CN1969758B - 用于控制数据采集系统噪声的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于包括数据采集系统(32)和探测器的成像系统(10)的方法和系统。所述数据采集系统包括多个端子，至少一个所述端子连接到相应探测器元件(502)的信号引线，所述电路板连接器(304)靠近所述探测器安置，以利于减少各个探测器元件信号引线的输入电容；和至少一个连接器槽，设置成接收单个模拟数字转换器板(A/D板)(300)，所述连接器槽进一步设置成接收彼此背对背布置的两个A/D板。

Description

用于控制数据采集系统噪声的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及成像，更具体地，涉及用于多层成像系统的可瓦片化(tileable)的数据采集系统结构。

背景技术

至少在一些成像系统中，通常称为计算机断层摄影(CT)系统，x射线源投射扇形束，该扇形束被准直为处于笛卡尔坐标系的X-Y平面内并且通常称为“成像平面”。X射线束穿过例如患者的待成像对象。射线束被对象衰减之后，入射到辐射探测器阵列上。在探测器阵列处接收的衰减射线辐射束的强度取决于对象对x射线束的衰减。阵列的每个探测器元件产生一个单独的电信号，该信号是在该探测器位置处辐射束衰减的测量值。来自全部探测器的衰减测量值被单独地采集以产生透射分布。

在已知的第三代CT系统中，x射线源和探测器阵列随着门架在成像平面内并围绕待成像对象旋转，以便x射线束与对象相交的角度不断变化。X射线源通常包括x射线管，其在焦点处发射x射线束。X射线探测器通常包括用于准直在探测器处接收的x射线束的准直器、邻近准直器的闪烁体、和邻近闪烁体的光电二极管。

探测器通常连接到将探测器输出的模拟信号转换为数字形式的数据采集系统(DAS)。模拟信号向数字形式的转换可以用印刷电路板上的封装集成电路(IC)芯片内的模数转换器实现。通常，该电路板与许多其它类似电路板一起连接到与外壳底板连接的连接器。所述连接器通过电缆连接到探测器。这样的构造使模拟-数字转换器电路板的位置距探测器相对远。这导致在模拟-数字转换器电路板与探测器之间有长的互连线，并且与将模拟-数字转换器密邻探测器放置的情况相比，具有相对更高的噪声性能。采用封装IC容纳模拟-数字转换器阻止了有利于使从探测器到模拟-数字转换器的路径长度最小的紧密的密集构造。

发明内容

在一个实施例中，提供了用于包括探测器的成像系统的数据采集系统。所述数据采集系统包括：电路板连接器，其包括多个端子，至少一个所述端子耦合到一个相应探测器元件的信号引线，其中该电路板连接器靠近所述探测器安置，以便利于减少各个探测器元件信号引线的输入电容；和至少一个连接器槽，设置成接收单个模拟-数字转换器板(A/D板)，所述连接器槽进一步设置成容纳两个以彼此背对背的形式构造的A/D板。

在另一个实施例中，提供了一种成像系统。该成像系统包括具有多个探测器元件的探测器，每个所述元件电连接到用于采集图像数据的数据采集子系统(DAS)的输入，所述DAS包括具有多个端子的电路板连接器，至少一个所述端子连接到相应探测器元件的信号引线，所述电路板连接器靠近所述探测器安置，以利于减少各个探测器元件信号引线的输入电容，所述电路板连接器进一步包括连接器槽，其设置成接收单个模拟数字转换器板(A/D板)，所述连接器槽进一步设置成接收彼此背对背布置的两个A/D板，并包括至少一个模拟到数字转换器板(A/D板)，其可通信地连接到所述连接器槽。

在再一个实施例中，提供了组装成像系统的方法。该成像系统包括具有多个探测器元件(502，504)的探测器，每个所述元件电连接到用于采集图像数据的数据采集子系统(DAS)的输入。所述方法包括用各个探测器元件的信号引线、从每个探测器元件到相关的电路板连接器端子，把电路板连接器连接到该多个探测器元件，其中电路板连接器靠近所述探测器安置，以利于减少各个探测器元件信号引线的输入电容。该方法还包括把至少一个模拟-数字转换器板(A/D板)耦合到电路板连接器，该电路板连接器包括槽，所述槽设置成接收单个模拟数字转换器板(A/D板)，并设置成接收彼此背对背布置的两个A/D板

附图说明

图1是多层容积CT成像系统的视图；

图2是图1所示的多层容积CT成像系统的方框图；

图3是可用于图2所示DAS的示例性模拟-数字转换器板(A/D板)的平面视图；

图4是一对图3所示的示例性A/D板的侧视图；

图5是图2所示的可用于多层容积CT成像系统的探测器阵列的部分平面示意图。

部件列表

10    CT系统

12    门架

14    辐射源

16    锥形束

18    探测器阵列

20    探测器元件

22    患者

24    旋转轴

26    控制机构

28    辐射控制器

30    门架电机控制器

32    系统(DAS)

34    重建器

36    计算机

38    存储设备

40    控制台

42    显示器

44    平台电机控制器

46    电动平台

48    门架开口

50    设备

52    计算机可读介质

300   A/D板

302   电路板基板

304    输入连接器

306    输出连接器

308    连接器

310    前面

312    后面

314    ASIC

316    线驱动器

500    部分

502    第一探测器元件

504    探测器元件

512    容纳

具体实施方式

正如在此使用的，以单数形式叙述并用单词“一个”描述的元件或步骤应当理解为不排除多个所述单元或步骤，除非明确地表明了这种排除。而且，提及本发明的“一个实施例”不意味着解释为排除也结合了所叙述的特征的另外实施例的存在。

还正如在此使用的，短语“重建图像”不意味着排除仅产生了表示图像的数据但是没有可视的图像的本发明实施例。因此，如在此使用的术语，“图像”，泛指可视图像和表示可视图像的数据。然而，许多实施例产生(或者配置成产生)至少一个可视图像。

图1是多层容积CT成像系统10的视图。图2是图1所示的系统10的方框图。在示例性实施例中，计算机断层摄影(CT)成像系统10，以包括表示“第三代”CT成像系统的门架12的形式示出。门架12具有向在门架12的相对侧上的探测器阵列18投射x射线锥形束16的辐射源14。

探测器阵列18由包括多个探测器元件20的多排探测器(未示出)构成，所述多个探测器元件一起感测穿过例如医疗患者22的对象的投射x射线束。每个探测器元件20产生表示入射的辐射束强度和因此表示当辐射束穿过患者22时的衰减的电信号。具有多层探测器阵列18的成像系统10能够提供表示患者22的多幅图像。该多个图像中的每个图像对应于体积的一个单独“层”。层的“厚度”或孔径取决于探测器排的厚度。

在采集辐射投影数据的扫描期间，门架12和安装于其上的部件围绕旋转轴24旋转。图2仅示出了单排探测器元件20(即，一个探测器排)。但是，多层探测器阵列18包括探测器元件20的多个平行探测器排，以便能在一个扫描期间同时采集对应于多个准平行或平行层的投影数据。

门架12的旋转和辐射源14的工作由CT系统10的控制机构26来管理。控制机构26包括向辐射源14提供电能和定时信号的辐射控制器28和控制门架12的旋转速度和位置的门架电机控制器30。位于控制机构26内的数据采集系统(DAS)32从探测器元件20采样模拟数据并把该数据转换为数字信号用于随后的处理。图像重建器34从DAS32接收采样并数字化的辐射数据并执行高速图像重建。重建的图像输入到计算机36，计算机36把图像存储在海量存储装置38中。

计算机36还通过具有键盘的控制台40从操作者接收命令和扫描参数。相关显示器42允许操作者观察来自计算机36的重建图像和其他数据。计算机36使用操作者提供的命令和参数，以提供控制信号和信息给DAS 32、辐射控制器28和门架电机控制器30。另外，计算机36操纵控制电动平台46的平台电机控制器44，以便在门架12内定位患者22。具体地，平台46移动患者的某些部分通过门架开口48。

在一个实施例中，计算机36包括装置50，例如，软盘驱动器或CD-ROM驱动器，用于从例如软盘或CD-ROM的计算机可读介质52读取指令和/或数据。在另一个实施例中，计算机36执行存储在固件(未示出)中的指令。通常，位于图2所示的DAS 32、重建器34和计算机36中的至少一个内的处理器，编程为执行下述的过程。当然，该方法不局限于在CT系统10中使用，并可以用于很多其他类型的成像系统和成像系统变型。在一个实施例中，计算机36编程为执行在此描述的功能，因此，正如在此使用的，术语计算机不仅仅局限于本领域称作计算机的那些集成电路，而是泛指计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路、和其他可编程电路。

下文描述了根据本发明的一个实施例的示例性多层CT系统。虽然下文详细描述了本系统的一个实施例，应当理解的是，很多本发明的替换实施例也是可能的。例如，虽然描述了一个特定的探测器和一个特定的数据采集系统，其他探测器或数据采集系统也可用于本系统，并且本发明不局限于利用任何一个特定类型的探测器。特别地，下文描述的探测器包括多个模块并且每个模块包括多个探测器单元。除了下文描述的特定的探测器，也可使用沿z轴具有不分段单元的探测器，和/或这样的探测器，其具有多个元件沿x轴和/或z轴的任一方向连接在一起的多个模块以便同时采集多层扫描数据。通常，本系统可在多层模式下收集一层或更多层数据。可用本系统执行轴向和螺旋扫描，处理、重建、显示和/或存档被扫描对象的横截面图像。

图3是可用于DAS 32(图2所示)的示例性模拟-数字转换器电路板(A/D板)300的平面视图。在该示例性实施例中，DAS 32包括：接口板(IFB)(未示出)，其提供各种电压的电源以及互连到位于DAS 32外的部件；DAS控制板(DCB)(未示出)，其控制DAS数据扫描协议和用于数据采集的控制信号；和A/D板300，其把来自探测器元件20的低电平模拟信号转换为数字字，用于与系统10的其他部分通信。

A/D板300包括电路板基板302、至少一个模拟输入连接器304、和至少一个输出连接器306。连接器308配置成与从探测器元件20(图3中未示出)延伸的多条引线(未示出)耦合。连接器308配置成接收多个A/D板300。在示例性实施例中，连接器308设置成接收两个背对背取向的A/D板300。电路板基板302包括：前面310，例如，基本上全部电路板部件安装于其上的那面；和背面312，例如，安装了相对较少部件的那面。

A/D板300包括多个安装在前面310的部件。这些部件可包括一个或更多专用集成电路(ASIC)314。在示例性实施例中，ASIC 314包括，例如64个模拟-数字转换器，使得具有八个ASIC 314在板上的A/D板300，可以容纳512个与探测器元件20的连接。可以通过把ASIC 314封装在一个芯片级封装(CSP)内得到这样的信号密度。一个CSP可包括面积不大于原始管芯面积的1.2倍的单管芯、可直接表面安装的封装，使得ASIC 314尺寸更小(例如相对于传统封装技术而言减小了占据面积和减小了厚度)，重量更小，组装工艺相对更容易，整体生产成本更低，和电学性能得到改进。CSP设计还可容忍管芯尺寸变化，这是因为减少的管芯尺寸仍能被插入器(interposer)设计容纳而不用改变CSP占据面积。CSP设计导致用于ASIC 314的占据面积小，使得A/D板300的布局能够在不同的二极管像素与各个模拟-数字转换器之间的迹线长度上没有大的差别，并且由于封装内更短的引线长度导致像素像素之间的噪声性能相似且ASIC 314的噪声更低。ASIC 314的更小的占据面积还允许，当探测器18的长度在Z方向增加时，通过增加更多的ASIC 314而在Z方向上扩展。另外，到ASIC 314相对短的路径长度有利于使输入电容最小，导致对于同样的信号水平，噪声最低限度更低。

在示例性实施例中，ASIC 314包括模拟-数字转换器，其设置成从探测器元件20接收模拟输入并传送表示输入信号的一个或更多参数的数字信号。ASIC 314和A/D板300的一个特征是“可瓦片化(tileable)”。如在此使用的，术语“可瓦片化”意为ASIC 314可以与其他ASIC 314结合以形成更大的有效ASIC 314。例如，可通过向探测器阵列18增加探测器元件20并在A/D板300上增加ASIC314，在Z方向扩展系统10的视场。A/D板300的设计是对称的，以便当增加额外的ASIC 314时A/D板300的已有部分不被打乱。应当很好地理解的是，可以增加任意数量的ASIC 314以形成能够容纳额外探测器元件20的A/D板300。来自模拟-数字转换器的数字输出可以以串行或者以半串行方式、利用例如低压16位双向收发器的线驱动器316传送，以减少互连硬件的数量。高速串行连接有利于使DAS 32与系统10的其他部件(例如一个或更多DSP模块)之间的连接数量最少，以便提供简单的且更可靠的设计。

在运行中，探测器阵列18被入射x射线激发并发射相对低的电流信号，该信号通常在nA到pA范围内并且取决于入射x射线的kV和被成像的解剖体。来自探测器阵列18的模拟电流信号通过屏蔽的带状或柔性电缆提供到A/D板300的输入通道。由于系统10内产生图像的质量至少部分地取决于采集的质量和低电平模拟信号向数字信号的转换，因此A/D板300布置在紧密接近探测器阵列18的位置。电缆直接耦合到连接器308上的端子连接器，而不耦合到中间底板。排除模拟底板允许替换模块部件，例如组合二极管-DAS模块，提供了容易的现场维修。可以把一个或更多A/D板300插入连接器308。在该示例性实施例中，连接器308设置成接收一对A/D板300，使得从每个元件20到各个ASIC 314的导线路径长度有利地被最小化。更短的导线路径长度有利于减少导线的电容，其减少了导线的输入噪声。

图4是一对示例性A/D板300沿视图“A”的侧视图(图3所示)。在该示例性实施例中，A/D板300以背对背取向耦合到连接器308。如在此使用的，背对背，描述了一种取向，其中每个A/D板300的背面312面对位于同样连接器内的另一A/D板300的背面312。每个A/D板300设置成接收512(64X8)个低信号模拟连接。因此耦合到连接器308的该对板，提供多达1024(512X2)个低信号模拟连接。在各种其他实施例中，由于A/D板300的可扩展构造，基于每个A/D板300上使用的ASIC314的数量和每个ASIC 314上模拟-数字转换器的数量，可以得到更多的低信号模拟连接。

图5是可用于系统10(图2所示)的探测器元件的部分500的示意平面图。部分500包括对应于一个像素的第一探测器元件502和围绕第一探测器元件502的八个探测器元件504。在该示例性实施例中，第一探测器元件502耦合到位于标记为“ASIC A”的ASIC内的模拟-数字转换器。围绕第一探测器元件502的其他探测器元件中的每一个耦合到非ASICA的ASIC。A/D板300上的信号迹线布置成围绕一个像素的像素不连接到与被围绕像素相同的ASIC。这样的设置允许当第一探测器元件502故障时抖动(dithering)。可对来自周围像素的信息进行外推以便校正故障像素。

虽然在此描述的实施例是关于医疗成像进行讨论的，应当理解的是，在此描述的图像采集和处理方法不局限于医疗应用，而是可以应用于非医疗应用中。

上面描述的实施例仅仅是示意性的。如上所述，可以包括以计算机进行处理的形式的实施例和用于实施那些处理的装置的实施例。还包括形式为计算机程序代码的实施例，所述程序代码包含收录在例如磁盘、CD-ROM、硬盘、或任何其他计算机可读存储介质的有形数据存储装置38内的指令，其中，当计算机装载并执行所述计算机程序代码时，计算机成为用于实施本发明的装置。还包括形式为计算机程序代码的实施例，例如，该程序代码无论存储在存储介质中，装载入计算机和/或被计算机执行，还是通过一些传输介质(例如通过电线或电缆，通过光纤，或通过电磁辐射)作为传播数据信号传输，无论是否为调制的载波，其中，当该计算机程序代码载入计算机并被计算机执行时，计算机成为用于实施本发明的装置。当在通用微处理器上事实时，该计算机程序代码段将微处理器配置成产生特定的逻辑电路。

应当知道的是，使用第一和第二或其他类似的术语表示类似的部件不意味着指定或暗示任何特定顺序，除非另外说明。

上述成像系统的实施例提供了用于数据采集系统的有成本效益且可靠的装置，该采集系统提供了导致DAS-探测器子系统更紧密封装的更紧凑设计。更具体的，探测器元件与模拟-数字转换器之间的导体的导线长度改进了系统噪声性能，可瓦片化的构造提供了在Z方向上的易于扩展性，芯片级封装设计使得ASIC封装的占据面积能更小，并且A/D板内的抖动使得能够外推故障ASIC通道的数据。因此，所描述的方法有利于以有成本效益和可靠的方式维护和操作数据采集系统。

上文已经详细地描述了成像系统方法和装置的典型实施例。图示的成像系统部件不局限于在此描述的特定实施例，相反，每个成像系统的部件可单独使用并与在此描述的其他部件分开。例如，上述的成像系统部件还可与不同的成像系统结合使用。在此描述的系统和方法的各种实施例的技术效果包括，通过最小化数据采集系统噪声改进图像质量，和路由信号以便能够实现数据抖动。

虽然已经以各种特定的实施例的方式描述了本发明，那些本领域的熟练人员将认识到本发明能够在权利要求书的精神和范围内的变形的形式实施。

Claims (10)

1.一种用于包括探测器的成像系统(10)的数据采集系统(32)，所述探测器包括多个探测器元件，所述数据采集系统包括电路板连接器(304)，进一步包括：

多个端子，至少一个所述端子耦合到所述探测器元件中相应一个的信号引线，所述电路板连接器靠近所述探测器安置，以利于减少各个探测器元件信号引线的输入电容；和

一个连接器槽，设置成接收第一和第二A/D板的多个端子，所述第一和第二A/D板彼此背对背布置。

2.根据权利要求1所述的数据采集系统(32)，其中所述至少一个A/D板(300)进一步包括多个可瓦片式的专用集成电路(ASIC)芯片(314)，相对电路板连接器(304)端子对称地取向。

3.根据权利要求2所述的数据采集系统(32)，其中至少一个ASIC(314)包括多个模拟-数字转换器，至少一个ASIC包括芯片级封装设计，所述多个模拟-数字转换器通过布置成有利于探测器元件与模拟-数字转换器之间的路径长度基本相等的信号迹线，耦合到电路板连接器(304)端子。

4.根据权利要求3所述的数据采集系统(32)，其中通过把额外的ASIC(314)耦合到所述A/D板(300)，使所述系统在Z方向上可扩展，所述ASIC包括用于每个增加的探测器元件的各个模拟-数字转换器。

5.根据权利要求1所述的数据采集系统(32)，进一步包括串行数据传输总线，多个专用集成电路(ASIC)芯片(314)中的至少一个耦合到所述串行数据传输总线。

6.根据权利要求1所述的数据采集系统(32)，其中从该多个探测器元件中的每个到相应专用集成电路(ASIC)(314)的路径长度基本等于，从该多个探测器元件中的其它每个到相应ASIC的路径长度。

7.根据权利要求1所述的数据采集系统(32)，其中每个所述探测器元件被相邻探测器元件围绕，每个所述探测器元件耦合到相应第一专用集成电路(ASIC)芯片(314)，使得每个相邻的探测器元件耦合到不同于该第一ASIC的ASIC。

8.一种成像系统(10)，包括具有多个探测器元件(502，504)的探测器，每个所述元件电连接到用于采集图像数据的数据采集系统(DAS)(32)的输入，所述DAS进一步包括：

包括多个端子的电路板连接器(304)，至少一个所述端子耦合到相应探测器元件的信号引线，所述电路板连接器靠近所述探测器安置，以利于减小信号引线的输入电容，所述电路板连接器进一步包括单个连接器槽，该连接器槽设置成接收第一和第二A/D板的多个端子，所述第一和第二A/D板彼此背对背布置；和

至少一个模拟到数字转换器板(A/D板)可通信地耦合到所述连接器槽。

9.根据权利要求8所述的成像系统(10)，其中所述电路板连接器(304)端子设置成从探测器接收输入。

10.根据权利要求8所述的成像系统(10)，进一步包括多个专用集成电路(ASIC)芯片(314)，每个ASIC包括多个模拟-数字转换器，至少一个ASIC包括芯片级封装设计。

Images