一種醫療CT數據采集系統解決方案

　　摘要：數據采集系統是CT系統的重要組成部分，由于CT掃描時(shí)間短，且掃描信息量大，因此CT數據采集系統工作在較高的頻率，且需要短時(shí)間傳輸較大的數據量。本文介紹的醫療CT數據采集系統解決方案采用單片XILINX SPARTAN6完成CT數據采集的主要功能，利用基于IEEE802.3Z的光纖以太網(wǎng)傳輸協(xié)議進(jìn)行數據的傳輸，經(jīng)實(shí)測本采集系統數據可靠性高，誤碼率低，達到了CT數據采集的要求。本文將重點(diǎn)介紹CT數據采集系統的具體實(shí)現方式及編碼技巧。

　　引言

　　伴隨著(zhù)科技的飛速發(fā)展，人類(lèi)對醫療衛生的重視程度也越來(lái)越高，對醫療器械的現代化程度要求也越來(lái)越高，然而作為全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭的焦點(diǎn)領(lǐng)域，我國的醫療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對落后，從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，我國醫療器械基礎薄弱，缺乏核心競爭力，與歐美等國家差距較大;從整個(gè)市場(chǎng)來(lái)看，國內醫院的大型醫療器械設備基本被西門(mén)子，GE，東芝等大型跨國公司壟斷。

　　CT：電子計算機X射線(xiàn)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(gè)醫院不可缺少的醫療診斷設備。然而長(cháng)期以來(lái)我國的CT系統都主要依靠進(jìn)口，無(wú)自主研發(fā)能力。本文提出的一種醫療CT數據采集系統解決方案是目前國內僅有的幾家能夠自主研發(fā)CT系統的某公司的核心部分。

　　1 系統方案

　　在臨床診斷過(guò)程中要求診斷設備對病人的傷害越小越好，CT(計算機X射線(xiàn)斷層掃描技術(shù))采用X線(xiàn)成像原理，要求對病人的輻射劑量越小越好。因此，CT掃描時(shí)間極短，單位時(shí)間內采集到的數據量大。CT數據采集系統就需要在短時(shí)間內將大量數據傳送到數據重建柜進(jìn)行數據的重建。由于短時(shí)間內要進(jìn)行大量的數據傳輸，因此數據率就大，整個(gè)系統的頻率就高。本系統采用XILINX SPRTAN6 LXT系列FPGA進(jìn)行整體的方案實(shí)現，采用源同步LVDS差分信號進(jìn)行近端數據傳輸，采用自定制光纖協(xié)議進(jìn)行版級之間的數據傳輸，采用基于IEEE802.3Z的標準UDP以太網(wǎng)進(jìn)行數據的遠距離傳輸。整個(gè)系統的主要部分在單塊FPGA內純邏輯實(shí)現，不調用軟核，不外掛芯片，功耗較低，頻率高，速度快。本系統的核心模塊包括：源同步模塊，標準以太網(wǎng)模塊和自定義光纖通信模塊(如圖1)。本文重點(diǎn)介紹整個(gè)數據采集系統的實(shí)現原理及具體方式。

　　2 源同步模塊

　　2.1 同步方式的選擇

　　在數字信號傳輸的過(guò)程中，根據數據和時(shí)鐘的關(guān)系通?？梢詫⑾到y的同步方式分為三種：系統同步方式，自同步方式和源同步方式。系統同步方式指傳輸數據的雙方工作在同一系統時(shí)鐘下，不需要進(jìn)行復雜的時(shí)鐘恢復過(guò)程，因此采用系統同步的方式進(jìn)行數據傳輸實(shí)現簡(jiǎn)單，但是系統同步不適用于較高數據率的傳輸。自同步方式指在數據發(fā)送端經(jīng)過(guò)數據的編碼調制將時(shí)鐘嵌入到數據中，在接收端通過(guò)CDR電路對時(shí)鐘和數據進(jìn)行再恢復，自同步方式適用于高數據率的遠距離傳輸，但其實(shí)現過(guò)程較復雜，成本較高。CT數據系統近端的數據傳輸采用源同步方式，源同步指發(fā)送端將數據和時(shí)鐘對應于某一特定關(guān)系進(jìn)行傳送，在接收端通過(guò)接收相應的時(shí)鐘對數據進(jìn)行再恢復。源同步的方式通常采用LVDS低壓差分信號進(jìn)行數據的傳輸，抗干擾能力較好，數據率最高能夠達到1Gbit/s，滿(mǎn)足近端數據的傳輸要求。

　　2.2 編碼方式的選擇

　　在高速數據傳輸的過(guò)程中由于數據率較高，為了保證較低的誤碼率，通常需要對數據進(jìn)行編碼和差錯控制。本系統采用基于IEEE802.3標準的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據的編碼效率，本系統在采用主頻時(shí)鐘125M的情況下，能在僅有32ns的延遲下將一組任意長(cháng)度的數據進(jìn)行編碼并傳送。采用串行源同步方式進(jìn)行數據的傳輸，經(jīng)過(guò)8B10B編碼以后保證了數據的直流平衡，并且能夠利用編碼以后的K碼進(jìn)行數據幀的識別，有效保證了數據幀的完整性。