DE2521171A1 - Anordnung zur ermittlung der verteilung der absorption oder der emission von strahlung in einer ebene eines koerpers - Google Patents

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2000 HAMBURG 1, STEINDAMM 94

"Anordnung zur Ermittlung der Verteilung der Absorption oder der Emission von Strahlung in einer Ebene eines Körpers"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff, die vorzugsweise in der Röntgendiagnostik bzw. der Nuklearmedizin anwendbar ist.

Eine derartige Anordnung ist bekannt (DT-OS 1 941 433). Die Absorption in einem (menschlichen) Körper wird dabei mittels eines Strahlers gemessen, der zusammen mit einem die Strahlung hinter dem Körper messenden Strahlendetektor senkrecht zur Richtung der Strahlung verschoben wird, wobei mit dem Detektor eine Reihe von Meßwerten (Meßreihe) gemessen wird, die ein Maß für die Absorption der Strahlung

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entlang der durch die Stellung des Strahlers und des Detektors bestimmten, aneinander parallelen Geraden durch den Körper ist. Im Anschluß an eine solche Meßreihe wird das System Strahler-Detektor gedreht und eine weitere Meßreihe unter einem anderen Winkel zum Körper durchgeführt usw. Aus den erhaltenen Meßwerten läßt sich die Absorption in den einzelnen Punkten bzw. Bereichen in der von der Messung erfaßten Ebene nicht ohne weiteres rekonstruieren, da die Meßwerte nicht ein Maß für die Absorption in einzelnen Punkten darstellen, sondern für die Absorption längs einer bei der Messung erfaßten Geraden bzw. eines Streifens durch den zu untersuchenden Körper. Mathematisch bedeutet das, daß aus den Wegintegralen einer Funktion (Absorption, Emission, Dichte usw.) längs einer Vielzahl von sich schneidenden Geraden der Wert dieser Funktion in einzelnen Punkten der durch die Geraden definierten Ebene errechnet werden muß.

Dieses Problem stellt sich in gleicher Weise bei der Ermittlung der Radioaktivitätsverteilung in radioaktiv-markierten biologischen Objekten sowie bei der Errechnung von Schichten von Makromolekülen (Viren oder ähnlichem), die mit Hilfe eines Elektronenmikroskops gemessen worden sind, sowie bei der Untersuchung von Schichten technischer Objekte (z.B. Werkstoffprüfung) mit Hilfe durchdringender Strahlung. Bei bekannten Anordnungen erfolgt die Rekonstruktion der Absorption in der Ebene dadurch, daß die Untersuchungsebene in eine Matrix von quadratischen Bildelementen unterteilt wird, deren Abmessung ungefähr der Breite eines Streifens entspricht. Jedem Bildelement wird von jeder Meßreihe derjenige Meßwert (bzw. ein daraus und aus den anderen Meßwerten der Meßreihe abgeleiteter Wert - vgl. DT-OS 2 417 317) zugeordnet, der entlang des Streifens gemessen wurde, in dem sich das Bildelement befindet. Wenn man davon ausgeht, daß das Bildelement und der Streifen ungefähr die gleiche Breite haben, kann ein Bildelement von bis zu drei Meßwerten (bzw. daraus abge-

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leiteten Werten) beeinflußt werden, die die Absorption der Strahlung längs dreier paralleler Streifen darstellen. Der Meßwert bzw. der davon abgeleitete Wert eines Streifens gehen bei der Berechnung eines Bildelementes daher mit einem Gewicht ein, das der gemeinsamen Fläche des Streifens mit dem Bildelement entspricht.

Dieses Verfahren,auf einem Rechner durchgeführt, erfordert sehr lange Rechenzeiten bzw. einen sehr aufwendigen Rechner, insbesondere zur Berechnung der Gewichtungsfaktoren.

Um eine kürzere Rechenzeit mit einer einfacheren Anordnung zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, die aus den Meßwerten durch ein Faltungsverfahren abgeleiteten Werte auf dem Target einer Ladungsspeicherröhre längs aneinander grenzender Streifen zu überlagern, deren Lage und Richtung der Lage und der Richtung der Streifen bei der Ermittlung der zugeordneten Meßwerte entspricht. Hierbei ergeben sich jedoch erhebliche Probleme in bezug auf das Signal-Rausch-Verhältnis .

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine schnelle Verarbeitung der Meßwerte ohne Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die geometrische Anordnung der Streifen und der Untersuchungsebene,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 die geometrische Anordnung der Streifen, der Untersuchungsebene und der Bildpunkte bei der Ausführungsform nach Fig. 4,

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Fig. 4 eine andere Ausführungsform und Fig. 5 das zeitliche Auftreten der Taktimpulse bei der Anordnung nach Fig. 4.

Die Absorption des Objektes 0 in der Untersuchungsebene E wird durch eine Vielzahl von Meßreihen erfaßt, wobei die Absorption jeweils längs einer Anzahl von parallelen Streifen gemessen wird. In Fig. 1 sind diese Streifen 1...6 für eine Meßreihe dargestellt. In jedem dieser Streifen wird die Absorption durch einen Meßwert erfaßt. Dieser Meßwert wird anschließend einem Faltungsprozeß unterworfen, wobei in dem dadurch errechneten Wert M^.. .MV außer dem in diesem Streifen gemessenen Meßwert die gewichtete Summe aller anderen Meßwerte dieser Meßreihe eingeht.

Die Errechnung der Absorption aus diesen Werten M^ .. .Mg erfolgt dadurch, daß die Werte über den Bereich der Untersuchungsebene "verschmiert" werden, den der zugehörige Streifen bedeckt; beispielsweise wird dem von dem Streifen erfaßten Teil der Untersuchungsebene der Wert Mp zugeordnet. Welcher Wert einem Punkt der Ebene E zugeordnet wird, hängt also von der Lage des Punktes ab. Anschließend erfolgt die Zuordnung der aus einer weiteren Meßreihe abgeleiteten Werte, die den vorher zugeordneten Werten überlagert werden usw.

Die Zuordnung eines Punktes der Untersuchungsebene zu einem Streifen erfolgt mittels einer Recheneinrichtung, die aus der Lage des Punktes in einem festen x, y-Koordinatensystem seine Zugehörigkeit zu einem der Streifen errechnet. Zu welchem Streifen ein Punkt der Ebene gehört, hängt von dem Abstand*η (vgl. Fig. 1) einer durch den Punkt verlaufenden, zu den Streifen parallelen Geraden vom Koordinaten.ursprung (χ =· O, y β ο) ab, der sich nach der Formel

= χ · cos 0 + y · sin Q (1)

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errechnet. Dabei ist χ und y die Lage dieses Punktes im x, y - Koordinatensystem, während Q der Winkel ist, unter dem die Streifen die x-Achse schneiden. Der Abstand ηη muß für jeden einzelnen Punkt der Ebene errechnet werden, woraus sich unmittelbar der Streifen bestimmen läßt, dessen Wert (z.B. M₅) dem Punkt zuzuordnen ist (der Zusammenhang zwischen dem Abstand t\ und dem Streifen, dessen Wert M Punkten mit dem Abstand ij zuzuordnen ist, ergibt sich ohne weiteres aus Fig. 1).

Fig. 2 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung, die auf diesen Überlegungen aufbaut. Sie enthält zwei Sägezahngeneratoren 10 und 11, die zwei sägezahnförmige Signale U_x und U^ mit unterschiedlicher Frequenz erzeugen. Unterstellt

man, daß U_x und u jeweils dem Abstand χ bzw. y vom Koordinatenursprung proportional sind, dann repräsentieren die Ausgangssignale u^ und u der Sägezahngeneratoren 10 und 11 eine χ y

Größe, die die Untersuchungsebene zeilenweise abtastet (in der Zeichnung sind nur zwei Zeilen 8 und 9 angedeutet).

Wichtig ist nun, daß der Abstand zweier benachbarter Zeilen wesentlich kleiner ist, z.B. um den Faktor 3 oder 4, als die Breite eines Streifens. Dies bedeutet bei der geometrischen Konstellation nach Fig. 1, bei der die Breite der Untersuchungsebene vier Streifenbreiten entspricht, daß diese Untersuchungsebene mit ca. 12 bis 16 Zeilen abgetastet werden muß, was wiederum bedeutet, daß die Periodendauer des Signals u. 12- bis 16-mal größer sein muß als die Periodendauer des Signals 11 . In der Praxis wird die Untersuchungsebene nicht längs sechs verhältnismäßig breiter Streifen abgetastet, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sondern längs einer Vielzahl, beispielsweise 150. Die Zeilenzahl muß dann entsprechend höher sein (450 bis 600), so daß sich die bei einem Fernseher üblichen Horizontal- und Vertikal-Ablenkgeneratoren (die 625 Zeilen abtasten) als Sägezahngeneratoren 10 und 11 eignen.

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Die Ausgangs signale U_x bzw. u der Sägezahngeneratoren 10 bzw. 11 werden dem Eingang jeweils einer Multiplizierschaltung 12 bzw. 13 zugeführt, an deren anderem Eingang eine cos 0 bzw. sin Θ proportionale Spannung anliegt. Die Ausgangssignale der Multiplizierschaltung 12 und 13 werden in einer Multiplizierschaltung 14 addiert, in der zusätzlich noch ein Wert ij _Q addiert wird, so daß am Ausgang der Addierschaltung 14 unter Berücksichtigung von Gleichung (1) ein Signal ansteht, das der Größe von f\ + η _Q proportional ist. Dieses Signal wird einem Analog-Digital-Wandler 15 zugeführt, der das Ausgangssignal in eine digitale Zahl umwandelt. Bei geeigneter Bemessung ergibt dann das digitale Ausgangssignal die Nummer des Streifens bzw. die Adresse des Speichers an, in dem der in diesem Streifen ermittelte Meßwert bzw. der daraus abgeleitete Wert M gespeichert ist. Dies soll an dem folgenden Zahlenbeispiel erläutert werden.

Es sei angenommen, daß der Abstand y bzw. χ = 1 vom Koordinatenursprungspunkt der Breite eines Streifens entspricht. Es sei weiterhin vorausgesetzt, daß dem Wert χ bzw. y = 1 ein Signal U_x bzw. u = 1 V entspricht und daß durch die Multiplizier schaltung und die Addier schaltung keine weiteren Proportionalitätsfaktoren eingeführt werden, so daß beispielsweise für Θ = 0, χ = 0,5 am Ausgang der Addierschaltung eine Spannung von 0,5 V ansteht, zu der noch deri]₀ entsprechende Wert, der zu 4 V angenommen sei, addiert wird. Ist auf diese Weise beispielsweise eine Spannung von 4,5 V erzeugt, dann würde diese durch den Analog-Digital-Wandler in den Zahlenausdruck 4,5 verwandelt, jedoch ist dieser Analog-Digital-Wandler so ausgebildet, daß die letzte Dezimalstelle unterdrückt wird, so daß am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers die Zahl 4 ansteht, die bei geeigneter Zuordnung der Werte M₁.. .Kg zu den Speicherplätzen die Adresse des Speicherplatzes angibt, in dem der dem Streifen 4 zugeordnete Wert MY gespeichert ist. Da die

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Sägezahnspannung u. zunimmt, wird die Ausgangsspannung immer größer und überschreitet zu einem bestimmten Zeitpunkt, z.B. wenn für Θ = O der Wert χ > 1 wird, den Spannungswert 5 V. Dann erscheint am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers die Zahl 5» was bedeutet, daß dann die Adresse des Speichers aufgerufen wird, in dem der dem fünften Streifen zugeordnete Meßwert M,- gespeichert ist. Im allgemeinen wird das analoge Signal in einen binären Wert umgewandelt, wofür die vorstehenden Überlegungen sinngemäß ebenfalls gelten.

Die durch den Analog-Digital-Wandler 15 gebildete Adressiereinrichtung steuert einen Zwischenspeicher 16, dessen einzelne Speicherplätze die entlang den einzelnen Streifen gemessenen Werte bzw. die daraus abgeleiteten Werte (M₁.. .Hg) speichert, in der Weise, daß jeweils der Inhalt des adressierten Speicherplatzes am Ausgang des Zwischenspeichers ansteht.

Der Zwischenspeicher kann auch ersetzt werden durch einen gesteuerten multiplexen Zugriff auf analog vorliegende Daten. Der auf diese Weise jeweils aus dem Zwischenspeicher aufgerufene Wert wird auf einen Plattenspeicher 17 geschrieben, der gleichzeitig die Sägezahngeneratoren 10 und 11 synchronisiert. In diesem Plattenspeicher werden in einer einzigen Spur die den einzelnen Punkten der Untersuchungsebene zugeordneten Meßwerte bzw. die daraus abgeleiteten Werte M₁.. .Hg einer einzigen Meßreihe eingeschrieben.

Für die nächste Meßreihe, bei der die Streifen die untersuchungsebene unter einem anderen Winkel Θ schneiden, werden beispielsweise durch einen Prozeßrechner neue Werte sin Θ bzw. cos G eingegeben (weshalb die Multiplizierschaltungen 12 und 13 zweckmäßigerweise als multiplizierende Analog-Digital-Wandler ausgebildet sind), und in den Zwischenspeicher werden die in dieser Meßreihe ermittelten Meßwerte bzw. die daraus abgeleiteten Werte, die üblicherweise von den Meßwerten bzw. den daraus abgeleiteten Werten Rj...Hg

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der vorherigen Meßreihe abweichen, eingelesen. Diese neuen Meßwerte bzw. die daraus abgeleiteten Werte werden in der schon beschriebenen Weise Punkt für Punkt der Untersuchungsebene zugeordnet und entsprechend in die nächste Unterspur des Plattenspeichers 17 eingespeichert.

Dies wird für sämtliche Meßreihen wiederholt, was erfordert, daß die Zahl der Spuren des Plattenspeichers zumindest der Anzahl der aufgenommenen Meßreihen entspricht.

Sind auf diese Weise sämtliche Meßreihen verarbeitet und in dem Plattenspeicher in verschiedenen Spuren aufgezeichnet, so werden in einem Lesevorgang alle Spuren gleichzeitig gelesen, die ausgelesenen Signale werden in einer Addierschaltung 18 addiert und einem Wiedergabegerät 19, beispielsweise einem Fernsehmonitor, zugeführt. Dieses Wiedergabegerät muß ein begrenztes Auflösungsvermögen haben, um die Verwischung verschiedener Zeilen zu einem Bildelement zu erreichen. Die Auflösungsgrenze sollte etwa durch eine Streifenbreite gegeben sein, was zur Folge hat, daß die Breite der Zeile,mit der die Untersuchungsebene abgetastet wird, geringer ist, beispielsweise um den Faktor 3 bis 4, als die Auflösung des Wiedergabegerätes.

Bisher wurde davon ausgegangen, daß innerhalb einer Meßreihe die Absorption längs exakt paralleler Streifen gemessen wurde. Es sind Jedoch auch Anordnungen zur Ermittlung der Absorption in einer Ebene eines Körpers bekannt, bei denen eine Vielzahl von Detektoren die keilförmig ausgeblendete Strahlung des Strahlers hinter dem Objekt erfaßt; bei diesen Anordnungen verlaufen die Streifen, entlang denen die Absorption gemessen wird, selbstverständlich nicht mehr parallel zueinander, sondern sie divergieren (vom Strahler aus gesehen). In einem solchen Fall muß die Gleichung (1) ersetzt.werden durch

(χ, y) = ₍₂₎

¹ 1 + £ (x sin Θ - y cos Q)

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Hier beschreibt £ die Divergenz des Strahlenbündels und ist im Grenzfall der parallelen Projektion Null. In diesem Fall der fächerförmigen Verschmierung der Meßwerte bzw. der daraus abgeleiteten Werte muß die Addierschaltung 14 gegen ein analoges Rechennetzwerk ausgetauscht werden, das die Formel (2) nachbildet.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird jedem Punkt der Untersuchungsebene kontinuierlich der Wert (H₁...Hg) zugeordnet, der entlang des Streifens ermittelt wurde, in dem der betreffende Bildpunkt liegt. Die Bildung des Mittelwertes der Absorption in mehreren benachbarten Bildpunkten und die Darstellung dieses Mittelwertes in dem durch diese Bildpunkte vorgegebenen Bereich erfolgt ebenfalls kontinuierlich dadurch, daß das mittels der die Videosignale der einzelnen Spuren addierenden Addierschaltung überlagerte Bild auf einer Wiedergabeanordnung 19 dargestellt wird, deren Auflösungsvermögen begrenzt ist.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3, 4 und 5 dargestellt.

Um die Streifen, die durch das "Verschmieren" der Meßwerte entstanden sind, einer die Untersuchungsebene darstellenden Bildmatrix zuzuordnen (der Fig. 3 ist eine Bildmatrix von nur 4x4 quadratischen Elementen zugrunde gelegt), wird jedes Element, dessen Abmessungen etwa der Breite eines Streifens entsprechen, wiederum in eine Matrix von Punkten aufgespaltet, wie aus Fig. 3 ersichtlich, wo diese Aufspaltung bei einem Element dargestellt ist. Diese Punkte werden nunmehr ohne Interpolation dem Streifen zugeordnet, in dem sie sich befinden. Dadurch wird die exakte Wichtung durch eine angenäherte ersetzt, wie in Fig. 3 durch die stark ausgezogene treppenförmige Linie 20 angedeutet. Es genügt im allgemeinen eine Aufteilung eines Elementes in 3x3 Punkte. Die Anzahl der Bildpunkte, denen ein Meßwert

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bzw. ein daraus abgeleiteter Wert zugeordnet werden muß, wird dadurch zwar um den Faktor 9 erhöht, jedoch ist jeder Punkt jeweils nur einem Streifen zugeordnet und nicht bis zu 3 Streifen und jegliche Interpolation entfällt.

Eine Anordnung zur Realisierung einer schnellen Rekonstruktion der Absorptionswerte in der Untersuchungsebene ist in Fig. dargestellt; Fig. 5 zeigt die zugehörigen Taktsignale. Die Anordnung besteht aus zwei wesentlichen Einheiten, von denen die eine die Zuordnung eines Meßwertes bzw. eines daraus abgeleiteten Wertes zu einem Punkt der Untersuchungsebene bewirkt und die andere aus den Werten, die den einzelnen Punkten eines Elementes zugeordnet sind, den Mittelwert der Absorption für dieses Element errechnet und - nachdem dies für alle Meßreihen geschehen ist - die diesem Bildelement zugeordneten Mittelwerte überlagert und zur Darstellung bringt.

Die Zuordnung eines Bildpunktes zu einem Streifen, d.h. zu einem Meßwert bzw. einem daraus abgeleiteten Wert ist durch Gleichung (1) definiert, wenn parallele Projektionen vorausgesetzt werden. Im Falle einer fächerförmigen Projektion errechnet sich der Abstand gemäß Gleichung (2). Wird durch entsprechende Normierung die Streifenbreite Δ τ] = 1 gewählt, so braucht das Ergebnis der Gleichung (1) nur auf eine ganze Zahl gerundet zu werden, um die Nummer (Adresse) des Zwischenspeicherplatzes zu liefern, in dem der Meßwert (bzw. der daraus abgeleitete Wert) gespeichert ist, der in dem Streifen mit diesem Abstand gemessen wurde. Wird zusätzlich noch zu der rechten Seite von Gleichung (1) der konstante Wert von 0,5 addiert, so wird das Auf- oder Abrunden durch ein einfaches Abschneiden der Stellen hinter dem Komma ersetzt. Aufgrund dieser Betrachtung läßt sich Fig. 4 erläutern.

Durch zwei Schieberegister 21, 22, die durch ein Taktsignal pro Bild zyklisch weiter ge schoben werden, werden die Summanden

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Δ χ cos Θ und Δν sin Θ bereitgestellt, wobei Ax der Abstand zweier Punkte in x-Richtung, Δ y der Abstand zweier benachbarter Punkte in y-Richtung ist. Diese Summanden können jedoch auch durch einen Prozeßrechner berechnet werden, mit Vorteil insbesondere dann, wenn die Winkel, unter denen die Strahlung bei den einzelnen Meßreihen die Untersuchungsebene passiert, nicht vorbestimmt sind.

Werden alle Punkte sequentiell zeilenweise abgearbeitet, so muß ausgehend von Anfangswerten x_Q, y_Q, die den Koordinaten des ersten Punktes einer Zeile bzw. eines Bildes entsprechen und die durch die Taktsignale t und t_ß in die einzelligen Zwischenspeicher 23 und 24^f eingeschrieben wurden, der Wert *t\ für jeden neuen Punkt um den Summanden Δ x cos G und für jede neue Zeile um den Summanden Δ y sin Q erhöht werden. Dies geschieht mit Hilfe dreier Addierschaltungen 24, 25 und 26. In der Addierschaltung 24 in Verbindung mit dem Speicher 23, dessen Ausgang auf einen Eingang der Addierschaltung 24 rückgeführt ist, wird durch den Takt t ein (vorzugsweise digitales) Signal erzeugt, dessen Momentanwert sich entsprechend den Koordinaten der Punkte in einer Zeile ändert. Dieses treppenförmig ansteigende Signal wird nach jeder Zeile durch das Taktsignal t auf den Anfangswert x_Q zurückgesetzt. Dasselbe Taktsignal erzeugt in der Addierschaltung 25 in Verbindung mit dem Zwischenspeicher 24' ein in Stufen zunehmendes Signal, das der y-Koordinate der jeweiligen Zeile entspricht (y senkrecht zur Zeilenrichtung). Jedesmal wenn auf diese Weise alle Bildpunkte der Untersuchungsebene durchlaufen sind, wird der Speicher 24· durch das Signal Έ_β auf seinen Anfangswert y_Q zurückgesetzt.

Die Anfangswerte x_Q und y_Q hängen vom Winkel Θ ab, jedoch kann ohne eine Beschränkung ein Anfangswert stets beliebig · gewählt werden, z.B. x_Q = 0, wobei der andere Wert entsprechend geändert werden muß. Dieser andere Anfangswert kann durch die gleiche Anordnung vorgegeben werden wie die

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Summanden Δ x cos Θ und Ay sin Q , nämlich durch ein Schieberegister 22' mit einer der Anzahl der Meßreihen entsprechenden Anzahl von Speicherzellen, das durch den Takt t_B zyklisch umlaufend gesteuert wird.

Das Ausgangssignal der Zwischenspeicher 23 und 24' wird den beiden Eingängen einer Addierschaltung 26 zugeführt, deren Ausgangs signal eine Adressiereinrichtung 27 steuert. Da "bei einem digitalen Ausgangssignal des Addierers - wie oben schon ausgeführt - bei geschickter Normierung und geeigneter Wahl zur Erzeugung der Adresse lediglich die weniger gewichtigen bits eines digitalen Signals entfallen müssen, besteht - wenn der Abstand "T) als digitales Signal vorliegt - diese Einrichtung darin, daß von den der Adressiereinrichtung 27 parallel oder sequentiell zugeführten repräsentierenden Signalen die weniger signifikanten bits weggelassen werden. Liegt das den Abstand ij repräsentierende Signal in analoger Form vor, muß, wie schon in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, die Adressiereinrichtung einen Analog-Digital-Wandler enthalten.

Die nun folgende Einrichtung könnte grundsätzlich genauso wie in Fig. 2 aufgebaut sein. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel verarbeitet jedoch die Werte M^...Mg 'dlgital, so daß sich ein anderer Aufbau ergibt.

Die von der Adressiereinrichtung 27 gebildete Adresse wird direkt zur Ansteuerung des frei adressierbaren Zwischenspeichers 28 benutzt, in dem die Werte M^.. .Kg gespeichert sind und an dessen Ausgang der gewünschte Wert zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt wird.

Die sich anschließende Anordnung bewirkt eine Summierung der den einzelnen Punkten eines Elementes zugeordneten Werte, die Überlagerung der aus den einzelnen Meßreihen erhaltenen Meßwerte und die Speicherung des rekonstruierten

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Bildes. In einer Schleife zwischen einem Addierer 29, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Zwischenspeichers verbunden ist, einem Zwischenspeicher 30 mit einem einzigen Speicherplatz und einem Umschalter 31 werden stets die drei nebeneinanderliegenden Punkten zugeordneten Werte aufaddiert gesteuert durch die Taktsignale (vgl. Fig. 4 und 5) ^₁ und Έ^. Bei der Übernahme des ersten Wertes werden durch die Stellung des Schalters 31 bedingt auch noch frühere Werte addiert, und zwar entweder der Wert, der einem Punktetripel desselben Elementes in einer oder in zwei vorhergehenden Zeilen zugeordnet wurde, oder der Wert, der einem Element aufgrund vorangegangener Meßreihen zugeordnet worden ist. Welcher Wert dabei addiert wird, hängt von der Stellung eines weiteren Umschalters32 ab, der mit dem einen Kontakt des Umschalters verbunden ist und dessen anderer Umschaltkontakt mit dem Ausgang eines Schieberegisters 33 verbunden ist, das dem Zwischenspeicher 30, der ebenfalls als Schieberegister (mit einem Speicherplatz) aufgefaßt werden kann, nachgeschaltet ist.

Ist auf diese Weise der Wert einer Zeile von Punkten ermittelt und durch das Taktsignal t₂ auch in das folgende Schieberegister 33, das m-1-Speicherplätze enthält (m = Anzahl der Elemente einer Zeile; im Beispiel also 4), übernommen, so werden mit Hilfe der Taktsignale ΐρ ^un<^ ^5 ^drei aufeinanderfolgende Zeilen addiert, indem über die Schalter 31 und 32 der Wert der vorhergehenden Zeile zum Addierer zurückgeführt wird. Damit wird die Zusammenfassung der 3x3 Punkte zu einem Element ohne zusätzlichen Speicherplatz vorgenommen.

Die komplette Zeile von Bildelementen wird mit Hilfe des Taktsignals t, in einem Schieberegister 34 (Anzahl der Speicherplätze: n-m; η = Anzahl der Elemente der Bildmatrix) gespeichert. Aus diesem Schieberegister wird zu Beginn einer jeden Zeile von Elementen, d.h. zu Beginn jeder dritten Zeile von Punkten, über die Schalter 31 und 32 und gesteuert durch die Taktsignale t₂, t, und t·, ein einge-

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speicherter Wert auf den Addierer 29 zurückgeleitet, um die aus der neuen Meßreihe gewonnene Absorptionsverteilung den aus vorhergehenden Meßreihen gewonnenen Absorptionsverteilungen zu überlagern. Nach Beendigung der Überlagerung ist die aus der jeweiligen Meßreihe abgeleitete Absorptions verteilung in der Kette der Schieberegister 30, 33 und 34 gespeichert (gegebenenfalls unter Überlagerung der vorher ermittelten Absorptionsverteilungen) und kann ausgelesen werden. Vor Beginn einer neuen Rekonstruktion, d.h. wenn völig neue Meßreihen ausgewertet werden sollen, müssen selbstverständlich die Speicher 30, 33 und 34 zu Null gesetzt werden. Dies ist im Schaltbild nicht gesondert angegeben.

Der zeitliche Verlauf der Taktsignale t , t , t_ß, t₂ und t, ist in Fig. 5 dargestellt. Die Taktsignale Έ_β, Έ_ο und Έ, entsprechen den Signalen tg, t~ bzw. t,, jedoch sind hierbei die Einzelimpulse breiter, d.h. sie beginnen eher und enden später als bei den nicht quergestrichenen Taktsignalen. Das Taktsignal t^ entspricht dem Taktsignal ΐ_χ, ist diesem gegenüber jedoch zeitlich verzögert, weil das Auslesen eines Wertes M^.. .Mg aus einer Zeile des Zwischenspeichers 28 nicht gleichzeitig mit der Erzeugung der Adresse dieses Speicherplatzes erfolgen kann.

Zu der Anordnung in Fig. 4 und dem Diagramm in Fig. 5 sei bemerkt, daß diese die Funktionsweise nur schematisch beschreiben. Um eine eindeutige Arbeitsweise der Speicher zu gewährleisten, sind übliche Maßnahmen der Digitaltechnik hinzuzufügen. So muß z.B. ein Schieberegister aus ladungsgekoppelten Elementen durch einen Wechseltakt angesteuert werden. Die Rückführung eines Speicherausganges auf den vorgeschalteten Addierer (wie es beispielsweise bei den Komponenten 29 und 30 der Fall ist) erfordert einen weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten und nicht erwähnten Zwischenspeicher, damit durch eine Änderung einer Ausgangs-

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größe nicht der eindeutige Zustand des Addierers zerstört wird, bevor er in den Speicher übernommen wurde. Diese Schwierigkeiten treten jedoch bei allen logischen Schaltungen auf, weshalb auf die bekannten Techniken zu deren Behebung nicht eingegangen zu werden braucht.

Ein Vorteil der dargestellten Anordnung ist, daß die Unterteilung eines Elementes in verschiedene Punkte nur durch Taktsignale gesteuert wird. Soll z.B. ein Element in eine andere Anzahl von Punkten unterteilt werden, z.B. statt in 3x3 Punkte in 4 χ 4 Punkte, so braucht lediglich die Taktansteuerung geändert zu werden.

PATENTANSPRÜCHE:

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Claims (15)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   Iy Anordnung zur Ermittlung der räumlichen Verteilung der Absorption oder der Emission von Strahlung in einer Ebene eines Körpers, wobei in einer Vielzahl von Meßreihen die Absorption bzw. die Emission des Körpers in einer Vielzahl von in der Ebene liegenden Richtungen gemessen wird und jede Meßreihe eine Anzahl von Meßwerten der Absorption der Emission entlang zueinander wenigstens ungefähr paralleler Streifen liefert, und wobei aus den Meßwerten die Absorption bzw. die Emission in einzelnen Punkten der Ebene errechnet und dargestellt wird, gekennzeichnet durch eine Zuordnungsvorrichtung (10...16; 21...27), die für jede Meßreihe jedem Punkt der Untersuchungsebene den Meßwert bzw. einen daraus abgeleiteten Wert (IL...Mg) zuordnet, der entlang desjenigen Streifens (1...6) ermittelt wurde, in dem der betreffende Bildpunkt liegt, und durch eine Speicher- und Wie der gäbe einrichtung, welche die den Bildpunkten zugeordneten Werte (M^.. .Mg) aus sämtlichen Meßreihen speichert, überlagert und die überlagerten Werte darstellt, wobei jeweils der Mittelwert der Absorption bzw. der Emission in mehreren benachbarten Bildpunkten in dem durch diese Bildpunkte vorgegebenen Bereich dargestellt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Abmessungen eines Bildpunktes kleiner sind, vorzugsweise drei- bis viermal, als die Breite eines Streifens (1...6).
3. 3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnungsvorrichtung eine Recheneinrichtung enthält, die den Abstand (^w) eines jeden Punktes der Untersuchungsebene von einer durch einen festen Punkt (x = 0, y = 0) der Untersuchungsebene verlaufenden, zu den Streifen (1...6), längs derer die Meßwerte aufgenommen werden, parallelen Geraden errechnet, daß ein Zwischen-

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   speicher vorgesehen ist, der die entlang den einzelnen Streifen gemessenen Werte bzw. die daraus abgeleiteten Werte (M₁...Mg) speichert, und daß eine Adressiereinrichtung vorgesehen ist, die aus dem errechneten Abstand die Adresse eines Zwischenspeicherplatzes bildet und dessen Inhalt dem Punkt zuordnet.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch:

   a) Eine Speicheranordnung mit einer Anzahl von Speicherplätzen, die die, den einzelnen Punkten der Untersuchungsebene (E) zugeordneten, Werte (FLj.. .Mg) aus einer Meßreihe speichert,

   b) eine Auslese- und Summiervorrichtung (18), die alle Speicherplätze bzw. Spuren gleichzeitig ausliest und die ausgelesenen Werte zueinander addiert,

   c) eine Wiedergabevorrichtung (19)» die die addierten Werte für jeden Punkt der Untersuchungsebene darstellt und deren Auflösungsvermögen begrenzt ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung von zwei Sägezahngeneratoren (10, 11) gesteuert wird, deren der Lage eines Punktes der Untersuchungsebene in einem rechtwinkligen Koordinatensystem entsprechende Ausgangsspannung (il. u) in je einer Multiplizierschaltung (12, 13) mit von der Winkelstellung der Streifen (Q), längs derer die Meßwerte einer Meßreihe aufgenommen werden, abhängigen Faktoren (sin Q , cos 0 ) multipliziert, und daß eine Addierschaltung (14) die Ausgangssignale der beiden Multiplikatoren (12, 13) addiert.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß in der Addierschaltung (14) zu den Ausgangssignalen der Multiplizierschaltungen (12, 13) ein konstantes Glied (*J}q) addiert wird.

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7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3» 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressiereinrichtung (15) ein Analog-Digital-Wandler ist, der das den Abstand (f| ) repräsentierende analoge Signal in ein digitales Signal umwandelt und der die niederwertigeren bits dieses digitalen Signals unterdrückt.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» wobei die Absorption für diskrete Punkte errechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Addierer (29) vorgesehen ist, welcher die den benachbarten Bildpunkten zugeordneten Meßwerte bzw. die daraus abgeleiteten Werte (M₁...Mg) addiert, daß eine Speichervorrichtung (30...34-) den so gebildeten Summenwert dem durch die Punkte definierten Element der Untersuchungsebene zuordnet, und daß die Wiedergabevorrichtung (35) anhand der Summenwerte die Absorption bzw. die Emission in den einzelnen Bereichen der Ebene darstellt.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) Dem Addierer sind drei Schieberegister (30, 33» 34) nachgeschaltet ,

   b) der eine Eingang des Addierers ist am Ausgang des Zwischenspeichers angeschlossen ,

   c) der andere Eingang des Addierers ist wahlweise an den Ausgang eines der Schieberegister anschließbar.
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressiereinrichtung zwei Treppengeneratoren (23, 24; 25, 24») enthält, die ein stufenförmiges Signal erzeugen, wobei die Stufenzahl (pro Zeiteinheit) des einen Treppengenerators um die Zahl der Bildpunkte in einer Zeile größer ist als die des anderen Treppengenerators, und die Stufenhöhe beider Generatoren unabhängig voneinander änderbar ist.

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11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ;)eder Treppengenerator aus einer Addierschaltung (24; 25) und einem ihr nachgeschalteten weiteren Zwischenspeicher (23J 24') besteht, dessen Ausgang auf den Eingang der Addierschaltung zurückgeführt ist und daß dem Eingang der Addierschaltung beim Beginn einer Zeile und/oder beim Beginn eines Bildes ein Anfangswert (Xq, Vq) eingebbar ist.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Streifen parallel zueinander verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß den Treppengeneratoren eine weitere Addierschaltung (26) nachgeschaltet ist, die aus der Summe der Ausgangssignale der Treppengeneratoren die Adresse in dem Zwischenspeicher (28) bildet.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenhöhe der Ausgangssignale der Treppengeneratoren und deren Anfangswerte für jede Meßreihe durch einen Rechner in Abhängigkeit von der Richtung ( Q) der Streifen, längs deren die Meßreihen gemessen wurden, steuerbar ist.
14. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Ausgangssignale der Treppengeneratoren und deren Anfangswerte für alle Meßreihen in je einem zyklisch umlaufenden Schieberegister gespeichert sind, das bei jedem Bild bzw. für jede Meßreihe um eine Stelle verschoben wird.
15. 15. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Schieberegister (vorzugsweise das größte der drei Schieberegister) durch einen mechanischen Trommel- oder Plattenspeicher gebildet wird und die Taktsignale auf diesem" Speicher synchronisiert werden.

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