CN103876762A - 一种ct球管曝光控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种CT球管曝光控制系统和方法，软件控制中心在CT球管曝光之前向硬件控制模块发送曝光轨迹点并填入缓冲区，硬件控制模块将相邻时间轨迹点插值运算获得更高时间精度的计算轨迹点，并依次发送至CT球管执行，软件控制中心根据硬件控制模块实时反馈的缓冲区中轨迹点个数信息及时向缓冲区补充轨迹点数据，以防止缓冲区中轨迹点消耗完毕而提前停止曝光，直到缓冲区中的轨迹点全部消耗完毕，正常结束曝光。在此过程中硬件控制模块将根据自身的错误处理机制处理错误的或者部分丢失的轨迹点，一旦发现轨迹点异常，将立即停止CT球管的曝光，从而提高CT系统曝光的安全性，动态实时精确的控制CT球管的曝光剂量和时间。

Description

一种CT球管曝光控制系统和方法
 
【技术领域】
本发明涉及计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)技术领域，尤其涉及一种CT球管曝光控制系统和方法。
【背景技术】
CT(Computed Tomography)即计算机断层扫描，是目前人体内部组织器官解剖形态结构的最主要的影像手段系统之一，尤其是检查有密度和形态变化的疾病敏感病灶。CT的组成主要有X射线(X-ray)发生系统、信号接收系统(探测器)、电子计算机处理系统(信号处理和图像重建)及辅助设备(监视器、照相机等)，其核心装置是CT球管。
CT球管是产生X射线的发射源，从CT球管焦点位置发射X射线，经过人体达到检测器，检测器接受X射线转化为信号并重建图像。鉴于X射线对人体的危害性，因此精确控制CT球管的曝光时间和剂量极其重要。
目前，CT系统中对球管的曝光控制采用软件控制中心发送指令，硬件控制模块进行响应的静态控制模式，如图1所示。由于软件控制中心发送的指令为静态指令，因此精确度得不到保证，也不能做到实时控制，并且一旦运行错误，不能及时停止，为了实现安全控制CT球管，实际使用中常采用十分复杂的保护措施。
因此，需要提出一种技术方案，能够实时精确控制CT球管的曝光，并且一旦曝光轨迹点运行错误，能够及时停止曝光，从而提高CT系统的安全性并简化CT系统的安全保护措施。
【发明内容】
本发明解决的问题是要提出一种CT球管曝光控制系统和方法，能够动态实时精确控制CT球管的曝光时间和剂量，从而提高CT系统的安全性。
为了解决上述问题，本发明提出一种CT球管曝光控制系统，由软件控制中心、硬件控制模块和CT球管组成，其中，所述硬件控制模块包括一个缓冲区，所述软件控制中心与所述硬件控制模块时钟同步。
进一步地，所述软件控制中心与所述硬件控制模块时钟同步的精度为10微秒以内。
进一步地，所述软件控制中心和所述硬件控制模块通过CANopen通信实现时钟同步。
进一步地，所述硬件控制模块向所述CT球管逐个发送轨迹点。
进一步地, 所述缓冲区能储存32个轨迹点信息。
进一步地, 所述软件控制中心向所述缓冲区发送轨迹点时使用CANopen通信中高优先级。
本发明还提出一种CT球管曝光控制方法，通过软件控制中心、硬件控制模块来控制所述CT球管的曝光,所述硬件控制模块包括一个缓冲区,其中，包括以下步骤：
所述软件控制中心依据实际诊断扫查协议生成曝光轨迹点；
所述软件控制中心向所述硬件控制模块发送轨迹点，并储存在所述缓冲区中；
所述硬件控制模块根据插值运算获得两个相邻时间轨迹点之间的若干计算轨迹点；
所述硬件控制模块向所述CT球管发送所述轨迹点和计算轨迹点，所述CT球管执行所述轨迹点和计算轨迹点。
进一步地，所述轨迹点为（ti，mAi）,其中，ti为第i个轨迹点带有的绝对时间信息，mAi为第i个轨迹点带有的CT球管曝光的毫安值信息，（ti，mAi）为ti时间的CT球管曝光的毫安值mAi，所述绝对时间为格林尼治时间，所述轨迹点按照时间顺序先后排列。
 
进一步地，所述插值运算公式为：，其中和为相邻时间的两个轨迹点，为大于且小于的整数，经过所述插值运算获得的计算轨迹点为。
进一步地，所述的轨迹点和计算轨迹点之间的时间间隔为1ms。
进一步地，当所述缓冲区中轨迹点个数少于10时，所述软件控制中心向所述硬件控制模块发送所述轨迹点。
进一步地，当所述硬件控制模块判断所述轨迹点和所述计算轨迹点出现异常时，停止所述CT球管曝光。
进一步地，所述缓冲区的所有轨迹点和计算轨迹点全部发送至所述CT球管且在15ms内没有新的轨迹点来到所述缓冲区时，立刻停止所述CT球管曝光。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：
本发明通过插值运算获得精度更高的计算轨迹点，并且软件控制中心和硬件控制模块实现时间同步，从而能够动态实时精确控制CT球管的曝光剂量和时间，并且一旦发现轨迹点异常，及时停止曝光，提高CT系统的安全性。
【附图说明】
图1是现有的CT球管曝光控制方法的流程框图；
图2是本发明的CT球管曝光控制系统的示意图；
图3是实施例一的CT球管曝光控制方法的流程框图；
图4是实施例二的CT球管曝光控制方法的流程框图
图中：
201-软件控制中心；      202-CAN总线；           203-硬件控制模块；
204-缓冲区；           205-控制信号线；       206-CT球管
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
在CT系统成像过程中，由于成像部位不同、成像需求不同或是其他原因，要求CT球管的曝光时间各不相同，并且每一时刻曝光的X射线剂量也各不相同。一般情况下，由操作者设置曝光参数，再由CT系统的软件控制中心自动生成一系列相同时间间隔的轨迹点（t, mA），轨迹点代表了一系列等差时间序列上的CT球管曝光的毫安值，其直接影响X射线的剂量，CT球管依靠执行轨迹点来控制曝光时间和X射线剂量。要保证CT系统曝光的安全性，就要严格精确控制和执行轨迹点。
本发明的一个重要构思是在软件控制中心自动生成轨迹点并向硬件控制模块发送轨迹点后，硬件控制模块根据插值运算获得时间间隔更小更精确的轨迹点，并且软件控制中心与硬件控制模块实现精确的时钟同步，以求提高CT球管曝光时间的精确度，从而提高CT系统的安全性。
其中，插值运算可以使用任何一种插值计算方法，优选地使用线性插值计算，其公式如下：，其中和为相邻时间的两个轨迹点，为大于且小于的数值，经过插值运算获得的计算轨迹点为。任一相邻时间的轨迹点和通过插值运算获得的计算轨迹点的时间间隔相同，优选地时间间隔为1ms。使用插值运算方法，可以获得时间间隔更小的轨迹点，平滑CT球管曝光放射出的X射线剂量值，防止相轨迹点的mA 数值变化较大以及CT球管高压曝光功率瞬间变化较大。
本发明采用动态轨迹点的模式实现了对CT球管曝光的动态实时精确安全控制，需要以下技术的支持：1）软件控制中心与硬件控制模块能实现精确地时钟同步，以保证软件控制中心发送的动态轨迹点与硬件控制模块接收到的动态轨迹点时间一致；2）硬件控制模块具有内部缓冲区来存储控软件制中心发送的动态轨迹点；3）硬件控制模块能够根据动态轨迹点的绝对时间采用逐渐消耗的方式实现对CT球管的安全控制。
一般情况下，软件控制中心为基于计算机平台运行的软件，硬件控制模块为电路模块。
如图2所示，本实施例中，所述软件控制中心201采用上位控制中心(GPC)，所述硬件控制模块203使用高压控制电路模块(DCB)，高压控制电路模块DCB中具有能储存32个轨迹点数据的缓冲区304，所述缓冲区为FIFO缓冲区，所述CT球管206为高压球管。上位控制中心（GPC）与高压控制电路模块（DCB）之间通过CAN总线202连接，采用CANopen协议栈，高压控制电路模块（DCB）具有能够存储32个轨迹点的FIFO缓冲区。动态轨迹点的发送使用CANopen通信协议中具有高优先级的RPDO1，以保证发送的动态轨迹点及时到达高压控制电路模块（DCB）的FIFO缓冲区。
本实施例的流程如图3所示，其具体过程如下：
软件控制中心201根据此次CT扫描设置的参数自动生成轨迹点，在CT球管206开始曝光之前以一定时间余量（50ms）向硬件控制模块 203的缓冲区204填入轨迹点，当硬件控制模块203的控制逻辑检测到缓冲区204中轨迹点个数达到2个时，将相邻时间轨迹点插值运算获得1ms时间精度的计算轨迹点，以1ms为单位逐个发送至CT球管206执行，随着缓冲区204中轨迹点的消耗，当所述缓冲区204中轨迹点个数少于10个时，软件控制中心201将根据硬件控制模块 203实时反馈的轨迹点个数信息及时向缓冲区204中补充轨迹点，直到软件控制中心201轨迹点发送完毕，缓冲区204中的轨迹点全部消耗完，停止CT球管206曝光。
实施例二
为了进一步提高CT球管曝光的安全性，可以让硬件控制模块实时监控轨迹点的情况，一旦发现轨迹点异常，及时停止CT球管曝光，防止由于轨迹点在生成、计算或是运行过程中的错误导致曝光时间过长或是曝光的X射线剂量过大，对患者造成伤害，提高系统的安全性。
本实施例的具体流程如图4所示：软件控制中心201根据此次CT扫描的参数自动生成轨迹点，在CT球管206曝光之前以一定时间余量（50ms）向硬件控制模块203的缓冲区204中填入轨迹点，当硬件控制模块203的控制逻辑检测到缓冲区204中轨迹点个数达到2个时，将相邻时间轨迹点插值运算获得1ms时间精度的计算轨迹点，以1ms为单位逐个发送至CT球管206执行，随着缓冲区204中轨迹点的消耗，当缓冲区204中轨迹点个数少于10个时，软件控制中心201将根据硬件空间模块203实时反馈的轨迹点个数信息及时向缓冲区204中补充轨迹点，，直到软件控制中心201轨迹点发送完毕，缓冲区204中的轨迹点全部消耗完，停止CT球管206曝光。在此过程中硬件控制模块203将根据自身的错误处理机制处理错误或者部分丢失的轨迹点，一旦发现超过15ms轨迹点异常，将立即停止CT球管206的曝光，从而保证CT系统的安全性。
本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同方法或结构参照前述实施例的相同部分。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (13)

1.一种CT球管曝光控制系统，由软件控制中心、硬件控制模块和CT球管组成，其特征在于，所述硬件控制模块包括一个缓冲区，所述软件控制中心与所述硬件控制模块时钟同步。
2.如权利要求1所述的CT球管曝光控制系统，其特征在于，所述软件控制中心与所述硬件控制模块时钟同步的精度为10微秒以内。
3.如权利要求2所述的CT球管曝光控制系统，其特征在于，所述软件控制中心和所述硬件控制模块通过CANopen通信实现时钟同步。
4.如权利要求1所述的CT球管曝光控制系统，其特征在于，所述硬件控制模块向所述CT球管逐个发送轨迹点。
5.如权利要求1所述的CT球管曝光控制系统，其特征在于，所述缓冲区能储存32个轨迹点信息。
6.如权利要求1所述的CT球管曝光控制系统，其特征在于，所述软件控制中心向所述缓冲区发送轨迹点时使用CANopen通信中高优先级。
7.一种CT球管曝光控制方法，通过软件控制中心、硬件控制模块来控制所述CT球管的曝光,所述硬件控制模块包括一个缓冲区,其特征在于，包括以下步骤：
所述软件控制中心依据实际诊断扫查协议生成曝光轨迹点；
所述软件控制中心向所述硬件控制模块发送轨迹点，并储存在所述缓冲区中；
所述硬件控制模块根据插值运算获得两个相邻时间轨迹点之间的若干计算轨迹点；
所述硬件控制模块向所述CT球管发送所述轨迹点和计算轨迹点，所述CT球管执行所述轨迹点和计算轨迹点。
8.如权利要求7所述的CT球管曝光控制方法，其特征在于，所述轨迹点为（ti，mAi）,其中，ti为第i个轨迹点带有的绝对时间信息，mAi为第i个轨迹点带有的CT球管曝光的毫安值信息，（ti，mAi）为ti时间的CT球管曝光的毫安值mAi，所述绝对时间为格林尼治时间，所述轨迹点按照时间顺序先后排列。
9.如权利要求8所述的CT球管曝光控制方法，其特征在于，所述插值运算公式为：，其中和为相邻时间的两个轨迹点，为大于且小于的整数，经过所述插值运算获得的计算轨迹点为。
10.如权利要求7所述的CT球管曝光控制方法，其特征在于，所述的轨迹点和计算轨迹点之间的时间间隔为1ms。
11.如权利要求7所述的CT球管曝光控制方法，其特征在于，当所述缓冲区中轨迹点个数少于10时，所述软件控制中心向所述硬件控制模块发送所述轨迹点。
12.如权利要求7所述的CT球管曝光控制方法，其特征在于，当所述硬件控制模块判断所述轨迹点和所述计算轨迹点出现异常时，停止所述CT球管曝光。
13.如权利要求7所述的CT球管曝光控制方法，其特征在于，所述缓冲区的所有轨迹点和计算轨迹点全部发送至所述CT球管且在15ms内没有新的轨迹点来到所述缓冲区时，立即停止所述CT球管曝光。
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