PL70150Y1 - Ręczne urządzenie obrazujące z wykorzystaniem wstecznie rozproszonego promieniowania rentgenowskiego - Google Patents

Description

Opis wzoru W przedmiotowym zgłoszeniu zastrzega się pierwszeństwo z tymczasowego zgłoszenia patentowego nr US 61/591 360, złożonego 27 stycznia 2012 r., a także z tymczasowych zgłoszeń patentowych o numerach US 61/598 521 oraz US 61/598 576, oba złożono 14 lutego 2012 r., jak również tymczasowego zgłoszenia patentowego US 61/607 066, złożonego 6 marca 2012 r., przy czym wszystkie te dokumenty zostają powołane w niniejszym dokumencie .

Przedmiotowy wzór użytkowy dotyczy aparatów obrazujących promieniowaniem rentgenowskim, a bardziej szczegółowo, dotyczy aparatów obrazujących promieniowaniem rentgenowskim, stosujących detekcję przynajmniej rozproszonych promieni rentgenowskich.

Techniki wstecznie rozproszonego promieniowania rentgenowskiego były wykorzystywane od ponad 25 lat w celu wykrywania obiektów usytuowanych z tyłu za ukrywającą je barierą, bez konieczności wymogu umieszczania detektora promieniowania rentgenowskiego daleko od obrazowanego obiektu (względem źródła promieniowania rentgenowskiego). Okazało się to być bardzo korzystne dla określonych zastosowań obrazowania, takich jak badanie jednostronne (czyli z detektorem oraz źródłem po tej samej stronie obiektu) pojazdów, kontenerów transportowych, walizek, a także nawet ludzi.

Jednakże aż do dzisiaj, urządzenia te były zwykle dość duże i ciężkie ze względu na rozmiar i ciężar źródeł promieniowania rentgenowskiego, ze względu na mechanizm wytwarzający wiązkę, który jest niezbędny do wytworzenia wiązki punktowego urządzenia skanującego, a także detektory wykrywające wstecznie rozproszone promieniowanie rentgenowskie.

Wykorzystujące rozproszenie wsteczne urządzenie do wykrywania struktury ukrytej za ścianą było sugerowane w publikacji japońskiej nr 10-185842 (dalej w tym dokumencie określanej jako „dokument Toshiba '842”), dokonanej 12 grudnia 1996 r., a także powołanej w niniejszym dokumencie. Aparat opisany w dokumencie Toshiba '842 może zapewniać nie więcej niż chwilowy obraz obszaru w zakresie skanowania, w danej chwili, źródła trzymanego przez operatora.

Niedawny rozwój kompaktowych, lekkich źródeł promieniowania rentgenowskiego, działających z umiarkowaną mocą (w zakresie wynoszącym typowo pomiędzy 1-20 W) przy relatywnie wysokiej energii promieniowania rentgenowskiego (50-120 keV), z niewielkimi i wysoce sprawnymi silnikami elektrycznymi do napędzania obrotowego, tworzącego wiązkę kołowego przerywacza, umożliwił zaprojektowanie i opracowanie lekkich i zwartych ręcznych układów obrazowania z wykorzystaniem rozproszenia wstecznego.

Dodatkowo, znane ze stanu techniki układy ze wstecznie rozproszonym promieniowaniem rentgenowskim, w których wykorzystuje się lampy rentgenowskie, takie jak opisane na przykład w patencie US 5 763 886 (na rzecz Schulte), zawsze zapewniały środki do przemieszczania albo obiektu albo układu obrazującego ruchem względnym w stosunku do siebie, wzdłuż kierunku „skanowania”, co oznacza typowo w kierunku prostopadłym względem płaszczyzny zawierającej rastrową skanującą wiązkę promieniowania rentgenowskiego, generowaną przez kołowy przerywacz. Na przykład, celem zbadania obiektu mającego pionową powierzchnię (takiego na przykład jak ściana lub sztuka bagażu), skanuje się wiązką promieniowania rentgenowskiego typowo w płaszczyźnie pionowej, z poddawanym badaniu obiektem przemieszczanym w kierunku poziomym. Jest to typowe dla układów, które skanują bagaż, gdy torba przemieszcza się w kierunku poziomym na taśmie przenośnikowej, lub też dla układów, które skanują pojazdy, gdzie pojazd przejeżdża obok (lub przez) układu, lub też alternatywnie układ jest przemieszczany w kierunku poziomym obok nieruchomego pojazdu. W przypadku skanerów osobistych, w których wykorzystuje się wstecznie rozproszone promieniowanie rentgenowskie, wiązka typowo skanuje w płaszczyźnie poziomej, z zespołem źródła przemieszczanym obok nieruchomej osoby w kierunku pionowym. W każdym z przypadków, aby utworzyć dwuwymiarowy obraz rozproszenia wstecznego, musi występować względne przemieszczanie układu oraz obiektu skanowanego, a ten wymóg zwykle przyczynia się do znaczącego zwiększenia ciężaru, rozmiaru oraz złożoności układu obrazującego.

Znany jest również z dokumentu WO0037928 aparat obrazujący, zawierający obudowę, źródło promieniowania przenikliwego, zawarte całkowicie wewnątrz obudowy, do generowania promieniowania przenikliwego, modulator przestrzenny, do formowania promieniowania przenikliwego w wiązkę, do naświetlania obiektu oraz do odchylania wiązki oraz pierwszy detektor, zamknięty w obudowie, do generowania pierwszego sygnału w oparciu o promieniowanie przenikliwe rozpraszane przez zawartość badanego obiektu. Jednakże aparat ten nie zapewnia wystarczająco dokładnego obrazowania wad i skaz badanego obiektu.

Istota wzoru użytkowego polega na tym, że aparat obrazujący, zawierający a. obudowę mającą zasadniczo płaską ścianę przednią, dwie ściany boczne, ścianę dolną oraz ścianę górną; b. źródło promieniowania przenikliwego, zawarte całkowicie wewnątrz obudowy, do generowania promieniowania przenikliwego; c. modulator przestrzenny, zamknięty w obudowie, znajdujący się między źródłem promieniowania a ściana przednią obudowy, do formowania promieniowania przenikliwego w wiązkę, do naświetlania obiektu oraz do odchylania wiązki; d. detektor, zamknięty w obudowie, do generowania sygnału w oparciu o promieniowanie przenikliwe rozpraszane przez zawartość badanego obiektu; e. procesor, zamknięty w obudowie, do odbierania sygnałów i generowania obrazu zawartości badanego obiektu w oparciu o odbierane sygnały, charakteryzuje się tym, że zawiera ponadto f. uchwyt, zawierający belkę wystającą ponad ścianę górną obudowy w kierunku równoległym do przedniej ściany obudowy i oddaloną od ściany górnej obudowy.

Korzystnie, aparat zawiera ponadto mechaniczny koder, zamknięty w obudowie, do detekcji ruchu powiązanego z poprzednim położeniem aparatu w stosunku do badanego obiektu.

Korzystnie, aparat zawiera ponadto przyspieszeniomierz, zamknięty w obudowie, do detekcji ruchu powiązanego z poprzednim położeniem aparatu w stosunku do badanego obiektu.

Korzystnie, aparat zawiera ponadto czujnik optyczny, zamknięty w obudowie, do detekcji ruchu powiązanego z poprzednim położeniem aparatu. Korzystnie, aparat zawiera ponadto zmniejszający tarcie element, umieszczony na przedniej ścianie obudowy, dostosowany do zapew niania kontaktu pomiędzy aparatem a badanym obiektem.

Korzystnie, zmniejszający tarcie element wybiera się z grupy obejmującej koła, kółka oraz wkładki niskocierne.

Korzystnie, aparat zawiera ponadto ekran rozproszenia wstecznego, sprzęgnięty z aparatem poprzez zamocowanie go do obudowy.

Korzystnym jest również to, że ekran rozproszenia wstecznego jest dostosowany do rozkładania się na zewnątrz od obudowy.

Korzystnym jest również to, że ekran rozproszenia wstecznego jest elastycznie dostosowany do tego, aby być zgodnym z powierzchnią badanego obiektu.

Zgodnie z różnymi odmianami przedmiotowego wzoru użytkowego, zapewniony zostaje aparat obrazujący. Ten aparat obrazujący ma obudowę oraz źródło promieniowania przenikliwego, zawarte całkowicie wewnątrz obudowy, do generowania promieniowania przenikliwego. Dodatkowo, ten aparat ma przestrzenny modulator do wytwarzania promieniowania przenikliwego w wiązce do naświetlania obiektu oraz do odchylania wiązki, detektor do generowania sygnału rozproszenia w oparciu o p ro-mieniowanie przenikliwe rozpraszane przez zawartość badanego obiektu, czujnik do wykrywania przemieszczania się aparatu względem wcześniejszego położenia aparatu względem badanego obiektu, a także procesor do odbierania sygnału rozproszenia oraz do generowania obrazu zawartości badanego obiektu w oparciu co przynajmniej sygnał rozproszenia.

Obudowa może być dostosowana do przytrzymywania jedną ręką przez operatora, a w niektórych przykładach wykonania, czujnik może być mechanicznym koderem, albo też przys pieszeniomie-rzem, albo też czujnikiem optycznym, w ramach przywołania trzech przykładów. Procesor może być dostosowany do modulowania natężenia promieniowania przenikliwego w oparciu o wykrywane przemieszczanie się aparatu. W innych odmianach przedmiotoweg o wzoru użytkowego, wykorzystujący wsteczne rozproszenie aparat obrazujący może również mieć element zmniejszający tarcie, dostosowany do zapewniania kontaktu pomiędzy aparatem a badanym obiektem. Ten zmniejszający tarcie element może zawierać koła, rolki oraz wkładki niskocierne. W jeszcze innych odmianach, może występować jeden, dwa lub większa ilość uchwytów, sprzęgniętych z obudową. Może występować blokada do dezaktywowania źródła promieniowania przenikliwego, jeżeli żaden obiekt nie jest wykrywany w określonej bliskości aparatu. W alternatywnych odmianach wzoru użytkowego, z aparatem sprzęgnięty jest również detektor przenikania. Zastosować można także ekran rozproszenia wstecznego, który jest dostosowany do rozkładania na zewnątrz od obudowy, gdzie ekran rozproszenia wstecznego może być również elastycznie przystosowany do dostosowywania się do powierzchni badanego obiektu.

Uprzednio wymienione cechy tego wzoru użytkowego staną się bardziej zrozumiałe przez odwołania się do dalszego szczegółowego opisu, opracowanego w odniesieniu do załączonych figur rysunku, na których:

Fig. 1 przedstawia widok w stanie rozłożonym ręcznego urządzenia wykorzystującego wstecznie rozproszone promieniowanie rentgenowskie, według przedmiotowego wzoru użytkowego.

Fig. 2 przedstawia schematycznie zastosowanie detektorów kolimacyjnych do ograniczenia wykrywania rozproszenia w pobliżu źródła promieniowania, zgodnie z przedmiotowym wzorem użytkowym.

Fig. 3 przedstawia ręczne urządzenie obrazujące, z nadającym się do odłączania jednokanałowym detektorem przenikania, według przedmiotowego wzoru użytkowego.

Fig. 4 przedstawia ręczne urządzenie obrazujące, z nadającym się do odłączania wielokanałowym detektorem przenikania, według przedmiotowego wzoru użytkowego.

Fig. 5A-5C przedstawiają obsługiwanie obiema rękami ręcznego urządzenia wykorzystującego wstecznie rozproszone promieniowanie rentgenowskie, według przedmiotowego wzoru użytkowego.

Stosowane w tym opisie oraz w załączonych zastrzeżeniach ochronnych określenie „obraz” odnosi się do dowolnej wielowymiarowej reprezentacji, czy to w postaci namacalnej, czy też postrzeganej inaczej lub innej, przy czym każdemu spośród pewnej liczby miejsc odpowiadających współrzędnym wymiarowym obiektu w przestrzeni fizycznej, jakkolwiek niekoniecznie mapowanych nań jeden do jednego, zostaje przyporządkowana wartość pewnej charakterystyki. A zatem, przykładowo, graficzne wyświetlenie rozkładu przestrzennego pewnej cechy, takiej jak liczba atomowa, w jednej lub większej ilości barw stanowi obraz. Jest nim również układ liczb w pamięci komputera lub ośrodku holograficznym. Podobnie, termin „obrazowanie” odnosi się do przedstawiania stwierdzonej charakterystyki fizycznej w ramach jednego lub większej ilości obrazów.

Rozkłady energii promieniowania przenikliwego mogą być oznaczane w tym dokumencie, ze względu na wygodę zapisu, poprzez wskazanie końcowej wyemitowanej energii (często określanej jako energia „w punkcie końcowym”). A zatem, na przykład lampa rentgenowska wysyłająca rentgenowskie promieniowanie hamowania, z powodu elektronów przyspieszanych przez potencjał 100 kV, będzie wysyłać promieniowanie rentgenowskie o energii mniejszej niż 100 keV, a widmo wysyłanego promieniowania może zostać scharakteryzowane w tym dokumencie jako „wiązka 100 keV”, natomiast obraz wykrywanego promieniowania rozpraszanego z tej wiązki może być określany w tym dokumencie jako „obraz rozproszenia 100 keV”.

Stosowane w tym opisie oraz w jakichkolwiek załączonych zastrzeżeniach ochronnych określenia „wysoka Z” oraz „niska Z” będą miały znaczenia względne w stosunku do siebie, czyli „wysoka Z” dotyczy materiału lub linii obrazu charakteryzującej efektywną liczbę atomową Z, która jest wyższa niż w przypadku materiału lub linii obrazu określanej w tym samym kontekście jako „niska Z”.

Teraz opisany zostanie ogólnie, w nawiązaniu do Fig. 1, aparat obrazujący 100 ze wstecznym rozproszeniem, według przedmiotowego wzoru użytkowego. Źródło 102 promieniowania przenikliwego, które może być na przykład lampą rentgenowską, jak zostało to przedstawione, lub też może być jakimkolwiek innym źródłem cząstek promieniowania przenikliwego (takich jak promienie gamma), wysyła promieniowanie przenikliwe, które jest formowane w wiązkę 106 za pomocą struktury tworzącej wiązkę (lub kolimacyjnej), wskazanej ogólnie za pomocą oznaczenia 108. Takie struktury tworzące wiązkę są dobrze znane w tej dziedzinie, i wszystkie takie struktury są także objęte zakresem przedmiotowego wzoru użytkowego.

Wiązka 106 jest chwilowo przerywana przez przerywacz kołowy 110, napędzany przez silnik 109, chociaż w praktyce w ramach zakresu przedmiotowego wzoru użytkowego mogą być stosowane dowolne inne środki do przerywania wiązki 106. Mechanizm wykorzystywany do kształtowania wiązki 106 oraz do chwilowego przerywania, a także skanowania przestrzennego, wiązki 106, może być określany w tym dokumencie jako modulator przestrzenny. Wiązka 106 uderza w powierzchnię 120 badanego obiektu 121 na zewnątrz aparatu 100. Promieniowanie przenikliwe 124 rozpraszane przez znajdującą się wewnątrz zawartość 118, albo zawartość znajdującą się za powierzchnią 120, jest wykrywane przez jeden lub większą liczbę detektorów 122 wstecznego rozproszenia, przy czym każdy z nich jest połączony z procesorem 130 do generowania obrazu rozproszenia wstecznego dla obiektu 121. W detektorach 122 można wykorzystywać przewód optyczny zmieniający długość fali, wykorzystujący scyntylacje, a tym samym można stosować cienko-profilowe detektory na zewnątrz od konfiguracji w złożeniu, w odniesieniu do obudowy 142. Obrazowany obiekt 121 może być wewnętrzną ścianą budynku, wyłożoną kamieniem, lub klatką lub skrzynką, natomiast oznaczenie liczbowe 120 wskazuje powierzchnię takiej ściany, klatki lub skrzynki.

Zgodnie z przedmiotowym wzorem użytkowym, aparat obrazujący 100 skanuje wiązką 106 promieniowania rentgenowskiego na pojedynczej liniowej ścieżce 125 (na przykład, wzdłuż linii w płaszczyźnie poziomej), z wykorzystaniem dobrze znanych technik skanowania, w oparciu o obracające się szczeliny względem ustalonej szpary itp. Należy rozumieć, że liniowa ścieżka skanowania może być łukowata lub w inny sposób krzywoliniowa, w ramach zakresu przedmiotowego wzoru użytkowego. Tymczasem, operator przemieszcza układ w kierunku „skanowania” 127, zasadniczo prostopadle względem tej płaszczyzny. (W przykładzie zilustrowanym na Fig. 1, kierunek skanowania jest kierunkiem pionowym). Oznacza to, że ten układ nie musi obejmować mechanizmów do zapewniania względnego przemieszczania się, co sprawia, że ten układ może być prostszy, lżejszy oraz znacznie bardziej zwarty. W celu zapewnienia stabilności, gdy ten układ jest wykorzystywany, w przedniej części urządzenia można wbudować jeden lub większą ilość zmniejszających tarcie elementów 123, co umożliwia popychanie układu do powierzchni 120 obiektu 121, który jest obrazowany. Zmniejszający tarcie element 123 może zawierać na przykład zestaw kół, rolek tocznych albo też wkładek niskociernych.

Nawiązując w dalszym ciągu do Fig. 1, miniaturowa lampa rentgenowska (o emisji w przybliżeniu 10 W, przy nakładanym potencjale anody wynoszącym w przybliżeniu 70 kV) może posłużyć za źródło 102 promieniowania przenikliwego. Jak zostało to przedstawione, kołowy przerywacz 110, napędzany silnikiem 109, wytwarza wiązkę 106 promieniowania rentgenowskiego punktowego urządzenia skanującego. W przedstawionym przykładzie wykonania zastosowana została obudowa 142 z dwoma uchwytami 140 oraz 141, dzięki czemu ułatwione zostaje obsługiwanie jedną ręką lub dwiema rękami urządzenia 100, zależnie od tego, co jest łatwiejsze dla operatora.

Zgodnie z korzystną postacią wzoru użytkowego, środek masy urządzenia obrazującego 100 jest tak skonfigurowany, że przednia powierzchnia 126 urządzenia pozostaje w pełnym kontakcie z powierzchnią 120 obiektu poddawanego skanowaniu, nawet jeżeli urządzenie jest przytrzymywane jedynie za górny uchwyt. Ogranicza to siły skrętne działające na ramię i nadgarstek operatora, zmniejsza zmęczenie oraz ułatwia użytkowanie urządzenia.

Jednym z ograniczeń związanych z tym, że polega się na operatorze w celu zapewnienia względnego przemieszczania w kierunku „skanowania”, jest zmienność prędkości skanowania oraz kierunku, które będą występowały ze względu na brak doświadczenia lub zmęczenie operatora, albo też ze względu na nierówności powierzchni. Zgodnie z jedną z postaci wzoru użytkowego, zmienność prędkości skanowania może zostać skompensowana poprzez zastosowanie jednego lub większej ilości czujników 145 lub koderów położenia, które umożliwiają wywnioskowanie aktualnego położenia względem wcześniejszego położenia w taki sposób, że współczynnik proporcji obrazu może być w sposób dynamiczny korygowany, kolejno dla każdej linii skanowania. Na przykład, jeżeli operator spowalnia względne przemieszczanie podczas części skanowania, koder lub czujnik informuje oprogramowanie wykonywane przez procesor 130, że to nastąpiło, a oprogramowanie obrazujące może następnie uśrednić kilka linii ze sobą w taki sposób, że nie pojawi się żadne zniekształcenie na obrazie wyświetlanym operatorowi. W związku z tym, jeżeli operator przyspiesza przemieszczanie podczas części skanowania, oprogramowanie może interpolować dodatkowe linie do obrazu w taki sposób, że nie zauważalne jest, podobnie, żadne odkształcenie obrazu. Dodatkowo, kodery mogą być wykorzystywane do korygowania zmienności kierunku skanowania, poprawiając obraz, na przykład jeżeli sąsiednie pasma obrazu są niecałkowicie równoległe względem siebie. Kodery lub czujniki położenia mogą zawierać, lecz nie stanowi to ograniczenia, optyczną lub mechaniczną mysz, kodery sprzęgnięte z kołami lub rolkami tocznymi, albo też przyspieszeniomierze, które monitorują zmiany prędkości skanowania.

Zgodnie z dodatkową postacią wzoru użytkowego, umożliwia się dynamiczne zmienianie prądu anody lampy rentgenowskiej 102, zależnie od chwilowej prędkości skanowania przez urządzenie. Na przykład, jeżeli prędkość skanowania zostaje zmniejszona o pewien czynnik lub dwa, prąd anody może być zmniejszany o pewien czynnik lub dwa. Oznacza to, że nawet jeżeli skanowanie wymagałoby dwukrotnie dłuższego czasu, całkowite promieniowanie przypadające na skan i działające na operatora oraz środowisko pozostaje takie samo, co zwiększa bezpieczeństwo urządzenia.

Zastosowanie czujników położenia lub przyspieszeniomierzy 145 umożliwia również „zszywanie” ze sobą obrazów z mających mniejsze pole powierzchni skanowania, celem utworzenia większego obrazu, o zasadniczo większym formacie. Na przykład, operator może najpierw skanować mający szerokość 12 cali pas pionowy ściany, a następnie przemieścić się do sąsiedniego pionowego pasa. Ze względu na to, że układ zna lokalizację (przynajmniej względem punktu początkowego, jakkolwiek niekoniecznie położenie absolutne) wiązki promieniowania rentgenowskiego w dowolnym zadanym czasie, obrazy odpowiadające każdemu pasowi mogą zostać połączone ze sobą przez komputer lub sterownik 130 układu, celem stworzenia jednego obrazu zawierającego kilka pasów. Algorytmy zszywania różnych obrazów są znane w tej dziedzinie, jak podano na przykład w dokumencie Szelinski „Image Alignment and Stitching: A Tutorial”, Technical Report MSR-TR-2004-92, Microsoft Corporation, w dokumencie Paragios (ed.) „Handbook of Mathematical Models in Computer Vision”, strony 273-92 (2005).

Kolejny istotny zestaw rozważań związanych z ręcznym urządzeniem 100 dotyczy zabezpieczenia przed promieniowaniem. Zgodnie ze wzorem użytkowym, operator oraz inne osoby znajdujące się w bezpośrednim sąsiedztwie, mogą być zabezpieczone z wykorzystaniem jednej lub większej ilości spośród mechanizmów blokujących: 1. Wykrywany sygnał rozproszenia wstecznego jest w sposób stały monitorowany przez procesor 130, a jeżeli spada poniżej pewnego wcześniej zdefiniowanego progu, oznacza to, że przednia powierzchnia 126 urządzenia nie znajduje się w ścisłym pobliżu ściany, albo też innego obiektu 121, co jest niepożądaną okolicznością; 2. Czujnik (mechaniczny, pojemnościowy itp.) 128 może wyłączać promieniowanie rentgenowskie, jeżeli przednia powierzchnia urządzenia nie znajduje się w sąsiedztwie litej powierzchni; 3. Czujnik (optyczny, akustyczny itp.) może mierzyć odległość urządzenia od najbliższego obiektu, a także dezaktywować promieniowanie rentgenowskie, jeżeli żaden obiekt nie jest wykrywany w pewnej odległości; a także 4. Czujnik ruchu, taki jak przyspieszeniomierz 145, może dezaktywować promieniowanie rentgenowskie, jeżeli urządzenie jest nieruchome i nie jest przemieszczane.

Oprócz blokowania, w kolejnej postaci wzoru użytkowego wykorzystuje się rozkładane ekrany 129 rozproszenia, które ograniczają dawkę promieniowania działającą na operatora. Ekran 129 może być sztywny lub giętki, celem umożliwienia korzystania z układu w ciasnych narożnikach. Sztywne osłony mogą być wykonane z cienkiego ołowiu, wolframu lub stali (na przykład). Giętkie materiały ekranujące obejmują zastosowanie giętkiego tworzywa sztucznego, impregnowanego ołowiem lub proszkiem wolframowym.

Nawiązując teraz do Fig. 2, od pierwszego obiektu 120 oświetlanego wiązką, który to obiekt w wielu przypadkach będzie stanowić bariera zaciemniająca, taka jak ściana lub drzwi pomieszczenia, rozprasza się wiele rozpraszanych wstecznie promieni rentgenowskich 124, które są wykrywane w detektorach 122 rozproszenia wstecznego w urządzeniu. Ma to wpływ na ograniczenie możności obserwowania obiektów 118 z tyłu za barierą, ponieważ te promienie rentgenowskie „bliskiego pola” mają tendencję do zamglania obrazu oraz ograniczenia kontrastu obiektów znajdujących się głębiej. Ze względu na to, że rozproszenie bliskiego pola pochodzi od punktu znajdującego się blisko urządzenia, korzystnym jest, aby detektory rozproszenia wstecznego były fizycznie kolimowane w taki sposób, że promieniowanie z biskiego pola 202 jest blokowane przed wejściem do detektorów, z wykrywaniem jedynie rozproszenia z bliskiego pola 204, jak zostało to przedstawione na Fig. 2. Skutkuje to poprawieniem współczynnika sygnału do szumu (SNR) do obrazowania głębszych obiektów. Koli-macja może być wykonywana z wykorzystaniem jednej lub większej ilości cienkich łopatek 200 z materiału pochłaniającego promieniowanie rentgenowskie, umieszczonych przed detektorami rozproszenia wstecznego (na przykład ołów, wolfram, mosiądz lub stal), usytuowanych i ustawionych kątowo tak, że promieniowanie bliskiego pola nie jest w stanie przechodzić pomiędzy łopatkami oraz do wnętrza detektora.

Dodatkowo, oprócz korzystania ze standardowych technik kolimacji, można wykorzystywać technikę określaną jako „kolimacja aktywna” w tym ręcznym urządzeniu, do jednoczesnego wykrywania rozproszonego promieniowania rentgenowskiego zarówno z bliskiego pola, jak i z dalekiego pola. Technika ta została opisana w zgłoszeniu patentowym US 13/163 854, dokonanym 20 czerwca 2011 r., które zostaje powołane w tym dokumencie.

Oprócz wykonywania obrazowania za pomocą wstecznie rozproszonego promieniowania rentgenowskiego, ręczne urządzenie obrazujące 100, wykorzystujące rozproszenie wsteczne, może być również wykorzystywane do generowania obrazów przenikania. Wymaga to, aby detektor przenikania był umieszczony z tyłu za obiektem, który jest obrazowany. Ze względu na to, że w urządzeniu wykorzystuje się wiązkę 106 promieniowania rentgenowskiego punktowego urządzenia skanującego (przedstawionego na Fig. 1) zamiast wiązki stożkowej lub wachlarzowej, detektor nie musi być kosztownym detektorem pikselowym, lecz może być jednokanałowym detektorem, który obejmuje dostateczny obszar, aby przechwytywać całość promieniowania rentgenowskiego przepuszczanego przez obiekt. Ten detektor może być podobny do detektora rozproszenia wstecznego, lecz obejmuje scyntylator, który jest optymalizowany do wykrywania promieniowania rentgenowskiego w pierwotnej wiązce, zamiast rozproszonych promieni rentgenowskich. Ta konfiguracja umożliwia uzyskanie bardzo zwartego i lekkiego projektu detektora, poprawiającego możliwości przenoszenia urządzenia. Na przykład, urządzenie to może być w dalszej kolejności wykorzystywane przez oddział saperów do skanowania obiektów podejrzanych (takich jak porzucony pakunek) zarówno w ramach modalności rozproszenia wstecznego, jak i przenikania, co znacznie poprawia możliwości wykrywania urządzeń wybuchowych.

Na Fig. 3 została przedstawiona jedna z postaci zastosowania urządzenia, w trybie przenikania z pojedynczym kanałem jednowymiarowego detektora przenikania 300 zamocowanego do urządzenia. W tym przypadku, detektor przenikania 300 jest zamocowany do ręcznego urządzenia 100 oraz przechwytuje przepuszczaną wiązkę, gdy przebiega ona w płaszczyźnie poziomej po dalszej stronie obiektu poddawanego badaniu. Detektor przenikania 300 może być odłączalny, w wyniku czego urządzenie może być wykorzystywane z lub bez obrazowania przenikania. Ta postać wzoru użytkowego może być korzystnie wykorzystywana na przykład do obrazowania ciągłego przebiegu wzdłużnego rury. Z zamocowanym detektorem przenikania, urządzenie nadaje się do badania obiektów, takich jak rury lub belki drewniane, pod względem występowania skaz lub defektów wynikających ze zmęczenia, przy czym zarówno obrazy wstecznego rozproszenia, jak i przenikania, są generowane jednocześnie.

Zgodnie z ostatnią postacią, umożliwiającą urządzeniu wykonywanie obrazowania przenikania, stosuje się wyjmowany lub przełączalny mechanizm formujący wiązkę 108 (zilustrowano na Fig. 1), który umożliwia przełączanie urządzenia z generowania skanującej wiązki punktowej na generowanie wiązki wachlarzowej. W tym trybie wiązki wachlarzowej, urządzenie obrazujące 100 może zostać połączone z odłączaną, mającą wysoką rozdzielczość, segmentowaną wiązką detektora przenika nia 400, który ma wiele niewielkich elementów detektorowych 402, jak zostało to przedstawione na Fig. 4. Ta postać wzoru użytkowego, zilustrowana na Fig. 4, jest szczególnie korzystna w obrazowaniu z wysoką rozdzielczością długich struktur, takich jak rury lub drewniane belki. W licznych postaciach tego wzoru użytkowego wykorzystuje się różne konfiguracje dla detektorów rozproszenia wstecznego, celem poprawienia działania lub też zapewniania dodatkowych informacji. Niektóre z nich zostały wymienione poniżej, w charakterze przykładu: 1) Rozkładane detektory do zapewnienia większego obszaru wykrywania. Umożliwia to uzyskanie bardzo zwartego urządzenia pod względem wyważenia i mobilności, lecz umożliwia też uzyskanie wyższej sprawności obrazowania. Jest to szczególnie użyteczne, gdy odległość odstępu musi być większa, ze względu na ograniczenia przestrzenne lub też ze względu na to, że musi być skanowany duży obszar, a także szybsze jest skanowanie z większej odległości. Takie rozkładane detektory korzystnie zapewniają dodatkowe ekranowanie operatora przed rozproszeniem, a także ewentualnie zawierają również dodatkowy materiał do poprawienia ich możliwości ekranowania, takiego jak impregnowane ołowiem lub wolframem tworzywo sztuczne. 2) Asymetryczny rozmiar detektora lub umieszczenie, celem zapewniania informacji dotyczących głębokości obiektu poddawanego obrazowaniu, a zatem zapewniania pewnych informacji 3D, jak zostało to opisane w patencie US 6 282 260, który zostaje powołany w tym dokumencie. 3) W pobliżu obiektu 121 poddawanego skanowaniu mogą zostać usytuowane dodatkowe przenośne moduły detektora. Te moduły mogą być niezależne pod względem zasilania i wysyłać swoje sygnały wyjścia do układu pozyskiwania danych bezprzewodowo (w tym optycznie) lub też mogą mi eć kable, które mogą być łączone z ręcznym urządzeniem lub stacją dokującą. W zależności od obiektów poddawanych skanowaniu, wymagane czasy skanowania lub też odległość odstępu urządzenia od obiektu poddawanego obrazowaniu, może być korzystne, aby móc dynamicznie zmieniać rozdzielczość obrazowania przez układ. Najłatwiej uzyskiwane jest to poprzez zmienianie szerokości kolimatora, który wyznacza rozmiar wiązki wzdłuż kierunku skanowania (jest to wymiar wiązki prostopadły do kierunku przeszukiwania oraz równoległy do kierunku skanowania przez urządzenie nad obiektem). Jeżeli urządzenie znajduje się bardzo blisko obiektu, który jest skanowany, dwukrotne zredukowanie szerokości kolimatora, spowoduje wzrost rozdzielczości o czynnik wynoszący dwa w kierunku skanowania. Zapewnia to również dodatkową korzyść, w postaci ograniczenia dawki na jednostkę czasu dla środowiska.

Na przykład, w przypadku początkowej wysokiej prędkości skanowania obiektu, szerokość ko-limatora może być zwiększana, co skutkuje większym strumieniem wiązki (czyli szybszym skanowaniem), lecz niższą rozdzielczością. Jeżeli coś podejrzanego zostaje wykryte w pierwszym obrazie o niskiej rozdzielczości, można wykonać wtórne skanowanie o wyższej rozdzielczości, z ograniczoną szerokością kolimatora. Szerokość kolimatora może być regulowana ręcznie za pomocą dźwigni mechanicznej, lub też alternatywnie, szerokość kolimatora może być regulowana elektrycznie, z wykorzystaniem elektromechanicznych urządzeń uruchamiających lub silników krokowych.

Jednym z ograniczeń ręcznego urządzenia działającego na baterii jest często długość czasu, przez jaki urządzenie może być użytkowane, zanim będzie wymagało ponownego naładowania baterii. Ze względu na to, że lampa rentgenowska opisana w tym wzorze użytkowym zużywa jed ynie około 10 W prądu elektrycznego na anodzie, całkowite zużycie energii przez urządzenie może być dość niskie, a czas działania z wykorzystaniem baterii litowo-jonowej może być dość znaczący.

Jednakże, w przypadku zastosowań wymagających wielu skanów lub też skanowania znacznych obszarów, korzystne może być zastosowanie większego źródła zasilania, które nie jest zamontowane w tym ręcznym urządzeniu. Na pasie operatora lub też w plecaku noszonym przez operatora, albo też w oddzielnym module umieszczonym na drzwiach, na przykład na wózku na kółkach może być zamontowana bateria lub innego rodzaju urządzenie do zasilania (np. ogniwo paliwowe).

Zgodnie z kolejną postacią tego wzoru użytkowego, stosowana jest przenośna lub nieprzeno-śna stacja dokująca, w której umieszcza się ręczne urządzenie. Ta stacja dokująca może spełniać jedną lub większą ilość spośród czterech głównych funkcji: 1) Podpiera urządzenie i przemieszcza je z kontrolowaną prędkością, celem wykonania z wysoką rozdzielczością obrazowania z wykorzystaniem rozproszenia wstecznego i/lub przenikania; 2) Zapewnia dodatkowe zasilanie, celem wydłużenia czasu działania; 3) Doładowuje baterię urządzenia; lub 4) Zapewnia połączenia elektryczne do ładowania obrazów i/lub informacji diagnostycznych. W pewnych odmianach tego wzoru użytkowego, zilustrowanych na Fig. 5A-5C, obudowa 142 urządzenia ma odmianę, w której obudowa urządzenia ma zarówno górny uchwyt 141, jak i dolny uchwyt 140, przy czym obudowa oraz uchwyty zostały wskazane na Fig. 1. Umożliwia to przytrzymywanie urządzenia za dolny uchwyt dla obszarów skanowania, które znajdują się wysoko nad podłożem, a także za górny uchwyt dla potrzeb skanowania obszarów znajdujących się blisko podłogi. Jest to również zaprojektowane tak, aby układ mógł wykonywać przeszukiwanie w pojedynczym ciągłym przemieszczeniu od punku znajdującego się tak wysoko, jak operator może wygodnie sięgnąć (jak zostało to zilustrowane na Fig. 5A) aż do podłoża (jak zostało to zilustrowane na Fig. 5C), z wykorzystaniem następującej sekwencji: 1) Jedna ręka tylko na dolnym uchwycie (górna część skanu), jak na Fig. 5A; 2) Obie ręce na obu uchwytach jednocześnie (środkowa część skanu), jak na Fig. 5B; 3) Jedna ręka tylko na górnym uchwycie (dolna część skanu), jak na Fig. 5C.

Powyższy tryb działania może korzystnie minimalizować zmęczenie operatora poprzez rozłożenie obciążenia pomiędzy dwie ręce, jak również maksymalizować obszar skanowania na jedno pionowe przeszukanie przez urządzenie.

Mimo, że postacie przedstawione w tym dokumencie obejmują specyficzne kombinacje elementów układu, należy rozumieć, że te elementy mogą być łączone w kombinacje na inne sposoby, celem osiągnięcia tego samego celu w postaci obrazowania promieniowaniem rentgenowskim. Dodatkowo, pojedyncze cechy urządzenia mogą być zgodne z elementami oddzielnie podanymi w jakimś zastrzeżeniu. Odmiany wzoru użytkowego opisane w tym dokumencie mają w zamierzeniu mieć charakter jedynie przykładowy; zmiany i modyfikacje będą oczywiste dla specjalistów w tej dziedzinie. Wszystkie takie zmiany i modyfikacje mają być w zamierzeniu objęte zakresem przedmiotowego wzoru użytkowego, jak zdefiniowano w załączonych zastrzeżeniach ochronnych.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia ochronne

   1. Aparat obrazujący, zawierający obudowę mającą zasadniczo płaską ścianę przednią, dwie ściany boczne, ścianę dolną oraz ścianę górną; źródło promieniowania przenikliwego, zawarte całkowicie wewnątrz obudowy, do generowania promieniowania przenikliwego; modulator przestrzenny, zamknięty w obudowie, znajdujący się między źródłem promieniowania a ściana przednią obudowy, do formowania promieniowania przenikliwego w wiązkę, do naświetlania obiektu oraz do odchylania wiązki; detektor, zamknięty w obudowie, do generowania sygnału w oparciu o promieniowanie przenikliwe rozpraszane przez zawartość badanego obiektu; procesor 130, zamknięty w obudowie, do odbierania sygnałów i generowania obrazu zawartości badanego obiektu w oparciu o odbierane sygnały, znamienny tym, że zawiera ponadto uchwyt, zawierający belkę wystającą ponad ścianę górną obudowy w kierunku równoległym do przedniej ściany obudowy i oddaloną od ściany górnej obudowy.
2. 2. Aparat obrazujący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto mechaniczny koder, zamknięty w obudowie, do detekcji ruchu powiązanego z poprzednim położeniem aparatu w stosunku do badanego obiektu.
3. 3. Aparat obrazujący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto przyspieszeńio-mierz, zamknięty w obudowie, do detekcji ruchu powiązanego z poprzednim położeniem aparatu w stosunku do badanego obiektu.
4. 4. Aparat obrazujący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto czujnik optyczny, zamknięty w obudowie, do detekcji ruchu powiązanego z poprzednim położeniem aparatu w stosunku do badanego obiektu.
5. 5. Aparat obrazujący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto zmniejszający tarcie element, umieszczony na przedniej ścianie obudowy, dostosowany do zapewniania kontaktu pomiędzy aparatem a badanym obiektem.
6. 6. Aparat obrazujący według zastrz. 5, znamienny tym, że ten zmniejszający tarcie element wybiera się z grupy obejmującej koła, kółka oraz wkładki niskocierne.
7. 7. Aparat obrazujący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera ponadto ekran rozproszenia wstecznego, sprzęgnięty z aparatem poprzez zamocowanie go do obudowy.
8. 8. Aparat obrazujący według zastrz. 7, znamienny tym, że ekran rozproszenia wstecznego jest dostosowany do rozkładania się na zewnątrz od obudowy.
9. 9. Aparat obrazujący według zastrz. 7, znamienny tym, że ekran rozproszenia wstecznego jest elastycznie dostosowany do tego, aby być zgodnym z powierzchnią badanego obiektu.