DE2648132A1 - Verfahren und anordnung zur verminderung des einflusses von detektorfehlern bei roentgen-scannern - Google Patents
Verfahren und anordnung zur verminderung des einflusses von detektorfehlern bei roentgen-scannernInfo
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Description
PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2000 Hamburg 1, Steindamm
"Verfahren und Anordnung zur Verminderung des Einflusses von Detektorfehlern bei Röntgen-Scannern"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung des Einflusses von Detektorfehlern bei Röntgen-Scannern, wobei
die von einer Strahlenquelle ausgehende, keilförmig ausgeblendete Strahlung die Ebene eines zu untersuchenden Körpers
durchsetzt und von einer Anzahl, auf einem Kreisbogen in der Ebene angeordneter Detektoren gemessen wird, deren
Ausgangsspannungen einer Weiterverarbeitung und Auswertung
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unterzogen werden, und wobei das System Strahler - Detektoren in bezug auf den Körper gedreht wird.
Weiterhin bezieht sich die Anmeldung auf eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Verfahren der eingangs genannten Art und entsprechende Anordnungen
sind bereits bekannt, so z.B. aus der DT-OS 24 27 418. Ihr Vorteil gegenüber der Verwendung und Anordnung nur eines
Detektors, wie es z.B. aus der DT-OS 19 41 433 bekannt ist, besteht darin, daß die Messung schneller durchgeführt werden
kann, weil eine Vielzahl von Meßwerten gleichzeitig erfaßt werden kann und weil zur Erfassung der Absorption in der Ebene
das System Strahler - Detektoren lediglich um eine zur Untersuchungsebene senkrechte, vorzugsweise durch den zu untersuchenden
Körper verlaufende Achse gedreht werden muß. Andererseits hat sie (Jedoch den Nachteil, daß sich aufgrund unterschiedlicher
Empfindlichkeiten der Detektoren Fehler ergeben können, die sich bei der anschließenden Weiterverarbeitung
und Auswertung störend bemerkbar machen.
Eine Möglichkeit zur Verminderung derartiger Fehler ist auch in der DT-OS 25 03 978 beschrieben. Dabei führt das System
Strahler - Detektoren während einer Messung zunächst eine volle Umdrehung aus. Am Beginn und am Ende dieser Umdrehung messen
die Detektoren die Absorption des Körpers jeweils längs desselben Streifens durch den Körper. Weichen die Ausgangs-
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signale der einzelnen Detektoren gleichwohl voneinander ab, so läßt sich daraus die zeitliche Änderung der Empfindlichkeit
in ihrer Größe ermitteln. Anschließend werden die Detektoren um den Krümmungsmittelpunkt des Kreisbogens geschwenkt, auf
dem sie angeordnet sind, so daß jeder Detektor bei der nachfolgenden zweiten Umdrehung die Absorption entlang von Streifen
durch den Körper mißt, entlang derer die Absorption bei der vorhergehenden Messung durch einen der beiden benachbarten
Detektoren erfaßt wurde. Vergleicht man nun die Meßwerte, die ein Detektor während der zweiten Umdrehung liefert, mit
den Meßwerten, die der benachbarte Detektor während der ersten Umdrehung geliefert hat, dann lassen sich daraus Unterschiede
in der Empfindlichkeit benachbarter Detektoren ableiten und zur Korrektur der Meßwerte heranziehen. Anschließend werden
die Detektoren wieder in ihre Anfangslage, die sie bei der ersten Messung eingenommen haben, zurückgeschwenkt, worauf
das System Strahler - Detektoren ein drittes Mal gedreht wird und die Absorption erneut gemessen wird, woraus sich
wiederum (durch Vergleich mit den Meßwerten während der zweiten Drehung) Unterschiede in der Empfindlichkeit benachbarter
Detektoren sowie (durch Vergleich der Meßwerte am Anfang und am Ende der Umdrehung) zeitliche Schwankungen der
Empfindlichkeit der einzelnen Detektoren ermitteln lassen.
Die Wirkung dieser Anordnung beruht also darauf, daß die Absorption entlang eines jeden Streifens durch den Körper
mehrmals gemessen wird. Dadurch wird die Meßzeit zur Er-
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fassung sämtlicher Meßwerte selbstverständlich entsprechend verlängert, und die Dosis, die dem Körper zur Erfassung
dieser Meßwerte zugeführt werden muß, vergrößert sich ebenfalls entsprechend. Da mit diesem Gerät in der Regel Patienten
untersucht werden, ist dies ein schwerwiegender Nachteil.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anordnung liegt darin, daß die Meßwerte sich ändern, wenn der untersuchte Körper
während der Messung seine Lage ändert. Diese veränderten Meßwerte werden von der Anordnung fälschlich als unterschiedliche
Empfindlichkeit benachbarter Detektoren bzw. als Drifterscheinung der Empfindlichkeit der einzelnen Detektoren bewertet,
woraus sich bei der Rekonstruktion der Absorption in der Untersuchungsebene des Körpers zusätzliche Fehler ergeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine zur Durchführung dieses
Verfahrens geeignete Anordnung zu schaffen, womit eine Verminderung der Einflüsse von Detektorfehlern erzielt wird, ohne
gleichzeitig die dem zu untersuchenden Körper zuzuführende Strahlendosis erhöhen zu müssen. Dabei geht die Erfindung
von der Erfahrung aus, daß zwar jeder Detektor sowohl einen additiven Fehler (offset) als auch einen multiplikativen
Fehler (gain) aufweisen kann, daß diese Fehler jedoch während der gesamten Meßzeit (z.B. 5 see) relativ konstant bleiben.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun darin, daß zunächst
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die jeweils zu einem Datensatz zusammengefaßten Ausgangsspannungen
einer Detektorgruppe gleichzeitig in einem ersten Speicher zwischengespeichert werden und ihr Mittelwert gebildet
wird, daß dieser Mittelwert sodann einem Prozessor zur Durchführung einer Hochpaßfilterung zugeführt und anschließend
in einem zweiten Speicher zwischengespeichert wird, und daß schließlich die Inhalte beider Speicher in einer Subtrahiereinheit
korrigiert und anschließend zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.
Auf diese Weise werden additive Fehler beseitigt. Liegt ein multiplikativer Fehler vor, so müssen die Meßwerte, bevor
sie dem genannten Verfahren unterworfen werden, logarithm!ert
werden.
Haben die Detektoren sowohl einen additiven als auch einen multiplikativen Fehler, so läßt sich das beschriebene Verfahren
auch mehrfach anwenden, nämlich einmal vor der Logarithmierung
und einmal nachher. Da die Korrekturen des additiven und des multiplikativen Fehlers jedoch einander beeinflussen, da ein
nichtlinearer Filterprozeß stattfindet, kann gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens eine abwechselnde Anwendung
der genannten Verfahrensschritte erfolgen, wobei z. B. zunächst der additive Fehler, sodann der multiplikative Fehler,
dann wieder der verbleibende additive Fehler usw. korrigiert werden (sog. Iterationsverfahren).
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Eine geeignete Anordnung zur Durchführung des beschriebenen
Verfahrens enthält somit einen ersten Speicher und einen Mittelwertbildner, deren Eingängen die Ausgangsspannungen
der Detektoren zugeführt werden, sowie einen mit dem Ausgang des Mittelwertbildners verbundenen Prozessor, an den sich
ein zweiter Speicher anschließt, dessen Ausgang ebenso wie der Ausgang des ersten Speichers mit zwei Eingängen einer
Sub träniereinheit verbunden ist.
Eine zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Iterationsverfahrens geeignete Schaltungsanordnung enthält darüber hinaus
noch einen Schalter sowie eine Logarithmier- und eine Delogarithmiereinheit.
An Hand der Zeichnung wird ein AusfUhrungsbeispIel des erfindungsgemäßen
Verfahrens sowie dazu geeigneter Anordnungen beschrieben. Darin zeigen
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Röntgen-Scanners,
Fig. 2 einen fehlerfreien Datensatz, Figo 3 einen additiven Fehler eines Datensatzes,
Fig. 4 den Mittelwert mehrerer fehlerfreier Datensätze, Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung
des Verfahrens,
Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Durchführung des Iterationsverfahrens , und
Fig. 7 und 8 verschiedene Filterkurven.
Fig. 7 und 8 verschiedene Filterkurven.
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Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Röntgen-Scanners. Die von einer Strahlenquelle 1 ausgehende, keilförmig ausgeblendete
Strahlung durchdringt einen Körper 2 und gelangt auf eine Detektorgruppe 3, die eine Anzahl η Detektoren enthält.
Die Strahlenquelle 1 und die Detektorgruppe 3 sind starr miteinander verbunden und rotieren während des Abtastvorganges
um ein Rotationszentrum 4. Als Datensatz sei hier ein Satz Meßdaten bezeichnet, der durch die Detektorgruppe 3
geliefert wird, während die Scannereinheit eine vorgegebene Winkelstellung eingenommen hatte. Ein Datensatz enthält also
genau so viele Meßwerte, wie Detektoren in einer Detektorgruppe enthalten sind, und ein Abtastvorgang besteht aus
einer Vielzahl von Datensätzen, je nach der Anzahl der Winkelstellungen. Ein Meßwert selbst soll zunächst nur die Strahlungsintensität
wiedergeben, die den entsprechenden Detektor trifft.
Wie in Fig. 2 angedeutet ist, enthält ein Datensatz Meßwerte, die entsprechend dem Objekt schnell schwanken können. Mit I
sei hier die einfallende Energie auf den Detektor mit der Nummer η gekennzeichnet.
Fig. 3 zeigt als Beispiel einen additiven Detektorfehler Δ I. Beide Verläufe addiert ergeben den vom Detektor gelieferten
Meßwert. Hierbei ist der Meßfehler nicht vom idealen Meßwert zu trennen. Werden jedoch viele Datensätze erzeugt, wobei
sich die Scannereinheit um das Objekt dreht, so ändert sich die einfallende Intensität I entsprechend der Objektstruktur.
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Eine Mittelung aller Datensätze ergibt demnach eine relativ glatte Kurve I, wie Fig. 4 zeigt. Der additive Detektorfehler Δ I
wird durch diese Mittelwertbildung jedoch nicht beeinflußt, da er konstant ist. Damit ist der Mittelwert aller Datensätze
die Addition der Kurven nach den Figuren 3 und 4. Es ist ersichtlich, daß sich der Detektorfehler in schnellen Änderungen
des Mittelwertes äußert."Schnell"bedeutet dabei, daß sich der Detektorfehler als Funktion der Numerierung η der Detektoren
sprunghaft und statistisch ändert. Im weiteren wird von der Vorstellung ausgegangen, daß die Numerierung der Detektoren
eine räumliche Koordinate vorschreibt und sich der Detektorfehler in Abhängigkeit von dieser Koordinate schnell ändert,
d.h. hohe räumliche Frequenzen enthält. Der Mittelwert der Datensätze ändert sich von Detektor zu Detektor nur langsam
und schrittweise. Er enthält also im wesentlichen niedrige räumliche Frequenzen. Damit kann der Detektorfehler durch eine
Hochpaßfilterung der Mittelwerte der Datensätze ermittelt werden. Diese Hochpaßfilterung kann z.B. durch einen Faltungsprozeß geschehen. Dabei wird der Vorgang der Hochpaßfilterung,
bestehend aus einer Fourier-Transformation, einer Multiplikation der Fourier-Koeffizienten mit einem Filterwert und der Fourier-Rücktransformation
dadurch ersetzt, daß ein Wert eines gefilterten Datensatzes durch eine gewichtete Summe aller Werte
des ungefilterten Datensatzes berechnet wird.
Die Beseitigung eines additiven Fehlers erfolgt also beispielsweise
folgendermaßen. Zunächst erfolgt eine Mittelung
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aller Datensätze, d.h. alle Meßwerte eines Detektors werden gemittelt. Sodann wird die schnelle Schwankung des Mittelwertes
der Datensätze ermittelt. Die Bezeichnung "schnell" bezieht sich hier auf die Numerierung der Detektoren, was
einer räumlichen Ausdehnung auf der Detektorgruppe entspricht. Diese schnellen Schwankungen werden als Detektorfehler interpretiert.
Schließlich wird eine Korrektor aller Meßwerte jedes Detektors durch den ermittelten zugehörigen Fehler vorgenommen.
Fig. 5 zeigt eine mögliche Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Alle anfallenden Meßwerte werden in einem
ersten Speicher 5 zwischengespeichert. Gleichzeitig gelangen diese Meßwerte auf den Eingang einer wenigstens einen Addierer,
einen Pufferspeicher und eine Divisionsschaltung enthaltenden
Einheit 6. Diese drei Stufen können selbstverständlich auch getrennt aufgebaut sein. Das Fassungsvermögen des Pufferspeichers
entspricht der Länge eines Datensatzes. In dieser Einheit 6 wird der Mittelwert aller Datensätze gebildet. Dazu
wird die Zwischensumme im Pufferspeicher gespeichert, und die Meßwerte des nächsten Datensatzes werden zu diesen Zwischensummen
addiert. Nach der Aufsummierung aller Datensätze wird
der Inhalt des Pufferspeichers vor der Weitergabe an einen Prozessor 7 durch die Anzahl der Datensätze geteilt. Diese
Division kann aber auch durch eine entsprechende Normalisierung der Faltungskoeffizienten des Prozessors 7 ersetzt werden. Im
Prozessor 7 erfolgt die Ermittlung der Detektorfehler durch eine Hochpaßfilterung. An den Prozessor 7 schließt sich ein weiterer
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Speicher 8 an. In einer folgenden Subtrahiereinheit 9 werden die im ersten Speicher 5 enthaltenen Meßwerte mit Hilfe der
im Speicher 8 enthaltenen Detektorfehler korrigiert und zur weiteren Verarbeitung am Ausgang bereitgestellt. Die genannten
Bauteile bilden gemeinsam eine Einheit 10, die z.B. auch durch einen programmierbaren Rechner realisiert v/erden kann.
Diese Einheit 10 beseitigt einen additiven Fehler. Liegt dagegen ein multiplikativer Fehler vor, so müssen die Meßwerte vor dem
Einspeisen in die Einheit 10 logarithmiert werden. Das heißt, der multiplikative Fehler wird auf diese Weise in einen additiven
Fehler umgewandelt.
Haben die Detektoren sowohl einen additiven als auch einen multiplikativen
Fehler, so läßt sich das oben beschriebene Verfahren auch mehrfach anwenden, nämlich einmal vor der Logarithmierung
und einmal nach dieser, wobei die Einheit 10 für beide Verfahrensschritte nur einmal vorhanden zu sein braucht. Dazu
zeigt Fig. 6 ein Blockschaltbild einer möglichen Anordnung zur Durchführung eines solchen Iterationsverfahrens. Diese Anordnung
enthält ebenfalls die Einheit 10 nach Fig. 5. Außerdem enthält sie eine Logarithmiereinheit 11, eine Delogarithmiereinheit
12 und einen Schalter 13. Gesteuert durch den Schalter durchlaufen die Meßwerte folgende Einheiten:
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Einheit 10, additiver Fehler
Log.-Einheit 11 > 1. Iterations-
\ schritt Einheit 10, multipl. Fehler
Delog.-Einheit 12
Einheit 10 ") 2. Iterationsschritt Log.-Einheit 11
Log.-Einheit 11 Einheit 10
Es wird abwechselnd ein Teil der additiven und ein Teil der multiplikativen Fehler eliminiert. Die notwendige Hochpaß-Filterung
muß der Anzahl der iterativen Durchläufe angepaßt sein. Wird z.B. der Zyklus mehrfach durchlaufen, so sollte pro Zyklus
nur ein Teil des Fehlers eliminiert werden. Dies ist erforderlich,
da eine zu starke Kompensation des Fehlers auch eine Zerstörung des Bildes zur Folge haben kann.
Als Beispiel zeigt Fig. 7 zwei Filterkurven. Die Abszisse zeigt die räumliche Frequenz f an. Die oberste Grenze dieser Frequenz
ist gegeben entsprechend dem Abtasttheorem mit f = 0,5/Detektorabstand.
Die Ordinate zeigt die Filteramplitude. Dabei zeigt die durchgezogene Linie eine Filterkurve für eine einmalige
Elimination eines Fehlers und die gestrichelte Kurve eine solche für ein iteratives Verfahren. Die notwendigen Faktoren
für das Faltungsverfahren im Prozessor 7 ergeben sich aus PHD 76-168 8098 17 /0ΛΟ7 -12-
einer Fourier-Rücktransformation der angegebenen Frequenzkurven.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung nutzt die Tatsache aus, daß die Fehler der Detektoren, die sich in der Nähe der Projektion
der Rotationsachse 4 befinden, besonders zur Zerstörung des Bildes beitragen. Deshalb müssen die Meßfehler der mittleren
Detektoren stärker kompensiert werden als die der äußeren. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß im mittleren Teil des
gemittelten Datensatzes mit einem anderen (räumlichen) Hochpaßfilter gefiltert wird als außen. Ein Beispiel für diese Filterung
gibt Fig. 8. Hierbei entsprechen Abszisse und Ordinate der Fig. 7. Die durchgezogene Linie ist dabei das notwendige Hochpaßfilter
für die mittleren Detektoren, während die gestrichelte Linie das Filter für die äußeren Detektoren angibt.
PATENTANSPRÜCHE:
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80 98 17/0407
Leerseite
Claims (7)
- PATENTANSPRÜCHE:( Ϊ.. Verfahren zur Verminderung des Einflusses von Detektorfehlern bei Röntgen-Scannern, wobei die von einer Strahlenquelle ausgehende, keilförmig ausgeblendete Strahlung die Ebene eines zu untersuchenden Körpers durchsetzt und von einer Anzahl, auf einem Kreisbogen in der Ebene angeordneter Detektoren gemessen wird, deren Ausgangsspannungen einer Weiterverarbeitung und Auswertung unterzogen werden, und wobei das System Strahler - Detektoren in bezug auf den Körper gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die jeweils zu einem Datensatz zusammengefaßten Ausgangsspannungen einer Detektorgruppe gleichzeitig in einem ersten Speicher zwischengespeichert werden und ihr Mittelwert gebildet wird, daß dieser Mittelwert sodann einem Prozessor zur Durchführung einer Hochpaßfilterung zugeführt und anschließend in einem zweiten Speicher zwischengespeichert wird, und daß schließlich die Inhalte beider Speicher in einer Subtrahiereinheit korrigiert und anschließend zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zu einem Datensatz zusammengefaßten Ausgangsspannungen einer Detektorgruppe zunächst logarithmiert werden.PHD 76-168809817/0407ORIGINAL INSPECTED
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Ausgangsspannungen abwechselnd mit oder ohne vorherige Logarithmierung verarbeitet werden (Iterationsverfahren) .
- 4. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen ersten Speicher (5) und einen Mittelwertbildner (6), deren Eingängen die Ausgangsspannungen der Detektoren (3) zugeführt sind, sowie einen mit dem Ausgang des Mittelwertbildners (6) verbundenen Prozessor (7), an den sich ein zweiter Speicher (8) anschließt, dessen Ausgang ebenso wie der Ausgang des ersten Speichers (5) mit zwei Eingängen einer Subtrahiereinheit (9) verbunden ist.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwertbildner (6) enthält wenigstens einen Addierer, einen Pufferspeicher und eine Divisionsschaltung.
- 6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5 zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang außerdem eine Logarithmiereinheit (11), eine Delogarithmiereinheit (12) und ein periodisch betätigbarer Schalter (13) vorgesehen sind.
- 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur unterschiedlichen Kompensation der Meßfehler der einzelnen Detektoren vorgesehen sind.PHD 76-168809S17/0A07
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- 1977-10-18 NL NL7711391A patent/NL7711391A/xx not_active Application Discontinuation
- 1977-10-20 JP JP12638577A patent/JPS5368091A/ja active Pending
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- 1977-10-20 IL IL53175A patent/IL53175A0/xx unknown
- 1977-10-24 FR FR7731903A patent/FR2368760A1/fr not_active Withdrawn
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