DE3531741A1

DE3531741A1 - Tomographiegeraet

Info

Publication number: DE3531741A1
Application number: DE19853531741
Authority: DE
Inventors: Shigeo Mitaka Tokio/Tokyo Nakamura; Kiichiro Hino Tokio/Tokyo Uyama
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1985-09-05
Publication date: 1986-03-06
Also published as: DE3531741C2; US4907157A

Description

Die Erfindung betrifft ein Tomographiegerät für die zerstörungsfreie Untersuchung oder Prüfung industrieller Erzeugnisse und insbesondere ein rechnergestütztes Tomographiegerät oder CT-Gerät mit unabhängig bewegbaren Strahlungs-Erzeuger/Meßsystemen.

Rechnergestützte Tomographen (CT) werden üblicherweise für medizinische Zwecke zur Gewinnung eines Tomographiebilds bzw. einer Körperschichtaufnahme eines menschlichen Körpers oder für industrielle Zwecke zur zerstörungsfreien Prüfung verschiedener Objekte eingesetzt. Derartige Geräte sind in den US-PSen 4 075 492, 4 138 721, 4 149 247, 4 280 178, 4 293 912 usw. beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.

Im allgemeinen ist ein Abtaster-Hauptteil eines solchen Geräts in einem bestimmten Abtast(er)raum aufgestellt oder festgelegt. Das zu untersuchende Objekt oder Prüfobjekt muß daher in diesen Raum verbracht werden. Demzufolge sind Art, Größe und/oder Gewicht des Prüfobjekts Einschränkungen unterworfen. Darüber hinaus muß ein Röntgenstrahlungs-Erzeuger/Meßpaar des Geräts nach einem bekannten Algorithmus zum Rekonstruieren eines Körperschnittbilds oder CT-Bilds unter einem Winkel, der zumindest der Summe aus 180° und dem Röntgenstrahl-Fächerwinkel entspricht, um das Prüfobjekt herum in Drehung versetzt werden. Selbst wenn das Prüfobjekt, z.B. ein Bauteil, in den Abtastraum verbracht werden kann, ist es daher häufig unmöglich, ein vollständig rekonstruiertes CT-BiId dieses Prüfobjekts zu gewinnen, weil sich eine Drehung des Erzeuger/Meßpaars über 180° als unmöglich erweist.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Tomographiegeräts, das durch praktische Einschränkungen, etwa bezüglich Art, Größe, Gewicht usw. des Prüfobjekts, unbeeinflußt ist.

AO

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Tomographiegerät umfaßt ein bewegbares Strahlungserzeugersystem und ein bewegbares Strahlungsmeßsystem, das von ersterem unabhängig angeordnet werden kann. Der (geometrische) Ort der Bewegung eines Strahlungserzeugungspunkts wird z.B. parallel zur Anordnung des Strahlungserzeugersystems justiert. Der Abstand zwischen den beiden Systemen wird nach einer vorgeschriebenen oder vorgegebenen Berechnung bestimmt. Die rechnergestützte Tomographieoder CT-Abtastung beginnt nach der Initialisierung der Strahlungs-Erzeuger/Meßsysteme, wobei Ptojektionsdaten des PrüfObjekts gewonnen werden. Sodann erfolgt eine Bildrekonstruktionsverarbeitung auf der Grundlage der gewonnenen Projektionsdaten nach einer sequentiellen Näherungsmethode, so daß damit ein CT-Bild des Prüfobjekts erzeugt wird.

Da bei diesem Tomographiegerät das bewegbare Strahlungsmeßsystem vom bewegbaren Strahlungserzeugersystem unabhängig und getrennt ist, kann ein CT-BiId eines großen PrüfObjekts auch dann gewonnen werden, wenn letzteres nicht bewegt werden kann und/oder ein Hindernis in seiner Nähe vorhanden ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf den mechanischen Teil eines Tomographiegeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des elektrischen Teils des Geräts nach Fig. 1,

Fig. 3 ein allgemeines Fließ- oder Ablaufdiagramm

zur zusammenfassenden Darstellung des Gesamtbetriebs des Geräts,

Fig. 4 eine Darstellung der geometrischen Beziehung zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt (n)

und dem -meßpunkt (m) beim Gerät nach Fig. 1,

Fig. 5 ein Fließ- oder Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Bildrekonstruktionsprozesses nach einer sequentiellen Näherungsmethode

auf der Grundlage vorverarbeiteter Daten,

Fig. 6 eine Darstellung von Einzelheiten des für die Verarbeitung nach Fig. 2 benutzten BiIdrekonstruktions-Prozessors,

Fig. 7 ein Fließ- oder Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Schaltungsbetriebs des Bildrekonstruktions-Prozessors nach Fig. 6,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Dimensionsbeziehung zwischen dem Strahlungsmeßpunkt (S) und dem Blenden- oder Feinloch (Schlitz) einer in Fig. 1 gezeigten Kollimatorscheibe zur Erläuterung einer Anfangskorrektur für

das Tomographiegerät,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der geometrischen Beziehung zwischen dem Strahlungserzeuger und dem Strahlungsmesser oder -meßfühler

zur Verdeutlichung der Messung oder Bestimmung einer Abweichung von der Parallellage zwischen dem Ort (locus) des Strah-

AX

lungsmeßpunkts (S) und der Linearanordnung des Strahlungsmessers,

Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der vollständig innerhalb des Abtastbereichs des Fächerstrahls befindlichen Lage des Prüfobjekts,

Fig. 11 eine Darstellung des Rekonstruktionsbereichs

zur Durchführung der sequentiellen Annäherung bei der Anordnung nach Fig. 10,

Fig. 12 eine Darstellung einer Anordnung, bei weleher ein Prüfobjekt teilweise über den Ab

tastbereich des Fächerstrahls hinausragt,

Fig. 13 eine Darstellung des Rekonstruktionsbereichs zur Durchführung der sequentiellen Annäherung bei der Anordnung nach Fig. 12,

Fig. 14 eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 15A eine perspektivische Darstellung eines bei

der Ausführungsform nach Fig. 14 verwendeten Lageanzeigers,

Fig. 15B eine perspektivische Darstellung einer für gQ die Ausführungsform nach Fig. 14 geeigneten

Laserliehtvorrichtung,

Fig. 16 eine schaubildliche Darstellung noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 17 eine Aufsicht auf den mechanischen Teil

eines Tomographiegeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 18 ein Blockschaltbild des elektrischen Teils der Ausführungsform nach Fig. 17,

Fig. 19A eine Darstellung der geometrischen Beziehung

zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt (S) und den einzelnen Strahlungsmeßpunkten von zweidimensionalen Strahlungsmessern oder -meßfühlern beim Gerät nach Fig. 17, 10

Fig. 19B eine Darstellung der geometrischen Beziehung nach Fig. 19A in der Ebene x-y,

Fig. 20 eine Darstellung der geometrischen Beziehung zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt (S)

und dem Strahlungsmesser beim Gerät nach Fig. 17,

Fig. 21 eine Darstellung einer anderen geometrischen Beziehung zwischen dem Strahlungserzeugungs

punkt und dem Strahlungsmesser in bezug auf die x-y-Ebene des (x,y,ζ)-Koordinatensystems gemäß Fig. 20,

Fig. 22 eine graphische Darstellung eines Beispiels

für die Abweichung zwischen dem Zentrum (P1-P4) jedes Meßfühlerelements und dem Meßpunkt (P),

Fig. 23 eine Darstellung der Art der Bestimmung des

Meßpunkts (P) durch Interpolation anhand der Daten der Meßfühlerelemente (Pl, P3, P4) gemäß Fig. 22,

Fig. 24A eine Aufsicht auf den mechanischen Teil

eines Tomographiegeräts gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

/til·

Fig. 24B eine Seitenansicht des mechanischen Teils nach Fig. 24A,

Fig. 2 5 eine perspektivische Darstellung eines Tomographiegeräts gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 26A eine Aufsicht auf den mechanischen Teil eines Tomographiegeräts gemäß noch einer

weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 26B eine Seitenansicht des mechanischen Teils nach Fig. 26A,

Fig. 27 ein Tomographiegerät gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 28 ein Tomographiegerät gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 29 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem

Strahlungserzeugungspunkt (Sn) und dem

Strahlungsmeßpunkt (Dm) zur Verdeutlichung insbesondere der Art und Weise, auf welche

Bilddaten μ . nahe der Bahn (des Strahlengangs) des Fächerstrahls I(m,n) abgegriffen werden,

Fig. 30 eine graphische Darstellung zur Erläuterung

der Art und Weise, auf welche Bilddaten μ*
auf der Fächerstrahlbahn anhand von benachbarten Bilddaten μα und μb gewonnen werden, und

Fig. 31 ein Fließ- oder Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Anwendung einer bekannten sequentiellen Näherungsmethode auf die Erfindung.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist ein Strahlungserzeugersystem 20 einem Strahlungsmeßfühlersystem 40 gegenüberstehend angeordnet. Ein Prüfobjekt 50, z.B. ein Abschnitt eines großen Bauteils, ist zwischen den Systemen 20 und 40 angeordnet. Die Lagenanordnung des Meßfühlersystems 40 ist dabei unabhängig von der Lagenanordnung des Erzeugersystems 20 wählbar.

Das Strahlungserzeugersystem 20 ist mit zwei parallel zueinander angeordneten Leitschienen 21a und 21b versehen, zwischen denen eine Abtastantriebs-Schraubspindel 22 angeordnet ist, welche zusammen mit den Leitschienen 21a, 21b einen Abtastnachführmechanismus (scan locus mechanism) 2OA bildet.

Das eine Ende des Mechanismus

2OA wird schwenkbar von einer drehbaren Welle oder Achse 2 3 eines Drehlagermechanismus 2OB getragen. Das andere Ende des Mechanismus 2ÖA ist mittels eines Lageneinstell-Trägers 2OC bewegbar geführt, so daß der Abtastnachführ- oder Abtastort -Mechanismus 2OA um die Achse 23 verdrehbar ist.

Der Drehlagermechanismus 2OB weist ein gegebenenfalls scheibenförmiges Basiselement 24 auf, von dessen Zentrum die Achse 2 3 nach oben ragt und das mit einem nicht dargestellten Hubmechanismus versehen ist, mit dessen Hilfe das Basiselement 24 aufwärts und abwärts bewegbar ist. Das Basiselement 24 ist auf einer Fixier-Konsole 2 5 montiert, durch welche der Mechanismus 2OB in einer vorgegebenen Höhenlage über einem Fußboden festgelegt ist, auf dem die Konsole ruht.

Der Lageneinstell-Träger 2OC umfaßt ein Basiselement 26, das einen quadratisch oder rechteckig ausgesparten Querschnitt besitzen kann. Das Basiselement 26, das ebenfalls mit einem Hubmechanismus versehen sein kann, ist so auf einer Fixier-Konsole 27 montiert, daß sich

der Mechanismus 2OC in einer vorgegebenen Höhe über dem Fußboden befindet. Zwischen der rechteckigen oder quadratischen Ausnehmung (square notch) des Basiselements 26 befindet sich eine Antriebs-Schraubspindel 30, die durch einen Ortskorrektur-Antrieb 29 in Drehung versetzbar ist. Außerdem erstreckt sich über die genannte Ausnehmung des Basiselements 26 eine parallel zur Schraubspindel 30 angeordnete Leitschiene 28.

Die Schraubspindel 22 ist durch einen Abtast-Antrieb 31 in Drehung versetzbar, der mit den Leitschienen 21a und 21b gekoppelt und bewegbar oder verschiebbar auf der Schraubspindel 30 geführt ist. Bei einer Drehung der Schraubspindel 30 wird somit der Abtast (ort)nachführ-Mechanismus 2OA verschoben bzw. verdreht. Die Zahl der Umdrehungen der Schraubspindel 22 wird durch einen Drehstellungsgeber 32 erfaßt. Die waagerechte Lage des Strahlungserzeugersystems 20 wird mittels eines Nivellierinstruments 33 überwacht.

Auf den Leitschienen 21a und 21b ist ein Abtaster-Rahmen 34 bewegbar geführt, der mit einem Strahlungserzeuger 35 z.B. in Form einer Röntgenröhre o.dgl. versehen ist. Der Rahmen 34 steht mit der Abtastantriebs-Schraubspindel 22 in Eingriff und kann durch den Abtast-Antrieb 31 mittels einer Drehung der Schraubspindel 22 längs der Leitschienen 21a und 21b verschoben werden.

Vorderhalb des Strahlungsauslasses des Strahlungserzeugers 35 befinden sich ein Bezugsdetektor 36 zur Messung der Strahlungsintensität und eine Kollimatorplatte oder -scheibe 37 mit einer Vielzahl von Feinlöchern (Lochblenden) oder Schlitzen, in jeweils vorgegebenen Positionen. Die Kollimatorscheibe 37 ist

mittels eines Kollimator-Antriebs verschiebbar. Wenn eine Anzahl von Parallelstrahlen (pencil beams) 39* zur Gewinnung eines Tomographiebilds oder CT-Bilds des PrüfObjekts 50 benutzt werden, fährt der Antrieb 38 die Kollimatorscheibe 37 derart hoch, daß sie in den Strahlengang der vom Strahlungserzeuger 35 erzeugten Fächerstrahlen 39 eingeführt ist. Wenn für die Untersuchung oder Prüfung die Fächerstrahlung benutzt wird, fährt der Antrieb 38 die Kollimatorscheibe 37 in Abwärtsrichtung aus dem Strahlengang heraus.

Das Strahlungs-Meßfühlersystem 40 ist mit einer Tragbasis 41 versehen, die eine vorbestimmte Länge längs des Prüfobjekts 50 aufweist und gegebenenfalls mit einem Hubmechanismus versehen sein kann. Die Tragbasis 41 ist in der Weise auf einer Fixier-Konsole 42 montiert, daß sich das Meßfühlersystem 40 in einer vorgegebenen Höhe über dem Fußboden befindet. An der Tragbasis 41 sind ein Strahlungs-Meßfühler 43 und ein Datensammler 44 montiert. Der Strahlungs-Meßfühler 43 besteht aus einer Vielzahl von Meßfühlerelementen, die jeweils die Intensität der gemessenen oder erfaßten Strahlung elektrisch in Strahlungsabsorptionsdaten umwandeln. Die umgewandelten Strahlungsabsorptionsdaten von jedem Meßfühlerelement werden durch den Datensammler 44 gesammelt. Die Tragbasis 41 ist weiterhin mit einem Nivellierinstrument 4 5 zur Überwachung der waagerechten Lage des Strahlungsmeßfühiersystems 40 versehen.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau des elektrischen Teils des Tomographiegeräts. Der Drehstellungsgeber 32, der Bezugsdetektor 36 und der Strahlungsmeßfühler 43 sind über den Datensammler 44 mit einem Mikrorechner oder einer Zentraleinheit (CPU) 51 verbunden. An die Zentraleinheit 51 sind weiterhin ein Bildrekonstruktions-Prozessor 55 und eine Kathoden-

Ag

strahlröhren-Anzeige 56 angeschlossen. Der Prozessor 55 kann eine an sich bekannte Einheit sein, wie sie z.B. in der JP-PS 53-96689 beschrieben ist. Das Ausgangssignal des Drehstellungsgebers 32 ist ein Impulssignal, das die Abtastposition des Strahlungserzeugers 35 angibt (und das der Zahl der Umdrehungen der Abtastantriebs-Schraubspindel 22 entspricht). Die Zentraleinheit 51 wird durch an einem Bedienpult 54 eingegebene Befehle angesteuert. Weitere Befehle vom Bedienpult 54 werden zu einer Mechanismus-Steuereinheit 52 und zu einer Strahlungs-Steuereinheit 53 geliefert. Die Mechanismus-Steuereinheit 52 überwacht oder bestimmt die Arbeitsweise des Ortskorrektur-Antriebs 29 und des Kollimator-Antriebs 38. Erforderlichenfalls steuert die Steuereinheit 52 die Aufwärts/Abwärtsbewegungen von Strahlungserzeugersystem 2 0 und Strahlungsmeßfühlersystem 40. Weiterhin nimmt die Steuereinheit 52 das Impulssignal vom Drehstellungsgeber 32 ab und steuert den Abtast-Antrieb 31 in der Weise, daß der Abtaster-Rahmen 34 nach Maßgabe des empfangenen Impulssignals verschoben wird.

Die Strahlungs-Steuereinheit 53 überwacht oder bestimmt den Betrieb des Strahlungserzeugers 35 derart, daß letzterer die Röntgenstrahlung kontinuierlich oder intermittierend liefert.

Vor Aufnahme des Betriebs der Anordnung nach Fig. 2 werden das Strahlungserzeugersystem 2 0 und das Strahlungsmeßfühlersystem 40 ungefähr parallel zur Längsrichtung des PrüfObjekts 50 angeordnet. Dabei werden beide Systeme 2 0 und 40 in eine vorgeschriebene Höhe über dem Fußboden gebracht. Diese Höheneinstellung kann auf herkömmliche Weise erfolgen. Beispielsweise ist (jeweils) ein Schraub- oder Schraubspindelelement für jedes Tragelement (nicht dargestellt) der Systeme 20 und 40 vorgesehen, das von Hand mittels einer nicht

dargestellten Kurbel o.dgl. drehbar ist. Wahlweise kann ein derartiges Schraubspindelelement an jeder der Fixier-Konsolen 25, 27 und 42 vorgesehen sein. 5

Ersichtlicherweise kann die genannte Höheneinstellung auch automatisch mittels herkömmlicher Servosteuerung erfolgen. Beispielsweise wird in diesem Fall ein nicht dargestellter Schraubspindel-Antriebsmotor, der mit dem erwähnten Schraubspindelelement gekoppelt ist, nach Maßgabe eines vorgegebenen, vom Bedienpult 54 zur Mechanismus-Steuereinheit 52 gelieferten Höheneinstellbefehls betätigt oder angesteuert, so daß sich die Höhenlage jedes Systems 20 und 4 0 der durch die Servosteuerung vorgegebenen Sollhöhe annähert.

Bei der erwähnten Höheneinstellung wird die waagerechte Lage von Erzeuger- und Meßfühlersystem 20 bzw. 40 mit Hilfe der Nivellierinstrumente 33 bzw. 45 so eingestellt, daß die den Verschiebungsort oder die Verschiebungsbahn des Strahlungserzeugers 35 einschließende Strahlungsebene die lineare Anordnung der Meßfühlerelemente im Strahlungsmeßfühler 43 passiert. Diese Einstellung kann ohne weiteres vorgenommen werden, wenn für die Nivellierinstrumente 33 und 45 zwei einander kreuzende Wasserwaagen oder Libellen verwendet werden.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß die beiden Systeme 20 und 40 relativ zum Fußboden schräggestellt sein können, sofern nur die erwähnte Strahlungsebene die linearen Meßfühlerelemente passiert oder schneidet.

Nach Abschluß der erwähnten Höheneinstellung wird eine Feinparalleleinstellung zwischen dem Strahlungserzeugersystem 20 und dem Strahlungsmeßfühlersystem 40

vorgenommen. Dies kann automatisch mittels einer Folgesteuerung eines Mikrorechners geschehen. Wenn beispielsweise ein Startbefehl der Folgesteuerung vom Bedienpult 54 zur Mechanismus-Steuereinheit 52 geliefert wird, aktiviert letztere den Kollimator-Antrieb 38, so daß die Kollimatorscheibe 37 in den Strahlengang der Fächerstrahlen 39 eingefahren wird. Dabei werden die Fächer strahlen 39 durch die Feinlöcher oder Schlitze der Kollimatorscheibe 37 in eine Vielzahl von Parallelstrahlen 39* umgewandelt, die sodann durch die jeweiligen Meßfühlerelemente des Strahlungsmeßfühlers 43 erfaßt werden.

Bei fortgesetzter Ausstrahlung der Mehrfach-Parallelstrahlen 39* wird der Strahlungserzeuger 35 von der einen Endstellung 35a auf den Leitschienen 21a und 21b zu deren anderer Endposition 35b durch Betätigung des Abtast-Antriebs 31 verschoben. Während dieser Ver-Schiebung des Strahlungserzeugers 35 liefert der Strahlungsmeßfühler 43 über den Datensammler 44 Strahlungsabsorptionsdaten zur Zentraleinheit (CPU) 51. Letztere speichert Daten für eine Strecke (£l gemäß Fig. 8) zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt (S) des Strahlungserzeugers 3 5 und der Kollimatorscheibe 37. Außerdem speichert die Zentraleinheit 51 Daten für den Teilungsabstand (dl gemäß Fig. 8) der Feinlöcher bzw. Schlitze der Kollimatorscheibe 37. Der Teilungsabstand (pitch) der Parallelstrahlen 39* kann anhand des Meßergebnisses für die Parallelstrahlen 39* mittels des Strahlungsmeßfühlers 43 berechnet werden.

Anhand der genannten Abstandsdaten, der Feinloch-Teilungsabstandsdaten und der Parallelstrahl-Teilungsabstanddaten läßt sich bestimmen, wie stark das Strahlungserzeugersystem 20 und das Meßfühlersystem 40 von einer genauen Parallelanordnung abweichen. Die Zen-

traleinheit 51 bestimmt dabei die Richtung der genannten Abweichung von der Parallelanordnung und berechnet die Größe der Abweichung, die während der Ver-Schiebung des Strahlungserzeugers 35 von der Position 35a zur Position 35b auftritt. (Dieser Vorgang wird anhand von Fig. 9 noch näher beschrieben werden.)

Die gewonnenen Daten für die Richtung und Größe der Abweichung von der Parallellage werden für die Feinparalleleinstellung zwischen Erzeuger- und Meßfühlersystem 20 bzw. 40 benutzt. Die Zentraleinheit 51 liefert, genauer gesagt, diese Parallel-Abweichdaten zum Bedienpult 54, so daß die Mechanismus-Steuereinheit 52 den Ortskorrektur-Antrieb 29 auf der Grundlage dieser Abweichdaten ansteuert. Durch den Antrieb 29 wird die Schraubspindel 30 in einer vorgegebenen Richtung entsprechend dem Inhalt der Abweichdaten in Drehung versetzt, so daß sich der Abtastort- oder Abtastnachführ-Mechanismus 2OA etwas um die Dreh-Achse 23 herum verdreht und damit die Größe der Abweichung von der Parallellage minimiert wird. Diese Verkleinerung der Abweichung wird fortgesetzt, bis die Genauigkeit der Parallelbeziehung zwischen den Systemen 20 und 40 zufriedenstellend ist.

Nach erfolgter Feinparalleleinstellung zwischen den Systemen 20 und 40 wird der Kollimator-Antrieb 38 durch die Mechanismus-Steuereinheit 52 angewiesen, die Kollimatorscheibe 37 in ihre Ruhestellung zurückzuführen. Da hierauf die Kollimatorscheibe 37 aus dem Strahlengang der Fächerstrahlen 39 herausbewegt ist, werden somit die Fächerstrahlen 39 und nicht die Parallelstrahlen 39* zum Strahlungsmeßfühler 43 abgestrahlt.

Hierauf erfolgt die Hauptabtastung zur Gewinnung des CT-Bilds des PrüfObjekts 50. Die Steuersequenz der

! η

Hauptabtastung undder Verarbeitung für die während der Hauptabtastung gesammelten Daten ist im allgemeinen Fließdiagramm gemäß Fig. 3 zusammengefaßt. Nach Einleitung des Betriebs des Geräts werden dabei die Strahlungsabsorptionsdaten bei der Traversalabtastung mittels der Röntgenstrahlung gewonnen (Schritt A). Die gesammelten Daten werden in an sich bekannter Weise vorverarbeitet (Schritt B). Die vorverarbeiteten Daten werden rekonstruiert (Schritt C). Sodann wird das CT-BiId des Prüf Objekts 50 anhand der rekonstruierten Daten gewonnen (Schritt D). Die genannten Schritte A-D umfassen im einzelnen folgendes:

A. Traversalabtastung und Datensammeln
Zunächst wird über das Bedienpult 54 ein Betrieb-Startbefehl· geliefert. Die Mechanismus-Steuereinheit 52 steuert den Betrieb des Abtast-Antriebs 31 nach Maßgabe dieses Befehls in der Weise, daß der Strahlungserzeuger 35 zunächst in der Abtastanfangsstellung 35a ausgerichtet wird. Diese Anfangslage des Strahlungserzeugers 35 wird durch den Drehstellungsgeber 32 erfaßt, und die Zentraleinheit (CPU) 51 wird über den Datensammler 44 von der erfaßten Anfangslage informiert. Hierauf liefert die Zentraleinheit 51 zum Bedienpult 54 eine Information dafür, daß sich der Strahlungserzeuger 35 in der Abtastanfangs- oder -start-Stellung 35a befindet. Daraufhin beschickt das Bedienpult 54 die jeweiligen Schaltungselemente 51 - 53 mit Befehlen zum Einleiten der Abtastung.

Nebenbei gesagt, kann nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne nach der Lieferung des Betrieb-Startbefehls das Bedienpult 54 die erwähnten Abtaststartbefehle liefern, ohne zu bestätigen, ob sich der Strahlungserzeuger 35 tatsächlich in der Abtastanfangsstellung 35a befindet oder nicht.

Das Bedienpult 54 ist, allgemein gesagt, mit einer Funktion zur Lieferung eines Befehls, der über die Betätigung durch eine Geräte-Bedienungsperson eingegeben wird, zu internen Schaltkreisen des Tomographiegeräts sowie mit einer Funktion zum Informieren der Bedienungsperson bezüglich der Betriebszustände oder -bedingungen der internen Schaltkreise über z.B. Anzeigelampen versehen. Das Bedienpult 54 dient somit als Schnittstelle für die Zentraleinheit 51 und die betreffenden Steuereinheiten 52 und 53. Die Zentraleinheit 51 steuert die internen Schaltkreise mit einem vorbestimmten Takt (timing) nach Maßgabe eines vorgegebenen, an die Zentraleinheit 51 angepaßten bzw. für diese vorgesehenen Folgesteuerungsprogramms, mit Ausnahme des durch die Bedienungsperson am Bedienpult 54 eingegebenen Betriebsstarts. (Offensichtlich kann das Bedienpult 54 die internen Schaltkreise auch nach Maßgabe eines anderen, für das Bedienpult 54 ausgelegten Folgesteuerprogramms steuern.)

Im folgenden ist ein Fall erläutert, in welchem das Tomographiegerät nach Maßgabe des Folgesteuerprogramms der Zentraleinheit 51 gesteuert wird. Wenn die Zentraleinheit (CPU) 51 einen Abtast-Startbefehl nach Maßgabe des Folgesteuerprogramms liefert, wird dieser Befehl über das die Schnittstelle bildende Bedienpult 54 zu den Steuereinheiten 5 2 und 53 übermittelt. Die Strahlungs-Steuereinheit 53 spricht auf diesen Befehl an und liefert einen intermittierenden oder kontinuierlichen Strom eines hohen Spannungspotentials zum Strahlungserzeuger 35, woraufhin letzterer Fächerstrahlen 39 zum Prüfobjekt 50 hin emittiert. Wenn andererseits der obige Befehl von der Mechanismus-Steuereinheit 52 abgenommen wird, liefert dieser eine bestimmte Antriebsenergie zum Abtast-Antrieb 31. Hierdurch wird die Abtastantriebs-Schraubspindel 22 mit gegebener Drehzahl in einer bestimmten Richtung

gedreht, so daß sich der Strahlungserzeuger 35 mit einer bestimmten (im allgemeinen konstanten) Geschwindigkeit von der Abtast-Startstellung 35a zur Abtast-Endstellung 35b verschiebt.

Die Drehung der Schraubspindel 22 wird durch den Drehstellungsgeber 32 erfaßt. Letzterer liefert daraufhin die Verschiebung des Strahlungserzeugers 35 angebende Impulssignale, die zum Datensammler 44 und zur Mechanismus-Steuereinheit 52 übertragen werden. Die Steuereinheit 52 bestimmt die Abtaststellung des Strahlungserzeugers 35 durch Zählung der Impulssignale vom Drehstellungsgeber 32. Durch diese Zählung erhaltene Abtaststellungs- oder -lagendaten werden über das Bedienpult 54 zur Zentraleinheit 51 übermittelt.

Bei Empfang der Impulssignale vom Drehstellungsgeber 32 integriert der Datensammler 44 in Übereinstimmung mit dem Erzeugungstakt der Impulssignale die Strahlungsabsorptionsdaten, die von den einzelnen Meßfühlerelementen im Strahlungsmeßfühler 43 erhalten werden. Anschließend liefert der Datensammler 44 die integrierten Absorptionsdaten zur Zentraleinheit 51.

Die Reihe oder Kette dieser Impulssignale gibt den Anfang und das Ende der im Datensammler 44 ausgeführten Datenintegration an. Die Zentraleinheit 51 ist mit einem nicht dargestellten Plattenspeicher zur sequentiellen oder fortlaufenden Speicherung der integrierten Absorptionsdaten in Synchronismus mit dem Erzeugungstakt der Impulssignale versehen.

Die einzelnen, im Datensammler 44 integrierten Daten stellen jeweils Daten dar, die von jedem der in Reihe angeordneten Strahlungserzeugungspunkte S (Fig. 4) erhalten werden. Dies ist deshalb der Fall, weil die Impulssignale vom Drehstellungsgeber 32, die dem Datensammler 44 zugeliefert werden, entsprechend der

Größe der Verschiebung des Strahlungserzeugers 35 erzeugt werden. Jeder der genannten Strahlungserzeugungspunkte S erscheint äquivalent an einem Zwischenpunkt des Verschiebungsschritts des Strahlungserzeugers 35, wobei dieser Verschiebungsschritt während der Periode jedes Integrationsvorgangs des Datensammlers 4 4 geformt wird.

Fig. 4 veranschaulicht die geometrische Beziehung zwischen jedem Strahlungserzeugungspunkt S und jedem Strahlungsmeßpunkt. In Fig. 4 zeigt die obere Linie die Lage bzw. den Ort des Punkts S des Strahlungserzeugers 35, der gleichmäßig in N Strahlungserzeugungspunkte S unterteilt ist, während die untere Linie die Anordnung des Strahlungsmeßfühlers 43 angibt, die gleichermaßen in M Strahlungsmeßpunkte unterteilt ist. Diese Strahlungsmeßpunkte befinden sich an den jeweiligen Zwischenabschnitten oder -Positionen der Meßfühlerelemente im Strahlungsmeßfühler 43.

Die einzelnen Strahlungsstrahlen 39 von den Erzeugungspunkten 1, 2, 3, ...., N treten durch das Prüfobjekt 50 hindurch. Dabei wird jeder durch das Prüfobjekt 50 hindurchtretende Strahl 39 von einem der Meßfühlerelemente des Strahlungsmeßfühlers 43 erfaßt. Ein Meßfühlerelement kann durch den Strahlungserzeugungspunkt und den Neigungswinkel des Strahls 39 definiert oder bestimmt werden.

Es sei angenommen, daß ein vom η-ten Strahlungserzeugungspunkt kommender Strahlungsstrahl (oder Strahlungsbündel) am m-ten Strahlungsmeßpunkt erfaßt bzw. abgegriffen wird. Der Strahlengang eines solchen Strahls ist dabei mit I(m,n) bezeichnet. In diesem Fall können Röntgenstrahlungsabsorptionsdaten Imn des Strahlengangs I(m,n) des Strahls durch den Erzeugungspunkt η und den Meßpunkt m spezifiziert werden. Die jeweiligen Strahlungsab-

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! Ti

sorptionsdaten Imn zwischen den einzelnen N Erzeugungspunkten und den einzelnen M Meßpunkten werden nämlich für jeden der Strahlungserzeugungspunkte 1, 2, 3, ..., N spezifiziert bzw. bezeichnet.

Nebenbei bemerkt, sind die waagerechte Verschiebung d zwischen dem Strahlungserzeuger 35 und dem Strahlungsmeßfühler 43 sowie der lotrechte Abstand R zwisehen Strahlungserzeuger 35 und Meßfühler 43 im Laufe der Feinparalleleinstellung zwischen den Systemen 20 und 40 bereits eingestellt (obtained) worden.

B. Vorverarbeitung der gesammelten Daten

Die gespeicherten integrierten Absorptionsdaten werden aus dem Plattenspeicher der Zentraleinheit (CPU) 51 ausgelesen. Diese ausgelesenen Daten werden zum Bildrekonstruktions-Prozessor 55 geliefert. (Der Innenaufbau des Prozessors 55 wird später noch näher erläutert werden.) Im folgenden ist die Vorverarbeitung der ausgelesenen Daten im einzelnen erläutert.

Die Vorverarbeitung umfaßt eine Versatz- oder Abweichkorrektur für jedes der Strahlungsmeßfühlerelemente, eine Empfindlichkeitskorrektur für jedes dieser Meßfühlerelemente, eine Kompensation für eine Änderung der Strahlungsintensität, eine logarithmische Umwandlung bzw. log-Umwandlung usw.. Die folgende Beschreibung bezieht sich nur auf die Vorverarbeitung der Absorptionsdaten Imn.

1) Versatz- oder Abweichkorrektur für die Meßfühlerelemente

Es sei angenommen, daß ein Ausgangssignal des Meßfühlerelements am Meßpunkt m, das in einem strahlungsfreien Zustand erhalten wird, gleich Iom ist. Die Versatz-korrigierten Daten Imn* entsprechen sodann:

Imn* = Imn - Iom ... (1)

2) Empfindlichkeitskorrektur für die Meßfühlerelemente Der Abstand oder die Strecke zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt η und dem Strahlungsmeßpunkt m sei mit Lmn, der zum Zeitpunkt der Korrektur erhaltene oder erreichte Abstand zwischen den Punkten η und m mit Lo und die Versatz-korrigierten Daten des Meßfühlerelements des Punkts m, die zum Zeitpunkt der Korrektur erhalten werden, mit Im* bezeichnet. Die für Empfindlichkeit korrigierten Daten lmn** entsprechen sodann:

_Imn** ₌ (Lmn/Lo)²'(Imn*/Irn*)«l<mn ... (2)

In obiger Gleichung bedeutet: Kmn = ein Korrekturkoeffizient bezüglich des Strahlungserzeugungspunkts η und des Strahlungsmeßpunkts m. Ein solcher Koeffizient Kmn ist nötig/ weil der Strahler oder das Strahlungsbündel vom Punkt η zum Punkt m im allgemeinen gegenüber der Linearanordnung der Meßfühlerelemente geneigt oder schräggestellt ist. Dieser Korrekturkoeffizient Kmn wird im voraus in einer Tabelle zusammengefaßt und im Speicher der Zentraleinheit 51 abgespeichert.

Die Daten Lo und Im* können, nebenbei bemerkt, auf dieselbe Weise wie die Daten Lmn und Imn* gewonnen oder abgeleitet werden, nur mit dem Unterschied, daß das Prüf objekt 50 bei der Gewinnung der Daten Lo und Im* bei der Korrekturoperation aus dem Strahlengang entfernt ist.

3) Kompensation für Strahlungsintensität
Für diese Kompensation werden die Ausgangsdaten vom Bezugsdetektor 36 benutzt. Hierbei seien die Versatzkorrigierten Daten eines Meßfühlerelements des Detektors 36, dessen Lage dem Strahlweg I(m,n) am nächsten liegt, mit IRmn* und der Empfindlichkeits-Korrekturfaktor für das genannte Meßfühlerelement mit (IRmn*)o

bezeichnet. Die für Strahlungsintensität korrigierten Daten Imn*** entsprechen sodann:

Imn*** = [(IRmn*)o/IRmn*]-Imn** ... (3) 5

Eine ähnliche Strahlungsintensitätskorrektur ist in der JP-OS 54-36837 (EMI) oder in der US-PS 4 069 422 beschrieben. Auf die Offenbarung dieser US-PS wird hiermit verwiesen.
10

4) Logarithmische Umwandlung (Log Conversion) Logarithmisch umgewandelte Daten Tm(m,n), d.h. vorverarbeitete Daten Tm(m,n), werden nach folgender Beziehung

trnCm,n) = - in(Imn***) ... (4)

erhalten oder gewonnen, und die so gewonnenen Daten ΐΐίπι,η), werden wieder in den Plattenspeicher der Zentraleinheit 51 eingespeichert. Die vorverarbeiteten Daten Tia(m,n) werden für jeden Strahlungserzeugungspunkt 1, 2, 3, ...., N ermittelt und sodann im Plattenspeicher der Zentraleinheit 51 in einer Tabelle zusammengefaßt (tabled).

C. Rekonstruktion der vorverarbeiteten Daten Nach Abschluß der Vorverarbeitung wird die Bildrekonstruktionsoperation ausgeführt. Dabei liest die Zentraleinheit 51 die vorverarbeiteten Daten rm(m,n) für jede Bildzelle (pixel) des CT-Bilds aus dem Plattenspeicher aus, und sie liefert die ausgelesenen Daten zum Bildrekonstruktions-Prozessor 55. In letzterem wird die Bildrekonstruktion auf der Grundlage einer sequentiellen Näherungsmethode ausgeführt. Ein ähnliches Verfahren ist in JP-OS 52-1274 (EMI) oder in der US-PS 3 867 634 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Bei dieser sequentiellen Näherungsmethode wird eine von einer Zuverlässigkeit

der Daten für den Strahlungs-Strahlenweg I(m,n) abhängige Gewichtungsfunktion benutzt, so daß das rekonstruierte Bild den Einfluß von Quantenrauschen vermeidet.

Die Anwendung der sequentiellen Näherungsmethode ist nachstehend anhand des Fließdiagramms gemäß Fig. 5 beschrieben.

Bei der sequentiellen Näherungsmethode werden die einzelnen Daten der Bildzellen des CT-Bilds sequentiell aus der Plattenspeichertabelle ausgelesen, und tatsächliche CT-Werte oder -Größen der betreffenden Bildzellen werden der Reihe nach berechnet. Genauer gesagt: es werden anfängliche Bilddaten μ(χ,γ) = μο (Konstante) vorgegeben (Schritt SI gemäß Fig. 5). Die Größe der anfänglich vorgegebenen Bilddaten μο wird zweckmäßig bestimmt, und zwar unter der Voraussetzung, daß die CT-Werte des Prüf Objekts 50, unabhängig von seinem Werkstoff, durchwegs gleich sind. Diese vorgegebenen Daten μο werden zur Berechnung des Gradienten g einer Schätzfunktion J benutzt (SchrittS2). (Die Einzelheiten der Funktion für g werden später noch näher erläutert werden.)

Im Schritt S2 ist eine Bezugsgröße Jo für die Schätzfunktion J vorgesehen, und Richtung und Grad bzw. Ausmaß des Gradienten g wird in Übereinstimmung mit den anfänglichen Bilddaten μο und der Bezugsgröße Jo berechnet. Auf der Grundlage der Richtung und des Grads des Gradienten g gemäß der Berechnung wird die Richtung S.(x,y) für die Bildkorrektur berechnet (Schritt S3). (Die Einzelheiten der Funktion für S.(x,y) werden später noch näher erläutert werden.)

Sodann wird eine Anfangsgröße (/,ο der Richtung S.(x,y) für eine Korrekturgröße c- vorgegeben (Schritt S4). Hierauf .werden anfängliche korrigierte Bilddaten μ·₊₁ (x#y) vorläufig berechnet (Schritt S5). Diese anfänglichen korrigierten Bilddaten μ·₊₁ (X/Υ) werden nach der Schätzfunktion jQi(x,y)[] geschätzt (Schritt S6).

Die Schritte S2 - S6 im Fließdiagramm gemäß Fig. 5 umfassen folgende Einzelheiten:

Es ist bekannt, daß die Schätzfunktion J[u(x,y)] für die anfänglichen Bilddaten μο sich darstellt zu:

JCuCx,y)3 = Σ Σ wCm,n)-|TmCm,n)

2 f c ι

- TCuCx,y):^m>ⁿ]| · · · ⁽-^5J

Mit der Annäherung des Berechnungsergebnisses der Funktion J an den Wert oder die Größe der anfänglichen Bilddaten μο wird die Größe der Funktion J klein. Aufgrund dieses Umstands wird geprüft, ob die Größe der Schätzfunktion J[V(x,y)] auf das Minimum abgenommen hat oder nicht (Schritt S7).

Wenn die Schätzfunktion J|ji(x,y)] die Mindestgröße nicht erreicht (NEIN in Schritt S7), wird die Korrekturgröße oc um AcC inkrementiert (Schritt S8)_f und die Programmfolge kehrt zum Schritt S5 zurück. Sodann werden im Schritt S5 neu korrigierte Bilddaten μ·₊-,(χ,γ) berechnet, und die entsprechende neue Schätzfunktion j[u(x,y)] wird im Schritt S6 berechnet. Wenn die Schätzfunktion J[^(x,y)J die Mindestgröße erreicht (JA in Schritt S7), wird die berechnete Mindest- oder Minimum-Funktion J mit der Bezugsgröße Jo verglichen (Schritt S9). Die Bezugsgröße Jo kann im voraus unter Verwendung eines Testphantoms bzw. Phantomprüflings oder auf der Grundlage früherer Erfahrung bestimmt werden.

Wenn die Größe der Funktion jjji(x,y)l nicht kleiner ist als Jo (NEIN in Schritt S9), wird der Inkrementierparameter i der korrigierten Bilddaten μ^₊ι (x^y) um 1 inkrementiert (Schritt SlO), und die Programmfolge kehrt zum Schritt S2 zurück. Über die Schritte S2 - S8 werden sodann ein neuer Gradient g, eine neue Richtung S. und eine neue Mindest- oder Minimum-Schätzfunktion J für den neu inkrementierten Parameter i berechnet. Wenn die Größe der neu berechneten Funktion J gleich groß oder kleiner ist als Jo (JA in Schritt S9), werden die berechneten Bilddaten μ.₊, (x,y) für eine echte oder tatsächliche CT-Größe benutzt (Schritt SlI).

Die vorverarbeiteten Daten Tm(m,n) gemäß Gleichung (5) entsprechen den Projektionsdaten der Strahlungsabsorption bezüglich einer vorgegebenen Strahlungsbahn I(m,n). Außerdem gibt ττ[μ(χ,γ) :m,n] in Gleichung

(5) die Projektionsdaten der Strahlungsabsorption in bezug auf die Strahlungsbahn I(m,n) an, die durch eine umgekehrte Operation anhand der anfänglichen Bilddaten μ(χ,ν) = μο auf der Grundlage der folgenden Beziehung erhalten oder gewonnen werden:

t[uCx,y):m,n] = Σ Σ <Kr-q) · μ(χ ,y) ... (6)

In Gleichung (6) gibt die Funktion ^(r-q) eine Intensität des Strahlungsbündels von I(m,n) in bezug auf einen Entfernungs- oder Abstandsparameter (r-q) an. Der Ursprung der Funktion i^(r-q) liegt gemäß Fig. 4 auf einer Strahlungs- oder Strahlenbahn I(m,n). (Bei einer tatsächlichen Berechnung kann die Funktion i//(r-q) der Zweckmäßigkeit halber vereinfacht werden.) Der Parameter (r-q) steht für den Abstand zwischen der Strahlenbahn I(m,n) und einer Position P(x,y) einer Zielbildzelle auf der entsprechenden Strahlungs- oder

τι

Strahlenbahn PI des Prüfobjekts 50. (Die Bahn PI läuft parallel zur Bahn Km,η) und durch die Position P(x,y) mit einer Neigung θ gegenüber der y-Achse der im Prüf-5 objekt 50 definierten x-y-Ebene. Die x-Achse dieser x-y-Ebene ist im allgemeinen parallel zur Linearanordnung des Strahlungsmeßfühlers 43 festgelegt.)

Der Ausdruck T[^(x,y) :m,n] gemäß Gleichung (6) kann ^als umgewandelte Projektionsdaten der anfänglichen Bilddaten μ[χ,γ) betrachtet werden, die in Übereinstimmung mit der Funktion TJ/ir-^q) modifiziert sind.

Die Beziehung zwischen der Position oder Lage P(x,y) der Bildzelle (pixel) der anfänglichen Bilddaten μο und der Strahlungsbündelbahn I(m,n) ist in Fig. 4 veranschaulicht. Die Parameter q, θ und r gemäß Fig. 4 lassen sich darstellen zu:

= χ cos θ - y sin θ

Die Funktion Tp(r-q) kann somit als Funktion der Parameter χ, y, m und η angesehen werden. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß der Ausdruck τ[μ(χ,γ):ηι,η] gemäß Gleichung (6) die Projektionsdaten darstellt, die erhalten werden, wenn die anfänglichen Bilddaten μ(χ^) auf die Strahlen- oder Strahlungsbündelbahn I(m,n) „η projiziert werden.

Die Gewichtungsfunktion w(m,n) gemäß Gleichung (5) modifiziert die Abschätzung der Bahn I(m,n). Mit anderen Worten: Gleichung (5) veranschaulicht eine ge gewichtete Schätzung oder Abschätzung, die durch die Methode der kleinsten Quadrate repräsentiert ist. Die Funktion w(m,n) hängt von der Größe der vorverarbeiteten Projektionsdaten Tm(m,n) ab. Dies bedeutet, daß

eine große Gewichtungsgröße der Funktion w(m,n) zugewiesen ist, wenn ein großer Rauschabstand (Signal/-Rauschenverhältnis) für die Daten τπι(ΐη,η) erhalten wird, während eine Gewichtungsfunktion w(m,n) einer kleinen Größe für vorverarbeitete Projektionsdaten Tm(in,n) eines kleinen Rauschabstands benutzt wird.

Für die Gewichtungsfunktion w(m,n) kann die folgende Beziehung herangezogen werden:

w(m,n) = /Imn*** = /exp[-Tm[m,n)] ... (8)

Gemäß der Beziehung von Gleichung (8) ist die Größe der Funktion w(m,n) dem Rauschabstand der vorverarbeiteten Projektionsdaten Tm(m,n) ungefähr proportional,

Die Beziehung zwischen der Gewichtungsfunktion w(m,n) und den korrigierten Strahlungsintensitätsdaten Imn*** kann von Gleichung (8) verschieden sein. Beispielsweise kann eine Beziehung w(m,n) = k · Imn*** (mit k = eine Proportionalitätskonstante) zur Bestimmung der Größe der Gewichtungsfunktion w(m,n) benutzt werden.

Gemäß der erwähnten sequentiellen Näherungsmethode erfolgt die Gerätesteuerung zur Minimierung der Größe der Schätzfunktion J durch mit einer kleinen progressiven Änderung von Δ& erfolgende Wiederholung der Bildkorrekturoperation für die anfänglichen Bilddaten μ(χ,γ) in Übereinstimmung mit der Beziehung nach Gleichung (5).

Die Sequenz gemäß Fig. 5 ist nachstehend unter der Voraussetzung näher beschrieben, daß eine anfängliche Bilddateneinheit μ(χ,ν) i-mal geschätzt worden ist, daß die Schätzfunktion j[V.(x,y)J für die obige Bilddateneinheit μ.(x,y) auf die Mindestgröße konvergiert worden ist (JA in Schritt S7 gemäß Fig. 5), während

die Mindestgröße dieser Funktion J jedoch die Bezugsgröße Jo überschritten hat (NEIN in Schritt S9), daß die Programmfolge über den Inkrementierschritt SlO zum Schritt S2 zurückgekehrt ist und daß die korrigierte Bilddateneinheit μ. ,(x,y) für die (i+l)-te
Sequenz oder Folge durchgeführt werden soll.

Die Änderungsgröße der ersten Ordnung in bezug auf die i-te Schätzfunktion ιΐ[μ.(χ,γ)1 läßt sich darstellen

zu:

SOU-Cx,

In Gleichung (9) ist der Ausdruck J[μ. (x,y)] für den Ausdruck μ;(x,y) funktionell bzw. funktionell auf diesen bezogen. Der Ausdruck g[V· (x,y):x,y] gibt den Gradienten der Funktion J bei μ. (x,y) (i-te iterierte Bilddaten) an, und er wird entsprechend der Änderungsgröße der Funktion J gemäß Gleichung (5) gegenüber μ.(x,y) erhalten bzw. abgeleitet:

g[u.-(x,y):x,y] = 2 Σ Σ w(m,n)«{T:m(m,n) ^{m n}

Der Gradient g gemäß Schritt S2 (Fig. 5) läßt sich somit nach Gleichung (10) ableiten.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Schätzfunktion J effektiv minimiert werden kann durch Änderung der Korrekturgröße <x für die Richtung von gQ^ (x,y) :X/v] wenn die (i+l)-ten Bilddaten μ .₊₁ (x,y) aus den vorhergehenden Bilddaten μ.(x,y) gewonnen oder abgeleitet werden. Wenn die Konvergenzgröße der Funktion J zur Erzielung ihrer Mindestgröße hoch ist, kann der

Fletcher-Reeves'sehe Algorithmus, der eine konjugierte Gradientmethode darstellt, angewandt werden. Dieser Algorithmus ist in
5

"NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS ΙΟΙ" (1972) (NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO.), "THREE-DIMENSIONAL DENSITY RECONSTRUCTION FROM A SERIES OF TWO-DIMENSIONAL PROJECTIONS", S. 509 - 517, von M. GOITEIN, beschrieben.

Gemäß dem Fletcher-Reeves'sehen Algorithmus entspricht die Bildkorrekturrichtung S. (x,y) für μ. (x,y), in Schritt S3 gemäß Fig. 5 zu berechnen:

S₁Cx,y) = gLu^x, y):x,y] ⁺

{I IgCu₁Cx,y):x.y3l 1²/| IgCu_1-1Cx,^:*,y]l 1^2}-S_1-1Cx,y)

Nach der Berechnung der Richtung S. (x,y) gemäß Gleichung (11) wird eine gegebene Korrekturgröße cc. für die Richtung S. (x,y) zur Änderung der vorherigen korrigierten Bilddaten μ. (x,y) angewandt, so daß die folgenden, neu korrigierten Bilddaten μ.₊,(χ,γ) erhalten werden:

U₁₊₁Cx,y) = U₁Cx,y) + O₁-S₁Cx,y) ... C12)

Eine erneute oder erneuerte Schätzfunktion J wird sodann nach Gleichung (5) mit linearem Suchen bzw. Abtasten und auf der Grundlage der obigen neuen Bilddaten μ.₊,(χ,γ) berechnet.

Die Berechnung zur Gewinnung der Daten -μ. ,(x,y) gemäß Gleichung (12) wird für mehrere verschiedene Korrekturgrößen cc wiederholt, bis die Mindestgröße der Schätzfunktion »3"[μ. ,-. (x,y)] erhalten wird.

Im Anschluß daran werden neue korrigierte Bilddaten μ.₊₂ (x,y) auf ähnliche Weise nach Maßgabe der vorhergehenden Bilddaten μ^₊₁ (x,y) berechnet, und diese Berechnung wird wiederholt, bis eine bestimmte Schätzfunktion J erhalten wird, die kleiner ist als die Bezugsgröße Jo. Wenn J <_ Jo erreicht ist, wird die Wiederholung (oder Iteration) der oben beschriebenen Datenverarbeitung beendet, und die letztlich erhaltenen Bilddaten μ(χ,ν) werden als die echte CT-Größe im Speicher der Zentraleinheit (CPU) 51 abgespeichert. Diese Datenverarbeitung zur Gewinnung der echten CT-Größe wird für jede vorgeschriebene Bildzelle des CT-Bilds durchgeführt.

Der Bildrekonstruktions-Prozessor 55 gemäß Fig. 2 kann den in Fig. 6 dargestellten Aufbau besitzen. Gemäß Fig. 6 ist die Zentraleinheit (CPU) 51 über eine Datenschiene 69 mit einem Lese/Einschreibspeicher (RAM bzw. Randomspeicher) 61 und einer Folgesteuer-Logikeinheit 68 verbunden. Der Speicher 61 ist an einen Vorprozessor 62 angeschlossen, der von herkömmlicher Art sein kann. Weiterhin ist der Speicher 61 mit einem g.-Rechner 63, einem |Ig.||²-Rechner 64, einem S.-Rechner 65, einem μ. , -Rechner 66 und einem J. , -Rechner 67 verbunden. Die Logikeinheit 68 ist weiterhin an diesen Vorprozessor 62 und die Rechner 63 - 67 angeschlossen.

Der Schaltungsbetrieb bzw. die -arbeitsweise des BiIdrekonstruktions-Prozessors 55 ist nachstehend anhand des Fließdiagramms von Fig. 7 erläutert. Die Strahlungsabsorptionsdaten Imn werden gesammelt und als

' Projektionsdaten im Plattenspeicher der Zentraleinheit 51 gespeichert (Schritt STlI). Danach liefert die Zentraleinheit 51 die gewonnenen Projektionsdaten Imn über die Sammelschiene 69 zum Speicher 61. Im Speicher 61 abgespeicherte Projektionsdaten Imn werden sodann

unter der Folgesteuerung der Logikeinheit 68 sequentiell aus dem Speicher 61 ausgelesen. Die aus dem Speicher 61 ausgelesenen Daten Imn werden unter der Steuerung der Logikeinheit 68 dem Vorprozessor 62 zugeführt, so daß die vorher beschriebene Vorverarbeitung (Schritt A in Fig. 3) ausgeführt wird (Schritt ST12). Im Anschluß hieran werden die vorverarbeiteten Daten τΐη(πι,η) gemäß der Folgesteuerung der Logikeinheit 68 sequentiell wieder im Speicher 61 abgespeichert .

Wenn die Vorverarbeitungsoperation für alle Projektionsdaten Imn in der Speichertabelle der Zentraleinheit 51 abgeschlossen ist, sind alle vorverarbeiteten Daten fni(m,n) vorbereitet. Diese vorverarbeiteten Daten Tm(m,n) werden vom Speicher 61 über die Sammelschiene 69 unter der Folgesteuerung der Logikeinheit 68 zur Zentraleinheit 51 geliefert.

Wenn dabei der Inhalt (die Menge) der Daten Imn so groß ist, daß der Speicher 61 während der beschriebenen Vorverarbeitungsoperation überfließt, können die Daten Imn zur Vermeidung eines ÜberfHeßens zweckmäßig unterteilt werden.

Nach Gewinnung aller Projektionsdaten Tm(m,n) werden die anfänglichen oder Anfangsbilddaten μο (konstant) zur Einleitung der sequentiellen Annäherung gesetzt oder eingegeben (Schritt ST13). Diese Initialisierung kann in der Weise erreicht werden, daß die Zentraleinheit 51 die anfänglichen Bilddaten μο zum Speicher 61 liefert. Sodann wird die Anfangsgröße der Daten μο im Speicher 61 gesetzt. Nach diesem Initialisierungsschritt liest die Zentraleinheit 51 die vorverarbeiteten Projektionsdaten tm(m,n) aus dem Plattenspeicher aus, und sie sendet die ausgelesenen Daten zum Speicher 61 zur Berechnung des Gradienten g

(Schritt ST14). Diese Berechnung wird im Rechner 63 ausgeführt (Schritt ST15). Wenn der Speicher 61 aufgrund seiner Speicherkapazität nicht alle Daten rm(m,n) speichern kann, werden die Schritte ST14 und ST15 für jeweils zweckmäßig unterteilte Anteile der Daten 7m(m,n) ausgeführt, und der durch Berechnung im Rechner 63 ermittelte resultierende Gradient g. wird sequentiell mit dem entsprechenden unterteilten Anteil der vorverarbeiteten Projektionsdaten 7:m(m,n) ausgetauscht. Die Berechnung des Gradienten g. erfolgt in Übereinstimmung mit der Beziehung nach Gleichung (10) unter Heranziehung der aus dem Speicher 61 ausgelesenen Daten μ.(χ,γ) und rm(ni/n) (wobei g. dem Ausdruck g[V . (x,y):x,y] nach Gleichung (10) identisch ist) .

Die genannte Berechnung des Gradienten g. wird wiederholt, bis alle Gradienten g. für die vorverarbeiteten Projektionsdaten rm(m,n) erhalten worden sind (NEIN in Schritt ST16). Wenn alle Gradienten g. erhalten oder abgeleitet sind (JA in Schritt ST16), verläßt die Programmfolge die Schleife aus den Schritten ST14 - ST16, und alle ermittelten Gradienten g. werden im Speicher 61 abgespeichert.

Nach der Ableitung oder Bestimmung aller Gradienten g· werden die Daten von g· sequentiell aus dem Speicher 61 ausgelesen, und im Rechner 64 wird die Berechnung vonMg.M² (= Σ Σ {gCu-Cx,y):x,y]}² ) durch-

¹¹I" χ y 1

geführt, worauf das Ergebnis der Berechnung von I Ig. Π zum Speicher 61 zurückgeführt wird (Schritt

ι 2

ST17). (Bei der Berechnung von | |g. | | werden selbst-

¹ 2

verständlich auch Daten von bzw. für ||g . , | | gewonnen.)

Nach der Gewinnung oder Ableitung aller Daten Mg-Il

2 ^"2

werden die Daten von bzw. für Mg-Il und | |g-_-, I I sequentiell aus dem Speicher 61 ausgelesen, und die Berechnung von Mg-M /Mg-T M wird in der Zentraleinheit 51 ausgeführt (Schritt ST18). In der Zentral-

2 einheit 51 werden die vorhergehenden Daten (z.B. Mg₁M )

als (Daten) ||g· _Ί I I für die Berechnung der nächsten

¹ 2
Daten (z.B. Mg₉ Il ) benutzt. Alle jeweils für

2 2

I Ig M /I lg-j_i I I erhaltenen Daten zum Speicher 61 zurückgeführt und in diesem abgespeichert.

2 2

Die berechneten Daten von bzw. für Mg-Il /I Ig-_^M sowie die Gradientdaten g. werden sequentiell aus dem Speicher 61 ausgelesen und zum Rechner 65 übertragen. Im Rechner 65 wird anhand der früher berechneten Richtung S. , die Korrekturrichtung S, nach Gleichung (11) berechnet (Schritt ST19). Die berechnete Korrekturrichtung S, wird als neue Dateneinheit von S._-, für die nächste Berechnung von S-, benutzt. Dabei wird der Inhalt der Daten S. , für die erste (i-te = erste) Operation im allgemeinen auf Null gesetzt. Letztlich werden alle berechneten D,
Speicher 61 abgespeichert.

werden alle berechneten Daten für die Richtung S. im

Nach der Gewinnung oder Bestimmung (obtaining) aller Daten für die Korrekturrichtung S. wird die für die Berechnung nach Gleichung (12) benutzte Größe der Korrektur ^ gesetzt bzw. vorgegeben (Schritt ST20). Die Daten der Korrekturgröße cc werden von der Zentraleinheit 51 zum Speicher 61 geliefert. Der Speicher 61 liefert sodann die Daten o<, μ. und S. zum Rechner 66 nach Maßgabe der Folgesteuerung der Logikeinheit 68. Daraufhin berechnet der Rechner 66 μ. , entsprechend der Beziehung gemäß Gleichung (12) (Schritt ST21). Das berechnete Ergebnis von μ·,·ι wird sequentiell im Speicher 61 abgespeichert.

Nach Gewinnung aller korrigierten Bilddaten μ. ,(x,y) liefert die Zentraleinheit 51 logarithmisch umgewandelte bzw. log-umgewandelte (log-converted) Projektionsdaten rm(m,n) zum Speicher 61 (Schritt ST22). Hierauf werden die Daten rm(m,n) und μ·,-ι (x#y) entsprechend der Folgesteuerung der Logikeinheit 68 zum Rechner 67 übertragen. Im Rechner 67 wird die Schätzfunktion J·,-) gemäß Gleichung (5) berechnet (Schritt ST23). Die Operation gemäß den Schritten ST22 und ST23 wird wiederholt, bis die Berechnung der Funktion J-₊₁ für alle Projektionsdaten rm(m,n) abgeschlossen ist (NEIN in Schritt ST24), und die auf diese Weise erhaltene, berechnete Funktion J-,-ι wird im Speicher 61 abgespeichert. (Falls der Speicher 61 nicht alle Projektionsdaten Tm(m,n) speichern kann, kann die Operation gemäß Schritten ST22 - ST24 teilweise und sequentiell an vorgeschriebenen oder vorbestimmten unterteilten Anteilen der Daten Tm(m,n) ausgeführt werden, und die teilweise berechnete Funktion J-.-i kann in einer Reihenfolge bzw. nacheinander im Speicher 61 abgespeichert werden, so daß ein Überfließen verhindert wird.)

Wenn alle Berechnungen für die Schätzfunktion J. , abgeschlossen sind (JA in Schritt ST24), wird geprüft, ob die berechnete Funktion J-₊₁ für die gesetzten oder vorgegebenen Daten Cf- die Mindestgröße besitzt oder nicht. Ist dies nicht der Fall (NEIN in Schritt ST25), so kehrt die Programmfolge zum Schritt ST20 zurück. Sodann wird eine neue Korrekturgröße & + Δ <£ anstelle der vorherigen Korrekturgröße cc gesetzt oder vorgegeben, und die Operation nach Schritten ST21 - ST25 wird ausgeführt.

Wenn die berechnete Funktion J-₊₁ die Mindestgröße besitzt (JA in Schritt ST25), wird geprüft, ob die

ermittelte Mindest- bzw. Minimumfunktion J. ,kleiner ist als die Bezugsgröße Jo oder nicht. Falls J-₊₁ größer ist als Jo (NEIN in Schritt ST26), wird der Wiederholungsparameter (oder Iterationsparameter) i um 1 inkrementiert (Schritt ST27), worauf das Programm zum Schritt ST14 zurückkehrt. Die Schritte ST14 - ST27 werden hierauf wiederholt, bis die berechnete Funktion J. , kleiner wird als die Bezugsgröße Jo. Wenn J·.! kleiner wird als Jo (JA in Schritt ST26), werden die korrigierten Bilddaten μ-,-ι für die Minimum-Funktion J. , als echte CT-Größe benutzt.

Die als echte CT-Größe erhaltenen Bilddaten μ. , werden aus dem Speicher 61 ausgelesen und dann im Plattenspeicher der Zentraleinheit (CPU) 51 abgespeichert. Außerdem werden dieselben Bilddaten der echten CT-Größe zur Kathodenstrahlröhren-Anzeige 52 übertragen, wobei diese Daten in einem nicht dargestellten, für die Kathodenstrahlröhren-Anzeige 52 ausgelegten oder an sie angepaßten Bildspeicher abgespeichert werden. Auf der Anzeige 52 wird daraufhin das CT-BiId des Prüfobjekts 50 nach Maßgabe der genannten Bilddaten μ.,-, wiedergegeben.

Nachstehend ist anhand von Fig. 8 eine anfängliche Korrektur bzw. Anfangskorrektur bezüglich der Dimensionsbeziehung zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt S und dem Feinloch (oder Schlitz) der Kollimatorscheibe 37 beschrieben.

Eine solche Anfangskorrektur braucht nur einmal durchgeführt zu werden, wenn eine Röntgenröhre des Strahlungserzeugers 35 ausgewechselt oder die Montage der Kollimatorscheibe 37 nachjustiert wird.

In Fig. 8 stehen das Symbol do für den Abstand bzw. die Entfernung zwischen der Leitschiene 21a und der

Kollimatorscheibe 37 und das Symbol dl für den (gegenseitigen) Teilungsabstand der Feinlöcher (oder Schlitze) der Kollimatorplatte 37. Die Größen von do und dl sind entsprechend der Auslegung des Geräts vorgegeben. Das Symbol Po bezeichnet den Abstand zwischen der Leitschiene 21a und dem Strahlungsmeßfühler 43. Die Größe von Po kann mittels einer geeigneten Schablone o.dgl. gemessen werden. Das Symbol C bezeichnet eine Bezugsmittelstellung auf der linearen Meßfühleranordnung des Meßfühlers 43, welche das dritte Feinloch der Kollimatorscheibe 37 senkrecht passiert.

Das Symbol ocl bezeichnet den Neigungswinkel eines durch das erste Feinloch der Kollimatorscheibe 37 hindurchfallenden Parallelstrahls. Mit Pl ist die Strecke zwischen der Position C und dem Schnittpunkt des ersten Feinloch-Parallelstrahls mit der Linearanordnung des Meßfühlers 43 bezeichnet. Auf ähnliche Weise bezeichnen die Symbole &-2, c*3, cc4, ... . tf, jeweils die Neigungswinkel der Parallelstrahlen, die durch die zweiten bis k-ten Feinlöcher (oder Blendenlöcher) der Kollimatorscheibe 37 hindurchtreten. Die Symbole P2, P3, P4 und P5 bezeichnen die Strecken oder Abstände zwischen der Position C und den jeweiligen Schnittpunkten von zweitem bis fünftem Strahl mit der linearen Meßfühleranordnung des Meßfühlers 43.

Mit £o ist der Abstand zwischen einer den Meßfühler senkrecht durch die Mittelstellung C durchsetzenden Linie und der Lage des Strahlungserzeugungspunkts S bezeichnet. Das Symbol £1 gibt den Abstand zwischen dem Punkt S und der Kollimatorscheibe 37 an.

In Fig. 8 ist der rechts der lotrechten Linie auf der Mittelstellung C liegende Bereich als positiver Bereich, der an ihrer linken Seite befindliche Bereich

als negativer Bereich definiert.

Die in Fig. 8 angegebenen Maße £l und ßO lassen sich nach folgender Beziehungen bestimmen:

il = AdI(Po - do)/(P5 - Pl - 4dl) ... (13) to = -JH-P3/CP0 - do) ... (14)

Die nach Gleichungen (13) und (14) bestimmten Größen £l bzw. /o werden im Speicher der Zentraleinheit 51 abgespeichert.

Eine Abweichung von der parallelen Lage zwischen dem Ort des Strahlungserzeugungspunkts S und der Linearan-Ordnung des Strahlungsmeßfühlers 4 3 kann auf die nachstehend beschriebene Weise bestimmt werden.

Es sei angenommen, daß der Erzeugungspunkt S um Q* so verschoben ist, daß der Parallelstrahl mit dem Neigungswinkel OC, parallel um Q* verschoben ist. Der Kreuzungs- oder Schnittpunkt des Parallelstrahls mit der linearen Meßfühleranordnung verschiebt sich um Qk längs der Anordnung des Meßfühlers 43*. Wenn die Linearanordnung des Meßfühlers 43 genau parallel zum Ort des Punkts S liegt, ist Qk gleich Q*, wie dies aus der Darstellung von Fig. 9 hervorgeht. Wenn jedoch, wie durch die gestrichelte Linie 43* in Fig. 9 angegeben, die Linearanordnung des Meßfühlers 4 3 um Θ* gegenüber der parallelen ausgezogenen Linie 43 geneigt oder schräggestellt ist, wird die durch die Meßfühlerelemente auf der gestrichelten Linie 43* erfaßte Verschiebungsgröße Qk des genannten Parallelstrahls um 4Qk kleiner als Q*. Wenn Θ* klein ist,

läßt sich diese Verschiebungsgröße AQk. ausdrücken zu: AQk = -Q*'tan e*«tan α, ... (15)

Die Größe von ^Qk kann jeweils fürccl, a2, CC3, öC4 und oC5 (d.h. k = 1, 2, 3, 4 und 5) durch den Meßfühler 43 auf der gestrichelten Linie 43* gemessen werden.

In diesem Fall läßt sich tan θ* in Gleichung (15) wie folgt ausdrücken:

tan θ* = -U/Q*Xl/5HUQl/tan al)wl

+ (AQ2/tan a2)w2 + ...
+ CAQ5/tan ct5)w5] ... (16)

In obiger Gleichung bezeichnet w, (k = 1, 2, ..., 5) jeweils einen gegebenen Gewichtungskoeffizienten, sofern w_k. « I tan <*_k!tn}£ «_k = 1 gilt.

Der Winkel Θ* der Neigung (Schrägstellung) des Strahlungsmeßfühlers 43, welcher den Grad der Abweichung von der parallelen Lage angibt, läßt sich ermitteln durch Modifizieren von Gleichung (16) zu:

θ* = tan"¹{-Cl/5Q*3 χ

[EAQk(|tan ct. |/tan o. )]/[Z|tan α, |]>
k κ κ k κ

... C17)

Hierbei läßt sich tanoi gemäß Gleichung (16) und (17) für k = 1, 2, ...., 5 nach folgenden Beziehungen oder Gleichungen bestimmen:

tan al = C-io - 2dl)/il

tan a2 = C-io - dl)/il

tan a3 = -io/il ) ··· C18)

tan a4 = C-io + dl)/il
30

tan a5 = C-io + 2dl)/il

Die Berechnung nach Gleichungen (17) und (18) wird von der Zentraleinheit (CPU) 51 gemäß Fig. 2 ausgeführt.

Entsprechend der berechneten Größe von Θ* gemäß Gleichung (17) steuert die Zentraleinheit 51 den Orts-

korrektur-Antrieb 29 gemäß Fig. 1 so an, daß die Größe von Θ* automatisch minimiert wird.

wie sich aus der geometrischen Beziehung gemäß Fig. 9 ergibt, gilt die folgende Beziehung:

^Dk+l,k = ^{R Ctan} Vl * ^{tan a}k^} ··· C19)

In obiger Gleichung bezeichnet D. ,, _k den Abstand zwisehen einem Element des Meßfühlers 43 zum Messen der Strahlung oder Größe des Neigungswinkels&. und einem anderen Element des Meßfühlers 43 zum Messen der Strahlung bzw. Größe des Neigungswinkels cc, , . Der Abstand R zwischen dem Strahlungserzeuger 35 und dem Strahlungsmeßfühler 43 läßt sich durch Modifizieren bzw. Umstellen von Gleichung (19) wie folgt bestimmen:

R = (D_{k+1 k})/(tan a_k+1 - tan a_k). ... C20)

In obiger Gleichung bedeutet: k = 1, 2, ...., 5.

Aus Fig. 9 läßt sich auch die folgende Beziehung entnehmen:

d + de(m-l) - R tan α, = Q = ds(n-l) ... (21)
25

Eine waagerechte Verschiebung d, für den Neigungswinkel oc, gemessen, kann bestimmt werden, indem Gleichung (21) modifiziert oder umgestellt wird zu:

d = R tan α. + ds(n-l) - de(m-l) ... (22)
^k

Die in Fig. 4 und 9 dargestellte waagerechte Verschiebung d kann als Mittelwert von d, ermittelt oder bestimmt werden:

d = Σ d./Σ I ··· (23)

k ^k k

In obiger Gleichung steht d, für die Verschiebung d für jeden Parameter k.

Weiterhin kann aus Fig. 9 die folgende Beziehung abgeleitet werden:

Lmn² = R² + (R tan a_k)² ... (24)

R tan ot_k = d + de(m-l) - ds(n-l) ... (25)

Der Abstand Lmn zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt η und dem Strahlungsmeßpunkt m kann durch die folgende, nach Gleichungen (24) und (25) erhaltene Beziehung

wiedergegeben werden:

Lmn

= y/R² + [d + de(m-l) - ds(n-l)]² ... (26)

Wenn das Prüfobjekt 50 teilweise über einen bestimmten, durch die Ausstrahlung der Strahlen 39 definierten Bereich hinausragt, wird hierdurch ein Fehler oder eine Ungenauigkeit in das rekonstruierte CT-BiId des Prüfobjekts 50 eingeführt. Dies beruht darauf, daß ein solches Hinausragen ein Artefakt im CT-BiId hervorruft. Im folgenden ist ein solches Hinausragen des Prüfobjekts 50 anhand der Fig. 10 bis 13 erläutert.

Fig. 10 veranschaulicht einen Fall, in welchem sich das Prüfobjekt 50 vollständig innerhalb eines für die Bildrekonstruktion effektiven Bereichs 70 befindet, d.h. nicht über diesen Bereich hinausragt. In diesem Fall wird der gesamte Rekonstruktionsbereich 70 als sequentieller Näherungsbereich Dc benutzt (vgl. Fig. 11), wobei der Strahlungserzeuger 35 und der Strahlungsmeßfühler 43 so um das Prüfobjekt 50 herum aufgestellt werden, daß dieses vollständig im Bereich 70 enthalten ist (Bereich Dc). Wenn das Prüfobjekt

auf erwähnte Weise (über diesen Bereich) hinausragt bzw. ein Vorstand vorliegt, wird ein fehlerhaftes oder ungenaues CT-BiId des PrüfObjekts 50 erhalten. 5

Fig. 12 veranschaulicht einen Fall, in welchem der Bildrekonstruktionsbereich 70 das Prüfobjekt 50 nicht vollständig umschließt, d.h. letzteres über diesen Bereich hinausragt. In diesem Fall kann der Bereich 70 in drei Bereiche Da, Db und Dc unterteilt werden. Für den Bereich Da kann angenommen werden, daß die Größe der Bilddaten μ z.B. Null beträgt (μ = 0). Im Bereich Db wird die Größe der Daten μ als mit "μ (μ = "μ = konstant) fest vorausgesetzt. Im Bereich Dc variiert die Größe der Daten μ mit der sequentiellen Annäherung. Während der sequentiellen Näherungsoperation variiert nämlich die Größe der Bilddaten μ des Bereichs Dc, während die Bilddaten μ der Bereiche Da und Db feste Größen besitzen.

Im obigen Fall werden der Strahlungserzeuger 3 5 und der Strahlungsmeßfühler 43 so um das Prüfobjekt 5 herum angeordnet, daß letzteres mit der Grenze zwischen den Bereichen Da und Dc sowie derjenigen zwisehen den Bereichen Da und Db übereinstimmt (matches). Die Daten eines Abstands Rl zwischen dem Strahlungserzeuger 35 und dem Prüf objekt 50 sowie die Daten eines Abstands R3 zwischen dem Meßfühler 4 3 und dem Prüfobjekt 50 werden durch tatsächliche Messung ermittelt. Die Daten für den Abstand R können durch Berechnung nach Gleichung (20) ermittelt werden. Die Daten für den Abstand R2 lassen sich anhand der Daten für R, Rl und R3 bestimmen. Entsprechend den Daten für R und Rl - R3 und den Winkeldaten der Strahlen 39 berechnet die Zentraleinheit 51 die Grenze zwischen den Bereichen Db und Dc. (Die obigen Strahlwinkeldaten geben jede Neigung der beiden mittleren gestrichelten Linien der Strahlen 39 gemäß Fig. 12

wieder.) Sodann werden die Grenzen zwischen den Bereichen Da, Db und Dc innerhalb des Rekonstruktionsbereichs 70 auf die in Fig. 13 gezeigte Weise in der Zentraleinheit 51 gemustert (patterned).

Nach erfolgter Musterung der Bereiche Da, Db und Dc gemäß Fig. 13 berechnet die Zentraleinheit 51 die Größe der Bilddaten μ unter Heranziehung der vorher erwähnten vorverarbeiteten Daten -cm(m,n) nach folgender Gleichung:

ΪΓ = xmCm,nJ/tmn ··· ^²⁷^

Darin bezeichnet tmn die Länge der Strahlungsbahn, d.h. des Strahlengangs des durch die Bereiche Db hindurchlaufenden Strahls 39. Hierbei braucht die Berechnung nach Gleichung (27) nur für bestimmte, in Intervallen oder Abständen gewählte Strahlengänge der Strahlen 39 ausgeführt zu werden, wodurch die Berechnung nach Gleichung (27) vereinfacht wird.

Im allgemeinen ist die Größe μ der Bilddaten μ des Bereichs Db bei einem tatsächlichen Untersuchungsoder Prüfobjekt nicht konstant. Infolgedessen wird unter der Voraussetzung von "μ = ~μ = konstant" ein Artefakt im rekonstruierten CT-BiId des PrüfObjekts hervorgerufen. Falls jedoch der Bereich Db keinen speziellen Abschnitt enthält, dessen Röntgen-Absorptionskoeffizient sich deutlich von dem umliegenden Abschnitt unterscheidet, verursachen Variationen der Bilddatengröße μ~ des Bereichs Db keine wesentliche Beeinträchtigung der Güte des für den Bereich Dc rekonstruierten CT-Bilds. Auch wenn der Bereich Db einen Fremdabschnitt eines deutlich unterschiedlichen Röntgen-Absorptionskoeffizienten enthält, tritt ein durch einen solchen Abschnitt hervorgerufenes Artefakt nur nahe der Grenze zwischen den Bereichen Db und Dc

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auf. Infolgedessen kann unabhängig von Variationen oder Änderungen der Größe μ" für den Bereich Db ein in der Praxis brauchbares CT-BiId eines tatsächlichen PrüfObjekts erzielt werden.

Wenn die Grenzdaten der Bereiche Da, Db und Dc für eine Untersuchung mit dem genannten Überstand oder Vorstand verfügbar sind, kann ein brauchbares CT-BiId für jedes Prüfobjekt erzielt werden, das eine andere als eine wandartige Form besitzt. In jedem Fall hängt die Wiedergabe-Genauigkeit des so erhaltenen CT-Bilds von der Genauigkeit der für die Rekonstruktionsoperation benutzten Daten für die Bereiche Da, Db und Dc ab. Da bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung das Strahlungserzeugersystern 20 vom Strahlungsmeßsystem 40 getrennt und unabhängig ist, kann ein CT-BiId eines unbeweglichen, zu untersuchenden Objekts (50), z.B* eines Fußes oder Pfeilers einer Brücke, durch entsprechend zweckmäßige Anordnung von Strahlungserzeuger- und -meßsystem 20 bzw. 40 um das Prüfobjekt herum gewonnen werden. In diesem Fall vereinfachen die rechtwinklig zueinander angeordneten Nivellierinstrumente 33 und 45 der Systeme 20 bzw. 40 die Einstellung, um die Ausstrahlungsebene der Strahlen 39 vom System 20 durch die lineare Meßfühleranordnung des Systems 40 hindurch verlaufen zu lassen.

Weiterhin ist bei der beschriebenen Ausführungsform eine mit zahlreichen Schlitzen versehene Kollimatorscheibe 37 an der Vorderseite des Strahlungserzeugers 35 angeordnet, während das Strahlungserzeugersystem 20 um seinen einen Endabschnitt herum verdrehbar ist. Bei dieser Anordnung kann der Abstand (R) zwischen den Systemen 20 und 40 mittels der durch die Kollimatorscheibe 37 erzeugten Parallel- oder Bleistiftstrahlen berechnet werden, während die Paralleleinstellung zwischen den Systemen 20 und 40 durch

Steuerung der Drehung des Systems 20 nach Maßgabe des Rechenergebnisses (Θ*) für die Neigung bzw. Schrägstellung des Strahlungsmeßfühlers 43 gegenüber dem Abtastort des Strahlungserzeugungspunkts S erreicht werden kann.

Auch wenn das Prüfobjekt 50 (z.B. eine lange und hohe Wand) über den sequentiellen Annäherungs- oder Näherungsbereich Dc hinausragt, kann darüber hinaus dann, wenn die festen Bilddatenbereiche Da und Db sowie der variable Bilddatenbereich Dc in bezug auf den Rekonstruktionsbereich 7 0 im voraus oder vorläufig bekannt sind, ein praktisch brauchbares CT-BiId des PrüfObjekts 50 bei dieser Ausführungsform der Erfindung erhalten werden.

Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

Fig. 14 veranschaulicht eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tomographiegeräts, bei dem Nivellierinstrumente 33, 45 und der Ortskorrektur-Antrieb 29 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 nicht verwendet werden, sondern statt dessen Laser-Licht für die Positionierung oder Ausrichtung zwischen den Strahlungserzeuger- und Meßfühlersystemen 20 bzw. 40 angewandt wird. Beim Gerät gemäß Fig. 14 sind weiterhin Lagenanzeiger 72 jeweils an beiden Seitenteilen der Systeme 20 und 40 vorgesehen. Jeder Lagenanzeiger 72 kann dabei die in Fig. 15 A gezeigte Konfiguration besitzen. Gemäß Fig. 15A ist jeder Lagenanzeiger 72 mit einer Glasscheibe 72a versehen, in deren Zentrum eine Kreuzmarkierung 72b aufgezeichnet ist.

Das Gerät gemäß Fig. 14 weist weiterhin eine Laser-Lichtquellenvorrichtung 74 auf, an welcher gemäß

Fig. 15B ein Laseroszillator 73 montiert ist. Die Vorrichtung 74 umfaßt einen Horizontal-Leitkörper 74a, einen Vertikal-Leitkörper 74b, einen Horizontal-Ab-Standsmesser 74c und einen Vertikal-Abstandsmesser 74d. Der Vertikal-Leitkörper 74b ist lotrecht und verschiebbar auf dem Horizontal-Leitkörper 74a aufgesetzt. Die horizontale Verschiebungsgröße des Leitkörpers 74 wird mittels des an ihm angebrachten Horizontal-Abstandsmessers 74c gemessen. Die vertikale Verschiebungsgröße des am Leitkörper 74b montierten Laseroszillators 7 3 wird mittels des mit letzterem verbundenen Vertikal-Abstandsmessers 74d gemessen. Die Vertikal- und Horizontallagen eines vom Oszillator 73 gelieferten Laserstrahls 75 können anhand der mittels der Abstandsmesser 74c und 74d durchgeführten Messungen bestimmt werden.

Wenn ein Prüfobjekt 50, wie in Fig. 14 dargestellt, eine langgestreckte Form besitzt, wird die Laser-Lichtquellenvorrichtung 74 so an der einen Seite des PrüfObjekts 50 angeordnet, daß der Ort (locus) der Horizontalverschiebung des Laserstrahls 75 längs des Leitkörpers 74a senkrecht zur Längsrichtung des Prüf-Objekts 50 liegt. Mit anderen Worten: die Lichtquellenvorrichtung 74 wird so aufgestellt, daß der Laserstrahl 75 selbst praktisch parallel zur Längserstreckung des PrüfObjekts 50 liegt.

Nach der obigen Aufstellung oder Einstellung der Laserlichtquellenvorrichtung 74 wird der Laseroszillator 7 3 an der rechten Seite gemäß Fig. 14 ausgerichtet, so daß der Laserstrahl 7 5 die beiden Kreuzmarkierungen 72b der beiden, an beiden Seiten des Meßfühlersystems 4 0 angeordneten Lagenanzeiger 72 passiert. Wenn der Laserstrahl 73 nicht durch beide Kreuzmarkierungen 72b beider Lagenanzeiger 72 gleichzeitig hindurchfällt, wird der Aufbau des Systems 40

geringfügig so verschoben, bis der Laserstrahl 75 durch die beiden Kreuzmarkierungen 72b gleichzeitig hindurchfällt. Sodann wird der Laseroszillator 73 zur linken Seite gemäß Fig. 14 verschoben, um den Laserstrahl 75 vom Laseroszillator 73 durch jede Kreuzmarkierung 72b der beiden Lagenanzeiger 72 an beiden Seiten des Erzeugersystems 20 hindurchfallen zu lassen. Wenn der Laserstrahl 75 nicht durch beide Kreuzmarkierungen 72b gleichzeitig hindurchtritt, wird der Aufbau des Systems 20 verschoben, bis der Laserstrahl 75 durch beide Kreuzmarkierungen 72b gleichzeitig hindurchfällt.

Nach Beendigung der vorstehend beschriebenen Einstellung der Systeme 20 und 40 mittels des Laserstrahls ist das System 20 genau parallel zum System 40 ausgerichtet. Dabei kann weiterhin der Abstand zwischen beiden Systemen 20 und 40 anhand der Messung mittels des Horizontal-Abstandsmessers 74c gemäß Fig. 15B bestimmt werden.

Wenn am Leitkörper 74a zwei parallel zueinander angeordnete Laseroszillatoren 73 in einem vorgeschriebenen gegenseitigen Abstand vorgesehen sind, ist, nebenbei bemerkt, eine waagerechte Verschiebung des Laseroszillators 73 nicht nötig.

Fig. 16 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tomographiegeräts, bei dem Generator- und Meßfühlersystern 20 bzw. 40 jeweils mit Schwenkarmmechanismen 80 bzw. 81 versehen sind. Weiterhin ist dabei das Strahlungserzeugersystem 20 aus einem elektrisch abtastenden Strahlungsgenerator 35* gebildet, der von an sich bekannter Bauart sein kann. Der Generator 35* wird vom einen Ende des Schwenkarmmechanismus 80 getragen, dessen anderes Ende von einem an einem Generatortisch 83 montierten Arm-

«r 353174

träger 85 getragen wird. Die vier Ecken des Tisches 83 sind mit Fixier-Konsolen oder -Füßen 82 versehen, mit deren Hilfe der den Strahlungsgenerator 35* tragende Tisch 83 auf einem Fußboden o.dgl. festgelegt werden kann. Auf ähnliche Weise wird eine Anordnung aus einem Strahlungsmeßfühler 43 und einem Datensammler 44 vom einen Ende des Schwenkarmmechanismus 81 getragen, dessen anderes Ende durch einen an einem Meßfühlertisch 84 montierten Armträger 86 gehaltert ist. Die vier Ecken des Tisches 84 sind mit Fixier-Konsolen oder -Füßen 82 versehen, mit deren Hilfe der die Meßfühler/Sammleranordnung (43, 44) aufweisende Tisch 84 am Fußboden o.dgl. festlegbar ist.

Gemäß Fig. 16 kann ein bestimmter Abschnitt des Prüfobjekts 50 zwischen Meßfühler 43 und Strahlungsgenerators 35* eingeführt werden. Die Schwenkarmmechanismen 80 und 81 werden dabei so eingestellt, daß der Meßfühler 43 dem Strahlungsausgangsteil des Strahlungsgenerators 35* über das Prüfobjekt 50 hinweg zugewandt ist und gleichzeitig der Meßfühler 43 parallel zum Strahlungsgenerator 35* liegt. Das Verfahren zur Feststellung einer Parallelitatsabweichung von Meßfühler 43 und Strahlungsgenerator 35* kann dasselbe sein, wie es vorher anhand von Fig. 9 erläutert worden ist.

Die Meßfühler/Sammleranordnung (43, 44) ist über ein Signalkabel 84a mit einem Datenprozessor 87 verbunden, an den auch der Strahlungsgenerator 35* über ein Signalkabel 83a angeschlossen ist und der den Aufbau bzw. die Anordnung gemäß Fig. 2 .aufweisen kann. Nach erfolgter Paralleleinstellung zwischen Meßfühler 43 und Strahlungsgenerator 35* aktiviert der Prozessor 87 den Strahlungsgenerator 35*, so daß dieser eine zweckmäßige Röntgenstrahlung liefert. Dabei fangen die einzelnen Meßfühlerelemente des Meßfühlers 43 die

durch das Prüfobjekt 50 hindurchtretende Röntgenstrahlung auf. Die Daten dieser Strahlungen oder Strahlungsanteile werden vom Datensammler 44 gesammelt, und die gesammelten Daten werden zum Prozessor 87 übertragen. Anschließend wird das CT-BiId des Prüfobjekts 50 durch den Datenprozessor 87 rekonstruiert.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 16 ist die Flexibilität oder Vielseitigkeit bezüglich der Aufstellweise des Tomographiegeräts besser als bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

Bei der dargestellten Anordnung kann der Strahlungsgenerator 3 5*, wie im Fall von Fig. 1, auch mit einem an seiner Vorderseite befindlichen Bezugsdetektor (36) versehen sein.

Fig. 17 ist eine Aufsicht auf den mechanischen Teil eines Tomographiegeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Strahlungserzeugersystem 20 gegenüber dem Strahlungsmeßfühlersystem 40 geringfügig geneigt bzw. schräggestellt ist, d.h. die beiden Systeme 20 und 40 nicht parallel zueinander angeordnet sind. Die Ausführungsform gemäß Fig. 17 kennzeichnet sich durch die Verwendung von Strahlungsmesser- oder Strahlungsmeßfühlervorrichtungen 9OA und 9OB, die jeweils Kollimatorplatten oder -scheiben 91A bzw. 91B sowie zweidimen- sionale Strahlungsmeßfühler 92A bzw. 92B aufweisen. Die eine, der Kollimatorscheibe 91A und dem zweidimensionalen Meßfühler 92A zugeordnete Meßfühlervorrichtung 9OA befindet sich an der gemäß Fig. 17 linken Seite des Strahlungsmeßfühlersystems 40, während die

gg andere, der Kollimatorscheibe 91B und dem zweidimensionalen Meßfühler 92B zugeordnete Meßfühlervorrichtung 9OB an der rechten Seite des Systems 40 angeordnet ist.

Die Kollimatorscheiben 9lA und 91B sind jeweils mit Feinlöchern bzw. Blendenlöchern PA bzw. PB versehen, durch welche Strahlen bzw. Strahlungsbündel 39 ausgesandt werden (vgl. Fig. 19A). Die durch die Kollimatorscheiben 91A und 91B hindurchtretenden Feinloch-Strahlen werden durch die zweidimensionalen Strahlungsmeßfühler 92A bzw. 92B erfaßt. Weiterhin ist der Strahlungserzeuger 35 bei der Ausführungsform nach Fig. 17 über einen Schwenk- oder Drehmechanismus 34A am Abtaster-Rahmen 34 montiert. Mittels des Schwenkmechanismus 34A kann die Abstrahlungsrichtung der Strahlen oder Bündel 39 vom Strahlungserzeuger 35 so geändert werden, daß ihr Abtastbereich die Strahlungsmeßfühler 92A, 92B und 43 vollständig überstreicht.

Fig. 18 ist ein Blockschaltbild des elektrischen Teils der Ausführungsform nach Fig. 17. Gemäß Fig. 18 werden von den Meßfühlern 9OA und 9OB gelieferte Röntgen-Absorptionsdaten über den Datensammler 44 der Zentraleinheit (CPU) 51 zugeführt. Der sonstige Aufbau der Anordnung nach Fig. 18 kann demjenigen gemäß Fig. 2 entsprechen. (In den Fig. 2 und 18 sind einander entsprechende Bauteile mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet.)

Die Fig. 19Ά und 19B veranschaulichen die geometrische Beziehung zwischen den Strahlungserzeugungspunkten S und den einzelnen Strahlungsmeßpunkten der zweidimensionalen Strahlungsmeßfühler 92A und 92B. In Fig. 20 ist weiterhin die geometrische Beziehung zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt S und dem Strahlungsmeßfühler 43 veranschaulicht. In Fig. 19A und 20 ist das Koordinatensystem (x*,y*,z*) als Referenz für die Meßfühler 92A, 92B und 43 definiert, während das Koordinatensystem (x,y,z) als Referenz für den Ort des Strahlungserzeugungspunkts S definiert ist.

Sl

Die Meßfühlerelemente des Meßfühlers 43 liegen auf der x*-z*-Ebene des (x*,y*,z*)-Koordinatensystems. Die Strahlungsebene (im folgenden als Schnittebene bezeichnet) der Strahlen oder Strahlungsbündel 39 entspricht der x-y-Ebene des (x,y,ζ)-Koordinatensystems. Die x-Achse des obigen Koordinatensystems liegt auf der Schnittlinie zwischen der x*-z*-Ebene und der Schnittebene. Gemäß Fig. 20 liegt weiterhin der Ursprung O des (x,y ,z)-Koordinatensystems auf der z*- Achse des (x*,y*,z*)-Koordinatensystems. Der Ort des Strahlungsmeßpunkts liegt auf der x-Achse des (x,y,z)-Koordinatensystems.

Die Lage des Strahlungserzeugungspunkts S in bezug auf das (x*,y*,z*)-Koordinatensystem kann zu Sn*(Snx*,Sny*,Snz*) wiedergegeben werden, während die Lage des Punkts S in bezug auf das (x,y,ζ)-Koordinatensystem durch Sn(Snx,Sny,O) wiedergegeben werden kann.

(Die ζ-Achsenkomponente von Sn = 0.) Weiterhin kann der Strahlungsmeßpunkt des Meßfühlers 43 in bezug auf das (x*,y*,z*) -Koordinatensystem als Di^*(Dmx*,O,Dmz*), der Meßpunkt des Meßfühlers 43 gegenüber dem (x,y,z)-Koordinatensystem als Dm(DmX,O,O) dargestellt werden.

(Die y*-Achsenkomponente von Dm* sowie die y- und z-Achsenkomponenten von Dm sind gleich 0.)

Im folgenden ist erläutert, auf welche Weise die Position oder Lage des Strahlungserzeugungspunkts S mit dem schräggestellten Ort (locus) bestimmt wird.

Wenn die Höhe des (geometrischen) Orts des Punkts S dieselbe ist wie diejenige der Meßfühlerelementanordnung des Meßfühlers 43 und der Ort des Punkts S parallel zur Anordnung des Meßfühlers 43 liegt, ist das System der (x,y,ζ)-Koordinate dem System der (x*, y*,z*)-Koordinate identisch. In diesem Fall fallen die Strahlungsbündel 39 vom Generator oder Strahlungs-

ε?

erzeuger 35 durch die jeweiligen Feinlöcher PA und PB, und die durch letztere hindurchtretenden Feinloch-Strahlen werden durch die zweidimensionalen Strahlungsmeßfühler 92A bzw. 92B erfaßt.

Der Abstand La zwischen Kollimatorscheibe 91A und Meßfühler 92A sowie der Abstand Lb zwischen Kollimatorscheibe 9lB und Meßfühler 92B (Fig. 19B) sind bekannte Größen. Weiterhin kann die Lage des Feinloch-Strahls 39a, der durch das Feinloch PA senkrecht zur Ebene der Kollimatorscheibe 91A hindurchfällt, anhand der vom Meßfühler 92A erfaßten Daten dieses Strahls 39a mittels einer vorgeschriebenen Operation der Zentraleinheit 51 bestimmt werden. Auf ähnliche Weise kann die Lage des senkrecht durch das Feinloch PB der Kollimatorscheibe 91B hindurchfallenden Feinloch-Strahls 39b anhand der vom Meßfühler 92B erfaßten Daten dieses Strahls 39b durch entsprechende Operation der Zentraleinheit 51 bestimmt werden.

Bei der Hauptstrahlungsabtastung werden vom Punkt S ausgehende und über Feinlöcher PA und PB der Kollimatorscheiben 9lA bzw. 91B auf die zweidimensionalen Meßfühler 92A bzw. 92B geworfene Strahlen 39 durch bestimmte Meßfühlerelemente der Meßfühler 92A bzw. 92B erfaßt. Die auf diese Weise von den Meßfühlern 92A und 92B erhaltenen Feinloch-Strahllagendaten werden über den Datensammler 44 der Zentraleinheit 51 zugeführt. In der Zentraleinheit 51 werden die Abweichungen (z.B. Da und Db gemäß Fig. 19B) dieser Feinloch-Strahllagendaten in bezug auf die Richtungen x, y und ζ auf der Grundlage der erwähnten, bekannten Lagendaten der senkrecht durch die Feinlöcher PA und PB hindurchfallenden Feinloch-Strahlen 39a bzw. 39b berechnet.

Wie sich aus Fig. 19B ergibt, kann die Neigung (oder Schrägstellung) (cca) des Strahls 39 gegenüber der Ebene der Kollimatorscheibe 91A anhand der Daten (La) für den Abstand zwischen Kollimatorscheibe 91A und Meßfühler 92A sowie der Daten (Da) der durch den Meßfühler 92A bei der Hauptabtastung ermittelten Abweichung der Feinloch-Strahllage berechnet werden (OCa = tan (Da/La)X Auf ähnliche Weise kann die Neigung (ccb) des Strahls 39 gegenüber der Ebene der Kollimatorscheibe 91B anhand der Daten (Lb) des Abstands zwischen der Kollimatorscheibe 91B und dem Meßfühler 92B sowie der Daten (Db) der vom Meßfühler 92B bei der Hauptabtastung bestimmten Abweichung der Feinloch-Strahllage berechnet werden (öCb = tan (Db/Lb) )

Der Abstand zwischen den Feinlöchern PA und PB ist eine bekannte Größe (Dx). Auf der Grundlage der Größen oder Daten Dx, Da, Db, cxa und ocb kann die Lage des am Kreuzungs- oder Schnittpunkt der Strahlen 39 auftretenden Strahlungserzeugungspunkts S mittels einer herkömmlichen geometrischen Berechnung in der Zentraleinheit (CPU) 51 ermittelt werden. Sodann wird die Lage Sri* (Snx*, Sny*, Snz*) des Punkts S, durch das (x*,y*,z*)-Koordinatensystem definiert, bestimmt,

und die Schnittebene der den Punkt S enthaltenden Fächerstrahlen 39 wird festgestellt (obtained).

Das (x,y,ζ)-Koordinatensystem wird entsprechend der Schnittebene bestimmt, so daß letzterer auf der x-y-Ebene dieses Koordinatensystems liegt. Wenn die Koordinatensysteme von (x,y,z) und (x*,y*,z*) bestimmt werden oder sind, wird der Umwandlungskoeffizient T zwischen diesen Koordinatensystemen bestimmt oder ermittelt. Sodann wird die Lage Sn(Snx,Sny,0) des Punkts S durch die Berechnung Sn = T Sn* , bestimmt.

«r 353174

Der Strahlungsmeßpunkt Dm(Dmx,O,O) des Meßfühlers 43 in bezug auf das (x,y, ζ)-Koordinatensystem, der nicht notwendigerweise mit der Lage des Meßfühlerelements im Meßfühler 43 identisch ist, wird auf der x-Achse des (x,y,ζ)-Koordinatensystems definiert. Sodann wird der Meßpunkt "Din* (Dm*,0,Dmz*) gegenüber dem (x*,y*,z*)-Koordinatensystern anhand der Daten für Dm(DmX,0,0) sowie des
berechnet.

sowie des Umwandlungskoeffizienten T (Dm* = T · Dm)

Fig. 21 veranschaulicht die geometrische Beziehung zwischen dem (geometrischen) Ort des Strahlungserzeugungspunkts S und der Meßfühlerelementreihe des Meßfühlers 43 auf der x-Achse des (x,y,ζ)-Koordinatensystems. Die Daten dmn, Xmn, j^mn und 72m gemäß Fig.

21, die in bezug auf den Strahlengang I(m,n) definiert

—y —>

sind, werden nach den obigen Daten Dm und Sn berechnet. Die Daten dmn bezeichnen den Abstand zwischen der η-ten Position des Punkts S und dem m-ten Element des Meßfühlers 43. Die Daten Xmn bezeichnen den Strahlungswinkel des Strahlengangs I(m,n) gegenüber der x-Achse. Die Daten 7^m bezeichnen einen im voraus festgelegten oder vorgegebenen (prefixed) Winkel gegenüber der y-Achse, der von der Größe der Drehung des Schwenkmechanismus 34a gemäß Fig. 17 bekannt ist.

Röntgen-Absorptionsdaten Iomn, die ohne Prüfobjekt gewonnen werden, werden nach Maßgabe der Daten dmn, /fmn, 7^mn und ^m berechnet. Diese Berechnung erfolgt unter Heranziehung einer Datentabelle, welche die Information einer Strahlungsintensitätsverteilung bezüglich der Strahlungsrichtung des Strahls sowie die Information einer (Ansprech-)Empfindlichkeitsänderung jedes Meßfühlerelements des Meßfühlers 43 gegenüber dem projizierten Strahlwinkel enthält. Die genannten Röntgen-Absorptionsdaten Iomn werden einer logarithmischen Umwandlung in die entsprechenden Daten-fm(m,η) nach einer im Speicher der Zentraleinheit 51 gemäß

CO

Fig. 18 enthaltenen lograrithmischen Umwandlungstabelle unterworfen:

Tfn(m,n) = £n(Iomn/Imn) ... (28)

In obiger Gleichung steht Imn für die bei Vorhandensein eines PrüfObjekts gewonnenen Röntgen-Absorptionsdaten.

Der Strahlungsmeßpunkt Dm*(Dmx*,O,Dmz*) des Meßfühlers 43 weicht oftmals vom Zentrum jedes Meßfühlerelements des Meßfühlers 43 ab. Hieraus werden die für die tatsächliche Rekonstruktionsoperation des CT-Bilds benutzten Daten Trm(m,n)* durch zweckmäßige Interpolation der Daten von bzw. für Dm* abgeleitet.

Fig. 22 veranschaulicht ein Beispiel für die genannte Abweichung zwischen dem Zentrum (P1-P4) jedes Meßfühlerelements des Meßfühlers 43 und dem Meßpunkt (P) von bzw. für Dm*. Fig. 23 veranschaulicht die Art und Weise, auf welche der Meßpunkt P durch Interpolation unter Verwendung der Daten der Meßfühlerelemente Pl, P3 und P4 gemäß Fig. 22 bestimmt wird.

Der Strahlungsmeßpunkt Dm*(Dmx,O,Dmz*) kann als Dox*+mADx*,0,Doz*+m/iDz* in der x*-y*-Ebene dargestellt werden, während der Strahlungsmeßpunkt Dm(DmX,0,0) als (Dox+mi.Dx,0,0) in der x-y-Ebene dargestellt werden kann. Insbesondere werden vier (spezifische) Meßfühlerelemente Pl - P4, die dicht am Meßpunkt P liegen, zur Gewinnung oder Ermittlung der Daten des Punkts P durch Interpolation der Ausgangssignale von den Meßfühlerelementen Pl - P4 benutzt. Jedes dieses Ausgangssignale von den Meßfühlerelementen Pl - P4 wird einer Versatzkorrektur, einer Empfindlichkeitskorrektur, einer Strahlungsintensitäts-Anderungskompensation und einer logarithmischen Umwandlung unterworfen. Sodann werden die interpolierten Daten

Tm*(m,n) des Punkts P durch Berechnung nach folgender Beziehung oder Gleichung ermittelt:

+ (l-b)[(l-a)-P3 +a-P4] ... (29) 5

Nach Abschluß der oben genannten Interpolationsrechnung werden die für den Punkt S mit einem gekrümmten Ort erhaltenen oder ermittelten vorverarbeiteten Daten On*(m,n) in Daten Tm(m,n) für einen Punkt S mit einem linearen Ort umgewandelt. Sodann wird die Rekonstruktionsoperation durchgeführt, wie sie in Verbindung mit den Fig. 1 bis 13 erläutert worden ist.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform der genaue (geometrische) Ort des Strahlungserzeugungspunkts S tatsächlich durch Berechnung ermittelt wird, kann ein genaues CT-BiId auch dann erhalten werden, wenn der Ort des Punkts S von einer vorgeschriebenen bzw. vorbestimmten geraden oder kreisbogenförmigen Linie abweicht.

Fig. 24A ist eine Aufsicht auf den mechanischen Teil eines Tomographiegeräts gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die als Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 17 angesehen werden kann. Fig. 24 veranschaulicht den mechanischen Teil nach Fig. 24A in Seitenansicht. (In den Fig. 1 bis 24 sind einander entsprechende Bauteile mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet.)

Gemäß den Fig. 24A und 24B ist der Abtaster-Rahmen 34 des Strahlungserzeugersystems 20 auf einer Basis (Sockel) 220 montiert, die mittels Fixier-Konsolen 25 auf einem Fußboden o.dgl. festgelegt ist. Vom Rahmen 34 ragen ein Leitelement 380 sowie eine Hub-Schraubspindel 350 nach oben. An der Rückseite des Strahlungserzeugers 35 ist ein Innengewindestück 360 befestigt, dessen Gewindebohrung von der Schraub-

spindel 350 durchsetzt wird. Der Strahlungserzeuger 35 ist durch das Leitelement 380 verschiebbar geführt. Die Höhe des Strahlungserzeugers 35 gegenüber dem Fußboden wird durch im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Drehung der Schraubspindel 350 geändert. Die Schraubspindel 350 wird ihrerseits durch einen Hub-Antrieb 370 in Drehung versetzt.

Die beschriebene Anordnung des Strahlungserzeugers 35 ist auf Leitschienen 21a und 21b (waagerecht) verschiebbar geführt. An der Unterseite des Abtaster-Rahmens 34 ist ein Innengewindestück 270 befestigt, dessen Gewindebohrung von der Schraubspindel 2 2 durchsetzt wird, durch deren Drehung die Strahlungserzeugeranordnung verschiebbar ist.

Der eine Endabschnitt jeder Leitschiene 21a und 21b sowie das eine Ende der Schraubspindel 22 sind durch einen Dreh-Tragmechanismus 20b gehaltert, an welchem ein Abtast-Antrieb 31 montiert ist. Letzterer dient für den Drehantrieb der Schraubspindel 22. Die anderen Endabschnitte der Leitschienen 21a und 21b sowie das andere Ende der Schraubspindel 22 sind in einem Tragelement 320 festgelegt, das mit einem Stift 330 versehen ist. Der Stift 330 greift in eine rechteckige Öffnung 310a eines Kupplungsstücks 310 ein, so daß mit letzterem das Tragelement 320 lose gekoppelt ist. Das Kupplungsstück 310 steht mit einer Antriebs-Schraubspindel 30 in Eingriff, die durch den Ortskorrektur-Antrieb 29 in Drehung versetzbar ist. Bei Drehung der Schraubspindel 30 wird das Kupplungsstück 310 so verschoben, daß sich die Leitschienen 21a und 21b am einen Endabschnitt über die lockere Kopplung zwischen Tragelement 320 und Kupplungsstück 310 in einem kleinen Ausmaß um den Dreh-Tragmechanismus 2 0b herum zu verdrehen vermögen.

bo

Das Strahlungsmeßfühlersystem 40 ist auf einem Tragelement 420 aufgebaut, das seinerseits am Fußboden o.dgl. mittels Fixier-Konsolen 42 festgelegt ist und von dem ein Leitelement 490 sowie eine Hub-Schraubspindel 500 nach oben ragen. An der Rückseite eines Hub-Rahmens 510 ist ein Innengewindestück befestigt. Die Anordnung aus dem Strahlungsmeßfühler 43, dem Datensammler 44 sowie den Strahlungsmeßfühlervorrich-

,Q tungen 9OA, 9OB ist am Rahmen 510 montiert, wobei eine Schraubspindel 500 die Gewindebohrung des Innengewindestücks 520 durchsetzt. Der Rahmen 510 ist am Leitelement 490 mittels entsprechender Paare von Leitschienen 480 und Leitstücken 530 bewegbar geführt.

je Die Höhenlage des Meßfühlers 43 gegenüber dem Fußboden ist durch im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Drehung der Schraubspindel 500 änderbar, die durch einen Hub-Antrieb 540 in Drehung setzbar ist. Jede Kollimatorplatte oder -scheibe 91A

2Q und 91B ist mit zahlreichen Feinlöchern bzw. Blendenlöchern 91P versehen. (Die Feinlöcher 91P entsprechen den Feinlöchern PA und PB gemäß Fig. 19A. Obgleich die Kollimatorscheiben 91A und 91B mit Feinlöchern oder Blendenlöchern versehen sind, können sie auch

„c andere Öffnungsmuster aufweisen.)

Der elektrische Teil für den mechanischen Teil gemäß Fig. 24A und 24B kann demjenigen nach Fig. 18 entsprechen. Der elektrische Teil für die Anordnung nach __n Fig. 24A und 24B kann auf dieselbe Weise arbeiten wie

bei der Ausführungsform gemäß Fig. 17.

Auch wenn bei der Anordnung gemäß Fig. 24A und 24B der (geometrische) Ort des Strahlungserzeugungspunkts S nicht genau geradlinig oder kreisbogenförmig ist, läßt sich dennoch ein genaues CT-BiId erzielen. Dies ist deshalb der Fall, weil der genaue Ort des Strahlungserzeugungspunkts S für jede rechnergestützte

Tomographieuntersuchung (CT-Prüfung) tatsächlich berechnet wird.

Fig. 25 veranschaulicht in perspektivischer Darstellung noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tomographiegeräts, die als Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 16 angesehen werden kann. Bei der Anordnung gemäß Fig. 25 ist der in Fig. 18 dargestellte elektrische Teil in einem Hauptrahmen oder -gehäuse 800 untergebracht. Der Strahlungserzeuger 35 wird vom oberen Ende eines mehrgelenkigen biegsamen Arms 820 getragen, dessen unterer Endabschnitt am Hauptrahmen 800 befestigt ist. Mittels bzw. aufgrund des biegsamen Arms 82 0 kann der (geometrische) Ort (SX) des Strahlungserzeugungspunkts S des Strahlungserzeugers 35 kreisförmig bzw. kreisbogenförmig ausgelegt sein. .

Ein gekrümmter Strahlungsmeßfühler 43 mit Meßfühlervorrichtungen 9OA und 9OB wird vom oberen Ende eines mehrgelenkigen biegsamen Arms 810 getragen, der mit seinem unteren Endabschnitt am Hauptrahmen 800 befestigt ist. Mittels der biegsamen Arme 810 und 820 kann das Prüf objekt 50 ungefähr im Zentrum des durch die gekrümmte Anordnung des Meßfühlers 4 3 und den kreisbogenförmigen Ort SX des Strahlungserzeugers 35 festgelegten Kreises angeordnet werden. Obgleich der kreisförmige oder kreisbogenförmige Ort SX häufig von der genauen Form eines Kreises abweicht, kann eine solche Ortsabweichung durch Berechnung der Lage des Punkts S auf die in Verbindung mit Fig. 19 bis 23 beschriebene Weise kompensiert werden.

Fig. 26A ist eine Aufsicht auf den mechanischen Teil eines Tomographiegeräts gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die als Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 24A und 24B angesehen wer-

is

den kann. Der mechanische Teil nach Fig. 26A ist in Fig. 26B in Seitenansicht dargestellt. Für den mechanischen Teil gemäß Fig. 26A und 26B kann der elektrische Teil gemäß Fig. 2 verwendet werden. Dieser, für die Anordnung gemäß Fig. 26A und 26B verwendete elektrische Teil kann schaltungsmäßig auf dieselbe Weise arbeiten wie die Anordnung nach Fig. 2. (In den Fig. 24A, 24B sowie 26A, 26B sind einander entsprechende Teile mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet.)

Gemäß den Fig. 26A und 26B ist der Abtaster-Rahmen 34 des Strahlungserzeugersystems 20 auf Leitschienen 21a und 21b verschiebbar geführt. Die Leitschienenanordnung ist über Fixier-Konsolen oder -Füße 25 auf einem Fußboden o.dgl. festgelegt. Vom Rahmen 34 gehen ein Leitelement 660 sowie eine Hub-Schraubspindel 630 nach oben ab. An der Rückseite des Strahlungserzeugers 35 sind Innengewindestücke 640 befestigt, deren Gewindebohrungen jeweils von der Schraubspindel 630 durchsetzt werden. Der Strahlungserzeuger 35 wird durch das Leitelement 660 verschiebbar geführt. Die Höhenlage des Strahlungserzeugers 3 5 über dem Fußboden ist durch Drehung der Schraubspindel 630 im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn änderbar. Die Schraubspindel 6 30 ist dabei durch einen Hub-Antrieb 650 antreibbar.

Der Strahlungserzeuger 35 ist mit einer eine Vielzahl von Feinlöchern bzw. Blendenlöchern aufweisenden Blende 610 und einem Blenden-Antrieb 620 versehen. Vor Einleitung der rechnergestützten tomographischen Hauptabtastung wird die Blende 610 durch den Antrieb 620 geschlossen, während die Abtastung mit der Strahlung vom Strahlungserzeuger 35 durchgeführt wird. Dabei richtet der Strahlungserzeuger 35 zahlreiche Parallel- oder Bleistiftstrahlen zum Meßfühler 43.

ι U

Die bei dieser Abtastung erhaltenen Strahlungsabsorptionsdaten werden zur Zentraleinheit (CPU) 51 (Fig. 2 usw.) übermittelt. Die Daten ( £o, dl,cc gemäß Fig. 8) für die Lage der Feinlöcher der Blende 610 sowie die Daten (Zl) für den Abstand zwischen jedem Feinloch und dem Punkt S werden auf die in Verbindung mit Fig. 8 beschriebene Weise im voraus zur Zentraleinheit 51 übertragen, welche daraufhin nach bekannter Trigonometrie jeden Strahlungserzeugungspunkt S auf der Grundlage dieser vorher gelieferten Daten bestimmt. Die so ermittelten Daten für den Punkt S werden im Speicher der Zentraleinheit 51 abgespeichert, und diese Speicherdaten werden für die Haupt-CT-Abtastung benutzt. Bei dieser Hauptabtastung wird die Blende 610 durch den Antrieb 620 geöffnet bzw. zurückgezogen, so daß nun ein Fächerstrahl 39 (anstelle von Parallelstrahlen) zum Prüfobjekt 50 hin abgestrahlt wird.

Das Strahlungsmeßfühlersystem 40 ist auf einer Basis (Sockel) 420 montiert, die mit Hilfe von Fixier-Konsolen oder -Füßen 42 am Fußboden o.dgl. festgelegt ist. Von der Basis 420 erstrecken sich Leitelemente 675A und 675B sowie Hub-Schraubspindeln 690A und 690B in Aufwärtsrichtung. An den jeweiligen Rückseiten von Tragblöcken 670A und 670B sind Innengewindestücke 680A bzw. 680B befestigt. Die Anordnung aus dem Strahlungsmeßfühler 43 und dem Datensammler 44 wird von diesen Tragblöcken 670A und 670B getragen. Die Schraubspindeln 690A und 690B sind durch die jeweiligen Gewindebohrungen der Innengewindestücke 680A bzw. 680B hindurchgeschraubt. Die Tragblöcke 670A und 670B sind durch die Leitelemente 675A und 675B über zugeordnete Leitschienen 720A bzw. 720B verschiebbar geführt.

Die Höhenlage des Meßfühlers 43 über dem Fußboden ist durch im Uhrzeigersinn

oder entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgende Drehung der Schraubspindeln 690A, 690B änderbar, auf welche die Antriebskraft von einem Hub-Antrieb 7 00 über ein Getriebe 710 übertragen wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 26A und 26B eignet sich speziell für den Fall, daß zahlreiche CT-Bilder verschiedener Scheiben oder Schnitte in lotrechter Richtung des PrüfObjekts 50 gewonnen werden sollen.

Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 27 dargestellt, wobei mehrere Fernsehkameras 730A - 730E zum Erfassen bzw. Abnehmen der Strahlenbündel 39 vom Strahlungserzeuger 35 verwendet werden. Die Fernsehkameras 730A - 730E sind dabei in gleich großen Winkelabständen auf einem Meßfühlerrahmen 340 angeordnet. Wenn jede Fernsehkamera 730A - 730E mit einer zahlreiche Feinlöcher oder Blendenlöcher aufweisenden Kollimatorscheibe (37 gemäß Fig. 1) oder mit einer zahlreiche Feinlöcher aufweisenden Blende (610 gemäß Fig. 26) versehen ist oder wird, kann der tatsächliche Strahlungserzeugungspunkt (S) des Strahlungserzeugers 35 durch die Zentraleinheit (51 gemäß Fig. 2 usw.) berechnet werden.

Fig. 2 8 veranschaulicht ein Tomographiegerät gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, für welches ein elektrisch abtastendes Röntgengerät (electrically scanning X-ray device) verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform sind daher ein ringförmiges Target (Fangelektrode) 350 zur Erzeugung von Strahlung und ein ringförmiger Strahlungsmeßfühler 430, die koaxial zueinander angeordnet sind, vorgesehen. Weiterhin sind mehrere Strahlungsmeßfühler 830A - 830H koaxial und mit gleichen Winkelabständen um den Ring-Meßfühler 430 herum angeordnet. Die Lage des Strah-

ι IX

lungserzeugungspunkts S wird durch die elektrische Abtastung längs des ringförmigen Targets 350 verschoben. Dabei kann ein Prüfobjekt 50 aus allen Winkelrichtungen mit den Strahlungsbündeln oder Strahlen 39 beaufschlagt werden. Die Lage des Punkts S kann durch die Strahlungsmeßfühler 830A - 830H festgestellt werden.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1, 14, 16, 17, 24A und 24B eignen sich für die Prüfung oder Untersuchung eines in waagerechter Richtung breiten Prüfobjekts 50, während die Ausführungsformen nach Fig. 25, 26A, 26B und 28 für die Untersuchung eines lotrecht langgestreckten Prüfobjekts 50 geeignet sind.

Fig. 29 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt (Sn) und dem Strahlungsmeßpunkt (Dm). Fig. 29 veranschaulicht, auf welche Weise bestimmte Bilddaten μΐ, μ2, ...., μ . des Bildrekonstruktionsbereichs 70 in der Nähe den Strahlengangs I(m,n) abgegriffen werden.

In der Darstellung nach Fig. 29 sei angenommen, daß der Strahlengang (beam path) I(m,n) auf einer x-y-Ebene liegt, die Meßfühlerelemente des Meßfühlers 43 längs der x-Achse der x-y-Ebene angeordnet sind, der Bereich 70 auf einer in einer ξ-^-Ebene definierten Bildrekonstruktionsmatrix gebildet ist, die η_ -Achse der £-rj-Ebene auf der y-Achse der x-y-Ebene liegt, die ξ -Achse der ^-^-Ebene in paralleler Lage um d* von der x-Achse der x-y-Ebene getrennt ist (d.h. der Ursprung 00 der ^-^-Ebene weicht um d* vom Ursprung 0 der x-y-Ebene ab), der Strahlengang I(m,n) vom η-ten Punkt Sn des Strahlungserzeugers 35 zum m-ten Punkt Dm des Meßfühlers 43 durch den Bildrekonstruktionsbereich 70 hindurchgeht und daß Bilddaten μΐ μ. der Bildrekonstruktionsmatrix in der Nähe des

Strahlengangs I(m,n) abgegriffen werden.

Unter den obigen Voraussetzungen können die Daten für die x-y-Ebene nach nachstehender Gleichung in Daten für dief-^-Ebene umgewandelt werden:

ξ = χ

C30)
η = y - d*

Auf diese Weise können nach Gleichung (30) Lagendaten Sn(^", τ?) und Dm(£, ^) der oder für Punkte Sn und Dm in bezug auf die ξ -η-Ebene anhand von Lagendaten Sn(X,y) und Dm(x,O) der Punkte Sn und Dm bezüglich der x-y-Ebene gewonnen werden. Lagendaten Dm(x,0) werden von der Strahlungsmeßposition des Meßfühlers 43 gewonnen oder ermittelt. Lagendaten Sn(x,y) können anhand der Daten Dm(x,0) sowie anhand der Daten und Abständen R und Lmn (Fig. 9) bestimmt werden, die nach Gleichungen (20) und (26) erhalten werden.

Wenn Lagendaten Sn(£, ^) und Dm(^,⁷Z) der Punkte Sn und Dm ermittelt oder gewonnen werden, kann bestimmt werden, wie der Strahlengang I(m,n) durch den Bildrekonstruktionsbereich 70 verläuft. Sodann werden.Bilddaten μΐ - μ. nahe des Strahlengangs I(m,n) durch entsprechende Bildzellen (pixels) der Bildmatrix im Rekonstruktionsbereich 70 abgegriffen.

Fig. 30 veranschaulicht die Art und Weise der Gewinnung von Bilddaten μ* auf dem Strahlengang aus den benachbarten abgegriffenen Bilddaten μΆ und μ^ Wenn der Strahlengang I(m,n) zwischen zwei benachbarten Bildzellen abgegriffener Bilddaten μa und μb verläuft, lassen sich Bilddaten μ* auf dem Strahlengang nach folgender Interpolation bestimmen:

μ* = Lb«ua + La»üb ... (31}

Die aus den auf obige Weise abgegriffenen Bilddaten μ. (oder μ*) abgegriffene CT-Größe des Prüfobjekts läßt sich auf die im folgenden beschriebene Weise bestimmen.

Fig. 31 ist ein Fließdiagramm zur Erläuterung der Anwendung einer an sich bekannten sequentiellen Näherungsmethode für die Bestimmung oder Ermittlung der CT-Größe eines PrüfObjekts.

Zunächst werden gegebene Daten μο (konstant) für die anfänglichen oder Anfangs-Bilddaten μ{ξ,7^) vorgegeben (Schritt STlOO). Der Lagenparameter η des Strahlungserzeugungspunkts S wird auf 1 gesetzt (Schritt ST102). Der Lagenparameter m des Strahlungsmeßpunkts D wird auf i gesetzt (Schritt ST104). Sodann wird die Linie bzw. der Verlauf des Strahlengangs I(m,n) zwischen den Punkten Sl (n = 1) und Dl (m = 1) nach Gleichung

(26) berechnet (Schritt ST106). Wenn die Linie oder der Verlauf des Strahlengangs I(m/n) bestimmt ist, werden bestimmte oder spezielle (particular) Bilddaten μΐ, μ2, ...., μ. nahe der Strahlenganglinie abgegriffen (Schritt ST108). Nach Maßgabe von vorverarbeiteten Daten Tm(m,n) bezüglich der bestimmten Strahlenganglinie, der Summe j μ. der abgegriffenen Bilddaten μ. sowie der Zahl i der Summierung wird eine Korrekturgröße iimn zum Korrigieren der anfänglichen Bilddaten μ( ξ, τι ) nach folgender Gleichung berechnet (Schritt STlIO):

Amn = Ctmn - Σμ.)/ί ··· C32)

Sodann wird die berechnete Größe imn zu den Daten μ.

hinzuaddiert (d.h. μ. + /lmn -fr μ . ) .
35

Nach der Berechnung der Korrekturgröße Amn wird geprüft, ob der Lagenparameter m die maximale Größe M

erreicht oder nicht (Schritt ST112). Wenn der Parameter m kleiner ist als M (NEIN in Schritt ST112), wird der Parameter m um 1 inkrementiert (z.B. von 1 auf 2 geändert) (Schritt ST114), worauf das Programm zum Schritt ST106 zurückkehrt. Wenn der Parameter m der maximalen Größe M gleich ist (JA in Schritt ST112), wird geprüft, ob der Lagenparameter η die maximale Größe N erreicht (Schritt ST116). Wenn der Parameter η kleiner ist als N (NEIN in Schritt ST116), wird der Parameter η um ί inkrementiert (z.B. von 1 auf 2 geändert) (Schritt ST118), worauf das Programm zum Schritt ST104 zurückkehrt.

Wenn der Parameter η der maximalen Größe N (JA in Schritt ST116) gleich ist, wird die maximale Korrekturgröße Δ aus den vorher berechneten Korrekturgrößen 2lmn gewählt (Schritt ST120). Die gewählte maximale Korrekturgröße Δ wird mit einer vorbestimmten Bezugsgröße ^o verglichen (Schritt ST122). Wenn die gewählte maximale Größe A die Bezugsgröße /Lo übersteigt (NEIN in Schritt ST122), kehrt das Programm zum Schritt ST102 zurück. Ist dagegen die gewählte maximale Größe L gleich groß oder kleiner als die Bezugsgröße Δο (JA in Schritt ST122), so werden die zu diesem Zeitpunkt gewonnenen oder erhaltenen Bilddaten Δ für die CT-Größe benutzt (Schritt ST124).

Obgleich die Arbeitsgeschwindigkeit bei dem in Fig. 31 dargestellten Verfahren wesentlich geringer ist als bei der Methode nach Fig. 5, ist das Verfahren bzw. die Methode gemäß Fig. 31 ebenfalls für das erfindungsgemäße Tomographiegerät brauchbar.

Obgleich die Erfindung vorstehend in derzeit bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt, sondern

verschiedenen weiteren Änderungen und Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise kann die Ausführungsform nach Fig. 1 so abgewandelt werden, daß die Einstellung der Parallellage oder -beziehung zwischen dem Strahlungserzeugersystem 20 und dem Strahlungsmeßfühlersystem 40 an der Seite des Systems 40 erfolgt.

Claims

Patentansprüche

Tomographiegerät mit

einer Strahlereinheit (20) mit einem Strahlungserzeugungspunkt (S) zur Lieferung eines Strahls oder Strahlungsbündels (39),

einer Meßfühlereinheit (40) mit einem Strahlungsmeßfühler (43) zur Messung der Intensität des Strahlungsbündels (39) zwecks Lieferung von Strahlungsabsorptionsdaten, wobei ein mittels des Tomographiegeräts zu untersuchendes oder Prüfobjekt (50) zwischen Strahlereinheit (20) und Meßfühlereinheit (40) einsetzbar ist, und einer mit der Meßfühlereinheit (40) gekoppelten Rekonstruktionseinheit (55; Fig. 6) zum Rekonstruieren von rechnergestützten Tomographie- bzw. CT-Bilddaten (μ) aus den Strahlungsabsorptionsdaten,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Aufstellort der Meßfühlereinheit (40) von dem der Strahlereinheit (20) unabhängig und ggf. oder bevorzugt davon getrennt ist,

daß die Rekonstruktionseinheit (55) mit einer Detektoreinheit (51; Fig. 1) zur Bestimmung (detecting) einer vorgeschriebenen geometrischen Beziehung zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt (S) und dem Strahlungsmeßfühler (43) versehen ist und

daß die Rekonstruktionseinheit (55) die CT-BiIddaten (μ) nach Maßgabe der bestimmten geometrischen Beziehung zwischen dem Strahlungserzeugungspunkt (S) und dem Strahlungsmeßfühler rekonstruiert.
2. Tomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Strahlereinheit (20)

gekoppelte Abtast-Führungseinrichtung (22, 31, 34) zum Verschieben des Strahlungserzeugungspunkts (S) in der Weise, daß das Strahlungsbündel (39) für das Prüfobjekt (50) geführt (scanned) wird, vorgesehen ist.
3. Tomographiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschriebene geometrische Be-Ziehung derart ist, daß der (geometrische) Ort der Verschiebung des Strahlungserzeugungspunkts (S) praktisch parallel zur Anordnung der Strahlungsmeßelemente des Strahlungsmeßfühlers (43) liegt (Fig. 1, 14, 16, 24).
4. Tomographiegerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

eine mit der Detektoreinheit (51) gekoppelte Ort-Detektoreinrichtung (35, 37, 43, 51; Fig. 9) zur Feststellung einer Abweichung des Orts des Strahlungsmeßpunkts (S) von einer genau parallelen Lage oder Beziehung zwischen dem Ort und der Anordnung der Strahlungsmeßelemente des Strahlungsmeßfühlers (.43) und

eine mit der Ort-Detektoreinrichtung (51) gekoppelte Ort-Korrektureinrichtung (29, 30; Fig. 1) zum Korrigieren des Orts des Strahlungsmeßpunkts (S) in der Weise, daß die Abweichung des Orts von der genau parallelen Beziehung minimierbar ist.
5. Tomographiegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlereinheit (20) und die Meßfühlereinheit (40) mit Paralleleinstellmitteln (72 - 74; Fig. 14 bis 15) zur Durchführung einer Einstellung in der Weise, daß eine gerade Linie zwischen zwei gegebenen Punkten (72, 72 von 20) längs des Orts des Strahlungsmeßpunkts (S) parallel

zu einer geraden Linie zwischen zwei anderen gegebenen Punkten (72, 72 von 40) längs der Anordnung der Strahlungsmeßelemente des Strahlungsmeßfühlers (43) liegt, versehen sind.
6. Tomographiegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Paralleleinstellmittel (72 - 74; Fig. 14, 15)

eine Lasereinrichtung (73) zur Erzeugung eines geradlinig übertragenen Laserstrahls,
Strahler-Indexmittel (72, 72 von 20), welche die beiden gegebenen Punkte längs des Orts des Strahlungserzeugungspunkts (S) definieren und zur Einstellung in der Weise dienen, daß der Laserstrahl durch die beiden gegebenen Punkte gleichzeitig hindurchfällt, und

Meßfühler-Indexmittel (72, 72 von 40), welche die beiden anderen gegebenen Punkte längs der Anordnung der Strahlungsmeßelemente des Strahlungsmeßfühlers (43) definieren und zur Einstellung in der Weise dienen, daß der Laserstrahl durch die beiden anderen gegebenen Punkte gleichzeitig hindurchfällt, umfassen.
7. Tomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlereinheit (40) auf das Strahlungsbündel (39) ansprechende Lagendetektormittel (51, 90A/B - 92A/B; Fig. 17 bis 21) zur Erfassung oder Bestimmung der Lage des Strahlungserzeugungspunkts (S) aufweist.
8. Tomographiegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionseinheit (55 in Fig. 18) die CT-Bilddaten (μ) aus den Strahlungsabsorptionsdaten nach Maßgabe der erfaßten Lage des Strahlungserzeugungspunkts (S) rekonstruiert.
9. Tomographiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschriebene geometrische Beziehung derart ist, daß der (geometrische) Ort der Verschiebung des Strahlungserzeugungspunkts (S) im wesentlichen linear ist, während die Anordnung der Strahlungsmeßelemente des Strahlungsmeßfühlers (43) um das Prüf objekt (50) herum gekrümmt ist (Fig. 26).
10. Tomographiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschriebene geometrische Beziehung derart ist, daß der Ort der Verschiebung des Strahlungserzeugungspunkts (S) um das Prüfobjekt (50) herum gekrümmt und die Anordnung der Strahlungsmeßelemente des Strahlungsmeßfühlers (43) um das Prüf objekt (50) herum gekrümmt ist (Fig. 25, 28).
11. Tomographiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschriebene geometrische Beziehung derart ist, daß der Ort der Verschiebung des Strahlungserzeugungspunkts (S) und die Anordnung der Strahlungsmeßelemente des Strahlungsmeßfühlers (43) (beide) im wesentlichen linear sind (Fig. 17).
12. Tomographiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionseinheit (55)

eine Einrichtung zum Berechnen einer Schätzfunktion JC μ(Χ/Υ) J. der (für die) CT-Bilddaten (μ = μ(χ,ν)) in bezug auf eine x-y-Ebene, welche das Strahlungsbündel (39) durchläuft, wobei sich die Schätzfunktion JC μ(χ,γ) 1 definiert zu:

,y)] = Σ Σ w(m,n)· | irm(m,n) - τ[μ(χ,y) :m,n]|
m η

(Gleichung (5))

mit: η = Lage des Strahlungserzeugungspunkts (S); m = Lage eines der im Strahlungsmeßfühler (43) enthaltenen Strahlungsmeßelemente; w(m,n) = eine gegebene Gewichtungsfunktion;fm(m,η) den Strahlungsabsorptionsdaten entspricht und Γ[μ(χ,γ):m,nj darstellbar ist durch:

T[p(x,y):m,n] = Σ -Σ ψ-μ(χ,γ) (Gleichung (6))

aufweist, wobei ψ/ (Fig. 4) eine gegebene Funktion der Intensität des Strahlungsbündels (39) darstellt (Fig. 5, 6).
13. Tomographiegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionseinheit (55) ferner eine Einrichtung (63) zum Berechnen eines Gradienten g[μ(χ,γ):x,y] der Schätzfunktion ιΐ[μ(χ,γ)] nach folgender Beziehung: g[u(x,y):x,y] = 2 Σ Σ w(m,n)-{-rm(m,rO

^ΛΚ) r e λ -, -. , (Gleichung (10))

- τ[μ(χ,ν):ΐϊΐ,η]}·ψ ^y

aufweist.
14. Tomographiegerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionseinheit (55) ferner eine Einrichtung (64, 65) zum Berechnen einer Bildkorrekturrichtung S. (x,y) nach folgender Beziehung:

S₁CxJy) = gUCx,y):x,y] ⁺ F-S_1-1Cx^y)

(Gleichung (H))

mit: F = eine Funktion von g[[i·- (x,y) :x,y] und g^._, (x,y) :x,y] ?g^(x,y):x,yj = ein Gradient der Schätz funktion in bezug auf das i-te iterierte Bild; und gj^. (x,y):x,yj ein Gradient der Schätzfunktion in bezug auf das (i-l)-te iterierte Bild aufweist.
15. Tomographiegerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktionseinheit (55) eine Einrichtung (66) zum Berechnen von (i+l)-ten iterierten rechnergestützten Tomographie- bzw. CT-Bilddaten μ·,ι(X/V) anhand von i-ten iterierten CT-Bilddaten μ.(x,y) nach folgender Beziehung
(Gleichung (12))

_i+1

Cx,y) = U₁Cx,y) ⁺ a..s.Cx,y)

in weichere*", eine gegebene Korrekturgröße in bezug auf (with respect to) die Bildkorrektur richtung
S.(x,y) bedeutet, aufweist.
16. Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsbündel (39) einen gegebenen, mindestens einen Teil des PrüfObjekts (50) enthaltenden Bildrekonstruktionsbereich (70; Fig. 12) festlegt, der in drei Bereiche (Da, Db, Dc) unterteilt ist, von denen der erste Bereich (Da) für Nullwerte der CT-Bilddaten (μ = 0), der zweite Bereich (Db) für gegebene feste Werte oder Größen der CT-Bilddaten (μ = ü) und der dritte Bereich (Dc) für variable Größen der CT-Bilddaten (μ) vorgesehen sind.
17. Tomographiegerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Strahlereinheit (20) in bezug auf das Prüf objekt (50) so gewählt ist, daß letzteres der Grenze zwischen dem ersten und dritten Bereich (Da, Dc) der drei Teilbereiche (Da, Db, Dc) angepaßt ist.
18. Tomographiegerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Strahlereinheit (20) in bezug auf das Prüf objekt (50) so gewählt ist, daß das Prüfobjekt der Grenze zwischen dem ersten

und zweiten Bereich (Da, Db) der drei Teilbereiche (Da, Db, Dc) angepaßt ist.
19. Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsmeßfühler (43) aus einer linearen Meßfühlerreihe gebildet ist.
20. Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsmeßfühler (43) aus einer zweidimensionalen Meßfühlerreihe gebildet ist.
21. Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis

20, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlereinheit (20) eine Einrichtung (350 - 370, Fig. 24; 630 - 650, Fig. 26) zum Bewegen des Strahlungserzeugungspunkts (S) längs des PrüfObjekts (50) aufweist.
22. Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis

21, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühlereinheit (40) eine Einrichtung (500 - 540, Fig. 24; 670 - 720, Fig. 26) zum Bewegen des Strahlungsmeßfühlers (43) längs des Prüfobjekts (50) aufweist.
23. Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsbündel (39) einen gegebenen, zumindest einen Teil des PrüfObjekts (50) enthaltenden Bildrekonstruktionsbereich (70; Fig. 12) festlegt, der in mehrere Bereiche (Da, Db, Dc) unterteilt ist, von denen der eine (Db) für die CT-Bilddaten (μ) und ein anderer (Da, Db) für eine vorgegebene feste Größe vorgesehen sind.
24. Tomographiegerat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlereinheit (20) oder die Meßfühlereinheit (40) durch die CT-Detektoreinrichtung (29, 30) so bewegbar ist, daß die Abweichung minimiert wird.