[发明专利]基于神经网络定位器的PET探测器信号处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及核信号处理领域，进一步划分属于高分辨PET探测器模块实时信号处理电子学设备。

背景技术

正电子发射计算机断层扫描PET(Positron Emission Tomography)是一种核医学成像技术，在疾病的早期发现和检查中具有重要的作用。用于生命现象本质研究、疾病病理研究以及药物机理研究的小动物PET近年来越来越得到重视。和临床疾病诊断用的人体PET相比，小动物PET对探测器的位置分辨率有较高的要求。目前，高分辨率PET探测器模块的位置分辨率可以做到2mm以下，晶体结构大多采用分割晶体的方法。由于分割晶体方法需要在晶体间填充隔光材料，降低晶体条之间的光串扰，造成探测器有效探测面积的减小，导致了探测效率的降低。采用单块连续晶体减少了死空间，可以明显提高探测效率和能量分辨率，但γ射线在大块闪烁体上的作用位置的定位精度问题一直是基于大块闪烁体探测器研究开发的重点。由多通道光电转换器将闪烁光的分布转化为电信号读出，由光分布信息通过神经网络算法确定作用位置的做法近年来被证明可以获得和分隔晶体方法相当的高分辨率(P.Bruyndonckx，C.Lemaitre，D.J.van der Laan，et al.，“Evaluation of Machine Learning Algorithms for Localization of Photonsin Undivided Scintillator Blocks for PET Detectors”，IEEE Translation on NuclearScience，vol.55，no.3，pp.918-924，June 2008)。但基于大块闪烁体的探测器模块，探测器的信号读出、获取和计算处理都要复杂的多。目前国际上基于大块闪烁体和神经网络定位算法的信号读出、数字化采集和计算处理均是基于实验室的通用核信号处理插件、数字化采集仪器，以及通用计算机组合而成。这样的组合系统集成度低、不具有实时计算能力，不能满足将多个PET探测器模块组合起来构成新型高分辨PET成像仪器的需要。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种基于神经网络定位器的PET探测器信号处理设备，该电子学设备结构紧凑、性能完备，特别是使用FPGA实现了神经网络的在线实时计算。

本发明的技术解决方案：基于神经网络定位器的PET探测器信号处理设备，其特征在于：包括压缩读出电路、模拟数字转换电路、能量甑别和定时电路和FPGA电路，FPGA电路包括符合时间判选电路、基线恢复电路、信号峰值估算电路，神经网络实时计算电路、以及USB接口电路，其中：所述压缩读出电路，将PET探测器中光电转换器输出的像素阵列信号m×n积分成形放大，再通过行、列相加电路将阵列信号中对应相同行和列的像素信号求和，从而得到比像素阵列信号通道数量大为减少的X维定位信号和Y维定位信号，并把它们传输给模拟数字转换电路、能量甑别和定时电路，X维定位信号共m路，Y维定位信号共n路，m和n均为大于等于1的自然数；所述能量赠别和定时电路，分别将m路的X定位信号，n路的Y定位信号求和，所得到的模拟信号的幅度值代表该次探测到的核事例的能量值，该能量值与预先设定好的能量阈值进行比较，如果能量值大于阈值，则输出前沿定时的触发信号给符合时间判选电路，同时该信号还输出到本系统外，作为其它模块电子学的符合时间判选电路使用；所述模拟数字转换电路，共有m+n通道，用于将输入的X和Y定位信号数字化，输出结果发送给FPGA电路内的数据获取电路；所述数据获取电路，实现在符合时间判选电路输出的有效事例信号的控制下，获取模拟数字转换电路连续送来的m+n通道数据流中的有效波形信号，并将有效波形信号输出到基线恢复电路；所述基线恢复电路，用于将获取的有效波形信号的基线恢复到零值，基线恢复后的波形数据送入峰值估算电路中；所述峰值估算电路，用于实时估算m+n路有效波形信号的幅度值，并发送给神经网络实时计算电路；所述神经网络实时计算电路，对有效波形信号的幅度值实时在线计算神经网络，得到该次γ射线击中探测器的位置信息，即X、Y坐标，该信息通过USB接口被系统主计算机读取；所述符合时间判选电路，结合本系统能量甑别电路送来的触发信号和其它探测器模块送来的触发信号，对该次探测到的事例的有效性作时间符合判选，输出的判选结果用于控制数据获取电路获取有效波形信号；所述USB接口电路，用于连接主计算机和本电子学系统进行数据交流，主计算机通过该USB接口向系统中的一些电路发送控制命令和参数，同时读取神经网络实时计算电路的输出结果。