Вычислительный томограф

 

Изобретение относится к области рентгеновской вычислительной томографии. Цель изобретения - повышение пространственного разрешения и производительности, а также снижение лучевых нагрузок. Для этого в вычислительном томографе, реализующем алгоритм обратного проецирования и фильтрации с двойным дифференцированием, между блоком 4 датчиков пространственных координат и блоком 5 предварительной обработки сигналов с блока 3 детекоторов введен блок 9 задания зоны локального сканирования, работа которого обеспечивает сканирование только в пределах зоны интереса в контролируемом объекте 10. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 С 01 N 23 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

l1PH ГКНТ СССР (61) 972346 ! (21) 4329285/24-25 ,(22) 19. 11.87 (46) 30.10.89. Бюп. У 40 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) Э.И.Вайнберг, И.Л.Файнгойэ, М.Б.Фельдман и А.А.Назаров (53) 621.386(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 972346, кл. С 01 N 23/08, 1980. (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ТОМОГРАФ (57) Изобретение относится к области рентгеновской вычислительной томографии. Цель изобретения — повы„.Я0„„518744 A 2

2 шение пространственного разрешения и производительности, а также снижение лучевых нагрузок. Для этого в вычислительном томографе, реализующем алгоритм обратного проецирования и фильтрации с двойным дифференцированием, мелду блоком 4 датчиков пространственных координат и блоком 5 предварительной обработки сигналов с блока 3 детекторов введен блок 9 задания эоны локального сканирования, работа которого обеспечивает сканирование только в пределах зоны интереса в контролируемом объекте. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

151874- <

Иэобретc11?t! . относится к рентгеновской вычислительной томографии.

11ель изобретения — пон?1шен??е прс— странстненного разрешения и произнодительности, а также снижение лу— ченых нагрузок.

11а фпг.1 приведена функционал?.ная схема предлагаемого вычислительного томографа; на фиг.2 — фупкц??опальная схема блока задания зоны локального сканирования; на фиг.З вЂ” схема блока задания эоны локального сканирона?шя но взаимосвязи с блоком датчиков прострарственных координат и средствами для приведения источника излучения и блока детекторов н днижеш?е отпс?сптс льно держателя исследуемого об?,екта; на фпг.ч — спстема координат, используемая прп ош?са— нии работы вычислительного томографа °

Вычислительный томограф (фп? .,,< содержит сканирующую систему 1, ..ужащую средством для приведеш я источ?шка 2 излучения и блока 3 детекторов в движение относительно держателя (на фиг. 1 не показан), блок 4 датчиков прс странстнепных координат, блок 5 предварительной обработки сигналон детекторон, блок 6 дифференциго??алия нторс го ? орядка, редстанля?

Источ?шк 2 излучепич и блок 3 детекторон расположень< н плоскости коптрол??руемогс! се <ен??я по ра<зпые стс?роны от объекта 10 контропя. Ск,"..t! tpg ющая система 1 упранля?ещпмп сняэя."111

coep??tip!!a с блс>кам?1 2 и 3 и дс.ржатслем 10 объекта, определяя их nit?oct?тельные положеш?я в процессе сканиронания. Выход блока 3 детскторов соедин?ен с первым вход<.м блока 5 предварительной обработки. Выход G ?ока

5 предварительной обработки соединен с входом блока 6 дифференцирона?.<я второго порядка, выход кото— рого соединен с первым входом бло?;»

7 с с!ратного проец??рования и сумм«ро Т Р А !? а Н Н ЫХ Н P Т! и Ч? 1 и И Н О 1 >— мапионный ыход ска??ирующей системы

1 сняв ii с <;:.одо.:. 6".ot ë - < датчп?, oii пространст.;си!?ых к .ордп!?ат .. 1, р.-<-1

1О

40 15

?!ыход блока 4 датчиков пространственных координат соединен с входом блока 9 задания зоны локального скан??рован??я,, — с нторым входом блока 7 обратного проецирования и суммирования фильтрованttttx величин ° Первый выход блока 9 задания зоны локального сканирования соединен с вторым входом блока предварительной обработки, а второй выход соединен с управляющим входом сканирующей системы 1. Выход блока

7 обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин соединен с входом блока 8 памяти изображе?цш.

Блок 9 задания зоны локального ска!шронания (фиг.2) состоит из блока ? сравнения и блока 12 формирования координат локальной зоны. Выход блока 12 формирования координат локальной зоны связью 13 соединен с первым входом блока 11 сравнения.

Гыход блока 9 задания эоны локального сканирования связями 14, 15 и

16 соединен с вторым, третьим входами блока 11 сравнения и входом блока 12 формирования координат. Выходам?1 блока 9 задания зоны локального ска?шрования являются связи 17 и

18, идущие с первого и второго выходов б:?ока 11 сравнения.

О?!!

3 детекторов н движение относительно держателя (фиг.3) состоит из бло ка 19 вращения и блока 20 продольного перемещения. Входы блока 19 вращения и блока 20 продольного перемещения соединены связью 18 с выходом блока 9 задания зоны локального сканиронания. Первые выходы блоков

19 и 20 связями 2 1 и 22 соответственпо соединены с блоком 4 датчикон пространственных координат. Второй выход блока 19 вращения соединен с держателем исследуемого объекта 10. Второй выход блока 20 продольного перемещения соединен с источником 2 излучения.

Блок 4 датчиков пространственных координат (фиг.З) состоит иэ счетчика 23 кс,ординат продольного положе?шя и счетчика 24 угла понорота.

Г>ходами блока 4 являются связи 22 и 21, идущие на входы счетчиков 23 и 24 соответственно. Выход счетчика

24 сгязью 16 соединен с первым и нто1518744

r, = Xcos ы + YsinP, (1) 55

r, — длина перпендикуляра, опущенного из начала координат Х, У на отдельный луч. где рым выходом блока датчиков пространственных координат. Выход счетчика

23 связью 15 соедиггегг с первым выходом блока 4 датчиков пространственных координат. Вход блока 4 и пер—

5 вый выход блока 4 соединены связью

14, входящей в состав связи 22.

Блок 11 сравнения (фиг,3) состоит из схемы И 25, триггера 26, компаратора 27, мультиплексора 28. Входами блока 11 сравнения являются связи 15, 14 и 13, идущие на первый вход схемы И 25, первый вход компаратора 27 и на информационные входы мультиплексора 28 соответственно.

Выходами блока 11 сравнения являются связи 17 и 18, идущие с выхода схемы И ?6 и выхода триггера 26 на первый и второй выходы блока 11 срав- yg нения соответственно. Выход мультиплексора 28 соединен связью 29 с вторым входом компаратора 27. Выход компаратора 27 связью 30 соединен с синхровходом триггера 26. Выход 25 триггера 26 связью 18 соединен с вторым входом схемы И 25 и с управляющим входом мультиплексора 28.

Блок 12 формирования координат локальной зоны (фиг.3) состоит из па. мяти 31 и наборного поля 32. Входом блока 12 формирования координат является связь 16, идущая на первый вход адреса памяти 31. Выходом блока 12 формирования координат является связь 13, идущая с выхода данных памяти 31..Выход наборного поля 32 связью 33 соединен с вторым входом адреса памяти 31.

В традиционной системе координат (фиг.4), используемой для описания задач реконструкции при проецировании (просвечивании) параллельными лучами, двумерная функция ((Х,Y) соответствует, например, распределению линейного коэффициента ослабления монохроматического рентгеновского излучения по поперечггому сечению контролируемого объекта. Прямые линии, параллельные оси Б и расположен1 50 ные к оси Y под углом ц, являются проецирующими лучами и описываются уравнением вида

Параллельная проекция двумерной функции гг (Х, Y) на ось r определяемую углом гг, вдоль нормали S может быть выражена в виде

Р(г,q) = $ Р(Х,Y) dS = р(х,тг,г(xcos lt +

+ Ysin Ц вЂ” r) dXdY (2) 1 82

Р(1-,ц) = — ---,;- ---- 5 P(r К)) (3) (2 ) 2 Д г в блоке 6.

Затем формируется выходное раси пределение p (X,Y) в виде суммы результатов обратного проецирования предварительно отфильтрованных проекций л

ll

j(x,Y) = 1 Р (xcasy+

О (4) + Ysinq,P) ding в блоке 7. Реконструкция с помощью алгоритма ОПФПЛ в принципе возможна без применения операций умножения и позволяет производить полный объем вычислительной обработки независимо для любого участка проекции. Интересной особенностью алгоритма ОПФДД является воэможность независимого и быстрого вычисления искомого распределения в интересующей области (локальной зоне) беэ сканирования всего объекта. Выбор локальной зоны в объекте исследования может быть произвольным, поэтому средства приведения источника 2 излучения и блока 3 детекторов в движение относигде g(r) — дельта-функция Дирака.

Задача реконструкции сводится к решению (2) с восстановлением неизггестного распределения с(Х,У) по экспериментально определенным P(r, К) °

По алгоритму обратного проецирования с фильтрацией двойным дифференцированием (ОПФДД) каждая проекция (2), сформированная блоком 5 предварительной обработки, сначала подвергается пространственной фильтрации путем формирования второй производной по r:

1518744

45 тельно держателя исследуемого объекта 10 должно отслеживать текущее положение выбранной локальной эоны в процессе сканирования.

Перед началом сканирования на на5 борном поле 32 устанавливаются параметры локальной зоны (например, диаметр и координаты центра). В соответствии с углом поворота (начальное положение), приходящим с блока

4 датчиков пространственных координат по связи 16, и информацией с наборного поля 32 память 31 передает по связи 13 координаты начала и конца локальной зоны. В начальном положении триггер 26 находится в сброшенном состоянии и запрещает прохождение позиционных импульсов с блока

4 датчиков пространственных координат по связи 14 на блок 5 предварительной обработки, по которым в и м происходит формирование проекции.

Мультиплексор 28 пропускает по связи 29 на вход компаратора 27 координату начала локальной эоны для данного положения по углу исследуемого объекта 10. На второй вход компаратора 27 приходит координата текущего положения источника 2 излучения и блока 3 детекторов, по отношению к

30 исследуемому объекту 10. При движе— нии компаратор 27 сравнивает текущее положение источника 2 излучения и блока 3 детекторов по отношению к исследуемому объекту 1О с информацией, 35 приходящей с мультиплексора 28. При совпадении триггер 26 взводится, разрешая прохождение позиционных импульсов через схему И 25. Триггер

26 работает в счетном режиме. Его 40 взвод переключает мультиплексор 28.

Мультиплексор 28 теперь подает на вход компаратора 27 координату конца локальной зоны. Когда координата текущего положения источника 2 излучения и блока 3 детекторов по отношению к исследуемому - объекту 10 будет совпадать с координатов конца локальной зоны, триггер 26 сбрасывается, запрещая прохождение позиционных импульсов на блок 5 предварительной обработки °

Сброс триггера 26 сигнализирует о конце локальной зоны. Эта информация по связи 18 поступает на сканирующий блок 1 для изменения направления продольного перемещения источника 2 излучения и блока 3 детекторов, а также поворота исследуемого объекта 10. Поворот объекта

10 фиксируется блоком 4 датчиков пространственных координат. Изменяется информация, приходящая на второй вход адреса памяти 3 1 и на мульт типлексор 28 по связи 13 поступает координаты начала и конца локальной эоны с учетом другого углового положения, Триггер 26, находясь в сброшенном состоянии, переключает мультиплексор 28, и на вход компаратора 27 подается координата начала локальной зоны, но для следующего углового положения.

Формула изобретения

1. Вычислительный томограф по авт.св. Р 972346, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения пространственного разрешения и производительности, а также снижения лучевых нагрузок, дополнительно введен блок задания зоны локального сканирования, причем выход блока датчиков пространственных координат подключен к блоку предварительной обработки сигналов детекторов через указанный блок задания зоны локального сканирования, второй выход которого подключен к средствам для приведения в движение источника излучения и блока детекторов относительно держателя исследуемого объекта.

2. Томограф по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что блок задания зоны локального сканирования содержит последовательно соединенные блок формирования координат локальной зоны и блок сравнения, причем вход блока задания зоны локального сканирования является входом блока формирования координат локальной зоны и вторым и третьим входами блока сравнения, первый и второй выходы которого служат соответствующими выходами блока задания эоны локального сканирования.

1518744

На

1518744

Составитель К. Кононов

Редактор Ю.Середа Техред Л.Сердюкова Корректор М.Иаксимишинец

Заказ 6601/49

Тираж 789

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †издательск комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101