CN114785872B - 一种自适应数据传输速率的ct设备及数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自适应数据传输速率的CT设备及数据传输方法，CT设备包括：探测器设备；数据采集卡；图像重建引擎；控制终端；当CT设备上电后，探测器设备以第一光纤速率向数据采集卡发送训练数据包，数据采集卡的FPGA芯片判断自数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，数据采集卡与探测器设备的通信链路是否建立；当数据采集卡与探测器设备的通信链路建立时，数据采集卡发送链路建立事件至图像重建引擎；当数据采集卡与探测器设备的通信链路未建立时，FPGA芯片提高数据传输速率，直至自数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，数据采集卡与探测器设备的通信链路建立。采用上述技术方案后，可自适应不同数据传输速率的探测器设备。

Description

一种自适应数据传输速率的CT设备及数据传输方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种自适应数据传输速率的CT设备及数据传输方法。

背景技术

随着CT核医学成像设备在各大医院配备使用，目前病人在医院涉及的影像辅助检查越来越普遍。

CT设备内的控制终端通过控制信号线控制整机中机架的旋转，X射线管的曝光，探测器设备接收到X射线后转换成数据包通过光纤(其中数据以高速串行的方式发送，并进行标准的8B10B编码)传递给数据采集卡。数据采集卡通过PCIe接口将数据传递给图像重建引擎进行数据处理。

常见的光纤传递速率有1.25Gbps，2.5Gbps，5Gbps，10Gbps，30Gbps等，PCIe接口现已发展至第五代，常用的第三代8通道接口PCIe Gen3x8的数据带宽为64Gbps。由于不同的CT探测器排数不同，机架转速不同导致光纤上传输的数据速率不同，因此要求数据采集卡能够处理这些速率上的不同。

现有技术针对不同的机型开发不同的数据采集卡，造成重复开发，使用效率低。或是在同一数据采集卡上设置多个不同速率的光口，针对不同机型将光纤分别插入，造成成本的上升，且现场维护人员容易插错。

因此，需要一种自适应数据传输速率的CT设备，可通过数据采集卡自动适配不同速率的探测器设备，避免重复开发时间成本和插错接口的风险。

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自适应数据传输速率的CT设备及数据传输方法，可自适应不同数据传输速率的探测器设备。

本发明公开了一种自适应数据传输速率的CT设备，CT设备包括：

探测器设备，接收X射线后形成数据包；

数据采集卡，与探测器设备经光纤连接，转发数据包；

图像重建引擎，对数据包处理以重建医学影像；

控制终端，与图像重建引擎通信连接，并经控制信号线连接至探测器设备；

当CT设备上电后，探测器设备以第一光纤速率向数据采集卡发送训练数据包，数据采集卡的FPGA芯片判断自数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，数据采集卡与探测器设备的通信链路是否建立；

当数据采集卡与探测器设备的通信链路建立时，数据采集卡发送链路建立事件至图像重建引擎；

当数据采集卡与探测器设备的通信链路未建立时，FPGA芯片逐级提高数据传输速率，直至数据采集卡的FPGA芯片判断自数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，数据采集卡与探测器设备的通信链路建立。

优选地，CT设备上电后，探测器设备解除复位，且探测器设备以自身的初始速率经光纤发送至数据采集卡；

数据采集卡解除复位以形成复位时刻，并设定数据采集卡的光纤接口以默认速率接收数据包。

优选地，第一时间阈值为5ms，当FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内未完全接收训练数据包时，FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的默认速率至第一期望速率；

当FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内仍未完全接收训练数据包时，FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的第一期望速率至第二期望速率，使得数据采集卡自复位时刻起5ms内完全接收训练数据包时。

优选地，图像重建引擎转发链路建立事件至控制终端；

控制终端基于链路建立事件形成一第一结束指令，并发送第一结束指令至探测器设备；

探测器设备基于第一结束指令截止对训练数据包的发送，并改为发送连续重复的信息包。

优选地，数据采集卡依据所接收到的信息包的大小数据设定缓存区域，并发送大小数据至图像重建引擎；

图像重建引擎基于大小数据建立缓存空间，并将缓存空间的数据尺寸发送至控制终端；

控制终端基于数据尺寸形成一第二结束指令，并发送第二结束指令至探测器设备；

探测器设备基于第二结束指令截止对信息包的发送，并改为发送连续重复的正常数据包。

本发明还公开了一种CT设备的数据传输方法，

配置如下CT设备，CT设备包括：探测器设备，接收X射线后形成数据包；数据采集卡，与探测器设备经光纤连接，转发数据包；图像重建引擎，对数据包处理以重建医学影像；控制终端，与图像重建引擎通信连接，并经控制信号线连接至探测器设备；

当CT设备上电后，探测器设备以第一光纤速率向数据采集卡发送训练数据包，数据采集卡的FPGA芯片判断自数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，数据采集卡与探测器设备的通信链路是否建立；

当数据采集卡与探测器设备的通信链路建立时，数据采集卡发送链路建立事件至图像重建引擎；

当数据采集卡与探测器设备的通信链路未建立时，FPGA芯片逐级提高数据传输速率，直至数据采集卡的FPGA芯片判断自数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，数据采集卡与探测器设备的通信链路建立。

优选地，CT设备上电后，探测器设备解除复位，且探测器设备以自身的初始速率经光纤发送至数据采集卡；

数据采集卡解除复位以形成复位时刻，并设定数据采集卡的光纤接口以默认速率接收数据包。

优选地，第一时间阈值为5ms，当FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内未完全接收训练数据包时，FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的默认速率至第一期望速率；

当FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内仍未完全接收训练数据包时，FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的第一期望速率至第二期望速率，使得数据采集卡自复位时刻起5ms内完全接收训练数据包时。

优选地，图像重建引擎转发链路建立事件至控制终端；

控制终端基于链路建立事件形成一第一结束指令，并发送第一结束指令至探测器设备；

探测器设备基于第一结束指令截止对训练数据包的发送，并改为发送连续重复的信息包。

优选地，数据采集卡依据所接收到的信息包的大小数据设定缓存区域，并发送大小数据至图像重建引擎；

图像重建引擎基于大小数据建立缓存空间，并将缓存空间的数据尺寸发送至控制终端；

控制终端基于数据尺寸形成一第二结束指令，并发送第二结束指令至探测器设备；

探测器设备基于第二结束指令截止对信息包的发送，并改为发送连续重复的正常数据包。

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.自适应不同传输速率的探测器设备，现场人员不再需要手动插拔接口；

2.用户侧可动态配置，针对不同厂家、不同接口协议的探测器设备均可适用。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中CT设备的结构示意图。

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1，为符合本发明一优选实施例中CT设备的结构示意图，在该实施例中，CT设备包括有探测器设备、数据采集卡、图像重建引擎以及控制终端。探测器设备在X射线管曝光后，接收X射线，并转化为数据包以发送至数据采集卡。数据采集卡上具有光纤接口，经光纤与探测器设备连接，接收数据包。其中，数据包以高速串行的方式发送至数据采集卡内，并进行标准的8B108B编码。数据采集卡经PCIe接口与图像重建引擎连接，例如图像重建引擎可以是安装在具有CT设备的环境内，并搭载在电脑内。图像重建引擎对数据包处理后将形成有重建医学影像，最终发送至控制终端处，且控制终端可供用户操作，经控制信号线连接至探测器设备后，发送相关的指令至探测器设备，以对CT设备进行控制。

为实现支持具有任何通信速率下的探测器设备，在CT设备上电后，探测器设备将以自身默认的第一光纤速率向数据采集卡先发送训练数据包。可以理解的是，该训练数据包为模拟发送的数据包，甚至其内容可以是空白的，仅用于匹配探测器设备与数据采集卡的通信速率。数据采集卡将接收该训练数据包，可以理解的是，当数据采集卡的光纤接口的速率大于第一光纤速率时，则数据采集卡可正常接收训练数据包，但当数据采集卡的光纤接口的速率小于第一光纤速率时，数据采集卡虽可接收训练数据包，但接收时间具有延迟，即前一训练数据包还没完全接收时，下一训练数据包又被传送过来。在此情况下，数据采集卡内具有一FPGA芯片，其内预设有一第一时间阈值，并作出判断，假如数据采集卡从其复位时刻(或者是开始接受训练数据包的时刻作为接收时刻)到该第一时间阈值的时间段内，完全接收了训练数据包，则意味着数据采集卡与探测器设备的通信链路正常建立，且数据采集卡还将发送该链路建立事件至图像重建引擎；另一方面，假如数据采集卡从其复位时刻(或者是开始接受训练数据包的时刻作为接收时刻)到该第一时间阈值的时间段内，没有完全接收训练数据包，意味着数据采集卡没有完成链路训练，则FPGA芯片发现该结果时，将逐渐提高数据采集卡的光纤接口的数据传输速率，直到数据采集卡从其复位时刻(或者是开始接受训练数据包的时刻作为接收时刻)到该第一时间阈值的时间段内，完全接收了训练数据包，由此，数据采集卡将发送该链路建立事件至图像重建引擎。

通过上述配置，数据采集卡的光纤接口将逐渐匹配第一光纤速率，通过软件的方式配置，无需人工插拔不同速率的接口。

一优选实施例中，CT设备上电后，探测器设备将解除复位，且探测器设备以自身的初始速率，例如5Gbps经光纤发送训练数据包至数据采集卡。在数据采集卡的方面，其也将解除复位，解除复位的时刻记录为复位时刻，并设定数据采集卡的光纤接口以默认速率，例如1.25Gbps接收数据包。上述默认速率的设置，由于数据采集卡本身并不知晓探测器设备的第一光纤速率，因此，可先从数据采集卡的较低速率开始。

进一步地，第一时间阈值为5ms，当FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内未完全接收训练数据包时，FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的默认速率至第一期望速率，例如2.5Gbps。进一步地，再从复位时刻或接收时刻起经过5ms后，当FPGA芯片判断仍未完全接收训练数据包时，FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的第一期望速率至第二期望速率，例如5Gbps，此时数据采集卡的第二期望速率与第一光纤速率匹配，则使得数据采集卡自复位时刻起5ms内完全接收训练数据包，也即数据采集卡和探测器设备间的通信链路正常建立。

更进一步地，图像重建引擎在接收到链路建立时间后，将转发链路建立事件至控制终端，使得整个CT设备均知晓探测器模块和数据采集卡已正常通信。控制终端基于链路建立事件形成一第一结束指令，并发送第一结束指令至探测器设备，探测器设备基于第一结束指令截止对训练数据包的发送，也就是说，不再需要发送数据内容本身无意义的数据报了，并改为发送连续重复的信息包。可以理解的是，该信息包仍旧不是正常的医学影像数据，其目的在于配置数据采集卡及图像重建引擎的存储空间。具体地，数据采集卡依据所接收到的信息包的大小数据设定缓存区域，也即数据采集卡中将配置出与信息包的大小数据相同的空间用作为后续缓存，并发送大小数据至图像重建引擎；图像重建引擎基于大小数据建立缓存空间，并将缓存空间的数据尺寸发送至控制终端。通过上述过程，通信链路的速率、存储所需空间均已配置完毕，则可正常通信。因此，控制终端基于数据尺寸形成一第二结束指令，并发送第二结束指令至探测器设备；探测器设备基于第二结束指令截止对信息包的发送，并改为发送连续重复的正常数据包，从而恢复到正常、完整的数据包的发送。

本发明还公开了一种CT设备的数据传输方法，配置如下CT设备，CT设备包括：探测器设备，接收X射线后形成数据包；数据采集卡，与探测器设备经光纤连接，转发数据包；图像重建引擎，对数据包处理以重建医学影像；控制终端，与图像重建引擎通信连接，并经控制信号线连接至探测器设备；当CT设备上电后，探测器设备以第一光纤速率向数据采集卡发送训练数据包，数据采集卡的FPGA芯片判断自数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，数据采集卡与探测器设备的通信链路是否建立；当数据采集卡与探测器设备的通信链路建立时，数据采集卡发送链路建立事件至图像重建引擎；当数据采集卡与探测器设备的通信链路未建立时，FPGA芯片逐级提高数据传输速率，直至数据采集卡的FPGA芯片判断自数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，数据采集卡与探测器设备的通信链路建立。

优选地，CT设备上电后，探测器设备解除复位，且探测器设备以自身的初始速率经光纤发送至数据采集卡；数据采集卡解除复位以形成复位时刻，并设定数据采集卡的光纤接口以默认速率接收数据包。

优选地，第一时间阈值为5ms，当FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内未完全接收训练数据包时，FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的默认速率至第一期望速率；当FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内仍未完全接收训练数据包时，FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的第一期望速率至第二期望速率，使得数据采集卡自复位时刻起5ms内完全接收训练数据包时。

优选地，图像重建引擎转发链路建立事件至控制终端；控制终端基于链路建立事件形成一第一结束指令，并发送第一结束指令至探测器设备；探测器设备基于第一结束指令截止对训练数据包的发送，并改为发送连续重复的信息包。

优选地，数据采集卡依据所接收到的信息包的大小数据设定缓存区域，并发送大小数据至图像重建引擎；图像重建引擎基于大小数据建立缓存空间，并将缓存空间的数据尺寸发送至控制终端；控制终端基于数据尺寸形成一第二结束指令，并发送第二结束指令至探测器设备；探测器设备基于第二结束指令截止对信息包的发送，并改为发送连续重复的正常数据包。

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 (8)

1.一种自适应数据传输速率的CT设备，其特征在于，所述CT设备包括：

探测器设备，接收X射线后形成数据包；

数据采集卡，与所述探测器设备经光纤连接，转发所述数据包；

图像重建引擎，对所述数据包处理以重建医学影像；

控制终端，与所述图像重建引擎通信连接，并经控制信号线连接至所述探测器设备；

当所述CT设备上电后，所述探测器设备解除复位，并以第一光纤速率向所述数据采集卡发送训练数据包；

所述数据采集卡解除复位以形成复位时刻，并设定所述数据采集卡的光纤接口以默认的数据传输速率接收所述训练数据包；

所述数据采集卡的FPGA芯片根据自所述数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内所述数据采集卡是否完全接收所述训练数据包，判断自所述数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，所述数据采集卡与所述探测器设备的通信链路是否建立；

当所述数据采集卡与所述探测器设备的通信链路建立时，所述数据采集卡发送链路建立事件至所述图像重建引擎；

当所述数据采集卡与所述探测器设备的通信链路未建立时，所述FPGA芯片逐级提高数据传输速率，直至数据采集卡的FPGA芯片判断自所述数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，所述数据采集卡与所述探测器设备的通信链路建立。

2.如权利要求1所述的CT设备，其特征在于，

所述第一时间阈值为5ms，当所述FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内未完全接收训练数据包时，所述FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的默认速率至第一期望速率；

当所述FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内仍未完全接收训练数据包时，所述FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的第一期望速率至第二期望速率，使得所述数据采集卡自复位时刻起5ms内完全接收训练数据包。

3.如权利要求2所述的CT设备，其特征在于，

所述图像重建引擎转发链路建立事件至控制终端；

所述控制终端基于所述链路建立事件形成一第一结束指令，并发送所述第一结束指令至所述探测器设备；

所述探测器设备基于所述第一结束指令截止对所述训练数据包的发送，并改为发送连续重复的信息包。

4.如权利要求3所述的CT设备，其特征在于，

所述数据采集卡依据所接收到的信息包的大小数据设定缓存区域，并发送大小数据至图像重建引擎；

所述图像重建引擎基于所述大小数据建立缓存空间，并将所述缓存空间的数据尺寸发送至控制终端；

所述控制终端基于所述数据尺寸形成一第二结束指令，并发送所述第二结束指令至所述探测器设备；

所述探测器设备基于所述第二结束指令截止对所述信息包的发送，并改为发送连续重复的正常数据包。

5.一种CT设备的数据传输方法，其特征在于，

配置如下CT设备，所述CT设备包括：探测器设备，接收X射线后形成数据包；数据采集卡，与所述探测器设备经光纤连接，转发所述数据包；图像重建引擎，对所述数据包处理以重建医学影像；控制终端，与所述图像重建引擎通信连接，并经控制信号线连接至所述探测器设备；

当所述CT设备上电后，所述探测器设备解除复位，并以第一光纤速率向所述数据采集卡发送训练数据包；

所述数据采集卡解除复位以形成复位时刻，并设定所述数据采集卡的光纤接口以默认的数据传输速率接收所述训练数据包；

所述数据采集卡的FPGA芯片根据自所述数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内所述数据采集卡是否完全接收所述训练数据包，判断自所述数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，所述数据采集卡与所述探测器设备的通信链路是否建立；

当所述数据采集卡与所述探测器设备的通信链路建立时，所述数据采集卡发送链路建立事件至所述图像重建引擎；

当所述数据采集卡与所述探测器设备的通信链路未建立时，所述FPGA芯片逐级提高数据传输速率，直至数据采集卡的FPGA芯片判断自所述数据采集卡的复位时刻起至第一时间阈值内，所述数据采集卡与所述探测器设备的通信链路建立。

6.如权利要求5所述的数据传输方法，其特征在于，

所述第一时间阈值为5ms，当所述FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内未完全接收训练数据包时，所述FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的默认速率至第一期望速率；

当所述FPGA芯片判断自复位时刻起5ms内仍未完全接收训练数据包时，所述FPGA芯片修改数据采集卡的光纤接口的第一期望速率至第二期望速率，使得所述数据采集卡自复位时刻起5ms内完全接收训练数据包时。

7.如权利要求6所述的数据传输方法，其特征在于，

所述图像重建引擎转发链路建立事件至控制终端；

所述控制终端基于所述链路建立事件形成一第一结束指令，并发送所述第一结束指令至所述探测器设备；

所述探测器设备基于所述第一结束指令截止对所述训练数据包的发送，并改为发送连续重复的信息包。

8.如权利要求7所述的数据传输方法，其特征在于，

所述数据采集卡依据所接收到的信息包的大小数据设定缓存区域，并发送大小数据至图像重建引擎；

所述图像重建引擎基于所述大小数据建立缓存空间，并将所述缓存空间的数据尺寸发送至控制终端；

所述控制终端基于所述数据尺寸形成一第二结束指令，并发送所述第二结束指令至所述探测器设备；

所述探测器设备基于所述第二结束指令截止对所述信息包的发送，并改为发送连续重复的正常数据包。