Вычислительный томограф Советский патент 1990 года по МПК G01T1/29 A61B6/03 G01N23/08 

Изобретение относится к радиационной технике, а более конкретно - к рентгеновским вычислительным томографам,

Цель изобретения - упрощение устройства за счет снижения разрядности аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

На фиг.1 приведена функциональная схема вычислительного томографа} на фиг.2 - функциональная схема аналогового фурье-процессора; на фиг.З - эпюры напряжений в различных точках томографа.

.Вычислительный томограф содержит источник 1 веерного пучка проникающего излучения, набор 2 детекторов, держатель (не показан) исследуемого объекта 3, N дифференциальных усили- телей 4.1-4 N, к входам каждого из которых подключены два соседних детектора набора 2, аналоговый фурье- процессор 5, к входам которого подключены выходы дифференхщальных уси- лителей 4. и генератора 6 стробов, а на выходе включен АЦП 7. Устройство 8 управления соединено одним входом с выходом датчика 9 положения, который также подключен к генератору 6 стробов, и выходом подключено к двигателю 10, осуществляющему относительный поворот источник 1 - набор 2 детекторов и держателя исследуемого объекта 3. Выход генератора 6 стробов подключен также к соответствующему входу АЦП 7, выход которого подключен к интерфейсу 11, который также связан с устройством 8 управления двигате- лем 10, интерфейс из блока 12 буфер- ной памяти, блок 13 оперативной памяти, блок 14 дисковой памяти, цветной графический дисплей 15, клавиатура 16, терминал 17, векторный процессор 18 и процессор 19 обратного про- ецирования подключены к ЭВМ 20.

Аналоговый фурье-процессор 5 содержит генератор 21 адресов, к входу которого подключен выход генератора 6 стробов, N блоков 22.1-22N посте- янной памяти, N перемножающих цифро- аналоговых преобразователей (ЦАП) 23.1-23N и сумматор 24. В блоки 22.1- 22N постоянной памяти записаны гармонические колебания равной амплитуды с числом точек 2N. Периоды колебаний записанных в .блоки 22.1-22N, равны i, где i - порядковый номер блока 22 Фазы колебаний, записанных в блоки

22.1-22N, определяются требуемыми фазовыми предыскажениями, например начальные фазы колебаний распределены по случайному закону. Аналоговые входы ЦАП 23.1-23N подключены к выходам дифференциальных усилителей 4.1-4N.

Вычислительный томограф работает следующим образом.

Оператор томографа через клавиатуру 16 ЭВМ 20 подает команду на начало вращения, которая через интерфейс 11 поступает в устройство 8 управления двигателем 10, вьщающим напряжение на двигатель 10, приводящий во вращение системы источник 1 - набор 2 детекторов.

Рентгеновское излучение источника 1 проходит через исследуемый объект 3 и регистрируются набором 2 детекторов в виде проекции. Электрические сигналы с выхода набора 2 детекторов усиливаются дифференциальными телями 4.1-4N, реализуя njiocTpaHCT- венное дифференцирование регистрируемой проекции. Датчик 9 положения вырабатывает реперные импульсы, по приходу каждого из которых генератор 6 стробов 10 вырабатывает серию стробов из 2N импульсов. Эта серия попадает на генератор 21 адреса в фурье- процессоре 5. Этот генератор 21, представляющий собой счетчик, начинает счет поступающих импульсов и выставляет двоичньй код очередного импульса на своем выходе. Код адреса поступает одновременно на адресные входы всех блоков 22.1-22N постоянной памяти, приводя к выборке значения, хранящегося по этому адресу. Полученное значение поступает на цифровой вход перемножающего ЦАП 23.1-23N, подключенного к данному блоку 22.1- 22N. На аналоговый вход ЦАП 23.1-23N поступает сигнал с выхода из одного дифференциальных усилителей 4.1-4N, чем обеспечивается перемножение.

Сигналы гармонических колебаний и сигналы с выхода дифференциальных усилителей 4.1-4N, перемножившись в ЦАП 23.1-23N, суммируются в сумматоре 24, на выходе которого образуется сигнал, характеризующий фурье- образ пространственной производной проекции.

I .

Сигнал с выхода сумматора 24 оцифровывается АЦП 7 по приходу строби- рующих импульсов с генератора 6 стробс в и через интерфейс 11 поступает в ЭВМ 20, где запоминается в блоке 12 буферной памяти.

Указанная последовательность дей- вий производится до тех пор, пока стемы источник 1 - набор 2 детекто- в не сделает поворот на заданный

о

С1 CI

PC

yi

рг

дг

ол (например 360 ). При этом каждый 3 по приходу реперного сигнала .от тчика 3 положения формируется и из- м ряется фурье-образ пространственной производной регистрируемой проекции. Ч1:сло реперных импульсов, вьфаботан- нпх датчиком, равно числу измеренных проекций.

Интервал между стробирующими им- п льсами, вьфабатываемыми генератором с робируюпщх импульсов по.приходу K. репера, должен быть в 2 раза меньше, чем интервал колебаний максимальной частоты в спектре сигнала на виходе дифференциальных усилителей 4 1-4N. Например, если максимальная чг.стота в спектре на выходе дифферен- щ;альньк усилителей равна 100 Гц, то ; 1/(100-2N).

Максимальная частота, в свою очередь, определяется скоростью вращения С1:стемы источник 1 - набор 2 детекторе в и размерами детектора набора 2.

Выполнение указанного условия не- о{1ходимо для того, чтобы за время из- м ;рекия проекции она не могла суще- с увенно изменяться.

Другое условие, которое необходимо выполнить это то, чтобы все 2N строб1

Д1

рующих импульсов умещались между умя равными импульсами датчика 4 положения, что необходимо для того, чтобы весь фурье-образ был сформирован и оцифрован до начала регистрации следующей проекции.

После того как данные измерены,

ос1уществляют обратной фурье-преобразо

ние измеренных данных, фазовую кор- ре|кцию и восстановление проекции.

После того как все проекции вос- С1|ановлены, они логарифмируются и Срабатываются одним из возможных алгоритмов вычислительной томографии результат обработки визуализируется

Эпюры напряжений в различных точках А,Б,В,Г,Д томографа представлены с фиг.З с сохранением временной приВ5 3КИ.

Томограф может применяться для ис следования особо плотных исследуе- мьх объектов, когда невозможно оциф

0

5

20

25

30

35

40

д

0

5

ровать сигнал из-за отсутствия АЦП с большим количеством разрядов.

Уменьшение требуемого количества разрядов зависит от характера исследуемого объекта. При исследовании человеческого тела число разрядов АЦП можно уменьшить, например, с 18 до 10.

Весь измерительный тракт не требует столь высоких параметров и точности входящих в него элементов, как в известных способах.

Число разрядов АЦП может быть уменьшено вплоть до одного, но при этом необходимо пр-именять более сложные алгоритмы восстановления проекции, использующие априорное значение распределения фазового предыскажения.

Формула изобретения

1.Вычислительный томограф, содержащий источник веерного пучка проникающего излучения, набор детекторов, держатель исследуемого объекта, уст- роГ ства относительного перемещения системы источник - набор детекторов

и держателя, подключенные к детекторам каналы обработки сигналов с аналого-цифровым преобразователем, подключенную к указанным каналам вычислительную систему обработки и управления , отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства за счет снижения разрядности аналого- цифрового преобразователя, каналы обработки сигналов детекторов содержат средство формирования пространственной производной проекции и аналоговый фурье-процессор, включенный между детекторами и аналого-цифровым преобразователем и снабженный средствами формировании фазовых предыскажений.

2.Томограф по п.1, отличающий с я тем, что средства формирования пространственной производной проекции выполнены в виде N дифферен- циальньк усилителей, каждый из которых подключен к двум смежным детекторам набора, аналоговый фурье-процессор содержит генератор адреса, N постоянных запоминающих устройств, N перемножающих цифроаналоговых преобразователей и сумматор, причем выход генератора адреса соединен с адресными входами постоянных запоминающих устройств, выходы каждого из которых

соединены с цифровыми входают цифро- аналоговых преобразователей, аналоговые входы которых подключены к выходам дифференциальных усилителей, и

выходы цифроаналоговых преобразователей подключены к выходу сумматора, который является и выходом фурье-про- цессора.

Изобретение относится к радиационной технике, а именно к рентгеновским вычислительным томографам. Цель изобретения - упрощение устройства за счет снижения разрядности АЦП. Для этого с помощью Фурье-процессора 5 формируют Фурье-образ пространственной производной проекции, подвергнутой фазоыым предыскажениям. Оцифровывают посредством АЦП 7 указанный Фурье-образ и в ЭВМ 20 осуществляют восстановление самой проекции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг.З

.J