Аналого-цифровой преобразователь для рентгеновского вычислительного томографа

7 ) Заявител 4) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ВЫ ЧИСЛИТЕЛЬНОГО ТОМОГРАФАдействиНедостатками этого устро ся погрешность интегриро а явля -, обусем клюи ловленная конечным нии, апряжения,закрытом состоя а обнулен явмерения ной ключ, я также погрешность которую вносит вход ся нелинейным элем вым транзистором, на полевых транзистпомехозащищенность Кроме того, точност имер по ентом, н нные Ключи, выпопнорах, имеют и быстродей ь .восстановл вие ения изобИзобретение относится к конструкцияманалого-цифровых преобразователей (АЦП)и предназначено для использования в рентгеновских вычислительных томографах.Известен АЦП с двойным интегрированием, предназначенный для использования в ЦВМ рентгеновского вычислитепьного томографа и содержащий входные кпючи и ключ обнуления, интегрирующие усилитель и конденсатор, схему сравнения,триггер, управляющий ключами, и счетчикимпульсов 1,ражения ограничена низким быстро ем схемы счета АЦП.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 ЦВМ схему счета, состоящую из коммутатора, вход которого подключен к выходу тригмра, и счетчика ймпульсов ЫНеростатками известного устройства ляются сложность схемы двойного интегрирования АЦП и ее погрешность, что сн жает точность восстановления изображения, Ограниченное быстродействие схемы счета АЦП не позволяет уменьшить время сканирования; равное для СТ 1010 4 мин, М 4124 4Цель 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, подключеннь 1 й к выходу схемы сравнения триг гер, источник опорного напряжения, а также подключенную через мультиплексор каналов к шине ЦВМ схему счета, состоящую из коммутатора, вход которого подключен к выходу триггера, и счетчика импульсов, в схему двоййого 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 ц выходом первого коммутатора, и Р 5-триггер, включенный между коммутаторами и счетчиком импульсов.На чертеже показана схема рентгеновского вычислительного томографа с предложенным АЦП,Рентгеновский томограф содержит рентгеновский излучатель 1, излучение которого проходит через исследуемый объект 2 и попадает на блок детекторов 3. Ккаждому детектору подключен АЦП 4, соединенный через мультиплексор каналов 5 к ЦВМ 6 с индикатором изображения 7.АЦП 4 содержит входной усилитель 8,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 Цоп, К резистору 10 подключены один вывод 11 нтегрирующего конденсатора 12 ивход интегрирующего усилителя 13, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение/ток 14. К выходу последнего подключен источник 15 тока, причем в общую точку источника 15 и преобразователя 14 включены второй вывод интегрирующего конденсатора 1 2 и1 О 15 го 25 эо3540 4550 55 один вход схемы 16 сравнения, АЦП 4 также содержит ключи 17 и 18, К 5-триггер 19, коммутаторы 20 и 21, Б 5-триггер 22 и счетчик 23, Один выход схемы сравнения 16 подключен к 5 -входу триггера 19, а другой выход - к обшей точкеключей 17 и 18 и к управляемому источнику тока 11. Триггер 19 Рвыходом подключен к ключу 18, а Т-выходом - к ключу 17 и коммутаторам 20 и 21, Общая точка коммутаторов 20 и 21 подклю чена к 1 -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. Интенсивность . излучения 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 (1 .В тот момент когда напряжение на входе схемы сравнения 16 станет равным 0 (интегрирующий конденсатор 12 разрядился), на ее первом выходе вырабатывается напряжение, леребрасывающее триггер 19 в состояние "0, Происходит размыкание ключа 17. Таким образом, в режиме обнуления ключи 17 и884124 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 вырабатывасемый источником 11 равен току д про% ходящему через резистор 9, независимо от величины напряжения входного сигнала.Выработанная на выходе триггера 19 ф 1", длительность которой пропорциональна интегралу напряжения входного сигнала эа время действия позиционного импульса, включает коммутаторы 20 и 21, пропускающие на вход Й 5-триггера 22 соответственно только "1 ф или только "О", равной длительности с частотой , Для обеспечения синхронной работы ком, мутаторов 20 и 21 их входы подключаются к инверсным выходам .задающе-, го генератора. С выхода К -триггера 22 импульсы с частотойпоступают на вход двоичного счетчика импульсов 23. При переходе триггера 19 в состояние. "Оф коммутаторы 20 и 21 отключаются от входа К 5-триггера 22, на входе кото.рого запоминается последнее состояние ф 1" или фОф, образующее младший разряд двоичного хода. Одновременно на выходе счетчика импульсов 23 запоминаются старшие разряды от 2 до Затем мультиплексор каналов 5 подключает выходы. . схемы счета к памяти ЦВМ 6, Сигналом "О." обнуляются 1-триггер 22 и счетчик импульсов 23. После этого цикл измере-ния повторяется с частотой позиционных импульсов в. длительность которых соответствует времени перемещения детектора относительно границ дискретных объемов, на которые разбит исследуемый объект. После обработки измерительных данных в ЦВМ вычисляется плотность каждого дискретного объема исследуемого сечения объекта путем многократных измерений ослабления рентгеновского излучения объектом при сканировании с различных углов, Затем изображение сечения объекта выводится нв экран индикатора 7, на котором определенной плотности каждого элемента сечения соответствует определенная яркость изображения. Применение Вб-фгриггерв,22 в качест-.ве двоичного счетчика позволяет полностью использовать временную информациюс генератора тактовой частоты , ,рометого, КЯ -фгриггер может работать на более высокой частоте, чем обычный счеччик. Время разрешения ЙЮ -триггера=21-п 1 и тогда квк у Т - триггера, м Зп 1используемого в счетчиках, = 6Введение Р 6 триггера в ДЦП п дгаемого томографа дает воэможность увеличить выходное число в два раза при той Яже скорости сканирования, что эквиввлентффно увеличению в два раза разрешающейспособности иэображения по плотности исследуемого объекта. Точность восстановления иэображения в рентгеновском вычислительном томографе зависит, в основном, от точности схемы двойного интегрирования АЦП, которая связана с коэффициентом нелинейности интегрируюшего усилителя, определяемым поуравнению где К - коэффициент усиления;Ж - коэффициент нелинейности.Для получения заданных параметровиэображения необходимо иметь коэффиш- ент нелинейности10 4, т.е. коэффи циент усиления интегрирующего усилителя должен быть К у 10 .В известных устройствах для обеспе чения устойчивости усилителя необходимоснижать усиление на высоких частотах с помощью корректирукнцих конденсаторов, а так как время интегрирования, определяемое частотой позиционных импульсов 1, рф мало, например 1 мс, то наличие корректирующих конденсаторов приводит к значительной динамической ошибке интегрирования.Применение преобразователя напряже- И ния в ток 14 и источника тока 15 позволяет снизить коэффициент усиления надва порядка, так квк их коэффициент нелинейности Ж 0,01, В этом случае интегрирующий усилитель всегда устойчив и зв 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, помехозащищенность и более точное обнуление, а также технологичность при серийном изготовлении интегральной микросхемы, так как число каналов АЦП 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 О ходу схемы сравнения триггер, источник опорного напряжения, а также подключенную через мультиплексор каналов к шине ЦВМ схему счета состоящую из коммутатора, вход которого подключен к выхо ду триггера, и счетчика импульсов, о тл и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности восстановления томографического изображения за счет повышения точности преобразования сигнала 20 детектора, в схему двойного интегрирования введены управляемый источник то 1248ка, подключенный к второму выходу схемы сравнения и включенный между Ьбшейточкой резисторов и источником опорногонапряжения, и соединенные последовательно с интегрирующим усилителем преобразователь напряжение/ток и источник тока,общая точка которых подключена к входусхемы сравнения, а в схему счета введены второй коммутатор, вход и выход которого соединены соответственно с входоми выходом первого коммутатора, и К 6 триггер, включенный между коммутаторами и счетчиком импульсов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Балакай В. Г, и др, Интегральныесхемы АЦП и ЦАП, М., "Энергия", 1978,с, 62,2, Техническое описание "ЕМ Эсаиие 1"СТ 1010", фирма "ЕМЗ ", Великобритания (прототип).