螺旋CT用无线数据传输系统的方案设计
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王 珏 刘怀利 ， ， 王福全
（． １重庆 大学光电技术及系统教育部重点实验室 ＩＴ研究 中心 重 庆 ４０３ ￣ Ｃ ０００
２ 重庆大学 自动化学院 ， ． 重庆 ４ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘要 ： 对螺旋 Ｃ 针 Ｔ传输 系统的结构和特 点 ， 在分析几种无 线传输技 术的基础上提 出了基于 Ｕ ＷＢ 技术的数据高速无线传输 方案 ｝ 并对该方案进行 了完 整设 计 ， 了其 可行性 。以 ＵＷＢ无线集 线器作 验证 为系统的无线模块 ， 来实现数据的无线 传输 ｝ 用 Ｆ Ｇ 利 Ｐ Ａ器 件作为 系统 的 主控制器 ， 通过对其 编程来 满 足系统各模块的控制时序要求 Ｉ 对两块 Ｓ Ｒ Ｍ 芯片进行乒乓操 作来实现 系统 的大容量缓存 机制 ； 用 ＤＡ 采 Ｕ Ｂ ． 接 口实 现传输板卡与无线 Ｕ Ｓ ２０ ＷＢ模块 的高速无缝连接 。实验结果表 明， 该系统在 ３ｍ 以内传输
速率可达 １． ｉ ｓ且传输准确率达到 １０ ６８Ｍｂ ｐ ， ｔ ０ 。基本满足线阵螺旋 Ｃ Ｔ数据传输要求。
关键 词 ： 螺旋 Ｃ ， Ｔ 无线传输 ；ｒ ￣Ｄ Ａ Ｕ Ｂ． ＬＷＢ Ｓ Ｒ Ｍ｝ Ｓ ２０
中图分类号 ： Ｔ ０ Ｐ３２ 文 献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ５ －９ ４ ２ １） ６０ ４ －７ ２ ８０ ３ （ ００ ０ －８ ３０
第３卷 Ｏ
２１年 ００
第６ 期
６月
核 电子学 与探 测技 术
Ｎｕ ｌ ｒ ｌｃｒ ｎｃ ｃｅ ｅｔｏ ｉ ａＥ ｓ＆ Ｄｅｅｔ ｎＴｅｈ ｏｏ ｙ ｔｃｉ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
Ｖｏ ０ Ｎｏ ６百度文库Ｌ３ ．
Ｊ ｎ ２ １ ｕｅ ００
螺旋 Ｃ Ｔ用 无线 数 据 传 输 系统 的 方 案设 计
螺旋 Ｃ Ｔ工作时 ， 放射源和探测器 固定 于 滑环上保持相对位置不变且随其在被测物体外 作高速旋转运动 ， 同时被检测物体被传送带牵 引做匀速直线运动 ， 从而完成对被测物的螺旋 扫描 。这种情况下 ， 做旋 转运 动探测器信号 的 快速可靠传输是螺旋 Ｃ Ｔ系统需要解决 的难题 之一［。早期的螺旋 Ｃ 大都采用滑环作为数 １ ］ 据通道来完成探测器信号 的传 出［ ， ２ 将固定 位 ］ 置的 电刷与滑环相接触 ， 滑环转动时 电刷在滑 环上相对滑动， 传输 系统通过电刷和滑环的接 触导电来传输数据。由于电刷与滑环相对滑动 时存在接触磨损不能够保证传输 数据的可靠 性 ， 时使 用 滑环 作 为数 据传 输 通道 会 导 致 滑 同
１ 无线方案讨论
螺旋 Ｃ Ｔ无线传输系统 的工作流程如 图 １ 所示 。探测器和射线源以相对位置不变的形式 固定在滑环上 ， 随其作高速旋转运动。探测 且
收稿 日期 ：０ ９０ —６ ２０ —３１
作者简介 ： 者简 介 ： 作 王珏 （ ９ １） 男 ， 庆大 学教 １６ 一 ， 重 授， 主要从 事检测技术 、 自动 化装置及工 业 Ｃ Ｔ技术
Ｃ Ｔ传输系统 的特点 ， 在对 比几种 近距 离无线 传输的基 础上 ， 探讨 了一种基于 Ｕ ＷＢ无线传 输 技术 的设 计方 案 。
环的结构设计复杂 、 成本高， 对数据 的传输速率
也有所限制［ 。采用无线数据传输技术可 以很 ３ ］
好 地 解决 上 述 问题 ， 助 于 螺 旋 ｃ 的进 一 步 有 Ｔ
研究 。
器的输 出信号通过无线发射模块以电磁波的形 式发射 出， Ｃ 在 Ｔ外 部固定处通过无线接收模 块接收该电磁波并转化为电信号传给图像重建 计算机用于图像的重建 。因此在该传输系统中
８ ３ ４
运用无线传输方案 ， 对传输距 离的要求仅在 ３
ｍ 以内， 但需要在短距离范 围内有着尽可能高
进 行点 对点 通信 的技术 ， 能在 １ｍ 范 围 内最 仅
面 ｎ ， ｔ ｏ７ ２ （） １
中可得该 系统 的传输 数据量 为 ９ ７ ｉ ｓ ． ６Ｍｂ ｐ ， ｔ
所 以应用于本 系统中的无线传输技术应满足在
３ 以内的传输速率在 １ ｉ ｓ ｍ ０Ｍｂ ｐ 以上。 ｔ
滑环
ｘ 线发生器 射
无线接收模块 ／／ ￣
图像 重建计算机
发展 。
近年来随着各种无线传输技术 的发展， 螺 旋Ｃ Ｔ的数据传输技术也有 了较大的改进。射
频传输、 串行红外传输 以及平行光互连几种无 线数据传输 技术 已用 于螺旋 Ｃ Ｔ系统 中， 提高 了数据传输的精度及速度Ｄａ 。Ｕ ， ］ ＷＢ是 目前 － ｓ
比较流行 的一种近距离无线传输技术 ， 具有通 信频带宽、 传输速度快 、 保密性好、 穿透性及抗 干扰能力强等优点 ， 现已广泛运用于军事通信、 雷达系统和测量勘探等领域［ 。本文针对螺旋 ６ ］
图 １ 螺旋 Ｃ Ｔ无 线传输系统的工作示意 图
结合上述分析我们考虑三种近距离无线传
Ｕ ＷＢ超宽带技术是一种无线载波通信技
它不采用正弦载波， 而是利用纳秒级的非正 输技术 ： 外 传输 、 — ｉ 输 以及 ＵｗＢ传 术 ， 红 ｗｉ 传 Ｆ 弦波窄脉冲传输数据 ， 使用的频段为 ３ １ Ｏ ． ～１． 输。 ＧＨ ［ ＂ ０１ 范围以内数据传输速 ２ 红外数据传输 （ｒ Ａ） 一种利用红外 线 ６ ｚ 。ＵＷＢ在 １ １ Ｉ Ｄ 是
其中， 为数据传输带宽 ； 为探测器数量； Ｓ
ｍ为每个探 测器 一次采样数据位数 ； 为滑环 转速 ； 厂为采样频率。将上述参数代人公式 （） １
的数据传输率和较强的抗干扰性 以及穿透性。 以单层 螺旋 Ｃ 为参 考 对象 ， 探 测器数 为 Ｔ 其 ６０ ， ４ 个 每个探 测器在 一次采样 中产生 ３ ｉ ２ｂ ｔ 的数据 ， 采样 频率为 ２０Ｈｚ滑环每秒旋 转 ２ ５ ， 圈， 则其所需数据传输带宽可 由公式（） １确定：
（． １重庆 大学光电技术及系统教育部重点实验室 ＩＴ研究 中心 重 庆 ４０３ ￣ Ｃ ０００
２ 重庆大学 自动化学院 ， ． 重庆 ４ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘要 ： 对螺旋 Ｃ 针 Ｔ传输 系统的结构和特 点 ， 在分析几种无 线传输技 术的基础上提 出了基于 Ｕ ＷＢ 技术的数据高速无线传输 方案 ｝ 并对该方案进行 了完 整设 计 ， 了其 可行性 。以 ＵＷＢ无线集 线器作 验证 为系统的无线模块 ， 来实现数据的无线 传输 ｝ 用 Ｆ Ｇ 利 Ｐ Ａ器 件作为 系统 的 主控制器 ， 通过对其 编程来 满 足系统各模块的控制时序要求 Ｉ 对两块 Ｓ Ｒ Ｍ 芯片进行乒乓操 作来实现 系统 的大容量缓存 机制 ； 用 ＤＡ 采 Ｕ Ｂ ． 接 口实 现传输板卡与无线 Ｕ Ｓ ２０ ＷＢ模块 的高速无缝连接 。实验结果表 明， 该系统在 ３ｍ 以内传输
速率可达 １． ｉ ｓ且传输准确率达到 １０ ６８Ｍｂ ｐ ， ｔ ０ 。基本满足线阵螺旋 Ｃ Ｔ数据传输要求。
关键 词 ： 螺旋 Ｃ ， Ｔ 无线传输 ；ｒ ￣Ｄ Ａ Ｕ Ｂ． ＬＷＢ Ｓ Ｒ Ｍ｝ Ｓ ２０
中图分类号 ： Ｔ ０ Ｐ３２ 文 献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ５ －９ ４ ２ １） ６０ ４ －７ ２ ８０ ３ （ ００ ０ －８ ３０
第３卷 Ｏ
２１年 ００
第６ 期
６月
核 电子学 与探 测技 术
Ｎｕ ｌ ｒ ｌｃｒ ｎｃ ｃｅ ｅｔｏ ｉ ａＥ ｓ＆ Ｄｅｅｔ ｎＴｅｈ ｏｏ ｙ ｔｃｉ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
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Ｊ ｎ ２ １ ｕｅ ００
螺旋 Ｃ Ｔ用 无线 数 据 传 输 系统 的 方 案设 计
螺旋 Ｃ Ｔ工作时 ， 放射源和探测器 固定 于 滑环上保持相对位置不变且随其在被测物体外 作高速旋转运动 ， 同时被检测物体被传送带牵 引做匀速直线运动 ， 从而完成对被测物的螺旋 扫描 。这种情况下 ， 做旋 转运 动探测器信号 的 快速可靠传输是螺旋 Ｃ Ｔ系统需要解决 的难题 之一［。早期的螺旋 Ｃ 大都采用滑环作为数 １ ］ 据通道来完成探测器信号 的传 出［ ， ２ 将固定 位 ］ 置的 电刷与滑环相接触 ， 滑环转动时 电刷在滑 环上相对滑动， 传输 系统通过电刷和滑环的接 触导电来传输数据。由于电刷与滑环相对滑动 时存在接触磨损不能够保证传输 数据的可靠 性 ， 时使 用 滑环 作 为数 据传 输 通道 会 导 致 滑 同
１ 无线方案讨论
螺旋 Ｃ Ｔ无线传输系统 的工作流程如 图 １ 所示 。探测器和射线源以相对位置不变的形式 固定在滑环上 ， 随其作高速旋转运动。探测 且
收稿 日期 ：０ ９０ —６ ２０ —３１
作者简介 ： 者简 介 ： 作 王珏 （ ９ １） 男 ， 庆大 学教 １６ 一 ， 重 授， 主要从 事检测技术 、 自动 化装置及工 业 Ｃ Ｔ技术
Ｃ Ｔ传输系统 的特点 ， 在对 比几种 近距 离无线 传输的基 础上 ， 探讨 了一种基于 Ｕ ＷＢ无线传 输 技术 的设 计方 案 。
环的结构设计复杂 、 成本高， 对数据 的传输速率
也有所限制［ 。采用无线数据传输技术可 以很 ３ ］
好 地 解决 上 述 问题 ， 助 于 螺 旋 ｃ 的进 一 步 有 Ｔ
研究 。
器的输 出信号通过无线发射模块以电磁波的形 式发射 出， Ｃ 在 Ｔ外 部固定处通过无线接收模 块接收该电磁波并转化为电信号传给图像重建 计算机用于图像的重建 。因此在该传输系统中
８ ３ ４
运用无线传输方案 ， 对传输距 离的要求仅在 ３
ｍ 以内， 但需要在短距离范 围内有着尽可能高
进 行点 对点 通信 的技术 ， 能在 １ｍ 范 围 内最 仅
面 ｎ ， ｔ ｏ７ ２ （） １
中可得该 系统 的传输 数据量 为 ９ ７ ｉ ｓ ． ６Ｍｂ ｐ ， ｔ
所 以应用于本 系统中的无线传输技术应满足在
３ 以内的传输速率在 １ ｉ ｓ ｍ ０Ｍｂ ｐ 以上。 ｔ
滑环
ｘ 线发生器 射
无线接收模块 ／／ ￣
图像 重建计算机
发展 。
近年来随着各种无线传输技术 的发展， 螺 旋Ｃ Ｔ的数据传输技术也有 了较大的改进。射
频传输、 串行红外传输 以及平行光互连几种无 线数据传输 技术 已用 于螺旋 Ｃ Ｔ系统 中， 提高 了数据传输的精度及速度Ｄａ 。Ｕ ， ］ ＷＢ是 目前 － ｓ
比较流行 的一种近距离无线传输技术 ， 具有通 信频带宽、 传输速度快 、 保密性好、 穿透性及抗 干扰能力强等优点 ， 现已广泛运用于军事通信、 雷达系统和测量勘探等领域［ 。本文针对螺旋 ６ ］
图 １ 螺旋 Ｃ Ｔ无 线传输系统的工作示意 图
结合上述分析我们考虑三种近距离无线传
Ｕ ＷＢ超宽带技术是一种无线载波通信技
它不采用正弦载波， 而是利用纳秒级的非正 输技术 ： 外 传输 、 — ｉ 输 以及 ＵｗＢ传 术 ， 红 ｗｉ 传 Ｆ 弦波窄脉冲传输数据 ， 使用的频段为 ３ １ Ｏ ． ～１． 输。 ＧＨ ［ ＂ ０１ 范围以内数据传输速 ２ 红外数据传输 （ｒ Ａ） 一种利用红外 线 ６ ｚ 。ＵＷＢ在 １ １ Ｉ Ｄ 是
其中， 为数据传输带宽 ； 为探测器数量； Ｓ
ｍ为每个探 测器 一次采样数据位数 ； 为滑环 转速 ； 厂为采样频率。将上述参数代人公式 （） １
的数据传输率和较强的抗干扰性 以及穿透性。 以单层 螺旋 Ｃ 为参 考 对象 ， 探 测器数 为 Ｔ 其 ６０ ， ４ 个 每个探 测器在 一次采样 中产生 ３ ｉ ２ｂ ｔ 的数据 ， 采样 频率为 ２０Ｈｚ滑环每秒旋 转 ２ ５ ， 圈， 则其所需数据传输带宽可 由公式（） １确定：