小型动物正电子发射断层扫描仪数据采集系统的研制

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1、华中科技大学硕士学位论文小型动物正电子发射断层扫描仪数据采集系统的研制姓名：王艳萍申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：于军20060419华中科技大学硕士学位论文摘要正电子发射断层扫描仪(PositronEmissionTomography，PET)是一种重要的核医学成像设备。近年来，PET在临床诊断、疗效评价和基础研究等方面均已显示出独特的优越性，它代表了当代最先进的无创伤性高品质影像诊断技术。小动物PET是专用于灵长类、啮齿类等小型动物的PET扫描仪，在医学、分子生物学和新药开发等方面均有着广泛应用。在小动物PET系统中

2、，由探测器及前端模拟电路产生的模拟信号，经过数据采集系统完成模数(AD)转换和数据处理后由符合电路传送到计算机完成图像重建。数据采集系统的性能将直接影响小动物PET的成像质量。本论文系统地介绍了小动物PET数据采集系统的研制工作。首先从正电子断层扫描的原理入手，介绍了PET技术的特点和仪器的基本结构。通过对小动物PET仪器前端探测器和模拟电路的工作原理及输出信号的特点进行分析，探讨了小动物PET数据采集系统的功能和性能要求。以此为依据和软件两个方面详细介绍了该系统的结构提出了数据采集系统的设计方案，从硬件给出了相应的结构框图、原理图和相关软件

3、说明。着重分析了模数转换部分、FPGA(现场可编程门阵列)部分以及单片机部分的硬件电路和相应的软件设计。最后对数据采集系统的性能进行了测试和评价。测试结果表明，此数据采集系统能够成功地对多个探测器产生的模拟信号进行同步测量和分析，系统工作频率最高可达50M，对应的噪声控制在10my以内。小动物PET数据采集系统综合运用了先进的高速多通道模数转换技术、LVDS(低电压差分信号)传输技术、RS485技术、单片机技术、FPGA及VHDL(超高速集成电路硬件描述语言)等，保证了系统运行的稳定性。该设计不仅满足小动物PET项目对数据采集系统的要求，而且

4、由于设计中所采用技术的通用性和软件编程的灵活性，使其可应用于其它相似的高速多通道数据采集与处理系统中，具有广泛的应用前景。关键词：PET数据采集FPGAAD转换华中科技大学硕士学位论文AbstractPositronEmissionTomographyisaveryimportantnuclearimagingdevice，Itbecomesoneofthemostspecificandsensitivemeansforstudyingmolecularpathwaysandmolecularinteractionsinthelivinghu

5、manbody．Inaddition，PETisalsoapowerfuldiagnosticdeviceforbrainandheartdiseases，especiallyfortumors．SmallAnimalPETisadeviceforprimatesandrodentanimalstudying．Itisusedwidelyinmedicine，molecularbiologyandnewmedicinedevelopment．InSmallAnimalPET，theanalogsignalsgeneratedbydetecto

6、rsandanalogcircuitisconvertedtodigitalsignalsandthenprocessedbythedataacquisitionsystem．Afterthatthedigitalsignalsistransferredtocomputerbycoincidentcircuit，finally，thecomputercompletestheimagereconstruction．Thusthequalityofimageisinfluenceddirectlybytheperformanceofthedata

7、acquisitionsystem．Inthispaper，theworkofdamacquisitionsysteminSmallAnimalPETwasdiscussed．First，byanalyzingtheprincipiumofPET，weintroducedthebasicstructureofPETanditstechnologycharacteristic．Second，theworkingprincipiumandsignalCharacteristicOftheanalogycircuitandtheanteriorde

8、tectorwerediscussed．Then，accordingtothefunctionandtheperformancerequestofthedataac