DE2740367A1

DE2740367A1 - Verfahren und einrichtung zur erzeugung eines tomographischen bildes

Info

Publication number: DE2740367A1
Application number: DE19772740367
Authority: DE
Inventors: Keith Allan Brueckner; John Henry Lewis
Original assignee: Xonics Inc
Current assignee: Xonics Inc
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1977-09-08
Publication date: 1978-03-16
Also published as: NL7705995A; GB1540345A; FR2364019A1; JPS5335397A; BE855760A; IT1090055B; CA1054263A; US4072289A

Description

18.7.1977 W/He - "β. - χ£

Die Erfindung bezieht sich auf die axiale Tomographie, die auch als Röntgen-Schichtaufnahmetechnik bezeichnet wird. Die Theorie dieser Methode ist beispielsweise in "Image Reconstruction from Projections" von Richard Gordon u.a., Scientific American, Oktober 1975, Seiten 56-68 beschrieben.

Bei einer typischen axialen tomographischen Einrichtung nimmt ein Detektor Strahlung von einer Röntgenquelle längs einer Vielzahl von Sätzen von Pfaden auf, wobei wenigstens einige der Pfade eines Satzes durch das zu betrachtende Objekt gehen, und wobei die Sätze von Pfaden einander überlappen, wodurch eine Vielzahl von Sätzen von Strahlungsdetektorausgangssignalen entstehen. Diese Detektorsignale werden dann in einem komplexen Rechnervorgang ausgewertet, um das gewünschte Bild zu erzeugen. Eine derartige Einrichtung ist in GB-PS 1.283.915, ferner im Aufsatz "Theory of Image Reconstruction in Computed Tomography von Rodney A. Brooks, u.a., erschienen in Radiology 117, Seiten 561-572, Dezember 1975 und im Aufsatz "Computerized Transaxial X-ray Tomography of the Human Body" von R# S. Ledley, u.a., erschienen in Science, 18. Oktober 1974, Band 186, Nummer 4160.

Diese bekannten Einrichtungen, die einen Rechner zur Verarbeitung der Daten verwenden, sind verhältnismäßig aufwendig, weil eine relativ hohe Rechnerkapazität erforderlich ist. Auch ist ein erheblicher Zeitaufwand zur Durchführung der Berechnungen für ein Bild erforderlich.

Bei den bekannten Einrichtungen ist es erforderlich, die Detektorausgangssignale digital darzustellen, und daraus ergibt sich eine schlechtere Bildauflösung. Um die Auflösung zu verbessern, müßte die Röntgenstrahldosierung erhöht werden, was in vielen Fällen unerwünscht ist. Eine spezielle bekannte rechnergesteuert· axiale Tomographieeinrichtung ergibt eine Sichtanzeigematrix von 180 Bits χ 180 Bits für einen Gehirnabschnitt. Im Vergleich hierzu kann die analoge Einrichtung nach vorliegender Erfindung unter Verwendung eines herkömmlichen TV-Monitors als Sichtanzeige 1000 Bits χ 1000 Bits für einen ftehirnabschnitt ergeben.

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Zusätzlich erzeugen die bekannten Einrichtungen Bilder, deren Qualität vermindert ist, wenn der rediographierte Gegenstand sich auch nur im geringsten während des anschließenden Anzeige-(Abtast)-Vorganges bewegt. Eine derartige Bewegung bewirkt, daß die digitalen Bildrekonstruktionsalgorithmen Strukturen ergeben, die schwierig und zeitaufwendig im Rechner zu korrigieren sind. Im Vergleich hierzu ergibt die analoge Einrichtung nach vorliegender Erfindung nicht die gleichen Schwierigkeiten, da solche durch die Bewegung induzierten Strukturen nicht während des analogen ^eildrekonstruktionsvorganges erzeugt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein neuartiges und verbessertes Verfahren sowie eine Einrichtung für die axiale Tomographie zu schaffen, die die herkömmlichen Strahlungsabtastkonfigurationen verwenden können, während Auflösung und Bildqualität verbessert werden, ohne daß die Röntgenstrahldosierung erhöht werden müßtej insbesondere sollen Verfahren und Einrichtung analog anstatt digital arbeiten, und die Einrichtung soll wesentlich kostengünstiger sein als bekannte Einrichtungen.

Ferner ist Ziel vorliegender Erfindung ein analoges Verfahren der Bildrekonstruktion, das auf tomographische Bilder anwendbar ist gleichgültig, ob diese durch Gammastrahlen, Röntgenstrahlen oder durch Ultraschallstrahlung erzeugt werden. Die angezeigte Strahlungsart kann entweder das übertragene Röntgenstrahlbündel sein, das eine Messung der Dämpfung längs eines Strahles ist, wie im Falle bekannter Einrichtungen, oder ein emittierter Strahl, der eine Messung der Quellenstärke längs eines kollimierten Strahles ist, wie bei Nuklearmedizinmethoden. Ultraschallstrahlung kann entweder als ein intensitätsgesteuertes Signal oder als temporäres (Flugzeit)Signal gemessen werden. Die integrierte Geschwindigkeit des Ultraschallstrahles durch den abgebildeten Gegenstand hindurch ist ein Maß für die Materialdispersion im Gegensatz zur Dämpfung und stellt eine zusätzliche information dar, die abgebildet werden kann.

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Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann herkömmliche Röntgenstrahl- oder Ultraschallquellen und Detektor- sowie Abtastmechanismen zur Erzeugung der Vielzahl von Sätzen von Strahlungsdetektorausgangssignalen verwenden. Die Einrichtung weist ferner Mittel zur Speicherung der Detektorausgangssignale in analoger Form auf, wobei die Signale eines Satzes den Signalen eines anderen Satzes so überlagert werden, daß Signale, die sich aus der Strahlung durch eine Zone des zu prüfenden Objektes ergeben, in einer entsprechenden Zone in der Speichervorrichtung summiert werden, die typischerweise eine elektronische Speicherröhre ist. Diese summierten Signale werden aus der Speichervorrichtung mit einer radial umgekehrt proportionalen Leseeinrichtung ausgelesen, die ein zweites Signal zur Speicherung erzeugt, wiederum typischerweise in einer elektronischen Speicherröhre. Diese signale, die in der zweiten Speichervorrichtung gespeichert werden, werden nach einer Laplacebeziehung ausgelesen, wobei das resultierende Signal ein Videosignal ist, das sur Verwendung mit einem TV-Monitor zur Sichtanzeige des Schnittbildes geeignet ist. Diese Sichtanzeige kann zur permanenten Aufzeichnung fotographiert werden, oder aber das Videosignal kann .zur permanenten Aufzeichnung aufgezeichnet werden. Nach anderen Ausführungsformen der Erfindung werden optische Filmsysteme und elektrostatische Systeme verwendet.

Das Verfahren nach vorliegender Erfindung umfaßt die Speicherung der Detektorausganggßignale in analoger Form, wobei Signale eines Satzes Signalen eines anderen Satzes überlagert sind, und wobei die Signale, die sich aus der durch eine Zone des zu prüfenden Objektes hindurchgehenden Strahlung ergeben, an einer entsprechenden Speicherzone geprüft werden, z.B. durch Einschreiben der Signale in eine elektronische Speicherröhre oder Belichten eines fotographischen Filmes oder Erzeugen von Ladungen auf einem dielektrischen Material. Die summierten Signale werden in einer radial umgekehrt proportionalen Beziehung ausgelesen, damit ein zweites Signal erzeugt wird, das wiederum gespeichert wird. Das gespeicherte zweite Signal wird nach einer Laplacebeziehung ausgelesen, damit ein Ausgang erzeugt wird, der ein Videosignal ist, das dem gewünschten Schnittbild entspricht.

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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schem-tisch eine bekannte Ausführungsform einer axialen Tomographieabtastung bei Verwendung eines Nadelstrahles,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Verwendung des Detektorausganges nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer bevorzugten Lesestrahlelektronenflußdichte für die erste Speicherröhre der Einrichtung nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Diagramm ähnlich dem nach Fig. 1 mit Fächerstrahl,

Fig. 4A ein Diagramm, das eine Detektoranordnung mit Kollimierung darstellt,

Fig. 4B ein Diagramm, das einen Betrieb mit Ultraschallquelle und Detektor darstellt,

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer optischen Einrichtung nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer elektrostatischen Einrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Abtastkonfiguration, wie sie in der Axialtomograph!e verwendet wird. Eine Röntgenquelle 10 erzeugt einen Nadelstrahl, der auf einen Strahlungsdetektor 11 längs eines Pfades durch das Objekt (Objektpfad) 12 gerichtet ist. Die Röntgenquelle und der Detektor werden über das Objekt 13 geführt, und es werden Strahlungsintensitätsmessungen längs eines Satzes von paralleftlen Pfaden, z.B. 100 Pfaden erreicht. Der Abtastmechanismus wird dann relativ zum Objekt gedreht, z.B. um ein Grad, und es wird eine zweite Abtastung durchgeführt, die einen zweiten Satz

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von parallelen Pfaden ergibt. Drei litze solcher Pfade, Abtastung 1, Abtastung 2 und Abtastung 3, sind in Fig. 1 gezeigt. Bei dem herkömmlichen Axialtoraographiesystem werden die Detektorausgangesignale digital dargestellt und bei der Berechnung des Querschnittsbildes des Objektes 13 verwendet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. .2 wird der Detektor 11 durch eine Abtasteinrichtung 15 Über das Objekt geführt, wobei der Detektorausgang auf der Signalleitung 16 in eine Elektronenspeicherröhre 17 eingeschrieben wird. Das Detektorausgangssignal für den Objektpfad 12 wird als eine Linie in der Speicherröhre gespeichert, wobei der Satz von Pfaden einer Abtastung einen Satz von Linien auf der Speicherröhre ergibt. Das Detektorausgangssignal für den Satz von Pfaden für die nächste Abtastung wird in Form von Linien auf der Speicherröhre über den Linien der vorausgehenden Abtastung eingeschrieben. Somit werden die Detektorausgangssignale für einen beliebigen Punkt im Objekt 13 an einer entsprechenden Stelle auf der Speicherröhre 17 summiert. Beispielsweise werden die Detektorausgangssignale für Strahlung, die durch den Punkt 20 des Objektes 13 geht, an der Stelle 21 der Speicherröhre 17 summiert.

Die nunmehr in der Speicherröhre 17 gespeicherten Signale werden von einer Abtasteinrichtung 24, beispielsweise unter Verwendung einer herkömmlichen Rasterabtastung, ausgelesen, wobei der Ausgang in einer zweiten Speicherröhre 25 gespeichert wird, und wobei das Signal an der Stelle 21* in der Röhre 25 dem Signal an der Stelle 21 in der Röhre 17 entspricht. In ähnlicher Weis« entspricht das Signal an der Stelle 22· in der Röhr« 25 dem Signal an der Stelle 22 in der Röhre 17.

Die Signale auf der Speicherröhre 25 werden durch eine andere Abtasteinrichtung 26 ausgelesen, die einen Ausgang auf der fifnal·» leitung 27 in Form eines Videosignale ergibt, das für die IiCB%· ψ anzeige auf der Kathodenstrahlröhre 2· geeignet ist, «eich· da· gewünschte, rekonstruierte tomographische IiId des «bjektes Il ergibt.

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Die Richtungen der Bildabtastungen entsprechen der Geometrie der Strahlungsquelle und des Detektors, üblicherweise in einem geänderten Maßstab. Das vollständige tomographische Bild wird durch Akkumulieren der Bilder für die vollständige Umdrehung des Detektorsystems gebildet. Um Randeffekte in de» endgültigen, verarbeiteten Bild zu vermeiden, soll das aufgezeichnete tomographische Bild zweckmäßigerweise etwa 50 bis 100% größer in der linearen Abmessung als die erwartete Größe des abgebildeten Objektes sein.

Das tomographische Bild T an der Stelle (r) ist weitgehend gleich T (r) m Dr- (1)

wobei das Integral über die zweidimensional Objektebene genommen wird. Das visuelle Objekt ö(r) kann aus dem tomographischen Bild durch den geometrischen Vorgang wiedergewonnen werden

0("r) - V² S(r) (2)

SU) - f (3)

I dr' T(r')
J [t - r* [

Das Integral über T(r'), das S(r) ergibt, kann durch einen Detektor durchgeführt werden, dessen Ansprechen umgekehrt proportional dem Abstand von der Abtaststelle ist, wodurch die Bildintensität integriert wird. Die Ableitung von S(r), die erforderlich ist, um das Bild zu erstellen, wird durch Signalsubtraktion bestimmt.

£² S(r) - konstant χ |jS(x +A,y) + S(x -Δ,γ) +

S(x, y +Δ) + S(x, y -Δ) - 4 S(x, y)J (4)

!©■it wird das rekonstruierte Objektsignal bei x, y aus den fünf Messungen an den Stellen χ - A, yj x, y i^j x, y gebildet. Dies kann durch sequentielles Verschieben des Integrators oder durch digitales Aufzeichnen des Ausganges für nachfolgende Subtraktion oder durch puls» oder ichl^emodulierte

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C ORIGINAL INSPECTED

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zerstörungsfreie Ablesung mit e-Strahl der S(r) Rekonstruktion erfolgen.

Der Elektronenstrahl der Abtasteinrichtung ist so ausgelegt, daß die gewünschte, umgekehrt proportionale Beziehung l/r erzielt wird. Die gewünschte Elektronenflußdichte im Strahl ist in Fig. dargestellt, wobei die Elektronenflußdichte umgekehrt mit dem Abstand von der Mitte des Strahles abnimmt. Dies wird durch herkömmliche Techniken erreicht, z.B. mit einem Elektronenstrahl, der durch Steuerung auf festen Brennpunkt geformt ist, oder durch Abtasten zwischen einem fokussierten und einem defokussierten Zustand, oder mit Hilfe eines spiralförmigen Nadelstrahles.

Bei ,der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Laplaoaarhe Operation ν durch Verwendung eines pulsmodulierten Nadelstrahles erzielt werden. Beispielsweise kann zum Ablesen an der Stelle 31 der Strahl viermal an der Stelle 31 und einmal an jeder von vier umgebenden Stellen pulsmoduliert werden, wobei die Ablesungen für die Signale an der Stelle 31 von den Ablesungen für die vier umgebenden Punkte subtrahiert werden. Zusätzlich gibt es Standardmethoden zur Erzielung der "Laplacschen Steigerung" durch Modulieren des Brennpunktes des abtastenden Elektronenstrahls um die interessierende Stelle. Der spiralförmige Nadel strahl kann ein Nadelelektronenstrahl sein, der in einer spiralförmigen gleichförmigen Winkelgeschwindigkeit um die Abtaststelle projiziert wird, wodurch die gewünschte integrierte Ablesung erzielt wird, die umgekehrt proportional dem radialen Abstand des Strahles von der Abtaststelle ist.

Vorliegende Erfindung ist nicht auf das in den Figuren 1 und 2 dargestellte spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es können eine Vielzahl von Komponenten verwendet werden. Beispielsweise kann eine Röntgenquelle verwendet werden, die einen Fächerstrahl anstatt des Nadelstrahles ergibt. Auch ist eine externe Röntgenquelle nicht erforderlich, und die Einrichtung kann mit einem Objekt verwendet werden, das eine oder mehrere

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Strahlungsquellen innerhalb des Objektes besitzt, wie dies in der Nuklearmedizin zur Anwendung kommt.

Zur Abbildung in der Nuklearmedizin soll der Detektor ein Bildgitter (collimating grid) aufweisen, das die Öffnung und den emittierten Strahl begrenzt. Der Detektor kann verschiedene Formen annehmen, er kann z.B. ein Scintillator, ein Filmstreifen, ein kontinuierlicher Scintillator, der von einer Fotozellenanordnung aufgenommen wird, ein Fotoleiter/Fotoemitter-Sandwich, z.B. CsI/SbCs, und eine elektronenradiographisehe Echtzeit-Aufzeichnungsvorrichtung sein. Die Strahlungsquelle und der Detektor können synchron miteinander abgetastet werden, oder das eine Element kann abgetastet werden, während das andere stationär ist. Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt, bei der die Strahlungsquelle 10' einen Facherstrahl zu einem Detektor 11· ergibt. Diese Anordnung ergibt einen Satz von konvergierenden Strahlungspfaden anstatt des Satzes von parallelen Pfaden der Konfiguration nach Fig. 1. Nach dem Belichten und Aufzeichnen der Detektorausgangssignale längs jedes Pfades des Satzes werden die Quelle und der Detektor relativ zum Objekt 13 gedreht, so daß eine andere Abtastung erhalten wird, die als Abtastung 2 in Fig. 4 dargestellt ist. Beispielsweise werden die Abtastungen in Intervallen von einem Grad über eine Drehung von 180° durchgeführt. Wenn radioaktive Quellen innerhalb des zu .untersuchenden Körpers verwendet werden, soll eine Kollimierung für die Detektoranordnung vorgesehen sein, wie z.B. in Fig. 4A gezeigt, bei der Bleche 32 vor den Detektoren der Anordnung II¹ positioniert sind, damit ein Pfad für jedes Detektorelement festgelegt wird. Eine gekrümmte Detektoranordnung, wie in Fig. 4 gezeigt, kann zur Erzielung von konvergierenden Pfaden verwendet werden. Andererseits kann eine lineare Anordnung zur Erzielung von parallelen Pfaden in Anwendung kommen. Bei einer anderen alternativen Ausführungeform kann ein kollimierter einzelner Detektor über den Körper entweder llngs eines geradlinigen Pfadea oder eines gekrüaunten Pfades geführt werden.

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Während die vorausgehendenErörterungen sich auf Röntgenstrahl- und Gammastrahlquellen und Detektoren bezogen haben, ist vorliegende Erfindung auch auf Einrichtungen anwendbar, bei denen Ultraschallquellen und -Detektoren verwendet werden. Die Dämpfung des Ultraschallstrahles oder die Verminderung der Geschwindigkeit des Ultraschallstrahles kann gemessen werden, um die Detektorausgangssignale zu erhalten. Beide Techniken sind üblich.

Ultraschallgeneratoren sind wesentlich kostengünstiger «la Röntgenquellen, und eine Anordnung 10* von Ultraschallgeneratoren kann in der in Fig. 4B gezeigten Weise verwendet werden, wobei die Generatoren nacheinander so gesteuert werden, daß sie die Sitze von Pfaden durch den Körper 13 zur Detektoranordnung 11' ergeben. Mit einer derartigen Konfiguration ist eine Bewegung der Quelle oder der Detektoren nicht erforderlich. Bei Ultraschallsystemen können die Quelle, der Detektor und das Objekt in ein flüssiges Medium 33 eingetaucht sein, um die Energiekopplung zu verbessern.

In der Ausführungsform nach Fig. 5 sind verschiedene dieser Möglichkeiten dargestellt. Es wird ein fotographischer Filmdetektor verwendet und jede Abtastung des Objektes wird als Linie 35 auf dem Film 36 aufgezeichnet. Nach dem Entwickeln wird der Film vtÄP^" Densitometer 37 abgelesen, der von einer Abtasteinrichtung 38 gesteuert wird, damit die Detektorausgangssignale auf der Signalleitung 39 erzeugt werden. Jede Linie 35 entspricht einem Satz von Pfaden, wobei jeder Punkt längs der Linie abgelesen wird, die das Ausgangssignal für einen einzelnen Pfad ergibt. Die Detektorausgangssignale auf der Signalleitung 39 können in r ___;-r-» einer Speicherröhre, z.B. der Röhre 17 nach Fig. 2, gespeichert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Ausgangssignale auf einem anderen fotographischen Film 42 gespeichert, und zwar eine Linie auf dem Film 42 für jeden Punkt auf dem Film 36, wodurch die einander überlagernden Sitze von Linien erseuft werden. Der Film 42 kann durch eine Lichtfleckquelle 4 3 belichtet werden, die durch eine Abtasteinrichtung 44 über den Film geführt wird, wobei die Lichtintensität sich als Funktion der Detektorausgangssignale auf der SignalleLtung 39 ändert.

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Beispielsweise werden die Punkte 47 und 48 der Linie 35 auf dem Film 36 verwendet, um Linien 47 und 48 auf dem Film 42 zu erzeugen. In ähnlicher Weise werden die Punkte 50 und 51 der Linie 52 des Filmes 36 verwendet, um Linien 50 und 51 auf dem Film 42 zu erzeugen. Die auf dem Film 42 gespeicherten Signale entsprechen den Signalen, die auf der Speicherröhre 17 gespeichert sind, wobei die Summierung durch die Überlappung der Belichtungen erzielt wird.

Der Film 42 wird entwickelt und kann dann durch ein anderes Densitometer 55 ausgelesen werden, das von einer Abtasteinrichtung 56 gesteuert wird, welche die summierten Signale längs eines Satzes von Pfaden, z.B. in einer herkömmlichen Rasterabtastung ausliest. Die gewünschte umgekehrt proportionale Beziehung kann durch Verwendung eines Filters 57 in der Leseeinrichtung erhalten werden, wobei das Filter eine Übertragungscharakteristik von l/r besitzt; r ist Null an der optischen Achse der Ableseeinrichtung 55.

Der Ausgang der Ableseeinrichtung 55 auf der Signalleitung 58 ist S(r) entsprechend dem Ausgang auf der Signalleitung 59 der Ausführungsform nach Fig. 2.

Die Signale auf der Leitung 58 können in der zweiten Speicherröhre 25 gespeichert und dann in gleicher Weise wie in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 2 beschrieben behandelt warden. Andererseits können die Signale an einen Minicomputer 60 gegeben werden, wo sie digital dargestellt, in einem Speicher gespeichert und zur Berechnung der Laplaos-Beziehung nach Gleichung (4) verwendet werden. Die berechnete Lap] ace-Ceziehung ist das gewünschte Bild, das zur Speicherung und/oder Sichtanzeige bei 61 bereit ist· Tpische Speichereinrichtungen enthalten Videobänder und Videoplatten. Die Sichtanzeigeeinrichtungen umfassen beispielsweise Kathodenstrahlröhren, fotographischen Film und elektrostatische Drucker.

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Eine elektrostatische Einrichtung wird bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform verwendet, wobei die Ausgangssignale aus dem Detektor 11 verwendet werden, um einen elektrostatischen Ladungsgenerator 65, z.B. einen Elektronenstrahl zu steuern, der über eine dielektrische Platte 66 von einer Abtasteinrichtung 67 geführt wird, die die überlagerten Sätze von Pfaden entsprechend dem Schema in der Speicherröhre 17 nach Fig. 2 und dem Film 42 nach Fig. 5 erzeugt, wodurch die gewünschten summierten Signale «•halten werden.

Das Ladungsmuster auf der dielektrischen Platte 66 kann von einem kapazitiven Ladungsleser 70 ausgelesen werden, der durch eine Abtasteinrichtung 71, z.B. in einer Rasterabtastung, gesteuert wird. Die dielektrische Platte 66 kann auf einer Metallplatte 67 angeordnet werden, die als eine Platte eines Kondensators dient, während die andere Platte 68 von der Lesevorrichtung aufgenommen wird; die Platte 68 ist dabei räumlich so geformt, daß sie die umgekehrt proportionale Beziehung ergibt. Der Ladungsleserausgang auf der Signalleitung 72 kann in gleicher Veise wie der Leserausgang auf der Signalleitung 58 nach Fig. 5 behandelt werden.

Vorstehend sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung erläutert worden, diese Ausführungsformen können jedoch in verschiedenartiger Veise im Rahmen vorliegender Erfindung modifiziert werden.

Mit vorliegender Erfindung wird eine hohe Auflösung und eine verbesserte Bildqualität bei relativ geringer Strahlungsdosierung erreicht, während eine digitale Speicherung der Detektorausgangsaignale und die aufwendige Datenverarbeitung sowohl in Hinblick auf den Zeit- als den Geräteaufwand, der bei bekannten Einrichtungen zur Behandlung der digital dargestellten Detektorauaganga- signale erforderlich ist, entfallen kann.

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Claims

9°25 7. September 1977 W/Sch.

Patentansprüche:

. Einrichtung zur Erzeugung einer axialen tomographischen Abbildung eines Gegenstandes, mit einem Detektor zur Aufnahme einer Strahlung längs einer Vielzahl von Sätzen von Pfaden, wobei die Sätze von Pfaden einander überlappen und eine Vielzahl von Sätzen von Strahlungsdetektorausgangssignalen ergeben, gekennzeichnet durch eine erste Vorrichtung (17) zur Speicherung der Detektorausgangssignale in analoger Form auf einer Oberfläche, wobei Signale eines Satzes sich mit Signalen eines anderen Satzes überlappen, und wobei die Signale, die sich aus der Strahlung durch eine Zone des Gegenstandes (13) ergeben, an einer entsprechenden Zone der Oberfläche summiert werden und ein erstes gespeichertes Signal erzeugen, eine erste Vorrichtung (24) zum Auslesen des ersten gespeicherten Signales mit einer Vorrichtung zur Abtastung über die Oberfläche und einer Vorrichtung zur Erzeugung zweiter Signale, wobei ein zweites Signal für einen Abtastpunkt eine Punktion der Größe des ersten gespeicherten Signales an der Abtaststelle darstellt und sich invers proportional mit dem Abstand aus der Abtaststelle verändert, eine zweite Vorrichtung (25) zur Speicherung des zweiten Signales, um zweite gespeicherte Signale zu erzeugen, und eine zweite Vorrichtung (26) zum Auslesen der zweiten gespeicherten Signale an Jeder von einer Vielzahl von Stellen der zweiten Speichervorrichtung (25)» und mit einer Vorrichtung (28) zur Erzeugung eines Videosignales für jede Stelle, wobei ein Videosignal im wesentlichen die Laplace-Transformation des zweiten gespeicherten Signales für die Stelle ergibt und das Videosignal der gewünschten Abbildung entspricht.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichervorrichtung ^ine elektronische Speicherröhre aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auslese-Vorrichtung (24) einen Elektronenstrahl mit kreisförmigem Querschnitt besitzt, wobei die Intensität des Elektronenflusses sich invers proportional mit dem Abstand von der Mitte des Strahles ändert, und wobei der Strahl über die Oberfläche abgetastet wird und das erste gespeicherte Signal ausliest.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite (Speichervorrichtung (25) eine elektronische Speicherröhre aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, daduroh gekennzeichnet, daß die zweite Auslesevorrichtung (26) einen pulsmodulierten Elektronenstrahl mit etwa gleichförmiger Elektronenflußdiohte aufweist.
6. Einrichtung naoh Anspruch 5> daduroh gekennzeichnet, daß die Laplace-Transformation dadurch gebildet wird, daß die zweiten gespeicherten Signale für vier Stellen um die interessierende Stelle und das Vierfache des negativen Werts des zweiten gespeicherten Signales an der interessierenden Stelle summiert werden.
7· Einrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die zweite Speichervorrichtung (26) eine elektronische Speicherröhre aufweist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auslesevorrichtung (25) einen pulsmodulierten Elektronenstrahl etwa gleichförmiger Elektronenflußdichte besitzt.

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9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laplace-Transformation dadurch gebildet wird, daß die zweiten gespeicherten Signale für vier Stellen um die interessierende Stelle und das Vierfache des negativen Wertes des zweiten gespeicherten Signales an der interessierenden Stelle summiert werden.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichervorrichtung einen fotographischen FiIm (42) und eine Strahlungsquelle zum Belichten des Filmes als Funktion der Detektorenausgangssignale aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auslesevorrichtung einen Filmdichteleser (55) aufweist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Filmdichteleser (55) ein Filter (57) aufweist, wobei ein Mittelpunkt und eine Übertragungscharakteristik sich invers proportional zum Abstand von dem Mittelpunkt ändern.
13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Speichervorrichtung eine elektronische Speicherröhre (61) aufweist.
14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Speichervorrichtung einen Computerspeicher (61) besitzt.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auelesevorrichtung einen Computer aufweist, der die Laplace-Transformation unter Verwendung der zweiten gespeicherten Signale aus dem Speicher berechnet.
16. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß di· zweite Speichervorrichtung einen Computerspeicher «ufweiet.

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17· Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auslesevorrichtung einen Computer aufweist, der die Laplace-Transformation unter Verwendung der zweiten gespeicherten Signale aus dem Speicher berechnet.
18. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichervorrichtung eine dielektrische dünne Platte (66) und eine elektrostatische Ladungsquelle (65) zum Aufladen der Platte als Funktion der Detektortusgangssignale aufweist.
19· Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auslesevorrichtung einen elektrostatischen Ladungsleser (70) aufweist.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrostatische Ladungsleser (70) ein kapazitiver Leser mit einer Kondensatorplatte (68) ist, die einen Mittelpunkt besitzt, und die so ausgebildet ist, daß" sie einen Ausgang ergibt, der sich invers proportional mit dem Abstand von der Mitte ändert.
21. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auslesevorrichtung einen Nadel-Elektronenstrahl besitzt, der in einer Spirale mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit um die Abteststelle projiziert wird, damit eine integrierte Ablesung erhalten wird, die etwa invers proportional mit dem radialen Abstand von der Abtaststelle ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auslesevorrichtung einen Elektronenstrahl und eine Vorrichtung zur Modulierung des Brennpunktes des Strahles besitzt, um die Intensität des Elektronenflusses invere proportional alt dem Abstand vom Mittelpunkt des Strahles zu modulieren, wobei der Strahl über die Fläche abgetastet wird, die das erst· gespeicherte Signal ausliest.

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23· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auslesevorrichtung einen Elektronenstrahl und eine Vorrichtung zum Modulieren des Brennpunktes des Strahles aufweist, um die Elektronenflußdichte zu verändern und die Laplace-Transformation des zweiten gespeicherten Signales zu erzeugen.
24. Verfahren zur Erzeugung einer axialen tomographischen Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung des Ausganges eines Detektors, der Strahlung längs einer Vielzahl von Sätzen von Pfaden aufnimmt, welche einander überlappen, wodurch eine Vielzahl von Sätzen von Strahlungsdetektorausgangssignalen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorausgangssignale in analoger Form gespeichert werden, wobei Signale eines Satzes sich mit Signalen eines anderen Satzes überlappen und die Signale, die sich aus der Strahlung durch eine Zone des Gegenstandes in einer entsprechenden Speicherzone, die ein erstes gespeichertes Signal erzeugt, summiert werden, daß das erste gespeicherte Signal durch Abtasten der Speicherzonen und Erzeugen zweiter Signale ausgelesen wird, wobei ein zweites Signal für eine Abtaststelle eine Punktion der Größe des ersten gespeicherten Signales an der Abtaststelle ist und sich etwa invers proportional mit dem Abstand von der Abtaststelle ändert, daß das zweite Signal gespeichert wird, und daß ein elektronisches Signal für Jedes einer Vielzahl der zweiten Signale erzeugt wird, wobei ein elektronisches Signal etwa die Laplace-Transformation des zweiten Signales ist und wobei das elektronische Signal der gewünschten Abbildung entspricht.
25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorausgangssignale elektronisch in einer Speicherröhre gespeichert werden.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die invers proportionale Beziehung durch Steuerung eines Abtastelektronenstrahles erhalten wird.

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27· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorausgangssignale optisch auf einem Film gespeichert werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die invers proportionale Beziehung durch Änderung der Intensität eines Abtastbeleuchtungsstrahles erhalten wird.
29. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorausgangssignale elektrostatisch auf einem Dielektrikum gespeichert werden.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die invers proportionale Beziehung durch Änderung der Form einer Abtastkondensatorplatte erhalten wird.
31. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Laplace-Beziehung durch Berechnung von digital gespeicherten zweiten Signalen erhalten wird.
32. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Signale elektronisch in einer Speicherröhre gespeichert werden.

33· Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Laplace-Beziehung durch Steuerung eines pulsgesteuerten Abtastelektronenstrahles gleichförmiger Dichte erhalten wird.

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