專利名稱：X－射線計算斷層攝影掃描儀和x－射線探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X-射線計算斷層攝影掃描儀和X-射線探測系統(tǒng)，更特別地，涉及如下的X-射線計算斷層攝影掃描儀和X-射線探測系統(tǒng)，其中解決了由于探測器或者DAS中的噪音或者工作電壓的波動導(dǎo)致的問題，借此獲得了穩(wěn)定而可靠的操作。
背景技術(shù)：
X-射線計算斷層攝影掃描儀(下文稱作X-射線CT掃描儀)已知是一種計算斷層攝影裝置。長期以來，X-射線CT掃描儀已經(jīng)廣泛地用作醫(yī)學(xué)診斷以及各種醫(yī)學(xué)研究工作的工具。自從它出現(xiàn)以來，X-射線CT掃描儀已經(jīng)有了很大的發(fā)展并且仍然在發(fā)展。
早期類型的X-射線掃描儀一次只能夠獲得圖象的單個切片，因此難以在短時間內(nèi)獲得被檢查大范圍軀體的大量圖象切片。因此，在實際的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，非常需要一種技術(shù)，能夠在短時間內(nèi)獲得被檢查大范圍軀體的大量高分辨率圖象切片。
為了滿足上述需要，最近開發(fā)出了多切片X-射線CT掃描儀并且已經(jīng)得到普及。在多切片X-射線CT掃描儀中使用二維探測器陣列，其中在垂直于列的方向上布置了特定數(shù)目(例如4或8)的探測器元件列，其中每一列都類似于在單切片C-射線CT掃描儀中使用的探測器元件線性陣列，因此二維探測器陣列總共包括M通道(channel)xN(segment)片段的探測器元件(其中M和N是正整數(shù))。數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS)連接2維探測器陣列的輸出端。
多切片X-射線CT掃描儀包括用于發(fā)射X-射線射束的X-射線源，該射束在平行于切片方向的平面內(nèi)呈扇形展開，還包括上述類型的2維探測器陣列。通過探測穿過被2維探測器陣列檢查的軀體的錐形射束X-射線(具有視場FOV有效直徑)能夠一次獲得多個切片的投影圖象數(shù)據(jù)。因此，多切片X-射線CT掃描儀能夠獲得比單切片X-射線CT掃描儀更多數(shù)目的具有更高分辨率的圖象。
2維探測器陣列包括閃爍器、光電二極管和CMOS開關(guān)陣列。入射到閃爍器上的X-射線被轉(zhuǎn)換成光信號，其入射到光電二極管陣列并被轉(zhuǎn)換成2維陣列每一片段的模擬電信號。每一片段的電信號通過CMOS開關(guān)陣列的相應(yīng)開關(guān)元件轉(zhuǎn)移到DAS。根據(jù)沿切片方向上探測器元件列的特定數(shù)目，CMOS開關(guān)陣列將從每組探測器元件上方的光電二極管陣列元件輸出的電信號組合在一起，其中每組探測器元件在切片方向上都包括特定數(shù)目的探測器元件列。
DAS是包括以陣列形式排列的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換元件(DAS電路部分)的器件，用于放大從2維探測器陣列接收的模擬探測信號并將它轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。最終的數(shù)字信號用于執(zhí)行圖象重建處理。
日本未經(jīng)審查的專利申請公開No.2001-215281公開了一種探測系統(tǒng)，其主要包括2維探測器陣列和DAS，它們與上面說明的相似并被3維地布置，從而光電二極管陣列和CMOS開關(guān)陣列被布置在雙側(cè)電路板的一個表面上，而DAS被布置在另一個表面上。在該探測系統(tǒng)中，在光電二極管陣列上布置閃爍器模塊從而使它們彼此光耦合。在實踐中，上述部分被組合在模塊-模塊基礎(chǔ)(block-by-block basis)上，其中每個模塊被分配特定數(shù)目的通道。在典型的X-射線CT掃描儀中，DAS通常具有高電路復(fù)雜度(complexity)以處理大量的通道，例如從500到幾萬個通道。為了降低將這么大量的部件直接組合成單個片的難度，為每個處理幾十到幾百個通道的模塊都準(zhǔn)備一個電路板，并通過布置光電二極管陣列、CMOS開關(guān)陣列和DAS部分形成探測模塊，用于處理位于電路板任何一側(cè)上的指定通道。多個探測模塊并排地布置在一個球的部分表面上。
在該探測系統(tǒng)中，電力從單個電源通過電纜供應(yīng)到所有的探測器模塊。
DAS處理小電流。為了避免DAS處理的小電流被通過接地部分侵入DAS的噪音干擾，DAS電路的地線與X-射線CT掃描儀的基礎(chǔ)框架(base frame)絕緣，或者，如果地線與基礎(chǔ)框架相連，則該連接只存在于一點。無論如何，要避免DAS電路的地線與基礎(chǔ)框架之間的強(qiáng)連接。DAS的整個電路與單個振蕩器同步工作。
上述的傳統(tǒng)探測系統(tǒng)具有許多沒有解決的問題。
第一個未解決的問題涉及DAS的分組。因為DAS電路的地線基本上與基礎(chǔ)框架絕緣，所以當(dāng)DAS的整個電路與單個振蕩器同步工作時，DAS的接地水平會波動，導(dǎo)致DAS的地線發(fā)出噪音，從而導(dǎo)致圖象品質(zhì)惡化。
另外，絕緣的地線導(dǎo)致第二個問題，即DAS接地水平的波動會影響模擬信號的工作。
另一個問題是，將電力供應(yīng)到探測系統(tǒng)的電纜存在電壓降。電壓降的大小隨電纜的長度成比例地改變，因此各個探測器模塊的電壓降不同，因為各探測器模塊的電纜長度不同。這導(dǎo)致探測器模塊中DAS的工作特性不均勻。一種可能的通過降低探測器模塊之間電源電壓的差異使DAS部分的工作特性獲得足夠良好的均勻性的技術(shù)，是按需要增加從電源到每個探測器模塊的電纜直徑以便將電纜的電壓降降低到足夠低的水平。另一種技術(shù)是將從電源到每個探測器模塊的每根電纜的長度設(shè)定為等于從電源到位置最遠(yuǎn)的探測器模塊的最長電纜的長度。然而，兩種技術(shù)都導(dǎo)致布置探測系統(tǒng)的空間不可接受地增大，因此兩種技術(shù)都不能夠?qū)嶋H解決問題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的第一個目標(biāo)是減小由于每個探測器模塊DAS部分的時鐘同步化操作導(dǎo)致的接地電壓和電源電壓的波動，借此實現(xiàn)X-射線探測系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是通過一種布置在較小空間內(nèi)的電源線將電源電壓供應(yīng)到多個探測器模塊，從而將多個探測器模塊之間的電源電壓的差異減小到可允許的范圍。
在一個方案中，為了獲得第一個目標(biāo)，本發(fā)明提供一種X-射線探測系統(tǒng)，其包括一個探測器，其用于探測通過被檢查軀體的X-射線并為每個通道產(chǎn)生相應(yīng)于X-射線的模擬電信號，一個數(shù)據(jù)獲取單元，其包括多個電路模塊，其中每一個都包括與分配給每個模塊的通道數(shù)目一樣多的電路，用于將從探測器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換成每個通道的數(shù)字信號并輸出最終的數(shù)字信號；和一個相控制單元，用于控制數(shù)據(jù)獲取單元電路模塊的相，從而將電路模塊分成多個組，并且電路模塊各個組的操作與時鐘信號同步，其中時鐘信號的相至少在兩個組之間不同。
作為一個實例，相控制單元控制數(shù)據(jù)獲取單元電路模塊的相，從而電路模塊被分成兩組，且兩組電路模塊的操作與兩個相相反的時鐘信號同步。
而且，作為另一個實例，相控制單元包括用于產(chǎn)生參考時鐘信號的振蕩器和一個單元，其用于將振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號直接提供給多個電路模塊組中的至少一個組，并將通過使振蕩器產(chǎn)生的多個時鐘信號反相產(chǎn)生的時鐘信號提供給電路模塊的其余組。
而且，作為另一個實例，相控制單元包括與電路模塊數(shù)目相同的振蕩器，用于產(chǎn)生提供給多個電路模塊的參考時鐘信號，并且振蕩器產(chǎn)生的參考時鐘信號被獨立且不同步地提供給各個電路模塊。
另外，作為另一個實例，相控制單元包括用于產(chǎn)生參考時鐘信號并將最終的參考時鐘信號提供給各個電路模塊的單元，其中參考時鐘信號之間彼此延遲特定的時間。
在另一個方案中，為了獲得第二個目標(biāo)，本發(fā)明提供了一種X-射線探測系統(tǒng)，包括一個探測器，其包括多個分配給特定數(shù)目的通道的電路模塊，用于探測通過被檢查軀體的X-射線并為每個通道產(chǎn)生相應(yīng)于X-射線的模擬電信號，一個數(shù)據(jù)獲取單元，其包括與探測器電路模塊數(shù)目相同的電路模塊，用于將從探測器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換成每個通道的數(shù)字信號并輸出最終的數(shù)字信號，和一個電壓調(diào)節(jié)器，其布置于各個電路模塊，用于將提供給各個電路模塊的電源電壓調(diào)節(jié)在特定的電壓值。
而且，作為另一個實施例，可以提供平板形導(dǎo)體，用于將電源電壓提供給各個電路模塊。
本發(fā)明還提供了一種X-射線計算斷層攝影掃描儀，包括根據(jù)上述任何一個方案的X-射線探測系統(tǒng)，和數(shù)據(jù)處理單元，該數(shù)據(jù)處理單元采用由X-射線探測系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)重建圖象。
在根據(jù)本發(fā)明的X-射線計算斷層攝影掃描儀和X-射線探測系統(tǒng)中，形成的X-射線探測系統(tǒng)降低了由于多個探測器模塊接地電壓的波動導(dǎo)致的輻射噪音，從而解決了由于探測器模塊之間電源電壓的不同導(dǎo)致的探測器模塊之間工作特性的不同。因此，在X-射線探測操作中實現(xiàn)了高穩(wěn)定性和優(yōu)良的均勻性，借此使提高圖象品質(zhì)成為可能。此外，還減小了系統(tǒng)的物理尺寸。


圖1是示意性顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的X-射線CT掃描儀的框圖；圖2是示意性顯示在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的X-射線CT掃描儀中使用的X-射線探測系統(tǒng)的框圖；圖3是布置在X-射線探測系統(tǒng)上的一個探測模塊從X-射線入射側(cè)看的透視圖；圖4是布置在X-射線探測系統(tǒng)上的一個探測模塊從背面看的透視圖；圖5是顯示一個探測器模塊的X-射線探測元件的布局的簡圖，其中該探測器模塊布置在根據(jù)本發(fā)明一個實施例的X-射線CT掃描儀所使用的X-射線探測系統(tǒng)中；圖6是X-射線探測系統(tǒng)的探測器模塊的電路圖；圖7是示意性顯示將DAS分割成模塊的方式的簡圖；圖8是顯示將參考時鐘信號提供給根據(jù)第一實施例的X-射線CT掃描儀X-射線探測系統(tǒng)的方式的電路圖；圖9是顯示根據(jù)第一實施例的參考時鐘信號的時限圖，該參考時鐘信號的相彼此相反；圖10是顯示根據(jù)第一實施例的修改例提供參考時鐘信號的方式的簡圖；圖11是顯示參考時鐘信號的時限圖，該時鐘信號具有根據(jù)第一實施例修改例的分散相；圖12是顯示根據(jù)第一實施例的另一個修改例提供參考時鐘信號的方式的簡圖；圖13是一個探測器模塊的透視圖，該探測模塊布置在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的X-射線CT掃描儀的X-射線探測系統(tǒng)內(nèi)。
圖14是顯示根據(jù)第二實施例將電力提供給各個探測器模塊的方式的框圖；圖15是顯示根據(jù)第二實施例調(diào)節(jié)各個探測器模塊電源電壓的方式的簡圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的X-射線CT掃描儀X-射線探測系統(tǒng)的透視圖；圖17是顯示根據(jù)第三實施例用金屬條提供電力的方式的簡圖；和圖18是顯示根據(jù)經(jīng)過修改的實施例通過互連連接探測器模塊的方式的簡圖。
具體實施例方式
下面參考聯(lián)系附圖的實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
第一實施例下面參考圖1-9說明第一實施例。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的多切片X-射線CT掃描儀。該多切片CT掃描儀不僅能夠執(zhí)行多切片螺旋掃描，而且能夠執(zhí)行傳統(tǒng)的掃描(單切片掃描和多切片掃描)。如圖1所示，多切片CT掃描儀10包括一個床(未顯示)，待檢查的軀體(患者)位于該床上，一個基礎(chǔ)框G，其具有用于插入軀體P的診斷腔OP，用于獲取軀體P的投影圖象數(shù)據(jù)，和一個數(shù)據(jù)處理單元U，用于控制整個基礎(chǔ)框G的工作，將投影數(shù)據(jù)重建成圖象并顯示最終的圖象。
該床包括上平板，其能夠通過床驅(qū)動單元(未顯示)沿著長度方向滑動。在大多數(shù)情況下，軀體P被放置成使軀體的軸線平行于床的長度方向。
基礎(chǔ)框G包括一個用作X-射線輻射源的X-射線管11，其布置使插入診斷腔OP中的軀體P位于X-射線管11與床之間，一個將在后面說明的X-射線探測器12，和一個X-射線探測系統(tǒng)14，其包括數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAS13)。此外，基礎(chǔ)框G還包括非接觸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移單元15，床驅(qū)動單元16和滑動環(huán)17。
X-射線管11和X-射線探測系統(tǒng)14(包括X-射線探測器12和DAS13)布置在旋轉(zhuǎn)環(huán)(rotating ring)21上，旋轉(zhuǎn)環(huán)在床驅(qū)動單元16的控制下能夠在基礎(chǔ)框G內(nèi)旋轉(zhuǎn)。也就是說，X-射線管11和X-射線探測系統(tǒng)14圍繞一個旋轉(zhuǎn)軸和諧地旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸平行于被插入在基礎(chǔ)框G診斷腔OP內(nèi)的軀體P的軀體軸線。旋轉(zhuǎn)環(huán)21以每秒一周或者更高的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。
X-射線管11向躺在視場FOV有效直徑內(nèi)的患者軀體P產(chǎn)生錐形波束或扇形波束的X-射線。X-射線管11產(chǎn)生X-射線所需的電力(管電壓或管電流)從高壓發(fā)生器18通過滑動環(huán)17提供。更明確地，X-射線管11產(chǎn)生沿著平行于旋轉(zhuǎn)軸的切片方向擴(kuò)散的扇形波束X-射線，或者沿著切片方向以及垂直于切片方向的通道方向擴(kuò)散的錐形波束X-射線。在大多數(shù)情況下，軀體P沿著床的長度方向躺在床的上臺上，因此切片方向平行于軀體P的體軸。
在基礎(chǔ)框G的內(nèi)部，準(zhǔn)直儀19位于X-射線管11和軀體P之間。準(zhǔn)直儀19將從X-射線管11的X-射線焦點發(fā)射的錐形波束或扇形波束X-射線的形狀塑造成具有特定波束尺寸的X-射線波束。
數(shù)據(jù)處理單元U包括用作關(guān)鍵設(shè)備的主控制器20，并進(jìn)一步包括用于執(zhí)行預(yù)處理例如數(shù)據(jù)校正的預(yù)處理單元22，存儲單元23，二級存儲單元24，數(shù)據(jù)處理單元25，重建單元26，輸入設(shè)備27和顯示單元28，其中這些單元彼此通過數(shù)據(jù)/控制總線29相互連接?？偩€29還連接外部圖象處理裝置30。圖象處理裝置30包括二級存儲單元31，數(shù)據(jù)處理單元32，重建單元33和輸入設(shè)備34，以及顯示單元35。
預(yù)處理單元22對從非接觸數(shù)據(jù)傳遞單元15接收的投影圖象執(zhí)行靈敏度校正或者X-射線密度校正。在通過預(yù)處理單元22執(zhí)行靈敏度校正或者X-射線密度校正之后，例如，在360°上獲得的1000套(1000幅)2維投影圖象數(shù)據(jù)被暫時存儲在存儲單元23內(nèi)。
重建單元26根據(jù)扇形波束重建方法或者錐形波束重建方法通過重建保存在存儲單元23內(nèi)的投影圖象數(shù)據(jù)產(chǎn)生(重建)斷層攝影數(shù)據(jù)的切片。
參考圖2-6，下面詳細(xì)地說明根據(jù)本實施例的X-射線探測系統(tǒng)14。
X-射線探測系統(tǒng)14是用于探測或者引入通過了被檢查軀體P的X-射線的設(shè)備。X-射線探測系統(tǒng)14包括沿兩個正交方向(沿切片方向和通道方向)布置的X-射線探測器元件2維陣列，以便二維地探測X-射線。
更明確地，如圖2所示，X-射線探測單元14包括多個(例如38個)探測器模塊141-14n。功率從外部電源38通過電纜39提供給各個探測器模塊141-14n。
每個探測模塊14n(一般地用14n表示)都包括全部探測通道中分配給探測器模塊的特定數(shù)目的探測通道。在X-射線CT掃描儀中，DAS13通常具有總共500到幾萬個通道，DAS13被分成多個模塊，每一個都包括幾十到幾百個通道。每個探測器模塊141-14n被布置成使每個模塊的X-射線探測元件在通道方向上沿著一個弓形排列，并且全部X-射線探測元件形成X-射線入射表面，該入射表面呈部分球面的形式，該球的中心位于X-射線管11的焦點。圖3和4顯示了141-14n中一個探測器模塊結(jié)構(gòu)的特殊實例。
每個探測器模塊14n都具有一個剛性雙面印刷電路板141，和一個CMOS開關(guān)陣列(開關(guān)元件陣列)142、一個光電二極管陣列143和一個閃爍器模塊144，閃爍器模塊144以彼此疊置的方式按照與本文說明的在印刷電路板141的一個表面上相同的順序布置。CMOS開關(guān)陣列142和光電二極管143彼此電連接。光電二極管陣列143與閃爍器模塊144光耦合。探測器模塊141-14n的CMOS開關(guān)陣列142、光電二極管陣列143和閃爍器模塊144的組合共同形成了X-射線探測器12。相應(yīng)于各個探測器模塊14n的DAS13的DAS電路部分13a布置在印刷電路141的相對表面上。DAS電路部分13a電連接CMOS開關(guān)陣列142。因此，X-射線探測器12和DAS通過印刷電路141被三維地組裝。
圖5顯示了探測器模塊14n從X-射線入射側(cè)看的設(shè)計(development)。探測器模塊14n包括多個探測器元件1031和1032，它們由閃爍器模塊144和光電二極管陣列143組成。這些探測器元件1031和1032以二維陣列的形式加以布置，其列和行分別沿著通道方向和切片方向延伸。
探測器元件1031和1032中，每一個探測器元件1031在切片方向上的可感寬度(sensible width)為1.0mm，在通道方向上的可感寬度為0.5mm。每一個探測器元件1032在切片方向上的可感寬度為0.5mm，在通道方向上的可感寬度為0.5mm。
注意，光電二極管的可感寬度是由可感值(sensible value)確定的，該數(shù)值在測量X-射線管11的旋轉(zhuǎn)軸時獲得。因此，例如，可感寬度為1mm的光電二極管是在X-射線管的旋轉(zhuǎn)軸上測得的可感寬度等于1mm的光電二極管。在X-射線分散的特殊情況下，實際可感寬度等于在旋轉(zhuǎn)軸上測得的可感寬度乘以一個比值，即從X-射線焦點到光電二極管實際位置的距離與從X-射線焦點到X-射線管的旋轉(zhuǎn)軸上點的距離的比值。也就是說，這種可感寬度為1mm的光電二極管的可感寬度可能稍微大于1mm，因為從X射線焦點到光電二極管實際位置的距離可能大于從X-射線焦點到X-射線管旋轉(zhuǎn)軸上點的距離。
可感寬度為0.5mm的探測器元件1032以具有測得為16列的陣列形式沿著切片方向布置?？筛袑挾葹?mm的探測器元件1031以陣列的形式布置在兩個直接與可感寬度為0.5mm的探測器元件1032相鄰的區(qū)域內(nèi)，從而可感寬度為1mm的探測器元件1031的每個陣列在切片方向上測得的列數(shù)目(例如12列)小于可感寬度為0.5mm的探測器元件1032陣列的列數(shù)。
在本發(fā)明中，沿切片方向測得的探測器元件1032陣列的列數(shù)(本特例中為16列)被設(shè)定成大于任何相鄰的探測器元件1031陣列的數(shù)目(本特殊中為12列)，且小于探測器元件1031陣列的總列數(shù)(在本特例中為24列)。也就是說，在根據(jù)本發(fā)明的X-射線探測器12中，全部的探測器模塊141-14n形成了一個二維探測器陣列，在通道方向上測得有912行，在切片方向上測得有40列。
盡管在上述實例中，X-射線探測器12具有呈2維陣列形式布置的探測器元件，其元件與元件之間的節(jié)距根據(jù)探測器元件的可感寬度是0.5mm還是1.0mm而改變，但是X-射線探測器12也可以用具有相等可感寬度的探測器元件以2維陣列的形式構(gòu)成。而且，每個探測器元件的尺寸不僅限于0.5mm或1.0mm，其他的尺寸例如1.25mm也可以采用。通過大量X-射線探測器元件1031和1032獲得的2維X-射線投影圖象的模擬信號通過CMOS開關(guān)陣列142發(fā)送到DAS13。更明確地，X-射線投影圖象數(shù)據(jù)通過CMOS開關(guān)陣列142發(fā)送到DAS13，該DAS13包括以陣列形式布置的數(shù)據(jù)獲取元件(具有例如912行和8或4列)，其列的數(shù)目小于X-射線探測器元件陣列的列數(shù)(具有例如912行和40列)。
在將X-射線投影圖象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到DAS13的處理期間，在主控制器20的控制下，CMOS開關(guān)陣列142計算切片方向上特定列數(shù)的X-射線投影圖象數(shù)據(jù)的總和，借此產(chǎn)生包括特定列數(shù)的2維投影圖象數(shù)據(jù)。DAS13由多個數(shù)據(jù)獲取元件，也就是，用作模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的DAS電路芯片13a構(gòu)成，DAS電路芯片13a與X-射線探測器12呈2維陣列形式布置。在以這種方式構(gòu)成的DAS13中，每個數(shù)據(jù)獲取元件放大所接收的X-射線圖象數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，借此產(chǎn)生數(shù)字投影圖象數(shù)據(jù)。因為特定列數(shù)的X-射線圖象數(shù)據(jù)在切片方向上相加，所以切片方向上數(shù)據(jù)獲取元件的總列數(shù)小于X-射線探測器12的X-射線探測器元件的總列數(shù)。
從DAS13輸出的數(shù)字2維投影圖象數(shù)據(jù)通過非接觸轉(zhuǎn)移單元15使用光發(fā)送技術(shù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元U。除了使用非接觸光發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移單元15以外，也可以采用使用滑動環(huán)或者類似物的接觸型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移單元。
在一個旋轉(zhuǎn)期間(1秒)，使用X-射線探測器12的探測操作被執(zhí)行例如1000次。結(jié)果，每秒(1轉(zhuǎn))產(chǎn)生1000次包括MxN通道的2維投影圖象數(shù)據(jù)。為了以高數(shù)據(jù)速度無時間延遲地發(fā)送所產(chǎn)生的具有大數(shù)據(jù)尺寸的2維投影圖象數(shù)據(jù)，DAS13和非接觸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移單元以高速工作。
在數(shù)據(jù)處理單元U中，所接收的數(shù)字投影圖象數(shù)據(jù)被提供給預(yù)處理單元22。在數(shù)字投影圖象數(shù)據(jù)在預(yù)處理單元22內(nèi)經(jīng)過預(yù)處理之后，最終的數(shù)字投影圖象數(shù)據(jù)被存儲在二級存儲單元24中，并通過重建單元26執(zhí)行圖象重建處理。結(jié)果，獲得了重建的X-射線掃描圖象。
圖6是以上述方式構(gòu)建的X-射線探測系統(tǒng)14的電路框圖。向光電二極管陣列芯片143、CMOS開關(guān)陣列芯片142和DAS13的DAS電路部分13a提供電源電壓，從而為每個探測器模塊分別提供電源電壓。
如上所述，X-射線探測系統(tǒng)12由多個模塊構(gòu)成，DAS13的模塊相應(yīng)于X-射線探測系統(tǒng)12的模塊。圖7示意性地顯示了DAS13的模塊，其包括相應(yīng)于各個探測器模塊141-14n的DAS電路131-13n(每一個都包括DAS電路部分13a)。DAS13的整體能夠獲取許多通道，例如1000個通道(等于沿通道方向布置的數(shù)據(jù)獲取元件的數(shù)目)的數(shù)據(jù)。當(dāng)DAS13包括10個模塊時，131-13n的每個DAS電路獲取100個通道的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明中，由單個振蕩器51產(chǎn)生的參考時鐘信號通過如圖8所示的兩個路徑提供給DAS電路131-13n。更明確地，振蕩器51產(chǎn)生的矩形參考時鐘信號被直接輸出到路徑A，并在信號被反相器52反相之后輸出到路徑B。結(jié)果，如圖9所示，通過路徑A提供的參考時鐘信號的相與通過路徑B提供的參考時鐘信號相反。
振蕩器51和反相器52可以布置在X-射線探測系統(tǒng)14的盒子內(nèi)(未顯示)，或者可以布置在與X-射線探測系統(tǒng)14分離布置的電源38內(nèi)(圖2)。
DAS電路131-13n被分組，從而通過路徑A提供的參考時鐘信號被共有地提供給DAS電路131、133以及其他奇數(shù)位置，而通過路徑B提供的參考時鐘信號被共有地提供給DAS電路132、134和其他偶數(shù)位置。每個DAS電路都與所給的參考時鐘信號同步地執(zhí)行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明使用X-射線CT掃描儀的掃描操作中，通過軀體的X-射線被X-射線探測系統(tǒng)14探測，并由從X-射線探測系統(tǒng)14輸出的投影圖象數(shù)據(jù)重建X-射線CT圖象。在X-射線的探測中，X-射線探測系統(tǒng)14的DAS13的DAS電路131-13n被具有相反相的參考時鐘信號驅(qū)動。這使得DAS13內(nèi)由于電源接地電壓的波動導(dǎo)致的輻射噪音被基本上完全消除。因此，噪音被減弱，從而能夠獲得高品質(zhì)的X-射線CT圖象。
根據(jù)第一實施例的將參考時鐘信號提供給DAS13的方式可以被不同地加以修改，如下文所述。
第一個修改例如圖10和11所示。在如圖10所示的修改例中，準(zhǔn)備了與連鎖DAS13的DAS電路131-13n數(shù)目相同的振蕩器511-51n，且從振蕩器511-51n輸出的參考時鐘信號被分別地提供給各個DAS電路131-13n。因此，如圖11所示，DAS電路131-13n與彼此獨立的各個參考時鐘信號同步地工作。注意，DAS電路131-13n的工作是同步的，因為每個DAS電路都分別與彼此獨立的參考時鐘信號同步地工作。這使得DAS電路131-13n的接地電壓或電源電壓的波動被分散或者基本上被消除。因此，減弱了輻射噪音，從而能夠獲得高品質(zhì)X-射線CT圖象。
第二個修改例如圖12所示。在第二個修改例中，如圖12所示，由單個振蕩器51產(chǎn)生的參考時鐘信號被每個延遲電路531-53n-1順次地延遲固定的時間。DAS13的DAS電路131-13n別分成與延遲電路531-53n數(shù)目相同的組，從振蕩器51和各個延遲電路531-53n輸出的參考時鐘信號被提供給各個DAS電路組。在該修改例中，彼此之間延遲固定時間的參考時鐘信號能夠只用一個振蕩器51產(chǎn)生。這使得接地電壓或電源電壓的波動被分散或者基本上被消除。因此，減弱了輻射噪音，從而能夠獲得高品質(zhì)X-射線CT圖象。
第二實施例下面參考圖13-15說明本發(fā)明的第二實施例。
第二實施例涉及調(diào)節(jié)X-射線CT掃描儀中X-射線探測系統(tǒng)14的各個探測器模塊14n的電壓的技術(shù)。根據(jù)第二實施例的X-射線CT掃描儀大體上與根據(jù)上述第一實施例的掃描儀相似。與第一實施例中相似的部分用相似的指代數(shù)字表示，且本文中不再重復(fù)說明。
在第二實施例中，如圖13所示，每個探測器模塊14n都具有一個電源連接器61和一個位于印刷電路板141表面上的面對DAS的電壓調(diào)節(jié)器。如圖14所示，每個探測器模塊14n的電源連接器61通過電纜64與電源63的輸出端連接，從而通過電源連接器61將電力提供給電壓調(diào)節(jié)器62。
電壓調(diào)節(jié)器62將輸入電壓調(diào)節(jié)在預(yù)定電壓。電壓調(diào)節(jié)器62的輸出端并聯(lián)每個探測器模塊14n的DAS電路131-13n。在圖14中，電源63的輸出電壓V0被設(shè)定為使電壓調(diào)節(jié)器62的輸入電壓大于DAS電路部分13a所需的特定值V1(例如5V)，甚至對于具有最長電纜64的探測模塊14n也是如此。
因此，在任何一個探測器模塊14n中，電壓調(diào)節(jié)器62接收大于特定值V1的輸入電壓(例如6V)，并將輸入電壓調(diào)節(jié)(降低)到特定電壓V1(例如5V)。
在根據(jù)本實施例的X-射線探測系統(tǒng)14中，如上所述，盡管沿電纜64的電壓降在探測器模塊14n中不同(例如相差大約0.1V-0.5V)，但是實際上提供到每個探測器模塊14n的電源電壓被調(diào)節(jié)在特定值V1，而不考慮電壓降的量。
因此，所有探測器模塊的全部DAS電路部分13a都在相同的電壓下工作。這消除或減少了由于探測模塊電源電壓的不同導(dǎo)致的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換特性的不同。結(jié)果，在所有的探測器模塊上獲得了均勻的X-射線探測特性，從而獲得了高的整體性能。
第三實施例下面參考圖16和17說明本發(fā)明的第三實施例。
第三實施例涉及X-射線CT掃描儀中X-射線探測系統(tǒng)14每個探測器模塊14n的電源線結(jié)構(gòu)。除了電源線結(jié)構(gòu)之外，根據(jù)第二實施例的X-射線CT掃描儀基本上與根據(jù)上述第一實施例的掃描儀相似。
在根據(jù)本實施例的X-射線探測系統(tǒng)14中，如圖16所示，將(正)電源電壓提供給各個探測器模塊14n的電源線由平板形金屬條71構(gòu)成。更明確地，電源電壓從電源72通過電纜73提供給X-射線探測系統(tǒng)14，進(jìn)一步通過金屬條71提供給X-射線探測系統(tǒng)14內(nèi)的各個探測器模塊14n。如圖17所示，金屬條71具有分支71a，其末端用螺釘或連接器電連接每個探測器模塊14n的特殊部分。
使用金屬條71作為電源線使電源電壓由于探測器模塊14n的位置導(dǎo)致的電壓降的改變最小化，從而將探測器模塊中電源電壓的差異降低到了非常低的水平。結(jié)果，在探測操作中獲得了高穩(wěn)定性，從而能夠獲得高品質(zhì)圖象。此外，不需要使用大直徑電纜，有可能減少X-射線探測系統(tǒng)14中用于布置電源線的空間，從而有可能減少X-射線探測系統(tǒng)14的總尺寸。
為了防止X-射線探測系統(tǒng)14受到第一實施例中說明的噪音的影響，DAS13中探測器模塊14n的互連可以做如下調(diào)整。在圖18所示的互連結(jié)構(gòu)中，在通道方向上彼此相鄰的探測模塊14n彼此通過模塊連接器81相連。根據(jù)X-射線探測系統(tǒng)14的類型，除了用于作為模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器IC的DAM芯片互連之外(例如用于16個IC的互連)，還需要用于在探測模塊14n中發(fā)送數(shù)據(jù)的互連。
在本實例中，如圖18所示，期望用于處理模擬信號的DAM芯片82的互連與用于發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的互連83分離地布置。在圖18所示的實例中，互連83布置在每個探測模塊14n的中心(沿切片方向看)，而DAM芯片82布置在沿切片方向與互連83相鄰的兩側(cè)區(qū)域。這減少了來自互連83的噪音的干擾，其中數(shù)字信號通過互連83發(fā)送到處理模擬信號的DAM芯片82。結(jié)果，有可能防止圖象噪音測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差發(fā)生惡化。此外，通過將處理模擬信號的DAM芯片82沿切片方向布置在與互連83相鄰的兩側(cè)區(qū)域，有可能防止DAM芯片82暴露于X-射線，還有可能使DAM芯片82的互連長度最小。
盡管上面參考特殊的實施例說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不僅限于那些實施例，而是可以在不背離本發(fā)明范圍的前提下進(jìn)行許多修改。
例如，盡管在上述實施例中，X-射線CT掃描儀被假定為目前廣泛使用的旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)類型，其中X-射線管和X-射線探測系統(tǒng)圍繞所檢查的軀體和諧地旋轉(zhuǎn)，但是本發(fā)明也可以應(yīng)用靜止/旋轉(zhuǎn)類型，其中大量的探測器元件沿著一個環(huán)布置在固定的位置，而只有X-射線管圍繞所檢查的軀體旋轉(zhuǎn)。
而且，盡管在上述的實施例中，通過使用具有熒光材料的閃爍器將X-射線首先轉(zhuǎn)變成光線，再通過使用光電轉(zhuǎn)換元件，例如光電二極管，進(jìn)一步將光線轉(zhuǎn)變成電荷，入射X-射線被間接地轉(zhuǎn)變成電荷，但是也可以使用例如半導(dǎo)體光電導(dǎo)單元將X-射線直接轉(zhuǎn)變成電荷，也就是，在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對并使電子和空穴移動到電極。
進(jìn)一步，盡管在上述實施例中，X-射線CT掃描儀具有單一的X-射線管，但是也可以在旋轉(zhuǎn)環(huán)上布置多對X-射線管和X-射線探測系統(tǒng)。也就是說，本發(fā)明也可以采用多管X-射線CT掃描儀。
權(quán)利要求
1.一種X-射線探測系統(tǒng)，包括探測器，用于探測通過被檢查軀體的X-射線并為每個通道產(chǎn)生相應(yīng)于X-射線的模擬電信號；數(shù)據(jù)獲取單元，其包括多個電路模塊，每一個都包括和分配給每個模塊的通道數(shù)目相同的電路，用于將從探測器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)換成每個通道的數(shù)字信號并輸出最終的數(shù)字信號；和相控制單元，用于控制數(shù)據(jù)獲取單元中電路模塊的相，從而將電路模塊分成多個組，且電路模塊各個組操作與時鐘信號同步，該時鐘信號的相至少在兩個組之間不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的X-射線探測系統(tǒng)，其中相控制單元控制數(shù)據(jù)獲取單元中電路模塊的相，從而將電路模塊分成兩個組，電路模塊兩個組的操作與兩個相相反的時鐘信號同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的X-射線探測系統(tǒng)，其中相控制單元包括振蕩器，用于產(chǎn)生參考時鐘信號；和一個單元，用于將振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號直接提供給電路模塊多個組中的至少一個組，并將通過使振蕩器所產(chǎn)生的時鐘信號的極性反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的時鐘信號提供給電路模塊其余的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的X-射線探測系統(tǒng)，其中相控制單元包括與電路模塊數(shù)目相同的振蕩器，用于產(chǎn)生提供給多個電路模塊的參考時鐘信號，并且由振蕩器產(chǎn)生的參考時鐘信號被獨立地和不同步地提供給各個電路模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的X-射線探測系統(tǒng)，其中相控制單元包括用于產(chǎn)生彼此之間被延遲特定時間的各參考時鐘信號并將最終的參考時鐘信號提供給各個電路模塊的單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的X-射線探測系統(tǒng)，其中探測器是2維探測器，包括一個2維探測器陣列，其中各個列布置在與切片方向垂直的方向上，每個列所包含的沿通道方向布置的探測器元件的數(shù)目與通道的數(shù)目相同，該探測器包括為每個探測器元件布置的閃爍器模塊，用于將X-射線轉(zhuǎn)變成光信號，一個與閃爍器模塊光耦合的光電二極管陣列，用于將從各個探測器元件的閃爍器模塊輸出的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，以及一個開關(guān)元件陣列，用于將沿切片方向上特定數(shù)目列上的探測器元件光電二極管輸出的電信號結(jié)合在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的X-射線探測系統(tǒng)，其中光電二極管陣列、開關(guān)元件陣列和數(shù)據(jù)獲取單元對每個電路模塊借助電路板被3維地布置。
8.一種X-射線探測系統(tǒng)，包括探測器，包括多個分配給特定數(shù)目通道的電路模塊，用于探測通過被檢查軀體的X-射線并為每個通道產(chǎn)生相應(yīng)于X-射線的模擬電信號；數(shù)據(jù)獲取單元，包括與探測器的模塊數(shù)目相同的電路模塊，用于將從探測器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)變成每個通道的數(shù)字信號，并輸出最終的數(shù)字信號；和電壓調(diào)節(jié)器，為各個電路模塊布置，用于將提供給各個電路模塊的電源電壓調(diào)節(jié)在特定的電壓值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的X-射線探測系統(tǒng)，其中探測器是2維探測器，包括一個2維探測器陣列，其中各個列布置在與切片方向垂直的方向上，每個列所包含的沿通道方向布置的探測器元件的數(shù)目與通道的數(shù)目相同，該探測器包括為每個探測器元件布置的閃爍器模塊，用于將X-射線轉(zhuǎn)變成光信號，一個與閃爍器模塊光耦合的光電二極管陣列，用于將從各個探測器元件的閃爍器模塊輸出的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，以及一個開關(guān)元件陣列，用于將沿切片方向上特定數(shù)目列上的探測器元件光電二極管輸出的電信號結(jié)合在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的X-射線探測系統(tǒng)，其中光電二極管陣列、開關(guān)元件陣列和數(shù)據(jù)獲取單元對每個電路模塊借助電路板被3維地布置。
11.一種X-射線探測系統(tǒng)，包括探測器，其包括多個分配給特定數(shù)目通道的電路模塊，用于探測通過被檢查軀體的X-射線并為每個通道產(chǎn)生相應(yīng)于X-射線的模擬電信號；數(shù)據(jù)獲取單元，其包括與探測器的模塊數(shù)目相同的電路模塊，用于將從探測器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)變成每個通道的數(shù)字信號，并輸出最終的數(shù)字信號；和平板形導(dǎo)體，其用于將電源電壓提供給各個電路模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的X-射線探測系統(tǒng)，其中探測器是2維探測器，包括一個2維探測器陣列，其中各個列布置在與切片方向垂直的方向上，每個列所包含的沿通道方向布置的探測器元件的數(shù)目與通道的數(shù)目相同，該探測器包括為每個探測器元件布置的閃爍器模塊，用于將X-射線轉(zhuǎn)變成光信號，一個與閃爍器模塊光耦合的光電二極管陣列，用于將從各個探測器元件的閃爍器模塊輸出的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，以及一個開關(guān)元件陣列，用于將沿切片方向上特定數(shù)目列上的探測器元件光電二極管輸出的電信號結(jié)合在一起。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的X-射線探測系統(tǒng)，其中光電二極管陣列、開關(guān)元件陣列和數(shù)據(jù)獲取單元對每個電路模塊借助電路板被3維地布置。
14.一種X-射線計算斷層攝影掃描儀，包括根據(jù)權(quán)利要求1的X-射線探測系統(tǒng)，和使用由該X-射線探測系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)重建圖象的數(shù)據(jù)處理單元。
15.一種X-射線計算斷層攝影掃描儀，包括根據(jù)權(quán)利要求8的X-射線探測系統(tǒng)，和使用由該X-射線探測系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)重建圖象的數(shù)據(jù)處理單元。
16.一種X-射線計算斷層攝影掃描儀，包括根據(jù)權(quán)利要求11的X-射線探測系統(tǒng)，和使用由該X-射線探測系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)重建圖象的數(shù)據(jù)處理單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種X－射線探測系統(tǒng)，其包括一個探測器，用于探測通過被檢查軀體的X－射線和為每個通道產(chǎn)生相應(yīng)于X－射線的模擬電信號，一個數(shù)據(jù)獲取單元，其包括多個電路模塊，其中每一個都包括和分配給每個模塊的通道數(shù)目相同的電路，用于將從探測器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)變成每個通道的數(shù)字信號并輸出最終的數(shù)字信號，和相控制單元，用于控制數(shù)據(jù)獲取單元中電路模塊的相，從而將電路模塊分成多個組，且電路模塊的各個組的操作與時鐘信號同步，該時鐘信號的相至少在兩個組之間不同。
文檔編號A61B6/03GK1781453SQ20041009787
公開日2006年6月7日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者杉原直樹, 中山道人, 鈴木達(dá)郎 申請人:株式會社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社