Аналого-цифровой преобразователь для рентгеновского вычислительного томографа

 

(72) Автор изобретения

B. Ю. Хпебцевич (7! ) Заявитель Научно-исследовательский институт интроскопии (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО

ВЫ ЧИСЛИТЕЛЬНОГО ТОМОГРАФА

Изобретение относится к конструкциям аналого-цифровых преобразователей (AUII) и предназначено для использования в рентгеновских вычислительных томографах.

Известен AUD с двойным интегрированием, предназначенный для использования в UBN рентгеновского вычислитепьного томографа и содержащий входные ключи и ключ обнуления, интегрирующие усилитель и конденсатор, схему сравнения, триггер, управляющий ключами, и счетчи 1О импульсов 1).

Недостатками этого устройства явля— ются погрешность интегрирования, обус15 ловленная конечным сопротивлением ключа обнуления в закрытом состоянии, а также погрешность измерения напряжения, которую вносит входной ключ, являющийся нелинейным элементом, например полевым транзистором, Ключи, выполненные на полевых транзисторах, имеют низкую помехозашищенность и быстродействие.

Кроме того, точность .восстановления изоб2 ражения ограничена низким, быстродействи ем схемы счета AUD.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является АЦП рентгеновского вычислительного томографа, содержащий входной усилитель, схему двойного интегрирования, в состав которой входят зарядный и разрядный резисторы, интегрирующий усилитель и схема сравнения, к входам которых подключен интегрирующий конденсатор, триггер, подключенный к выходу схемы сравнения, источник опорного напряжения и подключенную через мультиплексор каналов к шине UBM схему счета, состоящую из коммутатора, вход которого подключен к выходу триггера, и счетчика ймпульсов (2).

Недостатками известного устройства являются сложность схемы двойного интегрирования AUD и ее погрешность, что снижает точность восстановления изображения. Ограниченное быстродействие схемы счета AUD не позволяет уменьшить время сканирования; равное для СТ 1010 4 мин.

884124

15 го

25 зо

Рентгеновский томограф содержит рент40 №5 к выходу которого подключен зарядный резистор 9, соединенный с разрядным резистором 10, причем в общую точку резисторов включен управляемый источник

11 тока с источником опорного напряже« ния Цп, К резистору 10 подключены один вывод интегрирующего конденсатора 12 и вход интегрирующего усилителя 13, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение/ток 14. К выходу последнего подключен источник 15 тока, причем в обшую точку источника 15 и преобразователя 14 включены второй вывод интегрирующего конденсатора 1 2 и

Цель изобретения - повышение точности восстановления томографического изображения эа счет повышения точности пре- . образования сигнала детектора.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровом преобразователе для рентгеновского вычислительного томографа, содержащем входной усилитель, схему двойного интегрирования, в состав которой входят зарядный и разрядный резисторы, интегрирующий усилитель и схема сравнения, к входам которых подключен интегрирующий конденсатор, подключеннь1й к выходу схемы сравнения триг

rep, источник опорного напряжения, а также подключенную через мультиплексор каналов к шине HBM схему счета, состоящую из коммутатора, вход которого подключен к выходу триггера, и счетчика импульсов, в схему двойного интегрирования введены управляемый источник тока, подключенный к второму выходу схемы сравнения и включенный между обшей точкой резисторов и источником опорного напряжения, и соединенные последовательно с интегрирующим усилителем преобразователь напряжение/ток и источник тока, общая точка которых подключена к входу схемы сравнения, а в схему счета введены второй коммутатор, вход и выход которого соединены соответственно с вхо дом B выходом первого коммутатора, и

R 9-триггер, включенный между коммутаторами и счетчиком импульсов.

На чертеже показана схема рентгеновского вычислительного томографа с предложенным АЦП. геновский излучатель 1, излучение которого проходит через исследуемый объект

2 и попадает на блок детекторов 3. К каждому детектору подключен АЦП 4, соединенный через мультиплексор каналов 5 к UBN 6 с индикатором изображения 7.

АЦП 4 содержит входной усилитель 8, один вход схемы 16 сравнения. АЦП 4 также содержит ключи 17 и 18, Я5- триггер 19, коммутаторы 20 и 21, К - триггер 22 и счетчик 23. Один выход схемы сравнения 16 подключен к 5 -входу триггера 19, а другой выход — к. обшей точке ключей 17 и 18 и к управляемому источнику тока 11. Триггер 19 Р»выходом подключен к ключу 18, а Т-выходом - к ключу 17 и коммутаторам 20 и 21, Общая точка коммутаторов 20 и 21 подключена к / -входу триггера 22, выходы которого подключены к входам счетчика

23.

Устройство работает следующим образом.

Рентгеновский излучатель 1, жестко связанный с блоком детекторов 2, перемешается относительно неподвижного исследуемого объекта 3. Интенсивностьизлучения перед объектом измеряется с помошью опорного детектора, установленного в корпусе излучателя, а за объектом регистрируется в блоке детекторов 3, каждый из которых подключен к соответствующему каналу 4 АЦП (на чертеже представлен канал одного из детекторов). Сигнал с детектора, поступающий на вход канала, усиливается входным усилителем 8 и начинает заряжать интегрируюший конденсатор 12 при поступлении позиционного импульса с частотой 1, вырабатываемого в системе сканирования (на чертеже не показана), на ключ 18.

При этом закрывается управляемый источник тока 11 и входной сигнал поступает на вход интегрирующего усилителя 13 через резисторы 9 и 10. Зарядный ток конденсатора 12, образующийся в преобразователе напряжение/ток 14, равен напряжению входного сигнала, деленному на сопротивление последовательно соединенных резисторов 9 и 10. В момент окончания действия позиционного импульса переключается триггер 19 в состояние "1" и происходит переключение ключей:,ключ 18 размыкается, а ключ 17 замыкается. При этом открывается управляемый источник

11 тока, а разрядный резистор 10, через который разряжается интегрирующий конденсатор 12, подключается к источнику опорного напряжения (J „.В тот момент когда напряжение на входе схемы сравнения 16 станет равным 0 (интегрирующий конденсатор 12 разрядился), на ее первом выходе вырабатывается напряжение, леребрасываюшее триггер 19 в состояние "0 .

Происходит размыкание ключа 17. Таким образом, в режиме обнуления ключи 17 и

884124

18 разомкнуты и сигнал со второго выхода схемы сравнения 16 поступает беспрепятственно на вход управляемого источника тока 11, образуя при этом цепь отрицательной обратной связи по напряжению. В этом случае ток Д„вырабатыва.а емый источником 11,, равен току про% ходяшему через резистор 9, независимо от величины напряжения входного сигнала.

Выработанная на выходе триггера 19

"1", длительность которой пропорционаш на интегралу напряжения входного сигнала эа время действия позиционного импульса, включает коммутаторы 20 и 21, пропускаюшие на вход К5-триггера 22 соответственно только "1" или только

0", равной длительности с частотой „»», Для обеспечения синхронной работы ком, мутаторов 20 и 21 их входы подключаются к инверсным выходам . задающе-, го генератора. С выхода Г -триггера 22 импульсы с частотой » поступают на вход двоичного счетчика импульсов 23.

При переходе триггера 19 в состояние

"0" коммутаторы 20 и 21 отключаются от входа К5-триггера 22, на входе кото.рого запоминается последнее состояние

1" или "0", образующее младший разряд двоичного хода. Одновременно на выходе счетчика импульсов 23 запоминаются старшие разряды от 2 до и. Затем мультиплексор каналов 5 подключает выходы.... схемы счета к памяти UBN 6. Сигналом

"О." обнуляются gc триггер 22 и счетчик импульсов 23. После этого цикл измере- ния повторяется с частотой позиционных импульсов » . длительность которых соответствует времени перемешения детек» тора относительно границ дискретных объемов, на которые разбит исследуемый объект. м - oe

Применение R6 триггера,22 в качест-. ве двоичного счетчика позволяет полностью использовать временную информацию с генератора тактовой частоты f <роме того, QQ триггер может работать на более высокой частоте, чем обычный счеч$0 чик. Время разрешения RQ -триггера

=21-„п1 тогда как у Т - триггера, щ1п используемого в счетчиках,+»» » = 6 э „ н.

Введение Я триггера в AUG предла— гаемого томографа дает воэможность увеличить выходное число в два раза при той

$$ же скорости cKBHHpoBBHHsl что эквивалент но увеличению в два раза разрешаюшей способности иэображения по плотности исследуемого объекта.

После обработки измерительных данных в UBN вычисляется плотность каждого дискретного объема исследуемого сечения объекта путем многократных измерений ослабления рентгеновского излучения обт ектом при сканировании с различных углов. Затем изображение сечения объекта выводится на экран индикатора 7, на котором определенной плотности каждого элемента сечения соответствует определенная яркость изображения.

Точность восстановления иэображения в рентгеновском вычислительном томографе зависит, в основном, от точности схемы двойного интегрирования А1ЛП, которая связана с коэффициентом нелинейности интегрируюшего усилителя, определяемым по уравнению где К - коэффициент усиления; 3E - коэффициент нелинейности.

Для получения заданных параметров

» иэображения необходимо иметь коэффициент нелинейности 10 4, т.е. коэффи циент усиления интегрируюшего усилителя должен быть К Py10 .

В известных устройствах для обеспе1$ чения устойчивости усилителя необходимо снижать усиление на высоких частотах с помощью корректирукнцих конденсаторов, а так как время интегрирования, определяемое частотой позиционных импульсов », щ мало, например 1 мс, то наличие корректируюших конденсаторов приводит к значительной динамической ошибке интегрирования.

Применение преобразователя напряжеИ ния в ток 14 и источника тока 15 позволяет снизить коэффициент усиления на два порядка, так как их коэффициент нели нейности ® =0,01. В этом случае интегрируюший усилитель всегда устойчив и за не требует коррекции.

Введение одного управляемого источника тока 11, выполненного, например, на биполярном транзисторе, вместо трех ключей на полевых транзисторах в известных устройствах (1, 2) обеспечивает лучшие быстродействие, линейность, помехоэашишенность и более точное обнуление, а также технологичность при серийном из«> готовлении интегральной микросхемы, так как число каналов AUII достигает 1 тыс. в одном томографе. Формула изобретения

884

Аналого-цифровой преобразователь для рентгеновского вычислительного томографа, содержаший входной усилитель, схему 5 двойного интегрирования,в состав которой входят зарядный и разрядный резисторы, интегрирующий усилитель и схеМа сравнения, к входам которых подключен интегрируюший конденсатор, подключенный к вы- 10 ходу схемы сравнения триггер, источник опорного напряжения, а также подключенную через мультиплексор каналов к шине

11ВМ схему счета состояшую из коммутатора, вход которого подключен к выхо- !5 ду триггера, и счетчика импупьсов, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности восстановления томографического изображения за счет повышения точности преобразования сигнала го детектора, в схему двойного интегрирования введены управляемый источник то124

8 ка, подключенный к второму выходу схемы сравнения и включенный между обшей точкой резисторов и источником опорного напряжения, и соединенные последовательно с интегрирующим усилителем преобразователь напряжение/ток и источник тока, общая точка которых подключена к входу схемы сравнения, а в схему счета введены второй коммутатор, вход и выход которого соединены соответственно с входом и выходом первого коммутатора, и К 9триггер, включенный между коммутаторами и счетчиком импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Балакай В. Г. и др. Интегральные схемы А11П и Е1АП, М., "Энергия", 1978, с, 62.

2. Техническое описание "ЕМ Э-5co ner

СТ 1010", Фирма "EN 3 ", Великобритания (прототип).

ВНИИПИ Заказ 10255/85 Тираж 991 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4