專利名稱：用于雙束計(jì)算機(jī)x射線斷層掃描術(shù)的穩(wěn)定的可間斷濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描(CT)系統(tǒng)，特別涉及用于對(duì)CT系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的抗混雜濾波器。
在計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描系統(tǒng)中，X射線源經(jīng)過(guò)校正形成具有一定的扇形束角的扇形束。扇形束指向被稱作“成象平面”的直角坐標(biāo)系統(tǒng)的X-Y平面內(nèi)，穿過(guò)被成象的物體射向排列在成象平面內(nèi)的X射線探測(cè)器陣列。
探測(cè)器陣列是由許多探測(cè)單元組成的，單元之間的間距近似等于單元的寬度。每一探測(cè)單元測(cè)量由X射線源投射至特定接收單元的射線束的透射輻射強(qiáng)度。透射輻射強(qiáng)度取決于X射線束沿途因被成象物體阻擋而造成的衰減。
X射線源和探測(cè)器陣列可以在成象平面內(nèi)圍繞被成象物體在機(jī)架上旋轉(zhuǎn)，使得扇形束與被成象物體的交角不斷變化。當(dāng)機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)，就得到了構(gòu)成一個(gè)投影群的許多投影，每個(gè)投影由若干探測(cè)單元的強(qiáng)度信號(hào)組成，這些強(qiáng)度信號(hào)是在探測(cè)單元掃過(guò)以投影角為中心的很小的機(jī)架旋轉(zhuǎn)角時(shí)接收到的。
所得到的斷層掃描投影群典型地以數(shù)值形式儲(chǔ)存起來(lái)，以便進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，根據(jù)熟知的再生算法，“再生”出片層圖象。利用扇形束再生方法，可以將扇形束投影的投影群直接再生成圖象，或者將投影的強(qiáng)度數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在平行束中，并根據(jù)平行束再生方法加以再生。再生的斷層造影圖象可以在傳統(tǒng)的陰極射線管CRT上顯示，也可利用計(jì)算機(jī)控制的攝像機(jī)轉(zhuǎn)換到膠片載體上。
機(jī)架的連續(xù)旋轉(zhuǎn)在每一探測(cè)器上產(chǎn)生一個(gè)恒定變化的信號(hào)，這些變化的信號(hào)與同這些探測(cè)器相關(guān)的X射線束在其束角改變時(shí)產(chǎn)生的衰減變化相對(duì)應(yīng)。將這一信號(hào)相對(duì)和每一投影角相關(guān)的機(jī)架旋轉(zhuǎn)增量求積分，即得到該投影角的探測(cè)信號(hào)。然后將這一積分值加以保持，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)進(jìn)行取樣，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的探測(cè)值，以便于計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存和再生。
探測(cè)信號(hào)的積分，使探測(cè)器靈敏度增加，同時(shí)也給探測(cè)器信號(hào)提供固有的帶寬限制，從而阻止了探測(cè)器信號(hào)取樣時(shí)由DAS引起的“混雜”。眾所周知，混雜信號(hào)是信號(hào)贗象，它是由存在于取樣信號(hào)中的具有高于取樣速率之半頻率的頻率分量產(chǎn)生的。
為了提供合適的時(shí)間供DAS對(duì)探測(cè)器信號(hào)取樣，每一探測(cè)器單元中需用兩個(gè)這樣的積分器。當(dāng)其中一個(gè)積分器從探測(cè)單元積分新的現(xiàn)行數(shù)據(jù)時(shí)，另一積分器正保持著先前積分?jǐn)?shù)據(jù)的值以供取樣。這種兩積分器系統(tǒng)被稱作“積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路”。它具有如下的優(yōu)點(diǎn)即既提供一個(gè)精確限定的積分時(shí)間，又為DAS提供一個(gè)足夠大的取樣窗口。
盡管如此，積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路對(duì)于由積分電路中積分電容數(shù)值的改變而產(chǎn)生的增益的變化是十分敏感的。更有甚者，專門(mén)用于聯(lián)接兩個(gè)積分器的分立元件轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)漏電十分嚴(yán)重，這就需要首先對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行前置放大。這一獨(dú)立前置放大器增益的變化會(huì)對(duì)積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路遭受的增益變化施加影響。增益變化會(huì)在斷層掃描的再生圖像中產(chǎn)生不能接受的拖影、O環(huán)、斑點(diǎn)或其他贗象。
像低通濾波器這樣的連續(xù)波濾波器可以用來(lái)代替積分器。在連續(xù)波濾波器中，濾波器的輸出將以加權(quán)滾動(dòng)的方式反映出先前的探測(cè)信號(hào)。采用具有適當(dāng)頻率截止點(diǎn)的低通濾波器，能夠消除混雜。
在連續(xù)波濾波器工作狀態(tài)下，只要對(duì)機(jī)架的位置作適當(dāng)?shù)男拚?，取樣可以在任何時(shí)間進(jìn)行，因此一個(gè)探測(cè)器只需要一個(gè)單個(gè)濾波器。這就無(wú)需采用與積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路的分立元件轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)相聯(lián)的獨(dú)立前置放大器。
采用連續(xù)波濾波器改善了積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路的增益穩(wěn)定性。(與積分電路不同)在連續(xù)波濾波器中可以建立起直流反饋。因此，濾波器的增益可以由一個(gè)單個(gè)電阻來(lái)確定，而不是由積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路的電容及與之相聯(lián)的前置放大器的電阻兩者來(lái)確定。一般說(shuō)來(lái)，電阻比電容更穩(wěn)定，單個(gè)元件比多個(gè)元件更穩(wěn)定。
在一些CT成象技術(shù)中，當(dāng)機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)，X射線束的兩個(gè)束強(qiáng)度或兩個(gè)束位置間迅速變換。例如，在雙能量掃描技術(shù)中，加到X射線管上的電壓可以改變，以獲得兩束具有不同頻譜的X射線，從而生成兩種圖象，將兩種圖象加以比較，有助于區(qū)分各種不同的組織。另外，在“點(diǎn)跳動(dòng)”掃描技術(shù)中，X射線發(fā)射點(diǎn)可以相對(duì)于機(jī)架“跳動(dòng)”，以產(chǎn)生具有稍許不同角度的兩束射線，從而增加X(jué)射線成象的分辨率。這后一種技術(shù)在1990年6月20日提交的美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)為07/540，995的專利“具有可變換焦點(diǎn)的計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)”中有詳盡的描述，上述專利與本發(fā)明具有相同的受讓人，這里列舉出來(lái)以作參考。
在這些雙束技術(shù)中，隨著機(jī)架的旋轉(zhuǎn)，束的狀態(tài)迅速變換，以減少由于病人移動(dòng)對(duì)采集數(shù)據(jù)一致性的影響。假如束的狀態(tài)只是在機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)一周之后才變換的話，那么病人的移動(dòng)通常會(huì)在相應(yīng)的探測(cè)信號(hào)之間引起更多的變動(dòng)。
隨著X射線束迅速變換。來(lái)自探測(cè)器的信號(hào)也將變化，必須相對(duì)于束的變換將變化的信號(hào)同步分開(kāi)，才能采集到分別與每種束的狀態(tài)相關(guān)的兩組不同的數(shù)據(jù)。將探測(cè)器信號(hào)分離成與每一束的狀態(tài)相關(guān)的一種方法是采用前面所述的積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路的雙積分器。第一積分器調(diào)節(jié)到只有在第一束狀態(tài)下才積分(隨即采集數(shù)據(jù))，第二積分器調(diào)節(jié)到只有在第二束狀態(tài)下才積分。兩個(gè)積分器的輸出產(chǎn)生了兩組不同的分別與各個(gè)束狀態(tài)相關(guān)的探測(cè)器數(shù)據(jù)。
遺憾的是，這一方法仍存在如上所說(shuō)的積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路與增益靈敏度相關(guān)的缺點(diǎn)，亦即電路的增益是由一個(gè)與每一積分電路相關(guān)的相對(duì)不穩(wěn)定的電容和一個(gè)與獨(dú)立的前置放大器相關(guān)的電阻確定的。
前面所述的連續(xù)波濾波器不適用于這些雙束技術(shù)，因?yàn)闉V波器產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)輸出，該輸出是先前探測(cè)器信號(hào)的函數(shù)，而與束狀態(tài)無(wú)關(guān)。連續(xù)波濾波器的連續(xù)屬性過(guò)去被采用是基于它能夠靈活采樣的優(yōu)點(diǎn)，但卻阻礙了雙束信號(hào)的徹底分離。
本發(fā)明提供一種探測(cè)器采集濾波器，它與雙束CT技術(shù)結(jié)合使用，既具有連續(xù)波濾波器的穩(wěn)定性，又具有積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)濾波器同步取樣的能力。尤其是數(shù)據(jù)采集濾波器含有第一和第二可間斷濾波器，它們或者工作于濾波狀態(tài)，或者工作于保持狀態(tài)。當(dāng)濾波器處于濾波狀態(tài)時(shí)，它們的輸出取決于僅在當(dāng)前和上一個(gè)濾波狀態(tài)下探測(cè)信號(hào)的頻率分量。當(dāng)處于保持狀態(tài)時(shí)，濾波器的輸出是上一個(gè)濾波狀態(tài)期間濾波器的最后輸出值。當(dāng)CT機(jī)的X射線束處于第一狀態(tài)時(shí)，第一可間斷濾波器處于濾波狀態(tài)，第二可間斷濾波器處于保持狀態(tài)。反之，當(dāng)X射線束處于第二狀態(tài)時(shí)，情形正好相反。在一種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)提供一個(gè)單一取樣輸出，它被交替聯(lián)接至處于保持狀態(tài)的濾波器上。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種裝置，它能對(duì)由兩個(gè)迅速交變的X射線束狀態(tài)產(chǎn)生的間斷探測(cè)器信號(hào)進(jìn)行濾波。
優(yōu)選的是，兩個(gè)可間斷濾波器的每一個(gè)共用一個(gè)前置放大器以接收探測(cè)器信號(hào)，并含有一個(gè)可轉(zhuǎn)接的反饋電路單元，用于接收來(lái)自處于濾波狀態(tài)的可間斷濾波器的反饋信號(hào)。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提供一種增益穩(wěn)定的抗混雜的濾波器。單獨(dú)享用的反饋電路單元為第一和第二可間斷濾波器提供精確的增益匹配?？砷g斷濾波器可以利用單一的電阻反饋元件加以控制，使其比諸如在積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)濾波器電路中采用的電容和電阻反饋元件具有更高的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的上述目的以及其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在隨后的描述中看到。在描述中將會(huì)涉及一些附圖，這些附圖是本發(fā)明的組成部分，并以圖示方式給出了本發(fā)明的最佳實(shí)施例。這樣的實(shí)施例不一定代表本發(fā)明的全部?jī)?nèi)容，但是必定涉及解釋本發(fā)明范疇的權(quán)利要求書(shū)。


圖1是適用于本發(fā)明的CT系統(tǒng)示意圖;
圖2是由圖1系統(tǒng)產(chǎn)生的X射線扇形束的詳細(xì)圖，圖中示出了與之有關(guān)的相應(yīng)角度和坐標(biāo)軸;
圖3是用圖1CT系統(tǒng)采用焦點(diǎn)“跳動(dòng)”方法獲得的投影數(shù)據(jù)的射線角T與半徑r的曲線圖，并示出了與兩束狀態(tài)有關(guān)的周期圖4(a)是運(yùn)用圖3的跳動(dòng)技術(shù)由探測(cè)單元產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)的代表性曲線，圖中示出了兩種束狀態(tài)數(shù)據(jù)的交織;
圖4(b)是類似于圖4(a)的曲線，它表示出由本發(fā)明的一個(gè)可間斷濾波器接收?qǐng)D4(a)的信號(hào)時(shí)看到的有效輸入;
圖4(c)是本發(fā)明的可間斷濾波器接收?qǐng)D4(a)的輸入信號(hào)時(shí)的代表性輸出曲線;
圖5是本發(fā)明的可間斷濾波器的簡(jiǎn)化框圖;
圖6是用于使圖5的可間斷濾波器與CT機(jī)雙束狀態(tài)同步的時(shí)鐘波形圖;
圖7是本發(fā)明的可間斷濾波器的詳細(xì)方框圖。
參看圖1，CT機(jī)架16是“第三代”CT掃描裝置的代表，它包括一個(gè)X射線源10，X射線源能夠從焦點(diǎn)11投射出一個(gè)扇形X射線束24，經(jīng)過(guò)被成象物體12到達(dá)探測(cè)器陣列18上。探測(cè)器陣列18由許多探測(cè)單元26組成，這些探測(cè)單元共同探測(cè)由X射線穿過(guò)被成象物體12所得到的投影圖象。與每一探測(cè)器相關(guān)聯(lián)的是可間斷濾波器19，下面將對(duì)它作更全面的介紹。機(jī)架16圍繞位于被成象物體12內(nèi)的旋轉(zhuǎn)中心14旋轉(zhuǎn)。
適用于本發(fā)明的CT掃描裝置的控制系統(tǒng)具有同機(jī)架相關(guān)聯(lián)的控制模塊28，控制模塊28包括X射線控制器30、機(jī)架馬達(dá)控制器32以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(“DAS”)34三部分。X射線控制器30為X射線源10提供電源和定時(shí)信號(hào)，并控制X射線管焦點(diǎn)11的位置。機(jī)架馬達(dá)控制器32控制機(jī)架16的轉(zhuǎn)速和位置。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)34經(jīng)過(guò)可間斷濾波器19，在探測(cè)器陣列18的探測(cè)器單元26上對(duì)投影數(shù)據(jù)取樣。并將已經(jīng)濾了波的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為以后計(jì)算機(jī)處理所需的數(shù)字字。
X射線控制器30和機(jī)架馬達(dá)控制器32被聯(lián)接到計(jì)算機(jī)36上。計(jì)算機(jī)36是一臺(tái)通用小型計(jì)算機(jī)，如Data General Eclipse MV/7800C。
DAS 34與圖象再生裝置38相聯(lián)接。圖象再生裝置38接收來(lái)自DAS 34的取樣的和數(shù)字化的信號(hào)，并根據(jù)熟知的方法進(jìn)行高速圖象再生處理。圖象再生裝置38可以是一個(gè)陣列處理機(jī)，如弗吉尼亞明星技術(shù)公司(Star Technologies of Virginia)制造的陣列處理機(jī)。
計(jì)算機(jī)36通過(guò)操作控制臺(tái)40接收指令和掃描參數(shù)。操作控制臺(tái)40通常為一陰極射線管(CRT)顯示屏和鍵盤(pán)，操作人員可以輸入掃描參數(shù)，顯示再生圖象和其他來(lái)自計(jì)算機(jī)36的其它信息。大容量存儲(chǔ)裝置42用于存儲(chǔ)CT成象系統(tǒng)的操作程序以及圖象數(shù)據(jù)，以供操作人員備用。
參看圖2，與特定探測(cè)單元26相關(guān)聯(lián)的扇形束24的那一部分可以用通過(guò)X射線焦點(diǎn)11的中心和特定探測(cè)單元26的中心的射線20加以標(biāo)記。射線20用一條徑線來(lái)加以描述，該徑線距旋轉(zhuǎn)中心14的垂直距離長(zhǎng)為“r”，與固定在空間的任意參考軸22構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)角為T(mén)。
如圖3所示每一射線20的r和T可以繪制成r-T關(guān)系圖。其中T為水平坐標(biāo)軸，r為垂直坐標(biāo)軸。參看圖3，對(duì)于某一投影，在數(shù)據(jù)采集的開(kāi)始，給定探測(cè)器26的射線20處于r-T關(guān)系圖上的位置50。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖3只示出了一條射線20的起點(diǎn)位置50。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)當(dāng)知道，一個(gè)投影通常包含有近千條射線20和相應(yīng)的強(qiáng)度測(cè)量數(shù)據(jù)。
當(dāng)機(jī)架16旋轉(zhuǎn)時(shí)，在第一個(gè)周期Ⅰ內(nèi)，射線20的位置由起點(diǎn)50沿機(jī)架旋轉(zhuǎn)角dT的水平線52水平地在r-T關(guān)系圖上移動(dòng)。水平線52對(duì)應(yīng)于由于機(jī)架16的旋轉(zhuǎn)而引起的T增加。在水平線52上沿射線20方向X射線輻射的變化強(qiáng)度由探測(cè)器單元26接收。在機(jī)架16轉(zhuǎn)過(guò)dT角后，X射線管10的焦點(diǎn)11相對(duì)于機(jī)架16的位置發(fā)生偏移，將射線20的位置移至起點(diǎn)位置54，此時(shí)r增加了，T減少了。在機(jī)架旋轉(zhuǎn)的第二個(gè)周期Ⅱ內(nèi)，射線20由該起點(diǎn)位置54沿著水平線56再次水平移動(dòng)距離dT。在這一起始位置末尾，焦點(diǎn)11相對(duì)于機(jī)架移回到原來(lái)的位置，由于機(jī)架交錯(cuò)旋轉(zhuǎn)，射線20在r-T關(guān)系圖上處于新的位置58，它與起點(diǎn)位置50具有相同的r值，但是具有位移T。隨著X射線焦點(diǎn)11在第一周期Ⅰ的第一狀態(tài)和第二周期Ⅱ的第二狀態(tài)之間運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。這兩種狀態(tài)由X射線焦點(diǎn)11相對(duì)于機(jī)架16的相對(duì)位置所確定。
參看圖4(a)，從探測(cè)器26取出的信號(hào)62的振幅在時(shí)間t＝n△t時(shí)發(fā)生突變，其中n為整數(shù)，△t為機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)dT所需的時(shí)間。這些不連續(xù)點(diǎn)60的產(chǎn)生是由于在兩種狀態(tài)之間X射線焦點(diǎn)11不連續(xù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。亦即在第一周期Ⅰ和第二周期Ⅱ之間，X射線束24相對(duì)于被成象物體12的方位發(fā)生變化的結(jié)果。如上所述，當(dāng)連續(xù)波濾波器接收到這一不連續(xù)信號(hào)時(shí)，它將試圖把第Ⅰ周期和第Ⅱ周期的數(shù)據(jù)混合起來(lái)，以期達(dá)到使第Ⅰ周期數(shù)據(jù)與第Ⅱ周期數(shù)據(jù)“模糊”的效果。
現(xiàn)在參看圖5，本發(fā)明的可間斷濾波器19接收在探測(cè)器輸入端64的探測(cè)器信號(hào)62，探測(cè)器信號(hào)62來(lái)自探測(cè)器陣列18中的探測(cè)單元26。還有另外一些獨(dú)立的可間斷濾波器分別與其余各個(gè)探測(cè)器單元26相關(guān)(未示出)。探測(cè)器信號(hào)62由差分前置放大器66放大，該差分前置放大器66在其反相輸入端接收探測(cè)信號(hào)62，并將探測(cè)器信號(hào)62的電平提高以減少聯(lián)接至前置放大器66輸出端的分立元件轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68的漏電電流和注入電流的影響。前置放大器66可以是任何現(xiàn)成的具有低輸入電流、低偏壓和低偏壓漂移的商品運(yùn)算放大器。前置放大器66的非反相輸入端接地。
電阻72為該前置放大器66提供局部反饋，以提高其穩(wěn)定性，它將前置放大器66輸出端聯(lián)接至其反向輸入端，這是具有普通技術(shù)的人員都能理解的。
前置放大器66的輸出信號(hào)被單刀單擲(“SPST”)分立元件轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68與70的“動(dòng)片”端接收，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68與70的“定片”端分別接至低通濾波器子單元74和76的輸入端。
濾波器子單元74和76的輸出端隨后接至SPST轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)84和86的“動(dòng)片”端，而它們的“定片”端聯(lián)在一起，并通過(guò)反饋元件88與前置放大器66的反相輸入端相聯(lián)接。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)84接通時(shí)，輸向前置放大器66的反饋信號(hào)由濾波器子單元74的輸入端提供，而當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)86接通時(shí)，輸向前置放大器66的反饋信號(hào)由濾波器子單元76的輸出端提供。
因此，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68和84接通時(shí)，濾波器子單元74呈反饋狀與前置放大器66聯(lián)接，形成第一濾波器;而當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)70和86接通時(shí)，濾波器子單元76呈反饋狀與前置放大器66聯(lián)接，形成第二濾波器。
第一和第二濾波器是雙極低通貝塞爾(Bessel)濾波器，其截止頻率為1105赫茲。截止頻率的選定與DAS34的取樣頻率有關(guān)，正如業(yè)已討論過(guò)的那樣，是為了使其具有“抗混雜”的特性。盡管雙極貝塞爾濾波器方案是一種最佳方案，但是從以下的介紹中本技術(shù)領(lǐng)域普通人都明白，像白托沃斯(Butterworth)或契比雪夫(Tcheby-cheff)等其他低通濾波器也可以采用。
由濾波器子單元74和76構(gòu)成的第一和第二濾波器也是“可間斷”的，當(dāng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68或70接通時(shí)，它們具有低通濾波器功能，但是，當(dāng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68或70斷開(kāi)時(shí)，它們卻“凍結(jié)”了。在其輸出端保持著轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68或70斷開(kāi)以前所具有的最后的濾波值，并維持其內(nèi)部數(shù)值不隨時(shí)間而變。
濾波器子單元74和76的輸出為SPST分立元件轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)78和80的“動(dòng)片”端所接收，它們的“定片”端聯(lián)在一起，向DAS34提供單一的取樣輸出信號(hào)82，這一信號(hào)隨周期的變化或者由濾波器子單元74提供，或者由濾波器子單元76提供。轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)78和80分別相對(duì)于轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68和70取相反的狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68接通時(shí)，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)78斷開(kāi)，濾波器子單元74呈濾波狀態(tài)，此時(shí)為周期Ⅰ;當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68斷開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)78接通，濾波器子單元74呈保持狀態(tài)，此時(shí)為周期Ⅱ。因此，濾波器子單元74輸出端的取樣過(guò)程可以發(fā)生在周期Ⅱ的任何時(shí)刻，并還將給出嚴(yán)格對(duì)應(yīng)于周期Ⅰ和Ⅱ之間最后過(guò)渡時(shí)刻的濾波值。這使得DAS34的取樣動(dòng)作與機(jī)架16特定時(shí)間或位置的同步比與上面所述的連接波濾波器更容易。這種取樣與機(jī)架16位置的協(xié)調(diào)對(duì)消除上述利用焦點(diǎn)跳動(dòng)技術(shù)形成圖像中的贗象可能是有用的。
另一種方式是當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)80允許濾波器子單元76輸出端在周期Ⅰ的任何時(shí)間取樣時(shí)，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)70取相反狀態(tài)。
參看圖5和圖6，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68，84和80由時(shí)鐘信號(hào)90同步接通，時(shí)鐘信號(hào)90在第一周期Ⅰ內(nèi)定時(shí)為“通”或高電位，在第二周期Ⅱ內(nèi)，定時(shí)為“斷”。濾波器74在第一周期Ⅰ內(nèi)相應(yīng)為濾波狀態(tài)，在第二周期Ⅱ內(nèi)為保持狀態(tài)。
相反，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)70、86和78由時(shí)鐘信號(hào)92接通，時(shí)鐘信號(hào)92在周期Ⅱ內(nèi)定時(shí)為通，在周期Ⅰ內(nèi)定時(shí)為斷，濾波器76在周期Ⅰ內(nèi)為保持狀態(tài)，在周期Ⅱ內(nèi)為濾波狀態(tài)。信號(hào)90和92是矩形波，其相位設(shè)定將保證信號(hào)90和92的接通時(shí)間不發(fā)生重疊，因而在任何時(shí)刻，只有信號(hào)90或92處于接通狀態(tài)。
分立元件轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)的作用是將濾波器子單元74或76與前置放大器66接通，并且通過(guò)反饋元件88提供一適當(dāng)?shù)姆答伝芈?。濾波器子單元74或76具有高直流增益，因此，濾波器19的直流增益將由反饋元件88所確定，而與濾波器子單元74或76哪一個(gè)被接通無(wú)關(guān)，也與通過(guò)前置放大器66的正向增益和通過(guò)濾波器子單元74或76的正向增益無(wú)關(guān)。反饋元件88基本上是電阻性的，主要由一個(gè)單獨(dú)電阻所決定，因此，是一個(gè)比前述的積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)電路的電容器穩(wěn)定得多的增益控制元件。
濾波器子單元74和76的電路是相同的，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將只對(duì)濾波器子單元74作詳細(xì)介紹，通過(guò)這一介紹，將會(huì)明了濾波器子單元76的工作過(guò)程。
參看圖7，輸入至濾波器子單元74的信號(hào)，被接至由輸入電阻94形成的積分電路上，輸入電阻94又通過(guò)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68接至差分放大器96反向輸入端。放大器96有一電容器98聯(lián)接在其輸出端和反向輸入端，眾所周知，電容器98被用來(lái)積分流經(jīng)電阻94的電流。差分放大器96的非反向輸入端接地。
因此，當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68接通時(shí)，放大器96的反向輸入端經(jīng)過(guò)電阻94接收來(lái)自前置放大器66的電源，并對(duì)該電流積分。但當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68斷開(kāi)時(shí)，放大器96的輸出端保持著轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68斷開(kāi)前所具有的最后的值。
放大器96的輸出經(jīng)電阻100和SPST分立元件轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102接至放大器104的反向輸入端，其中轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102的“動(dòng)片”端接至電阻100，“定片”端接至放大器104的反向輸入端。電容器106接在放大器104的輸出端和其反向輸入端之間，反饋電阻108接在放大器104的輸出端和轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102的“動(dòng)片”端。因此當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102斷開(kāi)時(shí)，放大器104的電阻反饋線路是斷開(kāi)的，而放大器104的作用如同放大器96，處于保持狀態(tài)，保持著轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102斷開(kāi)前它的最后輸出值。
由于分立元件轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102的開(kāi)關(guān)作用而產(chǎn)生的對(duì)放大器104的電荷注入將會(huì)因?yàn)镾PST固態(tài)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)110和112以及114至122諸元件的作用而減至最小。轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)110的“動(dòng)片”端和“定片”端皆接至轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102的“動(dòng)片”端上，當(dāng)轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102斷開(kāi)以抵制由其本身而產(chǎn)生的充電時(shí)，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)110接通。放大器104的非反相端也經(jīng)過(guò)電容器114接地，電容器114被轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)112旁路，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)112與轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)102同步斷開(kāi)和接通。
放大器104的輸出經(jīng)由一網(wǎng)絡(luò)接至轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)84的“動(dòng)片”端，該網(wǎng)絡(luò)由一串聯(lián)電阻116和與之相聯(lián)的接地電容118組成。放大器104的輸出還通過(guò)一個(gè)同樣的網(wǎng)絡(luò)與轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)78相聯(lián)接。這些網(wǎng)絡(luò)也緩解了由分立元件轉(zhuǎn)解開(kāi)關(guān)84和78產(chǎn)生的充電影響。
反饋元件88由引自轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)84“定片”端的串聯(lián)電阻124、與之相聯(lián)的接地電容126和自電容126與電阻124的結(jié)點(diǎn)引向前置放大器66的反相輸入端的串聯(lián)電阻組成?？梢灾溃答侂娐凡粌H包括電阻116、124和128，而且也包括電容118和126。這些電容對(duì)直流增益無(wú)影響，對(duì)低頻增益的影響也可忽略，因?yàn)殡娙莸闹岛碗娮?16和124的值都很小，它們大小的選定是使得RC時(shí)間常數(shù)近似等于0.05微秒。
由前置放大器66、反饋回路中濾波器子單元74或76同反饋元件88組成的貝塞爾濾波器的截止頻率的選定原則是防止混雜信號(hào)進(jìn)入將被DAS34取樣的信號(hào)之中。因此，貝塞爾濾波器的截止頻率可以通過(guò)改變?nèi)铀俾始右哉{(diào)節(jié)，取樣速率一般取決于機(jī)架16的速度和探測(cè)器單元26的數(shù)目和尺寸。
需要注意的是當(dāng)信號(hào)90很小時(shí)，轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)68和102的作用實(shí)際上“凍結(jié)”了由前置放大器66和濾波器子單元74構(gòu)成的濾波器的操作。當(dāng)信號(hào)90很小時(shí)，濾波器的中間值，特別是放大器96和104的輸出，將不隨時(shí)間或探測(cè)器輸入的變化而改變，以電容器98和106的電壓表示的濾波器固有的“存貯記憶”也不會(huì)改變。這種采用濾波器子單元74或者采用濾波器子單元76的濾波器“保持”狀態(tài)允許把簡(jiǎn)單的低通濾波器用于圖4(a)所示的不連續(xù)探測(cè)器信號(hào)62的情形。
參看圖4(b)，輸入到前置放大器66和濾波器子單元74構(gòu)成的濾波器的有效輸入僅僅是那些發(fā)生在周期Ⅰ期間探測(cè)器信號(hào)62的各分段的聯(lián)接。這是因?yàn)樵谥芷冖蚱陂g濾波器凍結(jié)在保持狀態(tài)。相反，輸入到前置放大器66和濾波器子單元76(未示出)構(gòu)成的濾波器的有效輸入是那些發(fā)生在周期Ⅱ期間探測(cè)器信號(hào)62的各分段的聯(lián)接。
參看圖4(C)，濾波器19的輸出表現(xiàn)為一系列恒定的電壓，這些恒定的電壓反映出在上一個(gè)濾波狀態(tài)期間每一電流保持狀態(tài)時(shí)濾波器子單元74和76的最后輸出。濾波器子單元74和76的相對(duì)長(zhǎng)的保持狀態(tài)使得探測(cè)器陣列18中所有探測(cè)器單元26的取樣過(guò)程能同步在同樣的機(jī)架位置，對(duì)于積分和轉(zhuǎn)儲(chǔ)濾波器，第一和第二濾波器的結(jié)構(gòu)，允許為提高穩(wěn)定性而引入的阻性反饋。
本最佳實(shí)施例的許多改進(jìn)和改變方案仍然屬于本發(fā)明的精神和范疇之中，這對(duì)那些具有這一領(lǐng)域常識(shí)的人們來(lái)說(shuō)是險(xiǎn)而易見(jiàn)的。例如，這一濾波器也可以與雙能量掃描裝置配合使用，此時(shí)比如第一周期Ⅰ是高能X射線周期，則第二周期Ⅱ是低能X射線周期。另外顯而易見(jiàn)的是，該濾波器也可與其他機(jī)架和探測(cè)器裝置配合使用，其中包括所謂的“平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)”結(jié)構(gòu)的裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于CT成象系統(tǒng)的具有在第一和第二周期被激活的第一和第二X射線束的數(shù)據(jù)采集濾波器，該數(shù)據(jù)采集濾波器接收探測(cè)信號(hào)并產(chǎn)生取樣輸出，它包括一個(gè)與第一和第二周期同步的時(shí)鐘，用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；一個(gè)用于接收時(shí)鐘信號(hào)的第一和第二可間斷濾波器，該濾波器具有接收探測(cè)信號(hào)的濾波器輸入端和產(chǎn)生取樣輸出的濾波器輸出端，每一濾波器有一個(gè)濾波狀態(tài)和一個(gè)保持狀態(tài)，在濾波狀態(tài)下每一濾波器的濾波輸出只取決于當(dāng)前和前一個(gè)濾波狀態(tài)下探測(cè)器信號(hào)的頻率分量，而在保持狀態(tài)下，取決于前一個(gè)濾波狀態(tài)的最后輸出值；其中第一可間斷濾波器在第一周期處于濾波狀態(tài)，在第二周期處于保持狀態(tài)，而第二可間斷濾波器在第一周期處于保持狀態(tài)在第二周期處于濾波狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)采集濾波器，其特征在于它包括一個(gè)在第一周期將第一濾波器輸出端同樣取樣輸出端聯(lián)接起來(lái)，而在第二周期將第二濾波器輸出端同樣取樣輸出端聯(lián)接起來(lái)的轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)。
3.如權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)采集濾波器，其特征在于第一和第二可間斷濾波器包括并共用一個(gè)用于放大探測(cè)信號(hào)的前置放大器裝置和一個(gè)可轉(zhuǎn)接的反饋元件，該可轉(zhuǎn)接的反饋元件用于在第一周期接收來(lái)自第一可間斷濾波器輸出端的反饋信號(hào)，在第二周期接收來(lái)自第二可間斷濾波器輸出端的反饋信號(hào)，并為前置放大器提供反饋。
4.如權(quán)利要求3的數(shù)據(jù)采集濾波器，其特征在于反饋元件基本上為電阻性的。
5.如權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)采集濾波器，其特征在于可間斷濾波器作為二級(jí)低通貝塞爾濾波器，其截止頻率約等于濾波狀態(tài)下取樣速率的一半。
6.如權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)采集濾波器，其特征在于第一和第二X射線束在空間相互偏置。
7.如權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)采集濾波器，其特征在于第一和第二X射線束具有不同的能量。
8.一種用于CT成象系統(tǒng)的具有雙束狀態(tài)、探測(cè)器信號(hào)和取樣輸出的數(shù)據(jù)采集濾波器，包括一個(gè)用于接收探測(cè)器信號(hào)并具有輸出的差分放大器;一個(gè)第一和第二濾波器子單元;一個(gè)用于根據(jù)波束的狀態(tài)交替聯(lián)接位于輸入差分放大器的輸出端和取樣輸出端之間的第一和第二濾波器子單元的轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)裝置;一個(gè)用于從被聯(lián)接的濾波器子單元的輸出端向差分放大器提供直流反饋的反饋裝置。
9.如權(quán)利要求8的數(shù)據(jù)采集濾波器，其特征在于反饋裝置基本上為電阻性的。
全文摘要
一種用于雙束CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集濾波器用兩個(gè)頻譜濾波器根據(jù)X射線束的狀態(tài)交替接收來(lái)自每一探測(cè)器的信號(hào)。當(dāng)一個(gè)濾波器對(duì)探測(cè)信號(hào)濾波時(shí)，另一個(gè)濾波器處于“保持”狀態(tài)，其輸出和內(nèi)部量值都被凍結(jié)。每一濾波器只對(duì)一種波束狀態(tài)下產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行有效的濾波，而不受在另一波束狀態(tài)下產(chǎn)生的信號(hào)的影響，也不受在另一波束狀態(tài)下經(jīng)過(guò)的時(shí)間的影響。處于保持狀態(tài)的濾波器的輸出是一常數(shù)，可以在該周期的任何時(shí)刻對(duì)它取樣。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1058710SQ9110532
公開(kāi)日1992年2月19日 申請(qǐng)日期1991年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月6日
發(fā)明者保羅·C·尚倫 申請(qǐng)人:通用電氣公司