Способ вычислительной рентгеновской томографии и рентгеновский томограф для осуществления способа

Способ вычислительной рентгеновской томографии и рентгеновский томограф для осуществления способа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (

{53)М. Кл.э (22) Заявлено 151179 (21) 2839522/18-25 с присоединением заявки ¹

G 01 N 23/08

A 61 В 6/02

Государственный комитет

СССР. ио amass изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23,0881, Бюллетень Ì9 31

{53) УДК 621 386, :616-073(088.8) Дата опубликования описания 23,0881

Б.A. Волынский, В.A. Артемьев, В. И. Полещук

1 и В.А.Щеглов

Р г

f

Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) Авторы изобретения (7 t ) Заявитель (541 СПОСОБ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ

ТОМОГРАФИИ И РЕНТГЕНОВСКИЙ ТОМОГРАФ

ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Изобретение относится к рентгенотехнике, а конкретно - к вычислительной рентгеновской томографии.

Известен способ рентгеновской томографии, заключающийся в том„ что исследуемое тело сканируют узким рентгеновским пучком при линейном перемещении источника и детектора, после которого их поворачивают на определенный угол и повторяют цикл линейного сканирования, снова поворачивают источник и детектор и т.д. (1).

Недостатком этого способа является длительное время исследования и сложность конструкции подвески, связанные с необходимостью осуществлять два типа перемещений — линейное и поворотное.

Известен также наиболее простой способ с точки зрения реализации ме-. _#_ ханических перемещений, заключающийся в том, что источник веерного рентгеновского пучка еремещают по окружности, расположенной внутри многа- . канального кольцевого детектора (2).

Недостатком данного способа явля» ется использование большого коли ества детекторов, что при наличии различий в их чувствительности вносит 30

2 ошибку в исходные данные, используемЫе при обработке в ЭВМ для восста-новления изображения среза тела.

Известно устройство для определения разницы локальных коэффициентов поглощейия излучения в теле, содержащее источник рентгеновского излучения-с ленточным анодом, выполненным в виде части кольца, перед которым расположен коллиматор, щели которого направлены в одну точку, находящуюся на окружности, на которой расположен кольцевой анод. В результате этого, при развертке электронного пучка по поверхности кольцевого анода коллиматор выбирает из ItIHpoKoIQ пучка только один пучок, который попадает в указанную точку,в которой расположен детектор излучения. Это позволяет осуществить один цикл сканирования без перемещения источника и детектора, причем в устройстве используется только один точечный детектор,что снимает необходимость учета различий в чувствительности детектора (3).

Недостатком известного устройства является то, что в нем используется специализированный источник излуче857815 ния, производство которого связано со значительными трудностями.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ вычислительной рентгеновской томографии, заключающийся в том, что производят облучение исследуемого тела коллимированным пучком рентгеновского излучения о И пересекающимся совокупностям траекторий с помощью источника веерного пучка и поворотного щелевого коллиматора, регистрируют 1О прошедшее через тело излучение с помощью детектора, причем каждую совокупность траекторий получают при разных угловых положениях источника и детектора относительно исследуемого 3$ тела, и восстанавливают иэображение среза тела с помощью измерения интенсивностей прошедшего через тело излучения.

При этом, устройство рентгеновс- щ кого томографа для реализации способа содержит источник веерного рентгеновского пучка, поворотный щелевой коллиматор в виде кольца, детектор излучения, выполненный в виде гаэонаполненной многоканальной ионизационной камеры, систему обработки сиг= налов и восстановления изображения 4J.

Недостатком .известного технического решения является то, что, несмотря на большую чувствительность и точ- ЗО ность измерений, обусловленную меньшими различиями в чувствительности каждого канала, нежели в случае обычHbl>< осцинтилляционных детекторов,использование многоканального детекто- 35

-ра приводит к необходимости контроля чувствительности по каждому каналу и. учета различий в этой чувствительности, для того чтобы исключить ошибки при восстановлении изображе- щ ния среза тела. Кроме тог >, газонаправленные детекторы дороги и требуют тщательной регулировки при изготовлении.

Цель изобретения — повышение точности восстановления изображения за счет обеспечения воэможности использования одного точечного детектора.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вычислительной р 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 щелевого -коллиматора, регистрируют прошедшее через .тело излучение с помощью детектора, причем каждую совокупность траекторий получают при разных угловых поло- 46 жениях источника и детектора относительно исследуемого тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью ЭИ1 по измеренным интенсивностям прошедшего через тело излуче-, ния, облучение тела по каждой совокупности траекторий производят при непоцвижном 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 +d-/ Ч, где Ч - угол раскрытия веерного пучка, aoL — угол, опреде,ляемый иэ выражения tgd./2 = tgV/2.

R -R (— - ), где R u R - радиусы поворо2В

1 Я та 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 реализации 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 B шаговом режиме, источник и щелевой коллиматор снабжены единым приводом поворота с расцепляемой передачей, имеющей передаточное отношения, равное 1/(1+<1> < ), где й1 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 Ilåèòðîì 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, целевой коллиматор выполнен в виде части кольца, угловые камеры которой выбраны меньшими а (Л) 1+cL I Q. -× ) .

1.Я 1

857815

На фиг,l показана общая схема томографических измерений в соответствии с предлагаемы способом; на фиг.2 - схема механизма привода поворотов источника и коллиматора; на фиг.3 — то же, разрез.

Рентгеновский томограф для вычислительной томографиь содержит источник 1 веерного рентгеновского пучка, вращающийся щелевой к ллиматор 2, точечный детектор 3 излучения,соединенный с усилителем 4, выходы которого подключены к устройству 5 для об-. работки сигналов детектора и восстановления изображения, а также к дефференцирующей схеме 6. В общем случае, поворот источника 1 и щеле- 15 вого коллиматора 2 осуществляется от независимых приводов 7 и 8, подключенных к схеме синхронизации 9, которая подключена к дифференцирующей схеме 6, второй выход которой 20 подключен к устройству 5, Поворот детектора 3 производится от привода поворота в шаговом режиме 20, который также соединен с дифференцирующей схемой б. 25

В предпочтительном варианте выполнения поворот источника 1 и щелевого коллиматора 2 производится.с помощью расцепляемой зубчатой передачи, 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 ll u. 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 иэ зацепления с колесами 12 и 13 с помощью ме- 40 ханизма 15, управляемого сигналами с дифференцирующей схемы 6. При такой конструкции механизм 15 выполняет роль схемы синхронизации 9 (фиг.l).

Колесо 13 соединено непосредственно 45 с приводом поворота 7, а колесо 12 установлено на фиксированном подшипнике 16.

Рентгеновский томограф работает следующим образом. 50

Источник веерного пучка 1, щелевой коллиматор 2 и детектор 3 излучения в исходном положении устанавливаются таким образом, чтобы гра» ничный луч по отношению к исследуемому телу 17, попадал на детектор, причем этот граничный луч является и границей (на фиг.l левой) веерного пучка. Затем при неподвижном детекторе начинают одновременное-вращение источника 1 и щелевого коллима- 40 тора 2 таким образом, чтобы за время прохождения источником 1 по окружности поворота углового расстояния, равного углу раствора веерного пучка, щель коллиматора 2 пересекала сече- Я ние веерного пучка, в результате чего детектор 3 зарегистрирует последовательность элементарных пучков, сходящихся к нему из различных точек окружности поворота источника 1. R конце пересечения веерного пучка указанной щелью коллиматора 2 желательно, чтобл вырезаемый ею луч был граничным к исследуемому телу 17, причем он одновременно является другой границей веерного пучка. Таким образом, получают одну совокупность траекторий исследуемого тела, по которым измеряют величину поглощения излучения.

Для осуществления описанного режима работы необходимо, чтобы источник и целевой коллиматор перемещались по своим окружностям поворота с угловыми скоростями, отношение которых равно 2/ (1+*) Ч), где Ч вЂ” угол раскрытия веерного пучка, а * — угол, определяемый из выражения tgat./2=, tgMI2-(кафф -),где R, и Ry — радиусы окружностей поворота источника и щелевого ко.;лиматора. Указанное условие выводится иэ элементарных геометрических соображений. Для получения томографического изображения необходимо измерить поглощение излучения по N пересекающимся совокупностям траектории. Соответственно, щелевой коллиматор содержит не менее N щелей, разделенных угловым промежутком не Менее угла раскрытия веера, если смотреть из фокуса источника. По окончании съемки одной совокупности траекторий, источник 1 останавливается и детектор

3 перемещается в следующее угловое положение (на фиг.l показано пунктиром), в котором на него попадает луч, являющийся противоположной границей веерного пучка. Этот луч вырезается следующей щелью коллиматора.

Управление поворотами источника 1, коллиматором 2, механизмом расцепления 15 и приводом поворота детектора 10 осуществляется с помощью дифференцирующей схемы 6, подключенной к выходу усилителя 4. Эта схема по нарастанию и спаду амплитуды вырабатывает сигналы начала и окончания цикла облучения тела. Когда первая щель коллиматора 2 выходит эа угловой диапазон,,ограничиваемый положением детектора 3, схема 6 вырабатывает сигнал окончания цикла, по которому происходит срабатывание механизма расцепления 15, в результате чего источник останавливается. Вращение коллектора 2 при этом может также прекращаться или может продолжаться (фиг.2 и 3) °

Одновременно сигнал окончания цикла поступает на привод поворота детектора 10, который производит перемещение детектора в новое угловое положение. Скорости перемещения де857815 тектсра 3 и скорость перемещения

:оллиматора при заданной величине тревышения расстояния между щелями на расстояние, определяемое углом раствора веерного пучка, выбирают таким образом, чтобы детектор устанавливался в новое положение до входа следующей щели в пучок источника.

После перевода детектора в новое положение и при вводе следующей щели коллиматора в пучок схема б вырабатывает сигнал начала цикла измерений, по которому производится ввод шестерни 14 в зацепление с шестернями 12 и

13 и начинается совместное перемещение источника 1 и коллиматора 2 по их окружностям поворота. 1I5

Таким образом, осуществляют съемку всех .N совокупностей траекторий.

Дифференцирующая схема 6 также соединена с устройством 5 для обработки сигналов детектора и восстанов- Q() ления иэображения с целью согласования его работы с описанным режимом съема полезных сигналов.

Описанный вариант не является единственным, так как используются независимые приводы поворотов источника и коллиматора и, могут применяться несколько коаксиальных коллиматорав для лучшего формирования пучков и т.д.

Предлагаемый способ и рентгеновский томограф позволяют осуцествлять измерения с помощью точечного детектора обычной конструкции, что оптимизирует условия съема информации, при использовании стандартных источников веерного рентгеновского пучка. формула изобретения

1. Способ вычислительной рентгеновской томографии, закл> <ающийся в том, что производят облучение исследуемого тела коллимарованным пучком рентгеновского излучения по И пере секающимся 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 относитель но исследуемого тела, и восстанавливают изображение среза тела с помощью ЭВМ по измеренным интенсивностям прошедшего через тело излучения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности восстановления изсбра>кения за счет обеспечения . возможности использования одного точечного детектора, облучение тела 40 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/(1+ f I ), где

- угол раскрытия веерного пучка, а а — угол определяемый иэ выражения

tg*)2 = tgy)z(< > ) где В и R2

2R2 радиусы поворота источника и коллиматора,соответственно, причем после полного прохождения щели коллиматора относительно веерного пучка производят перемещение детектора в новое угловое положение.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что дополнительно формируют сигналы начала и окончания прохождения щели коллиматора относительно веерного пучка и используют зти 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 ксллиматор 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 шийся тем, что в нем использован точечный детектор, снабженный отдельным приводом поворота в шаговом режиме, источник и щелевой коллиматор снабжены единым приводом поворота с расцепляемсй передачей, имеющей передаточное отношение, равное 1/(1+oLÈ), где Ю вЂ” угол раскрытия веерного пучка, а д. — угол, определяемый выражением tgcL/9 = 1дЧИ (1 -) где R< и R g — Радиусы nc2R@ ворота источника и коллиматора, причем щелевой коллиматор содержит со-. вокупность 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 по п.3, о т л и ч а ю шийся тем, что в томограф введена схема дифференцирования сигнала детектора, вырабатывающая сигналы начала и окончания цикла облучения тела пс каждой совокупности траекторий и соединена со схемой управления приводом перемещения детектора ,и схемой управления механизмом расцепления передачи привода поворота источника и ксллиматора.

5, ТомогРаф по п.3, о т л и ч а ю шийся тем, что целевой коллиматор выполнен в виде части кольца, угловые размеры котсррй выбраны меньшими (ЛЛ +*И вЂ” М (-+ )

857815

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l, Патент Великобритании 9 1283915, кл. Н 5 R,,опублик. 1972.

2 ° Выложенная заявка ФРГ 9 2728815, кл. A 61 В 6/00, опублик. 1978 °

ВНИИПИ Заказ 7231/71 Тираж 907 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Г

3. Заявка Франции 9 2393323, кл. G 01 Т 1/16, опублик. 1979.

4. Выложенная заявка ФРГ Р 2738045, кл. A 61 В 6/00, опублик. 1978 (прототип) .