DE2553187A1 - Dreidimensionales tomografieverfahren mit harter strahlung und vorrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Description

Patentanwalt"«
Dipl.-Ing. P. V,.rth

Dr. V. Schmied-Kcλόγζ,'ϊ _,- . . . ~.„r- „

Dipl.-ina. G. Daunei.berg ' 2O.11.1975 Gil

Dr. P. Wuir-rold. Cr. ü. Gudel _ _ _ λ λ r\ Ψ%

6 Fronkfori/M., Cr. Eschenti-imar Str. 39 255 J W /

Board of Trustees of Leland Stanford Jr University Stanford,California, 94305

USA · .

Dreidimensionales Tomografieverfahren mit harter Strahlung und Vorrichtung zu dessen Durchführung

Die Erfindung betrifft allgemein ein dreidimensionales Tomografieverfahren mit einem fächerförmigen Strahl einer Röntgen- oder Gammastrahlung sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung, welche insbesondere -einen positionsempfindlichen Detektor aufweist.

Aus US-PS 3 778 614 ist es bekannt, durch Kollimatoren ausgerichtete Strahlen einer harten Strahlung zu verwenden, um einen Satz von Daten eines winkelförmig versetzten Schattenbildes abzuleiten, von welchem eine dreidimensionale Schichtaufnahme (Tomograf) eines Schnittes durch den Körper rekonstruiert wird. Die dreidimensionale Schichtaufnahme wird durch ein Verfahren erhalten, bei welchem die Absorptions- oder Transmissionskoeffizienten für eine Matrix aus Elementen des Querschnittsberej.cns berechnet werden, der durch die winkelförmig versetzten Sätze paralleler Strahlen geschnitten wird. Die Koeffizienten v/erden durch ein Verfahren mit aufeinanderfolgenden Näherungsschritten verfeinert, um daraus die endgültige dreidimensionale Schichtaufnahme abzuleiten.

Gemäß dem vorgenannten Patent werden die Schattenbilddaten durch eines von zwei Verfahren abgeleitet. Bei einem ersten Verfahren richtet eine mit einem Kollimator versehene Strahlungsquelle harte Strahlung durch den Körper auf einen Detektor, der mit dem Strahlengang ausaerichtet ist. Der Detektor und die Strahlenquelle werden dann geradlinig seitlich bezüglich des Körpers verschoben, um einen

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gegebenen Satz von Schattenbilddaten abzuleiten. Die Strahlenquelle und der Detektor werden dann winkelmäßig in eine zweite Position gedreht und wieder seitlich bezüglich des Körpers verschoben, um einen zweiten Satz von Schattenbilddaten abzuleiten, und dieses Verfahren wird fortgesetzt.

Bei dem zweiten Verfahren wird bewirkt, daß eine fächerförmige Anordnung von durch einen Kollimator ausgerichteten Strahlen einer harten Strahlung, wobei jeder Strahl bezüglich eines Detektors ausgerichtet ist, geradlinig seitlich bezüglich des Körpers verschoben und dann in eine zweite Position gedreht wird, welche seitlich gegenüber der ersten Position verschoben ist. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, um winkelmäßig versetzte Sätze von Schattenbilddaten abzuleiten.

Der Vorteil des zweiten Verfahrens gegenüber dem ersten Verfahren besteht darin, daß die seitliche Verschiebung um einen Faktor l/N verringert wird, wobei N die Anzahl der Detektoren, beispielsweise 6 oder 7 ist. Aus dem genannten Patent geht jedoch hervor, daß die Strahlengänge der harten Strahlung durch den Körper alle eine konstante Breite haben müssen und daß dieses ein wesentliches Erfordernis für genaue Berechnungen durch einen Rechner ist, die zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Schichtaufnahme durchgeführt werden müssen. Auch sind die vorgesehenen Algorithmen für die Rekonstruktion der dreidimensionalen Schichtaufnähme auf Sätzen von parallelen Strahlen aufgebaut. Im Falle der durch einen Kollimator ausgerichteten divergierenden Strahlen ist jedoch nicht offenbahrt, wie man Schattenbilddaten erhalten soll, die auf Sätzen von parallelen Strahlen aufgebaut sind. Des weiteren geht aus dem genannten Patent nicht hervor, wie es erreicht werden kann, daß die divergierenden, durch den Körper ge-

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langenden Strahlen Strahlengänge mit konstanter Breite durchmessen. Somit ist diesem Stand der Technik kein Verfahren zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Schichtaufnahme aus Sätzen von divergierenden, harten Strahlen zu entnehmen, wie es von einem divergierenden Fächerstrahl erhalten würde.

Es ist bei dreidimensionalen tomografisehen Wiedergabeverfahren mit Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen bekannt, daß die Schattenbilddaten divergierender Fächerstrahlen in Schattenbilddaten paralleler Strahlen umoesetzt werden, von denen die dreidimensionale Aufnahme rekonstruiert wird. ("Reconstruction of Substance From Shadow" in Proceedings of the Indian Academy of Sciences, Band LXXIV₁. Nr. 1, Abschnitt A (1971), Seiten 14 bis 24.)

Das Problem bei diesem Wiedergabeverfahren besteht darin, daß nur ein abstrakter Algorithmus zur Transformation einer kontinuierlichen Verteilung von Schattenbilddaten divergierender Röntgen- oder Gammastrahlung in eine kontinuierliche Verteilung paralleler Strahlen der Schattenbilder von Röntgen- oder Gammastrahlen angegeben wird. In der Praxis werden die Daten jedoch nicht kontinuierlich verteilt, sondern inkremental, d.h. diskontinuierlich erhalten, und zwar nicht nur als Funktion des Abstandes X rechtwinklig zum zentralen Strahl des Fächerstrahles, sondern als eine Funktion von Θ, d.h. dem Rotationswinkel der Strahlenquelle bezüglich der Drehachse. Der vorgenannte Artikel gibt daher nicht an, wie solche inkrementalen divergierenden Fächerstrahl-Schattenbilddaten in entsprechende Sätze von schrittweise veränderlichen Schattenbilddaten paralleler Strahlen umgesetzt werden können. In dem genannten Artikel ist lediglich auf Seite 22 ein nicht näher erläuterter Hinweis auf eine erforderliche Interpolation angegeben.

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Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergabe dreidimensionaler Schichtaufnahmen mit Röntgen- oder Gammastrahlung zu schaffen, die aus Sätzen von Schattenbilddaten abgeleitet sind unter Verwendung eines fächerförmigen Strahles der harten Strahlung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein divergierender Strahl einer, harten Strahlung durch einen zu untersuchenden Körper von einer -Quelle auf einer Seite des Körpers auf einen Detektor auf der anderen Seite des Körpers gerichtet wird, zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper eine relative winkelmäßige Verschiebung hervorgerufen wird, die harte Strahlung bestimmt wird, Vielehe durch den Körper an eine Anzahl von winkelmäßig versetzten Stellen innerhalb des Winkels gelangt ist, der durch den divergierenden Strahl umfaßt wird als Funktion der Winkellage des divergierenden Strahles, um Sätze von ermittelten Strahlungsdaten abzuleiten, die repräsentativ für mehrere winkelmäßig versetzte Schattenbilder der Absorption oder Transmission der harten Strahlung durch den Körper sind, jedes 'der Schattenbilder die Transmission der harten Strahlung durch den Körper längs einer Anordnung von divergierenden Strahlengängen darstellt, die durch den divergierenden Strahl durchlaufen werden, und verschiedene der Sätze von winkelmäßig versetzten Schattenbilddaten verschiedenen Sätzen von sich schneidenden Strahlen der harten Strahlung entsprechen und die Datensätze, welche den Schattenbilddaten der Absorption oder Transmission der divergierenden Strahlen der harten Strahlung entsprechen, in Sätze von Daten umgesetzt werden, die Absorptions- oder Transmissionsschattenbildern von parallelen Strahlen der harten Strahlung entsprechen.

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Es ist somit ein Merkmal der Erfindung, daß ein fächerförmiger »Strahl einer divergierenden harten S*trahlunq winkelmäßig bezüglich des Körpers verschoben wird, um winkelmäßig versetzte Schattenbilddaten zu erhalten, und die Schattenbilddaten neu geordnet werden, um Schattenbilddaten zu erhalten, die auf winkelmäßig versetzten Sätzen von parallelen Daten beruhen, wodurch die Wiedergabe einer dreidimensionalen Schichtaufnahme erleichtert wird. Weiterhin wird die dreidimensionale Schichtaufnahme mit Röntgen- oder mit Gammastrahlen erhalten aus Sätzen von Schattenbilddaten, die mittels eines fächerförmigen Strahles einer harten Strahlung erhalten wurden und dieses erfolgt mittels Faltungen.

Der Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur dreidimensionalen Schichtaufηahme mittels eines fächerförmigen Strahles gegenüber den herköiomlichen Systemen gemäß US-PS 3 778 614, bei denen sowohl eine winkelmäßige Drehung als auch eine transversale geradlinige Verschiebung angewendet wurden, besteht darin, daß die seitliche Verschiebung vermieden wird und die sich ergebende Vorrichtung wesentlich weniger aufwendig ist. Folglich ist das Zeitintervall, welches für die für eine hohe Auflösung benötigte Menge an Schattenbilddaten erforderlich ist, beispielsweise bei einer dreidimensionalen Bildwiedergabe mit einer Genauigkeit von 1%, herabgesetzt auf einen Bruchteil der Zeitspanne, in welcher der Patient den Atem anhält, so daß Abschnitte des Körpers, die sich beim Atmen bewegen, ohne Verzerrung durch Körperbewegungen abgebildet werden können. Beispielsweise gestattet die Erfindung die Herstellung von dreidimensionalen Schichtaufnahmen der Lungen ohne Verzerrung infolge der Bewegung.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbexspiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigen:

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Fig. 1 schematisch im Querschnitt eine Vorrichtung für dreidimensionale Schichtaufnahmen mit* harter Strahlung gemäß der Erfindung mit eindm durch die Vorrichtung erzeugten Schattenbild;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles der in Fig. 1 durch die Linie 2-2 begrenzten Anordnung;

Fig. 3 eine vergrößerte Einzelansicht eines Teiles der in Fig. 1 durch die Linie 3-3 umrandeten Anordnung;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Anordnung von Fig. 3 längs der Linie 4-4 in Pfeilrichtung;

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Pig. 5 eine vergrößerte Einzelansicht eines Abschnitts der Anordnung in Fig, I enticing der.Linie 5-5 in Pfeilrichtung; ,

Fig. 6 schematisch eine dreidimensionale Tomografievorrichtung gemäß der Erfindung mit_; fächerförmigen Röntgenstrahlen;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen positionsempfindlichen RÖntgenstrahlendetektor gemäß der Erfindung;

Fig. 8 eine /ansicht der Anordnung gemäß Fig. 7 entlang der Linie 8-8 in Pfeilrichtung mit der zugeordneten Schaltung in Form eines Blockschaltbildes;

Fig. 9 schematisch, teilweise als Liniendiagramm, teilweise als Blockdiagramm, einen Datenverarbeitungsabschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 10 schematisch ein Liniendiagramm aus dem hervorgeht, v?ie ein rotierender Fächerstrahl Sätze von parallelen Strahlen erzeugt?

Fig. 11 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 10 mit einor Extrapolation der Anordnu3ig gemäß Fig. 10 auf doppelt so viele Detektoren und näherungsv;eise Parallelität für die zusätzlichen, eingefügten Strahlen;

Fig. 12 schematisch das Verfahren zur Korrektur des Satzes von festgestellten parallelen Strahlen in Sätze von parallelen Strahlendaten mit gleichem seitlichen Abstand;

Fig. 13 schematisch das Verfahren zur Kompensation bezüglich des ungleichen Abstandes zwischen den festgestellten parallelen Strahlen;

Fig. 14 ein Schattenbild, das normiert ist auf den natürlichen Logarithmus des Verhältnisses der festgestellten Intensität als Funktion der seitlichen Position IMy), geteilt durch die vor der Absorption gemessene Strahlintensität Io;

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Fig; 15 ein Diagramm der für das dreidimensionale Abbildungsverfahren verwendeten Funktion;

Fig. 16 ein Diagramm für die Faltung der Funktion der Fig. 15 mit einem einzigen Punkt auf der Funktion der Fig. 14;

Fig. 17 ein Diagramm der Faltung der Funktion der Fig. 15 mit der Schattenbildfunktion von Fig. 14;

Fig. 18 ein schematisches Liniencliagramir, zur Erläuterung des Verfahrens zur Rückprojektion und Addition der Beiträge der gefalteten spektrograficchen Daten;

Fig. 19 ein scheir.atisches Liniendiagramm zur Darstellung der Positionsungcnauigkeit, v;onn ein Fächerstrahl durch eine geradlinig arbeitende Meßanordnung festgestallt wird;

Fig. 20 einen Längsschnitt eines bevorzugten Mehrdraht™ 'Strahlungsdetektors;

Fig. 21 eine vergrößerte Schnittansicht, der Anordnung von Fig. 20 entlang der Linie 21-21 in Pfeilrichtung und

Fig. 22 ein Zustandsdiagrcuirm eines Rechnerverfahrens zur Herstellung dreidimensionaler Schichtaufηahmen.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Ableiten von Schattenbildern eines zu untersuchenden Körpers mittels harter Strahlung dargestellt. V7ie schematisch angedeutet ist, liegt der zu untersuchende Patient 11 auf einer Bahre 12, die aus einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen kann. Eine punktförmige Quelle 13 der harten Strahlung, beispielsv.'eise einer Röntgen- oder einer Gammastrahlung, ist oberhalb des Körpers angeordnet und richtet einen fächerförmigen Strahl einer divergierenden harten Strahlung durch einen schmalen längsgerichteten Schlitz 14 in einem Kollimator 15, der aus Blei bestehen kann. Der fächerförmige Strahl ist relativ dünn und enthält divergierende Strahlen

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einer harten Strahlung, Vielehe auf den zu untersuchenden Körper 11 gerichtet wird.

Die harte Strahlung wird teilweise in dem¹ Körper 11 entsprechend der Dichte der verschiedenen Abschnitte des von der Strahlung durchsetzten Körpers absorbiert. Bei einem typischen Beispiel einer Schichtaufnahme des Rumpfes hätten die Lungen eine relativ geringe Dichte, wogegen die Wirbelsäule eine relativ hohe Dichte hätte. Die aus dem Körper austretende harte Strahlung gelangt durch einen zv'oiten Fächerstrahl-Kolliiaator 20 und dann durch einen fokussierten Gitter-Kollimator 16, der im einzelnen in Pig. 3 und 4 dargestellt ist. Der zweite Kollimator 2Q ist ähnlich vie der Pächerstrahl-Kcl.lirnator 15 aufgebaut, und der fokuiisierte Gitter-Kollimator 16 enthält eine /morduung von Bloirippen 17, die in einem Kunststoff" Füllmaterial 18, boispielsv?eice Polyäthylen, eingebettet sind. Die Rippsn oder Flügel 17 haben eine Dicke von etvra 0,5 mm, und die Ebene der Rippen ist parallel zu den divergierenden Strahlen gerichtet, die von der Strahlenquelle 13 stammen. In einem typischen Beispiel haben die Kollimatorrippen 17 einen gegenseitigen Äb~ stand von etwa 5,0 ium, um Streustrahlung vom Körper 11 daran zu hindern, in einen positionsempfindlichen Strahlungsdetektor 21 einzudringen. Weniger als 15 der Streustrahlung erreicht den Detektor 21.

Vorzugsv;eise enthält der positionsempfindliche Detektor 21 eine Anordnung von nahe beieinander befindlichen Detektordrähten, wie noch im Zusammenhang mit den Fig. 7, 8, 9 und 20 und 21 erläutert wird. Ein Detektorelement der Anordnung ist jeweils ausgerichtet mit dem Zentrum jedes der Teile der ausgerichteten, divergierenden Strahlen, die durch den Kollimator 16 gelangen. Bei einem typischen Beispiel hätte der positionsernpfindliche

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Detektor 21 eine Länge von etwa 50 cm und würde 150 einzelne Dstektore leinen te im Abstand von 1/2 enthalten. Der Fächerstrahl umspannt typischerweise einen Winkel Y von 75°.

Die harte .Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen _t wird in verschiedener Weise beim Durch- · gang durch den Körper 11 abgeschwächt oder absorbiert durch die verschiedenen Abschnitte innerhalb des Körpers, beispielsweise durch die Lungen, die Wirbelsäule und dergleichen, wodurch ein Schattenbild der festgestellten Intensität als Funktion des Abstandes gemäß der Kurve 22 in Fig. 1 erzeugt wird.

Bei einem typischen Beispiel enthält die Röntgenstrahlen- oder Gammastrahlenquelle 13, Vielehe ira einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, einen zylindrischen Körper 23 aus einem Material mit einer hohen Ordnungszahl Z im periodischen System, beispielsweise Blei oder Tantal, und enthält eine zentrale Eohrung 24 mit einem "zylindrischen Einsatz 25. Der Einsatz umfaßt typischerweiRe einen Kunststoffkörper 2G ir.it einer an dessen äußerem Ende eingebetteten Kapsel 27 aus radioaktivem Material» Eine Blende 28 aus einem Material mit einer hohen Ordnungszahl Z ist schwenkbar an der Stelle 29 des Körpers 23 angelenkt und wird zum Verschließen der Strahlenquelle verschwenkt und in der verschlossenen Position mittels einer Federspange 31 gehalten. Typische Materialien für die Kapsel 27 geben Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung mit Intensitäten im Bereich von 50 bis 100 keV ab. Vorzugsweise wird eine monochromatische Strahlungsquelle verwendet. Materialien dieser Art umfassen Y Herbium mit einer Halbwertzeit von ungefähr einem Monat und einer sehr stabilen, vorhersehbaren Zerfallsrate. Es könnten auch andere Arten von Strahlungsquellen verwendet werden, beispielsweise Röntgenstrahlen-

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_4Λ

röhren mit verschiedenen Arten von Materialien zur Emission von Gamma- oder Röntgenstrahlen.

In Pig. 6 ist die Vorrichtung'gemäß Fig. 1 dargestellt, die zur Drehung um oine Rotationsachse 33 angeordnet ist, welche zentral bezüglich des Körpers 11 liegt. Die Strahlenquelle 13, der Detektor 21 und der Kollimator 16 sind an einem Ring 34 zur Drehung um die Drehachse 33 befestigt. Der Ring 34 wird durch ein Reibrad 35 angetrieben, vrslches mit einem Antriebsmotor 36 über eine /uifcriebsverbindung-, beispielsweise einen Antriebsriemen 37, verbunden istc Der Ring 34 wird von dem Reibrad und einer Leerlaufrolle 38 getragen, die drehbar auf einem Stützkörper 39 gelagert ist. Der Ring 34 enthält eine Anordnung von axial gerichteten Stiften 41, die im Abstand von einem Grad um den.Umfang des Rings 34 herum angeordnet sind» Ein PhotozellendGtektor 4 2 ist in einem festen Verhältnis zu dem Ring 34 und den Stiften angeordnet,, so daß bei der Drehung des Rings 34 aufeinanderfolgende Stifte"41 in den optischen Strahlengang des reflektierten Lichts von dem entsprechenden Stift 41 zur Photoselle 42 gelangen und ein Ausgangssignal abgeben, v?elehes der Winkellage des Rings 34 und damit der Strahlenquelle und des Detektors bezüglich des Körpers 11 entspricht.

Dieses elektrische Signal, welches die Position des Ringes 34 angibt, wird einem Eingang einer Schrittschaltung 40 zugeführt. Das Ausgangssignal der Schrittschaltung 40 wird dem Motor 36 zum Antrieb des Rings 34 um den Körper 11 zugeführt. Für jedes Grad der Winkellage θ wird ein aus 151 Punkten bestehendes Schattenbild abgeleitet, so daß ein Satz aus Schattenbildern erhalten wird, wobei jeweils ein Schattenbild einem Grad Drehung der .Strahlenquelle um den Patienten entspricht. In einem typischen Beispiel

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mit einem Fächerstrahl mit einem Scheitelwinkel von 75 wird die Schrittschaltung 40 so eingestellt,.daß sie die

Strahlenquelle kontinuierlich um den Patienten um 255 dreht_/um 255 Sätze von Schattenbilddaten .zu. erhalten. Der Grund für diese 255 Sätze von Daten wird, später erläutert.

In Fig. 7 und 8 ist ein positionsempfindlichar Detektor 21 dargestellt. Der Detektor enthält ein iängsgestrecktes Kanalgliod 45/beispielsweise aus Glasfasern, mit einem Basisabschnitt 46 und zv?ei vertikalen Seitenwandabsehnitten 47 und 48. Der Kanal 45 ist an seinen Enden durch Querwände 49 und 51 abgeschlossen. Bei einem typischen Beispiel hat der Detektor 21 eine Länge von 50 cm. Ein gasdichtes, für harte Strahlung transparentes Fenster 52 ist an der offenen Seite des Kanals 45 abgedichtet. Eine Anordnung von transversal gerichteten Anodendrähten 53 erstreckt sich über die Länge des Detektors 21. Zwei Anordnungen von längsgerichteten Kathodendrähten 54 und 55 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Anodenanordnung 53 angeordnet.

Bei einem typischen Beispiel haben die /modendrähte 53 einen Abstand von 2,5 mm, und die Drähte haben einen Durchmesser von 0,025 min. Die Kathodendrähte 54 und 55 bestehen aus Wolfram mit einem Durchmesser von 0,1 mm und haben einen Abstand von etwa 2,5 mm. Die Kathoden~ dx~ähte haben Massepotential, während die /uiodendrähte 53 auf einem Potential von +3kV gehalten v/erden. Die durch den Innenraum des geschlossenen Kanals 45 definierte Kammer ist mit einem ionisierbaren, gasförmigen Medium, beispielsweise Xenon,bei Luftdruck gefüllt. Die Kathodendrähte befinden sich im Abstand von etwa 3 mm oberhalb und unterhalb der Anodendrähte.

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Die Anodendrähte 53 sind gasdicht durch die Seitenwand des Kanals 45 geführt und in gleichen Abständen entlang einer schraubenförmigen Verzögerungsleitung 56 befestigt, die auf Anodenpotential gehalten ist. Die gegenüberliegenden Enden der Verzögerungsleitung 56 sind mit entsprechenden Impulsdiskriminatoren 57 über Impulsverstärker 58 verbunden. Die Ausgänge der Diskriminatoren werden einem Zeit/7yaplit\idenumformer 59 zugeführt, der dcis Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden, von den Diskriminatoren 57 abgeleiteten Impulsen in eine proportionale Spannung umgeformt. Die Ausgangsspannung des Zeit/Äinplii-udenuntformers 59 wird einem Eingang eines A/D-Umsetzers 61 zum Umsetzen der Ajnplitudeninformation in ein digitales Ausgangssignal zugeführt, das dann an einen Rechner 62 weitergeleitet wird, v?eIcher noch erläutert wird.

Im Betrieb gelangt ein den Körper 11 durchdringendes Quantum der ionisierenden Strahlung durch das Fenster 52 und in die Kammer 45, welche mit ionisierbarem Gas gefüllt ist. liegen des hohen elektrischen Potentialfeldes, welches die einzelnen Anodendrähte 53 umgibt, tritt eine Ionisierung ein, we.nn ein Quantum der ionisierenden Strahlung in dem ionisierbaren Gas absorbiert wird, und es wird dadurch ein lawinenartiges Ansteigen des Stromes sswischen Anode und Kathode hervorgerufen, welches zu einem Stromimpuls bei dem entsprechenden Anodendraht 53 führt, der sich am dichtesten am Ionisationsereignis befindet. Dieser Impuls des Lawinenstroms wird der Verzögerungsleitung an der entsprechenden Verbindung dieses Anodendrahtes mit dieser Verzögerungsleitung 56 zugeführt. Der Stromimpuls breitet sich in entgegengesetzen Richtungen längs der Verzögerungsleitung 56 zu deren Enden hin aus und gelangt dann über die Verstärker 58 in die Diskriminatoren 57.

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Die Diskriminatoren 57 erzeugen entsprechende Ausgangsimpulse, die den Vorderflanken der zugeordneten Stromimpulse entsprechen. Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen ist proportional oder in anderer Weise bezogen auf die ^Position des lonisationsereignisses, welches durch den nächsten Anodendraht 53 festgestellt wird. Die Impulse werden dann an den Zeit/AraplitAidenurnformer 59 v/eitergeleitet, der eine der Position dar Ionisationsstelle entsprechende Ausgangsspannung erzeugt. Diese Spannung wird dann in digitale Daten durch den /i/D-Umsetzer 61 umgesetzt und dem Rechner 52 zugeführt. Der Rechner speichert das loni-» sationscreignis in einem entsprechenden Kanal, der der Position dos Icnisationsereignisses zugeordnet ist. Nachfolgende .Ionisationsereignisse, die-während der Messung eines Schattenbildes für jeden Winkel θ erhalten wurden, werden in den entsprechenden Kanülen gespeichert. Daher hat der Rechner in seinem Speicher nach einer Drehung der Strahlenquelle um 255° 255 Sätze von Schattenbilddaten gespeichert. Der Rechner verwendet diese Sätze von Schattenbilddaten dann zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Schichtaufnahraa des untersuchten Abschnitts des Körpers 11, wie noch erläutert wird.

Eines der Probleme bei dem positionsempfindlichen Detektor 21 in Form einer Verzögerungsleitung gemäß Fig. 7 und 8 besteht darin, daß dieser auf eine Zählrate von

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etwa 10 lonisationsereignissen pro Sekunde begrenzt ist.

Gewünscht sind jedoch Detektoren mit einer Zählrate von 10 Ereignissen pro Sekunde und mehr. Um beispielsweise eine dreidimensionale Schichtaufηahme mit 1/2 % Genauig-

keit bezüglich der Dichte zu erhalten, sind etwa 10 Zählungen pro Sekunde erforderlich. Es wird auch angestrebt, daß die Daten für die dreidimensionale Schichtaufnahme erhalten werden, während der Patient den Atem anhält, d.h. während etwa 15 Sekunden und weniger. Dieses

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führt dann zu der gewünschten Zählrate von wenigstens pro Sekunde.

Die Zählrate kann auf v/enigstens 10 pro Sekunde erhöht werden, wenn statt der Verzögerungsleitung 56 jeder der einzelnen ·Anodendrähte 53 an einen entsprechenden Verstärker 65 und an einen Zähler 66 gemäß Fig. 9 angeschlossen wird. Die Ausgänge der Zähler 66 werden einem Eingang eines Multiplexers 67 zugeführt,, so daß nach der Vervollständigung eines Schcittenbildes für jede Winkellage 0 die Daten in den Zählern 66 über den Multiplexer 67 und eine Interface-Schaltung 68 in den Rechner 6 2 eingegeben v;erden. Dar Rechner kann beispielsweise ein Kleinrechner reit einem Speicher 6S mit v/ahlfreiem Sugriff und einem Plattenspeicher 71 sein. Zusätzlich ist der Kleinrechner 62 rait einer Tastatur 72 und einem Sichtgerät 73 mit farbiger Anzeige verblenden, wobei die Umrisse einer gegebenen Dichte in der dreidimensionalen Schnittaufnahme mit verschiedenen vorgegebenen Farben dargestellt v/erden, so daß die Differenzierung bezüglich der Dichte für das menschliche Auge, erleichtert wird. Zusätzlich enthält der Kleinrechner einen Zeilendrucker 74, um die dreidimensionale Dichte-Schnittaufnähme in Form von Zahlen auszudrucken, die direkt der Dichte entsprechen.

Gemäß Fig. 10 bis 19 und den Zustandediagrammen der Fig. 22 wird im einzelnen das Rechenverfahren zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Schnittaufnahmen aus den Sätzen der Daten von winkelförmig versetzten Schattenbildern erläutert. Die Sätze der Schattenbilddaten, die durch den positionsempfindlichen Detektor 21 festgestellt worden sind, werden mittels Absorption der harten Strahlung durch den untersuchten Körper erzeugt, und zwar längs einer Anordnung von divergierenden Strahlengängen oder Strahlen. Das bevorzugte dreidimensionale

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Schichtaufnahme-Rekonstruktionsverfahren erfordert, daß die Schattenbilddaten der Absorption der harten Strahlung längs einer /mordnung von parallelen Strahlengängen oder Strahlen entsprechen.

Man hat herausgefunden, daß die festgestellten Schattenbilddaten der divergierenden Strahlengänge neugeordnet bzvi. umgesetst werden können in Sätze von Schattenbilddaten, die solchen Daten entsprechen, Vielehe durch Anordnungen von parallelen Strahlen erhalten werden. Dic'üCiS Verfahren zum Umformen der Schattenbilddaten divergierender Strahlen in Sch&ttcnbilddaten paralleler Strahlen wird anhand von Fig. IO erläutert. In der Position G=0° richtet die Strahlenquelle 13 einen fächerförmigen Strahl über eine kontinuierliche Verteilung divergierender Strahlengang^, die eich innerhalb dos Winkels befinden, der durch den fächerförmigen Strahl aufgespannt \vird« Wenn der zentrale Strahlengang odar Strahl 75 mit der Bezeichnung r. _Q betrachtet wird, so zeigt sich, daß dieser Strahl durch die Drehachse 33 zum Detektor gelangt. Anders Strahlen x*-.yjr ^ri~3g ···· r. ,n haben innerhalb des Fächers einen Abstand von 1 . Wenn die Strahlenquelle 13 des fächerförmigen Strahles in positiver Drehrichtung des Winkels Θ um ein Grad um die Drehachse 33 von der Ausgangsposition Θ= 1 aus gedreht wird, ergibt sich ein neuer mittlerer Strahl x. , ₀, der von dem Strahl r^ _Q um 1° versetzt ist und durch die Drehachse 33 gelangt. Zusätzlich entsteht ein Strahl r, ,, der parallel dem Strahl r. _o ist. Wenn die

Strahlenquelle 13 zum Winkel Θ=2 gedreht wird, entsteht ein Strahl r_{o o} parallel zu den beiden Strahlen r. _Λ und r, «. Dementsprechend ist ersichtlich, daß Sätze von parallelen Strahlen entsprechend den in Fi.g. 10 angegebenen Reihen erzeugt werden, wobei r ein Strahl oder Strahlengang ist und Θ die Winkellage der Strahlenquelle 13 und V die winkelmäßige Versetzung des Strahls vom

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Mittelstrahl des fächerförmigen Strahls bezeichnen.

Die Strahlen können mit r₄ · bezeichnet werden, wobei der Index i die Position der Strahlenquelle {Q_± - 1ΔΘ) und j eine ganze Zahl bezeichnet, welche die^ Position jedes Strahls innerhalb eines speziellen Fächers angibt. Der Steuerstrahl des Fächers gelangt durch den Drehpunkt und ist mit j=0 bezeichnet. Benachbarte Strahlen sind fortlaufend numeriert. Aus Fig. 10 ist ersichtlich,daß es möglich ist, wenigstens zwei Anordnungen von paraillelen Strahlen zu erhalten. Wenn eine Reihe paralleler Strahlen betrachtet wird, die bei e^_r i=0 .... 180/ 0 um r¹.. geneigt sind, dann kann das Transformatxonsverfahren folgendermaßen verallgemeinert v;orden:

^rij ^ri~j,j 33max **" ⁺

wobei j = Y-Fächer/2 Θ ist. Im speziellen Fall mit max

θ=1" und V-Fächer=75 werden 180 Sätze paralleler Strahlen mit i=0, i, .... 179 gebildet.

Obgleich bei der vorstehenden Erläuterung zur Verein™ fachung die Position der Strahlenquelle 13 an speziel~ len Punkten angenommen wurde und die Strahlen durch Linien dargestellt wurden, versteht es sich, daß die Strahlenquelle 13 und die Detektoren 21 und dergleichen sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit drehen, und die Daten während Zeitintervallen gesammelt werden, während welchen die Strahlenquelle sich kontinuierlich von einer Position zur nächsten bewegt, so daß θ eine mittlere Position der Strahlenquelle entlang eines speziellen Zeitintervalls darstellt. Ebenso ist der Detektor 21 empfindlich für die kontinuierliche Verteilung der hindurchgelassenen Strahlung, so daß die Strahlen tatsächlich die durchschnittliche Transmission in einem schmalen Bereich darstellen, der durch benach-

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- Vf -

barte Strahlen eingegrenzt ist.

Für ein relativ hohes Auflösungsvermögen wird^angestrebt, daß 180 Sätze von parallelen Strahlen mit einem Winkelabstand von jeweils 1^Q erhalten werden.·Es läßt sich zeigen, daß bei der Ableitung von 180 Sätzen soleher paralleler Strahlen die Strahlenquelle 13 insgesamt um einen Winkel Θ von 180° plus dem Fächerv/inkel V gedreht werden muß, Ira Falle eines Pächerwinkels von 75 beträgt der gesamte WinJcolversatz Θ 255 . Daher werden die 255 Sätze von Schattenbilddaten divergierender Strahlengang oder Strahlen durch den Rachner in 180 Sätze von Schattenbilddaten paralleler Strahlen transformiert. Die Transformation kann durch den Rechner 62 durchgeführt werden, nachdem die Schattenbilddaten der divergierenden Strahlen in den entsprechenden Kanälen des Speichers gespeichert sind, oder die Daten werden direkt dem Detektor 21 entnommen und in den Speicher des Rechners 62 im Multiplexverfahren eingegeben und entsprechend dem gewünschten Transformationsadressenverfahren derax*t adressiert, daß die ursprünglich gespeicherten Daten in Sätzen von Schattenbilddaten paralleler Strahlen gespeichert werden.

Um die bei einer vorgegebenen endlichen Anzahl von Messungen erreichbare räumliche Auflösung zu optimieren, müssen die Fächerstrahlen dichter beieinander liegen als der Schrittwinkel Δ Θ. Wenn dieser Winkelabstand ein Bruchteil von Δ θ ist, beispielsweise Λ Θ/η, wobei n-2,3,4 ist, dann kann das vorgenannte Transfοrmationsverfahren noch verwendet werden, wenn eine geringfügige Approximation eingeführt wird. Ein bevorzugter Wert von η ist 2 und führt zu Δ V«1/2°, falls Δ θ=1° ist. Aus Fig. 11 geht hervor, wie die Sätze von parallelen Strahlen von den Fächerstrahlen in diesem Fall erhalten werden.

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- WSf-

Die .Neigungsapproximation wird folgendermaßen ermittelt. Der Strahl r_i+, ^ wird als Glied der Reihe von zu r^ _Q parallelen Strahlen mit einem mittleren Abstand zwischen r. ^ und r.,. _o ausgewählt. Diese Approximation bringt einen vernachlässigbaren Verlust der räumlichen Auflösung bei der Rekonstruktion mit sich. Zwei Sätze von parallelen Strahlen sind in Fig* 11 mit Q^ und ©_i+1 bezeichnet. Für n=2 und unter Verwendung der Winkelapproximationen ergibt sich folgende Transformation

^ungerade^{8 r}'ij ^{= r}l-i-j/2,j ^ji=~^jraax^{e e}' ^jmax ^für ^gerade* ^r'ij^s

l J_max-1. Ι»« speziellen Fall Fächer =

75°, 8=1° und damit j = VpScher - 75»

_max ^-_

Es läßt sich ebenfalls zeigen, daß die Sätze von neuorientierten parallelen Strcihlengängcn oder Strahlen nicht den gleichen seitlichen Abstand voneinander haben. Der /abstand nimmt mit der Entfernung von dem mittleren Strahl ab. Dieses geht aus !'ig. 12 hervor, wo auf der χ /ichse die Abstände der neu ausgerichteten Sätze von parallelen Strahlen dargestellt sind. Bsi dem bevor~ zugteh dreidimensionalen Rekonstruktionsverfahren v/erden Daten verwendet, die auf einem gleichförmigen seitlichen Abstand zv/ischen parallelen Strahlen des Satzes beruhen. Daher werden die Sätze der Schattenbilddaten mit Parallelstrahlentransformation in solche Daten umgesetzt, die einen gleichen seitlichen Abstand zwischen allen parallelen Strahlen des Satzes aufweisen.

Das Verfahren zur Transformation der Schattenbilddaten für parallele Strahlen in solche Daten mit gleichem seitlichen Abstand wird anhand der Figuren 12 und 13 erläutert. Ein Satz mit parallelen Strahlen mit verschiedenen Abständen ist bei 70 in Fig. 12 dargestellt. Auf der χ Achse ist der unterschiedliche seitliche Ab-

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stand aufgetragen, wobei x_Q=0, X₁=RsIn 1 , x₂=Rsin 2° .... χ =Rsin η beträgt und R der Radius des.Schwenkkreises der Strahlenquelle 13 bezüglich des Körpers 11 und η die Zahl des Strahls in Grad Y* vom mittleren Strahl ist, d.h. "ψ =0°. Die Achse für gleichen seitlichen Abstand der Strahlen 7C ist rait y bezeichnet:

Y₁^a, y₂~2a, Y₃-3a .... y_n=na, wobei a = —-— ist. Im

Falle von -75° ergibt sich

Rsin 37,5°

37~ * .

Die festgestellte Strahlungsintensität Iw¹?'""^ '' ° ° ^Τη beruht auf parallelen Strahlen mit vex~schiedene:a seitlichen tost and,- d.hc entsprechend dar χ Achse in Fig. Die χ Achsen-Intensitäten ^Ii<-^:c2^rI3 ··** I_ v;erden entsprechend den folgenden Algorithmen umgeformt, um die Intensitäten I¹Tf I'₂ · · ■> · I'_n bei gleichem seitlichen /abstand der Schattenbilder mit parallelen Strahlen xu erhalten. Es ergeben sich folgende Intensitätsdaten für die y Achse:

^l I₁ (Gleichung 1)

(Gleichung 2) (Gleichung 3)

Dieses Verfahren kann durch die Gleichung verallgemeinert werden: ^

(Gleichung 4)

wobei f.. die Koeffizienten der vorstehenden Gleichungen 1 bis 3 sind. Aus Gründen der Verarbeitungsgeschwindigkeit und Bequemlichkeit Xönnen diese Koeffizienten im voraus berechnet und in einem Plattenspeicher abgespeichert werden, von wo sie bei der Rekonstruktion eines

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Programmes verwendet werden. Obgleich üblicherweise die vorstehenden Serien von Gleichungen nur zwei. Ausdrücke enthalten, ergeben sich gelegentlich drei Ausdrücke wenn eine neue Strahlenmenge gemäß Fig. 13 (y.Achse) von drei alten Strahlenmengen überlappt wird. Die Koeffizienten f.. können auch durch ein anderes Verfahren berechnet werden_r welches den Einfluß dor Approximation der Schrägungswinkel erleichtert.

Die Koordinaten der Ränder der in Pig. 13 dargestellten Strahlungsiaengcn werden wie folgt berechnet. Die x~ und y Achsen werden als Linie aufgefaßt, Vielehe durch den Drehpunkt 33 in Fig. 6 rechtwinklig zu einer bestirnten Reihe von parallelen Strahlen verläuft. Die neuen Strahlungsmengen haben einen gleichen Abstand voneinan-· der wie vorher. Die alten Strahlungsiaengen (der χ Achse) werden durch den Schnittpunkt der Grenzen der tatsächlichen Fächerstrahlen mit dieser Linie ermittelt. Diese Grenzen sind typischerweise-gegeben durch Linien bei +1/4° und -1/4° gegenüber jeder speziellen mittleren Position der Strahlenquelle 13. Typischerveise liegen die derart definierten StrahluiigsKvsngen nicht unmittelbar· nebeneinander wie in Fig. 13 _t sondern sie sind durch Zwischenräume getrennt. Die die geneigten Strahlen darstellenden Strahlungsmengen werden eingeführt durch Strahlen, die durch Linien bei "3/4° und -1/4° bezüglich jeder zentralen Position der Strahlenquelle umgrenzt sind und passen in die Zwischenräume zwischen den rechtwinkligen Strahlen, obwohl unbedeutend kleine Zwischenräume übrig bleiben. Dieses Verfahren liegt dem Programm gemäß Fig. 22 für einen Rechner zugrunde.

Das bevorzugte Rechnerverfahren zur Rekonstruktion von dreidimensionalen Schnittaufnahmen aus Schattenbildern auf der Grundlage von winkelmäBig versetzten, neu ausge-

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richteten Sätzen von parallelen Strahlen ist ein Verfahren, das in einem Aufsatz "Three Dimensional Reconstruction from Radiographs and Electron Micrographs: Application of Convolutions Instead of Fourier Transforms" erläutert ist in der Zeitschrift "Proceeding of the National Academy of Sciences, U.S.A._f Band 68, Nr. 9, Seiten 2236 bis 2240, September 1971. Zusammengefaßt Gesteht dieses Verfahren aus der Umformung von Schattenbilddaten für parallele Strahlen in Schattenbilddaten, die dem natürlichen Logarithmus In der Intensität der modifizierten, festgestellten Strahlung als Funktion von y, nämlich I'(y) normiert auf die Strahl™ intensität I_Q entsprechen. I_Q wird vor der Aufstellung der Schattenbilder gemessen, indem der nicht absorbierte Strahl von einem der Detektordrähte 53 erfa/St -wird, und diese Information wird im Rechner für diese Berechnungen gespeichert _t

Fig. 14 zeigt ein typisches Schattenbild für die Funktion In I¹(y)/Ipf welches als g(na,0) bezeichnet werden kann. Die linearen Schattenbilder für verschiedene Winkel Θ v/erden in Intervallen a abgetastet, und diese Daten v/erden dann mit einer Funktion g(na) gefaltet, um g'(na?©) ge~ raäß dem folgenden 2\lgorithmus zu erhalten:

g'(na;0) = g(na;6)/4a-( i/_Tl a) ig (n-i-p)a;© /p (Gleichung 5)

ρ ungerade

dabei gilt:

q(na) - -|_a für η = 0 (Gleichung 6)

= —2 2 für ungerade Werte von η jj- η a ^y

= 0 für gerade Werte von n.

Die Funktion g(na) ist in Fig. 15 dargestellt, und das Produkt der Funktion von Fig. 15 mit den Werten des Punktes 78 der Schattenbildfunktion von Fig. 14 ist in

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Fig. 16 dargestellt. Aus dem Verlauf der Funktion von Fig. 15 ist ersichtlich, daß diese Funktion den Wert Null für geradzahlige Intervalle hat und relativ schnell mit der Intervallnummer η abfällt, so daß die Faltung der Funktion von Fig. 15 mit derjenigen von Fig. 14 nur bei einer·sinnvoll kleinen Anzahl η von Intervallen a in einer Entfernung von dem Punkt auf der Funktion 14 bei der Faltung berechnet zu werden braucht. Die einzelnen Produkte der Funktion von Fig. 15 mit der Funktion g(na,0) für jeden Wert von y oder na von Fig. 14 werden summiert, und daraus wird die Punktion g*(na;Ö) gemäß Fig. 17 abgeleitet. Dieses Verfahren ist mathematisch als Faltung von g(na,O) mit g(na) gemäß Gleichung 5 be~ kannt. Mit anderen Worten ist das Ergebnis der Gleichung 5 in Fig. 17 für einen vorgegebenen Wert von θ dargestellt. Somit werden durch den Algorithmus von Gleichung 5 180 Sätze der Funktion von Fig. 17 erzeugt, und zwar für jeden winkelwäßig versetzten Satz von Schattenbilddaten paralleler Strehlen. Diese 180 Schattenbilder werden dann zur Berechnung der sich ergebenden dreidiraensionalen Schicht aufnehme zurückprojiziert, wobei der folgende Algorithmus verwendet wird:

f (r,<j>) =*l g¹ r cos (ds-t©.-) ,t©-. (Gleichung 7) t=l ° °

dabei sind t und N ganze Zahlen, r und Q) sind die Polarkoordinaten der einzelnen Matrixelemente des Rekonstruktionsverfahrens. Der Winkelabstand Θ beträgt ö_Q -(180/N)°, wobei N die Anzahl der Schattenbilder ist, die in regelmäßigen Intervallen über den Bereich von -"/2 bis +"ü/2 aufgezeichnet sind und beträgt typischerweise 180. In Gleichung 7 ist im allgemeinen der Wert r.cos (<j)-te₀) kein Vielfaches von a. Daher wird eine lineare Interpolation zwischen den berechneten Werten von g¹(na;θ) ausgeführt, so daß die Auflösung der endgültig rekonstruierten dreidiraensionalen Daten für f(r,(j>) von

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der Größe des Intervalls a abhängt, bei welchem die Schattenbilddaten verfügbar sind, sowie von der nachfolgenden Genauigkeit der Interpolation. ,

Dieses Verfahren der Rückprojektion ist schematisch in Fig. 18 dargestellt. Im einzelnen wird die untersuchte Schicht oder der Schnitt des Körpers, für welchen eine dreidimensionale Schichtaufnahme rekonstruiert werden soll, so betrachtet, als enthielte sie eine zweidimensional?* Matrix von Elementen 80 gleicher Größe. Bei einem typischen Beispiel werden die Abmessungen der Matrixelcinsnte gleich entsprechend den Abstand von 2,5 mm sswischen angrenzenden Anodendrähten 53 gewählt. Der Algorithmus zur Rekonstruktion gemäß Gleichung 7 bewirkt die Projektion der einzelnen Werte von g¹(na,G) zurück zur Matrix längs Linien, die rechtwinklig zur y Achse das speziellen Schattenbildes sind.

Diese Rückv.'ärtsprojektion erfolgt bequemerweise wie folgt: Es werden die Koordinaten r und <j) für den Mittelpunkt eines speziellen Matrixelementes berechnet. Dann wird der "Wert von y entsprechend dem Punkt auf der Achse einer speziellen Projektion im Schnittpunkt mit einer rechtwinkligen Linie vom Punkt r, (θ berechnet. Dieses führt zu r cos (^-t©₀). Der Wert von g¹(na,G) für diesen Viert von y wird durch Interpolation zv/ischen zwei Vierten von g'(na,9) berechnet, für Vielehe na y am nächsten kommt. Daraus ergibt sich:

g(y,e) - (5=Y±i£a_)g, _{(kaf0) + (}^kaj _g, _{(k+1)a θ}

dabei ist k die nächste ganze Zahl zu y/a. Dieses Verfahren wird N-mal für jeden Wert von θ wiederholt, und die Summe jedes pröjizierten Wertes von g(y,ö) ergibt den Wert von f (r,({>) an diesem Gitterpunkt. Der Wert von ί(τ,φ) an anderen Gitterpunkten wird nachfolgend in

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ähnlicher Weise berechnet.

Aus der schematischen Darstellung in Fig. 19 »ist das Problem der Positionierungsungenaviigkeit - entnehmbar, welches auftritt, wenn ein fächerförmiger Strahl mit einer geradlinigen Anordnung von positionserapfindlichen Detektorelementen 89 festgestellt wird. Gemäß Fig. 19 wird angenommen, daß der Detektor 21 eine Tiefe d in dsr Richtung der eintreffenden Strahlen 88 hat. Diese; Strahlen divergieren und umgaben zusätzlich die geradlinige Anordnung in einem spitzen. Winkel. Denkt man sich den Strahl als unterteilt in eine Vielzahl von Detektionseleinenten 89, so ergibt sich, daß naha den Außenenden der Dstektoranordnung 21 ein gegebener Strahl durch mehr als ein Detektorelement 89 gelangen kann. Dadurch wird eine Ungewissheit bezüglich der Position des erfaßten Strahls hervorgerufen.

Zusätzlich nimiftt der Abstand s längs der Länge des Datektors 21 zwischen Strahlen mit gleichem Winkeiabstand

zu den Außenenden des Detektors 21 zu. Daher neigt jedes Detektorelement 89 nahe den Enden dazu, weniger Strahlung zu erfassen als Detektorelemente nahe dem mittleren Strahl r_{Q Q} des fächerförmigen Strahls. Somit ist anzustreben, daß ein verbesserter positionsempfindlicher Detektor benutzt wird, der die Positionsungenauigkeit und den ungleichen Abstand zwischen Strahlen, die von einer geradlinigen Detektoranordnung mit gleichem Abstand zwischen den Detektorelementen 89 festgestellt werden, vermeidet oder wesentlich herabsetzt.

In Fig. 20 und 21 ist ein verbesserter positionsempfindlicher Detektor 91 dargestellt, welcher den positionsempfindlichen Detektor 21 in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 6 ersetzt· Der Detektor 91 enthält ein gasdichtes Gehäuse 92, welches durch einen bogenförmigen

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Kanalaufbau mit einem Paar paralleler bogenförmiger Seitenwände 93 und 94 aus nichtrostendem Stahl gebildet ist, wobei der Aufbau am Boden durch eine relativ schmale bogenförmige Wand 95 geschlossen ist. Das für die Strahlung offene Ende des Kanalaufbaus ist durch eine feste,-dünne metallische Folie 96, beispielsweise aus Nickel oder nichtrostendem Stahl, verschlossen, welche an der Stelle 97 längs eines Seitenrandes an einer Innenschulter der Seitenwand 93 und einem winkelförmigen Rippenabschnitt 98 der Seitenwand 94 angelötet ist.

Die gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 92 sind mittels Stirnwänden 103 und 104 abgeschlossen. Ein abnehmbarer Seitenwandcäbschnitt 90 ist durch Schrauben 102 an den Boden- und Stirnwänden 95, 103 und 104 und an der bogenförmigen Rippe 98 befestigt, welche sich zwischen dan Stirnwänden 103 und 104 erstreckt. Um die Peripherie des abnehmbaren Bandabschnittes 90 erstreckt sich eine gasdichte Dichtung 101 aus Indiumdraht.

Das leitfähige Gehäuse 9 2 bildet die Kathode des Detektors 91, und die Anode bildet eine Anordnung von radial gerichteten Anodendrähten 53, die zentral in dem Gehäuse 92- angeordnet ist. Jeder Anodendraht 53 wird von einem Paar Glasisolatoren 105 und 106 getragen. Die Glasisolatoren 105 sind in dem abnehmbaren Wandabschnitt 90 befestigt, und die Glasisolatoren 106 sind Durchführungsisolatoren, durch welche das Anodenpotential den einzelnen Anodenstiften 107 durch den Hüllkörper zur Verbindung mit den entsprechenden Verstärkern 65 zugeführt wird.

Das Gehäuse 92 ist mit einem ionisierbaren, gasförmigen Medium, beispielsweise Xenon, bei überdruck, beispielsweise fünf.at, gefüllt. Die einzelnen Anodendrähte 53, welche beispielsweise aus nichtrostendem Stahl bestehen

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können, haben einen Durchmesser von 12,5 u und haben eine Länge von beispielsweise IO cm. Die 151 Anodendrähte 53 haben jeweils einen Winkelabstand Y von 1/2 Grad. Die Strahlenquelle 13 liegt im projizierten Zentrum der strahlenförmigen Anordnung von Drähten 53, so daß die einzelnen Anodendrähte parallel zu den Strahlen der festzustellenden harten Strahlung ausgerichtet sind. Dadurch werden die mit der Positionsunsichorheit und dem ungleichen Abstcind verbundenen Probleme vermieden, die vorher für geradlinige Dotektoranordnungen erläutert wurdc-n.

Bei einem positionr.ernpfindlichen Detektor 91, der zum Einfangen zwischen 50 und 100% dar einfallenden harten Strahlung bis hinauf zu lOOkeV bestimmt ist, soll das Produkt des Gasdrucks in at mal der Länge der einzelnen An öden drähte 53 50 at . cm betragen. Das bedeutet,- daß die Dötcktordrähte 1 cm lang sein können, wenn der Gasdruck SO at beträgt. Andererseits kann die Gasfüllung 5 at betragen, falls die Lunge der einzelnen Jmodendrähte 10 cm beträgt. Der Detektor 91 ergibt im Gegensatz zu der linearen Detektoranordnung 21 eine vergrößerte räumliche 7iuf~ lösung und einen verbesserten Wirkungsgrad für Röntgenstrahlen- oder Gammastrahlenenergien von lOOkeV und höher, und es werdan die räumliche Auflösung verbessert und die Rekonstruktion dreidimensionaler Schichtaufnahmen vereinfacht.

Das Zustandsdiagramm des Rechnerprogramms zur Ausführung der dreidimensionalen Rekonstruktion entsprechend dem vorgenannten Verfahren, welches unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 18 erläutert wurde·, ist in Fig. 22 dargestellt.

Zusammengefaßt handelt es sich um einen fächerförmigen Strahl einer harten Strahlung, beispielsweise einer Röntgenstrahlung oder einer Gammastrahlung, welche durch eine

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Schicht des zu untersuchenden Körpers auf einen Positionsdetektor gerichtet wird, um ein Schattenbild der Transmission oder Absorption der harten Strahlung durch den Körper abzuleiten. Es wird eine Anzahl von Schattenbildern bei verschiedenen Drehwinkeln des fächerförmigen Strahls bezüglich des Mittelpunkts der untersuchten Schicht erhalten. Die gemessenen Fächerstrahl-Schattenbiiddaten werden in solche Schattenbilddaten umgesetzt, die den Sätzen der' parallelen Strahlengänge durch den Körper entsprachen·. Die umgesetztem, parallelen Sfcrahlengange entsprechenden Schattenbilddaten werden dann entsprechend einem dreidimensionalen Wiedergabeverführen in einem Rechner umgesetzt, um eine dreidimensionale Schichtaufηahme des untersuchten Körpers zu erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführung^form besteht der Positionsdetektor aus einem Vieldraht-Detektor, dessen Drähte parallel zur Richtung der festzustellenden, ■divergierendön, harten Strahlen angeordnet sind. Zwischen dem Körper und dem Positionsdetektor ist ein fokussierter Gitterkollimator zur Ausrichtung der festzustellenden harten Strahlen angeordnet. Vorzugsweise kann eine monochromatische Quelle für harte Strahlung vorgesehen werden.

Im folgenden wird, ein Rechnerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung in der Rechnersprache Fortran wiedergegeben.

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COMMENT RNDBIN IS THE FIRST OVERLAY OF A THREE PART PROGRAM TO C CALCULATE A 160 BY 160 RECONSTRUCTION, USING THE FAN BEAM C CONVOLUTION TECHNIQUE, FROM 256 151-CHANNEL CURVED SHADOW-C GRAPHS. RNDBIN COMPUTES THE MAPPING FROM A 151 CHANNEL 75.5 C DEGREE CURVED DETECTOR TO A 151 BIN PARALLEL RAY SHADOWGRAPH.

C ITS OUTPUT IS THE MAPPING STORED IN CHANEL (3,151) AND CHANFR C (3,151), WHICH ARE WRITTEN ON THE DISC (UNIT 3) IN THE FILE C ¹MAPPIN. 151'. THIS FILE IS THEN USED BY THE SECOND OVERLAY, C REC151. RNDBIN NEED ONLY BE RUN ONCE FOR A GIVEN VALUE OF Dl, C THE DISTANCE FROM THE SOURCE TO THE ROTATION CENTER, SINCE THE C MAPPING IS SAVED IN A DISK FILE.

C VARIABLE DEFINITIONS.

C DETLFT = LEFT SIDE 0F RAY INTERSECTION WITH LR C DETRIT = RIGHT SIDE OF RAY INTERSECTION WITH LR C BINLFT = LEFT SIDE OF A BIN

C BINRIT = RIGHT SIDE OF A BIN

C CHANEL(3,151) - THE CHANN3L ~> BIN MAPPING C CHANFR(3,151) - THE CHANNEL —> BIN OVERLAP FOR THE

C CHANEL(!,BIN)-TH CHANNEL AND THE BIN-TH

C BIN.

IMPLICIT DOUBLE (A-H),(0-Z)

INTEGER BIN,RAY,LEFT,RIGHT,SIDE,CHANEL(3,151) REAL*4 CHANFR(3,151)

COMMON /A2/CHANEL

CALL SETFIL (3,¹MAPPIN. 151¹ _rIER_r ¹SY¹ _#0) DEFINE FILE 3(6,302,U,IFILE3)

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COMMENT FROM HERE UNTIL ¹DO 100' WE HAVE INITIALIZATIONS.

DO 1 1=1,3

DO 1 J=I,151

CHANEL (I,J) = 0

COMMENT TWO RAYS EMANATE FROM EACH SOURCE POINT. THE LEFT RAY C IS A WEDGE FROM -.75 DEGREES TO -.25 DEGREES AND THE RIGHT RAY C IS A WEDGE FROM -.25 DEGREES TO .25DEGREES. THEY ARE C REFERRED TO AS LEFT AND RIGHT RAYS. THE VARIABLE SIDE REMEM-C BERS WHICH TYPE WE WILL WORK WITH NEXT.
C

LEFT = 1

RIGHT =2

PI = 3.14159265D0

DEGRAD = PI/180. DO

DLTHET = 1. DO*DEGRAD

Dl = 30.48D0 .

COMMENT TAN25 AND TAN?5 ARE USED TO COMPUTE THE INTERSECTIONS OF C THE RAYS WITH THE CENTER LINE LR.
C

TAN25 = DSIN(.25D0*DEGRAD)/DCOS(.25D0*DEGRAD) TAN75 = DSIN(.75D0*DEGRAD)/DCOS(.75D0*DEGRAD) SINT = DSIN(-37.D0*DEGRAD)

COST = DCOS(-37.D0*DEGRAD)

OFFSET = Dl*(SINT-COST*TAN75)

SINT = DSIN(38.D0*DEGRAD)

COST = DCOS(38.D0*DEGRAD)

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COMMENT NOTE THAT BINWID IS LESS THAN THE WIDTH OF A RAY INTER-C SECTION WITH THE CENTER LINE FOR CENTER SOURCES AND GREATER C FOR EDGE SOURCES, SO THAT A BIN MAY BE ENTIRELY COVERED BY C A RAY, A BIN MAY COVER PARTS OF TWO RAYS, AND ON THE SIDES A C BIN MAY COVER A RAY AND OVERLAP THE RAYS TO EACH SIDE, CORRES-C PONDING TO THE THREE CASES BELOW.
C

BINWID = (Dl*(SINT-COST*TAN25)-OFFSET)/151.D0

C RAYANG IS THE ANGLE OF A SOURCE FROM THE PERPENDICULAR TO THE C SHADOWGRAPH.

RAYANG = -38.D0*DEGRAD

SIDE = LEFT

DO 100 RAY = 1,151

IF (SIDE.EQ.RIGHT) GOTO IXJZf

C IF SIDE .EQ. LEFT WE ARE AT A NEW SOURCE, AND NEED TO

C INCREMENT THE SOURCE ANGLE, RAYANG.

RAYANG = RAYANG+DLTHET

SINT = DSIN(RAYANG)

COST = DCOS(RAYANG)

DETLFT = Dl*(SINT-COST*TAN75)-OFFSET DETRIT = Dl* (SINT-C0ST*TAN25J-OFFSET DETWID = DETRIT-DETLFT

SIDE = RIGHT

GOTO 120
COMMENT ELSE
HJ? DETLFT = DETRIT

DETRIT = Dl*(SINT+COST*TAN25)-OFFSET DETWID = DETRIT-DETLFT

SIDE = LEFT

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120 BIN = DETLFT/BINWID+l

IF ( BIN. LT. 1) BIN = 1 IF(BIN. GT.151) GOTO 100 BINLFT = (BIN-I)*BINWID BINRIT = BINLFT+BINWID IF (DETLFT.LT.BINLFT) DETLFT=BINLFT IF (BINRIT.GT.DETRIT) GOTO COMMENT CASES A AND B.

CALL CHANL(BIN,M_rRAY)

CHANFR(M,BIN) =(BINRIT-DETLFT)/DETWID BIN = BIN+1

IF(BIN.GT.151) GOTO BINLFT = BINRIT BINRIT = BINRIT+BINWID CALL CHANL(BIN,M,RAY) IF ( DETRIT.LT.BINRIT) GOTO COMMENT CASE B - MIDDLE BIN.

CHANFR(M,BIN)=BINWID/DETWID BIN = BIN+1

IF(BIN.GT.151) GO TO BINLFT = BINRIT BINRIT = BINRIT+BINWID CALL CHANL(BIN,M,RAY)

COMMENT CASES A AND B - RIGHT HAND BIN CHANFR(M,BIN) = (DETRIT-BINLFT)/DETWID

GOTO 230

COMMENT ELSE CASE C. 200 CALL CHANL(BIN,M,RAY)

CHANFR(M,BIN)=1.D0 230 CONTINUE

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CHANFR(3,1) = BINWID DO 300 1 = 1,3
IFILE3 = 1

WRITe(S¹IFILES) (CHANEL(I,J), J=I,151) IFILE3 = 1+3

WRITE(3¹IFILE3) (CHANFR(I,J), J=I,151) 300 CONTINUE

CALL RUN ('DK0:REC151.LDAC3,5]') STOP
END

ROUTINES CALLED:
SETFIL, DSIN , DCOS , CHANL , RUN

OPTIONS =/ON,/CK,/OP:3

BLOCK LENGTH
MAIN. 1782 (006754)* A2 453 (001612)

**COMPILER CORE**

PHASE USED FREE DECLARATIVES 00622 10626 EXECUTABLES 01192 10056 ASSEMBLY 01480 14408

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- 3h

SUBROUTINE CHANL (BIN,M,RAY) 2553187

COMMENT CHANL FINDS UNUSED POSITIONS IN CHANEL (M,BIN) FOR FIXED BIN.

INTEGER BIN,M,RAY,CHANEL(3,151) COMMON /A2/CHANEL M=I

10 IF (CHANEL (M,BIN) .EQ.0) GOTO M = M+l GOTO 10 20 CHANEL (M,BIN)= RAY RETURN

END

OPTIONS =/ON,/CK,/OP:3

BLOCK LENGTH CHANL 67 (000206)* A2 453 (001612)

^COMPILER CORE**

PHASE USED FREE DECLARATIVES 00622 10626 EXECUTABLES 00711 10537 ASSEMBLY 00924 14964

609827/0

IST -#-

C RECl51.FTN

COMMENT RECl51 IS THE SECOND OVERLAY OF A THREE PART PIwSrAM TO '

C CALCULATE A 160 BY 160 RECONSTRUCTION, USING THE FAN BEAM CON-

C VOLUTION TECHNIQUE, FROM 256 151-CHANNEL CURVED SHADOWGRAPHS

C AT 1.0 DEGREE ANGULAR SPACING WITH CHANNELS FROM -37.5 DE-

C GREES TO 37.5 DEGREES AT .5 DEGREE INTERVALS. THE MAPPING

C FROM 256 CURVED SHADOWGPAPHS WAS COMPUTED BY THE FIRST OVER-

C LAY, RNDBIN.FTN, STORED ON THE DISK (UNIT 3) IN ¹MAPPIN.

C 151[3,5]' AND IS READ INTO THE ARRAYS CHANEL (3,151) AND

C CHANFR(3,151). THE BIN WIDTH, ALSO COMPUTED BY RNDBIN, IS

C STORED IN CHANFR(3,1), AN UNUSED POSITION IN THE MAPPING.

C RECl51 DOES THE REBINNING AND CONVOLUTION WITH THE BACK

C PROJECTION LEFT FOR THE THIRD OVERLAY, BAK160.

C THE INPUT IS 257 RECORDS, EACH 151 WORDS LONG, ON UNIT 1.

C THE ACTUAL FILE NAME IS ASSIGNED PRIOR TO EXECUTION. THE OUT-

C PUT IS GPRIME (151,180) , ON THE DISK (UNIT 4) IN FILE'GPRIME^'.

C FILE DEFINITIONS:

C FILE 1 - INPUT FILE, ASSIGNED PRIOR TO EXECUTION

C FILE 3 - MAPPING FROM RNDBIN ¹MAPPIN.151'

C FILE 4 - OUTPUT FILE ¹GPRIME.2'

C VARIABLE DEFINITIONS:

C CHANEL (3,151) - STORES CHANNEL -■> BIN NUMBER OO

QO

Ό CHANFR(3,151) - STORES CHANNEL —> BIN OVERLAP JfJ

C PHNOUT(151) - PHANTOM OUT COUNTS IN RECORD 157 UNIT 1 ^

C KOUNTS(151,80)- STORES 80 CURVED SHADOWGRAPHS WITH THE oo

C PHANTOM IN. READ FROM UNIT 1. °

C 10(151) - LOGARITHMS OF REBINNED PHANTOM OUT COUNTS

C G(151) - REBINNED PARALLEL RAY SHADOWGRAPH MEASURE-

C MENTS

C GPRIME(151) - CONVOLVED SHADOWGRAPH. STORED IN ¹GPRIME.2'

REAL CHANFR(3,151),10(151),G(151),GPRIME(151),INVBIN INTEGER CHANEL(3,151),ANGLE,BIN,KOUNTS(151,80),PHN0UT(151) ,Vl,ANGL,V4 EQUIVALENCE (KOUNTS(1,1),PHNOUT(1)) DEFINE FILE 1(257,151,U,Vl) CALL SETFIL (3,¹MAPPIN.151',IER,·SY',0) DEFINE FILE 3(6,302,U,IFILEl) CALL SETFIL(4,¹GPRIME.2',IER,¹SY¹,0) DEFINE FILE 4(180,302,U,ANGL)

C READ IN THE MAPPING ROM THE DISK IN THE 500 LOOP. DO 500 I = 1,3 IFILEl = 1 READO'IFILEl) (CHANEL (I, J) , J = 1,151) IFILE 1 = 1+3

READ(3¹IFILEl) (CHANFR(I,J), J=I,151) CONTINUE
C INITIALIZATIONS:

BINWID = CHANFR(3,1) PI = 3.14159 PIPI = 1./PI/PI DEGRAD = PI/180 RADDEG = 180./PI Dl = 12. *2.54 INVBIN = 1./BINWID

COMMENT REBIN THE PHANTOM OUT COUNTS AND TAKE THEIR LOGA-C RITHMS IN THE 300 LOOP READ(I¹257) PHNOUT DO 300 BIN = 1,151 A = 0.

DO 320 1=1,3

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IF (CHANEL (I, BIN) .EQ. 0) GOTO K = CHANEL(I,BIN)

A = A+PHNOUT(K)*CHANFR(I,BIN) 320 CONTINUE 300 IO(BIN) = ALOG(A) COMMENT DO THE REMAPPING OF THE THE PHANTOM IN MEASUREMENTS, ONE C PARALLEL RAY SHADOWGRAPH AT A TIME, IMMEDIATELY FOLLOWED BY C CONVOLUTION.

COMMENT THERE IS NOT ENOUGH CORE TO HOLD ALL OF THE FAN SHADOW-C GRAPHS IN MEMORY AT ONCE, SO 80 OF THEM ARE USED AT A TIME C TO MAKE FIVE PARALLEL RAY SHADOWGRAPHS. THIS MEANS THAT THE C THE REBINNING IS DONE IN THIRTY-SIX STEPS. C

Vl = 1

11 = 1

12 = 5

330 DO 34J3 J= 1,80

READ(I¹Vl) (KOUNTS(I,J), 1=1,151) 340 CONTINUE

DO 350 ANGLE =11,12 DO 360 BIN = 1,151 A = 0. DO 370 1=1,3

IF(CHANEL(1,BIN).EQ.0) GO TO K = CHANEL(1,BIN) L = ANGLE+(K+l)/2-11 A = A+KOUNTS(K,L)*CHANFR(I,BIN) 370 CONTINUE

IF (A.LT.l) A=I.

A = 10(BIN) -ALOG(A)

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IF (A.GT.20) A=20. /uwwe

COMMENT G IS COMPLETELY FORMED FOR THIS ANGLE SO CONVOLUTE C IT INTO GP AND WRITE IT ON THE DISK. DO 380 BIN = 1,151 U = 0.

K = ΜΑΧ0(BIN,151-BIN) DO 390 KK = 1,K,2

IF (BIN-KK.GE.1) U = U+G(BIN-KK)/(KK*KK) IF (BIN+KK.LE.151) U = U+G(BIN+KK)/(KK*KK) 390 CONTINUE

380 GPRIME(BIN) = (G(BIN)*.25-U*PIPI)*INVBIN

WRITE(4¹ANGLE) GPRIME 350 CONTINUE C

COMMENT NOW GO BACK AND REBIN THE NEXT FIVE SHADOWGRAPHS. IF(12.EQ.180) GOTO

11 = 11+5

12 =12+5 Vl = Il GOTO 330

COMMENT PROCEDE TO THE BACK PROJECTION BY THE NEXT OVERLAY, BAK160. 400 CALL RUNCDK0:BAK160.LDAC3,5]') 700 STOP END

ROUTINES CALLED:

SETFIL, ALOG , ΜΑΧ0 , RUN

OPTIONS =/0N,/CK,/0P:3

BLOCK LENGTH

609827/0588

MAIN. 15116 (073030)*

**COMPILER CORE**

PHASE USED FREE DECLARATIVES 00622 10626 EXECUTABLES 01194 10054 ASSEMBLY 01547 14341

609827/0588

MO

C BAK160.FTN 13,5] 2553187 COMMENT BAK160.FTN IS THE THIRD OVERLAY, WHICH DOES THE BACK

C PROJECTION, OF THE 160 BY 160 RECONSTRUCTION PROGRAM FOR THE

C HEPL FAN BEAM CONVOLUTION TECHNIQUE. IT IS CALLED BY REC151

C AFTER THE CONVOLUTION IS COMPLETED.

C ITS INPUT IS GPRIME, ON THE DISK (UNIT 1) WHICH WAS STORED

C THERE BY REC151. BECAUSE OF MAIN MEMORY LIMITATIONS IT IS

C READ IN AND BACK PROJECTED IN FOUR SECTIONS. ¹FTEMP.160' ON

C UNIT 3 IS USED TO STORE THE PARTIAL RESULTS. THE FINAL OUT-

C PUT IS A 160 BY 160 INTEGER ARRAY ON UNIT 2. THE ACTUAL

C FILE NAME IS ASSIGNED PRIOR TO EXECUTION.

C FILE DEFINITIONS:

FILE 2 - OUTPUT FILE, 160 BY 160 RECONSTRUCTION

C ASSIGNED PRIOR TO EXECUTION

C FILE 3 - INPUT FILE ¹GPRIME^¹

C FILE 4 - SCRATCH WORK FILE ¹FTEMP.160'

C VARIABLE DEFINITIONS:

C GPRIME(151,45) - CONVOLUTED MEASUREMENTS READ FROM FILE 1.

C THE 180 STEP BACK PROJECTION IS DONE 45 STEPS

C AT A TIME DUE TO STORAGE LIMITATIONS

C FTEMP(160) - TEMPORARY STORAGE FOR ONE ROW OF PARTIAL BACK

C PROJECTIONS. A BUFFER FOR FILE 3.

C DENSTY(160) - ONE ROW OF COMPLETED BACK PROJECTIONS; Λ BUFFER

C FOR FILE 2. WATER DENSITY NORMALIZED TO 1000.

C COSTAB(361) - COSINE TABLE FROM 0 DEGREES TO 360 DEGREES.

C USED TO GENERATE COS(THETA BY INTERPOLATION DUR-

C DURING THE BACK PROJECTION. WHEN IMPLEMENTED

C IN FORTRAN THE INTERPOLATION IS 50% SLOWER

609827/0588

C THAN CALLING THE COS FUNCTION, BUT IT■IS MUCH

C FASTER WHEN IMPLEMENTED IN ASSEMBLY LANGUAGE,

C WHILE STILL PROVIDING SUFFICIENT ACCURACY.

REAL GPRIME(151,45),FTEMP(160),COSTAB(361) INTEGER ANGLE, BIN,V4,ANGL,V2,DENSTY (16j0) DEFINE FILE 2(160,160,U,V2) CALL SETFIL (3,'GPRIME.2',IER,¹SY¹,0) DEFINE FILE 3(180,302,U,ANGL) CALL SETFIL (4,¹FTEMP.160',IER,'SY¹,0) DEFINE FILE 4(160,320,U,V4) PI = 3.14159 DEGRAD = PI/180.

RADDEG = 180./PI

DLTHET = 1.0 * DEGRAD C COSTAB IS GENERATED HERE.

DO 10 I= 1,361 T = (I=1)*DEGRAD COSTAB(I) =COS(T)*151./160. C

COMMENT THE BACK PROJECTIONS IS EVALUATED 45 STEPS AT A TIME. C COS(THETA AND GPRIME(RO*COS(THETA-PHI),PHI) ARE EVALUATED C BY LINEAR INTERPOLATION.

C RMAX IS THE RADIUS OF THE RECONSTRUCTION CIRCLE. C

RMAX = 74.*160./151.

Il = 0
DO 500 ANGLE =1,45 ANGL = ANGLE+I1 READ(3'ANGL) (GPRIME(I,ANGLE),1=1,151)

609 827/0588

500 CONTINUE »

DO 600 NY = 1,160

IF (I1.EQ.0) GOTO READ(4'NY) FTEMP GOTO 615

610 DO 611 I = 1,160

611 FTEMP(I) = 0 615 B = NY=80.5 BB = B*B

DO 605 NX =1,160 A = NX-80.5 THETA = ATAN2(Β,Α)*RADDEG=I1 IF ( THETA-LT.0.) THETA = THETA+360 RO = SQRT(A*A+BB)

C CHECK TO SEE IF (NX,NY IS IN THE RECONSTRUCTION CIRCLE.

C IF IT IS NOT, BRANCH TO 620 AND SET ITS DENSITY

C TO ZERO.

IF (RO.GT.RMAX) GO TO C = 0.

C THE 650 LOOP DOES THE ACTUAL BACK PROJECTION.

DO 650 1=1,45

THETA = THETA-I.

IF (THETA.LT.0) THETA = THETA+360. J = THETA+1 C COSINE INTERPOLATION.

R = RO*(COSTAB(J)+(COSTAB(J+1J-COSTAB(J)) 1 *(THETA+1-J))+76.

K = R

C GPRIME INTERPOLATION AMD BACK PROJECTION FROM SHADOW-

C GRAPH I.

C = C+GPRIME(K,I)*(1+K-R)+GPRIME(K+l,I)*(R-K)

609827/0588

650 CONTINUE C FTEMP IS THE NY-TH ROW OF THE PARTIAL RECONSTRUCTION C IT IS SAVED IN THE SCRATCH FILE 'FTEMP.160'.

FTEMP(NX) = C+FTEMP(NX)

GOTO 605 620 FTEMP(NX) =

605 CONTINUE

606 IF (II.NE.135) WRITE(4¹NY) FTEMP IF(II.NE.135) GOTO

COMMENT STORE THE FINAL RESULT WITH WATER DENSITY NORMAL-C IZED TO 1000.

DO 640 1=1,160 640 DENSTY(I) = FTEMP(I)*DLTHET*5000.

WRITE(2¹NY) DENSTY 600 CONTINUE IF (II.EQ.135) GOTO Il = 11=45 GOTO 450

2 FORMAT(1216) 700 STOP
END

ROUTINES CALLED:

SETFIL, COS , ATAN2 , SQRT

OPTIONS =/ON,/CK,/OP:3

BLOCK LENGTH MAIN. 15486 (074374)*

609827/0588

MH

**COMPILER CORE**

PHASE USED FREE DECLARATIVES 00622 10626 EXECUTABLES 01183 10065 ASSEMBLY 01563 14325

609827/0588

Claims (1)

1. A n Sprüche

   Dreidimensionales Tomografieverfahren mit harter Strahlung, dadurch gekennzeichnet , daß ein divergierender Strahl einer harten Strahlung durch einen zu untersuchenden Körper von einer Quelle auf einer Seite des Körpers auf einen Detektor auf der anderen Seite des Körpers gerichtet wird, zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper eine relative winkelmäßige Verschiebung hervorgerufen wird, die harte Strahlung bestimmt wird, welche durch den Körper an eine Anzahl von winkelmäßig versetzten Stellen innerhalb des Winkels gelangt ist, der durch den divergierenden Strahl umfaßt wird _f als Funktion der Winkellage des divergierenden Strahles, um Sätze von ermittelten Strahlungsdaten abzuleiten, die repräsentativ für mehrere winkelmäßig versetzte Schattenbilder der Absorption oder Transmission der harten Strahlung durch den Körper sind, jedes der Schattenbilder die Transmission der harten Strahlung durch den Körper längs einer Anordnung von divergierenden Strahlengängen darstellt, die durch den divergierenden Strahl durchlaufen werden, und verschiedene der Sätze von winkelmäßig versetzten Schattenbilddaten verschiedenen Sätzen von sich schneidenden Strahlen der harten Strahlung entsprechen und die Datensätze, welche den Schattenbilddaten der Absorption oder Transmission der divergierenden Strahlen der harten Strahlung entsprechen, in Sätze von Daten umgesetzt werden, die Absorptions- oder Transmissionsschattenbildern von parallelen Strahlen der harten Strahlung entsprechen.

   609827/0 5'8 8

   2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (13) einen divergierenden Strahl einer harten Strahlung durch den zu untersuchenden Körper von einer Quelle auf einer Seite des Körpers auf einen Detektor auf der anderen Seite des Körpers richtet, eine Einrichtung zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper eine relative winkelmäßige Versetzung bewirkt, eine Einrichtung (21) die divergierende harte Strahlung bestimmt, welche durch den Körper an eine Anzahl von winkelmäßig versetzten Stellen innerhalb des Winkels gelangt ist, der von dem divergierenden Strahl umfaßt wird, als Funktion der relativen Winkellage des divergierenden Strahls bezüglich des Körpers, um Sätze von ermittelten Strahlungsdaten abzuleiten, die repräsentativ für Sätze von winkelmäßig versetzten Schattenbildern der Absorption oder Transmission der divergierenden Strahlen der harten Strahlung durch den Körper sind und verschiedene der winkelmäßig versetzten Sätze der Schattenbilddaten der divergierenden Strahlen verschiedenen Sätzen von sich schneidenden Strahlen der divergierenden harten Strahlung entsprechen und eine Einrichtung die Datensätze entsprechend den Absorptions- oder Transmissionsschattenbildern der divergierenden Strahlen der harten Strahlung in Datensätze umsetzt, die den Absorptions- oder Transmissionsschattenbildern der Sätze der parallelen Strahlen der harten Strahlung entsprechen.

   609827/058 8

   3. Verfahren nach Anspruch Ί,- dadurch gekennzeichnet , daß eine dreidimensionale Schichtaufnahme aus den Sätzen der Schattenbilder paralleler Strahlen rekonstruiert wird.

   4-· Verfahren nach . Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Sätze der Daten, welche den Absorptions- oder Transmissionsschattenbildern entsprechen, in Sätze von logarithmierten Schattenbilddaten umgesetzt werden, die dem natürlichen Logarithmus der Schattenbilddaten , normiert auf die Strahlintensität, entsprechen.

   5. Verfahren nach ' Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Bestimmen der harten Strahlung zur Ableitung von Sätzen von winkelmäßig versetzten Schattenbilddaten die Messung der Strahlung umfaßt, die durch den Körper an einer Anzahl von winkelmäßig versetzten Stellen innerhalb des durch den divergierenden Strahl umfaßten Winkels gelangt und der Winkelabstand innerhalb des divergierenden Strahles kleiner als der Winkelabstand zwischen angrenzenden Schattenbilddaten ist.

   6. Verfahren nach . Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Winkelabstand beim Bestimmen der Strahlung innerhalb des divergierenden Strahles innerhalb des Bereichs von ein viertel bis drei viertel des Winkelabstandes zwischen angrenzenden Schattenbildern beträgt.

   609827/0bS8

   7. Verfahren nach ' Anspruph 5, dadurch q e k e η η -

   Winkelabzeichnet , daß der^v>.stand bei der Bestimmung der harten Strahlung innerhalb des divergierenden Strahls die Hälfte des Wirfkelabstandes zwischen angrenzenden Schattenbildern beträgt.

   8. Verfahren nach . Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Umsetzen der Sätze von divergierenden Strahlendaten in Sätze von parallelen Strahlendaten die erneute Zuordnung der parallelen Strahlendaten zu den Detektorsegmenten (rebining) umfaßt, und Sätze von parallelen Strahlendaten mit unterschiedlichem seitlichen Abstand in entsprechende Sätze von parallelen Strahlendaten mit gleichem seitlichen Abstand umgesetzt werden, so daß die neu geordneten und transformierten Schattenbilddaten der parallelen Strahlen Sätzen von parallelen Strahlen mit im wesentlichen gleichem seitlichen Abstand entsprechen.

   9. Verfahren nach Anspruch 4,, dadurch gekennzeichnet, daß der natürliche Logarithmus der Schattenbilddaten mit der Funktion q(na) derart

   sda.ß
   gefaltet wird,, g¹(na;9) entsprechend dem folgenden Algorithmus erhalten wird:

   g'(na,e) = (l/4a) g(na;Q) -(l/j^a) 2 g t(n-p) a;ö7 /p²

   ρ ungerade

   dabei bedeutet

   g (na) = -ξ für η = 0

   = —_ - für η ungerade
   na

   = 0 für η gerade; dabei ist θ der Drehwinkel

   609827/0688

   der Quelle um den Drehpunkt,a ist die Breite der gleichmäßig beabstandeten Detektorsegmente, η ist eine ganzzahlige Variable der Gleichung, Welche der speziellen Segmentnummer entspricht, ρ ist ein ganzzahliger Index und g bezeichnet den natürlichen Logarithmus von Schattenbilddaten.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß eine dreidimensionale Schichtaufnahme des Körpers mittels der harten Strahlunq entsprechend dem Algorithmus ausgeführt wird:

   f(r,A) = Ig¹-fr cos((|>-t/Se) ,tAöJ wobei t und N t=l

   ganzzahlige Indexzahlen sind, r und φ die Polarkoordinaten der einzelnen Rekonstruktions-Matrixelemente sind, der Abstand für θ θ (180/N¹)⁰ ist, wobei N¹ die Anzahl der Schattenbilder ist, die in regelmäßigen Winkelabständen von θ über den Bereich von -Ί<72 bis + ϊϊ/2 aufgenommen wurden und f die dreidimensionale Schichtaufnähme bedeutet.

   11. Verfahren nach Anspruch 1, " - dadurch gekennzeichnet , daß die Winkelverschiebung zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper derart bewirkt wird, daß im wesentlichen keine relative seitliche Translation entsteht.

   12. Vorrichtung nach " Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung eine dreidimensionale Schichtaufnahme aus den Sätzen von Schattenbildern paralleler Daten rekonstruiert.

   13. Vorrichtung nach - Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung

   609827/058 8

   zur Transformation eines der Sätze von Schattenbilddaten in Sätzen von logarithmierten-Schattenbilddaten vorgesehen ist und diese Daten dem natürlichen Logarithmus der 'Schattenbilddaten paralleler Strahlen, normiert auf die Strahlintensität, entsprechen.

   ^1Z*·· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Bestimmen der harten Strahlung zur Ableitung von Sätzen von winkelmäßig versetzten" Schattenbilddaten eine Einrichtung umfaßt, welche die durch den Körper (11) an einer Anzahl von winkelmäßig versetzten Stellen innerhalb des von dem divergierenden Strahl umfaßten Winkels (V") gelangende harte

   und
   Strahlung bestimmt /"der Winkelabstand des Detektors innerhalb des divergierenden Strahles kleiner als der Winkelabstand zwischen angrenzenden Schattenbildern ist.

   15. Vorrichtung nach .. Anspruch 14, .dadurch gekennzeichnet , "daß der Winkelabstand des Detektors innerhalb des divergierenden Strahls innerhalb des Bereichs von einem Viertel bis drei Viertel des Winkelabstandes zwischen angrenzenden Schattenbildern beträgt.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkelabstand des Detektors innerhalb des divergierenden Strahls die Hälfte des Winkelabstandes zwischen angrenzenden Schattenbildern beträgt.

   17. Vorrichtung nach . Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtunq

   6Λ9827/0588

   zur Neuordnung der Sätze von divergierenden Strahlendaten in Sätze von parallelen Strahlendaten eine Einrichtung .zur erneuten Zuordnuna der parallelen Strahlendaten zu den Detektorsegmanten umfaßt, die Sätze von Daten paralleler Strahlen mit verschiedenem seitlichen Abstand in entsprechende Datensätze von parallelen Strahlen mit gleichem Abstand umgesetzt werden, so daß die umgeordneten und den Detektorsegmenten neu zugeordneten Schattenbilddaten paralleler Strahlen Sätzen von parallelen Strahlen mit im allgemeinen gleichem seitlichen Abstand entsprechen.

   18.Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet , daß diese eine Einrichtung zum Falten der natürlich logarithmierten Schattenbilddaten mit der Funktion q(na) enthält, um g'(na;9) ungefähr entsprechend dem Alqorithmus zu erhalten:

   g'(na;9) = (l/4a) g(na;9) = (l/~²a) I g (n-p) a,-ej/p²

   ρ ungerade dabei bedeutet

   g(na) = -r für η = O

   = —~ _ für η unqleich
   >~ n^a

   = 0 für η gerade, θ ist der Drehwinkel der Quelle um den Drehpunkt, a ist die Segmentbreite bei gleichmäßigen Abständen der Segmente, η ist eine ganzzahlige Variable der Gleichung, welche der entsprechenden Segmentzahl zugeordnet ist, ρ ist ein ganzzahliger Index und g bedeutet natürlich logarithmierte Schattenbilddaten.

   609827/0588

   19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtunq zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Schichtaufnahme des Körpers mit einer harten. Strahlung entsprechend dem Algorithmus vorgesehen ist:

   ^N ι · "

   f(r,Q» = 1 g¹ I r cos ((D-tü9) , t/}6 J dabei bedeuten

   t-1

   t und N ganzzahlige Indexzahlen, r und (D sind die Polarkoordinaten der einzelnen Rekonstruktions-Matrixelemente, die Winkelteilung für θ ist Θ_Ο(18Ο/Ν')° wobei N' die Anzahl der Schattenbilder bedeutet, die in Winkelschritten von θ aufgezeichnet sind, und f bedeutet die dreidimensionale Schichtaufnahme.

   20. . Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch

   gekennzeichnet , daß die Einrichtung, welche eine relative Winkelverschiebung zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper bewirkt, derart ausgebildet ist, daß diese Winkelverschiebung im wesentlichen ohne relative seitliche Translation zwischen'dem Strahl und dem Körper erfolgt.

   609827/0588

   Leerseite