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一种医疗CT数据采集系统解决方案

发布时间:2020-07-21 18:22:59 阅读: 来源:充磁机厂家

摘要:数据采集系统是CT系统的重要组成部分,由于CT扫描时间短,且扫描信息量大,因此CT数据采集系统工作在较高的频率,且需要短时间传输较大的数据量。本文介绍的医疗CT数据采集系统解决方案采用单片XILINX SPARTAN6完成CT数据采集的主要功能,利用基于IEEE802.3Z的光纤以太网传输协议进行数据的传输,经实测本采集系统数据可靠性高,误码率低,达到了CT数据采集的要求。本文将重点介绍CT数据采集系统的具体实现方式及编码技巧。

本文引用地址:引言

伴随着科技的飞速发展,人类对医疗卫生的重视程度也越来越高,对医疗器械的现代化程度要求也越来越高,然而作为全球高新技术产业竞争的焦点领域,我国的医疗器械产业发展相对落后,从整个产业链来看,我国医疗器械基础薄弱,缺乏核心竞争力,与欧美等国家差距较大;从整个市场来看,国内医院的大型医疗器械设备基本被西门子,GE,东芝等大型跨国公司垄断。

CT:电子计算机X射线断层扫描技术,由于其较好的成像能力和诊断能力是每个医院不可缺少的医疗诊断设备。然而长期以来我国的CT系统都主要依靠进口,无自主研发能力。本文提出的一种医疗CT数据采集系统解决方案是目前国内仅有的几家能够自主研发CT系统的某公司的核心部分。

1 系统方案

在临床诊断过程中要求诊断设备对病人的伤害越小越好,CT(计算机X射线断层扫描技术)采用X线成像原理,要求对病人的辐射剂量越小越好。因此,CT扫描时间极短,单位时间内采集到的数据量大。CT数据采集系统就需要在短时间内将大量数据传送到数据重建柜进行数据的重建。由于短时间内要进行大量的数据传输,因此数据率就大,整个系统的频率就高。本系统采用XILINX SPRTAN6 LXT系列FPGA进行整体的方案实现,采用源同步LVDS差分信号进行近端数据传输,采用自定制光纤协议进行版级之间的数据传输,采用基于IEEE802.3Z的标准UDP以太网进行数据的远距离传输。整个系统的主要部分在单块FPGA内纯逻辑实现,不调用软核,不外挂芯片,功耗较低,频率高,速度快。本系统的核心模块包括:源同步模块,标准以太网模块和自定义光纤通信模块(如图1)。本文重点介绍整个数据采集系统的实现原理及具体方式。

2 源同步模块

2.1 同步方式的选择

在数字信号传输的过程中,根据数据和时钟的关系通常可以将系统的同步方式分为三种:系统同步方式,自同步方式和源同步方式。系统同步方式指传输数据的双方工作在同一系统时钟下,不需要进行复杂的时钟恢复过程,因此采用系统同步的方式进行数据传输实现简单,但是系统同步不适用于较高数据率的传输。自同步方式指在数据发送端经过数据的编码调制将时钟嵌入到数据中,在接收端通过CDR电路对时钟和数据进行再恢复,自同步方式适用于高数据率的远距离传输,但其实现过程较复杂,成本较高。CT数据系统近端的数据传输采用源同步方式,源同步指发送端将数据和时钟对应于某一特定关系进行传送,在接收端通过接收相应的时钟对数据进行再恢复。源同步的方式通常采用LVDS低压差分信号进行数据的传输,抗干扰能力较好,数据率最高能够达到1Gbit/s,满足近端数据的传输要求。

2.2 编码方式的选择

在高速数据传输的过程中由于数据率较高,为了保证较低的误码率,通常需要对数据进行编码和差错控制。本系统采用基于IEEE802.3标准的CRC-32编码及8B10B编码。在FPGA中,采用并行CRC算法能够充分提高数据的编码效率,本系统在采用主频时钟125M的情况下,能在仅有32ns的延迟下将一组任意长度的数据进行编码并传送。采用串行源同步方式进行数据的传输,经过8B10B编码以后保证了数据的直流平衡,并且能够利用编码以后的K码进行数据帧的识别,有效保证了数据帧的完整性。

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