Pet成像系統的環形拓撲結構及其實現方法
2023-05-04 11:23:36 1
專利名稱：Pet成像系統的環形拓撲結構及其實現方法
技術領域：
本發明涉及PET，PET/CT，PET/MR醫學成像系統的基本拓撲結構，以及這種基本結構的實現方法。
背景技術：
PET是ー種核醫學功能成像的儀器，因為可以迅速準確診斷癌症細胞群，特別是早期癌症。是腫瘤、心血管疾病和神經類疾病的診療的好工具而迅速應用於臨床。作為ー個大型放射性測量系統，成像的測量的探測器單元數以萬、十萬計，通過探測器設計通道數降到千計，為了獲得成像效果:數分鐘內，至少獲得千萬個符合事件，判選和放棄數千萬個非符合的單舉事件的能力，只能採取分布式的採集模式。星型結構是目前的PET系統通常採用的採集模式。每個探測器的信號經過放大成型後，均有獨立的AD轉化為數字信息，多路AD數據匯聚到ー個集中的處理單元(front-end)，進行處理以判斷有用的全能峰事件，並解析射線在最小成像単元的位置；把所有處理單元事件匯集到ー個中心處理單元，也即符合處理單元，對符合事件集中進行判選和輸出。星型的拓撲結構是自然的邏輯結果，把分布式的信息集中處理和輸出。但是這種結構往往在設計完成時，成像系統是單一的固定的，是在硬體上完全無法改變的體系。在中心處理單元接收信息的分支數目，分支的信息容量即處理的探測器單元數目已經固定，任何硬體上的少許改動就會涉及整個PET系統的全新設計。當發展高性能的PET系統時面臨的極大硬體的IO時，中心處理單元也面臨極大的處理能力的挑戰和數據帶寬的挑戰。
發明內容
本發明目的是提供一種可降低符合模塊的處理工作量和増加硬體IO的通道數目，隨意增減系統射線探測器處理容量，從而方便地生產三環、四環、五環和六環系統的PET成像系統的拓撲結構的實現方法。PET系統的事件符合判選由分布式的一系列符合模塊來完成，這些符合模塊被串聯成ー個環形結構，每個符合模塊就是鏈路上的ー個節點模塊；環形結構中至少ー個濾出節點模塊，完成符合事件的取出。具體方法是:多組探測器的電子學信號匯聚到ー個事件處理模塊，在事件處理模塊完成信號的成形，數位化和數字分析，選取全能峰事件；多個事件處理模塊的信息輸出匯聚到ー個節點模塊，在節點模塊中進行事件符合判選；複雜系統採用多個事件處理模塊加符合模塊形成星型分支，再將各分支的符合模塊級串形成環形加星型的結構，一個簡單的成像系統中事件處理模塊功能和符合模塊功能結合在一起形成節點模塊，級串形成單ー環形結構。本發明的拓撲結構包括用於接收和處理來自多路射線探測器信號的事件處理模塊、接收多路事件處理模塊的事件符合檢測節點模塊、至少ー個符合事件濾出節點模塊；所述各節點模塊和濾出節點模塊依次地由總線或點對點數據傳輸串接起來形成ー個閉合環型結構，數據信息在探測器上產生，先匯聚到事件處理模塊，在進ー步匯聚到節點模塊進入環形結構，並在環形結構中循環流動；
每個節點模塊緩存匯聚到本節點模塊上的信息以用於符合檢測，還將本節點模塊上的信息直接發給下個節點模塊，使本節點的信息在環形結構中流動；
每個節點模塊對來自本節點模塊的信息或來自上個節點模塊的過時的信息進行判斷和刪除，並禁止將已刪除的信息繼續傳送，平衡和減少不斷進入環內的數據量；
每個節點模塊對來自上個節點模塊的事件信息與本節點模塊的事件信息進行時間判選，並將同時出現在符合時間窗ロ內的兩個事件判斷為符合事件，然後將符合事件的信息進行標記；
每個節點模塊將符合事件的信息，或者沒有過期的來自上個節點模塊的單舉事件信息傳向下ー個節點模塊，讓符合事件傳向符合事件濾出節點，讓單舉事件有機會跟更多節點上的事件進行符合判選；
所述濾出節點檢出符合標記事件信息，並禁止檢出的符合標記事件信息繼續傳輸至下一個節點模塊，並將該符合事件信息傳遞到數據採集的計算機上。本發明工作原理:各射線探測器的信號經過AD轉化匯聚到事件處理模塊(front-end功能模塊)，經事件處理模塊處理後實現了信號全能峰判選和探測晶體位置的解析；多個事件處理模塊的事件信息匯集到ー個符合節點模塊，由許多節點模塊串聯形成的信號傳輸環路，事件與事件的符合判選在環路上完成；節點將符合的新信息發至下ー個節點模塊，即符合數據在環內循環，直至到達具有檢出符合標記事件信息、並將檢出的符合標記事件信息傳輸到相連的計算中心上的濾出節點模塊而終止，被濾出的符合事件信息則在計算中心控制下再傳輸至PET系統的檢測和控制功能模塊；在事件處理模塊篩選的事件是單舉事件，單舉事件匯入節點時會緩存ー份拷貝，保留到檢出符合或成為過時為止，另ー份拷貝被注入環中循環直至 檢出符合或成為過時為止。本發明由於實現了中心處理單元的環路化結構，集中的任務被分散到各個節點模塊上，每個節點的硬體結構，軟體(FPGA)結構功能相同，任務變得簡單有效，每個単元的IO的數量得到了降低，數據傳送鏈路的使用效率得到了提高，但系統總體IO容量得到增加並且處理能力得到極大提升。更加重要的是這種環形結構的PET系統，通過增減節點數目和節點處理量的方法，在不改變硬體電子學和硬體中FPGA程序，即不改變系統設計，實驗PET系統搭建積木式的生產，按用戶的需求實現高檔到抵擋，臨床與研究型的PET生產。利用該結構，可大大減少了符合處理單元的計算量和IO負荷，實現簡單系統和複雜系統生產的切換，極大的提高研發效率。讓PET系統的生產成為一種搭積木式的效果，方便地生產三環，四環，五環和六環系統，同時通過增減節點數目和改變探測器中晶體大小來實現高/低分辨，小動物小系統與人體大系統的生產切換。
圖1為本發明用於人體大系統時環形加星形的拓撲的結構及數據流原理圖。圖2為本發明用於小動物小系統時環形的拓撲的結構及數據流原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，A是插拔式的用於接收和處理來自多路射線探測器信號的事件處理模塊(front-end功能模塊)，B是符合節點模塊，C是環形結構中符合事件的濾出節點模塊，D是PET系統的檢測和控制功能模塊。PC為數據採集計算機。各個處理単元A可以(但不限幹)通過機箱插拔式，各個節點模塊B可分別設置於機箱的母板上，且節點模塊B以插口數目可變的方式鏈入，模塊B對機箱的插板可自動識別。各節點模塊B和濾出節點模塊C依次地由總線或點對點數據傳輸串接起來形成一個閉合環型結構，也就是用數據線將各個機箱級串起來。每個節點模塊B緩存本節點模塊上的信息以用於符合檢測，還將本節點模塊上的信息直接發給下個節點模塊。每個節點模塊對來自本節點模塊的信息或來自上個節點模塊的過時的信息進行判斷和刪除，並禁止將已刪除的信息繼續傳送。每個節點模塊對來自上個節點模塊的信息與本節點模塊的信息進行時間判選，並在符合時間窗ロ內判斷符合事件，然後將符合事件的信息進行標記。每個節點模塊將符合事件的信息，或者沒有過期的來自上個節點模塊的單舉事件信息傳向下一個節點模塊。濾出節點模塊C檢出符合標記事件信息，並將檢出的符合標記事件信息傳輸到相連的計算中心PC上，並禁止檢出的符合標記事件信息繼續傳輸至下一個節點模塊。 在計算中心PC的控制下，將檢出的符合標記事件信息傳輸到PET系統的檢測和控制功能模塊D。以上各功能模塊、節點模塊通常指硬體的邏輯門陣列(FPGA)，以獲得高速及時處理能力。由圖2可見，所示環型結構跟圖1所示星型加環型結構ー樣，各節點模塊B和濾出節點模塊C依次地由總線或點對點數據傳輸串接起來形成ー個閉合環型結構，各個節點模塊和濾出節點模塊有著完全相同的事件符合判選，濾出，事件信息的傳遞和過時刪除功能。由於系統簡單，探測器數目較少，探測器 的信號直接接入節點模塊，由節點模塊來完成上一級事件分析模塊的功能，這樣簡化了系統的結構。
權利要求
1.PET成像系統的環形拓撲結構的實現方法，其特徵在於:PET系統的事件符合判選由分布式的一系列符合模塊來完成，這些符合模塊被串聯成ー個環形結構，每個符合模塊就是鏈路上的一個節點模塊；環形結構中至少ー個濾出節點模塊，完成符合事件的取出。
2.根據權利要求1所述方法，其特徵在於:多組探測器的電子學信號匯聚到ー個事件處理模塊，在事件處理模塊完成信號的成形，數位化和數字分析，選取全能峰事件；多個事件處理模塊的信息輸出匯聚到ー個節點模塊，在節點模塊中進行事件符合判選；複雜系統採用多個事件處理模塊加符合模塊形成星型分支，再將各分支的符合模塊級串形成環形加星型的結構，一個簡單的成像系統中事件處理模塊功能和符合模塊功能結合在一起形成節點模塊，級串形成單ー環形結構。
3.—種PET成像系統的環形拓撲結構，其特徵在於:包括用於接收和處理來自多路射線探測器信號的事件處理模塊、接收多路事件處理模塊的事件符合檢測節點模塊、至少一個符合事件濾出節點模塊； 所述各節點模塊和濾出節點模塊依次地由總線或點對點數據傳輸串接起來形成ー個閉合環型結構； 每個節點模塊緩存本節點模塊上的信息以用於符合檢測的功能模塊，還將本節點模塊上的信息直接發給下個節點模塊； 每個節點模塊對來自本節點模塊的信息或來自上個節點模塊的過時的信息進行判斷和刪除，並禁止將已刪除的信息繼續傳送； 每個節點模塊對來自上個節點模塊的信息與本節點模塊的信息進行時間判選，並在符合時間窗口內判斷符合事 件，然後將符合事件的信息進行標記； 每個節點模塊將符合事件的信息，或者沒有過期的來自上個節點模塊的單舉事件信息傳向下ー個節點模塊； 所述濾出節點模塊檢出符合標記事件信息，並禁止檢出的符合標記事件信息繼續傳輸至下ー個節點模塊，將檢出符合事件信息傳遞給數據採集的計算機上。
全文摘要
PET成像系統的環形拓撲結構及其實現方法，涉及PET，PET/CT，PET/MR醫學成像系統的基本拓撲技術領域，PET系統的事件符合判選由分布式的一系列符合模塊來完成，這些符合模塊被串聯成一個環形結構，每個符合模塊就是鏈路上的一個節點模塊；環形結構中至少一個濾出節點模塊，完成符合事件的取出。可大大減少符合處理單元的計算量和IO負荷，實現簡單系統和複雜系統生產的切換，極大的提高研發效率。讓PET系統的生產成為一種搭積木式的效果，方便地生產三環，四環，五環和六環系統，同時通過增減節點數目和改變探測器中晶體大小來實現高/低分辨，小動物小系統與人體大系統的生產切換。
文檔編號A61B6/03GK103099639SQ20131006467
公開日2013年5月15日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者吳和宇, 張輝, 王毅, 居小平 申請人:江蘇中惠醫療科技股份有限公司