乳腺癌是严重威胁女性健康的疾病之一,全世界每年新增乳腺癌患者数量高达120万,每年有40万人死于乳腺癌。并且乳腺癌患病人口还在以每年2%-3%的速度递增。乳腺癌的发病率在全身恶性肿瘤中占7%-10%。近年来我国的乳腺癌患病率逐年增高,而且发病年龄有年轻化的趋势。研究显示,乳腺癌的预后效果主要与病变大小以及病理分期等密切相关。乳腺癌的病变越小,病理分期越早,其预后效果就越好。故此尽早诊断、及早治疗是提高乳腺癌预后效果和降低乳腺癌病死率的重要手段。乳腺X射线摄影是检出乳腺肿瘤的有效方法之一,也是目前公认的乳腺癌首选检查方式,对预防和治疗乳腺癌有着重要的意义,特别是对早期乳腺癌的诊断更具优势。40多年来,随着半导体技术和计算机技术的发展,乳腺X射线的发展经历了胶片乳腺摄影(Film Mammography, FM)、数字乳腺摄影(Digital Mammography, DM)、全数字化乳腺摄影(Full Field Digital Mammography, FFDM)和数字乳腺体层成像(Digital Breast Tomosynthesis, DBT)几个发展阶段。70年代法国人首创胶片X射线钼靶乳腺摄影,这种传统的X射线诊查方法以较高的组织分辨率被称作乳腺首选影像学检查方法。然而,其不足之处在于对于靠近胸壁的病变,特别是致密型乳腺中的小病灶容易发生漏诊,胶片成像的图像对比度不够高,加之胶片的噪声等原因导致乳腺癌的早期诊断往往产生一定的漏诊。全数字化乳腺摄影是当前普遍应用的X射线摄影技术。该技术克服了胶片屏幕式摄影对比度有限、探测率低、高噪音等缺点,将图像质量、对比度进行了较大的提高。同时还缩短了检查时间,降低了受检者的重复检查率,提高了检查舒适度。FFDM的出现一定程度上提高了乳腺X摄影的成像质量。然而,不论是传统的FM、DM还是FFDM都是依赖二维的投影图像,二维的特性导致其对于致密型的乳腺和重叠乳腺组织的成像产生了一定的局限性。1972年Grant首次提出数字合成x射线体层成像(Digital Tomosynthesis, DTS)的概念,它在传统体层摄影几何原理的基础上结合了现代数字图像处理技术,通过对有限范围内几个不同角度的投影数据的采集进行回顾性的重建物体体层图像。这种有限角度和有限范围的图像采集方式与需要完整采集360度范围内投影数据的计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)相比,更适合对口腔、乳腺、关节等不方便或难以进行360度全角度扫描的特殊部位进行投影和断层成像。在DTS成像技术和平板探测器技术的基础上,数字乳腺三维体层成像技术诞生了。DBT成像系统在采集图像时首先对乳腺进行压迫,采集过程中探测器保持静止,x射线球管围绕乳腺旋转一定角度,并在旋转过程中出束,探测器同步采集投影数据,计算机通过回顾性重建一系列高分辨率的与探测器平面平行的乳腺任意深度体层影像。DBT技术较好地弥补了致密型乳腺FFDM成像的不足,使得在传统x射线摄影中被遮盖的病灶得以显示。DBT的出现有效提高了乳腺x射线图像的清晰度,特别是在组织边缘轮廓和微小钙化点的成像方面更具优势,因而大幅度的提高了乳腺癌的病灶检出率。目前,国内乳腺x射线诊断主要还是依赖FFDM,为了尽早将DBT成像系统应用到我国乳腺癌诊断,提高国内乳腺癌早期诊断率,本文对DBT控制系统进行研发。首先,介绍了DBT控制系统的总体方案设计,包含该系统需要实现的具体功能及原理,系统总体框架；其次,从硬件设计方面详细分析了DBT控制系统中涉及到的系统电源设计、影像链控制设计、电机控制设计、压迫控制系统设计、CAN总线通信设计等；再次,从软件设计方面展开了DBT控制系统中开机初始化、图像采集、压迫控制等重要环节的控制流程和控制时序等。具体内容如下：硬件方面,本DBT控制系统主要由高压发生器、X射线球管、平板探测器、C臂电机、TOMO臂电机、压迫电机、推杆电机、滤线栅、准直器等组成。为了便于开发和方便控制,本系统采取多控制板联合控制并通过CAN总线实时通信的方式分5个部分进行研发。硬件设计的第一部分为系统电源部分。为了保障控制系统其余部分的正常运行,系统电源部分作为一个单独的部分首先进行开发。经过对系统各部件的功率、电压评估最终确定整机最大功率6500W,经过对220V市电隔离、滤波、变压、整流后提供220V交流输出,24V直流输出和12V直流输出等分别供高压发生器、探测器、电机、控制板等使用。第二部分为影像链控制部分。影像链主要由高压发生器、X射线球管、平板探测器等构成,由影像链控制板进行统一控制,主要实现高压发生器、探测器和曝光等控制功能。影像链控制板以及本系统其余控制板的主控芯片都选取片上资源丰富、性能优良的ARM芯片。为了保证控制的稳定和控制单元与受控单元的良好隔离,ARM芯片的对外控制信号皆通过工作频率约3kHz的高速光电耦合隔离器隔离后进行输出。第三部分为电机及其控制部分。该部分由C臂电机、TOMO臂电机以及限位开关、光电传感器、光栅盘等构成,并由电机控制板统一控制。限位开关、光电传感器和光栅盘等用于精确定位电机旋转位置。电机控制板根据影像链控制板下达的图像采集命令控制C臂电机和TOMO臂电机进行旋转,进而配合影像链控制板一起实现对投影数据的采集。第四部分为压迫设备及其控制部分。该部分由压迫电机、压力传感器、位移传感器、触摸屏等组成,并由压迫控制板统一控制。这一部分实现的功能是对乳腺进行压迫并实时对压迫力度、压迫厚度等信息进行采集和反馈。第五部分为控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)总线控制部分。这一部分由嵌入到各控制板中的CAN总线模块和CAN总线计算机连接器及其线缆等组成。它为系统中涉及到CAN总线通信的控制板、电机、计算机、准直器等每个部件都提供了唯一的CAN总线ID,保证了整个DBT控制系统信息交互的稳定和可靠。软件方面,本文主要针对决定成像质量的关键部分进行了阐述。本控制系统主要实现普通曝光模式下的单张图像采集和自动曝光(Automatic Exposure Control, AEC)下的TOMO投影数据采集。针对这两种曝光模式的图像采集以及开机初始化、压迫控制,本文共分四个部分进行软件设计论述。软件设计的第一部分为开机初始化设计。这一部分主要实现的是在系统上电后对高压发生器、探测器、电机等进行初始化,并将初始化过程和系统状态实时更新到人机交互界面。第二部分为普通曝光模式下的单张图像采集软件设计。这一部分主要实现在普通曝光模式下单张图像采集的软件控制。第三部分为AEC曝光模式下的TOMO投影数据采集软件设计。这一部分主要实现在智能AEC曝光模式下的有限角度投影数据采集的软件控制。由于所选高压发生器没有专门的TOMO曝光模式,因此采用其相应的智能AEC曝光模式进行TOMO投影数据的采集。第四部分为智能压迫系统的软件设计。这一部分主要通过对压迫电机的软件控制实现对乳腺的压迫。综上所述,本文在综合分析了DBT在乳腺疾病诊断的地位和国内外研究现状的前提下,通过查阅和研读大量文献完成了DBT控制系统的从硬件到软件的设计,后续将继续对该系统进行调试和改进‘。