CT中的多通道数据采集系统

　　自1967年Godfrey N. Hounsfield发明了第一台CT(Computer Tomography)设备开始,CT广泛应用于各种领域,例如医学(组织器官、生理代谢过程成像)、药学(药效检测、新药开发)、材料学(新材料的开发)、工业(各种器件的质检和探伤)、安检(发现的危险品和爆炸物)等[1]。计算机断层扫描装置成像方法如图1所示,通过测量透过被检测物(或人)后射线的强度,经一定的计算方法,获得物体的断层图像和物体空间密度的分布,从而达到对物体(或人)检测的目的。

　　随着探测器、加速器、锥形束CT解析算法、射线源和高速计算机的不断发展,计算机断层扫描成像技术也得到了长足的进步。扫描方式也从第一代笔束射线源平移/旋转方式(T/R)发展到了目前广泛应用的多层螺旋(Multi-slice CT)扫描方式,在多层螺旋扫描方式下,探测器在Z轴方向上是由多排探测器组成的探测器阵列,如图2所示。这样X射线管旋转一周就能获得更多的层面,实现所谓的容积扫描(Volume Scan)。

　　随着Z轴探测器层数的增加,也就是探测器数目的增加,需要找到一种更合适的多通道数据采集系统(Data Acquisition System,DAS)来满足其需求。针对以上问题,本文主要介绍了一种基于FPGA作为控制器的微电流检测、多通道数据采集系统的实现方法。

　　1　数据采集系统总体方案

　　本文介绍的数据采集系统主要由信号探测层、数据采集层与数据传输层构成[2],如图3所示。

　　X射线穿过物体(或人)后,经探测器阵列将其转化为微弱的电流信号,信号探测层对信号进行放大与模数(A/D)转换,本系统设计的信号探测层由多块信号探测模块组成,每块信号探测模块负责采集探测器阵列中的一部分信号;与信号探测层相连的是数据采集层,它也由多块FPGA采集板构成,主要实现数据采集的时逻辑和时序控制,同时将采集到的数据缓冲在FPGA的RAM块中,再将数据发送到传输模块,最后由传输层将数据传输到上位机进行图像的三维重建。

　　2　信号探测层

　　X射线探测器(Detectors)是一种将X射线能量转换为可供记录的电信号的装置。它接收到射线照射,然后产生与辐射强度成正比的电信号[3]。本文涉及的阵列探测器为固体探测器,输出电流在10-13~10-9A量级,为了保证图像的分辨率,需要将电流量化为20bit的数字信号,再加上CT的图像重建算法对数据的信噪比提出了非常高的要求,因此我们选用TI公司的DDC232[4]芯片来完成前置放大与模数转换,该芯片是一块具有32通道的电流输入模数(A/D)转换芯片,主要具备以下特点:直接测量微小电流、高集成度、低噪声(满量程5.3ppm)、优良的积分线性、量程可选择、方便级联。