DE2553241A1

DE2553241A1 - Tomografieverfahren und vorrichtung zu dessen durchfuehrung

Info

Publication number: DE2553241A1
Application number: DE19752553241
Authority: DE
Inventors: Douglas P Boyd; Michael Goitein
Original assignee: Leland Stanford Junior University
Current assignee: Leland Stanford Junior University
Priority date: 1974-11-29
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1976-06-24
Also published as: US4075492A; BE836081A; JPS522185A; CA1090481A; AU8709975A; AU501124B2; GB1526763A; CH611506A5

Description

13.11.1975 Gu/ga

BOARD OF TRUSTEES OF LEUND STANFORD JR UNIVERSITY STANFORD,CALIFORNIA 94305/ USA

Selten Ί'ti< > SO \

Tomografieverfahren 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 Querschnittsbereichs berechnet werdender durch die winkelförmig versetzten Sätze paralleler Strahlen geschnitten wird. Die Koeffizienten werden 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 ausgerichtet ist. Der Detektor und die Strahlenquelle werden dann geradlinig seitlich bezüglich des Körpers verschoben, um einen

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ORIGINAL INSPECTED

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 Schichtaufnahme 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rekonstruktion von dreidimensionalen Schichtaufnahmen zu schaffen, wobei ein divergierender Fächerstrahl einer harten Strahlung verwendet wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Tomografieverfahren mit harter Strahlung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein divergierender, fächerförmiger Strahl einer harten Strahlung, beispielsweise einer Röntgen- oder einer Gammastrahlung, durch einen zu untersuchenden Körper geschickt wird und der divergierende, fächerförmige Strahl der harten Strahlung eine im wesentlichen kontinuierliche, gleichförmige Intensität über den Fächerwinkel bei einem gegebenen Radius vom Scheitelpunkt des fächerförmigen Strahles aus hat, ein relativer Winkelversatz zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper hervorgerufen wird, die von dem Körper stammende harte Strahlung durch einen Kollimator ausgerichtet wird, währenddessen im wesentlichen kontinuierliche durch den Körper abgeschwächte Intensität aufrechterhalten wird, die harte Strahlung gemessen wird, welche durch den Körper in mehreren winkelmäßig versetzten Positionen gelangt ist innerhalb des durch den divergierenden, fächerförmigen Strahl für jede Winkellage dieses Strahls bezüglich des Körpers aufgespannten Winkels und daraus Sätze von Strahlungsdaten abgeleitet werden, die repräsentativ für mehrere winkel-

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mäßig 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, durch den divergierenden, fächerförmigen Strahl umfaßten Strahlengängen widergibt und andere winkelmäßig versetzte Sätze von Schattenbilddaten verschiedenen Sätzen von sich überschneidenden Strahlen der harten Strahlung entsprechen, und die Sätze der Schattenbilddaten in eine Schichtaufnahme des untersuchten Körpers umgesetzt werden. Durch die Verwendung eines fächerförmigen Strahles aus einer divergierenden, harten Strahlung wird die Zeitspanne wesentlich herabgesetzt, während welcher ein Körper der harten Strahlung zur Ableitung der Daten für die Erzeugung einer dreidimensionalen Schichtaufnähme ausgesetzt ist, so daß dreidimensionale Schichtaufnahmen eines Zentralabschnittes eines Patienten hergestellt werden können.

Vorzugsweise kann ein positionsempfindlicher Detektor zum Feststellen des fächerförmigen Strahls aus divergierenden Strahlen der harten Strahlung vorgesehen werden, der einen Hüllkörper mit einer ionisierbaren gasförmigen Atmosphäre und einer Anordnung voneinander getrennter Anoden und Kathoden zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangsignales entsprechend einem Ionisationsvorgang aufgrund der Absorption eines Quantums der harten Strahlung durch das ionisierbare Gas erzeugt.

Zweckmäßigerweise kann ein Kollimator für harte Strahlung zwischen dem untersuchten Körper und dem positionsempfindlichen Detektor zur Ausrichtung der Strahlen der harten Strahlung angeordnet werden, die von dem untersuchten Körper stammt.

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Der Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur ■ dreidimensionalen Schichtaufnahme mittels eines fächerförmigen Strahles gegenüber den herkömmlichen 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Querschnitt eine Vorrichtung für dreidimensionale Schichtaufnahmen mit harter Strahlung gemäß der Erfindung mit einem 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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Fig. 5 eine vergrößerte Einzelansicht eines Abschnitts der Anordnung in Fig. 1 entlang der Linie 5-5 in Pfeilrichtung;

Fig. 6 schematisch eine dreidimensionale Tomografievorrichtung gemäß dor 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 Blockdicigramin, einen Datenverarbeitungsabschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung ;

Fig. 10 schematisch ein Liniendiagramm aus dem hervorgeht, wie ein rotierender Fächerstrahl Sätze., von parallelen Strahlen erzeugt;

Fig. 11 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 10 mit einer Extrapolation der Zuordnung gemäß Fig. 10 auf doppelt so viele Detektoren und näherungsweise 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 I'(y)f 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 Schcittenbildfunktion von Fig. 14;

Fig. 18 ein schematisches Liniendiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Rückprojektion und Addition der Beiträge der gefalteten spektrografischen Daten;

Fig. 19 ein schematisches Liniendiagraram zur Darstellung der Positionsungenauigkeit, wenn ein Fächerstrahl durch eine geradlinig arbeitende Meßanordnung festgestellt wird;

Fig. 20 einen Längsschnitt eines bevorzugten Kehrdraht-Strahlungsdetektors ;

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

Fig. 22 ein Zustandsdiagramm eines Rechnerverfahrens zur Herstellung dreidimensionaler Schichtaufnahmen.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Ableiten von Schattenbildern eines zu untersuchenden Körpers mittels harter Strahlung dargestellt. Wie 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, beispielsweise 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, welche auf den zu untersuchenden Körper 11 gerichtet wird.

Die harte Strahlung wird teilweise in dem 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 zweiten Fächerstrahl-Kollimator 20 und dann durch einen fokussierten Gitter-Kollimator 16, der im einzelnen in Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Der zweite Kollimator ist ähnlich wie der Pächerstrahl-Kollimator 15 aufgebaut, und der fokussierte Gitter-Kollimator 16 enthält eine Anordnung von Bleirippen 17 _r die in einem Kunststoff-Füllmaterial 18, beispielsweise Polyäthylen,eingebettet sind. Die Rippen oder Flügel 17 haben eine Dicke von etwa 0,5 mm, und die Ebene der Rippen ist parallel zu den divergierenden Strahlen gerichtet, die von dsr Strahlenquelle 13 stammen. In einem typischen Beispiel haben die Kollimatorrippen 17 einen gegenseitigen Abstand von etwa 5,0 mm, um Streustrahlung vom Körper 11 daran zu hindern, in einen positionsempfindlichen Strahlungsdetektor 21 einzudringen. Weniger als 1% der Streustrahlung erreicht den Detektor 21.

Vorzugsweise 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 positionsempfindliche

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

Die harte Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, 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_f wodurch ein Schattenbild der festgestellten Intensität als Punktion des Abstandes gemäß der Kurve 22 in Fig. 1 erzeugt wird.

Bei einem typischen Beispiel enthält die Rönfcgenstrahlen- oder Gammastrahlenquelle 13, welche im 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 Bohrung 24 mit einem zylindrischen Einsatz 25. Der Einsatz umfaßt typischerweise einen Kunststoffkörper 26 mit einer an dessen Süßerem 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 Υ Herhium 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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röhren mit verschiedenen Arten von Materialien zur · Emission von Gamma- oder Röntgenstrahlen.

In Fig. 6 ist die Vorrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt, die zur Drehung um eine Rotationsachse 33 angeordnet ist, Vielehe 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. Dar Ring 34 wird durch ein Reibrad 35 angetrieben, welches mit einem Antriebsmotor 36 über eine Antriebsverbindung, beispielsweise einen Antriebsriomsn 37, verbunden ist. Der Ring 34 wird von dem Reibrad und einer Leerlaufrolle 38 getragen, die dreh~ bar auf einem Stützkörper 39 gelagert ist. Der Ring 34 enthält eine Zuordnung von axial gerichteten Stiften 41, die im Abstand von einem Grad um den Umfang ä&s Rings 34 herum angeordnet sind. Ein Photozellendetektor 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 Photozelle 4 2 gelangen und ein Ausgangssignal abgeben, welches 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 dreh^um 255 Sätze von Schattenbilddaten zu erhalten. Der Grund für diese 255 Sätze von Daten wird später erläutert.

In Pig. 7 und 8 ist ein positionsempfindlicher Detektor 21 dargestellt. Der Detektor enthält ein längsgestrecktes Kanalglied 45_/beispielsweise aus Glasfasern, mit einem Basisabschnitt 46 und zwei vertikalen Seitenwandabschnitten 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 Anodendrähte 53 einen Abstand von 2,5 mm, und die Drähte haben einen Durchmesser von 0,025 mm. Die Kathodendrähte 54 und 55 bestehen aus Wolfram mit einem Durchmesser von 0_fl mm und haben einen Abstand von etwa 2,5 mm. Die Kathodendrähte haben Massepotential, während die Anodendrähte 53 auf einem Potential von +3kV gehalten werden. 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 Anodondrähte 53 sind gasdicht durch die Seitenwand des Kanals 45 geführt und in gleichen /vbständen entlang einer schraubenförmigen Verzögerungsleitung 56 befestigt, die auf Anodenpotential gehalten ist. Die gegenüberliegenden Enden der Verzögerungsleitung 56 sind mit entsprechenden Irapulsdiskriir.inatoren 57 über Impulsverstärker 58 verbunden. Die Ausgänge der Diskriminatoren werden einem Zeit/Amplitudenuniforrner 59 zugeführt, der das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden, von den Diskriminatoren 57 abgeleiteten Impulsen in eine proportionale Spannung umgeformt. Die Ausgangsspannung des Zeit/Areplitudenumformers 59 wird einem Eingang eines A/D-Umsetzers 61 zum Umsetzen der /iraplitudenixxformation in ein digitales Ausgangssignal zugeführt, das dann an einen Rechner 62 v/eitergeleitet wird, welcher noch erläutert wird.

Im Betrieb gelangt ein den Körper 11 durchdringendes Quantum der ionisierenden Strahlung durch das Fenster und in die Kammer 45, welche mit ionisierbarem Gas gefüllt ist. Wegen des hohen elektrischen Potentialfeldes, welches die einzelnen Anodendrähte 53 umgibt, tritt eine Ionisierung ein, wenn ein Quantum der ionisierenden Strahlung in dem ionisierbaren Gas absorbiert wird, und es wird dadurch ein lawinenartiges Ansteigen des Stromes zwischen 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 -Diskriininatoren 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 Ionisationsereignisses, welches durch den nächsten Anodendraht 53 festgestellt wird. Die Impulse v/erden dann an den Zeit/Amplitudenumformer 59 weitergeleitet, der eine der Position der lonisationsstelle entsprechende Ausgangsspannung erzeugt. Diese Spannung wird dann in digitale Daten durch den A/D-Umsetzer 61 umgesetzt und dem Rechner 52 zugeführt«, Der Rechner speichert das Ioni·» sationsereignis in einem entsprechenden Kanal, der dar Position des lonisationsereignisses zugeordnet ist. Nachfolgende lonisationsereignisse, die während der Messung eines Schattenbildes für jeden Winkel Θ erhalten wurden, werden in den entsprechenden Kanälen gespeichert. Daher hat der Rechner in seinem Speicher nach einer Drehung der Strahlenquelle um 255° 255 Sätze von Schattenbilddciten gespeichert. Der Rechner verwendet diese Sätze von Schattenbilddaten dann zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Schichtaufηahme 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 etwa 10 Ionisationsereignissen 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 wenigstens 10 pro Sekunde erhöht werden, wenn statt der Verzögerungsleitung 56 jeder der einzelnen Anodendrähte 53 an einen entsprechenden Verstarker 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 Schattenbildes für jede Winkel» lage θ die Daten in den Zählern 66 über den Multiplexer 67 und eine Interface-Schaltung 68 in den Rechner 62 eingegeben werden. Der Rechner kann beispielsweise ein Kleinrechner mit einem Speicher 69 mit v/ahlfreiem Zugriff und einem' Plattenspeicher 71 sein. Zusätzlich ist der Kleinrechner 62 init einer Tastatur 72 und einem Sichtgerät 73 mit farbiger Anzeige verbunden, wobei die Umrisse einer gegebenen Dichte in der dreidimensionalen Schnittaufnahme mit verschiedenen vorgegebenen Farben dargestellt werden, so daß die Differenzierung bezüglich der Dichte für das menschliche Auge erleichtert wird. Zusätzlich enthält der Kleinrechner einen Zeilendrucker 74, um die dreidimensionale Dichte-Schnittaufnahme in Form von Zahlen auszudrucken, die direkt der Dichte entsprechen.

Gemäß Fig. 10 bis 19 und den Zustandsdiagrammen 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 Anordnung von parallelen Strahlengangen oder Strahlen entsprechen.

Man hat herausgefunden, daß die festgestellten Schattenbilddaten der divergierenden Strahlengänge neugeordnet bzw. umgesetzt werden können in Sätze von Schattenbilddaten, die solchen Daten entsprechen,, welche durch Anordnungen von parallelen Strahlen erhalten werden. Dieses Verfahren zum Umformen der Schattenbilddaten divergierender Strahlen in Sch cittenbiIddaten paralleler Striüilen wird anhand von Fig. 10 erläutert. In der" Position Θ-0° richtet die Strahlenquelle 13 einen fächerförmigen Strahl über eine kontinuierliche Verteilung divergierender Strahlengänge, die sich innerhalb des Winkels befinden, der durch den fächerförmigen Strahl aufgespannt wird,. Wenn der zentrale Strahlengang oder Strahl 75 mit der Bezeichnung r. _Λ betrachtet wird, so zeigt sich, daß dieser Strahl, durch die Drehachse 33 zum Detektor gelangt. Andere Strcihlen ^„37* ^ri-36 ···· ^ri-39 ^n£1*>^en 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* λ.1 λ» äer ^von dem Strahl r. _n um 1 versetzt ist und durch die Drehachse 33 gelangt. Zusätzlich entsteht ein Strahl r, ,, der parallel dem Strahl x, ' 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 ^rl 1* ^DsraentsP^recnen^ *-^st ersichtlich, daß Sätze von parallelen Strahlen entsprechend den in Fig. 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 r.. . bezeichnet werden, wobei der Index i die Position der Strahlenquelle (Qj = ίΔθ) 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 parallelen Strahlen zu erhalten. Wenn eine Reihe paralleler Strahlen betrachtet wird, die bei Q^, i=0 ...* 180/ Θ um r*.. geneigt sind, dann kann das Transformationsverfahren folgendermaßen verallgemeinert werden:

wobei J_may = Y-Fächer/2 θ ist. Im speziellen Fall mit

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

Obgleich bei der vorstehenden Erläuterung zur Vereinfachung die Position der Strahlenquelle 13 an speziellen 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 VJinkelgeschwindigkeit 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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barte Strahlen eingegrenzt ist.

Für ein relativ hohes Auflösungsvermögen wird angestrebt, daß 180 Sätze von parallelen Strahlen mit einem Winkelabstand von jeweils 1° erhalten werden. Es läßt sich zeigen, daß bei der Ableitung von 180 Sätzen solcher paralleler Strahlen die Strahlenquelle 13 insge~ samt um einen Winkel Θ von 180° plus dem Fächerwinkel ψ gedreht werden muß. Im Falle eines Fächerwinkels von 75° beträgt der gesarate Winkelversatz θ 255°. Daher werden die 255 Sätze von Schattenbilddaten divergierender Strahlengänge oder Strahlen durch den Rechner 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 Transforir.ationsaclressenverfahren derart adressiert, daß die ursprünglich gespeicherten Daten in Sätzen von Schattanbilddaten 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 Δ θ/η, wobei n=2,3,4 ist, dann kann das vorgenannte Transforraationsverfahren noch verwendet werden, wenn eine geringfügige Approximation eingeführt wird. Ein bevorzugter Wert von η ist 2 und führt zu Δ ψ- =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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Die Neigungsapproximation wird folgendermaßen ermittelt. Der Strahl r.₊- , 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 Θ. und Ö.₊, bezeichnet. Für n=2 und unter Vervrendung der Winkelapproximationen ergibt sich folgende Transformation

^ungerade^{1 r}'ij ^{s r}l+j/2,j ^^max* * '-"Wx ^für ^gerade* ^r'ij^!

! .... 3_max-l· ^lm speziellen Fall Fächer »

±I ^a_{x max}
75°, e=l° und damit i = VFächer = 75.

Es läßt sich ebenfalls zeigen, daß die Sätze von neuorientierten parallelen Strahlengängen oder Strahlen nicht den gleichen seitlichen Abstand voneinander haben. Dar Abstand nimmt mit der Entfernung von dem mittleren Strahl ab. Dieses geht aus Fig. 12 hervor, wo auf der χ Achse die Abstände der neu ausgerichteten Sätze VGn parallelen Strahlen dargestellt sind. Bei dem bevorzugten dreidimensionalen Rskonstruktionsverfahren werden Daten verwendet, die auf einem gleichförmigen seitlichen Abstand zwischen 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 X₀=O, X₁=RsIn l°_r X₂=RsIn ²° .... χ =Rsin n° 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 70 ist mit y bezeichnet:

_ _ ij max . . _.

y-i^sa, y₂-2a, Y₃=Sa «... y =na, wobei a = —— ist. Im

Falle von =75° ergibt sich

_Rsin 37,5° a __ .

Die festgestellte Strahlungsintensität I₁,1₂₁-I₃ .... I beruht auf parallelen Strahlen mit verschiedenem seitlichen Abstand, d.h. entsprechend der χ Achse in Fig.

Die χ Achsen-Intensitäten ^:ii^fl'2^t^Z "" ^n ^v?er^^{en ent}"~ sprechend den folgenden Algorithmen umgeformt, um die Intensitäten I¹,, I'₂ .... I'_n bei gleichem seitlichen Abstand der Schattenbilder mit parallelen Strahlen zu erhalten. Es ergeben sich folgende Intensitätsdaten für die y Achse:

^Itl^(y) "I¹I (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 können 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, welches den Einfluß der Approximation der Schrägungswinkel erleichtert.

Die Koordinaten der'Ränder der in Pig. 13 dargestellten Strahlungsmengen v/erden wie folgt berechnet. Die x- und y Achsen werden als Linie aufgefaßt, welche durch den Drehpunkt 33 in Fig. 6 rechtwinklig su einer bestimmten Reihe von parallelen Strahlen verläuft. Die neuen Strahlungsmengen haben einen gleichen Abstand voneinander wie vorher. Die alten Strahlungsmengen (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. Typischerweise liegen die derart definierten Strahlungsmengen nicht unmittelbar nebeneinander wie in Fig. 13, 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 winkelmäßig 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^w erläutert ist in der Zeitschrift "Proceeding of the National Academy of Sciences, U.S.A., Band 68, Nr. 9, Seiten 2236 bis 2240, September 1971. Zusammengefaßt besteht 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_f nämlich I¹(y) normiert auf die Strahlintensität I₀ entsprechen. I_Q wird vor der Aufstellung der Schattenbilder gemessen, indem dar nicht absorbierte Strahl von einem der Detektordrähte 53 erfaßt wird, und diese Information wird im Rechner für diese Berechnungen gespeichert.

Fig. 14 zeigt ein typisches Schattenbild für die Funktion In I'(y)/I_o, welches als g(na,Ö) bezeichnet werden kann. Die linearen Schattenbilder für verschiedene Winkel θ werden in Intervallen a abgetastet, und diese Daten werden dann mit einer Funktion q(na) gefaltet, um g¹(na?G) gemäß dem folgenden Algorithmus zu erhalten:

g^f(na;0) = g(na;0)/4a-( 7/jj-²a) Ig (n+p)a;@ /p² (Gleichung 5)

ρ ungerade

dabei gilt:

q(na) = -|_a für η = 0 (Gleichung 6)

= —2 2., für ungerade Werte von η Ii ^{n a} .

= 0 für gerade Vierte 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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Pig. 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,e) für jeden Wert von y oder na von Fig. 14 werden summiert, und daraus wird die Funktion g'(na;9) gemäß Fig. 17 abgeleitet. Dieses Verfahren ist mathematisch als Faltung von g(na,0) mit g(na) gemäß Gleichung 5 bekannt. 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 winke Iraäßig versetzten Satz von Schattenbilddaten paralleler Strahlen. Diese 180 Schattenbilder werden dann zur Berechnung dar sich ergebenden dreidimensionalen Schichtaufnahme zurückprojiaiert, wobei der folgende Algorithmus verwendet wird:

f(r,d» =2 g» r cos (φ-te^),te_rt (Gleichung 7) t=l oo

dabei sind t und N ganze Zahlen, r und ü) sind die Polarkoordinaten der einzelnen Matrixelemente des Rekonstruktionsverfahrens. Der Winkelabstand θ beträgt ©₀ = (180/N)°, wobei N die Anzahl der Schattenbilder ist, die in regelmäßigen Intervallen über den Bereich von -^u/2 bis +7*/2 aufgezeichnet sind und beträgt typischerweise 180. In Gleichung 7 ist im allgemeinen der Wert r.cos ($-tö₀) kein Vielfaches von a. Daher wird eine lineare Interpolation zwischen den berechneten Werten von g¹(na?ö) ausgeführt, so daß die Auflösung der endgültig rekonstruierten dreidimensionalen 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 zweidimensionale Matrix von Elementen 80 gleicher Größe. Bei einem typischen Beispiel werden die Abmessungen der MatrixelementG gleich entsprechend dem Abstand von 2,5 mm zwischen 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 des speziellen Schattenbildes sind.

Diese RUckwärtsprojektion erfolgt bequemerweise wie folgt: Es werden die Koordinaten r und φ 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, p berechnet. Dieses führt zu r cos (^-t9_Q). Der Wert von g¹(na,9) für diesen Wert von y wird durch Interpolation zwischen zwei Werten von g¹(na,0) berechnet, für welche na y am nächsten kommt. Daraus ergibt sich!

g(y,e) - ₍ _)g, _(kaf8)+(x^ka₎ ,

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 projizierten Wertes von g(y,0) ergibt den Wert von f (r,<{>) an diesem Gitterpunkt. Der Wert von f(r/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 Positionierungsungenauigkeit entnehmbar, welches auftritt, wenn ein fächerförmiger Strahl mit einer geradlinigen Anordnung von positionsempfindlichen Detektorelemcnten 89 festgestellt wird. Gemäß Fig. 19 wird angenommen, daß der Detektor 21 eine Tiefe d in der Richtung der eintreffenden Strahlen 88 hat. Diese Strahlen divergieren und uragabsn zusätzlich die geradlinige Anordnung in einem spitzen Winkel. Denkt man sich den Strahl als unterteilt in eine Vielzahl von Detektionselementen 89, so ergibt sich, daß nahe den Außenenden der Detektoranordnung 21 ein gegebener Strahl durch mehr als ein Datektorelernent 89 gelangen kann. Dadurch wird eine Ungewissheit bezüglich der Position de.-; erfaßten Strahls hervorgerufen.

Zusätzlich nimmt dor Abstand s längs der Länge dos Detektors 21 zwischen Strahlen mit gleichem Winkelabstand

zu den Außenenden des Detektors 21 zu. Daher neigt jedes Detektorelement 89 nahG den Enden dazu, weniger Strahlung zu erfassen als Detektorelemente nahe dem mittleren Strahl r~ _Λ des fächerförmigen Strahls. Somit

KJ f \j

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 " 609826/0659

Kanaiaufbau 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 Rippanabschnitt 98 der Seitenwand 94 angelötet ist.

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

Das leitfähige Gehäuse 92 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 1O5 und 106 getragen. Die Glasisolatoren 105 sind in dem abnehmbaren Wandabschnitt 90 befestigt, und die Glasisolatoren 106 sind Durchführungsisolatoren, durch Vielehe das Anodenpotential den einzelnen Anodenstiften 107 durch den Hüllkörper zur Verbindung mit den entsprechenden Verstärkern 65 zugeführt wird.

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

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-. 26 -

können, haben einen Durchmesser von 12,5 ρ 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 festzustellendsn harten Strahlung ausgerichtet sind. Dadurch v/erden die mit der Positionsunsicherheit und dem ungleichen Abstand verbundenen Problems vermieden, die vorher für geradlinige Detektoranordnungen erläutert wurden.

Bei einem positionseinpfindlichen Detektor 91,* der zum Einfangen zwischen 50 und ICOS der einfallenden harten ' Strahlung bis hinauf zu lOOkeV bestimmt ist, soll das Produkt des Gasdrucks in at mal der Länge der einzelnen Anodendrähte 53 50 at . cm betragen. Das bedeutet, daß die Detektordrähte 1 cm lang sein können, wenn der Gasdruck 50 at beträgt. Andererseits kann die Gasfüllung 5 at betragen, falls die Länge der einzelnen Anodendrähte 10 era beträgt. Der Detektor 91 ergibt im Gegensatz zu der linearen Detektoranordnung 21 eine vergrößerte räumliche Auflösung und einen verbesserten V?irkungsgrad für Röntgenstrahlen- oder Gammastrahlenenergien von lOOkeV und höher, und es werden 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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. - 27 -

Schicht des zu untersuchenden Körpers auf einen Posi— tionsdetektor 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 Facherstrahl-Schattenbilddaten werden in solche Schattenbilddaten umgesetzt, die den Sätzen der parallelen Strahlengänge durch den Körper entsprechen. Die umgesetzten, parallelen Strah— lengänge entsprechenden Schattenbilddaten werden dann entsprechend einem dreidimensionalen Wiedergabeverfahren in einem Rechner umgesetzt, um eine dreidimensionale. Schichtaufnahme dos untersuchten Körpers zu erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Positionsdatektor aus einem Vie!draht-Detektor, dessen Drähte parallel zur Richtung der festzustellenden, divergierenden, harten Strahlen angeordnet sind. Zwischen dem Körper und dem Positionsdetektor ist ein fokussierter Gitterkollimator zur Ausrichtung der festzustellenden harten Strahlen angeordnet. Vorzugsv;eise 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

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(1,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

CALLSETFIL (3,¹MAPPIN. 151¹,IER,'SY¹,0) 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) =

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 = RIGHT = PI = 3.14159265D0 DEGRAD = PI/180. DO DLTHET = 1. DO*DEGRAD

Dl = 30.48D0 C COMMENT TAN25 AND TAN75 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 = DS1N(38.D0*DEGRAD) COST = DCOS(38.D0*DEGRAD)

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COMMENT NOTE THAT BINWID IS LESS THAN THE WIDTH OF A 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.

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 110

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-COST*TAN25)-OFFSET

DETWID = DETRIT-DETLFT SIDE = RIGHT

GOTO 120
COMMENT ELSE
110 DETLFT = DETRIT

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

DETWID = DETRIT-DETLFT

SIDE = LEFT _ _{A A Ä Ä Ä}

80 9 826/065 9

ORIGINAL INSPECTED

120

COMMENT

COMMENT 170

COMMENT 200

'230

-31-

BIN = DETLFT/BINWID+l IF ( BIN. LT. 1) BIN IF(BIN. GT.151) GOTO BINLFT = (BIN-I)*BINWID BINRIT = BINLFT+BINWID IF (DETLFT.LT.BINLFT) DETLFT=BINLFT IF (BINRIT.GT.DETRIT) GOTO 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 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) CASES A AND B - RIGHT HAND BIN CHANFR(M,BIN) ■ = (DETRIT-BINLFT)/DETWID GOTO ELSE CASE C.

CALL CHANL(BIN,M,RAY) CHANFR(M,BIN)=1.D0

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CHANFR(3,1) = BINWID DO 300 1 = 1,3 IFILE3 = 1 WRITE(3'IFILE3) (CHANEL(I,J), J=I,151) IFILE3 = 1+3

WRITE(3^!IFILE3) (CHANFR(I,J), J=I,151) 300 CONTINUE CALLRUN ('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

809826/0859

SUBROUTINE CHANL (BIN₇MjRAY) 2553 2 4

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

INTEGER BIN₇MjRAYfCHANEL(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

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C REC151.FTN

COMMENT REC151 IS THE SECOND OVERLAY OP A THREE PART PROGRAM TO

C CALCULATE A 160 BY 160 RECONSTRUCTION, USING THE FAN BEMl 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 'MAPPIN.

C 151[3,5]' AND IS READ INTO THE ARPAYS 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 REC151 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^¹.

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

C CHANFR (3,151) - STORES CHANNEL --> BIN OVERLAP

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

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

C PHANTOM IN. READ FROM UNIT 1.

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

C G(151) - REBINNED PARALLEL RAY SHADOWGRAPH MEAS8RE-

c MENTS ⁶°9826/0659

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

ORIGJNAL INSPECTED

REAL CHANFR(3,151),10(151)_fG(151),GPRIME(151),INVBIN INTEGER CHANELO, 151) ,ANGLE, BIN, KOUNTS (151,80) ,PHN0UT(151) ,Vl,ANGL,V4 EQUIVALENCE (KOUNTS(1,1),PHNOUT(I)) DEFINE FILE 1(257,151,U,Vl) CALLSETFIL (3,¹MAPPIN.151',IER,¹SY¹,0) DEFINE FILE 3(6,302,U,IFILEl) CALL SETFIL(4,¹GPRIME.2*,IER,¹SY¹,0) DEFINE FILE 4(180,302,U₇ANGL)

C READ IN THE MAPPING ROM THE DISK IN THE 500 LOOP. DO 500 I = 1,3 IFILEl = 1 READ(3¹IFILEl) (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 = 18O./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.

^I=1'³ 609826/0659 '

IF(CHANEL(IfBIN) .EQ.0) GOTO 320 2553

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.
C

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 340 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.

609825/0659

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

36jg G(BiN) = a 25532 A1

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 = MAX0(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 RUN('DK0:BAK160.LDAC3,5]') 700 STOP END

ROUTINES CALLED:

setfil, alog , max0 , run

options =/on,/ck,/op:3

block length 609828/0889

MAIN. 15116 (073030)*

**COMPILER — CORE**

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

609828/0659

C BAK160.FTN[3,5] 25532 A 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.16O¹ 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.2'

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

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; A 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

C THAN CALLING THE COS FUNCTION, BUT IT IS MUCH

c 609826/0659 ^{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,'SY',0) DEFINE FILE 3(180,302,U,ANGL) CALL SETFIL (4,'FTEMP.160',IER,·SY·,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(1,ANGLE)_rI=l,151)

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500 CONTINUE 2 5 5 3 2 A

DO 600 NY = 1,

IF (II.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+1)-COSTAB(J)) 1 *(THETA+1-J))+76.

K = R

C GPRIME INTERPOLATION AND BACK PROJECTION FROM SHADOW-

C GRAPH I.

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

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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)*

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♦♦COMPILER CORE**

PHASE USED FREE DECLARATIVES 00622 10626 EXECUTABLES 01183 10065 ASSEMBLY 01563 14325 ~⁴³~ 2 5 5 3 2

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Claims

"⁴⁴~ 25532A1

Patentansprüche:

Tomografieverfahren mit harter Strahlung, dadurch gekennzeichnet , daß ein divergierender, fächerförmiger Strahl einer harten Strahlung, beispielsweise einer Röntgen- oder einer Gammastrahlung, durch einen zu untersuchenden Körper gerichtet wird, und der divergierende, fächerförmige Strahl der harten Strahlung eine im wesentlichen kontinuierliche, gleichförmige Intensität über den Fächerwinkel bei einem gegebenen Radius vom Scheitelpunkt des fächerförmigen Strahls aus hat, ein relativer Winkelversatz zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper hervorgerufen wird, die von dem Körper stammende harte Strahlung durch einen Kollimator ausgerichtet wird, während dessen im wesentlichen kontinuierliche, durch den Körper abgeschwächte Intensität aufrechterhalten wird, die harte Strahlung gemessen wird, welche durch den Körper in mehreren winkelmäßig versetzten Positionen gelangt ist innerhalb des durch den divergierenden fächerförmigen Strahl für jede Winkellage dieses Strahls bezüglich des Körpers aufgespannten Winkels und daraus Sätze von Strahlungsdaten abgeleitet werden, die repräsentativ für mehrere winkelmäßig versetzte Schattenbilder der Absorption der Transmission der harten Strahlung durch den Körper sind, jedes der Schattenbilder die Transmission der harten Strahlung durch den Körper längs einer Anordnung von divergierenden, durch den divergierenden, fächerförmigen Strahl umfaßten Strahlungsgängen wiedergibt und andere winkelmäßig versetzte Sätze von Schattenbilddaten verschiedenen Sätzen von sich überschnei-

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denden Strahlen der harten Strahlung entsprechen und die Sätze der Schattenbilddaten in eine ■Schichtaufnahme des untersuchten Körpers umgesetzt werden.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I zur Herstellung einer dreidimensionalen Schichtaufnahme eines zu untersuchenden Körpers, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (13) einen divergierenden Strahl einer harten Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen, durch den zu untersuchenden Körper richtet, diese Einrichtung eine v/eitere Einrichtung enthält, welche einen divergierenden, fächerförmigen Strahl der harten Strahlung auf den Körper richtet, und dieser auf den Körper gerichtete fächerförmige Strahl der harten Strahlung im wesentlichen eine kontinuierliche, gleichförmige Intensität über den Winkel (V) des Fächers bei einem gegebenen Radius vom Scheitelpunkt des fächerförmigen Strahles aus hat, eine Einrichtung (21) die divergierende, harte Strahlung feststellt, die durch den Körper an einer Anzahl von winkelmäßig versetzten Positionen innerhalb des Winkels gelangt, der durch den divergierenden Strahl umspannt wird, als Funktion der relativen Winkellage des divergierenden Strahles bezüglich des Körpers zur Ableitung von Sätzen von Strahlunasdaten, die Sätzen von Schattenbildern entsprechen, die durch Absorption oder Transmission der winkelmäßig versetzten divergierenden Strahlen durch den Körper entstehen und verschiedene winkelmäßig versetzte Sätze von Schattenbilddaten der divergierenden Strahlen verschiedenen Sätzen von sich schneidenden Strahlen der divergierenden harten Strahlung entsprechen, und eine Einrichtung (16) zwischen dem Körper und der die Strahlung feststellenden Einrichtung (21) angeordnet ist und

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durch einen Kollimator die vom Körper stammende harte Strahlung ausrichtet, während sie'die im allgemeinen kontinuierliche, durch den Körper abgeschwächte Intensität der auf die Detektoreinrichtung auftreffenden Strahlung aufrechterhält.

3. Verfahren nach Patentanspruch % zur Untersuchung wenigstens eines inneren Teiles eines Körpers mittels harter Strahlung, dadurch gekennzeichnet , daß ein divergierender, fächerförmiger Strahl der Strahlung von einer externen Strahlungsquelle durch den Körper in mehreren divergierenden Strahlengängen gerichtet wird und ein anfänglicher Satz von divergierenden Strahlengängen durch eine im allgemeinen ebene Schicht des Körpers gebildet wird, der divergierende, fächerförmige Strahl der Strahlung eine im wesentlichen kontinuierliche, gleichförmige Dichte über den Fächerwinkel bei einem gegebenen Radius vom Scheitelpunkt des fächerförmigen Strahles hat, die divergierende, fächerförmige Strahlung von der externen Strahlenquelle durch den Körper in weiteren Sätzen von divergierenden Strahlengängen in der ebenen Schicht unter verschiedenen Winkeln voneinander und gegenüber dem anfänglichen Winkel gerichtet wird, die Sätze der divergierenden Strahlen derart ausgebildet sind, daß jedes Element der zweidimensionalen Matrix der Elemente des Körpers in der ebenen Schicht geschnitten wird von einer Strahlengruppe, die Strahlengruppe verschieden ist für die -verschiedenen Elemente der Matrix, die von dem Körper stammende harte Strahlung ausgerichtet wird, während dessen im allgemeinen kontinuierliche, gleichförmige Intensität aufrechterhalten wird, von jedem von dem Körper stammenden Strahl ein diskretes Aus-

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gangsignal entsprechend der Summe der Transmission oder Absorption der Elemente des Körpers abgeleitet wird, die durch den Strahl geschnitten sind, um Sätze diskreter Ausgangsignale entsprechend den Sätzen der Strahlen als Anzeige über die Transmission oder Absorption der Elemente der Matrix zu erhalten und aus den diskreten Ausgangsignalen eine Darstellung der Transmission oder Absorption der Elemente der Matrix der Körperschicht rekonstruiert wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch Λ , dadurch gekennzeichnet , daß der relative Winkelversatz zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper in einer Weise erfolgt, die im wesentlichen frei von relativer seitlicher Verschiebung ist.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kollimator (16) die vom Körper (11) stammende harte Strahlung radial ausrichtet.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Kollimator (16) einen fokussierenden Gitterkollimator mit einer Anzahl von Kollimatorrippen (17) zum Abblocken der von dem Körper stammenden Streustrahlung umfaßt.

7. Vorrichtung nach- Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kollimatorrippen (17) parallel zu den voneinander beabstandeten, divergierenden Strahlen gerichtet sind, die von der Strahlungsquelle stammen.

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8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Kollimatoreinrichtung .einen Schlitzkollimator (15) aufweist, der zwischen dem Körper und dem fokussierenden Gitterkollimator (16) angeordnet ist und der Schlitzkollimator einen schmalen längsgestreckten Schlitz (14) in einem die Strahlung absorbierenden Material enthält.

9« Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kollimatoreinrichtung einen schmalen längsgestreckten Schlitz (14) in einem die Strahlung absorbierenden Material enthält.

0» Vorrichtung nach Patentanspruch 2» dadurch gekennzeichnet , daß die einen divergierenden Strahl einer harten Strahlung durch den Körper richtende Einrichtuna (13) eine Einrichtung aufweist, welche einen winkelmäßigen Versatz zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper derart bewirkt, daß dieser Winkelversatz im wesentlichen keine relative seitliche Strahlverschiebung hervorruft.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (91) die divergierende harte Strahlung feststellt, welche durch den Körper (11) an eine Anzahl von winkelmäßig versetzten Positionen innerhalb des Winkels OO gelangt, der durch den divergierenden Strahl aufgespannt wird, als eine Funktion der relativen winkelmäßigen Position des divergierenden Strahls bezüglich des Körpers, um Sätze von Strahlungsdaten abzuleiten, die Sätzen von winkelmäßig

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-49- 2 5 5 3 2

versetzten Schattenbildern der Absorption oder Transmission der divergierenden harten Strahlung durch den Körper entsprechen und verschiedene winkelmäßig versetzte Sätze der Schattenbilddaten der divergierenden Strahlen verschiedenen Sätzen von sich schneidenden Strahlen der divergierenden harten Strahlung entsprechen, die die Strahlung feststellende Einrichtung in dem divergierenden Strahlengang der harten Strahlung angeordnet ist und die divergierende Strahlung nach dem Durchgang durch den Körper feststellt, die Detektoreinrichtung eine Einrichtung (53) aufweist, welche auf die empfangene harte Strahlung anspricht und elektrische Signale entsprechend der Strahlungsintensität als Funktion der Winkellage innerhalb des divergierenden Strahles der harten Strahlung ableitet und eine Anzahl von im Abstand voneinander befindlichen Anoden- und Kathodenelektroden aufweist, die Anordnung der Elektroden sich seitlich und innerhalb des divergierenden Strahlengangs der harten Strahlung erstreckt, eine Einrichtung (92) eine ionisierbare, gasförmige Atmosphäre in dem Raum zwischen den Anoden- und Kathodeneinrichtungen enthält und eine Einrichtung eine Potentialdifferenz zwischen die Anoden- und die Kathodeneinrichtungen anlegt, um ein elektrisches Ausgangssignal entsprechend einem Ionisationsereignis infolge der Absorption eines Quantums der harten Strahlung durch das ionisierbare Gas in den Zwischenraum zwischen den Kathoden- und den Anodeneinrichtungen abzuleiten.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 11,dadurch gekennzeichnet , daß eine Anordnung von Zählern (66) mit der Anordnung von Elektrodeneinrichtungen (53) verbunden ist und getrennt die

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Ionisationsereignisse zählt, die getrennt durch die entsprechenden Elektrodeneinrichtungen der Elektrodenanordnung festgestellt sind.

13.Vorrichtung nach Patentanspruch 11,dadurch gekennzeichnet , daß die einen divergierenden Strahl der harten Strahlung durch den Körper richtende Einrichtung eine Einrichtung aufweist, welche einen relativen Winkelversatz zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper derart bewirkt, daß zwischen den Strahlen im wesentlichen keine seitliche Verschiebung erfolgt.

Patentanwalt:

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^5A.

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