DE69929007T2

DE69929007T2 - Konfigurierbares Vielschichtbildsystem

Info

Publication number: DE69929007T2
Application number: DE69929007T
Authority: DE
Inventors: Hui David Waukesha He; Robert Germantown Senzig; Guy Marie Wauwatosa Besson; Hui Waukesha Hu; Gary Richard Waukesha Strong; David Michael New Berlin Hoffman; George E. Waukesha Seidenschnur; Jonathan Alan Sussex Murray; Willi Walter St. Francis Hampel; Armin Horst Niskayuna Pfoh; Thomas Louis Brookfield Toth
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2019-08-21
Also published as: JP2000139896A; DE69929007D1; IL131564A0; JP4509256B2; IL131564A; US6198791B1; EP0981997A1; EP0981997B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Bilderzeugung und insbesondere skalierbare (bzw. konfigurierbare) Mehrschichtbildgebungssysteme.
In wenigstens einigen Bildgebungssystemen, die allgemein als Computertomographie(CT)-Systeme bezeichnet werden, projiziert eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl, der kollimiert wird, um in einer X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems zu liegen, die allgemein als die „Bildgebunbsebene" bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl durchdringt das gerade abgebildete Objekt, beispielsweise einen Patienten. Der Strahl trifft, nachdem er durch das Objekt abgeschwächt worden ist, auf ein Array von Strahlungsdetektoren. Die Intensität der an dem Detektorarray empfangenen abgeschwächten Strahlung hängt von der Abschwächung des Röntgenstrahls durch das Objekt ab. Jedes Detektorelement des Arrays erzeugt ein gesondertes elektrisches Signal, das einen Messwert der Strahlabschwächung an der Detektorstelle darstellt. Die Abschwächungsmesswerte von sämtlichen Detektoren werden gesondert erfasst, um ein Transmissionsprofil zu erzeugen.
In bekannten CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenquelle und das Detektorarray gemeinsam mit einer Gantry in der Bildgebungsebene und um das abzubildende Objekt herum derart gedreht, dass sich der Winkel, unter dem der Röntgenstrahl das Objekt schneidet, kontinuierlich ändert. Vgl. beispielsweise WO 98 059 80 A. Röntgenstrahlenquellen enthalten gewöhnlich Röntgenröhren, die den Röntgenstrahl an einem Brennfleck aussenden Röntgendetektoren enthalten gewöhnlich einen Kollimator zur Kolli mierung von Röntgenstrahlen, die an dem Detektor empfangen werden, einen Szintillator in der Nähe des Kollimators sowie Fotodioden, die benachbart zu dem Szintillator angeordnet sind.
Es sind Dual(Zwei)Schicht-CT-Systeme bekannt, wobei jedoch wenigstens einige der kommerziell erhältlichen Zweischichtsysteme eine Anzahl von Beschränkungen aufweisen, zu denen ein Kompromiss zwischen Scanngeschwindigkeit und z-Achsen-Auflösung (z. B. nimmt die z-Achsen-Auflösung ab, wenn die Scanngeschwindigkeit steigt), die mit der Bildrekonstruktionsverarbeitung verbundene Bildqualität und Flexibilität (z. B. können derartige Systeme nicht mehr als zwei Datenschichten erfassen) gehören. Insbesondere sind die bekannten kommerziell verfügbaren Zweischichtsysteme insofern nicht skalierbar, als derartige Zweischichtsysteme nicht dazu eingerichtet werden können, mehr als zwei Datenschichten zu erfassen.
Es ist wünschenswert, ein Mehrschicht-CT-System zu schaffen, das verwendet werden kann, um eine Datenschicht, zwei oder mehrere Datenschichten zu erfassen oder zu sammeln. Es wäre ferner wünschenswert, ein derartiges Mehrschicht-CT-System zu schaffen, das eine hohe Scanngeschwindigkeit bei guter Bildqualität und z-Achsen-Auflösung ermöglicht.
Diese und weitere Aufgaben können durch ein skalierbares bzw. konfigurierbares Mehrschichtsystem erzielt werden, das in einer Ausführungsform einen skalierbaren Mehrschichtdetektor, ein skalierbares Datenakquisitionssystem (SDAS), skalierbare Scannführungs-, Steuerungs- und Bildrekonstruktionsprozesse und eine skalierbare Bildanzeige und -analyse enthält. In dem hier verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck skalierbar bzw. konfigurierbar allgemein, dass ein Bediener die gewünschte Anzahl von Schichten und die Schichtdicke für anzuzeigende Bilder ohne weiteres und einfach auswählen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ermöglicht das System dem Bediener auszuwählen, dass 1, 2, 4 oder mehrere Schichten bei einer gewählten Schichtdicke angezeigt werden sollen. Indem dem Systembediener ermöglicht wird, eine derartige Auswahl zu treffen, können die Bilddaten für unterschiedliche klinische Anwendungen in einer weitgehend optimalen Form angezeigt werden. Kein bekanntes Mehrschichtsystem stellt für einen Bediener eine derartige Flexibilität bereit.
Insbesondere und in einer beispielhaften Ausführungsform enthält das System einen Hostrechner oder -computer, der mit einem Bildschirm oder Monitor (einer Benutzerschnittstelle) gekoppelt ist, der dazu dient, dem Bediener Bilder und Meldungen anzuzeigen. Der Hostrechner ist mit einer Tastatur und einer Maus gekoppelt, um dem Bediener zu ermöglichen, in den Hostrechner Informationen und Befehle, z. B. die gewünschte Anzahl von Schichten und Schichtdicke, einzugeben. Der Hostrechner ist ferner mit einer Scann- und Rekonstruktionssteuereinheit (SRU) gekoppelt, die Bilderzeugungssteuerungen enthält.
Eine ortsfeste Steuerungseinrichtung ist mit der SRU verbunden, und die stationäre Steuerungseinrichtung ist mit einer Tischsteuerungseinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Patiententisches gekoppelt. Die stationäre Steuerungseinrichtung ist ferner über einen Schleif- oder Gleitring mit einer eigenen (d. h. an der Gantry vorgesehenen) On-Board-Steuerungseinrichtung und mit einem skalierbaren Da tenakquisitionsystem (SDAS) verbunden. Die On-Board-Steuerungseinrichtung steuert den Betrieb der Röntgenquelle und den Betrieb des SDAS, das analoge Signale von dem skalierbaren Detektor in digitale Daten umwandelt. Die Röntgenquelle enthält einen Nockenkollimator, der durch die On-Board-Steuerungseinrichtung gesteuert ist. Die Position der Nocken des Nockenkollimators wird basierend auf der gewünschten Anzahl von Schichten und der gewünschten Schichtdicke eingestellt.
Das System enthält ferner einen Detektor, der eine Anzahl von (z. B. 57) Modulen aufweist. Jedes Modul enthält in einer beispielhaften Ausführungsform ein Szintillatorarray und ein Fotodiodenarray. In der beispielhaften Ausführungsform sind das Szintillatorarray und das Fotodiodenarray jeweils durch 16 × 16-Arrays gebildet. Die Fotodioden sind mit einer Schaltvorrichtung gekoppelt, die in der einen Ausführungsform ein Array von FETs enthält, und die FETs steuern die Kombination der Fotodiodenausgaben basierend auf der durch den Bediener eingegebenen gewünschten Anzahl von Schichten und Schichtdicke.
Im Betrieb und während eines Scanndurchgangs (z. B. eines Spiral- oder Axialscanndurchgangs) werden die Fotodiodenausgaben dem SDAS über die FETs zur Analog-Digital-Wandlung zugeführt. Die digitalen Ausgaben von dem SDRS werden anschließend über den Gleitring der SRU zur Bilderzeugung zugeführt. Insbesondere rekonstruiert die SRU Bilder aus den gesammelten Daten, und solche rekonstruierten Bilder können dem Benutzer auf dem Monitor angezeigt oder archiviert werden, wobei auch beides geschehen kann.
Das vorstehend beschriebene skalierbare Mehrschicht system kann leicht und einfach betrieben werden, um eine Datenschicht, zwei oder mehrere Datenschichten zu erfassen. Ein derartiges System ermöglicht ferner eine hohe Scanngeschwindigkeit bei guter Bildqualität, z-Achsen-Auflösung und niedriger Belastung der Röntgeröhre.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend zu Beispielszwecken mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt eine anschauliche Darstellung eines CT-Bildgebungssystems.
2 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild des in 1 veranschaulichten Systems.
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Scann-Benutzerschnittstelle, die in Verbindung mit dem in den 1 und 2 veranschaulichten System verwendet werden kann.
4 zeigt eine Perspektivdarstellung eines Detektorarrays eines CT-Systems.
5 zeigt eine Perspektivdarstellung eines in 4 veranschaulichten Detektormoduls.
6 veranschaulicht die geometrische Konfiguration des in 1 veranschaulichten CT-Systems.
7 zeigt eine schematisierte Darstellung von Röntgenstrahlerzeugungs- und Detektorkomponenten, betrachtet von einer Seite der Gantry aus.
8A, 8B und 8C veranschaulichen den Betrieb des Nockenkollimators in dem in 1 veranschaulichten CT-System.
9A, 9B und 9C veranschaulichen in schematisierter Weise die Sammlung von Scanndaten für unterschiedliche Schichtenanzahl und Schichtdicken.
10 zeigt ein Komponentenblockschaltbild unter Veranschaulichung des mit dem Detektor gekoppelten skalierbaren Datenakquisitionssystems.
11 zeigt ein Funktionsblockschaltbild des skalierbaren Datenakquisitionssystems.
12 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild des mit weiteren Komponenten des Mehrschichtbildgebungssystems gekoppelten SDAS.
13 zeigt ein Blockschaltbild des Gleitrings.
14 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild des Gleitrings.
15 zeigt eine Signalwellenform, auf die in Verbindung mit 14 und 16 Bezug genommen wird.
16 zeigt eine schematisierte Darstellung des in 13 veranschaulichten Datenempfängers.
Bezugnehmend auf 1 ist ein Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem 10 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wie es eine Gantry 12 enthält, die einen CT-Scanner der „dritten Generation" repräsentiert. Die Gantry 12 weist eine Röntgenstrahlenquelle 14 auf, die ein Röntgenstrahlbündel in Richtung auf ein Detektorarray 16 auf der gegenüberliegenden Seite der Gantry 12 projiziert. Das Detektorarray 16 ist durch mehrere Detektormodule gebildet, die gemeinsam die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die einen medizinischen Patienten 18 durchdringen. Jedes Detektormodul erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und somit die Abschwächung des Strahls bei seinem Durchgang durch den Patienten 18 repräsentiert.
Während eines Scanns zur Akquisition von Röntgenprojektionsdaten rotieren die Gantry 12 und die an dieser montierten Komponenten um einen Drehmittelpunkt. Ein motorangetriebener Tisch 20 positioniert den Patienten 18 in Bezug auf die Gantry 12. Insbesondere bewegt der Tisch 20 Teile oder Abschnitte des Patienten 18 durch eine Gantryöffnung 22 während eines Scanndurchgangs.
2 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild des in 1 veranschaulichten Systems. Wie in 2 veranschaulicht, enthält das System 10 einen Hostrechner oder -computer 24, der mit einem Monitor oder Bildschirm (einer Benutzerschnittstelle) 26 zur Anzeige von Bildern und Meldungen für einen Bediener gekoppelt ist. Der Computer 24 ist ferner mit einer Tastatur 28 und einer Maus 30 gekoppelt, um dem Bediener zu ermöglichen, in den Computer 24 Informationen und Befehle einzugeben. Der Computer 24 ist mit einer Scann- und Rekonstruktionssteuereinheit (SRU, Scann- and Reconstruction Control Unit) 32 gekoppelt. Die SRU 32 enthält ferner Bilderzeugungssteuerungen. In einer speziellen Ausführungsform enthält die SRU 32 eine auf SGI PCI basierende zentrale Verarbeitungseinheit, die ein IRIX-Betriebssystem betreibt. Die SRU 32 enthält ferner einen Schnittstellenprozessor, der eine Schnittstellenverbindung mit dem (nachstehend beschriebenen) Datenakquisitionssystem schafft, und eine digitale Signalverarbeitungsplatine zur Scanndatenkorrektur, die zur Durchführung einer Vorverarbeitung dient und in der Technik allgemein bekannt ist. Die SRU 32 enthält ferner eine Bilderzeugungseinrichtung für gefilterte Rückprojektions- und Nachverarbeitungsoperationen, wie dies in der Technik allgemein bekannt ist.
Mit der SRU 32 ist eine stationäre Steuerungseinrichtung 34 verbunden, und die Steuerungseinrichtung 34 ist mit einer Tischsteuerungseinrichtung 36 gekoppelt. Die stationäre Steuerungseinrichtung 34 ist ferner über einen Schleifring bzw. Gleitring 38 mit einer „bordeigenen" (On-Board)-Steuerungseinrichtung 40 und einem skalierbaren Datenakquisitionssystem (SDAS) 42 verbunden. Der Schleif- bzw. Gleitring 38 ermöglicht eine kontaktlose Übertragung von Signalen über die Gleitringübergangszone hinweg und unterstützt die erforderliche Bandbreite für die Übertragung von Daten und Befehlen über die Übergangszone hinweg. Das SDRS 42 tastet die Daten von dem Detektor 16 ab und akquiriert diese und wandelt die abgetasteten analogen Signale in digitale Signale um. Das SDRS 42 enthält in einer speziellen Ausführungsform achtundvierzig auswechselbare Konverterkarten, um eine vierzeilige Datenakquisition zu unterstützen. Für eine zweizeilige Datenakquisition können vierundzwanzig Karten verwendet werden. In einer speziellen Ausführungsform sind pro Konverterkarte vierundsechzig Eingangskanäle vorhanden, und es kann eine Abtastung mit 1408 Hz durchgeführt werden. Das SDAS 42 enthält ferner einen Eingangs- bzw. Front-End-Vorverstärker zur Verstärkung der Signale. Weitere Details in Bezug auf das SDAS sind nachstehend angegeben.
Die gantryeigene On-Board-Steuerungseinrichtung 40 steuert den Betrieb der Röntgenquelle 14 und den Betrieb des SDAS 42. Die Röntgenquelle 14 enthält einen Hochspannungsgenerator 44, der mit einer Röntgenröhre 46 gekoppelt ist. Die Röhre 46 kann beispielsweise durch die Röhre gebildet sein, die in der Technik als die Gemini-1-Röhre bekannt ist und gegenwärtig in wenigstens einigen CT-Systemen, die kommerziell von der General Electric Company, Milwaukee, WI, 53201, verfügbar sind, eingesetzt wird. Durch die Röntgenröhre 46 projizierte Strahlen durchdringen einen vor einem Patienten anzuordnenden (Vorpatient-)Nockenkollimator 48 und treffen auf den Detektor 16 auf (der als ein 16-Zeilen-Detektor veranschaulicht ist). Der Nockenkollimator 48 ist ebenfalls durch die On-Board-Steuerungseinrichtung 40 gesteuert. Ausgangssignale von dem Detektor 16 werden dem SDAS 42 zugeführt.
In 2 ist der Datenstrom durch fettgedruckte Linien veranschaulicht, während der Steuerdatenstrom durch normale Linien veranschaulicht ist und der Echtzeit-Steuerdatenstrom durch punktierte Linien dargestellt ist. Die mit den Datenströmen verbundenen numerischen Kennzeichen sind nachstehend angegeben.

1: Scann- und Rekonstruktionsvorgabe vom Bediener
2: Scannvorschrift für die „Master"-Steuerung
3: verteilte Scannparameter
3a: Tischposition
3b: Drehparameter
3c: kV und mA-Optionen
3d: Optionen der Röntgenstrahlkollimation und des Filters
3e: Optionen der Detektorschichtdicke und der SDAS-Verstärkung
4: Echtzeitsteuersignale beim Scanndurchgang
5: Hochspannung
6: unkollimierter Röntgenstrahl
7: kollimierter Röntgenstrahl
8: analoge Scanndaten
9: digitale Scanndaten
10: Patientenbilder

Die Drehbewegung der Gantry 12 und der Betrieb der Röntgenröhre 14 sind durch die Steuerungseinrichtung 34 gesteuert. Die gantryeigene Steuerungseinrichtung 40 liefert unter der Steuerung der stationären Steuerungseinrichtung 34 Leistungs- und Zeitsteuerungssignale an die Röntgenquelle 14. Das SDAS 42 tastet analoge Daten von dem De tektor 16 ab und wandelt die Daten in digitale Signale zur nachfolgenden Verarbeitung um. Die SRU 32 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgendaten von dem SDAS 42 und führt eine Hochgeschwindigkeitsbildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als Eingangssignal dem Computer 24 zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichervorrichtung speichert.
Der Computer 24 erhält ferner Befehle und Scannparameter von einem Bediener über die Tastatur 28 und die Maus 30. Der Monitor 26 ermöglicht dem Bediener, das rekonstruierte Bild und andere Daten von dem Computer 24 zu beobachten. Die vom Bediener gelieferten Befehle und Parameter werden durch den Computer 24 verwendet, um Steuersignale und Informationen bereitzustellen. Zusätzlich steuert die Steuerungseinrichtung 36 den motorisch angetriebenen Tisch 20, um den Patienten 18 (1) zu positionieren.
Allgemein kann das vorstehend beschriebene CT-System betrieben werden, um Daten von 1, 2 oder mehreren Schichten zu sammeln. Mit dem System können Axial- und Spiralscannvorgänge durchgeführt werden, und Querschnittsbilder eines gescannten Objektes können verarbeitet, rekonstruiert, angezeigt und/oder archiviert werden. Eine skalierbare Axialbildrekonstruktion und Anzeige bezieht sich beispielsweise auf die Auswählbarkeit der Bilddicke, Anzahl von Schichten und Anzahl von anzuzeigenden Bildern. Ferner ist das System nicht darauf beschränkt, mit irgendeinem bestimmten Bildrekonstruktionsalgorithmus ausgeführt zu werden, und es ist vorgesehen, dass viele unterschiedliche Rekonstruktionsalgorithmen verwendet werden können. Beispielhafte Algorithmen sind in den US-Patentschriften Nr. 5 469 487, 5 513 236, 5 541 970, 5 559 847 und 5 606 585 erläutert.
In dem axialen Mehrschichtscannmodus können vor einer Bildrekonstruktion mehrere Reihen von Scanndaten verarbeitet werden, und die Daten können dazu verwendet werden, entweder mehrere dünne Schichten oder eine reduzierte Anzahl von dickeren Schichten mit verringerten Bildartefakten zu erzeugen. Zusätzlich können Bilder mit größeren Schichtdicken später basierend auf den Anforderungen einer klinischen Diagnose retrospektiv oder rückblickend in Bilder mit dünneren Schichten rekonstruiert werden. Als Ergebnis wird die Anzahl von für das Anzeigen, Verfilmen und Archivieren unerwünschten Bildern reduziert. Zusätzlich können Bilder mit hoher z-Achsen-Auflösung für eine Patientendiagnose später rekonstruiert werden.
Beispielhafte Mehrschicht-Axialmodi sind in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Um ein spezielles Beispiel anzugeben, kann für eine Akquisition im Axialmodus bei einer Bilddicke von 2,5 mm in dem 2i-Modus unter mehreren Optionen für die retrospektive Rekonstruktion ausgewählt werden. Beispielsweise können 4 Bilder mit einer Schichtdicke von 1,25 mm rekonstruiert werden, es können 2 Bilder mit einer Schichtdicke von 2,5 mm rekonstruiert werden, und es kann ein Bild mit einer Schichtdicke von 5 mm rekonstruiert werden. Demgemäß können mehr Bilder (z. B. 4 Bilder), die eine kleinere Schichtdicke aufweisen, retrospektiv rekonstruiert werden als in dem Modus (d. h. 2i), in dem der Scann durchgeführt worden ist, erzeugt werden. Außerdem können weniger Bilder (z. B. 1 Bild) mit einer kleineren Schichtdicke retrospektiv rekonstruiert werden als in dem Modus, in dem der Scann durchgeführt worden ist, erzeugt werden.
Ferner ermöglicht das System in Bezug auf die Archivierung von Bildern eine Abspeicherung von weniger Bildern, die weniger Speicherplatz benötigen. Wenn beispielsweise eine Patientenanatomie von 20 mm Größe in dem 2i-Modus gescannt wird, können 80 Bilder erzeugt werden. Die Abspeicherung von 80 Bildern für eine 20 mm große Patientenanatomie benötigt eine große Speichermenge. Häufig ist es der Fall, dass eine hohe Auflösung nicht für die gesamten 20 mm der Patientenanatomie erforderlich ist. Beispielsweise kann es vorkommen, dass lediglich ungefähr 5 mm der Anatomie eine derartig hohe Auflösung erfordern. Durch Verwendung der Daten, die bei einer Dicke von 2,5 mm in dem 2i-Modusscann gesammelt werden, kann der Bediener Bilder mit einer Dicke von 5 mm für den Großteil der Anatomie und dünnere Bildschichten (von z. B. 1,5 mm) lediglich an den Stellen retrospektiv rekonstruieren, an denen eine höhere Auflösung erforderlich ist. Durch Verwendung dieser retrospektiven Rekonstruktion kann die Anzahl der zu archivierenden Bilder wesentlich verringert werden.
Eine Auswahl der vorstehend beschriebenen nachträglichen Rekonstruktion wird durch die Benutzerschnittstelle bereitgestellt und ermöglicht, weil die Scanndaten unter Verwendung eines Mehrschichtdetektors erfasst werden, der nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben ist. Mit den verfügbaren Dünnschichtscanndaten kann der Bediener bei der Durchführung einer retrospektiven Rekonstruktion unter vielen unterschiedlichen Schichtdicken auswählen.
In dem spiralförmigen Mehrschichtscannmodus ermöglichen mehrfache Kombinationen der Patiententischgeschwindigkeit und Röntgenstrahl- und Detektorkollimationen die Erzeugung von Bildern, die unterschiedliche z-Achsen-Auflösung aufweisen. Beispielsweise können bei der Tischgeschwindigkeit von 30 mm/Umdrehung Bilder von 5-10 mm großen Schichten erzeugt werden. Bilder mit dickeren Schichten (von beispielsweise 10 mm) können prospektiv oder vorausblickend erzeugt werden, was den Vorteil einer verringerten Anzahl von Bildern und einer reduzierten Bildrekonstruktionszeit ergibt. In einem späteren Zeitpunkt können Bilder mit dünneren Schichten retrospektiv unter Verwendung derselben Daten erzeugt werden. Derartige dünnerschichtige Bilder können in Abhängigkeit von den Anforderungen der klinischen Anwendung erforderlich sein und können erzeugt werden, ohne den Patienten neu zu scannen.
Beispielhafte Mehrschicht-Spiralmodi sind nachstehend in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
In einem Hochqualitätsbild(Hi-Q)-Scannmodus mit 3,75 mm/Umdrehung (d. h. der Patiententisch bewegt sich bei jeder Gantryumdrehung um 3,75 mm) oder in einem Hochgeschwindigkeits(Hi-Speed)-Scannmodus mit 7,5 mm/Umdrehung können Bilder mit Schichtdicken von 1,25 mm und 2,5 mm retrospektiv rekonstruiert werden. Wie bei dem Mehrschicht-Axialmodus sind abhängig von der bestimmten Konstruktion der Systemkomponenten viele weitere Varianten möglich. Erneut bietet eine derartige Flexibilität bei der retrospektiven Rekonstruktion viele Vorteile, einschließlich der Möglichkeit der Erzeugung von Bildern mit der erforderlichen Auflösung sogar bei einer Verringerung des zur Abspeicherung der gewünschten Bilder erforderlichen Speicherplatzes.
3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Scann-Benutzer-Schnittstelle, die in Verbindung mit dem in den 1 und 2 veranschaulichten System verwendet werden kann. Die Schnittstelle ist unter Verwendung eines in dem Host-Computer 24 (2) abgespeicherten Instruktionssatzes implementiert und wird auf dem Monitor des Host-Computers angezeigt. An der Scann-Benutzerschnittstelle wählt ein Bediener den Scannmodus, d. h. spiralförmig oder axial, sowie die vielfältigen Scannparameter, die mit jedem Modus verbunden sind, aus. Die Auswahl wird beispielsweise vorgenommen, indem der Benutzer einfach den gewünschten Bereich, der den gewünschten Parametern entspricht, berührt. Berührungsempfindliche Schnittstellen sind allgemein bekannt. Natürlich können viele andere Arten von Schnittstellen verwendet werden, so dass die in 3 veranschaulichte Schnittstelle lediglich eine beispielhafte Schnittstelle bildet.
In dem Spiralmodus wählt der Bediener die gewünschte Schichtdicke, den Scannmodus und die Scanngeschwindigkeit aus. Der „Hi-Q"-Scann entspricht einem Scann mit hoher Bildqualität, während der „Hi-Speed"-Scann einer schnellen Patiententischgeschwindigkeit entspricht, wie dies vorstehend in Verbindung mit Tabelle 2 beschrieben ist. In dem Axialscann wählt der Bediener die gewünschte Schichtdicke und die Anzahl von Bildern, die pro Umdrehung erzeugt werden sollen, aus.
Bisher bietet kein Mehrschicht-CT-System die skalierbaren Scannbedingungs-, Steuerungs- und Bildrekonstruktionsprozesse und eine skalierbare Bildanzeige und Analyse an, wie sie mit dem vorliegenden System bereitgestellt werden. Mit dem vorliegenden System kann ein Bediener ohne weiteres und einfach die gewünschte Anzahl von Schichten und die Schichtdicke für anzuzeigende Bilder auswählen. Zusätzlich werden eine vergrößerte Patientenscanngeschwindigkeit, eine verbesserte Bildqualität und eine reduzierte Belastung der Röntgenröhre erzielt.
Nachstehend ist eine Beschreibung von Komponenten eines beispielhaften skalierbaren Mehrschicht-CT-Systems ent sprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angegeben. Obwohl spezielle Komponentendetails nachstehend erläutert sind, versteht es sich, dass viele abgewandelte Ausführungsformen möglich sind. Obwohl beispielsweise ein bestimmter Detektor, ein bestimmtes SDAS und ein bestimmter Schleifring oder Gleitring beschrieben sind, können andere Ausführungsformen von Detektoren, SDASen und Schleif- bzw. Gleitringen verwendet werden, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, im Zusammenhang mit irgendeiner bestimmten Art eines Detektors, SDAS oder Gleitrings ausgeführt zu werden. Beispielsweise enthält der nachstehend beschriebene Detektor mehrere Module, wobei jedes Modul mehrere Detektorzellen enthält. Anstelle des speziellen Detektors, wie er nachstehend beschrieben ist, kann/können ein Detektor, der nicht segmentierte Zellen entlang der z-Achse aufweist, und/oder ein Detektor, der mehrfache Module mit mehreren Elementen entlang der x-Achse und/oder der z-Achse aufweist, die in jeder Richtung miteinander verbunden werden können, um skalierbare Mehrschichtscanndaten gleichzeitig zu akquirieren, verwendet werden.
Im Hinblick auf die spezielle Detektorkonfiguration und bezugnehmend auf 4 und 5 enthält der Detektor 16 mehrere Detektormodule 50. Jedes Detektormodul 50 ist an einem Detektorgehäuse 52 durch Platten 54 gesichert. Jedes Modul 50 enthält ein mehrdimensionales Szintillatorarray 56 und ein (nicht sichtbares) Halbleiterarray hoher Dichte. Ein (nicht veranschaulichter) nach dem Patienten anzuordnender Kollimator ist über dem Szintillatorarray 56 und benachbart zu diesem angeordnet, um Röntgenstrahlen zu kollimieren, bevor derartige Röntgenstrahlen auf das Szintillatorarray 56 auftreffen. Das Szintillatorarray 56 enthält mehrere Szintillationselemente, die in einem Array oder einer Gruppe angeordnet sind, und das Halbleiterarray enthält mehrere Fotodioden, die in einem identischen Array oder einer identischen Gruppe angeordnet sind. Die Fotodioden sind auf einem Substrat 58 angeordnet oder ausgebildet, während das Szintillatorarray 56 über dem Substrat 58 angeordnet und an diesem gesichert ist.
Mit dem Fotodiodenarray ist eine Schalt- und Dekodierervorrichtung 60 gekoppelt. Die Fotodioden sind optisch mit dem Szintillatorarray 56 gekoppelt und weisen elektrische Ausgangsleitungen zur Übertragung von Signalen auf, die das durch das Szintillatorarray 56 ausgegebene Licht repräsentieren. Insbesondere erzeugt jede Fotodiode ein gesondertes niederpeliges analoges Ausgangssignal, das einen Messwert der Strahlabschwächung für einen speziellen Szintillator des Szintillatorarrays 56 darstellt. Die Fotodiodenausgangsleitungen erstrecken sich von gegenüberliegenden Seiten des Halbleiter- oder Fotodiodenarrays aus und sind mit der jeweiligen Vorrichtung 60 verbunden (z. B. fest verdrahtet).
Die Schaltvorrichtung 60 ist durch ein mehrdimensionales Halbleiterschaltarray einer ähnlichen Größe wie das Fotodiodenarray gebildet, und die Schaltvorrichtung 60 ist in einer elektrischen Schaltung zwischen dem Halbleiterarray und dem SDAS 42 (2) eingekoppelt. Die Vorrichtung 60 enthält in einer Ausführungsform mehrere Feldeffekttransistoren (FETs), die in Form eines mehrdimensionalen Arrays angeordnet sind. Jedes FET enthält eine Eingangsleitung, die mit einer der jeweiligen Fotodiodenausgangsleitungen elektrisch verbunden ist, eine Ausgangsleitung und eine (nicht veranschaulichte) Steuerungsleitung. Die Ausgangs- und Steuerungsleitungen der FETs sind mit dem SDAS 42 über ein flexibles elektrisches Kabel 62 elektrisch verbunden. Insbesondere ist ungefähr die Hälfte der Fotodiodenausgangsleitungen mit jeder FET-Eingangsleitung auf einer Seite des Arrays elektrisch verbunden, während die andere Hälfte der Fotodiodenausgangsleitungen mit den FET-Eingangsleitungen auf der anderen Seite des Arrays elektrisch verbunden ist.
Der Dekodierer steuert den Betrieb der FETs, um Fotodiodenausgänge entsprechend einer gewünschten Anzahl von Schichten und Schichtauflösungen für jede Schicht zu aktivieren oder freizugeben, auf oder zu zu sperren, zu deaktivieren oder zu kombinieren. Der Dekodierer ist in einer Ausführungsform in Form eines Dekodiererchips oder -halbleiterplättchen oder einer FET-Steuerungseinrichtung ausgebildet, wie dies in der Technik bekannt ist, und der Dekodierer enthält mehrere Ausgangs- und Steuerungsleitungen, die an die FETs und das SDAS 42 angekoppelt sind. Insbesondere sind die Dekodiererausgänge mit den Steuerungsleitungen der Schaltvorrichtung elektrisch verbunden, um den FETs zu ermöglichen, die richtigen Daten zu übermitteln. Die Steuerungsleitungen des Dekodierers sind mit den Steuerungsleitungen der FETs elektrisch verbunden und bestimmen, welche der Ausgänge aktiviert werden. Unter Verwendung des Dekodierers werden bestimmte FETs aktiviert oder eingeschaltet, deaktiviert oder ausgeschaltet, oder ihre Ausgänge werden derart zusammengeführt, dass spezielle Fotodiodenausgänge mit dem SDAS 42 elektrisch verbunden sind.
In einer speziellen Ausführungsform enthält der Detektor 16 siebenundfünfzig Detektormodule 50. Das Halbleiterarray und das Szintillatorarray 56 weisen jeweils ein Array der Größe 16 × 16 auf. Demzufolge weist der Detektor 16 16 Zeilen und 912 Spalten (16 × 57 Module) auf, was eine gleichzeitige Erfassung von 16 Datenschichten mit jeder Umdrehung der Gantry 12 ermöglicht. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Arraygröße beschränkt, und es ist vorgesehen, dass das Array in Abhängigkeit von den speziellen Bedürfnissen des Bedieners größer oder kleiner sein kann. Ferner kann der Detektor 16 in vielen unterschiedlichen Schichtdicken- und -anzahlmodi, z. B. in einem Ein-, Zwei- und Vierschichtmodus, betrieben werden. Beispielsweise können die FETs in dem Vierschichtmodus derart konfiguriert sein, dass Daten für vier Schichten von einer Zeile oder mehreren Zeilen des Fotodiodenarrays gesammelt werden. Abhängig von der speziellen Konfiguration der FETs, wie durch die Steuerungsleitungen des Dekodierers festgelegt, können unterschiedliche Kombinationen von Fotodiodenausgängen aktiviert, deaktiviert oder derart kombiniert werden, dass die Schichtdicke beispielsweise 1,25 mm, 2,5 mm, 3,75 mm oder 5 mm betragen kann. Zu weiteren Beispielen gehören ein Einzelschichtmodus, der eine einzelne Schicht mit Schichtdicken im Bereich zwischen 1,25 mm bis 20 mm umfasst, und ein Zweischichtmodus, der zwei Schichten mit Schichtdicken im Bereich von 1,25 mm bis 10 mm umfasst. Natürlich sind viele weitere Modi möglich.
6 veranschaulicht die geometrische Anordnung des in 1 veranschaulichten CT-Systems und zeigt das Gantry-Koordinatensystem. Auf das Koordinatensystem wird in den folgenden Figuren Bezug genommen. Insbesondere bezieht sich die x-Achse auf eine Achse, die tangential zu dem Drehkreis der Gantry 12 verläuft. Die y-Achse bezieht sich auf eine radiale Achse, die sich von dem Isozentrum (ISO) der Gantry 12 in Richtung auf den Brennfleck der Röntgenröhre erstreckt. Die z-Achse ist die in Bezug auf die Scannebene longitudinal oder in Längsrichtung (hinein/hinaus) verlaufende Achse. Der Patient wird während eines Scanndurchgangs auf dem Patiententisch 20 entlang der z-Achse verschoben.
Bezugnehmend nun auf 7 werden in einem Mehrschichtscanndurchgang an verschiedenen z-Achsen-Positionen Daten gesammelt. Insbesondere zeigt 7 eine schematische Darstellung des Systems 10 in einer von einer Seite der Gantry 12 aus betrachteten Ansicht. Die Röntgenröhre 46 enthält eine Anode/Zielelektrode 64 und eine Kathode 66. Durch die Röhre 46 wird ein nicht kollimierter Röntgenstrahl 68 ausgesandt, und dieser tritt durch den Nockenkollimator 48 hindurch. Der Kollimator 48 enthält einen Bowtie-Filter 70 und Wolframnocken 72.
Wie in Verbindung mit 2 erläutert, wird die Position der Nocken 72 durch eine gantryeigene On-Board-Steuerungseinrichtung 40 gesteuert, die ihre Befehle von dem Host-Computer 24 über die SRU 32 und die stationäre Steuerungseinrichtung 34 empfängt. Mit den Nocken 72 sind beispielsweise Schrittmotoren verbunden, um die Position der Nocken 72 genau zu steuern. Die Nocken 72 des Nockenkollimators 48 können in Bezug auf den Abstand zwischen den Nocken 72 und ihre Lage in Bezug auf den Mittelpunkt der Kollimatoröffnung abhängig von dem vom Benutzer ausgewählten Datenerfassungsmodus unabhängig voneinander eingestellt werden.
Von dem Nockenkollimator 48 wird ein kollimierter Röntgenstrahl 74 ausgesandt, und der Strahl 74 durchdringt den Patienten 18 (1) und trifft auf den Detektor 16 auf. Wie vorstehend beschrieben, enthält der Detektor 16 einen Kollimator 76, ein Szintillatorarray 56 und ein Fotodioden-/Schaltarray 78 (die Fotodioden- und Schaltarrays sind in 7 in Form einer einzigen Einheit veranschaulicht, können jedoch, wie vorstehend beschrieben, durch gesonderte Arrays gebildet sein). Ausgangssignale von dem Array 78 werden über ein flexibles Kabel dem SDAS 42 zur Verarbeitung zugeführt.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Betrieb des Nockenkollimators 48 und des Detektors 16 zur Erzielung einer Skalierbarkeit hinsichtlich der Anzahl der Schichten und der Schichtdicken. Obwohl der Betrieb des Nockenkollimators 48 und der Betrieb des Detektors 16 hier manchmal gesondert voneinander beschrieben sind, sollte es verständlich sein, dass der Kollimator 48 und der Detektor 16 in Kombination miteinander arbeiten, um die gewünschte Anzahl von Schichten und Schichtdicken zu erzielen.
Insbesondere ist der Betrieb des Nockenkollimators 48 in den 8A, 8B und 8C veranschaulicht. 8A veranschaulicht den Nockenkollimator 48, wie er konfiguriert ist, um einen zentrierten weiten Strahl (z. B. einen Strahl zur Erzielung von vier Datenschichten mit einer Schichtdicke von 5 mm) auszusenden. Für einen schmalen zentrierten Strahl werden die Nocken 72, wie in 8B veranschaulicht, um einen gleichen Betrag in Bezug auf ein Zentrum des Strahls 68 nach innen bewegt. Beispielsweise könnte der Nockenkollimator mit der in 8B veranschaulichten Konfiguration dazu verwendet werden, vier Datenschichten mit einer Schichtdicke von 1,25 mm zu erhalten.
Der Kollimator 48 kann ferner dazu verwendet werden, den z-Achsen-Strahlversatz, der während eines Betriebs der Röhre 46 auftreten kann, anzupassen. Bezugnehmend auf 8C können die Nocken 72 insbesondere bei ungleichen Abständen von dem Zentrum des Strahls 68 aus positioniert werden, wie dies durch den Pfeil angezeigt ist, dem die Beschriftung „Nockenverschiebung" zugeordnet ist. Durch eine Verschiebung der Nocken 72 wird, wie in 8C veranschaulicht, der Strahl 74 ebenfalls verschoben, wie dies durch den Pfeil angezeigt ist, dem die Beschriftung „Strahlversatz" zugeordnet ist.
Wie nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben, können durch Steuerung der Position und Weite des Strahls 74 an dem Nockenkollimator 48 Scanns durchgeführt werden, um Daten für viele unterschiedliche Schichtzahlen und Schichtdicken zu erhalten. Beispielsweise entspricht 9A einer ausgewählten Detektorkonfiguration, wenn es erwünscht ist, vier Datenschichten mit einer Schichtdicke von 5,0 mm zu erhalten. Die Nocken 72 sind in der z-Achsenrichtung weit voneinander getrennt, um eine 20mm-Kollimation zu erzielen, während die Fotodiodenausgänge durch das Schaltarray 78 in vier gesonderten Schichten miteinander kombiniert sind. Insbesondere werden für jede Datenschicht die Ausgänge von vier Fotodioden zu einem einzigen Signal (1A, 2A, 1B und 2B) miteinander kombiniert, und jedes Schichtdatensignal (1A, 2A, 1B und 2B) wird über flexible Kabel 62 dem SDAS 42 zugeführt.
Für vier Datenschichten mit einer Schichtdicke von 1,25 mm kann die Detektorkonfiguration verwendet werden, die in 8B veranschaulicht ist. Insbesondere sind die Nocken 72 nicht so weit voneinander getrennt wie für die Schichtdicke von 5,0 mm (9A). Statt dessen sind die Nocken 72 in der z-Achsenrichtung derart voneinander ge trennt, um eine 5mm-Kollimation zu erzielen, und die Fotodiodenausgänge sind durch das Schaltarray 78 derart zusammengeführt, um vier gesonderte Schichten zu erhalten. Insbesondere sind für jede Datenschicht die Ausgänge einer einzigen Fotodiode zu einem einzigen Signal (1A, 2A, 1B und 2B) kombiniert, und jedes Schichtdatensignal (1A, 2A, 1B und 2B) wird über die flexiblen Kabel 72 dem SDAS 42 zugeführt.
Natürlich sind unter Verwendung des Systems 10 viele weitere Kombinationen der Schichtanzahl und Schichtdicke möglich. Beispielsweise und unter Bezugnahme auf 9C werden die Nocken 72 für zwei Datenschichten mit einer Schichtdicke von 1,25 mm in der z-Achsenrichtung derart voneinander getrennt, um eine 2,5mm-Kollimation zu erzielen. Die Fotodiodenausgänge werden durch das Schaltarray 78 zu zwei gesonderten Schichten miteinander kombiniert. Insbesondere kombiniert jede Datenschicht die Ausgänge einer einzelnen Fotodiode zu einem einzigen Signal (1A und 1B), wobei jedes Schichtdatensignal (1A und 1B) über die flexiblen Kabel 62 dem SDAS 42 zugeführt wird. Durch Steuerung des Nockenkollimators 48 und der Kanalsummation entlang der z-Achse in der vorstehend beschriebenen Weise können Scanndaten für eine unterschiedliche Anzahl von Schichten und viele unterschiedliche Schichtdicken gesammelt werden.
10 zeigt ein Blockschaltbild eines skalierbaren Datenakquisitionssystems (SDAS) 42, das in einfacher Weise neu konfiguriert werden kann, um entweder mit Einschicht- oder mit Mehrschichtdetektorsystemen verwendet zu werden. Das SDAS 42 kann neu konfiguriert werden, indem gedruckte Schaltungsplatinen oder Leiterplatten hinzugefügt oder entfernt werden, um die Anzahl der durch den Detektor 16 er zielten Schichten anzupassen.
Wie vorstehend erläutert, wandelt das SDAS 42 das von dem Röntgendetektor 16 herrührende elektrische Stromsignal niedrigen Pegels in digitale Werte zur Bildrekonstruktion, Anzeige und Archivierung um. Fächerstrahl-CT-Einschichtsysteme der dritten Generation enthalten gewöhnlich 300 bis 1000 Zellen in der Azimutalrichtung. Demgemäß ist das SDAS 42 erforderlich, um ein Anti-Aliasing-Filter für jede Zelle vor der Analog-Digital-Wandlung (ADC, Analog to Digital Conversion) bereitzustellen. Die SDAS-Zellen werden gewöhnlich als Kanäle bezeichnet. Detektorzellen können in der vorstehend beschriebenen Weise zu einem einzelnen SDAS-Kanal gekoppelt oder parallel verbunden sein. Die Kopplung verringert die räumliche Auflösung. An den äußeren Rändern des Fächerstrahls stellt die Minderung der Auflösung keine Beschränkung für die Anwendung dar und ermöglicht die Erzeugung von Detektorzellen der gleichen Größe über den Detektor 16 hinweg. Ein Vorteil der Zellenkopplung oder -verbindung liegt in einer Reduktion der Anzahl erforderlicher SDAS-Kanäle und der zugehörigen Kosten. Das digitale Ausgangssignal von dem SDAS 42 wird gewöhnlich entweder in einer seriellen oder teilseriellen Weise übertragen, wie dies nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben ist, um die Menge der Verbindungshardware zu reduzieren.
Analoge Stromsignale von dem Detektor 16 sind mit den Eingangskanälen des SDAS über abgeschirmte Flachbandkabel oder flexible Kabel verbunden. Die Kabel sind an der Bus-Leiterplatte oder Rückwandplatine 102 des DAS mit dem SDAS 42 verbunden. In die DAS-Rückwandplatine 102 sind ferner DAS-Konverterplatinen 104 eingesteckt. Diese Zusammenschaltung ergibt mehrere Vorteile. Beispielsweise ermöglicht die Bus-Leiterplatte oder Rückwandplatine 102 eine Verbindung der Detektorzellen an den Außenrändern des Fächerstrahls. Die Rückwandplatine 102 ermöglicht ferner eine Neuverteilung der Detektorzellen auf passende Konverterplatinen 104. Signale von mehr als einer einzigen Schicht sind in demselben flexiblen Kabel enthalten. Jede Konverterplatine 104 bedient lediglich eine einzige Schicht, da die Neukonfiguration des SDAS 42 von einer Mehrschichtkonfiguration zu einer anderen oder zu der Einzelschichtkonfiguration lediglich die Beseitigung oder Hinzufügung von Konverterplatinen 104 erfordert. Ferner ermöglicht die Rückwandplatine 102 ein Vermischen oder Verbinden von SDAS-Kanälen und Detektorzellen in der Nähe der Endkanäle einer Konverterplatine 104. Artefakte, wie beispielsweise ein Streifen in dem Bild, resultieren gewöhnlich aus einer gemeinsamen oder einheitlichen Fehlerquelle über einer Gruppe aneinander angrenzender Kanäle im Vergleich zu einer benachbarten Gruppe von Kanälen. Falls all die Kanäle auf einer Konverterplatine 104 verglichen mit einer benachbarten Konverterplatine 104 eine gemeinsame Fehlerdifferenz aufweisen, ist diese Art eines Bildartefaktes ziemlich wahrscheinlich. Durch Verknüpfung oder Verflechtung von Detektorzellenzuweisungen gegen eine Konverterkarte 104 an den Rändern der Konverterkarte wird die Empfindlichkeit auf Band- oder Streifenartefakte verringert.
Ein weiterer Aspekt des SDAS 42 liegt darin, dass die Konverterkarten 104 das Anti-Aliasing-Filter und den Analog-Digital-Wandler ADC auf der gleichen Platine 104 vereinigen und nicht auf gesonderten Platinen ausführen. Durch Anordnung des Filters und des ADCs auf der gleichen Platine 104 wird die für ein skalierbares DAS 42 erforderliche Modularität ermöglicht. Die integrierte Filter-ADC- Funktion auf derselben Platine 104 begrenzt ferner die Möglichkeit einer elektromagnetischen und geleiteten Wechselwirkung aufgrund kurzer elektrischer Anschlusslängen.
Ein noch weiterer Aspekt des SDAS 42 liegt in der Verwendung einer seriellen Datenübertragung zwischen Konverterplatinen 104, die einer bestimmten Schicht zugeordnet sind. Eine Hinzufügung mehrerer Schichten fügt somit einfach mehr serielle Datenströme hinzu. Das SDAS 42 verwendet einen seriellen Daisy-Chain-Bus (eine verkettete Busstruktur), wobei jedoch ein Übertragungsbus ebenfalls verwendet werden könnte. Der Vorteil des Daisy-Chain-Busses liegt in der Kürze der Anschluss- oder Leitungslängen für die übertragenen Signale. Eine kurze Leitungslänge ermöglicht die Verwendung weniger robuster und kostspieliger Treiber. Der Daisy-Chain-Bus ist durch eine Pufferung und eine Neuübertragung empfangener Daten gebildet, wobei die Daten von der empfangenden Platine zeitlich vor den empfangenen Daten eingefügt werden. Der Daisy-Chain-Bus ist ähnlich einem langen seriellen Schieberegister, der über die Länge des SDAS-Chassis hinweg verläuft, wobei jede Konverterplatine 104 einen Abschnitt des Schieberegisters bereitstellt.
11 zeigt ein Funktionsblockschaltbild des SDAS 42, während 12 ein schematisches Blockschaltbild des mit dem Gleitring 38 und dem Detektor 16 gekoppelten SDAS 42 veranschaulicht. Wie vorstehend beschrieben, verarbeitet das SDAS 42 analoge Kleinsignale von dem Detektor zu digitalen Daten. Wenn das Signal in digitaler Form vorliegt, wird dieses verarbeitet und zu dem Scanndatenverarbeitungs-Subsystem zur Speicherung auf einem Plattenlaufwerk übertragen. Aus diesem Datenstrom werden z-Achsen-Daten gewonnen, um eine Rückmeldung für den Röntgenstrahlrichtmecha nismus bereitzustellen.
Indem nun auf 11 und 12 Bezug genommen wird, ist eine Ausführungsform des SDAS 42 veranschaulicht. Insbesondere werden durch die Konverterkarten 104 analoge elektrische Stromsignale niedrigen Pegels in analoge Spannungssignale umgewandelt. Jeder Signalaufbereitungskanal enthält einen mehrere auswählbare Verstärkungen aufweisenden integrierenden „Boxcar"-Verstärker und eine Abtast-/Halte-Funktion und unterstützt ein Multiplexing der Ausgangskanäle. Die Abtast-/Halte-Funktion erzielt eine simultane Abtastung der Kanäle. Unter Ausschluss der Hilfskanäle weist die Signalaufbereitung bis zu 3072 gesonderte Kanäle auf.
Über auf jeder Konverterkarte 104 enthaltene Steuerregister können verschiedene Signalanpassungen vorgenommen werden. Auf jedes dieser Register greift die digitale Steuerplatine (DCB, Digital Control Board) und schließlich der Mikrocontroller auf jeder der Konverterplatinen über den I²C-Bus zu. Anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) eines Vorverstärkers enthalten ein Steuerregister zum Abgleich der Offsetspannung, die durch die Konverterkarte 104 an den Detektor angelegt wird. Der Mikrocontroller auf der Konverterkarte 104 setzt oder lädt die Register über ein einzelnes 8 Bit weites serielles Schnittstellenregister. Ein Bit der seriellen Schnittstelle des Vorverstärkers ist jedem der 8 verschiedenen Vorverstärker-ASICs auf der Konverterkarte 104 zugewiesen. Jedesmal, wenn der Mikrocontroller in das serielle Schnittstellenregister des Vorverstärkers schreibt, werden die Daten in dem 40 Bit breiten seriellen Register in dem einzelnen Vorverstärker um ein einzelnes Bit seriell weitergeschoben. Es sind fünf verschiedene Bits erforderlich, um jeden der acht Kanäle oder Integratoren, die in einem Vorverstärker-ASIC enthalten sind, zu steuern. Somit ist eine Gesamtzahl von 40 Bits oder Schreibvorgängen erforderlich, um den Offset-Abgleichsparameter für jeden Kanal vollständig zu setzen oder zu verändern. Da pro Konverterkarte 104 acht Vorverstärker-ASICs vorhanden sind, müssen ferner 320 Bits eingeschrieben werden.
Die FFP-Datenwerte von der Konverterplatine und schließlich dem DAS selbst sind in ihrem Wesen unipolar. Wenn kein Eingangssignal von dem Detektor 16 oder ein nur sehr kleines Eingangssignal von dem Detektor 16 vorliegt, kann jedoch die Kanalausgabe genauso wahrscheinlich einen negativen Offset- oder Versatzwert wie einen positiven Offset- oder Versatzwert aufweisen. Um sicherzustellen, dass alle Werte bei einer Eingangsgröße von Null positiv sind, wird ein verhältnismäßig kleiner konstanter positiver Wert in digitaler Weise zu dem Kanalauslesewert addiert, bevor die Auslesewerte aus den Konverterplatinen nach außen übertragen werden. Dieser Wert kann mit einem einzelnen Acht-Bit-Wert oder -Register festgelegt werden. Dieser Wert ist durch eine reine binäre Zahl gebildet, deren niederwertigstes Bit 32 DAS-Zählern (128 Konverterplatinenzählern) entspricht.
Die Konverterkarten oder -platinen 104 realisieren einen zweistufigen Signalwandlungsprozess an den Ausgängen jedes der 64 Vorverstärker oder Kanäle. Die erste Stufe ist durch einen Verstärker mit programmierbarem Verstärkungsfaktor und automatischer Bereichsumschaltung gebildet, der häufig üblicherweise als ein Gleitkommaverstärker (FPA, Floating Point Amplifier) bezeichnet wird. Der FPA wird dazu verwendet, die Exponentenbits in den Ausgangsdatenwörtern zu bestimmen sowie das analoge Signal vor einer Wandlung durch die zweite Stufe, einen binären Analog-Digital(A/D)-Wandler, entsprechend zu verstärken.
Weil der FPA-Offset von Natur aus für jede der vier (4) verschiedenen FPA-Verstärkungsfaktoren unterschiedlich ist, ist auf den Konverterplatinen 104 eine Funktion zur automatischen Nullung des FPAs (kurz FPA-Autonull-Funktion) implementiert. Diese Funktion erzielt einen übergangslosen oder transparenten Betrieb für den Rest des Systems, wenn der FPA-Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem Signalpegel automatisch verändert wird.
Es können verschiedene Diagnostikmodi oder -merkmale als Teil der FPA-Autonull-Funktion implementiert werden. Die FPA-Autonull-Funktion kann außer Wirkung gesetzt werden. Die DCB kann in einem Diagnostikmodus betrieben werden, um anstelle der 64 normalen Datenkanäle die FPA-Offsetwandlungswerte zu lesen, was eine externe Überprüfung dessen, ob der Autonull-Mittelwert korrekt berechnet worden ist, und eine Verifikation, dass die FPA-Offsetwerte innerhalb eines normalen oder erwarteten Bereiches liegen, der in die FPA-Autonull-Korrekturfunktion eingeht, ermöglicht. Eine Firmware setzt alle Vorverstärker-Verstärkungsfaktoren der Konverterkarten auf die in dem Scann-Rx spezifizierten Werte fest. Sämtliche Vorverstärker auf allen Konverterplatinen 104 werden mit demselben Verstärkungsfaktor eingerichtet. Darüber hinaus überführt die Firmware die Integratoren, die zur Akkumulation der Detektorausgangswerte verwendet werden, in einen Standby-Modus, so dass die Integratoren nicht in die Sättigung gelangen. Eine Sättigung führt zu der Anwendung eines vorgespannten Detek tors und kann lange Vollwiederherstellungszeiten zur Folge haben. Ein Vorverstärker-Standbymodus wird dann eingerichtet, wenn Zeitauslösesignale (Triggersignale) für eine Zeitdauer weder empfangen worden sind noch erwartet wird, dass sie in einer Zeitspanne (von beispielsweise 0,5 Sekunden) empfangen werden.
Die Firmware setzt auch die Offsetabstimmungswerte der Eingangsoffsetspannung fest. Es kann ein Kalibrierungsalgorithmus verwendet werden, um die beim Systemstart zu ladenden korrekten Werte zu bestimmen. Die Kalibrierung muss lediglich bei sehr seltenen Anlässen durchgeführt werden, beispielsweise wenn die Konverterkarten 104 von einem Ort zu einem anderen gewechselt werden. Ansonsten sollten die Offsetwerte stabil sein. Eine endgültige Eingangsoffsetkalibrierung wird duchgeführt, nachdem das SDAS 42 die Möglichkeit hatte, sich in Bezug auf die Temperatur zu stabilisieren. Die Firmware setzt den Kanalausgangsvorspannwert fest.
Für diagnostische Zwecke aktiviert und legt die Firmware eine spezielle analoge Testspannung in der Signalaufbereitungsstufe der Konverterkarten an. Die Testspannung kann in 16.384 Stufen zwischen 0 und –3 Volt programmiert werden. Sie wird in der Diagnose der Akquisitions- und Signalverarbeitungskette des SDAS verwendet. Das analoge Testsignal kann entweder an dem Eingang der Vorverstärker oder an einem speziellen Testeingangskanal an dem analogen Multiplexer in dem FPA aktiviert werden. Die Firmware setzt ferner einen Multiplikationsfaktor zwischen 1 und 16 in Bezug auf die Testspannung fest, wenn diese in der Vorverstärkerstufe aktiviert ist.
Die automatischen Korrekturen können außer Kraft gesetzt oder deaktiviert werden, und folglich können die Offsetausgleichskorrekturen, Kanalausgangsvorspannung und Autonull-Korrekturen deaktiviert werden. Eine Kanalausgangsvorspannung wird durch Laden des Kanalausgangsvorspannungsregisters mit einem Wert von Null abgeschaltet. Ein Offsetabgleich der Eingangsspannung wird durch Herunterladen eines Wertes, der einem Abgleich von Null entspricht (inhärenter Offsetwert) in das serielle Offsetabgleichsregister des Vorverstärker-ASICs abgeschaltet.
Die Firmware kann ferner die Kanalschaltfolge in unterschiedliche Diagnostikmodi, d. h. entsprechend einem einzelnen Kanal, einer viermaligen Wiederholung desselben Kanals und einer Schaltfolge zwischen geerdetem Eingang zu dem FPA und einem normalen Kanal, überführen. Die Ablaufsteuerungsmodi des Diagnostikkanals sind beim Auffinden und Beseitigen von Problemen auf den Konverterplatinen nützlich.
Die Analog/Digital(A/D)-Wandler wandeln jede der folgenden analogen Spannungen in ein zu dem Eingangssignalpegel linear proportionales digitales Wort um. Die Ausgangssignale werden einmal pro Auslösung einer Ansicht gelesen und zu der SRU 32 gesandt. Um den Dynamikbereich der A/D-Wandler zu vergrößern, skaliert ein Gleitkommaverstärker mit automatischer Bereichsumstellung das Signal auf geeignete Niveaus und liefert einen zwei Bit großen Exponenten, um den verwendeten Skalierungsfaktor darzustellen.
Die Firmware wird nicht für den tatsächlichen Umwandlungsprozess verwendet. Einmal pro Scanndurchgang (Patientendurchgang) wird für jede Konverterplatine und DCB ein A/D-Kalibrierungszyklus durchgeführt, um ein optimales Verhalten bei der dann vorliegenden SDAS-Temperatur sicherzustellen. Die Firmware versetzt den Autobereichs-FPA in einen beliebigen der 8 unterschiedlichen Diagnostikmodi mit festem Verstärkungsfaktor. Die Firmware wird ferner dazu verwendet, den A/D-Wandler der Konverterplatine derart zu konfigurieren, dass dieser „aufgezeichnete" Daten sendet, die Daten zur Identifizierung der Konverterkartennummer und des übermittelten Kanals enthalten.
In der in den 11 und 12 veranschaulichten Ausführungsform wird durch das SDAS 42 keine z-Achsen-Nachführung durchgeführt. Jedoch bietet das SDAS 42 Unterstützung für eine externe z-Achsen-Verarbeitung, indem es sämtliche z-Achsendaten über die digitale Datenhilfsschnittstelle (DADI, Digital Anxiliary Data Interface) zur Verfügung stellt. Über diese Schnittstelle kann ein optionales z-Achsen-Modul (ZAM) an das SDAS 42 angeschlossen sein, um eine z-Achsen-Verarbeitung in Echtzeit zu bewerkstelligen. Das SDAS 42 liefert die erforderlichen Daten zu dem ZAM ansichtsweise. Nach der Aussendung dieser Daten gibt das SDAS 42 ein 782μs langes Fenster für das ZAM vor, um die Informationen zu verarbeiten und die Ergebnisse zurückzugeben. Es gibt keine Anforderung dahingehend, wann das ZAM beginnen kann, die Ergebnisse zurückzugeben. Die einzige durch das SDAS 42 festgelegte Bedingung besteht darin, dass sämtliche Ergebnisse innerhalb des zugelassenen Zeitfensters zurückgegeben werden müssen. Die zurückgegebenen z-Achsen-Nachführungsdaten werden in den Ansichtsdatenstrom eingefügt. Falls keine Daten innerhalb des Zeitfensters zurückgegeben werden, werden statt dessen die zuvor empfangenen z-Achsen-Nachführungsdaten oder die Werte beim Systemstart in den Ansichtsdatenstrom eingefügt. Dies stellt einen zuverlässigen Betrieb des SDAS mit oder ohne ein ZAM sicher.
Die Ansichtsaufbaufunktion wird durchgeführt, um sämtliche zur Bildung einer Ansicht erforderlichen Daten zu sammeln und diese zu dem Scanndatenverarbeitungs-Subsystem zu übertragen und ferner um die erforderlichen Daten aus dem Ansichtsdatenstrom zu gewinnen, um die Diagnostik und z-Achsen-Verarbeitung zu unterstützen. Das SDAS 42 erzeugt interne Ansichtstriggersignale, wenn externe Triggersignale nicht erwünscht oder vorhanden sind. Die Zeitspanne für derartige Trigger ist durch einen Registerzähler festgelegt:
Interne Triggerperiode = 16-Bit-Registerzähler × Schiebetakt(26,8 MHz)-Periode
Sowohl externe als auch interne Trigger signalisieren dem SDAS 42, die gleichen Funktionen durchzuführen, wie nachstehend beschrieben. Wenn interne Trigger aktiviert sind, ignoriert das SDAS 42 alle externe Trigger. Die Anzahl erzeugter interner Trigger wird durch die Firmware aufgezeichnet und gesteuert.
Erfassung eines vorzeitigen Triggers
Das SDAS 42 meldet einen Fehlerzustand, falls ein Trigger empfangen wird, bevor es aktiviert und zur Ansichtensammlung fertig ist.
Erfassung von Trigger-Synchronisationsfehlern
Das SDAS 42 zeichnet die Zeitspanne zwischen aufeinander folgenden Triggern auf. Wenn diese Zeitspanne außerhalb der zulässigen Toleranz entsprechend der Scanngeschwindigkeit liegt, meldet das SDAS 42 einen Fehlerzustand.
Ansichtensammlung
Das SDAS 42 beginnt mit der Ansichtensammlung und -übertragung jedesmal, wenn ein gültiges Triggersignal empfangen wird.
Trigger-Zeitablaufdetektion
Das SDAS 42 beendet die Ansichtssammlung normalerweise im Scann- oder Offsetmodus, wenn ein Trigger-Zeitablauf detektiert wird. Die Zeitablaufperiode ist zwei Mal so groß wie die Trigger-Periode für diese Scanngeschwindigkeit.
Triggerdauer-Fehlerdetektion
Das SDAS 42 überwacht die Dauer jedes Triggersignals, um den Zustand einer Triggerblockade oder eines invertierten Triggersignals zu verhindern. Wenn diese Dauer außerhalb der zulässigen Toleranz liegt, meldet das SDAS 42 einen Fehlerzustand.
Konverterdatensammlung
Das SDAS 42 empfängt digitale serielle Datenströme von den A/D-Wandlern für jede Detektorzeile. An diesen Daten wird zunächst eine Seriell/Parallel-Wandlung durchgeführt, der eine Paritätsüberprüfung folgt. In dieser speziellen Ausführungsform sind die Rohdaten zusammen mit dem Paritätbit 19 Bits lang. Um Speicherplatz und Ansichtsübertragungsgröße zu optimieren, verringert das SDAS 42 jedes Datum auf 16 Bits durch Verwerfung sämtlicher Paritäts- und der beiden niederwertigsten Bits.
Auswahl der Diagnostikansicht
Das SDAS 42 ist dazu konfiguriert, zur Erzeugung einer diagnostischen Ansicht anstelle echter Konverterdaten Testdaten entsprechend einer einzigen Ansicht einzuspeisen. Die diagnostische Ansicht kann vom Offset- oder Scanntyp sein und wird durch Firmware im Voraus festgelegt. Wenn sie definiert sind, können die gleichen Testdaten wiederholt von Ansicht zu Ansicht ohne erneutes Laden verwendet werden.
Zusätzlich zu den von den Konverterplatinen herrührenden Daten nimmt das SDAS 42 bei jedem Ansichtstrigger eine Momentaufnahme weiterer Informationen auf, wie dies nachstehend beschrieben ist.

1) Scanndatentyp. Entweder Offset- oder Scanndaten, abhängig von dem empfangenen Scann-Rx.
2) Durch den Generator gemessene kV und mA.
3) Alle durch das SDAS 42 überwachten Spannungsquellenpegel.
4) Startansichtswinkel – definiert durch die Scannsteuerung. Ansichtswinkel der Gantry in dem Zeitpunkt, wenn der erste SDAS-Trigger erzeugt wurde.
5) Ansichtssequenznummer. Die Sequenznummer der momentanen Ansicht wird auf 1 zurückgesetzt, bevor Scann-/Offset-Datensammlung aufgenommen wird.
6) Z-Achsen-Nachführungsdaten, die durch das ZAM zurückgegeben werden.
7) Formatänderung des Datensatzes.
8) Ansichtslänge des Datensatzes in Bytes.
9) Detektor-Heizeinrichtungs-Temperatur.

Das SDAS 42 führt eine Prüfsummenberechnung an sämtlichen Ansichtsdaten durch, um die Vollständigkeit von Daten zu bewahren. Die Prüfsumme ist 32 Bits lang und ist das Ergebnis der Addition sämtlicher Ansichtsdatenbytes. Um eine durch das SDAS 42 nicht detektierte Datenverfälschung zu vermeiden, wird die Prüfsumme in einem frühen Stadium in dem Strom nach der Seriell/Parallel-Wandlungsphase gebildet. Das SDAS 42 ist ferner dazu konfiguriert, die gleichen Diagnostikansichtsdaten wiederholt zu übertragen. Dies wird durch Verwendung der internen Triggerschaltung des SDAS und der diagnostischen Eingangsdaten bewerkstelligt.
Nach der Zusammenstellung sämtlicher Daten für eine Ansicht führt das SDAS 42 die folgenden Funktionen aus, bevor die Ansichtsdaten zu der SRU 32 übermittelt werden. Eine Übermittlung kann durch Firmware durch Setzen eines Bits in einem Register deaktiviert werden. Insbesondere unterscheidet sich die Reihenfolge, in der Daten durch das SDAS 42 gesammelt werden können, von der Sendereihenfolge, die von der SRU 32 erwartet wird. Das SDAS 42 verwendet deshalb eine Nachschlagetabelle, um die Daten in der gewünschten Reihenfolge zu sichern. Eine derartige Tabelle wird manchmal als die Umsetzungstabelle bezeichnet. Da die meisten Daten eine Breite von 16 Bit haben, wird jede Eingabe in der Umsetzungstabelle zu einer Adresse, die einen 16-Bit-Ort in einem Speicher indexiert. Die Umsetzungstabelle wird durch Firmware nach einem Systemstart geladen und kann für unterschiedliche Rückwandplatinen- und/oder Konverterplatinenbestände verändert werden.
Ferner kann das SDAS 42 jedes 16-Bit-Datum, das durch die Umsetzungstabelle abgerufen wird, entweder in dem Big-Endian-Format oder in dem Little-Endian-Format an die SRU 32 senden. Beim Big-Endian-Format wird das höchstwertige Byte der 16-Bit-Daten zuerst gesendet, während dies in dem Little-Endian-Format umgekehrt erfolgt. Die Formatauswahl wird durch Setzen eines Bits in einem Register vorgenommen. Das SDAS 42 führt auch eine Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC, Forward Error Correction) in Echtzeit durch, die an sämtlichen Datenbytes vor den Übertragungen zu der SRU 32 kodiert wird. Eine derartige FEC-Kodierung ist in unserer parallelen europäischen Patentanmeldung mit der Nr. (15-CT-4 764/ 6849) beschrieben. Das SDAS 42 speichert die aktuellste gesendete Datenansicht in einem Puffer für Verifikations- und diagnostische Zwecke. Eine Firmware kann diesen Puffer überprüfen, wenn die Datensammlung deaktiviert ist.
Jedesmal, wenn das SDAS 42 Daten sammelt, Offset- oder Ansichtsdaten, richtet es eine Anzahl von Datenkopffeldern ein. In Abhängigkeit von der Art der gesammelten Daten, Offsetdaten oder Scanndaten, schreibt die Firmware insbesondere die passende Ansichtsdatensatzart, d. h. die magische Zahl, und eine Datensatzgröße in das „magische Zahl"-Feld ein. Die Firmware „setzt" vor der Sammlung der Offset- und Scanndaten auch das Ansichtssequenzfeld „zu Null". Wenn der Wert des Firmware-Ansichtswinkels bekannt ist, schreibt die Firmware ferner den Wert des ersten Ansichtswinkels in das Ansichtswinkelfeld ein.
Bei der Datenakquisition benötigt die Firmware eine Benachrichtigung, über einen Interrupt, über die folgenden Ansichtsbildungs- und Übertragungsereignisse.
Akquisition der Daten der ersten Ansicht.
Akquisition der Daten der letzten Ansicht.
Detektion eines Paritätsfehlers.
Detektion eines Trigger-Synchronisationsfehlers.
Da das SDAS 42 skalierbar ist, konfiguriert oder steuert die Firmware die folgenden Ansichtsbildungs- und Übertragungsaspekte.
Kanalreihenfolge in dem ausgegebenen Ansichtsdatensatz.
Datendarstellung (Reihenfolge) in dem ausgegebenen Ansichtsdatensatz (d. h. Big- oder Little-Endian-Daten).
Selektive Datenstromaktivierung und -deaktivierung. Wenn beispielsweise das SDAS 42 mit Konverterkarten 104 bestückt ist, die lediglich für zwei Datenströme ausreichen, werden die nicht verwendeten Datenströme gesperrt, so dass keine Paritätsfehler in diesen Strömen erfasst werden.
Um eine Diagnostik durchzuführen, steuert die Firmware die folgenden Ansichtsbildungs- und Übertragungsaspekte:
Datenfluss durch das Akquisitionssystem.
Fähigkeit, die Daten einer Ansicht einzusehen, nachdem diese akquiriert worden ist.
Fähigkeit, die Datenausgabe abzuschalten. Dies dient dazu, zu verhindern, dass Datensubsysteme stromabwärts das SDAS 42 durcheinander bringen, wenn das SDAS 42 eine interne Diagnostik durchführt.
Fähigkeit, eine Ansicht eines bekannten Musters zu erzeugen und in der Lage zu sein, dieses bei Standardakquisitionsraten unter Verwendung entweder interner oder externer Triggerquellen zu senden. Dies wird als simulierter Datenmodus be zeichnet. In diesem Modus wird der Ansichtskopf (Header) aktualisiert, als wenn die Daten tatsächlich von den Konverterplatinen herrühren würden.
Fähigkeit, eine einzelne Ansicht mit bekannten Daten zu erzeugen und diese zu senden.
Das SDAS 42 erzeugt 15 Signale, um die Multiplexer(MUX)-Schaltungsanordnung des Detektors zu konfigurieren. Jedes Signal kann entsprechend dem Bitwert seines Steuerungsregisters entweder „Ein" oder „Aus" sein. Der Zustand beim Systemstart oder Standardzustand ist für alle Signale „Aus". Eine Firmware konfiguriert diese Registerbits vor einem Scanndurchgang in geeigneter Weise. Das SDAS 42 überwacht ferner die Detektortemperatur kontinuierlich mit einer Rate von wenigstens 1408 Hz. Das SDAS 42 aktiviert und deaktiviert automatisch die Detektorheizerschaltung entsprechend den in Registern abgespeicherten Temperatursollwerten.
Insbesondere konfiguriert das SDAS 42 bei Empfang eines Scann-Rx die Detektor-MUX-Schaltungsanordnung für die korrekte Anzahl von Makrozeilen und Makrozeilendicke am ISO. Da es möglich ist, dass das SDAS 42 eine Anzahl von Detektortypen unterstützt, sind die für die Makrozeilendicke und die Anzahl von Makrozeilen benötigten Einstellungen auf jedem Detektor durch eine Konfigurationstabelle geregelt. Dies ermöglicht, das SDAS 42, Rx-Parameter entgegenzunehmen, die auf das ISO-Zentrum bezogen sind.
Ein A/D-Wandler wird dazu verwendet, das Folgende zu messen. Der Wandler weist eine Auflösung von 16 Bits auf.
Die Messwerte werden bei einer Frequenz von wenigstens 1408 Hz aktualisiert.
KV- und mA-Pegel vom OBC/Generator
Alle SDAS-Spannungsquellenpegel
Durch einen 12-Bit-DAC erzeugte analoge Testspannung
Thermistormesswert der Detektortemperatur.
Der A/D-Wandler sammelt kontinuierlich Daten und schreibt diese Daten in den Bereich des Datenkopfs der Hilfskanäle ein. Die Firmware liest ebenfalls die Hilfsdatenkanäle zu beliebiger Zeit aus. Ungefähr alle 250 ms frägt die Firmware die Hilfskanäle, die DAS-Energieversorgungsspannungen enthalten, zyklisch ab und testet die Spannungen. Falls festgestellt wird, dass eine Versorgung außerhalb ihrer Grenze liegt, wird in dem Fehlerprotokoll eine Warnmeldung registriert.
Wenn eine SDAS-Rx-Meldung empfangen wird, frägt die Firmware die Detektortemperatur ab und überprüft die Temperatur im Hinblick auf die folgenden Grenzen:
Falls die Detektortemperatur über einer ersten Temperatur liegt, wird eine Warnmeldung ausgegeben und eine Weiterführung des Scanndurchgangs zugelassen.
Falls die Detektortemperatur sich unterhalb einer zweiten Temperatur befindet, wird eine Warnmel dung ausgegeben und eine Fortführung des Scanndurchgangs zugelassen.
Die Koordinations- und Steuerungseinrichtung des Subsystems steuert in erster Linie den Betrieb des SDAS 42. Die Steuerung enthält einen Mikrocontroller (MCU) MC68332 mit 1 Megabyte RAM, 1 Megabyte FLASH-Speicher, einem RS-232 seriellen Port, einem Port für den Hintergrunddebugmodus (BDM, Background Debug Mode), einem Status-LED-Port und einer CAN-Busschnittstelle. Für die SDAS-Realisierung des Kerncontrollers wird ein Taktgeber mit 16.000 MHz verwendet, so dass es möglich ist, die Zeit bis hinunter zu einer Millisekunde genau zu erfassen.
Bei einem Systemstart oder einer Rücksetzung der Hardware führt die Steuerung Eigentests durch, die den MCU-Kern und die SDAS-Hardwarekomponenten überprüfen. Die MCU-Programmierung, Substystemkonfiguration und Subsystemkennzeichnung können im Feld modifiziert werden, indem ein neues Programm oder eine neue Konfiguration/neue Kenndaten herunter geladen werden. Alle Ladungen erfolgen durch die Steuerungskommunikationsschnittstelle. Wenn ein neues MCU-Programm geladen wird, wird es zwischengespeichert und hinsichtlich Fehler überprüft, bevor es in den FLASH-Speicher einprogrammiert wird. Wenn die SDAS-Konfiguration oder Kerndaten herunter geladen werden, werden die Daten zwischengespeichert und hinsichtlich Fehler überprüft, bevor sie in den FLASH-Speicher einprogrammiert werden.
Wenn ein Subsystem gestartet wird, ist die erste Firmware, die abgearbeitet wird, die Kerncontroller- oder Plattformfirmware. Eine Plattformfirmware führt eine rudimentäre MCU-Initialisierung sowie Kerncontroller spezifi sche Eigentests durch. Nach der Ausführung der Kerncontrollereigentests bestimmt die Plattformfirmware, ob der FLASH-Speicher einen ausführbaren SDAS-Anwendungscode enthält. Falls ein Anwendungscode existiert, kopiert die Plattformfirmware den Anwendungscode von dem FLASH-Speicher ins RAM und beginnt mit seiner Ausführung.
An dieser Stelle übernimmt die anwendungsspezifische Firmware die Steuerung der MCU und sämtlicher SDAS-Hardware. Wenn ihr die Steuerung übergeben wird, beendet die SDAS-Anwendungsfirmware die Initialisierung des SDAS 42. Dies enthält die folgenden Aufgaben:
Vollständige MCU-Initialisierung, derart, dass die MCU in der Lage ist, auf die SDAS-Hardware zuzugreifen.
Durchführung von Systemstart-/Rücksetztests an der SDAS-Hardware.
Initialisierung der SDAS-Hardware.
Initialisierung von SDAS-Steuerungsprozessen.
Wenn die SDAS-Anwendungsfirmware aktiv ist und läuft, ist sie in der Lage, Ereignisse, die entweder durch den Empfang eines Befehls über die Steuerungskommunikationsschnittstelle oder durch einen durch die SDAS-Hardware erzeugten Interrupt herbeigeführt werden, zu akzeptieren und zu verarbeiten.
Wenn das SDAS 42 einen Befehl empfängt, erzeugt es eine spezielle Antwort, wie in Tabelle 3 angegeben. Falls das SDAS 42 nicht in der Lage ist, den Befehl richtig aus zuführen, benachrichtigt das SDAS 42 das System und, wenn anwendbar, protokolliert eine Fehlermeldung. Der Betrieb des SDAS wird über die SDAS-Steuerungskommunikationsschnittstelle gesteuert.
Die durch einen Interrupt verursachte Firmwareverarbeitung ist nachstehend in Tabelle 4 angegeben.
Das SDAS 42 erzeugt die folgenden Gleichspannungen aus der Eingangswechselspannungsquelle mit 120 V Scheitelwert:
+24V analog, +/– 12V analog, +/– 5V analog, +5V digital.
Alle Gleichspannungen außer der +24V-Spannung werden geregelt. Der in das SDAS 42 über Kabel eingespeiste Strom ist nicht abgeschirmt und wird an der Kabeldurchführung gefiltert, ohne die Abschirmintegrität der Umhüllung/Kapselung zu beeinträchtigen. Die Gleichspannungen werden innerhalb des SDAS unter Verwendung zweier Verbinder verteilt.
Alle analogen Spannungsquellen verwenden die gemeinsame Masse. Konverterkarten 104 isolieren elektrisch die analoge und die digitale Masse voneinander. Die Systemgehäusemasse ist an einem Verbinderpin der Rückwandplatine verfügbar. An der Gehäusemasse sind Schutzringe zum Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESO) sowie ein erdfreies Metall angeschlossen. Der Vorverstärker der Konverterplatine weist eine gesonderte Masseverbindung von einer lokalen analogen Masse auf, um den integrierenden Front-End-Verstärker auf die analoge Masse der Detektordiode zu beziehen.
Es wird nun auf 13 Bezug genommen, die ein vereinfachtes, symbolisches, schematisiertes Blockschaltbild der Gantry 12 zeigt. Die von dem Detektorarray 16 herrührenden Signale werden über Leitungen 110 dem Datenakquisitionssystem (DAS) 42 zugeführt, das jedes Signal von einem Analogsignalformat in ein digitales binäres Signal, das gewöhnlich eine Auflösung von 16 Bit aufweist, umwandelt.
Das DAS 42 verarbeitet die umgewandelten Detektorkanalsignale gemeinsam mit einem Datentaktgabesignal und einer Fehlerüberprüfungssignalfunktion im Multiplexverfahren in ein serielles digitales Bitsignal. Das serielle digitale Bitsignal wird auf Leitungen 112 zu einem Datensignalsender 114 geliefert, der an der Gantry 12 angeordnet ist. Der Datensender kodiert die seriellen Daten in digitaler Weise mit einem HF-(Hochfrequenz-)Pulsmuster, und das HF-kodierte Signal wird einem elektromagnetischen Koppler, beispielsweise einem HF-Schleifring oder -gleitring 116 der in der US-Patentschrift 5 530 424 von Harrison et al, die auf die Anmelderin dieser Anmeldung lautet, übergeben.
Der Aufbau des HF-Schleif- oder -gleitrings nach 424 enthält eine oder mehrere Übertragungsleitungen, die auf der rotierenden Seite der Schnittstelle angeordnet sind; ein Kopplersegment ist auf der relativ stationären Seite montiert. In Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem stationären Koppler und der rotierenden Übertragungsleitung kann eine Anzahl von Übertragungsleitungssegmenten erforderlich sein, um sicherzustellen, dass der Koppler sich stets in räumlicher Nähe zu wenigstens einem der Segmente befindet, um das elektromagnetische Signal zu empfangen. In diesem Fall weist jedes Segment eine Länge auf, die einen Bruchteil der Bogenlänge des Drehwegs der Gantry beträgt. Die Segmente sind in Kaskade, ein Ende an dem anderen um die Drehachse der Gantry, gewöhnlich entlang des Umfangs der Öffnung 22 derart angeordnet, dass die Gesamtlänge einen Bogen von im Wesentlichen 360°, d. h. eine vollständige Umdrehung der Gantry, ergibt. Es werden zwei Übertragungsleitungssegmente 118, 120 verwendet, und diese sind in einer Weise montiert, um eine aneinander angrenzende Anordnung von ersten Enden 122, 124 bzw, zweiten Enden 126, 128 von Übertragungsleitungen 118, 120 zu erzielen. Eine benachbarte Platzierung der Enden jeder der Übertragungsleitungen führt im Wesentlichen zu einer Kontinuität der elektromagnetischen Kopplung entlang des gesamten Drehwegs der Gantry.
Der Datensender 114 liefert die kodierten seriellen Daten zu den ersten Enden 122, 124 jeder der Übertragungsleitungen 118, 120. Die zweiten Enden 126, 128 jeder Übertragungsleitung sind über Anschlusswiderstände 130, 132 mit einer Signalmasse 134 verbunden. Ein Kopplerelement 136 ist an dem stationären Rahmen in einer Weise angeordnet, um eine physische Nähe des Kopplers zu einer oder beiden Übertragungsleitungen 118, 120 während einer Gantrydrehung sicherzustellen. Die kodierten Daten werden in elektromagnetischer Weise zu dem Koppler 136 durchgekoppelt, wie dies in der US-Patentschrift 5 530 424 von Harrison et al. beschrieben ist.
Auf der Seite des stationären Rahmens wird das eingekoppelte Datensignal auf Leitungen 138 zu der SRU 32 geliefert. Die kodierten Daten werden an einem Datensignalempfänger 140 empfangen. Wie nachstehend im Zusammenhang mit 16 im Detail beschrieben, dekodiert der Signalempfänger 140 die seriellen Daten unter Verwendung eines auf Regeln basierten Algorithmus und führt die dekodierten Daten über Leitungen 142 einem Signalprozessor 144 zu. Der Signalprozessor 144 enthält einen (nicht veranschaulichten) Signalspeicher zur Speicherung der Programmalgorithmen, die die CT-Verarbeitung der empfangenen Daten in Abhängigkeit von Bedienerbefehlen regeln. Die Algorithmen und die resultierenden Prozesse sind in der Technik allgemein bekannt. Auf diese Weise vereinigt der Signalprozessor 140 die deko dierten Bilddatensätze in eine zusammengesetzte Ansicht, die der bestimmten Winkelposition der Gantry zugeordnet ist.
Bezugnehmend nun auf 14 wird das serielle Datensignal auf den Leitungen 112 von dem DAS 42 bei einer geeigneten Bitsignalrate von 110 Megabit/Sekunde empfangen. Die DAS-Daten liegen in dem T²L (Transistor-Transistor-Logik)-Format vor. Bei den betroffenen Bitsignalraten ist für den Ersatz der HF-Amplitudenmodulation der Daten durch digitale HF-Kodierung eine digitale Hochgeschwindigkeitsschaltung erforderlich. Deshalb enthalten der Signalsender 114 und der Signalempfänger 140 jeweils digitale Gatterlogikfunktionen, die mit Emitter gekoppelten Logik(ECL)Vorrichtungen realisiert sind. Die ECL-Vorrichtungen können Einzelgattervorrichtungen mit Gatterschaltgeschwindigkeiten von 250 Picosekunden und Flip-Flop-Zustandsänderungen bei mehr als 2 Ghz sein. Diese Vorrichtungen, die von verschiedenen Anbietern, einschließlich MOTOROLA, Inc. in Form ihres ECLinPS Lite (eine Marke von MOTOROLA, Inc.), verfügbar sind, ergeben mit hoher Geschwindigkeit geschaltete Einzelgattervorrichtungen in kleinen Packungen (standardmäßig als SOIC mit 8 Anschlüssen), die die halbe Laufzeitverzögerung der Mehrgatter-28-Pin-Konfigurationen aufweisen. Diese Eigenschaften sorgen gemeinsam mit den niedrigeren Signalschaltamplituden (bei einem gewöhnlichen Ausgangshub von 800 mV in einer speziellen Last von 50 Ohm) für die für den vorliegenden HF-Kodierprozess erforderliche Bandbreite.
In 14 wird das ein T²L-Format aufweisende, von dem DAS 42 ausgehende Datensignal an einen T²L/ECL-Konverter 146 ausgegeben, und das ausgegebene ECL-formatierte Datensignal (Q bzw. das konvolute Q-NOT) wird auf den Leitungen 148, 150 jeweils an den D- bzw. D-NOT-Eingang eines D-Rand-Flip-Flops („Flop") 152, beispielsweise des ECL-Differenzialdaten- und Zeitgeber-Flip-Flops, Modell MC10EL52 von MOTOROLA, ausgegeben. Das Flop 152 wird mit einem 110-Mhz Taxi-Taktsignal getaktet, das auf den Leitungen 152 (CLK und CLK-NOT) angeboten wird. Der Flop-Datenausgang wird auf den Leitungen 154 an einen Phasenregelkreis (PLL, Phase Locked Loop) 156 ausgegeben, der einen Phasenfrequenzdetektor 158 (Detektor), beispielsweise des Typs MC12040 von MOTOROLA, und einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO, Voltage Controlled Oscillator) 160, beispielsweise des Typs MC12148 von MOTOROLA, enthält. Der Detektor 158 empfängt außerdem das DAS-Datensignal auf der Leitung 112 und ermittelt, ob zwischen diesen beiden eine Signalphasendifferenz vorliegt. Eine Phasendifferenz wird als ein Tastzykluspuls quantifiziert, der auf Ausgangsleitungen 162 über einen Parallelresonanzkreis (Widerstand, Kondensator) 164 an einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 160 ausgegeben wird.
Der VCO 160 stellt ein Ausgangstaktsignal mit einer nominalen Mittenfrequenz zur Verfügung, das basierend auf der Stärke des von dem Detektor 158 gelieferten Phasenfehlersignals nach oben oder nach unten angepasst wird. In einer Ausführungsform beträgt die DAS-Datensignalübertragungsrate 110 Megabit/Sekunde, und die HF-Kodierungsfrequenz wird, wie es hier weiter unten beschrieben ist, derart gewählt, dass sie das vierfache der Datensignalübertragungsrate, d. h. 440 Mhz, beträgt. Folglich wird die Mittenfrequenz des VCO bei 880 Mhz oder etwa dem Achtfachen der Bitrate der seriellen Daten des DAS gewählt. Das 880-Mhz-Taktsignal wird auf Leitungen 166 an einen Frequenz teiler 168, beispielsweise den Taktsignalgeberchip MC10EL34 von MOTOROLA ausgegeben, der auf der Leitung 152 ein durch acht geteiltes Taxi-Taktsignal von 110 Mhz und auf Leitungen 170 ein durch zwei geteiltes HF-Kodierungssignal von 440 Mhz ausgibt. Der PLL 156 stellt sicher, dass sämtliche dieser Signale mit dem DAS-Datensignal phasensynchronisiert sind, um die Bitränder des Datensignals zu synchronisieren, so dass eine Überlappung oder Rasterstörung durch Zeilenabstand benachbarter Bits, die ein Zittern des Bildes hervorrufen könnte, verhindert ist.
Das serielle Bitdatensignal wird bei einer HF-Trägersignalfrequenz in ein digitales Muster kodiert, das auf der Empfängerseite dekodiert wird, um den ursprünglichen Logikzustand des Signals wiederherzustellen. Dieses HF-kodierende Trägersignal erlaubt eine elektromagnetische Kopplung über den HF-Gleitring, und die digitale Kodierung ermöglicht eine hohe Rauschauflösung sowie eine einfachere, kostengünstigere Verwirklichung der HF-Modulation. In einem Ausführungsbeispiel wird lediglich einer der beiden Logikzustände des seriellen Datensignals kodiert. Falls ein erster Logikzustand als der kodierte Zustand gewählt wird, impliziert die Abwesenheit einer Kodierung auf der Empfängerseite das Vorliegen des zweiten Logikzustands. Ferner wird zur Vereinfachung des Kodierverfahrens in einer besten Ausführungsform ein serielles gepulstes Signal gewählt, das innerhalb des Bitzeitintervalls des kodierten Signalbits eine bekannte Anzahl von Impulsen mit einer vorgegebenen Impulsbreite und HF-Pulswiederholfrequenz (PRF, Pulse Repetition Frequency) bereitstellt.
Ein Kodierschaltkreis 180, der in einer Ausführungsform eine AND-Funktion ist, beispielsweise das „zwei Ein gänge aufweisende differenzielle AND/NAND"-Gatter MC10EL05 von MOTOROLA, nimmt die seriellen ECL-Bitdatensignale auf den Leitungen 148, 150 an den D₀-NOT- und D₀-Eingängen des Gatters entgegen. Der logische Nullzustand des Datensignals ist der für die Kodierung gewählte Bitzustand, und der DATA-NOT-Zustand (der invertierte Wert des Datensignals) wird an den D₀-Eingang des Gatters ausgegeben. Das AND-Gatter empfängt außerdem das von dem Frequenzteiler 168 herrührende modulierende Signal auf den Leitungen 170 an dem D₁-NOT- und D₁-Eingang des Gatters. Unter Bezugnahme auf 15 veranschaulicht eine Darstellung (a) einen 1011001-Auszug des DATA-Signalkurvenverlaufs 184, eine Darstellung (b) das entsprechende DATA-NOT-Kurvenverlaufsegment 186 und eine Darstellung (c) den mit 440 Mhz modulierenden Signalkurvenverlauf 188. Das Gatter 182 führt an dem modulierenden Signal und dem DATA-NOT-Signal eine AND-Funktion aus, um den entsprechenden kodierten Musterkurvenverlauf 190 der Darstellung (d) in 15 zu erzeugen.
Zusätzlich zu dem seriellen Pulsmuster, das eine einfache zu verwirklichende Konfiguration ermöglicht, stellt das Gatter ferner ein einfaches Muster zur Verfügung, anhand dessen sich Rauschstörungen erfassen lassen. Das von dem AND-Gatter ausgehende kodierte Signal wird auf Ausgangsleitungen 192 an einen Puffer 194 ausgegeben, beispielsweise einen differenziellen Ausgangsverzweigungspuffer des Typs MC10EL11 von MOTOROLA. Mit den beiden Übertragungsleitungssegmenten des HF-Gleitrings gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt der Puffer 114 über einen die Widerstandskondensatorimpedanz anpassenden/Filter-Schaltkreis 120 auf den Leitungen 116 und 118 ein Paar differenzieller, identischer, kodierter serieller Datensignale an die Eingänge 40, 41 der linken Hälfte des Übertragungs leitungssegments 36 und der rechten Hälfte des Übertragungsleitungssegments 38 aus. Das differenzielle HF-kodierte Datensignal wird, wie in der US-Patentschrift 5 530 424 von Harrison et al. beschrieben, über den HF-Gleitring gekoppelt, von dem Gleitringkoppler 136 entgegengenommen und auf den Leitungen 138 an den Datenempfänger 140 ausgegeben.
Bezugnehmend nun auf 16 nimmt der Empfänger 140 das kodierte Datensignal jeweils an dem Eingang von einem Paar Dekodierschaltkreise 222, 224 entgegen. Für die Zwecke der Erläuterung wird das Paar von Detektierungsschaltkreisen 222, 224 als Kanal A bzw. Kanal B bezeichnet. Ein (nicht veranschaulichter) Taktrücksetzungsschaltkreis setzt das durch den Kurvenverlauf 252 in 15, Darstellung (e), gezeigte, auf Leitungen 226 an einen durch zwei dividierenden Schaltkreis 228 übergebene und invertiert an den CLK-NOT-Eingang einer letzten Reclock-Flip-Flop-Schaltung 230 ausgegebene Taxi-Taktsignal zurück.
Die Verwendung von A- und B-Kanälen vereinfacht das 9,2 Nanosekunden breite Bitintervall des 110-Megabit/Sekunde Datensignals, indem die Dekodierungsaufgabe in aufeinander folgenden Bitintervallen abgewechselt wird. Folglich dekodiert jeder Kanal lediglich eines von zwei aufeinander folgenden Intervallen, womit sich für jeden Kanal eine Zykluszeit von 18,4 Nanosekunden ergibt. Die Kanäle werden durch ein SELECT-Kanal-Signal freigeschaltet und gesperrt, das durch einen Dividiererschaltkreis 228 mit der halben Frequenz (d. h. bei 55 Mhz) der (110-Mhz)-Taxi-Taktfrequenz ausgegeben wird. Das durch den Kurvenverlauf 232 in der Darstellung (f) der 15 gezeigte SELECT-Signal wird gegenüber dem Datensignal durch Synchronisierung des Taxi- Taktsignals mittels des PLL 82 in dem Signalgeber 114 synchronisiert und (als Q und Q-NOT) auf Leitungen 234 an die D₀ und D₀-NOT-Eingänge von AND-Gattern 236, 238 des A- bzw. B-Kanals ausgegeben.
Die Kanäle A und B enthalten jeweils die AND-Gatter 236 bzw. 238 des ersten Elementes, gefolgt von kaskadierten D-Rand-getriggerten Flip-Flop-Schaltungen 240-242 bzw. 244-246. Die von den letzten Flip-Flop-Schaltungen 242 und 246 ausgegebenen Differenzsignale Q liegen an den D₀- und D₁-Eingängen des AND-Gatters 248 an. Diese AND-Gatter und die D-Flip-Flop-Schaltungen sind ECL-Gatter vom selben Typ, wie sie im Zusammenhang mit dem Signalgeberdiagramm nach 14 vorstehend beschrieben sind. Die AND-Gatter 236, 238 werden auf (dem logischen Nullzustand) LOW gehalten, der gesperrt ist, wenn der D₀-Eingang HIGH ist. Folglich wird das SELECT-Q-Signal an den D₀-Eingang des AND-Gatters 238 und das SELECT-Q-NOT-Signal an den D₀-Eingang des AND-Gatters 236 ausgegeben. Dies ermöglicht das abwechselnde Verwenden (Toggeln) der Kanäle, das funktionsmäßig in dem SELECT-Signalkurvenverlauf 232 (15, Darstellung (f)) mit abwechselnden Zuständen des mit A und B bezeichneten Kurvenverlaufs veranschaulicht ist. Unter Bezugnahme auf 15, Darstellung (d), wird das Auftreten der ersten Serie von 4 Pulsen, die dem logischen Nullzustand des Datensignalkurvenverlaufs 184 in der Darstellung (a) entsprechen, durch die Dekodierungslogik 224 des Kanals B mit dem LOW-Zustand des SELECT-Q-Kurvenverlaufs 232 (Darstellung (f)) dekodiert.
Bei einem an den Eingang des AND-Gatters 238 ausgegebenen LOW-D₀-Signal folgt das Q-Ausgangssignal des Gatters dem kodierten Datensignal, um das vier Pulse umfassen de Ausgangssignal zu erzeugen, wie es in dem Kurvenverlauf 250 nach 15, Darstellung (h), gezeigt ist. Das Q-Ausgangssignal des AND-Gatters wird an die CLK-Eingänge jedes der D-Flip-Flop-Schaltungen 244-246 ausgegeben, was bewirkt, dass jede dieser Schaltungen aufeinander folgend auf die ersten drei der vier Pulse des Datensignals hin nach HIGH wechselt, wie dies durch die Kurvenverläufe 252-254 der Darstellungen (l) bis (n) gezeigt ist. Der dritte Puls setzt darüber hinaus den Ausgang des AND-Gatters 248 auf HIGH, wie durch den Kurvenverlauf 256 nach 15, Darstellung (o) gezeigt. Die Q- und Q-NOT-Ausgangssignale des Gatters 248 werden invers an den D-NOT- bzw. D-Eingang der D-Flip-Flop-Ausgangsschaltung 230 ausgegeben, die außerdem an ihrem CLK-NOT-Eingang das Taxi-Taktsignal (Kurvenverlauf 208, 15, Darstellung (c)) empfängt.
Beim HIGH-Zustand des Q-Ausgangssignals des Gatters (248) ist das Q-NOT-Signal LOW, was den D-Eingang zu dem Flop 230 auf LOW setzt. Bei dem nächsten Übergang des CLK-NOT-Eingangs von LOW nach HIGH (nämlich dem HIGH- nach LOW-Übergang des Taxi-Taktsignal-Kurvenverlaufs 108 nach 15, Darstellung (c)) geht das Flop 230 nach LOW über. Mit dem LOW- nach HIGH-Übergang des SELECT-Signals (232, 15, Darstellung (f)) geht das AND-Gatter 248 auf LOW über, und auf den LOW- nach HIGH-Übergang des Taxi-Takt-NOT-Signals hin, das einem Bitintervall des Datensignals entspricht, nimmt der Q-Ausgang des Flops 230 den logischen Wert HIGH an. Der Ausgang des Flops 230, d. h. das Reclock-Signal, ist das dekodierte Datensignal, wie es durch den Kurvenverlauf 258 nach 15, Darstellung (p), veranschaulicht ist. Ein Vergleich der Darstellung (a) mit der Darstellung (p) nach 15 zeigt, dass das dekodierte Signal das rotierende Frame-Datensignal mit einer Inter vallverschiebung von einem Bit, d. h. einer Taxi-Taktperiode, wiederholt.
In ähnlicher Weise dekodiert die Dekodierschaltung die Abwesenheit von Impulsen als Bitzustände einer logischen Eins. Mit dem Auftreten der zweiten Pulsgruppe in dem Kurvenverlauf 110, einem „00", schaltet das SELECT-Signal die Dekodierschaltung 222 für das erste Bitintervall der Impulse frei und aktiviert die Schaltung 224 für die zweite Gruppe von vier Pulsen. Jedes dieser kodierten Bits wird in derselben Weise dekodiert, wie es vorstehend beschrieben ist.
In einer Ausführungsform ist der Kodieralgorithmus durch die Verwendung einer begrenzten Anzahl von Pulsen und einen auf einfachen Regeln basierenden Dekodieralgorithmus vereinfacht, der für eine Übersetzung der empfangenen Impulse in eine logische Null eine einfache Mehrheit voraussetzt. Drei innerhalb eines Bitintervalls auftretende Impulse werden als eine logische Null übersetzt, während weniger als drei als eine logische Eins übersetzt werden. Dies ist auf empirischen Beobachtungen der Signalrauschcharakteristik einer rotierenden CT-Schnittstelle begründet. Es hat sich herausgestellt, dass ein Kodierungsmuster von vier Pulsen ausreicht, um die Integrität der gekoppelten Daten bei deren Übertragung über die rotierende CT-Schnittstelle sicherzustellen. Es sollte jedoch verständlich sein, dass eine größere oder geringere Anzahl von Pulsen, sowie Pulsmuster und Dekodierungsalgorithmen mit größerer Komplexität eingesetzt werden können, wenn dies einem Fachmann für eine spezielle Anwendung erforderlich erscheint. Ferner können der Signalgeber und der Signalempfänger nach Bedarf modifiziert oder vollständig neu konfi guriert werden, um die vielfältigen einsetzbaren Kodierungsmuster und Dekodierungsalgorithmen zu verwirklichen.
Im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen exemplarischen System können viele Veränderungen und Hinzufügungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine auf Grafik basierte Benutzerschnittstelle verwendet werden, die es dem Benutzer ermöglicht, einen Mehrschichtscann und eine Bildrekonstruktion in vielfältiger Weise mit optimalen Werten beispielsweise für die Tischgeschwindigkeit, die Röntgenstrahlkollimation, die Datensammlungsschichtdicke, die Spannung und Stromstärke für den Röntgenstrahl sowie das Rekonstruktionsverfahren einfach vorzugeben, um die gewünschte Bildqualität zu erhalten. Eine derartige Schnittstelle kann durch einen berührungsempfindlichen Touch-Screen, durch ein durch Spracheingabe gesteuertes oder sonstiges Schnittstellenverfahren betätigt werden, das leicht zu handhaben und zu verstehen ist. Um die durch den Bediener vorzunehmende Auswahl weiter zu erleichtern, kann der Hostrechner vorprogrammiert sein, um vielfältige Vorgabemodi zu umfassen, die auf dem Typ des auszuführenden Scanndurchgangs basieren.
Erneut kann das oben beschriebene Mehrschicht-CT-System verwendet werden, um Einzel-, Doppel- oder Multibildschichtdatenscheiben oder -slices zu sammeln, um die Flexibilität zu erhöhen. Ein derartiges System erlaubt ferner eine hohe Abtastgeschwindigkeit bei guter Bildqualität und z-Achsen-Auflösung sowie geringer Röntgenröhrenbelastung. Ferner kann der Bediener unter Verwendung des Systems einfach und schnell Parameter für einen Mehrschichtscann und eine Bildrekonstruktion vorgeben.

Claims

Bildgebungssystem (10), zu dem gehören: ein Detektor (16), der mehrere Detektorzellen aufweist, die sich entlang einer z-Achse erstrecken und die dazu eingerichtet sind, multiple Schichten von Daten zu sammeln; und ein skalierbares Datenakquisitionssystem (42), das dazu eingerichtet ist, von dem Detektor (16) stammende Signale in eine digitale Form umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass das skalierbare Datenakquisitionssystem (42) eine Anzahl Konverterplatinen (10) enthält, von denen jede eine Anzahl Kanäle aufweist, wobei die Kanäle und Detektorzellen eine verflochtene Kopplung aufweisen, um Anfälligkeit für Bandartefakte zu reduzieren, wobei die verflochtene Kopplung an den Rändern der Konverterplatinen (104) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, zu dem ferner eine Röntgenstrahlenquelle (14), die mit dem Detektor (16) fluchtend ausgerichtet ist, und ein Nockenkollimator (48) gehört, der zwischen der Röntgenstrahlenquelle (14) und dem Detektor (16) positioniert ist.
System nach Anspruch 1, zu dem ferner eine Gantry (12) gehört, wobei der Detektor (16) und das skalierbare Datenakquisitionssystem (42) an die Gantry gekoppelt sind.
System nach Anspruch 3, zu dem ferner ein Gleitring (38) und eine Scann- und Rekonstruktionssteuereinheit (32) gehören, wobei der Gleitring (38) dazu eingerichtet ist, um eine Übertragung von Daten von dem skalierbaren Datenakquisitionssystem (42) zu der Scann- und Rekonstruktionssteuereinheit (32) zu erleichtern.
System nach Anspruch 1, zu dem ferner eine Benutzerschnittstelle (26) gehört, die dazu dient, einem Benutzer zu ermöglichen, Scannparameter auszuwählen, wobei zu der Benutzerschnittstelle (26) auswählbare Scannparameter für Spiral- und Axialscanndurchgänge gehören, wobei die Scannparameter Schichtbilddicken für Mehrschichtscanndurchgänge beinhalten.
System nach Anspruch 5, bei dem die Scannparameter für den Spiralscanndurchgang ferner eine Scanngeschwindigkeit beinhalten.
System nach Anspruch 5, bei dem die Scannparameter für den Spiralscanndurchgang einen Scannmodus hoher Bildqualität beinhalten.
System nach Anspruch 5, bei dem die Scannparameter für den Spiralscanndurchgang einen Scannmodus hoher Geschwindigkeit beinhalten.
System nach Anspruch 5, bei dem die Scannparameter für den Spiralscanndurchgang eine Scanngeschwindigkeit, einen Scannmodus hoher Bildqualität und einen Scannmodus hoher Geschwindigkeit beinhalten.
System nach Anspruch 5, bei dem die Scannpara meter für den axialen Scanndurchgang ferner eine Anzahl von Bildern pro Umdrehung beinhalten.
System nach Anspruch 1, bei dem der Detektor eine Anzahl Module (50) aufweist.
System nach Anspruch 11, bei dem wenigstens eines der Module (50) ein Szintillatorarray (56) und ein Photodiodenarray aufweist, wobei das Szintillatorarray über dem Photodiodenarray positioniert und optisch an dieses gekoppelt ist.
System nach Anspruch 12, bei dem von Photodioden des Photodiodenarrays ausgegebene Signale basierend auf mindestens entweder einer ausgewählten Schichtbilddicke und/oder Anzahl von Schichtbildern selektiv zusammenführbar sind.
System nach Anspruch 1, zu dem ferner gehören: eine Röntgenstrahlenquelle (14), bei der der Detektor (16) mit der Röntgenstrahlenquelle (14) fluchtet; ein Gleitring (38), der an das Datenakquisitionssystem (42) gekoppelt ist; und eine Scann- und Rekonstruktionssteuereinheit (32), die an den Gleitring (38) gekoppelt und dazu eingerichtet ist, anhand von Daten, die von dem Datenakquisitionssystem (42) über den Gleitring (38) an besagte Einheit übermittelt werden, Bilddaten zu erzeugen.
System nach Anspruch 14, das ferner einen Nocken kollimator enthält, der zwischen der Röntgenstrahlenquelle (14) und dem Detektor (16) positioniert ist.
System nach Anspruch 14, zu dem ferner eine Gantry gehört, wobei die Röntgenstrahlenquelle, der Detektor und das skalierbare Datenakquisitionssystem an die Gantry gekoppelt sind.
System nach Anspruch 14, zu dem ferner eine Benutzerschnittstelle (26) gehört, die dazu dient, einem Benutzer zu ermöglichen, Scannparameter auszuwählen, wobei die Benutzerschnittstelle auswählbare Scannparameter für Spiral- und Axialscanndurchgänge aufweist, wobei die Scannparameter Schichtbilddicken für Mehrschichtscanndurchgänge beinhalten.
System nach Anspruch 17, bei dem die Scannparameter für den Spiralscanndurchgang ferner mindestens entweder eine Scanngeschwindigkeit, einen Scannmodus hoher Bildqualität und/oder einen Scannmodus hoher Geschwindigkeit beinhalten.
System nach Anspruch 17, bei dem die Scannparameter für den axialen Scanndurchgang ferner eine Anzahl von Bildern pro Umdrehung beinhalten.
System nach Anspruch 14, zu dem ferner eine Hostrechner (24) gehört, der an die Scann- und Rekonstruktionssteuereinheit gekoppelt ist.
System nach Anspruch 20, ferner mit einem Vorpatientkollimator (???8), der dazu dient, einen Röntgenstrahl basierend auf mindestens entweder einer ausgewählten Schichtbilddicke und/oder einer Anzahl von Schichtbildern zu kollimieren, wobei der Vorpatientkollimator und der Detektor (16) an den Hostrechner (24) gekoppelt sind und basierend auf wenigstens entweder einer ausgewählten Anzahl von Schichtbildern und/oder einer ausgewählten Schichtbilddicke konfigurierbar sind.
System nach Anspruch 1, zu dem ferner gehört: ein Hostrechner (24) der eine Benutzerschnittstelle aufweist, die dazu dient, einem Bediener zu ermöglichen Scannparameter vorzugeben, wobei die Scannparameter Datensammelschichtbilddicke und Anzahl von Schichtbildern beinhalten; wobei der Hostrechner (24) mit dem Detektor (16) verbunden ist, um den Detektor (16) basierend auf den von dem Bediener vorgegebenen Scannparametern zu konfigurieren.
System nach Anspruch 22, ferner mit einem Vorpatientkollimator, der an den Hostrechner gekoppelt ist, wobei der Vorpatientkollimator einen Nockenkollimator enthält, der wenigstens eine einstellbare Nocke aufweist.
System nach Anspruch 23, bei dem der Nockenkollimator ferner mindestens zwei einstellbare Nocken aufweist.
System nach Anspruch 22, bei dem der Detektor eine Anzahl Module aufweist, mindestens einer der Module ein Szintillatorarray und ein Photodiodenarray enthält, wobei das Szintillatorarray über dem Photodiodenarray angeordnet ist.
System nach Anspruch 25, bei dem Signale, die durch Photodioden des Photodiodenarrays ausgegeben werden, basierend auf mindestens entweder einer ausgewählten Schichtbilddicke und/oder Anzahl von Schichtbildern selektiv zusammenführbar sind.
System nach Anspruch 1, zu dem ferner gehören: eine Röntgenstrahlenquelle (14), bei der der Detektor (16) mit der Röntgenstrahlenquelle (14) fluchtet; ein Gleitring (38), der an das Datenakquisitionssystem (42) gekoppelt ist; eine Scann- und Rekonstruktionssteuereinheit (32), die an den Gleitring (38) gekoppelt und dazu eingerichtet ist, anhand von Daten, die von dem Datenakquisitionssystem (42) über den Gleitring (38) an besagte Einheit übermittelt werden, Bilddaten zu erzeugen; und ein Hostrechner (24), der an die Scann- und Rekonstruktionssteuereinheit (32) gekoppelt ist, wobei der Hostrechner (24) eine Benutzerschnittstelle aufweist, die dazu dient, einem Benutzer zu ermöglichen, Scannparameter auszuwählen, wobei zu der Benutzerschnittstelle auswählbare Scannparameter für Spiral- und Axialscanndurchgänge gehören, wobei die Scannparametern Schichtbilddicken für Mehrschichtscanndurchgänge beinhalten.
System nach Anspruch 28, ferner mit einem Nockenkollimator, der zwischen der Röntgenstrahlenquelle und dem Detektor angeordnet ist.
System nach Anspruch 28, zu dem ferner eine Gantry gehört, wobei die Röntgenstrahlenquelle, der Detektor und das skalierbare Datenakquisitionssystem an die Gantry gekoppelt sind.
System nach Anspruch 28, bei dem die Scannparameter für den Spiralscanndurchgang ferner mindestens entweder eine Scanngeschwindigkeit, einen Scannmodus hoher Bildqualität und/oder einen Scannmodus hoher Geschwindigkeit beinhalten.
System nach Anspruch 28, bei dem die Scannparameter für den axialen Scanndurchgang ferner eine Anzahl von Bildern pro Umdrehung beinhalten.
System nach Anspruch 28, ferner mit einem Vorpatientkollimator, der dazu dient, einen Röntgenstrahl basierend auf mindestens entweder einer ausgewählten Schichtbilddicke und/oder einer Anzahl von Schichtbildern zu kollimieren, wobei der Vorpatientkollimator und der Detektor an den Hostrechner gekoppelt sind und basierend auf wenigstens entweder einer ausgewählten Anzahl von Schichtbildern und/oder einer ausgewählten Schichtbilddicke konfigurierbar sind.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 1-33, bei dem jede Konverterplatine (104) einen Antialiasing-Filter und einen A/D-Konverter (ADC) aufweist.