CN1989905A - 基于光纤数据传输的ct滑环系统 - Google Patents

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一种基于光纤数据传输的CT滑环系统，应用于包括静止部分和在该静止部分中进行旋转扫描的旋转部分的CT系统中，采用非接触式的光信号传输方法将数据采集系统采集到的数据传输到该旋转部分外部，在经过光/电转换将信号传送到图像重建系统进行图像重建。由于本发明采用基于光纤数据传输的CT滑环系统来传输数据，抗干扰能力强，克服了接触式装置传输数据信号时由于接触电阻的不稳定而导致数据信号的可靠度降低以及非接触式无线电容耦合传输数据信号时由于容易受到外界电磁场的干扰等问题，满足了对CT系统数据传输的速率高、误码率低的要求。

Description

基于光纤数据传输的CT滑环系统
技术领域
本发明涉及一种计算机断层扫描成像(Computed Tomography；简称为“CT”)系统的数据传输系统，特别是涉及一种CT系统的滑环系统。
背景技术
一种典型的CT系统如图1所示，主要由静止部分110、旋转部分120以及对应的控制系统和图像重建系统组成。该静止部分110主要由机架(Gantry)、机架控制系统和机架主控电路板组成；图中为了简单清晰起见，仅示出了与本发明有关的机架和机架控制系统170。该旋转部分主要由X射线管(Tube)及其冷却系统和控制系统、准直器及其控制系统、滤过器、探测器(Detector)、数据采集系统(Data Acquisition System；DAS)、高压发生器等组成；图中为了简单清晰起见，仅示出了与本发明有关的X射线管130、X射线控制系统160、探测器150和数据采集系统180。
检查对象140躺在检查台230上接受扫描检查，该检查台230由检查台控制系统220进行控制。X射线管130在X射线控制系统的控制下旋转并持续发射X射线，所述的射线穿过检查对象140被探测器150探测到并将其能量转换为可供记录的电信号。探测器150探测到的信号经过数据采集系统180转换成数字信号传输到图像重建系统240进行图像重建。
上述的检查台控制系统220、X射线控制系统160、机架控制系统170以及图像重建系统240是由计算机210进行控制。扫描检查操作人员通过控制台260操控计算机210对CT系统的扫描检查进行控制，其过程和结果数据通过显示器270显示以及通过存储器250进行存储。传统的CT系统从其静止部分或者静止部分外部的供电系统通过电缆连接到其旋转部分，用来给旋转部分的各个X射线管等部件供电。旋转部分中的数据采集系统采样得到的数据也通过电缆连接并传输至外部的图像重建系统。另外，CT系统的主计算机为了将指令参数传输到旋转部分的各个控制系统，也采用电缆与所述的控制系统进行连接。然而，上述的电缆在CT系统的旋转部分相对于静止部分旋转的时候会相互缠绕，使得每次扫描的时候旋转部分的旋转角度范围很小，只能进行小角度的往复运动；而且在每次旋转扫描之前，还必须有启动、加速、稳定、减速、制动等过程，因此每次的有效扫描范围受到很大的限制。由于上述的反复往复运动，电缆间的缠绕、牵拉、脱落等现象时有发生。因此，传统的CT系统的采用电缆给旋转部分的供电以及数据传输造成了扫描周期长、结构笨重复杂、转速低且不均匀、无法连续扫描等问题。
为了实现连续扫描，克服上述的诸多问题，滑环技术被引进CT系统中。滑环技术解决了机架旋转与静止部分的电力和数据传输方式，可以实现连续扫描。它是用一个滑环和碳刷代替电缆，当电刷沿滑环滑动时，则经滑环与碳刷向X射线管供电以及进行数据传输。请参阅图2，包括若干个滑道的滑环122被连续设置在旋转部分120(见图1)的外部圆周，碳刷112被设置在静止部分并与所述的滑环相接触，从而通过上述的若干个滑道分别向旋转部分120供电以及进行数据传输。
常用的滑环技术包括低压滑环和高压滑环。低压滑环是从外部将数百伏的直流电通过电刷和滑环输入到旋转部分，由于电压较低，容易实现良好的绝缘，数据的传输性能也很稳定。但此时的电流很大，电弧便成为一个重要问题，所以低压滑环要求碳刷与滑环接触电阻非常小，滑环常采用电阻率非常低的材料制作。由于低压滑环的高压发生器是设置在旋转部分上，要求高压发生器体积小、重量轻、功率大。低压滑环对绝缘的要求不高，安全、稳定、可靠，所以被大多数CT制造厂商所采用。低压滑环的不足之处是由于高压发生器设置在旋转部分上，其与X射线管一起旋转，增加了旋转部分的重量和体积，使得扫描的速度比较低。
高压滑环的高压电流是由设置在旋转部分外部的高压发生器产生后，通过电刷和滑环输入到旋转部分。旋转的高压滑环装在充满绝缘或惰性气体的密闭室内，高压发生器产生120kV或140kV电压经滑环输入到旋转部分。高压滑环的优点是可使高压发生器外置，一方面不增加旋转机架的重量，也不必担心滑环因触点电流而引起的温度升高等问题，扫描速度更快；另一方面，由于高压发生器不受体积重量的限制，可使发生器功率做得很大。但高压滑环容易引起旋转部分和静止部分之间的高压放电，引发高压噪声，影响数据的采集。
上述的低压和高压滑环都是采用碳刷与滑环滑动接触的方式来对采集到的数据进行传输，但是由于碳刷与滑环之间的接触电阻在旋转部分旋转的时候不断发生变化，这种变化的接触电阻会产生很大的信号噪声，造成传输数据的不可靠，因此不能用来传输高速信号数据，特别是在高压滑环中，旋转部分和静止部分部件之间的高压放电引起的高压噪声更是影响了数据的采集和传输。
随着CT系统探测器的排数增多，旋转扫描的速度不断变快，系统在单位时间内的数据采集量不断增加，上述的问题越发成为技术发展的瓶颈。因此，业界提出一种无线电容耦合的方式进行所述的数据传输，其主要应用在多排CT系统中。无线电容耦合的数据传输方式克服了上述因为接触电阻以及高压放电对传输信号的影响，但是无线电容耦合的电磁场比较容易受到外界电压、电流以及磁场变化的干扰影响，因此数据传输的准确性以及传输速率受到限制和影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于光纤数据传输的CT滑环系统以将数据采集系统采集到的数据高速、可靠地传输至旋转部分外部。
为实现上述目的，本发明提出一种基于光纤数据传输的CT滑环系统，应用于包括静止部分和在该静止部分中进行旋转扫描的旋转部分的CT系统中，以将该旋转部分内设置的数据采集系统的数据传输到该旋转部分外部，其特征在于，该CT滑环系统包括：设置在该旋转部分内的电/光转换系统，该电/光转换系统与该数据采集系统连接，并将该数据采集系统采集到的数据转换成光信号，以光束的形式进行传播；设置在该旋转部分内、并且位于上述光束的光路中的聚焦透镜，用来对该光束进行聚焦；布满在该静止部分环绕该旋转部分的圆周方向上的光纤束，用来接收上述经过聚焦的光束；以及与所述的光纤束连接的光/电转换系统，用来把光纤束接收到的光束信号转换成电信号。
其中，所述的CT系统的数据采集系统与设置在旋转部分内的探测器连接，将探测器探测到的X光信号转换成电信号。所述的光/电转换系统的电信号被传输到CT系统的图像重建系统进行图像重建。
根据本发明的一个实施例，所述的电/光转换系统是激光二极管；所述的光/电转换系统是光纤传感器。
根据本发明的一个实施例，所述的光纤束是单排结构；根据本发明的另外一个实施例，所述的光纤束是多排结构。
在上述的所有的实施例中，所述经过聚焦的光束在所述的光纤束上的焦点直径大于任意一对相邻光纤的中心距离减去光纤的直径。
由于本发明采用基于光纤数据传输的CT滑环系统来传输数据采集系统采集到的数据信号，所以抗干扰能力强，克服了接触式传输数据信号时由于接触电阻的不稳定而导致数据信号的可靠度降低以及非接触式无线电容耦合传输数据信号时由于容易受到外界电磁场的干扰等问题，满足了对CT系统数据传输的速率高、误码率低的要求。
附图说明
图1是CT系统的系统结构示意图；
图2是现有滑环技术的示意图，显示了电刷与滑环相接触进行电力和数据的传输；
图3是本发明基于光纤数据传输的CT滑环系统的系统结构示意图；
图4A是图3中A-A’截面的一个实施例的示意图；以及
图4B是图3中A-A’截面的另一实施例的示意图。
具体实施方式
请参阅图3，一个CT系统主要由静止部分110、旋转部分120以及对应的控制系统和图像重建系统组成。该静止部分110主要由机架、机架控制系统和机架主控电路板组成；图中为了简单清晰起见，仅示出了与本发明有关的机架。该旋转部分主要由X射线管及其冷却系统和控制系统、准直器及其控制系统、滤过器、探测器、数据采集系统、高压发生器等组成；图中为了简单清晰起见，仅示出了与本发明有关的X射线管130、探测器150和数据采集系统180。
在本发明中，为给旋转部分供电，可以采取现有的方式，如图中所示的碳刷112与滑环(图未示)接触的方式进行电力的传输。该滑环设置在旋转部分120的外圆周上；而碳刷112设置在该旋转部分120外部并与该滑环相接触，并向该滑环传输电力，使得在该旋转部分120持续旋转。根据低压滑环以及高压滑环的不同，该碳刷112与不同的供电系统相连并将相应的低压电力或者高压电力传输至该滑环。当然其他的给旋转部分供电的方式，如无线电容耦合的方式等，同样可以应用于本发明中。
在该CT系统的扫描检查过程中，X射线管130在X射线控制系统的控制下旋转并持续发射X射线，所述的射线穿过位于该X射线管130和该探测器150之间的检查对象被探测器150探测到。该探测器150可以为单排或者多排的探测器阵列，其将探测到的X射线的能量转换为可供记录的模拟电信号。
该探测器150与该数据采集系统180相连，并将探测到的信号传输至该数据采集系统180进行处理。该数据采集系统180主要由放大器、积分器和模/数(A/D)转换器等组成。由探测器检测到的模拟信号，首先要经过对数压缩，以使后面的电路只需工作在一个窄的范围内，由于探测器的输出阻抗是很高，而输出信号又很小，因此必须使用高输入阻抗的前置放大器进行放大和阻抗变换，前置放大器被良好地屏蔽并位于探测器的旁边。积分器在CT扫描过程中测量各个角度下的X线光子的总和，给出一个输出电压，此电压代表在脉冲期间内所接收到的信号的积累，在保留期间内积分器将电压信号传输到模/数转换器，由模/数转换器将该信号转变为数字信号。
如前所述，现有技术中采用碳刷滑环接触的方式将数据采集系统180采集到的数据从旋转部分120向外传输的时候，由于碳刷与滑环之间的接触电阻在旋转部分旋转的时候不断发生变化而造成传输数据的不可靠，而且旋转部分和静止部分部件之间的高压放电引起的高压噪声更是影响了数据的采集和传输。而采用无线电容耦合的方式将数据采集系统180采集到的数据从旋转部分120向外传输的时候，电磁场比较容易受到外界电压、电流以及磁场变化的干扰影响，因此数据传输的准确性以及传输速率受到限制和影响。本发明采用基于光纤数据传输的CT滑环系统克服上述的缺点。
数据采集系统180与一电/光转换系统如激光二极管310相连，该激光二极管310将该数据采集系统180的数据信号转换成不同能量的光束330，该光束330经过一设置在其光路中的聚焦透镜320聚焦。由于上述数据采集系统180、激光二极管310和聚焦透镜320是固定安装在CT系统的旋转部分120的，当该旋转部分120进行旋转扫描的时候，该激光二极管310和聚焦透镜320是随之旋转的，为了接收经过聚焦透镜320聚焦的光束330，CT系统的静止部分110环绕该旋转部分120的圆周方向布满光纤束340。为了简明起见，图中仅示出了分布在该静止部分110环绕该旋转部分120的整个圆周方向的一部分光纤束340。该光纤束340将接收到的光信号传输到一光/电转换系统350，如一光纤传感器，由该光/电转换系统350将光信号转变为电信号，然后将该电信号传输到CT系统的图像重建系统240进行图像重建。请参阅图4A，在本发明的一个实施例中，分布在该静止部分110环绕该旋转部分120的整个圆周方向的光纤束340是单排排列的，为了能够确保该光束330能够被正常接收，该光束330在光纤束340上的焦点直径应当大于该光纤束340中任意一对相邻光纤的中心距离减去所述光纤的直径。即只要保证该光束330至少有一部分被所述的光纤束340的光纤接收到，则其光信号便可经过与光纤束340线连接的光/电转换系统350转换为电信号，然后该电信号被传输到CT系统的图像重建系统240进行图像重建。
请参阅图4B，在本发明的另一个实施例中，由于在CT系统的旋转部分120的旋转过程中，有可能因为不平稳而导致该光束330的焦点相对于光纤束340朝箭头所指方向来回摆动，因此在本实施例中，分布在该静止部分110环绕该旋转部分120的整个圆周方向的光纤束340是多排排列的。同样地，为了能够确保该光束330能够被正常接收，该光束330在光纤束340上的焦点直径应当大于这些光纤束340中任意一对相邻光纤的中心距离减去所述光纤的直径。即只要保证该光束330至少有一部分被所述的光纤束340的光纤接收到，则其光信号便可经过与光纤束340线连接的光/电转换系统350转换为电信号，然后该电信号被传输到CT系统的图像重建系统240进行图像重建。由于本发明采用基于光纤数据传输的CT滑环系统来传输数据采集系统180采集到的数据信号，所以抗干扰能力强，克服了接触式传输数据信号时由于接触电阻的不稳定而导致数据信号的可靠度降低以及非接触式无线电容耦合传输数据信号时由于容易受到外界电磁场的干扰等问题，满足了对CT系统数据传输的速率高、误码率低的要求。

Claims (8)

1.一种基于光纤数据传输的CT滑环系统，应用于包括静止部分和在该静止部分中进行旋转扫描的旋转部分的CT系统中，以将该旋转部分内设置的数据采集系统的数据传输到该旋转部分外部，其特征在于，该CT滑环系统包括：
设置在该旋转部分内的电/光转换系统，与该数据采集系统连接，并将该数据采集系统采集到的数据转换成光信号，以光束的形式进行传播；
设置在该旋转部分内、并且位于上述光束的光路中的聚焦透镜，用来对该光束进行聚焦；
多个光纤束，布满在该静止部分环绕该旋转部分的圆周方向上，用来接收上述经过聚焦的光束；以及
与所述的光纤束连接的光/电转换系统，用来把光纤束接收到的光束信号转换成电信号。
2.根据权利要求1的CT滑环系统，其特征在于：所述的数据采集系统与同样设置在旋转部分内的探测器连接，将探测器探测到的X光信号转换成电信号。
3.根据权利要求1的CT滑环系统，其特征在于：所述的光/电转换系统的电信号被传输到CT系统的图像重建系统进行图像重建。
4.根据权利要求1的CT滑环系统，其特征在于：所述的电/光转换系统是激光二极管。
5.根据权利要求1的CT滑环系统，其特征在于：所述的光/电转换系统是光纤传感器。
6.根据权利要求1的CT滑环系统，其特征在于：所述的光纤束是单排结构。
7.根据权利要求1的CT滑环系统，其特征在于：所述的光纤束是多排结构。
8.根据上述权利要求任意一项的CT滑环系统，其特征在于：所述经过聚焦的光束在所述的光纤束上的焦点直径大于任意一对相邻光纤的中心距离减去光纤的直径。
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