本發明涉及醫療設備領域，特別涉及一種乳腺斷層成像設備的時間同步系統。

背景技術：

隨著計算機科學和信息技術的發展，醫學成像技術也得到了迅速的發展，各種醫用影像設備不斷涌現。乳房X線成像(Mammography)設備，如：全視野數字乳腺X線成像(FFDM，full-field digital mammography)設備、數字乳腺斷層成像(DBT,digital breast tomosynthsis)設備作為乳腺癌的篩查和診斷得到了廣泛的應用。

對于數字乳腺斷層成像設備而言，其核心功能是斷層成像和3D圖像重建。3D圖像重建依賴于乳腺斷層成像設備所提供的可靠且準確的投影數據。數字乳腺斷層成像設備完成斷層成像的核心部分是控制系統，該控制系統需要執行可靠，控制精確。控制系統的性能直接影響著數字乳腺斷層成像設備的技術指標，決定了3D圖像重建所獲得的圖像的質量。

數字乳腺斷層成像設備的控制系統涉及了運動控制，曝光控制，圖像采集控制等，相對應地上述控制會涉及到對機架、X射線發生器、限束器、平板探測器，人機控制面板，計算機等的控制。在完成乳腺斷層成像過程中必須對這些待控制部件進行精確的控制以實現待控制部件之間的協同工作，以獲得準確的斷層掃描圖像和相關數據，進而獲得符合實際需求的乳腺圖像。

目前的乳腺斷層成像設備通常采用集中控制的方式對上述待控制部件進行相應的控制，即由一個主控模塊負責各個部件之間的控制時序協同，具體地需要由主控模塊將不同部件之間進行同步的信號作為輸入信號發送至不同的部件，同時不同部件在接收到同步信號后反饋的輸出信號也發送至主控模塊，由主控模塊將多個部件之間的多個信號按照控制邏輯進行信號同步和時序控制。采用集中控制的方式，控制邏輯直觀，設計實現方便，但是卻存在以下缺陷：

主控模塊和部件之間的連接復雜度較高，部件集成靈活度較低；各個同步信號在傳輸過程中存在失真的可能，造成其他部件在信號處理上復雜度提高；主控模塊的控制邏輯復雜，可維護性較差；多部件協同時，部分部件工作異常后的恢復依賴于主控模塊的出錯保護邏輯；系統控制實時性完全依賴于主控模塊的實時性；無法實現各部件輸出數據的同步。

此外，采用上述的控制方式，在對實際采集到的投影圖像進行重建時，若丟失某一幀投影圖像，則可能無法知曉缺失的這幀圖像在所有投影圖像中的所處位置，導致重建后的圖像可能會不符合實際臨床需求。

因此，如何能夠提供一種乳腺斷層成像設備，以避免上述缺陷進而獲得符合實際臨床需求的乳腺圖像，成為目前亟待解決的問題之一。

技術實現要素：

本發明要解決的問題是提供一種乳腺斷層成像設備的時間同步系統，以解決現有乳腺斷層成像設備以集中控制方式控制各部件工作時所導致的缺陷，進而提供符合實際臨床需求的乳腺圖像。

為解決上述問題，本發明技術方案提供一種乳腺斷層成像設備的時間同步系統，所述時間同步系統包括：時間同步模塊、命令生成模塊以及至少一個任務模塊；

所述時間同步模塊，用于發送時間信息至所述命令生成模塊和所述任務模塊；

所述命令生成模塊，用于根據所述時間信息與所述時間同步模塊同步，以及根據輸入指令生成操作命令并發送至相應的任務模塊，所述操作命令包括時間參數；

所述任務模塊，用于根據所述時間信息與所述時間同步模塊同步，以及根據所述操作命令執行相應的任務。

可選的，所述時間信息包括：時鐘同步信號和系統時間。

可選的，所述時間同步模塊包括：

第一晶體振蕩器，用于生成系統時鐘；

第一處理器，用于根據授時時間對所述系統時鐘進行處理以生成所述時鐘同步信號和系統時間，并發送所述系統時間和所述時鐘同步信號至所述命令生成模塊和所述任務模塊。

可選的，所述任務模塊包括：

第二晶體振蕩器，用于生成本地時鐘；

第二處理器，用于根據所述時鐘同步信號和所述系統時間生成與所述系統時間同步的本地時間；

功能單元，用于基于所述本地時間和所述操作命令執行相應的任務。

可選的，所述功能單元還用于對在執行相應的任務的過程中生成的數據包標記時間。

可選的，所述功能單元包括功能部件及與所述功能部件的接口相匹配的接口單元。

可選的，所述第一處理器、第二處理器、第三處理器包括FPGA。

可選的，所述任務模塊還用于在其自身出現異常時通知與其相關的任務模塊以使得與其相關的任務模塊根據各自業務邏輯執行相應的操作。

與現有技術相比，本發明技術方案具有以下優點：

通過時間同步模塊發送時間信息至命令生成模塊和各任務模塊以使得命令生成模塊、各任務模塊與時間同步模塊同步，各任務模塊僅需根據命令生成模塊生成的在時間軸上的操作命令來執行相應的任務，由于任務模塊之間無需接收與其相關的同步信號，因此簡化了任務模塊之間連接方式的同時提高了任務模塊集成的靈活度。此外任務模塊僅需對時間信息進行降噪和容錯處理，故可以降低任務模塊處理信號的復雜度，進而也降低了任務模塊的復雜度。命令生成模塊僅負責將任務模塊需執行的功能在時間軸上進行排列和優化，無需關注各任務模塊間的信號同步，簡化了命令生成模塊的控制邏輯，提高了命令生成模塊的可維護性。命令生成模塊和各任務模塊接收時間同步模塊發送的時間信息，可以真正實現控制的強實時性，相對于現有的集中控制方式而言，任務模塊執行任務的實時性不再依賴于主控模塊的實時性，真正的實現了實時控制的強實時性，僅通過時間同步模塊以及命令生成模塊就可以實現對各任務模塊控制的實時性，降低了實時控制的難度。

進一步地，所述功能單元還用于對在執行相應任務的過程中生成的數據包標記時間，實現了不同任務模塊間數據的同步，有利于乳腺斷層成像設備的維護，且在一定程度上提高了乳腺斷層成像設備的性能。

進一步地，任務模塊在其自身出現異常時，通知與其相關的任務模塊根據各自的業務邏輯執行相應的操作，由于無需通過命令生成模塊來對相關模塊進行控制，因此降低了命令生成模塊的出錯保護邏輯的復雜度。

附圖說明

圖1是本發明實施方式的乳腺斷層成像設備的時間同步系統的示意圖；

圖2是本發明實施例的乳腺斷層成像設備的時間同步系統的示意圖；

圖3是本發明實施例的時間同步模塊的結構示意圖；

圖4是本發明實施例的任務模塊的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施方式的限制。

正如背景技術中所描述的，現有的乳腺斷層成像設備采用集中控制的方式控制各部件之間的協同工作，具體地，采用主控模塊來控制各部件間的協同工作，其在控制邏輯直觀，設計實現方便的同時也帶來諸多上述的缺陷。因此，發明人提出采用分布式控制的方式來實現各部件之間的協同工作。參見圖1，圖1是本發明實施方式的乳腺斷層成像設備的時間同步系統的示意圖，如圖1所示，本發明實施方式的時間同步系統包括：時間同步模塊10、命令生成模塊11以及至少一個任務模塊12；

所述時間同步模塊10，用于發送時間信息至所述命令生成模塊11和所述任務模塊12；

所述命令生成模塊11，用于根據所述時間信息與所述時間同步模塊10同步，以及根據輸入指令生成操作命令并發送至相應的任務模塊12，所述操作命令包括時間參數；

所述任務模塊12，用于根據所述時間信息與所述時間同步模塊10同步，以及根據所述操作命令執行相應的任務。

本實施方式中通過時間同步模塊10發送時間信息給所述命令生成模塊11和任務模塊12，所述命令生成模塊11和任務模塊12基于接收到的時間信息與所述時間同步模塊10同步，且所述任務模塊12基于同步的時間信息和命令生成模塊11輸出的操作命令執行相應的任務。本實施方式的時間同步系統，通過同步各任務模塊12的時間，由任務模塊12基于同步的時間各自執行相應的任務，避免了采用集中控制方式實現各任務模塊之間協同同步時所帶來的缺點。

以下結合具體的實施例對本發明的技術方案進行詳細的描述，圖2是本發明實施例的乳腺斷層成像設備的時間同步系統的示意圖，圖2中僅示出了所述每一個任務模塊中的功能單元，而任務模塊的結構將通過圖4本發明實施例的任務模塊的結構示意圖進行詳細的說明。此外圖2中為了側重說明各任務模塊之間是如何實現同步的，部分模塊、功能單元與工作站之間的連線并未示出，如圖2中用戶接口和命令生成模塊11之間的連線等，但本領域技術人員知曉在實際應用中部分模塊、功能單元與工作站之間實際上存在信息的交互。圖3是本發明實施例的時間同步模塊的結構示意圖。本實施例中以所述時間同步系統包括五個任務模塊12為例進行說明，具體地，每一個任務模塊12都包括相應的功能單元123，進一步地不同的功能單元123包括執行相應功能功能部件。如：第一任務模塊中的功能單元123包括：壓迫板1230、第二任務模塊中的功能單元123包括限束器1231、第三任務模塊中的功能單元123包括X射線發生器1232、第四任務模塊中的功能單元123包括平板探測器1233、第五任務模塊中的功能單元123包括動柵1234為例進行說明(參見圖2和圖4)，但本發明的技術方案對此不做限定，乳腺斷層成像設備中執行相應任務的部件均可以作為功能單元中的一部分。以下結合圖2至圖4對本發明技術方案的乳腺斷層成像設備的時間同步系統進行詳細的說明。

本實施例中，時間同步模塊10，發送時間信息至待同步模塊(圖3所示)，所述待同步模塊包括：命令生成模塊11及任務模塊12，所述時間信息包括系統時間和時鐘同步信號，時鐘同步信號指系統可輸出或運行的節拍，一般以頻率來衡量，單位是Hz，而系統時間是指系統可輸出的時刻(連續流逝的時間的某一瞬間)以及時間間隔(兩個瞬間之間的間隔長)，一般單位是時/分/秒/毫秒。命令生成模塊11和任務模塊12根據所述系統時間和時鐘同步信號來與時鐘同步模塊10同步。本實施例中，所述時間同步模塊10包括：第一晶體振蕩器101和第一處理器102。所述第一晶體振蕩器101生成系統時鐘，本實施例中所述第一晶體振蕩器101可以為高精度的恒溫晶振，所述第一處理器102根據授時時間對第一晶體振蕩器101生成的系統時鐘進行處理以生成時鐘同步信號和系統時間，并發送所述系統時間和所述時鐘同步信號至所述命令生成模塊11和所述任務模塊12。本實施例中所述授時時間通過授時模塊生成，并發送至所述第一處理器102，所述授時模塊可以為乳腺斷層成像設備中工作站的計算機的時間模塊，也即授時時間可以以工作站計算機的時間為準，在其他實施例中，授時模塊也可以是高精度授時源，如銣鐘、GPS等。

考慮到實際應用中，FPGA擅長邏輯和時序的控制，在實際應用過程中增加了MCU用于完成時間和時鐘的業務管理工作。也即本實施例中，所述第一處理器102包括FPGA和MCU，具體地，MCU將接收到的授時時間發送至FPGA，FPGA接收所述第一晶體振蕩器101發送的系統時鐘，以及MCU發送的授時時間，基于二者對系統時鐘進行修正，生成時鐘同步信號及與授時時間同步的系統時間，并最終鎖定生成的系統時間，然后將該系統時間發送至MCU，系統時間通過MCU發送至命令生成模塊11、任務模塊12，時鐘同步信號則通過FPGA發送至命令生成模塊11和任務模塊12。所述時間同步模塊10采用圖3中所示的結構，即使授時時間丟失，其自身在一定時間段內仍然可以根據第一晶體振蕩器101來維持與所述授時時間的同步，生成系統時間和時鐘同步信號。

此外，本實施例中，也可以不通過授時模塊來給所述時間同步模塊授予授時時間，而由時間同步模塊的上電時間作為初始時間(上電時間為1970年1月1日0時)，此時需手動設置系統時間與當前時間同步。

本實施例中，命令生成模塊11在接收到所述時間同步模塊10發送的系統時間和時鐘同步信號后實現其與所述時間同步模塊10的同步，并且其根據用戶接口，如按鍵、觸摸屏等輸入的斷層掃描指令，來生成和每個任務模塊12執行的任務相關的原子操作指令并發送至相應的任務模塊12，所述原子操作指令中除了包含任務模塊12應執行的操作外還包括了時間參數，也就是說所述原子操作指令給出了任務模塊12在何時執行何種任務。

本實施例中，所述任務模塊12根據系統時間和時鐘同步信號來與所述時間同步模塊10同步，并根據所述命令生成模塊11發送的原子操作指令來執行相應的任務。具體地，參見圖4，本實施例中所述任務模塊12包括：第二晶體振蕩器121、第二處理器122以及功能單元123。不同的任務模塊12包括不同的功能單元123。如執行發射X射線的第三任務模塊的功能單元包括X射線發生器1232、執行圖像采集的第四任務模塊的功能單元包括平板探測器1233等。

本實施例中，所述第二晶體振蕩器121生成本地時鐘，其可以為中低精度恒溫晶振。所述第二處理器122也可以包括FPGA和MCU，正如上述所述的實際應用中FPGA的特性，故本實施例中也通過FPGA和MCU的方式來實現與時鐘同步模塊10的同步。繼續參見圖4，具體地，第二處理器122中的MCU接收時間同步模塊10發送的系統時間，并將其發送至FPGA，FPGA接收所述第二晶體振蕩器121發送的本地時鐘，時間同步模塊10發送的時鐘同步信號，基于時鐘同步信號來對本地時鐘進行修正，然后根據MCU發送的系統時間來生成與系統時間同步的本地時間，鎖定生成的本地時間并發送至MCU，MCU將本地時間發送至功能單元123，功能單元123根據接收到的本地時間和命令生成模塊11發送的原子操作指令控制其包括的功能部件執行相應的任務(圖4中未示出命令生成模塊11和功能單元123之間的信息交互)。例如：第三任務模塊的功能單元123中的X射線發生器1232在接收到何時發射X射線的操作指令后，根據第二處理器122中MCU告知的本地時間，在指定的時間發射X射線，同樣地，第四任務模塊的平板探測器1233在接收到何時采集圖像的操作指令后，基于獲得的本地時間在指定時間采集圖像。本實施例中，所述功能單元123還對在執行相應的任務的過程中生成的數據包標記時間，具體地，所述功能單元123根據接收到的本地時間，對在執行相應任務過程中的產生的數據標記時間戳。如：所述功能單元記錄在某一時刻其包括的功能部件執行了何種動作。不同任務模塊中的功能單元對執行任務過程中生成的數據包標記時間戳，可以實現不同任務模塊間數據的同步，在提高了乳腺斷層成像設備的性能的同時也有利于對乳腺斷層成像設備進行維護。本實施例中，所述功能單元123也可以包括MCU，用于在接收到命令生成模塊11發送的操作指令后，控制該功能單元中的功能部件執行相應的動作，同時對功能部件執行相應的動作過程中生成的數據包標記時間戳。

實際應用中，功能單元中控制功能部件執行相應的任務，對功能部件執行相應任務過程中產生的數據包標記時間戳可以由功能單元123包括的MCU來實現，也可以由第二處理器122包括的MCU來實現，也就是說功能單元123中的MCU和第二處理器122中的MCU在實際應用中可以是同一塊MCU，或者說功能單元123和第二處理器122共用同一塊MCU，對于第二處理器122而言，該MCU執行接收系統時間并將系統時間發送至FPGA，接收FPGA生成的本地時間并發送至功能單元123，而對于功能單元123而言，該MCU則是控制功能部件執行相應的任務，并對執行任務過程中生成的數據包標記時間戳。

另外，實際應用中，功能單元123包括的功能部件具有不同的數據接口，因此為實現對所述功能部件進行基于時間同步的控制及信息交互，本實施中所述功能單元123還可以包括與所述功能部件的數據接口相匹配的接口單元，舉例來說：若所述功能部件的數據接口為RS232，則所述功能單元123包括與該接口匹配的接口單元RS232，所述接口單元還可以為以太網接口、CAN總線接口、422/485接口、I/O接口等。

本實施例中，當多個任務模塊中的一個任務模塊出現異常時，其會通知與其相關的任務模塊，而與其相關的任務模塊則根據其自身處理相應任務的任務邏輯執行相應的動作，各任務模塊的業務邏輯根據乳腺斷層成像設備的實際需求而定。

另外，本實施例中，任務模塊12采用圖4中所示的結構，當系統時間和時鐘同步信號丟失時，其自身在一定時間段內仍然可以根據第二晶體振蕩器121來維持與所述系統時間的同步，生成與所述系統時間同步的本地時間。

此外，需要說明的是，本實施例中命令生成模塊11為了和時鐘同步模塊10進行同步，也包括了圖4中生成與所述時鐘同步模塊10的系統時間同步的本地時間的硬件架構，以實現與所述時鐘同步模塊10的同步，由于二者的硬件架構相類似，此處不再贅述。

以下結合圖2對本實施例中的乳腺斷層成像設備的時間同步系統的工作過程進行簡單的說明。

圖2中，工作站包括了用戶接口、授時模塊、圖像處理系統以及數據整合模塊，工作站中的授時模塊可以是工作站包括的計算機的時鐘模塊，其輸出的計算機時間作為授時時間發送至時間同步模塊10，時間同步模塊根據授時時間生成時鐘同步信號和系統時間，通過信號線將時間同步信號發送至命令生成模塊和多個任務模塊，以時間數據報文的形式將系統時間通過以太網發送至命令生成模塊和多個任務模塊。命令生成模塊基于系統時間和時鐘同步信號實現與系統時間的同步，并根據用戶接口輸入的掃描指令，在時間軸上生成原子操作指令序列，并通過任務模塊的數據接口發送至相應的任務模塊。各任務模塊基于接收到的時鐘同步信號和系統時間生成與所述系統時間同步的本地時間，并根據命令生成模塊發送的操作指令按照與系統時間同步的時間按時執行相應的任務，同時在執行任務的過程中，將生成的數據包標記時間戳，各任務模塊之間以及各任務模塊與命令生成模塊之間可以通過以太網進行通信。此外，各任務模塊在執行任務過程中標記了時間戳的數據包也可以通過以太網發送至工作站中的數據整合模塊，數據整合模塊對收到的各任務模塊的數據包進行整合，從而可以得出所有功能部件在時間軸上的數據輸出序列。

至此，本實施例中，有序、可靠、精確的對各部件實現了協同控制，為后續提供了更精確的各功能部件的同步數據，進而可以獲得更加準確的斷層掃描圖像和相關數據，獲得符合實際需求的乳腺圖像。

綜上所述，本發明實施方式提供的乳腺斷層成像設備的時間同步系統，至少具有如下有益效果：

通過時間同步模塊發送時間信息至所述命令生成模塊和各任務模塊以使得命令生成模塊、各任務模塊與時間同步模塊同步，各任務模塊僅需根據命令生成模塊生成的在時間軸上的操作命令來執行相應的任務，由于任務模塊之間無需接收與其相關的同步信號，因此簡化了任務模塊之間連接方式的同時提高了任務模塊集成的靈活度。此外任務模塊僅需對時間信息進行降噪和容錯處理，故可以降低任務模塊處理信號的復雜度，進而也降低了任務模塊的復雜度。命令生成模塊僅負責將任務模塊需執行的功能在時間軸上進行排列和優化，無需關注各任務模塊間的信號同步，簡化了命令生成模塊的控制邏輯，提高了命令生成模塊的可維護性。命令生成模塊和各任務模塊接收時間同步模塊發送的時間信息，可以真正實現控制的強實時性，相對于現有的集中控制方式而言，任務模塊執行任務的實時性不再依賴于主控模塊的實時性，真正的實現了實時控制的強實時性，僅通過時間同步模塊以及命令生成模塊就可以實現對各任務模塊控制的實時性，降低了實時控制的難度。

進一步地，所述功能單元還用于對在執行相應任務的過程中生成的數據包標記時間，實現了不同任務模塊間數據的同步，有利于乳腺斷層成像設備的維護，且在一定程度上提高了乳腺斷層成像設備的性能。

進一步地，任務模塊在其自身出現異常時，通知與其相關的任務模塊根據各自的業務邏輯執行相應的操作，由于無需通過命令生成模塊來對相關模塊進行控制，因此降低了命令生成模塊的出錯保護邏輯的復雜度。

本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。