CN106667516B - 乳腺断层成像设备的时间同步系统 - Google Patents

Abstract

一种乳腺断层成像设备的时间同步系统，包括：时间同步模块、命令生成模块以及至少一个任务模块；所述时间同步模块，用于发送时间信息至所述命令生成模块和所述任务模块；所述命令生成模块，用于根据所述时间信息与所述时间同步模块同步，以及根据输入指令生成操作命令并发送至相应的任务模块，所述操作命令包括时间参数；所述任务模块，用于根据所述时间信息与所述时间同步模块同步，以及根据所述操作命令执行相应的任务。本发明技术方案有序、可靠、精确的实现了各部件的协同控制，为后续的数据处理提供了更加准确的同步数据。

Description

乳腺断层成像设备的时间同步系统

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别涉及一种乳腺断层成像设备的时间同步系统。

背景技术

随着计算机科学和信息技术的发展，医学成像技术也得到了迅速的发展，各种医用影像设备不断涌现。乳房X线成像(Mammography)设备，如：全视野数字乳腺X线成像(FFDM，full-field digital mammography)设备、数字乳腺断层成像(DBT,digital breasttomosynthsis)设备作为乳腺癌的筛查和诊断得到了广泛的应用。

对于数字乳腺断层成像设备而言，其核心功能是断层成像和3D图像重建。3D图像重建依赖于乳腺断层成像设备所提供的可靠且准确的投影数据。数字乳腺断层成像设备完成断层成像的核心部分是控制系统，该控制系统需要执行可靠，控制精确。控制系统的性能直接影响着数字乳腺断层成像设备的技术指标，决定了3D图像重建所获得的图像的质量。

数字乳腺断层成像设备的控制系统涉及了运动控制，曝光控制，图像采集控制等，相对应地上述控制会涉及到对机架、X射线发生器、限束器、平板探测器，人机控制面板，计算机等的控制。在完成乳腺断层成像过程中必须对这些待控制部件进行精确的控制以实现待控制部件之间的协同工作，以获得准确的断层扫描图像和相关数据，进而获得符合实际需求的乳腺图像。

目前的乳腺断层成像设备通常采用集中控制的方式对上述待控制部件进行相应的控制，即由一个主控模块负责各个部件之间的控制时序协同，具体地需要由主控模块将不同部件之间进行同步的信号作为输入信号发送至不同的部件，同时不同部件在接收到同步信号后反馈的输出信号也发送至主控模块，由主控模块将多个部件之间的多个信号按照控制逻辑进行信号同步和时序控制。采用集中控制的方式，控制逻辑直观，设计实现方便，但是却存在以下缺陷：

主控模块和部件之间的连接复杂度较高，部件集成灵活度较低；各个同步信号在传输过程中存在失真的可能，造成其他部件在信号处理上复杂度提高；主控模块的控制逻辑复杂，可维护性较差；多部件协同时，部分部件工作异常后的恢复依赖于主控模块的出错保护逻辑；系统控制实时性完全依赖于主控模块的实时性；无法实现各部件输出数据的同步。

此外，采用上述的控制方式，在对实际采集到的投影图像进行重建时，若丢失某一帧投影图像，则可能无法知晓缺失的这帧图像在所有投影图像中的所处位置，导致重建后的图像可能会不符合实际临床需求。

因此，如何能够提供一种乳腺断层成像设备，以避免上述缺陷进而获得符合实际临床需求的乳腺图像，成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种乳腺断层成像设备的时间同步系统，以解决现有乳腺断层成像设备以集中控制方式控制各部件工作时所导致的缺陷，进而提供符合实际临床需求的乳腺图像。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种乳腺断层成像设备的时间同步系统，所述时间同步系统包括：时间同步模块、命令生成模块以及至少一个任务模块；

所述时间同步模块，用于发送时间信息至所述命令生成模块和所述任务模块；

所述命令生成模块，用于根据所述时间信息与所述时间同步模块同步，以及根据输入指令生成操作命令并发送至相应的任务模块，所述操作命令包括时间参数；

所述任务模块，用于根据所述时间信息与所述时间同步模块同步，以及根据所述操作命令执行相应的任务。

可选的，所述时间信息包括：时钟同步信号和系统时间。

可选的，所述时间同步模块包括：

第一晶体振荡器，用于生成系统时钟；

第一处理器，用于根据授时时间对所述系统时钟进行处理以生成所述时钟同步信号和系统时间，并发送所述系统时间和所述时钟同步信号至所述命令生成模块和所述任务模块。

可选的，所述任务模块包括：

第二晶体振荡器，用于生成本地时钟；

第二处理器，用于根据所述时钟同步信号和所述系统时间生成与所述系统时间同步的本地时间；

功能单元，用于基于所述本地时间和所述操作命令执行相应的任务。

可选的，所述功能单元还用于对在执行相应的任务的过程中生成的数据包标记时间。

可选的，所述功能单元包括功能部件及与所述功能部件的接口相匹配的接口单元。

可选的，所述第一处理器、第二处理器、第三处理器包括FPGA。

可选的，所述任务模块还用于在其自身出现异常时通知与其相关的任务模块以使得与其相关的任务模块根据各自业务逻辑执行相应的操作。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

通过时间同步模块发送时间信息至命令生成模块和各任务模块以使得命令生成模块、各任务模块与时间同步模块同步，各任务模块仅需根据命令生成模块生成的在时间轴上的操作命令来执行相应的任务，由于任务模块之间无需接收与其相关的同步信号，因此简化了任务模块之间连接方式的同时提高了任务模块集成的灵活度。此外任务模块仅需对时间信息进行降噪和容错处理，故可以降低任务模块处理信号的复杂度，进而也降低了任务模块的复杂度。命令生成模块仅负责将任务模块需执行的功能在时间轴上进行排列和优化，无需关注各任务模块间的信号同步，简化了命令生成模块的控制逻辑，提高了命令生成模块的可维护性。命令生成模块和各任务模块接收时间同步模块发送的时间信息，可以真正实现控制的强实时性，相对于现有的集中控制方式而言，任务模块执行任务的实时性不再依赖于主控模块的实时性，真正的实现了实时控制的强实时性，仅通过时间同步模块以及命令生成模块就可以实现对各任务模块控制的实时性，降低了实时控制的难度。

进一步地，所述功能单元还用于对在执行相应任务的过程中生成的数据包标记时间，实现了不同任务模块间数据的同步，有利于乳腺断层成像设备的维护，且在一定程度上提高了乳腺断层成像设备的性能。

进一步地，任务模块在其自身出现异常时，通知与其相关的任务模块根据各自的业务逻辑执行相应的操作，由于无需通过命令生成模块来对相关模块进行控制，因此降低了命令生成模块的出错保护逻辑的复杂度。

附图说明

图1是本发明实施方式的乳腺断层成像设备的时间同步系统的示意图；

图2是本发明实施例的乳腺断层成像设备的时间同步系统的示意图；

图3是本发明实施例的时间同步模块的结构示意图；

图4是本发明实施例的任务模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

正如背景技术中所描述的，现有的乳腺断层成像设备采用集中控制的方式控制各部件之间的协同工作，具体地，采用主控模块来控制各部件间的协同工作，其在控制逻辑直观，设计实现方便的同时也带来诸多上述的缺陷。因此，发明人提出采用分布式控制的方式来实现各部件之间的协同工作。参见图1，图1是本发明实施方式的乳腺断层成像设备的时间同步系统的示意图，如图1所示，本发明实施方式的时间同步系统包括：时间同步模块10、命令生成模块11以及至少一个任务模块12；

所述时间同步模块10，用于发送时间信息至所述命令生成模块11和所述任务模块12；

所述命令生成模块11，用于根据所述时间信息与所述时间同步模块10同步，以及根据输入指令生成操作命令并发送至相应的任务模块12，所述操作命令包括时间参数；

所述任务模块12，用于根据所述时间信息与所述时间同步模块10同步，以及根据所述操作命令执行相应的任务。

本实施方式中通过时间同步模块10发送时间信息给所述命令生成模块11和任务模块12，所述命令生成模块11和任务模块12基于接收到的时间信息与所述时间同步模块10同步，且所述任务模块12基于同步的时间信息和命令生成模块11输出的操作命令执行相应的任务。本实施方式的时间同步系统，通过同步各任务模块12的时间，由任务模块12基于同步的时间各自执行相应的任务，避免了采用集中控制方式实现各任务模块之间协同同步时所带来的缺点。

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的描述，图2是本发明实施例的乳腺断层成像设备的时间同步系统的示意图，图2中仅示出了所述每一个任务模块中的功能单元，而任务模块的结构将通过图4本发明实施例的任务模块的结构示意图进行详细的说明。此外图2中为了侧重说明各任务模块之间是如何实现同步的，部分模块、功能单元与工作站之间的连线并未示出，如图2中用户接口和命令生成模块11之间的连线等，但本领域技术人员知晓在实际应用中部分模块、功能单元与工作站之间实际上存在信息的交互。图3是本发明实施例的时间同步模块的结构示意图。本实施例中以所述时间同步系统包括五个任务模块12为例进行说明，具体地，每一个任务模块12都包括相应的功能单元123，进一步地不同的功能单元123包括执行相应功能功能部件。如：第一任务模块中的功能单元123包括：压迫板1230、第二任务模块中的功能单元123包括限束器1231、第三任务模块中的功能单元123包括X射线发生器1232、第四任务模块中的功能单元123包括平板探测器1233、第五任务模块中的功能单元123包括动栅1234为例进行说明(参见图2和图4)，但本发明的技术方案对此不做限定，乳腺断层成像设备中执行相应任务的部件均可以作为功能单元中的一部分。以下结合图2至图4对本发明技术方案的乳腺断层成像设备的时间同步系统进行详细的说明。

本实施例中，时间同步模块10，发送时间信息至待同步模块(图3所示)，所述待同步模块包括：命令生成模块11及任务模块12，所述时间信息包括系统时间和时钟同步信号，时钟同步信号指系统可输出或运行的节拍，一般以频率来衡量，单位是Hz，而系统时间是指系统可输出的时刻(连续流逝的时间的某一瞬间)以及时间间隔(两个瞬间之间的间隔长)，一般单位是时/分/秒/毫秒。命令生成模块11和任务模块12根据所述系统时间和时钟同步信号来与时钟同步模块10同步。本实施例中，所述时间同步模块10包括：第一晶体振荡器101和第一处理器102。所述第一晶体振荡器101生成系统时钟，本实施例中所述第一晶体振荡器101可以为高精度的恒温晶振，所述第一处理器102根据授时时间对第一晶体振荡器101生成的系统时钟进行处理以生成时钟同步信号和系统时间，并发送所述系统时间和所述时钟同步信号至所述命令生成模块11和所述任务模块12。本实施例中所述授时时间通过授时模块生成，并发送至所述第一处理器102，所述授时模块可以为乳腺断层成像设备中工作站的计算机的时间模块，也即授时时间可以以工作站计算机的时间为准，在其他实施例中，授时模块也可以是高精度授时源，如铷钟、GPS等。

考虑到实际应用中，FPGA擅长逻辑和时序的控制，在实际应用过程中增加了MCU用于完成时间和时钟的业务管理工作。也即本实施例中，所述第一处理器102包括FPGA和MCU，具体地，MCU将接收到的授时时间发送至FPGA，FPGA接收所述第一晶体振荡器101发送的系统时钟，以及MCU发送的授时时间，基于二者对系统时钟进行修正，生成时钟同步信号及与授时时间同步的系统时间，并最终锁定生成的系统时间，然后将该系统时间发送至MCU，系统时间通过MCU发送至命令生成模块11、任务模块12，时钟同步信号则通过FPGA发送至命令生成模块11和任务模块12。所述时间同步模块10采用图3中所示的结构，即使授时时间丢失，其自身在一定时间段内仍然可以根据第一晶体振荡器101来维持与所述授时时间的同步，生成系统时间和时钟同步信号。

此外，本实施例中，也可以不通过授时模块来给所述时间同步模块授予授时时间，而由时间同步模块的上电时间作为初始时间(上电时间为1970年1月1日0时)，此时需手动设置系统时间与当前时间同步。

本实施例中，命令生成模块11在接收到所述时间同步模块10发送的系统时间和时钟同步信号后实现其与所述时间同步模块10的同步，并且其根据用户接口，如按键、触摸屏等输入的断层扫描指令，来生成和每个任务模块12执行的任务相关的原子操作指令并发送至相应的任务模块12，所述原子操作指令中除了包含任务模块12应执行的操作外还包括了时间参数，也就是说所述原子操作指令给出了任务模块12在何时执行何种任务。

本实施例中，所述任务模块12根据系统时间和时钟同步信号来与所述时间同步模块10同步，并根据所述命令生成模块11发送的原子操作指令来执行相应的任务。具体地，参见图4，本实施例中所述任务模块12包括：第二晶体振荡器121、第二处理器122以及功能单元123。不同的任务模块12包括不同的功能单元123。如执行发射X射线的第三任务模块的功能单元包括X射线发生器1232、执行图像采集的第四任务模块的功能单元包括平板探测器1233等。

本实施例中，所述第二晶体振荡器121生成本地时钟，其可以为中低精度恒温晶振。所述第二处理器122也可以包括FPGA和MCU，正如上述所述的实际应用中FPGA的特性，故本实施例中也通过FPGA和MCU的方式来实现与时钟同步模块10的同步。继续参见图4，具体地，第二处理器122中的MCU接收时间同步模块10发送的系统时间，并将其发送至FPGA，FPGA接收所述第二晶体振荡器121发送的本地时钟，时间同步模块10发送的时钟同步信号，基于时钟同步信号来对本地时钟进行修正，然后根据MCU发送的系统时间来生成与系统时间同步的本地时间，锁定生成的本地时间并发送至MCU，MCU将本地时间发送至功能单元123，功能单元123根据接收到的本地时间和命令生成模块11发送的原子操作指令控制其包括的功能部件执行相应的任务(图4中未示出命令生成模块11和功能单元123之间的信息交互)。例如：第三任务模块的功能单元123中的X射线发生器1232在接收到何时发射X射线的操作指令后，根据第二处理器122中MCU告知的本地时间，在指定的时间发射X射线，同样地，第四任务模块的平板探测器1233在接收到何时采集图像的操作指令后，基于获得的本地时间在指定时间采集图像。本实施例中，所述功能单元123还对在执行相应的任务的过程中生成的数据包标记时间，具体地，所述功能单元123根据接收到的本地时间，对在执行相应任务过程中的产生的数据标记时间戳。如：所述功能单元记录在某一时刻其包括的功能部件执行了何种动作。不同任务模块中的功能单元对执行任务过程中生成的数据包标记时间戳，可以实现不同任务模块间数据的同步，在提高了乳腺断层成像设备的性能的同时也有利于对乳腺断层成像设备进行维护。本实施例中，所述功能单元123也可以包括MCU，用于在接收到命令生成模块11发送的操作指令后，控制该功能单元中的功能部件执行相应的动作，同时对功能部件执行相应的动作过程中生成的数据包标记时间戳。

实际应用中，功能单元中控制功能部件执行相应的任务，对功能部件执行相应任务过程中产生的数据包标记时间戳可以由功能单元123包括的MCU来实现，也可以由第二处理器122包括的MCU来实现，也就是说功能单元123中的MCU和第二处理器122中的MCU在实际应用中可以是同一块MCU，或者说功能单元123和第二处理器122共用同一块MCU，对于第二处理器122而言，该MCU执行接收系统时间并将系统时间发送至FPGA，接收FPGA生成的本地时间并发送至功能单元123，而对于功能单元123而言，该MCU则是控制功能部件执行相应的任务，并对执行任务过程中生成的数据包标记时间戳。

另外，实际应用中，功能单元123包括的功能部件具有不同的数据接口，因此为实现对所述功能部件进行基于时间同步的控制及信息交互，本实施中所述功能单元123还可以包括与所述功能部件的数据接口相匹配的接口单元，举例来说：若所述功能部件的数据接口为RS232，则所述功能单元123包括与该接口匹配的接口单元RS232，所述接口单元还可以为以太网接口、CAN总线接口、422/485接口、I/O接口等。

本实施例中，当多个任务模块中的一个任务模块出现异常时，其会通知与其相关的任务模块，而与其相关的任务模块则根据其自身处理相应任务的任务逻辑执行相应的动作，各任务模块的业务逻辑根据乳腺断层成像设备的实际需求而定。

另外，本实施例中，任务模块12采用图4中所示的结构，当系统时间和时钟同步信号丢失时，其自身在一定时间段内仍然可以根据第二晶体振荡器121来维持与所述系统时间的同步，生成与所述系统时间同步的本地时间。

此外，需要说明的是，本实施例中命令生成模块11为了和时钟同步模块10进行同步，也包括了图4中生成与所述时钟同步模块10的系统时间同步的本地时间的硬件架构，以实现与所述时钟同步模块10的同步，由于二者的硬件架构相类似，此处不再赘述。

以下结合图2对本实施例中的乳腺断层成像设备的时间同步系统的工作过程进行简单的说明。

图2中，工作站包括了用户接口、授时模块、图像处理系统以及数据整合模块，工作站中的授时模块可以是工作站包括的计算机的时钟模块，其输出的计算机时间作为授时时间发送至时间同步模块10，时间同步模块根据授时时间生成时钟同步信号和系统时间，通过信号线将时间同步信号发送至命令生成模块和多个任务模块，以时间数据报文的形式将系统时间通过以太网发送至命令生成模块和多个任务模块。命令生成模块基于系统时间和时钟同步信号实现与系统时间的同步，并根据用户接口输入的扫描指令，在时间轴上生成原子操作指令序列，并通过任务模块的数据接口发送至相应的任务模块。各任务模块基于接收到的时钟同步信号和系统时间生成与所述系统时间同步的本地时间，并根据命令生成模块发送的操作指令按照与系统时间同步的时间按时执行相应的任务，同时在执行任务的过程中，将生成的数据包标记时间戳，各任务模块之间以及各任务模块与命令生成模块之间可以通过以太网进行通信。此外，各任务模块在执行任务过程中标记了时间戳的数据包也可以通过以太网发送至工作站中的数据整合模块，数据整合模块对收到的各任务模块的数据包进行整合，从而可以得出所有功能部件在时间轴上的数据输出序列。

至此，本实施例中，有序、可靠、精确的对各部件实现了协同控制，为后续提供了更精确的各功能部件的同步数据，进而可以获得更加准确的断层扫描图像和相关数据，获得符合实际需求的乳腺图像。

综上所述，本发明实施方式提供的乳腺断层成像设备的时间同步系统，至少具有如下有益效果：

通过时间同步模块发送时间信息至所述命令生成模块和各任务模块以使得命令生成模块、各任务模块与时间同步模块同步，各任务模块仅需根据命令生成模块生成的在时间轴上的操作命令来执行相应的任务，由于任务模块之间无需接收与其相关的同步信号，因此简化了任务模块之间连接方式的同时提高了任务模块集成的灵活度。此外任务模块仅需对时间信息进行降噪和容错处理，故可以降低任务模块处理信号的复杂度，进而也降低了任务模块的复杂度。命令生成模块仅负责将任务模块需执行的功能在时间轴上进行排列和优化，无需关注各任务模块间的信号同步，简化了命令生成模块的控制逻辑，提高了命令生成模块的可维护性。命令生成模块和各任务模块接收时间同步模块发送的时间信息，可以真正实现控制的强实时性，相对于现有的集中控制方式而言，任务模块执行任务的实时性不再依赖于主控模块的实时性，真正的实现了实时控制的强实时性，仅通过时间同步模块以及命令生成模块就可以实现对各任务模块控制的实时性，降低了实时控制的难度。

进一步地，所述功能单元还用于对在执行相应任务的过程中生成的数据包标记时间，实现了不同任务模块间数据的同步，有利于乳腺断层成像设备的维护，且在一定程度上提高了乳腺断层成像设备的性能。

进一步地，任务模块在其自身出现异常时，通知与其相关的任务模块根据各自的业务逻辑执行相应的操作，由于无需通过命令生成模块来对相关模块进行控制，因此降低了命令生成模块的出错保护逻辑的复杂度。

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 (6)

1.一种乳腺断层成像设备的时间同步系统，其特征在于，包括：时间同步模块、命令生成模块以及至少一个任务模块；

所述时间同步模块，用于发送时间信息至所述命令生成模块和所述任务模块；

所述命令生成模块，用于根据所述时间信息与所述时间同步模块同步，以及根据输入指令生成操作命令并发送至相应的任务模块，所述操作命令包括时间参数；

所述任务模块，用于根据所述时间信息与所述时间同步模块同步，以及根据所述操作命令执行相应的任务；

所述时间信息包括：时钟同步信号和系统时间；所述任务模块包括第二处理器；所述第二处理器，用于根据所述时钟同步信号和所述系统时间生成与所述系统时间同步的本地时间；第二晶体振荡器，用于生成本地时钟；功能单元，用于基于所述本地时间和所述操作命令执行相应的任务；

所述第二处理器包括FPGA处理器及MCU处理器，所述MCU处理器用于接收所述时间同步模块发送的系统时间，并将所述系统时间发送至FPGA处理器，以及在所述FPGA处理器生成本地时间后接收所述本地时间并发送至所述功能单元；

所述FPGA处理器用于接收所述第二晶体振荡器发出的所述本地时钟，并根据所述MCU处理器发送的系统时间来生成与系统时间同步的本地时间，以及将所述本地时间发送至所述MCU处理器。

2.根据权利要求1所述的时间同步系统，其特征在于，所述时间同步模块包括：

第一晶体振荡器，用于生成系统时钟；

第一处理器，用于根据授时时间对所述系统时钟进行处理以生成所述时钟同步信号和系统时间，并发送所述系统时间和所述时钟同步信号至所述命令生成模块和所述任务模块。

3.根据权利要求1所述的时间同步系统，其特征在于，所述功能单元还用于对在执行相应的任务的过程中生成的数据包标记时间。

4.根据权利要求1所述的时间同步系统，其特征在于，所述功能单元包括功能部件及与所述功能部件的接口相匹配的接口单元。

5.根据权利要求2任一项所述的时间同步系统，其特征在于，所述第一处理器包括FPGA。

6.根据权利要求1所述的时间同步系统，其特征在于，所述任务模块还用于在其自身出现异常时通知与其相关的任务模块以使得与其相关的任务模块根据各自业务逻辑执行相应的操作。

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