一種醫(yī)療CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)解決方案

　　摘要：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是CT系統(tǒng)的重要組成部分，由于CT掃描時間短，且掃描信息量大，因此CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作在較高的頻率，且需要短時間傳輸較大的數(shù)據(jù)量。本文介紹的醫(yī)療CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)解決方案采用單片XILINX SPARTAN6完成CT數(shù)據(jù)采集的主要功能，利用基于IEEE802.3Z的光纖以太網(wǎng)傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)的傳輸，經(jīng)實測本采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)可靠性高，誤碼率低，達到了CT數(shù)據(jù)采集的要求。本文將重點介紹CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方式及編碼技巧。

　　引言

　　伴隨著科技的飛速發(fā)展，人類對醫(yī)療衛(wèi)生的重視程度也越來越高，對醫(yī)療器械的現(xiàn)代化程度要求也越來越高，然而作為全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭的焦點領(lǐng)域，我國的醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對落后，從整個產(chǎn)業(yè)鏈來看，我國醫(yī)療器械基礎(chǔ)薄弱，缺乏核心競爭力，與歐美等國家差距較大;從整個市場來看，國內(nèi)醫(yī)院的大型醫(yī)療器械設(shè)備基本被西門子，GE，東芝等大型跨國公司壟斷。

　　CT：電子計算機X射線斷層掃描技術(shù)，由于其較好的成像能力和診斷能力是每個醫(yī)院不可缺少的醫(yī)療診斷設(shè)備。然而長期以來我國的CT系統(tǒng)都主要依靠進口，無自主研發(fā)能力。本文提出的一種醫(yī)療CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)解決方案是目前國內(nèi)僅有的幾家能夠自主研發(fā)CT系統(tǒng)的某公司的核心部分。

　　1 系統(tǒng)方案

　　在臨床診斷過程中要求診斷設(shè)備對病人的傷害越小越好，CT(計算機X射線斷層掃描技術(shù))采用X線成像原理，要求對病人的輻射劑量越小越好。因此，CT掃描時間極短，單位時間內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)量大。CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就需要在短時間內(nèi)將大量數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)重建柜進行數(shù)據(jù)的重建。由于短時間內(nèi)要進行大量的數(shù)據(jù)傳輸，因此數(shù)據(jù)率就大，整個系統(tǒng)的頻率就高。本系統(tǒng)采用XILINX SPRTAN6 LXT系列FPGA進行整體的方案實現(xiàn)，采用源同步LVDS差分信號進行近端數(shù)據(jù)傳輸，采用自定制光纖協(xié)議進行版級之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用基于IEEE802.3Z的標(biāo)準(zhǔn)UDP以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的遠距離傳輸。整個系統(tǒng)的主要部分在單塊FPGA內(nèi)純邏輯實現(xiàn)，不調(diào)用軟核，不外掛芯片，功耗較低，頻率高，速度快。本系統(tǒng)的核心模塊包括：源同步模塊，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)模塊和自定義光纖通信模塊(如圖1)。本文重點介紹整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)原理及具體方式。

　　2 源同步模塊

　　2.1 同步方式的選擇

　　在數(shù)字信號傳輸?shù)倪^程中，根據(jù)數(shù)據(jù)和時鐘的關(guān)系通?？梢詫⑾到y(tǒng)的同步方式分為三種：系統(tǒng)同步方式，自同步方式和源同步方式。系統(tǒng)同步方式指傳輸數(shù)據(jù)的雙方工作在同一系統(tǒng)時鐘下，不需要進行復(fù)雜的時鐘恢復(fù)過程，因此采用系統(tǒng)同步的方式進行數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)簡單，但是系統(tǒng)同步不適用于較高數(shù)據(jù)率的傳輸。自同步方式指在數(shù)據(jù)發(fā)送端經(jīng)過數(shù)據(jù)的編碼調(diào)制將時鐘嵌入到數(shù)據(jù)中，在接收端通過CDR電路對時鐘和數(shù)據(jù)進行再恢復(fù)，自同步方式適用于高數(shù)據(jù)率的遠距離傳輸，但其實現(xiàn)過程較復(fù)雜，成本較高。CT數(shù)據(jù)系統(tǒng)近端的數(shù)據(jù)傳輸采用源同步方式，源同步指發(fā)送端將數(shù)據(jù)和時鐘對應(yīng)于某一特定關(guān)系進行傳送，在接收端通過接收相應(yīng)的時鐘對數(shù)據(jù)進行再恢復(fù)。源同步的方式通常采用LVDS低壓差分信號進行數(shù)據(jù)的傳輸，抗干擾能力較好，數(shù)據(jù)率最高能夠達到1Gbit/s，滿足近端數(shù)據(jù)的傳輸要求。

　　2.2 編碼方式的選擇

　　在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中由于數(shù)據(jù)率較高，為了保證較低的誤碼率，通常需要對數(shù)據(jù)進行編碼和差錯控制。本系統(tǒng)采用基于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的CRC-32編碼及8B10B編碼。在FPGA中，采用并行CRC算法能夠充分提高數(shù)據(jù)的編碼效率，本系統(tǒng)在采用主頻時鐘125M的情況下，能在僅有32ns的延遲下將一組任意長度的數(shù)據(jù)進行編碼并傳送。采用串行源同步方式進行數(shù)據(jù)的傳輸，經(jīng)過8B10B編碼以后保證了數(shù)據(jù)的直流平衡，并且能夠利用編碼以后的K碼進行數(shù)據(jù)幀的識別，有效保證了數(shù)據(jù)幀的完整性。