监控电路结构、PET探测器、PET探测器监控系统

监控电路结构、pet探测器、pet探测器监控系统
技术领域
1.本发明属于电子信息技术领域，具体地讲，涉及一种监控电路结构、pet探测器、pet探测器监控系统。


背景技术：

2.在正电子发射断层成像(positron emission tomography,简称pet)的探测器监控应用领域中，需要将在狭小空间内的多个pet探测器(子节点)的监控电路结构连接到远端的主控计算机(主节点)，由于空间狭小，要求用尽量少的物理连线。目前一般有总线挂载方案(图1)、星型拓扑方案(图2)和环形拓扑方案(图3)。其中，总线挂载方案使用一般使用三态门，需要外加上拉电阻，总线上阻抗不连续，多点的电气连接，容易产生误码，当挂载节点数量太多时，电气性能变化较大；星型拓扑结构所有线汇到中心节点，使中心节点的接口数量过多，物理连接线长，占用较大空间；环形拓扑结构单向传输，系统可靠性差，主控节点是环的一部分，需要较长连接线；使用令牌通行证的传输模式，每个时刻指定的发送节点占据整个信道，信道利用率低。


技术实现要素：

3.(一)本发明所要解决的技术问题
4.本发明解决的技术问题是：如何在有限空间下减少物理接口和连线、如何提高连接可靠性、提高信号利用率。
5.(二)本发明所采用的技术方案
6.一种监控电路结构，用于pet探测器，所述监控电路结构包括本地数据处理模块和数据转发模块，数据转发模块包括数据交换矩阵和与所述数据交换矩阵连接至少三个接口，每个所述接口用于接收和发送数据，至少三个所述接口的一个接口与所述本地数据处理模块连接，且至少三个所述接口的其他所述接口用于连接外部设备，其中所述数据交换矩阵用于根据接收到的数据的地址将所述数据转发至所述本地数据处理模块或所述外部设备。
7.优选地，所述外部设备包括远端主控计算机和/或其他所述监控电路结构。
8.优选地，所述数据交换矩阵包括依次连接的地址解析单元、数据缓存单元和数据收集单元，所述地址解析单元用于解析各个所述接口接收的数据的目标地址，所述数据缓存单元用于缓存解析后的所述数据，所述数据收集单元用于将所述数据缓存单元中的所述数据传送至与所述数据的目标地址映射的所述接口，以进行发送，其中各个所述接口分别映射不同的目标地址。
9.优选地，所述数据交换矩阵基于可编程的硬件电路实现。
10.本技术还公开了一种pet探测器，所述pet探测器包括信号处理模块、本地数据处理模块和数据转发模块，所述本地数据处理模块与所述信号处理模块电连接，数据转发模块包括数据交换矩阵和与所述数据交换矩阵连接的至少三个接口，每个所述接口用于接收
和发送数据，至少三个所述接口的一个接口与所述本地数据处理模块连接，且至少三个所述接口的其他所述接口用于连接外部设备，其中所述数据交换矩阵用于根据接收到的数据的地址将所述数据转发至所述本地数据处理模块或所述外部设备。
11.优选地，所述外部设备包括远端主控计算机和/或其他所述pet探测器。
12.优选地，所述数据交换矩阵包括依次连接的地址解析单元、数据缓存单元和数据收集单元，所述地址解析单元用于解析各个所述接口接收的数据的目标地址，所述数据缓存单元用于缓存解析后的所述数据，所述数据收集单元用于将所述数据缓存单元中的所述数据传送至与所述数据的目标地址映射的所述接口，以进行发送，其中各个所述接口分别映射不同的目标地址。
13.优选地，所述数据交换矩阵基于可编程的硬件电路实现。
14.本技术还公开了一种pet探测器监控系统，包括远端主控计算机和多个pet探测器，多个所述pet探测器的监控电路结构按照预定方式连接，所述远端主控计算机与其中一个所述pet探测器的监控电路结构连接。
15.优选地，所述预定方式为：各个所述pet探测器依次首尾连接，形成环形网络。
16.(三)有益效果
17.本发明公开了一种监控电路结构、pet探测器、pet探测器监控系统，相对于现有技术，具有如下技术效果：
18.本技术采用采用分布式的数据交换矩阵结构，在每个pet探测器上都有一个较少端口的数据交换矩阵做数据的分发交换处理，可在有限的空间下减少物理连线和接口，通过多传输信道提高系统的可靠性，提高信道利用率，并通过点对点传输提高数据传输速率。
附图说明
19.图1为现有技术中的总线挂载方案示意图；
20.图2为现有技术中的星型集中控制方案示意图；
21.图3为现有技术中的环型令牌控制方案示意图；
22.图4本发明的实施例一的监控电路结构的原理框图；
23.图5为本发明的实施例一的数据转发模块的原理框图；
24.图6为本发明的实施例二的pet探测器的原理示意图；
25.图7为本发明的实施例三的pet探测器监控系统的连接示意图；
26.图8为本发明的实施例三的pet探测器监控系统的另一连接示意图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.在详细描述本技术的各个实施例之前，首先简单描述本技术的发明构思：在对多个pet探测器进行监测时，现有技术中采用的总线挂载方案、星型拓扑方案和环型令牌控制方案存在连接不稳定、中心节点的接口数量过多、连线占用空间过大、令牌传输导致信道利用率低等缺点，为此本技术提供了一种监控电路结构，该监控电路结构具有数据转发模块，
该数据转发模块具有多个接口，这样每个监控电路结构具有双向传输数据的功能，通过数据交换矩阵根据预定规则控制数据从相应接口输出，可实现数据交换，不需要利用令牌进行传输，且在构成pet探测器监控系统时，远端主控计算机可连接其中一个pet探测器，减少了中心节点的接口数量，各个pet探测器之间可按照物理连接线占用空间最小的方式进行连接，数据传输稳定且传输效率高。
29.具体来说，如图4所示，本实施例一的监控电路结构包括本地数据处理模块100和数据转发模块200，数据转发模块200包括数据交换矩阵和至少三个接口，每个接口用于接收和发送数据，至少三个接口的一个接口与本地数据处理模块连接，且至少三个接口的其他接口用于连接外部设备，其中数据交换矩阵用于根据接收到的数据的地址将数据转发至本地数据处理模块或外部设备。
30.其中，本地数据处理模块100的主要功能是完成传感器信号的收集、放大、甄别、温度读取等，其中本地数据处理模块100接收主节点(本实施例一的主节点为远端主控计算机)发送的数据，即下行数据，下行数据指示本地数据处理模块100进行阈值设定、高电压调整、电压打开关闭等pet探测器相关的功能操作及参数调整。本地数据处理模块100产生的数据(上行数据)包括将当前的电路状态、阈值、高压数值、温度数值等pet探测器的运行状态参数，上行参数需要送往主节点，以便于实时的监测调整。所有的上行数据只能通过多次转发到唯一和主节点连接的子节点(本实施例一的子节点为pet探测器)才能最终到达主节点。每个下行数据首先到达和主节点相连接的子节点，可能经过多个子节点的数据转发模块的转发，最后到达目标子节点(本实施例一的目标子节点为与主节点连接的子节点)。本领域技术人员对本地数据处理模块100已熟知，在此不进行赘述。
31.进一步地，数据交换矩阵基于可编程的硬件电路实现，可以采用现场可编程逻辑门阵列(fpag)实现，也可以在嵌入式硬件上实现，接口的数量可根据具体需求而增加，示例性地，如图5所示，为了便于描述，本实施例一的接口数量为四个，分别是第一接口11、第二接口12、第三接口13和第四接口14，第一接口11连接本地数据处理模块100，第二接口12用于连接远端主控计算机，第三接口13和第四接口14分别用于连接不同的pet探测器的监控电路结构。
32.进一步地，数据交换矩阵包括依次连接的地址解析单元21、数据缓存单元22和数据收集单元23，地址解析单元21用于解析各个接口接收的数据的目标地址，数据缓存单元23用于缓存解析后的数据，数据收集单元23用于将数据缓存单元23中的数据传送至与数据的目标地址映射的接口，以进行发送，其中各个接口分别映射不同的目标地址。其中，地址解析单元21和数据收集单元23的数量均与接口的数量相同，且每个接口与地址解析单元21、数据收集单元23一一对应连接，数据缓存单元22包括多个缓存子单元，每个缓存子单元用于缓存不同地址的数据。缓存子单元的数量为n*n，其中n为接口的数量。
33.示例性地，当接口数量为四个时，地址解析单元21和数据收集单元23的数量均四个。其中，地址解析单元21包括：第一地址解析单元21a、第二地址解析单元21b、第三地址解析单元21c和第四地址解析单元21d。数据收集单元23包括：第一数据收集单元23a、第二数据收集单元23b、第三数据收集单元23c和第四数据收集单元23d。缓存子单元的数量为16个，每个缓存子单元的缓存地址均不同，缓存地址指示数据的入口和出口，例如1-2缓存子单元表示对从第一接口11输入且需要从第二接口12输出的数据进行缓存。其中，第一地址
解析单元21a连接第一接口11和四个缓存子单元(1-1、1-2、1-3、1-4)，第二地址解析单元21b连接第二接口12和四个缓存子单元(2-1、2-2、2-3、2-4)，第三地址解析单元21c连接第三接口13和四个缓存子单元(2-1、3-2、3-3、3-4)，第四地址解析单元21d连接第四接口14和四个缓存子单元(4-1、4-2、4-3、4-4)。第一数据收集单元23a连接第一接口11和四个缓存子单元(1-1、2-1、3-1、4-1)，第二数据收集单元23b连接第二接口12和四个缓存子单元(1-2、2-2、3-2、4-2)，第三数据收集单元23c连接第三接口13和四个缓存子单元(1-3、2-3、3-3、4-3)，第四数据收集单元23d连接第四接口14和四个缓存子单元(1-4、2-4、3-4、4-4)。
34.根据上述描述可知，本实施例一的数据交换矩阵具有数据接收、判断、缓存、分发的功能；数据交换矩阵接收到数据后，根据解析得到的数据的地址判断是否属于本节点应接收的数据，若数据的目标节点是本节点，则由本节点接收进行处理；若不属于本节点，将数据标记上处理节点标签后，按指定接口发送出去，将所有子节点遍历连接，数据终将到达目标子节点。
35.进一步地，数据收集单元23还用于对数据的路径信息进行编辑。当子节点数目较多时，各个子节点连接后，从子节点到目标子节点的传输路径具有多条时，如果不修改数据的路径信息，则可按照数据的目标地址所对应的默认路径进行传递，修改数据的路径信息后，则可按照新的路径进行传递。
36.需要说明的是，数据交换矩阵的各个模块的功能可通过fpga编程实现，并结合与所有节点的整体连接方式对应的预定转发规则，即可实现数据的传输。在全部节点连接好之后，结合数据的目标地址，设定各个子节点的地址码和各个接口的地址区间，这样可以实现各个节点的数据传输，具体的设定过程，熟悉fpga编程的本领域技术人员可实现，在此不进行赘述。
37.示例性地，对于子节点x连接到子节点a1和子节点b1，a1连接到子节点a2，a2连接到子节点c，b1连接到子节点b2的情形，那么不同的子节点就对应不同的地址，每个子节点的地址码结合实际的连接结构编码，考虑转发逻辑的可行性，例如，可以把b1、b2的地址编码分别指定为0x80、0x7f，a1、a2、c的地址编码分别指定为0x81、0x82、0x83，那么在x节点进行数据转发时，就指定转发规则“目标地址大于0x80的发送给a1，目标地址小于等于0x80的发送给b1”，这样发往c的数据(目标地址0x83)就能经过x-a1-a2-c到达目的地。
38.如图6所示，本实施例二还公开了一种pet探测器，pet探测器包括信号处理模块和监控电路结构，pet探测器的信号处理模块包括闪烁晶体(把γ射线转换为闪烁荧光)、光电转换器(把闪烁荧光转换为电信号)、读出电路(信号甄别、放大、成形)。信号处理模块中的光电转换器工作时需要高压供电，读出电路工作时需要甄别阈值，pet探测器各部分的温度需要监控，确定信号放大增益的温漂反馈。所以pet探测器的监测就是完成高压供电控制，甄别阈值设定，实时温度测量的功能，而且每个pet探测器都要完成以上功能，上述功能均可通过本地数据处理模块进行控制，具体的控制过程本领域技术人员已熟知，在此不进行赘述。另外按照预定方式将各个pet探测器(子节点)和远端主控计算机(主节点)通过接口进行连接，并且按照预定的数据转发规则，进行数据传输，从而实现对整个系统的监控。需要说明的是，本发明的改进点在于pet探测器的监控电路结构部分，pet探测器的其他部分为现有技术，在此不进行赘述。
39.本实施例二的pet探测器的监控电路结构包括本地数据处理模块100和数据转发
模块200，数据转发模块200包括数据交换矩阵和至少三个接口，每个接口用于接收和发送数据，至少三个接口的一个接口与本地数据处理模块连接，且至少三个接口的其他接口用于连接外部设备，其中数据交换矩阵用于根据接收到的数据的地址将数据转发至本地数据处理模块或外部设备，外部设备包括远端主控计算机和其他pet探测器。
40.本实施例二的本地数据处理模块100的具体描述可参考实施例一的相关描述，数据交换矩阵基于现场可编程的硬件电路实现，接口的数量可根据具体需求而增加，示例性地，如图5所示，为了便于描述，本实施例二的接口数量为四个，分别是第一接口11、第二接口12、第三接口13和第四接口14，第一接口11连接本地数据处理模块100，第二接口12用于连接远端主控计算机，第三接口13和第四接口14分别用于连接不同的pet探测器的监控电路结构。
41.进一步地，数据交换矩阵包括依次连接的地址解析单元21、数据缓存单元22和数据收集单元23，地址解析单元21用于解析各个接口接收的数据的目标地址，数据缓存单元23用于缓存解析后的数据，数据收集单元23用于将数据缓存单元23中的数据传送至与数据的目标地址映射的接口，以进行发送，其中各个接口分别映射不同的目标地址。其中，地址解析单元21和数据收集单元23的数量均与接口的数量相同，且每个接口与地址解析单元21、数据收集单元23一一对应连接，数据缓存单元22包括多个缓存子单元，每个缓存子单元用于缓存不同地址的数据。缓存子单元的数量为n*n，其中n为接口的数量。
42.数据交换矩阵的具体详细原理可参考实施例一的描述，在此不进行赘述。
43.本实施例三还公开了一种pet探测器监控系统，pet探测器监控系统包括远端主控计算机和多个实施例二的pet探测器，多个pet探测器的监控电路结构按照预定方式连接，远端主控计算机与其中一个pet探测器的监控电路结构连接。远端主控计算机和pet探测的数量可自行设定，本实施例不进行限制。
44.本实施例三的预定方式具有多种，示例性地，当多个pet探测器中的一个pet探测器具有四个接口且其余pet探测器均具有三个接口时，各个pet探测器依次首尾连接，形成环形网络，如图7所述。需要说明的是，各个pet探测器的接口数量可以相同，也可以不相同，根据实际情况情况进行选择。
45.在一种应用场景下，当多个三接口的pet探测器和四接口的pet探测器，共同构成pet探测器监控系统时，可采用双向环形的拓扑连接方式。如图8所示，a表示远端主控计算机(主节点)，b1、b2
…
bn表示pet探测器(子节点)，各个子节点互联有很多种连接的方法。受到有限空间的限制，在物理连接线、接口数量、和传输可靠性之间综合考虑，b1、b2
…
bn各个子节点构成一个双向环形的拓扑是最佳选择。这样，既可以实现主节点a由任意子节点接入，又使用较少的物理连接线和物理接口。
46.本实施例三提供的pet探测器监控系统，其连接方式相对于总线挂载方案的优势是：采用点对点连接，数据传输率高；互联简单，芯片直接电气互联，不需要额外电路；节点可任意增加和减少，不影响信道的电气性能。相对于星型集中控制方案，优势在于：中心主控节点不需要大量连接端口，需要的连接线总长度少。相对于环形拓扑方案，优势在于：主节点在环外，通过在任意子节点预留的接口接入，实现和各个子节点的连接；不使用令牌方式分配占用信道，子节点随时可发送数据，提高信道利用率；容易增加或减少子节点数目；多传输路径增加系统的可靠性。
47.上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。