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基于FPGA的TOF PET符合判选研究

作　者: 王文博
导　师: 张涛
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械电子工程
关键词: 正电子断层发射扫描可编程门阵列时间数字转换器飞行时间符合判选时间分辨率
分类号: R814.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

正电子发射断层扫描(PET-Positron Emission Tomography)是当今最先进的核医学成像技术,属于功能成像技术。它利用放射性的示踪剂在分子水平上动态反映人体内各个器官的的代谢水平和生化反应。将飞行时间(TOF)技术应用于PET是一次伟大的技术革新,TOF技术可以将正电子符合湮灭的位置精确定位,减少重建该事件所涉及到的体素数量,局部的信息浓度高,使得定量更加精确、注射剂量更低、成像更快、临床图像的分辨率更高。要想实现对正电子湮灭的精确定位,TOF PET系统必须具有很高的时间分辨率。将FPGA引入到TOF PET时间测量电路和符合判选电路,使设计的电路具有结构简单、运算量少、体积小等优点,为模块化的TOF PET系统提供了可扩展性和再编程的灵活性。同时使电路获得非常高的处理速度,可满足TOF PET对时间分辨率的要求。本文以~l00ps的时间分辨率为目标,探讨TOF PET的时间数字转换器(TDC)和符合判选电路的设计实现和软件仿真。从系统的开发设计环境出发,介绍了FPGA的基本结构、开发环境和开发语言,讨论了TDC的实现技术,并进行了比较与分析,给出了本文所用技术的总体设计,之后进行了具体模块的设计与实现,获得了~l00ps的时间分辨率。在符合判选电路部分,基于一种模块化、低死时间快速符合系统的设计思路,比较了与逻辑符合方法和时间标记排序方法在时间分辨率和系统复杂度等方面的差别,提出了一种分级符合判选方法,使电路在使用很短时间标记的情况下得到了较好的时间分辨率(~l00ps),简化了系统复杂性。实验结果表明,这种基于FPGA的TDC电路和符合判选电路可以用较低的代价实现TOF PET符合判选。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 PET技术  11-15
  1.3 研究TOF PET符合判选的意义  15
  1.4 研究TOF PET符合判选的挑战  15-16
  1.5 论文主要工作和框架结构  16-19
第2章 TOF PET符合系统的设计原理  19-33
  2.1 系统的开发设计环境  19-23
  2.2 时间数字转换电路(TDC)的实现技术  23-29
  2.3 符合系统的设计原理  29-33
第3章基于FPGA的TDC电路设计与实现  33-45
  3.1 TDC电路的总体设计  33-34
  3.2 电路的模块设计  34-41
  3.3 仿真结果与误差分析  41-43
  3.4 本章小结  43-45
第4章符合判选电路设计与实现  45-63
  4.1 符合判选电路设计方案  45-49
  4.2 分级符合判选电路设计  49-54
  4.3 符合判选电路的仿真分析与性能评估  54-61
  4.4 本章小结  61-63
第5章总结与展望  63-65
  5.1 主要工作总结  63
  5.2 本文的创新性工作  63-64
  5.3 研究展望  64-65
参考文献  65-70
在学期间学术成果情况  70-71
指导教师及作者简介  71-72
致谢  72

基于FPGA的TOF PET符合判选研究

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