RU2176479C2 - Method for building computer tomograms - Google Patents
Method for building computer tomograms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2176479C2 RU2176479C2 RU99119702A RU99119702A RU2176479C2 RU 2176479 C2 RU2176479 C2 RU 2176479C2 RU 99119702 A RU99119702 A RU 99119702A RU 99119702 A RU99119702 A RU 99119702A RU 2176479 C2 RU2176479 C2 RU 2176479C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- memory cells
- computer
- projection
- projections
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вычислительной томографии, а именно к способам восстановления структуры отдельных слоев объекта контроля по набору многоракурсных проекций исследуемого слоя. The invention relates to computed tomography, and in particular to methods for restoring the structure of individual layers of a test object from a set of multi-angle projections of the layer under study.
Известен способ получения вычислительных томограмм (Рентгенотехника. Справочник, т. 2/ Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1981, с. 321 - 323), состоящий в получении ряда теневых проекций исследуемого слоя путем рентгеновского просвечивания объекта системой лучей, преобразование информации о проекциях в цифровые сигналы, посылаемые в компьютер, и реконструкцию искомого двухмерного распределения линейного коэффициента ослабления для исследуемого слоя путем математической обработки информации о проекциях с помощью прямого и обратного преобразования Фурье. A known method of obtaining computational tomograms (X-ray engineering. Handbook, t. 2 / Edited by V.V. Klyuyev. M .: Mashinostroenie, 1981, pp. 321 - 323), which consists in obtaining a number of shadow projections of the studied layer by x-ray transmission of the object by the system rays, converting projection information into digital signals sent to a computer, and reconstructing the desired two-dimensional distribution of the linear attenuation coefficient for the layer under study by mathematical processing of projection information using direct and inverse conversion Fourier transform of.
Недостатком данного способа является необходимость наличия перед выполнением обратного преобразования Фурье полного набора измерительных данных о проекциях, что уменьшает оперативность получения результатов томографических исследований. The disadvantage of this method is the need for a complete set of measurement data on projections before performing the inverse Fourier transform, which reduces the efficiency of obtaining the results of tomographic studies.
Известен способ получения вычислительных томограмм (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник, т. 1 /Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986, с. 400 - 409), включающий получение ряда теневых проекций исследуемого слоя путем рентгеновского просвечивания объекта под разными углами, преобразование информации о проекциях в цифровые сигналы, ввод этой информации в компьютер, восстановление изображения исследуемого слоя с помощью компьютера методом обратного проецирования, включающего распространение теневого изображения каждой проекции на плоскость изображения, представленную в компьютере принятой совокупностью ячеек памяти, последовательное суммирование по соответствующему алгоритму цифровых сигналов об обратных проекциях, запись результатов суммирования в принятую совокупность ячеек памяти и отображение томограммы на экране монитора. A known method of obtaining computational tomograms (Devices for non-destructive testing of materials and products. Handbook, t. 1 / Edited by V.V. Klyuyev. M .: Mechanical engineering, 1986, S. 400 - 409), including obtaining a number of shadow projections of the investigated layer by x-raying the object at different angles, converting projection information into digital signals, entering this information into a computer, reconstructing the image of the layer under study using a computer using the back projection method, including the distribution of the shadow image zheniya each projection on the image plane represented in the computer received plurality of memory cells, sequential summation algorithm corresponding digital signals for rear projection, recording results in the summation of the received plurality of memory cells and displays the tomogram on the screen.
Недостатком такого способа получения вычислительных томограмм является необходимость фильтрации массива цифровой информации о полученном суммарном изображении или предварительной фильтрации информации, получаемой для каждой из проекций, что требует проведения большого объема вычислений, и снижается оперативность получения результатов томографических исследований. The disadvantage of this method of obtaining computational tomograms is the need to filter an array of digital information about the resulting total image or pre-filter the information obtained for each of the projections, which requires a large amount of computation, and decreases the efficiency of obtaining the results of tomographic studies.
Задачей изобретения является упрощение технологии получения вычислительных томограмм в случае, когда линейный коэффициент ослабления дефектной (определяемой) части исследуемого слоя объекта многократно (например, в 50 и более раз) превосходит линейный коэффициент ослабления бездефектной части этого слоя и одинаков для всего дефекта. The objective of the invention is to simplify the technology for obtaining computed tomograms in the case when the linear attenuation coefficient of the defective (determined) part of the object layer under study is many times (for example, 50 times or more) higher than the linear attenuation coefficient of the defect-free part of this layer and is the same for the entire defect.
Технический результат - создание простой технологии получения вычислительных томограмм, обеспечивающей возможность выполнения экспрессных предварительных томографических исследований объектов в медицине и промышленности. The technical result is the creation of a simple technology for obtaining computational tomograms, which provides the ability to perform express preliminary tomographic studies of objects in medicine and industry.
Технический результат достигается тем, что в способе получения вычислительных томограмм, включающем получение ряда теневых проекций исследуемого слоя объекта под разными углами, преобразование информации о проекциях в цифровые сигналы, ввод этой информации в компьютер, восстановление изображения исследуемого слоя с помощью компьютера методом обратного проецирования, включающего распространение теневого изображения каждой проекции на плоскость изображения, представленную в компьютере совокупностью ячеек памяти, последовательное суммирование по соответствующему алгоритму цифровых сигналов об обратных проекциях, запись результатов суммирования в принятую совокупность ячеек памяти компьютера и отображение томограммы на экране монитора. Согласно изобретению теневые проекции исследуемого слоя получают при многократном превышении линейным коэффициентом ослабления дефектной части исследуемого слоя линейного коэффициента ослабления бездефектной части этого слоя, при этом величину коэффициента ослабления дефектной части принимают одинаковой для всего дефекта, после записи информации о второй и последующих обратных проекциях в принятую совокупность ячеек памяти с помощью компьютера осуществляют сравнение значений сигналов по всей принятой совокупности ячеек памяти, выделяют дефектотображающие ячейки по формуле U = k • n • D, где U - значение сигнала в ячейке памяти; k - коэффициент преобразования рентгеновского измерительного устройства томографа; n - номер обратной проекции (n = 1,2, . . . .); D - линейный коэффициент ослабления дефекта, а в остальных ячейках памяти сигнал принимается равным нулю. The technical result is achieved by the fact that in the method of obtaining computational tomograms, which includes obtaining a number of shadow projections of the object layer under study at different angles, converting projection information into digital signals, entering this information into a computer, reconstructing the image of the studied layer using a computer using the reverse projection method, including the distribution of the shadow image of each projection onto the image plane represented in the computer by a set of memory cells, sequential ummirovanie the respective algorithms for digital signal for rear projection, the record summation results in the adoption of a set of computer memories and displays the tomogram on the screen. According to the invention, shadow projections of the studied layer are obtained when the linear attenuation coefficient of the defective part of the investigated layer is repeatedly exceeded by the linear attenuation coefficient of the defect-free part of this layer, while the attenuation coefficient of the defective part is assumed to be the same for the entire defect after recording information about the second and subsequent reverse projections in the accepted set memory cells using a computer compare the values of the signals across the entire set of memory cells, defect-reflecting cells are isolated according to the formula U = k • n • D, where U is the signal value in the memory cell; k is the conversion coefficient of the x-ray measuring device of the tomograph; n is the number of the back projection (n = 1,2,....); D is the linear attenuation coefficient of the defect, and in the remaining memory cells the signal is taken equal to zero.
При большом различии в линейных коэффициентах ослабления дефектной и бездефектной частей объекта проведение такой совокупности операций позволяет существенно упростить и ускорить процедуру восстановления информации о двухмерном распределении значений линейного коэффициента ослабления в исследуемом слое, т.е. получить изображение этого слоя. With a large difference in the linear attenuation coefficients of the defective and defect-free parts of the object, carrying out such a set of operations can significantly simplify and speed up the procedure for recovering information about the two-dimensional distribution of the values of the linear attenuation coefficient in the studied layer, i.e. get an image of this layer.
По сравнению с прототипом заявляемый способ имеет отличительную особенность в совокупности действий и условий, обеспечивающих эти действия. Compared with the prototype of the proposed method has a distinctive feature in the totality of actions and conditions that provide these actions.
На фиг. 1 показан исследуемый слой объекта контроля и процесс образования проекций при просвечивании этого слоя. In FIG. 1 shows the investigated layer of the control object and the process of projection formation during transmission of this layer.
На фиг. 2 - 6 показан процесс образования вычислительной томограммы. In FIG. 2 - 6 show the process of computed tomogram formation.
На фиг. 7 показана схема экспериментальной установки, использованной для проверки способа получения вычислительных томограмм. In FIG. 7 shows a diagram of an experimental setup used to test a method for obtaining computational tomograms.
На фиг. 1 обозначены: 1 - исследуемый слой объекта контроля; 2 и 3 - дефектные части (дефекты) исследуемого слоя; 4 - бездефектная часть исследуемого слоя; 5, 6 и 7 - теневые проекции исследуемого слоя, полученные при просвечивании исследуемого слоя соответственно в направлениях А, В и С (далее для определенности рассматриваются позитивные проекции); 5', 6' и 7' - изображения соответственно проекций 5, 6 и 7; δ- толщина исследуемого слоя. In FIG. 1 marked: 1 - the investigated layer of the control object; 2 and 3 - defective parts (defects) of the investigated layer; 4 - defect-free part of the investigated layer; 5, 6 and 7 - shadow projections of the studied layer obtained by translucent of the studied layer, respectively, in the directions A, B and C (hereinafter, for definiteness, we consider positive projections); 5 ', 6' and 7 '- images respectively of
На фиг. 2 обозначены: 5 - первая теневая проекция исследуемого слоя; 8 - изображение исследуемого слоя, получаемое после первого обратного проецирования. In FIG. 2 marked: 5 - the first shadow projection of the investigated layer; 8 - image of the investigated layer obtained after the first back projection.
На фиг. 3 обозначены: 6 - вторая теневая проекция исследуемого слоя; 9 - изображение исследуемого слоя, получаемое после второго обратного проецирования; a, b, c u d - области томограммы, имеющие удвоенное значение линейного коэффициента ослабления. In FIG. 3 marked: 6 - second shadow projection of the investigated layer; 9 - image of the test layer obtained after the second back projection; a, b, c u d - areas of the tomogram having a double value of the linear attenuation coefficient.
На фиг. 4 обозначены: 10 - изображение исследуемого слоя, полученное после второго обратного проецирования и выполнения операций сравнения и выделения областей а, b, c и d. In FIG. 4 are indicated: 10 - image of the studied layer obtained after the second back projection and performing operations of comparison and selection of areas a, b, c and d.
На фиг. 5 обозначены: 7 - третья теневая проекция исследуемого слоя; 11 - изображение исследуемого слоя, получаемое после третьего обратного проецирования; а, b, с и d - области томограммы, имеющие удвоенное значение линейного коэффициента ослабления; e и g - области томограммы, имеющие утроенное значение линейного коэффициента ослабления. In FIG. 5 marked: 7 - the third shadow projection of the investigated layer; 11 - image of the test layer obtained after the third back projection; a, b, c and d are the areas of the tomogram having double the value of the linear attenuation coefficient; e and g are areas of the tomogram having a triple value of the linear attenuation coefficient.
На фиг. 6 обозначены: 12 - изображение исследуемого слоя, получаемое после третьего обратного проецирования и выполнения операций сравнения и выделения областей e и g с утроенным значением линейного коэффициента ослабления. In FIG. 6 are indicated: 12 — image of the layer under study obtained after the third back projection and performing operations of comparison and selection of the regions e and g with the triple value of the linear attenuation coefficient.
На фиг. 7 обозначены: 1 - объект исследования с дефектными 2 и 3 (два различных по диаметру непрозрачных цилиндра) и бездефектной 4 частями; 5 - лимб; 6 - указатель; 7 - подвижная платформа; 8 - лазер (лазерная указка); 9 - фотоприемник (фотодиод); 10 - винт; 11 - реверсный двигатель; 12 - аналого-цифровой преобразователь; 13 - компьютер; 14 - монитор. In FIG. 7 are marked: 1 - the object of study with defective 2 and 3 (two different in diameter opaque cylinders) and defect-free 4 parts; 5 - limb; 6 - pointer; 7 - movable platform; 8 - laser (laser pointer); 9 - photodetector (photo diode); 10 - screw; 11 - reverse engine; 12 - analog-to-digital Converter; 13 - computer; 14 - monitor.
Способ получения вычислительных томограмм реализуется следующим образом (ниже рассматривается случай получения проекций исследуемого слоя объекта с помощью системы параллельных лучей). Исследуемый слой 1 просвечивают пучком параллельных рентгеновских лучей последовательно под несколькими разными углами, например, в направлении А, В и С на фиг. 1. При этом получают проекции исследуемого слоя 5, 6 и 7, изображения которых, соответственно 5', 6' и 7', содержат тени от дефектов 2 и 3. Ниже рассматривается случай, когда линейный коэффициент ослабления дефектных частей области многократно превосходит линейный коэффициент ослабления бездефектной части его, т.е. дефектные части объекта рассматриваются как непрозрачные. Информацию о тенях преобразуют в электрические цифровые сигналы и вводят в компьютер. В компьютере восстановление изображения осуществляют методом обратного проецирования, в соответствии с которым поочередно в принятую совокупность ячеек памяти компьютера записывают цифровую информацию об обратных проекциях с учетом углов, под которыми получены исходные проекции. Так, при первом обратном проецировании информацию о тенях дефектов, зарегистрированную на проекции 5, распространяют на плоскость изображения, представленную в компьютере принятой совокупностью ячеек памяти, в направлении обратного проецирования (на фиг. 2 это направление указано стрелками). В результате на экране монитора появляется изображение 8, вид которого представлен на фиг. 2. В этом изображении имеются темные области с одинарным значением линейного коэффициента ослабления и светлые области. The method of obtaining computational tomograms is implemented as follows (the case of obtaining projections of the studied layer of an object using a system of parallel rays is considered below). The test layer 1 is exposed to a beam of parallel x-rays sequentially at several different angles, for example, in the direction A, B and C in FIG. 1. In this case, projections of the studied
При втором обратном проецировании (фиг. 3) информацию о тенях дефектов, зарегистрированную на второй проекции 6, распространяют на плоскость изображения, представленную в компьютере принятой совокупностью ячеек памяти, в направлении обратного проецирования (на фиг. 3 это направление показано стрелками). В результате на экране монитора появляется изображение 9, вид которого показан на фиг.3, т.к. в ячейках памяти, соответствующих областям а, b, c и d, цифровые сигналы о первой и второй проекции складываются, области а, b, c и d имеют удвоенное значение линейного коэффициента ослабления. Остальные области являются светлыми или имеют одинарное значение линейного коэффициента ослабления. In the second reverse projection (Fig. 3), information about the defect shadows recorded on the
После второго обратного проецирования с помощью компьютера осуществляют сравнение значений сигналов, записанных во всех ячейках принятой совокупности, и определяют дефектотображающие ячейки, т.е. ячейки в которых сигналы имеют значение, соответствующее выражению (1) при n = 2, т.е. U = 2•k •D. В данном случае это будут ячейки памяти, соответствующие областям а, b, c и d, в которых сигналы соответствуют удвоенному значению линейного коэффициента ослабления. После этой операции во всех ячейках памяти, кроме дефектотображающих ячеек, соответствующих областям а, b, c и d, сигналы принимают равными нулю. При этом на экране монитора формируется изображение 10 (фиг. 4). After the second reverse projection using a computer, the values of the signals recorded in all cells of the received population are compared and defective-reflecting cells are determined, i.e. cells in which the signals have a value corresponding to expression (1) for n = 2, i.e. U = 2 • k • D. In this case, these will be memory cells corresponding to regions a, b, c, and d, in which the signals correspond to twice the value of the linear attenuation coefficient. After this operation, in all memory cells, except for defective-displaying cells corresponding to regions a, b, c and d, the signals are taken equal to zero. At the same time, an
При третьем обратном проецировании (фиг. 5) информацию о тенях дефектов, зарегистрированную на третьей проекции 7, распространяют на плоскость изображения, представленную в компьютере принятой совокупностью ячеек памяти, в направлении обратного проецирования (на фиг. 5 это направление указано стрелками). В результате на экране монитора появляется изображение - 11. Т. к. в ячейках памяти, соответствующих областям e и g, цифровые сигналы о первой, второй и третьей проекциях складываются, эти области имеют утроенное значение линейного коэффициента ослабления. После третьего обратного проецирования с помощью компьютера осуществляют сравнение значений сигналов, записанных во всех ячейках принятой совокупности, и определяют дефектотображающие ячейки, в которых сигналы имеют значения, соответствующее выражению (1) при n = 3, т.е. U = 3•k•D. B данном случае это будут ячейки памяти, соответствующие областям e и g, в которых сигналы соответствуют утроенному значению линейного коэффициента ослабления. После этой операции во всех ячейках памяти, кроме дефектобразующих ячеек, соответствующих областям e и g, сигналы принимают равными нулю. При этом на экране монитора формируется изображение 12 (фиг. 6), на котором области e и g являются изображениями дефектной части объекта контроля. Описанные выше операции могут быть повторены, например, n раз. После этого сигналы, соответствующие дефектным частям объекта, достаточно разделить на n. В результате получают томограмму исследуемого слоя объекта. In the third reverse projection (Fig. 5), information about the defect shadows recorded on the
Предлагаемый способ получения вычислительных томограмм был проверен на фотоэлектрическом аналоге томографа (фиг. 7). Здесь проекции исследуемого слоя в параллельных лучах формировались следующим образом. При вращении электродвигателя с постоянной частотой с помощью винта 10 платформе 7 придавалось поступательное движение. При этом луч лазера 8 просвечивал исследуемый слой объекта толщиной 3 мм (диаметр луча лазера), а получаемые при этом сигналы фотоприемника преобразовывались с помощью аналого-цифрового преобразователя 12 в цифровую форму (частота преобразования 18 Гц) и вводились в компьютер 13. Путь платформы составлял 80 мм, а продолжительность одного сканирования - 15 с. После получения информации об одной проекции платформа возвращалась в исходное положение. С помощью лимба 5 объект поворачивался на 10o и осуществлялось повторное сканирование и так до значения угла 180o. Информация о значении угла, при котором получалась та или иная проекция, вводилась в компьютер. В результате получилось 18 проекций, которые были использованы компьютером для восстановления изображения исследуемого слоя путем применения операций, определяемых предложенным способом. Наблюдение на мониторе 14 изображения полностью соответствовали приведенным на фиг. 2-6. После выполнения всех операций 18 раз на экране монитора изображение дефектных 2 и 3 и бездефектной 4 частей практически соответствовало реальному.The proposed method for obtaining computational tomograms was tested on a photoelectric analogue of a tomograph (Fig. 7). Here, the projections of the studied layer in parallel rays were formed as follows. When the electric motor was rotated at a constant frequency with the help of a
Преимуществами предложенного способа являются
- простота обработки информации о проекциях;
- существенно большая скорость получения томограммы в случаях, когда имеется большое различие в линейных коэффициентах ослабления дефектной и бездефектной частей исследуемого слоя объекта контроля.The advantages of the proposed method are
- ease of processing information about projections;
- significantly higher speed of obtaining a tomogram in cases where there is a large difference in the linear attenuation coefficients of the defective and defect-free parts of the investigated layer of the control object.
Предлагаемый способ получения вычислительных томограмм может быть реализован на любом рентгеновском томографе. Для этого достаточным является некоторое дополнение программного обеспечения, что определяет возможность использования этого способа в томографических исследованиях в промышленности и медицине. The proposed method for obtaining computational tomograms can be implemented on any x-ray tomograph. For this, some software addition is sufficient, which determines the possibility of using this method in tomographic studies in industry and medicine.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119702A RU2176479C2 (en) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Method for building computer tomograms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99119702A RU2176479C2 (en) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Method for building computer tomograms |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99119702A RU99119702A (en) | 2001-06-27 |
| RU2176479C2 true RU2176479C2 (en) | 2001-12-10 |
Family
ID=20224899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99119702A RU2176479C2 (en) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | Method for building computer tomograms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2176479C2 (en) |
-
1999
- 1999-09-14 RU RU99119702A patent/RU2176479C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий/Под ред. В.В. КЛЮЕВА. Т. 1. - М.: Машиностроение, 1986, с . 400-409. ВЕРЕЩАГИН Н.В. и др. Компьютерная томография мозга. - М.: Медицина, 1986, с. 16-20. Рентгенотехника/Под ред. В.В. КЛЮЕВА. Т. 2. - М.: Машиностроение, 1981, с. 321-323. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4170987A (en) | Medical diagnosis system and method with multispectral imaging | |
| DE69918596T2 (en) | Computer tomograph with iterative reconstruction | |
| US5400377A (en) | Artifact reduction method for tomographic image reconstruction using cross-plane rays | |
| US4446521A (en) | Image reconstruction apparatus and process | |
| US4495645A (en) | Computed tomography device | |
| FR2779853A1 (en) | PROCESS FOR RECONSTRUCTING A THREE-DIMENSIONAL IMAGE OF AN OBJECT, IN PARTICULAR AN ANGIOGRAPHIC THREE-DIMENSIONAL IMAGE | |
| JPH03186250A (en) | Sector beam spiral scanning using re-entry means | |
| US5473655A (en) | Artifact reduction by z-dependent filtration of three-dimensional cone beam data | |
| JPH0793924B2 (en) | Reconstruction method of tomographic image using radiation crossing plane | |
| JPH04300528A (en) | Simultaneous collection non-destructive inspector and processing method of radiation photo-graphy projection data and tomographic section data | |
| CN109752844B (en) | Imaging method and system based on random light intensity fluctuation | |
| JPH11155853A (en) | Method for operating three-dimensional ct imaging device, and scanning and data collecting device | |
| JP3280743B2 (en) | X-ray tomography method | |
| EP0323770B1 (en) | Method and apparatus allowing to reconstitute shape and position of objects in space | |
| RU2176479C2 (en) | Method for building computer tomograms | |
| JP3020925B2 (en) | 2-step 3D radon inverse conversion processing method | |
| US4023036A (en) | Apparatus and method for transverse tomography | |
| RU2184487C2 (en) | Method for producing computer tomograms | |
| RU93032495A (en) | COMPUTATIONAL TOMOGRAPH | |
| FR2536617A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR POINT-BY-POINT PROCESSING OF VIDEO IMAGES DURING SCAN, TOMOGRAPHIC AND / OR COMPARISON OF STATIC IMAGES | |
| Ulseth et al. | Accelerated X-ray diffraction (tensor) tomography simulation using OptiX GPU ray-tracing engine | |
| Sponheim et al. | Ultrasonic tomography of biological tissue | |
| Kittenberger et al. | Computed origami tomography | |
| WO2006131646A1 (en) | Method and device for the 3d reconstruction of an object from a plurality of 2d images | |
| JP2934858B1 (en) | Object fluoroscope |