專(zhuān)利名稱(chēng)：在醫(yī)療設(shè)備的不同組成單元之間傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在醫(yī)療設(shè)備、尤其是CT設(shè)備的不同組成單元之間傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)的方法，以及一種在其中實(shí)施該方法的醫(yī)療設(shè)備。
背景技術(shù)：
醫(yī)療設(shè)備，尤其是現(xiàn)代CT設(shè)備，在各個(gè)組成單元之間具有多個(gè)連接導(dǎo)線(xiàn)，通過(guò)這些連接導(dǎo)線(xiàn)一方面?zhèn)鬏斂刂菩盘?hào)，用于控制該設(shè)備的部件，另一方面?zhèn)鬏斨T如測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。由于持續(xù)不斷的發(fā)展，CT設(shè)備需要一種靈活且可伸縮的結(jié)構(gòu)，它應(yīng)面向高可靠性和簡(jiǎn)單實(shí)施維護(hù)工作的需要，并且還要限制擴(kuò)展開(kāi)發(fā)的成本。
目前使用的CT設(shè)備的結(jié)構(gòu)和其它例如在磁共振斷層造影領(lǐng)域的醫(yī)療設(shè)備一樣，都基于標(biāo)準(zhǔn)控制網(wǎng)絡(luò)(例如控制器域網(wǎng)絡(luò)CAN)的使用，以較小的速度傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。此外，還使用了大量的附加連接導(dǎo)線(xiàn)，通過(guò)這些導(dǎo)線(xiàn)分別基于自己的協(xié)議和自己的特性一般按照模擬的形式傳輸邏輯信號(hào)。通過(guò)這些連接導(dǎo)線(xiàn)尤其是傳輸那些必須在設(shè)備運(yùn)行期間經(jīng)常和非?？焖俑碌臄?shù)據(jù)，例如控制信號(hào)。但是，這使得大量連接分別具有不同的協(xié)議，這些協(xié)議加大了將來(lái)改善和擴(kuò)展開(kāi)發(fā)這種設(shè)備的難度。
US2003/0214953A1描述了一種用于在醫(yī)療設(shè)備的不同組成單元之間傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)的方法，其中在主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。在此，主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于醫(yī)療設(shè)備的不同組成單元。為了解決這個(gè)技術(shù)問(wèn)題，在該文獻(xiàn)中建議在各節(jié)點(diǎn)之間采用統(tǒng)一的通信協(xié)議用于數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸。其中建議采用CAN或CAN開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)。
DE19541441A1公開(kāi)了一種用于在計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間傳輸數(shù)據(jù)的裝置。該裝置包括載波產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生相互間具有可匹配的相移角的第一和第二載波信號(hào)，該相移角是對(duì)從外界獲得并施加在該載波產(chǎn)生裝置上的控制信號(hào)的反應(yīng)，該裝置還包括調(diào)制裝置，用于接收從外部獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)，例如圖像數(shù)據(jù)，以便產(chǎn)生具有可選擇的相角差的第一和第二調(diào)制輸出信號(hào)。其中，選擇該相角差，以避免在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間由于耦合器和傳輸導(dǎo)線(xiàn)之間的誤差校正而導(dǎo)致泄漏信號(hào)的成像。
H.Taub等人的文獻(xiàn)“Principles of Communication System”2.Auflage，Mcgraw-Hill Publishing Company.1986，682-719頁(yè)，非常概括地給出了通信系統(tǒng)的基本原理，其中還說(shuō)明了采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種用于在醫(yī)療設(shè)備的不同組成單元之間傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)的方法，該方法在沒(méi)有很大花費(fèi)的情況下實(shí)現(xiàn)了將來(lái)后續(xù)開(kāi)發(fā)該設(shè)備的可伸縮性，并明顯減少了所需連接的數(shù)量。
在本發(fā)明的用于在醫(yī)療技術(shù)設(shè)備的不同組成單元之間傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)的方法中，在一個(gè)傳輸導(dǎo)線(xiàn)上借助串行多路復(fù)用共同傳輸數(shù)字化的模擬和/或邏輯信號(hào)以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在此，將數(shù)字化的模擬和/或邏輯信號(hào)以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組合成單個(gè)分組進(jìn)行傳輸，這些分組分別包含數(shù)字化信號(hào)的比特以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的比特，并且每個(gè)分組的關(guān)于比特總數(shù)的長(zhǎng)度選擇得如此小，使得可以保持邏輯信號(hào)的預(yù)定更新率。
利用該解決方案，可以通過(guò)一根傳輸導(dǎo)線(xiàn)(必要時(shí)可利用另外一個(gè)返回導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行反向通信，但是該反向通信也可以在同一根傳輸導(dǎo)線(xiàn)上進(jìn)行)來(lái)傳輸所有要在各組成單元之間進(jìn)行交換的信號(hào)(尤其是控制信號(hào))和數(shù)據(jù)。通過(guò)借助經(jīng)過(guò)一個(gè)或兩個(gè)高速傳輸導(dǎo)線(xiàn)的串行多路復(fù)用來(lái)雙向傳輸數(shù)字化形式的模擬和/或邏輯信號(hào)以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，可以在原理上除用于電壓供應(yīng)的導(dǎo)線(xiàn)之外省去所有其它連接導(dǎo)線(xiàn)。這減少了在電信號(hào)傳導(dǎo)時(shí)的電磁相容性的問(wèn)題，并且由于減少了每個(gè)接口所必需的部件的數(shù)量而改善了傳輸?shù)目煽啃?。通過(guò)將物理部件以及用于每個(gè)接口的連接的數(shù)量減少到最小，還簡(jiǎn)化了對(duì)設(shè)備的制造、檢驗(yàn)以及維護(hù)。如果利用本方法傳輸所有要在設(shè)備中傳輸?shù)哪M和邏輯信號(hào)，則由于需要數(shù)字化這些信號(hào)還在信號(hào)級(jí)上在各組成單元之間實(shí)現(xiàn)電絕緣。本方法的一個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)在于使用該方法的設(shè)備的易擴(kuò)展性，因?yàn)槠渌盘?hào)或數(shù)據(jù)可以毫無(wú)困難地在待傳輸?shù)姆纸M中實(shí)現(xiàn)。
在本方法以及對(duì)應(yīng)設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式中，每個(gè)傳輸所需的組成單元的數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置都實(shí)現(xiàn)在一個(gè)可編程邏輯組成單元、優(yōu)選為FPGA(場(chǎng)可編程門(mén)陣列)中，該FPGA可以隨時(shí)通過(guò)可編程存儲(chǔ)器的軟件更新來(lái)改變，或與新的要求匹配。通過(guò)這種方式可以向所述設(shè)備添加新的功能，在該設(shè)備中僅須在各組成單元之間交換數(shù)字化信號(hào)或數(shù)據(jù)，而不需要安裝其它硬件或更換硬件。這也使得在設(shè)備交付之后可以在顧客那里以簡(jiǎn)單方式實(shí)施。
該方法還簡(jiǎn)化了相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)避免鋪設(shè)眾多的銅導(dǎo)線(xiàn)和其它電連接元件而減輕了設(shè)備的重量。該優(yōu)點(diǎn)尤其是在CT設(shè)備中起著重要作用，在CT設(shè)備中通過(guò)使用本方法可以明顯減輕在旋轉(zhuǎn)支架上的數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸裝置的重量。
在本方法中，通過(guò)以短分組長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行分組方式的傳輸，可以將目前經(jīng)模擬路徑傳輸?shù)男盘?hào)在傳輸數(shù)字信號(hào)的相同傳輸導(dǎo)線(xiàn)上傳輸，其中所述短分組長(zhǎng)度使得可以保持預(yù)定的、設(shè)備正常功能所需的信號(hào)更新率。優(yōu)選的，在此這樣選擇分組長(zhǎng)度，使得在采用的傳輸速度下能以0.25μs或更小范圍內(nèi)的時(shí)間間隔來(lái)更新信號(hào)。其中，優(yōu)選將傳輸速度選擇為大約1Gbps(每秒千兆比特)或者更大。這種傳輸速率可以毫無(wú)困難地以可在市場(chǎng)上買(mǎi)到的標(biāo)準(zhǔn)SERDES部件(SERDES串行器和解串行器)實(shí)現(xiàn)，利用這些部件可以例如借助8B/10B調(diào)制傳輸數(shù)據(jù)。對(duì)設(shè)備各組成單元的每個(gè)接口都使用這樣的標(biāo)準(zhǔn)部件，可以使維護(hù)人員對(duì)該設(shè)備的所有接口都使用相同的測(cè)試工具。
優(yōu)選的，每個(gè)數(shù)據(jù)分組都具有一個(gè)誤差檢測(cè)碼，例如里德-所羅門(mén)碼，以便在接收器端進(jìn)行誤差校正。使用光傳輸導(dǎo)線(xiàn)解決了電絕緣的問(wèn)題，并尤其是可以在各組成單元之間不成問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的傳輸路徑。通過(guò)光傳輸導(dǎo)線(xiàn)完全避免了高頻射線(xiàn)的輻射問(wèn)題，該輻射問(wèn)題出現(xiàn)在通常的電傳輸導(dǎo)線(xiàn)中。
在本方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，將多個(gè)相互連續(xù)的分組分別組合成一個(gè)幀，其中一個(gè)幀的相互連續(xù)的分組在具有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的相應(yīng)塊中分別代表一個(gè)不同的傳輸信道。通過(guò)這種方式，可以例如在分別將5個(gè)分組組合成一個(gè)幀時(shí)用該幀傳輸5個(gè)不同的信道，這些信道可以分配給設(shè)備的不同功能。這種實(shí)施方式的一個(gè)例子可以在隨后的實(shí)施例中引用。
本發(fā)明的醫(yī)療設(shè)備包括相應(yīng)的在各組成單元中的數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置，該裝置在傳輸輸入信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。


下面借助附圖中的實(shí)施例詳細(xì)描述本方法以及對(duì)應(yīng)的醫(yī)療設(shè)備。其中示出圖1是CT設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部件的各組成單元之間的主要連接的例子；圖2是在CT設(shè)備的靜止部件內(nèi)的主要連接的例子；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在CT設(shè)備中的不同傳輸導(dǎo)線(xiàn)的例子；圖4是根據(jù)本發(fā)明在CT設(shè)備的兩個(gè)分系統(tǒng)之間進(jìn)行傳輸?shù)睦?；圖5是本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的第一例子；圖6是本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的第二例子；圖7是本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的第三例子；圖8是本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的第四例子；具體實(shí)施方式
下面，借助CT設(shè)備詳細(xì)描述本方法，該設(shè)備在圖1和圖2中以示意圖示出。
其中，圖1示出CT設(shè)備的支架2，后者具有旋轉(zhuǎn)部件3和靜止部件4。在旋轉(zhuǎn)部件3內(nèi)可以看見(jiàn)X射線(xiàn)管單元6以及設(shè)置在該X射線(xiàn)管單元6對(duì)面的測(cè)量裝置5。X射線(xiàn)管單元6包括X射線(xiàn)管、準(zhǔn)直儀、焦點(diǎn)控制裝置以及用于陽(yáng)極旋轉(zhuǎn)的裝置。測(cè)量裝置5包括X射線(xiàn)檢測(cè)器和對(duì)應(yīng)的分析單元。此外，在支架2的旋轉(zhuǎn)部件3上為該旋轉(zhuǎn)部件和劑量調(diào)制設(shè)置了主控制器7，并為旋轉(zhuǎn)設(shè)置了具有高頻發(fā)生器和電壓源的電壓供應(yīng)器9。各控制信號(hào)和/或數(shù)據(jù)從主控制器7傳送到相關(guān)的組成單元或者從相關(guān)組成單元接收，如在圖1中用箭頭所示。在旋轉(zhuǎn)部件3上的主控制器7與支架的靜態(tài)部件4上的主控制器8連接。兩個(gè)主控制器之間的信號(hào)和數(shù)據(jù)傳輸可以例如通過(guò)對(duì)應(yīng)的匯流環(huán)對(duì)進(jìn)行，該匯流環(huán)對(duì)固定在支架的旋轉(zhuǎn)和靜止部件上。
圖2又示出CT設(shè)備1的支架2，這次CT設(shè)備具有可平移的患者臥榻10、圖像再現(xiàn)系統(tǒng)12以及分壓?jiǎn)卧?1。在此，靜態(tài)主控制器8也通過(guò)連接導(dǎo)線(xiàn)與相應(yīng)的組成單元連接，通過(guò)連接導(dǎo)線(xiàn)傳送或交換控制信號(hào)以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如用箭頭所示。這里各個(gè)箭頭一般代表多個(gè)導(dǎo)線(xiàn)，例如用于控制各分系統(tǒng)的模擬信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)，以及用于傳輸數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)的CAN網(wǎng)絡(luò)連接。
在圖3中可以看到在常用的CT設(shè)備中在兩個(gè)分系統(tǒng)之間使用的多個(gè)連接導(dǎo)線(xiàn)，這些分系統(tǒng)在以下被稱(chēng)為主分系統(tǒng)13和從分系統(tǒng)14，主分系統(tǒng)13表示主控制器7或8。其中，通過(guò)傳輸導(dǎo)線(xiàn)15傳輸N和M個(gè)不同的、光隔離的邏輯信號(hào)，例如enable_xray、xxx_error和xray_on、dose_ok、xxx_error等。傳輸導(dǎo)線(xiàn)16表示在一個(gè)方向傳輸K個(gè)不同的模擬信號(hào)、而在另一個(gè)方向傳輸L個(gè)不同的模擬信號(hào)的電導(dǎo)線(xiàn)。此外，CAN連接17一般用于直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。除了用于諸如230VAC、5VDC、-5VDC、24VDC等不同電壓的多個(gè)供電導(dǎo)線(xiàn)18之外，附圖標(biāo)記19還表示另外的連線(xiàn)，這些連線(xiàn)在之后擴(kuò)充CT設(shè)備時(shí)實(shí)現(xiàn)其它信號(hào)是必需的。
該多個(gè)具有不同連接協(xié)議的連接導(dǎo)線(xiàn)在CT設(shè)備中不僅出現(xiàn)在主控制器7或8和分系統(tǒng)之一之間，而且出現(xiàn)在各分系統(tǒng)之間，該多個(gè)連接導(dǎo)線(xiàn)需要多個(gè)傳輸部件，并且會(huì)導(dǎo)致很大的CT設(shè)備擴(kuò)展費(fèi)用。相反，在使用本方法時(shí)，連接導(dǎo)線(xiàn)的數(shù)量大大減少，如借助圖4所示。在實(shí)現(xiàn)本方法時(shí)，在主分系統(tǒng)13和從分系統(tǒng)14之間只需要一個(gè)或兩個(gè)傳輸導(dǎo)線(xiàn)20，以及一個(gè)用于230VAC或24VDC的供電導(dǎo)線(xiàn)21。在該例中，在分系統(tǒng)一側(cè)所需的數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置22由公知的具有所屬的發(fā)送器24和接收器25的SERDES部件23組成。SERDES部件23按照本方法設(shè)置的格式發(fā)送待傳送的信號(hào)和數(shù)據(jù)，或向相關(guān)組成單元的對(duì)應(yīng)部件轉(zhuǎn)發(fā)所接收的信號(hào)和數(shù)據(jù)。
在本例中，傳輸在兩個(gè)方向上都是以1.25Gbps的速度和小數(shù)據(jù)分組來(lái)進(jìn)行的。該傳輸利用公知的應(yīng)用于很多其它公知傳輸協(xié)議中，例如100Mbps以太網(wǎng)、千兆比特以太網(wǎng)、infiniband等中的8B/10B調(diào)制進(jìn)行。8B/10B調(diào)制將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)嵌入一個(gè)非直流的比特流中，該比特流使接收器實(shí)現(xiàn)了利用該時(shí)鐘進(jìn)行同步、對(duì)各比特進(jìn)行可靠的解碼，以及檢測(cè)字節(jié)邊界。
數(shù)據(jù)分組的格式在本方法中可以任意選擇，并與相應(yīng)的要求匹配。通過(guò)將每個(gè)有關(guān)組成單元中的數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置實(shí)施為一個(gè)FPGA，可以隨時(shí)更新和更改所采用的數(shù)據(jù)格式和傳輸協(xié)議。
下面示出可能的數(shù)據(jù)格式的一個(gè)示例。在兩個(gè)傳輸方向上選擇相同的數(shù)據(jù)分組格式。一個(gè)數(shù)據(jù)分組既包含多路復(fù)用的數(shù)字化信號(hào)，也包含可以例如按照字節(jié)形式(作為16比特字或32比特字)任意確定的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。每個(gè)數(shù)據(jù)分組通過(guò)一個(gè)置于前面的控制碼(停頓(Komma)-K28.5)自同步，并攜帶一個(gè)標(biāo)識(shí)以及一個(gè)用于誤差檢測(cè)的1字節(jié)CRC碼。一個(gè)這種數(shù)據(jù)分組的結(jié)構(gòu)在下表中示出


因此，一個(gè)數(shù)據(jù)分組包含12個(gè)字節(jié)和1個(gè)附加的空閑字節(jié)，后者也稱(chēng)為Sync或停頓，位于各分組之間，用于在接收器上自動(dòng)實(shí)現(xiàn)字節(jié)同步。在此，字節(jié)率在1.25Gbps下是125Mbyte/s。因此，在傳輸時(shí)的分組率是每隔104ns 1個(gè)分組或9.6M分組/s。
在此，每個(gè)分組傳送多路復(fù)用的數(shù)字化信號(hào)以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。其中，數(shù)字化信號(hào)首先理解為所有迄今為止通過(guò)單獨(dú)導(dǎo)線(xiàn)傳輸?shù)?、尤其是模擬的信號(hào)，這些信號(hào)可以較快地改變，并由此需要較高的更新率。在本例中，每個(gè)這種信號(hào)每隔104ns用大約77至150比特周期的等待時(shí)間來(lái)更新。因此，更新這些信號(hào)的最大延遲是224ns(150×0.8ns＝120ns；120ns+104ns＝224ns)。這對(duì)CT設(shè)備所需的控制信號(hào)來(lái)說(shuō)足夠了。
在本例中，每隔104ns用一個(gè)分組在相關(guān)組成單元之間傳送一個(gè)具有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的32比特塊。該具有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的塊可以根據(jù)傳輸格式來(lái)附加地多路復(fù)用，以獲得多個(gè)虛擬傳輸信道用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或也用于數(shù)字化的模擬信號(hào)。這種多信道傳輸?shù)睦訉⒃谙旅嬖敿?xì)描述。
在該例中，每8個(gè)相互連續(xù)的分組組成一個(gè)幀。在此，每個(gè)分組代表數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)時(shí)隙，在該時(shí)隙中傳輸另一個(gè)信道。為此，在這8個(gè)數(shù)據(jù)分組的每一個(gè)分組中的各個(gè)塊的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都代表另一個(gè)信道的數(shù)據(jù)，從而每個(gè)信道的數(shù)據(jù)在分別傳輸8個(gè)數(shù)據(jù)分組(即一個(gè)幀)之后又被更新。如果只需要一個(gè)信道的較快的更新率，則當(dāng)然可以在同一個(gè)幀中多次傳輸該相應(yīng)信道，例如用每個(gè)第二數(shù)據(jù)分組。下表示出一個(gè)具有8個(gè)時(shí)隙的多信道幀。其中，每隔0.84μs更新每個(gè)信道的數(shù)據(jù)，從而對(duì)每個(gè)信道給出32比特/μs的有效傳輸率。

*協(xié)議＝存儲(chǔ)器訪問(wèn)、CAN報(bào)文、TCP/IP幀，...。
在CT設(shè)備的情況下，可以例如將各信道用于傳輸以下數(shù)據(jù)和信號(hào)-用于傳送高壓值、劑量值等等的X射線(xiàn)輻射信道；-用于傳輸EKG信號(hào)、脈博以及呼吸數(shù)據(jù)的患者監(jiān)控信道；-用于傳輸患者臥榻位置、支架傾角和旋轉(zhuǎn)速度等等的支架信道；-虛擬邏輯分析器和調(diào)試信道(多路復(fù)用的信息)；-控制信息信道，也就是全部CAN協(xié)議；-用于傳輸CT系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘的信道；-用于讀和寫(xiě)訪問(wèn)65536×16比特虛擬寄存器的存儲(chǔ)器信道；-用于傳輸校正傳輸誤差的誤差檢測(cè)碼的信道。
存儲(chǔ)器信道的設(shè)置使得可以訪問(wèn)虛擬的16比特地址×16比特的數(shù)據(jù)空間。對(duì)應(yīng)的協(xié)議基于3個(gè)分組標(biāo)識(shí)符和一個(gè)根據(jù)握手原理的數(shù)據(jù)交換，使得可以在該65536×16比特虛擬寄存器中進(jìn)行必要的讀寫(xiě)過(guò)程。這種訪問(wèn)的一個(gè)例子在下面兩個(gè)表中示出，這兩個(gè)表給出讀序列和寫(xiě)序列。
讀序列

寫(xiě)序列

一個(gè)存儲(chǔ)器訪問(wèn)需要2到3個(gè)時(shí)隙，從而該存儲(chǔ)器訪問(wèn)可以根據(jù)時(shí)隙之間的相移在兩個(gè)連接方向上在約2到2.5μs內(nèi)實(shí)現(xiàn)。該訪問(wèn)平均明顯快于通過(guò)CAN進(jìn)行的訪問(wèn)，后者需要約0.5到1ms來(lái)執(zhí)行一條快命令。
通過(guò)與提供存儲(chǔ)器信道相同的方式，也可以通過(guò)虛擬信道之一進(jìn)行目前通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的通信。和在1.25Gbps(每μs32比特)的情況下相同的數(shù)據(jù)連接的速度使得可以在一個(gè)虛擬信道中實(shí)現(xiàn)CAN信息(在250kHz的CAN中為33ms內(nèi)32比特)，從而可以不在主機(jī)和從機(jī)之間進(jìn)行分開(kāi)的、并行的CAN連接。由此，在上述配置中發(fā)送CAN信息比在為此特別設(shè)置的CAN傳輸導(dǎo)線(xiàn)(如目前采用的)中快33000倍。
當(dāng)然，CAN信息也可以與利用每個(gè)分組傳送的數(shù)字化信號(hào)塊一起傳輸，從而達(dá)到更快的傳輸。在這種實(shí)施方式中，還可以通過(guò)現(xiàn)有連接實(shí)現(xiàn)其它總線(xiàn)系統(tǒng)，例如JTAG、TCP/IP。
數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置用于實(shí)施傳輸協(xié)議、發(fā)送和接收以及分布信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置在一個(gè)可編程FPGA中實(shí)現(xiàn)，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸協(xié)議的輕松再配置或更改。對(duì)于再配置可以使用不同的方法。
如果在設(shè)備中還存在主機(jī)和從分系統(tǒng)之間的一個(gè)并行、獨(dú)立的CAN連接，則通過(guò)CAN更新FPGA配置。主機(jī)借助CAN向從微控制器傳送新的FPGA配置。該新配置存儲(chǔ)在本地非易失性存儲(chǔ)器中。利用每個(gè)PowerUp序列，微控制器對(duì)每個(gè)FPGA分別加載最新的有效配置。
如果沒(méi)有獨(dú)立的CAN可用，例如由于通過(guò)已有的連接來(lái)傳輸CAN信息，則可以通過(guò)在現(xiàn)有連接上傳輸特殊信號(hào)來(lái)更新FPGA配置。但是，這一般需要同時(shí)更新參與連接的各組成單元。
實(shí)施這種配置更新的優(yōu)選方法在于，在實(shí)施系統(tǒng)時(shí)預(yù)先給定基本FPGA配置，該基本配置至少支持更新協(xié)議。該更新協(xié)議與分組格式無(wú)關(guān)，并且在整個(gè)系統(tǒng)壽命期間不會(huì)改變。然后在更新過(guò)程中，通過(guò)由主機(jī)經(jīng)連接傳輸一個(gè)預(yù)定的控制碼序列，將從分系統(tǒng)設(shè)置為配置模式。該從分系統(tǒng)通過(guò)返回一個(gè)確定的控制碼序列確認(rèn)變換到配置模式。在更新時(shí)保證，還通過(guò)所有將來(lái)的FPGA配置來(lái)保持該配置協(xié)議。
在從分系統(tǒng)變換到配置模式后，主機(jī)不發(fā)送常用的分組，而只發(fā)送配置數(shù)據(jù)。在例如通過(guò)校驗(yàn)和、CRC等等檢查了配置數(shù)據(jù)的完整性之后，從分系統(tǒng)將新配置存儲(chǔ)在閃存中，或本地配置PROM中。在接著斷開(kāi)和接通或一個(gè)復(fù)位序列之后，就在連接的兩端設(shè)置好了新配置。
在上述例子中，將具有PLL的8B/10B-SERDES組件用于快速連接，以便同步到用于可靠檢測(cè)串行比特流的傳輸時(shí)鐘上。對(duì)于該SERDES組件的實(shí)施，優(yōu)選采用ASIC的解決方案，因?yàn)锳SIC一般已綁定了一個(gè)為這種應(yīng)用精細(xì)調(diào)諧的模擬PLL。但是，這種解決方案具有較長(zhǎng)的等待時(shí)間。因此，還可以采用具有集成SERDES的FPGA，其具有較短的內(nèi)部等待時(shí)間。
對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置的實(shí)施方式以及傳輸導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)施方式給出了不同的可能性，在以下附圖5至8四個(gè)附圖中示例性地示出四種實(shí)施方式。
圖5示出一個(gè)實(shí)施方式，其中，每個(gè)組成單元中的數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置22部分都實(shí)施為一個(gè)FPGA26，并與一個(gè)借助ASIC實(shí)現(xiàn)的SERDES23連接。相關(guān)的發(fā)送器和接收器構(gòu)成為光發(fā)送器24a和光接收器25a，其中通過(guò)光導(dǎo)線(xiàn)20a進(jìn)行傳輸。該實(shí)施方式減小了電磁干擾，使得可以擴(kuò)展到最大為2.5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，并由此實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的傳導(dǎo)路徑和電隔離?？傊@種系統(tǒng)對(duì)干擾非常不敏感。
由于光發(fā)送器和接收器的費(fèi)用很高，當(dāng)然也可以采用根據(jù)圖6的具有發(fā)送器和接收器24b/25b的實(shí)施方式，該發(fā)送器和接收器通過(guò)電導(dǎo)線(xiàn)接收和發(fā)送。在此，傳輸通過(guò)雙扭線(xiàn)或同軸電纜20b進(jìn)行。在其它部件相同的情況下，該實(shí)施方式可以比圖5的實(shí)施方式更為廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)。
圖7示出一個(gè)實(shí)施方式，其中通過(guò)千兆以太網(wǎng)電纜和適配器實(shí)現(xiàn)傳輸。在該實(shí)施方式中，其中數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置和前面的實(shí)施方式相同都實(shí)施為FPGA26，將一個(gè)千兆以太網(wǎng)物理適配器27用于數(shù)據(jù)傳輸，其中通過(guò)一根CAT5電纜20c經(jīng)公知的RJ45接口進(jìn)行傳輸。電隔離按公知方式通過(guò)磁部件28實(shí)現(xiàn)。該實(shí)施方式由于使用常用部件而可以非常廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)。
在幾個(gè)CT組成單元之間的連接中，需要將多于1個(gè)根據(jù)本發(fā)明的快速連接用于傳輸。在這種情況下，數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置22或該裝置的一部分同樣通過(guò)實(shí)施在一個(gè)FPGA26中實(shí)現(xiàn)，該FPGA26具有多個(gè)包含多個(gè)發(fā)送器/接收器24/25的、形成SERDES的塊，如圖8所示。其中，按照公知方式(例如在上述實(shí)施例中說(shuō)明的那樣)實(shí)現(xiàn)發(fā)送器和接收器以及連接導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)施方式。在此，作為合適的部件，例如可以使用Altera Stratix GX系列、具有24個(gè)I/O收發(fā)器的Xilinx Virtex-II或具有8個(gè)收發(fā)器的Lattice ORCA82G5。對(duì)于通過(guò)千兆以太網(wǎng)電纜的快速連接，可以例如采用Broadcom的BCM5402(雙端口)或BCM5421(四端口)收發(fā)器。
權(quán)利要求
1.一種用于在醫(yī)療設(shè)備(1)、尤其是CT設(shè)備的不同組成單元(5，6，7，8，10，11，12，13，14)之間傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)的方法，該方法借助串行多路復(fù)用在一個(gè)傳輸導(dǎo)線(xiàn)(20，20a，20b，20c)上共同傳輸數(shù)字化的模擬和/或邏輯信號(hào)以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中，將所述數(shù)字化信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組合成在一個(gè)分組中傳輸，這些分組分別包含數(shù)字化信號(hào)的比特和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的比特，并且每個(gè)分組關(guān)于比特總數(shù)的長(zhǎng)度選擇得這樣小，使得能夠保持預(yù)先給定的信號(hào)更新率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述數(shù)字化信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組合成一個(gè)長(zhǎng)度的分組，并用一個(gè)速度來(lái)傳輸，使得可以按照0.25μs或更低范圍內(nèi)的時(shí)間間隔來(lái)更新信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用至少為1Gbps的速度來(lái)傳輸所述數(shù)字化信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助8B/10B調(diào)制來(lái)傳輸所述數(shù)字化信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在每個(gè)分組中傳輸一個(gè)誤差檢測(cè)碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在每個(gè)分組中傳輸一個(gè)同步碼、一個(gè)具有所述數(shù)字化信號(hào)的塊、一個(gè)具有所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的塊和一個(gè)誤差檢測(cè)碼。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，分別將多個(gè)分組組合成一個(gè)幀，其中在一個(gè)幀的每個(gè)分組中，具有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的塊代表與前面的分組類(lèi)型不同的傳輸信道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將所述傳輸信道之一用于訪問(wèn)虛擬存儲(chǔ)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，將所述傳輸信道之一用于傳輸較高的協(xié)議，例如CAN或TCP/IP。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述傳輸雙向地在每個(gè)方向上以相同的傳輸協(xié)議進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置(22)，采用可編程的邏輯單元、尤其是FPGA(26)，用于發(fā)送和接收所述數(shù)字化信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過(guò)現(xiàn)有的傳輸導(dǎo)線(xiàn)(20，20a，20b，20c)來(lái)更新數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置(22)的組成單元、尤其是FPGA和軟件的完整配置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)光傳輸導(dǎo)線(xiàn)(20a)來(lái)傳輸所述數(shù)字化信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，采用標(biāo)準(zhǔn)的SERDES部件(23)用于所述傳輸。
15.一種醫(yī)療設(shè)備，尤其是CT設(shè)備，其中各組成單元(5，6，7，8，10，11，12，13，14)都具有數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置(22)，該裝置用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，以傳輸輸入的數(shù)字化信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于，所有組成單元(5，6，7，8，10，11，12，13，14)都具有相同的用于傳輸?shù)慕涌凇?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置(22)在可編程邏輯單元，尤其是FPGA(26)中實(shí)現(xiàn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于，所述組成單元(5，6，7，8，10，11，12，13，14)通過(guò)傳輸導(dǎo)線(xiàn)(20a)連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的醫(yī)療設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸和控制裝置(22)具有標(biāo)準(zhǔn)的SERDES部件(23)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在醫(yī)療設(shè)備(1)、尤其是CT設(shè)備的不同組成單元(5，6，7，8，10，11，12，13，14)之間傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)的方法。在該方法中借助串行多路復(fù)用在一個(gè)傳輸導(dǎo)線(xiàn)(20，20a，20b，20c)上共同傳輸數(shù)字化信號(hào)以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中，將數(shù)字化信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組合成單個(gè)分組地傳輸，這些分組的長(zhǎng)度選擇得這樣小，使得可以保持預(yù)先給定的信號(hào)更新率。利用該方法可以明顯減少連線(xiàn)的花費(fèi)以及將來(lái)擴(kuò)展該醫(yī)療設(shè)備的花費(fèi)。
文檔編號(hào)H04J3/24GK1620030SQ20041009529
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者喬基姆·格羅特爾, 克勞斯·格魯伯, 斯蒂芬·波普斯庫(kù) 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司