DE2653465A1 - METHOD AND DEVICE FOR COMPUTER TOMOGRAPHY - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR COMPUTER TOMOGRAPHYInfo
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Description
Pa ΐ e η t anwaltPa ΐ e η t attorney
PHA 20751PHA 20751
-13, 41, 76 -13, 41 , 76
PHILIPS MEDICAL SYSTEMS INC.PHILIPS MEDICAL SYSTEMS INC.
"Verfahren and Vorrichtung für Computer-Tomographie"."Method and Device for Computed Tomography".
Der allgemeine Bereich der Erfindung ist die Tomographie, d.h. sie bezieht sich auf die Erzeugung röntgenologischer Schichtbilder innerer Teile eines Körpers in einer Ebene dieses Körpers mittels Röntgenschichtaufnahmegeräte. Insbesondere betrifft der mit Transyersaltomographie bezeichnete Bereich der Erfindung das Verfahren und die Vorrichtung zum Durchstrahlen einer Ebene eines Körpers mit einem Röntgen- oder Gammastrahlenbündel, zur Ermittlung der Äbsorp—The general scope of the invention is tomography, i.e. it relates to generation radiological layer images of inner parts of a Body in one plane of this body by means of X-ray film recording devices. In particular, it relates to the area of the invention referred to as transyer tomography the method and the device for irradiating a plane of a body with an X-ray or gamma rays, to determine the absorption
7 09823/06957 09823/0695
PHA 20751 19.11.76PHA 20751 11/19/76
VKVK
tion jedes Bündels beim Dui-chstrahlen eines Körperteiles und zum Benutzen der ex~mittelten mehrfachen Messwerte für die Rekonstruktion einzelner Absorptionskoeffizienten für jedes Element einer bestimmten Elementenmatrix in der Ebene des Körpers. Stand der Technik tion of each bundle when irradiating a part of the body and using the calculated multiple measured values for the reconstruction of individual absorption coefficients for each element of a certain element matrix in the plane of the body. State of the art
Die Beschreibung eines bekannten Verfahrens und einer bekannten Vorrichtung für Transversaltomographie ist in der US-PS 3 778 6i4 gegeben. Diese Pa tentschrift beschreibt eine Rekonstruktionstechnik für einen Querschnitt durch einen Körper aus einer Reihe von Transmissionsmessungen, die durch translatorisches Bewegen einer Strahlenquelle und eines Detektors im Durchschnitt des Körpers und durch Wiederholung dieser translatorischen Bewegung für mehrere Winkelorientierungen in der Ebene des Durchschnitts ermittelt sind.The description of a known method and a known device for transverse tomography is given in U.S. Patent 3,778,614. This pa tentschrift describes a reconstruction technique for a cross section through a body from a series of transmission measurements made by translational Moving a radiation source and a detector across the body and through Repetition of this translational movement for several angular orientations in the plane of the Average are determined.
Der Zweck dieser Messungen ist es, nach der Computeranalyse tausender unbearbeiteter Informations Stückchen über Strahlenschwächung durch die Ebene des Körpers den Absorptionskoeffizienten festzustellen, der jedem Element einer in der Ebene des Körpers definierten Matrix zuzuordnen ist. Dieses Verfahren ist für die Beschreibung des Inneren eines beliebigen Körpers brauchbar, eignet sich jedoch zunächst für die Identifizierung innererThe purpose of these measurements is, after computer analysis, of thousands of unprocessed information Bit about radiation attenuation by the Level of the body the absorption coefficient determine which is to be assigned to each element of a matrix defined in the plane of the body. This Method is useful for describing the interior of any body but first for the identification of inner ones
:--- .Λ-ΐ-Μ-ι. 1J1JO 9-8 2 3 / 0 6 &5 ...: --- .Λ-ΐ-Μ-ι. 1 J 1 JO 9-8 2 3/0 6 & 5 ...
PIIA 20751 I9.II.76PIIA 20751 I9.II.76
2<f2 <f
Abweichungen im menschlichen Körper. Die Absorptionskoeffizienten sind für normales Körpergewebe, Tumoren, Fett, usw. verschieden und ergeben somit Identif izleruiigvsdaten über weiche Gewebe in einem menschlichen Körper. Da sich Tomographie mittels Computerrekonstruktion insbesondere für die Identifizierung von Gehirnkranklieiten und Gehirnabweichungen eignet, werden damit die Nachteile der Beschwerlichkeiten, die der Patient bei der seiner Krankheit durch die Gehirnuntersuchung mittels Pneumographie, Angiographie und Abtastung mit radioaktiven Isotopen empfindet, beseitigt.Deviations in the human body. The absorption coefficients are different for normal body tissues, tumors, fat, etc., and thus result identif izleruiig v sdaten on soft tissue in a human body. Since tomography by means of computer reconstruction is particularly suitable for the identification of brain diseases and abnormalities, the disadvantages of the troubles that the patient feels during his illness through brain examination using pneumography, angiography and scanning with radioactive isotopes are eliminated.
Beim bekannten Verfahren werden eine Röntgenröhre X und ein Detektor D, die an gegenüberliegenden Stellungen festgesetzt sind, linear translatorisch bewegt, so dass die Röntgenstrahlung einen Körper B durchsetzt. Mit Hilfe von Kollimatoren wird ein schmales Strahlenbündel am Ausgang der Röntgenröhre X und am Detektor B bestimmt, so dass die Ablesungen des Röntgendetektors D bei jeder translatorischen und Rotationsstellung ein Mass für die Gesamtabsorption längs der bestimmten Bahn des "Strahlenbündels sind. Jeder Detektormesswert wird für spätere Computerverabreitung gespeichert. Nach jeder Linearabtastung erfolgt eine Drehung der Röntgenröhre*-Detektor-Kombination um eine Achse,In the known method, an X-ray tube X and a detector D, which are located on opposite sides Positions are fixed, moved linearly in translation, so that the X-ray radiation a Body B interspersed. With the help of collimators, a narrow bundle of rays is placed at the exit of the X-ray tube X and determined at detector B, so that the readings of the X-ray detector D at each translational and rotational position a measure of the total absorption along the specific path of the Each detector reading is saved for later computer processing Each linear scan is followed by a rotation of the X-ray tube * -detector combination around an axis,
PHÄ 20751PHÄ 20751
die senkrecht auf der Ebene des Körpers stellt. Obige Beschreibung ist in den Fig.. la und 1b zeichnerisch dargestellt.which is perpendicular to the plane of the body. The above description is graphical in FIGS. La and 1b shown.
Beim bekannten Verfahren werden die Abtastsignale derart verai-beitet, dass sie visuelle Infox"-mationen und Stellenwerte der Strahlungabsorptionskoeffizienten im Querschnitt des Körpers ergeben. Abtastsignale aus den Detektoren D gelangen ah einen Analog-Digital-Umsetzer AD zum Umsetzen der analogen Abtastsignale in eine digitale Form, welche Signale jeder Strahlungsabsorption proportional sind, und werden danach in einer Speichereinheit-S gespeichert. Computeranalyse der ganzen Matrix von AbtastSignalen, in einem bestimmten Fall etwa 28.000 Punkte, ergibt Absorptionskoeffizienten, die einer Elementmatrix zugeordnet sind, die für die Ebene des Körpers B definiert ist. Diese Absorptionskoeffizienten werden auf die ortsbestimmten physikalischen Eigenschaften in der Ebene des Körpers B bezogen. Nach der Verarbeitung im Computer K erfolgt Speicherungen der Absorptionskoeffizienten in einer Speichereinheit S und anschliessend die Umsetzung in Analogsignale mit Hilfe eines Digital-Analog-Umsetzers DA. Diese Signale steuern eine ¥iedergabeeinheit V, z.B, eine Kathodenstrahlröhre, mit dem Informationsinhalt, der die Absorp-In the known method, the scanning signals are processed in such a way that they are visual information messages and give values of the radiation absorption coefficients in the cross section of the body. Scanning signals from the detectors D arrive at a Analog-digital converter AD for converting the analog scanning signals into a digital form, which Signals are proportional to each radiation absorption, and are then stored in a storage unit-S saved. Computer analysis of the entire matrix of sampling signals, in one particular case, for example 28,000 points, results in absorption coefficients which are assigned to an element matrix that is suitable for the plane of the body B is defined. These absorption coefficients are based on the localized physical properties in the plane of the Body B related. After processing in the computer K, the absorption coefficients are stored in a memory unit S and then the conversion into analog signals with the aid of a Digital-to-analog converter DA. These signals control a display unit V, e.g. a cathode ray tube, with the information content that the absorption
Jt-Jt-
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tionskoeff izienten für jedes Ma tr ixe lenient als Bild darstellt. Eine dauerhafte Aufzeichnung der Abbildung liefert eine Kamera C. Fig. 2 stellt eine Anordnung nach obiger Beschreibung dar.tion coefficients for each matrix are leniently represented as an image. A permanent record of the picture provides a camera C. Fig. 2 shows an arrangement as described above.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass eine Abtastung des ganzen Querschnitts des Körpers erforderlich ist, bevor der ortsbestimmten Wert der Absorptionskoeffizienten hergeleitet werden kann. Dies wird durch die Beeinflussung der Berechnung des Absorptionskoeffizienten an jedem Punkt des Querschnitts durch die Ablesungen an jeder Stelle des Röntgenstrahlenbündels verursacht. Daher muss der ganze Querschnitt durch den Körper abgetastet werden und diese Abtastung kann nicht auf einen bestimmten wichtigen Bereich beschränkt werden. Weiterhin werden an die Stabilität der Röntgenröhren- und Detektorsysteme sowie an die mechanische Präzision der Anlagen hohe Anforderungen gestellt, da während der ganzen Abtastzeit zur Berechnung der Stellenwerte des Absorptionskoeffizienten zusammenhängende. Daten ermittelt werden müssen. Es können auch Rekönstruktionsprobleme~.dn bewegenden Teilen des Körpers auftreten. Eine Abtastbewegung, die aus einer translatorischen Bewegung mit nachfolgender Drehung besteht, ist unpraktisch und verursacht mechanischeA disadvantage of the known method and the known device is that a Scanning the entire cross-section of the body is required before the localized value of the Absorption coefficients can be derived. This is done by influencing the calculation of the Absorption coefficients at each point of the cross-section by the readings at each point of the X-ray beam caused. Therefore, the entire cross-section through the body has to be scanned and this scan cannot be limited to any particular important area. Farther are concerned with the stability of the X-ray tube and detector systems as well as with the mechanical precision high demands are made of the systems, since the calculation of the place values is carried out during the entire sampling time related to the absorption coefficient. Data need to be determined. Reconstruction problems can also occur moving parts of the body. A scanning movement resulting from a translational Movement with subsequent rotation is impractical and causes mechanical
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Schwingungen und Versclileisst:. Die auftretenden mechanischen Probleme erschweren weiter die Aufeinanderfolge translatorischer und drehender Bewegung zur Verkürzung der Abtastzeit zu beschleunigen. Weitere Nachteile beziehen sich auf die Komplexität des zum Aufruhen und Verfeinern der erforderliclien Programmteile benötigten Komputerprogramins »Vibrations and Versclileisst :. The occurring mechanical Problems further complicate the succession of translatory and rotary movement for Accelerate shortening of the sampling time. Further disadvantages relate to the complexity of the Restoring and refining the necessary program parts required Komputerprogramin »
Für die Beseitigung der Nachteile des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtungen bietet die nachstehend beschriebene ,Erfindung einen wesentlichen Vorteil dadurch, dass sie ein neues und schnelles Abtastverfahren angibt, das die Beschleunigung grosser Massen wie Röntgenquellen und Detektoren innewohnend, die zur Durchführung der bekannten Stufe linearer translatorischer Abtastung erforderlich sind, vermeidet.Provides for eliminating the disadvantages of the known method and the known devices the invention described below has a significant advantage in that it is a new and fast scanning method indicates the acceleration large masses such as x-ray sources and detectors inherent to carry out the known Level of linear translational scanning are required, avoids.
Ein anderer wesentlicher Vorteil der Erfindung beste ht darin, dass sie eine Rekonstruktion von Bereichen der Ebene des Körpers mit einer beschränkten Anzahl von Transmissionsdaten ermöglicht, die in einer den erwähnten Bereich enthaltenden Umgebung ermittelt worden sind.Another important advantage of the invention is that it enables a reconstruction of Areas of the plane of the body with a limited number of transmission data that can be used in an environment containing the mentioned area have been determined.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie bei fortschreitendem Abtastverfahren eine Quasimomentmessung der Stellenabsorptionskonstanten schafft. Another advantage of the invention is that it creates a quasi-moment measurement of the site absorption constants as the scanning process progresses.
709823/0695709823/0695
PHA 20751 I9.II.76PHA 20751 I9.II.76
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Ein Vorteil der Erfindung· ist weiter, dass
sie eine Steuerung der Abtastvorrichtung mit höherer
Präzision ergibt.
Darstellung der Erfindung A further advantage of the invention is that it results in a control of the scanning device with higher precision.
Presentation of the invention
Diese Vorteile bietet ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Untersuchen einer dünnen Schicht oder einer Ebene durch einen Körper mittels Durchstrahlens der Ebene des Körpers mit Röntgen- oder Gammastrahlen. Die Ebene des Körpers wird für Uhtersuchungszwecice als eine zweidimensionale Matrix von Elementen dargestellt, die durch mehrere, konzentrische Ringe bildende, konzentrische Kreise definiert sind. Der Aussenring wird mit R-Ring, der zweitäusserste Ring mit R-I usw. bezeichnet. Die Elemente in den Ringen werden durch die Verteilung jedes der Ringe in JSTr-Elemente mit gleichem Sektorwinkel gebildet. Auf diese Weise gibt die Bezeichnung NR eine Anzahl gleich zwei oder mehr als zwei Elementen des aussersten R-Ringes j^an,, während der R-T-Ring in iKL· -Elemente verteilt ist, usw.These advantages are offered by a new method and a new device for examining a thin layer or a plane through a body by irradiating the plane of the body with X-rays or gamma rays. For investigation purposes, the plane of the body is represented as a two-dimensional matrix of elements which are defined by several concentric circles that form concentric rings. The outer ring is designated with the R-ring, the second outermost ring with the RI, etc. The elements in the rings are formed by distributing each of the rings into JSTr elements with the same sector angle. In this way, the designation N R indicates a number equal to two or more than two elements of the outermost R ring j ^, while the RT ring is divided into iKL · elements, etc.
Das Verfahren zur Ermittlung einzelner Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten für jedes Element in der bestimmten Elementmatrix fängt mit der Drehung von Röntgen- oder Gammastrahlen über 36O0 um die Aussenseite des Körpers an, wobei für jeden konzentrischen Ring ein Strahlenbündel vor-The method for determination of individual absorption or transmission coefficient for each item in the particular matrix element begins with the rotation of X-rays or gamma rays over 36O 0 around the outside of the body, wherein a beam for each concentric ring pre-
.709823/0696".709823 / 0696 "
PHA 20751PHA 20751
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gesehen 1st, das dez-art in der zu untersuchenden Ebene gerichtet ist, dass es ununterbrochen mit dem zugeordneten Ring in Berührung ist.1st seen, the dez-art in the to be examined Level is directed that it is continuously in contact with the associated ring.
Von jedem aus dem Köx-per heraustretenden Strahlenbündel wird bei N diskreten Winkelintervallen bei der Drehung über 3^0° des Strahlenbündels ein diskretes Ausgangssignal aufgezeichnet, das die Summe der Absorptionen der Elemente in jedem einzelnen konzentrischen, vom betreffenden Strahlenbündel durchsetzten Ring darstellt.From everyone stepping out of the Köx-per The bundle of rays becomes at N discrete angular intervals when rotating through 3 ^ 0 ° of the bundle of rays recorded a discrete output signal representing the Sum of the absorptions of the elements in each individual concentric from the relevant bundle of rays represents interspersed ring.
Für den äussersten R-Ring werden die Nn diskreten Ausgangssignale des den R-Ring berührenden Strahlenbündels zum Herleiten von den einzelnen Absorptions- oder Transmissionselementen proportionalen Signalen benutzt, welche Elemente jedem der N Elemente im R-Ring zugeordnet sind.For the outermost R-ring, the N n discrete output signals of the beam contacting the R-ring are used to derive signals proportional to the individual absorption or transmission elements, which elements are assigned to each of the N elements in the R-ring.
Auf der Basis der Nn diskreten Ausgangs-On the basis of the N n discrete output
JA-IYES-I
signale des den R-1-Ring berührenden Strahlenbündels und der Signale, die den einzelnen Absorptionskoeffizienten proportional sind, die den Elementen im R-Ring zugeordnet sind, durch den das Strahlenbündel in Berührung mit dem R-1-Ring bei jedem dersignals of the beam touching the R-1 ring and the signals proportional to the individual absorption coefficients associated with the elements assigned in the R-ring, through which the beam comes into contact with the R-1-ring at each of the
Nn Λ diskreten Winkelintervalle geht, werden Signaxi— 1N n Λ discrete angular intervals, Signaxi— 1
Ie hergeleitet, die den einzelnen, jedem der Nn 1 Elemente im R-1-Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten proportional sind.Ie, which are proportional to the individual absorption coefficients assigned to each of the N n 1 elements in the R-1 ring.
PHA 20751PHA 20751
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Dieses Verfahren wiederholt sich für jeden folgenden Ring: für den R-2-Ring zur Mitte der konzentrischen Kreise hin. Für jeden konzentrischen Ring werden Signale proportional den einzelnen, jedem dei-N Elemente im 5Ring zugeordneten Absorptionskoeffizienten auif Basis der N diskreten Ausgangssignale des diesen Ring berührenden Strahlenbündels und der vorher abgeleiteten Signale hergeleitet, die den einzelnen Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten proportional sind, die den Elementen in allen äusseren Ringen zugeordnet sind, durch die das Strahlenbündel bei jedem der N diskreten Winkelintervalle hindurchgeht,This process is repeated for each subsequent ring: for the R-2 ring towards the center of the concentric circles. For each concentric ring, signals are derived proportional to the individual absorption coefficients assigned to each of the N elements in the 5 ring on the basis of the N discrete output signals of the beam contacting this ring and the previously derived signals that are proportional to the individual absorption or transmission coefficients that correspond to the Are assigned to elements in all outer rings through which the bundle of rays passes at each of the N discrete angular intervals,
Nach einem weiteren Vorteil der Erfindung werden bestimmte Strahlenbündelmessungen um konzentrische .Ringe zunächst nach einem anderen Koordinatensystem konzentrischer Ringe übersetzt, u.zw. um einen Punkt P in der Ebene des Körpers, und danach zum Herleiten eines Signals benutzt, das dem Absorptionskoeffizienten an der Stelle eines Punktes P proportional ist, wodurch ein Rekonstruktionsverfahren in einem wahlfreien Bereich der Ebene des Körpers geschaffen wird.According to a further advantage of the invention, certain beam measurements are concentric First rings according to a different coordinate system concentric rings translated, u.zw. around a point P in the plane of the body, and after that used to derive a signal that corresponds to the absorption coefficient at the location of a point P is proportional, creating a reconstruction process in an optional area of the plane of the Body is created.
Es wird eine neue Vorrichtung zum Durch— führen dieses Verfahrens beschrieben. Ein drehender Rahmen, der in einem festen Rahmen mittels -ei·*-A new apparatus for performing this method is described. A rotating one Frame, which in a fixed frame by means of -ei * -
7Q9823/0 6957Q9823 / 0695
PILA 20751 I9.II.76PILA 20751 I9.II.76
nes Kugellagers angeordnet ist, wird von einem Motor angetrieben. Eine Röntgen- oder Gammastrahlenquelle wird auf einem ei-sten, mit dem drehenden Rahmen fest verbundenen Arm montiert. Die Quelle erzeugt ein oder mehrere Strahlenbündel in einer Ebene senkrecht auf der* Drehungsachse. Die Strahlenbündel kommen in einem System von Detektoren an, die auf einem zweiten Arm montiert sind, der am Drehrahmen befestigt ist. Die Strahlenbündel werden von sowohl der Röntgeiis- oder Gammastrahlenquelle als auch dem Detektorsystem zugeordneten Kollimatoren bestimmt und derart ausgerichtet, dass sie sich mit konzentrischen Ringen berühren, die um die Drehungsachse des Drehrahmens in einer Ebene des Körpers definiert sind, der in oder nahe der Drehungsachse zwischen der Quelle und dem Detektorsystem angeordnet ist.nes ball bearing is arranged is by a motor driven. An X-ray or gamma-ray source is fixed on an iron with the rotating frame connected arm mounted. The source generates one or more bundles of rays in a plane perpendicular on the * axis of rotation. The bundles of rays come in a system of detectors mounted on a second arm attached to the rotating frame. The bundles of rays are or gamma ray source as well as collimators assigned to the detector system and such aligned so that they touch with concentric rings around the axis of rotation of the rotating frame are defined in a plane of the body which is in or near the axis of rotation between the Source and the detector system is arranged.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Detektorsystems sind ein Referenzkristalldetektor und mehrere Messkristalldetektoren gruppenweise vorgesehen, welche Gruppen auf einer Bahn in ver schiedene Stellungen gebracht werden können, um verschiedene den Körper bei verschiedenen Drehungen des Drehrahmens durchsetzende Strahlenbündel aufzufangen. Für jeden Messkristalldetektor werden zum erzeugen elektrischer Signale Photobervielfacherröhren angeordnet, welche Signale der entsprechen- In a preferred embodiment of the detector system, a reference crystal detector and several measuring crystal detectors are provided in groups, which groups can be brought into different positions on a path in order to collect different beams penetrating the body at different rotations of the rotating frame. For each measuring crystal detector, photomultiplier tubes are arranged to generate electrical signals , which signals the corresponding
709823/0695709823/0695
PHA 20751PHA 20751
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den Strahlenintensitelt proportional sind. Zum magne tischen Speichern der Strahlungsabsorptionssignale in digitaler Form sind Mittel vorgesehen. Ein Digitalcomputer mit Speicherprogramm ist zum Ableiten von Signalen proportional den Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten für die bestimmte Element enmatr Ix in der Ebene des Körpers angeordnet. Diese Signale werden gespeichert und dienen danach zum Erhalten einer Referenz der Absorptionskennlinien der Ebene des Körpers.are proportional to the radiation intensity. To the magne tables store the radiation absorption signals Funds are provided in digital form. A digital computer with a memory program is for deriving of signals proportional to the absorption or transmission coefficient for the particular element enmatr Ix arranged in the plane of the body. These signals are stored and are then used for obtaining a reference of the absorption characteristics of the plane of the body.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand dei* Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigenThe invention is described below with reference to the * Drawing explained in more detail, for example. Show it
Fig. 1(a) und i(b) ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Vorrichtung zum Durchführen von Transversaltomographie,Figs. 1 (a) and i (b) show a known method and a known device for performing transverse tomography,
Fig. 2 eine bekannte Anlage zum Frmitteln von Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten einer bekannten, bestimmten Elementenmatrix aus einer Reihe transversaler Strahlungsmessungen,2 shows a known plant for milling from absorption or transmission coefficients of a known, specific element matrix a series of transverse radiation measurements,
Fig· 3 die Orientierung einer Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle und eines Detektors in der erfindungsgemässen Vorrichtung für die Drehung eines Strahlenbündelmusters um einen Körper, in dem eine Elementenmatrix durch konzentrische Kreise mit sich linear verlängernden Radien definiert ist,3 the orientation of an X-ray or a gamma radiation source and a detector in the device according to the invention for the rotation of a beam pattern around a body, in which defines an element matrix by concentric circles with linearly extending radii is,
:■—.: ... -7 Q 9:8 2 3./ 0 6 95. : ■ - .: ... -7 Q 9: 8 2 3/0 6 95.
PHA 20751 19-11.76PHA 20751 19-11.76
Fig. k detailliert die definierte Elementenmatrix in der erfindungsgemäesen Verrichtung zur Ermittlung von Absorptionskoeffizienten in einer Ebene eines Köi"pers,FIG. K shows in detail the defined element matrix in the device according to the invention for determining absorption coefficients in a plane of a body,
Fig. 5 eine andere definierte Eleinentenmatrix in der Vorrichtung nach der Erfindung zur Ermittlung des Absorptionskoeffizienten an einem bestimmten Punkt,5 shows another defined element matrix in the device according to the invention for determining the absorption coefficient at a certain Point,
Fig. 6 das Perspektivbild einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Drehen eines Strahlungsmusters durch eine Ebene eines Körper-s und zur Ermittlung der Strahlungsabsox-ption nach dem Durchgang des Strahlenbündels,6 shows the perspective image of a device according to the invention for rotating a radiation pattern through a plane of a body and to determine the radiation absorption after the passage of the Beam,
Fig. 7 die Strahlenausbreitung einer Röntgenröhre nach der Erfindung während der Drehung dieser Röhre um einen zu untersuchenden Körper,7 shows the radiation propagation of an X-ray tube according to the invention during the rotation thereof Tube around a body to be examined,
Fig. 8 schematisch die Erzeugung und Detektion eines Strahlenbündels nach der Erfindung,8 schematically shows the generation and detection of a beam according to the invention,
Fig. 9 schematisch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Erzeugung und Detektion eines Strahlenbündels,9 schematically shows another embodiment of the generation and detection according to the invention a bundle of rays,
Fig. 10 schematisch das erfindungsgemässe Sammeln, Speichern und Verarbeiten von Messdaten,10 schematically the according to the invention Collection, storage and processing of measurement data,
Fig. 11 ein Blockschaltbild für die Zusammenstellung eines Computerprogramms für das Verfahren ortsbestimmter Rekonstruktion nach der11 shows a block diagram for the compilation of a computer program for the Procedure of location-specific reconstruction according to the
.... . .ν. 1709823^:01.95;\L:jc„/_r.:::ri:^i;i__-. .__;ii:.... .ν. 1709823 ^: 01.95; \ L: jc “/ _ r.:::ri:^i;i__-. .__; ii:
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Erfindung.Invention.
a. Einheitliche Abtastung eines Körpers Fig. 3 zeigt die Skizze einer Ebene 101 eines Körpers 111, der mittels erfindungsgemässer Transversaltomographie untersucht werden muss. Der Körper 111 befindet sich zwischen einer Röntgen- oder Gammastrahlenquelle 300 und einem Detektor 301, der ein Szintillator und ein Photovervielfacher sein kann und vorzugsweise weiterhin einen Kollimator enthält. Deutlichkeitshalber sei angenommen, dass der Detektor 301 längs einer Bahn. 302 derart bewegen kann, dass Strahlenbündel 310, 311» 312, 313 detektiert werden können, die unter verschiedenen ¥inkeln aus der Quelle den Körper 111 durchsetzen. Mehrfachdetektoren mit je einem zugeordneten Kollimator können selbstverständlich als Detektoren 301, 301', 301'! usw. angeordnet werden oder es können Mehrfachdetektoren auf der Bahn 302 bewegt werden. Die Röntgenquelle 300 und die Detektoren 30I sind mit einem C-förmigen drehenden Ring 303 verbunden, der um eine senkrecht auf der Ebene 101 stehende Achse 0 drehbar ist. In Fig. 3 befindet sich die Achse 0 in der Mitte des Körpers 111, jedoch kann der Körper 111 auch an einer beliebigen anderen Stelle im Bereich des Strahlenbündels 300 unda. Uniform scanning of a body FIG. 3 shows the sketch of a plane 101 of a body 111, which has to be examined by means of transverse tomography according to the invention. The body 111 is located between an X-ray or gamma-ray source 300 and a detector 301, which can be a scintillator and a photomultiplier and preferably also contains a collimator. For the sake of clarity, it is assumed that the detector 301 is along a path. 302 can move in such a way that beam bundles 310, 311 »312, 313 can be detected, which penetrate the body 111 at different angles from the source. Multiple detectors, each with an assigned collimator, can of course be used as detectors 301, 301 ', 301' ! etc., or multiple detectors can be moved on track 302. The X-ray source 300 and the detectors 30I are connected to a C-shaped rotating ring 303 which can be rotated about an axis 0 perpendicular to the plane 101. In FIG. 3, the axis 0 is in the center of the body 111, but the body 111 can also be at any other point in the region of the beam 300 and
709823/0695709823/0695
PIiA 20751PIiA 20751
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des Detektors 301 angeordnet werden.of the detector 301 can be arranged.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist eine Reihe konzentrischer Kreise um die Drehungsachse 0 eindeutigfestgelegt. Während der Drehung des Ringes 303 um die Drehungsachse 0 ist der Röntgenstrahl oder sind die Röntgenstrahlen ununterbrochen (wie bei einem Orieiitiexmngs-Drehwinkel dargestellt) senkrecht auf die aufeinanderfolgenden Strahlen aus der Achse 0 auf einen Punkt P gerichtet. Hierdurch ist ein Strahlenbündel, z.B. 310, stets mit dem Aus seilring um die Mitte 0 bei drehendem System Strahlenquelle - Detektor 3OO-3OI in Bex-ührung.As shown in Fig. 3, a series of concentric circles around the axis of rotation 0 are clearly defined. During the rotation of the ring 303 about the axis of rotation 0 is the X-ray beam or are the x-rays uninterrupted (as shown with an orientation rotation angle) directed perpendicular to the successive rays from the axis 0 to a point P. Through this is a bundle of rays, e.g. 310, always with the rope ring around the center 0 when the system is rotating Radiation source - detector 3OO-30I under control.
Fig. 4 zeigt detailliert das konzentrische System, das um die Drehungsachse 0 eindeutig festgelegt ist. Das Strahlenbündel 3OI ist mit einer besonderen Orientierung bei seiner Drehung um den Körper 1 11 dargestellt und steht senkrecht auf" einem bestimmten Radiusvektor r im Punkt P. Durch geeigr. netes Kollimieren ist eine Annäherung, der konzentrischen Ringbreite Δ r durch die Strahlenbündelbreite W erreichbar^ Das in Fig. 4 dargestellte Beispiel zeigt das Strahlenbündel 3IO beim Durchgang durch den äussersten konzentrischen Ring (i). Senkrecht auf dem Radiusvektor r ist das Strahlenbündel 310 beim Durchgang durch die mit j = n.-1, n., 1, 2 und 3 bezeichneten Elemente dargestellt-4 shows in detail the concentric system which is clearly defined about the axis of rotation 0. The beam 30I is shown with a special orientation during its rotation around the body 11 and is perpendicular to "a certain radius vector r at point P. By suitable collimation, an approximation of the concentric ring width Δ r through the beam width W can be achieved ^ The example shown in Fig. 4 shows the bundle of rays 310 when passing through the outermost concentric ring (i). The bundle of rays 310 is perpendicular to the radius vector r when passing through those with j = n.-1, n., 1, 2 and 3 designated elements shown-
70 9823/069-570 9823 / 069-5
-W--W-
PHA 2075 19-11.76PHA 2075 19-11.76
Es sind Elemente aus der Gesamtheit von n. Elementen im i-Ring.They are elements from the totality of n th elements in the i-ring.
Zur Beschreibung des Inneren des Körpers 111 gemäss der Elementenmatrix, die durch konzentrische Ringe und Radiusvektoren nach Fig. 4 gebildet wird, ist jedem kleinen Element ein unbekannter Wert des Absorptionskoeffizienten zugeordnet. So ist beispielsweise der Absorptionskoeffizient für das Element j= 1 im i-Ring mit /u. angegeben; /u. fürTo describe the interior of the body 111 according to the element matrix, which is defined by concentric Rings and radius vectors according to Fig. 4 is formed, each small element is an unknown value assigned to the absorption coefficient. For example, this is the absorption coefficient for the element j = 1 in the i-ring with / u. specified; / u. for
/1,1 /l,iC/ 1.1 / l, iC
das Element j = 2; /u. . für das j. Element. Die ermittelte Strahlungsabsorption für das Strahlenbündel 310 wird durch die Summe des mittleren Wertes der linearen Abs'orptionskonstanteii /u für jedes vom Strahlenbündel durchsetzte Element gegeben.the element j = 2; / u. . for the j. Element. the The determined radiation absorption for the beam 310 is given by the sum of the mean value of the linear absorption constant for each given by the beam penetrated element.
Bei der Drehung um die Achse 0 wird die Strahlungsabsorption zwischen der Quelle 300 und dem Detektor 3OI bei n. verschiedenen Stellungen ermittelt, von denen nur eine in Fig. h dargestellt ist. Die Strahlungsabsorption für jede mit /-> . , bezeichnete Messung ist schlechthin dieDuring the rotation around the axis 0, the absorption of radiation between the source 300 and the detector is determined at 3OI n. Different positions, of which only one is shown in Fig. H. The radiation absorption for each with / ->. , designated measurement is simply the
t 1 y JtC t 1 y JtC
Summe der linearen Absorptionskonstanten für jedes vom Strahlenbündel durchsetzte Element, multipliziert mit einem einzelnen geometrischen Faktor, der durch die Durchschneidung der Strahlenbündel mit jedem Element bestimmt ist. Die Drehungsmessschritte des Strahlenbündels 310 währendSum of the linear absorption constants for each element penetrated by the beam, multiplied with a single geometrical factor created by the intersection of the bundle of rays is determined with each element. The rotation measurement steps of the beam 310 during
PHA 20751 19.11.76PHA 20751 11/19/76
der Dx^ehung der Quelle 3OO und des Detektors 30I um 0 sind mit einem Index Ic bezeichnet. Dieser Index k gellt in Stufen gleich 1 von 1 bis zu k = 11. und ist gleieh der Anzahl von Elementen im i-Ring. Die Messung der Strahlungsabsorption in jeder Stellung des ersten dux-chsclinitteilen Ringes führt also zu den Gl e i chungenthe increase in the source 300 and the detector 30I 0 are denoted by an index Ic. This index k gells in steps equal to 1 from 1 up to k = 11. and is equal to the number of elements in the i-ring. The measurement of the radiation absorption in each position of the first dux-chsclinitteeile ring thus leads to the Equations
4=14 = 1
worin k= 1 , 2, ..., n.where k = 1, 2, ..., n.
Der Term (X . . ist der geometrische Fak-XjJ —icThe term (X.. Is the geometric Fak-XjJ —Ic
tor, der durch die Durchschneidung des Stx^ahlenbündels 3IO mit jedem Element j bestimmt ist, wobei der Strahlenbündel 310 in k Stufen in Berührung mit dem Ring i rotiert.tor, created by cutting through the bundle of nerves 3IO is determined with each element j, where the bundle of rays 310 in contact with in k stages the ring i rotates.
Da j gleich k angenommen wird, d.h. die Anzahl der Elemente im i—Ring ist gleich j und die Anzahl der Messungen am Ring i ist gleich k, gibt die Gleichung (1) ein System von k Gleichungen, wobei k gleich n. mit j = n. unbekannten Parametern /u. . ist. Die Lösung des Systems der Gleichungen (i) liefert die jedem Element im Ring mit dem Index i zugeordneten Werte /U.Since j is assumed to be equal to k, i.e. the number of elements in the i-ring is equal to j and the Number of measurements on ring i is equal to k, equation (1) gives a system of k equations, where k equals n. with j = n. unknown parameters / u. . is. Solving the system of equations (i) returns the values / U assigned to each element in the ring with index i.
Im folgenden Abtastring, dem Ring mit demIn the following scanning ring, the ring with the
J0 J 0
- "Wf -- "Wf -
PHA 20751PHA 20751
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Index i-1, führt die Messung der Strahlungsabsorption zu einem neuen System von GleichungenIndex i-1, performs the measurement of radiation absorption to a new system of equations
η. τ
x-1 n.η. τ
x-1 n.
j=l J=Ij = l J = I
worin k = 1,2, ...n. _,where k = 1,2, ... n. _,
t ■ -t ■ -
worin. p( der geometrische Faktor ist, der durchwherein. p (is the geometric factor given by
1,j-k
die Durchschneidung des Bündels mit dem neuen Ring mit dem Index i-1, z.B. des Strahlenbündels 311 nach
Fig. 3> mit den Elementen des äussersten Ringes i bestimmt ist.1, jk
the intersection of the bundle with the new ring with the index i-1, for example the bundle of rays 311 according to FIG. 3> with the elements of the outermost ring i, is determined.
Die Werte /u. . sind durch die Lösung der Gleichungen (i) bestimmt. Die Lösung des Systems von Gleichungen ..(2) ergibt die Werte /u. . imThe values / u. . are determined by solving equations (i). The solution to the system of equations .. (2) gives the values / u. . in the
/ i—l,J/ i-l, J
Ring mit dem Index i-1. Die Messung in jedem Abtastring mit abnehmendem Radius ergibt ein System von Gleichungen gleich (2) mit Termen an der rechten Seite, die· bekannte Werte für /u. in den Elementen enthalten, die sich auf die äussersten Ringe beziehen. Es ist klar, dass die Anzahl der Elemente jedes äussersten 'Ringes, die zur Absorption längs eines Innenringes beiträgt, rasch abnimmt, je mehr sich der Abtastradius Punkt 0 nähert, d.h. je mehr sich das Abtastbündel dem Rotationsmittelpunkt nähert.- - ■Ring with the index i-1. The measurement in each scanning ring with decreasing radius gives a system of equations equal to (2) with terms on the right Page that · known values for / u. in the elements which refer to the outermost rings. It is clear that the number of elements of each outermost 'ring necessary for absorption lengthways of an inner ring, decreases rapidly the closer the scanning radius approaches point 0, i.e. the more the scanning beam approaches the center of rotation.- - ■
Die Eigenschaften der einzelnen StellenThe characteristics of each location
7 09823/0 695 . . * .: 7 09823/0 695. . *. :
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werden also bei Vervollständigung jedes Abtastringes völlig bestimmt, ohne dass die Gesamtabtastung des Querschnitts des Körpers abgewartet werden muss.are therefore completely determined when each scanning ring is completed, without the overall scanning of the Cross-section of the body must be awaited.
Die Anzahl der Gleichungen in jedem System gleich dem System der Gleichungen (2) ist ziemlich klein und kann mit der Messung der Innenringe mit abnehmendem Radius gleichermassen reduziert werden. Venn beispielsweise davon ausgegangen wird, dass ein Abtastradius des Aussenringes in der Gz-össenordnung von I50 mm und bei einer Elementbreite in der Grössenordnung von 3 nun ist, besteht jedes unabhängige System von Gleichungen für die äussersten Ringe nur aus mehreren hundert Gleichungen. Die Lösung für die unbekannten ax für jeden Ring aufeinanderfolgend von äussersten Ring zu den Innenringen erfordert eine viel kürzere Rechenzeit als bekannte röntgentomographisclie Anlagen. Je weiter einwärts gemessen wird, je mehr kann die Anzahl der Messungen längs des Ringes, verringert werden (d.h. kann bestimmt werden, dass η. für die Innenringe kleiner ist als für die Aussenringe, wodurch die Abmessung des Elements ungefähr konstant bleibt), so dass die Grosse des Systems der Gleichungen kleiner wird. Die Rechenzeit wird dementsprechend bei der Lösung der /u des Innenringes reduziert. The number of equations in each system equal to the system of equations (2) is quite small and can be reduced with the measurement of the inner rings as the radius decreases. If, for example, it is assumed that a scanning radius of the outer ring is in the order of 150 mm and an element width in the order of 3, each independent system of equations for the outermost rings consists of only several hundred equations. The solution for the unknown ax for each ring successively from the outermost ring to the inner rings requires a much shorter computing time than known X-ray tomographic systems. The further inward is measured, the more the number of measurements along the ring can be reduced (ie it can be determined that η. For the inner rings is smaller than for the outer rings, whereby the dimension of the element remains approximately constant), so that the size of the system of equations becomes smaller. The computing time is reduced accordingly when solving the / u of the inner ring.
709823/0695709823/0695
PHA 20751 Λ9. 1 1.76PHA 20751 Λ9. 1 1.76
b. Ortsbestimmte Rekonstruktion b. Ortsbe s timmte Reko nstruktio n
Das Verfahren ztii" Ermittlung der Absorptionskoeffizienten für die Elemente, die als Elemente in konzentrischen Ringen um die Drehungsachse eindeutig bestimmt sind (Fig. k), , erfordert, dass sämtliche Strahlungsabsorptionsdaten bei den Lösungen der Gleichungen aufeinanderfolgender Ringe, insbesondere für ein bestimmtes Element nahe der Achse 0, benutzt werden. Oft jedoch interessiert sich ein Diagnostiker zunächst für die Untersuchung eines bestimmten Punktes der Ebene 101 des Körpers 111. Es ist möglich, die Strahlungsabsorptionsdaten nach obiger Beschreibung zur Rekonstruktion einer Absorptionsmatrix um einen Punkt P im Querschnitt durch den Körper, der nicht auf die Achse 0 zentriert ist, zu benutzen.The method ztii "Determination of the absorption coefficient for the elements which are determined uniquely as elements in concentric rings around the axis of rotation (Fig. K), requires that all of the radiation absorption data, in the solutions of the equations of consecutive rings, especially for a particular element near Axis 0. Often, however, a diagnostician is initially interested in examining a specific point in plane 101 of body 111. It is possible to use the radiation absorption data as described above to reconstruct an absorption matrix around a point P in the cross section through the body, the is not centered on axis 0.
Fig. 5 zeigt den Körper 111 beim Abtasten durch drehende Strahlenbündel, von denen nur ein Strahlenbündel -310 dargestellt ist. Um einen bestimmten Punkt P ist eine Aufeinanderfolge konzentrischer Kreise mit in einheitlichem Abstand liegenden Radien dargestellt. Diese Kreise bestimmen eine Anzahl von Ringen, die ebenfalls in einem Radiusabstand r. voneinander entfernt liegen. Der Radius für jeden Kreis vom Mittelpunkt P aus beträgt alsoFig. 5 shows the body 111 being scanned by rotating bundles of rays, of which only one bundle of rays -310 is shown. To a particular one Point P is a succession more concentric Circles shown with uniformly spaced radii. Determine these circles a number of rings, which are also spaced at a radius r. apart from each other. Of the The radius for each circle from the center point P is therefore
709823/0695709823/0695
ΡΙΙΛ 20751 19- 11-76ΡΙΙΛ 20751 19-11-76
(3)(3)
rin j=0,1,2,...rin j = 0,1,2, ...
Sogar wenn Strahlungsabsorptionsdaten für ein konzentrisches, um den Mittelpunkt 0 definiertes Ringsystem gesammelt werden, können diese Daten dtirch Koordinatenumwandlung in dcis konzentrische Ringsystem übersetzt werden, das durch den Mittelpunkt P und mit durch die Gleichung (3) definierten Radien bestimmt ist. Der Absorptionswert eines Strahlenbündels in Berührung mit einem Ring mit dem Radius und dem Mittelpunkt P fällt zusammen mit einem Strahlenbündel, das mit dem Ring- mit dem Mittelpunkt 0 mit einem Radius r nach der GleichungEven if radiation absorption data is defined for a concentric one around the center 0 Ring system are collected, this data can be dtirch Coordinate conversion in dcis concentric ring system which is determined by the center point P and with radii defined by equation (3) is. The absorption value of a beam in contact with a ring with the radius and the center P coincides with a bundle of rays, the one with the ring with the center 0 with a radius r according to the equation
r = Ο + r cos(9-9 ) (k) r = Ο + r cos (9-9) (k)
/PP/ Pp
in Berührung ist, in welcher Gleichung θ die Winkelkoordinate des Berührungspunktes ist und r , θ die Polkoordinaten von P sind. Mit Hilfe der Gleichung (4) können die Messwerte f£ der Strahlungsabsorption im konzentrischen Ringsystem um den Mittelpunkt 0 mit einem Computer übersetzt werden, so dass eine Reihe von Strahlungsabtastwerten in Berührung mit den konzentrischen Ringen um P erhalten wird. Diese mit dem Index j versehenen ¥erte . stellen Strahlungsabsorptionswerte dar, die 3 is in contact, in which equation θ is the angular coordinate of the point of contact and r, θ are the pole coordinates of P. With the aid of equation (4), the measured values f £ of the radiation absorption in the concentric ring system around the center 0 can be translated with a computer so that a series of radiation samples in contact with the concentric rings around P are obtained. These values are provided with the index j. represent radiation absorption values, the 3
vollständig längs konzentrischer Kreise 0 = Jr1 completely along concentric circles 0 = Jr 1
709823/0695709823/0695
PHA 20751 19-11.76PHA 20751 19-11.76
um P gemessen sein würden.would be measured around P.
Diese Strahlungsabsox'ptionswerte längs des Ringes j sind bei voll ständigen? Summierung über den
Ring j gleich der Summe der Durchschneidungen über
alle Ringe ausserhalb des Ringes j. Diese Beziehung wird wie folgt geschriebenThese radiation absorption values along the ring j are at full? Summation over the ring j equals the sum of the intersections over
all rings outside the ring j. This relationship is written as follows
2/Γ2 / Γ
d9= d9 =
0=> Jr1 J 9.^ + 17U1x (5) 0 => Jr 1 J 9. ^ + 17 U 1x (5)
worin θ . , ." ein geometrischer Parameter ist, ge-J jh—j+Iwhere θ. ,. "is a geometric parameter, ge-J jh-y + I
geben durchgive through
-ι / . t 1 J V I-ι /. t 1 J VI
j,h-j, h-
Der Parameter θ ist ein Mass für die Bahnlange zwischen dem Kreis mit dem Radius h und dem
Kreis mit dem Radius h+1.The parameter θ is a measure of the path length between the circle with the radius h and the
Circle with radius h + 1.
Aus der Gleichung (5) wird ein Ausdruch Ax der gewünschte Absorptionskoeffizient·in P , wie
folgt geschriebenFrom the equation (5), an expression Ax becomes the desired absorption coefficient · in P, as
follows written
j=1j = 1
worin /" der Absorptionswert eines Strahlenbündels durch Po die Koeffizienten k . gegeben sind durchwherein / "of A bsorptionswert k, the coefficients of a radiation beam by Po. are given by
. 709823/0695. 709823/0695
PIIA 20/51PIIA 20/51
19.11.7611/19/76
577 · (1 - Θ1,2 · id, I 577 (1 - Θ 1,2 id, I.
θ. Jθ. J
J-1.2 -11J-J-1.2 - 11 J-
Für grosses j ist ^ Icj = — . -j (9)For capital j, ^ Icj = -. -j (9)
k .
Die Koeffizienten τ"· von /->
. in der G-lei-k.
The coefficients τ "· from / -> . In the G-lei-
chung (7) nehmen asymptotisch mit j ab. Infolgedessen nimmt in einer quasieinheitlichen Verteilung -des ¥ertes von j über den zu untersuchenden Querschnitt durch den Körper der Beitrag der Berechnung von /U der Werte von P. in P umgebenden Bereichen im wesentlichen mit j ab, d.h. die Abtastung eineschung (7) decrease asymptotically with j . As a result, in a quasi-uniform distribution of the value of j over the cross section to be examined through the body, the contribution of the calculation of / U of the values of P. in areas surrounding P decreases essentially with j, ie the sampling of a
im Abstand P von P befindlichen Bereichs beeinflusst I. οThe area at a distance P from P influences I. ο
die Berechnung von /u proportional mit rJ . Dieses langsame Abnehmen des Effekts umgebender Bereiche auf die Berechnung von /u in jedem Punkt würde es notwendig machen, einheitliche Abtastung des ganzen Querschnitts durch den Körper anzuwenden, um zur Bildrekonstrukti©n zu gelangen. Die Lösung für /u im Punkt P , wiedergegeben in der Gleichung (7) gibt also an, dass die Beschränkung der Abtastungthe computation of / u proportional with r J. This slow decrease in the effect of surrounding areas on the computation of / u at each point would make it necessary to use uniform scanning of the entire cross-section through the body in order to arrive at the image reconstruction. The solution for / u at point P, given in equation (7), indicates that the limitation of the sampling
PHA £0751PHA £ 0751
auf einem beschränkten Bereich des Querschnitts durch den Körper zu einem =Fehler in der Rekonstruktion des Bildes führen würde, es sei denn, die Grenze des Bereiches falle teilweise mit der Grenze des Querschnitts durch den Körper zusammen.on a limited area of the cross-section the body to an = error in the reconstruction of the Image, unless the boundary of the area partially coincides with the boundary of the cross-section through the body together.
Wenn andererseits der Unterschied in Werten für /u zwischen zwei Punkten berechnet wird, beeinflusst die Abtastung in den umgebenden Bereichen den Unterschied alsOn the other hand, when calculating the difference in values for / u between two points, influenced the scanning in the surrounding areas as the difference
1 _ 1
1I 21 _ 1
1 I 2
worin r und r die Abstände zwischen einem Bereich eines Querschnitts durch den Köi-per und den zwei Punkten darstellen. Für hohe Werte für r1 und r„ nimmt der Effekt der Abtastung in den umgebendenwhere r and r represent the distances between an area of a cross section through the body and the two points. For high values for r 1 and r 1, the effect of the sampling in the surrounding area increases
_2_2
Bereichen im wesentlichen mit r1 Q ab. Dieses rasche Abnehmen ermöglicht die Anwendung einer differentialhaften Annäherung bei der Bildrekonstruktion eines Teiles des zu untersuchenden Querschnitts durch den Körper, ohne dass eine komplette einheitliche Abtastung des Querschnitts durch den Körper notwendig ist. Zum Fortsetzen dieser Annäherung wird der mittlere Wert /u in einem Kreis mit einem Radius J-Y zunächst mit Hilfe»lfolgender Gleichung berech-r netAreas essentially with r 1 Q. This rapid decrease enables the use of a differential approximation in the image reconstruction of a part of the cross-section to be examined through the body, without a complete, uniform scanning of the cross-section through the body being necessary. To continue this approximation, the mean value / u in a circle with a radius JY is first calculated with the aid of the following equation
-7 0 S W3-7 0 S W3
PHA 20751 19-11-76PHA 20751 19-11-76
= lh J = lh J
h=oh = o
Mit Hilfe der Gleichung (5) wird die Gleichung (1O) wie folgt umgewandeltWith the help of equation (5) the equation (1O) converted as follows
& fit& fit
(11)(11)
ι r2i ι r 2i
i,j " Q^ Λ Vi, j " Q ^ Λ V
(12)(12)
worin k^ ^ — „ ι ^j - ο. ...λ-. 1 where k ^ ^ - "ι ^ j - ο. ... λ-. 1
ι, J if·ι, J if
ki 1 k i 1
1,11.1
,j Gj^1 ^ Ij 1,j e,1 J-1,2 e.j-1j, j Gj ^ 1 ^ Ij 1, je, 1 J-1,2 ej-1j
(15)(15)
Die Koeffizienten k. in der Gleichung (7) und k .The coefficients k. in equation (7) and k.
J e, JJ e , J
in der Gleichung (ii) erfüllen folgende asymptotis ehe Bedingungin equation (ii) satisfy the following asymptotis marriage condition
709823/0635709823/0635
PHA 20751 19.11.76PHA 20751 11/19/76
Aus den Gleichungen (7) und (ii) ergibt sich alsoThe equations (7) and (ii) thus result
λ,λ,
- W^ J- W ^ J
worin ßf. . = — (-77- .Ic. . + Ic .)where ßf. . = - (-77- .Ic.. + Ic.)
. = -τ (4y . .k . - k.) (18). = -τ (4y. .k. - k.) (18)
Der Koeffizient 0 . nimmt asymptotisch mitThe coefficient 0. takes along asymptotically
e > J
_3
j ab und dieses arasche Abnehmen ermöglicht eine Beschränkung der Anzahl von Termen in der zweiten
Summe an der rechten Seite der Gleichung (17) für
die Berechnung von ax - /U. Dies bedeutet, dass es
möglich ist, das Abtastverfahren auf einem Bereich des Querschnitts durch den Körper zu beschränken,
der den Bereich umgibt, in dem die Rekonstruktion von /U bis /u durchgeführt werden muss. Nachfolgende
Tabelle 1 enthält numerische Werte für k. als e > J
_3
j ab and this rapid decrease allows a restriction on the number of terms in the second sum on the right side of equation (17) for the computation of ax - / U. This means that it is possible to restrict the scanning method to an area of the cross-section through the body which surrounds the area in which the reconstruction from / U to / u has to be carried out. Table 1 below contains numerical values for k. as
Funktion von j=1 bis 3=95J für k. . als Funktion vonFunction from j = 1 to 3 = 95 J for k. . as a function of
j von j=1 bis j = 10 (/=1θ) und für k . als Funktionj from j = 1 to j = 10 (/ = 1θ) and for k. as a function
e» 3 e » 3
von j von j=11 bis j=95j und für 0. . als Funktionfrom j from j = 11 to j = 95j and for 0.. as a function
1J 1 y
von 3 von j=1 bis j=10 C^ = 10) und für 0 . alsfrom 3 from j = 1 to j = 10 C ^ = 10) and for 0. as
e > J e > J
Funktion von j von j=11 bis j=95·Function of j from j = 11 to j = 95
7ά9823/06957ά9823 / 0695
PIIA 20751PIIA 20751
19.11.7611/19/76
■1K.
■ 1
1, JIv.
1, J.
ι,,Ι e , ,10.. and 0
ι ,, Ι e,, 1
ι.,Ι e, j K. and K
ι., Ι e, j
e, JXV.
e, J
19.11.76HtA 20751
11/19/76
■-'-■-7 0-9 8 2-3X0 .13285E-OI
■ -'- ■ -7 0-9 8 2-3X0
£-9l5-...i::::: .: .. . 16718E + 01
£ -9l5 -... i :::::.: ..
19-11.76
2653465Ρ11Λ 20571
19-11.76
2653465
PHA. 20571 19-11-76PHA. 20571 19-11-76
26S346526S3465
Eine wichtige Eigenschaft sowohl der Gleichung (7) als auch der Gleichung (17) ist das einheitliche Mitteln der Absorptionsmessungen über jeden Ring der Aufeinanderfolge der Bildrekonstruktion,An important property of both equation (7) and equation (17) is uniformity Averaging the absorption measurements over each ring of the image reconstruction sequence,
709 8 2 3/0695709 8 2 3/0695
PIIA 20751 19·11-76PIIA 20751 19 11-76
die sich aus der Integration über 2 Ht ergibt. Der Einfluss der statistischen Schwankungen der einzelnen Messungen vom A wird also für den ganzen Rekonstruktionsbereich einheitlich minimal!siei-t.which results from the integration over 2 Ht . The influence of the statistical fluctuations of the individual measurements from A is thus uniformly minimal for the entire reconstruction area.
Die Gleichungen (7) und (17) geben die Lösung des Rekonstruktionsproblems und die Gleichung (17) insbesondere bestimmt die Annäherung für eine ortsbestimmte Messung und Rekonstruktion von /u. Es ist klar, dass in der Gleichung (17) eine unabhängige Messung von /u erforderlich ist. Die Messung von /U erfordert nur eine Grobabtastung des zu untersuchenden Querschnitts durch den Körper mit nicht zu harten Anforderungen an die statistischen Eigenschaften der zugeordneten Absorptionsmessungen. Konzentrischer Ringabtaster Equations (7) and (17) give the solution to the reconstruction problem and equation (17) in particular determines the approximation for a location-specific measurement and reconstruction of / u. It is clear that an independent measurement of / u is required in equation (17). The measurement of / U only requires a rough scan of the cross-section to be examined through the body with not too strict demands on the statistical properties of the associated absorption measurements. Concentric ring scanner
Fig. 6 zeigt in der Perspektive eine konzentrische Ringabtastvorrichtung. Ein fester Rahmen 60O trägt einen Drehrahmen 60I, der um eine Drehungsachse 602 frei drehbar ist. Ein Motorantrieb 624 befindet sich im festen Rahmen 6OO zum Antreiben des Drehrahmens 60I. Zwei etwa um 180° auseinanderliegende Arme 603 und 6o4 sind am Drehrahmen 60I befestigt. Der Arm 603 trägt eine Röntgenröhre 6O5 und eine zugeordnete Röntgenröhrenkollimatorsteuerung 606. Der Arm 6o4 trägt ein Detektorgefüge 607 mit zugehörigen Detektorkollimatoren.Fig. 6 shows in perspective a concentric ring scanner. A fixed frame 60O carries a rotating frame 60I that rotates about an axis of rotation 602 is freely rotatable. A motor drive 624 is located in the fixed frame 6OO for driving the Rotating frame 60I. Two arms 603 and 604 which are approximately 180 ° apart are attached to the rotating frame 60I. Arm 603 carries an x-ray tube 6O5 and an associated x-ray tube collimator controller 606. The arm 6o4 carries a detector structure 607 with associated detector collimators.
PHA 20751 19.11.76PHA 20751 11/19/76
Es ist ein Schlitten 608 vorgesehen, so dass ein Teil eines menschlichen Körpers 11 in einer Öffnung 701 zwischen der Röntgenröhre 6O5/Röntgeni-öhrenkollimatorsteuerung 606 und dem Detekto3?gefüge 607 positioniert werden kann. Der Schlitten 608 wird von einem Träger 6O9 unterstützt. Eine Steuerung 610 für den Schlitten sorgt dafür, dass der Schlitten 608 parallel zur Rotationsachse 602 eine translatorische Bewegung ausführt und dabei den Körper 11 zu einem Punkt hin bewegt, in dem die Strahlenbündel der Röntgenröhre 6O5 eine gewünschte Ebene 101 des Körpers 111 durchstrahlen können. Ausserdem lasst die Steuerung 6IO den Schlitten 608 in jeder Richtung in einer senkrecht auf der Drehungsachse stehenden Ebene eine translatorische Bewegung ausfüh-ren, wobei die Drehungsachse nahe beim gewünschten Bereich des Körpers 111 liegt.A slide 608 is provided so that a part of a human body 11 can be positioned in an opening 701 between the X-ray tube 606 / X-ray eye collimator control 606 and the detection structure 607. The carriage 608 is supported by a carrier 6O9. A control 610 for the slide ensures that the slide 608 executes a translational movement parallel to the axis of rotation 602 and thereby moves the body 11 to a point at which the beam from the X-ray tube 605 can penetrate a desired plane 101 of the body 111. In addition, the control 6IO allows the slide 608 to perform a translatory movement in each direction in a plane perpendicular to the axis of rotation, the axis of rotation being close to the desired area of the body 111.
Da die Röntgenröhre 6O5 um die Drehungs- ■ achse 602 drehen kann, sind Mittel für die Röhrenkühlung und für die Versorgung der Röhre mit elektrischer Hochspannung während der Drehung vorgesehen. Diese in Modulform dargestellten Mittel bestehen aus einem drehenden Wasserkühlungssystem 611 und einem Hochspannungsschleifringgefüge 612. Es werden auch Mittel zur Steuerung von Befehlssignalen und Steuersignalen zur Röntgenröhre 6O5 Since the X-ray tube 6O5 around the rotation ■ axis 602 can rotate, are means for the tube cooling and for supplying the tube with electrical High voltage provided during rotation. These resources, presented in modular form, exist from a rotating water cooling system 611 and a high voltage slip ring structure 612. There is also means for controlling command signals and control signals to the X-ray tube 605
-7 0 9-7 0 9
PHA 207*51 19-11.76PHA 207 * 51 19-11.76
26S346526S3465
und dem zugeordneten Kollimatorgefüge sowie den zu Detektoren 6O7 gehörigen Ko 1.1 ima tor en während der Drehung benötigt. Befehls- und Steuemngsschleifringgefüge 6ik ist zu diesem Zweck angeordnet. ¥eiter ist ein Schleifringgefüge 613 für Datentransport angeordnet, um ein Mittel für den Transport von Datensignalen aus dem Detektorgefüge 607 während der Drehung zu schaffen.and the assigned collimator structure as well as the Ko 1.1 ima tor s belonging to detectors 6O7 are required during the rotation. Command and control slip ring structure 6ik is arranged for this purpose. Furthermore, a slip ring structure 613 for data transport is arranged in order to create a means for the transport of data signals from the detector structure 607 during the rotation.
Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Orientierung einer Röntgenröhre 656 und der dazugehörenden Kollima tor steuerung 606 in bezug auf Detektor und Detektor-Kollimatorgefüge 6θ7·7 shows a preferred orientation of an x-ray tube 656 and the associated collima Gate control 606 in relation to the detector and detector-collimator structure 6θ7
Wie in Fig. 6 angegeben, sind die Röntgenröhre 605 und das Detektorgefüge 6O7 über Arme 603 und 6o4 am Drehrahmen 60I fest miteinander· verbunden. Drehung des Rahmens 60I um die Drehungsachse 602 (Punkt 0 in Fig. 7) bewirkt, dass das Röntgenstrahlungsmuster 700 eine Konfiguration aufweist, die nahezu, jeden in der Öffnung 701 angeordneten, abzutastenden Körper erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform erfasst das fächerförmige Strahlenbündel ungefähr einen Winkel 703 von 30°, wobei das Gefüge Röntgenröhre-Detektor mit einer Geschwindigkeit von einer Umdrehung in der Sekunde für mindestens zehn Umdrehungen gedreht wird. Der Durchmesser der Öffnung 701 beträgt etwa 65 cm. Die Länge derAs indicated in FIG. 6, the X-ray tube 605 and the detector structure 607 are firmly connected to one another on the rotating frame 60I via arms 603 and 604. Rotation of the frame 60I about the rotation axis 602 (point 0 in FIG. 7) causes the X-ray pattern 700 to have a configuration that covers almost every body to be scanned arranged in the opening 701. In a preferred embodiment, the fan-shaped bundle of rays covers an angle 703 of approximately 30 °, the structure of the X-ray tube detector being rotated at a speed of one revolution per second for at least ten revolutions. The diameter of the opening 701 is approximately 65 cm. The length of the
PHA 20731 19-11.76PHA 20731 19-11.76
Armen 6θ3 und 6θ4 mit der daran befestigten Röntgenröhre 605 mitsamt Detektorge-füge 607 beti^ägt ungefähr 75 cm. Der Drehrahmen 60I -wird in bezug auf den ortsfesten Rahmen 600 von einem einzigen Präzisions- -kugellager mit einem ungefähren Durchmesser von 90 cm getragen.Arms 6θ3 and 6θ4 with the x-ray tube attached 605 including detector structure 607 is approximately 75 cm. The rotating frame 60I -will be used in relation to the Fixed frame 600 from a single precision ball bearing with an approximate diameter of 90 cm carried.
Fig. 8 stellt die erfindungsgemässe Abtastung mit Mehrfachstrahlung dar. Die Röntgenröhre 6O5 sendet ununterbrochen eine fächerförmige Reihe von Röntgenstrahlen aus, aber diese Reihe muss zu Strahlenbündeln kollimiert werden, damit die bereits zuvor beschriebenen Verfahren anwendbar sind. Die Kollimatoren 806 und 8OO sind zum Erzeugen einer Anzahl von Strahlenbündeln angeordnet, die einen Querschnitt eines in der Öffnung 701 angeordneten Körpers 111 durchstrahlen. Deutlichkeitshalber sind drei Detektorsystempaare in der Stellung I dargestellt, die aus Kristallszintillatoren und Photovervielfachern bestehen (811, 820; 812, 821; 813, 822). Ein Referenzoszillator 810 mit zugeordnetem Photovervielfacher 823 sind ortsfest. Die Detektorpaare bleiben in der Stellung X für die Dauer der ersten Drehung des Drehrahmens 60I (Fig. 6). -Beim Beginn der zweiten Drehung werden die Detektorsystempäare über die Bahn 302 in die Stellung II für Absorptionskoeffizientendetektion von Strahlenbündeln, die durch8 shows the scanning according to the invention with multiple radiation. The X-ray tube 6O5 continuously transmits a fan-shaped series of X-rays come out, but this series has to be collimated to form bundles of rays so that those already before are applicable. The collimators 806 and 800 are for generating a number arranged by bundles of rays, which have a cross section of a body 111 arranged in the opening 701 radiate through. For the sake of clarity, three pairs of detector systems are shown in position I, the consist of crystal scintillators and photomultipliers (811, 820; 812, 821; 813, 822). A reference oscillator 810 with associated photomultiplier 823 are stationary. The detector pairs remain in position X for the duration of the first rotation of the rotating frame 60I (FIG. 6). -At the beginning of the second The detector system pairs are rotated over the path 302 into position II for absorption coefficient detection of bundles of rays passing through
PHA 20751 19-11-76PHA 20751 19-11-76
diese Stellung gehen, verschoben. Die Detektoren werden beim Beginn des dritten -Umlaufs in die Stellung III verschoben, usw. Diese Verschiebung von Detektoren am Ende eines Umlaufs und beim Beginn eines folgenden sorgt dafürs dass der ganze in die Öffnung 701 gebrachte Körper 111 abgetastet werden kann.go to this position, postponed. The detectors are moved at the beginning of the third -Umlaufs in the position III, etc. This shift of detectors at the end of a cycle and at the beginning of a following ensures that the whole s in the opening 701 placed in body 111 can be scanned.
Eine bevorzugte Ausfühx"ungsforni des Abtastsystems nach Fig. 8 besteht aus einer Einrichtung, die ein Versuchsobjekt abtasten kann, das sich in einem Kreis mit einem Durchmesser von 50 cm um die Drehungsachse 0 befindet. Dreizehn Detektoreinheiten sind vorgesehen, von denen eine das Referenz-'paar 810 - 823 ist und die übrigen zwölf in zehn Stellungen über die Detektorbahn 302 verschiebbar sind. Jedes Detektorsystem dient zum Abtasten eines 2-g-°-Sektors des gesamten Abtastbereichs, wobei zehn Umdrehungen durch das Röntgenröhre/Detektorsystem zum Abtasten des ganzen Körpers 111 ausgeführt werden. A preferred embodiment of the scanning system according to FIG. 8 consists of a device which can scan a test object which is located in a circle with a diameter of 50 cm around the axis of rotation 0. Thirteen detector units are provided, one of which is the reference 'pair 810-823 and the other twelve are displaceable in ten positions over the detector track 302. Each detector system is used to scan a 2 g ° sector of the entire scanning area, with ten revolutions through the X-ray tube / detector system for scanning the entire body 111 are executed.
Der Kristalldetektor 810/Photovervielfacher 823 dient zum Erzeugen eines Referenz-Strahlungs- absorptionssignal für alle anderen. Detektoren, um mögliche zeitliche Schwankungen in der Strahlungsintensität des aus der Röntgenröhre 6O5 heraustretenden Strahlenbündels festzustellen. In Fig. 8 The crystal detector 810 / photomultiplier 823 is used to generate a reference radiation absorption signal for all others. Detectors to determine possible temporal fluctuations in the radiation intensity of the radiation beam emerging from the X-ray tube 6O5. In Fig. 8
PHA 20751 19.11.76PHA 20751 11/19/76
kollimiert der Röhrenkollimator 8o6 ein bestimmtes Strahlenbündel 855, das durch, einen ausserhalb des Ortes des zu untersuchenden Körpers befindlichen Abschwächers 850 geht. Die Absorptionskennlinien des Abschwächers 85O sind vorzugsweise so gewählt, dass sie den Kennlinien des zu untersuchenden Körpers gleichartig sind. Gewebe äquivalent ei" Kunststoff ist ein Beispiel eines Absorptionsmaterials, das sich zu diesem Zweck eignet. Das Detektorpaar 810 - 823 erzeugt ein Signal, dessen Intensität der Röntgenstrahlungsintensität; proportional ist, nachdem das Strahlenbündel vom Abschwächer 850 und vom Kollimator 800 durchgelassen worden ist.the tube collimator 8o6 collimates a certain bundle of rays 855 that passes through one outside of the Location of the body to be examined Attenuator 850 goes. The absorption characteristics of the attenuator 85O are preferably chosen so that they are similar to the characteristics of the body to be examined. Tissue equivalent egg " Plastic is an example of an absorbent material that is suitable for this purpose. That Detector pair 810-823 generates a signal, the intensity of which corresponds to the X-ray intensity; proportional is after the beam from the attenuator 850 and from the collimator 800 has passed has been.
Jedes Detektorpaar für die Strahlenbündel, die den zu untersuchenden Körper 111 durchstrahlen, erzeugt ein einer bestimmten Strahlungsintensität proportionales Signal, nachdem dieses Strahlungsbündel den Körper durchstrahlt hat. Die Kristallszintillatoren liefern ein Hochfrequenzsignal (sichtbares LichtSpektrum), das proportional der Anzahl von Photonen in den auftreffenden Röntgen- oder Gammastrahlen ist. Die jedem Kristallszintillator zugeordneten -Photovervlelfacherröhren, die auf die Lichtenergie ihrer einzelnen Szintillatoren ansprechen, erzeugen ein elektrisches Signal proportional der aufEach pair of detectors for the beam, which radiate through the body 111 to be examined generates a radiation of a certain intensity proportional signal after this radiation beam has penetrated the body. The crystal scintillators deliver a high frequency signal (visible light spectrum) that is proportional to the number of photons in the incident X-rays or gamma rays is. The ones assigned to each crystal scintillator -Photo-multiplying tubes that respond to the light energy of their individual scintillators an electrical signal proportional to the on
PHA 20751PHA 20751
19.11.7011/19/70
die Szintillatoren fallenden Strahlungsintensität. Beispielsweise wird ein elektrisches Signal proportional der Intensität des Strahlenbündels 856 am Ausgang der Photoverfielfacherröhre 820 erzeugt. Ebenso erzeugen Kristallszintillator/Photovervielfacherpaare Ausgangssignale proportional der Intensität anderer Strahlenbündel in der Stellung I, in der Stellung II, usw. für das gesamte Strahlungsbündelmuster nach aufeinanderfolgenden Drehungen des Röntgenröhre/Detektorsystems.the scintillators falling radiation intensity. For example, an electrical signal is proportional to the intensity of the beam 856 am Output of the photomultiplier tube 820 is generated. Likewise, crystal scintillator / photomultiplier pairs produce output signals proportional to intensity other beam in position I, in position II, etc. for the entire beam pattern after successive rotations of the X-ray tube / detector system.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden die in der Röntgenröhre 6O5 erzeugten Röntgenstrahlen mit Hilfe eines 15 cm langen Kollimators 806 an der Röntgenstrahlungsquelle und eines 20 cm langen Kollimators 8OO am Detektorgefüge 60h kollimiert. Diese Kollimierung an der Röntgenstrahlenquelle und am Detektor bestimmt Strahlenbündel mit einem rechteckigen Profil von 1 : 5 nun Breite, wie es durch Abtasten einer Ecke eines Bleiplättchens in der Mitte des" Strahlenganges gemessen ist.In a preferred embodiment of this invention, the X-rays generated in the X-ray tube 605 are collimated with the aid of a 15 cm long collimator 806 on the X-ray source and a 20 cm long collimator 8OO on the detector structure 60h . This collimation at the X-ray source and at the detector determines bundles of rays with a rectangular profile of 1: 5 now width, as measured by scanning a corner of a lead plate in the middle of the "beam path".
Der Bereich von Werten, bei denen der Photovervielfacher ansprechen muss, kann durch Abdecken des zu untersuchenden Körpers mit einem Material reduziert werden, dessen Absorption bekannt ist, so dass Strahlungsintensitäten, die in den Detektoren empfangen werden, möglichst konstant gehalten wer—The range of values at which the photomultiplier must respond can by covering of the body to be examined can be reduced with a material whose absorption is known, so that radiation intensities received in the detectors are kept as constant as possible
709823/0695709823/0695
PHA 20751PHA 20751
19.11.7611/19/76
den, nachdem sie den Körper· durchstrahlt haben.after they have penetrated the body.
Fig. 9 zeigt eine andere Aus führung SfOX1IIi der Detektororientierung. Die Detektoren 910 und befinden sich auf der Bahn 901 und die Detektoren 92O und 921 auf der Bahn 902. Zeichnungsgemäss ermitteln die Detektoren 9IO und 9II Strahlungsabsorption längs kreisförmiger Ringe, die um die Drehungsachse 0 liegen und sich von denen unterscheiden, längs denen von Detektoren 920 und 921 gemessen wird. Auf jeder Bahn können Mehrfachpositionen festgestellt und die Detektoren können bei jeder Drehung an ihren Platz geschoben werden, bis eine definierte Ringmatrix vollständig abgev tastet und detektiert ist. Mit dem gleichen Zweck wie in Fig. 8 sind auch hier Kollimatoren 906 bei der Röntgenröhre 6O5 und den Kollimatoren 930 bei den Detektoren angeordnet.Fig. 9 shows another imple mentation SfOX 1 IIi of the detector orientation. The detectors 910 and 910 are located on the path 901 and the detectors 920 and 921 on the path 902. According to the drawing, the detectors 9IO and 9II determine radiation absorption along circular rings that lie around the axis of rotation 0 and differ from those along those of detectors 920 and 921 is measured. Multiple positions can be determined on each track and the detectors can be pushed into place with each rotation until a defined ring matrix is completely scanned and detected. With the same purpose as in FIG. 8, collimators 906 are also arranged here in the X-ray tube 605 and the collimators 930 in the detectors.
Die Röntgenröhre, die sich wie oben beschrieben für die bestimmte· Ausführungsform, eignet, ist eine abgewandelte Ausführung eines Philips I60 kV Beryllium Window Tube Model MCN 160 (Philips I60 kV Berilliumfensterröhre vom Typ MCN I60).The x-ray tube suitable for the particular embodiment as described above is a modified version of a Philips I60 kV Beryllium Window Tube Model MCN 160 (Philips I60 kV Beryllium window tube type MCN I60).
Geeignete"Detektoren enthalten Szintillationsdetektoren wie NaI, CaF , BGO sowie Proportionalzähler wie Hochdruck-Xenondetektoren und Feststoffdetektoren.Suitable "detectors" include scintillation detectors such as NaI, CaF, BGO as well as proportional counters such as high pressure xenon detectors and solid matter detectors.
709823/0695709823/0695
PHA 20751 19-11-76 PHA 20751 19-11 -76
Flg. 10 gibt an, wie die Strahlungsabsorptionsdaten, die von den Detektorsystemen ermittelt worden sind, mit den Photovervielf acherii 1000 , 1000 , ... 1000 während der drehenden Abtastung eines Körpers vei-arbeitet werden. In jedem Photovervielfacher wird bei jedem eindeutig bestimmten Iiikrement für jede Drehung des Röntgenquelle/Detektorsystems ein Datensignal erzeugt. Diese Signale werden von Verstärkern 10101, 10102, ... 10103 einzeln verstärkt, je nacheinander von einem Multiplexsystem 1020 aufgenommen, in eine digitale Form vom Analog-Digital-Umsetzer 1030 umgesetzt und in einem Datenspeichermedium 1040, wie einem Magnetband, einer Platte oder Trommel oder in einem Feststoffspeicher gespeichert. Diese Datensammlung geht während der ganzen Drehung für jede Detektorstellung für jede eindeutig bestimmte Inkreinentstufe weiter. Während der Datensammlung oder nach diesem Vorgang verarbeitet ein Computer 1050 auf der Basis eines gespeicherten Programms die gessamelten Daten gemäss dem bereits eher in dieser Beschreibung erwähnten Verfahren. Der Ausgang des Computers 1050 ist eine Aufeinanderfolge digitaler Daten, die den Absorptionskoeffizienten jedes Elements in der bestimmten kreisförmigen Ringmatrix proportional sind, Diese Signale werden in einer Datenspeichereinheit Flg. 10 indicates how the radiation absorption data, which have been determined by the detector systems, are processed with the photomultiplier acherii 1000, 1000, ... 1000 during the rotary scanning of a body. In each photomultiplier, a data signal is generated for each uniquely determined increment for each rotation of the x-ray source / detector system. These signals are individually amplified by amplifiers 10101, 10102, ... 10103, recorded one after the other by a multiplex system 1020, converted into digital form by the analog-digital converter 1030 and stored in a data storage medium 1040, such as a magnetic tape, disk or drum or stored in a solid storage tank. This data collection continues throughout the rotation for each detector position for each uniquely determined incidence level. During the data collection or after this process, a computer 1050 processes the collected data on the basis of a stored program in accordance with the method already mentioned earlier in this description. The output of computer 1050 is a sequence of digital data proportional to the absorption coefficients of each element in the particular circular ring matrix. These signals are stored in a data storage unit
-—--^70-9823/0695 -- -—-- ^ 70-9823 / 0695 -
PIiA. 20751 19.11.76PIiA. 20751 11/19/76
1060 gespeichert, die der Einheit 10^10 identisch, oder gleich sein kann. Die digitalen Ausgangssignale können anschliessend gedruckt und/oder in eine analoge Form umgesetzt und dazu benutzt werden, eine Wiedergabe an einer Kathodenstrahlröhre hervorzurufen, wobei im Bild die Absorptionskoeffizienten für die bestimmte Matrix im Querschnitt durch den zu untersuchenden Körper angegeben werden.1060, which are identical to the unit 10 ^ 10, or can be the same. The digital output signals can can then be printed and / or converted into an analog form and used for a reproduction on a cathode ray tube, with the absorption coefficient for the specific matrix can be given in the cross section through the body to be examined.
Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild, das als Grundriss für die Zusammenstellung eines Computerprogramms für ortsbestimmte Rekonstruktion nach dieser Beschreibung dient.FIG. 11 shows a block diagram which is used as a floor plan for the compilation of a computer program for localized reconstruction according to this description.
Erläuterung des Blockschaltbildes (flow chart = Flussdiagramm) nach Fig. 11.Explanation of the block diagram (flow chart) according to FIG. 11.
- Nach START 500 erfolgt Einlesen der ermittelten Absorptionswerte und der erforderlichen Konstanten bei 501 bzw. 502,- After START 500, the determined absorption values and the required constants are read in at 501 or 502,
- es folgt bei 503 das Lesen von Parametern für die Bildrekonstruktion, wie Anzahl von Ringen, Elementen, usw. ,- it follows at 503 the reading of parameters for the image reconstruction, such as number of rings, Elements, etc.,
- bei 30h bzw. 505 folgt ein Einleiten der Programmvariablen L bzw. J,- at 30h or 505 an introduction of the program variable L or J follows,
- bei 506 werden die Koordinaten (r, θ) eines Re- -konstruktionspunktes sowie der Wert /? · aus den- at 506 the coordinates (r, θ) of a re- construction point and the value /? · from the
Absorptionswerten bestimmt,Determined absorption values,
- bei 507 werden die Koordinaten (r, θ) und- at 507 the coordinates (r, θ) and
ο 9 g 2ο 9 g 2
-J0V --J0V -
PHA 20751 19-11-76PHA 20751 19-11-76
mit Hilfe des Ausgleichsformels bestimmt;,determined using the compensation formula ;,
- bei 508 bzw. 509 werden die angegebene ία Berechnungen dur clige f uhr t,- with 508 or 509 the given ία calculations dur clige runs,
- bei 510 wird /u, ,u - /u und /u berechnet, wonach bei 511 eine Ausgabe von Zahlen oder Zeichnungen folgt,- at 510 / u,, u - / u and / u are calculated, after which at 511 numbers or drawings are output,
- die Berechnungen gehen bei STOP 512 zu Ende,- the calculations come to an end at STOP 512,
- die Teile 520 bzw» 530 geben Rücklcuppluiigsschleifen
AA, BB an, die durchlaufen werden, wenn die
Bedingungen gemäss 521 bzw. 531 nicht (n) erfüllt
werden.- The parts 520 and 530 indicate return coupling loops AA, BB, which are run through when the
Conditions according to 521 or 531 are not (n) met.
Es wird klar sein, dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abwandlungen gegeben sind.It will be clear that within the scope of the invention many modifications are given to those skilled in the art.
709823/0695709823/0695
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Claims (1)
rN elements is distributed.
r
rN elements is distributed.
r
οto P.
ο
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Legal Events
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