(Technisches Gebiet)
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Bildrekonstruktionsdatenverarbeitungseinheit für ein
Röntgenstrahltomographiegerät und dergleichen, das gestaltet
ist, um Daten zum Rekonstruieren eines tomographischen
Bildes eines Objektes auf der Grundlage von Daten über
das Objekt aus verschiedenen Richtungen zu verarbeiten.
(Hintergrund-Technologie)
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Bekanntlich wird ein Röntgenstrahltomographiegerät
verwendet, um ein tomographisches Bild eines Objektes
derart zu bilden, daß eine Anzahl von Projektionsdaten
gesammelt werden, indem Röntgenstrahlen unter
verschiedenen Winkeln angelegt und die gesammelten Daten für eine
Bildrekonstruktion verarbeitet werden. Die
Datenverarbeitung durch ein derartiges
Röntgenstrahltomographiegerät umfaßt grundsätzlich die Schritte des
Vorverarbeitens, der Rekonstruktion und des Nachverarbeitens.
In dem Vorverarbeitungsschritt werden logarithmische
Umsetzungen, vorbestimmte Korrekturen einschließlich
Röntgenstrahlstärkekorrektur,
Strahlqualitäterhärtungskorrektur, Streukorrektur usw. und ein Filtern
durchgeführt, und in dem Rekonstruktionsschritt wird die
Operation
von Rückprojektionen mittels vorverarbeiteter
Projektionsdaten vorgenommen, um dadurch Bilddaten zu
erzeugen, die ein tomographisches Bild eines Objektes
anzeigen. Die so erhaltenen Bilddaten werden durch den
Nachverarbeitungsschritt in eine Form korrigiert, die
geeignet ist, um diese in einem Aufzeichnungsmedium zu
speichern.
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Als ein Gerät zum Durchführen der obigen
Datenverarbeitungsschritte mit hohen Geschwindigkeiten wird eine
Datenverarbeitungseinheit mit einer Kombination aus einer
Schnellverarbeitungseinheit (im folgenden als "FPU"
bezeichnet) und einer oder mehreren
Rückprojektionseinheiten (im folgenden als "BPU" bezeichnet) verwendet.
Die FPU ist mit einem Hauptspeicher zum Speichern von
Projektionsdaten und mit einem Betriebsteil zum
Vorverarbeiten der Projektionsdaten versehen, und die BPU ist
mit einem Rechenelement und mit einem Bildspeicher mit
Adressen versehen, die jeweils jedem von Pixels eines
Rekonstruktionsbildes entsprechen. Zur Steigerung der
Bildrekonstruktionsgeschwindigkeit wird angenommen,
eine Vielzahl von derartigen Datenverarbeitungseinheiten
in parallelen Beziehungen zueinander zu betreiben,
jedoch treten in diesem Fall die folgenden Probleme auf.
Das heißt, die Daten über das Rekonstruktionsbild
müssen eine Gesamtsumme aus Rückprojektionsdaten sein, die
durch jede BPU erhalten ist, die
Rekonstruktionsbilddaten müssen durch eine gewünschte FPU nachverarbeitet
werden, so daß Busse für Empfang und Übertragung der
Rückprojektionsdaten zwischen den BPUs und zwischen
FPUs und BPUs erforderlich sind. Folglich wird die
Struktur der Datenverarbeitungseinheit kompliziert.
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Das zum Stand der Technik zählende Dokument EP-A-
0 182 186 offenbart ein
Rückprojektionsbildrekonstruktionsgerät, bei dem eine Bildrekonstruktionszeit in
einem CT-Abtaster durch Verwenden einer Pipeline-Struktur
und Interpolationstechniken gesteigert ist, um jeden
Detektor für eine Verwendung in eine Rückprojektion der
Strahlungsabsorptionsmessungen durch jedes Pixel bei
jeder Betrachtung des Abtasters zu identifizieren.
Detektoren werden durch Berechnung für ein Pixel bei
jeder dritten Betrachtung mit Detektoren für
Zwischenbetrachtungen identifiziert, die durch Interpolation der
berechneten Detektoren erhalten sind. In ähnlicher
Weise werden Detektoren für jedes andere Pixel bei einer
Betrachtung mit dem Detektor für das Zwischenpixel, das
durch Interpolation identifiziert ist, identifiziert.
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Weiterhin offenbart das zum Stand der Technik zählende
Dokument EP-A-0 052 342 eine
Datenverarbeitungsvorrichtung, die auf ein Computertomographiesystem angewandt
ist, das einen lebenden Körper mittels Einstrahlung von
Röntgenstrahlen prüft. Die Röntgenstrahlen, die den
lebenden Körper durchdrungen haben, werden in elektrische
Signale in einem Erfassungsabschnitt umgesetzt. Die
elektrischen Signale werden von einer analogen Form in
eine digitale Form in einem Datengewinnungsabschnitt
gewonnen und umgesetzt und dann zu einem
Matrixdatengeneratorabschnitt in der Datenverarbeitungsvorrichtung
gespeist. Durch diesen Matrixdatengeneratorabschnitt
werden Matrixdaten erzeugt, die einer Vielzahl von
Projektionsdaten entsprechen. Diese Matrixdaten werden zu
einem Teilsummenlieferabschnitt gespeist. Die
Teilsummen, die jeweils in Gruppen der Matrixdaten
entsprechen, werden in diesem Teilsummenlieferabschnitt
berechnet und dann zu einem Ansammlungsabschnitt
gespeist. In diesem Ansammlungsabschnitt wird der Endwert
entsprechend der Gesamtsumme der Matrixdaten berechnet,
wodurch die Berechnung fur eine Bildrekonstruktion
durchgeführt ist.
(Offenbarung der Erfindung)
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Bildrekonstruktionsdatenverarbeitungseinheit
vorzusehen, die, obwohl von einfacher Struktur, eine schnelle
Datenverarbeitung durch Paralleloperationen einer
Vielzahl von FPUs ausführen kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende
Erfindung eine Bildrekonstruktionsdatenverarbeitungseinheit
vor, wie diese in dem Patentanspruch angegeben ist.
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Die Datenverarbeitungseinheit der vorliegenden
Erfindung umfaßt eine Vielzahl von FPUs und eine einzige
BPU, die mit den letzteren verbunden ist. Die BPU
zeichnet sich aus durch das Vorsehen einer Vielzahl von
Rückprojektionsausführungsteilen und einem einzigen
Pixelspeicher, in welchem eine Gesamtsumme von
Ausgangsdaten von den ersteren in einem rückprojizierten
Zustand gespeichert ist.
(Kurze Beschreibung der Zeichnungen)
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines
Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 2A und 2B sind Darstellungen, die
Projektionsdaten über ein Objekt in jeweils zwei
Richtungen veranschaulichen, und
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Fig. 3 und 4 sind Blockdiagramme von anderen
Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung.
(Beste Ausführungsart der Erfindung)
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr in Einzelheiten
anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. In
Fig. 1 ist eine einzelne BPU 11 mit zwei FPUs 12 und 13
über Allzweckbusse 16 und 19 verbunden. Die Struktur
der BPU ist die folgende: Zwei
Rückprojektionsausführungsteile 14 und 15 sind vorgesehen, um den FPUs 12
und 13 zu entsprechen. Der
Rückprojektionsausführungsteil ist mit einem Adreßgeneratorteil 17 und einem
Datenspeicher 18 versehen, der mit der FPU 12 über den
Allzweckbus 16 verbunden ist, und der
Rückprojektionsausführungsteil 15 ist mit einem Adreßgeneratorteil 20
und einem Datenspeicher 21 versehen, der mit der FPU 13
über den Allzweckbus 19 verbunden ist. Weiterhin sind
zwei Register 22 und 23 jeweils in Entsprechung zu den
zwei FPUs vorgesehen, um so Steuerdaten von jeder der
FPUs zu halten und die Steuerdaten zu einem Steuerteil
24 zu übertragen. Die Steuerdaten werden als wirksam
angenommen, wenn sie von dem Register kommen, das mit
der FPU verbunden ist, die durch einen Schalter 25
gewählt ist. Der Schalter 25 ist gestaltet, um entweder
die FPU 12 oder 13 auszuwählen, die eine
Master-Steuereinheit wird und manuell oder automatisch entsprechend
einer derartigen FPU ein- und ausgeschaltet wird, wie
diese Wert für die Mastersteuereinheit ist. Weiterhin
kann es sich um einen Software-Schalter handeln. Der
Steuerteil 24 erzeugt ein Steuersignal für die
Rückprojektionsausführungsteile 14, 15 und Puffer 27, 28. Ein
Addierer 26 hat einen Eingangsport, durch den Daten,
die aus den Datenspeichern 18 und 21 gelesen sind, und
Ausgangsdaten von den Puffern 27 und 28 dort eingegeben
werden, und ein Ergebnis der Addition von diesen Daten
in einen Addierer 30 eingespeist. Die Puffer 27 und 28
sind gesteuert, um wirksam oder unwirksam von ihren
Operationen zu werden und um, wenn sie wirksam gehalten
sind, ein Daten-"0"-Signal zu erzeugen. Der Addierer 30
addiert von dem Addierer 26 eingegebene Daten und aus
den Adressen eines Pixelspeichers 29 ausgelesene Daten,
und das Ergebnis einer derartigen Addition wird in der
gleichen Adresse gespeichert. Der Pixelspeicher 29 ist
von der Art, daß Daten über ein Rekonstruktionsbild
gespeichert werden, und hat Adressen, die jeweils
denjenigen des Pixelspeichers 29 entsprechen. Weiterhin hat
der Pixelspeicher 29 Ports, die mit den Allzweckbussen
16 und 19 verbunden sind, wobei durch diese Ports
Zugriffe von den FPUs 12 und 13 zu dem Pixelspeicher 12
möglich gemacht sind.
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Für die obige Struktur wird ein Fall, bei dem eine
Bildrekonstruktion durch die Paralleloperationen der
zwei FPUs durchgeführt wird, beschrieben. Unter der
Annahme, daß der Schalter 25 zu der FPU 12 gedreht ist,
steuert der Steuerteil 24 die Berechnung der
Rückprojektionen auf der Grundlage des Inhaltes des Registers
22, wobei die FPU 12 als eine Mastersteuereinheit
wirkt. Da die Steuerdaten von dem Steuerteil 24 nunmehr
eine Bildrekonstruktion durch Paralleloperationen der
zwei FPUs anzeigen, werden die Operationen der Puffer
27 und 28 unwirksam gehalten, so daß der Addierer 26 in
einem Zustand ist, in welchem er bereit ist, die
Ausgangsdaten des Rückprojektionsausführungsteiles 14 und
diejenigen des Rückprojektionsausführungsteiles 15 zu
addieren und ein Ausgangssignal zu erzeugen. Wenn
beispielsweise in diesem Fall angenommen wird, daß die FPU
12 in den Datenspeicher 18 vorverarbeitete
Projektionsdaten entsprechend einer i-Ansicht, die in Fig. 2
gezeigt ist, durch den Allzweckbus 16 schreibt und die
FPU 13 in den Datenspeicher 21 vorverarbeitete
Projektionsdaten entsprechend einer j-Ansicht, die in Fig. 2B
gezeigt ist, durch den Allzweckbus 19 schreibt, dann
führen die Rückprojektionsausführungsteile 14 und 15
Rückprojektionen durch, während ein Pixel 31 markiert
wird, das den gleichen Teil des Objektes darstellt. Das
heißt, die Adreßgeneratorteile 17 und 20 bezeichnen für
die Datenspeicher 18 und 21 Adressen, bei denen die
Projektionsdaten über das gemeinsame interessierende
Pixel in der i-Ansicht und der j-Ansicht gespeichert
sind und lesen die Projektionsdaten entsprechend
hierzu. Dann werden die so gelesenen zwei Arten von Daten
durch den Addierer 26 addiert, und danach werden die
addierten Daten weiter zu den Bilddaten addiert, die
aus der Adresse in dem Pixelspeicher 29 entsprechend
dem Pixel 31 von Interesse gelesen sind, um wieder in
die gleiche Adresse eingeschrieben zu werden, so daß
die Rückprojektion des Pixels 31 gleichzeitig durch die
Verwendung der Projektionsdaten entsprechend den i- und
j-Ansichten durchgeführt wird. Die obige Operation wird
über alle Ansichten nacheinander hinsichtlich aller
Pixels ausgeführt. Das heißt, die Bildrekonstruktion wird
durch Paralleloperationen der zwei FPUs vorgenommen. In
diesem Fall ist, da die Rückprojektionen hinsichtlich
des gemeinsamen Pixelspeichers 29 durchgeführt werden,
ein rekonstruiertes Bild vollständig in dem einzigen
Pixelspeicher 29. Dies bedeutet, daß eine
Bildrekonstruktionsdatenverarbeitungseinheit mit einer
einfacheren Struktur als diejenige der herkömmlichen Einheit
durch Paralleloperationen von zwei FPUs realisiert
werden kann. Nach Abschluß der Rückprojektionen werden die
FPUs 12 und 13 parallel gemäß einer Notwendigkeit
betrieben, um einen Vorverarbeitungsschritt
durchzuführen, indem Zugriff zu dem gemeinsamen Pixelspeicher 29
durch dessen Ports erhalten wird.
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Da der Pixelspeicher 29 gemeinsam für die FPUs ist,
selbst wenn eine der zwei FPUs aus der Ordnung oder
abgetrennt ist, kann der Bildrekonstruktionsprozeß durch
die verbleibende Einheit durchgeführt werden. Es sei
nunmehr angenommen, daß die FPU 13 aus der Ordnung oder
getrennt ab dem Beginn ist. Dann kann der Schalter 25
gedreht werden, um die FPU 12 zu wählen, und die
Steueroperation des Steuerteiles 24 kann gemäß dem Inhalt
des Registers 22 eingestellt werden. In diesem Fall
umfaßt die Steueroperation in dem Register 22
Information, die einen unabhängigen Modus der FPU 12 anzeigt, so
daß die Ausgangsoperation des Puffers 28 durch eine
Steuerung aufgrund dieser Operation wirksam gehalten
ist, und das Puffer 28 erzeugt ein "0"-Signal, um
dadurch den linksseitigen Eingang des Addierers 26
zwangsweise Null werden zu lassen. Folglich wird der
Ausgang des Addierers 26 identisch zu demjenigen des
Rückprojektionsausführungsteiles 14 und zu den
Pixeldaten, die in dem Pixelspeicher 29 gespeichert sind,
durch den Addierer 30 addiert, um dadurch die
Ausführung
von Rückprojektionen durch den einzigen Betrieb
der FPU 12 zu ermöglichen.
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Wenn weiterhin ein Master-FPU zuvor bestimmt ist, kann
die Struktur der Datenverarbeitungseinheit vereinfacht
werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, wobei die FPU
12 als eine Mastereinheit bestimmt ist. Jedoch werden
die Bildrekonstruktion durch Parallelbetriebe der FPUs
12 und 13 und diejenige durch den einzigen Betrieb der
FPU 12 so wie in dem Fall der Fig. 1 ausgeführt.
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Obwohl in dem obigen Ausführungsbeispiel ein Fall
beschrieben ist, der zwei FPUs verwendet, kann, wenn eine
Datenverarbeitungseinheit, die mit noch mehr FPUs
versehen ist, gewünscht wird, die BPU aufgebaut werden,
wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, in welcher die BPU mit
n-zahligen Rückprojektionsausführungsteilen 32&sub1;, 32&sub2;,
..., 32n entsprechend n-zahligen FPUs und einem
Addierer 33 mit n-zahligen Eingangsports versehen ist.