一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统的制作方法
【专利摘要】一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，有用于接收X射线的平板X射线传感器，平板X射线传感器输出端连接数据发送模块，数据发送模块通过光纤连接数据采集模块，数据采集模块通过PCI-E接口连接计算机。数据发送模块有依次连接的数据收发单元和第一光通信单元，数据收发单元的信号输入端连接所述平板X射线传感器信号输出端，第一光通信单元信号输出端通过光纤连接数据采集模块。数据采集模块有依次连接的第二光通信单元、数据采集存储单元、PCI-E接口芯片，存储控制单元连接还外部存储器。本发明实现了高分辨率的数字医学图像从图像传感器到计算机的实时、无压缩传输，解决医学成像设备和外部计算机之间实时、高速非压缩数据传输问题。
【专利说明】一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数字医学成像设备的数据传输系统。特别是涉及一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统。
【背景技术】
[0002]数字化的医学成像设备，通常由图像传感器、数据发送模块、数据接收模块、数据处理与显示模块组成，常见形式是医学成像设备包含图像传感器和数据发送模块，外部的计算机包含数据接收模块、数据处理与显示模块，医学成像设备通过某种高速数据接口向计算机传输数据。
[0003]随着图像传感器成像分辨率和帧率的提高，成像设备获得的原始图像的数据量越来越大。成像设备输出图像的方式可分为压缩与非压缩两大类，或非实时传输与实时传输两大类。压缩方式例如数字电视采用MPEG-2、H.264等视频编码方式，或数字相机采用JPEG、JPEG2000 等图像编码方式对原始图像进行压缩，减小数据量后进行传输，但是在医学成像领域，为了保证不丢失图像的细节，很少采用压缩方式。非实时传输方式是先将图像缓存在本地存储器中，然后通过较慢的线路进行传输，例如数字相机先将照片存在存储卡中，然后通过USB2.0接口将照片上传到计算机；实时传输方式是将图像传感器持续获取的图像不间断地传输到接收端，实时传输方式需要传输带宽大于成像的数据速率。
[0004]在工业应用领域，高分辨率的工业相机采用千兆以太网接口或USB3.0接口向计算机传输图像数据。医学成像设备，以数字化X光机为例，其早先采用的数据传输方式为图像传感器以视频格式并行输出图像数据，而接收模块为一个高速视频采集卡，通过PCI总线将数据输入计算机，这种方式的缺点是采用多位并行传输线缆，线缆较粗，连接的可靠性较差；目前新的图像传感器产品已配备了千兆以太网接口，可通过千兆以太网传输数据，但这种方式的缺点是千兆以太网的带宽限制了图像传输的帧率。以日本HAMAMATSU公司的平板X射线传感器为例，其C10502D型传感器在成像时的像素时钟为30MHz，在有效数据传输期间，A、B两个端口在每个时钟周期同时输出一个14-bit的像素数据，即最高的数据速率为(2xl4-bit x30MHz)=840Mbps。通过千兆以太网传输数据时，由于网络协议的开销和硬件处理数据包的延时，一般只能实现600Mbps左右的稳定可靠的数据传输，可见千兆以太网接口不能满足这种图像传感器的实时数据传输要求。HAMAMATSU公司新推出的C10500D-42型传感器配备了千兆以太网接口，但该传感器只有一个端口输出数据，最高的数据速率降低为420Mbps，代价是降低了成像分辨率(C10502D的分辨率是2268x60，C10500D-42的分辨率是 1480x60)。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用光纤作为传输介质，能够支持更高的成像速率的基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，包括有用于接收X射线的平板X射线传感器，所述的平板X射线传感器的输出端连接数据发送模块，所述的数据发送模块通过光纤连接数据采集模块，所述的数据采集模块通过PC1-E接口连接计算机。
[0007]所述的数据发送模块包括有数据收发单元和第一光通信单元，其中，所述的数据收发单元的信号输入端连接所述平板X射线传感器的信号输出端，所述数据收发单元的信号输出端连接第一光通信单元的信号输入端，所述的第一光通信单元的信号输出端通过光纤连接数据采集模块。
[0008]所述的数据收发单元采用能够支持LVDS接口的可编程逻辑器件。
[0009]所述的光通信单元采用型号为SFP-GE-SX-MM850-A的光模块或型号为M-D1203-L3320C的光模块或型号为SFP-LX-SM1310的光模块构成。
[0010]所述的数据采集模块包括有第二光通信单元、数据采集存储单元、PC1-E接口芯片以及外部存储器，其中，所述的第二光通信单元的信号输入端通过光纤连接数据发送模块中的第一光通信单元的信号输出端，所述的第二光通信单元的信号输出端连接数据采集存储单元的信号输入端，所述数据采集存储单元的信号输出端连接PC1-E接口芯片，所述的数据采集存储单元还连接外部存储器，所述的PC1-E接口芯片的信号输出端连接计算机的PC1-E 接口。
[0011]所述的数据采集存储单元包括有依次串接的数据收发单元、存储控制单元和PC1-E接口芯片控制单元，其中，所述的数据收发单元的输入端连接所述的第二光通信单元的信号输出端，所述的存储控制单元连接所述的外部存储器，所述的PC1-E接口芯片控制单元的信号输出端连接所述的PC1-E接口芯片的信号输入端。
[0012]所述的数据收发单元采用能够支持LVD`S接口的可编程逻辑器件。
[0013]所述的第二光通信单元采用型号为SFP-GE-SX-MM850-A的光模块或型号为M-D1203-L3320C的光模块或型号为SFP-LX-SM1310的光模块构成。
[0014]本发明的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，实现了高分辨率的数字医学图像从图像传感器到计算机的实时、无压缩传输，解决医学成像设备和外部计算机之间的实时、高速的非压缩数据的传输问题，以及解决了现有数据传输方式(并行传输、千兆以太网传输)带宽低、可靠性差的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是数字医学图像的传输设备整体框图；
[0016]图2是数据发送模块功能框图；
[0017]图3是数据采集模块功能框图。
[0018]图中
[0019]1:平板X射线传感器2:数据发送模块
[0020]3:数据采集模块4:计算机
[0021]5:光纤6:X射线
[0022]21:数据收发单元22:第一光通信单元
[0023]31:第二光通信单元32:数据采集存储单元
[0024]33:外部存储器34 =PC1-E接口芯片[0025]321:数据收发单元322:存储控制单元
[0026]323 =PC1-E接口芯片控制单元
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例和附图对本发明的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统做出详细说明。 [0028]如图1所示，本发明的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，主要完成对平板X射线传感器产生的数字图像数据进行传输。包括有用于接收X射线的平板X射线传感器1，在本实施方案中，平板X射线传感器采用HAMAMATSU公司的C10502D型平板X射线传感器。所述的平板X射线传感器I的输出端连接数据发送模块2，所述的数据发送模块2通过光纤5连接数据采集模块3，所述的数据采集模块3通过PC1-E接口连接计算机4。数据发送模块对平板X射线传感器采集的数字图像数据进行基于光纤接口的转发，数据采集模块接收光纤接口转发的数据并与计算机端进行基于PC1-E总线接口方式的数据交互。数据发送模块和数据采集模块通过光纤连接，数据采集模块和计算机通过PC1-E接口连接。PC1-E接口是目前流行的计算机高速总线接口，单路的理论传输速率达到2Gbps,并且支持多路传输，因此将来还可支持更高分辨率的图像传输。由于光纤通信能实现大于IGbps的传输速率，采用光纤传输方式比采用千兆以太网传输的方式能够支持更高的成像速率。
[0029]如图2所示，所述的数据发送模块2包括有数据收发单元21和第一光通信单元22，其中，所述的数据收发单元21的信号输入端连接所述平板X射线传感器I的信号输出端，所述数据收发单元21的信号输出端连接第一光通信单元22的信号输入端，所述的第一光通信单元22的信号输出端通过光纤5连接数据采集模块3。
[0030]所述的数据收发单元21采用可支持LVDS接口的可编程逻辑器件，例如，Altera 公司 Cyclone 系列型号为 EP3C25F324、EP3C16F484、EP4CE115F29C 的 FPGA 芯片等，也可以选用市场上其他型号的可编程逻辑器件。所述的光通信单元22采用型号为SFP-GE-SX-MM850-A的光模块或型号为M-D1203-L3320C的光模块或型号为SFP-LX-SM1310的光模块构成，也可采用市场上其他型号光模块。
[0031]所述的数据发送模块利用数据收发单元21将平板X射线传感器发来的X光数字医学图像的并行数据进行以帧为单位打包和并串转换处理后输出，并将输出串行信号发送给第一光通信单元，第一光通信单元将输入的电信号转化为光信号并进行基于光纤的发送，在本实现方案中，选用SFP-GE-SX-MM850-A作为光通信单元。
[0032]如图3所示，所述的数据采集模块3包括有第二光通信单元31、数据采集存储和控制单元32、PC1-E接口芯片34以及外部存储器33，其中，所述的第二光通信单元31的信号输入端通过光纤5连接数据发送模块2中的第一光通信单元22的信号输出端，所述的第二光通信单元31的信号输出端连接数据采集存储和控制单元32的信号输入端，所述数据采集存储和控制单元32的信号输出端连接PC1-E接口芯片34，所述的数据采集存储和控制单元32还连接外部存储器33，所述的PC1-E接口芯片34的信号输出端连接计算机4的PC1-E 接口。
[0033]所述的数据采集存储和控制单元32包括有依次串接的数据收发单元321、存储控制单元322和PC1-E接口芯片控制单元323，其中，所述的数据收发单元321的输入端连接所述的第二光通信单元31的信号输出端，所述的存储控制单元322连接所述的外部存储器33，所述的PC1-E接口芯片控制单元323的信号输出端连接所述的PC1-E接口芯片34的信号输入端。
[0034]所述的数据采集存储和控制单元32采用可支持LVDS接口的可编程逻辑器件，例如，Altera 公司 Cyclone 系列型号为 EP3C25F324、EP3C16F484、EP4CE115F29C 的 FPGA 芯片等，也可以选用市场上其他型号的可编程逻辑器件。所述的第二光通信单元31采用型号为SFP-GE-SX-MM850-A的光模块或型号为M-D1203-L3320C的光模块或型号为SFP-LX-SM1310的光模块构成，也可采用市场上其他型号光模块。
[0035]数据收发单元用上述的可编程逻辑器件实现，该单元对第二光通信单元传输来的数据进行串并转换后以帧为单位存储至外部存储器中；存储控制单元用上述可编程逻辑器件实现，在等待外部存储器存储到足够的图像数据后，存储控制单元将缓存的数据传输到PC1-E接口单元，PCI接口单元由PC1-E接口芯片控制逻辑单元和PC1-E接口芯片组成，PC1-E接口芯片控制单元同样由上述可编程逻辑器件实现，它将接收的数据正确地传送到PC1-E接口芯片，PC1-E接口芯片则将数据以PC1-E总线接口方式输入到计算机，本实施方案中，采用PLX公司PEX8311芯片作为PC1-E接口芯片。
[0036]本发明的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，平板X射线传感器将采集到的图像数据以并行方式输出给数据收发模块中的数据收发单元，数据收发单元将并行数据进行打包和并串转换后通过第一光通信单元经光纤对其进行转发。数据采集模块的第二光通信单 元接收通过光纤传来的串行数据并传送给数据收发单元，数据收发单元恢复出并行的图像数据，总线接口单元将图像接口数据经过高速总线接口传输给计算机。
[0037]由于光纤通信支持双向数据传输，计算机也可通过数据采集模块向数据发送模块传送控制命令。例如，传输系统的开始、结束命令以及曝光参数命令等。
【权利要求】
1.一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，包括有用于接收X射线的平板X射线传感器(I)，其特征在于，所述的平板X射线传感器(I)的输出端连接数据发送模块(2 )，所述的数据发送模块(2 )通过光纤(5 )连接数据采集模块(3 )，所述的数据采集模块(3)通过PC1-E接口连接计算机(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，其特征在于，所述的数据发送模块(2)包括有数据收发单元(21)和第一光通信单元(22)，其中，所述的数据收发单元(21)的信号输入端连接所述平板X射线传感器(I)的信号输出端，所述数据收发单元(21)的信号输出端连接第一光通信单元(22)的信号输入端，所述的第一光通信单元(22 )的信号输出端通过光纤(5 )连接数据采集模块(3 )。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，其特征在于，所述的数据收发单元(21)采用能够支持LVDS接口的可编程逻辑器件。
4.根据权利要求2所述的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，其特征在于，所述的光通信单元(22)采用型号为SFP-GE-SX-MM850-A的光模块或型号为M-D1203-L3320C的光模块或型号为SFP-LX-SM1310的光模块构成。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，其特征在于，所述的数据采集模块(3)包括有第二光通信单元(31)、数据采集存储单元(32)、PC1-E接口芯片(34)以及外部存储器(33)，其中，所述的第二光通信单元(31)的信号输入端通过光纤(5)连接数据发送模块(2)中的第一光通信单元(22)的信号输出端，所述的第二光通信单元(31)的信号输出端连接数据采集存储单元(32)的信号输入端，所述数据采集存储单元(32)的信号输出端连接PC1-E接口芯片(34)，所述的数据采集存储单元(32)还连接外部存储器(33)，所述的PC1-E接口芯片(34)的信号输出端连接计算机(4)的PC1-E接口。
6.根据权利要求5所述的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，其特征在于，所述的数据采集存储单元(32)包括有依次串接的数据收发单元(321)、存储控制单元(322)和PC1-E接口芯片控制单元(323)，其中，所述的数据收发单元(321)的输入端连接所述的第二光通信单元(31)的信号输出端，所述的存储控制单元(322)连接所述的外部存储器(33)，所述的PC1-E接口芯片控制单元(323)的信号输出端连接所述的PC1-E接口芯片(34)的信号输入端。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，其特征在于，所述的数据收发单元(21)采用能够支持LVDS接口的可编程逻辑器件。
8.根据权利要求5或6所述的一种基于光纤通信的数字医学成像设备的数据传输系统，其特征在于，所述的第二光通信单元(31)采用型号为SFP-GE-SX-MM850-A的光模块或型号为M-D1203-L3320C的光模块或型号为SFP-LX-SM1310的光模块构成。
【文档编号】H04B10/25GK103705260SQ201310743610
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】吕卫, 褚晶辉, 葛长宽, 娄新磊 申请人:天津大学