CN104665861B - 一种移动ct扫描仪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动CT扫描仪系统，它是由控制台子系统和IPC（工控机）子系统组成。该系统主要实现对移动CT的扫描控制、数据采集、影像重建工作，最后形成高质量影像显示，达到医疗检查病灶病情评估的目的。其中控制台子系统包括病人信息注册、扫描控制、方案管理、病人浏览器、影像后重建以及影像显示打印等功能模块。IPC子系统具有病人信息注册、扫描控制、原始数据采集、影像重建、影像数据传输功能以及接收控制台的命令并跨进程转发给主控制模块执行。主控制模块负责接收IPC子系统发送来的命令和参数，并解析下发至硬件执行，还负责监控所有硬件状态，调度进行正常业务处理和异常处理，并返回状态给扫描控制模块。

Description

一种移动CT扫描仪系统

技术领域

本发明属于医用CT成像领域，具体涉及医用CT系统，尤其是涉及一种多功能移动CT扫描系统的设计。

背景技术

CT诊断由于它的特殊诊断价值，已广泛应用于临床。但CT设备体积较大，移动不方便，对于紧急情况，特别紧急病房、野外以及车、船、飞机等可移动交通设备。就显得过于庞大而不便了。特别是针对身体特殊部位，比如头部、四肢等的快速扫描诊断的需求孕育而生。根据相关统计数据，在临床CT扫描诊断活动中，头部扫描约占日常扫描总量的三分之一，仅次于约占日常扫描总量二分之一的躯体扫描。随着工艺水平、计算机技术的进步，多功能移动式CT得到了快速的发展。移动CT扫描仪作为常规的影像诊疗设备，提供床旁诊疗服务可以体现“以病人为中心”的服务理念，其使用范围广，作用重大。

发明内容

本发明目的在于，提出一种创新的移动CT扫描仪系统。该系统主要实现对移动CT的扫描控制、数据采集、影像重建工作，最后形成高质量影像显示，达到医疗检查病灶病情评估的目的。

本发明通过以下技术方案实现：

一种移动CT扫描仪系统，其特征在于：该一种移动CT扫描仪系统，该系统包括控制台子系统和工控机（IPC）子系统；其中，IPC子系统依赖于集中式设计；控制台子系统包括数据库模块、DICOM网关模块、网络通讯模块，控制台子系统连接到DICOM服务器，并负责制定检查方案，下发扫描指令给IPC子系统；IPC子系统连接到CT扫描仪的硬件设备。

所述硬件设备包括高压发射器控制板、旋转机架控制板、数据采集系统（DAS）控制板。

在一个实施例中，所述的IPC子系统包括操控模块、采集重建模块及主控制模块。所述操控模块负责制定扫描计划；所述主控制模块通过控制X射线管和高压发生器产生X光子，利用DAS采集穿过人体的X光子，将光信号转换成数字信号通过电缆传输至工控机上的FPGA；所述采集重建模块会将FPGA传输的数据进行高精度低剂量的快速CT重建。

在一个实施例中，工控机（IPC）子系统包括扫描控制模块、主控制模块、采集模块、GPU重建模块和DICOM传输模块。采用双内核机制，Linux内核实现扫描控制、采集、重建和传输等非实时任务。Xenomai强实时内核实现对硬件的实时控制。该架构简化了硬件结构，在工控机上既实现了实时控制，也实现了高速重建，又完成了系统的数据传输、指令通信以及用户操作。

在一个实施例中，所述控制台子系统和工控机（IPC）子系统通过无线网络连接，此时，控制台子系统可以是远程笔记本终端，供医生诊断使用。

在一个实施例中，所述控制台子系统采用触摸屏的方式，通过触摸屏实现病人注册，检查方案选择、扫描协议远程更新以及影像实时显示，供医生诊断使用。

在一个实施例中，通过控制台子系统可实现病人注册、检查方案制定、扫描协议管理、扫描参数和重建参数无线网络下发、DICOM网关接收工控机的DICOM影像数据并实时显示以及对影像的远程在线和离线重建。

在一个实施例中，控制台子系统包括病人信息注册、扫描控制、方案管理、病人浏览器、影像后重建以及影像显示打印等功能模块。

在一个实施例中，IPC子系统具有病人信息注册、扫描控制、原始数据采集、影像重建、影像数据传输功能以及接收控制台的命令并跨进程转发给主控制模块执行；主控制模块负责接收IPC子系统发送来的命令和参数，并解析下发至硬件执行，还负责监控所有硬件状态，调度进行正常业务处理和异常处理，并返回状态给扫描控制模块。

在一个实施例中，linux内核端，由用户操作界面完成扫描控制，跨进程通信实时主控模块；FPGA采集驱动模块负责独立采集数据，并跨进程传送投影数据给原始数据采集模块封装存储；影像重建模块接收到原始数据后，将数据传输至GPU缓存中，通过加速算法，进行并行高速影像重建；DICOM网关将重建后的图像基于wifi实现快速影像数据传输。

在一个实施例中，医师在控制台注册病人后，选择检查方案，并将扫描参数和重建参数通过无线网络下发给工控机IPC系统，工控机IPC系统中心，通过进程通信将扫描参数转发给实时内核的主控制模块。或者医师通过触摸屏下发制定检查方案，IPC直接跨进程转发指令给主控制模块。然后主控制模块经过CAN网络下发解析后的指令给硬件控制器，完成球管曝光、数据采集等人体扫描任务。接着DAS通过滑环的电刷和电缆，将数据传输至工控机FPGA，然后重建模块调用GPU对数据进行重建，最后通过DICOM网关无线将DICOM数据传输到控制台和触摸屏显示。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。本发明多处仅仅对做出改进的部分进行描述，而其他未说明部分可以借助本领域的现有技术实现，亦即未说明部分通过现有技术实现，在此不进行详细说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的集中式系统架构图。

图2为本发明提供的集中式系统内部数据流程图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易地被明白无误地理解，以下根据具体实施例，对本发明进行进一步详细地说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明提供了一种移动CT扫描仪系统，实现了CT扫描仪的先进功能，包括自动扫描控制、数据采集、重建、传输与显示。本发明通过以下技术方案实现：

一种移动CT扫描仪系统，其特征在于：该一种移动CT扫描仪系统，该系统包括控制台子系统和工控机（IPC）子系统；其中，IPC子系统依赖于集中式设计；控制台子系统包括数据库模块、DICOM网关模块、网络通讯模块，控制台子系统连接到DICOM服务器，并负责制定检查方案，下发扫描指令给IPC子系统；IPC子系统连接到CT扫描仪的硬件设备。

所述硬件设备包括高压发射器控制板、旋转机架控制板、数据采集系统（DAS）控制板。

如图1所示，本系统的物理架构，包括如下内容：

S1：控制台子系统，可实现通过远程笔记本控制移动CT，包括病人检查、扫描协议管理、影像显示、系统日志管理、原始数据管理、病人浏览器、系统状态监控、系统维护、在线重建，离线重建等应用功能。

S2：DICOM服务器，实现DICOM影像数据的存储、查询、管理以及网络传输等功能；

S3：WIFi网络，基于双天线无线网卡，最大传输率300Mbps，保证IPC子系统与控制台子系统之间的数据传输与通信控制；

S4：IPC子系统，是移动CT的软件系统操作、控制、采集和重建的核心。硬件采用研华工控机，操作系统采用linux+xenomai双内核机制，对系统进行强实时扩展，采集模块采用高缓存多通路并行FPGA数据采集卡进行稳定高速采集，重建模块采用GPU卡进行高效快速重建；

S5：CAN通信模块，负责IPC的主控制模块与硬件控制器通信。

S6：旋转机架控制板，负责控制高压发生器和DAS配置。

S7：通讯控制板，负责配合电机控制同步信号电路后，产生同步脉冲，控制X线曝光以及数据采集。

S8：电机控制板，负责配置和控制旋转电机和水平电机。

S9：准直器控制板，负责控制前准直器和后准直器位置，前准直器约束出射X射线束的照射范围，减少非成像区域的吸收剂量。后准直器负责吸收穿过人体的散射X光子，提高探测器输出信号的信噪比

S10：电缆+滑环，实现通过非接触式电容耦合高速数据传输装置将图像数据传输至IPC采集卡。

S11：数据采集系统（DAS），实现Detector的微弱电流信号经A/D转换后变成数字信号。

如图2所示，该种移动CT扫描仪系统方案的实施步骤如下所述。

P1：扫描控制分两种模式，一种是远程模式，从控制台笔记本端，通过wifi发送扫描参数给IPC子系统，IPC分发参数给主控制模块，主控制模块对硬件进行逻辑控制。另一种是本地模式，从IPC系统触摸屏界面中，通过进程通信下发扫描参数给主控制模块。

P2：扫描控制模块向原始数据采集模块下发封装用的扫描参数，采集模块线程启动等待投影数据到来

P3：扫描控制模块向重建模块发起重建参数，重建模块线程启动等待原始数据的到来。

P4：主控制模块从进程模块接收到扫描参数后，通过状态机分析，并将指令经过CAN总线以及滑环下发给硬件控制板，实现球管曝光，旋转机架旋转，水平电机移动，DAS采集数据，完成病人扫描。

P5：原始数据采集，DAS利用滑环的电容耦合传输模块，通过电缆将投影数据传输至IPC工控机的FPGA内。FPGA驱动将会响应中断请求，通过DMA方式将投影数据传输至内存中，投影数据将会被封装为原始数据，存储在硬盘中，以备离线重建，另外原始数据也会送往重建模块，供在线重建使用。

P6：影像重建，重建中心接受到重建参数，将会建立新的重建任务，等到原始数据送过来后，将会把数据和参数发往GPU内存中，进行高速并行重建。GPU重建完成后返回重建图像结果给重建模块。重建模块将图像一部分在界面上实时显示，一部分发往DICOM网关。

P7：影像存储与传输，DICOM网关接收到DICOM数据后，将会自动往控制台和DICOM服务器传输图像。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种移动CT扫描仪系统，其特征在于：该系统包括控制台子系统和工控机(IPC)子系统；其中，所述工控机(IPC)子系统依赖于集中式设计；控制台子系统包括数据库模块、DICOM网关模块、网络通讯模块，控制台子系统连接到DICOM服务器，并负责制定检查方案，下发扫描指令给工控机(IPC)子系统；工控机(IPC)子系统连接到CT扫描仪的硬件设备；所述硬件设备包括高压发射器控制板、旋转机架控制板、数据采集系统(DAS)控制板；所述的工控机(IPC)子系统包括操控模块、采集重建模块及主控制模块；所述操控模块负责制定扫描计划；所述主控制模块通过控制X射线管和高压发生器产生X光子，利用数据采集系统(DAS)采集穿过人体的X光子，将光信号转换成数字信号通过电缆传输至工控机(IPC)子系统上的FPGA；所述采集重建模块会将FPGA传输的数据进行高精度低剂量的快速CT重建；工控机(IPC)子系统包括扫描控制模块、主控制模块、采集模块、GPU重建模块和DICOM传输模块；所述控制台子系统和工控机(IPC)子系统通过无线网络连接；所述控制台子系统采用触摸屏的方式，通过触摸屏实现病人注册，检查方案选择、扫描协议远程更新以及影像实时显示，供医生诊断使用；通过控制台子系统可实现病人注册、检查方案制定、扫描协议管理、扫描参数和重建参数无线网络下发、DICOM网关接收工控机(IPC)子系统的DICOM影像数据并实时显示以及对影像的远程在线和离线重建；工控机(IPC)子系统具有病人信息注册、扫描控制、原始数据采集、影像重建、影像数据传输功能以及接收控制台的命令并跨进程转发给主控制模块执行；主控制模块负责接收工控机(IPC)子系统发送来的命令和参数，并解析下发至硬件执行，还负责监控所有硬件状态，调度进行正常业务处理和异常处理，并返回状态给扫描控制模块；所述移动CT扫描仪系统的实施步骤如下所述：

P1：扫描控制分两种模式，一种是远程模式，从控制台笔记本端，通过wifi发送扫描参数给工控机(IPC)子系统，工控机(IPC)子系统分发参数给主控制模块，主控制模块对硬件进行逻辑控制，另一种是本地模式，从工控机(IPC)子系统触摸屏界面中，通过进程通信下发扫描参数给主控制模块；

P2：扫描控制模块向原始数据采集模块下发封装用的扫描参数，采集模块线程启动等待投影数据到来；

P3：扫描控制模块向重建模块发起重建参数，重建模块线程启动等待原始数据的到来；

P4：主控制模块从进程模块接收到扫描参数后，通过状态机分析，并将指令经过CAN总线以及滑环下发给硬件控制板，实现球管曝光，旋转机架旋转，水平电机移动，数据采集系统(DAS)采集数据，完成病人扫描；

P5：原始数据采集，数据采集系统(DAS)利用滑环的电容耦合传输模块，通过电缆将投影数据传输至工控机(IPC)子系统的FPGA内；FPGA驱动将会响应中断请求，通过DMA方式将投影数据传输至内存中，投影数据将会被封装为原始数据，存储在硬盘中，以备离线重建，另外原始数据也会送往重建模块，供在线重建使用；

P6：影像重建，重建中心接受到重建参数，将会建立新的重建任务，等到原始数据送过来后，将会把数据和参数发往GPU内存中，进行高速并行重建；GPU重建完成后返回重建图像结果给重建模块；重建模块将图像一部分在界面上实时显示，一部分发往DICOM网关；

P7：影像存储与传输，DICOM网关接收到DICOM数据后，将会自动往控制台和DICOM服务器传输图像。