一种PET电子学数据处理方法及PET电子学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种PET电子学数据处理方法及PET电子学系统。本方法为：1)利用FPGA接收模拟ASIC芯片的配置数据，配置该模拟ASIC芯片的工作参数，使ASIC芯片的工作状态符合PET成像电子学处理的要求；2)利用FPGA接收模拟ASIC芯片的调试参数，配置ASIC芯片内部要输出的信号测试点，如果ASIC芯片内部的要输出信号测试点的输出信号满足PET电子学处理的要求则进行步骤3)；3)将ASIC芯片串行输出的数据转换为N路并行数据，然后提取每路的电荷、时间数据并转换成二进制的电荷、时间数据，然后对N路电荷、时间数据进行N：1的数据预处理后输出。本发明专利技术保证了ASIC工作正常可控且可靠。

A PET electronic data processing method and PET electronic system

The invention discloses a PET electronic data processing method and a PET electronic system. This method is as follows: 1) using the FPGA to receive the configuration data of the analog ASIC chip, configuring the operating parameters of the analog ASIC chip, so that the ASIC chip working status meets the requirements of PET imaging electronics processing; 2) using the FPGA to receive the debugging parameters of the analog ASIC chip, configuring the signal test points to be output in the ASIC chip, if the ASIC core. The output signal of the test point inside the chip meets the requirements of PET electronics processing, then proceeds to step 3; 3) Converts the serial output data of ASIC chip into N-channel parallel data, then extracts the charge and time data of each circuit and converts them into binary charge and time data, and then carries out N-channel charge and time data. 1 output after data preprocessing. The invention ensures that the ASIC work is normal, controllable and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种PET电子学数据处理方法及PET电子学系统
本专利技术涉及核医学成像领域，涉及一种基于ASIC芯片-Petiroc2a的PET电子学数据处理方法及PET电子学系统。
技术介绍
PET在核医学领域是重要的断层成像系统，其凭借在肿瘤早期诊断方面的突出优势正逐步成为相关医疗领域无法代替的检测手段。它的物理原理是：注射的药物示踪剂在体内核衰变并产生的正电子(e+)与体内的电子(e-)湮没产生成对的511KeV能量的γ光子，这对光子被探测器系统探测后，输出成对模拟脉冲信号，交给电子学系统进一步处理，从而得到成对脉冲信号的电荷信息以及时间信息，将这一对电荷、时间信息再传给计算机，如图1所示。计算机软件开发人员利用大量的如上描述的成对电荷信息和时间信息，通过特定的算法就可以重建出药物示踪剂在病人体内的分布情况，从而实现肿瘤的早期发现和定位。PET电子学系统内部分成两个模块：电荷测量模块和时间测量模块。电荷测量模块用来获取模拟脉冲信号的电荷信息，该电荷量反映的是体内产生的γ光子的能量信息；时间测量模块用来获取模拟脉冲信号的时间信息，该时间信息反映的是体内的γ光子是何时产生的。模拟脉冲信号在电荷测量模块中，先经过慢放大电路的积分放大，再经过后一级的滤波成形电路的信号成形，最后经过模数变换器(AnalogtoDigitalConverter，ADC，以下简称ADC)输出数字化的电荷信息，该数字化的电荷信号进一步被FPGA获取。模拟脉冲信号在时间测量模块中，先经过快放大电路，使该信号被无失真的放大，再经过模拟定时电路的定时甄别，定时甄别后的输出脉冲最后经过时间数字转换器(TimetoDigitalConverter，TDC，以下简称TDC)，输出数字化的时间信息，该时间信息进一步被FPGA获取。FPGA获取电荷信息、时间信息后，需要进一步的逻辑处理，使得电荷、时间信息适合计算机软件端的图像处理，最后将处理完的电荷、时间数据传输到计算机，整个电子学系统的处理流程图如图2所示。国际上已投入使用的主流商用PET设备采用的是分立的器件实现整个PET电子学的功能，其体积大、功耗高，使得整个PET系统集成度不高，硬件的安装、调试极不方便。目前国际上的许多研究机构正在开发基于专用ASIC芯片的PET电子学，其利用一片ASIC芯片就能够完成多通道的电荷、时间测量，极大的提高PET电子学系统的集成度，且ASIC芯片在设计之初就考虑了功耗问题，其正常进行电荷、时间测量时的功耗非常低。本专利技术要解决的技术问题是：专用的ASIC芯片虽然集成了分立器件所能实现的所有功能，但为了使其正常工作，FPGA必须实时控制其工作参数，并按照ASIC芯片规定的时序接收其输出的数字化的电荷、时间数据。而该ASIC芯片的参数控制多达835bit，其中640bit为其正常工作的参数，另外195bit为该ASIC调试模式的参数；另外该ASIC每完成一次电荷、时间测量，其总的串行数据量输出高达960bit；因此，虽然在硬件结构上用该ASIC很容易取代目前的分立器件电子学方式，但如何用FPGA控制该ASIC芯片，获取信号正确的电荷、时间信息，是需要解决的一个技术难点。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于Petiroc2aASIC芯片的PET电子学系统数据处理方法及PET电子学系统。该方法通过现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA，以下简称FPGA)实现了对Petiroc2a工作状态的实时控制和PET系统前端探测器输出信号的电荷、时间数据的实时采集，同时FPGA通过网络模块实时与计算机通信，最终实现了计算机实时控制Petiroc2a，实时获取探测器输出的模拟信号的电荷信息和时间信息的功能。本专利技术的技术方案为：一种PET电子学数据处理方法，其步骤包括：1)利用FPGA接收模拟ASIC芯片的配置数据，FPGA的采集参数配置模块根据所述配置数据配置该模拟ASIC芯片的工作参数，使该模拟ASIC芯片的工作状态符合PET成像电子学处理的要求；2)利用FPGA接收模拟ASIC芯片的调试参数，FPGA的调试参数配置模块根据所述调试参数配置该模拟ASIC芯片内部要输出的信号测试点，如果该模拟ASIC芯片内部的要输出信号测试点的输出信号满足PET电子学处理的要求则进行步骤3)，否则修改并重新配置该模拟ASIC芯片的工作参数；3)利用数据获取与处理模块获取该模拟ASIC芯片串行输出的N路电荷、时间数据，并将其转换为N路并行数据，然后提取每路的电荷、时间数据并添加相应的通道编号；然后将每路的电荷、时间数据解码转换成二进制格式的电荷、时间数据，然后对N路电荷、时间数据进行N：1的数据预处理后输出。进一步的，所述模拟ASIC芯片为32通道Petiroc2a芯片。进一步的，所述采集参数配置模块根据所述配置数据配置该模拟ASIC芯片的工作参数的方法为：所述采集参数配置模块包括配置发送模块640、配置接收模块640和比较模块640；配置发送模块640读取所述配置数据并将其重复2次发送到该模拟ASIC芯片的配置模块640；配置发送模块640第2次发送所述配置数据的同时，配置接收模块640接收该模拟ASIC芯片的配置模块640发送的配置数据；当配置发送模块640完成第2次的配置数据发送时，配置接收模块640同步完成接收来自该配置模块640发送的配置数据；比较模块640判断配置发送模块640发送的配置数据和配置接收模块640接收到的配置数据是否相同，如果相同，则该模拟ASIC芯片的配置参数配置成功，否则判断该模拟ASIC芯片的配置参数配置失败。进一步的，所述调试参数配置模块根据所述调试参数配置该模拟ASIC芯片内部要输出的信号测试点的方法为：所述调试参数配置模块包括配置发送模块195、配置接收模块195和比较模块195；配置发送模块195读取所述调试参数并将其重复2次发送到该模拟ASIC芯片的配置模块195，配置发送模块195第2次发送调试参数的同时，配置接收模块195接收该配置模块195发送的调试参数；当配置发送模块195完成第2次的调试参数发送时，配置接收模块195同步完成接收来自配置模块195发送的调试参数；比较模块195判断配置发送模块195发送的调试参数和配置接收模块195接收到的调试参数是否相同，如果相同，则该模拟ASIC芯片的调试参数配置成功，否则配置失败。进一步的，所述进行N：1的数据预处理的方法为：将N路电荷、时间数据在同一时钟上升沿输入数据传输模块，然后在接下来的N个时钟周期内，每次时钟上升沿数据传输模块输出1路电荷、时间数据，经过N个时钟周期，完成数据传输模块N：1的数据预处理。一种PET电子学系统，其特征在于，包括模拟ASIC芯片和FPGA；所述FPGA包括采集参数配置模块、调试参数配置模块和数据获取与处理模块模块；其中，所述采集参数配置模块，用于根据FPGA接收的模拟ASIC芯片的配置数据，配置该模拟ASIC芯片的工作参数，使该模拟ASIC芯片的工作状态符合PET成像电子学处理的要求后启动所述调试参数配置模块；所述调试参数配置模块，用于根据FPGA接收的模拟ASIC芯片的调试参数，配置该模拟ASIC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PET电子学数据处理方法，其步骤包括：1)利用FPGA接收模拟ASIC芯片的配置数据，FPGA的采集参数配置模块根据所述配置数据配置该模拟ASIC芯片的工作参数，使该模拟ASIC芯片的工作状态符合PET成像电子学处理的要求；2)利用FPGA接收模拟ASIC芯片的调试参数，FPGA的调试参数配置模块根据所述调试参数配置该模拟ASIC芯片内部要输出的信号测试点，如果该模拟ASIC芯片内部的要输出信号测试点的输出信号满足PET电子学处理的要求则进行步骤3)，否则修改并重新配置该模拟ASIC芯片的工作参数；3)利用数据获取与处理模块获取该模拟ASIC芯片串行输出的N路电荷、时间数据，并将其转换为N路并行数据，然后提取每路的电荷、时间数据并添加相应的通道编号；然后将每路的电荷、时间数据解码转换成二进制格式的电荷、时间数据，然后对N路电荷、时间数据进行N：1的数据预处理后输出。

【技术特征摘要】
1.一种PET电子学数据处理方法，其步骤包括：1)利用FPGA接收模拟ASIC芯片的配置数据，FPGA的采集参数配置模块根据所述配置数据配置该模拟ASIC芯片的工作参数，使该模拟ASIC芯片的工作状态符合PET成像电子学处理的要求；2)利用FPGA接收模拟ASIC芯片的调试参数，FPGA的调试参数配置模块根据所述调试参数配置该模拟ASIC芯片内部要输出的信号测试点，如果该模拟ASIC芯片内部的要输出信号测试点的输出信号满足PET电子学处理的要求则进行步骤3)，否则修改并重新配置该模拟ASIC芯片的工作参数；3)利用数据获取与处理模块获取该模拟ASIC芯片串行输出的N路电荷、时间数据，并将其转换为N路并行数据，然后提取每路的电荷、时间数据并添加相应的通道编号；然后将每路的电荷、时间数据解码转换成二进制格式的电荷、时间数据，然后对N路电荷、时间数据进行N：1的数据预处理后输出。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟ASIC芯片为32通道Petiroc2a芯片。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采集参数配置模块根据所述配置数据配置该模拟ASIC芯片的工作参数的方法为：所述采集参数配置模块包括配置发送模块640、配置接收模块640和比较模块640；配置发送模块640读取所述配置数据并将其重复2次发送到该模拟ASIC芯片的配置模块640；配置发送模块640第2次发送所述配置数据的同时，配置接收模块640接收该模拟ASIC芯片的配置模块640发送的配置数据；当配置发送模块640完成第2次的配置数据发送时，配置接收模块640同步完成接收来自该配置模块640发送的配置数据；比较模块640判断配置发送模块640发送的配置数据和配置接收模块640接收到的配置数据是否相同，如果相同，则该模拟ASIC芯片的配置参数配置成功，否则判断该模拟ASIC芯片的配置参数配置失败。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调试参数配置模块根据所述调试参数配置该模拟ASIC芯片内部要输出的信号测试点的方法为：所述调试参数配置模块包括配置发送模块195、配置接收模块195和比较模块195；配置发送模块195读取所述调试参数并将其重复2次发送到该模拟ASIC芯片的配置模块195，配置发送模块195第2次发送调试参数的同时，配置接收模块195接收该配置模块195发送的调试参数；当配置发送模块195完成第2次的调试参数发送时，配置接收模块195同步完成接收来自配置模块195发送的调试参数；比较模块195判断配置发送模块195发送的调试参数和配置接收模块195接收到的调试参数是否相同，如果相同，则该模拟ASIC芯片的调试参数配置成功，否则配置失败。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行N：1的数据预处理的方法为：将N路电荷、时间数据在同一时钟上升沿输入数据传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：周魏，黄先超，李道武，丰宝桐，王培林，胡婷婷，李晓辉，卢贞瑞，章志明，魏存峰，魏龙，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11