 0 en una etapa de exploración para el movimiento del objeto 0 en la ruta del haz de rayos X. En el bloque 708, el haz transmitido de rayos X se puede dirigir a un ángulo de incidencia en el cristal AC de analizador. Por ejemplo, el cristal AC de analizador se puede colocar en la ruta del haz transmitido de rayos X y a un ángulo para interceptar el haz de rayos X a un ángulo de incidencia. Al menos una porción del haz que intercepta el cristal AC de analizador se puede difractar hacia el detector DD. En el bloque 710, se puede detectar una imagen del objeto O del haz difractado del cristal AC de analizador. Por ejemplo, el detector DD puede detectar el haz difractado del cristal AC de analizador. El haz difractado se puede detectar por uno de los siguientes detectores de ejemplo: un detector configurado para digitalizar una imagen detectada; una película de radiografía; y una placa de imagen. En un ejemplo, la imagen de un objeto se puede detectar de un haz difractado de un analizador de cristal en un pico de una curva de balanceo del analizador de cristal y/o cerca de un pico de una curva de balanceo del analizador de cristal. En este ejemplo, los picos pueden presentarse dentro de aproximadamente la mitad de un ancho de Darwin de la curva de balanceo. La imagen detectada se puede procesar y presentar a un usuario mediante una computadora C para presentación a un
usuario . En otro ejemplo de la detección de la imagen del objeto, se puede detectar una primera imagen angular del objeto 0 desde un primer haz difractado emitido desde el cristal AC de analizador colocado en una primera posición angular. La primera imagen angular del objeto 0 se puede detectar a un ajuste de bajo ángulo de curva de balanceo del cristal AC de analizador. Además, se puede detectar una segunda imagen angular del objeto 0 desde un segundo haz difractado emitido desde el cristal AC de analizador colocado en una segunda posición angular. La segunda imagen angular del objeto O se puede detectar a un ajuste de alto ángulo de curva de balanceo de cristal AC de analizador. La primera y segunda imágenes angulares se pueden combinar por la computadora C para derivar una imagen de refracción. Además, la computadora C puede derivar una imagen de densidad másica del objeto 0 de la imagen de refracción. La imagen de densidad másica se puede presentar a un usuario mediante una presentación de computadora C. Las Figuras 8-10 son gráficas de diagramas Dumond de cristales de germanio [333] y silicio [333] a diferentes longitudes de onda. En particular, la Figura 8 es una gráfica de un diagrama Dumond de cristales de germanio [333] y silicio [333] en el intervalo de longitudes de onda que corresponden a la Kal y Ka2 de tungsteno. La Figura 9 es una gráfica de un
diagrama Dumond de cristales de germanio [333] y silicio [333] en el intervalo de longitudes de onda que corresponden a la Kal de tungsteno. La longitud de onda que corresponde a Kal de tungsteno (59.319 keV) , hay un traslape completo del germanio [333] y silicio [333], indicando de este modo que no hay rechazo de la energía de Kal conforme se difracta a través del primer cristal interceptado (es decir, un cristal monocromador de germanio) y el segundo cristal interceptado (es decir, un cristal monocromador de silicio) . Sin embargo, a mayores longitudes de onda, hay una separación de las longitudes de onda que se aceptará para cada cristal a un ángulo determinado. Con referencia a la Figura 10, a la longitud de onda que corresponde a la Ka2 de tungsteno (57.982 keV) , no hay traslape en la aceptación de la longitud de onda de germanio [333] y silicio [333] . Aplicando esto a una fuente basada en tungsteno como se describe con respecto al ejemplo mostrado en las Figuras 6A y 6B, se pueden colocar cristales monocromadores de germanio y silicio en geometría paralela para permitir la reflexión casi sin pérdida de la longitud de onda de Kal y completamente rechazar la longitud de onda de Ka2. La Figura 11 es una vista lateral del cristal MCI monocromador de germanio y el cristal MC2 monocromador de silicio del sistema 600 de DEI mostrado en las Figuras 6A y 6B
de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 11, se muestran cristales monocromadores MCI y MC2 en una geometría paralela para proporcionar la reflexión casi sin pérdida de la longitud de onda de Kal y el rechazo completo de la longitud de onda de Ka2 para un tubo de rayos X de tungsteno. Con referencia nuevamente a las Figuras 6A y 6B, la porción del haz XB de rayos X que pasa los cristales monocromadores MCI y MC2 se dispersan en varias direcciones diferentes. Un colimador C2 puede incluir una ranura o agujero colocado para bloquear una porción del haz XB de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal AC de analizador. Se puede colocar el objeto 0 en la ruta del haz XB de rayos X para formar en imagen por una etapa ST de exploración. Durante la exploración del objeto 0, el haz XB de rayos X puede pasar a través del objeto 0 y se puede analizar por el cristal AC de analizador, que puede ser un cristal de silicio [333] que se ajusta o corresponde al cristal monocromador MC2. El haz XB de rayos X incidente en el cristal AC de analizador puede difractarse para intercepción por el detector digital DD. El detector DD digital puede detectar el haz XB de rayos X interceptado y generar señales eléctricas representativas de los haces interceptados de rayos X para comunicación a la computadora C.
La computadora C puede analizar la representación de la señal y presentar una imagen del objeto 0 a un operador. En particular, la computadora C se puede configurar para generar una imagen de absorción, una imagen que muestra efectos de refracción, y una imagen que representa dispersión de ángulo ultra pequeño, los tipos de las cuales se describen en más detalle más adelante. La Figura 12 es un diagrama esquemático de un sistema de DEI, designado en general 1200, que incluye cristales monocromadores desajustados y operable para producir imágenes del objeto 0 de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 12, el sistema 1200 de DEI puede incluir un tubo XT de rayos X de tungsteno operable para producir el haz XB de rayos X dirigido en general en la dirección indicada por la flecha A. Se puede colocar una ventana BW de berilio (Be) en un extremo BE de salida de haz del tubo XT de rayos X para interceptar el haz XB de rayos X. Las funciones de la ventana BW de BE incluyen filtración de los rayos X de baja energía y sellado del interior de vacío del tubo XT de rayos X. Se puede mantener la ventana BW de Be en un alojamiento Hl configurado para la unión al extremo BE de salida del haz. Se puede colocar un filtro AF de aluminio (Al) corriente debajo de la ventana BW de Be para interceptar el haz XB de rayos X que pasa a través de la ventana Be de BE.
Se puede mantener el filtro AF de Al en un alojamiento H2 configurado para la unión al alojamiento Hl de la ventana BW de Be. Se usa un filtro AF de Al para atenuar los rayos X de menor energía, indeseados. Se puede colocar un tanque MT de monocromador corriente abajo del filtro AF de Al para interceptar el haz XB de rayos X que pasa a través del filtro AF de Al. El tanque MT de monocromador puede incluir un primero y un segundo cristales monocromadores MCI y MC2 desajustados, respectivamente, y un par de colimadores Cl y C2 cada uno que define una ranura a través de la cual puede pasar el haz XB de rayos X. El tanque MT de monocromador puede incluir extremos El y E2 para entrada y salida, respectivamente, del haz XB de rayos X. Los colimadores Cl y C2 pueden colimar una porción del haz XB de rayos X. El primero y segundo cristales MCI y MC2 monocromadores, respectivamente, se pueden configurar en un diseño de cristal desajustado para rechazar rayos X particulares emitidos por un tubo de rayos X. Los cristales monocromadores MCI y MC2 se pueden usar para eliminar la línea de emisión de Ka2 del haz XB de rayos X. En un ejemplo, los cristales monocromadores MCI y MC2 pueden ser cristales monocromadores de germanio [333] y silicio [333], respectivamente. El tanque MT monocromador puede alojar mecanismos para hacer girar los cristales MCI y MC2 monocromadores como se describe en la presente para
seleccionar una energía del haz XB de rayos X. El sistema 1200 puede incluir otro colimador C3, una cámara IC de iones, y un montaje SA de obturador, colocados corriente abajo del tanque MT del monocromador. En el extremo E2 de salida del tanque MT de monocromador, al menos una porción del haz XB de rayos X puede pasar a través de una ranura definida dentro del colimador C3 colocado corriente abajo del tanque MT de monocromador para la colimación del haz de rayos X y para el bloqueo de una porción del haz XB de rayos X. La cámara IC de iones se usa para medir el flujo de rayos X usando el principio que los fotones de rayos X se pasan a través de la cámara puede ionizar y crear un voltaje. El montaje SA de obturador puede ser operado para bloquear selectivamente y hacer pasar el haz XB de rayos X, proporcionando de este modo la exposición selectiva del objeto O al haz XB de rayos X. Se puede mantener el objeto O por un montaje SSA de etapa de exploración para explorar a través de la ruta del haz XB de rayos X durante la formación en imagen. Durante la exploración del objeto O, el haz XB de rayos X puede pasar a través del objeto O y se puede analizar por el cristal AC de analizador, que puede ser un cristal de silicio [333] que puede corresponder al segundo cristal MC2 monocromador. El cristal AC de analizador se puede girar a un ángulo apropiado con respecto al cristal MC2 de monocromador como se describe
en la presente. El haz XB de rayos X incidente en el cristal AC de analizador puede difractarse para intercepción por un detector digital DD móvil. El detector digital DD puede detectar el haz XB de rayos X interceptado y generar señales eléctricas representativas de los haces de rayos X interceptados para comunicación a la computadora C. La computadora C puede analizar la representación de señal y presentar una imagen del objeto 0 a un operador. En particular, la computadora C se puede configurar para generar una imagen de absorción y una imagen que muestre efectos de refracción, los tipos de los cuales se describen en más detalle más adelante. El sistema 1200 de DEI también se puede modificar de acuerdo con técnicas de DEI para presentar una imagen que muestra efectos de dispersión de ángulo ultra pequeño. Una mesa T puede incluir una parte superior GT de granito que tiene una superficie superior en la cual se puede colocar el tanque MT de monocromador , el colimador C3, la cámara IC de iones, y el montaje SA de obturador. La mesa T puede incluir una pluralidad de patas L que incluyen cada una, una almohadilla RP de caucho colocada entre un extremo de fondo y un piso F para amortiguar las vibraciones para estabilizar el sistema 1200, como se describe en detalle adicional más adelante. La mesa T puede incluir un brazo tangente TA configurado para mover el cristal AC de analizador
hacia arriba y hacia debajo de una dirección vertical. Las Figuras 13-16 son diagramas esquemáticos de un arreglo de ejemplo del tubo XT de rayos X y el tanque MT de monocromador que tiene un cristal MC de monocromador individual en un andamio, designado en general SC, de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. En particular, la Figura 13 es un diagrama esquemático de una vista lateral del arreglo de ejemplo. Con referencia a la Figura 13, el andamio SC incluye una pluralidad de plataformas PL y varillas RD unidas entre si para colocar el tubo XT de rayos X (una porción del cual se coloca dentro del agujero indicado por la marca XT de referencia) con respecto al tanque MT de monocromador. El tubo XT de rayos X y el tanque MT de monocromador se pueden colocar de manera precisa con respecto uno al otro tal que el haz XB de rayos X emitido desde el tubo XT de rayos X pueda entrar al tanque MT de monocromador a través de una abertura Al y tal que el haz XB de rayos X caiga dentro de la ventana de aceptación angular del cristal monocromador MC . El haz XB de rayos X que se difracta del cristal MC de monocromador puede salir del tanque MT del monocromador a través de la abertura A2. Las distancias indicadas por los números en las Figuras 13-16 están en pulgadas a menos que se indique de otro modo. La Figura 14 es un diagrama esquemático de una vista superior del arreglo de ejemplo mostrado en la Figura 13. Con
referencia a la Figura 14, el haz XB de rayos X se muestra que forma una forma de abanico que se extiende desde un punto P dentro del tubo XT de rayos X. Las Figuras 15 y 16 son diagramas esquemáticos de otra vista lateral y otra vista superior, respectivamente, del arreglo de ejemplo mostrado en las Figuras 13 y 14. Con referencia a las Figuras 15 y 16, el arreglo se muestra sin las placas laterales y las placas superiores, respectivamente, a fin de ilustrar la protección S. La protección S puede funcionar para impedir la emisión del haz XB de rayos X en direcciones indeseadas. Se puede utilizar la protección adicional para protección. Además, se puede proporcionar protección adecuada en un dispositivo clínico como se necesite . Las Figuras 17-26 son imágenes de porciones de ejemplo de un sistema de DEI de acuerdo a modalidades de la materia descrita en la presente. En particular, con referencia a la Figura 17, se muestra una imagen de una porción de salida del haz de rayos X del tubo XT de rayos X. Se pueden emitir haces de rayos X desde el tubo XT de rayos X y a través de una ventana BW de Be, que se une al tubo XT de rayos X y se colocan para interceptar los haces de rayos X. La ventana BW de Be está equipada con dos capas de protección PS de plomo (Pb) interna. La Figura 18 es otra imagen de la porción de salida
del haz de rayos X del tubo XT de rayos X mostrado en la Figura 17. En esta imagen, el filtro AF de Al y el colimador Cl se unen al tubo XT de rayos X y se colocan para interceptar los haces de rayos X. El filtro AF de Al es de aproximadamente 2 mm de espesor. El colimador Cl incluye una ranura SL para paso de los haces de rayos X. En este ejemplo, el colimador Cl se hace de tántalo (Ta) y es de aproximadamente 1/8 de pulgada de espesor. En un ejemplo, la ranura se hace de un tamaño para ser ligeramente más grande que el tamaño de punto en el tubo de rayos X. En un ejemplo, la ranura es de 1.0 mm y el tamaño de punto en el tubo de rayos X es de 0.4 mm. La ranura puede proporcionar un haz tipo abanico verticalmente colimado. La Figura 19 es una imagen del filtro AF de Al, el colimador Cl, y otro colimador C2. En esta imagen, los componentes se desmontan para el propósito de ilustración. Los componentes se pueden adaptar conjuntamente de manera adyacente entre si en un estado montado. Las Figuras 20 y 21 son imágenes de una tapa de protección y un tubo de rayos X. La Figura 20 es una imagen de una tapa SI de protección que se desmonta y corta pero no se dobla para ajustarse al extremo del tubo XT de rayos X. La Figura 21 es una imagen de la tapa SI de protección en un extremo del tubo XT de rayos X para el propósito de impedir la emisión indeseada de haces de rayos X desde el extremo del
tubo XT de rayos X. La tapa SI de protección es una hoja de plomo de 1/8 de pulgada que se corta y dobla en la forma de una tapa para ajustarse al extremo del tubo XT de rayos X. La · Figura 22 es una imagen del tanque MT de monocromador que incluye protección S3 de plomo para impedir la emisión indeseada de haces de rayos X desde el tanque MT de monocromador. La protección S3 es una hoja de plomo de aproximadamente 1/2 pulgadas de grueso e incluye la ranura SL para la emisión de una porción deseada de los haces de rayos X. Los haces de rayos X emitidos desde el tubo de rayos X salen del tanque MT de monocromador mediante la ranura SL de la protección S3. La Figura 23 es una imagen del tanque MT de monocromador que incluye la protección S3 de plomo para impedir la emisión indeseada de haces de rayos X desde el tanque MT de monocromador. La protección S3 es una hoja de plomo de aproximadamente (0.63cm)l/4 de pulgada de grueso e incluye una ranura SL para la emisión de una porción deseada de haces de rayos X. Los haces de rayos X emitidos desde el tubo de rayos X entran al tanque MT de monocromador mediante la ranura SL de la protección S3. La Figura 24 es una imagen de otra porción de la protección S2 colocada cerca del extremo del tubo XT de rayos X para impedir la emisión indeseada de haces de rayos X desde un lado del tubo XT de rayos X. La protección S2 es una hoja
de plomo de (0.15cm) 1/16 de pulgada que se corta y dobla en una forma para ajustarse al lado del tubo XT de rayos X. (0.31cm)l/8 de pulgada de la hoja de plomo puede reducir rayos X de 150 keV por un factor de 1000. La Figura 25 es una imagen del tubo XT de rayos X y el tanque MT de monocromador en una posición de operación con respecto uno al otro. La Figura 26 es una imagen de una vista frontal de los componentes internos del tanque MT de monocromador. En particular, se muestra el cristal monocromador MC . Además, se coloca la protección S en los lados del tanque MT de monocromador . La Figura 27 es una vista en perspectiva superior de un sistema de DEI de ejemplo, designado en general 2700, de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 27, el sistema 2700 de DEI puede incluir el tubo XT de rayos X que tiene un ánodo de tungsteno para producir una pluralidad de haces XB de rayos X. Se puede colocar el colimador Cl para bloquear una porción del haz XB de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal monocromador MC. En este ejemplo, el cristal monocromador MC es un cristal de silicio. El colimador C2 se puede colocar para bloquear una porción del haz XB de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal AC de analizador.
La porción del haz XB de rayos X que pasa a través del colimador C2 se puede interceptar por un filtro FTR de cobre configurado para aislar térmicamente el calor e igualmente como para atenuar importantemente rayos X de bremsstrahlung de 20 keV producidos por el tubo XT de rayos X. Para un ángulo determinado de Bragg, puede haber reflexiones indeseadas del cristal que son capaces de atravesar el monocromador. Un ejemplo de usar un ángulo de Bragg de aproximadamente 5.7 grados para seleccionar una reflexión de 59.13 keV [333] también es el ángulo que permite que pasen rayos X de 19.71 keV [111]. Si estos rayos X se difractan a través del cristal monocromador MC, inducirán emborronamiento, artefactos de imagen, y de esta manera reducen la calidad total de la imagen. Se usa un filtro FTR de cobre para atenuar rayos X de menor energía, específicamente fotones de rayos X de bremsstrahlung de 19.71 keV, emitidos del haz XB de rayos X y difractados a través del monocromador MC. El cristal AC de analizador se puede colocar para interceptar al menos una porción del haz XB de rayos X que pasa a través del filtro FTR. Además, se puede colocar un objeto en la ruta del haz XB de rayos X por una etapa ST de exploración para formar en imagen el objeto. Durante la exploración del objeto O, el haz XB de rayos X puede pasar a través del objeto O y se puede analizar por el cristal AC de analizador, que puede ser un cristal de silicio [333] que se
ajusta o corresponde al cristal monocromador MC . El haz XB de rayos X incidente en el cristal AC de analizador puede difractarse para intercepción por el detector digital DD. El detector digital DD puede detectar el haz XB interceptado de rayos X y generar señales eléctricas representativas del haz interceptado de rayos X. Las señales eléctricas se pueden comunicar a una computadora para análisis de imágenes y para presentación a un operador. La computadora se puede configurar para generar una imagen de absorción y una imagen que muestra efectos de refracción, los tipos de los cuales se describe en más detalle más adelante. La Figura 28 es un diagrama esquemático que incluye una vista lateral, una vista superior, y una vista frontal de un cristal monocromador MC de ejemplo de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 28, la vista lateral, la vista superior, y la vista frontal del cristal monocromador MC se designan SV, TV y FV, respectivamente. Las dimensiones del cristal monocromador MC se muestran en la Figura y pueden ser de aproximadamente ± 0.5 mm. De manera alternativa, el cristal monocromador puede tener otras dimensiones adecuadas, que se determinan en parte por la aplicación de formación de imagen. La orientación superficial del cristal monocromador MC puede ser aquélla de los planos de cuadricula paralelos a las superficies grandes del cristal. Cuando se fabrica, la
orientación de las otras superficies ortogonales más pequeñas se puede señalar por referencia. Los cristales monocromadores de ejemplo pueden ser un cristal monocromador de germanio [111] y cristal monocromador de silicio [111] . El cristal monocromador MC puede incluir cortes de alivio de tensión, designados en general C, definidos dentro de una porción superior del cristal. El ancho de los cortes C es de aproximadamente (0.15cm)l/16 de pulgada de espesor. De manera alternativa, el ancho puede ser cualquier otra dimensión adecuada. Los cortes C remueven las partes del cristal usadas para la unión y permiten que esté libre de tensión la porción restante del cristal AC de analizador y el cristal monocromador MC . Si se induce cualquier tensión o esfuerzo en la porción de formación de imagen del cristal AC de analizador o cristal monocromador MC, esto alterará las propiedades de difracción e impactará de manera adversa el desempeño del sistema.
Procedimientos de Formación de Imágenes y Control de Calidad para el Uso de PEI y Sistemas de PEI La adquisición de imágenes usando un sistema de PEI configurado con un diseño de cristal desajustado de acuerdo con la materia descrita en la presente puede empezar con la selección de una energía de haz apropiada para un experimento determinado. En un ejemplo, la energía de haz se puede
seleccionar de un intervalo entre aproximadamente 10 keV y aproximadamente 60 keV. La selección de una energía particular para formación de imagen se puede lograr al usar la ley de Bragg para calcular el ángulo apropiado para la longitud de onda deseada. En un ejemplo, el primer cristal en el monocromador puede tener sólo un eje de movimiento que se puede ajustar a un ángulo particular para remover todas las energías del haz de rayos X incidente excepto para la energía del haz seleccionado. La Tabla 1 posterior muestra ángulos de ejemplo del primer cristal monocromador para adquirir imágenes entre 18 keV y 60 keV. Estos ángulos para silicio, calculados usando la ley de Bragg, ? = 2d sen(0), definen el ángulo incidente theta (T) y el ángulo difractado theta (T) del haz de rayos X conforme se difracta a través del cristal monocromador MC. El detector se coloca a un ángulo 2T, dos veces aquél del ángulo de Bragg usado en el primer cristal para seleccionar la energía del haz de rayos X.
Tabla 1: Ángulos de ejemplo para reflexión de silicio del primer cristal monocromador para adquirir imágenes Energía (keV) T (grados) 2T (grados) 18 19.23 38.46 19 18.19 36.38 20 17.25 34.50
Energía (keV) T (grados) 2T (grados)
21 16.41 32.82 22 15.64 31.28 23 14.94 29.88 24 14.30 28.60 25 13.72 27.44 26 13.18 26.36 27 12.69 25.38 28 12.23 24.46 29 11.80 23.60 30 11.40 22.80 31 11.03 22.06 32 10.68 21.36 33 10.35 20.70 34 10.05 20.10 35 9.76 19.52 36 9.48 18.96 37 9.22 18.44 38 8.98 17.96 39 8.75 17.50 40 8.53 17.06 41 8.32 16.64 42 8.12 16.24 43 7.93 15.86
Energía (keV) T (grados) 2T (grados) 44 7.75 15.50 45 7.57 15.14 46 7.41 14.82 47 7.25 14.50 48 7.10 14.20 49 6.95 13.90- 50 6.81 13.62 51 6.68 13.36 52 6.55 13.10 53 6.43 12.86 54 6.31 12.62 55 6.19 12.38 56 6.08 12.16 57 5.97 11.94 58 5.87 11.74 59 5.77 11.54 60 5.67 11.34
Un sistema de DEI configurado con un diseño de cristal desajustado incluye tres cristales que se deben ajustar y alinear cuidadosamente, los cristales en el monocromador y el cristal de analizador. Por ejemplo, el sistema 600 de DEI incluye los cristales monocromadores MCI y
MC2 y el cristal AC de analizador que se pueden ajustar y alinear. El primer cristal (por ejemplo, el cristal monocromador MCI mostrado en las Figuras 6A y 6B) y el cristal de analizador (por ejemplo, el cristal AC de analizador mostrado en las Figuras 6A y 6B) se puede ajustar un ángulo (ángulo theta) calculado para cada energía. Por ejemplo, para ajustar el sistema 25 keV, el primer cristal monocromador se ajusta a 13.17 grados y el cristal de analizador se ajusta a 13.72 grados. El montaje de detector digital se puede ajustar a un ángulo dos veces aquél del cristal de analizador, que es 27.44 grados en este ejemplo. El segundo cristal monocromador (por ejemplo, el cristal monocromador MC2 mostrado en las Figuras 6A y 6B) se puede ajustar en la dirección horizontal, referida como un ángulo chi. Si el ángulo horizontal está fuera entre estos dos cristales, puede haber una desviación de intensidad de izquierda a derecha en la imagen. Se pueden usar dos cámaras de iones para medir el flujo emitido desde tanto el monocromador como el analizador, que se dividen ambos en una región interior y exterior. Si se ve el haz de rayos X desde la fuente al montaje de detector, la región interior está a la derecha y la región exterior está a la izquierda. Las regiones interior y exterior se pueden muestrear para asegurarse que se alineen los picos de la curva de balanceo; si no, se puede ajustar el ángulo chi. La Figura 29 es una
vista en perspectiva de un cristal monocromador que muestra las regiones interior/exterior y los ángulos chi y theta de rotación . La dosis aplicada por el sistema de DEI se puede ajustar de varias maneras. Por ejemplo, la dosis se puede ajustar al cambiar el espesor del filtro de aluminio y/o el colocar absorbedores en la ruta del haz de rayos X. La dosis también se puede reducir al ajustar el segundo cristal monocromador lejos del pico de la curva de balanceo, reduciendo dramáticamente la intensidad difractada, si se necesita. En un ejemplo, el tubo de rayos X se puede reemplazar por un sincrotrón, caso en el cual el flujo incidente en el primer cristal monocromador se determina por la corriente de anillo del sincrotrón. Se puede determinar el tiempo de adquisición de muestra por el flujo incidente, con la velocidad de traslación de la etapa de muestra medida en pasos/segundos. La velocidad de exploración se puede incrementar o disminuir al ajustar la dosis, medida en pasos/segundos. La velocidad de exploración puede ser un factor critico cuando se usen placas de imagen donde se fija la cantidad de ruido, pero se debe considerar cuando se usen detectores digitales integrantes puesto que la cantidad de ruido se determina en parte por el tiempo de adquisición. Cuando se use un detector digital, el sistema de DEI se debe ajustar de modo que la velocidad de exploración
esté tan cerca al máximo como sea posible. Una vez que la DEI o el sistema de DEI se ajusten para la energía y dosis apropiada, el objeto que se va a formar en imagen se puede colocar en la etapa de muestra y alinear. En un ejemplo, el ancho máximo del haz de rayos X es de 120 mm, lo que limita físicamente el ancho de la imagen resultante. El uso de un detector digital o placa de imagen con un ancho menor de 120 mm puede limitar adicionalmente el campo de visión. En un ejemplo, la etapa de muestra tiene un desplazamiento vertical máximo de aproximadamente 200 mm. Sin embargo, no hay límites físicos a la altura de la muestra. Para formar en imagen una región particular de un objeto, se debe determinar si esta región está dentro del intervalo de 200 mm para el sistema. La posición del haz de rayos X se puede fijar, de modo que se puede determinar la región vertical de interés del objeto por su posición relativa al haz . Los cristales usados en un sistema de DEI se consideran que son homogéneos en su capacidad para difractar fotones sobre un área determinada del cristal, pero la estructura del cristal es tal que hay regiones menores de intensidad incrementada o disminuida. Puesto que el objeto se va a explorar a través de un haz de dimensión fija, estas "perturbaciones" se pueden cubrir a través de la dimensión vertical de la imagen. El término "perturbación" se aplica
frecuentemente a estas lineas verticales, pero estos efectos se esperan y se deben considerar una propiedad conocida y esperada del sistema.
Experimentación con Respecto a las Características de Desempeño del Sistema Antes de construir la DEI y sistemas de DEI que incluyen tubos de rayos X como se describe en la presente, se llevaron a cabo experimentos usando un sincrotrón como una fuente de rayos X para propósitos de prueba. Como una demostración inicial, se calcularon los requerimientos de flujo y tiempos de formación de imagen usando rayos X de 18 keV y 59 keV, simulando fuentes de rayos X basadas en molibdeno y tungsteno. Además, se hicieron varias suposiciones con respecto a la configuración del sistema, tal como el tamaño de pixel y el número de fotones por pixel. Puesto que estos valores se pueden poner a escala conforme se necesite, un tamaño de pixel de 100 micrones con 1000 fotones por pixel que atraviesan 5 cm de tejido (agua) se usará en este ejemplo. El número de fotones necesarios por pixel cuadrado de 100 micrones se puede calcular al dividir el número de fotones por pixel deseado por la atenuación de los fotones a través del objeto, que en este caso es de 5 cm de agua.
¾?_ 1000 fotones I pixel ^ 1000 fotones I yíxel = ¡ ^ nOOumsqptel 6.4*10 '
¾T ... fotones I yíxel = 1000 /btonffi /£«rf = Q_3 foío es , 100 í e/ e'""' 0.35
De esta manera, para una fuente de rayos X de 18 keV, se requerirán aproximadamente 1.6 x 105 fotones incidentes para cada pixel cuadrado de 100 micrones. La atenuación de rayos X de 59 keV es mucho menor a 18 keV, lo que da por resultado demanda reducida de fotones incidentes de 2.9 x 103 fotones por pixel cuadrado de 100 micrones.
Flujo de Rayos X Incidente en Ángulo Sólido Usando una Fuente de Linea de Emisión La óptica de cristal usada en la DEI y los sistemas de DEI actúan como un filtro de muesca angular altamente selectivo, que iluminará los fotones del haz de rayos X que no tengan la energía apropiada o la divergencia angular apropiada. Para una fuente basada en tubo de rayos X, se espera que los fotones se radien más o menos en todos los ángulos sólidos. A fin de determinar el requerimiento de flujo, se debe calcular el flujo en base al ángulo sólido subtendido por el detector y la óptica del cristal de rayos X. Cualquier tubo de rayos X que vaya a tener una distribución policromática de energía, y el sistema de cristal seleccionará una de las líneas de emisión como se define por la ley de
Bragg . Con un cristal perfecto, la reflectividad pico para una reflexión determinada se espera que esté muy cercana a la unidad, haciendo la reflectividad integrada cerca al ancho de reflexión intrínseca en la dirección normal de Bragg, o ancho de Darwin. Asumiendo un cristal de silicio con una reflexión de Bragg [333], el ancho de Darwin de 18 keV y 59 keV son como sigue : Ancho de Darwin de Si [333] de 18 keV = 2.9 x 10"6 radianes, y Ancho de Darwin de Si [333] de 59.3 keV = 0.83 x 10" 6 radianes. Los rayos X que viajan en una dirección paralela a los planos de cuadrícula del cristal se conocen como paralelos de Bragg, y la aceptación angular en la dirección paralela de Bragg no se ajusta por el cristal, sino más bien por la resolución del detector. Si el objeto que se va a formar en imagen está 1 metro desde la fuente de rayos X y se requiere una resolución espacial de 100 micrones, entonces el ángulo de aceptación de paralelo de Bragg es de 100 microrradianes . Para un ángulo de aceptación paralelo de Bragg de 100 microrradianes, el número de fotones requerido por estereorradián a 18 keV y 59 keV son como sigue:
1 .6 x 10 fotones i píxel = 0.55 x 10IS fotones I estereorradián 2.9 x 10"6 radianes xl 00 x 1 0"* radianes i píxel 2. 105 fotones ! píxel 3.5 x 101'1 fotones i estereorradián
0.83 x 10~fl radianes x] 00 x 1 ' (' radianes i píxel
Flujo de Tubo de Rayos X Las fuentes basadas en tubo de rayos X pueden tener dos componentes en su espectro de rayos X, lineas de emisión característica y bremsstrahlung . Las ópticas de cristal de DEI y sistemas de DEI permiten la selección de sólo una banda extremadamente estrecha de energías, que se debe centrar en la línea de emisión característica del objetivo de tubo. En este caso, la Kal de molibdeno (17.478 keV) y la Kal de tungsteno (59.319 keV) se pueden usar para determinar el flujo de estas líneas de emisión desde cada fuente. Las simulaciones de Monte Cario de tubo de rayos X de molibdeno y tungsteno a un ajuste de múltiples voltajes y corrientes se generaron para determinar el flujo que se debe generar bajo condiciones reales de formación de imágenes. Para un objetivo de molibdeno que usa un voltaje de aceleración de 75 kV con 10 kW de potencia, el flujo emitido en la Kal es como sigue:
Fuente n = 1.7 x 1014 fotones / estereorradián / seg .
La emisión Kal usando el objetivo de tungsteno con un voltaje de aceleración de 150 kV y 50 kW de potencia es como sigue:
-\ .56 xlO14 fotones I estereorradián / seg .
Tiempo Estimado de Adquisición de Imagen Si el analizador se desajusta a un valor (80 %) de la posición pico, se puede adquirir una exposición que contiene contraste de refracción y algo de contraste de extinción. Estos cálculos asumen un sistema de DEI que tiene un cristal monocromador individual y un cristal de analizador. La geometría de esta simulación es consistente con aquélla usada en la línea de haz X15A de la Fuente de Luz de Sincrotrón Nacional (NSLS) (localizada en Brookhaven National Laboratory, Upton, Nueva York), que usa los rayos X de la fuente lineal en la cual el objeto se explora a través del haz. Para un objeto de 10 cm de alto y un tamaño de píxel de 100 micrones (0.1 mm) , se requerirán 1000 líneas de exploración .
fyfoflgg jestereorradianes) n$ec) ~— /0.8(cet u»elosMspérdida)xl(pEIimágenes)xl QWlíneas de exploración) ii F'«""( fotones íestereorradianes)
Para el caso de objetivo de molibdeno de 75 kV y 10 kW (aproximadamente 18 keV) :
_ 0 - 55x1013 o ton es /estereorradia nes v 250 = 0 4 xl04seg = 1 \hr 1 .7xl014 fotones / estereorradián/ seg. Para el caso de objetivo de tungsteno de 150 kV y 50 kW (aproximadamente 59.3 keV) :
t = 3.5x1 Q'3 fotones /estereorradianes ;? 25Q = Q 2 x\0" seg.= 4.6 mi ? 1.56?? O14 fotones / estereorradián / seg. Para un caso individual en un punto en la curva de balanceo con 80 % de reflectividad máxima, el tiempo requerido usando un objetivo de molibdeno usando los parámetros anteriores es de aproximadamente 1.1 horas. El tiempo requerido usando la misma reflectividad para un tubo de tungsteno es aproximadamente 4.6 minutos. El tiempo de formación de imagen se puede disminuir adicionalmente por variables de formación de imagen tal como los fotones necesarios por pixel y el cambio de la distancia del objeto a la fuente. En base a los datos calculados usando una reflexión de Bragg [333] con una distancia de fuente objeto de 1000 mm, se pueden estimar tiempos estimados de formación de imagen usando otras reflexiones y distancias. Hay dos reflexiones de cristal que se pueden usar para DEI, las reflexiones de Bragg [333] y Bragg [111]. Tanto el contraste de refracción como de extinción en DEI y DEI se determinan en gran parte por la pendiente de la curva de reflectividad del analizador, con una pendiente más pronunciada que proporciona más contraste para un cambio determinado en el ángulo. La reflexión de Bragg [333] puede ser superior a la reflexión de Bragg [111] en términos de contraste de refracción y extinción, pero el flujo difractado de la reflexión de [333] está aproximadamente en un
orden de magnitud menor que la reflexión de [111]. La Figura 30 es una gráfica que ilustra el flujo del haz monocromático en el concentrado NSLS X15A que usa planos de difracción de cristal de silicio [111], [333], [444], y [555]. Un incremento de 10 veces en el flujo puede reducir el tiempo de formación de imagen por un factor de 10, haciendo ventajosa la reflexión de [111] para ciertas aplicaciones. Se puede lograr reducciones adicionales en el tiempo de formación de imagen al reducir la distancia desde la fuente al objeto, que se calcula como se describe en la presente usando una distancia de 1000 mm. La intensidad de fotones desde la fuente al objeto que se va a formar en imagen es proporcional a 1/r2. Si la distancia del objeto se disminuye desde 1000 mm a 500 mm, se puede incrementar cuatro veces la intensidad. Hay muchos factores que pueden dictar la distancia fuente-objeto, uno de los más significativos que es el tamaño del objeto. El montaje de analizador/detector se puede mover más cerca o más lejos de la fuente como se requiera dependiendo de la aplicación. El ancho completo a medio máximo (F HM) de la curva de balanceo del analizador se estrecha conforme se incrementa la energía (por ejemplo, 3.86 microrradianes a 18 keV y 1.25 microrradianes a 60 keV) . Un ejemplo de los anchos de la curva de balanceo versus energía se muestra en la Tabla 2 posterior. En particular, la Tabla 2 posterior muestra el FWHM medido y teórico de las curvas de balanceo del analizador
[333] a 18, 30 y 60 keV. El monocromador de doble Bragg [333] se ajustó al pico de Bragg.
Tabla 2: FWHM medido y teórico de las curvas de balanceo analizador de [333] a 18, 30 y 60 keV
La reducción en el FWHM incrementa la pendiente de la curva de balanceo, incrementando además el contraste de refracción y de extinción. La Figura 31 es una gráfica que ilustra que la reducción en el FWHM incrementa la pendiente de la curva de balanceo. Usando los cálculos de flujo para una reflexión de Bragg [333] de 50 kW, y la distancia de la fuente al objeto de 1000 mm, se puede estimar los tiempos de formación de imagen requeridos para varias distancias y reflexiones de cristal, como se muestra en la Tabla 3 posterior. En particular, la Tabla 3 muestra los tiempos estimados de formación de imagen en base a la reflexión del cristal y a la distancia fuente-objeto.
Tabla 3: Tiempos estimados de formación de imagen en base a la reflexión de cristal y la distancia fuente-o jeto
Experimentación de Sistema de PEI y la PEI Basada en Sincrotrón Como se señala anteriormente, se llevaron a cabo experimentaciones de PEI y sistema de PEI usando un sincrotrón. En particular, se usó la linea de haz NSLS X-15A para experimentaciones de PEI y sistema de PEI como se describe en la presente. La fuente de rayos X de sincrotrón usada para las experimentaciones como se describe en la presente se puede sustituir con un tubo de rayos X de acuerdo con la materia descrita en la presente para producir imágenes de PEI o PEI. El anillo de rayos X en el NSLS es un sincrotrón de 2.8 GeV, capaz de producir rayos X de alto flujo de 10 a 60 keV. La Figura 32 es un diagrama esquemático del escenario experimental de un sistema de PEI, designado en general 3200,
usando un haz de rayos X de sincrotrón de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 32, un haz XB de rayos X emitido desde el sincrotrón se puede colimar altamente con una divergencia vertical de aproximadamente 0.2 mili-radianes. Un tubo de linea de haz (no mostrado) de 16.3 metros de longitud conecta el concentrado experimental a un anillo de rayos X de sincrotrón. El haz XB de rayos X policromático de alta intensidad entra al concentrado experimental y se vuelve monocromático a través del uso de un tanque MT de monocromador de doble cristal. El tanque MT de monocromador incluye dos cristales monocromadores MCI y MC2 (cada uno de 150 mm de ancho x 90 mm de ancho x 10 mm de alto) que se enfrian ambos por agua para reducir la carga térmica. El haz XB de rayos X que sale del tanque MT de monocromador es monocromático. Los haces de rayos X monocromáticos entonces prosiguen a través de una cámara de iones IC y el sistema SA depurador de alta velocidad a un montaje SSA de etapa de muestra, creando un haz de rayos X de fuente lineal con dimensiones máximas de 120 mm en el ancho y 3 mm en lo alto. Con la posición del haz fija, un objeto O de muestra en el montaje SSA se mueve a través del haz de rayos X usando una etapa de traslación accionada por un motor de velocidad gradual . Se pueden obtener radiografías convencionales al
colocar un detector DI (en la configuración de radiografías) directamente detrás del objeto 0 de muestra en la ruta del haz, removiendo cualquier efecto de un cristal AC de analizador. Las imágenes adquiridas en esta configuración son similares a los sistemas convencionales de rayos X ya que la absorción es el mecanismo primario de contraste, pero se ha mostrado que las radiografías de sincrotrón tienen mejor contraste en comparación a imágenes adquiridas usando sistemas convencionales de rayos X. Las radiografías convencionales obtenidas durante los experimentos proporcionados en la presente se usaron para comparación a imágenes de DEI. Se pueden adquirir imágenes de DEI al colocar el detector D2 (en la configuración de DEI) después del cristal AC de analizador a un ángulo dos veces aquél del ángulo Bragg calculado. En la Tabla 1 anterior se presenta un resumen de los ángulos usados para formar en imagen en el intervalo de 18-60 keV. El uso de rayos X de fuente lineal hace necesario mover el detector en una dirección opuesta a aquélla de la muestra para DEI y en la misma dirección para obtener radiografías de sincrotrón. En este experimento, se adquirieron imágenes de DEI usando un lector de placa de imágenes Fuji BAS2500 usando placas de imagen Fuji HR V (disponible de Fuji Medical Systems de Stamford, Connecticut) . Las placas son de aproximadamente 0.5 mm de espesor compuestas de placa plástica flexible revestida con un fósforo
fotoestimulable (BaFBR:Eu2+) combinado con un aglutinante orgánico. Se exploran las imágenes usando el FUJI BAS2500 a una resolución de 50 micrones y un nivel de grises de 16 bits. Además, en otro experimento, se adicionó un detector digital al sistema para permitir aplicaciones de DEI que no fueron prácticas o posibles usando placas de imagen, que incluyen tomografia computarizada mejorada por difracción y radiografía de múltiples imágenes ( IR) . Un detector de ejemplo que se puede usar incluye un Shad-o-Box 2048 (disponible de Rad-icon Imaging Corp of Santa Clara, California) con un área activa de 50 x 100 mm y una salida de 12 bits. Este detector utiliza un arreglo de fotodiodos que contiene 1024 por 2048 píxeles con un espaciado de píxeles de 48 micrones en contacto directo con una pantalla de escintilador de Gd202S. Otro detector de ejemplo incluye una cámara de rayos X Photonic Science VHR-150 (disponible de Robersbridge de East Sussex, Reino Unido) con un FOV de 120 mm x 80 mm y un tamaño de píxel de 30 micrones. Ambos de estos detectores de ejemplo se pueden montar de la misma manera como la placa de imagen, ya sea en una configuración de radiografía o de DEI. La adquisición de imágenes a través de la curva de balanceo del cristal de analizador sin un objeto en el haz puede generar una curva de balanceo intrínseca, que representa la convolución del monocromador y el cristal de analizador a
diferentes niveles de reflectividad del analizador. La curva de balanceo intrínseca no se alterará por la absorción, refracción, o dispersión a ángulos ultra pequeño, lo que lo hace un excelente punto de referencia. Cuando se coloca un objeto en el haz, se pueden usar los cambios en la curva de balanceo en una base de píxel por píxel para determinar qué interacciones de rayos X son conducentes al contraste en un píxel determinado. El modelo usado en el método de ERA modela la curva de balanceo como una distribución Gaussiana, que es una aproximación, puesto que la curva de balanceo es una convolución del analizador monocromador , y es triangular. La fórmula para este modelo se proporciona por la siguiente ecuación :
R(0t) = xllm(?-{T? -&¿.))W
donde µt es el coeficiente de absorción lineal, Xs es el coeficiente de extinción, t es el espesor del objeto, ?? es el ángulo de refracción, y oos es el ancho Gaussiano de la distribución de dispersión. La MIR es una versión más refinada del método de
ERA. La MIR afronta muchos de los problemas presentes en las técnicas de procesamiento anterior y permite una descripción más completa de los componentes de contraste de imagen. Como
se señala anteriormente, las imágenes procesadas usando una técnica de MIR pueden generar no sólo una imagen de absorción y refracción, sino también generan una imagen de dispersión de ángulo ultra pequeño. También se ha mostrado que la MIR corrige errores sustanciales presentes en las imágenes de refracción y absorción aparente de DEI y es más fuerte al ruido . Como con el método de ERA, la MIR usa la curva de balanceo del cristal de analizador para generar imágenes que representan la absorción, refracción, y dispersión de ángulo ultra pequeño del objeto. Si la curva de balanceo intrínseca es la línea base, entonces los cambios que disminuyen el área bajo la curva se pueden interpretar como absorción sola puesto que la absorción de fotón disminuirá la intensidad total. Para un evento puramente refractivo, el centroide de la curva de balanceo se desplazará, pero el ancho de la curva de balanceo permanecerá constante. Las interacciones que conducen a dispersión de ángulo ultra pequeño dispersarán fotones a través de la distribución angular de la curva de balanceo, lo que provocará que se ensanche la curva. Asumiendo que los fotones no se dispersan fuera de la ventana de aceptación de la curva de balanceo, los efectos de dispersión no afectarán el área bajo la curva, tal como la forma de la curva. Si la curva de balanceo se asume que es de naturaleza Gaussiana, entonces se puede usar la varianza de la
curva para representar la cantidad de dispersión presente. El ancho de la curva de balanceo disminuye conforme se incrementa la energía, lo que hace necesario modificar los procedimientos de muestreo para dar cuenta de su cambio. A 18 keV, el FWHM de la curva de balanceo es de 3.64 microrradianes , y disminuye a 1.11 microrradianes en 60 keV. Conforme se estrecha la curva de balanceo, se reduce el intervalo angular sobre el cual es significativo el contraste de refracción. Para compensar esto, se puede reducir el intervalo de muestreo angular y el incremento. La pendiente incrementada de una curva de balanceo de 60 keV es benéfica ya que genera un mayor cambio en la intensidad por microrradián . Cuando se usan fuentes x limitantes de flujo tal como un tubo de rayos X, estas propiedades se pueden aumentar al máximo para generar la mayor refracción posible para un flujo determinado.
Estabilización del Sistema de PEI El uso del cristal de analizador para convertir cambios angulares a intensidad permite contraste excepcional, pero una suposición en esta técnica es que la posición de la curva de balanceo del cristal de analizador permanece constante durante el tiempo. En la práctica, esto no es el caso, y con este ancho estrecho de la curva de balanceo aún pequeños cambios en la posición pico del analizador pueden
crear errores significativos en la imagen adquirida. La aplicación de algoritmos de procesamiento, tal como imágenes de refracción y absorción aparente de DEI, MIR y MIR-CT requiere un alto grado de estabilidad del sistema. El logro del objetivo de determinar los parámetros de absorción, refracción y dispersión en tejido de mama requirió un análisis sistemático de ingeniería de la línea de haz NSLS X-15A para aislarlos factores que provocan la inestabilidad. La estabilidad para un sistema de DEI en este caso se definirá como la capacidad para mantener una posición pico constante de la curva de balanceo del cristal de analizador durante un periodo prolongado de tiempo. Para revisión, el haz de rayos X policromático es incidente en el primer cristal en el monocromador, que se ajusta a un ángulo particular usando la ley de Bragg para seleccionar una energía de fotón individual. El haz monocromático difractado entonces encuentra el segundo cristal monocromador, la función del cual es redirigir el haz a una dirección paralela al haz incidente y alineado con el cristal de analizador. Cuando se ajusta el sistema para una energía particular, el primer cristal monocromador se alinea primero, y luego se ajusta el segundo cristal para encontrar la posición del haz. El tanque de monocromador se enjuaga constantemente con helio para reducir la generación de ozono, lo que puede oxidar rápidamente y dañar rápidamente los componentes críticos en el tanque.
Con el segundo cristal monocromador alineado, el analizador se explora para encontrar la posición del haz en el cristal. El balanceo del cristal para encontrar la posición del haz es análogo a la exploración de una radiomarcación para encontrar una estación particular, generando un aumento agudo en la intensidad cuando la posición angular del analizador está en perfecta alineación con el segundo cristal monocromador. Una vez que se alinea el analizador, el sistema se ajusta y está listo para el uso. Los factores que pueden crear deriva en un sistema de DEI caen en tres categorías: vibratorio, mecánico y térmico. La porción óptica de un sistema de DEI es sensible a vibraciones, puesto que aún vibraciones menores en los cristales pueden provocar cambios menores en el ángulo, dando por resultado cambios en el contraste. Una losa de granito grande se usó en la línea de haz NSLS X-15A para amortiguar las vibraciones desde el ambiente externo. Las mediciones usando un osciloscopio para monitorizar el haz de rayos X post-analizador indican que hubo aproximadamente una variación de 2-3 % en intensidad, lo que se atribuye a vibraciones desde unidades externas de ventiladores y bombas en la línea de haz. Se usó una pluralidad de motores para alinear los cristales, para trasladar el montaje de detector y etapa de muestra. Se pueden usar unidades accionadoras de picomotor con el primer cristal monocromador, el segundo cristal
monocromador y el cristal de analizador para ajustar el ángulo theta. El segundo cristal monocromador y el cristal de analizador usan un segundo picomotor para ajustar el ángulo chi. Cualquier inestabilidad en estos motores de impulsión puede crear desviaciones mayores en la alineación del sistema, y la deriva mecánica inicialmente se piensa que es una causa principal de la inestabilidad del sistema de DEI . Los motores usados para impulsar el montaje de detector y etapa de muestra son importantes para la calidad de la imagen, pero no contribuyen a la estabilidad del haz de rayos X. Un tercer contribuidor a la inestabilidad del sistema es el térmico, que resulta tanto del calor producido del haz de rayos X incidente como de los motores de impulsión y amplificadores del sistema. En tanto que se conoce que las variaciones térmicas en el sistema tienen algún efecto en la estabilidad del sistema, no se consideró un factor principal de desestabilización. El enlace entre las variaciones térmicas y la inestabilidad al sistema llega a ser evidente cuando se hizo una observación critica, la derivación en el analizador fue relativamente consistente y periódica. En este ejemplo, sólo hay una variable en un sistema de DEI que es periódico, y que es el calor generado y perdido al abrir y cerrar los obturadores principales de los rayos X. Las pruebas experimentales y las observaciones obtenidas para aislar fuentes de inestabilidad señalan la
expansión y compresión de la estructura del cristal de silicio como una fuente principal de deriva. Una simple explicación de estas observaciones experimentales se puede encontrar usando la ley de Bragg (l=2dsen (T) ) . Considerando un cristal colocado a un ángulo determinado para difractar una energía deseada, cualquier cambio en el espaciado d de la estructura de cuadrícula puede cambiar el ángulo del haz difractado. El calor generado desde el haz de rayos X en el monocromador puede provocar que el cristal de silicio se expanda de acuerdo con su coeficiente de expansión lineal. Ad/d = 3xl0"6 AT(°C). Usando la ley de Bragg y resolviendo para d, se obtienen las siguientes ecuaciones:
? - Id sen T
? d = 2 sen (9 Tomando la derivada de las ecuaciones anteriores se produce
.
Sustituyendo para d y rearreglando se produce
que se puede rearreglar a
A0 =
Sustituyendo el coeficiente de expansión lineal de silicoo por
Ad d se produce la siguiente ecuación:
?T = -3?\0-6??????
Usando los ángulos de Bragg para 18 keV y 40 keV, 19.2 y 8.4 grados respectivamente, se puede esperar ver un cambio angular de 1.95 microrradianes por grado Celsius a 18 keV y 0.44 microrradianes por grado Celsius a 40 keV. Usando este cálculo como una explicación teórica de la derivación, se puede esperar ver el incremento total de la estabilidad de la linea de haz y la disminución de la deriva del analizador con energías crecientes del haz. Las pruebas iniciales de estabilidad del analizador indicaron que el sistema fue altamente inestable, con una estabilidad de la posición pico del analizador que promedia menos de 60 segundos. En tanto que esto puede ser aceptable a exploraciones de imágenes individuales, fue inaceptable para MIR y cualquier aplicación de CT. Múltiples valoraciones de deriva que miden el cambio en la posición del analizador desde una inicio frío a través de 12 horas de operación continua estuvieron entre 50 y 100 radiones. Con una apreciación de la importancia de la temperatura en la estabilidad del sistema, una valoración comprensiva de todos los componentes del sistema se realizó para determinar qué fuente indicador se
puede moderar o eliminar. Un componente del sistema que experimenta grandes variaciones en la temperatura es el montaje de filtro de aluminio, cuya función es atenuar los rayos X indeseados de baja energía. Estas hojas de aluminio de 0.5 milímetros de grueso se calientan rápidamente cuando se exponen al haz blanco del sincrotrón, y se enfriaron rápidamente después de que se apaga el haz. La proximidad del montaje de filtro de aluminio a los cristales térmicamente sensibles en el tanque adyacente del monocromador hace esto una fuente principal de inestabilidad. Se necesitó un disipador térmico para remover el calor generado por los filtros y aislar térmicamente el montaje de filtro de aluminio. La Figura 33 es una imagen de un disipador térmico de filtro de aluminio de ejemplo de acuerdo a la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura 33, se indican el orificio de inserción del filtro de aluminio y los tubos de entrada/salida del agua de enfriamiento . Se configuró un montaje de filtro de cobre en el sistema para aislar térmicamente el calor generado por los filtros de aluminio y transferir ese calor al conducto de agua, enfriada, de alto flujo, en circulación. Los filtros de aluminio también se redujeron en tamaño para limitar el área superficial radiante y para incrementar el contacto con el disipador térmico de cobre. Las pruebas de estabilidad
adquiridas después de la instalación del montaje de filtro enfriado con agua indicaron que se redujo la deriva total del sistema por aproximadamente una orden de magnitud, con mediciones de deriva en operación continua de 12 horas que promedian 6 microrradianes negativos desde un inicio frío. La reducción dramática en la deriva total del sistema después de la adición del disipador térmico del filtro enfriado con agua hace clara la importancia de mantener un ambiente isotérmico para el analizador y los cristales monocromadores . Sin embargo, se debe apreciar por un experto en la técnica que se pueden efectuar cambios a otras fuentes para reducir adicionalmente el calor. Un análisis sistemático de cada componente de sistema y los cambios periódicos en el ambiente externo se llevaron a cabo para aislar las fuentes restantes de deriva térmica. Se pueden remover los amplificadores y sistemas de control del concentrado experimental para reducir el calor. Se pueden remover también los motores de impulsión. Sin embargo, en el presente experimento, no se pueden remover los motores de impulsión que controlan el montaje de detector y etapa de muestra. Además, la tapa del concentrado se puede cerrar para ayudar a mantener una temperatura constante del aire ambiente. Las mediciones de doce horas de la temperatura del cristal de analizador, la temperatura del aire ambiente y la temperatura del agua de enfriamiento por gravedad no indican ningún cambio
sustancial en la temperatura. Los experimentos continuos indicaron que hubo variaciones térmicas significativas en la base de aluminio del segundo cristal monocromador, que está en contacto indirecto y se calienta por el segundo cristal monocromador. Una función del segundo cristal monocromador es difractar el haz de rayos X monocromático del primer cristal monocromador y alinear horizontalmente el haz con el cristal de analizador. En teoría, las interacciones de los rayos X con el cristal son elásticas, de modo que no debe haber generación de calor. Este no es el caso con el primer cristal monocromador, puesto que mucho del haz blanco de sincrotrón, policromático de alta intensidad se absorbe en la estructura interna del primer cristal. Para reducir vibraciones, se instaló un sistema de enfriamiento con agua impulsada por gravedad en el sistema para remover el exceso de calor del primer cristal monocromador. No se requirió enfriamiento activo para el segundo cristal monocromador, pero las mediciones de temperatura adquiridas durante un periodo de 24 horas indicaron que fueron necesarias modificaciones. Se colocó un termistor en la placa de soporte de aluminio y la temperatura se midió cada 5 segundos durante un periodo típico de operaciones de 24 horas. La Figura 34 es una gráfica que ilustra la temperatura medida por el termistor durante el periodo de 24 horas. La temperatura de la placa de
soporte se incrementó aproximadamente 1.3°C desde el periodo donde el haz se encendió y apagó. La corriente del anillo de almacenamiento de sincrotrón cae lentamente con el tiempo y se ha amortiguado y rellenado, lo que es evidente en las gráficas de temperatura. Después de 12 horas de operaciones continuas, la linea de haz se cerró para determinar cuanto tiempo toma la temperatura para regresar a la linea base. Un análisis de los datos indica que hubo un fuerte calentamiento en el segundo cristal para justificar la modernización de la placa de soporte por enfriamiento activo con agua. La gráfica de la Figura 34 se anota con el texto de cómo las operaciones normales de linea de haz influyen en la temperatura del cristal. Con esta fuente de inestabilidad térmica identificada, se proporcionó una placa de soporte de cobre con un conducto interno para flujo de agua e intercambio de calor. La Figura 35 es una gráfica de una vista elevada de una segunda placa de soporte y base de monocromador , modernizada, de ejemplo, con lineas de enfriamiento de agua para reducir la temperatura . Después de aproximadamente 2000 horas de operaciones de linea de haz, 1000 horas con el monocromador actualizado, se ha medido y evaluado una tendencia predecible en la estabilidad de la linea de haz. Como se predice, el factor abrumador en el mantenimiento de la inestabilidad en los componentes ópticos es la temperatura. El valor absoluto de la
temperatura no es tan importante como los cambios en la temperatura durante el tiempo. Si se mantiene un ambiente isotérmico, entonces el sistema alcanza el equilibrio y hay poca o ninguna derivación tanto en el cristal monocromador como en el cristal de analizador. La formación de imágenes en el NSLS presenta un problema único puesto que la corriente de anillo en el anillo de almacenamiento disminuye lentamente pero de manera predecible con el tiempo. La intensidad de los rayos X incidentes en el primer cristal monocromador disminuirá en proporción con la corriente de anillo, provocando que la temperatura del primer cristal disminuya con el tiempo. Si no se colocan controles activos de retroalimentación en el sistema de cristales, el primer cristal de analizador puede contraerse durante el tiempo, cambiando lentamente el espaciado d y la energía difractada. Un cambio en el ángulo Bragg en el primer cristal cambiará la posición del haz en el segundo cristal, reduciendo el flujo fotónico monocromático difractado emitido desde el segundo cristal. Esto tanto reducirá la intensidad del haz de rayos X incidente en el cristal del analizador y cambiará la posición del haz de rayos X, dando por resultado una deriva del analizador . El efecto de la deriva o desplazamiento del analizador se demostró más claramente durante un arranque frío de la línea de haz, donde todos los componentes de la línea de
haz han estado a temperatura ambiente durante al menos 24 horas con los obturadores de rayos X cerrados. Se realizó una serie de pruebas de estabilidad para probar cómo el analizador se deriva dentro de los primeros 100 minutos después del arranque o inicio, con el propósito de determinar cuanto tiempo toma el sistema para alcanzar el equilibrio. La prueba de estabilidad a corto plazo del analizador se logró al alinear el sistema inmediatamente después de habilitar los obturadores de rayos X y de reajustar la posición del analizador a cero. El analizador entonces se exploró cada 100 segundos sobre un intervalo de -10 a 10 microrradianes con un incremento theta con un incremento de 0.2 microrradianes. Cada curva de balanceo se analizó de manera subsiguiente para determinar el centro de gravedad para cada curva de balanceo, que se registró como la posición pico y se registró junto con su posición correspondiente de analizador. Una vez que se ajustó inicialmente el sistema y se inicio el experimento, no se hicieron ajustes adicionales. Se seleccionaron dos energías de fotón para la prueba, 18 keV y 40 keV, con todos los otros parámetros de línea de haz y la filtración de aluminio ajustados a los niveles usados bajo condiciones normales de formación de imágenes. Los rayos X de mayor energía son mucho más penetrantes que los rayos X de menor energía, y requieren más filtros de pre-monocromador tanto para reducir el flujo al
nivel deseado como para atenuar los rayos X de menor energía que están presentes en el haz blanco de sincrotrón, policromático. El incremento de la cantidad de filtración incrementa la cantidad de absorción que se presenta antes de que los rayos X entren al monocromador, reduciendo de esta manera la carga térmica en el primer cristal monocromador. Con la adición de un disipador térmico enfriado con agua para remover el calor generado de la absorción de rayos X que se presenta en el montaje de filtro, los cristales experimentan menos efectos térmicos del haz blanco de sincrotrón. La combinación de reducción del cambio angular por grado Celsius a mayor energía y la reducción de la carga térmica en el monocromador por filtración incrementada conduce a un incremento proporcional en la estabilidad con la energía creciente del haz. Los experimentos de estabilidad llevados a cabo desde un inicio o arranque en frío de la línea de haz demuestran este efecto, con la deriva del analizador que sigue cercanamente la disminución en la corriente de anillo. La teoría actual tiene como hipótesis que el haz blanco de sincrotrón, incidente, poderoso casi calienta de forma instantáneamente intensa el primer cristal monocromador, alcanzando rápidamente una temperatura máxima. Conforme la corriente del anillo se disipa con el tiempo, la temperatura disminuye lentamente, dando por resultado la deriva. El
sistema eventualmente calienta el aire ambiente circundante y los componentes del sistema, provocando que se estabilice la cantidad de deriva por tiempo unitario. La cantidad incrementada de filtración a 40 keV ayuda a reducir los efectos de la carga térmica, disminuyendo la cantidad del tiempo que el sistema alcanza el equilibrio térmico. Una vez que la linea de haz ha estado en operación continua durante 5-7 horas, se redujeron al mínimo los efectos de la carga térmica en cada uno de los cristales y la línea de haz llegó hacer ultraestable con poca o ninguna deriva del analizador. Las Figuras 36-39 son gráficas de los resultados de la prueba de estabilidad. En particular, la Figura 36 es una gráfica de una prueba de estabilidad del sistema de 18 keV que muestra la posición pico del analizador durante un periodo de tiempo. La Figura 37 es una gráfica de la corriente de anillo de los rayos X de NSLS durante las pruebas de estabilidad de 18 keV. La Figura 38 es una gráfica de una prueba de estabilidad del sistema de 40 keV que muestra la posición pico del analizador durante un periodo de tiempo. La Figura 39 es una gráfica de la corriente de anillo de rayos X de NSLS durante las pruebas de estabilidad de 40 keV. Los resultados de este experimento demuestran que la deriva en los componentes ópticos se puede controlar al mantener los cristales en la isoterma de los componentes ópticos, lo que se puede lograr en sistemas de DEI tanto
basados en sincrotrón como no basados en sincrotrón usando un sistema de calentamiento de precisión para mantener la temperatura constante. A través de un análisis de ingeniería sistemática, se ha reducido el problema de inestabilidad del analizador/monocromador de una limitación fundamental a una molestia menor. Con refinación adicional, el problema se puede remover completamente, permitiendo la utilización completa de todos los métodos de MIR y DEI basados en tomografía computarizada .
Análisis de Estudio de Lector de Maniquíes de amografía para Determinar Parámetros Óptimos de Formación de Imagen para PEI y PEI Como se expone anteriormente, la PEI es una técnica radiográfica que obtiene contraste de la absorción, refracción y discreción a ángulo ultrapequeño de rayos X (contraste de extinción) . La DEI es una técnica radiográfica similar que obtiene contraste de la absorción y refracción de rayos X. Los sistemas convencionales de radiografía tanto planos como CT, producen imágenes basadas en la atenuación de rayos X conforme pasan a través de la materia. Puesto que la absorción de los rayos X se basa en la densidad electrónica y el número atómico promedio, se obtiene contraste en base a las diferencias de atenuación en un objeto o paciente. Las interacciones de los fotones de rayos X con la materia pueden proporcionar
información más estructural que sólo el número de fotones removidos del haz incidente. La DEI incorpora un cristal de analizador de silicio en la ruta del haz de rayos X que actúa como un filtro angular exquisitamente sensible, facilitando la medición de la refracción y dispersión de ángulo ultrapequeño de rayos X. Los objetos que poseen contraste de absorción nominal, ya sea debido a las propiedades del objeto o su ambiente local, pueden tener alto contraste de refracción y dispersión de ángulo ultrapequeño. La DEI puede tener crecimiento potencial en la formación de imágenes de mama dado que las estructuras de interés en el tejido de mama tienen típicamente bajo contraste de absorción, especialmente en las etapas tempranas de la enfermedad. Los estudios por DEI de tejidos de mama malignos han indicado un incremento sustancial en la visualización de formaciones de espículas en tumores de mama en comparación con mamografia convencional. Las estructuras de diagnóstico primario de interés en la mama incluyen calcificaciones, masas y fibrillas, todas las cuales pueden tener signaturas significativas de refracción y dispersión en comparación al tejido glandular y adiposo circundante. A fin de investigar apropiadamente la utilización de DEI para mamografia, se deben optimizar las configuraciones y parámetros únicos del sistema para detectar las características importantes en diagnóstico para formación en imágenes de la mama. Un componente integral
de este estudio es determinar la disminución potencial en la dosis de radiación que se puede lograr usando absorción, refracción y rechazo de dispersión de ángulo ultrapequeño (extinción) . Los componentes primarios de la formación de imágenes de DEI que se deben especificar a fin de diseñar y construir un sistema de mamografia clínicamente útil son la energía del haz, la reflexión del cristal del analizador, y la posición en la curva de balanceo del cristal de analizador. Se llevaron a cabo experimentos para este estudio en la línea de haz X-15A en NSLS. A fin de entender los parámetros que se analizan, es buena una breve descripción del sistema. La fuente de rayos X para estos experimentos fue un anillo de rayos X en el NSLS que es un sincrotrón de 2.8 GeV, capaz de producir rayos X de alto flujo de 10 a 60 keV. Se usó un monocromador de silicio de doble cristal para seleccionar una energía particular del haz de rayos X incidente se obtuvieron imágenes de DEI al colocar un cristal de analizador de silicio detrás del objeto que se ajustó para seleccionar un ángulo particular. El analizador es un filtro angular con una resolución en el orden de decenas de microrradianes , lo que facilita la medición de la refracción y dispersión de ángulo ultrapequeño de rayos X. El ajuste del analizador a diferentes posiciones en su curva de reflectividad puede seleccionar ángulos discretos en la distribución de rayos X, y algunas porciones proporcionan información útil para detección de
lesiones y objeto. Hay múltiples reflexiones de cristal que se pueden usar en DEI, tal como reflexiones de Bragg [111] y Bragg [333]. El contraste de refracción de DEI incrementa con la pendiente de la curva de balanceo del cristal analizador, con la reflexión de Bragg [333] que tiene una pendiente mucho más pronunciada que la reflexión Bragg [111]. La reflexión de Bragg [333] puede proporcionar mejor contraste, pero el número de fotones de rayos X que se pueden seleccionar del haz de rayos X policromático incidente por el cristal en la reflexión de Bragg [333] es aproximadamente un orden de magnitud menor que la reflexión de Bragg [111]. La determinación de la diferencia relativa en la visualización entre estas reflexiones puede ser un factor importante en el diseño de un sistema de DEI clínicamente basado. Los tubos de rayos X pueden usar una configuración de cátodo/ánodo para producir rayos X, con el espectro de salida y amplitud como una función del material de ánodo, voltaje y amperaje. Los sistemas de mamografía pueden incluir una fuente de rayos X que tiene un objetivo de molibdeno a voltejes que varían de 28 a 32 kVp para producir un haz de rayos X. Esta configuración produce un haz de rayos X, divergente, policromático con un espectro de energía centrado alrededor de la Ka de molibdeno, 18 keV. Los sistemas de rayos x basados en absorción se ajustan a estos rayos X de energía
relativamente baja para formar en imagen tejido blando. En tanto que los rayos X de 18 keV proporcionan mayor contraste en tejidos blandos, una desventaja es la dosis incrementada absorbida por el paciente asociada con los rayos X de menor energía. Algunos estudios previos de formación de imágenes de mama por DEI se basaron en una energía de rayos X comparable a los sistemas convencionales de mamografía. En tanto que estas técnicas pueden tener utilidad potencial en medir la absorción de rayos X, no afronta de manera adecuada las ventajas de los mecanismos adicionales de contraste de DEI de refracción y dispersión de ángulo ultrapequeño. Hay varias técnicas de procesamiento de imágenes que se pueden aplicar al DEI, incluyendo la creación de imágenes de refracción y absorción aparente. Otro método en desarrollo de procesamiento de imágenes basado en DEI es la MIR, que es una separación más exacta y detallada de los componentes de contraste. Los estudios preliminares que usan MIR han demostrado que este método es capaz de operar a bajos niveles de cuenta de fotones, y tiene uso potencial con fuentes convencionales de rayos X. Varios grupos que trabajan con DEI están en el proceso de aplicar el método de DEI a CT, lo que combina los mecanismos adicionales de contraste de DEI con capacidad de resolución espacial de la CT . En tanto que este estudio se enfocó en formación planar de imágenes, los parámetros del sistema para formación planar de imágenes
también se pueden aplicar tanto aplicaciones de CT basadas en sincrotrón y no basadas en sincrotrón. Los experimentos que se describirán en la presente comprenden la variación cuidadosa de los parámetros de adquisición durante la formación de imágenes de maniquíes normales de mamografía. Las imágenes adquiridas para el estudio representan los datos sin procesar de las imágenes adquiridos en cada configuración del sistema, sin ningún procesamiento secundario de imágenes. Lectores expertos clasificaron la visibilidad de las características conocidas de los maniquíes bajo todas las condiciones experimentales a fin de ayudar en las especificaciones de una unidad ideal de mamografía de DEI. Desde tanto la perspectiva de ingeniería como médica, uno de los parámetros más importantes del sistema es la energía del haz. A fin de obtener entendimiento de cómo cambia la visualización estructural como una función de la energía en la DEI, se eligieron las siguientes energías para el estudio: 18 keV, 25 keV, 30 keV y 40 keV. La selección de la energía deseada del haz de sincrotrón incidente se logró al ajusfar el monocromador al ángulo de Bragg apropiado para la longitud de onda deseada. Se pueden usar tres puntos representativos a través de la curva de balanceo de cristal de analizador durante el análisis para obtener información valiosa en diagnóstico. Se
seleccionaron las posiciones -1/2 de Ancho de Darwin (D ), pico y +1/2 DW para cada combinación de energía de haz/reflexión de cristal. Se obtuvo para comparación una radiografía correspondiente de sincrotrón. usaron maniquíes estandarizados de formación imágenes de mama en este experimento para simular las
estructurales de tejido de mama y cáncer mama. Los esfuerzos iniciales comprendieron especímenes reales de tej-ido de mama, pero la variación presente en los tejidos biológicos y la evaluación subjetiva de las características malignas hicieron más apropiados para este estudio el uso de maniquíes. Puesto que los sistemas de DEI de acuerdo con la materia descrita en la presente son capaces de obtener contraste de múltiples mecanismos, se seleccionaron maniquíes con características tratables a cada uno. En este experimento, se seleccionó un maniquí con detalle de contraste (CD) (disponible del Sunnybrook and Women' s Research Institute en Toronto, Ontario, Canadá) hecho de Lucite con una serie de hendiduras circulares de diámetro y profundidad variable trabajadas a máquina en la superficie. La variación en el diámetro y la profundidad crea un diámetro útil en la valoración del contraste y resolución espacial. Las hendiduras profundas dan por resultado una diferencia incrementada en la atenuación, y por lo tanto contraste incrementado. Los bordes circulares de las hendiduras proporcionan una interfaz
conductora a la refracción de rayos X. Con un radio y altura conocidos, se calculó el volumen de cada cilindro para determinar el volumen total visible. Las Figuras 40A-40C y 41A-41C son imágenes de un maniquí de CD de ejemplo adquirido a 18 keV y 30 keV, respectivamente. En particular, las Figuras 40A-40C muestran imágenes de una radiografía de sincrotrón de 18 keV, una imagen de DEI de 18 keV adquirida en la posición de cristal de analizador de +1/2 de Ancho de Darwin (D ), y 18 keV adquirida en la posición de cristal de analizador pico, respectivamente. La reflexión de cristal usada en los ejemplos de DEI es la reflexión de Bragg [333] . Las Figuras 41A-41C muestran imágenes de una radiografía de sincrotrón de 30 keV, la imagen de DEI de 30 keV adquirida en la posición de cristal analizador -1/2 de Ancho de Darwin (DW), y una imagen de DEI de 30 keV adquirida en la posición pico de cristal de analizador, respectivamente. La reflexión de cristal usada en los ejemplos de DEI es la reflexión de Bragg [333], Se reduce en contraste en la radiografía de sincrotrón de 30 keV en comparación a la radiografía de sincrotrón de 18 keV. Se usó un segundo maniquí para experimentación. El segundo maniquí se diseño por el Grupo de Desarrollo Internacional de Mamografía Digital (IDMDG) para probar sistemas de mamografía digital. Específicamente este maniquí
se desarrollo por el Ensayo de detección por Formación de Imágenes de Mamografia Digital (DMIST) y se conoce como MISTY (disponible del Sunnybrook and Women' s Research Institute) . El maniquí de MISTY contiene una variedad de regiones que se pueden usar para cuantificar la calidad de la imagen mamográfica. Estructuralmente, el maniquí está compuesto de polimetilmetacrilato (PMMA) con una cubierta intensificada con mercurio que contiene varios detalles de alta resolución que se pueden usar para cuantificar el contraste y resolución del sistema. Se seleccionaron tres regiones del maniquí de MISTY para uso en la experimentación. Las Figuras 42A-42C son imágenes de las tres regiones diferentes del maniquí de MISTY adquiridas a 30 keV, Bragg [333], en la posición pico de cristal de analizador. En particular, la Figura 42A es una imagen de una serie de agrupaciones de pares de línea, cada agrupación que contiene 4 líneas, con la distancia entre las líneas que disminuye hasta que no se pueden resolver por más tiempo . La Figura 42B es una imagen de una serie de agrupaciones de estrella, que simulan calcificaciones en el tejido de mama. Una columna de siete agrupaciones, cada una que contiene seis estrellas, se usó con cada agrupación de estrellas, que tiene una estrella con un punto ausente. Conforme disminuye la resolución y el contraste, las estrellas
no se pueden visualizar por más tiempo y solo aparecen como motas. La simulación de calcificación se invirtió para el uso en este experimento. Las Figura 42C es una imagen de una escala de grises. La escala de grises se usa para medir el contraste de absorción. La escala de grises incluye 6 interfases bien definidas . En este experimento, se adquirieron imágenes de DEI usando el Lector de Placa de Imágenes Fuji BAS2500 y las placas de imagen Fuji HR V. Como se señala anteriormente, las placas de imagen son hojas plásticas flexibles, de aproximadamente 0.5 mm de grueso, revestidas con un fósforo fotoestimulable combinado con un aglutinante orgánico. Además, todas las imágenes se exploraron usando un tamaño de pixel de 50 y un nivel de gris de 16 bits. La dosis superficial usada para la adquisición de imagen varió en base a la energía, pero se usó la misma dosis de superficie tanto para la radiografía como para las imágenes de DEI en cada ajuste de energía. Una dosis de superficie de 3.0 mGy se usó para la imagen adquirida a 30 keV, 1.5 mGy para imágenes adquiridas a 25 keV, y 0'.2 mGy para imágenes adquiridas a 40 keV. Dos lectores de estudio se implicaron en el experimento para analizar los resultados de las imágenes de maniquí de CD y MISTY. El uso de maniquís estandarizados combinado con las diferencias dramáticas entre la mayoría de
las configuraciones de DEI indicó que los dos lectores serian suficientes para lograr un nivel apropiado de potencia estadística. Un experto lector de imágenes y un físico médico participaron en el estudio. A fin de optimizar el ambiente de visión, el estudio del lector se realizó en un cuarto oscuro especialmente diseñado usando un monitor de CRT de 5 megapixeles con una luminancia pico de 500 cd/m2. A los lectores se les permitió usar la escala de grises de cada imagen y se les proporcionó un aumento para visualización máxima. La capacidad de visualizar la circunferencia completa de una lesión tiene significado de diagnóstico en mamografía, un ejemplo que es la diferencia entre un fibroadenoma benigno con bordes bien circunscritos y una masa potencialmente maligna con bordes menos bien definidos con o sin formación de espículas. Adicionalmente , la visualización de calcificaciones y su morfología puede proporcionar entendimiento de la patología subyacente. Las cuestiones que reflejan la aplicación de diagnóstico a la mamografía clínica son integrales al diseño de estudio del lector, que separan la tarea en distintos niveles de confianza donde es apropiado. Al determinar qué factores dan el más alto desempeñó, se establecieron ocho mediciones de desempeño por el uso de los lectores: 1. El volumen de los círculos por los cuales se
puede ver la circunferencia completa en el maniquí de CD; 2. El volumen de los círculos por los cuales es visible al menos la mitad de la circunferencia en el maniquí de CD; 3. El volumen de los círculos por los cuales es visible cualquier parte de la circunferencia en el maniquí de CD; 4. El número de grupos de pares de líneas observados en el maniquí de MISTY; 5. El número de estrellas que son visibles en la simulación de calcificación del maniquí de MISTY; 6. El último número de agrupación con todos los puntos vistos en la simulación de calcificación del maniquí de MISTY; 7. El número de especulaciones vistas en la simulación de calcificación del maniquí de MISTY; y 8. El número de secciones claramente definidas en la escala de grises del maniquí de MISTY. A fin de facilitar la codificación de los datos en las imágenes, se proporcionó una representación gráfica de cada maniquí con la tarea correspondiente de desempeño a cada lector para clasificar las imágenes. Para el maniquí de CD, se preguntó al lector que indique que círculos fueron visibles en cada fila y columna de la imagen. Para valorar la región de pares de líneas del maniquí de MISTY, se pidió al lector
determinar la agrupación más alta donde se pueden visualizar claramente las cuatro lineas. La clasificación de la simulación de calcificación comprendió contar primero el número total de estrellas que pueden ser visualizadas, luego contar el número de puntos de estrella vistos en cada agrupación de 29 puntos posibles. Además, se pidió al lector contar el número total de motas que se pueden visualizar. Para la región de interés de escala de grises, se pidió al lector marcar cuál de las 6 interfases se pueden visualizar claramente. El orden de presentación de la imagen se aleatorios para cada lector para la clasificación. Se usó un análisis de varianza multi-direccional para ajustar los ocho resultados. Incluidas en el análisis estuvieron todas las interacciones entre la energía del haz, la reflexión del cristal, la posición de la curva, y el lector. Se aplicaron transformaciones de Box-Cox a algunos de los resultados para asegurar la validez de la suposición de la normalidad. Puesto que se consideraron múltiples resultados cuando se comparan todos los factores, se usó una prueba de Bonferroni para ajustar el error Tipo I total al ajustar 0.05/8 (0.00625) como el nivel de significancia. A este nivel de significancia, se usó la prueba de Tukey para comparar la diferencia en el desempeño entre las combinaciones de todos los factores.
Resultados de Maniquí de CD Para volumen de los círculos con cualquier parte de la circunferencia visible, no hubo diferencia significativa entre los dos lectores (valor p = 0.0185) y entre diferentes niveles de energía (valor p = 0.0176). Sin embargo, tanto la reflexión de cristal como la posición de la curva de balanceo, así como sus interacciones, son significativas (los tres valores p < 0.001) . El análisis por prueba Tukey indica que se puede ver más volumen con la reflexión de Bragg [333] . La radiografía tiene el volumen visible menor, y hay poca diferencia entre las posiciones -1/2 DW, +1/2 DW, y pico de cristal de analizador. Cuando el resultado es el volumen de los círculos con al menos la mitad de la circunferencia visible, los efectos principales de todos los factores son significativos con valor p menores de 0.001. El análisis por prueba Tukey indica que 25 keV se desempeñó mejor y que tanto 25 keV como 30 keV producen más volumen visible que 18 keV y 40 keV. Los datos indican que hay una interacción significativa entre la reflexión del cristal y la posición del analizador (valor p < 0.001) . La combinación de la reflexión de Bragg [333] y la posición pico del analizador produce el volumen más visible, aunque no hay suficiente evidencia para soportar que se desempeña mejor que las combinaciones de las posiciones de Bragg [333], +1/2 DB y Bragg [333], -1/2 DW. La radiografía de
sincrotrón produjo el volumen menos visible. Para el volumen de los circuios con la circunferencia completa visible, sólo los efectos principal-es del lector, energía del haz y posición de la curva de balanceo son significativos con valores p menores que 0.001, iguales a 0.0027, y menores que 0.001, respectivamente. El análisis por prueba de Tukey no encontró una diferencia entre todos los niveles en la energía del haz, pero las tendencias en los datos indican que 25 keV se desempeña mejor que 30 keV, y este último se desempeñó menor que tanto 40 keV como 18 keV. Como con las otras mediciones de desempeño, la radiografía de sincrotrón produjo el volumen menos visible.
Maniquí de MISTY El análisis de los grupos de pares de líneas indican que los efectos principales de la energía del haz, reflexión del cristal y posición de curva de balanceo del analizador son significativos con todos los valores p menores de 0.001. Además, parece haber interacciones significativas entre la reflexión del cristal y la posición de la curva de balanceo (valor p < 0.001). Los datos indican que las combinaciones de 18 keV, Bragg [333] , en la posición pico del analizador o 25 keV, Bragg [333], en la posición pico o +1/2 DW del analizador se desempeñaron bien. El mejor desempeño para la región de par de líneas es de 30 keV, Bragg [333], a una posición de curva
de balanceo de +1/2 BW. Se presentaron artefactos en muchas de las imágenes de agrupaciones de estrella generadas al usar un maniquí diseñado para desviar rayos X en un sistema con un haz de rayos X altamente colimado. Los datos se presentan para integridad y para demostrar cómo puede afectar la visualización el diseño estructural total de los maniquíes convencionales. El análisis del número de estrellas visualizadas indica que sólo es significativa la energía del haz, con un valor p de 0.0026. Los resultados de prueba indican que 25 keV es la mejor elección, pero no significativamente diferente de 30 keV. Ninguno de los factores fue significativo para el último número de agrupación con todos los puntos vistos. Los datos del número de motas vistas indican que las mejores combinaciones son 18 keV y Bragg [111], 18 keV y Bragg [333], así como 30 keV con ya sea la reflexión de Bragg [111] o [333] . Para la región de escala de grises, parece hacer una diferencia significativa entre los niveles de diferencia en la energía del haz y las diferentes posiciones de la curva de balanceo. Los datos indican que las energías del haz de 18 keV, 25 keV y 30 keV son aproximadamente equivalentes, pero todas se desempeñan mejor que las imágenes adquiridas a 40 keV. Los resultados de desempeño para la posición de la curva de balanceo indican que las posiciones de -1/2 DW,
pico y +1/2 DW son equivalentes e iguales al desempeño de la radiografía de sincrotrón. El análisis de todas las mediciones de desempeño indica que la configuración óptima del sistema de DEI es 25 o 30 keV, usando la reflexión de Bragg [333] en ya sea la posición de -1/2 DW o pico del cristal de analizador. Las Tablas 4-6 muestran un resumen de los datos de estudio del lector. En particular, la Tabla 4 muestra un resumen de los datos de estudio del lector con respecto a la energía del haz de rayos X. La Tabla 5 más adelante muestra un resumen de los datos de estudio del lector con respecto a la reflexión del cristal. La Tabla 6 posterior muestra un resumen de los datos de estudio del lector agrupados de acuerdo a la posición de curva de balanceo.
Tabla : Resumen de Datos de Estudio del Lector con Respecto a
Energía de Haz de Rayos X CircunMedia Visuali- Pares de Estrellas Punto de Motas de Escala de ferencia circunzación líneas de de estrella de estrella de grises de completa ferencia de únicamente maniquí de maniquí maniquí de maniquí de IDMDG de maniquí de de maniquí Misty de IDMDG IDMDG maniquí CD de CD IDMDG de CD 18 127.96 ± 210.49 + 241.43 + 1.625 + 2 + 3.347 0.125 + 38.562 + 4.562+ 0.964 9.58 68.98 19.76 1.147 0.341 5.215 25 185.63 + 232.04 + 247.96 ± 1.937 + 5.187 + 0.375 ± 41.875 + 4.312 + 73.62 38.16 9.66 1.181 6.295 0.719 0.341 1.014
169.36 + 227.56 ± 245.16 + 1.812 + 3 + 3.483 2.687 ± 39.400 + 4.687 ± 96.80 48.73 13.87 1.223 10.486 4.702 1.250
CircunMedia Visuali- Pares de Estrellas Punto de Motas de Escala de ferencia circunzación líneas de de estrella de estrella de grises de completa ferencia de únicamente maniquí de maniquí maniquí de maniquí de IDMDG de maniquí de de maniquí Misty de IDMDG IDMDG maniquí CD de CD IDMDG de CD 40 134.24 ± 198.31 ± 237.85 + 0.375 ± 0.375 ± 0 ± 0 14.937 + 0.562 ± 107.30 67.93 23.65 0.619 0.885 12.615 1.093
Tabla 5: Resumen de Datos de Estudio del Lector con Respecto a Reflexión de Cristal CircunMedía circunVisuali- Pares de Estrellas Punto de Motas de Escala ferencia ferencia de zación líneas de de estrella de estrella de de grises completa maniquí de únicame maniquí maniquí maniquí de maniquí de de de maniquí CD nte de de Misty de IDMDG IDMDG IDMDG de CD maniquí IDMDG de CD 111 150.96 + 214.98 ± 242.89 ± 0.969 ± 2.031 ± 1.437 ± 33.935 ± 3.687 ± 95.99 46.73 10.74 0.897 3.605 7.414 13.394 2.086 333 157.96 ± 219.22 ± 243.31 ± 1.906 ± 3.250 ± 0.156 ± 33.281 ± 3.375 ± 102.42 67.90 22.64 1.328 4.833 0.448 13.056 1.996
Tabla 6: Resumen de Datos de Estudio del Lector Agrupados de Acuerdo a Posición de curva de Balanceo CircunMedia circunVisuali- Pares de Estrellas Punto de Motas de Escala de ferencia ferencia de zacíón líneas de de estrella estrella de grises de completa de maniquí de únicamaniquí de maniquí de maniquí IDMDG maniquí de CD mente de Misty de maniquí de CD maniquí IDMDG de IDMDG de CD IDMDG Radio110.61 147.10 218.21 + 0.5 0.375 ± 0 ± 0 29.375 + 2.875 + grafía 85.90 72.48 18.46 0.632 0.806 13.490 1.668 Nega162.24 ± 241.13 251.24 + 1.687 2.812 ± 2.750 ± 35.667 ± 3.937 tivo, 104.75 21.21 5.32 1.078 4.037 10.478 9.155 1.948 1/2 de DW
CircunMedia circunVisuali- Pares de Estrellas Punto de Motas de Escala de ferencia ferencia de zación líneas de de estrella estrella de grises de completa de maniquí de únicamaniquí de maniquí de maniquí IDMDG maniquí de CD mente de Misty de maniquí de CD maniquí IDMDG de IDMDG de CD IDMDG Posi165.51 + 238.35 ± 252.28 ± 1.687 ± 3.187 ± 0.250 31.187 ± 3.375 tivo, 102.42 32.28 3.80 1.250 5.128 0.577 18.605 2.094 1/2 de DW Pico 178.83 ± 241.82 ± 250.67 ± 1.875 4.187 ± 0.187 38.312 ± 3.937 95.13 18.43 5.60 1.360 5.009 0.403 7.208 2.351
Con respecto a la energía del haz, los datos de estudio del lector para ambos maniquíes indican que las energías mayores que 18 keV pueden ser óptimas para DEI. Puesto que el contraste de absorción disminuye como 1/E3, el contraste de absorción de tejido blando disminuye rápidamente con energía incrementada para sistemas convencionales de rayos X. Los resultados de estudio de lectura indican que para mayores energías de haz, se compensa la pérdida de información de la absorción por la información de los contrastes específicos de DEI. Para estructuras que son principalmente reflexivas, la sensibilidad DEI es proporcional a 1/E, con el potencial para la adquisición de imagen en tejido blando a energías en o por arriba de 40 keV. El rechazo de fotones dispersados que contribuye a la extinción es independiente de la energía, pero la intensidad de la dispersión disminuirá conforme se incremente la energía. Puesto que muchas estructuras claves de diagnóstico en el tejido de mama se cree
que tienen propiedades de reflexión y dispersión significativas, se puede facilitar la formación de imágenes a mayores energías al desplazarse de la absorción y enfoque en el contraste de refracción y dispersión de ángulo ultra-pequeño. Los incrementos en la visualización para la reflexión de Bragg [333] son evidentes en el maniquí de CD, especialmente a mayores niveles de desempeño. La reflexión de Bragg [333] fue superior en la mayoría de las mediciones de desempeño, pero es menos que los esperado la diferencia entre esta reflexión y la Bragg [111] . En tanto que esto puede indicar que la reflexión de Bragg [111] es aceptable dada las consideraciones de ingeniería de flujo, la explicación más probable es que el diseño de los maniquíes fue inapropiado para medir mecanismos de contraste que se basan en refracción y extensión de rayos X. El mismo razonamiento se puede aplicar a la posición de cristal de analizador, en el cual la posición pico del analizador fue superior en la mayoría de las mediciones de desempeño. El contraste de absorción y resolución, va ase más alto cuando sea mayor la intensidad de los fotones no desviados, que está en el pico de la curva de balanceo del analizador. Los efectos de extinción también juegan un papel en la posición pico ya que se eliminarán estructuras que dispersen fotones a las extremidades de la curva de balanceo,
dando por resultado contraste adicional. Puesto que estos maniquíes se diseñaron para probar sistemas de formación de imágenes basados en absorción de rayos X, se espera que la posición pico se desempeñe mejor en ese tipo de estudio. El contraste de refracción no está presente en el pico de la curva de balanceo, y el desempeño en general equivalente o disminuido de la -1/2 D y +1/2 D indica la ausencia de estructuras en el maniquí que son altamente refractivas. Este estudio se diseñó para obtener entendimiento del efecto que cada componente del sistema tiene en la claridad de la imagen, no en el método de procesamiento de imagen que sea más útil. Como un primer paso en el estrechamiento del espacio total del parámetro de formación de imagen, un análisis de los datos sin procesar en cada configuración es de esta manera es más apropiado que procesar pares de imágenes de DEI para crear imágenes de absorción aparente y de refracción. Uno de los resultados más alentadores es la capacidad de usar rayos X de mayor energía, potencialmente tan altos como 40 keV. La rápida disminución en el efecto fotoeléctrico a mayores energías corresponde a número reducido de fotones absorbidos en el paciente, que da por resultado una dosis de radiación dramáticamente reducida. Para el mismo número de fotones que alcanzan el detector (107 fotones/cm2) , la dosis absorbida en superficie a través de 5 cm de agua a 18
keV es 3.3 mGy, 0.045 mGy a 30 keV, y 0.016 mGy a 40 keV. Esto representa una reducción de 73 veces la dosis a 30 keV en comparación a 18 keV, y una reducción de 206 veces a 40 keV. Puesto que la absorción se incrementa con el espesor de tejido, esta reducción de la dosis aún es mayor para especímenes más gruesos.
Análisis de Mecanismo de Contraste de Cáncer de Mama Usando Radiografía de Múltiples Imágenes Los estudios de formación de imágenes de mama usando técnicas de DEI y MIR han demostrado mejoras en la visualización en comparación a mamografía convencional. En particular, los estudios que usan técnicas de DEI para analizar los mecanismos de contrastes subyacentes en las fibrillas de cáncer de mama demuestran que la extinción de rayos X juega un gran papel en el contraste de la imagen. Además, los estudios de las espículas de cáncer de mama han demostrado un incremento de 8 a 33 veces en la imagen pico de DEI en comparación a una radiografía correspondiente. La MIR permite una valoración más completa y rigurosa de estas propiedades a través de la adición de una imagen que representa una dispersión de ángulo ultra-pequeño del objeto. Este estudio afronta la extensión del intervalo útil de energía de una fuente de rayos X y la disminución o eliminación de la necesidad de la absorción de rayos X. Los
mecanismos subyacentes de contraste de rayos X en el tejido de mama llegan a ser sistemas de DEI no basados en sincrotrón, críticos, puesto que el contraste de absorción en tejido blando disminuye rápidamente con energía creciente del fotón. La utilización de rayos X de mayor energía incrementa la eficiencia de un sistema de DEI al incrementar el número de fotones incidentes que alcanzan el detector, y una reducción en la absorción de rayos X reduce tanto la superficie como la dosis de radiación absorbida. Sin embargo, si la absorción es un mecanismo clave de contraste para visualización de tejido de mama, entonces cualquier sistema de DEI puede usar rayos X de menor energía en un intervalo similar a los sistemas convencionales de rayos X. este experimento compara las características del sistema a 18 keV y 60 keV. A fin de valorar la absorción, refracción y dispersión en dependencia a la energía en el tejido de mama, se formaron en imagen cuatro especímenes de tejido de mama con rasgos característicos a múltiples energías de rayos X y se procesaron usando MIR para separar los componentes de contraste individuales. El intervalo de energía usado en el estudio se determinó en base a las energías usadas en tubos de rayos X, convencionales, de molibdeno y tungsteno, de 18 keV y 60 keV, respectivamente. También se seleccionaron energías de haz de 25 keV, 30 keV, 40 keV y 50 keV para seguir cercanamente la disminución en el contraste para cada
mecanismo de contraste de MIR: En un experimento, se seleccionaron tres especímenes de cáncer de mama para formación en imagen en la línea de haz NSLS X-15A. Se adquirieron conjuntos de imágenes de MIR y radiografías de sincrotrón usando la línea de haz X-15A en el NSLS. Se usó una cámara de rayos X Photonic Science VHR-150 para adquisición de imágenes, con un FOV de 120 mm x 80 mm y un tamaño de pixel de 30 micrones. La disminución rápida en el efecto fotoeléctrico con relación a la refracción y dispersión de rayos X hace desafiante el mantenimiento de una dosis superficial constante. Por ejemplo, una imagen adquirida usando una dosis superficial optimizada para absorción de rayos X a 18 keV se sobreexpondrá severamente a mayores energías de haz, tal como 60 keV, debido a un incremento en la absorción de fotones. Se encontró un equilibrio al ajustar el minocromador a la parte intermedia del intervalo de energía que se va a usar para la formación de imágenes por MIR, 40 keV, y al seleccionar una dosis de superficie para hacer la exposición promedio, fue aproximadamente la mitad del intervalo dinámico del detector. Se selecciona una dosis superficial o dosis de superficie de 350 mrad para formación de imágenes por MIR y radiografía a 18 keV, 25 keV, 30 keV y 40 keV. La dosis superficial usada a 50 keV y 60 keV se redujo debido a una disminución aguda en el flujo de fotones en estas energías en una fuente de rayos X de
imán torcido, con una dosis superficial de 20 mrad a 50 keV y 4 mrad y 60 keV. El ancho completo a medio máximo (FWHM) de la curva de balanceo del cristal de analizador disminuye conforme se incrementa la energía. El contraste de refracción es dominante en los resaltos de la curva de balanceo, requiriendo menores modificaciones en los parámetros de muestreo para cada energía. Se adquirieron veintiún imágenes para cada conjunto de MIR a pesar del ancho de la curva de balanceo, y se redujo el intervalo angular y el incremento theta a mayores energías para ajusfar una reducción en el FWHM. La Figura 43 es una gráfica que ilustra las contribuciones de la absorción, dispersión incoherente y dispersión coherente en mama versus energía . Se seleccionaron cuatro especímenes de mama para formación en imagen en el NSLS. Las imágenes de MIR adquiridas a 18 keV y 25 keV se adquirieron sobre un intervalo de -5 a 5 microrradianes desde el pico, muestreadas cada 0.5 microrradianes . El intervalote muestreo se disminuyó para formación de imágenes de MIR a 30 keV y 40 keV a + 4 microrradianes, con un incremento theta de 0.4 microrradianes. Se usó un intervalo angular de ± 3 microrradianes a 50 keV con un incremento theta de 0.3 microrradianes, y un intervalo angular de ± 2 microrradianes con un incremento theta de 0.2 microrradianes para formación de imágenes por MIR a 60 keV. Se adquirieron radiografías correspondientes de sincrotrón a cada
energía y dosis. Además, se formaron en imagen especímenes de mama usando un General Electric Senographe 2000D (disponible de General Electric Company de Fairfield, Connecticut) . La dosis usada para una imagen individual a cada energía se midió usando detectores termoluminiscentes para determinar la dosis glandular promedio, la distribución a través de la muestra y el flujo requerido para generar la imagen. Para propósitos de comparación a las técnicas convencionales, la Figura 44 es una imagen de un espécimen de mama de ejemplo formado en imagen en un sistema convencional de radiografía. Este espécimen se formó en imagen en aire usando un GE Senographe 2000D con una resolución de píxel de 100 micrones. Las Figuras 45A-45F son radiografías de sincrotrón de la misma muestra a energías de haz de 18 keV, 25 keV y 30 keV, 40 keV, 50 keV, y 60 keV, respectivamente, usando técnicas de acuerdo con la materia descrita en la presente. Estas imágenes se adquirieron en el aire con un nivel de compresión comparable a aquel usado para formar en imágenes en el NSLS. Las Figuras 46A-46F son imágenes de un espécimen de mama usando energías de haz de MIR de 18 keV, 25 keV y 30 keV, 40 keV, 50 keV, y 60 keV, respectivamente. En particular, la Figura 46A es una imagen de espécimen de mama usando MIR a 18 keV con parámetros de muestreo de ± 5 microrradianes con un incremento theta de 0.5 microrradianes. La Figura 46B es una
imagen de espécimen de mama usando MIR a 25 keV con parámetros de muestreo de ± 5 microrradianes con un incremento theta de 0.5 microrradianes. La Figura 46C es una imagen de espécimen de mama usando MIR a 30 keV con parámetros de muestreo de ± 4 microrradianes con un incremento theta de 0.4 microrradianes. La Figura 46D es una imagen de espécimen de mama usando MIR a 40 keV con parámetros de muestreo de ± 4 microrradianes con un incremento theta de 0.4 microrradianes. La Figura 46E es una imagen de espécimen de mama usando MIR a 50 keV con parámetros de muestreo de ± 3 microrradianes con un incremento theta de 0.3 microrradianes. La Figura 46F es una imagen de espécimen de mama usando MIR a 60 keV con parámetros de muestreo de ± 2 microrradianes con un incremento theta de 0.2 microrradianes. La dosis glandular media y la distribución se midieron usando detectores termoluminiscentes . Las Figuras 47A-47F son gráficas que ilustran la dosis glandular media y la distribución por energía de haz de 18 keV, 25 keV y 30 keV, 40 keV, 50 keV, y 60 keV, respectivamente. La Figura 48 es una gráfica que ilustra la energía de haz de rayos X versus energía usada para MIR de acuerdo con la materia descrita en la presente. El uso de los datos de dosimetría obtenidos en cada energía, el flujo usado para adquirir cada radiografía y los componentes de los conjuntos de DEI se calcularon y se presentan en la figura.
Los resultados de experimentación anteriores demuestran cómo la formación de imágenes de mama usando MIR, se desempeñan a través de un amplio intervalo de energías. Si se considera sólo la absorción, se esperará que el contraste en tejido blando caiga dramáticamente con un incremento en la energía, con poco contraste de absorción a energías en o por arriba de 40 keV. Las radiografías de sincrotrón a cada energía ilustra la reducción en el contraste, especialmente a 60 keV donde hay un contraste de absorción esencialmente de cero en tejido blando. Los tiempos de adquisición de imagen basados en tubos de rayos X convencionales usando fuentes de molibdeno pueden ser tan altos como 10,000 segundos, aún más allá de la ventana de tiempo necesaria para la formación clínica de imágenes. Los tubos de rayos X de molibdeno tienen un ánodo estacionario que limita la disipación térmica y coloca limitaciones significativas de ingeniería en el flujo que se puede generar por tiempo unitario. Los tubos de rayos X de tungsteno tienen grandes ánodos giratorios y pueden tolerar mucho mayores voltajes y amperajes. En tanto que los tubos de rayos X de tungsteno ofrecen muchas ventajas en el flujo y disipación térmica, los rayos X característicos generados por tungsteno son demasiado altos para generar contraste de absorción en tejido blando. Sin embargo, este experimento ha demostrado que los mecanismos de contraste específicos de MIR
de difracción y dispersión pueden generar excelente contraste de tejido blando sin la necesidad de absorción de rayos X. La reducción de fotones a mayores energías es evidente en las curvas de distribución de dosis, donde hay diferencia marcada entre las distribuciones a 18 keV y 60 keV. A 18 keV, hay una gran caída en el flujo debido a la absorción del tejido. Esta caída en el flujo se reduce con energía creciente, con la más alta transmisión de fotones que se presenta a 50 keV y 60 keV. Una disminución de la absorción se traduce a un incremento en la eficiencia, que es evidente en las mediciones de flujo presentadas en la Figura 48. A fin de calibrar un algoritmo de ajuste para el experimento, se seleccionaron para análisis múltiples fibras de monofilamento de nylon y varillas de Lucita de diámetro conocido e índice de refracción conocido. Las fibras de nylon más pequeñas se seleccionaron para aproximarse al diámetro y geometría de las formaciones de espículas de cáncer de mama. Cada espécimen y radiografía correspondiente de sincrotrón se adquirió usando una energía de haz de rayos X de 40 keV y una dosis de superficie de 350 mrad. Para la MIR, se seleccionó una distribución angular de ± 4 microrradianes con un incremento theta de 0.4 microrradianes, produciendo 21 imágenes. Estas imágenes se procesaron usando el método de MIR para generar imágenes que representan el contraste generado de la absorción, refracción y dispersión de rayos X.
La extracción de la información tridimensional de una imagen bidimensional presenta un reto significativo, especialmente para objetos no uniformes. La formación de espiculas de cáncer de mama, son de naturaleza cilindrica, lo que permite que se hagan aproximaciones con respecto a las propiedades de material. A fin de extraer información acerca de las formaciones de espiculas de cáncer de mama, primero es necesario diseñar y calibrar un método de análisis. Un método adecuado de análisis basado en MIR, puede usarse para determinar el diámetro e índice de refracción de fibras tanto de nylon como de Lucita y formaciones de espiculas de cáncer de mama. Con estas dos propiedades críticas, se pueden analizar y modelar muchos otros aspectos de las fibras y formaciones de espiculas. En tanto que hay tres componentes de contraste presentes en una imagen de MIR, la imagen de refracción será más probablemente lo más importante para un sistema de formación de imágenes clínicas. Si se utilizan rayos X de mayor energía para la formación de imágenes, entonces la imagen de absorción será pobre en comparación a la imagen de refracción. Con una reducción principal en el flujo en las extremidades de la curva de balanceo, la imagen de dispersión estará también en un papel secundario a la imagen de refracción. El cálculo y comparación del índice de refracción a través de múltiples especímenes de cáncer de mama puede proporcionar algún nivel de seguridad que las
propiedades del material que generan contraste de refracción sean consistentes y no una anomalía. Se realizó la calibración del método usando fibras de nylon y Lucita de diámetro variable. Las fibras de nylon con diámetros de 200 micrones, 360 micrones y 560 micrones se formaron en imagen usando MIR a 40 keV con un intervalo de muestreo de -4 a 4 radianes y un incremento theta de 0.4 microrradianes . Estas fibrillas se seleccionaron para aproximarse a la geometría y diámetro de formaciones de espículas clínicamente significativas. Se seleccionaron varillas más grandes de Lucita con diámetros de 13,000 micrones y 19,000 micrones para valorar el algoritmo para objetos de diámetro mayor. La Figura 49 es una imagen que indica una estimación del diámetro de fibra usando MIR. Las fibras de nylon son débilmente absorbedoras , y de esta manera son un perfecto material de maniquí para valorar el contrate de DEI y MIR. El maniquí en la Figura 49 se diseño para medir el contraste y resolución de MIR y DEI usando fibrillas de nylon de diámetro decreciente. Entre menor sea el diámetro, más difícil es el reto de la formación de imágenes. Los objetos cilindricos tal como fibras de nylon y formación de espículas de cáncer de mama exhiben un perfil de refracción característico como se muestra en la Figura 50, que es una gráfica que ilustra el perfil de refracción de fibras de nylon. La refracción será la más alta en los bordes de la
varilla, y cero en la parte intermedia. Si el objeto se asume que es cilindrico, entonces puede usarse la asignatura de refracción de una imagen de refracción de DEI o IR para extrapolar el diámetro. Con un cilindro de diámetro conocido, se puede extrapolar el índice de refracción de la fibra o fibrilla. Las Tablas 7 y 8 posteriores incluyen la información del diámetro e índice de refracción de nylon y Lucita.
Tabla 7: Calibración de Diámetro por MIR
Tabla 8: Calibración de índice de Refracción por MIR Material Energía Diámetro Densidad índice de índice de Por (keV) (micrones) (g/cm3) Refracción Refracción ciento Calculado de error
Nylon 40 200 1.14 1.49x10"' 2.16x10"' 37.3 %
Nylon 40 360 1.14 1.49x10"' 1.89x10"' 26.8 %
Nylon 40 560 1.14 1.49x10"' 1.77x10"' 18.9 %
Lucita 40 13000 1.19 1.42x10"' 2.01x10"' 41.5 %
Lucita 40 19000 1.19 1.49x10"' 2.00x10"' 39.9 %
La Figura 51 son gráficas que ilustran la calibración de diámetro de ajuste por refracción de IR. Se formaron en imágenes fibrillas de dimensión conocida y se usó un algoritmo para calcular el índice de refracción y el diámetro. El razonamiento que es que las formaciones de espícula vistas en cáncer de mama tienen propiedades similares a fibras de nylon, de modo que se usó el maniquí de nylon para calibración del sistema. En este experimento, el mismo método usado para extraer el diámetro y el índice de refracción para fibras de nylon y Lucita se aplicó a 5 regiones de interés en tres especímenes separados de cáncer de mama. Las Figuras 52A-52C son imágenes d refracción de MIR de especímenes de cáncer de mama. La Tabla 9 posterior muestra el diámetro e índice de refracción calculados de la formación de espículas.
Tabla 9: Indice de Refracción de Fibrillas
La Figura 53 es una imagen de un conjunto de MIR de una masa localizada de cáncer de mama y formación de espiculas obtenida por un sistema de DEI de acuerdo con la materia descrita en la presente. Las Figuras 54A-54E son imágenes que ilustran la visualización de fibrillas con DEI en comparación a una radiografía convencional. En particular, la Figura 54A es una imagen de una radiografía convencional de un espécimen de
tejido de mama que contiene carcinoma lobular invasivo. La muestra ha sido sometida a evaluación histológica para confirmar que las fibrillas en el cuadro blanco de un centímetro corresponden a dedos de tumor que se extienden desde la superficie del tumor. La Figura 54B es una imagen radiográfica convencional que ilustra una vista expandida de la región designada por el cuadro blanco de 1 centímetro en la Figura 54A. Las Figuras 54C-54E son imágenes de DEI que ilustran una vista expandida de la región designada por el cuadro blanco de 1 cm en la Figura 54A. En estas vistas expandidas, es evidente que el contraste de tejido es alto en las imágenes de DEI que en una radiografía convencional, donde son escasamente visibles las estructuras de interés. Para cuantificar el contraste mejorado de DEI, se computaron mediciones de contraste de las fibrillas a lo largo de los perfiles de imagen mostrados como líneas blancas verticales en la Figura 54B-54E. El cómputo se repitió para otras regiones de la muestra de tejido. Un análisis estadístico mostró que la imagen de refracción de DEI tiene 8-14 veces más contraste que una radiografía convencional, en tanto que la imagen pico tiene 12-33 veces más contraste que una radiografía. La física subyacente de la formación de imágenes por dispersión y refracción de rayos X aún está en una etapa temprana de investigación, especialmente en comparación a la
historia de más de 100 años de formación de imágenes por rayos X basada en absorción. Dada la no homogeneidad inherente de los tejidos biológicos, un análisis de las formaciones de espiculas de cáncer de mama, aproximadamente cilindricas, proporciona una característica útil de diagnóstico que se puede comparar fácilmente con múltiples especímenes de tejido. El uso de múltiples cilindros homogéneos estandarizados formados en imagen en aire permite una calibración exacta del algoritmo de ajuste basado en refracción. El uso de este algoritmo para analizar tejidos biológicos puede introducir errores en el cálculo debido a la naturaleza no homogénea de tejidos biológicos, pero las propiedades del tejido de mama y la aplicación de diagnóstico reducen la importancia de estos errores en el cálculo absoluto. El problema más fundamental con la mamografía convencional es la dificultad en visualizar objetos de bajo contraste sumergidos en fondo altamente absorbente de tejido adiposo. Las lesiones neoplásticas se incrementan en tamaño y densidad con el tiempo, eventualmente llegan a ser grandes y suficientemente densas para aumentarse por arriba del fondo y llegan a ser visibles usando métodos convencionales. Puesto que la mortalidad del cáncer de mama está directamente relacionada al tamaño y progreso de una lesión, la reducción del tiempo entre la generación de una lesión maligna y la
detección es un objetivo de todas las nuevas modalidades de formación de imágenes de mama. La DEI y la MIR mejoran la radiografía convencional al utilizar las diferencias en múltiples mecanismos de contraste de rayos X para llegar a diferenciar entre estructuras benignas y malignas. El tejido adiposo puede tener una atenuación de rayos X similar a una pequeña lesión maligna, pero no tiene las mismas signaturas de refracción. El tejido adiposo tiene muy poco contraste de refracción y dispersión, pero las especulaciones cilindricas pequeñas de una lesión de cáncer de mama tienen grandes signaturas de refracción y dispersión. A 40 keV, es mínimo el contraste para absorción en el tejido blando, incrementado adicionalmente el gradiente total de contraste entre la lesión de interés y el tejido de fondo. Las ganancias adicionales en el contraste de refracción para formaciones de espículas vienen de su geometría, que es ideal para la refracción de rayos X. para un haz de rayos X colimado incidente en un objeto cilindrico, el contraste de refracción será el más grande en la parte superior y fondo del cilindro, con mínimo contraste de refracción en el centro. Conforme disminuye el diámetro de un cilindro, el contraste de refracción puede permanecer debido a la geometría del objeto aún después de que el nivel de contraste de absorción se desvanece en el fondo. El índice de
los valores de refracción obtenidos a través de múltiples especímenes de cáncer de mama indica que las propiedades de los materiales son similares, y el incremento en el contraste se debe observar en especímenes de cáncer muy similares. La determinación del mecanismo de contraste subyacente que proporciona visualizacion mejorada en tejido de mama es un paso supremo en el diseño de un sistema de DEI/MIR no basado en sincrotrón. Este estudio demuestra que los mecanismos de contraste específicos de MIR, de refracción y dispersión, juegan un papel principal en la visualizacion estructural, reduciendo adicionalmente la dependencia en la absorción de rayos X para la visualizacion de la lesión. Una reducción en la absorción de rayos X se traduce a una reducción en la dosis absorbida para el paciente, lo que es de beneficio tremendo cuando se considera la dosis relativamente alta requerida para la mamografía convencional. El uso de nylon en estos experimentos indica un uso potencial para experimentos futuros de modelación y simulación. Con una geometría similar, el diámetro, y el índice de refracción, del monofilamento de nylon puede proporcionar entendimiento de porque estas estructuras importantes en diagnóstico generan alto contraste.
Simulaciones por Computadora Se desarrolló software de simulación por computadora
para el propósito de probar los diseños de DEI . El software desarrollado usa trazado de rayos ópticos para calcular la dosis del paciente y seguir la influencia de los rayos X a través de un sistema de DEI, en base a un arreglo especifico y una especificación de la fuente, cristales, objeto, y detector. Debido a que los componentes ópticos del cristal rechazan los rayos X que viajan en direcciones indeseadas, el principal obstáculo de factibilidad de la DEI es obtener suficientes números de fotones que sobrevivan para alcanzar e plano del detector. Una lista de las especificaciones de los parámetros del sistema y de los resultados de una simulación para un diseño se proporciona en las Tablas 10 y 11, respectivamente, a continuación.
Tabla 10: Especificaciones de Parámetro del Sistema Tamaño de Pixel 50 um x 50 µt? Fuente a Pre-Mono 15 cm Fuente a Objeto 83 cm Fuente a Detector 100 cm Ángulo Bragg de Si 6.25 grados 84,4,0) Longitud de Cristal 9.2 cm MIn Ángulo de Despeje Min 1 grado
Tamaño de Pixel 50
x 50 um Tamaño de Punto de 12 mm x 0.8 mm Electrón Flujo EST de Objetivo 435 ?a? fotones/mA-s a W 150 kVp Carga Requerida 120 mA-se Energía Requerida 400 mA a 150 kVp Tamaño de Imagen 20 cm x 25 cm Tiempo de formación de 6 segundos Imagen
Tabla 11: Resultados de Parámetro del Sistema
* Estimado del peor caso, que asume que todas las atenuaciones conducen a depósito de energía en el tejido
Las Figuras 55A-55C son diagramas esquemáticos de un sistema de DEI, designado en general 5500, simulado usando el software de simulación de computadora de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. En particular, las Figuras 55A-55C son una vista en perspectiva, una vista lateral, y una vista superior del sistema de DEI. Con referencia a las Figuras 55A-55C, se generaron haces de rayos X por un tubo XT de rayos X que tiene una fuente lineal. En una simulación, se simuló el tubo XT de rayos X como un tubo de rayos X Siemens DURAMR Akron B (disponible de Siemens Medical Solutions USA, Inc., de Malvern, Pennsylvania) . El tubo de rayos X Siemens incluye un objetivo de tungsteno, de esta manera produce rayos X de Kal a 59.3 keV. Por lo tanto, se simuló el tubo XT de rayos X para producir rayos X de Kal a 59.3 keV. Se puede necesitar un tubo poderoso para la DEI para lograr el flujo necesario para superar las pérdidas en el sistema de componentes ópticos de cristal antes de que el haz toque el paciente. El tubo de rayos X de Siemens tiene un ánodo giratorio que disipa calor, y permite que el tubo corra a alta potencia (60 kW) . El sistema de DEI simulado usa un orificio de puente lineal en el tubo. La Figura 56 es una vista en perspectiva de un elemento 5600 de enfoque espiral logarítmica acoplado a un cristal monocromador 5602 de DEI de acuerdo a una modalidad de la materia descrita en la presente. Con referencia a la Figura
56, el elemento 5600 puede ser un cristal de difracción doblado configurado para reforzar el flujo de fotones. El elemento 5600 proporciona una gran área objetivo para la fuente de rayos X, que puede lograr alta potencia, y enfoca la radiación emitida para formar una fuente lineal virtual delgada. La fuente lineal virtual puede ser pequeña y muy brillosa. Además el cristal 5600 de difracción doblado tiene una superficie que es una porción de una espiral logarítmica. La Figura 57 es una vista en perspectiva que ilustra el efecto de enfoque de un elemento de espiral logarítmica, con una fuente en cáustica. La forma de superficie hace que el elemento de difracción de Bragg se comporte como un dispositivo de enfoque. El elemento de espiral logarítmica tiene las siguientes propiedades: (1) recolecta la luz emitida desde un área objetivo grande a un ángulo fijo de despegue donde el brillo está en un máximo; (2) monocromatiza el haz; y (3) enfoca la radiación para formar una fuente lineal, virtual de alto brillo. Las Figuras 58A y 58B son una vista en planta y una vista en elevación, respectivamente, de un sistema de caracterización para estudios experimentales. Con referencia a las Figuras 58A y 58B, las Figuras ilustran el elemento de espiral logarítmica que enfoca la radiación para formar una fuente de línea virtual de alto brillo. El sistema 5500 de DEI incluye tres cristales: un pre-monocromador , un monocromador, y un analizador. Los tres
cristales son silicio y se ajustan para el orden de reflexión de [440] . Se pueden elaborar cristales grandes al cortar a lo largo de esta dirección. Estos cristales están fácilmente disponibles . El protocolo de exploración en la simulación del sistema 550 de DEI se ajustó a 6 segundos para un detector D. En un ejemplo, el detector D puede ser un dispositivo de linea única que se lee una vez por linea de imagen. En otro ejemplo, el detector D puede ser un dispositivo de campo completo que se explora en sincronía con el movimiento de un objeto A a través del haz de rayos X. en ya sea un detector de línea única o un detector de campo completo, se adquiere a la vez una línea o tira de los datos de la imagen. En otro ejemplo, el detector D puede ser un detector de conversión de rayos X a carga, directo, que permite el uso de absorbedores gruesos para lograr deficiencia a mayores energías sin pérdida significativa de resolución espacial. La Figura 59 es un diagrama esquemático de un detector de conversión de rayos X a carga directo, designado en general 5900. El detector 5900 puede proporcionar una resolución espacial y detener la potencia a alta energía de rayos X, tal como aquella producida por un tubo de rayos X de tungsteno. Los materiales de detector con mayor Z y densidad se pueden emplear tal como ZCT, Ibl2 o Hgl2 para mejorar el desempeño de alta energía.
Los resultados de simulación indicaron que la afluencia en el detector es aproximadamente 600 fotones por pixel, que es aproximadamente 1/3 a 1/9 a aquella de un mamograma convencional. De esta manera, los resultados de simulación indican que el nivel de ruido del sistema de MIR simulado seria aproximadamente 1.7 a 3 veces mayor que en un mamograma convencional. Sin embargo, ha bajos niveles de ruido, el contraste de refracción puede ser 8-33 veces mayor que en un mamograma convencional. Además, para el sistema de DEI simulado, la dosis glandular media es aproximadamente 0.004 mGy, que es aproximadamente 250-750 veces menor que en un mamograma convencional a una compresión de 5 cm. A la compresión de 10 cm, la dosis absorbida en el MIR seria 0.019 mGy, que es miles de veces menor que aquella obtenida en un mamograma convencional a la misma compresión.
Resultados de Formación de Imágenes de Ejemplo Como se expone anteriormente, los tubos de rayos X y sincrotrones son dos tipos adecuados de fuentes de rayos X para producir imágenes de DEI de acuerdo con la materia descrita en la presente. Para propósitos de comparación, las Figuras 60A y 60B son imágenes producidas del mismo maniquí de fibrillas de nylon por un sistema basado en sincrotrón y un sistema basado en tubo de rayos X, respectivamente, de acuerdo
con la materia descrita en la presente. La imagen de la Figura 60A se produjo por un haz de rayos X generado por sincrotrón a 60 keV y adquirido en una posición de la curva de balanceo del analizador de +0.4 microrradianes con una dosis de 4.0 mrad. La imagen de la Figura 60B se produjo en una posición de la curva de balanceo del administrador de +0.4 microrradianes con una dosis de 0.4 mrad y ajuste de tubo de 160 kV y 6.2 mA. Las fibras de nylon convertidas en imagen tienen diámetros de 560 micrones (fibra superior), 360 micrones (fibra intermedia), y 200 micrones (fibra de fondo). Las fibras de nylon son muy débil absorbedores, de esta manera estas imágenes muestran un ejemplo de las ventajas de usar la formación de imágenes por refracción para ver estos materiales débilmente absorbedores. En particular, por ejemplo, es importante señalar que estos resultados indican que las imágenes de tejido blando se pueden obtener con un tubo de rayos X que usa voltaje de 160 kV de acuerdo con la materia descrita en la presente. La Figura 61 es una imagen de refracción de sincrotrón del mismo espécimen de mama mostrado en las Figuras 44 y 44A-45F usando técnicas de acuerdo con la materia descrita en la presente. En este ejemplo, la energía de haz fue 60 keV con una dosis de 4 mrad. Para propósitos de comparación, las Figuras 62A y 62B son imágenes de la misma área de un espécimen de tejido de mama obtenido usando un tubo de rayos X y un sincrotrón,
respectivamente, de acuerdo con la materia descrita en la presente. La imagen mostrada en la Figura 62A se adquirió usando un tubo de rayos X con una dosis de 0.4 mrad. La imagen mostrada en la Figura 62B se adquirió usando un sincrotrón de 40 keV en una posición de analizador de +0.4 microrradianes y una dosis de 350 mrad. El espécimen de tejido de mama se sumergió en 4.5 cm de agua. La Figura 63 es una imagen de un espécimen de mastectomia de cáncer de mama obtenido usando el tubo de rayos X de acuerdo con la materia descrita en la presente. La imagen se adquirió a través de una mama mínimamente comprimida, espesor completo de 7.0 cm con una dosis, de 0.4 mrad. Se pueden aplicar menos que o igual a aproximadamente 0.5 mrad a otros objetos o tejidos para lograr imágenes adecuadas. Esta imagen muestra características de diagnóstico en tejido de mama de espesor completo a una dosis varios cientos de veces menor que en un mamograma convencional. La materia descrita en la presente es ventajosa debido a que puede lograr imágenes de objetos de tejido blando de alto espesor. Los . dispositivos anteriores basados en sincrotrón han sido incapaces de lograr estas imágenes. Además, por ejemplo, la materia descrita en la presente se puede usar para adquirir estas imágenes de alta calidad en tanto que se aplican muy bajas dosis a los objetos, tal como objetos de tejido blando. La materia descrita en la presente puede usar haces de rayos X que tienen mayor energía
que la radiografía convencional para lograr imágenes de alta calidad, de esta manera la materia descrita en la presente puede requerir que se use una menor dosis debido a cuestiones de seguridad del paciente.
Aplicaciones de Ejemplo Los sistemas y métodos de acuerdo con la materia descrita en la presente se pueden aplicar a una variedad de aplicaciones médicas. Como se expone anteriormente, los sistemas y métodos descritos en la presente se pueden aplicar para formación de imágenes de mama, además, por ejemplo, los sistemas y métodos descritos en la presente se pueden aplicar a formación de imágenes de cartílago, formación de imágenes neurológicas , formación de imágenes cardiacas, formación de imágenes vasculares (con y sin contraste) , formación de imágenes pulmonares (de pulmón), formación de imágenes óseas, formación de imágenes genitourinarias, formación de imágenes gastrointestinales, formación de imágenes de tejido blando en general, formación de imágenes del sistema hematopoyético y formación de imágenes del sistema endocrino. Además del tiempo y dosis para la formación de imagen, un avance principal de usar rayos X de mayor energía es el espesor del objeto que se puede formar en imagen. Para aplicaciones taL como formación de imágenes de mama, el sistema descrito permite formar en imagen tejido de mama de espesor completo con un tiempo
clínicamente realista de formación de imagen. Lo mismo se puede decir para otras regiones del cuerpo, tal como la cabeza, cuello, extremidades, abdomen y pelvis. Sin las limitaciones de la absorción de rayos X, la utilización de DEI con rayos X de mayor energía incrementa dramáticamente la capacidad de penetración de los rayos X. para tejido blando, sólo se absorbe una pequeña porción de los fotones de rayos X, incidentes en el objeto, lo que incrementa en gran medida la eficiencia de los fotones emitidos desde el tubo de rayos X que alcanzan el detector. Con respecto a la formación de imágenes pulmonares, las técnicas de DEI se describen en la presente para producir excelente contraste en los pulmones y se pueden usar con exceso para diagnosticar condiciones pulmonares tal como pneumonía. Las colecciones de fluido en los pulmones generan un gradiente de densidad marcado que se puede detectar fácilmente con DEI. El gradiente de densidad, característico del tejido circundante, y las diferencias geométricas entre tejido pulmonar normal y tejido con un tumor pueden ser grandes produciendo buen contraste. Además, las técnicas de DEI descritas en la presente se pueden aplicar a detección y diagnosis de cáncer pulmonar. Con respecto a la formación de imágenes de hueso, las técnicas de DEI como se describe en la presente puede producir una excelente imagen de hueso en general. El alto
contraste de refracción y extinción de la DEI puede ser especialmente útil para visualizar fracturas y lesiones dentro del hueso. Además, los sistemas y métodos de acuerdo con la materia descrita en la presente se pueden aplicar a una variedad de aplicaciones industriales y de inspección. Por ejemplo, los sistemas y métodos se pueden aplicar para inspección de carne, tal como inspección, de aves de corral. Por ejemplo, los sistemas y métodos se pueden usar para ver huesos afilados, plumas, y otros objetos de bajo contraste en carnes que requieren detección y/o remoción. Los sistemas y métodos descritos en la presente se pueden aplicar para esta detección. Los sistemas y métodos descritos en la presente también se pueden aplicar para inspección de manufactura. Por ejemplo, los sistemas y métodos se pueden usar para inspeccionar soldaduras, asi como en la producción de aeronaves. Se pueden usar técnicas de DEI como se describe en la presente para inspeccionar partes estructurales claves que se someten a desgaste pesado y desgarre, tal como las aspas de las turbinas de los aviones a reacción. Además, por ejemplo, los sistemas y métodos descritos en la presente se pueden usar para inspeccionar tarjetas de circuitos y otros componentes electrónicos. En otro ejemplo, los sistemas y métodos descritos en la presente se pueden usar para inspección de
neumáticos, tal como la inspección de bandas de acero y la integridad de la banda de rodadura. Adicionalmente, los sistemas y métodos de acuerdo con la materia descrita en la presente se pueden usar para propósitos de detección de seguridad. Por ejemplo, los sistemas y métodos se pueden usar para detección en aeropuertos y puertos marinos. Las técnicas de DEI como se describe en la presente se pueden usar para detección de objetos de plástico y objetos de bajo contraste de absorción, tal como cuchillos plásticos, pistolas compuestas difíciles de detectar con rayos X convencionales, y explosivos plásticos. Para formar en imágenes objetos más grandes, tal como para inspección de equipaje en aeropuertos, la distancia entre el tubo de rayos X y el detector se puede incrementar para permitir divergencia del haz. Sería necesario un cristal de analizador más grande para ajustar un haz tipo ventilador más grande . El dispositivo descrito proporciona un mecanismo que se puede trasladar a un sistema de formación de imágenes por tomografía computarizada, o sistema de DEI/CT. Un sistema de DEI/CT que se asemeja a un sistema de tomografía computarizada, convencional, de tercera generación usará el mismo aparato pero modificado para rotación alrededor de un punto central. De manera alternativa, el sistema puede permanecer estacionario y el objeto, muestra o paciente se
puede hacer girar en el haz. Un sistema de DEI-CT de este diseño producirá imágenes que representan absorción, refracción, y rechazo de dispersión de ángulo ultrapequeño (extinción) de rayos X, pero se resolverá en tres dimensiones. Se entenderá que varios detalles de la materia descrita en la presente se pueden cambiar sin apartarse del alcance de la materia descrita en la presente. Además, la descripción anterior es para el propósito de ilustración únicamente, y no para el propósito de limitación, puesto que la materia descrita en la presente se define por las reivindicaciones como se exponen más adelante en la presente. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (286)
- REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Método para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía; colocar un cristal monocromador individual en una posición predeterminada para interceptar directamente el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía; colocar un objeto en una ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz trasmitido de rayos X; dirigir el haz trasmitido de rayos X en un ángulo de incidencia en un cristal de analizador; y detectar una imagen del objeto desde un haz difractado desde el cristal de analizador.
- 2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X por el uso de un tubo de rayos X.
- 3. Método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X desde un ánodo giratorio del tubo de rayos X.
- 4. Método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la . generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X de un ánodo estacionario en el tubo de rayos X.
- 5. Método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 6. Método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 kW para generar el primer haz de rayos X.
- 7. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 8. Método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la generación de un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 9. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar una pluralidad de haces de rayos X que se extienden en diferentes direcciones desde una fuente puntual de rayos X.
- 10. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la colocación del cristal monocromador incluye colocar una superficie del cristal monocromador a un ángulo de entre aproximadamente 1 grado y 40 grados con respecto a una ruta del primer haz de rayos X incidente en la fuente del cristal monocromador.
- 11. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cristal monocromador se hace corresponder en orientación y planes de cuadricula al cristal de analizador.
- 12. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal simétrico .
- 13. Método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal de silicio .
- 14. Método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el cristal de silicio tiene reflexión de [333].
- 15. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cristal de analizador es un cristal tipo Bragg.
- 16. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el objeto es un objeto de tejido blando.
- 17. Método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el objeto de tejido blando es tejido de mama .
- 18. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo haz de rayos X aplica una dosis de radiación de menos de o igual a aproximadamente 0.5 mrad al objeto.
- 19. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye recibir el haz difractado en un detector.
- 20. Método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el detector se configura para producir una imagen digitalizada del objeto.
- 21. Método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el detector es una película radiográfica.
- 22. Método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el detector es una placa de imagen.
- 23. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye detectar la imagen del objeto desde el haz difractado desde cristal de analizador uno de en o cerca de un pico de una curva de balanceo del cristal de analizador.
- 24. Método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque comprende derivar al menos una de una imagen mejorada por difracción, una imagen de absorción, una imagen de refracción, una imagen de dispersión, y una imagen de densidad másica en objeto de la imagen detectada.
- 25. Método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque uno en o cerca de los picos se presenta dentro de aproximadamente la mitad de un ancho de Darwin de la curva de balanceo.
- 26. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye : detectar una primera imagen angular del objeto de un primer haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una primera posición angular; detectar una segunda imagen angular del objeto desde un segundo haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una segunda posición angular; combinar la primera y segunda imágenes angulares para derivar una imagen de refracción y de absorción aparente; y derivar una imagen densidad másica del objeto de imagen de refracción.
- 27. Método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la detección de la primera imagen angular incluye detectar la primera imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de bajo ángulo de la curva de balanceo del cristal de analizador, y en donde la detección de la segunda imagen angular incluye detectar la segunda imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de alto ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador .
- 28. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende bloquear una porción del segundo haz de rayos X antes de la transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto tal que se bloquee una linea característica predeterminada del haz de rayos X.
- 29. Método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el bloque de la porción del segundo haz de rayos X incluye colocar un colimador entre el cristal monocromador y el objeto tal que se bloquee la linea característica predeterminada del haz de rayos X.
- 30. Método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la línea de emisión característica predeterminada es la línea Kal de emisión característica.
- 31. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende bloquear una porción del primer haz de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal monocromador antes de la intercepción del primer haz de rayos X por el cristal monocromador.
- 32. Método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque el bloqueo de la porción del primer haz de rayos X incluye colocar un colimador en una ruta del primer haz de rayos X.
- 33. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cristal monocromador es un primer cristal monocromador, y en donde el método comprende colocar un segundo cristal monocromador para interceptar el segundo haz de rayos X y dirigir el segundo haz de rayos X hacia el cristal de analizador.
- 34. Método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque la colocación del segundo cristal monocromador incluye colocar el segundo cristal monocromador tal que el segundo haz de rayos X se dirija a lo largo de una ruta paralela a una ruta del primer haz de rayos X.
- 35. Método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque están desajustados el primero y el segundo cristales monocromadores.
- 36. Método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores se seleccionan para rechazar una porción predeterminada del primer haz de rayos X.
- 37. Método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son uno de cristales monocromadores de germanio y silicio.
- 38. Método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son uno de cristales monocromadores de germanio [333] y silicio [333] .
- 39. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende ajusfar una dosis de radiación aplicada por el segundo haz de rayos X al objeto.
- 40. Sistema para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: una fuente de rayos X configurada para generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía; un cristal monocromador individual colocado en una posición predeterminada para interceptar directamente el primer haz de rayos X y en donde un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía se puede producir para la transmisión a través de un objeto; un cristal de analizador colocado para interceptar un haz transmitido de rayos X a un ángulo de incidencia del cristal de analizador; y un detector de imagen configurado para detectar una imagen de un objeto de un haz difractado del cristal de analizador .
- 41. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque la fuente de rayos X es un tubo de rayos X.
- 42. Sistema de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye un ánodo giratorio .
- 43. Sistema de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye un ánodo estacionario.
- 44. Sistema de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 45. Sistema de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 k para generar el primer haz de rayos X.
- 46. Sistema de conformidad con la reivindicación 40 caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 47. Sistema de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 48. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar una pluralidad de haces de rayos X que se despliegan en diferentes direcciones de una fuente puntual de rayos X.
- 49. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque una superficie del cristal monocromador se coloca a un ángulo de entre aproximadamente 1 grado y 40 grados con respecto a una ruta del primer haz de rayos X incidente a la superficie del cristal monocromador.
- 50. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el cristal monocromador se hace corresponder o ajusta en orientación y planos de cuadrícula al cristal de analizador.
- 51. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal simétrico .
- 52. Sistema de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal de silicio .
- 53. Sistema de conformidad con la reivindicación 52, caracterizado porque el cristal de silicio tiene reflexión de [333].
- 54. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el cristal de analizador es un analizador tipo Bragg.
- 55. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el objeto es un objeto de tejido blando.
- 56. Sistema de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado porque el objeto de tejido blando es tejido de mama .
- 57. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el segundo haz de rayos X aplica una dosis de radiación de menos de o igual a aproximadamente 0.5 mrad al objeto.
- 58. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el detector se configura para recibir el haz difractado.
- 59. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el detector se configura para producir una imagen digitalizada del objeto.
- 60. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el detector es una película radiográfica.
- 61. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el detector es una placa de imagen.
- 62. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el detector se configura para detectar la imagen del objeto del haz difractado desde el cristal de analizador, uno cerca o en un pico de una curva de balanceo del cristal de analizador.
- 63. Sistema de conformidad con la reivindicación 62, caracterizado porque comprende una computadora configurada para derivar al menos uno de una imagen mejorada por difracción, una imagen de absorción, una imagen de refracción, una imagen de dispersión y una imagen de densidad másica del objeto de la imagen detectada.
- 64. Sistema de conformidad con la reivindicación 62, caracterizado porque uno se presenta en o cerca de los picos dentro de aproximadamente la mitad de un ancho de Darwin de la curva de balanceo.
- 65. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el detector se configura para detectar una primera imagen angular del objeto desde un primer haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una primera posición angular y configurado para detectar una segunda imagen angular del objeto desde un segundo haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una segunda posición angular; y el sistema comprende una computadora configurada para combinar la primera y segunda imágenes angulares para derivar una imagen de refracción y una imagen de absorción aparente, y configurada para derivar una imagen de densidad másica del objeto de la imagen de refracción.
- 66. Sistema de conformidad con la reivindicación 65, caracterizado porque el detector se configura para detectar la primera imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de bajo ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador y configurado para detectar la segunda imagen angular que incluye detectar la segunda imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de alto ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador.
- 67. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque comprende un colimador colocado para bloquear una porción del segundo haz de rayos X antes de la transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto tal que se bloquee una linea característica predeterminada del haz de rayos X.
- 68. Sistema de conformidad con la reivindicación 67, caracterizado porque la línea de emisión característica predeterminada es la línea Kal de emisión característica.
- 69. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque comprende un colimador colocado para bloquear una porción del primer haz de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal monocromador antes de la intercepción del primer haz de rayos X por el cristal monocromador.
- 70. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el cristal monocromador es un primer cristal monocromador, y en donde el sistema comprende un segundo cristal monocromador colocado para interceptar el segundo haz de rayos X y para dirigir el segundo haz de rayos X hacia el cristal de analizador.
- 71. Sistema de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el segundo cristal monocromador se coloca tal que el segundo haz de rayos X se dirija a lo largo de una ruta paralela a una ruta del primer haz de rayos X.
- 72. Sistema de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque están desajustados el primero y segundo cristales monocromadores .
- 73. Sistema de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores se seleccionan para rechazar una porción predeterminada del primer haz de rayos X.
- 74. Sistema de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son uno de cristales monocromadores de germanio y silicio.
- 75. Sistema de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son uno de cristales monocromadores de germanio [333] y silicio [333] .
- 76. Método para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía; bloquear una porción del primer haz de rayos X tal que el primer haz de rayos X es un haz tipo abanico colimado; colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el haz tipo abanico colimado tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía; colocar un objeto en una ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz trasmitido de rayos X; dirigir el haz trasmitido de rayos X en un ángulo de incidencia en un cristal de analizador; y detectar una imagen del objeto desde un haz difractado desde el cristal de analizador.
- 77. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X por el uso de un tubo de rayos X.
- 78. Método de conformidad con la reivindicación 77, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X de un ánodo giratorio del tubo de rayos X.
- 79. Método de conformidad con la reivindicación 77, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X desde un ánodo estacionario del tubo de rayos X.
- 80. Método de conformidad con la reivindicación 77, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 81. Método de conformidad con la reivindicación 77, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 kW para generar el primer haz de rayos X.
- 82. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el primer haz de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 83. Método de conformidad con la reivindicación 82, caracterizado porque la generación de un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 84. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar una pluralidad de haces de rayos X que se despliegan en diferentes direcciones desde una fuente puntual de rayos X.
- 85. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el bloqueo de la porción del primer haz de rayos X incluye bloquear la porción del primer haz de rayos X tal que el haz tipo abanico colimado tiene una divergencia de aproximadamente 10 grados en una primera dirección y aproximadamente 1 grado en una segunda dirección.
- 86. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el bloqueo de la porción del primer haz de rayos X incluye colocar un colimador entre el cristal monocromador y el objeto.
- 87. Método de conformidad con la reivindicación 86, caracterizado porque el colimador define una ranura a través de la cual pasa el haz tipo abanico colimado.
- 88. Método de conformidad con la reivindicación 87, caracterizado porque el primer haz de rayos X se define como el haz tipo abanico colimado por la ranura del colimador.
- 89. Método de conformidad con la reivindicación 86, caracterizado porque la colocación del cristal monocromador incluye colocar una superficie del cristal monocromador a un ángulo de entre aproximadamente 1 grado y 40 grados con respecto a una ruta del primer haz de rayos X incidente en la superficie del cristal monocromador.
- 90. Método de conformidad con la reivindicación 86, caracterizado porque el cristal monocromador se ajusta o hace corresponder en orientación y en planos de cuadricula al cristal de analizador.
- 91. Método de conformidad con la reivindicación 86, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal simétrico .
- 92. Método de conformidad con la reivindicación 91, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal de silicio .
- 93. Método de conformidad con la reivindicación 92, caracterizado porque el cristal de silicio tiene reflexión de [333] .
- 94. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el cristal de analizador es un analizador tipo Bragg.
- 95. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el objeto es un objeto de tejido blando.
- 96. Método de conformidad con la reivindicación 95, caracterizado porque el objeto de tejido blando es tejido de mama.
- 97. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el segundo haz de rayos X aplica una dosis de radiación de menos de o igual a aproximadamente 0.5 mrad al objeto.
- 98. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye recibir el haz difractado en un detector.
- 99. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye detectar la imagen del objeto desde el haz difractado del cristal de analizador uno en y cerca de un pico de una curva de balanceo del cristal de analizador.
- 100. Método de conformidad con la reivindicación 99, caracterizado porque comprende derivar al menos una de una imagen mejorada de difracción, una imagen de absorción, una imagen de refracción, una imagen de dispersión, y una imagen de densidad másica del objeto de la imagen detectada.
- 101. Método de conformidad con la reivindicación 99, caracterizado porque uno de en y cerca de los picos se presenta dentro de aproximadamente la mitad de un ancho de Darwin en la curva de balanceo.
- 102. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye : detectar una primera imagen angular del objeto desde el primer haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una primera posición angular. detectar una segunda imagen angular del objeto desde un segundo haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una segunda posición angular; combinar la primera y segunda imágenes angulares para derivar una imagen de refracción y de absorción aparente; y derivar una imagen de densidad másica del objeto de la imagen de refracción.
- 103. Método de conformidad con la reivindicación 102, caracterizado porque la detección de la primera imagen angular incluye detectar la primera imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de bajo ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador, y en donde la detección de la segunda imagen angular incluye detectar la segunda imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de alto ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador.
- 104. Sistema para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: una fuente de rayos X configurada para generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía; un colimador colocado para bloquear una porción del primer haz de rayos X tal que el primer haz de rayos X sea un haz tipo ventilador colimado; un cristal monocromador colocado en una posición predeterminada para interceptar el haz tipo ventilador colimado tal que un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía para la transmisión a través de un objeto; un cristal de analizador colocado para interceptar un haz de rayos X transmitido a un ángulo de incidencia del cristal de analizador; y un detector de imagen configurado para detectar una imagen de un objeto desde un haz difractado del cristal de analizador .
- 105. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque la fuente de rayos X es un tubo de rayos X.
- 106. Sistema de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque la fuente de rayos X incluye un ánodo giratorio.
- 107. Sistema de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque la fuente de rayos X incluye un ánodo estacionario.
- 108. Sistema de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 109. Sistema de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 k para generar el primer haz de rayos X.
- 110. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 111. Sistema de conformidad con la reivindicación 110, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 112. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar una pluralidad de haces de rayos X que se despliegan en diferentes direcciones desde una fuente puntual de rayos X.
- 113. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el colimador se coloca para bloquear la porción del primer haz de rayos X tal que el haz tipo ventilador colimado tiene una divergencia de aproximadamente 10 grados en una primera dirección y aproximadamente 1 grado en una segunda dirección.
- 114. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el colimador se coloca entre el cristal monocromador y el objeto.
- 115. Sistema de conformidad con la reivindicación 114, caracterizado porque el colimador define una ranura a través de la cual pasa el haz tipo ventilador colimado.
- 116. Sistema de conformidad con la reivindicación 115, caracterizado porque el primer haz de rayos X se define como el haz tipo ventilador colimado por la ranura del colimador .
- 117. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el cristal monocromador incluye una superficie colocada en ángulo de entre aproximadamente 1 grado y 40 grados con respecto a una ruta del primer haz de rayos X incidente en la superficie del cristal monocromador.
- 118. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el cristal monocromador se ajusta o hace corresponder en orientación y planos de cuadricula al cristal de analizador.
- 119. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal simétrico.
- 120. Sistema de conformidad con la reivindicación 119, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal de silicio.
- 121. Sistema de conformidad con la reivindicación 120, caracterizado porque el cristal de silicio tiene reflexión de [333] .
- 122. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el cristal de analizador es un analizador tipo Bragg.
- 123. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el objeto es un objeto de tejido blando.
- 124. Sistema de conformidad con la reivindicación 123, caracterizado porque el objeto de tejido blando es tejido de mama .
- 125. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el segundo haz de rayos X aplica una dosis de radiación de menos de o igual a o aproximadamente 0.5 mrad al objeto.
- 126. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el detector se configura para recibir el haz difractado en un detector.
- 127. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el detector se configura para detectar la imagen del objeto del haz difractado del cristal de analizador uno de en y cerca de un pico de la curva de balanceo del cristal de analizador.
- 128. Sistema de conformidad con la reivindicación 127, caracterizado porque comprende una computadora configurada para derivar al menos una de una imagen mejorada de difracción, una imagen de absorción, una imagen de refracción, una imagen de dispersión, y una imagen de densidad másica del objeto de la imagen detectada.
- 129. Sistema de conformidad con la reivindicación 127, caracterizado porque uno de en y cerca de los picos se presenta dentro de aproximadamente la mitad de un ancho de Darwin de la curva de balanceo.
- 130. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el detector se configura para detectar una primera imagen angular del objeto de un primer haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una primera posición angular y configurado para detectar una segunda imagen de ángulo del objeto desde un segundo haz difractado emitido del cristal de analizador colocado en una segunda posición angular; y el sistema comprende una computadora configurada para combinar la primera y segunda imágenes angulares para derivar una imagen de refracción y configurada para derivar una imagen de densidad másica del objeto de la imagen de refracción .
- 131. Sistema de conformidad con la reivindicación 130, caracterizado porque el detector se configura para detectar la primera imagen angular del objeto del cristal de analizador a un ajuste de bajo ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador y configurado para detectar la segunda imagen angular del objeto del cristal de analizador a un ajuste de ángulo alto de curva de balanceo del cristal de analizador .
- 132. Método para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía al generar una pluralidad de haces de rayos X que se despliegan en diferentes direcciones desde una fuente puntual de rayos X; colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel determinado de energía; colocar un objeto en una ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz trasmitido de rayos X; dirigir el haz trasmitido de rayos X en un ángulo de incidencia en un cristal de analizador; y detectar una imagen del objeto desde un haz difractado desde el cristal de analizador.
- 133. Método de conformidad con la reivindicación 132, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X por el uso de un tubo de rayos X.
- 134. Método de conformidad con la reivindicación 133, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X de un ánodo giratorio del tubo de rayos X.
- 135. Método de conformidad con la reivindicación 134, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X desde un ánodo estacionario del tubo de rayos X.
- 136. Método de conformidad con la reivindicación 133, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 137. Método de conformidad con la reivindicación 133, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 k para generar el primer haz de rayos X.
- 138. Método de conformidad con la reivindicación 133, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 139. Método de conformidad con la reivindicación 138, caracterizado porque la generación de un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 140. Sistema para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: un tubo de rayos X configurado para generar un primer haz de rayos X que tiene una distribución policromática de energía al generar una pluralidad de haces de rayos X que se despliegan en diferentes direcciones desde una fuente puntual de rayos X; un cristal monocromador colocado en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía para la transmisión a través de un objeto; un cristal de analizador colocado para interceptar un haz transmitido de rayos X a un ángulo de incidencia del cristal de analizador; y un detector de imagen configurado para detectar una imagen de un objeto desde un haz difractado del cristal de analizador .
- 141. Sistema de conformidad con la reivindicación 140, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye un ánodo giratorio .
- 142. Sistema de conformidad con la reivindicación 140, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye un ánodo estacionario .
- 143. Sistema de conformidad con la reivindicación 140, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 144. Sistema de conformidad con la reivindicación 140, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 kW para generar el primer haz de rayos X.
- 145. Sistema de conformidad con la reivindicación 140, caracterizado porque el tubo de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 146. Sistema de conformidad con la reivindicación 145, caracterizado porque el tubo de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 147. Método para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: generar un primer haz de rayos X que tiene una primera y una segunda líneas de emisión característica; colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene la primera y segunda líneas de emisión característica; bloquear selectivamente una de la primera y segunda lineas de emisión característica del segundo haz de rayos X y permitir que pase una no bloqueada en la primera y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X; colocar un objeto en una ruta de la no bloqueada de la primera y segunda líneas de emisión característica de segundo haz de rayos X para transmisión de la línea característica no bloqueada del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto en un haz transmitido de rayos X; dirigir el haz transmitido de rayos X a un ángulo de incidencia en un cristal de analizador; y detectar una imagen del objeto desde un haz difractado del cristal de analizador.
- 148. Método de conformidad con la reivindicación 147, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X por el uso de un tubo de rayos X.
- 149. Método de conformidad con la reivindicación 148, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X desde un ánodo giratorio del tubo de rayos X.
- 150. Método de conformidad con la reivindicación 148, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X desde un ánodo estacionario del tubo de rayos X.
- 151. Método de conformidad con la reivindicación 148, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 152. Método de conformidad con la reivindicación 148, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 kW para generar el primer haz de rayos X.
- 153. Método de conformidad con la reivindicación 147, caracterizado porque la generación del primer- haz de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía de aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 154. Método de conformidad con la reivindicación 153, caracterizado porque la generación de un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 155. Sistema para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: una fuente de rayos X configurada para generar un primer haz de rayos X que tiene una primera y una segunda líneas de emisión característica; un cristal monocromador colocado en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene una primera y una segunda lineas de emisión característica; un colimador que tiene una ranura ajustable para bloquear selectivamente una de la primera y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X y para permitir que una bloqueada de la primera y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X pase para la transmisión a través de un objeto; un cristal de analizador colocado para interceptar un haz transmitido de rayos X a un ángulo de incidencia del cristal de analizador; y un detector de imagen configurado para detectar una imagen de un objeto de un haz difractado del cristal de analizador .
- 156. Sistema de conformidad con la reivindicación 155, caracterizado porque la fuente de rayos X es un tubo de rayos X.
- 157. Sistema de conformidad con la reivindicación 156, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye un ánodo giratorio .
- 158. Sistema de conformidad con la reivindicación 156, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye un ánodo estacionario.
- 159. Sistema de conformidad con la reivindicación 156, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 160. Sistema de conformidad con la reivindicación 156, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 k para generar el primer haz de rayos X.
- 161. Sistema de conformidad con la reivindicación 148, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía de rayos X característica que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 162. Sistema de conformidad con la reivindicación 161, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 163. Método para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: generar un primer haz de rayos X que tiene una primera y una segunda líneas de emisión característica; colocar un cristal monocromador en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene una primera y una segunda lineas de emisión característica; colocar un objeto en una ruta de la primera y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X para transmisión de la primera y segunda líneas de emisión característica del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz transmitido de rayos X; dirigir el haz transmitido de rayos X a un ángulo de incidencia en un cristal de analizador; y detectar una imagen del objeto de un haz difractado del cristal de analizador.
- 164. Método de conformidad con la reivindicación 163, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X por el uso de un tubo de rayos X.
- 165. Método de conformidad con la reivindicación 164, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X de un ánodo giratorio del tubo de rayos X.
- 166. Método de conformidad con la reivindicación 164, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X desde un ánodo estacionario del tubo de rayos X.
- 167. Método de conformidad con la reivindicación 164, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 168. Método de conformidad con la reivindicación 164, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 kW para generar el primer haz de rayos X.
- 169. Método de conformidad con la reivindicación 163, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 170. Método de conformidad con la reivindicación 163, caracterizado porque la generación de un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 171. Sistema para detectar una imagen en un objeto, caracterizado porque comprende: una fuente de rayos X configurada para generar un primer haz de rayos X que tiene una primera y una segunda líneas de emisión característica; un cristal monocromador colocado en una posición predeterminada para interceptar el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene la primera y segunda líneas de emisión característica para transmisión a través de un objeto; un cristal de analizador colocado para interceptar un haz transmitido de rayos X a un ángulo de incidencia del cristal de analizador; y un detector de imagen configurado para detectar una imagen de un objeto de un haz difractado desde el cristal de analizador .
- 172. Sistema de conformidad con la reivindicación 171, caracterizado porque la fuente de rayos X es un tubo de rayos X.
- 173. Sistema de conformidad con la reivindicación 172, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye un ánodo giratorio .
- 174. Sistema de conformidad con la reivindicación 172, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye un ánodo estacionario .
- 175. Sistema de conformidad con la reivindicación 172, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samarió, y un objetivo de molibdeno.
- 176. Sistema de conformidad con la reivindicación 172, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 kW para generar el primer haz de rayos X.
- 177. Sistema de conformidad con la reivindicación 171, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía características de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 178. Sistema de conformidad con la reivindicación 177, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 179. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cristal monocromador tiene reflexión de [111] .
- 180. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [333] .
- 181. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [111].
- 182. Método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque al menos uno del primero y segundo cristales monocromadores tiene una reflexión de [111].
- 183. Método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son cristales de silicio.
- 184. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el cristal monocromador tiene reflexión de [111] .
- 185. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [333] .
- 186. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [111].
- 187. Sistema de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque al menos uno del primero y segundo cristales de monocromador tiene una reflexión de [111] .
- 188. Método de conformidad con la reivindicación 70, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son cristales de silicio.
- 189. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el cristal monocromador tiene reflexión de [111] .
- 190. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [333] .
- 191. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [111].
- 192. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el cristal monocromador tiene reflexión de [111] .
- 193. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [333].
- 194. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [111].
- 195. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 196. Sistema de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 197. Método de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 198. Sistema de conformidad con la reivindicación 104, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 199. Método de conformidad con la reivindicación 132, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 200. Sistema de conformidad con la reivindicación 140, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 201. Método de conformidad con la reivindicación 147, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 202. Sistema de conformidad con la reivindicación 155 caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 203. Método de conformidad con la reivindicación 163, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 204. Sistema de conformidad con la reivindicación 171, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 205. Método para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: (a) generar un primer haz de rayos X que tiene líneas Kal y Ka2 característica; (b) colocar un cristal monocromador individual en una posición predeterminada para interceptar directamente el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía; (c) colocar un objeto en una ruta del segundo haz de rayos X para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto y emitir desde el objeto un haz transmitido de rayos X; (d) dirigir el haz transmitido de rayos X a un ángulo de incidencia en un cristal de analizador; y (e) detectar una imagen de un objeto desde un haz difractado del cristal de analizador.
- 206. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar el primer haz de rayos X por el uso de un tubo de rayos X.
- 207. Método de conformidad con la reivindicación 206, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 208. Método de conformidad con la reivindicación 206, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 kW para generar el primer haz de rayos X.
- 209. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque la generación del primer haz de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 210. Método de conformidad con la reivindicación 209, caracterizado porque la generación de un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X incluye generar un haz de rayos X que tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 211. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque la generación del primer haz. de rayos X incluye generar una pluralidad de haces de rayos X que se despliegan en diferentes direcciones desde una fuente puntual de rayos X.
- 212. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque la colocación del cristal monocromador incluye colocar una superficie del cristal monocromador a un ángulo de entre aproximadamente 1 grado y 40 grados con respecto a una ruta del primer haz de rayos X incidente en la superficie del cristal monocromador.
- 213. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el cristal monocromador se hace corresponder o ajusta en orientación y planos de cuadricula al cristal de analizador.
- 214. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal simétrico.
- 215. Método de conformidad con la reivindicación 214, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal de silicio.
- 216. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el cristal de silicio tiene una reflexión de [333] .
- 217. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el cristal de analizador tiene una reflexión de [333] .
- 218. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el cristal de analizador tiene una reflexión de [111].
- 219. Sistema de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el cristal monocromador tiene una reflexión de [111].
- 220. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el cristal de analizador es un analizador tipo Bragg.
- 221. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el objeto es un objeto de tejido blando .
- 222. Método de conformidad con la reivindicación 221, caracterizado porque el objeto de tejido blando es tejido de mama .
- 223. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 224. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el segundo haz de rayos X aplica una dosis de radiación de menos de o igual a aproximadamente 0.5 mrad al objeto.
- 225. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye recibir el haz difractado en un detector.
- 226. Método de conformidad con la reivindicación 225, caracterizado porque el detector se configura para producir una imagen digitalizada del objeto.
- 227. Método de conformidad con la reivindicación 226, caracterizado porque el detector es una película radiográfica .
- 228. Método de conformidad con la reivindicación 226, caracterizado porque el detector es una placa de imagen.
- 229. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye detectar la imagen del objeto del haz difractado del cristal de analizador uno de en y cerca de un pico de una curva de balanceo del cristal de analizador.
- 230. Método de conformidad con la reivindicación 229, caracterizado porque comprende derivar al menos una de una imagen mejorada de difracción, una imagen de absorción, una imagen de refracción, una imagen de dispersión, y una imagen de densidad másica del objeto de la imagen detectada.
- 231. Método de conformidad con la reivindicación 229, caracterizado porque uno de en y cerca de los picos se presenta dentro de aproximadamente la mitad de un ciclo de Darwin de la curva de balanceo.
- 232. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque la detección de la imagen del objeto incluye : (a) detectar una primera imagen angular del objeto de un primer haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una primera posición angular; (b) detectar una segunda imagen angular del objeto desde un segundo haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una segunda posición angular; (c) combinar la primera y segunda imágenes angulares para derivar una imagen de refracción y de absorción aparente; y (d) derivar una imagen de densidad másica del objeto de la imagen de refracción.
- 233. Método de conformidad con la reivindicación 232, caracterizado porque la detección de la primera imagen angular incluye detectar la primera imagen angular del objeto desde el cristal de analizador en un ajuste de bajo ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador, y en donde la detección de la segunda imagen angular incluye detectar la segunda imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de alto ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador.
- 234. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque comprende bloquear una porción del segundo haz de rayos X antes de la transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto tal que se bloquee la linea característica del haz de rayos X.
- 235. Método de conformidad con la reivindicación 234, caracterizado porque el bloqueo de la porción del segundo haz de formación incluye colocar un colimador entre el cristal monocromador y el objeto tal que se bloquee la línea característica predeterminada del haz de rayos X.
- 236. Método de conformidad con la reivindicación 234, caracterizado porque la línea de emisión característica predeterminada es la línea Kal de emisión característica.
- 237. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque comprende bloquear una porción del primer haz de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal monocromador antes de la intercepción del primer haz de rayos X por el cristal monocromador .
- 238. Método de conformidad con la reivindicación 236, caracterizado porque el bloqueo de la porción del primer haz de rayos X incluye colocar un colimador en una ruta del primer haz de rayos X.
- 239. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque el cristal monocromador es un primer cristal monocromador, y en donde el método comprende colocar un segundo cristal monocromador para interceptar el segundo haz de rayos X y para dirigir el segundo haz de rayos X hacia el cristal de analizador.
- 240. Método de conformidad con la reivindicación 239, caracterizado porque la colocación del segundo cristal monocromador incluye colocar el segundo cristal monocromador tal que el segundo haz de rayos X se dirija a lo largo de una ruta paralela a una ruta del primer haz de rayos X.
- 241. Método de conformidad con la reivindicación 240, caracterizado porque están desajustados el primero y segundo cristales monocromadores.
- 242. Método de conformidad con la reivindicación 240, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores se seleccionan para rechazar una porción predeterminada del primer haz de rayos X.
- 243. Método de conformidad con la reivindicación 240, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son uno de cristales monocromadores de germanio y silicio.
- 244. Método de conformidad con la reivindicación 240, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son uno de cristales monocromadores de germanio [333] y silicio [333] .
- 245. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque comprende ajusfar una dosis de radiación aplicada por el segundo haz de rayos X al objeto.
- 246. Método de conformidad con la reivindicación 205, caracterizado porque comprende colocar un colimador para rechazar una porción del primer haz de rayos X que incluye la linea característica Ka2.
- 247. Sistema para detectar una imagen de un objeto, caracterizado porque comprende: (a) una fuente de rayos X configurada para generar un primer haz de rayos X que tiene las líneas Kal y Ka2 característica; (b) un cristal monocromador individual colocado para interceptar directamente el primer haz de rayos X tal que se produzca un segundo haz de rayos X que tiene un nivel predeterminado de energía, en donde el cristal monocromador se coloca para dirigir el segundo haz de rayos X en una ruta hacia un objeto para transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto para emitir de este modo un haz de rayos X transmitido desde el objeto; (c) un cristal de analizador colocado para interceptar un haz transmitido de rayos X a un ángulo de incidencia en un cristal de analizador; y (d) un detector de imagen configurado para detectar una imagen del objeto desde un haz difractado desde el cristal de analizador.
- 248. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque la fuente de rayos X comprende un tubo de rayos X.
- 249. Sistema de conformidad con la reivindicación 248, caracterizado porque el tubo de rayos X incluye uno de un objetivo de tungsteno, un objetivo de hexaboruro de bario, un objetivo de samario, y un objetivo de molibdeno.
- 250. Sistema de conformidad con la reivindicación 248, caracterizado porque el tubo de rayos X se ajusta a una potencia de al menos 50 k para generar el primer haz de rayos X.
- 251. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el primer haz de rayos X tiene energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 10 keV a aproximadamente 70 keV.
- 252. Sistema de conformidad con la reivindicación 251, caracterizado porque el primer haz de rayos X tiene una energía característica de rayos X que varía desde aproximadamente 50 keV a aproximadamente 70 keV.
- 253. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque la fuente de rayos X se configura para generar una pluralidad de haces de rayos X que se despliegan en diferentes direcciones desde una fuente puntual de rayos X.
- 254. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal monocromador incluye una superficie colocada a un ángulo de entre aproximadamente 1 grado y 40 grados con respecto a la ruta del primer haz de rayos X incidente en la superficie del cristal monocromador.
- 255. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal monocromador se ajusta o hace corresponder en orientación y planos de cuadricula al cristal de analizador.
- 256. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal simétrico.
- 257. Sistema de conformidad con la reivindicación 256, caracterizado porque el cristal monocromador es un cristal de silicio.
- 258. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal de silicio tiene una reflexión de [333] .
- 259. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [333] .
- 260. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal de analizador tiene reflexión de [111] .
- 261. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal monocromador tiene reflexión [111] .
- 262. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal de analizador es un analizador tipo Bragg.
- 263. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el objeto es un objeto de tejido blando .
- 264. Sistema de conformidad con la reivindicación 263, caracterizado porque el objeto de tejido blando es tejido de mama .
- 265. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el objeto se selecciona del grupo que consiste de un infante, hueso y cartílago.
- 266. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el segundo haz de rayos X aplica una dosis de radiación de menos de o igual a aproximadamente 0.5 mrad al objeto.
- 267. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el detector de imagen se configura para recibir el haz difractado.
- 268. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el detector de imagen se configura para producir una imagen digitalizada del objeto.
- 269. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el detector de imagen es una película radiográfica.
- 270. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el detector de imagen es una placa de imagen.
- 271. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el detector de imagen se configura para detectar la imagen del objeto desde el haz difractado del cristal de analizador uno de en y cerca de un pico de una curva de balanceo del cristal de analizador.
- 272. Sistema de conformidad con la reivindicación 271, caracterizado porque comprende una computadora configurada para derivar al menos una de una imagen mejorada de difracción, una imagen de absorción, una imagen de refracción, una imagen de dispersión, y una imagen de densidad másica del objeto de la imagen detectada.
- 273. Sistema de conformidad con la reivindicación 271, caracterizado porque uno de en y cerca de los picos que se presentan dentro de aproximadamente la mitad de un ancho de Darwin de la curva de balanceo.
- 274. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el detector de imagen se configura para: (a) detectar una primera imagen angular del objeto desde un primer haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una primera posición angular; (b) detectar una segunda imagen angular del objeto desde un segundo haz difractado emitido desde el cristal de analizador colocado en una segunda posición angular; (c) combinar la primera y segunda imágenes angulares para derivar una imagen de refracción y de absorción aparente; y (d) derivar una imagen de densidad másica del objeto de la imagen de refracción.
- 275. Sistema de conformidad con la reivindicación 274, caracterizado porque el detector de imagen se configura para detectar la primera imagen angular que incluye detectar la primera imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de bajo ángulo de curva de balanceo del cristal de analizador, y en donde el detector de imagen se configura para detectar la segunda imagen angular que incluye detectar la segunda imagen angular del objeto desde el cristal de analizador a un ajuste de alto ángulo de curva de balanceo desde el cristal de analizador.
- 276. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque comprende un colimador configurado para bloquear una porción del segundo haz de rayos X antes de la transmisión del segundo haz de rayos X a través del objeto tal que se bloquee una línea característica predeterminada del haz de rayos X.
- 277. Sistema de conformidad con la reivindicación 276, caracterizado porque la línea de emisión característica predeterminada es la línea Kal de emisión característica.
- 278. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque comprende un colimador colocado para bloquear una porción del primer haz de rayos X que cae fuera de una ventana de aceptación angular del cristal monocromador antes de la intercepción del primer haz de rayos X por el cristal monocromador.
- 279. Sistema de conformidad con la reivindicación 278, caracterizado porque el colimador se coloca en una ruta del primer haz de rayos X.
- 280. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque el cristal monocromador es un primer cristal monocromador, y el donde el sistema comprende un segundo cristal monocromador colocado para interceptar el segundo haz de rayos X y configurado para dirigir el segundo haz de rayos X hacia el cristal de analizador.
- 281. Sistema de conformidad con la reivindicación 280, caracterizado porque el segundo cristal monocromador se coloca tal que el segundo haz de rayos X se dirige a lo largo de una ruta paralela a una ruta del primer haz de rayos X.
- 282. Sistema de conformidad con la reivindicación 281, caracterizado porque están desajustados el primero y el segundo cristales monocromadores.
- 283. Sistema de conformidad con la reivindicación 281, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores se seleccionan para rechazar una porción predeterminada del primer haz de rayos X.
- 284. Sistema de conformidad con la reivindicación 281, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son uno de cristales monocromadores de germanio y silicio.
- 285. Sistema de conformidad con la reivindicación 281, caracterizado porque el primero y segundo cristales monocromadores son uno de cristales monocromadores de germanio [333] y silicio [333] .
- 286. Sistema de conformidad con la reivindicación 247, caracterizado porque comprende un colimador colocado para rechazar una porción del primer haz de rayos X entre la linea característica Ka2.
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