[实用新型]全模拟核素分布显像系统

说明书

一种全模拟核素分布显像系统，其包括前端信号探测模块，该模块包括任意组合的闪烁晶体阵列模块和硅光电倍增管阵列模块；数据预处理模块对闪烁脉冲事件信号进行分析和判别的预处理将事件转化为时间、位置、能量符合事件；图像重建模块实现有效信号事件的全模拟量处理，充分保证事件的完整性，采用数控电阻电路求逆模块简化的实际的大型矩阵求逆过程，解决了解的稳定性、存在性和唯一性；显示模块对数据的转化和显示。系统主要部分均为模拟电路使得仪器的电子辐射干扰小，其成本更低实用性更强。其方法在于对参数的对应设置，利用基尔霍夫定律简单方便实现图像重建。

技术领域

本发明涉及辐射探测成像技术领域，尤其涉及全模拟核素分布显像系统。

背景技术

正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，以下均简称PET)、单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography，以下简称 SPECT)都是非侵入式的造影方法。它们的基本原理都是利用放射性同位素作为示踪剂，将这种示踪剂注入人体内，放射性核素会衰变产生反粒子即正电子，当放射性核素衰变产生的正电子与生物体内的负电子碰撞发生湮灭后，正负电子对消失并产生一对能量相等为511KeV，运动方向相反的γ光子。而PET采用环绕生物体的环形位置灵敏辐射探测器将入射的γ光子转换为可见光信号，再由光信号转换为电脉冲信号，从而获得其能量、位置和时间信息。通过湮灭符合技术，得到湮灭事件所在响应线的位置，并通过二维或三维断层重建算法获得放射性核素在生物体中的分布，从而在体外观测生物体内的生理和生化过程。

在PET、SPECT的成像系统中对其医学影像数据进行处理是最为重要的一环之一，它是一类高复杂度、大数据流的实时计算任务。只有对数据进行整合与医学图像重建才能直观地看到图像，便于医生对病人进行分析。其中矩阵运算是作为现代医学图像重建处理中的基本算子，其实现结果是影响系统总体性能的主要因素。而矩阵运算的难点在于矩阵求逆，矩阵求逆计算过程复杂，运算量大，解的存在性、唯一性和稳定性都不确定，软件实现的实时性差，严重制约着系统计算速度的提升。

现有技术中，对医学影像数据进行重建大多通过软件实现，它需要将图像进行离散化分割，对于原始信号的解是一个模糊解、近似解。并且其计算速度非常慢，效率十分低，在许多情况下，常用的图像重建的算法是滤波反投影(Filtered Backprojection，以下简称FBP)、代数重建算法(Algebraic Reconstruction Technique，以下简称ART) 和有序子集期望最大算法(Ordered Subsets Expectation Maximization，以下简称OSEM)，其中FBP算法相对较快但也需要几十分钟，但是效果差，而ART和 OSEM算法重建通常需要几个小时，相对FBP效果好一点，这些算法都需要一台高速服务器进行计算，成本高，并且要么时间难以满足实际应用的需求，要么精度难以达到实际应用要求。随着科技的发展，硬件芯片等的突破，基于硬件的医学图像重建系统开始被研发，如随着工艺技术的发展与市场的需要，超大规模、高速、低功耗的新型FPGA不断推陈出新。现在新一代的FPGA的内部资源越来丰富，新的存储技术不断涌现，为实现FPGA医学图像重建系统提供了强大的硬件支持。尽管它的成本相对服务器更低，但是它依旧使用了超高采样率的ADC芯片，成本依旧很高，而且依旧只能得到近似解，使用FPGA需要提供时钟信号，所以其时间性能并不优越，并且由于电子辐射作用，会对γ射线有干扰，影像数据的真实性。

因此，面对上述技术问题，有必要提供一种全模拟核素分布显像系统，以解决上述问题缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全模拟核素分布显像系统，以实现用于解决高能物理粒子探测及医疗影像仪器设备中显像时间漂移和模糊解等问题。该系统利用数控电阻硬件电路直接处理模拟信号，创新性提出了使用数控电阻和运算放大器实现矩阵求逆功能的系统和方法，利用基尔霍夫定理再结合运算放大器虚短虚断的原则达到矩阵求逆的得到天然精确解的问题。