Вычислительный томограф

:иагЬ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Патент Великобритании У 283915, кл. Н 5 В, 1972.Авторское свидетельство СССР В 972346, кл. С 01 0 23/08, 1980, (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ТОЮГРАФ (57) Изобретение относится к средст" вам неразруюаощего контроля объектОв радиационнвми методами с использованием вычислительных средств восстановления иэображения. Цель изобретения - повышение производительности. Для этого в вычислительном томографе осуществлена раздельная обрабо 1- ка информации, распределяемой между несколькими блоками 7-10 обратного проецирования с помощью дополнитель" во введенных блоков 13-6 .преобразовалия г сощур, Т э 1 п(р, Ь; сов (е; + +), Ь з 1 п(м; + )3, где г равно отношению радиуса области реконструкции к п(п 1,2,); ц - угол поворота нсточиика и блока детекторов относительно объекта; Ь, " расстояние от центра восстанавливаемого иэобракения до ближайшей вершины 1-го фрагмента изображения первого квадранта, М; " угол между вектором Ъ; и положительным направлением оси ординат восстанавливаемого изображения, пар 17.1172 - 20120.2 сумматоров и двухуровневых компараторов 21-24, При этом память 1 иэображений может эс быть выполнена в виде независимых секций. 2 з.п. ф-лы, 2 илтабл.угол поворота источ гика и бро"ка детекторс в отцоситвп нообъекта;Ь, - расстояцлсе от цетря восстанавливаемого изображения цобпиждйс 1 се верка сь 1-го Фряг 55 Изобретение отис с.я к средствамлеразрусдюшего контроля объектоврадиационными мето;дуя с цспсльзовдцием вычислительных средств восстановления изобряжеций,Цель изобретения - повыюецие производительностиПа Фиг. изображена структурнаясхема вычислительного томо рафа; на Офиг.2 - схема рдспределесия информации между блоками обрдтцоги проецирования и суммирования фильтрованныхвеличин.Вычислительный томограф содержит 15источ)ик 1 проникающего излучения,расположенный напротив блока 2 детекторов, держатель 3 исследуемогообъекта, который располагаетсямежду источником ) и блоком 2 детек- Оторов, средства 4 для приведенияисточника 1 и блока 2 детекторов вдвижение относительно держателя 3 исследуемого объекта, блок 5 предварительной обработки сигналов детекто"ров, подключеный к блоку 2 детекторов, блок 6 пространственно-частотной Фильтрации, подключенный к блоку 5 предварительной обработки сигналов детекторов. Блоал 7-10 ;брат- Много проецирования и су.лмровяцияфильтрованных вен:иц, число кс то"рых равно числу квддрантов изображения, информационными входами пор"ключены к инФормационному входу блока 6 пространственно-частотной Фильтрации, Память 1 изображений саеди"ненд с блоками 7-10 обратного проеци"ров;,ния и суммирования Фильтроваль"ньх величин, Блок 12 датчиков прост Отанственных коордлнят входом соединенсо средствами 4 для приведения истсчника 1 и блока 2 д.1 ектсров в дви-.жение относительо,ержятеля исследуемого объекта, д выходом " свходами блока 3 преобрдзо;:яься)г совц 1, блока 14 преобразованияг вЫЮ, блока 15 преобразованияЬ; соя (М; + Ю, блока )с преобразования ) Ь в.и (с + ) ) г е г равуно отцошецию р;дцуса гюсссл реконструкции к п (и 1,2мента изобрджеция первогоквддрдцта;угол между вектором Ь, и положительцым цаправлецием осиординат восстанавливаемогоизображ .нця,Хдждому из четырех квддрдцтовизображения соответствуют днд сумматора 17.1, 17,2, 18,1, 18.2, 191,192, 20,1, 20.2 и один двухуровневый компяря-ор 21, 22, 23, 24 соответственно с цорогс:выии и ицформдциоццым входами. Прямой выход блока 13преобразования ) г соя) ) соединен спервыми входами первого сумматора17.1 первого квадранта и первого сумматора 18,1 четвертого квадранта,а его инверсный выход соединен с пер 1выми входами первого сумматора 19.1а горого квадранта и первого сумматора 20,1 третьего квадранта. Прямой;ыход блока 14 преобразованияз 1 пс соединен с первыми входамивторого сумматора 20.2 третьего ивторого сумматора 18,2 четвертого;вадрацтов, его инверсный выход соединен с первыми входами второго сумматора 17.2 первого квадранта и вто"рого сумматора 19,2 второго квадранта, Прямой выход блока )5 преобпдэовдния Ь; с:оя (сс; + су 1 соединенс вторыми входами еумм;торов 17,1,17,2 первого квадранта, а его инверсный выход соепицец с вторыми входами пары сумматоров 20,1, 20,2 третье"го квадранта, Прямой выход блока,16ттеобрдзования )Ь; з 1 п (М;+ с 1) соединен с вторьцси входами пары сумма"торов 181, 18,2 четвертого квадранта, а его и версцый выход соединенс вторыми входами парь сумматоров19,1, 19,2 второго квадранта. Выходыобоих суммагоров каждого квадрантаподклю ец к пороговому входу двухуровневсго компдрдтора соответствующего квядрастд, информационные входы всех двухуровневых компдрдторовсоедице ы с выходом номера измеренияблока 6 пространственно-частотнойфцьтрдсии, д цх выходы - с входамиразрежения информации соответствующих блоков 7-10 обратного проецирования и суммирования,фильтрованныхвеличинВ.ссцслитепьгц," томограф работаетследующим образом.1 сточццс 1 проникян 1 щего излучениясовместно с б;сс 1 кдм 2 детекторс 1 в ска1382168 нирует объект, установленный тт держателе 3, С выхода блока 2 детекторов сигналы, сдязанные с интенсивностью регистрируемого излутения череэ блок 5 предварительной обработки сигналов детектора, поступают вблок 6 пррстранственно-частотнойфильтрации, где обрабатываются поизвестному алгоритму. Сигналь с выхода блока 2 датчиков пространственных координат, характеризующиеугловые перемещения источника 1 иблока 2 детекторов относительтто ис-следуемого объекта, то есть угол (11 5поступают на блоки 13-16 Ттреобраэования г совтр, г в 1 птр 1, Ь, сов(т.; ++ тр )1, Ьв 1 п(тт.; + ср Ц, Эти блоки 13-1 Ттреобрззстна 11 я могут бть ны- н Олц Р ц 11 н лттде Тто Г то 1 ц 11 х з и ТтГтмтт Лающихх устро,"Тсттт, Сигналы Г тты;:оло 11 этих блоков 13-16 гр с Грпзотлнтя В ОЛИГЛНЦОМ НТоТ" Н Р ТЛХГ 1 ТГтУПЛТ;т на пары сумм,ттГров 17,1, 1/., 18.1, 18,2, 19, Т, 19,2, О,1, 20 о 2, на втТходах которТх позуто 1 тя чиг 11 н, равт 111 е ттачллт.ттиту и коцечцо 1 ту 11 пеРаМ ОтТТТ,Ь;РС 1;.НТТЬГК ЭцаЧЕПТ;Ч г ОтиО- сящихся к данному фрагменту, В общем ттиде начало от чета онределяетсн как о Гоз(Ф;т тр) + г ГттвТр, а коисц отсчета как Ь; сов(т; т. тр) - г в 1 пЦтДанные, полученные с использованием 111 рт:ул прт 1 ттедетптя, даны в таблице,Начало ,.тсчета Конец отсчета Квадрант Ь; сов(о + тр 1 - г втпс Ь; сов(г, + ттт )+ г созтр-Ь; вдп(м; + т.р )Г В 1 ПТР 1, Ь,г сов 1 .Ь, сов( к; + 1г сгод Ь; вз.п(ы., + .р )+ г вз.пр Ь,На фиг,2 показана геометрия разделения информации между блоками 7-О обратного проецирования и суммирования фильтрованнътх величин в случае, если Ь = О. Область 25 реконструкции разбита на четыре квад" ранта 26-29, и при движении источника 1 по траектории 30 на отрезке 31 блока 2 детекторов можно выделить отрезки, относящиеся к определенному квадранту: отрезок 32 - к первому квадранту 26, отрезок 33 - к второму квадраиту 27, отрезок 34 - к третьему квадранту 28, отрезок 35 - к четвертому квадранту 29. Координатами начала и конца отрезка 31 на линии блока 2 детекторов являются соответствующие значения текущего номе"а, отфильтрованной величины. Числа с выходов сумматоров 17,1, 17,2, 18,1, 8 2, 9.1, 19 2, 20,1, 20 2 поступают на пороговые входы двухуровневых компараторов 21-24, а на информационные входы этих компараторов поступает номер того отфильтрованного значения, которое присутствует в данный момент на входах блоков 7-10 обратного проецирования и суммирова"ния фильтрованных величин. Каждыйиэ двухуровневых компараторов 21-24 35может быть выполнен в виде пары компараторов, иа выходе которых пояалт 1 твт"ся логическаяединица, если зкачекивна информационном входе больще поро 40 гового. Выходы этих компараторов 2124 соединены по схеме "Неэквивалентность", Сигналы с выходов двухуровневых компараторов 21-24 поступают иавходы разретвения приема информации 45соответствукщх блоков 7-10 обратного проецирования и сумчирования фильтрованных величин, При логическойединице нв этом входе отфильтрован. иое значение величин принимается в,блоки 7-10 обратного прое 1 тнрованияи суммирования фильтрованных величин. Далее блоки 7-О обратного проецирования И суммирования фильтрованных величин производят обратное проецирование и суммирование по известному алгоритму в памяти изображений,Эти блоки могут быть выполнены в виде микроЭВМ, В этом случае в качестве независимых секций памяти 1 нэобП 1 -Ь, сов(м; + .р )в 1 п(от, + ср) - г сову ВП( Ы; + Р )Г ГОВТгЗОотфильтрованная проекция;текущая оценка лучевой суммы;- номер проекции 9 р 5- точки проекции 1М - количество точек вГпроекции 3у 11 - Фунхция фильтра.Таким образом, необходима (ИИ +1) 4 О умножений и (И + 1) сложений для фильтраг 1 ии одной одномерной проекции. Операцию обратного проецирования выполняют блоки 7-10 обратного проецйрозакия и сумиироваиия отфггльтрован" 4 ных проекций. Эта операция состоит иэ интерполяции, например, линейной, выполняемой по Формуле где Р (1 9 с.р ) Ф Р(1 д,)(2) ражеций будут выступать оперлтивныеэапомцнающие устройства этих микро"ЭВМ,Пример выполнения алгоритма обрат"5ного проецирования отфильтроя:ццыхпроекций.Для упрощения ацллиза це будемпринимать яо внимание время съемаданных, передачи ицформлции, вычисления Функции Фильтра и различцихконстант и будем считать, что необходимая нормировка учтена я функциифильтра, Данный алгоритм состоит издвух частей получения отфиль Грованиой проекции и обратного проецирования. Отфильтровлнцля проекция пред"ставляет собой дискретную сверткулучевых сумм с фуцкц;гец 9 гцльтра,Эту операцию выполняет блок 6 прост Оранственцо-частотной Фильтрации поформуле68где 1 ра с стоя ние о т точки с коор-динатами (х,у) до централь"ного луча;расстояние от начала отфильтрованной проекции дог-й точки ца цей;коордццлты точки томограмХ 9 У МЫ 9Ц- угол гроецирования;К - радиус области реконструкцииц цз суммирования, выполняемого го Формуле В случае применения предлагаемого реиения операция обратного ироеци" ровацня выполняется одновременно четырьмя блоками 7-10 обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин, поэтому в сумме требуегся 493 п умножений.При необходимости увеличения размеров матрицы изображения при сохранении произвдительности илн с целью уменыяения времени восстановления при неизменном размере изображения можно однотипно разбить каждый квадрант ца влдратиые фрагменты, число которых равно 4", где п = 1,2Это необходимо в связи с тем, что г должно быть одинаковым для всех Фрагментов, При этом дополнительно вводятся пары преобразователей Ьсоз(ос; + гр )9 Ь; згп(и;+гр ) 9 числа которых равно количествуфрагментов в одном квадранте, и вводятся дополнительные каналы, состоящие из пары сумматоров, двухуровневого комн,И.(х,у)Р (1, 9 ) М 9) ;1где Г(х 9 у) - значение яосстанлгщиваемой Функции в точке(х,у),Б - количество углов цроеЦ)цирояания,Видно, что для обратного проецирования одной проекции в случле квадратной матрицы восстлцавливаемогоизображения требуется 5 п умноженийи 5 п сложений, где и - количествоточек томограммы по оси координат.Рассмотрим характерный случай, когдачисло точек в проекции равно числуточек ца стороне томограммы, а также примем, что время умножения относится к време е сложения, как 1 ф 0,8,паратора, блока сбратцого проецирования исуммирования фильтрованных не -ЛИЧИН, ПРИЧЕМ ЧИСЛО этИХ Каналов Вкаждом квадранте равО 11 исг 1 у пар преОбразователей Ь, сон(ъ; г г 1,Ь, зггэ(й;+ г Я,Так как блоки Обратого гроеццровация и суммирования Йипьтронацц 1.1 хвеличин могут одцонремеццс обращать Дся к памяти иэображе 1 ий, для уменьшения времени прсстоег и слсдснатсльнс, унеличеция производительностипамять иэсбражеци 11 мсжг.т быть вь 1 поп-,иена в ниде цеэанисимых секций, число которых равно числу блсксн обратного проецирования и суммцроэацця фильтрованных величин.Поскольку блок прсстрацсгнеццочастотной фильтрации нь;дает ксцечнсе 2 О числО фильтрсйанных нРличиц для уц 110 ЩЕНИЯ ДНУХУРОНЦЕНИХ КО.лагатсгса И умматсрсн псследниР могут быть Ви ПСЛЦРНЫ ЦОЛОЧ 11 СЛРНЦЫ.И .25 формула изобретения1. Вычислительный томограф, содержащий источник 11 рсцикаюпгегс иэлуЧРния, блок детекторсн, дсржатепь исследуемого объекта, средстна для ЗО приведения источника и блока детекторов в движение относительно держатЕЛя ИССЛЕдуЕМОГО ОбЪЕКта, бЛС 1 г Продварительной обработки сигналсн детекторов, подключенный к нему блок35 пространственно"частотной фильтрации, блок обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин, подключенную к нему память иэображений, спок датчиков пространственных 4 О координат, входом подкпючеццьп 1 к средствам для приведения источника ц блока детекторов в движение, а Н 11- ходами - к блоку предварительной обработки сигналов детекторов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьв 1 еция проиэнодцтельцссти в него введены дополнительные блоки обратного прсР 1 гирснания и суммирования фильтронаццьгх величцц, блоки преобразования 1 т сову, 1 г э 1 п(г, Ь; сон(м, + ц ), гЬ, нэ.п( к; + Ц )3, где г равно отношению радиуса области реконструкции к п(п=1,2,),",угол поворота источника ц блока детекторов относительно объекта; Ь; расстояние от центра носста 11 авпинаемого изббражеция до ближа 1 ц 11 Р 11 нерип 1- ны 1-го фрагмента иэображения генноГс квадранта; М, - угол между вектором Ь; и положитепьцим направлением оси ординат носстацанлинаемого изображегпгя, перньгг 1 и второй сумматоры и г 1 нухуронцени 11 ксмг 1 аратор для кажг 1 огс квацпац" а цзсбргэженця, причем блоки преобразования г созЧ, г вэ.пДсов( 1, + 11 )1 Ь; нэ.п(к; + г )ходами пг 1 г 1 кпючецы к блоку датчиковпространственных координат, прямойвихсд биска преобразовании Ьг сонгподкпючец к герним входам цервь 1 х сумматорсн первого и четвертого квадрантсв изображения, Рго инверсный выход - к первым входам первых сумматоров второго и третьего квадрантовизображения, прямой выход блока пресбраэсвация г н 1 пг подключен к пер;:ьгг 1 ходам нтсрых сумматоров третьеГО И чЕтцартСГС КнадраНтОВ ИЗОбражЕция, а его и 1 е"сцый выход - к перин входам вторых сумматоров первого ц второго кнадрантов изображения,прямои выход блока преобразованияГ,Ь, ссз(х; + Ч 1 )1 подключен к вторим входам сумматоров первого квадранта иэображения, а его инверсныйвыход - к вторым входам сумматоровтретьего квадранта изображения,прямой выход блока преобразования Ь; н 1 п(ог;г 1 ) подключен к вторымвходам сумматоров четвертого квадранта изображения, а его инверсный выход - к вторым входам сумматоров второго квадранта изображения, выходи сумматоров каждого квадранта изображения подключены к пороговым входам двухуровнего компаратора того же квадранта изображения, выход которого подключен к входу разрешения соответствующего данному квадранту иэображения блока обратного проециро нация и суммирования фильтроваНных величин, причем информационные входы всех днухуровцевых компараторов подключены к дополнительному выходу цогн ра измерения блока пространственно-частотной фильтрации, а рабо-. чие ходи всех блоков обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин подключены к рабочему выходу блока пространственно-частотной фил ь тр ации.2, Томограф по и,1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что в нем испольлэснано 4 пар блоков преобраэонания Ь, сс-(с + г 1 э), Ъ; едп(Ы + ц), причем каждой паре укаэани 11 х бпсковЬ; сов(ы;+ цт)3, Ь; вз.п(Ы;+ ср)Д соответствуют два сумматора, двух" уровневый компаратор и блок обратного проецирования и суммирования фильтрованных величин.Э. Томограф по пп.1 и 2, о т л ич а ьи й с я тем, что память иэображений выполнена в виде независимах секций, число которых равно числу блоков обратного проецирования и суммирования фильтрованнцх величин,4. Томограф по пп.1 - 3, о т л и" ч а ю щ и й с я тем, что сумматорц выполнены целочисленными.Составитель ККононовТехред Л.Кравчук Редактор Т,Кпикина Корректор М.Шароаи Заказ 2443 Тираж Подписное ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Рауюская наб., д.4/5