本发明涉及质子放射性治疗领域，涉及一种质子医疗旋转治疗室精准定位装置cbct系统提供高速同步采集方法，尤其是涉及用于质子医疗旋转治疗室精准定位装置cbct的高压发生器与平板探测器的同步触发，具体是一种基于fpga信号采集的cbct高压发生器与平板探测器高速同步触发的方法。
背景技术：
质子医疗俗称“癌症克星”，质子束对于肿瘤治疗比其它放疗模式优越的地方主要在于利用质子束的bragg峰,更好地适形包络肿瘤的不同形状,其包络的边界比x和γ射线更锐。质子治疗只对肿瘤病灶进行定点高能量照射，大大降低了肿瘤周围健康组织与器官的受照剂量，能减轻容易受放射线影响的器官的副作用、降低放疗后续影响，切实治疗肿瘤病灶对身体的负担小，对同时患有心脏病等其他疾病的老年患者或体质虚弱的患者也能接受治疗。随着放射治疗技术的发展，以精确定位、精确计划、精确治疗为核心的精确放疗(precisionradiotherapy，pt)技术已经打破了传统的经验式的常规治疗模式，成为一种新的“常规”放疗，从而促使放射治疗进入精确放疗的时代。锥形束ct(conebeamct,cbct)是基于大面积非晶硅数字化射线探测板，具有体积小，重量轻，开放式架构的特点，可以直接整合到直线加速器上。机架旋转一周就能获取和重建一个体积范围内的ct图像。cbct可以达到比传统的ct更高的空间分辨率，密度分辨率也足以分辨软组织结构，可以通过肿瘤本身成像引导放疗。而且该系统的射线利用效率高，患者接受的射线剂量少，使它可以作为一种实时监测手段。cbct具有在治疗位置进行x线透视、摄片和容积成像的多重功能。精准放疗要求的摆位精度高，将cbct应用在质子医疗设备上可以获取靶区及周围重要器官的三围空间定位，能够降低摆位误差，准确显示患者的位置，同时能够在治疗位对患者进行监测，并快速获得患者当前的治疗剂量。但是如何将cbct配置在旋转式治疗室里，怎么让cbct对患者病变部位多维度立体空间内实施实时监控定位一直是难题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于fpga信号采集的cbct高压发生器与平板探测器高速同步触发的方法，该方法plc与fpga配合使用，高速fpga采集高压发生器和平板探测器的状态信息，plc对整个系统进行监控，当系统出现异常时，plc安全报警模块工作，切断高压发生器，x射线管停止出束。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种cbct高压发生器与平板探测器高速同步触发的方法，该方法包括如下步骤：fpga采集高压发生器、平板探测器的状态信息，通过plc控制器处理，实现两者的同步触发；其中，所述plc控制器分别连接上位机pc与fpga；所述fpga通过光耦继电器二、光耦继电器一连接高压发生器，通过光耦继电器三、光耦继电器四连接平板探测器。
高压发生器、平板探测器的状态信息通过触发引脚的高低电平来触发对应的光耦继电器，fpga获取光耦继电器的状态信息，实时向plc反馈。
工作时，上位机pc输入同步采集指令，plc工作，旋转治疗室运转运动，plc触发fpga，光耦继电器一工作，高压发生器工作，高压发生器触发25ms，曝光完成，光耦继电器二工作，fpga处理器响应，触发光耦继电器三，平板探测器工作，采集图像存储图像，经过33ms，光耦继电器四触发，fpga向plc反馈，plc读取旋转治疗室旋转角度增量是否等于0.4°，进入下一次采集流程；直到旋转治疗室旋转角度达到360°，一次采集完成。
工作时，plc监控高压发生器、平板探测器信息，如果出现异常，安全模块触发，高压发生器电源切断，x射线管停止出束，旋转治疗室停止旋转。
光耦继电器一、光耦继电器三分别获取高压发生器、平板探测器的状态信息；光耦继电器二、光耦继电器四分别反馈高压发生器、平板探测器的触发信息。
光耦继电器将高压发生器24v、平板探测器5v触发信号统一转化为fpga芯片识别的电平信号。
plc控制器内含安全模块，plc实时监控高压发生器、平板探测器的状态信息；当两者出现异常情况时，安全模块触发，切断高压发生器电源，x射线停止出束，旋转治疗室停止旋转。
plc控制器读取旋转治疗室角度，将角度信息反馈给fpga，实现间隔0.4°采集一张图像。
当fpga通过光耦继电器获取高压发生器完成高压触发之后，反馈状态量给plc，直接通过数字io触发光耦继电器，使平板探测器触发。
本发明的有益效果：本发明中plc与fpga共同配合，通过高速fpga采集高压发生器、平板探测器的状态信息，实现在每间隔67ms采集一张图像，旋转治疗室旋转一周共采集900张图像；高速fpga实现了高时序要求情况下，对患者质子治疗过程中，治疗室边旋转边采集定位cbct图像，为患者肿瘤位置快速成像算法fdk，提供多达900张患者肿瘤位置图像；本发明结构简单紧凑，工作可靠，实现了患者在质子治疗过程中，快速获取cbct定位信息，同时为实现cbct图像边采集边重建提供输入图像。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统整体结构示意图；
图2为本发明的系统控制逻辑图；
图3为本发明的同步信号时序图；
图中标号：1、上位机pc；2、plc控制器；3、fpga；4、光耦继电器三；5、光耦继电器四；6、平板探测器；7、高压发生器；8、光耦继电器二；9、光耦继电器一。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有进一步的了解和认识，用以较佳的实例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1至图3所示，本发明专利的一种基于fpga信号采集的cbct高压发生器与平板探测器高速同步触发的方法，该系统硬件设备包含：上位机pc1、plc控制器2、fpga3、光耦继电器三4、光耦继电器四5、平板探测器6、高压发生器7、光耦继电器二8、光耦继电器一9；
所述的高速同步触发方法，通过fpga3高速信号采集实现对高压发生器7和平板探测器6同步控制。高速fpga3采集高压发生器7、平板探测器6的状态信息，通过plc控制器2处理，实现两者的同步触发；
高压发生器7、平板探测器6的状态信息通过触发引脚的高低电平来触发光耦继电器，高速fpga获取光耦继电器的状态信息，实时向plc反馈，plc的数字io模块采集来自高速fpga的信息实现对两者精准控制，plc的安全模块实时监控高压发生器的状态，如果运行出现故障，切断高压发生器电源，实现了对旋转治疗室旋转过程中的同步采集，为cbct定位系统15fps影像采集提供硬件支撑。
工作时，上位机pc1输入同步采集指令，plc工作，旋转治疗室运转运动，plc触发fpga3，光耦继电器一9工作，高压发生器7工作，高压发生器触发25ms，曝光完成，光耦继电器二8工作，fpga处理器响应，触发光耦继电器三4，平板探测器6工作，采集图像存储图像，经过33ms，光耦继电器四5触发，fpga向plc反馈，plc读取旋转治疗室旋转角度增量是否等于0.4°，进入下一次采集流程；直到旋转治疗室旋转角度达到360°，一次采集完成。
工作时，plc监控高压发生器7、平板探测器6信息，如果出现异常，安全模块触发，高压发生器电源切断，x射线管停止出束，旋转治疗室停止旋转。
其中，plc控制器2与fpga信号采集器3共同作用，高速fpga采集高压发生器7、平板探测器6的状态信息，plc控制旋转治疗室的旋转运动以及整个设备急停与错误警报。
高速fpga信号采集，在一次采集周期66.7ms内，实现对一副图像的拍摄与存储；单次高速fpga信号采集时间小于2ms。高速fpga信号采集，使图像采集、存储时间达到66.7ms，图像获取速度高达15fps，为机载cbct便采集边重建提供输入图像。
光耦继电器不仅能快速获取高压发生器、平板探测器状态信息，而且还起到中间继电器的作用；光耦继电器的响应时间为2μs，快速响应高压发生器、平板探测器的状态信息；光耦继电器使fpga与高压发生器、平板探测器的状态信号隔离，避免硬件设备受到外界的干扰而出现误触发现象。
光耦继电器一9、光耦继电器三4分别获取高压发生器7、平板探测器6的状态信息；光耦继电器二8、光耦继电器四5分别反馈高压发生器7、平板探测器6的触发信息。
光耦继电器二8、光耦继电器四5分别反馈高压发生器7、平板探测器6的触发信息经fpga直接处理，不需要经过plc，缩短整个响应时间。
上述光耦继电器将高压发生器24v、平板探测器5v触发信号统一转化为fpga芯片可以识别的电平信号。
plc控制器2内含安全模块，plc实时监控高压发生器7、平板探测器6的状态信息。当两者出现异常情况时，安全模块触发，切断高压发生器电源，x射线停止出束，旋转治疗室停止旋转。
plc控制器2读取旋转治疗室角度，将角度信息反馈给fpga，实现间隔0.4°采集一张图像。
高速fpga快速采集高压发生器、平板探测器的状态信息，实现了设备在运转过程中，边运转边采集，为快速重建算法fdk提供输入数据。光耦继电器，实现了高压发生器24v触发信号、平板探测器5v触发信号实时通过fpga采集，光耦将高压发生器、平板探测器的触发信号与fpga隔离，提高系统稳定性。plc的安全模块根据fpga反馈的信息，实时监测高压发生器的状态信息，避免设备的误触发。
旋转治疗室高速运转，运转速度6°/s，高速fpga根据高压发生器、平板探测器的状态信息，在时间间隔66.7ms内实现高发发生器放电、x射线管出束、平板探测器采集图像存储图像，每隔0.4°采集一张图片。
高压发生器放电、x射线管出束消耗33ms，平板探测器采集图像存储图像25ms，一次信号采集时间小于2ms，fpga时钟频率50mhz，一次触发时间为20ns，可以高速获取状态信息。
当fpga通过光耦继电器获取高压发生器完成高压触发之后，反馈状态量给plc，直接通过数字io触发光耦继电器，使平板探测器触发，实现平板探测器采集图像存储图像，节省了plc信号处理时间。
光耦继电器响应时间为2μs，光耦继电器作为中间继电器，将高发发生器24v触发信号、平板探测器5v触发信号统一为fpga输入电平。光耦继电器避免了其他设备的状态改变对fpga的影响，提高系统的稳定性。
plc控制器控制高速fpga，plc通过fpga对整个系统的状态进行监控，安全模块发现系统工作异常，立即切断高发发生器，停止x射线管出束。plc不参与高压发生器、平板探测器通过触发的控制。
plc将旋转治疗室的旋转角度作为fpga的输入量，当plc获取的旋转角度为0.4°时，给fpga一个触发信号，完成旋转治疗室运转过程中，边旋转边采集。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，本发明中的高压发生器与平板探测器同步触发方法不仅限制于cbct上，其他医疗设备使用高压发生器和平板探测器同步触发时同样受用。在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。