一种数据采集方法及装置与流程

本发明涉及医疗设备领域，尤其是涉及一种数据采集方法及装置。

背景技术：

计算机断层扫描(英文：computedtomography，简称：ct)是利用x射线等扫描射线对人体等扫描对象的断层进行扫描。由于人体等扫描对象的疏密程度不同，因此对x射线等扫描射线的穿透率不同，通过接收穿透扫描对象的x射线等扫描射线，并转换成电信号后经过计算机处理，能够重建出断层图像。

图1为一种常见的ct设备，包括用于放置扫描对象的检查床20，以及可环绕检查床10旋转的扫描主机20。其中，在可旋转的扫描主机10中，通常包括数据采集装置，实现对穿透扫描对象的扫描射线进行采集。

目前，一种数据采集装置包括检测器阵列，数据采集系统(英文：dataacquisitionsystem，简称：das)电路，以及后端处理器。其中，检测器阵列用于将穿透过扫描对象的扫描射线转换成模拟信号，并将模拟信号输出至das电路，das电路中包括模数转换器和前端处理器，模数转换器对接收到的模拟信号进行模数转换以生成原始数据，前端处理器将生成的原始数据通过传输线直接输出至后端处理器。

在上述数据采集装置中，为了保证重建的断层图像的成像连续性，并且提高数据采集速度从而减少检查时间，前端处理器和后端处理器之间的传输线上的传输速率通常较高，因此对传输线的传输带宽提出了很高的要求，直接影响了ct设备的可靠性。为了满足传输线的传输带宽要求，一种方式是采用传输带宽要求较高的高频电缆作为传输线，然而这种方式不仅占用布线空间，而且增加了成本。另一种方式是增加传输线的数量，因此需要前端处理器和后端处理器具有更多的输入输出管脚，导致成本较高。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种数据采集方法及装置，以实现利用ct设备采集原始数据时，能够满足前端处理器和后端处理器之间的传输带宽的要求，减少占用的布线空间，并且降低成本。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

本发明实施例提供了一种数据采集方法，用于数据采集装置中，所述数据采集装置包括：检测器阵列、模数转换器、前端处理器和后端处理器，所述前端处理器和所述后端处理器之间通过传输线连接；所述方法包括：

检测器阵列将穿透扫描对象的扫描射线转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出至模数转换器；

所述模数转换器对所述模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将所述原始数据输出至前端处理器；

所述前端处理器对所述原始数据进行对数压缩，并通过传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。

可选的，所述前端处理器包括具有存储器的现场可编程门阵列fpga，所述存储器中存储有对数表；

所述前端处理器对所述原始数据进行对数压缩，包括：

所述fpga通过查询存储的所述对数表，对所述原始数据进行对数压缩。

可选的，所述数据采集装置包括：n个检测器阵列、与n个检测器阵列对应设置的n个数据采集系统das电路和一个后端处理器；每个das电路包括模数转换器和前端处理器，n大于1；

所述方法还包括：

所述后端处理器同步接收并锁存所述n个das电路中的前端处理器传输的对数压缩的原始数据。

可选的，所述前端处理器中包括现场可编程门阵列fpga，各个前端处理器中的fpga的配置方程相同。

可选的，所述前端处理器通过传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器，包括：

所述前端处理器通过多根柔性电缆或者含柔性部分的电路板，将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。

可选的，所述方法还包括：

所述后端处理器将所述对数压缩的原始数据，输出至计算机进行图像重建。

本发明实施例提供了一种数据采集装置，包括：检测器阵列、模数转换器、前端处理器和后端处理器，所述前端处理器和所述后端处理器之间通过传输线连接；

所述检测器阵列，用于将穿透扫描对象的扫描射线转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出至模数转换器；

所述模数转换器，用于对所述模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将所述原始数据输出至前端处理器；

所述前端处理器，用于对所述原始数据进行对数压缩，并通过传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。

可选的，所述前端处理器包括具有存储器的现场可编程门阵列fpga，所述存储器中存储有对数表；

所述fpga用于通过查询存储的所述对数表，对所述原始数据进行对数压缩。

可选的，所述数据采集装置包括：n个检测器阵列、与n个检测器阵列对应设置的n个数据采集系统das电路和一个后端处理器；每个das电路包括模数转换器和前端处理器，n大于1；

所述后端处理器，用于同步接收并锁存所述n个das电路中的前端处理器传输的对数压缩的原始数据。

可选的，所述前端处理器中包括现场可编程门阵列fpga，各个前端处理器中的fpga的配置方程相同。

可选的，通过传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器时，所述前端处理器具体用于，通过多根柔性电缆或者含柔性部分的电路板，将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。

可选的，所述后端处理器，用于将所述对数压缩的原始数据，输出至计算机进行图像重建。

通过上述技术方案可知，本发明实施例中，检测器阵列将穿透扫描对象的扫描射线转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出至模数转换器，所述模数转换器对所述模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将所述原始数据输出至前端处理器，所述前端处理器对所述原始数据进行对数压缩，并通过传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。可见，本发明实施例中的前端处理器不再将原始数据直接传输至后端处理器，而是由前端处理器对原始数据进行对数压缩之后再传输至后端处理器，由于对数压缩是对图像重建所需数据进行数据采集时，所必不可少的数据处理操作，因此本发明实施例不仅没有增加新的数据处理操作，而且能够减少了前端处理器与后端处理器之间的传输线上的传输速率，从而降低了对传输带宽的要求。因此本发明实施例无需传输带宽要求较高的高频电缆的同时也无需增加传输线的数量，从而不仅减少占用的布线空间，并且降低成本。此外，对于后端处理器来说，由于与前端处理器之间的传输速率降低，能够更加有利于降低后端处理器的设计复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种ct设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种方法实施例的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种装置实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种方法实施例的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

一种用于ct设备的数据采集装置包括至少一个检测器阵列，与至少一个检测器阵列对应设置的至少一个das电路，以及一个后端处理器。其中，每个das电路中包括模数(ad)转换器和前端处理器，每个模数转换器分别与对应的检测器阵列相连，每个前端处理器和后端处理器之间都独立设置一组用于传输数据的传输线。

上述数据采集装置的采集过程如下：球管射出成锥形的x射线等扫描射线后，扫描射线穿透人体等扫描对象，被每个检测器阵列所接收，每个检测器阵列将接收的扫描射线转换成模拟信号，将模拟信号输出至对应设置的das电路，每个das电路中的模数转换器对接收到的模拟信号进行模数转换以生成原始数据，前端处理器将生成的原始数据通过传输线传输至后端处理器。

目前，每个检测器阵列通常包括多排检测器，一方面可以在一个旋转周期内同时采集多个断层的原始数据，从而保证了重建的断层图像的成像连续性，对心脏等运动物体进行检查时能够有效地避免运动伪影；另一方面还提高了数据采集速度从而减少检查时间，减少对人体的辐射。

然而，这种多排检测器阵列会使得前端处理器与后端处理器之间的传输线上的传输速率较高。例如，目前检测器阵列通常能够达到256排或者512排检测器，每排有16个通道，每个前端处理器与后端处理器之间的传输线上的传输速率能够达到800兆位/秒。较高的传输速率对传输线的传输带宽提出了很高的要求，传输带宽的裕量程度直接影响了ct设备的可靠性。并且，由于前端处理器与后端处理器之间的传输线可以包括电缆，在电缆的两端由连接器提供电连接，而电缆和连接器之间的阻抗差异会造成传输数据的反射，导致传输线的传输带宽被限制。

为了满足传输线的传输带宽要求，一种方式是采用传输带宽要求较高的高频电缆作为传输线，然而这种方式需要保证电缆和连接器之间的阻抗基本一致，每个前端处理器和后端处理器都需要采用一组独立的高频电缆，不仅占用宝贵的布线空间，而且增加了成本。另一种方式是增加传输线的数量，然而这就需要前端处理器和后端处理器具有更多的输入/输出管脚，导致成本较高，例如包括45个前端处理器时，每个前端处理器和后端处理器之间都增加一组差分信号线，就需要后端处理器增加90个输入/输出管脚，这对于后端处理器来说不仅造成较高的管脚开销，甚至需要多个处理芯片来满足这种管脚的要求。

本发明实施例解决的技术问题在于提供一种数据采集方法及装置，以实现利用ct设备采集原始数据时，能够满足前端处理器和后端处理器之间的传输带宽的要求，减少占用的布线空间，并且降低成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

请参阅图2，本发明实施例提供了数据采集方法的一种方法实施例。

本实施例用于数据采集装置中，所述数据采集装置位于ct设备中，具体包括：至少一个检测器阵列、至少一个模数转换器、至少一个前端处理器和一个后端处理器。

例如图3示出了数据采集装置的一种具体结构，包括n个检测器阵列：检测器阵列311、检测器阵列312、检测器阵列313、…、检测器阵列31n，n个模数转换器：模数转换器321、模数转换器322、模数转换器323、…、模数转换器32n，n个前端处理器：前端处理器331、前端处理器332、前端处理器333、…、前端处理器33n，以及一个后端处理器34，n大于1。其中，n个检测器阵列、n个模数转换器和n个前端处理器一一对应设置，例如，检测器阵列311、模数转换器321和前端处理器331对应设置，也就是说检测器阵列311与模数转换器321相连，模数转换器321与前端处理器331相连。每个前端处理器和后端处理器34之间都独立设置一组用于传输数据的传输线。

本实施例的所述方法包括：

s201:检测器阵列将穿透扫描对象的扫描射线转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出至模数转换器。

当球管射出成锥形的x射线等扫描射线后，扫描射线穿透人体等扫描对象，被每个检测器阵列所接收，每个检测器阵列将接收的扫描射线转换成模拟信号并输出至模数转换器进行模数转换。

其中，数据采集装置包括n个检测器阵列时，n个检测器阵列中的每个检测器阵列分别将接收到的扫描射线转换成模拟信号，并将模拟信号输出至与该检测器阵列对应设置的模数转换器，n大于1。例如图3中，检测器阵列311将转换成的模拟信号输出至与检测器阵列311相连的模数转换器321。

s202:模数转换器对所述模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将所述原始数据输出至前端处理器。

模数转换器对模拟信号进行模数转换后能够获得数字信号，该数字信号即生成的原始数据。

其中，数据采集装置包括n个模数转换器时，n个模数转换器中的每个模数转换器分别对接收到的模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将生成的原始数据输出至与该模数转换器对应设置的前端处理器，n大于1。例如图3中，模数转换器321将生成的原始数据输出至与模数转换器321相连的前端处理器331。

s203:前端处理器对所述原始数据进行对数压缩，并通过传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。

在本发明实施例中，所述后端处理器接收到对数压缩的原始数据之后，可以将所述对数压缩的原始数据输出至计算机进行图像重建，获得重建的断层图像。

数据采集装置包括n个前端处理器时，n个前端处理器中的每个前端处理器分别对接收到的原始数据进行对数压缩，并通过与后端处理器之间的传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。例如图3中，前端处理器331对接收到的原始数据进行对数压缩，并通过前端处理器331与后端处理器34之间的传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器34。其中，后端处理器可以同步接收并锁存n个前端处理器传输的对数压缩的原始数据。

其中，对数压缩指的是利用对数函数，对原始数据进行取对数处理。实际上，对数压缩是对图像重建所需数据进行数据采集时，所必不可少的数据处理操作，通常由后端处理器执行。而本发明实施例中，由前端处理器执行对数压缩后再进行数据传输，不仅没有增加新的数据处理操作，而且能够较大程度地减少了前端处理器与后端处理器之间传输的数据量，从而减少了前端处理器与后端处理器之间的传输线上的传输速率。举例说明，假设对数压缩之前每组原始数据的数据量为24位，传输速率为800兆位/秒，经过对数压缩后原始数据的数据量减少为16位，单位时间内传输的数据量减少了1/3，因此传输速率也降低至不到600兆位/秒。

通过上述技术方案可知，本发明实施例中，前端处理器不再将原始数据直接传输至后端处理器，而是由前端处理器对原始数据进行对数压缩之后再传输至后端处理器，由于对数压缩是对图像重建所需数据进行数据采集时，所必不可少的数据处理操作，因此本发明实施例不仅没有增加新的数据处理操作，而且能够减少了前端处理器与后端处理器之间的传输线上的传输速率，从而降低了对传输带宽的要求，因此本发明实施例无需传输带宽要求较高的高频电缆的同时也无需增加传输线的数量，从而不仅减少占用的布线空间，并且降低成本。而且，对于后端处理器来说，由于与前端处理器之间的传输速率降低，能够更加有利于降低后端处理器的设计复杂度。

在本发明实施例中，由于端口的出口方向、硬件的物理位置等原因，可能会导致前端处理器和后端处理器之间连接困难。因此为了实现方便配接，前端处理器可以通过多根柔性电缆或者含柔性部分的电路板，将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。

在本发明实施例中，前端处理器和后端处理器均可以通过现场可编程门阵列(英文：field－programmablegatearray，简称：fpga)实现。下面通过一个具体实施例加以说明。

请参阅图4，本发明实施例提供了数据采集方法的另一种方法实施例。本实施例可以用于如图5所示的数据采集装置中。其中，该数据采集装置位于ct设备中，具体可以位于ct设备中可环绕旋转的治疗主机中。该数据采集装置包括n个检测器阵列：检测器阵列511、检测器阵列512、检测器阵列513、…、检测器阵列51n，与n个检测器阵列对应设置的n个数据采集系统das电路：das电路521、das电路522、das电路523、…、das电路52n，和一个后端处理器53，n大于1。每个das电路包括一个模数(ad)转换器和一个fpga，后端处理器53包括fpga531和时钟发生器532。每个das电路中的ad转换器分别与对应的检测器阵列相连，每个das电路中的fpga和fpga531之间都独立设置一组用于传输数据的传输线。

本实施例的所述方法包括：

s401:每个检测器阵列分别将穿透过扫描对象的扫描射线转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出至与该检测器阵列对应设置的das电路中的ad转换器。

在本发明实施例中，可以通过球管射出成锥形的x射线等扫描射线后，扫描射线穿透人体等扫描对象，被每个检测器阵列所接收。每个检测器阵列可以包括多排检测器，例如包括256排或者512排检测器，每排有16个通道。

具体地，检测器阵列511将检测器阵列511接收到的扫描射线转换成模拟信号，并将该模拟信号输出至das电路521中的ad转换器，检测器阵列512将检测器阵列512接收到的扫描射线转换成模拟信号，并将该模拟信号输出至das电路522中的ad转换器,…，依次类推。

s402：每个das电路中的ad转换器分别对接收到的模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将生成的原始数据分别输出至该das电路中的fpga。

具体地，das电路521中的ad转换器对接收到的模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将生成的原始数据输出至该das电路521中的fpga，das电路522中的ad转换器对接收到的模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将生成的原始数据输出至该das电路522中的fpga,…，依次类推。

s403:每个das电路中的fpga对接收到的原始数据进行对数压缩，并通过与fpga531之间的传输线将对数压缩的原始数据传输至fpga531。

具体地，das电路521中的fpga对接收到的原始数据进行对数压缩，并通过das电路521与fpga531之间独立设置的传输线将经对数压缩的原始数据传输至fpga531，das电路522中的fpga对接收到的原始数据进行对数压缩，并通过das电路522与fpga531之间独立设置的传输线将经对数压缩的原始数据传输至fpga531，…，依次类推。

其中，每个das电路中的fpga可以为具有存储器的fpga，并且在fpga的存储器中存储有对数表，每个das电路中的fpga可以通过查询存储的对数表，对接收到的原始数据进行对数压缩。

s404：fpga531同步接收并锁存n个das电路中的fpga分别传输的经对数压缩的原始数据。

其中，fpga531可以利用时钟发生器532提供的时钟信号，在时钟信号的边沿处锁存接收到的对数压缩的原始数据。在锁存对数压缩的原始数据之后，fpga531还可以将锁存的数据传输至计算机进行图像重建，以获得重建的断层图像。

本发明实施例中，由于每个das电路中的fpga执行的操作相同，因此为了避免对多个fpga分别进行设计，降低电路设计复杂度，可以使得每个das电路中的fpga所设置的配置方程相同。

在本实施例中，为了保证能够正确接收多个das电路分别发送的对数压缩的原始数据，在时钟信号的边沿处所有数据都必须处于稳定状态。如果传输速率较高，则对das电路与后端处理器之间的传输线的布线长度，布线规律一致性，以及后端处理器的电路制作工艺都提出了较高的要求。而本发明实施例中，由多个das电路中的fpga分别进行对数压缩，降低了das电路与后端处理器的传输带宽。举例说明，假设对数压缩之前每组原始数据的数据量为24位，传输速率为800兆位/秒，经过对数压缩后数据量减少为16位，单位时间内传输的数据量减少了1/3，因此传输速率也降低至不到600兆位/秒，从而无需使用800兆位/秒的带宽要求的高频电缆作为传输线，而只需使用能够满足600兆位/秒的带宽要求的高频电缆，从而不仅减少占用的布线空间，并且降低了成本。

对应上述方法实施例，本发明实施例还提供了对应的装置实施例，下面具体说明。

本发明实施例提供了一种数据采集装置，包括：检测器阵列、模数转换器、前端处理器和后端处理器，所述前端处理器和所述后端处理器之间通过传输线连接。

所述检测器阵列，用于将穿透扫描对象的扫描射线转换成模拟信号，并将所述模拟信号输出至模数转换器；

所述模数转换器，用于对所述模拟信号进行模数转换以生成原始数据，并将所述原始数据输出至前端处理器；

所述前端处理器，用于对所述原始数据进行对数压缩，并通过传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。

例如图3示出了数据采集装置的一种具体结构，包括n个检测器阵列：检测器阵列311、检测器阵列312、检测器阵列313、…、检测器阵列31n，n个模数转换器：模数转换器321、模数转换器322、模数转换器323、…、模数转换器32n，n个前端处理器：前端处理器331、前端处理器332、前端处理器333、…、前端处理器33n，以及一个后端处理器34，n大于1。其中，n个检测器阵列、n个模数转换器和n个前端处理器一一对应设置，例如，检测器阵列311、模数转换器321和前端处理器331对应设置，也就是说检测器阵列311与模数转换器321相连，模数转换器321与前端处理器331相连。每个前端处理器和后端处理器34之间都独立设置一组用于传输数据的传输线。

可选的，所述前端处理器包括具有存储器的现场可编程门阵列fpga，所述存储器中存储有对数表；

所述fpga用于通过查询存储的所述对数表，对所述原始数据进行对数压缩。

可选的，所述数据采集装置包括：n个检测器阵列、与n个检测器阵列对应设置的n个数据采集系统das电路和一个后端处理器；每个das电路包括模数转换器和前端处理器，n大于1；所述后端处理器，用于同步接收并锁存所述n个das电路中的前端处理器传输的对数压缩的原始数据。

可选的，所述前端处理器中包括现场可编程门阵列fpga，各个前端处理器中的fpga的配置方程相同。

可选的，通过传输线将对数压缩的原始数据传输至后端处理器时，所述前端处理器具体用于，通过多根柔性电缆或者含柔性部分的电路板，将对数压缩的原始数据传输至后端处理器。

可选的，所述后端处理器，用于将所述对数压缩的原始数据，输出至计算机进行图像重建。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的数据采集装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如多个组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各个组件可以集成在一个系统中，也可以是各个组件单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个系统中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read转换器-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。