SU1168838A1 - Рентгеновский вычислительный томограф - Google Patents

Abstract

1. РЕНТГЕНОВСКИЙВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ТОМОГРАФ, содержащий набор управл емых источников рентгеновского излучени  и набор детекторов, расположенных по окружности и установленных с возможностью совместного вращени , блок регистрации, вход которого соединен с выходами детекторов , а выход - с входом вьгаислительно-отображающего комплекса с управл ющим выходом, блоки питани  и управлени , выходы которых соединены с источниками рентгеновского излучени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  томографа при одновременном обеспечении равноточности измерений, в него дополнительно введены управл ющие ключи, кольцевые счетчики с установочными входами и генератор тактовых импульсов, причем выходы управл ющих ключей св заны с входами блоков питани  и управлени  широколлимированньк источников рентгеновского излучени , управл ющие входы ключей соединены с выходам кольцевых счетчиков, входы которых соединены с выходим генератора тактовых импульсов, управл ющий выход вычислительно-отображающего комплек (О са соединен с входами управл ющих (Л ключей и генератором тактовых имс пульсов, причем число разр дов каждого кольцевого счетчика равно количеству источников рентгеновского излучени  J-i, попадаемых в поле зрени  каждого детектора, и начальное состо ние каждого кольцевого счетчика задано в виде цикличегских перестановок псевдослучайной послеО5 довательности, состо щей из Л. еди00 ниц и нулей. 00 2. Томограф по п. 1, о т л и 00 00 чающийс  тем, что при М 2 - 1, где п - натуральное число, в качестве кольцевых счетчиков используют регистры сдвига с логической обратной св зью в виде сумматора по модулю два.

Description

Изобретение относитс  к измерительным схемам, использующимс  в при кладной  дерной физике, и может най ти применение в конструкци х рентгеновских вычислительных томографов предназначенных дл  исследовани  внутренней структуры объектов путем пропускани  ионизирующего излучени  с последующим определением его поглощени . Известны рентгеновские вычислител ные томографы, содержание неподвижный детектирую1ций комплекс, выполнен ный в виде набора детекторов, установленных по окружности, охватывающей исследуемый объект, рентгеновскую трубку с веерной коллимацией пуч ка, установленную с возможностью вра щени  вокруг объекта по вписанной ко центрической окружности, причем детекторы соединены с блоками регистрации и вычислительно-отображающим комплексом, а рентгеновска  трубка соединена с источником питани  и блоком управлени . Известные томогра фы относ тс  к томографам четвертого поколени  и  вл ютс  наиболее быстродействующими из серийно выпускаемых Qlj . Однако несмотр  на то, что врем  Ькспозиции томографов четвертого поколени  составл ет 1-5 с они непригодны дл  большинства кардиологи ческих исследований в силу недостаточного быстродействи . Особенностью кардиологических исследований  вл етс  подвижность и сложность структу ры сердца и сердечно-сосудистой системы . Наиболее близким техническим реше нием к изобретению  вл етс  рентгеновский вычислительный томограф с динамической пространственной реконструкцией , содержащий набор рентгеновских трубок с узкой коллимацией пучка и набор детекторов, установленных по окрул ности, охватывающей исследуемый объект, причем выходы детекторов соединены через блоки регистрации с вычислительно-отобража щими комплексом, рентгеновские тру ки соединены с блоками питани  и управлени , входы которых св зань с управл ющим выходом вычислительноотображающего комплекса, а кольцо, образованное детекторами и рентгеновскими трубками, установлено с возможностью вращени  вокруг исследу емого объекта. При работе томографа, узкоколлимированным лучом каждой рентгеновской трубки поочередно электронным образом сканируют каждьм из детекторов при одновременном совместном вращении рентгеновских трубок- и набора детекторов вокруг исследуемого объекта. Если набор детекторов состоит из N.p штук, Ng - число рентгеновских трубок, Т - полное врем  измерений при заданном положении набора детекторов и рентгеновских трубок, то врем  отдельного измерени  составл То ет to .Поскольку врем  кажD 5 дого измерени  посто нно, а интенсивность прошедшего излучени  мен етс  на три пор дка в зависимости от плотности исследуемого объекта, то погрешность измерений таклсе мен етс  в широком диапазоне, что приводит к ухудшению вы влени  мелких деталей на томографических изображени х |2 . Томограф имеет большее быстродействие по сравнению с томографами четвертого поколени , однако и оно недостаточно дл  количественного анализа регионального кровообращени  и наполнени  сосудов при кардиологических исследовани х. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  томографа при одновременном обеспечении равноточное ти измерений. Указанна  цель достигаетс  тем, что в рентгеновский вычислительный томограф, содержащий набор управл емых источников рентгеновского излучени  и набор детекторов, расположенных по окружности и установленных с возможностью совместного вращени , блок регистрации, вход которого coe-f динен с выходами детекторов, а выход - с входом вычислительно-отображающего комплекса с управл ющим выходом , блоки питани  и управлени , выходы которых соединены с источниками рентгеновского излучени , дополнительно введены управл ющие ключи, кольцевые счетчики с установочными входами и генератор тактовых импульсов , причем выходы управл ющих ключей св заны с входами блоков питани  и управлени  ширококоллимированных источников рентгеновского излучени , управл ющие входы ключей соединены с выходами кольцевых счетчиков , входы которых соединены с. выходом генератора тактовых импульсов , управл ющий выход вычислительно-отображающего комплекса соединен с входами управл ющих ключей и генератором тактовых импульсов, причем число разр дов кольцевых счетчиков равно количеству источников рентгеновского излучени  N, попадаемых в поле зрени Каждого детектора, а начальное состо ние каждого кольцево го счетчика задано в виде циклических перестановок псевдослучайной последовательности, состо щей из М единиц и нулей. Кроме того, при М 2 - 1, где п - натуральное число, в качестве кольцевых счетчиков используют регистры сдвига с логической обратной св зью в виде сумматора по модулю два. Быстродействие томографа достигаетс  за счет обеспечени  интегрально го режима измерений при получении топографического изображени , при котором каждым детектором регистрируют излучение, прошедшее через исследуемый объект одновременно от нескольких источников рентгеновского излучени . При последующей численной обработке результатов измерений и предложенном выборе одновременно вкл чаемых источников рентгеновского излучени , удаетс  разделить вклады каж,цого источника в результат измерени  каждым детектором. Пусть интенсивность прошедшего через объект излучени  от S-ro источ ника рентгеноБског-о излучени  и зарегистрированного i-тым детектором равна NI. При одновременном включе нии К из М источников, показани  момент времени 1-детектора п ,. в длительностью М где i 1, 2, . . . Njj, A матрица , состо ща  из 1 и О, полученна  циклической перестановкой первой строки, совпадающей с псевдослучайной последовательностью, состо щей из К единиц и М-Кнулей. Мат рица описывает пор док включени  .источников рентгеновского излучени  Требуемые дл  численной реконструкции томографического изображени  значени  N наход т из решени  системы линейных алгебраических уравнений (1), причем дисперси  значений N составл ет I(Ni) к(1 - С) 1 - 2С) Nis + ( 1-|)р, где N р - фонова  интенсивность импульсов , включающа  вклад рассе нного в объекте излучени , фонового излучени  и шумов регистрирующей аппаратуры . - относительное число одновременно включаемых источников . Решение уравнени  (1) не составл ет трудностей, так как матрица А по своим свойствам близка к ортогональной . При включении половин:, Врем , необходимое дл  получени  анных Ng с дисперсией, определ емой соотношением (3), составл ет . M.NS Т С, так как одновременно задействовано детекторов из всего набора N-p. Аналогичные данные, полученные ри измерени х с помощью известного томографа равны DO(N;«) N так как фон опреР Р ричем ел етс  в основном вкладом рассе нного излучени , который пропорциоален количеству одновременно вклюенных источников рентгеновского изучени . Дисперси  DO(N- ) зависит т интенсивности N прошедшего излуени  . Таким образом, при измерени х с омощью предлагаемого томографа вре  измерений уменьшаетс  в М раз. дисперсии результатов равны между собой и не завис т от интенсивности прошедшего излучейи . Однако суммарна  дисперси  результатов каждого детектора, при измерени х предлагаемым томографом превышает суммарную дисперсию результатов каждого детектора при измерени х известным томографом в 2 раза, согласно соотношению (5) 2.M.(N,,.P) в 2. (5 ГСДЩдУ При увеличении времени измерений Т в четьфе раза, т.е. при Т Лт , ° достигаетс  равенство суммарно дисперсии при измерени х с помощью предлагаемого и известного.томографов . На фиг. 1 изображена схема рентге новского вьгаислительного томографа, на фиг, 2 схема регистра сдвига с логической обратной св зью сумматора по модулю два при М - 2 - 1 15, Псевдослучайные последовательности, состо щие из 8-единиц 7 нулей (7 + + 8 15), описьшающие закон (матрица ) чередовани  включенных источ ников рентгеновского измерени  A.SJ: О О О 1 О О 1 1 О 1 О .-1 1 1 О О 1 О О 1 1 О 1 О 1 1 1 1 01001101011110 10011010111100 00110101111000 01101011110001 11010111100010 10101 1 11000101 01011110001011 10111100010111 01111000101110 11110001011101 11100010111010 11000101110101 10001011101011 Рентгеновский вычислительный томограф содерзкит набор управл емых источников 1 рентгеновского излучени , набор детекторов 2, установленных по окружности, блок 3 регистрации , вход которого соединен с выходами детекторов, а выход - с входом вычислительно-отображающего комплек- са 4, управл ющий выход которого соединен с- входом генератора 5 тактовых импульсов и входами ключей 6, выходы которых соединены последовательно с блоками 7 питани  и управлени , источников 1 рентгеновского излучени . Выход генератора 5 тактовых импульсов соединен с входами кольцевых счетчиков 8 с установочными входами, выходы которых соединены с управл ющими входами ключей 6, ЕС пи число источников рентгеновского излучени , одновременно попадающих в поле зрени  каждого детектора равно М 2 - 1, где п - натуральное число, в качестве кольцевых счетчиков предпочтительнее использовать регистры сдвига с логической обратной св зью в виде сумматора по модулю два, схема которого приведена на фиг, 2, позици  9, При подаче тактовых импульсов от генератора 5 на его выходе формируетс  набор из 1 и О, описывающихс  матрицей Agj , Томограф работает следующим образом . Перед началом работы, черезуста- , новочные входы в каждый кольцевой счет счетчик 8 занос тс  последовательные циклические перестановки псевдослучайной последовательности длины М. С приходом управл ющего сигнагш с вычислительно-отображающего комплекса 4-, тактовый сигнал генератора 5 циклически сдвигает состо ние кольцевых счетчиков 8, выходные сигналы которых управл ют прохождением управл ющего сигнала на блоки 7 питани  и управлени  через ключи 6, С приходом управл ющего сигнала соответствующий блок питани  и управлени  включает источ1-шк 1 рентгеновского излучени , которое после прохождени  через объект регистрируетс  набором детекторв 2, соединенных с блоком 3 peгиcтpaIJ и, данные с которого поступают в вычислительноотображающий комплекс 4, Спуст  заданное врем  регистрации t, вычислительно-отображающий комплекс вырабатьшает очередной сигнал управлени  и цикл измерений повтор етс .

Дл  получени  набора проекций в диапазоне углов п ; 360 предусмотрено механическое вращение набора источ- НИКОВ рентгеновского излучени  одновременно с набором детекторов вокруг оси, проход щей через центр окружности , на которой они установлены. Расположение детекторов и источников рентгеновского излучени  на одной окружности обеспечивает одинаковые геометрическое услови  дл  регистрации излучени  каждым детектором. Детекторы предпочтительно вьтолн ть, например, на основе сцинтилл торов из германата висмута, обладающего высокой эффективностью поглощени  излучени  и практически посто нной угловой эффективностью регистрации в относительно широком диапазоне углов . Дл  дополнительного выравнивани  угловой зависимости эффективности регистрации можно использовать такие известные технические решени , как вьтолнение сцинтилл тора в виде усеченной пирамиды, установленной под углом к оси падени  излучени , При установке набора детекторов на гпервой половине окружности и набора источников на второй половине, ма максималь 1ый угол коллимации источников составл ет 90, что вполне доетижимо в современных рентгеновских трубках. Управление работой источника рентгеновского излучени , если в их качестве используют рентгеновские трубки с управл ющей сеткой достигаетс , например, путем включени  источника смещени  между накалом и сеткой рентгеновской трубки.

При использовании в томографе комбинированных детекторов, позвол ющих раздельно регистрировать низкои высокоэнергетичные компоненты излучени , предположительнее не выключать рентгеновскую трубку при приходе на управл ющий вход клюса сигнала О, а снижать напр жение питани  анода, дл  смещени  спектра излучени  в нкзкоэнергетичную область. При таком режиме измерени , обеспечивающие получение большей информации об объекте , получены вдвое быстрее, чем при работе известного томографа.

Таким образом, предлагаемый быстродействующий рентгеновский вычислительньй томограф позвол ет обеспечить равноточность измерений и повысить быстродействие. При использовании 28 рентгеновских трубок, как и в известном томографе быстродействие повы28

шаетс  в -г - I раз при угле коллимации каждой рентгеновской трубки, равном 90 ,

Claims (2)

1. РЕНТГЕНОВСКИЙ'ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ТОМОГРАФ, содержащий набор управляемых источников рентгеновского излучения и набор детекторов, расположенных по окружности и установленных с возможностью совместного вращения, блок регистрации, вход которого соединен с выходами детекторов, а выход - с входом вычислительно-отображающего комплекса с управляющим выходом, блоки питания и управления, выходы которых соединены с источниками рентгеновского излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстро действия томографа при одновременном обеспечении равноточности измерений, в него дополнительно введены управляющие ключи, кольцевые счетчики с установочными входами и генератор тактовых импульсов, причем выходы управляющих ключей связаны с входами блоков питания и управления широколлимированных источников рентгеновского излучения, управляющие входы ключей соединены с выходами кольцевых счетчиков, входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, управляющий выход вычислительно-отображающего комплек- Й са соединен с входами управляющих ключей и генератором тактовых импульсов, причем число разрядов каждого кольцевого счетчика равно количеству источников рентгеновского излучения М, попадаемых в поле зрения каждого детектора, и начальное состояние каждого кольцевого счетчика задано в виде циклических перестановок псевдослучайной последовательности, состоящей из J4. единиц и нулей.

2. Томограф по п, ^отличающийся тем, что при И = =2^- 1, где η - натуральное число, в качестве кольцевых счетчиков используют регистры сдвига с логической обратной связью в виде сумматора по модулю два.

1 1168838 2