DE3884836T2

DE3884836T2 - System zur Strahlungsbilddetektion.

Info

Publication number: DE3884836T2
Application number: DE88302714T
Authority: DE
Inventors: Motosada Kiri
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2008-03-26
Also published as: DE3884836D1; JP2606207B2; US4891844A; KR920001290B1; EP0284432B1; CN88101553A; EP0284432A3; JPS6426277A; CN1015599B; KR890014063A; EP0284432A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Strahlungsbilddetektion, bei dem die Strahlungsbild-Empfangsfläche aus einer Vielzahl von zweidimensional angeordneten Strahlungssensoren aufgebaut ist.
Bei einem typischen Beispiel fuhr ein System zur elektronischen Detektion eines Strahlungsbildes, wobei das Bild in Pixels bzw. Bildelemente unterteilt ist, erreicht die Anzahl der Bildelemente oft die Größenordnung von 10&sup6;, wenn eine typische Bildempfangsfläche von 30 x 30 cm² benötigt wird, wobei die Bildelemente eine sehr kleine Bestrahlungsfläche in der Größenordnung von 10&supmin;¹ mm² aufweisen, um die erforderliche Bilddetektionsleistung zu erbringen. In solchen Källen wird das System sehr kompliziert und teuer, wenn eine Anzahl von Strahlungssensoren vorgesehen wird, die der Anzahl der Bildelemente entspricht.
Eine bekannte Möglichkeit zur Überwindung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten besteht darin, die imaginäre Bildempfangsfläche mit einem einzigen Strahlungssensor zweidimensional oder mit einer Reihe linear angeordneter Strahlungssensoren eindimensional (in zu der Anordnung rechtwinkliger Richtung) abzutasten. Ein solches Abtastverfahren mit einem einzigen Sensor oder gruppierten Sensoren weist den entscheidenden Nachteil auf, daß es nicht nur viel Zeit in Anspruch nimmt, das Abtasten der gesamten Fläsche der Bildempfangsebene durchzuführen, sondern daß auch der Wirkungsgrad der Strahlungsdetektion sehr gering ist, weil die auf die Bildempfangsfläche aufgebrachte Strahlung verschwendet wird, abgesehen von einer wandernden punkt- oder linienförmigen Region, in der der abtastende einzelne Sensor oder die Sensorengruppe bestrahlt wird. In einem angenommenen Fall, in dem eine Reihe von n linear angeordneten Sensoren die gesamte Fläche einer Bildempfangsebene eindimensional abtastet, die in n x n Bildelemente unterteilt ist, beträgt der Wirkungsgrad der Strahlungsdetektion l/n. In einem Fall, in dem die gleiche Fläche zweidimensional durch einen einzigen Sensor abgetastet wird, geht der Wirkungsgrad weiter auf l/n² zuruck.
In den Veröffentlichungen IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, Bd. MI-5, Nr. 4, Dezember 1986, Seiten 222-228, VAN GIESSEN et al: "Time-coded aperture tomography: Experimental results" ("Zeitcodierte Fenster-Tomographie: Versuchsergebnisse") und PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY, Bd. 24, Nr. 5, September 1979, K.J. KORAL et al: "Application of ART to time-coded Emission Tomography" ("Anwendung von ART bei der zeitcodierten Emissionstomographie") wird die Anwendung eines zeitcodierten Fenster- bzw. Bildausschnittsystems in der Tomographie offenbart. Die Datenerfassung wird sehr viele Male durchgeführt, wobei für jeden Vorgang ein anderes Nadellochmuster verwendet wird. Die erfaßten Daten werden anschließend durch einen Computer verarbeitet, um das Bild zu reskonstruieren.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Überwindung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten gerichtet, die dem bekannten System zur elektronischen Detektion eines in Bildelemente unterteilten Strahlungsbildes anhaften, indem das System in der Weise verbessert wird, daß die Strahlungsbilddetektion in kurzer Zeit mit relativ hohem Wirkungsgrad der Strahlungsdetektion durchgeführt wird, ohne daß für alle Bildelemente eine entsprechende Anzahl von Strahlungssensoren vorhanden ist.
Das verbesserte System arbeitet mit der sogenannten codierten Fenster- bzw. Bildausschnittsmethode.
Die vorliegende Erfindung schafft ein System zur Strahlungsbilddetektion, um die Detektion eines Strahlungsbildes in Form einer Menge von Bildelementen mit Hilfe einer codierten Fenstermethode durchzuführen, wobei zu dem genannten System eine Strahlungsbild-Empfangsebene gehört, die aus einer Vielzahl von Sensorengruppen für jede gleich groß bemessene Teilmatrix einer Matrix von Bildelementen besteht, wobei jede der Sensorengruppen für eine einzelne Teilmatrix aus einer Vielzahl von Strahlungssensoren besteht, die ein oder mehrere Bildelemente abdecken, sich jedoch in ihrer Anordnung von den Sensoren der anderen Sensorengruppe oder -gruppen unterscheiden, Einrichtungen, um jede der Sensorengruppen für jede Teilmatrix nacheinander und einzeln in Zuordnung zu der Fläche dieser Teilmatrix zu bringen, ein Speicher zum Speichern der Ausgangssignale der Sensoren der aufeinanderfolgenden Gruppen als codierte Bildelementsignale sowie eine Computereinrichtung zum Ableiten eines Satzes von Bildelementsignalen aus den codierten Bildelementsignalen, der allen einzelnen Bildelementen innerhalb der Fla.sche der Teilmatrix entspricht.
Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden alle Bildelemente, die eine Bildelementmatrix bilden sollen, in gleich-großen Flächen gruppiert, deren jede die gleiche Anzahl von Bildelementen enthält, die eine quadratische Teilmatrix von Bildelementen bilden. Die den in der genannten Teilmatrix enthaltenen Bildelementen entsprechenden Bildelementsignale werden in Form von codierten Signalen dadurch gewonnen, daß sie viele Male nacheinander mit einer Vielzahl von Sensorengruppen erfaßt werden, die in zweckmäßiger Weise so aufgebaut sind, daß sie sich nach Anzahl, Anordnung und Größe der Sensoren voneinander unterscheiden. Jeder Sensor in jeder Sensorengruppe deckt im allgemeinen eine Vielzahl von Bildelementen ab, doch die Sensoren in manchen Sensorengruppen decken nicht vollständig alle in der Teilmatrix vorhandenen Bildelemente ab, so daß einige Bildelemente in einem Zustand verbleiben, in dem von ihnen kein Signal aufgenommen wird. Die Ausgangssignale der Sensoren werden mittels einer Computereinrichtung digital verarbeitet, so daß schließlich ein Strahlungsbild abgegeben wird, das aus den ursprünglich auf der Bildempfangsfläche angenommenen Bildelementen besteht. Die Einzelheiten der Funktionsweise werden weiter unten anhand der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Bei dem System zur Strahlungsbilddetektion nach der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl der Sensoren in der Bildempfangsfläche erheblich kleiner gewählt als die Anzahl der angenommenen Bildelemente, da, wie oben erwähnt, einige Sensoren jeweils mehr als ein Bildelement abdecken. Eine Verringerung der Zahl der Sensoren führt zu einem einfachen Aufbau sowohl der Bildempfangsfläche als auch der damit verbundenen Elektronik. Trotzdem wird, wie weiter unten beschrieben, die Effizienz der Strahlungsdetektion auf einem relativ hohen Wert gehalten, wenn er auch niedriger liegt als der maximale Einheitswert, der zu erwarten ist, wenn die Bildempfangsfläche aus einer Anzahl von Sensoren besteht, die gleich der Anzahl der Bildelemente ist.
Die vorliegende Erfindung dient nicht nur zur Gewinnung eines ebenen Strahlungsbildes in einem großen Bereich von Wellenlängen wie Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, sichtbaren Strahlen und Infrarotstrahlen, sondern wird voraussichtlich auch auf dem Gebiet der tomographischen Bilddetektion sehr effektiv sein.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
Fig. 1(A) bzw. (B) jeweils in Form eines Blockdiagramms den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie die Beziehung zwischen den angenommenen Bildelementen und der bei der Ausführungsform verwendeten Strahlungssensoranordnung zeigen;
Fig. 2 die Sensoranordnung auf der Bildempfangsfläche einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 3 die Sensoranordnung auf der Bildempfangsfläche einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 4 ein Beispiel der Sensoranordnung zeigt, mit der sich die Erfindung nicht verwirklichen läßt.
Gemäß Fig. 1(A), die in Form eines Blockdiagramms den Aufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Verwendung in der Röntgenstrahl-Radiographie zeigt, durchdringen von einer Röntgenstrahlenquelle 1 ausgehende Röntgenstrahlen einen Patienten 2 als Objekt und projizieren ein Röntgenbild auf eine Bildempfangsfläche 3, die aus Röntgenstrahlensensoren besteht, die wie weiter unten anhand von Fig. 1(B) beschrieben angeordnet sind. Die Ausgangssignale der Sensoren werden in einem Speicher 4 gespeichert und dann durch einen Mikrocomputer digital verarbeitet, um Röntgenbildsignale zu erzeugen. Die Röntgensignale werden einer Kathodenstrahlröhre 6 zugeleitet, um darauf in sichtbarer Form das auf die Fläche 3 projizierte Röntgenbild darzustellen. Auf der Bildempfangsfläche 3 wird, wie in Fig. 1(B) veranschaulicht, eine Bildelementfläche 3a angenommen, die aus vielen kleinen Bildelementflächen Sij besteht. Die Bildempfangsfläche 3 andererseits setzt sich aus verschieden großen Röntgenstrahlensensoren zusammen, die auf zweckmäßige Weise den Bildelementflächen entsprechen, wie im folgenden am Beispiel zweier Sensorgruppen beschrieben. Die beiden Sensorgruppen, die mit den beiden Symbolgruppen a-b-e-f bzw. b-c-d-e bezeichnet sind, enthalten die Sensoren A0, A1 bzw. B0, B1.
Mit dieser Sensorenanordnung wird auf der ersten Fläche eine Röntgenbilddetektion mit der Sensorengruppe a-b-e-f durch- geführt, die den Bildelementflächen S00, S01, S10 und S11 entsprechen soll. In diesem Fall decken die Sensoren A0 bzw. A1 die Bildelemente S00, S10 und S01, S11 ab. Als nächstes wird die zweite Bilddetektion mit der Sensorengruppe b-c-d-e durchgeführt, die den gleichen Bildelementflächen S00, S01, S10 und S11 entsprechen soll. In diesem zweiten Fall decken die Sensoren B0 und B1 zwei Bildelemente S00, S01 bzw. ein Bildelement S11 ab. Das Bildelement S10 bleibt unabgedeckt. Bei den genannten beiden aufeinanderfolgenden Detektionsvorgängen sind die Ausgangssignale (A0), (Al), (B0) und (B1) durch die nachstehenden vier Gleichungen gegeben:
(A0) = 1x(S00)+0x(S01)+1x(S10)+0x(S11)
(A1) = 0x(S00)+1x(S01)+0x(S10)+1x(S11)
(B0) = 1x(S00)+1x(S01)+0x(S10)+0x(S11)
(B1) = 0x(S00)+0x(S01)+0x(S10)+1x(S11)
Hierin repräsentieren die Symbole (S00) und dergl. die Signale, die von den Bildelementflächen S00 und dergl. zu erwarten wären, wenn sie durch entsprechende einzelne Sensoren abgedeckt wären. Die obigen simultanen linearen Gleichungen können durch den Mikrocomputer 6 leicht gelöst werden und ergeben:
(S00)=(B0)+(B1)-(A1)
(S01)=(A1)-( B1)
(S10)=(A0)+(A1)-(B0)-(B1)
(S11)=(B1)
Bei dieser Ausführungsform beträgt die Anzahl der Sensoren vier für acht Bildelemente, während die Effizienz der Strahlungsdetektion auf einem relativ hohen Wert von 7/8 = 87,5% gehalten wird.
Die vorliegende Erfindung kann mit verschiedenen anderen Kombinationen von Bildelement- und 5ensorgruppen verwirklicht werden. Beispiele für die Kombinationen sind in Fig. 2 und 3 gezeigt. Bei der Kombination nach Fig. 2 beträgt die Effizienz der Strahlungsdetektion 65,625%, während bei der Ausführungsform mit der Kombination nach Fig. 3 eine Effizienz von 79,17% erreicht wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, die Größe und Anordnung der Sensoren so zu wählen, daß die mit den Koeffizienten 0 und 1 konstituierte Determinante in den simultanen Gleichungen, die den weiter oben gegebenen Gleichungen ähneln, nicht Null ist, denn wenn die Determinante Null ist, können die Gleichungen nicht gelöst werden. Fig. 4 zeigt ein Beispiel für Sensorgruppen, bei denen sich die Determinante Null ergibt.
Es sei nunmehr erwähnt, daß die vorliegende Erfindung ferner auch bei einem System zur Strahlungsbilddetektion angewendet werden kann, bei dem die Bildelemente nicht in Matrixform angeordnet sind.

Claims

1. System zur Strahlungsbilddetektion zum Erfassen eines Strahlungsbildes in Form einer Anordnung von Bildelementen mittels einer codierten Fenster- bzw. Bildausschnittsmethode, wobei zu dem System eine Strahlungsbild-Empfangsfläche (3) gehört, gekennzeichnet durch

eine Vielzahl von Sensorgruppen (abef, bcde) für jede gleich groß bemessene Teilmatrix einer Matrix von Bildelementen, wobei jede der 5ensorgruppen für eine einzelne Teilmatrix aus einer Vielzahl von Strahlungssensoren (A0, A1, B0, B1) besteht, die ein oder mehrere Bildelemente abdecken, sich jedoch in ihrer Anordnung von den Sensoren der anderen Sensorgruppe oder -gruppen unterscheiden,

Einrichtungen, um jede der Sensorgruppen für jede Teilmatrix sukzessiv und einzeln in Zuordnung zu der Fläche dieser Teilmatrix zu bringen,

einen Speicher (4) zum Speichern der Ausgangssignale der Sensoren in den sukzessiven Gruppen als codierte Bildelementsignale,

und eine Computereinrichtung (5), um aus den codierten Bildelementsignalen einen Satz von Bildelementsignalen entsprechend allen einzelnen Bildelementen (Sij) innerhalb der Fläche der Teilmatrix herzuleiten.