基于FPGA符合的自由结构PET成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA符合的自由结构PET成像方法及系统，PET探测器结构包括单环形、双环形、双平板型、半圆形、半球形、三角形、四方形或直角形，PET探测器结构由16个探测器模块组成，每个探测器模块均输出4路模拟信号，整个PET探测器共输出64路模拟信号，直接接入4块ADC进行数字化采集和处理，每2块ADC的数字信号传输到1块FPGA，2块FPGA通过FPGA夹层卡进行数据交互，进行信号在线处理，实现16组数据在线符合；通过FPGA处理后，信号传至上位机进行离线处理分析，完成图像重建，得到PET断层图像。本发明专利技术探测器结构更加紧凑，降低了仪器功耗和成本，探测器结构可自由调整结构，使设备紧贴病灶，实现高灵敏度、高计数率，大幅度提升空间分辨率。空间分辨率。空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA符合的自由结构PET成像方法及系统


[0001]本专利技术属于临床PET成像
，尤其涉及一种基于FPGA符合的自由结构PET成像方法及系统。

技术介绍

[0002]正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，PET)是一种无创伤性高品质影像诊断技术，主要用于确定癌症、肿瘤等是否存在、是否扩散转移等，确定心、脑血管疾病及神经性疾病。符合探测技术是指符合线路接受前置电路传送的个体γ事件，并确定它是否属于符合状态，利用该技术可进行正电子放射性核素示踪成像，应用该技术能大大提高探测的灵敏度。
[0003]目前，PET/CT和PET/MR融合成像已经被广泛研究和应用，但大型的PET设备造价高昂，占据空间较大，其空间分辨率只能够满足人体各种功能性成像需求，并不能满足临床前期实验的小动物高精度成像要求，现有的小动物PET体积较大，仪器功耗大，系统的灵活性较差，PET模块结构单一且探测器模块数目多，需使用大量模拟电路电子学模块，成本较高，PET成像系统灵活性低，不能根据成像的对象和用户要求调整结构，灵敏度和计数率不够高。

技术实现思路

[0004]针对上述
技术介绍
中指出的不足，本专利技术提供了一种基于FPGA符合的自由结构PET成像方法及系统，旨在解决上述
技术介绍
中现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于FPGA符合的自由结构PET成像方法，该方法包括以下步骤：
[0007](1)设置PET探测器结构
[0008]根据需求设计对应的PET探测器结构，PET探测器结构由16个探测器模块组成，每个探测器模块均输出4路模拟信号，整个PET探测器共输出64路模拟信号，直接与64路同步数据获取系统相连。最大程度地减小了探测器成本、探测器模块体积以及非线性效应对的分辨率影响。
[0009]PET探测器布局结构包括以下几种：
[0010]单环形：16个探测器模块置于同一平面内，采用环形布局方式，组成封闭的圆环形；
[0011]双环形：16个探测器模块采用环形布局方式，每8个探测器模块组成一层封闭的圆环，形成平行的两层环形结构；
[0012]双平板型：16个探测器模块采用平板相对布局方式，每8个探测器模块组成一层平板，每层平板结构由两组探测器模块紧密平行排布，每组4个探测器模块紧密平行放置，两层平板结构正向相对，其间距为8.9cm；
[0013]半圆形：16个探测器模块置于同一平面内，形成半圆形；
[0014]半球形：16个探测器模块分为上中下三层结构，上层和中层均采用环形分布结构，上层由10个探测器模块形成一个环形，且每个探测器模块平行于水平面；中层由5个探测器模块形成一个环形，且5个探测器模块的顶部与上层中相间隔的5个探测器模块的底部接触，中层中的每个探测器模块外边缘向下方倾斜45
°
；下层为1个探测器模块，且设置于PET探测器结构的中心并垂直于水平面；
[0015]三角形：16个探测器模块置于同一平面内，形成三角形结构，三边分别对应5、5、6个探测器模块；
[0016]四方形：16个探测器模块置于同一平面内，形成四边形结构，每条边均放置4个探测器模块；
[0017]直角形：16个探测器模块采用两层重叠的直角结构布局，每层直角边由8个探测器模块构成，每条直角边均为4个探测器模块。
[0018](2)数据采集与处理
[0019]所述PET探测器输出的64路模拟信号直接接入4块模拟数字转换模块进行数字化采集和处理，每2块模拟数字转换模块的数字信号传输到1块FPGA，共采用2块FPGA，2块FPGA通过FPGA夹层卡进行数据交互，进行信号在线处理，包括信号识别、基线恢复、寻峰采集或波形采集以及探测器之间的符合逻辑，实现16组数据在线符合；选择将信号直接数字化后使用FPGA进行在线处理，其优点在于信号处理灵活性高，可根据实验需要，FPGA可重新编程，自行编写代码修改FPGA逻辑功能，因此，FPGA符合可以根据PET探测器结构而自由编写，以达到符合目的，可以实现多种电子学插件功能，且信号处理实时性更好。PET重建图像质量受到信号采集和信号处理的影响，高分辨率，高采样率的模拟数字转换器能够尽可能保持信号信息不丢失。所述4块模拟数字转换模块使用同一外部触发信号，模拟数字转换模块与FPGA均采用同一外部时钟信号。
[0020]不同PET探测器结构对应的符合逻辑关系如下：
[0021]单环形：每个探测器模块不与相邻探测器模块符合，与其余探测器模块符合，即每个探测器模块均与13个模块进行符合逻辑，共构成104对符合逻辑关系，形成环形视场；
[0022]双环形：同层圆环中，每个探测器模块不与相邻探测器模块符合，与其余探测器模块符合，即同层圆环中，每个探测器模块均与5个探测器模块进行符合逻辑，共构成20对符合逻辑关系；相异两层探测器模块间同层符合关系，即该模块与其径向异层同位置模块符合关系相同，构成20对符合逻辑关系，整体双环形共构成40对符合逻辑关系，形成环形视场；
[0023]双平板型：每个探测器模块不与同一平板上的探测器模块符合，相对平板的探测器模块符合，每个探测器模块均与8个模块进行符合逻辑，共构成64对符合逻辑关系，形成正方体视场；
[0024]半圆形：每个探测器模块不与相邻探测器模块符合，与其余探测器模块符合，共构成94对符合逻辑关系，形成半圆形视场；
[0025]半球形：上层探测器模块与上层中非相邻探测器模块符合，上层模块与中层非轴向同位置探测器模块符合，中层探测器模块与中层中非相邻探测器模块符合，下层探测器模块与上、中层各探测器模块均符合，形成半球形视场；
[0026]三角形：每个探测器模块不与同边上的探测器模块符合，与其余两边的探测器模
块符合，共构成55对符合逻辑关系，形成三角形视场；
[0027]四方形：每个探测器模块不与同边上的探测器模块符合，与其余三边的探测器模块符合，共构成96对符合逻辑关系，形成正方形视场；
[0028]直角形：每个探测器模块不与同一直角边上的探测器模块符合，与另一直角边的探测器模块符合，共构成64对符合逻辑关系，形成直角三角形视场；
[0029](3)获取PET断层图像
[0030]通过FPGA处理后，信号以二进制数据格式存至FPGA内存中，等待信号传输命令，FPGA收到命令后将内存中的信号传至上位机保存，数据保存至上位机后，进行离线处理分析，完成图像重建，得到PET断层图像。
[0031]优选地，所述双环形的PET探测器结构中，两层环形结构层面处紧密相接或两层环形结构层面间隔2.2cm。
[0032]优选地，所述模拟数字转换模块中信号采集系统为高速采样系统，可进行波形采集。
[0033]优选地，所述信号识别采用前沿定时电路原理，所述基线恢复采用平均法，对若干个时钟周期的信号求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于FPGA符合的自由结构PET成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设置PET探测器结构根据需求设计对应的PET探测器结构，PET探测器结构由16个探测器模块组成，每个探测器模块均输出4路模拟信号，整个PET探测器共输出64路模拟信号，所述PET探测器结构包括：单环形：16个探测器模块置于同一平面内，采用环形布局方式，组成封闭的圆环形；双环形：16个探测器模块采用环形布局方式，每8个探测器模块组成一层封闭的圆环，形成平行的两层环形结构；双平板型：16个探测器模块采用平板相对布局方式，每8个探测器模块组成一层平板，每层平板结构由两组探测器模块紧密平行排布，每组4个探测器模块紧密平行放置，两层平板结构正向相对，其间距为8.9cm；半圆形：16个探测器模块置于同一平面内，形成半圆形；半球形：16个探测器模块分为上中下三层结构，上层和中层均采用环形分布结构，上层由10个探测器模块形成一个环形，且每个探测器模块平行于水平面；中层由5个探测器模块形成一个环形，且5个探测器模块的顶部与上层中相间隔的5个探测器模块的底部接触，中层中的每个探测器模块外边缘向下方倾斜45
°
；下层为1个探测器模块，且设置于PET探测器结构的中心并垂直于水平面；三角形：16个探测器模块置于同一平面内，形成三角形结构，三边分别对应5、5、6个探测器模块；四方形：16个探测器模块置于同一平面内，形成四边形结构，每条边均放置4个探测器模块；直角形：16个探测器模块采用两层重叠的直角结构布局，每层直角边由8个探测器模块构成，每条直角边均为4个探测器模块；(2)数据采集与处理所述PET探测器输出的64路模拟信号直接接入4块模拟数字转换模块进行数字化采集和处理，每2块模拟数字转换模块的数字信号传输到1块FPGA，共采用2块FPGA，2块FPGA通过FPGA夹层卡进行数据交互，进行信号在线处理，包括信号识别、基线恢复、寻峰采集或波形采集以及探测器之间的符合逻辑，实现16组数据在线符合，FPGA符合根据PET探测器结构而自由编写，以达到符合目的；所述4块模拟数字转换模块使用同一外部触发信号，模拟数字转换模块与FPGA均采用同一外部时钟信号；不同PET探测器结构对应的符合逻辑关系如下：单环形：每个探测器模块不与相邻探测器模块符合，与其余探测器模块符合，即每个探测器模块均与13个模块进行符合逻辑，共构成104对符合逻辑关系，形成环形视场；双环形：同层圆环中，每个探测器模块不与相邻探测器模块符合，与其余探测器模块符合，即同层圆环中，每个探测器模块均与5个探测器模块进行符合逻辑，共构成20对符合逻辑关系；相异两层探测器模块间同层符合关系，即该模块与其径向异层同位置模块符合关系相同，构成20对符合逻辑关系，整体双环形共构成40对符合逻辑关系，形成环形视场；双平板型：每个探测器模块不与同一平板上的探测器模块符合，与相对平板上的探测器模块符合，每个探测器模块均与8个模块进行符合逻辑，共构成64对符合逻辑关系，形成
正方体视场；半圆形：每个探测器模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英帼，尹永智，黄川，张庆华，裴昌旭，文婧，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：