CN104688254B - 医用便携探测器设备及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种医用便携式探测器及其工作方法。该探测器包括FPGA电路、FPGA电源、无线模块、微控制器电路、微控制器电路电源和电源分配器。其中FPGA电路主要用于与图像有关的处理，FPGA电源主要用于给FPGA电路供电，无线模块主要用于与外界进行无线通信微控制器电路主要用于控制该便携式探测器在全功率模式和休眠模式之间切换，微控制器电路电源主要用于给微控制器电路供电，电源分配器被配置来在FPGA电源和微控制器电源之间切换以便给无线模块供电。

Description

医用便携探测器设备及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种探测器设备，尤其涉及一种医用便携探测器设备。

背景技术

众所周知有作为如下成像技术的X射线成像：利用X射线照射对象，并且使用包括平面传感器的成像设备(平板检测器(FPD))来检测透过该对象的X射线的强度分布从而获得该对象的X射线图。

将X射线成像设备分类成如下两种类型：安装在诸如一般成像室等的预定场所的固定型；以及能够自由携带的便携式。近年来，对于便携式X射线成像设备的需求一直在增加。

对于便携设备，一个关键的衡量指标是节电。如何能最大可能地降低产品功耗而不影响产品的正常工作和产品的成像质量是大家关注的问题。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种医用便携式探测器。该探测器包括FPGA电路、FPGA电源、无线模块、微控制器电路、微控制器电路电源和电源分配器。其中FPGA电路主要用于与图像有关的处理，FPGA电源主要用于给FPGA电路供电，无线模块主要用于与外界进行无线通信微控制器电路主要用于控制该便携式探测器在全功率模式和休眠模式之间切换，微控制器电路电源主要用于给微控制器电路供电，电源分配器被配置来在FPGA电源和微控制器电源之间切换以便给无线模块供电。

本发明的另一个实施例提供一种医用便携式探测器的工作方法，该便携式探测器包括FPGA电路、FPGA电源、无线模块、微控制器电路、微控制器电路电源和电源分配器，该方法包括，采用FPGA电路主要用于与图像有关的处理，采用FPGA电源主要用于给FPGA电路供电，采用无线模块主要用于与外界进行无线通信，采用微控制器电路主要用于控制该便携式探测器在全功率模式和休眠模式之间切换，采用微控制器电路电源主要用于给微控制器电路供电，配置电源分配器在FPGA电源和微控制器电源之间切换以便给无线模块供电。

附图说明

为了更透彻地理解本公开的内容，下面参考结合附图所进行的下列描述，在附图中：

图1是根据本公开的CT成像系统的构造图；

图2是根据本公开的便携式探测器的一个工作电路图；

图3是根据本公开的便携式探测器的另一个工作电路图；

图4是根据本公开实施例的工作流程图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考作为其一部分的附图，其中以图示的方式示出了其中可以实现本公开的具体实施例。以足够的细节描述这些实施例，使得本领域技术人员能够实现本公开，并且应该理解在不脱离本公开各个实施例的范围的情况下，可对实施例进行组合，或者可以利用其他实施例并且可以做出结构、逻辑和电气上的变化。因此，下面的详细描述不应该被视作限制性的，而应是说明性的。本发明的范围是由随附的权利要求书及其等同物限定的。

现在参考图1，其中说明了一种采用便携式成像设备的示例性移动X射线成像系统10。在所说明的实施例中，移动X射线成像系统10包括X射线源12，例如安装或者以别的方式固定到水平臂14的端部上的X射线源12。臂14允许X射线源12被可变地定位在躺在患者台或床17上的对象16上，以这种方式来优化对特定感兴趣区域的辐射。X射线源12可通过万向节类型的布置被安装在柱18内。在这一点上，X射线源12可从移动X射线单元底座20上的静止或停留位置垂直旋转至对象16上方的适当位置，以便对对象16进行X射线曝光。柱18的旋转移动可限于360度或更小的值，以防止用来向X射线源12供电的高压电缆的缠结。该电缆可被连接至公共事业线路源或者底座20中的电池，以便为X射线源12和系统10的其它电子部件供电。

X射线源12将准直后的锥形辐射束22投射至待成像的对象16。因此，可以使用示例性X射线成像系统10非侵入地检查医学患者和行李、包裹等等。在对象16之下放置的便携式探测器设备24采集所衰减的辐射并产生探测器输出信号。例如，便携式探测器设备24可包括以二维阵列布置的多行和/或多列探测器元件。当受到X射线通量碰撞时，每个探测器元件产生与在便携式探测器设备24中单个探测器元件位置处吸收的X射线通量成比例的电信号。探测器输出信号然后可以经由无线链路26被传送至移动成像系统10。系统10可装备有或者连接至显示单元，以用于显示从成像对象16所捕获的图像。

图2是根据本公开的便携式探测器的一个工作电路图。该电路包括FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）电路201、FPGA电源202、无线模块203、微控制器电路204、微控制器电源205以及电源分配电路206。其中，FPGA电路201通过总线SDIO（Secure Digital Input and Output Card，安全数字输入输出卡）与无线模块203相耦接，并还通过总线UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，异步收发传输器）和微控制器电路204相耦接。FPGA电源202和微控制器电源205分别用于给FPGA电路201和微控制器电路204供电。而微控制器电路204通过信号线EN1和EN2控制FPGA电源202的输出和切换电源分配电路206的输入，通过中断线INT响应无线模块203的中断。电源分配电路206作为无线模块203的供电选择器，由微控制器电路204控制其输入电源来源于FPGA电源202亦或微控制器电源205。FPGA电路201主要用于与图像有关的处理，而无线模块203主要用于与外界之间以无线方式传递信息。

图2的电路图表明，该便携式探测器处于全功率模式，或者说进行图像数据的采集和传送的正常工作时的功率模式。电源分配器206将无线模块203与FPGA电源202接通，实现由FPGA电源202对无线模块203供电。此时FPGA电路201经过X射线曝光照射后，将产生的图像信号，通过SDIO总线传送给无线模块203，而后经由无线链路26被传送至移动成像系统10。

然而，为了节省功耗，提高便携式探测器的待机时间，如果在一定时间内没有X射线曝光照射,便携式探测器会自动切换到空闲状态。实现方法如下：当FPGA电路201内部时钟超时时（FPGA电路201内部设置一个时钟，一旦停止采图，这个时钟就开始计时了。如果计时过程中又采集图像处理图像数据了了，则时钟计时将清零，直至处理结束才又开始计时），则通过SDIO总线告知无线模块203进入空闲等待。由此，无线模块203功耗从1W降到不到20mW。然后，FPGA电路201通过UART总线告知微控制器电路204进入空闲状态。微控制器电路204立即通过控制线EN2控制电源分配器206从FPGA电源202切换到微控制器电源205来给无线模块203供电，然后再通过控制线EN1关闭FPGA电源202，也即关闭了FPGA电路201。

此后，便携式探测器24处于低功耗模式，FPGA电源202和FPGA电路201均不再工作，微控制器电源205同时给微控制器204以及无线模块203供电，无线模块以低功耗方式工作，仅侦听无线信号中与该便携式探测器对应的MAC地址吻合的报文。我们也可将便携式探测器的这种工作模式称为休眠模式。图3所示的是这种休眠模式下的电路连接。此时，便携式探测器24内部只有无线模块203、微控制器电路204、微控制器电源205以及电源分配电路206处于工作状态。该工作模式下便携式探测器24功耗维持在50mW以内。

当便携式探测器24的无线模块203侦听到X射线曝光启动命令后，则立即通过中断线INT向微控制器电路204发送中断消息。微控制器电路204随即通过信号线EN1打开FPGA电源202，以给FPGA电路201供电。当微控制器电路204通过总线UART接收到FPGA电路201启动成功后，通过信号线EN2将电源分配器206切换到FPGA电源202以使得其同时给无线模块203供电。最后FPGA电路通过SDIO总线通知无线模块203进入无线传图模式，以便进行图像数据的传送。此后便携式探测器24处于全功率模式，可以进行图像信号的采集处理、发送等操作了。

图4是根据本公开实施例的工作流程图。假设起初在步骤402，便携式探测器处于全功率模式，或者说正常处理和传送图像数据时的工作模式。电源分配器206将无线模块203与FPGA电源202接通，实现由FPGA电源202对无线模块203供电。此时FPGA电路201经过X射线曝光照射后，将产生的图像信号，通过SDIO总线传送给无线模块203，而后经由无线链路26被传送至移动成像系统10。

然而，为了节省功耗，提高便携式探测器的待机时间，如果在一定时间内没有X射线曝光照射,便携式探测器会自动切换到空闲状态。实现方法如下：在步骤404，判断时钟是否超时。当FPGA电路201内部时钟超时时（FPGA电路201内部设置一个时钟，一旦停止采图，这个时钟就开始计时了。如果计时过程中又采集图像处理图像数据了了，则时钟计时将清零，直至处理结束才又开始计时），则在步骤406，通过SDIO总线告知无线模块203进入空闲等待。由此在步骤407，无线模块203进入空闲等待，无线模块203功耗从1W降到不到20mW。在步骤406之后，在步骤408,，FPGA电路201通过UART总线告知微控制器电路204其进入了空闲状态。在步骤410，微控制器电路204立即通过控制线EN2控制电源分配器206从FPGA电源202切换到微控制器电源205来给无线模块203供电，然后在步骤412再通过控制线EN1关闭FPGA电源202，也就是关闭了FPGA电路201。

此后，便携式探测器24处于低功耗模式，FPGA电源202和FPGA电路201均不再工作，微控制器电源205同时给微控制器204以及无线模块203供电，无线模块以低功耗方式工作，仅侦听无线信号中与该便携式探测器对应的MAC地址吻合的报文。我们也可将这种模式称为休眠模式。此时，便携式探测器24内部只有无线模块203、微控制器电路204、微控制器电源205以及电源分配电路206处于工作状态。该状态下便携式探测器24功耗维持在50mW以内。

当在414，便携式探测器24的无线模块203侦听到X射线曝光启动命令后，则在步骤416立即通过中断线INT向微控制器电路204发送中断消息。在步骤418，微控制器电路204随即通过信号线EN1打开FPGA电源202，以给FPGA电路201供电。当在420，微控制器电路204通过总线UART接收到FPGA电路201启动成功后，在步骤422通过信号线EN2将电源分配器206切换到FPGA电源202以使得其同时给无线模块203供电。最后在步骤424，FPGA电路通过SDIO总线通知无线模块203进入无线传图模式。于是在步骤425无线模块203进入无线传图模式。此后在426便携式探测器24处于全功率模式，进行图像信号的采集处理、发送等操作了。

在本文中，术语“一”或“一个”包括单数各或多于一个的复数个。术语“或”被用于指不排除的或（nonexclusive or），除非另有所指。

本文中使用的术语“图像”广泛地指可视图像和表示可视图像的数据。然而，许多实施例产生（或被配置为产生）至少一个可视图像。

预期本发明的益处有利于磁共振(MR)系统、超声系统、正电子发射X射线断层摄影(PET)系统、核医疗系统、计算机断层摄影（CT）系统以及其他类型的成像系统。

Claims (16)

1.一种医用便携式探测器，包括：

FPGA电路，主要用于与图像有关的处理；

FPGA电源，主要用于给FPGA电路供电；

无线模块，主要用于与外界进行无线通信；

微控制器电路，主要用于控制该便携式探测器在全功率模式和低功耗模式之间切换；

微控制器电源，主要用于给微控制器电路供电；

电源分配器，被配置来在FPGA电源和微控制器电源之间切换以便给无线模块供电，其中当切换到所述FPGA电源时，所述无线模块工作在所述全功率模式，当切换到所述微控制器电源时，所述无线模块工作在所述低功耗模式。

2.如权利要求1所述的便携式探测器，其中，FPGA电路内部设置一个时钟，一旦停止与图像有关的处理，时钟就开始计时，当时钟超时，FPGA电路告知无线模块进入低功耗模式。

3.如权利要求2所述的便携式探测器，其中，FPGA电路进一步用于在时钟超时后告知微控制器电路。

4.如权利要求3所述的便携式探测器，其中，微控制器电路进一步用于在被FPGA电路告知后控制电源分配器切换到微控制器电源，并而后关闭FPGA电源。

5.如权利要求4所述的便携式探测器，其中，无线模块进一步用于在切换到低功耗模式之后侦听X射线曝光启动的命令。

6.如权利要求5所述的便携式探测器，其中，无线模块进一步用于在侦听到X射线曝光启动的命令后告知微控制器电路。

7.如权利要求6所述的便携式探测器，其中，微控制器电路进一步用于在被无线模块告知侦听到X射线曝光启动的命令后：打开FPGA电源，而后将电源分配器切换到FPGA电源，从而打开FPGA电路。

8.如权利要求7所述的便携式探测器，其中，FPGA电路进一步用于在打开之后通知无线模块准备传送图像数据。

9.一种医用便携式探测器的工作方法，该便携式探测器包括FPGA电路、FPGA电源、无线模块、微控制器电路、微控制器电源和电源分配器，所述方法包括，采用FPGA电路主要用于与图像有关的处理，采用FPGA电源主要用于给FPGA电路供电，采用无线模块主要用于与外界进行无线通信，采用微控制器电路主要用于控制该便携式探测器在全功率模式和低功耗模式之间切换，采用微控制器电源主要用于给微控制器电路供电，配置电源分配器在FPGA电源和微控制器电源之间切换以便给无线模块供电，其中当切换到所述FPGA电源时，所述无线模块工作在所述全功率模式，当切换到所述微控制器电源时，所述无线模块工作在所述低功耗模式。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括，在FPGA电路内部设置一个时钟，一旦停止与图像有关的处理，时钟就开始计时，当时钟超时，FPGA电路告知无线模块进入低功耗模式。

11.如权利要求10所述的方法，进一步包括，FPGA电路在时钟超时后告知微控制器电路。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括，微控制器电路在被FPGA电路告知后控制电源分配器切换到微控制器电源，并而后关闭FPGA电源。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括，无线模块在切换到低功耗模式之后侦听X射线曝光启动的命令。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括，无线模块在侦听到X射线曝光启动的命令后告知微控制器电路。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括，微控制器电路在被无线模块告知侦听到X射线曝光启动的命令后，打开FPGA电源，而后将电源分配器切换到FPGA电源，从而打开FPGA电路。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括，FPGA电路在打开之后通知无线模块准备传送图像数据。

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