CN104182606B - 一种应用pet/ct的分布式软件系统的医疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗技术领域，具体公开了一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，该医疗设备包括：控制台计算机、系统控制盒、系统主控制器、PET影像工作站、CT影像工作站、影像处理台计算机、DICOM影像数据服务器、网络交换机、CT成像设备和PET成像设备，该医疗设备分工明确，只有两台计算机分别负责PET和CT采集重建，降低了原始数据的传输时间，并且也降低了对控制台性能的要求，同时加快了软件的开发进度，提高了软件的可靠性，并且网络通信稳定。

Description

一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具体公开了一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备。

背景技术

PET全称为“正电子发射体层显像”与普通核医学一样，利用示综原理显示活体生物活动的医学影像技术，采集的数据用反投射和迭代方式重建发射体在空间中的分布，并以断层方式加以显示，就生成PET图像，但是不能够对病变部位准确定位，难以有效的指导于临床治疗；CT是计算机层扫描，是利用X线对人体选定的断层层面进行照射，通过测定透过的X线量，获得断层图像的一种成像原理，它可以清晰地显示人体的断层影像，准确定位到病变部位的大小、位置和形态等。

PET/CT是一种把标记有反映生命基本活动的生物分子，即放射性标记物注入人体后，在体外进行体内生物化学反应观察的仪器，为临床提供更多的生理和病理方面的诊断信息。

PET/CT的分布式软件系统投影数据来源基于一种组合式的医学成像设备，包括一个基于正电子发射断层成像术的PET成像设备和一个基于电子计算机X射线断层扫描技术的CT成像设备。

目前在医学成像设备领域，受限于计算机设备性能瓶颈的限制，绝大多数采集和重建都是分成多台计算机分别进行的。这种数据采集和影像重建物理结构提高了采集、重建的独立性、速度，但是增加了采集计算机和重建计算机之间的原始数据传输时间的消耗，也加大了系统结构的复杂性。

发明内容

为解决上述技术问题，我们提出了一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，使用一种分布式架构，各个子系统分工明确，任务明了，并且该系统有效提高数据采集的及时性和重建的高效性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，该医疗设备包括：

控制台计算机，用于实现对病人检查的扫描控制、重建队列控制、数据管理、影像显示和影像打印功能；

系统控制盒，配合控制台计算机，给系统主控制器发送控制命令，实现扫描的整机控制功能，并反馈命令执行状态信息给控制台计算机；

系统主控制器，一方面接收控制台和控制盒的指令，解析并转发到相应部件的控制器，实现整机控制；二是收集系统硬机状态信息，并反馈至控制台计算机；

PET影像工作站，用于对PET原始数据的采集，接收控制台传送来的PET重建命令，并对PET进行重建管理，另外还实现PET影像重建、封装、存储；

CT影像工作站，用于对CT原始数据的采集，接收控制台传送来的CT重建命令，并对CT进行重建管理，还用于对CT原始数据的重建、影像封装、影像存储；

影像处理台计算机，实现控制台部分功能，包括影像显示、影像打印、数据管理；

DICOM影像数据服务器，用于存档影像数据，供医院外部系统调用；

网络交换机，用于实现局域网内各计算机互联和数据交换；

CT成像设备，用于采集X射线断层扫描病人体位的投影数据，并通过CT影像链将投影数据传至CT影像工作站；

PET成像设备，采集注入病人体内的正电子放射性药物湮灭所产生的γ光子成像数据，并通过PET影像链将数据传送至PET影像工作站；

该医疗设备的所应用的PET/CT的分布式软件系统：它包括五个子系统，分别为：控制台子系统、影像处理台子系统、CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统，控制台子系统和影像处理台子系统均采用四层架构，CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统采用三层架构，五个子系统通过网络拓扑结构连接，并以网络通信实现指令通讯和数据传输，所述的控制台子系统和影像处理台子系统采用的四层架构分别依次为应用层、业务逻辑层、数据接口层和数据通信层，所述的CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统采用的三层架构分别依次为业务逻辑层、数据接口层和数据通信层。

优选的，所述的对PET原始数据的采集，包括接收数据采集卡的投影数据、原始数据封装以及原始数据存储。

优选的，所述的影像处理台计算机用于的数据管理是指病人资料管理、检查方案管理、重建队列管理和文件管理。

优选的，应用层：主要包括病人检查、重建和队列管理、状态监测、开机检查、数据管理、影像显示、系统检查、系统校正和系统维护应用功能界面，这层提供各功能模块的人机交互界面；业务逻辑层：是针对应用层界面，提供业务逻辑程序进行处理界面信息和调用底层数据接口进行交互、封装和解析，至少一个应用界面共用一个业务模块，而且分层开发，将用户界面与系统数据访问隔离开来；数据接口层：主要包括网络通信模块接口、数据库模块接口和文件模块接口，负责提供业务层程序访问数据库，以及与外部计算机通信和文件传输的接口；数据通信层：主要包括网络通信、数据库和DICOM网关模块，完成与外界的网络通信、数据库访问和文件传输。

优选的，业务逻辑层：主要包括数据交互、信息状态采集、PET影像重建、PET影像数据封装存储和PET原始数据封装存储；数据接口层：主要包括通信接口和数据层接口，通信接口是数据交互模块和通信模块进行通信命令交互，而数据层接口负责业务层和数据库的交互，文件接口负责为DICOM网关提供数据源；数据通信层：主要包括网络通信模块、PET原始数据采集模块、数据库系统和DICOM网关，网络通信模块完成PET采集重建子系统与控制台子系统之间的指令交互，PET原始数据采集模块负责驱动FPGA卡采集原始数据，数据库系统负责调用PET/CT系统完成数据文件地址的存储，DICOM网关完成PET的DICOM图像的存储与传输以及CT校正数据的获取。

通过上述技术方案，本发明提供了一种PET/CT的分布式软件系统及设备，该系统分工明确，设备成本降低，只有两台计算机分别负责PET和CT采集重建，降低了原始数据的传输时间，并且也降低了对控制台性能的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为PET/CT的分布式软件系统的结构框图；

图2为控制台子系统的软件体系结构图；

图3为影像处理台子系统的软件体系结构图；

图4为CT采集重建子系统的软件体系结构图；

图5为PET采集重建子系统的软件体系结构图；

图6为主控制器子系统的软件体系结构图；

图7为PET/CT医疗设备的物理架构图。

图中数字所表示的相应部件名称：

1.控制台计算机 2.系统控制盒 3.系统主控制器 4.PET影像工作站 5.CT影像工作站 6.影像处理台计算机 7.DICOM影像数据服务器 8.网络交换机 9.CT成像设备10.PET成像设备

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种PET/CT的分布式软件系统，它包括五个子系统，分别为：控制台子系统、影像处理台子系统、CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统，控制台子系统和影像处理台子系统均采用四层架构，CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统采用三层架构，五个子系统通过网络拓扑结构连接，并以网络通信实现指令通讯和数据传输。

PET/CT的分布式软件系统各个单元结构的整体工作过程包括如下：

(a)病人检查：在病人完成预约登记、静脉注射显像剂、躺在扫描床上之后，医生在控制台通过数据管理模块获取病人预约信息完成病人注册，然后选择病人检查方案和扫描协议，按照不同扫描协议通过网络通信下发命令和参数给主控制器，并实时监控扫描过程和状态，最终在控制台显示重建后的图像；

(b)原始数据采集：在控制台下发命令和参数给主控制器后，主控制器调配CT和PET成像设备运转和曝光，完成病人部位的扫描。这时候，探测器负责采集成像数据并通过滑环和光纤，传送到影像工作站的数据采集卡上。然后影像工作站通过裸数据单元进队线程完成裸数据从数据采集卡的接收；通过原始数据参数匹配封装线程完成原始数据参数匹配封装；通过原始数据写线程完成原始数据单元写缓冲队列管理和原始数据存储。该模块通过多线程的操作，高效的完成了裸数据的接收，原始数据封装、存储、供重建调用的工作；

(c)影像重建：影像工作站通过原始数据单元进队线程完成原始数据单元队列的自动更新，供影像重建模块调用。通过影像处理线程，完成对原始数据单元队列中的影像重建，封装、存储工作；

(d)DICOM传输：通过DICOM网关模块将重建后的影像数据快速传输至控制台计算机1。

控制台子系统和影像处理台子系统采用的四层架构分别为应用层、业务逻辑层、数据接口层和数据通信层。

如图2所示，控制台子系统所采用的四层架构如下：

(a)应用层：主要包括病人检查、重建和队列管理、状态监测、开机检查、数据管理、影像显示、系统检查、系统校正、系统维护等应用功能界面。这层主要提供各功能模块的人机交互界面；

(b)业务逻辑层：主要是针对应用层界面，提供业务逻辑程序进行处理界面信息和调用底层数据接口进行交互、封装和解析，可以多个应用界面共用一个业务模块，增强了模块的可重用性。而且分层开发，可以将用户界面与系统数据访问隔离开来，增强了各个模块的独立性；

(c)数据接口层：主要包括网络通信模块接口、数据库模块接口、文件模块接口组成，负责提供业务层程序访问数据库，以及与外部计算机通信和文件传输的接口；

(d)数据通信层：主要由网络通信、数据库、DICOM网关等模块组成，完成与外界的网络通信、数据库访问和文件传输。

如图3所示，影像处理台子系统侧重于医生进行观察病灶影像，具备PET影像显示、CT影像显示和融合影像显示的功能，也具备对重建和融合操作管理的功能，并可以管理病人的资料和影像文件，所采用的四层架构如下：

(a)应用层：主要包括重建和队列管理、融合记录管理、状态监控、病人资料管理、文件管理、影像显示(PET、CT影像显示、融合影像显示)、诊断应用等应用功能界面；

(b)业务逻辑层：该层主要包括状态信息采集模块、融合数据管理模块(融合数据封装、存储)、影像融合模块、影像显示、影像分析等业务共享模块；

(c)数据接口层：主要包括网络通信模块接口、数据库模块接口、文件模块接口组成，负责提供业务层程序访问数据库，以及与外部计算机通信和文件传输的接口；

(d)数据通信层：主要由网络通信、数据库、DICOM网关等模块组成，完成与外界的网络通信、数据库访问和文件传输。

CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统采用的三层架构分别为业务逻辑层、数据接口层和数据通信层。

如图4所示，CT采集子系统是服务器程序，没有应用界面，所以其设计采用三层软件架构分别如下：

(a)业务逻辑层：主要包括数据交互、信息状态采集、CT影像重建、CT影像数据封装存储、CT原始数据封装存储等；

(b)数据接口层：主要包括通信接口和数据层接口。通信接口主要是数据交互模块和通信模块进行通信命令交互，而数据层接口负责业务层和数据库的交互。文件接口负责为DICOM网关提供数据源；

(c)数据通信层：主要由网络通信模块、原始数据采集模块、数据库系统和DICOM网关组成。

如图5所示，PET采集重建子系统也由于是服务器程序，没有应用界面，所以设计采用三层软件架构分别如下：

(a)业务逻辑层：主要包括数据交互、信息状态采集、PET影像重建、PET影像数据封装存储、PET原始数据封装存储等；

(b)数据接口层：主要包括通信接口和数据层接口。通信接口主要是数据交互模块和通信模块进行通信命令交互，而数据层接口负责业务层和数据库的交互。文件接口负责为DICOM网关提供数据源；

(c)数据通信层：主要由网络通信模块、PET原始数据采集模块、数据库系统和DICOM网关组成。网络通信模块完成PET采集重建子系统与控制台子系统之间的指令交互。PET原始数据采集模块负责驱动FPGA卡采集原始数据。数据库系统负责调用PET/CT系统完成数据文件地址的存储。DICOM网关完成PET的DICOM图像的存储与传输以及CT校正数据的获取。

如图6所示，主控制器子系统也是服务器程序，没有应用界面，采用三层软件架构分别如下：

(a)业务逻辑层：主要包括指令解析、动作模式、参数协议栈、状态收集、状态解析、回复封装等模块；

(b)数据接口层：主要包括网络通信接口和CAN通信接口。网络通信接口主要负责指令解析模块、回复封装模块与控制台子系统的通讯，而CAN通信接口负责状态收集模块、参数协议栈模块与PET/CT硬件设备(通讯控制板、电机控制板、探测器采集卡等)的通讯，完成整机的控制；

(c)数据通信层：主要包括网络通信模块和CAN通信模块。网络通信模块直接驱动网卡完成网络通信收发，CAN通信模块直接驱动CAN卡完成与硬件板卡之间的通信。

如图7所示，一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，该医疗设备包括：

控制台计算机1，用于实现对病人检查的扫描控制、重建队列控制、数据管理、影像显示和影像打印功能；

系统控制盒2，配合控制台计算机1，给系统主控制器3发送控制命令，实现扫描的整机控制功能，并反馈命令执行状态信息给控制台计算机1；

系统主控制器3，一方面接收控制台和控制盒的指令，解析并转发到相应部件的控制器，实现整机控制；二是收集系统硬机状态信息，并反馈至控制台计算机1；

PET影像工作站4，用于对PET原始数据的采集，接收控制台传送来的PET重建命令，并对PET进行重建管理，另外还实现PET影像重建、封装、存储；

CT影像工作站5，用于对CT原始数据的采集，接收控制台传送来的CT重建命令，并对CT进行重建管理，还用于对CT原始数据的重建、影像封装、影像存储；

影像处理台计算机6，实现控制台部分功能，包括影像显示、影像打印、数据管理；

DICOM影像数据服务器7，用于存档影像数据，供医院外部系统调用；

网络交换机8，用于实现局域网内各计算机互联和数据交换；

CT成像设备9，用于采集X射线断层扫描病人体位的投影数据，并通过CT影像链将投影数据传至CT影像工作站5；

PET成像设备10，采集注入病人体内的正电子放射性药物湮灭所产生的γ光子成像数据，并通过PET影像链将数据传送至PET影像工作站4。

对PET原始数据的采集，主要是接收数据采集卡的投影数据、原始数据封装以及原始数据存储。

影像处理台计算机6用于的数据管理主要是指病人资料管理、检查方案管理、重建和队列管理和文件管理。

以上就是一种PET/CT的分布式软件系统及设备的结构，其优点是：该系统模块划分科学、合理、清晰，模块独立开发、重复利用性高，加快了软件的开发进度，提高了软件的可靠性，并且网络通信稳定，数据传输及时、高效。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，其特征在于，该医疗设备包括：

控制台计算机(1)，用于实现对病人检查的扫描控制、重建队列控制、数据管理、影像显示和影像打印功能；

系统控制盒(2)，配合控制台计算机(1)，给系统主控制器(3)发送控制命令，实现扫描的整机控制功能，并反馈命令执行状态信息给控制台计算机(1)；

系统主控制器(3)，一方面接收控制台和控制盒的指令，解析并转发到相应部件的控制器，实现整机控制；二是收集系统硬机状态信息，并反馈至控制台计算机(1)；

PET影像工作站(4)，用于对PET原始数据的采集，接收控制台传送来的PET重建命令，并对PET进行重建管理，另外还实现PET影像重建、封装和存储；

CT影像工作站(5)，用于对CT原始数据的采集，接收控制台传送来的CT重建命令，并对CT进行重建管理，还用于对CT原始数据的重建、影像封装和影像存储；

影像处理台计算机(6)，实现控制台部分功能，包括影像显示、影像打印和数据管理；

DICOM影像数据服务器(7)，用于存档影像数据，供医院外部系统调用；

网络交换机(8)，用于实现局域网内各计算机互联和数据交换；

CT成像设备(9)，用于采集X射线断层扫描病人体位的投影数据，并通过CT影像链将投影数据传至CT影像工作站(5)；

PET成像设备(10)，采集注入病人体内的正电子放射性药物湮灭所产生的γ光子成像数据，并通过PET影像链将数据传送至PET影像工作站(4)；

该医疗设备的所应用的PET/CT的分布式软件系统：它包括五个子系统，分别为：控制台子系统、影像处理台子系统、CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统，控制台子系统和影像处理台子系统均采用四层架构，CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统采用三层架构，五个子系统通过网络拓扑结构连接，并以网络通信实现指令通讯和数据传输，所述的控制台子系统和影像处理台子系统采用的四层架构分别依次为应用层、业务逻辑层、数据接口层和数据通信层，所述的CT采集重建子系统、PET采集重建子系统以及主控制器子系统采用的三层架构分别依次为业务逻辑层、数据接口层和数据通信层。

2.根据权利要求1所述的一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，其特征在于，所述的对PET原始数据的采集，包括接收数据采集卡的投影数据、原始数据封装以及原始数据存储。

3.根据权利要求1所述的一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，其特征在于，所述的影像处理台计算机(6)用于的数据管理是指病人资料管理、检查方案管理、重建队列管理和文件管理。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，其特征在于，应用层：主要包括病人检查、重建和队列管理、状态监测、开机检查、数据管理、影像显示、系统检查、系统校正和系统维护应用功能界面，这层提供各功能模块的人机交互界面；业务逻辑层：是针对应用层界面，提供业务逻辑程序进行处理界面信息和调用底层数据接口进行交互、封装和解析，至少一个应用界面共用一个业务模块，而且分层开发，将用户界面与系统数据访问隔离开来；数据接口层：主要包括网络通信模块接口、数据库模块接口和文件模块接口，负责提供业务层程序访问数据库，以及与外部计算机通信和文件传输的接口；数据通信层：主要包括网络通信、数据库和DICOM网关模块，完成与外界的网络通信、数据库访问和文件传输。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种应用PET/CT的分布式软件系统的医疗设备，其特征在于，业务逻辑层：主要包括数据交互、信息状态采集、PET影像重建、PET影像数据封装存储和PET原始数据封装存储；数据接口层：主要包括通信接口和数据层接口，通信接口是数据交互模块和通信模块进行通信命令交互，而数据层接口负责业务层和数据库的交互，文件接口负责为DICOM网关提供数据源；数据通信层：主要包括网络通信模块、PET原始数据采集模块、数据库系统和DICOM网关，网络通信模块完成PET采集重建子系统与控制台子系统之间的指令交互，PET原始数据采集模块负责驱动FPGA卡采集原始数据，数据库系统负责调用PET/CT系统完成数据文件地址的存储，DICOM网关完成PET的DICOM图像的存储与传输以及CT校正数据的获取。