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CN104407540A - 一种ct 数据采集系统 - Google Patents

一种ct 数据采集系统 Download PDF

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CN104407540A
CN104407540A CN201410566155.1A CN201410566155A CN104407540A CN 104407540 A CN104407540 A CN 104407540A CN 201410566155 A CN201410566155 A CN 201410566155A CN 104407540 A CN104407540 A CN 104407540A
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CN
China
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module
data
programmable gate
gate array
field programmable
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CN201410566155.1A
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郁朋
徐品
刘兆邦
袁刚
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Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
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Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明涉及X射线CT技术领域，具体公开了一种CT数据采集系统，将图像重建工作在CT数据采集系统内完成，根据用户需求传输出来用户感兴趣的重建后图像信息，减少了传输数据量，降低了对滑环的数据传输速率的要求，使得滑环的制造、安装成本得以降低，另外也可以选择更多的其他方案来进行CT数据传输，比如无线传输。一般的CT机器都配有影像工作站，影像工作站内配有现场可编程门阵列图像加速卡或GPU加速卡，将图像重建平台移动到CT的数据采集系统的现场可编程门阵列中，简化影像工作站，使CT的体积结构变得更为紧凑，实现了硬件加速快速图像重建、可重配置重建算法、降低滑环传输数据量。

Description

一种CT 数据采集系统
技术领域
本发明涉及X射线CT技术领域，具体涉及了一种含有基于硬件(现场可编程门阵列或ASIC)图像加速、图像重建模块的CT数据采集系统。 
背景技术
在传统CT机中，数据采集系统位于转动的机架上，为了把数据由转动的机架上传输到固定的机架上需要通过滑环进行数据传输。随着CT的发展，探测器层数增多，扫描速度增快，一秒扫描的数据多达几Gb，对滑环数据传输速度和质量的要求日益提高。 
滑环传输出的原始数据将被发送到PC机上进行重建；随着迭代算法的普及应用，对于重建计算机的性能要求增加，需通过计算机图像处理器(GPU)、现场可编程门阵列或者专用集成电路(ASIC)等来实现图像的加速重建，重建后的图像数据保存数据量较重建前的扫描数据量大大缩减，但是图像重建所需的时间和计算开销也逐渐增大。 
尤其是移动式CT，移动式CT主要用于各种车载、船载、震后救援等场景下，要求CT的体积结构尽量紧凑、重量尽量轻、算法重建速度尽量快。一般商用CT使用非接触滑环传输数据，一般传输速度为1Gbps～3Gbps，非接触滑环一般通过射频或者光来传输数据，对于机械制造精度要求较高，制造安装成本高。 
发明内容
为解决上述技术问题，我们提出了一种CT数据采集系统，其目的是：降低CT滑环数据传输量和滑环的制造安装成本，并使CT的体积结构更加紧凑。 
为达到上述目的，本发明的技术方案如下： 
一种CT数据采集系统，包括探测器模块、数据采集模块、原始 数据预处理模块、原始数据存储模块、图像重建算法模块、重建结果存取模块和采集重建控制模块，图像重建算法模块可配置至少两个CT图像重建算法模块以及算法参数配置模块，所述的图像重建算法模块位于现场可编程门阵列内，可重配置图像算法参数； 
探测器模块收集探测器采集的数据，探测器模块将收集的数据传输给数据采集模块； 
数据采集模块对探测器模块收集的数据进行模数转换和采集工作，并将完成的数据传输原始数据预处理模块； 
原始数据预处理模块对数据采集模块传输来的数据进行暗电流去除、归一化和滤波处理，并将处理后的数据存储在原始数据存储模块中； 
图像重建算法模块根据用户需要配置不同的图像算法参数，再根据选定的图像算法参数从原始数据存储模块中提取数据，进行CT图像重建，并将重建的CT图像存储在重建结果存取模块中； 
采集重建控制模块从重建结果存取模块中提取重建的CT图像，并控制算法参数配置模块匹配、更新CT图像重建算法模块； 
采集重建控制模块设有外接数据接口。 
优选的，CT图像重建算法模块中的算法为商用CT图像重建算法中的一种，每个CT图像重建算法模块中的算法与其他CT图像重建算法模块中的算法不相同。 
优选的，重建结果存取模块采用的存储设备为非易失性存储器。 
该CT数据采集系统的硬件构架，包括旋转机架、探测器、存储器、数据收发装置、移动终端、背板、处理器和现场可编程门阵列。 
根据本发明的实施例1，现场可编程门阵列的数量为两块，其中一块现场可编程门阵列为用于探测器模块和数据采集模块采集数据的采集现场可编程门阵列，另一块现场可编程门阵列为用于图像重建算法模块进行图像算法参数配置和CT图像重建的重建现场可编程门阵列； 
探测器、背板和数据收发装置均安装在旋转机架上，存储器、采 集现场可编程门阵列、重建现场可编程门阵列和处理器均安装在背板上； 
探测器与采集现场可编程门阵列电连接，采集现场可编程门阵列与重建现场可编程门阵列和处理器电连接，重建现场可编程门阵列与存储器和处理器电连接，处理器与数据收发装置电连接，且处理器与数据收发装置之间进行数据传输和交换； 
数据收发装置与移动终端通过无线传输方式进行数据传输和交换。 
根据本发明的实施例2，所述的现场可编程门阵列的数量为一块，探测器模块、数据采集模块和图像重建算法模块均设置在所述的现场可编程门阵列中，且算法相关参数通过现场可编程门阵列进行配置； 
探测器、背板和数据收发装置均安装在旋转机架上，存储器、现场可编程门阵列和处理器均安装在背板上； 
探测器与现场可编程门阵列电连接，现场可编程门阵列和处理器电连接，存储器和处理器电连接，所述的处理器与数据收发装置电连接，且处理器与数据收发装置之间进行数据传输和交换； 
数据收发装置与移动终端通过无线传输方式进行数据传输和交换。 
通过上述技术方案，只传输出来用户感兴趣的图像信息，减少了传输数据量，降低了对滑环的数据传输速率的要求，使得滑环的制造、安装成本得以降低，另外也可以选择更多的其他方案来进行CT数据传输，比如无线传输。一般的CT机器都配有影像工作站，影像工作站内配有现场可编程门阵列图像加速卡或GPU加速卡，而一般的CT数据采集系统都是使用的现场可编程门阵列作为数据采集处理芯片，将图像重建平台移动到CT的数据采集系统的现场可编程门阵列中，简化影像工作站，使CT的体积结构变得更为紧凑，实现了硬件加速快速图像重建、可重配置重建算法、滑环传输数据量低。 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 
图1为本发明所公开的一种CT数据采集系统的流程示意图； 
图2为本发明实施例1所公布一种CT数据采集系统的硬件构架的示意图； 
图3为本发明实施例2所公布一种CT数据采集系统的硬件构架的示意图。 
图中数字和字母所表示的相应部件名称： 
1.探测器模块 2.数据采集模块 3.原始数据预处理模块 4.原始数据存储模块 5.图像重建算法模块 51.CT图像重建算法模块 53.算法参数配置模块 6.重建结果存取模块 7.采集重建控制模块 11.旋转机架 12.探测器 13.存储器 14.数据收发装置 15.移动终端 16.背板 17.采集现场可编程门阵列 18.重建现场可编程门阵列 19.处理器。 
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 
下面结合示意图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。 
实施例1. 
如图1所示，一种CT数据采集系统，包括探测器模块1、数据采集模块2、原始数据预处理模块3、原始数据存储模块4、图像重建算 法模块5、重建结果存取模块6和采集重建控制模块7，所述的图像重建算法模块5配置两个CT图像重建算法模块51以及算法参数配置模块53，所述的图像重建算法模块5位于现场可编程门阵列内，可重配置图像算法参数。 
探测器模块1收集探测器采集的数据，探测器模块1将收集的数据传输给数据采集模块2。 
数据采集模块2对探测器模块1收集的数据进行模数转换和采集工作，并将完成的数据传输原始数据预处理模块3。 
原始数据预处理模块3对数据采集模块2传输来的数据进行暗电流去除、归一化和滤波等处理，并将处理后的数据存储在原始数据存储模块4中。 
图像重建算法模块5根据用户需要配置不同的图像算法参数，再根据选定的图像算法参数从原始数据存储模块4中提取数据，进行CT图像重建，并将重建的CT图像存储在重建结果存取模块6中。 
采集重建控制模块7从重建结果存取模块6中提取重建的CT图像，并控制算法参数配置模块53匹配、更新CT图像重建算法模块51。 
采集重建控制模块7设有外接数据接口，方便了采集重建控制模块7与数据传输设备相连接。 
CT图像重建算法模块51中的算法为商用CT图像重建算法中的一种，每个CT图像重建算法模块51中的算法与其他CT图像重建算法模块51中的算法不相同，商用CT图像重建算法包括FDK算法、迭代重建算法等。 
重建结果存取模块6采用的存储设备为非易失性存储器，非易失性存储器为固态硬盘、FLASH等之中的一种或多种，确保了数据保存的稳定性。 
如图2所示，一种CT数据采集系统的硬件构架，包括旋转机架11、探测器12、存储器13、数据收发装置14、移动终端15、背板16、处理器19和现场可编程门阵列。 
现场可编程门阵列的数量为两块，其中一块现场可编程门阵列为 用于探测器模块1和数据采集模块2采集数据的采集现场可编程门阵列17，另一块现场可编程门阵列为用于图像重建算法模块5进行图像算法参数配置和CT图像重建的重建现场可编程门阵列18。 
探测器12、背板16和数据收发装置14均安装在旋转机架11上，存储器13、采集现场可编程门阵列17、重建现场可编程门阵列18和处理器19均安装在背板16上。 
探测器12与采集现场可编程门阵列17电连接，采集现场可编程门阵列17与重建现场可编程门阵列18和处理器19电连接，重建现场可编程门阵列18与存储器13和处理器19电连接，处理器19与数据收发装置14电连接，且处理器19与数据收发装置14之间进行数据传输和交换。 
数据收发装置14与移动终端15通过无线传输方式或滑环进行数据传输和交换。 
以上就是一种CT数据采集系统的模块构成和硬件构架，其优点：使CT的体积结构变得更为紧凑，硬件加速快速图像重建、可重配置重建算法、滑环传输数据量低，可用无线传输。 
实施例2. 
当现场可编程门阵列的容量和性能足够大时，如图1和图3所示，一种CT数据采集系统的硬件构架，与实施例1相比，所不同之处在于所述的现场可编程门阵列的数量为一块，探测器模块1、数据采集模块2和图像重建算法模块5均设置在所述的现场可编程门阵列中，且算法相关参数通过现场可编程门阵列进行配置。 
探测器12、背板16和数据收发装置14均安装在旋转机架11上，存储器13、现场可编程门阵列和处理器19均安装在背板16上。 
探测器12与现场可编程门阵列电连接，现场可编程门阵列和处理器19电连接，所述的存储器13和处理器19电连接，处理器19与数据收发装置14电连接，且处理器19与数据收发装置14之间进行数据传输和交换。 
数据收发装置14与移动终端15通过无线传输方式或滑环进行数 据传输和交换，其余与实施例1相同，在此也不作特别的限制，同样都属于本发明的保护范围。其生产过程也与实施例1相同，在此不再赘述。 
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种CT数据采集系统，其特征在于，包括探测器模块(1)、数据采集模块(2)、原始数据预处理模块(3)、原始数据存储模块(4)、图像重建算法模块(5)、重建结果存取模块(6)和采集重建控制模块(7)，图像重建算法模块(5)可配置至少两个CT图像重建算法模块(51)以及算法参数配置模块(53)，所述的图像重建算法模块(5)位于现场可编程门阵列内，可重配置图像算法参数；
探测器模块(1)收集探测器采集的数据，探测器模块(1)将收集的数据传输给数据采集模块(2)；
数据采集模块(2)对探测器模块(1)收集的数据进行模数转换和采集工作，并将完成的数据传输原始数据预处理模块(3)；
原始数据预处理模块(3)对数据采集模块(2)传输来的数据进行暗电流去除、归一化和滤波处理，并将处理后的数据存储在原始数据存储模块(4)中；
图像重建算法模块(5)根据用户需要配置不同的图像算法参数，再根据选定的图像算法参数从原始数据存储模块(4)中提取数据，进行CT图像重建，并将重建的CT图像存储在重建结果存取模块(6)中；
采集重建控制模块(7)从重建结果存取模块(6)中提取重建的CT图像，并控制算法参数配置模块(53)匹配、更新CT图像重建算法模块(51)；
采集重建控制模块(7)设有外接数据接口。
2.根据权利要求1所述的一种CT数据采集系统，其特征在于，CT图像重建算法模块(51)中的算法为商用CT图像重建算法中的一种，每个CT图像重建算法模块(51)中的算法与其他CT图像重建算法模块(51)中的算法不相同。
3.根据权利要求1所述的一种CT数据采集系统，其特征在于，重建结果存取模块(6)采用的存储设备为非易失性存储器。
4.根据权利要求1所述的一种CT数据采集系统的硬件构架，其特征在于，包括旋转机架(11)、探测器(12)、存储器(13)、数据收发装置(14)、移动终端(15)、背板(16)、处理器(19)和现场可编程门阵列。
5.根据权利要求4所述的一种CT数据采集系统的硬件构架，其特征在于，现场可编程门阵列的数量为两块，其中一块现场可编程门阵列为用于探测器模块(1)和数据采集模块(2)采集数据的采集现场可编程门阵列(17)，另一块现场可编程门阵列为用于图像重建算法模块(5)进行图像算法参数配置和CT图像重建的重建现场可编程门阵列(18)；
探测器(12)、背板(16)和数据收发装置(14)均安装在旋转机架(11)上，存储器(13)、采集现场可编程门阵列(17)、重建现场可编程门阵列(18)和处理器(19)均安装在背板(16)上；
探测器(12)与采集现场可编程门阵列(17)电连接，采集现场可编程门阵列(17)与重建现场可编程门阵列(18)和处理器(19)电连接，重建现场可编程门阵列(18)与存储器(13)和处理器(19)电连接，处理器(19)与数据收发装置(14)电连接，且处理器(19)与数据收发装置(14)之间进行数据传输和交换；
数据收发装置(14)与移动终端(15)通过无线传输方式进行数据传输和交换。
6.根据权利要求4所述的一种CT数据采集系统的硬件构架，其特征在于，所述的现场可编程门阵列的数量为一块，探测器模块(1)、数据采集模块(2)和图像重建算法模块(5)均设置在所述的现场可编程门阵列中，且算法相关参数通过现场可编程门阵列进行配置；
探测器(12)、背板(16)和数据收发装置(14)均安装在旋转机架(11)上，存储器(13)、现场可编程门阵列和处理器(19)均安装在背板(16)上；
探测器(12)与现场可编程门阵列电连接，现场可编程门阵列和处理器(19)电连接，所述的存储器(13)和处理器(19)电连接，处理器(19)与数据收发装置(14)电连接，且处理器(19)与数据收发装置(14)之间进行数据传输和交换；
数据收发装置(14)与移动终端(15)通过无线传输方式进行数据传输和交换。
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