Способ радиационной вычислительной томографии

 

Изобретение относится к радиационной томографии и может применяться для неразрушающего контроля внутреннего строения объектов. Способ заключается в облучении исследуемого объекта потоком ионизирующего излучения, регистрации прошедшего через объект контроля излучения, преобразовании зарегистрированных сигналов и восстановлении томографического изображения по определенному алгоритму, в котором этап формирования проекций изменяется таким образом, что развернутая картина проекций "выпрямляется" в каждой угловой точке методом деления на синус значения угла в этой же точке и по полученному набору прямых производят указанное формирование. Техническим результатом изобретения является уменьшение времени формирования изображения объекта. 3 ил.

Изобретение относится к области вычислительной радиационной томографии и может применяться для неразрушающего контроля внутреннего строения изделий, и используется для топографического исследования объектов машиностроения.

Наиболее близким техническим решением является способ радиационной вычислительной томографии, заключающийся в облучении исследуемого объекта потоком ионизирующего излучения, регистрации прошедшего через объект излучения при заданном количестве траекторий при относительном и угловом перемещении "сборки" и исследуемого объекта, преобразовании зарегистрированных сигналов и восстановлении томографического изображения с использованием ЭВМ по алгоритму обратной проекции с фильтрацией Фурье [1].

Недостатком известного технического решения является то, что при исследовании объектов сложной внутренней конфигурации процесс обработки результатов занимает относительно длительное время.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение скорости обработки результатов в процессе формирования проекций. Он достигается тем, что в способе радиационной вычислительной томографии, включающем облучение исследуемого объекта потоком ионизирующего излучения, регистрацию прошедшего через объект излучения при заданном количестве траекторий при относительном и угловом перемещении "сборки" и исследуемого объекта, преобразование зарегистрированных сигналов и восстановление томографического изображения с использованием ЭВМ по определенному алгоритму, в котором первый этап формирования проекций изменяется таким образом, что развернутая картина проекций "выпрямляется" в каждой угловой точке методом деления на синус этого же значения и по полученному набору прямых производят указанное формирование [2].

Известный алгоритм позволяет наиболее точно воспроизвести вид исходной функции по ее проекциям. Алгоритм в упрощенном виде по блокам выглядит следующим образом.

Пусть f(x, y) - восстанавливаемая функция, a F(X,Y) - ее преобразование Фурье. Используется преобразование Фурье в полярных координатах, т.е.

x = rcosϕ y = rsinϕ где r и ϕ полярные координаты точки (x,y).

В области спектра X = VcosΘ, Y = VsinΘ, где V - пространственная частота.

Преобразование Фурье функции f(x,y) в полярных координатах будет Внутренний интеграл обозначается Q_o(r,ϕ). Процедура восстановления функции по методу обратного проецирования с фильтрацией Фурье выглядит следующим образом.

а) Выполняется преобразование Фурье проекции
б) Каждый коэффициент Фурье умножается на соответствующий модуль пространственной частоты (фильтрация проекций).

в) Вычисляется обратное преобразование Фурье отфильтрованных проекций в соответствии с выражением

г) Выполняется интерполяционная процедура для определения Q_Θ(r,ϕ) пo известным дискретным значениям Q_Θ(υ).
д) Выполняется обратное проецирование в соответствии с выражением

Предлагаемый алгоритм модифицирует этап формирования проекций. В процессе проекционных данных и формирования развернутой картины проекций в виде набора "синусограмм" (распределение проекций по значениям угла проецирования) проводится "выпрямление" синусообразных кривых распределения проекций методом деления на синус проекционного угла в каждой угловой точке. Дальнейшие этапы алгоритма остаются типовыми.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3, на которых показаны блок-схема вычислительного томографа (фиг. 1) и графики, поясняющие работу алгоритма реконструкции томографического изображения (фиг.2-3). На фиг.1 указаны следующие блоки: 1-блок сканирования и детектирования; 2-компьютер с программной обработкой результатов; 5-принтер; 4-блок памяти; 5-монитор.

Способ реализуют следующим образом (см.фиг.1).

Исследуемый объект с дефектом сканируют узкоколлимированным пучком рентгеновского излучения в режиме линейного перемещения и при различных угловых положениях объекта относительно направления распространения излучения в блоке 1. При линейном сканировании величину шага задают случайным образом, соблюдая условие равенства математического ожидания для закона распределения величин шага при сканировании величине шага восстановления изображения в ЭВМ. В частности, величину шага изменяют по нормальному закону с использованием нормированной функции распределения, получаемой с помощью генератора случайных чисел. Случайное изменение величины шага осуществляют в совокупности циклов линейного сканирования при постоянстве величины шага в одном цикле сканирования. Вся обработка осуществляется по специальному алгоритму, реализуемого компьютером с программой обработки в блоке 2 с учетом информации, записанной в блоке 4 памяти.

Этот алгоритм позволяет наиболее точно воспроизвести вид исходной функции по ее проекциям. На первом этапе осуществляется преобразование Фурье проекции. На втором этапе осуществляется фильтрация проекций путем умножения каждого коэффициента Фурье на соответствующий модуль пространственной частоты. На третьем этапе вычисляется обратное преобразование Фурье отфильтрованных проекций. На четвертом этапе вычисляется искомая функция распределения линейного коэффициента ослабления f(x,y), используя преобразование

Здесь на этапе сбора проекционных данных и формирования развернутой картины проекций в виде набора синусограмм (см. фиг.2) проводится "выпрямление" данных в каждой угловой точке методом деления на синус этого же значения. Таким образом, происходит преобразование синусоидального набора проекций в набор прямых, по которым и происходит формирование проекционной картины (см. фиг.3).

Результаты контроля регистрируются принтером 3 и монитором 5.

Представленный способ обработки реальных проекционных данных ускоряет обработку в процессе вычисления проекций. Это делается для того, чтобы максимально ускорить процесс получения томограммы. Так как вычисление суммарной проекции вдоль синусообразной кривой более трудоемко.

Эффект от использования данного способа составляет двадцати процентное уменьшение времени формирования топографического изображения, следовательно, времени эксперимента, а также улучшение точностных характеристик полученной томограммы примерно на 50%.

Источники информации
1. Рентгенотехника. Справочник. Т.2. Под редакцией д.т.н. Клюева В.В. -М.: Машиностроение, 1980, с.290.

2. Введение в современную томографию. К.С. Терновой, М.В. Синьков, А.И. Закидальский и др. - Киев. -Наукова думка, 1985. - 232 с.

Формула изобретения

Способ радиационной вычислительной томографии, заключающийся в облучении исследуемого объекта потоком ионизирующего излучения, регистрации прошедшего через объект контроля излучения при заданном количестве траекторий при относительном и угловом перемещении "сборки" детекторов и исследуемого объекта, преобразовании зарегистрированных сигналов и восстановлении томографического изображения с использованием ЭВМ по определенному алгоритму, отличающийся тем, что в используемом алгоритме этап формирования проекций изменяется таким образом, что развернутая картина проекций "выпрямляется" в каждой угловой точке методом деления на синус значения угла в этой же точке и по полученному набору прямых производят указанное формирование.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3