DE3546219C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Computertomo­ graphen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Mit einem Computertomographen (im folgenden auch als CT-Gerät bezeichnet) können Untersuchungsobjekte zer­ störungsfrei auf innere Fehler, Zusammensetzung, Auf­ bau usw. untersucht und genaue Messungen vorgenommen werden.

Ein CT-Gerät umfaßt normalerweise eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsdetektor. Erstere strahlt ein fä­ cherförmiges Röntgenstrahlungsbündel aus, das in einer Sektorebene divergiert. Der Strahlungsdetektor ist der Strahlungsquelle mit dazwischen befindlichem Untersu­ chungsobjekt gegenüberstehend angeordnet. Der Strah­ lungsdetektor weist eine Vielzahl von längs der Diver­ genzrichtung des Röntgenstrahlungsbündels angeordneten Strahlungsfühlerelementen auf. Die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor mit dem dazwischen angeordneten Untersuchungsobjekt werden in der einen Richtung über einen Winkelbereich von 180-360° in Drehung ver­ setzt. Nach der Gewinnung von Röntgenabsorptionsdaten einer Schicht des Untersuchungsobjekts aus zahlreichen Richtungen führt eine Verarbeitungseinheit, wie ein elektronischer Rechner, eine Bildrekonstruktionsopera­ tion aus, mit welcher ein Tomogramm erhalten wird.

Beim CT-Gerät kann für jede Schicht des Untersuchungs­ objekts ein Bild in einer Größenordnung von 4000 Grada­ tionsstufen entsprechend der Zusammensetzung des Unter­ suchungsobjekts rekonstruiert werden. Anhand dieses Bilds kann der Zustand der Untersuchungsobjekt-Schicht im Detail untersucht werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen CT-Gerät handelt es sich um ein solches der sog. "dritten Generation". Wei­ terhin sind auch CT-Geräte der ersten, der zweiten und der vierten Generation bekannt.

Ein CT-Gerät der ersten Generation weist eine Röntgen- Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Nadelröntgen­ strahls und einem der Strahlungsquelle gegenüberstehen­ den Strahlungsdetektor auf. Röntgen-Strahlungsquelle und Strahlungsdetektor führen eine Transversalabtastung (parallele und geradlinige Abtastung mittels des Rönt­ genstrahls) längs der betreffenden Schicht des Untersu­ chungsobjekts durch. Nach jedesmaliger Durchführung einer Transversalabtastung werden Röntgen-Strahlungsquel­ le und Strahlungsdetektor über einen vorbestimmten Win­ kel gedreht. Sodann erfolgt eine ähnliche Transversal­ abtastung.

Ein CT-Gerät der zweiten Generation stellt eine Verbes­ serung gegenüber dem Gerät der ersten Generation dar. Dabei wird anstelle des Nadelröntgenstrahls ein schma­ les Fächerröntgenstrahlenbündel verwendet. Der Strah­ lungsdetektor weist dabei nur eine kleine Zahl an Füh­ lerelementen auf. Röntgen-Strahlungsquelle und Strah­ lungsdetektor führen dabei eine Transversalabtastung mit Drehung aus.

Ein CT-Gerät der vierten Generation enthält einen Strah­ lungsdetektor mit Fühlerelementen, die um den Gesamtum­ fang eines Untersuchungsobjekts angeordnet sind, und eine Röntgen-Strahlungsquelle zum Abstrahlen eines Weit­ winkel-Fächerröntgenstrahlenbündels. Bei diesem Gerät wird nur die Röntgen-Strahlungsquelle gedreht.

Auf industriellem Gebiet werden häufig Erzeugnisse zer­ störungsfrei auf innere Fehler geprüft. Für diesen Zweck wurde in neuerer Zeit der Einsatz eines CT-Geräts als erfolgversprechend angesehen. Die Fig. 1A bis 1C veranschaulichen jeweils schematisch den Aufbau von CT-Geräten der ersten, zweiten bzw. dritten Generation mit einer Strahlungsquelle 1 unter Verwendung einer Röntgenröhre oder eines Radioisotops ("RI") und einem Detektor 2. Ein Untersuchungsobjekt wird auf einen Tisch 3 ggf. einfacher Bauart aufgelegt, der drehbar oder parallel verschiebbar ist, um ohne weiteres die Prüfung und Messung auch großer Untersuchungsobjekte zuzulassen.

Das in Fig. 1A dargestellte CT-Gerät der ersten Gene­ ration weist eine Strahlungsquelle 1 und einen Detektor 2 auf, die einander gegenüberliegend feststehend ange­ ordnet sind. Die Strahlungsquelle 1 emittiert Strahlung in Form eines Nadelstrahls B1. Der Detektor 2 enthält ein einziges Fühlerelement zur Erfassung der Strahlung B1. Zwischen der Strahlungsquelle 1 und dem Detektor 2 ist der Tisch 3 angeordnet. Ein nicht dargestelltes, auf dem Tisch 3 befestigtes Untersuchungsobjekt wird durch­ laufend oder geradlinig in Richtung des Pfeils A abgetastet. Der Tisch 3 wird in Richtung des Pfeils B gedreht, wobei bei Durchführung jeder Durch­ laufabtastung Daten gewonnen werden.

Gemäß Fig. 1B besitzt das CT-Gerät der zweiten Gene­ ration grundsätzlich denselben Aufbau wie das Gerät nach Fig. 1A. Dabei strahlt jedoch die Strahlungsquelle 1 anstelle des Nadelstrahls B1 ein Fächerstrahlenbündel B2 aus. Der Detektor 2 umfaßt zahlreiche Fühlerele­ mente in einer Zahl entsprechend der Spreizungs­ breite des Fächerstrahlenbündels B2.

Bei dem in Fig. 1C dargestellten CT-Gerät der dritten Generation erzeugt die Strahlungsquelle 1 ein Fächer­ strahlenbündel B3 einer vorgegebenen Spreizungsbreite, welche die Gesamtfläche des Tisches 3 zu bestreichen vermag. Der Detektor 2 enthält zahlreiche Fühlerele­ mente in einer Zahl entsprechend der Spreizungsbreite des Strahlenbündels B3. Strahlungsquelle 1 und Detek­ tor 2 sind mit dazwischen angeordnetem Tisch 3 einander gegenüberstehend festgelegt. Der Tisch wird zur Ge­ winnung von Bilddaten gedreht.

Industrielle CT-Geräte dieser Art verwenden üblicher­ weise Röntgenröhren als Strahlungsquellen. Wenn jedoch Erzeugnisse aus Werkstoffen mit großen Strahlungsabsorptionskoeffizienten oder solche großer Abmessungen mittels Röntgenröhren untersucht werden sollen, lassen sich schwierig genaue, störsignalfreie Daten gewinnen. In solchen Fällen wird ein Radioisotop (RI) einer hohen Ausgangsenergie eingesetzt.

Es sei von einem Untersuchungsobjekt, etwa einem Reifen, ausgegangen, das Stoffe mit sowohl großen als auch kleinen Strahlungsabsorptionskoeffizienten, z. B. Stahl und Gummi, enthält. Wenn das Untersuchungsobjekt mit für den Stoff des kleineren Strahlungsabsorptionskoeffi­ zienten geeigneter Röntgenenergie bestrahlt wird, ist das Ausmaß der Strahlungsabsorption durch den genannten Stoff zu groß. Die resultierende Differenz zwischen den Röntgenstrahlungsabsorptionen der Stoffe des kleinen und großen Absorptionskoeffizienten ruft eine deutliche Störung vom Stoff des großen Koeffizienten hervor. Diese Störung beeinträchtigt die Betrachtung eines Bilds spe­ zieller Teile mit dem kleinen Absorptionskoeffizienten.

Zur Vermeidung einer solchen Störung kann ein Unter­ suchungsobjekt mit einer größeren Energie bestrahlt werden, die dem größeren Absorptionskoeffizienten an­ gepaßt ist. In diesem Fall wird jedoch die Größe der Röntgenstrahlungsabsorption durch den Stoff des kleineren Röntgenstrahlungsabsorptionskoeffizienten nahezu zu Null. Infolgedessen ist eine Bildinformation dieses Stoffs schwierig zu erzielen.

Das obige Problem trifft auch auf den Fall zu, in wel­ chem ein Radioisotop als Strahlungsquelle verwendet wird. Theoretisch kann dieses Problem dadurch berück­ sichtigt werden, daß Daten für Stahl (mit großem Rönt­ genstrahlungsabsorptionskoeffizienten) aus den in einem Kurvendiagramm angeordneten Projektionsdaten gesucht und ausgesiebt werden. Sodann werden gegebene interpo­ lierte Daten an den spezifischen Stellen des Kurven­ diagramms, aus denen die gesuchten Daten ausgesiebt worden sind, eingesetzt. Es ist jedoch sehr schwierig, Daten für Stahl in einem Kurvendiagramm festzustellen; dieses Verfahren ist daher in der Praxis kaum zu reali­ sieren.

In der Praxis steht mithin kein brauchbares CT-Gerät zur genauen Untersuchung der Zusammensetzung eines Stoffe oder Bereiche stark verschiedener Strahlungs­ absorptionskoeffizienten, wie z. B. Stahl- und Gummi­ teile, enthaltenden Untersuchungsobjekts zur Verfügung.

In der DE-OS 34 021 061 ist eine Röntgenstrahlenanord­ nung beschrieben, bei der zwei oder mehr Videokamera­ röhren die Projektion eines Lichtbildes in zwei ver­ schiedenen Bereichen von Lichtintensitäten empfangen und elektrische Signale entsprechend diesen Lichtin­ tensitäten erzeugen. Die elektrischen Signale werden miteinander für eine Rekonstruktion eines Bildes kom­ biniert, so daß schließlich der gesamte dynamische Be­ reich der Lichtintensitätswerte über einem gesamten Bildbereich reproduziert wird. Zweckmäßigerweise werden also mehrere Videokameraröhren vorgesehen, wenn Licht­ intensitäten über einen weiten dynamischen Bereich aus­ gewertet werden sollen.

Weiterhin ist in der DE-OS 27 41 958 ein Gerät zur Mes­ sung örtlich beschränkter Absorptionsunterschiede be­ schrieben, bei dem eine Strahlungsquelle ein fächerför­ miges Strahlenbündel erzeugt und ein Strahlungsdetektor gegenüber dieser Strahlungsquelle hinter einem Unter­ suchungsobjekt angeordnet ist. Der Abstand zwischen der Zentralachse des Untersuchungsobjekts und der Strah­ lungsquelle kann zur Anpassung der Bündelbreite verän­ dert werden, um so abwechselnd unterschiedliche Teile des Untersuchungsobjekts untersuchen zu können.

Aus der DE-OS 32 04 852 ist eine Computertomographie- Vorrichtung bekannt, die eine Subtraktionseinheit auf­ weist, welche die Differenz zwischen zeitseriellen Pro­ duktionsdatenfolgen ermittelt, um hieraus schließlich ein dynamisches Computertomographie-Bild zu gewinnen. Das heißt, diese bekannte Computertomographie-Vorrich­ tung bezweckt eine kontinuierliche Anzeige für eine dynamische Bildbetrachtung.

In Nuclear Instruments and Methods, 101 (1972), S. 509 bis 518 ist eine dreidimensionale Dichte-Rekonstruktion aus einer Folge von zweidimensionalen Projekten be­ schrieben, wobei insbesondere die hierfür notwendigen mathematischen Gleichungen behandelt werden.

In der GB-20 20 939A wird die Korrektur polychromati­ scher Aberration in Computertomographiebildern beschrie­ ben. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Gerät wird unabhängig vom Einfluß von polychromatischen Feh­ lern, also Artefakten, ein Tomographiebild eines Unter­ suchungsobjektes erhalten, das einen Knochenteil und einen Gewebeteil hat. Der Gewebeteil und der Knochen­ teil haben dabei Röntgenstrahlungsdämpfungskoeffizien­ ten mit unterschiedlichen Werten. Bei der Korrektur werden die Daten mit Artefaktelementen, also mit poly­ chromatischen Fehlern, von den durch eine Zentralein­ heit rekonstruierten Daten, also dem normalen Tomo­ graphiebild und Artefakten zeigenden Komponenten, sub­ trahiert. Zu beachten ist aber, daß bei dieser Korrek­ tur nicht Röntgenstrahlen von zwei Energiepegeln ab­ wechselnd eingesetzt werden, um ein Tomographiebild bzw. einen Grauskalenwert des Knochenteiles oder des Gewebeteiles zu erhalten. Vielmehr werden hier Schwel­ lenwerte von zwei Größen abwechselnd eingesetzt.

Die US-PS 42 72 820 beschreibt ein Gerät, mit dem unab­ hängig von dem Einfluß von Artefakten ein Tomographie­ bild eines Untersuchungsobjektes erhalten werden kann, das einen Bildbereich und einen Außenbereich liefert. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Gerät werden die Daten einschließlich Artefaktkomponenten von den durch eine Recheneinheit rekonstruierten Daten, also dem normalen Tomographiebild und Komponenten mit Arte­ fakten subtrahiert. Mit anderen Worten, es wird auch hier eine ähnliche Methode wie bei dem Gerät der GB-20 20 939 A eingesetzt. Weiterhin wird bei dem aus der US-PS 42 72 820 bekannten Gerät der Schwellenwert eines Schwellenwertdetektors verändert, um so abtastende Ele­ mente, nämlich den Bildbereich und den Außenbereich eines Untersuchungsobjektes zu ändern.

Schließlich ist in "Optik" 55, Nr. 1 (1980), Seiten 67 bis 86 eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein Tomo­ graphiebild eines Untersuchungsobjektes gewonnen wird, das einen ersten Teil, wie beispielsweise einen Kno­ chenteil, und einen zweiten Teil, wie beispielsweise einen Fetteil enthält. Knochenteil und Fetteil haben beide Röntgenstrahlungsdämpfungskoeffizienten von un­ terschiedlichen Werten. Bei dieser bekannten Vorrich­ tung werden Tomographiebilder mittels Strahlung von verschiedenen Energiepegeln gewonnen. Dadurch wird der Einfluß von Artefakten oder polychromatischen Verzeich­ nungen auf das Tomographiebild ausgeschlossen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Compu­ tertomographen zu schaffen, mit dessen Hilfe mit hoher Auflösung die Zusammensetzung eines Untersuchungsob­ jekts, das Bereiche sehr verschiedener Strahlungsab­ sorptionskoeffizienten aufweist, gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Computertomograph nach dem Oberbegriff des Patentanspruches erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Es wird also eine spezifische Schicht eines Untersuchungsobjekts (z. B. eines Fahrzeug-Reifens) im erfindungsgemäßen CT-Gerät einer Strahlung hoher Energie ausgesetzt, die zur Lieferung von Projektionsdaten für Bereiche eines großen Strah­ lungsabsorptionskoeffizienten (z. B. Teile aus Stahl) im Reifen vorgesehen ist. Die gewonnenen Projektions­ daten für die Stahlteile werden in einem Kurvendiagramm angeordnet, dessen Projektionsdaten dann zur Lieferung von Bilddaten rekonstruiert werden. Der Signalpegel der Bilddaten wird begrenzt zwecks Gewinnung von Lagendaten für die Stahlteile. Nach Maß­ gabe der gewonnenen Lagendaten wird das Kurvendiagramm für die Stahlteile reproduziert. Dieses reproduzierte Kurvendia­ gramm zeigt die Lage jedes einzelnen Stahlteils an.

Weiterhin wird dieselbe spezifische Schicht einer Strahlung niedriger Energie ausgesetzt, die für die Gewinnung von Projektionsdaten von Bereichen eines kleinen Strahlungsabsorptionskoeffizienten (z. B. Teile aus Gummi) vorgesehen ist. Die dabei gewonnenen Pro­ jektionsdaten für die Gummiteile werden in einem anderen Kurvendiagramm (Gummi-Kurvendiagramm) arrangiert, das nicht nur die Daten der Gummiteile, sondern auch die Daten der Stahlteile enthält. Die betreffenden Stahlteile-Daten, die mit der niederenergetischen Strahlung gewonnen wur­ den und die Störung hervorrufen, werden aus dem Gummi- Kurvendiagramm beseitigt.

Dies bedeutet, daß die Stahlteile-Daten im Stahl-Kurvendia­ gramm von den betreffenden Stahlteile-Daten im Gummi- Kurvendiagramm subtrahiert werden. Hierauf werden die sub­ trahierten Bereiche im Gummi-Kurvendiagramm mit vorgegebenen, den Gummiteile-Daten ähnlichen Daten ausgefüllt, so daß ein neues Kurvendiagramm des Reifens, das nur die Pro­ jektionsdaten der Gummiteile enthält, erhalten wird. Anhand der Daten dieses neuen Kurvendiagramms werden Bild­ daten des Reifens, die nur die Gummiteile enthalten und frei sind von Störungen aufgrund der Stahlteile, rekonstruiert.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A bis 1C schematische Darstellungen des Auf­ baus bzw. der Wirkungsweise verschiedener CT-Geräte, auf welche die Erfindung anwend­ bar ist,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines CT-Geräts gemäß der Erfindung,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Ar­ beitsweise des CT-Geräts nach Fig. 1 bzw. 2,

Fig. 4 ein den Ablauf nach Fig. 3 zusammenfassen­ des Funktionsblockdiagramm,

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläute­ rung der Durchführung der in Fig. 3 ange­ gebenen Rückprojektion,

Fig. 6 ein Flußdiagramm einer anderen Betriebsart des CT-Geräts nach Fig. 1 bzw. 2 und

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Auf­ stellung des Durchdringungsweg-Kurvendiagramms.

Die Fig. 1A bis 1C sind eingangs bereits erläutert wor­ den.

Obgleich das CT-Gerät, auf das die Erfindung angewandt ist, ein solches einer beliebigen Generation sein kann, wird für die zu beschreibende Ausführungsform bei­ spielhaft das in Fig. 1C dargestellte CT-Gerät der dritten Generation vorausgesetzt.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau des genannten CT-Geräts. Gemäß Fig. 2 emittiert eine Röntgen­ röhre 1 ein Fächerröntgenstrahlenbündel B3 mit einem gegebenen Divergenzwinkel. Der Betrieb der Röntgen­ röhre 1 wird durch eine herkömmliche Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert. Ein Abtastmechanismus 2 enthält einen nicht dargestellten Tisch zum Festhal­ ten und Drehen eines nicht dargestellten Untersuchungsobjekts. Der Abtastmechanismus 2 vermag den Tisch zu drehen und lotrecht anzuheben und ihn zudem längs der Mittelachse des Fächerstrahlenbündels zu be­ wegen oder zu verschieben.

Die Röntgenröhre 1 ist unter Zwischenfügung des Abtast­ mechanismus 2 einem Detektor 3 gegenüberstehend ange­ ordnet, der eine Vielzahl von nicht dargestellten Strahlungs-Fühlerelementen umfaßt, die mit einem festen gegenseitigen Abstand längs der Divergenzrichtung des Fächerstrahlenbündels B3 ange­ ordnet sind und die mit einer gewissen räumlichen Auf­ lösung auf die Intensität der Röntgenstrahlung, d. h. des Fächerstrahlenbündels B3, ansprechen. Röntgen-Ab­ sorptionsdaten für das Untersuchungsobjekt werden von jedem Strahlungs-Fühlerelement als Strom erfaßt oder abgegriffen, und der erfaßte Strom wird integriert und in ein Spannungssignal E3 umgesetzt.

Ein Datenerfassungssystem (im folgenden auch als DE- System bezeichnet) 4 integriert getrennt jedes Signal E3 von den Fühlerelementen des Detektors 3 zum Um­ wandeln des integrierten Signals E3 in Digitaldaten, die als Projektionsdaten (Röntgenabsorptionsdaten) E4 dienen.

Ein Vorrechner 5 führt eine Vorverarbeitung der einzel­ nen, vom DE-System 4 gelieferten Daten E4 aus. Die im Vorrechner 5 ausgeführte Vorverarbeitung besteht aus logarithmischer Umwandlung, Verstärkungskorrektur, Ver­ satzkorrektur usw.

Eine Faltungseinheit 6 bewirkt ein Falten der vom Vorrechner 5 gelieferten vorverar­ beiteten Daten E5, d. h. eine Faltungsintegration an den Daten E5 mittels einer vorgeschriebenen Filter­ funktion.

Ein Rückprojektor 7 nimmt die gefalteten Daten E6 von der Faltungseinheit 6 ab und rekonstruiert durch Rückprojektion der gefalteten Daten längs der Richtung des Fächerstrahlenbündels 33 ein Bild der Untersuchungsobjekt-Schicht nach Maßgabe des Inhalts der Daten E6.

Ein Speicher 8 nimmt die rückprojizierten Daten E7 vom Rückprojektor 7 ab und speichert Daten E7 entsprechend dem rekonstruierten Bild. Den Grad der Strahlungsabsorption angebende Daten E8 (CT-Wert) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs werden aus dem Speicher 8 ausgelesen und z. B. in einem mono­ chromatischen Bild auf einer nicht dargestellten Kathodenstrahlröhren-Anzeigeeinheit wiedergegeben.

Das CT-Gerät gemäß Fig. 2 enthält eine Zentraleinheit (CPU) 9, die den Gesamt­ betrieb des Geräts steuert und die mit einem Pegel-Doppelbegrenzer 10, einer Rück­ projektionseinheit 11, einer Binär­ einheit 12, einer Kurven-Subtrahiereinheit 13 und einem Dateninterpolator 17 verbunden ist. Das CT-Gerät ent­ hält ferner einen Hauptspeicher 15 sowie Kurven-Speicher 14 und 16.

Jeder Kurven-Speicher 14 und 16 ist in Zeilen und Spalten unterteilt, deren Kombination einen spezifischen Adreß­ platz im betreffenden Speicher definiert. Die Zeilen des Kurven-Speichers entsprechen der Linearanordnung (Kanal) der Strahlungs-Fühlerelemente im Detektor 3. Die Spalten des Kurven-Speichers entsprechen dem Dreh­ winkel der paarigen Anordnung aus Röntgenröhre 1 und Detektor 3. Die Kurven-Speicher 14, 16 speichern nicht- rekonstruierte Projektionsdaten, und in jedem dieser Speicher 14, 16 wird ein Kuven­ diagramm gebildet.

Wenn die Röntgenröhre 1 einen Röntgenimpuls einer vor­ bestimmten Intensität emittiert, werden die Daten E3 für eine Zeile vom Detektor 3 erhalten. Kurvendiagramm-Daten werden durch Verknüpfung dieser Ein-Zeilen­ daten E3 mit dem Adreßplatz des Kurven-Speichers erhal­ ten.

Vor Betriebsbeginn des CT-Geräts wird ein nicht darge­ stellter, Stahlteile enthaltender Reifen aus Gummi (bzw. Kautschuk) auf dem zwischen Röntgenröhre 1 und Strahlungsdetektor 3 angeordneten Tisch des Abtast­ mechanismus 2 aufgespannt. Wenn eine Bedienungsperson an einer nicht dargestellten Bedienkonsole des CT-Ge­ räts einen Startbefehl eingibt, beginnt eine nicht dargestellte Röntgensteuereinheit unter der Steuerung der Zentraleinheit 9 zu arbeiten. Sodann wird eine Hochspannung einer vorgegebenen Dauer wieder­ holt von einem nicht dargestellten Hochspannungsgene­ rator an die Röntgenröhre 1 angelegt, so daß diese ein pulsierendes Fächerröntgenstrahlenbündel erzeugt und somit die Röntgenprojektion einsetzt.

Jedes dieser pulsierenden Fächerstrahlenbündel wird von den betreffenden Fühlerelementen des Detektors 3 abgegriffen. Die abgegriffenen Strahlenbündel werden in Form von Stromsignalen (E3) vom Detektor 3 ausge­ geben. Die von den jeweiligen Fühlerelementen des Detektors 3 erhaltenen Stromsignale werden im Datener­ fassungssystem oder DE-System 4 getrennt integriert. Die integrierten analogen Stromsignale werden einer Analog/Digital- bzw. A/D-Umwandlung unterworfen, und die umgewandelten Digitalsignale werden dem Vorrechner 5 zugeführt, von dem die vorverarbeiteten Daten zur Faltungseinheit 6 ausgegeben werden.

Wenn vollständige vorverarbeitete Daten für eine Pro­ jektion gewonnen wurden, werden diese in einem Bild­ speicher zwischengespeichert, worauf der Abtastmechanis­ mus 2 seinen Tisch unter der Steuerung der Zentralein­ heit (CPU) 9 über einen vorbestimmten Winkel dreht. Anschließend beginnt die nächste Röntgenprojektion unter Wiederholung der oben beschriebenen Operation. Auf diese Weise werden die schrittweise Tisch-Drehung und Röntgenausstrahlung abwechselnd wiederholt, um die Datenerfassung des CT-Bilds des Reifens als Unter­ suchungsobjekt zu vervollständigen.

Wenn die Erfassung der Röntgenabsorptionsdaten für den Reifen bezüglich der Strahlungsrichtungen von 180° bis 360° abgeschlossen ist, werden alle erfaßten Daten ge­ faltet und hierauf durch den Rückprojektor 7 rückprojiziert, um damit ein Tomogramm des Reifens zu rekonstruieren. Diese Rückprojektionsoperation erfolgt im Bildspeicher 8 in der Weise, daß die gefalteten Daten im Speicher 8 längs der Anordnung der Speicher-Pixels oder -Bildpunkte, welche jeden Röntgenstrahlenpfad oder -gang der Projektionsrichtung darstellen, zugewiesen werden. Die zugewiesenen Daten werden so­ dann im Speicher 8 zur Bildung eines Tomogramms des Reifens integriert oder aufgespeichert. Das gesamte, auf diese Weise gewonnene Tomogramm wird im Bildspeicher 8 zurückgehalten.

Die Arbeitsweise des CT-Geräts gemäß Fig. 2 ist nach­ stehend anhand des Ablauf- oder Flußdiagramms von Fig. 3 beschrieben. Das Untersuchungsobjekt kann zwei oder mehr verschiedene Bereiche verschiedener Röntgen- Strahlungsabsorptionskoeffizienten aufweisen. Bei­ spielsweise kann das Untersuchungsobjekt ein Gummi­ block sein, der Keramik- und Stahlgebilde enthält. Für die folgenden Erläuterungen sei jedoch ein Gummi­ reifen vorausgesetzt, der nur Stahlteile enthält.

In einem ersten Bildrekonstruktionsprozeß (ST1-ST7) wird eine spezifische Schicht des Reifens einer Hoch­ energiebestrahlung unterworfen (ST1). Die Größe dieser Hochenergiestrahlung wird so bestimmt, daß genügend Projektionsdaten des Stahlgebildes oder der Stahlteile mit gutem Rauschabstand gewonnen werden können. Da im ersten Bildrekonstruk­ tionsprozeß keine Projektionsdaten für die Gummiteile benötigt werden, kann die Strahlungsenergie für Gummi zu groß sein.

Nach der Gewinnung von Projektionsdaten für die Stahl­ teile werden die gewonnenen Daten gefaltet (ST2) und rückprojiziert (ST3), um ein rekonstruiertes Bild der Stahlteile zu liefern.

Das rekonstruierte Bild wird binär verarbeitet oder digitalisiert durch Doppelbegrenzung oder Be­ schneiden des analogen Absorptionsgrads des rekon­ struierten Bilds auf einen vorgeschriebenen Schwellen­ wertpegel (ST4). Diese binäre Digitalisierung erfolgt durch den Pegel-Doppelbegrenzer 10. Das binäre begrenzte Bild enthält die Information für die Stahl­ teile im Reifen.

Das binäre begrenzte Bild wird im Hauptspeicher 15 zwischengespeichert. Unter der Steuerung der Zentral­ einheit 9 werden die im Speicher 15 enthaltenen binären Bilddaten zum Kurven-Speicher 16 geliefert, in welchem das Kurvendiagramm der Stahlteile reproduziert wird (ST5). Wenn beispielsweise ein be­ stimmter Stahlteil durch das n-te Strahlungs-Fühler­ element unter dem m-ten Drehwinkel des Paars aus der Röntgenstrahlungsquelle und dem Detektor erfaßt wird, werden die Binärdaten für diesen Stahlteil an der n-ten Zeile und m-ten Spalte des Kurven-Speichers 16 gespeichert. Auf diese Weise wird die ursprüngliche Kurvendiagramm- Anordnung der Projektionsdaten für Stahlteile im Speicher 16 reproduziert oder rückprojiziert. Diese Rückprojektion erfolgt durch Operation der Rückprojektionseinheit 11 unter der Steuerung der Zentraleinheit 9. Die Rückprojektionsoperation kann unmittelbar durch die Zentraleinheit 9 durchge­ führt werden. Im Speicher 16 bleiben nur die Daten für Stahlteile gespeichert.

Auch wenn die Projektionsdaten Informationen für eine Substanz (Stahl) eines großen Strahlungsabsorptions­ koeffizienten und für eine andere Substanz (Gummi) eines wesentlich kleineren Strahlungsabsorptionskoeffi­ zienten enthalten, können dann, wenn ein zweckmäßiger Schwellenwertpegel für die binäre Digitalisierung ge­ wählt wird, Projektionsdaten, die nur den großen Strah­ lungsabsorptionskoeffizienten betreffen, durch die Binäreinheit 12 ausgesiebt werden (ST6). Die ausge­ siebten binären Projektionsdaten für Stahl werden so­ dann zum Kurven-Speicher 16 geliefert (ST7).

Nach Abschluß des Prozesses der Schritte ST1 bis ST7 enthält der Kurven-Speicher 16 Positionsdaten für Stahl in Form eines binären Bilds. Diese Positionsdaten geben die Lage der Stahlteile im Reifen an.

In einem zweiten Bildrekonstruktionsprozeß (ST8-ST15) wird die spezifische, für den ersten Bildrekonstruk­ tionsprozeß (ST1-ST7) benutzte Schicht erneut Strah­ lung, diesmal niedriger Energie unterworfen (ST8). Da bei diesem Prozeß Projektionsdaten für die Gummiteile benötigt werden, darf die Strahlungsenergie für Gummi nicht zu groß sein. Mit anderen Worten: die Strahlungs­ energie sollte für Gummi optimal sein. Die Größe dieser niederenergetischen Strahlung wird so be­ stimmt, daß selbst dann, wenn Informationen für Stahl­ teile in den gewonnenen Projektionsdaten enthalten sind, optimale Projektionsdaten für die Gummiteile ge­ wonnen werden können. Die so gewonnenen Projektions­ daten für die Gummiteile werden vorverarbeitet und danach im Kurven-Speicher 14 abgespeichert (ST9).

Die Anordnung des Kurvendiagramms im Kurven-Speicher 14 (für Gummi) ist demjenigen im Kurven-Speicher 16 (für Stahl) identisch bzw. ent­ sprechend. Die Stahlteile betreffenden Daten im Spei­ cher 14 werden gelöscht, nämlich durch Subtrahieren der Stahlprojektionsdaten im Speicher 16 von den ent­ sprechenden Stahlprojektionsdaten im Speicher 14. Bei­ spielsweise werden die an der Adresse (n, m) des Spei­ chers 16 gespeicherten Stahldaten von den an der glei­ chen Adresse (n, m) oder an der entsprechenden Adresse (n′, m′) des Speichers 14 gespeicherten Stahldaten subtrahiert. Diese Datensubtraktion bezüglich der Stahl­ projektionsdaten erfolgt durch die Kurven-Subtrahierein­ heit 13 (ST10).

Nach dieser Datensubstraktion entstehen an einem oder mehreren Speicherplätzen, wo die vorher gespeicherten Stahldaten nunmehr gelöscht sind, ein oder mehrere von Daten unbesetzte Plätze oder Leerplätze, wobei die entsprechenden Leerplätze des Kurven-Speichers 14 mit vorgeschriebenen Daten gefüllt werden (ST11), was im folgenden als "Dateninterpolation" bezeichnet wird. Eine einfache Möglichkeit für diese Dateninterpolation besteht darin, einen die Projektions­ daten der Gummiteile repräsentierenden digitalen Absorptionsgrad in den Daten-Leerplatz zu setzen. Wenn - genauer gesagt - die Adresse des Daten-Leerplatzes z. B. (n, m) ist, werden der mittlere Absorptionsgrad der an der Adresse ((n-1), m) gespeicherten Gummidaten und derjenige an der Adresse ((n+1), m) in den Daten-Leerplatz gesetzt, oder es können der mittlere Absorptionsgrad der an der Adresse ((n-), m) gespeicherten Daten, derjenigen an der Adresse ((n+1), m), derjenigen an der Adresse (n, (m-1)) und derjenigen an der Adresse (n, (m+1)) zum Ausfüllen des Daten-Leerplatzes benutzt werden.

Die erwähnte Dateninterpolation erfolgt durch den Inter­ polator 17. Sodann wird im Kurven-Speicher 14 ein neues Kurvendiagramm, das nur die Pro­ jektionsdaten für die Gummiteile enthält, gebildet (ST12). Nach Maßgabe der Projektionsdaten in diesem neuen Kurvendiagramm werden Bilddaten des Reifens, die nur die Gummiteile enthalten und die frei sind von Störungen aufgrund der Stahlteile, durch die Faltungsein­ heit 6 und den Rückprojektor 7 rekonstru­ iert (ST13, ST14). Auf diese Weise werden die rekon­ struierten Bilddaten des Reifens als Untersuchungs­ objekt gewonnen (ST15).

Die obige Operation läßt sich wie folgt zusammenfassen: Gemäß Fig. 4 erfolgt zunächst eine Hochenergie-Bestrah­ lung (ST1) zur Gewinnung von Stahlbilddaten (ST2-ST4). Letztere werden rückprojiziert, so daß ein Kurvendiagramm für Stahl reproduziert wird (ST5-ST7). Die rückprojizierten Stahldaten werden von anderen rückprojizierten Daten (ST10) subtrahiert, die ge­ trennt mit niedriger, für Gummi geeigneter Strahlungs­ energie gewonnen werden (ST8, ST9). Der subtrahierte Teil im Kurvendiagramm wird mit gegebenen Gummi­ daten ausgefüllt, bei denen es sich um vorgewählte Daten handeln kann oder die durch zweckmäßige Inter­ polation aufgestellt worden sein können (ST11, ST12). Die auf diese Weise gewonnenen Projektionsdaten werden zum Rekonstruieren eines die Gummiteile enthaltenden Bilds des Untersuchungsobjekts benutzt (ST13-ST15), so daß damit eine Störung aufgrund des Vorhandenseins von Stahl vermieden wird.

Mit dieser Anordnung wird der ungünstige Einfluß von Stahl mit großem Strahlungsabsorptionskoeffizienten praktisch ausgeschaltet, so daß ein rekonstruiertes Bild ausgezeichneter Güte für Gummi mit kleinem Strah­ lungsabsorptionskoeffizienten gewonnen werden kann.

Fig. 5 verdeutlicht die Rückprojektion im Schritt ST5 gemäß Fig. 3. Es sei angenommen, daß das Untersuchungsobjekt eine kreisförmige Schicht eines Reifens ist. Gemäß Fig. 5 werden Original­ bilddaten der Untersuchungsobjekt-Schicht im zwei­ dimensionalen X-Y-Bereich eines Bildspeichers zuge­ wiesen. Zur Verbesserung der Genauigkeit einer zwei­ dimensionalen schnellen Fourier-Transformation (oder FFT) wird der X-Y-Bereich MM des Bildspeichers verdoppelt bzw. doppelt ausgelegt, so daß die FFT im zwei­ dimensionalen 2X-2Y-Bereich ausgeführt wird.

Die durch schnelle Fourier-Transformation ge­ wonnenen transformierten Untersuchungsobjekt-Schicht­ daten werden in einem Bildspeicher arrangiert. Die im 2X-2Y-Bereich des Bildspeichers angeordneten Daten wer­ den mittels einer linearen inversen Fourier-Transfor­ mation in Polarkoordinaten umgeordnet. Die Pro­ jektionsdaten bezüglich des Projektionswinkels R in diesen Polarkoordinaten werden durch jedes Strahlungs- Fühlerelement des Detektors 3 gemäß Fig. 2 abgegriffen. Die so abgegriffenen Daten werden hierauf in der Zeile des Winkels R und in der Spalte jedes Kanals eines Kurven-Speichers gespeichert. Auf ähnliche Weise werden die Projektionsdaten bezüglich des Projektionswinkels R+ΔR abge­ griffen und in der Zeile des Winkels R+ΔR sowie in der Spalte jedes Kanals des Kurven-Speichers abgespeichert. Auf diese Weise werden die Projektions­ daten des gesamten Projektionswinkels in der Polar­ koordinate abgegriffen und im Kurven-Speicher abge­ speichert, so daß dann die Rückprojektion der Unter­ suchungsobjekt-Schicht abgeschlossen ist.

Fig. 6 veranschaulicht ein gegenüber Fig. 3 abgewandel­ tes Flußdiagramm, das sich von letzterem dadurch unter­ scheidet, daß dabei die neuen Schritte ST31-ST34 speziell vorgesehen sind. Fig. 7 zeigt, wie das Durch­ dringungsweg-Kurvendiagramm im Schritt ST32 aufgestellt wird.

Nach Abschluß der Rückprojektion für die Kontur des Reifens (ST3) wird die Kontur der Reifenbilddaten digitalisiert (ST31). Die Digi­ talisierungsoperation des Schritts ST31 kann ähnlich sein wie im Schritt ST6. Diese Konturdaten werden in einer im Bildspeicherbereich (Fig. 7) gebildeten Polar­ koordinate angeordnet. Bilddaten (ΔL1+ΔL2, ΔL3 usw.) des durch die jeweilige Strahlungs-Fühlerelemente (Kanäle) abgegriffenen Winkels R, welche den Durch­ dringungsweg der Strahlung angeben, werden in einem Durchdringungsweg-Kurvendiagramm an­ geordnet (ST32), wobei die in letzterem enthaltenen Daten die Dicke des Reifens in der Untersuchungsobjekt- Schicht angeben.

Ein gegebener Projektionsdatenwert für die Reifendicke wird in jeder Position der Reifendicke im Durchdringungsweg-Kurvendiagramm gesetzt, so daß damit ein Bezugs-Kurvendiagramm aufgestellt wird (St33). Diese gegebene Projektionsdatengröße kann eine Vorherbe­ stimmte sein, die vor Ablaufbeginn des Flusses nach Fig. 6 gewonnen wurde (ST34). Beispielsweise kann eine tatsächlich gemessene Projektionsdatengröße des Reifen­ abschnitts des Untersuchungsobjekts (Reifen) als die gegebene Projektionsdatengröße benutzt werden. Das so erhaltene Bezugs-Kurvendiagramm wird zum Interpolieren (ST11) der vom Subtrahierschritt ST10 gelieferten Kurvendiagramm-Daten benutzt.

Nebenbei bemerkt: Wenn die zu interpolierenden Daten einen massigen Abschnitt oder Bereich in der Untersuchungsobjekt-Schicht darstellen, können mittels des Ablaufs nach Fig. 6 ungünstige Störungen effektiv ausgeschaltet werden.

Mit der Erfindung wird somit ein CT-Gerät geschaffen, mit dem ein Bild hoher Auflösung und ohne Störung auch für ein Untersuchungsobjekt, das Substanzen oder Stoffe sowohl eines großen als auch einen kleinen Strahlungs­ absorptionskoeffizienten enthält, wiedergegeben werden kann.

Die Erfindung ist verschiedenen Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise sei ein Fall betrachtet, in welchem das Untersuchungsobjekt ein Gummiblock (niedriger Röntgen­ strahlungsabsorptionskoeffizient) ist, der Teile oder Gebilde aus Keramik (mittlerer Röntgenstrahlungsab­ sorptionskoeffizient) und Stahl (hoher Röntgenstrah­ lungsabsorptionskoeffizient) enthält, wobei das Keramikgebilde ohne Störung aufgrund des Stahlgebildes untersucht werden soll. In diesem Fall wird im Schritt ST8 (Fig. 3 oder 6) Strahlung mittlerer Energie ange­ wandt, die für Keramik geeignet ist. Die letztlich ge­ wonnenen Bilddaten (ST15) enthalten nur das Bild für das Keramikgebilde, weil nämlich die Intensität der Strahlung mittlerer Intensität für Gummi zu groß ist, so daß der Absorptionsgrad des Gummiteils praktisch Null beträgt, während die Projektionsdaten für den Stahlteil im Subtraktionsschritt ST10 eliminiert werden. Wenn die Schritte ST1-ST7 gemäß Fig. 3 nicht angewandt werden und im Schritt ST8 eine für Stahl ge­ eignete Strahlung hoher Energie angewandt wird, enthal­ ten die letztlich gewonnenen Bilddaten (ST15) nur das Bild für Stahl, weil nämlich die Energie der hoch­ energetischen Strahlung sowohl für Gummi als auch für Keramik zu groß ist.

Claims (2)

1. Computertomograph (CT), bei dem

   • - Strahlungsbündel von einer Strahlungsquelle (1) für jede Untersuchungsobjekt-Schicht eines Untersuchungsobjekts in zahlreichen Richtungen ausgestrahlt werden,
   • - Projektionsdaten der Untersuchungsobjekt-Schicht durch einen Strahlungsdetektor (3) abgegriffen und mit einer gegebenen räumlichen Auflösung erfaßt werden und
   • - ein Bild der Untersuchungsobjekt-Schicht aus den erfaßten Projektionsdaten rekonstruiert wird, mit:
   • - einer an den Strahlungsdetektor (3) angeschlos­ senen ersten Rekonstruktionseinrichtung (4-9) zum Rekonstruieren eines Bilds einer Substanz eines großen Strahlungsabsorptionskoeffizienten aus mittels Strahlung hoher Energie gewonnenen Projektionsdaten und zum Liefern rekonstruier­ ter, einen gegebenen Absorptionsgrad aufweisender Bilddaten der Substanz eines großen Strahlungsab­ sorptionskoeffizienten, und
   • - einer mit der ersten Rekonstruktionseinrichtung (4-9) gekoppelten ersten Recheneinrichtung (10-12, 16) zum Erzeugen erster Bilddaten der Substanz eines großen Strahlungsabsorptionskoeffi­ zienten aus den rekonstruierten Bilddaten und zum Reproduzieren eines ersten Kurvendiagramms der Substanz eines großen Strahlungsabsorptionskoeffi­ zienten aus den ersten Bilddaten, so daß das erste Kurvendiagramm die Lage der Substanz eines großen Strahlungsabsorptionskoeffizienten in der Untersu­ chungsobjekt-Schicht angibt, wobei die erste Recheneinrichtung (10-12, 16) aufweist:
   • - eine Doppelbegrenzereinheit (10) zum Doppel­ begrenzen des Absorptionsgrades der rekonstruierten Bilddaten auf einen vorbestimmten Schwellenwert­ pegel zwecks Erzeugung der ersten Bilddaten,
   • - eine an die Doppelbegrenzereinheit (10) ange­ schlossene Rückprojektionseinheit (11) zum Rückprojizieren der ersten Bilddaten zwecks Lieferung von rückprojizierten Daten,
   • - eine an die Rückprojektionseinheit (11) ange­ schlossene Binäreinheit (12) zum Digitalisieren der rückprojizierten Daten zwecks Lieferung von binären rückprojizierten Daten und
   • - eine mit der Binäreinheit (12) verbundene Recheneinheit (16) zum Reproduzieren des ersten Kurvendiagramms nach Maßgabe der binären rückprojizierten Daten,
2. gekennzeichnet durch

   • - eine mit dem Strahlungsdetektor (3) verbundene Untersuchungseinrichtung (4, 5, 9) zum Untersuchen der Untersuchungsobjekt-Schicht mit Strahlung niedriger Energie und zum Liefern zweiter Bild­ daten entsprechend Projektionsdaten einer Substanz eines kleinen Strahlungsabsorptionskoeffizienten,
   • - eine mit der Untersuchungseinrichtung (9) gekoppel­ te zweite Recheneinrichtung (14) zum Reproduzieren eines zweiten Kurvendiagramms der Substanz eines kleinen Strahlungsabsorptionskoeffizienten aus den zweiten Bilddaten,
   • - eine mit der ersten Recheneinrichtung (16) und der zweiten Recheneinrichtung (14) verbundene Elimi­ niereinrichtung (13) zum Eliminieren von Daten des ersten Kurvendiagramms aus lagemäßig den ersten Kurvendiagrammdaten entsprechenden Daten des zwei­ ten Kurvendiagramms und zum Liefern neuer Projek­ tionsdaten und
   • - eine mit der Eliminiereinrichtung (13) verbundene zweite Rekonstruktionseinrichtung (6-9, 14-17) zum Rekonstruieren eines Bilds der Untersuchungs­ objekt-Schicht nach Maßgabe der neuen Projektions­ daten, wobei die zweite Rekonstruktionseinrichtung aufweist:
   • - eine mit der Eliminiereinrichtung (13) gekoppel­ te Interpolationseinheit (17), um die neuen Projektionsdaten mit vorbestimmten, den Daten der Substanz eines kleine Strahlungsabsorptions­ koeffizienten ähnlichen Daten zu interpolieren, derart, daß der dateneliminierte Bereich im zweiten Kurvendiagramm mit den vorbestimmten Daten ausgefüllt ist,
   • - eine mit der Interpolationseinheit (17) verbun­ dene dritte Recheneinrichtung (14) zum Reprodu­ zieren eines dritten Kurvendiagramms der Substanz eines kleinen Strahlungsabsorptions­ koeffizienten aus den interpolierten neuen Projektionsdaten und
   • - eine mit der dritten Recheneinrichtung (14) verbundene Einheit (6-9) zum Rekonstruieren des Bilds der Untersuchungsobjekt-Schicht aus den Daten in der dritten Recheneinrichtung (14), und wobei die Interpolationseinheit aufweist:
   • - eine mit der ersten Rekonstruktionseinrichtung (6-9) verbundene Kontureinheit (12) zum binären Digitalisieren der Kontur des rekonstruierten Bilds der Substanz eines großen Strahlungsab­ sorptionskoeffizienten zwecks Lieferung von Konturdaten, welche die Lage der Substanz eines großen Strahlungsabsorptionskoeffizienten angeben,
   • - eine Bezugsdateneinheit (8) zur Lieferung von Bezugsdaten, deren Größe den Absorptionsgrad der Sub­ stanz eines kleinen Strahlungsabsorptionskoeffi­ zienten angibt, und
   • - eine mit der Kontureinheit (12) und der Bezugs­ dateneinheit (8) verbundene Bezugskurvendia­ grammeinheit (16) zum Reproduzieren der vorbe­ stimmten Daten in einem Bezugskurvendiagramm, dessen Anordnung derjenigen des zweiten Kurven­ diagramms entspricht, wobei die Lage der vorbe­ stimmten Daten im Bezugskurvendiagramm durch die Konturdaten definiert ist und ihr Absorptionsgrad durch die Bezugsdaten definiert ist.