Способ поперечной томографии

О П И С А Н И Е 638286ИЗОБРЕТЕН ИЯ Сова Советских Социалистических Республик(23) Приори Государственный комитет СССР(43) Опублико и открыт 45) Дата опубликования описания 27,02,7(72) Авто зобретени Иностранеци Ньюболд ХаунсфилдВеликобритания)ностранная фирмаЭМИ ЛимитедВеликобритания)(71) Заявит 54) СПОС ПЕРЕЧНОЙ ТОМОГРА Изобретение относится к области рентгенотехники, в частности к способам поперечной томографии с формированием изображения среза, исследуемого тела с помощью ЗВМ,Известен способ поперечной томографии, заключающийся в том, что производят определение количества излучения, поглощаемого при пересечении каждой из большого количества линейных траекторий исследуемого среза, и производят обработку полученных данных методом компенсационного положения 11,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ поперечной томографии, заключающийся в том, что исследуемое тело просвечивают плоским веерным пучком в последовательности угловых положений относительно исследуемого тела, регистрируют прошедшее через исследуемое тело излучение с помощью набора детекторов, так что каждому детектору соответствует определенная траектория веерного пучка, причем в каждом угловом положении производят линейное сканирование исследуемого тела веерным пучком, и осуществляют обработку выходных сигналов детекторов таким образом, что сначала относящиеся к параллельным траекториям выходные сигналы детекторов собирают в ряды, преобразуют выходные сигналы каждого ряда спомощью других сигналов того же ряда, азатем преобразованные выходные сигналыкомбинируют в соответствии с относительным положением траекторий 2.Известный способ не является достаточно точным, так как в некоторых случаяхпри определении величины поглощения могут быть внесены ошибки,Цель изобретения - повышение точности исследования.Цель достигается тем, что по предлагаемому способу дополнительно регистрируютвыходные сигналы, по крайней мере, от одного нз детекторов по отношению к траекториям, которые расположены вне исследуемой области поперечного среза тела,указанные сигналы преобразуют и комбинируют с выходными сигналами всех наборов параллельных траекторий, проходящихчерез исследуемую область в процессе линейного сканирования.На фиг. 1 показан вид радиографического устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - часть радиографического устройства с показом хода траектории веерного пучка.Поворотный элемент 1 с центральнымотверстием 2 для установки исследуемоготела 3 установлен вертикально для поворота относительно оси 4, центрированной относительно отверстия 2. Элемент 1 установлен в трех поворотных подшипниках 5, 6, 7,которые шарнирно установлены в основании 8 устройства. Основание 8 является неподвижным, жестко установленным в подставке 9, и может принимать любую необходимую форму, хотя в нем, конечно, должно предусматриваться отверстие, совпадающее с отверстием 2. Элемент 1 может поворачиваться на угол, например 10, с помощью мальтийского механизма 10. На периферии элемента 1 есть зубцы 11, которыевзаимодействуют со штифтом 12 на постоянно вращающемся диске 13, чтобы обеспечить шаговое круговое вращение. Диск 12также снабжен кулачком 14, который взаимодействует с соответствующей канавкой15 на зубцах 11 для эффективного останова 20элемента 1 в его угловом положении на такое время, которое штифт 12 не находитсяв одном из пазов, образованных между соседними зубцами 11, Диск 13 шарнирно установлен в основании 8 и приводится в движение электродвигателем (на чертеже непоказан).На поворотном элементе 1 установленлегкий, но жесткий сканирующий якорь 16,который может совершать сканирующеедвижение относительно элемента 1. Якорь16 может двигаться по линейным направляющим 17 и 18, которые закреплены наповоротном элементе 1 и расположены нанем по хорде. Боковое сканирующее движение сообщается якорю 16 с помощьюзубчатой рейки 19, которая установленамежду парой зубчатых роликов 20 и 21,шарнирно установленных в соответствующих скобах (на чертеже не показаны), ук Орепленных в элементе 1, к которому якорь16 прикреплен с помощью скобы (не показана). Ролик 20 является просто направляющим, а ролик 21 приводится в движение присоединяемым двигателем 22, кото;рый укреплен с помощью скобы 23 на элементе 1.Подсгавка 9 опирается на соответствующую перекладину или подобную ей конструкцию, которая обеспечивает зазор яко оря 16 во всех угловых полож ниях поворотно:о элемента 1 и во всех боковых положениях якоря 16.Противоосный груз 24 прикреплен с обратной стороны рейки 19 к якорю 16 и таким образом движется в противоположномнаправлении с тем, чтобы компенсироватьсилы разбаланса, которые могли бы бытьразвиты при боковом сканирующем движении якоря и связанных с ним частей, описываемых далее,К якорю 16 прикреплен источник 25рентгеновского излучения, создающий плоский веерообразный пучок лучей. На противоположной стороне якоря 16 по отноше нию к отверстию 2 и к источнику 25, находится ряд 26 из тридцати детекторов, чувствительных к излучению, причем каждому детектору соответствует отдельный коллиматор, Коллиматоры расположены в устройстве 27. В этом случае соседние коллиматоры наклонены друг к другу под углом 1/3 и так как имеется 30 детекторов, угловое перекрытие пучка Х-лучей от источника 25 равно 10. Как станет далее ясно, пучок не является симметричным относительно перпендикуляра, опущенного из фокуса источника на ряд Гб. Эта линия отсекает шестнадцать детекторов (считая слева).Тело 3, установленное на опору 28, закрепляют скобами 29. Зазоры между телом и опорой заполняют соответствующим уплотнительным материалом 30, который предпочтительно имеет рыхлую структуру и поглощает рентгеновское излучение так же, как одежда человека. Материал 30 предпочтительно содержится в одном или более пластиковых пакетах. Опора 28 поддерживается ножками 31, которые установлены на подставке 9.1 Иаговое вращательное сканирующее движение, сообщаемое с помощью мальтийского механизма элементу 1, должно быть синхронизировано с боковым сканирующим движением, сообщаемым якорю 16 с помощью присоединяемого двигателя и концу элемента 1, выполненному с кольцевой сеткой, часть которой показана позицией 32. Неподвижный фотодетектор 33 совместно с соответствующим световым, источником (на чертеже не показан) предусмотрен для того, чтобы передавать временные импульсы, показывающие прохождение меток на сетке 32 мимо фотодетектора 33. Таким образом, может наблюдаться вращательное сканирующее,движение элемента. Подобным образом линейная сетка 34 неподвижно закреплена на якоре 16 и взаимодействует со вторым фотодетектором 35, который установлен на элементе 1 и поворачивается совместно с ним, и подобным же образом установлен другой источник света (не показан), чтобы выдавать временные им. пульсы, индицирующие боковое сканирование. Обе сетки 32 и 34 содержат прозрачные элементы с нанесенными на них линиями, которые гравируются или наносятся другим способом, Две серии временных импульсов подаются в управляющую схему 36, которая управляет двигателем 22, приводящим в движение диск 13 мальтийского механизма 10, таким образом, что после каждого шага вращательного движения происходит одно боковое сканирование совместпо с источником 25 и детекторным рядом 26 из одного положения в другое через отверстие 2. Такое боковое сканирование происходит для каждого углового шага элемента 1, причем углы сканирования составляют 10" порознь, 63828645 50 55 60 65 Каждый детектор в ряду 2 б содержит, например, сцинтилляционный кристалл (например, иодида цезия) и соответствующую фотоумножительную трубку или фото- диод, и вырабатывает электрические сигна лы, показывающие количество радиации, прошедшее через тело в определенном направлении. Электрические сигналы подаются в соответствующую схему 37 предварительной обработки, каждая из которых 1 О содержит усилитель 38, регулируемый ин.тегратор 39, аналогово-цифровой преобразователь 40 и логарифмический преобразователь 41. Интеграторы 39 считаются и переустанавливаются синхронно и периоди чески с помощью временных импульсов с фотодетектора 3 б, причем устройство таково, что считывание и переустановка происходит 160 раз при каждом боковом сканировании в любом направлении. Таким обра 20 зом, в течение единственного бокового колебания выдаются выходные сигналы, которые показывают поглощение рентгеновского излучения при пересечении ряда из 160 параллельных траекторий от источника 5 к детектору в каждом из 30 угловых положений по отношению к телу 3, Затем элемент 1 повора Иается через 10 и подается вторая группа из 160 сигналов с 30 рядов. Процесс повторяется до тех пор, пока эле мент 1 поворачивается, по крайней мере, на 170, и все выходные сигналы, полученные в время колебания, обрабатыва 1 отся в цепи 42 для оценки коэффициента поглощения радиации во множестве областей, раз мещенных ка срезе тела 3, которое находится в плоскости рентгеновского пучка.Обработка результатов содержит способ сверки, согласно которому выходные сигналы собираются в ряды, относящиеся к па раллельным траекториям, проходящим через тело. Каждый выходной сигнал затем преобразуется путем комбинации его с компонентами других выходных сигналов его собственного ряда, причем оценка выполняется в соответствии с функцией, которая является отрицательной и уменьшается по амплитуде, так как расстояние от траектории, дающей начало преобразованному выходному сигналу, увеличивается. Преобразованные выходнье сигналы затем дополнительно комбинируются в соответствии с ьнутрекними отношениями траекторий, к которым они относятся в соответствии с методом наложекия, причем выходные сигналы преобразуются таким образом, чтобы компенсировать известные неточности диаграмм наложения.Обычной является оценка коэффициентов поглощения для областей равномерно распределенных ИО матричным рядам по поверхности так, как это показано на круговой области 43 ка фиг. 1, которая содержит ту часть тела 3, которую нужно исследовать. Преобразование выходных сигналов происходит только по отношению к траектооиям пучка, лежащим в окружности Л, и можно утверждать, что участки тела 3, которые лежат вне окружности 43, не имеют существенного влияния на точность оценки. Однако это заключение не всегда справедливо. Излучение, проходящее через окружность 43, по крайней мере, по некоторым из упомянутых траекторий, также проходит через участки тела 3, которые лежат в зоне вке окружности и, следовательно. если используется материал со значительным поглощением в зоне тела 3, вне окружности 43 могут появиться выходные сигналы, выдаваемые с соответствующих траектОР 1 й.В соотьетствии с примером исполнения :;зобрстекия со ссылкой при пояснении на фнг, 2 допоЛнительные выходные сигналы выдаются в течение каждого бокового колеоания от одного из детекторов, в данном с.лас 16-го, по отношению к траекториям, которые находятся полностью вне области Окрухлкости 43. Эти дополнительные Выход ные си; калы используются в процессе сверки, пр 1;чем оценпваются в соответствии с упомянутой функцией и объединяются с выходныыи сигналами, относящимися к внутренним траекториям, но смежным с областьО Окружности 43. Те же самые дополнитслькы:. Выходные сигналы (например, 1 О;Счаем 1:1 с с 16-го детектора) используются для всех 30 серий выходных сигналов, получаемых во грсмя описываемого боковоГО логеоа 1 Ия, так 1.1 ооразом, серии до 1 Олкнтель;ых выодкь х сигналов располага 10 тся ПОд тгло 10 один от другого.11 а фиг. 2 один ряд траекторий 44 а и/ Г 14-"О сООтветстве . серии доно,1 кительньх зыходньх сигналов, в то время, как часть второго ряда траекторий 4 б дает начало С 1 ЕЖ 1 С:" СЕРИИ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ВЪХОДНЫХ сигналов.Ре 1 тгеновскй пучок показан позицией 4 о, где могкно видеть расположение различных детекторов з ряду 2 б, Как бьло упомянуто, пучок имеет угловую ширину 10 с р.:дом 13, На фиг. 2 показано, что пучок лучей б является несколько асимметричным относительно перпендикуляра, опущенного из действуопей точки источника на детекторный ряд, причем этот перпендикуляр опу:цен таки.а образом, что пересекае 16-ый детектор Д 16 (считая слева). Таким образом, слеза от перпекдикуляра находится 15 детекторов и справа - 14. Это делается потому, что если п 1 ок 4 б симметричен относительно перпендикуляра и ряд содер;ит 31 1 етектор, лишний детектор будет просто выдазать Выходные сигналы, которые могли бы дублировать те сигналы, которые В даются Одним детектором Д 1 в течение следующего или предыдущего бокового сканирования, Траектория, которая могла бы соответствовать такому детектоФормула изобретения15 Способ поперечной томографии, заключающийся в том, что исследуемое тело просвечивают плоским веерным рентгеновским пучком в последовательности угловых по ложений относительно исследуемого тела,регистрируют прошедшее через исследуемое тело излучение с помошью набора детекторов, так что каждому детектору соответствует определенная траектория веерного пучка, причем в каждом угловом положении производят линейное сканирование исследуемого тела веерным пучком, и осуществляют обработку выходных сигналов детекторов таким образом, что сначала относящиеся к параллельным траекториям выходные сигналы детекторов собирают в ряды, преобразуют выходные сигналы каждого ряда с помощью других сигналов того же ряда, а затем преобразованные выходные сигналы комбинируют в соответствии с относительным положением траекторий, отличающийся тем, что, с целью повышения точности исследования, регистрируют дополнительные выходные сигна О лы, по крайней мере, от одного из детекторов по отношению к траекториям, которые расположены вне исследуемой области поперечного среза тела, указанные сигналы преобразуют и комбинируют с выходными 45 сигналами всех наборов параллельных траекторий, проходящих через исследуемую область в процессе линейного сканирования,ру, показана позицией 47 пунктирными линиями.Так как дополнительные выходные сигналы, относящиеся к траекториям 44 и 45, используются просто для обеспечения процесса свертывания, нет неооходимости чтобы они были того же высокого разрешения, что и выходные сигналы, соответствующие траекториям, которые пересекают часть области окружности 43. При желании поэтому группы выходных сигналов, относящиеся к смежным траекториям в рядах, например, таких, как 44, могут комбинироваться и усредняться с тем, чтобы получить более низкие разрешающие сигналы для использования в дополнительном процессе свертывания. Конечно, процесс следует отрегулировать, чтобы учесть изменение в разрешении сигналов. Это может быть выполнено либо с помощью обработки усредненных величин как целых, которые могут быть отнесены к центральному пучку траекторий группы, при этом остальными траекториями пучка пренебрегают, либо приписыванием той же самой усредненной величины каждой траектории пучка группы.Изобретение может быть реализовано различными путями. 1-1 апример, дополнительные выходные сигналы не нужно получать от детекторов Д 16; они могут быть получены вместо этого, например, от детектора Д 1. Далеедополнительные выходные сигналы не нужно получать от того же самого детектора во время каждого бокового сканирования. Более того, дополнительные выходные сигналы могут быть получены от более, чем одного, детектора во время каждого бокового сканирования.Другие дополнительные усовершенствования могут быть выполнены для устройства, показанного на фиг. 1, без нарушения сущности изобретения. Например, блоки материала, поглощающего рентгеновское излучение, могут располагаться между источником 25 и телом 3 и между телом 3 и рядом 2 б детекторов с тем, чтобы уменьшить вариации степени поглощения, испытываемого радиацией при пересечении траекторий различных длин через тело 3.Более того, блоки могут быть размещены так, чтобы вызвать ослабление радиации, когда она пересекает траектории полностью вне тела и его опоры и так, чтобы контролировать чувствительности различных детекторов. С этой точки зрения предпочтительно упомянутое считывание для де тсктора в одной половине веерообразного пучка радиации выполнять с одной стороны отверстия 2, в то время, как считывание со 5 второй половины пучка - с другой стороны отверстия 2.При некоторых обстоятельствах можетбыть трудно расположить физически 30 детекторов рядом в ряду 2 б, в таком случае желательно расположить детекторы зигзагообразно на расстоянии от источника, причем зигзаг сводится к минимуму. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Патент Великобритании1283915, кл, Н 5 К, опублик, 1972. 2, Патент США,3924129, кл. 250-336,55 опублик, 1975,638286пи п 1 ииип пипи пши иши Составитель К. Кононов едгктор И. Шубина Текред С. Антипенко Корректор И. Симкина Заказ 1007/1573 Изд.792 Тираж 1080 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д. 4/5Тип, Харьк. фил, пред, Патент