CN1438855A - 用于计算的断层成像的数据采集 - Google Patents
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Abstract
一种计算机断层成像系统，包括确定检查区的静止台架部分和绕检查区旋转的旋转台架部分。X－射线源设置在旋转台架部分上以将X－射线投射过检查区。多个模块化的辐射检测器单元设置在自X－射线源的检查区上。每个辐射检测器单元包括X－射线敏感单元的阵列，该阵列接收来自X－射线源的经过了检查区之后的辐射并产生表示由此所接收的辐射的模拟信号。每个辐射检查单元也包括连接到X－射线敏感单元的多个集成电路，每个集成电路包括多个通道。每个通道接收来自X－射线敏感单元的模拟信号并产生表示该模拟信号的值的数字数据。
Description
发明背景
本发明涉及医疗成像的领域，尤其适用于计算机断层(CT)。本发明也可用于X-射线检测和成像的领域，包括工业检查系统、无损测试、行李检查等。
早期的CT扫描器仅具有发射穿过检查区的X-射线的单个尖锥束X-射线源和在该X-射线已经穿过了在检查区中的患者之后接收衰减的X-射线的单个检测器。该射线源和检测器绕检查区重复地旋转并平移以获得患者的图像。应用这种扫描器获得图像的过程较慢并且所得到的图像分辨率较低。
随后在CT技术方面进一步发展，减少了扫描时间，增加了患者的吞吐量，并且增加了图像的空间分辨率。尤其是通过增加由X-射线源所产生的束辐射的尺寸和增加在扫描器中的检测器的数量，已经实现了这些目标。
与早期的扫描器一样，第二代扫描器使用旋转平移系统，但是通过使用检测器阵列和较小的扇形束X-射线源改善了更早期的扫描器的数据采集速度。
第三代CT扫描器也使用同时绕对象旋转的扇形束X-射线源和检测器阵列。然而，第三代扫描器的扇形束足够宽以覆盖所研究的患者区域的截面。因此，不需要平移射线源检测器组件。
与第三代扫描器一样，第四代CT扫描器使用绕检查区旋转的扇形束X-射线源。然而，检测器分布在检查区的周围并且不随着X-射线源旋转。
不管结构如何，CT扫描器至少包括一个分立的辐射检测器，该辐射检测器将穿过患者检查区的X-射线辐射转换为电子信号。每个辐射检测器包括X-射线敏感面，比如闪烁晶体，该敏感面将所接收的辐射转换为相应的光量。提供固态光电二极管以将由闪烁晶体所发射的光转换为表示晶体发射的光的强度的模拟电子信号，该模拟电子信号由此表示所接收的辐射的强度。分离地设置在电路板上。每个电路板支撑着光电二极管阵列并连接闪烁晶体。此外，前置放大器可操作地连接到电路板并连接到每个光电二极管输出以将光电二极管电流转换为在模拟到数字转换系统的动态范围内的合适的电压。
来自电路板的模拟信号输送到分离的处理区，在那里将他们从模拟状态转换为相应的数字信号。处理区通常距离检测器一定的距离。通过从光电二极管延伸到模拟到数字变换器的相当长的总线系统将模拟信号输送到处理区。
由于他们经过在辐射检测器和处理区之间的较长的总线系统，所以这种系统的一个问题是模拟信号质量下降。
CT扫描器运行在外部射频电磁信号的环境中，这种信号的频率在较宽的频带上变化。外部信号源包括附近正运行着的电气部件、设备、来自其它的检测器的信号等。较长的总线系统包括较长的引线，这个引线不经意地用作拾取外部电磁信号并将其转换为模拟信号的天线。外部模拟信号叠加在来自检测器的模拟信号上并与其混合。在重构图像时所叠加的外部信号以噪声和虚数据的形式出现。由于噪声、重影以及其它的伪影降低了所得的图像质量。
另一问题是由于检测器数量的增加所造成的与该检测器相关联的电子电路的复杂性。
每个检测器通常要求具有支持检测器的所有的前端电子器件和硬件的分离的通道。由于增加了检测器的数量，要求处理并转换由检测器所产生的信号的电路和相关的电气连接也增加。因此，实施更大数量的检测器已经是一个艰巨的任务。
发明概述
通过阅读并理解所附加的描述，本领域的技术人员将会理解到本发明的一些方面可以解决上述问题和其它问题。
根据本发明的一方面，提供一种计算机断层成像系统。该系统包括确定检查区的静止台架部分和绕检查区旋转的旋转台架部分。X-射线源设置在旋转台架部分上以将X-射线投射过检查区，并且多个模块化的辐射检测器单元设置在自X-射线源的检查区上。每个辐射检测器单元包括X-射线敏感单元的阵列，该X-射线敏感单元接收来自X-射线源的经过了检查区之后的辐射并产生表示由此所接收的辐射的模拟信号。每个辐射检查单元也包括连接到X-射线敏感单元的多个集成电路，每个集成电路包括多个通道。每个通道接收来自X-射线敏感单元的模拟信号并产生表示该模拟信号的值的数字数据。
根据本发明的进一步限制的方面，每个模块化的辐射检测器单元也包括电路板，并且多个X-射线敏感单元和多个集成电路设置在电路板上。
根据本发明的进一步限制的方面，集成电路设置在电路板上以使从X-射线敏感单元到它们的相应集成电路的距离的变化性最小。
根据本发明的进一步限制的方面，每个集成电路包括至少32个通道。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括在一时间周期内产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲数量与模拟信号的幅值成比例。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括产生表示在该时间周期中所产生的脉冲数量的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值的频率至数字转换器。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括并行至串行转换器，该并行至串行转换器包括使该通道互连以使来自多个通道的数字数据组合形成数字数据的单一的输出流的装置。
根据本发明的进一步限制的方面，该X-射线敏感单元的阵列是一种具有M行和N列的阵列，M和N是大于或等于2的整数。
根据本发明的进一步限制的方面，X-射线敏感单元阵列的每行对应于图像数据的单一片层。
根据本发明的进一步限制的方面，至少一行X-射线敏感单元连接到一个集成电路。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机断层成像系统。该计算机断层成像系统包括确定检查区的台架和将X-射线投射过检查区的X-射线源。该系统还包括多个X-射线敏感单元，该X-射线敏感单元将通过检查区后的X-射线转换为多个模拟信号。多个集成电路与X-射线敏感单元电连接，并且每个集成电路接收模拟信号并产生表示该模拟信号的值的数字数据。集成电路设置在检查区的周边上并包括互连集成电路以组合来自多个集成电路的数字数据以形成数字数据的单一输出流的装置。
根据本发明的进一步限制的方面，每个集成电路还包括多个通道，每个通道包括将单一X-射线敏感单元的模拟信号转换为数字数据的模拟至数字转换器。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括在一时间周期中产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器。该脉冲的数量与模拟信号的幅值成比例。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括产生表示在该时间周期中所产生的脉冲数量的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值的频率至数字转换器。
根据本发明的进一步限制的方面，该计算机断层成像也包括确保第一数字值的值至少为2的装置。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括在串行输出流中输出数字数据的并行至串行转换器。
根据本发明的进一步限制的方面，该计算机断层成像系统也包括设置在检查区的周边上的多个电路板，并且X-射线敏感单元和集成电路设置在电路板上。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机断层成像系统，该计算机断层成像系统包括静止台架部分、绕检查区旋转的旋转台架部分、设置在旋转台架部分上以将X-射线投射过检查区的X-射线源、设置在自X-射线源的检查区上用于接收在X-射线源处发出的X-射线并产生表示由此所接收的X-射线的模拟信号的多个X-射线敏感单元和接近X-射线检测器地设置的至少一个集成电路。该集成电路包括多个通道，每个通道耦合到单个X-射线敏感单元以从该单元接收模拟信号并产生表示该模拟信号的值的数字数据。
根据本发明的进一步限制的方面，多个X-射线敏感单元和集成电路设置在电路板上。
根据本发明的进一步限制的方面，多个X-射线敏感单元以二维阵列的形式设置。
根据本发明的进一步限制的方面，二维阵列包括至少两行和至少两列的X-射线敏感单元。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括在一时间周期内产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲数量与由该通道所接收的模拟信号的幅值成比例。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括产生表示在该时间周期中所产生的脉冲数量的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值的频率至数字转换器。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括并行至串行转换器，该并行至串行转换器在串行输出流中输出多个X-射线敏感单元的数字数据。
根据本发明的进一步限制的方面，该集成电路也包括从第二集成电路中接收数字数据的装置。所接收的数字数据表示第二集成电路的模拟信号的值。该集成电路也包括给第三集成电路发送数字数据的装置，所发送的数字数据表示该集成电路的模拟信号的值。
根据本发明的一方面，提供一种计算机断层成像系统。该计算机断层成像系统包括具有检查区的静止台架部分和绕检查区旋转的旋转台架部分。该系统也包括安装在旋转台架部分以将X-射线投射过检查区的X-射线源和设置在自X-射线源的检查区上的多个辐射检测器单元。每个辐射检测器单元包括电路板和产生表示从该X-射线源传递到辐射检测器单元的辐射的模拟信号的X-射线检测器装置。该X-射线检测器装置包括X-射线敏感单元的二维阵列并设置在电路板上。每个辐射检测器单元也包括将模拟信号转换为数字信号的多通道模拟至数字转换装置。多通道模拟至数字转换装置的每个通道连接到单个的X-射线敏感单元并且多通道模拟至数字转换装置设置在电路板上。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括在一时间周期内产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲数量与模拟信号的幅值成比例。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括频率至数字转换器，该频率至数字转换器产生表示在该时间周期中所产生的脉冲数量的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括并行至串行转换器，该并行至串行转换器在串行输出流中输出X-射线敏感单元的二维阵列的数字数据。
根据本发明的进一步限制的方面，X-射线敏感单元的每个阵列包括多个行和多个列并且每个行对应于图像数据的单个片层。
根据本发明的进一步限制的方面，多通道模拟至数字转换装置至少包括一个集成电路，并且X-射线敏感单元阵列的一行的X-射线敏感单元连接到相同的集成电路。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机断层成像方法。该方法包括应用X-射线源将X-射线投射过检查区并在它们穿过检查区之后应用设置在电路板上的多个X-射线敏感单元检测投射的X-射线。多个X-射线敏感单元每个都产生表示由此所检测的X-射线的相应的模拟信号。该方法也包括应用至少一个集成电路将模拟信号转换为数字数据。该集成电路包括模拟信号的模拟至数字转换的多通道并且设置在电路板上。每个通道转换单个X-射线敏感单元的模拟信号。
根据本发明的进一步限制的方面，该计算机断层成像方法也包括如下的步骤：从多个X-射线敏感单元中产生包括数字数据的串行数据流，应用集成电路执行产生串行数据流的步骤。
根据本发明的进一步限制的方面，将模拟信号转换为数字数据的步骤包括，对于每个X-射线敏感单元，存储表示在一时间周期中的脉冲数的第一值，在来自每个单元的模拟信号到达阈值时产生该脉冲，以及存储表示在该时间周期中在第一脉冲和最后脉冲之间的时间的第二值。
根据本发明的进一步限制的方面，该计算机断层成像方法也包括确保在该时间周期内产生至少两个脉冲的步骤。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机断层成像方法。该方法包括绕检查区旋转X-射线，应用X-射线源将X-射线投射过检查区，以及应用多个X-射线敏感单元的多个二维阵列检测投射的X-射线。将X-射线敏感单元阵列设置在多个电路板上，每个X-射线敏感单元产生表示由该单元所检测的X-射线的模拟信号。该方法也包括应用多个集成电路产生表示模拟信号的数字信号的步骤。该集成电路设置在电路板上，并且每个集成电路包括多个通道，每个通道将来自至多一个的X-射线敏感单元的模拟信号转换为数字信号。
根据本发明的进一步限制的方面，该计算机断层成像方法也包括通过互连集成电路的通道产生数字数据的单个输出流的步骤。
根据本发明的进一步限制的方面，集成电路的每个通道包括比率量度电流至频率转换器。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括在一时间周期中产生多个电脉冲的频率至数字转换器。该脉冲数量与模拟信号的幅值成比例。
根据本发明的进一步限制的方面，该计算机断层成像方法也包括产生表示在该时间周期中的电脉冲数的第一数字值和表示在该时间周期中的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值。
根据本发明的另一方面，提供一种在计算机断层成像中使用的模块化辐射检测器单元。该模块化辐射检测器单元包括电路板和设置在该电路板上的多个X-射线敏感单元。在X-射线穿过检查区之后该X-射线敏感单元接收X-射线并产生表示由此所接收的X-射线的模拟信号。模块化辐射检测器单元也至少包括设置在电路板上的集成电路。该集成电路包括将来自多个X-射线敏感单元的模拟信号转换为数字数据的多个模拟至数字转换通道。
根据本发明的进一步限制的方面，多个X-射线敏感单元以具有多个行和多个列的二维阵列设置。
根据本发明的进一步限制的方面，二维阵列的每行对应于计算机断层图像数据的单个片层。
根据本发明的进一步限制的方面，X-射线敏感单元的二维阵列的至少一行连接到一个集成电路。
根据本发明的进一步限制的方面，每个模拟至数字转换通道从至多一个的X-射线敏感单元中接收模拟数据。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括在一时间周期中产生许多电脉冲的电流至频率转换器。该脉冲数量与由通道转换的模拟信号的幅值成比例。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括频率至数字转换器，该频率至数字转换器产生表示在该时间周期中产生的脉冲数的第一数字值和表示在该时间周期中在第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括在串行输出流中输出第一和第二数字值的并行至串行转换器。
根据本发明的进一步限制的方面，该并行至串行转换器互连以产生多个通道的数字数据的串行输出。
根据本发明的另一方面，提供一种在计算机断层成像中使用的模块化辐射检测器单元。该模块化辐射检测器单元包括电路板、设置在该电路板上的多个X-射线敏感单元和设置在该电路板上并与X-射线敏感单元电连接的多个集成电路，该X-射线敏感单元接收在X-射线穿过检查区之后的X-射线并产生表示由此所接收的X-射线的模拟信号。该集成电路包括多个通道，每个通道与单个的X-射线敏感单元相连接以接收由X-射线敏感单元所产生的模拟信号并将该模拟信号转换为第一数字数据。模块化辐射检测器单元也包括从第二模块化辐射检测器单元中接收第二数字数据的装置。第二数字数据表示在第二模块化辐射检测器单元所接收的X-射线。模块化辐射检测器单元也包括给第三模块化检测器单元输出第一和第二数字数据的装置。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道包括在一时间周期中产生许多电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲数量与由该通道所接收的模拟信号的幅值成比例。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括频率至数字转换器，该频率至数字转换器产生表示在该时间周期中产生的脉冲数的第一数字值和表示在该时间周期中的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值。
根据本发明的进一步限制的方面，该模块化辐射检测器单元也包括确保第一数字值的值至少是2的装置。
根据本发明的进一步限制的方面，每个通道也包括在串行输出流中输出数字数据的并行至串行转换器。
根据本发明的进一步限制的方面，多个敏感单元以二维阵列设置，该阵列的每行对应于计算机断层图像数据的一个片层。
根据本发明的进一步限制的方面，二维阵列包括至少32行和至少16列。
根据本发明的进一步限制的方面，每个集成电路包括至少32个通道。
根据本发明的进一步限制的方面，该集成电路设置在电路板上以使从该X-射线敏感单元到它们相应的集成电路的距离的变化性最小。
本发明的一个优点在于它提供在计算机断层扫描的过程中检测辐射信号的直接数字转换。
本发明的另一个优点在于它提供一种具有降低的噪声和伪影数据的计算机断层系统。
本发明的另一个优点在于它提供一种将在检查区中所接收的辐射转换为数字数据的更简单的方法。
本发明的另一个优点在于它提供一种在多片层计算机断层数据采集的过程中处理数据的更有效的方法。
本发明的另一个优点在于它提供一种用于从检查区中将图像数据传递到图像处理器的更简单的布线系统。
本发明的另一个优点在于它提供一种这样的计算机断层成像系统，该计算机断层成像系统具有设置在与适合数量的集成电路相同数量的模块化组件上的X-射线敏感单元，该集成电路产生表示由X-射线敏感单元所接收的辐射的数字数据。
本发明的另一个优点在于它提供一种计算机断层成像系统，该计算机断层成像系统具有辐射检测器单元，连接该辐射检测器单元的输出以形成数字数据的单个串行数据流以传输到远程图像重构处理器。
通过阅读并理解下文关于优选实施例的描述本领域的普通技术人员将会清楚本发明的进一步优点。
附图
本发明可以采用各种部件和部件设置以及各种步骤和步骤排列。这些附图仅用于说明优选的实施例，并不构成对本发明的限制。
附图1所示为说明一种CT扫描器的附图。
附图2所示为一种辐射检测器单元的附图。
附图3所示为一种集成电路的系统级方块图。
附图4所示为一种集成电路的系统级时序图。
附图5A所示为一种集成电路的输出串行线数据图。
附图5B所示为一种多集成电路的输出串行线数据图。
附图5C所示为一种多辐射检测器的输出串行线数据图。
附图5D所示为一种多辐射检测器的输出并行线数据图。
附图6A所示为连接到集成电路的辐射检测器单元的X-射线敏感单元的附图。
附图6B所示为连接到集成电路的辐射检测器单元的X-射线敏感单元的附图。
描述
参考附图1，CT扫描器10对在检查区14中支撑在患者支架4上的患者2的区域进行有选择性地成像。该CT扫描器包括静止台架部分12。旋转台架部分16安装在静止台架部分12上以绕检查区14旋转。X-射线源20(比如X-射线管)设置在旋转台架部分16上以在旋转台架部分16旋转时使辐射束22穿过检查区14。
在多片层CT扫描器中，辐射束22是一种锥形或扇形束，该锥形或扇形束穿过患者2的多个纵向片层。在单一片层CT扫描器中，辐射束22是一种辐射患者2的单一片层的相对较薄的扇形束。在X-射线源20绕检查区14旋转时，患者支架4纵向移动以便以螺旋形式辐射患者2。可替换的是，患者支架4可以以一系列的离散纵向步幅移动。
在所示的第三代CT扫描器中，多个辐射检测器26安装在与X-射线源20相对着的检查区14的一侧的旋转台架部分16上以使它们跨过由辐射束22所确定的弧面15。在X-射线源20绕检查区14旋转时采样每个检测器多次。
可替换的是，辐射检测器26可以安装在第四代CT扫描器、行李检查设备或检测器是静止的其它结构中。在第四代扫描器结构中，辐射检测器26安装在静止台架部分12上的检查区14的周边上。在X-射线源20绕检查区14旋转时以较短的时间间隔同时采样跨在从X-射线源20中发出的辐射上的检测器弧面。
不管结构如何，设置辐射检测器26以在该辐射已经穿过检查区14之后接收从X-射线源20发出的X-射线辐射。
每个辐射检测器26产生输出信号，该输出信号是所接收辐射的强度的函数。对来自辐射检测器26的采样数据进行数字化并传输到解码器28比如串行至并行转换器。在第三代扫描器的情况下，将该数据从辐射检测器26传输到通常静止的解码器28。
串行至并行转换器28将来自辐射检测器的数据从串行形式转换为并行形式。图像重构处理器27将这种数据重构为成像对象的一种或多种人类可读取的图像。然后将来自图像重构处理器27的数据发送到输出装置29，比如图像处理器、视频监视器、胶片或其它的存储媒体。
提供用户接口33(比如键盘、鼠标或其它的输入装置)以允许用户调整所需的扫描参数，比如X-射线管电压、mAs、台架旋转速度以及CT扫描器的其它的运行参数。用户接口33连接到控制器34。控制器34连接到CT扫描器10和图像重构处理器27以在这些部件之间来回传递信息。
继续参考附图1尤其参考附图2，更加详细地描述辐射检测器26。在第三代扫描器中，设置多个辐射检测器单元25以跨过由辐射束22所确定的弧面15。辐射检测器单元25并排安装，它们的长轴与该扫描器的纵轴平行。
每个辐射检测器单元25包括多层电路板30、X-射线敏感单元54的阵列53和带有辅助支撑电子器件的多个混合信号集成电路50。每个辐射敏感单元54包括闪烁器和产生较低电平的模拟电流(例如在0-2微安满量程的范围中的电流)的光电二极管，这种电流是由此所接收的辐射的强度的函数。在所示的实施例中，有32行(R1-R32)的X-射线敏感单元54，由此确定了32个片层扫描器。每行包括16个单元54。行R1的单元以R1.1-R1.16表示，类似地表示后面的行。可以实施其它数量的行和列，例如在双片层实施例中每行16个单元的两行。每个电路板30包括16个集成电路，其中8个安装在电路板30的顶侧31上和8个安装在其底侧(未示)上。
集成电路50起模拟至数字转换器的作用，该模拟至数字转换器接收由X-射线敏感单元54的电信号并产生其所表示的数字数据值。现在转到附图3，集成电路50的每个通道包括比率量度电流至频率转换器100，该比率量度电流至频率转换器100产生其频率与输入电流成比例的脉冲串。集成电路50的每个通道也包括产生表示该脉冲串的频率的数字数据的频率至数字转换器102和将数字数据转换为串行形式的并行至串行转换器104。虽然在此描述比率量度电流至频率转换器的使用，但是可以提供其它的模拟至数字转换技术，这些技术能够满足所需的动态范围、精度和速度要求。然而，电流至频率转换技术的特定的优点是它的固有的线性并且在单个应用的专用集成电路上容易实施。
继续参考附图3和参考附图4，电流至频率转换器100包括电流源60、积分器61、比较器63、时钟66和两个触发器68，70。一个X-射线敏感单元54作为到积分器61的倒相管脚的输入。电流源55也连接到非倒相积分器管脚。积分器61的输出馈送到比较器63，在积分器输出超过比较器63的阈值65时该比较器63产生脉冲。脉冲也使积分器61复位以开始另一积分器循环。应用两个触发器68，70使由比较器63所产生的脉冲串与时钟66同步并发送到频率至数字转换器102。在一种实施例中，时钟66的频率为8兆赫兹。
输出脉冲也提供给积分器复位电路，该积分器复位电路包括非交叠控制器110、一对开关112，114和复位电容器116。在开关114关闭之前非交叠控制器使开关112打开，反过来也是这样。一旦产生每个脉冲，将与积分器61的输入输入电流的方向相反的方向的电流施加到积分器61的非倒相输入中。
如上文所述，将偏置电流Ibias和基准电压Vref施加到每个通道中。解码器40从表示所需的电流和电压值的控制器34中接收串行数据。将这些数据转换为并行格式，并且例如作为4位数据字提供给可调节的电流44和电压42源中。稳定的电压基准46给电流44和电压42源提供基准输入。可替换的是，应用由外部电流源提供的电流镜象电路可以实施电流源。在芯片上或可替换的是在集成电路50的外部上可以实施电压基准46。
将所得的脉冲串发送给频率至数字转换器102，该频率至数字转换器102包括脉冲检测器73、脉冲计数器74和时间计数器和锁存器76。虽然可以实施其它的位数，但是脉冲计数器74和时间计数器和锁存器76优选为16位器件。具体参考附图4，一旦产生了脉冲串中的每个脉冲，使脉冲计数器74递增以产生称为COUNT的数字值。
一旦产生了在给定的系统的积分周期中的第一脉冲，脉冲检测器73启动时间计数器76，以使时间计数器随着系统时钟66的每个脉冲递增。时间计数器76由此产生称为TIME的数字值，该数字值表示自该系统积分周期的第一脉冲起所经过的时间。优选通过系统控制器37确定该系统积分周期并通过控制线作为输入提供给解码器40以便可以调整该系统的积分周期。
一旦产生每个脉冲，时间计数器和锁存器76的锁存部分锁存电流TIME值以产生称为TIMELATCH的数字值。因此，TIMELATCH值表示在给定的系统积分周期中的第一和最后脉冲之间所经过的时间。COUNT和TIMELATCH的比率表示脉冲串的频率，由此表示由X-射线敏感单元54所产生的电流值。一旦完成每个系统的积分周期就使脉冲计数器74和时间计数器和锁存器76复位。从集成电路50的外部执行COUNT至TIMELATCH的比率的计算。可替换的是，可以对集成电路50进行修改以执行这种计算。
选择提供给每个积分器61的倒相输入的偏置电流Ibias以使在任何系统积分周期中即使没有辐射入射到X-射线敏感单元54上在脉冲串中也至少存在两个脉冲。选择施加给复位电容器116的基准电压Vref以使施加到积分器的倒相输入中的电荷为积分器满量程输入幅值的两倍。因此，积分器的满量程输入是基准电压Vref的函数。
现在返回到附图3，COUNT和TIMELATCH值提供给并行至串行转换器104比如移位寄存器。通过平移寄存器输出时钟信号106使相应的值平移以提供串行输出流。并行至串行转换器104采用双缓冲器以使串行输出和模拟至数字转换过程的计时可以同时进行。
虽然前文已经集中讨论了单个通道的操作，但是应该理解的是集成电路50同样可以包括这种其它通道以处理来自多个X-射线敏感单元54中的每个X-射线敏感单元54中的信号。虽然可以实施不同数量的通道，但是在附图3所示的实施例中每个集成电路包含32个通道。可以互连每个通道的并行至串行转换器104的输入和输出以使来自一个通道的串行数据馈给一个接连的通道的并行至串行转换器104。因此，表示多个通道的数据可以组合以形成单个的输出流。此外，可以重复该过程以组合来自多个集成电路50的数据以形成单个输出链。
集成电路50也包含控制寄存器79和相连的控制并行至串行转换器81比如移位寄存器，该控制寄存器79包含表示集成电路50的操作和状态的状态位。误差检测处理器83比如奇偶发生器产生表示集成电路的输出数据的奇偶校验的奇偶校验位。优选选择奇数奇偶校验以使可以更加容易地检测功率或通信损失。在一个实施例中，虽然可以实施其它数量的状态和误差信息位，但是状态位数量加上奇偶校验信息等于与每个通道相关联的位的数量(例如32)。在任何情况下，控制并行至串行转换器81的输出馈给一个通道的并行至串行转换器。
具体参考附图5A，来自每个集成电路50的输出串行链80包括它的每个相关联的X-射线敏感单元54的数据。在所示的实施例中，有32对COUNT和TIMELATCH字和32个状态和奇偶校验位。因此，在COUNT和TIMELATCH字都是16位长的情况下，单个集成电路50的输出串行链包括1056位的一位串行流。如前文所指出，集成电路50可以包括除了32以外的不同数量的通道。不管通道的数量如何，在串行链中可以连同相关的状态和奇偶校验位并行处理并输出自该通道的输入。
参考附图5B，每个集成电路50的串行至并行转换器104的输出与设置在辐射检测器单元25上的其它的集成电路50的输出互相连接以使来自一个集成电路50的串行数据馈给连续的集成电路50的并行至串行转换器104。因此，可以串行地组合来自在辐射检测器26上的每个集成电路50的输出串行链80以形成多重集成电路数据流84。
在一个实施例中，四个这种集成电路50(即在附图5B中n＝4)以24兆赫兹的串行输出时钟速率相连接。
参考附图5C，来自每个辐射检测器单元25的输出与其它的辐射检测器单元25的输出互相连接以使来自一个辐射检测器单元25的串行数据馈给连续的辐射检测器25。因此，来自每个辐射检测器25的串行数据可以组合成包括来自多重辐射检测器单元25的数字数据的串行链的多重检测器数据流86。
参考附图5D，为了有利于支持不同的系统构造的模块化，在辐射检测器单元25上可以并行组合多重集成电路数据流84以形成并行多重检测器数据通路88。
包括来自辐射检测器单元25的数据的输出链沿着串行线传输到图像重构处理器27，在图像重构处理器27中将串行数据分解为在串行至并行处理器28中的并行格式并处理表示在检查区14中的患者2的图像。然后显示随后的图像数据和/或存储在输出装置29以用于随后的分析。变型的实施例可以包括将来自每个辐射检测器26的数字数据并行地传输到图像重构处理器27中，并且也可以包括将来自每个集成电路50中的数字数据并行地传输到图像重构处理器27中。
在附图6A和6B中所示为单个的X射线敏感单元54与集成电路50的连接。在附图6B中所示的实施例中，单元块(例如R1.1...R1.4、R8.1...R8.4)每个都相连接以分离集成电路50a，50b等。在这种实施例中，块和集成电路50a，50b，50c等优选交错以使在单元的块和它们相应的集成电路50之间的距离的变化性最小。因此，例如，单元的最左边的块连接到最左边的集成电路50a，50d等。应该理解的是在附图6b中要连接的未示的单元的块连接到设置在电路板30的其它的侧面上的相应的集成电路50。
在附图6A中所示的变型实施例中，成对的行(例如行R1和R2)每个都连接到单个的集成电路50。这些行和集成电路50a，50b，50c等仍然优选交错以使在单元的行和它们相应的集成电路50之间的距离的变化性最小。因此，例如，单元的最左边的块连接到最左边的集成电路50a，50d等。应该理解的是在附图6b中要连接的未示的单元的块连接到设置在电路板30的其它的侧面上的相应的集成电路50。这种实施例的一个优点是在单个的集成电路50内处理单元的每行。这种结构减少了在处理单元的每行中的变化的可能性，尤其是在第三代扫描器中这种变化可能导致产生伪影。
参考优选的实施例已经描述了本发明。显然，通过阅读并理解前文的描述可以作出改进和变型。因此，本发明将包括落在附加的权利要求或其等价的技术方案的范围内的所有的改进和变型。
Claims (59)
1.一种计算机断层成像系统，包括：
限定检查区的静止台架部分；
绕检查区旋转的旋转台架部分；
X-射线源，设置在旋转台架部分上以将X-射线投射过检查区；以及
多个模块化的辐射检测器单元，设置在自X-射线源的检查区上，每个辐射检测器单元包括：
X-射线敏感单元的阵列，该阵列接收来自X-射线源的经过了检
查区之后的辐射并产生表示由此所接收的辐射的模拟信号；以及
连接到X-射线敏感单元的多个集成电路，每个集成电路包括多
个通道，每个通道接收来自X-射线敏感单元的模拟信号并产生表示
该模拟信号的值的数字数据。
2.根据权利要求1的计算机断层成像系统，其中每个模块化的辐射检测器单元进一步包括电路板，并且所述多个X-射线敏感单元和多个集成电路设置在电路板上。
3.根据权利要求2的计算机断层成像系统，其中所述集成电路设置在所述电路板上以使从X-射线敏感单元到它们的相应集成电路的距离的变化性最小。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求的计算机断层成像系统，其中每个集成电路包括至少32个通道。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求的计算机断层成像系统，其中每个通道包括在一时间周期内产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲数量与模拟信号的幅值成比例。
6.根据权利要求5的计算机断层成像系统，其中每个通道进一步包括产生表示在该时间周期中所产生的脉冲数量的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值的频率至数字转换器。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求的计算机断层成像系统，其中每个通道包括并行至串行转换器，该并行至串行转换器包括使该通道互连以使来自多个通道的数字数据组合形成数字数据的单一的输出流的装置。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求的计算机断层成像系统，其中该X-射线敏感单元的阵列是一种具有M行和N列的阵列，M和N都是大于或等于2的整数。
9.根据权利要求8的计算机断层成像系统，其中X-射线敏感单元阵列的每行对应于图像数据的单一片层。
10.根据权利要求8-9中任一权利要求的计算机断层成像系统，其中至少一行X-射线敏感单元连接到一个集成电路。
11.一种计算机断层成像方法，包括：
应用X-射线源将X-射线投射过检查区；
在X-射线穿过检查区之后应用设置在电路板上的多个X-射线敏感单元检测投射的X-射线，多个X-射线敏感单元每个都产生表示由此所检测的X-射线的相应的模拟信号；以及
应用至少一个集成电路将模拟信号转换为数字数据，该集成电路包括用于模拟信号的模拟至数字转换的多通道并且设置在电路板上，每个通道转换单个X-射线敏感单元的模拟信号。
12.根据权利要求11的医疗成像方法，进一步包括如下的步骤：从多个X-射线敏感单元中产生包括数字数据的串行数据流，应用至少一个集成电路执行产生串行数据流的步骤。
13.根据权利要求11-12中任一权利要求的医疗成像方法，其中对于每个X-射线敏感单元，将模拟信号转换为数字数据的步骤包括：
存储表示在一时间周期中的脉冲数的第一值，在来自每个单元的模拟信号到达阈值时产生该脉冲；以及
存储表示在该时间周期中发生的在第一脉冲和最后脉冲之间的时间的第二值。
14.根据权利要求13的医疗成像方法，该计算机断层成像方法进一步包括确保在该时间周期内发生至少两个脉冲的步骤。
15.一种在计算机断层成像中使用的模块化辐射检测器单元，包括：
电路板；
设置在该电路板上的多个X-射线敏感单元，在X-射线穿过检查区之后该X-射线敏感单元接收X-射线并产生表示由此所接收的X-射线的模拟信号；以及
设置在电路板上的至少一个集成电路，该集成电路包括将来自多个X-射线敏感单元的模拟信号转换为数字数据的多个模拟至数字转换通道。
16.根据权利要求15的模块化辐射检测器单元，其中多个X-射线敏感单元以具有许多行和许多列的二维阵列设置。
17.根据权利要求16的模块化辐射检测器单元，其中二维阵列的每行对应于计算机断层图像数据的单个片层。
18.根据权利要求17的模块化辐射检测器单元，其中X-射线敏感单元的二维阵列的至少一行连接到一个集成电路。
19.根据权利要求15-18中任一权利要求的模块化辐射检测器单元，其中每个模拟至数字转换通道从至多一个的X-射线敏感单元中接收模拟数据。
20.根据权利要求15-19中任一权利要求的模块化辐射检测器单元，其中每个通道包括在一时间周期中产生多个电脉冲的电流至频率转换器，该脉冲数量与由所说的通道转换的模拟信号的幅值成比例。
21.根据权利要求20的模块化辐射检测器单元，其中每个通道进一步包括频率至数字转换器，该频率至数字转换器产生表示在该时间周期中产生的脉冲数的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值。
22.根据权利要求21的模块化辐射检测器单元，其中每个通道包括在串行输出流中输出第一和第二数字值的并行至串行转换器。
23.根据权利要求22的模块化辐射检测器单元，其中该并行至串行转换器互连以产生多个通道的数字数据的串行输出。
24.一种计算机断层成像系统，包括：
限定检查区的台架；
将X一射线投射过检查区的X-射线源；
多个X-射线敏感单元，该X-射线敏感单元将通过检查区后的X-射线转换为多个模拟信号；以及
与X-射线敏感单元电连接的多个集成电路，每个集成电路接收模拟信号并产生表示该模拟信号的值的数字数据，该集成电路设置在检查区的周边上并包括互连集成电路以组合来自多个集成电路的数字数据以形成数字数据的单一输出流的装置。
25.根据权利要求24的计算机断层成像系统，其中每个集成电路进一步包括多个通道，每个通道包括将单一X-射线敏感单元的模拟信号转换为数字数据的模拟至数字转换器。
26.根据权利要求25的计算机断层成像系统，其中每个通道进一步包括在一时间周期中产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲的数量与模拟信号的幅值成比例。
27.根据权利要求26的计算机断层成像系统，其中每个通道进一步包括产生表示在该时间周期中所产生的脉冲数量的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值的频率至数字转换器。
28.根据权利要求27的计算机断层成像系统，其中该计算机断层成像进一步包括确保第一数字值的值至少为2的装置。
29.根据权利要求25的计算机断层成像系统，其中每个通道进一步包括在串行输出流中输出数字数据的并行至串行转换器。
30.根据权利要求24的计算机断层成像系统，其中该计算机断层成像系统进一步包括设置在检查区的周边上的多个电路板，并且X-射线敏感单元和集成电路设置在电路板上。
31.一种计算机断层成像系统，包括：
静止台架部分；
绕检查区旋转的旋转台架部分；
设置在旋转台架部分上以将X-射线投射过检查区的X-射线源；
多个X-射线敏感单元，这些多个X-射线敏感单元设置在自X-射线源的检查区以接收在X-射线源处发出的X-射线并产生表示由此所接收的X-射线的模拟信号；以及
接近X-射线检测器设置的至少一个集成电路，所述至少一个集成电路包括多个通道，每个通道耦合到单个X-射线敏感单元以从该单元接收模拟信号并产生表示该模拟信号的值的数字数据。
32.根据权利要求31的计算机断层成像系统，其中多个X-射线敏感单元和至少一个集成电路设置在电路板上。
33.根据权利要求32的计算机断层成像系统，其中多个X-射线敏感单元以二维阵列的形式设置。
34.根据权利要求33的计算机断层成像系统，其中二维阵列包括至少两行和至少两列的X-射线敏感单元。
35.根据权利要求31的计算机断层成像系统，其中每个通道包括在一时间周期内产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲数量与由该通道所接收的模拟信号的幅值成比例。
36.根据权利要求35的计算机断层成像系统，其中每个通道进一步包括产生表示在该时间周期中所产生的脉冲数量的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值的频率至数字转换器。
37.根据权利要求31的计算机断层成像系统，其中每个通道包括并行至串行转换器，该并行至串行转换器在串行输出流中输出多个X-射线敏感单元的数字数据。
38.根据权利要求31的计算机断层成像系统，至少一个集成电路进一步包括从第二集成电路中接收数字数据的装置和给第三集成电路发送数字数据的装置，所接收的数字数据表示第二集成电路的模拟信号的值，所发送的数字数据表示该至少一个集成电路的模拟信号的值。
39.一种计算机断层成像系统，包括：
具有检查区的静止台架部分；
绕检查区旋转的旋转台架部分；
安装在旋转台架部分以将X-射线投射过检查区的X-射线源；和
设置在自X-射线源的检查区上的多个辐射检测器单元；每个辐射检测器单元包括：
电路板；和
产生表示从该X-射线源传递到辐射检测器单元的辐射的模拟信
号的X-射线检测器装置，所说的产生模拟信号的装置包括X-射线敏
感单元的二维阵列并且设置在电路板上；和
将模拟信号转换为数字信号的多通道模拟至数字转换装置，该
多通道模拟至数字转换装置的每个通道连接到单个的X-射线敏感单
元，所说的多通道模拟至数字转换装置设置在该电路板上。
40.根据权利要求39的计算机断层成像系统，其中每个通道包括在一时间周期内产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲数量与模拟信号的幅值成比例。
41.根据权利要求40的计算机断层成像系统，其中每个通道进一步包括频率至数字转换器，该频率至数字转换器产生表示在该时间周期中所产生的脉冲数量的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值。
42.根据权利要求39的计算机断层成像系统，其中每个通道包括并行至串行转换器，该并行至串行转换器在串行输出流中输出X-射线敏感单元的二维阵列的数字数据。
43.根据权利要求39的计算机断层成像系统，其中X-射线敏感单元的每个阵列包括许多行和许多列并且每个行对应于图像数据的单个片层。
44.根据权利要求43的计算机断层成像系统，其中所述多通道模拟至数字转换装置包括至少一个集成电路，并且X-射线敏感单元阵列的一行的X-射线敏感单元连接到相同的集成电路。
45.一种计算机断层成像方法，包括：
绕检查区旋转X-射线；
应用X-射线源将X-射线投射过检查区；
应用多个X-射线敏感单元的多个二维阵列检测投射的X-射线，该X-射线敏感单元阵列设置在多个电路板上，每个X-射线敏感单元产生表示由所说的单元所检测的X-射线的模拟信号；以及
应用多个集成电路产生表示模拟信号的数字信号，该集成电路设置在电路板上，并且每个集成电路包括多个通道，每个通道将来自至多一个的X-射线敏感单元的模拟信号转换为数字信号。
46.根据权利要求45的计算机断层成像方法，进一步包括通过互连集成电路的通道产生数字数据的单个输出流的步骤。
47.根据权利要求45的计算机断层成像方法，其中集成电路的每个通道包括比率量度电流至频率转换器。
48.根据权利要求47的计算机断层成像方法，每个通道进一步包括在一时间周期中产生许多电脉冲的频率至数字转换器，该脉冲数量与该模拟信号的幅值成比例。
49.根据权利要求48的计算机断层成像方法，进一步包括产生表示在该时间周期中的电脉冲数的第一数字值和表示在该时间周期的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值。
50.一种在计算机断层成像中使用的模块化辐射检测器单元，包括：
电路板；
设置在该电路板上的多个X-射线敏感单元，该X-射线敏感单元接收在X-射线穿过检查区之后的X-射线并产生表示由此所接收的X-射线的模拟信号；
设置在该电路板上并与X-射线敏感单元电连接的多个集成电路，该集成电路包括多个通道，每个通道与单个的X-射线敏感单元相连接以接收由X-射线敏感单元所产生的模拟信号并将该模拟信号转换为第一数字数据；
从第二模块化辐射检测器单元中接收第二数字数据的装置，该第二数字数据表示在第二模块化辐射检测器单元所接收的X-射线；以及
给第三模块化检测器单元输出第一和第二数字数据的装置。
51.根据权利要求50的模块化辐射检测器单元，其中每个通道包括在一时间周期中产生多个电脉冲的比率量度电流至频率转换器，该脉冲数量与由该通道所接收的模拟信号的幅值成比例。
52.根据权利要求51的模块化辐射检测器单元，其中每个通道进一步包括频率至数字转换器，该频率至数字转换器产生表示在该时间周期中产生的脉冲数的第一数字值和表示在该时间周期中的第一脉冲和最后脉冲之间的时间周期的第二数字值。
53.根据权利要求52的模块化辐射检测器单元，其中该模块化辐射检测器单元进一步包括确保第一数字值的值至少是2的装置。
54.根据权利要求53的模块化辐射检测器单元，其中每个通道进一步包括在串行输出流中输出数字数据的并行至串行转换器。
55.根据权利要求50的模块化辐射检测器单元，其中多个敏感单元以二维阵列设置，该阵列的每行对应于计算机断层图像数据的一个片层。
56.根据权利要求55的模块化辐射检测器单元，其中二维阵列包括至少32行和至少16列。
57.根据权利要求50的模块化辐射检测器单元，其中每个集成电路包括至少32个通道。
58.根据权利要求51的模块化辐射检测器单元，其中该集成电路设置在电路板上以使从该X-射线敏感单元到它们相应的集成电路的距离的变化性最小。
59.一种模块化辐射检测器单元，包括：
多个X射线敏感单元，该X-射线敏感单元接收在X-射线穿过检查区之后的X-射线并产生表示该X-射线的模拟信号的输出；
多个集成电路，这些集成电路用于将模拟信号转换为数字信号并将该数字信号组合成表示多个X射线敏感单元的输出的串行线数字数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |