DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, un sistema de control de escaneo mediante rayos-X compuesto por una multiplicidad de emisores y al menos un receptor de Rayos-X dispuestos de manera que un objeto queda colocado entre la multiplicidad de emisores y el al menos un receptor para tomar una imagen del mismo, donde solamente un emisor puede estar emitiendo en un instante determinado con objeto de no desvirtuar la imagen obtenida, de manera que una vez realizada y finalizada la emisión por un emisor de Rayos-X comienza la emisión por otro emisor que hasta que no finalice o quede desactivada dicha emisión no comenzará la siguiente.

Caracteriza a la presente invención el especial diseño y configuración de todos y cada uno de los elementos que forman parte del sistema de escaneo y particularmente del sistema de activación y desactivación de cada uno de los emisores de Rayos-X con objeto de incrementar la velocidad de escaneo.

Gracias al sistema de control se pueden realizar escaneos en 3D y/o tomosíntesis o cualquier otro tipo de escaneo.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los aparatos de escaneo y particularmente de entre los que utilizan aparatos de rayos-X.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las imágenes de rayos X son una de las técnicas más utilizadas para visualizar las estructuras internas del objeto y se utilizan en una variedad de aplicaciones, como atención médica, control de seguridad, pruebas no destructivas, etc. Una de las limitaciones conocidas de imágenes 2D planas es que hay un ruido estructural en la imagen, causado por la superposición de varios objetos (o tejidos en el caso de imágenes de atención médica) en el haz de rayos X. Para evitar este efecto, se utilizan varias técnicas (como la tomografía computarizada y la tomosíntesis) para crear imágenes 3D o de cortes múltiples del objeto.

Estos métodos requieren imágenes repetitivas del objeto de interés desde una variedad de ángulos, que varían típicamente desde 15° (en este caso de tomosíntesis) hasta 360° (en el caso de tomografía computarizada). Por lo general, esta variedad se logra mediante la rotación (u otro desplazamiento geométrico) de una fuente de rayos X alrededor del objeto con un procedimiento de obtención de imágenes cíclico repetidamente para su posterior procesamiento y reconstrucción de imágenes en 3D o de cortes múltiples.

La invención presentada se basa en otro principio: el uso de múltiples fuentes de rayos X, posicionadas de manera predefinida, con un cambio rápido entre ellas para realizar el número predefinido de imágenes para su posterior procesamiento para la reconstrucción de imágenes en 3D o de cortes múltiples.

Para realizar este tipo de imágenes en 3D o de cortes múltiples, se requiere un cambio muy rápido entre las múltiples fuentes de rayos X, típicamente en el rango de 5 ps a 15 ps. Esto normalmente se hace utilizando los tubos de rayos X de cátodo frío, que normalmente constan de ánodo, cátodo y rejilla de control de emisiones.

Por otro lado, y de manera complementaria, el sistema de escaneo se enfrenta a varios problemas inherentes a la física del emisor de Rayos-X: • La tensión de polarización positiva de la rejilla con respecto al cátodo es de varios KV (entre 0.5kV y 10kV) y tiene que estar controlada desde el nivel de tierra.

• La fuente de alimentación de alta tensión que alimenta al ánodo es del orden de 20KV-180 KV, también tiene que estar referida a tierra, para poder medir la corriente anódica de forma rápida, fácil y segura.

Una primera solución conocida del estado de la técnica es la que se muestra en las figuras 1 a 5.

En la figura 1 podemos observar una serie de conjuntos emisores-receptores de Rayos-X donde todos ellos comparten una misma fuente de alimentación (Aps) unida a cada uno de los ánodos (A) y donde todas las rejillas (G) quedan unidas a tierra, mientras que los cátodos (K) cuentan cada uno de ellos con un controlador de corriente y con una fuente de alimentación de varios kV, por lo tanto, hay tantos controladores de corriente y fuentes de alimentación (Gps) como conjuntos emisores-receptores (1 ,2, ... ,100).

En la figura 1 se puede observar que dicha solución consiste en disponer todas las rejillas conectadas a tierra, por lo que se necesitan tantos controladores de corriente y fuentes de alimentación como parejas de emisores-receptores haya.

La forma de hacerlo es controlando directamente la corriente del cátodo (IK) con un valor de demanda de corriente del cátodo (DIK), que ha sido precalibrado en un proceso aparte, que a su vez controlará la corriente del ánodo (IA), que es quien produce la emisión de Rayos-X.

En la figura 2, puede verse el diagrama de bloques de esta realización del estado de la técnica. Donde un valor de demanda de corriente del cátodo (DIK) obtenida por medio de un proceso previo de calibración que se emplea para obtener el valor deseado de la corriente de ánodo (IA), siendo dicho valor de demanda de corriente del cátodo (DIK) la referencia para un controlador (CLR1 ). La salida del controlador (CLR1 ), ataca la puerta de un transistor (Q1 ) (Mosfet o IGBT) de alta tensión, quien controla la corriente del cátodo (IK), de acuerdo con el valor de demanda de corriente (DIK) a su entrada. El controlador (CLR1 ) emplea la corriente de cátodo (IK) como valor de realimentación para el control de la corriente de la puerta del transistor (Q1 ).

El controlador (CLR1 ) será preferentemente del tipo integrador, pero pudiera ser de otro tipo similar.

En la figura 3, se representa en detalle un factor muy determinante y que hay que tener muy en cuenta. Este factor determinante es la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK) del tubo de Rayos-X. Esta capacidad tiene un valor típico comprendido entre 15pF a 30pF, que, si bien parece un valor prácticamente despreciable, al tener que cargarse, típicamente entre 0.5kV y 10kV, y tener que hacerlo en un tiempo típico de entre 5ps a 15ps, necesita una corriente constante de carga de 10mA-100mA. Teniendo en cuenta que el típico valor máximo de la corriente de ánodo (IA) son 100mA, el valor de dicha capacidad parásita no es en absoluto despreciable.

En la misma figura 3 vemos como la corriente del cátodo (IK), una gran parte es la corriente (IC) que se deriva a cargar la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK), robándole corriente a la rejilla (IG) y por consiguiente haciendo que el ánodo emita también una corriente de ánodo (IA) menor.

En la figura 4 podemos ver como el controlador (CLR1 ), controla perfectamente la corriente del cátodo (IK), con unos tiempos de transición de 5ps, según lo requerido por el escáner 3D.

Sin embargo, en la figura 5 vemos lo que sucede con la corriente del ánodo (IA), debido al efecto de la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK). El tiempo de transición de subida o de activación de la corriente del ánodo (IA) es más lenta de lo esperado, debido a que parte de la corriente de rejilla (IG) se ha derivado hacia la capacidad parásita de entre la rejilla y el cátodo (CGK). Hasta que la capacidad parásita de entre la rejilla y el cátodo (CGK) no se haya cargado en su totalidad, no se alcanzará el valor de la corriente del ánodo (IA) esperado, lo que hace que el tiempo transitorio de activación sea sustancialmente más largo de lo esperado.

Por otra parte, el tiempo de transición de bajada o tiempo de desactivación, sí que es el tiempo de 5-15ps esperado, porque es el tiempo de respuesta del controlador (CLR1 ) con el transistor (Q1 ), que corta directamente la corriente total del circuito, incluida la corriente del ánodo (IA).

Esta realización presenta de forma inherente cuatro importantes problemas:

1. La calibración necesaria del valor de demanda de corriente (DIK) individual para cada uno de los múltiples emisores de Rayos-X que componen el escáner 3D.

2. Mantener el estado de precisión en todos y cada uno de los emisores de Rayos-X, independientemente de su degradación debido al modo y al tiempo de uso.

3. Acortar el tiempo transitorio de activación o tiempo de subida de la i corriente de ánodo (IA), debido a la capacidad parásita entre rejilla y cátodo (CGK).

4. Acortar el tiempo transitorio de desactivación o tiempo de bajada de la corriente del ánodo (IA), debido al tiempo de respuesta del controlador (CLR1 ).

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un sistema de control de escaneo mediante rayos-X, que supere los problemas anteriormente descritos mediante un sistema de control de escaneo como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera. Otra solución es la que se muestra en la figura 6 que consiste en conectar todas las rejillas al positivo de una única fuente de alimentación mientras que el negativo de dicha fuente de alimentación se conecte a tierra, por lo que solamente habría tantos controladores independientes de corriente como parejas de emisores - receptores haya, pero solamente una única fuente de alimentación para todos ellos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención queda recogido en su esencialidad en la reivindicación independiente y las diferentes realizaciones están recogidas en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención tiene por objeto el control de un sistema de escaneo mediante aparatos de rayos-X mediante el control directo de la corriente del ánodo a través del control de rejilla que comprende una multiplicidad de emisores y al menos un receptor dispuestos de manera enfrentada y donde solamente un emisor puede estar emitiendo en un determinado instante, es decir, una vez realizada y finalizada la emisión por un emisor de Rayos-X comienza la emisión por otro emisor que hasta que no finalice o quede desactivada dicha emisión no comenzará la siguiente de interés.

Gracias al sistema de control se pueden realizar escaneos en 3D y/o tomosíntesis o cualquier otro tipo de escaneo.

La geometría que adoptan la multiplicidad de emisores y el al menos un receptor puede ser cualquiera de entre las conocidas, y en ningún caso limitativa, de manera que el objeto a escanear quede ubicado entre la multiplicidad de emisores y el al menos un receptor. En definitiva, se trata de un sistema de escaneo de múltiples fuentes emisoras de Rayos-X, donde la geometría sobre la que se dispongan las multiples fuentes emisoras no es limitativa.

Por esa razón, el tiempo de emisión de cada emisor debe de ser extremadamente corto, del orden de 5ps-15ps. Igualmente, los tiempos transitorios de activación y desactivación de los emisores tienen que ser lo más cortos posibles, siempre inferiores a 5ps. Para ello, la forma más rápida y eficiente de hacerlo es con un controlador lineal de la corriente de la rejilla que a su vez está controlada y corregida por la medida en tiempo real de la corriente del ánodo.

La solución propuesta en la presente invención consiste en conectar todas las rejillas al positivo de una única fuente de alimentación mientras que el negativo de dicha fuente de alimentación se conecte a tierra, por lo que habría tantos controladores independientes de corriente como parejas de emisores - receptores haya, pero solamente una única fuente de alimentación.

Además, la ¡dea principal de la invención consiste en controlar directamente la corriente de ánodo en vez de la corriente de cátodo para evitar los efectos tan negativos descritos anteriormente.

Para lograr dicho fin el sistema de control cuenta con un controlador que tiene como referencia la demanda de corriente del ánodo, que es la que produce la emisión de los Rayos-X, mientras que la realimentación del controlador es la corriente real del ánodo. Este control nos evita la necesidad de calibrar la demanda de corriente del cátodo en función de la corriente del ánodo.

El controlador evita la necesidad de tener que recalibrar los emisores debido a su degradación por el tipo y tiempo de uso, porque mantiene siempre a todos y cada uno de los emisores en perfecto estado de precisión debido al lazo cerrado de control. El controlador es preferentemente del tipo PID, pero podría aplicarse otro tipo de control.

La parte integral del controlador corrige los errores y ajusta la precisión de la corriente de ánodo (IA), mientras que la parte diferencial hace que la carga de la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo sea más rápida, mejorando considerablemente el tiempo transitorio activación o tiempo de subida.

Adicionalmente, con objeto de mejorar la rapidez de los tiempos de activación y desactivación, se reducen los tiempos de desactivación o tiempos de bajada mediante una señal aplicada a un buffer haciendo que se cortocircuite la puerta del transistor de control, sin necesidad de tener que esperar a la respuesta del controlador CLR1.

Además, de manera complementaria y adicionalmente el controlador CLR1 puede aplicar una sobrecorriente durante el tiempo de subida de la corriente del cátodo, para cargar rápidamente la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo. Esa sobrecorriente cesa, cuando el condensador CGK está totalmente cargado y en estado estable.

Gracias a los medios descritos se consigue:

- Evitar la calibración necesaria del valor de demanda de corriente de cátodo (DIK) individual para cada uno de los múltiples emisores de Rayos-X

- Mantener el estado de precisión en todos y cada uno de los emisores de Rayos-X

- Acortar el tiempo transitorio de activación o tiempo de subida.

- Acortar el tiempo transitorio de desactivación y por lo tanto reducir considerablemente el tiempo de escaneo del orden de un 25% con relación al tiempo necesario para un controlador de corriente sin medios de acortamiento de los tiempos de activación y desactivación. Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.

A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.

EXPLICACION DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

En la figura 1 , podemos observar una forma de realización del estado de la técnica en el que la rejilla está conectada a tierra siendo necesarias tantas fuentes de alimentación y controladores de corriente como parejas emisoras- receptoras haya.

En la figura 2 se muestra el diagrama de bloques del control de la corriente de cátodo (I K) de esta realización del estado de la técnica mostrada en la figura 1 .

En la figura 3, se representa en detalle la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK) del tubo de Rayos-X. En la figura 4 podemos ver la gráfica de la corriente del cátodo (IK) y como el controlador (CLR1 ), controla perfectamente la corriente del cátodo (IK).

En la figura 5 se muestra la gráfica de la corriente del ánodo (IA) con relación al tiempo y cómo el tiempo necesario para alcanzar un valor deseado se alarga debido al efecto de la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK).

En la figura 6, podemos observar la forma de realización propuesta según la invención en la que todas las rejillas se conectan a una única fuente de alimentación.

En la figura 7 se muestra el diagrama de bloques del control empleado en la realización objeto de la invención que consiste en controlar directamente la corriente de ánodo (IA).

En la figura 8 se muestra en detalle la desactivación de la exposición, por medio de una señal EXP.

La figura 9 se muestra una gráfica de la corriente del cátodo (IK) con relación al tiempo y cómo el controlador CLR1 aplica una sobrecorriente durante el tiempo de subida (t1 ) de la corriente del cátodo (IK), para cargar rápidamente la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK).

La figura 10 muestra la gráfica de la corriente del ánodo (IA) con relación al tiempo donde se puede apreciar el reducido tiempo de activación (t1 ) y desactivación (t3) logrado, comparando las figuras 5 y 10.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta. En las figuras 1 a 5 se muestra una realización de acuerdo al estado de la técnica conocido y explicado en el apartado de antecedentes de la invención.

En la figura 6 se muestra la realización objeto de la invención, donde todas las rejillas (G) están conectadas al polo positivo de una única fuente de alimentación (Gps), mientras que el polo negativo de dicha fuente de alimentación (Gps) se conecta a tierra, precisando tantos controladores de corriente como parejas emisor-receptor de Rayos-X haya, donde dichos controladores de corriente comprenden al menos un transistor (Q1) y un controlador (CLR1 ) donde se controla la corriente de ánodo (IA) en vez de la corriente de cátodo (IK), para evitar los efectos tan negativos descritos anteriormente.

En la FIG7 se muestra una posible forma de realización del control de la intensidad de ánodo (IA), en la que el controlador (CLR1) comprende un comparador (COMP) que tiene como referencia la demanda de intensidad del ánodo (DIA), que es la que produce la emisión de los Rayos-X, mientras que la realimentación del comparador (COMP) es la corriente real del ánodo (IA), además comprende un control (G(s)) donde la salida de dicho controlador (CLR1 ) puede ser aplicada directamente sobre la puerta del transistor (Q1 ) que controla la corriente del cátodo(IK).

El controlador (CLR1 ) evita la necesidad de calibrar la demanda de la corriente del cátodo (DIK) en función de la corriente del ánodo (IA).

Gracias a la presencia del controlador (CLR1 ) se evita tener que recalibrar los emisores debido a su degradación por el tipo y tiempo de uso, porque mantiene siempre a todos y cada uno de los emisores en perfecto estado de precisión debido al lazo cerrado de control.

El control (G(s)) del controlador (CLR1 ) puede ser del tipo PID, pero podría aplicarse otro tipo de control. La parte integral del controlador corrige los errores y ajusta la precisión de la corriente de ánodo (IA), mientras que la parte diferencial hace que la carga de la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK) sea más rápida, mejorando considerablemente el tiempo transitorio activación o tiempo de subida.

Adicionalmente y de forma complementaria entre la salida del controlador (CLR1 ) y la puerta de entrada del transistor (Q1 ) se puede disponer de un Buffer encargado de entregar la corriente necesaria a la puerta del transistor (Q1 ), para mejorar su tiempo de respuesta, tanto en la activación como en la desactivación de la exposición de Rayos-X.

En la FIG8 se muestra en detalle el buffer, que comprende una señal (EXP). El controlador (CLR1) tiene un tiempo de respuesta similar al tiempo de activación, es decir de 5ps. Sin embargo, este tiempo puede ser drásticamente reducido al rango de nanosegundos, cortocircuitando la puerta de Q1 por medio del buffer, cuando se apague la señal (EXP) sin necesidad de esperar a la respuesta del controlador CLR1 .

En la Figura 9, se muestra cómo el controlador (CLR1) puede aplicar una sobrecorriente durante el tiempo de subida (t1 ) de la corriente del cátodo (IK), para cargar rápidamente la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK). Esa sobrecorriente cesa cuando la capacidad parásita entre la rejilla y el cátodo (CGK) está totalmente cargada y en estado estable que está representado mediante el tiempo de estabilización (t2).

En la figura 10, vemos que la corriente del ánodo (IA) sube de forma óptima durante el tiempo de subida (t1 ), hasta estabilizarse a su valor nominal durante el tiempo de estabilización (t2). Durante el tiempo de estabilización (t2), la corriente del cátodo (IK) y del ánodo (IA), permanecen estables.

Durante un tiempo de bajada o desactivación (t3) el sistema de control recibe la señal de fin de exposición, en la que la puerta del transistor (Q1) queda cortocircuitada por el Buffer y su corriente (incluyendo IA) se extingue de forma óptima en nanosegundos.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.