利用緩存簡化ct系統的數據傳輸鏈路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及CT系統數據采集傳輸鏈路及其數據傳輸方法，具體涉及采用緩存結構簡化多層CT系統的數據采集及傳輸鏈路。
【背景技術】
[0002]計算機斷層掃描系統(Computed Tomography，簡稱CT系統)是與傳統福射成像完全不同的成像方法。傳統的輻射成像是將三維物體投影到二維平面成像，所投影的各層面影像互相重疊，容易相互干擾，從而使得成像圖像模糊，還會損失大量的深度信息。
[0003]CT系統是通過X線管環繞人體某一層面進行掃描，測得該層面中各點吸收X線的數據，也即X線的衰減系數。然后利用電子計算機的高速運算能力及圖像重建原理，求得該層面的橫斷面和冠狀面的圖像。CT系統的這種掃描方式及成像原理實際上是把被測物體所要檢測的斷層孤立出來分立成像，從而避免各個部分的相互干擾和影響，以使所成圖像質量高，能夠清晰、準確地顯示出所檢測部位內部的結構關系、物質組成及缺陷狀況。圖1示出了具有單層探測器的CT系統掃描結構示意圖，以下結合圖1對CT系統掃描及圖像重建具體過程進行分析。
[0004]如圖1所示，X射線管和探測器對稱地配置在待掃描物體的兩側，一層探測器由連續排列的多個探測器點組成，一次采樣可以得到相應數量的數據。使X射線管與探測器共同圍繞物體進行連續旋轉。每旋轉一周，360度被分為多個等份，每個等份稱為一個采集周期。探測器在每個采集周期內進行一次數據采集，并將采集到的X射線衰減值傳輸到外部計算機用于圖像重建。計算機將旋轉一周后采集到的所有數據按圖像重建算法進行運算，得到該物體的切片圖像，其切片厚度與探測器的厚度相關。
[0005]當前CT系統的數據傳輸鏈路采用實時傳輸模式:在與探測器相連的數據采集環節只對數據進行簡單處理，然后實時傳輸給建像計算機。探測器在每個采集周期內采集的數據在下一個采集周期內就全部傳輸到建像計算機中。圖2示出了現有技術中單層CT系統的數據采集和傳輸鏈路的結構示意圖。結合圖2來看，現有技術中CT系統的影像鏈路主要由X光射線管1、CT探測器2、圖像重建系統3和數據傳輸鏈路4組成。其中CT探測器2負責數據采集并進行數據傳輸。
[0006]隨著CT系統層數由單層、雙層發展到目前的上百層，相應CT探測器采集傳輸的數據量也上百倍地增加。具有多層探測器的CT系統(也即多層CT系統)是指，將探測器的層數由一層增加到多層(一般為2/4/8/16/32/64/128/256層)，這樣，旋轉一
[0007]圖3是現有技術中具有多層探測器的CT系統數據掃描采樣單元的結構示意圖，如圖中所示，CT探測器層數為I到N，每層探測器由M個探測器點組成，每個探測器點可形成I個通道，每層I到M個探測器點可形成I至M個通道。N層探測器共形成M X N個通道。其中，N可以為1,2,4,8, 16，32，64，128，256等，M —般有上千個。X光射線管I和CT探測器圍繞旋轉中心旋轉一圈進行P個采樣周期的采樣，每次采樣將會得到N層的數據。如此，每圈將得到N X P層的數據。圖4顯示出N層CT系統傳輸鏈路在每個樣周期中數據傳輸順序流程圖。一圈中同一層的P次采樣數據可以用來重建出被掃描物體的一個切片圖像，所以旋轉一圈可以同時得到N層連續的切片圖像。
[0008]現有技術的上述模式優勢在于:其一，數據存儲在計算機中，即使系統發生故障，已采集的數據不會丟失，保障了數據的安全性；其二，建像計算機使用得到數據實時進行建像，供醫生進行參考，如果未能得到預期的掃描結果(例如因為病人躁動或掃描參數設置不理想)，可以馬上中止當前掃描，避免病人受到不必要的照射，保障了數據的有效性。
[0009]由于探測器繞物體連續旋轉，所以采集的數據無法通過常見電纜連接方式傳輸，一般需要通過滑環組件進行傳輸。然而，隨著CT系統探測器層數的增加及旋轉速度的提升，滑環負載的數據傳輸速率會急劇增加，在現有的CT系統中滑環負載數據的傳輸速率已經達到接近50Gbps甚至更高。其技術難度之大和成本之高昂使得滑環的使用嚴重受限，而能夠提供這樣高性能滑環的廠家，全世界目前還只有寥寥幾家。
[0010]此外，其相應的如此海量的數據需要傳輸到圖像重建系統上，其技術難度及成本甚至以幾何級數增加。圖像重建系統將如此龐大的數據存儲在非易失性介質上，其存儲速度的需要也同樣巨快，即使目前最高端的存儲技術，也不得不采取多個并行儲存的結構，這樣就造成極其成本高昂的弊端，也造成系統復雜度格外高。
【發明內容】
[0011]鑒于現有技術的上述不足，本實用新型提供一種利用緩存簡化CT的數據傳輸鏈路系統，其針對現有技術中高端多層CT結構的數據采集和傳輸應用的需要，通過增加緩沖層來緩存數據從而降低數據傳輸與帶寬之間存在矛盾的瓶頸問題，并且解決了由此帶來的圖像非實時及數據安全性的問題。
[0012]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0013]利用緩存簡化CT系統的數據傳輸鏈路，包括:射線管，其產生X射線束，經過被檢測目標衰減后，照射在探測器上；探測器，用來采集X射線并將其轉換為數據信息，傳輸到圖像重建系統；圖像重建系統，將探測器傳回的數據進行處理，得到圖像作為檢測結果；數據傳輸鏈路，其由旋轉鏈路部分和固定鏈路部分多段不同介質的傳輸路徑構成；數據緩存器，其用于緩存探測器采集到的數據，所述數據緩存器由多個分布在不同區域的小緩存器組成，包含易失性的動態/靜態RAM和/或非易失性的固態存儲器。
[0014]其中，所述數據緩存器將一次完整掃描所采集的數據部分或全部存儲在數據采集系統中，同時將其中一部分有代表性的數據與采集同步，實時傳輸給圖像重建系統；并在掃描結束后或掃描的間隙，再將剩余的數據逐步傳給圖像重建系統。
[0015]進一步地，所述探測器層數為I到N，每層探測器由M個探測器點組成，每個探測器點形成I個通道，每層I到M個探測器點形成I至M個通道，N層探測器共形成M X N個通道，其中，N可以為1,2,4,8, 16，32，64，128，256，M —般有上千個。
[0016]所述射線管和所述探測器圍繞旋轉中心旋轉一圈進行P個采樣周期的采樣，每次采樣將會得到N層的數據，每圈得到N X P層的數據；將每個采樣周期的采樣都存貯在數據采集系統的數據緩存器中；同時在下一個采樣周期中，把上一個采樣周期的采樣數據傳輸出去。
[0017]當所述數據緩存器是易失性存儲器時，還包括蓄能式供電系統，其在系統出現故障進行重啟或供電系統故障時，為易失性數據緩存系統提供持續電能供應；或者預留適當大小的非易失性存儲器，用于故障時將掃描數據備份。當所述數據緩存器使用flash或SSD的非易失性存儲器時，采取如下措施保障在存儲器發生損壞時數據的安全性:
[0018]a)對寫入數據馬上進行讀出校驗，避免由于電壓外部環境因素造成的存儲器寫入錯誤；
[0019]b)采用ECC校驗可以對發生幾率最大的單bit錯誤進行糾正；
[0020]c)采用插值或其它的恢復算法，在多bit錯誤時對數據進行恢復，雖然會造成一定的數據失真，但是仍然足以保證圖像質量；
[0021]d)根據儲存器的寫入壽命及實際使用情況，提醒用戶進行提前更換儲存器或存儲單元。
[0022]利用緩存簡化CT系統的數據傳輸方式，較佳地，該方式的數據傳輸流程如下:
[0023]步驟11從每個采樣周期的數據中平均抽取η層數據進行實時傳輸，其余數據緩存在米集系統中；
[0024]步驟12等到整個掃描過程完成之后，再將緩存在采集系統中的其余數據傳輸給建像計算機；
[0025]在掃描過程中，建像計算機只對抽取出的所述η層數據進行圖像重建，并將重建的圖像顯示出來供操作者參考。
[0026]其中，步驟11還包括:根據實際的掃描模式，抽取其中特定的數據傳給圖像重建系統，使其能夠實時重建掃描范圍內中心層及邊緣層的圖像，以使操作者實時觀察掃描結果，避免造成無效照射；掃描完成后，有足夠的間隙時間，此時可以將掃描中緩存的數據發回給圖像重建系統進行完整的圖像重建。
[0027]步驟12還包括:采取分布式存儲方案將數據按采集區域，分別儲存在多個存儲介質中；再由系統根據需要依次進行讀取，并傳輸給圖像重建系統。
[0028]將每個采樣周期得到數據進行一定的預處理，較佳地，利用緩存簡化CT系統的數據傳輸方式的數據傳輸流程如下:
[0029]步驟21將從第I層到第a-Ι層的數據對應相加，得到處理后的第I層數據，即:Postl.1 (處理后的第I層第I個數據)=1.1 (第I層第I個數據)+2.1 (第2層第I個數據)+......+a.1 (第 a 層第 I 個數據)，Postl.2=1.2+2.2+......+a.2，......，Postl.N =
1.M+2.M+......+a.M ；
[0030]步驟22按此方式將其余數據每a層進行相加，得到η層處理后數據；
[0031]步驟23再將處理后的數據實時依次傳輸給建像計算機；
[0032]步驟24待掃描結束后，再將未處理的數據依次傳輸給建像計算機進行重新建像；
[0033]其中，在掃描過程中，建像計算機使用實時得到的所述處理后的數據進行圖像重建，并將重建出來的圖像顯示供操作者參考。
[0034]本實用新型的有益效果:
[0035]其一，采用數據緩存技術將數據緩存在數據采集系統，可以使用較低速率的物理傳輸鏈路，支持高層數大數據量的實時掃描，降低本實用新型系統對數據傳輸鏈路的傳輸速度需求，減少設計難度降低系統成本，提高系統的穩定性和可靠性；同時還保障了數據的安全性和有效性。
[0036]其二，由于數據傳輸速度降低，同時也降低了圖像重建系統的數據存儲速度要求，圖像重建系統的存儲帶寬壓力也得到了緩解，使得圖像重建系統也可以采用速度更低，可靠性更高的存儲方案，同時也降低了設計及制作成本。
[0037]其三，本實用新型可以將僅有5G