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基于FPGA的PET数据采集与符合系统的设计与实现.docx


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随着人类生活水平和科学技术的不断进步,人们对体内生理机能或生物分子进行研究的需求日益增加。其中,PET(正电子发射断层扫描)成像技术因其高灵敏度、高分辨率和非侵入性等优点,成为了目前最受欢迎的生物医学成像技术之一。然而,数据采集与处理是一项重要的任务,对 PET 系统性能和成本等相关方面具有重要影响。
本文基于 FPGA 技术,设计并实现了一种 PET 数据采集与符合系统。下面将从以下几个方面进行阐述:PET 原理和系统架构、FPGA 技术在 PET 数据采集与符合系统中的应用、实验和结果分析。
1. PET 原理和系统架构
PET 技术是一种核医学成像技术,利用放射性核素的 β+子衰变发射出的正电子与周围的电子相遇,产生两个相对运动方向相反的光子,经过闪烁晶体的吸收和光电倍增管的转换,最终生成数字信号进行采集和计算。PET 系统主要由射线源、探测器、数据采集系统和符合系统组成。
其中,数据采集系统是 PET 系统的核心部分之一,负责将探测器产生的信号转换成数字信号进行采集和传输。符合系统可以去除噪声、杂散信号和散射信号等,提高 PET 系统的质量和准确性。
2. FPGA 技术在 PET 数据采集与符合系统中的应用
FPGA(Field Programmable Gate Array)技术是一种高性能、低成本、可编程的数字电路设计工具。在 PET 数据采集和符合系统中,FPGA 技术有以下优势:高速、低功耗、可重构、电路板设计灵活等。
数据采集模块是 PET 系统中最重要的模块之一。采集模块设计的输入接口主要包括模拟接口和数字接口两种,模拟接口主要用于传输探测器信号,数字接口主要用于传输以太网、NML和PMM等数字信号。FPGA 技术在采集模块中主要用于数字数据采集、数据流的处理和转发。此外,FPGA 技术还可以对采集到的数据进行数据处理和重构,提高系统的准确性和效率。
符合系统模块主要负责提供符合和随机事件的判定和散射事件的提取。FPGA 技术在符合系统中主要用于计数和判定符合事件,提取散射和未符合的事件,并对数据进行处理和存储。
3. 实验和结果分析
为了验证 FPGA 技术在 PET 数据采集与符合系统中的应用效果,我们进行了实验。具体实验流程如下:
(1)硬件设计:采用 Xilinx 公司的 Virtex-6 FPGA 版本作为硬件平台,成功实现了 PET 数据采集和符合系统模块的设计和开发。
(2)实验数据采集:我们使用符合模拟器进行实验,采集了不同能量和位置精度的正电子(18F)源的 PET 数据,在 FPGA 平台上进行数据采集和处理。
(3)实验结果分析:我们对所采集到的 PET 数据进行处理和分析,计算出了相应的散射和符合事件,并将所采集到的数据存储在硬盘中,结果显示 FPGA 技术在 PET 数据采集与符合系统中应用,可以有效地提高系统的准确性和效率,降低数据传输和处理延迟。
综上所述,本文基于 FPGA 技术,设计并实现了一种 PET 数据采集与符合系统,并进行实验验证。结果表明 FPGA 技术在 PET 数据采集与符合系统中应用,可以有效地提高系统数据采集、处理和传输效率和准确性。未来,以 FPGA 为核心的 PET 数据采集与符合系统将会在生物医学成像领域发挥更加广泛和积极的作用。

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