Способ вычислительной рентгеновской томографии и рентгеновский томограф для осуществления способа Советский патент 1981 года по МПК G01N23/08 A61B6/02 

ния, производство которого связано со значительными трудностями. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ вычислительной рентгеновской томогра фии, заключающийся в том, что производят облучение исследуемого тела коллимированным пучком рентгеновского излучения по N пересекающимся совокупностям 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 положениях источника и детектора относительно исследуемог тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью измерения интенсивностей прошедшего через тело излучения. При этом, устройство рентгеновского томографа для реализации способа содержит источник веерного рентгеновского ,поворотный аделевой коллиматор в виде кольца, детектор излучения, выполненный в виде газонаполненной многоканальной ионизационной камеры, систему обработки сиг- налов и восстановления изображения 4 Недостатком .известного техническо го решения является то, что, несмотря на большую чувствительность и точ ность измерений, обусловленную меньшими различиями в чувствительности каждого канала, нежели в случае обьй ных осцинтилляционных детекторов,использование многоканального детекто-ра приводит к необходимости контроля чувствительности по каждому каналу и учета различий в этой чувствительности, для того чтобы исключить ошибки при восстановлении изображения среза тела. Кроме того, газонаправленные детекторы дорог и требуют тщательной регулировки при изготовлении. Цель изобретения - повышение точности восстановления изображения за счет обеспечения возможности использования одного точечного детектора. Поставленная цель достигается тем что согласно способу вычислительной рентгеновской томографии, заключающемся в том, что производят облучение исследуемого тела коллимарованным пучком рентгеновского излучения по N пересекающимся совокупностям 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 жениях источника и детектора относительно исследуемого тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью ЭВМ по измеренным интенсивностям прошедшего через тело излучения, облучение тела по каждой совокупности траекторий производят при неподвижном детекторе и повороте источника веерного пучка и щелевого коллиматора в угловом диапазоне, определяемом углом раскрытия веерного пучка при отношении угловых скоростей поворота источника и коллиматора, равном 1/(1 +Л,/ч , где Ч - угол раскрытия веерного пучка, aoL - угол, определяемый из выражения tgA/2 tg7/2. () где радиусы поворота источника и коллиматора, соответственно, причем после полного прохождения щели коллиматора относительно веерного пучка производят перемещение детектора в новое угловое положение. При этом, дополнительно формируют сигнал начала и окончания прохождения щели коллиматора относительно веерного пучка и используют эти сигналы для управления перемещением детектора и поворотом источника и коллиматора . Рентгеновский томограф для реализаций способа, содержащий источник веерного рентгеновского пучка, поворотный щелевой коллиматор в виде, по крайней мере, части кольца, детектор излучения, приводы поворотов источника, коллиматора и детектора, систему обработки сигналов детектора и восстановления изображения, отличается тем, что в нем использован точечный детектор, снабженный отдельным приводом поворота в шаговом режиме, источник и щелевой коллиматор снабженьа единым приводом поворота с расцепляемой передачей, имеющей передаточное отношение, равное l/(l+dil f, где Ч - угол раскрытия веерного пучка, ad- - угол, определяемый 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 расстояние между щелями с nofiTpoM в фокусе источника выбрано не меньшим угла раскрытия веерного пучка. Кроме того, в томограф введена схема дифференцирования сигнала детектора, вырабатывающая сигналы начала и окончания цикла облучения тела по каждой совокупности траекторий и соединенная со схемой управления приводом перемещения детектора и схемой управления механизмом расцепления 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 общая 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 для вычислительной томографии содержит источник 1 эеерного рентгеновского пучка, вращающийся щелевой коллиматор 2, точечный детектор 3 излучения,соединенный с усилителем 4, выходы которого подключены к устройству 5 для обработки сигналов детектора и восстановления изображения, а также к дефференцирующей схеме 6. В общем случае, поворот источника 1 и щелевого коллиматора 2 осуществляется от независимых приводов 7 и 8, подключенных к схеме синхронизации 9, которая подключена к дифференцирующей схеме б, второй выход которой подключен к устройству 5, Поворот детектора производится от привода поворота в шаговом режиме 10, которы также соединен с дифференцирующей схемой 6.

В предпочтительном варианте выполнения поворот источника 1 и щелевого коллиматора 2 производится с помощью расцепляемой зубчатой переда- чи, схема которой показана на фиг.2. Источник 1 закреплен на зубчатом ободе 11, а коллиматор, выполненный в виде кольца с прорезями, также содержит зубчатую часть. Обод 11 и. зубчатая часть коллиматора 2 вступают в зацепление с зубчатыми колесами 12 и 13, совместное вращение которых производится с помощью вспомогательного зубчатого колеса 14 которое может выходить из зацепления с колесами 12 и 13 с помощью механизма 15, управляемого сигналами с дифференцирующей схемы 6. При такой конструкции механизм 15 выполняет 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 излучения в исходном положении устанавливаются таким образом, чтобы граничный луч по отношению к исследуемому телу 17. попадал на детектор, причем этот граничный луч является 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 прохождения источником 1 по окружности поворота углового расстояния, равного углу раствора веерного пучка щель коллиматора 2 пересекала сечение веерного пучка, в результате чего детектор 3 зарегистрирует последовательность элементарных пучков, сходящихся к нему из различных точек окружности поворота источника 1. В конце пересечения веерного пучка указанной щелью коллиматора 2 желательно, чтоби вырезаемый ею луч был граничным к исследуемому гелу 17, причем он одновременно является другой границей веерного пучка. Таким

0 образом, получают одну совокупность траекторий исследуемого тела, по которым измеряют величину поглощения излучения.

Для осуществления описанного режи5ма работы необходимо, чтобы источник и щелевой коллиматор перемещались по своим окружностям поворота с угловыми скоростями, отношение которых равно 1/(l+ci./V) , где Ч - угол раскрытия веерного пучка, ad- угол,

0 определяемый из выражения tga(/a : tgЧ/a.(),гдe RI и R - радиусй окружностей поворота источника и щелевого ко.;лиматора. Указанное условие выводится из элементарных геометри5ческих соображений.

Для получения томографического изображения необходимо измерить поглощение излучения по N пересекающимся совокупностям траектории. СоответDственно, щелевой коллиматор содержит не менее N щелей, разделенных угловым промежутком не Менее угла раскрытия веера, если смотреть из фокуса источника. По окончании съемки

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

0 луч, являющийся противоположной границей веерного пучка. Этот луч вырезается следующей щелью коллиматора.

Управление поворотами источника 1, коллиматором 2, механизмом расцепления 15 и приводом поворота детек5тора 10 осуществляется с помощью дифференцирующей схемы б, подключенной к выходу усилителя 4. Эта схема по нарастанию и спаду амплитуды вырабатывает сигналы начала и окончания

0 цикла облучения тела. Когда первая щель коллиматора 2 выходит за угловой диапазон, .ограничиваемый положением детектора 3, схема 6 вырабатывает сигнал окончания цикла, по ко5торому происходит срабатывание механизма расцепления 15. в результате чего источник останавливается. Вращение коллектора 2 YIpи этом может также прекращаться или может продолжаться (фиг.2 и 3).

О

Одновременно сигнал окончания цикла поступает на привод поворота детектора 10, который производит перемещение детектора в новое угловое положение. Скорости перемещения де5тектора 3 и скорость перемещения голлиматора при заданной величине тревышения расстояния между щелями на расстояние, определяемое углом раствора веерного пучка, выбирают та ким образом, чтобы детектор устанав ливался 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 производится ввод шестер ни 14 в зацепление с шестернями 12 и 13 и начинается совместное перемещение источника 1 и коллиматора 2 по и окружностям поворота. Таким образом, осус;ествля от съемк всех ,N совокупностей траекторий. Дифференцирующая схема 6 также соединена с устройством 5 для обработки сигналов детектора и восстанов ления изображения с целью согласования его работы с описанным режимом съема полезных сигналов. Описанный вариант не является еди ственЕ ым, так как используются независимые приводы поворотов источника и коллиматора и., могут применяться несколько коаксиальных коллиматоров для лучшего формирования пучков и т.д. Предлагаемый способ и рентгеновский томограф позволяют осуществлять измерения с помощью точечного детектора обычной конструкции, что оптими зирует условия съема информации, при использовании стандартных источников веерного рентгеновского пучка, формула изобретения 1. Способ вычислителыюй рентгеновской томографии, заклк дающийся в том, что производят облучение исследуемого тела колЛимарованным пучком рентгеновского излучения по N пересекающимся совокупностям 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 положениях источника и детектора относител но исследуемого тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью ЭВМ по измеренным интенсивностям прошедшего через тело излучения, от личающийся -тем, что, с целью повышения точности восстановлени изображения за счет обеспечения . возможности использования одного точечного детектора, облучение тела по каждой совокупности траекторий производят при неподвижном детекторе и повороте исргочника веерного пучка и щелевого коллиматора в угловом диапазоне, определяемом углом раскры тия веерного пучка, при отношении угловых скоростей поворота источника и коллиматора, равном 1/( , где Ч - угол раскрытия веерного пучка, а сС - угол определяемый из выражения tgoL/2 () i-fle К.-.и Rf -2. радиусы поворота источника и коллиматора, соответственйо, причем после полного прохоиодения щели коллиматора относительно веерного пучка производят перемещение детектора в новое угловое положение. 2.Способ по п.1, отличающийся 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.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 щ и и 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 l/(l + oL/), .где Ч - угол раскрытия веерного пучка, а dL - угол, определяемый 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 расстояние между щелями с центром в фокусе источника выбрано не меньшим угла раскрытия веерного пучка. 4.Томограф поп.З, отличаю щ и и 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 расцапления передачи привода поворота источника и коллиматора. 5,Томограф поп.З, отличающийся 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, принятые 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. Заявка Франции 2393323, л. G 01 Т 1/16, опублик. 1979. 4. Выложенная Заявка ФРГ № 2738045, ч. jjoujwmctinan ааивла vf i rr КЛ. A 61 В 6/00, опублик. 1978 (прототип) .

f/

/5