專利名稱：具減小傳輸帶寬數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的多層計算機斷層造影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機斷層造影(CT)裝置，其包括一個固定部分和一個可環(huán)繞檢查軸轉(zhuǎn)動的部分，該可轉(zhuǎn)動部分支承至少一個X射線源、一個與該X射線源相對設(shè)置的檢測單元和一個與該檢測單元相連接的數(shù)據(jù)采集單元，在該固定部分和該可轉(zhuǎn)動部分之間設(shè)置一個用于將該數(shù)據(jù)采集單元所采集的測量數(shù)據(jù)傳送到一個與該固定部分相連接的圖像再現(xiàn)裝置的數(shù)據(jù)傳輸裝置。本發(fā)明還涉及用于操作此CT裝置的方法。
背景技術(shù)：
在多層CT裝置中采用具有多個檢測行的檢測器陣列，其可同時被沿檢查軸方向(所謂的Z方向)成錐形擴大的X射線束照射。通過這種方式可以在該可轉(zhuǎn)動部分作一個完整的旋轉(zhuǎn)期間同時采集該檢查對象的多個體層。這一方面保證了從一層到另一層的連續(xù)性，另一方面提供了明顯快速的數(shù)據(jù)采集，如同其特別在心臟檢查時可十分有利地避免運動偽影。因此對CT裝置存在著不斷增長的需求一方面用其可以在相同的測量時間內(nèi)測量一個立體區(qū)域中多個更薄的層以提高分辨率，另一方面用其對一特定體積區(qū)域進行測量時可以縮短測量時間。
為滿足這些需求，已推薦具有較大的平面檢測單元的CT裝置，它們基于被加大的實時可采集檢查區(qū)域也稱作立體CT裝置。此時，平面檢測單元包含大量檢測行，例如在256到1024檢測行的范圍，它們可以同時被沿z方向成錐形擴大的X射線束照射。這樣一來，僅將可轉(zhuǎn)動部分繞患者旋轉(zhuǎn)一整圈就可以采集一個大的立體區(qū)域。然而，在這樣的CT裝置中，大量的檢測行會導(dǎo)致每單元時間由數(shù)據(jù)采集單元得到的和必須傳輸給固定圖像再現(xiàn)單元的測量數(shù)據(jù)極大增加。這樣的檢測單元在可轉(zhuǎn)動部分的通常轉(zhuǎn)動速度下產(chǎn)生數(shù)據(jù)速率在20至80千兆位/秒(Gbps)范圍內(nèi)的測量數(shù)據(jù)。為了從該CT裝置的轉(zhuǎn)動部分向固定部分傳輸這樣高的數(shù)據(jù)速率，目前所采用的數(shù)據(jù)傳輸裝置尚不可能。
在多層CT裝置中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸裝置借助所謂的滑環(huán)將由數(shù)據(jù)采集單元獲得的測量數(shù)據(jù)實時地經(jīng)電容的或光學(xué)的傳輸裝置傳輸?shù)脚c圖像再現(xiàn)單元相連接的固定部分。在此，一個這種滑環(huán)可以有約2.5千兆位/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率。為傳輸更高的數(shù)據(jù)速率必須并行地在可轉(zhuǎn)動部分和/或固定部分設(shè)置多個滑環(huán)。在采用平面檢測器陣列以同時采集256至1024層時，要求并行設(shè)置8至32個滑環(huán)。然而，這種解決辦法要求在CT支架和檢查區(qū)內(nèi)部的寶貴空間，且造成高成本?？赡懿捎玫母倪M高數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、以及與此相聯(lián)系的成本迄今尚不可預(yù)見。

發(fā)明內(nèi)容
從上述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種CT裝置及運行該裝置的方法，借助它們無需高的花費就可以將平面檢測單元所得到的數(shù)據(jù)量傳輸?shù)焦潭ú糠帧?br> 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的計算機斷層造影裝置以公知的方式包括一個固定部分和一個環(huán)繞檢查軸(z軸)可轉(zhuǎn)動的部分，該可轉(zhuǎn)動部分支承至少一個X射線源、一個與該X射線源相對設(shè)置的檢測單元和一個與該檢測單元相連接的數(shù)據(jù)采集單元。在該固定部分和該可轉(zhuǎn)動部分之間設(shè)置一個用于將該數(shù)據(jù)采集單元所獲得的測量數(shù)據(jù)傳送到與該固定部分相連接的圖像再現(xiàn)裝置的數(shù)據(jù)傳輸裝置，例如采用一個或多個光學(xué)或電容滑環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸裝置。本計算機斷層造影裝置的改進之處在于該可轉(zhuǎn)動部分具有與數(shù)據(jù)采集單元相連接的、用于將至少該數(shù)據(jù)采集單元所獲得的測量數(shù)據(jù)的一部分在進行傳輸之前進行暫存的存儲單元。這就可以這樣來運行該CT裝置其中，僅將在測量期間、即在可轉(zhuǎn)動部分作一次掃描或旋轉(zhuǎn)一圈期間所出現(xiàn)的測量數(shù)據(jù)中的一部分實時地通過數(shù)據(jù)傳輸裝置傳輸給固定部分，其余的部分暫存在存儲單元且在稍晚的時刻進行傳輸。
本發(fā)明以下述認知作為基礎(chǔ)在現(xiàn)有的CT裝置中可使用的傳輸帶寬在對患者進行檢查期間僅部分地被利用。在此，全部傳輸帶寬僅在數(shù)據(jù)采集時被用來實時地傳輸所采集的測量數(shù)據(jù)。而在其它時間，例如在患者登記和準備時間、確定掃描范圍的時間或圖像再現(xiàn)和分析時間，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)完全未被使用。在此，平均而言常規(guī)CT裝置的數(shù)據(jù)傳輸帶寬的利用率在最大可能容量10％的范圍。
在多層CT裝置中高分辯率的圖像再現(xiàn)明顯比數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸慢。于是，傳輸?shù)臏y量數(shù)據(jù)總要首先存儲在圖像再現(xiàn)單元中。接著，圖像再現(xiàn)通常離線完成。這種關(guān)系在采用立體CT時適用，在立體CT中，由于用于錐形X射線束的再現(xiàn)算法復(fù)雜和每秒800至3000幅的極大量圖像，為圖像再現(xiàn)必須占用比目前多層CT裝置中對錐形X射線束可再現(xiàn)每秒少于10幅圖像的情況長得多的時間。
通過所建議的具有用于暫存稍晚時刻(例如可緊接在掃描完成之后)才傳輸?shù)哪且徊糠譁y量數(shù)據(jù)的中間存儲器的CT裝置這種設(shè)置，可更好地利用現(xiàn)有的傳輸帶寬。本CT裝置使得可以在立體CT中發(fā)生很大測量數(shù)據(jù)量的情況下也只使用一個或較少的滑環(huán)來進行數(shù)據(jù)傳輸。由此，基于上面所說明的情況不會引起對檢查的干擾或妨礙。尤其可看到，在進行立體CT時不是進行螺旋掃描，而是進行順序掃描，即將患者臥榻逐個掃描區(qū)作步進式移動。這由用一次旋轉(zhuǎn)可采集的大立體區(qū)域、尤其是其沿z方向的大延伸來得到，這對于螺旋掃描來說要求患者臥臺作極快的運動。然而，將患者臥臺作分步式移動再次伴隨著出現(xiàn)測量間歇，在此測量間歇期間至少部分其余測量數(shù)據(jù)已可傳輸。如果該時間窗不夠，則在接收測量數(shù)據(jù)結(jié)束之后將余下的測量數(shù)據(jù)傳輸給固定部分和圖像再現(xiàn)單元。本CT裝置以及與之相聯(lián)系的運行方法的特別優(yōu)點是對已有的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的兼容性。因而還可以利用那些與在公知的多層CT裝置中已使用的數(shù)據(jù)傳輸裝置相同的數(shù)據(jù)傳輸裝置。本發(fā)明僅要求對可轉(zhuǎn)動部分中所采用的電路配備存儲單元和與之相配的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
在此，存儲單元的大小優(yōu)選這樣來確定其至少可以存儲在該CT裝置進行測量時可轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)一整圈可能出現(xiàn)的最大測量數(shù)據(jù)量。在特定的應(yīng)用中，這樣旋轉(zhuǎn)一周已足以采集整個檢查區(qū)域的測量數(shù)據(jù)。當然，顯然十分有利地還可以將存儲單元的大小選擇成能夠接收多次掃描產(chǎn)生的最大可采集測量數(shù)據(jù)量。該存儲單元本身在本CT裝置的一種結(jié)構(gòu)中設(shè)計成快速RAM存儲器。然而，優(yōu)選該存儲單元包括兩個存儲級，其中第一存儲級是快速緩沖存儲器，尤其是快速RAM存儲器，第二存儲級是永久存儲器。此時，由數(shù)據(jù)采集單元得到的測量數(shù)據(jù)首先暫存在第一存儲級，然后復(fù)制到較慢的永久存儲器中。這種永久存儲器在電流斷開時阻止已采集數(shù)據(jù)的丟失。在此，該永久存儲器可以設(shè)計成例如閃存、閃盤模塊、緊湊型閃存卡或類似存儲卡、脈沖阻抗磁盤或IBM微磁盤。優(yōu)選該永久存儲器作為可拆卸模塊活動地設(shè)置在可轉(zhuǎn)動部分上，從而其在CT裝置停止時可毫無問題地取下，且可以插入到圖像再現(xiàn)單元上的相應(yīng)接收接口以傳輸數(shù)據(jù)。
優(yōu)選本CT裝置設(shè)有一個平面檢測單元，其具有至少256個檢測行以同時采集256層，如在進行立體CT時所采用的。同樣，X射線源及布置在其前面的準直器設(shè)計成對所有檢測行同時照射。另一方面優(yōu)選將該數(shù)據(jù)傳輸裝置設(shè)計成僅將在CT裝置運行時產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)的一部分實時傳輸給固定部分。這樣，本CT裝置的數(shù)據(jù)傳輸裝置可低成本地實現(xiàn)，不會因有限的數(shù)據(jù)傳輸速率而限制本CT裝置的運行。
在本CT裝置的一種特別優(yōu)選的實施方式以及相應(yīng)的方法中，設(shè)有用于管理數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其可以設(shè)計成獨立的單元或作為數(shù)據(jù)采集單元的一部分。該數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集單元采集的測量數(shù)據(jù)中選擇那些需實時通過數(shù)據(jù)傳輸裝置傳輸?shù)念A(yù)定層的測量數(shù)據(jù)。其余的數(shù)據(jù)存儲在存儲單元中，并在稍晚時刻傳輸。通過預(yù)先給出特定層(例如每個第n層)的可能性，允許實現(xiàn)對該選擇的層進行實時再現(xiàn)和顯示，只要應(yīng)用需要。其余的測量數(shù)據(jù)在測量數(shù)據(jù)采集結(jié)束后傳輸，可以用于改善再現(xiàn)檢查區(qū)域的空間分辨率。


下面結(jié)合實施方式和附圖再次對本發(fā)明的CT裝置及操作該裝置的方法作詳細說明圖1示意地示出了一個本發(fā)明CT裝置結(jié)構(gòu)的實例；圖2示意地示出了一個可在本CT裝置中使用的多平面檢測單元的實例；圖3示出了在使用本發(fā)明的CT裝置進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸時的方法流程的實例。
具體實施例方式
圖1作為一種示例以示意圖方式示出了一種按照本發(fā)明設(shè)置的立體CT裝置的結(jié)構(gòu)。一個固定在可轉(zhuǎn)動部分11(所謂的支架)的X射線管1產(chǎn)生錐形X射線束2，其沿x方向和z方向的開角可通過可機械調(diào)節(jié)的準直器3進行調(diào)節(jié)。在此，該圖示出了一個與z方向相垂直的截面。X射線束2透射過患者4的軀體，投射到平面檢測單元5上。
在本例中采用具有1024檢測行的檢測單元5，用其可以在一次掃描中采集1024個體層。圖2示意地示出了這樣平面檢測單元的檢測行14和檢測列15排列實例的俯視圖。
設(shè)置在可轉(zhuǎn)動部分11上的數(shù)據(jù)采集單元6對由檢測單元5的檢測元件獲取的模擬測量信號進行轉(zhuǎn)換，并經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸單元8、9將連續(xù)數(shù)字測量數(shù)據(jù)流傳遞給固定的圖像再現(xiàn)單元10。該固定的圖像再現(xiàn)單元10從所獲得的測量數(shù)據(jù)再現(xiàn)那些由X射線管1和檢測單元5構(gòu)成的拍攝系統(tǒng)采集的、患者4的檢查區(qū)域中各個體層的圖像。
該可轉(zhuǎn)動部分11在測量期間連續(xù)環(huán)繞z軸轉(zhuǎn)動。為在轉(zhuǎn)動期間和轉(zhuǎn)動之后進行數(shù)據(jù)傳輸，在該可轉(zhuǎn)動部分11上設(shè)置了一個滑環(huán)發(fā)送單元8，在該CT裝置的固定部分12上設(shè)置了一個滑環(huán)接收單元9。該可轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)一圈時，在0.3秒內(nèi)，所采用的具有1024檢測行的檢測單元5產(chǎn)生大約25千兆位(Gb)(3千兆字節(jié))的測量數(shù)據(jù)。為實時傳輸這些測量數(shù)據(jù)必須將大約32個傳輸容量各為2.5千兆位/秒的滑環(huán)傳輸單元8、9并列地設(shè)置在可轉(zhuǎn)動部分和固定部分上。與此不同，在本發(fā)明的CT裝置中僅采用一個2.5千兆位/秒(Gbps)的帶有單滑環(huán)的滑環(huán)傳輸單元8、9就可在每次掃描后的最初10秒之內(nèi)傳輸同樣的數(shù)據(jù)量。此時，僅僅這些數(shù)據(jù)的一部分被實時傳輸給圖像再現(xiàn)單元10，而其余部分在完成掃描之后才傳輸給圖像再現(xiàn)單元10。為此在可轉(zhuǎn)動部分11上設(shè)置了一個在測量數(shù)據(jù)采集期間將那些非實時傳輸?shù)臏y量數(shù)據(jù)進行暫存的存儲單元7。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)13對出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進行選擇以進行存儲和/或?qū)崟r傳輸，且將該存儲的數(shù)據(jù)稍晚再進行傳輸。圖1作為一個示例還示出了將該存儲單元7分成一個快速RAM存儲器7a和一個較慢的永久存儲器7b，其如箭頭所示可從可轉(zhuǎn)動部分11取下，從而例如通過插入到圖像再現(xiàn)單元10的一個相應(yīng)接收模塊上可將其上存儲的數(shù)據(jù)在那里直接讀出。
然后，在測量數(shù)據(jù)采集后才將所存儲的測量數(shù)據(jù)以所使用的傳輸速率傳輸給圖像再現(xiàn)單元10。這結(jié)合圖3中作為示例表示的流程再作一次說明。在一次掃描期間出現(xiàn)的測量數(shù)據(jù)由一個在圖1中作為數(shù)據(jù)采集單元的一部分來表示的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)13分成兩組數(shù)據(jù)量。第一組數(shù)據(jù)量還在測量數(shù)據(jù)采集期間就實時地傳輸給圖像再現(xiàn)單元10，這些測量數(shù)據(jù)的余下部分作為第二組在存儲單元7中進行暫存。在完成掃描和測量數(shù)據(jù)采集之后，從該存儲器讀出該余下部分，同時將其傳輸?shù)綀D像再現(xiàn)單元10。在此，第一組數(shù)據(jù)可以是用拍攝系統(tǒng)在單次掃描時采集的檢查體積的預(yù)先指定層的數(shù)據(jù)。以這種方式，例如可以對1024層的檢測單元對每第32層進行實時傳輸，從而以這種方式在測量期間得到一幅具有較小空間分辨率的圖像顯示。
在此，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)13可以配置成在例如位于固定部分12和可轉(zhuǎn)動部分11之間的控制連接(如在傳統(tǒng)的計算機斷層造影裝置中已經(jīng)存在的控制連接)上選擇相應(yīng)的層和測量數(shù)據(jù)。因而，通過這種配置可以將要實時傳輸?shù)臏y量數(shù)據(jù)確定為較高的優(yōu)先級，而其余的測量數(shù)據(jù)分別以較小的優(yōu)先級在相應(yīng)的測量間歇期間發(fā)送給圖像再現(xiàn)單元10。
權(quán)利要求
1.一種計算機斷層造影裝置，包括一個固定部分(12)和一個可環(huán)繞檢查軸轉(zhuǎn)動的部分(11)，該可轉(zhuǎn)動部分(11)支承至少一個X射線源(1)、一個與該X射線源(1)相對設(shè)置的檢測單元(5)和一個與該檢測單元(5)相連接的數(shù)據(jù)采集單元(6)，其中，在該固定部分(12)和該可轉(zhuǎn)動部分(11)之間設(shè)置一個數(shù)據(jù)傳輸裝置(8，9)，用于將由該數(shù)據(jù)采集單元(6)所采集的測量數(shù)據(jù)傳送到一個與該固定部分(12)相連接的圖像再現(xiàn)裝置(10)，其特征在于所述可轉(zhuǎn)動部分(11)具有一個與所述數(shù)據(jù)采集單元(6)相連接的存儲單元(7)，用于在傳輸之前暫存至少部分由該數(shù)據(jù)采集單元(6)所采集的測量數(shù)據(jù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)傳輸裝置(8，9)是針對一種傳輸速率設(shè)計的，以此傳輸速率不能實時傳輸所有在一次測量期間出現(xiàn)的最大測量數(shù)據(jù)量。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述存儲單元(7)具有足以存儲所有在一次測量時在該計算機斷層造影裝置的可轉(zhuǎn)動部分(11)旋轉(zhuǎn)至少一整圈期間可能出現(xiàn)的最大測量數(shù)據(jù)量的存儲容量。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述檢測單元(5)由多層檢測器陣列構(gòu)成，其在一次測量期間由來自所述X射線源(1)的錐形X射線束(2)完全照射。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集單元具有一個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(13)，由該數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(13)將所采集的測量數(shù)據(jù)的第一部分直接傳送給所述數(shù)據(jù)傳輸裝置(8，9)以進行實時傳輸，而將稍晚傳輸?shù)钠溆嗖糠执鎯υ谒龃鎯卧?7)中。
6.按照權(quán)利要求5所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(13)這樣構(gòu)成，使得其在所述數(shù)據(jù)傳輸裝置(8，9)有空余容量時將所述測量數(shù)據(jù)的其余部分傳送給該數(shù)據(jù)傳輸裝置(8，9)以進行傳輸。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(13)這樣構(gòu)成，使得其根據(jù)預(yù)定的優(yōu)先級從獲得的測量數(shù)據(jù)中選出所述采集的測量數(shù)據(jù)的第一部分。
8.按照權(quán)利要求7所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(13)這樣構(gòu)成，使得其選擇預(yù)定層的測量數(shù)據(jù)作為所述采集的測量數(shù)據(jù)的第一部分。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述存儲單元(7)包括一個用于快速存儲的RAM存儲器(7a)和一個在其中復(fù)制存儲在該RAM存儲器(7a)中的測量數(shù)據(jù)的永久存儲器(7b)。
10.按照權(quán)利要求9所述的計算機斷層造影裝置，其特征在于所述永久存儲器(7b)是活動的可拆卸存儲塊。
11.一種用于運行如權(quán)利要求1至10中任一項所述計算機斷層造影裝置的方法，其中，將由所述數(shù)據(jù)采集單元(6)獲得的測量數(shù)據(jù)的第一部分實時地傳輸給所述圖像再現(xiàn)裝置(10)，而將所述測量數(shù)據(jù)的其余部分首先暫存在所述存儲單元(7)中，并在稍晚時刻傳輸給所述圖像再現(xiàn)裝置(10)。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于僅實時傳輸那些預(yù)先給定的、用該計算機斷層造影裝置采集的層的測量數(shù)據(jù)。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于所述測量數(shù)據(jù)的其余部分首先被暫存在所述存儲單元(7)的RAM存儲器(7a)中，從那里再將其傳輸?shù)剿龃鎯卧?7)的永久存儲器(7b)。
14.按照權(quán)利要求11至13中任一項所述的方法，其特征在于將所述測量數(shù)據(jù)的其余部分在測量間歇從存儲單元(7)中讀出并進行傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種計算機斷層造影(CT)裝置和運行該裝置的方法。該CT裝置包括固定部分(12)和可繞檢查軸轉(zhuǎn)動的部分(11)，該可轉(zhuǎn)動部分支承至少一個X射線源(1)、一個與該X射線源相對設(shè)置的檢測單元(5)和一個與該檢測單元相連接的數(shù)據(jù)采集單元(6)，其中在固定部分和可轉(zhuǎn)動部分之間設(shè)置一個用于將數(shù)據(jù)采集單元采集的測量數(shù)據(jù)傳送到與固定部分相連接的圖像再現(xiàn)裝置(10)的數(shù)據(jù)傳輸裝置(8，9)，可轉(zhuǎn)動部分具有與數(shù)據(jù)采集單元相連接的、用于將至少該數(shù)據(jù)采集單元所采集的測量數(shù)據(jù)的一部分在進行傳輸之前進行暫存的存儲單元(7)。本發(fā)明的CT裝置在高數(shù)據(jù)速率時無需與最大數(shù)據(jù)速率相匹配的數(shù)據(jù)傳輸裝置也可以運行。
文檔編號H04N1/21GK1689524SQ20051006693
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者斯蒂芬·波普斯庫 申請人:西門子公司