專利名稱：用于計算的斷層成像的數據采集的制作方法
背景技術：
本發明涉及醫療成像的領域，尤其適用于計算機斷層(CT)。本發明也可用于X-射線檢測和成像的領域，包括工業檢查系統、無損測試、行李檢查等。
早期的CT掃描器僅具有發射穿過檢查區的X-射線的單個尖錐束X-射線源和在該X-射線已經穿過了在檢查區中的患者之后接收衰減的X-射線的單個檢測器。該射線源和檢測器繞檢查區重復地旋轉并平移以獲得患者的圖像。應用這種掃描器獲得圖像的過程較慢并且所得到的圖像分辨率較低。
隨后在CT技術方面進一步發展，減少了掃描時間，增加了患者的吞吐量，并且增加了圖像的空間分辨率。尤其是通過增加由X-射線源所產生的束輻射的尺寸和增加在掃描器中的檢測器的數量，已經實現了這些目標。
與早期的掃描器一樣，第二代掃描器使用旋轉平移系統，但是通過使用檢測器陣列和較小的扇形束X-射線源改善了更早期的掃描器的數據采集速度。
第三代CT掃描器也使用同時繞對象旋轉的扇形束X-射線源和檢測器陣列。然而，第三代掃描器的扇形束足夠寬以覆蓋所研究的患者區域的截面。因此，不需要平移射線源檢測器組件。
與第三代掃描器一樣，第四代CT掃描器使用繞檢查區旋轉的扇形束X-射線源。然而，檢測器分布在檢查區的周圍并且不隨著X-射線源旋轉。
不管結構如何，CT掃描器至少包括一個分立的輻射檢測器，該輻射檢測器將穿過患者檢查區的X-射線輻射轉換為電子信號。每個輻射檢測器包括X-射線敏感面，比如閃爍晶體，該敏感面將所接收的輻射轉換為相應的光量。提供固態光電二極管以將由閃爍晶體所發射的光轉換為表示晶體發射的光的強度的模擬電子信號，該模擬電子信號由此表示所接收的輻射的強度。分離地設置在電路板上。每個電路板支撐著光電二極管陣列并連接閃爍晶體。此外，前置放大器可操作地連接到電路板并連接到每個光電二極管輸出以將光電二極管電流轉換為在模擬到數字轉換系統的動態范圍內的合適的電壓。
來自電路板的模擬信號輸送到分離的處理區，在那里將他們從模擬狀態轉換為相應的數字信號。處理區通常距離檢測器一定的距離。通過從光電二極管延伸到模擬到數字變換器的相當長的總線系統將模擬信號輸送到處理區。
由于他們經過在輻射檢測器和處理區之間的較長的總線系統，所以這種系統的一個問題是模擬信號質量下降。
CT掃描器運行在外部射頻電磁信號的環境中，這種信號的頻率在較寬的頻帶上變化。外部信號源包括附近正運行著的電氣部件、設備、來自其它的檢測器的信號等。較長的總線系統包括較長的引線，這個引線不經意地用作拾取外部電磁信號并將其轉換為模擬信號的天線。外部模擬信號疊加在來自檢測器的模擬信號上并與其混合。在重構圖像時所疊加的外部信號以噪聲和虛數據的形式出現。由于噪聲、重影以及其它的偽影降低了所得的圖像質量。
另一問題是由于檢測器數量的增加所造成的與該檢測器相關聯的電子電路的復雜性。
每個檢測器通常要求具有支持檢測器的所有的前端電子器件和硬件的分離的通道。由于增加了檢測器的數量，要求處理并轉換由檢測器所產生的信號的電路和相關的電氣連接也增加。因此，實施更大數量的檢測器已經是一個艱巨的任務。
根據本發明的一方面，提供一種計算機斷層成像系統。該系統包括確定檢查區的靜止臺架部分和繞檢查區旋轉的旋轉臺架部分。X-射線源設置在旋轉臺架部分上以將X-射線投射過檢查區，并且多個模塊化的輻射檢測器單元設置在自X-射線源的檢查區上。每個輻射檢測器單元包括X-射線敏感單元的陣列，該X-射線敏感單元接收來自X-射線源的經過了檢查區之后的輻射并產生表示由此所接收的輻射的模擬信號。每個輻射檢查單元也包括連接到X-射線敏感單元的多個集成電路，每個集成電路包括多個通道。每個通道接收來自X-射線敏感單元的模擬信號并產生表示該模擬信號的值的數字數據。
根據本發明的進一步限制的方面，每個模塊化的輻射檢測器單元也包括電路板，并且多個X-射線敏感單元和多個集成電路設置在電路板上。
根據本發明的進一步限制的方面，集成電路設置在電路板上以使從X-射線敏感單元到它們的相應集成電路的距離的變化性最小。
根據本發明的進一步限制的方面，每個集成電路包括至少32個通道。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括在一時間周期內產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖數量與模擬信號的幅值成比例。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括產生表示在該時間周期中所產生的脈沖數量的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值的頻率至數字轉換器。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括并行至串行轉換器，該并行至串行轉換器包括使該通道互連以使來自多個通道的數字數據組合形成數字數據的單一的輸出流的裝置。
根據本發明的進一步限制的方面，該X-射線敏感單元的陣列是一種具有M行和N列的陣列，M和N是大于或等于2的整數。
根據本發明的進一步限制的方面，X-射線敏感單元陣列的每行對應于圖像數據的單一片層。
根據本發明的進一步限制的方面，至少一行X-射線敏感單元連接到一個集成電路。
根據本發明的另一方面，提供一種計算機斷層成像系統。該計算機斷層成像系統包括確定檢查區的臺架和將X-射線投射過檢查區的X-射線源。該系統還包括多個X-射線敏感單元，該X-射線敏感單元將通過檢查區后的X-射線轉換為多個模擬信號。多個集成電路與X-射線敏感單元電連接，并且每個集成電路接收模擬信號并產生表示該模擬信號的值的數字數據。集成電路設置在檢查區的周邊上并包括互連集成電路以組合來自多個集成電路的數字數據以形成數字數據的單一輸出流的裝置。
根據本發明的進一步限制的方面，每個集成電路還包括多個通道，每個通道包括將單一X-射線敏感單元的模擬信號轉換為數字數據的模擬至數字轉換器。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括在一時間周期中產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器。該脈沖的數量與模擬信號的幅值成比例。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括產生表示在該時間周期中所產生的脈沖數量的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值的頻率至數字轉換器。
根據本發明的進一步限制的方面，該計算機斷層成像也包括確保第一數字值的值至少為2的裝置。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括在串行輸出流中輸出數字數據的并行至串行轉換器。
根據本發明的進一步限制的方面，該計算機斷層成像系統也包括設置在檢查區的周邊上的多個電路板，并且X-射線敏感單元和集成電路設置在電路板上。
根據本發明的另一方面，提供一種計算機斷層成像系統，該計算機斷層成像系統包括靜止臺架部分、繞檢查區旋轉的旋轉臺架部分、設置在旋轉臺架部分上以將X-射線投射過檢查區的X-射線源、設置在自X-射線源的檢查區上用于接收在X-射線源處發出的X-射線并產生表示由此所接收的X-射線的模擬信號的多個X-射線敏感單元和接近X-射線檢測器地設置的至少一個集成電路。該集成電路包括多個通道，每個通道耦合到單個X-射線敏感單元以從該單元接收模擬信號并產生表示該模擬信號的值的數字數據。
根據本發明的進一步限制的方面，多個X-射線敏感單元和集成電路設置在電路板上。
根據本發明的進一步限制的方面，多個X-射線敏感單元以二維陣列的形式設置。
根據本發明的進一步限制的方面，二維陣列包括至少兩行和至少兩列的X-射線敏感單元。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括在一時間周期內產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖數量與由該通道所接收的模擬信號的幅值成比例。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括產生表示在該時間周期中所產生的脈沖數量的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值的頻率至數字轉換器。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括并行至串行轉換器，該并行至串行轉換器在串行輸出流中輸出多個X-射線敏感單元的數字數據。
根據本發明的進一步限制的方面，該集成電路也包括從第二集成電路中接收數字數據的裝置。所接收的數字數據表示第二集成電路的模擬信號的值。該集成電路也包括給第三集成電路發送數字數據的裝置，所發送的數字數據表示該集成電路的模擬信號的值。
根據本發明的一方面，提供一種計算機斷層成像系統。該計算機斷層成像系統包括具有檢查區的靜止臺架部分和繞檢查區旋轉的旋轉臺架部分。該系統也包括安裝在旋轉臺架部分以將X-射線投射過檢查區的X-射線源和設置在自X-射線源的檢查區上的多個輻射檢測器單元。每個輻射檢測器單元包括電路板和產生表示從該X-射線源傳遞到輻射檢測器單元的輻射的模擬信號的X-射線檢測器裝置。該X-射線檢測器裝置包括X-射線敏感單元的二維陣列并設置在電路板上。每個輻射檢測器單元也包括將模擬信號轉換為數字信號的多通道模擬至數字轉換裝置。多通道模擬至數字轉換裝置的每個通道連接到單個的X-射線敏感單元并且多通道模擬至數字轉換裝置設置在電路板上。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括在一時間周期內產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖數量與模擬信號的幅值成比例。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括頻率至數字轉換器，該頻率至數字轉換器產生表示在該時間周期中所產生的脈沖數量的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括并行至串行轉換器，該并行至串行轉換器在串行輸出流中輸出X-射線敏感單元的二維陣列的數字數據。
根據本發明的進一步限制的方面，X-射線敏感單元的每個陣列包括多個行和多個列并且每個行對應于圖像數據的單個片層。
根據本發明的進一步限制的方面，多通道模擬至數字轉換裝置至少包括一個集成電路，并且X-射線敏感單元陣列的一行的X-射線敏感單元連接到相同的集成電路。
根據本發明的另一方面，提供一種計算機斷層成像方法。該方法包括應用X-射線源將X-射線投射過檢查區并在它們穿過檢查區之后應用設置在電路板上的多個X-射線敏感單元檢測投射的X-射線。多個X-射線敏感單元每個都產生表示由此所檢測的X-射線的相應的模擬信號。該方法也包括應用至少一個集成電路將模擬信號轉換為數字數據。該集成電路包括模擬信號的模擬至數字轉換的多通道并且設置在電路板上。每個通道轉換單個X-射線敏感單元的模擬信號。
根據本發明的進一步限制的方面，該計算機斷層成像方法也包括如下的步驟從多個X-射線敏感單元中產生包括數字數據的串行數據流，應用集成電路執行產生串行數據流的步驟。
根據本發明的進一步限制的方面，將模擬信號轉換為數字數據的步驟包括，對于每個X-射線敏感單元，存儲表示在一時間周期中的脈沖數的第一值，在來自每個單元的模擬信號到達閾值時產生該脈沖，以及存儲表示在該時間周期中在第一脈沖和最后脈沖之間的時間的第二值。
根據本發明的進一步限制的方面，該計算機斷層成像方法也包括確保在該時間周期內產生至少兩個脈沖的步驟。
根據本發明的另一方面，提供一種計算機斷層成像方法。該方法包括繞檢查區旋轉X-射線，應用X-射線源將X-射線投射過檢查區，以及應用多個X-射線敏感單元的多個二維陣列檢測投射的X-射線。將X-射線敏感單元陣列設置在多個電路板上，每個X-射線敏感單元產生表示由該單元所檢測的X-射線的模擬信號。該方法也包括應用多個集成電路產生表示模擬信號的數字信號的步驟。該集成電路設置在電路板上，并且每個集成電路包括多個通道，每個通道將來自至多一個的X-射線敏感單元的模擬信號轉換為數字信號。
根據本發明的進一步限制的方面，該計算機斷層成像方法也包括通過互連集成電路的通道產生數字數據的單個輸出流的步驟。
根據本發明的進一步限制的方面，集成電路的每個通道包括比率量度電流至頻率轉換器。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括在一時間周期中產生多個電脈沖的頻率至數字轉換器。該脈沖數量與模擬信號的幅值成比例。
根據本發明的進一步限制的方面，該計算機斷層成像方法也包括產生表示在該時間周期中的電脈沖數的第一數字值和表示在該時間周期中的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值。
根據本發明的另一方面，提供一種在計算機斷層成像中使用的模塊化輻射檢測器單元。該模塊化輻射檢測器單元包括電路板和設置在該電路板上的多個X-射線敏感單元。在X-射線穿過檢查區之后該X-射線敏感單元接收X-射線并產生表示由此所接收的X-射線的模擬信號。模塊化輻射檢測器單元也至少包括設置在電路板上的集成電路。該集成電路包括將來自多個X-射線敏感單元的模擬信號轉換為數字數據的多個模擬至數字轉換通道。
根據本發明的進一步限制的方面，多個X-射線敏感單元以具有多個行和多個列的二維陣列設置。
根據本發明的進一步限制的方面，二維陣列的每行對應于計算機斷層圖像數據的單個片層。
根據本發明的進一步限制的方面，X-射線敏感單元的二維陣列的至少一行連接到一個集成電路。
根據本發明的進一步限制的方面，每個模擬至數字轉換通道從至多一個的X-射線敏感單元中接收模擬數據。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括在一時間周期中產生許多電脈沖的電流至頻率轉換器。該脈沖數量與由通道轉換的模擬信號的幅值成比例。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括頻率至數字轉換器，該頻率至數字轉換器產生表示在該時間周期中產生的脈沖數的第一數字值和表示在該時間周期中在第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括在串行輸出流中輸出第一和第二數字值的并行至串行轉換器。
根據本發明的進一步限制的方面，該并行至串行轉換器互連以產生多個通道的數字數據的串行輸出。
根據本發明的另一方面，提供一種在計算機斷層成像中使用的模塊化輻射檢測器單元。該模塊化輻射檢測器單元包括電路板、設置在該電路板上的多個X-射線敏感單元和設置在該電路板上并與X-射線敏感單元電連接的多個集成電路，該X-射線敏感單元接收在X-射線穿過檢查區之后的X-射線并產生表示由此所接收的X-射線的模擬信號。該集成電路包括多個通道，每個通道與單個的X-射線敏感單元相連接以接收由X-射線敏感單元所產生的模擬信號并將該模擬信號轉換為第一數字數據。模塊化輻射檢測器單元也包括從第二模塊化輻射檢測器單元中接收第二數字數據的裝置。第二數字數據表示在第二模塊化輻射檢測器單元所接收的X-射線。模塊化輻射檢測器單元也包括給第三模塊化檢測器單元輸出第一和第二數字數據的裝置。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道包括在一時間周期中產生許多電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖數量與由該通道所接收的模擬信號的幅值成比例。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括頻率至數字轉換器，該頻率至數字轉換器產生表示在該時間周期中產生的脈沖數的第一數字值和表示在該時間周期中的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值。
根據本發明的進一步限制的方面，該模塊化輻射檢測器單元也包括確保第一數字值的值至少是2的裝置。
根據本發明的進一步限制的方面，每個通道也包括在串行輸出流中輸出數字數據的并行至串行轉換器。
根據本發明的進一步限制的方面，多個敏感單元以二維陣列設置，該陣列的每行對應于計算機斷層圖像數據的一個片層。
根據本發明的進一步限制的方面，二維陣列包括至少32行和至少16列。
根據本發明的進一步限制的方面，每個集成電路包括至少32個通道。
根據本發明的進一步限制的方面，該集成電路設置在電路板上以使從該X-射線敏感單元到它們相應的集成電路的距離的變化性最小。
本發明的一個優點在于它提供在計算機斷層掃描的過程中檢測輻射信號的直接數字轉換。
本發明的另一個優點在于它提供一種具有降低的噪聲和偽影數據的計算機斷層系統。
本發明的另一個優點在于它提供一種將在檢查區中所接收的輻射轉換為數字數據的更簡單的方法。
本發明的另一個優點在于它提供一種在多片層計算機斷層數據采集的過程中處理數據的更有效的方法。
本發明的另一個優點在于它提供一種用于從檢查區中將圖像數據傳遞到圖像處理器的更簡單的布線系統。
本發明的另一個優點在于它提供一種這樣的計算機斷層成像系統，該計算機斷層成像系統具有設置在與適合數量的集成電路相同數量的模塊化組件上的X-射線敏感單元，該集成電路產生表示由X-射線敏感單元所接收的輻射的數字數據。
本發明的另一個優點在于它提供一種計算機斷層成像系統，該計算機斷層成像系統具有輻射檢測器單元，連接該輻射檢測器單元的輸出以形成數字數據的單個串行數據流以傳輸到遠程圖像重構處理器。
通過閱讀并理解下文關于優選實施例的描述本領域的普通技術人員將會清楚本發明的進一步優點。
附圖本發明可以采用各種部件和部件設置以及各種步驟和步驟排列。這些附圖僅用于說明優選的實施例，并不構成對本發明的限制。
附
圖1所示為說明一種CT掃描器的附圖。
附圖2所示為一種輻射檢測器單元的附圖。
附圖3所示為一種集成電路的系統級方塊圖。
附圖4所示為一種集成電路的系統級時序圖。
附圖5A所示為一種集成電路的輸出串行線數據圖。
附圖5B所示為一種多集成電路的輸出串行線數據圖。
附圖5C所示為一種多輻射檢測器的輸出串行線數據圖。
附圖5D所示為一種多輻射檢測器的輸出并行線數據圖。
附圖6A所示為連接到集成電路的輻射檢測器單元的X-射線敏感單元的附圖。
附圖6B所示為連接到集成電路的輻射檢測器單元的X-射線敏感單元的附圖。
描述參考附圖1，CT掃描器10對在檢查區14中支撐在患者支架4上的患者2的區域進行有選擇性地成像。該CT掃描器包括靜止臺架部分12。旋轉臺架部分16安裝在靜止臺架部分12上以繞檢查區14旋轉。X-射線源20(比如X-射線管)設置在旋轉臺架部分16上以在旋轉臺架部分16旋轉時使輻射束22穿過檢查區14。
在多片層CT掃描器中，輻射束22是一種錐形或扇形束，該錐形或扇形束穿過患者2的多個縱向片層。在單一片層CT掃描器中，輻射束22是一種輻射患者2的單一片層的相對較薄的扇形束。在X-射線源20繞檢查區14旋轉時，患者支架4縱向移動以便以螺旋形式輻射患者2。可替換的是，患者支架4可以以一系列的離散縱向步幅移動。
在所示的第三代CT掃描器中，多個輻射檢測器26安裝在與X-射線源20相對著的檢查區14的一側的旋轉臺架部分16上以使它們跨過由輻射束22所確定的弧面15。在X-射線源20繞檢查區14旋轉時采樣每個檢測器多次。
可替換的是，輻射檢測器26可以安裝在第四代CT掃描器、行李檢查設備或檢測器是靜止的其它結構中。在第四代掃描器結構中，輻射檢測器26安裝在靜止臺架部分12上的檢查區14的周邊上。在X-射線源20繞檢查區14旋轉時以較短的時間間隔同時采樣跨在從X-射線源20中發出的輻射上的檢測器弧面。
不管結構如何，設置輻射檢測器26以在該輻射已經穿過檢查區14之后接收從X-射線源20發出的X-射線輻射。
每個輻射檢測器26產生輸出信號，該輸出信號是所接收輻射的強度的函數。對來自輻射檢測器26的采樣數據進行數字化并傳輸到解碼器28比如串行至并行轉換器。在第三代掃描器的情況下，將該數據從輻射檢測器26傳輸到通常靜止的解碼器28。
串行至并行轉換器28將來自輻射檢測器的數據從串行形式轉換為并行形式。圖像重構處理器27將這種數據重構為成像對象的一種或多種人類可讀取的圖像。然后將來自圖像重構處理器27的數據發送到輸出裝置29，比如圖像處理器、視頻監視器、膠片或其它的存儲媒體。
提供用戶接口33(比如鍵盤、鼠標或其它的輸入裝置)以允許用戶調整所需的掃描參數，比如X-射線管電壓、mAs、臺架旋轉速度以及CT掃描器的其它的運行參數。用戶接口33連接到控制器34。控制器34連接到CT掃描器10和圖像重構處理器27以在這些部件之間來回傳遞信息。
繼續參考附圖1尤其參考附圖2，更加詳細地描述輻射檢測器26。在第三代掃描器中，設置多個輻射檢測器單元25以跨過由輻射束22所確定的弧面15。輻射檢測器單元25并排安裝，它們的長軸與該掃描器的縱軸平行。
每個輻射檢測器單元25包括多層電路板30、X-射線敏感單元54的陣列53和帶有輔助支撐電子器件的多個混合信號集成電路50。每個輻射敏感單元54包括閃爍器和產生較低電平的模擬電流(例如在0-2微安滿量程的范圍中的電流)的光電二極管，這種電流是由此所接收的輻射的強度的函數。在所示的實施例中，有32行(R1-R32)的X-射線敏感單元54，由此確定了32個片層掃描器。每行包括16個單元54。行R1的單元以R1.1-R1.16表示，類似地表示后面的行。可以實施其它數量的行和列，例如在雙片層實施例中每行16個單元的兩行。每個電路板30包括16個集成電路，其中8個安裝在電路板30的頂側31上和8個安裝在其底側(未示)上。
集成電路50起模擬至數字轉換器的作用，該模擬至數字轉換器接收由X-射線敏感單元54的電信號并產生其所表示的數字數據值。現在轉到附圖3，集成電路50的每個通道包括比率量度電流至頻率轉換器100，該比率量度電流至頻率轉換器100產生其頻率與輸入電流成比例的脈沖串。集成電路50的每個通道也包括產生表示該脈沖串的頻率的數字數據的頻率至數字轉換器102和將數字數據轉換為串行形式的并行至串行轉換器104。雖然在此描述比率量度電流至頻率轉換器的使用，但是可以提供其它的模擬至數字轉換技術，這些技術能夠滿足所需的動態范圍、精度和速度要求。然而，電流至頻率轉換技術的特定的優點是它的固有的線性并且在單個應用的專用集成電路上容易實施。
繼續參考附圖3和參考附圖4，電流至頻率轉換器100包括電流源60、積分器61、比較器63、時鐘66和兩個觸發器68，70。一個X-射線敏感單元54作為到積分器61的倒相管腳的輸入。電流源55也連接到非倒相積分器管腳。積分器61的輸出饋送到比較器63，在積分器輸出超過比較器63的閾值65時該比較器63產生脈沖。脈沖也使積分器61復位以開始另一積分器循環。應用兩個觸發器68，70使由比較器63所產生的脈沖串與時鐘66同步并發送到頻率至數字轉換器102。在一種實施例中，時鐘66的頻率為8兆赫茲。
輸出脈沖也提供給積分器復位電路，該積分器復位電路包括非交疊控制器110、一對開關112，114和復位電容器116。在開關114關閉之前非交疊控制器使開關112打開，反過來也是這樣。一旦產生每個脈沖，將與積分器61的輸入輸入電流的方向相反的方向的電流施加到積分器61的非倒相輸入中。
如上文所述，將偏置電流Ibias和基準電壓Vref施加到每個通道中。解碼器40從表示所需的電流和電壓值的控制器34中接收串行數據。將這些數據轉換為并行格式，并且例如作為4位數據字提供給可調節的電流44和電壓42源中。穩定的電壓基準46給電流44和電壓42源提供基準輸入。可替換的是，應用由外部電流源提供的電流鏡象電路可以實施電流源。在芯片上或可替換的是在集成電路50的外部上可以實施電壓基準46。
將所得的脈沖串發送給頻率至數字轉換器102，該頻率至數字轉換器102包括脈沖檢測器73、脈沖計數器74和時間計數器和鎖存器76。雖然可以實施其它的位數，但是脈沖計數器74和時間計數器和鎖存器76優選為16位器件。具體參考附圖4，一旦產生了脈沖串中的每個脈沖，使脈沖計數器74遞增以產生稱為COUNT的數字值。
一旦產生了在給定的系統的積分周期中的第一脈沖，脈沖檢測器73啟動時間計數器76，以使時間計數器隨著系統時鐘66的每個脈沖遞增。時間計數器76由此產生稱為TIME的數字值，該數字值表示自該系統積分周期的第一脈沖起所經過的時間。優選通過系統控制器37確定該系統積分周期并通過控制線作為輸入提供給解碼器40以便可以調整該系統的積分周期。
一旦產生每個脈沖，時間計數器和鎖存器76的鎖存部分鎖存電流TIME值以產生稱為TIMELATCH的數字值。因此，TIMELATCH值表示在給定的系統積分周期中的第一和最后脈沖之間所經過的時間。COUNT和TIMELATCH的比率表示脈沖串的頻率，由此表示由X-射線敏感單元54所產生的電流值。一旦完成每個系統的積分周期就使脈沖計數器74和時間計數器和鎖存器76復位。從集成電路50的外部執行COUNT至TIMELATCH的比率的計算。可替換的是，可以對集成電路50進行修改以執行這種計算。
選擇提供給每個積分器61的倒相輸入的偏置電流Ibias以使在任何系統積分周期中即使沒有輻射入射到X-射線敏感單元54上在脈沖串中也至少存在兩個脈沖。選擇施加給復位電容器116的基準電壓Vref以使施加到積分器的倒相輸入中的電荷為積分器滿量程輸入幅值的兩倍。因此，積分器的滿量程輸入是基準電壓Vref的函數。
現在返回到附圖3，COUNT和TIMELATCH值提供給并行至串行轉換器104比如移位寄存器。通過平移寄存器輸出時鐘信號106使相應的值平移以提供串行輸出流。并行至串行轉換器104采用雙緩沖器以使串行輸出和模擬至數字轉換過程的計時可以同時進行。
雖然前文已經集中討論了單個通道的操作，但是應該理解的是集成電路50同樣可以包括這種其它通道以處理來自多個X-射線敏感單元54中的每個X-射線敏感單元54中的信號。雖然可以實施不同數量的通道，但是在附圖3所示的實施例中每個集成電路包含32個通道。可以互連每個通道的并行至串行轉換器104的輸入和輸出以使來自一個通道的串行數據饋給一個接連的通道的并行至串行轉換器104。因此，表示多個通道的數據可以組合以形成單個的輸出流。此外，可以重復該過程以組合來自多個集成電路50的數據以形成單個輸出鏈。
集成電路50也包含控制寄存器79和相連的控制并行至串行轉換器81比如移位寄存器，該控制寄存器79包含表示集成電路50的操作和狀態的狀態位。誤差檢測處理器83比如奇偶發生器產生表示集成電路的輸出數據的奇偶校驗的奇偶校驗位。優選選擇奇數奇偶校驗以使可以更加容易地檢測功率或通信損失。在一個實施例中，雖然可以實施其它數量的狀態和誤差信息位，但是狀態位數量加上奇偶校驗信息等于與每個通道相關聯的位的數量(例如32)。在任何情況下，控制并行至串行轉換器81的輸出饋給一個通道的并行至串行轉換器。
具體參考附圖5A，來自每個集成電路50的輸出串行鏈80包括它的每個相關聯的X-射線敏感單元54的數據。在所示的實施例中，有32對COUNT和TIMELATCH字和32個狀態和奇偶校驗位。因此，在COUNT和TIMELATCH字都是16位長的情況下，單個集成電路50的輸出串行鏈包括1056位的一位串行流。如前文所指出，集成電路50可以包括除了32以外的不同數量的通道。不管通道的數量如何，在串行鏈中可以連同相關的狀態和奇偶校驗位并行處理并輸出自該通道的輸入。
參考附圖5B，每個集成電路50的串行至并行轉換器104的輸出與設置在輻射檢測器單元25上的其它的集成電路50的輸出互相連接以使來自一個集成電路50的串行數據饋給連續的集成電路50的并行至串行轉換器104。因此，可以串行地組合來自在輻射檢測器26上的每個集成電路50的輸出串行鏈80以形成多重集成電路數據流84。
在一個實施例中，四個這種集成電路50(即在附圖5B中n＝4)以24兆赫茲的串行輸出時鐘速率相連接。
參考附圖5C，來自每個輻射檢測器單元25的輸出與其它的輻射檢測器單元25的輸出互相連接以使來自一個輻射檢測器單元25的串行數據饋給連續的輻射檢測器25。因此，來自每個輻射檢測器25的串行數據可以組合成包括來自多重輻射檢測器單元25的數字數據的串行鏈的多重檢測器數據流86。
參考附圖5D，為了有利于支持不同的系統構造的模塊化，在輻射檢測器單元25上可以并行組合多重集成電路數據流84以形成并行多重檢測器數據通路88。
包括來自輻射檢測器單元25的數據的輸出鏈沿著串行線傳輸到圖像重構處理器27，在圖像重構處理器27中將串行數據分解為在串行至并行處理器28中的并行格式并處理表示在檢查區14中的患者2的圖像。然后顯示隨后的圖像數據和/或存儲在輸出裝置29以用于隨后的分析。變型的實施例可以包括將來自每個輻射檢測器26的數字數據并行地傳輸到圖像重構處理器27中，并且也可以包括將來自每個集成電路50中的數字數據并行地傳輸到圖像重構處理器27中。
在附圖6A和6B中所示為單個的X射線敏感單元54與集成電路50的連接。在附圖6B中所示的實施例中，單元塊(例如R1.1...R1.4、R8.1...R8.4)每個都相連接以分離集成電路50a，50b等。在這種實施例中，塊和集成電路50a，50b，50c等優選交錯以使在單元的塊和它們相應的集成電路50之間的距離的變化性最小。因此，例如，單元的最左邊的塊連接到最左邊的集成電路50a，50d等。應該理解的是在附圖6b中要連接的未示的單元的塊連接到設置在電路板30的其它的側面上的相應的集成電路50。
在附圖6A中所示的變型實施例中，成對的行(例如行R1和R2)每個都連接到單個的集成電路50。這些行和集成電路50a，50b，50c等仍然優選交錯以使在單元的行和它們相應的集成電路50之間的距離的變化性最小。因此，例如，單元的最左邊的塊連接到最左邊的集成電路50a，50d等。應該理解的是在附圖6b中要連接的未示的單元的塊連接到設置在電路板30的其它的側面上的相應的集成電路50。這種實施例的一個優點是在單個的集成電路50內處理單元的每行。這種結構減少了在處理單元的每行中的變化的可能性，尤其是在第三代掃描器中這種變化可能導致產生偽影。
參考優選的實施例已經描述了本發明。顯然，通過閱讀并理解前文的描述可以作出改進和變型。因此，本發明將包括落在附加的權利要求或其等價的技術方案的范圍內的所有的改進和變型。
權利要求
1.一種計算機斷層成像系統，包括限定檢查區的靜止臺架部分；繞檢查區旋轉的旋轉臺架部分；X-射線源，設置在旋轉臺架部分上以將X-射線投射過檢查區；以及多個模塊化的輻射檢測器單元，設置在自X-射線源的檢查區上，每個輻射檢測器單元包括X-射線敏感單元的陣列，該陣列接收來自X-射線源的經過了檢查區之后的輻射并產生表示由此所接收的輻射的模擬信號；以及連接到X-射線敏感單元的多個集成電路，每個集成電路包括多個通道，每個通道接收來自X-射線敏感單元的模擬信號并產生表示該模擬信號的值的數字數據。
2.根據權利要求1的計算機斷層成像系統，其中每個模塊化的輻射檢測器單元進一步包括電路板，并且所述多個X-射線敏感單元和多個集成電路設置在電路板上。
3.根據權利要求2的計算機斷層成像系統，其中所述集成電路設置在所述電路板上以使從X-射線敏感單元到它們的相應集成電路的距離的變化性最小。
4.根據權利要求1-3中任一權利要求的計算機斷層成像系統，其中每個集成電路包括至少32個通道。
5.根據權利要求1-4中任一權利要求的計算機斷層成像系統，其中每個通道包括在一時間周期內產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖數量與模擬信號的幅值成比例。
6.根據權利要求5的計算機斷層成像系統，其中每個通道進一步包括產生表示在該時間周期中所產生的脈沖數量的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值的頻率至數字轉換器。
7.根據權利要求1-6中任一權利要求的計算機斷層成像系統，其中每個通道包括并行至串行轉換器，該并行至串行轉換器包括使該通道互連以使來自多個通道的數字數據組合形成數字數據的單一的輸出流的裝置。
8.根據權利要求1-7中任一權利要求的計算機斷層成像系統，其中該X-射線敏感單元的陣列是一種具有M行和N列的陣列，M和N都是大于或等于2的整數。
9.根據權利要求8的計算機斷層成像系統，其中X-射線敏感單元陣列的每行對應于圖像數據的單一片層。
10.根據權利要求8-9中任一權利要求的計算機斷層成像系統，其中至少一行X-射線敏感單元連接到一個集成電路。
11.一種計算機斷層成像方法，包括應用X-射線源將X-射線投射過檢查區；在X-射線穿過檢查區之后應用設置在電路板上的多個X-射線敏感單元檢測投射的X-射線，多個X-射線敏感單元每個都產生表示由此所檢測的X-射線的相應的模擬信號；以及應用至少一個集成電路將模擬信號轉換為數字數據，該集成電路包括用于模擬信號的模擬至數字轉換的多通道并且設置在電路板上，每個通道轉換單個X-射線敏感單元的模擬信號。
12.根據權利要求11的醫療成像方法，進一步包括如下的步驟從多個X-射線敏感單元中產生包括數字數據的串行數據流，應用至少一個集成電路執行產生串行數據流的步驟。
13.根據權利要求11-12中任一權利要求的醫療成像方法，其中對于每個X-射線敏感單元，將模擬信號轉換為數字數據的步驟包括存儲表示在一時間周期中的脈沖數的第一值，在來自每個單元的模擬信號到達閾值時產生該脈沖；以及存儲表示在該時間周期中發生的在第一脈沖和最后脈沖之間的時間的第二值。
14.根據權利要求13的醫療成像方法，該計算機斷層成像方法進一步包括確保在該時間周期內發生至少兩個脈沖的步驟。
15.一種在計算機斷層成像中使用的模塊化輻射檢測器單元，包括電路板；設置在該電路板上的多個X-射線敏感單元，在X-射線穿過檢查區之后該X-射線敏感單元接收X-射線并產生表示由此所接收的X-射線的模擬信號；以及設置在電路板上的至少一個集成電路，該集成電路包括將來自多個X-射線敏感單元的模擬信號轉換為數字數據的多個模擬至數字轉換通道。
16.根據權利要求15的模塊化輻射檢測器單元，其中多個X-射線敏感單元以具有許多行和許多列的二維陣列設置。
17.根據權利要求16的模塊化輻射檢測器單元，其中二維陣列的每行對應于計算機斷層圖像數據的單個片層。
18.根據權利要求17的模塊化輻射檢測器單元，其中X-射線敏感單元的二維陣列的至少一行連接到一個集成電路。
19.根據權利要求15-18中任一權利要求的模塊化輻射檢測器單元，其中每個模擬至數字轉換通道從至多一個的X-射線敏感單元中接收模擬數據。
20.根據權利要求15-19中任一權利要求的模塊化輻射檢測器單元，其中每個通道包括在一時間周期中產生多個電脈沖的電流至頻率轉換器，該脈沖數量與由所說的通道轉換的模擬信號的幅值成比例。
21.根據權利要求20的模塊化輻射檢測器單元，其中每個通道進一步包括頻率至數字轉換器，該頻率至數字轉換器產生表示在該時間周期中產生的脈沖數的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值。
22.根據權利要求21的模塊化輻射檢測器單元，其中每個通道包括在串行輸出流中輸出第一和第二數字值的并行至串行轉換器。
23.根據權利要求22的模塊化輻射檢測器單元，其中該并行至串行轉換器互連以產生多個通道的數字數據的串行輸出。
24.一種計算機斷層成像系統，包括限定檢查區的臺架；將X一射線投射過檢查區的X-射線源；多個X-射線敏感單元，該X-射線敏感單元將通過檢查區后的X-射線轉換為多個模擬信號；以及與X-射線敏感單元電連接的多個集成電路，每個集成電路接收模擬信號并產生表示該模擬信號的值的數字數據，該集成電路設置在檢查區的周邊上并包括互連集成電路以組合來自多個集成電路的數字數據以形成數字數據的單一輸出流的裝置。
25.根據權利要求24的計算機斷層成像系統，其中每個集成電路進一步包括多個通道，每個通道包括將單一X-射線敏感單元的模擬信號轉換為數字數據的模擬至數字轉換器。
26.根據權利要求25的計算機斷層成像系統，其中每個通道進一步包括在一時間周期中產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖的數量與模擬信號的幅值成比例。
27.根據權利要求26的計算機斷層成像系統，其中每個通道進一步包括產生表示在該時間周期中所產生的脈沖數量的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值的頻率至數字轉換器。
28.根據權利要求27的計算機斷層成像系統，其中該計算機斷層成像進一步包括確保第一數字值的值至少為2的裝置。
29.根據權利要求25的計算機斷層成像系統，其中每個通道進一步包括在串行輸出流中輸出數字數據的并行至串行轉換器。
30.根據權利要求24的計算機斷層成像系統，其中該計算機斷層成像系統進一步包括設置在檢查區的周邊上的多個電路板，并且X-射線敏感單元和集成電路設置在電路板上。
31.一種計算機斷層成像系統，包括靜止臺架部分；繞檢查區旋轉的旋轉臺架部分；設置在旋轉臺架部分上以將X-射線投射過檢查區的X-射線源；多個X-射線敏感單元，這些多個X-射線敏感單元設置在自X-射線源的檢查區以接收在X-射線源處發出的X-射線并產生表示由此所接收的X-射線的模擬信號；以及接近X-射線檢測器設置的至少一個集成電路，所述至少一個集成電路包括多個通道，每個通道耦合到單個X-射線敏感單元以從該單元接收模擬信號并產生表示該模擬信號的值的數字數據。
32.根據權利要求31的計算機斷層成像系統，其中多個X-射線敏感單元和至少一個集成電路設置在電路板上。
33.根據權利要求32的計算機斷層成像系統，其中多個X-射線敏感單元以二維陣列的形式設置。
34.根據權利要求33的計算機斷層成像系統，其中二維陣列包括至少兩行和至少兩列的X-射線敏感單元。
35.根據權利要求31的計算機斷層成像系統，其中每個通道包括在一時間周期內產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖數量與由該通道所接收的模擬信號的幅值成比例。
36.根據權利要求35的計算機斷層成像系統，其中每個通道進一步包括產生表示在該時間周期中所產生的脈沖數量的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值的頻率至數字轉換器。
37.根據權利要求31的計算機斷層成像系統，其中每個通道包括并行至串行轉換器，該并行至串行轉換器在串行輸出流中輸出多個X-射線敏感單元的數字數據。
38.根據權利要求31的計算機斷層成像系統，至少一個集成電路進一步包括從第二集成電路中接收數字數據的裝置和給第三集成電路發送數字數據的裝置，所接收的數字數據表示第二集成電路的模擬信號的值，所發送的數字數據表示該至少一個集成電路的模擬信號的值。
39.一種計算機斷層成像系統，包括具有檢查區的靜止臺架部分；繞檢查區旋轉的旋轉臺架部分；安裝在旋轉臺架部分以將X-射線投射過檢查區的X-射線源；和設置在自X-射線源的檢查區上的多個輻射檢測器單元；每個輻射檢測器單元包括電路板；和產生表示從該X-射線源傳遞到輻射檢測器單元的輻射的模擬信號的X-射線檢測器裝置，所說的產生模擬信號的裝置包括X-射線敏感單元的二維陣列并且設置在電路板上；和將模擬信號轉換為數字信號的多通道模擬至數字轉換裝置，該多通道模擬至數字轉換裝置的每個通道連接到單個的X-射線敏感單元，所說的多通道模擬至數字轉換裝置設置在該電路板上。
40.根據權利要求39的計算機斷層成像系統，其中每個通道包括在一時間周期內產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖數量與模擬信號的幅值成比例。
41.根據權利要求40的計算機斷層成像系統，其中每個通道進一步包括頻率至數字轉換器，該頻率至數字轉換器產生表示在該時間周期中所產生的脈沖數量的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值。
42.根據權利要求39的計算機斷層成像系統，其中每個通道包括并行至串行轉換器，該并行至串行轉換器在串行輸出流中輸出X-射線敏感單元的二維陣列的數字數據。
43.根據權利要求39的計算機斷層成像系統，其中X-射線敏感單元的每個陣列包括許多行和許多列并且每個行對應于圖像數據的單個片層。
44.根據權利要求43的計算機斷層成像系統，其中所述多通道模擬至數字轉換裝置包括至少一個集成電路，并且X-射線敏感單元陣列的一行的X-射線敏感單元連接到相同的集成電路。
45.一種計算機斷層成像方法，包括繞檢查區旋轉X-射線；應用X-射線源將X-射線投射過檢查區；應用多個X-射線敏感單元的多個二維陣列檢測投射的X-射線，該X-射線敏感單元陣列設置在多個電路板上，每個X-射線敏感單元產生表示由所說的單元所檢測的X-射線的模擬信號；以及應用多個集成電路產生表示模擬信號的數字信號，該集成電路設置在電路板上，并且每個集成電路包括多個通道，每個通道將來自至多一個的X-射線敏感單元的模擬信號轉換為數字信號。
46.根據權利要求45的計算機斷層成像方法，進一步包括通過互連集成電路的通道產生數字數據的單個輸出流的步驟。
47.根據權利要求45的計算機斷層成像方法，其中集成電路的每個通道包括比率量度電流至頻率轉換器。
48.根據權利要求47的計算機斷層成像方法，每個通道進一步包括在一時間周期中產生許多電脈沖的頻率至數字轉換器，該脈沖數量與該模擬信號的幅值成比例。
49.根據權利要求48的計算機斷層成像方法，進一步包括產生表示在該時間周期中的電脈沖數的第一數字值和表示在該時間周期的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值。
50.一種在計算機斷層成像中使用的模塊化輻射檢測器單元，包括電路板；設置在該電路板上的多個X-射線敏感單元，該X-射線敏感單元接收在X-射線穿過檢查區之后的X-射線并產生表示由此所接收的X-射線的模擬信號；設置在該電路板上并與X-射線敏感單元電連接的多個集成電路，該集成電路包括多個通道，每個通道與單個的X-射線敏感單元相連接以接收由X-射線敏感單元所產生的模擬信號并將該模擬信號轉換為第一數字數據；從第二模塊化輻射檢測器單元中接收第二數字數據的裝置，該第二數字數據表示在第二模塊化輻射檢測器單元所接收的X-射線；以及給第三模塊化檢測器單元輸出第一和第二數字數據的裝置。
51.根據權利要求50的模塊化輻射檢測器單元，其中每個通道包括在一時間周期中產生多個電脈沖的比率量度電流至頻率轉換器，該脈沖數量與由該通道所接收的模擬信號的幅值成比例。
52.根據權利要求51的模塊化輻射檢測器單元，其中每個通道進一步包括頻率至數字轉換器，該頻率至數字轉換器產生表示在該時間周期中產生的脈沖數的第一數字值和表示在該時間周期中的第一脈沖和最后脈沖之間的時間周期的第二數字值。
53.根據權利要求52的模塊化輻射檢測器單元，其中該模塊化輻射檢測器單元進一步包括確保第一數字值的值至少是2的裝置。
54.根據權利要求53的模塊化輻射檢測器單元，其中每個通道進一步包括在串行輸出流中輸出數字數據的并行至串行轉換器。
55.根據權利要求50的模塊化輻射檢測器單元，其中多個敏感單元以二維陣列設置，該陣列的每行對應于計算機斷層圖像數據的一個片層。
56.根據權利要求55的模塊化輻射檢測器單元，其中二維陣列包括至少32行和至少16列。
57.根據權利要求50的模塊化輻射檢測器單元，其中每個集成電路包括至少32個通道。
58.根據權利要求51的模塊化輻射檢測器單元，其中該集成電路設置在電路板上以使從該X-射線敏感單元到它們相應的集成電路的距離的變化性最小。
59.一種模塊化輻射檢測器單元，包括多個X射線敏感單元，該X-射線敏感單元接收在X-射線穿過檢查區之后的X-射線并產生表示該X-射線的模擬信號的輸出；多個集成電路，這些集成電路用于將模擬信號轉換為數字信號并將該數字信號組合成表示多個X射線敏感單元的輸出的串行線數字數據。
全文摘要
一種計算機斷層成像系統，包括確定檢查區的靜止臺架部分和繞檢查區旋轉的旋轉臺架部分。X－射線源設置在旋轉臺架部分上以將X－射線投射過檢查區。多個模塊化的輻射檢測器單元設置在自X－射線源的檢查區上。每個輻射檢測器單元包括X－射線敏感單元的陣列，該陣列接收來自X－射線源的經過了檢查區之后的輻射并產生表示由此所接收的輻射的模擬信號。每個輻射檢查單元也包括連接到X－射線敏感單元的多個集成電路，每個集成電路包括多個通道。每個通道接收來自X－射線敏感單元的模擬信號并產生表示該模擬信號的值的數字數據。
文檔編號A61B6/03GK1438855SQ01806438
公開日2003年8月27日 申請日期2001年11月13日 優先權日2000年11月14日
發明者C·J·弗雷托斯, M·A·查波, A·F·克雷茨克 申請人:馬科尼醫療系統公司