CN1658793A - 具有数据采集系统的计算机断层造影设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计算机断层造影设备，该设备具有包含多个探测器元件(6a－6x)的辐射探测器(4)；数据采集系统(10)，用于读取由探测器元件(6a－6x)产生的电信号并将电信号处理为原始数据；以及设置在该数据采集系统(10)后的图像计算机(12)，原始数据通过数据传输线路(11)输入该图像计算机。该计算机断层造影设备的特征在于分析装置(18)，用于自动评价数据采集系统(10)和/或数据传输线路(11)以及另外可选的辐射探测器(4)的质量。尤其是分析装置(18)触发测量来产生原始数据，从中计算出至少一个允许评价质量的参数的至少一个值，并在显示装置(20)上显示包含所计算的值的分析结果。

Description

具有数据采集系统的计算机断层造影设备

技术领域

本发明涉及一种计算机断层造影设备(CT设备)，该设备具有包含多个探测器元件的辐射接收器；数据采集系统，用于读取由探测器元件产生的电信号并将该电信号处理为原始数据；以及设置在该数据采集系统后的图像计算机，原始数据通过数据传输线路输入该图像计算机。

背景技术

在US6264365B1中描述了针对故障辐射接收器的存在和定位而在后台对CT数据进行的监控。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种计算机断层造影设备，其中可以进一步减小各种改变对运行的影响，这些改变例如是老化、磨损、污染或其它外来干扰影响。

根据本发明，该涉及本文开头所述的计算机断层造影设备的技术问题是通过用于自动评价数据采集系统和/或数据传输线路的质量的分析装置来解决的。

可选的，该分析装置还可以用于自动评价辐射探测器的质量。

作为原始数据，在本发明中被理解为DMS的输出数据，这与该输出数据是否是由照射到辐射接收器上的X射线产生的无关。

本发明的计算机断层造影设备的优选结构和扩展在从属权利要求中给出。

本发明除其它之外还基于以下认识：CT设备的数据测量系统(DMS)的所有部件，包括辐射接收器、数据采集系统(DAS)以及数据传输线路，都会遭到对图像质量有负面影响的不期望的改变。这些改变可能是由于部件自身的老化、磨损或污染导致的，但也可能是由于运行时才出现的外部干扰影响所导致的。

根据本发明的、其中集成了分析装置的计算机断层造影设备具有这样的优点，在启动事件(例如由人或计算机断层造影设备产生)之后，该分析装置自动以及无需其它输入(或至少无需其它费事的输入)地工作，并因此可以实施质量监控而不耗费很多的时间。由此对于制造领域、检验领域或服务访问期间的工程师而言，可以快速地对DAS运行的当前质量或对传输线路做出评价，并且无需为此采用外部检验设备并将该外部检验设备与CT设备进行数据技术连接。在做出质量差的评价或得出负面检验结果之后，工程师在必要时可以更换部件、在CT设备中重新调整部件和/或修理部件。

另一个优点在于，由于不需要人工交互的干预，因此减小了在实施质量测试时的故障概率，并提高了测试结果的可再现性。

根据优选实施方式，分析装置执行下列步骤：

a)触发一次或多次测量来产生原始数据，

b)利用原始数据，计算至少一个允许做出质量评价的参数的至少一个值，

c)控制显示装置来显示分析结果，在该分析结果中包含所计算的值。

优选的，分析装置在测量期间或者在两次测量之间独立地更改CT设备部件的控制或设置，尤其是X射线辐射源、辐射接收器和/或数据采集系统的控制或设置。

上述优点在多个标志质量的参数同时显示在显示装置上时尤为突出。

通过根据预定算法计算一个或多个预定的、也就是在分析装置中实现的参数，即由分析装置或其算法进行事先确定的参数化，以及通过在最大程度上不与用户进行交互的情况下进行该计算，进一步改善了在实施质量测试时的故障概率，并同样进一步改善了测试结果的可再现性，后者还考虑到用同一系列的不同计算机断层造影设备获得的测试结果的可比较性，其中，这些计算机断层造影设备为此例如配备相同的分析装置。

分析装置例如首先通过利用或不利用X射线进行测量来触发原始数据的采集。接着，该分析装置可以统计地从所测量的原始数据中确定出参数值。最后可以显示这些参数值。

对于快速采集质量状态来说，有利的是分析结果可以图形地显示在显示装置上，其中在该图形中尤其是将多个参数综合成一个图形模式，例如方格图、直方图和/或圆形图。然后，执行测试的人员可以一眼就可以看出质量是否在“绿色区域”，而无需采集数值。

根据扩展或另一种运行方式，在根据本发明的计算机断层造影设备中通过不同的启动事件用不同参数化来实施相互不同的测试，这些相互不同的参数化尤其是可以显示为相互不同的测试模式。

在确定多个参数时存在的其它方法是：作为参数预先确定探测器元件的线性性和数据传输线路的质量指标。然后可以通过一个启动事件获得该线性参数和质量指标，也就是在一个过程中获得多个部件的综合测试结果。或者，可以通过相互不同的启动事件实施特定于探测器元件(线性性)或特定于数据传输线路(质量指标)的测试。

根据本发明计算机断层造影设备的其它优选结构和扩展在从属权利要求中给出。

附图说明

下面借助图1至图3详细解释根据本发明的计算机断层造影设备的实施例。其中示出：

图1示出根据本发明的计算机断层造影设备的示意性概略图，

图2示出图1的计算机断层造影设备的数据采集系统，

图3示出检查探测器信道的信号线性性的流程图，

图4示出检查探测器信道的频谱线性性的流程图，

图5示出检查数据传输线路的示意性表示。

具体实施方式

图1示意性示出根据本发明的计算机断层造影设备，其具有X射线辐射源1，从该X射线辐射源发射出锥形的X射线束2，该X射线束2的边界射线在图1中以点划线示出，X射线束2穿过检查对象(例如患者3)并落在具有用所谓的UFC陶瓷作为闪烁器的辐射探测器4上。该辐射探测器4包括4个或16个相邻排列的探测器行5a至5d，这些探测器行具有多个(例如672个)相邻排列的探测器元件6a至6x。

X射线辐射源1和辐射探测器4相对地设置在环形扫描单元或支架7上。支架7关于穿过环形支架7中点的系统轴8可旋转地放置在图1中未示出的固着装置中(参见箭头a)。

患者3平躺在对于X射线束来说是透明的卧榻9上，该卧榻9借助图1中同样未示出的支撑装置沿着系统轴8可移动地安装(参见箭头b)。

由此，X射线辐射源1和辐射探测器4构成测量系统，该系统关于系统轴8可旋转并可沿着系统轴8相对于患者3移动，从而可以在关于系统轴8的不同投影角度和不同位置下穿透患者3。出现在各探测器元件6a至6x上的输出信号由基本上设置在支架7上的数据采集系统10读取、预处理和数字化。数字化的信号、即所谓的原始数据RD借助传输线路11输入信号处理设备或图像计算机12，其中该传输线路11包含电导线和/或光波导体以及未示出的环形系统或无线传输线路，该信号处理设备或图像计算机12计算患者3的图像，该图像又可以在监视器13上显示。利用电导线14将监视器13与图像计算机12连接。在图像计算机12中运行空气校准、对非线性的信道校正、间隔校正、水校准和图像再现等等步骤。

数据采集系统10包括设置在辐射器一侧的辐射监视器15，该监视器测量X射线辐射源1的辐射功率，该监视器的输出信号用于在图像计算机12中对原始数据进行标准化。属于辐射监视器15的所有信号信道也表示为监视器信道。

在图1中示出的计算机断层造影设备可以用于顺序扫描，也可以用于螺旋扫描。

在顺序扫描时，对患者3进行逐层扫描。其中，X射线辐射源1和辐射探测器4关于系统轴8围绕患者3旋转，由X射线辐射源1和辐射探测器4组成的测量系统分别对多个投影记录衰减特性(线性积分)，以对患者3进行二维断层扫描。图像计算机12从由此获得的测量数据(原始数据RD)中再现表示被扫描断层的断层图像。在扫描相互连续的断层之间使患者3分别沿着系统轴8移动。该过程一直重复下去，直到采集了所有感兴趣的断层为止。

在螺旋扫描期间，由X射线辐射源1和辐射探测器4组成的测量系统关于系统轴8旋转，卧榻9持续地按箭头b方向移动，也就是说，由X射线辐射源1和辐射探测器4组成的测量系统相对于患者3持续地在螺旋轨道c上移动，直到完全采集了患者3的感兴趣区域。在此，产生立体数据组。图像计算机12用内插方法从该立体数据组中计算出平面数据，从该平面数据中象在顺序扫描中那样再现出断层图像。

在设置于支架7之外(也就是静止)的控制计算机(主机)或计算机16中具有分析装置18，该分析装置由计算机16借助计算机16中的现有软件进行控制而形成为功能组。分析装置18用于自动评价DMS(数据测量系统)的质量，该DMS系统包括数据采集系统10、传输线路11和辐射探测器4。在计算机16中为此还运行分析算法。

分析装置18在触发后自动执行下列步骤，而无需其它人工输入：

a)触发一次或多次测量来产生原始数据，通过数据传输线路11将原始数据也输入计算机16；

b)在采用直接标准化或借助监控器信道标准化的原始数据的条件下计算至少一个允许做出质量判断的参数的至少一个值；

c)控制显示装置20，显示包含所计算的值的分析结果。

根据具体的参数计算，由分析装置18在步骤b)之后将所计算的值与预先给定或从存储器21中读取的容限值进行比较。然后可以在显示装置20上在分析结果中显示比较表示。

以图形显示分析结果。

为了能与先前的质量测试进行比较，尤其是为了评价数据采集系统10和辐射探测器4的长时间稳定性，可以将分析结果存放在存储器装置22中，并可以从该存储器装置再加载，尤其是对于由比较计算产生的参数。

下面描述的实施例为对特定的测试测量深入研究借助图1说明的分析装置18的工作方式。

图2示意性和详细示出图1所示的数据采集系统10，该系统由分析装置18就功能和质量进行检验。

在每个探测器元件6a至6x后面都连接了一个积分器30a至30x，这些积分器是电容器。在图2中仅示出了积分器30a和30x。积分器30a至30x也可以与图2有所差异地包含放大器级，或如果探测器元件6a至6x本身是集成的话可以是探测器元件6a至6x的部件。

对每个扫描步骤，积分器30a至30x将探测器元件6a至6x在吸收X射线时产生的电荷在确定的时间间隔上积分，并借助多路信号分离器31逐行顺序地用电元件32读出和放大，也就是说，在电元件32的输出端顺序地首先输出探测器元件6a的读出信号，然后输出探测器元件6b至6f的读出信号，然后输出探测器元件6g至6l的读出信号等等。或者，还可以逐列地读取探测器元件6a至6x。

借助电元件32读出和放大的探测器元件6a至6x的信号接着顺序地由模拟/数字转换器33数字化，并可选择地输入一个所谓的算术逻辑单元(ALU)34。数字化的信号通过传输线路输入图像计算机12。

为了测试数据采集系统10的各个部件，分析装置18连续执行多次测量，借助这些测量可以判断在数据采集系统10的信号路径中是否出现质量缺陷，必要时还判断出现在哪里，从而可以将可能存在的故障或缺陷至少以较大的概率与特定的部件相对应。

为了测试辐射探测器4及其探测器元件6a-6x，由分析装置18提供不同的算法，其中下面给出特别有利的分析：

A)检查探测器元件6a-6x的偏移值(信号偏移)：

该偏移值是暗值(没有X射线辐射)，预先设置这些暗值，使得可以进行正确的A/D转换。偏移值必须位于确定的最佳范围内。该检查也可以理解为检查“探测器信道”。

分析装置18在其触发后自动执行下列步骤：

a)在支架7旋转时或静止时但在X射线辐射源1关闭时触发对原始数据的采集。其中，典型的为对每个探测器元件6a-6x采集1000到2000个单值。

b)对每个探测器信道都从这些单值中计算出平均值和标准偏差，作为允许做出质量判断的参数。

c)将平均值和标准偏差作为数值或直方图(例如在一个图表轴上有一个信道号码)显示在显示装置20上。

B)检查信号线性性(接收信号对入射的X射线辐射功率依赖性)。

图3中示出相应的流程图。

在开始之后，分析装置18首先在第一步骤41中用第一管电流I₁设置X射线辐射源1。在第二步骤43中，支架7旋转并由探测器元件6a-6x测量数据。在此，接着在第三步骤45中形成第一原始数据组RD1。在第四步骤47中设置与第一管电流I₁不同的第二管电流I₂，在第五步骤49中支架重新旋转，并在第六步骤51中形成第二原始数据组RD2。管电压以及由此的X射线频谱对两个原始数据组RD1、RD2来说是相同的。在第七步骤53中，逐个信道地建立与两个原始数据组RD1、RD2的比例关系，该比例关系的建立也涉及管电流I₁、I₂的比例关系。考虑两个比例关系的测试结果迅速地对于每个信道进行显示，或者首先只对每一行显示，并仅在测试结果不满意时才选择显示各个信道的测试结果(第八步骤55)。

C)检查频谱线性性(接收信号与入射的X射线辐射的频谱组成的依赖性)。

图4中示出相应的流程图。

在开始之后，分析装置18首先在第一步骤61中用第一管电压U₁设置X射线辐射源1。在第二步骤63中支架7旋转并由探测器元件6a-6x测量数据。接着，在第三步骤65中形成第一原始数据组RD1。在第四步骤67中设置与第一管电压U₁不同的第二管电压U₂，在第五步骤69中重新旋转支架，并在第六步骤71中形成第二原始数据组RD2。管功率对两个原始数据组RD1、RD2都是相同的，也就是说，管电流是相应匹配的。在第七步骤73中逐个信道地建立与两个原始数据组RD1、RD2的比例关系，该比例关系的建立涉及管电压U₁、U₂的比例关系。考虑两个比例关系的测试结果迅速地对每个信道进行显示，或者首先仅对每一行显示，并仅在测试结果不满意时才可选地显示各个信道的测试结果(第八步骤75)。

为了测试或检查从辐射探测器4到图像计算机12的数据传输线路11，分析装置18(在此尤其是在CT设备的控制计算机16中的DMS测试软件)控制具有或不具有X射线辐射的CT设备。该过程显示在图5中：

首先设置测试所需的扫描参数(箭头81)。例如通过对微控制器的特殊测试设置对DMS的数据采集系统10进行参数化，使得该数据采集系统提供预先定义的测试数据。接着进行多次扫描(测量)。由数据采集系统10产生的数据通过光波导体和滑环传送到图像计算机12的接收器80(箭头82)。在传输线路11上，可能例如由于产生X射线辐射(干扰S1)和由于驱动支架的环形电动机(干扰S2)而使信号受到干扰。为了能区分不同的干扰源而进行单独测试：

i)在有辐射和没有旋转时进行扫描，以识别由于产生X射线辐射而引起的故障，

ii)在没有辐射和有旋转时进行扫描，以识别由于驱动而引起的故障。

图像计算机12然后对接收的数据进行一致性检查，例如通过经CRC(循环冗余校验)形成比特数字总和(Bitquersummen)，通过观察接收数据的集合和/或通过观察接收数据的值。

主机16中的测试软件查询图像计算机12(箭头83)和滑环电路(箭头84)在测量期间出现的故障，并对该故障进行文字和图形处理。其结果显示在显示装置20上(箭头85)。

Claims (14)

1.一种计算机断层造影设备，该设备具有包含多个探测器元件(6a-6x)的辐射探测器(4)，数据采集系统(10)，用于读取由探测器元件(6a-6x)产生的电信号并将该电信号处理为原始数据，以及具有设置在该数据采集系统(10)后的图像计算机(12)，所述原始数据通过数据传输线路(11)输入该图像计算机，其特征在于，所述设备具有分析装置(18)，用于自动评价该数据采集系统(10)和/或数据传输线路(11)的质量。

2.根据权利要求1所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述分析装置(18)还用于自动评价所述辐射探测器(4)的质量。

3.根据权利要求1或2所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述分析装置(18)执行下列步骤：

a)触发一次或多次测量来产生原始数据，

b)利用这些原始数据，计算至少一个允许做出质量评价的参数的至少一个值，

c)控制显示装置(20)来显示分析结果，在该分析结果中包含有所计算的值。

4.根据权利要求3所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述分析装置(18)将所计算的值与预先给定或从存储器(21)中读取的容限值进行比较。

5.根据权利要求3或4所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述分析结果可以图形地显示在所述显示装置(20)上，其中尤其是将多个参数组合为一个图形模式。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的计算机断层造影设备，其特征在于，其具有存储器装置(22)，用于存储所述分析结果。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述参数适用于评价所述数据采集系统(10)或该数据采集系统(10)的部件、部分模块或部分区域的质量。

8.根据权利要求7所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述参数适用于评价与探测器元件对应的电子信道，尤其是适用于评价该电子信道的积分器(30a-30x)、评价监视器信道、评价多路信号分离器(31)或评价A/D转换器(33)。

9.根据权利要求3至6中任一项所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述参数适用于评价所述数据传输线路(11)。

10.根据权利要求3至6中任一项所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述参数适用于评价所述辐射探测器(4)的质量，尤其适用于评价所述辐射探测器(4)的各个探测器元件(6a-6x)。

11.根据权利要求10所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述参数描述信号偏移。

12.根据权利要求10所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述参数描述频谱线性性或信号线性性。

13.根据权利要求3至12中任一项所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述分析装置统计地从测量的原始数据中确定参数值。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的计算机断层造影设备，其特征在于，所述分析装置通过借助相应软件进行控制来实现，该软件尤其是存在于设置在支架(7)外的计算机(16)中，尤其是存在于一个控制计算机中。

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