[发明专利]一种PET电子学数据处理方法及PET电子学系统

说明书

本发明公开了一种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。本发明保证了ASIC工作正常可控且可靠。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Analog to Digital Converter，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(Time to DigitalConverter，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。

本发明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。

发明内容