一种用于医疗ct机的旋转关节光传输系统
阅读说明：本技术 一种用于医疗ct机的旋转关节光传输系统 (Rotary joint optical transmission system for medical CT machine ) 是由 阎岩 张嘉仪 郭语涵 任文豪 赵鑫磊 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本申请提供一种用于医疗CT机的旋转关节光传输系统,涉及CT设备的通信技术领域。包括光信号发射端和光信号接收端,发射端内部包含激光光源、光电调制器、光束准直器及配套结构；光信号接收端包含圆锥透镜、光束汇聚聚焦透镜组、光电探测及信号调理电路、固定安装台。安装在CT转子内壁的光信号发射端发射已经调制的信号,经过一定距离传输,到达光信号接收端,光信号接收端可以接收转子360°的光信号。本申请通过光无线通信方式,把CT机转子上的高速数据传递到固定的位置接收光信号,达到CT机旋转关节的光传输的目的。(The application provides a rotary joint optical transmission system for a medical CT machine, and relates to the technical field of communication of CT equipment. The device comprises an optical signal transmitting end and an optical signal receiving end, wherein the transmitting end internally comprises a laser light source, a photoelectric modulator, a beam collimator and a matched structure; the optical signal receiving end comprises a conical lens, a light beam converging and focusing lens group, a photoelectric detection and signal conditioning circuit and a fixed mounting platform. The modulated signal is transmitted by the optical signal transmitting end arranged on the inner wall of the CT rotor and is transmitted to the optical signal receiving end after a certain distance, and the optical signal receiving end can receive the optical signal of the rotor for 360 degrees. According to the method, high-speed data on the rotor of the CT machine are transmitted to a fixed position to receive optical signals in an optical wireless communication mode, and the purpose of optical transmission of the rotary joint of the CT machine is achieved.)
技术领域
本发明属于医疗设备通信信息技术领域，涉及一种用于医疗CT机的旋转关节光传输系统及方法。
背景技术
CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查；根据所采用的射线不同可分为：X射线CT(X-CT)以及γ射线CT(γ-CT)等。
CT设备工作流程：扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成，对人体进行旋转扫描，X射线探测器接收到信号；接着将扫描收集到的信息数据，传递到计算机系统进行贮存运算；最后通过计算机处理、重建的图像显示CT图像。但是对于CT原理，必须通过扫描方式获取图像，现在发展到螺旋CT扫描(spiral CT scan)。因此面临旋转关节的信息传输的问题，现阶段采用电容非接触式传递信息，此传递方式速率有限，并且需要研制足够大的辐射天线，对于体积功耗都是有要求。
西门子提出光纤接收器阵列安装在旋转关节处形成无线光传输，用于CT设备中；德国venturetec公司提供电容式无线接触传输设备用于CT中。现阶段还没有CT设备旋转关节的空间光传输系统及方法，此系统可以使得速率更加提升，另外支持多通道同时传输，并且安装简单，小型以及无辐射干扰。
现有技术中，没有CT设备旋转关节的自由空间光传输系统。
发明内容
本发明解决的技术问题是：现阶段CT设备采集的数据量越来越大，依赖单通道的电容无线接触的数据传输已经逐渐进入瓶颈，更高速率低成本的传输需求已经很明显。本发明是解决多通道高速率的CT设备探测信息传输问题，根据自由空间光载波传输CT设备探测信息，可以实现CT设备扫描过程中信息在旋转关节的有效传输。
本申请实施例提供一种用于医疗CT机的旋转关节光传输系统，涉及光通信技术领域。包括CT主机、激光通信发射系统、圆锥透镜、光束汇聚聚焦透镜组、接收光电探测器及调理电路、固定安装台、固定安装台、定子连接杆，CT主机的转子安装一个或者多个激光通信发射系统，并且发射的光束指向圆锥透镜，光束被圆锥透镜接收后，在圆锥透镜后面接入光束汇聚聚焦透镜组，聚焦后的光斑被紧接的接收光电探测器及调理电路接收，并且圆锥透镜、光束汇聚聚焦透镜组和接收光电探测器及调理电路通过一体化结构连接起来，连接在固定安装台上面，固定安装台被定子连接杆与CT主机的定子固定连接起来。安装在CT转子内壁的光信号发射端发射已经调制的信号，经过一定距离传输，到达光信号接收端，而光信号接收端处在与CT定子连接杆相连的固定安装台中间位置，光信号接收端可以接收转子360°的光信号，并且把光信号汇聚到探测器中心，以便光电探测及信号调理。本申请对收发距离没有严格的限定，通过调试保证发射的光信号投射到接收端的圆锥透镜既可以满足信息传输的需求。
可选地，还包括CT主机是用于医疗的计算机X射线断层扫描主机，其中主机X射线扫描需要360°扫描。
可选地，激光通信发射系统是把X射线探测获取的数据加载到光载波上，包含集成光源、光电调制器和光束准直器，具体安装在CT主机(1)的转子上，与X射线探头360°同步旋转。
可选地，圆锥透镜是汇聚入射的光束，汇聚出射的光进入到光束汇聚聚焦透镜组，聚焦后的光斑处在接收光电探测器的靶面上，具体与固定安装台连接为整体。
可选地，接收光电探测器及调理电路包含滤光片、光电探测器、光电转换调理电路和调焦机构，汇聚入射的光束通过滤光片后，再到光电探测器转换光信号为电流信号，再经过调理电路转换为标准定义的接口信号，具体与固定安装台连接。
通过激光无线通信方式，把CT机转子上的高速数据传递到固定的位置接收，达到CT机旋转关节的光传输的目的，系统中发射系统与接收系统之间距离的改变，通过改变调节光束汇聚接收光电探测器及调理电路中的调焦机构，可以使得能量得到充分的汇集到探测器靶面上。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明利用多发单收的光载波信息360°传输，可以解决CT设备旋转扫描数据的定向多通道传输。
(2)本发明通过对光电探测的伸缩调节，可以解决CT设备安装过程中，不同距离下的光有效汇聚探测问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明实施例提供的CT设备旋转关节光传输系统图；
图2是本发明光接收角度与圆锥角关系示意图；
图3是本发明实施例提供的CT设备旋转关节光传输多通道系统图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示本发明实施例提供的用于医疗CT机设备旋转关节光传输系统图，包括：CT主机1、激光通信发射系统2、圆锥透镜3、光束汇聚聚焦透镜组4、接收光电探测器及调理电路6、固定安装台5、定子连接杆7。其中，激光通信发射系统2是安装在CT主机1的扫描转子的内侧壁，把CT主机1中的X射线探测设备的信息加载到激光上面，通过激光通信发射系统2把准直号的光束发射出去。接收部分的主要部组件都是放置在固定安装台5中心，并且与CT主机1的转子中心一致，固定安装台5与定子连接杆7连接，而定子连接杆7与CT主机1定子连接固定。而固定安装台5上的电源及高速信号可以通过定子连接杆7的空心桥接到CT主机1，接入到CT主机1的数据处理系统中，因此系统对于现有的CT主机1没有改动，只是增加了激光发射系统2以及可以拆装的定子连接7杆及固定安装台5上的部组件。
如图1安装在CT主机1上的发射光束被圆锥透镜3接收，首先经过圆锥透镜3折射入射，入射的光束再在圆锥透镜3的内部形成全反射后出射，出射的光束与圆锥透镜3底面垂直，正入射汇聚聚焦透镜组4中进行光斑聚焦。可以根据图2所示光接收角度与圆锥角关系示意图，定义系统中的圆锥透镜3与激光发射光束之间的夹角为β，圆锥透镜3的锥角为α，它们之间关系表达式其中n为圆锥透镜3的折射率，如果β＝180°，n＝1.57，则计算得到圆锥透镜的锥角α＝76°(全角)。当CT主机1的转子半径为1.2m,CT主机1转子圆心与接收端的圆锥透镜3之间距离为1.5m，则圆锥透镜3的接收光束的夹角β＝43.6°，则依据折射率n＝1.57，计算得到圆锥透镜3的锥角α＝47°(全角)。当CT主机1的转子半径为1.2m,CT主机1转子圆心与接收端的圆锥透镜3之间距离为1.8m，则圆锥透镜3的接收光束的夹角β＝36.5°，则依据折射率n＝1.57，计算得到圆锥透镜3的锥角α＝46.3°(全角)。因此对于普通的CT医疗主机设定的圆锥透镜3的锥角是47°左右，可以根据调焦机构补充汇聚光斑。
由于不同的CT设备不同的转子位置，因此对于发射端与接收端之间的距离会发生变化，当对于激光通信发射系统2与接收系统的距离减小，夹角β增大时汇聚聚焦透镜组4的焦点会变短，因此利用接收光电探测器及调理电路6中的调焦机构，调节光电探测器向来光方向调节，以便光信号接收能量最大，此处也可以通过位移电机与光探测能量传感器形成闭环控制的自动化调节。
初次安装CT主机的时候，需要根据探测器上的光斑强度，通过接收光电探测器及调理电路6中的调焦机构前后移动探测器，使得探测器的能量达到最强，而后固定探测器位置，如果长久使用接收光强度降低，进入标校模式，可以通过接收光电探测器及调理电路6中的调焦机构前后移动探测器，使得光电探测信号稳定输出，再次进行数据传输。
对于系统多通道的实现，具体如图3所示。采用不同波长的激光通信发射系统2，统一安装在CT主机1的转子内壁上，发射对准投射到圆锥透镜3上，汇聚聚焦透镜组4的焦前放置波长分光片8，分离为不同波长的光束，在经过接收光电探测器及调理电路6接收到不同波长的光信号，如此级联可以实现更多通道的实现，具体实现不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
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