CN1689524A - 具减小传输带宽数据传输系统的多层计算机断层造影装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计算机断层造影(CT)装置和运行该装置的方法。该CT装置包括固定部分(12)和可绕检查轴转动的部分(11)，该可转动部分支承至少一个X射线源(1)、一个与该X射线源相对设置的检测单元(5)和一个与该检测单元相连接的数据采集单元(6)，其中在固定部分和可转动部分之间设置一个用于将数据采集单元采集的测量数据传送到与固定部分相连接的图像再现装置(10)的数据传输装置(8，9)，可转动部分具有与数据采集单元相连接的、用于将至少该数据采集单元所采集的测量数据的一部分在进行传输之前进行暂存的存储单元(7)。本发明的CT装置在高数据速率时无需与最大数据速率相匹配的数据传输装置也可以运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机断层造影(CT)装置，其包括一个固定部分和一个可环绕检查轴转动的部分，该可转动部分支承至少一个X射线源、一个与该X射线源相对设置的检测单元和一个与该检测单元相连接的数据采集单元，在该固定部分和该可转动部分之间设置一个用于将该数据采集单元所采集的测量数据传送到一个与该固定部分相连接的图像再现装置的数据传输装置。本发明还涉及用于操作此CT装置的方法。
背景技术
在多层CT装置中采用具有多个检测行的检测器阵列，其可同时被沿检查轴方向(所谓的Z方向)成锥形扩大的X射线束照射。通过这种方式可以在该可转动部分作一个完整的旋转期间同时采集该检查对象的多个体层。这一方面保证了从一层到另一层的连续性，另一方面提供了明显快速的数据采集，如同其特别在心脏检查时可十分有利地避免运动伪影。因此对CT装置存在着不断增长的需求：一方面用其可以在相同的测量时间内测量一个立体区域中多个更薄的层以提高分辨率，另一方面用其对一特定体积区域进行测量时可以缩短测量时间。
为满足这些需求，已推荐具有较大的平面检测单元的CT装置，它们基于被加大的实时可采集检查区域也称作立体CT装置。此时，平面检测单元包含大量检测行，例如在256到1024检测行的范围，它们可以同时被沿z方向成锥形扩大的X射线束照射。这样一来，仅将可转动部分绕患者旋转一整圈就可以采集一个大的立体区域。然而，在这样的CT装置中，大量的检测行会导致每单元时间由数据采集单元得到的和必须传输给固定图像再现单元的测量数据极大增加。这样的检测单元在可转动部分的通常转动速度下产生数据速率在20至80千兆位/秒(Gbps)范围内的测量数据。为了从该CT装置的转动部分向固定部分传输这样高的数据速率，目前所采用的数据传输装置尚不可能。
在多层CT装置中现有的数据传输装置借助所谓的滑环将由数据采集单元获得的测量数据实时地经电容的或光学的传输装置传输到与图像再现单元相连接的固定部分。在此，一个这种滑环可以有约2.5千兆位/秒的数据传输速率。为传输更高的数据速率必须并行地在可转动部分和/或固定部分设置多个滑环。在采用平面检测器阵列以同时采集256至1024层时，要求并行设置8至32个滑环。然而，这种解决办法要求在CT支架和检查区内部的宝贵空间，且造成高成本。可能采用的改进高数据速率数据传输技术、以及与此相联系的成本迄今尚不可预见。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明要解决的技术问题是提供一种CT装置及运行该装置的方法，借助它们无需高的花费就可以将平面检测单元所得到的数据量传输到固定部分。
为解决上述技术问题，本发明的计算机断层造影装置以公知的方式包括一个固定部分和一个环绕检查轴(z轴)可转动的部分，该可转动部分支承至少一个X射线源、一个与该X射线源相对设置的检测单元和一个与该检测单元相连接的数据采集单元。在该固定部分和该可转动部分之间设置一个用于将该数据采集单元所获得的测量数据传送到与该固定部分相连接的图像再现装置的数据传输装置，例如采用一个或多个光学或电容滑环的数据传输装置。本计算机断层造影装置的改进之处在于：该可转动部分具有与数据采集单元相连接的、用于将至少该数据采集单元所获得的测量数据的一部分在进行传输之前进行暂存的存储单元。这就可以这样来运行该CT装置：其中，仅将在测量期间、即在可转动部分作一次扫描或旋转一圈期间所出现的测量数据中的一部分实时地通过数据传输装置传输给固定部分，其余的部分暂存在存储单元且在稍晚的时刻进行传输。
本发明以下述认知作为基础：在现有的CT装置中可使用的传输带宽在对患者进行检查期间仅部分地被利用。在此，全部传输带宽仅在数据采集时被用来实时地传输所采集的测量数据。而在其它时间，例如在患者登记和准备时间、确定扫描范围的时间或图像再现和分析时间，数据传输系统完全未被使用。在此，平均而言常规CT装置的数据传输带宽的利用率在最大可能容量10％的范围。
在多层CT装置中高分辩率的图像再现明显比数据采集和数据传输慢。于是，传输的测量数据总要首先存储在图像再现单元中。接着，图像再现通常离线完成。这种关系在采用立体CT时适用，在立体CT中，由于用于锥形X射线束的再现算法复杂和每秒800至3000幅的极大量图像，为图像再现必须占用比目前多层CT装置中对锥形X射线束可再现每秒少于10幅图像的情况长得多的时间。
通过所建议的具有用于暂存稍晚时刻(例如可紧接在扫描完成之后)才传输的那一部分测量数据的中间存储器的CT装置这种设置，可更好地利用现有的传输带宽。本CT装置使得可以在立体CT中发生很大测量数据量的情况下也只使用一个或较少的滑环来进行数据传输。由此，基于上面所说明的情况不会引起对检查的干扰或妨碍。尤其可看到，在进行立体CT时不是进行螺旋扫描，而是进行顺序扫描，即将患者卧榻逐个扫描区作步进式移动。这由用一次旋转可采集的大立体区域、尤其是其沿z方向的大延伸来得到，这对于螺旋扫描来说要求患者卧台作极快的运动。然而，将患者卧台作分步式移动再次伴随着出现测量间歇，在此测量间歇期间至少部分其余测量数据已可传输。如果该时间窗不够，则在接收测量数据结束之后将余下的测量数据传输给固定部分和图像再现单元。本CT装置以及与之相联系的运行方法的特别优点是对已有的数据传输系统的兼容性。因而还可以利用那些与在公知的多层CT装置中已使用的数据传输装置相同的数据传输装置。本发明仅要求对可转动部分中所采用的电路配备存储单元和与之相配的数据管理系统。
在此，存储单元的大小优选这样来确定：其至少可以存储在该CT装置进行测量时可转动部分旋转一整圈可能出现的最大测量数据量。在特定的应用中，这样旋转一周已足以采集整个检查区域的测量数据。当然，显然十分有利地还可以将存储单元的大小选择成能够接收多次扫描产生的最大可采集测量数据量。该存储单元本身在本CT装置的一种结构中设计成快速RAM存储器。然而，优选该存储单元包括两个存储级，其中第一存储级是快速缓冲存储器，尤其是快速RAM存储器，第二存储级是永久存储器。此时，由数据采集单元得到的测量数据首先暂存在第一存储级，然后复制到较慢的永久存储器中。这种永久存储器在电流断开时阻止已采集数据的丢失。在此，该永久存储器可以设计成例如闪存、闪盘模块、紧凑型闪存卡或类似存储卡、脉冲阻抗磁盘或IBM微磁盘。优选该永久存储器作为可拆卸模块活动地设置在可转动部分上，从而其在CT装置停止时可毫无问题地取下，且可以插入到图像再现单元上的相应接收接口以传输数据。
优选本CT装置设有一个平面检测单元，其具有至少256个检测行以同时采集256层，如在进行立体CT时所采用的。同样，X射线源及布置在其前面的准直器设计成对所有检测行同时照射。另一方面优选将该数据传输装置设计成仅将在CT装置运行时产生的测量数据的一部分实时传输给固定部分。这样，本CT装置的数据传输装置可低成本地实现，不会因有限的数据传输速率而限制本CT装置的运行。
在本CT装置的一种特别优选的实施方式以及相应的方法中，设有用于管理数据存储的数据管理系统，其可以设计成独立的单元或作为数据采集单元的一部分。该数据管理系统从数据采集单元采集的测量数据中选择那些需实时通过数据传输装置传输的预定层的测量数据。其余的数据存储在存储单元中，并在稍晚时刻传输。通过预先给出特定层(例如每个第n层)的可能性，允许实现对该选择的层进行实时再现和显示，只要应用需要。其余的测量数据在测量数据采集结束后传输，可以用于改善再现检查区域的空间分辨率。
附图说明
下面结合实施方式和附图再次对本发明的CT装置及操作该装置的方法作详细说明：
图1示意地示出了一个本发明CT装置结构的实例；
图2示意地示出了一个可在本CT装置中使用的多平面检测单元的实例；
图3示出了在使用本发明的CT装置进行数据采集和数据传输时的方法流程的实例。
具体实施方式
图1作为一种示例以示意图方式示出了一种按照本发明设置的立体CT装置的结构。一个固定在可转动部分11(所谓的支架)的X射线管1产生锥形X射线束2，其沿x方向和z方向的开角可通过可机械调节的准直器3进行调节。在此，该图示出了一个与z方向相垂直的截面。X射线束2透射过患者4的躯体，投射到平面检测单元5上。
在本例中采用具有1024检测行的检测单元5，用其可以在一次扫描中采集1024个体层。图2示意地示出了这样平面检测单元的检测行14和检测列15排列实例的俯视图。
设置在可转动部分11上的数据采集单元6对由检测单元5的检测元件获取的模拟测量信号进行转换，并经数据传输单元8、9将连续数字测量数据流传递给固定的图像再现单元10。该固定的图像再现单元10从所获得的测量数据再现那些由X射线管1和检测单元5构成的拍摄系统采集的、患者4的检查区域中各个体层的图像。
该可转动部分11在测量期间连续环绕z轴转动。为在转动期间和转动之后进行数据传输，在该可转动部分11上设置了一个滑环发送单元8，在该CT装置的固定部分12上设置了一个滑环接收单元9。该可转动部分旋转一圈时，在0.3秒内，所采用的具有1024检测行的检测单元5产生大约25千兆位(Gb)(3千兆字节)的测量数据。为实时传输这些测量数据必须将大约32个传输容量各为2.5千兆位/秒的滑环传输单元8、9并列地设置在可转动部分和固定部分上。与此不同，在本发明的CT装置中仅采用一个2.5千兆位/秒(Gbps)的带有单滑环的滑环传输单元8、9就可在每次扫描后的最初10秒之内传输同样的数据量。此时，仅仅这些数据的一部分被实时传输给图像再现单元10，而其余部分在完成扫描之后才传输给图像再现单元10。为此在可转动部分11上设置了一个在测量数据采集期间将那些非实时传输的测量数据进行暂存的存储单元7。数据管理系统13对出现的数据进行选择以进行存储和/或实时传输，且将该存储的数据稍晚再进行传输。图1作为一个示例还示出了将该存储单元7分成一个快速RAM存储器7a和一个较慢的永久存储器7b，其如箭头所示可从可转动部分11取下，从而例如通过插入到图像再现单元10的一个相应接收模块上可将其上存储的数据在那里直接读出。
然后，在测量数据采集后才将所存储的测量数据以所使用的传输速率传输给图像再现单元10。这结合图3中作为示例表示的流程再作一次说明。在一次扫描期间出现的测量数据由一个在图1中作为数据采集单元的一部分来表示的数据管理系统13分成两组数据量。第一组数据量还在测量数据采集期间就实时地传输给图像再现单元10，这些测量数据的余下部分作为第二组在存储单元7中进行暂存。在完成扫描和测量数据采集之后，从该存储器读出该余下部分，同时将其传输到图像再现单元10。在此，第一组数据可以是用拍摄系统在单次扫描时采集的检查体积的预先指定层的数据。以这种方式，例如可以对1024层的检测单元对每第32层进行实时传输，从而以这种方式在测量期间得到一幅具有较小空间分辨率的图像显示。
在此，数据管理系统13可以配置成在例如位于固定部分12和可转动部分11之间的控制连接(如在传统的计算机断层造影装置中已经存在的控制连接)上选择相应的层和测量数据。因而，通过这种配置可以将要实时传输的测量数据确定为较高的优先级，而其余的测量数据分别以较小的优先级在相应的测量间歇期间发送给图像再现单元10。
Claims (14)
1.一种计算机断层造影装置，包括一个固定部分(12)和一个可环绕检查轴转动的部分(11)，该可转动部分(11)支承至少一个X射线源(1)、一个与该X射线源(1)相对设置的检测单元(5)和一个与该检测单元(5)相连接的数据采集单元(6)，其中，在该固定部分(12)和该可转动部分(11)之间设置一个数据传输装置(8，9)，用于将由该数据采集单元(6)所采集的测量数据传送到一个与该固定部分(12)相连接的图像再现装置(10)，其特征在于：所述可转动部分(11)具有一个与所述数据采集单元(6)相连接的存储单元(7)，用于在传输之前暂存至少部分由该数据采集单元(6)所采集的测量数据。
2.按照权利要求1所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述数据传输装置(8，9)是针对一种传输速率设计的，以此传输速率不能实时传输所有在一次测量期间出现的最大测量数据量。
3.按照权利要求1或2所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述存储单元(7)具有足以存储所有在一次测量时在该计算机断层造影装置的可转动部分(11)旋转至少一整圈期间可能出现的最大测量数据量的存储容量。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述检测单元(5)由多层检测器阵列构成，其在一次测量期间由来自所述X射线源(1)的锥形X射线束(2)完全照射。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述数据采集单元具有一个数据管理系统(13)，由该数据管理系统(13)将所采集的测量数据的第一部分直接传送给所述数据传输装置(8，9)以进行实时传输，而将稍晚传输的其余部分存储在所述存储单元(7)中。
6.按照权利要求5所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述数据管理系统(13)这样构成，使得其在所述数据传输装置(8，9)有空余容量时将所述测量数据的其余部分传送给该数据传输装置(8，9)以进行传输。
7.按照权利要求5或6所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述数据管理系统(13)这样构成，使得其根据预定的优先级从获得的测量数据中选出所述采集的测量数据的第一部分。
8.按照权利要求7所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述数据管理系统(13)这样构成，使得其选择预定层的测量数据作为所述采集的测量数据的第一部分。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述存储单元(7)包括一个用于快速存储的RAM存储器(7a)和一个在其中复制存储在该RAM存储器(7a)中的测量数据的永久存储器(7b)。
10.按照权利要求9所述的计算机断层造影装置，其特征在于：所述永久存储器(7b)是活动的可拆卸存储块。
11.一种用于运行如权利要求1至10中任一项所述计算机断层造影装置的方法，其中，将由所述数据采集单元(6)获得的测量数据的第一部分实时地传输给所述图像再现装置(10)，而将所述测量数据的其余部分首先暂存在所述存储单元(7)中，并在稍晚时刻传输给所述图像再现装置(10)。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于：仅实时传输那些预先给定的、用该计算机断层造影装置采集的层的测量数据。
13.按照权利要求11或12所述的方法，其特征在于：所述测量数据的其余部分首先被暂存在所述存储单元(7)的RAM存储器(7a)中，从那里再将其传输到所述存储单元(7)的永久存储器(7b)。
14.按照权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于：将所述测量数据的其余部分在测量间歇从存储单元(7)中读出并进行传输。
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