CN113055132B - Pet数据采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PET数据采集系统及方法，PET数据采集系统包括控制模块、数据采集模块及PET探测器，数据采集模块自控制模块接收配置信息，并向PET探测器发送下行数据包，PET探测器向数据采集模块反馈上行数据包，PET探测器包括m个探测器组，每一探测器组内包括n个探测器单元；控制模块将下行数据包配置为：包头条目、路由条目、数据条目及包尾条目；PET探测器将上行数据包配置为：事件条目、时间戳条目、反馈条目及状态条目；数据采集模块根据分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元。采用上述技术方案后，可快速转发数据包，高效地支持各种数据的上传，同时可支持乱序反馈数据的重建。

Description

PET数据采集系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种PET数据采集系统及方法。

背景技术

探测器是PET(正电子发射断层成像，Positron Emission Tomography)系统的核心部件，一个PET系统中通常有几十个探测器模块。基于PET系统的工作原理，每个模块内都有大量的工作参数需要配置，并将各种工况信息、采集的大量数据及时上传至后台管理平台。

一般而言，PET探测器上传的信息通常先汇聚到DAQ(数据采集，DataAcquisition)系统中进行暂存，由DAQ对这些信息进行分类和预处理，等待应用层软件进行读取处理。DAQ同时担负着配置命令下发的任务。其中，PET探测器大部分模块的工作参数，在初始化时配置为相同，仅部分工作参数需根据工作状态信息再单独地分别配置。而工作状态的读回动作，一般会针对所有探测器进行查询，然后从响应的数据中来区别各个探测器回复的信息，进行工作状态的判断。

作为一种针对多探测器专用数据采集系统的通讯方法，现有的实现多是直接默认通讯的两端是一对一通信，或是仅定义了长度固定的几种格式。如果一对一对所有模块进行寻址，逐个重复发送相同参数对不同探测器进行配置，将是一个低效而耗时的工作，同时也增加了出错的可能性。如果在数据采集系统设计初期，对所有可能用到的功能进行编号，并分配固定的格式，后期再增强现有功能或扩充新的控制方法时，常涉及许多对现有系统架构的改动，缺乏灵活性。

因此，需要一种新型的PET数据采集系统及方法，支持点对点或广播方式寻址，针对新功能的扩展也可兼容。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种PET数据采集系统及方法，快速转发数据包，高效地支持各种数据的上传，同时可支持乱序反馈数据的重建。

本发明公开了一种PET数据采集系统，包括控制模块、通信连接的数据采集模块及PET探测器，数据采集模块自控制模块接收配置信息，并向PET探测器发送下行数据包，PET探测器向数据采集模块反馈上行数据包，

PET探测器包括m个探测器组，每一探测器组内包括n个探测器单元；

控制模块将下行数据包配置为：包头条目、路由条目、数据条目及包尾条目，其中路由条目包括：分组序号及组内序号，分组序号和组内序号指向第i个探测器组内的第j个探测器单元；

PET探测器将上行数据包配置为：事件条目、时间戳条目、反馈条目及状态条目；

数据采集模块根据分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元，数据采集模块接收上行数据包并缓存在先入先出队列中，当反馈条目或状态条目完整时重建上行数据包。

优选地，数据采集模块解析分组序号及组内序号的各比特位的值，当分组序号和/或组内序号的每一比特位置1时，广播下行数据包至每一探测器组和/或探测器组内的每一探测器单元；

当分组序号和组内序号的值非全1时，发送下行数据包至路由条目指向的目标探测器单元；

数据采集模块根据路由条目的解析结果，形成包括各组使能、配置数据等控制信号，其中有效标志位根据分组序号和/或组内序号的指向置位。

优选地，路由条目还包括：命令类型标志、读写标志、数据区长度标志、功能标识标志及冗余位标志；

命令类型标志表示路由条目的类型；

功能标识标志表示下行数据包的功能，与数据条目内的子协议对应。

优选地，包头条目呈固定序列，用于检测下行数据包；

数据条目包括载荷数据；

包尾条目包括CRC校验位，用于检测下行数据包的完整性。

优选地，事件条目包括tci标志及tz0标志，其中tci标志为时间校正开启时的运算进位，tz0为时间戳条目的末位；

时间戳条目包括粗时间计数的高位标志；

反馈条目包括读写标志及响应内容；

状态条目包括紧急标志。

本发明还公开了一种PET数据采集方法，包括以下步骤：

将PET探测器配置为包括m个探测器组，每一探测器组内包括n个探测器单元；

控制模块对一下行数据包配置为：下行数据包包括包头条目、路由条目、数据条目及包尾条目，其中路由条目包括：分组序号及组内序号，分组序号和组内序号指向第i个探测器组内的第j个探测器单元；

PET探测器对一上行数据包配置为：事件条目、时间戳条目、反馈条目及状态条目；

一数据采集模块根据分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元；

数据采集模块接收上行数据包并缓存在先入先出队列中，当反馈条目或状态条目完整时重建上行数据包。

优选地，一数据采集模块根据分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元的步骤包括：

数据采集模块解析分组序号及组内序号的各比特位的值；

当分组序号和/或组内序号的每一比特位置1时，广播下行数据包至每一探测器组和/或探测器组内的每一探测器单元；

当分组序号和组内序号的值非全1时，发送下行数据包至路由条目指向的目标探测器单元；

数据采集模块根据路由条目的解析结果，形成包括各组使能、配置数据等控制信号，其中有效标志位根据分组序号和/或组内序号的指向置位。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.支持与PET探测器一对一或广播方式模块寻址，相同命令只需发一次便可实现对所需数据的目标探测器的数据发放；

2.数据区中可灵活添加、扩展新功能，大幅度提高PET设备的兼容性；

3.支持同时读写多个探测器模块，即便反馈数据不连续、乱序也可重建；

4.增加了通信数据包转发的效率、时效性和灵活性。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中下行数据包的结构示意图；

图2为符合本发明一优选实施例中下行数据包的路由条目的结构示意图；

图3为符合本发明一优选实施例中上行数据包的结构示意图；

图4为符合本发明一优选实施例中上行数据包的事件条目的结构示意图；

图5为符合本发明一优选实施例中上行数据包的时间戳条目的结构示意图；

图6为符合本发明一优选实施例中上行数据包的反馈条目的结构示意图；

图7为符合本发明一优选实施例中上行数据包的状态条目的结构示意图；

图8为符合本发明一优选实施例中PET数据采集方法的流程示意图。

图9为符合本发明一优选实施例中PET数据采集系统的工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图9，本发明中，PET数据采集系统包括控制模块、通信连接的数据采集模块及PET探测器，数据采集模块自控制模块接收(例如安装在后台管理终端内的应用软件)数据信息，并向PET探测器发送下行数据包，PET探测器向数据采集模块反馈上行数据包，从而一方面可控制PET探测器的工作状态，执行正确的检测动作，另一方面可快速地获得检测结果。对此，本实施例中的PET数据采集系统按照REQ-ACK(请求-反馈)的方式搭建，在PET探测器侧，可使用Xilinx Aurora 64b66b数据接口，其单个数据条目位宽为64比特。为指向性地发送正确数据，对PET探测器进行分组，以n个探测器单元为一组，将所有PET探测器分成m个探测器组。例如，当整个系统有36个探测器时，令整个PET系统中的PET探测器按n＝3个一组划分，共可分成m＝12组，则每一探测器组可通过1路光纤与数据采集模块连接，使得数据采集模块将数据可并行地按分组下发。

为生产对PET探测器的指向，控制模块将下行数据包发送至数据采集模块时，将对下行数据包的结构进行配置，参阅图1，下行数据包包括包头条目、路由条目、数据条目及包尾条目，其中路由条目作用是对下行数据包进行转发控制。因此，参阅图2，路由条目包括：分组序号及组内序号，分组序号和组内序号指向第i个探测器组内的第j个探测器单元。具体地，分组序号指向了探测器组的具体地址，组内序号指向了某一探测器组内的任意探测器单元，则经数据采集模块对分组序号和组内序号的解析后，便可判断将下行数据包发送至何组的何一探测器单元。发送前，分组序号和组内序号的寻址可设置为单个或广播，将下行数据包转发到一条或多条通信线路上。发送时，DAQ将下行数据包复制成m份，并与每一通信线路通信连接，下行数据包也将被下发至每一通信线路，由有效标志位确定是否实际发送。

通过上述配置，无需如现有技术中对下行数据包的目标地址确定后，逐一发送，反之，将同时下发，并由最终根据各组使能标志的有效性确定是否实际发送。对于同一下行数据包而言，不再需要判断哪些探测器单元发送，哪些不需要发送，大幅度降低前期判断所耗时间。

下行数据包发送至各探测器单元后，PET探测器将执行下行数据包内的相应配置命令，并将执行结果反馈至数据采集模块。对此，PET探测器将形成上行数据包，对于该上行数据包的配置，其包括有：事件条目、时间戳条目、反馈条目及状态条目。参阅图3-图7，事件条目表示探测器单元捕获的伽玛光子击中事件(singles)、反馈条目包括数据包执行情况的反馈(acknowledge)、状态条目表示紧急或定时更新的状态信息的上传(status)。在上述几种数据类型中，占据最大比例的是事件条目；最紧急的数据是时间戳条目和事件条目，这两种数据都是单个条目的短数据。反馈条目和状态条目在不同工况下，可能为多个条目的长数据。另外，由于PET系统中不同探测器单元所连接的通讯线缆长度差异，及事件的随机性，长数据序列上传到数据采集模块时，其顺序可能是被打乱的。因此，兼顾时效性和效率，上行数据包的宽度设计为传输的单个条目的位宽，本系统中宽度是64位，而单个条目内信息是完整的，这样保证了长数据包序列可被还原。控制模块经数据采集模块在接收到时间戳条目、事件条目、状态条目后，在数据采集模块中立即进行处理。上述实施例中，反馈条目或状态条目，通常是多条，收到的顺序不固定，先存在先入先出队列(FIFO)中，等待用户的处理，从而即便在乱序的情况下，也可重建后处理，对于乱序情况的适用性极高。

上述实施例中，用户根据预估的时间窗口，将收集的信息按编分组序号、组内序号、功能序号、id序号组合起来，可重建原始的数据包序列。事件条目中，tci为时间校正开启时的运算进位，tz0为时间戳条目的末位，可于修正事件数据包处理时，导致的与时间戳包的延迟。时间戳条目中，包含了粗时间计数的高位，隔一定时间发送一次，其间隔中时间刻度由事件包中的粗时间位来标识。反馈条目中的“读写“标志位，表示是写或读命令的响应，数据中则包含了命令执行是否成功、用户数据等信息。状态条目中的“紧急”标识位，用于标志此状态是否是紧急的，置位则在DAQ中使用优先级高的特殊方式处理。没有置位，则使用一般的处理流程。

一优选实施例中，数据采集模块解析分组序号及组内序号的各比特位的值。继续参阅图2，路由条目的64位中，包括有数据包类型、分组序号(4位)、组内序号(4位)，保留位、功能标识及数据区长度，分别用作为命令类型标志、读写标志、数据区长度标志、功能标识标志及冗余位标志。分组序号和组内序号代表了目标探测器的地址。当分组序号和/或组内序号的每一比特位置1时，则表示对所有探测器组和/或某一探测器组内的所有探测器单元进行广播，即广播下行数据包至每一探测器组和/或探测器组内的每一探测器单元。而当分组序号和组内序号的值非全1时，发送下行数据包至路由条目指向的目标探测器单元，各4位的比特位置共同代表了探测器组和探测器单元的地址，数据采集模块根据路由条目的解析结果，形成包括各组使能、配置数据等控制信号，其中有效标志位根据分组序号和/或组内序号的指向置位，也就是说根据该有效标志位是否置位，决定是否要将下行数据包发送至对应的探测器单元。在复制有m份消息下，当有效标志位未置位时，仍将不发送。

上述实施例中，命令类型标志表示所述路由条目的类型；功能标识标志表示下行数据包的功能，与数据条目内的子协议对应。

进一步地，包头条目呈固定序列，用于检测下行数据包；数据条目包括载荷数据；包尾条目包括CRC校验位，用于检测下行数据包的完整性。

通过上述配置，可支持一对一或广播方式模块寻址，相同命令只需下发一次，此外，可在数据区中灵活添加、扩展新功能；且同时读写多个模块，数据可乱序返回。也就是说，大大增加了通讯数据包转发的效率，同时新的功能可以轻松地扩展和兼容。针对系统需求优化的通讯方法，兼顾了时效性和灵活性。

参阅图8，示出了符合本发明一优选实施例中的PET数据采集方法，该实施例中，PET数据采集方法包括以下步骤：

S100：将PET探测器配置为包括m个探测器组，每一探测器组内包括n个探测器单元；

S200：控制模块对一下行数据包配置为：下行数据包包括包头条目、路由条目、数据条目及包尾条目，其中路由条目包括：分组序号及组内序号，分组序号和组内序号指向第i个探测器组内的第j个探测器单元；

S300：PET探测器对一上行数据包配置为：事件条目、时间戳条目、反馈条目及状态条目；

S400：一数据采集模块根据分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元；

S500：数据采集模块接收上行数据包并缓存在先入先出队列中，当反馈条目或状态条目完整时重建上行数据包。

进一步地，一数据采集模块根据分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元的步骤S400包括：

S410：数据采集模块解析分组序号及组内序号的各比特位的值；

S420：当分组序号和/或组内序号的每一比特位置1时，广播下行数据包至每一探测器组和/或探测器组内的每一探测器单元；

S430：当分组序号和组内序号的值非全1时，发送下行数据包至路由条目指向的目标探测器单元；

S440：数据采集模块根据路由条目的解析结果，形成包括各组使能、配置数据等控制信号，其中有效标志位根据分组序号和/或组内序号的指向置位。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡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修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种PET数据采集系统，包括控制模块、通信连接的数据采集模块及PET探测器，所述数据采集模块自所述控制模块接收配置信息，并向所述PET探测器发送下行数据包，所述PET探测器向数据采集模块反馈上行数据包，其特征在于，

所述PET探测器包括m个探测器组，每一所述探测器组内包括n个探测器单元；

所述控制模块将所述下行数据包配置为：所述下行数据包包括包头条目、路由条目、数据条目及包尾条目，其中所述路由条目包括：分组序号及组内序号，所述分组序号和组内序号指向第i个探测器组内的第j个探测器单元；

所述PET探测器将所述上行数据包配置为：事件条目、时间戳条目、反馈条目及状态条目；

所述数据采集模块根据所述分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元，所述数据采集模块接收上行数据包并缓存在先入先出队列中，当反馈条目或状态条目完整时重建所述上行数据包。

2.如权利要求1所述的PET数据采集系统，其特征在于，

所述数据采集模块解析所述分组序号及组内序号的各比特位的值，当分组序号和/或组内序号的每一比特位置1时，广播所述下行数据包至每一探测器组和/或探测器组内的每一探测器单元；

当分组序号和组内序号的值非全1时，发送下行数据包至路由条目指向的目标探测器单元；

所述数据采集模块根据路由条目的解析结果，形成包括各组使能、配置数据的控制信号，其中各组使能标志的有效性为有效标志位，所述有效标志位根据分组序号和/或组内序号的指向置位。

3.如权利要求2所述的PET数据采集系统，其特征在于，

所述路由条目还包括：命令类型标志、读写标志、数据区长度标志、功能标识标志及冗余位标志；

所述命令类型标志表示所述路由条目的类型；

所述功能标识标志表示所述下行数据包的功能，与所述数据条目内的子协议对应。

4.如权利要求1所述的PET数据采集系统，其特征在于，

所述包头条目呈固定序列，用于检测所述下行数据包；

所述数据条目包括载荷数据；

所述包尾条目包括CRC校验位，用于检测所述下行数据包的完整性。

5.如权利要求1所述的PET数据采集系统，其特征在于，

所述事件条目包括tci标志及tz0标志，其中所述tci标志为时间校正开启时的运算进位，tz0为时间戳条目的末位；

所述时间戳条目包括粗时间计数的高位标志；

所述反馈条目包括读写标志及响应内容；

所述状态条目包括紧急标志。

6.一种PET数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

将PET探测器配置为包括m个探测器组，每一所述探测器组内包括n个探测器单元；控制模块对一下行数据包配置为：所述下行数据包包括包头条目、路由条目、数据条目及包尾条目，其中所述路由条目包括：分组序号及组内序号，所述分组序号和组内序号指向第i个探测器组内的第j个探测器单元；

PET探测器对一上行数据包配置为：事件条目、时间戳条目、反馈条目及状态条目；

一数据采集模块根据所述分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元；

数据采集模块接收上行数据包并缓存在先入先出队列中，当反馈条目或状态条目完整时重建所述上行数据包。

7.如权利要求6所述的PET数据采集方法，其特征在于，

一数据采集模块根据所述分组序号和组内序号的指向，定向或广播发送包括配置命令的下行数据包至目标探测器单元的步骤包括：

所述数据采集模块解析所述分组序号及组内序号的各比特位的值；

当分组序号和/或组内序号的每一比特位置1时，广播所述下行数据包至每一探测器组和/或探测器组内的每一探测器单元；

当分组序号和组内序号的值非全1时，发送下行数据包至路由条目指向的目标探测器单元；

所述数据采集模块根据路由条目的解析结果，形成包括各组使能、配置数据的控制信号，其中各组使能标志的有效性为有效标志位，所述有效标志位根据分组序号和/或组内序号的指向置位。

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