SCHROEPFER, Stefan (Coburger Str. 23, Oberasbach, 90522, DE)
KUBE, Matthias (Sommerstr. 11, Fuerth, 90762, DE)
BEHRENDT, Rolf (Brauereistr. 15, Dormitz, 91077, DE)
SCHMITT, Peter (Vogelherd 60, Erlangen, 91058, DE)
SCHOLZ, Oliver (Tretenaecker 16, Moehrendorf, 91096, DE)
SCHROEPFER, Stefan (Coburger Str. 23, Oberasbach, 90522, DE)
KUBE, Matthias (Sommerstr. 11, Fuerth, 90762, DE)
BEHRENDT, Rolf (Brauereistr. 15, Dormitz, 91077, DE)
SCHMITT, Peter (Vogelherd 60, Erlangen, 91058, DE)
Ansprüche:
1. Verfahren zur Be- oder Verarbeitung von optischen Daten aus Einzelbildern oder 5 aufeinander folgenden Aufnahmen, bevorzugt aus der CT, mit folgenden Arbeitsschritten (a) über eine - insbesondere im wesentlichen punktförmige -
Strahlenquelle (70) wird ein durchstrahlfähiges Objekt (10) auf einem flächigen Detektor (80) als Schirm optisch erfassbar lo abgebildet, wobei dem Objekt eine Bezugslinie als Hauptachse
(gedacht) zugeordnet wird, insbesondere als eine Drehachse (100) des Objekts (10) oder der Anordnung aus der Strahlenquelle (70) und dem Schirm (80) oder eine Mittelebene des durchstrahlfähigen Objekts (10); i5 (b) mehrere Streifen (T1 ,T2) des abgebildeten Bildes werden aus dem Gesamtbild des Detektors (80) optisch erfasst; wobei zumindest zwei der mehreren Verarbeitungsstreifen (T1 ,T2) so gebildet werden, dass;
(d ) ein erster der Streifen (T1 ) die Bildfläche aufweist, welche 20 von allen - eine erste Volumenschicht (V1 ) des Objekts
(10) durchlaufenden - Strahlen der Strahlenquelle (70) definiert wird;
(c2) ein zweiter der Streifen (T2) die Bildfläche aufweist, welche von allen Strahlen definiert wird, welche eine 25 zweite Volumenschicht (V2) des Objektes (10) durchlaufen, wobei die zwei Volumenschichten nicht überlappen, insbesondere benachbart sind; (d) die Bildinformation des ersten und weiteren
Verarbeitungsstreifens (T 1 ,T2) des Detektors wird jeweils einer 30 eigenen oder eigenständigen Recheneinheit (E1 ,E2) zugeführt; zur jeweils eigenständigen Rekonstruktion der zumindest zwei Volumenschichten (V1 ,V2) des durchstrahlfähigen Objekts in den zumindest zwei gesonderten Recheneinheiten (E1 , E2).
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2. Verfahren zur Be- oder Verarbeitung von Bilddaten aus Einzelbildern oder aufeinanderfolgenden Aufnahmen, bevorzugt aus einer CT, wobei
(a) eine im wesentlichen punktförmige Strahlenquelle (70) ein zu erfassendes oder zu analysierendes oder zu rekonstruierendes
5 Objekt (10) auf einem flächigen Detektor (80) als Schirm optisch ablesbar abbildet oder elektrisch auslesbar zur Verfügung stellt; wobei dem Objekt eine Hauptachse, insbesondere als eine Drehachse (100) zugedacht ist;
(b) mehrere Verarbeitungsstreifen (T1 ,T2) des Abbildes am Detektor lo (80) aus- oder abgelesen werden, wobei jeder der Streifen (T1 ,T2) einen Bildanteil einnimmt, welcher von einer jeweils zugeordneten Volumenschicht (V1 ,V2) des Objektes (10) vom Strahlengang der Strahlenquelle (70) her zugeordnet ist und die jeweilige Volumenschicht im jeweiligen Bildanteil als jeweiliger Bilddatenanteil i5 repräsentiert ist, und wobei jede der Volumenschichten wesentlich kleiner als das Volumen des Objekts (10) ist, insbesondere halb so groß;
(c) ein jeweiliger Bilddatenanteil oder ein jeweiligen Verarbeitungsstreifen (T1 ,T2) jeweils einer ihn verarbeitenden
20 Recheneinheit (E1 ,E2) zugeführt wird, zur Rekonstruktion der einzelnen Volumenschichten (V1 ,V2) des Objekts in den einzelnen Recheneinheiten (E1 ,E2).
25 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Objekt im Rahmen einer Röntgen CT erfasst wird und die Strahlen Röntgenstrahlen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verarbeitungsstreifen (T1 ,T2) des Abbilds vom Detektor unabhängig voneinander und/oder jeweils eigenständig
30 abgelesen werden, insbesondere durch eine entsprechende Zahl von
Bilderfassungs-Einrichtungen ausgelesen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Bilddaten einer dritten Volumenschicht (h3) als dritter Bilddatenanteil oder dritter Verarbeitungsstreifen einer dritten
35 Recheneinheit (E3) zugeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Bilddaten einer noch weiteren
Volumenschicht (h3) als noch weiterer Bilddatenanteil oder noch weiterer Verarbeitungsstreifen einer noch weiteren Recheneinheit (E3) zugeführt werden.
5 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abbild von einem optischen
Detektor (80) stammt, der rückseitig ein Flächenbildgeber (81 ) ist, zum Abgeben elektrischer Signale auf Eintreffen von Röntgenstrahlen (q).
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektor als Bildgeber mit mehreren lo Ausgängen versehen ist, jeder zur Abgabe aller Bilddatenanteile einer zugeordneten
Volumenschicht des Objektes, entsprechend einem Verarbeitungsstreifen (T1 ,T2) am Detektor, insbesondere der Detektor das Bild oder die Aufnahme in einem Durchstrahlungsverfahren erhält.
i5 9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Verarbeitungsstreifen mit einem benachbarten Verarbeitungsstreifen einen gemeinsamen überlappungsabschnitt (T12) besitzt, mit Ausnahme des obersten/untersten oder rechten/linken Rand- Verarbeitungsstreifens am Detektor.
20 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der gemeinsame überlappungsabschnitt verändert wird, dies bei einer Veränderung der Aufnahmegeometrie.
11. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 10, wobei der überlappungsabschnitt von zwei benachbarten Verarbeitungsstreifen sich in seiner Breite verändert, je weiter er von
25 der Horizontalen (z1 ) durch die Strahlenquelle (70) entfernt ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der überlappungsabschnitt (T12) von allen denjenigen Strahlen der Strahlenquelle (70) definiert wird, welche längs eines jeweiligen Strahls sowohl die eine wie auch die benachbarte Volumenschicht
30 (V1 ,V2) des Objektes (10) durchlaufen, wobei die zwei benachbarten
Volumenschichten (V1 ,V2) nicht überlappen.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Strahlung eine Röntgenstrahlung ist, die von einer im Wesentlichen punktförmigen Strahlungsquelle (70) ausgeht.
35
14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, wobei alle Bilddatenanteile (T 1 ) von allen nicht gleichen Volumenschichten (V 1 ) des Objektes (10) unabhängig voneinander oder jeweils eigenständig einer eigenständigen Recheneinheit (E 1 ) zugeführt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 2, wobei mehrere Verarbeitungsstreifen (T1 ,T2) des Abbildes am Detektor (80) optisch erfassend aus- oder abgelesen werden, wobei jeder der Streifen (T1 ,T2) einen jeweiligen Bildanteil einnimmt.
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Optimierte Erfassung und Verarbeitung von Bilddaten eines Objekts in einer Einrichtung zur Erzeugung Computertomograph ischer Bilder
Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Optimierung des Durchsatzes bei der Verarbeitung von Bildern aus Computertomographien (CT). Insbesondere ist die Röntgen-CT angesprochen, bei der als Strahlungsquelle eine hochfrequente Strahlungsquelle im Röntgenbereich eingesetzt wird.
"Strahlung" als solche steht vom Wesen her für jede Art von bild-gebender Strahlung, die in der Lage ist, im Durchstrahlverfahren Abbilder auf einem Detektor zu erzeugen, der beispielsweise als Flächendetektor ausgebildet sein kann. Ausgangspunkt der Strahlung ist eine Strahlungsquelle als Punktquelle oder linienförmige Quelle (im Sinne einer Vielzahl einzelner in einer Reihe aufgereihte punktförmiger Strahlungsquellen), die
- bezogen auf das zwischen Strahlungsquelle und Detektor vorgesehene Objekt, welches Gegenstand der Analyse oder Erfassung der CT ist - keine parallelen, sondern divergente Strahlen erzeugen.
Bei der CT mit einem Flächendetektor fallen große Datenmengen an Bilddaten an, die zur
Bilddaten-Verarbeitung auf mehrere Recheneinheiten verteilt werden, um parallel verarbeitet werden zu können. Mit wachsender Größe bzw. Auflösung und auch mit einer wachsenden Geschwindigkeit der die Bilddaten erfassenden Detektoren steigen die zu verarbeitenden Datenmengen so stark an, dass diese Aufteilung, die auch verwaltet werden muss, nicht mehr ausreicht. Auch verursacht eine Quantisierung des Detektors, also eine Auflösung jedes Bildpunktes (Pixel), eine Erhöhung der Arbeitslast. Unter die erhöhte Datenmenge fallen also weitere Faktoren, wie die Anzahl der Bildpunkte im Detektor, die Frequenz der Aufnahme oder der Aufnahmen sowie die genannte Grauwertauflösung jedes Bildpunktes.
Der Stand der Technik arbeitet bereits mit Bildberechnungs-Verfahren bei der CT, wo üblicherweise Durchstrahlungs-Aufnahmen eines Objektes aus verschiedenen, in einer Ebene liegenden Blickwinkeln gemacht werden. Das Objekt befindet sich zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor. Als Detektor wird ein Zeilen- oder ein Flächendetektor eingesetzt, wobei der Flächendetektor den Vorteil bietet, ein gesamtes
Objekt abbilden zu können. Der Zeilendetektor kann das Objekt nur Schicht für Schicht aufnehmen. Aus den von dem Zeilen- oder Flächendetektor aufgenommenen Bilddaten wird dann mit einem Berechnungsverfahren ein Datenvolumen rekonstruiert, welches
Volumen das aufgenommene Objekt beschreibt, das seinerseits auch als abzubildendes Volumen darzustellen ist.
Um den Datenstrom zur Berechnung auf handhabbare Größenordnungen zu bringen, arbeitet der Stand der Technik mit kleineren Recheneinheiten, auf die zur Reduktion der
Berechnungszeit bzw. zur Beschleunigung der Berechnung die vorhandenen Bilddaten des Detektors jeweils teilweise gelangen. Jede kleinere Einheit erhält nur einen Ausschnitt der gesamten Bilddaten des Detektors. Diese Aufteilung übernimmt ein Hauptrechner, dem die Bilddaten des Detektors zugeführt werden. Jeder individuelle Rechner berechnet dann nur ein Teilvolumen des zu rekonstruierenden Gesamtobjekts, um die Teilvolumina später wieder zu einem Gesamtvolumen zusammenzusetzen.
Aufgrund des beschriebenen Anstiegs von Bilddaten wird die insgesamt zu erreichende Verarbeitungsgeschwindigkeit der Bilddaten zwischen Aufnahme und Fertigstellung für das gesamte Objekt reduziert. Es ist daher als technische Problemstellung der Erfindung anzusehen, diese Berechnungsgeschwindigkeit wieder herzustellen. Bei ansteigenden Datenmengen soll die Geschwindigkeit beibehalten werden, oder bei gleich bleibendem Datenvolumen die Geschwindigkeit der Berechnung des Gesamtvolumens beschleunigt werden.
Die Erfindung steht vor der (technischen) Aufgabe, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem die aufgenommenen Bilddaten des Flächendetektors besser, also schneller verarbeitet werden und der Durchsatz einer CT-Datenverarbeitungsanlage gesteigert werden kann, so dass eine Durchsatzoptimierung bei der Be- oder Verarbeitung der
Bilddaten in der CT erhalten wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren (Anspruch 1 , 2), bei dem die Bilddaten des Flächendetektors aufgeteilt werden. Für jeden der Verarbeitungsstreifen wird ein eigener Rechner angeschlossen, der ein entsprechendes Teilvolumen des Objekts rekonstruiert. Damit wird der Engpass eines zentralen Aufnahme- und Verteilungsrechners (sog. Rendering-PC) vermieden.
Die Erfindung macht sich dabei den Umstand zunutze, nicht nur eine Geschwindigkeit nur der ausführenden Rechner zu beschleunigen, sondern gleich im Ansatz und vor Beginn solcher Berechnungen und solcher Verteilungen von zu berechnenden Daten eine Aufteilung der Erfassung der Bilddaten vorzunehmen (Anspruch 14). Die Aufteilung des
Datenstroms wird so weit vor-verlagert, dass sie bis in den das zu verarbeitende Objekt abbildenden Detektor reicht. Bereits hier splittet sich der Datenstrom durch die mehreren parallelen Abtastungen auf.
Bevorzugt werden die Bilddaten einer dritten Volumenschicht als dritter Bilddatenanteil oder dritter Verarbeitungsstreifen einer dritten Recheneinheit zugeführt (Anspruch 3). Weiter bevorzugt werden weitere Bilddaten in einer oder mehreren weiteren Volumenschicht(en) als noch weitere(r) Bilddatenanteil(e) oder noch weitere Verarbeitungsstreifen noch weiteren Recheneinheit(en) zugeführt (Anspruch 4).
Dies oder vorhergehendes ausgehend von dem bildgebenden Detektor, der als Flächensensor (Anspruch 7) eine Vielzahl von Pixeln in x- und y-Richtung aufweist. Aufgrund der Aufteilung der Bilddaten in Verarbeitungsstreifen, die optisch gesondert jeweils im Wesentlichen (oder hauptsächlich) eine Volumenschicht abbilden, können die Bilddaten ohne einen verteilenden Hauptrechner bearbeitet werden.
Daraus folgt eine Vielzahl von Bilddaten-Ausgängen (Anspruch 7, 8) dieser optimierten Flächenkamera, die parallel und voneinander unbeeinflusst arbeiten, wobei jeder dieser Ausgänge Daten einer Schicht des Objekts zur Verfügung stellt.
Das Auslesen der elektrischen Information aus dem "direkt umsetzenden Detektor" oder das Auslesen der elektrischen Information aus zwischengeschalteten, jeweils einen Streifen am optisch abbildenden Schirm oder Detektor ablesenden Signalgebern (Anspruch 4) soll sinngemäß so verstanden werden, dass jeweils ein Signal "gelesen wird", das entweder optisch oder gleich elektrisch ist. Ein Auslesen würde eher elektrisch verstanden werden, ein Ablesen eher optisch, so dass ein Lesen eines jeweiligen Streifens T1 , T2,... als gemeinsam umschreibender Begriff verwendet werden soll.
Es finden sich also Daten an einem jeweiligen Ausgang, welche die zugeordnete Volumenschicht repräsentieren, zusätzlich ergänzt um einen beidseits am Rand der Schicht liegenden Bilddaten-übergangsabschnitt für die einen Strahlen, welche auf ihrem Weg zum Detektor beide Volumenschichten durchlaufen, die zugeordnete Volumenschicht und die diesseits benachbarte Volumenschicht, und die anderen
Strahlen, welche auf ihrem Weg zum Detektor beide Volumenschichten durchlaufen, die zugeordnete Volumenschicht und die andererseits benachbarte Volumenschicht (Anspruch 9).
Im Anschluss können diese mehreren Teilvolumina von den mehreren beteiligten eigenständigen Recheneinheiten wieder zu einem Gesamtvolumen zusammengefügt werden, was hier aber nicht vertieft erläutert werden soll.
Die Detektordaten (die Streifen als Abbild der Volumenschichten) werden nicht zentral über den "Rendering-PC" erfasst, sondern direkt von den Verarbeitungs-PCs aus dem
Detektor übernommen. Ein kleiner Anteil der Bilddaten wird dabei doppelt verarbeitet, und von jeweils zwei Rechnern zur Berechnung herangezogen. Jedoch ist die Datenmenge aus allen Streifenüberlappungen (den überlappungsbereichen im abgebildeten Volumen entsprechend) insgesamt wesentlich geringer als die Bilddatenmenge aus dem nicht überlappenden Hauptvolumen (oder die Bilddaten aus einer Volumenschicht des Objekts sind groß im Vergleich zu dem Anteil der aus den überlappend abgebildeten Volumenteilen benachbarter Volumenschichten stammt).
Die Strahlen der Punktquelle sind dabei nicht alle völlig parallel zu der Längserstreckung der Volumenschichten, aber auch nicht stark im Winkel geneigt (Anspruch 13). Es soll von
"im wesentliche parallel" gesprochen werden, wobei die Streifenüberlappungen klein oder schmal gehalten werden können. Demzufolge sind auch die Bilddaten aus überlappenden Volumina klein.
Damit ergibt sich die folgende Staffelung: Einmal das Gesamtobjekt als Gesamtvolumen.
Dann die demgegenüber wesentlich kleineren Streifenüberlappungen. Diese Abstaffelung erreicht es im Ergebnis, jede Schicht für sich und eigenständig berechnen zu können, ohne Querkopplung zwischen den einzelnen Berechnungseinheiten.
Erst bei der Zusammenführung der Bilddaten aus den einzelnen Volumenschichten kann wieder eine gegenseitige Einflussnahme stattfinden, um die Schnittstellen zwischen den Volumenschichten zutreffend zu legen und aneinander-zu-fügen.
Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen die beanspruchte Erfindung.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines
Durchstrahlungs-Verfahrens zur Rekonstruktion des zwischen Quelle und Detektor angeordneten Objekts 10 und der entstehenden Bilddaten im Detektor 80 (Detektoreinrichtung).
Figur 2 ist eine schematische Darstellung der optischen Detektoreinrichtung 80 mit mehreren Ausgängen.
Figur 3 veranschaulicht die elektrischen Signale der Bilddaten aus den überlappungsbereichen des Bildes des Detektors 80.
Figur 4 ist ein zweidimensional unterteiltes Verfahren mit
Bildabschnitten in beiden Richtungen x,y des Detektors 80.
Figur 5 ist eine vertikale Schnittansicht des Aufbaus von Figur 1 mit Strahlengängen.
Figur 6 ist eine Verdeutlichung der überlappung(en) von
Bilddaten aus zwei benachbarten Volumenbereichen.
Figur 1 verdeutlicht das technische Anwendungsgebiet und ein erstes Beispiel des Verfahrens in schematischer Ansicht. Eine Strahlenquelle 70 gibt einen Strahlenkegel q ab, welcher ein Objekt 10 durchstrahlt und danach auf einen Schirm, auch Detektor oder Detektoreinrichtung 80 genannt, auftrifft.
Dieser Schirm nimmt ein Abbild 10' des Volumens des Objekts 10 auf, das im Beispiel als ein Zylinder dargestellt ist, aber anderweitige Formen ebenso haben kann. Es ist ein volumenhaftes Objekt, dessen Volumen in einzelne Schichten symbolisch oder gedanklich aufgeteilt werden kann, die später bei der Erfassung oder Rekonstruktion des Inhalts des Volumens relevant sind. Die Strahlung q kann beispielsweise
Röntgenstrahlung sein. Der Detektor 80 kann beispielsweise flächenartig als Flächendetektor ausgebildet sein, der auf seiner Rückseite 81 elektrische Signale abgibt, welche dem Durchstrahlungskegel entspricht.
Geht man von einer punktförmigen Strahlenquelle 70 aus, ist die abgegebene Strahlung q als Kegel ausgebildet. Ebenso können symbolisch mehrere Punkte aneinandergereiht zur Ausbildung einer linienförmigen Strahlenquelle eingesetzt werden. Dann ist die Strahlenform q fächerförmig. Es entsteht ein Schattenwurf auf dem Schirm 80, womit die Strahlung nach dem Durchstrahlen des Körpers 10 auch beschrieben werden kann. Das
Abtasten erfolgt von der Rückseite 81 , entweder direkt elektrisch oder optisch mit einer Kamera oder mit Einzelbildern.
Hier soll davon ausgegangen werden, dass auf der Rückseite 81 des Schirms 80 (als Beispiel eines Detektors) elektrische Signale abgenommen werden können, welche in
Figur 2 mit e1 bis e6 symbolisiert sind. Die Detektoreinrichtung 80 kann auf ihrer Rückseite 81 zugehörige Streifen T1 bis T2 haben, welche den elektrischen Signalen e1 bis e6 entsprechen.
Die optisch abgebildeten Streifen T1 bis T6, welche das Abbild 10' des Körper 10 wiedergeben, sollen verarbeitet werden. Sie werden dabei in den elektrischen Signalen e1 bis e6 abgebildet und von dort Recheneinheiten E1 bis E6 zugeführt, von denen jede einen Streifen bearbeitet oder verarbeitet. Diese sind direkt angeschlossen.
Die optischen Daten aus dem bspw. Einzelbild oder von aufeinander folgenden
Aufnahmen kann so ohne eine Aufteilung im Sinne eines Zwischenrechners erfolgen, der das Flächenbild auf der Rückseite 81 in einzelne Tiles (Bildabschnitte) aufteilt und dann zur eigenständigen Bearbeitung einzelnen Rechnern zuführt. Jeder Rechner nach Figur 3, hier beispielsweise sechs Rechner E1 bis E6 für sechs Streifen T1 bis T6 und ihre zugehörigen elektrischen Signale e1 bis e6 ist in der Lage, seinen Streifenabschnitt zur
Rekonstruktion zu berechnen. Der Streifenabschnitt kann auch als "TiIe" bezeichnet werden, ist sinngemäß ein Bildausschnitt oder Bildabschnitt aus dem Ganzen, und zumindest zwei Streifen T1 , T2 sind vorzusehen, um eine Aufteilung der Rechenleistung auf zumindest zwei Rechner E1 , E2 zu erhalten. Bevorzugt natürlich drei, vier oder mehr solcher Streifen.
Große Objekte können auf einem großen Schirm abgebildet werden, der Schirm kann beispielsweise eine Fläche von 1000 x 1000 Pixel haben. Je größer die Fläche ist, desto geringer ist die Flächeneinheit, welche pro Pixel anfällt.
Die anfallenden großen Datenmengen müssen kosten- und zeiteffektiv bearbeitet werden können. Die Bearbeitung ist bspw. eine Erfassung. Die Verarbeitung kann eine Rekonstruktion oder eine Analyse sein.
Eine Verdoppelung der Auflösung führt bei einem flächigen Detektor zu einer Vervierfachung der optischen Daten und zu einer Vervielfachung der notwendigen Rechenleistung. Deshalb werden nicht alle optischen Daten mit einem Rechner bearbeitet und nicht ein Rechner vorgesehen, mit dem die vorliegenden optischen Daten zunächst aufgeteilt werden, sondern schon bei der Erfassung der optischen Daten als elektrische Signale (direkt oder mittelbare über einen Bildsensor, der den Schattenwurf auf der Rückseite 81 abtastet) werden Bildausschnitte verarbeitet. Der Durchsatz der Datenverarbeitungsanlage besteht aus den Einheiten E1 bis E 1 (dargestellt sind die Einheiten E1 bis E6 in Figur 3).
Ziel ist das Bild B.
Das mittels der beispielsweise über Röntgenstrahlen zu analysierende und zu rekonstruierende Objekt 10 wird in einzelnen Schichten rekonstruiert, die Volumenschichten V1 bis V6 genannt werden, jeweils im wesentlichen abgebildet in Tiles
T1 bis T6. Zur Rekonstruktion mit einer CT werden von jeder Schicht Aufnahmen aus verschiedenen Winkeln zur Verfügung gestellt. Die Schichten können aber grundsätzlich unabhängig voneinander rekonstruiert werden, wenn alle Daten (alle Bilddaten) von einer jeweiligen Schicht zur Verfügung stehen. Dabei ergibt sich - abhängig von der Geometrie der Aufnahmeanordnung und der Form des Strahls q - eine unterschiedliche
Beeinflussung von benachbarten Volumenschichten. Dies verdeutlicht die Figur 3 im linken Abschnitt. Das elektrische Signal e3 aus TiIe T3 enthält im Wesentlichen Informationen aus der dritten Volumenschicht V3, wie in Figur 5 dargestellt. Dazu enthält es auch einen kleinen Anteil aus der Volumenschicht V4, welche der Volumenschicht V3 unten benachbart ist.
Ist die Ebene zwischen den Volumenschichten V3 und V4 in der Zentralebene z1 der Strahlenquelle 70, ergibt sich hier kein Anteil, aber dafür ein Anteil aus der darüber liegenden Volumenschicht V2. Diese beiden benachbarten Anteile werden e23 und e34 genannt.
Für das TiIe T4 und sein elektrisches Signal e4 ergibt sich im Wesentlichen das Signal aus der Volumenschicht V4, aber ebenfalls von beiden benachbarten Volumenschichten V3 und V5 ein kleiner Anteil. Er wird auch e34 und e45 genannt. Zu den Volumenschichten V2 und V5 verhält sich die Figur 3 entsprechend und ist hier nicht weiter ausgeführt. Ausgeführt ist aber die Weitergabe der elektrischen Signale aus den Streifen auf die gesonderten Recheneinheiten E1 bis E6.
Die überlappungsbereiche in dem Volumen und in dem Abbild des Objektes auf dem Schirm werden anhand der Figuren 5 und 6 später näher erläutert.
Gemäß Figur 4 ist anzumerken, dass das in horizontalen Schichten rekonstruierte Objekt 10 nicht nur in horizontalen Bildstreifen T1 bis T6 verarbeitet werden kann, sondern auch in vertikale Streifen aufgeteilt und zerlegt werden kann, wofür weitere Recheneinheiten eingesetzt werden, die nicht gesondert dargestellt sind. Es ist für den Bereich der Verarbeitungsstreifen T3, T4 eingezeichnet, dass gegenüber einer vertikalen Ebene 200 und einer horizontalen Ebene 201 vier Bildabschnitte möglich sind, welche T33, T34, T43 und T44 genannt sind, zwei davon aus dem Verarbeitungsstreifen T3 und zwei davon aus dem Verarbeitungsstreifen T4. Eine vertikale Streifenbildung und demzufolge eine weitere Unterteilung der Bilddaten auf den Detektor in mehrere Recheneinheiten ist so ersichtlich. Die symbolisch dargestellte Bildung von Bildausschnitten kann weiter fortgesetzt werden nach Art einer x-y Rasterbildung, so dass TiIe T35 in dem Verarbeitungsstreifen T3, welches der Volumenschicht V3 dem Signal entspricht. Das TiIe ist so allgemein definierbar als T 1J , wobei i von 1 bis n läuft und j von 1 bis m.
Aus der im Wesentlichen punktförmigen Strahlungsquelle 70 fließt ein konischer oder fächerförmiger Strahl q, der durch das durchstrahlfähige Objekt 10 verläuft. Dieses Objekt 10 ist in Figur 5 dargestellt, der Strahl ist unterbrochen gezeigt, um die schwache
Konizität deutlich zu machen, die nahe an parallele Strahlen herankommt. Das durchstrahlfähige Objekt 10 bildet einen Schatten auf den Detektor 81 , der als flächiger Detektor ausgebildet ist. Der Schirm 80 kann den Schatten des Objekts 10 entweder optisch sichtbar machen, beispielsweise mit einer Scintillationsschicht, einer Umsetzung von Röntgenlicht auf sichtbares Licht. Ein zwischengeschalteter optischer Detektor liest einen Streifen, ein weiterer einen weiteren Streifen und ein noch weiterer einen dritten Streifen auf der Rückseite 81 des Detektors 80 ab. Der Detektor 80 kann aber auch so ausgebildet sein, dass er gleich elektrische Signale abgibt, die für einen jeweiligen Streifen oder für ein weiter unterteiltes TiIe nach Figur 4 stehen. Eine Bezugslinie 100 kann dem Objekt als Drehachse zugeordnet sein. Diese Bezugsachse kann auch der gesamten Anordnung aus Strahlenquelle 70, Objekt 10 und Detektor 80 zugeordnet sein, ebenso kann eine Mittelebene des Objektes 10 als Bezugsebene herangezogen werden, in der die Bezugslinie liegt.
Die mehreren Streifen, in welche das Objekt 10 zur Rekonstruktion (gedacht) unterteilt wird, sind die Volumenschichten V1 bis V6 nach Figur 5. Jede dieser Schichten bildet im Wesentlichen einen Verarbeitungsstreifen, hier als Streifen T1 bis T6 auf dem Detektor ab. Zumindest zwei dieser Streifen werden verwendet, um die Datenmenge zu
reduzieren. Jeder dieser Streifen speist dann eine eigene Verarbeitungseinrichtung E1 , E2, ohne dass eine zwischengeschaltete Aufteilung der elektrischen Signale oder der Bilddaten durch einen Zwischenrechner erfolgt.
Der Streifen, im Beispiel Streifen T1 (oder T2), wird so gebildet, dass er der Bildfläche entspricht, welche von allen Strahlen gebildet wird, welche die Volumenschicht V1 (oder V2) durchlaufen. Das sind alle Strahlen zwischen den Grenzstrahlen 50 und 52 für V1 . Die Strahlen kommen von der Strahlenquelle 70. Der zweite Streifen T2 weist die Bildfläche auf, welche von allen Strahlen definiert wird, welche die zweite Volumenschicht V2 des Objektes 10 durchlaufen. Das sind alle Strahlen, die zwischen den Grenzstrahlen
51 und 54 der Strahlenquelle 70 liegen, wie in Figur 5 eingezeichnet.
Es ist selbstverständlich, dass sich die Volumenschichten V1 und V2 für diese gedachte Unterteilung des Objekts 10 nicht überlappen, aber ersichtlich entstehen überlappungen in den Verarbeitungsstreifen T1 und 12, was Figur 5 anschaulich macht.
Die Bildinformation des ersten Streifens T1 und zumindest eines weiteren Verarbeitungsstreifens T2 werden jeweils einer eigenen oder eigenständigen Recheneinheit zugeführt, die in Figur 3 mit E1 und E2 symbolisiert ist. Die weiteren Streifen werden entsprechend gebildet, was an Figur 5 leicht nachvollzogen werden kann. Ein dritter Streifen T3 entsteht aus der Volumenschicht V3 und angrenzendem überlappungsbereich, ebenso der noch weitere Streifen T4. Im Beispiel der Figur 5 ist zwischen den Streifen T3 und T4 die Mittelebene z1 eingezeichnet, welche durch die Strahlenquelle 70 läuft. Deshalb ist an dieser Stelle an der Grenze zwischen den Verarbeitungsstreifen T3 und T4 kein überlappungsbereich der Volumenschichten V3 und V4 präsent. Vielmehr nur oberhalb und unterhalb der Grenze zur nächsten Volumenschicht V2 bzw. V5.
Jeweils eigenständig erfolgt die Rekonstruktion jedes der genannten Streifen aus den jeweils zugeordneten Volumenschichten des durchstrahlfähigen Objekts 10.
Mehrere dieser Abbildungen können für die einzelnen Schichten V1 bis V6 vorgenommen werden, dies aus unterschiedlichen Richtungen. Auch mehrere Aufnahmen nacheinander aus derselben Richtung können eingesetzt werden. Es bleibt aber auch hier dabei, dass die Detektordaten nicht zentral auf einem Rechner erfasst werden und von dort aus zur
Verteilung verarbeitet werden, sondern der Detektor für eine jeweilige Aufnahme oder für mehrere aufeinander folgende Aufnahmen mit den mehreren Ausgängen versehen ist, die entweder elektrisch am Detektor 80 selbst vorgesehen sind, oder von zwischen-
geschalteten Bildaufnehmern zur Verfügung gestellt werden, welche das sichtbare Licht auf der Rückseite 81 des Detektors erfassen und in elektrische Signale umsetzen, und diese entweder streifenförmig oder nach Art von Tiles gemäß Figur 4 abgeben. Die Abgabe erfolgt direkt an eine jeweils zugeordnete Recheneinheit E k , wobei k=1 bis n * m bei n * m Tiles und k=1 bis n bei n Verarbeitungsstreifen T 1 .
Das Auslesen der elektrischen Information aus dem direkt umsetzenden Detektor oder das Auslesen der elektrischen Information aus den zwischengeschalteten, jeweils einen Streifen am optisch abbildenden Detektor 80 ablesenden - nicht gesondert dargestellten - Signalgebern soll sinngemäß so verstanden werden, dass jeweils ein Signal gelesen wird, das entweder optisch oder gleich elektrisch ist. Das Auslesen würde eher elektrisch verstanden werden, das Ablesen eher optisch, so dass ein Lesen eines jeweiligen Streifens T1 , 12,... als gemeinsam beschreibender Begriff verwendet werden soll.
Es versteht sich dabei, dass der Hauptanteil einer jeweiligen Volumenschicht den
Hauptanteil eines Verarbeitungsstreifens bestimmt, oder ihm entspricht. Die Anteile der abgebildeten überlappung können demgegenüber als sehr klein angesehen werden. Je paralleler die Strahlung gegenüber den Grenzflächen zwischen den Volumenschichten ist, desto geringer ist der Signal- oder Bildanteil aus dem überlappungsbereich. Dieser soll nun mit Blick auf Figur 6 näher erklärt werden.
Dazu ist ein erster Streifen als Verarbeitungsstreifen T1 und ein zweiter Streifen als Verarbeitungsstreifen T2 auf dem Detektor 80 aufgezeichnet. Der Detektor ist hier nur ausschnittsweise wiedergegeben, ebenso das durchstrahlte Objekt 10. Die leicht oder schwach divergierenden Strahlen der Strahlenquelle 70 sind deutlicher aus der
Horizontalen geneigt dargestellt, um die überlappend durchstrahlten Bereiche an den Grenzflächen zwischen den Volumenschichten deutlicher zu machen und demzufolge auch die überlappungsanteile der Bildsignale und der elektrischen Signale e1 , e2.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass die Wahl von T1 , T2 und V1 , V2 hier der
Vereinfachung halber erfolgte und sie nicht den Volumenschichten V1 , V2 der vorhergehenden Figuren entsprechen. Es muss auch darauf hingewiesen werden, dass der Strahl S1 in der Mittelebene z1 liegt und deshalb kein überlappungsanteil am unteren Rand g5 des Volumenanteils V1 im Signal des Verarbeitungsstreifens T1 am rechten Rand der Figur 6 entsteht. Die darüber liegende Volumenschicht V2 kann beispielsweise zylindrisch sein, wenn der Körper von Figur 1 verwendet wird. Im Schnitt ist sie in Figur 6 so abgebildet, dass ein vertikaler Schnitt erfolgte, der in der Achse 100 liegt und durch z1 verläuft. Auch soll davon ausgegangen werden, dass die Strahlform fächerförmig ist, also
keinen Kegel bildet, sondern eine Schrägfläche S4 am oberen Rand und eine horizontale Ebene S1 am unteren Rand des Ausschnitts der Figur 6 gebildet wird. Die vier Grenzflächen der zweiten Volumenschicht V2 sind oben und unten die Flächen g2, gl und vorne und hinten die g3, g4. Für die Volumenschicht V1 sind es oben und unten die Grenzflächen gl , g5 und vorne und hinten die Grenzflächen g6, g7.
Ein Strahl S2 und ein Strahl S4 aus der Strahlenquelle 70 sind so gelegen, dass sie das gesamte Volumen V2 erfassen. Das ist zwischen der linken oberen Ecke und der rechten unteren Ecke des Volumens V2 in der Figur, und damit auch die Volumenanteile V3' und VV, die aus den angrenzenden Volumenschichten V3 und V1 noch hinzukommen. Diese
Hauptschicht (und anliegende Randschichtenanteile) werden von den Strahlen durchstrahlt, die oberhalb des Grenzstrahls S2 und unterhalb des Grenzstrahls S4 liegen, und dies in einem nur kleinen Raumwinkel.
Würde man zwischen den Strahlen S4' (strichliniert eingezeichnet) und S3 die
Volumenschicht V2 durchstrahlen, so wäre der Schattenwurf auf dem Schirm kürzer, als die dargestellte Höhe h2, die sich zwischen den Grenzstrahlen S4 und S2 ergibt. Für diesen kleineren Abschnitt wäre nur Schattenwurf und damit nur Bildsignale aus dem reinen Volumen V2 auf dem Detektor 80 abgebildet, aber das ist nicht ausreichend, da oberhalb und unterhalb von S2/S4 ein kleiner Abschnitt des Volumens V2 verbleibt, der kein Abbild (Schattenwurf) in dem Verarbeitungsstreifen T2 der Höhe h2 erzeugt.
Damit wäre das elektrische Signal e2 unvollständig. Es sind deshalb die beiden schraffiert eingezeichneten Volumenabschnitte V3' und VV noch hinzugenommen, die es erlauben, den Rest-Streifen V2' (unten) und V2" (oben) noch am Messsignal zu beteiligen, dabei aber einen überlappungsbereich eines anderen Volumenabschnitts im Bild (Strahlschatten) hinzunehmen zu müssen, der jeweils benachbart ist. Dieser kann in dem Verarbeitungsstreifen T2 und aus seinem elektrischen Signal e2 aber wieder herausgerechnet werden, was die unabhängige oder jeweils eigenständige Recheneinheit E2 für den Verarbeitungsstreifen T2 erreicht.
In gleicher Weise ist der Bereich an der Grenze zwischen der Schicht V1 und V2 zwischen den Strahlen S3, S2 zu sehen. Der Volumenanteil V2' kommt als überlappend abgebildeter Bereich zum TiIe T1 und seinem elektrischen Signal e1 hinzu. Dieser TiIe hat die Höhe h1 und wird der Recheneinheit E1 zugeführt. Durch Verwendung des
Grenzstrahls S3 und des Grenzstrahls S1 kann die gesamte Volumenschicht V1 in dem TiIe T1 der Höhe h1 abgebildet werden.
Die Erläuterung von Figur 6 kann auf die Figur 3 und auf die Figur 5 übertragen werden. Ein jeweiliger Bilddatenanteil T 1 , wobei i im Beispiel von 1 bis 6 läuft, wird einer jeweils eigenständigen Recheneinheit E 1 , wobei i ebenfalls von 1 bis 6 läuft, zugeführt. Die Recheneinheiten sind damit für die Volumenschichten V 1 zuständig, wobei jede Recheneinheit für eine (im wesentlichen) eigene Volumenschicht verantwortlich ist, und über jeweils benachbarte reduzierte Volumenanteile einen kleinen Einfluss erhalten, der herausgerechnet wird, der aber das Gesamtvolumen der jeweiligen Volumenschicht am Messsignal beteiligt.
Eine unabhängige Recheneinheit ist nicht zwingend so zu verstehen, dass es physisch eine autarke Recheneinheit ist. Es können auch eigenständige Recheneinheiten in einem größeren Rechner vorgesehen sein, so dass die eigenständige Recheneinheit eine bessere Erklärung der jeweils eigenständigen Berechnung für eine eigenständige Volumenschicht darstellt.
Der optische überlappungsabschnitt T12 auf dem Detektor entspricht den Volumenanteilen V2' und VV. Je nach gemessener Volumenschicht ist der Anteil V2' parasitär, für den Verarbeitungsstreifen T1 , oder der Volumenanteil V1 ' für den Verarbeitungsstreifen T2. In entsprechender Weise gilt auch das für die Grenzfläche g2 am oberen Rand der Volumenschicht V2 und das oberhalb von T1 (im oberen
Randbereich von T2 überlappend liegende) Signal, das hier T23 heißen würde (zwischen S4,S4').
ändert sich die Aufnahmegeometrie oder die Form der Strahlenquelle 70, was auch darunter fällt, ändern sich die überlappungs-Abschnitte sowohl bei den hier in Figur 6 erläuterten Grenzstrahlen S2, S3 und S4, S4' und den zugehörigen optischen Signalen auf dem Detektor 80. Die Berechnung der eigenständigen Recheneinheiten E1 bis E6 wird angepasst.
Aufgrund der Auffächerung des Strahlengangs q ist ersichtlich, dass der
überlappungsabschnitt in dem Detektorsignal sich verbreitet, je stärker konisch die Strahlen verlaufen. Die in Figur 6 als Höhe eingezeichnete überlappung T12 entspricht einer größeren Höhe im Streifen, je weiter er sich von der Zentralebene z1 entfernt.
Der überlappungsabschnitt im Signal wird auch so umschrieben, dass er von all denjenigen Strahlen der Strahlenquelle 70 definiert wird, welche längs eines jeweiligen Strahls sowohl die eine, wie auch die benachbarte Volumenschicht (bspw. an der Grenze gl gesehen) durchlaufen, wobei die beiden Volumenschichten V1 , V2 benachbart sind und nicht überlappen. Dies symbolisiert die Grenzfläche gl .
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