JPS6131505B2 - - Google Patents

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JPS6131505B2
JPS6131505B2 JP56047703A JP4770381A JPS6131505B2 JP S6131505 B2 JPS6131505 B2 JP S6131505B2 JP 56047703 A JP56047703 A JP 56047703A JP 4770381 A JP4770381 A JP 4770381A JP S6131505 B2 JPS6131505 B2 JP S6131505B2
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JP
Japan
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light
signal
gates
array
emitting elements
Prior art date
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Application number
JP56047703A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57162072A (en
Inventor
Akira Oote
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Hokushin Electric Corp filed Critical Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication of JPS57162072A publication Critical patent/JPS57162072A/en
Publication of JPS6131505B2 publication Critical patent/JPS6131505B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06EOPTICAL COMPUTING DEVICES; COMPUTING DEVICES USING OTHER RADIATIONS WITH SIMILAR PROPERTIES
    • G06E1/00Devices for processing exclusively digital data
    • G06E1/02Devices for processing exclusively digital data operating upon the order or content of the data handled
    • G06E1/04Devices for processing exclusively digital data operating upon the order or content of the data handled for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばX線CT装置において、像再
構成のための演算等を行う場合に使用して有効な
演算処理装置に関するものである。更に詳しく
は、本発明は光信号を利用するものであつて、光
の持つ空間的分布を利用して、多数の演算を並列
的に処理できるようにした演算処理装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an arithmetic processing device that is effective for use in performing arithmetic operations for image reconstruction, for example, in an X-ray CT apparatus. More specifically, the present invention relates to an arithmetic processing device that utilizes optical signals and is capable of processing a large number of operations in parallel by utilizing the spatial distribution of light.

X線CT装置などでは、像再構成のデータ量は
非常に多く、これを処理して画像を得るには莫大
な演算量を必要とする。このためこの演算処理に
は高速演算用のアレイプロセツサなどを付加した
ミニコンピユータを用いている。しかしながら、
このようなミニコンピユータは高価であり、ま
た、演算時間も数十秒となり時間を要している。
In an X-ray CT device or the like, the amount of data for image reconstruction is extremely large, and processing this data to obtain an image requires an enormous amount of calculation. For this reason, a minicomputer equipped with an array processor for high-speed calculation is used for this arithmetic processing. however,
Such mini-computers are expensive, and the calculation time is several tens of seconds, which is time-consuming.

第1図〜第4図はCT画像再構成の手順の一例
を示す説明図である。ここでは、Translate−
Rotate方式(TRスキヤン方式)を例にとつて示
す。
FIGS. 1 to 4 are explanatory diagrams showing an example of the procedure of CT image reconstruction. Here, Translate−
The Rotate method (TR scan method) will be shown as an example.

第1図において、被検体(吸収係数μ(x、
y))Hに強さI0の単一スペクトルX線を照射す
ると、その透視データP(θ、x)は、(1)式で表
わされることができる。
In Fig. 1, the analyte (absorption coefficient μ(x,
y)) When H is irradiated with a single spectrum X-ray of intensity I 0 , the perspective data P(θ, x) can be expressed by equation (1).

P(θ、x)=∫lμ(x、y)dl ……(1) このような1ビユーウ(View)の透視データ
は、例えば511チヤンネルのX線検出器によつて
得られ、このような透視データを例えば0.625゜
毎に順次回転し、すべてのθ(O<θ<π)につ
いて得ることにより、合計で576ビユーウのデー
タを得る。
P(θ, x) = ∫lμ(x, y) dl ...(1) Such 1-view fluoroscopic data is obtained by, for example, a 511-channel X-ray detector; By sequentially rotating the perspective data by, for example, 0.625° and obtaining data for all θ (O<θ<π), a total of 576 views of data are obtained.

像再構成のための逆投影(Back Projection)
に先だつて、各ビユーウデータには、はつきりし
た像にするため例えば第2図に示すような核関数
(補正関数)のコンボリユーシヨン
(Convolution)演算が施される。したがつて、再
構成画像g(x、y)は、原画像(x、y)と
核関数h(x、y)のコンボリユーシヨンで表わ
されるもので(2)式で示すことができる。
Back Projection for image reconstruction
Prior to this, each view data is subjected to a convolution operation of a kernel function (correction function) as shown in FIG. 2, for example, in order to make a sharp image. Therefore, the reconstructed image g(x,y) is expressed by the convolution of the original image (x,y) and the kernel function h(x,y), and can be expressed by equation (2).

g(x、y)=∫ −∞ −∞(x′、y′) ・h(x−x′,y−y′)×dx′dy′ ……(2) ただし、 x′、y′:流通座標 (2)式で表わされるコンボリユーシヨン演算は、
積和演算のくり返しであつて、通常はコンピユー
タでシリアルに行われており、その演算は莫大
で、長時間を要する。例えば、核関数h(x、
y)の項を1000項とすれば、 511(チヤンネル)×1000(項)×576(ヴユーウ)
の積和演算 を必要とすることとなる。
g(x, y)=∫ −∞ −∞ (x′, y′) ・h(x−x′, y−y′)×dx′dy′ ……(2) However, x′, y′: Distribution coordinate The convolution operation expressed by equation (2) is
It is a repeated sum-of-products operation, which is usually performed serially on a computer, and the calculations are huge and take a long time. For example, the kernel function h(x,
If the term y) is 1000 terms, then 511 (channel) x 1000 (term) x 576 (view)
This requires a product-sum operation.

第3図はコンボリユーシヨン演算を施した後の
1ビユーウの関数の一例を示したものである。
FIG. 3 shows an example of a one-view function after performing a convolution operation.

このようにしてコンボリユーシヨンが施された
各ビユーウのデータを、第4図に示すようにすべ
てのθについて(576ビユーウについて)逆投影
することによつて、再構成像を得ることができ
る。
A reconstructed image can be obtained by back projecting the data of each view subjected to convolution in this manner for all θ (576 views) as shown in FIG.

本発明は、前記したようなコンボリユーシヨン
演算を行う場合に適用して有益な演算処理装置
を、光信号を利用して行うようにしたもので、簡
単な構成で高速演算を行うことができる。
The present invention is an arithmetic processing device that is useful when performing the above-mentioned convolution calculations and uses optical signals, and is capable of performing high-speed calculations with a simple configuration. .

以下、本発明を第5図に示す装置を例にとつて
説明する。ここでは、コンボリユーシヨン演算を
行う場合を示す。図において、1はLEDアレイ
で、n個(ここでは12個)矩冊状のLEDが、例
えばx軸方向に配列されている。2はこのLED
アレイ1の入力駆動回路で、ここには図示する波
形Pで示すような投影信号が与えられ、LEDア
レイ1を駆動するもので、LEDアレイ1におい
て、x軸方向に配列するLED素子は、波形Pの
x軸の各部分に対応した明るさで発光する。この
ため、LEDアレイ1からは、x軸方向に対して
投影信号に対応して明るさが分布する空間光を出
射する。
The present invention will be explained below by taking the apparatus shown in FIG. 5 as an example. Here, a case is shown in which a convolution operation is performed. In the figure, 1 is an LED array, in which n (12 in this case) rectangular LEDs are arranged, for example, in the x-axis direction. 2 is this LED
This is the input drive circuit for array 1. A projection signal as shown in the waveform P shown in the figure is given here to drive LED array 1. In LED array 1, the LED elements arranged in the x-axis direction are driven by the waveform P. It emits light with a brightness corresponding to each part of the x-axis of P. Therefore, the LED array 1 emits spatial light whose brightness is distributed in accordance with the projection signal in the x-axis direction.

3は光ゲートアレイ素子で、x軸方向に対して
45゜の傾きをもつて配列されるm個(ここでは9
個ある例を示す)の光ゲートで構成されている。
この光ゲートアレイ素子3は、例えばPLZT基板
上に光ゲートの数に対応した複数対の電極を配列
し、この基板を偏向面が互いに直交するようにし
た2枚の偏向板でサウンドウイツチ状に挾んで構
成されるもので、各光ゲートは、与えられる信号
の大きさに対応した光の透過率をもつようにな
る。4はこの光ゲートアレイ素子3の駆動回路
で、ここには図示する波形hで示すような核関数
信号が与えられ、これに対応して各光ゲートの光
透過率を制御するもので、x軸に対して45゜傾く
方向に、核関数で各透過率が分布することとな
る。ここで、図示する核関数信号hは、正負の極
性をもつているのに対して、光ゲートアレイ素子
の光透過率はひとつの極性であるから、核関数の
正と負とは別の時間に光ゲートアレイ素子を駆動
することによつて、この極性の相異を判別するも
のとする。
3 is an optical gate array element, with respect to the x-axis direction.
m pieces arranged with a 45° inclination (here 9
A number of examples are shown below.
This optical gate array element 3 is constructed by arranging a plurality of pairs of electrodes corresponding to the number of optical gates on a PLZT substrate, for example, and using two deflection plates whose deflection planes are perpendicular to each other to form a sound switch. Each optical gate has a light transmittance corresponding to the magnitude of the applied signal. Reference numeral 4 denotes a drive circuit for this optical gate array element 3, to which a kernel function signal as shown by the waveform h shown in the figure is given, and the light transmittance of each optical gate is controlled correspondingly to this, x Each transmittance is distributed according to the kernel function in a direction inclined at 45 degrees to the axis. Here, the kernel function signal h shown in the figure has positive and negative polarities, whereas the light transmittance of the optical gate array element has one polarity, so the positive and negative times of the kernel function are different. The difference in polarity is determined by driving the optical gate array element.

5は光センサアレイで、LDEアレイ1からの
光を光ゲートアレイ素子3を介して受光できるよ
うに配置されている。この光センサアレイ5は、
LEDアレイ1のLEDの数n個に対応した数短冊
状の光センサが、LEDの配列方向(x軸方向)
と直交する方向(y軸方向)に配列して構成され
ている。6は光センサアレイ5からの信号を入力
とする出力信号処理回路で、アナログメモリ回路
又はA/D変換回路とデイジタルメモリ回路を含
んで構成されている。
Reference numeral 5 denotes an optical sensor array, which is arranged so as to be able to receive light from the LDE array 1 via the optical gate array element 3. This optical sensor array 5 is
Several strip-shaped optical sensors corresponding to the number n of LEDs in LED array 1 are arranged in the LED array direction (x-axis direction).
They are arranged in a direction perpendicular to the y-axis direction (y-axis direction). Reference numeral 6 denotes an output signal processing circuit which inputs the signal from the optical sensor array 5, and includes an analog memory circuit or an A/D conversion circuit and a digital memory circuit.

このように構成された装置の動作を次に説明す
る。
The operation of the device configured in this manner will be described next.

LEDアレイ1には、入力駆動回路2を介して
1ビユーウの投影信号Pが加えられ、各LED
は、各信号に対応した明るさで発光する。ここ
で、入力信号と明るさとの関係や、スパン等は適
当な補正回路や帰還回路を介して行われるものと
するが、詳細な回路構成とその動作は本発明と直
接関係ないので省略する。
A projection signal P of one view is applied to the LED array 1 via an input drive circuit 2, and each LED
emits light with a brightness corresponding to each signal. Here, it is assumed that the relationship between the input signal and the brightness, the span, etc. are determined through an appropriate correction circuit and feedback circuit, but the detailed circuit configuration and its operation are not directly related to the present invention and will therefore be omitted.

LEDアレイ1からの光は、光ゲートアレイ3
に照射される。この光ゲートアレイ3には、ゲー
ト駆動回路4からの信号が印加され、まずはじめ
に正の核関数によつて該当するゲートが開かれ、
対応する信号に応じた光透過性を帯びるようにな
る。このとき、光ゲートアレイ素子3上に照射さ
れているLEDアレイ1からの光は、この光ゲー
トアレイ素子3の光透過性を帯びたゲート部分を
通過して光センサアレイ5で受光される。ここ
で、光センサアレイ5において、各光センサから
出力される信号の大きさは、受光する光の強さに
対応するもので、LEDアレイ1からの光の明る
さと、光ゲートアレイ素子3の対応する部分の光
透過率の積に関連したものとなる。光ゲートアレ
イ5からの信号は、出力信号処理回路6内のメモ
リ手段で記憶される。次に同じように光ゲートア
レイ素子3は、負の核関数によつて該当するゲー
トが開かれ、対応する信号に応じた光透過性を帯
び、ここを通過した光を光センサアレイ5が受光
する。このときの光センサアレイ5からの信号出
力は、出力信号処理回路において、前にメモリ手
段に記憶した信号から減算される。この減算され
た信号P(θ、τ)は、(3)式で代表でき、入力信
号にコンボリユーシヨン演算を施したものとな
る。
The light from LED array 1 is transmitted to light gate array 3.
is irradiated. A signal from the gate drive circuit 4 is applied to the optical gate array 3, and the corresponding gate is first opened by a positive kernel function.
It becomes transparent according to the corresponding signal. At this time, the light from the LED array 1 that is irradiated onto the optical gate array element 3 passes through the light-transmissive gate portion of the optical gate array element 3 and is received by the optical sensor array 5. Here, in the optical sensor array 5, the magnitude of the signal output from each optical sensor corresponds to the intensity of the received light, and the brightness of the light from the LED array 1 and the intensity of the light from the optical gate array element 3 correspond to the intensity of the received light. It is related to the product of light transmittance of corresponding parts. The signals from the optical gate array 5 are stored in memory means within the output signal processing circuit 6. Next, in the same way, the corresponding gate of the optical gate array element 3 is opened by the negative kernel function, and the optical sensor array 5 receives the light that has passed through the optical gate array element 3. do. The signal output from the photosensor array 5 at this time is subtracted from the signal previously stored in the memory means in the output signal processing circuit. This subtracted signal P(θ, τ) can be represented by equation (3), and is obtained by performing a convolution operation on the input signal.

P(θ、τ)=ΣP(θ、x)・h(τ−x)・Δ
x ……(3) 第6図は、第5図装置において、LEDアレイ
1に代えて用いられる第2の光ゲートアレイ素子
の構成斜視図である。この光ゲートアレイ素子7
は、x軸方向にn個の光ゲートが配列して構成さ
れており、各光ゲートの光透過率が与えられる信
号に応じて制御される。この光ゲートアレイ素子
7の表面には、一様の光が照射され、光ゲートア
レイ素子7を透過した光は、x軸方向に投影信号
に対応した明るさ分布をもつ空間光となる。
P(θ, τ) = ΣP(θ, x)・h(τ−x)・Δ
x...(3) FIG. 6 is a perspective view of the configuration of a second optical gate array element used in place of the LED array 1 in the device shown in FIG. This optical gate array element 7
is composed of n optical gates arranged in the x-axis direction, and the light transmittance of each optical gate is controlled according to a given signal. The surface of the optical gate array element 7 is irradiated with uniform light, and the light transmitted through the optical gate array element 7 becomes spatial light having a brightness distribution corresponding to the projection signal in the x-axis direction.

なお、上記の実施例および説明では、CT装置
のコンボリユーシヨン演算を行うことを想定した
ものであつて、その為に、LEDアレイ1、光ゲ
ートアレイ3及び光センサアレイ5の配列方向を
図示するように、すなわち、LEDアレイ1と光
センサアレイ5を互いに直角、その中間の光ゲー
トアレイ3を対向線方向になるように配置したも
のであるが、これらの配列方向をいずれも同方向
となるように配置するようにしてもよい。この場
合、2つの関数の積の演算を行わせることができ
るもので、本発明の思想は、このような場合をも
包含している。また、各素子の相互間には、平行
光線にしたり、拡大又は縮少させるための各種光
学系を介在配置してもよい。
In addition, in the above embodiment and explanation, it is assumed that convolution calculation is performed in a CT apparatus, and for this purpose, the arrangement directions of the LED array 1, optical gate array 3, and optical sensor array 5 are not shown in the diagram. In other words, the LED array 1 and the optical sensor array 5 are arranged at right angles to each other, and the optical gate array 3 in the middle is arranged in the opposing line direction. You may arrange it so that it becomes. In this case, the product of two functions can be calculated, and the idea of the present invention includes such a case as well. Furthermore, various optical systems for parallelizing, enlarging, or reducing light beams may be interposed between the respective elements.

以上説明したように、本発明に係る装置は、光
のもつ空間的分布を利用して多数の演算を並列的
に処理することができるもので、CT装置等に応
用して極めて有効である。
As explained above, the device according to the present invention can process a large number of operations in parallel by utilizing the spatial distribution of light, and is extremely effective when applied to CT devices and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第4図は公知のCT画像再構成の手順
の一例を示す説明図及び線図、第5図は本発明に
係る演算処理装置の構成斜視図、第6図は第5図
装置において、LEDアレイに代えて用いられる
光ゲートアレイ素子の構成斜視図である。 1……LEDアレイ、2……入力駆動回路、3
……光ゲートアレイ素子、4……駆動回路、5…
…光センサアレイ、6……出力信号処理回路。
1 to 4 are explanatory diagrams and diagrams showing an example of a known CT image reconstruction procedure, FIG. 5 is a perspective view of the configuration of the arithmetic processing device according to the present invention, and FIG. 6 is the device shown in FIG. FIG. 2 is a perspective view of a configuration of an optical gate array element used in place of an LED array in FIG. 1...LED array, 2...Input drive circuit, 3
...Optical gate array element, 4...Drive circuit, 5...
...Photosensor array, 6...Output signal processing circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数個の短冊状の発光素子又は複数個の短冊
状の光ゲートが一次元的に配列して構成され与え
られる第1の信号に対応して前記一次元方向に明
るさが分布する空間光を出力する発光素子又は光
ゲートのアレイ手段、複数個の光ゲートが一次元
的であつて、前記アレイ手段の発光素子又は光ゲ
ートの配列方向と所定の角度をもつて配列されそ
の透過率が光ゲートの配列方向に与えられる第2
の信号に対応して分布する光ゲートアレイ素子、
複数個の短冊状の光センサが一次元的であつて、
前記光ゲートの配列方向と所定の角度をもつて配
列され前記発光素子又は光ゲートのアレイ手段か
ら空間光を前記光ゲートアレイ素子を介し受光す
る光センサアレイとを具備した演算処理装置。 2 発光素子又は光ゲートのアレイ手段の発光素
子又は光ゲートの配列方向と、光センサアレイの
光センサの配列方向とを互いに直角になるように
配置するとともに、光ゲートアレイ素子の光ゲー
トの配列方向を、他の2つのアレイの配列方向の
に対して対角線方向になるように配置させた特許
請求の範囲第1項記載の演算処理装置。 3 第1の信号は投影信号であり、第2の信号は
核関数信号であつて、光センサアレイから第1の
信号にコンボリユージヨン演算を施した信号を得
るようにしたX線CT装置に用いられる特許請求
の範囲第2項記載の演算処理装置。
[Scope of Claims] 1 A plurality of strip-shaped light emitting elements or a plurality of strip-shaped light gates are arranged one-dimensionally and bright in the one-dimensional direction in response to a given first signal. An array of light emitting elements or light gates that output spatial light with a spatial distribution, the plurality of light gates being one-dimensional and having a predetermined angle with the arrangement direction of the light emitting elements or light gates of the array means. The second gate is arranged and its transmittance is given in the direction of arrangement of the light gate.
an optical gate array element distributed according to the signal of
A plurality of strip-shaped optical sensors are one-dimensional,
An arithmetic processing device comprising a photosensor array that is arranged at a predetermined angle with respect to the arrangement direction of the light gates and receives spatial light from the light emitting elements or the array means of the light gates via the light gate array element. 2. Arranging the light emitting elements or light gates of the light emitting element or light gate array means so that the arrangement direction of the light emitting elements or light gates and the arrangement direction of the light sensors of the light sensor array are perpendicular to each other, and arranging the light gates of the light gate array element. The arithmetic processing device according to claim 1, wherein the arithmetic processing device is arranged in a diagonal direction with respect to the arrangement direction of the other two arrays. 3. The first signal is a projection signal, the second signal is a kernel function signal, and the first signal is a kernel function signal. An arithmetic processing device according to claim 2 which is used.
JP56047703A 1981-03-31 1981-03-31 Arithmetic processor Granted JPS57162072A (en)

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JPS57162072A JPS57162072A (en) 1982-10-05
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6442711U (en) * 1987-09-03 1989-03-14

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JPS6442711U (en) * 1987-09-03 1989-03-14

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