Вычислительный томограф

Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик и 972346 ОП ИСАНИЕИЗЬВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет оо делом изобретений и открытийДата опубликования описания 07.11.82 Э. И. Вайнберг, И, А. Казак, В. В. Клюев, В. П. Курозаев и Г. 3, Плоткина(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬН ЫИ ТОМОГРАФ Изобретение относится к технике нераэрушаюшего контроля и может быть использовано для контроля промышленных иэделий и целей медицинской диагностики. Известны вычислительные томографы, содержащие сканирующую систему, источник излучения, например, рентгеновского, блок детекторов, блок датчиков пространственных координат, блок предварительной обработки измерительных данных, блок пространственно-частотной фильтрации одномерных проекций методом свертки, блоки обратного проецирования и суммирования отфильтрованных данных памяти иэображения 1 ,Указанные устройства обеспечивают реконструкцито томограмм при значительном объеме вычислительных операций и не позволяют реализовать процесс реконструкции в реальном масштабе времени даже при ограниченном формате матрицы изображения,Наиболее близким к предлагаемомутехническим решением является вычислительный томограф, содержащий источник проникающего излучения, блок детекторов, 5держатель исследуемого объекта, средства для приведения источника и блока детекторов в движение относительно держателя исследуемого объекта, блок предварительной обработки сигналов детекторов, под ключенный к блоку детекторов, блок пространственно-частотной фильтрации, выполненный в виде генератора весовых множителей, являющихся функцией кратчайшего расстояния от элемента матрицы восста новления до измерительной траектории, иперемножителей, подключенный к блоку предварительной обработки сигналов детекторов, блок обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин, под. ключенный .к блоку пространственно-частотной фильтрации, память изображений, подключенную к блоку обратного проецирования, блок датчиков пространственных коор+ ума Ч-.)аха,3 9723динат, входом подключенный к средствамприведения источника и блока детекторовв движение, а выходами - к блоку предварительной обработки и блоку обратногосуммирования и проецирования фильтрованных величин С 2,Известное устройство обеспечиваетвозможность построения томограммы в реальном времени только при использованиибольшого количества параллельно работаю ших перемножителей.Цель изобретения - повышение быстродействия при уменьшении сложности и количества используемого оборудования, повышение информативности получаемых 15иэображений.Поставленная цель достигается тем,что в вычислительном томографе, содержащем источник проникающего излучения,блок детекторов, держатель исследуемого 0объекта, средства для приведения источника и блока детекторов в дви 1 кение относительно держателя исследуемого объекта, блок предварительной обработки сигналов детекторов, подключенный к блокудетекторов, блок пространственно-частотной фильтрации, подключенный к блокупредварительной обработки сигналов детекторов, блок обратного проецированияи суммирования фильтрованных величин,подключенный к блоку пространственночастотной фильтрации, память иэображений, подключенную к блоку обратногопроецирования и суммирования фильтрованных величин, блок датчиков пространствен 55ных коорбинат, входом подключенный ксредствам для приведения источника иблока детекторов в движение, а выходами - к блоку предварительной обработкисигналов детекторов и блоку обратного 40проецирования и суммирования, фильтрованных величин, блок пространственночастотной фильтрации выполнен в видеблока двойного дифференцирования одномерных проекций. .45 На фиг. 1 приведена функциональнаясхема предлагаемого вычислительного то-.мографа; на фиг. 2 - система координат,используемая при описании работы вычислительного томографа; на фиг, 3 и 450вариантыисполнения предлагаемого устройства,Вычислительный томограф содержитсканирующую систему 1, служащую средством для приведения источника 2 излу 55чения и блока 3 детектора в движениеотносительно держателя (не показан),блок 4 датчиков пространственных коор 46 4динат, блок 5 предварительной обработкиизмерительных данных, блок 6 дифференцирования второго порядка, представляющий собой блок пространственно-частотнойфильтрации блок 7 обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин, блок 8 памяти изображения, исследуемый объект 9, установленный на держателе, механизм 1 О многооборотного вращения, механизм 11 однократного перемещения,Источник 2 излучения" и блок 3 детекторов расположены в плоскости контролируемого сечения по разные стороны отобъекта 9 контроля. Сканирующая система 1 и составляющие ее механизмы 10и 11 определяют относительное положениеблоков 2, 3 и 9 в процессе сканированияи механически связаны с блоком датчиковпространственных координат, выход которого связан с входами блока 5 предварительной обработки измерительных данныхи блока 7 обратного проецирования. Всвою очередь, выход блока 3 детекторовсвязан с входом блока 5, выход которогосвязан с входом блока 6 дифференцирования второго порядка, выход которого соединен с входом блока 7. Вход блока 8памяти изображения соединен с выходомблока 7 обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин .В традиционной системе координат(фиг, 2), используемой для описания задач реконструкции при проецировании (просвечивании) параллельными лучами, Двумерная функция,ц (Х,у ) соответствует,например, распределению линейного коэффициента ослабления монохроматическогорентгеновского излучения по перечномусечению контролируемого объекта. Прямыелинии, параллельные оси 5 и расположенные к осипод углом 9, являютсяпроецирующими лучами и описываютсяуравнением вида1 = хсобЧ+351 и Ч, 4)где )" - длина перпендикуляра, опрошенногоиз начала координат х, м на отдельный луч.Параллельная проекция двумерной функции ф( Х,Э ) на ось Г, определяемую углом Ч, вдоль нормали 5 может быть выражена в виде7 9723 блока 3 детекторов, насчитывающего всего несколько, например три, примыкавших друг к другу канала. В этом случае, с учетом наличия блока 6 двойного диф ференцирования, сканирующую систему 1 целесообразно выполнить в виде механиз мов быстрого многооборотного вращения 10 и относительно медленного однократного перемещения 11 в плоскости слоя.В одних случаях такое перемещение мо 40 жет быть линейным, в других предпочти" тельно угловое, например, при применении массивного источника излучения.Такое конструктивное решение вычислительного томографа выгодно отличается 3 от традиционных систем с большим числом возвратно-поступательных и, вследствие этого, инерционных сканирований.Предлагаемое конструктивное выполнение вычислительного томографа позволяет 20 резко снизить механические ограничения ввиду отсутствия многократных ускорений в процессе сканирования одного сечения при возможности реализации реконструкции томограммы сразу в темпе получения из- О мерительных данных.Использование предлагаемого вычислительного томографа снизит затраты на оборудование, существенно облегчит практическую реализацию вычислительных то мографов для медицинской и промышленной диагностики и позволит создать установки, .работающие в реальном масштабе времени,Формула изобретенияВычислительный томограф, содержащийисточник проникающего излучения, блокдетекторов, держатель исследуемого объек 46 бта, средства для приведения источника иблока детекторов в движение относительнодержателя исследуемого объекта, блокпредварительной обработки сигналов де-текторов, подключенный к блоку детекторов, блок пространственно-частотной фильтрадии, подключенный к блоку предварительной обработки сигналов детекторов, блокобратного проецирования и суммированияфильтрованных величин, подключенный кблоку пространственно-частотной фильтрадии, память изображения, подключеннуюк блоку обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин, блок датчиков пространственных координат, входомподключенный к средствам для приведенияисточника и блока детекторов в движение,а выходами - к блоку предварительнойобработки сигналов детекторов и блокуобратного проецирования и суммированияфильтрованных величин, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышениябыстродействия при уменьшении сложностии количества используемого оборудования,повышение информативности получаемыхизображений, блок пространственно-час тотной фильтрации выполнен в виде блокадвойного дифференцирования одномерныхпроекций.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Современное состояние и перспективы развития компьютерной аксивльнойтомографии, Обзорная информация, ТС,вып, 6. М., ЦНИИТЭИ, приборостроения,1979, с. 37, 59.2. Патент СССР по заявкеМс 2897008/18-25, кл. 6 0123/08,1979 (прототип)..фро ед ноготений д, 4/ илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 887 НИИПИ Государствен по делам иэобре 13035, Москва, Ж