способ получения томографического изображения с неточечным источником

Формула изобретения

Способ получения томографического изображения с неточечным источником радиоактивного излучения, заключающийся в направлении излучения через объект контроля на линейку детекторов, регистрации интенсивности прошедшего через объект излучения в каждом из детекторов и обработке полученных данных в ЭВМ для получения информации о внутренней структуре объекта, отличающийся тем, что в поле облучения на линию измерения устанавливают коллиматор с возможностью поступательного перемещения параллельно линейке детекторов вдоль линии измерения и углового вращения относительно своей оптической оси, перемещают коллиматор до направления излучения на крайний детектор, вращая коллиматор, изменяют направление излучения до получения максимального выходного сигнала с детектора, затем аналогично направляют излучение последовательно на каждый детектор, перемещая коллиматор по линии измерения и вращая до получения максимального выходного сигнала с детектора, получают распределение интенсивности излучения в поле облучения, составляют эммисионную томограмму, затем коллиматор заменяют исследуемым объектом и получают одномерную трансмиссионную томограмму, а дискретно вращая объект на угол от 0 до 180°, получают одномерные трансмиссионные томограммы в разном угловом ракурсе, затем с помощью ЭВМ полученную информацию преобразуют в двухмерную томограмму, накладывают преобразованную математически эмиссионную томограмму на трансмиссионную, корректируют результаты измерений и восстанавливают изображение структуры исследуемого объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля и диагностики деталей при их изготовлении и ремонте, а конкретно к дефектоскопии с использованием радионуклидной компьютерной томографии.

Известен способ получения трансмиссионных рентгеновских томограмм, включающий просвечивание исследуемого слоя объекта рентгеновским излучением при различных значениях угла просвечивания, формирование цифровых обратных проекций, восстановление по ним посредством компьютера изображения исследуемого слоя и отображение его на экране монитора [1].

Недостатком аналога является то, что у него не моноэнергетическая линия источника, в связи с чем не обеспечивается получение количественной информации по плотности и весовым долям.

За прототип принят способ вычислительной томографии, заключающийся в направлении излучения от радиоактивного точечного источника через объект контроля на линейку детекторов, регистрации интенсивности прошедшего через объект излучения в каждом из детекторов линейки и обработке полученных данных в ЭВМ для получения информации о внутренней структуре объекта [2].

Недостатком прототипа является малая интенсивность точечного источника, что ограничивает функциональные и временные возможности и снижает производительность контроля объекта. При увеличении интенсивности точечный источник фактически становится протяженным, неточечным, при этом из-за наложения излучения с разных точек протяженного источника появляется размытость проекции структуры контролируемого объекта [3].

Техническим результатом, получаемым при реализации заявленного способа, является повышение четкости томографического изображения за счет уменьшения влияния размытия проекции на качество восстанавливаемой картины внутренней структуры контролируемого изделия по сечению при радионуклидной компьютерной томографии с неточечным источником высокой интенсивности.

Заявленный технический результат получают за счет того, что в способе получения томографического изображения с неточечным источником радиоактивного излучения, заключающемся в направлении излучения через объект контроля на линейку детекторов, регистрации интенсивности прошедшего через объект излучения в каждом из детекторов и обработке полученных данных в ЭВМ для получения информации о внутренней структуре объекта, в поле облучения на линию измерения устанавливают коллиматор с возможностью поступательного перемещения параллельно линейке детекторов вдоль линии измерения и углового вращения относительно своей оптической оси, перемещают коллиматор до направления излучения на крайний детектор, вращая коллиматор, изменяют направление излучения до получения максимального выходного сигнала с детектора, затем аналогично направляют излучение последовательно на каждый детектор, перемещая коллиматор по линии измерения и вращая до получения максимального выходного сигнала с детектора, получают распределение интенсивности излучения в поле облучения, составляют эммисионную томограмму, затем коллиматор заменяют исследуемым объектом и получают одномерную трансмиссионную томограмму, а дискретно вращая объект на угол от 0° до 180°, получают одномерные трансмиссионные томограммы в разном угловом ракурсе, затем с помощью ЭВМ полученную информацию преобразуют в двухмерную томограмму, накладывают преобразованную математически эмиссионную томограмму на трансмиссионную, корректируют результаты измерений и восстанавливают изображение структуры исследуемого объекта.

Способ реализуется с помощью устройства, показанного на чертеже, состоящего из поля облучения 1, линейки детекторов 2, коллиматора 3, линии измерения 4 и протяженного, неточечного источника 5, обычно составленного из элементов излучения.

Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом. В поле облучения 1 на линию измерения 4, представляющую собой рельсовые направляющие, устанавливают коллиматор 3 на вращающейся подставке, скользящей по рельсовым направляющим, с возможностью поступательного перемещения параллельно линейке детекторов 2 вдоль линии измерения 4 и с возможностью углового вращения относительно своей оптической оси, перемещают коллиматор 3 по линии измерения 4 до направления излучения на крайний детектор, вращая коллиматор 3, изменяют направление излучения проходящего через щель коллиматора 3 до получения максимального потока излучения на детектор по максимуму выходного сигнала с детектора, затем, перемещая коллиматор 3 по линии измерения 4, направляют излучение последовательно на каждый детектор, при этом вращая коллиматор 3 до получения максимального потока излучения на детектор, по полученным данным, по выходным сигналам с каждого детектора получают распределение интенсивности излучения в поле облучения 1 для составления эммисионной томограммы. Затем коллиматор 3 заменяют исследуемым объектом, перемещают объект на середину линии измерения 4, просвечивают его и получают одномерную томограмму, после чего, дискретно вращая объект на угол от 0° до 180°, получают одномерные трансмиссионные томограммы в разном угловом ракурсе и с помощью ЭВМ полученную информацию преобразуют в двухмерную томограмму, накладывают преобразованную математически эмиссионную томограмму на трансмиссионную, корректируют данные и восстанавливают изображение структуры исследуемого объекта.

В предлагаемом способе наложение томограмм производится с использованием компьютерного моделирования с помощью математических методов на основе информации, полученной при просвечивании исследуемого объекта.

В общем виде моделирование данных при помощи ЭВМ в реконструктивной томографии описано в [4], стр.68÷78.

В частности, авторы использовали порядок наложения томограмм, описанный в статье «Реконструкция томограмм для случая с неточечным источником», автор С.И.Тришечкин и др., журнал "Контроль и диагностика" №9 (51), «Машиностроение», 2002 г., стр.24 [5]. На фиг.3 схематично показано, как при наложении матрицы зависимости неразмытых данных от размытых Z^-1 , накладываемой на уточненные, неразмытые данные трансмиссионного томографирования Yi, j, получается томограмма (x, y).

Наложение эмиссионной томограммы на трансмиссионную дает возможность провести нормировку с использованием функции свертки каждого элемента радионуклидного источника и снизить влияние неравномерности протяженного источника, приведя его, таким образом, к точечному.

Корректировка результатов измерений проводится по общим принципам статистических оптимальных методов обработки томографической информации.

Корректировка производится для снижения абсолютного уровня ошибок на уровне экспериментальной оценки проекций, обычно до начала линейной реконструкции с использованием как радионуклидной томографии, так и дополнительной вычислительной обработки.

Для решения поставленных задач авторы в основном использовали методы коррекции ошибок, приведенные в [3], стр.109-112.

Для восстановления изображения структуры исследуемого объекта авторы при конкретном объекте использовали соответствующие методы восстановления, основанные на известных алгоритмах восстановления (реконструкции), описанных в [4], стр.105-113 и в [6] стр.117÷127.

В заявленном способе предложена новая последовательность получения исходных данных и новая последовательность математической и компьютерной обработки этих данных с последующей компьютерной обработкой, в результате чего создается четкое томографическое изображение структуры контролируемого изделия по сечению с неточечным источником излучения высокой интенсивности.

По мнению авторов, данная совокупность отличительных признаков является необходимой и достаточной для получения заявленного технического результата, а именно повышения четкости томографического изображения с неточечным источником высокой интенсивности.

Этапы преобразования полученной информации с помощью ЭВМ известны каждый в отдельности и применяются по своему назначению, но в заявленном сочетании и последовательности известные признаки обеспечивают новый технический результат, не равный суммарному от известных.

Экспериментальная проверка подтвердила возможность промышленного применения предложенного технического решения.

Литература

1. Патент РФ №2200468 по заявке №2000118160/14 от 12.07.2000 г. «Способ получения трансмиссионных рентгеновских томограмм» автора Илясова Л.В.

2. Патент РФ №2098795 по заявке №94040100/25 от 27.10.1994 «Способ вычислительной томографии» авторов Кузелева Н.Р., Маклашевского В.Я., Парнасова B.C. и Юмашева В.М.

3. «Неразрушающий контроль и диагностика». Справочник под редакцией Клюева В.В., Москва, издательство «Машиностроение», 1995, стр.49.

4. «Восстановление изображений по проекциям». Основы реконструктивной томографии", Г.Херман, перевод с англ. Л.В.Бабина и А.Б.Мецеренова под ред. Л.М.Сороко, Москва, Мир, 1983 г.

5. «Реконструкция томограмм для случая с неточечным источником», С.И.Тришечкин, и др., журнал "Контроль. Диагностика". М., Машиностроение, 2002 г., стр.23÷25.

6. Ф.Наттерер «Математические аспекты компьютерной томографии», М., Мир, 1990 г., стр.117÷127.