PET成像系统的环形拓扑结构及其实现方法,涉及PET,PET/CT,PET/MR医学成像系统的基本拓扑技术领域,PET系统的事件符合判选由分布式的一系列符合模块来完成,这些符合模块被串联成一个环形结构,每个符合模块就是链路上的一个节点模块;环形结构中至少一个滤出节点模块,完成符合事件的取出。可大大减少符合处理单元的计算量和IO负荷,实现简单系统和复杂系统生产的切换,极大的提高研发效率。让PET系统的生产成为一种搭积木式的效果,方便地生产三环,四环,五环和六环系统,同时通过增减节点数目和改变探测器中晶体大小来实现高/低分辨,小动物小系统与人体大系统的生产切换。
1.PET成像系统的环形拓扑结构的实现方法,其特征在于:PET系统的事件符合判选由分布式的一系列符合节点模块来完成,这些符合节点模块被串联成一个环形结构,每个符合节点模块就是链路上的一个节点模块;环形结构中至少一个滤出节点模块,完成符合事件的取出;多组探测器的电子学信号汇聚到一个事件处理模块,在事件处理模块完成信号的成形,数字化和数字分析,选取全能峰事件;多个事件处理模块的信息输出汇聚到一个节点模块,在节点模块中进行事件符合判选;复杂系统采用多个事件处理模块加符合节点模块形成星型分支,再将各分支的符合节点模块级串形成环形加星型的结构,一个简单的成像系统中事件处理模块功能和符合节点模块功能结合在一起形成节点模块,级串形成单一环形结构。
2.一种PET成像系统的环形拓扑结构,其特征在于:包括用于接收和处理来自多路射线探测器信号的事件处理模块、接收多路事件处理模块的事件符合节点模块、至少一个符合事件滤出节点模块;所述各符合节点模块和滤出节点模块依次地由总线或点对点数据传输串接起来形成一个闭合环型结构;每个符合节点模块缓存本符合节点模块上的信息以用于符合检测的功能模块,还将本符合节点模块上的信息直接发给下个符合节点模块;每个符合节点模块对来自本符合节点模块的信息或来自上个符合节点模块的过时的信息进行判断和删除,并禁止将已删除的信息继续传送;每个符合节点模块对来自上个节点模块的信息与本符合节点模块的信息进行时间判选,并在符合时间窗口内判断符合事件,然后将符合事件的信息进行标记;每个符合节点模块将符合事件的信息,或者没有过期的来自上个符合节点模块的单举事件信息传向下一个符合节点模块;所述滤出节点模块检出符合标记事件信息,并禁止检出的符合标记事件信息继续传输至下一个符合节点模块,将检出符合事件信息传递给数据采集的计算机上。技术领域
本发明涉及PET,PET/CT,PET/MR医学成像系统的基本拓扑结构,以及这种基本结构的实现方法。
背景技术
PET是一种核医学功能成像的仪器,因为可以迅速准确诊断癌症细胞群,特别是早期癌症。是肿瘤、心血管疾病和神经类疾病的诊疗的好工具而迅速应用于临床。作为一个大型放射性测量系统,成像的测量的探测器单元数以万、十万计,通过探测器设计通道数降到千计,为了获得成像效果:数分钟内,至少获得千万个符合事件,判选和放弃数千万个非符合的单举事件的能力,只能采取分布式的采集模式。星型结构是目前的PET系统通常采用的采集模式。每个探测器的信号经过放大成型后,均有独立的AD转化为数字信息,多路AD数据汇聚到一个集中的处理单元(front-end),进行处理以判断有用的全能峰事件,并解析射线在最小成像单元的位置;把所有处理单元事件汇集到一个中心处理单元,也即符合处理单元,对符合事件集中进行判选和输出。星型的拓扑结构是自然的逻辑结果,把分布式的信息集中处理和输出。但是这种结构往往在设计完成时,成像系统是单一的固定的,是在硬件上完全无法改变的体系。在中心处理单元接收信息的分支数目,分支的信息容量即处理的探测器单元数目已经固定,任何硬件上的少许改动就会涉及整个PET系统的全新设计。当发展高性能的PET系统时面临的极大硬件的IO时,中心处理单元也面临极大的处理能力的挑战和数据带宽的挑战。
发明内容
本发明目的是提供一种可降低符合模块的处理工作量和增加硬件IO的通道数目,随意增减系统射线探测器处理容量,从而方便地生产三环、四环、五环和六环系统的PET成像系统的拓扑结构的实现方法。PET系统的事件符合判选由分布式的一系列符合模块来完成,这些符合模块被串联成一个环形结构,每个符合模块就是链路上的一个节点模块;环形结构中至少一个滤出节点模块,完成符合事件的取出。具体方法是:多组探测器的电子学信号汇聚到一个事件处理模块,在事件处理模块完成信号的成形,数字化和数字分析,选取全能峰事件;多个事件处理模块的信息输出汇聚到一个节点模块,在节点模块中进行事件符合判选;复杂系统采用多个事件处理模块加符合模块形成星型分支,再将各分支的符合模块级串形成环形加星型的结构,一个简单的成像系统中事件处理模块功能和符合模块功能结合在一起形成节点模块,级串形成单一环形结构。本发明的拓扑结构包括用于接收和处理来自多路射线探测器信号的事件处理模块、接收多路事件处理模块的事件符合检测节点模块、至少一个符合事件滤出节点模块;所述各节点模块和滤出节点模块依次地由总线或点对点数据传输串接起来形成一个闭合环型结构,数据信息在探测器上产生,先汇聚到事件处理模块,在进一步汇聚到节点模块进入环形结构,并在环形结构中循环流动;每个节点模块缓存汇聚到本节点模块上的信息以用于符合检测,还将本节点模块上的信息直接发给下个节点模块,使本节点的信息在环形结构中流动;每个节点模块对来自本节点模块的信息或来自上个节点模块的过时的信息进行判断和删除,并禁止将已删除的信息继续传送,平衡和减少不断进入环内的数据量;每个节点模块对来自上个节点模块的事件信息与本节点模块的事件信息进行时间判选,并将同时出现在符合时间窗口内的两个事件判断为符合事件,然后将符合事件的信息进行标记;每个节点模块将符合事件的信息,或者没有过期的来自上个节点模块的单举事件信息传向下一个节点模块,让符合事件传向符合事件滤出节点,让单举事件有机会跟更多节点上的事件进行符合判选;所述滤出节点检出符合标记事件信息,并禁止检出的符合标记事件信息继续传输至下一个节点模块,并将该符合事件信息传递到数据采集的计算机上。本发明工作原理:各射线探测器的信号经过AD转化汇聚到事件处理模块(front-end功能模块),经事件处理模块处理后实现了信号全能峰判选和探测晶体位置的解析;多个事件处理模块的事件信息汇集到一个符合节点模块,由许多节点模块串联形成的信号传输环路,事件与事件的符合判选在环路上完成;节点将符合的新信息发至下一个节点模块,即符合数据在环内循环,直至到达具有检出符合标记事件信息、并将检出的符合标记事件信息传输到相连的计算中心上的滤出节点模块而终止,被滤出的符合事件信息则在计算中心控制下再传输至PET系统的检测和控制功能模块;在事件处理模块筛选的事件是单举事件,单举事件汇入节点时会缓存一份拷贝,保留到检出符合或成为过时为止,另一份拷贝被注入环中循环直至检出符合或成为过时为止。本发明由于实现了中心处理单元的环路化结构,集中的任务被分散到各个节点模块上,每个节点的硬件结构,软件(FPGA)结构功能相同,任务变得简单有效,每个单元的IO的数量得到了降低,数据传送链路的使用效率得到了提高,但系统总体IO容量得到增加并且处理能力得到极大提升。更加重要的是这种环形结构的PET系统,通过增减节点数目和节点处理量的方法,在不改变硬件电子学和硬件中FPGA程序,即不改变系统设计,实验PET系统搭建积木式的生产,按用户的需求实现高档到抵挡,临床与研究型的PET生产。利用该结构,可大大减少了符合处理单元的计算量和IO负荷,实现简单系统和复杂系统生产的切换,极大的提高研发效率。让PET系统的生产成为一种搭积木式的效果,方便地生产三环,四环,五环和六环系统,同时通过增减节点数目和改变探测器中晶体大小来实现高/低分辨,小动物小系统与人体大系统的生产切换。
附图说明
图1为本发明用于人体大系统时环形加星形的拓扑的结构及数据流原理图。图2为本发明用于小动物小系统时环形的拓扑的结构及数据流原理图。
具体实施方式
如图1所示,A是插拔式的用于接收和处理来自多路射线探测器信号的事件处理模块(front-end功能模块),B是符合节点模块,C是环形结构中符合事件的滤出节点模块,D是PET系统的检测和控制功能模块。PC为数据采集计算机。各个处理单元A可以(但不限于)通过机箱插拔式,各个节点模块B可分别设置于机箱的母板上,且节点模块B以插口数目可变的方式链入,模块B对机箱的插板可自动识别。各节点模块B和滤出节点模块C依次地由总线或点对点数据传输串接起来形成一个闭合环型结构,也就是用数据线将各个机箱级串起来。每个节点模块B缓存本节点模块上的信息以用于符合检测,还将本节点模块上的信息直接发给下个节点模块。每个节点模块对来自本节点模块的信息或来自上个节点模块的过时的信息进行判断和删除,并禁止将已删除的信息继续传送。每个节点模块对来自上个节点模块的信息与本节点模块的信息进行时间判选,并在符合时间窗口内判断符合事件,然后将符合事件的信息进行标记。每个节点模块将符合事件的信息,或者没有过期的来自上个节点模块的单举事件信息传向下一个节点模块。滤出节点模块C检出符合标记事件信息,并将检出的符合标记事件信息传输到相连的计算中心PC上,并禁止检出的符合标记事件信息继续传输至下一个节点模块。在计算中心PC的控制下,将检出的符合标记事件信息传输到PET系统的检测和控制功能模块D。以上各功能模块、节点模块通常指硬件的逻辑门阵列(FPGA),以获得高速及时处理能力。由图2可见,所示环型结构跟图1所示星型加环型结构一样,各节点模块B和滤出节点模块C依次地由总线或点对点数据传输串接起来形成一个闭合环型结构,各个节点模块和滤出节点模块有着完全相同的事件符合判选,滤出,事件信息的传递和过时删除功能。由于系统简单,探测器数目较少,探测器的信号直接接入节点模块,由节点模块来完成上一级事件分析模块的功能,这样简化了系统的结构。