利用緩存簡化ct系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及CT系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸鏈路及其數(shù)據(jù)傳輸方法，具體涉及采用緩存結(jié)構(gòu)簡化多層CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及傳輸鏈路。
【背景技術(shù)】
[0002]計算機斷層掃描系統(tǒng)(Computed Tomography，簡稱CT系統(tǒng))是與傳統(tǒng)福射成像完全不同的成像方法。傳統(tǒng)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(tǒng)是通過X線管環(huán)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(shù)據(jù)，也即X線的衰減系數(shù)。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(tǒng)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(zhì)量高，能夠清晰、準(zhǔn)確地顯示出所檢測部位內(nèi)部的結(jié)構(gòu)關(guān)系、物質(zhì)組成及缺陷狀況。圖1示出了具有單層探測器的CT系統(tǒng)掃描結(jié)構(gòu)示意圖，以下結(jié)合圖1對CT系統(tǒng)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(cè)，一層探測器由連續(xù)排列的多個探測器點組成，一次采樣可以得到相應(yīng)數(shù)量的數(shù)據(jù)。使X射線管與探測器共同圍繞物體進行連續(xù)旋轉(zhuǎn)。每旋轉(zhuǎn)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(nèi)進行一次數(shù)據(jù)采集，并將采集到的X射線衰減值傳輸?shù)酵獠坑嬎銠C用于圖像重建。計算機將旋轉(zhuǎn)一周后采集到的所有數(shù)據(jù)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(guān)。
[0005]當(dāng)前CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路采用實時傳輸模式:在與探測器相連的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)只對數(shù)據(jù)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(nèi)采集的數(shù)據(jù)在下一個采集周期內(nèi)就全部傳輸?shù)浇ㄏ裼嬎銠C中。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中單層CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸鏈路的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖2來看，現(xiàn)有技術(shù)中CT系統(tǒng)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(tǒng)3和數(shù)據(jù)傳輸鏈路4組成。其中CT探測器2負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集并進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0006]隨著CT系統(tǒng)層數(shù)由單層、雙層發(fā)展到目前的上百層，相應(yīng)CT探測器采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也上百倍地增加。具有多層探測器的CT系統(tǒng)(也即多層CT系統(tǒng))是指，將探測器的層數(shù)由一層增加到多層(一般為2/4/8/16/32/64/128/256層)，這樣，旋轉(zhuǎn)一
[0007]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中具有多層探測器的CT系統(tǒng)數(shù)據(jù)掃描采樣單元的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖中所示，CT探測器層數(shù)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(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)。如此，每圈將得到N X P層的數(shù)據(jù)。圖4顯示出N層CT系統(tǒng)傳輸鏈路在每個樣周期中數(shù)據(jù)傳輸順序流程圖。一圈中同一層的P次采樣數(shù)據(jù)可以用來重建出被掃描物體的一個切片圖像，所以旋轉(zhuǎn)一圈可以同時得到N層連續(xù)的切片圖像。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)的上述模式優(yōu)勢在于:其一，數(shù)據(jù)存儲在計算機中，即使系統(tǒng)發(fā)生故障，已采集的數(shù)據(jù)不會丟失，保障了數(shù)據(jù)的安全性；其二，建像計算機使用得到數(shù)據(jù)實時進行建像，供醫(yī)生進行參考，如果未能得到預(yù)期的掃描結(jié)果(例如因為病人躁動或掃描參數(shù)設(shè)置不理想)，可以馬上中止當(dāng)前掃描，避免病人受到不必要的照射，保障了數(shù)據(jù)的有效性。
[0009]由于探測器繞物體連續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以采集的數(shù)據(jù)無法通過常見電纜連接方式傳輸，一般需要通過滑環(huán)組件進行傳輸。然而，隨著CT系統(tǒng)探測器層數(shù)的增加及旋轉(zhuǎn)速度的提升，滑環(huán)負(fù)載的數(shù)據(jù)傳輸速率會急劇增加，在現(xiàn)有的CT系統(tǒng)中滑環(huán)負(fù)載數(shù)據(jù)的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到接近50Gbps甚至更高。其技術(shù)難度之大和成本之高昂使得滑環(huán)的使用嚴(yán)重受限，而能夠提供這樣高性能滑環(huán)的廠家，全世界目前還只有寥寥幾家。
[0010]此外，其相應(yīng)的如此海量的數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)綀D像重建系統(tǒng)上，其技術(shù)難度及成本甚至以幾何級數(shù)增加。圖像重建系統(tǒng)將如此龐大的數(shù)據(jù)存儲在非易失性介質(zhì)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(shù)，也不得不采取多個并行儲存的結(jié)構(gòu)，這樣就造成極其成本高昂的弊端，也造成系統(tǒng)復(fù)雜度格外高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實用新型提供一種利用緩存簡化CT的數(shù)據(jù)傳輸鏈路系統(tǒng)，其針對現(xiàn)有技術(shù)中高端多層CT結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集和傳輸應(yīng)用的需要，通過增加緩沖層來緩存數(shù)據(jù)從而降低數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)安全性的問題。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0013]利用緩存簡化CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，包括:射線管，其產(chǎn)生X射線束，經(jīng)過被檢測目標(biāo)衰減后，照射在探測器上；探測器，用來采集X射線并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，傳輸?shù)綀D像重建系統(tǒng)；圖像重建系統(tǒng)，將探測器傳回的數(shù)據(jù)進行處理，得到圖像作為檢測結(jié)果；數(shù)據(jù)傳輸鏈路，其由旋轉(zhuǎn)鏈路部分和固定鏈路部分多段不同介質(zhì)的傳輸路徑構(gòu)成；數(shù)據(jù)緩存器，其用于緩存探測器采集到的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)緩存器由多個分布在不同區(qū)域的小緩存器組成，包含易失性的動態(tài)/靜態(tài)RAM和/或非易失性的固態(tài)存儲器。
[0014]其中，所述數(shù)據(jù)緩存器將一次完整掃描所采集的數(shù)據(jù)部分或全部存儲在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，同時將其中一部分有代表性的數(shù)據(jù)與采集同步，實時傳輸給圖像重建系統(tǒng)；并在掃描結(jié)束后或掃描的間隙，再將剩余的數(shù)據(jù)逐步傳給圖像重建系統(tǒng)。
[0015]進一步地，所述探測器層數(shù)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(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，每圈得到N X P層的數(shù)據(jù)；將每個采樣周期的采樣都存貯在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸出去。
[0017]當(dāng)所述數(shù)據(jù)緩存器是易失性存儲器時，還包括蓄能式供電系統(tǒng)，其在系統(tǒng)出現(xiàn)故障進行重啟或供電系統(tǒng)故障時，為易失性數(shù)據(jù)緩存系統(tǒng)提供持續(xù)電能供應(yīng)；或者預(yù)留適當(dāng)大小的非易失性存儲器，用于故障時將掃描數(shù)據(jù)備份。當(dāng)所述數(shù)據(jù)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(fā)生損壞時數(shù)據(jù)的安全性:
[0018]a)對寫入數(shù)據(jù)馬上進行讀出校驗，避免由于電壓外部環(huán)境因素造成的存儲器寫入錯誤；
[0019]b)采用ECC校驗可以對發(fā)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(fù)算法，在多bit錯誤時對數(shù)據(jù)進行恢復(fù)，雖然會造成一定的數(shù)據(jù)失真，但是仍然足以保證圖像質(zhì)量；
[0021]d)根據(jù)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(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，較佳地，該方式的數(shù)據(jù)傳輸流程如下:
[0023]步驟11從每個采樣周期的數(shù)據(jù)中平均抽取η層數(shù)據(jù)進行實時傳輸，其余數(shù)據(jù)緩存在米集系統(tǒng)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(tǒng)中的其余數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)實際的掃描模式，抽取其中特定的數(shù)據(jù)傳給圖像重建系統(tǒng)，使其能夠?qū)崟r重建掃描范圍內(nèi)中心層及邊緣層的圖像，以使操作者實時觀察掃描結(jié)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(shù)據(jù)發(fā)回給圖像重建系統(tǒng)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(shù)據(jù)按采集區(qū)域，分別儲存在多個存儲介質(zhì)中；再由系統(tǒng)根據(jù)需要依次進行讀取，并傳輸給圖像重建系統(tǒng)。
[0028]將每個采樣周期得到數(shù)據(jù)進行一定的預(yù)處理，較佳地，利用緩存簡化CT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式的數(shù)據(jù)傳輸流程如下:
[0029]步驟21將從第I層到第a-Ι層的數(shù)據(jù)對應(yīng)相加，得到處理后的第I層數(shù)據(jù)，即:Postl.1 (處理后的第I層第I個數(shù)據(jù))=1.1 (第I層第I個數(shù)據(jù))+2.1 (第2層第I個數(shù)據(jù))+......+a.1 (第 a 層第 I 個數(shù)據(jù))，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(shù)據(jù)每a層進行相加，得到η層處理后數(shù)據(jù)；
[0031]步驟23再將處理后的數(shù)據(jù)實時依次傳輸給建像計算機；
[0032]步驟24待掃描結(jié)束后，再將未處理的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩存技術(shù)將數(shù)據(jù)緩存在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以使用較低速率的物理傳輸鏈路，支持高層數(shù)大數(shù)據(jù)量的實時掃描，降低本實用新型系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸鏈路的傳輸速度需求，減少設(shè)計難度降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；同時還保障了數(shù)據(jù)的安全性和有效性。
[0036]其二，由于數(shù)據(jù)傳輸速度降低，同時也降低了圖像重建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲速度要求，圖像重建系統(tǒng)的存儲帶寬壓力也得到了緩解，使得圖像重建系統(tǒng)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(shè)計及制作成本。
[0037]其三，本實用新型可以將僅有5G