DE2919775C2

DE2919775C2 - Computer-Tomograph

Info

Publication number: DE2919775C2
Application number: DE2919775A
Authority: DE
Inventors: David Michael Gerrards Cross Buckinghamshire Watson
Original assignee: EMI Ltd HAYES MIDDLESEX GB
Current assignee: EMI Ltd HAYES MIDDLESEX GB
Priority date: 1978-05-12
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1986-01-09
Also published as: JPS54152490A; US4274140A; GB1602072A; DE2919775A1

Description

a) einen weiteren Speicher ITi) mit zahlreichen Speicherstellen, die eine Vielzahl von einen oloiPnmöAiCTAn A \\c ta n/i uAneiniinrler qi tfn*a!_

QlvivailllWMIQW·· M iVillUIIU Ψ UIIVIIIWIIWVI WMJ rt %r*

senden Positionen auf einer Linie aufweisen, die parallel zu zahlreichen parallelen, elementare Bereiche verbindenden Linien verläuft,

b) eine Schaltung (32) zur Verteilung der Beträge von den Signalen einer Gruppe zu den Speicherstellen des weiteren Speichers (21), wobei jede Speicherstelle denjenigen Beitrag empfängt, der sich auf den Weg bezieht, der am nächsten an der entsprechenden Postition vorbeiläuft und

c) eine Schaltung (34 bis 43) zur Verteilung des Beitrags in der genannten Speicherstelle des weiteren Speichers (33) auf Speicherstellen des Matrixspeichers, die elementaren Bereichen des Körpers entsprechen, die eine Linie schneiden, die die entsprechenden Positionen mit dem Brennpunkt verbinden.

2. Computer-Tomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (28) zur Erzeugung von Steuersignalen vorhanden ist, die ein Maß für den Winkel zwischen der Mittellinie des Fächers einerseits und einer Senkrechten zu der zu den Matrixlinien parallelen Linie andererseits sind, daß die Schaltung (28) bestimmt, wenn der Winkel einen vorgegebenen Wert überschreitet, und daß die Schaltung (28) bei Überschreitung des vorgegebenen Wertes eine neue Bezugslinie bestimmt, die parallel zu Linien von Matrixelementen mit einer anderen Orientierung in der Matrix verläuft, für die der entsprechende Winkel kleiner als der vorgegebene Wert ist.

3. Computer-Tomograph nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert des Winkels 22,5° beträgt.

4. Computer-Tomograph nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert des Winkels 45° beträgt

5. Computer-Tomograph nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die neue Bezugslinie durch Drehung um einen Winkel bestimmt ist, der zweimal so groß wie der vorgegebene Wert des Winkels ist.

6. Computer-Tomograph nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Wichtungsschaltung vorgesehen ist, um jedes expandierte weitere, einer Speicherstelle zugeordnete Signal mit einem auf D bezogenen Faktor zu wichten, wobei D der Abstand des jeweiligen Elementes vom Fokus des Fächers ist

7. Computer-Tomograph nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Wichtungsmittei so ausgebildet sind, daß sie die expandierten Signale mit einem Faktor i/D² wichten.

Die Erfindung geht aus von einem Computer-Tomographen mit einer Schaltung zur Verarbeitung elektrischer Signale, die sich auf die Schwächung beziehen, die Röntgenstrahlung beim Durchqueren jedes von zahlreichen linearen Wegen durch eine Querschnittsscheibe eines untersuchten Körpers erfährt, wobei der Tomograph die Signale in Gruppen zuführt, die sich auf Gruppen von Wegen beziehen, wobei die Wege jeder Gruppe von einem Brennpunkt ausgehend divergieren und der Brennpunkt für jede Gruppe unter einem anderen Winkel in bezug auf die Querschnittsscheibe angeordnet ist, wobei ferner die Signale in jeder Gruppe in der erforderlichen Weise durch Sägnale-j; gänzt werden, die durch Interpolation zwischen den zuerstgenannten Signalen gebildet werden, um die Schwächung für nicht gemessene divergierende Wege darzustellen, wobei das Gerät zur Verarbeitung einen Matrixspeicher mit zahlreichen Speicherstellen enthält, von denen jeweils eine einem von zahlreichen elementaren Bereichen des Körpers zugeordnet ist, wobei die elementaren Bereiche rechteckförmig in der Querschnittsscheibe angeordnet sind, und wobei Schaltungen vorgesehen sind, um Beiträge von den gemessenen und interpolierten Signalen,

so die sich auf Wege beziehen, die die entsprechenden elementaren Bereiche des Körpers durchqueren, auf die entsprechenden Speicherstellen der Matrix zu verteilen. Aus der DE-AS 19 41433 ist ein Computer-Tomograph bekannt, der eine durchdringende Strahlung aussendende Quelle und eine auf diese Strahlung ansprechende Detektorenanordnung enthält. Die Quelle und die Detektoranordnung werden in der Ebene der Querschnittsscheibe einer Abtastbewegung relativ zum Körper unterworfen, so daß die Detektoranordnung Ausgangssignale erzeugt, die nach Stufen der Vorverarbeitung zur Erzeugung der gewünschten Darstellung verarbeitet werden können. In dieser DE-AS ist auch ein geeignetes Verfahren zur Verarbeitung der Signale beschrieben.

Ein verbessertes Verfahren, daß auf einer Faltung (Konvolution) beruht, ist in der DE-OS 24 20 500 beschrieben.

In beiden Patentanmeldungen werden die Detektor-

Ausgangssignale in Gruppen organisiert, von denen jede Schwächungswerte enthält, die sich auf entsprechende Wege einer Gruppe von Wegen beziehen, auf denen die Strahlung durch die zu untersuchende Querschnittsscheibe des Körpers verläuft

Jede Gruppe wird dann derart einer Verarbeitung unterworfen, daß jedes Signal durch Ergänzung mit Beiträgen von Signalen, die auf anderen Wegen durch die Querschnittsscheibe verlaufen, modifiziert wird. Die modifizierten Signale werden in Speicherstellen eingegeben, die den Elementen einer in der Querschnittsscheibe .angenommenen Matrix von Elementen entsprechen. Die Verteilung erfolgt so, daß jede Speicherstelle die Summe aller modifizierten Signale für Strahlungswege enthält, deren Mittellinien durch das entsprechende Element der Scheibe verlaufen. Um sicherzustellen, daß die Verteilung auf jede Speicherstelle auf das Maß bezogen wird, mit dem das Element im interessierenden Bereich durch die Strahlenwege geschnitten wird, werden die modifizierten Signale interpoliert, um weitere Signale za erzeugen, die der Schwächung in Strahlenwegen entsprechen, die zwischen den gemessenen Strahlenwegen liegen.

Die Gruppen von Detektor-Ausgangssignalen können zwar Gruppen von parallelen Wegen entsprechen, jedoch ist dies nicht notwendig. Bei einigen Ausführungsformen von Computer-Tomographen, beispielsweise bei dem in der US-PS 40 35 647 beschriebenen Gerät, erfolgt die Untersuchung durch Gruppen von Strahlen, die in einem Fächer verteilt sind, dessen Ursprung die Strahlungsquelle bildet. Es ist dann zweckmäßig, die Signale für die fächerförmige Verteilung der Strahlenwege für verschiedene Positionen des Strahlenfächers zu verarbeiten. Dies kann mit der erwähnten Verarbeitung erfolgen, wenn jedoch die Verarbeitung auf einer Faltung beruht, sind als Folge zusätzliche Modifikationen entsprechend einer vorgegebenen Funktion erforderlich, bevor die modifizierten Signale auf die entsprechenden Speicherstellen verteilt werden.

Abwandlungen des Faltungsverfahrens sind in der DE-OS 27 09 133 beschrieben, und die Theorie dieser Abwandlungen wurde von Herman, Lakshminarayanan und Naparstek angegeben in »Reconstruction Using Divergent-Ray Shadowgraphs« aus »Reconstruction Tomography in Diagnostic Radiology and Nuclear Medecine« Ed. Ter. Pogossian et al, Seiten ίΟ5 bis 117, 1977, University Park Press, Baltimore, USA. Die Verteilung von zusätzlich modifizierten Signalen auf die benötigten Speicherstellen kann ohne übermäßige Schwierigkeit erreicht werden, jedoch bcteht hier der Nachteil einer langen Verarbeitungszeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computer-Tomograph der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Verarbeitung mit größerer Geschwindigkeit als bei der eingangs genannten Art möglich ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schaltungen zum Verteilen enthalten:

a) einen weiteren Speicher mit zahlreichen Speicherstellen, die eine Vielzahl von einen gleichmäßigen Abstand voneinander aufweisenden Positionen auf einer Linie besitzen, die parallel zu zahlreichen parallelen, elementare Bereiche verbindenden Linien verläuft,

b) eine Schaltung zur Verteilung der Beiträge von den Signalen einer Gruppe zu den Speicherstellen des weiteren Speichers, wobei jede Speicherstelle denjenigen Beitrag empfängt, der sich auf den Weg bezieht, der am nächsten an der entsprechenden Position vorbeiläuft, und

c) eine Schaltung zur Verteilung des Beitrags in der genannten Speicherstelle des weiteren Speichers auf Speicherstellen des Matrixspeichers, die elementaren Bereichen des Körpers entsprechen, die eine Linie schneiden, die die entsprechenden Positionen mit dem Brennpunkt verbinden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten
F i g. 1 eine vereinfachte Ausführungsform eines Computer-Tomographen,

F i g. 2 ein bekanntes Verfahren der Rückprojektion von Signalen, die sich auf parallele Strahlenwege beziehen,

Fig.3 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Probleme bei Rückprojektion von Signalen, die sich auf eine fächerförmige Verteilung von Süahlenwegen beziehen,

F i g. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der vorliegenden Arbeitsweise der Rückprojektion von Signalen, die sich auf eine fächerförmige Verteilung von Strahlenwegen beziehen, und

Fig.5a und 5b Blockschaltbilder von Schaltungen, die bei dem in F i g. 1 dargestellten Gerät zur Anwendung kommen.

F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Computer-Tomograph. In einem Abtastgerät 2 werden Ausgangssignale gewonnen, die sich auf die Schwächung der Strahlung in einem Körper 1 beziehen. Das Abtastgerät enthält eine Quelle 3, die einen Strahlungsfächer 4 durch den Körper 1 schickt, und Detektoren 5, die die Strahlung empfangen. Die Ausgangssignale werden in Schaltungen 6 vorverarbeitet und dort beispielsweise in logarithmische und digitale Form umgesetzt so daß sie Meßwerte der Dämpfung der Strahlung darstellen, die diese entlang von Wegen durch den Körper erfahren hat Die diese Meßwerte darstellenden Signale werden dann in Schaltungen 7 verarbeitet, um die gewünschte Rekonstruktion der Verteilung der Schwächung in der untersuchten Querschnittsscheibe zu erzeugen. Die verarbeiteten Signale, die nun Schwächungswerte für Elemente der Matrix darstellen, werden in Schaltungen 8 einer weiteren Verarbeitung unterzogen, um sie in kompatible Form für eine gewählte Anzeigeeinheit 9 zu bringen. Die vorliegende Erfindung befaßt sich jedoch primär mit dem Aufbau der Verarbeitungsschaltungen 7, so daß die anschließende Verarbeitung für die Anzeige nicht weiter erläutert wird.

Die Schaltungen 7 erfordern eine Information, die die Phase der umlaufenden Abtastbewegung angibt. Aus diesem Grunde ist das Gerät mit einer Stricheinteilung 10 (nur teilweise dargestellt) versehen, die mit einer Fotozelleneinheit 11 zusammenwirkt und die Verarbeitungsschaltungen 7 mit Signalen versorgt, die orbitale Schritte ρ darstellen.

Die Verarbeitung kann nach dem in der DE-OS 24 20 500 beschriebenen Könvölütiöns- öder Fältungsverfahren erfolgen. Bei der nachfolgenden Beschreibung ist angenommen, daß die Signale sich auf Gruppen von Wegen beziehen und die Signale jeder Gruppe durch Subtraktion vo.i Beiträgen anderer Signale derselben Gruppe modifiziert und interpoliert oder »expandiert« worden sind. Durch die Interpolation werden zusätzliche Signale erzeugt, die sich auf Wege beziehen,

die zwischen aufeinanderfolgenden Paaren von Wegen liegen, die zu den ursprünglichen Signalen gehören. Es gibt daher in jeder Gruppe mehrere Signale, die sich auf eine ausreichend große Zahl von in einem Fächer verteilten Wegen beziehen, die von einem Fokus ausgehen, der eine ortsfeste Strahlungsquelle oder ein durch Abtastung seine Position verändernder Fokus (DE-OS 28 36 224) sein kann. Der Fokus kann auch ein einzelner Detektor sein, der auf eine Anzahl von im Laufe der Abtastung eingenommenen Positionen der Quelle 7 (DE-OS 27 09 600) sieht. Die Verteilung der Signale erfolgt auf Speicherstellen, die Matrixelementen entsprechen, nach einer Arbeitsweise, die als »Rückprojektion« (back projection) bekannt ist. Es sei bemerkt, daß bei Modifizierung der Signale gemäß einer sogenannten Faltungsfunktion für parallele Strahlenwege, die Verwendung von Signalen für eine in einem Fächer verteilte Gruppe von Strahlenwegen eine zusätzliche Modifizierung jedes Signals bei seiner Rückprojektion gemäß einer Funktion von D₁ dem Abstand des jeweiligen Elementes vom Fächerfokus erfordert. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise ist die Funktion proportional 1/D^J, und eine weitere Modifikation ist erforderlich, die von dem Kosinus des Winkels abhängt, den der Strahlenfächer mit der Halbierenden des Fächers bildet. Die Theorie der Modifizierung bei fächerförmiger Verteilung der Strahlenwege ist u. a. in der erwähnten Druckschrift »Reconstruction Using Divergent — Ray Shadowgraphs« beschrieben.

Ein Gesichtspunkt der für die Rückprojektion erforderlichen Verarbeitung läßt sich deutlich bei Betrachtung des einfacheren Falles der Rückprojektion von Signalen für parallele Strahlenwege erkennen. Zum Zwecke der Erläuterung zeigt F i g. 2 eine vereinfachte Darstellung der Geometrie für diesen Fall. In F i g. 2 ist ein Teil der kartesischen Matrix von elementaren Bereierforderlichen Wichtungswerte zu gewinnen, werden die Signale interpoliert, um Zwischenwerte zu erzeugen, die zu angenommenen interpolierten Strahlen gehören, deren Mittellinien zwischen den Mittellinien der tatsächlichen Strahlen liegen. Es wird eine ausreichende Zahl von interpolierten Werten erzeugt, um sicherzustellen, daß ein angenommener oder tatsächlicher Strahl zumindest dicht an der Mitte jedes Matrixelementes vorbeiläuft. In F i g. 2 sind die Positionen der interpolierten Mittellinien 14 als kurze Striche dargestellt. Die Interpolation kann nach einer geeigneten Interpolationsfunktion durchgeführt werden.

Die Signale können den Speicherstellen in jeder gewünschten Reihenfolge zugeführt werden, jedoch ist es zweckmäßig, eine Reihenfolge vorzusehen, die auf die verwendeten elektronischen Schaltungen abgestellt ist. Dabei sollte die Rückprojektion jeweils in eine definierte Gruppe von Speicherstellen erfolgen, die beispielsweise aus einer Reihe, einer Spalte oder auch einer Diagonalen der Matrixelemente besteht. Beispielsweise erhält jede Speicherstelle, die in F i g. 2 der oberen Reihe der Mittelpunkte 12 von Elementen entspricht, von der dargestellten Gruppe von Strahlen einen Wert für den entsprechenden angenommenen, jeweils durch eine gestrichelte Linie 15 dargestellten Strahl, der durch eine der Positionen 14 hindurch geht.

Die Gruppe der interpolierten Signalwerte wird zeitweilig an entsprechenden Speicherstellen eines Speichers für die interpolierten Signale in der Schaltung 7 (nach Modifizierung und Interpolation) gespeichert, und die Rückprojektion schließt ein schrittweises Durchlaufen der gespeicherten Werte für eine Gruppe von einem willkürlichen Punkt und die Übertragung der Signale von dem Speicher für die interpolierten Signale zum Matrix-Speicher ein. Wenn das schrittweise Durchlaufen an einem willkürlichen Ursprung 0 beginnt, vorzugs-

Cucii in uciu £ü üiiicisUCiiciiucii ivGi μ6ι ι uäfgcatcuu ii5 wciSc um RmäiiuiiSiiiuicipüi.'ki dcS AuiäStgciäiS 2,

ist angenommen, daß jeder elementare Bereich aus einem massiven Element mit rechteckigen Seiten besteht, wobei die Elemente durch ihren Mittelpunkt 12 bezeichnet sind, jedem Punkt 12 ist eine entsprechende Speichersielle in einem sogenannten Matrix-Speicher zugeordnet, in dem die Darstellung zusammengestellt werden seil, und die Signale müssen in dem Speicher gemäß der nachfolgend beschriebenen Weise sortiert werden.

Die Matrixelemente haben einen Abstand m voneinander und werden von Strahlen durchsetzt, die durch ihre Mittellinien 13 bezeichnet sind. Die Strahlen können eine Breite aufweisen, die gleich dem Abstand zwischen ihren Mittellinien ist, sie können einander aber auch überlappen, öei einer einzelnen Untersuchung durchsetzen Strahlengruppen der dargestellten Art den Körper bei zahlreichen unterschiedlichen Orientierungen. Die dargestellte Gruppe ist zu den Matrixreihen unter einem Winkel Φ geneigt. Die Rückprojektion erfordert, daß für jede Speicherstelle die unter Heranziehung anderer Strahlen modifizierten Absorptionsdaten für alle Strahlen — und zwar für einen in jeder Gruppe — deren Mittellinien durch das entsprechende Matrixelemente verlaufen, summiert werden. Wenn die Mitte eines Elementes tatsächlich von einem Strahl, der hier als Mittellinie dargestellt ist, geschnitten wird, wird das modifizierte Schwächungssignal mit vollem Gewicht zugeführt. Wenn die Mittellinie jedoch nicht durch die Mitte eines Elementes verläuft, wird das modifizierte Schwächungssignal mit einem Gewicht (kleiner als eins) zugeführt, das von dem Abstand der Mittellinie des Strahls von der Mitte des Elementes abhängt Um die dann werden nach einer anfänglichen Einstellung die Adressen des Matrix-Speichers schrittweise durch die Schaltung in gleichen Inkrementen oder Stufen von m Einheiten durchlaufen, und dies gilt für jede Matrixreihe oder Matrixspalte. Um den schrittweisen Durchlauf aufrechtzuerhalten, müssen die Adressen in dem Speicher für die interpolierten Signale Schritte über gleiche Inkremente 16 von m cos Φ ausführen. Die Größe von cos Φ ist das Verhältnis des Abstandes zwischen den Mitten benachbarter Matrixelemente und den Abständen zwischen den Mittellinien der durch die expandierten Signale dargestellten Strahlen. Diese Größe ändert sich für eine andere Gruppe von Strahlenwegep die unter einem unterschiedlichen Winkel Φ orientiert ist, jedoch ist sie zumindest für eine Gruppe konstant und braucht nur bei einer Änderung der Gruppe neu berechnet zu werden. In der Praxis wird ein Wert für cos Φ von einem Speicher in der Schaltung 7 zur Verfügung gestellt, der so organisiert ist, daß er als Nachschlagetabelle für einen Wert von Φ arbeitet der von Sensoren des Computer-Tomographen erzeugt wird. Bei jeder Stufe wird das entsprechende Signal von der laufenden Adresse in einem Speicher zur laufenden Adresse des anderen Speichers übertragen.

Das insoweit beschriebene Verfahren für parallele Gruppen von Strahlenwegen ist in der Praxis in Computer-Tomographen der Anmelderin mit Erfolg eingesetzt

es worden. Es wird daher ein ähnliches Verfahren verwendet, wenn die Gruppen der Strahlenwege fächerförmig verteilt sind.
F i g. 3 zeigt die vereinfachte Geometrie der Fächer-

anordnung mit der gleichen Matrix von Elementen der Bereiche, die durch die Mittelpunkte 12 dargestellt sind, und die von einer fächerförmigen Verteilung der Strahlen, die sich von einem Fokus 18 zwischen Begrenzungen 17 über einen Winkel α erstrecken, geschnitten werden. Der Interpolationsprozeß ist der gleiche wie bei parallelen Gruppen, jedoch wird nun eine Gruppe von modifi>;rten und interpolierten Absorptionssignalen erzeugt, die gleichwinklig auf einem Bogen 14 um den Fokus 18 angeordnet sind und sich auf ihre entsprechenden tatsächlichen oder angenommenen Strahlen beziehen, wobei zu bemerken ist, daß wie bei den anderen Figuren aus Gründen der Übersicht und Klarheit die Anzahl der Absorptionsmessungen und der Matrixelemente im Vergleich zu den tatsächlichen Werten stark reduziert ist.

Das Verfahren zur Rückprojektion der Signale zum Matrix-Speicher ist im wesentlichen das gleiche wie im Fälle der ⁿsrslie!en Gruⁿⁿen, 'edoch sind für "leiche auf RGH^Sz\ii AGHPB cnt\siP.^a von Radien ⁿro'iziert

projizieren, die parallel zur Matrixreihe und tangential zu RGQWS verläuft, wobei zu berücksichtigen ist, daß bei dem tatsächlichen Verfahren auf elektrische Signale in Simulation der beschriebenen geometrischen Verfahren eingewirkt wird. Die Linie AGHPB hat einen Abstand Y vom tatsächlichen oder virtuellen Fokus 18 des Fächers, und der Winkel Φ eines Strahls wird definiert durch seinen Winkelabstand zur Linie vom Fokus 18 zum Punkt G. Der Winkel y ist der Winkel zwischen der Mittellinie eines Strahls und der Mittellinie 19 des Fächerwinkels λ. Bei diesen Definitionen erfolgt die Rückprojektion in gleicher Weise wie anhand der F i g. 3 beschrieben, wobei jeder aufeinanderfolgende Schritt entlang der Orte mit interpoliertem Wert auf dem Bogen RGHQS einen Zugriff zu den Arkus-Tangens-Tabellen erfordert, da GQ = arctang (X/Y)isi. Zwei weitere Bedingungen sind jedoch zu erfüllen. Die erste besteht darin, daß alle interpolierten Signale für Strahlenwege

Adressierschritte entlang der Matrixreihe die Adressierschritte für den Speicher für die interpolierten Signale unterschiedlich in bezug auf den Winkel Θ, der den Winkel eines angenommenen oder tatsächlichen individuellen Strahls zu den Matrixspalten darstellt. Es ist ersichtlich, daß mit größer werdender Entfernung vom Ursprung 0 jeder aufeinanderfolgende Schritt hinsichtlich der Anzahl der Signalwerte 14 kleiner wird. Wenn die Adressen im Speicher für interpolierte oder expandierte Signale durch Werte von θ identifiziert werden, was zweckmäßig ist, dann kann für ein Matrixelement x_o + ι m von 0 der richtige interpolierte Wert, der ausgewählt und der entsprechenden Speicherstelle in dem Matrix-Speicher zugeführt werden soll, bestimmt werden durch die Gleichung

Φ = tang

+ η m)/y] von Null.

Dies kann wie zuvor mit Hilfe eines Speichers geschehen, der so organisiert ist, daß er als Nachschlagetabelle arbeitet, jedoch muß bei jedem Schritt ein Zugriff zum Arkus-Tangens-Speicher erfolgen (da die Gleichung von η und der Anzahl der Schritte abhängt) und dies ist ein zeitraubendes Verfahren.

In der Praxis wird die Rückprojektion für eine Reihe von Matrixelementen durch Steuerung einer Schaltung bewirkt, die wiederholt betätigt wird, um die Signale in geeigneter Weise für jede Reihe und jede Gruppe von Strahlenwegen zu leiten. Bei dem beschriebenen Ablauf werden die Verbindungen der Verarbeitungsschaltungen so reorganisiert, daß ein Zugriff zu den Nachschlagetabellen für den Arkus-Tangens nur einmal zur Rückprojektion einer Gruppe auf alle Speicherstellen des Matrix-Speichers erforderlich ist und nicht für jede Speicherstelle.

F i g. 4, die dazu dient, die der Erfindung zugrundeliegenden geometrischen Überlegungen zu erläutern, zeigt einen Strahlungsfächer mit einem Winkel α und einer Mittellinie 19. Wie in F i g. 3 können die modifizierten und interpolierten Signale als zugehörig zu Strahlenwegen angesehen werden, die mit gleichem Abstand entlang einem Bogen RGQWS angeordnet sind. Wie zuvor erwähnt wurde, kann dieser Bogen eine Reihe von Detektoren darstellen, wobei das Zentrum des Bogens die Röntgenquelle 18 ist Es ist erwünscht, daß die interpolierten Signale in Speicherstellen rückprojiziert werden, die Matrixelementen 12 entsprechen, von denen drei Reihen dargestellt sind. Es wird vorgeschlagen, zunächst die Signale auf eine Linie AGHPB zu werden, die von dem Fokus 18 ausgehen, und zwar nicht nur jene, die durch eine Reihe von Matrixelementen verlaufen. Die zweite Bedingung besteht darin, daß die Orte, auf die sie projiziert werden, auf AGHPB einen gleichmäßigen Abstand aufweisen, obwohl die gleichwinkeligen Projektionslinien nicht einen solchen gleichen Abstand besitzen.

Somit ergibt sich, daß für den Abschnitt GH, wo der kleine Bogen für JiP einer geraden Linie angenähert ist, die Orte auf der Linie mit ausreichender Genauigkeit den gleichmäßig verteilten Orten auf dem Bogen entsprechen. Sie werden dann auf A—B mit gleichem Abstand ausgedehnt. Die Projektion wird so durchgeführt, daß für jeden Ort auf AGHPB das interpolierte Signal ausgewählt wird, das dem Strahl entspricht, der entlang dem nächsten gleichwinkligen Radius projiziert wird. Dieses für eine begrenzte Zahl von interpolierten Werten (a—e) zwischen <?und Wgezeigte Verfahren bedeutet, daß an den Enden von AGHPB verschiedene Orte den gleichen Wert empfangen. Aus diesem Grunde wird das Verfahren als »Streckung« bezeichnet.

Nachdem die interpolierten Signale auf AGHPB projiziert worden sind, werden sie dann in die Speicherstellen des Matrix-Speichers rückprojiziert, die den Elementen der parallelen Matrixreihen entsprechen. Bei dieser Rückprojektion werden in üblicher Weise nur die gestreckten Werte für den angenommenen Strahl, der jedem Matrixelement am nächsten ist, rückprojiziert.

Die Rückprojektion sieht wie zuvor ein stufenförmiges Durchlaufen der Adressen im Matrix-Speicher in gleichen Inkrementen entlang der Matrixelemente und ein gleiches stufenförmiges Durchlaufen entsprechend den Adressen in dem Speicher für die »gestreckten« Signale in Inkrementen von A nach B vor, wobei die geeigneten Werte übertragen werden. In diesem Falle entspricht jedoch der Abstand der Matrixelemente in irgendeiner Reihe gleichen Zahlen von Schritten entlang AGHPB. Obwohl für unterschiedliche Matrixreihen unterschiedliche Zahlen von Schritten vorgesehen sind, besteht die erforderliche Änderung lediglich im Verhältnis des Abstandes der Reihe entlang der Linie vom Fokus 18 zum Punkt G.

Es ist ersichtlich, daß die Wirkung der Streckung der Detektorausgangssignale auf AGHPB und die anschließende Rückprojektion entlang von Matrixreihen darin besteht, daß ein Zugriff zu den Arkus-Tangens-Nachschlagetabellen für jedes interpolierte Signal nur einmal erforderlich ist, daß die Schritte für jede Matrixreihe den gleichen Wert haben und die Schritte von einer

Matrixreihe zur nächsten für eine Gruppe von Strahlen innerhalb des Fächers in einem einfachen Verhältnis stehen.

F i g. 4 zeigt zwar nur eine Gruppe von Strahlen innerhalb eines Fächers, jedoch sei bemerkt, daß Signale für viele solcher Strahlengruppen auf dieselbe Linie AGHPB, die nls Streckungslinie bezeichnet werden kann, gestreck» werden. Wenn die Fächermittellinie 45° von der Senkrechten zur Streckungslinie überschreitet, wird eine neue, um 90° versetzte Streckungslinie verwendet, und die Rückprojektion erfolgt auf die Matrixspalten. Im Bedarfsfall kann eine mittlere Streckungslinie verwendet werden, um eine Rückprojektion in Speicherstellen zu bewirken, die einer Diagonale in der Matrix entsprechen. Der wesentliche Gesichtspunkt besteht darin, daß für jede Folge von Speicherstellen, in die Signale rückprojiziert werden sollen, die Strekkungslinie parallel zu dieser Reihenfolge verläuft. Obwohl in F i g. 4 die Streckungsünie außerhalb der Matrix der Elemente dargestellt ist, besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Streckungslinie aus einer solchen Reihe, Spalte oder Diagonalen, die vorzugsweise zentral zur Matrix verläuft. Es sollte auch erwähnt werden, daß es wichtig ist, daß die modifizierten Werte vor der Streckung interpoliert und auf Bogen wie RGHQS expandiert werden und keine Expandierung auf die Streckungslinie erfolgt.

Während die Fig.2—4 lediglich einfache Beispiele für die Geometrie der Anordnung darstellen, zeigen die F i g. 5a und 5b, die nachfolgend in Verbindung mit F i g. 4 erläutert werden, eine tatsächliche Schaltung zur Durchführung der Organisation von Signalwegen für Signale einer Folge von fächerförmigen Gruppen von Strahlenwegen innerhalb des erforderlichen Winkels einer Streckungslinie. Dabei wird die Folge mit einer neuen Streckungsünie erneut begonnen, wenn θ einen bestimmten Wert überschreitet. Aufeinanderfolgende Gruppen von Signalen entsprechen benachbarten fächerförmigen Gruppen von Strahlenwegen, deren Mittellinien 19 jeweils einen Winkelabstand ρ voneinander haben. Die Werte von ρ werden für jede Gruppe von der Fotozelleneinheit erzeugt, die die laufende Abtastposition angibt.

Es ist angenommen, daß die interpolierten Werte für Strahlenwege entlang der Linie RGHQS gelten, die bei R beginnen und tatsächlich in einem Speicher 20 gespeichert sind. Jeder Wert entspricht einem Wert von Θ, das die Neigung des jeweiligen Strahls zur Senkrechten auf die Streckungslinie ist. Somit sind die Werte von θ in F i g. 4 zwischen R und G negativ. In der Schaltung ist θ jedoch als bö6 + ρ definiert, wobei δθ der Schritt zwischen benachbarten Strahlenwegen ist, und b hat den Wert Null bei R und den Wert N bei S. Die Signale im Speicher 20 können somit wie folgt als b-Werte bezeichnet werden: bo,b\...bN-

Die Signale sind auf die Streckungslinie AGHPB zu strecken, indem sie in den Speicher 21 an Stellen eingegeben werden, die Positionen auf der Streckungslinie mit einem Abstand Os entsprechen. Jede Position hat einen Abstand X vom Punkt G, wobei

X = Xo + kos

ist, so daß X in Abhängigkeit von den Stufen des ganzzahligen Wertes k in Stufen von 0—Mdurchlaufen wird. In gleicher Weise sind die Signale an Stelle»!·, die mit ka—ku bezeichnet werden können.

Die Anordnung ist so getroffen, daß k in regelmäßigen Stufen von / bis B durchlaufen wird und die Stufen bei b von 0—/Vvon den Änderungen von k abhängen. Das Signal am Ort des laufenden b-Wertes im Speicher 20 wird zu der Stelle im Speicher 21 übertragen, die den laufenden jfc-Wert besitzt.

Wie zuvor erwähnt wurde, werden einige expandierte Signale mehr als einmal als gestreckte Signale verwendet, und daher erfolgt bei b nicht jedesmal ein schrittweiser Durchlauf, wenn dies bei k der Fall ist.

ίο Fig.5a zeigt eine Schaltung zur Ableitung von Steuersignalen, die die Übertragung von Detektorausgangssignalen nach der Interpolation steuern. Ein Zähler 22 hält den laufenden Wert von k. Für jede Gruppe von Signalen gibt es ein bestimmtes x_o, das von einem Speieher 23 in Abhängigkeit vom /> Eingang von 11 zugeführt wird, so daß die Gruppe identifiziert wird. Durch Kombination der Eingänge von 22 und 23 bestimmt eine Einheit 24 den laufenden Wert X = x_o + k as. Dieser Wert wird zusammen mit dem Wert von Y, der für das Gerät vorgegeben ist und in einem Nur-Lese-Speicher 25 gespeichert ist, einer Divisionsschaltung 26 zugeführt, die den Ausgang A/Verzeugt. Eine Einheit 26, die als Nachschlagetafel organisiert ist, erzeugt aus dem A/V-Eingang arctang X/Y. Hierdurch wird der Winkel des angenommenen Strahlenweges angegeben, der durch den laufenden gestreckten Punkt verläuft. Der laufende Wert b wird in einem Zähler 27 gehalten, und eine Einheit 28, der der Wert von b zugeführt wird, erzeugt den entsprechenden Wert für θ = b δθ + p.

Eine Einheit 29 vergleicht diesen Wert mit arctang X/Y und gibt das Ergebnis an eine Einheit 30. Die Einheit 30 stellt ein Minimum am Ausgang der Einheit 29 fest und instruiert den Zähler 27, den Wert von b zu ändern, bis dies erreicht ist. Solche Anordnungen sind bekannt.

Wenn das Minimum erreicht ist, stehen die entsprechenden Werte von b und k am Ausgang 31 der Einheit 30 an.

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tektorausgangssignale verarbeiten, wobei die Werte für b und A: einem Adressenwähler 32 zugeführt werden, der

die Übertragung von entsprechenden Stellen im Speicher 20 zum Speicher 21 bewirkt.

Der nächste Schritt ist die Projektion der Signale auf Stellen im Matrix-Speicher 33, die den Matrixelementen entsprechen. In der Praxis sind natürlich viel mehr Stel-

len vorhanden als in F i g. 5b angegeben sind. Die Übertragung ist dabei die gleiche wie zuvor für die Speicher 20 und 21 beschrieben wurde, mit Ausnahme, daß der Speicher 33 zweidimensional ist, d. h. daß er Speicherstellen enthält, die den Elementen der in dem interessierenden Körperbereich angenommenen kartesischen Matrix entsprechen. Ein weiterer Zähler 34 durchläuft wie zuvor schrittweise k (aber unabhängig und im Anschluß an 22). Das Problem besteht dann darin, einen Wert von Jt für jeden Ort eines Matrixelementes zu finden, der einem gestreckten Signal für einen dort hindurchlaufenden Strahlenweg entspricht Ein Adressenwähler 35 wählt einen Matrixort im Speicher 33 aus, der durch eine Reihennummer r und eine Spaltennummer π identifiziert wird. Der Adressenwähler 35 ist voreingestellt, um eine Reihe schrittweise zu beaufschlagen und dann zum Ausgangspunkt für die folgende Reihe zurückzukehren. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß jede Reihe einen unterschiedlichen Wert von m_o besitzt (der Abstand des ersten Ortes zum Strahl von 18 durch R und A). Ein Speicher 36 liefert den Wert von .77ο vor. jedem r. Wie bereits erwähnt wurde, haben die Matrixelemente einen Abstand m, so daß jedes Element durch m_Q + m η identifiziert ist. Eine Multiplikationsschaltung 37 er-

11

zeugt dki Produkt η χ τη vom n-Eingang, und eine Additionsschaltung 38 erzeugt W₀ + m n. Tatsächlich haben die Matrixelemente einen konstanten Abstand, je "och divergieren die Strahlenwege. Um somit eine Beziehung zu den Streckungspunkten k zu schaffen wird ein Faktor benötigt, der das Verhältnis des Abstandes Y zur Reihennummer r darstellt (das der mittlere Radius vom Fokus 18 ist). Dies wird durch eine Divisionsschaltung 39 bewirkt, und eine Multiplikationsschaltung 40 multipliziert den Ausgang der Schaltung 38 mit diesem Faktor.

Der Ausgang der Schaltung 40 stellt die Quantität dar, die ein Maß für den tatsächlichen oder angenommenen Strahl durch das Matrixelement ist, die mit k verglichen werden kann, um die genaue Stelle im Speicher 21 zu identifizieren. Wie zuvor werden sie in einer Vergleichsschaltung 41 verglichen und ein Minimumdetektor 42 bringt k auf den erforderlichen Wert. Wenn der richtige k-Wert gefunden worden ist, stellt der Adressenwähler 43 den entsprechenden Datenwert im Speieher 43 fest und führt ihn dem Speicher 33 zu. Der Adressenwähler 43 instruiert ferner den Adressenwähler 35, auf eine neue Matrixstelle überzuwechseln.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Streckungslinie um 90° gedreht wird, wenn die Mittellinie des Fächers Winkel von 45°, 135°, 255° und 315° zur Senkrechten zur Streckungslinie während des Betriebes einnimmt Die Schaltung 7 enthält Mittel zur Umschaltung der Steueradressenschaltungen für Reihen und Spalten, wenn sich de;· Winkel der Strekkungslinie ändert. Diese Umschaltmittel sind nicht dargestellt.

Wie zuvor erwähnt wurde, stellt die beschriebene Rückprojektion eine Stufe der Verarbeitung dar, die von der Schaltung 7 in Fig. 1 durchgeführt wird. Die genaue Ausbildung der Schaltungen für den Ablauf der Arbeitsweise ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt sondern kann variiert werden, um die Schaltungen oder andere bei der Verarbeitung eingesetzte Möglichkeiten an die Gegebenheiten anzupassen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Computer-Tomograph mit einer Schaltung zur Verarbeitung elektrischer Signale, die sich auf die Schwächung beziehen, die Röntgenstrahlung beim Durchqueren jedes von zahlreichen linearen Wegen durch eine Querschnittsscheibe eines untersuchten Körpers erfährt, wobei der Tomograph die Signale in Gruppen zuführt, die sich auf Gruppen von Wegen beziehen, wobei die Wege jeder Gruppe von einem Brennpunkt ausgehend divergieren und der Brennpunkt für jede Gruppe unter einem anderen Winkel in bezug auf die Querschnittsscheibe angeordnet ist, wobei ferner die Signale in jeder Gruppe in der erforderlichen Weise durch Signale ergänzt werden, die durch Interpolation zwischen den zuerstgenannten Signalen gebildet werden, um die Schwächung für nicht gemessene divergierende Wege darzustellen, wobei das Gerät zur Verarbeitung einen Matrixspeicher mit zahlreichen Speichersteilen enthält, von denen jeweils eine einem von zahlreichen elementaren Bereichen des Körpers zugeordnet ist, wobei die elementaren Bereiche rechteckförmig in der Querschnittsscheibe angeordnet sind, und wobei Schaltungen vorgesehen sind, um Beiträge von den gemessenen und interpolierten Signalen, die sich auf Wege beziehen, die die entsprechenden elementaren Bereiche des Körpers durchqueren, auf die entsprechenden Speicherstellen der Matrix zu verteilen, liidurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen zum Verteilen enthalten: