HU188196B

HU188196B - Firmware back-projector for ct systems

Info

Publication number: HU188196B
Application number: HU822702A
Authority: HU
Inventors: Jozsef Fehervari; Laszlo Mezoe; Peter Fueloep; Sandor Oery
Original assignee: Medicor Muevek,Hu
Priority date: 1982-08-19
Filing date: 1982-08-19
Publication date: 1986-03-28
Also published as: WO1984000679A1; EP0116590A1; JPS59501804A

Description

A találmány tárgya firmware visszavetítő berendezés elsősorban számítógépes tomográfokban alkalmazott szűrt visszavetítésen alapuló képrekonstrukció visszavetítési fázisának végrehajtására, amely egy közepes teljesítményű számítógép DMA csatornájához illeszthető, és a letapogatott réteg képének tetszőleges számú és elhelyezkedésű profilból való teljes vagy részleges visszavetítésére alkalmas.

Az emberi test anatómiájának felderítésében, a betegségek felismerésében és nyomkövetésében nélkülözhetetlen eszköz a röntgendiagnosztika. A hagyományos röntgentechnika korlátái jórészt kiküszöbölhetővé váltak a számítógépes tomográfia (CT) megjelenése óta. Ezen új röntgenkép alkotási eljárás 1973 óta vonult be a radiológusok fegyvertárába. A számítógépes tomográf a test hossztengelyére merőleges sík kétdimenziós képét állítja elő, pontosabban ezen síkra fektetett raszterhálóhoz rendelt sugárgyengítési együtthatókat határozza meg.

Matematikailag a feladat úgy fogalmazódik meg, hogy adva van a kétdimenziós rétegről készített nagyszámú vetület, kidolgozandó egy algoritmus, mely ezen vetületekből állítja elő (rekonstruálja) a kétdimenziós réteg képét.

Ezen képrekonstrukció elvileg a következő módokon valósítható meg:

1. Közvetlen mátrix eljárással

2. Iteratív módszerrel

3. Analitikus megoldással.

Az első két módszer jól hangzó elméleti megfogalmazása ellenére a gyakorlat számára használhatatlan (számítástechnikai nehézségek: sebességi probléma, divergens algoritmus, óriási memóriakapacitás igény). A harmadik módszer a Fouriertranszformáción alapul, gyakorlatilag a CT gyártó cégek ezt a metódust realizálják a képrekonstrukció során. Közismert - most nem részletezendő oknál fogva - az ún. szűrt visszavetítés a szokásos eljárás, ennek is az a megvalósítása, melynek során a szűrés a tértartományban végrehajtott konvolúció segítségével történik.

Ennek alapvető számítástechnikai fázisai a következők:

1. Preprocesszálás (különböző korrekciók, előszűrés)

2. Szűrés (konvolúció)

3. Visszavetítés

4. Postprocesszálás.

Alapvető nehézségeket a 2. és 3. fázis jelent, számítástechnikailag ez a két feladat a különösen időigényes.

A visszavetítés matematikailag a következő módon fogalmazható meg:

Bp (Γ.Φ) = j Pjr.cos ()-),0] δθ , αθολ ο

Bp (r, Φ) jelenti a visszavetitett kép eloszlásfüggvényét P [r. cos (Θ-Φ), Θ] azon vetületek, amelyekből a képet kívánjuk visszavetíteni r, Φ polárkoordináták Θ a pásztázandó objektum letapogatása közben „bejárt” szögtartomány.

Diszkrét szögek alatti illetve diszkrét lineáris mintavételezés esetén a fenti integrált nyilván csak közelíteni tudjuk. A numerikus kiértékelés során szokásos közelítő módszerek:

- legközelebbi szomszéd választása

- lineáris interpolálás.

A képrekonstrukció során szokásos bizonyos optimalizálási szempontokat definiálni és egy adott rekonstrukciós módszert ezek alapján értékelni. A gyakrabban figyelembe vett szempontok (megtartva az angolszász terminológiát):

- point response width

- maximum secondary overshot

- nőise sensitivity.

Ezen, egymásnak gyakran ellentmondó optimalizálási szempontok közötti kompromisszumként kezelhető a visszavetítés azon megoldása, melynek során véges lineáris interpolálást végeznek, és ezen véges halmazon belül a legközelebbi szomszéd választás technikájával élnek. Erre a megoldásra a későbbiek során még visszatérünk.

A visszavetítés elvileg elvégezhető:

a) analóg, úton β) software által γ) hardware segítségével.

Az analóg megoldás kizárólag demonstrációs célokra megfelelő, egyetlen berendezésben sem alkalmazzák képvisszavetítésre. A felsorolt megoldások nehézségei a következőkben összegezhetők:

- a fent vázolt közelítő módszereken túl a pontosság nem „rontható” tovább (egyik döntő érv az analóg módszer ellen) . - a megoldásnak lehetőleg real-time módon kell elvégeznie a visszavetítést (software megoldás ezt korszerű tomográfoknál nem teszi lehetővé)

- a gazdaságosság igénye aligha szól az univerzális gyors hardware-ek mellett.

Jelenleg a kereskedelmi forgalomban lévő berendezések jobbára a szűrt visszavetítés elvén alapuló rekonstrukcióval dolgoznak. A többi elvi képrekonstrukciós módszer gyakorlati nehézségeit fent már láthattuk.

A szűrés végrehajtása utáni visszavetítés két alapvető módon történik:

a) Software visszavetítés

b) Hardware visszavetítés.

A software visszavetítés elvileg kézenfekvő módszernek tűnik. Számítógép a rendszerben úgyis kell, az ún. első-generációs CT berendezések mérési adatgyűjtő rendszerének lassúsága bizonyos kompromisszumok mellett lehetővé is teszi a software visszavetítést. A gyorsabb mérési adatgyűjtő rendszerrel bíró gépeknél azonban aligha fogadható el a néhány perces utófeldolgozási idő (ahol a mérési adatgyűjtés jóval 1 percen belül történik meg). A piacon kapható berendezések közül egy igen jó paraméterrel rendelkező készülékkel illusztrálva az idő viszonyt (GE CT/T 7.800):

mérési adatgyűjtés: 6—12 sec utó-rekonstrukciós idő: 90-120 sec.

188 196

A fejlődés ráadásul a visszavetítendő kép méretének növekedését is eredményezte, márpedig a viszszavetítés során elvégzendő műveletek száma (n x nes képről van szó) nagyjából n³-nal arányos. Egy példával illusztrálva ezt: a Densitome nevű francia CT berendezés 128 x 128-as képpel dolgozott, a képrekonstrukció egy viszonylag gyors PDP 11/55 számítógépen kb. 4,5 percet vett igénybe. A mai korszerűbb berendezéseknél a kép legalább 256 x 256-os, egyes nagy térbeli felbontást megcélzó készülékek 512 x 512-es képre vetítenek vissza. Ez utóbbi esetén a 128 x 128-as képhez képest 64szeres a visszavetítés idő-igénye. Ez software megvalósításnál (a software szekvenciális jellege miatt) valóban 64-szeres rekonstrukciós időt eredményez.

A visszavetítés időviszonyainak további analíziséhez tekintsük a következő adatokat: egyetlen képponthoz egyetlen profil visszavetítése minimálisan a következő műveleteket igényli:

1. Címképzés a profilhoz (annak megállapítása, hogy a képponthoz tartozó érték mely címen helyezkedik el).

2. Minimálisan két komparálás segítségével annak eldöntése, hogy a képpont helye egyáltalán a vetületen belül helyezkedik-e el (azaz az 1. alatt képzett cím egy adott intervallumon belül van-e).

3. Az 1. alatt képzett címen elhelyezkedő operandus kiolvasása; az adott képponthoz addig részvisszavetített érték (a második operandus) kiolvasása.

4. A 3. alatti kép operandus összeadása (esetleg dupla szavas műveletek), az eredmény visszaírása a képmemóriába.

5. Mindezt (1-4. pont) valamikor meg kell, hogy előzze az interpolálás (az 1. alatt képzett cím vagy már az interpolált értékre mutat, vagy az 1. alatti koordináta meghatározása után a két szomszédos vetületi értékből kell interpolációval megállapítani az egyik összeadandó operandust).

Software realizációnál egy LSI 11/23 számítógép mindezt körülbelül 50 psec alatt végzi el.

A hardware visszavetítés array-processzorokkal és ún. bit-slice processzorokkal történik.

Ezek a megoldások a következő konzekvenciákkal járnak:

a) Ezen hardware elemek nem kifejezetten a viszszavetítés elvégzésére készültek. Az univerzális jelleg óhatatlanul együtt jár olyan jellemzőkkel, mely aligha optimalizálja az eszközt egy jól körülírható feladat elvégzésére.

b) Ezek a hardware elemek rendkívül drágák. Áruk önmagában felülmúl(hat)ja a központi számítógép árát.

c) Bonyolultabb számítógépekre illesztve képesek csak hatékony működésre. Ez a DEC számítógépek esetén legalább a PDP 11/34 gépet jelenti, de láthatunk példát ennél jóval bonyolultabb számítógépre is (Siemens Somatom DR, PDP 11/44).

d) A visszavetítés végrehajtása lassúbb az általunk alkalmazott rendszerénél (lásd az I. táblázatot, melyben a jelenleg gyártott legkorszerűbb számítógépes tomográfok rekonstrukciós idejét és egyéb időadatait hasonlíthatjuk össze).

Gyártó	Típus	Scan idő	Rekonst- rukciós idő	A min. scan időnél a teljes felvételi idő
3GR	CE 10 000	3,5-14	20-80	23,5
General	CT/T 7800	6-12	90, 120	96
Electric	CT/T 8800	6-12	35	41
Ohio Nuclear Johnson and	Δ 2020	2-16	30-65	32
,'ohnson) ’icker	SY 300, 600	1-20	20, 40	21
litachi	CT-W3	3-9	max. 30	28
’nterad		3-12	60 x	63
Toshiba	TCT-60-A	4,5-18	40-120	44,5
Medicor	MEDECT 18	18-45	2	20

’ - max. kiépítésnél 20 scc-re csökkenthető, ,

Az eddigiekből megállapítható, hogy még miniig szerencsésebb a hardware backprojectorok alkalmazása, ahol azonban az eddig elmondott hát’ányok tovább fokozódnak a bonyolult üzemeltetési feltételekkel (szerviz, szigorú klíma-előírások, íagy méret stb.). A CT berendezésekben elvégzendő visszavetítés jellegzetesen az a terület, ahol az optimum valahol a célszerű hard/soft arány megvalósításával, az általános és a merev struktúra közötti értelmes kompromisszum útján, vagyis firmware berendezéssel érhető el.

A feladat tehát az, hogy az ismert visszavetítő rendszerek hiányosságait kiküszöböljük egy olyan firmware berendezés megalkotásával, amely a fentiekben leírt visszavetítést digitális pontossággal, hardware sebességgel, software rugalmassággal és gazdaságosan képes elvégezni.

A találmány szerinti megoldás lényege, hogy bemeneti- illetve kimeneti regiszterekkel, valamint eímképző logikával rendelkező és a visszavetítéshez szükséges software generálta táblázat adatait befogadó SINTAB-tárat;

a táblázat adataiból az egyes képpontok vetületi címeit logikai úton egymásután előállító és az adattárak címválasztó multiplexereit meghajtó olvasócím-képző egységet;

egy-egy az utóbbihoz csatlakozó címválasztó multiplexerrel, valamint egy adatválasztó multiplexerrel és a címválasztó multiplexerekhez kapcsolt beíró-címképző logikával rendelkező, a visszavetítendő konvoluált, vagy konvoluált és interpolált értékeket befogadó, egy külső konvolverrel való párhuzamos működést biztosító, váltott bufferelé•5Ű, valamint párhuzamosan beírható és kiolvasható két adattárat;

a SINTAB-tár kimeneti regiszteréhez csatlakozó Izemmódválasztó flip-flopot;

az utóbbi kimenetéhez, valamint az olvasócímképző egység kimenetéhez csatlakozó és az éppen visszavetítés alatt álló képpont denzitáskorrekcióát engedélyező vagy tiltó címkomparátort;

a denzitáskorrekció tiltásakor a vetületi értéket rérusértékkel helyettesítő zérustárat;

az adatválasztó kimenetéhez csatlakozó és a címkomparátor kimenőjelétől függően engedélyezett vagy tiltott közbenső adattárat;

a rész-visszavetített értékeket tároló képmemóriít;

valamint az utóbbiból éppen kiolvasott érték és 3

188 196 a hozzátartozó vetületi érték összegét képző összeadót foglal magában.

A találmány szerinti berendezés egyik előnyös kiviteli alakjának olvasócím-képző egysége tartalmaz a SINTAB-tár kimenő regiszterén át az egyes képpontok egymásutáni visszavetitéséhez szükséges vízszintes illetve függőleges irányú cím-offset értékeket magukba fogadó két közbenső tárat;

egy sorcím-képzö és egy oszlopcím-képző összeadót, amelyeknek első bemenetel az előbbi tárolók kimeneteire vannak kötve;

egy sorléptetö multiplexert, amelynek egyik bemenete a sorcím-képző összeadó kimenetére, másik bemenete pedig a SINTAB-tár kimeneti regiszterére csatlakozik;

egy, a visszavetítés alatt álló képsor kezdőpontjának vetületi címét magába fogadó közbenső tárat, amelynek bemenete a sorléptető multiplexer kimenetére van kötve, kimenete pedig egyrészt a sorcímképző összeadó második bemenetére, másrészt egy címválasztó multiplexer egyik bemenetére csatlakozik;

ez utóbbi címválasztó multiplexer másik bemenete az oszlopcím-képző összeadó kimenetére csatlakozik;

végül egy, a visszavetítés alatt álló képpont vetületi koordinátáját magába fogadó közbenső tárolót, melynek bemenete a címválasztó multiplexer kimenetére, kimenete pedig egyrészt az oszlopcímképző összeadó második bemenetére, másrészt az egész olvasócím-képző egység közös kimenetére csatlakozik.

A találmányt a továbbiak során egy kiviteli példa segítségével részletesen megmagyarázzuk, és közben az alább felsorolt ábrákra hivatkozunk:

Az 1. ábra a találmány szerinti visszavetítő berendezés blokksémája.

A 2. ábra a címképzés vázlata, és a 3a, 3b ábrák a pixelméret-korrekció elve.

A találmány szerinti filmware visszavetítő berendezés az 1. ábrán látható blokkvázlat szerint épül fel. Az egyes alkotóelemek felsorolását célszerű a visszavetítő művelethez szükséges függvénytáblázatokat tároló 2 SINTAB-tárral kezdeni, amelynek tartalma az itt nem ábrázolt, de a berendezéssel együttműködő számítógép segítségével tölthető be a „TABLE IN” feliratú bemeneten keresztül.

A 2 SINTAB-tár beíró bemenetéhez egy 1 bemeneti regiszter, kiolvasó kimenetéhez pedig egy 3 kimeneti regiszter csatlakozik, és mindhárom említett áramkör össze van kötve egy 4 címképző logika kimeneteivel. Az 1 bemeneti regiszter a beírandó függvényértékek, a 3 kimeneti regiszter a kiolvasott függvényértékek átmeneti tárolására szolgál, a 4 cimképző logika pedig a visszavetítő művelet által megkövetelt sorrendben egymásután kijelöli a 2 SINTAB-tár címeit.

A 3 kimeneti regiszterhez csatlakozik egyrészt egy 5 olvasó-cimképző egység bemenete, másrészt egy 21 üzemmód választó flip-flop bemenete. Az utóbbi áramkör kimenete pedig egy olyan 22 címkomparátor egyik bemenetével van összekötve, amely kimeneteinek állapotát aszerint változtatja, hogy az éppen feldolgozás alatt álló képpont a vetületen belül, vagy azon kívül helyezkedik el. A 22 címkomparátor másik bemenetére vissza van csatolva az 5 olvasócím-képző egység kimenete. Ugyanez a kimenet rá van kötve a 16, 17 adattárak címbemeneteit meghajtó 14, 15 címválasztó multiplexerek B illetve A bemenetelre is. Ugyanezen multiplexerek A illetve B bemenetelre egy 25 beírócím-képző logika, kimeneteire pedig egy-egy 16, 17 cdattár csatlakozik, amely utóbbiak a vizsgált objektumon mért, majd konvoluált vetület adatainak tárolására szolgálnak. Ezek az adatok a „DATA IN” feliratú közös beíró-bemeneten keresztül tölthetők be. A 16, 17 adattárak kimenetei egy 18 adatválasztó multiplexer két bemenetével vannak összekötve. Ez az áramkör a valamelyik 16 vagy 17 adattárból éppen kiolvasott adatot egy 19 közbenső adattár adatbemenetére továbbítja. A 19 közbenső adattár engedélyező bemenete a 22 címkomparátor egyik kimenetéhez van kötve. Ezen áramkörnek (az említetthez képest) invertált másik kimenete pedig a zérussal feltöltött 20 zérustár engedélyező bemenetéhez csatlakozik. Mind a 20 zérusárnak, mind a 19 közbenső adattárnak a kimenete egy 24 összeadó egyik bemenetére van kötve. A 24 összeadó másik bemenete csatlakozik egy 23 képmemória kiolvasó kimenetéhez, amely egyúttal az egész berendezés közös kimenete („OUT”) is, míg a 24 összeadó kimenete a 23 kép-memória beíróbemenetéhez csatlakozik. Ez a 23 kép-memória a ‘éldolgozás alatt az ún. rész-vissza vetített kép tárolására szolgál, a feldolgozás végén pedig a végleges képet az „OUT” feliratú kimeneten keresztül az itt nem ábrázolt számítógépbe vagy közvetlenül egy display egységbe küldi.

Az 5 olvasócímképző egységet, részletezve annak belső felépítését a következőképpen írhatjuk le:

A 3 kimeneti regiszteren át a 2 SINTAB-tárból kiolvasott értékek átmeneti tárolására az egység magában foglal egy 6 közbenső SIN-tárat és egy 7 közbenső COS-tárat, amelyek mindketten az egység bemenetéhez csatlakoznak. A 6 közbenső SINtár kimenete egy 9 sorcímképző összeadó, a 7 közbenső COS-táré pedig egy 11 oszlopcímképző öszszeadó egyik-egyik bemenetére van kötve. Egy 8 sorléptető multiplexer egyik bemenete a 9 sorcím' ’nző összeadó kimenetéhez, másik bemenete viszont a teljes 5 olvasócímképző egység említett bemenetéhez csatlakozik. A 8 sorléptető multiplexer kimenete egy 10 közbenső tár bemenetéhez, az utóbbi kimenete pedig egyrészt egy 12 címválasztó multiplexer egyik bemenetére van kötve, másrészt vissza van vezetve a 9 sorcímképző összeadó másik bemenetére. A 12 címválasztó multiplexer másik bemenete a 11 oszlopcímképző összeadó kimenetére, az előbbi kimenete pedig egy 13 közbenső tár bemenetére csatlakozik. Ezen közbenső tár kimenete alkotja a teljes 5 olvasócímképző egység kimenetét, ami egyúttal a 11 oszlopcímképző összeadó másik bemenetére vissza van csatolva.

A találmány szerinti visszavetítő berendezés működésének ismertetését a következő alapállapotból kiindulva végezzük: A 16 vagy 17 adattárak valamelyikébe már be vannak írva egy konvoluált vagy adott esetben konvoluált és interpolált vetület adatai (II. TÁBLÁZAT).

188 196

II. TÁBLÁZAT

2047.
2044.	512. Konvoluált adat
2043. 2042. 2041.	Interpolált értékek 511. és 512. között
2040.	511. Konvoluált adat
	MS LS
0004.	2. Konvoluált adat
0003. 0002. 0001.	Interpolált értékek 1. és 2. között
0000.	1. Konvoluált adat

A SINTAB-tár pedig a III. TÁBLÁZAT szerint fel van töltve a visszavetítéshez szükséges adatokkal:

III. TÁBLÁZAT

1081.

1080.	270. profil sarok MS
1079.	270. profil sarok LS
1078.	270. profil COS
1077.	270. profil SIN

0004.	1. profil sarok MS
0003.	1. profil sarok LS
0002.	1. profil COS
0001.	1. profil SIN
0000.

értékes bit, bitfolytonosan, mindig pozitív 16 biten, előjel a kártyán extendálva

LS bit: 0 = 256 minta = 512 minta

A teljes képre történő visszavetítés előtt a 23 képmemória csupa nullával van teleírva, visszavetítés közben pedig az addig visszavetitett részképet tartalmazza (IV. TÁBLÁZAT).

Kövessük most a visszavetítést az 1. ábra struktúrája alapján.

A berendezés legelső indításánál a 2 SINTAB-tár 0 címén lévő érték kiolvasódik, és megfelelő bitje a 3 kimeneti regiszteren keresztül bekapuzódik a 21 üzemmódválasztó flip-flopba.

IV, TÁBLÁZ AT

	65535.	256. sor	256. képpont
5
	65280.	256. sor	1. képpont
10	65279.	255. sor	256. képpont

	65024.	255. sor	1. képpont
15
		MS	LS	X
				s©
20
	256.	2. sor	1. képpont
	255.	1. sor	256. képpont
25
	1.	1. sor	2. képpont
30	0.	1. sor	1. képpont

A 22 címkomparátor annak eldöntését végzi, hogy a képpont a vetületen belül avagy azon kívül helyezkedik-e el. Ezek a határok nyilván másutt 35 vannak a 256-os avagy 512-es mintasorozatból álló vetületek esetén. Innen a visszavetítés ugyanúgy történik az első vetület feldolgozásánál, mint bármelyik n. vetületnél. Kiolvassuk a profilhoz tartozó SIN értéket és átírjuk a 6 közbenső SIN-tárba. 40 Ugyanígy kiolvassuk a profilhoz tartozó COS értéket is, és átírjuk a 7 közbenső COS-tárba. A B sortép tető multiplexer bemenetén keresztül a 10 közbenső tárba kapuzzuk a cím nyolc MS és tizenhat LS bitjét, amely utóbbiak a kép referenciapontjá₄₅ aak vetületi koordinátáját adják meg. Ettől kezdve a vegyület teljes feldolgozásának végéig a 8 sorléptető multiplexer második bemenete van kiválasztva. A 10 közbenső tárból a címet a 12 címválasztó multiplexer második bemenetén keresztül átírjuk a 13 közbenső tárba. Ezzel a vissza vetítendő képpont címének előállítása megtörtént, a 10 közbenső tár mindig az éppen feldolgozás alatt álló képsor kezdőpontjának koordinátáját, a 13 közbenső tár pedig a feldolgozás alatt álló képpont koordinátáját ₅₅ tartalmazza. A koordinátasík különböző negyedeiben fekvő címek képzése során alkalmazott matematikai műveleteket az V. TÁBLÁZAT, illetve a 2. ábra alapján tekinthetjük át. A táblázatban és a 2. ábrán szereplő Θ,, Θ₂, ©₃, és ©₄ szögek a pásztázandó objektum letapogatása közben az L, 2., 3., ⁶⁰ ill. 4. síknegyedben bejárt szögtartományokat jelentik.!

188 196

V. TÁBLÁZAT
II. negyed: sin©₂ = = sin(180° -0₂) COS0₂ = = — cos(18O°-0₂)	III. negyed: sin©₃ = - — cos(270° - ©₃) cos©₃ = = -sin(270°-©₃)
I. negyed: sin©, = sin©! COS0, = COS0,	IV. negyed: sin©₄ = sin(360° - ©₄) cos©₄ = cos(360° - ©₄)
Függőleges felfelé lépés —sin© lefelé lépés: sin©	síknegyedtől függetlenül, feltéve, hogy a profiiok és szögek irányítása 2. ábrának megfelelő.
Vízszintes jobbra lépés: cos0 ¹balra lépés: - cos©

A 13 közbenső tárba történt beírás után 200 ns-ig érvényes címek jutnak a 16, 17 adattárak olvasó vezetékeire, ugyanakkor a 23 képmemóriából is megkezdődik a kiolvasás. A 13 közbenső tár kimenete a 22 címkomparátorra is rá van vezetve, mely kimenetének logikai szintje útján jelzi, hogy a visszavetítendő érték a profilon belül helyezkedik-e el, vagy sem. A 13 közbenső tár órajele után 200 nsec-mal bekapuzzuk a 16 vagy 17 adattárból kiolvasott értéket a 19 közbenső adattárba. Ekkorra a 22 címkomparátor állapotából eldönthető, hogy a most kiolvasott 16 vagy 17 adattárbeli értéket avagy 0-t (a 20 zérustár tartalmát) kell hozzáadni a 23 képmemóriából az R-M-W ciklus olvasó fázisa során elővett értékhez. A 23 képmemória kártyán elhelyezkedő 24 összeadó előállítja a két operandus összegét, melyet az R-M-W ciklus író fázisa során visszaírunk a helyére. Közben engedélyezzük a sorciklus végének esetleges dekódolását (ez a 23 képmemória címéből történik). Amennyiben még egy teljes sor visszavetítése nem történt meg, a 13 közbenső tárra a 12 címválasztó multiplexer egyik bemenetét kapuzzuk rá, ahol all oszlopcímképző összeadón keresztül visszacsatolt hálózat már előállította a következő képpont koordinátáját ( + COS lépés). A soron belüli ciklus így 800 nsec periódusidővel szinkron ismétlődik. A sorciklus végén az új sor első eleméhez kell megkeresni a következő vissza vetítendő értéket. Ekkor a 10 közbenső tárra a 8 sorléptető multiplexer másik bemenete van rákapuzva, ahol a 9 sorcímképző összeadón keresztül visszacsatolt hálózat már előállította a következő képsor kezdőpontjának koordinátáját ( + SIN lépés). Ez átiródik a 10 közbenső tárba.

Amennyiben még nem történt meg a teljes vetület feldolgozása, vált a 12 címválasztó multiplexer és a 10 közbenső tár tartalma átíródik a 13 közbenső tárba. Innen folytatódik a soron belüli ciklusról fent leírt folyamat. A teljes vetület feldolgozásának végén leállási szekvencia kezdődik.

Ennek végén a 16, 17 adattárak állapotából dekódolható, hogy az éppen feldolgozott 16 vagy 17 adattár párja, vagyis ha a 16 adattárban elhelyezett vetületet használtuk, akkor a 17 adattár a visszavetítés alatt feltöltődött-e az újabb feldolgozandó ve6 tiilettel vagy sem. Amennyiben a feltöltődés megtörtént, a visszavetítö berendezés újra indul, amennyiben még nem áll rendelkezésre az újabb vetületi sorozat, a visszavetítö „IDLE” állapotban vár, avagy engedélyezi a számítógépnek a 23 képmemória visszaolvasását.

A találmány szerinti berendezés pixelméret (pixel = picture element) korrekciót a kővetkező öszszefüggések alapján végzi. A 26 centrális sugár, ill. a 27 legyezősugár (3a. ábra) által egy transzláció során befutott utak:

in = a · η (1) és m' = a' · n (2) az utóbbit másként kifejezve:

in' = m - cosa (3)

Az előbbi egyenletekben szereplő mennyiségek definíciói:

a - a legyezősugár és az elvi centrális sugár által bezárt szög (kollimátor geometria által meghatározott) n - a transzláció során bármelyik detektor által gyűjtött adatok száma a - centrális sugár által meghatározott pixelméret a' - legyezősugár által meghatározott pixelméret.

Az első két egyenletet egymással osztva, majd a harmadikat behelyettesítve:

a/a' = 1/cosa

A 3b. ábra alapján pedig egy vízszintes jobb lépés kifejezése:

A konkrét megvalósításnál a következő tesztelhetőségi szempontokat kívántuk érvényesíteni:

1. Minden egyes memória önmagában tesztelhető legyen (adattárak, SINTAB-tár, kép-memória).

2. A visszavetítő képes legyen a számítógép által software úton konvoluált adatok feldolgozására. Az adattárakat tartalmazó kártyán helyezkedik el az interpolátor egység, mely a 256 vagy 512 mérési adatból álló sorozatot oly módon írja be a tárba, hogy közben képzi az interpolált értékeket és biztosítja, hogy az írás a II. TÁBLÁZAT-nak megfelelő memóriakiosztást eredményezze.

3. A vissza vetítést végző hardware alkalmas arra, hogy az inputjául szolgáló konvoluált értékeket egy vele pipe-line működésre képes konvolvertől fogadja (lásd az 1. ábrát). Ekkor input az előfeldolgozott adat, output a visszavetített kép. ·

A találmány szerinti visszavetítő berendezés egyik példaképpení kiviteli alakjának specifikációs adatai:

- visszavetítendő profilokat tartalmazó adattárak (16, 17) kapacitása: 2K x 32bit

- visszavetítéshez szükséges táblázatot tartalmazó tár (SÍNTAB) kapacitása: 2K x 16bit (visszavetítendő vetületenként 4 szó + 1 üzemmódválasztó szó kell)

- kép-memória (1-4 kártya) kapacitása: 64K x 32bit kártyánként

- visszavetíthető kép mérete: 256 x 256 (l képmemória-kártya), illetve 512 x 512 (4 képmemóriakártya)

- visszavetítendő profilok: 256 vagy 512 diszkrét

188 196 konvoluált érték, 2 szomszédos elem közé 3 érték interpolálva

- visszavetítés sebessége: 52,5 msec/profil, függetlenül a visszavetítendő kép méretétől (a MEDICOR-ban a fejlesztés alatt álló CT berendezés 270 5 profiljával számolva körülbelül 14 sec-os teljes viszszavetíté.si időt tesz lehetővé)

- képponthoz tartozó denzitás-érték 32 biten tárolva visszavetítés alatt

- visszavetített képnél normálási lehetőség (0-32 ¹ θ aritmetikai right shift)

- vetületenkénti visszavetítés

- pixelméret-korrekcióra van lehetőség visszavetítés közben

- elvileg tetszőleges mérési adatgyűjtés módszer ¹⁵megengedett

- teljes képre történő visszavetítés avagy szabadon választható részképre történő visszavetítés lehetséges

- software úton elvégezhető kódléckorrekció 20 (mérési adatgyűjtő rendszerbe nem kell kalibrációs hardware-t beépíteni)

- alkalmazható önálló visszavetítőként (software konvolúció), avagy megfelelően felépített konvolverrel egybeépítve azzal pipe-line működés- 25 re képes.

A találmány szerinti visszavetítő berendezés a következő előnyökkel bír:

- A visszavetítést hardware sebességgel végzi, lehetővé téve a más módszerrel elképzelhetetlen 30 real-time feldolgozást. Gyakorlatilag a sebességet a képtárnál alkalmazott memória R-M-W ciklusának ideje szabja meg. Tekintettel arra, hogy az adattárak 200 nsec-enként biztonsággal olvashatók, így 800 nsec-re választva (elvileg lehetne némi- 35 lég gyorsabb is) a képmemóriánál a ciklusidőt (két egymás utáni képpontba történő visszavetítés közti idő), lehetővé válik (4 x 200 nsec = 800 nsec) a kép négy képmemóriába történő parallel visszavetítése (200 nsec fáziskésés az egyes képmemóriák között). 40

- Megtartja a software megoldások kínálta rugalmasságot (az üzemmódnak megfelelően generálható software táblázat alkalmazásával, lásd a SINTAB-tár tartalmát bemutató III. TÁBLÁZAT-ot).

- Bármilyen számítógép DMA-csatomájára való 45 illesztése nem túl nagy erőfeszítéssel megoldható.

- Közvetlenül csatlakozhat vele pipe-line működésre képes konvolúciót és interpolálást végző hardware eszközre.

- Lehetővé teszi olyan korrekciók elvégzését, 50 amelyet más struktúrával felépített rendszerek csak többletelektronika segítségével képesek megoldani (pixelméret-korrekció, kódléckorrekció).

- Nehezen beszerezhető és költséges eszközt (array-processzor) pótol. 55

- Rendkívül gazdaságos megoldás (csak a célfeladat megvalósításához szükséges árat kell megfizetni, ráadásul a központi számítógéppel kapcsolatos követelmények is szerényebbek, a mérési adatgyűjtő rendszerbe beépítendő korrekciós hardware 60 költsége megtakarítható).

- Egyszerű az üzemeltetése (klíma-, méret-, tápegység-, szervizgondok nincsenek).

Claims

1. Firmware visszavetítő berendezés elsősorban számítógépes tomográfokban alkalmazott szűrt v ssza vetítésen alapuló képrekonstrukció visszavetítési fázisának végrehajtására, amely egy közepes teljesítményű számítógép DMA csatornájához illeszthető, és a letapogatott réteg képének tetszőleges számú és elhelyezkedésű profilból való teljes vagy részleges visszavetítésére alkalmas, azzal jellemezve, hogy bemeneti illetve kimeneti regiszterekkel (1, 3), valamint címképző logikával (4) rendelkező és a vissza vetítéshez szükséges, software generálta táblázat adatait befogadó SINTAB-tárat (2);

a táblázat adataiból az egyes képpontok vetületi címeit logikai úton egymás után előállító és az adattárak (16, 17) címválasztó multiplexereit (14, 15) meghajtó olvasócímképző egységet (5);

egy-egy az utóbbihoz csatlakozó címválasztó multiplexerrel (14, 15), valamint egy adatválasztó multiplexerrel (18) és a címválasztó multiplexerekhez kötött beíró-címképző logikával (25) rendelkező, a visszavetítendő konvoluált vagy konvoluált és interpolált értékeket befogadó, egy külső konvolverrel való párhuzamos működést biztosító, váltott bufferelésű, valamint párhuzamosan beírható és a kiolvasható két adattárat (16, 17);

a SINTAB-tár (2) kimeneti regiszteréhez (3) csatlakozó üzemmód választó flip-flopot (21);

az utóbbi kimenetéhez, valamint az olvasócímképző egység (5) kimenetéhez csatlakozó, és az éopen feldolgozás alatt álló képpont denzitáskorrekcióját engedélyező vagy tiltó címkomparátort (32);

a denzitáskorrekció tiltásakor a vetületi értéket zérusértékkel helyettesítő zérustárat (20);

az adatválasztó (18) kimenetéhez csatlakozó és a címkomparátor (22) kimenőjelétől függően engedélyezett vagy tiltott közbenső adattárat (19);

a rész-visszavetített értékeket tároló képmemóriá: (23);

valamint egy, az utóbbiból éppen kiolvasott érték és a hozzá tartozó vetületi érték összegét képző összeadót (24) foglal magában.

2. Az előző igénypont szerinti berendezés kiviteli a’akja, azzal jellemezve, hogy annak olvasócímképző egysége (5) tartalmaz a SINTAB-tár (2) kimenő regiszterén (3) két az egyes képpontok egymás utáni visszavetítéséhez szükséges vízszintes, ill'. függőleges irányú cimoffset értékeket tartalmazó két közbenső DIN ill. C OS-tárat (6, 7);

egy sorcímképző és egy oszlopcímképző összeadót (9, 11), melyeknek első bemenetel az előbbi tárak (6, 7) kimeneteire vannak kötve;

egy sorléptető multiplexert (8), amelynek egyik bemenete a sorcímképző összeadó (9) kimenetére, másik bemenete pedig a kimeneti regiszterre (3) csatlakozik;

egy, a visszavetítés alatt álló képsor kezdőpontjának vetületi címét magába fogadó közbenső tárat (tO), amelynek bemenete a sorléptető multiplexer (8) kimenetére van kötve, kimenete pedig egyrészt a sorcímképző összeadó (9) második bemenetére,

188 96 másrészt egy címválasztó multiplexer (12) egyik bemenetére csatlakozik;

egy címválasztó multiplexert (12), amelynek másik bemenete az oszlopcím képző összeadó (11) kimenetére csatlakozik;

végül egy, a visszavetítés alatt álló képpont vetületi koordinátáját magába fogadó közbenső tárat (13), melynek bemenete a címválasztó multiplexer (12) kimenetére, kimenete pedig egyrészt az oszlopcímképző összeadó (11) második bemenetére, más^b részt az egész olvasócímképző egység (5) közös kimenetére csatlakozik.