CN112263264A - 基于fpga符合的自由结构pet成像方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于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。
Description
技术领域
本发明属于临床PET成像技术领域，尤其涉及一种基于FPGA符合的自由结构PET成像方法及系统。
背景技术
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。
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。
发明内容
针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种基于FPGA符合的自由结构PET成像方法及系统，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
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：
(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，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。
PET探测器布局结构包括以下几种：
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；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。
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，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；
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；
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；
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；
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；
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；
(3)获取PET断层图像
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。
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。
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。
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平均值作为信号基线值，再将原始信号减去信号基线值即可完成基线恢复，所述寻峰采集为通过寻峰模块先将探测器模块输出的4路信号相加作为总信号，再对总信号利用错位比较的方式，得到信号极小值处的时间戳，通过逻辑电路保留信号峰值处幅值，作为最终有效信号保存；所述波形采集为通过波形积分模块对信号进行若干点采集，通过对有效采样点进行积分，可以得到信号波形面积大小，以作为最终信号保留。
本发明进一步提供了一种基于FPGA符合的自由结构PET成像系统，包括探测器部分、动物床驱动模块、供电模块、数据采集与处理模块及图像重建模块，所述探测器部分包括PET探测器和动物床，动物床通过动物床驱动模块驱动移动，所述PET探测器由16个探测器模块组成，每个探测器模块包括探测晶体、光电转换器件和前端电子学组件；所述供电模块包括高压模块和低压模块，高压模块为光电转换器件提供电源，低压模块为前端电子学组件和动物床驱动模块提供电源；所述PET探测器输出的信号通过数据采集与处理模块进行信号处理，所述数据采集与处理模块包括模数转换器、能够对数据进行实时处理的FPGA及上位机，所述图像重建模块包含FPGA符合算法实现，使采集到的符合数据重建为PET断层图像。
优选地，所述前端电子学组件包括分别以排针排座结构依次连接的PSPMT打拿极分压模块、位置分压电路模块、前置放大器模块以及组件供电模块。使探测器结构更加紧凑，实现探测器的模块化，其结构简单，功能全面。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的PET探测器模块结构可以设计为单环型、双环型(间隔双环型)、双平板型、半圆型、半球型、三角型、四方形、直角形等多种不同结构，PET探测器结构可根据成像对象和用户要求，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。
(2)大幅度减少了PET功能性成像仪器的体积，相比同类小动物PET，结构更加紧凑，减少了部分模拟信号处理模块，电子学机箱和插件等，将其集成于FPGA内部进行处理，降低了仪器功耗和成本，增加了系统的灵活性，使其应用条件更加简单，便捷；相比于普通人体PET，能够节约80％的成本，相比于现有的小动物PET，能节约50％成本。
(3)本发明中信号处理部分避免使用传统电子学插件，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，可以实现多种电子学插件功能，且信号处理实时性更好。
附图说明
图1是自由结构PET探测器阵列型晶体结构示意图。
图2是自由结构PET探测器前端电子学位置分压电路模块电路图。
图3是自由结构PET探测器前端电子学前置放大器模块电路图。
图4是自由结构PET成像系统各组成模块之间的连接关系图。
图5是自由结构PET探测器单环结构与符合示意图。
图6是自由结构PET探测器双环结构与符合示意图。
图7是自由结构PET探测器间隔双环结构与符合示意图。
图8是自由结构PET探测器平板型结构与符合示意图。
图9是自由结构PET探测器半圆形结构与符合示意图。
图10是自由结构PET探测器半球形结构与符合示意图。
图11是自由结构PET探测器三角形形结构与符合示意图。
图12是自由结构PET探测器四边形结构与符合示意图。
图13是自由结构PET探测器直角形结构与符合示意图。
图14是自由结构PET系统信号流程图。
图15是自由结构PET系统中FPGA数字信号处理程序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种基于FPGA符合的自由结构PET成像方法及系统，探测器部分涉及探测器结构和探测器布局，一个完整的探测器模块由探测晶体、光电转换器件和前端电子学组件组成，探测晶体选用闪烁晶体或半导体，可使用各类反射材料(如硫酸钡)或光导光纤等用于提高荧光收集效率，光电转换器件可使用位置灵敏光电倍增管(PSPMT)、硅光电器件(SiPM)等。以阵列型硅酸钇镥(LYSO)晶体和位置灵敏光电倍增管为例，其发光衰减时间为40ns，有效原子序数较大，折射率，吸收波长和吸收系数等性能较好，保证了荧光的输出，体现出较为优异的性能。阵列型晶体条为尺寸为1.3mm×1.3mm×10mm(如图1所示)，晶体阵列总数为16×16，晶体条间使用0.1mm的硫酸钡(BaSO4)作为反射层，直接与位置灵敏光电倍增管耦合，选用与晶体发射荧光波长较为匹配的光电倍增管，其输出12路信号。光电倍增管以排针方式连接到前端模拟信号电子学部分。
前端电子学组件包括四个模块，分别是PSPMT打拿极分压模块、位置分压电路模块(如图2所示)、前置放大器模块(如图3所示)以及组件供电模块，四个模块分别以排针排座结构依次连接的。通过在打拿极之间连接电阻，实现外加高压在各个打拿极上的有效分配，实际设置PSPMT工作电压为-800V，经过11级打拿极后，电信号的增益可达到105数量级。
PSPMT输出12路信号，分别为6路X输出信号和6路Y输出信号，为节约实验成本和实验空间，设计将12路阳极位置信号通过Anger电路转为4路信号(x1,x2,y1,y2)的位置分压电阻网络，如图2所示，这4路信号的幅值通过公式(1)可直接反映射线在LYSO晶体中的作用位置(XY)，4路信号幅值总和反映了伽马光子沉积的相对能量大小。
X＝x2/(x1+x2)；
Y＝y2/(y1+y2)；
E＝x1+x2+y1+y2； (1)
基于AD818AR运算放大器设计的前置放大电路，其原理图如图3所示，该电路分为三个部分：第一部分由U1组成，起跟随放大作用；第二部分由C1、R3、R4组成，起极零相消作用；第三部分由U2组成，起信号主要放大作用。另外，R1为输入匹配电阻，R6为前后级匹配电阻；R5为输出匹配电阻；R8、R9为负反馈电阻分别调节U1、U2的增益；R2与R7为补偿电阻，可调节该电路的基线电平使信号时刻保持在零电平附近。前置放大电路提供两级放大以满足后续信号采集，以及提供阻抗匹配。
探测器部分包括PET探测器和动物床，动物床通过动物床驱动模块驱动移动，电源通过供电模块供给，供电模块包括高压模块和低压模块，高压模块提供光电转换器件的电源，低压模块提供前端电子学组件和动物床驱动模块的电源。
根据影响PET系统的空间分辨率的主要因素，即非线性效应、正电子射程和探测器的本征分辨率。其中非线性效应与系统的直径成正比，正电子射程与放射性核素种类相关，探测器的本征分辨率受探测器影响。考虑三种影响因素，本发明提出了以下几种探测器布局结构，但不限于以下结构，每种结构中PET探测器均由16个探测器模块组成。
结构一：单环形，如图5所示，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，其环内切圆直径为11.8cm。其探测器模块间符合逻辑关系如图5所示，每个探测器模块不与相邻探测器模块符合，与其它剩余探测器模块符合，即每个探测器模块均与13个探测器模块进行符合逻辑，共构成104对符合逻辑关系，形成径向环形视野直径为10.4cm，轴向长度为2.23cm。
结构二：双环形，如图6所示，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；两层环形结构层面处紧密相接，其内切圆直径为5.43cm。探测器模块之间符合逻辑如图6所示，同层圆环中，每个探测器模块不与相邻探测器模块符合，与其它剩余探测器模块符合，即每个探测器模块均与5个模块进行符合逻辑，共有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，有20对符合逻辑关系，整体双环形共有40对符合逻辑关系，形成径向环形视野直径为3.85cm，轴向视场长度为5.2cm。
结构三：间隔双环形，如图7所示，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，两层环形结构层面间隔2.2cm。探测器模块之间符合逻辑关系与双环形相同，其内切圆直径为5.43cm，径向环形视野直径为3.85cm，轴向视场长度为6.69cm。
结构四：双平板型，如图8所示，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；探测器模块间符合逻辑关系如图8所示，每个探测器模块不与同一平板上的探测器模块符合，与相对平板的探测器模块符合，每个探测器模块均与8个探测器模块进行符合逻辑，共构成64对符合逻辑关系，视野大小为边长为8.9cm的正方体。
结构五：半圆形，如图9所示，16个探测器模块置于同一平面内，形成半圆形，其环内切圆直径为19.9cm。其探测器模块间符合逻辑关系如图9所示，每个探测器模块不与相邻探测器模块符合，与其它剩余探测器模块符合，共94对符合逻辑关系，形成径向直径为18cm的半圆形视场，轴向视场长度为22.3cm。
结构六：半球形，如图10所示，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旋转45°放置；下层为1个探测器方向为轴向向上的探测器模块，设置于PET探测器结构的中心并垂直于水平面。其探测器模块间符合逻辑分别为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，形成直径为5.5cm半球形视场。
结构七：三角形，如图11所示，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。其探测器间符合逻辑关系如图11所示，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，形成径向边长为11.2、11.2、13.4的三角形视场，轴向视场长度为2.23cm。
结构八：四方形，如图12所示，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。其探测器模块间符合逻辑关系如图12所示，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，形成径向边长为8.9cm的正方形视场，轴向视场长度为2.23cm。
结构九：直角形，如图13所示，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。其探测器间符合逻辑关系如图13所示，即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，形成径向直角边长为8.92cm的直角三角形视场，轴向视场长度为2.23cm。
一对探测器模块在一定的时间窗内均能获取到信号，则认为这是一对符合信号。符合探测是PET高性能的保证，其设计直接影响PET系统的性能，根据光速计算可得出，两个符合信号到达探测器的时间差距为3.3ns/m，并综合考虑探测器时间性能以确定符合窗(2τ)大小。通过符合逻辑设定后，轴向视场由所使用PET探测器的晶体尺寸确定，本发明中根据不同结构的PET系统可使用的动物床进行移动，移动精度为1微米。考虑到电路的时间性能，将符合窗宽设置为8ns。
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16×4共64路模拟信号，64路模拟信号直接接入4块模拟数字转换模块(ADC)进行数字化采集和处理，该模块具有125MHz采样率、14bit分辨率，每2块ADC的数字信号传输到1块现场可编程门阵列(FPGA)，2块FPGA通过FPGA夹层卡(FMC)进行数据交互，进行信号在线处理(如图15所示)，实现16组数据在线符合。4块模拟数字转换模块使用同一外部触发信号以保证采集同时开始，模拟数字转换模块与FPGA均采用同一外部时钟信号以保证信号同步性。信号流程图如图14所示，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，信号识别采用前沿定时电路原理，由于前端电子学引出的信号信噪比较好，噪声绝对值较小，并且由于信号数字化，因此前沿定时的时间游动效应几乎不会造成定时的影响，并且有电路简单，准确等优点。基线恢复采用平均法，对若干个时钟周期的信号求平均值作为信号基线值，再将原始信号减去信号基线值即可完成基线恢复功能。为获取射线能量，可通过寻峰采集和波形采集两种方式，分别通过寻峰模块和波形积分模块实现。寻峰法先将探测器模块输出的4路信号相加作为总信号，再对总信号利用错位比较的方式，得到信号极小值处的时间戳，通过逻辑电路保留信号峰值处幅值，作为最终有效信号保存。波形采集是基于采集系统的高速性能，能够对信号进行若干点采集，通过对有效采样点进行积分，可以得到信号波形面积大小，以作为最终信号保留，信号采集系统为高速采样系统，可进行波形采集。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，根据采集到的符合事件，经过运算，求出成像区域各处核素浓度，即为PET系统图像重建过程，得到PET断层图像。本系统采用迭代法及滤波反投影法做图像重建。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
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；
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；
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；
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；
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；
(3)获取PET断层图像
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。
2.如权利要求1所述的基于FPGA符合的自由结构PET成像方法，其特征在于，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。
3.如权利要求1所述的基于FPGA符合的自由结构PET成像方法，其特征在于，所述模拟数字转换模块中信号采集系统为高速采样系统。
4.如权利要求1所述的基于FPGA符合的自由结构PET成像方法，其特征在于，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平均值作为信号基线值，再将原始信号减去信号基线值即可完成基线恢复；所述寻峰采集为通过寻峰模块先将探测器模块输出的4路信号相加作为总信号，再对总信号利用错位比较的方式，得到信号极小值处的时间戳，通过逻辑电路保留信号峰值处幅值，作为最终有效信号保存；所述波形采集为通过波形积分模块对信号进行若干点采集，再通过对有效采样点进行积分，得到信号波形面积大小，以作为最终信号保留。
5.用于权利要求1所述的基于FPGA符合的自由结构PET成像方法的PET成像系统，其特征在于，包括探测器部分、动物床驱动模块、供电模块、数据采集与处理模块及图像重建模块，所述探测器部分包括PET探测器和动物床，动物床通过动物床驱动模块驱动移动，所述PET探测器由16个探测器模块组成，每个探测器模块包括探测晶体、光电转换器件和前端电子学组件；所述供电模块包括高压模块和低压模块，高压模块为光电转换器件提供电源，低压模块为前端电子学组件和动物床驱动模块提供电源；所述PET探测器输出的信号通过数据采集与处理模块进行信号处理，所述数据采集与处理模块包括模数转换器、能够对数据进行实时处理的FPGA及上位机，所述图像重建模块包含FPGA符合算法实现，使采集到的符合数据重建为PET断层图像。
6.如权利要求5所述的PET成像系统，其特征在于，所述前端电子学组件包括分别以排针排座结构依次连接的PSPMT打拿极分压模块、位置分压电路模块、前置放大器模块以及组件供电模块。
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