DE2553279A1

DE2553279A1 - Positionsempfindlicher detektor zur bestimmung divergierender strahlen

Info

Publication number: DE2553279A1
Application number: DE19752553279
Authority: DE
Inventors: Douglas P Boyd
Original assignee: Leland Stanford Junior University
Current assignee: Leland Stanford Junior University
Priority date: 1974-11-29
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1976-08-12
Also published as: FR2292985B1; AU504935B2; SE7513384L; SE412816B; NL7513855A; IT1051313B; GB1526764A; AU8710075A; US4075491A; CA1051128A; FR2292985A1; CH607048A5; JPS6130220B2; US4075491B1; BE836080A; JPS522186A

Description

Ptiienfanwäite
Dipl.-Incj: P. Wirft
Dr. V. 3cJimied-K'.-.vj»ri·: 26 11 1Q75

Dr F. v,'j,"..hf3, Dr. D. Guuäl
6 FrQnKHt:.-;·Λ., Gr. Eicienheimer Str. 3*

Board of Trustees of Leland Stanford Jr University Stanford, Calif. 94305 ' '

Positionsempfindlicher Detektor zur Bestimmung divergierender Strahlen

Die Erfindung betrifft einen positionsempfindlichen Detektor zum Bestimmen divergierender Strahlen einer harten Strahlung, beispielsweise Röntgen- oder Gammastrahlen, die von einer Quelle mit relativ kleinen Abmessungen stammen.

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 werden, der 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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gegebenen Satz von Schattenbilddaten abzuleiten. Die Strahlenquelle und der Detektor werden dann winkelmäßig in eine zweite Position gedieht 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 ausaerichteten 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 verschober, 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

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werden kann, daß die divergierenden, durch den Körper gelangenden Strahlen Strahlengängen 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 ebenfalls bei Strahlungsdetektoren bekannt, daß ein positionsempfindlicher Detektor verwendet wird, welcher eine Kammer mit einem ionisierbaren Gas, beispielsweise Xenon, mit einer Anordnung von Anodendrähten aufweist, die in dem Zwischenraum zwischen einem Paar von Kathodenaittern angeordnet ist. Die Anodendrähte

nen

sind dabei einzel/ mit verschiedenen im Abstand voneinander befindlichen Stellen entlang einer Verzögerungsleitung verbunden. Ein Quantum der absorbierten harten Strahlung, die auf den Detektor auftrifft, führt zu einer lokalisierten Ionisation des Gases mit einem Lawinenstrom, der zu einer der Elektroden in dem lokalisierten Bereich fließt. Dieser Lawinenstrom erzeugt einen Stromimpuls auf dem nächsten Anodendraht, welcher der entsprechenden.Verzögerungsleitung zugeführt wird. Die Ausgangsignale werden von gegenüberliegenden Enden der Verzögerungsleitung erhalten. Eines der Ausgangsignale wird dazu verwendet, um einen Zeit/Amplitudenumformer zu betätigen, und der andere Impuls, der von dem gegenüberliegenden Ende der Verzögerungsleitung abgeleitet wurde, wird dazu verwendet, um den Zeit/ Amplitudenumformer anzuhalten, wodurch ein Ausgangspotential abgeleitet wird, das proportional der Position des Ionisationsereignisses ist. Auf diese Weise wird ein positionsempfindlicher Detektor erhalten.

Es ist ebenfalls vorbekannt, daß einzelne Verstarker und Diskriminatoren mit jedem der Anodendräht-e verbunden werden, wodurch Daten von Ionisationsereignissen in paralleler Form erhalten werden. Dadurch wird eine wesentlich höhere Datengeschwindigkeit erreicht, als sie bei Detektoren mit Verzögerungsleitungen erhalten werden, bei denen die Information seriell und nicht parallel erhalten wird.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten positionsempfindlichen Detektor für Röntgen- oder Gammastrahlung sowie eine verbesserte Einrichtung für dreidimensionale Schichtaufnahmeη mit einem derartigen Detektor zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Anoden vind Kathoden im Abstand voneinander vorgesehen sind und einen Zwischenraum ausbilden, ein ionisierbares, gasförmiges Medium in diesem Zwischenraum vorhanden ist, eine Einrichtung eine Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode aufrechterhält und ein elektrisches Feld in dem gasförmigen Medium zwischen Anode und Kathode erzeugt, wodurch der von einer Ionisationsabsorption eines Quantums der harten Strahlung durch das ionisierbare gasförmige Medium stammende elektrische Strom zur Abgabe eines Ausgangsignales aufgenommen wird und wenigstens die Anode oder die Kathode durch eine divergierende Anordnung von längsgestreckten, elektrisch leitfähigen Elektrodenabschnitten gebildet wird und diese längsgestreckten Elektrodenabschnitte in der Richtung der divergierenden Strahlen der harten, zu bestimmenden Strahlung längsgerichtet sind. Somit enthält der positionsempfindliche Detektor für Röntgen- oder Gammastrahlen gemäß der Erfindung im Abstand von-

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einander befindliche Anoden- und Kathodenelektroden, von denen eine eine Anordnung von länqsgerichteteh, elektrisch leitfähigen Elektrodenabschnitten aufweist, die in einer im wesentlichen ru der zu bestimmenden harten Strahlung parallelen Richtung ausgerichtet sind.

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, _f 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;

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Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles der in Fiq. 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 Pfeilrichtuncr;

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

Fig. 6 schematisch eine dreidimensionale Tomografievorrichtung gemäß der Erfindung mit fächerförmigen Röntgenstrahlenj

Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen positionserapfindliehen Röntgenstrahlendetektor gemäß der Erfindung;

F5.g. 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 Datenvercxrbeitungsabschnitt 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 Anordnung 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 gleichen» 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), geteilt durch die vor der Absorption gemessene Strahlintensität Io;

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Pig; 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 Liniendiagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Rückprojektion und Addition der Beiträge der gefalteten spektrografischen Daten ;

Fig. 19 ein schematisches Liniendiagramm zur Darstellung der Positionsungcnauigke.it, v/enn ein Fächerstrahl durch eine geradlinig arbeitende Meßanordnung festgestellt wird;

Fig. 20 einen Längsschnitt eines bevorzugten Mahrdraht-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 Schattenibildern eines zu untersuchenden Körpers mittels harter Strahlung dargestellt. Wie schematisch angedeutet ist_f 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 Kol3.imator 15, der aus Blei bestehen kann. Der fächerförmige Strahl ist relativ dünn und enthält divergierende Strahlen

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einer harten Strahlung, weiche 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 eins relativ geringe Dichte, wogegen die Wirbelsäule eine relativ hohe Dichte hätte. Die aus dom Körper austretende harte Strahlung gelangt durch einen zweiten Fächerstrahl-Kollixaator 20 und dann durch einen fokussierten Gitter-Kollimator 16, der im einsolnon in Fig. 3 und 4 dargestellt ist* Der zweite Kollimator 2Q ist ähnlich wie der Fächerstrahl-Kollimator 15 aufgebaut, und der fokussierte Gitter-Kollimator 16 enthält eine Anordnung von Bleirippen 17, 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 2U den divergierenden Strahlen gerichtet, die von der 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 hindarn, 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, S 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 Ύ* 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 dos Körpers, beispielsweise durch die Lungen, die Wirbelsäule und dergleichen, 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 Röntgenctrahlen- oder Gairanastrahlenguelle 13, welche im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist, einen zylindrischen Körper 23 aus einem Material lait 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 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 an ge lenkt und wird zum Verschließen der Strahlenquelle verschwenkt und in der verschlossenen Position mittels einer Federspange 31 gehalten. Typische i-iaterialien 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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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. Der Ring 34 wird durch ein Reibrad 35 angetrieben, welches mit einem Antriebsmotor 36 über eine Antriebsverbindung, beispielsweise einen Antriebsriemen 37, verbunden ist. 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 Pho,tozellendetektor 42 ist in einem festen Verhältnis zu dem Ring 34 und den Stiften ^l angeordnet, so daß bei der Drehung des Rings 34 aufeinanderfolgende Stifte 41 in den optischen Strahlengang des reflektierten Lichts von dein entsprechenden Stift 41 zur Photozelle 42 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 dreht,-um 255 Sätze von Schattenbilddaten ^u erhalten. Der Grund für diese 255 Sätze von Daten wird^ später erläutert. "

In Fig. 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 Seitenwand— abschnitten 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 Datektors 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 O,l mm und haben einen Abstand von etwa 2,5 mm. Die Kathoden— drähte 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 ionisierbarenj. gasförmigen Jfödium, 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 5,6 befestigt, die auf Anodenpotential gehalten ist. Die gegenüberliegenden Enden der Verzögerungsleitung 56 sind mit ent~ sprechenden Impulsdiskriminatoren 57 über Impulsverstärker 58 verbunden. Die Ausgänge der Diskriminatoren werden einem Zeit/Amplitudenumformer 59 zugeführt, dor das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden, von den Diskrininatoren 57 abgeleiteten Impulsen in eine proportionale Spannung umgeformt* Die Ausgangsspannung des Zeit/Amplitudenumformers 59 wird einem Eingang eines A/D-Umsetzers 61 zum umsetzen der Aniplitudeninformation in ein digitales Ausgangssignal zugeführt, das darm an einen Rechner 62 weitergeleitet wird, v/elcher 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 ionisierharern Gas gefüllt ist. Wegen des hohen elektrischen Potcntialfeides, v/elchen 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 Z^nodendraht 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 Zeitintorvall 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/Amplifcudenumformer 59 weitergeleitet, der eine der Position der Ionisationsstelle 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 loni™ sationsereignis in einem entsprochenden Kanal, der der Position des lonisationsereignisses zugeordnet ist. Nachfolgende lönisationsereignisse, 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 Schattenbilddaten gespeichert. Der Rechner verwendet diese Sätze von Schattenbilddaten dann zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Schichtaufnahme 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

5 ·

etwa IO Ionisationsereignissen pro Sekunde begrenzt ist. Gewünscht sind jedoch Detektoren mit einer Zählrate von

10 Ereignissen pro Sekunde und mehr. Um beispielsweise eine dreidimensionale Schichtaufnahme 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 Schichtauf nähme 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. -

* 8 Die Zählrate kann auf wenigstens 10 pro Sekunde erhöht

werden _t wenn statt der Verzögerungsleitung 5.6 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 Schattenbildes für jede Winkellage 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 mit 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 Zustandsdiagraminen der Fig. 22 wird im einzelnen das Rochenverfahren zur Rekonstruktion der dreidimensionalen Schnittaüfnahmen aus den Sätzen der Daten von winkelförmig versetzten Schattenbildern erläutert. Die Sätze der Schattenbilddaten, die durch den positionsempfindlicheri Detektor 21 -fest·* gestellt 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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Schichtaufnahine-Rekonstruktionsverfahren erfordert, daß die Schattenbilddaten der Absorption der.harten Strahlung längs einer Anordnung von parallelen Strahlengängen oder Strahlen entsprechen.

Man hat herausgefunden, daß die festgestellten Schattenbilddaten der divergierenden Strahlengänge neugeordnet bzw. umgesetzt v/erden können in Sätze von Schattenbilddaten _f die solchen Daten entsprechen, welche durch /mordnungen von parallelen Strahlen erhalten werden_o Dieses Verfahren zum Umformen der Schattenbilddaten divergierender Strahlen in Schattenbilddaten paralleler Strahlen wird anhand von Fig«, IO 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

x,u

zeigt sich, daß dieser Strahl durch die Drehachse 33 zum Detektor gelangt. Andere Strahlen ^£«.37» ^rj~36 »··· ^ri-39 ^na^^en innerhalb des Fächers einen Abstand von 1 . Wenn die Strahlenquelle 13 des fächerförmigen Strahles in positiver Drehrichtung des Winkels Θ um ein Grad ihr die Drehachse 33 von der Ausgangsposition Θ= 1° aus gedreht wird, ergibt sich ein neuer mittlerer Strahl ^ri-M O' ^{der von dem stranx r}i ο ¹^ "^ versetzt durch die Drehachse 33 gelangt. Zusätzlich entsteht ein

Strahl r, ,, der parallel dem Strahl r. _o ist. Wenn die x,j. x,u

Strahlenquelle 13 zum Winkel' θ=2 gedreht wird, entsteht ein Strahl r~ _o parallel zu den beiden Strahlen r. _Λ und ^rl 1* Dementsprechend ist 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

Mittelstrahl des fächerförmigen Strahls bezeichnen.

Die Strahlen können mit r. . bezeichnet werden, wobei der Index i die Position der Strahlenquelle {θ^ - 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 parallelen Strahlen zu erhalten. Wenn eine-Heihe paralleler Strahlen betrachtet wird, die bei Q^, i=0 .... 180/ θ um r*. . geneigt sind, dann kann das Transformationsverfahren folgendermaßen verallgemeinert werdeηϊ

wobei j,_ax = V-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 zux* Vereinfachung 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 Viinkelgeschwindigkeit drehen, und die Daten während Zeitintervalle.:! gesammelt werden, während welchen die Strahlenquelle f.ich 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, ange-• strebt, 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 insgesamt um einen Winkel θ"νοη 180° plus dem Fächerwinkol V gedreht v/erden muß. Im Ealle eines Fächerwinkels von 75° beträgt der gesamte Winke!versatz 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 Transformationsadressenverfahren derart adressiert, daß die ursprünglich ge~ speicherten 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 ά θ. Wenn dieser Winkelabstand ein Bruchteil von Λ Θ ist, beispielsweise Λ θ/η, wobei n=2,3,4 ist, dann kann das vorgenannte Transformationsverfahren noch verwendet werden, wenn eine geringfügige Approximation eingeführt wird. Ein bevorzugter Wert von η ist 2 und führt zu A 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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- ie -

Die .Neigungsapproximation wird folgendermaßen ermittelt. Der Strahl r.,, , wird als Glied der Reihe von zu r. _n parallelen Strahlen mit einem mittleren Abstand zwischen r. _Λ und r.., _n 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+i bezeichnet. Für n=2 und unter Verwendung der Winkelapproximationen ergibt sich folgende Transformation

-s · t-t — ν -iss—-i -i -PMτ -i «■**·■

■'ungerade* ij ~ l+j/2_rj ³ -"max'' '^Jmax ^Iur -'gerade' ^r ij

^sP^{Qsiei;ien Fal1} Fächer 75°, Θ=1° und damit i _v = Vpächer = 75.

^ffi<oc —Zf~~

Es läßt sich ebenfalls zeigen, daß die Sätze von neu-. orientierten parallelen Strahlengängen oder Strahlen nicht den gleichen seitlichen Abstand voneinander haben. Dar Abstand nimrat mit dar Entfernung von dem mittleren Strahl ab. Dieses geht aus Fig. 12 hervor, wo auf der χ Achse die Abstände der neu ausgerichteten Sätze von parallelen Strahlen dargestellt sind. Bei dem bevorzugten dreidimensionalen Rekonstruktionsverfahren werden Daten verwendet, die auf einem gleichförmigen seitlichen Abstand zwischen parallelen Strahlen des Satzes beruhen. Daher werden die Sätze der Schattenbilddaten mit Parallelstrahlentransfonnation 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 1 , X₃=RsIn 2°

.... χ ==Rsin n° beträgt und R der Radius des Schwenk— η .

kreises der Strählenquelle 13 bezüglich des Körpers 11 und η die Zahl des Strahls in'Grad V* vom mittleren Strahl ist, d.h.V =0°. Die 'Achse für gleichen seitlichen Abstand der Strahlen 70 ist mit y bezeichnet:

yy-a, y₂~2a, Y₃=Sa .... y =na_r wobei a = ist. Im Falls von =75° ergibt sich

^ Rsin 37,5°

Die festgestellte Strahlungsintensität I, ,I₉,1₀ *<=.. I beruht auf parallelen Strahlen mit verschiedenem seitlichen Abstand, d.h. entsprechend der χ Achse in Fig. Die χ Achsen-Intensitäten I₁,I₂,I₃ .... I_n werden entsprechend den folcfenden Algorithmen umgeformt, um die Intensitäten I¹V* *'₂ ···· ^1% _n ^bei gleichem seitlichen Abstand der Schattenbilder" mit paral3.elen Strahlen zu erhalten. Es ergeben sich folgende Intensitätsdaten für die y Achse:

= I ¹I (Gleichung 1)

=-^ Ι:_Ί + ~z™ I_? (Gleichung 2)

I^f ₃(y) = <£—' I₂' ⁺ ΊΓ^Γ ^τ3 (Gleichung 3)

Dieses Verfahren kann durch die Gleichung verallgemeinert werden: ^; ' \

Ι¹ _±<Υ) = j fijlj(x) (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

60 9 823

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 S ehret gungswinkel erleichtert.

Die Koordinaten der Ränder der in Fig. 13 dargestellten Strahlungsmengen werden wie folgt berechnet. Die x- und y Achsen werden als Linie aufgefaßt, welche durch ä&n Drehpunkt 33 in Fig. 6 rechtwinklig zu einer bestimmten Reihe von parallelen Strahlen verläuft. Die neuen Strehlungemengen 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 gageben 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-

■SU382 3/074

■ - 24 -

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 Transforms¹¹, 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, nämlich I¹ (y) normiert auf die Strahlintensität I₀ entsprechen. I_Q wird vor der Aufstellung der Schattenbilder gemessen, indem der nicht absorbierte Strahl von einem der Dstektordrähte 53 erfaßt wird, und diese Information wird im Rechner für diese Berechnungen gespeichert.

Fig. 14 zeigt ein typisches Schattenbild für die Funktion In I^f(y)/I_o/ welches als g(na_fe) 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;©) gemäß dem folgenden Algorithmus zu erhalten:

2 "T 2

g³ (na;e) = g(na;©)/4a-( 1/$ a) JLg (n+p)a;9 /p (Gleichung 5)

ρ ungerade dabei gilt:

= -|_a für η = 0 (Gleichung 6)

— —2_2 für ungerade Werte von η

_ff η a

= 0 für gerade Werte von n.

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

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Fig. 16 dargestellt. Aus dem Verlauf der Punktion von Fig. 15 ist ersichtlich, <3aß 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 4?ig. 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 V7ert von γ oder na von Fig. 14 werden summiert, und daraus wird die Funktion g¹(na;9) gemäß Fig. 17 abgeleitet. Dieses Verfahren ist mathematisch als Faltung von g(na,e) 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 Flg. 17 erzeugt, und zwar für jeden winkelmäßig versetzten Satz von Schattenbilddaten paralleler Strahlen. Diese 180 Schattenbilder werden dann zur Berechnung der sich ergebenden dreidimensionalen Schichtaufnähme zurückprojiziert, wobei der folgende Algorithmus verwendet wird:

f (r,<J>) -I g¹ r cos (({>-t©₀) ,te_Q (Gleichung 7) t=l

dabei sind t und N ganze Zahlen, r und fl> sind die Polarkoordinaten der einzelnen Matrixelemente des Rekonstruktionsverfahrens. Der Winkelabstand Θ beträgt 0_Q = (180/N)⁰, wobei N die Anzahl-der Schattenbilder ist, die in regelmäßigen Intervallen über den Bereich von -^/2 bis +^/2 aufgezeichnet sind und beträgt typischerweise 180« In Gleichung *7 ist im allgemeinen der Wert r.cos (<j}-tQ₀) kein Vielfaches von a. Daher wird eine lineare Interpolation zwischen den berechneten Vierten von g¹(na;θ) ausgeführt, so daß die Auflösung der endgültig rekonstruierten dreidimensionalen Daten für f (r,(j>) von

60982370746

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

Dieses Verfahren der Rückprojektion ist scheniatisch 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 McitrixelGir.ante gleich entsprechend dem Abstand von 2_f5 mm zwischen angrenzenden Anodendrähten 53 gewählt* Dar Algorithmus zur Rekonstruktion gemäß Gleichung 7 bewirkt die Projektion der einzelnen Werte von g¹(na,Q) zurück zur I-5atrix längs'Linien, die rechtwinklig zur y /icb.se des speziellen Schattenbildes sind.

Diese Rückwärtsprojektion 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, φ berechnet. Dieses führt zu r cos (^-t©₀). Der Wert von g¹(na,e) für diesen Wert von y wird durch Interpolation zwischen zwei Werten von g'(na,e) berechnet, für welche na y am nächsten kommt. Daraus ergibt sich:

g(y,Ö) = oaZS^igtikaZe)*;^-) g¹ <k+l)a,Q

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,ö) ergibt den Wert von fir,φ) an diesem Gitterpunkt. Der Wert von f(r,φ) an anderen Gitterpunkten wird nachfolgend in

3/09-4-6^(9

- TA -

ähnlicher Weise berechnet.

Aus der scheraatischen Darstellung in Fig. 19 'ist das Problem der Positionierungsungenauigkeit"entnehmbar, welches auftritt, wenn ein fächerförmiger Strahl mit einer geradlinigen Anordnung von positionsempfindlichen Detektorelemonten 89 festgestellt wird. Gemäß Fig. 19 wird angenommen, dciß der Detektor 21 eine Tiefe d in der Richtung der eintreffenden Strahlen 88 hat. Diese Strahlen divergieren und umgeben zusätzlich die geradlinige Anordnung in einem spitzen Winkel. Dankt man sich den Strahl als unterteilt in eine Vielzahl von DetektionsGlernenton 89, so ergibt sich, daß nahe den Außenenden der Dctektoranordxiung 21 ein gegebener Strahl durch mehr als ein Da tektore leinent 89 gelangen kann. Dadurch wird eine Ungewissheit bezüglich der Position des erfaßten Strahls hervorgerufen,

Zusätzlich nimmt der Abstand s längs der Länge des Detektors 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 dein mittleren Strahl r„ _n des fächerförmigen Strahls. Somit ist anzustreben, daß ein verbesserter positionserapfindlicher Detektor benutzt wird, der die Positionsunge™ nauigkeit 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 Sei-

tenwände 93 und 94 aus nichtrostendem Stahl gebildet ist, wobei der Aufbau am Boden duroh 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 Rippenabschr.itt 98 der Seitenwand 94 angelötet ist.

Die gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 92 sind mittels Stirnwänden 103 und 104 abgeschlossen. Ein abnehmbarer Seifcenwandabschnitt 90 ist durch Schrauben 1Ό2 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 abnehrßbaren Bandabschnittes 90 erstreckt sich eine gasdichte Dichtung 101 aus Indiumdrahte

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 105 und 106 getragen. Die Glasisolatoren 1Ο5 sind in dem abnehmbaren Wandabschnitt 90 befestigt, und die Glasisolatoren 106 sind Durchführungsisolatoren, durch welche das Anodenpotential den einzel~ nen 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 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 festzustellenden harten Strahlung ausgerichtet sind. Dadurch werden die mit der Positionsunsicherheit und dem ungleichen Abstand verbundenen Probleme vermieden, die vorher für geradlinige Detektoranordnungen erläutert wurden. :

Bei einem positionsempfindlichen Detektor 91, der ztna Einfangen zwischen 50 und 100% 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 IO cm beträgt. Der Detektor 91 ergibt im Gegensatz zu der linearen Detektoranordntmg 21 eine vergrößerte räumliche Auflösung und einen verbesserten Wirkungsgrad für Röntgenstrahlenoder 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

60982 3/0 74 6

Schicht des zu untersuchenden Körpers auf einen Positions detektor gerichtet wird-, um ein Schattenbild der Transmission'.oder Absorption der harten Strahlung durch den Körper abzuleiten. Es wird eine Anzahl vo.n Schattenbildern bei verschiedenen Drehwinkeln des fächerförmigen Strahls bezüglich des Mittelpunkts der untersuchten Schicht erhalten«, Die gemessenen Fächerstrahl-Schatten— bilddaten werden in solche Schatteiibilddaten umgesetzt, die den Sätzen der parallelen Strahlengänge durch den Körper entsprechen. Die umgesetzten, parallelen Strahlengänge entsprechenden Schattenbilddaten v/erden dann entsprechend einem dreidimensionalen Wiedergabeverfahren in einem Rechner umgesetzt, um eine dreidimensionale Schichtaufnahme des untersuchten Körpers zu erhalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Positionsdetektor aus einem--Vieldraht-Dstektor, dessen Drähte parallel zur Richtung der festzustellenden, divergierenden, harten Strahlen angeordnet sind«, Zvrischen 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 Rechner spräche Fortran wiedergegeben.

-^ae"

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

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

C BIN.

IMPLICITDOUBLE (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. 151',IER₇ ¹SY¹^) DEFINE FILE 3(6,302,U,IFILE3)

609823/0746

-ΖΘ- · ^o ·

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 = 3J3.48D0
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 = D1*(SINT-COST*TAN75) SINT = DSIN(38.D0*DEGRAD) COST = DCOS(38.D0*DEGRAD)

•609 8 23/0746

-JO-

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-COST⁴TANaS)-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

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-C0ST*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) -T DETWID=DETRIt-DETLFT SIDE = LEFT

60 982 3/Q'74

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,RAY)

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 , ^;v 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 V=

GOTO 230
COMMENT ELSE CASE C.

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

608823 /0-9-4-6

■*■ to

loo continue ' **' ? S 5 3 ? 7

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

WRITE(3¹IFILE3) (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

609823/0746

-13- -3V-

SUBROUTINE CHANL (B IN, M ,RAY) 2553279

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 2JZf 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

609823/0746

COMIiENT REC151 IS THE "SECOND OVERLAY OF A THREE PART PROGRAM TO

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

C VOLUTION TECHNIQUE, FROM 256 15l-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 SHADOWGRAPHS 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 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

OD C PHANTOM IN. READ FROM UNIT 1.

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

⁰C G(151) - REBINNED PARALLEL RAY SHADOWGRAPH MEASURE-

Ot ^c MENTS :

C. CiPRTMF. Π Rl! - CONVOLVED SHADOWGRAPH. STORKD TW

REAL CHÄNFR(3,151),10(151),G(151),GPRIME(151),INVBIN INTEGER CHANEL(3,151),ANGLE₇BIn₇KOUNTS(151,80),PHNOUT" (151) ,Vl,ANGL,V4 EQUIVALENCE (KOUNTS(I₇I)₇PHNOUt(I)) DEFiNE FILE 1(257,151,U₇Vl) CALL' SETFIL (3 , "¹MAPPIN. 151 * ,IER, ' SY ' ,0 ) DEFINE FILE 3(6,302,U,IFILEl) CALL SETFIL (4 , ' GPRIME. 2' , IER, ' SY' ,, 0) DEFINE FILE 4 (18;0, 302,U,ANGL) READ IN THE MAPPING ROM THE DISK IN THE 500 LOOP.

DO 500 I = 1,3 IFILEl =1 READO'IFILEl) (CHANEL(I₇J), J = 1,151) IFILE 1 = 1+3 READ(3¹IFILEl) (CHANFR(I₇J)₇ 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. ■ , ^;

609 323/0.3-4=6yft?

DO 320 I=I₇3

IF(CHANEL(I₇BIN)-EQ-JZf) GOTO K = CHANEL(I₇BIN)

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 = 11,1.2 DO 360 BIN = 1,151 A = DO 370 1=1,3

IF(CHANEl(I₇BIN)-EQ^) 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. 60 9823/074

A = 10(BIN) -ALOG(A) IF (A.GT.20) A=20.

36j0 G(BIN) = A -hi ·

COMMENT G IS COMPLETELY FORMED FOR THIS ANGLE SO CONVOLUTE C IT INTO GP AND WRITE IT ON THE DISK. DO 380 BIN = l_f151 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

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, BAKl60. 400 CALL RUN(^IDK0:BAK160.LDAC3,5]') 700 STOP END

ROUTINES CALLED:

SETFIL, ALOG , MAX0 , RUN

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

6 09823/0 7

BLOCK LENGTH MAIN. 15116 (073030)*

**COMPILER CORE**

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

609823/0746

-Ξ9-

C 2553278i60

COMMENT BAKl60.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 RECl51

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; Λ BUFFER

C FOR FILE 2. WATER DENSITY NORMALIZED TO 1000.

C COSTAB(361) - COSINE TABLE FROM β 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 6 0 9823/ 0#Φ6* ^{THAN CALLING THE cos} function, but it is much

C FASTER WHEN IMPLEMENTED IN ASSEMBLY LANGUAGE,

ORIGINAL INSPECTED

-4Θ-

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 (3,¹GPRIME.2',IER,'SY',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)

609823/0746

500 CONTINUE DO 600 NY = 1,160

IF (II.EQ.$) GOTO READ(4'NY) FTEMP GOTO

610 DO 611 I = 1,160

611 FTEI-IP(I) = 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

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

609823/0746

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 , ΑΤΑΝ2 , SQRT

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

BLOCK LENGTH MAIN. 15486 (074374)*

609323/0746

**CGMPILER CORE**

PHASE OSED FREE DECLARATIVES 00622 Ϊ0626 EXECDTABLES . 01183 10065 ■:■ 01S63 14325

Claims

A η β ρ r ü c h e

Positionsempfindlicher Detektor zum Bestimmen der divergierenden Strahlen einer harten Strahlung, beispielsweise Röntgen- oder Gammastrahlung, welche von einer Quelle mit relativ kleinen Abmessungen stammt, dadurch gekennzeichnet , daß Anoden und Kathoden im Abstand voneinander vorgesehen sind und einen Zwischenraum ausbilden, ein ionisierbares, gasförmiges -Medium in diesem Zwischenraum vorhanden ist, eine Einrichtung eine Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode aufrechterhält und ein elektrisches Feld in dem gasförmigen Medium zwischen Anode und Kathode erzeugt,wodurch der von einer Ionisationsabsorption eines Quantums der harten Strahlung durch das ionisierbare gasförmige Medium stammende elektrische Strom zur Abgabe eines Ausgangsignales aufgenommen v/ird und wenigstens die Anode oder die Kathode durch eine divergierende Anordnung von längsgestreckten, elektrisch leitfähigen Elektrodenabschnitten gebildet wird und diese längsgestreckten Elektrodenabschnitte in der Richtung der divergierenden Strahlen der harten, zu bestimmenden Strahlung längsgerichtet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen Hüllkörper zur Aufnahme des ionisierbaren Mediums bei überdruck enthält.

6 0 9 8 2 3/0746
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung der leitfähigen Elektrodehabschnitte bogenförmig ausgebildet ist. ' · "
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, . dadurch gekenn ζ ei chne t ,· daß die läncrsgestreckten Elektrodenabschnitte längs radialer Linien mit einem gemeinsamen Mittelpunkt ausgerichtet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung der längsgestreckten Elektrodenabschnitte bogenförmig verlängert ist.
⁶· Vorrichtung nach Anspruch 1, .. dadurch gekennzeichnet , daß das gasförmige Medium aus Xenon besteht.
⁷· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die divergierenden, längsgestreckten, leitfähigen Elektrodenab-.schnitte Abschnitte der Anode sind.
8. Vorrichtung nach ' Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Hüllkörper ein Gehäuse mit einem Paar im allgemeinen paralleler, relativ breiter Seitenwände aufweist, die im allgemeinen parallel zu den längsgestreckten, elektrisch .leitfähigen Elektrodenabschnitten ausgerichtet sind, und daß das Gehäuse einen relativ schmalen Stirnwandverschluß aufweist, welcher das Paar der breiten Wände verbindet, und daß das Gehäuse weiterhin ein längsgestrecktes, für Strahlung durchlässiges, gas-

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dichtes Fenster im Strahlengang der Strahlenquelle zum Absperren einer relativ schmalen Seite des Gehäuses aufweist.
9. Vorrichtung nach . Anspruch 8, dadurcii gekennzeichnet, daß die länqsgestreckten, elektrisch leitfähigen Elöktrödenabschnitte Drähte sind, Durchführungsisolatoren Ia einer der breiten Wände angebracht sind und elektrische Leiter durch diese Wäride elektrisch isoliert und gasdicht hindurchführen und entsprechende Elektrodendrähte zwischen voneinander im Abstand befindlichen elektrischen Leitern der DurchführiHigsisolatoren getragen sind.

'"· Vorrichtung zur Herstellung einer dreidimensionalen Schichtaufnahme des Körpers mittels harter Strahlung, vorzugsweise gemäß dem Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet,, daß eine Einrichtung einen divergierenden Strahl der haften Strahlung, beispielsweise Röntgen- oder Gammastrahlung, auf den zu untersuchenden Körper richtet, eine Einrichtung eine winkelmäßige Versetzung' zwischen den divergierenden Strahlen der harten Strahlung und dem Körper bewirkt, eine Einrichtung die harte Strahlung bestimmt, welche durch den Körper an einer Anzahl von winkelmäßig versetzten' Positionen innerhalb des'durch den divergierenden Strahl umfaßten Winkels gelangt ist, als Funktion der relativen Winkellage des'divergierenden Strahls bezüglich des Körpers, um Sätze von ermittelten Strahlungsdaten abzuleiten, die repräsentativ für Sätze von wirikelmäßlg versetzten Schattenbildern der Absorption oder Transmission" der harten Strahlung durch den Körper sind und verschiedene dieser winkelmäßig versetzten Sätze von

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Schattenbilddaten verschiedenen Sätzen der schneidenden Strahlen der harten Strahlung und die Detektoreinrichtting zum Bestimmen der harten Strahlung Anoden- und Kathoden ira Abstand voneinander zur Ausbildung eines Zwischenraumes enthält, ein ionisierbares gasförmiges Medium in dem Zwischenraum zwischen den Anoden- und Kathoden vorhanden ist, eine Einrichtung eine Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode anlegt und ein elektrisches Feld in dem gasförmigen Medium zwischen. Anode und Kathode aufrechterhält und den Strom aufnimmt, der erzeugt wird durch eine Ionisierungsabsorption eines Quantums der harten Strahlung durch das ionisierbare gasförmige Medium zur Erzeugung eines Ausgangssignales, und wenigstens eine der beiden Elektroden eine divergierende Anordnung von längsgestreckten elektrisch leitfähigen Elektrodenabschnitten aufweist und diese längsgestreckten Elektrodenabschnitte in der Richtung der divergierenden harten, zu bestimmenden Strahlung ausgerichtet sind.

Vorrichtung nach * Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche einen divergierenden Strahl der harten Strahlung auf den Körper richtet, eine Einrichtung aufweist, welche eine winkelmäßige Versetzung zwischen dem divergierenden Strahl der harten Strahlung und dem Körper derart bewirkt, däß im wesentlichen keine relative seitliche Translation zwischen beiden hervorgerufen wird.

6 0 S S ? 3 / 0 '"Hr^

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