RU2069854C1 - X-ray calculation tomograph - Google Patents
X-ray calculation tomograph Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069854C1 RU2069854C1 SU5023732A RU2069854C1 RU 2069854 C1 RU2069854 C1 RU 2069854C1 SU 5023732 A SU5023732 A SU 5023732A RU 2069854 C1 RU2069854 C1 RU 2069854C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collimator
- signal
- ray
- tomograph
- detector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области рентгенотехники, а более конкретно к рентгеновским томографам, преимущественно промышленного назначения. The invention relates to the field of x-ray technology, and more particularly to x-ray tomographs, mainly for industrial use.
Известен рентгеновский вычислительный томограф, содержащий узкоколлимированный источник и жестко связанный с ним детектор рентгеновского излучения, держатель исследуемого объекта, систему сканирования исследуемого объекта путем многократных линейных сканирований объекта при различных угловых положениях системы, источник-детектор относительно исследуемого объекта для получения наборов проекционных данных, цепь предварительной обработки сигналов детектора, систему восстановления и визуализации изображения на основе полученных проекционных данных /1/. Known x-ray computed tomograph containing a narrowly collimated source and a rigidly connected detector of x-ray radiation, the holder of the test object, the scanning system of the test object by multiple linear scans of the object at different angular positions of the system, the source detector relative to the test object to obtain sets of projection data, a preliminary circuit detector signal processing, image restoration and visualization system based on the received roektsionnyh data / 1 /.
Недостатком известного томографа является относительно невысокое пространственное разрешение, которое задается размерами коллимированного пучка в направлении линейного сканирования. Возможности же уменьшения указанного размера достаточно ограничены из-за связанного с таким уменьшением снижения интенсивности регистрируемого детектором сигнала и требуемого для компенсации увеличения времени сбора информации на каждом отсчете. При этом помимо увеличения времени контроля это приводит к снижению полосы пропускания системы детектирования и увеличению шумовой составляющей сигнала из-за попадания в область шума типа 1/f, где f полоса пропускания. A disadvantage of the known tomograph is the relatively low spatial resolution, which is specified by the size of the collimated beam in the direction of linear scanning. The possibilities of decreasing the indicated size are rather limited due to the decrease in the intensity of the signal recorded by the detector, which is associated with such a decrease, and is required to compensate for the increase in the time of collecting information at each sample. Moreover, in addition to increasing the monitoring time, this leads to a decrease in the passband of the detection system and an increase in the noise component of the signal due to falling into the noise region of type 1 / f, where f is the passband.
Наиболее близким техническим решением является вычислительный томограф, содержащий источник рентгеновского излучения, детектор рентгеновского излучения с цепью предварительной обработки сигнала, держатель исследуемого объекта, средства относительного сканирования системы источник-детектор и держателя для получения наборов проекционных измерительных сигналов, средства двойного дифференцирования проекционных измерительных сигналов и систему восстановления и визуализации изображения /2/. The closest technical solution is a computed tomograph containing an x-ray source, an x-ray detector with a signal preprocessing circuit, a holder for the object under study, means for relative scanning of the source-detector system and holder for receiving sets of projection measuring signals, means for double differentiation of projection measuring signals, and a system restoration and visualization of the image / 2 /.
Достоинством указанного решения является возможность восстановления изображения исследуемого слоя в реальном времени, что обеспечивается в известном томографе /1/. The advantage of this solution is the ability to restore the image of the investigated layer in real time, which is provided in the known tomograph / 1 /.
Вместе с тем, отмеченные выше недостатки известного томографа /1/ с точки зрения пространственного разрешения и наличия шумовой составляющей типа 1/f, что приводит к снижению чувствительности контроля, в общем виде справедливы и для томографа /2/. At the same time, the aforementioned disadvantages of the known tomograph / 1 / from the point of view of spatial resolution and the presence of a noise component of type 1 / f, which leads to a decrease in the sensitivity of control, are generally true for the tomograph / 2 /.
Кроме того, операция двойного дифференцирования, осуществляемая в вычислительном блоке, приводит сама по себе к появлению составляющей ошибки вследствие аппаратурных причин, что также неблагоприятно сказывается на точности и чувствительности результатов томографического исследования. In addition, the operation of double differentiation, carried out in the computing unit, leads in itself to the appearance of a component of the error due to hardware reasons, which also adversely affects the accuracy and sensitivity of the results of tomographic studies.
Задача изобретения заключается в повышении пространственного разрешения получаемых проекционных данных двойного дифференцирования и снижении шумовых факторов от накопления измерительных данных и их обработки. The objective of the invention is to increase the spatial resolution of the obtained projection data of double differentiation and reduce noise factors from the accumulation of measurement data and their processing.
Техническим результатом изобретения является повышение пространственного разрешения и чувствительности томографического исследования. The technical result of the invention is to increase the spatial resolution and sensitivity of the tomographic study.
Согласно изобретению поставленная задача решена таким образом, что в рентгеновском вычислительном томографе, содержащем источник рентгеновского излучения, детектор рентгеновского излучения с цепью предварительной обработки сигнала, держатель исследуемого объекта, средства относительного сканирования системы источник-детектор и держателя для получения наборов проекционных измерительных сигналов, средства двойного дифференцирования проекционных измерительных сигналов и систему восстановления и визуализации изображения, указанные средства двойного дифференцирования образованы: (a) установленным в источнике рентгеновского излучения коллиматором с фасонным коллимационным отверстием, форма поперечного сечения которого имеет две взаимноперпендикулярные оси симметрии, с неодинаковыми размерами пучка вдоль каждой оси симметрии и в перпендикулярном к ней направлении; (в) средствами вращения коллиматора с фиксированной частотой вокруг оси, перпендикулярной плоскости поперечного сечения коллимационного отверстия и проходящей через точку пересечения его осей симметрии; (c) включенным в цепь предварительной обработки сигнала фильтром, настроенным на выделение составляющей сигнала на удвоенной частоте вращения коллиматора. According to the invention, the problem is solved in such a way that in an X-ray computed tomograph containing an X-ray source, an X-ray detector with a signal preprocessing circuit, a holder for the object under study, means for relative scanning of the source-detector system and holder for receiving sets of projection measuring signals, double differentiation of projection measuring signals and image restoration and visualization system specified The second double differentiation means are formed by: (a) a collimator installed in the x-ray source with a shaped collimation hole, the cross-sectional shape of which has two mutually perpendicular symmetry axes, with unequal beam sizes along each symmetry axis and in the direction perpendicular to it; (c) means of rotation of the collimator with a fixed frequency around an axis perpendicular to the plane of the cross section of the collimation hole and passing through the point of intersection of its axis of symmetry; (c) a filter included in the signal pre-processing circuit configured to isolate the signal component at twice the collimator speed.
Указанное выше выполнение средств двойного дифференцирования проекционной информации или, точнее, средств получения двукратно дифференцированной проекционной информации позволяет, с одной стороны, как это будет более подробно пояснено в дальнейшем, повысить пространственное разрешение при выделении мелких деталей внутренней структуры исследуемого объекта и, с другой стороны, за счет использования модуляционного метода устранить шумовые составляющие типа 1/f при увеличении времени набора информации, поскольку в этом случае сужение полосы пропускания происходит около частоты 2F, где F - частота вращения коллиматора. The aforementioned implementation of the means for double differentiation of projection information or, more precisely, means for obtaining twice differentiated projection information allows, on the one hand, as will be explained in more detail below, to increase spatial resolution when highlighting small details of the internal structure of the object under study and, on the other hand, through the use of the modulation method, eliminate noise components of type 1 / f with an increase in the time of collection of information, since in this case the narrowing of The transmission band occurs at a frequency of 2F, where F is the collimator speed.
Кроме того, для получения двукратно дифференцированных проекционных данных не требуется специального вычислительного блока, что, соответственно, и не вызывает появления связанной с его функционированием аппаратурной ошибки. In addition, to obtain twice-differentiated projection data, a special computing unit is not required, which, accordingly, does not cause the appearance of a hardware error related to its functioning.
При этом авторам не известно указанное выполнение системы получения двукратно дифференцированных проекционных данных в других объектах техники. Moreover, the authors are not aware of the indicated implementation of the system for obtaining twice-differentiated projection data in other objects of technology.
Соответственно изложенному, авторы полагают, что заявляемый томограф соответствует критериям охраноспособности "новизна" и "изобретательский уровень". Accordingly, the authors believe that the claimed tomograph meets the eligibility criteria of "novelty" and "inventive step".
На фиг. 1 представлена схема рентгеновского вычислительного томографа, на фиг. 2 вид с торца одного из возможных вариантов выполнения вращающегося коллиматора, на фиг. 3 диаграммы получения сигнала при прохождении зоной пучка протяженной неоднородности, на фиг. 4 диаграммы получения сигнала при прохождении зоной пучка неоднородности с размерами на уровне разрешения обычного сканирования коллимированным пучком и на фиг. 5 диаграммы получения сигналов при прохождении зоной пучка малых неоднородностей. In FIG. 1 is a diagram of an X-ray computed tomograph; FIG. 2 is an end view of one of the possible embodiments of a rotating collimator; FIG. 3 are diagrams of signal acquisition during the passage of an extended inhomogeneity region by a zone; FIG. 4 are diagrams of signal acquisition during the passage of an inhomogeneity beam with dimensions at the resolution level of a conventional collimated beam and in FIG. 5 diagrams of receiving signals when the beam passes through small inhomogeneities.
Рентгеновский вычислительный томограф содержит коллимированные источник 1 и детектор 2 рентгеновского излучения, жестко соединенные рамой 3, держатель 4 исследуемого объекта 5, привод 6 линейного сканирования системы источник 1 детектор 2 относительно держателя 4 с объектом 5, привод 7 поворота держателя 4, блок 8 датчиков пространственных координат, причем приводы 6, 7 и блок 8 образуют средства сканирования с необходимыми элементами управления, что не является предметом настоящего изобретения в силу известности выполнения. An X-ray computed tomograph contains a collimated source 1 and an
С источником 1 связан коллиматор 9, являющийся ротором электродвигателя, статор 10 которого подключен к схеме 11 электропитания, приводящей двигатель во вращение с частотой F. A
К детектору 2 подключена цепь предварительной обработки сигнала, включающая предусилитель 12, фильтр 13, настроенный на выделение составляющей сигнала на частоте 2F, усилитель 14 и аналого-цифровой преобразователь 15 (АЦП). A signal preprocessing circuit is connected to the
Система восстановления и визуализации изображения содержит ЗУ 16, блок 17 обратного проецирования и суммирования и видеоконтрольное устройство 18. The image restoration and visualization system comprises a memory 16, a rear projection and summing unit 17, and a video monitoring device 18.
Используемый в источнике 1 коллиматор 9 имеет фасонное коллимационное отверстие 19, форма поперечного сечения которого, в общем случае, должна удовлетворять следующим условиям:
наличие двух перпендикулярных друг к другу осей симметрии А1, А2;
различные размеры вдоль каждой оси симметрии А1 и А2 и в перпендикулярном к ней направлении.The
the presence of two axes of symmetry A1 and A2 perpendicular to each other;
different sizes along each axis of symmetry A1 and A2 and in the direction perpendicular to it.
Этим условиям удовлетворяет приведенная на фиг. 2 форма поперечного сечения коллимационного отверстия 19 в виде вытянутого прямоугольника. Этим же условиям удовлетворяют также, например, эллипс и гантелевидная фигура. Вращение коллиматора 9 осуществляется вокруг оси, проходящей через точку пересечения осей симметрии А1, А2 и перпендикулярной к плоскости поперечного сечения коллиматора. These conditions are satisfied in FIG. 2 is a cross-sectional shape of a
В некоторых случаях может быть целесообразным варьирование частоты F вращения коллиматора 9. В этом случае схема 11 выполнена с возможностью перестройки частоты питания статора 10, а фильтр 13 частоты выделяемой составляющей сигнала, для чего сигнальный выход схемы 11 может быть подключен к входу управления фильтра 13 или предусмотрены внешние средства управления схемой 11 и фильтром 13 (не показаны). In some cases, it may be appropriate to vary the rotation frequency F of the
При описании работы рентгеновского вычислительного томографа подробно рассмотрен процесс формирования проекционных данных с помощью используемых в томографе средств, поскольку этот аспект является основным для понимания сущности изобретения, тогда как остальные аспекты функционирования (режим сканирования, обработка данных) в данном изобретении не затрагиваются и предполагаются известными. When describing the operation of an X-ray computed tomograph, the process of generating projection data using the tools used in the tomograph is described in detail, since this aspect is fundamental for understanding the essence of the invention, while other aspects of functioning (scanning mode, data processing) are not affected and are assumed to be known in this invention.
Фиг. 3 иллюстрирует процесс формирования проекционного сигнала при прохождении занимаемой вращающейся рентгеновской пучковой зоной (далее зона пучка) протяженной неоднородности 20 внутренней структуры контролируемого объекта 5, например полости. FIG. 3 illustrates the process of generating a projection signal during the passage of an
На верхней диаграмме фиг. 3 показаны различные положения зоны пучка при прохождении им неоднородности 20. In the upper diagram of FIG. 3 shows the different positions of the beam zone when it passes through the
На второй диаграмме фиг. 3 приведена проекционная кривая 21, получаемая при использовании средств заявляемого томографа. In the second diagram of FIG. 3 shows the
На трех нижних диаграммах фиг. 3 показаны соответственно получаемая проекционная кривая 22 для невращающегося пучка той же площади, что и зона вращающегося пучка, кривая 23 ее первой и кривая 24 второй производной кривой 22. In the bottom three diagrams of FIG. 3 shows, respectively, the obtained
При сканировании протяженной неоднородности 20 измерительный сигнал в томографе формируется следующим образом (рассматривается вариант полости или зоны с равномерной уменьшенной плотностью). When scanning an
До точки Х зона пучка перемещается в области однородной плотности контролируемого объекта 5, и на выходе фильтра 13 сигнал отсутствует. В точке Х зона пучка начинает входить в зону неоднородности 20 с меньшей плотностью, вследствие чего на выходе фильтра начинает появляться сигнал, соответствующий появлению в сигнале детектора 2 составляющей с частотой 2F, причем амплитуда сигнала на выходе фильтра 13 пропорциональна перепаду интенсивностей прошедшего через объект 5 пучка в ходе его вращения с частотой F. Поскольку неоднородность 20 имеет меньшую плотность, то интенсивность пучка при его захождении в неоднородность будет возрастать, т.е. формируемый фильтром 13 сигнал положителен. Увеличение амплитуды сигнала фильтра 13 происходит до вхождения зоны пучка в неоднородность 20 на половину радиуса зоны пучка, после чего амплитуда пучка снижается до нуля в точке Х2, в которой при любом положении пучка его площади в неоднородности 20 и вне ее одинаковы и сигнала на выходе фильтра 13 нет. При дальнейшем продвижении зоны пучка в неоднородность 20 на выходе фильтра формируется отрицательный сигнал, поскольку несмотря на интегральное увеличение интенсивности по всей зоне пучка вхождение части пучка в зону повышенной плотности объекта 5 вне неоднородности 20 вызывает уменьшение интенсивности, т.е. выделяемая на частоте 2F составляющая отрицательна. Этот отрицательный сигнал увеличивается по амплитуде до вхождения зоны пучка в неоднородность 20 на 3/4 радиуса зоны пучка, после чего амплитуда сигнала на выходе фильтра 13 уменьшается до нуля в точке Х3. To point X, the beam zone moves in the region of uniform density of the controlled object 5, and there is no signal at the output of the filter 13. At point X, the beam zone begins to enter the
При прохождении зоной пучка неоднородности 20 сигнал на выходе фильтра 13 отсутствует вплоть до точки Х4, в которой зона пучка начинает выходить из неоднородности 20. Далее процесс формирования сигнала в области между точками Х4, Х5, Х6 повторяется, но в обратном порядке, поскольку зона пучка перемещается из области с меньшей в область с большей плотностью. Таким образом формируется показанная на фиг. 3 проекционная кривая 21. When the beam passes through the
Если рассмотреть прохождение через неоднородность 20 невращающегося пучка с такой же занимаемой им зоной, то формируемый детектором 2 сигнал имеет форму кривой 22, первая производная которой представлена кривой 23, а вторая
кривой 24. Из сопоставления кривых 21 и 24 виден их принципиально одинаковый характер.If we consider the passage through the
При прохождении зоной вращающегося пучка неоднородности 25 с размерами, соответствующими радиусу зоны пучка и, тем самым, примерно равными разрешению в направлении сканирования при использовании невращающегося пучка с той же зоной, сигнал формируется следующим образом (фиг. 4). When an
Между точками Х7 Х8 сигнал формируется аналогично сигналу кривой 21 между точками Х1 и Х2. Между точками Х10 Х11 сигнал формируется так же, как и между точками Х5 и Х6 на кривой 21. Между точками Х8 Х10 сигнал имеет отрицательную величину с максимумом в точке Х9, что соответствует сложенной левой и правой половиной участков кривой 21 между точками Х2 Х3 и Х4 Х5. Результирующий сигнал имеет вид кривой 26. Between points X7 X8, a signal is generated similarly to the signal of
Кривая 27 на фиг. 4 иллюстрирует сигнал детектора 2 при прохождении неоднородности 25 невращающимся пучком с той же зоной, а кривые 28 и 29 представляют соответственно первую и вторую производную кривой 27.
Из сопоставления кривых 26 и 29 виден их одинаковый характер. A comparison of
Таким образом, в пределах линейного разрешения известных томографов описанные выше средства адекватно выполняют функцию двойного дифференцирования по отношению к формируемому детектором сигналу со сканированием простым коллимированным пучком. Thus, within the linear resolution of known tomographs, the means described above adequately perform the function of double differentiation with respect to the signal generated by the detector with scanning by a simple collimated beam.
При прохождении зоной вращающегося пучка малых неоднородностей вид получаемого сигнала может зависеть от ряда факторов, в том числе и от относительной геометрии прохождения зоны пучка через такие неоднородности, что иллюстрирует фиг. 5. When a region of a rotating beam passes through small inhomogeneities, the form of the received signal may depend on a number of factors, including the relative geometry of the passage of the beam zone through such inhomogeneities, as illustrated in FIG. 5.
На верхней диаграмме фиг. 5 зона пучка проходит через малые неоднородности 30 и 31 размером порядка узкой стороны поперечного сечения пучка, первая из которых смещена от центральной линии сканирования, проходящей через центр зоны пучка, а вторая попадает в центральную область зоны пучка, где интенсивность постоянна. In the upper diagram of FIG. 5, the beam zone passes through
При прохождении зоной пучка смещенной от его центра малой неоднородности 30 сигнал имеет форму кривой 32, представляющей собой выступ с гладкой вершиной. При прохождении зоной пучка центральной малой неоднородности 31 формируется сигнал 33 в виде двух смежных выступов с провалом между ними, который соответствует вхождению неоднородности 31 в область постоянной интенсивности вращающегося пучка. When the zone of the beam passes through a
Возможность выделения малых неоднородностей в описанном томографе обусловлена снятием ограничений на время накопления информации при отдельном отсчете в силу исключения шумовых составляющих типа 1/f, как это было отмечено выше. The possibility of isolating small inhomogeneities in the described tomograph is due to the removal of restrictions on the time of accumulation of information at a separate count due to the exclusion of noise components of type 1 / f, as noted above.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5023732 RU2069854C1 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | X-ray calculation tomograph |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5023732 RU2069854C1 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | X-ray calculation tomograph |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2069854C1 true RU2069854C1 (en) | 1996-11-27 |
Family
ID=21595151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5023732 RU2069854C1 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | X-ray calculation tomograph |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2069854C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496106C1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | Method of non-destructive x-raying of pipelines and device for its implementation |
RU2533760C2 (en) * | 2009-10-13 | 2014-11-20 | Шоукор Лтд. | X-ray testing device for testing of circumferential welds of pipelines |
RU2533757C2 (en) * | 2009-08-28 | 2014-11-20 | Шоукор Лтд. | Method and device for external inspection of welds of pipelines |
-
1992
- 1992-01-13 RU SU5023732 patent/RU2069854C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Патент Великобритании N 1283915, кл. H5R, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР N 972346, кл. G 01 N 23/08, 1980. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2533757C2 (en) * | 2009-08-28 | 2014-11-20 | Шоукор Лтд. | Method and device for external inspection of welds of pipelines |
US9217720B2 (en) | 2009-08-28 | 2015-12-22 | Shawcor Ltd | Method and apparatus for external pipeline weld inspection |
RU2533760C2 (en) * | 2009-10-13 | 2014-11-20 | Шоукор Лтд. | X-ray testing device for testing of circumferential welds of pipelines |
US8923478B2 (en) | 2009-10-13 | 2014-12-30 | Shawcor Ltd. | X-ray inspection apparatus for pipeline girth weld inspection |
RU2496106C1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | Method of non-destructive x-raying of pipelines and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6147353A (en) | Image shift for gamma camera | |
RU2145485C1 (en) | Ultrasmall-angle roentgen tomography | |
US6470067B1 (en) | Computed tomography apparatus for determining the pulse momentum transfer spectrum in an examination zone | |
US6370218B1 (en) | Methods and systems for determining x-ray beam position in multi-slice computed tomography scanners | |
US4600998A (en) | System for the non-destructive testing of the internal structure of objects | |
RU2532495C1 (en) | Scanning device and method for imaging with back-scattered radiation beam | |
JP2758515B2 (en) | Method for acquiring projection data and CT apparatus | |
RU2507507C1 (en) | Scanning device using radiation beam for backscattering imaging and method thereof | |
EP0426464A2 (en) | Computerized tomographic image reconstruction method for helical scanning | |
US6175116B1 (en) | Hybrid collimation and coincidence imager for simultaneous positron and single photon imaging | |
US5657364A (en) | Methods and apparatus for detecting beam motion in computed tomography imaging systems | |
US5917876A (en) | Computed tomography scanner | |
IL114348A (en) | Detector signal integration in volumetric ct scanner detector arrays | |
US5812628A (en) | Methods and apparatus for detecting partial volume image artifacts | |
US5170346A (en) | Method for reducing patient translation artifacts in tomographic imaging | |
KR980700796A (en) | NORMALIZATION OF TOMOGRAPHIC IMAGE DATA | |
US5345381A (en) | Spiral scan computer tomography apparatus | |
RU2069854C1 (en) | X-ray calculation tomograph | |
US20070171428A1 (en) | Systems and methods for determining a position of a support | |
EP0200939A1 (en) | Emission computed tomography apparatus | |
US4117336A (en) | Computerized radiography with means to process only selected signals | |
US4150294A (en) | Radiography | |
US4331872A (en) | Method for measurement of distribution of inclusions in a slab by electron beam irradiation | |
WO1992006636A1 (en) | Three-dimensional tomographic system | |
EP0231037A1 (en) | X-ray scanner with dual energy imaging |