CN112690816B - 一种ct探测器构架及其信息处理方法、ct扫描仪 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种CT探测器构架，包括数据采集电路板、数据控制板和数个探测器模块，数据采集电路板具有MCU和FPGA，MCU与FPGA通信连接，FPGA与数据控制板及所有的检探测器模块通信连接；FPGA通过滑环与重建计算机的数据采集卡通信连接；FPGA具有与各探测器模块一一对应的读写寄存器，MCU控制FPGA上的读写寄存器的状态，FPGA根据读写寄存器的状态以与相应的探测器模块通讯。本发明实现数据采集与信息处理分离，即FPGA做数据采集，MCU做信息处理；利用MCU强大的运算能力用来命令解析、逻辑运算、状态监控及低功耗，FPGA强大的数字信号处理能力进行数据采集，数据采集及信息处理效率更高。
Description
技术领域
本发明属于CT技术领域，具体涉及一种CT探测器构架及其信息处理方法、CT扫描仪。
背景技术
CT扫描仪通过CT探测器探测穿过人体的X射线，并将接收到的光信号转换为电信号。CT探测器是CT机扫描仪的核心部件之一，其主要用于采集X射线穿过人体组织后的数据信息，为重建人体组织的CT图像提供依据。
CT探测器在工作时，需要快速地将采集到的图像数据传输出去，图像数据的实时性要求高、频率也高、瞬时数据量大，因此需要对图像数据进行高速、高精度采集及高速传输。同时CT探测器还要适时监控自身的状态，以及根据系统上位机发送的命令实时改变数据的采集参数和工作模式，实现信息处理。
现有的CT探测器，主要包括FPGA与数个探测器模块(MOD)，探测器模块(MOD)将光信号转换为电信号，通过FPGA实现数据采集以及信息处理，并将采集的数据信息传输至数据控制板(DCB)，最后通过数据控制板将数据信息传输至重建计算机的数据采集板(ACQ)。基于此，现有技术中的FPGA既要执行数据采集，又要进行信息处理。对于数据采集而言，FPGA具有天然的优势，但对于状态控制、逻辑运算以及低功耗方面，FPGA难以实现高效处理。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种CT探测器构架及其信息处理方法、CT扫描仪。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种CT探测器构架，包括数据采集电路板、数据控制板和数个探测器模块，所述数据采集电路板具有MCU和FPGA，MCU与FPGA通信连接，FPGA与数据控制板及所有的检探测器模块通信连接；FPGA通过滑环与重建计算机的数据采集卡通信连接；所述FPGA具有与各探测器模块一一对应的读写寄存器，MCU控制FPGA上的读写寄存器的状态，FPGA根据读写寄存器的状态以与相应的探测器模块通讯。
作为优选方案，所述读写寄存器包括TX-DATA寄存模块、TX-CTRL状态寄存模块、RX-CTRL状态寄存模块和RX-DATA寄存模块；
MCU发送消息时，将数据发送至TX-DATA寄存模块，然后控制TX-CTRL状态寄存模块以实现数据发送；
MCU接收消息时，控制RX-CTRL状态寄存模块的状态，然后读取RX–DATA寄存模块的数据。
作为优选方案，所述FPGA与各探测器模块之间采用UART协议通讯。
作为优选方案，所述MCU与定子控制板通讯连接。
作为优选方案，所述MCU与定子控制板之间采用CAN通讯。
作为优选方案，所述MCU与FPGA之间采用SPI通讯。
本发明还提供如上任一方案所述的CT探测器构架的信息处理方法，包括以下步骤：
S1、FPGA将数据控制板发送的Trigger信号转换为探测器模块能识别的Trigger信号，并结合MCU发送的参数配置信号，发送至各探测器模块；
S2、探测器模块输出探测数据，探测数据包括数据信息和同步时钟；
S3、FPGA接收各个探测器模块的探测数据，打包后通过滑环传输至重建计算机的数据采集卡。
作为优选方案，当MCU与定子控制板之间采用CAN通讯；
MCU接收定子控制板的CAN信息后，通过CAN中断产生二值信号量以激活对应的任务，任务处理完成后将其对应的CAN信息通过消息队列回复至定子控制板。
本发明还提供一种CT扫描仪，包括如上任一方案所述的CT探测器构架或采用如上任一方案所述的信息处理方法。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的CT探测器构架及其信息处理方法，实现数据采集与信息处理分离，即FPGA做数据采集，MCU做信息处理；利用MCU强大的运算能力用来命令解析、逻辑运算及状态监控；利用FPGA强大的数字信号处理能力进行数据采集；分工明确，数据采集及信息处理效率更高，功耗更低，成本更低。
附图说明
图1是本发明实施例的CT探测器构架的框架示意图；
图2是本发明实施例的CT探测器构架的具体框架示意图；
图3是本发明实施例的CT探测器构架的MCU、FPGA及MOD的交互示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
如图1所示，本实施例的CT探测器构架，包括数据采集电路板(简称VPB)和29个探测器模块(简称MOD)，即MOD1、MOD2、MOD3、…、MOD29，MOD的数量不限于示例的29，可以根据实际需求进行自由设置。
MOD用于将X-射线的光信号转化为电信号，VPB实现将数据打包发送给重建计算机的数据采集卡(简称ACQ)。
VPB与各MOD之间的通讯方式相同，通讯内容包括：
1、数据0：将A/D转换的数字数据发送给VPB；
2、数据1：备用的数据线，当需要告诉传输时启用；
3、同步时钟：用于数据同步；
4、Trigger：发送给MOD的触发信号；
5、UART-TX：VPB与MOD之间串口通讯的发送信号；
6、UART-RX：VPB与MOD之间串口通讯的接收信号；
具体地，VPB内部构架如图2所示，n依次取值为3-29中的整数：
VPB内部的主要逻辑芯片有两块，MCU和FPGA；
MCU是探测器的主控单元，用来接收定子控制板(简称SCB)的命令，控制VPB和29个MOD，远程配置VPB和MOD，MCU与SCB之间采用CAN通讯。
FPGA主要用来接收MOD的数据，排列打包后输出给滑环，从而传输至重建计算机的ACQ；还用来接收数据控制板(简称DCB)的系统信息，同时接收DCB的Trigger信号，并将这些信号转化为MOD可识别的Trigger信号。
FPGA的另一个重要功能是作为MCU与MOD之间的通讯桥，由于接口的限制，MCU无法与MOD直接通讯，只能通过FPGA转接，MCU与FPGA之间采用SPI通讯，在FPGA内部映射出每个MOD的读写寄存器，MCU通过SPI分别操作FPGA上的读写寄存器，然后FPGA根据读写寄存器的状态来与MOD进行UART通讯，FPGA与MOD之间的UART通讯采用UART协议，通讯速率大幅提高，从而提高系统的通讯效率。
如图3所示，FPGA内部的读写寄存器包括TX-DATA寄存模块(简称TX DATA)、TX-CTRL状态寄存模块(简称TX CTRL)、RX-CTRL状态寄存模块(简称RX CTRL)和RX-DATA寄存模块(简称RX DATA)；
具体地，MCU发送消息时，将消息数据发送到TX DATA，然后控制TX CTRL的状态，实现数据发送；
同理，MCU接收消息时，只需要控制RX CTRL的状态，然后直接读出RX DATA内的数据。
相应地，本发明实施例的CT探测器构架的信息处理方法，包括以下步骤：
S1、FPGA将数据控制板DCB发送的Trigger信号转换为探测器模块能识别的Trigger信号，并结合MCU发送的参数配置信号，发送至各探测器模块；其中，MCU发送的参数配置信号根据定子控制板SCB的命令下发；
S2、探测器模块输出探测数据，探测数据包括数据信息和同步时钟；
S3、FPGA接收各个探测器模块MOD的探测数据，打包后通过滑环传输至重建计算机的数据采集卡ACQ。
另外，当MCU与定子控制板SCB之间采用CAN通讯；
MCU接收定子控制板的CAN信息后，通过CAN中断产生二值信号量以激活对应的任务，任务处理完成后将其对应的CAN信息通过消息队列回复至定子控制板；能够防止定子控制板下发的任务丢失。
本发明实施例还提供一种CT扫描仪，包括本发明实施例上述的CT探测器构架，采用本发明实施例上述的信息处理方法。
对于数据采集而言，FPGA具有天然的优势，对于状态控制、逻辑运算、命令解析、状态监控及低功耗而言，MCU更具优势，因此本发明采用MCU+FPGA构建的CT探测器构架在工作效率上更具优势。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种CT探测器构架的信息处理方法，其特征在于，所述CT探测器构架包括数据采集电路板、数据控制板和数个探测器模块，所述数据采集电路板具有MCU和FPGA，MCU与FPGA通信连接，FPGA与数据控制板及所有的探测器模块通信连接；FPGA通过滑环与重建计算机的数据采集卡通信连接；所述FPGA具有与各探测器模块一一对应的读写寄存器，MCU控制FPGA上的读写寄存器的状态，FPGA根据读写寄存器的状态以与相应的探测器模块通讯；
所述读写寄存器包括TX-DATA寄存模块、TX-CTRL状态寄存模块、RX-CTRL状态寄存模块和RX-DATA寄存模块；
MCU发送消息时，将数据发送至TX-DATA寄存模块，然后控制TX-CTRL状态寄存模块以实现数据发送；
MCU接收消息时，控制RX-CTRL状态寄存模块的状态，然后读取RX –DATA寄存模块的数据；
所述信息处理方法，包括以下步骤：
S1、FPGA将数据控制板发送的Trigger信号转换为探测器模块能识别的Trigger信号，并结合MCU发送的参数配置信号，发送至各探测器模块；
S2、探测器模块输出探测数据，探测数据包括数据信息和同步时钟；
S3、FPGA接收各个探测器模块的探测数据，打包后通过滑环传输至重建计算机的数据采集卡；
所述FPGA与各探测器模块之间采用UART协议通讯；
所述MCU与FPGA之间采用SPI通讯。
2.根据权利要求1所述的信息处理方法，其特征在于，所述MCU与定子控制板通讯连接。
3.根据权利要求2所述的信息处理方法，其特征在于，所述MCU与定子控制板之间采用CAN通讯。
4.根据权利要求1所述的信息处理方法，其特征在于，当MCU与定子控制板之间采用CAN通讯；
MCU接收定子控制板的CAN信息后，通过CAN中断产生二值信号量以激活对应的任务，任务处理完成后将其对应的CAN信息通过消息队列回复至定子控制板。
5.一种CT扫描仪，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的信息处理方法。
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