NL1011693C1

NL1011693C1 - Microtomography method for obtaining image of internal structure inside objects, involves rotating object to ensure each part is scanned

Info

Publication number: NL1011693C1
Application number: NL1011693A
Authority: NL
Inventors: Alexandre Sassov
Original assignee: Skyscan B V B A
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-03

Abstract

The position of the object holder (30) is chosen so that the object (1) extends partly outside of the image field, and the holder is rotated through an angle that ensures that each part of the object is rotated essentially at least half an arc of a circle within this field. An Independent claim is also included for the microtomography device.

Description

« ·ν«· Ν

WERKWIJZE ΕΝ INRICHTING VOOR HET BEPALEN VAN EEN BEELD VAN DE INTERNE STRUCTUUR VAN EEN VOORWERPMETHOD ΕΝ APPARATUS FOR DETERMINING AN IMAGE OF THE INTERNAL STRUCTURE OF AN ARTICLE

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het bepalen van een beeld van de interne structuur van een voorwerp.The present invention relates to a method and an apparatus for determining an image of the internal structure of an object.

Bekend zijn werkwijzen en inrichtingen voor het 5 bepalen van een beeld van de interne structuur van een voorwerp waarbij het voorwerp tussen een zender en ontvanger geplaatst wordt en over een aantal hoeken geroteerd wordt. De door de zender uitgezonden straling creëert een schaduwbeeld dat overeenstemt met een 10 tweedimensionale projectie van het driedimensionale voorwerp. Elk punt in het schaduwbeeld bevat de integratie van absorptie-informatie binnen het driedimensionale voorwerp in het overeenkomstige deel van de stralingsbundel.Methods and devices for determining an image of the internal structure of an object are known, wherein the object is placed between a transmitter and receiver and rotated through a number of angles. The radiation emitted by the transmitter creates a shadow image corresponding to a two-dimensional projection of the three-dimensional object. Each point in the shadow image contains the integration of absorption information within the three-dimensional object in the corresponding part of the radiation beam.

15 Een bezwaar van deze bekende werkwijze en inrichting is dat het voorwerp in zijn geheel voor elke meethoek binnen de stralenbundel van de zender dient te vallen. Voorwerpen die in diameter te groot zijn en niet voor elke meethoek binnen de stralenbundel vallen kunnen 20 niet of niet volledig gescand worden. Bovendien heeft deze bekende werkwijze en inrichting het bezwaar dat wanneer een voorwerp slechts net binnen een divergerende stralenbundel valt, het beeld van het gehele voorwerp niet meer uitvergroot kan worden.A drawback of this known method and device is that the object as a whole must fall within the radiation beam of the transmitter for each measuring angle. Objects that are too large in diameter and do not fall within the beam for every measuring angle cannot be scanned or not fully scanned. Moreover, this known method and device has the drawback that when an object only falls within a diverging beam of rays, the image of the entire object can no longer be enlarged.

25 De onderhavige uitvinding heeft als doel deze bezwaren te ondervangen.The present invention aims to overcome these drawbacks.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het bepalen van een beeld van de interne structuur van een voorwerp, 30 omvattende: - het zenden van straling naar het voorwerp; 1011693 2 - het op een draaibare houder draaien van het voorwerp; - het ontvangen van de straling; waarbij de houder zodanig gepositioneerd is, dat het 5 voorwerp gedeeltelijk buiten een door het zenden en het ontvangen gedefinieerd beeldveld uitsteekt en waarbij de houder over een zodanige hoek draait, dat in hoofdzaak elk te bestralen deel van het voorwerp over in hoofdzaak ten minste een halve cirkelboog binnen het beeldveld 10 draait.According to a first aspect of the invention, there is provided a method for determining an image of the internal structure of an object, comprising: - transmitting radiation to the object; 1011693 2 - rotating the object on a rotatable holder; - receiving the radiation; the holder being positioned such that the object partly protrudes beyond an image field defined by the transmission and reception and wherein the holder rotates at such an angle that substantially every part of the object to be irradiated over substantially at least half circular arc within the field of view 10.

Door het voorwerp over een zodanig grote hoek te draaien dat elk te bestralen deel over ten minste een halve cirkelboog in het beeldveld draait, wordt, alhoewel het voorwerp zich gedeeltelijk buiten het beeldveld 15 uitstrekt, toch een beeld van het complete voorwerp verschaft. Wanneer bijvoorbeeld de helft van het voorwerp zich uitstrekt buiten het beeldvelddeel, is een draaiing van ten minste 3 60° voldoende voor het verkrijgen van een beeld van de interne structuur van het gehele voorwerp.By rotating the object by such a large angle that each part to be irradiated rotates at least a semicircular arc in the image field, although the object extends partly outside the image field 15, an image of the complete object is still provided. For example, when half of the object extends outside the image field portion, a rotation of at least 360 ° is sufficient to obtain an image of the internal structure of the entire object.

2 0 Wanneer het voorwerp zo groot is dat ook bij rotatie slechts een deel van het voorwerp zich binnen het beeldveld bevindt, wordt de ontvanger verplaatst, en wordt, indien nodig, tevens de zender opnieuw georiënteerd, zodat een tweede beeldveld ontstaat dat het 25 resterende deel van het voorwerp bij rotatie bestraalt.When the object is so large that even part of the object is within rotation within the image field, the receiver is moved and, if necessary, the transmitter is also reoriented, so that a second image field is created so that the remaining part of the object irradiates upon rotation.

De houder wordt weer over een zodanige hoek gedraaid, dat elk te bestralen deel van het resterende deel van het voorwerp over in hoofdzaak ten minste een halve cirkelboog binnen het beeldveld draait. Na samenvoeging 3 0 van het eerste en tweede beeld ontstaat een totaalbeeld van het gehele voorwerp.The holder is rotated again at such an angle that each part of the remaining part of the object to be irradiated rotates through substantially at least a semicircular arc within the image field. After combining the first and second images, a total image of the entire object is created.

Volgens een voorkeursvorm van de uitvinding omvat de werkwijze derhalve: - het bepalen van een eerste beeld van het 35 voorwerp in een eerste beeldveld behorend bij een eerste ontvangerpos i t i e; 1011693 3 - het bepalen van een tweede beeld van het voorwerp in een tweede beeldveld behorend bij een tweede ontvangerpos i tie; - het samenvoegen van het eerste en tweede 5 beeld tot een samengevoegd beeld van de interne structuur van het voorwerp. Volgens een verdere voorkeursvorm van de uitvinding omvat de werkwijze het verplaatsen van de houder in de richting van de ontvanger of de zender voor het respectievelijke verkleinen of vergroten van de 10 resolutie van het beeld van de interne structuur van het voorwerp.According to a preferred form of the invention, the method therefore comprises: - determining a first image of the object in a first image field associated with a first receiver position; 1011693 3 - determining a second image of the object in a second image field associated with a second receiver position; - merging the first and second images into a merged image of the internal structure of the object. According to a further preferred form of the invention, the method comprises moving the container towards the receiver or transmitter to decrease or increase the resolution of the image of the internal structure of the object, respectively.

Volgens een ander voorkeursvorm van de uitvinding omvat de werkwijze het met gelijkblijvende zender-ontvangerafstand verplaatsen van de zender en 15 ontvanger, waarbij met toenemende of afnemende zender- houderafstand de resolutie van het beeld van het voorwerp respectievelijke afneemt of toeneemt. In de laatste twee voorkeursuitvoeringsvormen zijn de voorwerpen derhalve eenvoudig uit te vergroten, zelfs indien het voorwerp 20 dermate groot is, dat bij uitvergroting een gedeelte van het voorwerp buiten het beeldveld zou vallen.According to another preferred form of the invention, the method comprises of moving the transmitter and receiver with the transmitter-receiver distance remaining the same, with the resolution of the image of the object decreasing or increasing respectively with increasing or decreasing transmitter-holder distance. In the last two preferred embodiments, the objects are therefore easy to enlarge, even if the object 20 is so large that, when enlarged, a part of the object would fall outside the image field.

Volgens een verdere voorkeursvorm van de uitvinding omvat de werkwijze het verplaatsen van de houder in de opwaartse en neerwaartse richting en/of het 25 verplaatsen van de zender en/of ontvanger in de opwaartse en neerwaartse richting. Door de stralingsinformatie per hoogte vervolgens samen te voegen, wordt een driedimensionaal beeld van de interne structuur van het gehele voorwerp verkregen. Deze laatste 3 0 voorkeursuitvoeringsvorm is met name voordelig in het geval van voorwerpen met een relatief grote hoogte.According to a further preferred form of the invention, the method comprises moving the holder in the upward and downward direction and / or moving the transmitter and / or receiver in the upward and downward direction. By subsequently merging the radiation information per height, a three-dimensional image of the internal structure of the entire object is obtained. The latter preferred embodiment is particularly advantageous in the case of objects with a relatively great height.

Volgens een voorkeursvorm van de uitvinding geeft de zender parallelle straling af. Dit heeft als voordeel dat de verkregen stralingsinformatie 35 ongecorrigeerd en derhalve met grote snelheid te verwerken is.According to a preferred form of the invention, the transmitter emits parallel radiation. This has the advantage that the radiation information obtained is uncorrected and can therefore be processed at great speed.

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding geeft de zender in hoofdzaak divergerende 191 1693 4 straling, zoals bijvoorbeeld divergerende röntgenstraling, af. Dit heeft als voordeel dat in de praktijk voorhanden microfocusröntgenstraal-buizen te gebruiken zijn, die relatief eenvoudig van constructie 5 zijn. Bij voorkeur zijn dergelijke straalbuizen van het gesloten type, dat wil zeggen dat deze werkzaam kunnen zijn zonder gebruik van vacuümpompen, koeling, en dergelijke. In dit geval omvat de werkwijze bij voorkeur tevens het corrigeren van door de ontvanger verkregen 10 stralinginformatie voor het verkrijgen van een benadering voor een zender die in hoofdzaak parallelle straling afgeeft.In another preferred embodiment of the invention, the transmitter emits substantially diverging 191 1693 4 radiation, such as, for example, diverging X-rays. This has the advantage that in practice available microfocus X-ray tubes can be used, which are relatively simple in construction. Preferably, such nozzles are of the closed type, that is, they can operate without the use of vacuum pumps, refrigeration, and the like. In this case, the method preferably also includes correcting radiation information obtained by the receiver to obtain an approximation for a transmitter that emits substantially parallel radiation.

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een inrichting verschaft voor het bepalen van een 15 beeld van de interne structuur van een voorwerp, omvattende: - een zender voor het zenden van straling naar het voorwerp, - een draaibare houder voor het houden en 20 draaien van het voorwerp, - een ontvanger voor het ontvangen van de straling; waarbij de houder zodanig is geplaatst, dat het voorwerp gedeeltelijk buiten een door de zender en de ontvanger ^ 25 gedefinieerd beeldveld uitsteekt en het draaipunt van de houder binnen het beeldveld is gerangschikt. Dit heeft als voordeel dat het voorwerp groter kan zijn dan het door de zender ontvangen bepaalde beeldveld terwijl toch een beeld van de interne structuur van het gehele 30 voorwerp verkregen wordt.According to another aspect of the invention, there is provided a device for determining an image of the internal structure of an object, comprising: - a transmitter for transmitting radiation to the object, - a rotatable holder for holding and rotating of the object, - a receiver for receiving the radiation; wherein the holder is positioned such that the object partially projects beyond a field of view defined by the transmitter and the receiver and the pivot point of the holder is arranged within the field of view. This has the advantage that the object can be larger than the determined image field received by the transmitter, while still obtaining an image of the internal structure of the entire object.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de inrichting samenvoegmiddelen die een met een eerste beeldveld bepaald eerste beeld behorend bij een eerste ontvangerpositie en een met een tweede 35 beeldveld tweede beeld behorend bij een tweede ontvangerpositie samenvoegen. Door de ontvanger achtereenvolgens op twee of meer ontvangerposities te plaatsen en telkens per ontvangerpositie een beeld van 1011693 5 een deel van het interne voorwerp te maken en door vervolgens deze beelden samen te voegen kan een totaalbeeld worden verkregen van het gehele voorwerp. Met deze voorkeursuitvoeringsvorm kan derhalve het beeld van 5 een voorwerp bepaald worden dat twee of meer keer zo groot is als het voorwerp dat met een enkele ontvangerpositie af te handelen is.According to a preferred embodiment of the invention, the device comprises combining means which combine a first image determined with a first image field associated with a first receiver position and a second image associated with a second image field associated with a second receiver position. By successively placing the receiver in two or more receiver positions and making an image of 1011693 5 a part of the internal object per receiver position, and by subsequently merging these images, an overall image of the entire object can be obtained. Thus, with this preferred embodiment, the image of an object that is two or more times the size of the object that can be handled with a single receiver position can be determined.

Volgens een voorkeursvorm van de uitvinding omvat de inrichting ontvangerverplaatsingsmiddelen voor 10 het verplaatsen van de ontvanger tussen de eerste ontvangerpositie en de tweède ontvangerpositie.According to a preferred form of the invention, the device comprises receiver displacing means for moving the receiver between the first receiver position and the second receiver position.

Volgens verdere voorkeursvormen van de uitvinding omvat de inrichting zenderverplaatsings-middelen die overeenkomstig de verplaatsing van de 15 ontvanger de zender verplaatsen en/of omvat de inrichting zenderdraaimiddelen die overeenkomstig de verplaatsing van de ontvanger de oriëntatie van de door de zender uitgezonden straling aanpassen.According to further preferred forms of the invention, the device comprises transmitter displacement means which move the transmitter in accordance with the movement of the receiver and / or the device comprises transmitter rotation means which, in accordance with the movement of the receiver, adjust the orientation of the radiation emitted by the transmitter.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de 20 uitvinding, waarbij de zender een stralingsbundel van in hoofdzaak divergerende stralen uitzendt, is het beeldveld bepaald door de mate van divergentie van de straling, de effectieve zender-ontvangerafstand en de effectieve breedte van de ontvanger.According to a further embodiment of the invention, in which the transmitter emits a radiation beam of substantially diverging rays, the image field is determined by the degree of divergence of the radiation, the effective transceiver distance and the effective width of the receiver.

25 Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de zender van de inrichting een microfocusröntgenstraalbuis, bij voorkeur van het gesloten type. Deze röntgenstraalbuis is eenvoudig van constructie, behoeft geen vacuumpompen of koeling en 30 heeft een lange levensduur.According to a further embodiment of the invention, the transmitter of the device comprises a microfocus X-ray tube, preferably of the closed type. This X-ray tube is simple in construction, does not require vacuum pumps or cooling and has a long service life.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt in de navolgende beschrijving waarin wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen: 35 - figuur 1 een schematisch diagram van een voorkeursvorm van de inrichting volgens de uitvinding; 1011693 6 - figuur 2 een schematisch aanzicht, dat het bepalen van de interne structuur van een groot voorwerp weergeeft; - figuur 3 een schematisch aanzicht, dat het 5 bepalen van de interne structuur van een middelgroot voorwerp weergeeft; - figuur 4 een schematisch aanzicht, dat het vergroten en verkleinen van de resolutie van het beeld van een voorwerp weergeeft; en 10 - figuur 5 een schematisch aanzicht, dat het samenvoegen van de met verschillende ontvangerposities verkregen beelden tot één gezamenlijk beeld weergeeft.Further advantages, features and details of the present invention will be elucidated in the following description referring to the accompanying drawings, in which: figure 1 shows a schematic diagram of a preferred form of the device according to the invention; 1011693 6 - Figure 2 is a schematic view showing determination of the internal structure of a large object; - figure 3 shows a schematic view showing the determination of the internal structure of a medium-sized object; FIG. 4 is a schematic view showing increasing and decreasing the resolution of the image of an object; and figure 5 shows a schematic view showing the merging of the images obtained with different receiver positions into one common image.

Microtomografie is het bepalen van het beeld van de interne structuur van een voorwerp zonder dit 15 voorwerp destructief te behandelen of op enige andere wijze te prepareren, waarbij van het driedimensionale voorwerp onder telkens een andere hoek en op de verschillende hoogtes van het voorwerp met behulp van een lijndetector een eendimensionale schaduwlijn wordt 20 bepaald. De eendimensionale schaduwlijnen zullen variërende intensiteiten als gevolg van absorptie, afhankelijk van de dichtheid en samenstelling van het voorwerp, vertonen. Met deze eendimensionale schaduwlijnen kunnen, gebruik makend van bekende 25 terugprojectie-technieken, de posities van de absorptiegebieden binnen het voorwerp met grote nauwkeurigheid bepaald worden.Microtomography is the determination of the image of the internal structure of an object without destructively treating or preparing this object in any other way, whereby the three-dimensional object is each time at a different angle and at the different heights of the object using a line detector a one-dimensional shadow line is determined. The one-dimensional shadow lines will show varying intensities due to absorption depending on the density and composition of the object. With these one-dimensional shadow lines, using known back-projection techniques, the positions of the absorption areas within the object can be determined with great accuracy.

De combinatie van informatie van twee of meer eendimensionale schaduwlijnen levert een driedimensionaal 30 beeld van de interne structuur van het voorwerp op. Als alternatief kunnen met behulp van een CCD-camera direct tweedimensionale beelden verkregen worden, waarbij elk tweedimensionaal (schaduw-)beeld onder een verschillende hoek is bepaald. Ook op deze tweedimensionale beelden 35 kunnen met behulp van bekende terugprojectie-technieken de posities van de absorptiegebieden binnen het voorwerp worden bepaald. Combinatie van onder een aantal hoeken bepaalde tweedimensionale beelden, levert een 1011693 7 driedimensionaal beeld op van de interne structuur van het voorwerp.The combination of information from two or more one-dimensional shadow lines yields a three-dimensional image of the internal structure of the object. Alternatively, two-dimensional images can be obtained directly with the aid of a CCD camera, each two-dimensional (shadow) image being determined at a different angle. The positions of the absorption areas within the object can also be determined on these two-dimensional images 35 using known back-projection techniques. Combination of two-dimensional images determined at a number of angles yields a 1011693 7 three-dimensional image of the internal structure of the object.

De in figuur 1 weergegeven voorkeursuitvoeringsvorm van de microtomograaf omvat een 5 microfocusröntgenstraalbuis 2, welke een conusvormige of althans divergerende stralenbundel uitzendt, waarvan de geometrische begrenzingen in de figuur door pijlen 24 en 2 5 zijn aangegeven. De róntgenstraalbuis 2 wordt gevoed door een voeding 3. De microtomograaf omvat tevens een 10 fosforscherm 4. Het fosforscherm 4 licht op bij een invallende bundel röntgenstraling en zet daarmee de invallende bundel röntgenstraling om in een corresponderende lichtbundel. Deze lichtbundel wordt via lens 23 gefocusseerd op een CCD-camera 5, die de 15 informatie van de lichtbundel omzet in elektrische signalen.The preferred embodiment of the microtomograph shown in Figure 1 comprises a microfocus X-ray tube 2, which emits a conical or at least diverging beam, the geometric boundaries of which are indicated in the figure by arrows 24 and 25. The X-ray tube 2 is fed by a power supply 3. The microtomograph also comprises a phosphor screen 4. The phosphor screen 4 lights up with an incident beam of X-rays and thereby converts the incident beam of X-rays into a corresponding light beam. This light beam is focused via lens 23 on a CCD camera 5, which converts the information from the light beam into electrical signals.

De afstand tussen de zender 2 en ontvanger 5 bedraagt in een voorkeursvorm circa 40 cm, maar kan echter ook groter of kleiner zijn, afhankelijk van het 2 0 toepassingsgebied van de microtomograaf.The distance between the transmitter 2 and receiver 5 is in a preferred form approximately 40 cm, but can also be larger or smaller, depending on the field of application of the microtomograph.

Met 10 en 11 zijn de begrenzingen aangegeven van het beeldveld dat wordt gedefinieerd als het gebied waarbinnen een voorwerp bestraald kan worden en de straling opgevangen kan worden. Bij een divergerende 25 stralenbundel is het beeldveld derhalve in hoofdzaak afhankelijk van de mate van divergentie van de straling, de effectieve zender-ontvanger afstand en de afmetingen van de werkzame oppervlakte van de ontvanger. In het in figuur 1 weergegeven voorbeeld wordt een breed 30 uitwaaierende stralingsbundel afgegeven, maar wordt het beeldveld beperkt door de effectieve afmetingen van het fosforscherm 4. In andere gevallen kan het mogelijk zijn dat daarentegen de mate van divergentie van de stralingsbundel en de zender-ontvanger afstand beperkend 35 is voor het beeldveld.10 and 11 indicate the boundaries of the image field which is defined as the area within which an object can be irradiated and the radiation can be received. Thus, in a diverging beam, the image field depends mainly on the degree of divergence of the radiation, the effective transmitter-receiver distance and the dimensions of the effective area of the receiver. In the example shown in Figure 1, a wide-fanning radiation beam is emitted, but the field of view is limited by the effective dimensions of the phosphor screen 4. In other cases, on the other hand, the degree of divergence of the radiation beam and the transmitter-receiver may be distance is limiting for the image field.

Als alternatief voor de voorkeursuitvoeringsvorm van fig. 1 met een fosforscherm 4 en lens 23 kan in een andere voorkeursuitvoeringsvorm een CCD-camera 1 n 1 1 R p 3 8 met een glasvezelgekoppelde scintillator gebruikt worden. Hierbij wordt op de scintillator invallende straling rechtstreeks omgezet in licht dat via glasvezelkabels naar een CCD-camera gezonden wordt. In deze 5 voorkeursuitvoeringsvorm waarin bij voorkeur een divergerende straling uitzendende microfocus röntgenstraalbuis wordt gebruikt, kan de CCD-camera een resolutie hebben die groter is dan 512 x 512 beeldpunten, bij een dynamisch vermogen van 10 bits of meer (1024 10 helderheidsgradaties). De opname van een beeld van een voorwerp is in dergelijke opstelling veel sneller uit te voeren. Bovendien is toepassing van een dergelijke opstelling gunstig voor hetde signaalruisverhouding van het verkregen beeld.As an alternative to the preferred embodiment of Figure 1 with a phosphor screen 4 and lens 23, in another preferred embodiment a CCD camera 1 n 1 1 R p 3 8 with a glass fiber coupled scintillator can be used. Radiation incident on the scintillator is directly converted into light that is sent via fiber optic cables to a CCD camera. In this preferred embodiment, preferably using a diverging radiation emitting microfocus X-ray tube, the CCD camera may have a resolution greater than 512 x 512 pixels, at a dynamic power of 10 bits or more (1024 degrees of brightness). The recording of an image of an object is much faster in such an arrangement. Moreover, the use of such an arrangement is favorable for the signal-to-noise ratio of the obtained image.

15 De CCD-camera 5 voert in hoofdzaak onvertraagd (real-time) of na een on-chip-integratie, gedurende welke integratie elke positie gedurende een bepaald aantal seconden belicht wordt ter vergroting van de signaalruisverhouding, een videosignaal uit naar het 20 beeldopslagorgaan 6. Het beeldopslagorgaan omvat een harde schijfeenheid van een computer 8, zoals bijvoorbeeld een PC. Deze computer 8 bestuurt eveneens de genoemde integratietijd van de CCD-camera 5 en is verbonden met een besturingskaart 7 die niet alleen de 25 voedingsbron 3 van de microfocus-röntgenstraalbuis 2 aanstuurt, maar tevens de beweging van een houder 30, waarop het voorwerp 1 is aangebracht, bestuurt. De houder 30 kan in de lengterichting (pijl b) getransleerd of in de rotatierichting (pijl a) geroteerd worden. In bepaalde 30 uitvoeringsvormen bestuurt de computer 8 tevens de dwarsverplaatsing van de houder, dat wil zeggen de verplaatsing loodrecht op de richting b. De computer 8 is eveneens voorzien van een beeldscherm 9 waarop de resultaten van de beeldvorming zijn af te beelden.The CCD camera 5 outputs a video signal to the image storage device 6 substantially real-time or after an on-chip integration, during which integration each position is exposed for a certain number of seconds to increase the signal-to-noise ratio. The image storage means comprises a hard disk drive of a computer 8, such as, for example, a PC. This computer 8 also controls the said integration time of the CCD camera 5 and is connected to a control card 7 which controls not only the power source 3 of the microfocus X-ray tube 2, but also the movement of a holder 30 on which the object 1 is installed, controls. The holder 30 can be translated in the longitudinal direction (arrow b) or rotated in the rotational direction (arrow a). In certain embodiments, the computer 8 also controls the transverse displacement of the container, ie the displacement perpendicular to the direction b. The computer 8 is also provided with a screen 9 on which the results of the imaging can be displayed.

35 Voor uitvoering van de eerdergenoemde terugprojectie is een zender vereist die een patroon van evenwijdige straling afgeeft, zoals bijvoorbeeld een synchrotron. In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van 101 1693 9 de uitvinding wordt echter een microfocusröntgen-straalbuis gebruikt aangezien deze microfocusröntgen-straalbuizen eenvoudiger van constructie zijn. De eenvoudigere en goedkopere microfocusröntgenstraalbuis 5 veroorzaakt echter een conische stralingsbundel, dat wil zeggen dat de stralen divergerend verlopen. Ter benadering van een parallelle stralenbundel wordt in een dergelijk geval in de computer, onder besturing van daartoe geschikte computerprogrammatuur, een 10 waaierbundelcorrectie (Engels: fan beam correction) toegepast, die het uiteindelijk verkregen beeld herschikt tot ongeveer het beeld dat zou zijn verkregen met behulp van parallelle straling.The aforementioned backprojection requires a transmitter that emits a pattern of parallel radiation, such as, for example, a synchrotron. In the illustrated embodiment of the invention, however, a microfocus X-ray tube is used since these microfocus X-ray tubes are simpler in construction. However, the simpler and cheaper microfocus X-ray tube 5 causes a conical radiation beam, that is to say the rays diverge. In such a case, in order to approximate a parallel beam, in the computer, under the control of suitable computer software, a fan beam correction (English: fan beam correction) is applied, which rearranges the image ultimately obtained to approximately the image that would have been obtained using of parallel radiation.

De röntgenstraalbuis 2 zendt divergerende 15 straling uit die invalt op het fosforscherm 4 waarmee via lens 23 straling op CCD-camera 5 invalt. Deze straling geeft een tweedimensionaal beeld van de interne structuur van het voorwerp. Hiermee wordt het beeldveld gedefinieerd, dat wil in het geval van de uitvoeringsvorm 2 0 van figuur 1 zeggen het gebied tussen de zender 2 het fosforscherm 4, dat wordt begrensd door de pijlen 10 en 11.The X-ray tube 2 emits diverging radiation incident on the phosphor screen 4, through which radiation incident on CCD camera 5 via lens 23. This radiation gives a two-dimensional image of the internal structure of the object. This defines the image field, i.e. in the case of the embodiment of Figure 1, the area between the transmitter 2 means the phosphor screen 4, which is bounded by the arrows 10 and 11.

Bekend is om het voorwerp 1 als geheel binnen dit beeldveld te plaatsen en over 180° in het geval van 25 parallelle straling of over 180° + Δ in het geval van divergerende straling te draaien, zodat met behulp van de eerdergenoemde terugprojectie-technieken een beeld van de interne structuur van het voorwerp wordt verkregen. De extra draaiing over Δ° waarbij Δ gebruikelijk varieert 30 van 0-8° consequent is nodig voor het uitvoeren van de eerdergenoemde waaierbundelcorrectie.It is known to place the object 1 as a whole within this field of view and to rotate through 180 ° in the case of parallel radiation or through 180 ° + Δ in the case of diverging radiation, so that using the aforementioned back-projection techniques an image of the internal structure of the object. The additional rotation over Δ ° where Δ usually varies from 0-8 ° consistently is needed to perform the aforementioned fan beam correction.

In figuur 2 is op schematische wijze een röntgenstraalbuis 2 weergegeven die een stralenbundel uitzendt naar een ontvanger 5. Een voorwerp 1 is op een 35 houder geplaatst en met zijn middelpunt 20 nog net binnen het beeldveld gerangschikt. In deze rangschikking valt slechts de helft van het voorwerp 1 binnen het beeldveld. Het voorwerp wordt vervolgens over 360° + Δ° geroteerd, 1n 1 1 6A3 10 in een voorkeursuitvoering in stappen van telkens 0,45° of 0,9'. Een volledig driedimensionaal beeld van het voorwerp 1 wordt dan gevormd door het voor alle hoeken combineren van de tweedimensionale beelden op de CCD-5 camera's, rekening houdend met dezelfde herschikking voor de waaierbundelcorrectie. Dit heeft hetzelfde effect als een rotatie over 180° + A° met een camera met een beeldveld dat dubbel zo groot is. Hierbij wordt opgemerkt dat het bovenstaande eveneens van toepassing is op een 10 parallelle stralingsbundel, waarbij in dat geval echter de herschikking in verband met waaierbundelcorrectie achterwege kan blijven.Figure 2 schematically shows an X-ray tube 2 which emits a beam of radiation to a receiver 5. An object 1 is placed on a holder and with its center 20 just positioned within the image field. In this arrangement, only half of the object 1 falls within the field of view. The object is then rotated through 360 ° + Δ °, 1n 1 1 6A3 10 in a preferred embodiment in steps of 0.45 ° or 0.9 'each. A full three-dimensional image of the object 1 is then formed by combining the two-dimensional images on the CCD-5 cameras for all angles, taking into account the same rearrangement for the fan beam correction. This has the same effect as rotating through 180 ° + A ° with a camera with a field of view twice the size. It is noted here that the above also applies to a parallel radiation beam, in which case however the rearrangement in connection with fan beam correction can be omitted.

In figuur 2 is het middelpunt op de begrenzing 10 van het beeldveld gesitueerd. Indien het middelpunt 20 15 verder in het beeldveld gerangschikt is, zoals is weergegeven in figuur 3, is rotatie over een hoek van 180° + β in het geval van een bundel parallelle stralen of 180° + β + Δ in het weergegeven geval van een divergerende stralingsbundel voldoende om een beeld van 20 de interne structuur van het gehele voorwerp te krijgen.In Figure 2, the center point is located on the boundary 10 of the image field. If the center 20 is further arranged in the image field, as shown in Figure 3, rotation through an angle of 180 ° + β in the case of a beam of parallel rays or 180 ° + β + Δ in the case of a shown diverging radiation beam sufficient to get an image of the internal structure of the whole object.

In figuur 4 is een voorwerp 1 weergegeven dat geheel binnen het beeldveld is gerangschikt, dat wil zeggen dat een rotatie over een hoek van 180° plus een eventuele waaierbundelcorrectiehoek voldoende is om een 25 beeld van het volledige voorwerp te verkrijgen. Wanneer echter het beeld van het voorwerp 1 uitvergroot dient te worden, wordt het voorwerp in de richting van de zender 2 verplaatst. Door deze verplaatsing zal een deel van het voorwerp 1 buiten het beeldveld geraken, waardoor volgens 30 de uit de stand van de techniek bekende werkwijze geen driedimensionaal beeld van het gehele voorwerp meer is te verkrijgen. Door echter de houder 30 te verplaatsen, bijvoorbeeld zover dat het middelpunt 20' van het voorwerp 1' op de begrenzing 10 van het beeldveld 35 terechtkomt, en vervolgens het voorwerp 1' over ten minste 360° te roteren, kan een uitvergroot beeld van het gehele voorwerp worden verkregen. Volgens de uitvinding is het dus mogelijk geworden om met een gegeven beeldveld 1 0 1 163 3 11 mogelijk de mate van uitvergroting van het beeld van het voorwerp te verhogen. Indien bijvoorbeeld de camera 5 een resolutie van 1024 bij 1024 beeldpunten heeft, wordt bij een dergelijke uitvergroting een beeld verkregen van 1024 5 bij 2048 beeldpunten. Men kan dus niet alleen grotere voorwerpen behandelen, maar men verdubbelt tevens het aantal beeldpunten in doorsnede en kan zo de resolutie van het beeld verhogen.Figure 4 shows an object 1 which is arranged entirely within the field of view, that is to say that a rotation through an angle of 180 ° plus an optional fan beam correction angle is sufficient to obtain an image of the entire object. However, when the image of the object 1 is to be enlarged, the object is moved towards the transmitter 2. As a result of this displacement, a part of the object 1 will get out of the field of view, whereby a three-dimensional image of the entire object can no longer be obtained according to the method known from the prior art. However, by moving the holder 30, for example so far that the center 20 'of the object 1' lands on the boundary 10 of the image field 35, and then rotating the object 1 'by at least 360 °, an enlarged image of the whole object. According to the invention, it has thus become possible to increase the magnification of the image of the object with a given field of view. For example, if the camera 5 has a resolution of 1024 by 1024 pixels, such an enlargement produces an image of 1024 by 2048 pixels. Thus, not only can larger objects be treated, but the number of pixels in cross-section is doubled and the resolution of the image can thus be increased.

Als alternatief voor verplaatsing van de houder 10 30 in de richting van de zender 2 voor uitvergroting van het beeld van het voorwerp 1, kunnen ook de zender 2 en ontvanger 5 verplaatst worden, waarmee dezelfde uitvergroting kan worden bereikt. Een dergelijke verplaatsbare zender en ontvanger worden bij voorkeur 15 aangedreven door elektrische stappenmotoren, die door de computer 8 en de besturingskaart 7 te besturen zijn.As an alternative to moving the holder 10 in the direction of the transmitter 2 to magnify the image of the object 1, the transmitter 2 and receiver 5 can also be moved, whereby the same magnification can be achieved. Such a movable transmitter and receiver are preferably driven by electric stepper motors, which can be controlled by the computer 8 and the control card 7.

In Figuur 5 is een situatie weergegeven waarin het voorwerp 1 dermate groot is, dat met een rotatie van 360°, al dan niet met een extra draaiing van Δ0 voor de 20 waaierbundelcorrectie, en een CCD-camera 5 op een eerste positie POS 1 slechts een gedeelte van het voorwerp 1 te bestralen is, waardoor een beeld wordt verkregen van de interne structuur van slechts dit gedeelte van het voorwerp. De CCD-camera 5 wordt in dit geval echter 25 verplaatst naar een tweede positie POS 2, en wordt in dat geval aangeduid met referentienummer 5' . Afhankelijk van de geometrie van de door de zender 2 afgegeven stralenbundel dienen overeenkomstige aanpassingen aan de zender 2 te worden uitgevoerd, dat wil zeggen dat de 30 stralenbundel naar de verschoven positie POS 2 gericht dient te worden of dat de zender 2 een overeenkomstig afstand van een eerste positie naar een tweede positie verschoven wordt. Bij een voldoend uitlopende waaierbundel van röntgenstraling behoeft de positionering 3 5 van de zender 2 echter niet aangepast te worden.Figure 5 shows a situation in which the object 1 is so large that with a rotation of 360 °, with or without an additional rotation of Δ0 for the fan beam correction, and a CCD camera 5 in a first position POS 1 only a part of the object 1 is irradiable, thereby obtaining an image of the internal structure of only this part of the object. In this case, however, the CCD camera 5 is moved to a second position POS 2, in which case it is indicated by reference number 5 '. Depending on the geometry of the beam of radiation emitted by the transmitter 2, corresponding adjustments must be made to the transmitter 2, ie the beam must be directed to the shifted position POS 2 or that the transmitter 2 must be a corresponding distance from a first position is shifted to a second position. However, with a sufficiently radiating X-ray fan beam, the positioning of the transmitter 2 need not be adjusted.

Vervolgens wordt eveneens met de CCD-camera 5 op de tweede positie POS 2 het voorwerp 1 over 360°, al dan niet met een extra draaiing van Δ0 van de waaierbundel 1011693 12 correctie, gedraaid waardoor een beeld ontstaat van de interne structuur van het resterend gedeelte van het voorwerp 1. Door samenvoeging van de op deze wijze verkregen twee beelden wordt een driedimensionaal beeld 5 van de interne structuur van het totale voorwerp 1 verkregen.Then, with the CCD camera 5 in the second position POS 2, the object 1 is also rotated through 360 °, with or without an additional rotation of Δ0 of the fan beam 1011693 12 correction, so that an image of the internal structure of the residual is created. part of the object 1. By combining the two images obtained in this way, a three-dimensional image 5 of the internal structure of the entire object 1 is obtained.

In het licht van het bovenstaande is het duidelijk dat voorwerpen of objecten ingescand kunnen worden die viermaal, achtmaal etc. groter zijn dan het 10 beeldveld van de camera. Ook is het mogelijk om een relatief groot voorwerp viermaal, achtmaal, etc. uit te vergroten. In het geval van een CCD-camera 5 met een resolutie van 1024 bij 1024 beeldpunten wordt in dit geval een beeldresolutie van het gehele voorwerp 15 verkregen van 1024 bij 4096 respectievelijk 1024 bij 8192 beeldpunten.In light of the above, it is clear that objects or objects can be scanned that are four times, eight times etc. larger than the field of view of the camera. It is also possible to enlarge a relatively large object four times, eight times, etc. In the case of a CCD camera 5 with a resolution of 1024 by 1024 pixels, in this case an image resolution of the whole object 15 is obtained of 1024 by 4096 and 1024 by 8192 pixels, respectively.

In plaats van verplaatsing van de ontvanger 5 en/of de zender 2 kan ook de houder 3 0 zelf verplaatst worden, waaronder op soortgelijke wijze als hiervoor is 20 beschreven grotere voorwerpen te scannen zijn.Instead of displacing the receiver 5 and / or the transmitter 2, the holder 30 itself can also be moved, under which larger objects can be scanned in a manner similar to that described above.

Indien de houder waarop het voorwerp 1 rust eveneens in hoogte wordt verplaatst en op boven beschreven wijze een beeld van het gehele voorwerp wordt verkregen, kan ook de resolutie in de opwaartse of 25 neerwaartse richting verhoogd worden, bijvoorbeeld tot een beeldresolutie van 4096 bij 4096 beeldpunten (waarbij de houder viermaal in de hoogte is verplaatst).If the holder on which the object 1 rests is also moved in height and an image of the entire object is obtained in the manner described above, the resolution in the upward or downward direction can also be increased, for instance to an image resolution of 4096 by 4096 pixels. (with the holder moved four times in height).

Bij voorkeur is de microtomograaf van figuur 1 voorzien van filterhouders 21 die filters 22 het 30 fosforscherm 4 of voor de scintillator kunnen plaatsen. Deze filterhouders zijn met behulp van daartoe geschikte middelen, zoals bijvoorbeeld een elektromotor, in het beeldveld van de microfocus-röntgenstraalbuis 2 te plaatsen waarbij deze middelen door de computer 8 en 3 5 besturingskaart 7 zijn te besturen. Eén van de grote problemen in microtomografie is namelijk het verschijnsel "beam hardening". In bepaalde voorwerpen worden de zachte of laagenergetische röntgenstraling meer geabsorbeerd dan 1 011693 13 harde of hoog-energetische röntgenstraling. Indien de zachte röntgenstraling niet wordt meegenomen in de beeldvorming, wordt een homogenere absorptie over de dikte van het voorwerp verkregen. Deze zachte 5 röntgenstraling is te verwijderen door een metalen plaat 22 tussen het voorwerp 1 en het fosforscherm 4 of de scintillator te plaatsen. Ook plaatsing van metalen platen of filters 22 tussen het voorwerp en de bron of een combinatie hiervan mogelijk is.Preferably, the microtomograph of Figure 1 is provided with filter holders 21 which can place filters 22 on the phosphor screen 4 or in front of the scintillator. These filter holders can be placed in the image field of the microfocus X-ray tube 2 by means of suitable means, such as, for example, an electric motor, these means being controllable by the computer 8 and control card 7. One of the major problems in microtomography is the phenomenon of "beam hardening". In certain objects, soft or low-energy X-rays are absorbed more than 1 011693 13 hard or high-energy X-rays. If the soft X-rays are not included in the imaging, a more homogeneous absorption over the thickness of the object is obtained. This soft X-ray radiation can be removed by placing a metal plate 22 between the object 1 and the phosphor screen 4 or the scintillator. Placement of metal plates or filters 22 between the object and the source or a combination thereof is also possible.

10 De filterhouder 21 omvat een schijf met verschillende filters 22, waarbij deze filters 22 verschillende diktes en dichtheden hebben en vervaardigd zijn van Cu, Al, etc. Softwarematig zijn de diverse filters 21 met behulp van de computer 8 en de 15 besturingskaart 7 voor de camera 5 te positioneren ter verkrijging van een optimale beeldvorming.The filter holder 21 comprises a disc with different filters 22, wherein these filters 22 have different thicknesses and densities and are made of Cu, Al, etc. The various filters 21 are software-based with the aid of the computer 8 and the control board 7 for the position camera 5 to obtain optimal imaging.

Indien de zender 2 en ontvanger 1 verplaatsbaar zijn uitgevoerd, zoals eerder genoemd is, is het op voordelige wijze mogelijk het uitlijnen van het systeem 20 eenvoudig, snel en nauwkeurig door de computer 8 en de besturingskaart 7 te laten besturen, zonder daarbij nog een handmatige instelling uit te voeren.If the transmitter 2 and receiver 1 are of movable design, as mentioned before, it is advantageous to allow the alignment of the system 20 to be controlled simply, quickly and accurately by the computer 8 and the control card 7, without any manual setting.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan; de 25 gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.The present invention is not limited to the above described preferred embodiments thereof; the requested rights are defined by the following claims, within the scope of which many modifications are conceivable.

101 1693101 1693

Claims

A method for determining an image of the internal structure of an object, comprising: - transmitting radiation to the object; - rotating the object on a rotatable holder; - receiving the radiation; wherein the holder is positioned such that the object partly protrudes beyond an image field defined by the transmission and reception and wherein the holder rotates at such an angle that substantially every part of the object extends over substantially at least a semicircular arc the field of view rotates.

2. Method according to claim 1, comprising: - determining a first image of the object in a first image field associated with a first receiver position; - determining a second image of the object in a second image field associated with a second receiver position; 20. merging the first and second images into a merged image of the internal structure of the object.

3. Method as claimed in claim 1 or 2, comprising of rotating the holder by an angle of substantially at least a full circular arc.

A method according to claim 1, 2 or 3, comprising moving the container towards the receiver or transmitter to decrease or increase the resolution of the image of the object, respectively.

Method according to at least one of Claims 1 to 4, comprising of moving the transmitter and receiver 1011693 with the transmitter transmitter the distance remaining constant, wherein the resolution of the image of the object decreases respectively with increasing or decreasing transmitter-holder distance or increases.

A method according to at least one of claims 1 to 5, comprising moving the container in the up and down direction.

Method according to at least one of the preceding claims, comprising of moving the transmitter and / or receiver in the upward and downward direction.

A method according to at least one of the preceding claims, comprising transmitting substantially parallel radiation.

A method according to at least one of claims 1 to 7, comprising transmitting substantially diverging radiation.

10. A method according to claim 9, comprising correcting the radiation obtained by the receiver to obtain an approximation for parallel radiation.

A method according to at least one of the preceding claims, comprising transmitting X-rays.

Method according to at least one of the preceding claims, comprising of aligning the transmitter, receiver and / or holder with the aid of software control.

13. Method according to at least one of the preceding claims, in which a device according to at least one of the following claims is used.

14. Device for determining an image of the internal structure of an object, comprising: - a transmitter for transmitting radiation to the object, 35. a rotatable holder for holding and rotating the object, - a receiver for receiving the radiation; 101 1693 wherein the holder is positioned such that the object partially extends beyond an image field defined by the transmitter and the receiver and the pivot point of the holder is arranged within the image field.

15. Device as claimed in claim 14, comprising combining means which combine a first image determined with a first image field associated with a first receiver position and a second image determined with a second image field associated with a second receiver position.

Apparatus according to claim 15, comprising receiver displacing means for moving the receiver between the first receiver position and second receiver position.

Device as claimed in claim 16, comprising transmitter displacement means which displace the transmitter in accordance with the displacement of the receiver.

Device as claimed in claim 16, comprising transmitter pivoting means which pivot according to the displacement of the receiver the orientation of the radiation emitted by the transmitter.

19. Device as claimed in at least one of the claims 14-18, wherein rotating means are arranged on the rotatable holder, which they can rotate through an angle of substantially at least an entire circular arc.

20. Device as claimed in at least one of the claims 14-19, comprising container height displacing means which can move the container in the up and down direction.

21. Device as claimed in at least one of the claims 1-20, comprising transmitter height displacing means and / or receiver height displacing means which can move the transmitter and / or receiver in the upward and downward direction, respectively. 1011693

The device of at least one of claims 14 to 21, wherein the transmitter emits a radiation beam of substantially parallel rays.

23. Device according to at least one of the claims 14-21, wherein the transmitter emits a radiation beam of substantially diverging rays.

24. Device as claimed in at least one of the claims 14-23, which container long displacement means comprises for moving the container in the direction of the receiver or the transmitter.

The device of at least one of claims 14-24, wherein the transmitter emits X-rays.

An apparatus according to at least one of claims 24-25, wherein the transmitter comprises a microfocus X-ray tube.

The device of claim 26, wherein the X-ray tube is of the closed type.

The device of at least one of claims 14 to 27, wherein the receiver is a CCD camera.

The device of at least one of claims 14-29, wherein the resolution of the image in the height direction is more than 40 96 pixels.

30. An apparatus according to at least one of claims 15-29, wherein the resolution of the image in the sideways direction is more than 2048 pixels.

The device according to at least one of claims 15 to 29, wherein the resolution in the sideways direction is more than 4096 pixels.

An apparatus according to at least one of claims 14-33, comprising filtering means for placing one or more filters between the transmitter and the receiver.

An apparatus according to at least one of claims 14 to 32, comprising correction means which correct the images obtained by the receiver to obtain a parallel beam approximation. 101 1693

34. Device according to at least one of the claims 14-34, wherein the receiver comprises a fiber optic cables coupled CCD camera with a resolution of more than 512 by 512 pixels and a dynamic power of more than 10 bit. 101 1693