DE4016245C2

DE4016245C2 - Verfahren zum Abtasten und Sammeln von Daten

Info

Publication number: DE4016245C2
Application number: DE4016245A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Wayne Eberhard; Kwok Cheong Tam
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1990-05-19
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2010-05-20
Also published as: KR900018694A; JPH0337051A; GB2232332B; GB2232332A; TR27870A; DE4016245A1; FR2650684A1; KR930010256B1; AU622307B2; GB9011738D0; US5032990A; IT9020430A1; FR2650684B1; IT9020430A0; AU5304890A; IT1248819B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten und Sammeln von Daten für die Digitalradiographie (DR) und die Computertomographie (CT).

Die rasche Inspektion großer Industrieteile wird zunehmend kri tischer, da sich die Fertigung vom Zusammenbau kleiner Teile bis zur Nutzung großer Gußkörper bewegt. Um die typischen Anforde rungen für die räumliche Auflösung zu erfüllen, werden Detektoren mit Tausenden einzelner Elemente erforderlich. Da die Fähigkeiten und Anforderungen an die Abtastung mit hoher Auflösung wachsen, kann die Inspektion selbst kleiner Teile Tausende von Detektorelemen ten erfordern. Die Fabrikationsanforderungen begrenzen jedoch die Anzahl einzelner Elemente, die zu einem einzigen Detektor zusammengebaut werden können. Das Problem besteht darin, eine Abtastkonfiguration zu schaffen, die große Reihen von Detektor elementen aus kleineren Reihen in einer raschen wirksamen Weise synthetisieren und Algorithmen für die Bildrekonstruktion finden kann, die diese Daten in einer optimalen Weise nutzen.

Computertomographen haben sich mit den wachsenden Anforderungen an die Bildgröße und den Durchsatz durch mehrere Generationen entwickelt. Abtastgeräte (Scanner) der ersten Generation, wie sie in Fig. 1a dargestellt sind,benutzen eine Quelle 10, die einen Kollimator aufweisen kann, um dem Strahl die erwünschte Gestalt zu geben, sowie ein einzelnes Detektorelement 11, um für ein CT-Bild Daten zu sammeln. Das Teil 12 wird fortschreitend seitlich an Quelle und Detektor in einem ersten Betrachtungswin kel vorbeibewegt, gedreht und seitlich im zweiten Betrachtungs winkel abgetastet und dies solange, bis viele Betrachtungswinkel über 180° benutzt worden sind und ein Parallelstrahl-Datensatz Punkt für Punkt nacheinander gesammelt worden ist. Die Scanner der zweiten Generation (vgl. Fig. 1b) benutzen eine Anzahl dis kreter Detektoren, die über einen gegebenen Bereich R_R in ver schiedenen Winkeln auf die Quelle gerichtet sind, um das gleich zeitige Sammeln von Daten bei einer Anzahl von Betrachtungswin keln zu gestatten. Der Detektor 13 mit mehreren Elementen hat einen weiten Elementabstand, und die vier Betrachtungswinkel decken R_R ab. Das Teil 12 wird fortschreitend an Quelle und Detektoren vorbeibewegt und abgetastet, um alle Daten für die dargestell ten Winkel zu sammeln. Dann wird es um den Winkel R_R gedreht und wieder seitlich für den neuen Bereich von Betrachtungswinkeln abgetastet. Das Verfahren wird N-mal wiederholt, bis NR_R größer ist als oder gleich 180°.

CT-Scanner der dritten Generation (vgl. Fig. 1c) beschleunigen das Verfahren beträchtlich durch Einsatz einer linearen Detek torreihe, um alle Daten in einem festgelegten Betrachtungswinkel gleichzeitig zu sammeln. Der Detektor 14 mit mehreren Elementen hat einen geringen Elementabstand, und die Größe des Teiles 12 ist geringer als das Gesichtsfeld des Detektors. Es ist nur ein Rotationsab tasten des Teiles 12 um 360° erforderlich, um die Daten für die verschiedenen Betrachtungswinkel zu sammeln. Die Daten werden je doch in einer Fächerstrahlkonfiguration gesammelt, und die De tektorreihe muß breit genug sein, um das Teil zu überspannen.

Ferner ist beispielsweise aus der GB-PS 15 38 439 eine Einrichtung bekannt, bei der die Breite der Detektorreihe nicht ausreicht, das abzubildende Objekt zu überspannen. Dort wird das Objekt in mehreren relativen Positionen von Quelle und Detektoren zu ihm abgetastet, wobei es jeweils fortschreitend bewegt und rotiert wird. Die dabei gesammelten Teildatensätze werden zu einem vollständigen Datensatz kombiniert, der das gesamte Objekt abbildet. Dabei entsteht jedoch eine Überlappung und eine komplexe Fehlerausrichtung der Daten, die für eine konventionelle CT- Rekonstruktion nur schwierig zu benutzen sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Abbildungssystem der dritten Generation auch dann einfach und schnell arbeiten kann, wenn der Detektor nicht breit genug ist, um das Objekt zu überspannen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schritte des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Verfahren zum Abtasten und Sammeln von Daten für die CT- und DR-Abbildung geeignet ist, wobei eine einen Fächerstrahl abgebende Röntgenquelle und eine Detektorreihe benutzt werden, deren Breite nicht das gesamte Objekt überspannt. Es werden Teildatensätze bei einer Vielzahl von relativen Positionen des Objektes, der Röntgenquelle und der Detektorreihe gesammelt, wobei das Objekt in Bezug auf die Quelle und den Detektor bei jeder Position in bezug auf die vorhergehende Position fortschreitetnd bewegt und rotiert wird.

Um Röntgendaten für das CT-Abbilden zu sammeln, erfolgt das Ab tasten in allen Positionen bei einer Rotation um 360°. Dabei kann das Kombinieren der Teildatensätze beginnen und die Bildrekonstruktion anfangen, nachdem alle Daten für einen ersten Blickwinkel gesammelt wor den sind. Es ist nicht erforderlich, bis zum Ende der Daten sammlung zu warten. Das Kombinieren der Daten kann auch das Auswählen von Röntgendaten für nur solche Strahlen pfade einschließen, die durch das Gesichtsfeld des Objek tes oder einen gegebenen Teil des Gesichtsfeldes verlaufen. So werden Strahlenpfade außerhalb des Gesichtsfeldes z. B. nicht benutzt.

Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung auf ein duales Abtastsystem angewendet wird, umfaßt das Anordnen des Objektes in einer ersten Position mit Bezug auf Röntgenquelle und Detektorreihe, das Abtasten und Sammeln eines Teilsatzes von Röntgendaten, das Bewegen des Objektes in eine zweite Position und das Rotieren und fortschreitend Bewegen des Objektes mit Bezug auf Quelle und Detektor sowie das Abtasten und Sammeln eines weiteren Teilsatzes von Röntgendaten. Diese Teildatensätze, die das Gesichtsfeld des Objektes abdecken, wer den kombiniert zu einem vollständigen Datensatz, um daraus ein vollständiges Bild des Objektes zu rekonstruieren.

Ein Ausführungsbeispiel synthetisiert eine sehr viel größere Detektorreihe, die symmetrisch zum Objekt liegt. In der ersten relativen Position wird unter Verwendung des kleineren Detektors das Objekt nach rechts von der Mittellinie des Fächer strahles bewegt und um einen vorbestimmten Winkel rotiert, und in der zweiten relativen Position wird das Objekt nach links der Mittellinie des Fächerstrahles bewegt und um den gleichen Betrag in der entgegengesetzten Richtung rotiert. In beiden Positionen werden Daten für das CT-Abbilden gesammelt, indem man das Objekt um 360° rotiert. DR-Abbildungsdaten werden gesammelt, indem man vertikale Abtastungen bei jeder beiden Positionen ausführt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeich nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a einen CT-Scanner der ersten Generation nach dem Stand der Technik mit einem einzelnen Detektorelement,

Fig. 1b einen CT-Scanner der zweiten Generation nach dem Stand der Technik mit einer Detektorreihe mit weitem Element abstand,

Fig. 1c einen CT-Scanner der dritten Generation nach dem Stand der Technik mit einer Detektorreihe mit einem engen Elementabstand,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung einer ersten Ausführungs form des Translations/Rotations-Inspektionssystems der dritten Generation,

Fig. 3 den Translations/Rotations-Röntgenscanner und die Be stimmung des Rotationswinkels Φ_o,

Fig. 4 das vorgenannte System und das fortschreitende Bewegen und Rotieren des Objektes mit Bezug auf stationäre Rön genquelle und Detektor,

Fig. 5 ein Diagramm der bevorzugten Ausführungsform des Trans lations/Rotations-CT- und -DR-Scanners,

Fig. 6 das bevorzugte System und das fortschreitende Bewegen und Rotieren des Objektes mit Bezug auf stationäre Quel le und Detektor,

Fig. 7 ein Fließdiagramm der Betriebsstufen für das System der Fig. 6,

Fig. 8 ein Fließdiagramm, das detailliert darstellt, wie die Röntgendaten der Abtastungen in den Positionen 1 und 2 zu einem vollständigen Datensatz kombiniert werden,

Fig. 9 ein Fließdiagramm, das den Betrieb des Systems nach Fig. 6 als DR-Scanner veranschaulicht, und

Fig. 10 und 11 einen Multipositions-Translations/Rotations-CT- Scanner, bei dem Quelle und Detektor fortschreitend be wegt werden und das Objekt rotiert wird, und das Objekt sowohl fortschreitend bewegt als auch rotiert wird.

Das Röntgenabbildungssystem der Fig. 2 weist eine flache Detek torreihe 15 auf, die nicht breit genug ist, ein Objekt (einen Gegenstand) 16 zu überspannen. Es sei z. B. angenommen, daß ein Teil mit einem Durchmesser von etwa 50 cm mit einem Detektor von etwa 30 cm abgetastet werden muß. Diese Forderung kann sich in verschiedener Weise ergeben. So mag nur ein 30-cm-Detektor ver fügbar sein, es mag schwierig oder unmöglich sein, einen größeren Detektor herzustellen oder die Elektronik zum Sammeln der Daten mag für mehr als die Anzahl der Elemente in einem 30-cm-Detektor nicht erhältlich sein. Die CT-Abtastung erfolgt durch Rotieren des Objektes 16 um volle 360° bei den Positionen 1 und 2 mit Bezug auf eine einen Fächerstrahl erzeugende Röntgenquelle 17 und einen Detektor 15. In der Position 1 befindet sich die Quelle am Punkt B und der Detektor erstreckt sich von Punkt D zu Punkt E. In Position 2 befindet sich die Quelle am Punkt C und der De tektor wird hewegt und erstreckt sich vom Punkt D′ zum Punkt E′. Dabei nimmt man an, daß das Objekt 16 stationär ist und Röntgenquelle und Detektorreihe relativ dazu bewegt werden, doch kann das Ob jekt relativ zu Quelle und Detektor bewegt werden. Diese duale Abtastung ergibt einen vollständigen Satz von Röntgendaten für die CT-Abbildung des gesamten Objektdurchmessers von 50 cm. Das Kombinieren der beiden Datensätze zur Schaffung eines geeigneten CT-Bildes des Objektes ist jedoch nicht einfach. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, enthält eine direkte Kombination, die die Daten an der Vorderseite des Objektes 16 am Punkt G anpaßt, eine Überlappung am rückwärtigen Teil des Objektes von Punkt A1 bis Punkt A2 aufgrund der fächerstrahlartigen Betrachtung.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Datensätze von zwei Datensammelpositionen unter Vermeidung einer Überlappung kombiniert, so daß Standard-CT-Daten erhalten werden. Standard-DR-Röntgendaten werden erzeugt, wenn das Objekt durch den Fächerstrahl in beiden Positionen aus einem Betrachtungs winkel vertikal abgetastet wird.

Man betrachte die Daten, die in der Position 1 von Quelle und Detektor gesammelt werden. Das Gesichtsfeld des Objektes ist in diesem Fall ein Kreis, der das Objekt vollkommen umschließt und ist gleich der Peripherie des Objektes 16 in dieser Figur. Das Objekt oder der Teil kann viele verschiedene Gestalten haben, doch paßt es immer in den Kreis, der das Gesichtsfeld begrenzt. Die minimale Detektorbreite, die für eine in zwei Positionen stattfindende Abtastung zur Datensammlung benutzt werden kann, ist durch die Anforderung bestimmt, daß die äußersten Strahlen, die durch den Detektor 15 nachgewiesen werden können, durch die äußere Grenze des 50 cm breiten Gesichtsfeldes an der einen Sei te und durch das untere Zentrum (x=0, y=-10) des Gesichtsfeldes an der anderen Seite gehen. Dieses Kriterium bestimmt auch die Versetzung der Quelle und des Detektors in der x-Richtung für die Position 1. Position 2 liegt symmetrisch auf der anderen Seite von x=0, wobei die äußersten nachgewiesenen Strahlen durch die äußere Grenze des 50 cm breiten Gesichtsfeldes an der anderen Seite und durch das untere Zentrum des Gesichtsfeldes beim Punkt G hindurchgehen.

Die erforderlichen Daten zur Vervollständigung der Abtastung mit der Quelle 17 und dem Detektor 15 in Position 1 sind die, die gesammelt werden würden, wäre die Detektorreihe breit genug, um das gesamte Objekt zu überspannen, d. h. wenn die Detektorreihe sich vom Punkt D bis zum Punkt F erstrecken würde statt nur vom Punkt D zum Punkt E. Der Punkt F wird bestimmt durch Ziehen der gestrichelten Linie von der Quellenposition 1, die als Tangente an dem Gesichtsfeld des Objektes 16 entlang läuft. Die fehlenden Daten sind die, die auf einer Reihe von Linien durch das Gesichts feld des Objektes mit Neigungen gesammelt werden würden, die durch die Linien durch die Quelle und die verschiedenen fehlenden Detektorelemente definiert sind. Daten über Linien mit diesen Neigungen werden jedoch in Position 2 von Quelle und Detektorreihe gesammelt, vorausgesetzt das Objekt wird erst um einen kleinen Winkel Φ_o rotiert, bevor das Abtasten beginnt. Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht, die das gleiche Röntgenabbildungssytem mit zwei Positionen zeigt, ausgenommen daß die lineare Detektorreihe 19, die die gleiche Länge wie von D bis E in Fig. 2 hat, in beiden Positionen 1 und 2 dargestellt ist. Die Detektorreihe 19 in Po sition 2 hat den gleichen Abstand von der Quelle wie in Position 1, doch ist sie der besseren Übersicht halber mit einem etwas größeren Abstand gezeigt. Speziell werden die Röntgendaten, die nicht in Position 1 gesammelt werden, beim Rotationswinkel Φ_o in Position 2 gesammelt, was die Linie von G nach A1 längs eines Strahles von der Quellenposition C zu einem Detektorelement der Detektorreihe 19 in Position 2 bringt, die Linie G′ nach A1′. Der Winkel Φ_o ist etwas kleiner als der volle Fächerwinkel 2γ des Fächerstrahles 18, und sein Wert hängt im Detail von der In spektionsgeometrie ab. Er wird iterativ durch Rotieren des Ge sichtsfeldkreises um verschiedene Winkel und Bestimmen der besten Ausrichtung der Linie zwischen der rotierten Linie G-A1 mit den Linien zwischen Quellenposition C und den relevanten Detektorelementen der Detektorreihe 19 in Position 2 bestimmt.

Der Teilsatz von Röntgendaten, der auf diese Weise in Position 2 gesammelt wird, entspricht genau dem korrekten Bereich von Li nienneigungen von Quelle zu Detektor, der erforderlich ist, um die richtigen Werte für den Datensatz an dem in Position 1 er forderlichen Abstand zu bestimmen. Solche Interpolationsarten sind den Fachleuten auf diesem Gebiet gut bekannt. Man betrachte ein spezifisches Beispiel, bei dem die Inspektion eines Gesichts feldes mit einem Durchmesser von 50 cm mit einer Detektorreihe von 30 cm oder weniger auszuführen ist. Für diesen Fall ist die minimale Detektorgröße, die benutzt werden kann, eine Detektor reihe mit 1070 Elementen, die in etwa einer Detektorreihe von 27 cm Breite entspricht. Der Abstand von der Röntgenquelle 17 in y-Richtung bis zum Zentrum des Gesichtsfeldes des Objektes 16 beträgt etwa 206 cm und zur Detektorreihe 19 etwa 242 cm. Die Versetzung Δx von der Quelle 17 bis zum Zentrum für die Position 1 beträgt etwa -11,9 cm, und die Versetzung Δx für die Position 2 beträgt etwa 11,9 cm. Der maximale Fächerwinkel beträgt 2 γ = 7,54 Grad, und der Rotationswinkel Φ₀ = 6,61 Grad. Es würden insgesamt 950 zusätzliche Detektorelemente benötigt, um die Ab tastung in Position 1 zu vervollständigen. In Position 2 sind 938 Datenpunkte erforderlich, um die Abtastung zu vervollständi gen. Es ist somit eine geeignete Interpolation erforderlich.

Das gerade beschriebene Verfahren zum Benutzen von Röntgendaten, die in Position 2 gesammelt wurden, um den Teildatensatz in Position 1 zu vervollständigen, kann sowohl für das DR- als auch das CT-Abbilden benutzt werden. Beim DR-Abbilden wird das Objekt 16 vertikal durch den Fächerstrahl 18 aus einem Betrachtungswinkel in Position 1 der Röntgenquelle 17 und der Detektorreihe 19 abgetastet. Dann werden Quelle und Detektorreihe in Position 2 bewegt, das Objekt 16 um den Win kel Φ₀ rotiert, und das Objekt vertikal aus einem Betrach tungswinkel in Position 2 abgetastet (vergl. US-PS 48 03 639). Die Teilsätze von Röntgendaten, die in den Positionen 1 und 2 gesammelt werden, kombiniert man in der beschriebenen Weise und erhält einen vollständigen Datensatz, der das gesamte Ge sichtsfeld abdeckt. Das vollständige DR-Bild des Objektes wird angezeigt. Zum CT-Abbilden wird das Objekt 16 in Position 1 um volle 360 Grad rotiert, Quelle 17 und Detektorreihe 19 werden in Position 2 bewegt, und das Objekt 16 wird wiederum um volle 360 Grad rotiert. Die beiden Datensätze decken das gesamte Gesichtsfeld des Objektes 16 ab, und sie werden wie gerade beschrieben kombiniert und das vollständige CT-Bild angezeigt. Die Rotation des Objektes 16 um volle 360 Grad sowohl in Position 1 als auch in Position 2 ergibt einen voll ständigen Datensatz für die CT-Rekonstruktion unter Anwendung von Standardalgorithmen, wie der gefilterten Rückprojektion. In Fig. 3 erhält man die Translations-Rotations-Abtastbewe gung des Objektes 16 mit Bezug auf Röntgenquelle 17 und Detek tor 19 durch Rotieren des Objektes und fortschreitendes Bewe gen von Quelle und Detektorreihe. Es ist häufig bequemer, Quelle 17 und Detektorreihe 19 stationär zu halten und das Ob jekt 16 fortschreitend zu bewegen und zu rotieren, wie in Fig. 4 gezeigt. Das Objekt wird in der ersten Position abge tastet, und die Röntgendaten, die mindestens die Hälfte des Gesichtsfeldes des Objektes 16 abdecken, gesammelt, dann be wegt man das Objekt 16 zur zweiten Position und rotiert es um den Winkel Φ₀. Danach tastet man das Objekt ab und sammelt Röntgendaten, die mindestens die andere Hälfte des Gesichts feldes abdecken. Diese beiden Datensätze werden in der glei chen Weise kombiniert und ergeben einen vollständigen Daten satz zur Bildrekonstruktion.

Die Translation und Rotation gemäß Fig. 2 synthetisiert Rönt gendaten von einem Detektor 15, der sich von D nach F er streckt, wobei sich die Röntgenquelle 17 im Punkt B befindet. Diese Konfiguration ist zwar geeignet für das DR-Abbilden, doch ist sie weniger erwünscht für das CT-Abbilden, weil Daten von einem Detektor synthetisiert werden, der asymmetrisch zum Objekt 16 ist. Dies erfordert ein komplexes Speichern von Röntgendaten für die CT-Rekonstruktionsalgorithmen. Die be vorzugten Ausführungsbeispiele des Verfahrens zum Abtasten und Sammeln von Daten sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt; sie sind so wohl für das CT- als auch das DR-Abbilden geeignet. Dieses Verfahren synthetisiert Daten von einem Detektor, der bezüglich des ab gebildeten Objektes symmetrisch ist. Die einen Fächerstrahl erzeugende Röntgenquelle 20 befindet sich bei X = 0, und der synthetisierte Detektor 21 überspannt ein Objekt 22 voll ständig. Der Detektor 21 ist breit genug, so daß die äußeren Strahlen, die das Objekt 22 und sein Gesichtsfeld (das gleiche) auf jeder Seite berühren, durch die endständigen Elemente nachgewiesen werden.

Eine minimale Detektorbreite einer schmaleren linearen Detek torreihe 23, die für eine Datensammlung bei Abtastung in zwei Positionen benutzt werden kann, wird durch die Anforderung be stimmt, daß die äußersten Strahlen des Fächerstrahles 24, die nachgewiesen werden, das Gesichtsfeld des Objektes 22 an einer Seite berühren und an der anderen Seite durch das untere Zen trum 25 des Gesichtsfeldes verlaufen. Dieses Kriterium bestimmt die Versetzung Δx der Quelle 20 und der Detektorreihe 23 für Position 1. Position 2 ist symmetrisch auf der anderen Sei te von X = 0. In Position 1 von Quelle 20 und Detektorreihe 23 wird Objekt 22 etwas im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkel γ_r rotiert, damit die Strahlenpfade von Position 1 der Quelle 20 die Strahlenpfade des zu synthetisierenden größeren Detektors 21 treffen. Der Rotationswinkel γ_r = γ-γ₂, wo bei γ der halbe Fächerwinkel für den großen synthetischen Detek tor 21 und γ₂ der halbe Fächerwinkel für den tatsächlichen Detektor 23 ist. In Position 2 wird das Objekt um einen glei chen Betrag in der entgegengesetzten Richtung, das heißt, im Uhrzeigersinne, rotiert. Die Abtast- und Datensammlungsprozeduren sind die gleichen und werden später betrachtet. Die erste Abtastung erfolgt mit Quelle 20 und Detektorreihe 23 in Position 1, während Objekt 22 im Gegenuhrzeigersinne um den Winkel γ_r rotiert wird. Die zweite Abtastung wird begonnen, wenn die Quelle und Detektorreihe in Position 2 sind, und das Objekt wird im Uhrzeigersinne um den Winkel γ_r gedreht.

Fig. 6 zeigt das gleiche Röntgensystem und das fortschreiten de Bewegen und Rotieren des Objektes 22 relativ zur stationä ren Quelle 20 und Detektorreihe 23. Das Objekt 22 wird von der Mittellinie 25′ des Fächerstrahles aus nach rechts und links bewegt und gedreht. Die fortschreitende Bewegung des Objektes auf dem Bogen eines Kreises oder einem anderen Pfad kann unter gewissen Umständen auch geeignet sein. Eine detailliertere Be schreibung des Abtastens und der Datensammlung für das CT- Abbilden findet sich im Fließdiagramm der Fig. 7, die die Betriebsstufen 26 bis 30 zeigt. Das Kombinieren der Röntgen daten von beiden Abtastungen kann beginnen, bevor alle Daten gesammelt sind, und man kann auch vorher mit der Bildrekon struktion anfangen. Gemäß den Stufen 26 und 27 wird das Objekt 22 um Δx nach rechts von der Mittellinie 25′ bewegt und im Gegenuhrzeigersinn um den Winkel - γ_r gedreht. Zum CT-Abbilden wird das Objekt um volle 360 Grad rotiert, um Daten aus vielen Blickwinkeln, die die 360 Grad abdecken, zu sammeln. Das Objekt 22 wird in seine zweite Position mit bezug auf Quelle und Detektor bewegt. Wie in den Stufen 28 und 29 gezeigt, wird das Objekt um 2Δx nach links bewegt und im Uhrzeigersinne um den Winkel 2γ_r rotiert. Die Rotation um volle 360 Grad wird begonnen, und nach dem Sammeln der Daten für den ersten Be trachtungswinkel werden die Daten der ersten und zweiten Ab tastungen kombiniert und die Bildrekonstruktion begonnen. Das Verfahren in Stufe 30 sammelt Daten für andere Betrachtungs winkel nacheinander, kombiniert die beiden Datensätze in dem Maße, in dem die Daten empfangen und verarbeitet werden und setzt die Bildrekonstruktion fort, sobald die kombinierten Da ten verfügbar sind.

Das Verfahren des Kombinierens der Röntgendaten, die in einer Position des Objektes mit bezug auf Quelle und Detektor empfan gen werden, ist im Fließdiagramm der Fig. 8 gezeigt. Die Stu fen 31 bis 33 sind für die Kombination von Daten für die linke Seite des Objektes anwendbar, und die gleichen drei Stufen wer den ausgeführt, um die Daten der rechten Seite zu kombinieren. Es werden Strahlenpfade für den Detektor 23 bestimmt, das heißt, die Strahlenpfade von Quelle 20 zu jedem Detektorele ment in der Reihe 23 werden errechnet. Dann errechnet man Strahlungspfade auf dem Gesichtsfeld des Objektes 22 unter Be nutzung von γ_r und Δx. Wie vorher wird das Objekt 22 durch einen Kreis repräsentiert und sein Gesichtsfeld ist der gleiche Kreis. Manchmal ist die Detektorreihe, die benutzt wird, breiter als die Maximalbreite, die erforderlich ist, und es werden somit überschüssige Röntgendaten gesammelt. Wenn dies der Fall ist, dann werden Daten ausgewählt aus den Strahlen pfaden, die sich von der Tangente an dem Gesichtsfeld bis zum Zentrum des Gesichtsfeldes erstrecken.

Das Translations-Rotations-Abtast- und Datensammelverfahren zum DR-Abbilden unter Anwendung des Röntgensystems der Fig. 6 ist in den Stufen 34 bis 38 des Fließdiagramms der Fig. 9 dargestellt. Das Objekt 22 wird um Δx nach rechts verschoben und um den Winkel -γ_r im Gegenuhrzeigersinn rotiert. Das Objekt wird vertikal durch den Fächerstrahl 24 abgetastet und Röntgendaten aus einem Blickwinkel gesammelt. Das Objekt 22 wird um 2 Δx nach links verschoben und im Uhrzeigersinne um den Winkel 2 γ_r rotiert. Durch eine zweite vertikale Ab tastung mit dem Fächerstrahl werden Daten der zweiten Posi tion aus einem Betrachtungswinkel gesammelt. Die Datensätze der ersten und zweiten Position werden wie für CT kombiniert und ein vollständiges DR-Bild rekonstruiert.

Das Abtasten großer Teile unter Verwendung von mehr als zwei Detektorpositionen gestattet sogar das Abtasten noch größerer Teile. Positionsverschiebungen, Rotationswinkel und ähnliches werden aufgrund ähnlicher Betrachtungen wie bei der Abtastung in zwei Positionen bestimmt. Mit anderen Worten kann eine große Vielfalt von Objekten und Teilen, die kleiner oder größer als die Breite der Detektorrei he sind unter Verwendung der gleichen Detektorreihe abgetastet werden.

Fig. 10 und 11 veranschaulichen ein Translations-Rotations- System mit drei Positionen zum Abtasten eines größeren Objek tes 41 und eines größeren Gesichtsfeldes als bei den vorher gehenden Figuren. Die einen Fächerstrahl erzeugende Röntgen quelle 42 und Detektorreihe 43 können die gleichen sein wie Quelle und Detektor in den Fig. 5 und 6. Eine erste Abta stung erfolgt mit Quelle 42 und Detektor 43, die nach links verschoben sind, wobei das Objekt 41 um den Winkel γ_r gedreht ist. Die zweite Abtastung erfolgt mit Quelle und Detektor im Zen trum und dem zurückgedrehten Objekt, und die dritte Abtastung erfolgt, wenn Quelle und Detektor nach rechts verschoben sind und das Objekt im Uhrzeigersinne um den Winkel γ_r gedreht ist. Fig. 11 zeigt die Abtastkonfiguration für ein System, bei dem Quelle 42 und Detektorreihe 43 stationär sind und das Objekt von einer ersten zu einer zweiten und einer dritten Position be wegt und, wie gerade beschrieben, rotiert wird. Zum CT-Abbil den werden Daten über 360 Grad in allen drei Positionen ge sammelt. Die Datensammlung für das DR-Abbilden erfordert eine vertikale Abtastung aus einem Blickwinkel in den drei Positio nen. Die Anzahl der Abtastpositionen, zwei, drei oder mehr, wird bestimmt durch Dividieren des Objektdurchmessers durch den Durchmesser des Gesichtsfeldes des Detektors. Bei einem Objektdurchmesser von 50 cm und einem Detektor mit einem Ge sichtsfeld von 30 cm beträgt der Quotient 1,6, und es sind zwei Positionen erforderlich.

Es wurde eine übliche CT-Bildrekonstruktion unter Anwendung von Algorithmen der gefilterten Rückprojektion und eines voll ständigen Datensatzes über 360 Grad beschrieben. Andere Rekon struktionsalgorithmen, die Daten über einen Winkelbereich von 180 Grad oder über einen Winkelbereich von 180 Grad plus Fächerwinkelsatz erfordern, können ebenfalls benutzt werden. Beim erste ren werden die Daten in einen Datensatz für parallelen Strahl sortiert und mit einem Rekonstruktionsalgorithmus für Parallel strahl rekonstruiert. Der letztere benutzt die iterative ge filterte Rückprojektion zur Rekonstruktion des 180 Grad plus 2 γ-Datensatzes, vergl. K. C. Tam. "Reducing the Fan- Beam Scanning Angular Range", Phys. Med. Biol. 1988, Band 33, Seiten 955 bis 967 (1988). Diese Techniken können eine Be schleunigung um einen zusätzlichen Faktor von zwei bei der Datensammelzeit gestatten.

Ein Vergleich der Abtastgeschwindigkeiten zwischen der verbes serten Translations-Rotations-Konfiguration der dritten Gene ration der vorliegenden Erfindung mit der üblichen Konfigura tion der zweiten Generation nach dem Stande der Technik, wie in Fig. 1b gezeigt, läßt erkennen, daß die Abtastzeit be trächtlich geringer ist. Ein spezifisches Beispiel mit einer Abtastung in zwei Positionen war um das dreifache schneller als das Verfahren nach dem Stande der Technik.

Claims

1. Verfahren zum Abtasten und Sammeln von Daten für die Digitalradiographie (DR) und die Computertomographie (CT), umfassend:

- Bereitstellen einer einen Fächerstrahl erzeugenden Röntgenquelle und einer Detektorreihe, deren Breite nicht ausreicht ein abzubildendes Objekt zu überspannen,
- aufeinanderfolgendes Abtasten des Objektes und Akkumulieren von Teilsätzen von Röntgendaten in mehreren Positionen von Objekt sowie Röntgenquelle und Detektorreihe relativ zueinander, die durch Translation um eine Strecke 2Δx und Rotation um ein Winkel Φ₀ auseinander hervorgehen und wobei der Rotationswinkel in Abhängigkeit der Strecken 2Δx so ausgewählt sind, daß die Durchstrahlungslinien in der folgenden Position das Objekt mit den gleichen Neigungen durchdringen, die bei einer Detektorreihe ausreichenden Breite in der vorangehenden Position gegeben wären, und
- Kombinieren der Teildatensätze zu einem das gesamte Gesichtsfeld abdeckenden vollen Datensatz, aus dem ein Bild des Objektes rekonstruiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Abtasten das Rotieren des Objektes um 360° nacheinander durch alle Positionen bei multiplen Betrachtungswinkeln umfaßt, um die Teildaten sätze für die CT-Abbildung zu sammeln.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Kombinieren der Teil datensätze beginnt und die Bildrekonstruktion anfängt, wenn alle Röntgendaten für einen ersten Betrachtungswinkel ge sammelt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Abtasten das vertikale Abtasten des Objektes durch den fächerförmigen Röntgenstrahl in allen Positionen umfaßt, um die Teildatensätze für das DR- Abbilden zu sammeln.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kombinieren das Auswählen von Röntgendaten nur für solche Strahlenpfade umfaßt, die das Objektes durchdringen.