SU857815A1 - Способ вычислительной рентгеновской томографии и рентгеновский томограф дл осуществлени способа - Google Patents

Description

ни , производство которого св зано со значительными трудност ми. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  способ вычислительной рентгеновской томогра фии, заключающийс  в том, что производ т облучение исследуемого тела коллимированным пучком рентгеновского излучени  по N пересекающимс  совокупност м траекторий с помоцью источника веерного пучка и поворотного щелевого коллиматора, регистрируют прошедшее через тело излучение с помощью детектора, причем каждую совокупность траекторий получают при разных угловых положени х источника и детектора относительно исследуемог тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью измерени  интенсивностей прошедшего через тело излучени . При этом, устройство рентгеновского томографа дл  реализации способа содержит источник веерного рентгеновского ,поворотный аделевой коллиматор в виде кольца, детектор излучени , выполненный в виде газонаполненной многоканальной ионизационной камеры, систему обработки сиг- налов и восстановлени  изображени  4 Недостатком .известного техническо го решени   вл етс  то, что, несмотр  на большую чувствительность и точ ность измерений, обусловленную меньшими различи ми в чувствительности каждого канала, нежели в случае обьй ных осцинтилл ционных детекторов,использование многоканального детекто-ра приводит к необходимости контрол  чувствительности по каждому каналу и учета различий в этой чувствительности , дл  того чтобы исключить ошибки при восстановлении изображени  среза тела. Кроме того, газонаправленные детекторы дорог и требуют тщательной регулировки при изготовлении . Цель изобретени  - повышение точности восстановлени  изображени  за счет обеспечени  возможности использовани  одного точечного детектора. Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу вычислительной рентгеновской томографии, заключающемс  в том, что производ т облучение исследуемого тела коллимарованным пучком рентгеновского излучени  по N пересекающимс  совокупност м траекторий с помощью источника веерного пучка и поворотного вделевого т оллиматора , регистрируют прошедшее чер . тело излучение с помощью детектора, причем каждую совокупность траекторий получают при разных угловых поло жени х источника и детектора относительно исследуемого тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью ЭВМ по измеренным интенсивност м прошедшего через тело излучени , облучение тела по каждой совокупности траекторий производ т при неподвижном детекторе и повороте источника веерного пучка и щелевого коллиматора в угловом диапазоне, определ емом углом раскрыти  веерного пучка при отношении угловых скоростей поворота источника и коллиматора, равном 1/(1 +Л,/ч , где Ч - угол раскрыти  веерного пучка, aoL - угол, определ емый из выражени  tgA/2 tg7/2. () где радиусы поворота источника и коллиматора, соответственно , причем после полного прохождени  щели коллиматора относительно веерного пучка производ т перемещение детектора в новое угловое положение . При этом, дополнительно формируют сигнал начала и окончани  прохождени  щели коллиматора относительно веерного пучка и используют эти сигналы дл  управлени  перемещением детектора и поворотом источника и коллиматора . Рентгеновский томограф дл  реализаций способа, содержащий источник веерного рентгеновского пучка, поворотный щелевой коллиматор в виде, по крайней мере, части кольца, детектор излучени , приводы поворотов источника , коллиматора и детектора, систему обработки сигналов детектора и восстановлени  изображени , отличаетс  тем, что в нем использован точечный детектор, снабженный отдельным приводом поворота в шаговом режиме , источник и щелевой коллиматор снабженьа единым приводом поворота с расцепл емой передачей, имеющей передаточное отношение, равное l/(l+dil f, где Ч - угол раскрыти  веерного пучка , ad- - угол, определ емый выражением tg(i/2 ), где R и R - радиусы поворота источника и коллиматора, причем щелевой коллиматор содержит совокупность щелей, количество которых, по крайней мере, равно требуемому количеству совокупностей траекторий, и угловое рассто ние между щел ми с nofiTpoM в фокусе источника выбрано не меньшим угла раскрыти  веерного пучка. Кроме того, в томограф введена схема дифференцировани  сигнала детектора , вырабатывающа  сигналы начала и окончани  цикла облучени  тела по каждой совокупности траекторий и соединенна  со схемой управлени  приводом перемещени  детектора и схемой управлени  механизмом расцеплени  передачи привода поворота источника и коллиматора. При этом, щелевой коллиматор выполнен в виде части кольца, угловые камеры которой выбраны меньшими ( 3iia+oLia-v J).

На фиг.1 показана обща  схема томографических измерений в соответствии с предлагаемым способом; на фиг.2 - схема механизма привода поворотов источника и коллиматора; на фиг.З - то же, разрез.

Рентгеновский томограф дл  вычислительной томографии содержит источник 1 эеерного рентгеновского пучка, вращающийс  щелевой коллиматор 2, точечный детектор 3 излучени ,соединенный с усилителем 4, выходы которого подключены к устройству 5 дл  обработки сигналов детектора и восстановлени  изображени , а также к дефференцирующей схеме 6. В общем случае, поворот источника 1 и щелевого коллиматора 2 осуществл етс  от независимых приводов 7 и 8, подключенных к схеме синхронизации 9, котора  подключена к дифференцирующей схеме б, второй выход которой подключен к устройству 5, Поворот детектора производитс  от привода поворота в шаговом режиме 10, которы также соединен с дифференцирующей схемой 6.

В предпочтительном варианте выполнени  поворот источника 1 и щелевого коллиматора 2 производитс  с помощью расцепл емой зубчатой переда- чи, схема которой показана на фиг.2. Источник 1 закреплен на зубчатом ободе 11, а коллиматор, выполненный в виде кольца с прорез ми, также содержит зубчатую часть. Обод 11 и. зубчата  часть коллиматора 2 вступают в зацепление с зубчатыми колесами 12 и 13, совместное вращение которых производитс  с помощью вспомогательного зубчатого колеса 14 которое может выходить из зацеплени  с колесами 12 и 13 с помощью механизма 15, управл емого сигналами с дифференцирующей схемы 6. При такой конструкции механизм 15 выполн ет роль схемы синхронизации 9 {фиг.1 Колесо 13 соединено непосредственно с приводом поворота 7, а колесо 12 установлено на фиксированном подщипнике 16.

Рентгеновский томограф работает следующим образом.

Источник веерного пучка 1, щелевой коллиматор 2 и детектор 3 излучени  в исходном положении устанавливаютс  таким образом, чтобы граничный луч по отношению к исследуемому телу 17. попадал на детектор, причем этот граничный луч  вл етс  и границей (на фиг.1 левой) веерного пучка. Затем при неподвижном детекторе начинают одновременное-вращение источника 1 и щелевого коллиматора 2 таким образом, чтобы за врем прохождени  источником 1 по окружности поворота углового рассто ни , равного углу раствора веерного пучка щель коллиматора 2 пересекала сечение веерного пучка, в результате чего детектор 3 зарегистрирует последовательность элементарных пучков, сход щихс  к нему из различных точек окружности поворота источника 1. В конце пересечени  веерного пучка указанной щелью коллиматора 2 желательно , чтоби вырезаемый ею луч был граничным к исследуемому гелу 17, причем он одновременно  вл етс  другой границей веерного пучка. Таким

0 образом, получают одну совокупность траекторий исследуемого тела, по которым измер ют величину поглощени  излучени .

Дл  осуществлени  описанного режи5 ма работы необходимо, чтобы источник и щелевой коллиматор перемещались по своим окружност м поворота с угловыми скорост ми, отношение которых равно 1/(l+ci./V) , где Ч - угол раскрыти  веерного пучка, ad- угол,

0 определ емый из выражени  tga(/a : tgЧ/a.(),гдe RI и R - радиусй окружностей поворота источника и щелевого ко.;лиматора. Указанное условие выводитс  из элементарных геометри5 ческих соображений.

Дл  получени  томографического изображени  необходимо измерить поглощение излучени  по N пересекающимс  совокупност м траектории. СоответD ственно, щелевой коллиматор содержит не менее N щелей, разделенных угловым промежутком не Менее угла раскрыти  веера, если смотреть из фокуса источника. По окончании съемки

5 одной совокупности траекторий, источник 1 останавливаетс  и детектор 3 перемещаетс  в следующее угловое положение (на фиг.1 показано пунктиром ) , в котором на него попадает

0 луч,  вл ющийс  противоположной границей веерного пучка. Этот луч вырезаетс  следующей щелью коллиматора.

Управление поворотами источника 1, коллиматором 2, механизмом расцеплени  15 и приводом поворота детек5 тора 10 осуществл етс  с помощью дифференцирующей схемы б, подключенной к выходу усилител  4. Эта схема по нарастанию и спаду амплитуды вырабатывает сигналы начала и окончани 

0 цикла облучени  тела. Когда перва  щель коллиматора 2 выходит за угловой диапазон, .ограничиваемый положением детектора 3, схема 6 вырабатывает сигнал окончани  цикла, по ко5 торому происходит срабатывание механизма расцеплени  15. в результате чего источник останавливаетс . Вращение коллектора 2 YIpи этом может также прекращатьс  или может продолжатьс  (фиг.2 и 3).

О

Одновременно сигнал окончани  цикла поступает на привод поворота детектора 10, который производит перемещение детектора в новое угловое положение. Скорости перемещени  де5 тектора 3 и скорость перемещени  голлиматора при заданной величине тревышени  рассто ни  между щел ми на рассто ние, определ емое углом раствора веерного пучка, выбирают та ким образом, чтобы детектор устанав ливалс  в новое положение до входа следующей щели в пучок источника. . После перевода детектора в новое положение и при вводе следзпощей щели коллиматора в пучок схема 6 вырабатывает сигнал начала цикла измерений по которому производитс  ввод шестер ни 14 в зацепление с шестерн ми 12 и 13 и начинаетс  совместное перемещение источника 1 и коллиматора 2 по и окружност м поворота. Таким образом, осус;ествл  от съемк всех ,N совокупностей траекторий. Дифференцирующа  схема 6 также соединена с устройством 5 дл  обработки сигналов детектора и восстанов лени  изображени  с целью согласовани  его работы с описанным режимом съема полезных сигналов. Описанный вариант не  вл етс  еди ственЕ ым, так как используютс  независимые приводы поворотов источника и коллиматора и., могут примен тьс  несколько коаксиальных коллиматоров дл  лучшего формировани  пучков и т.д. Предлагаемый способ и рентгеновский томограф позвол ют осуществл ть измерени  с помощью точечного детектора обычной конструкции, что оптими зирует услови  съема информации, при использовании стандартных источников веерного рентгеновского пучка, формула изобретени  1. Способ вычислителыюй рентгеновской томографии, заклк дающийс  в том, что производ т облучение исследуемого тела колЛимарованным пучком рентгеновского излучени  по N пересекающимс  совокупност м траекторий с помощью источника веерного пучка и поворотного щелевого коллиматора, регистрируют прошедшее через тело излучение с помощью детектора,, причем каждую совокупность траекторий получают при разных угловых положени х источника и детектора относител но исследуемого тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью ЭВМ по измеренным интенсивност м прошедшего через тело излучени , от личающийс  -тем, что, с целью повышени  точности восстановлени изображени  за счет обеспечени  . возможности использовани  одного точечного детектора, облучение тела по каждой совокупности траекторий производ т при неподвижном детекторе и повороте исргочника веерного пучка и щелевого коллиматора в угловом диапазоне, определ емом углом раскры ти  веерного пучка, при отношении угловых скоростей поворота источника и коллиматора, равном 1/( , где Ч - угол раскрыти  веерного пучка, а сС - угол определ емый из выражени  tgoL/2 () i-fle К.-.и Rf -2. радиусы поворота источника и коллиматора , соответственйо, причем после полного прохоиодени  щели коллиматора относительно веерного пучка производ т перемещение детектора в новое угловое положение. 2.Способ по п.1, отличающийс  тем, что дополнительно формируют сигналы начала и окончани  прохождени  щели коллиматора относительно веерного пучка и используют эти сигналы дл  управлени  перемещением детектора и поворотом источника и .коллиматора. 3.Рентгеновский томограф дл  реализации способа по пп.1 и 2, содержащий источник веерного рентгеновского пучка, поворотный щелевой коллиматор в виде, по крайней мере, части кольца, детектор излучени , приводы поворотов источника, коллиматора и детекторы, систему обработки сигналов детектора и восстановлени  изображени , о т л и ч а щ и и с   тем, что в нем использован точечный детектор, снабженный отдельным приводом поворота в шаговом режиме, источник и щелевой коллиматор снабжены единым приводом поворота с расцепл емой передачей, имеющей передаточное отношение, равное l/(l + oL/), .где Ч - угол раскрыти  веерного пучка, а dL - угол, определ емый выражением tgd/Z. /R-1- Ra где R;, и RQ - радиусы по 2R,j ворота источника и коллиматора, причем щелевой коллиматор содержит совокупность щелей, количество которых , по крайней мере, равно требуемому количеству совокупностей траекторий , и угловое рассто ние между щел ми с центром в фокусе источника выбрано не меньшим угла раскрыти  веерного пучка. 4.Томограф поп.З, отличаю щ и и с   тем, что в томограф введена схема дифференцировани  сигнала детектора, вырабатывающа  сигналы начала и окончани  цикла облучени  тела по каждой совокупности траекторий и .соединена со схемой управлени  приводом перемещени  детектора И схемой управлени  механизмом расцаплени  передачи привода поворота источника и коллиматора. 5,Томограф поп.З, отличающийс  тем, что щелевой коллиматор выполнен в виде части кольца, гловые размеры которх й выбраны мень .,.... /тг1п J. J /п 10 / ими (jr/a +d/2 - Ч ( Источники инфо11мации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент Великобритании № 1283915, кл. Н 5 R, опублик. 1972. л - а sf n f/nn «3 PI 2728815, кл. A 61 В 6/00, опублик. 1978. 3. За вка Франции 2393323, л. G 01 Т 1/16, опублик. 1979. 4. Выложенна  За вка ФРГ № 2738045, ч. jjoujwmctinan ааивла vf i rr КЛ. A 61 В 6/00, опублик. 1978 ( прототип) .

f/

/5

Claims (5)

1. формула изобретения

   1. Способ вычислительной рентге- 40 новской томографии, заклк дающийся в том, что производят облучение исследуемого тела коллимарованным пучком рентгеновского излучения по N пере-¹ секающимся совокупностям траекторий 45 с помощью источника веерного пучка и поворотного щелевого коллиматора, регистрируют прошедшее через тело излучение с помощью детектора,, причем каждую совокупность траекторий jq получают при разных угловых положениях источника и детектора относительно исследуемого тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью ЭВМ по измеренным интенсивностям прошедшего через тело излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности восстановления изображения за счет обеспечения . возможности использования одного точечного детектора, облучение тела 60 по каждой совокупности траекторий производят при неподвижном детекторе и повороте источника веерного пучка и щелевого коллиматора в угловом диапазоне, определяемом углом раскры- 65 тия веерного пучка, при отношении угловых скоростей поворота источника и коллиматора, равном 1/(l+ai./'/'J , где .Ч’ - угол раскрытия веерного пучка, ад, - угол определяемый из выражения tgd/2 = £де й^. и R<-<

   ~^к2 < ..... ;

   радиусы поворота источника и коллиматора, соответственйо, причем после полного прохождения щели коллиматора относительно веерного пучка производят перемещение детектора в новое угловое положение.
2. 2. Способ по п.1, отлич а ю щ и й с я тем, что дополнительно формируют сигналы начала и окончания прохождения щели коллиматора относительно веерного пучка и используют эти сигналы для управления перемещением детектора и поворотом источника и коллиматора.
3. 3. Рентгеновский томограф для реализации способа по пп.1 и 2, содержащий источник веерного рентгеновского пучка, поворотный щелевой коллиматор в виде, по крайней мере, части кольца, детектор излучения,

   -приводы поворотов источника, коллиматора и детекторы, систему обработки сигналов детектора и восстановления изображения, о т л и ч а ю^; щ и й с я тем, что в нем использован точечный детектор, снабженный отдельным приводом поворота в шаговом режиме, источник и щелевой коллиматор снабжены единым приводом поворота с расцепляемой передачей, имеющей передаточное отношение, равное 1/(l+oL/Ό , где Ч - угол раскры тия веерного пучка, a cL - угол, определяемый выражением tgd/'Z = tg4ll /R-ι— Ro.

   2R_<I ' где 1Ц и R_a- радиусы поворота источника и коллиматора, причем щелевой коллиматор содержит совокупность щелей, количество которых, по крайней мере, равно требуемому количеству совокупностей траекторий, и угловое расстояние между щелями с центром в фокусе источника выбрано не меньшим угла раскрытия веерного пучка.
4. 4. Томограф поп.З, отличаю щ и й с я тем, что в томограф введена схема дифференцирования сигнала детектора, вырабатывающая сигналы начала и окончания цикла облучения тела по каждой совокупности траекторий и соединена >со схемой управления приводом перемещения детектора ₍и схемой управления механизмом расцепления передачи привода поворота источника и коллиматора.
5. 5. Томограф поп.З, отличающийся тем, что щелевой коллиматор выполнен в виде части кольца, угловые размеры которой выбраны меньшими (JT/2 +0L/2 - Ч (.