188200. lajstromszámú szabadalom • Konvolver berendezés
1 188 200 2 A találmány firmware konvolver berendezés elsősorban számítógépes tomográfokban alkalmazott szűrt visszavetítési algoritmus diszkrét egydimenziós szűrési fázisának idő- vagy tértartományban való végrehajtására. A berendezés egy mérsékelt teljesítményű előfeldolgozó számítógép DMA csatornájához illeszkedik, és tetszés szerinti számú vetület megkonvoluálására alkalmas. Az emberi test anatómiájának felderítésében, a betegség felismerésében és nyomon követésében nélkülözhetetlen eszköz a röntgendiagnosztika. A hagyományos röntgentechnika korlátái jórészt kiküszöbölhetővé váltak a számítógépes tomográfia (CT) megjelenése óta. Ezen új röntgenkép- alkotási eljárás 1973 óta vonult be a radiológusok fegyvertárába. A számítógépes tomográf a test hossztengelyére merőleges sík kétdimenziós képét állítják elő, pontosabban ezen síkra fektetett raszterhálóhoz rendelt sugárgyengítési együtthatókat határozza meg. Matematikailag a feladat úgy fogalmazódik meg, hogy adva van a kétdimenziós rétegről készített nagyszámú vetület, kidolgozandó egy algoritmus, mely ezen vetületekből állítja elő (rekonstruálja) a kétdimenziós réteg képét. Ezen képrekonstrukció elvileg a következő módon valósítható meg: 1. Közvetlen mátrix eljárással 2. Iteratív módszerrel 3. Analitikus megoldással Az első két módszer jó elméleti megfogalmazása ellenére a gyakorlat számára használhatatlan (számítástechnikai nehézségek: sebességi probléma, divergens algoritmus, óriási memóriakapacitásigény). A harmadik módszer a Fourier-transzformáción alapul, gyakorlatilag a CT gyártó cégek ezt a metódust realizálják a képrekonstrukc ó során. Közismert - most nem részletezendő - okoknál fogva az ún. szűrt visszavetítés a szokásos eljárás, ennek is az a megvalósítása, melynek során a szűrés a tértartományban végrehajtott konvolúció segítségével történik. Ennek alapvető számítástechnikai fázisai a következők: 1. Preprocesszálás (különböző korrekciók, előszűrés) 2. Szűrés (konvolúció) 3. Visszavetítés 4. Postprocesszálás Alapvető nehézségeket a 2. és 3. fázis jelent, mert számítástechnikailag ez a két feladat a különösen időigényes. A konvolúció matematikailag a következő módon fogalmazható meg: Legyen adott két függvény f, illetve f2. Ezen függvények konvolúciója a következő módon definiálható (ha létezik): fl f2 (x) = J f,(u) • f2(x-u)du; (1) folytonos esetre fi f;(m) = £ f,(n) • f2(m-n); n = — * (2) diszkrét esetre Diszkrét konvolúciónál a konvoluált függvény értelmezésének nyilván az a feltétele, hogy a definíciós szumma létezzen minden pE értelmezési tartomány esetre. Ezen konvolúció elvileg elvégezhető: a) analóg úton b) digitális módszerrel a) software által ß) hardware segítségével Az ismert konvolúciós módszerek problémái a következő okokból származnak:- kellőképp pontos konvolúció analóg úton vagy kvázianalóg úton (pl. CCD-eszközök segítségével) nem végezhető el- a konvolúció real-time végrehajtása aligha teszi lehetővé korszerűbb tomográfokban a software konvolúciót- a megoldásnak valamelyest gazdaságosnak kell lennie, mert a berendezés amúgy is nagyon magas ára nem növelhető nagyszámú univerzális hardware alkalmazásával. A számítógépes tomográf kihasználtságát (gazdaságosságát) az szabja meg, hogy egy rétegfelvétel előkészítése mennyi ideig tart. A piacon kapható berendezések közül egy igen jó paraméterrel rendelkező készülékkel illusztrálva az időviszonyt (GE CT/T 7.800): mérési adatgyűjtés: 6-12 sec, utórekonstrukciós idő: 90-120 sec, Ez még mindig nagyon kedvezőtlen időarány.- Nagy ráfordítás árán lehet csak biztosítani a kívánt rugalmasságot. Gondolunk itt a szűrőfüggvény problémájára. A szakirodalomban különböző elvi szűrők találhatók. Pl. az egyik ismert megoldás az ún. Ramachandran-Lakshminarsyana szűrő. Ezen elméleti szűrők azonban igényesebb esetben nem használhatók közvetlenül, gondoljunk a koponyafelvételeknél szükséges ún. edge-enhancement szűrőkre, avagy arra, hogy a zaj csökkentésére használatos szűrő is gépspecifikus (avagy akár üzemmód-specifikus) lehet. Egyszer s mindenkorra megkötni a szűrő karakterisztikáját csak igénytelenebb képrekonstrukciós eljárással ajánlatos. A kereskedelmi forgalomban lévő berendezések jobbára a szűrt visszavetítés elvén alapuló rekonstrukcióval dolgoznak. A többi elvi képrekonstrukciós módszer gyakorlati nehézségeit az előbbiek során már láthattuk. Az analitikus képrekonstrukció szűrési fázisa elvileg két tartományban végezhető el; a) térfrekvencia-tartomány b) tértartomány a) A térfrekvencia-tartományban történő szűrés gyakorlatilag csak hardware segítségével történik. Az FFT-processzorok teszik lehetővé a szűrés elvégzését, bár ez sok nehézséget okoz így is. Először is mindkét irányú transzformáció elvégzésére szükség van, ami nem túl gazdaságos számítástechnikailag. A diszkrét jellegből fakadóan szükséges interpoláció végrehajtása ebben a tartományban bonyolult feladat. Az FFT-processzorok univerzális jellege lényeges többletköltséget jelent. Gyakorlatilag ritka ez a megvalósítási mód. b) Az analóg szűrők alkalmazása a következők miatt nem lehetséges:- a realizálandó szűrő nem kauzális 5 10 15 20 25 3C 35 40 45 50 55 60 »55 2
