CN101690668B - X线机动态成像控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种X线机动态成像控制装置，目的是实时检测、动态获取图像、降低患者所受辐射剂量，成像质量好；本发明包括数据采集控制装置和电压电流控制电路；数据采集控制装置包括采集模块、显示模块和中间处理模块；采集模块包括低通滤波器GL、多路转换器MP、A/D转换电路、显示查找表LUT、连接器CN及数字串行总线接口；中间处理模块包括辅助总线接口VMC、缓冲存储器SDRAM、数字信号处理芯片DSP、主视屏接口集成电路PVIA和邻域操作加速器NOA；电压电流控制电路采用单片机U1作为控制系统的核心芯片，外围包括A/D转换电路、存储器CC、动作指示灯LT、8段数码管显示电路SJ、驱动外部继电器电路CD和蜂鸣器F。
Description
技术领域
本发明涉及一种X线机动态成像控制装置。
背景技术
自从1895年德国科学家伦琴发现了X射线以来，应用于人体的常规X射线诊断技术已经发展了近百年，从医疗装备的角度看，已经是一项比较成熟的医疗诊断技术。现有国内外医学设备在使用平板探测器方面主要以摄影方式为主。而在透视状态，即动态图像获取，需要医学X射线的实时检测时，常采用影像增强器等器件，其缺点是图像质量不清楚，检测灵敏度和图像分辨率低，采集方式较复杂。
发明内容
本发明目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种可以实时检测、动态获取图像、成像质量好的X线机动态成像控制装置。
本发明包括数据采集控制装置和电压电流控制电路；数据采集控制装置包括采集模块、显示模块和中间处理模块。采集模块包括低通滤波器GL、多路转换器MP、A/D转换电路、显示查找表LUT、连接器CN及数字串行总线接口。模拟视屏输入信号AVI经低通滤波器GL与多路转换器MP连接，并经过A/D转换电路转换为数字信号，通过RS-422数字串行总线接口JK控制选择通道；数字信号经过显示查找表LUT后再与连接器CN连接。显示模块包括显示视屏接口集成电路DVIA、PCI总线、高性能图像控制器MGA、帧缓存架构FB、BIOS芯片及随机存取内存数模转换器RAMDAC。显示视屏接口集成电路DVIA与帧缓存架构FB连接，再通过随机存取内存数模转换器RAMDAC输出显示，或通过PCI总线与输出设备连接。把处理完的结果再转化成模拟结果输出显示；或者直接把数字结果通过PCI总线输出到其他的PCI总线设备上。中间处理模块包括辅助总线接口VMC、缓冲存储器SDRAM、数字信号处理芯片DSP、主视屏接口集成电路P VIA和邻域操作加速器NOA。中间处理模块配合作信号处理，把采集到的信号进行数字信号处理。主视屏接口集成电路P VIA和DSP芯片及邻域操作加速器NOA连接，再连接到缓冲存储器SDRAM；或者通过辅助总线接口VMC连接主视屏接口集成电路P VIA，再与PCI总线连接到输出设备。处理功能通过DSP芯片在50MHz频率下完成。DSP芯片是新一代的数字信号处理芯片，其内部集成有四个DSP和一个RISC主处理器，一个传输控制器TC，一个视频控制器VC和50K字节的静态随机存储器SRAM等资源。处理能力每秒达20亿次，具有高度并行性、高计算精度和通用性。该芯片可实时实现新一代的视频压缩和解压缩。数字信号处理芯片DSP采用Texas公司的TMS320C80(C80)，主视屏接口集成电路PVIA采用Matrox公司产品。
电压电流控制电路包括单片机U1、A/D转换电路、存储器CC、动作指示灯LT、8段数码管显示电路SJ、驱动外部继电器电路CD和蜂鸣器F。电压电流控制电路采用单片机U1作为控制系统的核心芯片，外围包括A/D转换电路、存储器CC、动作指示灯LT、8段数码管显示电路SJ、驱动外部继电器电路CD和蜂鸣器F；单片机U1型号R8C25，既有高功能指令又有高效率指令，并且具有1M字节的地址空间和高速执行指令的能力，内部集成了10位逐次逼近A/D转换器，同时还集成了I2C协议，所以直接调用I2C协议便能对FLASH器件存储器CC进行读写。存储器CC采用存储器24C01。
本发明控制装置与平板探测器、计算机和X线机配套使用。单片机U1接口驱动，实现X线机、平板探测器的同步动作控制。主要功能包括完成检测中X线机的平动，甚至更准确的圆周径向运动、和轴向运动等。平板探测器采用瓦里安PaxScan2520。数据采集控制装置与平板探测器控制部件中的16位数字接口连接，把从平板探测器中采集到的图像读取至数据采集控制装置，并将数据传输给计算机。该控制装置有一个100-pin的外接口用于数据的输入以及控制信号的输入输出，平板探测器有一个50-pin的外接口用于数据及控制信号的输入输出。数据采集控制装置中有32个管脚对应平板探测器的32个引脚，主要负责图像数据的传输，可为8位、12位或16位的图像，在本系统中主要针对12位图像进行传输。根据平板探测器的状态配置控制器相应的参数。平板探测器共有荧光透视法和射线照相法(Radiography)两种图像采集模式，其中荧光透视法的最高速度可以达到30帧/秒，即能达到实时采集及显示的功能。本系统主要设计出三种采集方式，并根据不同的方式配置不同的控制器参数。
平板探测器完成一帧图像采集的时间分为两部分：一部分是非晶硅薄膜晶体管(TFT)集成电路通过行选择电路后按图像行一次读出图像数据的读出时间，这个时间在特定工作模式下为固定的数值；另一部分为帧回归消隐(Vertical B tanking)时间，与采集的帧速率有关。如果脉冲X射线在帧读出时间之内出现，由于逐行读出的工作方式，所以就有可能使得各行像素的射线照射时间不一样，其结果就是在获取的数字图像上出现明暗不同的条带。为了避免这种现象，需要对X射线的出束时间与帧读出时间进行同步控制。目的是在平板探测器上使所有的像素在每一帧中所受到的X射线的照射时间完全一样。控制器根据工作流程，发出主工作脉冲，按操作者使用意图在主脉冲的不同时段，依据控制器内置的与X线机端协议好的开放性指令集，通过RS-422接口向X射线机发出控制指令，控制射线发生及各辅助部件的工作，接收X射线机反馈的准备、曝光、结束指令。
本发明控制装置与计算机之间采用32位PCI总线主/从接口，总线主控模式以每秒高达130MB的速率传输数据而不需要连续占用总线。即使系统同时进行采集、显示、制图、网络接收、磁盘存储、以及外部输入输出，扩展的缓冲功能也可以在高速总线滞后情况下确保图像数据实时传输到主存，PCI接口还支持图像数据亚采样以近一步降低对总线带宽的要求。控制器针对PCI有一个100-pin的外接口用于数据的输入以及控制信号的输入输出，一个连接RS-232串口的9-pin接口和一个用于触发输入的9-pin接口。针对PC/104-Plus设计了两个带有32-bit数字输入同步和信号控制包括触发输入的68-pin IDC接口。控制器有专门设计的高级存储控制器，它可以以先进的格式重组方式将数据实时采集到板上内存，使采集到的数据流不须通过CPU而直接将并行数据流导出到PCI总线。PCI总线还支持packed9或planar9彩色或多通道黑白数据流的传输。与采集相关的比如帧/场或序列采集的开始和结束都可以用中断的方式优化当前的采集和处理(双缓存)。
计算机指令传至控制器，将操作者意图转化为人机交互指令。X线机通过X射线将被摄物体图像信号输入到平板探测器内。通过平板探测器内的光电系统转换和数模转换，将X线信号转换成数字信号传输到控制器，其各种工作状态可受控制器指令控制。平板探测器是一种对X射线较敏感的固态传感器，可以有多种型号。按工业及医疗不同要求选用，该器件基本物理特性是将不同强弱的射线转化为幅度不同的电信号。控制器由数据采集控制板和电压电流控制板两块控制板组成。数据采集控制板给平板探测器指令，让其工作。电压电流控制板通过端口将指令信号传至X线机。数据采集控制板和电压电流控制板将图像信号与计算机连接。
本发明控制装置可以直接数字化成像，在摄影或者透视状态下，对X射线都可直接成像，不需经过CCD相机等设备进行转化。可对平板探测器进行控制，实现平板探测器的连接功能、平板校准功能、模式选择功能、图像采集功能、集成透视、摄影、DA、DSA等多种功能。具备消化道检查、骨骼摄影、内镜检查等功能。在X射线照射的情况下进行实时的显示，采集速度可达到30帧/秒，空间分辨率优于1.97lp/mm。可对各种造影进行平板采集，全面实现胃肠道检查、介入检查、骨科检查等操作。配合硬件条件，透视系统能实现特殊体位和病变切线等复杂摄影的拍摄。解决了普通DR只能盲拍的摄影局限。具有高分辨率、高品质图像，提供了丰富的成像细节和诊断信息。高达12bit的灰度深度，一次曝光可获得从皮肤到骨骼的全部信息。既可以在摄影状态下又可以在透视状态下，不需要其他设备进行数字信号的转换，成像的质量好，速度快，设备所占体积小。
附图说明
图1是本发明数据采集控制装置电路框图。
图2是本发明电压电流控制电路框图。
具体实施方式
模拟视屏输入信号AVI经低通滤波器GL与多路转换器MP连接，并经过A/D转换电路转换为数字信号，通过RS-422数字串行总线接口JK控制选择通道；数字信号经过显示查找表LuT后再与连接器CN连接。显示模块包括显示视屏接口集成电路D VIA、PCI总线、高性能图像控制器MGA、帧缓存架构FB、BIOS芯片及随机存取内存数模转换器RAMDAC。显示视屏接口集成电路与帧缓存架构连接，通过PCI总线与输出设备连接，把处理完的结果转化成模拟显示输出ADO。中间处理模块包括辅助总线接口VMC、获取端口接口GPI、缓冲存储器SDRAM、数字信号处理芯片DSP、主视屏接口集成电路P VIA和邻域操作加速器NOA。电压电流控制电路包括R8C25单片机U1、A/D转换电路、24C01存储电路CC、动作指示灯LT、8段数码管显示电路SJ、驱动外部继电器电路CD和蜂鸣器F。驱动外部继电器电路CD采用MC1413。
本发明控制装置可以实时获取病灶的透视图像，对散射光子有很强的抑制作用，图像动态范围可做到很大，对数字图像可以采用多种处理手段，处理结果易保存。该方法使用方便，成像速度快，图像质量好，患者所受辐射剂量非常低。系统的成像能力主要表现在分辨率上，即空间分辨率和透度的灵敏度。借助数字图像处理技术，不仅能通过对射线图像信息的进一步数学加工处理，改善人的视觉效果，更重要的作用是借助于计算机，进行医学射线图像的实时采集，降低射线剂量，增强图像的对比度和分辨率，实现医学射线成像的自动化。同时，在DR成像的基础上，充分发挥平板探测器的特点，利用获取的多幅DR图像，使得整体系统不仅能获得病灶的DR图像，而且能给出清晰的数字图像，显示病灶的大小、形态及空间位置等信息，对于准确判断病灶是非常有意义的。但数字图像处理并不会增加图像的信息，因此，保证数字医学影像系统性能的关键是成像系统的优化设计，以期获得更多的有关病灶的信息，为进一步进行各种图像处理功能打下基础。本发明优异的图像质量，快速高效的实时成像功能，轻薄紧凑的结构，灵活便捷的网络接口都是其它成像装置所无法达到的。
Claims (3)
1.一种X线机动态成像控制装置，其特征是包括数据采集控制装置和电压电流控制电路；数据采集控制装置包括采集模块、显示模块和中间处理模块；采集模块包括低通滤波器GL、多路转换器MP、A/D转换电路、显示查找表LUT、连接器CN及数字串行总线接口；模拟视屏输入信号AVI经低通滤波器GL与多路转换器MP连接，并经过A/D转换电路转换为数字信号，通过RS-422数字串行总线接口JK控制选择通道；数字信号经过显示查找表LUT后再与连接器CN连接；显示模块包括显示视屏接口集成电路DVIA、PCI总线、高性能图像控制器MGA、帧缓存架构FB、BIOS芯片及随机存取内存数模转换器RAMDAC；显示视屏接口集成电路DVIA与帧缓存架构FB连接，再通过随机存取内存数模转换器RAMDAC输出显示，或通过PCI总线与输出设备连接；把处理完的结果再转化成模拟结果输出显示；或者直接把数字结果通过PCI总线输出到其他的PCI总线设备上；中间处理模块包括辅助总线接口VMC、缓冲存储器SDRAM、数字信号处理芯片DSP、主视屏接口集成电路P VIA和邻域操作加速器NOA；主视屏接口集成电路P VIA和DSP芯片及邻域操作加速器NOA连接，再连接到缓冲存储器SDRAM；或者通过辅助总线接口VMC连接主视屏接口集成电路P VIA，再与PCI总线连接到输出设备；处理功能通过DSP芯片在50MHz频率下完成；电压电流控制电路采用单片机U1作为控制系统的核心芯片，外围包括A/D转换电路、存储器CC、动作指示灯LT、8段数码管显示电路SJ、驱动外部继电器电路CD和蜂鸣器F；单片机U1型号R8C25。
2.如权利要求1所述的X线机动态成像控制装置，其特征是初级视屏接口集成电路PVIA采用Matrox公司产品。
3.如权利要求1所述的X线机动态成像控制装置，其特征是存储器CC采用存储器24C01。
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