SU1287847A1 - Вычислительный томограф - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  нейро- диагностики и позвол ет сократить врем  обследовани  за счет уменьшени  количества операций умножени  при свертке. Томограф содержит сканирующий блок 1 с источником 2 проникающего излучени  и детекторным устройством 3, блок 5 предварительной обработки данных, накапливающий сумматор 10, сдвигающий регистр 12, коммутатор 11, блок 13 свертки, блок 18 обратной проекции, видеоконтрольное устройство 27. Источник 2 и детекторное устройство 3 привод т в поступательное движение относительно неподвижного объекта 4, не мен   их взаимного расположени , затем поворачивают их на некоторый угол, ке мен   взаимного расположени , и вновь задают им поступательное движение, и так далее до поворота на 180°. Детекторное устройство 3 фиксирует количество прин того излучени . Введение новых элементов и образование новых св зей между элементами устройства позвол ют без увеличени  аппаратурных затрат обеспечить работу в режиме реального времени, при котором реконструкци  изображени  осуществл етс  параллельно со сканированием и изображение срезов поступает на дисплей одновременно с окончанием сканировани . 6 ил. « (Л ГС 00 00 4

Description

Изобретение относитс  к медицинской технике и может быть использовано дл  ней- родиагностики, а также дл  контрол  промышленных изделий.

Цель изобретени  - сокращение времени обследовани  за счет уменьшени  количества о пераций умножени  при свертке.

На фиг. 1 приведена структурна  схема вычислительного томографа; на фиг. 2-4 - структурные схемы блока предварительной обработки данных, блока свертки и блока обратной проекции соответственно; на фиг. 5 и 6 - схематически представлены процессы формировани  проекции и реконструкции изображени  (обратной проекции).

Вычислительный томограф (фиг. 1) содержит сканирующий блок 1, в состав которого входит источник 2 проникающего излучени  и детекторное устройство 3, между которыми размещен исследуемый объект 4.

Выход сканирующего блока 1, которым  вл етс  выход детекторного устройства 3, соединен с входом блока 5 предварительной обработки сигналов - с входом интегратора 6 (фиг. 2).

Блок 5 предварительной обработки сигналов содержит соединенные последовательно интегратор 6, аналого-цифровой преобразователь 7, буферный блок 8 пам ти и логарифматор 9.

Выход логарифматора 9,  вл ющийс  выходом блока 5 предварительной обработки сигналов, соединен с входом накапливающего сумматора 10 (фиг. 1) и с первым входом коммутатора 11. Выход накапливающего сумматора 10 соединен с входом сдвигающего регистра 12, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 11, выход которого соединен с входом блока 13 свертки - с входом входного блока 14 пам ти (фиг. 3).

Выход блока 14 пам ти соединен с первым входом устройства 15 умножени , второй вход которого соединен с выходом блока 16 пам ти  дра свертки. Выход устройства 15 умножени  соединен с входом накапливающего сумматора 17, выход которого,  вл ющийс  выходом блока 13 свертки, соединен с входом блока 18 обратной проекции ,- с первым входом коммутатора 19 блока 20 пам ти модифицированных проекций (фиг. 4).

Влок 21 пам ти констант, также вход щий в состав блока 18 обратной проекции, соединен через накапливающий сумматор 22 с адресным входом 23 блока 20 пам ти модифицированных проекций. Выход блока 20 пам ти модифицированных проекций соединен с первым входом накапливающего сумматора 24, выход которого соединен с входом выходного блока 25 пам ти и вторым входом коммутатора 19, выход которого соединен с информационным входом 26 блока 20 пам ти модифицированных проекций.

Выход выходного блока 25 пам ти соединен с вторым входом сумматора 24, и кроме того,  вл етс  выходом блока 18 обратной проекции в целом и соедин - етс  с входом видеоконтрольного устройства 27.

Устройство работает следующим образом.

При работе томографа источник 2 проникающего излучени  и детекторное устройство 3 сканирующего блока 1 при

5

вод т в поступательное движение относительно неподвижного исследуемого объекта 4. При этом детекторное устройство 3 не мен ет своего положени  относительно источника 2.

г Затем источник 2 и детекторное устройство 3 поворачивают на некоторый угол (например, 1°), также не мен   взаимного расположени , и вновь соверщают поступательное движение и т.д. до поворота на 180°.

0 При всех этих перемещени х детекторное устройство 3 регистрирует количество прин того излучени  и преобразует его в электрический ток пропорциональной величины .

Интегратор 6 (фиг. 2) формирует на выходе электрическое напр жение, пропорциональное интегралу величины тока за некоторое врем  (например, 1 мс), соответствующее перемещению источника 2 и детекторного устройства 3 на отрезок, соответст„ вующий размеру элемента изображени  (например . 1 мм).

Аналого-цифровой преобразователь 7 преобразует напр жение с выхода интегратора 6 в параллельный двоичный код, поступающий в буферный блок 8 пам ти.

Таким образом, после окончани  очередного прохода в буферном блоке 8 пам ти формируетс  р д чисел, соответствуюющих величине поглощени  полос 28 элементарной толщины в исследуемом слое объекта 4, сориентированных в направлении, пер0 пендикул рном движению источника 2 (фиг. 5).

Проход  через логарифматор 9, каждое из этих чисел преобразуетс  в величину (число ), соответствующую интегральной сумме коэффициентов поглощени  на соответствую- щен полосе. Р д таких чисел ЕО, Ei,...,Em, соответствующих m параллельным полосам, полностью покрывающим исследуемый слой объекта 4, прин то называть проекцией исследуемого сло .

0 Числа ЕЙ, Ei,...,Em очередной проекции, сформированной в блоке 5 (фиг. 1) предварительной обработки сигналов, поступают последовательно на первый вход коммутатора 11. С выхода коммутатора 11 эти числа поступают во входной блок 14 пам ти

5 блока 13 свертки и запоминаютс  в последовательных т  чейках блока 14.

После этого организуетс  повторное чтение содержимого буферного блока 8 пам ти

В блоке 18 обратной проекции эта проекци  так же, как и нулева , поступает последовательно на вход 26 блока 20 пам ти модифицированных проекций. Но в отличие от нулевой модифицированной проекции каждый член первой левой модифицированной проекции поступает не в одну, а в П1 последовательных  чеек пам ти.

Так же в блоке 13 свертки формируютс  все остальные модифицированные проекции, а их запись в блок 20 осуществл етс  по тому же принципу с тем, чтобы в  чейках блока 20, отсто щих друг от друга на т адресов , хранились числа, подлежащие сложению при формировании результирующей модифицированной проекции.В рассмотренном примере заполнение  чеек пам ти блока 20 следует произвести так:

 чейка 0: 5(0)

 чейка 1: 5(1)

 чейка 2: S(2)

 чейка 239: S/239)

 чейка 240: S l (0)

 чейка 241: S : (0)

 чейка 242: S i(2)

 чейка 243: S i(2)

 чейка 244: S l (4)

 чейка. 245: S {4)

 чейка 458: S i(218)

 чейка 459: S i(219)

 чейка 460: О

 чейка. 461: О

 чейка 480: О

 чейка 481: О

 чейка 482: О

 чейка 499: 0„

 чейка 500: Si (20)

 чейка 501: Sl (20)

 чейка 502: S l (22)

 чейка 503: (22)

 чейка 718: S, (238)

 чейка 719: S l (238)

 чейка 720: S 2 (0)

 чейка 721: S2(0)

 чейка 722: SHO)

 чейка 723: S2 (0)

 чейка 724: 52(4)

 чейка 725: 52(4)

 чейка 726: Sa (4)

 чейка 727: S 2(4)

 чейка 916: 52(196)

 чейка 917: 52(196)

 чейка 918: S2 (196)

 чейка 919: 52(196)

 чейка 920: О

 чейка 921: О

 чейка 922: О

 чейка 960: О

 чейка,961: О

 чейка 999: О ,

 чейка 1000: 52 (40)

 чейка 1001: 52 (40)

 чейка 1002: 52(40)

 чейка. 1003: 52(40)

 чейка 196: 52 (236)

 чейка 1197: So (236)  чейка 1198: S 2 (236)  чейка 1199: S a (236) Нули в соответствующие  чейки могут быть вписаны как предварительный очисткой всего блока 20, так и непосредственно в процессе записи проекций.

Такой способ расположени  информации в блоке 20 позвол ет просто организовать вычисление результирующей проек0 ции. Дл  этого из блока 21 пам ти констант в накапливающий сумматор 22 записываетс  адрес нулевого члена нулевой модифицированной проекции. Считанное по этому адресу число S(0) поступает в накапливающий сумматор 24. Затем из блока 21 в сумматор 22 поступает приращение адреса т (например , 240) и складываетс  с адресом, хра- нивщимс  в сумматоре 22. Считанное по вычисленному в сумматоре 22 адресу число 5 | (0) поступает в сумматор 24 и складыва0 етс  с хранивщимс  там числом 5(0). Затем из блока 21 в сумматор 22 снова поступает приращение т и складываетс  с вычисленным ранее адресом. Считанное по новому адресу число (например, 0), складываетс  в сумматоре 24 с хранившейс  там суммой.

5 Работа блоков 20 и 21 и сумматоров 22 и 24 в этом режиме прс должаетс  до тех пор, пока в .сумматоре 24 не сформируетс  нулевой член результирующей модифицированной проекции So. Это число через входной коммутатор 19, который в этом режиме передает информацию с второго входа, поступает на информационный вход 26 блока 20. Одновременно из блока 21 считываетс  константа (N - 1)т (где N - число модифицированных проекций в блоке 20), например

, (N -1)т - 960.

Сложение этого числа с адресом, хран щимс  к этому моменту в сумматоре 22, дает в сумме адрес нулевого члена нулевой модифицированной проекции. В  чей0 ку с этим адресом производитс  запись числа 5с, после чего к адресу в сумматоре 22 прибавл етс  1 и из блока 20 в сумматор 24 поступает число 5(1). Аналогично описанному организуетс  последовательное чтение из блока 20 всех чисел, подлежащих

сложению с 5(1), и полученный в результате первый член результирующей модифицированной проекции S поступает на место числа 5(1) в блок. 20.

Точно так же вычисл ютс  и занос тс  в

Q блок 20 остальные члены результирующей модифицированной проекции.

После этого в блоке 18 осуществл етс  обратна  проекци  полученной результирующей модифицированной проекции на массив изображени , формируемый в выходном бло5 ке 25 пам ти. При этом в  чейки блока 25, кажда  из которых соответствует элементарному участку изображени , поступают члены результирующей модифицированной

(фиг. 2) и с выхода логарифматора 9 таже последовательность чисел Ео, Ei,...,E:,,,, поступает в накапливаюпдий сумматор 10 (фиг. 1). В накапливающем сумматоре 10 формируютс  суммы нескольких соседних членов .

Числа Е |(0), Ei(ni), E I (2ni),..., каждое из которых определ етс  как сумма

Ei(jni) Е;„1 + Eir:i +i+ ...+ ЕОпоступают в сдвигающий регистр, где они уменьшаютс  в Ki раз за счет сдвига вправо на /1| разр дов, Ki 2,

С выхода сдвигающего регистра 12 последовательность

Е (О)/К|, Е|(п1)/Кь Ea2n,)/Ki

поступает на второй вход коммутатора 11, который в этот период находитс  в режиме передачи на выход информации с второго входа.

С выхода коммутатора 11 эта последовательность также поступает во входной блок 14 пам ти блока 13 свертки и запоминаетс  в последуюп1,их  чейках пам ти блока 14. Затем снова повтор етс  чтение содержимого буферного блока 8 пам ти (фиг. 2) и в той же последовательности происход т формирование второй дополнительной проекции

Е2(О)/К2, Е2(П2)/К2, Е2(2П2)/К2,...,

и ее запоминание в блоке 14 (фиг. 3) и т. д. до тех пор, пока все дополнительные проекции вида

Е 2(0)/К,, Е |(п;)/К,ч Е ,(2п,-)/К,,...,

не запишутс  в блоке 14.

В блоке 16 ЯхЧра свертки посто нно хранитс   дро, состо щее из участков:

0-L-p, + l, L--PI+2,..., L-1, LO, L,

Lp, 1;

1 (лева  половина) - KiM(-р2+1), KiMX

Х(-р2+2),...,К,М(-р,);

1 (права  половина) - KiM(pi), KjMX

X(pi+ ),...,KiM();

i (лева  половина) - К,М(-p,+i + l).,

К,-М(,);

i (права  половина)- К(М(р,-),...,(р, +

1).

В блоке 13 свертки производитс  свертка каждой из проекций, хран щихс  в блоке 14, с соответствующими участками  дра из блока 16.

При этом сначала формируетс  нулева  модифицированна  проекци 

5(0), 3(1),..., S(m).

Формирование нулевого члена этой последовательности осуществл етс  в следующем пор дке

0

5

0

5

0

5

0

5

Из блока 14 последовательно считываютс  члены исходной проекции Ео, EI, Е2,..., и поступают на первый вход устройства

15умножени . Одновременно из блока

16последовательно считываютс  члены нулевого участка  дра

LO. ,, L-2,...,

и поступают на второй вход устройства 15 умножени . С выхода устройства 15 умножени  произведени 

EoLo, , ,...,

поступают в накапливающий сумматор 17, в котором формируетс  сумма S(0)EoLo+ + ,.... С выхода накапливающего сумматора 17 нулевой член 5(0) нулевой модифицированной проекции поступает в блок 18 обратной проекции.

Точно так же производитс  формирование первого члена 5(1) нулевой модифицированной проекции с той только разницей, что из блока 16 последовательно считываютс  члены нулевого участка  дра, начина  с LI

LI, LO, ,...,

Так же последовательно формируютс  остальные члены нулевой модифицированной проекции. Поступа  с выхода блока 13 свертки в блок 18 обратной проекции, члены этой проекции попадают на первый вход входного коммутатора 19. В этот период коммутатор 19 находитс  в режиме передачи на выход информации с первого входа , поэтому члены нулевой модифицированной проекции последовательно поступают на информационный вход 26 блока 20 пам ти модифицированных проекций.

Перед началом операции свертки из блока 21 пам ти констант считываетс  в накапливающий сумматор 22 адрес, начина  с которого должна быть записана нулева  модифицированна  проекци  в блок 20. С выхода накапливающего сумматора 22 этот адрес поступает на адресный вход 23 блока 20. После записи числа 5(0) по этому адресу код адреса в накапливающем сумматоре 22 увеличиваетс  на единицу и после окончани  вычислени  числа 5(1) в блоке 13 свертки оно записываетс  по этому адресу в блок 20. Точно так же последовательно записываютс  в блок 20 все числа нулевой модифицированной проекции.

Затем в блоке 13 свертки (фиг. 3) производитс  фор.мирование первой левой модифицированной проекции. Дл  этого из блока 14 последовательно считываютс  члены первой дополнительной проекции, а из блока 16 - соответствующие члены первого левого участка  дра. С выхода устройства 15 умножени  произведени  соответствующих членов поступают в накапливающий сумматор 17, на выходе которого последовательно формируютс  члены первой левой модифицированной проекции

5,(0), 5,(п,), 5|(2п|)

проекции, причем в каждую из  чеек поступает член проекции, соответствующий полосе, на которой находитс  центр соответствующего элементарного участка.

В числовом виде зона изображени , представл юща  собой круг, разбита на элементарные квадраты (фиг. 6). В блоке 25 перва   чейка пам ти соответствует крайнему слева квадрату в нижнем р ду изображени . Следующие  чейки 25 соответствуют следующим квадратам того же нижнего р да. Затем идут  чейки следующего р да слева направо и т.д. до крайней правой  чейки в верхнем р ду.

В блоке 21 пам ти констант хранитс  предварительно вычисленный адрес  чейки блока 20 пам ти модифицированных проекций , в которой хранитс  число, подлежащее записи в первую  чейку изображени . Далее в блоке 21 хранитс  приращение адреса модифицированной проекции при переходе на один квадрат вправо. Последовательным прибавлением этой константы к адресу осуществл етс  выбор из блока 26 всех чисел, подлежащих записи в  чейки блока 25, соответствующие элементарным квадратам нижнего р да. Затем из блока 21 извлекаетс  константа приращени  адреса при переходе от крайней правой  чейки первого р да к крайней левой  чейке второго р да и из блока 20 извлекаетс  член модифицированной проекции, соответствующий полосе, на которой находитс  центр крайнего левого квадрата второго р да.

Таким образом производитс  заполнение всех  чеек пам ти блока 25 соответствующими числами.

Кажда  из остальных проекций исследуемого сло , формируема  в блоке 5 предварительной обработки данных, проходит такую же процедуру обработки до форм иро- вани  соответствуюцдей результирующей модифицированной проекции.

Затем производитс  обратна  проекци , несколько отлична  от описанной. Поскольку проекци  расположена под другим углом, используетс  другой набор констант из блока 21 дл  определени  адресов блока 26 пам ти модифицированных проекций.

Кроме того, члены результирующей модифицированной проекции не просто записываютс  в соответствующие  чейки блока 25, а складываютс  с содержимым этих  чеек.

0

Дл  этого перед записью в очередную  чейку блока 25 производитс  чтение содержимого этой  чейки. Считанное число с выхода блока 25 поступает на второй вход сумматора 24 и складываетс  с поступающим на первый вход соответствующим членом модифицированной проекции.

Сумма с выхода сумматора 24 поступает в блок 25 и записываетс  в ту же  чейку. 0

После окончани  обратной проекции всех модифицированных проекций блок 25 содержит реконструированное изображение исследуемого сло . Затем эта информаци  с ИЗ блока 25 передаетс  в видеконтрольное устройство 27, которое воспроизводит изображение в виде полутоновой картины на экране .

Предлагаемый вычислительный томограф позвол ет без увеличени  аппаратурных затрат обеспечить работу в режиме реального времени, при котором реконструкци  изображени  осуществл етс , параллельно со сканированием и изображение срезов поступает на дисплей одновременно с оконча- 5 нием сканировани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Вычислительный томограф, содержащий сканирующий блок, включающий источник проникающего излучени  и детекторное устройство , блок предварительной обработки сигналов, подключенный к выходу детекторного устройства, блок свертки, блок обратной проекции, подключенный к выходу блока свертки, и видеоконтрольное устройство, подключенное к выходу блока обратной проекции , отличающийс  тем, что, с целью сокращени  времени обследовани  за счет уменьщени  количества операций умножени  при свертке, введены накапливающий сум- матор, сдвигающий регистр и коммутатор, причем выход блока предварительной обработки сигналов соединен с входом накапливающего сумматора и с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом сдвигающего регистра, выход коммутатора соединен с входом блока свертки, а выход накапливающего сумматора соединен с входом сдвигающего регистра.

   Г5

   й/г J

   пг

   -

   Йд

   Фиг 5

   Составитель Н. Галамага

   Редактор Л. ГратиллоТехред И. ВересКорректор Г. Решетник

   Заказ 7729/5Тираж 617Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

   113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4