[发明专利]用于计算机层析Ｘ射线摄像系统中高速数据通讯的装置和方法

说明书

本发明总地来说涉及计算机层析X射线摄像(CT)系统，具体地说是涉及CT系统中高速数据通讯的装置和方法。

CT系统通常采用一个旋转机架或台架以得到在不同的旋转角度下的多个X光图象或视图。每一组图象在本领域中被称之为“断层象”。病人或者无生物通常被置于旋转机架中空部分中一个可以沿轴向移动的台桌上，因此能够在多个轴向位置处得到相应的断层象。由计算机根据预定的算法将得到的各个断层象进行数据处理，以生成可供诊断或观察用的增强图象。

旋转机架中包括一个X光源，一个探测器阵列和用于产生各个视图的图象数据的电路部分。为了将原始图象数据处理成增强形式的图象而采用了一组固定不动的电子设备。所以需要在CT系统的旋转机架与固定工作台之间提供图象数据通讯设施。

为了减少病人的不舒适的感觉和/或提高设备的利用率都需要尽可能快地得到所要的图象，所以在固定工作台和旋转机架之间的数据通讯速率是一个重要的考虑因素。在目前的CT系统中，一幅图象一般由约800个检测器通道构成，每个检测器通道的输出用16比特表示(即，每幅图象12.8K比特)，并且一般每秒重复1000次，因此仅对图象数据而言就需要大约每秒13兆比特(Mbit/sec)的净数据传输速率。未来的CT系统通过采用四倍、八倍或者十六倍的检测器通道能够同时生成多层断层象，从而要求仅仅对于图象数据的数据传输速率就要增加到150Mbit/sec以上。

为了能以必要的速率进行数据通讯传送，一些以前的CT系统采用了与旋转机架相连的连接电缆。在连接电缆中使用了一条或多条柔软的屏蔽同轴电缆来实现高速通讯，其他导线用于连接电源和传送离散控制信号。连接电缆通常能够正、负360°旋转，所以机架就被限制在，例如总角度720°范围内旋转。在操作中，机架被加速到所需的旋转速度，并在达到720°极限之前就摄取所需的图象。

在接近720°极限时，机架被减速并停止，然后再反方向加速采集更多的图象。

因此机架是在720°范围内往复回旋工作的。

这种“回旋”式CT系统有两个主要的缺点。一个缺点是机架的减速和再加速是十分费时的。机架，以及其中所有的设备，都是既大而又笨重的，所以即使使用大马达，加速机架所耗费的时间也较多。第二个缺点与第一个缺点有些关联，就是重复加速如此之大的质量会产生极大的机械应力和磨损。

现有技术中其他类型的CT系统是采用电刷和滑动环来实现旋转机架与固定工作台之间的电连接。在这些系统中，旋转机架或台架是可以连续旋转的，而不需要象上述的机架往复回旋运动，从而对于采集所需图象具有更大的灵活性。但是，现有技术中使用电刷和滑动环进行通讯的CT系统所能达到的数据传输速率一般都受到明显的限制。这是由于围绕着圆形滑动环传送信号需要相当多的时间。在所需数据传输速率下，围绕环的电子学路径长度为一个比特周期的几分之一，因而沿相反方向绕环传播的电磁波会在一个比特周期内完全不同的时间到达一个接收点，从而引起杂乱的接收。

本申请所引用的美国专利US-5,208,581(授予A.K.Collins，并转让给本发明的受让人)涉及使用电刷和滑动环进行数据通讯的另一类型的机架。尽管Collins的设计使得固定工作台与旋转机架之间的数据通讯具有相对较高的速度，但是仍然存在使用接触式电刷和滑动环所固有的缺点。例如，电刷和滑动环之间的机械接触会使其老化，为了维持可靠的通讯就需要定期更换这些电刷和滑动环。

此外，Collins的滑动环设计也无法支持多层断层象CT系统所需的更高的数据传输速度。其他的CT系统为固定工作台与旋转机架之间的数据通讯采用了光学数据传输线路。虽然光学数据传输线路的设计避免了滑动环与电刷的主要缺点，但是这种光学方式需要必须在严格的技术要求下制造出来的光学器件，并且为了在旋转机架相对较长的轨道长度上实现可靠的光学耦合这些光学器件在操作中要求基本上保持空间准直状态。

因此，本发明的目的是为CT系统提供一种改进的通讯线路，它能以低成本实现在CT系统的固定工作台与旋转机架之间的可靠而且高速的数据传输。

根据本发明的一个方面具有固定第一机架和第二机架的计算机层析X射线摄像系统包括：