MX2012009013A - Sistemas de escaneo. - Google Patents

Abstract

Un sistema de escáner comprende un generador de radiación (10) acomodado para generar radiación a fin de irradiar un objeto, medios de detección (14) acomodados para detectar la radiación después que ha interactuado con el objeto y generar una secuencia de conjuntos de datos del detector a medida que el objeto es movido con relación al generador, y medios de procesamiento acomodados para procesar cada uno de los conjuntos de datos del detector para así generar una salida de control acomodada para controlar.

Description

SISTEMAS DE ESCANEO CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a sistemas de escaneo, en particular sistemas de escaneo de seguridad. Este tiene aplicación particular en el uso de radiación X de alta energía para inspeccionar paquetes, cargamentos, cargas en contenedores y vehículos en busca de materiales y dispositivos ilícitos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Dado el creciente nivel de amenaza en el mundo actual, está aumentando el uso de la generación de imágenes por rayos X para inspeccionar todos los tipos de equipaje y cargamento. Aunque existe un beneficio asociado con el escaneo de rayos X, también existe un detrimento debido a la dosis de radiación hacia el objeto que se está inspeccionando, a los operadores del equipo de escaneo que produce radiación, y a los miembros del público en las inmediaciones del equipo de escaneo durante la operación. Un buen diseño de sistema de escaneo de rayos X debiera buscar optimizar la calidad de la imagen a fin de proporcionar un nivel suficiente de capacidad de detección al mismo tiempo que de forma simultánea busca reducir al mínimo la dosis de radiación general que es entregada durante el escaneo.

Los sistemas actualmente conocidos por lo general están diseñados en una manera en que se utiliza una sola condición de optimización para toda la generación de imagen, y esta condición generalmente es aquella que logra el máximo rendimiento de penetración, la mejor resolución espacial y el mejor rendimiento de contraste simultáneamente para una huella de radiación determinada.

Generalmente, el desempeño de penetración es optimizado seleccionando la energía de la fuente de rayos X, la resolución espacial es optimizada seleccionando la granularidad del detector de rayos X, y el rendimiento de contraste y el rendimiento de penetración son optimizados juntos a través de la velocidad de la dosis de salida de la fuente de rayos X. Típicamente, la colimación es utilizada para proporcionar un haz de ventilador de radiación para restringir el haz de rayos X a un volumen angosto que se extiende desde la fuente de rayos X para cubrir algunos o todos los elementos de detección. Esta colimación " actúa para reducir la dispersión de rayos X, y para influenciar aún más la penetración, el rendimiento del contraste y la dosis de radiación entregada general. La huella de radiación es determinada por la máxima salida de la fuente que entrega una dosis reguladora al público en el perímetro deseado.

SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención proporciona un sistema de escáner que comprende un generador de radiación acomodado para generar radiación a fin de irradiar un objeto, y medios de detección acomodados para detectar la radiación después que éste ha interactuado con el objeto y generar una secuencia de conjuntos de datos de detector. Los conjuntos de datos pueden ser generados a medida que el objeto es movido con relación al generador. El sistema además puede comprender medios de procesamiento acomodados para procesar cada uno de los conjuntos de datos del detector para asi generar una salida de control acomodada para controlar el generador de radiación, por ejemplo, para variar su salida de radiación a medida que el objeto es escaneado.

Los medios de procesamiento pueden ser acomodados para definir un parámetro de los datos del detector. Estos también pueden ser acomodados para determinar un valor del parámetro para cada conjunto de datos. Este puede ser acomodado para generar una salida de control acomodada para variar la salida de radiación en caso que el valor del parámetro no cumpla con una condición predeterminada. Los medios de procesamiento pueden definir una pluralidad de condiciones y pueden variar la salida en diferentes formas, por ejemplo, para incrementar o reducir la salida, dependiendo de cuál de las condiciones no se cumple. Los medios de procesamiento se pueden acomodar para mantener la salida constante en caso que se cumpla la condición, o en caso que se cumplan todas las condiciones.

Los medios de detección pueden comprender una pluralidad de detectores. Los datos del detector pueden comprender un conjunto de valores de intensidad, por ejemplo, indicativos de la intensidad de la radiación en cada uno de los detectores.

La salida de control se puede acomodar para controlar la energía de la radiación. Por ejemplo, ésta puede controlar la energía media, o la distribución de energía o espectro de la radiación, o una energía máxima o mínima de la radiación .

La salida de control se puede acomodar para controlar una dimensión del haz de radiación, tal como su ancho, por ejemplo en caso que se trate de un haz de ventilador, o de otra forma para controlar su forma o área en sección transversal.

El generador de radiación se puede acomodar para generar la radiación en impulsos. La salida de control se puede acomodar para controlar al menos uno de la duración y la frecuencia de los impulsos.

El generador de radiación puede comprender un colimador ajustable. La entrada de control se puede acomodar para ajustar el colimador en respuesta a la entrada de control. El colimador puede tener un grosor variable de manera que el ajuste del colimador puede ajustar la energía del haz de radiación. El colimador puede comprender una pluralidad de elementos de colimador, cada uno de los cuales puede ser independientemente ajustable para variar diferentes partes respectivas del haz de radiación.

El generador de radiación puede comprender un colimador y la entrada de control se puede acomodar para generar la radiación como un haz y para variar la posición del haz en respuesta a la entrada de control para así modificar la proporción del haz que es bloqueada por el colimador .

El generador de radiación puede comprender una fuente de electrones acomodada para dirigir un haz de electrones hacia un objetivo. El generador de radiación se puede acomodar para ajustar el haz de electrones en respuesta a la entrada de control. El generador de radiación puede incluir un raspador acomodado para bloquear una proporción variable de los electrones en el haz. El generador de radiación se puede acomodar para generar un campo magnético y para dirigir el haz de electrones a través del campo magnético de manera que gira. El campo magnético puede ser variable para modificar la proporción de los electrones que son bloqueados. El generador de radiación se puede acomodar para generar un campo magnético variable y para modificar el campo magnético a fin de modificar el enfoque del haz de electrones. Esto se puede utilizar en combinación con un raspador para bloquear una proporción variable del haz de electrones, o un colimador fijo que puede bloquear una proporción variable de los rayos X dependiendo del enfoque del haz de electrones.

Los medios de procesamiento se pueden acomodar para ajusfar los datos del detector para compensar al menos parcialmente para la variación controlada de la salida de radiación .

En general, muchas modalidades de la invención se refieren a métodos para reducir la dosis de radiación durante el escaneo a fin de reducir al mínimo la dosis al cargamento, la dosis a los operadores y la huella de radiación de los sistemas operativos.

Algunas modalidades de la invención pueden proporcionar un sistema de generación de imágenes que es optimizado para reducir al mínimo la dosis de radiación entregada a un objeto, y la zona de exclusión circundante, mientras se mantiene un nivel suficiente de la calidad de la imagen por medio del análisis en tiempo real de los datos de imagen que el sistema de generación de imagen está produciendo .

La invención se refiere, por ejemplo, a aparatos de generación de imágenes de rayos X, rayos gamma y neutrones que puede ser operado en un número de formas incluyendo en un modo de transmisión, en un modo de dispersión coherente, en un modo de dispersión incoherente y/o en un modo de retrodispersión .

Generalmente, se pueden diseñar sistemas de generación de imágenes, de acuerdo con la invención, en los cuales el objeto sea movido con relación a un sistema de generación de imágenes estáticas o, en una configuración alternativa, el objeto estático es escaneado por un sistema de generación de imágenes en movimiento. Sistemas particularmente complejos pueden requerir el movimiento tanto del objeto como del sistema de generación de imágenes.

Ahora se describirán modalidades preferidas de la presente invención a manera de ejemplo solamente con referencia a los dibujos acompañantes.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista esquemática de un sistema de generación de imágenes de radiación de acuerdo con una modalidad de la invención; La figura 2 es una vista en la dirección del haz de rayos X de los colimadores primario y secundario del sistema de la figura 1; La figura 3a muestra un ejemplo de una imagen de rayos X generada por el sistema de la figura 1, y la figura 3b es un gráfico que muestra la forma en que la velocidad de la dosis es controlada con base en el contenido de la imagen de la figura 3a; La figura 4 es una vista similar a aquella de la figura 2 mostrando los colimadores primario y secundario que forman parte de un escáner de acuerdo con una segunda modalidad de la invención; La figura 5 es una vista similar a aquella de la figura 2 mostrando los colimadores primario y secundario que forman parte de un escáner de acuerdo con una modalidad adicional de la invención; La figura 6a es una vista plana de los colimadores que forman parte de un escáner de la figura 5; La figura 6b es una vista plana de los colimadores ' de un escáner de acuerdo con una modalidad adicional de la invención; La figura 7 es una vista plana de un sistema de colimación que forma parte de un escáner de acuerdo con una modalidad adicional de la invención; La figura 8 es una vista similar a aquella de la figura 2 que muestra un sistema de colimación que forma parte de un escáner de acuerdo con una modalidad adicional de la invención; La figura 8a es una vista plana del sistema de colimación de la figura 8 ; La figura 8b es una vista plana de un sistema de colimación adicional similar a aquél de la figura 8; La figura 9 es un diagrama que muestra la manera en que el ancho de los colimadores superior, medio e inferior, y por lo tanto la dosis entregada en cada punto en el cargamento, puede ser optimizado en el sistema de la figura 8 para ajustarse a las características de la calidad de la imagen requerida; La figura 10 es un diagrama que muestra la manera en que otras calidades del haz de rayos X (E = Energía, D = Dosis, R = Velocidad a la cual se generan los impulsos de rayos X) pueden ser modificadas para ayudar en la optimización del sistema de rayos X; Las figuras 11, lia, 11b, 11c y lid son vistas planas de un sistema de escáner de acuerdo con una modalidad adicional de la invención; La figura 12 es una vista plana de un sistema de escáner de acuerdo con una modalidad adicional de la invención ; La figura 13 es un diagrama de una cadena de procesamiento de un sistema de escaneo de acuerdo con una modalidad de la invención; La figura 14 es un diagrama en bloques funcional simplificado del procesador de decisión del sistema de la figura 13; La figura 15 muestra una pantalla generada por el sistema de la figura 8; La figura 16 es una sección a través de un escáner CT de acuerdo con una modalidad adicional de la invención; y La figura 17 es una vista lateral del escáner de la figura 16.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Haciendo referencia a la figura 1, un sistema de escáner comprende un sistema de generación de haz de rayos X que incluye una fuente de radiación blindada 10, un conjunto de colimadores primarios 12A y un conjunto de colimadores secundarios 12B, y un conjunto de detectores de radiación 14 que, en este ejemplo, están configurados en un arreglo en forma de L doblado 16.

El conjunto de colimadores primarios 12A actúa para restringir la radiación emitida por la fuente 10 en un haz en forma sustancialmente de ventilador 18. El haz 18 típicamente tendrá un ángulo de ventilador en el rango de +/- 20 grados a +/- 45 grados con un ancho en los elementos de detector 14 en el rango de 0.5mm a 50mm. El segundo conjunto de colimadores 12B está montado de manera ajustable y la posición de los dos segundos colimadores 12B se puede ajustar a través de accionadores 20, bajo el control de un procesador de decisión 22.

Los detectores 14 emiten señales del detector indicativas de la intensidad de la radiación que detectan y éstas forman, después de la conversión y procesamiento descritos con mayor detalle a continuación, datos de imagen básicos que son ingresados al procesador de decisión 22. El procesador de decisión 22 está acomodado para analizar los datos de imagen y para controlar los accionadores 20 a fin de controlar la posición del segundo conjunto de colimadores 12B en respuesta a los resultados de ese análisis. El procesador de decisión 22 también está conectado a una entrada de control de la fuente de radiación 10 y está acomodado para generar y modificar una señal de control que proporciona a la entrada de control a fin de controlar la energía y temporización de los impulsos de rayos X generados por la fuente de radiación 10. El procesador de decisión 22 también está conectado a una pantalla 24 sobre la cual se puede desplegar una imagen del objeto reflejado, generada a partir de los datos de imagen.

A manera de ejemplo, la fuente de radiación 10 puede comprender un acelerador lineal de alta energía con un material objetivo conveniente (tal como tungsteno) que produce un amplio espectro de rayos X con una calidad de haz típica en el rango de 0.8 MV a 15 MV de una mácula focal relativamente pequeña típicamente en el rango de lmm a lOmm de diámetro. La fuente de radiación 10 en este caso sería impulsada con una frecuencia de repetición de impulso generalmente en el rango de 5Hz a 1 kHz donde la velocidad real de la pulsación es determinada por el procesador de decisión 22.

Los detectores 14 en este caso son convenientemente fabricados a partir de un conjunto de cristales de escintilación (generalmente se prefiere un escintilador de alta densidad tal como CSI, CdW04, ZnW04, LSO, GSO y similares) los cuales están ópticamente acoplados a un detector de luz conveniente, tal como un fotodiodo o tubo de fotomultiplicador . Las señales de estos detectores 14 convertidas a valores digitales por un circuito electrónico conveniente (tal como un integrador de corriente o amplificador de transimpedancia con filtración de ancho de banda seguido por un convertidor de análogo a digital) y estos valores digitales de las mediciones de intensidad muestreadas son transferidas al procesador de decisión 22 para análisis.

Los colimadores primarios 12A y secundarios 12B en este caso son convenientemente fabricados a partir de materiales de alta densidad tal como plomo y tungsteno.

En una primera modalidad, tal como se muestra en la figura 2, el colimador secundario 12B comprende dos mordazas independientemente móviles que por lo regular yacen sustancialmente paralelas a las mordazas del colimador primario 12A. Los accionadores electrónicamente controlables 20 están ubicados en la base y parte superior de cada mordaza de colimador secundario 12B y cada uno acomodado para mover un extremo respectivo de la mordaza del colimador 12B. Los cuatro accionadores 20 además pueden ser operados de forma independiente para impulsar cualquier extremo de cualquier sección del colimador secundario 12B hacia o lejos de la otra sección del colimador secundario. El efecto de este movimiento es reducir o ampliar el haz de radiación colimado secundario 18 según se requiera. El impacto de esto es modular la intensidad del haz de radiación, y la manera en que varia como una función de posición dentro del haz de ventilador de radiación 18, por ejemplo, ya sea que aumente o disminuya desde la parte superior a la parte inferior del haz, y en caso de ser así, a qué velocidad.

Los accionadores 20 pueden ser fabricados en muchas formas, tal como resultará aparente para un experto en la técnica. Sin embargo, mecanismos convenientes, a manera de ejemplo, incluyen ensambles de tornillo de guía en los cuales se utiliza un motor eléctrico para girar un tornillo que se acopla en un inserto roscado que está montado sobre la sección del colimador. El colimador está fijado a un armazón de soporte de manera que éste puede entrar y salir hacia la sección de colimador opuesta pero no se puede mover hacia arriba y hacia abajo con respecto al haz de ventilador de radiación. A medida que el tornillo de guía es rotado, el espacio del colimador secundario es modificado según se requiera. En un refinamiento de este mecanismo, el inserto roscado y el ensamble del motor están montados a accesorios independientes que pueden rotar con respecto al ensamble del colimador de manera que a medida que se mueve la mordaza del colimador hacia dentro y hacia fuera, los accesorios rotan para evitar que el tornillo de guía se trabe en el inserto roscado. En un refinamiento adicional, el ensamble de tornillo de guía/motor es proporcionado con un codificador de posición absoluto para la medición precisa de la posición de inserto roscado/tornillo de guía para la retroalimentación directa al procesador de decisión 22. Idealmente, el tornillo de guia seria fabricado a partir de un material robusto y fácilmente maquinado tal como acero inoxidable y el inserto roscado en un material diferente, tal como estaño, para reducir al mínimo el trabado de la rosca del tornillo que puede ocurrir en caso que se utilicen materiales similares para ambos elementos del ensamble.

Otros mecanismos convenientes para controlar los colimadores secundarios incluyen solenoides accionados eléctricos, mecanismos de tijera y así sucesivamente.

A fin de escanear un objeto, el objeto es movido a través del haz en forma de ventilador 18 con filas de datos de señal de transmisión desde los detectores 14 que están siendo recolectados y almacenados periódicamente por el procesador de decisión 22 a fin de formar un conjunto de proyecciones de una dimensión que después son combinadas en una imagen de dos dimensiones simplemente apilando las proyecciones de una dimensión lado a lado. Una buena práctica es modular la velocidad a la cual se obtienen los datos de proyección de manera que cambia con la velocidad del objeto que se va a escanear con relación al haz de ventilador de radiación 18.

Se apreciará que el colimador secundario 12B, el cual está formado en material de atenuación de radiación conveniente, está acomodado con un sistema de movimiento controlado para permitir el posicionamiento preciso del sistema de colimador secundario 12B con respecto a un ensambla de colimador primario fijo 12A. Al ajustar finamente el traslape entre los colimadores primarios 12A y secundarios 12B, es posible ajustar la velocidad de la dosis para que ésta se modifique linealmente sobre la altura del haz de ventilador de radiación 18 de manera que las áreas del objeto con alta atenuación pueden ser proporcionadas con una alta velocidad de dosis para elevar al máximo el rango dinámico del sistema, mientras que las áreas de baja atenuación pueden ser expuestas a una baja velocidad de dosis a fin de reducir al mínimo la dosis de radiación mientras se mantiene un nivel aceptable de calidad de imagen.

Como se muestra en la figura 1, los datos de imagen de los detectores de radiación 14 son pasados al bloque del procesador de decisión 22. El procesador de decisión 22 está acomodado para, cuando ha recibido un conjunto de datos de imagen lineal que comprende un valor de intensidad muestra para cada detector 14, analizar ese conjunto de datos de imagen y determinar parámetros convenientes a partir de los datos, tal como el número de muestras con más que la atenuación de umbral y el número de muestras con menos que otro valor de umbral. Con base en los datos de entrada, el procesador de decisión 22 está acomodado para ajustar las configuraciones del colimador secundario 12B, ajustar las propiedades de la fuente de radiación 10, y procesar la imagen para calidad de despliegue óptimo. Una vez que se ha recopilado el siguiente conjunto de datos muestra, el procesador de decisión 22 determina las nuevas configuraciones de posición óptimas para el colimador secundario 12B, las configuraciones de energía y temporización de impulso para la fuente de radiación 10, y las configuraciones óptimas para el procesamiento del despliegue, y el proceso continúa a medida que el objeto es escaneado y se recopila una mayor o menor cantidad de filas de datos de imagen.

Se apreciará que, aunque el control de la fuente de radiación 10 es electrónico y puede ser modificado muy rápido, el control de la posición de los colimadores requiere la operación de los accionadores 20 y, por lo tanto, ocurrirá sobre escalas de tiempo más largas. De esta forma, aunque la fuente puede ser controlada en respuesta a cada conjunto de datos de imagen lineal consecutivo, puede ser necesario, si la velocidad de muestra es alta, que la posición del colimador sea actualizada solamente después de haber recopilado cada dos o más conjuntos de datos lineales.

Las figuras 3a y 3b muestran la manera en que operará un sistema de generación de imágenes de radiación con la arquitectura descrita en la figura 1 cuando se genera la imagen de un objeto 30 de composición variable. La figura 3b muestra la manera en que el ancho W del colimador es modificado con el paso del tiempo t, con base en la composición del objeto 30 bajo inspección, y crea la imagen que se muestra en la figura 3a. Cuando no hay nada de interés en el haz, el colimador es reducido a un ancho pequeño. Una vez que el objeto 30 comienza a aparecer en la imagen, los colimadores son ensanchados lo suficiente para lograr una calidad de imagen razonable. El ancho del colimador secundario es modificado continuamente, siendo más angosto en regiones de baja atenuación y más ancho en regiones de alta atenuación donde se requiere una dosis incrementada para mantener una calidad de imagen satisfactoria.

Haciendo referencia a la figura 4, en una modalidad adicional de la invención se proporciona un colimador primario fijo 42A y una sola parte del colimador secundario 42B está montada giratoriamente de manera que puede rotar alrededor de una esquina inferior 44 bajo el control de un mecanismo de accionador conveniente 46, tal como un arreglo de tornillo de guia que actúa entre los cojinetes giratorios. El diseño reconoce que la parte superior de un articulo, tal como un vehículo, típicamente está cargada de forma menos pesada que la parte base de un objeto. Por lo tanto, siempre se proporciona una alta dosis a la parte base pesadamente cargada del objeto con una dosis inferior que es proporcionada a la parte superior del objeto.

Como una extensión al diseño simplificado que se muestra en la figura 4, la figura 5 muestra una modalidad con una parte de colimador secundaria 52B que es activada independientemente en la parte superior e inferior por accionadores respectivos 56. Esto proporciona el mismo efecto en el colimador secundario que se muestra en la figura 2, pero solamente con la mitad de la complejidad.

En ocasiones, es prudente proporcionar una velocidad de dosis graduada de máximo a cero y todos los niveles intermedios. Para lograr esto, una alternativa al uso de un colimador secundario de bloqueo con sección transversal rectangular, tal como aquella de la figura 2 que se muestra en la figura 6a, es utilizar un colimador secundario parcialmente transparente 62B, como se muestra en la figura 6b. Aqui se muestra un colimador secundario en forma de cuña 62B, ahusado' de manera que se vuelve más angosto hacia su borde de corte que define el borde del haz, mismo que se puede deslizar a través de la abertura del colimador primario 62A a fin de proporcionar una variación gradual en la velocidad de la dosis en todas las partes de la imagen. En un sistema de generación de imágenes basado en rayos gamma o rayos X, este colimador convenientemente puede ser hecho en un material de atenuación relativamente baja, tal como aluminio, o un material de más atenuación, tal como cobre o acero. En esta modalidad, el colimador secundario 62B proporciona el beneficio adicional de modular el espectro de energía efectivo del haz de radiación. Mientras más elevada es la energía efectiva del espectro de radiación, mayor penetración del haz cuando se compara con un haz de energía efectiva inferior para una dosis equivalente. Mientras mayor es el grosor del colimador a través del cual pasa el haz, más alta es la energía media del haz que ha pasado a través de éste .

Haciendo referencia a la figura 7, en un refinamiento de esta modalidad, un colimador secundario 72B de sección rectangular está montado giratoriamente de manera que éste puede ser rotado alrededor de un eje vertical dentro del haz alrededor de una esquina 74 por un accionador 70. Esto proporciona un grosor de colimador de filtración ampliamente variab'le que puede ser utilizado para buen efecto en la optimización de un sistema de generación de imágenes. Este movimiento activado de rotación se puede combinar con un segundo movimiento activado de traslación, proporcionado, por ejemplo, por un montaje de deslizamiento similar a aquél de la figura 2 y accionadores lineales separados, para proporcionar filtración variable a lo largo de la longitud de la sección del colimador.

Haciendo referencia a la figura 8, un colimador más complejo de acuerdo con una modalidad adicional comprende múltiples secciones de colimador independientemente activadas 82B que forman un lado del colimador secundario, el cual puede proporcionar un nivel mejorado de control y reducción de dosis utilizando colimadores de sección rectangular y sección de cuña. Aquí se muestran cinco secciones de colimador 82B, pero por supuesto se pueden utilizar otros números para proporcionar mayor o menor variabilidad. Haciendo referencia a la figura 8a, las secciones de colimador 82b pueden ser rectangulares en sección transversal, o, como se muestra en la figura 8b, éstas pueden ser ahusadas en una manera similar a aquellas de la figura 6b. Generalmente, las secciones de colimador superiores 82U restringirán la dosis considerablemente mientras que las secciones de colimador media e inferior 82M, 82L restringirán la dosis menos. Sin 'embargo, las secciones de colimador independientemente controlables significan que el perfil de la dosis de radiación puede ser modificado a cualquier forma requerida sobre la altura del haz de ventilador. Las configuraciones del colimador real son controlables por el procesador de decisión con base en la retroalimentación inmediata de los datos de imagen en si mismos tal como se describió anteriormente. Como se muestra en la figura 9, el ancho, W, de las secciones de colimador superior, U, media, M, e inferior, L, es continuamente variable con base en las propiedades del objeto bajo inspección conforme a lo determinado a partir del análisis de los datos de imagen por el procesador de decisión.

Como un aspecto adicional de esta modalidad, al igual que con las otras modalidades, las propiedades de la fuente de rayos X también pueden ser cambiadas en una forma dinámica con base en las propiedades del objeto conforme a lo registrado en cada ubicación y conforme a lo determinado por el procesador de decisión. La figura 10 muestra la manera en que la energía, E, la velocidad de dosis instantánea, D, y la velocidad de impulso, R, (donde aplique) de la fuente de radiación pueden ser modificadas en respuesta a un objeto de composición variable y, por lo tanto, atenuación variable. Al igual que con el ancho del colimador, estos parámetros pueden ser modificados en respuesta a cambios en la atenuación total (o intensidad) , o cambios en la variación de la intensidad dentro de un conjunto de datos de imagen lineal.

La energía de la fuente de rayos X puede ser modificada en muchas formas. Por ejemplo, la energía de un tubo de rayos X es modificada mediante el ajuste del voltaje de aceleración del tubo de rayos X. Para un sistema de acelerador lineal, hay varias formas de cambiar la energía del haz incluyendo la modificación de la energía RF que es entregada por impulso (lo cual afecta la cantidad de aceleración que experimentarán los electrones individuales) , modificando la corriente del haz entre impulsos (lo cual afecta la carga del haz RF y por lo tanto la energía de aceleración) · y modificando el voltaje de la pistola de electrones (y por lo tanto, la energía media de los electrones a medida que éstos entran a las primeras etapas de la estructura del acelerador) . Se apreciará que estos métodos modificarán la energía media (o frecuencia) de la radiación, y en algunos casos también o alternativamente pueden modificar el espectro de energía de la radiación.

La velocidad de la dosis de la fuente de rayos X también se puede modificar en muchas formas. Por ejemplo, en un tubo de rayos X, la corriente del filamento puede ser modificada lo cual afecta la temperatura del filamento y también la producción de los electrones, mismos que están disponibles para contribuir a la producción de rayos X. En un sistema de acelerador lineal, se pueden utilizar diversos enfoques para controlar la velocidad de la dosis incluyendo la variación de la corriente de inyección de la pistola de electrones y la variación del ancho de impulso del haz de electrones .

En un sistema basado en acelerador lineal, la velocidad de impulso puede ser modificada sobre configuraciones bastante amplias simplemente alterando la velocidad a la cual se energiza el magnetrón, y por lo tanto, la velocidad a la cual se propaga la energía RF dentro de la guía de onda. La velocidad del impulso de la pistola de electrones debe ser ajustada por consiguiente.

Haciendo referencia a la figura 11, en una modalidad adicional de esta invención, en lugar de modificar la posición de los colimadores para variar la intensidad del haz, la posición del punto de fuente de radiación 110 es modificada con respecto a los colimadores primarios fijos 112A de manera que una cantidad mayor o menor de la radiación generada se puede propagar a través del colimador a los sensores de generación de imagen. No se requieren colimadores secundarios en esta modalidad, aunque se pueden proporcionar colimadores fijos. Como un ejemplo, en una modalidad se coloca un imán de manera que un campo magnético paralelo 113 es creado en la dirección vertical de forma que el haz de electrones enfocado 114 en un tubo de rayos X o sistema de acelerador lineal es desviado en el plano horizontal lejos de su trayectoria normal. Si los colimadores primarios 112A están colocados de manera que el haz de electrones de la fuente de rayos X 114, en la ausencia de un imán, se enciende a un punto 110 sobre el objetivo 116 el cual está centrado sobre la abertura del colimador primario 112A, entonces a medida que el campo magnético es incrementado, la mácula focal se saldrá de la linea central del colimador 112A a un punto donde cada vez menos radiación 118 de la fuente puede pasar a través del colimador 112A y la velocidad de la dosis instantánea efectiva cae. En la modalidad de la figura 11, el objetivo se muestra como estando a 45° al haz de electrones, y los rayos X como siendo emitidos a 90° al haz de electrones. Sin embargo, en muchos sistemas de rayos X de alta energía, la superficie del objetivo es perpendicular al haz de electrones y los rayos X son emitidos paralelos a, y en la misma dirección que el haz de electrones en un arreglo "directo". Se apreciará que el haz de electrones en dicho sistema puede ser controlado en la misma manera que en el sistema de la figura 11 para controlar el haz de rayos X.

Haciendo referencia a las figuras lia, 11b, 11c y lid, en una configuración alternativa, un imán 113a está colocado con un campo magnético de cuatro polos a lo largo del eje de la trayectoria del haz de electrones 114a, de manera que la modificación del campo magnético puede variar el grado de enfoque del haz de electrones. En un campo magnético óptimo, el haz de electrones 114a se enfocará en el objetivo 116a a un diámetro que coincide con el ancho de la ranura del colimador primario 117a, como se muestra en las figuras lia y 11b. El objetivo en esta modalidad es en la configuración recta. A medida que el campo magnético es modificado lejos del punto óptimo, la mácula focal se saldrá de foco creando un haz de rayos X de menor intensidad, más ancho, y parte de la radiación focal directa será atenuada por los colimadores primarios 117a, tal como se muestra en las figuras 11c y lid. Para mantener la resolución espacial en el sistema de generación de imágenes, se puede colocar un colimador separado 119a definiendo una ranura que se extiende en una dirección perpendicular a aquella del colimador primario 117a- y cerca de la mácula focal de rayos X 110a. Esto asegura que el tamaño del haz de rayos X colimado no aumente a medida que el haz de electrones se sale de foco, reduciendo asi al mínimo el ensanchamiento focal aparente.

En una modalidad alternativa, tanto la posición de la mácula focal como el tamaño de la mácula focal se pueden modular simultáneamente para proporcionar un amplio grado 'de control de la velocidad de dosis efectiva en la entrada del sistema de generación de imagen.

Haciendo referencia a la figura 12, en una modalidad adicional, la intensidad y energía del haz de rayos X es modulada bloqueando una proporción variable de los electrones del haz de electrones en la fuente de rayos X. En esta modalidad, un conjunto de cuatro dipolos magnéticos 123a, 123b, 123c, 123d donde el primero y cuarto tienen una polaridad de campo y el segundo y tercero tienen la polaridad opuesta de manera que primero doblan los electrones 124 lejos de su trayectoria inicial y después en una trayectoria de compensación paralela a la primera, después de regreso hacia la trayectoria original y después de regreso a la trayectoria inicial. Dicho dispositivo por lo regular se denomina una chicana. Observar que el haz de electrones 124 no necesariamente tiene que salir en la misma dirección en la que entró, y una dirección diferente puede ser producida agregando un campo fijo constante. Sin embargo, es importante que el eje del haz final sea independiente de los cambios en la fuerza del campo magnético de la chicana. Se pueden utilizar raspadores 125 en la parte compensada, desviada de la trayectoria para remover los electrones del haz 124, cambiando asi la intensidad. La fuerza del campo magnético de la chicana 123 determina qué tanto se aparta el haz dé la trayectoria nominal, y después cuántos electrones son raspados. El cambio de la fuerza del campo magnético 123 entonces modula la intensidad del haz de electrones 124, y por lo tanto también del haz de rayos X 128 que genera al golpear el objetivo 126.

Una desventaja de dicho dispositivo es que probablemente ocupe un espacio significativo. Sin embargo, si la trayectoria del haz general no es recta, ésta permite montar el acelerador a un ángulo. Una desventaja es que la chicana se puede utilizar para hacer que el haz de electrones sea más uniforme en forma y energía: ésta funciona como (conjunto de) imanes de análisis debido a que el radio de giro, y por lo tanto el ángulo de giro, de los electrones en el campo magnético es proporcional a su energía. Esto significa que con el posicionamiento apropiado del raspador, por ejemplo entre el segundo y tercer campos magnéticos 123b, 123c, donde el haz de electrones ha sido dispersado sobre la base de la energía de electrones, los electrones de energía superior o inferior pueden ser removidos del haz. Por lo tanto, se puede utilizar este método para determinar de forma más precisa la energía de haz real. Observar que el ajuste del campo magnético permitirá que los electrones de una energía ligeramente diferente pasen el raspador. Tomando en cuenta los ajustes del campo magnético muy pequeños aquí analizados, y asumiendo un haz de electrones relativamente mono-energético para comenzar, este no es un efecto grande.

Intentar hacer esto con una máquina de energía dual es más complicado, debido a que los campos deseados para las dos energías son diferentes. Sin embargo, "imanes de refuerzo" pueden cambiar los campos de forma muy precisa en tiempos muy cortos.

La figura 13 muestra la cadena de procesamiento de señales que es requerida para controlar de forma independiente la colimación del sistema, la fuente de radiación y la imagen desplegada. Esto se describirá como parte del sistema de las figuras 1 y 2 pero seria similar para otras modalidades descritas. La cadena de procesamiento de señal tiene en su centro el procesador de decisión 22 cuya tarea es extraer datos de la señal de generación de imágenes para optimizar dinámicamente la fuente de radiación 10 y las configuraciones del colimador secundario 12B y para procesar la imagen para despliegue óptimo sobre la pantalla 24. El procesamiento de imágenes 22a se muestra como un bloque funcional separado, pero puede ser ejecutado por el mismo procesador que la función de procesamiento de decisión, o uno diferente .

La arquitectura del procesador de decisión de esta modalidad se muestra en la figura 14 y utiliza un criterio de optimización basado en reglas. Este comprende elementos de procesamiento de bajo nivel 140, elementos de procesamiento de nivel superior 142 acomodados para recibir las salidas de los elementos de bajo nivel 140, y un árbitro final acomodado para recibir las salidas de los elementos de procesamiento de nivel superior y emitir las señales de impulso final a los accionadores del colimador y la fuente de radiación. Aquí, datos de entrada, los cuales son en la forma de un conjunto o fila de valores de intensidad que constituyen los datos de imagen de los detectores 14, son pasados a los elementos de procesamiento de señal de bajo nivel 140 que extraen ciertos parámetros específicos de la columna que recién llega de los datos de imagen. El procesador de decisión 22 entonces queda acomodado para controlar la fuente de rayos X sobre la base de estos parámetros, sujeto al procesamiento de los procesadores de nivel superior 142. Parámetros útiles incluyen la intensidad de señal mínima o el nivel de gris en el conjunto de datos (si es demasiado baja, entonces el procesador 22 queda acomodado para incrementar la señal neta en el arreglo del detector 14 abriendo el colimador secundario 12A o incrementado la velocidad de la dosis fuente y/o la velocidad del impulso) , el porcentaje de los datos que yace por debajo de un umbral programable (en caso que el porcentaje alcance un umbral predeterminado, entonces el procesador es acomodado para incrementar la velocidad de la dosis, el ancho del colimador y/o la energía del haz), el porcentaje de los datos que yace por encima de un umbral programable (en caso que este porcentaje alcance un umbral predeterminado, el procesador queda acomodado para disminuir el ancho del colimador, reducir la velocidad de la dosis y/o la energía del haz) y la cantidad de variación en la señal (mientras más variación en la señal de columna a columna, y/o dentro de cada columna, más compleja es la imagen y, por lo tanto, el procesador es más acomodado para incrementar el ancho del colimador, la velocidad de la dosis y/o la energía del haz para mejorar la calidad de la imagen registrada) .

Las salidas de los bloques de parámetros de bajo nivel 140 entonces son ingresadas a los bloques de procesador de nivel superior 142 que se enfocan en la optimización independiente de las variables principales del sistema (colimadores, configuraciones de la fuente de radiación y métodos de procesamiento de imágenes) . Las recomendaciones emitidas por estos bloques de alto nivel 142 entonces son ingresadas al procesador de arbitraje final 144 que determina las configuraciones finales para la fuente de radiación, colimadores de radiación y métodos de procesamiento de imágenes. Esta etapa final es necesaria debido a que, en caso de ser asumida por sí misma, el efecto neto de cada sub-sistema podría tener como resultado una sobre optimización del sistema.

En un aspecto adicional de esta invención, el procesamiento de imagen aplicado a la imagen desplegada es seleccionado para producir, en un caso, la apariencia visual más placentera de la imagen y, en otro caso, la forma más útil de la imagen para análisis de detección de amenazas. Los dos casos pueden no producir la misma imagen: un algoritmo de detección de amenaza puede tener diferentes requerimientos de imagen que aquellos que presentan visualmente los resultados al operador.

En primer lugar, el procesador de imágenes está acomodado para calibrar cada elemento de datos, es decir, cada valor de intensidad de detector, individualmente para reflejar la dosis real entregada en ese punto en la imagen y para compensar los cambios controlados en la energía del haz de radiación a través de la imagen. Un mecanismo conveniente para calibrar la imagen es aplicar la ganancia no lineal y la compensación de desviación utilizando la curva de calibración no lineal derivada de la calidad de haz equivalente (o energía) para cada fuente y filtración de haz equivalente. Resulta benéfico parametrizar estas curvas como una función en primer lugar de la calidad del haz de radiación efectiva y en segundo lugar sobre el grosor del colimador efectivo para lograr un factor de calibración de la forma: donde Ic = intensidad de píxel corregida, Im = intensidad de píxel medida, F20 = factor de corrección de segundo orden con base en la configuración de Energía y Colimador (ancho y/o grosor), i ( ) = factor de corrección de primer orden con base en la configuración de Energía y Colimador e I0 = factor de corrección de compensación. Se pueden aplicar correcciones de orden superior según se requiera. Dicho enfoque normaliza las intensidades en la imagen y proporciona una imagen mucho más suave (menos rayada) , particularmente en regiones de alta atenuación .

En segundo lugar, resulta benéfico corregir los efectos de dispersión que ocurren alrededor de los objetos densos donde un efecto de "halo" puede ser observado a causa del exceso de dispersión en elementos de detección vecinos que surgen de la dispersión en los bordes del objeto denso.

En tercer lugar, el color de la imagen puede ser aplicado a aquellas regiones de atenuación particularmente alta, donde la optimización de la imagen al nivel requerido pudiera no haber sido posible dadas las restricciones físicas de la fuente de radiación y los sistemas de colimación. Por ejemplo, en regiones de alta atenuación, puede no ser posible obtener la suficiente penetración a través del objeto para hacer que el detector responda dentro de su región lineal de bajo ruido. Dichas regiones pueden ser coloreadas con un color particular, el color refleja la severidad del error de optimización.

En cuarto lugar, una representación gráfica del resultado de optimización se puede desplegar en la pantalla de inspección adyacente a la imagen de rayos X, por ejemplo, como se muestra en la figura 15. Aquí, la imagen de radiación 150 es desplegada sobre la parte superior de la pantalla 152 y la velocidad de dosis efectiva es desplegada como un gráfico 154 en el fondo de la pantalla. Alternativamente, el resultado de optimización puede ser desplegado utilizando bloques de color que rellenen la banda en el fondo de la pantalla de inspección - un espectro de alambre con corriente mostrarla las regiones de baja dosis en rojo oscuro con las regiones de dosis más elevada en blanco y regiones de dosis intermedia en un anaranjado claro, por ejemplo.

En quinto lugar, especialmente para análisis de detección de amenazas, en regiones de alta atenuación, se pueden combinar múltiples pixeles en pixeles más grandes, a fin de extraer mediciones de penetración estadísticamente significativas. Estos pixeles más grandes pueden o no ser presentados visualmente al operador.

El escaneo de energía dual es un método utilizado para distinguir los materiales con números atómicos (Z) en diferentes rangos: por ejemplo, materiales orgánicos de acero-cobre, y estos de muy altos Z, tal como uranio y plutonio. Un sistema de energía dual, de acuerdo con una modalidad de la invención, incluye un generador de radiación acomodado para generar dos haces de radiación uno de energía superior al otro. El ruido en la imagen, y por lo tanto la penetración, es dominado por la transmisión inferior del haz de baja energía. Al incrementar la salida de la fuente de rayos X de ambas energías, en la mayoría de los casos, se incrementará la penetración, pero también se incrementará la dosis al cargamento y las inmediaciones. Sin embargo, el procesador de decisión en dicha modalidad está acomodado para controlar la salida del haz de baja energía de manera que el incremento al punto en que la contribución del ruido de los haces de baja y alta energía es aproximadamente el mismo. Esto puede reducir al mínimo la exposición de la dosis. La relación de las salidas de haz de baja y alta energía es determinada por la determinación de que se logran los niveles de ruido en la imagen transmitida y el ajuste de uno o ambos de los haces que de manera correspondiente emplean uno o más de los métodos antes descritos hasta los niveles de ruido deseados .

Algunas modalidades de la invención están acomodadas para escaneo de cargamentos marítimos, lo cual requiere la inspección solo de contenedores marítimos. Sin embargo, los puntos de revisión tal como los cruces terrestres requieren la inspección, además del tráiler, de la cabina que está ocupada por el conductor y posiblemente pasajeros. Para evitar la exposición a la radiación de los ocupantes, algunas veces la cabina no es inspeccionada, obviamente dejando un espacio en el proceso de inspección. Otros métodos incluyen hacer que los ocupantes salgan del vehículo y empleando una configuración de pasarela o utilizando un arreglo de arrastre para inspeccionar todo el camión. Otro método existente emplea un haz de baja energía para inspeccionar la cabina incluyendo sus ocupantes.

En algunas modalidades de esta invención se emplea uno o más de los enfoques antes descritos para reducir la dosis a los ocupantes. El perfil de dosis puede ser sintonizado en fino para entregar una dosis superior al motor y una dosis mucho menor en el área donde están el conductor y los pasajeros, y una dosis en aumento a medida que el plano del haz se aleja de los ocupantes. El perfil de dosis es optimizado para máxima penetración mientras se mantiene una exposición de la dosis, debido a la exposición directa y a la dispersión del haz, a los pasajeros que cumple con los límites reguladores.

El cargamento típicamente es cargado con carga más pesada colocada en el fondo. Muchos cargamentos, en particular cargas pesadas, no son empacados a la altura del contenedor o tráiler. Además, la salida de rayos X requerida para penetrar el lecho plano o fondo de los contenedores del cargamento se sabe que está dentro de cierto rango específico. En estos y otros casos, los colimadores que dependen de la altura son ajustados para entregar una dosis suficiente para penetrar estas regiones. Por ejemplo, los colimadores podrían ser ajustados para proporcionar una dosis muy baja a la parte superior del contenedor donde no hay cargamento .

Se apreciará que la invención también se puede utilizar con sistemas que utilizan fuentes de rayos X de Onda Continua (CW) (es decir, fuentes que producen rayos X continuamente, en oposición a fuentes por impulsos) , betatrones, etc. y a otros tipos de fuentes de radiación tal como las fuentes radio-isotópicas y los generadores de neutrones.

Haciendo referencia a las figuras 16 y 17, un escáner CT médico, de acuerdo con una modalidad adicional de la invención, comprende una pasarela rotatoria 170 que soporta una fuente de rayos X 171 y arreglo de detector 172. La pasarela 170 puede ser rotada alrededor de un eje Z para recopilar datos para una rebanada de imagen bidimensional de un volumen reflejado en imagen 174. Un soporte 176 está acomodado para soportar a un paciente, y para mover al paciente a lo largo de la dirección axial a través del volumen de escaneo 174 en escalones. En cada escalón, la pasarela es rotada y se recopila un conjunto de datos de imagen 2D adicional. La fuente de rayos X 171 es controlada por una unidad de procesador 178 que está acomodada para analizar cada conjunto de datos 2D y generar una señal de salida que es enviada a la fuente 171 para variar la salida de la fuente 171 para el siguiente escalón en caso que los datos en un conjunto de datos de imagen 2D (o un grupo de conjuntos de datos) no cumplan con una condición requerida. En este caso, la condición puede ser la ausencia de artefactos en la imagen. Tal como bien se sabe, si el nivel de radiación en el arreglo del detector 172 es demasiado bajo, entonces se presentarán artefactos en la imagen generada a partir de los datos del detector. Si se define una condición adicional, tal como una intensidad de imagen total máxima, la cual en caso de ser excedida ocasiona que la unidad del procesador 178 reduzca la salida de radiación, este sistema puede operar para escanear a todo un paciente mientras' se mantiene la radiación a aproximadamente el nivel mínimo requerido para obtener una imagen libre de artefactos. Esto tiene muchos beneficios incluyendo la reducción al mínimo de la dosis al paciente, y la reducción al mínimo de la cantidad de protección requerida alrededor del escáner.

Claims (16)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. - Un sistema de escáner que comprende un generador de radiación acomodado para generar radiación a fin de irradiar un objeto, medios de detección acomodados para detectar la radiación después que éste ha interactuado con el objeto y generar una secuencia de conjuntos de datos de detector a medida que el objeto es movido con relación al generador y medios de procesamiento acomodados para procesar cada uno de los conjuntos de datos del detector para asi generar una salida de control acomodada para controlar el generador de radiación para variar su salida de radiación a medida que el objeto es escaneado.

2. - El sistema de escáner de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de procesamiento están acomodados para definir un parámetro de los datos del detector, para determinar un valor del parámetro para cada conjunto de datos, y para generar una salida de control acomodada para variar la salida de radiación en caso que el valor del parámetro no cumpla con una condición predeterminada.

3. - El escáner de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los medios de detección comprenden una pluralidad de detectores y los datos de detector comprenden un conjunto de valores de intensidad indicativos de la intensidad de la radiación en cada uno de los detectores.

4. - El escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la salida de control está acomodada para controlar la energía de la radiación .

5. - El escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la salida de control está acomodada para controlar una dimensión del haz de radiación.

6. - El escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador de radiación está acomodado para generar la radiación en impulsos y la salida de control está acomodada para controlar al menos uno de la duración y la frecuencia de los impulsos.

7. - El escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador de radiación comprende un colimador ajustable y la entrada de control está acomodada para ajustar el colimador en respuesta a la entrada de control.

8. - El sistema de escáner de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el colimador tiene un grosor variable de manera que el ajuste del colimador puede ajustar la energía del haz de radiación.

9. - El sistema de escáner de conformidad con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el colimador comprende una pluralidad de elementos de colimador, cada uno de los cuales puede ser ajustado independientemente para variar diferentes partes respectivas del haz de radiación.

10. - El sistema de escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador de radiación comprende un colimador y la entrada de control está acomodada para generar la radiación como un haz y para variar la posición del haz en respuesta a la entrada de control para así variar la proporción del haz que está bloqueado por el colimador.

11. - El sistema de escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador de radiación comprende una fuente de electrones acomodados para dirigir un haz de electrones hacia un objetivo, y está acomodado para ajustar el haz de electrones en respuesta a la entrada de control.

12. - El sistema de escáner de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el generador de radiación incluye un raspador acomodado para bloquear una proporción variable de los electrones en el haz.

13. - El sistema de escáner de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el generador de radiación está acomodado para generar un campo magnético y para dirigir el haz de electrones a través del campo magnético de manera que éste gira, y en donde el campo magnético es variable para modificar la proporción de los electrones que están bloqueados.

14. - El sistema de escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque el generador de radiación está acomodado para generar un campo magnético variable y para modificar el campo magnético a fin de modificar el enfoque del haz de electrones .

15. - El sistema de escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicáciones anteriores, caracterizado porque los medios de procesamiento están acomodados para ajustar los datos del detector para compensar al menos parcialmente la variación controlada de la salida de radiación .

16. - El sistema de escáner de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador de radiación y los medios de detección son soportados sobre una pasarela giratoria que está acomodada para rotar a medida que se recopila cada conjunto de datos.