способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций
Классы МПК: | G01N23/08 с помощью электрических средств обнаружения |
Автор(ы): | Карих В.П. |
Патентообладатель(и): | Научно-производственное объединение "Алтай" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-07-26 публикация патента:
20.12.1997 |
Использование: способ трехмерной компьютерной томографии может быть применен в медицинской диагностике и контроле промышленных объектов. Сущность изобретения: способ предусматривает сканирование объекта конусным пучком излучения путем перемещения источника излучения по некоторой траектории, регистрацию посредством экрана -преобразователя, прошедшего через объект излучения, и восстановления трехмерного изображения по проекционным данным. Для реконструкции объекта в каждой точке используют проекционные данные не всей траектории источника, а ее минимального отрезка, удовлетворяющего условию полноты для данной точки.
Формула изобретения
Способ трехмерной компьютерной томографии, включающий сканирование объекта конусным пучком путем перемещения источника по некоторой траектории, регистрацию посредством экрана-преобразователя, прошедшего через объект излучения, и восстановление трехмерного изображения по проекционным данным, отличающийся тем, что для реконструкции объекта в каждой точке используют проекционные данные не всей траектории, а ее минимального отрезка, удовлетворяющего условию полноты для данной точки.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области вычислительной томографии, основанной на просвечивании объекта сканирующим конусным пучком излучения, регистрации прошедшего через объект излучения посредством двумерного экрана-преобразователя, последующей трехмерной реконструкции изображения внутренней структуры объекта и может быть примерно в медицинской диагностике и контроле промышленных объектов. Томографическая система с конусным пучком излучения обычно включает в себя следующие основные компоненты: источник излучения; регистрирующий излучение экран-преобрзователь; механический сканер, перемещающий блок "источник-детектор" относительно объекта; устройство преобразования исходных данных в цифровой код; процессор и программное обеспечение; реализующее какой-либо алгоритм трехмерной реконструкции. Источник и детектирующий экран обычно жестко связаны между собой, располагаются по разные стороны томографируемого объекта. Сканирование осуществляется путем перемещения блока "источник-детектор" относительно объекта, причем перемещаться может либо объект, либо источник с детектором, либо то и другое совместно. Если предположить, что объект неподвижен, то процесс сканирования определяется траекторией источника излучения. При сканировании данные просвечивания считаются с детектирующего экрана, преобразуются в цифровой код и затем производится трехмерная реконструкция по какому-либо алгоритму. Способ сканирования и алгоритм являются наиболее ответственными аспектами, обеспечивающими точность реконструкции. В реальных условиях невозможно получить точной реконструкции, что связано с погрешностями измерений проекционных данных, конечными шарами дискретизации траектории источника и другими допущениями и погрешностями. Но следует различать две ситуации, когда ошибка реконструкции может становиться сколь угодно малой при уменьшении дискретизации и погрешностей измерений и когда комплекс "траектория источника-алгоритм" не позволяют уменьшать ошибку реконструкции при тех же условиях. В первом случае будем говорить, что способ трехмерной томографии допускает точную реконструкцию, а во втором нет. Для возможности точной реконструкции траектория источника должна удовлетворять условию полноты. Условие полноты гласит: почти каждая плоскость, пересекающая объект, должна пересекать траекторию источника [1]Дополнением к условию полноты является требование к угловому раствору конусного пучка. Обычно подразумевается, что для полноты исходных данных пучок должен перекрывать весь объект при просвечивании его из любой точки траектории. Из литературы известно ограниченное число траекторий, удовлетворяющих условию полноты. Наиболее подробно они представлены в [2]
К ним относятся:
1. Две окружности, имеющие общий центр и расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. 2. Три спирали, одна из которых выше объекта, другая ниже объекта и третья вокруг объекта. 3. Синус на цилиндре. Эта траектория описывается уравнениями:
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692t.gif)
где C1 и C2 выбираются так, чтобы геометрия была полной. 4. Две окружности, связанные прямой линией. 5. Форма шва на бейсбольном мяче. Среди известных алгоритмов точной трехмерной реконструкции по конусным проекциям можно выделить два наиболее предпочтительных для практического применения. Один из них опубликован Б.Д. Смитом, другой Х.К. Туем. Их описание приводится в работах [1,2] По вычислительным затратам и требованиям к траектории источника эти алгоритмы приблизительно одинаковы. В качестве прототипа [2] рассмотрим способ трехмерной томографии, основанный на применении алгоритма Туя в сочетании с одной из пяти перечисленных выше траекторией источника, например двумя перпендикулярными траекториями. Формула реконструкции в алгоритме Туя имеет следующий вид
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-2t.gif)
где f(x) функция, зависящая от трехмерного вектора, описывает объект;
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-3t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-4t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-5t.gif)
Последовательность работы данного алгоритма можно представить таким образом. Сначала для каждой точки траектории источника вычисляется
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-6t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-7t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-8t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-9t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-10t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-11t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-12t.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-13t.gif)
Следует доказать, что для любой точки, принадлежащей кругу x2 + y2
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099108/8773.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099522/8734.gif)
![способ трехмерной компьютерной томографии на основе регистрации конусных проекций, патент № 2099692](/images/patents/373/2099692/2099692-14t.gif)
Класс G01N23/08 с помощью электрических средств обнаружения