CN114767136A - 数字重建放射影像的采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请关于数字重建放射影像的采集系统及方法，涉及医学技术领域。该系统包括计算机设备、可编程逻辑控制器PLC设备、信号转换印制电路板PCB、第一高压发生器、第二高压发生器、第三高压发生器、第一平板探测器、第二平板探测器以及第三平板探测器。计算机设备与PLC设备通信连接，PLC设备与信号转换PCB通信连接，信号转换PCB分别与第一高压发生器、第二高压发生器、第三高压发生器、第一平板探测器、第二平板探测器以及第三平板探测器通信连接。在采集装置的工作过程中，利用3组设备的组合，在PLC设备的控制和信号转换PCB的冗余信号输出下，可以实现各组设备同步曝光采图，以适应治疗过程中确定病灶位置时的不同需求，提高对于病灶定位的准确率。

Description

数字重建放射影像的采集系统及方法

技术领域

本申请涉及医学技术领域，特别涉及一种数字重建放射影像的采集系统及方法。

背景技术

在放疗治疗应用领域，在以诸如消除肿瘤为目的进行治疗的过程当中，通常使用加速器发射高能射线，该射线围绕病灶做球形旋转，以达到消除肿瘤的目的。该治疗方法需要在治疗的过程中间断性地对于病灶进行定位。而在定位的过程中，则会应用数字重建放射影像（Digital Reconstructed Radiograph，DRR）技术，进行病灶位置的精准定位。

相关技术中，通常利用平板探测器作为病灶探测的设备，对于病灶存在的区域进行探测。平板探测器可以基于其探测的平面，在与计算机设备通过软件连接的情况下显示图像，进而以平面图像的形式体现病灶所在的位置。

然而，相关技术中多仅采用单组或双组平板探测器进行病灶位置的确定，且通过软件连接的方式将计算机设备与平板探测器相互连接，易导致控制信号的传输存在时延。在此情况下，平板探测器对于病灶位置的确定准确率即较差。

发明内容

本申请关于一种数字重建放射影像的采集系统及方法，能够提高平板探测器对于病灶位置的判断准确率。该技术方案如下：

一方面，提供了一种数字重建放射影像的采集系统，该数字重建放射影像的采集系统包括计算机设备、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）设备、信号转换印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）、第一高压发生器、第二高压发生器、第三高压发生器、第一平板探测器、第二平板探测器以及第三平板探测器；

计算机设备与PLC设备通信连接，PLC设备与信号转换PCB通信连接，信号转换PCB分别与第一高压发生器、第二高压发生器、第三高压发生器、第一平板探测器、第二平板探测器以及第三平板探测器通信连接；

计算机设备，用于向PLC设备发送控制数据，控制数据用于指示目标高压发生器以及与目标高压发生器对应的目标平板探测器同步工作，目标高压发生器以及目标平板探测器的数量一致，目标高压发生器从第一高压发生器、第二高压发生器以及第三高压发生器中选取，目标平板探测器从第一平板探测器、第二平板探测器以及第三平板探测器中选取；

PLC设备，用于接收控制数据；基于控制信号生成控制指令，控制指令用于直接控制目标高压发生器以及目标平板探测器；向信号转换PCB发送控制指令；

信号转换PCB，用于接收控制指令；基于控制指令生成冗余控制信号；向目标高压发生器与目标平板探测器同步发送冗余控制信号；

目标高压发生器以及目标平板探测器，用于同步接收冗余控制信号，根据冗余控制信号确定自身的工作状态。

另一方面，提供了一种数字重建放射影像的采集方法，该方法应用于如上实施例中所述的数字重建放射影像的采集系统内的PLC设备中，该方法包括：

接收计算机设备发送的控制数据，控制数据用于指示目标高压发生器以及与目标高压发生器对应的目标平板探测器同步工作；

基于控制信号生成控制指令，控制指令用于直接控制目标高压发生器以及目标平板探测器；

向信号转换PCB发送控制指令。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

在采集装置中进行了相互独立的三组高压发生器以及对应的平板探测器的设置，并对应高压发生器以及平板探测器，布置可以对装置通过硬件进行统一控制的信号转换PCB以及PLC设备。在采集装置的工作过程中，利用3组设备的组合，在PLC设备的控制和信号转换PCB的冗余信号输出下，可以实现各组设备同步曝光采图，以适应治疗过程中确定病灶位置时的不同需求，提高对于病灶定位的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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示出了本申请一个示例性实施例提供的一种数字重建放射影像的采集系统的结构框图。

图2示出了本申请一个示例性实施例提供的一种信号转换PCB的结构示意图。

图3示出了本申请一个示例性实施例提供的一种数字重建放射影像的采集装置的示意图。

图4示出了本申请一个示例性实施例提供的一种信号转换PCB的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本申请一个示例性实施例提供的一种数字重建放射影像的采集系统的结构框图。请参考图1，该数字重建放射影像的采集系统包括计算机设备110、可编程逻辑控制器PLC设备120、信号转换印制电路板PCB130、第一高压发生器141、第二高压发生器142、第三高压发生器143、第一平板探测器151、第二平板探测器152以及第三平板探测器153。计算机设备110与PLC设备120通信连接，PLC设备120与信号转换PCB130通信连接，信号转换PCB130分别与第一高压发生器141、第二高压发生器142、第三高压发生器143、第一平板探测器151、第二平板探测器152以及第三平板探测器153通信连接。

在本申请实施例中，计算机设备实现为个人计算机，PLC设备实现为模块化的PLC控制器，个人计算机与PLC控制器之间具有通信连接关系，且实现为同一控制系统的上位机以及下位机。

图2示出了本申请一个示例性实施例提供的一种信号转换PCB的结构示意图，该信号转换PCB中包括电源输入模块201、滤波电路模块202、隔离电路模块203、电平转换模块204、意法半导体205、通讯芯片206、信号隔离模块207、时钟及复位电路208、逻辑芯片209、输入输出接口210以及安全输入接口211。可选地，意法半导体的型号为STM32F407VET6，通讯芯片的型号为MAX232，逻辑芯片的型号为CMC693PR144-L。需要说明的是，上述模块均实际实现为电路元器件或电路元器件的组合。可选地，信号转换PCB与高压发生器以及平板探测器直接通过接插件进行连接。

可选地，在本申请实施例中，计算机设备对应有独立的电源；第一高压发生器、第二高压发生器以及第三高压发生器也配置有独立的电源，系统中还设置了专用的电源模块，用于向PLC设备、信号转换PCB、第一平板探测器、第二平板探测器以及第三平板探测器进行供电。

在本申请实施例中，三组高压发生器和平板探测器对应组合，作为装置当中的检测设备。平板探测器用于直接对于病灶进行探照检测。高压发生器主要用于产生稳定的具有足够功率的高频逆变的直流高压，并且提供旋转阳极驱动电路电压，以产生稳定的管电流。高压发生器与平板探测器的结合即为本申请实施例中的数字X线摄影术（digitalradiography，DR）设备，也即，本申请实施例所述的数字重建放射影像的采集装置对应有3组DR设备。可选地，三个高压发生器以及对应的平板探测器的型号均相同；或，三个高压发生器以及对应的平板探测器的型号均不同，但工作时的额定电压相同。本申请对于高压发生器与平板探测器的具体型号不做限定。而确定其额定工作电压均为220V交流电。

计算机设备，用于向PLC设备发送控制数据，控制数据用于指示目标高压发生器以及与目标高压发生器对应的目标平板探测器同步工作，目标高压发生器以及目标平板探测器的数量一致，目标高压发生器从第一高压发生器、第二高压发生器以及第三高压发生器中选取，目标平板探测器从第一平板探测器、第二平板探测器以及第三平板探测器中选取。

在一个示例中，当控制数据指示第一高压发生器工作时，第一平板探测器即与第一高压发生器同步工作；当控制数据指示第二高压发生器工作时，第二平板探测器即与第二高压发生器同步工作；当控制数据指示第三高压发生器工作时，第三平板探测器即与第三高压发生器同步工作。可选地，在系统搭载的过程中，平板探测器与高压发生器之间即建立了联动关系，计算机设备同时确定了该联动关系，以对应发送控制指令。

PLC设备，用于接收控制数据；基于控制信号生成控制指令，控制指令用于直接控制目标高压发生器以及目标平板探测器；向信号转换PCB发送控制指令。

信号转换PCB，用于接收控制指令；基于控制指令生成冗余控制信号；向目标高压发生器与目标平板探测器同步发送冗余控制信号。

在本申请实施例中，信号转换PCB在接收到控制指令后，将会在控制指令通过信号采集接口后，进行双路冗余控制信号的生成，并将冗余控制信号进行发送，以确保高压发生器与平板探测器接收到信号的准确率。

目标高压发生器以及目标平板探测器，用于同步接收冗余控制信号，根据冗余控制信号确定自身的工作状态。

可选地，目标平板探测器的工作状态包括开始工作状态、停止工作状态以及工作状态的切换中的至少一种，对应目标平板探测器的状态，目标高压发生器也会进行状态调整，以满足影响采样的工作要求。在本申请实施例中，平板探测器主要执行采图积分、出图的功能，高压发生器主要执行曝光的功能。

综上所述，本申请实施例提供的系统，在采集装置中进行了相互独立的三组高压发生器以及对应的平板探测器的设置，并对应高压发生器以及平板探测器，布置可以对装置通过硬件进行统一控制的信号转换PCB以及PLC设备。在采集装置的工作过程中，利用3组设备的组合，在PLC设备的控制和信号转换PCB的冗余信号输出下，可以实现各组设备同步曝光采图，以适应治疗过程中确定病灶位置时的不同需求，提高对于病灶定位的准确率。

图3示出了本申请一个示例性实施例提供的一种数字重建放射影像的采集装置的示意图，以该过程应用于数字重建放射影像的采集系统内的PLC设备中为例进行说明，该方法包括：

步骤301，接收计算机设备发送的控制数据。

该过程即为作为下位机设备的PLC设备从上位机中直接获取控制数据的过程。在本申请实施例中，计算机设备内通过控制协议网络（Controller Area Network，CAN）总线与PLC设备连接。可选地，计算机设备响应于自身接收到的输入指令，进行控制数据的发送。

需要说明的是，在一个示例中，控制数据指示的目标高压发生器以及目标平板探测器的数量为至少两个，以适配较为复杂的影像采集环境。

步骤302，将识别码数据与自身的设备识别码进行匹配。

在本申请实施例中，计算机设备将会存储与PLC设备对应的机器识别注册码，并将该机器识别注册码作为控制数据发送时的匹配凭证，发送至PLC设备中，当PLC设备接收到控制数据时，在对于控制数据解码的过程当中，降火获取该识别码数据，并将识别码数据与自身的设备识别码进行匹配，以确定该数据是否应被自身接收。

步骤303，响应于匹配通过，基于控制信号生成控制指令。

在本申请实施例中，当识别码数据与自身的设备识别码相匹配时，PLC设备即对应执行后续流程，也即，生成发送至信号转换PCB的控制指令。

步骤304，接收联锁数据。

联锁数据用于指示采集环境中的设备运行情况。在本申请实施例中，联锁数据指示高压发生器以及平板探测器所在的医疗环境当中的设备的安全状态。在一个示例中，由于高压发生器在工作状态下有发出辐射的风险，因此，在医疗环境中设置有屏蔽门。对应具有屏蔽门的情况，联锁数据中包括屏蔽门数据，屏蔽门数据用于指示采集环境中的屏蔽门开闭情况。

步骤305，基于联锁数据确定安全等级。

在本申请实施例中，联锁数据即可直接对应指示DR设备是否工作的安全等级。可选地，在一个示例中，屏蔽门数据指示屏蔽门未闭合时，即将安全等级调整至非工作安全等级，也即，指示目前的环境还未准备好进行DR设备的采集工作。

步骤306，响应于安全等级达到工作安全等级，向信号转换PCB发送控制指令。

当安全等级达到工作安全等级时，计算机设备即对应执行后续的控制指令发送过程。

在本申请实施例中，PLC设备与信号转换PCB之间通过总线连接。在安全等级达到工作安全等级时，PLC设备即会向信号转换PCB发送该控制指令。

在信号转换PCB接收到控制指令后，会根据控制指令进行冗余控制信号的生成，并通过冗余控制信号直接控制目标高压发生器与目标平板探测器。在目标高压发生器与目标平板探测器对应执行了工作，或，确定自身存在故障无法执行工作时，即会向信号转换PCB发送工作反馈信号。信号转换PCB会对应生成双向冗余信号，并生成反馈指令发送至PLC设备当中。

结合上述说明，请参考图4，在信号转换PCB410中，当信号采集接401用于与PLC设备420进行数据交互。对应的，信号转换PCB410可以直接与高压发生器430以及平板探测器440进行信号交互。在信号转换PCB410内部进行数据处理时，由PLC设备传输的第一控制指令451将会被处理为双路冗余的形式，并以双路冗余的形式转化为第一控制信号452，之后，其被发送至高压发生器和平板探测器中；对应的，由高压发生器430以及平板探测器440反馈的第二控制信号453将会被处理成双路冗余的形式，并以双路冗余的形式转换为第二控制指令454，之后，其被发送至PLC设备420中。

步骤307，接收反馈指令。

该过程即为PLC设备接收到以双路冗余的形式发送的反馈指令的过程。

在一个示例中，反馈信号中包括工作反馈信号以及异常反馈信号。工作反馈信号指示目标高压发生器和/或目标平板探测器的工作结果，异常反馈信号指示目标高压发生器和/或目标平板探测器处于异常状态。

步骤308，基于反馈指令生成反馈数据。

步骤309，向计算机设备发送反馈数据。

步骤308至步骤309即为反馈数据的生成以及发送过程。可选地，当计算机设备接收到反馈数据后，计算机设备将记录反馈数据当中的工作情况以及异常情况，并执行后续的应对处理进程。

综上所述，本申请实施例提供的方法，在采集装置中进行了相互独立的三组高压发生器以及对应的平板探测器的设置，并对应高压发生器以及平板探测器，布置可以对装置通过硬件进行统一控制的信号转换PCB以及PLC设备。在采集装置的工作过程中，利用3组设备的组合，在PLC设备的控制和信号转换PCB的冗余信号输出下，可以实现各组设备同步曝光采图，以适应治疗过程中确定病灶位置时的不同需求，提高对于病灶定位的准确率。

上述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数字重建放射影像的采集系统，其特征在于，所述数字重建放射影像的采集系统包括计算机设备、可编程逻辑控制器PLC设备、信号转换印制电路板PCB、第一高压发生器、第二高压发生器、第三高压发生器、第一平板探测器、第二平板探测器以及第三平板探测器；

所述计算机设备与所述PLC设备通信连接，所述PLC设备与所述信号转换PCB通信连接，所述信号转换PCB分别与所述第一高压发生器、所述第二高压发生器、所述第三高压发生器、所述第一平板探测器、所述第二平板探测器以及所述第三平板探测器通信连接；

所述计算机设备，用于向所述PLC设备发送控制数据，所述控制数据用于指示所述目标高压发生器以及与所述目标高压发生器对应的目标平板探测器同步工作，所述目标高压发生器以及所述目标平板探测器的数量一致，所述目标高压发生器从所述第一高压发生器、所述第二高压发生器以及所述第三高压发生器中选取，所述目标平板探测器从所述第一平板探测器、所述第二平板探测器以及所述第三平板探测器中选取；

所述PLC设备，用于接收所述控制数据；基于所述控制信号生成控制指令，所述控制指令用于直接控制所述目标高压发生器以及目标平板探测器；向所述信号转换PCB发送所述控制指令；

所述信号转换PCB，用于接收所述控制指令；基于所述控制指令生成冗余控制信号；向所述目标高压发生器与所述目标平板探测器同步发送所述冗余控制信号；

所述目标高压发生器以及所述目标平板探测器，用于同步接收所述冗余控制信号，根据所述冗余控制信号确定自身的工作状态。

2.根据权利要求1所述的数字重建放射影像的采集系统，其特征在于，所述控制数据中还包括识别码数据，所述识别码数据用于唯一指示所述目标高压发生器

所述PLC设备，还用于将所述识别码数据与自身的设备识别码进行匹配；响应于匹配通过，基于所述控制信号生成所述控制指令。

3.根据权利要求1所述的数字重建放射影像的采集系统，其特征在于，

所述PLC设备，还用于接收联锁数据，所述联锁数据用于指示采集环境中的设备运行情况；基于所述联锁数据确定安全等级；响应于所述安全等级达到工作安全等级，向所述信号转换PCB发送所述控制指令。

4.根据权利要求3所述的数字重建放射影像的采集系统，其特征在于，所述联锁数据中包括屏蔽门数据，所述屏蔽门数据用于指示所述采集环境中的屏蔽门开闭情况；

响应于所述屏蔽门数据指示所述屏蔽门未闭合，将所述安全等级调整至非工作安全等级。

5.根据权利要求1所述的数字重建放射影像的采集系统，其特征在于，

所述目标高压发生器以及所述目标平板探测器，还用于向所述信号转换PCB发送工作反馈信号；

所述信号转换PCB，用于接收所述工作反馈信号，基于所述工作反馈信号生成冗余反馈信号；基于所述冗余反馈信号生成反馈指令；将所述反馈指令发送至所述PLC设备；

所述PLC设备，用于接收所述反馈指令；基于所述反馈指令生成反馈数据；向所述计算机设备发送所述反馈数据；

所述计算机设备，用于接收所述反馈数据。

6.根据权利要求5所述的数字重建放射影像的采集系统，其特征在于，所述反馈信号中包括工作反馈信号以及异常反馈信号；

所述工作反馈信号指示所述目标高压发生器和/或所述目标平板探测器的工作结果；

所述异常反馈信号指示所述目标高压发生器和/或所述目标平板探测器处于异常状态。

7.根据权利要求6所述的数字重建放射影像的采集系统，其特征在于，

所述计算机设备，还用于响应于接收到反馈数据，且所述反馈数据指示所述反馈信号中包括异常反馈信号，记录与所述异常反馈信号对应的异常情况。

8.根据权利要求1所述的数字重建放射影像的采集系统，其特征在于，所述控制数据指示的所述目标高压发生器以及所述目标平板探测器的数量为至少两个。

9.一种数字重建放射影像的采集方法，其特征在于，所述数字重建放射影像的采集方法应用于如权利要求1至8任一所述的数字重建放射影像的采集系统内的PLC设备中，所述方法包括：

接收计算机设备发送的控制数据，所述控制数据用于指示目标高压发生器以及与所述目标高压发生器对应的目标平板探测器同步工作；

基于所述控制信号生成控制指令，所述控制指令用于直接控制所述目标高压发生器以及所述目标平板探测器；

向信号转换PCB发送所述控制指令。

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