CN100500096C - 对称多切片计算机断层成像数据测量系统 - Google Patents

对称多切片计算机断层成像数据测量系统 Download PDF

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Abstract

用于计算机断层(CT)扫描器(12)的数据测量系统(DMS)(30)包括多个连接器化的检测器子阵列模块(32)。每个检测器子阵列模块(32)包括：闪烁器(40)，用于响应X射线的照射，产生闪烁事件；光电检测器阵列(42)，被布置为对闪烁进行检测；以及两个对称布置的信号连接器(541，542)，用于发送光电检测器信号。对称安装的管线卡(60)与每侧的检测器子阵列模块(32)组的信号连接器(54)配合，以接收光电检测器信号。与管线卡(60)通信的处理器(64)接收来自管线卡(60)的光电检测器信号并且构成根据光电检测器信号的DMS输出。

Description

对称多切片计算机断层成像数据测量系统
技术领域
本发明涉及诊断成像技术。具体来说，本发明涉及使用能够快速采集立体成像数据的二维检测器阵列的计算机断层成像，并且将对本发明进行具体描述。但是，本发明还用于各种使用X射线、可见光或其他类型辐射的成像应用的其他类型的辐射检测器中。本发明还用于放射应用等的非成像辐射检测器中。
背景技术
计算机断层(CT)成像一般使用生成穿过检查区域的扇形或锥形X射线束的X射线源。位于检查区域中的患者影响并且吸收一部分穿过的X射线。将包括在浇铸框架部件中的二维检测器阵列的CT数据测量系统(DMS)布置在X射线源的对面，以检测并且测量发射的X射线的强度。一般情况下，将X射线源和DMS安装在旋转台架的对面，使该台架旋转从而得到一定角度范围的患者投影图像。
在进行螺旋CT成像的过程中，使病人沿着与台架的旋转平面垂直的方向直线前进通过检查区域，从而实现X射线源相对于患者进行螺旋运动。利用过滤背投射或其它重构方法对在螺旋运动期间得到的X射线吸收数据进行重构，以生成患者的或患者的经过选择的部分的三维图像表示。
DMS的二维检测器阵列一般包括闪烁器晶体或闪烁器阵列，闪烁器晶体或闪烁器阵列响应X射线对闪烁器的照射产生光脉冲，称为闪烁事件。布置二维阵列光电检测器如光电二极管或光电倍增管，以观测闪烁器并且产生与闪烁事件对应的模拟电信号。最好，在闪烁器前面准确地排列和安装防散射模块，以阻挡会产生测量噪声的散射的X射线。
将模拟电信号通过电缆敷设传递到对模拟信号进行数字化的远距离模数转换器。将经过数字化的信号多路复用到少量的传输信道中，并且传输信道利用滑环装置使经过多路复用的数字化信号通过旋转台架接口。
以前，用于CT成像的DMS模块有许多缺陷，这些缺陷涉及到体积庞大和质量过大、复杂并且非标准化的布线、寄生噪声耦合、复杂而困难的光学调整以及整个系统的复杂性等。
必须相对于防散射模块和光电二极管阵列之间并且相对于CT台架对防散射模块和光电二极管阵列进行精细调整。为了达到要求的容差，在常规DMS的防散射模块中，将闪烁器和光电二极管阵列与DMS的其他部件机械隔离并且机械连接为不可拆的固定部件。通过使精细调整的光学器件与其它DMS元件机械解耦的柔性电缆敷设得到与光电检测器阵列的电耦合。
包含的电缆敷设量很大。具有(对应于32个切片的)32个检测器行并且每行具有672个检测器的典型的DMS包括21504个检测器，每个检测器具有其自己的集合在位置远离光电检测器阵列的电信号处理模块的电气布线。
此外，对电缆敷设的布置有许多约束。除了在旋转台架上和靠近旋转台架的空间限制以外，电缆敷设还受到电气路径长度要求的约束。在发送各种检测器输出的信号路径长度方面的差异导致了信号相位差、数据误差、不同的传输噪声量以及由于沿着不同长度的路径的差动信号的转移时间而导致的信号延迟。如果电缆敷设靠近包括DMS电子设备和X射线源的电气有源元件，则模拟信号还容易受到拾取的寄生噪声的影响。
这些因素一般会导致具体的CT扫描器所独有的电气布线。为了减轻由于电缆敷设而导致DMS体积庞大，一般只取消DMS一侧的电气布线。这种非对称布置导致了信号路径的长度差。这种非对称布置还会导致在检测器冷却方面的不对称性，这种检测器冷却不对称性是利用专用加热器和风扇使热量分布在光电检测器阵列上来进行纠正的。
常规DMS模块由于缺乏模块化还会导致不必要的元件更换。例如，即使只是检测器阵列出现故障，一般也将固定为一体的防散射模块和闪烁器随相关的检测器阵列一起更换。
由于常规的DMS包括铸铝框架，因此常规的DMS笨重且庞大，铸铝框架支撑用于(通常是陶瓷的)光电检测器和远距离电子信号处理电路(通常布置在印刷电路板上)的分开的基底、检测器阵列与信号处理电路之间的大量电缆敷设、用于温度控制的专用加热器和风扇以及用于减少耦合到大量电缆敷设的寄生噪声的电磁屏蔽装置。
DMS的重量和分段结构还会限制可实现的台架转速和数据通过量，而这种限制又会限制整体扫描速度和每转的图像数量。常规的DMS模块的复杂性影响了可靠性，并且频繁地需要通过训练有素的人员进行日常维护操作如更换和重新调整检测器阵列元件来进行现场服务。
本发明提出了克服了上述以及其他限制的改进的设备和方法。
发明内容
按照本发明的一个方面，披露了一种用于计算机断层扫描器的数据测量系统。提供了多个检测器子阵列模块。每个模块接收辐射并且生成对应的检测器信号。管线卡与检测器子阵列通信，以接收光电检测器信号。处理器与管线卡通信，以接收来自管线卡的光电检测器信号。处理器根据光电检测器信号来重构数据测量系统的输出。
按照本发明的另一个方面，提供了一种用于对患者进行成像的计算机断层成像方法。发射穿过患者的X射线。将发射的X射线转换为覆盖二维空间表面的模拟电信号。将模拟电信号数字化为数字信号。通过关于二维空间表面对称布置的成对的通信路径将数字信号传输到中央单元。存储到达中央单元的数字信号。对二维空间表面的多个方向重复上述操作。对存储的数字信号进行重构以生成患者的图像表示。
按照本发明的另一个方面，提供了一种装配数据测量系统的方法。将检测器子阵列固定到印刷电路板上，每个印刷电路板包括与固定的检测器子阵列相互连接的印刷电路，从而定义了检测器子阵列模块。将至少一个管线印刷电路板固定到拱形机械框架上。将检测器子阵列固定到拱形机械框架上。每个已经固定的检测器子阵列模块与管线印刷电路板进行电气通信。将处理器固定到拱形机械框架上。经过固定的处理器通过管线印刷电路板的印刷电路与检测器子阵列模块通信。
本发明的一个优点在于对称的DMS结构，这种结构减少了寄生噪声并且提供了更紧凑的DMS。
本发明的另一个优点在于用印刷电路板信号传输取代了昂贵而笨重的大量布线。
本发明的另一个优点在于取消了昂贵的冷却和投资设备。
本发明的另一个优点在于改进了热管理。
本发明的另一个优点在于减小了质量。
本发明的另一个优点在于简化了在DMS内的DMS元件相对于CT扫描器的调整。
本发明的另一个优点在于及早对信号进行数字化，这样既减少了寄生噪声又允许对信号进行多路复用以减少传输信道的数量。
对于本领域的一般技术人员来说，通过阅读以下对优选实施例的详细说明，本发明的许多其他优点和好处将变得更加清楚。
附图说明
本发明可以在元件和元件设计以及步骤和步骤设计等方面采用不同的形式。附图仅用于示出优选的实施例，不应将其理解为对本发明进行限制。
图1示意性地示出了按照本发明的一个实施例的典型计算机断层成像设备。
图2示出了连接器化的检测器子阵列模块的截面的侧视图。
图3A示出了连接器化的检测器子阵列模块的检测器侧视图或前视图。
图3B示出了连接器化的检测器子阵列模块的后视图。
图4图示出了图2、3A和3B的连接器化的检测器子阵列模块的电气结构。
图5图示出了在检测器子阵列模块、集线器/管线卡对以及DMS处理器之间的数据流动。
图6图示出了集线器/管线卡的电气结构。
图7图示出了DMS处理器的电气结构。
图8示出了在去除了防散射板模块和连接器化的检测器子阵列模块情况下的数据管理系统模块的爆炸透视图。
图9示出了具有三个典型的防散射板模块/包括检测器子阵列模块部件的数据管理系统模块的透视图。
具体实施方式
参照图1，计算机断层(CT)成像设备10包括CT扫描器12，CT扫描器12包括X射线源14和准直器16，准直器16进行协调，以产生指向检查区域18的扇形、圆锥形、楔形或其它形状的X射线束，检查区域18包含患者(没有示出)，如位于患者支架20上的病人。患者支架20可以沿着Z方向直线移动，而X射线源14可以在旋转台架22上旋转。
在典型的螺旋成像模式中，在患者支架20直线推进的同时，台架22旋转以实现X射线源14和准直器16围绕检查区域18进行螺旋运动。但是，也可以使用其它成像模式，如单切片或多切片成像模式，其中，当患者支架20保持静止时台架22旋转，从而实现X射线源14圆周运动，以获得一个或多个轴向图像。在完成轴向扫描之后，患者支架沿着Z方向任意地步进预定距离并且重复圆周运动，以获得沿着Z方向的立体数据。
数据测量系统(DMS)30与X射线源相对地布置在台架22上。在典型的CT扫描器12中，DMS 30跨过经过选择的角度范围并且包括若干行用于同时获得多个图像切片的检测器。DMS 30布置在台架22上，与X射线源14相对并且随台架22旋转，因此当台架22旋转时，DMS接收穿过检查区域18的X射线。
取代图1所示的布置，还提出了使DMS脱离旋转台架，按照圆周形布置排列在包围旋转台架的静止台架上(没有示出)，从而当X射线源14旋转时使X射线连续照射到DMS的某些部分上。
继续参照图1并且另外参照图2、3A和3B，DMS 30包括多个连接器化的二维检测器子阵列模块32，对这些子阵列模块进行布置以共同形成DMS检测器阵列，DMS检测器阵列基本上跨越了由X射线源14和准直器16共同产生的X射线束的截面区域。每个连接器化的检测器子阵列模块32包括一个印刷电路板34，用于支撑主要布置在电路板34的中心的二维X射线检测器子阵列36。二维X射线检测器36包括闪烁器晶体40和安装在电路板34上的并且用于观测闪烁器晶体40的光电检测器，例如硅光电二极管，二维阵列42。闪烁器晶体40被暴露到由X射线源14产生的X射线。X射线照射产生闪烁事件，即，闪光，由光电检测器阵列42对闪烁事件进行检测。
参照图2，最好将防散射板模块44布置在X射线检测器子阵列36前面。如本技术领域众所周知的，防散射板模块44实际上阻挡通过照射闪烁器晶体40以大角度到达检测器子阵列模块32的散射的X射线。防散射板模块44适当地插入闪烁器晶体40，例如，利用在防散射板模块44中的凹槽46，以便使防散射板模块44与光电检测器阵列42对齐。销钉或有螺纹的紧固件47使防散射板模块44与检测器子阵列模块32进一步对齐并且随意地固定在一起。最好，每个防散射板模块44还包括对齐凸起或销钉48，用于使防散射板模块44在DMS 30中对齐。
继续参照图1-3B并且另外参照图4，通过印刷电路板34上的导电轨迹(没有示出)将X射线检测器子阵列36的光电检测器42连接到布置在印刷电路板34的前面或后面的专用集成电路(ASIC)50。ASIC 50接收光电二极管的电输出信号并且提供适当的信号调整。在优选实施例中，ASIC 50对光电检测器的信号进行模数(A/D)转换。
实际上，以对称的方式围绕二维X射线检测器36对ASIC 50进行布置。参照示出了连接器化的检测器子阵列模块32的前面或检测器侧的图3A，在前面布置了八个ASIC 50，在X射线检测器子阵列36的每侧有四个检测器。相似地，参照示出了连接器化的检测器子阵列模块32的后面的图3B，在后面布置了八个ASIC 50并且基本上与在前面的对应的ASIC 50的位置对齐。这种对称布置使信号路径的长度差以及寄生噪声耦合最小。
图4图示出了典型的具有二维X射线检测器36的连接器化的检测器子阵列模块32，其中，X射线检测器36具有16×32个光电二极管42的元件阵列，包括沿着切片或Z方向的32个检测器行和每行中的，即沿着台架旋转的圆周方向，这里指定为X方向，16个检测器。在物理上和电气上，将16个ASIC 50分成四个对称组进行布置，每组有四个ASIC 50。每个ASIC 50对三十二个光电二极管的信号进行数字化，并且在每行中的ASIC进行数字通信，以对经过数字化的信号进行串行化或数字多路复用。每组的四个ASIC 50形成一个串行输出信道。串行输出被传送到连接器对541、542中的一个。
图4中示出的电气结构仅是一个典型例子。本领域技术人员可以选择对光电二极管输出进行数字化的其他方案，以产生不同数量的串行输出信道。
还应该理解，在信号传输流动过程中，即在检测器子阵列模块32上，及早对光电二极管的输出进行数字化并且进行数字多路复用有许多优点，包括取消了容易受到噪声耦合干扰的长模拟路径，以及减少了离开连接器化的二维检测器子阵列模块32的信道的数量。
例如，如果信号以模拟形式离开模块32，则需要512个光电检测器信道。相反，如图4所示，通过及早对串行化的数字进行数字化和多路复用，可以使用四个串行输出信道，这四个信道关于X射线检测器子阵列36对称地布置在模块32的前面和后面。连接器化的检测器子阵列模块32还提供了可靠的模拟和数字路由选择通路，这导致了随着可靠地将数字数据高速传输到连接器对54的同时，进行高动态范围的数据转换处理。
具体参照图2和图3A，每个连接器化的检测器子阵列模块32包括对称布置在印刷电路板34前面的，位于光电检测器阵列36的相对侧并且大致位于印刷电路板34的边缘的两个连接器541、542。该连接器对中的每个连接器54接收和发送由ASIC 50产生的四个串行化信道中的两个。
继续参照图1，DMS 30包括多个连接器化的检测器子阵列模块32，例如，在典型实施例中为四十二个模块32。每个子阵列模块32利用电连接器54与成对的集线器/管线卡60，即两个对称的管线卡601、602，连接。具体来说，第一卡601与子阵列模块32的第一连接器541连接，而第二卡602与第二连接器542连接。
集线器/管线卡对60通过连接器54收集来自多个连接器化的检测器子阵列模块32的串行化数字光电检测器的输出。集线器/管线卡60最好是印刷电路板，具有布置在其上的适当的数字电子装置，以进行有限的信号处理。集线器/管线卡60还包括将经过处理的数字光电检测器输出传送到DMS处理器64的电轨迹。被适宜地体现为微处理器、计算机或其它集成电路的DMS处理器64构成与光电检测2S信号对应的经过选择的DMS输出，并且将DMS输出传送到用于进行跨过台架22的传输的滑环68。
在典型实施例中，随二维x射线检测器36一起将检测器子阵列32布置为基本上与照射的x射线垂直，即面对x射线源14。每个集线器/管线卡601和602基本上是平面的并且与子阵列模块32的印刷电路板34垂直。DMS处理器64被布置为基本与附近的子阵列模块32的印刷电路板34平行并且相对于x射线源14来说在模块32的后面。
DMS 30的布置是高度对称的。具体地说，定义了对称的双轴平面，这主要是针对集线器/管线卡对60、子阵列模块32的连接器对54和作为整体的DMS 30布言的。
最好，DMS 30还具有被布置为与第一对称平面垂直的第二对称平面。集线器/管线卡对60包括两对集线器/管线卡60，对这两对集线器/管线卡60进行关于第二对称平面对称的布置。这两个集线器/管线卡对60向第二对称平面发送输入的数字光电检测器信号，其中，DMS处理器64基本上位于第一和第二对称平面的交叉线的中心。
继续参照图1，相对于X射线源14，在子阵列模块32的后面并且相对于第二对称平面基本对称地布置两个DMS电源模块78。DMS电源模块78与集线器/管线卡60连接并且给其提供电源。集线器/管线卡60上的电源导电轨迹(没有示出)进一步将提供的功率分配给检测器子阵列模块32和DMS处理器64。
最好，按照对称电源分布进行布置，两个DMS电源模块78中的每一个给子阵列模块32提供一半电源。在第二对称平面的左侧的DMS电源模块78给在第二对称平面的左侧的元件提供电源，而在第二对称平面的右侧的DMS电源模块78给在第二对称平面的右侧的元件提供电源。
参照图1，DMS的输出通过滑环68越过旋转台架22并且被传送到用于存储的数字数据存储器90。台架22和患者支架20协作，例如，利用X射线源相对于患者的螺旋路径，得到患者的经过选择的投影图像。最好，X射线源14的路径在角度上基本覆盖了每个图像切片，以使图像的结果最小。
重构处理器92利用过滤背投影或其它重构方法对获得的投影数据进行重构，以生成患者的或者患者的经过选择的部位的三维图像表示，该图像表示被存储在图像存储器94中。由视频处理器96对图像表示进行加工或其它处理，以产生显示在图形用户界面(GUI)98或其它显示设备、打印设备或者用于由操作者进行观察的设备上的人可观察图像。可选择地，还对GUI 98进行编程以形成操作者与CT扫描器12之间的界面，从而允许操作者对CT成像过程进行初始化、招待和控制。
在适当的典型实施例中，DMS 30包括四十二个检测器子阵列模块32，每个子阵列模块32具有16×32个光电二极管阵列42(32个切片行，每行16个检测器)。这与每个切片行的16×42＝672个像素对应，或者与每个投影图像的672×32＝21504个像素对应。在台架转速为120rpm(即两转每秒)并且每转有2320个投影图像的情况下，这样的设计以如下的比特率进行输出：
Figure C03823607D00171
式中，使用了每像素两个字节(即16位)的数字化。考虑到编码，散射检测器100的输出等，由DMS 30产生为2Gbit/sec的比特率。
参照图示出了约一半DMS 30(即，第二对称平面的一侧)的图5，如前面所述，按照适合于高速数据采集的电气结构，每个子阵列模块32输出四个串行化数字信道。最好ASIC 50以约24MHz的频率通过连接器对54向集线器/管线卡60输出串行数据。集线器/管线卡60对到达DMS处理器64的数字数据的en路径有选择地进行加工。
在图5所示的典型实施例中，集线器/管线卡60对由每个子阵列模块32输出的四个串行化信道进行串行到并行的数据转换，以便按照数字化的格式恢复各个光电二极管的信号。然后由信号处理模块112将光电二极管信号转换为对数衰减格式。这个处理最好以40MHz的频率进行。
继续参照图5并且另外参照图6，集线器/管线卡60包括数据定序器/控制器120，用于将定时信号传送给连接器化的检测器子阵列模块32。定时信号对模数转换与通过子阵列模块32的串行化输出信道传输数字化的光电检测器信号进行协调。由集线器122，例如通过串行到并行转换，对数字化的光电检测器信号进行处理，以便随着有关的采集定时信息一起恢复各个光电二极管信号。利用多路复用器126、128按照包含在SRAM 124中的信息对已经恢复的数据进行偏差校正。偏差校正的计数值被时间值划分，以产生与检测器电流成比例的频率值，并且在数字信号处理模块130中被转换为对称或“Mu”值。Mu值被发送到DMS处理器64。
刚刚描述的用于集线器/管线卡60的信号处理仅是示例性的，本领域技术人员能够很容易地用不同的数字信号处理元件进行替换，以进行相同或不同的数据加工。但应该理解，对集线器/管线卡60进行过多的信号处理会影响集线器/管线卡对60和整体DMS 30的数据通过量。
继续参照图5并且另外参照图7，DMS处理器64包括可选公共处理器模块(CPM)140，用于在进行图像数据采集期间，对CT扫描器起主控制器的作用。CPM 140与GUI界面98(见图1)直接通信或者通过滑环CAN总线或其它高速端口与台架外的其它元件通信，并且设置用于对DMS处理器64进行扫描采集的参数。具体地说，高速控制链接142实时地向CPM 140发送台架22的角度位置数据和患者支架20的位置数据，然后，CPM 140通过对连接器化的检测器子阵列模块32和集线器/管线卡对60进行设置，使扫描采集协调。CPM 140还通过外部设备控制模块144对其它外部设备进行设置和控制。
虽然在典型实施例中，DMS处理器64包含通过CPM 140对CT扫描器120的主控制，但是，也可以选择使对CT扫描器的整个运行进行控制的CT扫描器主控制器位于远离DMS，在这种情况下，远距离的主控制器将向DMS处理器发送控制信号以控制DMS。
在进行成像期间，复用器148将来自四个集线器/管线卡60(即各包括两个对称卡601、602的两个卡对60)的四个16位40MHz的并行数据流多路复用为一个三十二位80MHz的并行数据流，通过数据链接控制器152将这个三十二位80MHz的并行数据流发送到收发器模块156，收发器模块156将这个并行数据转换为一个或多个高容量并行数据流。在一个适当的收发器模块实施例中，一个四重
Figure C03823607D0018163433QIETU
收发器(可从Cypress Semiconductor Corporation买到)将三十二位数据转换为四个各为500MHz的串行流。这些信号被作为PECL电平的差动信号发送到滑环接口，滑环接口利用光纤技术将这个差动信号经过滑环68发送到扫描器的静止部分，在这里，另一个接口利用光纤技术将这个差动信号通过四个光纤电缆再次发送到数字数据存储器90。
尽管描述了越过滑环68的光纤链接，但也可以使用其它数据端口装置。可以按照数字化电信号的形式将数据发送过滑环。也可以考虑在不使用滑环的情况下，利用旋转台架22上的短距离射频发送器使数据离开台架22，可选择将数据直接发送到数据存储器90。
可以选择，将校准和/或诊断电子设备160如PECL Gage IFC并入DMS处理器64，以利于对DMS 30进行维护和校准。示出的DMS处理器64的配置仅是示例性的，本领域技术人员可以构成其它的控制和数字信号处理部件，以执行用于具体DMS模块的具体控制和数据处理任务。
参照图8和图9，描述了一种用于在机械上构成DMS 30的适当方法。DMS的机械框架包括一对关于第一对称平面对称布置的，基本上是平面的可互换内托架支撑元件180，和一对在内托架支撑元件对180外面的，关于第一对称平面对称布置的，基本上是平面的可互换外托架支撑元件182。
基本上是平面的成对的对准板184被固定到成对的内托架支撑元件180的内表面上。内间隔元件186被布置在成对的内托架支撑元件/对准板对180、184之间，并且限定了内托架的元件关于第一对称平面之间的经过选择的间距。
由内间隔元件186限定的经过选择的间距限定了关于第一对称平面对称布置的间隙，这个间隙安装防散射板模块44。对准板184包括成对的对准开口，用于安装防散射板模块44的凸起或销钉48(见图2)，以使防散射板模块44在内托架支撑元件对180中对齐。
一旦装配了包括防散射板模块44的内托架部分，则可相对于内托架部件任意地对散射检测器部件进行布置。将成对的散射检测器部件190固定到成对的基本上是平面的外托架支撑元件182上。在图8的布置中，将散射检测器部件190布置为四分元件，即，关于第一和第二对称平面对称布置的四个散射检测器元件190，与集线器/管线卡60的布置相似。接着，用带螺纹的销钉间隔器192和带螺纹的间隔器194将外托架支撑元件182固定到内托架支撑元件180上。
将两个集线器/管线卡对60，即四个集线器/管线卡601、602固定到外托架支撑元件182上。通过连接器541、542(见图2)将连接器化的检测器子阵列模块32插入集线器/管线卡对60。在图8所示的实施例中，通过将信号连接器54连接到集线器/管线卡对60，对检测器子阵列模块32进行机械固定，并且通过将闪烁器晶体40插入防散射板模块44的凹槽46和通过使销钉47对齐，使检测器子阵列模块32与防散射板模块44对齐(见图2)。可选择地，通过使用用于使销钉47对齐的带螺纹的固定器，或者通过螺钉或其他辅助机械支撑件，进一步将每个检测器子阵列模块32固定到DMS 30上。
横向支撑棒200，例如图8中的六个支撑棒200，被固定到集线器/管线卡对元件601、602上并且被架在集线器/管线卡对元件601、602之间。DMS处理器64和两个电源模块78插入集线器/管线卡对元件601、602并且由支撑棒200，例如通过用螺钉等固定到其上，进行机械固定。可选择地，DMS 30的机械框架还包括布置在内和/或外托架支撑元件180、182之间的附加的横向支撑元件202(见图9)，以提供进一步的机械支撑。
本领域技术人员应该理解，刚刚具体参照图2、9和10描述的DMS部件不包括其它已知的典型DMS模块的大量信号电缆敷设是有利的。此外，DMS 30具有为了用最少的拆卸更换DMS 30(例如，拆除连接器化的DMS处理器64或阻挡接近目标子阵列模块32的电源模块78或者拆除模块32)并且不需要更换对应的防散射板模块44而方便地布置的连接器化的检测器子阵列模块32。
机械框架元件，例如内和外托架支撑元件180、182，适合于用铝板制造，而间隔元件186、192、194和横向元件200、202适合于用原料挤压加工制造。对原材料的使用明显优于一般用铸造金属构成其框架的常规DMS模块。
还考虑到DMS 30省略了常规的专用加热器元件。热仿真已经说明DMS 30的对称设计实质上减少了温度不均匀性。这些仿真表明，风扇空气循环使由检测器子阵列模块32、DMS处理器64以及DMS电源模块78产生的热量的分布应该足以使DMS 30中的温度实际上均匀分布。检测器子阵列模块32、集线器-管线卡60、DMS处理器64以及DMS电源模块78中的每一个都可以选择包括铜的或其他导热材料的印刷电路板的地线板，这种导热材料给由DMS 30产生的热量提供有效的热通道，以实现有效而均匀的热分布。
上述实施例包括多种结构上和电气上的对称性。整个DMS 30包括关于第一对称平面的结构上和电气上的双向对称性以及关于第二对称垂直平面的结构上和电气上的双向对称性。此外，在ASIC 50和连接器541、542关于检测器36对称分布的情况下，每个检测器子阵列模块32包括对位于中心的X射线检测器36的结构对称性。在一半信号到达连接器541而另一半信号到达连接器542的情况下，每个检测器子阵列模块32还包括在对称发送电信号方面的电气对称性。
这样的各种对称性中的每种对称性都提供了很多好处，本领域技术人员可以很容易地放宽对典型的DMS 30及其部件的一种或多种对称性的要求，而保留剩下的对称性的实际好处。例如，在保持DMS 30关于第一和第二对称平面的整体的结构和电气对称性并且基本保留检测器子阵列模块32的电气对称性的同时，可以使X射线检测器模块36沿着子阵列模块32上的Z方向离开中心，用于某些非对称的成像应用。例如，可以用这种使X射线检测器模块离开中心的布置来对X射线圆锥的不均匀性进行校正。
此外，仅通过对检测器子阵列模块32进行修改就可以很容易地实现在检测器定位方面的这种变化。DMS 30的连接器化的结构允许在不进行另外的结构或电气方面的修改的情况下，将经过修改的子阵列模块并入DMS 30的现有框架中。

Claims (39)

1.一种数据测量系统(30)，用于计算机断层扫描器，该数据测量系统(30)包括：
多个检测器子阵列模块(32)，每个模块接收辐射并且生成对应的检测器信号；
管线卡(60)，与所述检测器子阵列模块(32)通信，以接收所述检测器信号；以及
处理器(64)，与所述管线卡(60)通信，以接收来自所述管线卡(60)的所述检测器信号，所述处理器(64)构成了根据所述检测器信号的数据测量系统的输出。
2.如权利要求1所述的数据测量系统(30)，其中，每个检测器子阵列模块(32)包括：
闪烁器(40)，用于响应X射线的照射，产生闪烁事件；以及
光电检测器阵列(42)，被布置为对闪烁进行检测并且产生所述检测器信号。
3.如权利要求2所述的数据测量系统(30)，其中，每个检测器子阵列模块(32)还包括：
至少一个信号转换器(50)，包括模数转换元件，用于将所述检测器信号转换为数字化检测器信号，所述信号转换器(50)将所述数字化检测器信号传送到信号连接器(541，542)；以及
信号连接器(541，542)，用于与所述管线卡(60)配合，所述信号连接器(541，542)接收所述数字化检测器信号并且将所述数字化检测器信号传送到所述管线卡(60)。
4.如权利要求3所述的数据测量系统(30)，其中，所述信号转换器(50)还包括：
串行化元件，用于对所述数字化检测器信号进行串行排列，并且将串行排列的检测器信号传送到所述信号连接器(541，542)。
5.如权利要求4所述的数据测量系统(30)，其中，所述管线卡(60)包括：
串行到并行转换器(110)，用于将串行排列的检测器信号转换为与所述光电检测器对应的并行信号信道。
6.如权利要求1-5中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述处理器(64)还包括：
复用器(148，156)，用于对所述检测器信号进行组合，以构成包括一个或多个多路复用信号的数据测量系统输出，其中，每个多路复用信号包括多个经过多路复用的检测器信号。
7.如权利要求1-5中的任何一个所述的数据测量系统(30)，还包括：
多个防散射模块(44)，与所述多个检测器子阵列模块(32)对应，每个防散射模块(44)被布置在所述计算机断层扫描器(12)的检测区域(18)与对应的检测器子阵列模块(32)之间，以充分减少由于散射的X射线引起的噪声。
8.如权利要求7所述的数据测量系统(30)，还包括：
对齐销钉(47)，用于使每个防散射模块(44)与对应的检测器子阵列模块(32)对齐。
9.如权利要求8所述的数据测量系统(30)，其中，所述检测器子阵列模块还包括：
闪烁器(40)，用于用防散射模块(44)隔开。
10.如权利要求1-5，8和9中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中：
每个检测器子阵列模块(32)包括信号连接器对(541，542)，并且在所述信号连接器对(541，542)之间对所述检测器信号进行对称划分并且将所述检测器信号传送到所述信号连接器对(541，542)的连接器；并且
所述管线卡(60)包括管线卡对(601，602)，与所述检测器子阵列模块的信号连接器对(541，542)连接，以接收所述检测器信号，所述管线卡对(601，602)包括多个在两个管线卡(601，602)之间对称划分的多个信号传输路径，以传送所述检测器信号。
11.如权利要求10所述的数据测量系统(30)，其中，每个检测器子阵列模块(32)还包括：
印刷电路板(34)，包括将检测器信号传送到所述信号连接器对(541，542)的电轨迹。
12.如权利要求11所述的数据测量系统(30)，其中，每个检测器子阵列模块(32)的检测器阵列(42)大致位于所述印刷电路板(34)的中心，并且将所述信号连接器对(541，542)的连接器布置在所述检测器阵列(42)的相对侧并且大致在所述印刷电路板(34)的边缘。
13.如权利要求12所述的数据测量系统(30)，其中，每个检测器子阵列模块(32)还包括：
偶数个模数转换(50)，相对于所述检测器阵列(42)对称地布置在所述印刷电路板(34)上，其中，来自所述模数转换(50)的一半的信号被发送到所述信号连接器对(541，542)中的一个连接器，来自所述模数转换器(50)的另一半的信号被发送到所述信号连接器对(541，542)中的另一个连接器。
14.如权利要求13所述的数据测量系统(30)，其中，所述模数转换器的数量至少是四个，并且对所述模数转换器(50)进行对称布置，使所述模数转换器(50)的一半位于所述印刷电路板(34)的前面，而所述模数转换器(50)另一半位于所述印刷电路板(34)的后面。
15.如权利要求11所述的数据测量系统(30)，其中，每个检测器子阵列模块(32)还包括：
至少一个集成电路(50)，布置在所述印刷电路板(34)上，用于对所述检测器信号进行数字化，经过数字化的检测器信号被传送到所述信号连接器对(541，542)。
16.如权利要求11所述的数据测量系统(30)，其中，沿着所述印刷电路板(34)的Z方向离开中心对所述检测器阵列(42)进行布置，并且将所述信号连接器对(541，542)的连接器布置在所述检测器阵列(42)的相对侧并且大致在所述印刷电路板(34)的边缘。
17.如权利要求11-16中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述对称管线卡对(601，602)的每个卡还包括：
印刷电路板，在其上将多个信号传输路径布置为电轨迹。
18.如权利要求11-16中的任何一个所述的数据测量系统(30)，还包括：
机械框架(180，182，200，202)，用于支撑定义了整体的数据测量系统的所述检测器子阵列模块(32)、所述对称管线卡对(601，602)和所述处理器(64)，在所述检测器子阵列模块的信号连接器对(541，542)以及所述对称管线卡对(601，602)中的每一个都关于对称平面对称布置的情况下，所述整体的数据测量系统关于对称平面是双向对称的。
19.如权利要求18所述的数据测量系统(30)，其中，所述检测器子阵列模块的信号连接器对(541，542)以及所述对称管线卡对(601，602)中的每一个都关于对称平面对称布置。
20.如权利要求19所述的数据测量系统(30)，其中，关于对称平面双向对称地对检测器信号路径进行布置。
21.如权利要求19-20中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述对称管线卡对(601，602)包括由所述机械框架(180，182，200，202)支撑的两个对称管线卡对，所述数据测量系统(30)具有第二对称平面，第二对称平面与所述对称平面一起定义了四个检测器四分区，每个四分区包括一个管线卡(60)。
22.如权利要求21所述的数据测量系统(30)，还包括：
偶数个电源模块(78)，由所述机械框架(180，182，200，202)支撑，用于给所述检测器子阵列模块(32)、所述管线卡对(601，602)和所述处理器(64)提供电源，其中，所述电源模块(78)的一半给所述第二对称平面的左侧提供电源，所述电源模块(78)的另一半给所述第二对称平面的右侧提供电源。
23.如权利要求19、20和22中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述机械框架(180、182、200、202)具有弯曲的形状，使得所述检测器子阵列模块(32)被布置为沿着中心在X射线源(14)的实际辐射表面与由所述计算机断层扫描器(12)的X射线源(14)产生的X射线相互作用。
24.如权利要求19、20和22中的任何一个所述的数据测量系统(30)，还包括：
电源模块(78)，由所述机械框架(180，182，200，202)支撑，用于给所述检测器子阵列模块(32)、所述管线卡对(601，602)和所述处理器(64)提供电源。
25.如权利要求19，20和22中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述管线卡对(601，602)由所述机械框架(180，182，200，202)支撑，并且每个所述检测器子阵列模块(32)通过与所述管线卡对(601，602)连接得到支撑。
26.如权利要求19，20和22中的任何一个所述的数据测量系统(30)，还包括：
至少一个散射检测器对(190)，由所述机械框架(180，182，200，202)支撑，所述散射检测器对(190)的检测器关于对称平面对称布置。
27.如权利要求19，20和22中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述机械框架(180，182，200，202)包括：
至少一对基本上是平面的支撑元件(180，182)，关于所述对称平面对称布置；以及
横向元件(200，202)，在基本上是平面的支撑元件对(180，182)的元件之间延伸。
28.如权利要求27所述的数据测量系统(30)，其中，所述基本上是平面的支撑元件(180，182)由平板金属原料构成。
29.如权利要求28所述的数据测量系统(30)，其中，所述检测器子阵列模块(32)在基本上是平面的支撑元件对(180，182)之间延伸。
30.如权利要求11-16，19，20，22，28和29中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述处理器(64)与所述管线卡对(601，602)配合，以接收来自所述管线卡对(601，602)的所述检测器信号。
31.如权利要求1所述的数据测量系统(30)，还包括：
机械框架(180，182，200，202)，具有由第一和第二对称平面定义的四个对称四分区，其中，对每个检测器子阵列模块(32)进行关于第一对称平面的对称布置，跨过所述机械框架，对所述子阵列模块(32)进行关于第二对称平面的对称布置，所述管线卡(60)包括四个对称布置的四个对称四分区中的管线卡，每个检测器子阵列模块(32)与两个管线卡(601，602)进行电气通信，并且将处理器(64)布置在所述第一和第二对称平面的交叉线上。
32.如权利要求31所述的数据测量系统(30)，其中，每个检测器子阵列模块(32)包括两个关于所述第一对称平面对称布置的电连接器(541，542)，每个电连接器插入所述管线卡(601，602)中的一个。
33.如权利要求31和32中的一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述机械框架(180，182，200，202)包括：
托架支撑元件(180，182)，与所述第一对称平面平行；以及
横向支撑元件(200，202)，与所述第二对称平面平行并且连接所述托架支撑元件(180，182)。
34.如权利要求33所述的数据测量系统(30)，其中所述托架支撑元件(180，182)由平板金属构成，而所述横向支撑元件(200，202)由原料挤压构成。
35.如权利要求1-5，8，9，11-16，19，20，22，28，29，31，32和34中的任何一个所述的数据测量系统(30)，其中，所述管线卡(60)和所述检测器子阵列模块(32)包括具有导电地线平面的印刷电路板(34)，在所述数据测量系统(30)中，所述导电地线平面共同进行散热并且保持整个所述数据测量系统(30)的温度大致均匀。
36.如权利要求1-5，8，9，11-16，19，20，22，28，29，31，32和34中的任何一个所述的数据测量系统(30)，还包括：
光学滑环接口(156)，用于光学地将所述数据测量系统的输出，从在其上安装了所述数据测量系统(30)的旋转台架(22)发送到所述计算机断层扫描器(12)的静止部分。
37.一种装配数据测量系统(30)的方法，该方法包括如下步骤：
将检测器子阵列(36)固定到印刷电路板(34)上，每个印刷电路板(34)包括与被固定的检测器子阵列(36)相互连接的印刷电路，以定义检测器子阵列模块(32)；
将至少一个管线印刷电路板(60)固定到拱形机械框架(180，182，200，202)上；
将所述检测器子阵列模块(32)固定到拱形机械框架(180，182，200，202)上，每个被固定的检测器子阵列模块(32)与所述管线印刷电路板(60)进行电气通信；以及
将处理器(64)固定到拱形机械框架(180，182，200，202)上，经过固定的处理器(64)通过所述管线印刷电路板(60)的印刷电路与所述检测器子阵列模块(32)进行电气通信。
38.如权利要求37所述的装配方法，还包括如下步骤：
将至少一个电子信号处理器件固定到每个所述检测器子阵列模块(32)的所述印刷电路板(34)上，所述电子信号处理器件(50)将来自检测器子阵列(36)的信号转换为数字信号；并且
将至少一个电连接器(541，542)固定到每个所述检测器子阵列模块(32)的所述印刷电路板(34)上，通过印刷电路将所述数字信号传送到至少一个电连接器(541，542)。
39.如权利要求38所述的装配方法，其中，将所述检测器子阵列模块(32)固定到拱形框架(180，182，200，202)的步骤包括：
使每个检测器子阵列模块(32)的至少一个电连接器(541，542)与所述管线印刷电路板(60)的对应的连接器配合。
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