DE2731621C2 - Vorrichtung zum Rekonstruieren eines Transversalschichtbildes eines Objektes aus Signalprofilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Rekonstruieren eines Transversalschichtbildes eines Objektes aus Signalprofilen, wobei jedes Signalprofil eine Vielzahl von Datenpunkten enthält, die der Absorption von Objektpunkten längs Strahlenlinien eines Röntgen- oder Gammastrahlenfächers entsprechen, mit einer Speichervorrichtung für die Signalprofile, einer Eintragungs-Adressiervorrichtung zur Steuerung der Speicherung der Signalprofile, einer der Speichervorrichtung zugeordneten Lesevorrichtung und einer Lese-Adressiervorrichtung zur Steuerung der Lesevorrichtung, um aus der Speichervorrichtung zugeordnete Serien von Signalwerten zu entnehmen, mit Umwandlungsvorrichtung für die Umwandlung der Signalprofile in solche Signalprofiie, die in der jeweiligen Winkelstellung durch parallele Strahlen erhalten werden.

Eine Vorrichtung der oben genannten Art ist aus der DE-OS 24 39 847 bekannt.

Bei dieser bekannten Technik ist beachtet, daß die verschiedenen, verhältnismäßig schmalen Strahlen divergent sind. Aus diesem Grunde werden die von dem Detektor erfaßten Absorptionsdaten in Gruppen aufgestellt, die der Absorption entspricht, die parallele Strahlen erfahren, wobei die nachfolgende Datenverarbeitung auf der Basis von parallelen Strahlengruppen erfolgt. Dazu wird gestützt auf das Prinzip, daß nach jeder kleinen Winkelverschiebung der Strahlenquelle, zum Beispiel von 2/3°, jeder schmale Strahl eine Lage einnimmt, die parallel zu der Lage ist, die einer seiner benachbarten Strahlen vor solch einer Drehung um eine Stufe dieser Größe eingenommen hat. Durch geeignete &o zeitliche Wahl ist es daher möglich, Strahlabsorptionsdatcnsignale für Gruppen von parallelen Strahlen zusammenzustellen. Durch ein System mit zeitlich gesteuerten Miller-Integrator-Einheiten werden die von den Detektoren erfaßte.i Daten über einen Adressenwähler in eindimensionalen Abschnitten eines Speichers eingespeichert, so daß in jedem Speicherabschnitt die Daten einer parallelen Gruppe gehalten werden, wobei für jede Gruppe ein Speicherabschnitt verwendet ist. Mittels eines weiteren Adressenwählers werden die Daten von diesen Speicherabschnitten in parallelen Gruppen abgerufen, wobei jede Gruppe gliedweise in einem Datenverarbeiter weiter verarbeitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art die Umwandlungsvorrichtung für die Umwandlung der Signalprofile in solche Signalprofile, die in der jeweiligen Winkelstellung der Strahlungsquelle durch parallele Strahlen erhalten werden, so auszubilden, daß mit dieser dii: Signalprofile direkt in analoger Form ausgelesen werden können und weiter auch die Umwandlung der Signalprofile mittels eines analogen Verfahrens ausgeführt werden kann, so daß der Aufbau und die Arbeitsweise der Eintragungs-Adressiervorrichtung und der Lese-Adressiervorrichtung vereinfacht werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Speichervorrichtung fts Signalpirofile in einem zweidimensionalen System speichert, daß die Eintragungs-Adressiervorrichtung diese Signalprofile in der Speichervorrichtung längs zugeordneter, sich kontinuierlich erstreckender Profilspuren speichert, von denen jede, eindeutig einem der Strahlenwinkel zugeordnet ist, daß die Lese-Adressiervorrichtung die Signalprofilinformation aus der Speichervorrichtung für jedes parallele Signalprofil längs einer zugeordneten, sich kontinuierlich erstreckenden Lesespur einliest, die diejenigen Profilspuren jeweils in den Punkten kreuzt, die die information des der Lesespur zugeordneten parallelen Signalprofile erhalten, wobei die im Verlauf des Einlesens erhaltenen Werte das modifizierte parallele Signalprofil bilden.

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, ausgehend von einem Röntgen- oder Gammastrahlenfächer, ein Transversalschichtbild zu rekonstruieren unter Anwendung einer platzunabhängigin Kcnvolutionsfunktion, so daß über das ganze Transversalschichtbild eine genaue Korrektur in bezug auf die PuiiKtstreuungsfunktion zu erhalten ist.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann wegen der einfachen Organisation zu einem verhältnismäßig niedrigen Selbstkostenpreis hergestellt werden. Daneben gelten die weiteren Vorteile, daß die Vorrichtung sich in einem verhältnismäßig geringen Volumen unterbringen läßt, während dadurch, dall aus divergierenden Strahlungsbündeln parallele Bündel rekonstruiert werden, eine Strahlungsquelle dicht beim Objekt angeordnet werden kann, was eine zweckmäßige Benutzung einer solchen Strahlungsquelle und eine geringe Strahlungsdosierung ermöglicht, während das A uf!c.iungsvermögen des fertigen Tomogramms optimalisiert ist.

Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt darin

Fig. 1 ein Schema, mit dessen Hilfe das Prinzip der Erfindung erklär', werden wird;

F i g. 2 ein Schema zur Erläuterung einer abgeänderten Konfiguration, bei der ein der Konfiguration nach F i g. 1 anhaftender Nachteil behoben werden kgnn;

Fig.3. 4 und 5 Schemen, mit deren Hil;e das Prinzip der Erfindung in einem allgemeinen Fall behandelt wird und

F i g. 6 ein Blockscnaltbiid einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Konfiguration ist eine Quelle zum Erzeugen eines im wesentlichen fla-

chen, divergierenden Fächers kurzwelliger Strahlen, wie z. B. Röntgenstrahlung, mit 11 angegeben. Ein Eingangsleuchtschirm einer Detektorvorrichtung ist mit 12 angegeben. Zwischen diesem Eingangsleuchtschirm und der Strahlenquelle ist auf einem nicht wiedergegebenen Träger ein zu untersuchendes Objekt 13 aufgestellt. Bei der in Fig. I als Beispiel wiedergegebenen Konfiguration wird der Einfachheit halber angenommen, daß eine die Strahlenquelle und die Detektorvorrichtung umfassende Zusammensetzung um eine durch das Objekt verlaufende Achse O (lotrecht zur Zeichnungsebene) eine Rotationsbewegung ausführen kann, wobei die Strahlenquelle auf einer Kreisbahn mit Radius R bewegt wird. Damit wird erreicht, daß das Objekt aus einer Reihe von Positionen, die längs der Kreisbahn mit Radius R liegen, durchstrahlt werden kann. Die Kreisbahn mit Radius r für den Eingangsleichtschirm ist durch den Mindestabstand bestimmt, der erforderlich ist. um eine hindernisfreie Rotation der genannten Zusammensetzung, einschließlich möglicherweise notwendiger Kollimatoren, um das zu untersuchende Objekt herum, oder umgekehrt, zu ermöglichen. Wie noch näher dargelegt werden wird, ist es von Vorteil, den Strahlungsfächer einseitig durch eine flache Ebene zu begrenzen, die durch die durch den Rotationsmittelpunkt O verlaufende Drehachse und die Strahlungsquelle selbst bestimmt ist. Eine solche Begrenzung, die auch in der DE-OS 27 23 431 vorgeschlagen ist, hat den Vorteil, daß das für die Detektorvorrichtung benötigte Bildfeld des Eingangsleuchtschirms wesentlich kleiner ist als das Bildfeld, das erforderlich ist, wenn mit einem nicht so begrenzten Strahlungsfächer gearbeitet wird, während auch durch die geringere Fächerbreite die Streuung der Strahlung geringer ist. Zur Vermeidung von Bildverzerrung an den Rändern des Eingangsleuchtschirms ist es von Vorteil, diesen Schirm kreisbogenförmig auszubilden, wobei der Krümmungsmittelpunkt mit der Stelle der Strahlenquelle zusäffirnenfäiii und der Krümmungsradius durch R + r gegeben ist. Es wird klar sein, daß, wenn durch den Eingangsleuchtschirm mehrere übereinander lie- to gende Objektquerschnittsbilder gleichzeitig empfangen werden sollen, dieser Eingangsleuchtschirm eine sphärische Oberfläche haben muß. Wenn bei der im Vorhergehenden behandelten Konfiguration das Objekt durch den divergierenden Strahlenfächer durchstrahlt wird, +5 wird auf den Eingangsleuchtschirm bei einem gegebenen Lagewinkel der Zusammensetzung Strahlenquelle-Detektorvorrichtung in bezug auf das Objekt ein »Transmissionsbild« projiziert werden, entsprechend einem scheibenförmigen Abschnitt des Objekts, wobei die Dicke dieses Abschnitts durch die Höhe des flachen Strahlenfächers bedingt ist und die »Länge« des streifenförmigen Bildes durch den öffnungswinkel φ des Fächers bestimmt ist

Die Detektorvorrichtung, die in an sich bekannter Weise ausgebildet sein kann, vorzugsweise z. B. als eine als Röntgenbildverstärker ausgebildete Detektorvorrichtung, ist wirksam, um das auf dem Eingangsleuchtschirm gebildete Röntgen-Projektionsbild, das maßgebend ist für die Strahlenabsorption in dem betreffenden Objektquerschnitt aus der betrachteten Richtung oder Lagewinkel λ, in ein entsprechendes verstärktes elektrisches Bildsignal umzusetzen. Nachdem ein auf diese Weise erhaltenes elektrisches Bildsignal durch einen logarithmischen Verstärker geführt ist, entsteht ein Signal, das repräsentativ für das Dichtemuster ist, gehörend zu dem Objektquerschnitt, der für den betreffenden Lagewinkel α gilt Es wird klar sein, daß damit für eine Reihe von I.iigcwinkcln λ, wie <ti, <\i, ■·»], ,14 usw. eine entsprechende Reihe der genannten elektrischen Signale erhalten werden kann, wobei, wenn der ganze Kreis mit dem Radius R durchwandert ist, eine Gruppe elektrischer Signale erhalten wird, woraus eine sich auf den vollständigen Dichteverlauf innerhalb des betreffenden Objektquerschnitts beziehende Abbildung rekonstruiert werden kann, vorausgesetzt, daß der Öffnungswinkel φ des Strahlungsfächcrs derart groß gewählt ist, daß jedes Element des betrachteten Objektquerschnitts aus jedem Lagewinkel λ durchstrahlt wird. Dabei sei bemerkt, daß die durch die Detektorvorrichtung erzeugten elektrischen Signale oder aber Signalprofile aus einem fächerförmigen oder aber divergierenden Strahlurigr.fächer entstanden sind. Das bedeutet, daß, wenn bei der weiteren Verarbeitung solcher .Signalprofile versucht wird, die Punktstrcuungsfunklion zu beseitigen, keine für das ganze Bildfeld genaue Korrektur möglich ist, '.VSS cine Dcgradicrüng des schiieülich erhaltenen Tomogramms bedeutet.

Diesem Mangel läßt sich dadurch abhelfen, daß vor der weiteren Verarbeitung der von der Dctcklorvorrichtung abgegebenen Signalprofile diese Signalprofile in bestimmter Weise in einer gesonderten Speichervorrichtung eingespeichert werden. Insbesondere wird ein jeder Position oder jedem Lagewinkel der Strahlenquelle in bezug auf das zu untersuchende Objekt entsprechender Signalpirofil eingespeichert, und zwar längs einer zugeordneten, sich kontinuierlich erstreckenden Profiispur. Um den unmittelbaren Zusammenhang zwischen der Speicherang und der momentanen Lage der Vorrichtung deutlich anzugeben, ist eine solche Profilspur beispielsweise in Fig. I durch die Profilspur OPI, OP2, OP3 und OP4 wiedergegeben, wobei jedem Lagewinkel X_n der Strahlenquelle ein aufgezeichnetes Signalprofil entspricht. Bei der Konfiguration nach F i g. 1 sind diese Signalprofile auf kreisbogenförmigen Profüspuren aufgezeichnet, deren Krümmungsmittelpunkt auf dem Kreis mit Radius R liegt, und wobei jedes dieser aufgezeichneten Signalprofile von dem Mittelpunkt O dieses Kreises ausgeht. Die dem Lagewinkel λ\ entsprechende Signalprofilspur OP1 wird somit dadurch erhalten, daß man aus dem Mittelpunkt O mit dem Krümmungsmittelpunkt λ, den Radius R abzirkelt. In derselben Weise wird jede der übrigen Signalprofilspuren eingespeichert, wobei schließlich ein Bündel von Signalprofilspuren aufgezeichnet ist, ausgehend von dem Mittelpunkt O so daß eine Ansammlung schaufelartig verlaufender primärer Signalprofilspuren erhalten wird.

Es erweist sich nun als möglich, eine derart gespeicherte Ansammlung primärer Signalprofile durch eine Reihe von Lesespuren einzulesen, derart, daß durch eine solche Einlesung sekundärere Signalprofile konstruiert werden, wobei jedes dieser sekundären Signalprofile dann so anzusehen ist als ob es aus einem imaginären Bündel parallel einfallender Strahlen erhalten worden sei. Für die in F i g. 1 wiedergegebenen primären Signalprofilspuren OP1 bis OPΛ kann dies durch nähere Betrachtung von F i g. 1 verdeutlicht werden. Hierzu ist ein dem Lagewinkel x* entsprechendes Bündel parallel einfallender Strahlen gezeichnet wobei die primären Signalprofilspurfragmente, die diesen parallel einfallenden Strahlen entsprechen, als die Schnittpunkte wie x. B. Γ, 2', 3' zwischen dem betreffenden Strahl und der dazu gehörenden primären Signalprofilspur gezeichnet sind. Das heißt die Schnittpunkte zwischen dem Strahl, ausgehend von Λτ, und der Signalprofilspur OPl, dem Strahl, ausgehend von a? und der Signalprofüspur OP2,

dem Strahl, ausgehend von <*j. und der Signalprofilspur OP3 und dem Strahl, ausgehend von Λ4, und der Signalprofilspur OPA. Fs zeigt sich nun, daß die auf diese Weise erhaltenen Schnittpunkte auf einer kreisbogenförmigen Spur b liegen, die durch den Mittelpunkt O mit einem Krümmungsradius R und einem Krümmungsmittelpunki λ% verläuft, der diametral dem Lagewinkelpunkt tu gegenüberliegt, der für die Einfallsrichtung des betrachteten Bündels paralleler Strahlen bestimmend ist. M. a. W„ der Krümmungsmittelpunki λΆ ist durch λ* + ,τ gegeben.

Das einer solchen kreisbogenfönnigen Lesespur entsprechende sekundäre Signalprofil ist daher zu betrachten als ein Signalprofil, abgeleitet aus einem Fächer paralleler Strahlen. Jedem Lagewinkel λ, entspricht daher ein zugeordneter Lagewinkel λ⁷,, der für die kreisbogenförmige Einlesung bestimmend ist, aus der ein sekundäres .Signalprofil, das einem imaginären Bündel paralleler unter dem Winkel λ, einfallender Strahlen entspricht, zu rekonstruieren ist. M. a. W., aus der Ansammlung primärer Signalprofilspuren ist durch eine solche Einlesung die Ansammlung sekundärer Signalprofile zu rekonstruieren, die sich dann für eine normierte genaue Korrektur in bezug auf die Punktstreuungsfunktion eignen. In einfacher Weise läßt sich erkennen, daß, wenn nicht die Ansammlung primärer Signalprofile für eine Reihe diskreter Lagewinkel werte ä, aufgezeichnet wird, jedoch, wie in der Praxis bevorzugt werden wird, die primären Signalprofile fortwährend bei einer kontinuierlichen, vorzugsweise gleichförmigen, relativen Drehbewegung der Quelle um das Objekt herum aufgezeichnet werden, die Bahn der aufgezeichneten primären Signalprofile nicht durch Kreisbögen (Pa. Pb,... Pe), sondern durch Abrollkurven (A, B,.. _H E)bestimmt wird. Auch läßt sich einfach erkennen, daß trotzdem durch die beschriebene Abtastung auf kreisbogenförmigen Bahnen (J, H,.... E) wiederum das sich auf cm paralleles Bunds! beziehende sekundäre Signalprofil erhalten wird. Solche Abtastungen müssen über einen gewissen Winkel, z. B. 30° der Aufzeichnung der primären Signalprofile tatsächlich aufgezeichnet sein müssen. Nach Abtastung der betreffenden Gruppe primärer Signalprofile ist es möglich, diese zu löschen, wobei in dem gelöschten Teil des Aufzeichnungsmediums andere Informationen aufgezeichnet werden können.

Grundsätzlich ist es auch möglich, einen Strahlungsfächer mit einem öffnungswinkel, der zweimal so groß ist wie der in F i g. 1 angegebene öffnungswinkel, zu benutzen. In In einer solchen Situation muß die zweite Hälfte jeder primären Signalprofilspur, wie schematisch durch so den Strichpunktbogen OPA angegeben, aufgezeichnet werden, was auch möglich ist, da das zu untersuchende Objekt strahlungsisotrop ist, d. h. die Absorption des Objekts längs einer Linie hängt nur von der Richtung dieser Linie ab, jedoch nicht von deren Sinn. Selbstverständlich braucht in dieser Situation die Zusammenstzung, welche die Strahlenquelle und die Detektorvorrichtung umfaßt, nur über einen Winkel von „τ-Radien in bezug auf das Objekt zu rotieren, um ein vollständiges Tomogramm entwickeln zu können. Die Rekonstruk- ω tion der auf diese Weise bei einem Signal der doppelten Breite gespeicherten primären Signalprofilspuren kann wieder dadurch erhalten werden, daß man entweder über 2vT-Radicn gemäß »halben« Spuren b einliest, oder über „T-Radien gemäß S-förmigen Bahnen, m. a, W. ge- &5 maß spiegelbild-symmetrisch krummen Spuren b. b'zbtastct.

Die im Zusammenhang mit F i g. 1 behandelte Einspeicherung der »halben« primären Signalprofilspuren in Form von Kreisbögen, die durch den Ursprung O verlaufen, hat den Nachteil, daß um diesen Ursprung herum die Musterlinien sich kaum trennen lassen, wodurch abhängig von der Weise der Einlesung zum Erzielen der sekundären Signalprofile an Ort und Stelle Ungenauigkeiten auftreten können, denn bei der im Vorhergehenden behandelten Rekonstruktion sekundärer Signalprofile, die Signalen paralleler Strahlen entsprechen, wird gerade in der Nähe des genannten Ursprungs O annähernd in Berührung mit den betreffenden primären Signalprofilen eingelesen, was zu einer unzulässig hohen Ungenauigkeit führen kann.

Zur Vermeidung dieser Nachteile empfiehlt es sich deshalb, die primären Signalprofilspuren nicht, wie es bei Fig. 1 der Fall ist, gleichsam in Form von aus dem Ursprung O ausgehenden Schaufeln aufzuzeichnen, sondern vielmehr in Form von aus einer Felge ausgehenden kreisbogenförmigen Speichen aufzuzeichnen, wie es auch in F i g. 2 schematisch angegeben ist. In Fig. 2 ist durch die Kreisbahn mit Radius R\ die Bahn angegeben, die einer Relativbewegung der Strahlenquelle zum Drehmittelpunkt O entspricht. Ebenso wie bei der Konfiguration gemäß Fig. 1 ist der Kreis mit Radius r bei der Anordnung gemäß F i g. 2 wieder durch den Mindestabstand für eine hindernisfreie Rotation um das Objekt herum bestimmt. Der Abstand /?j ist der Abstand, über den jeweils eine Lagewinkelposition λ, gemäß der Berührungslinie am Kreis R\ in diesem Punkt verschoben ist, um zu dem Lagewinkelpunkt α', am Kreis R₂ zu kommen, der bestimmend ist für die betreffende primäre »halbe« Signalprofilspur p'„ da gleichsam wie eine kreisbogenförmige Speiche aus einer Felge mit dem Radius R3 aufgezeichnet wird. So wird in ähnlicher Weise wie bei der Konfiguration nach F i g. 1 durch eine Reihe von Lagewinkelpunkten wie «Ό—λ¹* eine An-

profilspuren wie ρΌ—ρΆ aufgezeichnet. Ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit ist der Abstand R} so gewählt, daß die geometrische Stelle der äußersten Punkte der primären »halben« Signalprofilspuren, die ursprünglich am Kreis mit Radius r lagen, auf einen Bahnkreis mit Radius R zu liegen kommen. Das heißt der Punkt O der ursprünglichen primären Signalprofilspuren OPO wird der Punkt O' der primären Signalprofilspur PO usw. In F i g. 2 ist durch den Kreis mit Radius Ri die Bahn der über den Abstand /?₃ über die Tangenten verschobenen Quellenpunkte angegeben. Die Größe dieses Radius R₂ ist gegeben durch R₂ = ^R\² + R)². Bei einer Speicherung mit einer Konfiguration nach Fi.-5. 2 zeigt es sich ebenfalls, daß die Rekonstruktion der sekundären »halben« Signalprofile, die Fächern parallel einfallender Strahlen entsprechen, wieder durch kreisbogenförmige Lesespuren mit Krümmungsradius R₂ erhalten werden können, und zwar jeweils aus demselben Krümmungsmitteipunkt M entsprechend dem Schnittpunkt des Kreises um den Drehpunkt O und mit dem Radius R einerseits und dem durch diesen Punkt O gehenden Radius des parallelen Fächers andererseits. Bei einer solchen Anordnung sind die Schnittpunkte zwischen den primären Signalprofilspuren und den Lesespuren zum Erhalten der sekundären Signalprofile besser definiert Dies ist schematisch in F i g. 2 für die Lagewinkelposition au + ir und den dadurch bestimmten Kreisbogen mit R_t als Krümmungsradius angegeben. Die betreffenden Schnittpunkte sind mit 0", 1", 2", 3" und 4" bezeichnet. Diese Punkte entsprechen einem Fächer paralleler und unter einem Winkel «4 einfallen-

der Strahlen. Aus dem Vorhergehenden geht hervor, daß je nachdem ob R) sich Null nähert, die im Zusammenhang mit Fig.2 behandelte Konfiguration in die Konfiguration, die im Zusammenhang mit Fig. 1 behandelt wurde, übergeht. Daher kann es selbstverständlich so eingerichtet werden, daß jeweils zwei »halbe« Signalprofile gleichzeitig eingespeichert werden, wodurch eine Drehung von nur,T-Radien notwendig ist.

Auch bei d&r in F i g. 2 wiedergegebenen Konfiguration ist die Einlesewirkung in bezug auf die Einspeicherung der primären Signalpro'ile verzögert. Die innerhalb des Kreises Ri vorhandene Oberfläche wird bei der Konfiguration nach Fig. 2 in erster Instanz nicht zur Speicherung verwendet. Wenn die Dicke der zwischen den Kreisen mit Radien R, und Ri begrenzten ringförmigen Oberfläche klein genug gewählt werden kann, wobei das Auflösungsvermögen eines gewählten Speicherungsmediums die Begrenzung bildet, können für mehrere simultane Tomogramme die Ansammlungen primärer Signalprofile in konzentrischen, ringförmigen und ineinanderliegende.i Bereichen eingespeichert werden.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf den Konfigurationen der den F i g. 1 und 2 entsprechenden Ausführungsformen beschränkt. Für das allgemeine Erfindungsprinzip, gemäß dem eine Ansammlung primärer Signalprofile, die von einem im wesentlichen flachen, divergierenden Strahlungsfächer abgeleitet sind und gemäß einem bestimmten Spurverlauf eingespeichert werden und wobei die so gespeicherten Werte anschließend gemäß einer anderen Ansammlung von Lesespuren eingelesen werden, die einen solchen Verlauf haben, daß die aus dieser Einlesung erhaltenen sekundären Signalprofile so zu betrachten sind, als ob sie von einem Fächer paralleler Strahlen ausgehen, ist die in F i g. 6 wiedergegebene Basiskonfiguration anwendbar, bei der dann durch Wahl der für die Einspeicherung und Einlesung wirksamen Steuerfunktionen verschiedene Erfindungsvarianten möglich sind. Bei den Konfigurationen nach F i g. 1 und 2 sind diese Steuerfunktionen derart, daß die Speicherung der primären Signalprofile gemäß kreisbogenförmiger Spuren (diskontinuierliche Drehbewegung) oder gemäß Abwickelkurven, wie z. B. Zykloide (kontinuierliche Drehbewegung) ausgeführt wird, während die zur Bildung der sekundären Signalprofile angewendete Einlesung gemäß kreisbogenförmiger Spuren stattfindet Diese Steuerfunktionen können im allgemeinen so gewählt werden, daß sowohl die primären Signalprofile als auch die Spuren, längs welcher diese eingelesen werden, um die sekundären Signalprofile abzuleiten, ein einfaches Linienmuster bilden. Folgende Möglichkeiten sind beispielsweise gegeben: die primären Signalprofile werden gemäß im wesentlichen geradlinigen Spuren gespeichert, die entweder nebeneinander oder untereinander liegen, während die Einlesung gemäß krummlinigen Spuren erfolgt, die das Muster primärer Signalprofiispuren durchschneiden; die primären Signalprofile werden gemäß gleichförmigen neben- oder untereinander liegenden krummlinigen Spuren gespeichert, während die Einlesung für die Rekonstruktion der sekundären Signalprofile über geradlinige Spuren ausgeführt wird, die das Muster primärer Signalprofilspuren durchschneiden; und die primären Signalprofile werden gemäß im wesentlichen geradlinigen Spuren gespeichert, die entweder nebeneinander oder untereinander Hegen, während die Einlesung gemäß ebenfalls im wesentlichen geradlinigen Spuren erfolgt die das Muster primärer Signalprofilspuren durchschneiden.

In der Situation, in der das zu untersuchende Objekt und die durch Jie Strahlenquelle und die Detektorvorrichtung gebildete Zusammensetzung eine relative Rotation erfahren, wird eine Reihe primärer Signalprofile erhalten, die je eine Funktion des Lagewinkels der Strahlenquelle sind. Unter Hinweis auf Fig.3 wird die Relation zwischen den primären und sekundären Signalprofilspuren für diese Situation abgeleitet werden. Bei der in Fig.3 wiedergegebenen Konfiguration ist

ίο angenommen, daß die Strahlenquelle sich über eine kreisbogenförmige Bahn mit Radius R um den Drehpunkt M von der Position P_n zur Position P, usw. bewegt. Mit 31 ist ein Strahl angegeben, der von der Sirahlenquelle herrührt, wenn diese sich in der Position P_n befindet, wobei dieser Strahl 31 den Winkel g\) mil der Linie P₀M einschließt. Mit 32 ist ein parallel zum Str.-.hl 31 verlaufender Strahl angegeben, der von der Strahlenquelle herrührt, wenn diese sich in der Position P₁ befindet, d. h, nachdem Sine Rotation ürn den Drehpunkt M über einen Winkel λ ausgeführt ist. Die Bedingung, daß dieser Radius 32 parallel zum Radius 31 verläuft, ist. daß die Summe des Winkels φ. den der Radius 32 mit der Linie Ρ_ΛΜ einschließt und der Winkel λ gleich φ» ist. M. a. W.: das sekundäre Signalprofil, das zur Richtung <pt> gehört, wird dadurch erhalten, daß bei jeder Winkclverdrehung λ der Strahlenquelle die Transmission des Radius, den ein Winkel φ = g\> — α mit der Verbindungslinie Ρ_ΛΜ einschließt, gemessen wird. Der Abstand von diesem Radius bis zum Drehpunkt M beträgt R ■ sinjp = R · sin (φ\> — λ). Die gemessenen Strahlungstransmissionswerte werden, wenn mit einem divergierenden Strahlungsfächer gearbeitet wird, z. B. mit einer Röntgenstrahlung, gegebenenfalls logarithmisiert, aufgezeichnet. Beispielsweise derart, daß die aus diesem divergierenden Fächer abgeleiteten primären Signalprofile als Funktion des obengenannten Winkels φ, sinus φ, tangens φ oder im allgemeinen flwX parallele gerade Linien sind, deren Relativabstand proportional dem Lagewinkel λ der Röntgenquelle ist Das der Richtung φα entsprechende sekundäre Signalprofil läßt sich dann als eine Linie durch den Punkt φ = 0. λ = q>o fi.' den und ist weiter charakterisiert durch λ + φ = Φο.

Es wird klar sein, daß die Spur, längs der zum Erhalten des sekundären Signalprofils eingelesen werden muß, eine gerade Linie (41 ... 4n) ist, wenn das primäre Signalprofil, abgeleitet durch Messung mit einem divergierenden Fächer, als Funktion des Winkels φ gespeichert ist, während die genannte Lesespur als f(g>) verläuft, wenn das primäre Signalprofil als f{g>) gespeichert ist Dies ist in F i g. 4 erläutert.

Die sekundären Signalprofile müssen als Funktion des Strahlungswinkels φ, insbesondere als Funktion des Abstandes R ■ sin^p bis zum Drehpunkt M zur Verfugung stehen, was dazu führt, daß, wenn die Abtastung gemäß der Geraden φ erfolgt und z. B. die Zeit proportional diesem Abstand gewählt ist, ausgehend von φ = 0, mit zunehmender Geschwindigkeit abgetastet werden muß, um die erste Ableitung nach der Zeit der Funktion sin ^konstant zu halten.

Welcher Verlauf als Funktion von φ erhalten wird, hängt von der Geometrie der Strahlungsquelle und der Detektorvorrichtung ab, während dieser Verlauf noch weiter beeinflußt werden kann durch die optischen und elektronen-optischen Verzerrungen.

Wie aus F i g. 5 hervorgeht verläuft bei einem flachen Detektor 5dr das primäre Profil gemäß Tangens φ, während bei einem gekrümmten Detektor mit der Strahlenquelle in einem Krümmungsmittelpunkt der Verlauf ge-

maß Sinus g< isl. Die sekundäre,! Profile können beispielsweise durch eine angepaßte Einlesung in der bildverstärkenCen Röhre 5bb, die das von der Detektorvorrichtung entwickelte Bild über eine Optik 5ok empfängt, abgeleitet werden.

Um ein möglichst gleichmäßiges sekundäres Profil zu erhalten, kann es von Vorteil sein, die primären Profile mit solcher Bahnbreite einzuspeichern, daß diese Spuren zusammengeschlossen sind. Durch Variation der Breite der beim Einlesen der primären Profilspuren durchlaufenen Lesespur kann in bezug auf das Signal-Rauschverhältnis oder das Auflösungsvermögen eine Optimalisierung erhalten werden.

Bei dem in F i g. 6 wiedergegebenen Blockschaltbild einer allgemeinen Ausführungsform der Erfindung ist 61 eine Speichervorrichtung, in der von der Detektorvorrichtung abgeleitete elektrische Signale aufgezeichnet werden können. Eine solche Speichervorrichtung, die ein /weiuiiiieiibiuiidicb Sysiem ist, kann beispielsweise eine elektronische Bildwandlerröhre, eine Kathodenstrahlröhre um nachleuchtendem Phosphorschirm oder einem kontinuierlichen zweidimensionalen magnetischen Blattspeicher sein. Die genannten, von der Detektorvorrichtung abgeleiteten elektrischen Signale können dem Eingang / zugeführt werden. Mit der genannten Speichervorrichtung kann eine Lesevorrichtung 62 zusammenwirken, welche die in der Speichervorrichtung aufgezeichnete Information einlesen kann, wobei die durch eine solche Einlesung erhalten elektrischen Signale am Ausgang U entwickelt werden. Die Profilspuren, über welche die dem Eingang /zugeführte Information gespeichert wird, werden durch eine Eintragungs-Adressiervorrichtung 63 bestimmt. Diese Eintragungs-Adressiervorrichtung ist abhängig von der Positionsänformation Pl über die Stelle oder Richtung, von der aus das zu untersuchende Objekt von der Strahlungsquelle durchstrahlt wird. Die Reihe von Positionen, aus denen durchstrahlt wird, ist bei der Konfiguration nach F i g. 1 durch eine kreisförmige Bahn gegeben (Radius R). die um die Rotationsachse verläuft, die sich durch das zu untersuchende Objekt erstreckt. In diesem Fall besteht die genannte Positionsinformation aus Lage- oder Positionswinkeln wie et\, λι usw., wobei, davon ausgehend, daß die Größe des Radius R ebenfalls eine gegebene Größe ist, die von der Eintragungs-Adressiervorrichtung 63 zu verarbeitende Steuerinformation, die zum Eintragen der primären Signalprofile notwendig ist, völlig gegeben ist. Die Eintragungs-Adressiervorrichtung 63 gibt daher ansprechend auf die zugeführte Lagewinkelinformation, die von elektromechanischen Übertragungsmitteln 64 in entsprechende Positionssignale umgesetzt wird, an die Speichervorrichtung 61 Steuersignale ab. wodurch die zugeführten elektrischen Eingangssignale gespeichert werden, z. B. gemäß den in F i g. t genannten kreisbogenförmigen Profilspuren. Wie schon bemerkt, kann durch andere Positionsinformation erreicht werden, daß bei den von der Eintragungs-Adressiervorrichtung 63 abgegebenen Steuersignalen für die Speichervorrichtung 1 die Muster eingespeicherter primärer Signalprofile beliebig geändert werden. Die von den Obertragungsmitteln 64 abgegebenen Positionssignalen werden einem Signalumwandler 65 zugeführt, wodurch erreicht wird, daß die für die Lese-Adressiervorrichtung 66 bestimmten Steuersignale nach einer bestimmter. Funktion mit den Signalen, durch welche die Steuerung der Speichervorrichtung 63 bestimmt wird, im Zusammenhang stehen. Wenn von der Konfiguration, wie in F i g. 1 wiedergegeben, ausgegangen wird, ist diese Relation durch einen Wirikelunterschied .τ gegeben, so daß zu jedem Lagewinkel /x, der für die von der Vorrichtung 63 ausgeübte Steuerung bestimmend ist, ein Lagewinkel χ + π gehört, der dann für die von der Lese-Adressiervorrichtung 66 ausgeübte Steuerung bestimmend ist. Bei der von dieser Lese-Adressiervorrichtung 66 auf die Lesevorrichtung 62 ausgeübte Steuerwirkung wird erreicht, daß die eingespeicherten primären Signalprofile gemäß den gewünschten Lesespuren eingelesen werden. Bei der Konfiguration nach F i g. 1 sind dies die kreisbogenförmigen Spuren, die je einen Krümmungsmittelpunkt, 2:. B. au, haben, der durch a + ,τ und einen Krümmungsradius R bestimmt ist. Die für die Speicherung der primären Signalprofile benötigten Steuersignale, sowie die für die Einlesung derselben benötigten Steuersignale können z. B. in einfacher Weise hergestellt werden mit Hilfe elektromechanischer, zur Übertragung von Winkelinfor~iSiicMcn dienender Mittel, die mit dem Afitriebsmechanismus gekoppelt sind, der die relative Drehbewegung des Objekts in bezug auf die von der Strahlungsquelle und der Detektorvorrichtung gebildeten Zusammensetzung hervorrufen kann. Die aus einer solchen Einlesung erhaltenen Ausgangssignale, die am Ausgang U der Lesevorrichtung entwickelt sind, sind dann repräsentativ für die sekundären Signalprofile, die als Signalprofile zu betrachten sind, die durch einen imaginären eingestrahlten Fächer paralleler Strahlen entstanden sind. Wie schon im Vorhergehenden dargelegt, muß die von der Lesevorrichtung 62 ausgeübte Einleswirkung über eine bestimmte Zeit in bezug auf die Aufzeichnung der primären Signalprofile nacheilen. Dazu sind zwischen dem Signalumwandler 65 und der Lese-Adressiervorrichtung 66 Verzögerungsmittel 67 vorgesehen. Falls erwünscht, kann diese Verzögerungsvorrichtung variabel ausgebildet sein, um die genannte Verzögerung beliebig einstellen und den jeweiligen Betriebsbedingungen anpassen zu können.

Das von der Lesevorrichtung 62 abgegebene Ausgangssignal U eignet sich nun zur weiteren Verarbeitung, wobei eine genaue Korrektur in bezug auf die Punktstreuungsfunktion schon vorher stattgefunden hat, so daß daraus durch Superposition ohne veiteres ein Tomogramm mit hohem Auflösungsvermögen erhalten werden kann, während von einer Strahlenquelle mit einem divergierenden Strahlungsbündel ausgegangen wird. Obgleich dabei für die praktische Ausführung in erster Linie an eine tomographisdhe Bildrekonstruktion auf analogem Wege gedacht wird, ist es selbstverständlich ohne weiteres möglich, die Ausgangssignale U zu digitalisieren und die Bildrekonstruktion mittels eines Rechners Punkt-für-Punkt durchzuführen. Ein solches Verfahren kann von Vorteil sein, weil nicht der ganze Querschnitt, sondern nur bestimmte Bereiche darin als wichtig betrachtet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Rekonstruieren eines Transversalschichtbildes eines Objektes aus Signalprofilen, wobei jedes Signalprofil eine Vielzahl von Datenpunkten enthält, die der Absorption von Objektpunkten längs Strahlenlinien eines Röntgen- oder Gammastrahlenfächers entsprechen, mit einer Speichervorrichtung für die Signalprofile, einer Eintragungs-Adressiervorrichtung zur Steuerung der Speicherung der Signalprofile, einer der Speichervorrichtung zugeordneten Lesevorrichtung und einer Lese-Adressiervorrichtung zur Steuerung der Lesevorrichtung, um aus der Speichervorrichtung \5 zugeordnete Serien von Signalwerten zu entnehmen, mit Umwandlungsvorrichtung für die Umwandlung der Signalprofife in solche Signalprofile. die in der jeweiligen Winkelstellung durch parallele Strahlen erhalten werden, dadurch gekennzeichne i, daß die Speichervorrichtung (61) die Signaiprofife in einem zweidimensionaien System speichert, daß die Eintragungs-Adressiervorrichtung (63) diese Signalprofile in der Speichervorrichtung längs zugeordneter, sich kontinuierlich erstreckender Profilspuren (OPi-OPA, Po-PS) speichert, von denen jede eindeutig einem der Strahlenwinkel zugeordnet ist, daß die Lese-Adressiervorrichtung (66) die Signalprofilinformation aus der Speichervorrichtung für jedes parallele Signalprofil längs einer zugeordneten, sich kontinuierlich erstreckenden Lesespur (l< G"—4") einliest, die diejenigen Profilspuren jeweils in den Punkten (J', 2', 3'; 1", 2", 3") kreuzt, die die Information der der Lesespur zugeordneten parallelen Signslpro^üe enthalten, wobei die im Verlauf des Einlesens erhaltenen Werte das modifizierte parallele Signalprofil bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragungs-Adressiervorrichtung (63) so ausgebildet ist, daß jedes der genannten Signalprofile in einer kreisbogenförmigen Profilspur (Po— P*')mh Radius/?, gespeichert wird, deren Mittelpunkt (οο'—λα) auf einem Kreis mit Radius /?j liegt und in eindeutigem Zusammenhang mit der betreffenden Position, die die Strahlenquelle nacheinander in bezug auf das Objekt einimmt, steht, wobei gilt, daß /?2 St Ru bezogen auf den Punkt O, der die Drehachse der Strahlungsquelle in bezug auf das Objekt darstellt, und wobei der Anfang jedes gespeicherten Signalprofils auf einem Kreis um den Punkt sn O mit Radius R_} liegt, wobei gilt, daß R₃ > R₁, jedoch < /?2 sein kann, sowie auch durch die durch das Objekt verursachte Absorption des durch die Drehachse verlaufenden Radius aus dem von der betreffenden Position ausgehenden Bündel bestimmt ist und daß die Lese-Adressiervorrichtung (66) so eingerichtet ist, daß die gespeicherten kreisbogenförmigen Signalprofile gemäß ebenfalls kreisbogenförmigen Lesespuren (0", 4") je mit Radius R2 eingelesen werden, deren Krümmungsmittelpunkt M in einem Punkt des genannten Kreises mit Radius R\ liegt, wobei der Krümmungsmittelpunkt dem der Krümmung der betreffenden eingelesenen Signalprofile abgewandten Ende der Mittellinie entspricht, die die Richtung des parallelen Bündels angibt. b5

J. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die EiiUrugungs-Adrcssicrvorrichlung (63) und dii· Lese-Adressiervorrichtung (64) ihre Steuersignale elektromechanischen, der Übertragung von Winkelinformation dienenden Mitteln (64) entnehmen, die mit einem Antriebsmechanismus gekuppelt sind, der die Relativbewegung des Objekts gegenüber der durch die Strahlungsquelle und die Detektorvorrichtung gebildeten Zusammensetzung hervorrufen kann.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein'.cagungs-Adressiervorrichtung(63) dazu eingerichtet ist, mehrere in konzentrischen ringförmigen Bereichen liegende Ansammlungen von Signalprofilen zu speichern, und die genannte Lese-Adressiervorrichtung (66) dazu eingerichtet ist, die betreffende der Ansammlungen von Signalprofilen gemäß einer entsprechenden Anzahl Ansammlungen von Lesespuren einzulesen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragungs-Adressiervorrichtung (63) dazu eingerichtet ist, die Signalprofile in im wesentlichen geradlinigen Profilspuren (41 ... An) zu speichern, und daß die Lese-Adressiervorrichtung (66) dazu eingerichtet ist, die geradlinig gespeicherten Signalprofile gemäß krummlinigen Lesespuren (4 sin φ, Atgtp) einzulesen, die die gespeicherten Signalprofile schneiden.

6. Vorrichtun^nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragungs-Adressiervorrichtung (63) dazu eingerichtet ist, die Signalprofile in krummlinigen Profilspuren zu speichern und die Lese-Adressiervorrichtung (66) dazu eingerichtet ist, die krummlinig gespeicherten Signalprofile in im wesentlichen geradlinigen Lesespuren, die die gespeicherten Signalprofilspuren schneiden, einzulesen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragungs-Adressiervorrichtung (63) dazu eingerichtet ist, die Signalprofile in geradlinigen Profilspuren (41... An) zu speichern, und die Lese-Adressiervorrichtung dazu eingerichtet ist, die geradlinig gespeicherten Signalprofile (66) in ebenfalls geradlinigen, parallel zueinander verlaufenden Lesespuren (Αφ) einzulesen, die die betreffenden gespeicherten Signalprofile unter einem festen Winkel schneiden.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintragungs-Adressiervorrichtung (63) dazu eingerichtet ist, die Signalprofile in im longitudinalcn Sinne aneinander anschließenden oder sich überlappenden Profilspuren zu speichern, und die Lese-Adrcssiervorrichtung (66) Einrichtungen umfaßt, die dazu dienen, die Breite der Lesespuren, längs deren die betreffenden gespeicherten Signalprofile eingelesen werden, beliebig einzustellen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Verzögerungsmittel (67), die dazu dienen, die Wirkung der Lese-Adressiervorrichtung (66) in bezug auf die der Eintragungs-Adressiervorrichtung (63) zu verzögern,

10. Vorrichtung nach Anspruchs», dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsmittel (67) mit Einstellorganen versehen sind, mit denen die eingeführte Verzögerung auf einen gewählten Wert eingestellt werden kann.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche I bis 10. dadurch gekennzeichnet, duß die

Eintragungs-Adressiervorrichtung (63) und die Lese-Adressiervorrichtung (66) in einer Speichervorrichtung vereinigt sind, die in Form einer elektronischen Bildwandlerröhre ausgebildet ist in der die betreffende Ansammlung von Signalprofilen mittels eines Elektronenstrahles auf einer Prallplatte gespeichert wird, wonach die betreffenden Signalprofile durch denselben oder einen anderen Elektronenstahl eingei^äen werden.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung- (61) in Form einer Kathodenstrahlröhre (5dr) mit nachleuchtendem Phosphorschirm ausgebildet ist, und die Lesevorrichtung (62) eine Bildabtaströhre (5bb) umfaßt, auf deren Eingangsfenster die auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre gespeicherte Ansammlung von Signalprofilen auf optischem Wege abgebildet wird.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (6i) in Form eines kontinuierlichen zweidimensionalen magnetischen Blattspeichers ausgebildet ist, wobei die Speicherung der Signalprofile, sowie auch die Einlesung der Signalprofile durch Magnetköpfe stattfindet.