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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410566155.1 (22)申请日 2014.10.22 G05B 19/042(2006.01) G06T 11/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院苏州生物医学工程技术 研究所 地址 215163 江苏省苏州市高新区科灵路 88 号 (72)发明人 郁朋 徐品 刘兆邦 袁刚 (54) 发明名称 一种 CT 数据采集系统 (57) 摘要 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。
2、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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申。
3、请公布号 CN 104407540 A (43)申请公布日 2015.03.11 CN 104407540 A 1/2 页 2 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，。
4、 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 (。
5、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 。
6、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。
7、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。
8、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) 权 利 要 求 书 CN 104407540 A 2 2/2 页 3 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。
9、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。 权 利 要 求 书 CN 104407540 A 3 1/4 页 4 一种 CT 数据采集系统 技术领域 0001 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。
10、技术 0002 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。 0003 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。
11、也逐渐增大。 0004 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 0005 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。 0006 为达到上述目的， 本发明的技术方案如下 ： 0007 一种 CT 。
12、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 ； 0008 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 ； 0009 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 ； 0010 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。
13、处理， 并将处理后的数据存储在原始数据存储模块中 ； 0011 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 ； 0012 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 ； 说 明 书 CN 104407540 A 4 2/4 页 5 0013 采集重建控制模块设有外接数据接口。 0014 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。
14、中的算法与其他 CT 图像重建算法模块中的算法不相同。 0015 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。 0016 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。 0017 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 ； 0018 探测器、 背板和数据收发装置均安装在旋转机架上。
15、， 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 ； 0019 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 ； 0020 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。 0021 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 。
16、； 0022 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 ； 0023 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 ； 0024 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。 0025 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。
17、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 0026 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。
18、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。 0027 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 ； 说 明 书 CN 104407540 A 5 3/4 页 6 0028 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 ； 0029 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。 0030 图中数字和字母所表示的相应部件名称 ： 0031 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。
19、 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 0032 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。 0033 下面结合示意图对本发明。
20、的具体实施方式作进一步详细的说明。 0034 实施例 1. 0035 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。 0036 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。 0037 数据采集模块 2 对探测器模块 1 收集的数。
21、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。 0038 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。 0039 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。 0040 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。
22、 51。 0041 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。 0042 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。 0043 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。 0044 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、 。
23、探测器 12、 存储 说 明 书 CN 104407540 A 6 4/4 页 7 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。 0045 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。 0046 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。
24、建现场可编程门阵列 18 和处理器 19 均安装在背板 16 上。 0047 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。 0048 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。 0049 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，。
25、 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。 0050 实施例 2. 0051 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。 0052 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。
26、 16 上。 0053 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。 0054 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。 0055 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。 说 明 书 CN 104407540 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104407540 A 8 2/3 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 104407540 A 9 3/3 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 104407540 A 10 。