DE2417317A1 - Verfahren und vorrichtung zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur untersuchung eines koerpers mittels durchdringender strahlung

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Description

EIKENBERG 8c BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER
EMI Limited 100/435
Verfahren und Torrichtung zur Untersuchung eines Körpers mittels durchdringender Strahlung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung wenigstens eines Teils eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, beispielsweise mittels Röntgen- oder Gammastrahlen.
Es ist bekannt, eine Röntgenaufnahme eines ebenen Querschnittsbereiches eines Körpers dadurch herzustellen, daß schmale Röntgen- oder Gammastrahlen quer durch diesen Bereich in mehreren unterschiedlichen Richtungen hindurch geschickt
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°RiGlN^ INSPECTED
werden und die Absorption der Strahlen zu messen, damit die Absorptionskoeffizienten einer Matrix von in diesem Bereich angenommenen Elementen berechnet werden können. Die DI-OS 1 941 433 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Darstellung der Absorptionskoeffizienten einer Matrix mit diesen angenommenen Elementen durch ein Häherungsverfahren. Die Strahlen werden von einer Strahlungsquelle präzise durch diesen Bereich auf Detektormittel gerichtet. Der Querschnitt der Strahlen ist dabei klein in bezug auf die Querabmessungen des Körpers in dieser Ebene. Die Beziehung zwischen dem Ausgang der Quelle und der von den Detektormitteln festgestellten Strahlung ist ein Maß für die Absorption, die die Strahlung beim Durchlaufen der Elemente in einem Strahlen**veg erfährt, und somit kann jedem Element ein ungefährer ¥ert des Absorptionskoeffizienten zugeordnet werden, indem jedem Element der gleiche Absorptionswert zugeordnet wird. ¥enn dann durch den Körper eine eindeutige Gruppe von Strahlen hindurch geschickt wird, die die Elemente sehneiden>kann der jedem Element zugeordnete Absorptionskoeffizient in einem Polgeprozess fortlaufender Annäherungen geändert werden, wobei die den einzelnen Elementen zugeordneten Werte zu ihrem tatsächlichen Wert konvergieren. Die den einzelnen Elementen zugeordneten individuellen Werte des Absorptionskoeffizienten werden nachfolgend "Maschenwerte" genannt.
Die verschiedenen Gfesamtabsorptionswerte, die auf den jeweiligen Wegen gemessen werden (diese Werte werden nachfolgend als "Randwerte" bezeichnet) können alternativ unmittelbar durch !Dransformationsprozesse transformiert werden, beispielsweise durch Pourier-2ransformationen oder Transformationen nach dem Ealtungssatz, um den Absorption3koeffizienten je-
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des Elementes auszuwerten. Solche Transformationsprozesse ergeben eine gute Auflösung der Absorptionskoeffizienten, sie haben jedoch den Nachteil, daß im Gegensatz zu dem in der oben erwähnten OS beschriebenen Verfahren der fortlaufenden Annäherungen keine Selbstkorrektur der ausgewerteten Koeffizienten in bezug auf niederfrequente räumliche Schwankungen der Absorptionskoeffizienten über der Matrix oder in bezug auf einen Gesamt-Gleichspannungsversatz der Koeffizienten hinsichtlich eines Bezugspegels erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung wenigstens eines Teils des Inneren eines Körpers zu schaffen, das bzw. die die Vorteile des Transformationsprozesses und die Vorteile der fortlaufenden Annäherung vereint.
Das erf.indungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
(i) Ableitung eines Randwertes, der die Absorption darstellt, den die Strahlung jeweils beim Durchqueren eines von mehreren koplanaren Wegen, von denen sich wenigstens einige schneiden, erfährt,wobei die Querschnittsabmessungen des Strahls klein gegenüber den Abmessungen des Körpers sind;
(ii) Durchführung einer Transformation der Randwerte zur Erzeugung von Maschensignalen, die eine erste Annäherung der Werte der Koeffizienten der Strahlungsabsorption oder Strahlungsdurchlässigkeit von in dem Körper angenommenen Elementen einer Matrix darstellen;
(iii) Verarbeitung der Maschensignale, indem
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(a) von den Maschensignalen weitere Randsignale abgeleitet werden, die die ¥erte darstellen, die entsprechende der zuerst genannten Randwerte annehmen sollten, wenn die Maschensignale richtig sind,
(b) die Randwerte mit den entsprechenden weiteren Randwerten verglichen und daraus Randfehlersignale abgeleitet werden,
(c) die Randfehlersignale in Maschenfehlersignale transformiert werden und
(d) die Haschensignale entsprechend den Maschenfehlersignalen geändert werden.
Eine Vorrichtung zur Untersuchung wenigstens eines Teils eines Körpers mit durchdringender Strahlung ist dadurch gekennzeichnet,
(i) daß Detektormittel vorgesehen sind, die die Strahlung nach Durchlauf durch den Körper auf jedem von mehreren koplanaren, zumindest teilweise einander schneidenden Wegen erfassen, wobei die Quersehnittsabmessungen der Wege klein zu den Abmessungen des Körpers sind und daß Mittel zur Ableitung eines Randwertes aus den Detektormitteln für jeden der Wege vorgesehen sind, wobei jeder Randwert die Absorption darstellt, die die Strahlung beim Durchlauf des jeweiligen Weges erfährt;
(ii) daß Iransformationsmittel zur Durchführung einer Transformation der Randwerte vorgesehen sind, um Maschensignale zu erzeugen, die eine erste Annäherung der Werte der Koeffizienten der Strahlungsabsorption oder Strahlungsäurehlässigkeit von in dem Körper angenommenen Elementen einer Matrix darstellen;
(iii) daß Korrekturmittel vorgesehen sind, die bestehen aus:
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(a) Transformationsmitteln zur Transformation der Mascbensignale zur Ableitung weiterer Randwerte, die die Werte darstellen, die entsprechende der zuerst genannten Randwerte annehmen sollten, wenn die Maschensignale richtig sind,
(b) Yergleichsmitteln zum Vergleich der Randwerte mit den entsprechenden weiteren Randwerten zur Ableitung von Randfeblersignalen,
(c) Transformationsmitteln zur Transformation der Randfehlersignale in Maschenfehlersignale, die Fehler in den Maschensignalen darstellen und
(d) Mitteln zur Änderung der Maschensignale in Abhängigkeit von den Maschenfehlersignalen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können mehrere Randwerte um ein Körperteil in der in der erwähnten DID-OS beschriebenen Weise gemessen werden. .Die Randwerte werden dann nach einem vorgegebenen Transformationsprozess transformiert, beispielsweise durch Transformation nach dem !Faltungssatz oder durch Fourier-Transformation, um Maschensignale zu erzeugen, die ein Maß für die Absorptionskoeffizienten von dem Körper angenommenen Elementen einer Matrix sind. Diese Maschensignale werden gespeichert, beispielsweise in den Speichermitteln eines Elektronenrechners.
Erfindungsgemäß werden die Maschensignale einem Korrekturvorgang unterworfen. Die Maschensignale werden Mitteln zugeführt, die eine Transformation bewirken, die invers zu der zuvor erwähnten Transformation ist. Ein solcher Inversions prozess kann auf einfache Weise durchgeführt werden, indem die
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Werte der den Elementen in jedem Weg zugeordneten Maschensignale summiert werden (wobei ausreichend die !Tatsache in Betracht gezogen wird, daß die Wege nicht alle Elemente in gleichem Maße schneiden, so daß Bewertungsfaktoren in der in der erwähnten DT-OS beschriebenen Weise zugeführt werden müssen), um weitere Randwerte abzuleiten, die ein Maß für die Größe sind, die die zuerst genannten Randwerte haben sollten, wenn die Maschensignale alle richtig wären. Im Idealfalle sollte daher ein Vergleich der weiteren Randwerte mit den entsprechenden zuerst genannten Randwerten su dem Ergebnis ITuIl führen. In der Praxis führt ein solcher Vergleich jedoch zu einem Randfehler signal, das ein Maß für die Fehler ist, die in dem iüransformationsvorgang erzeugt worden sind. Somit kann ein Randfehlersignal (Z) für jeden Randwert dadurch erzeugt werden, daß der Wert eines jeden weiteren Randsignals mit dem entsprechenden Wert des zuerst erwähnten Randsignals verglichen wird, beispielsweise durch Subtraktion, d.h.
Z = Z0 - Z '
e e ,
wobei Z eine der zuerst erwähnten Randwerte (d.h. einen tatsächlich gemessenen Randwert) und Z ' den entsprechenden Randwert darstellt (der nicht tatsächlich gemessen wird, aber aus den vorerwähnten Maschensignalen für auf dem jeweiligen Weg angeordnete Elemente synthetisch erzeugt worden ist).
Die Mehrzahl der auf diese Weise erzeugten Randfefalersignale wird folglich auf die gleiche Weise wie die zuerst erwähnten Randwerte transformiert (d.h. durch den zuvor erwähnten Sransformationsprozess) um Maschenfeh-lersignale zu erzeugen, die ein Maß für den Fehler des von jedem Zellensignal gespeicherten Wertessind. Somit wird durch Änderung der Masohensignale in Übereinstimmung mit ihren entsprechenden Maschenfeh-
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lersignalen der darin enthaltene Fehler vermindert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die in einem Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Untersuchung wenigstens eines Heils eines Körpers mit durchdringender Strahlung zeigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Untersuchung eines ebenen Abschnitts eines in einer Ausnehmung 1 angeordneten Körpers. Ein Rahmenteil 2 trägt eine Strahlunsquelle, beispielsweise eine Coolidge-Röhre 3, die einem Strahlungsdetektor 4 gegenüber liegt, der beispielsweise aus einem ITal-Scintillatorkristall und zugeordneter Foto-Vervielfacherröhre besteht. Der Rahmen 2 kann eine hin- und hergehende Bewegung in bezug auf eine scheibenförmige Rückplatte 5 ausführen, und wird von einem hin- und hergehenden Motor 6 und einer Verbindungsstange 7 angetrieben. In der dargestellten Lage kann der Rahmen 2 eine Rechts-Links-Rechts-Bewegung ausführen. Die Rückplatte 5 kann um die Ausnehmung 1 durch einen Motor 8 in der Ebene der Hin—und Herbewegung des Rahmens 2 gedreht werden. Somit kann i durch die Röntgenstrahlenröhre 3 eine Gruppe von parallelen Strahlen durch einen in der Ausnehmung 1 angeordneten Körper unter verschiedenen Winkeln hindurchgeschickt werden. Der Motor 6 und der Motor 8 arbeiten in Abhängigkeit von Impulsen eines Taktgebers 9, so daß die Absorption der Strahlung in einer vorgegebenen Folge von Strahlen durch den Körper bestimmt werden kann. Die Ausgangsimpulse des Detektors 4 werden in einem Zähler 10 gezählt und in Abhängigkeit von Impulsen des !Taktgebers 9 ausgegeben.
Es ist ersichtlich, daß die vom Zähler 10 abgeleiteten digitalen Zahlen ein Maß für die zuvor erwähnten Randwerte sind,
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und die die Randwerte darstellenden Signale werden einem loga— garithinischen Verstärker 11 zugeführt, um Ausgangesignale zu erzeugen, die ein Maß für die Absorption oder Durchlässigkeit der Strahlung auf den Strahlenwegen sind und im Speicher 12 gespeichert werden. Die im Speicher 12 gespeicherten und die Randwerte darstellenden Signale werden über ein !Dor 13 einem Transformationsrechner 14 zugeführt, der eine !Transformation "bewirkt, durch die die die Randwerte darstellenden Signale in KasDhensignale transformiert werden, die jeweils ein Maß für die Absorptions- oder Durchlässigkeitkoeffizienten einer Yielzahl von in der Querschnittsebene des Körpers, die durch den Ort der Strahlen von der Strahlenquelle beschrieben ist, angenommenen Elementen einer Matrix sind.
TJm die Schwankung der Absorption bei verschiedenen Winkeln zu kompensieren, unter denen verschiedene Strahlen durch die Elemente der Matrix verlaufen, werden den Randwerten für die Transformationsreehnung verschiedene Bewertungsfaktoren zugeordnet, wobei die Bewertungsfaktoren von einem Speicher 15 abgeleitet werden, und die Zuordnung der ¥erte erfolgt entsprechend der vorerwähnten DT-OS. Die von den Maschenwerten durch Rechnung abgeleiteten Werte werden in einem Speicher 16 gespeichert.
Ein weiterer Transformationsrechner 17 dient zur Transformation der gespeicherten Maschensignale in Signale, die weitere Randwerte darstellen, wobei eine Transformation durchgeführt wird, die invers zu der vom Rechner 14 durchgeführten Transformation verläuft. Da die Maschensignale die Absorptionskoeffizienten darstellen, werden die den Elementen in den Wegen entsprechender Strahlen zugeordneten Maschensignale summiert,
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um weitere Randwerte abzuleiten, die (in logarithmischer Porm) die Werte darstellen, die die ursprünglichen Randsignale haben sollten, wenn die im Speicher 16 gespeicherten Maschensignale richtig wären. Bei der Summierung werden die Maschensignale durch gleiche Bewartungsfaktoren "bewertet, wie sie auch dem Rechner 14 vom Speicher 15 zugeführt werden, und die somit vom Rechner 17 abgeleiteten weiteren Randwerte werden in einem Speicher 18 gespeichert. Eine Yergleichsvorrichtung 19 erzeugt Randfehlersignale, die ein Maß für die Differenz zwischen einer Gruppe von Signalen, die die vom Speicher 12 abgeleiteten ursprünglichen (d.h. gemessenen) Randwerte darstellen und entsprechenden Werten einer entsprechenden Gruppe weiterer vom Speicher 18 abgeleiteter Randsignale ist, wobei die Randfehlersignale dem Transformationsrechner 14 über ein lor 20 zugeführt werden.
Im Betrieb sind die Rönigenstrahlenquelle 5 und der Detektor 4 so angeordnet, daß die Absorption entlang mehrerer paralleler Gruppen von Strahlenwegen bei unterschiedlichem Winkel durch einen Querschnitt des Körpers gemessen wird, um dadurch eine Ansammlung von Signalen zu erzeugen, die die im Speicher 12 gespeicherten Randwerte darstellen. Das !Dor 13 wird aufgetastet, und der 2ransformationsrechner 14 erzeugt eine Gruppe von Masehensignalen aus den im Speicher 16 gespeicherten Rands ignalen·
Um bei dieser transformation erzeugte Fehler zu vermindere wird eine Eorrekturrechnung durchgeführt. Der Irans·?· formationsrechner 17 erzeugt aus den Maschenwerten eine entsprechende Gruppe von weiteren Randsignalen, die im Speicher gespeichert werden. Eine Vergleichsschaltung 19 zieht die die Randsignale darstellenden Signale von den entsprechenden wei-
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teren Ratiosignaleη al». Diese Randsignale können vom Speicher 12 oder unmittelbar vom Terstärker 11 abgeleitet "werden, wenn eine weitere Gruppe von Randwertmessangen durchgeführt wird. Da3 !Eor 20 wird geöffnet und das Sor 13 geschlossen, und Randfehlersignale von der Vergleichsschaltung 19 werden dem Transformationsrechner 14 zugeführt. Die !Transformation der Randfehlersignale umfaßt Maschenfehlersignale, die Fehler der im Speicher 16 gespeicherten Masehensignale darstellen. Der Speicher 16 wird somit geändert, indem die Maschenfehlersignale zu entsprechenden gespeicherten Maschensignalen addiert werden, um den Speicher 16 auf neuesten Stand zu "bringen.
Es ist ersichtlich, daß eine Reihe solcher Korrekturrechnungen durchgeführt werden kann, so daß die Masehensignale konvergieren und den tatsächlichen ¥ert der Absorptions- oder Durchlässigkeitskoeffizienten der Elemente der Matrix angeben. In dem System kann eine Schwelle vorgesehen werden, um die Korrekturrecnnungen zu beenden, wenn entweder die Randfehlersignale oder deren !Transformation einen bestimmten ¥ert erreichen, der eine erwünschte Genauigkeit der Zellensignale angibt.
Der Inhalt des Speichers 16 kann dann auf einer Anzeigevorrichtung 21 dargestellt werden, die beispielsweise aus einer Kathodenstrahlröhre oder aus einem Parbtondrucker besteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt zwar eine größere Verarbeitungszeit als . ein. einzelner Sransformationsprozess, jedoch kann die Genauigkeit der ursprünglichen
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Transformation und damit des erforderlichen Rechnungsaufwandes im Vergleich zu der Genauigkeit der !Transformation, die man benötigen würde, wenn der Transformationsprozess alleine benutzt worden war-2, verringert werden. D~rüberhinaus besteht keine Notwendigkeit, die Zahl der Rardablesungθη zu erhöhen, und damit wird die dem Körper, der ein lebender Körper sein kann, augeführte Strahlungsdosis nicht erhöht
die Durchführung der Transformation können aber r.uch andere als die beschriebenen Kittel x^rweiadet v/erden.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    1J Verfahren zur Untersuchung wenigstens eines Teils eines Körpers mittels durchdringender Strahlung, beispielsweise mittels Röntgen- oder Gammastrahlen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    (i) Ableitung eines Randwertes, der die Absorption darstellt, den die Strahlung jeweils beim Durchdringen eines von mehreren koplanaren Wegen, von denen sich wenigstens einige schneiden, erfährt, wobei die Querschnittsabmessungen des Strahls !dein gegenüber den Abmessungen des Körpers sind;
    (ii) Durchführung einer Transformation der Randwerte zur Erzeugung von Haschensignalen, die eine erste Annäherung der Werte der Koeffizienten der Strahlungsabsorption oder Strahlungsdurchlässigkeit von in dem Körper angenommenen Elementen einer Matrix darstellen;
    (iii) Verarbeitung der Massensignale, indem
    (a) von den Mascbensignalen weitere Randsignale abgeleitet werden, die die Werte darstellen, die entsprechende der zuerst genannten Randwerte annehmen sollten, wenn die Maschensignale richtig sind,
    (b) die Randwerte mit den entsprechenden weiteren Randwerten verglichen und daraus Randfehlersignale abgeleitet werden,
    (c) Die Randfehlersignale in Maschenfeblersignale transformiert werden, die die Fehler in den Maschensignalen darstellen und
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    (d) die Maschensignale entsprechend den Masehenfehlersignalen geändert werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformationsprozess nach dem 3?altungssatz ausgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die !Dransformation des Randfehlersignals in Masebenfehlersignale nach Maßgabe desselben Transformationsprozesses bewirkt wird, der zur Ableitung der Haschensignale aus den Randwerten verwendet wird.
  4. 4. Vorrichtung zur Untersuchung wenigstens eines Seils eines Eörpers mit durchdringender Strahlung, gekennzeichnet dadurch,
    (i) daß Detektormittel (4) vorgesehen sind, die die Strahlung nach Durchlauf durch den Körper auf jedem von mehreren koplanaren, zumindest teilweise einander schneidenden Wegen erfassen, wobei die Querschnittsabmessungen der Wege klein ZO. den Abmessungen des Körpers sind, und daß Mittel zur Ableitung von Randwerten aus den Detektormitteln für jeden der Wege vorgesehen sind, wobei jeder Randwert die Absorption darstellt, die die Strahlung beim Durchlauf des jeweiligen Weges erfährt,
    (ii) daß Transformationsmittel (12) zur Durchführung einer Transformation der Randwerte vorgesehen sind, um Masehensignale zu erzeugen, die eine erste Annäherung der Werte der Koeffizienten der Strahlungsabsorption oder Strahlungsdurchlässigkeit von in dem Körper angenommenen Elementen einer Matrix darstellen,
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    (iii) daß Korrekturmittel vorgesehen sind, die "bestehen aus:
    (a) £ransformationsmitteln (17) zur (Cran s format ion der Maschensignale zur Ableitung weiterer Randwerte, die die ¥erte darstellen, die entsprechende der zuerst genannten Randwerte annehmen sollten, wenn die Maschensignale richtig sind,
    (b) Yergleichsmitteln (19) zum Tergleich der Randwerte mit den entsprechenden weiteren Randwerten zur Ableitung von RandfehlerSignalen,
    (c) Transformationsmitteln (14) zur transformation der Randfehlersignale in Masehenfehlersignale, die die Fehler in den Maschensignalen darstellen und
    (d) Mitteln zur Änderung der Maschensignale nach Maßgabe der Maschenfehlersignale.
  5. 5. Torrichtung nachi Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß erste Speichermittel (12) zur Speicherung der zuvor erwähnten Randsignale vorgesehen sind, daß zweite Speichermittel (16) zur Speicherung der Maschensignale vorgesehen sind und daß inverse iransformationsmittel (17) vorgesehen sind, die auf die Maschensignale einwirken, um die weiteren Randwerte zu erzeugen, und daß dritte Speichermittel (13) für die weiteren Randsignale vorgesehen sind, wobei die Yergleichsmittel (19) dazu dienen, den Inhalt der Speichersfellen in den ersten und dritten Speichermitteln (12 bzw. 18) zu vergleichen.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekeniize iclmet r daß die Sransformationsmittel (14) und die inversen !ransformationsmittel (17) jeweils von einem Speicher (15) mit Bewertungsfaktoren so abhängig sind, daß Änderungen bei den von den Wegen geschnittenen Elementen kompensiert werden.
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  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 "bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Yergleichsmittel (19) Mittel zur Auswertung des Unterschiedes zwischen den Randwerten und den v/eiteren Randwerten enthalten.
    Bs / dm
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