計算x線斷層照相系統中的投射數據的壓縮和存儲的製作方法

2023-12-03 21:36:41 2

專利名稱：計算x線斷層照相系統中的投射數據的壓縮和存儲的製作方法
計算χ線斷層照相系統中的投射數據的壓縮和存儲
背景技術：
本發明涉及在計算X線斷層照相(computed tomography, CT)系統的可旋轉部分中壓縮並存儲投射數據，用於稍後通過滑動環(slip ring)接口傳送給靜止部分以進行圖
像重構。在CT成像系統中，對對象的多個χ射線照相視圖產生多組投射數據。投射數據的每行表示該對象的內部結構的密度值在某個面或切片內的積分。從多組投射數據中，CT成像系統產生對象的內部結構的二維OD)剖面圖像和三維(3D)圖像。這些圖像是通過對多組投射數據應用公知的圖像重構算法來獲得的。從多組投射數據來重構剖面圖像或三維圖像的技術被泛稱為「X線斷層照相術」。使用基於可編程處理器的設備來執行該圖像重構被泛稱為計算(計算機化的或計算機輔助的)X線斷層照相術。在某個典型應用中，χ射線輻射源將χ射線穿過對象投射到χ射線傳感器(或檢測器)陣列上。χ射線傳感器的輸出被數位化以形成一組投射數據。根據檢測器陣列的幾何形狀，該組投射數據可以是一維的或二維的。對象、χ射線源和χ射線傳感器陣列中一個或多個之間的相對移動提供多個具有不同透視的視圖。穿過對象的切片圖像或剖面圖像可以通過使用對多個視圖的數學變換來近似。在某些應用中，剖面圖像可以被組合以形成對象的3D圖像，該對象的3D圖像可能無法用另外的方式觀察得到。χ射線CT的一種公知的應用是用於對人體進行非介入性成像的醫學CT掃描器。 在醫學CT掃描器中，通過使用託臺來旋轉X射線源和檢測器陣列以及穿過滑動環傳送投射數據，獲得多個視圖。通常，現代CT掃描器(如2008年的CT掃描器)對好幾萬個在從1 千採樣/秒(ksamp/sec)到10千採樣/秒(ksamp/sec)範圍內的χ射線傳感器輸出進行數位化，其中每個數字採樣具有每採樣16到M比特，結果穿過滑動環產生每秒若干吉比特的總數據傳送帶寬。在圖像重構之前，投射數據還必須被實時地存儲或緩存。通常，圖像重構過程較數據獲取過程要慢10到20倍，由此產生對存儲的需求。典型的存儲子系統包括獨立磁碟冗餘陣列(RAID)驅動。隨著穿過滑動環的數據傳送速率增加，RAID子系統的存儲容量和吞吐量也必須增加。隨著業界努力實現增大的空間解析度和時間解析度以及動態範圍，數據傳送和數據存儲子系統的帶寬需求已經超過10(ibpS。當前，存儲子系統的成本可能成為醫學CT系統的材料成本計費中的重要部分，高達40%。χ射線CT的另一應用是工業產品的自動化檢查。例如，從χ射線投射數據重構出的剖面圖像被用於工業產品的質量控制檢查系統中，所述工業產品包括諸如印刷電路板之類的電子設備。X線斷層照相術可以用於重構被研究的對象的一個或多個面或剖面的圖像， 以便評價對象的質量。X射線CT系統獲取關於感興趣的對象的位於各種位置和視圖的多組投射數據。工業檢查系統的系統架構不同於醫學CT掃描器。然而，像醫學CT系統一樣，大量投射數據需要數據傳送和存儲。對於自動檢查系統，被測對象的更高吞吐量是理想的，因為它降低被測試的產品的成本。更高的吞吐量增加了對數據傳送和數據存儲的帶寬需求。 使用CT掃描技術的自動檢查的另一例子是自動行李篩選系統。CT系統的數據獲取子系統所獲得的大量投射數據給用於數據傳送和數據存儲的系統資源造成了負擔。數據傳送帶寬的限制延遲了投射數據在重構和顯示被掃描的對象的圖像方面的可用性。在數據傳送之前壓縮投射數據並且隨後在圖像重構之前解壓縮降低了用於數據傳送和存儲的系統資源上的負擔。壓縮的好處包括降低數據獲取和圖像顯示之間的反應時間，增加通過具有有限帶寬的通信通道傳送的數據量，以及提供已壓縮投射數據用於存儲和在網絡上傳送，供以後訪問和圖像重構。因為壓縮允許系統資源容納更多的投射數據，所以圖像解析度可以被改善和/或對象的更大區域可以被掃描。壓縮還能夠實現增大的視圖獲取速率，其有助於對諸如跳動的人類心臟之類的動態改變的對象進行成像。 實現壓縮操作的計算資源的可用性也是CT系統中的一個限制。理想的是壓縮操作具有低的計算複雜度並且可以實時操作，以使對計算資源的影響達到最小。在計算X線斷層照相術中，存在圖像相關的數據的兩個域，即Radon變換域和空間域。投射數據或竇腔X線照相(Sinogram)數據是在Radon變換域中，也被稱為投射域或竇腔χ線照相域。在投射數據是針對對象的一個切片獲得的或者是從χ射線傳感器的線性陣列中產生的情形中，投射數據可以是2D的。在投射數據是針對對象的不止一個切片獲得的或者是從χ射線傳感器的二維陣列中產生的情形下，投射數據可以是3D。從投射數據重構出的2D剖面圖像是在2D空間域中。從多個剖面圖像重構出的三維圖像是在3D空間域中。 Radon變換是一種數學變換，其是Radon變換域中的投射數據與從投射數據重構出的空間域圖像之間的關係的基礎。因為投射數據與重構圖像之間的數學關係的原因，向Radon變換域中的投射數據應用壓縮算法與向空間域中的重構圖像應用相同的算法不會產生相同的結果。圖像壓縮技術，例如基於聯合圖像專家組(JPEG)所開發的標準的JPEG圖像壓縮，通常被應用到空間域圖像數據，例如照相圖像。空間域圖像壓縮技術在計算X線斷層照相術中還被應用到重構圖像，以便進行空間域圖像的高效圖像存儲或傳輸。在空間域圖像中獲得額外壓縮的方法是識別圖像中的感興趣區域並對感興趣的區域應用無損壓縮而對感興趣的區域之外的區域應用有損壓縮。在2004年的SPIE會議論文集的Vol. 5371， pp. 160-169 的，標題為『。egmentation-based CT Image Compression」的文章以及在 IEEE 2004圖像處理國際會議中由Hashimoto等人的標題為「CT Image compression with Level of Interest"的會議論文中描述了這種方法的例子。對於投射域或竇腔X線照相域，在空間域中重構圖像之前應用對投射數據的壓縮和解壓縮。壓縮投射數據的某些方法在投射域中應用JPEG圖像壓縮方法。在2008年 2 月 5 日頒發給 Bae 等人的標題為『『Method and Apparatus for Compressing Computed Tomography Raw Projection Data」的美國專利7，327，866中描述了這種方法的例子。這種方法對投射數據應用無損和有損壓縮。在2003年10月14日公布的標題為「X-Ray CT Apparatus,System and Projection Data Compressing/Restoring Method，，的Nishide等人的未審專利公開號為2003-290216 (Ρ2003490216Α)的日本公開專利申請中描述了壓縮落入正被掃描的對象的邊界內的投射數據的方法。這種方法將投射數據分成空氣信息區域 (其中χ射線已經穿過空白的區域)和主體信息區域(其中χ射線已經穿過對象或病人)。 不同的壓縮方法被應用到空氣信息區域和主體信息區域，或者空氣信息區域可以被刪除。一種用於減輕對數據傳送資源的負擔的途徑是將投射數據存儲在CT系統的可旋轉部分，之後通過滑動環接口傳送到靜止部分。Shikita等人在1991年1月1日授予的標題為 「X-Ray CT Scanner Apparatus」 的美國專利 4，982，415 (第 『415 專利)中描述了一個例子。Shihta描述在針對一次掃描的旋轉期間將投射數據採樣存儲在可旋轉部分上的緩存器中。當在休息期間可旋轉部分被停止時，傳輸單元通過滑動環將投射數據從緩存器傳送到靜止部分。Popescu ^t 2007 ^ 8 ^ 7 Hg^WfeH^ "Multi-slice Computer Tomography System with Data Transfer System with Reduced Transfer Bandwidth，，的美國專利 7，254，210(第『210專利)中描述了另一個例子。在第『210專利中描述的CT掃描協議在掃描期間通過滑動環傳送一部分投射數據，並將剩餘部分存儲在可旋轉部分上。可旋轉部分上的存儲單元包括快速緩存器存儲設備和永久存儲設備。數據管理單元確定投射數據的哪部分將通過滑動環實時地傳送，並且將剩餘投射數據導向存儲單元。剩餘的投射數據在掃描期間進行存儲，並且稍後在掃描暫停期間進行傳送。Kanda在1996年2月4日公開的申請號為06-246715、公開號為JP08-084725的日本專利申請中描述了另一例子。Kanda描述了在可旋轉部分上的存儲器中存儲一次或多次掃描。控制器可以命令從存儲器到圖像重構處理器的投射數據傳輸。在『415專禾I』、『210專利以及『725申請中描述的架構利用投射數據獲取中的間隙來用較低速率通過滑動環傳送投射數據。它們沒有描述在存儲在滑動環上之前對投射進行壓縮。存儲未壓縮投射數據的缺點是需要存儲設備具有更大的存儲容量和更大的訪問帶寬。存儲針對一次或多次掃描的未壓縮投射所需的存儲設備的數量使有限的空間和可用功率更為緊張，增加了滑動環的可旋轉部分上的存儲設備的成本。同樣，這些架構沒有解決在傳輸到靜止部分之後和在圖像重構之前存儲投射數據所需的存儲容量。在 1997 年 9 月 25 日授予的標題為"Rotating Data Transmission Device for Multiple Channels」的美國專利7，274，765 (第『765專利)中，Krrnnme等人描述了可旋轉部分上的傳輸控制器，其先對投射數據進行壓縮，再將其轉換到串行數據以供通過滑動環接口進行傳送。靜止部分中的接收控制器對已壓縮的投射數據進行解壓縮。第『765專利沒有描述這樣一種存儲設備，其用於將已壓縮的數據存儲在可旋轉部分上，供稍後傳輸給靜止部分以進行圖像重構。2007ipl2 月 3的、t示！！々「Compression and Decompression of Computed Tomography Data"的、共同擁有並共同未決的、序列號為No. 11/949670的美國專利申請 (第『670申請)，描述了用於在通過滑動環進行傳輸之前壓縮投射數據以及在圖像重構之前解壓縮已壓縮的投射數據的技術。第『670申請講述了將投射數據採樣基於它們的重要性分類成子集。應用到這些子集的壓縮操作取決於投射數據採樣的重要性。2008年9月11 日提交的、標題為 「Adaptive Compression of Computed Tomography Projection Data，， 的、申請號為No. 12/208839的、共同擁有並共同未決的美國專利申請(第『839申請)，描述了適合於衰減投射數據採樣以獲取期望的壓縮比，使得已壓縮的數據可以按恆定速率通過滑動環接口進行傳送的技術。2008年9月11日提交的、標題為「Edge Detection for Computed Tomography Projection Data Compression，，、申請號為 No. 12/208835 的、共同擁有並共同未決的美國專利申請，描述了使用導數來確定投射數據中的邊界以及壓縮邊界之間的數據。這些申請描述了實時的計算效率高的壓縮算法，其可以降低通過滑動環接口的數據傳送帶寬需求。
在本申請中，應用到壓縮的「實時」意指數位訊號以至少與數位訊號的採樣速率一樣快的速率進行壓縮。屬性「實時」還描述用於處理、傳送和存儲數位訊號的速率，其是與原始信號獲取速率或採樣速率相比而言。採樣速率是在模擬信號的轉換期間模數轉換器 (ADC)形成數位訊號採樣的速率。未壓縮的採樣的或數字的信號的比特速率是每採樣的比特數目乘以採樣速率。壓縮比是原始信號採樣的比特速率與已壓縮的採樣的比特速率的比值。針對本申請，實時是指ADC從χ射線傳感器的輸出信號形成投射數據的數字採樣的速率。本說明書涉及無損和有損壓縮。在無損壓縮中，解壓縮採樣具有與原始採樣相同的值。如果無損壓縮在已壓縮的採樣的比特速率方面沒有給出足夠降低，則對於提供對比特速率的充分降低，有損壓縮是必須的。在有損壓縮中，解壓縮採樣類似於原始採樣但不等同於原始採樣。有損壓縮在已壓縮的採樣的比特速率與解壓縮採樣中的失真之間進行折發。

發明內容
考慮上述傳統問題做出了本發明的實施例。本發明的一個目標是提供一種壓縮投射數據並將已壓縮投射數據存儲在計算χ線斷層照相系統的可旋轉部分中的方法。計算χ 線斷層照相系統包括靜止部分、安裝成用於圍繞待檢查的對象進行旋轉的可旋轉部分以及在靜止部分與可旋轉部分之間的接口，該可旋轉部分包括用以檢測穿過對象的輻射的傳感器陣列，該傳感器陣列產生多組投射數據，其中每組投射數據包括在數據獲取周期期間針對相應視圖所獲取的採樣陣列。該方法包括(a)壓縮每組投射數據的採樣以形成已壓縮採樣，其中每組投射數據的所述已壓縮採樣被排放在至少一個已壓縮分組中，其中每個已壓縮分組包含所述投射數據的相應部分的已壓縮採樣；(b)將所述多組投射數據的多個已壓縮分組存儲在連接到可旋轉部分並與之一起旋轉的存儲設備中，其中所述每個已壓縮分組被存儲在所述存儲設備中的相應位置，其在可控的時間段期間可以基於分組位置參數被訪問；(c)響應於數據訪問命令，根據所述分組位置參數，從所述存儲設備中的相應位置取回至少一個已壓縮分組；(d)通過所述接口的通信通道，以某個數據傳送速率將從所述存儲設備取回出的已壓縮分組傳送給所述靜止部分上的接收器；(e)對接收到的已壓縮分組的已壓縮採樣進行解壓縮，以形成所述投射數據的相應部分的解壓縮採樣；以及(f)提供所述解壓縮採樣給圖像重構處理器以便後續重構出所述對象的圖像。本發明的另一目標是提供一種用於壓縮投射數據並將已壓縮投射數據存儲在計算X線斷層照相系統中的可旋轉部中的裝置。該計算X線斷層照相系統包括靜止部分、安裝成用於圍繞待檢查的對象進行旋轉的可旋轉部分、以及在靜止部分與可旋轉部分之間的接口，該可旋轉部分包括用以檢測穿過對象的輻射的傳感器陣列，該傳感器陣列產生對應於多個視圖的多組投射數據，其中每組投射數據包括在數據獲取周期期間針對相應視圖所獲取的採樣陣列。該裝置包括
壓縮器，其位於所述可旋轉部分上，耦合成從所述傳感器陣列接收所述投射數據的採樣並形成已壓縮採樣，其中每組投射數據的所述已壓縮採樣被排放在至少一個已壓縮分組中，其中每個已壓縮分組包含所述投射數據的相應部分的已壓縮採樣；存儲設備，其位於所述可旋轉部分上，並被耦合到所述壓縮器，其中在可控制的時間段期間存儲所述多組投射數據的多個已壓縮分組，其中所述每個已壓縮分組被存儲在所述存儲設備中的相應位置，其可基於分組位置參數進行訪問，所述存儲設備響應於數據訪問命令，根據所述分組位置參數取回其中所存儲的至少一個已壓縮分組；發射器，其被耦合到所述存儲設備以通過所述接口的通信通道將從所述存儲設備取回的已壓縮分組傳送到所述靜止部分；接收器，其位於所述靜止部分上，並被耦合成從所述接口的通信通道接收所述已壓縮分組；以及解壓縮器，其被耦合在所述接收器與圖像重構處理器之間，所述解壓縮器對所述接收的已壓縮分組的已壓縮採樣進行解壓縮，以形成所述投射數據的相應部分的解壓縮採樣，並將所述解壓縮採樣提供給所述圖像重構處理器以便後續重構所述對象的圖像。本發明的優點是有效地將已壓縮投射數據存儲在滑動環的可旋轉部分上的存儲設備裡。另一優點是根據針對可旋轉部分上的存儲設備的工業標準協議，容易訪問已存儲的已壓縮投射數據。另一優點是能夠根據需要從可旋轉部分上的存儲設備中取回已壓縮投射數據以進行圖像重構。另一優點是降低通過滑動環接口之後用於存儲已壓縮投射數據的靜止存儲子系統的容量和成本。


圖Ia是表示根據現有技術在醫學CT成像系統中用於CT掃描數據獲取的基本配置的圖示。圖Ib示出根據現有技術的由從一行傳感器輸出的投射數據形成的信號的例子。圖2是根據現有技術的包括安裝在靜止部分內的可旋轉部分的醫學CT系統的簡化示圖。圖3示出根據優選實施例在可旋轉部分上包括壓縮和存儲的CT系統的例子。圖4是可旋轉部分上的處理器的優選實施例的框圖。圖fe示出由函數g(x) = 2-y(J)給出的衰減分布的指數函數y(j)的例子。圖恥示出由函數g(x) =2_ )給出的衰減分布的指數函數y(j)的另一例子。圖6是包括差分運算器(operator)的用於投射數據的壓縮器的框圖。圖7示出對應於不同組的投射數據的已衰減採樣的兩個陣列的例子。圖8是示出用於控制每個已壓縮採樣的平均比特數的各種元件的相互作用的框圖。圖9是導數型邊緣檢測器的框圖。圖10給出單次掃描的數據訪問信息的例子，針對單次掃描的已壓縮分組大小可以變化。圖11示出用於已壓縮分組形成數據傳輸分組的備用映射方案。圖12是解壓縮器的優選實施例的框圖。圖13給出優選實施例所支持的用於數據取回的不同過程的若干例子。圖14是根據一個優選的實施例在CT系統中的可旋轉部分上實現壓縮和存儲的框圖。圖15是根據一個優選的實施例在CT系統中的可旋轉部分上實現壓縮和存儲的備選實現的框圖。
具體實施例方式本發明涉及在計算X線斷層照相(CT)系統的可旋轉部分中壓縮和存儲投射數據， 供稍後通過滑動環通信接口傳送給靜止部分，以及在圖像重構之前進行解壓縮。對投射數據的壓縮和解壓縮是在Radon域(也稱為投射域或竇腔X線照相域)中執行的。對投射數據的壓縮允許實現從CT系統中的數據獲取子系統到存儲子系統和圖像重構處理器的更為高效的數據傳送。稍後在對空間域圖像進行圖像重構之前對已壓縮的投射數據進行解壓縮。壓縮和解壓縮可以被應用到從一幅視圖中產生的一組投射數據或者從多幅視圖中產生的多組投射數據。本發明獨立於圖像重構處理器用以計算空間域圖像所使用的視圖的數目以及從視圖得到的該組投射數據的尺寸。本發明的實施例可被用於壓縮和解壓縮醫學計算X線斷層照相掃描器中的投射數據以生成人體的剖面圖像，以及可被用於壓縮和解壓縮工業計算X線斷層照相系統中的投射數據以檢查被研究的對象。在醫學計算X線斷層照相掃描器中，通過旋轉託臺，將X射線源和檢測器陣列圍繞病人旋轉。在工業計算X線斷層照相系統中，χ射線源與檢測器陣列可能具有有限的移動或保持靜止，而被研究的對象可以平移或旋轉。在χ射線源和檢測器陣列被安裝在可旋轉部分上的兩種應用中，本發明的實施例在通過滑動環的通信通道傳送給託臺系統的靜止部分之前提供對所獲取的投射數據的壓縮和存儲。在通過滑動環傳送之後，在進行圖像重構之前已壓縮投射數據被解壓縮。可選地，已壓縮投射數據可以被外部地存儲，例如被存儲在旋轉的或基於半導體的盤驅動系統中，該系統通過另外的通信通道連接到圖像重構處理器。每個通信通道和存儲接口具有有限帶寬。對投射數據的壓縮降低了對存儲容量、存儲接口帶寬和數據傳送帶寬的需求。降低這些需求通過節省物理傳輸和存儲部件而降低了 X線斷層照相系統的成本。圖Ia是表示在醫學CT成像系統中用於進行CT掃描數據獲取的基本配置的圖示。 對象或病人110被置於平臺120上，平臺120可以在CT成像系統的旋轉託臺(未示出)內來回移動。該託臺包括χ射線源100和數據獲取系統(DAQ 130。DAS 130包括一行或多行 χ射線傳感器和模數變換器(ADC)的矩陣。ADC對來自χ射線傳感器的信號進行數位化以產生其幅度表示χ射線計數或Hoimsfield單元的採樣。本O008) CT系統每個切片或行可以包括大約IOM個χ射線傳感器的矩陣，並且每個視圖多至320個切片。根據系統設計，χ 射線源100生成具有特殊幾何形狀的波束。圖1中所示的例子具有扇形波束的幾何形狀。 對χ射線的衰減程度取決於它的路徑。在圖Ia中，射線140a和140e是未被衰減的，因為它們穿過空氣。射線140c被衰減，因為當它穿過對象110時它被部分吸收。射線140b和140d穿過對象110的邊界，因此它們的衰減將比射線140c少。χ射線傳感器陣列測量接收到的χ射線以形成用於ADC的信號。CT掃描器的χ射線傳感器需要多個幅度級別的動態範圍來捕獲來自χ射線源100的衰減的和未衰減的χ射線信號的範圍。當前Q008)CT掃描器的χ射線傳感器使用這樣的ADC，該ADC使用每個採樣16到M比特來對χ射線傳感器輸出進行採樣。對於每個採樣16比特，最大(未衰減的)χ射線計數是216或65，536。對於每個採樣M比特，最大χ射線計數是2"或16，777，216個。針對每個視角增量，DAS 130 產生一組投射數據。該組投射數據包括採樣陣列，其中該陣列中的一行採樣或掃描行對應於χ射線穿過對象110的一個切片的測量。當託臺圍繞病人旋轉，多組投射數據被捕獲並且穿過滑動環傳送到外部計算機或處理器(未在圖Ia中示出)。處理器對所述多組投射數據組應用圖像重構算法以形成圖像。根據掃描協議，圖像重構算法可以產生被掃描對象的二維剖面圖像或三維圖像。重構的圖像接著被顯示以供分析。χ射線源波束的特殊幾何形狀、檢測器的幾何形狀、DAS 130的配置或掃描協議不限制本發明的應用。圖Ib說明由從DAS 130的一行傳感器輸出的投射數據所形成的信號150的例子。 區域150a和150e對應於未衰減的射線140a和140e並具有最大的χ射線計數。由150b 和150d所指示的區域是過渡區域，其表示在邊界處檢測的射線140b和140d。由150c所指示的區域對應於已經穿過對象110的並且因此具有基本上更低的χ射線計數的衰減的射線140c。在用的CT系統通常包括傳感器矩陣，其比被掃描的對象更寬，因此諸如區域150a 和150e之類的、具有未衰減的χ射線的區域通常出現在投射數據中。在重構的圖像中，這些「空白」區域對應於在重構的圖像之外的區域。CT圖像重構算法通常不使用來自於空白區域150a和150e的投射數據。對於圖Ib的例子，對應於空白空間的投射數據比對應於穿過對象的射線的投射數據具有更高的值。在某些CT系統中，預處理產生投射數據，其中對應於空白空間的採樣具有比對應於對象的採樣低的值。對於該描述，假設採樣的索引從左往右遞增。然而，表示採樣坐標的習慣不限制本發明的範圍。圖2是包括安裝在靜止部分520內的可旋轉部分510的醫學CT系統的簡化示圖。 可旋轉部分510支撐χ射線源和DAS 130繞著被成像對象110移動，以針對每個視角生成一組投射數據。根據陣列尺寸、掃描協議和ADC解析度，DAS 130可以以每秒數百兆字節 (MBps)或更高的速率生成投射數據。如下面所描述，發射器540通過滑動環530將投射數據傳送給安裝在靜止部分520中的接收器550。可旋轉控制器542被安置在可旋轉部分10 上並與之一起旋轉。靜止控制器552被安置在靜止部分520上。可旋轉控制器542和靜止控制器552控制數據傳送操作，諸如數據組裝和組幀。接收到的投射數據被存儲在諸如包括一個或多個盤驅動562的RAID系統之類的存儲子系統560中。計算機570包括圖像重構處理器572用以從投射數據計算重構圖像。計算機570還包括數據訪問控制器574以從存儲子系統560中取回重構圖像所需要的投射數據。針對CT掃描的投射數據文件通常被格式化成以下格式，其具有掃描頭部，在掃描頭部之後跟著每個掃描視圖的投射數據組的採樣。 給定掃描的多個視圖將產生具有相同尺寸的投射數據組。針對一次掃描的投射數據組可以進行三維建模，其中二維投射數據陣列代表二維而視角或它的時間描繪代表第三維。數據訪問控制器574通過使用標準協議來管理文件訪問，以從存儲子系統560取回投射數據採樣，所述標準協議可以是諸如用於串行高級技術附件(SATA或串行ΑΤΑ)或串行附屬小型計算機系統接口(SAS或串行SCSI)的協議。通常，SATA和SAS盤驅動接口協議被集成進晶片組或計算機570的主板上。響應於來自數據訪問控制器574的命令，投射數據被從存儲子系統560傳送給圖像重構處理器572，供進行圖像形成和顯示580。在備選實施例中，可旋轉控制器542或靜止控制器552生成針對投射數據的請求。因為圖像重構計算的複雜性，圖像重構處理器572不能像生成投射數據一樣快地處理投射數據。典型的圖像重構處理器572以大約30到50MBps的速率來處理投射數據。 當前，CT系統中的圖像重構速率通常比數據獲取速率低二到二十倍。在每秒數百兆字節的生成投射數據速率與每秒數十兆字節的處理投射數據的速率之間的失配使得必須在圖像重構之前存儲某些或全部投射數據。通過以下例子示出在圖2的CT系統中傳送投射數據的瓶頸。假設DAS 130包括具有以下尺寸的陣列，該陣列具有100行、每行具有1000個傳感器，並且每個採樣具有2位元組。每個視圖生成200千字節(kB)的投射數據。當CT掃描器每秒測量3000個視圖時，DAS 130以每秒600兆字節(MBps)的速率輸出投射採樣。通常，在通過滑動環530傳送投射數據之前，發射器540對投射數據應用8比特/10比特(8B 10B)編碼或4比特/5比特GB 5B)編碼，從而在傳送期間數據的每個字節由10個比特來表示。對於以600MBps生成投射數據的情況，滑動環530必須能夠以至少6(ibpS來進行數據傳送。滑動環是傳送投射數據的第一瓶頸。在靜止部分520，600MBps的投射數據被傳送給存儲子系統560。以至少600MBps的速率訪問存儲子系統560來寫入投射數據是第二瓶頸。計算機270以30MBps的速率來取回進行圖像重構所需的投射數據，該速率比數據獲取速率慢二十倍，從而造成第三瓶頸。傳感器陣列尺寸和每個掃描的視角數的增加將要求更大的數據傳送速率和存儲容量，由此增加了系統的成本。滑動環接口 530的通信通道包括一個或多個物理傳輸通道。物理通道可以提供從可旋轉部分510到靜止部分520的投射數據的電的、光的或RF傳輸。對於光傳輸，諸如雷射二極體之類的電光變換器將表示採樣的電信號轉換成光信號，經由光纖運送給滑動環接口供傳輸。靜止部分520上的光學接收器包括光電二極體以將光信號轉換到表示接收的採樣的電信號。當前，光鏈路提供2.5(ibpS的帶寬。對於滑動環上的電傳輸通道，常常在旋轉部分上的導電帶或導電環緊鄰著靜止部分上的次級導電帶。在一起的兩個導電帶或導電環之間的小空氣間隙上的電容性耦合包括電容性耦合的傳輸通道。每個電容性耦合通道的常見傳輸速率是2到6(ibpS。為了獲得更高的數據速率，多個光學或容性耦合的傳送單元被並行地安置在可旋轉部分和靜止部分上。滑動環接口 530還支持在可旋轉控制器542與靜止控制器552之間傳送控制數據。可旋轉控制器542可以在工作在較低數據速率的並行數據鏈路上傳送控制數據，或者通過將控制數據與高速數據鏈路的投射數據樣進行復用來傳送控制數據。靜止控制器552 可以在並行數據鏈路上將控制數據傳送給可旋轉控制器M2。在第『765專利中描述了用於通過滑動環接口 530傳送控制數據的備選方案。本發明解決了數據傳送瓶頸和存儲容量的問題。圖3示出根據優選實施例的包括可旋轉部分510上的壓縮和存儲的CT系統的例子。壓縮器500壓縮從DAS 130輸出的投射數據採樣以產生由減少的比特數來表示的已壓縮採樣。已壓縮採樣接著被存儲在可旋轉部分510上安裝的存儲設備502上。存儲設備502可以存儲已壓縮採樣直到圖像重構處理器 572需要它們為止。為了取回數據進行圖像重構，數據訪問控制器574發送數據請求給靜止控制器552，靜止控制器552將它們中繼給可旋轉控制器M2。存儲設備502從存儲設備502 中取回相應的已壓縮採樣供傳輸。發射器540通過滑動環接口 530的通信通道將取回的已壓縮採樣傳送給靜止部分520上的接收器550。接收到的已壓縮採樣經過一個接口傳送給計算機570。解壓縮器576對接收到的已壓縮採樣進行解壓縮以產生用於圖像重構處理器 572的已解壓縮投射採樣。可選地，硬碟驅動564可以在通過滑動環接口 530傳送已壓縮採樣之後存儲已壓縮採樣，供以後解壓縮和圖像重構處理，從而支持追溯(retrospective) 重構。在醫學CT中，以後的圖像重構被稱為追溯重構。在備選實施例或操作模式中，可旋轉控制器542從存儲設備502而不是數據訪問控制器574中生成數據請求。可旋轉控制器542清楚存儲在存儲設備502中的已壓縮投射數據的定時(timing)和數量。靜止控制器552和/或數據訪問控制器574對它們沒有直接請求的已壓縮投射數據流進行響應。下面參考圖13，進一步描述了數據請求的定時。取決於掃描協議，數據請求的源可以是可旋轉控制器M2、靜止控制器552或數據訪問控制器 574。某些CT掃描協議受益於由可旋轉控制器542所生成的獲取驅動型數據請求。其他CT 掃描協議受益於由數據訪問控制器574或由靜止控制器552所生成的圖像重構驅動型數據請求。數據訪問控制器574、靜止控制器552和可旋轉控制器542的組合也可以生成數據訪問請求以支持掃描協議。對於給定掃描協議，壓縮減少了表示投射數據的比特數，節省了系統的數據傳送和存儲資源。存儲設備502的容量可以降低，由此節省了可旋轉部分510上的空間和功率。 滑動環接口 530的通信帶寬可以降低。存儲子系統560(圖2、的容量和訪問帶寬可以降低， 從而可以用硬碟驅動564(圖3)替代成本昂貴的RAID系統。所有這些降低帶來CT系統的成本節省的結果。根據期望的存儲容量和讀/寫速度，存儲設備502的優選實施例通過一個或多個固態驅動(SSD)來實現。當前SSD技術提供數十到256吉字節的數據存儲容量和數十到 250MBps的連續讀/寫速度。使用非易失性快閃記憶體的SSD具有用於CT系統的重要優點，包括低功耗和能在掉電期間保持數據的能力。後者對於醫學CT系統尤為重要，在醫學CT系統中患者已經被暴露給輻射。另一優點是SSD服從諸如SATA(串行ΑΤΑ)或SAS(串行附屬 SCSI)之類的存儲設備接口的工業標準。這些標準包括針對連接器和用於軟體實現數據訪問的命令集的物理和電氣規範。SATA協議當前實現在許多商業SSD產品中。它普遍地用在個人計算機(PC)系統中並且最開始是被開發用來改善PC的主板與硬碟驅動之間的數據傳送。SATA命令協議是基於固定數目通常是512位元組的數據字節的尋址扇區或塊的。SATA協議將一個或多個SSD的集成簡化為CT系統的可旋轉部分510上的存儲設備502。此外，在靜止部分520與計算機570之間的兼容SATA的數據傳送接口標準化和簡化了對供進行圖像重構的已壓縮投射數據的傳送。另一重要優點是，工業標準協議允許對存儲設備502中的投射數據的訪問對計算機570是透明的。數據訪問控制器574僅僅根據協議發出命令， 就像它正在訪問普通的硬碟驅動一樣。當前或未來可用的集成了工業標準協議的存儲設備 502，極大地簡化了通過滑動環接口 530對已壓縮投射數據的訪問。下面所描述的存儲設備 502的實施例與SATA協議相兼容。然而，存儲設備502的備選實施例可以與SAS協議、另外的工業標準協議或私有協議相兼容。用於存儲設備502的非易失性快閃記憶體的備選是以電池支持的動態隨機訪問存儲器(DRAM)。
SSD的寫入速度確定了實時接收投射數據採樣所需的並行SSD數目的下限。例如， 針對以600MBps的速率生成投射數據以及具有lOOMBps的最大連續寫入速度的SSD，實時地將未壓縮投射採樣寫到SSD需要至少六個並行SSD。對於2 1的壓縮率，已壓縮採樣以300MBps來生成，從而將並行SSD的數目減小到至少3個。壓縮器500的優選實施例實時地產生已壓縮採樣，或者與DAS 130中的ADC產生投射數據採樣一樣快的速率產生已壓縮採樣。壓縮器500的實時操作可以減少接收已壓縮採樣的並行SSD的數目。以小於實時速率的速率來壓縮採樣的缺點是需要臨時緩存投射數據採樣直到它們可以被壓縮為止。壓縮器500和解壓縮器576的優選實施例應用了第『839申請中所描述的技術。當壓縮器500實時地壓縮投射數據採樣時，可以實現帶寬和存儲容量的極大節省。通過增大壓縮操作速度的改進壓縮算法和改進集成電路技術二者將實現實時壓縮的其他進步。這些進步將提供壓縮器500和解壓縮器576的其他備選。壓縮器500所使用的壓縮技術以及解壓縮器576所使用的解壓縮技術不限制在權利要求書中所描述的本發明的範圍。圖4是壓縮器500的優選實施例的框圖。DAS 130針對每幅視圖生成一組投射數據160。該組投射數據160包括投射數據採樣陣列。該陣列的幾何形狀取決於數據獲取過程並且不限制本發明的範圍。投射數據160的陣列包括投射數據採樣dn、d12等等，其具有相關聯的坐標或索引。壓縮器500的優選實施例包括壓縮處理器200、壓縮控制器220和比特速率監視器222。在一個可選實施例中，壓縮控制器220的功能是在可旋轉控制器542 中實現的。壓縮處理器200對陣列160的投射數據採樣進行壓縮。衰減器210根據衰減分布214的參數來減小陣列160中的每排或每行中的採樣的幅度。衰減分布214取決於陣列160中的採樣的坐標並提供小於或等於1的衰減值。根據衰減分布214，已衰減的採樣的幅度被減小或保持原始值。衰減器210主要是減小已衰減的採樣的動態範圍，從而它們可以通過使用較少的比特來進行表示，其增加了壓縮率。編碼器212使用無損或有損編碼對已衰減的採樣進行打包，如下面進一步描述的那樣。編碼器212提供已壓縮的採樣給存儲設備502。壓縮控制器220使用來自編碼器212的反饋信息對輸出比特速率進行反饋控制。這種反饋控制可以是與已壓縮採樣中的比特數相關的任何測量，包括已壓縮數據的比特率、每個已壓縮採樣的比特數、或已壓縮數據的分組的大小。壓縮控制器220使用反饋信息以調節壓縮控制參數，其包括衰減分布214的參數，從而已壓縮數據的比特速率或每個已壓縮的採樣的比特數保持恆定或落入期望的範圍內。包括對應於衰減分布214的參數的壓縮控制參數可以被編碼並與已壓縮的數據一起被包括，並且稍後被用於解壓縮控制。壓縮控制器220還可以接收用戶輸入501，諸如針對已壓縮的數據的期望輸出比特速率或壓縮率、或者解壓縮投射採樣的期望信號質量。用戶輸入501還可以選擇期望類型的壓縮操作和控制參數。壓縮器500根據用戶輸入501提供無損或有損壓縮。對於投射數據採樣的無損壓縮，衰減器210被旁路，或者衰減分布214針對對應於陣列160中的投射數據採樣的所有索引(i，j)被設置成1。如下所述，壓縮器500可以包括邊緣檢測以移除對應於空白空間的採樣，而針對對應於被成像對象110的採樣進行無損壓縮。壓縮器500生成已壓縮採樣的分組或已壓縮分組，其中每個已壓縮分組對應於投射數據的一部分。無損壓縮產生具有變化大小的已壓縮分組，因為壓縮量取決於對應的投射數據部分的特性。有損壓縮可以與反饋控制結合以實現用戶所選擇的固定壓縮率或有限壓縮率範圍。結果得到的已壓縮分組將具有相同尺寸或有限的尺寸範圍。衰減分布214包括確定由衰減器210應用到陣列160中的採樣上的衰減程度。優選類型的衰減分布214由具有以2為底數的指數函數的分段的函數來表示。在一個備選項中，衰減分布214提供從陣列160的每排的邊界朝著中心的遞減衰減。例如，假設陣列160 中第i排或行的坐標Clij從j = 1延伸到j = N，其中N表示DAS 130的一行中的χ射線傳感器的數目。例如，在當前O008)CT系統中，陣列可以具有每行或每排多至IOM個元素的行或排。指數衰減分布提供作為採樣坐標j的函數g(j)的衰減，其由下式給出g(j) = 2-y(J) y(j) ^O(1)由g(j)表示的衰減分布214包括指數函數y(j)。因為該指數在等式(1)中是負的，所以用函數g(j)的值乘以採樣會減小採樣的幅度，除非y(j) =O0指數函數y(j)是由 g(j)表示的衰減分布的負的10 (即2為底數的對數)。表示第j個已衰減的採樣所需的比特數(包括一個比特的分數)小於表示未用指數函數y(j)的第j個值衰減的第j個未衰減的採樣所需的比特數。圖如示出一個例子，其中指數函數y(j)包括作為索引j的線性函數的分段。Y軸指示第j個採樣的幅度的減少的比特數(包括一個比特的分數)。參數Ymax將產生最大衰減，其由下式給出gmax = 2_Ymax(2)在圖fe中示出的對稱指數函數將對陣列160中的第i行中的採樣d(i，1)和d(i， N)應用最大衰減。Ymax的值小於或等於由DAS 130生成的投射採樣的比特精度，並且可以被選擇用以獲得已壓縮的數據的目標輸出比特速率，如下面針對圖8所描述。例如，當DAS 130產生20比特採樣時，Ymax的值是20或更少。諸如針對20比特採樣Ymax是諸如10之類的較低的值，則產生較弱的衰減，結果導致較小的壓縮。參數Ymin對應於最小衰減，其由下式給出gfflin = 2_Ymin(3)對於Ymin = 0，對應於圖fe中的d(i，Ν/2)的中心採樣的大小將是不變的，因為它的值是2° = 1。Yfflin的值還可以被調節以獲得目標輸出比特速率，如下面針對圖8所描述。 用於指數函數的另一例子包括多個線性分段，如圖恥中所示出。作為替代，指數函數可以具有作為採樣坐標的非線性函數的分段。衰減分布可以由線性的、指數的、拋物線的、階梯的、顫振的(dithered)或其他非線性的分段來表示。同樣，衰減分布不需要是對稱的，也不需要在陣列160的N長度行的中心(N/幻元素處具有最小值。優選地，衰減分布提供從一個採樣到另一個採樣的漸進的改變。已經觀察到，在衰減分布中的採樣之間的大於1比特的改變可以導致重構圖像中的環形偽像。對於某些非醫學CT應用，這種環形偽像是可以容忍的。對於醫學CT，這種環形偽像可能被阻止。為了阻止這種環形偽像，由g(j)表示的衰減分布的改變應該小於每個採樣索引j一個比特。這種約束還可以由下式來表示Abs [Iog2 (g (j)) -Iog2 (g (j+1)) ] 0)4)確定具有最大幅度的第i個指數(底數為幻，其指示在第i組中每個已編碼的採樣的比特數，或n_eXp(i)；5)通過從n_eXp (i-1)中減去n_eXp (i)來對第i個指數進行差分編碼，以確定第 i個差分值。使用對應的記號來對第i個差分值進行編碼，其中較短的記號表示更為常見的差分值而較長的記號表示較不常見的差分值。6)使用每個採樣n_exp (i)個比特來對N_GR0UP中的第i組進行編碼對於第一組採樣，指數11_^ (0)被直接編碼。例如，指數n_eXp(0)可以被如下編碼，其中S是每個採樣的原始比特數a) 0 n_exp (0) = 0 (所有4個採樣值都是0)b) 1 n_exp (0) =2(每個採樣 2 個比特)c) 2 n_exp (0) =3(每個採樣 3 個比特)d)等等，直到S-I :n_exp (0) = S (每個採樣S個比特)對於第i組，使用前綴碼字對指數n_eXp(i)進行差分編碼，其中沒有任何碼字是另一碼字的前綴。優選的差分編碼如下1.計算差分e_diff = n_exp(i)-n_exp(i-l)2.如下編碼 e_diff a)0 e_diff = e(i)-e(i-l)b) 101 e_diff = +1c) 110:e_diff = -1d) 1001 e_diff = +2e) 1110 e_diff = -2f)等等。備選的有損壓縮編碼方法提供對採樣值的尾數和指數的分別編碼。對尾數和指數分開進行編碼可以提供額外的壓縮並減小有損壓縮錯誤的影響。在該方法中，連續的採樣的指數的差值被計算以確定指數差值。該指數緩慢變化，因此被零值字符串分隔開的非零值相對較少。指數差值可以通過僅僅表示非零差值和它們對應的位置來有效地編碼。位置可以由對應的索引值來表示或者可以由相對於最後一個非零差差值的位置來表示。對指數差值進行編碼是無損的，其防止了相對較大的錯誤。對尾數進行編碼可以是有損的。為了對指數進行解碼，指數值通過對指數差值進行積分並對對應的位置進行解碼來重構得到。當對尾數進行解碼時，每個已重構的尾數值被限制，從而不改變已解碼的採樣的對應指數的值。對於已解碼的指數n_eXp，重構的尾數可以具有最大值2n-exp-l。這阻止了來自改變指數值的尾數中的有損壓縮錯誤。在進行塊浮點或其他編碼之前對已衰減的採樣進行差分編碼可以提供額外的壓縮。對於差分編碼，壓縮處理器200包括差分運算器216，如圖6中所示。該差分運算器216 計算已衰減的採樣的第一或更高階差分。差分運算器216具有以下選項用於計算差分
1)計算相同行(排)的連續的已衰減的採樣之間的差值，一個採樣一個採樣或一列一列地產生差值；2)計算相同組的投射數據中的連續行(排)中的已衰減的採樣之間的差值，或一排一排或一切片一切片地產生差值；3)計算連續的投射數據組或視圖中的對應位置的已衰減的採樣之間的差值，逐投射地或逐視圖地產生差值。圖7示出對應於不同組的投射數據的已衰減的採樣的兩個陣列A和B的例子。對於第一個可選選項，差分運算器計算相同行或排中連續採樣之間的差值。例如，對於組陣列 A的第一行，在已衰減的採樣之間計算的差值包括Diff3 = a14-a13(4)Diff2 = a13-a12(5)Diffl = a12-an(6)對於計算相同組的投射數據的不同行中的已衰減的採樣之間的差值，針對陣列A 的例子如下Diffl — [&21 ^22 ^23 ^24' · · 1 — I-^n ^12 ^13 ^14' · · ] (7)Diff2 —[已31 已32 ^33 已34· 『 · 1 — 11^21 ^22 ^23 ^24' 『 『 -I (δ)針對計算不同組的投射數據的對應的已衰減的採樣之間的差值，例子如下Diffl = B-A(9)對於第二階差值，針對各例子，差分運算器216計算如下Sdiffl = Diff2-Diffl(10)Sdiff2 = Diff3-Diff2(11)對於第三階差值，針對各例子，差分運算器216計算如下Tdiffl = Sdiff2-Sdiffl(12)參考圖6，壓縮控制器220提供控制參數，其配置差分運算器216以執行期望的計算。壓縮控制器220可以響應於用戶輸入501以設置控制參數的值。例如，用戶可以選擇差分運算器的可選項，諸如選擇第一或較高階差分運算或選擇無損或有損差分運算。差值可以被量化到更少比特以實現額外的特別減少，其是有損的。如上所述，編碼器212應用塊浮點編碼、霍夫曼編碼或其他比特封裝方法(無損或有損)到不同的採樣。對於差分運算器216的反饋控制，壓縮控制器220可以基於來自比特率監視器222 的反饋來動態選擇上述差分選項中的一個。差分運算器216計算每個差值備選項的差值。 比特率監控器222確定三個差值備選項的已壓縮採樣的大小。壓縮控制器220選擇使已壓縮採樣的大小達到最小的差分備選項。例如，對於給定的投射數據組，差分運算器216對相同行中的採樣計算採樣與採樣間的差值，在鄰近行的採樣之間的行與行之間的差值以及在連續視圖裡的採樣之間的投射與投射之間的差值。對於給定投射數據組，選擇產生使用於編碼的比特數達到最小的差值採樣的備選項。這種選擇可以應用到一個投射數據組或多個投射數據組的集合。如上所述，當編碼器212應用塊浮點編碼到差值採樣時，針對來自每個差值備選項的差值採樣，可以通過計算以下這些來估計比特數1)對於N_GR0UP差值採樣的第i組，用於編碼N_GR0UP個差值採樣的比特數是n_ exp(i)乘以 N_GR0UP ；
2)對於第i組，用於編碼指數n_eXp(i)的比特數使用用於上述指數的差分編碼；3)針對對應於待計算差分備選項的分組裡的全部比特數的投射數據組的N_ GROUP個差分採樣的所有組，增加步驟1和2中計算出的數字。在沒有實際對已壓縮比特進行分裝的條件下，可以執行上面的步驟。使整個比特數達到最小的備選項被選擇用於編碼給定的投射數據組或投射數據組的集合。結果得到的針對投射數據組的差分採樣被編碼並被封裝以形成已壓縮採樣的分組。與分組相關聯的控制參數指示指示差分備選項中的哪一個被應用到對應的投射數據採樣。如下面參考圖12 所描述，控制參數將被解壓縮器576用於配置積分運算器416。反饋控制還可以配置成控制已壓縮採樣的輸出比特率。比特速率監視器222針對一組已壓縮採樣計算每個採樣的平均比特。將每個已壓縮採樣的平均比特數與用戶所選擇的期望值或值的範圍進行比較。如果每個已壓縮採樣的平均比特數在該範圍之外，則壓縮控制器220可以調節衰減分布214的參數以減少或增加每個採樣的輸出比特。例如，參考圖 5a，為了減少每個採樣的輸出比特，參數Ymax可以被增加，使分段的斜率更陡以提供對採樣的增加的衰減。比特速率監視器222可以計算諸如壓縮比、比特率或已壓縮分組大小之類的壓縮性能的其他量度。比特率監控器222可以計算每個已壓縮採樣集合的平均比特數， 其中該集合的大小由用戶來選擇。例如，已壓縮採樣的集合可以對應於陣列160裡的採樣行、對應於單個視圖的整個陣列160或者對應於多個視圖的許多陣列160。計算平均比特數平滑掉已壓縮分組大小中的小變化。圖8是示出用於將輸出比特速率反饋控制到目標值的各個元件之間的交互作用的框圖。比特速率監視器222接收來自編碼器212的已壓縮的比特速率或已壓縮分組大小信息，諸如每個分組的比特或每個分組的採樣。每個採樣的比特的計算器221計算針對一組已壓縮採樣的每個採樣的平均比特數。優選地，該組已壓縮採樣對應於一組投射數據。減法器223從目標或期望的每個採樣的比特數中減去每個採樣的平均比特數以給出誤差值。 定標(scale)因子225和濾波器227被應用以平滑誤差值。定標因子225的值和濾波器係數可以由用戶來指定以控制反饋環的響應時間或時間常數。參數計算器2 基於已平滑的誤差值來修改衰減分布214的參數。在一個方法中，參數計算器2 設置衰減分布214的參數從而每個採樣的減少的平均比特值近似等於已平滑的誤差值。例如，對於由等式(1)到 (3)所表示的衰減分布214，參數計算器2 調節函數y(j)的參數Ymax和Ymin的值。參考圖5a，該平均值給出如下mean = (Ymax+Ymin) /2(13)。為了讓每個採樣的比特減少數量r，參數Ymax和Ymin可以被調節從而新的均值 mean (2)從老的均值Hiean(I)增加數量r。mean (2) =mean(l)+r(14)= [Ymax(I)+Ymin (l)+2r]/2(15)等式15示出用於調節Ymax和/或Ymin的三個可選選項以讓均值增加數量r 1)令 YmaxQ) = Ymax(I)+2r 並且 YminQ) = Ymin(I) ； (16a)2) ^ Ymax (2) = Ymax (1)+r 並且 Ymin O) = Ymin (l)+r ； (16b)3)令 Ymax(2) = Ymax(I)並且 YminQ) = Ymin(l)+2r ； (16c)可選選項1和3改變指數函數y (j)的分段的斜率。可選選項2在正的方向上移位指數函數y(j)。用戶可以確定可選選項中的哪一個被用作改變指數函數的參數的規則。 衰減分布214和指數函數的其他參數可以被調節，諸如斜率、y截距值和分段長度。在壓縮器500的備選的實施例中，衰減分布214可以相關於圖Ia中的被掃描對象 110的邊界140b和140d而進行限定。邊界檢測器可以確定在投射數據的陣列160中的每行裡的過渡區150b和150d(圖lb)的邊界採樣。對於有損壓縮，衰減分布214被應用到對應於在對應於過渡區150b和150d的邊界內的已衰減的χ射線的採樣。對於無損壓縮，衰減器210被旁路或被設置成過渡區150b和150d之間的整體(unity)。對應於空白區域150a 和150e的採樣沒有被編碼。作為替代，邊界的坐標被編碼。優選的邊緣檢測器確定行內的基於邊緣採樣的採樣差分或導數，並在此處被稱為導數型邊緣檢測器。圖9是被應用到陣列160的一行採樣160i的導數型邊緣檢測器的框圖。在圖9中示出的導數型邊緣檢測器框圖應用到投射數據，其中對應於空白空間150a和 150e的採樣值大於對應於對象150c的採樣值，圖Ib中的信號150也是這樣。假設，索引從左往右遞增，從而左邊緣具有較低值的索引而右邊緣具有較高值的索引。針對這種情況， 為負數且足夠大的導數可以指示對應於過渡區150b的左邊緣，而為正數且足夠大的導數可以指示對應於過渡區150d的右邊緣。差分計算器310計算第i行中的採樣Clij的第一階差分。比較器320a將負差分與負閾值Tneg進行比較，而比較器320b將正差分與正閾值Tp。s 進行比較。組330a包括具有小於負閾值的負差分的候選採樣NDiffitr組330b包括具有大於正閾值的正差分的候選採樣PDiffitr低索引選擇器340a確定對應於組330a的候選採樣NDiffiq的最低索引qmin以指示左邊緣。高索引選擇器340b確定對應於組330b的候選採樣PDiffiq的最高索引Pmax以指示右邊緣。對於衰減分布214，組下界框350a和組上界框350b分別確定衰減分布214的下邊界和上邊界。衰減分布214的下邊界和上邊界可以包括附著到最低索引qmin和最高索引Pmax的空白。下邊界和上邊界被作為參數提供給衰減分布214。編碼器212還編碼下邊界和上邊界以與已壓縮採樣一起被包括。當對應於空白空間的採樣值小於對應於被成像的對象的投射數據的採樣值時，正差值和負差值與右邊緣和左邊緣之間的關係是倒過來的。大於正閾值的正差分採樣對應於左邊緣而小於負閾值的負差分採樣對應於右邊緣。對於圖9中示出的操作，針對負差值的比較器320a和組330a將提供到高索引選擇器!MOb的輸入，而比較器320b和組330b將提供到低索引選擇器340a的輸入。同樣，假設索引從左往右遞增。負閾值Tneg和正閾值Tp。s可以如下迭代地確定1)將初始閾值Tneg和Tp。s設置成具有最大幅度；2)應用比較器320a和320b以分別將負差值與TMg進行比較以及將正差值與Tp。s 進行比較；3)如果候選採樣組330a或330b是空白，則分別減小Tneg或Tp。s的幅度，並且重新應用步驟2)；4)如果候選採樣組330a或330b不是空白的，則分別用低索引選擇器340a或高索引選擇器:340b來繼續。導數型邊緣檢測器可以被用於需要投射數據中的邊界信息的其他應用。在這種情況下，組下界塊350a和組上界塊350b將提供邊界信息給其他應用。也可以應用備選的壓縮算法到邊界之間的投射採樣。例如，對採樣行內邊界之間的採樣的差分編碼可以被有效地實現，因為已經針對邊緣檢測計算出第一階差分。塊浮點編碼、霍夫曼編碼或其他比特封裝可以被應用到邊界之間的差分採樣。邊界坐標可以被編碼並且與已壓縮的數據一起被包括。編碼器212將對應於在單個視圖期間所獲取的投射數據採樣組的已壓縮採樣封裝成分組。備選地，用戶可以配置編碼器以生成對應於諸如單個視圖的投射數據的子集或包括多個視圖的投射數據的超集之類的投射數據的其他部分的已壓縮分組。已壓縮分組是一種數據結構，其包含對應於投射數據的已壓縮採樣的已封裝比特以及包含解壓縮器576 的一個或多個控制參數的可選頭的。當壓縮比被固定到單個值或值的範圍時，已壓縮分組將具有相同大小或對應的大小範圍。對於無損壓縮和某些形式的有損壓縮，壓縮比未固定並且已壓縮分組將具有不同大小。從單次掃描所產生的已壓縮分組可以被存儲在存儲設備502裡的一個或多個文件中。對於這種描述，假設針對一次掃描的所有已壓縮分組被存儲在單個文件中。存儲設備502可以存儲針對該掃描的已壓縮數據文件直到接收到訪問已壓縮數據的命令為止。存儲設備502可以響應於命令以提供進行圖像重構處理所需的已壓縮數據。已壓縮數據可以被取回並通過滑動環接口以支持圖像重構處理的速率來被傳送。對於上述例子，用於支持圖像重構處理的數據傳送速率是30MBps。作為替代，存儲設備502可以響應於命令用以容納靜止存儲設備的寫入速度的數據傳送速率來提供已壓縮數據給靜止設備。用戶可以確定針對掃描的已壓縮數據被存儲在存儲設備502中的時間段以及被取回到的已壓縮數據的目的地。針對對圖像重構處理器572是透明的投射數據訪問，數據訪問控制器574根據掃描幾何形狀(諸如針對第j個視圖所測得的採樣陣列)的參數或索引來訪問來自存儲設備 502的合適的已壓縮採樣。對於固定分組大小，通過將固定的分組大小乘以分組索引來計算特定已壓縮分組的字節偏移。對於變化的分組大小，分組大小的表可以用於計算特定分組或分組集合的字節偏移。為了支持透明數據取回，壓縮器500將有關掃描幾何形狀參數的數據訪問信息彙編成對應已壓縮分組的字節偏移。隨後，數據訪問信息被用於確定在存儲設備502中各個已壓縮分組或已壓縮分組集合的地址。圖6中的比特速率監控器222從編碼器212中接收關於每個分組的比特數的信息，如果有，其包括已壓縮採樣和頭部比特。壓縮控制器220可以通過使用比特速率監控器222所提供的分組信息來創建將視圖索引關聯到分組大小的陣列。圖10給出已壓縮分組大小可變的針對單次掃描的數據訪問信息的例子。針對從包括M個視圖的示例性掃描產生的已壓縮分組，表1示出視圖索引、分組大小和字節偏移之間的關係。對於這種示例性掃描，DAS 130產生具有64排採樣、每排900個採樣並且每個採樣2個字節的投射數據陣列160，從而每個視圖生成總數115kB的投射數據。假設針對無損壓縮實現1. 7 1的平均壓縮比的這個例子，已壓縮分組具有67kB的平均大小。該掃描的所有已壓縮分組被存儲在存儲設備502的一個文件中。當前分組的字節偏移索引是通過累加先前分組的分組大小來確定的。分組大小陣列504用K字節為單位來表示針對掃描中的視圖序列的分組大小I。假設每個分組大小可以由四字節整數來表示，則分組大小陣列 504每1000位元組的已壓縮數據增加4位元組的存儲開銷。相比於已壓縮分組大小，這是一個不可忽略的開銷量。壓縮控制器220可以使用從比特速率監控器222接收到的分組大小信息來生成分組大小陣列504。陣列506表示編碼器212生成的並被存儲在存儲設備502的文件中的已壓縮分組&的序列。第二已壓縮分組P2的字節偏移是S1千字節。後續已壓縮分組的字節偏移是通過計算先前分組大小來計算的。數據訪問信息可以被格式化成支持用戶期望的不同數據訪問過程。在一個備選項中，數據訪問過程類似於從SATA存儲設備裡所存儲的文件中取回數據。數據訪問控制器 574根據諸如字節偏移之類的位置參數來請求已壓縮分組。對於可變的分組大小，數據訪問控制器574使用關於視圖索引、分組大小和字節索引(諸如在圖10的表1中所給出的那些) 的數據訪問信息以確定數據取回請求的參數。字節索引對應於從文件裡的已壓縮數據中的第一字節開始以字節為單位的偏移。數據訪問信息可以被存儲在計算機570的存儲器中或本地存儲562中。在掃描期間，數據訪問信息被生成，而同時數據壓縮和存儲正在進行。數據訪問信息可以包括在諸如分組大小陣列504之類的陣列中所表示的分組大小序列。在掃描期間以及/或者在掃描之後，可旋轉控制器542通過控制通道將數據訪問信息傳輸給靜止控制器552並且最終傳輸給數據訪問控制器574。數據訪問控制器574使用數據訪問信息來確定對應於進行圖像重構所需的投射數據的已壓縮數據的分組的字節偏移。數據訪問控制器574提供SATA兼容的命令以從存儲設備502中取回對應的已壓縮分組。在另一備選項中，數據訪問類似於從虛擬「視圖緩存器」中取回數據。數據訪問控制器574根據諸如對應的投射數據的視圖索引之類的索引參數來請求分組。數據訪問信息被存儲在可旋轉部分510上，作為存儲設備502或可旋轉控制器M2的存儲器裡的一個文件。當接收到取回針對特定視圖索引的投射數據的請求時，可旋轉控制器542使用數據訪問信息來確定在存儲設備502中對應分組或分組序列的字節偏移並提供SATA兼容的命令以從存儲設備502中取回分組或分組序列。數據訪問控制器574可以在一個請求中指示多個視圖索引，從而可旋轉控制器542可以取回對應的已壓縮分組。發射器540通過滑動環接口 530將取回到的已壓縮分組傳輸給接收器550。發射器MO的實現可包括對數據傳輸分組的格式化。Popescu等人在2008年8月觀日發表的 ^US 2008/0205446豐示 11 「Method and Device for Data Transmission between Two Components Moving Relative to One Another」的美國專利申請中描述了數據傳輸分組的一個實現。可旋轉控制器542或與發射器540相關聯的其他處理器將包括已壓縮分組報頭的已壓縮分組插入數據傳輸分組的數據部分。已壓縮分組到數據傳輸分組的映射依賴於數據傳輸分組的格式參數。圖11示出用以形成數據傳輸分組的已壓縮分組的備選映射方案。數據傳輸分組每個都包括由「H」指示的頭部分和由「F」指示的頁腳部分。頭部分的例子包括用於同步數據和傳輸分組標識的欄位。頁腳部分的例子包括用於前向糾錯(FEC) 和循環冗餘檢驗(CRC)的欄位。在一個備選映射中，已壓縮分組Pi被分開並被插入多個數據傳輸分組Til和Ti2的數據部分。在另一備選映射中，整個已壓縮分組h被插入單個數據傳輸分組L的數據部分。在另一備選項中，多個已壓縮分組P1到被合併並且被插入單個數據傳輸分組TN。發射器540在通過滑動環接口 530傳送數據傳輸分組之前可以應用 8B10B或類似的編碼到數據傳輸分組。接收器550可以應用數據傳輸分組的8B10B或類似的解碼。與接收器550相關聯的靜止控制器552或其他處理器可以從接收到的數據傳輸分組的數據部分抽取已壓縮分組並重新組裝已壓縮分組序列。接收器550通過SATA兼容的連接來傳送已壓縮分組給計算機570，其中它們被路由給解壓縮器576。解壓縮器576處理已壓縮分組並提供已解壓縮採樣給圖像重構處理器 572。圖像重構處理器572通過使用公知的CT圖像重構算法來用已解壓縮採樣計算圖像。 已重構的圖像可以被呈現在顯示器580上。在進行解壓縮和圖像重構之前，已壓縮採樣還可以被存儲在靜止存儲設備562或數據存儲介質上。圖12是解壓縮器576的優選實施例的框圖。解壓縮器576的優選實施例包括解壓縮處理器400和解壓縮控制器420。解壓縮處理器400在圖像重構計算之前對已壓縮採樣進行解壓縮。解壓縮控制器420提供壓縮控制參數給解壓縮處理器400。當壓縮控制參數被包括在已壓縮的數據中時，它們被解壓縮控制器420恢復。解壓縮控制器420還接收用戶輸入501。圖12中所描繪的解壓縮處理器400對應於圖6中的應用差分編碼的壓縮處理器 200。解壓縮處理器400對輸入的壓縮的採樣應用差分解碼。解碼器410通過應用塊浮點解碼、霍夫曼解碼或其他適合於編碼器212所應用的編碼的解分組來，對已壓縮的採樣進行解分組。因為，如針對圖6所描述的，壓縮處理器200包括差分運算器216，所以解分組的採樣對應於已解碼的差分採樣。解壓縮處理器400應用積分運算器416以形成重構的已衰減的採樣。根據以下中的一個，積分運算器416應用第一階或高階積分以反轉差分運算器 216的對應的差分操作1)對相同行或排裡的已解碼的差分採樣進行積分以重構連續的已衰減的採樣，或者逐列地積分；2)對多行中對應位置的已解碼差分採樣進行積分，或者逐行地積分，以重構對應於相同組的投射數據的連續行的已衰減的採樣；3)對多個陣列的對應位置的已解碼差分採樣進行積分，或者逐陣列地積分，以重構對應於連續的多組投射數據的已衰減的採樣的陣列。可選地，針對圖4中的不包括差分編碼的壓縮處理器200，解壓縮處理器400將旁路或不包括積分運算器416。解碼器410通過應用塊浮點解碼、霍夫曼解碼或適合於編碼器212所應用的編碼的其他解分組來對已壓縮的採樣進行解分組。在這種情況下，已解碼的採樣對應於重構的已衰減的採樣並被輸入到放大器412。放大器412將增益分布414應用到重構的已衰減的採樣以形成解壓縮的採樣。針對等式(1)中的衰減分布函數g(j)，對應的增益分布函數f(j)是f(j) = 2y(J) y(j) ^O(17)。放大器412並不恢復陣列160中的原始採樣值，因為產生自衰減的截取、量化或四捨五入是不可逆的。因為增益分布函數f(j)不提供衰減分布函數g(j)的精確的反轉，所以結果得到的壓縮/解壓縮是有損的。然而，解壓縮採樣具有與原始採樣相同的每個採樣的比特數以及相同的動態範圍。放大器412通過將重構的已衰減的採樣乘以對應的增益值f(j)彡1，來應用諸如等式(17)中那樣的增益分布414。增益分布414的增益值可以被存儲在存儲器中的查找表中，並被提供給放大器412。可選地，放大器412可以從表示增益分布414的參數中計算增益值。放大器412的簡單的實施例包括將採樣向左移位對應於增益值的比特數，並將其他的最低有效位設置成零或顫振值。向左移位一次對應於乘以2。當f(j)所表示的增益分布414是底數為2的指數函數時，如等式(17)中那樣，指數函數y(j)可以被截取或四捨五入以確定向左移位的總數目。對應於增益分布414的向左移位值可以被存儲在查找表中或由放大器412根據增益分布414的參數計算。可選地，當等式(7)中的值y(j)不是整數時，y(j)的分數部分可以通過使用乘法器來應用。圖像重構處理器572從解壓縮採樣來重構圖像。當壓縮處理包括限定衰減分布214相對於投射數據的邊緣採樣的邊界時，諸如關於圖9所描述的那樣，解壓縮處理器400也對與已壓縮的採樣一起被包括的邊界信息進行解碼。放大器412在重構的已衰減的採樣的合適邊界內應用增益分布414。壓縮處理器200應用簡單的操作，其可以對從DAS 130的ADC輸出的採樣進行實時壓縮。衰減器210可以包括乘法器、除法器和/或向右移位運算器。存儲器中所存儲的查找表可以提供衰減器210的衰減值。差分運算器216包括一個或多個減法器。並行操作的多個減法器可以逐行地或逐陣列地計算差分。應用塊浮點編碼的編碼器212使用比較器、 減法器和查找表。應用霍夫曼編碼的編碼器212使用查找表來向已衰減的採樣值或差分值分配碼子。比特速率監視器222和壓縮控制器220使用加法、減法和乘法運算。解壓縮處理器400應用簡單操作以對已壓縮的採樣進行實時地解壓縮。解碼器410包括查找表和加法器，用於塊浮點解碼。積分運算器416包括一個或多個加法器，用於對已解碼的採樣進行積分。放大器412可以包括乘法器或向左移位運算器。增益分布414的值可以被存儲在存儲器中的查找表裡。本發明提供對存儲設備502的靈活、動態的數據存儲和取回。用戶可以限定適合用於特定的掃描協議的數據存儲和取回過程。圖13給出優選實施例所支持的數據存儲和取回的過程的若干例子。圖13中的例子表示針對以下的時間段DAS 130進行的數據獲取、在可旋轉存儲設備502裡存儲(STORE)已壓縮分組、從可旋轉存儲設備502中取回已壓縮採樣的請求(RQ)、從存儲設備502中數據取回並傳送(DT)已壓縮分組給計算機570、以及分別由解壓縮器576和圖像重構處理器572執行的對已接收的已壓縮採樣的解壓縮和隨後的圖像重構(D&IR)。數據訪問控制器574、可旋轉控制器542或靜止控制器552可以提供取回存儲的已壓縮採樣的請求RQ。注意，所表示的時間段彼此並不是按比例的，而是指示事件的次序。數據獲取周期DAQ可以表示整個掃描或掃描的一部分的時間段。存儲周期 (STORE)實際上可以在DAQ期間就開始。然而，STORE周期在DAQ周期結束後仍繼續。數據獲取和傳送周期DT可以包括單個間隔，在該單個間隔中傳送所有被請求的數據，或者DT可以包括多個離散時間間隔，在各離散時間間隔中傳送部分已壓縮投射數據。已壓縮採樣可以被存儲可控制的時間段。備選方案包括存儲已壓縮採樣直到圖像重構完成為止，或者在圖像重構完成之後存儲一段延長時間。另一備選方案是存儲已壓縮採樣直到它們被下載到靜止存儲設備為止。數據訪問控制器574、可旋轉控制器542或靜止控制器552可以提供命令給存儲設備，其控制存儲已壓縮採樣的時間段。用戶可以配置控制器574、542和552的操作以提供支持掃描協議的數據存儲和取回命令。在圖13的例子1中，在數據獲取周期DAQ-I之前，將請求RQ-I作為命令和命令序列提供給可旋轉控制器M2。在DAQ-I之前，數據訪問控制器574提供針對與投射數據的期望部分對應的索引參數的請求RQ-1。數據取回和傳送DT-I可以在對應的已壓縮採樣可用之後的任意時間開始。解壓縮和圖像重構D&IR-1可以在計算機570處接收到已壓縮採樣之後開始。在例子2中，數據訪問控制器574在數據獲取周期DAQ-2期間提供請求RQ-2。備選地，可旋轉控制器542或靜止控制器552可以生成請求RQ-2。如果可用，請求RQ-2可以包括與投射數據的指定部分對應的索引參數或者對應的位置參數，諸如字節偏移。數據取回和傳送周期DT-2可以在對應的已壓縮採樣可用之後的任意時間開始。解壓縮和圖像重構D&IR-2可以在計算機570處接收到已壓縮採樣之後開始。在例子3中，在數據獲取周期 DAQ-3之後提供請求RQ-3。數據訪問控制器574、可旋轉控制器542或靜止控制器552可以生成請求RQ-3。請求RQ-3可包括與投射數據的指定部分對應的索引參數或位置參數。如果請求RQ-3是由數據訪問控制器574或靜止控制器552生成的，則數據獲取和傳送DT-3 在可旋轉控制器542接收並處理請求RQ-3之後開始。解壓縮和圖像重構D&IR-3可以在計算機570處接收到已壓縮採樣之後開始。在例子4中，在數據獲取周期DAQ-4之後提供的多個請求指示在解壓縮和圖像重構周期D&IR-4期間所需要的投射數據的不同部分。響應於來自圖像重構處理器572的用以取回對應於所請求的部分的已壓縮分組的請求，數據訪問控制器574生成每個請求RQ-4、RQ-5等等。請求RQ-4和RQ-5可以基於索引參數或位置參數。在相應的周期DT-4和DT-5期間，從存儲設備502中取回與相應的請求對應的已壓縮分組並將其傳送給計算機570。在D&IR-4周期期間，在接收到已壓縮分組之後，解壓縮器 576對它們進行解壓縮，並將對應的解壓縮採樣提供給圖像重構處理器572。存儲周期可以由提供給存儲設備502的存儲參數來確定。用戶可以選擇適合於掃描協議或整個數據管理協議的存儲協議。例如，用戶可以選擇這樣的存儲協議，其提供針對整個掃描將已壓縮投射數據存儲在存儲設備502中，直到完成圖像重構之後的時間段為止。數據訪問控制器574可以確定表示該時間段的存儲參數，並通過滑動環接口 530的控制通道將它提供給可旋轉控制器M2。在存儲期間，存儲設備502對用以取回用於進行圖像重構的已壓縮投射數據的命令作出響應，如參考圖13中的例子所描述的那樣。圖像重構處理器572可以發送指示完成圖像重構的參數給數據訪問控制器574，數據訪問控制器574 將該參數中繼給可旋轉控制器M2，其啟動一個定時器。當存儲時間段過期後，可旋轉控制器542提供命令給存儲設備502，以刪除針對該掃描的文件或使該存儲位置可用於寫入來自新掃描的已壓縮投射數據。備選地，用戶可以選擇規定當存儲時間段過期時將已壓縮投射數據下載到靜止存儲設備564的存儲協議。在這種情況下，當存儲時間段過期時，可旋轉控制器542提供命令給存儲設備502和發射器M0，以將已壓縮投射數據傳送給存儲設備 564。對存儲時間的控制還可以響應於其他條件的組合。例如，可旋轉控制器542可以跟蹤存儲設備502的用滿度狀況(fullness condition)。預定水平的用滿度可以觸發對用戶的告警或從存儲設備502自動下載一個或多個文件到靜止存儲設備564。文件操作也可以被支持。例如，在瀏覽體掃描(volumetric scan)裡的切片圖像序列之後，用戶可以判斷僅有某些切片是相關的。用戶可以選擇一選項以繼續存儲對應的已壓縮投射數據並移除不相關的數據。數據訪問控制器574可以通過確定對應於所選擇的切片的位置參數或索引參數並且將那些參數中繼給可旋轉控制器542來對該選擇做出響應。可旋轉控制器542可以創建新文件或修改現有文件，以將期望的部分已壓縮投射數據保存在存儲設備502中。作為替代，用戶可以選擇用以將包含相關部分的文件下載到靜止存儲設備564以及在存儲設備502上刪除該文件的選項。用於存儲設備502的工業標準協議允許用於文件操作的慣用選項，包括刪除文件、將文件移動到存儲564、將文件組織進目錄等等。文件操作可以被合併
2進計算機570中的程序以執行文件管理協議。用戶還可以經由用戶輸入501交互地提供命令給計算機570用於進行文件操作。圖14是在CT系統的可旋轉部分510上實現壓縮和存儲的框圖。壓縮和控制操作是用連接到DAS 130的現場可編程門陣列(FPGA)600來實現的。在這個例子中，兩個投射數據流被壓縮並存儲到四個SATA SSD模塊SSD1、SSD2、SSD3和SSD4。DAS 130以兩個採樣流提供投射數據採樣給FPGA 600，每個採樣流具有來自陣列160(圖4)的一半採樣。krDes 收發器602和604對投射數據採樣應用8B10B編碼，並使其串行化，以形成FPGA 600的兩個數據流輸入。DAS 130可以用若干方式來分發將經fikrDes收發器602和604發送的投射數據。例如，當每個視圖產生對應於每排1000個傳感器和每個視圖100排的投射數據採樣時，DAS 130可以根據以下選項之一來分發投射數據1)對於每個視圖，SerDes 602傳輸第1排到第50排，而krDes 604傳輸第51排到第100排；2)對於視圖中的所有100排，SerDes 602傳輸傳感器值1到500，而krDes 604 傳輸傳感器值501到1000 ；3)對於每個視圖，SerDes 602傳輸奇數排，而krDes 604傳輸偶數排；或者4) SerDes 602傳輸奇數序號視圖的投射數據，而krDes 604傳輸偶數序號視圖的投射數據。FPGA輸入krDes收發器610和612對數據流進行解串(deserialize)並應用 SBlOB解碼，以重新生成投射數據採樣的相應序列。壓縮模塊620和622並行地操作單獨的輸入採樣流，以按DAS 130的採樣速率產生每個輸入數據流的已壓縮採樣。例如，假設DAS 130以400Msps產生投射數據採樣給krDes收發器602和604 二者，並且每個壓縮模塊620 和622具有200Msps的處理速率。並行工作的壓縮模塊620和622以400Msps或實時地處理投射數據採樣。從壓縮模塊620和622輸出的壓縮採樣流均被分開以匹配SSD的寫訪問帶寬。例如，假設SSD均具有lOOMBps的寫訪問帶寬並且原始投射數據採樣具有每採樣兩字節。在這種情況下，壓縮模塊620和622均提供2 1的壓縮比以產生200MBps速率的已壓縮採樣流。已壓縮採樣的帶寬必須對半分以適應SSD的有限的訪問帶寬。解復用器630 和632根據來自執行控制器640的控制信息，將相應的已壓縮採樣流分開供存儲在存儲模塊SSD1、SSD2、SSD3和SSD4中。優選地，每個解復用器630和632在分組邊界處分開相應的已壓縮採樣，從而整個已壓縮分組被存儲在單個SSD中。例如，解復用器630可以以桌球排列交替地將分組導向SSDl和SSD2。SATA控制器Cl、C2、C3和C4根據SATA協議對存儲和數據取回進行管理。執行控制器640還提供數據訪問控制並協調SATA控制器Cl、C2、C3和C4。因為對應於不同視圖的已壓縮分組可以存儲在不同SSD上，所以執行控制器640還可以維護將已壓縮分組的邏輯地址(諸如參考圖10所描述的字節偏移)關聯到SSD中的對應物理地址的信息。對於數據取回，執行控制器640接收用以從數據訪問控制器574、可旋轉控制器 542或靜止控制器552取回投射數據的命令。執行控制器640指導從合適的SSD中取回對應的已壓縮分組並通過義勸⑶收發器614來輸出已取回的已壓縮分組。SSD的幾十MBps 的讀訪問帶寬支持當前技術的圖像重構處理速率。輸出^rDes收發器614提供對已取回的已壓縮採樣的8B10B編碼和串行化以供通過滑動環接口 530進行傳輸。krDes收發器和SATA控制器使用工業標準協議，因此用於在FPGA600中實現的智慧財產權(IP)內核是商業可獲得的。圖15是在CT系統的可旋轉部分510上進行壓縮和存儲的備選實現的框圖。在這個實現中，SSD的控制和接口由FPGA 601外部的RAID控制器644來管理。商業上可獲得的 RAID控制器卡可以與多個SSD接口連接。商業RAID控制器產品與諸如PCI加速(PCIe)或 PCI擴展(PCI-X)之類的外圍部件接口(PCI)的工業標準相兼容。FPGA 601、RAID控制器 644和SSD被安裝在可旋轉部分510上。FPGA 601連接到DAS 130，以便接收並壓縮投射數據採樣，如圖14中參考FPGA 600所描述。FPGA 601包括PCIe控制器642，用於至RAID 控制器644的PCIe接口。FPGA實現PCIe協議的IP內核是商業上可獲得的。執行控制器 640提供控制參數用於壓縮模塊620和622的壓縮操作。執行控制器640與PCIe控制器
614接口連接以協調對數據訪問的控制。為了存儲已壓縮分組，執行控制器 640將從壓縮模塊620和622輸出的已壓縮分組路由到PCIe控制器642，以便從FPGA 601 傳送到RAID控制器644。RAID控制器644將已壓縮分組導向SSD以便存儲。為了取回存儲的分組，RAID控制器644從SSD取回分組，並經由PCIe控制器642將它們傳送給FPGA 601。執行控制器640將已取回的分組導向輸出krDes收發器614，在％勸^收發器614 中對它們進行8B10B編碼以及串行化，以便通過滑動環接口 530來傳輸。在備選實現中，FPGA 600或FPGA 601的壓縮和控制功能可以用專用集成電路 (ASIC)或諸如數位訊號處理器(DSP)的可編程處理器、微處理器、微控制器、多核CPU或圖形處理單元(GPU)來實現。根據CT系統的架構，解壓縮器576可以被合併進計算機570，計算機570是CT系統的控制臺的一部分。解壓縮器功能可以針對CPU、GPU或DSP進行編程。可選地，解壓縮器576可以用ASIC或FPGA來實現。在參考圖3所描述的CT系統架構中，解壓縮器576就在圖像重構572之前被應用到已壓縮採樣。可選地，解壓縮採樣576可以被存儲在靜止存儲設備564中並且以後被取回供進行圖像重構。在另一備選方案中，解壓縮器576可以位於靜止部分520上並且連接到接收器550，以在接收到的已壓縮採樣被傳送到計算機570或靜止存儲設備564之前對它們進行解壓縮。在另一備選方案中，解壓縮器576可以被放在可旋轉部分510上的存儲設備502與發射器540之間。在該備選方案中，已壓縮採樣在從存儲設備502中取回出之後並且在通過滑動環接口 530傳送給計算機570或靜止存儲設備 564之前被解壓縮。通過使用現有技術中公知的編程技術，用戶輸入501可以被合併進CT 系統的控制臺的接口。儘管此處使用與計算X線斷層照相術的醫學應用有關的例子來描述本發明的各實施例，但是本發明不局限於醫學應用。本發明的實施例還可以是合適在工業計算X線斷層照相術中使用。在工業計算X線斷層照相系統中，移動目標、X射線源和檢測器陣列的裝置是針對被測對象的類型來設計的。在對對象進行掃描的期間，對象、χ射線源和檢測器陣列的相對運動導致若干幅視圖，其生成本發明的實施例可以被應用到其上的投射數據組。儘管已經圖示並描述了本發明的優選實施例，但是很清楚，本發明不是僅局限於這裡的實施例。對於本領域技術人員而言，在不偏離如在權利要求書中所描述的本發明的精神和範圍的情況下，許多修改、改變、變化、替代和等同是顯然的。
29
權利要求
1.在計算X線斷層照相系統中的一種方法，所述計算X線斷層照相系統包括靜止部分、 安裝以用於圍繞待檢查的對象進行旋轉的可旋轉部分以及所述靜止部分與所述可旋轉部分之間的接口，所述可旋轉部分包括用於檢測穿過所述對象的輻射的傳感器陣列，所述傳感器陣列產生多個投射數據組，其中每個投射數據組包括在數據獲取周期期間針對相應視圖而獲取的採樣的陣列，所述方法包括步驟(a)壓縮每個投射數據組的所述採樣以形成已壓縮採樣，其中每個組的所述已壓縮採樣被布置在至少一個已壓縮分組中，其中每個已壓縮分組包含所述投射數據的相應部分的所述已壓縮採樣；(b)將針對所述多個投射數據組的多個所述已壓縮分組存儲在與所述可旋轉部分連接並且隨所述可旋轉部分旋轉的存儲設備中，其中每個所述已壓縮分組被存儲在所述存儲設備中的、在可控的時間段期間基於分組位置參數可訪問的相應位置；(c)響應於數據訪問命令，根據所述分組位置參數從所述存儲設備中的所述相應位置取回至少一個已壓縮分組；(d)以一個數據傳送速率通過所述接口的通信通道將從所述存儲設備取回的所述已壓縮分組傳送至所述靜止部分上的接收器；(e)對接收到的所述已壓縮分組的所述已壓縮採樣進行解壓縮，以形成所述投射數據的所述相應部分的解壓縮採樣；以及(f)將所述解壓縮採樣提供給圖像重構處理器以用於對所述對象的圖像的後續重構。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述投射數據的特定部分被提供給所述圖像重構處理器以用於重構所述圖像，所述方法還包括響應於來自所述圖像重構處理器的針對所述投射數據的所述特定部分的請求而生成所述數據訪問命令；以及應用步驟(c)到(f)，其中所述取回的步驟被應用以響應於所述數據訪問命令而從所述存儲設備取回與所述投射數據的所述特定部分相對應的所述已壓縮分組，其中所述解壓縮的步驟形成與所述投射數據的所述特定部分相對應的所述解壓縮採樣。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述生成所述數據訪問命令的步驟開始於所述數據獲取周期之後。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述壓縮的步驟還包括計算多個成對相應採樣之間的多個差值，以形成所述投射數據組的多個差值採樣；以及對所述多個差值採樣進行編碼，以形成所述已壓縮分組。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述計算多個差值的步驟還包括選擇，所述方法還包括計算與針對至少一個投射數據組的至少兩個備選差值類型相對應的差值，以形成針對每個備選差值類型的差值採樣組；確定用於表示每個差值採樣組的多個比特；以及選擇最小數目的比特可表示的差值採樣組以形成選定的差值採樣組，其中所述編碼的步驟被應用於所述選定的差值採樣組以形成所述已壓縮分組。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述備選差值類型包括逐個採樣差值類型、逐行差值類型以及逐個投射差值類型，其中計算與至少兩個備選差值類型對應的差值的步驟對所述採樣的陣列應用以下步驟中的至少兩個步驟計算來自所述陣列的每行的連續採樣之間的差值，以形成逐個採樣的差值採樣的組；計算來自所述陣列的連續行中的相應位置的採樣之間的差值，以形成逐行差值採樣的組；以及計算來自所述陣列中以及針對先前投射數據組的先前採樣陣列中的相應位置的採樣之間的差值，以形成逐個投射的差值採樣的組。
7.根據權利要求4所述的方法，其中所述壓縮的步驟還包括在計算多個差值的步驟之前衰減所述採樣，所述衰減還包括在存儲器中設置衰減分布的一個或多個參數，其中所述衰減分布是採樣坐標的函數並且規定了多個衰減值，其中所述衰減值小於或等於1 ；以及根據所述衰減分布來衰減所述陣列的所述採樣以形成幅度小於或等於所述採樣的原始幅度的已衰減採樣，其中所述計算多個差值的步驟被應用於所述已衰減採樣。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述取回的步驟響應於根據針對存儲設備訪問的工業標準協議的數據訪問命令。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括維持訪問陣列，其包含與所述多個已壓縮分組相對應的多個數據訪問參數以用於所述取回的步驟。
10.根據權利要求9所述的方法，其中至少一個索引參數與所述多個已壓縮分組的每一個的投射數據的相應部分相關聯，所述方法還包括計算每個已壓縮分組的大小，以形成多個大小；以及基於所述多個大小而生成所述多個數據訪問參數，其中所述訪問陣列將所述數據訪問參數與所述投射數據的相應部分的所述索引參數相關聯。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括根據所述索引參數，使用所述訪問陣列中的一個或多個所述數據訪問參數，確定相應已壓縮分組的所述分組位置參數；以及在所述數據訪問命令中提供所述分組位置參數，其中所述取回的步驟被應用以根據所述分組位置參數從所述存儲設備取回所述相應已壓縮分組。
12.根據權利要求10所述的方法，還包括在所述數據訪問命令中提供所述索引參數；以及根據所述索引參數，使用所述訪問陣列中的一個或多個所述數據訪問參數來確定相應的已壓縮分組的所述分組位置參數，其中所述取回的步驟被應用以根據所述分組位置參數從所述存儲設備取回所述相應的已壓縮分組。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述取回的步驟開始於所述數據獲取周期之後的時間點。
14.根據權利要求1所述的方法，還包括根據用戶輸入，在所述數據獲取周期之後的時間點生成所述數據訪問命令。
15.根據權利要求1所述的方法，其中所述壓縮的步驟根據用戶可選擇的壓縮控制參數來應用無損壓縮或有損壓縮。
16.根據權利要求1所述的方法，其中壓縮控制參數提供用戶可選擇的不壓縮選項，其中所述不壓縮的選項被選擇時，所述壓縮的步驟和解壓縮的步驟被旁路。
17.根據權利要求1所述的方法，還包括在所述解壓縮的步驟之前，將接收的已壓縮分組存儲在靜止存儲設備中。
18.根據權利要求1所述的方法，還包括在將所述解壓縮採樣提供給所述圖像重構處理器的步驟之前，將所述解壓縮採樣存儲在靜止存儲設備中。
19.一種計算X線斷層照相系統中的裝置，所述計算X線斷層照相系統包括靜止部分、 安裝以用於圍繞待檢查的對象進行旋轉的可旋轉部分以及所述靜止部分與所述可旋轉部分之間的接口，所述可旋轉部分包括用於檢測穿過所述對象的輻射的傳感器陣列，所述傳感器陣列產生對應於多個視圖的多個投射數據組，其中每個投射數據組包括在數據獲取周期期間針對相應視圖獲取的採樣的陣列，所述裝置包括壓縮器，位於所述可旋轉部分上，耦合以用於從所述傳感器陣列接收所述投射數據的採樣並形成已壓縮採樣，其中每個投射數據組的所述已壓縮採樣被布置在至少一個已壓縮分組中，其中每個已壓縮分組包含所述投射數據的相應部分的已壓縮採樣；存儲設備，其位於所述可旋轉部分上，並耦合至所述壓縮器，其中所述多個投射數據組的多個已壓縮分組在可控的時間段期間被存儲，其中每個所述已壓縮分組被存儲在所述存儲設備中的基於分組位置參數可訪問的相應位置，所述存儲設備響應於數據訪問命令而根據所述分組位置參數取回存儲於其中的至少一個已壓縮分組；發射器，耦合至所述存儲設備，用以通過所述接口的通信通道將從所述存儲設備取回的已壓縮分組傳送到所述靜止部分；接收器，其位於所述靜止部分上，耦合以用於從所述接口的通信通道接收所述已壓縮分組；以及解壓縮器，耦合在所述接收器與圖像重構處理器之間，所述解壓縮器對接收到的已壓縮分組的已壓縮採樣進行解壓縮，以形成所述投射數據的相應部分的解壓縮採樣，並且將所述解壓縮採樣提供給所述圖像重構處理器以用於對所述對象的圖像的後續重構。
20.根據權利要求19所述的裝置，還包括數據訪問控制器，耦合至所述圖像重構處理器，所述數據訪問控制器響應於所述圖像重構處理器而經由所述接口的控制通道將所述數據訪問命令提供給所述可旋轉部分上的所述存儲設備。
21.根據權利要求20所述的裝置，其中所述數據訪問控制器按照與工業標準協議相兼容的格式提供所述數據訪問命令。
22.根據權利要求19所述的裝置，其中所述存儲設備響應於根據針對存儲設備訪問的工業標準協議的所述數據訪問命令。
23.根據權利要求20所述的裝置，其中所述投射數據的特定部分被提供給所述圖像重構處理器，所述數據訪問控制器響應於來自所述圖像重構處理器的針對所述投射數據的所述特定部分的請求而生成所述數據訪問命令，所述存儲設備響應於所述數據訪問命令而取回與所述投射數據的所述特定部分相對應的已壓縮分組，所述解壓縮器將與所述投射數據的所述特定部分相對應的解壓縮採樣提供給所述圖像重構處理器。
24.根據權利要求19所述的裝置，還包括壓縮控制器，其位於所述可旋轉部分上，並且向所述壓縮器提供壓縮控制參數，其中所述壓縮控制器響應於用於選擇所述壓縮控制參數的用戶輸入。
25.根據權利要求M所述的裝置，其中所述壓縮器根據所述壓縮控制參數應用無損壓縮或有損壓縮。
26.根據權利要求M所述的裝置，其中壓縮控制參數提供用戶輸入可選擇的不壓縮選項，其中當所述不壓縮選項被選擇時，所述壓縮器和所述解壓縮器的操作被旁路。
27.根據權利要求M所述的裝置，其中所述壓縮控制器測量所述已壓縮採樣的特性， 並且基於所測量的特性來調節所述壓縮控制參數。
28.根據權利要求19所述的裝置，其中所述壓縮器生成訪問陣列，其包含與多個已壓縮分組相對應的多個數據訪問參數。
29.根據權利要求觀所述的裝置，其中至少一個索引參數與所述多個已壓縮分組的每一個的投射數據的相應部分相關聯，其中所述壓縮器基於所述已壓縮分組的大小來確定所述數據訪問參數，其中所述訪問陣列將所述數據訪問參數與所述投射數據的相應部分的索引參數相關聯。
30.根據權利要求四所述的裝置，還包括耦合至所述圖像重構處理器的數據訪問控制器，其中所述數據訪問控制器根據所述索引參數、使用所述訪問陣列中的一個或多個所述數據訪問參數來確定相應已壓縮分組的分組位置參數，並且經由所述接口的控制通道在針對所述可旋轉部分上的所述存儲設備的所述數據訪問命令中提供所述分組位置參數，其中所述相應已壓縮分組根據所述分組位置參數而從所述存儲設備被取回。
31.根據權利要求四所述的裝置，還包括位於所述可旋轉部分上並且連接至所述存儲設備的控制器，所述控制器根據所述索引參數、使用所述訪問陣列中的一個或多個所述數據訪問參數來確定相應已壓縮分組的分組位置參數，其中所述相應已壓縮分組根據所述分組位置參數而從所述存儲設備被取回。
32.根據權利要求19所述的裝置，還包括耦合至所述接收器的靜止存儲設備，其中所述靜止存儲設備存儲接收到的已壓縮分組。
33.根據權利要求19所述的裝置，還包括耦合至所述解壓縮器的靜止存儲設備，其中所述靜止存儲設備存儲所述解壓縮採樣。
34.根據權利要求19所述的裝置，其中所述壓縮器由現場可編程門陣列或者可編程處理器實現。
35.根據權利要求19所述的裝置，其中所述解壓縮器由現場可編程門陣列或者可編程處理器實現。
36.根據權利要求19所述的裝置，其中所述壓縮器還包括多個並行操作的壓縮模塊，每個壓縮模塊接收針對所述相應視圖的所述採樣的陣列的子集，並且形成所述已壓縮採樣的相應子集。
37.根據權利要求19所述的裝置，其中所述存儲設備包括多個存儲單元，所述裝置還包括解復用器，具有耦合到所述壓縮器的輸入並且具有多個輸出，每個輸出耦合到相應的存儲單元，所述解復用器將已壓縮採樣分成一個或多個部分，其中每個部分被導向所述相應的存儲單元；以及控制器，連接至所述可旋轉部分並且耦合至所述壓縮器和所述存儲單元，所述控制器協調所述已壓縮採樣向所述存儲單元的存儲以及所述已壓縮採樣從所述存儲單元的取回。
38.根據權利要求19所述的裝置，其中所述存儲設備包括至少一個固態驅動設備。
39.根據權利要求19所述的裝置，其中所述接口包括滑動環接口。
全文摘要
一種計算X線斷層照相系統，其具有靜止部分、被安裝用於圍繞待檢查對象旋轉的可旋轉部分以及靜止部分與可旋轉部分之間的接口。該可旋轉部分包括x射線源、用於檢測穿過對象的x射線以生成投射數據採樣的傳感器陣列、壓縮投射數據採樣的壓縮器以及存儲已壓縮採樣的存儲設備。可旋轉部分上的存儲設備可以包括一個或多個固態驅動器。對於圖像重構，從存儲設備中取回已壓縮採樣被，將其通過接口傳輸到靜止部分。靜止部分處的解壓縮器對接收到的已壓縮採樣進行解壓縮，並將已解壓縮的採樣提供給圖像重構處理器。本摘要不對權利要求書中所描述的發明範圍構成限制。
文檔編號A61B6/03GK102264299SQ200980153075
公開日2011年11月30日 申請日期2009年9月29日 優先權日2008年11月26日
發明者凌一, 卡爾·R·柯勞福, 阿爾伯特·W·魏格納 申請人:信飛系統公司