[发明专利]用于正电子发射计算机断层扫描的万兆以太网传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种正电子发射计算机断层扫描技术领域的系统，具体来讲是一种将10G以太网传输技术应用于正电子发射计算机断层扫描设备的数据采集系统的高速、大容量背板系统的数据传输方案。

背景技术

正电子发射计算机断层扫描（Positron Emission Tomography，简称PET）是核医学领域最先进的临床影像检查技术，PET技术是目前唯一的用解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像的技术，具有无创伤的特点，是目前临床上用以诊断和指导治疗肿瘤最佳手段之一。该技术依赖于对于一对光子的并发事件（同时事件）探测，并非同时抵达探测器的光子将被视为背景事件而丢弃。该技术需要对高速光子进行检测，将高速光子信号转变为电压信号，将电压信号采样转变为数字信号，该数字信号传输到计算机，计算机利用数字信号进行图像重建，普通一次正电子发射计算机断层成像扫描，数据量达几百万个事例。通过改进PET设备数据采集系统，可以获得更多的有效并发事件，从而可以提高正电子发射计算机断层扫描系统的分辨率。

正电子发射计算机断层扫描系统包括前端数据采样系统和背板系统，背板系统的功能是将前端数据采样系统采集到的数据传输至计算机。前端数据采样系统将一对光子转变成为电压信号进行高速采样，获得高速、大容量的PET数据，背板系统将这些大容量数据高速传送至计算机。正电子发射计算机断层扫描设备研制过程难点之一在于数据传输，高速采样后得到的大容量数据，需要及时、准确地传送至计算机。背板系统传统设计方法通过高速数据传输接口如PCI、GTP、SATA、千兆以太网等实现数据传输，尽管这些硬件接口及其数据传输协议可以完成高速大容量数据传输，但这些硬件接口需要在计算机端编写复杂的驱动程序及特殊应用程序，加大了PET设备开发的难度，也增加了PET设备专用软件的研制成本。

经对现有技术检索发现以下相关技术文献：

1、发表在2009IEEE Nuclear Science Symposium Conference上的论文“Development of PET using4x4Array of Large Size Geiger-mode Avalanche Photodiode”公开了一种PET设备的数据传输方案，该数据传输方案采用PCI接口，前端数据采集系统的数据直接由Nutaq数据的cPCI接口直接传输到计算机上，这种传输方案缺点在于前端数据采集与数据传输集中于一块电路板，这需要对进入电路板的模拟电路板信号进行精心设计，同时前端数据采集系统受限于其数据转换通道，当需要实现多通道数据采集，需要设计多通道的地址译码器，增加了电路系统设计和实现的难度。

2、发表在IEEE Transactions on Nuclear Science期刊第5卷第3期上的论文“High-speed Data Acquisition and Digital Signal Processing System for PET Imaging Techniques Applied to Mammography”公开了一种检测乳腺癌的PET设备的数据采集及传输系统，该系统中采用高性能DSP实现转换后的数据传输，在DSP上有两个EMIF，可以确保DSP与计算机之间实现高速的DMA(Direct Memory Access)，确保采集后的数据的高速传输，这种方案增加了系统的复杂性，同时增加了数据采集和数据传输系统的成本。

3、瑞典Stockholm大学2007年公开的博士学位论文“FPGA based data acquisition and digital pulse processing for PET and SPECT”公开了一种基于FPGA的PET数据采集及传输系统，在该系统中运用FPGA，利用Soft IP，实现FPGA的高性能数据采集，采集到的数据通过USB或PCI硬件接口传输至计算机，这种方式对FPGA定制的IP核要求高，相应的研制成本也增加。

4、论文“Waveform-sampling Electronics/DAQ for TOF PET Scanner”公开了一种PET数据采集和传输系统，这种系统利用DRS4技术，利用DRS4将模拟输出连接至ADC，实现高速数据转换，然后由FPGA通过千兆以太网接口将采集到的数据传输至计算机，这种方案的特点是运用了四个千兆以太网接口来传输数据，但数据传输速率只有1Gbps，数据传输速率较低。