DE2646118A1 - Anordnung zur erzeugung zwei- und/oder dreidimensionaler bilder dreidimensionaler gegenstaende - Google Patents

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2000 Hamburg, Steindamm 94

"Anordnung zur Erzeugung zwei- und/oder dreidimensionaler Bilder dreidimensionaler Gegenstände"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung zwei- und/oder dreidimensionaler Bilder dreidimensionaler Gegenstände, enthaltend wenigstens zwei Strahlungsquellen, eine Detektoranordnung, einen Computer, einen Processor und eine Wiedergabeeinrichtung.

Derartige Anordnungen sind bekannt, so z.B. aus den Zeitschriften "British Journal of Radiology", 1973, Seiten 1016 bis 1022, und "Proceedings Nat. Acad. Sei.", USA, Vol. 68,

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Sept. 1971, Seiten 2236 bis 2249.

Mit diesen bekannten Anordnungen, sogenannten Röntgenscannern, ist es möglich, eine bzw. maximal zwei benachbarte Schichten eines dreidimensionalen Gegenstandes, z.B. eines menschlichen Körpers, darzustellen. Nachteilig ist dabei, daß zur Darstellung einer einzelnen Schicht mechanische Bewegungen erforderlich sind und daß ein dreidimensionaler Gegenstand nur schrittweise durch Wiederholung des Abtastvorganges in einen Satz vieler Schichten zerlegt werden kann. Dies führt bei bewegten Objekten (z.B. des schlagenden Herzens) zu erheblichen Schwierigkeiten, da jeder Abtastvorgang das Objekt in einer anderen Konstellation vorfindet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe Bilder auch bewegter Gegenstände hergestellt werden können, ohne daß Fehler durch Form- und/oder Lageveränderungen des Gegenstandes hervorgerufen werden.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß eine Anzahl Strahlungsquellen auf einer Geraden angeordnet sind, daß die Detektoreinrichtung aus einer Vielzahl, in einer parallel zu der Geraden liegenden Ebene angeordneter Detektorelemente besteht, und daß Mittel zur Aufbereitung der den Detektorelementen entnehmbaren Signale und Zuführung in den Computer vorgesehen sind.

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Dabei können die Strahlungsquellen entweder nacheinander kurzzeitig eingeschaltet werden oder aber gleichzeitig, wobei die einzelnen Strahlen unterschiedlich moduliert werden, um sie bei der Veiterverarbeitung unterscheiden zu können.

Während der Einschaltdauer einer oder aller Strahlungsquellen werden alle Detektorelemente abgetastet und ihre in analoger Form auftretenden Signale in Digitalwerte umgewandelt. Diese Digitalwerte werden anschließend, gegebenenfalls nach Zwischenspeicherung in einem Puffer, dem Computer zugeführt und in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet.

Dabei können die Detektorelemente entweder gleichzeitig oder nacheinander abgefragt werden. Eine gleichzeitige Abfragung verkürzt zwar die Auswertezeit, erfordert aber, daß jedem Detektorelement ein eigener Analog-Digital-Wandler zugeordnet ist. Andererseits bedarf es bei einer sequentiellen Abtastung einer Multiplexeinrichtung, die die Signale in richtiger Reihenfolge dem Analog-Digital-Wandler zuführt und anschließend wieder richtig zusammensetzt, bevor sie dem Computer zugeführt werden.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der vorgeschlagenen Anordnung, Fig. 2 eine erweiterte Detailzeichnung,

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Fig. 3a,b die geometrischen Verhältnisse bei der vorgeschlagenen Anordnung, und
Fig. 4 eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.

Eine Anzahl Strahlungsquellen (z.B. Röntgenröhren) 1, 2, 3, 4 sind auf einer Geraden 5 angeordnet. Unter diesen Strahlungsquellen befindet sich ein zu untersuchender Gegenstand 6 und unter diesem ein zweidimensionales, ebenes Detektorfeld 7. Dieses Feld ist parallel zu der Geraden 5 angeordnet.

Die z.B. von der Strahlungsquelle 3 ausgehenden Strahlen 8 durchdringen den Gegenstand 6 und treffen auf das Detektorfeld

Dieses Detektorfeld 7 enthält eine Anzahl Reihen mit einzelnen Detektorelementen. Fig. 2 zeigt zwei solcher Reihen mit Detektorelementen 7* und 7¹¹. Diesen Detektorelementen können auch in bekannter Weise lineare oder auch logarithmische Verstärker zugeordnet sein.

Die Detektorelemente sind gruppenweise mit den Eingängen einer ersten Multiplexeinrichtung 13', 13^lf, 13¹'¹ verbunden, die während oder nach der Bestrahlungszeit alle Detektorelemente nacheinander abtastet und deren Ausgangssignale einem Analog-Digital-Wandler 9 zuführt. Mehrere Ausgänge der Analog-Digital-Wandler 9 werden wiederum durch einen zweiten digitalen Multiplexer 14 zu einem Kanal zusammengefaßt. Diese Digitalsignale werden sodann in an sich bekannter Weise einem Computer 10

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zugeführt und nach Aufbereitung mittels eines Processors 11 als Bild von einem Wiedergabegerät 12 dargestellt. Je nach Auslegung der Anordnung kann entweder der erste Multiplexer entfallen, falls viele Analog-Digital-Wandler vorgesehen sind, oder auch der zweite, falls bloß ein Analog-Digital-Wandler vorgesehen ist oder der Computer 10 mehrere Dateneingangskanäle besitzt. Falls der Computer 10 die Daten nicht mit hinreichender Schnelligkeit aufnehmen kann, so muß vor diesem noch ein Pufferspeicher 15 vorgesehen werden.

An Hand der Fig. 2 sei erläutert, wie sich das dreidimensionale Rekonstruktionsproblem in einen Satz zweidimensionaler Rekonstruktionen umwandelt. Der Einfachheit halber zeigt Fig. 2 nur zwei Strahlungsquellen, nämlich 3 und 4. Stellt man sich vor, daß sich die Strahlungsquelle 3 linear bis zur Strahlungsquelle 4 bewegt, so ist leicht zu erkennen, daß alle Strahlenwege zwischen der Strahlungsquelle und einer Detektorzeile stets nur eine einzige Scheibe des Gegenstandes 6 durchqueren, nämlich die Scheibe 6· bzw. 6¹'. Diese gedachte Bewegung der Strahlungsquelle 3 ist bei der vorgeschlagenen Anordnung durch die nächste Strahlungsquelle 4 ersetzt. Vorteilhaft ist dabei, daß das mathematische Problem dahingehend reduziert ist, daß nur mit den Meßdaten der Zeile 7¹ die Schicht 6¹ rekonstruiert wird, da Elemente dieser Schicht mit keiner anderen Detektorzeile verknüpft sind.

Im folgenden sei kurz erläutert, wie die genannte Rekonstruktion erfolgen kann. Selbstverständlich sind auch andere Methoden

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möglich. Die Figuren 3a und 3b zeigen nochmals einen Teil der Fig_# 2. Dabei ist das Strahlenfeld der Strahlungsquelle 1 angedeutet, das unter einem WinkelJK₁ strahlt, ebenso das der Strahlungsquelle 4 mit einem Strahlungswinkel J^Y.

Ein Koordinatensystem ist durch x, y beschrieben. Eine Scheibe 6· des Gegenstandes 6 darf den Bereich ABCD nicht überschreiten, damit er stets ganz im Strahlenweg liegt. Durch eine einfache Koordinatentransformation, entsprechend

y = y

wird die Geometrie der Fig. 3a in die Geometrie der Fig. 3b abgebildet. Die Strahlungsquellen 1, 2, 3, 4 verschwinden scheinbar im Unendlichen, und die Rekonstrukion beschränkt sich auf eine Rekonstruktion aus parallelen Strahlen. Die weiteren Schritte der Rekonstruktion sind die folgenden.

1. Alle Projektionen der Quellen werden (nach der Analog-Digital- Wandlung und einer Logarithmierung) durch eine Fourierreihe dargestellt.

2. Die Koeffizienten der Fourierreihen werden mit einer Matrix multipliziert.

3. Das Ergebnis ergibt die Lösungskoeffizienten für Orthogonalfunktionen des Orthogonalbereiches abcd, die das Objekt beschreiben.

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4. Das so rekonstruierte Objekt wird geometrisch auf die Geometrie x, y abgebildet. Der Orthogonalbereich ist dann durch abcd gegeben.

Eine Abwandlung der vorgeschlagenen Anordnung kann darin bestehen, daß zwei Einheiten der beschriebenen Anordnung um einen größeren Winkel (z.B. 90°) versetzt angeordnet sind, wie Fig. 4 zeigt. Es werden dann zwei oder mehrere völlig voneinander getrennte Rekonstruktionen des Gegenstandes vorgenommen, deren Ergebnisse zum Schluß überlagert werden. Auf diese Weise kann der Quellbereich, aus dem der Gegenstand durchstrahlt wird, noch erweitert werden. Dazu zeigt Fig. weitere, gegen die Strahlungsquellen, 1, 2, 3, 4 nach Fig. um 90° versetzte Strahlungsquellen 1', 2^f, 3¹, 4^f.

Wie eingangs ausgeführt, können die Strahlungsquellen nacheinander wirksam gemacht werden. Um jedoch die Spitzenbelastung jeder Strahlungsquelle herabzusetzen, ist es auch möglich, alle Strahlungsquellen gleichzeitig wirksam zu machen, ihre Strahlen jedoch mit unterschiedlichen Frequenzen zu modulieren, was auf mechanischem oder elektrischem Wege geschehen kann. Der Ausgang jedes Detektors kann durch eine Gruppe von Bandfiltern, die auf die verschiedenen Modulationsfrequenzen abgestimmt sind, in viele Kanäle aufgespalten werden. Das Signal jedes Kanales wird dann nur bestimmt von der Strahlung der zugehörigen Quelle.

PATENTANSPRÜCHE: PHD 76-157 - β -

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Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. 'Anordnung zur Erzeugung zwei- und/oder dreidimensionaler Bilder dreidimensionaler Gegenstände, enthaltend wenigstens zwei Strahlungsquellen, eine Detektoranordnung, einen Computer, einen Processor und eine Wiedergabeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Strahlungsquellen (1, 2, 3, 4) auf einer Geraden (5) angeordnet sind, daß die Detektoreinrichtung (7) aus einer Vielzahl, in einer parallel zu der Geraden (5) liegenden Ebene angeordneter Detektorelemente (7*, 7") besteht, und daß Mittel (9, 11) zur Aufbereitung der den Detektorelementen (7¹, 7¹¹) entnehmbaren Signale und Zuführung in den Computer (10) vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum sequentiellen Wirksammachen der Strahlungsquellen (1, 2, 3, 4) vorgesehen sind, und daß Mittel zur Abtastung der Detektorelemente (7¹, 7¹¹) während der Wirkungszeiten der Strahlungsquellen (1, 2, 3, 4) vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum gleichzeitigen Wirksammachen der Strahlungsquellen (1, 2, 3, 4) sowie Mittel zur Modulation der von den Strahlungsquellen ausgehenden Strahlen vorgesehen sind, und daß jedem Detektorelement (7¹, 7¹¹) ein Mittel zur Aufbereitung der diesen Detektorelementen entnehmbaren Signale zugeordnet ist.

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