CN102772217A

CN102772217A - 一种针对pet符合系统的测试方法及装置

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Publication number: CN102772217A
Application number: CN2011101234883A
Authority: CN
Inventors: 张骋; 谢舒平; 李弋可; 俞王新
Original assignee: SHANGHAI BIOMEDICAL ENGINEERING RESEARCH CENTER
Current assignee: SHANGHAI BIOMEDICAL ENGINEERING RESEARCH CENTER
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-05-13
Also published as: CN102772217B

Abstract

本发明公开了一种针对PET符合系统的测试装置及方法，该装置包括PC机，数字回放板；PC机用以存放、发送伽玛射线的数据信息；所述数据信息包括时间、位置和能量信息；数字回放板与PC机相连，用以接收并处理PC机发送的伽玛射线的数据信息，输出测试信号给符合系统作符合判断；数字回放板包括FPGA芯片及其外围电路；FPGA芯片内设有延时链，用以将伽玛射线的时间脉冲发送给符合系统；伽玛射线的位置和能量信息通过并串转化后输出给符合系统。本发明可以实时连续地将海量的模拟数据或实测信息发送给符合系统作为其测试的信号源，一方面剔除了探测器对符合测试的影响，另一方面也解决了传统测试方法因伽玛射线的随机性很难对每个事件进行定量分析的弊端。

Description

一种针对PET符合系统的测试方法及装置

技术领域

本发明属于核医学技术领域，涉及一种针对PET符合系统的测试方法及装置。

背景技术

医学中的PET(Positron emission tomography，正电子发射断层扫描)系统主要由探测器环模块、前端电子线路系统、符合处理系统、数据采集系统、机电控制系统、校正系统和相应的图像重建和图像处理软件系统等构成。其中探测器环模块是由闪烁体、光电器件所组成，它的功能是探测正电子湮灭时所转换成的一对伽玛光子所分别命中的环上晶体条的位置，并把这些位置信号转换成电信号，连带伽玛光子的能量信息和到达时刻的时间信息一起送到后续的前端电子线路系统中去；前端电子线路系统是由放大器、线性相加、ADC、位置表和能量表等组成；由前端电子线路系统输出的定位数据、定时数据和“事例”有效性数据一起送入后面的符合处理系统；符合处理系统的功能是确定符合，即判断一对伽玛光子是否是由一次湮灭事例所发出的，也即去掉偶然符合事例，选出真实的符合事例；此后把选出的真实符合事例所命中的两个探测器点的坐标经数据采集系统传到主控制台的计算机系统。计算机和工作站及相应的各个软件包完成数据采集、校正、系统监控、图像重建和图像处理，并结合医用计算机实现临床上的各种操作和诊断要求。

在PET系统中，探测器对伽玛射线进行探测从而获得其全部信息，包括位置、时间和能量。符合系统则根据每个伽玛射线事件的时间进行甄别，将由同一个正电子湮灭产生的一对伽玛射线遴选出来。每个事件能量的一致性取决于其在传播的路径上是否发生了散射，这对最后的成像至关重要。符合系统对能量做进一步的判断更有利于提高成像的质量。但是由于放射源产生伽玛射线的时间和位置都是随机的，而且伽玛射线的位置、时间和能量信息更依赖于探测器的精度，传统的符合系统测试无法独立判断符合系统的性能指标，对于符合系统设计中出现的问题更是无法精确的定位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种针对PET符合系统的测试方法以及依据该方法设计的测试装置；上述测试装置和方法均可以实现独立判断符合系统的性能指标，对符合系统设计中出现的问题进行精确的定位。

一种针对PET符合系统的测试方法包括以下步骤：

步骤一，PC机将存放的伽玛射线的数据信息发送给数字回放板；所述数据信息包括时间、位置和能量信息；

步骤二，数字回放板接收并处理PC机发送的伽玛射线的数据信息，输出测试信号给符合系统作符合判断。其具体实现方式为：所述数字回放板包括FPGA芯片及其外围电路；所述FPGA芯片内设延时链，所述延时链将伽玛射线的时间信息发送给符合系统；所述伽玛射线的位置和能量信息通过并串转化后输出给符合系统。

所述步骤二中，延时链的工作方法为：延时链中的FIFO模块通过PC机端的串口与PC机相连，FIFO模块作为PC向数字回放板发送的伽玛射线数据信息的缓冲区；延时链中的延迟模块与FIFO模块的输出端相连，FIFO输出的伽玛射线时间信息(二进制码)通过它转变为PET符合系统接收到的多通道脉冲电平；延时链中并联的检波器的输入端分别与所述延迟模块相连，各个检波器的输出信号通过或逻辑门进行逻辑或运算，得出延时链的输出脉冲。

所述步骤二中，所述外围电路还包括开关，时钟振荡器，它们与所述FPGA芯片相连，作为重现伽玛射线的时间脉冲、发出位置、及能量信息的基准时钟。通过调整伽玛射线的时间脉冲的宽度来调节符合系统中判断时间窗的大小。

根据上述针对PET符合系统的测试方法，本发明设计了一种针对PET符合系统的测试装置：包括PC机，数字回放板；所述PC机用以存放、发送伽玛射线的数据信息；所述PC机通过PC端的串口与所述数字回放板相连；所述数据信息包括时间、位置和能量信息；所述数字回放板与PC机相连，用以接收并处理PC机发送的伽玛射线的数据信息，输出测试信号给符合系统作符合判断；所述数字回放板包括FPGA芯片及其外围电路；所述FPGA芯片内设有延时链，所述延时链用以将伽玛射线的时间脉冲发送给符合系统；所述伽玛射线的位置和能量信息通过并串转化后输出给符合系统。

上述装置中，所述外围电路包括开关，时钟振荡器；所述开关与所述FPGA芯片相连，用以调整伽玛射线的时间脉冲的宽度，进而调节符合系统中判断时间窗的大小；所述时钟振荡器与所述FPGA芯片相连，用以作为重现伽玛射线的时间脉冲、发出位置、及能量信息的基准时钟。

上述装置中，所述延时链包括FIFO模块，延迟模块，至少2个并联的检波器；所述FIFO模块通过PC机端的串口与PC机相连，作为PC向数字回放板发送的伽玛射线数据信息的缓冲区；所述延迟模块与FIFO模块的输出端相连，FIFO输出的伽玛射线时间信息(二进制码)通过它转变为PET符合系统接收到的多通道脉冲电平；各个检波器的输入端分别与所述延迟模块相连，各个检波器的输出信号通过或逻辑门进行逻辑或运算得出延时链的输出脉冲。

本发明的有益效果在于：本发明可以利用GATE软件非常精确的获得所有伽玛射线的位置、时间和能量信息，实时连续地将海量的模拟数据或实测信息发送给符合系统作为其测试的信号源，一方面剔除了探测器对符合测试的影响，另一方面也解决了传统测试方法因伽玛射线的位置、时间和能量信息的随机性很难对每个事件进行定量分析的弊端。

附图说明

图1为本发明所述的针对PET符合系统的测试装置的系统框图；

图2为延时链的电路结构示意图。

具体实施方式

GATE是建立在粒子与探测器模拟软件Geant4基础上的一套面向发射断层成像的仿真软件。它可以模拟放射源产生的511keV的伽玛射线在闪烁晶体内部进行能量沉积的过程，还可以根据PET实际的前段探测器电路的信号处理流程和性能特点，非常精确的给出所有伽玛射线的位置、时间和能量信息。本发明即基于GATE软件提出的针对PET符合系统的测试装置及方法。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种针对PET符合系统的测试装置，如图1所示，该测试装置包括PC机，数字回放板。

伽玛射线的数据信息(包括时间、位置和能量信息)能够存放在普通的PC上，然后通过PC端的串口，将数据发送给下行端的一块数字回放板。PC机通过波特率最高为921600bps的串口将所述伽玛射线的数据信息(包括伽玛射线的时间，位置和能量)传送给FPGA。

数字回放板上主要由一块高性能的FPGA芯片及其外围电路构成，伽玛射线的时间脉冲由FPGA内部的精度达到570ps的延时链(通过FPGA内部的基本逻辑单元LUT实现)发送给符合系统做符合判断，位置和能量信息通过并串转化后高速输出给符合系统。数字回放板上有一个高精度的100MHz时钟，作为重现伽玛射线的时间脉冲、发出位置、能量信息的基准时钟。同时数字回放板上的开关可以用来调整时间脉冲的宽度，进而调节符合系统中判断的时间窗大小。LED会显示数字回放板是否处于数据收发状态。所述延时链是基于Virtex-5FPGA芯片内的LUT(Look Up Table，显示查找表)搭建成，可以完成时间精度为570ps的脉冲重现，其基本结构如图2所示。所述延时链包括FIFO模块，延迟模块，至少2个并联的检波器，以及或逻辑门；所述FIFO模块通过PC机端的串口与PC机相连，作为PC向数字回放板发送的伽玛射线数据信息的缓冲区；所述延迟模块与FIFO模块的输出端相连，FIFO输出的伽玛射线时间信息(二进制码)通过它转变为PET符合系统接收到的多通道脉冲电平；各个检波器的输入端分别与所述延迟模块相连，各个检波器的输出信号通过或逻辑门进行逻辑或运算得出延时链的输出脉冲。

以圆柱型的FDG(脱氧葡萄糖)源(半径100mm，长度185mm，放射性强度370000000Bq)进行Gate仿真，得到时间长度为120ms的符合系统测试。符合系统的符合结果与Gate系统的理论符合结果有超过98％的吻合，很好地证明了基于数据重现装置的符合系统测试新方法的正确性。

本发明根据GATE得出的伽玛射线的位置、时间和能量信息来真实还原符合系统接收到的所有信息；除了模拟数据以外，同时也可以将PET系统先前获得的伽玛射线信息，通过所述测试装置回放重新进行测试，以测试不同的符合系统及它们的一致性。另外在PET系统工作时，本发明也能够用来快速完成符合部分的独立校正工作，提高PET整机工作的可靠性。本发明使符合系统能够脱离探测器独立地进行研发和测试，在性能评估上剔除了传统方法中探测器的影响。在系统运行的过程中，同样可以作为一套校正装置来调整符合系统工作的参数。基于FPGA的设计方法使得本发明并行性好，扩展性好，普遍性好，可以被进一步应用于高能物理、宇宙射线探测及核医学的研究中去。

实施例二

本实施例提供实施例一所述的针对PET符合系统的测试系统的测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤二，数字回放板接收并处理PC机发送的伽玛射线的数据信息，输出测试信号给符合系统作符合判断。

所述数字回放板包括FPGA芯片及其外围电路。

所述FPGA芯片内设延时链，所述延时链将伽玛射线的时间信息发送给符合系统；所述延时链的工作方法为：延时链中的FIFO模块通过PC机端的串口与PC机相连，作为PC向数字回放板发送的伽玛射线数据信息的缓冲区；延时链中的延迟模块与FIFO模块的输出端相连，FIFO输出的伽玛射线时间信息(二进制码)通过它转变为PET符合系统接收到的多通道脉冲电平；延时链中并联的检波器的输入端分别与所述延迟模块相连，各个检波器的输出信号通过或逻辑门进行逻辑或运算，得出延时链的输出脉冲。所述伽玛射线的位置和能量信息通过并串转化后输出给符合系统。

所述外围电路还包括时钟振荡器，开关；所述时钟振荡器与所述FPGA芯片相连，作为重现伽玛射线的时间脉冲、发出位置、及能量信息的基准时钟。所述开关与所述FPGA芯片相连，通过调整伽玛射线的时间脉冲的宽度来调节符合系统中判断时间窗的大小。

本发明的优点在于针对PET符合系统，提出了一种全新的测试结构，既解决在没有PET整机的条件下，对符合系统的测试工作；又可以解决传统测试方法无法进行逐条信息，定量分析的问题。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims

1.一种针对PET符合系统的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：

PC机，用以存放、发送伽玛射线的数据信息；所述数据信息包括时间、位置和能量信息；

数字回放板，与PC机相连，用以接收并处理PC机发送的伽玛射线的数据信息，输出测试信号给符合系统作符合判断；所述数字回放板包括FPGA芯片及其外围电路；所述FPGA芯片内设有延时链，所述延时链用以将伽玛射线的时间脉冲发送给符合系统；所述伽玛射线的位置和能量信息通过并串转化后输出给符合系统。

2.根据权利要求1所述的针对PET符合系统的测试装置，其特征在于，所述外围电路包括：

开关，与所述FPGA芯片相连，用以调整伽玛射线的时间脉冲的宽度，进而调节符合系统中判断时间窗的大小；

时钟振荡器，与所述FPGA芯片相连，用以作为重现伽玛射线的时间脉冲、发出位置、及能量信息的基准时钟。

3.根据权利要求1所述的针对PET符合系统的测试装置，其特征在于，所述延时链包括：

FIFO模块，通过PC机端的串口与PC机相连，用以作为PC机向数字回放板发送的伽玛射线数据信息的缓冲区；

延迟模块，与FIFO模块的输出端相连，用以将所述FIFO模块输出的伽玛射线时间信息转变为PET符合系统接收到的多通道脉冲电平；

至少2个并联的检波器，各个检波器的输入端分别与所述延迟模块相连，各个检波器的输出信号通过或逻辑门进行逻辑或运算得出延时链的输出脉冲。

4.根据权利要求1所述的针对PET符合系统的测试装置，其特征在于：所述PC机通过PC端的串口与所述数字回放板相连。

5.权利要求1所述的针对PET符合系统的测试装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：所述步骤二的具体实现方式为：所述数字回放板包括FPGA芯片及其外围电路；所述FPGA芯片内设延时链，所述延时链将伽玛射线的时间信息发送给符合系统；所述伽玛射线的位置和能量信息通过并串转化后输出给符合系统。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述延时链的工作方法为：

延时链中的FIFO模块通过PC机端的串口与PC机相连，FIFO模块作为P向数字回放板发送的伽玛射线数据信息的缓冲区；

延时链中的延迟模块与FIFO模块的输出端相连，将FIFO输出的伽玛射线时间信息转变为PET符合系统接收到的多通道脉冲电平；

延时链中并联的检波器的输入端分别与所述延迟模块相连，各个检波器的输出信号通过或逻辑门进行逻辑或运算，得出延时链的输出脉冲。

8.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：所述外围电路还包括时钟振荡器，所述时钟振荡器与所述FPGA芯片相连，作为重现伽玛射线的时间脉冲、发出位置、及能量信息的基准时钟。

9.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：所述外围电路包括开关；所述开关与所述FPGA芯片相连，通过调整伽玛射线的时间脉冲的宽度来调节符合系统中判断时间窗的大小。