NL7902015A

NL7902015A - Werkwijze en inrichting voor het bepalen van een stralingsabsorptieverdeling in een deel van een lichaam.

Info

Publication number: NL7902015A
Application number: NL7902015A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1980-09-16
Also published as: GB2045576A; SU950204A3; GB2045576B; IL59588A; JPS55122538A; US4460961A; JPH0242497B2; DE3009176A1; FR2485915B1; IL59588A0; SE8001874L; CA1138132A; FR2485915A1

Description

& i 13.03.79 1 PHN 9385 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

¥erkwijze en inrichting voor het bepalen van een stralings-absorptieverdeling in een deel van een lichaam.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van een stralingsabsorptieverdeling in een deel van een lichaam waarbij het deel van het lichaam met ten minste een smalle stralenbundel in een veelvoud van 5 richtingen wordt doorstraald met een het lichaam doordringende straling, waarbij de door het lichaam gedrongen straling voor elke richting wordt gemeten, waaruit meetwaarden worden afgeleid, die een maat zijn voor de stralingsver-zwakking van de bundel langs een door de bundel afgelegde meetweg, uit welke meetwaarden absorptiewaarden worden afgeleid, die behoren bij elementen van een matrix, waarin de stralingsabsorptieverdeling wordt weergegeven.

De uitvinding heeft verder betrekking op een computer- tomografie-inrichting voor het uitvoeren van de werk-15 wijze, welke inrichting bevat ten minste een bron voor het opwekken van het lichaam doordringende straling, een detek-torinrichting voor het detekteren van de straling en het leveren van meetwaarden, ten minste een draaggestel voor de bron en de detektorinrichting, aandrijfmiddelen voor het ^ bewegen van ten minste de bron voor het met de stralingsbun-del aftasten van het deel van het lichaam, een bewerkings-ïnrichting voor het uit de meetwaarden bepalen van absorptiewaarden, een geheugeninrichting voor het opslaan van de absorptiewaarden en een weergeefinrichting voor het weerge- 790 20 1 5 .. Λ 13.03.79 2 PHN 9385 ven van de absorptiewaarden.

Een werkwijze en computer-tomografie-inrichting zoals hiervoor beschreven is bekend uit het Amerikaanse oc-trooigeschrift 3*983*398. De beschreven werkwijze en met 5 name de verwerking van de meetwaarden daarin is gecompliceerd. De verwerking van de meetgegevens bevat namelijk de stappen: = het sorteren/ordenen van meetwaarden zodanig dat deze uiteindelijk een volgorde innemen als- 10 of deze langs parallel aan elkaar lopende meetwe-gen waren gemeten, = het interpoleren tussen de zo geordende meetwaarden om fictieve meetwaarden te bepalen, die langs equidistant van elkaar lopende meetwegen ^ zouden zijn gemeten, = het convolueren van de fictieve meetwaarden met een getallenreeks, waardoor een reeks geconvolu-eerde waarden ontstaat, = het berekenen van een bijdrage van elke gecon- 20 volueerde waarde aan een element dat geheel of gedeeltelijk ligt op een weg, die bij de fictieve meetwaarde hoort, bij welke berekening een interpolatie tussen naast elkaar "gelegen" ge- convolueerde waarden wordt toegepast.

25

Het is duidelijk dat een verwerkingsinrichting voor het uitvoeren van de voorgaande beschreven stappen eveneens gecompliceerd is.

De uitvinding heeft tot doel een werkwijze en een computer-tomografie-inrichting te verschaffen, waarin op 30 / x eenvoudige (en snelle; wijze uit de meetwaarden de absorptiewaarden worden bepaald zodanig dat nagenoeg onmiddellijk na het bepalen van een laatste meetwaarde een stralingsab-sorptieverdeling beschikbaar is en op de weergeefinrichting kan worden getoond.

35

Een verder doel van de uitvinding is een werkwijze en een computer-tomografie-inrichting te verschaffen, waarin de nauwkeurigheid van de te bepalen absorptiewaarden niet nadelig wordt beïnvloed door interpolaties en derge- 790 20 1 5 * 13.03.79 3 PHN 9385 lijke.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat van elke meetwaarden afzonderlijk een bijdrage in de absorptiewaarde van elk element wordt berekend, 5 waarbij de meetwaarde wordt vermenigvuldigd met een weegfactor, die een functie is van de kortste afstand van het element, waarvoor de bijdrage wordt berekend, tot de meet-weg waarlangs de meetwaarde is bepaald, waarna de absorptiewaarde in een element wordt bepaald door sommatie van de 10 aldus verkregen bijdragen per element.

De werkwijze volgens de uitvinding berust op het onderkennen van de basis, welke aan reconstructie-algorit-men, die in het gebied van de computer-tomografie worden toegepast. Er is af te leiden dat een absorptieverdeling 15 f(r, jf ), waarbij r en ψ de coördinaten zijn in een vlak met een polair coördinatensysteem uit te drukken is in de volgende formule: 2 * γ f(r,C£>) s J /g(r', Q) . q(r . cos(^-ö) - r') dr'dG (l) 20 0 -<*° waarin q(r) = ^/^RJ . exp(-2airR) dR (2) - o» en g(r!, θ) meetwaarden zijn langs wegen, die op een af-25 stand r1 .de oorsprong van het coördinatensysteem (r,^P) passeren onder een hoek Θ, waarbij Θ van 0 tot 27c verloopt. De uitvinding berust op het inzicht dat een meetwaarde g(r.j, θ^) in een punt (r,^) een bijdrage levert, die gelijk is aan 30

Jf(r,f J = g(rr . q(r . cos^-O^ -r^ (3)

De bijdrage4f volgens (3) is dus gelijk aan de meetwaarde g(r., Θ ) die vermenigvuldigd is met een functie van de 35 ' * kortste afstand d tussen het punt (r,^>) en de meetweg waarlangs de meetwaarde g(r^, θ^) is bepaald. Het is nu dus duidelijk dat de absorptiewaarde in een element wordt be- 7902015 '> i 13.03.79 4 PHN 9385 paald door het bepalen per meetwaarde afzonderlijk van bovenstaande bijdrage A f per element, waarna alle bijdragen Af per element gesommeerd dienen te worden.

De weegfactoren q(r . cos (p-0.,) ” ofwel ® (q(d)) worden bepaald uit (2), waarbij de integraal wordt uitgerekend tussen de waarden +Rn en -R^, waarbij Rn gelijk is aan ja, waarbij a de grootste afstand is tussen de centra van twee naast elkaar gelegen meetwegen in het lichaam. Uit (2) volgt dan: 10 sin(7Cd/a) cos(jc.d/a) - 1 q(d) = - + ----- (*0 2.7C.a.d. 2(».d)2

Hieruit is voor elke d precies te bepalen, welke weegfactor bij het element in (r ,<p) en bij de meetwaarde g(r^, Θ ^) ^ hoort. Er is dus voor elke meetwaarde precies de bijdrage Af van een absorptiewaarde f(r,^?) uit te rekenen, waarbij benaderingen door interpolaties en dergelijke overbodig zijn. Verder zijn de complexe stappen zoals het sorteren van meetwaarden, convolueren van meetwaarden vermeden en ^ interpolaties.

Een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding, waarbij een vlak van het lichaam met een platte waaiervormige stralingsbundel in een veelvoud van richtingen wordt doorstraald, welke stralingsbundel opdeelbaar is 25 in een aantal smalle stralenbundels, waarmee simultaan langs de bij de stralenbundels behorende meetwegen de door het lichaam gedrongen straling wordt gemeten, heeft tot kenmerk, dat van de simultaan verkregen meetwaarden afzonderlijk en simultaan een bijdrage in de absorptiewaarde van 30 een element van een tweedimensionale matrix wordt berekend.

Een dergelijke werkwijze heeft tot voordeel, dat dankzij de simultane (parallelle) berekening van bijdragen in absorptiewaarden een snelle reconstructie van een absorp-tieverdeling in een vlak van een lichaam mogelijk is, waar-bij complexe rekenoperaties (zoals interpolaties, convolu-ties en Fourier-transformaties) niet nodig zijn.

Een computer-tomografie-inrichting voor het uitvoeren van een werkwijze volgens de uitvinding heeft tot 7902015 * * 13.03.79 5 PHN 9385 kenmerk, dat de bewerkingsinrichting bevat = een weegfactor gener a tor voor bet genereren van weegfactoren als functie van de coördinaten van een element, waarvoor een bijdrage wordt berekend, en van de aan de weeg-5 factorgenerator aangeboden coördinaten van de meetweg, waarlangs een meetwaarde is bepaald, = ten minste een vermenigvuldigingsschakeling voor bet vermenigvuldigen van de meetwaarde en bijbehorende weegfactor, waartoe de vermenigvuldigingsschakeling is verbon-^ den met de weegfactorgenerator, en = een sommeerinrichting, waarvan een ingang met een uitgang van de vermenigvuldigingsschakeling is verbonden, voor het sommeren van de per element berekende bijdragen, van welke sommeerinrichting een uitgang met de geheugenin-^ richting is verbonden.

Een dergelijke computer-tomografie-inrichting heeft tot voordeel, dat met eenvoudige middelen een beeld van een deel van het doorstraalde lichaam realiseerbaar is.

Een uitvoeringsvorm van een computer-tomografieën inrichting volgens de· uitvinding, waarbij de detektorin-richting een rij naast elkaar op een cirkelomtrek naast elkaar gelegen detektoren bevat, welke inrichting het voordeel heeft dat een snelle reconstructie van de stralingsabsorp- tieverdeling in een vlak van een lichaam mogelijk is door 25 parallelle verwerking van meetwaarden, heeft tot kenmerk, dat de weegfactorgenerator is opgedeeld in een aantal van elkaar onafhankelijke deelgeneratoren, waarvan het aantal ten minste even groot is aan het aantal detektoren, dat simultaan een meetwaarde levert, waarbij per deelgenerator in 30 ten minste een vermenigvuldigingsschakeling is voorzien.

Een verdere uitvoeringsvorm van een computer-tomografie-inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat elke deelgenerator een weegfactorgeheugen en een schakeling voor het uit 35 de daaraan aan te bieden coördinaten van een meetweg en een element vormen van een adres voor het opzoeken van een weegfactor in het weegfactorgeheugen. Een dergelijke uitvoeringsvorm is van voordeel gebleken daar de weegfactoren 7on 9n 1 ς 13.03.79 6 PHN 9385 4 * worden bepaald aan de hand van de werkelijke coördinaten van de bij de te verwerken meetwaarde behorende meetweg, zodat slechts een zo gering mogelijke afwijking tussen meetopstelling en rekenwaarden, die bij de reconstructie worden 5 benut, wordt toegestaan.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een computer-tomografie-inrichting volgens de uitvinding heeft tot kenmerk, dat per schakeling in een aantal vermenigvuldigings-schakelingen en in een aantal optelschakelingen is voor-^ zien, dat gelijk is aan het aantal elementen in een rij van de matrix en aan een elementnummer in de rij zijn toegewezen, waarbij de uitgangen van de optelschakelingen via een multiplexschakeling met het weegfactorgeheugen is verbonden, waarvan de uitgang via een demultiplexschakeling aan 15 de successieve bij de optelschakeling behorende vermenig-vuldigingsschakelingen is verbonden, waarbij van alle ver-menigvuldigingsschakelingen, die aan een zelfde elementnummer zijn toegewezen, een uitgang met een ingang van een sommeerschakeling verbonden is, waarbij het aantal sommeer- 20 schakelingen in de sommeerinrichting gelijk is aan het aantal elementen in een rij van de matrix, van welke sommeerschakeling een uitgang via een eind-optelschakeling met een ééndimensionaal geheugenruimte van de geheugeninrichting is verbonden voor het opslaan van absorptiewaarden van elemen-25 ten van een kolom van de matrix. Een dergelijke uitvoeringsvorm is van voordeel gebleken, omdat daarmee per detektor steeds simultaan voor elk element uit een rij van de matrix een bijdrage wordt berekend, die alleen via de sommeer- schakelingen gesommeerd aan de afzonderlijke elementen in 30 die rij worden aangeboden, waardoor een zeer snelle reconstructie van de absorptieverdeling mogelijk is, waarbij toch de nodige geheugenruimte beperkt is gehouden.

De uitvinding zal bij wijze van voorbeeld worden toegelicht aan de hand van een in een tekening weergegeven 35 uitvoeringsvorm van een computer-tomografie-inrichting. In de tekening tonen: fig. 1 een schematisch aanzicht van een computer-tomografie-inrichting volgens de uitvinding, 7902015 * * 13.03.79 7 PHN 9385 fig. 2 een matrix van elementen, aan de hand waarvan het bepalen van bijdragen van absorptiewaarden volgens de uitvinding zal worden toegelicht, fig. 3 een blokschema van een uitvoeringsvorm van 5 een bewerkingsinrichting en geheugeninrichting voor de com-puter-tomografie-inrichting uit fig. 1, fig. 4 een relatief gedetailleerd blokschema van een voorkeursuitvoeringsvorm van een deel van de bewerkingsinrichting en een geheugeninrichting volgens de uitvinding , ^ fig. 5 een gemodificeerd blokschema van een deel van de bewerkingsinrichting en een deel van de geheugeninrichting uit fig. 4.

Een computer-tomografie-inrichting, zoals in fig.

1 schematisch is weergegeven, bevat een stralenbron 1 die ^ bij voorkeur een röntgenstralenbron is, die echter ook uit een radioactieve isotoop bijvoorbeeld Am 241 kan bestaan.

Met behulp van een diafragma 2 wordt de door de stralenbron 1 uitgezonden straling tot een in een vlak liggende divergente stralingsbundel 3 gecollimeerd, waarbij de dik- 20 te van de stralingsbundel 3 loodrecht op het vlak bijvoorbeeld tussen 3 en 25 mm ligt en de divergentie ervan in het vlak door de hoek is bepaald. De stralingsbundel 3 valt op een detektorrij 4 die uit afzonderlijke, de straling metende detektoren 5 bestaat, die stralenbundels 3a. defi-25 nieren, waarbij de breedte en de afstand van de afzonderlijke detektoren 5 ten opzichte van elkaar de ruimtelijke nauwkeurigheid bepalen, waarmee een op een objecttafel 6 liggend object 7 wordt afgetast. De detektorrij 4, die symmetrisch ten opzichte van een centrale straal 8 is gepo-30 sitioneerd, bevat bijvoorbeeld 300 detektoren 5» waarbij de afstand van de middelpunten van twee detektoren 5 ten opzichte van elkaar enkele millimeters bedraagt. Als detektor kan ook een lange, met gas gevulde ionisatiekamer worden gebruikt, waarin op een rij geplaatste afzonderlijke gebie-35 den detekterende elektroden zijn geplaatst. Het object 7 staat loodrecht op het vlak van de stralingsbundel 3 in de lengterichting van de as 9, die binnen het object 7 ligt en de middelpuntsas van het cirkelvormige draaggestel 10 weer- 7on ?n 1 5 i % 13.Ο3.79 8 PHN 9385 geeft, verschuifbaar, zodat verschillende lagen van het object 7 kunnen worden doorstraald.

Het systeem stralingsbron 1 -detektorrij k is om de as 9 draaibaar geplaatst, zodat een laag van het object 5 7 in verschillende, in de laag liggende richtingen met be hulp van de stralenbundel 3 kan worden doorstraald. De draaiing van het draaggestel 10, dat met behulp van het lager 11 wordt geleid, geschiedt door aandrijfmiddelen, zoals een tandwiel 12 en een motor 13· De draaiing van het draag-10 gestel 10 kan zowel continu alsook in stappen geschieden, waarbij in het laatste geval na elke stap het object 7 met de stralenbron 1 in een flits wordt doorstraald.

De meetsignalen van de detektoren 3 worden met behulp van de versterker 14 versterkt en aan een signaalom-15 zetter 15 toegevoerd, waarin de meetsignalen worden gecorrigeerd op bekende wijze voor "offset", gerefereerd aan een referentiewaarde, gedigitaliseerd, gelogaritmeerd en gecali-breerd aan de hand van de in de signaalomzetter opgenomen logaritme- en calibratietabellen. Aan de uitgang van de om-^ zetter 15 worden digitale meetwaarden aan de bewerkings- schakeling 1Ó aangeboden. De omzetter 15 bevat bij voorkeur per detektor 5 een deelomzetter 15» die alle parallel functioneren. De in digitale vorm gezette meetwaarden worden met behulp van de bewerkingsinrichting 16 in een recon- oe structiebeeld weergevende absorptiewaarden omgezet, die in de geheugeninrichting 17 worden opgeslagen. De berekende absorptiewaarden kunnen op een weergeefinrichting zoals monitor 18 worden afgebeeld. Een teller 19 telt het aantal meetgegevens, dat per meetreeks aan de rekeneenheid 16 on wordt toegevoerd. Zodra het aantal projectiegegevens overeenkomt met het aantal detektoren 5> wordt een stuurschake-ling 20 geactiveerd, die de motor 13 kort aandrijft en daarmee een rotatie van het draaggestel 10 bewerkstelligt. Daarna wordt de volgende meetreeks gemeten enzovoort. Met een 35 optische opnemer 30 wordt door tellen van de tanden van het tandwiel 12 de hoekverdraaiing Θ tussen de opeenvolgende meetreeksen bepaald. De door de opnemer 30 opgewekte pulsen worden aan de bewerkingsinrichting 16 toegevoerd, zodat in 7902015 ' * 13.03.79 9 PHN 9385 combinatie met de in de bewerkingsinrichting vastgelegde gegevens over de geometrische ophouw van het draaggestel 10, en de bron 1 met de detektorinrichting 4 de coördinaten van alle meetwegen bepaalbaar zijn.

5 Het is voordelig gebleken, dat de afstand tussen de stralenbron 1 en het object 7 kan worden aangepast aan de diameter van het object 7* Hiertoe is het systeem stralenbron 1 -detektorrij 4 op een drager 21 gemonteerd, die langs de geleiderails 22 op lagers 23 en door middel van M een met een motor 24 gekoppelde tandwielaandrijving 25 kan worden verplaatst. Een stuurschakeling 26 is bijvoorbeeld door middel van een handschakelaar 27 bedienbaar, de schakeling 26 kan echter ook automatisch worden bediend. Vóór de aanvang van de meting worden de meetsignalen van twee de-tektoren 5’ en 5 * 1 via de signaalomzetter 15 aan de stuur-schakeling 26 toegevoerd. He drager 21 wordt zodanig verplaatst, dat het meetsignaal van de detektor 511 maximaal wordt, terwijl het meetsignaal van de detektor 5’ een iets kleinere waarde heeft. In dit geval ontvangt de detektor 5 *1 20 straling, die niet'door het object 7j maar volledig door de ruimte gaat, die het object 7 omgeeft, terwijl de straling, die de detektor 51 meet, door het object 7 is afgezwakt.

Daarna wordt de stuurschakeling 26 vergrendeld, om tijdens de opname de afstand tussen de stralenbron 1 en de draaiings-25 as 9 konstant te houden.

Aan de hand van fig. 2, waarin een op het object 7 (fig. 1) gedacht raster van elementen £ is weergegeven, zal de bepaling van een bijdrage in een element met de coördinaten (r, p) van een meetwaarde, die langs de meetweg met de coördinaten (r.j, θ^) is bepaald, worden toegelicht.

Uit een publicatie in de Proceedings of 'the National Academie of Science, U.S.A., Vol. 68, No. 9j pagina’s 2236-2240, September 1971 is bekend dat een absorptie- verdeling f(r,ψ ) in een vlak met de polaire coördinaten 35 , .

(r, la) is uit te drukken in de formule: 2« «*» ‘(r.r) - //« (r f ,θ) .q(r. cos (^P-©)-r 1 )dr 'dö ( 1) 0 790 20 1 5 13.03.79 10 PHN 9385

i V

waarin q(r) = JM . exp ( - 2-7C irR) dR (2) 5 en g(r‘, ©) meetwaarden zijn van stralingsabsorptie langs meetwegen, die op een afstand r' de oorsprong 9 van het coördinatensysteem (r,ψ ) passeren onder een hoek Θ waarbij Θ tot 2 TC verloopt en r' van 0 tot r . (Gemakshalve is de max oorsprong 9 buiten het object 7 gedacht omwille van de dui-^ delijkheid van fig. 2).

Met behulp van formule (1) en (2) is uit te rekenen wat de elementaire bijdrage van een meetwaarde g(r^, θ^) aan de absorptiewaarde in het element ff met de coördinaten (r, ip) is. Stel dat geldt: 15 g(r^ 5 ^ 0 voor (r^ en g(r, ©) = o voor alle andere r en © 2Q De door de meetwaarde g(r^, ©^ geleverde bijdrage volgt uit formule (l) door weglaten van de integralen:

Af (r , ψ ; r ^ , ©.,) = g(r 1 , ©1 ) .q(r . cos (f -©1 )-r1) (3) 25 De waarde r^-r.cos^-©^) is de afstand van het punt (r, ψ ) tot de meetweg, die gaat door het punt (r.j, ©^) en waar- — langs de meetwaarde g(r^, ©^) is bepaald. De functie q(r) is (zie formule 2) een symmetrische functie dat wil zeggen q(d) = q(-d). De weegfactoren q(d) worden bepaald via for-30 mule (2), waarbij de integraal tussen de grenzen -R en +Rn wordt uitgerekend, waarbij Rn wordt bepaald door de breèdte van de meetweg waarlangs een meetwaarde wordt bepaald. Is a de grootste afstand tussen de centra van twee nagenoeg parallel lopende meetwegen, dat is R^ gelijk aan 35 ya te kiezen. Dan volgt uit (2): sin (je. d/a) cos (tc. d/a)-1 q(d) = - + ----- (k) 27C. a.d 2 (7c. d) 79 0 2 0 1 5 w * 13.03.79 11 PHN 9385

De absorptiewaarde in een punt (r,^>) is dus uit te rekenen uit: r1 27« max _ f(r,<p) = jr 2Z r*» ®) (5) c r'= 0 θ=0 5

De absorptiewaarde f(r,^p) is de som van alle bijdragen 4 f, waarbij elke bijdrage gelijk is aan het produkt van de meetwaarde g(r!, θ) met de weegfactor q(d), waarbij d de afstand is tussen de coördinaten (r, y) en de meetweg door (r’, θ).

De in fig. 2 weergegeven elementen S zijn ten opzichte van het lichaam 7 veel te grof weergegeven. Xn werkelijkheid is de afmeting c van het (vierkante) element 0,3 tot 2 mm en de doorsnede van het lichaam 30-50 cm. Hieruit volgt dat per meetwaarde voor elk element een bijdrage wordt 1® berekend met een zeer nauwkeurige weegfactor (d is zeer nauwkeurig te bepalen).

In fig. 3 is een blokschema van een bewerkingsin-richting _1_6 en een geheugeninrichting 17. De bewerkingsin-richting 16 bevat een weegfactorgenerator 31j die eest adres-20 generator 32 en een weegfactorgeheugen 33 omvat. De adresgenerator 32 bevat bijvoorbeeld een pulsgenerator en twee in serie geschakelde tellers, waarvan de tellerstanden (x, y) coördinaten weergeven van de elementen E . . (fig. 2)

ΐ ƒ J

van de op het object 7 gedachte matrix, -waarvoor een bij-2® drage in de absorptiewaarden moet worden berekend. Van elke deelomzetter 15^> ^2’' ' ‘ wor(^ de meetwaarde g(r^,9), g(r2, Θ),..^(γ^, θ) toegevoerd aan vermenigvuldigings-schakelingen waaraan verder bij de het element £. . en de hoek Θ (afgeleid via de plaatsopnemer 30,

30 \ J

fig. 1) horende weegfactor q wordt toegevoerd. Het weegfactorgeheugen 33 is daarvoor op doelmatige wijze (en voor snelle werking) in k verschillende weegfactorgeheugen 33-j» 33P» ...33^ die parallel functioneren en elk bij een daaraan toegewezen detektor y , 50».··5τ_ behoren, opge-35 1 2 k splitst. De uitgangen van de vermenigvuldigers , M2> . . .M^., waarop simultaan de bi jdragen^i f (i, j $ k, 9) verschijnen (i,j: coördinaten van het onderhavige element, k: detektor- nummer en 9: hoekpositie van een (referentie)detektor) zijn 7902015 * * 13.03.79 12 PHN 9385 verbonden met een sommeerinrichting 34» die alle bijdragen sommeert en aan de absorptiewaarde, die na een voorgaande berekening reeds mogelijk in het element £. . toevoegt.

1» J

Na het doorlopen van alle adressen (i,j) door de 5 adresgenerator 32, wordt een volgende meting bij een volgende hoek Θ uitgevoerd.

Het in fig. 4 getoonde deel van een voorkeursuitvoeringsvorm van een bewerkingsinrichting volgens de uitvinding dient om een snelle verwerking te verkrijgen van de ^ door een detektor 5^ via de deelomzetter 15^. verkregen meetwaarde te realiseren. Bij een aantal van K detektoren dient het in fig. 4 getoonde deel (en evenzo de delen van de nog toe te lichten sommeerinrichting 46, 52 en de geheugenin-richting 47) K maal te worden uitgevoerd). Het getoonde ^ deel van de bewerkingsinrichting bevat een afstandsgeheugen 40, waarin uit de aangeboden data, zoals detektornummer k en de hoek Θ een afstand in een geheugentabel opzoekbaar is. De opzoekbare afstand is de afstand tot een vast element ζ van de matrix, bijvoorbeeld het element £1 1. Door 20 l> ' herhaaldelijk optellerr van de waarden c.cos Θ en c.sin Θ bij de via het afstandsgeheugen 40 gevonden afstand worden de opeenvolgende afstanden tussen de elementen van een rij respectievelijk van een kolom in de matrix bepaald, zoals in fig. 2 is te zien. De afstand 1_ is gelijk aan: 25 l.j - cicos Θ, de afstand 1^ is gelijk aan: 1^ - 3*c«cos Θ + c «sin Θ.

Via opteller 44^ wordt de afstand aan een weeg-factorgeheugen 45, en aan een tweede opteller 44^ toegevoerd. De uitgang van opteller 44 is aan een tweede weeg- 30 ^ factorgeheugen 452 ©n aan een derde opteller 44^ toegevoerd.

De voorgaande configuratie is N maal doorgevoerd, zodat op de uitgangen van de optellers 44^, 44^,...44^ simultaan de afstanden van alle elementen £ . uit de eerste rij van de

i»J

matrix aanwezig zijn. (Het aantal elementen £ per rij is 35 , dus N). De afstanden worden afzonderlijk naar de weegfac-torgeheugens 45 .j, '*'oe§e'v'oe;rd·· °P de uitgangen van de weegfactorgeheugens 45^,...45^ verschijnen de aan de hand van de afstanden (die in feite een adres voor de 7902015 * * 13.03.79 13 PHN 9385 geheugens vormen) opgezochte weegfactoren, die elk aan de vermenigvuldigers M.^, Mp^., M^» . . .M^ worden toegevoerd.

Verder wordt aan de vermenigvuldigers ..M^ de meet waarde afkomstig van detektornummer k via de deelomzetter 5 15k toegevoerd. De door de vermenigvuldigers M.^· . .M^ ver kregen produkten van de meetwaarde en de bijbehorende weegfactoren worden aan de sommeerschakelingen 46 .j, k6^t..,k6^ toegevoerd. Aan de sommeerschakelingen 46^, k6^,.,,k6^ worden verder de produkten van de vermenigvuldigingsschakelin-10 gen van de identieke (niet weergegeven) parallel functionerende delen van de bewerkingsinrichting toegevoerd. (Voor elke detektor k wordt dus simultaan voor elk element in dezelfde rij van de matrix de bijdrage Af berekend). Alle bij elkaar horende aldus aan de sommeerschakeling 46^...46^.

15 toegevoerde produkten worden gesommeerd en aan een eind- optelschakeling 52^, 52^, 52^,...52^ toegevoerd, waarvan de uitgang op een bijbehorend een-dimensionaal schuifregister-geheugen 47 .j, 472> ^7^...47-^- is aanSesloten. De inhoud van het ,,laatste,, geheugenelement van elk geheugen 47^...47^ 20 wordt eveneens aan de eind-optelschakeling 52^...52^ toegevoerd, zodat de voor een element berekende bijdragen van de meetwaarden van elke detektor bij en voorgaand berekende absorptie kunnen worden opgeteld. De zo verkregen som wordt in het eerste geheugenelement opgeslagen, nadat alle ab-25 sorptiewaarden in het geheugen een plaats zijn opgeschoven.

In elk schuifregistergeheugen 47^ zijn de absorptiewaarden van de elementen in een kolom van de matrix opgeslagen. Nadat voorgaande bewerking is beëindigd wordt door het geven van een klokpuls cl op opteller 44^ de waarde c.sin Θ aan 30 alle afstanden toegevoegd, zodat de afstanden van de elementen fil.van een volgende rij van de matrix op de uitgangen van de optellers 44^...44^ verschijnt, waarna met behulp van deze afstanden de bijdragen voor de elementen van de nieuwe rij in de matrix wordt berekend op de in de voor-35 gaande tekst beschreven wijze. Uiteraard kunnen sommige operaties parallel verlopen, zo kunnen bijvoorbeeld tijdens berekening van de bijdragen door de vermenigvuldigings-schakelingen M.^. * i’aeds de afstanden voor de volgende 790 20 1 5 13.03.79 1 4 PHN 9385 V * reeks parallelle berekeningen worden bepaald.

In fig. 5 is een modificatie van het bewerkings-deel van fig. 4 weergegeven. In de uitvoeringsvorm van het bewerkingsdeel is op elke opteller 44,j. ..44^ een weegfactor-5 geheugen aangesloten. Teneinde de nodige geheugenruimte te beperken is het mogelijk de uitgangen op een multiplexscha-keling MUX aan te sluiten, waarvan de uitgang naar een weegfactorgeheugen 45 gaat. De uitgang van het weegfactor-geheugen 45 gaat via een demultiplexinrichting DEMUX naar Μ de ingangen van de vermenigvuldigers Μ^> ^2k’ * * *^Nk*

Naast de winst (besparing van N-1 geheugens) moet een enigszins tragere verwerking tengevolge van het in tijd multiplex bedrijven van het weegfactorgeheugen 45 op de koop toe nemen. Verder is het in fig. 5 getoonde deel van I5 de bewerkingsinrichting afwijkend ten opzichte van het in fig. 4 getoonde deel door een andere opzet van de sommeer-inrichting. Volgens de in fig. 5 weergegeven modificatie is elke uitgang van de vermenigvuldigingsschakelingen Μ^> waarbij dus 1<ikN en 1<k#K, op een onafhankelijk bufferge-20 heugen 48^^, aangesloten (in de figuur zijn slechts énkele buffergeheugens voor het element N weergegeven). De buffer-geheugens 48^ zijn in groepen opgedeeld en per groep is in een eerste sommeerschakeling ^9-^^49-^2 voorzien. De groepsgewijs gesommeerde produkten worden in tussengeheugens 25 ^°N’ ^°N2 «^slagen, waarbij per sommeerschakeling 49N:L, ...¾¾ in een tussengeheugen 50^ . . .50^ is voorzien. De uitgangen van de tussengeheugens 50^|··50-^ zijn met een tweede optelschakeling 51jg verbonden, die de van de tussengeheugens 50 afkomstige waarden sommeert. Verder is op de 30 optelschakeling 51jj de uitgang van het schuifregistergeheu-gen 47n aangesloten om redenen, die aan de hand van fig. 4 zijn beschreven. Het toepassen van de buffergeheugens 48 is nodig omdat anders een synchronisatie nodig zou zijn tussen de multiplex MUX en demultiplexinrichting DEMUX enerzijds 35 , en het functioneren van de sommeerschakeling 49 anderzijds.

Verder is het aantal ingangen per sommeerschakeling 49 beperkt teneinde minder strenge eisen te stellen aan de rekensnelheid van de sommeerschakelingen 49· 7902015 * a i3.O3.79 15 PHN 9385

Het is uiteraard mogelijk om een tussenweg tussen het deel van de bewerkingsinrichting getoond in f“ig. k en de modificatie ervan (die in fig. 5 is weergegeven) te kiezen. Zo kunnen bijvoorbeeld twee of meer parallel werkende 5 multiplex- en demultiplexinrichtingen worden toegepast, waarop de uitgangen respectievelijk ingangen van de in groepen verdeelde optellers hk respectievelijk vermenigvuldigers M zijn aangesloten.

De hiervoor als voorbeeld beschreven inrichting ^ en blokschema’s zijn zodanig van opzet dat een tweedimensionale stralingsabsorptieverdeling wordt bepaald. De omvang van de uitvinding strekt zich echter verder uit en maakt het ook mogelijk met relatief eenvoudige middelen de stralingsabsorptieverdeling in een driedimensionale ruimte 15 te bepalen, waarbij de bijdrage van absorptie in een element altijd gelijk is aan de grootte van de meetwaarde vermenigvuldigd met een weegfactor, die een functie is van de afstand van dat element tot de meetweg, waarlangs de meetwaarde is bepaald. Het is uiteraard noodzakelijk dat 20 voor een "homogene1’ informatiedichtheid in de absorptie-verdeling een "homogene" verdeling van meetwegen in het te onderzoeken objectdeel nodig is.

25 30 35 7902015

Claims

13-03-79 -l6- PHN 9385 CONCLUSIES;

1. Werkwijze voor het bepalen van een stralingsab-sorptieverdeling in een deel van een lichaam, waarbij het deel van het lichaam met ten minste een smalle stralenbundel in een veelvoud van richtingen wordt doorstraald met C een het lichaam doordringende straling, waarbij de door het lichaam gedrongen straling voor elke richting wordt gemeten, waaruit meetwaarden worden afgeleid, die een maat zijn voor de stralingsverzwakking van de bundel langs een door de straling in de bundel afgelegde meetweg, uit welke meet- ^ waarden absorptiewaarden worden afgeleid, die behoren bij elementen van een matrix, waarin de stralingsabsorptiever- deling wordt weergegeven, met het kenmerk, dat van elke meetwaarde afzonderlijk een bijdrage in de absorptiew;aarde van elk element wordt berekend, waarbij de meetwaarde wordt 15 vermenigvuldigd met een weegfactor, die een functie is van de kortste afstand van het element, waarvoor de bijdrage wordt berekend, tot de meetweg waarlangs de meetwaarde is bepaald, waarna de absorptiewaarde in een element wordt bepaald door sommatie van de aldus verkregen bijdragen per 20 element.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij een vlak van het lichaam met een platte waaiervormige stralingsbun-del in een veelvoud van richtingen wordt doorstraald, welke stralingsbundel opdeelbaar is in een aantal smalle stra— 7902015 13.03.79 -/7- PHN 9385 lenbundels, waarmee simultaan langs de bij de stralenbundels behorende meetwegen de door het lichaam gedrongen straling wordt gemeten, met het kenmerk, dat van de simultaan verkregen meetwaarden afzonderlijk en simultaan een bijdra-5 ge in de absorptiewaarde van een element van een tweedimensionale matrix wordt berekend.

3· Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat van de simultaan verkregen meetwaarden afzonderlijk en simultaan een bijdrage in de absorptiewaarde van elk ele-10 ment in een rij van de in rijen en kolommen ingedeelde matrix wordt berekend. /{·. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat van de simultaan verkregen meetwaarden afzonderlijk en simultaan een bijdrage in de absorptiewaarde voor elk ele-ment van de matrix wordt berekend.

5. Computer-tomografie-inrichting voor het uitvoeren van een werkwijze volgens conclusie 1, 2, 3 of » welke inrichting bevat ten minste een bron voor het opwekken van het lichaam doordringende straling, een detektorinrichting on met ten minste een detektor voor het detekteren van straling en het leveren van meetwaarden, een draaggestel voor de bron en de detektorinrichting, aandrijfmiddelen voor het bewegen van ten minste de bron voor het met de stralings- bundel aftasten van het deel van het lichaam, een plaatsop-25 nemer voor het bepalen van coördinaten van de door de stra-lingsbundel afgelegde meetweg, een bewerkingsinrichting voor het uit de meetwaarden bepalen van absorptiewaarden, een geheugeninrichting voor het opslaan van de absorptiewaarden en een weergeefinrichting voor het weergeven van de 3G absorptiewaarden, met het kenmerk, dat de bewerkingsinrichting bevat = een weegfactorgenerator voor het genereren van weegfactoren als functie van de coördinaten van een element, waarvoor een bijdrage wordt berekend, en van de aan de weeg-35 factorgenerator aangeboden coördinaten van de meetweg, waarlangs een meetwaarde is bepaald, = ten minste een vermenigvuldigingsschakeling voor het vermenigvuldigen van de meetwaarde en bijbehorende weegfac- 79020 1 5 13-03.79 PHN 9385 tor, waartoe de vermenigvuldigingsschakeling is verbonden met de weegfactorgenerator, en = een sommeerinrichting, waarvan een ingang met een uitgang van de vermenigvuldigingsschakeling is verbonden, voor 5 het sommeren van de per element berekende bijdragen, van welke sommeerinrichting een uitgang met de geheugenin-richting is verbonden.

6. Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 5» waarbij de detektorinrichting een rij naast elkaar op een 10 cirkelomtrek gelegen detektoren bevat, met het kenmerk, dat de weegfactorgenerator is opgedeeld in een aantal van elkaar onafhankelijke deelgeneratoren, waarvan het aantal ten minste even groot is aan het aantal detektoren, dat simultaan een meetwaarde levert, waarbij per deelgenerator in ten 15 minste een vermenigvuldigingsschakeling is voorzien.

7. Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat elke deelgenerator een weegfactorgeheu-gen en een schakeling voor het uit de daaraan aan te bieden coördinaten van een meetweg en een element vormen van een 20 adres voor het opzoeken van een weegfactor in het weegfac-torgeheugen.

8. Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat elke deelgenerator een weegfactorge-heugen bevat en de coördinaten van een meetweg en een ele- 25 ment een adres vormen voor een in het weegfactorgeheugen opgeslagen weegfactortabel.

9. Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 7» met het kenmerk, dat de schakeling voor het vormen van een adres één rekenschakeling bevat voor het eenmalig per meet- 55 waarde bepalen van de afstand van een element in de matrix tot de meetweg voor het vormen van een adres voor het weegfactorgeheugen, waarbij de schakeling verder optelschake-lingen bevat voor het uit de door de rekenschakeling bepaalde afstand bepalen van verdere afstanden door successie-35 ve optellingen van een afstand tussen centra van twee naburige elementen, die is gewogen met een goniometrische functie van de hoek tussen de bij de meetwaarde behorende meetweg en een coördinatenstelsel van de matrix. 7902015 13-03.79 ΡΗΝ 9385

10. Computer-tomografie-inridating volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat per schakeling in een aantal vermenigvuldigingsschakelingen in een aantal optelschakelingen is voorzien, dat gelijk is aan het aantal elementen in een rij 5 van de matrix en aan een elementnummer in de rij zijn toegewezen, waarbij de uitgangen van de optelschakelingen via een multiplexschakeling met het weegfactorgeheugen is verbonden, waarvan de uitgang via een demultiplexschakeling aan de successieve bij de optelschakeling behorende verme-^ nigvuldigingsschakelingen is verbonden.

11. Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de multiplexschakeling, het weegfactor-geheugen en de demultiplexschakeling in ten minste twee parallel functionerende delen zijn opgesplitst, waarbij aan ^ elk deel een evenredig deel van het aantal bij elkaar horende optelschakelingen en vermenigvuldigingsschakelingen is verbonden.

12. Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat van alle vermenigvuldigings- 20 schakelingen, die aan een zelfde elementnummer zijn toegewezen, een uitgang met een ingang van een sommeerschakeling verbonden is, waarbij het aantal sommeerschakelingen in de sommeerinrichting gelijk is aan het aantal elementen in een rij van de matrix, van welke sommeerschakeling een uitgang 25 ,, via een eind-optelschakeling met een eendimensionaal geheugenruimte van de geheugeninrichting is verbonden voor het opslaan van absorptiewaarden van elementen van een kolom van de matrix.

13· Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 12, 30 met het kenmerk, dat elke sommeerschakeling is verdeeld in eerste sommeerschakelingen en een tweede sommeerschakeling, waarbij op elke eerste sommeerschakeling een evenredig deel van de uitgangen van de vermenigvuldigingsschakelingen is aangesloten, van welke eerste sommeerschakelingen uitgangen 35 elk via een tussengeheugen met een geheugenplaats op de tweede sommeerschakeling zijn aangesloten, waarvan de uitgang met de ingang van de eind-optelschakeling is verbonden.

14. Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 12 79020 1 5 13.03.79 -20- PHN 938-5 of 13j met het kenmerk, dat de uitgang van elke vermenig-vuldigingsschakeling via een buffergeheugen met een geheu-genplaats met een ingang van de sommeerschakeling is verbonden.

13. Computer-tomografie-inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat van alle vermenigvuldigings-schakelingen, die aan eenzelfde elementnummer zijn toegewezen, een uitgang met een ingang van een sommeerschakeling verbonden is, waarbij het aantal sommeerschakelingen in de ^ sommeerinrichting gelijk is aan het aantal elementen in een rij van de matrix, van welke sommeerschakeling de uitgang met een eendimensionaal schuifregistergeheugen van de ge-heugeninrichting is verbonden, waarvan een uitgang met een verdere ingang van de sommeerschakeling is verbonden. 15 25 30 35 790 20 1 o